JP5898892B2 - 中間熱交換器 - Google Patents

Description

この発明は、たとえば車両に搭載される空調装置に用いられる中間熱交換器に関する。

この明細書および特許請求の範囲において、「液相冷媒」という用語は、完全に液相のみからなる冷媒の他に、微量の気相冷媒が混入した液相の冷媒を意味するものとし、「気相冷媒」という用語は、完全に気相のみからなる冷媒の他に、微量の液相冷媒が混入した気相の冷媒を意味するものとする。

従来、車両に搭載される車両用空調装置として、圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を冷却するコンデンサと、コンデンサで冷却された冷媒を減圧する減圧器としての膨張弁と、減圧された冷媒を蒸発させるエバポレータと、高温側冷媒通路および低温側冷媒通路を有しており、かつコンデンサから流出して高温側冷媒通路を流れる高温高圧の冷媒とエバポレータから流出して低温側冷媒通路を流れる低温低圧の冷媒とを熱交換させる中間熱交換器と、コンデンサから流出するとともに膨張弁により減圧される前の高温高圧の冷媒を貯留し、かつ液相と気相とに分離する受液器とを備えており、中間熱交換器が、外管および外管内に間隔をおいて配置された内管を有し、かつ外管と内管との間の間隙が、コンデンサから流出した高圧の冷媒が流れる高温側冷媒通路となっているとともに、内管内が、エバポレータから流出した低圧の冷媒が流れる低温側冷媒通路となっている二重管を備えたものが知られている（特許文献１参照）。

特許文献１記載の車両用空調装置においては、搭載される車両のエンジンルーム内において搭載スペース上の制約を受けるため、中間熱交換器を効率良く収納するために、中間熱交換器の二重管を少なくとも１箇所で曲げることがある。

ところで、通常の単体の管を曲げる際には、曲げ部分における管壁の潰れを防止するための芯金が用いられるが、二重管を曲げる際には、芯金を用いることはできず、外管の管壁が潰れるおそれがある。外管の管壁が潰れると、二重管の曲げ部分における高温冷媒通路内を流れる高圧の冷媒に対する外管の耐圧強度が不足するおそれがある。

特開２００５−２２６０１号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、高温冷媒通路内を流れる高圧の冷媒に対する外管の耐圧強度が向上した中間熱交換器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を冷却するコンデンサと、コンデンサで冷却された冷媒を減圧する減圧器と、減圧された冷媒を蒸発させるエバポレータとを備えた空調装置において、コンデンサから流出した高圧の冷媒とエバポレータから流出した低圧の冷媒とを熱交換させるのに用いられており、外管および外管内に間隔をおいて配置された内管を有し、かつ外管と内管との間の間隙が、コンデンサから流出した高圧の冷媒が流れる高温側冷媒通路となっているとともに、内管内が、エバポレータから流出した低圧の冷媒が流れる低温側冷媒通路となっている二重管を備えている中間熱交換器であって、
二重管が少なくとも１箇所で曲げられており、外管の外径をＤ、外管の管壁の肉厚をｔ、二重管の曲げ部分における外管の外周面の曲げ外側部分の曲げ半径をＲとした場合、Ｄ≧１９．０ｍｍ、１．０ｍｍ≦ｔ≦１．５ｍｍ、Ｒ／Ｄ＜２という条件を満たしており、
さらに、二重管の曲げ部分の横断面において、外管外周面の曲げ外側部分の曲率の頂点Ｐ１と曲げ内側部分の曲率の頂点Ｐ２とを結ぶ直線Ｘを中心とし、当該直線Ｘと直交する直線Ｙ上における幅がＤ／２の範囲内での外管外周面の曲げ外側部分の曲率半径ｒがＤ／２〜Ｄとなっている中間熱交換器。

2)二重管の曲げ部分の横断面において、外管外周面の曲げ外側部分の曲率の頂点と曲げ内側部分の曲率の頂点との直線距離をＬ１ｍｍ、前記２つの頂点を結ぶ直線と直交する方向の外管外周面の最大幅をＬ２ｍｍとした場合、Ｌ１／Ｌ２≧０．８５である上記1)記載の中間熱交換器。

3)二重管の内管の管壁の肉厚が１．１〜１．３ｍｍである上記1)または2)記載の中間熱交換器。

4)二重管の外管の内周面に凸条が設けられており、凸条の突出端と内管外周面との間隔が０．５ｍｍ以下となっている上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の中間熱交換器。

上記1)〜4)の中間熱交換器によれば、二重管が少なくとも１箇所で曲げられており、外管の外径をＤ、外管の管壁の肉厚をｔ、二重管の曲げ部分における外管の外周面の曲げ外側部分の曲げ半径をＲとした場合、Ｄ≧１９．０ｍｍ、１．０ｍｍ≦ｔ≦１．５ｍｍ、Ｒ／Ｄ＜２という条件を満たしているので、芯金を用いることなく引き曲げ型により二重管を曲げたとしても、外管の管壁が潰れて扁平になることが防止され、二重管の曲げ部分における外管と内管との間の高温冷媒通路内を流れる高圧の冷媒に対する外管の耐圧強度が向上する。

上記1)および2)の中間熱交換器によれば、芯金を用いることなく引き曲げ型により二重管を曲げた際の管の管壁が潰れを効果的に防止することができる。

この発明による中間熱交換器の全体構成を示す長さ方向の中間部を省略した縦断面図である。 図１の中間熱交換器の二重管における直線部分の横断面図である。 図１の中間熱交換器の二重管における曲げ部分の横断面図である。 図１の中間熱交換器の二重管を形成する際に用いられる引き曲げ型を示す断面図である。 図１の中間熱交換器を用いた車両用空調装置の構成を示す図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明の中間熱交換器を、車両に搭載される車両用空調装置に用いたものである。

また、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

図１はこの発明による中間熱交換器の全体構成を示し、図２および図３はその要部の構成を示し、図４は中間熱交換器の二重管を形成する際に用いられる引き曲げ型を示す。また、図５は図１〜図３の中間熱交換器を用いた車両用空調装置の構成を示す。

図１〜図３において、中間熱交換器(1)は、アルミニウム押出形材製外管(3)、および外管(3)内に間隔をおいて同心状に挿入されたアルミニウム押出形材製内管(4)よりなる二重管(2)を備えており、二重管(2)における外管(3)と内管(4)との間の間隙が第１冷媒通路(5)となり、内管(4)内が第２冷媒通路(6)となっている。

二重管(2)の外管(3)の両端寄りの部分、すなわち両端よりも長さ方向の若干内側部分に、それぞれ拡管部(7)(8)が形成されている。外管(3)における一方の拡管部(7)の管壁には冷媒入口(9)が形成され、同他方の拡管部(8)の管壁には冷媒出口(11)が形成されている。冷媒入口(9)には第１冷媒通路(5)に通じるアルミニウム製冷媒流入パイプ(12)の一端部が挿入されて拡管部(7)にろう付されている。冷媒出口(11)には第１冷媒通路(5)に通じるアルミニウム製冷媒流出パイプ(13)の一端部が挿入されて拡管部(8)にろう付されている。冷媒流入パイプ(12)および冷媒流出パイプ(13)の先端部には管継手部材(14)が接合されている。二重管(2)の内管(4)の両端部は外管(3)の両端部よりも外側に突出しており、両突出端部にそれぞれ管継手部材(15)が接合されている。

二重管(2)は、両拡管部(7)(8)間の少なくとも１箇所において略９０度曲げられており、少なくとも１つの曲げ部分(16)と、曲げ部分(16)の両側に位置する直線部分(17)とを有している。

中間熱交換器(1)の二重管(2)の直線部分(17)においては、外管(3)および内管(4)は横断面円形であり、外管(3)の内周面に、径方向内方に突出しかつ長さ方向にのびる複数の凸条(18)が周方向に等間隔をおいて一体に設けられている（図２参照）。さらに、中間熱交換器(1)の二重管(2)の曲げ部分(16)においては、外管(3)および内管(4)は横断面異形となっている（図３参照）。すなわち、二重管(2)は、横断面円形の外管(3)および内管(4)を有する二重管を曲げることにより形成されており、曲げ加工を施す際に、曲げ部分(16)において外管(3)および内管(4)が変形している。

ここで、二重管(2)の直線部分(17)における外管(3)の外径をＤ、同じく外管(3)の管壁の肉厚をｔ、曲げ部分(16)における外管(3)の外周面の曲げ外側部分の曲げ半径をＲとした場合（図１参照）、Ｄ≧１９．０ｍｍ、１．０ｍｍ≦ｔ≦１．５ｍｍ、Ｒ／Ｄ＜２という条件を満たしている。なお、二重管(2)の内管(4)の管壁の肉厚は１．１〜１．３ｍｍであることが好ましい。

また、二重管(2)の曲げ部分(16)の横断面において、外管(3)外周面の曲げ外側部分の曲率の頂点(P1)と曲げ内側部分の曲率の頂点(P2)とを結ぶ直線(X)を中心とし、当該直線(X)と直交する直線(Y)、すなわち外管(3)外周面の頂点(P1)における接線上での幅がＤ／２の範囲内での外管(3)外周面の曲げ外側部分の曲率半径をｒｍｍとした場合、Ｄ／２≦ｒ≦Ｄとなっていることが好ましい。

さらに、二重管(2)の曲げ部分(16)の横断面において、外管(3)外周面の曲げ外側部分の曲率の頂点(P1)と曲げ内側部分の曲率の頂点(P2)との直線距離をＬ１ｍｍ、前記２つの頂点(P1)(P2)を結ぶ直線(X)と直交する方向の外管(3)外周面の最大幅をＬ２ｍｍとした場合、Ｌ１／Ｌ２≧０．８５であることが好ましい。

なお、二重管(2)の曲げ部分(16)において、外管(3)の凸条(18)の突出端と内管(4)外周面との間隔が０．５ｍｍ以下となっていることが好ましい。

以下に、上述した条件を満たす二重管(2)の具体的な寸法を挙げる。

第１の二重管(2)は、外管(3)の外径Ｄ＝１９ｍｍ、外管(3)の管壁の肉厚ｔ＝１．０ｍｍ、曲げ部分(16)における外管(3)の外周面の曲げ外側部分の曲げ半径Ｒ＝３０ｍｍ、曲げ部分(16)の横断面において、外管(3)外周面の曲げ外側部分の曲率の頂点(P1)と曲げ内側部分の曲率の頂点(P2)とを結ぶ直線(X)を中心とし、当該直線(X)と直交する外管(3)外周面の頂点(P1)における接線(Y)上での幅がＤ／２の範囲内での外管(3)外周面の曲げ外側部分の曲率半径ｒ＝９．５ｍｍ、外管(3)外周面の曲げ外側部分の曲率の頂点(P1)と曲げ内側部分の曲率の頂点(P2)とを結ぶ直線(X)の距離をＬ１、前記２つの頂点(P1)(P2)を結ぶ直線と直交する直線上における外管(3)外周面の最大幅をＬ２とした場合のＬ１／Ｌ２＝０．８５である。

第２の二重管(2)は、前記外径Ｄ＝１９ｍｍ、前記肉厚ｔ＝１．０ｍｍ、前記曲げ半径Ｒ＝３０ｍｍ、前記曲率半径ｒ＝１９ｍｍ、前記Ｌ１／Ｌ２＝０．８５である。

二重管(2)は、横断面円形の外管(3)および内管(4)を有する真っ直ぐな二重管を曲げることにより形成されており、曲げ加工を施す際に、曲げ部分(16)において外管(3)および内管(4)が変形している。

図４は、二重管(2)を曲げる際に用いられる引き曲げ型を示す。

図４において、引き曲げ型(20)は、公知のように、回転曲げ型(21)と、締め付け型(22)と、移動押さえ型（図示略）とからなる。回転曲げ型(21)に、二重管(2)の曲げ部分(16)における外管(3)の曲げ内側部分の横断面形状に合致した凹部(21a)が形成されており、締め付け型に、二重管(2)の曲げ部分(16)における外管(3)の曲げ内側部分の横断面形状に合致した凹部(22a)が形成されている。

図５は、上述した中間熱交換器を用いた車両用空調装置を示す。

図５において、車両用空調装置は、たとえばフロン系の冷媒を用いるものであって、圧縮機(30)と、凝縮部(32)、気液分離器としての受液器(33)および過冷却部(34)を有しかつ圧縮機(30)で圧縮された冷媒を冷却するコンデンサ(31)と、コンデンサ(31)で冷却された冷媒を減圧する減圧器としての膨張弁(35)と、減圧された冷媒を蒸発させるエバポレータ(36)と、中間熱交換器(1)とを備えている。中間熱交換器(1)の外管(3)に接続された冷媒流入パイプ(12)にコンデンサ(21)の過冷却部(34)からのびる配管が接続され、同じく外管(3)に接続された冷媒流出パイプ(13)に膨張弁(35)にのびる配管が接続される。また、中間熱交換器(1)の内管(4)における冷媒流出パイプ(13)側の端部に、エバポレータ(36)からのびる配管が接続され、同じく内管(4)における冷媒流入パイプ(12)側の端部に、圧縮機(30)にのびる配管が接続される。したがって、中間熱交換器(1)の第１冷媒通路(5)がコンデンサ(31)から流出した高温高圧の冷媒が流れる高温側冷媒通路となり、内管(4)内の第２冷媒通路(6)がエバポレータ(36)から流出した低温低圧の冷媒が流れる低温側冷媒通路となっている。

車両用空調装置の稼働時には、圧縮機(30)で圧縮された高温高圧の気液混相の冷媒は、コンデンサ(31)の凝縮部(32)で冷却されて凝縮させられた後、受液器(33)内に流入して気液２相に分離され、ついで過冷却部(34)に流入して過冷却される。過冷却された液相冷媒は、冷媒流入パイプ(12)を通って中間熱交換器(1)の外管(2)の拡管部(7)内に流入し、拡管部(7)を経て第１冷媒通路(5)内に入る。

一方、エバポレータ(36)から出てきた気相冷媒は、中間熱交換器(1)の第２冷媒通路(6)内に流入する。そして、液相冷媒が第１冷媒通路(5)内を流れる間に第２冷媒通路(6)内を流れる比較的低温の気相冷媒によりさらに冷却される。中間熱交換器(1)の第１冷媒通路(5)を通過した液相冷媒は、冷媒流出パイプ(13)を通って膨張弁(35)に送られる。膨張弁(35)に送られた液相冷媒は、膨張弁(35)において断熱膨張させられて減圧された後エバポレータ(36)に流入し、エバポレータ(36)において気化させられる。一方、中間熱交換器(1)の第２冷媒通路(6)を通過した気相冷媒は圧縮機(30)に送られる。

この発明による中間熱交換器は、車両に搭載される車両用空調装置に好適に用いられる。

(1)：中間熱交換器
(2)：二重管
(3)：外管
(4)：内管
(5)：第１冷媒通路（高温側冷媒通路）
(6)：第２冷媒通路（低温側冷媒通路）
(16)：曲げ部分
(30)：圧縮機
(31)：コンデンサ
(35)：膨張弁（減圧器）
(36)：エバポレータ

Claims (4)

1. 圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を冷却するコンデンサと、コンデンサで冷却された冷媒を減圧する減圧器と、減圧された冷媒を蒸発させるエバポレータとを備えた空調装置において、コンデンサから流出した高圧の冷媒とエバポレータから流出した低圧の冷媒とを熱交換させるのに用いられており、外管および外管内に間隔をおいて配置された内管を有し、かつ外管と内管との間の間隙が、コンデンサから流出した高圧の冷媒が流れる高温側冷媒通路となっているとともに、内管内が、エバポレータから流出した低圧の冷媒が流れる低温側冷媒通路となっている二重管を備えている中間熱交換器であって、
   二重管が少なくとも１箇所で曲げられており、外管の外径をＤ、外管の管壁の肉厚をｔ、二重管の曲げ部分における外管の外周面の曲げ外側部分の曲げ半径をＲとした場合、Ｄ≧１９．０ｍｍ、１．０ｍｍ≦ｔ≦１．５ｍｍ、Ｒ／Ｄ＜２という条件を満たしており、
   さらに、二重管の曲げ部分の横断面において、外管外周面の曲げ外側部分の曲率の頂点Ｐ１と曲げ内側部分の曲率の頂点Ｐ２とを結ぶ直線Ｘを中心とし、当該直線Ｘと直交する直線Ｙ上における幅がＤ／２の範囲内での外管外周面の曲げ外側部分の曲率半径ｒがＤ／２〜Ｄとなっている中間熱交換器。
2. 二重管の曲げ部分の横断面において、外管外周面の曲げ外側部分の曲率の頂点Ｐ１と曲げ内側部分の曲率の頂点Ｐ２との直線距離をＬ１ｍｍ、前記２つの頂点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線と直交する方向の外管外周面の最大幅をＬ２ｍｍとした場合、Ｌ１／Ｌ２≧０．８５である請求項１記載の中間熱交換器。
3. 二重管の内管の管壁の肉厚が１．１〜１．３ｍｍである請求項１または２記載の中間熱交換器。
4. 二重管の外管の内周面に凸条が設けられており、凸条の突出端と内管外周面との間隔が０．５ｍｍ以下となっている請求項１〜３のうちのいずれかに記載の中間熱交換器。

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