JP2022008718A - 熱交換用二重管 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率を向上させ、流体の流動方向性を向上させ、流体の圧力降下による流出入時の流動騒音を低減させ、スパイラルパイプの耐久性を向上させることができる熱交換用二重管を提供すること。
【解決手段】本発明の熱交換用二重管１００は、周面に螺旋軌跡に沿って山部１２２と谷部１２４を順に形成し、第１流体を内部に流動案内するスパイラルパイプ１２０と、スパイラルパイプ１２０を軸挿入し、第１流体と熱交換する第２流体がスパイラルパイプ１２０の周面に軸方向に沿って流動するように案内するアウタパイプ１４０と、スパイラルパイプ１２０の周面と谷部１２４に沿って流動する第２流体の残留時間を増加させ、隣接した山部１２２を支持するために、スパイラルパイプ１２０または谷部１２４に突出形成される抵抗部材１６０と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換用二重管に関し、より詳しくは、アウタパイプ（ｏｕｔｅｒ ｐｉｐｅ）にスパイラルパイプ（ｓｐｉｒａｌ ｐｉｐｅ）を軸挿入し、アウタパイプとスパイラルパイプとの間に流動する流体がスパイラルパイプの外面と接触が増加することで、スパイラルパイプ内側を流動する流体との熱交換効率を向上させ、スパイラルパイプの谷部に螺旋軌跡に沿ってグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）を形成して流体の流動方向性を向上させてアウタパイプの端ジョイント部とインナパイプとの間の空間を拡張させて流体の圧力降下による流出入時の流動騒音を低減させ、谷部に抵抗部材を突出させて第２流体の残留時間を増加させることで、熱交換効率をさらに向上させることができる熱交換用二重管に関する。

一般に二重管は、内部パイプと、外周面上から離隔するように覆いながら内部パイプとの間に流路を形成するようにする外部パイプを含んで構成されており、このような構造の二重管は、内部パイプ内に流れる第１流体と、内部パイプと外部パイプの間の流路を流れる第２流体との間で熱交換を行うことができる。

これにより、二重管は、自動車用空調機において蒸発器出口の低温低圧の冷媒と凝縮器出口の高温高圧の冷媒が相互熱交換することで、蒸発器に流入する冷媒の過冷度を増加させて空気調和装置の冷房性能を向上させるリキッド過冷システムに適用されており、このようなリキッド過冷システムは、冷媒が圧縮機→凝縮器→膨張弁→蒸発器→圧縮機に循環しながら流れ、蒸発器出口の冷媒と凝縮器出口（蒸発器入口）の冷媒を相互熱交換させるために二重管が適用される。

このような二重管の技術の例として、特許文献１の二重管の連接構造が開示されている。

大韓民国特許出願公開第１０－２０１２－０００７７９９号

従来の熱交換用二重管は、第２流体が流れる際に伝熱面積が限られて熱交換効率が低下する問題点があった。これを防止するために、内部パイプをスパイラル状に形成して伝熱面積を増加させて熱効率が向上できるようにしたが、熱効率の向上に限界がある問題点があった。

よって、この問題点を改善する必要性が要求される。

本発明は、上記のような問題点を改善するために案出されたものであって、アウタパイプにスパイラルパイプを軸挿入してスパイラル状を介してアウタパイプ内側に流れる流体の残留時間を増加させることで、熱交換効率を向上させようとする熱交換用二重管を提供することにその目的がある。

そして、本発明は、スパイラルパイプ周面に螺旋状の谷部に沿って１つ以上のグルーブを形成して流体の流動方向性を向上させることで、流体がより安定的に流動して熱交換効率をさらに向上させようとする熱交換用二重管を提供することにその目的がある。

同時に、本発明は、アウタパイプ両側端部のジョイント部位の直径を増加させることで、インナパイプとの空間を拡張させて流出入時の流体の圧力を低減させることで、流体流動騒音を低減させようとする熱交換用二重管を提供することにその目的がある。

さらに、本発明は、谷部に抵抗部材を突出させて第２流体の残留時間を増加させることで、熱交換効率をさらに向上させようとする熱交換用二重管を提供することにその目的がある。

特に、本発明は、抵抗部材を介して隣接した山部の屈曲変形を防止することで、スパイラルパイプの耐久性を向上させようとする熱交換用二重管を提供することにその目的がある。

本発明に係る熱交換用二重管は、周面に螺旋軌跡に沿って山部と谷部を順に形成し、第１流体を内部に流動案内するスパイラルパイプと、前記スパイラルパイプを軸挿入し、前記第１流体と熱交換する第２流体が前記スパイラルパイプの周面に軸方向に沿って流動するように案内するアウタパイプと、前記スパイラルパイプの周面と前記谷部に沿って流動する第２流体の残留時間を増加させ、隣接した前記山部を支持するために前記スパイラルパイプまたは前記谷部に突出形成される抵抗部材と、を含む。

前記スパイラルパイプの両側に連結されて前記第１流体の流れを許容するインナパイプと、前記スパイラルパイプと前記インナパイプの連結部位それぞれに配置されるように、前記アウタパイプの両側に拡径するように形成され、対応する前記インナパイプに密封処理され、前記第２流体の流出入のためにポートをそれぞれ備える拡管ジョイント部と、をさらに含む。

前記谷部は、前記第２流体の流れ方向性を向上させながら前記第２流体と前記スパイラルパイプとの接触面積を増加させるために前記谷部の螺旋軌跡に沿って１つまたは複数個のグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）を形成することができる。

前記拡管ジョイント部は、拡管部の屈曲した周面に平面を加工形成することで、内側に空間拡張部を形成することができ、前記ポートの溶接性を向上させるために平面加工部を形成することができる。

以上説明したように、本発明に係る熱交換用二重管は、従来の技術と異なってアウタパイプにスパイラルパイプを軸挿入してアウタパイプとスパイラルパイプとの間に流動する流体の残留時間を増加させることで、スパイラルパイプ内側を流動する流体との熱交換効率を向上させることができる。

そして、本発明は、スパイラルパイプ周面に螺旋状の谷部に沿って１つ以上のグルーブを形成して流体の流動方向性を向上させることで、流体がより安定的に流動して熱交換効率をさらに向上させることができる。

同時に、本発明は、アウタパイプ同士を連結する拡管ジョイント部の直径を増加させ、インナパイプとの空間を拡張させて流出入時の流体の圧力を低減させることで、流体流動騒音を低減することができる。

特に、本発明は、抵抗部材を介して隣接した山部の屈曲変形を防止することで、スパイラルパイプの耐久性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る熱交換用二重管の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る熱交換用二重管の分解斜視図である。 図１のＡ－Ａ線の端面図である。 図３の要部拡大図である。 図１のＢ－Ｂ線の端面図である。 本発明の一実施形態に係る平面加工部の平面図である。 本発明の一実施形態に係る熱交換用二重管の屈曲状態を示す平断面図である。

以下に、添付図面を参照して本発明に係る熱交換用二重管の実施形態を説明する。この過程において、図面に示す線の厚さや構成要素の大きさなどは説明の明瞭性と便宜上に誇張するように図示し得る。また、後述する用語は、本発明での機能を考慮して定義された用語であって、これは、使用者、運用者の意図または慣例により変化し得る。したがって、これらの用語についての定義は、本明細書全般に亘った内容に基づいて定義されるべきである。

図１は、本発明の一実施形態に係る熱交換用二重管の斜視図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る熱交換用二重管の分解斜視図である。

図３は、図１のＡ－Ａ線の端面図であり、図４は、図３の要部拡大図であり、図５は、図１のＢ－Ｂ線の端面図である。

図６は、本発明の一実施形態に係る平面加工部の平面図であり、図７は、本発明の一実施形態に係る熱交換用二重管の屈曲状態を示す平断面図である。

図１ないし図７に示すように、本発明の一実施形態に係る熱交換用二重管１００は、インナパイプ（ｉｎｎｅｒ ｐｉｐｅ）１１２、１１４、スパイラルパイプ（ｓｐｉｒａｌ ｐｉｐｅ）１２０、拡管ジョイント部１３２、１３４及びアウタパイプ（ｏｕｔｅｒ ｐｉｐｅ）１４０を含む。

本発明に係る熱交換用二重管１００は、車両用空気調和装置の蒸発器出口の冷媒（第１流体）と凝縮器出口の冷媒（第２流体）を相互熱交換することで、圧縮機に流入する第１流体の温度を上昇させて圧縮機の負荷を低減し、膨張弁に流入する第２流体の温度を低減して気化効率を向上させる役割をする。

特に、アウタパイプ１４０は、管状に形成され、内部に凝縮器出口の高温高圧の第２流体が流動する。

インナパイプ１１２、１１４は、管状に形成され、内部に蒸発器出口の低温低圧の第１流体が流動し、アウタパイプ１４０に挿入される。

これにより、インナパイプ１１２、１１４とアウタパイプ１４０との間の空間には、凝縮器出口の高温高圧の第２流体が流動する。

すなわち、本発明に係る熱交換用二重管１００は、インナパイプ１１２、１１４を介して蒸発器出口の低温低圧の第１流体と凝縮器出口の高温高圧の第２流体が互いに熱交換する。

また、スパイラルパイプ１２０は、インナパイプ１１２、１１４と連結され、周面に螺旋軌跡に沿って山部１２２と谷部１２４を順に形成する。

同時に、スパイラルパイプ１２０は、両側にインナパイプ１１２、１１４と連結される。すなわち、第１インナパイプ１１２は、スパイラルパイプ１２０の一側に連結され、第２インナパイプ１１４はスパイラルパイプ１２０の他側に連結される。勿論、スパイラルパイプ１２０は、第１インナパイプ１１２の一部または第２インナパイプ１１４の一部に形成され得る。これにより、第１流体は、第１インナパイプ１１２、スパイラルパイプ１２０及び第２インナパイプ１１４に沿って内部を流動することになる。

特に、スパイラルパイプ１２０は、山部１２２と谷部１２４が順に形成されることになる。そして、第２流体がスパイラルパイプ１２０の周面と谷部１２４に沿って移動することで、アウタパイプ１４０とスパイラルパイプ１２０との間の空間に残留する時間が増加して第１流体との熱交換効率が向上する。

この場合、スパイラルパイプ１２０の山部１２２は、アウタパイプ１４０の内側面に連続に接することができる。これによって、第２流体は、スパイラルパイプ１２０の谷部１２４に沿って流動が許容され得る。

ここで、第２流体が流動方向性を有して安定的に流動するように、山部１２２がアウタパイプ１４０の内側面に沿って連続に接するものとする。

そして、拡管ジョイント部１３２、１３４は、インナパイプ１１２、１１４とスパイラルパイプ１２０の連結部位にそれぞれ配置され、対応するインナパイプ１１２、１１４の周面と密封処理され、第２流体の流出入のためにポート１３３、１３５をそれぞれ備える。

すなわち、第１拡管ジョイント部１３２は、第１インナパイプ１１２とスパイラルパイプ１２０の連結部位をカバーリングし、第２拡管ジョイント部１３４は、第２インナパイプ１１４とスパイラルパイプ１２０の連結部位をカバーリングする。

この場合、第１拡管ジョイント部１３２は、第１インナパイプ１１２の円柱方向の周面に沿って溶接などにより密封処理される。同時に、第２拡管ジョイント部１３４は、第２インナパイプ１１４の円柱方向の周面に沿って溶接などにより密封処理される。

そして、第１拡管ジョイント部１３２と第２拡管ジョイント部１３４はアウタパイプ１４０に連結される。この場合、アウタパイプ１４０は、軸方向に沿って一側に第１拡管ジョイント部１３２を一体に形成し、他側に第２拡管ジョイント部１３４を一体に形成することができる。

勿論、第１拡管ジョイント部１３２と第２拡管ジョイント部１３４がアウタパイプ１４０に溶接などにより連結され得る。

これにより、アウタパイプ１４０がスパイラルパイプ１２０全体を覆うように配置される。

また、第１拡管ジョイント部１３２は、凝縮器出口の高温高圧の第２流体を受け入れるために第１ポート１３３を形成し、第２拡管ジョイント部１３４は、膨張弁側に熱交換した第２流体を吐出するために第２ポート１３５を形成する。

よって、第１ポート１３３を介して流入した第２流体は、アウタパイプ１４０とスパイラルパイプ１２０との間の空間で谷部１２４に沿って移動した後、第２ポート１３５を介して排出される。

この場合、第２流体は、第１インナパイプ１１２、スパイラルパイプ１２０及び第２インナパイプ１１４に沿って流動する第１流体と熱交換することになる。すなわち、第１流体は第２流体と熱交換して加温され、第２流体は第１流体と熱交換して減温される。

したがって、インナパイプ１１２、１１４、スパイラルパイプ１２０及びアウタパイプ１４０は熱伝達率の優れた材質で製作され得る。

一方、第１拡管ジョイント部１３２と第２拡管ジョイント部１３４は、互換性のために同一形状に形成される。そこで、第１拡管ジョイント部１３２と第２拡管ジョイント部１３４は、拡管部１３７、パッキングメンバ１３８及びコネクティングメンバ１３９を含む。

拡管部１３７は、第２流体の流動ノイズ低減のためにアウタパイプ１４０の直径よりも大きく形成される。この場合、拡管部１３７は、第１インナパイプ１１２とスパイラルパイプ１２０の連結部位を覆い、第２インナパイプ１１４とスパイラルパイプ１２０の連結部位を覆うように配置される。勿論、拡管部１３７は、スパイラルパイプ１２０の軸方向に沿って一側と他側にそれぞれ配置され得る。

同時に、拡管部１３７は、アウタパイプ１４０よりも拡径するように形成される。

すなわち、拡管部１３７とスパイラルパイプ１２０との空間を拡張することで、拡管部１３７の第１ポート１３３を介して第２流体が流入する際に第２流体の移送圧力と速度が低減し、流動騒音を低減することができる。

そして、拡管部１３７とスパイラルパイプ１２０の空間が拡張することで、拡管部１３７の第２ポート１３５を介して第２流体が排出される直前に、第２流体の臨時貯蔵量が増加し、安定した排出量を確保することができる。

また、パッキングメンバ１３８は、拡管部１３７の一側から傾斜するように延長されて対応する第１インナパイプ１１２及び第２インナパイプ１１４の周面に連結されてパッキン処理される。特に、パッキングメンバ１３８が拡管部１３７で徐徐に下向き傾斜するように形成されることで、第２流体の流動抵抗が減少し、流動騒音を低減することができる。

同時に、コネクティングメンバ１３９は、拡管部１３７の他側から傾斜するように延長されてアウタパイプ１４０に連結される。この場合、コネクティングメンバ１３９は、縁に対応するアウタパイプ１４０の縁に溶接などにより密封される。そして、コネクティングメンバ１３９が拡管部１３７で徐徐に下向き傾斜するように形成されることで、第２流体の流動抵抗が減少し、流動騒音を低減することができる。

一方、第２流体は、谷部１２４に沿って安定的に方向性を有して流動することになるが、さらに安定的に流動するように、谷部１２４は、谷部１２４の螺旋軌跡に沿って１つ以上のグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）１２６を形成することができる。

特に、グルーブ１２６は、第２流体の流れ方向性を向上させ、第２流体とスパイラルパイプ１２０との接触面積を増加させるために、互いに並ぶ複数個からなっている。

この場合に、グルーブ１２６の形状、個数及び高さは限定されない。

そして、拡管ジョイント部１３２、１３４は、屈曲した周面のうちの第１ポート１３３を形成する部位及び第２ポート１３５を形成する部位に、平面加工処理されて平面加工部１５０を形成することができる。

平面加工部１５０は、第１ポート１３３と第２ポート１３５の周りに沿って拡管ジョイント部１３２、１３４の周面に平面加工処理されることで、第１ポート１３３と第２ポート１３５を拡管ジョイント部１３２、１３４にそれぞれ容易に熔接することができる。

すなわち、第１ポート１３３と第２ポート１３５は、対応する拡管ジョイント部１３２、１３４に一部挿入された後に、平面加工部１５０により溶接治具（図示せず）を２次元上に移動させながら溶接可能であるため、溶接し易く、且つ溶接不良を防止することができる。

平面加工部１５０により、拡管部１３７には、内側に空間拡張部１５２が自然に形成される。勿論、空間拡張部１５２は、拡管ジョイント部１３２、１３４それぞれの内側面に別途成形処理され得る。

空間拡張部１５２により、第２流体の流動抵抗がさらに減少することで、流動騒音をさらに低減することができる。勿論、平面加工部１５０は多様な治具で加工処理することができる。

また、スパイラルパイプ１２０は、谷部１２４間のピッチまたは山部１２２間のピッチの増減を介して熱交換性能を調節することができる。

特に、谷部１２４は、グルーブ１２６をさらに備えることで、山部１２２とアウタパイプ１４０との間の間隔が狭くなるか、またはアウタパイプ１４０の円柱方向に山部１２２の幅が増加することで、流動騒音が低減され得る。

一方、山部１２２とアウタパイプ１４０との間の間隔、山部１２２の幅は、値が大きくなるほど騒音低減に有利となる。山部１２２とアウタパイプ１４０との間の間隔による山部１２２の幅が大きいということは、谷部１２４から高温高圧状態の第２流体の流路の圧力損失が大きくなったり、第２流体の再膨張を有したりする要因となるため、第２流体流路の断面積と山部１２２での間隔に対する幅の適正な比率が必要となる。

そして、谷部１２４には、抵抗部材１６０が突出形成され得る。抵抗部材１６０は、隣接した山１２２と山１２２との間に沿って突出する形状であって、形状及び個数は限定されない。

抵抗部材１６０は、谷部１２４に沿って流動する第２流体の残留時間を増加させ、隣接した山部１２２を支持する役割をする。

勿論、抵抗部材１６０間の間隔は限定されない。

この場合、スパイラルパイプ１２０は、螺旋軌跡に沿って谷部１２４とグルーブ１２６を非連続に成形することで、抵抗部材１６０が自然に形成される。特に、抵抗部材１６０は、山部１２２よりも所定低く形成されて第２流体の流動を許容しなければならない。

これにより、抵抗部材１６０は、上側が一部面取り成形され得る。勿論、抵抗部材１６０は多様な形状に変形可能である。

一方、熱交換用二重管１００は、スパイラルパイプ１２０を軸挿入したアウタパイプ（ｏｕｔｅｒ ｐｉｐｅ）１４０を曲げると、熱交換用二重管１００が膨らんで屈曲した部分に相当する外側全体には、スパイラルパイプ１２０の山部１２２全体がアウタパイプ１４０と接することになる。

同時に、熱交換用二重管１００が凹んで屈曲した部分には、屈曲した部分のスパイラルパイプ１２０の山部１２２全体がアウタパイプ１４０と接し、これに延長する直線部分のスパイラルパイプ１２０の山部１２２全体がアウタパイプ１４０と接しなくなる。

本発明は、図面に示す実施形態を参照にして説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術が属する分野で通常の知識を有する者であれば、これにより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることを理解することができる。したがって、本発明の真正な技術的保護範囲は、次の特許請求の範囲によって定義される。

１００：熱交換用二重管
１２０：スパイラルパイプ
１２２：山部
１２４：谷部
１４０：アウタパイプ
１６０：抵抗部材

Claims (4)

1. 周面に螺旋軌跡に沿って山部と谷部を順に形成し、第１流体を内部に流動案内するスパイラルパイプと、
   前記スパイラルパイプを軸挿入し、前記第１流体と熱交換する第２流体が前記スパイラルパイプの周面に軸方向に沿って流動するように案内するアウタパイプと、
   前記スパイラルパイプの周面と前記谷部に沿って流動する第２流体の残留時間を増加させ、隣接した前記山部を支持するために、前記スパイラルパイプまたは前記谷部に突出形成される抵抗部材と、を含むことを特徴とする熱交換用二重管。
2. 前記スパイラルパイプの両側に連結されて前記第１流体の流れを許容するインナパイプと、
   前記スパイラルパイプと前記インナパイプの連結部位それぞれに配置されるように前記アウタパイプの両側に拡径するように形成され、対応する前記インナパイプに密封処理され、前記第２流体の流出入のためにポートをそれぞれ備える拡管ジョイント部と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱交換用二重管。
3. 前記谷部は、前記第２流体の流れ方向性を向上させながら前記第２流体と前記スパイラルパイプとの接触面積を増加させるために前記谷部の螺旋軌跡に沿って１つまたは複数個のグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）を形成することを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換用二重管。
4. 前記拡管ジョイント部は、拡管部の屈曲した周面に平面を加工形成することで、内側に空間拡張部を形成し、前記ポートの溶接性を向上させるために平面加工部を形成することを特徴とする、請求項２に記載の熱交換用二重管。

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