JP5959209B2 - Internal heat exchanger - Google Patents
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Description
この発明は、冷媒を蒸発、圧縮、凝縮、膨張の4行程で循環する冷凍サイクルにおける内部熱交換器に関するものである。 The present invention relates to an internal heat exchanger in a refrigeration cycle in which refrigerant is circulated in four steps of evaporation, compression, condensation, and expansion.
一般に、車両用空調装置の冷媒回路によって例えば二酸化炭素等の冷媒を蒸発、圧縮、凝縮、膨張の4行程で循環する冷凍サイクルが形成されている。この冷媒回路において、高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒とを熱交換する内部熱交換器が使用されている。この内部熱交換器は、凝縮器で凝縮された高温高圧冷媒と、圧縮機に戻される低温低圧冷媒との間で熱交換を行うものである。 In general, a refrigerant circuit of a vehicle air conditioner forms a refrigeration cycle in which a refrigerant such as carbon dioxide is circulated in four steps of evaporation, compression, condensation, and expansion. In this refrigerant circuit, an internal heat exchanger that exchanges heat between a high-temperature and high-pressure refrigerant and a low-temperature and low-pressure refrigerant is used. This internal heat exchanger performs heat exchange between the high-temperature and high-pressure refrigerant condensed by the condenser and the low-temperature and low-pressure refrigerant returned to the compressor.
従来のこの種の内部熱交換器には、それぞれ冷媒流路を列設した高圧側扁平管と低圧側扁平管とを積層してろう付けしたものが使用されている。また、この種の内部熱交換器において、限られたスペース内で冷媒流路を長くするために、高圧側扁平管と低圧側扁平管をU字型に形成して、高圧側扁平管と低圧側扁平管の冷媒流入口側端部と冷媒流出口側端部をヘッダータンクに接合している(例えば、特許文献1,2参照)。
In this type of conventional internal heat exchanger, a high-pressure side flat tube and a low-pressure side flat tube, each of which has a refrigerant flow path, are laminated and brazed. Further, in this type of internal heat exchanger, in order to lengthen the refrigerant flow path in a limited space, the high-pressure side flat tube and the low-pressure side flat tube are formed in a U shape, The refrigerant inlet side end and the refrigerant outlet side end of the side flat tube are joined to the header tank (see, for example,
このうち、特許文献1に記載のものにおいては、U字型がヘッダータンク内の冷媒流通方向に対して直角な平面で切った断面が、3つの直線部とこれらを繋ぐ曲線からなる形状に形成されており、高圧側帯板チューブを低圧側帯板チューブの内側に配置して成型されている。
Among these, in the thing of
また、特許文献2に記載のものにおいては、それぞれ冷媒流路を列設した高圧側の第1流路層と低圧側の第2流路層とをろう付けしたチューブ体をU字状に折り曲げて内部熱交換器を形成している。
Moreover, in the thing of
しかしながら、特許文献1に記載のU字型の内部熱交換器においては、U字型がヘッダータンク内の冷媒流通方向に対して直角な平面で切った断面が、3つの直線部とこれらを繋ぐ曲線からなる形状に形成されるため、冷媒流路を長くするためには、占有スペースを広くする必要がある。また、冷媒流路が3つの直線部とこれらを繋ぐ曲線からなるため、冷媒の圧力損失が生じる虞ある。
However, in the U-shaped internal heat exchanger described in
また、特許文献2に記載のU字状の内部熱交換器においては、特許文献1に記載のものに比べて曲線部が少ないため、冷媒の圧力損失を抑制することができる。しかし、特許文献2の熱交換器は、高圧側の第1流路層と低圧側の第2流路層とをろう付けしたチューブ体をU字状に折り曲げて成形するため、曲げ加工により屈曲部に歪みが蓄積され、この歪みが起因して破損や流路変形による圧力損失増大が生じる虞がある。
In addition, the U-shaped internal heat exchanger described in
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、圧力損失を抑制した小型で熱交換効率の優れた内部熱交換器を提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a small-sized internal heat exchanger excellent in heat exchange efficiency with suppressed pressure loss.
上記課題を達成するために、この発明の内部熱交換器は、冷媒が蒸発、圧縮、凝縮、膨張の4行程で循環する冷凍サイクルに用いられ、高圧側の冷媒流路を列設した高圧側扁平管と、低圧側の冷媒流路を列設した低圧側扁平管と、を具備する内部熱交換器であって、 上記高圧側扁平管はU字状に屈曲されると共に、両端側の冷媒流入口側端部及び冷媒流出側端部が共に同一方向に円弧部を介して直状に傾斜して設けられ、上記低圧側扁平管はU字状に屈曲されると共に、両端側の冷媒流入口側端部及び冷媒流出側端部が反対方向に円弧部を介して直状に傾斜して設けられ、上記高圧側扁平管が上記低圧側扁平管に対して内側に配置され、上記高圧側扁平管及び低圧側扁平管のそれぞれの冷媒流入口側端部及び冷媒流出口側端部がヘッダーパイプに設けられたスリットを介してヘッダーパイプ内に挿入され、上記高圧側扁平管の冷媒流入口側端部に接続されるヘッダーパイプと、上記低圧側扁平管の冷媒流出口側端部に接続されるヘッダーパイプが、略同一線上に位置して膨張弁に取付可能なコネクタによって連結され、上記高圧側扁平管の冷媒流出口側端部に接続されるヘッダーパイプと、上記低圧側扁平管の冷媒流入口側端部に接続されるヘッダーパイプが、略同一線上に位置して膨張弁に取付可能なコネクタによって連結され、上記高圧側扁平管、低圧側扁平管、ヘッダーパイプ及びコネクタがろう材を介して一体接合されてなり、上記高圧側扁平管及び低圧側扁平管の冷媒流入口側端部の上記ヘッダーパイプ内への差し込み量が、ヘッダーパイプの内径の15%〜35%であり、上記高圧側扁平管及び低圧側扁平管の厚さが8mm以下で、かつ、上記扁平管の厚さと幅の比が、1:4〜1:6であり、上記高圧側扁平管の屈曲半径(R)、上記高圧側扁平管の厚さ(t1)及び上記低圧側扁平管の厚さ(t2)との関係が、2.5≦R/(t1+t2)/2≦4.5、かつ、1≦t2/t1≦3/2である、ことを特徴とする(請求項1)。 In order to achieve the above object, an internal heat exchanger according to the present invention is used in a refrigeration cycle in which refrigerant circulates in four strokes of evaporation, compression, condensation, and expansion, and a high-pressure side in which high-pressure side refrigerant flow paths are arranged. An internal heat exchanger comprising a flat tube and a low-pressure side flat tube in which low-pressure side refrigerant flow paths are arranged, wherein the high-pressure side flat tube is bent in a U shape and has refrigerant on both ends. Both the inlet side end and the refrigerant outlet side end are provided in the same direction so as to incline in a straight line through the arc portion, the low-pressure side flat tube is bent in a U shape, and the refrigerant flow at both ends is provided. An inlet side end and a refrigerant outflow side end are provided to be inclined in a straight line in opposite directions via an arc portion, and the high pressure side flat tube is disposed inside the low pressure side flat tube, and the high pressure side each refrigerant flow inlet end and a coolant outlet side end header pie flat tube and the low-flat tube Through the slits provided in the inserted in the header pipe, the header pipe being connected to the coolant inlet side end portion of the high-pressure side flat tubes, are connected to the refrigerant flow outlet side end portion of the low-pressure side flat tubes A header pipe connected to a refrigerant outlet side end of the high-pressure side flat tube and a refrigerant of the low-pressure side flat tube A header pipe connected to the end on the inlet side is connected by a connector that is positioned substantially on the same line and can be attached to the expansion valve. The high pressure side flat tube, the low pressure side flat tube , the header pipe, and the connector are made of brazing material. it is integrally joined via, the amount insertion into the header pipe of the refrigerant inlet port side end portion of the high pressure side flat tubes and the low-pressure side flat tubes, der 15% to 35% of the inner diameter of the header pipe The thickness of the high-pressure side flat tube and the low-pressure side flat tube is 8 mm or less, and the ratio of the thickness and width of the flat tube is 1: 4 to 1: 6, and the bending radius of the high-pressure side flat tube is (R), the relationship between the thickness (t1) of the high-pressure side flat tube and the thickness (t2) of the low-pressure side flat tube is 2.5 ≦ R / (t1 + t2) /2≦4.5, and 1 ≦ t2 / t1 ≦ 3/2 (Claim 1).
このように構成することにより、高圧側扁平管及び低圧側扁平管は予めU字状に屈曲され、曲げ加工によって屈曲部に歪みが蓄積されるが、予めU字状に屈曲された高圧側扁平管及び低圧側扁平管をろう付けする際の加熱による焼鈍効果により歪みが除去される。 With this configuration, the high-pressure side flat tube and the low-pressure side flat tube are bent in a U shape in advance, and distortion is accumulated in the bent portion by bending, but the high pressure side flat tube bent in the U shape in advance. Distortion is removed by the annealing effect by heating when brazing the tube and the low-pressure side flat tube.
この発明において、上記差し込み量が、ヘッダーパイプの内径の15%より少ないと、扁平管の冷媒流路にろう材が流れ込んで目詰まりが生じる。また、差し込み量が、ヘッダーパイプの内径の35%より大きいと、ヘッダーパイプから扁平管へ流入する部分では冷媒が乱流を起こして圧力損失が増大し、その圧力損失が、一般的な円形管によって生じる圧力損失を超えて増大する。 The present invention smell Te, the insertion amount is less than 15% of the inner diameter of the header pipe, clogging flows are braze the refrigerant flow path of the flat tube. Also, if the insertion amount is larger than 35% of the inner diameter of the header pipe, the refrigerant turbulently flows at the portion flowing from the header pipe to the flat pipe, and the pressure loss increases. Increases beyond the pressure loss caused by.
請求項1記載の発明によれば、扁平管の冷媒流路にろう材が流れ込んで目詰まりを生じることが無く、また、ヘッダーパイプから扁平管へ流入する部分の冷媒の乱流を抑制することができる。 According to the first aspect of the present invention, the brazing material does not flow into the refrigerant flow path of the flat tube and clogging occurs, and the turbulent flow of the refrigerant flowing into the flat tube from the header pipe is suppressed. Can do.
また、この発明において、高圧側扁平管及び低圧側扁平管の厚さが8mmを超えると、高圧側及び低圧側扁平管同士が接触する面から離れた位置に存在する冷媒が雰囲気温度と熱交換する等外乱が大きくなり、目標通りの熱交換性能を得ることが難しくなり、性能のバラツキが大きくなる。また、扁平管の厚さが幅の4倍より近いと外乱が大きくなって性能のバラツキが大きくなる。扁平管の厚さが幅の6倍より遠くなると、扁平管の各流路への冷媒の分流が上手くいかずに特定の流路に冷媒が集中し熱交換能力が下がる。 In the present invention, when the thickness of the high-pressure side flat tube and the low-pressure side flat tube exceeds 8 mm, the refrigerant present at a position away from the surface where the high-pressure side and low-pressure side flat tubes contact each other is exchanged with the ambient temperature. As a result, it becomes difficult to obtain the desired heat exchange performance, resulting in a large variation in performance. On the other hand, when the thickness of the flat tube is closer than 4 times the width, the disturbance becomes large and the variation in performance increases. When the thickness of the flat tube is more than 6 times the width, the refrigerant does not flow properly to each flow channel of the flat tube, and the refrigerant concentrates in a specific flow channel and the heat exchange capability decreases.
請求項1記載の発明によれば、熱交換性能のバラツキを抑制し、熱交換性能を安定させることができる。
According to invention of
また、この発明において、高圧側扁平管の屈曲半径(R)と高圧側扁平管の厚さ(t1)及び低圧側扁平管の厚さ(t2)との比率が2.5より小さい場合、比率が2.5より小さくなるほど扁平管外側の伸び率が高くなり、クラックや流路潰れが生じ圧力損失が増大する。また、上記比率が4.5より大きいと、サイズが巨大化し、加工効率が低下する。 In this invention, when the ratio of the bending radius (R) of the high-pressure side flat tube to the thickness (t1) of the high-pressure side flat tube and the thickness (t2) of the low-pressure side flat tube is less than 2.5, the ratio As the value becomes smaller than 2.5, the elongation rate outside the flat tube increases, cracks and channel collapse occur, and the pressure loss increases. Moreover, when the said ratio is larger than 4.5, size will become huge and processing efficiency will fall.
請求項1記載の発明によれば、圧力損失を抑制することができると共に、装置の小型化及び加工効率の向上が図れる。
According to invention of
また、この発明において、上記高圧側扁平管に列設される冷媒流路の面積(A1)と、上記低圧側扁平管に設けられる冷媒流路の面積(A2)とが、1≦A2/A1≦4である方がよい(請求項2)。 In the present invention, the area (A1) of the refrigerant flow path arranged in the high-pressure side flat tube and the area (A2) of the refrigerant flow path provided in the low-pressure side flat pipe are 1 ≦ A2 / A1. It is better that ≦ 4 (Claim 2 ).
上記面積比が1未満で低圧側扁平管に設けられる冷媒流路の面積(A2)の方が大きくなってしまうと、同一冷媒質量の流量下で高圧側扁平管を基準にとった時、扁平管を通過しようとする冷媒の体積に対して流路断面積が小さいため、冷媒と扁平管の摩擦が増して圧力損失が増大し冷凍サイクルの効率を低下させる。また、低圧側扁平管を基準にとった時、高圧側扁平管の流路断面積が大きすぎて冷媒が体積膨張した分圧力低下を起こし、結果的に圧力損失を引き起こして冷凍サイクルの効率を低下させる。また、上記面積比が4を超えて高圧側扁平管に列設される冷媒流路の面積(A1)が大きい場合は、上述とは逆のことが起こって冷凍サイクルの効率を低下させる。 When the area ratio is less than 1 and the area (A2) of the refrigerant flow path provided in the low-pressure side flat tube becomes larger, the flatness is obtained when the high-pressure side flat tube is taken as a reference under the same refrigerant mass flow rate. Since the cross-sectional area of the flow path is small with respect to the volume of the refrigerant that is going to pass through the pipe, the friction between the refrigerant and the flat pipe increases, the pressure loss increases, and the efficiency of the refrigeration cycle decreases. Moreover, when the low-pressure side flat tube is taken as a reference, the flow passage cross-sectional area of the high-pressure side flat tube is too large, causing a pressure drop due to the volume expansion of the refrigerant, resulting in a pressure loss and improving the efficiency of the refrigeration cycle. Reduce. Further, when the area ratio exceeds 4 and the area (A1) of the refrigerant flow path arranged in the high pressure side flat tube is large, the reverse of the above occurs and the efficiency of the refrigeration cycle is reduced.
また、この発明において、上記ヘッダーパイプはろう材がクラッドされている方が好ましい(請求項3)。これにより、ヘッダーパイプと高圧側及び低圧側扁平管とのろう付けを容易、かつ、確実にすることができる。 Further, in the present invention, the header pipes is better brazing material is clad preferred (claim 3). Thereby, it is possible to easily and reliably braze the header pipe to the high-pressure side and low-pressure side flat tubes.
この発明は、上記のように構成されているので、以下のような効果が得られる。 Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
(1)請求項1記載の発明によれば、高圧側扁平管及び低圧側扁平管は予めU字状に屈曲され、曲げ加工によって屈曲部に歪みが蓄積されるが、予めU字状に屈曲された高圧側扁平管及び低圧側扁平管の冷媒流入口側端部及び冷媒流出口側端部に接続されるヘッダーパイプがコネクタによって連結された状態で一体ろう付けすることができ、ろう付けする際の加熱による焼鈍効果により歪みは除去されるので、耐久性を向上し小型化を図ることができる。
(1) According to the first aspect of the present invention, the high-pressure side flat tube and the low-pressure side flat tube are bent in a U shape in advance, and distortion is accumulated in the bent portion by the bending process. The header pipe connected to the refrigerant inlet side end portion and the refrigerant outlet side end portion of the high pressure side flat tube and the low pressure side flat tube , which are connected by the connector, can be brazed integrally. Since the distortion is removed by the annealing effect due to the heating, durability can be improved and downsizing can be achieved.
(2)また、請求項1記載の発明によれば、扁平管の冷媒流路にろう材が流れ込んで目詰まりを生じることが無く、また、ヘッダーパイプから扁平管へ流入する部分の冷媒の乱流を抑制することができるので、更に冷媒の圧力損失を抑制することができると共に、熱交換効率の向上を図ることができる。
(2) According to the invention described in
(3)また、請求項1記載の発明によれば、熱交換性能のバラツキを抑制し、熱交換性能を安定させることができるので、更に熱交換効率の向上を図ることができる。
(3) According to the invention described in
(4)また、請求項1記載の発明によれば、更に圧力損失を抑制することができると共に、装置の小型化及び加工効率の向上が図れる。
(4) According to the invention described in
(5)請求項2記載の発明によれば、上記(1)〜(4)に加えて更に内部熱交換器を備えた冷凍サイクルの効率の向上を図ることができる。
(5) According to invention of
以下に、この発明に係る内部熱交換器の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、この発明に係る内部熱交換器を車両用空調装置の冷媒回路に適用した場合について説明する。 Embodiments of an internal heat exchanger according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Here, the case where the internal heat exchanger which concerns on this invention is applied to the refrigerant circuit of a vehicle air conditioner is demonstrated.
車両用空調装置は、低温側の熱を高温側に移動させて冷熱及び温熱を空調に利用するもので、図1に示すように、蒸発器1、圧縮機2、凝縮器3、膨張弁4が配管5によって冷媒を循環可能に接続される一般的な冷凍サイクルに、この発明に係る内部熱交換器6への冷媒の循環が付加されるものである。
The vehicle air conditioner moves the low temperature side heat to the high temperature side and uses the cold heat and heat for air conditioning. As shown in FIG. 1, the
車両用空調装置は、以下のように動作する。すなわち、蒸発器1から帰還された冷媒は、内部熱交換器6を介して圧縮機2に吸引されて高圧圧縮される。次いで、圧縮機2から吐出された冷媒は、凝縮器3に送られる。凝縮器3に送られた冷媒は、外気との間で熱交換されて液化して、内部熱交換器6を介して膨張弁4に至る。次いで、蒸発温度及び流量を電子制御可能な膨張弁4において、冷媒は減圧される。その後、冷媒は蒸発器1に至る。最後に、蒸発器1に供給された液体冷媒は、吸熱して気体冷媒となる。冷媒の吸熱によって蒸発器1を設けた空間が独立して冷却されることになる。そして、冷媒は、蒸発器1から内部熱交換器6を介して圧縮機2に吸引されて帰還して循環運転が繰り返される。
The vehicle air conditioner operates as follows. That is, the refrigerant returned from the
上記のように、凝縮器3と膨張弁4との間、蒸発器1と圧縮機2との間にこの発明に係る内部熱交換器6が接続されている。内部熱交換器6は上記冷凍サイクルの膨張弁4に流入する高圧側冷媒と圧縮機2に吸引される低圧側冷媒とを熱交換を行うためのものである。ここで、高圧側冷媒とは、凝縮器3の流出側から膨張弁4の流入側を流れる冷媒であり、また、低圧側冷媒とは、蒸発器1の流出側から圧縮機2の流入側を流れる冷媒である。
As described above, the
次に、内部熱交換器6について、図2ないし図9を参照して説明する。内部熱交換器6は、図9に示すように、それぞれ予めU字状に屈曲形成された高圧側扁平管10と低圧側扁平管20とを具備し、高圧側扁平管10が低圧側扁平管20に対して内側に配置されると共に、高圧側扁平管10及び低圧側扁平管20のそれぞれの冷媒流入口側端部13,23及び冷媒流出口側端部14,24のうちの少なくとも冷媒流入口側端部13,23がヘッダーパイプ30A〜30Dに設けられたスリット31を介してヘッダーパイプ30A〜30D内に挿入された状態で、これら高圧側扁平管10、低圧側扁平管20及びヘッダーパイプ30A〜30Dをろう付けしてなる。なお、ヘッダーパイプ30A〜30Dには、ろう材がクラッドされているものを用いる方が好ましい。
Next, the
この場合、高圧側扁平管10の冷媒流入口側端部13を接続するヘッダーパイプ30Aと、低圧側扁平管20の冷媒流出口側端部24を接続するヘッダーパイプ30Dが取付孔41を有するアルミニウム合金製のコネクタ40によって垂直方向に配列されている。また、高圧側扁平管10の冷媒流出口側端部14を接続するヘッダーパイプ30Bと、低圧側扁平管20の冷媒流入口側端部23を接続するヘッダーパイプ30Cがコネクタ40によって水平方向に配列されている。
In this case, the
上記高圧側扁平管10と低圧側扁平管20は、それぞれアルミニウム合金製押出形材にて形成されており、高圧側扁平管10は、仕切壁12を介して6個の冷媒流路11が形成され、低圧側扁平管20は、仕切壁22を介して8個の冷媒流路21が形成されている(図7及び図8参照)。なお、高圧側扁平管10の冷媒流路11の内壁面には凹凸細条が設けられている。このように凹凸細条を設けることによって接触面積を広げることができるので、熱伝達の効率を高めることができる。
The high-pressure side
また、高圧側扁平管10は、U字状に屈曲された両端側の冷媒流入口側端部13と冷媒流出口側端部14は共に同一方向(図において左方向)に円弧部を介して直状に傾斜して設けられており、冷媒流入口側端部13と冷媒流出口側端部14はそれぞれヘッダーパイプ30A,30Bに設けられたスリット31を介してヘッダーパイプ30A,30B内に挿入されている。
Further, the high-pressure side
一方、低圧側扁平管20は、U字状に屈曲された両端側の冷媒流入口側端部23と冷媒流出口側端部24は反対方向に円弧部を介して直状に傾斜して設けられており、冷媒流入口側端部23と冷媒流出口側端部24はそれぞれヘッダーパイプ30C,30Dに設けられたスリット31を介してヘッダーパイプ30C,30D内に挿入されている。
On the other hand, in the low-pressure side
この場合、高圧側扁平管10の冷媒流入口側端部13のヘッダーパイプ30A内の内への差し込み量S1は、ヘッダーパイプ30Aの内径D1の15%〜35%に設定されている(図5(a)参照)。また、低圧側扁平管20の冷媒流入口側端部23のヘッダーパイプ30C内の内への差し込み量S2は、ヘッダーパイプ30Cの内径D2の15%〜35%に設定されている(図5(b)参照)。
In this case, the insertion amount S1 of the refrigerant inlet side end 13 of the high-pressure side
上記のように、高圧側扁平管10と低圧側扁平管20の冷媒流入口側端部13,23のヘッダーパイプ30A,30C内への差し込み量S1,S2をヘッダーパイプ30A,30Cの内径D1,D2の15%〜35%に設定する理由は、表1に示す評価実験に基づくものである。
As described above, the insertion amounts S1 and S2 of the refrigerant inlet
すなわち、ヘッダーパイプ内径に対する扁平管の差し込み量を10%,15%,20%,25%,30%,35%,40%,50%にし、扁平管の目詰まりの有無(○,×)と同面積円管を基準にした場合の圧力損失の増大の有無(○,×)について調べたところ、表1に示す結果が得られた。なお、実験では、車両時速10Km/hr相当の条件で行った。
上記結果より、差し込み量S1,S2が、ヘッダーパイプ30A,30Cの内径D1,D2の15%より少ないと、高圧側及び低圧側扁平管10,20の冷媒流路11,21にろう材が流れ込んで目詰まりが生じる。また、差し込み量S1,S2が、ヘッダーパイプ30A,30Cの内径D1,D2の35%より大きいと、ヘッダーパイプ30A,30Cから高圧側及び低圧側扁平管10,20へ流入する部分では冷媒が乱流を起こして圧力損失が増大し、その圧力損失が、一般的な円形管によって生じる圧力損失を超えて増大することが判った。
From the above results, when the insertion amounts S1, S2 are less than 15% of the inner diameters D1, D2 of the
また、本実施形態においては、高圧側扁平管10の厚さt1及び低圧側扁平管20の厚さt2が8mm以下で、かつ、両扁平管10,20の厚さt1,t2と幅の比が、1:4〜1:6に設定されている。
In the present embodiment, the thickness t1 of the high-pressure side
上記のように、高圧側及び低圧側扁平管10,20の厚さt1,t2を8mm以下にし、かつ、両扁平管10,20の厚さt1,t2と幅の比を、1:4〜1:6に設定する理由は、表2、表3に示す評価実験に基づくものである。
As described above, the thicknesses t1 and t2 of the high-pressure side and low-pressure side
すなわち、扁平管の厚さを2mm,5mm,7mm,8mm,10mmにした場合の熱交換性能のバラツキを調べたところ、表2に示すような結果が得られた。なお、実験では、車両時速10Km/hr相当の条件で行った。
上記結果より、扁平管10,20の厚さが8mmを超えた10mmであると、高圧側及び低圧側扁平管同士が接触する面から離れた位置に存在する冷媒が雰囲気温度と熱交換する等外乱が大きくなり、目標通りの熱交換性能を得ることが難しくなり、性能のバラツキが大きくなることが判った。
From the above results, when the thickness of the
次に、扁平管10,20の厚さt1,t2と幅の比を、1:3,1:4,1:5,1:6,1:6,1:8にした場合の熱交換性能のバラツキを調べたところ、表3に示すような結果が得られた。なお、実験では、車両時速10Km/hr相当の条件で行った。
上記結果より、扁平管10,20の厚さt1,t2と幅の比が1:4(4倍)より近い1:3であると外乱が大きくなって性能のバラツキが大きくなることが判った。また、扁平管10,20の厚さt1,t2と幅の比が1:6(6倍)より遠い1:7や1:8になると、扁平管10,20の各流路への冷媒の分流が上手くいかずに特定の流路に冷媒が集中し熱交換能力が下がることが判った。
From the above results, it was found that when the ratio of the thicknesses t1 and t2 of the
また、図6に示すように、高圧側扁平管10の屈曲半径をRとし、高圧側扁平管10の厚さt1及び低圧側扁平管の厚さt2との関係で、扁平管の破損の有無(○、×)と加工効率やサイズの評価実験を行ったところ、表4,表5に示すような結果が得られた。
In addition, as shown in FIG. 6, the bending radius of the high-pressure side
すなわち、R/(t1+t2)/2が1,2,2.5,3,4,4.5,5,6の場合について扁平管の破損の有無(○、×)と加工効率・サイズの可否(○、×)について評価実験を行ったところ、表4に示すような結果が得られた。なお、実験では、車両時速10Km/hr相当の条件で行った。
上記結果より、高圧側扁平管の屈曲半径Rと高圧側扁平管10の厚さt1及び低圧側扁平管20の厚さt2との比率が2.5より小さい場合、比率が2.5より小さくなるほど扁平管外側の伸び率が高くなり、クラックや流路潰れが生じ圧力損失が増大することが判った。また、上記比率を4.5より大きくすると、加工が容易な形状となるが、サイズが巨大化する。また、所定の熱交換率で曲げRを大きくすると、ヘッダーパイプ分岐のための曲げ加工が困難性を増し加工効率が低下することが判った。
From the above results, when the ratio of the bending radius R of the high-pressure side flat tube to the thickness t1 of the high-pressure side
次に、t2/t1が0.5,1,1.5,2,3の場合について高圧側扁平管10(厚さt1)と低圧側扁平管20(厚さt2)の破損の有無(○、×)について評価実験を行ったところ、表5に示すような結果が得られた。なお、実験では、車両時速10Km/hr相当の条件で行った。
上記評価実験の結果、高圧側扁平管10の屈曲半径R、高圧側扁平管10の厚さt1及び低圧側扁平管の厚さt2との関係は、2.5≦R/(t1+t2)/2≦4.5、かつ、1≦t2/t1≦3/2である、ことが好ましいことが判った。
As a result of the evaluation experiment, the relationship among the bending radius R of the high-pressure side
また、高圧側扁平管10に列設される冷媒流路11の面積(A1)と、低圧側扁平管20に設けられる冷媒流路21の面積(A2)との関係で、圧力損失の有無(○、×)を調べたところ、表6に示すような結果が得られた。
Further, the presence / absence of pressure loss (in relation to the area (A1) of the
すなわち、高圧側扁平管10に列設される冷媒流路11の面積(A1)と、低圧側扁平管20に設けられる冷媒流路21の面積(A2)との面積比(A2/A1)が、0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5,4,5の場合についての圧力損失の有無(○、×)の評価実験を行ったところ、表6に示すような結果が得られた。
That is, the area ratio (A2 / A1) of the area (A1) of the
なお、実験では、車両時速10Km/hr相当の条件で行った。
上記評価実験の結果、上記面積比(A2/A1)が1よりも小さい0.5の場合と、上記面積比(A2/A1)が4よりも大きい5の場合において、圧力損失が生じることが判った。すなわち、上記面積比(A2/A1)が1よりも小さいと、同一冷媒質量の流量下で高圧側扁平管10を基準にとった時、扁平管10,20を通過しようとする冷媒の体積に対して流路断面積が小さいため、冷媒と扁平管10,20の摩擦が増して圧力損失が増大し熱交換効率を低下させる。また、低圧側扁平管20を基準にとった時、高圧側扁平管10の流路断面積が大きすぎて冷媒が体積膨張した分圧力低下を起こし、結果的に圧力損失を引き起こして熱交換効率を低下させる。また、上記面積比(A2/A1)が4を超えて大きい場合は、上述とは逆のことが起こって熱交換効率を低下させることが判った。よって、1≦A2/A1≦4である方が好ましい。
As a result of the evaluation experiment, pressure loss may occur when the area ratio (A2 / A1) is 0.5 smaller than 1 and when the area ratio (A2 / A1) is 5 larger than 4. understood. That is, when the area ratio (A2 / A1) is smaller than 1, the volume of the refrigerant that is about to pass through the
上記実施形態の内部熱交換器6を作製するには、まず、図9に示すように、高圧側扁平管10と低圧側扁平管20を別々に屈曲してU字状に曲げ加工すると共に、高圧側扁平管10と低圧側扁平管20の両端部を上述のように傾斜状に屈曲して冷媒流入口側端部13,23と冷媒流出口側端部14,24を加工する。この場合、高圧側扁平管10と低圧側扁平管20を曲げ加工する方法として、例えばロールベンダーの方法がある。ロールベンダーとは、3本のロールを三角形に配置し、その間を通過する高圧側扁平管10又は低圧側扁平管20にロールを圧下、回転させることで連続的に曲げを与える方法である。
In order to produce the
次に、図9に示すように、上記のようにしてU字状に曲げ加工された高圧側扁平管10を低圧側扁平管20に対して内側に配置する。そして、高圧側扁平管10の冷媒流入口側端部13をヘッダーパイプ30Aに設けられたスリット31を介してヘッダーパイプ30A内に挿入し、高圧側扁平管10の冷媒流出口側端部14をヘッダーパイプ30Bに設けられたスリット31を介してヘッダーパイプ30B内に挿入する。この際、高圧側扁平管10の冷媒流入口側端部13のヘッダーパイプ30A内への差し込み量S1は、ヘッダーパイプ30Aの内径D1の15%〜35%に設定される(図5(a)参照)。
Next, as shown in FIG. 9, the high-pressure side
また、低圧側扁平管20の冷媒流入口側端部23をヘッダーパイプ30Cに設けられたスリット31を介してヘッダーパイプ30C内に挿入し、低圧側扁平管20の冷媒流出口側端部24をヘッダーパイプ30Dに設けられたスリット31を介してヘッダーパイプ30D内に挿入する。この際、低圧側扁平管20の冷媒流入口側端部23のヘッダーパイプ30C内の内への差し込み量S2は、ヘッダーパイプ30Cの内径D2の15%〜35%に設定される(図5(b)参照)。
Further, the refrigerant inlet
次に、コネクタ40によってヘッダーパイプ30Aと30Dを連結し、コネクタ40によってヘッダーパイプ30Bと30Cを連結した状態で、図示しない炉内に搬入して所定の温度で加熱して高圧側扁平管10,低圧側扁平管20及びヘッダーパイプ30A,30B,30C,30Dを一体ろう付けして内部熱交換器6を作製する。
Next, in a state where the
上記実施形態の熱交換器によれば、高圧側扁平管10及び低圧側扁平管20は予めU字状に屈曲され、曲げ加工によって屈曲部に歪みが蓄積されるが、予めU字状に屈曲された高圧側扁平管10及び低圧側扁平管20をろう付けする際の加熱による焼鈍効果により歪みが除去される。したがって、扁平管10,20を流れる冷媒の圧力損失を抑制することができ、小型で熱交換効率の向上を図ることができる。また、ヘッダーパイプ30A,30B,30C,30Dは、ろう材がクラッドされているので、ろう付けを容易、かつ、確実にすることができる。
According to the heat exchanger of the above-described embodiment, the high-pressure side
また、少なくとも高圧側扁平管10及び低圧側扁平管20の冷媒流入口側端部13,23のヘッダーパイプ30A,30C内への差し込み量S1,S2は、ヘッダーパイプ30A,30Cの内径D1,D2の15%〜35%に設定されているので、扁平管10,20の冷媒流路11,21にろう材が流れ込んで目詰まりを生じることが無く、また、ヘッダーパイプ30A,30Cから扁平管10,20へ流入する部分の冷媒の乱流を抑制することができる。
The insertion amounts S1 and S2 of the refrigerant inlet
なお、上記実施形態では、高圧側扁平管10及び低圧側扁平管20の冷媒流入口側端部13,23及び冷媒流出口側端部14,24をヘッダーパイプ30A〜30Dに設けられたスリット31を介してヘッダーパイプ30A〜30D内に挿入して接合する場合について説明したが、少なくとも高圧側扁平管10及び低圧側扁平管20の冷媒流入口側端部13,23をヘッダーパイプ30A,30Cに設けられたスリット31を介してヘッダーパイプ30A,30C内に挿入し、その差し込み量S1,S2が、ヘッダーパイプ30A,30Cの内径D1,D2の15%〜35%に設定されていればよい。
In the above embodiment, the refrigerant inlet
また、上記実施形態の内部熱交換器6によれば、高圧側扁平管10の冷媒流入口側端部13を接続するヘッダーパイプ30Aと、低圧側扁平管20の冷媒流出口側端部24を接続するヘッダーパイプ30Dがコネクタ40によって連結され、高圧側扁平管10の冷媒流出口側端部14を接続するヘッダーパイプ30Bと、低圧側扁平管20の冷媒流入口側端部23を接続するヘッダーパイプ30Cがコネクタ40によって連結されているので、取付孔41を介して挿入される取付ねじ(図示せず)によってコネクタ40を膨張弁4に直接取り付けることができる。
Further, according to the
例えば、図10に示すように、運転室CとエンジンEを搭載するエンジンルームE.Rとの境界に配置される膨張弁4にコネクタ40を介して内部熱交換器6を直接取り付け、運転室Cに配置される蒸発器1と、エンジンルームE.Rに配置される圧縮機2及び凝縮器3とを配管5を介して接続することができ、従来の取付工程と殆ど同じ作業で取り付けることができる。また、配管5を図11に示すように代えることで、異なる車種に対応させることができる。
For example, as shown in FIG. The
1 蒸発器
2 圧縮機
3 凝縮器
4 膨張弁
5 配管
6 内部熱交換器
10 高圧側ヘッダーパイプ
11 冷媒流路
13 冷媒流入口側端部
14 冷媒流出口側端部
20 低圧側ヘッダーパイプ
21 冷媒流路
23 冷媒流入口側端部
24 冷媒流出口側端部
30A〜30D ヘッダーパイプ
31 スリット
40 コネクタ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記高圧側扁平管はU字状に屈曲されると共に、両端側の冷媒流入口側端部及び冷媒流出側端部が共に同一方向に円弧部を介して直状に傾斜して設けられ、
上記低圧側扁平管はU字状に屈曲されると共に、両端側の冷媒流入口側端部及び冷媒流出側端部が反対方向に円弧部を介して直状に傾斜して設けられ、
上記高圧側扁平管が上記低圧側扁平管に対して内側に配置され、上記高圧側扁平管及び低圧側扁平管のそれぞれの冷媒流入口側端部及び冷媒流出口側端部がヘッダーパイプに設けられたスリットを介してヘッダーパイプ内に挿入され、上記高圧側扁平管の冷媒流入口側端部に接続されるヘッダーパイプと、上記低圧側扁平管の冷媒流出口側端部に接続されるヘッダーパイプが、略同一線上に位置して膨張弁に取付可能なコネクタによって連結され、上記高圧側扁平管の冷媒流出口側端部に接続されるヘッダーパイプと、上記低圧側扁平管の冷媒流入口側端部に接続されるヘッダーパイプが、略同一線上に位置して膨張弁に取付可能なコネクタによって連結され、上記高圧側扁平管、低圧側扁平管、ヘッダーパイプ及びコネクタがろう材を介して一体接合されてなり、
上記高圧側扁平管及び低圧側扁平管の冷媒流入口側端部の上記ヘッダーパイプ内への差し込み量が、ヘッダーパイプの内径の15%〜35%であり、
上記高圧側扁平管及び低圧側扁平管の厚さが8mm以下で、かつ、上記扁平管の厚さと幅の比が、1:4〜1:6であり、
上記高圧側扁平管の屈曲半径(R)、上記高圧側扁平管の厚さ(t1)及び上記低圧側扁平管の厚さ(t2)との関係が、2.5≦R/(t1+t2)/2≦4.5、かつ、1≦t2/t1≦3/2である、
ことを特徴とする内部熱交換器。 Used in a refrigeration cycle in which the refrigerant circulates in four strokes of evaporation, compression, condensation, and expansion. An internal heat exchanger comprising a tube,
The high-pressure side flat tube is bent in a U shape, and both the refrigerant inlet side end and the refrigerant outlet side end on both ends are provided to be inclined in a straight line through the arc portion in the same direction,
The low-pressure side flat tube is bent in a U-shape, and the refrigerant inlet side end and the refrigerant outlet side end on both ends are provided to be inclined in a straight line through the arc portion in opposite directions,
The high-pressure side flat tubes are disposed inwardly relative to the low-pressure side flat tubes, each of the refrigerant inlet port side end portion of the high pressure side flat tubes and the low-flat tube and the refrigerant flow outlet end is provided in the header pipe A header pipe inserted into the header pipe through the slit and connected to the refrigerant inlet side end of the high-pressure flat tube, and a header connected to the refrigerant outlet side end of the low-pressure flat tube A header pipe connected to a refrigerant outlet side end of the high-pressure side flat tube, and a refrigerant inlet of the low-pressure side flat tube, the pipe being connected by a connector that is positioned substantially on the same line and attachable to the expansion valve header pipe connected to the side end, is connected to the expansion valve located on substantially the same line by attachable connector, the high-pressure side flat tubes, low-pressure side flat tubes, header pipes and connectors of the brazing material through It is integrally joined,
The amount of insertion into the header pipe of the refrigerant inlet side end of the high-pressure side flat tube and the low-pressure side flat tube is 15% to 35% of the inner diameter of the header pipe,
The thickness of the high-pressure side flat tube and the low-pressure side flat tube is 8 mm or less, and the thickness to width ratio of the flat tube is 1: 4 to 1: 6.
The relationship between the bending radius (R) of the high-pressure side flat tube, the thickness (t1) of the high-pressure side flat tube, and the thickness (t2) of the low-pressure side flat tube is 2.5 ≦ R / (t1 + t2) / 2 ≦ 4.5 and 1 ≦ t2 / t1 ≦ 3/2.
An internal heat exchanger characterized by that.
上記高圧側扁平管に列設される冷媒流路の面積(A1)と、上記低圧側扁平管に設けられる冷媒流路の面積(A2)とが、1≦A2/A1≦4である、ことを特徴とする内部熱交換器。 The internal heat exchanger according to claim 1,
The area (A1) of the refrigerant flow path arranged in the high-pressure side flat tube and the area (A2) of the refrigerant flow path provided in the low-pressure side flat pipe satisfy 1 ≦ A2 / A1 ≦ 4. Features an internal heat exchanger.
上記ヘッダーパイプはろう材がクラッドされている、ことを特徴とする内部熱交換器。 The internal heat exchanger according to claim 1 or 2,
An internal heat exchanger, wherein the header pipe is clad with a brazing material.
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