JP2005127529A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプ式空気調和機に利用される熱交換器に関し、熱交換器全体を有効に利用し、効率良く冷媒と空気との熱交換が可能となる熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger used in a heat pump air conditioner, and more particularly to a heat exchanger that effectively uses the entire heat exchanger and can efficiently exchange heat between refrigerant and air.
従来、この種の空気調和機の冷凍サイクルシステムを構成しているフィンアンドチューブタイプの熱交換器は、熱交換能力が小さい場合には、冷媒の循環量が少なく、伝熱管内の圧力損失が小さい為、冷媒通路は単一で良いが、熱交換量が大きい場合には、冷媒の循環量が多く、伝熱管内の圧力損失が大きくなる為に複数の冷媒通路により構成されたパラレルフロータイプやサーペンタインタイプの熱交換器が必要となってくる。 Conventionally, fin-and-tube type heat exchangers constituting this type of air conditioner refrigeration cycle system have a small amount of refrigerant circulation and low pressure loss in the heat transfer tubes when the heat exchange capacity is small. Because it is small, a single refrigerant passage is sufficient, but when the amount of heat exchange is large, a large amount of refrigerant is circulated, and the pressure loss in the heat transfer tube increases, so that the parallel flow type is configured with multiple refrigerant passages And serpentine type heat exchangers are required.
ここで、図12において、熱交換効率の高いパラレルフロータイプの熱交換器を蒸発器に使用した場合について説明する。図12に示す従来例の場合、3、4は中空円筒状の左右ヘッダーであって、一方は閉じられているが、内部には、各々仕切板7、8が設置され、これにより左右ヘッダー3、4内部が2室に分割される。例えばこの熱交換器が蒸発器として使用される場合、冷凍サイクルから気液二相のガス冷媒が右ヘッダー4の下側に接合されている接続管6より流入し、右ヘッダー4内部の仕切板8により一旦遮断され、右ヘッダー4から左ヘッダー3に連通する管路群Cの中を通過し、更には仕切板7により、管路群B、CをS字に蛇行して流れながら、各偏平管1に密着したフィン2を介して空気と熱交換を行い、最後にガス化した冷媒は中空円筒状である左ヘッダー3の上部の接続管5から冷凍サイクルに流出する。上記、蒸発器内部での一連の冷媒の流れを、図13の模式図の破線矢印で示す。
Here, in FIG. 12, a case where a parallel flow type heat exchanger having high heat exchange efficiency is used for the evaporator will be described. In the case of the conventional example shown in FIG. 12, 3 and 4 are hollow cylindrical left and right headers, one of which is closed, but inside,
また、この熱交換器を凝縮器として使用した場合は、冷凍サイクル中の四方弁の切換えにより蒸発器とは冷媒の流れる方向が逆となり、図12に示す従来例の場合、圧縮機(図示しない)より吐出された高温高圧の単相の過熱冷媒ガスがの接続管5より左ヘッダー3の上部の接続管5に流入した冷媒は、左ヘッダー3の仕切板7により一旦遮断され、左ヘッダー3から右ヘッダー4に連通する管路群Aの中を通過し、図14に示す矢印実線の冷媒流れの模式図のように、管路群B,CをS字に蛇行しながら、各偏平管1に密着したフィン2を介して空気と熱交換を行い、凝縮液化した冷媒は中空円筒状である右ヘッダー4の接続管5から冷凍サイクルへ流出する。
Further, when this heat exchanger is used as a condenser, the direction of refrigerant flow is reversed from that of the evaporator due to switching of the four-way valve in the refrigeration cycle. In the case of the conventional example shown in FIG. ) The high-temperature and high-pressure single-phase superheated refrigerant gas discharged from the refrigerant flows into the
通常、1は熱伝導性の良いアルミニウムや銅合金等の金属からなる偏平な断面外形を有する熱交換器用の偏平管1で、内部に1本ないし数本の冷媒通路を有し、下部ヘッダー4と上部ヘッダー3とを連通するように、それらのヘッダーを橋絡して垂直に複数本取り付けられている。
Usually, 1 is a
従来このような空気調和機用の熱交換器の熱交換効率を良好にした構成例としては、二つ以上の通路群に区画して熱交換器全体が効率良く運転可能となるようにさせた(例えば特許文献1参照)ものや、また、サーペンタインタイプの熱交換器で、チューブの本数を限定して構成したものがある(例えば特許文献2参照)。
しかしながら、前記従来の構成では、このようにパラレルフロータイプやサーペンタイ
ンタイプの偏平管で構成される熱交換器を利用した場合には、凝縮器では、高温でガス化した冷媒状態である入口側より、漸次、冷媒は放熱しながら液化して過冷却液となる凝縮器出口側に向い、更には伝熱面積が小さくなるようにチューブの本数が次第に減少するように一般的には構成されるが、このチューブの本数の構成により、熱交換器の性能が大きく変化するものである。例えば、極端に凝縮器出口に向かってチューブの本数を減少させたり、チューブの断面積を小さくすれば、冷媒の圧力損失の増加による冷凍サイクル性能低下になり、ましては、蒸発器と兼用した場合は、より性能の低下が顕著になる。また、緩やかにチューブの本数を減少させたり、断面積を小さくした場合は、熱伝達率の低下した凝縮器出口の過冷却液の流速の低下と共に熱交換器性能も悪化し、更には密度の大きな液冷媒が滞留するので、冷凍サイクルシステム全体の冷媒量も増加するといった不具合が発生してしまうという課題を有していた。
However, in the conventional configuration, when a heat exchanger composed of a parallel flow type or serpentine type flat tube is used in this way, the condenser has a refrigerant state gasified at a high temperature from the inlet side. In general, the refrigerant is generally configured so that the number of tubes gradually decreases so that the refrigerant is liquefied while dissipating heat and is directed to the outlet side of the condenser which becomes supercooled liquid, and further the heat transfer area is reduced. The performance of the heat exchanger varies greatly depending on the configuration of the number of tubes. For example, if the number of tubes is extremely reduced toward the outlet of the condenser, or if the cross-sectional area of the tubes is reduced, the refrigeration cycle performance will decrease due to an increase in the pressure loss of the refrigerant. In this case, the deterioration of performance becomes more remarkable. In addition, when the number of tubes is gradually reduced or the cross-sectional area is reduced, the heat exchanger performance deteriorates as the flow rate of the supercooled liquid at the outlet of the condenser with a reduced heat transfer rate decreases. Since a large liquid refrigerant stays, there is a problem that a problem such as an increase in the amount of refrigerant in the entire refrigeration cycle system occurs.
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、偏平管で構成された熱交換器を蒸発器や凝縮器として利用した場合でも、熱交換器全体を有効利用し、熱交換器の性能を最大限に引出すことが可能となる最適な偏平管の本数を設計して充分な熱交換量を得ることが可能な熱交換器を提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and even when a heat exchanger composed of a flat tube is used as an evaporator or a condenser, the entire heat exchanger is effectively used, and the heat exchanger It is an object of the present invention to provide a heat exchanger that can obtain a sufficient amount of heat exchange by designing an optimal number of flat tubes that can bring out the maximum performance.
前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、所定の距離を置いて延在する一対のヘッダーと、該一対のヘッダー間には内部に冷媒が流通する複数の冷媒流通穴が形成された偏平管と、隣接する前記偏平管の間に配置されたフィンとを備えた熱交換器であって、前記ヘッダー内部は前記冷媒の流出入を仕切ることが可能な構造であり、前記熱交換器を蒸発器として利用する場合、前記冷媒が最後に流出する前記偏平管の本数が前記冷媒が最初に流入する前記偏平管の本数の1〜2.5倍の範囲になるように構成するものである。 In order to solve the conventional problems, a heat exchanger according to the present invention includes a pair of headers extending at a predetermined distance, and a plurality of refrigerant circulation holes through which refrigerant flows between the pair of headers. A heat exchanger having a flat tube formed with the fins disposed between the adjacent flat tubes, and the header has a structure capable of partitioning the flow of the refrigerant. When the heat exchanger is used as an evaporator, the number of the flat tubes from which the refrigerant finally flows out is in a range of 1 to 2.5 times the number of the flat tubes from which the refrigerant first flows. It constitutes.
また、所定の距離を置いて延在する一対のヘッダーと、該一対のヘッダー間には内部に冷媒が流通する複数の冷媒流通穴が形成された偏平管と、隣接する前記偏平管の間に配置されたフィンとを備えた熱交換器であって、前記ヘッダー内部は前記冷媒の流出入を仕切ることが可能な構造であり、前記熱交換器を凝縮器として利用する場合、前記冷媒が最初に流入する前記偏平管の本数が前記冷媒が最後に流出する前記偏平管の本数の2.5〜4.5倍の範囲になるように構成するものである。 Further, a pair of headers extending at a predetermined distance, a flat tube in which a plurality of refrigerant flow holes through which a refrigerant flows is formed between the pair of headers, and between the adjacent flat tubes A heat exchanger having fins arranged therein, wherein the header has a structure capable of partitioning the flow of the refrigerant, and when the heat exchanger is used as a condenser, the refrigerant is first The number of the flat tubes flowing into the tube is configured to be in a range of 2.5 to 4.5 times the number of the flat tubes from which the refrigerant finally flows out.
また、前記熱交換器において、2経路の冷媒流通路を構成し、凝縮器として利用する時、前記冷媒が最初に流入する偏平管の位置が前記ヘッダーの両端であり、最後に流出する偏平管の位置が前記ヘッダーの中央になるものである。 Further, in the heat exchanger, when two refrigerant flow passages are formed and used as a condenser, the positions of the flat tubes into which the refrigerant first flows are the opposite ends of the header, and the flat tubes from which the refrigerant flows out last. Is at the center of the header.
また、前記熱交換器において、前記一対のヘッダーの片方においてのみ冷媒が最初に流入し、最後に流出するように構成したものである。 Further, the heat exchanger is configured such that the refrigerant first flows in only one of the pair of headers and flows out last.
また、前記熱交換器において、前記ヘッダーから冷媒が最初に流入する前記偏平管の本数が最後に流出するまでに、概略等比級数的に変化するように構成したものである。 In the heat exchanger, the number of the flat tubes into which the refrigerant first flows in from the header is configured to change approximately geometrically before the last outflow.
本発明の熱交換器は、蒸発器または凝縮器として使用した場合、チューブの本数を最適化することにより、熱交換器が有効に熱交換利用されるので、複雑な構成を必要とせずに熱交換性能を最大限に引き出すことを可能とし、冷凍サイクルシステムの高い高効率運転を実現する熱交換器を提供することができる。 When the heat exchanger of the present invention is used as an evaporator or a condenser, the heat exchanger is effectively used for heat exchange by optimizing the number of tubes, so that the heat exchanger does not require a complicated configuration. It is possible to provide a heat exchanger that can maximize the exchange performance and realize high-efficiency operation of the refrigeration cycle system.
第1の発明は、所定の距離を置いて延在する一対のヘッダーと、該一対のヘッダー間には内部に冷媒が流通する複数の冷媒流通穴が形成された偏平管と、隣接する前記偏平管の間に配置されたフィンとを備えた熱交換器であって、前記ヘッダー内部は前記冷媒の流出入を仕切ることが可能な構造であり、前記熱交換器を蒸発器として利用する場合、前記冷媒が最後に流出する前記偏平管の本数が前記冷媒が最初に流入する前記偏平管の本数の1〜2.5倍の範囲になるように構成することにより、冷媒の圧力損失が低く、効率の高い熱交換を行なうことができる。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a pair of headers extending at a predetermined distance, a flat tube in which a plurality of refrigerant flow holes through which a refrigerant flows is formed between the pair of headers, and the adjacent flat pieces. A heat exchanger having fins disposed between pipes, wherein the header has a structure capable of partitioning the inflow and outflow of the refrigerant, and when the heat exchanger is used as an evaporator, By configuring the number of the flat tubes from which the refrigerant flows out last to be in a range of 1 to 2.5 times the number of the flat tubes from which the refrigerant first flows in, the pressure loss of the refrigerant is low, Highly efficient heat exchange can be performed.
第2の発明は、所定の距離を置いて延在する一対のヘッダーと、該一対のヘッダー間には内部に冷媒が流通する複数の冷媒流通穴が形成された偏平管と、隣接する前記偏平管の間に配置されたフィンとを備えた熱交換器であって、前記ヘッダー内部は前記冷媒の流出入を仕切ることが可能な構造であり、前記熱交換器を凝縮器として利用する場合、前記冷媒が最初に流入する前記偏平管の本数が前記冷媒が最後に流出する前記偏平管の本数の2.5〜4.5倍の範囲になるように配置することにより、凝縮器出口部での過冷却液の冷媒流速の増加と共に冷媒の熱伝達率を向上させて効果的に冷媒と空気が熱交換を行なうことができる。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a pair of headers extending at a predetermined distance, a flat tube in which a plurality of refrigerant flow holes through which a refrigerant flows is formed between the pair of headers, and the adjacent flat pieces. A heat exchanger having fins arranged between pipes, wherein the header has a structure capable of partitioning the inflow and outflow of the refrigerant, and when the heat exchanger is used as a condenser, By arranging so that the number of the flat tubes into which the refrigerant first flows in is in a range of 2.5 to 4.5 times the number of the flat tubes through which the refrigerant finally flows out, As the refrigerant flow rate of the supercooled liquid increases, the heat transfer coefficient of the refrigerant is improved, and the refrigerant and air can effectively exchange heat.
第3の発明は、前記熱交換器において、2経路の冷媒流通路を構成し、凝縮器として利用する時、前記冷媒が最初に流入する偏平管の位置が前記ヘッダーの両端であり、最後に流出する偏平管の位置が前記ヘッダーの中央になるように配置することにより、冷媒温度の近い凝縮器出口が接近することで、2経路の冷媒流通路で構成された場合でも最適で効率の高い熱交換を行なうことができる。 According to a third aspect of the present invention, in the heat exchanger, when two refrigerant flow passages are configured and used as a condenser, the positions of the flat tubes into which the refrigerant first flows are at both ends of the header. By arranging the outlet flat tube so that it is in the center of the header, the condenser outlet close to the refrigerant temperature approaches, so even if it is composed of two refrigerant flow passages, it is optimal and highly efficient Heat exchange can be performed.
第4の発明は、前記熱交換器において、前記一対のヘッダーの片方においてのみ冷媒が最初に流入し、最後に流出するように構成することにより、熱交換器の出入口配管が片側に配置されるので、システム全体の配管を引回す配管の長さが短くなるので、冷凍サイクルシステムとしての冷媒の圧力損失の低下を軽減することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the heat exchanger, the refrigerant flows in only at one side of the pair of headers and flows out at the end, whereby the inlet / outlet piping of the heat exchanger is arranged on one side. As a result, the length of the piping for routing the piping of the entire system is shortened, so that a reduction in the pressure loss of the refrigerant as the refrigeration cycle system can be reduced.
第5発明は、前記熱交換器において、前記ヘッダーから冷媒が最初に流入する前記偏平管の本数が最後に流出するまでに、概略等比級数的に変化するように配置することにより、最も最適で効率の高い熱交換を行なうことができる。 According to a fifth aspect of the present invention, the heat exchanger is most optimally arranged by changing in an approximately geometric series before the number of the flat tubes into which the refrigerant first flows in from the header finally flows out. Can perform highly efficient heat exchange.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1にかかるパラレルフロー型熱交換器の概略正面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic front view of a parallel flow heat exchanger according to a first embodiment of the present invention.
図1において、1は冷媒が通過する偏平管であり、偏平管1の両端は、左右ヘッダー3、4に挿入されて、円滑に冷媒が偏平管1の中を通過できるように構成されている。2は冷媒と空気の熱交換を促進する為のフィンである。また、左右ヘッダー3、4は中空の円筒状の形状であり、左ヘッダー3の下部は閉ざされ、上部は冷凍サイクルへ導かれる接続管5が設置され、また右ヘッダー4は、上部が閉ざされ、下部は冷凍サイクルから導かれる接続管6設置されている。蒸発器として利用した場合には、ヘッダー4の下部の接続管6より気液二相の冷媒ガスが流入し、途中、偏平管1に密着したフィン2を介して空気側と熱交換しながら蒸発してガス化し、左ヘッダー3の上部の接続管5より冷凍サイクルへ流出する。
In FIG. 1,
ここで、左右ヘッダー3、4の内部には、各々仕切板7、8が設置され、これにより左右ヘッダー3、4内部が2室に分割される。したがって、これらの仕切板7、8によって
、偏平管1の群を構成する管路群C(蒸発器入口)と管路群B(蒸発器中央)と管路群A(蒸発器出口)に分けられているので、接続管6から右ヘッダー4に流入した冷媒は右ヘッダー4内部の仕切板8により一旦遮断され、左ヘッダー3に連通する管路群Cの中を通過し、図2の蒸発器での冷媒の流れを示す模式図のように、管路群B、AをS字に蛇行して流れるようになる。
Here, the
上記、説明したように、冷媒が蒸発器で蒸発し、ガス化する過程において、冷媒の比容積の増加と共に、管路内での冷媒の圧力損失も増大する。また、圧力損失を低減する為に比容積が大きく圧力損失が大きくなり易い管路群Aの偏平管1の数を多くすると、冷媒の流速低下に伴って冷媒の熱伝達率も低下して熱交換器の蒸発器能力Qも減少するので、熱交換器の性能を最大限に引き出すことのできるように、比容積が小さく、圧力損失の小さい蒸発器の冷媒入口側の管路群Cの最適化と蒸発器出口の管路群Aの偏平管1の数の最適な設計(偏平管A群/C群の本数比)が必要となる。従って、図3には、実際の冷凍サイクルシステムで試験を行ったときの実験結果から得られた蒸発器能力Qと蒸発器の偏平管1の本数比(A群/C群)の関係を表すパフォーマンスカーブを示した。この図3のシステム実験結果より、蒸発器の偏平管1の本数比(A群/C群)が約1〜2.5の間が最も高く、蒸発器能力Qが約3000(kcal/h)以上になることが判る。
As described above, in the process of evaporating and gasifying the refrigerant in the evaporator, the pressure loss of the refrigerant in the pipe increases with an increase in the specific volume of the refrigerant. Further, if the number of the
従って、蒸発器の偏平管の本数比(A群/C群)が約1〜2.5になるように偏平管の本数を鑑みて熱交換器を設計することにより、偏平管を用いた熱交換器を蒸発器として利用した場合でも、蒸発性能を最大限に引き出すことを可能とし、同時に冷凍サイクルシステム全体の性能向上も図ることができる。 Therefore, by designing the heat exchanger in consideration of the number of flat tubes so that the ratio of the number of flat tubes in the evaporator (Group A / Group C) is about 1 to 2.5, the heat using the flat tubes Even when the exchanger is used as an evaporator, the evaporation performance can be maximized, and at the same time, the performance of the entire refrigeration cycle system can be improved.
(実施の形態2)
図4は、図1に示す本発明の実施の形態2にかかるパラレルフロー型熱交換器を凝縮器として利用した場合に、熱交換器内部の冷媒の流れを実線矢印で示した模式図である。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a schematic diagram showing the flow of refrigerant in the heat exchanger indicated by solid arrows when the parallel flow heat exchanger according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is used as a condenser. .
上記実施の形態と重複する内容と原理は省き、同一機能を示すものであれば同一番号にて以下に説明する。 The contents and principles that are the same as those in the above embodiment are omitted, and the same numbers are used in the following description to indicate the same functions.
図4において、図1のヘッダー3の上部の接続管5より、冷凍サイクル中の圧縮機(図示しない)より吐出された高温高圧の冷媒ガスが流入し、途中、偏平管1に密着したフィン2を介して空気側と熱交換しながら凝縮して液化し、右ヘッダー4の下部の接続管6より冷凍サイクルへ流出する。
In FIG. 4, high-temperature and high-pressure refrigerant gas discharged from a compressor (not shown) in the refrigeration cycle flows from the
ここで、左右ヘッダー3、4の内部に設置された仕切板7,8により左右ヘッダー3、4内部が2室に分割される。これらの仕切板7、8によって、偏平管1の群を構成する管路群A(凝縮器入口)と管路群B(凝縮器中央)と管路群C(凝縮器出口)に分けられているので、接続管5から左ヘッダー3に流入した冷媒は左ヘッダー3内部の仕切板7により一旦遮断され、右ヘッダー4に連通する管路群Aの中を通過し右ヘッダー4内部の仕切板8により管路群B、CをS字に蛇行して流れるようになる。
Here, the inside of the left and
上記説明のように、冷媒が凝縮器で凝縮し、液化する過程において、冷媒の比容積の減少と共に、管路内での冷媒の圧力損失も低減される。また、凝縮液化した極端に比容積が小さい冷媒が通過する凝縮器出口の管路群Cの偏平管1の数を極端に減少させると、逆に圧力損失が大きくなる場合ある、更には、比容積が大きく圧力損失が大きい管路群Aの偏平管1の数を多くし、圧力損失を低減させようとすると、冷媒の流速低下に伴って冷媒の熱伝達率も低下して熱交換器の凝縮器能力Qも減少するので、熱交換器の性能を最大限に引き出すことのできるように、比容積が大きく、圧力損失の大きい凝縮器の冷媒入口側の管路群Aと凝縮器出口の管路群Cの最適な設計(偏平管A群/C群の本数比)が必要とな
る。従って、図5には、実際の冷凍サイクルシステムで試験を行った実験結果から得られた凝縮器の能力Qと凝縮器の偏平管1の本数比(A群/C群)の関係を表すパフォーマンスカーブを示した。この図5のシステム実験結果より、凝縮器の偏平管1の本数比(A群/C群)が約2.5〜4.5の間が最も高く、凝縮器能力Qが約4000(kcal/h)以上になることが判る。
As described above, in the process where the refrigerant is condensed and liquefied by the condenser, the pressure loss of the refrigerant in the pipe line is reduced along with the reduction of the specific volume of the refrigerant. Moreover, if the number of the
本実施の形態2の構成であれば、凝縮器の偏平管1の本数比(A群/C群)が約2.5〜4.5になるように偏平管1の本数を鑑みて熱交換器を設計することにより、偏平管1を用いた熱交換器を凝縮器として利用した場合でも、凝縮性能を最大限に引き出すことを可能とし、同時に冷凍サイクルシステム全体の性能向上も図ることができる。
(実施の形態3)
図6は、図1に示す本発明の実施の形態3にかかるパラレルフロー型熱交換器を蒸発器および凝縮器に同時に使用した場合の実際の冷凍サイクルシステムでの実験結果である。
With the configuration of the second embodiment, heat exchange is performed in view of the number of
(Embodiment 3)
FIG. 6 is an experimental result in an actual refrigeration cycle system when the parallel flow heat exchanger according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is used simultaneously for an evaporator and a condenser.
上記実施の形態と重複する内容と原理は省き、同一機能を示すものであれば同一番号にて以下に説明する。 The contents and principles that are the same as those in the above embodiment are omitted, and the same numbers are used in the following description to indicate the same functions.
図6より、実験結果から得られた凝縮器および蒸発器の熱交換器能力Qと偏平管1の本数比(A群/C群)の関係を表すパフォーマンスカーブを同一グラフ上に示した。この図6のシステム実験結果より、熱交換器の偏平管1の本数比(A群/C群)が約1.5〜3.5の間が、同時に蒸発器および凝縮器として利用した場合の熱交換器能力Qが高く、最も有効に利用できる。
From FIG. 6, the performance curve showing the relationship between the heat exchanger capacity Q of the condenser and the evaporator obtained from the experimental results and the number ratio (group A / group C) of the
本実施の形態3の構成であれば、熱交換器の偏平管1の本数比(A群/C群)が約1.5〜3.5になるように偏平管の本数を鑑みて熱交換器を設計することにより、偏平管1を用いた熱交換器を蒸発器および凝縮器として利用した場合でも熱交換器性能を最大限に引き出すことを可能とし、同時に冷凍サイクルシステム全体の性能向上も図ることができる。
With the configuration of the third embodiment, heat exchange is performed in view of the number of flat tubes so that the ratio of the number of
なお、上記1〜3の実施の形態では、左右ヘッダー3、4内部に仕切板7、8を設置して2回蛇行させて熱交換器を流れる冷媒通路を構成したが、更に仕切板を増やして3回以上蛇行するように構成しても上記実施例と同じ意味を成し、さらには左右ヘッダー3、4を水平方向にして、偏平管1を垂直に配置した形態でも同様の意味を成すものである。
In the first to third embodiments, the
(実施の形態4)
図7は、本発明の実施の形態4にかかるパラレルフロー型熱交換器の概略正面図である。
(Embodiment 4)
FIG. 7: is a schematic front view of the parallel flow type heat
上記実施の形態と重複する内容と原理は省き、同一機能を示すものであれば同一番号にて以下に説明する。 The contents and principles that are the same as those in the above embodiment are omitted, and the same numbers are used in the following description to indicate the same functions.
図7において、左右ヘッダー3、4の中央部に仕切板11、13が各々配置され完全に、左右ヘッダー3,4は、中央から上部と下部に分割され、更には、右ヘッダー4内部には仕切板12、14が設置され、右ヘッダー4の中央部には、冷凍サイクルへの接続管15、16が垂直に設置されている。従って、例えば凝縮器として利用した場合の冷媒の流れを図8の凝縮時の冷媒の流れを示した模式図を参考に以下に説明すると、冷凍サイクル中の圧縮機(図示しない)より吐出された高温高圧の冷媒ガスが右ヘッダー4の上下の接続管9、10より流入し、途中、偏平管1に密着したフィン2を介して空気側と熱交換しながら凝縮して液化し、放熱して温度の低くなった冷媒が右ヘッダー4の中央部に集結して、接続管15,16の2箇所より冷凍サイクルへ流出するような2つの冷媒流通経路を
持つ構成であり、蒸発器として利用した場合は、凝縮器の流れとは逆方向となる。
In FIG. 7, the
ここで、左右ヘッダー3、4の内部に設置された仕切板11、12、13、14により左ヘッダー3内部は2室に分割され、右ヘッダー4内部は4室に分割される。これらの仕切板11、12、13、14によって分割された偏平管1の群を構成する管路群D(上部凝縮器入口)と管路群E(上部凝縮器出口)と管路群F(下部凝縮器出口)と管路群G(下部凝縮器入口)に分けられているので、冷媒の流れは図8に示すように、凝縮器の場合は、接続管9および10より流入した冷媒は仕切板12、14により各々の管路群D〜E、G〜Fを蛇行して流れるようになる。
Here, the inside of the
本実施の形態4の構成であれば、高温の冷媒ガスを上下の離れた位置より挿入し、空気と熱交換により冷却された低温の冷媒を中央に集結させることにより、温度差の異なる冷媒同士が再び、熱交換器の中で無駄に熱交換することが無く、偏平管1を用いた熱交換器を凝縮器として利用した場合でも、凝縮性能を最大限に引き出すことを可能とし、同時に冷凍サイクルシステム全体の性能向上も図ることができる。
If it is the structure of this
なお、上記実施例では、左右ヘッダー3、4内部に仕切板11、12、13,14を設置して1回蛇行させて熱交換器を流れる冷媒通路を構成したが、更に仕切板を増やして2回以上蛇行するように構成しても上記実施例と同じ意味を成し、さらには左右ヘッダー3、4を水平方向にして、偏平管を垂直に配置した形態でも同様の意味を成すものである。
In the above embodiment, the
また、左右ヘッダー3,4内部の仕切板11、13を設置しない場合でも同じ効果をえるものである。
The same effect can be obtained even when the
(実施の形態5)
図9は、本発明の実施の形態5にかかるパラレルフロー型熱交換器の概略正面図である。
(Embodiment 5)
FIG. 9 is a schematic front view of a parallel flow heat exchanger according to a fifth embodiment of the present invention.
上記実施の形態と重複する内容は簡略化、若しくは省き、同一機能を示すものであれば同一番号にて以下に説明する。 The same content as the above embodiment is simplified or omitted, and the same number will be described below if it shows the same function.
図9において、左右ヘッダー3、4の内部に設置された仕切板17,18、19により左ヘッダー3内部が2室に、右ヘッダー4内部が3室に各々、分割される。凝縮時、これらの仕切板17、18、19によって、全本数30本の偏平管1で構成されていたパラレルフロー型熱交換器の各偏平管1の群は、管路群H(凝縮器入口)と管路群I(凝縮器中央上部)と管路群J(凝縮器中央下部)と管路群K(凝縮器出口)に分けられているので、例えば、凝縮器としての冷媒の流れを図10の凝縮時の冷媒の流れを示した模式図を参考に以下に説明すると、冷凍サイクル中の圧縮機(図示しない)より吐出された高温高圧の冷媒ガスが接続管9から右ヘッダー4に流入した冷媒は右ヘッダー4内部の仕切板18により一旦遮断され、左ヘッダー3に連通する管路群Hの中を通過し、左右ヘッダー3、4内部の仕切板17、19により管路群I、JをS字に蛇行して、最後には管路群Kを通過し、凝縮液化した冷媒は接続管10より冷凍サイクルに流出する。ここで、上記実施の形態で説明したように、パラレルフロー型の熱交換器を凝縮器または蒸発器で利用した場合は、凝縮時の冷媒入口側の管路群Hと凝縮器出口の管路群Kの最適な設計(偏平管H群/K群の本数比)が必要となることは上記説明したとおりであるが、更には、熱交換器全体として考えた場合の各管路群H、I、J、Kの最適な設計も必要とされる。特に、図9に示すような3回以上の蛇行を繰り返すような冷媒通路の構成である場合は、途中の管路群I、Jに対する最適化も必要である。
In FIG. 9, the
従って、偏平管1が30本で構成されたパラレルフロー型の熱交換器の場合、全体のバ
ランスを考慮して、凝縮器入口の管路群Hから管路群Kに向かって偏平管1の本数が減少するように、管路群Hの本数をN(例えば8本)本、管路群Iの本数をM(例えば6本)に固定し、凝縮器入口の管路群Aと凝縮器出口の管路群Kの本数を任意に変化させて冷凍サイクルシステムで試験したところ、図11に示すような結果が得られた。
Therefore, in the case of a parallel flow type heat exchanger composed of 30
よって、この実験結果より、凝縮器入口の管路群Hから凝縮器出口の管路群Kに向かって概ね等比級数的に変化させ、更には凝縮器出入口の偏平管1の本数比が凝縮器で最適とされる約2.5〜4.5にあてはまるように設計した(H−I−J−K=13−8−6−3または12−8−6−4)場合に最も凝縮器能力Qが高いものとなった。
Therefore, from this experimental result, the ratio of the number of
本実施の形態5の構成であれば、熱交換器全体のバランスを鑑みて各管路群の偏平管1の本数を最適化した熱交換器を設計することにより、偏平管1を用いた熱交換器を蒸発器および凝縮器として利用した場合でも熱交換器性能を最大限に引き出すことを可能とし、更には、冷凍サイクルからの冷媒が流出入する接続管9、10を片側のヘッダーにのみ設置することにより、熱交換器から冷凍サイクルまでの余分な接続配管を不必要とし、その上、装置を小型化できると同時に冷凍サイクルシステム全体の性能向上も図ることができる。
If it is the structure of this
なお、上記各実施の形態では偏平管を用いているため、管の肉厚が同等でも、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、上記各実施の形態の熱交換器が有効である。 In each of the above embodiments, a flat tube is used. Therefore, even if the tube thickness is the same, the tube diameter is small, so that the pressure resistance is increased. A heat exchanger of the form is effective.
また、偏平管の管内容積が小さいため、冷媒量を減らすことができ、可燃性冷媒であるHC冷媒等を用いる時、上記各実施の形態の熱交換器が有効である。 Further, since the volume of the flat tube is small, the amount of refrigerant can be reduced, and when using HC refrigerant or the like that is a combustible refrigerant, the heat exchangers of the above embodiments are effective.
以上のように、本発明にかかる偏平管を用いた熱交換器を最適設計して利用すると、複雑な構成を必要とせずに熱交換性能を最大限に引き出すことが可能となるので、ヒートポンプ式空気調和機やカーエアコン等の熱交換器にも適用できる。 As described above, when the heat exchanger using the flat tube according to the present invention is optimally designed and used, the heat exchange performance can be maximized without requiring a complicated configuration. It can also be applied to heat exchangers such as air conditioners and car air conditioners.
1 偏平管
2 フィン
3 左ヘッダー
4 右ヘッダー
5、6、9、10、15、16 接続管
7、8、11、12、13、14、17、18、19 仕切板
A、D、G、H 凝縮器入口または蒸発器出口の管路群
B、I、J 凝縮器中央または蒸発器中央の管路群
C、F、E、K
1
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