JP2008121925A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を削減することができ、製造コストの低減化を図ることができるとともに、内管の振動を防止することができ、内管が振動することによる干渉音を防止することができる熱交換器を提供すること。
【解決手段】内管２２と、この内管２２の外周側を取り囲むように配置された外管２３とを備えた熱交換器２０であって、前記内管２２が、一枚の板状部材２１の一端部を曲げていくことにより作製され、前記外管２３が、前記一枚の板状部材２１の他端部を曲げていくことにより作製されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に関し、特に、外管の内部に内管を備えた熱交換器に関するものである。

外管の内部に内管を備えた熱交換器としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開２００６−２５８３７８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された熱交換器は、内管と外管とを別々に製作した後、外管の内部に内管を取り付けることにより製造される。そのため、部品点数が多くなり、製造コストの増加を招いてしまうといった問題点があった。
また、内管は、外管の両端部においてのみ支持されている、すなわち、内管の中間部は外管に支持されていない状態となっている。そのため、内管が振動して、干渉音が発生するおそれがあるといった問題点もあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、部品点数を削減することができ、製造コストの低減化を図ることができるとともに、内管の振動を防止することができ、内管が振動することによる干渉音を防止することができる熱交換器を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る熱交換器は、内管と、この内管の外周側を取り囲むように配置された外管とを備えた熱交換器であって、前記内管が、一枚の板状部材の一端部を曲げていくことにより作製され、前記外管が、前記一枚の板状部材の他端部を曲げていくことにより作製されたものである。

本発明に係る熱交換器によれば、内管と外管とが、例えば、１枚の平坦な金属板により形成されることとなるので、熱交換器を構成する部品点数が１つとなり、熱交換器を構成する部品点数を削減することができ、製造コストの低減化を図ることができる。
また、内管が、その長さ方向全体にわたって外管の内側に支持された形態となるので、内管の振動を防止することができて、内管が振動することによる干渉音を防止することができる。

本発明に係る熱交換器は、内管と、この内管の外周側を取り囲むように配置された外管とを備えた熱交換器であって、前記内管および前記外管が、一枚の板状部材の両端部を曲げていくことにより作製された一の部材と、もう一枚の板状部材の両端部を曲げていくことにより作製された他の部材とを組み合わせることにより作製されたものである。

本発明に係る熱交換器によれば、内管と外管とが、例えば、２枚の平坦な金属板により形成されることとなるので、熱交換器を構成する部品点数が２つとなり、熱交換器を構成する部品点数を削減することができ、製造コストの低減化を図ることができる。
また、内管が、その長さ方向全体にわたって外管の内側に支持された形態となるので、内管の振動を防止することができて、内管が振動することによる干渉音を防止することができる。

上記発明において、前記内管が、前記外管の略中央部に設けられているとさらに好適である。
このような熱交換器によれば、外管の内部空間における略中央部に内管が位置することとなるので、内管内を通過する流体と外管内を通過する流体との熱交換面積を増加させることができ、熱交換効率の向上化を図ることができる。

上記発明において、前記内管および前記外管の断面視形状がそれぞれ、円形状とされているとさらに好適である。
このような熱交換器によれば、内管および外管の断面視形状がそれぞれ耐圧性に優れた円形状とされているので、内管内の流路および外管内の流路に高圧の流体を流すことができる。

上記発明において、前記外管の流路内に、伝熱フィンが設けられているとさらに好適である。
このような熱交換器によれば、内管内を通過する流体と外管内を通過する流体との熱交換面積をさらに増加させることができ、熱交換効率の向上化をさらに図ることができる。

本発明に係る空気調和装置は、部品点数を削減することができ、製造コストの低減化を図ることができるとともに、内管の振動を防止することができ、内管が振動することによる干渉音を防止することができる熱交換器を具備している。
本発明に係る空気調和装置によれば、装置全体の部品点数を削減することができ、製造コストの低減化を図ることができるとともに、内管が振動することによる干渉音を防止することができ、装置全体の騒音を低減させることができる。

本発明によれば、部品点数を削減することができ、製造コストの低減化を図ることができるとともに、内管の振動を防止することができ、内管が振動することによる干渉音を防止することができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る熱交換器の第１実施形態を図１ないし図３に基づいて説明する。
図１は本実施形態に係る熱交換器を具備した空気調和装置の概略構成図、図２は本実施形態に係る熱交換器の製造工程を説明するための図であって、（ａ）は加工前の板の状態を示す図、（ｂ）は内管を作り上げた状態を示す図、（ｃ）は外管を作り上げた状態を示す図、図３は本実施形態に係る熱交換器の流体の流れを説明するための図である。

図１に示すように、空気調和装置（以下、「車両用空気調和装置」という。）１は、冷媒を圧縮する圧縮機３と、車室外熱交換器（室外熱交換器）５と、車室内熱交換器（室内熱交換器）７と、膨張弁（以下、「電子膨張弁」という。）９とを主たる要素として構成されたものである。

圧縮機３は、冷媒である二酸化炭素（ＣＯ_２）を圧縮するものであり、例えば、スクロール型コンプレッサが用いられる。圧縮機３の吐出側には、吐出ガス温度センサ４が設けられている。圧縮機３によって圧縮された冷媒は、油分離器１０を通り、第１三方弁１２へと導かれる。
車室外熱交換器５は、外気と熱交換し、冷房時には放熱器として、暖房時には蒸発器として動作するものである。

車室内熱交換器７は、HVAC（Heating, Ventilating and Air-Conditioning）ユニット１１内に設けられ、冷房時には蒸発器として、暖房時には放熱器として動作するものである。
また、車室内熱交換器７の近傍であって、暖房時には冷媒入口側となる冷媒配管、すなわち、第１三方弁１２と車室内熱交換器７とを連結する冷媒配管には、温度センサ２２が設けられている。

電子膨張弁９は、車室内熱交換器７の近傍の冷媒配管に設けられ、冷房時には車室内熱交換器７の上流側に位置した状態で高圧冷媒を絞り減圧させて低圧冷媒とするものであり、暖房時には車室内熱交換器７の下流側に位置した状態で全開とされる。

油分離器１０は、圧縮機３から吐出された臨界圧力以上の冷媒中から潤滑油を取り除くものである。潤滑油が取り除かれた冷媒は、冷媒配管を介して第１三方弁１２へと導かれるとともに、潤滑油は、油戻り管１３を介して圧縮機３の吸入側に接続された冷媒配管に戻されるようになっている。

第１三方弁１２は、冷媒の流れを切り換えるものであり、冷房時には車室外熱交換器５側に、暖房時には車室内熱交換器７側に切り換える。なお、図１では、冷房時の冷媒流れを点線で、暖房時の冷媒流れを実線で示している。

車室外熱交換器５と電子膨張弁９との間の冷媒配管には、本発明に係る熱交換器（以下、「内部熱交換器」という。）２０が設けられている。この内部熱交換器２０は、高圧側の冷媒と圧縮機３の吸入側の低圧冷媒とを熱交換させるものであり、冷房時に車室外熱交換器５を通過した高圧冷媒に過冷却を与えて車室内熱交換器７入口の冷媒の乾き度を下げるために用いられる。

車室内熱交換器７およびヒータコア１６が設けられたHVACユニット１１は、車室内に供給される空気（外気または車室内空気）の温度調節を行うものであり、上流側（図において左方）から、ブロア２４、車室内熱交換器７およびヒータコア１６が順次設けられている。ヒータコア１６の上流側には、エアミックスダンパ２６が設けられている。このエアミックスダンパ２６の開度を調節することにより、車室内熱交換器７を通過した冷風がヒータコア１６を流れる流量を調節する。

圧縮機３の吸入側で、内部熱交換器２０よりも上流側には、アキュムレータ２８が設けられている。アキュムレータ２８は、冷媒内に含まれる湿分を回収するものである。
アキュムレータ２８と車室内熱交換器７との間には、第２三方弁３０が設けられている。第２三方弁３０は、冷房時に、車室内熱交換器７と内部熱交換器２０とを、暖房時に、アキュムレータ２８と車室外熱交換器５とを連結する。
なお、図１中の符号１４は、車両を駆動するエンジン（車両用駆動装置）１４であり、図１中に破線矢印で示すように、エンジン冷却水がエンジン１４とヒータコア１６との間を循環するようになっている。

さて、本実施形態に係る内部熱交換器２０は、図２に示すような製造工程を経て作製される。
まず、図２（ａ）に示すような、平面視矩形形状を呈する、１枚の平坦な金属板（例えば、板厚１mm〜２mmの金属板）２１を用意する。
つぎに、図２（ｂ）に示すように、この金属板２１の一端部（図２において右側の端部）を、その断面視形状が円形状を呈するように、また、その一端（図２において右側の端）がその長さ方向全体にわたって金属板２１の表面（図２において上側の面）２１ａと当接（接触）するように曲げていく（湾曲させていく）。そして、当接した金属板２１の一端と金属板２１の表面２１ａとをクラッド材（図示せず）を用いてろう付けし、中空円筒状の内管２２を作製する。

つづいて、金属板２１の他端部（図２において左側の端部）を、その断面視形状が円形状を呈するように、また、その他端（図２において左側の端）がその長さ方向全体にわたって金属板２１の裏面（図２において下側の面）で、かつ、内管２２の外周面を形成する面２１ｂと当接（接触）するように曲げていく（湾曲させていく）。そして、当接した金属板２１の他端と内管２２の外周面を形成する面２１ｂとをクラッド材（図示せず）を用いてろう付けし、その内部に内管２２を有する中空円筒状の外管２３を作製する。
なお、内管２２の内部空間は、第１の流体（本実施形態では高圧の二酸化炭素）が通過する第１の流路２２ａとなり、外管２３の内部空間（すなわち、金属板２１の表面で、かつ、外管２３の内周面を形成する面２１ａと、金属板２１の裏面で、かつ、内管２２の外周面を形成する面２１ｂとの間に形成された空間）は、第２の流体（本実施形態では低圧の二酸化炭素）が通過する第２の流路２３ａとなる。

金属板２１の他端と内管２２の外周面を形成する面２１ｂとのろう付けが完了したら、図３に示すように、内部熱交換器２０の両端面をそれぞれ、予め用意しておいた側板２４で塞ぎ、内部熱交換器２０の端面と側板２４の周縁部とをクラッド材（図示せず）を用いてろう付けする。各側板２４には、内管２２の内径と略同じ直径を有し、かつ、板厚方向に貫通する貫通穴（図示せず）が設けられており、各側板２４は、この貫通穴が内管２２の第１の流路２２ａと連通するようにろう付けされる。

つぎに、内部熱交換器２０の各端部に、外管２３の壁面を形成する金属板２１を、その板厚方向に貫通するとともに、外管２３の内部空間と連通する貫通穴（図示せず）をそれぞれ穿設して内部熱交換器２０の製造工程を終了する。各貫通穴は、後述する第２の配管２６の外径と略同じ直径を有するようにあけられる。

そして、このようにして作製された内部熱交換器２０は、以下のようにして図１に示すような車両用空気調和装置１の一構成要素として組み入れられるとともに、図１に示すような冷凍サイクルを構成する。
まず、予め用意しておいた、側板２４に穿設された貫通穴の直径と略同じ内径を有する第１の配管２５を、内管２２の内部空間と連通するように配置し、第１の配管２５の周縁部と側板２４の外表面とをクラッド材（図示せず）を用いてろう付けする。

つぎに、予め用意しておいた、外管２３に穿設された貫通穴の直径と略同じ外径を有する第２の配管２６を、内管２３の内部空間と連通するように配置し、第２の配管２６の周縁部と外管２３の外表面とをクラッド材（図示せず）を用いてろう付けして、内部熱交換器２０の設置を完了する。
なお、図３中の破線矢印は、第１の配管２５および内管２２の内部空間を通過する流体の流れ方向を示しており、図３中の実線矢印は、第２の配管２６および外管２３の内部空間を通過する流体の流れ方向を示している。このように、本実施形態では内管２２の内部空間を通過する流体と、外管２３の内部空間を通過する流体とが対向流となるように、第１の配管２５および第２の配管２６が接続されている。

本実施形態に係る内部熱交換器２０によれば、第１の流路２２ａと第２の流路２３ａとが、１枚の平坦な金属板２１により形成されることとなるので、内部熱交換器２０を構成する部品点数が１つとなり、内部熱交換器２０を構成する部品点数の大幅な削減を図ることができて、製造コストの低減化を図ることができる。
また、内管２２および外管２３の断面視形状がそれぞれ耐圧性に優れた円形状とされているので、第１の流路２２ａおよび第２の流路２３ａ内に高圧の流体を流すことができる。
さらに、金属板２１の一端と金属板２１の表面２１ａとが、その長さ方向全体にわたってろう付けされているとともに、金属板２１の他端と内管２２の外周面を形成する面２１ｂが、その長さ方向全体にわたってろう付けされている（すなわち、内管２２が外管２３に対して堅固に固定されている）ので、内管２２の振動を防止することができ、内管２２が振動することによる干渉音を防止することができる。

本発明に係る内部熱交換器の第２実施形態を図４および図５に基づいて説明する。
図４は本実施形態に係る内部熱交換器の要部断面斜視図、図５は本実施形態に係る内部熱交換器の流体の流れを説明するための図である。

本実施形態に係る内部熱交換器３０は、内管２２が、外管２３の内部空間における略中央部に位置するように作製されているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。
なお、その他の構成要素については、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略し、上述した第１実施形態と同一の部材には、同一の符号を付している。

本実施形態では、金属板２１の他端部（図２において左側の端部）を、その断面視形状が円形状を呈するように、また、その他端（図２において左側の端）がその長さ方向全体にわたって金属板２１の裏面（図２において下側の面）で、かつ、内管２２の外周面を形成していない面２１ｃと当接（接触）するとともに、内管２２が、外管２３の内部空間における略中央部に位置するように曲げていく（湾曲させていく）。そして、当接した金属板２１の他端と内管２２の外周面を形成していない面２１ｃとをクラッド材（図示せず）を用いてろう付けし、その内部に内管２２を有する中空円筒状の外管２３を作製することとなる。

本実施形態に係る内部熱交換器３０によれば、外管２３の内部空間における略中央部に内管２２が位置することとなるので、第１の流路２２ａと第２の流路２３ａとの熱交換面積を第１実施形態のものよりも増加させることができ、熱交換効率の向上化を図ることができる。
また、第１の流路２２ａと第２の流路２３ａとが、１枚の平坦な金属板２１により形成されることとなるので、内部熱交換器３０を構成する部品点数が１つとなり、内部熱交換器３０を構成する部品点数の大幅な削減を図ることができて、製造コストの低減化を図ることができる。
さらに、内管２２および外管２３の断面視形状がそれぞれ耐圧性に優れた円形状とされているので、第１の流路２２ａおよび第２の流路２３ａ内に高圧の流体を流すことができる。
さらにまた、金属板２１の一端と金属板２１の表面２１ａとが、その長さ方向全体にわたってろう付けされているとともに、金属板２１の他端と内管２２の外周面を形成する面２１ｂが、その長さ方向全体にわたってろう付けされている（すなわち、内管２２が外管２３に対して堅固に固定されている）ので、内管２２の振動を防止することができ、内管２２が振動することによる干渉音を防止することができる。

本発明に係る内部熱交換器の第３実施形態を図６に基づいて説明する。
図６は本実施形態に係る内部熱交換器を示すであって、（ａ）は本実施形態に係る内部熱交換器を構成する部材の正面図、（ｂ）は（ａ）に示す部材を２つ組み合わせた状態を示す正面図である。

本実施形態に係る内部熱交換器４０は、折り曲げ（または曲げ）加工により矩形面（または湾曲面）を有する同形の金属板４１同士が互いに接合され、作製されているという点で上述した実施形態のものと異なる。

さて、本実施形態に係る内部熱交換器４０は、以下のような製造工程を経て作製される。
まず、平面視矩形形状を呈する、１枚の平坦な金属板（例えば、板厚１mm〜２mmの金属板）４１を用意する。
つぎに、図６（ａ）に示すように、この金属板４１の一端部（図６（ａ）において上側の端部）を、その断面視形状が概略Ｃ形状を呈するように折り曲げるとともに、金属板４１の他端部（図６（ａ）において左側の端部）を、その断面視形状が概略Ｌ形状を呈するように折り曲げる。

そして、図６（ａ）に示すように折り曲げた金属板４１をもう１つ用意し、図６（ｂ）に示すように組み合わせた後、一の金属板４１と他の（もう１つの）金属板４１とが当接（接触）する周縁部を、クラッド材（図示せず）を用いてろう付けし、内部熱交換器４０を作製する。このようにして作製された内部熱交換器４０の内部には、内管４２、第１の外管４３、および第２の外管４４が形成されることとなる。内管４２は、内部熱交換器４０の略中央部に位置し、第１の外管４３および第２の外管４４は、内管４２を取り囲むように位置している。
なお、内管４２の内部空間は、第１の流体（本実施形態では高圧の二酸化炭素）が通過する第１の流路４２ａとなり、第１の外管４３の内部空間は、第２の流体（本実施形態では低圧の二酸化炭素）が通過する第２の流路４３ａとなり、第２の外管４４の内部空間は、第３の流体（例えば、クーラント（冷却剤））が通過する第３の流路４４ａとなる。

一の金属板４１と他の（もう１つの）金属板４１とのろう付けが完了したら、内部熱交換器４０の両端面をそれぞれ、予め用意しておいた側板（図示せず）で塞ぎ、内部熱交換器４０の端面と側板の周縁部とをクラッド材（図示せず）を用いてろう付けする。各側板には、内管４２と略同じ断面視形状を有し、かつ、板厚方向に貫通する貫通穴（図示せず）が設けられており、各側板は、この貫通穴が内管４２の第１の流路４２ａと連通するようにろう付けされる。

つぎに、内部熱交換器４０の各端部に、第１の外管４３の壁面を形成する金属板４１を、その板厚方向に貫通するとともに、第１の外管４３の内部空間と連通する貫通穴（図示せず）をそれぞれ穿設し、第２の外管４４の壁面を形成する金属板４１を、その板厚方向に貫通するとともに、第２の外管４４の内部空間と連通する貫通穴（図示せず）をそれぞれ穿設して内部熱交換器４０の製造工程を終了する。これら貫通穴は、上述した第２の配管２６の外径と略同じ直径を有するようにあけられる。

本実施形態に係る内部熱交換器４０によれば、第１の流路４２ａと第２の流路４３ａと第３の流路４４ａとが、２枚の平坦な金属板４１により形成されることとなるので、内部熱交換器４０を構成する部品点数が２つとなり、内部熱交換器４０を構成する部品点数の大幅な削減を図ることができて、製造コストの低減化を図ることができる。
また、一の金属板４１の一端と他の金属板４１の一端とが、その長さ方向全体にわたってろう付けされることにより内管４２が形成されている（すなわち、内管４２が第１の外管４３および第２の外管４４に対して堅固に固定されている）ので、内管４２の振動を防止することができ、内管４２が振動することによる干渉音を防止することができる。
さらに、第３の流路４４ａ内にクーラントを流すことができるので、暖房起動時は内管４２の第１の流路４２ａ内を流れる第１の流体から吸熱することができ、冷房時は第１の外管４３の第２の流路４３ａ内を流れる第２の流体へ放熱することができる。

なお、上述した実施形態において、第２の流路２３ａ，４３ａまたは第３の流路４４ａ内に、図７に示すような伝熱フィン５０、すなわち、これら流路に沿って延びる複数枚の伝熱フィン（または１枚の板をプリーツ状に折り曲げた伝熱フィン）５０を設けるようにすると好適である。
これにより、第１の流路２２ａ，４２ａと第２の流路２３ａ，４３ａとの熱交換面積、または第１の流路２２ａ，４２ａと第２の流路２３ａ，４３ａおよび第３の流路４４ａとの熱交換面積をさらに増加させることができ、熱交換効率の向上化をさらに図ることができる。

また、第１の流路２２ａ，４２ａと第２の流路２３ａ，４３ａとの熱交換面積、または第１の流路２２ａ，４２ａと第２の流路２３ａ，４３ａおよび第３の流路４４ａとの熱交換面積をさらに増加させるために、第２の流路２３ａ，４３ａまたは第３の流路４４ａを形成する金属板や流路内に配置する伝熱フィンの表面に複数の凹凸を設けるようにしたり、金属板や伝熱フィン全体が波打つように加工されているとさらに好適である。
これにより、第１の流路２２ａ，４２ａと第２の流路２３ａ，４３ａとの熱交換面積、または第１の流路２２ａ，４２ａと第２の流路２３ａ，４３ａおよび第３の流路４４ａとの熱交換面積をより一層増加させることができ、熱交換効率の向上化をより一層図ることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更実施することができる。
例えば、第１実施形態における内部熱交換器２０の断面視形状を、図８（ａ）、図８（ｃ）、図８（ｅ）、図８（ｇ）、および図８（ｉ）に示すような形状とすることができ、第２実施形態における内部熱交換器３０の断面視形状を、図８（ｂ）、図８（ｄ）、図８（ｆ）、図８（ｈ）、および図８（ｊ）に示すような形状とすることもできる。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器を具備した空気調和装置の概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る熱交換器の製造工程を説明するための図であって、（ａ）は加工前の板の状態を示す図、（ｂ）は内管を作り上げた状態を示す図、（ｃ）は外管を作り上げた状態を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る熱交換器の流体の流れを説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器の要部断面斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器の流体の流れを説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器を示すであって、（ａ）は本実施形態に係る熱交換器を構成する部材の正面図、（ｂ）は（ａ）に示す部材を２つ組み合わせた状態を示す正面図である。 本発明の他の実施形態に係る熱交換器の縦断面図である。 本発明のその他の実施形態に係る熱交換器の縦断面図である。

符号の説明

１ 空気調和装置
２０ 内部熱交換器（熱交換器）
２１ 金属板（板状部材）
２２ 内管
２３ 外管
３０ 内部熱交換器（熱交換器）
４０ 内部熱交換器（熱交換器）
４１ 金属板（板状部材）
４２ 内管
４３ 第１の外管
４４ 第２の外管
５０ 伝熱フィン

Claims (6)

1. 内管と、この内管の外周側を取り囲むように配置された外管とを備えた熱交換器であって、
   前記内管が、一枚の板状部材の一端部を曲げていくことにより作製され、前記外管が、前記一枚の板状部材の他端部を曲げていくことにより作製されたものであることを特徴とする熱交換器。
2. 内管と、この内管の外周側を取り囲むように配置された外管とを備えた熱交換器であって、
   前記内管および前記外管が、一枚の板状部材の両端部を曲げていくことにより作製された一の部材と、もう一枚の板状部材の両端部を曲げていくことにより作製された他の部材とを組み合わせることにより作製されたものであることを特徴とする熱交換器。
3. 前記内管が、前記外管の略中央部に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記内管および前記外管の断面視形状がそれぞれ、円形状とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 前記外管の流路内に、伝熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器を具備してなることを特徴とする空気調和装置。

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