JP2006097911A

JP2006097911A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2006097911A
Application number: JP2004281463A
Authority: JP
Inventors: Torahide Takahashi; 寅秀高橋; Takashi Fujita; 隆司藤田
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【課題】組み付け工数の削減、冷媒漏れに対する信頼性の向上、断熱コストの削減、およびレイアウト性の改善を達成した熱交換器を提供する。
【解決手段】内部熱交換器１１５を蒸発器１１３と一体に構成し、内部熱交換器１１５と蒸発器１１３の熱交換器コア１２１との間で冷媒の熱交換を行うように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭酸ガスを冷媒とする車両用空調装置に用いられる熱交換器に関し、詳しくは内部熱交換器を蒸発器と一体に構成した熱交換器に関する。

従来、炭酸ガスを冷媒とする車両用空調装置の冷凍サイクルには、放熱器で冷却された冷媒と蒸発器を通過した低温の冷媒との間で熱交換する内部熱交換器が組み込まれている。この内部熱交換器に関する従来技術として、低圧冷媒流路の内部に高圧冷媒流路を通した２重管構造とし、放熱器および蒸発器間の配管の一部として使用するようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
特開２００２−１５６１６２号公報

しかしながら、上記のように構成された内部熱交換器では、冷媒の高圧側入口、出口および低圧側入口、出口の４箇所が接続部分となるため、組み付け工数がかかるとともに、冷媒の漏れ箇所が増えるため、冷媒漏れに対する信頼性が低下することになる。また、温度の低い低圧側が２重管の外側（内側高圧）となるため、温度の高いエンジンルーム内において効率良く熱交換するためには断熱材による外装が必要となり、断熱コストが余計にかかるうえ、熱交換の効率が低下することが考えられる。さらには、配管の一部としてエンジンルーム内に設置されるため、狭いエンジンルーム内でのレイアウトに制約を受けることになる。

本発明の目的は、組み付け工数の削減、冷媒漏れに対する信頼性の向上、断熱コストの削減、およびレイアウト性の改善を達成した熱交換器を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、少なくとも、冷媒を圧縮するコンプレッサと、このコンプレッサで圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、この放熱器で冷却された冷媒を減圧する減圧手段と、この減圧手段で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記放熱器で冷却された冷媒と前記蒸発器で蒸発した冷媒との間で熱交換する内部熱交換器とを備え、前記内部熱交換器を通過した冷媒を前記コンプレッサへ戻して循環させる冷凍サイクルに用いられる熱交換器であって、前記内部熱交換器を前記蒸発器と一体に構成し、前記内部熱交換器と前記蒸発器の熱交換部との間で冷媒の熱交換を行うことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、前記内部熱交換器を多穴構造の扁平チューブで構成したことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記内部熱交換器は２系統の冷媒流路を備え、このうちの１系統の冷媒流路を前記蒸発器の熱交換部と一体に構成したことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１において、前記内部熱交換器と前記蒸発器のヘッダーパイプ部との間で冷媒の熱交換を行うことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４において、前記内部熱交換器の冷媒流路を前記蒸発器のヘッダーパイプ部内に形成したことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項４において、前記内部熱交換器の冷媒流路を多穴構造の扁平チューブで構成し、この多穴構造の扁平チューブを前記蒸発器のヘッダーパイプ部と一体に構成したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、２重管構造の従来例に比べて、継ぎ手による接続部分を削減することができ、また一体に構成した熱交換器をクーラユニット内に置くだけで組み付けが完了するため、組み付け工数を削減できるとともに、冷媒漏れ箇所が少なくなるため冷媒漏れに対する信頼性を向上させることができる。また、内部熱交換器を蒸発器と一体に構成したことにより、２重管構造のように内部熱交換器を断熱材で外装する必要がなくなるため、断熱コストを削減し、且つ効率良く熱交換を行うことができる。さらには、内部熱交換器を蒸発器と一体に構成したことにより、前述のように接続部分を削減して省スペース化を図ることができるため、エンジンルーム内でのレイアウトに制約を受けることがなく、レイアウト性を改善することができる。

請求項２の発明によれば、内部熱交換器をコンパクトにすることができるため、レイアウト性をより改善することができる。

請求項３の発明によれば、内部熱交換器をよりコンパクトにできるだけでなく、継ぎ手による接続部分をさらに削減することができるため、冷媒漏れに対する信頼性をより向上させることができる。

請求項４の発明によれば、請求項１の効果に加えて、通常の熱交換器コアを使用することができるため、他の熱交換器と部品の共通化を図ることができ、部品コストを削減することができる。

請求項５の発明によれば、内部熱交換器をコンパクトにすることができるため、レイアウト性をより改善することができる。

請求項６の発明によれば、内部熱交換器をコンパクトにすることができるためにレイアウト性をより改善することができるうえ、部品数の削減を図ることができるため、さらに組み付け信頼性を向上させることができる。

以下、本発明に係わる熱交換器を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。

最初に、炭酸ガスを冷媒とする車両用空調装置の冷凍サイクルの全体構成について説明する。

図２は、一般的な冷凍サイクルを示す回路図である。図２に示す冷凍サイクルは、冷媒を圧縮するコンプレッサ１０１と、このコンプレッサ１０１で圧縮された冷媒を外気等により冷却する放熱器１０３と、この放熱器１０３で冷却された冷媒を減圧する膨張弁（減圧手段）１０５と、この膨張弁１０５で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器１０７と、放熱器１０３で冷却された冷媒と蒸発器１０７で蒸発した冷媒との間で熱交換する内部熱交換器１０９とを備え、内部熱交換器１０９を通過した冷媒をコンプレッサ１０１へ戻し、コンプレッサ１０１により運動エネルギー（圧力）を与えた冷媒を循環させるように構成したものである。

放熱器１０３は、車室外に配置され、コンプレッサ１０１から吐出された高温高圧の冷媒の熱を外気に放熱させることにより、冷媒の温度を外気温近くまで冷却する。この放熱器１０３には、例えば電動ファン等が駆動されることにより外気が吹き付けられるようになっている。そして、この放熱器１０３内を通る高温高圧の冷媒と、吹き付けられる外気との間で熱交換を行わせることで、高温高圧の冷媒を冷却している。

内部熱交換器１０９は、放熱器１０３で冷却された高圧の冷媒と、蒸発器１０７で蒸発した低圧の冷媒との間で熱交換を行わせる。

膨張弁１０５は、内部熱交換器１０９から出力された低温高圧の冷媒を減圧（膨張）して低温低圧の冷媒とする。

蒸発器１０７は、例えば空調ダクト内に配置され、空調風の熱を内部熱交換器１０９から膨張弁１０５を経て供給された低温低圧の冷媒に吸熱させるものである。膨張弁１０５で低温低圧の冷媒となって蒸発器１０７に供給された冷媒は、蒸発器１０７を通過する際に、空調ダクト内を流れる空調風の熱を奪って気化（蒸発）する。そして、蒸発器１０７内の冷媒により吸熱された空調風は除湿されて冷房風となり車室内等に供給される。

次に、本実施例における冷凍サイクルの構成について説明する。図１は、本実施例における冷凍サイクルの回路図であり、図１と同等部分を同一符号で表している。

本実施例の冷凍サイクルは、図２の蒸発器１０７および内部熱交換器１０９の機能を備えた熱交換器１１１を、放熱器１０３の下流側とコンプレッサ１０１の上流側に設けている。この熱交換器１１１は、内部熱交換器１１５を蒸発器１１３と一体に構成している。なお、図１に示す冷媒の流通経路は図２と同じであり、コンプレッサ１０１→放熱器１０３→内部熱交換器１１５→膨張弁１０５→蒸発器１１３→コンプレッサ１０１の順に循環している。以下、熱交換器１１１の構造を実施例１、実施例２として説明する。

本実施例に示す熱交換器は、内部熱交換器を蒸発器の熱交換器コアと一体に構成したものである。

図３は実施例１に係わる熱交換器１１１の外観を示す斜視図、図４は図３のＡ−Ａ線に沿った断面図、図５（ａ）、（ｂ）は内部熱交換器１１５の構成例を示す断面斜視図である。

蒸発器１１３は、図３に示すように、上ヘッダーパイプ１１７および下ヘッダーパイプ１１９と、熱交換器コア（熱交換部）１２１とを備えて構成されている。熱交換器コア１２１は、冷媒が流通する複数本のチューブ１２３と、冷却用のフィン１２５とを交互に配置した構造となっている。そして、熱交換器コア１２１の上側の端部には上ヘッダーパイプ１１７が接続され、各チューブ１２３の一方の端部と連通している。この上ヘッダーパイプ１１７の一端には、膨張弁１０５からの冷媒を取り込むための入口パイプ１２７が設けられ、他端には、熱交換器コア１２１を通過した冷媒を排出するための出口パイプ１２９が設けられている。また、上ヘッダーパイプ１１７の内部には、図４に示すように、冷媒をターンさせるための仕切板１２０が所定箇所に挿入されている。このうち、上ヘッダーパイプ１１７の端部に挿入された２つの仕切板１２０は、冷媒流路１１７ａの内部に上ヘッダーパイプ１１７の出口タンク１２２、および内部熱交換器１１５の上ヘッダータンク１１２をそれぞれ形成している。

熱交換器コア１２１の下側の端部には下ヘッダーパイプ１１９が接続され、各チューブ１２３の他方の端部と連通している。この下ヘッダーパイプ１１９の内部にも冷媒をターンさせるための仕切板１２０が所定箇所に挿入されている。このうち、下ヘッダーパイプ１１９の端部に挿入された仕切板１２０は、図示のように冷媒流路１１９ａの内部に内部熱交換器１１５の下ヘッダータンク１１４を形成している。

内部熱交換器１１５は、図４に示すように、蒸発器１１３の熱交換器コア１２１と並設するように一体に構成されている。ここで、熱交換器コア１２１および内部熱交換器１１５の構造について説明する。

内部熱交換器１１５は、長手方向に沿って２系統の冷媒流路を備えて構成され、このうちの１系統の冷媒流路１１６を熱交換器コア１２１の最外側のチューブとして使用し、他の１系統を内部熱交換器１１５の冷媒流路１１８としている。２つの冷媒流路１１６、１１８のうち、冷媒流路１１６は一端が下ヘッダーパイプ１１９と連通し、他端が上ヘッダーパイプ１１７内の出口タンク１２２と連通するように構成されている。また冷媒流路１１８は一端が上ヘッダーパイプ１１７に並設された上ヘッダータンク１１２と連通し、他端が下ヘッダーパイプ１１９に並設された下ヘッダータンク１１４に連通するように構成されている。

このような２系統の冷媒流路は、例えば図５（ａ）に示すような多穴構造の扁平チューブ１２４を用いて構成することができる。この扁平チューブ１２４は、一体押出し成形により内部に２列の冷媒流路１１６、１１８を形成したものである。また、図５（ｂ）に示すように、熱交換器コア１２１のチューブ１２３と同じ形状に成形され、且つ内部にそれぞれ冷媒流路１１６、１１８を形成した多穴構造の扁平チューブ１２６、１２８を貼り合わせたものであってもよい。

上記のように構成された熱交換器１１１において、放熱器１０３で冷却された高圧の冷媒は、内部熱交換器１１５の入口パイプ１３１を通って上ヘッダータンク１１２から冷媒流路１１８内を流通し、反対側の下ヘッダータンク１１４から出口パイプ１３３を通って膨張弁１０５へ排出される。そして、膨張弁１０５で低温低圧となった冷媒は蒸発器１１３の入口パイプ１２７を通って上ヘッダーパイプ１１７の冷媒流路１１７ａ内を流通するとともに、この間、長手方向に沿って設けられた各チューブ１２３に分配されて熱交換器コア１２１を通過する。そして、熱交換器コア１２１を通過する間に空調風との間で熱交換（吸熱）が行われ、さらに下ヘッダーパイプ１１９で合流した冷媒は内部熱交換器１１５の冷媒流路１１６を流通し、反対側の出口タンク１２２から出口パイプ１２９を通ってコンプレッサ１０１へ排出される。

この間、内部熱交換器１１５では、熱交換器コア１２１を通過した低温低圧の冷媒と、放熱器１０３で冷却された高圧の冷媒とが隣接する冷媒流路１１６および１１８を相互に通過するため、内部の冷媒間で熱交換が行われることになる。

本実施例の熱交換器１１１によれば、継ぎ手による接続部分として、少なくとも蒸発器１１３の出口部分および内部熱交換器１１５の低圧入口部分の２箇所を削減することができ、また一体に構成した熱交換器１１１をクーラユニット内に置くだけで組み付けが完了するため、２重管構造（従来例）に比べて組み付け工数を削減できるとともに、冷媒漏れ箇所が少なくなるため冷媒漏れに対する信頼性を向上させることができる。また、内部熱交換器１１５を蒸発器１１３と一体に構成したことにより、２重管構造のように内部熱交換器を断熱材で外装する必要がなくなるため、断熱コストを削減し、効率良く熱交換を行うことができる。さらには、内部熱交換器１１５を蒸発器１１３と一体に構成したことにより、前述のように接続部分を削減して省スペース化を図ることができるため、エンジンルーム内でのレイアウトに制約を受けることがなく、レイアウト性を改善することができる。

また、本実施例のように、内部熱交換器１１５を図５（ａ）、（ｂ）に示すような多穴構造の扁平チューブで構成した場合は、内部熱交換器をコンパクトにすることができるため、レイアウト性をより改善することができる。

また、本実施例のように内部熱交換器１１５を２系統の冷媒流路を有する多穴構造の扁平チューブで構成し、そのうちの１系統の冷媒流路１１６を熱交換器コア１２１のチューブとした場合は、内部熱交換器をよりコンパクトにできるだけでなく、継ぎ手による接続部分をさらに削減することができるため、冷媒漏れに対する信頼性をより向上させることができる。

本実施例に示す熱交換器は、内部熱交換器を蒸発器のヘッダーパイプと一体に構成したものである。以下、実施例１と同等部分には同一符号を付して説明する。

図６は実施例２に係わる熱交換器２１１の外観を示す斜視図、図７は図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図８（ａ）、（ｂ）は下ヘッダーパイプ２１９の構成例を示す断面図である。

蒸発器２１３は、図６に示すように、上ヘッダーパイプ２１７および下ヘッダーパイプ２１９と、熱交換器コア１２１とを備えて構成されている。熱交換器コア１２１の上側の端部には上ヘッダーパイプ２１７が接続され、各チューブ１２３の一方の端部と連通している。この上ヘッダーパイプ２１７の一端には、膨張弁１０５からの冷媒を取り込むための入口パイプ１２７が設けられ、他端には、熱交換器コア１２１を通過した冷媒を排出するための出口パイプ１２９が設けられている。また、上ヘッダーパイプ２１７の内部には、図７に示すように、冷媒をターンさせるための仕切板１２０が所定位置に挿入されている。

一方、熱交換器コア１２１の下側の端部には下ヘッダーパイプ２１９が接続され、各チューブの他方の端部と連通している。ここで、下ヘッダーパイプ２１９の構造を図７を参照しながら説明する。

本実施例の下ヘッダーパイプ２１９は、内部熱交換器２１５が下ヘッダーパイプ本体２２１と並設するように一体に構成されている。下ヘッダーパイプ本体２２１の内部には図示しない仕切板が冷媒流路２１９ａの所定位置に挿入されており、上ヘッダーパイプ２１７から流入した冷媒が所定位置で上ヘッダーパイプ２１７側にターンするように構成されている。内部熱交換器２１５は、下ヘッダーパイプ本体２２１の外壁面と長手方向に沿って接するように設けられ、内部に冷媒流路２１５ａが形成されている。この内部熱交換器２１５の一端には、放熱器１０３から送られてきた冷媒を取り込むための入口パイプ１３１（図６）が設けられ、他端には、下ヘッダーパイプ本体２２１を流通する冷媒との間で熱交換した冷媒を排出するための出口パイプ１３３（図６）が設けられている。

図７に示すような下ヘッダーパイプ２１９としては、例えば図８（ａ）に示すように、下ヘッダーパイプ２１９内に内部熱交換器２１５の冷媒流路２１５ａを形成した多穴構造体２２３を用いることができる。この多穴構造体２２３は、一体押出し成形により内部に２列の冷媒流路２１５ａ、２１９ａを形成したものである。また、図８（ｂ）に示すように、冷媒流路２１９ａを形成した多穴構造体２２５の片面に、内部に冷媒流路２１５ａを形成した多穴構造の扁平チューブ２２７を貼り合わせたものであってもよい。

上記のように構成された熱交換器２１１において、放熱器１０３で冷却された高圧の冷媒は、内部熱交換器２１５の入口パイプ１３１を通って冷媒流路２１５ａ内を流通し、反対側の出口パイプ１３３を通って膨張弁１０５へ排出される。そして、膨張弁１０５で低温低圧となった冷媒は蒸発器２１３の入口パイプ１２７を通って上ヘッダーパイプ２１７に流入し、内部の冷媒流路２１７ａを流通するとともに各チューブ１２３に分配されて熱交換器コア１２１を通過する。この熱交換器コア１２１を通過する間、冷媒と空調風との間で熱交換（吸熱）が行われる。熱交換器コア１２１で熱交換された冷媒は、上ヘッダーパイプ２１７の出口パイプ１２９を通ってコンプレッサ１０１へ排出される。

このように、下ヘッダーパイプ２１９の内部において、熱交換器コア１２１を通過した低温低圧の冷媒と、放熱器１０３で冷却された高圧の冷媒とが隣接する冷媒流路２１５ａおよび２１９ａを相互に通過することになるため、冷媒間で熱交換が行われることになる。

本実施例の熱交換器２１１においても、実施例１と同様に、継ぎ手による接続部分を２箇所削減することができ、また熱交換器２１１をクーラユニット内に置くだけで組み付けが完了するために組み付け工数を削減できるとともに、冷媒漏れ箇所が少なくなるため冷媒漏れに対する信頼性を向上させることができる。また、内部熱交換器２１５を断熱材で外装する必要がないため、断熱コストを削減し、且つ温度の高いエンジンルーム内においても効率良く熱交換を行うことができる。さらには、前述のように接続部分を削減して省スペース化を図ることができるため、エンジンルーム内でのレイアウトにも制約を受けることがなく、レイアウト性を改善することができる。また、本実施例の熱交換器２１１では、通常の熱交換器コアを使用することができるため、他の熱交換器と部品の共通化を図ることができ、部品コストを削減することができる。

また、本実施例のように、下ヘッダーパイプ２１９を図８（ｂ）のように多穴構造体２２５と多穴構造の扁平チューブ２２７とで構成した場合は、内部熱交換器がコンパクトになるためレイアウト性をより改善することができる。また、下ヘッダーパイプ２１９を図８（ａ）のように多穴構造体２２３で構成した場合は、内部熱交換器がコンパクトになるためレイアウト性をより改善することができるうえ、部品数の削減を図ることができるため、さらに組み付け信頼性を向上させることができる。

実施例における冷凍サイクルの回路図。一般的な冷凍サイクルを示す回路図。実施例１に係わる熱交換器の外観を示す斜視図。図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。（ａ）、（ｂ）は内部熱交換器の構成例を示す断面斜視図。実施例２に係わる熱交換器の外観を示す斜視図。図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図。（ａ）、（ｂ）は下ヘッダーパイプの構成例を示す断面図。

符号の説明

１０１…コンプレッサ
１０３…放熱器
１０５…膨張弁
１０７、１１３、２１３…蒸発器
１０９、１１５、２１５…内部熱交換器
１１１、２１１…熱交換器
１１２…上ヘッダータンク
１１４…下ヘッダータンク
１１６、１１７ａ、１１８、２１５ａ、２１７ａ、２１９ａ…冷媒流路
１１７、２１７…上ヘッダーパイプ
１１９、２１９…下ヘッダーパイプ
１２１…熱交換器コア
１２２…出口タンク
１２３…チューブ
１２４、１２６、２２７…扁平チューブ
１２７、１３１…入口パイプ
１２９、１３３…出口パイプ
２２１…下ヘッダーパイプ本体
２２３、２２５…多穴構造体

Claims

少なくとも、冷媒を圧縮するコンプレッサ（１０１）と、このコンプレッサ（１０１）で圧縮された冷媒を冷却する放熱器（１０３）と、この放熱器（１０３）で冷却された冷媒を減圧する減圧手段（１０５）と、この減圧手段（１０５）で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（１１３）と、前記放熱器（１０３）で冷却された冷媒と前記蒸発器（１１３）で蒸発した冷媒との間で熱交換する内部熱交換器（１１５）とを備え、前記内部熱交換器（１１５）を通過した冷媒を前記コンプレッサ（１０１）へ戻して循環させる冷凍サイクルに用いられる熱交換器（１１１）であって、
前記内部熱交換器（１１５）を前記蒸発器（１１３）と一体に構成し、前記内部熱交換器（１１５）と前記蒸発器（１１３）の熱交換部（１２１）との間で冷媒の熱交換を行うことを特徴とする熱交換器（１１１）。
前記内部熱交換器（１１５）を多穴構造の扁平チューブ（１２４、１２６、１２８）で構成したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記内部熱交換器（１１５）は２系統の冷媒流路（１１６、１１８）を備え、このうちの１系統の冷媒流路（１１６）を前記蒸発器（１１３）の熱交換部（１２１）と一体に構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
前記内部熱交換器（２１５）と前記蒸発器（２１３）のヘッダーパイプ部（２１９）との間で冷媒の熱交換を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記内部熱交換器（２１５）の冷媒流路（２１５ａ）を前記蒸発器（２１３）のヘッダーパイプ部（２１９）内に形成したことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
前記内部熱交換器（２１５）の冷媒流路（２１５ａ）を多穴構造の扁平チューブ（１２６、１２８）で構成し、この多穴構造の扁平チューブ（１２６、１２８）を前記蒸発器（２１３）のヘッダーパイプ部（２１９）と一体に構成したことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。