CN101932900B - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明能使并流式热交换器(1)中的各扁平管(4)的制冷剂流量均等化。热交换器(1)包括：下部总管(2)，作为制冷剂流入侧；上部总管(3)，作为制冷剂流出侧；以及多根垂直的扁平管(4)，以规定间距配置在两根总管(2、3)之间，并且设置在扁平管(4)内部的垂直的制冷剂通路(5)与两根总管的内部连通。使制冷剂(R)流入下部总管(2)的入口管(7)配置在一对扁平管(4)之间，该一对扁平管(4)位于多根扁平管(4)中的离开使制冷剂从上部总管(3)流出的出口管(8)的位置上，并且从比水平朝上的方向与下部总管(2)连接。出口管(8)设置在上部总管(3)的两端，入口管(7)配置在位于下部总管(2)中央部分的一对扁平管(4)之间。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及应用于空气调节机或冷冻设备的并流式热交换器。
背景技术
一种广泛应用于汽车空调器等的并流式热交换器，该并流式热交换器在上下两根总管之间配置有多根垂直的扁平管，并且扁平管内部的制冷剂通路与两根总管的内部连通。该例子可以参照专利文献1(日本专利公报第3133897号)、专利文献2(日本实用新型公开公报平6-14782号)。
在并流式热交换器中，提高热交换性能关键在于使各扁平管的制冷剂流量均等化。在专利文献1、2记载的并流式热交换器中，通过以下方式来实现各扁平管制冷剂流量的均等化。
在专利文献1记载的热交换器中，在插入连接于制冷剂流入侧容器(下部总管)的传热管(扁平管)的端部上形成有倾斜部，该倾斜部相对于制冷剂流通方向倾斜，来消除因传热管插入量的误差而产生的影响，从而使液体制冷剂均等地分流到传热管中。或者使传热管的制冷剂流入侧容器一侧向水平方向弯曲，并将传热管从水平方向插入连接在制冷剂流入侧容器上，来消除相对于液体制冷剂液面的传热管插入量的误差，从而使液体制冷剂均等地分流，并在传热管中流动。
在专利文献2记载的热交换器中，在一根总管的中央部分形成有热介质的总流通口，在另一根总管的两端部形成有热介质的分割流通口，并且形成适合的分流条件。
图14是表示以往的并流式热交换器简要结构的示意性垂直剖视图。热交换器1上下隔开间隔且平行地配置有均为水平的下部总管2和上部总管3，在下部总管2和上部总管3之间以规定间距配置有多根垂直的扁平管4。扁平管4是对铝等高导热性金属进行挤压成形后的细长的成型品，并且在其内部垂直形成有使制冷剂R流通的制冷剂通路5。制冷剂通路5连通上部总管2的内部和下部总管3的内部。
通过焊接来固定下部总管2、上部总管3和扁平管4。在扁平管4之间配置有波纹状散热片6，同样通过焊接来固定扁平管4和波纹状散热片6。与扁平管4相同，下部总管2、上部总管3和波纹状散热片6也均由高导热性金属(例如铝)制成。
下部总管2是制冷剂流入侧，并且其一端与入口管7连接。上部总管3是制冷剂流出侧，并且其一端与出口管8连接。入口管7与下部总管2、出口管8与上部总管3分别同心配置，制冷剂从水平方向流入到下部总管2中，再从上部总管3向水平方向流出。
与专利文献1的例子相同，入口管7和出口管8相互配置在对角线的位置上。如果使液体制冷剂R从入口管7流入，则在下部总管2的内部，越接近右端的尽头部分越产生液位升高的倾向，扁平管4的制冷剂流量与此成正比变大。其结果，不能使各扁平管4的制冷剂流量均等化。
虽然为了使制冷剂流量均等化，如图15所示，在下部总管2的内部插入水平的隔板9，但这并不是根本的解决方案。
如图16所示的专利文献2记载的热交换器结构那样，在使入口管7从下方与下部总管2的中央部分连接、并使水平的出口管8与上部总管3的两端连接的情况下，由于制冷剂R流入下部总管2时具有朝上的运动能量，并且维持该朝上的运动能量流入到接近入口管7的靠近中央的扁平管4中，所以流量增大。但是，具有这种朝上的运动能量的制冷剂R不能到达离开中央的扁平管4中，从而导致制冷剂流量减少。即，难以实现制冷剂流量的均等化。此外，由于入口管7从下部总管2的下侧向下突出，所以需要抬高热交换器1的高度，以使入口管7不会接触到位于热交换器1下方的构件(收纳热交换器1的壳体的底板等)，从而增大了设置热交换器1所需要的空间。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于通过与以往不同的方法来实现并流式热交换器的各扁平管的制冷剂流量的均等化。
为了达成上述目的，本发明提供一种热交换器，其包括：下部总管，作为制冷剂流入侧；上部总管，作为制冷剂流出侧；以及多根垂直的扁平管，配置在所述两根总管之间，并且设置在所述扁平管内部的制冷剂通路与所述两根总管的内部连通，其特征在于，使制冷剂流入所述下部总管的入口管配置在一对扁平管之间，所述一对扁平管位于所述多根扁平管中的离开使制冷剂从所述上部总管流出的出口管的位置上，并且从比水平朝上的方向与下部总管连接。
按照这种结构，由于在采用将入口管设置在离开出口管位置上这种传统结构的基础上，使入口管从比水平朝上的方向与下部总管连接，所以制冷剂在下部总管的内部向上反射，将运动能量转换成压力，该压力遍及下部总管的整个内部。由此，可以避免具有流入方向运动能量的制冷剂集中在特定的扁平管中，从而可以实现扁平管之间的制冷剂流量的均等化。
在上述结构的热交换器中，优选的是，在隔着所述入口管的所述一对扁平管之间，所述入口管延伸至所述上部总管附近。
按照这种结构，可以使入口管本身有助于热交换，从而可以提高热交换效率。
在上述结构的热交换器中，优选的是，在隔着所述入口管的所述一对扁平管之间，设置有挡风板。
按照这种结构，使空气不能通过为了配置入口管而扩大了间隔的扁平管之间，可以减少不与扁平管进行热交换而是无效地从热交换器吹出的空气量，从而可以提高热交换效率。
在上述结构的热交换器中，优选的是，在隔着所述入口管的所述一对扁平管之间，设置有与所述一对扁平管进行热交换的热传导板。
按照这种结构，可以在为了配置入口管而扩大了间隔的扁平管间所流经的空气与热传导板之间进行热交换，从而可以提高热交换效率。
在上述结构的热交换器中，优选的是，所述出口管设置在所述上部总管的两端，所述入口管配置在位于所述下部总管中央部分的一对扁平管之间。
按照这种结构，由于从入口管流入的制冷剂从上方与下部总管中央部分的内壁表面碰撞，所以容易向左右分流，从而均等地向排列在入口管左右的扁平管分流。
按照本发明，通过使设置在离开出口管位置上的入口管从比水平朝上的方向与下部总管连接，可以避免具有流入方向运动能量的制冷剂集中在特定的扁平管中，从而可以实现各扁平管的制冷剂流量的均等化。
附图说明
图1是表示第一实施方式的热交换器简要结构的示意性垂直剖视图。
图2是沿图1的A-A线剖切的剖视图。
图3是表示第一实施方式的变形方式的热交换器简要结构的示意性垂直剖视图。
图4是沿图3的B-B线剖切的剖视图。
图5是入口管的连接角度对扁平管内平均流量产生影响的模拟实验结果的曲线图。
图6是图5的模拟实验中的(a)～(e)各模式的下部总管的剖视图。
图7是表示第二实施方式的热交换器简要结构的示意性垂直剖视图。
图8是沿图7的C-C线剖切的剖视图。
图9是表示第三实施方式的热交换器简要结构的示意性垂直剖视图。
图10是沿图9的D-D线剖切的剖视图。
图11是表示第四实施方式的热交换器简要结构的示意性垂直剖视图。
图12是沿图11的E-E线剖切的剖视图。
图13是表示第五实施方式的热交换器简要结构的示意性垂直剖视图。
图14是表示以往的热交换器简要结构的示意性垂直剖视图。
图15是表示以往的另一种热交换器简要结构的示意性垂直剖视图。
图16是表示以往的再一种热交换器简要结构的示意性垂直剖视图。
附图标记说明
1热交换器
2下部总管
3上部总管
4扁平管
5制冷剂通路
6波纹状散热片
7入口管
8出口管
9隔板
10挡风板
11热传导板
具体实施方式
下面基于图1、图2对本发明的第一实施方式进行说明。由于第一实施方式的热交换器1有很多部分与图16所示的以往结构相同，所以相同部分采用与图16相同的附图标记，并省略了重复说明。第一实施方式与图16的以往结构的不同之处在于入口管7的配置方法。入口管7设置在离开出口管8的位置上。由于出口管8位于上部总管3的两端，所以下部总管2的中央部分位于离开出口管8的位置。虽然到此为止与图16的以往结构相同，但是在本发明中，并不是将入口管7从下方与下部总管2连接，而是从上方与下部总管2连接。并且，为了避免入口管7和扁平管4之间的干扰，仅将位于下部总管2水平方向中央部分的一对扁平管4的间隔扩大，并在该一对扁平管4之间配置入口管7。在入口管7的左右，分别等间隔(规定间距)地排列同等数量的扁平管4。
在第一实施方式的热交换器1中，从入口管7流入的液体制冷剂R由下部总管2的朝上的内壁表面反射，将运动能量转换成压力，该压力遍及下部总管2的整个内部。因此，可以避免具有流入方向运动能量的制冷剂集中在特定的扁平管4中，从而可以实现各扁平管4的制冷剂流量的均等化。
此外，由于入口管7不从下部总管2的下部向下突出，所以可以使其他构件接近热交换器1的下表面，从而可以实现收纳热交换器1的设备的紧凑化。
此外，由于在上部总管3的两端设置出口管8，并且由于入口管7配置在位于下部总管2中央部分的一对扁平管4之间，所以从入口管7流入的制冷剂R从上方与下部总管2中央部分的内壁表面碰撞，然后再向左右分流。该结构使制冷剂R容易向左右分流，从而容易均等地向排列在入口管7左右的扁平管4流动。
入口管7不需要从正上方与下部总管2连接。也可以如图2假想线所示，在与下部总管2的轴线垂直的平面内，入口管7倾斜地与下部总管2连接。只要从比水平朝上的方向(在图2中，由直线H-H表示通过下部总管2轴心的水平线，从比该水平线朝上的方向)与下部总管2连接即可。
这样，按照本发明，可以使设置并流式热交换器所需要的空间紧凑，并且可以实现各扁平管的制冷剂流量的均等化。
图3、图4表示第一实施方式的变形方式。在该变形方式中，在下部总管2内部的中间左右的高度上，插入从一端到达另一端的水平的隔板9。由此，在下部总管2的内部，即使制冷剂R分离为液相和气相两相，由于液相与气相的边界面的位置变高，所以流向扁平管4的液相制冷剂R也不会滞留。
此外，也可以考虑如下的变形方式。即，并不是在入口管7的左右分别等间隔地排列同等数量的扁平管4，而是排列成既有间距宽的部分也有间距窄的部分。而且，优选配置成间距的宽窄隔着入口管7左右对称。
图5表示的是入口管的连接角度对各扁平管内平均流量产生什么样影响的模拟实验结果的曲线图。在入口管的两侧各配置有14根扁平管。根据连接角度和是否具有隔板，假定了(a)～(e)五种模式，并分别对它们进行模拟实验。图6表示(a)～(e)各模式的下部总管的剖视图。而且，连接角度是把入口管与扁平管平行的状态(垂直状态)作为0°，把入口管与扁平管成直角的角度(水平状态)作为90°。
从图5的曲线图中可以看出以下的倾向。即，在(c)、(d)、(e)的“没有隔板”的情况下，在入口管附近的扁平管(管位置13～16)中，入口管角度越大，管内平均流量越增加。在离开入口管7的扁平管(管位置5～10、19～24)中，入口管角度越大，管内平均流量越减少。虽然理想的结果是全部的扁平管的平均流量相等，但是接近于此的是(d)的入口管角度30°时。
图7、图8表示第二实施方式。第二实施方式对第一实施方式进行了以下的改变。即，在第二实施方式中，在隔着入口管7的一对扁平管4之间，入口管7延伸至上部总管3的附近。由此，可以在入口管7与通过入口管7附近的空气之间进行热交换，从而可以提高热交换器1的热交换效率。
图9、图10表示第三实施方式。第三实施方式对第一实施方式进行了以下的改变。即，在第三实施方式中，在隔着入口管7的一对扁平管4之间设置有挡风板10。图中所示的挡风板10是矩形的平板，并且挡风板10的形状是切掉其四个角且切掉其四边的一部分，以便不会因下部总管2、上部总管3与扁平管4的焊接部的突起而妨碍安装，或者因下部总管2、上部总管3和扁平管4的形状不规则而妨碍安装。挡风板10使用与扁平管4等相同材质的材料，并可以通过焊接来进行固定。
通过具有挡风板10，使空气难以通过为了配置入口管7而扩大了间隔的扁平管4之间。在这种情况下，在扩大了间隔的扁平管4之间，能够使空气通过的部分仅为沿扁平管4的挡风板10的被切掉的一部分等，从而使空气流量被大幅度聚拢。由此，减少了不与扁平管4进行热交换而是无效地从热交换器1吹出的空气量，从而提高了热交换效率。而且，并不是必须具有切掉一部分的间隙，也可以利用挡风板10将扩大了间隔的扁平管4之间遮挡成没有间隙。
也可以使挡风板10的水平断面形状为向上风侧凸的拱形。由此，使风沿挡风板10的表面顺畅地流动，从而使风阻减小。其结果，提高了热交换效率。
图11、图12表示第四实施方式。第四实施方式对第一实施方式进行了以下的改变。即，在第四实施方式中，在隔着入口管7的一对扁平管4之间，设置有与这两根扁平管进行热交换的热传导板11。图中所示的热传导板11是宽幅的波纹状散热片。
通过设置热传导板11，可以在为了配置入口管7而扩大了间隔的扁平管4间所流经的空气与热传导板11之间进行热交换，从而可以提高热交换效率。
图13表示第五实施方式。在第五实施方式中，出口管8仅设置在上部总管3的右端。并且，入口管7配置在离开出口管8的位置上，即，配置在位于接近下部总管2左端的一对扁平管4之间。入口管7延伸至上部总管3的附近。
在第五实施方式的热交换器1中，从入口管7流入的液体制冷剂R也由下部总管2的朝上的内壁表面反射，将运动能量转换成压力，该压力遍及下部总管2的整个内部。因此，可以避免具有流入方向运动能量的制冷剂集中在特定的扁平管4中，从而可以实现各扁平管4的制冷剂流量的均等化。
此外，由于入口管7不从下部总管2的下部向下突出，所以可以使其他构件接近热交换器1的下表面，从而可以实现收纳热交换器1的设备的紧凑化。
以上，虽然对本发明的各实施方式进行了说明，但是本发明的范围并不限定于此，可以在不脱离本发明主旨的范围内对本发明进行各种变更来实施。例如，可以考虑把第三实施方式与第二实施方式进行组合。也就是说，在隔着入口管7的一对扁平管4之间，使入口管7延伸至上部总管3的附近，并且在该一对扁平管4之间设置挡风板10。也能够把第二实施方式和第四实施方式(热传导板)进行组合。此外，只要在结构上不存在矛盾，可以对各实施方式的结构进行各种组合来实施。
工业实用性
本发明能够广泛应用于并流式热交换器。

Claims (5)

1.一种热交换器，包括：下部总管，作为制冷剂流入侧；上部总管，作为制冷剂流出侧；以及多根垂直的扁平管，配置在所述两根总管之间，并且设置在所述扁平管内部的制冷剂通路与所述两根总管的内部连通，其特征在于，
使制冷剂流入所述下部总管的入口管配置在一对扁平管之间，所述一对扁平管位于所述多根扁平管中的离开使制冷剂从所述上部总管流出的出口管的位置上，并且从比水平朝上的方向与下部总管连接。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，在隔着所述入口管的所述一对扁平管之间，所述入口管延伸至所述上部总管附近。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，在隔着所述入口管的所述一对扁平管之间，设置有挡风板。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，在隔着所述入口管的所述一对扁平管之间，设置有与所述一对扁平管进行热交换的热传导板。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的热交换器，其特征在于，所述出口管设置在所述上部总管的两端，所述入口管配置在位于所述下部总管中央部分的一对扁平管之间。
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