JP2012127623A

JP2012127623A - 多重管熱交換器

Info

Publication number: JP2012127623A
Application number: JP2010281999A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Shitaya; 昌宏下谷; Fumiaki Nakamura; 文昭中村; Makoto Ito; 伊藤　　誠
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: JP5556644B2; DE102011088222A1

Abstract

【課題】圧力損失の増加を抑えながら熱交換を促進する。
【解決手段】冷凍サイクル１は、内部熱交換器として機能する多重管熱交換器１０を備える。多重管熱交換器１０は、外管２０と、内管３０とを有する。外管２０と内管３０との間には高圧冷媒が流れる外側通路１２が形成されている。内管３０の内部には、低圧冷媒が流れる内側通路１３が形成されている。内管３０の外側には、径方向外側に向けて、すなわち外側通路１２内に向けて突出する複数の凸部３６が形成されている。内管３０の内側には、凸部３６に対応する位置に、凹部３７が形成されている。凸部３６は、素材管を径方向内側に変形させて流路溝３４を形成するときに、島状に残された部分である。凸部３６は、高圧冷媒と内管３０との熱交換を促進する。また、凸部３６は、外側通路１２の容積を減少させる。凹部３７は、低圧冷媒の圧力損失の増加をほとんど生じない。
【選択図】図３

Description

本発明は、内管内の媒体と、内管と外管との間の媒体との熱交換を提供する多重管熱交換器に関する。

従来、種々の多重管熱交換器が知られている。例えば、特許文献１ないし特許文献４は、多重管熱交換器を冷凍サイクルの内部熱交換器として利用することを提案している。また、特許文献５は、多重管熱交換器を冷媒と水との熱交換器として利用することを提案している。

さらに、特許文献６ないし特許文献１０は、熱交換器用の管に、ディンプル状の凸部または凹部を形成することを提案している。

特許第４３５００５８号特許第４３５００７９号特許第４２４６１８９号特開２００７−３２７７０６号公報特開２００９−２４３７１５号公報特開２００４−１９０９２３号公報特開２００８−２６１５６６号公報特開２００８−１３９００８号公報特開２００９−２７０７５５号公報特開２００７−３２６１４２号公報

特許文献１ないし特許文献５の技術では、内管および／または外管に複数の溝を形成することによって熱交換の促進を図っている。ところが、溝だけでは熱交換性能が不足する場合があった。このため、より高い熱交換性能を発揮できる多重管熱交換器が求められていた。

特許文献６の技術では、外管に、内管と外管との間の流路に向けて突出するディンプルを形成している。しかし、この構成では、ディンプルが外管に形成されるため、ディンプルは、内管の内外の間における熱交換には十分に寄与しないという問題点があった。

特許文献７ないし特許文献９の技術では、内管に溝を設け、さらにその溝の底にディンプルを設けている。しかし、それらのディンプルは、内管の外側において凹部を提供し、内管の内側において凸部を提供する。ところが、このような形状では、内管と外管との間の媒体と、内管との熱交換が十分に促進されないという問題点があった。

さらに、特許文献１０の技術でも、管にディンプルを設けている。しかし、ディンプルは、内管の外側において凹部を提供し、内管の内側において凸部を提供する。このため、内管と外管との間の媒体と、内管との熱交換が十分に促進されないという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内管と外管との間の媒体と、内管との熱交換を促進することができる多重管熱交換器を提供することである。

本発明の他の目的は、内管と外管との間の媒体と、内管との熱交換を促進しながら、内管の内側の媒体の圧力損失を抑制することができる多重管熱交換器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、内管と外管との間の媒体と、内管との熱交換を促進しながら、内管と外管との間の容積を抑制することができる多重管熱交換器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、内管と外管との間に高圧冷媒が流れ、内管の内側に低圧冷媒が流れる冷凍サイクル用の内部熱交換器に適した多重管熱交換器を提供することである。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明は、外管（２０）と、外管の内部に配置された内管（３０）とを備え、外管と内管との間に外側通路（１２）を区画するとともに、内管の内部に内側通路（１３）を区画する多重管熱交換器（１０）において、内管の壁には、外側通路に向けて突出することにより外側通路に向けて凸部（３６、２３６、３３６）をなすとともに、内側通路に向けて凹部（３７、３３７）をなし、外側通路における媒体の流れ方向に沿って互いに離れて配置された複数の膨出部（３５、２３５、３３５）が形成されていることを特徴とする。この構成によると、凸部によって、外側通路を流れる媒体と内管との熱交換が促進される。しかも、凹部が内側通路に面して配置されるので、内側通路における圧力損失の増加が抑制される。また、凸部は外側通路に向けて突出しているので、外側通路の容積が抑制される。

請求項２に記載の発明は、内管の壁には、外側通路に向けて凹部をなして螺旋状に延びる流路溝（２３８、３３８）が形成され、膨出部は、流路溝（２３８、３３８）の中に形成されていることを特徴とする。この構成によると、凸部によって、螺旋状の流路溝を流れる媒体と、内管との熱交換が促進される。

請求項３に記載の発明は、凸部の径方向の高さ（ＤＨ）は、流路溝の径方向の深さより小さいことを特徴とする。この構成によると、螺旋状の流路溝を流れる媒体の圧力損失を過剰に増加させることなく、媒体と内管との熱交換が促進される。

請求項４に記載の発明は、外側通路における媒体の流れ方向に関する凸部の長さ（ＤＬ）と、外側通路１２における高圧冷媒の流れ方向と垂直な方向に関する凸部の幅（ＤＷ）とは、流路溝の底面と外管の内面との間の外側通路の高さより大きく、かつ、外管の内径より小さいことを特徴とする。この構成によると、螺旋状の流路溝を流れる媒体の圧力損失を過剰に増加させることなく、媒体と内管との熱交換が促進される。

請求項５に記載の発明は、膨出部は、内管の壁を径方向外側から内側に向けて変形させることにより形成された溝（３２、３４、２３８、３３８）の間に残された島状の部分によって提供されていることを特徴とする。この構成によると、複数の膨出部をもつ複雑な形状をもつ内管が素材管から容易に製造される。

請求項６に記載の発明は、外側通路における媒体の流れ方向に関する凸部の長さ（ＤＬ）と、外側通路１２における高圧冷媒の流れ方向と垂直な方向に関する凸部の幅（ＤＷ）とは、ほぼ等しいことを特徴とする。この構成によると、螺旋状の流路溝を流れる媒体の圧力損失を過剰に増加させることなく、媒体と内管との熱交換が促進される。

請求項７に記載の発明は、凸部（３６、２３６、３３６）は、球の一部に相当する形状を有することを特徴とする。この構成によると、螺旋状の流路溝を流れる媒体の圧力損失を過剰に増加させることなく、媒体と内管との熱交換が促進される。

請求項８に記載の発明は、外側通路は冷凍サイクル（１）の高圧冷媒の通路であり、内側通路は冷凍サイクルの低圧冷媒の通路であり、冷凍サイクルの内部熱交換器を提供することを特徴とする。この構成によると、凸部によって、高圧冷媒と内管との熱交換が促進される。しかも、凹部は、低圧冷媒と内管との熱交換を促進しながら、低圧冷媒の圧力損失の増加を抑制する。また、凸部によって外側通路の容積が抑制されるので、冷媒密度が高い高圧冷媒の量を抑制することができ、冷凍サイクルに封入される冷媒量を抑制することができる。

なお、特許請求の範囲および上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本発明を適用した第１実施形態に係る冷凍サイクルを示すブロック図である。第１実施形態の多重管熱交換器を示す部分断面図である。第１実施形態の多重管熱交換器の内管を示す斜視図である。第１実施形態の高圧冷媒の流れを示す斜視図である。第１実施形態の低圧冷媒の流れを示す斜視図である。本発明を適用した第２実施形態の多重管熱交換器の内管を示す側面図である。本発明を適用した第３実施形態の多重管熱交換器の内管を示す側面図である。第３実施形態の高圧冷媒の流れを示す断面図である。第３実施形態の低圧冷媒の流れを示す断面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
図１は、本発明を適用した第１実施形態に係る冷凍サイクルを示すブロック図である。冷凍サイクル１は、冷凍サイクル１は、車両用空調装置の一部として車両に搭載された車両用の冷凍サイクルである。冷凍サイクル１は、圧縮機２と、放熱用の熱交換器３と、減圧器４と、吸熱用の熱交換器５と、これらを環状のサイクルとして接続する複数の配管とを有する。圧縮機２は、低圧の冷媒を吸引して圧縮し、高圧冷媒を吐出する。熱交換器３は、圧縮機２から吐出された高圧冷媒と冷却用媒体とを熱交換させ、高圧冷媒から放熱させる。熱交換器３は、放熱器、または凝縮器とも呼ばれる。熱交換器３を出た高圧冷媒は、減圧器４に供給される。減圧器４は、高圧冷媒を減圧し、熱交換器５に供給する。減圧器４は、膨張弁とも呼ばれる。熱交換器５は、減圧器４から供給される低圧冷媒と、冷却対象である媒体、例えば空調空気との間の熱交換を提供する。この結果、例えば空調空気が冷却され、冷房が提供される。熱交換器５は、冷却器、または蒸発器とも呼ばれる。熱交換器５を出た低圧冷媒は、再び、圧縮機２に吸引される。圧縮機２と熱交換器３とは、車両の車室外、例えばエンジンルームに配置されている。熱交換器５は、車両の空調装置内に配置されている。

冷凍サイクル１は、多重管熱交換器１０を備える。熱交換器３から減圧器４へ低圧冷媒を供給する高圧配管と、熱交換器５から圧縮機２へ低圧冷媒を供給する低圧配管とは、多重管熱交換器１０によって提供されている。多重管熱交換器１０は、内部熱交換器とも呼ばれる。

多重管熱交換器１０は、外管２０と、内管３０とを有する二重管熱交換器である。外管２０は、丸い断面をもつ直管状の素材管から製造されている。内管３０は、丸い断面をもつ直管状の素材管から製造されている。内管３０は、外管２０の内部に挿入されている。内管３０は、外管２０より長い。内管３０の両端部分は、外管２０の両端からさらに延び出している。外管２０と内管３０とは、接合部５１、５２によって接合されている。接合部５１、５２は、外管２０の両端部に設けられている。接合部５１、５２は、外管２０の端部をわずかに縮径させることによって形成された縮径部と、外管２０と内管３０との間に配置され、両者を接合するろう材とによって形成されている。外管２０の両端部には、分岐管６１、６２が接続されている。

多重管熱交換器１０は、冷凍サイクル１の配管として車両上に敷設されている。多重管熱交換器１０は、車両上に敷設するための複数の曲げ部１１を有している。複数の曲げ部１１においては、外管２０と内管３０との変形量の差に起因して、外管２０の内面が内管３０の外面に強く押し付けられ、外管２０が内管３０を締め付けている。これにより、外管２０の内部において内管３０が固定されている。

図２は、第１実施形態の多重管熱交換器１０を示す部分断面図である。図中においては、多重管熱交換器１０の中間部分が省略され、両端部分の外管を除去した部分破断断面が図示されている。

外管２０の内直径は、内管３０の最大の外直径より大きい。この結果、外管２０と内管３０との間には、隙間が形成される。この隙間と、後述する溝３２、３４とは、外管２０と内管３０との間に外側通路１２を形成する。外側通路１２は、内管３０の外表面に沿って媒体を流す通路である。外側通路１２は、高圧冷媒が流れる高圧通路を提供する。接合部５１、５２は、外管２０と内管３０との間の隙間を閉じ、外側通路１２の両端を閉塞する。分岐管６１、６２の内部通路は、外側通路１２に連通している。分岐管６１、６２は、外側通路１２の入口と出口とを提供する。

内管３０は、内管３０の内面に沿って内側通路１３を形成している。内側通路１３は、低圧冷媒が流れる低圧通路を提供する。内管３０は、その両端部に素材管の形状を残した端部３１ａ、３１ｂを有する。内管３０の端部３１ａ、３１ｂは、内側通路１３の入口と出口とを提供する。

内管３０は、素材管の壁を径方向内側に向けて塑性変形させることによって形成された溝３２を有する。溝３２は、分岐管６１の位置から、分岐管６２の位置に渡って形成されている。溝３２は、分岐管６１の位置に対応して、内管３０の全周を囲む環状溝３３ａを形成している。溝３２は、分岐管６２の位置に対応して、内管３０の全周を囲む環状溝３３ｂを形成している。環状溝３３ａは、外側通路１２の全周に高圧冷媒を分配する分配溝として機能する。環状溝３３ｂは、外側通路１２の全周から高圧冷媒を集合させる集合溝として機能する。

溝３２は、環状溝３３ａと環状溝３３ｂとの間において、網状の流路溝３４を形成している。網状の流路溝３４は、流路溝３４の間の網目に相当する部分に、熱交換を促進するための膨出部３５を区画している。膨出部３５は、内管３０の外表面から外側通路１２内に向けて突出している。膨出部３５は、内管３０の壁に形成された変形部とも呼ぶことができる。膨出部３５は、いぼ状突出部、ディンプル部またはエンボス部とも呼ぶことができる。

図３は、第１実施形態の多重管熱交換器１０の内管３０を示す斜視図である。図中には、外管２０を切断し、内管３０を露出させた状態が図示されている。

膨出部３５は、内管３０の外面においては、凸部３６をなしている。凸部３６は、内管３０の表面から、外管２０に向けて突き出している。言い換えると、凸部３６は、内管３０の表面から、外側通路１２に向けて突き出している。凸部３６の形状は、半球形、または球の一部である。膨出部３５は、内管３０の内面においては、凹部３７をなしている。凹部３７は、凸部３６に対応する位置に形成されている。凹部３７の形状は、半球形、または球の一部である。

凸部３６は、内管３０の径方向に関して、高さＤＨを有する。高さＤＨは、流路溝３４の底面と外管２０の内面との間の外側通路１２の高さより小さい。高さＤＨは、流路溝３４の深さよりわずかに小さい。言い換えると、複数の凸部３６の頂点が内接する仮想の円の直径は、素材管の外径を残す端部３１ａ、３１ｂの外径よりわずかに小さい。高さＤＨは、外側通路１２の径方向の高さよりわずかに小さい。高さＤＨは、外側通路１２の径方向の高さにほぼ等しいともいえる。複数の凸部３６のうちの一部は、その頂点によって外管２０の内面に接触する。この結果、複数の凸部３６によって、流路溝３４の底部と外管２０との接触が回避され、外側通路１２が維持される。また、曲げ部１１においては、複数の凸部３６のうちの一部が、その頂点によって外管２０の内面に強く接触する。この結果、曲げ部１１においても、複数の凸部３６によって、流路溝３４の底部と外管２０との接触が回避され、外側通路１２が維持される。

凸部３６は、外側通路１２における高圧冷媒の流れ方向に関して、長さＤＬを有する。凸部３６は、外側通路１２における高圧冷媒の流れ方向と垂直な方向に関して、幅ＤＷを有する。この実施形態では、長さＤＬは幅ＤＷよりわずかに大きい。長さＤＬと幅ＤＷとは、ほぼ等しく設定することができる。長さＤＬは、外管２０の内径より十分に小さい。幅ＤＷは、外管２０の内径より十分に小さい。幅ＤＷは、内管３０の外周面の長さより十分に小さい。この実施形態では、内管３０の外周面には、８つの凸部３６が一列に配置されている。８つの凸部３６の間には、流路溝３４が形成されている。従って、幅ＤＷは、内管３０の外周面の長さの１／８より短い。幅ＤＷは、内管３０の外周面の長さの１／１６より短く設定することができる。長さＤＬは、環状溝３３ａと環状溝３３ｂとの間に、１０個以上の複数の凸部３６を内管３０の軸方向に互いに離して配置することができるように、環状溝３３ａと環状溝３３ｂとの間の内管３０の長さよりも十分に短い。長さＤＬおよび幅ＤＷは、流路溝３４の底面と外管２０の内面との間の外側通路１２の高さより大きい。幅ＤＷは、凸部３６を形成できる加工限界以上に設定されている。

凹部３７の深さ、長さ、および幅は、凸部３６の高さＤＨ、長さＤＬ、および幅ＤＷより小さい。凹部３７の深さは、内管３０内に形成される内側通路１３の直径よりも十分に小さい。

複数の凸部３６は、内管３０の外面上に、互いに離れて分散して配置されている。複数の凸部３６は、内管３０の周方向に沿って互いに離れて分散して配置されている。複数の凸部３６は、内管３０の軸方向に沿っても互いに離れて分散して配置されている。複数の膨出部３５は、外側通路１２における媒体の流れ方向に沿って互いに離れて配置されている。複数の凸部３６は、外側通路１２に、内管３０の軸方向に沿って真っ直ぐに連続する直線状通路を形成しないように配置されている。言い換えると、複数の凸部３６は、内管３０の外面に沿って内管３０の軸方向に流れる高圧冷媒が、必ず凸部３６に衝突するように配置されている。図中には、矢印によって高圧冷媒の流れが図示されている。高圧冷媒の流れは、凸部３６に衝突し、凸部３６を迂回するように流れる。

複数の凸部３６は、内管３０の周方向に沿って並ぶ列を形成している。ひとつの列には、複数の凸部３６が配置されている。図示の例では、８つの凸部がひとつの列をなしている。この結果、内管３０の周方向に関して、ひとつの凸部３６の両側に他の２つの凸部３６が接近して配置されている。複数の凸部３６は、内管３０の軸方向に関して、複数の列をなすように配列されている。さらに、内管３０の軸方向に沿って見た場合に、上流側の列に属する２つの凸部３６の間に、下流側の列におけるひとつの凸部３６が位置するように、複数の凸部３６が配置されている。言い換えると、複数の凸部３６は、内管３０の外面に沿って内管３０の軸方向に流れる高圧冷媒が、複数の凸部３６との衝突を繰り返すように配置されている。このように、複数の凸部３６の高さと配置とは、外側通路１２内の高圧冷媒の流れに大きな影響を与え、高圧冷媒の流れを大きく乱すように設定されている。

また、凸部３６は、外側通路１２に向けて突出しているから、外側通路１２の流路断面積を減少させる。さらに、凸部３６は、外側通路１２の容積を減少させる。また、外側通路１２を満たす高圧冷媒は、内側通路１３を満たす低圧冷媒より冷媒密度が高い。このため、凸部３６は、冷凍サイクル１内に封入される冷媒量を減少させるために大きく貢献する。

上述のように、内側通路１３には、凹部３７が面している。また、上述のように、凹部３７の深さおよび直径は、凸部３６の高さおよび直径より小さい。さらに、内側通路１３を満たす低圧冷媒は、外側通路１２を満たす高圧冷媒より冷媒密度が低い。このため、凹部３７が低圧冷媒の流れに与える影響は、凸部３６が高圧冷媒の流れに与える影響より明らかに小さい。具体的には、凹部３７の深さと形状とは、低圧冷媒の圧力損失の増加をほとんど生じないように設定されている。

図４は、第１実施形態の高圧冷媒の流れを示す斜視図である。図中には、高圧冷媒の流れが矢印によって図示されている。外側通路１２における高圧冷媒の流れは、凸部３６の形状と配置とに依存する。高圧冷媒の流れは、凸部３６に衝突すると、凸部３６を迂回するように流れの方向を変える。高圧冷媒の流れは、凸部３６の左右を迂回するように、または、凸部３６の上を迂回するように流れる。凸部３６は、外側通路１２の径方向の高さにほぼ等しいから、高圧冷媒の流れは、凸部３６から遠く離れることなく、凸部３６に沿って流れる。また、内管３０の周方向に関しても複数の凸部３６が並んでいるから、高圧冷媒の流れは、凸部３６から遠く離れることなく、凸部３６に沿って流れる。従って、高圧冷媒の流れは凸部３６に強く衝突する。また、高圧冷媒の流れは凸部３６の表面に沿って流れる。さらに、高圧冷媒の流れは、凸部３６の下流側において多くの渦流を発生する。このような高圧冷媒の流れは、高圧冷媒と内管３０との間の温度境界層を減少させ、高圧冷媒と内管３０との間の熱交換を促進する。

図５は、第１実施形態の低圧冷媒の流れを示す斜視図である。図中には、高圧冷媒の流れが矢印によって図示されている。内側通路１３における低圧冷媒の流れは、凹部３７に出会うと、凹部３７に流れ込むように流れの方向を変える。低圧冷媒の流れの一部は、凹部３６の上流側部分において大きくゆっくりとした渦流を生じる。また、低圧冷媒の流れの一部は、凹部３６より下流側において渦流を生じる。これらの渦流は、低圧冷媒と内管３０との間の温度境界層を減少させ、低圧冷媒と内管３０との間の熱交換を促進する。しかし、凹部３７の深さは、内管３０の内直径に比べて十分に小さい。このため、凹部３７によって生じる渦流は小さく、速度が低い。一方、凹部３７が低圧冷媒の流れに与える影響は小さいから、凹部３７は低圧冷媒の圧力損失の増加をほとんど生じない。

この実施形態の多重管熱交換器１０は、以下の製造方法によって製造することができる。まず、準備工程では、外管２０の素材としての素材管と、内管３０の素材としての素材管とを準備する。次に、内管加工工程では、内管３０の素材管の壁を径方向外側から内側に向けて変形させることによって流路溝３４を形成する。このとき、流路溝３４の間に複数の島状の部位を残すように流路溝３４を形成する。しかも、島状の部位が膨出部３５の形状となるように流路溝３４が形成される。膨出部３５は、素材管を径方向外側から径方向内側に向けて変形させて流路溝３４を形成するときに、島状に残された部分である。膨出部３５は、素材管からの変形量が少ない部分を網目状に残すことによって形成されているといえる。この結果、複数の膨出部３５が提供される。次に、挿入工程では、外管２０の内部に内管３０を挿入する。次に、接合工程では、外管２０と内管３０との間に接合部５１、５２を形成する。さらに、後工程では、外管２０に分岐管６１、６２が接合される。

この実施形態において圧縮機２が運転されると冷凍サイクル１内を冷媒が循環する。多重管熱交換器１０の外側通路１２には、熱交換器３によって放熱された後であって、かつ、減圧器４によって減圧される前の冷媒が流れる。多重管熱交換器１０の内側通路１３には、熱交換器５によって吸熱した後であって、かつ、圧縮機２によって加圧される前の冷媒が流れる。よって、外側通路１２に流れる冷媒は、内側通路１３に流れる冷媒より高圧である。また、外側通路１２に流れる冷媒は、内側通路１３に流れる冷媒より高温である。多重管熱交換器１０は、減圧器４に供給される前の高圧冷媒と、熱交換器５から流出した後の低圧冷媒との間の熱交換を提供する。多重管熱交換器１０は、冷凍サイクル１の内部熱交換器としての機能を提供する。

この実施形態によると、外側通路１２を流れる高圧冷媒と内管３０との間の熱交換が凸部３６によって促進される。また、内側通路１３を流れる低圧冷媒と内管３０との間の熱交換が凹部３７によって促進される。この結果、高圧冷媒と低圧冷媒との間の熱交換も促進される。ここで、凸部３７によって提供される熱交換の促進効果は、凹部３７によって提供される熱交換の促進効果より大きい。この実施形態では、凸部３６が外側通路１２内に向けて突出するように形成されているから、冷媒密度が高い高圧冷媒と内管３０との間の熱交換が大きく促進される。その一方で、内側通路１３には凹部３７が面しているから、低圧冷媒の流れにおける圧力損失の増加が抑制される。また、凸部３６は、高圧冷媒の流れを外管２０の内面にも押し付ける。このため、外管２０と高圧冷媒との熱交換も促進する。この結果、高圧冷媒から外管２０の外側への放熱を促進することができる。

また、凸部３６は、冷媒密度が高い高圧冷媒で満たされた外側通路１２に向けて突出しているから、外側通路１２の容積を減少させる。この結果、高圧冷媒の量が減少し、冷凍サイクル１内に封入される冷媒量も減少する。また、流路溝３４の間に残された島状部位によって複数の凸部３６を形成することで、複数の凸部３６を有する内管３０を容易に製造することができる。

（第２実施形態）
図６は、本発明を適用した第２実施形態の多重管熱交換器１０の内管２３０を示す側面図である。図中には、外管２０を切断し、内管２３０を露出させた状態が図示されている。

第１実施形態では、内管３０は、溝３２によって形成された網状の流路溝３４を有している。これに代えて、この実施形態では、内管３０は、溝３２によって形成された複数の螺旋状の流路溝２３８を有している。流路溝２３８は、内管の壁に形成され、螺旋状に延びている。流路溝２３８は、外側通路１２に向けて凹部をなしている。流路溝２３８は、一端において環状溝３３ａと連通し、他端において環状溝３３ｂと連通するように形成されている。流路溝２３８は、外側通路１２を提供する。さらに、内管２３０は、流路溝２３８の中にだけ、複数の膨出部２３５を有している。膨出部２３５は、内管２３０の外面においては、凸部２３６を形成している。ひとつの流路溝３３８には、その流路溝３３８が内管３０の周囲を一周する区間に、複数の膨出部２３５、すなわち複数の凸部２３６が設けられている。複数の膨出部２３５は、外側通路１２における高圧冷媒の螺旋状の流れ方向に沿って互いに離れて配置されている。凸部２３６は、流路溝２３８内に流路溝２３８によって提供される流路断面積を部分的に狭くする狭窄部を形成する。凸部２３６は、第１実施形態の凸部３６と同じ形状である。

複数の流路溝２３８の間には、外側通路１２へ向けて凸状であって、螺旋状に延びる脈状の隆起２３９が形成されている。隆起２３９は、内管２３０の素材管の外表面をそのまま残した部分である。隆起２３９は、膨出部２３５より十分に大きい幅を有している。隆起２３９は、外管２０の内面と部分的に接触することができる。隆起２３９は、外管２０の内面と接触することにより、膨出部２３５と外管２０との強い接触を阻止し、膨出部２３５を保護する。

流路溝２３８と凸部２３６とは、ローラによって素材管を径方向内側に向けて変形させる製造方法によって形成することができる。この製造方法において使用されるローラには、凸部２３６を形成するための凹みが設けられる。

この実施形態では、外側通路１２内の高圧冷媒は、主として流路溝２３８内を流れる。また、一部の高圧冷媒は、内管２３０の軸方向に沿ってひとつの流路溝２３８から下流側の流路溝２３８に向けて、それらの間の峰部を乗り越えて流れる。このような複雑な流れによって、高圧冷媒と内管２３０との間の熱交換が促進される。さらに、高圧冷媒が流れる流路溝２３８内にだけ凸部２３６が設けられるため、流路溝２３８に集中する高圧冷媒の流れを強く乱すことができる。また、凸部２３６によって提供される狭窄部は、流路溝２３８と流路溝２３８との間の峰部を乗り越える高圧冷媒の流れを増加させる。この結果、高圧冷媒と内管２３０との熱交換がさらに促進される。

（第３実施形態）
図７は、本発明を適用した第３実施形態の多重管熱交換器１０の内管３３０を示す側面図である。図中には、外管２０を切断し、内管３３０を露出させた状態が図示されている。

この実施形態でも、内管３０は、溝３２によって形成された複数の螺旋状の流路溝３３８を有している。螺旋状の流路溝３３８は、一端において環状溝３３ａと連通し、他端において環状溝３３ｂと連通するように形成されている。流路溝３３８は、外側通路１２を提供する。さらに、内管３３０は、流路溝３３８の内部にだけ、複数の膨出部３３５を有している。膨出部３３５は、内管３３０の外面においては、凸部３３６を形成している。凸部３３６は、第１実施形態の凸部３６と類似の形状である。凸部３３６は、円弧状の凹状断面をもつ流路溝３３８の中に形成されている。このため、凸部３３６の外縁は明確ではなく、流路溝３３８の凹面から、凸部３３６の凸面へなだらかに変化する曲面が形成されている。

複数の流路溝３３８の間には、外側通路１２へ向けて凸状であって、螺旋状に延びる脈状の隆起３３９が形成されている。隆起３３９は、内管３３０の素材管の外表面をそのまま残した部分である。隆起３３９は、膨出部３３５より十分に大きい幅を有している。隆起３３９は、外管２０の内面と部分的に接触することができる。隆起３３９は、外管２０の内面と接触することにより、膨出部３３５と外管２０との直接的な接触を阻止し、膨出部３３５より径方向外側に高圧冷媒の流路を確保する。

凸部３３６は、内管３０の径方向に関して、高さＤＨを有する。高さＤＨは、流路溝３３８の径方向の深さより小さい。高さＤＨは、流路溝３３８の底面と外管２０の内面との間の外側通路１２の高さより小さい。凸部３３６は、外側通路１２における高圧冷媒の流れ方向に関して、長さＤＬを有する。凸部３３６は、外側通路１２における高圧冷媒の流れ方向と垂直な方向に関して、幅ＤＷを有する。長さＤＬと幅ＤＷとは、ほぼ等しい。長さＤＬと幅ＤＷとは、流路溝３３８の幅より小さい。長さＤＬと幅ＤＷとは、流路溝３３８の底面と外管２０の内面との間の外側通路１２の高さより大きく、かつ、外管２０の内径より小さい。また、凸部３３６の高さＤＨと幅ＤＷとは、ひとつの流路溝３３８によって主として形成される外側通路１２の断面積を少なくとも半減させるように設定することができる。

また、内管３３０が有する凸部３３６の単位面積あたりの数は、第２実施形態の内管２３０が有する凸部２３６の単位面積あたりの数より少ない。凸部３３６の数は、外側通路１２における圧力損失を適切な値に調節するように設定されている。図示の例では、ひとつの流路溝３３８内に設けられる凸部３３６の数は、ひとつの流路溝３３８が内管３０の周囲を一周する区間に、３つである。このため、凸部３３６に起因する熱交換の促進による性能向上と、凸部３３６に起因する圧力損失の増加との両立が図られている。

図８は、第３実施形態の高圧冷媒の流れを示す断面図である。図中には、図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面が図示されている。すなわち図中には、流路溝３３８の延在方向に沿った断面が図示されている。この実施形態では、溝３３８の底に沿って流れる高圧冷媒の流れ成分が凸部３３６によって大きく乱される。また、溝３３８には高圧冷媒が集中して流れることから、溝３３８の上部を流れる高圧冷媒の流れ成分にも乱れを及ぼすことができる。この結果、高圧冷媒と内管３３０との熱交換が促進される。

図９は、第３実施形態の低圧冷媒の流れを示す断面図である。図中には、図７におけるＩＸ−ＩＸ断面が図示されている。すなわち図中には、内管３３０の軸方向に沿った断面が図示されている。内管３３０の内面には、溝３３８に対応して位置し、内側通路１３に向けて突出する脈状の隆起３４０が形成されている。隆起３４０は、螺旋状に延びている。内側通路１３を流れる低圧冷媒の流れ成分のうち、内管３３０の内面に沿って流れる流れ成分は、隆起３４０に衝突して流れ方向を変え、隆起３４０を乗り越えて流れてゆく。隆起３４０のうち、凸部３３６に対応する位置にだけ、凹部３３７が形成されている。隆起３４０に衝突して流れ方向を変えた流れ成分は、その後に、凹部３３７に出会う。しかし、流れ成分は、隆起３４０によって径方向内側に向けて流れ方向を変えた後であるため、凹部３３７には流れ込みにくい。このため、凹部３３７の上流側の部位では、凹部３３７に起因する低圧冷媒の乱れは小さい。また、凹部３３７の下流側の部位においても、凹部３３７から流れ出る流れ成分は少ない。このため、凹部３３７の下流側の部位においても、凹部３３７に起因する低圧冷媒の乱れは小さい。この結果、凹部３３７が内側通路１３内の低圧冷媒の流れに与える影響は小さく抑制される。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

例えば、多重管熱交換器１０は、三重、四重などの二重管以上の多重管として構成されてもよい。このような構成においては、隣接する２つの管のうち、外側に位置する管が外管とされ、内側に位置する管が内管とされる。

また、上記実施形態では、凸部３６、２３６、３３６の形状を球の一部とした。これに代えて、円錐台、角錐台、三角錐、円柱、直方体など種々の形状の凸部を採用することができる。また、凸部３６、２３６、３３６の形状を、外側通路１２内における媒体の流れ方向に沿って細長い長円状、または長方形状に形成してもよい。また、上記実施形態では、凸部３６、２３６、３３６の高さを流路溝３４の深さより小さくした。これに代えて、凸部の高さを溝の深さと等しくしてもよい。すなわち、凸部の頂点に、素材管の一部を残してもよい。

また、上記実施形態に代えて、ひとつの流路溝３３８内に設けられる凸部３３６の数は、ひとつの流路溝３３８が内管３０の周囲を一周する区間に、２個以上、１５個以下とすることができる。

また、上記実施形態では、凸部３３６が形成された部位においても、なお流路溝３３８が残されていた。これに代えて、凸部３３６の高さＤＨと幅ＤＷとを、ひとつの流路溝３３８を完全に埋め尽くすように設定してもよい。

また、上記実施形態では、内管３０の素材管を径方向外側から内側へ向けて変形させることにより形成された溝の間に島状に残された部位によって膨出部を形成した。これに代えて、内管３０の素材管の内部から径方向外側に向けて壁を変形させることにより膨出部を形成してもよい。例えば、ハイドロフォーミング加工を利用することができる。

また、上記実施形態では、接合部５１、５２において外管２０と内管３０とを直接に接合した。これに代えて、外側通路１２と内側通路１３とを分離する通路ブロックを採用し、外管２０と内管３０とを通路ブロックに接続する構成を採用してもよい。

１冷凍サイクル、２圧縮機、３熱交換器、４減圧器、５熱交換器、１０多重管熱交換器、１１曲げ部、１２外側通路、１３内側通路、２０外管、３０内管、３１ａ端部、３１ｂ端部、３２溝、３３ａ環状溝、３３ｂ環状溝、３４網状の流路溝、２３８螺旋状の流路溝、３３８螺旋状の流路溝、３５膨出部、２３５膨出部、３３５膨出部、３６凸部、２３６凸部、３３６凸部、３７凹部、３３７凹部、３３９脈状の隆起、３４０脈状の隆起、５１接合部、５２接合部、６１分岐管、６２分岐管。

Claims

外管（２０）と、
前記外管の内部に配置された内管（３０）とを備え、
前記外管と前記内管との間に外側通路（１２）を区画するとともに、前記内管の内部に内側通路（１３）を区画する多重管熱交換器（１０）において、
前記内管の壁には、前記外側通路に向けて突出することにより前記外側通路に向けて凸部（３６、２３６、３３６）をなすとともに、前記内側通路に向けて凹部（３７、３３７）をなし、前記外側通路における媒体の流れ方向に沿って互いに離れて配置された複数の膨出部（３５、２３５、３３５）が形成されていることを特徴とする多重管熱交換器。
前記内管の壁には、前記外側通路に向けて凹部をなして螺旋状に延びる流路溝（２３８、３３８）が形成され、
前記膨出部は、前記流路溝（２３８、３３８）の中に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多重管熱交換器。
前記凸部の径方向の高さ（ＤＨ）は、前記流路溝の径方向の深さより小さいことを特徴とする請求項２に記載の多重管熱交換器。
前記外側通路における媒体の流れ方向に関する前記凸部の長さ（ＤＬ）と、前記外側通路１２における高圧冷媒の流れ方向と垂直な方向に関する前記凸部の幅（ＤＷ）とは、前記流路溝の底面と前記外管の内面との間の前記外側通路の高さより大きく、かつ、前記外管の内径より小さいことを特徴とする請求項３に記載の多重管熱交換器。
前記膨出部は、前記内管の壁を径方向外側から内側に向けて変形させることにより形成された溝（３２、３４、２３８、３３８）の間に残された島状の部分によって提供されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の多重管熱交換器。
前記外側通路における媒体の流れ方向に関する前記凸部の長さ（ＤＬ）と、前記外側通路１２における高圧冷媒の流れ方向と垂直な方向に関する前記凸部の幅（ＤＷ）とは、ほぼ等しいことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の多重管熱交換器。
前記凸部（３６、２３６、３３６）は、球の一部に相当する形状を有することを特徴とする請求項６に記載の多重管熱交換器。
前記外側通路は冷凍サイクル（１）の高圧冷媒の通路であり、前記内側通路は前記冷凍サイクルの低圧冷媒の通路であり、前記冷凍サイクルの内部熱交換器を提供することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の多重管熱交換器。