JP2001050685A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JP2001050685A
JP2001050685A JP11223274A JP22327499A JP2001050685A JP 2001050685 A JP2001050685 A JP 2001050685A JP 11223274 A JP11223274 A JP 11223274A JP 22327499 A JP22327499 A JP 22327499A JP 2001050685 A JP2001050685 A JP 2001050685A
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pipes
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Kazuaki Mizukami
和明 水上
Tetsuya Masuda
哲也 増田
Taiji Yamamoto
泰司 山本
Kenji Nasako
賢二 名迫
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/022—Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
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    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換器内部で温度勾配を有する冷媒を使用
した場合においても、熱交換効率の良いパラレルフロー
型の熱交換器を提供する。 【解決手段】 略水平方向に互いに平行に設けられ、内
側に冷媒を流す多数の流路孔１５ａ〜１５ｌを有する流
通管１１によって、該流通管１１の外側を流れる空気と
熱交換する熱交換器１において、複数の流通管１１を有
する流通管群１２と、流通管群１２の両側に設けられ冷
媒を分配し集合するヘッダパイプ１３ａ，１３ｂとを備
え、該ヘッダパイプ１３ａ，１３ｂは、垂直方向に配設
された仕切部材１６ａ〜１６ｃを有し、熱交換器１を通
過する空気流に対し、該空気流の風下側から風上側に冷
媒が流通管１１の流路孔１５ａ〜１５ｌを流れるよう
に、仕切部材１６ａ〜１６ｃにより前記多数の流路孔を
仕切っている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水平方向に互いに
平行に設けられ、且つ内側に冷媒を流す多数の流通管に
よって、外側を流れる空気と熱交換するパラレルフロー
型の熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は、熱交換器の一例を示す正面図で
ある。この熱交換器１００は、例えば室内を空調するヒ
ートポンプにおいて、室内を暖房若しくは冷房する時に
室内機側に配置される凝縮器若しくは蒸発器に相当す
る。冷媒入口ノズル１０１より流入した冷媒ｒは、破線
１１０で示すように、ヘッダーパイプ１２０ａから流通
管１１１ａを流通しヘッダーパイプ１２０ｂに至る。次
に、ヘッダーパイプ１２０ｂから流通管１１１ｂを流通
しヘッダーパイプ１２０ｃに至る。以下同様に、流通管
１１１ｃ、ヘッダーパイプ１２０ｄ、流通管１１１ｄ、
ヘッダーパイプ１２０ｅへと流れ、冷媒出口ノズル１３
０より流出する。
【０００３】ところで、ヒートポンプの室内機に使用さ
れた熱交換器１００において、ヒートポンプの冷凍サイ
クル内を循環する冷媒は、一般にＣＦＣ、ＨＣＦＣ、Ｈ
ＦＣ等のフロン系の冷媒が用いられており、オゾン層破
壊の悪影響を防止する観点から最近ではＨＦＣ系冷媒が
普及し始めている。
【０００４】また、地球温暖化防止の観点から将来的に
は上記ＨＦＣ系冷媒をも含めたフロン系冷媒を全廃する
動きが強まってきており、この様な状況において、二酸
化炭素などの自然冷媒が注目を浴びている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、二酸化
炭素を冷媒として採用した場合、二酸化炭素自体の熱力
学的特性から、前記凝縮過程において超臨界条件下とな
るように蒸気圧縮サイクルを運転させる場合があり、斯
かる場合には、その過程において冷媒温度が変化するこ
とになり、冷却装置として作用する熱交換器の冷媒入口
部と冷媒出口部において、数十度の温度差が発生する温
度勾配を有することになる。尚、超臨界サイクルにおい
ては、高圧単相冷媒は凝縮されないが、熱交換器におい
て冷媒温度が低下されるため、実際には、熱交換器は冷
媒温度を低下させる冷却装置として作用することにな
る。但し、本願明細書では、超臨界サイクルにおける冷
却装置と、従来サイクルにおける凝縮器とを総称して凝
縮器等と略記する。
【０００６】このため、上記図４に示したパラレルフロ
ー型の熱交換器において、上記した温度勾配を有する冷
媒を使用した場合、凝縮器等として用いた場合には冷媒
入口に近い熱交換器の下部領域では冷媒温度が高く、逆
に冷媒出口に近い熱交換器の上部領域では冷媒温度が低
いため、上部領域において外部空気との温度差が小さく
なり熱交換能力が大きく減少することになる。このた
め、熱交換器の上下方向において外側を流れる空気との
熱交換量が大幅に異なり熱交換器全体として効率が悪い
という問題があった。
【０００７】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あって、熱交換器内部で温度勾配を有する冷媒を使用し
た場合においても、熱交換効率の良いパラレルフロー型
の熱交換器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、略水平方向に
互いに平行に設けられ、内側に冷媒を流す多数の流路孔
を有する流通管によって、該流通管の外側を流れる空気
と熱交換する熱交換器において、複数の前記流通管を有
する流通管群と、該流通管群の両側に設けられ前記冷媒
を分配し集合するヘッダパイプとを備え、該ヘッダパイ
プは、垂直方向に配設された仕切部材を有し、前記熱交
換器を通過する空気流に対し、該空気流の風下側から風
上側に冷媒が前記流通管の流路孔を流れるように、該仕
切部材により前記多数の流路孔を仕切ることを特徴とす
る。
【０００９】この構成を用いることにより、パラレルフ
ロー型の熱交換器を通過する空気流に対し、空気流の風
下側から風上側に冷媒が流通管の流路孔を流れる、所
謂、対向流とすることにより、外部空気と冷媒との温度
差を十分確保できると共に、熱交換器の上下方向におい
て冷媒温度を略同一として外部空気との温度差が熱交換
器全体において略均一にすることが出来る。
【００１０】また、具体的には流通管は、内側に多数の
流路孔を有する扁平管であり、扁平管とコルゲートフィ
ンとが、通過する空気流に対して直角方向に交互に積層
されている。
【００１１】更に、二酸化炭素冷媒を用い、超臨界条件
下にて冷媒温度を低下させる冷却装置として動作させる
構成としても良い。この構成を用いることにより、熱交
換器内部での温度勾配が非常に大きくなる超臨界条件下
における蒸気圧縮サイクルの運転においても、従来に比
べて熱交換能力の高いパラレルフロー型の熱交換器を実
現することが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の熱交換器の一実施
形態例について、以下に示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るパラレルフロー型の熱交換器の一
実施の形態を示す正面図であり、図２は、図１のＡ−
Ａ’線から見た上面図である。尚、本実施形態例では冷
媒として二酸化炭素冷媒を用いている。
【００１３】図１において、本実施の形態例の熱交換器
１は、内側に冷媒ｒを流す多数の流通管、例えば扁平管
１１が水平方向に互いに平行に設けられ、この扁平管１
１の外側を流れる空気と熱交換する。扁平管１１同士の
間には平板を波状に屈曲形成したコルゲートフィン２１
が設けられ、冷媒ｒと空気との熱交換を促進する。図１
において、コルゲートフィン２１は一部のみを図示して
いる。
【００１４】更に、熱交換器１は、上下方向に並行に配
列された複数の上記扁平管１１（本実施形態例では２０
本）からなる流通管群１２の両側に設けられ冷媒ｒを分
配し集合する分配集合管であるヘッダーパイプ１３ａ及
び１３ｂを有している。そして、冷媒ｒは冷媒入口ノズ
ル１４から流入し、ヘッダパイプ１３ａ、１３ｂ及び扁
平管１１内の流路孔１５を通って冷媒出口ノズル１７か
ら流出する。
【００１５】そして、扁平管１１内の流路孔１５は、図
３に示すように、扁平管１１の内部に１２個の流路孔１
５ａ〜１５ｌが形成されており、その内部を冷媒が通過
することによって、コルーゲートフィン２１を介して外
部空気と熱交換している。
【００１６】また、ヘッダパイプ１３ａ、１３ｂは、図
２に示すように、垂直方向に配設された仕切部材として
の仕切板１６ａ、１６ｂ、１６ｃを有し、熱交換器１を
通過する空気流に対し、空気流の風下側から風上側に冷
媒ｒが扁平管１１の流路孔１５を流れるように、仕切板
１６ａ、１６ｂ、１６ｃにより多数の流路孔１５を仕切
っている。
【００１７】具体的には、ヘッダパイプ１３ａ内の仕切
板１６ａは、扁平管１１の流路孔１５ｃと流路孔１５ｄ
との間に配設され、冷媒入口ノズル１４から流入した冷
媒がヘッダパイプ１３ａを介して流通管群１２の各扁平
管１１に分配され、その各扁平管１１の流路孔１５ａ〜
１５ｃを通ってヘッダパイプ１３ｂに至る。
【００１８】ヘッダパイプ１３ｂの仕切板１６ｂは、扁
平管１１の流路孔１５ｆと流路孔１５ｇとの間に配設さ
れ、流路孔１５ａ〜１５ｃを通ってヘッダパイプ１３ｂ
に至り集合された冷媒がヘッダパイプ１３ｂを介して流
通管群１２の各扁平管１１に分配され、その各扁平管１
１の流路孔１５ｄ〜１５ｆを通ってヘッダパイプ１３ａ
に至る。
【００１９】そして、ヘッダパイプ１３ａ内の仕切板１
６ｃは、扁平管１１の流路孔１５ｉと流路孔１５ｊとの
間に配設され、流路孔１５ｄ〜１５ｆを通ってヘッダパ
イプ１３ａに至り集合された冷媒がヘッダパイプ１３ａ
を介して流通管群１２の各扁平管１１に分配され、その
各扁平管１１の流路孔１５ｇ〜１５ｉを通ってヘッダパ
イプ１３ｂに至る。
【００２０】各扁平管１１の流路孔１５ｇ〜１５ｉを通
ってヘッダパイプ１３ｂに至り集合された冷媒がヘッダ
パイプ１３ｂを介して流通管群１２の各扁平管１１に分
配され、その各扁平管１１の流路孔１５ｊ〜１５ｌを通
ってヘッダパイプ１３ａに至り、ヘッダパイプ１３ｂを
介して冷媒出口ノズル１７から流出する。
【００２１】このように、パラレルフロー型の熱交換器
１を通過する空気流に対し、空気流の風下側から風上側
に冷媒が扁平管１１の流路孔１５ａ〜１５ｌを流れる、
所謂、対向流とすることにより、外部空気と冷媒との温
度差を十分確保できると共に、熱交換器１の上下方向に
おいて冷媒温度を略同一として外部空気との温度差が熱
交換器全体において略均一にすることが出来る。
【００２２】尚、上記熱交換器１を構成するヘッダーパ
イプ１３ａ，１３ｂ、扁平管１１、コルゲートフィン２
１、仕切板１６ａ〜１６ｃ等は、アルミニウム又はアル
ミニウム合金で形成される。特に、ヘッダーパイプ１３
ａ，１３ｂ、扁平管１１は押出形材で、コルゲートフィ
ン２１は板材から形成されることが多い。又、各部品を
組み立てた後、ろう付け接合されることが通常である
が、この場合、接合部材同士の少なくともどちらかにろ
う材を付けておくと都合が良い。
【００２３】また、上記実施形態例において、冷媒とし
て二酸化炭素冷媒を用い、パラレルフロー型の熱交換器
を超臨界条件下にて冷媒温度を低下させる冷却装置とし
て動作させる構成について説明したが、これに限らず、
熱交換器内部で温度勾配を有する非共沸混合冷媒からな
るＨＦＣ系冷媒等を使用した場合においても同様の効果
を期待できる。この非共沸混合冷媒の場合には凝縮器に
限らず蒸発器として動作させる場合においても熱交換器
内部で温度勾配を有するので、両方の場合において効果
が期待できる。但し、非共沸混合冷媒の場合における熱
交換器内部での温度勾配（一般に、１０℃以下）に比
べ、超臨界条件下にて二酸化炭素冷媒を凝縮させる凝縮
器内部での温度勾配（３０〜４０℃程度）が大きいた
め、特に上記効果が顕著となる。
【００２４】尚、上記実施の形態の説明は、本発明を説
明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発
明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではな
い。又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、
特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可
能であることは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】以上述べたとおり本発明によれば、熱交
換器内部での温度勾配を有するパラレルフロー型の熱交
換器において、熱交換効率の良い熱交換器を実現するこ
とが出来る。
【００２６】特に、超臨界条件下における蒸気圧縮サイ
クルの運転においても、従来に比べて熱交換能力の高い
パラレルフロー型の熱交換器を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパラレルフロー型熱交換器の一実
施の形態を示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線から見た上面図である。
【図３】図１の扁平管１１の概略断面図である。
【図４】従来のパラレルフロー型熱交換器を示す正面図
である。
【符号の説明】
１ 熱交換器 １１ 扁平管（流通管） １２ 流通管群 ２１ コルゲートフィン １３ａ，１３ｂ ヘッダーパイプ １４ 冷媒入口ノズル １５ａ〜１５ｌ 流路孔 １６ａ〜１６ｃ 仕切板（仕切部材） １７ 冷媒出口ノズル
フロントページの続き (72)発明者 山本 泰司 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 名迫 賢二 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3L103 AA37 CC21 CC22 DD08 DD32 DD34 DD43

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 略水平方向に互いに平行に設けられ、内
    側に冷媒を流す多数の流路孔を有する流通管によって、
    該流通管の外側を流れる空気と熱交換する熱交換器にお
    いて、 複数の前記流通管を有する流通管群と、該流通管群の両
    側に設けられ前記冷媒を分配し集合するヘッダパイプと
    を備え、 該ヘッダパイプは、垂直方向に配設された仕切部材を有
    し、前記熱交換器を通過する空気流に対し、該空気流の
    風下側から風上側に冷媒が前記流通管の流路孔を流れる
    ように、該仕切部材により前記多数の流路孔を仕切るこ
    とを特徴とする熱交換器。
  2. 【請求項２】 前記流通管は、内側に多数の流路孔を有
    する扁平管であることを特徴とする請求項１記載の熱交
    換器。
  3. 【請求項３】 前記扁平管とコルゲートフィンとが、通
    過する空気流に対して直角方向に交互に積層されている
    ことを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
  4. 【請求項４】 超臨界条件下にて冷媒温度を低下させる
    冷却装置として動作することを特徴とする請求項１乃至
    ３のいずれかに記載の熱交換器。
  5. 【請求項５】 前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴
    とする請求項４記載の熱交換器。
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