JP5938021B2 - 熱交換用二重管 - Google Patents

Description

本発明は、二重管及びこれを備えた熱交換器に関し、より詳細には、熱伝導率の側面で性能に優れた二重管構造を提供し、熱交換器の熱交換効率を改善させることができる二重管及びこれを備えた熱交換器に関する。

車両用エアコン装置は、自動車の室内に冷風を送風して冷房する自動車に設置される付属装置である。

このようなエアコン装置の一般的な冷房システムは、通常、冷媒を圧縮して送出する圧縮機（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）と、前記圧縮機で送出される高圧の冷媒を凝縮する凝縮器（Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）と、前記凝縮器で凝縮されて液化された冷媒を減圧する、例えば膨張弁（Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｖａｌｖｅ）、及び前記膨張弁により減圧された低圧の液相冷媒を車両の室内側に送風される空気と熱交換して蒸発させることによって、冷媒の蒸発潜熱による吸熱作用で室内に吐出される空気を冷却する蒸発器（Ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）などが冷媒パイプで連結されてなる冷凍サイクルで構成され、冷媒循環過程を通じて自動車の室内を冷房する。

エアコン装置の冷房性能を向上するために、膨張弁により膨張される高温高圧の液相冷媒を過冷化し、蒸発器で排出される冷媒の過熱度を適正化することができる装置が必要であるから、最近、開発されている冷却システムは、膨張弁の吸入側及び圧縮機の吸入側に所定の内部熱交換器を主に設置して使用している。このような内部熱交換器は、二重管構造で蒸発器と圧縮管との間に連結される内管（Ｉｎｎｅｒ Ｐｉｐｅ）と、凝縮器と膨張弁との間に連結される外管（Ｏｕｔｅｒ Ｐｉｐｅ）とで構成される。

内管は、低温低圧の気体状態の冷媒が流れ、外管は、高温高圧の液体状態の冷媒が流れ、これらは、互いに反対方向に流れて、相互熱交換するようになる。すなわち膨張弁に流入される高温高圧の液相冷媒と蒸発器で排出される低温低圧の気相冷媒を相互に熱交換させることによって、温度を適正化することができるようになる。

このような内部熱交換器は、熱伝逹率が大きいと熱交換効率が良くなるが、二重管の構造によって大きく左右される。しかも、ＥＵ温室ガスの大気放出を制限するための目的に現在使用化されている地球温暖化物質であるＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏ−Ｆｌｕｏｒｏ−Ｃａｒｂｏｎ）系の１３４ａ（Ｒ１３４ａ）冷媒が将来低温暖和物質であるＨＦＯ（Ｈｙｄｒｏ Ｆｌｕｏｒｏ Ｏｌｅｆｉｎ）系の１２３４ｙｆ冷媒に代替される傾向にあり、将来代替される１２３４ｙｆ冷媒が既存の熱交換器では、現冷媒、すなわちＲ１３４ａに比べて１５％程度性能低下が発生する。

不足な冷媒性能を改善するために、圧縮機、蒸発器及び凝縮器など全般的にエアコン装置を改善しなければならないが、費用的に多くの負担が発生する。

したがって、冷媒変更による車両用エアコンシステムの効率及び性能を向上させるために熱交換器の性能低下の改善が必要である。

韓国特許登録第１０−１１６６８０６０号公報

したがって、本発明の目的は、二重管構造によって熱交換器の熱交換効率を改善させて、冷却システムの冷却効率を向上させることができる熱交換器を提供することにある。

前述したような目的を達成するために、本発明の熱交換用二重管は、内管と、前記内管と別に製作され、内部に前記内管を収容する外管と、前記内管及び前記外管と結合されるコネクタとを含む。前記コネクタは、前記外管の端部が内部に収容される外管連結部と、前記外管と内管との間に形成される流路に供給される流体の供給管が締結される締結溝と、前記外管連結部の内周面に形成されたストッパーと、内周面が前記内管の外周面と面接触し、前記二重管の長さ方向に対して３０度以上且つ６０度以下の角度を持って形成された貫通孔とを含む。

前記外管は、円筒状の直管で、前記内管は、前記外管の内部に収容され、前記外管の内部に位置する部分にコイル部及びこのコイル部の両端部から延長する直管部が形成され、この直管部が前記外管の両端部を通じて当該外管の外側に延長し、さらに前記コネクタの貫通孔を通じて前記コネクタの内部から外部に延長し曲げられて前記二重管の長さ方向と平行になり、前記コイル部の最外郭部が前記外管の内周面と線接触することを特徴とする。

以上説明したような本発明は、二重管の構造によって冷媒の熱伝導率を向上させて、車両用エアコンシステムの効率及び性能を向上させることができる。

本発明は、二重管の構造によって外管及び内管の厚さを最小化することができる。

本発明は、二重管を有する熱交換器によって熱交換効率を改善させて、冷却システムの冷却効率を向上させることができる。

本発明の熱交換用二重管の斜視図である。 本発明の第１実施例によるコイル型内管の斜視図である。 本発明の第１実施例によるコネクタの斜視図である。 本発明の第１実施例による熱交換用二重管の断面図である。 本発明の第２実施例によるコネクタの斜視図である。 本発明の第２実施例による熱交換用二重管の結合図である。 本発明の第３実施例によるコネクタの斜視図である。 本発明の第３実施例による熱交換用二重管の結合図である。 本発明の第３実施例による熱交換用二重管の結合図である。 本発明の第４実施例による内管及び外管の結合図である。 本発明の第４実施例による内管及び外管の結合図である。

以下、本発明による好ましい実施例を添付の図面を参照して詳しく説明する。この際、添付の図面において同一の構成要素は、できるだけ同一の符号で示していることに留意しなければならない。また、本発明の要旨を不明確にする公知の機能及び構成に関しては、詳細な説明で言及しない。

図１は、本発明の熱交換用二重管の斜視図である。
図１に示されたように、本発明の二重管は、内管１００、外管２００及びコネクタ３００を含む。

外管２００と内管１００との間に形成された外管流路は、高温高圧の液体状態の冷媒が流れ、内管１００に形成された内管流路には、低温低圧の気体状態の冷媒が流れることが一般的である。前記両流体は、互いに反対に流れて、対向流型に熱交換する。

外管２００、内管１００及びコネクタ３００の断面形状は、いずれも円形であるが、これに限定されず、多様な多角形の形状よりなることができる。

第１実施例
図２は、本発明の第１実施例によるコイル型内管１００の斜視図である。

内管１００は、コイル部１１２を有し、コイル部１１２は、内部の仮想円を有するスプリング形状で形成される。コイル部１１２は、スプリング形状によって互いに隣合う管を連続的に含む形状である。互いに隣合う管は、場合によって接触が可能であるが、適切な熱交換のためには、互いに隣合う管は、一定の間隔を維持することが好ましい。コイル部１１２は、互いに隣合う管の中心間の距離Ｌ、前記内管１００の外周面の直径がＲ１であるとするとき、０．５×Ｒ１≦Ｌを満たすことが好ましく、さらに好ましくは、０．５×Ｒ１≦Ｌ≦３×Ｒ１を満たすことが好ましい。また、前記外管２００の内周の直径をＲ２であるとすれば、２×Ｒ１≦Ｒ２≦４×Ｒ１を満たすことが好ましい。

内管１００は、コイル形状よりなるので、熱交換器の配管部のベンディングがある場合、内管の破損を防止することができる。不規則的なベンディングが起きても、内管１００が破損されるおそれが小さくなる。また、コイル形状によって熱交換面積が広くなって、外管流路に流れる流体は、渦流流動が行われるので、両流体間の熱交換能力は、従来の二重管の熱交換器より優れている。

内管１００のコイル部１１２の最外郭は、外管２００の内周面と接触することが一般的である。内管１００のコイル部１１２と外管２００の内周面は、接触するだけで、両方が互いに接着されるものではない。

外管２００は、円筒状の直管であることが一般的である。内管１００の材質と同一の材質よりなることが可能であるが、優れた熱交換のために断熱材料で製作されることが好ましい。外管２００の両端部には、コネクタ３１０が連結される。外管２００の内部には、内管１００を収容し、外管２００の内部に内管１００のコイル部１１２が収容される。外管２００の両端部を通じて内管１００の直管部１１１が外管２００の外側に延長する。内管１００の直管部１１１は、さらに延長し、コネクタ３１０の貫通孔３１２を通じて二重管の外部に延長する。

コネクタ３１０には、内管１００及び外管２００が結合される。コネクタ３１０は、外管連結部３１３、貫通孔３１２、締結溝３１１を含む。

外管連結部３１３は、外管２００と結合する。外管２００の端部外周面が外管連結部３１３の内部に挿入され、外管２００の端部外周面と外管連結部３１３の内周面が互いに接触する。外管２００の離隔を防止するために、外管連結部３１３の内周面には、ストッパー３１４が形成され、ストッパー３１４は、外管連結部３１３の内周面に沿って形成されたリング形状であることが一般的である。但し、このようなストッパー３１４は、ピン形状であるか、または断続的に形成された板形状であることができる。

外管２００とコネクタ３１０は、締まりばめ方式により連結されるが、溶接または他の締結器具を通じて連結されることもできる。

内管１００は、貫通孔３１２を通じて外部に延長する。内管１００は、二重管の内部から二重管の外部に延設し、貫通孔３１２の内周面は、内管１００の外周面と面接触する。貫通孔３１２の内周面は、二重管の長さ方向と垂直方向に形成されることができるが、第１実施例では、垂直ではなく、斜め方向に形成される。従来の二重管の外部配管連結部は、二重管の長さ方向または二重管の長さ方向に垂直な方向に結合された。このような垂直結合によって、二重管の場合、広い空間を占める問題点があった。第１実施例の二重管は、貫通孔３１２が二重管の長さ方向に対して垂直ではなく、二重管の長さ方向に対して適切な角度を持って形成される。貫通孔３１２の成す角度は、３０以上且つ６０以下であることが好ましい。内管１００は、曲げが可能であり、貫通孔３１２を通じて外部に延長した内管１００は、二重管の長さ方向と平行になるように曲げることができる。従来、二重管の場合には、約９０度程度曲げなければならない問題点があったが、本実施例では、適切な曲げにより、二重管の体積を減らす長所がある。例えば、貫通孔３１２の内周面が二重管の長さ方向と成す角度が４５度なら、内管は、４５度曲げることによって、内管１００を二重管と平行になるようにすることができる。

貫通孔３１２は、コネクタの外周面に形成されることが一般的であるが、コネクタの外周面のうち一部分を平行になるように面形状に水平面を加工し、その水平面３１６上に位置するように加工することが好ましい。水平面３１６の一端部は、締結溝３１１に向けて形成され、他の端部には、第１垂直部３１５と接するように形成される。第１垂直部３１５は、水平面３１６からコネクタ３１０の外周面の方向に形成される。

二重管の締結溝３１１に外部配管が結合される。締結溝３１１の直径は、コネクタ３１０の直径より小さい。外管２００の内部に流れる流体の体積流量を一定にするために、外部配管の断面と外管の断面から内管の断面の面積を抜いた広さが互いに類似にすることが適切である。したがって、締結溝３１１の直径は、外管２００の直径より小さいことが一般的である。コネクタ３１０の端部には、円の中心方向に一定の長さで形成された第２垂直部３１７が存在し、第２垂直部３１７からコネクタ３１０の長さ方向に延長した突出部３１８が存在する。突出部３１８には、外部配管が連結され、外管の流路に流れる流体は、突出部３１８を通過し、外部配管に流れる。

第２実施例
図４ａは、本発明の第２実施例によるコネクタの斜視図である。
図４ｂは、本発明の第２実施例による熱交換用二重管の結合図である。

本発明の第２実施例は、コネクタの変形された構成を含む。外管２００と内管１００は、第１実施例と同一である。第２実施例は、水平面の代わりに、傾斜面３２４を含む。傾斜面３２４の一端部は、締結溝に向けていて、他の端部は、外管連結部に向ける。外管連結部に向ける傾斜面３２４の端部は、コネクタ３２０の外側に突出した形状である。傾斜面３２４がコネクタの外部に突出した形状なので、貫通孔３２２の内周面の広さが第１実施例より広くなるように製作可能である。したがって、内管１００と貫通孔３２２の接触面積が広くなり、結合信頼度がさらに大きくなる。

第３実施例
図５ａは、本発明の第３実施例によるコネクタの斜視図である。
図５ｂは、本発明の第３実施例による熱交換用二重管の結合図である。
図５ｃは、本発明の第３実施例による熱交換用二重管の結合図である。

本発明の第３実施例は、コネクタの変形された構成を含む。外管２００と内管１００は、第１及び第２実施例と同一である。
コネクタ３３０は、外管連結部から締結溝３３１の方向に拡管された拡管部３３６を含む。第２垂直部３３７上に締結溝３３１が形成される点は、第１及び第２実施例と同一であるが、貫通孔３３２は、第２垂直部３３７上に形成される点は、第１及び第２実施例と異なっている。貫通孔３３２は、第２垂直部３３７上に形成されるので、内管１００が貫通孔３３２の外部に延長した後、曲げが発生しない。このような構成により、コネクタ３３０の製作が容易であり、二重管の体積が減少するという長所がある。図５ａには示されていないが、突出部も存在することができる。貫通孔３３２の場合にも、内管１００との結合を容易にするために、貫通孔３３２から外部に延長する突出部を形成することも考慮することができる。

第４実施例
図６ａ及び図６ｂは、本発明の第４実施例による内管及び外管の結合図である。

本発明の第４実施例は、外管２４０及び内管１４０の変形された構成を含む。内管１４０の場合、コイル形状ではない直管形状である。

外管２４０と内管１４０との間には、外管２４０の内周面から内管１４０の外周面方向に突設される隔壁２４１が存在する。前記隔壁２４１は、外管２４０の長さ方向に延設し、周り方向に一定間隔をもって配置される。隔壁２４１は、外管２４０の長さ方向に直線に形成されることが一般的であるが、適切な熱交換のために、外管２４０の長さ方向にスパイラル形状に延設されることが好ましい。

外管２５０は、図６ｂに示された二重管の形状であることができる。この場合、熱交換器は、三重管の熱交換器になる。外管２５０の内部に追加された中管２６０は、外管２５０と一体に製作される。外管２５０と中管２６０との間には隔壁２５１が形成され、中管２６０の内周面にも、追加隔壁２６１、２６２が形成される。第１追加隔壁２６１は、外管２５０の内周面に形成された隔壁２５１に対応する位置に形成される。また、第１追加隔壁２６１の間に別途の第２追加隔壁２６２が形成されることができる。

分離型二重管の外管２４０、２５０と内管１４０、１５０は別に製作され、隔壁２５１が存在する外管２４０、２５０の内部に内管１４０、１５０を嵌着することによって、二重管の製作が可能である。このような二重管の両端部にコネクタ３１０、３２０、３３０を嵌着し、内管１４０、１５０は、貫通孔３１２、３２２、３３２を介して外部に延長する。

前述した本発明は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者において本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能なので、前述した実施例及び添付の図面によって限定されるものではない。

１００ 内管
１１１ 直管部
１１２ コイル部
２００ 外管
２４１ 隔壁
２６１ 第１追加隔壁
２６２ 第２追加隔壁
３００ コネクタ
３１０ コネクタ
３１１ 締結溝
３１２ 貫通孔
３１３ 外管連結部
３１４ ストッパー
３１５ 第１垂直部
３１６ 水平面
３１７ 第２垂直部
３１８ 突出部
３２０ コネクタ
３２２ 貫通孔
３２４ 傾斜面
３３０ コネクタ
３３１ 締結溝
３３２ 貫通孔
３３６ 拡管部
３３７ 第２垂直部

Claims (6)

1. 内管と；
   前記内管と別に製作され、内部に前記内管を収容する外管と；
   前記内管及び前記外管と結合されるコネクタと；を含む熱交換用二重管において、
   前記コネクタは、
   前記外管の端部が内部に収容される外管連結部と；
   前記外管と内管との間に形成される流路に供給される流体の供給管が締結される締結溝と；
   前記外管連結部の内周面に形成されたストッパーと；
   内周面が前記内管の外周面と面接触し、前記二重管の長さ方向に対して３０度以上且つ６０度以下の角度を持って形成された貫通孔と；を含み、
   前記外管は、円筒状の直管で、
   前記内管は、前記外管の内部に収容され、前記外管の内部に位置する部分にコイル部及びこのコイル部の両端部から延長する直管部が形成され、この直管部が前記外管の両端部を通じて当該外管の外側に延長し、さらに前記コネクタの貫通孔を介して前記コネクタの内部から外部に延長し、曲げられて前記二重管の長さ方向と平行になり、
   前記コイル部の最外郭部が前記外管の内周面と線接触することを特徴とする熱交換用二重管。
2. 最外郭部が前記外管の内周面と線接触する前記コイル部は、互いに隣合う管の中心間の距離Ｌ、前記内管の外周面の直径がＲ１とするとき、０．５×Ｒ１≦Ｌ≦３×Ｒ１という前記内管との関係を満たし、
   当該内管は、前記外管の内周の直径をＲ２とすれば、２×Ｒ１≦Ｒ２≦４×Ｒ１
   という前記外管との関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の熱交換用二重管。
3. 前記コネクタは、コネクタの外周面のうち一部分を平行になるように面形状に加工した水平面を含み、
   前記水平面上に貫通孔が形成され、
   前記水平面の一端部は、締結溝に向けていて、他の端部は、第１垂直部と接し、
   前記第１垂直部は、水平面からコネクタの外周面の方向に形成されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換用二重管。
4. 前記コネクタは、一端部が締結溝に向けていて、他の端部は、外管連結部に向ける傾斜面を含み、前記傾斜面が外管連結部に向ける端部は、コネクタの外側に突出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。
5. 前記コネクタは、一端部に形成された拡管部を含み、前記拡管部に接する垂直面が形成され、
   前記垂直面に前記締結溝と前記貫通孔が形成されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換用二重管。
6. 前記内管、前記外管及び前記コネクタは、同一の材質であることを特徴とする請求項３に記載の熱交換用二重管。

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