JP2017198392A

JP2017198392A - 二重管

Info

Publication number: JP2017198392A
Application number: JP2016089790A
Authority: JP
Inventors: 剛伊東; Takeshi Ito; 弘高梶塚; Hirotaka Kajizuka; 林　直人; Naoto Hayashi; 直人林
Original assignee: Valeo Japan Co Ltd
Current assignee: Valeo Japan Co Ltd
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2017-11-02
Also published as: CN107421164A; EP3239638A1

Abstract

【課題】曲げ部において、通路抵抗の上昇が抑制され、かつ高い耐圧性を備えた二重管を提供することを目的とする。【解決手段】車両に搭載される冷凍サイクル（１）の内部熱交換器（５）として用いられるものであって、外管（２０）と、外管の内側に配置された内管（３０）とを備え、外管と内管とが曲げられた曲げ部（Ｃ）では、径方向において、内管は外管に接触しない、または１か所が接触し、内管の曲げ外側部分は、凸状および／又は凹状で所定の長さを有するリブ（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）が形成されている。【選択図】図３

Description

この発明は、車両に搭載される冷凍サイクルの内部熱交換器として用いられる二重管に関する。

冷凍サイクルの冷凍効率を向上させるために、高圧の媒体と低圧の媒体とを熱交換させる内部熱交換器として、例えば特許文献１や特許文献２等に開示される二重管を用いることが公知となっている。

これらの特許文献１および特許文献２に開示される二重管は、外管とこの外管に挿入された内管とを備え、外管と内管との間を通流する高圧の媒体と、内管を通流する低圧の媒体との間で熱交換を行う構成となっている。

外管への内管の挿入は、外管の内径よりも小さい外径の内管を挿入することにより行われるが、車両の振動が二重管に伝達されたときなどに、外管と内管とがそれぞれ振動して外管と内管とが接触し、異音の発生や、外管や内管が損傷するおそれがある。

そこで、特許文献１では、二重管を、直管部とこの直管部の両側に配された曲げ部とを有するように構成した。直管部では内管の外面（外周）と外管の内面（内周）とが接触しないか、内管の外面が外管の内面の一方にだけ接触する一方で、曲げ部では外管と内管との断面形状が扁平化され、外管の内周面と内管の外周面が径方向の複数方向で当接する。このような二重管の構成とすることで、外管と内管との固定を行っている。

しかし、外管と内管とを当接しつつ扁平化させるため、高圧の媒体が通流する外管と内管との間の流路も曲げ工程により変形する。特に、外管および内管の曲げの外側がそれぞれ引き延ばされ、密着に近い形態となり、流路を十分に確保することができなくなる問題がある。

そこで、特許文献２では、直管部では内管の外面（外周）と外管の内面（内周）とを径方向に複数個所で接触させて固定する一方で、二重管の曲げ部においては外管や内管に十分な空間を設けて、曲げにより扁平化しても当接しない、あるいは当接しても径方向の１か所で当接する構成としている。この結果、高圧の媒体が通流する外管および内管との間の流路を確保することができ、通路抵抗の上昇を抑制することができる。

特開２００６−１６２２４１号公報特開２０１３−１１３５２５号公報

外管と内管との間を高圧の媒体が通流するとき、外管に対してはこれを径方向に膨らませる方向に、内管に対してはこれを径方向に押し潰す方向に圧力がかかる。この結果、外管は、断面形状がどのような形状であっても、媒体の圧力による変形形態は真円となる方向であり、耐圧強度を確保しやすい。一方、内管は、特許文献２に示される曲げ部でも扁平化されているので、高圧の媒体の圧力によって扁平化された部分が押し潰されて、十分な耐圧強度の確保が困難になるとの問題がある。

そこで、本発明は、曲げ部において、通路抵抗の上昇が抑制され、かつ高い耐圧性を備えた二重管を提供することを目的とする。

この発明に係る二重管（１０）は、車両に搭載される冷凍サイクル（１）の内部熱交換器（５）として用いられるものであって、外管（２０）と、前記外管の内側に配置された内管（３０）とを備え、前記外管と前記内管とが曲げられた曲げ部（Ｃ）では、径方向において、前記内管は前記外管に接触しない、または１か所が接触し、前記内管の曲げ外側部分は、凸状および／又は凹状で所定の長さを有するリブ（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）が形成されていることを特徴としている（請求項１）。外管と内管との間は高圧の冷媒が、内管の内部は低圧の冷媒が通流されて、熱交換される。

この発明に係る二重管では、前記リブは、前記内管の延伸方向に対して略直交する方向に延びることが好ましい（請求項２）。内管を押し潰す方向の圧力をリブが受け止め、さらに内管に伝達することができ、耐力を増強することができる。

この発明に係る二重管では、前記リブは、前記内管の延伸方向に対して斜め方向に延びることが好ましい（請求項３）。内管を押し潰す方向の圧力をリブが受け止め、さらに内管に伝達することができるとともに、内管の延伸方向において圧力を分散することができ、耐力を増強することができる。

この発明に係る二重管では、前記リブは、前記内管の延伸方向に対して螺旋状に延びた第１の溝（Ｓ１）の一部であることが好ましい（請求項４）。内管を押し潰す方向の圧力をリブが受け止め、さらに内管に伝達することができるとともに、内管の延伸方向において圧力をより確実に分散することができ、耐力を増強することができる。

この発明に係る二重管では、前記内管は、前記外管と当該内管とが曲げられていない直管部では、当該内管の延伸方向に対して螺旋状に延びた第２の溝（Ｓ２）を有し、前記第１の溝と前記第２の溝は、螺旋の巻き方向が等しいことが好ましい（請求項５）。直管部での高圧冷媒の流れの方向、すなわち螺旋の回転方向と、曲げ部での高圧冷媒の流れ方向、すなわち螺旋の回転方向とを同じとすることで、通路抵抗の上昇を抑制することができる。

これにより、曲げ部にでは、径方向において、内管は前外管に接触しない、または１か所が接触するよう構成されるので、外管と内管との間に十分な通路が確保されて、通路抵抗の上昇が防止される。そして、内管の曲げ外側部分は、凸状および／又は凹状で所定の長さを有するリブが形成されるので、内管を押し潰す方向の圧力に対して耐力を増強することができる。

この発明に係る二重管では、前記リブは、前記内管の延伸方向に沿って延びることが好ましい（請求項６）。内管を押し潰す方向の圧力をリブが受け止め、内管の延伸方向において圧力を分散することができ、耐力を増強することができる。

そしてこの発明に係る二重管では、前記内管は、前記リブまたは前記第一の溝が複数形成されていることが好ましい（請求項７）。内管を押し潰す方向の圧力に対して、より耐力を増強することができる。

本発明によれば、外管と内管との間の通路抵抗の上昇が防止されるとともに、内管を押し潰す方向の圧力に対して耐力を増強した二重管を提供することができる。

二重管を内部熱交換器として備えた冷凍サイクルの概略図である。実施例１における二重管の概略断面図である。実施例１の曲げ部を説明するもので、図３（ａ）は図２の矢視Ａから見た図、図３（ｂ）は図２の範囲Ｃの断面図、図３（ｃ）は図２のＸ−Ｘ断面図である。実施例２の曲げ部を説明するもので、図４（ａ）は図２の矢視Ａから見た図に相当する図、図４（ｂ）は図２の範囲Ｃに相当する断面図、図４（ｃ）は図２のＸ−Ｘ断面図に相当する断面図である。実施例３の曲げ部を説明するもので、図５（ａ）は図２の矢視Ａから見た図に相当する図、図５（ｂ）は図２の範囲Ｃに相当する断面図、図５（ｃ）は図２のＸ−Ｘ断面図に相当する断面図である。実施例４の曲げ部を説明するもので、図６（ａ）は図２の矢視Ａから見た図に相当する図、図６（ｂ）は図２の範囲Ｃに相当する断面図、図６（ｃ）は図２のＸ−Ｘ断面図に相当する断面図である。従来技術を説明する二重管の概略断面図である。従来技術の曲げ部を説明するもので、図８（ａ）は図７のＹ−Ｙ断面図、図８（ｂ）は高圧冷媒により破損した状態を示す二重管の断面図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の一態様を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書および図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。本発明の効果を奏する限り、種々の形態変更をしてもよい。

図１において、下記する二重管１０を有する冷凍サイクル１の一例が示されている。この冷凍サイクル１は、車両に搭載されて、図示しない車両用空調装置の一部を構成するものである。

冷凍サイクル１は、冷媒を圧縮する圧縮機２と、この圧縮機２で圧縮された冷媒を冷却する凝縮器３と、この凝縮器３により冷却された冷媒を気液分離して液状冷媒のみを取り出す気液分離器４と、液状冷媒を減圧して膨張する膨張装置６と、この膨張装置６により減圧された冷媒を蒸発する蒸発器７と、を有している。そして、この冷凍サイクル１は、気液分離器４から膨張装置６に向かう冷媒が通流する高圧冷媒通路５１と、蒸発器７から圧縮機２に向かう冷媒が通流する低圧冷媒通路５２とを備えた内部熱交換器５が配置されている。内部熱交換器５を配置することで、蒸発器７に流れる冷媒のエンタルピを低減し、冷凍サイクル１の冷却能力を増強することができる。

冷凍サイクル１は、圧縮機２と凝縮器３とを直接的または間接的に接続する配管６１、凝縮器３と気液分離器４とを直接的または間接的に接続する配管６２、気液分離器４と内部熱交換器５の高圧冷媒通路５１とを直接的または間接的に接続する配管６３、内部熱交換器５の高圧冷媒通路５１と膨張装置６とを直接的または間接的に接続する配管６４、膨張装置６と蒸発器７とを直接的または間接的に接続する配管６５、蒸発器７と内部熱交換器５の低圧冷媒通路５２とを直接的または間接的に接続する配管６６、内部熱交換器５の低圧冷媒通路５２と圧縮機２とを直接的または間接的に接続する配管６７、を備えることで、冷媒が循環可能なサイクルを構成している。なお、この例では気液分離器４を凝縮器３とは別な部品として示したが、凝縮器３と一体的であってもよい。また膨張装置６と蒸発器７との間に配管６５を備える構成としたが、配管６５を省略し、膨張装置６と蒸発器７とを直接的に接続してもよい。

このように構成された冷凍サイクル１において、圧縮機２を稼働すると、高温高圧の冷媒が吐出され、図１の白矢印で示される流れに沿って、凝縮器３、気液分離器４、内部熱交換器５の高圧冷媒通路５１を経由し、膨張装置６に到達する。膨張装置６にて膨張された冷媒は、低温低圧の冷媒となって、図１の黒矢印で示される流れに沿って、蒸発器７、内部熱交換器５の低圧冷媒通路５２を経由し、圧縮機２に到達して、循環する。

＜実施例１＞
図２は、図１で示される内部熱交換器５として利用される二重管１０を、実施例１として説明する断面概略図である。いずれもアルミニウム合金製の外管２０と、この外管２０の内側に配置された内管３０とを有し、直管部Ｂ１、Ｂ２と、曲げ部Ｃとを有する。曲げ部Ｃでは、径方向において、内管３０は外管２０に接触しない、または１か所が接触するように構成されている。この実施例１では、曲げ部Ｃは１つの略直角としたが、本発明では曲げ部の数や角度について、特には制限しない。外管２０と内管３０との間は高圧冷媒が通流する高圧冷媒通路５１であり、内管３０の内側は低圧冷媒が通流する低圧冷媒通路５２となっている。

外管２０は、高圧冷媒が流入する入口孔２２と、配管６３と接続し高圧冷媒を入口孔２２に導く高圧導入配管２１とを備えている。さらに、高圧冷媒が流出する出口孔２３と、出口孔２３から導出された高圧冷媒を配管６４へ導く低圧冷媒導出配管２４とを備えている。また、外管２０の端部は、内管３０の外周を封止部２５、２６で封止している。

内管３０は、一方側で配管６６と接続されて低圧冷媒が導入され、他方側で配管６７と接続されて低圧冷媒が導出される。図２に示されるように、直管部Ｂ１、Ｂ２では、螺旋状の溝Ｓ２が形成されている。これにより、高圧冷媒通路５１を通流する高圧冷媒は螺旋状に回転しつつ通流され、低圧冷媒通路５２を通流する低圧冷媒も、一部が螺旋状に回転しつつ通流されて、効率よく熱交換される。図２の例では、高圧冷媒は、進行方向に対して左巻きに回転しつつ進行する。なお、螺旋状の溝Ｓ２は、図２で示されるように外管２０の内周面と当接、あるいは実質的に当接されることが好ましい。高圧冷媒が二重管１０の延伸方向に短絡することが防止されて、高い熱交換効率を得ることが出できる。

このように構成された二重管１０に対して、冷媒は、図２に示されるように、高圧冷媒と低圧冷媒とが相互に対向となるように通流される。

図３は実施例１の曲げ部を説明するもので、図３（ａ）は図２の矢視Ａから見た図、図３（ｂ）は図２の範囲Ｃの断面図、図３（ｃ）は図２のＸ−Ｘ断面図である。図３（ｃ）に示されるように、曲げ部では、外管２０および内管３０は扁平化され、特に曲げ外側（図の上方）において扁平度が高くなっている（より平面化されている）。そして、図３（ａ）および図３（ｃ）に示されるように、リブＲ１は、曲げ部の外側に凹状となって、内管３０の延伸方向に対して略直交する方向に延びている。リブＲ１のリブ長さＬＲ１は、内管３０の幅ＬＩＮよりは短いが、ほぼ同等とされることが好ましい。高圧冷媒通路５１を通流する高圧冷媒の圧力が扁平化された部位に印加されても、リブＲ１が圧力を受け止める。そして、図３（ｃ）において、内管３０の左右側面に圧力を伝達して、高圧冷媒の圧力による内管３０の破損を防止することができる。なお、リブＲ１は、曲げ部の外側に凸状となって、内管３０の延伸方向に対して略直交する方向に延びていてもよい。リブＲ１の形成方向は、適宜選択される。

そして、リブＲ１は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示されるように、複数形成されることが好ましい。より、圧力への耐力を向上させることができる。

＜実施例２＞
ここまで、本発明の実施例１を説明してきたが、図４を用いて、実施例２を説明する。

図４（ａ）は図２の矢視Ａから見た図に相当する図、図４（ｂ）は図２の範囲Ｃに相当する断面図、図４（ｃ）は図２のＸ−Ｘ断面図に相当する断面図である。図４（ｃ）に示されるように、この実施例２でも、曲げ部では、外管２０および内管３０は扁平化され、特に曲げ外側（図の上方）において扁平度が高くなっている（より平面化されている）。そして、図４（ａ）、図４（ｂ）、および図４（ｃ）に示されるように、リブＲ２は、曲げ部の外側に凹状となって、内管３０の延伸方向に対して斜めの方向に延びている。リブＲ２のリブ長さＬＲ２は、内管３０の幅ＬＩＮよりは短いが、ほぼ同等とされることが好ましい。リブＲ２が圧力を受け止めたのち、図４（ｃ）において、内管３０の左右側面に圧力を伝達する。さらに、リブＲ２が複数形成されることで、内管３０の延伸方向に沿っても、受け止めた圧力を分散することができる。この結果、高圧冷媒の圧力による内管３０の破損を防止することができる。なお、リブＲ２は、曲げ部の外側に凹状となって、内管３０の延伸方向に対して略直交する方向に延びていてもよい。リブＲ２の形成方向は、適宜選択される。

＜実施例３＞
次に、図５を用いて、実施例３を説明する。図５（ａ）は図２の矢視Ａから見た図に相当する図、図５（ｂ）は図２の範囲Ｃに相当する断面図、図５（ｃ）は図２のＸ−Ｘ断面図に相当する断面図である。図５（ｃ）に示されるように、この実施例３でも、曲げ部では、外管２０および内管３０は扁平化され、特に曲げ外側（図の上方）において扁平度が高くなっている（より平面化されている）。そして、図５（ａ）、図５（ｂ）、および図５（ｃ）に示されるように、リブＲ２は、曲げ部の外側に凹状となって、内管３０の延伸方向に対して斜めの方向に延びている。更に、この実施例３では、リブＲ２が、螺旋溝Ｓ１（螺旋状の第１の溝）の一部として構成されている。

これにより、リブＲ２が圧力を受け止めたのち、図５（ｃ）において、内管３０の左右側面に圧力を伝達する。さらに、リブＲ２が受け止めた圧力は、螺旋溝Ｓ１を介して、内管３０の延伸方向に対して分散することができる。この結果、高圧冷媒の圧力による内管３０の破損を防止することができる。

なお、図５（ａ）の例では、高圧冷媒は、進行方向に対して左巻きに回転しつつ進行する。これは、図２に示された直管部Ｂ１、Ｂ２に形成された螺旋溝Ｓ２の周囲を流れる高圧冷媒と、同じ回転方向となっている。このように、実施例３で示される螺旋溝Ｓ１の回転方向（内管３０の延伸方向に対する螺旋溝Ｓ１の回転方向）は、直管部Ｂ１、Ｂ２の螺旋溝Ｓ２（螺旋状の第２の溝）の回転方向と同じとすることが好ましい。直管部での高圧冷媒の流れの方向（すなわち螺旋の回転方向）と、曲げ部での高圧冷媒の流れ方向（すなわち螺旋の回転方向）とを同じとすることで、通路抵抗の上昇を抑制することができる。

＜実施例４＞
次に、図６を用いて、実施例４を説明する。図６（ａ）は図２の矢視Ａから見た図に相当する図、図６（ｂ）は図２の範囲Ｃに相当する断面図、図６（ｃ）は図２のＸ−Ｘ断面図に相当する断面図である。図６（ｃ）に示されるように、この実施例４でも、曲げ部では、外管２０および内管３０は扁平化され、特に曲げ外側（図の上方）において扁平度が高くなっている（より平面化されている）。そして、図６（ａ）、図６（ｂ）、および図６（ｃ）に示されるように、リブＲ３は、曲げ部の外側に凹状となって、内管３０の延伸方向に沿った方向に延びている。高圧冷媒の圧力をリブＲ３が受け止めたのち、リブＲ３の長さＬＲ３において、内管３０の延伸方向に分散することができる。この結果、高圧冷媒の圧力による内管３０の破損を防止することができる。なお、リブＲ３は、曲げ部の外側に凸状となって、内管３０の延伸方向に対して略直交する方向に延びていてもよい。リブＲ３の形成方向は、適宜選択される。

＜従来技術＞
ここまで、本発明について４つの実施形態を示して説明してきたが、本発明を実施しない場合について、本発明と対比する技術として説明する。

図７は、従来技術を説明する二重管１００の概略断面図である。いずれもアルミニウム合金製の外管２００と、この外管２００の内側に配置された内管３００とを有し、直管部Ｂ１´、Ｂ２´と、曲げ部Ｃ´とを有する。曲げ部Ｃ´では、径方向において、内管３００は外管２００に接触しない、または１か所が接触するように構成されている。外管２００と内管３００との間は高圧冷媒が通流する高圧冷媒通路５１であり、内管３００の内側は低圧冷媒が通流する低圧冷媒通路５２となっている。

図８（ａ）は図７のＹ−Ｙ断面図、図８（ｂ）は高圧冷媒により破損した状態を示す二重管の断面図である。図８（ａ）に示されるように、この従来技術でも、曲げ部では、外管２００および内管３００は扁平化され、特に曲げ外側（図の上方）において扁平度が高くなっている（より平面化されている）。ここで、高圧冷媒通路５１に高圧冷媒が通流されると、高圧冷媒の圧力Ｐｈが扁平化された内管部分３００にかかる。このとき、低圧冷媒通路５２にも低圧冷媒が通流されているが、圧力の差があるために、内管３００は押し潰されるような力を受けることとなる。そして、内管３００は、本発明のようにリブを備えないから、図８（ｂ）に示されるように、扁平度の高い部分から内側に押し潰されて、破損部Ｄの発生が懸念される。仮に破損部Ｄのように破損すると、隔離されているべき高圧冷媒通路５１と低圧冷媒通路５２とが短絡し、圧縮機２から吐出された冷媒は、膨張装置６や蒸発器７を通流することなく圧縮機２へ戻るので、冷凍サイクル１は通常の冷房能力を発揮することができなくなる。

本発明に係る車両用空調装置は、工業的に製造することができ、また商取引の対象とすることができるから、経済的価値を有して産業上利用することが出来る発明である。

１冷凍サイクル
２圧縮機
３凝縮器
４気液分離器
５内部熱交換器
６膨張装置
７蒸発器
１０二重管
２０外管
２１高圧冷媒導入配管
２２入口孔
２３出口孔
２４高圧冷媒導出配管
２５封止部
２６封止部
３０内管
５１高圧冷媒通路
５２低圧冷媒通路
６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７配管
１００二重管
２００外管
３００内管
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ１´、Ｂ２´、直管部
Ｃ、Ｃ´ 曲げ部
Ｄ破損部
Ｒ１リブ
Ｒ２リブ
Ｒ３リブ
Ｓ１螺旋溝（螺旋状の第１の溝）
Ｓ２螺旋溝（螺旋状の第２の溝）
ＬＲ１リブ長さ
ＬＲ２リブ長さ
ＬＲ３リブ長さ
ＬＩＮ内管の幅
Ｐｈ高圧冷媒の圧力

外管２０は、高圧冷媒が流入する入口孔２２と、配管６３と接続し高圧冷媒を入口孔２２に導く高圧冷媒導入配管２１とを備えている。さらに、高圧冷媒が流出する出口孔２３と、出口孔２３から導出された高圧冷媒を配管６４へ導く高圧冷媒導出配管２４とを備えている。また、外管２０の端部は、内管３０の外周を封止部２５、２６で封止している。

図８（ａ）は図７のＹ−Ｙ断面図、図８（ｂ）は高圧冷媒により破損した状態を示す二重管の断面図である。図８（ａ）に示されるように、この従来技術でも、曲げ部では、外管２００および内管３００は扁平化され、特に曲げ外側（図の上方）において扁平度が高くなっている（より平面化されている）。ここで、高圧冷媒通路５１に高圧冷媒が通流されると、高圧冷媒の圧力Ｐｈが内管３００の扁平化された部分にかかる。このとき、低圧冷媒通路５２にも低圧冷媒が通流されているが、圧力の差があるために、内管３００は押し潰されるような力を受けることとなる。そして、内管３００は、本発明のようにリブを備えないから、図８（ｂ）に示されるように、扁平度の高い部分から内側に押し潰されて、破損部Ｄの発生が懸念される。仮に破損部Ｄのように破損すると、隔離されているべき高圧冷媒通路５１と低圧冷媒通路５２とが短絡し、圧縮機２から吐出された冷媒は、膨張装置６や蒸発器７を通流することなく圧縮機２へ戻るので、冷凍サイクル１は通常の冷房能力を発揮することができなくなる。

Claims

車両に搭載される冷凍サイクル（１）の内部熱交換器（５）として用いられる二重管（１０）であって、
外管（２０）と、前記外管の内側に配置された内管（３０）とを備え、
前記外管と前記内管とが曲げられた曲げ部（Ｃ）では、径方向において、前記内管は前記外管に接触しない、または１か所が接触し、
前記内管の曲げ外側部分は、凸状および／又は凹状で所定の長さを有するリブ（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）が形成されていることを特徴とする二重管（１０）。
前記リブ（Ｒ１）は、前記内管の延伸方向に対して略直交する方向に延びたことを特徴とする請求項１に記載の二重管。
前記リブ（Ｒ２）は、前記内管の延伸方向に対して斜め方向に延びたことを特徴とする請求項１に記載の二重管。
前記リブ（Ｒ２）は、前記内管の延伸方向に対して螺旋状に延びた第１の溝（Ｓ１）の一部であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の二重管。
前記内管は、前記外管と当該内管とが曲げられていない直管部では、当該内管の延伸方向に対して螺旋状に延びた第２の溝（Ｓ２）を有し、
前記第１の溝と前記第２の溝は、螺旋の巻き方向が等しいことを特徴とする請求項４に記載の二重管。
前記リブ（Ｒ３）は、前記内管の延伸方向に沿って延びたことを特徴とする請求項１に記載の二重管。
前記内管は、前記リブまたは前記第一の溝が複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の二重管。