(57)【要約】【課題】二重管構造の内部熱交換器を曲げ加工の容易なものにする。【解決手段】二重管構造の内部熱交換器４ａは、外管１１とこれの中に収容された内管１２とを備え、内管１２は、外管１１の軸心を中心にして螺旋状に巻かれた形状を有し、その螺旋部分の最外周面が外管１１の内壁に接触するようにしている。内管１２は、外管１１の中で接触により固定されているので、外管１１およびその中の内管１２が曲げ易くなっており、かつ、外部より振動を受けても外管１１との衝突による異音を発生することもない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
前記内管は、その最外周に内接する仮想円筒の径が前記外管の内径より大きくなるよう螺旋状に巻かれた形状に形成され、前記外管に圧入することによって螺旋部分の概略全周が前記外管の内壁に接触した状態で前記外管の中に収容されている請求項１記載の内部熱交換器。
【請求項３】
前記内管は、その最外周に内接する仮想円筒の径が前記外管の内径より小さくなるよう螺旋状に巻かれた形状に形成され、所定のピッチに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螺旋中心から前記長径の外方端までの距離が前記外管の内壁面の半径より大きくし、前記外管に圧入することによって変形部分の外壁が前記外管の内壁に部分的に接触した状態で前記外管の中に収容されている請求項１記載の内部熱交換器。
【請求項４】
前記内管は、その両端に位置決め部材を有し、両側の開口端が同軸二重管構造になっている請求項１記載の内部熱交換器。
【請求項５】
前記内管は、その通路断面積が前記外管の通路断面積の１５％以下である請求項１記載の内部熱交換器。
【請求項６】
前記外管は、その一部がフレキシブルホースによって構成されている請求項１記載の内部熱交換器。
【請求項７】
前記フレキシブルホースは、前記外管の外径に概略等しい内径を有し、両端より先端近傍に少なくとも一条の溝が円周方向に設けられた前記外管の先端部が圧入され、かつ、その圧入領域にわたって前記フレキシブルホースに外嵌された金属スリーブを前記溝に向かって内側に変形させることにより、前記外管と気密に接続されている請求項６記載の内部熱交換器。
【請求項８】
前記フレキシブルホースの内壁に前記外管の厚さに概略等しい太さまたは厚さを有するひも状またはテープ状の緩衝材が前記内管の巻かれている螺旋方向とは逆向きに螺旋状に巻かれた状態で配置されている請求項６記載の内部熱交換器。
【請求項９】
前記フレキシブルホースは、補強層を有するゴムホースである請求項６記載の内部熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【特許文献１】特表２００３−５１０５４６号公報（段落〔００１８〕，図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】車室内側の内部熱交換器の設置例を示す断面図である。
【図５】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。
【符号の説明】
【００３４】
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
【図１】
2009270802.tif 000003
【図２】
2009270802.tif 000004
【図３】
2009270802.tif 000005
【図４】
2009270802.tif 000006
【図５】
2009270802.tif 000007