JP2014035169A - 中間熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のエンジンルーム内を有効活用しうる中間熱交換器を提供する。
【解決手段】中間熱交換器20は、内部に第１冷媒流通路22が設けられ、かつ周壁に第１冷媒流通路22に通じる冷媒入口23および冷媒出口24が設けられた扁平中空状のケーシング21と、ケーシング21内の第１冷媒流通路22に配置されかつ内部が第２冷媒流通路26となっているとともに、両端がケーシング21外に通じている冷媒流通管25とを備えている。ケーシング21内の第１冷媒流通路22が低圧冷媒流通路であり、冷媒流通管25の内部の第２冷媒流通路26が高圧冷媒流通路である。ケーシング21の冷媒入口23が、低圧冷媒を第１冷媒流通路22内に流入させ、同冷媒出口24が第１冷媒流通路22内から低圧冷媒を流出させる。冷媒流通管25の一端部が、高圧冷媒を第２冷媒流通路26内に流入させる入口側端部28になり、同他端部が高圧冷媒を流出させる出口側端部29になる。
【選択図】図６

Description

この発明は中間熱交換器に関し、さらに詳しくは、車両用空調装置に用いられる冷凍サイクルにおいて、エバポレータから流出した低圧冷媒とコンデンサから流出した高圧冷媒とを熱交換させる中間熱交換器に関する。

この明細書において、「コンデンサ」という用語には、通常のコンデンサの他に凝縮部および過冷却部を有するサブクールコンデンサを含むものとする。

従来、車両用空調装置に用いられる冷凍サイクルとして、圧縮機、凝縮部と過冷却部とを有するコンデンサ、エバポレータ、減圧器としての膨張弁、気液分離器、およびコンデンサとエバポレータとの間に配置され、かつコンデンサの過冷却部から出てきた高温の冷媒とエバポレータから出てきた低温の冷媒とを熱交換させる中間熱交換器を備えたものが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１記載の冷凍サイクルにおいては、コンデンサの過冷却部において過冷却された冷媒が、中間熱交換器において、エバポレータから出てきた低温低圧の冷媒によりさらに冷却され、これによりエバポレータの冷却性能が向上させられるようになっている。

特許文献１記載の冷凍サイクルに用いられている中間熱交換器は、外管と、外管内に間隔をおいて配置された内管とを備え、外管と内管との間の間隙が高圧側冷媒流路となるとともに、内管内が低圧側冷媒流路となっており、内管の内周面に、径方向内方に突出しかつ長さ方向にのびる複数の内部フィンが周方向に間隔をおいて設けられるとともに、内管の外周面に、径方向外方に突出しかつ長さ方向にのびる複数の凸条が周方向に間隔をおいて設けられ、内部フィンのフィン高さが凸条の突出高さよりも高くなっている二重管式熱交換器からなる。

しかしながら、特許文献１記載の二重管式熱交換器からなる中間熱交換器の場合、エバポレータから流出した低圧冷媒とコンデンサから流出した高圧冷媒との熱交換性能をさらに向上させるには、二重管式熱交換器の外管および内管の長さを長くして低圧冷媒と高圧冷媒との間の伝熱面積を増大させる必要がある。

特許文献１記載の二重管式熱交換器の外管および内管の長さを長くして低圧冷媒と高圧冷媒との間の伝熱面積を増大させるには、二重管式熱交換器を３次元的に曲げてエンジンルーム内に配置するのが一般的であると考えられるが、この場合、エンジンルーム内に余分なスペースが必要となり、エンジンルームのスペースを有効活用することができないという問題がある。

特開２００９−１６２３９５号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、車両のエンジンルーム内を有効活用しうる中間熱交換器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)２つの冷媒流通路を有しており、エバポレータから流出した低圧冷媒とコンデンサから流出した高圧冷媒とを熱交換させる中間熱交換器であって、
内部に第１冷媒流通路が設けられているとともに、周壁に第１冷媒流通路に通じる冷媒入口および冷媒出口を有する扁平中空状のケーシングと、ケーシング内の第１冷媒流通路に配置されかつ内部が第２冷媒流通路となっているとともに、両端がケーシング外に通じている冷媒流通管とを備えている中間熱交換器。

2)ケーシング内の第１冷媒流通路が低圧冷媒流通路であり、ケーシングの冷媒入口が、エバポレータから流出した低圧冷媒を第１冷媒流通路内に流入させるとともに、同冷媒出口が第１冷媒流通路内から低圧冷媒を流出させるようになっており、冷媒流通管の内部の第２冷媒流通路が高圧冷媒流通路であり、冷媒流通管の一端部が、コンデンサから流出した高圧冷媒を第２冷媒流通路内に流入させる入口側端部になるとともに、同他端部が高圧冷媒を膨張弁側に流出させる出口側端部になっている上記1)記載の中間熱交換器。

3)冷媒流通管における第２冷媒流通路への入口側端部および出口側端部がそれぞれケーシングの外側に突出させられており、
ケーシングの外部に、冷媒入口と通じ、かつ低圧冷媒が流れる冷媒流入路を有するとともに冷媒流通管の出口側端部が固定された膨張弁接続部材が設けられ、膨張弁接続部材に、第１冷媒流路および第２冷媒流路を有する膨張弁が接続されるようになされ、膨張弁接続部材の冷媒流入路に、エバポレータから流出するとともに膨張弁の第１冷媒流路を通過した低圧冷媒が流れ、冷媒流通管の出口側端部から流出した高圧冷媒が膨張弁の第２冷媒流路を流れて減圧されるようになっている上記2)記載の中間熱交換器。

4)ケーシングの外部に、冷媒出口と通じる冷媒流出路を有するとともに冷媒流通管の入口側端部が固定された管継手部材が設けられており、管継手部材を利用して、ケーシングの第１冷媒流通路から流出するとともに管継手部材の冷媒流出路を通過した低圧冷媒を圧縮機に送る配管、およびコンデンサから流出した高圧冷媒を冷媒流通管の第２冷媒流通路に送る配管が接続されるようになっている上記3)記載の中間熱交換器。

5)ケーシングの外側が断熱材により覆われている上記2)〜4)のうちのいずれかに記載の中間熱交換器。

6)ケーシング内の第１冷媒流通路、およびケーシング内の第１冷媒流通路に配置された冷媒流通管がそれぞれ蛇行状となっている上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の中間熱交換器。

上記1)〜6)の中間熱交換器によれば、内部に第１冷媒流通路が設けられているとともに、周壁に第１冷媒流通路に通じる冷媒入口および冷媒出口を有する扁平中空状のケーシングと、ケーシング内の第１冷媒流通路に配置されかつ内部が第２冷媒流通路となっているとともに、両端がケーシング外に通じている冷媒流通管とを備えているので、ケーシングを大きくして第２冷媒流通路の長くするとともに冷媒流通管の長さを長くすることによって、第１冷媒流通路内を流れる冷媒と、第２冷媒流通路内を流れる冷媒との伝熱面積を大きくすることが可能になる。しかも、ケーシングを大きくした場合であっても、ケーシングが扁平中空状であるから、車室とエンジンルームとの間に設けられる壁などに沿って配置することが可能になり、特許文献１記載の二重管式熱交換器からなる中間熱交換器を曲げる場合に比べて、エンジンルーム内に必要とするスペースが小さくなり、エンジンルームのスペースを有効活用することができる。

しかも、車両が右ハンドルおよび左ハンドルのいずれの場合であっても、余分なスペースを必要とすることなく対応することが可能になり、汎用性が高くなる。

上記2)の中間熱交換器によれば、ケーシング内の第１冷媒流通路が低圧冷媒流通路であり、ケーシングの冷媒入口が、エバポレータから流出した低圧冷媒を第１冷媒流通路内に流入させるとともに、同冷媒出口が第１冷媒流通路内から低圧冷媒を流出させるようになっており、冷媒流通管の内部の第２冷媒流通路が高圧冷媒流通路であり、冷媒流通管の第２冷媒流通路の一端部が、コンデンサから流出した高圧冷媒を第２冷媒流通路内に流入させる入口側端部になるとともに、同他端部が高圧冷媒を膨張弁側に流出させる出口側端部となっているので、扁平中空状ケーシングの内圧に対する耐圧性が不足することはない。

上記3)の中間熱交換器によれば、膨張弁を比較的簡単に接続することができる。

上記4)の中間熱交換器によれば、ケーシングの第１冷媒流通路から流出するとともに管継手部材の冷媒流出路を通過した低圧冷媒を圧縮機に送る配管、およびコンデンサから流出した高圧冷媒を冷媒流通管の第２冷媒流通路に送る配管を比較的簡単に接続することができる。

上記5)の中間熱交換器によれば、低圧冷媒流通路であるケーシング内の第１冷媒流通路を流れる比較的低温の低圧冷媒が、車両のエンジンルーム内の雰囲気温度により加熱されることが抑制される。したがって、高圧冷媒流通路内を流れる比較的高温の高圧冷媒を効率良く冷却することができる。

上記6)の中間熱交換器によれば、第１冷媒流通路内を流れる冷媒と、第２冷媒流通路内を流れる冷媒との伝熱面積を効果的に大きくすることができる。

この発明による中間熱交換器を備えた車両用空調装置の具体的な構成を示す平面図である。 この発明による中間熱交換器を備えた車両用空調装置の概略的な構成を示す図である。 この発明による中間熱交換器の全体構成を示す一部切り欠き斜視図である。 図３の中間熱交換器のケーシングの外側を覆う断熱材を省略した平面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 図３の中間熱交換器のケーシングの外側を覆う断熱材を省略した分解斜視図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明の中間熱交換器を、車両に搭載される車両用空調装置に適用したものである。

以下の説明において、車両の前側、すなわち図１および図４の下側を前、これと反対側を後といい、前方から後方を見た際の上下、左右、すなわち図５の上下、左右を上下、左右というものとする。

また、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

図１および図２はこの発明による中間熱交換器を用いた車両空調装置の構成を示し、図３〜図６はこの発明による中間熱交換器を示す。

図１および図２において、車両用空調装置は、圧縮機(1)と、凝縮部(3)、気液分離器としての受液器(4)および過冷却部(5)を有しかつ圧縮機(1)で圧縮された冷媒を冷却するコンデンサ(2)と、第１冷媒流路(7)および第２冷媒流路(8)を有し、かつコンデンサ(2)で冷却されるとともに過冷却された高圧冷媒を減圧する膨張弁(6)と、減圧された冷媒を蒸発させるエバポレータ(9)と、コンデンサ(2)から流出するとともに膨張弁(6)で減圧される前の高圧冷媒とエバポレータ(9)から流出した低圧冷媒とを熱交換させる中間熱交換器(20)とを備えており、圧縮機(1)、コンデンサ(2)および中間熱交換器(20)がエンジンルーム(10)内に配置され、膨張弁(6)およびエバポレータ(9)が車室(11)内に配置されている。

図３〜図６に示すように、中間熱交換器(20)は、内部に第１冷媒流通路(22)が設けられているとともに、周壁に第１冷媒流通路(22)に通じる冷媒入口(23)および冷媒出口(24)を有するアルミニウム製扁平中空状ケーシング(21)と、ケーシング(21)内の第１冷媒流通路(22)に配置されかつ内部が第２冷媒流通路(26)となっているとともに、両端がケーシング(21)外に通じているアルミニウム製冷媒流通管(25)とを備えている。

ケーシング(21)は前後方向の厚みが薄くなった扁平な縦長直方体状であり、その内部に蛇行状第１冷媒流通路(22)が設けられている。第１冷媒流通路(22)は、上下方向にのびるとともに左右方向に並んで配置された複数の直線部(22a)と、隣り合う直線部(22a)を上部および下部において交互に通じさせる連通部(22b)とを備えたものであって、ケーシング(21)内を隔壁(27)で仕切ることにより設けられており、第１冷媒流通路(22)の両端は上側にある。冷媒入口(23)はケーシング(21)の右側壁(21a)の上端部に設けられ、冷媒出口(24)はケーシング(21)の左側壁(21b)の上端部に設けられている。なお、ケーシング(21)は前後両構成部材(21A)をろう付することにより形成されている。

冷媒流通管(25)は、上下方向にのびるとともに左右方向に並んで配置された複数の直管部(25a)と、隣り合う直管部(25a)を上端部および下端部において交互に連結する屈曲管部(25b)とよりなり、ケーシング(21)の蛇行状の第１冷媒流通路(22)内に配置されている。冷媒流通管(25)の一端部、ここでは左端の直管部(25a)の上端部はケーシング(21)の上壁(21c)を貫通して上方に突出するとともに、突出部の長さ方向中間部において左方に屈曲しており、前記一端部が第２冷媒流通路(26)内に冷媒を流入させる入口側端部(28)になっている。また、冷媒流通管(25)の他端部、ここでは右端の直管部の上端部はケーシング(21)の上壁(21c)を貫通して上方に突出するとともに、突出部の長さ方向中間部において後方に屈曲しており、前記他端部が第２冷媒流通路(26)内から冷媒を流出させる出口側端部(29)になっている。

ここでは、ケーシング(21)内の第１冷媒流通路(22)が低圧冷媒流通路であり、ケーシング(21)の冷媒入口(23)が、エバポレータ(9)から流出した低圧冷媒を第１冷媒流通路(22)内に流入させるとともに、同冷媒出口(24)が第１冷媒流通路(22)内から低圧冷媒を流出させるようになっている。また、冷媒流通管(25)の内部の第２冷媒流通路(26)が高圧冷媒流通路であり、冷媒流通管(25)の第２冷媒流通路(26)の入口側端部(28)が、コンデンサ(2)から流出した高圧冷媒を第２冷媒流通路(26)内に流入させるとともに、同出口側端部(29)が高圧冷媒を膨張弁(6)側に流出させる。

ケーシング(21)の外部に、冷媒入口(23)と通じ、かつ低圧冷媒が流れる冷媒流入路(32)を有するとともに冷媒流通管(25)の出口側端部(29)が固定されたアルミニウム製膨張弁接続部材(31)が設けられている。膨張弁接続部材(31)に、第１冷媒流路(7)および第２冷媒流路(8)を有する膨張弁(6)が接続されており、膨張弁接続部材(31)の冷媒流入路(32)に、エバポレータ(9)から流出するとともに膨張弁(6)の第１冷媒流路(7)を通過した低圧冷媒が流れ、冷媒流通管(25)の出口側端部(29)から流出した高圧冷媒が膨張弁(6)の第２冷媒流路(8)を流れて減圧されるようになっている。膨張弁(6)は、エンジンルーム(10)と車室(11)との間に設けられた壁(12)の車室(11)内を向いた側に取り付けられている（図１参照）。

また、ケーシング(21)の外部に、冷媒出口(24)と通じる冷媒流出路(34)を有するとともに冷媒流通管(25)の入口側端部(28)が固定されたアルミニウム製管継手部材(33)が設けられており、管継手部材(33)を利用して、ケーシング(21)の第１冷媒流通路(22)から流出するとともに管継手部材(33)の冷媒流出路(34)を通過した低圧冷媒を圧縮機(1)に送る配管、およびコンデンサ(2)から流出した高圧冷媒を冷媒流通管(25)の第２冷媒流通路(26)に送る配管が接続されるようになっている。

そして、冷媒流通管(25)の出口側端部(29)、膨張弁接続部材(31)、冷媒流通管(25)の入口側端部(28)、および管継手部材(33)を除いて、ケーシング(21)の外側の全体が断熱材(35)により覆われている。

上述した中間熱交換器(20)を備えた車両用空調装置において、圧縮機(1)の作動時には、圧縮機(1)で圧縮された高温高圧の気液混相の冷媒は、コンデンサ(2)の凝縮部(3)で冷却されて凝縮させられた後、受液器(4)内に流入して気液２相に分離され、ついで過冷却部(5)に流入して過冷却される。過冷却された液相冷媒は、中間熱交換器(20)の管継手部材(33)に固定された冷媒流通管(25)の入口側端部(28)から第２冷媒流通路(26)内に入り、第２冷媒流通路(26)を流れた後、膨張弁接続部材(31)に固定された冷媒流通管(25)の出口側端部(29)から膨張弁(6)の第２冷媒流路(8)内に入り、ここで減圧された後エバポレータ(9)に流入し、エバポレータ(9)内を流れる間に通風間隙を流れる空気を冷却して気相となる。

エバポレータ(9)を通過した比較的低温低圧の冷媒は、膨張弁(6)の第１冷媒流路(7)、膨張弁接続部材(31)の冷媒流入路(32)、および中間熱交換器(20)のケーシング(21)の冷媒入口(23)を通って中間熱交換器(20)の第１冷媒通路(22)内に入り、第１冷媒通路(22)内を流れた後、管継手部材(33)の冷媒排出路(34)および配管を通って圧縮機(1)に送られる。

ここで、コンデンサ(2)から送られて中間熱交換器(20)の冷媒流通管(25)の第２冷媒流通路(26)内に入った高温高圧の冷媒は、第２冷媒流通路(26)内を流れる間に、中間熱交換器(20)の第１冷媒流通路(22)内を流れる低温低圧の冷媒により冷却される。

この発明による中間熱交換器は、圧縮機、凝縮部と過冷却部と受液器とを有するコンデンサ、エバポレータ、および減圧器としての膨張弁とともに、車両用空調装置を構成する冷凍サイクルの中間熱交換器として好適に用いられる。

(2)：コンデンサ
(6)：膨張弁
(7)：第１冷媒流路
(8)：第２冷媒流路
(9)：エバポレータ
(20)：中間熱交換器
(21)：ケーシング
(22)：第１冷媒流通路
(23)：冷媒入口
(24)：冷媒出口
(25)：冷媒流通管
(26)：第２冷媒流通路
(28)：入口側端部
(29)：出口側端部
(31)：膨張弁接続部材
(32)：冷媒流入路
(33)：管接続部材
(34)：冷媒流出路
(35)：断熱材

Claims (6)

1. ２つの冷媒流通路を有しており、エバポレータから流出した低圧冷媒とコンデンサから流出した高圧冷媒とを熱交換させる中間熱交換器であって、
   内部に第１冷媒流通路が設けられているとともに、周壁に第１冷媒流通路に通じる冷媒入口および冷媒出口を有する扁平中空状のケーシングと、ケーシング内の第１冷媒流通路に配置されかつ内部が第２冷媒流通路となっているとともに、両端がケーシング外に通じている冷媒流通管とを備えている中間熱交換器。
2. ケーシング内の第１冷媒流通路が低圧冷媒流通路であり、ケーシングの冷媒入口が、エバポレータから流出した低圧冷媒を第１冷媒流通路内に流入させるとともに、同冷媒出口が第１冷媒流通路内から低圧冷媒を流出させるようになっており、冷媒流通管の内部の第２冷媒流通路が高圧冷媒流通路であり、冷媒流通管の一端部が、コンデンサから流出した高圧冷媒を第２冷媒流通路内に流入させる入口側端部になるとともに、同他端部が高圧冷媒を膨張弁側に流出させる出口側端部になっている請求項１記載の中間熱交換器。
3. 冷媒流通管における第２冷媒流通路への入口側端部および出口側端部がそれぞれケーシングの外側に突出させられており、
   ケーシングの外部に、冷媒入口と通じ、かつ低圧冷媒が流れる冷媒流入路を有するとともに冷媒流通管の出口側端部が固定された膨張弁接続部材が設けられ、膨張弁接続部材に、第１冷媒流路および第２冷媒流路を有する膨張弁が接続されるようになされ、膨張弁接続部材の冷媒流入路に、エバポレータから流出するとともに膨張弁の第１冷媒流路を通過した低圧冷媒が流れ、冷媒流通管の出口側端部から流出した高圧冷媒が膨張弁の第２冷媒流路を流れて減圧されるようになっている請求項２記載の中間熱交換器。
4. ケーシングの外部に、冷媒出口と通じる冷媒流出路を有するとともに冷媒流通管の入口側端部が固定された管継手部材が設けられており、管継手部材を利用して、ケーシングの第１冷媒流通路から流出するとともに管継手部材の冷媒流出路を通過した低圧冷媒を圧縮機に送る配管、およびコンデンサから流出した高圧冷媒を冷媒流通管の第２冷媒流通路に送る配管が接続されるようになっている請求項３記載の中間熱交換器。
5. ケーシングの外側が断熱材により覆われている請求項２〜４のうちのいずれかに記載の中間熱交換器。
6. ケーシング内の第１冷媒流通路、およびケーシング内の第１冷媒流通路に配置された冷媒流通管がそれぞれ蛇行状となっている請求項１〜５のうちのいずれかに記載の中間熱交換器。

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