JP2009270802A - Internal heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内部熱交換器に関し、特に自動車用空調装置の冷凍サイクル内で膨張装置に導入される高温・高圧の冷媒と、圧縮機へ導入される低温・低圧の冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器に関する。 The present invention relates to an internal heat exchanger, and in particular, performs heat exchange between a high-temperature and high-pressure refrigerant introduced into an expansion device in a refrigeration cycle of an automotive air conditioner and a low-temperature and low-pressure refrigerant introduced into a compressor. It relates to an internal heat exchanger that performs.
自動車用空調装置では、一般に、エンジンルーム内に圧縮機、凝縮器およびレシーバドライヤが設置され、車室内に蒸発器が設置され、圧縮機、凝縮器、レシーバドライヤ、膨張弁および蒸発器がこの順序で冷媒が流れるよう配管され、蒸発器を出た冷媒は圧縮機へ戻るようにして冷凍サイクルが構成されている。膨張弁は、車室とエンジンルームとを区画している隔壁に設置されて車室内側の配管とエンジンルーム内側の配管との継手を兼ねるようにしていたり、蒸発器の中または蒸発器の直近に設置されていたりしている。 In an automotive air conditioner, a compressor, a condenser and a receiver dryer are generally installed in an engine room, an evaporator is installed in a vehicle compartment, and the compressor, condenser, receiver dryer, expansion valve and evaporator are arranged in this order. Then, the refrigerant is piped so that the refrigerant flows out, and the refrigerant exiting the evaporator returns to the compressor to constitute the refrigeration cycle. The expansion valve is installed in the partition that separates the vehicle compartment from the engine room, and serves as a joint between the piping inside the vehicle compartment and the piping inside the engine room, or in or near the evaporator. It is installed in.
このような冷凍サイクルにおいて、その成績係数の向上を目的として内部熱交換器を備えることが知られている。この内部熱交換器は、レシーバドライヤから膨張弁に送られる高温・高圧の冷媒と、蒸発器から圧縮機へ送られる低温・低圧の冷媒との間で熱交換を行って、膨張弁に導入される冷媒の過冷却度および圧縮機に導入される冷媒の過熱度を大きくする機能を有している。この冷凍サイクルで使用される内部熱交換器は、熱交換率を重要視するよりも配管の機能を重要視している。 In such a refrigeration cycle, it is known to include an internal heat exchanger for the purpose of improving the coefficient of performance. This internal heat exchanger exchanges heat between the high-temperature and high-pressure refrigerant sent from the receiver dryer to the expansion valve and the low-temperature and low-pressure refrigerant sent from the evaporator to the compressor, and is introduced into the expansion valve. The refrigerant has a function of increasing the degree of supercooling of the refrigerant and the degree of superheating of the refrigerant introduced into the compressor. The internal heat exchanger used in this refrigeration cycle places importance on the function of the piping rather than on the heat exchange rate.
このため、内部熱交換器としては、熱交換のための大きな表面積は必要ないので、たとえば非常にシンプルな同軸二重管構造のものが用いられている(たとえば、特許文献1参照)。この同軸二重管は、外管と、この外管の中に収容された内管と、これら内管および外管の同心を維持するために内管と外管との間に配置された支持部材とを備え、中空押し出し成形によって一体に形成されている。
しかしながら、中空押し出し成形によって形成された同軸二重管は、内管および外管の同心を維持するための支持部材が一体に形成されているので、曲げ難いという問題点があった。 However, the coaxial double tube formed by hollow extrusion molding has a problem that it is difficult to bend because the support member for maintaining the concentricity of the inner tube and the outer tube is integrally formed.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、曲げ加工の容易な二重管構造の内部熱交換器を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a point, and it aims at providing the internal heat exchanger of the double pipe structure with easy bending.
本発明では上記問題点を解決するために、冷凍サイクル内で膨張装置に導入される高温・高圧の冷媒と圧縮機へ導入される低温・低圧の冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器において、外管とこの外管の中に収容された内管とを備え、前記内管は、前記外管の軸心を中心にして螺旋状に巻かれた形状を有し、その最外周面の少なくとも一部が前記外管の内壁に接触されていることを特徴とする内部熱交換器が提供される。 In the present invention, in order to solve the above problems, internal heat exchange is performed in which heat exchange is performed between a high-temperature / high-pressure refrigerant introduced into the expansion device and a low-temperature / low-pressure refrigerant introduced into the compressor in the refrigeration cycle. The outer tube includes an outer tube and an inner tube accommodated in the outer tube, and the inner tube has a shape wound spirally around the axis of the outer tube, and has an outermost periphery. An internal heat exchanger is provided in which at least a part of a surface is in contact with an inner wall of the outer tube.
このような内部熱交換器によれば、内管は外管の内壁との接触により外管内に固定されているので、外管およびその中の内管が曲げ易くなっている。 According to such an internal heat exchanger, since the inner tube is fixed in the outer tube by contact with the inner wall of the outer tube, the outer tube and the inner tube therein are easily bent.
上記構成の内部熱交換器は、外管の軸心を中心にして螺旋状に巻かれた内管をその螺旋部分の最外周面が外管の内壁に接触することにより外管の中に固定するようにしたので、曲げ加工時に外管およびその中の内管が互いに接触しながら移動可能となり、非常に曲げ易くなっている。また、内管は、外管に接触された状態で外管の中に保持されているので、外部より振動を受けても外管との衝突による異音を発生することもない。 The internal heat exchanger configured as described above fixes the inner tube wound spirally around the axis of the outer tube, with the outermost peripheral surface of the spiral portion coming into contact with the inner wall of the outer tube. As a result, the outer tube and the inner tube in the outer tube and the inner tube can move while in contact with each other at the time of bending, making it very easy to bend. In addition, since the inner tube is held in the outer tube while being in contact with the outer tube, no abnormal noise is generated due to a collision with the outer tube even when subjected to vibration from the outside.
以下、本発明の実施の形態について、自動車用空調装置の冷凍サイクルに適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
図1は自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking as an example a case where the present invention is applied to a refrigeration cycle of an automotive air conditioner.
FIG. 1 is a system diagram showing a refrigeration cycle of an automotive air conditioner.
この自動車用空調装置の冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機1と、圧縮された冷媒を外気との熱交換により凝縮させる凝縮器2と、凝縮された冷媒を気液に分離するとともに冷凍サイクル内の余剰冷媒を蓄えておくレシーバドライヤ3とをエンジンルーム内に備えている。冷凍サイクルは、エンジンルームと車室との間の配管を行う内部熱交換器4を備え、さらに、内部熱交換器4からの液冷媒を絞り膨張させる温度式の膨張弁5と、膨張された冷媒を車室内の空気との熱交換により蒸発させる蒸発器6とを車室内に備えている。蒸発器6は、これを出た冷媒の温度および圧力を検出するために膨張弁5に接続され、さらに、内部熱交換器4を介して圧縮機1の吸入口に接続される。
The refrigeration cycle of this automotive air conditioner includes a compressor 1 that compresses a refrigerant, a
内部熱交換器4は、レシーバドライヤ3からの高温・高圧の液冷媒を膨張弁5へ送り出す高圧通路と蒸発器6からの低温・低圧のガス冷媒を圧縮機1へ送り出す低圧通路とを有し、高圧通路を流れる高温の冷媒と低圧通路を流れる低温の冷媒との間で熱交換を行う。これにより、高圧通路を流れる冷媒は、低圧通路の冷媒によって過冷却され、低圧通路を流れる冷媒は、高圧通路の冷媒によって過熱されることになるため、冷凍サイクルの成績係数を向上させることができる。
The internal heat exchanger 4 has a high-pressure passage for sending high-temperature and high-pressure liquid refrigerant from the receiver dryer 3 to the
図2は第1の実施の形態に係る内部熱交換器を示す図であって、(A)は内部熱交換器の内部を示す長軸断面図、(B)は内管および位置決め部材を示す図、(C)は内管のa−a矢視拡大端面図、(D)は内管のb−b矢視拡大断面図、(E)は内管のc−c矢視拡大端面図である。 2A and 2B are views showing the internal heat exchanger according to the first embodiment, in which FIG. 2A is a longitudinal sectional view showing the inside of the internal heat exchanger, and FIG. 2B is an inner tube and a positioning member. (C) is an aa arrow enlarged end view of the inner tube, (D) is an enlarged cross sectional view of the inner tube taken along the line bb, and (E) is an enlarged end view of the inner tube taken along the line cc. is there.
この第1の実施の形態に係る内部熱交換器4aは、図2の(A)に示したように、外管11とこの外管11の中に収容された内管12とを有し、内管12および外管11がそれぞれ冷凍サイクルの高圧配管および低圧配管として使用される配管兼用の二重管熱交換器を構成している。外管11は、ストレートパイプであり、その中に収容される内管12は、図2の(B)に示したように、ストレートパイプの両端近傍を除く部分がその軸心を中心にして螺旋状に巻かれた形状に加工されている。このとき、この内管12の螺旋部分は、非常に長い螺旋ピッチで巻かれており、かつ、最外周に内接する仮想円筒の径が外管11の内径より僅かに大きくなるように形成されている。したがって、この内管12は、外管11の中に圧入されると、螺旋部分の概略全周が外管11の内壁に接触した状態で外管11の中に収容されることになる。これにより、内管12は、外管11によってその中にきつく拘束されることになるため、外部より振動が与えられても、外管11に衝突することによる異音が発生するということはない。
The
また、内管12の螺旋部分は、緩い螺旋ピッチで巻かれているため、全長が長くならないことから、冷媒通路が長くなることによる圧力損失がなく、しかも、外管11とは、その長手方向に沿って物理的に結合している部分はなく、単なる接触にて外管11内に固定されているだけなので、外管11およびその中の内管12が非常に曲げ易くなっており、内部熱交換器4aの曲げ加工を容易に行うことを可能にしている。
Further, since the helical portion of the
さらに、内管12は、その両端に位置決め部材13,14が設けられている。位置決め部材13は、図2の(C)および(D)に示したように、内管12の先端近傍のストレート部分に嵌合される筒状部15とその外周に突設された3つの支持部材16とを有し、好ましくは、筒状部15および3つの支持部材16が中空押し出し成形によって一体に形成されたものが使用される。もちろん、位置決め部材13は、その支持部材16の最外周に内接する仮想円筒の径が外管11の内径に概略等しくなるよう形成されている。これにより、位置決め部材13が取り付けられた内管12を外管11の中に挿入すると、内管12は、外管11の軸心に位置決めされることになり、その開口端を同軸二重管構造にしている。
Furthermore, the
一方、位置決め部材14は、図2の(E)に示したように、外管11の内径に概略等しい外径を有する円筒部17とそれより大きな外径を有するリング部18とこれらの間に固定的に配置された3つの支持部材19とを有し、軸心位置には、貫通孔が形成されている。この貫通孔は、図2の(A)および(B)に見られるように、円筒部17の軸方向内側から外側にかけて拡径されている。この拡径された貫通孔に内管12を挿入後、その内管12の先端近傍を拡管加工することによって、位置決め部材14と内管12とが固定されるとともに、拡管加工の部分は、レシーバドライヤ3からの高圧配管が嵌合される雌型継手を形成している。位置決め部材14は、図2の(A)に示したように、先端近傍が拡管加工された外管11に嵌合される。これにより、内管12は、外管11の軸心に位置決めされることになり、その開口端は、同軸二重管構造になっている。
On the other hand, as shown in FIG. 2E, the
図3は第2の実施の形態に係る内部熱交換器を示す図であって、(A)は内部熱交換器の内部を示す長軸断面図、(B)は内管および位置決め部材を示す図、(C)は内部熱交換器のa−a矢視拡大断面図、(D)は内部熱交換器のb−b矢視拡大断面図、(E)は内管のc−c矢視拡大断面図、(F)は内管のd−d矢視拡大断面図である。なお、この図3において、図2に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 3A and 3B are views showing an internal heat exchanger according to the second embodiment, in which FIG. 3A is a longitudinal sectional view showing the inside of the internal heat exchanger, and FIG. 3B is an inner tube and a positioning member. (C) is an aa arrow expanded sectional view of an internal heat exchanger, (D) is a bb arrow expanded sectional view of an internal heat exchanger, (E) is a cc arrow view of an inner pipe. An expanded sectional view and (F) are dd arrow expanded sectional views of an inner pipe. 3, the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第2の実施の形態に係る内部熱交換器4bは、図3の(A)に示したように、外管11とこの外管11の中に収容された内管12とを有し、その内管12および外管11のそれぞれについて、第1の実施の形態に係る内部熱交換器4aと基本的には同じ構成を有している。ただし、内管12の螺旋部分は、その最外周に内接する仮想円筒の径が外管11の内径より僅かに小さくなるように形成されている。これにより、内管12が外管11の中に挿入されたときには、図3の(A)および(C)に示したように、内管12の螺旋部分のほとんどは、外管11に内接していない。また、螺旋部分の内管12は、図3の(F)に示したように、部分的に潰されている。すなわち、内管12は、所定のピッチにて、たとえば1ターン当たり2〜3箇所となる間隔を以て、半径方向に長径を有する断面楕円となる形状に部分的に変形されている。このとき、螺旋中心から長径の外方端までの距離は、外管11の内壁面の半径より大きくなるようにしている。これにより、内管12は、外管11に挿入されたときに、図3の(D)に示したように、変形部分の長径方向の外壁だけが外管11の内壁に部分的に接触した状態で外管11の中に収容されるようになる。
The
ここで、以上のような内部熱交換器4a,4bを採用した冷凍サイクルでは、レシーバドライヤ3から膨張弁5に送り込まれる液冷媒は、内部熱交換器4a,4bにて過冷却される。このため、膨張弁5の入口における冷媒は、十分大きな過冷却度を確保することができるので、内部熱交換器4a,4bで大きな圧力降下があっても、モリエル線図上で、液相域から飽和液線を超えて液とガスが共存する飽和蒸気域に進入してしまうことはない。逆に言えば、内部熱交換器4a,4bで大きな圧力降下があってもよいので、高圧の液冷媒が流れる内管12は、その通路断面積を小さくすることが可能になる。つまり、内管12は、その内径の小さな配管によって作ることができる。
Here, in the refrigeration cycle employing the
具体的には、現状の冷凍サイクルでは、高圧配管として、その内径が6ミリメートルまたは8ミリメートルの配管が用いられており、低圧配管としては、その内径が14ミリメートルないし17ミリメートルの配管が用いられている。これに対し、内部熱交換器4a,4bで大きな圧力降下を許容できる高圧配管として使用している内管12は、その内径が3ミリメートルないし5ミリメートルの配管を用いることができる。3ミリメートル、4ミリメートルおよび5ミリメートルの配管を低圧配管として用いられている内径が14ミリメートルまたは17ミリメートルの配管と組み合わせた場合の内管12と外管11との配管断面積比を計算すると、0.04592〜0.12755となる。いずれの組み合わせでも、内管12の通路断面積が外管11の通路断面積の15%以下になる。なお、配管断面積比の最も大きな組み合わせを除けば、内管12の通路断面積は、外管11の通路断面積の10%以下になっている。このように、内管12に通路断面積の小さな細い配管を使うことで、冷凍サイクル内を循環する冷媒の総量を抑えることができ、事故などにより冷媒が大気に漏れた場合においても、その総量を減らすことができるというメリットがある。
Specifically, in the current refrigeration cycle, a pipe having an inner diameter of 6 millimeters or 8 millimeters is used as the high pressure pipe, and a pipe having an inner diameter of 14 millimeters to 17 millimeters is used as the low pressure pipe. Yes. On the other hand, the
図4は車室内側の内部熱交換器の設置例を示す断面図である。
配管を兼ねる内部熱交換器4は、車室内の配管とエンジンルーム内の配管の一部を構成することができる。図示の例では、膨張弁5は、蒸発器6に直結されていて、内部熱交換器4cの一端が接続されている。なお、この内部熱交換器4cは、図示の関係で短くしてあり、途中で直角に折り曲げている場合を示している。内部熱交換器4の他端は、エンジンルームと車室とを隔てている隔壁20を介してエンジンルーム内に伸びているが、自動車への組み付けの都合上、隔壁20のところで、エンジンルーム内に配管されるもう一つの内部熱交換器4dの一端と接続され、パイプクランプ21によって締結されている。内部熱交換器4dの他端は、図示しない分岐部に結合され、その分岐部には、レシーバドライヤ3からの高圧配管と、圧縮機1への低圧配管とがそれぞれ接続されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an installation example of the internal heat exchanger on the vehicle interior side.
The internal heat exchanger 4 that also serves as a pipe can constitute a part of the pipe in the vehicle compartment and the pipe in the engine room. In the illustrated example, the
蒸発器6は、その冷媒入口と冷媒出口とがタンクの同一側面に並設されており、その冷媒入口には入口配管が結合されている。冷媒出口に連通する出口配管は、入口配管を取り囲むようにしてその入口配管とは同軸二重管を成すように蒸発器6のタンクに結合されている。
The
膨張弁5は、蒸発器6の入口配管および出口配管に接続される同軸二重管構造のボディを有し、このボディの蒸発器6との接続側とは反対側に、蒸発器6を出た冷媒の温度および圧力を感知するパワーエレメントが装着されている。膨張弁5のボディの側面(図では、下方の面)には、同軸二重管構造の開口部を有し、その内側の開口部は高圧冷媒入口を構成し、その外側の開口部は低圧冷媒出口を構成している。その高圧冷媒入口には、内部熱交換器4cの内管12が接続され、低圧冷媒出口の開口部には、外管11が接続されている。
The
これにより、レシーバドライヤ3を出た高温・高圧の液冷媒は、エンジンルーム内に配置された内部熱交換器4dの内管、内部熱交換器4cの内管12を介して膨張弁5に供給される。その液冷媒は、膨張弁5で膨張されて低温・低圧の蒸気となる。その蒸気冷媒は、蒸発器6に供給され、車室内の空気と熱交換されることにより蒸発される。蒸発された冷媒は、膨張弁5のボディに形成された低圧冷媒通路を通って内部熱交換器4cの外管11に送られる。膨張弁5は、蒸発された冷媒が低圧冷媒通路を通過するとき、パワーエレメントがその冷媒の温度および圧力を検出してその冷媒が所定の過熱度を維持するように蒸発器6に供給する冷媒の流量を制御する。内部熱交換器4cの外管11に送り込まれた冷媒は、内部熱交換器4dの外管および分岐部を介して圧縮機1の吸入口に送られることになる。
As a result, the high-temperature and high-pressure liquid refrigerant exiting the receiver dryer 3 is supplied to the
内部熱交換器4では、その内管12を流れる高温・高圧の冷媒と、外管11と内管12との間の空間を流れる低温・低圧の冷媒との間で熱交換が行われ、これによって、膨張弁5に導入される冷媒はさらに過冷却され、圧縮機1に導入される冷媒はさらに過熱されることになるので、この冷凍サイクルの成績係数を向上させることができる。成績係数が向上されることにより、冷凍サイクルが所要の冷力を得るのにより少ない動力で済むことになり、圧縮機1の駆動源であるエンジンの負荷をより小さくできることから、省エネルギの自動車運転が可能になる。
In the internal heat exchanger 4, heat exchange is performed between the high-temperature and high-pressure refrigerant flowing through the
図5は第3の実施の形態に係る内部熱交換器を示す長軸断面図である。なお、この図5において、図2に示した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。 FIG. 5 is a long-axis cross-sectional view showing an internal heat exchanger according to the third embodiment. In FIG. 5, the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
この第3の実施の形態に係る内部熱交換器4eは、エンジンルーム内に設置される配管として使用されるもので、外管11の一部がフレキシブルホース22によって構成されている。すなわち、この内部熱交換器4eの外管11は、圧縮機1に接続される側の第1外管11aと、フレキシブルホース22と、隔壁20にて車室内側の内部熱交換器4dの外管11に接続される第2外管11bとを有している。この内部熱交換器4eの両端における末端処理および外管11の中に配置される内管12は、第1の実施の形態に係る内部熱交換器4aと同じ構成にしてある。内部熱交換器4eの内管12は、第1の実施の形態に係る内部熱交換器4aで使用しているものよりも細い金属パイプを使用している。これにより、内管12は、フレキシブルホース22に近いしなやかさを持たせ、冷凍サイクル内を循環する冷媒の総量をさらに減らすことを可能にしている。
The
フレキシブルホース22は、外管11の外径に概略等しい内径を有し、両側の開口端から第1および第2外管11a,11bの先端部が圧入され、この先端部とその圧入領域にわたってフレキシブルホース22に外嵌された金属スリーブ23とで挟持することによって第1および第2外管11a,11bと固定されている。第1および第2外管11a,11bは、その先端近傍に複数の溝24が円周方向に設けられており、金属スリーブ23を溝24に向かって内側に変形させて、フレキシブルホース22を溝24に食い込ませることにより、第1および第2外管11a,11bとフレキシブルホース22とを気密に接続するとともに軸方向のずれが生じないようにしている。
The
フレキシブルホース22は、第1および第2外管11a,11bの厚さの分だけ内径が大きくなっているため、内管12がフレキシブルホース22の内壁に接触できなくなる。そのため、この内部熱交換器4eでは、フレキシブルホース22の内壁に第1および第2外管11a,11bの厚さに概略等しい太さを有するひも状の緩衝材25を螺旋状に巻かれた状態で配置している。この緩衝材25は、たとえば樹脂製のひもであり、内管12が巻かれている螺旋方向とは逆方向に螺旋状に巻かれていることで、適当なピッチで内管12と接触されることになり、外部より与えられる振動によって内管12が外管11に衝突してしまうこともない。
Since the inner diameter of the
なお、フレキシブルホース22は、たとえば耐候性のゴムホースとすることができ、その内壁には冷媒の浸透を防止する樹脂チューブが内張りされ、中には編組繊維による補強層が埋設されたものを使用している。また、緩衝材25は、断面円形のひもではなく、外管11の厚さに概略等しい厚さを有する樹脂製のテープであっても良い。
The
以上の構成の内部熱交換器4eによれば、外管11の一部がフレキシブルホース22によって構成されているので、第1外管11aの側に接続される圧縮機1の振動は、フレキシブルホース22によって吸収される。したがって、圧縮機1およびレシーバドライヤ3を介して第1外管11aに伝達されるエンジンの振動は、フレキシブルホース22で遮断され、第2外管11bの側へ伝達されることはない。フレキシブルホース22内に配置された内管12は、細く、螺旋状に形成されていてよりしなやかな構成になっているので、第1外管11aの振動を第2外管11bの側へ伝達するには至らない。
According to the
1 圧縮機
2 凝縮器
3 レシーバドライヤ
4,4a,4b,4c,4d,4e 内部熱交換器
5 膨張弁
6 蒸発器
11 外管
11a 第1外管
11b 第2外管
12 内管
13,14 位置決め部材
15 筒状部
16 支持部材
17 円筒部
18 リング部
19 支持部材
20 隔壁
21 パイプクランプ
22 フレキシブルホース
23 金属スリーブ
24 溝
25 緩衝材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
外管とこの外管の中に収容された内管とを備え、前記内管は、前記外管の軸心を中心にして螺旋状に巻かれた形状を有し、その最外周面の少なくとも一部が前記外管の内壁に接触されていることを特徴とする内部熱交換器。 In the internal heat exchanger that performs heat exchange between the high-temperature and high-pressure refrigerant introduced into the expansion device in the refrigeration cycle and the low-temperature and low-pressure refrigerant introduced into the compressor,
An outer tube and an inner tube accommodated in the outer tube, the inner tube having a shape wound spirally around the axis of the outer tube, and having at least an outermost peripheral surface thereof An internal heat exchanger characterized in that a part thereof is in contact with the inner wall of the outer tube.
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