JP7263736B2 - 熱交換器 - Google Patents
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Description
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。
<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。
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。
(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。
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。
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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
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 (6)
- 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、
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部位とし、前記冷媒流路の内壁面において前記第2タンクの内壁面の前記第1部位の側に配置される部位を第3部位とし、前記冷媒流路の内壁面において前記第2タンクの内壁面の前記第2部位の側に配置される部位を第4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の内壁面の前記第3部位までの前記流路形成部の壁面の第1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の内壁面の前記第4部位までの前記流路形成部の壁面の第2長さが長くなるように前記冷媒流路が配置され、
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に前記第2タンクの前記中心軸を通るように形成され、
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タンクの中心軸から前記冷媒流路の内壁面の前記第3部位までの前記冷媒流路の幅を第1流路幅とし、前記第2タンクの中心軸から前記冷媒流路の内壁面の前記第4部位までの前記冷媒流路の幅を第2流路幅とするとき、
前記冷媒流路は、前記第1流路幅が前記流路形成部の前記第1長さよりも長く、且つ前記第2流路幅が前記流路形成部の前記第2長さよりも長くなるように形成されている
熱交換器。 - 前記冷媒流路を通過した冷媒は、オイルと共に前記第2チューブに衝突する
請求項1に記載の熱交換器。 - 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又は2に記載の熱交換器。 - 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。 - 前記流路形成部は、板状に形成されている
請求項1~4のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 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1~5のいずれか一項に記載の熱交換器。
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