JP2010112581A

JP2010112581A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2010112581A
Application number: JP2008283359A
Authority: JP
Inventors: Genei Kin; 鉉永金
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】冷媒をより均等に扁平管へ分流させることができる熱交換器を提供する。
【解決手段】ヘッダ１５と、多数の扁平管１１とを備える。ヘッダ１５は上下に延びる。多数の扁平管１１は、ヘッダ１５に交差する方向に延び、異なる高さ位置でヘッダ１５の外面から内面へと貫通し、それぞれの端面がヘッダ１５内に位置する。多数の扁平管１１のうち、所定の複数の扁平管の端面が、ヘッダ１５内において、水平面に対して傾斜しており、かつ、略同じ高さ位置にある。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器に関する。

従来、鉛直方向に延びる１対のヘッダと、その１対のヘッダに異なる高さ位置で貫通する複数の扁平管とから構成される、いわゆる積層型熱交換器が提案されている。この熱交換器を空調機に用いる場合であって、蒸発器として機能させるとき、ガス冷媒と液冷媒とが混合した状態の冷媒がヘッダの外方からヘッダ内へ流入し、ヘッダを介して下部に位置する扁平管から上部に位置する扁平管へと冷媒が流れる。

しかし、このような熱交換器では、ヘッダが鉛直方向に延びているため、また、複数の扁平管が異なる高さ位置でヘッダに貫通しているため、冷媒をヘッダから複数の扁平管へ均等に分流させるのが困難である場合も想定される。そして、重力等の影響も加わることで、液冷媒がヘッダ内の下部に溜まることが想定される。

そこで、ヘッダの外側に分岐管を接続させ、かつ、ヘッダを上下に仕切る仕切板を設けることにより、分岐管１本当たりのヘッダの長さを減らし、これにより、分岐管１本当たりの冷媒の分流数（扁平管の本数）を減らす熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平６−７４６０９号公報

特許文献１に記載されている熱交換器のように、分岐管１本あたりの冷媒の分流数を減らしても、分岐管の内部や仕切板によって仕切られた仕切室において、下部に液冷媒が溜まることが想定される。このため、仕切室に接続される複数の扁平管のうち上部に位置する扁平管への液冷媒の流入が少なくなることが想定される。

そこで、本発明の課題は、冷媒をより均等に扁平管へ分流させることができる熱交換器を提供することにある。

第１発明に係る熱交換器は、ヘッダと、多数の扁平管とを備える。ヘッダは上下に延びる。多数の扁平管は、ヘッダに交差する方向に延び、異なる高さ位置でヘッダの外面から内面へと貫通し、それぞれの端面がヘッダ内に位置する。多数の扁平管のうち、所定の複数の扁平管の端面が、ヘッダ内において、水平面に対して傾斜しており、かつ、略同じ高さ位置にある。

第１発明に係る熱交換器では、扁平管の端面が、水平面に対して傾斜しており、かつ、略同じ高さ位置にあることによって、ヘッダの外方から流入してくる液冷媒を、扁平管に分流させやすくすることができる。

第２発明に係る熱交換器は、第１発明に係る熱交換器であって、ヘッダ内において、複数の扁平管がそれぞれ捩られている。

第３発明に係る熱交換器は、第１発明に係る熱交換器であって、ヘッダ外において、複数の扁平管がそれぞれ捩られている。

第２発明および第３発明に係る熱交換器では、扁平管が捩られていることにより、ヘッダの外方から流入してくる液冷媒を、扁平管に流入させやすくすることができ、かつ、均等に扁平管に分流させることができる。

第４発明に係る熱交換器は、第１発明〜第３発明のいずれかに係る熱交換器であって、端面が、斜め上を向いている。

第４発明に係る熱交換器では、端面が斜め上を向いていることによって、液冷媒が流入しやすくなる。

第５発明に係る熱交換器は、第１発明〜第３発明のいずれかに係る熱交換器であって、略鉛直に延び、かつ、横に並んでいる。

第５発明に係る熱交換器では、端面が、略鉛直に延び、かつ、横に並んでいることによって、ヘッダの外方から流入してくる液冷媒を扁平管へ分流させやすくなる。

第６発明に係る熱交換器は、第１発明〜第５発明のいずれかにかかる熱交換器であって、複数の扁平管は、空気の流れの上流側部分が下になるように捩られている。

第６発明に係る熱交換器では、扁平管が、空気の流れの上流側部分が下になるように捩られていることによって、液リッチな冷媒が空気の流れの上流側に流れるようになっているので、冷媒と空気との熱交換効率が上昇する。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜熱交換器１０の構成＞
まず、熱交換器１０の構成について説明する。

熱交換器１０は、空調機に用いられ、熱交換器１０内を流れる冷媒と、熱交換器１０を通り抜ける空気との間で熱交換を行わせるものである。

図１に示すように、熱交換器１０は、扁平管群１１、波形フィン１２およびヘッダ１５を備える。

（扁平管群１１）
図２は、図１のII部の拡大斜視図である。

扁平管群１１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から成形されている複数の扁平管から構成されている。また、扁平管群１１は、各扁平管が平面部１１３を上下に向けた状態で、鉛直方向に、複数段配列されて構成される。扁平管群１１を構成する各扁平管は、図２に示すように、伝熱面となる平面部１１３を有する。また、各扁平管には、冷媒が流れる冷媒流路となる複数の穴１１４が形成されている。ここで、隣接する各扁平管の間の距離は、例えば、１３ｍｍである。

なお、本実施形態では、扁平管群１１の本数は１８本であるが、これに限られるものではない。

（波形フィン１２）
波形フィン１２は、波形に折り曲げられたアルミニウム製またはアルミニウム合金製のフィンである。波形フィン１２は、扁平管群１１を構成する各扁平管同士に挟まれた空間に配置され、谷部および山部が各扁平管の平面部１１３と接触している。なお、谷部と山部と平面部１１３とはロウ付け溶接されている。

波形フィン１２の伝熱面１２ａは、隣接する各扁平管に挟まれた空間を、正面側から背面側へ通過する空気と熱交換する面であり、効率よく熱交換を行うためのルーバー１２ｃが形成されている。

ルーバー１２ｃは、伝熱面１２ａの一方の面から他方の面へ貫通する開口を形成している。説明の便宜上、図２正面視において、伝熱面１２ａの右側の面を「第１面」、左側の面を「第２面」と呼ぶ。伝熱面１２ａの中央から上流側に位置するルーバー１２ｃ群は、空気が第２面から第１面へ流れるように傾いており、伝熱面１２ａの中央から下流側に位置するルーバー１２ｃ群は、空気が第１面から第２面へ流れるように傾いている。

（ヘッダ１５）
ヘッダ１５は、鉛直方向に延びる円筒形状をした管である。図１に示すように、ヘッダ１５の外面から内面へ、扁平管群１１の各扁平管がそれぞれ異なる高さ位置で、ヘッダ１５の長手に直交する方向から貫通している。ヘッダ１５は、扁平管群１１を支持する機能と、冷媒を扁平管群１１の各扁平管に形成される複数の穴１１４に導く機能と、複数の穴１１４から出てきた冷媒を集合させる機能とを有している。

ヘッダ１５は、互いに離間した第１ヘッダ１５１と第２ヘッダ１５２とを有する。第１ヘッダ１５１は、図１の正面視右側のヘッダである。第２ヘッダ１５２は、図１の正面視左側のヘッダである。

第１ヘッダ１５１の上部には、冷媒の、第１ヘッダ１５１から外方への出口となる出口管１５１ａが接続されている。

第２ヘッダ１５２の下部には、冷媒の、外方から第２ヘッダ１５２への入口となる入口管１５２ａが接続されている。

第１ヘッダ１５１の内部および第２ヘッダ１５２の内部には、バッフル板１８が設けられている。バッフル板１８は、冷媒の流れ方向を決定するための金属製の板部材である。

（ヘッダ１５の内部における扁平管群１１）
以下、説明の便宜上、図１における、扁平管群１１を構成する最上段目の扁平管、上から２段目の扁平管、・・・最下段目の扁平管を扁平管１１ａ、１１ｂ、・・・１１ｒと呼ぶ。

図３は、図１のIII−III断面図である。図４は、図３のIV−IV断面図であって、バッフル板１８の近傍を示す図である。図５は、図１のV−V断面図である。

図３、図４に示すように、扁平管１１ｐ〜１１ｒは、第２ヘッダ１５２内で、互いに近付けられ、それぞれの端面１１０ａが略鉛直（図５参照）になるように、端部の近傍部分が捩られる。このとき、図５に示すように、扁平管１１ｐ〜１１ｒの端面１１０ａは、横に並んでいる。

端面１１０ａが略鉛直になるように扁平管１１ｐ〜１１ｒが捩られることで上下に並んだ穴１１４のうち、下部の穴１１４に、入口管１５２ａの下部に溜まった液冷媒を多く流入させ、上部の穴１１４に、ガス冷媒を多く流入させる構成となっている（図６参照）。

なお、熱交換効率を上げるため、扁平管１１ｐ〜１１ｒは、それらの扁平管１１ｐ〜１１ｒの空気（図１において、正面側から背面側に向かって流れる）が接触する部分（空気の上流側部分）が下になるように捩られる。

＜冷媒の全体の流れ＞
以下、熱交換器１０が蒸発器として機能するときの冷媒の流れについて説明する。

図１において、第２ヘッダ１５２の外方から、入口管１５２ａを介して第２ヘッダ１５２の内部へ流入した冷媒（矢印Ａ１参照）は、下から１段目（最下段目）〜３段目の扁平管１１ｒ〜１１ｐに形成される複数の穴１１４を伝って、第１ヘッダ１５１へ向かう。第１ヘッダ１５１に到達した冷媒は、下から４段目〜９段目の扁平管１１ｏ〜１１ｊに形成される複数の穴１１４を伝って、第２ヘッダ１５２へ向かう。そして、第２ヘッダ１５２に達した冷媒は、下から１０段目〜１８段目（最上段目）の扁平管１１ｉ〜１１ａに形成される複数の穴１１４を伝って、第１ヘッダ１５１に向かう。そして、第１ヘッダ１５１に到達した冷媒は、合流して出口管１５１ａから第１ヘッダ１５１の外方へ流出する（矢印Ａ２参照）。

なお、第２ヘッダ１５２の内部では、扁平管１１ｐと扁平管１１ｏとの間にバッフル板１８が設けられ、冷媒がバッフル板１８の下から上に流れないようになっている。また、第１ヘッダ１５１の内部では、扁平管１１ｉと扁平管１１ｊとの間にバッフル板１８が設けられ、冷媒がバッフル板１８の下から上に流れないようになっている。このように、バッフル板１８により、熱交換器１０の内部を冷媒が蛇行するように流れる。

＜本実施形態に係る熱交換器１０の特徴＞
（１）
従来、鉛直方向に延びる１対のヘッダと、その１対のヘッダに異なる高さ位置で貫通する複数の扁平管とから構成される、積層型熱交換器が提案されている。この熱交換器を蒸発器として機能させるとき、ヘッダの外方から入口管を介して、ガス冷媒と液冷媒とが混合した状態の冷媒がヘッダ内へ流入し、ヘッダを介して下部に位置する扁平管から上部に位置する扁平管へと冷媒が流れる。

しかし、液冷媒の密度がガス冷媒の密度よりも高いため、また、重力に影響されるため、液冷媒とガス冷媒とは、入口管およびヘッダの内部において、分離されやすい。また、扁平管が異なる高さ位置に配置されているため、ヘッダから扁平管に冷媒を分流させにくいことが想定される。

そこで、本実施形態では、入口管１５２ａからヘッダ１５を介して流入していく所定数の扁平管１１ｐ〜１１ｒのヘッダ内における端部の近傍部分を、それらの端面１１０ａが略鉛直に延びるように、かつ、端面１１０ａの高さ位置が略同じになるように捩っている。

扁平管１１ｐ〜１１ｒが捩られて端面１１０ａが略鉛直に延びるようになることで、上下に並んだ複数の穴１１４のうち、下部の穴１１４に入口管１５２ａの下部に溜まっている液冷媒を流入させることができ、また、上部の穴１１４に入口管１５２ａの上部にあるガス冷媒を流入させることができる。

また、扁平管１１ｐ〜１１ｒの端面１１０ａの高さ位置が略同じになるように扁平管１１ｐ〜１１ｒが捩られているので、入口管１５２ａから第２ヘッダ１５２に流入してくる液冷媒およびガス冷媒を全ての扁平管１１ｐ〜１１ｒに均等に分流させることが可能になる。

（２）
本実施形態では、扁平管１１ｐ〜１１ｒは、それらの扁平管１１ｐ〜１１ｒの空気が接触する部分（空気の上流側部分）が下になるように捩られる。

これにより、上下に並んだ複数の穴１１４のうち、下部の穴１１４に液冷媒が多く流れる。つまり、扁平管１１ｐ〜１１ｒの、空気が一番接触する面の最も近くに位置する穴１１４に多くの液冷媒が流れるようになる。

よって、空気と、穴１１４を流れる液冷媒との熱交換が効率良く行われ、熱交換器１０の蒸発器としての性能が向上する。

＜本実施形態に係る熱交換器１０の変形例＞
（Ａ）
上記実施形態では、扁平管１１ｐ〜１１ｒが捩られていると説明したが、本発明はこれに限られず、他の扁平管１１ａ〜１１ｏの冷媒の入口となる方の端部の近傍部分を捩る構成としてもよい。

例えば、図１の正面視における扁平管１１ｊ〜１１ｏの右側の端部の近傍部分および扁平管１１ａ〜１１ｉの左側の端部の近傍部分を、それぞれのヘッダ１５１、１５２内において捩る構成としてもよい。

なお、以下の変形例（Ｂ）〜（Ｅ）は、扁平管１１ｊ〜１１ｏおよび扁平管１１ａ〜１１ｉにも適用できる。

（Ｂ）
上記実施形態では、第２ヘッダ１５２内において、扁平管１１ｐ〜１１ｒが捩られていると説明したが、図７に示すように、第２ヘッダ１５２外において、扁平管１１ｐ〜１１ｒが捩られている構成としてもよい。

（Ｃ）
上記実施形態では、端面１１０ａが略鉛直に延びるように、扁平管１１ｐ〜１１ｒが捩られると説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、端面１１０ａ０が水平面に対して傾斜して延びるように扁平管１１ｐ〜１１ｒが捩られてもよい。

（Ｄ）
上記実施形態における扁平管１１ｐ〜１１ｒは、図８に示すように、それぞれの端面１１０ａが斜め上を向くように、その端部が斜めにカットされた構成としてもよい。または、予め端面１１０ａが斜め上を向いている扁平管１１ｐ〜１１ｒを用いてもよい。

（Ｅ）
上記実施形態では、上流側の空気があたる部分を下になるように捩ると説明したが、本発明はこの捩り方法に限られない。この捩り方法でなくても、扁平管１１ｐ〜１１ｒを捩ることにより、入口管１５２ａの下部に溜まった液冷媒を扁平管１１ｐ〜１１ｒに均等に分流させることができる。

（Ｆ）
上記実施形態では、この熱交換器１０は、空調機に用いられると説明したが、他の機器に用いられてもよい。他の機器とは、例えば、ヒートポンプ式の給湯器である。

（Ｇ）
上記実施形態では、第１ヘッダ１５１の上部に出口管１５１ａが接続されていると説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、第２ヘッダ１５２の上部に出口管１５１ａを接続した構成としてもよい。また、上記実施形態におけるバッフル板１８の本数や位置は、変更されてもよい。

例えば、冷媒が第１ヘッダ１５１と第２ヘッダ１５２との間を１往復、２往復、・・・するようにバッフル板１８を設けてもよいし、冷媒が第１ヘッダ１５１と第２ヘッダ１５２との間を１往復半、２往復半、・・・するようにバッフル板１８を設けてもよい。冷媒が第１ヘッダ１５１と第２ヘッダ１５２との間を１往復、２往復、・・・する場合は、第２ヘッダ１５２の上部に出口管１５１ａが形成され、冷媒が第１ヘッダ１５１と第２ヘッダ１５２との間を１往復半、２往復半、・・・する場合は、第１ヘッダ１５１の上部に出口管１５１ａが形成される。

（Ｈ）
上記実施形態では、ヘッダ１５は鉛直方向に延びると説明したが、ヘッダ１５は、鉛直方向に延びるものに限られず、上下に延びていればよい。また、扁平管群１１は、ヘッダ１５の長手に直交する方向に延びると説明したが、これに限られず、ヘッダ１５に交差する方向に延びていればよい。

本発明では、冷媒をより均等に扁平管へ分流させることができるので、有用である。

熱交換器の概略構成図。図１のII部の拡大斜視図。図１のIII−III断面図。図３のIV−IV断面図であって、バッフル板の近傍を示す図。図１のV−V断面図。図３のIV−IVで切断した場合の断面図であって、ガス冷媒および液冷媒の流れを示す図。図１のIII−IIIの切断位置で切断した場合の、変形例（Ｂ）に係る入口管、第２ヘッダおよび扁平管の断面図。図３のIV-IVで切断した場合の、変形例（Ｄ）に係る入口管および第２ヘッダの断面図であって、バッフル板の近傍を示す図。

符号の説明

１０熱交換器
１１扁平管群（多数の扁平管）
１５ヘッダ
１１０ａ端面

Claims

上下に延びるヘッダ（１５）と、
前記ヘッダ（１５）に交差する方向に延び、異なる高さ位置で前記ヘッダ（１５）の外面から内面へと貫通し、それぞれの端面（１１０ａ）が前記ヘッダ（１５）内に位置する多数の扁平管（１１）と、
を備え、
前記多数の扁平管（１１）のうち、所定の複数の扁平管（１１０）の前記端面（１１０ａ）が、前記ヘッダ（１５）内において、水平面に対して傾斜しており、かつ、略同じ高さ位置にある、
熱交換器（１０）。
前記ヘッダ（１５）内において、前記複数の扁平管（１１０）がそれぞれ捩られている、
請求項１に記載の熱交換器（１０）。
前記ヘッダ（１５）外において、前記複数の扁平管（１１０）がそれぞれ捩られている、
請求項１に記載の熱交換器（１０）。
前記端面（１１０ａ）が、斜め上を向いている、
請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器（１０）。
前記端面（１１０ａ）が、略鉛直に延び、かつ、横に並んでいる、
請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器（１０）。
前記複数の扁平管（１１０）は、前記空気の流れの上流側部分が下になるように捩られている、
請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器（１０）。