JP2004177006A

JP2004177006A - 内部熱交換器

Info

Publication number: JP2004177006A
Application number: JP2002344230A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Miyazaki; 洋一宮崎; Hiroshi Hamamoto; 浩濱本; Hajime Yamamoto; 肇山本; Tomonobu Matsumura; 朝信松村
Original assignee: Japan Climate Systems Corp
Current assignee: Japan Climate Systems Corp
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】占有スペースが小さく、軽量で、耐圧性に優れた簡単な構成の内部熱交換器を提供する。
【解決手段】一対のヘッダ６ａ，６ｂと、これらを連通する連通部材７とで構成する。ヘッダ６ａ，６ｂは、内部を高圧部１１と低圧部１２とに区画する。連結部材は、前記高圧部１１に連通する高圧側冷媒流路１７、及び、前記低圧部１２に連通する低圧側冷媒流路１８を備えた構成とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内部熱交換器として、複数の挿通孔を形成された高圧チューブと低圧チューブとを面接触させて熱交換可能としたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１７９９５９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の内部熱交換器では、両チューブの一方の平面を面接触させただけであるため、残る他方の平面は熱交換に寄与しない。このため、所望の伝熱面積を確保しようとすると、それだけチューブを大型化する必要が生じる。また、冷媒に二酸化炭素を使用する場合等、耐圧が要求される環境であれば、チューブの板厚を大きくする必要がある。これにより、内部熱交換器の重量が増大するという問題がある。また、チューブを長尺なものとして大型化を図ると、内部を流動する冷媒の圧力損失が大きくなるという別の問題も発生する。
【０００５】
そこで、本発明は、占有スペースが小さく、軽量で、耐圧性に優れた簡単な構成の内部熱交換器を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、コンプレッサから吐出させた冷媒を、コンデンサ、膨張弁、及びエバポレータを介してコンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルの途中に設けられ、コンデンサからエバポレータに向かう高圧側の冷媒と、エバポレータからコンプレッサに向かう低圧側の冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器において、
高圧部と低圧部とに区画され、所定間隔で並設される一対のヘッダと、
前記ヘッダ間を連結し、前記高圧部に連通する高圧側冷媒流路、及び、前記低圧部に連通する低圧側冷媒流路を備えた連通部材とで構成したものである。
【０００７】
この構成により、高圧側の高温冷媒と低圧側の低温冷媒との間の熱交換を、ヘッダ及び連結部材の内部で行うことができ、簡単な構成であっても、占有スペース及び重量を増大させることなく、耐圧性を確保しつつ、熱交換効率を高めることが可能となる。
【０００８】
前記連通部材は板状体からなり、前記高圧側冷媒流路を前記板状体の中心線上に形成した複数の高圧側連通孔で構成する一方、前記低圧側冷媒流路を前記高圧側流通孔の両側に形成した複数の低圧側連通孔で構成すればよい。連結部材は押出加工により形成することができ、小型で軽量であっても十分な強度を得ることが可能である。
【０００９】
前記低圧側連通孔は、前記高圧側連通孔に比べて流路断面積を大きくすると、エバポレータでの気化による体積増大に伴う圧力損失の発生を抑制することが可能となる点で好ましい。
【００１０】
前記連通部材は内管と外管とからなる２重構造の扁平チューブからなり、前記高圧側冷媒流路を前記内管で構成する一方、前記低圧側冷媒流路を前記内管と前記外管との間に形成される空間で構成してもよい。
【００１１】
前記ヘッダは、内部空間を長手方向に沿って区画する仕切板により高圧部と低圧部とに区画すればよい。
【００１２】
前記ヘッダは、筒状部と、該筒状部の両端開口部を閉鎖する蓋部とで構成され、前記仕切板を蓋部に回転不能に固定すると共に、蓋部を筒状部に回転不能に固定すればよい。
【００１３】
前記ヘッダは、筒状部と、該筒状部の両端開口部を閉鎖する蓋部とで構成され、前記筒状部にスリットを形成し、該スリットを介して前記仕切板を装着可能としてもよい。
【００１４】
前記ヘッダは、筒状部と、該筒状部の両端開口部を閉鎖する蓋部とで構成され、前記仕切板の側縁部には複数の係合部を形成する一方、前記筒状部には前記係合部に対応して複数の係合受部を形成し、前記仕切板を前記筒状部のいずれか一方の開口部から挿入し、該筒状部を変形させて前記係合部を係合受部に係合させるようにしてもよい。
【００１５】
前記ヘッダは、一方の冷媒流路を構成する押出管と、該押出管とで他方の冷媒流路を構成するプレス部材とからなる筒状部と、該筒状部の両端開口部を閉鎖する蓋部とで構成してもよい。
【００１６】
前記連通部材又は前記ヘッダは、高圧側の冷媒と外気を区画する部位、低圧側の冷媒と高圧側の冷媒を区画する部位、低圧側の冷媒と外気とを区画する部位の順で板厚を大きくすると、必要とされる耐圧性能に応じて無駄なく設計することが可能となる点で好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る内部熱交換器５を備えた車両用空調装置を示す。この車両用空調装置は、コンプレッサ１から吐出させた冷媒が、コンデンサ２、膨張弁３、及びエバポレータ４を介してコンプレッサ１に戻って循環する冷凍サイクルを備えている。冷凍サイクルの途中には内部熱交換器５が設けられ、この内部熱交換器５により、コンデンサ２からエバポレータ４に流動する冷媒と、エバポレータ４からコンプレッサ１に流動する冷媒との間の熱交換を行い、エバポレータ４に入口と出口との間で冷媒のエンタルピの差を高め、エバポレータ４の冷却能力を増大させることが可能となっている。
【００１９】
コンプレッサ１は、図示しないエンジンの駆動力が伝達され、冷媒を高温・高圧状態として吐出させる。コンデンサ２は、車両前方部に配設され、内部を通過する冷媒から外気に放熱させる。膨張弁３は、冷媒を気化しやすい状態に減圧する。エバポレータ４は、車内前方部に配設した空調ユニット１００内に配設され、通過する内気又は外気を冷却・除湿する。
【００２０】
内部熱交換器５は、図２及び図３に示すように、一対のヘッダ６ａ，６ｂを連通部材７により連結した構成である。
【００２１】
ヘッダ６ａ，６ｂは、筒状部８と、その両端開口部を閉鎖する蓋部９ａ，９ｂとで構成されている。筒状部８は、長手方向に沿って仕切板１０で２分割されている。一方の流路は、コンデンサ２からエバポレータ４に向かう高圧側の冷媒が流動する高圧部１１であり、他方の流路は、エバポレータ４からコンプレッサ１に向かう低圧側の冷媒が流動する低圧部１２である。筒状部８には、仕切板１０の対向部分に、低圧部１２に開口する第１開口部１３が形成されている。また、仕切板１０には、高圧部１１と低圧部１２とを連通する第２開口部１４が形成されている。一方の各蓋部９ａには高圧部１１に連通する第１連通管１５ａ，１５ｂがそれぞれ接続され、他方の各蓋部９ｂには低圧部１２に連通する第２連通管１６ａ，１６ｂがそれぞれ接続されている。
【００２２】
連通部材７は、熱伝導性に優れたアルミ合金等を押出加工により板状とすると共に、高圧側冷媒流路１７と低圧側冷媒流路１８とを形成したものである。高圧側冷媒流路１７は、板厚の中心に所定間隔で形成された複数の高圧側連通孔１９で構成されている。また、低圧側冷媒流路１８は、前記各高圧側連通孔１９の両側に形成され、高圧側連通孔１９に比べて大きな流路断面積を有する複数の低圧側連通孔２０で構成されている。連通部材７の両端部には、高圧側連通孔１９を形成された部分で突出する突条部２１が形成されている。そして、連通部材７の両端部はヘッダ６の第１開口部１３に接続され、突条部２１が仕切板１０の第２開口部１４に接続されるようになっている。
【００２３】
前記構成の内部熱交換器５では、一方のヘッダ６ａに設けた第１連通管１５ａ（高圧側流入管）がコンデンサ２の冷媒流出側に接続され、他方のヘッダ６ｂに設けた第１連通管１５ｂ（高圧側流出管）がエバポレータ４の冷媒流入側に接続されている。また、一方のヘッダ６ｂに設けた第２連通管１６ａ（低圧側流入管）はエバポレータ４の冷媒流出側に接続され、他方のヘッダ６ａに設けた第２連通管１６ｂ（低圧側流出管）はコンプレッサ１の冷媒流入側に接続されている。
【００２４】
次に、前記車両用空調装置の動作を説明する。
【００２５】
コンプレッサ１を駆動し、冷媒を高温・高圧状態で吐出させる。冷媒は、コンデンサ２で放熱され、内部熱交換器５で、低圧側の冷媒と熱交換されて冷却される。そして、膨張弁３で減圧された後、エバポレータ４に流入し、気化することにより、空調ユニット１００内を通過する内気又は外気を冷却・除湿する。続いて、冷媒は、内部熱交換器５を通過し、高圧側の冷媒から吸熱してスーパーヒート状態となった後、コンプレッサ１に戻って循環する。
【００２６】
内部熱交換器５では、コンデンサ２からの冷媒は、図２中、破線で示すように、高圧側流入管１５ａを介してヘッダ６ａの高圧部１１に流入し、連通部材７の高圧側冷媒流路１７を流動してヘッダ６ｂの高圧部１１から高圧側流出管１５ｂを介してエバポレータ４側へと流出する。コンデンサ２からの冷媒は高圧状態で流動するが、その流動場所がヘッダ６及び連通部材７の内部空間（ヘッダでは高圧部１１、連通部材７では各高圧側連通孔１９）である。このため、軽量の薄肉構造としても所望の耐圧性を維持することができる。
【００２７】
一方、エバポレータ４からの冷媒は、図２中、一点鎖線で示すように、ヘッダ６ｂの低圧側流入管１６ａから低圧部１２に流入し、連通部材７の低圧側冷媒流路１８を流動してヘッダ６ａの低圧部１２から低圧側流出管１６ｂを介してコンプレッサ１へと流出する。連通部材７では、前述のように、高圧側連通孔１９の両側に低圧側連通孔２０が配置されている。このため、高圧側連通孔１９を流動する高温の冷媒から低圧側連通孔２０を流動する低温の冷媒に無駄なく熱伝達させることができる。エバポレータ４からの冷媒は内部熱交換器５を流動する際、気相となって体積を増大させているが、低圧側連通孔２０の流路断面積が大きく形成されているので、圧力損失を発生させることなく、スムーズな流動状態を維持する。
【００２８】
また、高圧側の冷媒と低圧側の冷媒とは、連通部材７内のみならず、ヘッダ６ａ，６ｂ内でも熱交換可能な構成となっているので、全体をコンパクトに形成しても、所望の熱交換性能を発揮させることが可能である。
【００２９】
なお、前記実施形態では、連通部材７を押出加工により形成した板状体で構成したが、図４に示すように、内管１００と外管１０１からなる二重管構造の扁平チューブで構成するようにしてもよい。この場合、内管１００と外管１０１とは、長手方向に延びる複数のリブ１０２によって一定の間隙を形成できるように一体化するのが好ましい。
【００３０】
また、前記実施形態では、ヘッダ６ａ，６ｂの内部空間を仕切る仕切板１０を、ヘッダ６ａ，６ｂを押出加工する際、同時に形成するように構成したが、別体として後加工で筒状部８に組み付けるようにしてもよい。
【００３１】
図５では、仕切板１０を筒状部８の一端開口部より挿入し、ロウ付け等で固定している。
【００３２】
この場合、図６に示すように、仕切板１０の端部に係合突部１１０を形成し、蓋部９に係合孔１１１を形成すると共に筒状部８に回転不能に位置決めすることもできる。
【００３３】
また、図７に示すように、筒状部８に複数のスリット１２０を形成し、仕切板１０の側縁部に前記各スリット１２０に係合する突条１２１を形成し、仕切板１０を筒状部８に挿入した後、ヘッダ６ａ，６ｂを略楕円状等に変形させることにより、スリット１２０に突条１２１を係合して位置決め固定することもできる。
【００３４】
図８では、筒状部８に長手方向に延びるスリット１３０を形成し、このスリット１３０を介して仕切板１０を挿入及び固定している。なお、蓋部９には、前記仕切板１０とで内部空間を区画するためのリブ１３１が形成されている。
【００３５】
また、前記実施形態では、ヘッダ６を押出加工により形成したり、仕切板１０を挿入することにより高圧部１１と低圧部１２とに区画するようにしたが、図９に示すように、押出管１４０と湾曲させたプレス板１４１とにより形成するようにしてもよい。この場合、押出管１４０又はプレス板１４１のいずれか一方にスリット１４２を形成して連通部材７を接続すればよい。
【００３６】
また、前記各実施形態では、各部位の厚みを、耐圧を要求される順序、すなわち高圧側の冷媒と外気を区画する部位、低圧側の冷媒と高圧側の冷媒を区画する部位、低圧側の冷媒と外気とを区画する部位の順で板厚を大きくするのが好ましい。これにより、耐圧が要求される箇所のみの板厚を厚く形成することができ、不要箇所の板厚を薄く形成することにより、全体の重量を抑えることが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ヘッダに高圧部及び低圧部を設け、ヘッダ間を連結する連通部材に、高圧部に連通する高圧側冷媒流路、及び、低圧部に連通する低圧側冷媒流路を形成したので、小型・軽量としても、耐圧性に優れ、冷媒の熱交換を効率的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。
【図２】図１に示す内部熱交換器の分解（一部破断）斜視図である。
【図３】内部熱交換器のヘッダ部分での縦断面図である。
【図４】連通部材の他の例である扁平チューブを示す部分斜視図である。
【図５】他の実施形態に係るヘッダの分解斜視図である。
【図６】他の実施形態に係るヘッダの分解斜視図である。
【図７】他の実施形態に係るヘッダの蓋部を省略した分解斜視図である。
【図８】他の実施形態に係るヘッダの分解斜視図である。
【図９】他の実施形態に係るヘッダの筒状部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…コンプレッサ
２…コンデンサ
３…膨張弁
４…エバポレータ
５…内部熱交換器
６ａ，６ｂ…ヘッダ
７…連通部材
８…筒状部
９ａ，９ｂ…蓋部
１０…仕切板
１１…高圧部
１２…低圧部
１７…高圧側冷媒流路
１８…低圧側冷媒流路
１９…高圧側連通孔
２０…低圧側連通孔
２１…突条部

Claims

コンプレッサから吐出させた冷媒を、コンデンサ、膨張弁、及びエバポレータを介してコンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルの途中に設けられ、コンデンサからエバポレータに向かう高圧冷媒と、エバポレータからコンプレッサに向かう低圧冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器において、
高圧部と低圧部とに区画され、所定間隔で並設される一対のヘッダと、
前記ヘッダ間を連結し、前記高圧部に連通する高圧冷媒流路、及び、前記低圧部に連通する低圧冷媒流路を備えた連通部材とで構成したことを特徴とする内部熱交換器。
前記連通部材は板状体からなり、前記高圧側冷媒流路を前記板状体の中心線上に形成した複数の高圧側連通孔で構成する一方、前記低圧側冷媒流路を前記高圧側流通孔の両側に形成した複数の低圧側連通孔で構成したことを特徴とする請求項１に記載の内部熱交換器。
前記低圧側連通孔は、前記高圧側連通孔に比べて流路断面積を大きくしたことを特徴とする請求項２に記載の内部熱交換器。
前記連通部材は内管と外管とからなる２重構造の扁平チューブからなり、前記高圧側冷媒流路を前記内管で構成する一方、前記低圧側冷媒流路を前記内管と前記外管との間に形成される空間で構成したことを特徴とする請求項１に記載の内部熱交換器。
前記ヘッダは、内部空間を長手方向に沿って区画する仕切板により高圧部と低圧部とに区画されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内部熱交換器。
前記ヘッダは、筒状部と、該筒状部の両端開口部を閉鎖する蓋部とで構成され、前記仕切板を蓋部に回転不能に固定すると共に、蓋部を筒状部に回転不能に固定したことを特徴とする請求項５に記載の内部熱交換器。
前記ヘッダは、筒状部と、該筒状部の両端開口部を閉鎖する蓋部とで構成され、前記筒状部にスリットを形成し、該スリットを介して前記仕切板を装着可能としたことを特徴とする請求項５に記載の内部熱交換器。
前記ヘッダは、筒状部と、該筒状部の両端開口部を閉鎖する蓋部とで構成され、前記仕切板の側縁部には複数の係合部を形成する一方、前記筒状部には前記係合部に対応して複数の係合受部を形成し、前記仕切板を前記筒状部のいずれか一方の開口部から挿入し、該筒状部を変形させて前記係合部を係合受部に係合させたことを特徴とする請求項５に記載の内部熱交換器。
前記ヘッダは、一方の冷媒流路を構成する押出管と、該押出管とで他方の冷媒流路を構成するプレス部材とからなる筒状部と、該筒状部の両端開口部を閉鎖する蓋部とで構成したことを特徴とする請求項５に記載の内部熱交換器。
前記連通部材又は前記ヘッダは、高圧側の冷媒と外気を区画する部位、低圧側の冷媒と高圧側の冷媒を区画する部位、低圧側の冷媒と外気とを区画する部位の順で板厚を大きくしたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の内部熱交換器。