JP2020070951A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】凝縮器及び蒸発器として用いられる場合であっても、オイル戻り性を確保することの可能な熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器１０は、複数のチューブ２１と、筒状の第１タンク３０と、筒状の第２タンク４０とを備える。第１タンク３０の第１内部流路Ｓ１１、第１チューブ２１ａ、第２タンク４０、第２チューブ２１ｂ、第１タンク３０の第２内部流路Ｓ１２の順で冷媒が流れる。第２タンク４０の内部には、第２タンク４０の長手方向に直交する断面において第２タンク４０の内部流路の断面積よりも小さい断面積を有する冷媒流路４１０が形成される流路形成部４１が設けられる。冷媒流路４１０は、第２タンク４０の長手方向からみたときの投影面がチューブ２１と重なるように配置されている。【選択図】図１

Description

本開示は、熱交換器に関する。

従来、下記の特許文献１に記載の熱交換器がある。特許文献１に記載の熱交換器は、車両用空調装置のヒートポンプサイクルを構成する室外熱交換器として用いられている。この熱交換器には、ヒートポンプサイクルを循環する冷媒が流れている。この熱交換器は、ヒートポンプサイクルが冷房モードで駆動しているとき、内部を流れる冷媒と、外部を流れる空気との間で熱交換を行うことにより、冷媒の熱を空気に放出して冷媒を冷却する凝縮器として機能する。一方、この熱交換器は、ヒートポンプサイクルが暖房モードで駆動しているとき、内部を流れる冷媒と、外部を流れる空気との間で熱交換を行うことにより、空気の熱を冷媒に吸収させて冷媒を加熱する蒸発器として機能する。

特開２０１７−７００２７号公報

ところで、特許文献１に記載の熱交換器が蒸発器として作動している場合、その内部を流れる冷媒が空気から吸熱するためには、空気の温度よりも冷媒の温度の方が低くなっている必要がある。したがって、冬場の低温環境、例えば５度以下の環境で熱交換器を蒸発器として機能させるためには、熱交換器を流れる冷媒の温度を５度よりも低い温度にする必要がある。

一方、冷媒には、一般に、コンプレッサの各部位を潤滑するためのオイルが含まれている。上述のように、熱交換器を蒸発器として機能させるために冷媒の温度を低くすると、冷媒に含まれているオイルの温度も低くなる。オイルの温度が低下するほど、オイルの粘度が高くなる。オイルの粘度が高くなると、ヒートポンプサイクルを循環しているオイルがコンプレッサに戻り難くなるため、いわゆるオイル戻り性が悪化する懸念がある。

特に冷媒が鉛直方向下方から流入する構成からなるクロスフロー型の熱交換器では、タンクが鉛直方向に延びるように配置されているため、タンクの内部を鉛直方向上方に向かうように冷媒が流れることになる。このようなタンクでは、その内部のオイルが重力等の慣性力の影響を受けるため、粘度の高いオイルがタンクの鉛直方向に対し、一部偏る。よって、オイル戻り性が更に悪化することになる。なお、このようなオイル戻り性の悪化は、冷媒が鉛直方向上方から流入する構成からなるクロスフロー型の熱交換器でも同様に生じ得る。

以上のような要因によりオイル戻り性が悪化すると、コンプレッサに供給されるオイルが不足することになるため、コンプレッサの焼き付きや、コンプレッサの各部位の摩擦による異物の発生が避けられないものとなる。
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヒートポンプサイクルにおいて凝縮器及び蒸発器として用いられる場合であっても、オイル戻り性を確保することの可能な熱交換器を提供することにある。

上記課題を解決するために、コンプレッサを潤滑するためのオイルを含む冷媒が流れ、凝縮器及び蒸発器として用いられる熱交換器（１０）は、複数のチューブ（２１）と、筒状の第１タンク（３０）と、筒状の第２タンク（４０）と、を備える。チューブは、内部を流れる冷媒と、外部を流れる空気との間で熱交換を行う。第１タンクは、鉛直方向に延びるように配置され、複数のチューブのそれぞれの一端部に接続される。第２タンクは、鉛直方向に延びるように配置され、複数のチューブのそれぞれの他端部に接続される。第１タンクの内部には、第１内部流路（Ｓ１１）と、第１内部流路よりも鉛直方向上方に配置される第２内部流路（Ｓ１２）とが区画して形成される。複数のチューブのうち、第１タンクの第１内部流路に連通されるチューブを第１チューブ（２１ａ）とし、第１タンクの第２内部流路に連通されるチューブを第２チューブ（２１ｂ）とするとき、第１タンクの第１内部流路、第１チューブ、第２タンク、第２チューブ、第１タンクの第２内部流路の順で冷媒が流れる。第２タンクの内部には、第２タンクの長手方向に直交する断面において第２タンクの内部流路の断面積よりも小さい断面積を有する冷媒流路（４１０）が形成される流路形成部（４１）が設けられる。冷媒流路は、第２タンクの長手方向からみたときの投影面がチューブと重なるように配置されている。

この構成によれば、第１チューブから第２タンク内に流入した冷媒が第２チューブに向かって流れる際に、冷媒が流路形成部の冷媒流路を通過する。この際、冷媒流路の断面積は第２タンクの内部流路の断面積よりも小さいため、第２タンク内を流れる冷媒が流路形成部に衝突することにより、冷媒の流れに乱れが生じる。これにより、冷媒及びオイルが攪拌されるため、オイルの粘度が高い場合であっても、冷媒にオイルが混ざり、下流側のチューブ以外にもオイルが入り易くなる。そのため、オイルを含んだ冷媒を第２チューブに導き易くなる。こうなる事で、チューブ１本ごとのオイルを流し出すための抵抗が小さくなりオイルを戻し易くなる。しかも、上記構成では、冷媒流路がチューブと重なるように配置されているため、冷媒流路を通過した冷媒が第２チューブに流入し易い構造となっている。このように冷媒が第２チューブに流入し易い構造を採用することにより、オイルを含む冷媒がヒートポンプサイクルを循環し易くなるため、オイル戻り性を確保することができる。

なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、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一例である。

本開示によれば、凝縮器及び蒸発器として用いられる場合であっても、オイル戻り性を確保することの可能な熱交換器を提供できる。

図１は、第１実施形態の熱交換器の概略構成を示す正面図である。 図２は、第１実施形態の第２タンクの流路形成部周辺の断面構造を示す断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構造を示す断面図である。 図４は、第１実施形態の第２タンクの断面構造を示す断面図である。 図５は、第１実施形態の変形例の第２タンクの断面構造を示す断面図である。 図６は、第１実施形態の変形例の第２タンクの断面構造を示す断面図である。 図７は、第１実施形態の変形例の第２タンクの断面構造を示す断面図である。 図８は、第１実施形態の変形例の第２タンクの断面構造を示す断面図である。 図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面構造を示す断面図である。 図１０は、第１実施形態の変形例の第２タンクの断面構造を示す断面図である。 図１１は、第２実施形態の第２タンクの流路形成部周辺の断面構造を示す断面図である。 図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面構造を示す断面図である。 図１３は、第３実施形態の第２タンクの流路形成部周辺の断面構造を示す断面図である。 図１４は、第４実施形態の熱交換器の概略構成を示す正面図である。 図１５は、第４実施形態の第２タンクの流路形成部周辺の断面構造を示す断面図である。

以下、熱交換器の一実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
はじめに、熱交換器の第１実施形態について説明する。

図１に示される本実施形態の熱交換器１０は、例えば車両用空調装置のヒートポンプサイクルにおいて室外熱交換器として用いられる。ヒートポンプサイクルは、室外熱交換器としての熱交換器１０の他、例えばコンプレッサ、水冷コンデンサ、減圧器、膨張弁、室内蒸発器等により構成されている。これらの要素には、コンプレッサから圧送される冷媒が循環している。ヒートポンプサイクルは、車両用空調装置において、車室内に送風される空調空気を冷却又は加熱するために用いられる。

例えば、ヒートポンプサイクルでは、冷房モードで動作している場合、コンプレッサから吐出される高温高圧の冷媒が熱交換器１０に流入する。この際、熱交換器１０は凝縮器として駆動する。すなわち、熱交換器１０は、その内部を流れる高温冷媒と、その外部を流れる空気との間で熱交換を行うことにより、冷媒を冷却する。冷却された低温の冷媒は、減圧器を通じて減圧させられた後、室内蒸発器に流入する。室内蒸発器は、低温の冷媒と空調空気との間で熱交換を行うことにより、空調空気を冷却する。室内蒸発器を通過した冷媒はコンプレッサに流入する。ヒートポンプサイクルが冷房モードで動作している場合、このような態様で冷媒が循環する。

また、ヒートポンプサイクルでは、暖房モードで動作している場合、熱交換器１０が蒸発器として駆動する。すなわち、熱交換器１０は、その内部を流れる冷媒と、その外部を流れる空気との間で熱交換を行うことにより、冷媒を加熱する。加熱された高温の冷媒は、コンプレッサにより圧縮されて、コンプレッサから高温高圧の冷媒となって吐出される。コンプレッサから吐出される高温高圧の冷媒は、水冷コンデンサに流入する。水冷コンデンサでは、高温高圧の冷媒とエンジン冷却水との間で熱交換を行うことにより、エンジン冷却水を加熱する。加熱されたエンジン冷却水が車両用空調装置の室内凝縮器にて空調空気と熱交換を行うことにより、空調空気が加熱されることになる。水冷コンデンサを通過した冷媒は、膨張弁にて膨張させられた後、熱交換器１０に流入する。ヒートポンプサイクルが暖房モードで動作している場合、このような態様で冷媒が循環する。

なお、冷媒には、コンプレッサの各部位を潤滑するためのオイルが含まれている。ヒートポンプサイクルを循環する冷媒がコンプレッサを流れる際、冷媒に含まれるオイルがコンプレッサの各部位に供給されることにより、コンプレッサの各部位を継続的に潤滑することが可能となっている。

次に、熱交換器１０の具体的な構造について説明する。
図１に示されるように、熱交換器１０は、コア部２０と、第１タンク３０と、第２タンク４０とを備えている。なお、以下では、互いに直交する３軸方向を、矢印Ｘで示される方向、矢印Ｙで示される方向、及び矢印Ｚで示される方向で表している。本実施形態では、矢印Ｙで示される方向は、熱交換器１０を通過する空気の流れ方向である。また、矢印Ｚで示される方向は、鉛直方向である。矢印Ｚで示される方向のうち、矢印Ｚ１で示される方向は鉛直方向上方を示し、矢印Ｚ２で示される方向は鉛直方向下方を示している。さらに、矢印Ｘで示される方向は、矢印Ｙで示される方向、及び矢印Ｚで示される方向の両方に直交する方向である。

コア部２０は、複数のチューブ２１と、複数のフィン２２とにより構成されている。なお、図１では、複数のチューブ２１及び複数のフィン２２のうちの一部のみが図示されている。複数のチューブ２１は、矢印Ｚで示される方向に所定の隙間を有して積層配置されている。チューブ２１は、矢印Ｙで示される方向に扁平方向を有する扁平状の管からなり、矢印Ｘで示される方向に延びるように形成されている。チューブ２１の内部には、冷媒の流れる流路が矢印Ｘで示される方向に延びるように形成されている。隣り合うチューブ２１，２１の間の隙間には、矢印Ｙで示される方向に空気が流れる。

フィン２２は、隣り合うチューブ２１，２１の間の隙間に配置されている。フィン２２は、隣り合うチューブ２１，２１の間の隙間を流れる空気との接触面積を増やすことにより、チューブ２１の内部を流れる冷媒と空気との間の熱交換を促進させる機能を有している。

各タンク３０，４０は、鉛直方向Ｚに延びるように形成されている。すなわち、本実施形態では、各タンク３０，４０の長手方向Ａが鉛直方向Ｚに対応している。第１タンク３０は、複数のチューブ２１のそれぞれの一端部に接続されている。第２タンク４０は、複数のチューブ２１のそれぞれの他端部に接続されている。

第１タンク３０は、鉛直方向Ｚに平行な軸線ｍ１１を中心に略円筒状に形成されている。第１タンク３０の内部空間は、冷媒の流れる流路を構成している。チューブ２１の一端部の開口部は、第１タンク３０の内部に位置している。これにより、チューブ２１の内部流路と第１タンク３０の内部流路Ｓ１０とが連通されている。

第１タンク３０には、その内部流路Ｓ１０を第１内部流路Ｓ１１及び第２内部流路Ｓ１２に区画する仕切板３１が形成されている。第２内部流路Ｓ１２は、第１内部流路Ｓ１１よりも鉛直方向上方Ｚ１に位置している。図１には、コア部２０における仕切板３１に対応する位置が二点鎖線Ｅで図示されている。以下では、複数のチューブ２１のうち、二点鎖線Ｅよりも鉛直方向下方Ｚ２に位置するチューブを第１チューブ２１ａと称し、二点鎖線Ｅよりも鉛直方向上方Ｚ１に位置するチューブを第２チューブ２１ｂと称する。第１チューブ２１ａは、第１タンク３０の第１内部流路Ｓ１１に連通されている。第２チューブ２１ｂは、第１タンク３０の第２内部流路Ｓ１２に連通されている。

図１に示されるように、第１タンク３０には、冷媒が流入する流入口３２と、冷媒が流出する流出口３３とが設けられている。流入口３２は、第１タンク３０の第１内部流路Ｓ１１に連通されている。流出口３３は、第１タンク３０の第２内部流路Ｓ１２に連通されている。本実施形態の熱交換器１０のように、流入口３２が鉛直下方に配置されることで、第２チューブ２１ｂに対する冷媒の分配性が向上するため、第２チューブ２１ｂを構成する各チューブに供給される液相冷媒の量を均一化させることができる。

第２タンク４０は、軸線ｍ１２を中心に円筒状に形成されている。第２タンク４０の内部流路Ｓ２０は、第１チューブ２１ａ及び第２チューブ２１ｂのそれぞれの内部流路に連通されている。図１に示されるように、第２タンク４０の内部において第１タンク３０の仕切板３１に対応する部分には、流路形成部４１が設けられている。

図２に示されるように、流路形成部４１は板状の部材からなる。以下では、第２タンク４０の内部流路Ｓ２０のうち、流路形成部４１よりも鉛直方向下方Ｚ２に位置する内部流路を第１内部流路Ｓ２１と称し、流路形成部４１よりも鉛直方向上方Ｚ１に位置する内部流路を第２内部流路Ｓ２２と称する。流路形成部４１には、第１内部流路Ｓ２１と第２内部流路Ｓ２２とを連通させる冷媒流路４１０が形成されている。冷媒流路４１０は、鉛直方向Ｚに延びるように形成されている。また、図３に示されるように、冷媒流路４１０は、第２タンク４０の長手方向Ａに直交する断面形状が四角状になるように形成されている。冷媒流路４１０は、第２タンク４０の長手方向Ａに直交する断面において第２タンク４０の内部流路Ｓ２０の断面積よりも小さい断面積を有している。なお、図３において、符号４００は、第２タンク４０の内壁面においてチューブ２１が挿入される部分の内壁面に対応する第１部位を示している。また、符号４０１は、第１部位４００から第２タンク４０の中心軸ｍ１２を挟んで反対側に位置する第２タンク４０の内壁面の部位を示している。

図２に示されるように、冷媒流路４１０は、第２タンク４０の長手方向Ａからみたときの投影面がチューブ２１と重なるように配置されている。また、冷媒流路４１０の中心軸ｍ２０は、第２タンク４０の円筒の中心軸ｍ１２よりもチューブ２１寄りに配置されている。これにより、図３に示されるように、第２タンク４０の中心軸を通り、且つチューブ２１の流れ方向に平行な軸線ｍ３０上において、第２タンク４０の内壁面の第１部位４００から冷媒流路４１０までの流路形成部４１の壁面の長さＬ１よりも、第２タンク４０の内壁面の第２部位４０１から冷媒流路４１０までの流路形成部４１の壁面の長さＬ２の方が長くなるように冷媒流路４１０が配置されている。すなわち、図中の長さＬ１，Ｌ２には、「Ｌ１＜Ｌ２」なる関係が成立している。

次に、本実施形態の熱交換器１０の動作例について説明する。
熱交換器１０では、流入口３２を通じて第１タンク３０の第１内部流路Ｓ１１に流入した冷媒が、第１内部流路Ｓ１１から第１チューブ２１ａに分配される。そして、第１チューブ２１ａの内部を流れる冷媒と、第１チューブ２１ａの外部を流れる空気との間で熱交換が行われる。第１チューブ２１ａを流れた冷媒は、第２タンク４０の第１内部流路Ｓ２１に集められる。第２タンク４０の第１内部流路Ｓ２１に集められた冷媒は、流路形成部４１の冷媒流路４１０を通じて第２タンク４０の第２内部流路Ｓ２２に流れて、第２チューブ２１ｂに分配される。そして、第２チューブ２１ｂの内部を流れる冷媒と、第２チューブ２１ｂの外部を流れる空気との間で更に熱交換が行われる。第２チューブ２１ｂを流れた冷媒は、第１タンク３０の第２内部流路Ｓ２２に集められた後、流出口３３から排出される。このように、熱交換器１０では、第１タンク３０の第１内部流路Ｓ１１、第１チューブ２１ａ、第２タンク４０、第２チューブ２１ｂ、第１タンク３０の第２内部流路Ｓ１２の順で冷媒が流れる。

ところで、熱交換器１０が蒸発器として機能している場合、空気により冷媒を加熱するためには、冷媒の温度が空気の温度よりも低くなっている必要がある。そのため、冬場の低温環境、例えば５度以下の環境で熱交換器１０を蒸発器として機能させるためには、熱交換器１０を流れる冷媒の温度を５度よりも低い温度にする必要がある。このような低温の冷媒が熱交換器１０に流れる場合には、冷媒に含まれるオイルの粘度が高くなる。

一方、本実施形態の熱交換器１０のように、各タンク３０，４０が鉛直方向Ｚに延びるように配置されるとともに、空気の流れ方向Ｙに対してチューブ２１の流れ方向が直交する構造からなる、いわゆるクロスフロー型の熱交換器１０では、オイルの粘度が高くなると、特に第２タンク４０から第２チューブ２１ｂにオイルが流れ難くなる。

具体的には、第２タンク４０の内部流路Ｓ２０では、鉛直方向上方Ｚ１に向かって、液相及び気相の２相が混合した冷媒と、オイルとが流れる。液相冷媒及びオイルは気相冷媒に対して密度が高いため、慣性力の影響で第２タンク４０の内壁にへばりついて流れてくる。そのため、液相冷媒及びオイルは、第２チューブ２１ｂにおいて途中に配置されるチューブには入り難く、第２チューブ２１ｂにおいて下流側に配置されるチューブ、換言すれば鉛直方向上方Ｚ１に配置されるチューブに偏って流入し易くなる。また、第２チューブ２１ｂにおけるオイルの流入量の偏りはオイルの粘性によっても変化する。すなわち、オイルの粘性が低い場合、液相冷媒と共にオイルが鉛直方向上方Ｚ１に流れるため、液相冷媒及びオイルに慣性力が作用したとしても、オイルを含む冷媒が第２チューブ２１ｂの全体に流れ易い。しかしながら、オイルの粘度が高くなると、液相冷媒及びオイルが慣性力により第２タンク４０の鉛直方向上方Ｚ１に偏って流れ易くなる。この場合、第２チューブ２１ｂを構成する複数のチューブのうち、鉛直方向上方Ｚ１に配置される数本のチューブにオイルが偏って流入することになるため、チューブからオイルを押し出すことが困難になる。結果として、第２タンク４０から第２チューブ２１ｂにオイルが流れ難くなる。

この点、本実施形態の熱交換器１０では、第１チューブ２１ａから第２タンク４０に流入した冷媒が第２チューブ２１ｂに向かって流れる際に、冷媒が流路形成部４１の冷媒流路４１０を通過する。この際、冷媒流路４１０の断面積が第２タンク４０の内部流路Ｓ２０の断面積よりも小さいため、第２タンク４０の第１内部流路Ｓ２１において鉛直方向上方Ｚ１に向かって流れる液相冷媒及びオイルが流路形成部４１の底面４１１に衝突する。この際、密度が高いために第２タンク４０の内壁にへばりつくように流れる液相冷媒及びオイルが、冷媒流路４１０に集められる。冷媒流路４１０では冷媒の流速が速いことから、液相冷媒及びオイルの流れに乱れが生じる。これにより、液相冷媒及びオイルが攪拌されるため、オイルの粘度が高い場合であっても、第２チューブ２１ｂの全体にオイルが均一に流れ易くなる。このオイルを含んだ冷媒が、図２に矢印Ｆ１，Ｆ２で示されるように、冷媒流路４１０を通じて第２タンク４０の第２内部流路Ｓ２２に流れるため、オイルを含んだ冷媒を第２チューブ２１ｂに導き易くなる。

なお、発明者らの実験等によれば、第２タンク４０の第１内部流路Ｓ２１では、図４に示されるように、密度の高い液相冷媒及びオイルが、チューブ２１の両側部に沿って矢印Ｄ１，Ｄ２に示されるように第２タンク４０の内壁面にへばりつくように流れることが確認されている。そのため、図２及び図３に示されるように第２タンク４０の内部に流路形成部４１を形成することで、このチューブ２１の両側部に沿って第２タンク４０の内壁面にへばりつくように流れる液相冷媒及びオイルが流路形成部４１に衝突し易くなる。すなわち、第２タンク４０の第１内部流路Ｓ２１内の液相冷媒及びオイルの主流が流路形成部４１の底面４１１に衝突することになるため、液相冷媒及びオイルの流れに一層の乱れを生じさせ易い。よって、オイルを含む冷媒が冷媒流路４１０を通じて第２タンク４０の第２内部流路Ｓ２２に流入し易くなっているため、オイルを含む冷媒を第２チューブ２１ｂに更に導き易くなっている。

以上説明した本実施形態の熱交換器１０によれば、以下の（１）〜（５）に示される作用及び効果を得ることができる。
（１）熱交換器１０では、第２タンク４０内の液相冷媒が流路形成部４１の底面４１１に衝突することにより、液相冷媒及びオイルの流れに乱れが生じる。これにより、オイルの粘度が高い場合であっても、液相冷媒及びオイルが攪拌されるため、第２チューブ２１ｂの全体にオイルを導き易くなる。しかも、熱交換器１０では、流路形成部４１の冷媒流路４１０が第２チューブ２１ｂと重なるように配置されているため、冷媒流路４１０を通過した冷媒が第２チューブ２１ｂに流入し易い構造となっている。このように冷媒が第２チューブ２１ｂに流入し易い構造を採用することにより、オイルを含む冷媒がヒートポンプサイクルを循環し易くなるため、オイル戻り性を確保することができる。

（２）第２タンク４０では、流路形成部４１が形成されていない場合、第１チューブ２１ａから第１内部流路Ｓ２１に流入した冷媒は、流路形成部４１に衝突することなく、鉛直方向上方に向かって流れる。そのため、第２チューブ２１ｂには、鉛直方向上方Ｚ１に配置されるものほど、密度が高い故に慣性力の影響をより大きく受ける液相冷媒が流入し易い。すなわち、第２チューブ２１ｂには、鉛直方向上方Ｚ１に配置されるものほど、冷媒の量が多くなるという流量分布が形成される。このような第２チューブ２１ｂにおける冷媒の流量分布のばらつきが、熱交換器１０が蒸発器として機能している際に吸熱効率を低下させる要因となる。

この点、本実施形態の熱交換器１０では、第２タンク４０内の液相冷媒及びオイルが流路形成部４１の底面４１１に衝突することにより、液相冷媒及びオイルの流れに乱れを生じさせることができる。液相冷媒及びオイルの流れに乱れが生じることにより、第２タンク４０の第２内部流路Ｓ２２に接続される第２チューブ２１ｂのうち、流路形成部４１の付近に配置される第２チューブ２１ｂに冷媒が流入し易くなる。これにより、第２チューブ２１ｂにおける冷媒の流量分布のばらつきを緩和することができるため、熱交換器１０の吸熱効率を向上させることができる。なお、発明者らの実験等によれば、外気温度が−１０℃、湿度が露天以下、空気の風速が２ｍ／ｓ、冷媒がＲ１３４ａ、流入口３２の冷媒圧力が０．１５ＭＰａ＿ａｂｓ、流出口３３のスーパーヒート部の温度が２℃、コア部２０の幅が６８０ｍｍ、コア部２０の高さが３７６．２ｍｍの条件で、熱交換器１０の吸熱性能が１５％向上することを確認している。

（３）第２チューブ２１ｂにおける冷媒の流量分布にばらつきが存在する場合、第２チューブ２１ｂの温度分布にもばらつきが生じ易くなる。そのため、熱交換器１０が低温で動作しているとき、第２チューブ２１ｂにおいて温度の低い部分に集中して霜が形成され易くなる。これにより、第２チューブ２１ｂの一部のチューブに厚い霜が形成されると、その部分では、空気との熱交換が全く行われなくなる。これが熱交換器１０の性能の低下を招く要因となっている。この点、本実施形態の熱交換器１０では、上述の通り、第２チューブ２１ｂにおける冷媒の流量分布のばらつきを緩和することができるため、熱交換器１０が低温で駆動しているときにコア部２０に対して均一に霜が形成され易くなる。これにより、第２チューブ２１ｂの一部において全く熱交換が行われなくなるような状況を回避することができるため、熱交換器１０の吸熱性能を担保し易くなる。

（４）第２タンク４０の中心軸を通り、且つチューブ２１の流れ方向に平行な軸線ｍ３０上において、第２タンク４０の内壁面の第１部位４００から冷媒流路４１０までの流路形成部４１の壁面の長さＬ１よりも、第２タンク４０の内壁面の第２部位４０１から冷媒流路４１０までの流路形成部４１の壁面の長さＬ２の方が長くなるように冷媒流路４１０が配置されている。このような構成によれば、流路形成部４１の冷媒流路４１０を通過する液相冷媒及びオイルの流れ方向をチューブ２１に向け易くなるため、液相冷媒及びオイルがチューブ２１に衝突し易くなる。液相冷媒及びオイルがチューブ２１に衝突することにより、液相冷媒及びオイルの流れが更に乱れ易くなるため、液相冷媒及びオイルが更に攪拌され易くなる。これにより、冷媒にオイルが一層混ざり易くなるため、オイルを含んだ冷媒を第２タンク４０から第２チューブ２１ｂに更に導き易くなる。

（５）冷媒流路４１０は、第２タンク４０の長手方向Ａに直交する断面形状が四角形状になるように形成されている。このような構成によれば、冷媒流路４１０内を流れる冷媒の流速を不均一にすることができるため、液相冷媒及びオイルの流れが更に乱れ易くなる。すなわち、液相冷媒及びオイルが一層攪拌され易くなるため、オイルを含んだ冷媒を第２タンク４０から第２チューブ２１ｂに更に導き易くなる。

（変形例）
次に、第１実施形態の熱交換器１０の変形例について説明する。
流路形成部４１に形成される冷媒流路４１０の形状は、例えば図５〜図１０に示されるように変更することも可能である。

図５に示される冷媒流路４１０は、第２タンク４０の長手方向Ａに直交する断面形状がチューブ２１の延びる方向に長くなるように縦長状に形成されている。
図６に示される冷媒流路４１０は、第２タンク４０の長手方向Ａに直交する断面形状がＴ字状になるように形成されている。

図７に示される冷媒流路４１０は、第２タンク４０の長手方向Ａに直交する断面形状が円形状になるように形成されている。
図８及び図９に示される冷媒流路４１０は、第２タンク４０の長手方向Ａに直交する断面形状がスリット状になるように形成されている。流路形成部４１には、このスリット状の冷媒流路４１０が所定の間隔をおいて平行に複数配置されている。

図１０に示される冷媒流路４１０は、第２タンク４０の長手方向Ａに直交する断面形状がチューブ２１の扁平方向に長くなるように横長状に形成されている。
なお、発明者らの実験等によれば、図１０に示される構造を流路形成部４１に採用することにより、より高いオイル戻し性を得られることが確認されている。これは、以下の理由によるものと考えられる。図１０に示される構造を流路形成部４１に採用した場合、冷媒流路４１０の形状をチューブ２１の形状に対応させることができるため、冷媒流路４１０を通過した液相冷媒及びオイルが、チューブ２１に衝突し易くなる。液相冷媒及びオイルがチューブに衝突することにより、液相冷媒及びオイルの流れに更に乱れを生じさせることができるため、液相冷媒及びオイルの攪拌が更に促進される。よて、オイルを含む冷媒を第２チューブ２１ｂに更に導き易くなるため、オイル戻し性を向上させることが可能になる。

＜第２実施形態＞
次に、熱交換器１０の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態の熱交換器１０との相違点を中心に説明する。
図１１及び図１２に示されるように、本実施形態の流路形成部４１において冷媒流路４１０の開口端が形成される部分の周囲には凸部４１２が形成されている。より詳しくは、凸部４１２は、流路形成部４１の底面４１１であって、冷媒流路４１０の流入口側の開口端４１０ａが設けられる部分の周囲に形成されている。

以上説明した本実施形態の熱交換器１０によれば、以下の（６）に示される作用及び効果を更に得ることができる。
（５）凸部４１２が設けられることにより、液相冷媒及びオイルと、冷媒流路４１０を流れる流速の速い冷媒とが混ざり合う距離を長くすることができるため、液相冷媒及びオイルの流れに更に乱れを発生させることができる。加えて、凸部４１２が流路形成部４１の底面４１１に設けられることで、流路形成部４１の底面４１１に沿って冷媒流路４１０に向かって流れる際に、凸部４１２に衝突することになる。これにより、液相冷媒及びオイルの流れに更に乱れを発生させることができるため、液相冷媒及びオイルの攪拌が更に促進される。そのため、オイルを含む冷媒が、冷媒流路４１０を通過した後、第２タンク４０の第２内部流路Ｓ２２から第２チューブ２１ｂに流れ易くなるため、オイル戻し性を向上させることが可能である。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の熱交換器１０について説明する。以下、第１実施形態の熱交換器１０との相違点を中心に説明する。
図１３に示されるように、本実施形態の冷媒流路４１０の内壁面は、その流入口側の開口端４１０ａから流出口側の開口端４１０ｂに向かうほど冷媒流路４１０の流路断面積が大きくなるようにテーパ状に形成されている。

以上説明した本実施形態の熱交換器１０によれば、以下の（７）に示される作用及び効果を更に得ることができる。
（７）本実施形態の熱交換器１０では、第２タンク４０の第１内部流路Ｓ２１から冷媒流路４１０に流入した液相冷媒及びオイルが、徐々に断面積が拡大する冷媒流路４１０を流れる際に、その液相冷媒及びオイルの流れに更に乱れが生じる。よって、液相冷媒及びオイルの攪拌が更に促進されるため、オイルを含む冷媒が、冷媒流路４１０を通過した後、第２タンク４０の第２内部流路Ｓ２２から第２チューブ２１ｂに流れ易くなる。そのため、オイル戻し性を向上させることが可能である。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態の熱交換器１０について説明する。以下、第１実施形態の熱交換器１０との相違点を中心に説明する。
図１４及び図１５に示されるように、本実施形態の熱交換器１０では、流路形成部４１が、第１実施形態の流路形成部４１よりも、鉛直方向上方Ｚ１に配置されている。

詳しくは、第２タンク４０では、第１チューブ２１ａから第１内部流路Ｓ２１に流入した液相冷媒及びオイルが、第２内部流路Ｓ２２から折り返すようにして第２チューブ２１ｂに流入する。そのため、第２タンク４０では、第１チューブ２１ａに接続される部分と、第２チューブ２１ｂに接続される部分との境界部分Ｂが、冷媒の流れにおける折り返し部となっている。折り返し部Ｂは、第２タンク４０において第１タンク３０の仕切板３１に対応する位置、すなわち図中の二点鎖線Ｅに対応する位置である。

本実施形態の流路形成部４１は、折り返し部Ｂよりも第２タンク４０内の冷媒の流れ方向の下流側に配置されている。そのため、流路形成部４１よりも冷媒の流れ方向の上流側に位置する第１内部流路Ｓ２１には、第１チューブ２１ａと、第１チューブ２１ａの付近に配置される単数又は複数の第２チューブ２１ｂとが接続されている。また、流路形成部４１よりも冷媒の流れ方向の下流側に位置する第２内部流路Ｓ２２には、残りの第２チューブ２１ｂが接続されている。

以上説明した本実施形態の熱交換器１０によれば、以下の（８）に示される作用及び効果を更に得ることができる。
（８）第２タンク４０内の液相冷媒及びオイルが流路形成部４１の底面４１１に衝突することにより、液相冷媒及びオイルの流れに乱れが生じると、液相冷媒及びオイルの一部は、図１５に二点鎖線Ｆ１で示されるように、冷媒流路４１０を通じて第２内部流路Ｓ２２に流れる。また、その他の液相冷媒及びオイルは、図１５に二点鎖線Ｆ２で示されるように、流路形成部４１で堰き止められることにより、流路形成部４１から第１内部流路Ｓ２１に戻るように流れる。図１５に示されるように、流路形成部４１が折り返し部Ｂよりも第２タンク４０内の冷媒の流れ方向の下流側に配置されている場合、流路形成部４１よりも冷媒の流れ方向の上流側に第２チューブ２１ｂの一部が位置しているため、二点鎖線Ｆ２で示されるように流れる液相冷媒及びオイルの一部が、第２チューブ２１ｂに流入するようになる。これにより、オイルを含む冷媒を第２チューブ２１ｂに流入させ易くなるため、オイル戻し性を向上させることが可能である。

＜他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第１実施形態の流路形成部４１に形成される冷媒流路４１０は、第２タンク４０の長手方向Ａに直交する断面形状が四角形状に限らず、多角形状に形成されているものであればよい。

・各実施形態の熱交換器１０は、第１チューブ２１ａ及び第２チューブ２１ｂに加え、第２チューブ２１ｂで冷却された冷媒を更に過冷却するためのチューブ等の他のチューブを備えるものであってよい。

・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

Ｓ１１：第１内部流路
Ｓ１２：第２内部流路
１０：熱交換器
２１：チューブ
２１ａ：第１チューブ
２１ｂ：第２チューブ
３０：第１タンク
４０：第２タンク
４１：流路形成部
４１０：冷媒流路
４１０ａ，４１０ｂ：開口端
４１２：凸部

Claims (10)

1. コンプレッサを潤滑するためのオイルを含む冷媒が流れ、凝縮器及び蒸発器として用いられる熱交換器（１０）であって、
   内部を流れる冷媒と、外部を流れる空気との間で熱交換を行う複数のチューブ（２１）と、
   鉛直方向に延びるように配置され、複数の前記チューブのそれぞれの一端部に接続される筒状の第１タンク（３０）と、
   鉛直方向に延びるように配置され、複数の前記チューブのそれぞれの他端部に接続される筒状の第２タンク（４０）と、を備え、
   前記第１タンクの内部には、第１内部流路（Ｓ１１）と、前記第１内部流路よりも鉛直方向上方に配置される第２内部流路（Ｓ１２）とが区画して形成され、
   複数の前記チューブのうち、前記第１タンクの前記第１内部流路に連通されるチューブを第１チューブ（２１ａ）とし、前記第１タンクの前記第２内部流路に連通されるチューブを第２チューブ（２１ｂ）とするとき、
   前記第１タンクの前記第１内部流路、前記第１チューブ、前記第２タンク、前記第２チューブ、前記第１タンクの前記第２内部流路の順で冷媒が流れ、
   前記第２タンクの内部には、前記第２タンクの長手方向に直交する断面において前記第２タンクの内部流路の断面積よりも小さい断面積を有する冷媒流路（４１０）が形成される流路形成部（４１）が設けられ、
   前記冷媒流路は、前記第２タンクの長手方向からみたときの投影面が前記チューブと重なるように配置されている
   熱交換器。
2. 前記流路形成部において前記冷媒流路の開口端が形成される部分の周囲には、凸部（４１２）が形成されている
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記凸部は、前記流路形成部において前記冷媒流路の流入口側の開口端（４１０ａ）が形成される部分の周囲に形成されている
   請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記冷媒流路の内壁面は、テーパ状に形成されている
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 前記冷媒流路の内壁面は、その流入口側の開口端（４１０ａ）から流出口側の開口端（４１０ｂ）に向かうほど前記冷媒流路の流路断面積が大きくなるようにテーパ状に形成されている
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 前記第２タンクの内壁面において前記チューブが挿入される部分の内壁面に対応する部位を第１部位とし、前記第１部位から前記第２タンクの中心軸を挟んで反対側に位置する前記第２タンクの内壁面の部位を第２部位とするとき、
   前記第２タンクの中心軸を通り、且つ前記チューブの長手方向に平行な軸線上において、前記第２タンクの内壁面の前記第１部位から前記冷媒流路までの前記流路形成部の壁面の長さよりも、前記第２タンクの内壁面の前記第２部位から前記冷媒流路までの前記流路形成部の壁面の長さが長くなるように前記冷媒流路が配置されている
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換器。
7. 前記流路形成部は、板状に形成されている
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱交換器。
8. 前記第２タンクにおいて、前記第１タンクの前記第１内部流路と前記第２内部流路との境界に対応する部分を折り返し部とするとき、
   前記流路形成部は、前記第２タンクの内部において前記折り返し部よりも冷媒の流れ方向下流側に配置されている
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱交換器。
9. 前記冷媒流路は、前記第２タンクの長手方向に直交する断面形状が多角形状となるように形成されている
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱交換器。
10. 前記チューブは扁平状に形成されており、
    前記冷媒流路は、前記第２タンクの中心軸に直交する断面形状が前記チューブの扁平方向に長くなるように横長状に形成されている
    請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱交換器。

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