JP2007333304A

JP2007333304A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2007333304A
Application number: JP2006165726A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Takano; 明彦高野
Original assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2007-12-27
Also published as: EP1867944A2; PL1867944T3; EP1867944A3; EP1867944B1

Abstract

【課題】チューブ体に対する媒体の流通構造を合理的に構成してなる熱交換器を提供すること。
【解決手段】第1流路２１１及び第２流路２２１を備えたチューブ体２００と、第１流路を流通する媒体の入口部３１０及び出口部３２０と、第２流路を流通する媒体の入口部３３０及び出口部３４０とを備え、第１流路を流通する媒体と第２流路を流通する媒体がチューブ体に伝わる熱にて熱交換をする熱交換器において、チューブ体は、第１流路が設けられた複数の扁平型の第１チューブ２１０と、第２流路が設けられた複数の扁平型の第２チューブ２２０とを積層してなり、複数の第1チューブ及び複数の第２チューブは、それらの長手方向及び扁平方向を揃えて交互に積層し、チューブ体の端部においては、複数の第１チューブの各端部２１０ａと、複数の第２チューブの各端部２２０ｂとを、扁平方向に互いにずらして所定の入口部又は出口部にそれぞれ接続した。
【選択図】図２

Description

本発明は、第1流路及び第２流路を備えたチューブ体を備え、第１流路を流通する媒体と第２流路を流通する媒体がチューブ体に伝わる熱にて熱交換をする熱交換器に関する。

冷媒を循環する圧縮式の冷凍サイクルは、冷媒の高圧側と低圧側とを熱交換することにより、その冷凍効率を向上させることが可能である。特に近年では、冷媒としてＣＯ２を採用し、放熱器の内部の圧力が冷媒の臨界点を超える冷凍サイクルも知られている。この超臨界冷凍サイクルは、非常に高い耐圧性を要し、冷媒の高圧側と低圧側とを熱交換する熱交換器についても、その熱交換効率を向上するとともに、かかる冷媒の圧力に耐え得る構成が要求される。特許文献１乃至３には、それらの諸点を考慮しつつ合理的に構成された熱交換器の基本構成が開示されている。これらの文献に開示された熱交換器は、高圧側及び低圧側の冷媒を流通するチューブ体を備え、高圧側及び低圧側の冷媒がチューブ体に伝わる熱によって互いに熱交換をするものである。チューブ体は、高圧側の冷媒を流通する扁平型の第１チューブと、低圧側の冷媒を流通する扁平型の第２チューブとを積層して構成されている。チューブを積層する構成は、特許文献４等にも開示されている。
特開２００２−９８４２４号公報特開２００２−９８４８６号公報特開２００４−３４７２５８号公報特開２００２−２４３３７４号公報

さて、冷凍サイクルの内部熱交換器については、耐圧性及び熱交換効率の向上とともに、設置スペースの狭小化、製造コストの低減等が非常に重要な課題とされている。例えば、複数の偏平型のチューブを積層してなるチューブ体に高圧側及び低圧側の冷媒をそれぞれ流通する場合は、各チューブに対する冷媒の流通構造が問題となる。つまり、このような熱交換器は、各チューブの端部に冷媒の入口部又は出口部それぞれ設ける必要から、冷媒の流通構造がやや複雑にならざるを得ない。熱交換器の製造現場においては、こうした冷媒の流通構造を踏まえ、より生産性に優れた熱交換器の構成が望まれている。

例えば、特許文献４に開示された熱交換器の場合、各チューブの端部は、チューブの積層方向に曲げているが、曲げる角度がチューブ毎に異なるため、部品の共通化という点で生産性に劣る訳である。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、チューブ体に対する媒体の流通構造を合理的に構成してなる熱交換器を提供することである。

本願第１請求項に記載した発明は、第1流路及び第２流路を備えたチューブ体と、前記第１流路を流通する媒体の入口部及び出口部と、前記第２流路を流通する媒体の入口部及び出口部とを備え、前記第１流路を流通する媒体と前記第２流路を流通する媒体が前記チューブ体に伝わる熱にて熱交換をする熱交換器において、前記チューブ体は、前記第１流路が設けられた複数の扁平型の第１チューブと、前記第２流路が設けられた複数の扁平型の第２チューブとを積層してなり、前記複数の第1チューブ及び前記複数の第２チューブは、それらの長手方向及び扁平方向を揃えて交互に積層し、前記チューブ体の端部においては、前記複数の第１チューブの各端部と、前記複数の第２チューブの各端部とを、前記扁平方向に互いにずらして所定の前記入口部又は前記出口部にそれぞれ接続した構成の熱交換器である。

本願第２請求項に記載した発明は、請求項１において、前記所定の入口部又は出口部は、前記複数の第１チューブの各端部又は前記複数の第２チューブの各端部を挿入する複数のスリットを設けた第１ブロック部材と、前記複数のスリットを連通する連通部を設けた第２ブロック部材とを接合してなる構成の熱交換器である。

本願第３請求項に記載した発明は、請求項１又は２において、当該熱交換器は、冷媒を循環する圧縮式の冷凍サイクルに用いられ、前記冷媒の高圧側と低圧側とを熱交換する構成の熱交換器である。

本願第４請求項に記載した発明は、請求項３において、当該熱交換器は、前記冷凍サイクルの放熱器に支持するとともに、前記放熱器から当該熱交換器へ冷媒を流通する配管と前記第１流路の入口部とを一体化した構成の熱交換器である。

本発明によれば、チューブ体に対する媒体の流通構造を合理的に構成してなる熱交換器を得ることができる。

以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１に示す圧縮式の冷凍サイクル１は、自動車に搭載される車内空調用のものであり、冷媒を圧縮する圧縮機２と、圧縮機２で圧縮された冷媒を冷却する放熱器３と、放熱器３で冷却された冷媒を減圧して膨張する減圧器４と、減圧器４で減圧された冷媒を蒸発するエバポレータ５と、エバポレータ５から流出する冷媒を気層と液層に分離して気層の冷媒を圧縮機２へ送るアキュムレータ６とを備えている。冷媒としては、ＣＯ２を採用しており、放熱器３の内部の圧力は、気温等の使用条件により、冷媒の臨界点を超える。臨界点とは、気層と液層が共存する状態の高温側の限界、つまり高圧側の限界であり、蒸気圧曲線の一方での終点である。臨界点での圧力、温度、密度は、それぞれ臨界圧力、臨界温度、臨界密度となる。放熱器の内部において、圧力が冷媒の臨界点を上まわると、冷媒は凝縮されない。

また、本冷凍サイクル１について、放熱器３と減圧器４との間、及びアキュムレータ６と圧縮機２との間には、冷媒の高圧側と低圧側とを熱交換する熱交換器１００を設けている。かかる熱交換器１００は、高圧側の冷媒と低圧側の冷媒とを熱交換することにより、冷凍サイクル１の効率を向上するものである。図中の白矢印は高圧側の冷媒が流れる方向を示し、黒矢印は、低圧側の冷媒が流れる方向を示している。また、図中の１１は放熱器３から熱交換器１００へ冷媒を流通する配管を示し、１２は熱交換器１００から減圧器４へ冷媒を流通する配管を示し、１３はアキュムレータ６から熱交換器１００へ冷媒を流通する配管を示し、１４は熱交換器１００から圧縮機２へ冷媒を流通する配管を示している。

図２乃至８に示すように、本例の熱交換器１００は、高圧側の冷媒及び低圧側の冷媒を流通するチューブ体２００を備え、チューブ体２００に伝わる熱にて熱交換を行うものである。具体的には、第1流路２１１及び第２流路２２１を備えたチューブ体２００と、第１流路２１１を流通する媒体の入口部３１０及び出口部３２０と、第２流路２２１を流通する媒体の入口部３３０及び出口部３４０とを備え、第１流路２１１を流通する媒体（高圧側の冷媒）と第２流路２２１を流通する媒体（低圧側の冷媒）がチューブ体２００に伝わる熱にて熱交換をする構成となっている。

チューブ体２００は、第１流路２１１が設けられた複数の扁平型の第１チューブ２１０と、第２流路２２１が設けられた複数の扁平型の第２チューブ２２０とを積層してなるものである。第１チューブ２１０及び第２チューブ２２０は、複数の流路が列設された押出し部材からなるものである。第１流路２１１の断面積は、耐圧性の関係から、第２流路２２１の断面積よりも小さく設定されている。

複数の第1チューブ２１０及び複数の第２チューブ２２０は、それらの長手方向及び扁平方向を揃えて交互に積層している。また、チューブ体２００の端部においては、複数の第１チューブ２１０の各端部２１０ａと、複数の第２チューブ２２０の各端部２２０ａとを、前記扁平方向に互いにずらして所定の入口部３１０，３３０又は出口部３２０，３４０にそれぞれ接続している。第１チューブ２１０の両端部２１０ａ、及び第２チューブ２２０の両端部２２０ａには、押出し成形の後に所定の曲げ加工を施している。

各入口部３１０，３３０及び各出口部３２０，３４０は、第１ブロック部材３０１と、第２ブロック部材３２０とを接合して構成されている。尚、本例においては、第１流路２１１の入口部３１０を構成する第１ブロック部材３０１及び第２ブロック部材３０２と、第２流路２２１の出口部３４０を構成する第１ブロック部材３０１及び第２ブロック部材３０２とを一体化し、且つ、第１流路２１１の出口部３２０を構成する第１ブロック部材３０１及び第２ブロック部材３０２と、第２流路２２１の入口部３３０を構成する第１ブロック部材３０１及び第２ブロック部材３０２とを一体化している。このような構成によれば、部材点数を削減するとともに、組み付け作業の容易化を達成することができる。

各第１ブロック部材３０１は、複数の第１チューブ２１０の各端部２１０ａをそれぞれ挿入する複数の第１スリット３０１ａと、複数の第２チューブ２２０の各端部２２０ａをそれぞれ挿入する複数の第２スリット３０１ｂと設けてなる部材である。第２ブロック部材３０２は、複数の第１スリット３０１ａを連通する第１連通部３０２ａと、複数の第２スリット３０１ｂを連通する第２連通部３０２ｂとを設けてなる部材である。第１チューブ２１０の端部２１０ａは、第１スリット３０１ａの中間部位まで挿入されている。第２チューブ２２０の端部２２０ａもまた、第２スリット３０１ｂの中間部位まで挿入されている。各第１連通部３０２ａ及び各第２連通部３０２ｂには、各配管１１，１２，１３，１４がそれぞれ挿入接続される構成となっている。

放熱器３から熱交換器１００へ冷媒を流通する配管１１と、熱交換器１００から圧縮機２へ冷媒を流通する配管１４は、ブロック状のコネクタ部材２０にて束ねられており、これらの配管１１，１４は、コネクタ部材２０を第２ブロック部材３０２にねじ止めすることにより接続される。また同様に、熱交換器１００から減圧器４へ冷媒を流通する配管１２と、アキュムレータ６から熱交換器１００へ冷媒を流通する配管１３は、ブロック状のコネクタ部材２０にて束ねられており、これらの配管１２，１３は、コネクタ部材２０を第２ブロック部材３０２にねじ止めすることにより接続される。コネクタ部材２０及び第２ブロック部材には、ねじ止め用のボルト２１を挿通する雌ねじ部及び通孔がそれぞれ設けられている。

本例の熱交換器１００は、第１チューブ２１０、第２チューブ２２０、第１ブロック部材３０１、及び第２ブロック部材３０２を組み付けて、この組み付け体を炉中で加熱処理してろう付けし、製造される。ろう付けに際し、各部材の要所にはろう材及びフラックスが設けられる。

以上説明したように、本例の熱交換器１００は、チューブ体２００に対する冷媒の流通構造が簡素化されたものであり、製造の容易化、及び設置スペースの狭小化を達成したものである。特に、複数の第１チューブ２１０の各端部２１０ａと、複数の第２チューブ２２０の各端部２２０ａとを、第１チューブ２１０及び第２チューブ２２０の扁平方向に互いにずらして所定の入口部３１０，３３０又は出口部３２０，３４０にそれぞれ接続する構成によれば、形状が同じ複数の第１チューブ２１０、及び形状が同じ複数の第２チューブ２２０を用いることが可能となり、それらの成形が確実に容易化されるという利点がある。

尚、本例における各部の構成は、特許請求の範囲に記載した技術的範囲において適宜に設計変更が可能であり、前述したものに限定されないことは勿論である。

例えば、図８に示す第１ブロック部材３０１の第１スリット３０１ａ及び第２スリット３０１ｂは、それらの中間部位に段部３０１ｃが設けられており、第１チューブ２１０の端部２１０ａ及び第２チューブ２２０の端部２２０ａは、段部３０１ｃに突き当たることにより挿入量が規制される構成となっている。このような構成によると、第１流路２１１や第２流路２２１が第２ブロック部材３０２に当接して閉鎖される事態を確実に防止することが可能である。段部３０１ｃの加工が困難であれば、図９に示すように、第１ブロック部材３０１を複数の部材にて構成するようにしてもよい。更に、第１流路２１１や第２流路２２１の閉鎖を防止する方法としては、図１０に示すように、第１チューブ２１０の端部２１０ａや第２チューブ２２０の端部２２０ａを所定の角度にカットする方法も有効である。

また、図１１乃至図１５に示すように、各入口部３１０，３３０及び各出口部３２０，３４０の位置関係は、任意に設定することが可能である。第１チューブ２１０の端部２１０ａ及び第２チューブ２２０ａの端部２２０ａの曲げ加工についても、適宜に設定することが可能である。第１チューブ２１０の両端部２１０ａ及び第２チューブ２２０ａの両端部２２０ａにそれぞれ曲げ加工を施す場合（図２及び図１１参照）は、それぞれの加工量が少なくなるという利点がある。第１チューブ２１０の両端部２１０ａのみ（図１２参照）、第２チューブ２２０の両端部２２０ａのみ（図１３参照）、又は第１チューブの一方の端部と第２チューブの他方の端部のみ（図１４及び１５参照）に加工を施す場合は、加工数が少なくなるという利点がある。

尚、チューブ体２００の周囲には断熱材を装着してもよい。断熱材を装着することによれば、外部との断熱性が向上し、高圧側の冷媒と低圧側の冷媒との熱交換効率が一層向上する。

次に、本発明の第２実施例を図１６及び図１７に基づいて説明する。本例の熱交換器１００は、冷凍サイクル１の放熱器３に支持するとともに、放熱器３から熱交換器１００へ冷媒を流通する配管１１と第１流路２１１の入口部３１０とを一体化したものである。放熱器３には、熱交換器１００を保持するブラケット３０が設けられている。熱交換器１００及び放熱器３は、熱交換器１００を構成する部材、放熱器３を構成する部材、配管１１、及びブラケット３０を組み付けて、この組み付け体を炉中で加熱処理してろう付けし、製造される。配管１１は、放熱器３に接続されるとともに、第２ブロック部材３０２の第１連通部３０２ａに挿入接続されている。尚、その他の基本構成は、前述した実施例と同様である。このように、熱交換器１００と放熱器３とをユニット化することによれば、冷凍サイクル１の設置スペースをより有効に利用することが可能となる。熱交換器１００と放熱器３の間の配管１１も短いものとなる。

次に、本発明の第３実施例を図１８乃至図２０に基づいて説明する。本例の熱交換器１００は、各入口部３１０，３３０及び各出口部３２０，３４０をそれぞれ中空状のタンク体にて構成してなるものである。各配管１１，１２，１３，１４は、所定のタンク体に挿入し、ろう付けされている。各タンク体には第１スリット３０１ａ及び第２スリット３０１ｂがそれぞれ設けられている。このように、各入口部３１０，３３０及び各出口部３２０，３４０は、中空状のタンク体にて構成することも可能である。第１チューブ２１０の端部２１０ａ及び第２チューブ２２０の端部２２０ａの向きは、例えば図２０に示すように、任意に設定することも可能である。

本発明の熱交換器は、放熱器の内部の圧力が冷媒の臨界点を上まわる冷凍サイクルの内部熱交換器として、極めて好適に利用することが可能である。

本発明の実施例に係り、冷凍サイクルを示す説明図である。本発明の実施例に係り、熱交換器を示す正面図である。本発明の実施例に係り、図２のＸ−Ｘ断面図であり、チューブ体を示す断面図である。本発明の実施例に係り、配管を分離した状態の熱交換器を示す正面図である。本発明の実施例に係り、配管を分離した状態の熱交換器を示す正面断面図である。本発明の実施例に係り、熱交換器の要部を示す分解斜視図である。本発明の実施例に係り、入口部及び出口部を示す分解斜視図である。本発明の実施例に係り、熱交換器の要部を示す分解正面断面図である。本発明の実施例に係り、熱交換器の要部を示す分解正面断面図である。本発明の実施例に係り、熱交換器の要部を示す分解正面断面図である。本発明の実施例に係り、熱交換器を示す正面図である。本発明の実施例に係り、熱交換器を示す正面図である。本発明の実施例に係り、熱交換器を示す正面図である。本発明の実施例に係り、熱交換器を示す正面図である。本発明の実施例に係り、熱交換器を示す正面図である。本発明の実施例に係り、（ａ）は放熱器及び熱交換器を示す正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。本発明の実施例に係り、熱交換器の要部を示す分解斜視図である。本発明の実施例に係り、熱交換器を示す正面断面図である。本発明の実施例に係り、入口部及び出口部を示す斜視図である。本発明の実施例に係り、熱交換器を示す正面断面図である。

符号の説明

１冷凍サイクル
２圧縮機
３放熱器
４減圧器
５エバポレータ
６アキュムレータ
１１配管
１２配管
１３配管
１４配管
２０コネクタ部材
２１ボルト
３０ブラケット
１００熱交換器
２００チューブ体
２１０第１チューブ
２１０ａ端部
２１１第１流路
２２０第２チューブ
２２０ａ端部
２２１第２流路
３０１第１ブロック部材
３０１ａ第１スリット
３０１ｂ第２スリット
３０１ｃ段部
３０２第２ブロック部材
３０２ａ第１連通部
３０２ｂ第２連通部
３１０入口部
３２０出口部
３３０入口部
３４０出口部

Claims

第1流路及び第２流路を備えたチューブ体と、前記第１流路を流通する媒体の入口部及び出口部と、前記第２流路を流通する媒体の入口部及び出口部とを備え、前記第１流路を流通する媒体と前記第２流路を流通する媒体が前記チューブ体に伝わる熱にて熱交換をする熱交換器において、
前記チューブ体は、前記第１流路が設けられた複数の扁平型の第１チューブと、前記第２流路が設けられた複数の扁平型の第２チューブとを積層してなり、
前記複数の第1チューブ及び前記複数の第２チューブは、それらの長手方向及び扁平方向を揃えて交互に積層し、
前記チューブ体の端部においては、前記複数の第１チューブの各端部と、前記複数の第２チューブの各端部とを、前記扁平方向に互いにずらして所定の前記入口部又は前記出口部にそれぞれ接続したことを特徴とする熱交換器。
前記所定の入口部又は出口部は、前記複数の第１チューブの各端部又は前記複数の第２チューブの各端部を挿入する複数のスリットを設けた第１ブロック部材と、前記複数のスリットを連通する連通部を設けた第２ブロック部材とを接合してなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
当該熱交換器は、冷媒を循環する圧縮式の冷凍サイクルに用いられ、前記冷媒の高圧側と低圧側とを熱交換する内部熱交換器であることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
当該熱交換器は、前記冷凍サイクルの放熱器に支持するとともに、前記放熱器から当該熱交換器へ冷媒を流通する配管と前記第１流路の入口部とを一体化したことを特徴とする請求項３記載の熱交換器。