JP2020012619A - 二重管式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 通流する冷媒を確実に撹拌し熱交換の効率を向上するとともに、構造上の強度も向上した二重管を提供する。【解決手段】 二重管式熱交換器は、外管と、外管の内部に配置される内管と、内管の内部空間に配置されて該内部空間を螺旋状に区画する螺旋部材と、を備え、外管と内管との間の隙間空間は第１冷媒流路であり、内管の内部空間は第２冷媒流路であり、第１冷媒流路を流れる冷媒は内管の軸方向における他方側から流入したのち一方側から流出し、第２冷媒流路を流れる冷媒は一方側から流入したのち他方側から流出し、第１冷媒流路が螺旋状に区画される。【選択図】図３

Description

本発明は、車両用空調装置の冷凍サイクルに配置される二重管式の熱交換器に関する。

従来、特許文献１および特許文献２に示されるように、車両用空調装置の冷凍サイクルの冷房能力を増大させる装置として、内管とこの内管の外側に配置される外管とを有し、内管の内側に通流される低温低圧の冷媒と内管の外周面と外管の内周面との間に通流される高温高圧の冷媒とを熱交換する二重管（二重管式熱交換器）が知られている。

特許文献１に示される二重管は内管の内部に螺旋状のフィンが挿入されており、ここを低温低圧の冷媒が通流する際に螺旋状に旋回させて撹拌し、高温高圧の冷媒との熱交換の効率を向上できる、とされている。

特許文献２に示される二重管は内管に螺旋状の溝が形成されて、溝を区画する峰部が外管の内周面に当接しており、内管の外周面と外管の内周面との間を高温高圧の冷媒が通流する際に螺旋状に旋回させて撹拌し、低温低圧の冷媒との熱交換の効率の向上が示唆される。

特開２０１８−０２１６９９号公報 特開２００６−１６２２４１号公報

しかしながら、特許文献１に示される二重管は、内管の内部を通流する冷媒を撹拌できる一方、内管の外周面と外管の内周面との間を通流する冷媒を撹拌することができず、従って熱交換の効率向上の余地がある。

また、特許文献２に示される二重管も、内管の外周面と外管の内周面との間を通流する冷媒を撹拌できる一方、内管の内部を通流する冷媒は二重管の軸方向に短絡するように通流可能となっており、十分に撹拌することができず、従って熱交換の効率向上の余地がある。

ところで、高温高圧の冷媒が通流する熱交換器は圧力容器であるところ、管体であるために全体形状は細長く、構造物としての強度の向上も求められている。

そこで本発明は、通流する冷媒を確実に撹拌し熱交換の効率を向上するとともに、構造上の強度も向上した二重管を提供することを目的とする。

本発明の好適な一実施形態によれば、外管と、前記外管の内部に配置される内管と、前記内管の内部空間に配置されて該内部空間を螺旋状に区画する螺旋部材と、を備え、前記外管の内部の内周面と前記内管の外周面との間の隙間空間は、第１冷媒流路であり、前記内管の内部空間は、第２冷媒流路であり、前記第１冷媒流路を流れる冷媒は、前記内管の軸方向における他方側から該第１冷媒流路に流入したのち、一方側から流出し、前記第２冷媒流路を流れる冷媒は、前記内管の軸方向における一方側から該第２冷媒流路流入したのち、他方側から流出し、前記第１冷媒流路が螺旋状に区画されたことを特徴とする、二重管式熱交換器が提供される。

したがって、第２冷媒流路を流れる冷媒だけでなく、第１冷媒流路を流れる冷媒も螺旋回転しつつ流れることとなるから、２つの冷媒とも撹拌されるので、熱交換の効率が向上する。また、第２冷媒流路に螺旋部材が配置されたたけでなく、第１冷媒流路も螺旋状になるように第１冷媒流路を螺旋状に区画したので、構造が強化される。

さらに二重管式内部熱交換器は、前記内管３０の軸方向の一方側から他方側を見たときに、前記第１冷媒流路を流れる冷媒の螺旋の回転方向と、前記第２冷媒流路を流れる冷媒の螺旋の回転方向とが、逆方向であることが好ましい。当該二重管において、第１冷媒流路を流れる冷媒と第２冷媒流路を流れる冷媒とが対向して流れることとなり、熱交換の効率がさらに向上する。

さらに二重管式内部熱交換器は、前記内管の軸方向において、前記第１冷媒流路の螺旋のピッチと前記螺旋部材の螺旋のピッチとが等しいよう構成されることが好ましい。第１冷媒流路と第２冷媒流路とを合理的に対向させて、熱交換の効率を向上させることができる。

さらに二重管式内部熱交換器は、前記第１冷媒流路を螺旋状に区画する螺旋溝と前記内管の外周面との当接部である第１螺旋状当接線と、前記螺旋部材と前記内管の内周面との当接部である第２螺旋状当接線とは、前記内管を介して対向していることが好ましい。第１冷媒流路と第２冷媒流路とを合理的に対向させて、熱交換の効率を向上させることができる。

また、二重管式内部熱交換器は、前記内管３０の軸方向の一方側から他方側を見たときに、前記第１冷媒流路を流れる冷媒の螺旋の回転方向と、前記第２冷媒流路を流れる冷媒の螺旋の回転方向とが、同じ方向であってもよい。第１冷媒流路と第２冷媒流路とを交差するように構成することができるので、第１冷媒流路を流れる冷媒と第２冷媒流路を流れる冷媒との熱交換の効率を向上しつつ、二重管の構造が強化される。

上記本発明の実施形態によれば、通流する冷媒を確実に撹拌し熱交換の効率を向上するとともに、構造上の強度も向上した二重管式熱交換器を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る二重管式熱交換器が配置された車両用空調装置の冷凍サイクルを示す概略構成図である。 実施例１における二重管式熱交換器の概略断面図である。 実施例１における二重管式熱交換器の内部を通流する冷媒の流れを説明する説明図で、（ａ）は一方側の近傍から他方側を見た透視図、（ｂ）は内管の軸線を含むよう切断した部分断面図である。 実施例２における二重管式熱交換器の内部を通流する冷媒の流れを説明する説明図で、（ａ）は一方側の近傍から他方側を見た透視図、（ｂ）は内管の軸線を含むよう切断した部分断面図である。 実施例２における二重管式熱交換器の構造を示す説明図で、（ａ）は内管の軸線に垂直に切断し、一方側から他方側に向けて見た概略断面図、（ｂ）は内管の軸線を含むよう切断した部分断面図である。 実施例３における二重管式熱交換器の概略断面図である。 実施例４における二重管式熱交換器の概略断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の二重管式熱交換器の実施形態について説明する。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は、本発明の一実施の形態に係る二重管式熱交換器１０が配置された車両用空調装置の冷凍サイクル１を示す概略構成図である。

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、二重管式熱交換器１０の高圧冷媒通路１１を経由し、膨張装置４に到達する。膨張装置４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５、二重管式熱交換器１０の低圧冷媒通路１２、アキュムレータ６を経由し、圧縮機２に到達する。二重管式熱交換器１０は、冷凍サイクル１の内部を循環する高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒との間で熱の交換を行う部品であり、内部熱交換器と呼ばれることもある。

図１において、下記する二重管式熱交換器１０が配置された車両用空調装置の冷凍サイクル１の一例が示されている。

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から流出した冷媒を減圧して膨張する膨張装置４と、この膨張装置４により減圧された冷媒を蒸発する蒸発器５と、この蒸発器５を流出した冷媒を気体と液体とに分離して気体状の冷媒を流出するアキュムレータ６と、を有している。そして、この冷凍サイクル１には、凝縮器３から膨張装置４に向かう冷媒が通流する高圧冷媒通路１１と、蒸発器５からアキュムレータ６に向かう冷媒が通流する低圧冷媒通路１２とを備えた二重管式熱交換器１０が配置されている。二重管式熱交換器１０を配置することで、蒸発器５に流入す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１３ａ、凝縮器３と二重管式熱交換器１０の高圧冷媒通路１１とを直接的または間接的に接続する配管１３ｂ、二重管式熱交換器１０の高圧冷媒通路１１と膨張装置４とを直接的または間接的に接続する配管１３ｃ、膨張装置４と蒸発器５とを直接的または間接的に接続する配管１３ｄ、蒸発器５と二重管式熱交換器１０の低圧冷媒通路１２とを直接的または間接的に接続する配管１３ｅ、二重管式熱交換器１０の低圧冷媒通路１２とアキュムレータ６とを直接的または間接的に接続する配管１３ｆ、アキュムレータ６と圧縮機２とを直接的または間接的に接続する配管１３ｇと、を備えることで、冷媒の循環可能となるように構成されている。なお、この例では、冷媒の気体と液体を分離する部品としてアキュムレータ６を示したが、これに代えて、凝縮器３と二重管式熱交換器１０の高圧冷媒通路１１との間にリキッドタンクを配置してもよい。また、膨張装置４と蒸発器５との間に配管１３ｄを備える構造としたが、配管１３ｄを省略し、膨張装置４と蒸発器５とを直接的に接続してもよい。

＜実施例１＞
図２は、図１で示される二重管式熱交換器１０を、実施例１として説明する断面概略図である。二重管式熱交換器１０は、いずれもアルミニウムまたは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とを有する。外管２０の内部の内周面と内管３０の外周面との間の隙間空間は第１冷媒（高温高圧の冷媒）が通流する第１冷媒流路（高圧冷媒通路）１１であり、内管３０の内側の空間は第２冷媒（低温低圧の冷媒）が通流する第２冷媒流路（低圧冷媒通路）１２である。

外管２０は、高圧冷媒が流入する入口孔２１ａと、配管１３ｂと接続し高圧冷媒を入口孔２１ａに導く高圧冷媒導入配管２１ｂとを備えている。さらに、高圧冷媒が流出する出口孔２２ａと、出口孔２２ａから導出された高圧冷媒を配管１３ｃへ導く高圧冷媒導出配管２２ｂとを備えている。外管２０の他方側（図２では、左側）の端部は、内管３０の外周を封止する封止部２１ｃとなっており、外管２０の一方側（図２では、右側）の端部は、内管３０の外周を封止する封止部２２ｃとなっている。

外管２０の、入口孔２１ａと出口孔２２ａの間には、内管に向かって凹状に形成された螺旋状の第１螺旋溝２３ａと第２螺旋溝２３ｂが形成されている。第１螺旋溝２３ａと第２螺旋溝２３ｂとは、等間隔で離間している。第１螺旋溝２３ａの頂部と第２螺旋溝２３ｂの頂部は、それぞれ、内管３０の外周面に当接している。これにより高圧冷媒通路１１は、第１高圧冷媒流路１１ａと第２高圧冷媒流路１１ｂとに区画され、内管３０の外周面の周囲に螺旋状に形成される。

内管３０は、一方側の端部（図示せず）が配管１３ｅと接続され、他方側の端部（図示せず）が配管１３ｆと接続されている。

内管３０の内部空間３１には、この内部空間３１を螺旋状に区画する螺旋部材４０が配置されている。螺旋部材４０はアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。あるいは、ポリプロピレン等の樹脂材が用いられる。螺旋部材４０は、平面状の板部材を内管３０の軸方向に沿って捩じられた形状に形成されている。螺旋部材４０の径方向の端部は、内管３の内周面に当接している。これにより内管３０の内部空間３１は、それぞれが螺旋状の第１螺旋空間３１ａと第２螺旋空間３１ｂとに区画される。

図３は、図２に示される二重管式熱交換器の内部を通流する冷媒の流れを説明する説明図で、図３（ａ）は一方側の近傍から他方側を見た透視図、図３（ｂ）は部分断面図である。

図３（ａ）では、螺旋部材４０の記載は省略している。高圧冷媒導入配管２１ｂ、入口孔２１ａを介して第１冷媒流路（高圧冷媒流路）１１の他方側に流入した高圧冷媒は、点線Ｈ１、Ｈ２で示されるように内管３０の外周を螺旋状に旋回しながら内管３０の軸方向を移動し、高圧冷媒流路１１の一方側へと向かう。流れＨ１は第１高圧冷媒流路１１ａを流れる高圧冷媒、流れＨ２は第２高圧冷媒流路１１ｂを流れる高圧冷媒を示す。図３（ａ）の例では、高圧冷媒の流れＨは、内管３０の軸方向の一方側から他方側を見たときに、左回りとなるように回転する。

一方、内管３０は、低圧冷媒流路１２の一方側の端部に流入した低圧冷媒は、実線Ｄで示されるように内管３０の内部空間３１を螺旋状に旋回しながら内管３０の軸方向を移動し、低圧冷媒流路１２の他方側へと向かう。図３（ａ）の例では、低圧冷媒の流れＤは、内管３０の軸方向の一方側から他方側を見たときに、右回りとなるように回転する。すなわち、高圧冷媒の流れＨの回転方向と、低圧冷媒の流れＤの回転方向とが逆方向とされている。

図３（ａ）では、流れＤで示されるように低圧冷媒が螺旋状に流れ、これに加えて、流れＨ１、Ｈ２で示されるように高圧冷媒も螺旋状に流れ、撹拌されるので、この二重管式熱交換器１０の熱交換の効率が向上される。また、図３（ｂ）に示されるように第１螺旋溝２３ａの頂部と第２螺旋溝２３ｂの頂部がそれぞれ、内管３０の外周面に当接しているよう構成されているから、二重管式熱交換器１０の軸方向の全体で外管２０と内管３０とが接触し、機械的な強度を向上することが出来る。

図３（ｂ）は、二重管式熱交換器１０の一部を内管の軸線を含むよう切断した部分断面図で、黒矢印Ｄ１、Ｄ２は螺旋部材４０よりも紙面手前側を通流する低圧冷媒の流れを、点線矢印Ｈ１、Ｈ２は内管３０よりも紙面手前側を通流する高圧冷媒の流れをそれぞれ示す。第１螺旋溝２３ａの頂部および第２螺旋溝２３ｂの頂部と内管３０の外周面との当接部である第１螺旋状当接線Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと、螺旋部材４０と内管３０の内周面との当接部である第２螺旋状当接線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとは、内管３０を介して対向するように構成されている。また、第１螺旋溝２３ａの頂部と内管３０の外周面との当接線である第１螺旋状当接線の第１線Ｌ１ａと、第２螺旋溝２３ｂの頂部と内管３０の外周面との当接線である第１螺旋状当接線の第２線Ｌ１ｂとの間の寸法である第１冷媒流路１１の螺旋のピッチＰ１と、螺旋部材４０と内管３０の内周面との当接線である第２螺旋状当接線のピッチＰ２とは、同等となるように設定されている。

これにより、図３（ｂ）に示すように、高圧冷媒の流れＨ１と低圧冷媒の流れＤ１、および高圧冷媒の流れＨ２と低圧冷媒の流れＤ２は、それぞれ、二重管式熱交換器１０を通流する際のほぼ全過程で、対向流となって流れる。よって、熱交換の効率を効果的に向上することができる。

特に、第１螺旋状当接線Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと、第２螺旋状当接線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとを内管３０を介して対向するように構成したことで、高圧冷媒の流路と低圧冷媒の流路とが対向し、相対的に低い熱ＴＣの高圧冷媒への移動と、相対的に高い熱ＴＷの低圧冷媒への移動が円滑に行われて、熱交換の効率を効果的に向上することができる。

実施例１の二重管式熱交換器は、次のように製造される。まず、螺旋部材４０の基となる金属製の平板を捩じり、あるいは樹脂成型工程によって、螺旋状の螺旋部材４０を用意する。次に、内管３０に、螺旋部材４０を挿入する。このとき、螺旋部材４０の外径は、内管３０の内周面の直径よりもわずかに大きいことが好ましい。螺旋部材４０の内管３０への挿入したのち、螺旋部材４０の回転方向における位置の移動を規制できる。螺旋部材４０の内管３０への挿入後は、必要に応じて、内管３０のうち螺旋部材４０の両端部の外側近傍を縮管加工し、螺旋部材４０の軸方向における位置の移動を規制する。

次に、入口孔２１ａ、出口孔２２ａが形成された外管２０の内側に、螺旋部材４０が挿入された内管３０を挿入する。内管３０が所定の位置にまで挿入されたのち、外管の一方の端部と他方の端部とを縮管加工して、封止部２１ｃ、２２ｃとする。次いで、専用の工具または装置を用いて、外管３０の外周面を部分的かつ凹むように螺旋状の溝を構成する。この実施例１では、２つの交わらない螺旋状の溝を形成する。この工程によって、第１冷媒流路（高圧冷媒流路）１１を、第１高圧冷媒流路１１ａと第２高圧冷媒流路１１ｂとに区画する。

最後に、入口孔２１ａと出口孔２２ａとに、それぞれ、高圧冷媒導入配管２１ｂと高圧冷媒導出配管２２ｂとを取り付ける。取り付けには、例えばろう付け技術が用いられる。なお、必要に応じて、高圧冷媒導入配管２１ｂや高圧冷媒導出配管２２ｂの取り付けの前後の工程で、二重管式熱交換器を曲げる工程を追加してもよいが、曲げ加工により破壊または破損が発生しないように対応するため、曲げ加工に耐え得る材料が選択される。例えば螺旋部材４０には、アルミニウムやアルミニウム合金、あるいは弾性力を有する材料が用いられる。

＜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は、図２に示される二重管式熱交換器について、外管３０に形成された第１螺旋溝２３ａと第２螺旋溝２３ｂに代えて、回転方向を変更した第３螺旋溝２３ｃと第４螺旋溝２３ｄが形成された二重管式熱交換器１１０である。図４（ｂ）に示されるように、第１冷媒流路（高圧冷媒流路）１１は、第３螺旋溝２３ｃと第４螺旋溝２３ｄによって、第３高圧冷媒流路１１ｃと第４高圧冷媒流路１１ｄとに、それぞれ螺旋状に区画される。

図４（ａ）でも、螺旋部材４０の記載は省略している。高圧冷媒導入配管２１ｂ、入口孔２１ａを介して第１冷媒流路（高圧冷媒流路）１１の他方側に流入した高圧冷媒は、点線Ｈ３、Ｈ４で示されるように内管３０の外周を螺旋状に旋回しながら内管３０の軸方向を移動し、高圧冷媒流路１１の一方側へと向かう。流れＨ３は第１高圧冷媒流路１１ｃを流れる高圧冷媒、流れＨ４は第２高圧冷媒流路１１ｄを流れる高圧冷媒を示す。図４（ａ）の例では、高圧冷媒の流れＨは、内管３０の軸方向の一方側から他方側を見たときに、右回りとなるように回転する。

図４（ａ）でも、流れＤで示されるように低圧冷媒が螺旋状に流れ、これに加えて、流れＨ３、Ｈ４で示されるように高圧冷媒も螺旋状に流れ、撹拌されるので、この二重管式熱交換器１１０の熱交換の効率が向上される。また、図４（ｂ）に示されるように第３螺旋溝２３ｃの頂部と第４螺旋溝２３ｄの頂部が、それぞれ、内管３０の外周面に当接しているよう構成されているから、二重管式熱交換器１１０の軸方向の全体で外管２０と内管３０とが接触し、機械的な強度を向上することが出来る。

図４（ｂ）は、二重管式熱交換器１１０の一部を示した断面図で、黒矢印Ｄ１、Ｄ２は螺旋部材４０よりも紙面手前側を通流する低圧冷媒の流れを、点線矢印Ｈ３、Ｈ４は内管３０よりも紙面手前側を通流する高圧冷媒の流れをそれぞれ示す。第３螺旋溝２３ｃの頂部と内管３０の外周面との当接線である第３螺旋状当接線の第１線Ｌ３ａと、第２螺旋溝２３ｂの頂部と内管３０の外周面との当接線である第１螺旋状当接線の第２線Ｌ１ｂとの間の寸法である第１冷媒流路１１の螺旋のピッチＰ３と、螺旋部材４０と内管３０の内周面との当接線である第２螺旋状当接線のピッチＰ２とは、同等となるように設定されている。

図５（ａ）は、実施例２の二重管式熱交換器１１０について、内管３０の軸線に垂直に切断し、一方側から他方側に向けて見た概略断面図である。また、図５（ｂ）は、この二重管式熱交換器１１０を内管の軸線を含むよう切断した部分断面図である。この図５（ｂ）を用いて、図５（ａ）で示す太点線Ｍにおける第３螺旋状当接線（Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ）および第２螺旋状当接線（Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）の構造を説明する。

図５（ｂ）において、第３螺旋溝２３ｃの頂部と内管３０の外周面との当接線である第３螺旋状当接線の第１線Ｌ３ａ、および第４螺旋溝２３ｄの頂部と内管３０の外周面との当接線である第３螺旋状当接線の第２線Ｌ３ｂとは、太点線で示されている。また、同図において、螺旋部材４０と内管３０の内周面との当接線である第２螺旋状当接線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、太実線で示されている。そして、同図から理解されるように、第３螺旋状当接線Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと、第２螺旋状当接線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとは、交差する。このように、外管２０と内管３０とが当接する部分である第３螺旋状当接線Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと、螺旋部材４０と内管３０とが当接する部分である第２螺旋状当接線Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとが交差することで、二重管式熱交換器１１０の機械的な強度を、より確実に向上することが出来る。

＜実施例３＞
次に、図６を用いて、実施例３を説明する。

この実施例の二重管式熱交換器２１０も、外管２０と、内管３０と、内管の内部空間に配置されて該内部空間を螺旋状に区画する螺旋部材２４０と、が備えられている。

外管２０の、入口孔２１ａと出口孔２２ａの間には、内管に向かって凹状に形成された螺旋状の第１螺旋溝２３ａと第２螺旋溝２３ｂが形成されている。ここで、螺旋状の第１螺旋溝２３ａと第２螺旋溝２３ｂとは、入口孔２１ａと出口孔２２ａの間の全域ではなく、出口孔２２ａに近接した部分には形成されていない。このため、入口孔２１ａから流入した高圧冷媒Ｈは、入口孔２１ａの近傍においては第１螺旋溝２３ａおよび第２螺旋溝２３ｂによって高圧冷媒通路１１が螺旋状に区画されているから、まずは螺旋流Ｈ５となって通流する。次いで、入口孔２１ａから最も離れた螺旋溝２３ａｅ、２３ｂｅを通過したのちは、一定の程度、螺旋流の勢い（周方向に流れる勢い）を保持しつつ、螺旋出口孔２２ａに向けて螺旋流Ｈ５よりも軸方向に沿った流れである螺旋流Ｈ６となり、流れる。すなわち、入口孔２１ａから流入した高圧冷媒は、撹拌されつつも、通路抵抗の増加を抑制しつつ出口孔２２ａに向けて通流する。

内管３０の内部空間に配置される螺旋部材２４０は、軸方向に沿う方向の長さが内管３０の軸方向の長さに対して十分に短いもので、内管３０の一方側の端部近傍に配置されている。螺旋部材２４０は、内管３０の一方側の端部から流入した低圧冷媒が１８０°回転するか、それ以上回転するように構成されることが好ましい。１８０°未満に構成されると、内管３０の一方側の端部から流入した低圧冷媒が内管の軸方向に直線的に流れる成分が残り、撹拌の効果が十分に得られないおそれがある。

このような短い螺旋部材２４０が配置された内管３０に、一方側から低圧冷媒Ｄが流入すると、まずは螺旋流Ｄ２となって通流する。次いで、螺旋部材２４０を通過した低圧冷媒は、一定の程度、螺旋流の勢い（周方向に流れる勢い）を保持しつつも、螺旋流Ｄ３、Ｄ４のように徐々に内管３０の軸方向に沿う方向に螺旋流の流れ方向を変更しながら、内管の他方側に向けて流れる。すなわち、一方側（図６における、右側）から流入した高低圧冷媒は、撹拌されつつも、通路抵抗の増加を抑制しつつ他方側（図６における左側）に向けて通流する。

このように、実施例３の二重管式熱交換器２１０によれば、熱交換の効率を向上しつつ、通路抵抗の増加を抑制することが出来る。

＜実施例４＞
次に、図７を用いて、実施例４を説明する。

この実施例の二重管式熱交換器３１０も、外管２０と、内管３０と、内管の内部空間に配置されて該内部空間を螺旋状に区画する螺旋部材３４０と、が備えられている。

外管２０の、入口孔２１ａと出口孔２２ａの間には、内管に向かって凹状に形成された螺旋状の第１螺旋溝２３ａと第２螺旋溝２３ｂが形成されている。ここで、螺旋状の第１螺旋溝２３ａと第２螺旋溝２３ｂとは、入口孔２１ａと出口孔２２ａの間の全域ではなく、出口孔２２ａに近接した部分には形成されていない。ここまでは、実施例３と同様である。

螺旋状の第１螺旋溝２３ａと第２螺旋溝２３ｂとは、外管２０の入口孔２１ａと出口孔２２ａの中間地点（厳密な意味での中間地点だけでなく、二重管式熱交換器の軸方向の中央部近傍を意味する）において、その頂部が内管３０の外周面から離間した第１螺旋溝２３ａ´および第２螺旋溝２３ｂ´として形成されている。このため、入口孔２１ａから流入した高圧冷媒Ｈは、入口孔２１ａの近傍においては第１螺旋溝２３ａおよび第２螺旋溝２３ｂによって高圧冷媒通路１１が螺旋状に区画されているから、まずは螺旋流Ｈ７となって通流する。次いで、その頂部が内管３０の外周面から離間した第１螺旋溝２３ａ´および第２螺旋溝２３ｂ´に到達したのちは、螺旋方向は螺旋流Ｈ７と略同等である一方、螺旋流Ｈ７よりも流量の少ない螺旋流Ｈ８と、螺旋溝の頂部２３ａ´、２３ｂ´と内管３０の外周面との隙間を流れる軸流Ｈ９となる。そして、入口孔２１ａから最も離れた螺旋溝２３ａ´ｅ、２３ｂ´ｅを通過したのちは、一定の程度、螺旋流の勢い（周方向に流れる勢い）を保持しつつ、螺旋出口孔２２ａに向けて螺旋流Ｈ８よりも軸方向に沿った流れである螺旋流Ｈ１０となり、流れる。このようにしても、螺旋流の勢い一定の程度保持したまま通流し、かつ高圧冷媒Ｈの通路抵抗の上昇を抑制することができる

内管３０の内部空間に配置される螺旋部材３４０は、軸方向に沿う方向の長さが内管３０の軸方向の長さに対して十分に短いもので、内管３０の一方側の端部近傍に配置されている。螺旋部材３４０の直径は、内管３０の一方側の端部から流入した低圧冷媒Ｄを１８０°回転、またはそれ以上回転させ、その後他方側に向かうにつれて徐々に小さくなるよう形成されている。内管３０の一方側の端部から流入した低圧冷媒Ｄは、螺旋流Ｄ５として流れたのち、螺旋流Ｄ６、Ｄ７のように徐々に内管３０の軸方向に沿う方向に螺旋流の流れ方向を変更しながら、内管の他方側に向けて流れる。このようにしても、螺旋流の勢い一定の程度保持したまま通流し、かつ低圧冷媒Ｄの通路抵抗の上昇を抑制することができる。

＜他の実施例＞
以上ここまで、外管が内管に向かって凹状に形成された第１螺旋溝２３ａと第２螺旋溝２３ｂを有する形態を用いて説明してきたが、その趣旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を採用してもよい。例えば、高圧冷媒通路１１に、この空間を螺旋状に区画するもので、外管２０、内管３０とは別部材である螺旋フィン（図示せず）を配置してもよい。外管３０に第１螺旋溝２３ａと第２螺旋溝２３ｂを形成する工程を不要とすることが出来る。

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できる。

１ 冷凍サイクル
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 膨張装置
５ 蒸発器
６ アキュムレータ
１０、１１０、２１０、３１０ 二重管式熱交換器
１１ 第１冷媒流路（高圧冷媒流路）
１１ａ 第１高圧冷媒流路
１１ｂ 第２高圧冷媒流路
１１ｃ 第３高圧冷媒流路
１１ｄ 第４高圧冷媒流路
１２ 第２冷媒流路（低圧冷媒流路）
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ 配管
２０ 外管
２１ａ 入口孔
２１ｂ 高圧冷媒導入配管
２１ｃ 封止部
２２ａ 出口孔
２２ｂ 高圧冷媒導出配管
２２ｃ 封止部
２３ａ 第１螺旋溝
２３ｂ 第２螺旋溝
２３ｃ 第３螺旋溝
２３ｄ 第４螺旋溝
３０ 内管
３１ 内管の内部空間
３１ａ 第１螺旋空間
３１ｂ 第２螺旋空間
４０、２４０、３４０ 螺旋部材
Ｄ、Ｄ１〜Ｄ７ 低圧冷媒の流れ
Ｈ、Ｈ１〜Ｈ１０ 高圧冷媒の流れ
Ｐ１、Ｐ３ 第１冷媒流路の螺旋ピッチ
Ｐ２ 螺旋部材の螺旋ピッチ

さらに二重管式熱交換器は、前記内管３０の軸方向の一方側から他方側を見たときに、前記第１冷媒流路を流れる冷媒の螺旋の回転方向と、前記第２冷媒流路を流れる冷媒の螺旋の回転方向とが、逆方向であることが好ましい。当該二重管において、第１冷媒流路を流れる冷媒と第２冷媒流路を流れる冷媒とが対向して流れることとなり、熱交換の効率がさらに向上する。

さらに二重管式熱交換器は、前記内管の軸方向において、前記第１冷媒流路の螺旋のピッチと前記螺旋部材の螺旋のピッチとが等しいよう構成されることが好ましい。第１冷媒流路と第２冷媒流路とを合理的に対向させて、熱交換の効率を向上させることができる。

さらに二重管式熱交換器は、前記第１冷媒流路を螺旋状に区画する螺旋溝と前記内管の外周面との当接部である第１螺旋状当接線と、前記螺旋部材と前記内管の内周面との当接部である第２螺旋状当接線とは、前記内管を介して対向していることが好ましい。第１冷媒流路と第２冷媒流路とを合理的に対向させて、熱交換の効率を向上させることができる。

また、二重管式熱交換器は、前記内管３０の軸方向の一方側から他方側を見たときに、前記第１冷媒流路を流れる冷媒の螺旋の回転方向と、前記第２冷媒流路を流れる冷媒の螺旋の回転方向とが、同じ方向であってもよい。第１冷媒流路と第２冷媒流路とを交差するように構成することができるので、第１冷媒流路を流れる冷媒と第２冷媒流路を流れる冷媒との熱交換の効率を向上しつつ、二重管の構造が強化される。

図４（ａ）でも、螺旋部材４０の記載は省略している。高圧冷媒導入配管２１ｂ、入口孔２１ａを介して第１冷媒流路（高圧冷媒流路）１１の他方側に流入した高圧冷媒は、点線Ｈ３、Ｈ４で示されるように内管３０の外周を螺旋状に旋回しながら内管３０の軸方向を移動し、高圧冷媒流路１１の一方側へと向かう。流れＨ３は第３高圧冷媒流路１１ｃを流れる高圧冷媒、流れＨ４は第４高圧冷媒流路１１ｄを流れる高圧冷媒を示す。図４（ａ）の例では、高圧冷媒の流れＨは、内管３０の軸方向の一方側から他方側を見たときに、右回りとなるように回転する

このような短い螺旋部材２４０が配置された内管３０に、一方側から低圧冷媒Ｄが流入すると、まずは螺旋流Ｄ２となって通流する。次いで、螺旋部材２４０を通過した低圧冷媒は、一定の程度、螺旋流の勢い（周方向に流れる勢い）を保持しつつも、螺旋流Ｄ３、Ｄ４のように徐々に内管３０の軸方向に沿う方向に螺旋流の流れ方向を変更しながら、内管の他方側に向けて流れる。すなわち、一方側（図６における、右側）から流入した低圧冷媒は、撹拌されつつも、通路抵抗の増加を抑制しつつ他方側（図６における左側）に向けて通流する。

螺旋状の第１螺旋溝２３ａと第２螺旋溝２３ｂとは、外管２０の入口孔２１ａと出口孔２２ａの中間地点（厳密な意味での中間地点だけでなく、二重管式熱交換器の軸方向の中央部近傍を意味する）において、その頂部が内管３０の外周面から離間した第１螺旋溝２３ａ´および第２螺旋溝２３ｂ´として形成されている。このため、入口孔２１ａから流入した高圧冷媒Ｈは、入口孔２１ａの近傍においては第１螺旋溝２３ａおよび第２螺旋溝２３ｂによって高圧冷媒通路１１が螺旋状に区画されているから、まずは螺旋流Ｈ７となって通流する。次いで、その頂部が内管３０の外周面から離間した第１螺旋溝２３ａ´および第２螺旋溝２３ｂ´に到達したのちは、螺旋方向は螺旋流Ｈ７と略同等である一方、螺旋流Ｈ７よりも流量の少ない螺旋流Ｈ８と、第１螺旋溝２３ａ´および第２螺旋溝２３ｂ´の頂部と内管３０の外周面との隙間を流れる軸流Ｈ９となる。そして、入口孔２１ａから最も離れた螺旋溝２３ａ´ｅ、２３ｂ´ｅを通過したのちは、一定の程度、螺旋流の勢い（周方向に流れる勢い）を保持しつつ、螺旋出口孔２２ａに向けて螺旋流Ｈ８よりも軸方向に沿った流れである螺旋流Ｈ１０となり、流れる。このようにしても、螺旋流の勢い一定の程度保持したまま通流し、かつ高圧冷媒Ｈの通路抵抗の上昇を抑制することができる。

Claims (5)

1. 外管（２０）と、前記外管の内部に配置される内管（３０）と、前記内管の内部空間（３１）に配置されて該内部空間を螺旋状に区画する螺旋部材（４０、２４０、３４０）と、を備え、
   前記外管の内部の内周面と前記内管の外周面との間の隙間空間は、第１冷媒流路（１１）であり、
   前記内管の内部空間は、第２冷媒流路（１２）であり、
   前記第１冷媒流路（１１）を流れる冷媒は、前記内管（３０）の軸方向における他方側から該第１冷媒流路（１１）に流入したのち、一方側から流出し、
   前記第２冷媒流路（１２）を流れる冷媒は、前記内管（３０）の軸方向における一方側から該第２冷媒流路（１２）流入したのち、他方側から流出し、
   前記第１冷媒流路（１１）が螺旋状に区画されたことを特徴とする二重管式熱交換器（１０、１１０、２１０、３１０）。
2. 前記内管（３０）の軸方向の一方側から他方側を見たときに、前記第１冷媒流路（１１）を流れる冷媒の螺旋の回転方向と、前記第２冷媒流路（１２）を流れる冷媒の螺旋の回転方向とが、逆方向であることを特徴とする請求項１に記載の二重管式熱交換器。
3. 前記内管の軸方向において、前記第１冷媒流路（１１）の螺旋のピッチ（Ｐ１）と前記螺旋部材（４０）の螺旋のピッチ（Ｐ２）とが等しいことを特徴とする請求項２に記載の二重管式熱交換器。
4. 前記第１冷媒流路（１１）を螺旋状に区画する螺旋溝（２３ａ、２３ｂ）と前記内管（３０）の外周面との当接部である第１螺旋状当接線（Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ）と、前記螺旋部材（４０）と前記内管（３０）の内周面との当接部である第２螺旋状当接線（Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ）とは、前記内管（３０）を介して対向していることを特徴とする請求項３に記載の二重管式熱交換器。
5. 前記内管（３０）の軸方向の一方側から他方側を見たときに、前記第１冷媒流路を流れる冷媒の螺旋の回転方向と、前記第２冷媒流路を流れる冷媒の螺旋の回転方向とが、同じ方向であることを特徴とする請求項１に記載の二重管式熱交換器。

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