(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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および内管内がそれぞれ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内管の軸線の周りに捩られた複数の螺旋状内部フィンが周方向に間隔をおいて設けられ、内管の外周面が円筒面となされ、外管の内周面に、径方向内方に突出しかつ長さ方向にのびる複数の凸条が周方向に間隔をおいて設けられ、内管の内部フィンが、内管の内周面に設けられかつ内管の周壁の厚みよりも薄肉の板状体を螺旋状に捩ることにより形成されている二重管式熱交換器。
【請求項２】
外管の凸条の先端と、内管の外周面との間隔が０．５ｍｍ以下である請求項１記載の二重管式熱交換器。
【請求項３】
請求項１記載の二重管式熱交換器を製造する方法であって、
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直線状内部フィンが周方向に間隔をおいて設けられているとともに、外周面が円筒面となされた真っ直ぐな内管と、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直線状凸条が周方向に間隔をおいて設けられている真っ直ぐな外管とを用意し、ついで外管内に内管を挿入し、ついで内管を軸線の周りに捩ることを含み、捩る前の内管の内部フィンが内管の周壁の厚みよりも薄肉の板状体からなる二重管式熱交換器の製造方法。
【請求項４】
捩る前の真っ直ぐな外管の凸条の先端が位置する円筒面の直径と、捩る前の真っ直ぐな内管の外径との差が１．０ｍｍ以下である請求項３記載の二重管式熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は二重管式熱交換器に関し、さらに詳しくは、外管と、外管内に間隔をおいて設けられた内管とを備えている二重管式熱交換器に関する。
【０００２】
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。
【背景技術】
【０００３】
従来、カーエアコンに用いられる冷凍サイクルとして、コンプレッサ、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二重管式熱交換器を備えたものが提案されている。このような冷凍サイクルにおいては、コンデンサから出てきた冷媒が、二重管式熱交換器において、エバポレータから出てきた低温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。
【０００４】
上述した冷凍サイクルに用いられている二重管式熱交換器としては、外管と、横断面だ円形であるとともに全長にわたって捩られており、かつ外管内に配置された内管とを備え、内管の横断面における長径部の両端部が螺旋状となっているとともに外管の内周面に圧接させられ、外管と内管との間の間隙がコンデンサから出てきた高温冷媒が流れる高温冷媒流路となるとともに、内管内がエバポレータから出てきた低温の冷媒が流れる冷温冷媒流路となっているものが知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１記載の二重管式熱交換器は、横断面だ円形の管を軸線のまわりに捩ることにより内管を形成し、ついで当該内管を、最終製品の外管よりも大径の円管内に挿入した後、円管を縮径して外管を形成するとともに、内管の横断面における長径部の両端部を外管の内周面に圧接させることによって製造されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の二重管式熱交換器の場合、高温冷媒流路と冷温冷媒流路との間の伝熱面積が小さくなり、熱交換性能が不足するという問題がある。また、特許文献１記載の二重管式熱交換器の場合、横断面だ円形の管を軸線のまわりに捩って内管を形成する際に、管の曲がりや断面形状の変形が発生し、円管内に挿入することが困難になるおそれがある。
【特許文献１】特開２００５−１７２１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の目的は、上記問題を解決し、熱交換性能の優れた二重管式熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
1)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および内管内がそれぞれ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内管の軸線の周りに捩られた複数の螺旋状内部フィンが周方向に間隔をおいて設けられ、内管の外周面が円筒面となされ、外管の内周面に、径方向内方に突出しかつ長さ方向にのびる複数の凸条が周方向に間隔をおいて設けられ、内管の内部フィンが、内管の内周面に設けられかつ内管の周壁の厚みよりも薄肉の板状体を螺旋状に捩ることにより形成されている二重管式熱交換器。
【００１０】
2)外管の凸条の先端と、内管の外周面との間隔が０．５ｍｍ以下である上記1)記載の二重管式熱交換器。
【００１１】
3)上記1)記載の二重管式熱交換器を製造する方法であって、
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直線状内部フィンが周方向に間隔をおいて設けられているとともに、外周面が円筒面となされた真っ直ぐな内管と、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直線状凸条が周方向に間隔をおいて設けられている真っ直ぐな外管とを用意し、ついで外管内に内管を挿入し、ついで内管を軸線の周りに捩ることを含み、捩る前の内管の内部フィンが内管の周壁の厚みよりも薄肉の板状体からなる二重管式熱交換器の製造方法。
【００１２】
4)外管の凸条の先端が位置する円筒面の直径と、内管の外径との差が１．０ｍｍ以下である上記3)記載の二重管式熱交換器の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
上記1)の二重管式熱交換器によれば、内管の内周面に、径方向内方に突出しかつ内管の軸線の周りに捩られた複数の螺旋状内部フィンが周方向に間隔をおいて設けられているので、内外両管間の冷媒流路と、内管内の冷媒流路との間の伝熱面積が、特許文献１記載の二重管式熱交換器に比較して大きくなり、熱交換性能が向上する。特に、上記1)の二重管式熱交換器が、上述したコンプレッサ、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二重管式熱交換器を備えた冷凍サイクルに用いられた場合、内管内の冷媒流路には熱伝達率が比較的低い気相冷媒が流れることになるが、内部フィンの働きにより、気相冷媒が流れる内管内の冷媒流路側の伝熱面積が大きくなるので、二重管式熱交換器の性能が向上する。また、外管の内周面に、径方向内方に突出しかつ長さ方向にのびる複数の凸条が周方向に間隔をおいて設けられているので、凸条の働きにより次の効果を奏する。すなわち、上述した冷凍サイクルの二重管式熱交換器はエンジンルーム内に配置されるが、スペースの都合上、１箇所以上の屈曲部を有することが要求される場合がある。この場合であっても、凸条の働きにより、屈曲部での内外両管間の冷媒流路の流路断面積の低減が防止される。
【００１４】
上記2)の二重管式熱交換器によれば、外管の凸条の先端と、内管の外周面との間隔が０．５ｍｍ以下であるから、二重管式熱交換器が屈曲部を有する場合に、曲げ加工の際に外管が内管の凸条に支持されることになり、外管の変形に起因する内管と外管との間の間隙の冷媒流路の断面積の減少、および外管の屈曲部の内面におけるしわの発生が防止される。
【００１５】
上記3)の二重管式熱交換器の製造方法によれば、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直線状凸条が周方向に間隔をおいて設けられている真っ直ぐな外管内に、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直線状内部フィンが周方向に間隔をおいて設けられている真っ直ぐな内管を挿入した後、内管を軸線の周りに捩るので、外管の凸条の働きにより、内管を軸線の周りに捩る際の内管の変形を防止することができる。また、外管内に内管を挿入した後内管を軸線の周りに捩るので、特許文献１記載の二重管式熱交換器のように、捩った内管を外管内に挿入することができなくなるおそれがない。
【００１６】
上記4)の二重管式熱交換器の製造方法によれば、外管の凸条の先端が位置する円筒面の直径と、内管の外径との差が１．０ｍｍ以下であるから、二重管式熱交換器が屈曲部を有する場合に、曲げ加工の際に外管が内管の凸条に支持されることになり、外管の変形に起因する内管と外管との間の間隙の冷媒流路の断面積の減少、および外管の屈曲部の内面におけるしわの発生が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
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。
【００１９】
実施形態１
この実勢形態は図１〜図８に示すものである。
【００２０】
図１および図２はこの発明による二重管式熱交換器の実施形態１の全体構成を示し、図３〜図６はその要部の構成を示す。また、図７は図１の二重管式熱交換器を製造する方法を示し、図８は図１の二重管式熱交換器を用いた冷凍サイクルを示す。
【００２１】
図１〜図５において、二重管式熱交換器(1)は、横断面円形のアルミニウム押出形材製外管(2)、および外管(2)内に間隔をおいて同心状に挿入された横断面円形のアルミニウム押出形材製内管(3)を備えており、外管(2)と内管(3)との間の間隙が第１冷媒流路(4)となり、内管(3)内が第２冷媒流路(5)となっている。内管(3)の両端部は外管(2)の両端部よりも外側に突出している。
【００２２】
外管(2)の両端よりも長さ方向の若干内側部分に、それぞれ膨管部(6)(7)が形成されている。各膨管部(6)の管壁には冷媒通過穴(8)が貫通状に形成されている。一方の膨管部(6)の冷媒通過穴(8)にはアルミニウム製液相冷媒流入パイプ(9)の先端部が挿入されて膨管部(6)にろう付され、他方の膨管部(7)の冷媒通過穴(8)にはアルミニウム製液相冷媒流出パイプ(11)の先端部が挿入されて膨管部(7)にろう付されている。
【００２３】
内管(3)の内周面に、径方向内方に突出しかつ内管(3)の軸線の周りに捩られた複数の螺旋状内部フィン(12)が周方向に間隔をおいて一体に設けられている。また、内管(3)の外周面に、径方向外方に突出しかつ内管(3)の軸線の周りに捩られた複数の螺旋状凸条(13)が周方向に間隔をおいて一体に設けられている。内部フィン(12)のフィン高さは凸条(13)の突出高さよりも高くなっている。ここで、内管(3)の凸条(13)の先端と、外管(2)の内周面との間隔は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。なお、当該間隔は０ｍｍとなることもあり、この場合、内管(3)の凸条(13)の先端は外管(2)の内周面に当接する。
【００２４】
外管(2)における膨管部(6)(7)よりも長さ方向外側部分には、たとえばローラを用いて径方向外方から径方向内方に加圧する加工を全周にわたって施すことにより縮径部(14)が形成されており、縮径部(14)の内周面が内管(3)の両端寄りの部分の外周面にろう付されている。縮径部(14)は外管(2)内に内管(3)を配置した後に形成されるものであり、縮径部(14)の形成の際に、内管(3)の凸条(13)が潰されるとともに、凸条(13)が縮径部(14)の内周面に食い込ませられ、これにより外管(2)内周面と内管(3)における凸条(13)が形成されていない部分の外周面との間隔がろう材で埋まる程度まで小さくされている。この状態で、外管(2)の縮径部(14)の内周面と内管(3)の外周面とがろう付されており、外管(2)の縮径部(14)の内周面と内管(3)における凸条(13)が形成されていない部分の外周面との間の間隙がろう材(17)で塞がれている（図５および図６参照）。
【００２５】
内管(3)における膨管部(7)側の端部にアルミニウム製気相冷媒流入パイプ(15)の端部の拡管部(15a)が嵌め被せられるとともに、同じく膨管部(6)側の端部に、管状冷媒流通部材としてのアルミニウム製気相冷媒流出パイプ(16)の端部の拡管部(16a)が嵌め被せられ、気相冷媒流入パイプ(15)および気相冷媒流出パイプ(16)の拡管部(15a)(16a)の内周面と内管(3)の外周面とがろう付されている。内管(3)における拡管部(15a)(16a)が嵌め被せられた部分においては、内管(3)の凸条(13)は切除されている。また、凸条(13)が切除される代わりに、外管(2)の縮径部(14)と内管(3)とのろう付の場合と同様に、気相冷媒流入パイプ(15)の拡管部(15a)および気相冷媒流出パイプ(16)の拡管部(16a)に、たとえばローラを用いて径方向外方から径方向内方に加圧する加工が全周にわたって施されることにより、凸条(13)が潰されるとともに拡管部(15a)(16a)の内周面に食い込ませられ、その結果拡管部(15a)(16a)の内周面と内管(3)における凸条(13)が形成されていない部分の外周面との間隔が、ろう材で埋まる程度まで小さくされた状態で気相冷媒流入パイプ(15)および気相冷媒流出パイプ(16)の拡管部(15a)(16a)の内周面と内管(3)の外周面とがろう付されていてもよい。この場合、拡管部(15a)(16a)の内周面と内管(3)における凸条(13)が形成されていない部分の外周面との間の間隙がろう材で塞がれる。なお、内管(3)と、気相冷媒流入パイプ(15)の拡管部(15a)および気相冷媒流出パイプ(16)の拡管部(16a)とのろう付は、外管(2)の両端と、気相冷媒流入パイプ(15)の拡管部(15a)および気相冷媒流出パイプ(16)の拡管部(16a)の先端との間隔を適切な大きさ、たとえば３〜１０ｍｍにしておき、外管(2)と内管(3)のろう付と同時に行うことが好ましい。
【００２６】
二重管式熱交換器(1)の製造方法について、図７を参照して説明する。
【００２７】
まず、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直線状内部フィン(12A)が周方向に間隔をおいて設けられるとともに、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直線状凸条(13A)が周方向に間隔をおいて設けられている真っ直ぐなアルミニウム製内管(3)と、真っ直ぐでかつ膨管部(6)(7)を有するアルミニウム製外管(2)とを用意する。外管(2)の各膨管部(6)(7)には冷媒通過穴(8)を形成しておく。なお、外管(2)には縮径部(14)は形成されていない。ここで、内管(3)の凸条(13)の先端が位置する円筒面の直径と、外管(2)の内径との差が１．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
ついで、外管(2)内に内管(3)を、内管(3)の両端部が外管の両端よりも外方に突出するように挿入する（図７(a)参照）。ついで、内管(3)を軸線の周りに捩ることにより、内管(3)の内周面に、内管(3)の軸線の周りに捩られた複数の螺旋状内部フィン(12)を形成するとともに、内管(3)の外周面に、内管(3)の軸線の周りに捩られた複数の螺旋状凸条(13)を形成する（図７(b)参照）。
【００２９】
その後、上述したようにして、外管(2)の両端部に縮径部(14)を形成し、縮径部(14)を内管(3)の両端寄りの部分にろう付するとともに、内管(3)の両端部に気相冷媒流入パイプ(15)および気相冷媒流出パイプ(16)の両端部を嵌め被せて内管(3)にろう付する。さらに、液相冷媒流入パイプ(9)を外管(2)の冷媒入口(10)内に挿入して外管(2)にろう付するとともに、液相冷媒流出パイプ(11)を外管(2)の冷媒通過穴(8)内に挿入して外管(2)にろう付する。こうして、二重管式熱交換器(1)が製造される。
【００３０】
図８は、上述した二重管式熱交換器(1)を二重管式熱交換器として用いた冷凍サイクルを示す。
【００３１】
図８において、冷凍サイクルは冷媒として、たとえばフロン系の冷媒を用いるものであり、コンプレッサ(20)と、凝縮部(22)、気液分離器としての受液器(23)および過冷却部(24)を有するコンデンサ(21)と、エバポレータ(25)と、減圧器としての膨張弁(26)と、コンデンサ(21)から出てきた冷媒とエバポレータ(25)から出てきた冷媒とを熱交換させる二重管式熱交換器(1)とを備えている。二重管式熱交換器(1)の外管(2)に接続された液相冷媒流入パイプ(9)にコンデンサ(21)の過冷却部(24)からのびる配管が接続され、同じく外管(2)に接続された液相冷媒流出パイプ(11)に膨張弁(26)にのびる配管が接続される。また、二重管式熱交換器(1)の内管(3)に接続された気相冷媒流入パイプ(15)にエバポレータ(25)からのびる配管が接続され、同じく内管(3)に接続された気相冷媒流出パイプ(16)にコンプレッサ(20)にのびる配管が接続される。冷凍サイクルは、カーエアコンとして車両、たとえば自動車に搭載される。
【００３２】
冷凍サイクルの稼働時には、コンプレッサ(20)で圧縮された高温高圧の気液混相の冷媒は、コンデンサ(21)の凝縮部(22)で冷却されて凝縮させられた後、受液器(23)内に流入して気液２相に分離され、ついで過冷却部(24)に流入して過冷却される。過冷却された液相冷媒は、液相冷媒流入パイプ(9)を通って二重管式熱交換器(1)の第１冷媒流路(4)内に流入する。このとき、膨管部(6)の働きにより、液相冷媒は、第１冷媒流路(4)における隣接する凸条(13)間に形成されるすべての間隙内に分流させられる。一方、エバポレータ(25)から出てきた気相冷媒は、気相冷媒流入パイプ(15)を通って二重管式熱交換器(1)の第２冷媒流路(5)内に流入する。そして、液相冷媒が第１冷媒流路(4)内を流れる間に第２冷媒流路(5)内を流れる比較的低温の気相冷媒によりさらに冷却される。二重管式熱交換器(1)の第１冷媒流路(4)における隣接する凸条(13)間に形成されるすべての間隙を通過した液相冷媒は、膨管部(7)において合流し、液相冷媒流出パイプ(11)を通って膨張弁(26)に送られる。膨張弁(26)に送られた液相冷媒は、膨張弁(26)において断熱膨張させられて減圧された後エバポレータ(25)に流入し、エバポレータ(25)において気化させられる。一方、二重管式熱交換器(1)の第２冷媒流路(5)を通過した気相冷媒は、気相冷媒流出パイプ(16)を通ってコンプレッサ(20)に送られる。
【００３３】
実施形態２
この実施形態は図９および図１０に示すものである。
【００３４】
図９および図１０はこの発明による二重管式熱交換器の実施形態２の要部の構成を示す。
【００３５】
実施形態２の二重管式熱交換器(31)の場合、外管(2)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直線状凸条(32)が周方向に等間隔をおいて一体に設けられている。内管(3)の外周面には凸条は設けられていない。ここで、外管(2)の凸条(32)の先端と、内管(3)の外周面との間隔が０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３６】
また、図１０に示すように、外管(2)の両端部における縮径部（図示略）が形成された部分においては、たとえばローラを用いて径方向外方から径方向内方に加圧する加工を全周にわたって施すことにより縮径部(14)を形成する際に、外管(2)の凸条(32)が潰されるとともに、凸条(13)が内管(3)の外周面に食い込ませられ、これにより外管(2)における凸条(32)が形成されていない部分の内周面と内管(3)外周面との間隔がろう材で埋まる程度まで小さくされている。この状態で、外管(2)の縮径部(14)の内周面と内管(3)の外周面とがろう付されており、外管(2)の縮径部(14)における凸条(32)が形成されていない部分の内周面と内管(3)の外周面との間の間隙がろう材(17)で塞がれている。
【００３７】
その他の構成は実施形態１の二重管式熱交換器(1)と同様であり、実施形態１の二重管式熱交換器(1)と同様にして製造される。
【００３８】
実施形態２の二重管式熱交換器(31)の場合には、実施形態１の二重管式熱交換器(1)の場合とは違って、内管(3)の両端部に気相冷媒流入パイプ(15)および気相冷媒流出パイプ(16)の拡管部(15a)(16a)を嵌め被せてろう付する際には、気相冷媒流入パイプ(15)および気相冷媒流出パイプ(16)の拡管部(15a)(16a)を径方向外方から加圧したり、外管(2)の凸条(32)を切除したりする必要はない。
【００３９】
また、実施形態２の二重管式熱交換器(31)は、実施形態１の二重管式熱交換器(1)と同様にして、図８に示す冷凍サイクルに組み込まれる。
【００４０】
上記実施形態１においては内管(3)の外周面に凸条(13)が設けられ、上記実施形態２においては外管(2)の内周面に凸条(32)が設けられているが、内管(3)の外周面および外管(2)の内周面の両方に凸条(13)(32)が設けられていてもよい。この場合、内管(3)の凸条(13)と外管(2)の凸条(32)とは周方向にずれた位置に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明による二重管式熱交換器の実施形態１の全体構成を示す長さ方向の中間部を省略した一部切り欠き正面図である。
【図２】図１に示す二重管式熱交換器の全体構成を示す長さ方向の中間部を省略した一部切り欠き斜視図である。
【図３】図１の部分拡大図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図５の部分拡大図である。
【図７】実施形態１の二重管式熱交換器を製造する方法の一部の工程を示す長さ方向の中間部を省略した一部切り欠き斜視図である。
【図８】実施形態１の二重管式熱交換器を用いた冷凍サイクルを示す図である。
【図９】この発明による二重管式熱交換器の実施形態２を示す図４相当の図である。
【図１０】図９に示す二重管式熱交換器を示す図５相当の図である。
【符号の説明】
【００４２】
(1)(31)：二重管式熱交換器
(2)：外管
(3)：内管
(4)：第１冷媒流路
(5)：第２冷媒流路
(12)：螺旋状内部フィン
(12A)：直線状内部フィン
(13)：螺旋状凸条
(13A)：直線状凸条
(32)：直線状凸条
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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