JP2008039361A - 熱交換器およびこれを用いた空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の熱交換器においては、分流器の良し悪しで熱交換効率にもばらつきがでるという課題があった。
【解決手段】本発明の熱交換器100は、気相側熱交換部101と、液相側熱交換部102と、ヘッダー103と、冷媒分流器104とから構成されている。気相側熱交換部101には、パス101a、101b、101c、101dの4パスが、液相側熱交換部102には、パス102a、102bの2パスが備えられている。気相側熱交換部101と冷媒分流器104は、細管101ai、101bi、101ci、101diが接続されている。分流器の手前をヘッダーとし複数の接続管で支えることで傾きなどのばらつき要因の発生を抑え、動圧の影響を抑えることができ安定した分流を行うことで、熱交換性能の安定した熱交換器とそれを備えた空気調和機を提供する。
【選択図】図1

Description

本発明は、主に空気調和機や冷凍機などに利用され、冷媒によって空気を冷却あるいは加熱するための熱交換器に関するもので、各パスへの冷媒分配量を調整することのできる冷媒分流器を備え、空気を冷却する際に熱交換器が十分な能力を発揮する技術を提供するものである。
冷凍機およびヒートポンプサイクルを用いて冷暖房を行う空気調和機においては、熱交換器は複数のパスを持つのが一般的で、蒸発器として空気を冷却する場合には、十分な性能を引き出すため各パスを流れる冷媒の量を調整する。従来、冷媒流量の調整には、分流器と細管がよく使用される(例えば、特許文献1参照)。
図2は従来の空気調和機の断面模式図、図3は図2の要部拡大図である。図2、図3において、空気調和機本体1は、吹出口2、吸込口3、仕切板4、蒸発器5、送風機6、分流器7、毛細管8、圧縮機10などで構成され、プレナム室9が上部に形成されている。
従来の発明は、分流器7と蒸発器5の各パス5aとを連通する毛細管8を蒸発器に導かれる熱交換空気の風速分布に応じた冷媒量を分流案内するように構成することにより、蒸発器5の各パス5aが常に均一の熱交換効率を得ることを目的としている。そして、蒸発器5と分流器7とを連通する毛細管8は、蒸発器5の傾斜上端部のパス5aに連通する毛細管8,8のみ2本であり、他は全て1本である。吸込口3から吸込まれた熱交換空気の風速が最も速い部分パス5aに毛細管8aから多くの冷媒が流通案内される。従って、このパス5aは他のパス5a…と同じ状態の熱交換作用が行なわれることとなり、熱交換が不均一な時に生じる吹出口2からの霧吹き現象の発生はなく、熱交換効率が良くなるというものである。
特開昭60−251350号公報
しかしながら、従来の分流器と細管を用いて蒸発器の熱交換効率を向上させる技術においては、分流器手前の配管の形状そのものや、配管の傾きなど配置上のばらつきなどによって冷媒量の分配が変化してしまい、熱交換効率にもばらつきがでるという課題があった。
本発明は、分流器手前の配管の形状そのものや、配管の傾きなど配置上のばらつきなどによって冷媒量の分配が変化するのを抑え、熱交換性能の安定した熱交換器およびこれを用いた空気調和機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、本発明の熱交換器は、複数のパスを有して気相の冷媒が多く流れる気相側熱交換部と、前記気相側熱交換部のパス数よりも少ない複数のパスを有して液相の冷媒が多く流れる液相側熱交換部と、前記気相側熱交換部と前記液相側熱交換器とを中継する冷媒分流器とを備え、前記冷媒分流器が、前記気相側熱交換部の前記パスへはそれぞれ所定仕様の細管で、前記液相側熱交換部の前記パスへはヘッダーで接続され、前記ヘッダーの主管は略垂直に配置し、主管を複数の接続管で支えるものである。これにより、傾きなどのばらつき要因の発生を抑え、冷媒量の分配が変化するのを防ぐことができる。
また本発明の熱交換器は、曲がり部を経て気液二相の冷媒を上昇させる主管と、前記曲がり部を経ることによって、液冷媒が多く流れる前記主管の管壁に相対する管壁側に設けられた複数の細管とからなることを特徴とする冷媒分流器を備えるものである。これにより、分流器手前の配管の形状によって生じた液冷媒の流れの影響を抑え、分流器手前の配管の形状による冷媒分配量のばらつきを防ぐことができる。
本発明の熱交換器は、分流器の手前の配管形状をヘッダーとし複数の接続管で支えることで傾きなどのばらつき要因の発生を抑え、熱交換性能の安定した熱交換器を提供することができる。
また、本発明の熱交換器を用いて、熱交換性能が安定して霧吹き現象の発生を抑制した空気調和機を提供することができる。
第1の発明は、複数のパスを有して気相の冷媒が多く流れる気相側熱交換部と、前記気相側熱交換部のパス数よりも少ない複数のパスを有して液相の冷媒が多く流れる液相側熱交換部と、前記気相側熱交換部と前記液相側熱交換器とを中継する冷媒分流器とを備え、前記冷媒分流器が、前記気相側熱交換部の前記パスへはそれぞれ所定仕様の細管で、前記液相側熱交換部の前記パスへはヘッダーで接続され、前記ヘッダーの主管は垂直に配置するもので、分流器の手前の配管形状をヘッダーとし複数の接続管で支えることで傾きなどのばらつき要因の発生を抑え、熱交換性能の安定した熱交換器を提供することができる。
第2の発明は、曲がり部を経て気液二相の冷媒を上昇させる主管と、前記曲がり部を経ることによって、液冷媒が多く流れる前記主管の管壁に相対する管壁側に複数の細管を配置し、分流器手前の配管の形状によって生じる液冷媒の流れのばらつきによる性能変動を抑え、冷媒分流性能の安定した冷媒分流器を備えた熱交換器を提供することができる。
第3の発明は、第2の発明において細管の内径、長さ、主管に置ける配置を調整することで、分流器手前の配管の形状によって生じる液冷媒の流れのばらつきによる性能変動を抑えることに加えて、調整パラメータを増すことで分流調整性能を向上させ、冷媒分流性能の優れた冷媒分流器を備えた熱交換器を提供することができる。
第4の発明は、第1の発明に、第2、第3の発明である熱交換器を用いることで、管などの部品を共用することが容易にでき、熱交換性能が優れかつ安定しているとともに霧吹き現象の発生を抑制し、経済性にも優れた空気調和機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。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。
(実施の形態1)
図1は、本発明における第1の実施の形態である熱交換器の構成図を示すものである。この熱交換器が搭載される空気調和機は従来と変わるものではなく、適宜図2を用いて説明する。
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態において、気相側熱交換部101と液相側熱交換部102とを、ヘッダー103と冷媒分流器104とにより接続して構成している。気相側熱交換部101には、パス101a、101b、101c、101dの4パスが、液相側熱交換部102には、パス102a、102bの2パスが備えられている。気
相側熱交換部101と冷媒分流器104とは、複数のパスそれぞれに細管101ai、101bi、101ci、101diが接続されている。
そして、熱交換器100が蒸発器として機能する場合には、冷媒は液相側熱交換部102、ヘッダー103、冷媒分流器104、気相側熱交換部101の順に流れる。
液相側熱交換部102とヘッダー103は、配管102ao、102boの2本の配管で接続、支持されており、ヘッダー103は1本の配管で固定されるよりもはるかに安定な状態におかれる。このため、冷媒分流器104へ流れる冷媒の流れが安定し、ひいては分流が安定し、熱交換器100としても安定した熱交換性能を得ることができる。
配管102ao、102boからヘッダー103に流入した液冷媒の多くは、相対する壁面に衝突して上方に曲げられ、そのまま液冷媒の多くが略垂直に配置されたヘッダー103の内壁面を伝って冷媒分流器104へ流れていく。
冷媒分流器104では、液冷媒の多くが流れる壁面と相対する側に細管101ai、101bi、101ci、101diが接続されている。細管101ai、101bi、101ci、101diは、従来の技術と同様それぞれ内径や長さが異なっており、熱交換性能を引き出すようそれぞれ所定の仕様に設定されている。もし、液冷媒の多くが流れる壁面に配置されているとすると、冷媒の動圧が冷媒の流量分配に影響がでるが、液冷媒の多くが流れる壁面と相対する側に配置されているので、動圧の影響を抑えることができ安定した分流を行うことができる。
さらに、細管101ai、101bi、101ci、101diを取り付ける配置も分流のためのパラメータとして利用することができ、冷媒分流の精度さらに向上させることができ、熱交換器100が安定した熱交換性能を発揮することができる。
また、ヘッダー103と冷媒分流器104は図1からも明らかな様に、同一の母材によって形成することができるので、安価に製造することができる。
この熱交換器100を空気調和機に搭載することにより、熱交換性能が優れかつ安定しているとともに吹出口2からの霧吹き現象の発生を抑制し、経済性にも優れた空気調和機を提供することができる。
本発明の熱交換器は、蒸発器の熱交換性能を向上、安定化するもので、空気調和機などの熱交換器として特に有効なものであるが、冷凍機やヒートポンプ給湯機あるいは除湿機などの装置にも適用できる。また、冷媒の種類を問わず効果を有するものである。
本発明の実施の形態1における熱交換器の構成図 従来の空気調和機の断面模式図 図2の要部拡大図
符号の説明
100 熱交換器
101 気相側熱交換部
101ai,101bi,101ci,101di 細管
102 液相側熱交換部
103 ヘッダー
104 冷媒分流器

Claims (4)

  1. 複数のパスを有して気相の冷媒が多く流れる気相側熱交換部と、前記気相側熱交換部のパス数よりも少ない複数のパスを有して液相の冷媒が多く流れる液相側熱交換部と、前記気相側熱交換部と前記液相側熱交換部とを中継する冷媒分流器とを備え、前記冷媒分流器が、前記気相側熱交換部の前記パスへはそれぞれ所定仕様の細管で、前記液相側熱交換部の前記パスへはヘッダーで接続され、前記ヘッダーの主管は略垂直に配置されていることを特徴とする熱交換器。
  2. 曲がり部を経て気液二相の冷媒を上昇させる主管と、前記曲がり部を経ることによって、液冷媒が多く流れる前記主管の管壁に相対する管壁側に設けられた複数の細管とを備えた構成とした冷媒分流器とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
  3. 細管の内径、長さ、主管に置ける配置を調整して、各前記細管を流れる冷媒を所望の分配とするように構成した冷媒分流器を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の熱交換器。
  4. 請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の熱交換器を用いたことを特徴とする空気調和機。

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