JP2004286246A - ヒ−トポンプ用パラレルフロ−熱交換器 - Google Patents

ヒ−トポンプ用パラレルフロ−熱交換器 Download PDF

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Abstract

【課題】パラレルフロー熱交換器をヒートポンプに適用した場合に、凝縮器としても、蒸発器としても、適当な冷媒分配が得られ、十分な交換熱量が得られるパラレルフロー熱交換器を提供するものである。
【解決手段】上ヘッダパイプ1bの管内断面積を下ヘッダパイプ1aの管内断面積よりも1.4倍以上大きくすることによって、蒸発器として使用する場合、冷媒蒸気出口となる上ヘッダパイプ1bの圧力損失と液冷媒入口である下ヘッダパイプ1a内の圧力損失が同程度となり、上下ヘッダの静圧差はどの多孔偏平分岐管の位置おいても、ほぼ一定値となり、結果として冷媒分配が均一となり十分な交換熱量が得られる。さらに冷媒蒸気出口となる上ヘッダパイプ1bの圧力損失が低減できることになり、ヒートポンプの圧縮機入口圧力が上昇し、結果としてヒートポンプの成績係数を向上させるものである。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルームエアコン、パッケージエアコンなどのヒートポンプ用パラレルフロー熱交換器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、多孔扁平管とコルゲートフィンを積層し、各偏平分岐管の両端を1対の中空ヘッダパイプに連結したパラレルフロー形と称される熱交換器について凝縮器としても、蒸発器としても、適当な冷媒分配が得られるようにするため、上ヘッダパイプと下ヘッダパイプにそれぞれ冷媒出入口を設け、当該熱交換器を蒸発器として使用する時は、下ヘッダパイプの冷媒出入口を液冷媒入口に、上ヘッダパイプの冷媒出入口を冷媒蒸気出口に用い、凝縮器として使用する時は、上ヘッダパイプの冷媒出入口を冷媒蒸気入口とし、下ヘッダパイプの冷媒出入口を液冷媒出口として用いるようにしたものであり、かつ、冷媒出入口がヘッダパイプ内の冷媒の流れに垂直に、多孔扁平管内の冷媒流れにも垂直に取付ける、あるいは、上ヘッダパイプに接続された冷媒出入口の個数と下ヘッダパイプに接続された冷媒出入口の個数をそれぞれ少なくとも2個とし、かつ上ヘッダパイプに接続された冷媒出入口の個数と下ヘッダパイプに接続された冷媒出入口の個数を同一とし、各冷媒出入口は同一多孔扁平管が上ヘッダパイプおよび下ヘッダパイプに接続されている位置の付近に上下に対を成して配置している(例えば特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平6−257892号公報(第1−4頁、第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では以下のような課題があった。
【0005】
凝縮器と使用する場合、冷媒入口となる上ヘッダパイプはガス冷媒が流れ、冷媒出口となる下ヘッダパイプは液冷媒が流れる。また、蒸発器と使用する場合、冷媒入口となる下ヘッダパイプは液冷媒が流れ、冷媒出口となる上ヘッダパイプはガス冷媒が流れる。このように、パラレルフロー形と称される熱交換器においては、凝縮器として使用する場合においても、蒸発器として使用する場合においても上ヘッダパイプにはガス冷媒が流れ、下ヘッダパイプには液冷媒が流れることになる。ここで、冷媒の一般的性質としてガス冷媒と液冷媒を比較すると密度、は液冷媒の方が高い。そのため、上ヘッダパイプと下ヘッダパイプの断面積がほぼ同一の場合、上ヘッダパイプには密度の小さいガス冷媒が高流速で流れることとなり、一方、下ヘッダパイプには密度の大きい液冷媒が低流速で流れることとなる。その結果、一般的な冷媒において、上ヘッダの単位長さ当たりの圧力損失は、下ヘッダの単位長さ当たりの圧力損失の2倍程度となる。このように、凝縮器として使用する場合においても、蒸発器として使用する場合においても、上ヘッダパイプと下ヘッダパイプの断面積がほぼ同一の場合、上ヘッダの圧力損失が下ヘッダパイプ内の圧力損失に比べて大きくなるため、上下ヘッダの静圧差は多孔扁平管の位置によって異なり、したがって、冷媒分配が不均一となり十分な交換熱量が得られないという課題を有していた。 本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、パラレルフロー熱交換器をヒートポンプに適用した場合に、凝縮器としても、蒸発器としても、適当な冷媒分配が得られ、十分な交換熱量が得られるパラレルフロー熱交換器を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、凝縮器としても、蒸発器としても使用する場合の双方を考慮し、上ヘッダパイプの圧力損失と下ヘッダパイプ内の圧力損失を同程度とするため、上ヘッダパイプの管内断面積を下ヘッダパイプの管内断面積に対し1.4倍以上とするものである。
【0007】
上記、上ヘッダパイプの管内断面積を下ヘッダパイプの管内断面積に対し1.4倍以上大きくすることによって、凝縮器として使用する場合においては、冷媒蒸気入口となる上ヘッダパイプの圧力損失と液冷媒出口である下ヘッダパイプ内の圧力損失が同程度となり、一方、蒸発器として使用する場合においても、冷媒蒸気出口となる上ヘッダパイプの圧力損失と液冷媒入口である下ヘッダパイプ内の圧力損失が同程度となり、上下ヘッダの静圧差はどの多孔扁平管に位置おいても、ほぼ一定値となる。したがって、冷媒分配が均一となり十分な交換熱量が得られる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0009】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるパラレルフロー熱交換器の斜視図である。本実施例のパラレルフロー熱交換器は、水平に配置された1本のヘッダパイプ1bと、該上ヘッダパイプ1bの下方に上ヘッダパイプ1bと平行に配置された1本の下ヘッダパイプ1aと、その間を鉛直につなぐ複数の多孔扁平管2と、該多孔扁平管の間に蛇行するように配置されたコルゲートフィン3と、一番外側のコルゲートフィン3の外側に垂直に配置されたサイドプレート4と、上ヘッダパイプ1bに接続された冷媒出入口6と、下ヘッダパイプ1aに接続された冷媒出入口5とを含んで構成されている。このパラレルフロー熱交換器を蒸発器として使用する場合は、下ヘッダパイプ1aに接続された冷媒出入口5を冷媒入口、上ヘッダパイプ1bの冷媒出入口6を冷媒出口とし、凝縮器として使用時には、上ヘッダパイプ1bの冷媒出入口6を冷媒入口、下ヘッダパイプ1aの冷媒出入口5を冷媒出口とする。ここで、上ヘッダパイプ1bの管内断面積を下ヘッダパイプ1aの管内断面積よりも1.4倍以上大きくすることによって、例えば蒸発器として使用する場合、冷媒蒸気出口となる上ヘッダパイプ1bの単位長さ当たりの圧力損失と液冷媒入口である下ヘッダパイプ内の単位長さ当たりの圧力損失1aが同程度となり、上下ヘッダの静圧差はどの多孔扁平管に位置おいても、ほぼ一定値となる。
【0010】
図2はヘッダ内静圧分布を示す概念図であり、蒸発器入口ヘッダ内の静圧分布8aと蒸発器出口ヘッダ内の静圧分布8bは同一形状の分布となり、その結果として、上下ヘッダの静圧差はどの多孔扁平管に位置おいても、ほぼ一定値となることがわかる。複数本から構成される多孔扁平管2の冷媒流量は上下ヘッダの静圧差によって決定されるため、多孔扁平管2のどの位置おいても、冷媒分配が均一となり十分な交換熱量が得られる。さらに、上ヘッダパイプ1bの管内断面積を下ヘッダパイプ1aの管内断面積よりも大きくすることによって、蒸発器として使用する場合、冷媒蒸気出口となる上ヘッダパイプ1bの圧力損失が低減できることになり、ヒートポンプの圧縮機入口圧力が上昇し、結果としてヒートポンプの成績係数を向上させることが可能となる。
【0011】
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2におけるパラレルフロー熱交換器の斜視図である。本実施例のパラレルフロー熱交換器は、前記第1の実施例をさらに改良したもので、上ヘッダパイプ1b、下ヘッダパイプ1aに接続された冷媒出入口の個数がそれぞれ複数個となり、下ヘッダパイプ1aに接続された冷媒出入口と上ヘッダパイプ1bにに接続された冷媒出入口が互いに対向する位置に配置されている。他の構成要素は前記第1に実施例と同一であるので同一の構成要素には同一の参照符号を付し、説明は省略する。本実施例においては、下ヘッダパイプ1a、上ヘッダパイプ1bにそれぞれ同一本数の冷媒出入口5a、5b、6a,6bが取り付けられ、蒸発器の時の冷媒出口となる冷媒出入口6aは冷媒出入口5aの真上に、冷媒出入口6bは冷媒出入口5bの真上に取り付けられている。このパラレルフロー熱交換器を蒸発器として使用する場合は、下ヘッダパイプ1aに接続された複数の冷媒出入口5を冷媒入口、上ヘッダパイプ1bの複数の冷媒出入口6を冷媒出口とし、凝縮器として使用時には、上ヘッダパイプ1bの冷媒出入口6を冷媒入口、下ヘッダパイプ1aの冷媒出入口5を冷媒出口とする。ここで、上ヘッダパイプ1bの管内断面積を下ヘッダパイプ1aの管内断面積よりも1.4倍以上大きくすることによって、例えば蒸発器として使用する場合、冷媒蒸気出口となる上ヘッダパイプ1bの単位長さ当たりの圧力損失と液冷媒入口である下ヘッダパイプ内の単位長さ当たりの圧力損失1aが同程度となり、上下ヘッダの静圧差はどの多孔扁平管に位置おいても、ほぼ一定値となる。
【0012】
図4はヘッダ内静圧分布を示す概念図であり、蒸発器入口ヘッダ内の静圧分布8aと蒸発器出口ヘッダ内の静圧分布8bは同一形状の分布となり、その結果として、上下ヘッダの静圧差はどの多孔扁平管に位置おいても、ほぼ一定値となることがわかる。複数本から構成される多孔扁平管2の冷媒流量は上下ヘッダの静圧差によって決定されるため、多孔扁平管2のどの位置おいても、冷媒分配が均一となり十分な交換熱量が得られる。さらに、上ヘッダパイプ1bの管内断面積を下ヘッダパイプ1aの管内断面積よりも大きくすることによって、蒸発器として使用する場合、冷媒蒸気出口となる上ヘッダパイプ1bの圧力損失が低減できることになり、ヒートポンプの圧縮機入口圧力が上昇し、結果としてヒートポンプの成績係数を向上させることが可能となる。
【0013】
なお、上記各実施例では多孔扁平管を用いているため、管の肉圧が同等でも、管径が小さいため、耐圧が大きくなり、特に圧力の高い二酸化炭素冷媒を用いる時に上記各実施例のパラレルフロ−熱交換器が有効である。
【0014】
また、多孔扁平管の管内容積が小さいため、冷媒量が減らすことができ、
可燃性冷媒であるHC冷媒等を用いる時、上記各実施例のパラレルフロ−熱交換器が有効である。
【0015】
【発明の効果】
上記から明らかなように、本発明は、上ヘッダパイプの管内断面積を下ヘッダパイプの管内断面積よりも1.4倍以上大きくすることによって、蒸発器として使用する場合、冷媒蒸気出口となる上ヘッダパイプの単位長さ当たりの圧力損失と液冷媒入口である下ヘッダパイプ内の単位長さ当たりの圧力損失が同程度となり、上下ヘッダの静圧差はどの多孔扁平管の位置おいても、ほぼ一定値とするもので、この構成によれば、冷媒分配が均一となり十分な交換熱量が得られるという効果を奏する。
【0016】
また、本発明は、上ヘッダパイプの管内断面積を下ヘッダパイプの管内断面積よりも大きくすることによって、蒸発器として使用する場合、冷媒蒸気出口となる上ヘッダパイプの圧力損失を低減するもので、この構成によれば、ヒートポンプの圧縮機入口圧力が上昇し、結果として圧縮機の効率ひいてはヒートポンプの成績係数を向上させるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示すパラレルフロー熱交換器の斜視図
【図2】本発明の第1の実施例におけるヘッダ内静圧分布の例を示す概念図
【図3】本発明の第2の実施形態を示すパラレルフロー熱交換器の斜視図
【図4】本発明の第2の実施例におけるヘッダ内静圧分布の例を示す概念図
【符号の説明】
1 ヘッダパイプ
1a 下ヘッダパイプ
1b 上ヘッダパイプ
2 多孔扁平管
3 コルゲートフィン
4 サイドプレート
5 冷媒出入口(蒸発器時冷媒入口)
6 冷媒出入口(蒸発器時冷媒出口)
7 空気流れ方向
8a 蒸発器時入口ヘッダ内の静圧分布
8b 蒸発器時出口ヘッダ内の静圧分布

Claims (2)

  1. 上部に水平に配置された上ヘッダパイプと、前記上ヘッダパイプの下方に水平に配置された下ヘッダパイプとその間を上下方向につなぐ複数の多孔扁平管とを含んでなるパラレルフロー熱交換器において、前記上ヘッダパイプと下ヘッダパイプにそれぞれ冷媒出入口が設けられ、当該熱交換器が蒸発器として使用される時は、下ヘッダパイプの冷媒出入口が液冷媒入口として、上ヘッダパイプの冷媒出入口が冷媒蒸気出口とし、当該熱交換器が凝縮器として使用される時は、上ヘッダパイプの冷媒出入口が冷媒蒸気入口として、下ヘッダパイプの冷媒出入口が液冷媒出口とし、かつ、上ヘッダパイプの管内断面積を下ヘッダパイプの管内断面積に対し1.4倍以上とすることを特徴とするヒートポンプ用パラレルフロー熱交換器。
  2. 前記上ヘッダパイプに接続された冷媒出入口の個数と下ヘッダパイプに接続された冷媒出入口の個数をそれぞれ少なくとも2個とし、かつ上ヘッダパイプに接続された冷媒出入口の個数と下ヘッダパイプに接続された冷媒出入口の個数を同一とし、各冷媒出入口は前記多孔扁平管を挟んで対をなして配置されることを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ用パラレルフロー熱交換器。
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