JP2011133188A - 内部熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷凍サイクルにおける内部熱交換器の熱交換効率を向上すると共に、単純な構造のため容易に製造可能であって、設置スペースに応じた形状の自由度が高い内部熱交換器を提供すること。
【解決手段】冷凍サイクルにおける内部熱交換器10において、蒸発器1の流出側と圧縮機2の流入側に連通する第一流路12を有する管体11と、管体の区画された流入側と流出側を連通する屈曲した扁平チューブ14と、を具備する第一流路ユニット16と、第一流路ユニットに外接した有底状のケース17に、凝縮器3の流出側に連通する流入口18aと、膨張弁4の流入側に連通する流出口18bと、流入口と流出口を連通する第二流路18cを有する第二流路ユニット19と、を具備する。
【選択図】 図2
【解決手段】冷凍サイクルにおける内部熱交換器10において、蒸発器1の流出側と圧縮機2の流入側に連通する第一流路12を有する管体11と、管体の区画された流入側と流出側を連通する屈曲した扁平チューブ14と、を具備する第一流路ユニット16と、第一流路ユニットに外接した有底状のケース17に、凝縮器3の流出側に連通する流入口18aと、膨張弁4の流入側に連通する流出口18bと、流入口と流出口を連通する第二流路18cを有する第二流路ユニット19と、を具備する。
【選択図】 図2
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。
一般に、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いては、熱交換効率の向上が求められている。
従来、熱交換効率を向上させる手法として、冷凍サイクル内に内部熱交換器を配置する構造が知られている(例えば、特許文献1参照)。冷凍サイクルに適用される内部熱交換器は、膨張弁に流入する高圧側冷媒と圧縮機に吸引される低圧側冷媒とを熱交換することにより、膨張弁に流入する冷媒の温度及びエンタルピーを低減し、圧縮機に流入する冷媒の温度及びエンタルピーを上昇させることにより、冷凍サイクルの熱交換効率の向上を実現している。
また、上記内部熱交換器の構造として、円筒状のケーシング内に円筒状のアキュムレータを配置し、ケーシングとアキュムレータの間の間隔内に螺旋型フィンチューブを配置するものが知られている(例えば、特許文献2参照)。この内部熱交換器では、膨張弁に流入する高圧の液体冷媒は、螺旋型フィンチューブ内を下から上に向かって流れ、圧縮機に吸引される低圧の冷媒蒸気は、ケーシングとアキュムレータの間の間隔内に配置された螺旋型フィンチューブのフィンの間を上から下に流れるようになっており、両冷媒間で熱交換がされるようになっている。
しかしながら、特許文献2に記載の構造においては、ケーシングに対応する外側容器とアキュムレータに対応する内側容器の間の間隔内に正確にフィットするように、フィンチューブを螺旋型に曲げて形成する必要がある。フィンチューブが上記間隔内に正確にフィットする螺旋が形成されていないと、円筒状のアキュムレータを螺旋の内側に挿入することができず、もしくは、螺旋の外側に円筒状のケーシングを挿入することができないため、歩留まりの低下が懸念される。このように、フィンチューブを螺旋型に曲げる加工にはかなりの手間と正確性を要する。
また、特許文献2に記載の構造は、内部熱交換器において熱交換効率を高めるためには伝熱面を広く設定する必要があるため、ある程度の長さのフィンチューブを効率よくケーシング内に収納しなければならない。しかし、フィンチューブの加工性を考慮すると螺旋型以外の形状で収納するのは手間がかかると共に再現性が難しく、また、形状によってはチューブの一部に負荷がかかる虞がある。すなわち、特許文献2に記載の構造においては、フィンチューブを螺旋型にせざるを得ず、このため、内部熱交換器の形状を円筒状にせざるを得ない。
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、冷凍サイクルにおける内部熱交換器の熱交換効率を向上すると共に、単純な構造のため容易に製造可能であって、設置スペースに応じた形状の自由度が高い内部熱交換器を提供することを目的とする。
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おける内部熱交換器であって、 蒸発器の流出側と圧縮機の流入側に連通する第一流路を有する管体と、上記管体の区画された流入側と流出側を連通する屈曲した扁平チューブと、を具備する第一流路ユニットと、 上記第一流路ユニットに外接したケースに、凝縮器の流出側に連通する流入口と、膨張弁の流入側に連通する流出口と、上記流入口と流出口を連通する第二流路を有する第二流路ユニットと、を具備することを特徴とする(請求項1)。この場合、上記管体を仕切部材によって、流入側と流出側に区画し、上記扁平チューブが、上記管体の流入側と流出側を連通するコ字状に屈曲し、かつ、該コ字状扁平チューブを複数配設することができる(請求項2)。もしくは、上記管体は、蒸発器の流出側に連通する流入側管体と、圧縮機の流入側に連通する流出側管体とからなり、上記扁平チューブは、両端部がそれぞれ、上記流入側管体と流出側管体に連通し、中間部に蛇行状屈曲部を有する構造にすることができる(請求項3)。また、少なくとも隣接する上記扁平チューブ間にフィンを介在する方が好ましい(請求項4)。また、上記第一流路ユニットと第二流路ユニットはろう付けしてなる方が好ましい(請求項5)。
このように構成することにより、蒸発器の流出側と圧縮機の流入側に連通する第一流路を有する管体と、上記管体の区画された流入側と流出側を連通する屈曲した扁平チューブに圧縮機に吸引される低圧側冷媒が流れ、第一流路ユニットに外接した有底状のケースに、凝縮器の流出側に連通する流入口と、膨張弁の流入側に連通する流出口と、上記流入口と流出口を連通する第二流路を膨張弁に流入する高圧側冷媒が流れる。
また、この発明において、上記ケースに設けられる流出口は、設置時における上記ケースの上層に該当する位置以外に設けられている方が好ましい(請求項6)。
このように構成することにより、第一流路ユニットに外接した有底状のケースに流入口を設け、高圧側冷媒を流入口から供給し、容量の大きいケース内で高圧側冷媒の流れを緩流することにより、密度の低い気体冷媒がケース上層に集まるため、気液分離がなされる。そして、膨張弁の流入側に連通する流出口は、設置時における液体冷媒液面より下側に設けることにより、液体冷媒のみを膨張弁に流すことできる。
(1)請求項1〜3,5記載の発明によれば、蒸発器の流出側と圧縮機の流入側に連通する第一流路を有する管体と、上記管体の区画された流入側と流出側を連通する屈曲した扁平チューブに圧縮機に吸引される低圧側冷媒が流れ、第一流路ユニットに外接した有底状のケースに、凝縮器の流出側に連通する流入口と、膨張弁の流入側に連通する流出口と、上記流入口と流出口を連通する第二流路を膨張弁に流入する高圧側冷媒が流れ、扁平チューブにより広い熱交換面が提供されるため、膨張弁に流入する高圧側冷媒と圧縮機に吸引される低圧側冷媒が効率的な熱交換を行うことができ、冷凍サイクル全体の効率の向上が図れる。この場合、扁平チューブと隣接する扁平チューブ間にフィンを介在することにより、更に熱交換面を広くすることができるので、更に熱交換効率の向上が図れる(請求項4)。
(2)請求項6に記載の発明によれば、上記(1)に加えて、密度の低い気体冷媒がケース上層に集まるため気液分離がなされ、液体冷媒のみが膨張弁に流れ気体冷媒が流れることはないため、膨張弁の破損を防止することができる。すなわち、内部熱交換器は第二流路を流れる冷媒を液体冷媒と気体冷媒に分離し、膨張弁に向けて液体冷媒のみを送出するアキュムレータの機能を有することができる。このため、冷凍サイクル装置にアキュムレータを別途設ける必要がなく、冷凍サイクル装置を簡素化することができる。
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冷凍サイクル装置に適用した場合について説明する。
<第1実施形態>
冷凍サイクル装置は、低温側の熱を高温側に移動させて冷熱およ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6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10への冷媒6の循環が付加されるものである。なお、図1〜図5における矢印の方向が冷媒6の流れの方向を示している。
冷凍サイクル装置は、低温側の熱を高温側に移動させて冷熱およ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6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10への冷媒6の循環が付加されるものである。なお、図1〜図5における矢印の方向が冷媒6の流れの方向を示している。
冷凍サイクル装置は、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6は、内部熱交換器10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6は、凝縮器3に送られる。凝縮器3に送られた冷媒6は、放熱されて液化して、内部熱交換器10を介して膨張弁4に至る。次いで、蒸発温度および流量を電子制御可能な膨張弁4において、冷媒6は減圧される。その後、冷媒6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6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6は、蒸発器1から内部熱交換器10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。
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10が接続されている。内部熱交換器10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(流出側)から膨張弁4の流入側(流入側)を流れる冷媒6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6である。
上記内部熱交換器10は、図2に示すように、第一流路12を有する第一流路ユニット16と、第二流路18cを有する第二流路ユニット19を具備している。第一流路ユニット16は、例えばアルミニウム製パイプであって、パイプの中央に設けられた仕切部材13によって流入側13aと流出側13bに区画されている管体11と、管体11の区画された流入側13aと流出側13bを連通し、アルミニウム製中空押出形材からなる複数例えば3本のコ字状扁平チューブ14と、3本の扁平チューブ14を挟むように配置されるアルミニウム製の扁平状のサイドプレート35と、隣接する扁平チューブ14間及び扁平チューブ14とサイドプレート35の間に介在されるアルミニウム製のコルゲートフィン15と、をろう付けしてなる。この場合、第一流路12は、管体11と、管体11の流入側13aと流出側13bとを連通するコ字状扁平チューブ14とで形成されている。
第二流路ユニット19は、アルミニウム製であって扁平チューブ14及びサイドプレート35を内包可能な矩形状の有底状のケース17と、ケース17を封止する蓋体32と、をろう付けしてなる。この場合、ケース17の上部側には流入口18a、下部側には流出口18bが形成されており、流入口18aと流出口18bを連通する第二流路18cが形成されている。
管体11は、図2,図4に示すように、流入側13aと蒸発器1の流出側から配設された配管5を接続するための継手11bが接合され、流出側13bに圧縮機2の流入側に連通する配管5を接続するための継手11cが接合されている。
上記の区画された流入側13aと流出側13bには、扁平チューブ14をろう付けにより接合するためのスリット11dが形成されている。形成されるスリット11dの数は、接続する扁平チューブ14の本数により決められるが、本実施形態においては、3本の扁平チューブ14及び1本のサイドプレート35を接続するため、流入側13aと流出側13bにそれぞれ4個のスリット11dが形成されている。
コルゲートフィン15は、図2,図3に示すように、アルミニウム製の板材をプレス加工によって屈曲することにより連続波形状に形成されている。コルゲートフィン15は、隣接する扁平チューブ14間にろう付け接合されているが、本実施形態においては、最も外側に配設された扁平チューブ14cの外方側にもコルゲートフィン15がろう付接合されており、これらの両コルゲートフィン15を保護すると共に、ケース17内での位置決めを容易とするために、両コルゲートフィン15の更に外方側にはサイドプレート35がろう付接合されている。
扁平チューブ14は、図4に示すように、その断面は扁平状であって、扁平状の長辺側同士を繋ぐ複数の隔壁によって複数の流路31が区画されている。扁平チューブ14を使用することにより、広い熱交換面が提供することができる。
扁平チューブ14には、3本の長さの異なる扁平チューブ14a,14b,14cが用いられている。図2に示すように、コ字状に屈曲する扁平チューブ14(14a,14b,14c)の長手方向の長さ、介在されるコルゲートフィン15の幅、及び扁平チューブ14の厚さを適宜設定することにより、内部熱交換器10の設置スペースに応じてケース17の形状を設計することが可能であり、設置や性能の自由度を高めることができる。 ケース17は、図2,図4,図5に示すように、扁平チューブ14及びサイドプレート35を内包可能な矩形状の有底状のアルミニウム製の半容器体にて形成されている。図4に示すように、冷媒の分流が阻害されない程度に、ケース17の幅を決定する。なお、図2,図3に示すように、ケース17は蓋体32により封止されるが、蓋体32には扁平チューブ14及びサイドプレート35を嵌挿するためのスリット(図示せず)を設けてある。
図4,図5に示すように、ケース17の表面の上部には凝縮器3の流出側に連通する流入口18aを設け、その裏面の下部には膨張弁4の流入側に連通する流出口18bが設けてある。ケース17の表面に流入口18aを設け、裏面に流出口18bを設けることにより、冷媒6は扁平チューブ14及びコルゲートフィン15の間を横切って通過することができる。また、ケース17の上部に流入口18aを設け、下部に流出口18bを設けることにより、冷媒6はケース17の上部から下部までを距離を移動することができる。このため、高圧側冷媒は熱交換面を提供する扁平チューブ14及びコルゲートフィン15に効率的に熱を受け渡すことができる。
図5に示すように、流入口18aには、凝縮器3の流出側から配設された配管5を接続するための継手36が接合され、流出口18bには膨張弁4の流入側に連通する配管5を接続するための継手37が接合されている。
上記のように構成される内部熱交換器10を作製するには、管体11の中央に設けられたスリット11fに仕切部材13を挿入し、両端部に継手11b,11cを組み込む。また、コルゲートフィン15と扁平チューブ14a,14b,14c及びサイドプレート35を組み付けて治具(図示せず)にて固定して、蓋体32のスリットに扁平チューブ14及びサイドプレート35の端部を嵌挿する。そして、管体11に設けられたスリット11dに扁平チューブ14及びサイドプレート35の端部を嵌挿する。
この際、図2,図3に示すように、管体11への扁平チューブ14の嵌挿は、管体11の内面空間に扁平チューブ14が突出する方が好ましい。管体11の内部空間に扁平チューブ14が突出することにより、蒸発器1から流れ出る液体冷媒6bを隣り合う扁平チューブ14と管体11の底面で形成される空間に貯留することができる。上記のように構成することにより、気液分離し、気体冷媒6aのみを扁平チューブ14の流路31に流すことが可能となる。
上記のようにして組み立てられた第一流路ユニット16の扁平チューブ14及びコルゲートフィン15を、流入口18aと流出口18bを設けたケース17内に嵌挿して組み込む。
上記のようにして仮組みされた内部熱交換器10を図示しない炉内に収容し、所定温度例えば600℃の温度で加熱して、一体ろう付け結合する。
そして、この内部熱交換器10は冷凍サイクル装置内において、以下のように配設される。すなわち、図1に示すように、蒸発器1の流出側から延びる配管5が、管体11の継手11bに接続され、もう一方の継手11cから延びる配管5は圧縮機2の流入側に接続される。凝縮器3の流出側から延びる配管5をケース17に設けられた流入口18aに接合された継手36に接続し、流出口18bに接合された継手37から延びる配管5は膨張弁4に接続される。なお、設置の方向については、凝縮器3の流出側に連通する流入口18aが上部に、膨張弁4の流入側に連通する流出口18bが下部に位置するように設置する。
冷凍サイクル装置に設置された内部熱交換器10は、図3,図4に示すように、管体11の流入側13a入口から扁平チューブ14の流路31の中間地点までの流入側流路12aと、扁平チューブ14の流路31の中間地点から管体11の流出側13b出口までの流出側流路12bと、からなる第一流路12と、図4,図5に示すように、流入口18aから、ケース17内を通過し、流出口18bまでの第二流路18cと、が形成されている。そして、第一流路12を流れる低圧側冷媒と、第二流路18cを流れる高圧側冷媒との間で、扁平チューブ14及びコルゲートフィン15を介して熱交換を行う。扁平チューブ14及びコルゲートフィン15により広い熱交換面が提供されるため、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が効率的な熱交換を行うことができる。
このように、内部熱交換器10において熱交換効率が向上することにより、蒸発器1や凝縮器3の能力を補完できるので、その分蒸発器1や凝縮器3の小型化を図ることができる。また、熱交換器の小型化を行わない場合は、内部熱交換器の非搭載に比して圧縮機2や膨張弁4による温度調整が小さくて済むため、その分圧縮機2や膨張弁4の自由度の向上を図ることができる。
また、高圧側冷媒を上部の流入口18aから供給し、容量の大きいケース17内で冷媒の流れを緩流しながらコルゲートフィン15の間を冷媒6が通過することにより、密度の低い気体冷媒6aがケース17上層に集まり気液分離がなされ、ケース17の設置時における上層に該当する位置以外である下部に設けられた流出口18bにより、液体冷媒6bのみを膨張弁4に流すことできる。これにより、気体冷媒6aが蒸発器1側に流れることはないため、膨張弁4の破損を防止することができる。すなわち、内部熱交換器10は第二流路18cを流れる冷媒6を気液分離し、膨張弁4に向けて液体冷媒6bのみを送出するアキュムレータの機能を有することができる。このため、冷凍サイクル装置にアキュムレータを別途設ける必要がなく、冷凍サイクル装置を簡素化することができる。
また、膨張弁4は蒸発温度および流量を電子制御するが、膨張弁4を通過する液体冷媒6bの流量を減少させる際、容量の大きいケース17内に冷媒6を留めておくことが可能である。
なお、上記実施形態における内部熱交換器10の設置の方向については、凝縮器3の流出側に連通する流入口18aが上部に、膨張弁4の流入側に連通する流出口18bが下部に位置するように設置したが、図6に示すように、凝縮器3の流出側に連通する流入口18aが右部に、膨張弁4の流入側に連通する流出口18bが左部に位置するように設置してもよい。
このように設置しても、高圧側冷媒を右部の流入口18aから供給し、容量の大きいケース17内で冷媒の流れを緩流しながらコルゲートフィン15の間を冷媒6が通過することにより、密度の低い気体冷媒6aがケース17上層に集まり気液分離がなされ、ケース17の設置時における上層に該当する位置以外である左部に設けられた流出口18bにより、液体冷媒6bのみを膨張弁4に流すことできる。これにより、気体冷媒6aが蒸発器1側に流れることはないため、冷凍サイクルの熱交換効率の向上を図ることができる。すなわち、内部熱交換器10は第二流路18cを流れる冷媒6を気液分離し、膨張弁4に向けて液体冷媒6bのみを送出するアキュムレータの機能を有することができる。また、設置方向や角度を限定する必要がないため、複雑な設計が不要である。
<第2実施形態>
第1実施形態は、筒状体である管体11を仕切部材13によって区画し、区画された管体11を連通する3本の扁平チューブ14がコ字状に屈曲される場合について説明したが、流入側と流出側の区画を扁平チューブ14が連通し、扁平チューブ14間にフィン15が介在されていればよい。例えば、図7に示すように、一本の扁平チューブ14が蛇行状に屈曲される場合であってもよい。
第1実施形態は、筒状体である管体11を仕切部材13によって区画し、区画された管体11を連通する3本の扁平チューブ14がコ字状に屈曲される場合について説明したが、流入側と流出側の区画を扁平チューブ14が連通し、扁平チューブ14間にフィン15が介在されていればよい。例えば、図7に示すように、一本の扁平チューブ14が蛇行状に屈曲される場合であってもよい。
第2実施形態において、内部熱交換器20は、図8に示すように、第一流路25を有する第一流路ユニット27と、第二流路26を有する第二流路ユニット28とを具備している。第一流路ユニット27は、例えばアルミニウム製パイプである流入側管体21,流出側管体22と、流入側管体21,流出側管体22を連通するアルミニウム製中空押出形材からなる蛇行状扁平チューブ23と、蛇行状扁平チューブ23間に介在されるアルミニウム製のコルゲートフィン15と、をろう付けしてなる。この場合、第一流路25は、流入側管体21と流出側管体22管体と、これら管体21,22を連通する蛇行状扁平チューブ23とで形成されている。
第二流路ユニット28は、アルミニウム製であって蛇行状扁平チューブ23を内包可能な矩形状の有底状のケース17aと、ケース17aを封止する蓋体32aと、をろう付けしてなる。この場合、ケース17aの上部側には流入口18a、下部側には流出口18bが形成されており、流入口18aと流出口18bを連通する第二流路26が形成されている。
流入側管体21,流出側管体22は、図7〜図9に示すように、一方の端部は図示しないアルミニウム製のキャップ部材によって閉塞されている。他方の端部には、他の機器に連通する配管5を接続するための継手21a,22aが設けられている。
流入側管体21,流出側管体22には、それぞれ蛇行状扁平チューブ23をろう付けにより接続するためのスリット11eが形成されている。スリット11eは流入側管体21,流出側管体22の長手方向に沿って形成されている。
蛇行状扁平チューブ23は、図7に示すように、1本の扁平チューブ14を蛇行状に屈曲して形成される。なお、蛇行状扁平チューブ23は、第1実施形態のコ字状扁平チューブ14と同様に、扁平状の長辺側同士を繋ぐ複数の隔壁によって複数の流路31が区画されている。
上記のように構成される内部熱交換器20を作製するには、流入側管体21,流出側管体22の一方の端部に継手21a,22aをそれぞれ組み込み、他方の端部にキャップ部材を嵌着する。また、コルゲートフィン15と蛇行状扁平チューブ23を組み付けて治具(図示せず)にて固定して、蓋体32aのスリットに蛇行状扁平チューブ23の端部を嵌挿する。そして、流入側管体21,流出側管体22に設けられたスリット11eに蛇行状扁平チューブ23の端部を嵌挿する。
この際、図8に示すように、流入側管体21,流出側管体22への蛇行状扁平チューブ23の嵌挿は、流入側管体21,流出側管体22の内面空間に蛇行状扁平チューブ23が突出する方が好ましい。流入側管体21の内部空間に蛇行状扁平チューブ23が突出することにより、蒸発器1から流れ出る液体冷媒6bを流入側管体21の底面に貯留することができる。上記のように構成することにより、液体冷媒6bと気体冷媒6aに分離し、気体冷媒6aのみを蛇行状扁平チューブ23の流路31に流すことが可能となる。
上記のようにして組み立てられた第一流路ユニット16aの蛇行状扁平チューブ23及びコルゲートフィン15を、流入口18aと流出口18bを設けたケース17a内に嵌挿して組み込む。
上記のようにして仮組みされた内部熱交換器20を図示しない炉内に収容し、所定温度例えば600℃の温度で加熱して、一体ろう付け結合する。なお、第2実施形態において、その他の部分は第1実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
上記のように構成することにより、内部熱交換器20は、図9に示すように、流入側管体21の入口から蛇行状扁平チューブ23を通過し、流出側管体22の出口までの第一流路25と、流入口18aからケース17a内を通過し、流出口18bまでの第二流路26と、が形成されている。そして、第一流路25を流れる低圧側冷媒と、第二流路26を流れる高圧側冷媒との間で、蛇行状扁平チューブ23及びコルゲートフィン15を介して熱交換を行う。蛇行状扁平チューブ23及びコルゲートフィン15により広い熱交換面が提供されるため、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が効率的な熱交換を行うことができる。
このように、内部熱交換器20において熱交換効率が向上することにより、蒸発器1や凝縮器3の能力を補完できるので、その分蒸発器1や凝縮器3の小型化を図ることができる。また、熱交換器の小型化を行わない場合は、内部熱交換器の非搭載に比して圧縮機2や膨張弁4による温度調整が小さくて済むため、その分圧縮機2や膨張弁4の自由度の向上を図ることができる。
また、高圧側冷媒を上部中央の流入口18aから供給し、容量の大きいケース17a内で冷媒の流れを緩流しながらコルゲートフィン15の間を冷媒6が通過することにより、密度の低い気体冷媒6aがケース17a上層に集まり気液分離がなされ、ケース17aの設置時における上層に該当する位置以外である下部中央に設けられた流出口18bにより、液体冷媒6bのみを膨張弁4に流すことできる。これにより、気体冷媒6aが蒸発器1側に流れることはないため、膨張弁4の破損を防止することができる。すなわち、内部熱交換器20は第二流路26を流れる冷媒6を気液分離し、膨張弁4に向けて液体冷媒6bのみを送出するアキュムレータの機能を有することができる。このため、冷凍サイクル装置にアキュムレータを別途設ける必要がなく、冷凍サイクル装置を簡素化することができる。
また、膨張弁4は蒸発温度および流量を電子制御するが、膨張弁4を通過する液体冷媒6bの流量を減少させる際、容量の大きいケース17a内に冷媒6を留めておくことが可能である。
<第3,4実施形態>
第1実施形態は、ケース17について、図2,図5に示すように、矩形状の半容器体である場合について説明したが、扁平チューブ14及びサイドプレート35を内包することができればよい。例えば、図11に示すように、ケースは楕円状の半容器体であってもよい。
第1実施形態は、ケース17について、図2,図5に示すように、矩形状の半容器体である場合について説明したが、扁平チューブ14及びサイドプレート35を内包することができればよい。例えば、図11に示すように、ケースは楕円状の半容器体であってもよい。
第3実施形態において、内部熱交換器30の第二流路ユニット19aは、図11に示すように、アルミニウム製であって扁平チューブ14及びサイドプレート35を内包可能な楕円状の有底状のケース17bと、ケース17を封止する蓋体32bと、をろう付けしてなる。この場合、ケース17の上部側には流入口18a、下部側には流出口18bが形成されている。なお、第3実施形態において、その他の部分は第1実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
冷凍サイクル装置に設置された内部熱交換器30は、図11に示すように、管体11と、扁平チューブ14とで形成される第一流路12と、流入口18aからケース17b内を通過し、流出口18bまでの第二流路18dと、が形成されている。そして、第一流路12を流れる低圧側冷媒と、第二流路18dを流れる高圧側冷媒との間で、扁平チューブ14及びコルゲートフィン15を介して熱交換を行う。扁平チューブ14及びコルゲートフィン15により広い熱交換面が提供されるため、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が効率的な熱交換を行うことができる。
また、高圧側冷媒を上部の流入口18aから供給し、容量の大きいケース17b内で冷媒の流れを緩流しながらコルゲートフィン15の間を冷媒6が通過することにより、密度の低い気体冷媒6aがケース17b上層に集まり気液分離がなされる。
上記のように、楕円状のケース17bを有する内部熱交換器30であっても、第1実施形態と同等の効果を得ることができる。このため、設置スペースに応じてケースの形状を設計することが可能であり、形状の自由度が高い内部熱交換器となる。したがって、図12に示す第4実施形態のように、断面正円状であって筒状のケース17c内を通過する第二流路18eが形成された第二流路ユニット19bを有する内部熱交換器40であってもよい。
<第5,6実施形態>
第2実施形態は、ケース17aについて、図8,図10に示すように、矩形状の半容器体である場合について説明したが、蛇行状扁平チューブ23を内包することができればよい。例えば、図13に示すように、ケースは楕円状の半容器体であってもよい。
第2実施形態は、ケース17aについて、図8,図10に示すように、矩形状の半容器体である場合について説明したが、蛇行状扁平チューブ23を内包することができればよい。例えば、図13に示すように、ケースは楕円状の半容器体であってもよい。
第5実施形態において、内部熱交換器50の第二流路ユニット28aは、図13に示すように、アルミニウム製であって蛇行状扁平チューブ23を内包可能な楕円状の有底状のケース17dと、ケース17を封止する蓋体32dと、をろう付けしてなる。この場合、ケース17の上部側には流入口18a、下部側には流出口18bが形成されている。なお、第5実施形態において、その他の部分は第2実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
冷凍サイクル装置に設置された内部熱交換器50は、図13に示すように、流入側管体21と、蛇行状扁平チューブ23と、流出側管体22とで形成される第一流路25と、流入口18aからケース17d内を通過し、流出口18bまでの第二流路26aと、が形成されている。そして、第一流路25を流れる低圧側冷媒と、第二流路26aを流れる高圧側冷媒との間で、蛇行状扁平チューブ23及びコルゲートフィン15を介して熱交換を行う。蛇行状扁平チューブ23及びコルゲートフィン15により広い熱交換面が提供されるため、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が効率的な熱交換を行うことができる。
また、高圧側冷媒を上部中央の流入口18aから供給し、容量の大きいケース17d内で冷媒の流れを緩流しながらコルゲートフィン15の間を冷媒6が通過することにより、密度の低い気体冷媒6aがケース17d上層に集まり気液分離がなされる。
上記のように、楕円状のケース17dを有する内部熱交換器50であっても、第2実施形態と同等の効果を得ることができる。このため、設置スペースに応じてケースの形状を設計することが可能であり、形状の自由度が高い内部熱交換器となる。したがって、図14に示す第6実施形態のように、断面正円状であって筒状のケース17e内を通過する第二流路26bが形成された第二流路ユニット28bを有する内部熱交換器60であってもよい。
<その他の実施形態>
上記実施形態においては、例えば内部熱交換器10では、第一流路12を低圧側冷媒が流れ、第二流路18cを高圧側冷媒が流れるが、第一流路12を高圧側冷媒が流れ、第二流路18cを低圧側冷媒が流れても、扁平チューブ14及びコルゲートフィン15を介して効率的な熱交換を行うことができる。
上記実施形態においては、例えば内部熱交換器10では、第一流路12を低圧側冷媒が流れ、第二流路18cを高圧側冷媒が流れるが、第一流路12を高圧側冷媒が流れ、第二流路18cを低圧側冷媒が流れても、扁平チューブ14及びコルゲートフィン15を介して効率的な熱交換を行うことができる。
この際、蒸発器1の流出側から延びる配管5が流出口18bの継手37に接続し、流入口18aの継手36から延びる配管5は圧縮機2の流入側に接続されることが好ましい。低圧側冷媒を下部の流出口18bから供給することにより、密度の低い気体冷媒6aがケース17上層に集まり気液分離がなされる。これにより、内部熱交換器10は、圧縮機2に向けて気体冷媒6aのみを送出するアキュムレータの機能を有することができる。
なお、上記実施形態では、少なくとも隣接する扁平チューブ14a,14b,14c間にコルゲートフィン15を介在した場合について説明したが、扁平チューブ14a,14b,14c間にコルゲートフィン15を介在しない構造としてもよい。
1 蒸発器
2 圧縮機
3 凝縮器
4 膨張弁
5 配管
6 冷媒
6a 気体冷媒
6b 液体冷媒
10,20,30,40,50,60 内部熱交換器
11 管体
12,25 第一流路
13 仕切部材
14a,14b,14c 扁平チューブ
15 コルゲートフィン
16,27 第一流路ユニット
17,17a,17b,17c,17d,17e ケース
18a 流入口
18b 流出口
18c,18d,18e,26,26a,26b 第二流路
19,19a,19b,28,28a,28b 第二流路ユニット
21 流入側管体
22 流出側管体
23 蛇行状扁平チューブ
2 圧縮機
3 凝縮器
4 膨張弁
5 配管
6 冷媒
6a 気体冷媒
6b 液体冷媒
10,20,30,40,50,60 内部熱交換器
11 管体
12,25 第一流路
13 仕切部材
14a,14b,14c 扁平チューブ
15 コルゲートフィン
16,27 第一流路ユニット
17,17a,17b,17c,17d,17e ケース
18a 流入口
18b 流出口
18c,18d,18e,26,26a,26b 第二流路
19,19a,19b,28,28a,28b 第二流路ユニット
21 流入側管体
22 流出側管体
23 蛇行状扁平チューブ
Claims (6)
- 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おける内部熱交換器であって、
蒸発器の流出側と圧縮機の流入側に連通する第一流路を有する管体と、上記管体の区画された流入側と流出側を連通する屈曲した扁平チューブと、を具備する第一流路ユニットと、
上記第一流路ユニットに外接したケースに、凝縮器の流出側に連通する流入口と、膨張弁の流入側に連通する流出口と、上記流入口と流出口を連通する第二流路を有する第二流路ユニットと、を具備することを特徴とする内部熱交換器。 - 請求項1記載の内部熱交換器において、
上記管体が仕切部材によって、流入側と流出側に区画されており、
上記扁平チューブが、上記管体の流入側と流出側を連通するコ字状に屈曲され、かつ、該コ字状扁平チューブが複数配設されている、ことを特徴とする内部熱交換器。 - 請求項1記載の内部熱交換器において、
上記管体は、蒸発器の流出側に連通する流入側管体と、圧縮機の流入側に連通する流出側管体とからなり、
上記扁平チューブは、両端部がそれぞれ、上記流入側管体と流出側管体に連通し、中間部に蛇行状屈曲部を有する、ことを特徴とする内部熱交換器。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の内部熱交換器において、
少なくとも隣接する上記扁平チューブ間にフィンを介在してなる、ことを特徴とする内部熱交換器。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の内部熱交換器において、
上記第一流路ユニットと第二流路ユニットはろう付けしてなる、ことを特徴とする内部熱交換器。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の内部熱交換器において、
上記ケースに設けられる流出口は、設置時における上記ケースの上層に該当する位置以外に設けられている、ことを特徴とする内部熱交換器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009294371A JP2011133188A (ja) | 2009-12-25 | 2009-12-25 | 内部熱交換器 |
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JP2009294371A JP2011133188A (ja) | 2009-12-25 | 2009-12-25 | 内部熱交換器 |
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ID=44346121
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JP2009294371A Withdrawn JP2011133188A (ja) | 2009-12-25 | 2009-12-25 | 内部熱交換器 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2011133188A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017170139A1 (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 日本電気株式会社 | 熱交換装置、冷凍システム及び熱交換方法 |
-
2009
- 2009-12-25 JP JP2009294371A patent/JP2011133188A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017170139A1 (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 日本電気株式会社 | 熱交換装置、冷凍システム及び熱交換方法 |
JPWO2017170139A1 (ja) * | 2016-03-31 | 2019-02-07 | 日本電気株式会社 | 熱交換装置、冷凍システム及び熱交換方法 |
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