JP2004011939A

JP2004011939A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004011939A
Application number: JP2002162227A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nakamura; 中村　賢一; Mitsugi Ueda; 上田　貢; Yuichiro Ishida; 石田　雄一郎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】簡単な構成により、冷媒流分布の均一化、最適化を図ることができ、効率の高い熱交換器を提供する。
【解決手段】対設された第１のヘッダー１および第２のヘッダー２と、これら第１のヘッダーおよび第２のヘッダーのそれぞれに設けられこれらヘッダーを冷媒が収容された機器本体に連通して接続するための接続部１ａと、上記第１のヘッダーおよび第２のヘッダーの間に多数列設して介装されこれら第１のヘッダーおよび第２のヘッダー相互を連通して一方から他方に冷媒を通流する熱交換流路４とを備えた熱交換器において、上記第１および第２のヘッダーの少なくとも一方のヘッダー内部における上記接続部から反接続部方向に所定長延在して設けられ、ヘッダー内部の冷媒の流路を上記接続部からの距離が近い熱交換流路と遠い熱交換流路とに区分する仕切り部材５とを備えるように構成したものである。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば油、ＳＦ_６ガス等の絶縁冷媒を用いた変圧器やリアクトルなどの電気機器に付設する放熱器などとして好ましく用いることができる熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の油入変圧器やリアクトルなどの熱交換器としての放熱器について、図９および図１０を参照して説明する。なお、図９は従来の放熱器の一例を模式的に示す側面断面図、図１０は図９のヘッダーの内部を示す開口部図である。図において、１は図示を省略している変圧器に連通して接続され、該変圧器に収容されている絶縁油などの冷媒を通流する第１のヘッダー、１ａはこの第１のヘッダー１の一端部に設けられた上記変圧器と連結するための接続部としての接続フランジ、２は上記変圧器の下部に連通するように接続される第２のヘッダー、２ａはこの第２のヘッダー２の一端部に設けられた上記変圧器と連結するための接続部としての接続フランジである。
【０００３】
３はこれら第１および第２のヘッダー１、２の長手方向（図の左右方向）に並列的に列設され、一端部が上記第１のヘッダー１に連通され、他端部が上記第２のヘッダー２にそれぞれ連通されたｎ個の多数の熱交換流路４（４１、４２、・・・、４（ｎ−１）、４ｎ）を有するパネルである。上記多数の熱交換流路４は、パネル３の内部に垂直方向に形成された空間からなり、この空間が上記第１のヘッダー１と第２のヘッダー２の内部に連通するように構成されている。
【０００４】
なお、第１のヘッダー１および第２のヘッダー２の他端部（図の右方向端部）は閉塞されている。また、上記接続フランジ１ａ、２ａは、図示を省略している変圧器本体とそれぞれ接続され、該変圧器本体内部に収容された絶縁油、あるいは絶縁性ガスが、上記第１のヘッダー１、熱交換流路４、および第２のヘッダー２を順次通流して変圧器本体に戻り、変圧器との間を循環して流通するように設けられている。
【０００５】
次に上記のように構成された従来装置の動作について説明する。変圧器本体の運転により加熱された絶縁油、ＳＦ_６ガス等の冷媒は、上部に接続された第１のヘッダー１内に流入し、図１の矢印で示すようにパネル３の複数の熱交換流路４に分流して流下する。
【０００６】
該熱交換流路４を冷媒が通流するときに、周囲の空気と熱交換することによって冷却された冷媒は下部の第２のヘッダー２に集められ、図示を省略している変圧器本体へ流入され、変圧器本体内で加熱されて再び上部の第１のヘッダーに流入し、強制もしくは自然循環される。このようにして、変圧器本体で発生した熱を、絶縁冷媒を介して、パネル３で外気へ放熱して、変圧器本体内部を冷却するように構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の熱交換器においては、上部側の第１のヘッダー１内では、圧損が小さく、流れやすい接続フランジ１ａ側の熱交換流路４１に近い側に冷媒が偏って流れ、特にパネルの枚数、即ちが熱交換流路の数が多くなったときに、奥の熱交換流路４ｎの側に流れる冷媒が極端に減少し、放熱器全体の冷却能力が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
この発明はかかる従来技術の課題を解決するためになされたもので、簡単な構成により、冷媒流分布の均一化、最適化を図ることができ、効率の高い熱交換器を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明による熱交換器は、対設された第１のヘッダーおよび第２のヘッダーと、これら第１のヘッダーおよび第２のヘッダーのそれぞれに設けられこれらヘッダーを冷媒が収容された機器本体に連通して接続するための接続部と、上記第１のヘッダーおよび第２のヘッダーの間に多数列設して介装されこれら第１のヘッダーおよび第２のヘッダー相互を連通して一方から他方に冷媒を通流する熱交換流路とを備えた熱交換器において、上記第１および第２のヘッダーの少なくとも一方のヘッダー内部における上記接続部から反接続部方向に所定長延在して設けられ、ヘッダー内部の冷媒の流路を上記接続部からの距離が近い熱交換流路と遠い熱交換流路とに区分する仕切り部材とを備えてなるものである。
【００１０】
また、上記仕切り部材は複数設けられ、かつ、該仕切り部材の長手方向の長さを上記接続部側から、受け持つ熱交換流路までの距離に応じて互いに違えてなるものである。
【００１１】
また、上記仕切り部材の上記反接続部側の端部に、上記冷媒の流れを熱交換流路の側に案内するガイドを備えてなることを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、上記第１のヘッダーは、上記第２のヘッダーの上方に配設され、上記仕切り部材は上記第１のヘッダー内部を上下に仕切る仕切り板からなるようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１および図２は、この発明の実施の形態１になる熱交換器を変圧器の放熱器として用いた例を示すもので、図１は要部構成を模式的に示す側面断面図、図２は図１の放熱器のヘッダーの内部を示す開口部図である。図において、１は円筒状の第１のヘッダーであり、一端部（図の左側）に変圧器（図示省略）と接続するための接続部である接続フランジ１ａが設けられ、長手方向に冷媒の流路１ｂが形成され、他端部は閉塞されている。
【００１４】
５は上記第１のヘッダー１の内部に固定された仕切り部材であり、この実施の形態１では、流路１ｂ内の上端部からＸ１の距離に設けられた長さＹ１の第１の仕切り板５１と、流路１ｂ内の下端部からＸ３の距離（第１の仕切り板５１からＸ２の距離、ただし、Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＝第１のヘッダー１の内径）に設けられた長さＹ２（ただし、Ｙ２＜Ｙ１）の第２の仕切り板５２の２つからなっており、図示のように、何れも第１のヘッダー１内部における変圧器との接続部としての接続フランジ１ａ部側から反接続側方向に所定長延在して設けられている。
【００１５】
なお、その他の符号、および構成は上記従来装置と同様であるので説明を省略する。また、各図を通じて同一符号は同一もしくは相当部分を示すものとする。
【００１６】
次に上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。放熱器においては、パネル３の枚数が増加し、即ち熱交換流路４の数ｎが増加し、ヘッダー１の長さが長くなるに伴い、接続フランジ１ａから最も遠い側の熱交換流路４ｎに対し、接続フランジ１ａ側に配設された熱交換流路４１側の圧損が小さくなることにより、冷媒流分布のアンバランスが生じていたが、第１のヘッダー１内に取付けられた仕切り部材５によって、冷媒が矢印６で示すように、接続部である接続フランジ１ａからの距離が遠い熱交換流路４ｎ側にも強制的に冷媒が流れることになり、冷媒流の分布が均一化される。
【００１７】
上記のように、実施の形態１によれば、上部に設けられた第１のヘッダー１内に取付けられた仕切り部材５によって、流れの悪い熱交換流路４ｎ側に強制的に冷媒が流れることにより、冷媒流分布が均一化され、最適化を図ることができ、冷却効率の良い放熱器を提供することができる。また、仕切り部材５を単純な板材によって構成したので、簡単容易に製造することができる。
【００１８】
実施の形態２．
図３および図４は実施の形態２による放熱器の要部を示すもので、図３は要部を模式的に示す側面断面図、図４は図３の放熱器のヘッダーの内部を示す開口部図である。図において、５３は第１のヘッダー１内の最上部に設けられた長さＹ３の第１の仕切り板、５４は同じくヘッダー１内の中央部に設けられた長さＹ４の第２の仕切り板、５５は同じくヘッダー１内の最下部に設けられた長さＹ５の第３の仕切り板であり、図示のように、接続フランジ１ａ側を基準にしてＹ３＞Ｙ４＞Ｙ５と、図の上方から下方に向けて順次長さが短くなるように形成されている。
【００１９】
また、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６、およびＸ７はヘッダー１内部における仕切り部材相互の間隔（中心距離）を示し、この実施の形態２では、それぞれ略等間隔でＸ４＋Ｘ５＋Ｘ６＋７＝第１のヘッダー１の内径となるように設けられている。
【００２０】
なお、上記実施の形態１では、仕切り部材５を２枚としているが、この実施の形態２では、仕切り部材５を５３、５４、５５の３枚とし、相互の間隔（Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７）を狭め、各仕切り部材５３、５４、５５の長さをＹ３＞Ｙ４＞Ｙ５となるように順次変えて構成したものである。その他の符号は上記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００２１】
上記のように構成された実施の形態２においては、仕切り部材５を３枚の仕切り板５３、５４、５５によって構成し、これら仕切り板相互の間隔を狭めると共に、長さを上方から下方に向けて順次短くなるように変えて構成することで、特性の異なる冷媒流、冷却方式（自冷、強制）の差異に容易に対応することが出来、条件に合わせて、冷媒流の均一化、最適化をより木目細かく行うことができるという効果が得られる。
【００２２】
実施の形態３．
図５および図６は実施の形態３による放熱器の要部を示すもので、図５は要部を模式的に示す側面断面図、図６は図５の放熱器のヘッダーの内部を示す開口部図である。図において、５ａは仕切り板５１、５２の先端部に形成されたガイドであり、実施の形態１および実施の形態２では、ともにヘッダー１内の仕切り部材５を単純な平板によって構成したが、この実施の形態３では、仕切り板５１、５２の先端部を図の下方向に折曲形成することにより、流路１ｂを通流する冷媒の流れを図の下方の熱交換流路４の方向に案内するように構成されている。その他の構成は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２３】
上記のように構成された実施の形態３によれば、仕切り部材５の先端部にガイド５ａを設けたことで、冷媒流がガイド５ａに案内されて、パネル３の熱交換流路４の方向に流れ易くなるため、実施の形態１に対し、更に冷媒流分布の均一化、最適化を図ることができるという効果が得られる。
【００２４】
実施の形態４．
図７および図８は実施の形態４による放熱器を示すもので、図７は要部を模式的に示す側面断面図、図８は図７の放熱器のヘッダーの内部を示す開口部図である。図において、５ａは仕切り板５３、５４、５５の先端部にそれぞれ設けられた上記実施の形態３と同様のガイドである。なお、この実施の形態４では、仕切り部材５を３枚とし、実施の形態２と同様に、仕切り部材相互の間隔、および長さを変え、先端部にガイドを設けた構成としている。
【００２５】
上記のように構成された実施の形態４においては、上記実施の形態３と同様、仕切り部材５の先端部にガイド５ａを設けたことで、冷媒流がガイド５ａに案内されて、パネル３の熱交換流路４の方向に流れ易くなる他、仕切り板５を実施の形態２と同様３枚としたことにより、特性の異なる冷媒流、冷却方式（自冷、強制）の差異に容易に対応することが出来、条件に合わせて、冷媒流の均一化、最適化をより木目細かく行うことができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態の説明では、仕切り部材５を２枚、および３枚の板材によって構成した例を示したが、仕切り部材の枚数、及び形状は特にこれら実施の形態のものに限定されるものではなく、例えば仕切り部材は１枚でも同様の効果が期待できる。また、仕切り部材を複数設ける場合の相互の間隔は流体の圧力損失などの要素を考慮して適宜変更し得ることは当然である。
【００２７】
さらに、上記実施の形態３および４に示すガイド５ａは、仕切り部材５の通流方向先端部を略直角に折曲形成しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば斜め方向に形成し、あるいは通流方向に下方に向いたカーブを描くような曲面で形成しても差し支えない。また、上記仕切り部材５は、第２のヘッダーの側に設け、あるいは双方に設けてもよい。
【００２８】
ところで、上記実施の形態の説明では、この発明を主に油入変圧器の放熱器として用いる場合について説明したが、特にこれに限定されるものではなく、リアクトルなど同様の電気機器、あるいは冷媒を循環して冷却するその他発熱機器一般にも適用できることは言うまでもない。また、冷媒も絶縁油などの液体に限定されず、ＳＦ_６ガスなどの気体であっても同様の効果が期待でき、さらに熱交換器として用いることもできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によれば次のような効果が得られる。
【００３０】
請求項１に記載した第１の発明によれば、簡単な構成の付加で列設された多数の熱交換流路に対する冷媒流分布が均一化され、最適化を図ることができ、冷却効率の良い熱交換器を提供することができる。
【００３１】
請求項２に記載した第２の発明によれば、冷媒流分布がより均一化され、さらに最適化を図ることができ、冷却効率の良い熱交換器を提供することができる。
【００３２】
請求項３に記載した第３の発明によれば、仕切り部材の先端部にガイドを設けたことにより、並列的に列設された多数の熱交換流路に対し、冷媒が流れ易くなり、冷媒流分布がより均一化され、さらに最適化を図ることができ、冷却効率の良い熱交換器を提供することができる。
【００３３】
請求項４に記載した第４の発明によれば、上下方向に配設された第１および第２のヘッダーに、該ヘッダー内部を上下方向に仕切るように仕切り部材をもうけたので構成が簡単で製作が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１になる熱交換器を変圧器の放熱器として用いた場合の要部構成を模式的に示す側面断面図である。
【図２】図１の放熱器のヘッダーの内部を示す開口部図である。
【図３】実施の形態２になる熱交換器を変圧器の放熱器として用いた場合の要部構成を模式的に示す側面断面図である。
【図４】図３の放熱器のヘッダーの内部を示す開口部図である。
【図５】実施の形態３になる熱交換器を変圧器の放熱器として用いた場合の要部構成を模式的に示す側面断面図である。
【図６】図５の放熱器のヘッダーの内部を示す開口部図である。
【図７】実施の形態４になる熱交換器を変圧器の放熱器として用いた場合の要部構成を模式的に示す側面断面図である。
【図８】図７の放熱器のヘッダーの内部を示す開口部図である。
【図９】従来の放熱器を模式的に示す側面断面図である。
【図１０】図９の放熱器の上部ヘッダー配管内部を示す開口部図である。
【符号の説明】
１　第１のヘッダー、　２　第２のヘッダー、　１ａ、２ａ　接続部（接続フランジ）、　１ｂ、２ｂ　流路、　３　パネル、　４（４１、４２、・・・４（ｎ−１）、４ｎ）　熱交換流路、　５（５１、５２、５３、５４、５５）　仕切り部材（仕切り板）、　５ａ　ガイド。

Claims

対設された第１のヘッダーおよび第２のヘッダーと、これら第１のヘッダーおよび第２のヘッダーのそれぞれに設けられこれらヘッダーを冷媒が収容された機器本体に連通して接続するための接続部と、上記第１のヘッダーおよび第２のヘッダーの間に多数列設して介装されこれら第１のヘッダーおよび第２のヘッダー相互を連通して一方から他方に冷媒を通流する熱交換流路とを備えた熱交換器において、上記第１および第２のヘッダーの少なくとも一方のヘッダー内部における上記接続部から反接続部方向に所定長延在して設けられ、ヘッダー内部の冷媒の流路を上記接続部からの距離が近い熱交換流路と遠い熱交換流路とに区分する仕切り部材とを備えてなることを特徴とする熱交換器。
上記仕切り部材は複数設けられ、かつ、該仕切り部材の長手方向の長さを上記接続部側から、受け持つ熱交換流路までの距離に応じて互いに違えてなることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
上記仕切り部材の上記反接続部側の端部に、上記冷媒の流れを熱交換流路の側に案内するガイドを備えてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
上記第１のヘッダーは、上記第２のヘッダーの上方に配設され、上記仕切り部材は上記第１のヘッダー内部を上下に仕切る仕切り板からなることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の熱交換器。