JP2006064285A

JP2006064285A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2006064285A
Application number: JP2004247061A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Yokoyama; 昭一横山; Osamu Aoyanagi; 治青柳; Hirokazu Fujino; 宏和藤野; Haruo Nakada; 春男中田
Original assignee: Daikin Industries Ltd; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】簡単な構成で冷媒偏流を低減でき、性能低下を防止できる熱交換器を提供する。
【解決手段】左ヘッダ１１と右ヘッダ１２との間に複数段のパスＰ1〜Ｐ4を左右に折り返すように接続する。最上段のパスＰ1よりも流路断面積の大きいパスが最上段のパスＰ1を除く他のパスＰ2〜Ｐ4に存在する。
【選択図】図１

Description

この発明は、熱交換器に関する。

従来、熱交換器としては、左ヘッダと右ヘッダとの間に、互いに間隔をあけて略平行に接続された複数の伝熱管を備えたものがある(例えば、特開昭６１−９３３８７号公報(特許文献１)参照)。

上記熱交換器では、冷媒が流れる伝熱管の本数は、蒸発器として下部ポート側のパスが少なく、上部ポート側のパスが多くなっている。この熱交換器を蒸発器として用いた場合、下部ポートから流入した気液二相冷媒は、伝熱管内において上部ポート側で液相より気相が多くなるので、伝熱管の本数が多い上部ポート側のパスでは、冷媒が複数の伝熱管に均等に流れることができず、偏流が生じて能力が十分に発揮できないという問題がある。
特開昭６１−９３３８７号公報

そこで、この発明の目的は、簡単な構成で冷媒偏流を低減でき、性能低下を防止できる熱交換器を提供することにある。

上記目的を達成するため、この発明の熱交換器は、左ヘッダと右ヘッダとの間に複数段のパスが左右に折り返すように接続された熱交換器であって、最上段の上記パスよりも流路断面積の大きいパスが上記最上段のパスを除く他のパスに存在することを特徴とする。

上記構成の熱交換器によれば、上記最上段のパスよりも流路断面積の大きいパスが最上段のパスを除く他のパスに存在する構成とすることによって、最上段のパスによる圧損が増えるがその損失分よりも分流性能が向上する。したがって、簡単な構成で冷媒偏流を低減でき、性能低下を防止できる。

また、一実施形態の熱交換器は、上記最上段のパスに隣接する下段のパスの流路断面積が上記最上段のパスよりも大きいことを特徴とする。

上記実施形態の熱交換器によれば、上記最上段のパスに隣接する下段のパスの流路断面積を最上段のパスよりも大きくすることによって、分流性能をより向上できる。

また、一実施形態の熱交換器は、上記最上段のパスの流路断面積と、上記最上段のパスよりも流路断面積の大きい他のパスの流路断面積との比が、１：３以下であることを特徴とする。

上記実施形態の熱交換器によれば、上記最上段のパスの流路断面積と、最上段のパスよりも流路断面積の大きい他のパスの流路断面積との比を１：３以下にすることによって、分流性能を良好に保ちつつ圧損を抑制できる。

また、一実施形態の熱交換器は、上記最上段のパスおよび最下段のパスを除く他のパスの流路断面積よりも、上記最下段のパスの流路断面積が小さいことを特徴とする。

上記実施形態の熱交換器によれば、上記最上段のパスおよび最下段のパスを除く他のパスの流路断面積よりも、最下段のパスの流路断面積を小さくすることによって、最上段のパスを除く領域において入口側から出口に向かって流路断面積が徐々に段階的に増大することにより、気液二相冷媒から気相が徐々に増えていく流路の圧損を低減できる。

以上より明らかなように、この発明の熱交換器によれば、左ヘッダと右ヘッダとの間に複数段のパスが左右に折り返すように接続された熱交換器において、最上段のパスよりも流路断面積の大きいパスをその最上段のパスを除く他のパスに設けた簡単な構成によって、冷媒偏流を低減でき、性能低下を防止することができる。

以下、この発明の熱交換器を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１はこの発明の実施の一形態の空気調和機用の蒸発器および凝縮器として切り換えて用いられる熱交換器の正面図である。この実施の形態の熱交換器１０は、図１に示すように、冷媒が流入または流出する上部ポート１１aが上端に設けられ、冷媒が流出または流入する下部ポート１１bが上端に設けられた円筒形状の左ヘッダ１１と、両端が閉じられた円筒形状の右ヘッダ１２と、所定の間隔をあけて略並行に配列された左ヘッダ１１と右ヘッダ１２との間に、互いに間隔をあけて略平行に接続された複数の扁平管１３とを備えている。上記複数の扁平管１３の間に、アルミニウム板が積層された放熱フィン１４を取り付けている。

図２はこの実施の形態の熱交換器１０の構成と冷媒の流れを示す模式図であり、図２(a)は凝縮器として用いたときの図であり、図２(b)は蒸発器として用いたときの図である。図２(a),(b)に示すように、左ヘッダ１１内には２つの仕切部２１,２２が設けられ、右ヘッダ１２内には１つの仕切部２３が設けられている。これにより、４段のパスＰ1〜Ｐ4が左右に折り返すように接続された熱交換器１０を構成している。

また、上記熱交換器１０において、４段のパスＰ1〜Ｐ4の扁平管１３の本数は、上側から順にパスＰ1が６本、パスＰ2が１０本、パスＰ3が１７本、パスＰ4が７本となっている。

つまり、図２(a)の凝縮器として用いられた場合は、上部ポート１１aから流入したガス冷媒は、最上段のパスＰ1(６本)を通った後、右ヘッダ１２で折り返して下側の次段のパスＰ2(１０本)を流れる。そして、左ヘッダ１１で折り返して下側の次段のパスＰ3(１７本)を流れた冷媒は、右ヘッダ１２で折り返して最下段のパスＰ4(７本)を流れて、左ヘッダ１１の下部ポート１１bから流出する。

また、図２(b)の蒸発器として用いられた場合は、下部ポート１１bから流入した気液二相冷媒は、最下段のパスＰ4(７本)を通った後、右ヘッダ１２で折り返して上側の次段のパスＰ3(１７本)を流れる。そして、左ヘッダ１１で折り返して上側の次段のパスＰ2(１０本)を流れた冷媒は、右ヘッダ１２で折り返して最上段のパスＰ1(６本)を流れて、左ヘッダ１１の上部ポート１１aから流出する。

また、図３はこの発明の熱交換器の説明を容易にするための比較例としての熱交換器であって、本発明の熱交換器ではない。この図３に示す比較例の熱交換器は、４段のパスの扁平管１３の本数を除いて図２に示す実施の形態の熱交換器１０と同一の構成をしている。すなわち、上記熱交換器１００において、図３(a),(b)に示すように、４段のパスＰ11〜Ｐ14の扁平管１３の本数は、上側から順にパスＰ11が１５本、パスＰ12が１１本、パスＰ13が８本、パスＰ14が６本となっている。このように、下段のパスから段階的に扁平管１３の本数を多くするのが、蒸発器として用いる熱交換器の一般的な考え方である。

上記比較例の熱交換器１００では、図３(a)に示すように、凝縮器として用いられた場合は、上部ポート１１１aから流入したガス冷媒は、最上段のパスＰ11(１５本)を通った後、右ヘッダ１１２で折り返して下側の次段のパスＰ12(１１本)を流れる。そして、左ヘッダ１１１で折り返して下側の次段のパスＰ13(８本)を流れた冷媒は、右ヘッダ１１２で折り返して最下段のパスＰ14(７本)を流れて、左ヘッダ１１１の下部ポート１１１bから流出する。

また、図３(b)の蒸発器として用いられた場合は、下部ポート１１１bから流入した気液二相冷媒は、最下段のパスＰ14(６本)を通った後、右ヘッダ１１２で折り返して上側の次段のパスＰ13(８本)を流れる。そして、左ヘッダ１１１で折り返して上側の次段のパスＰ12(１１本)を流れた冷媒は、右ヘッダ１１２で折り返して最上段のパスＰ11(１５本)を流れて、左ヘッダ１１１の上部ポート１１１aから流出する。

この比較例の熱交換器１００を蒸発器として用いた場合、入口の下部ポート１１１bから出口の上部ポート１１１aに向かって流路断面積が徐々に段階的に増大することにより、気液二相冷媒から気相が徐々に増えていく流路の圧損を低減している。ところが、出口側の最上段のパスＰ11では、気相が多くなるため、最上段のパスの１５本の扁平管１３に均等に冷媒が流れず、冷媒偏流が生じて分流性能が低下する。

そこで、この発明の実施の形態の熱交換器１０では、最上段のパスＰ1(６本)よりも流路断面積の大きいパスを最上段のパスＰ1(６本)を除く他のパスＰ2〜Ｐ4に設ける構成によって、蒸発器として用いる場合に出口側の最上段のパスＰ1では、下側のパスの流路断面積の方が大きいので、最上段のパスＰ1で絞られて圧損は増えるものの、その圧損による損失分よりも分流性能が向上する。したがって、簡単な構成で冷媒偏流を低減でき、性能低下を防止することができる。

また、上記最上段のパスＰ1(６本)に隣接する下段のパスＰ2(１０本)の流路断面積を最上段のパスＰ1よりも大きくすることによって、分流性能をより向上できる。

また、上記最上段のパスＰ1(６本)の流路断面積と他のパスＰ2,Ｐ3,Ｐ4(１０本,１７本,７本)の流路断面積との比を１：３以下にすることによって、分流性能を良好に保ちつつ圧損を抑制できる。

さらに、上記最上段のパスＰ1(６本)および最下段のパスＰ4(７本)を除く他のパスＰ2,Ｐ3(１０本,１７本)の流路断面積よりも、最下段のパスＰ4(７本)の流路断面積を小さくすることによって、最上段のパスＰ1を除く領域において入口側から出口に向かって流路断面積が段階的に増大することにより、気液二相冷媒から気相の割合が徐々に増えていく流路の圧損を低減できる。

上記実施の形態では、左ヘッダ１１と右ヘッダ１２との間に複数の扁平管１３を備えた熱交換器について説明したが、扁平管に限らず、他の伝熱管が左ヘッダと右ヘッダとの間に接続されたものでもよい。

上記実施の形態では、偶数段のパス構成の熱交換器について説明したが、パス構成はこれに限らず、奇数段のパス構成の熱交換器であってもよいし、各段のパスの伝熱管の本数などもこの実施の形態に限定されるものではない。

また、上記実施の形態では、左ヘッダ１１の両端に上部ポートと下部ポートを設けた熱交換器について説明したが、左ヘッダに上部ポートまたは下部ポートの一方を設け右ヘッダに上部ポートまたは下部ポートの他方を設けた熱交換器にこの発明を適用してもよい。

図１はこの発明の実施の一形態の熱交換器の正面図である。図２は上記熱交換器の構成と冷媒の流れを示す模式図である。図３は比較例の熱交換器の構成と冷媒の流れを示す模式図である。

符号の説明

１０…熱交換器
１１…左ヘッダ
１１a…上部ポート
１１b…下部ポート
１２…右ヘッダ
１３…扁平管
２１〜２３…仕切部
Ｐ1〜Ｐ4,Ｐ11〜Ｐ14…パス

Claims

左ヘッダ(１１)と右ヘッダ(１２)との間に複数段のパス(Ｐ1〜Ｐ4)が左右に折り返すように接続された熱交換器であって、
最上段の上記パス(Ｐ1)よりも流路断面積の大きいパスが上記最上段のパス(Ｐ1)を除く他のパス(Ｐ2〜Ｐ4)に存在することを特徴とする熱交換器。
請求項１に記載の熱交換器において、
上記最上段のパス(Ｐ1)に隣接する下段のパス(Ｐ2)の流路断面積が上記最上段のパス(Ｐ1)よりも大きいことを特徴とする熱交換器。
請求項１または２に記載の熱交換器において、
上記最上段のパス(Ｐ1)の流路断面積と、上記最上段のパス(Ｐ1)よりも流路断面積の大きい他のパス(Ｐ2〜Ｐ4)の流路断面積との比が、１：３以下であることを特徴とする熱交換器。
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の熱交換器において、
上記最上段のパス(Ｐ1)および最下段のパス(Ｐ4)を除く他のパス(Ｐ2,Ｐ3)の流路断面積よりも、上記最下段のパス(Ｐ4)の流路断面積が小さいことを特徴とする熱交換器。