JP2007064550A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 多数の伝熱管を有する編込み細線熱交換器において、伝熱管と細線からなる熱交換部が円筒または円弧の形状をした熱交換器が提案されているが、その場合、熱交換器自体の占有体積が増加する課題がある。
【解決手段】 円柱形状、あるいは円弧形状となる熱交換部９が構成される空間内部に送風機１０を設置し、側面一方向Aから別の側面方向Bに送風することにより、占有体積の増加を抑制しながら、かつ、熱交換効率を高くした小型高性能な熱交換器を実現する。
【選択図】 図１

Description

本発明は空気調和機や冷凍システムなどの熱交換器に関するものである。

従来の熱交換器としては、細線を編みこんだ伝熱管の熱交換部が円筒状あるいは円弧状のものがあった（例えば、特許文献１参照）。図１０は、前記特許文献１ に記載された従来の熱交換器の熱交換部の正面図を示すものである。図１１から図１３は、前記特許文献１ に記載された従来の熱交換器の斜視図を示すものである。

図１０において、伝熱管１０１は、細線１０２によって編みこまれ、熱交換部１０３を構成していた。

図１１においては、熱交換部１０３を円筒状にして一端を入口ヘッダ１０４と接続し、他端を出口ヘッダ１０５と接続していた。

図１２および図１３においては、熱交換部１０３を円弧状にして一端を入口ヘッダ１０４と接続し、他端を出口ヘッダ１０５と接続していた。

また、熱交換器内に送風機を収納する空間を形成するものがあった（例えば、特許文献２参照）。図１４は、前記特許文献２に記載された従来の送風機を収納する空間を設けた熱交換器の正面図を示すものである。図１５は、前記特許文献２に記載された従来の送風機を収納する空間を設けた熱交換器の平面図を示すものである。

図１４および図１５においては、空気調和器の室外機ユニットに設けられたコの字状の熱交換器１０６で構成される空間内部に送風機１０７を配置し、熱交換器を通過した空気を上方へ排気していた。
特開平８−３２０１９２号公報（第３４頁、図４０、図４３、図４４、図４６） 特開昭５８−１２９１７６号公報（第３頁、図３、図４）

しかしながら、前記特許文献１の構成では、熱交換部が曲面形状となり、熱交換器が占有する体積が増加するという課題を有していた。
また、特許文献２に記載の空気調和器の室外機ユニットの内部の上方に設置した送風機を用い、側面の熱交換器を通過させた気流を上方へ排気すると、気流の主流方向が途中で曲げられ、熱交換器を通過する気流分布が一様でなくなり、熱交換器の熱交換部における熱交換率に局所的な分布が生じ、熱交換器全体の性能を劣化させるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱伝達性能が高い熱交換器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、請求項１に係る熱交換器は、
冷媒入口配管１と、
冷媒入口配管１に接続した入口ヘッダ２と、
入口ヘッダ２から中間ヘッダ３まで所定の間隔をおいて配置された所定の管径の複数からなる第１の伝熱管４を接続し、
中間ヘッダ３から出口ヘッダ５まで所定の間隔をおいて配置された所定の管径の複数からなる第２の伝熱管６を接続し、
出口ヘッダ５に冷媒出口配管７を接続し、
第１の伝熱管４および第２の伝熱管６に伝熱フィン８を備え、
入口ヘッダ２と、中間ヘッダ３と、出口ヘッダ５と、第１の伝熱管４と、第２の伝熱管６と、伝熱フィン８とで構成される熱交換部９を曲面形状にし、
熱交換部９で構成される空間内部に送風機１０を収納し、
前記熱交換部の筒状の所定の側面から空気を取り入れ、反対の側面から空気を流出させて熱交換を行う。

請求項２に係る熱交換器は、
第１の伝熱管４および第２の伝熱管６に細線１１を接触させた、あるいは巻きつけた、あるいは編みこんだ熱交換部９を、
円筒形状、あるいは多角形状、あるいは円弧形状に湾曲させ、熱交換を行う。

請求項３に係る熱交換器は、
熱交換部９で構成される第１の熱交換器１２の空間内部に、少なくとも一つの第２の熱交換器１３を配置し、熱交換を行う。

本構成によって、小型高性能な熱交換器を提供することができる。

本発明の熱交換器によれば、小型高性能な熱交換器を提供することができる。

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）
本実施形態の熱交換器は、図１６に示すように、
筒形状の２つの底面部に配置され、冷媒を貯留または流通させる第１及び第２のヘッダ２，３３と、
前記筒形状の側面部を構成し、前記第１ヘッダ２と第２ヘッダ３３とを接続し、前記第１ヘッダ２と第２ヘッダ３３との間で冷媒を流通させる複数の伝熱管から構成される熱交換部９と、
前記筒形状の熱交換部９の内部に配置され、前記側面の第１の方向Ａから空気を取り入れ、前記第１の方向Ａとは別の前記側面の第２の方向Ｂに前記空気を排出する送風機１０とを有する。

本発明の熱交換器は、熱交換部の内部に送風機を設置することにより省スペースを実現しながら、熱交換部の一側面から空気を取り入れ熱交換器の他の側面に空気を排出する構成となっているため、いずれの側面においても効率よく、熱交換を行うことができる。

図１６に示す熱交換器においては、冷媒は入口冷媒配管１から第１ヘッダ（入口ヘッダ）２に導入され、熱交換部９の伝熱管を通過して、第２ヘッダ（出口ヘッダ）３３に接続された出口冷媒配管７により、流出する。さらに熱交換効率を高めるためには、図４に示すように、入口ヘッダ２に導入した冷媒を熱交換部９を介して中間ヘッダ３まで輸送した後、更に出口ヘッダ５まで送るのが望ましい。次に、この形態の熱交換器について、図１から図６を用いて詳述する。

図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の正面図である。

図２および図３は、本発明の実施の形態１における熱交換器の側面図である。

図４は、本発明の実施の形態１における熱交換器の斜視図である。

図５は、本発明の実施の形態１における伝熱フィンの正面図である。

図６は、本発明の実施の形態１における伝熱フィンおよび伝熱管の斜視図である。

図１から図６において、冷媒入口配管１は、円筒形状の入口ヘッダ２に接続しており、冷媒入口配管１から入口ヘッダ２へ冷媒が流入する。

入口ヘッダ２から円筒形状の中間ヘッダ３まで所定の間隔をおいて配置された例えば管内径６ｍｍの複数からなる第１の伝熱管４を接続することにより、冷媒は、入口ヘッダ２から第１の伝熱管４を通過し、中間ヘッダ３へ導かれる。

中間ヘッダ３から円筒形状の出口ヘッダ５まで所定の間隔をおいて配置された例えば管内径６ｍｍの複数からなる第２の伝熱管６を接続することにより、冷媒は、中間ヘッダ３から第２の伝熱管６を通過し、出口ヘッダ５へ導かれる。

出口ヘッダ５に冷媒出口配管７を接続し、冷媒は、出口ヘッダ５から冷媒出口配管７へ流出する。

第１の伝熱管４および第２の伝熱管６には伝熱フィン８を備える。伝熱フィン８は円弧形状のプレートフィンであり、第１の伝熱管４および第２の伝熱管６の内部に流れる冷媒と、第１の伝熱管４および第２の伝熱管６の外部の流体との間で、第１の伝熱管４、第２の伝熱管６および伝熱フィン８を介して熱交換を行う。

例えば、二酸化炭素冷媒を用いた空気熱交換器であれば、第１の伝熱管４および第２の伝熱管６の内部の冷媒は二酸化炭素であり、第１の伝熱管４および第２の伝熱管６の外部の流体は空気となる。

また、入口ヘッダ２と、中間ヘッダ３と、出口ヘッダ５と、第１の伝熱管４と、第２の伝熱管６と、伝熱フィン８とで構成される熱交換部９を円筒形状にした空間内部に送風機１０を収納し、支持体１０ａによって支えられながら回転し、熱交換部９の筒状の所定の側面から空気を取り入れ、反対の側面から空気を流出させる（実施の形態１の構成）。かかる構成によれば熱交換部９によって形成される空間内部に送風機１０を設置することにより、占有体積が減少されるので小型かつ高性能な熱交換器となる。

また、送風機１０として、例えばクロスフローファンを用いると、ファンの回転羽根と熱交換部９が並行かつ近距離にあるため、熱交換部９を通過する風速が、均一かつ風速の減衰がない状態を維持することができ、伝熱性能を上げるとともに、回転駆動動力を必要以上に上げることがないため省エネ性の向上につながる。また、結露水を風圧で飛ばすことも可能である。

また、図４の熱交換器を放熱器として用いる場合、第１の伝熱管４の方が第２の伝熱管６よりも高温になり、Ｂ側の空気の方がＡ側の空気よりも高温になるので、Ａ側においてもＢ側においても冷媒と空気の温度差を確保することができ、より効率の良い熱交換が可
能になる。逆に、蒸発器として用いる場合には、第１の伝熱管４の方が第２の伝熱管６よりも低温になり、Ｂ側の空気の方がＡ側の空気よりも低温になるので、Ａ側においてもＢ側においても冷媒と空気の温度差を確保することができ、より効率の良い熱交換が可能になる。

なお、本実施の形態において、送風機１０として、シロッコファンなどの送風機としても良い。

また、伝熱フィン８として、スリットフィン、ルーバーフィン、コルゲートフィンなどの伝熱フィンを用いた構成とすることにより、伝熱性能を向上させることができる。

また、入口ヘッダ２と、中間ヘッダ３と、出口ヘッダ５を、例えば、円弧状や、多角柱などの円筒形状以外の形状としても良い。

また、熱交換部９を円弧状や、多角柱などの円筒形状以外の形状としても良い。

また、遮蔽板１４を熱交換部９の側面に配置することにより、送風機１０としてクロスフローファンを用いた場合、気流は上部より流入し、下部へ効率的に流出するため、気流を無駄なく、熱交換器内を通過させることができる。

なお、第１の伝熱管４と、第２の伝熱管６の中を流れる冷媒としては、代替フロンなどの冷媒を用いても良い。

以上では、伝熱管の内径を６ｍｍとしたが、伝熱管の内径は、１ｍｍから７ｍｍ程度とするのが望ましい。このサイズの伝熱管を用いることにより、空気との熱交換が活性化され、より熱交換効率がアップする。
（実施の形態２）
図７から図８は、本発明の実施の形態２の熱交換部の断面図および斜視図である。図７から図８において、図１から図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図７および図８において、第１の伝熱管４および第２の伝熱管６をそれぞれ所定の間隔で配置し、円弧形状の熱交換部９を２つ構成する。細線１１を、第１の伝熱管４および第２の伝熱管６の円弧形状の熱交換部９に所定の間隔で編込み、ロウ付けなどによって接合させる（実施の形態２の構成）。

かかる構成によれば、編込み細線熱交換器の高い伝熱性能を利用しつつ、送風機１０によって生ずる気流が伝面近傍を通過するために、より伝熱性能を向上させるという相乗効果を得え、小型な熱交換器を提供することができる。

なお、円弧状の熱交換部９を構成する場合、まず、平面上に第１の伝熱管４および第２の伝熱管６をそれぞれ所定の間隔で配置し、細線１１を、第１の伝熱管４および第２の伝熱管６の平面上の熱交換部９に所定の間隔で編込んだ後、平面上の熱交換部を湾曲させ、円弧状の熱交換部９を構成し、ロウ付けなどによって接合させることもできる。

なお、熱交換部９は、円筒形状、あるいは多角形状でもよい。

また、細線１１を、第１の伝熱管４および第２の伝熱管６に巻きつけることによっても同等の効果が得られる。

また、細線１１を例えば波型に成型し、第１の伝熱管４および第２の伝熱管６に編みこまず、あるいは巻きつけずに、接触させて接合することにより、安価に高性能な熱交換器を提供することができる。

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３の熱交換器の斜視図である。図９において、図１から図８と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
図９において、円筒形状の第１の熱交換器１２の内部に格納されるように、より外形寸法の小さい円筒形状の第２の熱交換器１３を内部に配置し、第２の熱交換器１３の内部に送風機１０を設置する。冷媒は、入口冷媒配管２１を通過し、分岐され、入口ヘッダ２および入口ヘッダ２０へ流入する。入口ヘッダ２へ流入した冷媒は熱交換部９の一部の伝熱管を通過し、中間ヘッダ３へ流入する。冷媒は中間ヘッダ３から、熱交換部９の残りの伝熱管を通過し、出口ヘッダ５に流入する。一方、入口ヘッダ２０へ流入した冷媒は熱交換部２５の一部の伝熱管を通過し、中間ヘッダ２１へ流入する。冷媒は中間ヘッダ２１から、熱交換部２５の残りの伝熱管を通過し、出口ヘッダ２２に流入する。出口ヘッダ５および出口ヘッダ２２は、出口冷媒配管２４に連通しており、出口ヘッダ５および出口ヘッダ２２から流出した冷媒は出口冷媒配管２４で合流する（実施の形態３の構成）。

かかる構成によれば、伝熱管のパスの長さを増やすことになり、伝熱面積を増大させ、伝熱性能を向上させることが出来る。

なお、本実施の形態において、円筒形状の熱交換器を２重に重ねる構成としたが、もちろんそれ以上に熱交換器を複数配置しても良い。

また、円弧状など円筒形状以外の形状をした熱交換器を入れ子にしても良い。

本発明にかかる熱交換器は、小型高性能性を有し、空調機器用などの凝縮器、蒸発器等として有用である。またそれ以外の熱利用等に関する用途にも応用できる。

本発明の実施の形態１における熱交換器の正面図 本発明の実施の形態１における熱交換器の側面図 本発明の実施の形態１における熱交換器の側面図 本発明の実施の形態１における熱交換器の斜視図 本発明の実施の形態１における伝熱フィンの正面図 本発明の実施の形態１における伝熱フィンおよび伝熱管の斜視図 本発明の実施の形態２における熱交換部の断面図 本発明の実施の形態３における熱交換部の斜視図 本発明の実施の形態３における熱交換器の斜視図 従来の熱交換器の形状を示す正面図 従来の熱交換器の形状を示す斜視図 従来の熱交換器の形状を示す斜視図 従来の熱交換器の形状を示す斜視図 従来の熱交換器の形状を示す正面図 従来の熱交換器の形状を示す平面図 実施の形態１における熱交換器の別の構成例を示す斜視図

符号の説明

１ 入口冷媒配管
２ 入口ヘッダ
３ 中間ヘッダ
４ 第１の伝熱管
５ 出口ヘッダ
６ 第２の伝熱管
７ 出口冷媒配管
８ 伝熱フィン
９ 熱交換部
１０ 送風機
１０ａ 支持体
１１ 細線
１２ 第１の熱交換器
１３ 第２の熱交換器
１４ 遮蔽板
２０ 入口ヘッダ
２１ 中間ヘッダ
２２ 出口ヘッダ
２３ 入口冷媒配管
２４ 出口冷媒配管
２５ 熱交換部
１０１ 伝熱管
１０２ 細線
１０３ 熱交換部
１０４ 入口ヘッダ
１０５ 出口ヘッダ
１０６ 送風機

Claims (3)

1. 冷媒入口配管と、
   前記冷媒入口配管に接続した入口ヘッダと、
   前記入口ヘッダから中間ヘッダまで所定の間隔をおいて配置された所定の管径の複数からなる第１の伝熱管を接続し、
   前記中間ヘッダから出口ヘッダまで所定の間隔をおいて配置された所定の管径の複数からなる第２の伝熱管を接続し、
   前記出口ヘッダに冷媒出口配管を接続し、
   前記第１の伝熱管および第２の伝熱管に伝熱フィンを備え、
   前記入口ヘッダと、前記中間ヘッダと、前記出口ヘッダと、前記第１の伝熱管と、前記第２の伝熱管と、前記伝熱フィンとで構成される熱交換部を曲面形状にし、
   前記熱交換部で構成される空間内部に送風機を収納し、
   前記熱交換部の筒状の所定の側面から空気を取り入れ、反対の側面から空気を流出させることを特徴とする熱交換器。
2. 前記第１の伝熱管および前記第２の伝熱管に細線を接触させた、あるいは巻きつけた、あるいは編みこんだ熱交換部を
   円筒形状、あるいは多角形状、あるいは円弧形状に湾曲させたことを特徴とする請求項１に記載された熱交換器。
3. 前記熱交換部で構成される第１の熱交換器の空間内部に、
   少なくとも一つの第２の熱交換器を配置す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。
   

Images