JP2006284133A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のパラレルフロータイプの熱交換器において、扁平管が風下側に傾斜した構成である場合でも、扁平管内部での冷媒の偏流を防止して、十分な熱交換量を得ることが可能なマイクロチューブの熱交換器を提供すること。
【解決手段】扁平管１の傾斜角度に対して常に水平になるような冷媒流通穴１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈの形状に改善することにより、液冷媒２ｂのように冷媒流通穴１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈの底面に広く、接触面積を増大させることが可能となり、冷媒と空気の熱交換性能を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ルームエアコン，パッケージエアコンなどのパラレルフロー型のヒートポンプ用室外機に用いることが出来る熱交換器に関する。

従来の空気調和機の冷凍サイクル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が必要となってくる。

ここで、図６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６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、蒸発器として使用される場合、冷媒が流入する接続管６が右ヘッダー４の下部に接合されている。右ヘッダー４の接続管６に流入した冷媒は各ヘッダーに連通する各扁平管１の中を通過しながら、各扁平管１に密着したフィン２を介して空気と熱交換を行い、更にガス化した冷媒は中空円筒状である右ヘッダー４の上部の接続管５から流出する。

また、左右ヘッダー３，４の内部には、各々仕切板７、８、９が設置され、これにより左ヘッダー３の内部が２室、右ヘッダーの内部が３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の下部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７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Ｄの中を通過し、更には仕切板８により、管路群Ｃ、ＢをＳ字に蛇行して流れながら、各扁平管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右ヘッダー４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７の模式図の実線矢印で示す。

また、パラレルフロータイプ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冷媒の流れる方向が異なり、図６に示す従来例の場合、圧縮機より吐出された高温高圧の単相の過熱冷媒ガスが接続管５より右ヘッダー４に流入し、右ヘッダー４の仕切板９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Ａの中を通過し、図８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、各扁平管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６から冷凍サイクルへ流出する。

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扁平な断面外形を有する熱交換器用の扁平管１で、内部に１本ないし数本の冷媒通路を有し、右ヘッダー４と左ヘッダー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。

従来このような空気調和機用の熱交換器で着霜運転時に空気の流入上流部と下流側のフィンの形状を変化させ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ものもがある（例えば特許文献１参照）。
特開平８―１７８３６６号公報（４頁、第１図）

しかしながら、前記従来の構成では、以下のような問題がある。

エアコンが例えば、暖房運転をしている場合、室外熱交換器に送られる通風空気４は冷たく、その上、扁平管１の内部の冷媒流通穴を低温の冷媒が通過しながら周囲から熱を吸熱する為に、蒸発器として動作する場合はコルゲートフィン２を介して通風空気から凝縮の潜熱を奪うので、通風空気はコルゲートフィン２の間を通過する間に更に次第に冷却される。また、着霜状態が継続された場合は、暖房性能が低下するため、冷媒を逆転させるなどして、除霜運転を行う。除霜運転に入ると、扁平管やコルゲートフィン表面の霜が溶けて、水滴が扁平管の上やフィンの間に若干滞留するが、通風下流側に扁平管を傾斜させることにより扁平管上に滞留する水滴を極力低減するように工夫され、扁平管表面上を通風下流側に流れ落ちる。

しかしながら、前記従来の構成では、扁平管が通風上流から通風下流方向に傾斜しているだけであり、扁平管内部の冷媒流通穴の一部では液成分の冷媒が偏って滞留する。この為に、例えば蒸発器として利用している場合に、液成分の冷媒が扁平管の冷媒流通穴の壁面と効率よく接触してない部分が発生する。このように液冷媒が偏流して冷媒流通穴の壁面との接触面積が小さくなると、最悪の場合、熱交換器の性能が大きく低下するという欠点があった。

本発明の目的は、冷媒の偏流を低減し、液成分の冷媒と扁平管内部の接触面積を増大させて、熱交換器の効率を向上させて高性能のパラレルフロー型のヒートポンプ用室外機に用いることが出来る熱交換器を提供することにある。

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扁平管と、隣接する前記扁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、前記ヘッダー内部には前記冷媒が流出入する前記扁平管の本数を変化させる仕切り板が設置され、前記扁平管は通風上流側から通風下流側方向に、傾斜させると共に、前記扁平管内部の前記複数の冷媒流通穴の底面の形状を水平にする。

本構成によって、冷媒と扁平管内部の接触面積を増大させて、熱交換の効率を向上させることができる。

さらに、本発明は、前記複数の冷媒流通穴の底面には、フィンを配置することにより、冷媒との接触面積を更に増大させることが可能となる。

本発明の熱交換器によれば、扁平管を通風方向の上流側から下流側に、傾斜させた扁平管の構成であっても、冷媒の流通穴の底面形状を水平にしてあるために、熱交換器の性能を低下させることない。

また、扁平管内部の底面にフィンを設けることにより、伝熱面積が増大することにより飛躍的に伝熱性能が向上し、高性能なパラレルフロー型のヒートポンプ用室外機に用いることができる熱交換器を得ることが可能となる。

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扁平管と、隣接する前記扁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、前記ヘッダー内部には前記冷媒が流
出入する前記扁平管の本数を変化させる仕切り板が設置され、前記扁平管は通風上流側から通風下流側方向に、傾斜させると共に、前記扁平管内部の前記複数の冷媒流通穴の底面の形状を水平にする。

本構成によって、冷媒と扁平管内部の接触面積を増大させて、熱交換の効率を向上させることができる。

第２の発明は、前記複数の冷媒流通穴の底面には、フィンを配置することにより、冷媒との接触面積を更に増大させることが可能となる。

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。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１を示す、全体斜視図である。

上記従来例と重複する内容は省き、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。

また、図１に示すパラレルフロータイプ室外熱交換器では、左右ヘッダー３，４に垂直に配置された多数の扁平管１と、その扁平管１の間に熱的に接続されたコルゲートフィン（図示しない）が挟み込まれている。また、この扁平管１同士の間を通過する通風空気が図１のＡからＢの方向に流入している。

各扁平管１は水平方向に接続され、さらに扁平管１は通風方向である上流側Ａから下流側Ｂに対し、傾斜している。

これは、この熱交換器を蒸発器として利用した場合、扁平管上に通風妨害となる水滴が溜まるのを防いで、風下側Ｂへ流し落とし、熱交換器性能を向上させるためである。

また、図２は、図１に示すパラレルフロータイプ室外熱交換器の部分拡大斜視図である。また図２に示すように、扁平管１の内部には冷媒が通過する複数の冷媒流通穴１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄがあり、図３は、図２の実線矢印のＣからＤ方向に見た扁平管１の部分拡大断面図である。

図３においては、例えば蒸発器として利用されている場合、冷媒流通穴である１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ内部の下方隅に低温の液冷媒２ａが偏って滞留し、各冷媒流通穴１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの壁面と液冷媒２ａとの接触面積が小さく冷媒と空気の伝熱性能が低下してしまう。

従って、図３に示すように、扁平管１を傾斜させて配置した場合でも液冷媒２ａが偏って滞留しないように工夫することにより改善される。よって冷媒が流通する穴の底面の形状を、図４に示すように扁平管１の傾斜角度に対して常に水平になるような冷媒流通穴１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈの形状に改善することにより、液冷媒２ｂのように冷媒流通穴１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈの底面に広く、接触面積を増大させることが可能となり、冷媒と空気の熱交換性能が向上させることができる。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２を示す、図２の実線矢印のＣからＤ方向に見た扁平管１の部分拡大断面図である。

図５において、扁平管１内部の冷媒通過穴１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ内部の底面にフィン１０を配置する。

かかる構成によれば、冷媒通過穴１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈの底面に滞留する液冷媒２ｂとの接触面積が増大し、飛躍的に冷媒と空気の熱交換性能を向上させることが可能となる。

なお、上記各実施の形態では冷媒通過穴およびフィンの形状および数を限定するものでも無く、その他の形状で上記実施の形態と同様の効果を得ることも可能である。

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。

本発明の実施の形態１にかかるパラレルフロータイプの室外熱交換器の全体斜視図 本発明の実施の形態１にかかるパラレルフロータイプの室外熱交換器の部分拡大斜視図 本発明の実施の形態１にかかる改善前の扁平管の拡大断面図 本発明の実施の形態１にかかる改善後の扁平管の拡大断面図 本発明の実施の形態２にかかる扁平管の拡大断面図 従来のパラレルフロータイプ熱交換器の全体斜視図 従来のパラレルフロータイプ熱交換器における蒸発器での冷媒の流れを示す模式図 従来のパラレルフロータイプ熱交換器における凝縮器での冷媒の流れを示す模式図

符号の説明

１ 扁平管
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ 冷媒流通穴
２ コルゲートフィン
２ａ、２ｂ 液冷媒
３ 左ヘッダー
４ 右ヘッダー
５、６ 接続管
７、８，９ 仕切板
１０ フィン

Claims (2)

1. 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扁平管と、隣接する前記扁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、前記ヘッダー内部には前記冷媒が流出入する前記扁平管の本数を変化させる仕切り板が設置され、前記扁平管は通風上流側から通風下流側方向に、傾斜させると共に、前記扁平管内部の前記複数の冷媒流通穴の底面を水平にしたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記複数の冷媒流通穴の底面には、フィンを配置したことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。

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