CN111750573A

CN111750573A - 热交换器分流器

Info

Publication number: CN111750573A
Application number: CN202010074308.6A
Authority: CN
Inventors: 川端立慈; 林良美; 广田正宣; 松井大
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-01-22
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2040-01-22
Also published as: EP3715760B1; JP2020165578A; CN111750573B; EP3715760A1

Abstract

在液体制冷剂的比例多(富含液体)的制冷剂流动的蒸发上游侧的集管内，由于来自热交换器的入口的制冷剂的流动距离短，因压力损失和/或压头差而丧失的能量少，在维持制冷剂的动能的状态下在集管内上升，所以向扁平管流出时的惯性力大，液体制冷剂在集管内以上升态势向热交换区间的上方偏流，制冷剂在多个扁平管不均匀地流动。为此，提供一种热交换器分流器，在热交换器作为蒸发器发挥作用的情况下，集管在制冷剂向多个扁平管流出的制冷剂流出区间具有分隔扁平管的连接侧空间和扁平管的非连接侧空间的分隔壁板，分隔壁板具有沿铅垂方向排列的多个连通孔(16a)、(16b)，构成为连通孔(16a)比正下方的连通孔(16b)的开口面积小。

Description

热交换器分流器

技术领域

本发明涉及由一对集管和具有多个制冷剂流路的多个扁平管构成，利用在多个扁平管之间流动的空气和在扁平管的制冷剂流路中流动的制冷剂来进行热交换的热交换器。

背景技术

现有技术中，已知有如下所述的热交换器，其包括：在水平方向上左右相对的一对集管；具有多个制冷剂流路的多个扁平管；和设置于扁平管彼此之间的传热翅片，该热交换器利用在多个扁平管之间流动的空气和在扁平管的制冷剂流路中流动的制冷剂来进行热交换。

在此种热交换器中，公开了如下所述的热交换器分流器：将多个扁平管以多根一组的方式进一步分组，各组构成使制冷剂从一对集管的一根向另一根流动的单向热交换区间，构成单向热交换区间的扁平管的根数的上限和下限通过使用了空气调节机的额定能力、扁平管的制冷剂流路的截面积、水力直径的规定的算式来确定，由此，使热交换区间的扁平管根数最佳化，能够抑制偏流。(例如，专利文献1参照)。

图6是专利文献1记载的现有的热交换器。

如图6所示，热交换器100包括由多个制冷剂流路形成的多个扁平管101、和分别与扁平管101的两端部连接的一对集管102a、102b，在集管102a、102b设置有将多个扁平管101划分为多个热交换区间103a、103b、103c、103d的分隔板104a、104b、104c，一根集管102a与制冷剂配管105a、105b连接。

热交换区间103a、103b由分隔板104a隔开，热交换区间103b、103c由分隔板104b隔开，热交换区间103c、103d由分隔板104c隔开。

在将热交换器100用于空气调节机的室外机的情况下，构成各热交换区间103a、103b、103c、103d的扁平管101的根数设为通过使用供暖额定能力、一根扁平管101的制冷剂流路的截面积和水力直径的规定的算式求出的上限根数、下限根数内。

在作为蒸发器发挥作用的情况下，从制冷剂配管105b流入一根集管102a的制冷剂通过热交换区间103d流向另一根集管102b，在另一根集管102b内上升，通过热交换区间103c而流出到一根集管102a。

进一步，流至一根集管102a的制冷剂在一根集管102a内上升，通过热交换区间103b，流向另一根集管102b，在另一根集管102b内上升，通过热交换区间103a，流向一根集管102a。

因为扁平管101的根数被设定为在从集管102a、102b向多个扁平管101流动时，不发生偏流的根数，所以能够使制冷剂在各扁平管101均匀地分流。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-48028号公报

发明内容

发明要解决的课题

在作为蒸发器发挥作用的情况下，制冷剂在每次流经各热交换区间时蒸发，随着从热交换器的入口向出口流动而从液体状态(富含液体(liquid rich))向气体状态(富含气体(gas rich))变化，所以必须向各热交换区间分流的制冷剂状态不同。由于制冷剂状态不同，所以制冷剂的流动状态也不同，但在现有的结构中，没有考虑到制冷剂状态的差异，所以作为分流改善而言并不充分。

尤其是在密度大的液体制冷剂的比例多(富含液体)的制冷剂流动的蒸发上游侧的集管内，来自热交换器的入口的制冷剂的流动距离短，因压力损失和/或压头差而丧失的损失能量较少，在维持流入到热交换器的状态的动能的状态下在集管内上升，所以存在向扁平管流出时的惯性力大，液体制冷剂以在集管内上升的势头向热交换区间的上方偏流，制冷剂在多个扁平管不均匀地流动的问题。

本发明是为了解决上述现有的问题而完成的，其目的在于：在包括由多个制冷剂流路形成的多个扁平管和分别与扁平管的两端部连接的一对集管的热交换器中，使制冷剂均匀地流入到多个扁平管。

用于解决课题的方法

为了解决上述现有问题，本发明的热交换器包括：具有多个制冷剂流路的多个扁平管；和分别与扁平管的两端部连接的一对集管，集管具有将多个扁平管划分为多个热交换区间的分隔板，在热交换器作为蒸发器发挥作用时，制冷剂流出的第1制冷剂配管设于一个集管的上方，制冷剂流入的第2制冷剂配管设于一个集管的下方，另一个集管在制冷剂向多个扁平管流出的制冷剂流出区间具有分隔出扁平管的连接侧空间和扁平管的非连接侧空间的分隔壁板，分隔壁板具有在铅垂方向排列的多个连通孔，连通孔比正下方的连通孔的开口面积小。

由此，从多个扁平管流入集管的制冷剂流入到制冷剂流出区间的扁平管的非连接侧空间并上升。尤其是在液体制冷剂的比例多(富含液体)的制冷剂流动的蒸发上游侧的集管中，来自第2制冷剂配管的制冷剂的流动距离短，因压力损失和/或压头差而丧失的能量小，制冷剂在维持流入热交换器的状态的动能的状态下流动，所以在集管内上升的惯性力大，制冷剂到达非连接侧空间的上方。

上升中的制冷剂的一部分也易于从多个连通孔中的开口面积大而流路阻力小的下侧的连通孔流向扁平管的连接侧空间。

发明的效果

本发明的热交换器尤其是在液体制冷剂的比例多(富含液体)的制冷剂流动的情况下，能够在抑制从多个扁平管流入集管的制冷剂在集管内上升时因惯性力而向集管的上方偏流的同时，使制冷剂从下侧的连通孔流入扁平管的连接侧空间，从而使制冷剂在多个扁平管均匀地流动。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的热交换器的立体图。

图2是本发明的实施方式1的集管的x-y平面的截面图。

图3是表示使用了热交换器的室外机的内部结构的x-z主视图。

图4是表示使用了热交换器的室外机的内部结构的x-y主视图。

图5是本发明的实施方式2的集管的x-y平面的截面图。

图6是现有的热交换器的x-y平面的截面图。

附图标记说明

1 热交换器

2 扁平管

3a、3b 集管

4 翅片

5 制冷剂流路

6 第1制冷剂配管

7 第2制冷剂配管

8a、8b、8c、8d 热交换区间

9a、9b、9c 分隔板

10 制冷剂流入区间

11 制冷剂流出区间

12 分割板

13 连接侧空间

14 非连接侧空间

15 分隔壁板

16a、16b 连通孔

17 上升孔

18 阻挡板

20 室外机

21 压缩机

22 切换阀

23 室外膨胀阀

24 风机

25 液体管

26 气体管

100 热交换器

101 扁平管

102a、102b 集管

103a、103b、103c、103d 热交换区间

104a、104b、104c 分隔板

105a、105b 制冷剂配管

具体实施方式

本发明的第1方面的热交换器包括：具有多个制冷剂流路的多个扁平管；和分别与扁平管的两端部连接的一对集管，集管具有将多个扁平管划分为多个热交换区间的分隔板，在热交换器作为蒸发器发挥作用时，制冷剂流出的第1制冷剂配管设于一个集管的上方，制冷剂流入的第2制冷剂配管设于一个集管的下方，另一个集管在制冷剂向多个扁平管流出的制冷剂流出区间具有分隔出扁平管的连接侧空间和扁平管的非连接侧空间的分隔壁板，分隔壁板具有在铅垂方向排列的多个连通孔，连通孔比正下方的连通孔的开口面积小。

因此，尤其在液体制冷剂的比例多(富含液体)的制冷剂流动的情况下，能够在抑制从多个扁平管流入集管的制冷剂在集管内上升时，制冷剂因惯性力而向集管的上方偏流的同时，使制冷剂从下侧的连通孔流入到扁平管的连接侧空间，从而使制冷剂在多个扁平管均匀地流动。

本发明的第2方面采用在多个连通孔之间设置有将热交换区间划分为多个区域，且在扁平管的非连接侧空间具有上升孔的阻挡板的结构。

由此，在扁平管的非连接侧空间上升的制冷剂的一部分通过阻挡板的上升孔并上升，一部分从多个连通孔中的上侧的连通孔碰撞到阻挡板的下表面而动能减少，从而不上升地从多个连通孔中的下侧的连通孔流入到扁平管的连接侧空间。

因此，尤其是在制冷剂循环量多且制冷剂流速快的额定运转时，能够抑制液体制冷剂在扁平管的非连接侧空间势头迅猛地上升，不从多个连通孔中的下侧的连通孔流入到连接侧空间而仅从上侧的连通孔流入，制冷剂仅在上层的扁平管流动，因此能够使制冷剂在多个扁平管均匀地流动。

本发明的第3方面采用上升孔的开口面积比多个连通孔中的下侧的连通孔的开口面积小的结构。

由此，与上升孔相比，下侧的连通孔的流路阻力小。

因此，尤其是在制冷剂循环量最多，制冷剂流速最快的过载运转时，能够在抑制液体制冷剂势头迅猛地上升，从上升孔大量流向集管的上方的同时，通过使制冷剂从下侧的连通孔流入扁平管的连接侧空间而使制冷剂在多个扁平管均匀地流动。

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，并非利用本实施方式来限定本发明。

(实施方式1)

图1是本发明的实施方式1的热交换器的立体图，x方向是在扁平管的流路流动的制冷剂的流动方向，y方向是集管的轴向，z方向是空气流动的方向。图2是图1的A-A截面图(本发明的实施方式1的热交换器的x-y平面的截面图)。

在图1、图2中，热交换器1包括多个扁平管2和一对集管3a、3b。

多个扁平管2以沿着集管3a、3b的轴向(y方向)相互平行的方式分别沿水平方向(x方向)配置。

在多个扁平管2彼此之间，构成有形成为上下连续的波状的多个翅片4，利用流经多个翅片4之间的空气和流经多个扁平管2中的制冷剂来进行热交换。

另外，作为制冷剂，例如使用含有R410A、R32和R32的混合制冷剂等。

设置于扁平管2内的多个制冷剂流路5与集管3a、3b的内部连通。

集管3a、3b例如通过挤出成型而将铝等金属材料形成为圆筒状。

一根集管3a与第1制冷剂配管6和第2制冷剂配管7连接。第1制冷剂配管6与一根集管3a的上方连接，第2制冷剂配管7与一根集管3a的下方连接，构成为作为制冷剂的流入口或流出口发挥作用。

在集管3a、3b内，在第1制冷剂配管6与第2制冷剂配管7的高度方向(y方向)之间的位置，设有将多个扁平管2分隔为多个热交换区间8a、8b、8c、8d的分隔板9a、9b、9c。

热交换区间8a、8b由分隔板9a隔开，热交换区间8b、8c由分隔板9b隔开，热交换区间8c、8d由分隔板9c隔开。

在另一根集管3b内的由分隔板9b隔开的下方空间中，在作为蒸发器发挥作用的情况下，设置有分割板12和分隔壁板15，分割板12隔开制冷剂从热交换区间8d流入的制冷剂流入区间10和制冷剂向热交换区间8c流出的制冷剂流出区间11，分隔壁板15沿另一根集管3b的轴向(y方向)延伸，隔开制冷剂流出区间11的扁平管2的连接侧空间13和扁平管2的非连接侧空间14。

分割板12设置于与分隔板9c(其设置于一根集管3a内)在y方向上高度相同的位置。

分隔壁板15包括在铅垂方向(y方向)上排列的多个连通孔16a、16b，构成为连通孔16a比正下方的连通孔16b的开口面积小。

关于以上述方式构成的热交换器，在作为蒸发器发挥作用的情况下，从第2制冷剂配管7流入一根集管3a的制冷剂沿+x方向通过热交换区间8d而流向另一根集管3b的制冷剂流入区间10。制冷剂流入区间10内的制冷剂朝向制冷剂流出区间11，在非连接侧空间14沿+y方向上升。上升后的制冷剂通过设置于分隔壁板15的多个连通孔16a、16b，流入到连接侧空间13，沿-x方向通过热交换区间8c后，向一根集管3a流出。

然后，流入一根集管3a的制冷剂沿+x方向通过热交换区间8b，流向另一根集管3b，在另一根集管3b内沿+y方向上升，然后，沿-x方向通过热交换区间8a并流向一根集管3a。

接下来，以将本实施方式的热交换器1用于空气调节装置的室外机20的情况为例，对本实施方式的利用进行说明。

图3是表示使用了本实施方式的热交换器1的室外机20的内部结构的x-z平面图，图4是表示使用了本实施方式的热交换器1的室外机20的内部结构的x-y平面图。

如图3、图4所示，室外机20包括：压缩机21、切换阀22、室外膨胀阀23、风机24、和热交换器1。室外机20和室内机(未图示)由液体管25和气体管26连接。

热交换器1的集管3a、3b经由第1制冷剂配管6与切换阀22连接，经由第2制冷剂配管7与室外膨胀阀23连接。

首先，在进行供冷运转时，热交换器1作为冷凝器发挥作用。

从室外机20的压缩机21输送的气体制冷剂经由切换阀22从第1制冷剂配管6流入到一根集管3a中。该气体制冷剂通过由分隔板9a隔开的第1制冷剂配管6的连接侧的一根集管3a的内部，流入多个扁平管2内的多个制冷剂流路5，沿水平方向(+x方向，+z方向)在热交换区间8a流动，并向另一根集管3b流出。流出的制冷剂在另一根集管3b内沿铅垂方向(-y方向)下降，流入热交换区间8b，沿水平方向(-z方向，-x方向)流动并向一根集管3a流出。

此外，流出至一根集管3a的制冷剂在一根集管3a内沿铅垂方向(-y方向)下降，流入热交换区间8c，沿水平方向(+z方向，+x方向)流动，并向另一根集管3b流出。流出的制冷剂从连接侧空间13通过设置于分隔壁板15的多个连通孔16a、16b而流入到非连接侧空间14，在另一根集管3b内沿铅垂方向(-y方向)下降，流入热交换区间8d，并沿水平方向(-z方向，-x方向)流动。

制冷剂在扁平管2通过与由风机24输送来的空气进行热交换而散热、冷凝。

冷凝的制冷剂流出到由分隔板9c隔开的第2制冷剂配管7的连接侧的集管3a的空间，从第2制冷剂配管7通过室外膨胀阀23、液体管25后流出至室内机。

流至室内机的冷凝的制冷剂在室内热交换器(未图示)与空气热交换，由此吸热、蒸发。蒸发的制冷剂通过气体管26经由切换阀22向压缩机21循环。

在进行供暖运转的情况下，热交换器1作为蒸发器发挥作用。

从室外机20的压缩机21输送来的气体制冷剂经由切换阀22通过气体管26后向室内机流出。

流至室内机的气体制冷剂在设置于室内机的室内热交换器与空气热交换从而散热、冷凝。

冷凝的制冷剂通过液体管25、室外膨胀阀23，成为气液两相制冷剂，从第2制冷剂配管7通过由分隔板9c隔开的第2制冷剂配管7的连接侧的一根集管3a的内部而流入到多个扁平管2内的多个制冷剂流路5，在热交换区间8d沿水平方向(+x方向，+z方向)流动，然后，流向另一根集管3b内的制冷剂流入区间10。

流动来的液体制冷剂的比例较多(富含液体)的制冷剂因来自第2制冷剂配管7的制冷剂的流动距离较短，因压力损失和/或压头差而丧失的能量小因而在维持流入热交换器1的状态的动能的状态下流动，所以在另一根集管3b内上升的惯性力大，且在流路截面积因分隔壁板15而比另一根集管3b小的制冷剂流出区间11的非连接侧空间14确实地涌起至上方。

涌起的制冷剂的一部分在沿铅垂方向(+y方向)上升过程中从设于分隔壁板15的开口面积大而流路阻力小的下侧的连通孔16b流入到连接侧空间13，一部分达到非连接侧空间14的上方，从设于分隔壁板15的上侧的连通孔16a流入连接侧空间13。

流入到连接侧空间13内的制冷剂向热交换区间8c流入，沿水平方向(-z方向，-x方向)流动，然后，向一根集管3a流出。

此外，流出到一根集管3a的制冷剂在一根集管3a内沿铅垂方向(+y方向)上升，流入热交换区间8b，并沿水平方向(+x方向，+z方向)流动而流出至另一根集管3b。流出的制冷剂在另一根集管3b内沿铅垂方向(+y方向)上升，流入热交换区间8a并沿水平方向(-z方向，-x方向)流动。

制冷剂在扁平管2与由风机24输送来的空气进行热交换从而吸热、蒸发。

蒸发后的制冷剂流出至由分隔板9a隔开的第1制冷剂配管6的连接侧的集管3a的空间，并从第1制冷剂配管6经由切换阀22向压缩机21循环。

像以上那样，在本实施方式中，热交换器1包括：扁平管2，其具有多个制冷剂流路5；和一对集管3a、3b，其在将多个扁平管2沿水平方向设置时，分别与扁平管2的两端部连接，多个扁平管2沿集管3a、3b的轴向相互平行地连接起来。

集管3a、3b具有将多个扁平管2划分为多个热交换区间8a、8b、8c、8d的分隔板9a、9b、9c，在热交换器1作为蒸发器发挥作用时，将制冷剂流出的第1制冷剂配管6设于一根集管3a的上方，将制冷剂流入的第2制冷剂配管7设于一根集管3a的下方，在另一根集管3b内的制冷剂流出区间11，具有隔开扁平管2的连接侧空间13和扁平管2的非连接侧空间14的分隔壁板15，分隔壁板15具有沿铅垂方向(y方向)排列的多个连通孔16a、16b，构成为连通孔16a比正下方的连通孔16b的开口面积小。

由此，从多个扁平管2流入另一根集管3b的制冷剂流入到制冷剂流出区间11的扁平管2的非连接侧空间14并上升。尤其是在液体制冷剂的比例多(富含液体)的制冷剂流动的蒸发上游侧的另一根集管3b中，来自第2制冷剂配管7的制冷剂的流动距离短，因压力损失和/或压头差而丧失的能量小因而制冷剂在维持流入到热交换器1的状态的动能的状态下流动，所以在另一根集管3b内上升的惯性力大，到达非连接侧空间14的上方。

上升中的一部分的制冷剂也易于从多个连通孔16a、16b中的开口面积大而流路阻力小的下侧的连通孔16b向扁平管2的连接侧空间13流动。

因此，尤其是在液体制冷剂的比例多(富含液体)的制冷剂流动的情况下，在从多个扁平管2流入另一根集管3b的制冷剂在另一根集管3b内上升时，能够在抑制制冷剂因离心力向另一根集管3b的上方偏流的同时，从下侧的连通孔16b流入扁平管2的连接侧空间13，由此使制冷剂在多个扁平管2均匀地流动。

此外，在制冷剂从热交换区间8d流向热交换区间8c时，能够不在另一根集管3b连接作为其他部件的连接管地、使液体制冷剂在另一根集管3b内优先地流动，所以能够抑制另一根集管3b的内容积的增大，能够削减所需的制冷剂量。

(实施方式2)

图5是本发明的实施方式2的x-y平面的截面图。

如图5所示，在多个连通孔16a、16b之间划分出多个热交换区间8c，在扁平管2的非连接侧空间14设有包括上升孔17的阻挡板18。

由此，在扁平管2的非连接侧空间14上升的制冷剂的一部分通过阻挡板18的上升孔17上升，一部分从多个连通孔16a、16b中的上侧的连通孔16a碰撞到阻挡板18的下表面而动能减少，不再上升地从多个连通孔16a、16b中的下侧的连通孔16b流入扁平管2的连接侧空间13。

因此，尤其是在制冷剂循环量多且制冷剂流速变快的额定运转时，能够抑制液体制冷剂在扁平管2的非连接侧空间14势头迅猛地上升，不从多个连通孔16a、16b中的下侧的连通孔16b流入连接侧空间13而仅从上侧的连通孔16a流入，导致制冷剂仅在上层的扁平管2流动，所以能够使制冷剂在多个扁平管2均匀地流动。

此外，阻挡板18的上升孔17的开口面积优选为小于多个连通孔16a、16b中的下侧的连通孔16b的开口面积。

由此，与上升孔17相比，下侧的连通孔16b的流路阻力小。

因此，尤其是在制冷剂循环量多且制冷剂流速最快的过载运转时，能够在抑制液体制冷剂在非连接侧空间14势头迅猛地上升而从上升孔17向上方大量流动的同时，使制冷剂从下侧的连通孔16b流入扁平管2的连接侧空间13，从而使制冷剂在多个扁平管2均匀地流动。

此外，多个连通孔16a、16b优选设置为：根据连通孔16a、16b的个数将与制冷剂流出区间11连接的扁平管2的根数等分地隔开，在被隔开的多个扁平管2中，多个连通孔16a、16b至少含有存在于最上层的扁平管2的y方向高度位置。例如，在制冷剂流出区间11连接有8根扁平管2，且设置有2个连通孔16a、16b的情况下，设为上侧的连通孔16a包含8根扁平管2中的最上层的扁平管2的y方向高度位置，下侧的连通孔16b包含8根扁平管2中的从上数第5根的扁平管2的y方向高度位置。

由此，在与各连通孔16a、16b对应的多个扁平管2中，能够确保制冷剂向分别存在于y方向高度最高的位置的扁平管2流动的流路，所以能够使制冷剂易于从制冷剂流出区间11的上方至下方均匀地流动，能够使制冷剂在多个扁平管2均匀地流动。

另外，在实施例中，设置了一列热交换器1，但例如也可以在空气流动方向(z方向)上设置2个以上，此外，在使用沿重力方向(y方向)重叠2个以上的热交换器1的结构的情况下，当然也能够得到同样的效果。

此外，在实施例中，多个翅片4采用了在多个扁平管2彼此之间以上下连续的波状形成的结构，但在采用如下所述的结构的情况下，当然也能够得到同样的效果：多个翅片4以相互平行的方式，形成为以直角插入多个扁平管2那样的板状的结构。

此外，在实施例中，在分隔壁板15沿铅垂方向(y方向)并排设置有2个连通孔16a、16b，但在设置2个以上的情况下，当然也能够得到同样的效果。

工业上的可利用性

本发明涉及在利用扁平管的热交换器中，能够抑制在密度较大的液体制冷剂的比例多(富含液体)的制冷剂流经集管内时，制冷剂从扁平管流入集管，液体制冷剂在集管内以上升态势向上方偏流的热交换器分流器，能够适用于制冷机、空气调节装置、供热水空调复合装置等用途。

Claims

1.一种热交换器分流器，其特征在于，包括：

具有多个制冷剂流路的多个扁平管；和

分别与所述扁平管的两端部连接的一对集管，

所述集管具有将多个所述扁平管划分为多个热交换区间的分隔板，在所述热交换器作为蒸发器发挥作用时，制冷剂流出的第1制冷剂配管设于一个所述集管的上方，制冷剂流入的第2制冷剂配管设于一个所述集管的下方，另一个所述集管在制冷剂向所述多个扁平管流出的制冷剂流出区间具有分隔出所述扁平管的连接侧空间和所述扁平管的非连接侧空间的分隔壁板，所述分隔壁板具有在铅垂方向排列的多个连通孔，所述连通孔比正下方的所述连通孔的开口面积小。

2.如权利要求1所述的热交换器分流器，其特征在于：

在多个所述连通孔之间设置有阻挡板，该阻挡板将所述热交换区间划分为多个区域，在所述非连接侧空间具有上升孔。

3.如权利要求2所述的热交换器分流器，其特征在于：

所述上升孔的开口面积比多个所述连通孔中的下侧的所述连通孔的开口面积小。