JP2010096435A

JP2010096435A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2010096435A
Application number: JP2008268086A
Authority: JP
Inventors: Yohei Takasaki; 洋平高崎
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2010-04-30

Abstract

【課題】パラレルフロー型熱交換器において、下部ヘッダパイプ内の冷媒液面が低くても偏平チューブの下端が液体冷媒に届くようにする。
【解決手段】熱交換器１は、間隔を置いて平行に配置された２本のヘッダパイプ２、３と、ヘッダパイプ２、３の間に所定ピッチで複数配置され、内部に設けた垂直な冷媒通路５をヘッダパイプの内部に連通させた偏平チューブ４を備える。下部ヘッダパイプ３の断面は円形であり、下部ヘッダパイプ３に挿入される偏平チューブ４の下端部は、下部ヘッダパイプ３の円形断面最下部にピーク部が整列する凸形状となっている。凸形状としてはくさび形や半円形が選択される。
【選択図】図１

Description

本発明はパラレルフロー型の熱交換器に関する。

複数のヘッダパイプの間に複数の偏平チューブを配置して偏平チューブ内部の冷媒通路をヘッダパイプの内部に連通させるとともに、偏平チューブ間にコルゲートフィン等のフィンを配置したパラレルフロー型の熱交換器はカーエアコンや建物用空気調和機の室外側ユニットなどに広く利用されている。

従来のパラレルフロー型熱交換器の一例を図５に示す。図５では紙面上側が垂直方向の上側、紙面下側が垂直方向の下側となる。熱交換器１は、２本の水平なヘッダパイプ２、３を垂直方向に間隔を置いて平行に配置し、ヘッダパイプ２、３の間に複数の垂直な偏平チューブ４を水平方向に所定ピッチで配置する。偏平チューブ４はアルミニウム等熱伝導の良い金属を押出成型した細長い成型品であり、内部には冷媒を流通させる冷媒通路５が形成されている。偏平チューブ４は長手方向である押出成型方向を垂直にする形で配置されるので、冷媒通路５の冷媒流通方向も垂直になる。各冷媒通路５はヘッダパイプ２、３の内部に連通する。

ヘッダパイプ２、３も熱伝導の良い金属からなり、これに対し偏平チューブ４が溶着またはロウ付けで固定される。冷媒通路５は断面形状及び断面面積の等しいものが図の奥行き方向に複数個並び、そのため偏平チューブ４の水平断面はハーモニカ状を呈している。偏平チューブ４同士の間にはコルゲートフィン６が配置される。コルゲートフィン６も熱伝導の良い金属からなり、偏平チューブ４に溶着やロウ付けで固定される。

ヘッダパイプ２、３の間に多数の偏平チューブ４を設け、偏平チューブ４間にコルゲートフィン６を設けた構造であるから、熱交換器１の放熱（吸熱）面積は大きく、効率的に熱交換を行うことができる。下側のヘッダパイプである下部ヘッダパイプ３には一端に冷媒流入口７が設けられ、上側のヘッダパイプである上部ヘッダパイプ２には冷媒流入口７と対角をなす一端に冷媒流出口８が設けられている。なお、ここに示した冷媒流入口７と冷媒流出口８の位置関係は一例であって、これに限定されるものではない。例えば、上部ヘッダパイプ２が両端２箇所に冷媒流出口８を備える構成も可能である。

パラレルフロー型熱交換器では、偏平チューブ間の冷媒流量を均等化する、いわゆる分流を良くすることが熱交換効率を高める上で重要である。分流はヘッダパイプへの偏平チューブへの挿入量の誤差寸法によって影響を受ける。特許文献１記載の熱交換器では、下部ヘッダパイプに挿入される偏平チューブの端部に傾斜部を形成して液体冷媒が流れるのに必要な流路を確保するまで液面を上昇させ、偏平チューブの挿入量の誤差による影響を排除している。
特開平８−５１９４号公報

特許文献１記載の熱交換器の構造では、偏平チューブを下部ヘッダパイプに挿入する場合、傾斜部の下端が下部ヘッダパイプの内面に当たるところが挿入限界となる。傾斜部の下端は偏平チューブの一方の端にあるので、早い時点で下部ヘッダパイプの内面に当たってしまう。その結果、偏平チューブを下部ヘッダパイプに深く挿入することができないことから、下部ヘッダパイプ内の冷媒液面がある程度高くないと偏平チューブの下端が液体冷媒まで届かず、液体冷媒が偏平チューブ内を上昇して行かないという不都合が生じていた。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、パラレルフロー型熱交換器において、下部ヘッダパイプに挿入される偏平チューブの形状に改良を加えることにより、下部ヘッダパイプ内の冷媒液面が低くても偏平チューブの下端が液体冷媒に届くようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、間隔を置いて平行に配置された複数のヘッダパイプと、前記複数のヘッダパイプの間に複数配置され、内部に設けた冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた偏平チューブとを備えた熱交換器において、前記複数のヘッダパイプは水平方向に配置されるものとし、その中で最下位に位置する下部ヘッダパイプは断面円形とし、前記下部ヘッダパイプに挿入される前記偏平チューブの端部を、下部ヘッダパイプの円形断面最下部近傍にピーク部が到達可能な凸形状としたことを特徴としている。

この構成によると、偏平チューブの凸形状のピーク部が下部ヘッダパイプの円形断面最下部近傍に到達するところが偏平チューブを下部ヘッダパイプに挿入する際の挿入限界であり、そこに至るまでに偏平チューブが下部ヘッダ内面に当たってしまうようなことがないから、偏平チューブを下部ヘッダパイプに十分深く挿入し、下部ヘッダパイプ内の冷媒液面が低くても偏平チューブの下端を液体冷媒まで届かせることができる。

上記構成の熱交換器において、前記偏平チューブの端部の凸形状はくさび形であることが好ましい。

このような構成にすれば、凸形状を容易に加工できる。

上記構成の熱交換器において、前記くさび形の先端に面取り加工またはアール加工が施されていることが好ましい。

くさび形の先端が尖っていると、その箇所が他の物体に当たってつぶれ、冷媒通路が閉ざされるという懸念があるが、面取り加工またはアール加工が施してあればそのような懸念は少ない。また、尖った部分が作業者の手指を傷つけるおそれもない。

上記構成の熱交換器において、前記偏平チューブの端部の凸形状は半円形であることが好ましい。

このような構成にすれば、偏平チューブ内の複数の冷媒通路の中で液体冷媒まで届くものの割合を高めることができる。また偏平チューブの端が尖っていると、その箇所が他の物体に当たってつぶれ、冷媒通路が閉ざされるという懸念があるが、半円形状であればそのような懸念は少ない。尖った部分が作業者の手指を傷つけるおそれもない。

本発明によると、偏平チューブの凸形状のピーク部が下部ヘッダパイプの円形断面最下部近傍に到達するまで偏平チューブを下部ヘッダパイプに挿入できるから、下部ヘッダパイプ内の冷媒液面が低くても偏平チューブの下端を液体冷媒まで届かせることができる。

以下本発明の第１実施形態を図１に基づき説明する。図１はパラレルフロー型熱交換器の部分垂直断面図である。図５に示した従来構造と共通する構成要素には図５で用いたのと同じ符号を付し、説明は省略する。

図１は熱交換器１の最も下の箇所を示している。下部ヘッダパイプ３の断面は円形である。下部ヘッダパイプ３に挿入される偏平チューブ４の下端部は、下部ヘッダパイプ３の円形断面最下部近傍にピーク部が到達可能な凸形状とされている。第１実施形態における偏平チューブ４の凸形状はくさび形であって、中心にピーク部４ａが存在する。ピーク部４ａが下部ヘッダパイプ３の円形断面最下部に接近し、円形断面最下部への接触を僅かに逃れるところまで、言い換えれば、ピーク部４ａまたはその近傍に位置する冷媒通路５への冷媒の流入が妨げられない間隔を確保できたところまで、偏平チューブ４を下部ヘッダパイプ３に挿入し、その上で偏平チューブ４と下部ヘッダパイプ３を溶着またはロウ付けで固定する。

第１実施形態の熱交換器１は上記のように構成されているので、下部ヘッダパイプ３の中の液体冷媒Ｒの液面が低くても、ピーク部４ａに近い箇所の冷媒通路５は液体冷媒Ｒに届く。その結果、液体冷媒Ｒが偏平チューブ４内を上昇して行くことになる。

図２に第１実施形態の第１変形態様を示す。図２はパラレルフロータイプ熱交換器の部分垂直断面図である。

図２では、偏平チューブ４のくさび形の先端に面取り加工１０が施され、鋭く尖った部分がなくなっている。このため、ピーク部４ａが他の物体に当たったとしても、その部分がつぶれて冷媒通路５を閉ざすといった懸念は少ない。また、尖った部分が作業者の手指を傷つけるおそれも少ない。

図３に第１実施形態の第２変形態様を示す。図３はパラレルフロータイプ熱交換器の部分垂直断面図である。

図３では、偏平チューブ４のくさび形の先端にアール加工１１が施され、鋭く尖った部分がなくなっている。このため、ピーク部４ａが他の物体に当たったとしても、その部分がつぶれて冷媒通路５を閉ざすといった懸念は少ない。また、尖った部分が作業者の手指を傷つけるおそれも少ない。

第１変形態様と第２変形態様を含む第１実施形態において、ピーク部４ａの位置が下部ヘッダパイプ３の中心を通る垂直線に厳密に一致している必要はない。複数の偏平チューブ４の中の一部がそうなっている場合と、全数がそうなっている場合を含め、ピーク部４ａが下部ヘッダパイプ３の中心を通る垂直線から多少ずれていても構わない。ピーク部４ａが、下部ヘッダパイプ３の円形断面最下部近傍に到達可能、という条件さえ満たされればよい。

図４に本発明の第２実施形態を示す。図４はパラレルフロー型熱交換器の部分垂直断面図で、図１と同様のものである。

第２実施形態は、偏平チューブ４の端部の形状が第１実施形態と異なる。すなわち第２実施形態における偏平チューブ４の凸形状は半円形であり、これも中心にピーク部４ａが存在する。ピーク部４ａが下部ヘッダパイプ３の円形断面最下部に接近し、円形断面最下部への接触を僅かに逃れるところまで、言い換えれば、ピーク部４ａまたはその近傍に位置する冷媒通路５への冷媒の流入が妨げられない間隔を確保できたところまで、偏平チューブ４を下部ヘッダパイプ３に挿入し、その上で偏平チューブ４と下部ヘッダパイプ３を溶着またはロウ付けで固定する。

偏平チューブ４の端部の凸形状が半円形であると、複数の冷媒通路５の中で多くのものが下の方に入口を有することになる。その結果、複数の冷媒通路５の中で液体冷媒Ｒまで届くものの割合を高めることができる。また偏平チューブ４の端が尖っていると、その箇所が他の物体に当たってつぶれ、冷媒通路５が閉ざされるという懸念があるが、半円形状であればそのような懸念は少ない。尖った部分が作業者の手指を傷つけるおそれもない。

偏平チューブ４を下部ヘッダパイプ３に固定した時点で、偏平チューブ４の半円形状が下部ヘッダパイプ３の円形断面と同心配置となるようにしておくのがよい。このようにすることにより、偏平チューブ４の下端と下部ヘッダパイプ３の内面の間の距離を均一化することができる。

第２実施形態においても、ピーク部４ａの位置が下部ヘッダパイプ３の中心を通る垂直線に厳密に一致している必要はない。複数の偏平チューブ４の中の一部がそうなっている場合と、全数がそうなっている場合を含め、ピーク部４ａが下部ヘッダパイプ３の中心を通る垂直線から多少ずれていても構わない。ピーク部４ａが、下部ヘッダパイプ３の円形断面最下部近傍に到達可能、という条件さえ満たされればよい。

以上、本発明の各実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明はパラレルフロー型熱交換器に広く利用可能である。

第１実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の部分垂直断面図第１実施形態の第１変形態様に係るパラレルフロー型熱交換器の部分垂直断面図第１実施形態の第２変形態様に係るパラレルフロー型熱交換器の部分垂直断面図第２実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の部分垂直断面図従来のパラレルフロー型熱交換器の概略構造を示す垂直断面図

符号の説明

１熱交換器
２、３ヘッダパイプ
４偏平チューブ
４ａピーク部
５冷媒通路
６コルゲートフィン
１０面取り加工
１１アール加工

Claims

間隔を置いて平行に配置された複数のヘッダパイプと、前記複数のヘッダパイプの間に複数配置され、内部に設けた冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた偏平チューブとを備えた熱交換器において、
前記複数のヘッダパイプは水平方向に配置されるものとし、その中で最下位に位置する下部ヘッダパイプは断面円形とし、前記下部ヘッダパイプに挿入される前記偏平チューブの端部を、下部ヘッダパイプの円形断面最下部近傍にピーク部が到達可能な凸形状としたことを特徴とする熱交換器。
前記偏平チューブの端部の凸形状はくさび形であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記くさび形の先端に面取り加工またはアール加工が施されていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
前記偏平チューブの端部の凸形状は半円形であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。