JP2010085007A

JP2010085007A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2010085007A
Application number: JP2008254193A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kawahara; 隆之河原
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-15

Abstract

【課題】複数の伝熱管に接続される複数の膨出部を有する配管集合体を備え、図１に示した従来の熱交換器に比べて部材数が少なく部材接続のためのろう付け工数が少ない熱交換器を提供する。
【解決手段】一次配管を介して直列に接続された複数の膨出部と各膨出部から延びる複数の二次配管とを有する配管集合体と、前記配管集合体の各二次配管に接続された伝熱管とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に関するものである。

二股に分かれた配管から成る配管集合体と、前記配管集合体の二股の各端部に接続された１本の伝熱管とを備える熱交換器が特許文献１の図４、６に開示されている。二股の各端部に２本の伝熱管を接続する場合には、従来、図１に示すように、主配管１ａが二股接続管２を介して分岐配管１ｂ、１ｃ分かれた一次配管１と、分岐配管１ｂ、１ｃの端部に接続された膨出部３ｂ、３ｃと、膨出部３ｂ、３ｃに接続された２本の二次配管４ｂ_１、４ｂ_２、４ｃ_１、４ｃ_２とを有する配管集合体の二次配管４ｂ_１、４ｂ_２、４ｃ_１、４ｃ_２に、それぞれ伝熱管５を接続していた。
特開２００１−０９９４４６号公報

図１の熱交換器には、膨出部３ｂ、３ｃが分岐配管１ｂ、１ｃと二股の接続管２とを介して主配管１ａに並列に接続されているので、配管集合体の構成要素として二股の接続管２と２本の分岐配管１ｂ、１ｃとが必要になり、部材数が増加し、部材接続のためのろう付けに要する工数が増加するという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、複数の伝熱管に接続される複数の膨出部を有する配管集合体を備え、図１に示した従来の熱交換器に比べて部材数が少なく部材接続のためのろう付け工数が少ない熱交換器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明においては、一次配管を介して直列に接続された複数の膨出部と各膨出部から延びる複数の二次配管とを有する配管集合体と、前記配管集合体の各二次配管に接続された伝熱管とを備えることを特徴とする熱交換器を提供する。
本発明に係る熱交換器においては、一次配管を介して複数の膨出部を直列に接続しているので、図１の熱交換器における膨出部３ｂ、３ｃを主配管１ａに並列に接続するための分岐配管１ｂ、１ｃ中の一方は不要になり、また主配管１ａを分岐配管１ｂ、１ｃに分けるための二股接続管２を要しない。この結果、図１に示した従来の熱交換器に比べて部材数と部材接続のためのろう付け工数とが減少する。また伝熱管の外側に配設される部材数が減少することにより、熱交換器が小型化される。

本発明の好ましい態様においては、熱交換器の入口側に配設された配管集合体の、冷媒流に関して下流側の膨出部から上流側へ延びる一次配管が、冷媒流に関して上流側の膨出部から上流側へ延びる一次配管よりも小径に形成されており、熱交換器の出口側に配設された配管集合体の、冷媒流に関して上流側の膨出部から下流側へ延びる一次配管が、冷媒流に関して下流側の膨出部から下流側へ延びる一次配管よりも小径に形成されている。
一端を閉じた管の長手方向に互いに間隔を隔てて複数の同一寸法の穴を形成し、前記管に流体を流して前記穴から吐出させると、閉鎖端に近い穴（流体の流れに関して下流側の穴）から吐出する流体の流量が閉鎖端から遠い穴（流体の流れに関して上流側の穴）から吐出する流体の流量よりも大になる傾向がある。従って、熱交換器の入口側に配設された配管集合体においては、冷媒流に関して下流側の膨出部から二次配管に流出する冷媒流量は、冷媒流に関して上流側の膨出部から二次配管に流出する冷媒流量よりも大になる可能性がある。しかし本願発明の発明者は、膨出部の形状寸法を適正化することにより、冷媒流に関して下流側の膨出部から二次配管に流出する冷媒流量と、冷媒流に関して上流側の膨出部から二次配管に流出する媒流量とを均一化できることを、配管集合体に水を流した実験により確認している。
しかし、膨出部の形状寸法を適正化するのに代えて、熱交換器の入口側に配設された配管集合体において、冷媒流に関して下流側の膨出部から上流側へ延びる一次配管を、冷媒流に関して上流側の膨出部から上流側へ延びる一次配管よりも小径に形成して、冷媒流に関して下流側の膨出部から二次配管に流出する冷媒流量と、冷媒流に関して上流側の膨出部から二次配管に流出する冷媒流量とを均一化しても良い。
熱交換器の出口側に配設された配管集合体においては、冷媒流に関して上流側の膨出部から下流側へ延びる一次配管内の冷媒流量が、冷媒流に関してした下流側の膨出部から下流側へ延びる一次配管内の冷媒流量よりも少ないことを勘案して、冷媒流に関して上流側の膨出部から下流側へ延びる一次配管を、冷媒流に関して下流側の膨出部から下流側へ延びる一次配管よりも小径に形成するのが望ましい。

本発明の好ましい態様においては、伝熱管を流れる冷媒は不凍液である。
食品の冷凍冷蔵ショーケースに使用される吸熱用熱交換器の冷媒として、プロピレンゴリコール、エチレンゴリコール、エタノール等と水との混合物を代表例とする不凍液（ブライン）が、食品の高鮮度管理や環境保護の観点から注目されている。不凍液が流れる吸熱用熱交換器では、冷媒である不凍液は熱交換器内で相変化せず、液体状態を維持する。伝熱管に不凍液を流す場合には、前述のごとく膨出部の形状寸法を適正化することにより、或いは一次配管の径を適正化することにより、冷媒流に関して下流側の膨出部から二次配管に流出する冷媒流量と、冷媒流に関して上流側の膨出部から二次配管に流出する冷媒流量とを均一化できる。

本発明の好ましい態様においては、熱交換器の入口側に配設された配管集合体の膨出部が、熱交換器の出口側に配設された配管集合体の膨出部よりも上方に配設されている。
液体を管内に流す場合、上から下へ流すのが効果的である。従って、不凍液が流れる吸熱用熱交換器においては、熱交換器の入口側に配設された配管集合体の膨出部を、熱交換器の出口側に配設された配管集合体の膨出部よりも上方に配設して、伝熱管内の流れを下降流にするのが望ましい。

本発明においては、不凍液が流れる本発明に係る熱交換器を吸熱用熱交換器として備えることを特徴とする冷凍冷蔵ショーケースを提供する。
本発明に係る熱交換器は、食品の高鮮度管理や環境保護の観点から冷凍冷蔵ショーケースの吸熱用熱交換器に適している。

本発明により、複数の伝熱管に接続される複数の膨出部を有する配管集合体を備え、図１に示した従来の熱交換器に比べて部材数が少なく部材接続のためのろう付け工数が少ない熱交換器が提供される。

本発明の実施例に係る熱交換器を説明する。
図２に示すように、冷凍冷蔵ショーケースに使用される吸熱用熱交換器Ａは、互いに間隔を隔てて積層された複数のプレートフィンから成るフィン積層体１０と、フィン積層体１０を積層方向に貫通して配設された４本の蛇行伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄとを備えている。図２の上下左右を便宜的に上下左右と呼ぶと、蛇行伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、それぞれフィン積層体１０の左上部、右上部、左下部、右下部に配設されている。蛇行伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、上端部に図示しない入口を有し、下端に図示しない出口を有している。

吸熱用熱交換器Ａは更に、蛇行伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの入口に接続される入口側の配管集合体１２と、蛇行伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの出口に接続される出口側の配管集合体１３とを備えている。
入口側の配管集合体１２は、一次配管１２ａを介して直列に接続された二つの円筒状膨出部１２ｂ、１２ｃと、円筒状膨出部１２ｂから延びる二本の二次配管１２ｂ_１、１２ｂ_２と、円筒状膨出部１２ｃから延びる二本の二次配管１２ｃ_１、１２ｃ_２とを有している。二次配管１２ｂ_１、１２ｂ_２は蛇行伝熱管１１ａ、１１ｂの入口に接続されており、二次配管１２ｃ_１、１２ｃ_２は蛇行伝熱管１１ｃ、１１ｄの入口に接続されている。
出口側の配管集合体１３は、一次配管１３ａを介して直列に接続された二つの円筒状膨出部１３ｂ、１３ｃと、円筒状膨出部１３ｂから延びる二本の二次配管１３ｂ_１、１３ｂ_２と、円筒状膨出部１３ｃから延びる二本の二次配管１３ｃ_１、１３ｃ_２とを有している。二次配管１３ｂ_１、１３ｂ_２は蛇行伝熱管１１ａ、１１ｂの出口に接続されており、二次配管１３ｃ_１、１３ｃ_２は蛇行伝熱管１１ｃ、１１ｄの出口に接続されている。冷媒抜き取り用配管１４が円筒状膨出部１３ｃから延びている。
入口側の配管集合体１２の膨出部１２ｂは出口側の配管集合体１３の膨出部１３ｂよりも上方に配設され、入口側の配管集合体１２の膨出部１２ｃは出口側の配管集合体１３の膨出部１３ｃよりも上方に配設されている。

一次配管１２ａ、１３ａと膨出部１２ｂ、１２ｃ、１３ｂ、１３ｃとの接続、及び膨出部１２ｂ、１２ｃ、１３ｂ、１３ｃと二次配管１２ｂ_１、１２ｂ_２、１２ｃ_１、１２ｃ_２、１３ｂ_１、１３ｂ_２、１３ｃ_１、１３ｃ_２との接続は、ろう付けによって行われている。

吸熱用熱交換器Ａには冷媒として不凍液が流される。
図示しない低温不凍液供給源から入口側の配管集合体１２に供給された低温の不凍液は、一次配管１２ａを通って膨出部１２ｂ、１２ｃへ流入し、更に二次配管１２ｂ_１、１２ｂ_２、１２ｃ_１、１２ｃ_２を通って蛇行伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄへ流入する。
低温の不凍液が蛇行伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ内を流れる際に、不凍液の冷熱が蛇行伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに伝達され、更に蛇行伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄからからフィン積層体１０に伝導され、積層体１０の積層隙間を通過する空気の温熱と熱交換される。不凍液の冷熱が伝達されて冷却された空気は、冷凍冷蔵ショーケースの商品収納スペースに供給される。
空気の温熱が伝達されて加温された不凍液は、蛇行伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄから出口側の配管集合体１３の二次配管１３ｂ_１、１３ｂ_２、１３ｃ_１、１３ｃ_２を通って膨出部１３ｂ、１３ｃへ流出し、更に一次配管１３ａを通って低温不凍液供給源へ還流する。

熱交換器Ａでは、入口側の配管集合体１２において、一次配管１２ａを介して二つの膨出部１２ｂ、１２ｃを直列に接続しているので、図１の熱交換器における膨出部３ｂ、３ｃを主配管１ａに並列に接続するための分岐配管１ｂ、１ｃ中の一方は不要になり、また主配管１ａを分岐配管１ｂ、１ｃに分けるための二股接続管２を要しない。出口側の配管集合体１３でも同様である。この結果、熱交換器Ａでは、図１に示した従来の熱交換器に比べて部材数と部材接続のためのろう付け工数とが減少している。また、図１の熱交換器における分岐配管１ｂ、１ｃ中の一方が不要になるので、図１の熱交換器に比べて熱交換器Ａは小型化されている。
液体を管内に流す場合、上から下へ流すのが効果的である。不凍液が流れる熱交換器Ａにおいては、熱交換器の入口側に配設された配管集合体１２の膨出部１２ｂ、１２ｃを、熱交換器の出口側に配設された配管集合体１３の膨出部１３ｂ、１３ｃよりも上方に配設したので、伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、内の不凍液流は下降流となっている。

一端を閉じた管の長手方向に互いに間隔を隔てて複数の同一寸法の穴を形成し、前記管に流体を流して前記穴から吐出させると、閉鎖端に近い穴（流体の流れに関して下流側の穴）から吐出する流体の流量が閉鎖端から遠い穴（流体の流れに関して上流側の穴）から吐出する流体の流量よりも大になる傾向がある。
従って、熱交換器Ａの入口側に配設された配管集合体１２では、不凍液の流れに関して下流側の膨出部１２ｃから二次配管１２ｃ_１、１２ｃ_２を介して伝熱管１１ｃ、１１ｄへ流入する不凍液の流量が、不凍液の流れに関して上流側の膨出部１２ｂから二次配管１２ｂ_１、１２ｂ_２を介して伝熱管１１ａ、１１ｂへ流入する不凍液の流量よりも大になる可能性がある。
本願発明の発明者は、配管集合体１２の通水実験を行い、膨出部１２ｂ、１２ｃの形状寸法を適正化することにより、水流に関して下流側の膨出部１２ｃから二次配管１２ｃ_１、１２ｃ_２に流出する水流量と、水流に関して上流側の膨出部１２ｂから二次配管１２ｂ_１、１２ｂ_２に流出する水流量とを均一化できることを、確認している。
プロピレンゴリコール、エチレンゴリコール、エタノール等と水との混合物を代表例とする不凍液（ブライン）が流れる吸熱用熱交換器Ａでは、冷媒である不凍液は熱交換器Ａ内で相変化せず、液体状態を維持する。従って、伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに冷媒として不凍液を流す場合には、前述のごとく膨出部１２ｂ、１２ｃｃの形状寸法を適正化することにより、或いは後述するように一次配管１２ａの径を適正化することにより、不凍液の流れに関して下流側の膨出部１２ｃから二次配管１２ｃ_１、１２ｃ_２を介して伝熱管１１ｃ、１１ｄへ流入する不凍液の流量と、不凍液の流れに関して上流側の膨出部１２ｂから二次配管１２ｂ_１、１２ｂ_２を介して伝熱管１１ａ、１１ｂへ流入する不凍液の流量とを均一化できる。

不凍液を冷媒として使用する熱交換器Ａは、食品の高鮮度管理や環境保護の観点から冷凍冷蔵ショーケースの吸熱用熱交換器に適している。

膨出部１２ｂ、１２ｃの形状寸法を適正化するのに代えて、熱交換器Ａの入口側に配設された配管集合体１２において、冷媒流に関して下流側の膨出部１２ｃから上流側へ延びる一次配管、即ち一次配管１２ａの膨出部１２ｂと膨出部１２ｃとの間で延在する部分を、冷媒流に関して上流側の膨出部１２ｂから上流側へ延びる一次配管、即ち一次配管１２ａの膨出部１２ｂから低温不凍液供給源へ向けて延びる部分よりも小径に形成して、不凍液流に関して下流側の膨出部１２ｃから二次配管１２ｃ_１、１２ｃ_２を介して伝熱管１１ｃ、１１ｄへ流入する不凍液流量と、不凍液流に関して上流側の膨出部１２ｂから二次配管１２ｂ_１、１２ｂ_２を介して伝熱管１１ａ、１１ｂに流入する冷媒流量とを均一化しても良い。
また、熱交換器Ａの入口側に配設された配管集合体１２において、冷媒流に関して下流側の膨出部１２ｃから延びる二次配管１２ｃ_１、１２ｃ_２を、冷媒流に関して上流側の膨出部１２ｂから延びる二次配管１２ｂ_１、１２ｂ_２よりも小径に形成して、不凍液流に関して下流側の膨出部１２ｃから二次配管１２ｃ_１、１２ｃ_２を介して伝熱管１１ｃ、１１ｄへ流入する不凍液流量と、不凍液流に関して上流側の膨出部１２ｂから二次配管１２ｂ_１、１２ｂ_２を介して伝熱管１１ａ、１１ｂに流入する冷媒流量とを均一化しても良い。
熱交換器Ａの出口側に配設された配管集合体１３においては、冷媒流に関して上流側の膨出部から下流側へ延びる一次配管内の冷媒流量が、冷媒流に関してした下流側の膨出部から下流側へ延びる一次配管内の冷媒流量よりも少ないことを勘案して、冷媒流に関して上流側の膨出部から下流側へ延びる一次配管、即ち一次配管１３ａの膨出部１３ｂと膨出部１３ｃとの間で延在する部分を、冷媒流に関して下流側の膨出部から下流側へ延びる一次配管、即ち一次配管１３ａの膨出部１３ｂから低温不凍液供給源へ向けて延びる部分よりも小径に形成するのが望ましい。上記構成により、膨出部１３ｂから膨出部１３ｃへの不凍液の逆流も防止できる。

熱交換器Ａの配向は自由である。図２に示すようにフィン積層体１０の側方に配管集合体１２、１３が位置するように配向しても良く、フィン積層体１０の上方に配管集合体１２、１３が位置するように配向しても良く、或いはフィン積層体１０の下方に配管集合体１２、１３が位置するように配向しても良い。
図２において、フィン積層体１０の横幅を広げて蛇行伝熱管を３列以上配設し、３本以上の二次配管を用いて前記３列以上の蛇行伝熱管を膨出部に接続しても良い。
図２において、直列に接続される膨出部の数を３以上にしても良い。

複数の伝熱管に接続される複数の膨出部を有する配管集合体を備えた従来の熱交換器の斜視図である。本発明の実施例に係る複数の伝熱管に接続される複数の膨出部を有する配管集合体を備えた熱交換器の斜視図である。

符号の説明

１配管集合体
１ａ主配管
１ｂ、１ｃ分岐配管
２二股接続管
３ｂ、３ｃ膨出部
４ｂ_１、４ｂ_２、４ｃ_１、４ｃ_２二次配管
Ａ熱交換器
１０フィン積層体
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ伝熱管
１２、１３配管集合体
１２ａ、１３ａ一次配管
１２ｂ、１２ｃ、１３ｂ、１３ｃ膨出部
１２ｂ_１、１２ｂ_２、１２ｃ_１、１２ｃ_２二次配管
１３ｂ_１、１３ｂ_２、１３ｃ_１、１３ｃ_２二次配管
１４冷媒抜き取り用配管

Claims

一次配管を介して直列に接続された複数の膨出部と各膨出部から延びる複数の二次配管とを有する配管集合体と、前記配管集合体の各二次配管に接続された伝熱管とを備えることを特徴とする熱交換器。
熱交換器の入口側に配設された配管集合体の、冷媒流に関して下流側の膨出部から上流側へ延びる一次配管が、冷媒流に関して上流側の膨出部から上流側へ延びる一次配管よりも小径に形成されており、熱交換器の出口側に配設された配管集合体の、冷媒流に関して上流側の膨出部から下流側へ延びる一次配管が、冷媒流に関して下流側の膨出部から下流側へ延びる一次配管よりも小径に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
伝熱管を流れる冷媒が不凍液であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
熱交換器の入口側に配設された配管集合体の膨出部が、熱交換器の出口側に配設された配管集合体の膨出部よりも上方に配設されていることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
請求項３又は４に記載の熱交換器を吸熱用熱交換器として備えることを特徴とする冷凍冷蔵ショーケース。