JP2008157506A

JP2008157506A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2008157506A
Application number: JP2006344853A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Idei; 一博出居
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】熱交換器のサイズを大きくすることなく熱交換性能を向上させることができる熱交換器を提供すること。
【解決手段】冷媒循環経路の途中に放熱部および吸熱部を備えた冷凍サイクル内に設けられ、内部に温度の異なる冷媒が移動する第１冷媒通路１１と第２冷媒通路２１とが並設され、両冷媒通路１１，２１を移動する冷媒間で熱交換可能に形成された熱交換器Ａであって、第１冷媒通路１１と第２冷媒通路２１との少なくとも一方に、冷媒の進行方向を曲げて冷媒通路長を延長させる螺旋板３０が設けられている熱交換器とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器に関し、特に、車両用空調装置などの冷凍サイクルの内部熱交換器として用いるのに好適な熱交換器に関する。

従来、車両用空調装置の冷凍サイクルの途中に、冷媒どうしで熱交換を行う内部熱交換器を設けて、冷房性能を向上させたものが知られている。
そして、このような内部熱交換器として、液溜まりの内部に螺旋状の管を挿入して、液溜まりを通過する冷媒と管内を通過する冷媒とで熱交換を行うものや、螺旋状の二重管を用いて、内管内を通過する冷媒と外管内を通過する冷媒とで熱交換を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−９７５０４号公報

しかしながら、上述のような従来技術では、内部熱交換器の性能を確保するためには熱交換を行う流路長を長く確保する必要があり、そのため、管を螺旋状に加工したり、二重管を螺旋状に加工したりしているが、この場合、加工が面倒であり、かつ、所望の熱交換性能が得られない場合には、全長を長くする必要があり、熱交換器自体の寸法が大きくなる。

本発明は、上述のような従来の問題に着目して成されたもので、熱交換器のサイズを大きくすることなく熱交換性能を向上させることができる熱交換器を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために請求項１に記載の発明は、冷媒循環経路の途中に放熱部および吸熱部を備えた冷凍サイクル内に設けられ、内部に温度の異なる冷媒が移動する第１冷媒通路と第２冷媒通路とが並設され、両冷媒通路を移動する冷媒間で熱交換可能に形成された熱交換器であって、前記第１冷媒通路と第２冷媒通路との少なくとも一方に、冷媒の進行方向を曲げて冷媒通路長を延長させる通路延長部材が設けられていることを特徴とする熱交換器とした。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器において、前記第１冷媒通路を形成する円筒状の内管と、この内管の外側に設けられ、この内管との間に前記第２冷媒通路を形成する外管と、を備え、前記通路延長部材が、帯状の板材を螺旋状に巻いて形成した螺旋板であり、この螺旋板が、その螺旋の巻き中心軸を前記内管の軸心と略一致させるとともに、その外周を前記内管内周に当接させて前記内管に充填されていることを特徴とする熱交換器とした。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の熱交換器において、前記内管の一端部に、前記第１冷媒通路と第２冷媒通路との連通用の連通孔が、前記内管の貫通して形成されていることを特徴とする熱交換器とした。

本発明の熱交換器では、熱交換器の冷媒が移動する第１冷媒通路と第２冷媒通路との少なくとも一方に通路延長部材を設けて冷媒通路長を延ばしている。
したがって、この冷媒通路長を延ばした分だけ、冷媒が熱交換器を通過するのに要する時間が長くなり、その分、もう一方の冷媒通路の冷媒との熱交換を行うことができ、熱交換効率が向上する。
しかも、この熱交換率の向上は、熱交換器の冷媒通路内に通路延長部材を設けることで得られるため、熱交換器自体の寸法を大きくすることが不要である。

さらに、請求項２に記載の発明では、通路延長部材として帯状の板材を螺旋状に巻いた螺旋板を用い、この螺旋板を、熱交換器を構成する内管に充填するだけであるので、製造が容易である。

また、請求項３に記載の発明では、熱交換器の使用時には、内管の連通孔が形成されている側の端部を下にして設置し、内管の第１冷媒通路は、下部に、コンプレッサおよび冷媒冷却手段を経た高温高圧の冷媒を導き、上部は、エバポレータに接続する。一方、外管の第２冷媒通路は、上部に、エバポレータからの低温低圧の冷媒を導き、下部は、コンプレッサに接続して使用する。
この使用時には、第１冷媒通路の高温の冷媒と、第２冷媒通路の低温の冷媒とで熱交換が行われる。その際、第１冷媒通路を流れる高温の冷媒には、コンプレッサの潤滑油が含まれており、この冷媒が、螺旋板に沿って内管の第１冷媒通路を下から上に移動する間に、液状の潤滑油が螺旋板に付着し、さらに、螺旋板を伝って内管の下部に溜まる。
この内管の下部は、連通孔により第２冷媒通路に接続されるため、内管の下部に溜まった潤滑油は、第１冷媒通路と第２冷媒通路との差圧により第２冷媒通路に移動し、第２冷媒通路を移動する低温低圧の冷媒と共にコンプレッサに移動して、再び、コンプレッサの潤滑に使用される。
したがって、請求項３に記載の発明では、内管の第１冷媒通路に充填した螺旋板を、冷媒に混入した潤滑油の回収に用いることができるとともに、内管に形成した連通孔を、回収した潤滑油をコンプレッサに戻す通路として使用することができる。
そして、冷媒中の潤滑油を回収することで、エバポレータの冷却性能を向上させることができ、また、回収した潤滑油をコンプレッサで再使用することで、潤滑油の使用量を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
この実施の形態の熱交換器は、冷媒循環経路（１）の途中に放熱部（３）および吸熱部（５）を備えた冷凍サイクル内に設けられ、内部に温度の異なる冷媒が移動する第１冷媒通路（１１）と第２冷媒通路（２１）とが並設され、両冷媒通路（１１，２１）を移動する冷媒間で熱交換可能に形成された熱交換器であって、前記第１冷媒通路（１１）と第２冷媒通路（２１）との少なくとも一方に、冷媒の進行方向を曲げて冷媒通路長を延長させる通路延長部材（３０）が設けられていることを特徴とする熱交換器である。

以下に、図１〜図３に基づいて、この発明の最良の実施の形態の実施例１の熱交換器Ａについて説明する。

この熱交換器Ａは、車両用空調装置ＡＣの冷凍サイクル内に設けられている。
すなわち、車両用空調装置ＡＣは、図２に示すように、冷媒を循環させる冷媒循環経路１に沿ってコンプレッサ２、ガスクーラ（放熱部）３、膨張弁４、エバポレータ（吸熱部）５、アキュームレータ６が設けられた周知のもので、熱交換器Ａは、ガスクーラ３に隣り合って車両上下方向（矢印ＵＤ方向）に延在されている。

ガスクーラ３は、コア部３ａの左右をヘッダタンク３ｂ，３ｃで支持した構造となっている。
コア部３ａは、詳細な図示は省略するが、ヘッダタンク３ｂ，３ｃ内の冷媒が導かれる流路を有した複数のチューブと、このチューブの熱を外気に伝達する波板状の複数のフィンと、を上下に積層して形成されている。

熱交換器Ａは、円筒状の内管１０と外管２０とが内外二重に略同軸に設けられた押出成形あるいは引抜成形により形成された二重管１００を備えており、内管１０の内部には、第１冷媒通路１１が形成され、外管２０と内管１０との間には、第２冷媒通路２１が形成されている。

内管１０の第１冷媒通路１１は、第１冷媒通路１１の下端部がガスクーラ３のヘッダタンク３ｃに接続され、その上端部が膨張弁４に接続されており、ガスクーラ３を経た高温高圧気相の冷媒が、図１および図３において矢印Ｒ１で示すように下から上へ移動する。
外管２０の第２冷媒通路２１は、図２に示すように、その上部がアキュームレータ６に接続され、その下部がコンプレッサ２に接続されており、アキュームレータ６を経た低温低圧液相の冷媒が、図１および図３の矢印Ｒ２で示すように上から下へ移動する。

さらに、内管１０には、図１に示すように、螺旋板（通路延長部材）３０が設けられている。この螺旋板３０は、詳細な図示は省略するが、帯状の板材を螺旋状に巻いて形成されたもので、螺旋の巻きの中心を内管１０の軸心に一致させ、かつ、巻きの外周を内管１０の内周面に当接させた状態で、内管１０の上端部と下端部を除く、ほぼ全長に亘って充填されている。

また、内管１０の下端部の螺旋板３０が充填されていない部分である、第１冷媒通路１１の下端部に、油溜まり部１２が設けられ、この油溜まり部１２の位置に、内管１０を貫通して連通孔１３が穿設されている。

上述の熱交換器Ａの第１冷媒通路１１および第２冷媒通路２１と、冷媒循環経路１との接続は、図３に示す二重管継手４０を介して成されている。なお、二重管継手４０は、熱交換器Ａの上下に設けられているが、その構造は、同じであるため、熱交換器Ａの下部に設けられたもののみ図示し、上部に設けられたものの説明は省略する。

二重管継手４０は、二重管１００の内管１０が差し込まれて第１冷媒通路１１に連通される内管差込孔４１と、外管２０が差し込まれる外管差込孔４２と、内管差込孔４１と外管差込孔４２との間に配置され、第２冷媒通路２１に連通される中間孔４３と、が同軸に形成されている。

さらに、中間孔４３と直交する向きにコンプレッサ接続孔４４が穿設され、このコンプレッサ接続孔４４に、コンプレッサ２に接続する接続管（図示省略）が装着されるプラグ４５が装着されている。
また、内管差込孔４１に、ガスクーラ３のヘッダタンク３ｃと接続する接続管（図示省略）が装着されるプラグ４６が装着されている。

内管１０の連通孔１３は、中間孔４３の位置においてコンプレッサ接続孔４４に開口を向けて配置され、第１冷媒通路１１と第２冷媒通路２１とを連通している。

次に、実施例１の作用を説明する。
熱交換器Ａにあっては、ガスクーラ３を経た高温高圧の冷媒が、矢印Ｒ１で示すように内管１０の内部の第１冷媒通路１１を下から上へ移動するとともに、アキュームレータ６を経た低温低圧の冷媒が、矢印Ｒ２で示すように、外管２０の内部の第２冷媒通路２１を上から下へ移動し、これら冷媒通路１１，２１を移動する冷媒間で熱交換が行われる。

このとき、内管１０の第１冷媒通路１１にあっては、冷媒が螺旋板３０に沿って螺旋状に旋回しながら移動する。このため、螺旋板３０が設けられていない場合と比較して、第１冷媒通路１１における冷媒の流路長が長くなり、冷媒が内管１０を移動するのに要する時間が長くなることで、外管２０を移動する冷媒との熱交換効率が高まる。

また、内管１０を移動する高温高圧の冷媒には、コンプレッサ２の潤滑油が含まれている。このように冷媒に潤滑油が含まれている場合、潤滑油が含まれないものと比較してエバポレータ５の冷却性能が低下する。
それに対して、本実施例１では、潤滑油を含む冷媒が内管１０の第１冷媒通路１１を下から上へ移動する際に、液状の潤滑油が螺旋板３０に付着する。よって、この付着分だけエバポレータ５へ移動する潤滑油を減少させることができ、その分、エバポレータ５の冷却性能を向上させることができる。

さらに、このように螺旋板３０に付着した潤滑油は、自重により螺旋板３０を伝って下方へ移動し、螺旋板３０の下端から、図３の矢印ＯＩＬ１で示すように、内管１０の油溜まり部１２に落下する。
そして、油溜まり部１２に落下した潤滑油は、高圧の第１冷媒通路１１と低圧の第２冷媒通路２１との圧力差により、図３の矢印ＯＩＬ２で示すように、連通孔１３から二重管継手４０の中間孔４３へ移動し、第２冷媒通路２１からコンプレッサ２へ向かう冷媒（矢印Ｒ２）と共に、コンプレッサ２へ移動してコンプレッサ２の潤滑を行う。なお、連通孔１３は、このように潤滑油を第２冷媒通路２１は移動させることができるが、冷房性能に悪影響を与えるほどは、第１冷媒通路１１内の冷媒が第２冷媒通路２１へ移動することのない径に形成されているものとする。

以上説明したように、実施例１の熱交換器Ａでは、螺旋板３０により冷媒が移動する実質的な流路長が延びた分だけ、熱交換効率が向上する。
しかも、この熱交換効率の向上を、内管１０に充填した螺旋板３０により達成しているため、内管１０および外管２０を延ばして流路長を延ばすものと比較して、熱交換器Ａをコンパクトにできる。

また、螺旋板３０は、内管１０に差し入れるだけであるので、内管１０を加工して流路長を長くするのと比較して、製造が容易である。

さらに、螺旋板３０を利用して、冷媒に含まれる潤滑油を付着させるとともに、この付着した潤滑油を、内管１０の底部の油溜まり部１２に集めることが可能となり、冷媒中の潤滑油を取り除いた分だけ、エバポレータ５の冷却性能を向上できる。
加えて、内管１０の下部に連通孔１３を設けたため、この油溜まり部１２に集めた潤滑油を、第２冷媒通路２１を移動する冷媒と共にコンプレッサ２へ移動させ、再び潤滑できるようにした。このため、単に冷媒中の潤滑油を集めるだけのものと比較して、潤滑油の使用量を抑えることができ、経済性に優れ、かつ、この潤滑油の回収を、単に、内管１０に穿設した連通孔１３で行うことができ、回収用のチューブなどを設けるのと比較して経済性に優れる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態および実施例１を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態および実施例１に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、実施例１では、車両用空調装置ＡＣに適用した例を示したが、車両用空調装置ＡＣ以外の車載の電気機器や潤滑油などの冷却装置や、車両以外の産業機器や建物などの冷却装置にも適用できる。

また、実施例１では、通路延長部材として、螺旋板３０を示したが、両冷媒通路１１，２１のいずれかの通路長を延長できるものであれば、螺旋板３０に限られず、例えば、図４に概略を示すように、支持板４０１，４０１の間に、遮蔽板４０２を互い違いに設けたものなどを用いてもよい。

また、実施例１では、通路延長部材としての螺旋板３０を第１冷媒通路１１のみに設けた例を示したが、第２冷媒通路２１にも設けてもよい。

また、実施例１では、下から上へ延びる第１冷媒通路１１の途中で、螺旋板３０の下方に内管差込孔４１を設けた例を示したが、これに限らず、内管１０の下端部に、潤滑油が溜まる構造としてもよい。具体的には、内管１０の下端を塞ぎ、内管差込口４１を、内管１０の下端の側方に形成し、冷媒を、連通孔１３よりも僅かに上方位置から供給する構造とし、内管１０の下端において内管差込口４１よりも下方に潤滑油を溜めるようにする。

本発明の最良の実施の形態の実施例１の熱交換器Ａの概略を示す説明図である。実施例１の熱交換器Ａを用いた車両用空調装置ＡＣを示す全体説明図である。実施例１の熱交換器Ａの下端部を模式的に示す構造説明図である。実施の形態の他の例の概略を示す説明図である。

符号の説明

１冷媒循環経路
２コンプレッサ
３ガスクーラ（放熱部）
４膨張弁
５エバポレータ（吸熱部）
６アキュームレータ
１０内管
１１第１冷媒通路
１２油溜まり部部
１３連通孔
２０外管
２１第２冷媒通路
３０螺旋板（通路延長部材）
Ａ熱交換器

Claims

冷媒循環経路の途中に放熱部および吸熱部を備えた冷凍サイクル内に設けられ、内部に温度の異なる冷媒が移動する第１冷媒通路と第２冷媒通路とが並設され、両冷媒通路を移動する冷媒間で熱交換可能に形成された熱交換器であって、
前記第１冷媒通路と第２冷媒通路との少なくとも一方に、冷媒の進行方向を曲げて冷媒通路長を延長させる通路延長部材が設けられていることを特徴とする熱交換器。
前記第１冷媒通路を形成する円筒状の内管と、この内管の外側に設けられ、この内管との間に前記第２冷媒通路を形成する外管と、を備え、
前記通路延長部材が、帯状の板材を螺旋状に巻いて形成した螺旋板であり、この螺旋板が、その螺旋の巻き中心軸を前記内管の軸心と略一致させるとともに、その外周を前記内管内周に当接させて前記内管に充填されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記内管の一端部に、前記第１冷媒通路と第２冷媒通路との連通用の連通孔が、前記内管を貫通して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。