JP2011133188A - 内部熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクルにおける内部熱交換器の熱交換効率を向上すると共に、単純な構造のため容易に製造可能であって、設置スペースに応じた形状の自由度が高い内部熱交換器を提供すること。
【解決手段】冷凍サイクルにおける内部熱交換器１０において、蒸発器１の流出側と圧縮機２の流入側に連通する第一流路１２を有する管体１１と、管体の区画された流入側と流出側を連通する屈曲した扁平チューブ１４と、を具備する第一流路ユニット１６と、第一流路ユニットに外接した有底状のケース１７に、凝縮器３の流出側に連通する流入口１８ａと、膨張弁４の流入側に連通する流出口１８ｂと、流入口と流出口を連通する第二流路１８ｃを有する第二流路ユニット１９と、を具備する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、冷媒を蒸発、圧縮、凝縮、膨張の４行程で循環する冷凍サイクルにおける内部熱交換器に関するものである。

一般に、冷媒を蒸発、圧縮、凝縮、膨張の４行程で循環する冷凍サイクルにおいては、熱交換効率の向上が求められている。

従来、熱交換効率を向上させる手法として、冷凍サイクル内に内部熱交換器を配置する構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。冷凍サイクルに適用される内部熱交換器は、膨張弁に流入する高圧側冷媒と圧縮機に吸引される低圧側冷媒とを熱交換することにより、膨張弁に流入する冷媒の温度及びエンタルピーを低減し、圧縮機に流入する冷媒の温度及びエンタルピーを上昇させることにより、冷凍サイクルの熱交換効率の向上を実現している。

また、上記内部熱交換器の構造として、円筒状のケーシング内に円筒状のアキュムレータを配置し、ケーシングとアキュムレータの間の間隔内に螺旋型フィンチューブを配置するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。この内部熱交換器では、膨張弁に流入する高圧の液体冷媒は、螺旋型フィンチューブ内を下から上に向かって流れ、圧縮機に吸引される低圧の冷媒蒸気は、ケーシングとアキュムレータの間の間隔内に配置された螺旋型フィンチューブのフィンの間を上から下に流れるようになっており、両冷媒間で熱交換がされるようになっている。

特開２００８−２９８３０７号公報（段落０００３、図１） 特開２００７−２７８６８８号公報（特許請求の範囲、図１）

しかしながら、特許文献２に記載の構造においては、ケーシングに対応する外側容器とアキュムレータに対応する内側容器の間の間隔内に正確にフィットするように、フィンチューブを螺旋型に曲げて形成する必要がある。フィンチューブが上記間隔内に正確にフィットする螺旋が形成されていないと、円筒状のアキュムレータを螺旋の内側に挿入することができず、もしくは、螺旋の外側に円筒状のケーシングを挿入することができないため、歩留まりの低下が懸念される。このように、フィンチューブを螺旋型に曲げる加工にはかなりの手間と正確性を要する。

また、特許文献２に記載の構造は、内部熱交換器において熱交換効率を高めるためには伝熱面を広く設定する必要があるため、ある程度の長さのフィンチューブを効率よくケーシング内に収納しなければならない。しかし、フィンチューブの加工性を考慮すると螺旋型以外の形状で収納するのは手間がかかると共に再現性が難しく、また、形状によってはチューブの一部に負荷がかかる虞がある。すなわち、特許文献２に記載の構造においては、フィンチューブを螺旋型にせざるを得ず、このため、内部熱交換器の形状を円筒状にせざるを得ない。

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、冷凍サイクルにおける内部熱交換器の熱交換効率を向上すると共に、単純な構造のため容易に製造可能であって、設置スペースに応じた形状の自由度が高い内部熱交換器を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、この発明の内部熱交換器は、冷媒が蒸発、圧縮、凝縮、膨張の４行程で循環する冷凍サイクルにおける内部熱交換器であって、 蒸発器の流出側と圧縮機の流入側に連通する第一流路を有する管体と、上記管体の区画された流入側と流出側を連通する屈曲した扁平チューブと、を具備する第一流路ユニットと、 上記第一流路ユニットに外接したケースに、凝縮器の流出側に連通する流入口と、膨張弁の流入側に連通する流出口と、上記流入口と流出口を連通する第二流路を有する第二流路ユニットと、を具備することを特徴とする（請求項１）。この場合、上記管体を仕切部材によって、流入側と流出側に区画し、上記扁平チューブが、上記管体の流入側と流出側を連通するコ字状に屈曲し、かつ、該コ字状扁平チューブを複数配設することができる（請求項２）。もしくは、上記管体は、蒸発器の流出側に連通する流入側管体と、圧縮機の流入側に連通する流出側管体とからなり、上記扁平チューブは、両端部がそれぞれ、上記流入側管体と流出側管体に連通し、中間部に蛇行状屈曲部を有する構造にすることができる（請求項３）。また、少なくとも隣接する上記扁平チューブ間にフィンを介在する方が好ましい（請求項４）。また、上記第一流路ユニットと第二流路ユニットはろう付けしてなる方が好ましい（請求項５）。

このように構成することにより、蒸発器の流出側と圧縮機の流入側に連通する第一流路を有する管体と、上記管体の区画された流入側と流出側を連通する屈曲した扁平チューブに圧縮機に吸引される低圧側冷媒が流れ、第一流路ユニットに外接した有底状のケースに、凝縮器の流出側に連通する流入口と、膨張弁の流入側に連通する流出口と、上記流入口と流出口を連通する第二流路を膨張弁に流入する高圧側冷媒が流れる。

また、この発明において、上記ケースに設けられる流出口は、設置時における上記ケースの上層に該当する位置以外に設けられている方が好ましい（請求項６）。

このように構成することにより、第一流路ユニットに外接した有底状のケースに流入口を設け、高圧側冷媒を流入口から供給し、容量の大きいケース内で高圧側冷媒の流れを緩流することにより、密度の低い気体冷媒がケース上層に集まるため、気液分離がなされる。そして、膨張弁の流入側に連通する流出口は、設置時における液体冷媒液面より下側に設けることにより、液体冷媒のみを膨張弁に流すことできる。

（１）請求項１〜３，５記載の発明によれば、蒸発器の流出側と圧縮機の流入側に連通する第一流路を有する管体と、上記管体の区画された流入側と流出側を連通する屈曲した扁平チューブに圧縮機に吸引される低圧側冷媒が流れ、第一流路ユニットに外接した有底状のケースに、凝縮器の流出側に連通する流入口と、膨張弁の流入側に連通する流出口と、上記流入口と流出口を連通する第二流路を膨張弁に流入する高圧側冷媒が流れ、扁平チューブにより広い熱交換面が提供されるため、膨張弁に流入する高圧側冷媒と圧縮機に吸引される低圧側冷媒が効率的な熱交換を行うことができ、冷凍サイクル全体の効率の向上が図れる。この場合、扁平チューブと隣接する扁平チューブ間にフィンを介在することにより、更に熱交換面を広くすることができるので、更に熱交換効率の向上が図れる（請求項４）。

（２）請求項６に記載の発明によれば、上記（１）に加えて、密度の低い気体冷媒がケース上層に集まるため気液分離がなされ、液体冷媒のみが膨張弁に流れ気体冷媒が流れることはないため、膨張弁の破損を防止することができる。すなわち、内部熱交換器は第二流路を流れる冷媒を液体冷媒と気体冷媒に分離し、膨張弁に向けて液体冷媒のみを送出するアキュムレータの機能を有することができる。このため、冷凍サイクル装置にアキュムレータを別途設ける必要がなく、冷凍サイクル装置を簡素化することができる。

この発明に係る内部熱交換器の第１実施形態の配置状態を示す配管構成図である。 第１実施形態の内部熱交換器の一部を断面で示す正面図である。 図２の要部拡大断面図である。 上記内部熱交換器の一部を断面で示す平面図である。 上記内部熱交換器の一部を断面で示す側面図である。 第１実施形態の内部熱交換器を横に配置した状態を示す正面図である。 この発明に係る内部熱交換器の第２実施形態の配置状態を示す配管構成図である。 第２実施形態の内部熱交換器の正面断面図である。 第２実施形態の内部熱交換器の一部を断面で示す平面図である。 第２実施形態の内部熱交換器の一部を断面で示す側面図である。 この発明に係る内部熱交換器の第３実施形態を示す平面図である。 この発明に係る内部熱交換器の第４実施形態を示す平面図である。 この発明に係る内部熱交換器の第５実施形態を示す平面図である。 この発明に係る内部熱交換器の第６実施形態を示す平面図である。

以下に、この発明に係る内部熱交換器の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、この発明に係る内部熱交換器を冷凍サイクル装置に適用した場合について説明する。

＜第１実施形態＞
冷凍サイクル装置は、低温側の熱を高温側に移動させて冷熱および温熱を空調に利用するもので、図１に示すように、蒸発器１、圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４が配管５によって冷媒６を循環可能に接続される一般的な冷凍サイクルに、この発明に係る内部熱交換器１０への冷媒６の循環が付加されるものである。なお、図１〜図５における矢印の方向が冷媒６の流れの方向を示している。

冷凍サイクル装置は、以下のように動作する。すなわち、蒸発器１から帰還された冷媒６は、内部熱交換器１０を介して圧縮機２に吸引されて高圧圧縮される。次いで、圧縮機２から吐出された冷媒６は、凝縮器３に送られる。凝縮器３に送られた冷媒６は、放熱されて液化して、内部熱交換器１０を介して膨張弁４に至る。次いで、蒸発温度および流量を電子制御可能な膨張弁４において、冷媒６は減圧される。その後、冷媒６は蒸発器１に至る。最後に、蒸発器１に供給された液体冷媒は、吸熱して気体冷媒となる。冷媒６の吸熱によって蒸発器１を設けた空間が独立して冷却されることになる。そして、冷媒６は、蒸発器１から内部熱交換器１０を介して圧縮機２に吸引されて帰還して循環運転が繰り返される。

上記のように、凝縮器３と膨張弁４との間、蒸発器１と圧縮機２との間にこの発明に係る内部熱交換器１０が接続されている。内部熱交換器１０は上記冷凍サイクルの膨張弁４に流入する高圧側冷媒と圧縮機２に吸引される低圧側冷媒とを熱交換を行うためのものである。ここで、高圧側冷媒とは、凝縮器３の流出側（流出側）から膨張弁４の流入側（流入側）を流れる冷媒６であり、また、低圧側冷媒とは、蒸発器１の流出側から圧縮機２の流入側を流れる冷媒６である。

上記内部熱交換器１０は、図２に示すように、第一流路１２を有する第一流路ユニット１６と、第二流路１８ｃを有する第二流路ユニット１９を具備している。第一流路ユニット１６は、例えばアルミニウム製パイプであって、パイプの中央に設けられた仕切部材１３によって流入側１３ａと流出側１３ｂに区画されている管体１１と、管体１１の区画された流入側１３ａと流出側１３ｂを連通し、アルミニウム製中空押出形材からなる複数例えば３本のコ字状扁平チューブ１４と、３本の扁平チューブ１４を挟むように配置されるアルミニウム製の扁平状のサイドプレート３５と、隣接する扁平チューブ１４間及び扁平チューブ１４とサイドプレート３５の間に介在されるアルミニウム製のコルゲートフィン１５と、をろう付けしてなる。この場合、第一流路１２は、管体１１と、管体１１の流入側１３ａと流出側１３ｂとを連通するコ字状扁平チューブ１４とで形成されている。

第二流路ユニット１９は、アルミニウム製であって扁平チューブ１４及びサイドプレート３５を内包可能な矩形状の有底状のケース１７と、ケース１７を封止する蓋体３２と、をろう付けしてなる。この場合、ケース１７の上部側には流入口１８ａ、下部側には流出口１８ｂが形成されており、流入口１８ａと流出口１８ｂを連通する第二流路１８ｃが形成されている。

管体１１は、図２，図４に示すように、流入側１３ａと蒸発器１の流出側から配設された配管５を接続するための継手１１ｂが接合され、流出側１３ｂに圧縮機２の流入側に連通する配管５を接続するための継手１１ｃが接合されている。

上記の区画された流入側１３ａと流出側１３ｂには、扁平チューブ１４をろう付けにより接合するためのスリット１１ｄが形成されている。形成されるスリット１１ｄの数は、接続する扁平チューブ１４の本数により決められるが、本実施形態においては、３本の扁平チューブ１４及び１本のサイドプレート３５を接続するため、流入側１３ａと流出側１３ｂにそれぞれ４個のスリット１１ｄが形成されている。

コルゲートフィン１５は、図２，図３に示すように、アルミニウム製の板材をプレス加工によって屈曲することにより連続波形状に形成されている。コルゲートフィン１５は、隣接する扁平チューブ１４間にろう付け接合されているが、本実施形態においては、最も外側に配設された扁平チューブ１４ｃの外方側にもコルゲートフィン１５がろう付接合されており、これらの両コルゲートフィン１５を保護すると共に、ケース１７内での位置決めを容易とするために、両コルゲートフィン１５の更に外方側にはサイドプレート３５がろう付接合されている。

扁平チューブ１４は、図４に示すように、その断面は扁平状であって、扁平状の長辺側同士を繋ぐ複数の隔壁によって複数の流路３１が区画されている。扁平チューブ１４を使用することにより、広い熱交換面が提供することができる。

扁平チューブ１４には、３本の長さの異なる扁平チューブ１４ａ，１４ｂ，１４ｃが用いられている。図２に示すように、コ字状に屈曲する扁平チューブ１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の長手方向の長さ、介在されるコルゲートフィン１５の幅、及び扁平チューブ１４の厚さを適宜設定することにより、内部熱交換器１０の設置スペースに応じてケース１７の形状を設計することが可能であり、設置や性能の自由度を高めることができる。 ケース１７は、図２，図４，図５に示すように、扁平チューブ１４及びサイドプレート３５を内包可能な矩形状の有底状のアルミニウム製の半容器体にて形成されている。図４に示すように、冷媒の分流が阻害されない程度に、ケース１７の幅を決定する。なお、図２，図３に示すように、ケース１７は蓋体３２により封止されるが、蓋体３２には扁平チューブ１４及びサイドプレート３５を嵌挿するためのスリット（図示せず）を設けてある。

図４，図５に示すように、ケース１７の表面の上部には凝縮器３の流出側に連通する流入口１８ａを設け、その裏面の下部には膨張弁４の流入側に連通する流出口１８ｂが設けてある。ケース１７の表面に流入口１８ａを設け、裏面に流出口１８ｂを設けることにより、冷媒６は扁平チューブ１４及びコルゲートフィン１５の間を横切って通過することができる。また、ケース１７の上部に流入口１８ａを設け、下部に流出口１８ｂを設けることにより、冷媒６はケース１７の上部から下部までを距離を移動することができる。このため、高圧側冷媒は熱交換面を提供する扁平チューブ１４及びコルゲートフィン１５に効率的に熱を受け渡すことができる。

図５に示すように、流入口１８ａには、凝縮器３の流出側から配設された配管５を接続するための継手３６が接合され、流出口１８ｂには膨張弁４の流入側に連通する配管５を接続するための継手３７が接合されている。

上記のように構成される内部熱交換器１０を作製するには、管体１１の中央に設けられたスリット１１ｆに仕切部材１３を挿入し、両端部に継手１１ｂ，１１ｃを組み込む。また、コルゲートフィン１５と扁平チューブ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及びサイドプレート３５を組み付けて治具（図示せず）にて固定して、蓋体３２のスリットに扁平チューブ１４及びサイドプレート３５の端部を嵌挿する。そして、管体１１に設けられたスリット１１ｄに扁平チューブ１４及びサイドプレート３５の端部を嵌挿する。

この際、図２，図３に示すように、管体１１への扁平チューブ１４の嵌挿は、管体１１の内面空間に扁平チューブ１４が突出する方が好ましい。管体１１の内部空間に扁平チューブ１４が突出することにより、蒸発器１から流れ出る液体冷媒６ｂを隣り合う扁平チューブ１４と管体１１の底面で形成される空間に貯留することができる。上記のように構成することにより、気液分離し、気体冷媒６ａのみを扁平チューブ１４の流路３１に流すことが可能となる。

上記のようにして組み立てられた第一流路ユニット１６の扁平チューブ１４及びコルゲートフィン１５を、流入口１８ａと流出口１８ｂを設けたケース１７内に嵌挿して組み込む。

上記のようにして仮組みされた内部熱交換器１０を図示しない炉内に収容し、所定温度例えば６００℃の温度で加熱して、一体ろう付け結合する。

そして、この内部熱交換器１０は冷凍サイクル装置内において、以下のように配設される。すなわち、図１に示すように、蒸発器１の流出側から延びる配管５が、管体１１の継手１１ｂに接続され、もう一方の継手１１ｃから延びる配管５は圧縮機２の流入側に接続される。凝縮器３の流出側から延びる配管５をケース１７に設けられた流入口１８ａに接合された継手３６に接続し、流出口１８ｂに接合された継手３７から延びる配管５は膨張弁４に接続される。なお、設置の方向については、凝縮器３の流出側に連通する流入口１８ａが上部に、膨張弁４の流入側に連通する流出口１８ｂが下部に位置するように設置する。

冷凍サイクル装置に設置された内部熱交換器１０は、図３，図４に示すように、管体１１の流入側１３ａ入口から扁平チューブ１４の流路３１の中間地点までの流入側流路１２ａと、扁平チューブ１４の流路３１の中間地点から管体１１の流出側１３ｂ出口までの流出側流路１２ｂと、からなる第一流路１２と、図４，図５に示すように、流入口１８ａから、ケース１７内を通過し、流出口１８ｂまでの第二流路１８ｃと、が形成されている。そして、第一流路１２を流れる低圧側冷媒と、第二流路１８ｃを流れる高圧側冷媒との間で、扁平チューブ１４及びコルゲートフィン１５を介して熱交換を行う。扁平チューブ１４及びコルゲートフィン１５により広い熱交換面が提供されるため、膨張弁４に流入する高圧側冷媒と圧縮機２に吸引される低圧側冷媒が効率的な熱交換を行うことができる。

このように、内部熱交換器１０において熱交換効率が向上することにより、蒸発器１や凝縮器３の能力を補完できるので、その分蒸発器１や凝縮器３の小型化を図ることができる。また、熱交換器の小型化を行わない場合は、内部熱交換器の非搭載に比して圧縮機２や膨張弁４による温度調整が小さくて済むため、その分圧縮機２や膨張弁４の自由度の向上を図ることができる。

また、高圧側冷媒を上部の流入口１８ａから供給し、容量の大きいケース１７内で冷媒の流れを緩流しながらコルゲートフィン１５の間を冷媒６が通過することにより、密度の低い気体冷媒６ａがケース１７上層に集まり気液分離がなされ、ケース１７の設置時における上層に該当する位置以外である下部に設けられた流出口１８ｂにより、液体冷媒６ｂのみを膨張弁４に流すことできる。これにより、気体冷媒６ａが蒸発器１側に流れることはないため、膨張弁４の破損を防止することができる。すなわち、内部熱交換器１０は第二流路１８ｃを流れる冷媒６を気液分離し、膨張弁４に向けて液体冷媒６ｂのみを送出するアキュムレータの機能を有することができる。このため、冷凍サイクル装置にアキュムレータを別途設ける必要がなく、冷凍サイクル装置を簡素化することができる。

また、膨張弁４は蒸発温度および流量を電子制御するが、膨張弁４を通過する液体冷媒６ｂの流量を減少させる際、容量の大きいケース１７内に冷媒６を留めておくことが可能である。

なお、上記実施形態における内部熱交換器１０の設置の方向については、凝縮器３の流出側に連通する流入口１８ａが上部に、膨張弁４の流入側に連通する流出口１８ｂが下部に位置するように設置したが、図６に示すように、凝縮器３の流出側に連通する流入口１８ａが右部に、膨張弁４の流入側に連通する流出口１８ｂが左部に位置するように設置してもよい。

このように設置しても、高圧側冷媒を右部の流入口１８ａから供給し、容量の大きいケース１７内で冷媒の流れを緩流しながらコルゲートフィン１５の間を冷媒６が通過することにより、密度の低い気体冷媒６ａがケース１７上層に集まり気液分離がなされ、ケース１７の設置時における上層に該当する位置以外である左部に設けられた流出口１８ｂにより、液体冷媒６ｂのみを膨張弁４に流すことできる。これにより、気体冷媒６ａが蒸発器１側に流れることはないため、冷凍サイクルの熱交換効率の向上を図ることができる。すなわち、内部熱交換器１０は第二流路１８ｃを流れる冷媒６を気液分離し、膨張弁４に向けて液体冷媒６ｂのみを送出するアキュムレータの機能を有することができる。また、設置方向や角度を限定する必要がないため、複雑な設計が不要である。

＜第２実施形態＞
第１実施形態は、筒状体である管体１１を仕切部材１３によって区画し、区画された管体１１を連通する３本の扁平チューブ１４がコ字状に屈曲される場合について説明したが、流入側と流出側の区画を扁平チューブ１４が連通し、扁平チューブ１４間にフィン１５が介在されていればよい。例えば、図７に示すように、一本の扁平チューブ１４が蛇行状に屈曲される場合であってもよい。

第２実施形態において、内部熱交換器２０は、図８に示すように、第一流路２５を有する第一流路ユニット２７と、第二流路２６を有する第二流路ユニット２８とを具備している。第一流路ユニット２７は、例えばアルミニウム製パイプである流入側管体２１，流出側管体２２と、流入側管体２１，流出側管体２２を連通するアルミニウム製中空押出形材からなる蛇行状扁平チューブ２３と、蛇行状扁平チューブ２３間に介在されるアルミニウム製のコルゲートフィン１５と、をろう付けしてなる。この場合、第一流路２５は、流入側管体２１と流出側管体２２管体と、これら管体２１，２２を連通する蛇行状扁平チューブ２３とで形成されている。

第二流路ユニット２８は、アルミニウム製であって蛇行状扁平チューブ２３を内包可能な矩形状の有底状のケース１７ａと、ケース１７ａを封止する蓋体３２ａと、をろう付けしてなる。この場合、ケース１７ａの上部側には流入口１８ａ、下部側には流出口１８ｂが形成されており、流入口１８ａと流出口１８ｂを連通する第二流路２６が形成されている。

流入側管体２１，流出側管体２２は、図７〜図９に示すように、一方の端部は図示しないアルミニウム製のキャップ部材によって閉塞されている。他方の端部には、他の機器に連通する配管５を接続するための継手２１ａ，２２ａが設けられている。

流入側管体２１，流出側管体２２には、それぞれ蛇行状扁平チューブ２３をろう付けにより接続するためのスリット１１ｅが形成されている。スリット１１ｅは流入側管体２１，流出側管体２２の長手方向に沿って形成されている。

蛇行状扁平チューブ２３は、図７に示すように、１本の扁平チューブ１４を蛇行状に屈曲して形成される。なお、蛇行状扁平チューブ２３は、第１実施形態のコ字状扁平チューブ１４と同様に、扁平状の長辺側同士を繋ぐ複数の隔壁によって複数の流路３１が区画されている。

上記のように構成される内部熱交換器２０を作製するには、流入側管体２１，流出側管体２２の一方の端部に継手２１ａ，２２ａをそれぞれ組み込み、他方の端部にキャップ部材を嵌着する。また、コルゲートフィン１５と蛇行状扁平チューブ２３を組み付けて治具（図示せず）にて固定して、蓋体３２ａのスリットに蛇行状扁平チューブ２３の端部を嵌挿する。そして、流入側管体２１，流出側管体２２に設けられたスリット１１ｅに蛇行状扁平チューブ２３の端部を嵌挿する。

この際、図８に示すように、流入側管体２１，流出側管体２２への蛇行状扁平チューブ２３の嵌挿は、流入側管体２１，流出側管体２２の内面空間に蛇行状扁平チューブ２３が突出する方が好ましい。流入側管体２１の内部空間に蛇行状扁平チューブ２３が突出することにより、蒸発器１から流れ出る液体冷媒６ｂを流入側管体２１の底面に貯留することができる。上記のように構成することにより、液体冷媒６ｂと気体冷媒６ａに分離し、気体冷媒６ａのみを蛇行状扁平チューブ２３の流路３１に流すことが可能となる。

上記のようにして組み立てられた第一流路ユニット１６ａの蛇行状扁平チューブ２３及びコルゲートフィン１５を、流入口１８ａと流出口１８ｂを設けたケース１７ａ内に嵌挿して組み込む。

上記のようにして仮組みされた内部熱交換器２０を図示しない炉内に収容し、所定温度例えば６００℃の温度で加熱して、一体ろう付け結合する。なお、第２実施形態において、その他の部分は第１実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

上記のように構成することにより、内部熱交換器２０は、図９に示すように、流入側管体２１の入口から蛇行状扁平チューブ２３を通過し、流出側管体２２の出口までの第一流路２５と、流入口１８ａからケース１７ａ内を通過し、流出口１８ｂまでの第二流路２６と、が形成されている。そして、第一流路２５を流れる低圧側冷媒と、第二流路２６を流れる高圧側冷媒との間で、蛇行状扁平チューブ２３及びコルゲートフィン１５を介して熱交換を行う。蛇行状扁平チューブ２３及びコルゲートフィン１５により広い熱交換面が提供されるため、膨張弁４に流入する高圧側冷媒と圧縮機２に吸引される低圧側冷媒が効率的な熱交換を行うことができる。

このように、内部熱交換器２０において熱交換効率が向上することにより、蒸発器１や凝縮器３の能力を補完できるので、その分蒸発器１や凝縮器３の小型化を図ることができる。また、熱交換器の小型化を行わない場合は、内部熱交換器の非搭載に比して圧縮機２や膨張弁４による温度調整が小さくて済むため、その分圧縮機２や膨張弁４の自由度の向上を図ることができる。

また、高圧側冷媒を上部中央の流入口１８ａから供給し、容量の大きいケース１７ａ内で冷媒の流れを緩流しながらコルゲートフィン１５の間を冷媒６が通過することにより、密度の低い気体冷媒６ａがケース１７ａ上層に集まり気液分離がなされ、ケース１７ａの設置時における上層に該当する位置以外である下部中央に設けられた流出口１８ｂにより、液体冷媒６ｂのみを膨張弁４に流すことできる。これにより、気体冷媒６ａが蒸発器１側に流れることはないため、膨張弁４の破損を防止することができる。すなわち、内部熱交換器２０は第二流路２６を流れる冷媒６を気液分離し、膨張弁４に向けて液体冷媒６ｂのみを送出するアキュムレータの機能を有することができる。このため、冷凍サイクル装置にアキュムレータを別途設ける必要がなく、冷凍サイクル装置を簡素化することができる。

また、膨張弁４は蒸発温度および流量を電子制御するが、膨張弁４を通過する液体冷媒６ｂの流量を減少させる際、容量の大きいケース１７ａ内に冷媒６を留めておくことが可能である。

＜第３，４実施形態＞
第１実施形態は、ケース１７について、図２，図５に示すように、矩形状の半容器体である場合について説明したが、扁平チューブ１４及びサイドプレート３５を内包することができればよい。例えば、図１１に示すように、ケースは楕円状の半容器体であってもよい。

第３実施形態において、内部熱交換器３０の第二流路ユニット１９ａは、図１１に示すように、アルミニウム製であって扁平チューブ１４及びサイドプレート３５を内包可能な楕円状の有底状のケース１７ｂと、ケース１７を封止する蓋体３２ｂと、をろう付けしてなる。この場合、ケース１７の上部側には流入口１８ａ、下部側には流出口１８ｂが形成されている。なお、第３実施形態において、その他の部分は第１実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

冷凍サイクル装置に設置された内部熱交換器３０は、図１１に示すように、管体１１と、扁平チューブ１４とで形成される第一流路１２と、流入口１８ａからケース１７ｂ内を通過し、流出口１８ｂまでの第二流路１８ｄと、が形成されている。そして、第一流路１２を流れる低圧側冷媒と、第二流路１８ｄを流れる高圧側冷媒との間で、扁平チューブ１４及びコルゲートフィン１５を介して熱交換を行う。扁平チューブ１４及びコルゲートフィン１５により広い熱交換面が提供されるため、膨張弁４に流入する高圧側冷媒と圧縮機２に吸引される低圧側冷媒が効率的な熱交換を行うことができる。

また、高圧側冷媒を上部の流入口１８ａから供給し、容量の大きいケース１７ｂ内で冷媒の流れを緩流しながらコルゲートフィン１５の間を冷媒６が通過することにより、密度の低い気体冷媒６ａがケース１７ｂ上層に集まり気液分離がなされる。

上記のように、楕円状のケース１７ｂを有する内部熱交換器３０であっても、第１実施形態と同等の効果を得ることができる。このため、設置スペースに応じてケースの形状を設計することが可能であり、形状の自由度が高い内部熱交換器となる。したがって、図１２に示す第４実施形態のように、断面正円状であって筒状のケース１７ｃ内を通過する第二流路１８ｅが形成された第二流路ユニット１９ｂを有する内部熱交換器４０であってもよい。

＜第５，６実施形態＞
第２実施形態は、ケース１７ａについて、図８，図１０に示すように、矩形状の半容器体である場合について説明したが、蛇行状扁平チューブ２３を内包することができればよい。例えば、図１３に示すように、ケースは楕円状の半容器体であってもよい。

第５実施形態において、内部熱交換器５０の第二流路ユニット２８ａは、図１３に示すように、アルミニウム製であって蛇行状扁平チューブ２３を内包可能な楕円状の有底状のケース１７ｄと、ケース１７を封止する蓋体３２ｄと、をろう付けしてなる。この場合、ケース１７の上部側には流入口１８ａ、下部側には流出口１８ｂが形成されている。なお、第５実施形態において、その他の部分は第２実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

冷凍サイクル装置に設置された内部熱交換器５０は、図１３に示すように、流入側管体２１と、蛇行状扁平チューブ２３と、流出側管体２２とで形成される第一流路２５と、流入口１８ａからケース１７ｄ内を通過し、流出口１８ｂまでの第二流路２６ａと、が形成されている。そして、第一流路２５を流れる低圧側冷媒と、第二流路２６ａを流れる高圧側冷媒との間で、蛇行状扁平チューブ２３及びコルゲートフィン１５を介して熱交換を行う。蛇行状扁平チューブ２３及びコルゲートフィン１５により広い熱交換面が提供されるため、膨張弁４に流入する高圧側冷媒と圧縮機２に吸引される低圧側冷媒が効率的な熱交換を行うことができる。

また、高圧側冷媒を上部中央の流入口１８ａから供給し、容量の大きいケース１７ｄ内で冷媒の流れを緩流しながらコルゲートフィン１５の間を冷媒６が通過することにより、密度の低い気体冷媒６ａがケース１７ｄ上層に集まり気液分離がなされる。

上記のように、楕円状のケース１７ｄを有する内部熱交換器５０であっても、第２実施形態と同等の効果を得ることができる。このため、設置スペースに応じてケースの形状を設計することが可能であり、形状の自由度が高い内部熱交換器となる。したがって、図１４に示す第６実施形態のように、断面正円状であって筒状のケース１７ｅ内を通過する第二流路２６ｂが形成された第二流路ユニット２８ｂを有する内部熱交換器６０であってもよい。

＜その他の実施形態＞
上記実施形態においては、例えば内部熱交換器１０では、第一流路１２を低圧側冷媒が流れ、第二流路１８ｃを高圧側冷媒が流れるが、第一流路１２を高圧側冷媒が流れ、第二流路１８ｃを低圧側冷媒が流れても、扁平チューブ１４及びコルゲートフィン１５を介して効率的な熱交換を行うことができる。

この際、蒸発器１の流出側から延びる配管５が流出口１８ｂの継手３７に接続し、流入口１８ａの継手３６から延びる配管５は圧縮機２の流入側に接続されることが好ましい。低圧側冷媒を下部の流出口１８ｂから供給することにより、密度の低い気体冷媒６ａがケース１７上層に集まり気液分離がなされる。これにより、内部熱交換器１０は、圧縮機２に向けて気体冷媒６ａのみを送出するアキュムレータの機能を有することができる。

なお、上記実施形態では、少なくとも隣接する扁平チューブ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ間にコルゲートフィン１５を介在した場合について説明したが、扁平チューブ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ間にコルゲートフィン１５を介在しない構造としてもよい。

１ 蒸発器
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 膨張弁
５ 配管
６ 冷媒
６ａ 気体冷媒
６ｂ 液体冷媒
１０，２０，３０，４０，５０，６０ 内部熱交換器
１１ 管体
１２，２５ 第一流路
１３ 仕切部材
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 扁平チューブ
１５ コルゲートフィン
１６，２７ 第一流路ユニット
１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ ケース
１８ａ 流入口
１８ｂ 流出口
１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，２６，２６ａ，２６ｂ 第二流路
１９，１９ａ，１９ｂ，２８，２８ａ，２８ｂ 第二流路ユニット
２１ 流入側管体
２２ 流出側管体
２３ 蛇行状扁平チューブ

Claims (6)

1. 冷媒が蒸発、圧縮、凝縮、膨張の４行程で循環する冷凍サイクルにおける内部熱交換器であって、
   蒸発器の流出側と圧縮機の流入側に連通する第一流路を有する管体と、上記管体の区画された流入側と流出側を連通する屈曲した扁平チューブと、を具備する第一流路ユニットと、
   上記第一流路ユニットに外接したケースに、凝縮器の流出側に連通する流入口と、膨張弁の流入側に連通する流出口と、上記流入口と流出口を連通する第二流路を有する第二流路ユニットと、を具備することを特徴とする内部熱交換器。
2. 請求項１記載の内部熱交換器において、
   上記管体が仕切部材によって、流入側と流出側に区画されており、
   上記扁平チューブが、上記管体の流入側と流出側を連通するコ字状に屈曲され、かつ、該コ字状扁平チューブが複数配設されている、ことを特徴とする内部熱交換器。
3. 請求項１記載の内部熱交換器において、
   上記管体は、蒸発器の流出側に連通する流入側管体と、圧縮機の流入側に連通する流出側管体とからなり、
   上記扁平チューブは、両端部がそれぞれ、上記流入側管体と流出側管体に連通し、中間部に蛇行状屈曲部を有する、ことを特徴とする内部熱交換器。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の内部熱交換器において、
   少なくとも隣接する上記扁平チューブ間にフィンを介在してなる、ことを特徴とする内部熱交換器。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の内部熱交換器において、
   上記第一流路ユニットと第二流路ユニットはろう付けしてなる、ことを特徴とする内部熱交換器。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の内部熱交換器において、
   上記ケースに設けられる流出口は、設置時における上記ケースの上層に該当する位置以外に設けられている、ことを特徴とする内部熱交換器。

Images