JP2010127510A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】パラレルフロー型熱交換器を２台、気流方向において直列に並ぶ形で配置するに際し、その配置が熱交換性能の低下をもたらすことのないようにする。
【解決手段】熱交換器１は、上部ヘッダパイプ１１と下部ヘッダパイプ１２の間に複数の垂直な偏平チューブ１３を配置した第１熱交換器１０と、上部ヘッダパイプ２１と下部ヘッダパイプ２２の間に複数の垂直な偏平チューブ２３を配置した第２熱交換器２０とを気流方向において直列に並ぶ形で配置している。上部ヘッダパイプ１１の内部を隔壁１５で区画１６Ａ〜１６Ｅに仕切り、上部ヘッダパイプ２１の内部を隔壁２５で区画２６Ａ〜２６Ｅに仕切り、各区画に複数の偏平チューブが含まれるようにする。その上で、第１熱交換器１０側の１区画と、気流方向においてそれと直列に並ぶ第２熱交換器２０側の１区画を連結チューブ３０で連結して連通状態に置く。
【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。

２本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。

パラレルフロー型の熱交換器については、これまでにも様々な性能向上の工夫がなされている。例えば特許文献１には、上流側熱交換チューブ群と下流側熱交換チューブ群を前後に重ねて配置することにより、熱交換チューブのチューブ高さを小さくして小型軽量化及び薄型化を図り、併せて、冷媒の分散性を向上し、熱交換性能を向上させた熱交換器が記載されている。
特開２００３−７５０２４号公報

特許文献１記載の構成では、上流側熱交換チューブ群を並列に流れた冷媒がヘッダパイプに入り、そこで合流すると、冷媒の圧力が低下し、流速も低下し、下流側熱交換チューブ群に分流することが困難となり、熱交換性能が上がらない。

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を２台、気流方向において直列に並ぶ形で配置するに際し、その配置が熱交換性能の低下をもたらすことのないようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る熱交換器は、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それぞれ備えた第１熱交換器と第２熱交換器を、気流方向において直列に並ぶ形で配置し、前記第１熱交換器の中の１本のヘッダパイプと、前記第２熱交換器の中の１本のヘッダパイプを、１区画に複数の偏平チューブが含まれる形で複数の区画に仕切り、前記第１熱交換器側の１区画と、気流方向においてそれと直列に並ぶ前記第２熱交換器側の１区画を連通状態に置いたことを特徴としている。

この構成によると、一方の熱交換器を流れた冷媒が他方の熱交換器に移る際、冷媒は全体が１空間となったヘッダパイプに入るのでなく、ヘッダパイプを複数の区画に仕切った中の１区画に入るものであるから、偏平チューブを流れていたときの圧力と流速が維持された状態で他方の熱交換器の偏平チューブに流入する。この結果、単位時間当たりの熱交換効率が高まり、性能が向上する。

上記構成の熱交換器において、前記連通状態に置かれる前記第１熱交換器側ヘッダパイプの１区画と前記第２熱交換器側ヘッダパイプの１区画は、連結チューブで連結されていることが好ましい。

この構成によると、第１熱交換器側ヘッダパイプの１区画と第２熱交換器側ヘッダパイプの１区画の連通状態を容易に得ることができる。

上記構成の熱交換器において、前記複数の区画に仕切られるヘッダパイプは、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器に共有される１本のヘッダパイプであることが好ましい。

この構成によると、第１熱交換器と第２熱交換器が１本のヘッダパイプを共有していることから、第１熱交換器側ヘッダパイプの１区画と第２熱交換器側ヘッダパイプの１区画が連通しているという状態を容易に得ることができる。

上記構成の熱交換器において、前記複数の区画に仕切られるのは上部ヘッダパイプで、下部ヘッダパイプには冷媒出入管が接続されるものであり、前記冷媒出入管は、前記下部ヘッダパイプの長さ方向中央部に水平よりも上の方向から接続されることが好ましい。

このような構成にすれば、冷媒出入管を通じて下部ヘッダパイプに流入する冷媒は、下部ヘッダパイプの中央部の内壁面に上方から衝突するので、左右に分かれやすく、冷媒出入管の左右に並ぶ偏平チューブに均等に分流することになり、それが偏平チューブの内部全体に及ぶ。これにより、特定の偏平チューブに冷媒が集中することが避けられ、偏平チューブ間の冷媒流量の均等化を図ることができる。

上記構成の熱交換器において、前記第１熱交換器及び／または前記第２熱交換器の偏平チューブ同士の間にフィンを配置することが好ましい。

このような構成にすれば、熱交換器の放熱面積が増大し、熱交換性能が向上する。

本発明によると、気流方向に直列に配置された第１熱交換器と第２熱交換器の一方を流れた冷媒が他方の熱交換器に移る際、冷媒は一方の熱交換器の偏平チューブを流れていたときの圧力と流速が維持された状態で他方の熱交換器の偏平チューブに流入するから、単位時間当たりの熱交換効率が高まり、性能が向上する。

以下本発明の第１実施形態を図１と図２に基づき説明する。図１は熱交換器の正面図、図２は図１のＡ−Ａ線を断面箇所とする断面図である。

熱交換器１は、パラレルフロー型熱交換器である第１熱交換器１０と第２熱交換器２０を気流方向（図２の矢印方向、またはその逆方向）において直列に並ぶ形で配置した構成を備える。図２においては、気流方向が矢印方向であるから、第１熱交換器１０が風上側、第２熱交換器２０が風下側に配置されていることになる。第１熱交換器１０は、上下に間隔を置いて平行に配置された複数の水平なヘッダパイプ、すなわち上部ヘッダパイプ１１と下部ヘッダパイプ１２の間に、垂直な偏平チューブ１３を複数本、所定ピッチで（「所定」は「一定」を意味しない。間隔不等の場合もあり得る。）配置したものである。第２熱交換器２０は、上下に間隔を置いて平行に配置された複数の水平なヘッダパイプ、すなわち上部ヘッダパイプ２１と下部ヘッダパイプ２２の間に、垂直な偏平チューブ２３を複数所定ピッチで配置したものである。

第１熱交換器１０の偏平チューブ１３と第２熱交換器２０の偏平チューブ２３は、必ずしも同数、同ピッチであることを要しないが、図１、図２の例では、第１熱交換器１０の偏平チューブ１３と第２熱交換器２０の偏平チューブ２３は同数、同ピッチであることとしている。図１は第１熱交換器１０の側から見た正面図であるが、第２熱交換器２０の側から見ても同じ形状が表れる。図１には、第１熱交換器１０の構成要素の符号と第２熱交換器２０の構成要素の符号が併記されている。

偏平チューブ１３、２３の配置は次のようになっている。図１で偏平チューブ１３を例にとり説明すると、偏平チューブ１３は、上部ヘッダパイプ１１と下部ヘッダパイプ１２の長さ方向中央部を離れた両翼部では一定ピッチで比較的密に配置されているが、上部ヘッダパイプ１１と下部ヘッダパイプ１２の長さ方向中央部では、両翼部の偏平チューブ１３群から離れた、孤立した偏平チューブ１３が２個、互いの間に比較的広い間隔を保って配置されている。偏平チューブ２３の配置もこの通りである。

上部ヘッダパイプ１１、２１と下部ヘッダパイプ１２、２２はいずれも両端が閉じた円形断面のパイプであり、直径、肉厚、長さは共に等しく、上部ヘッダパイプは上部ヘッダパイプ同士、下部ヘッダパイプは下部ヘッダパイプ同士、同一高さのところに水平且つ互いに両端位置を揃えて平行に配置されている。上部ヘッダパイプと下部ヘッダパイプの両端位置も揃えられている。上部ヘッダパイプ１１、２１と下部ヘッダパイプ１２、２２はいずれもアルミニウム等熱伝導の良い金属からなる。なお、上部ヘッダパイプ１１、２１、下部ヘッダパイプ１２、２２の間で直径、肉厚、長さを等しくするというのは必須要件ではなく、そのいずれかまたは全部を異ならせた構成も可能である。また同一高さというのも必須要件ではなく、高さを異ならせた構成も可能である。

偏平チューブ１３、２３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１３ａ、２３ａが形成されている。冷媒通路１３ａ、２３ａは、断面形状及び断面面積の等しいものが複数個ずつ、図１においては紙面奥行き方向、図２においては紙面左右方向に並び、そのため偏平チューブ１３と偏平チューブ２３はいずれもハーモニカのような断面を呈している。

偏平チューブ１３と偏平チューブ２３は、異なる設計であっても、例えば偏平チューブの幅・肉厚・長さ及び冷媒通路１３ａ、２３ａの断面形状・断面面積などのいずれか、あるいは全てが異なっていても良いが、通常は同一設計とすることが好ましい。第１実施形態では同一設計が採用されており、偏平チューブ１３と偏平チューブ２３の寸法形状は全て同一となっている。

偏平チューブ１３の上端は上部ヘッダパイプ１１に接続され、下端は下部ヘッダパイプ１２に接続され、冷媒通路１３ａは上部ヘッダパイプ１１の内部と下部ヘッダパイプ１２の内部の両方に連通する。偏平チューブ２３の上端は上部ヘッダパイプ２１に接続され、下端は下部ヘッダパイプ２２に接続され、冷媒通路２３ａは上部ヘッダパイプ２１の内部と下部ヘッダパイプ２２の内部の両方に連通する。上部ヘッダパイプ１１と偏平チューブ１３、下部ヘッダパイプ１２と偏平チューブ１３、上部ヘッダパイプ２１と偏平チューブ２３、下部ヘッダパイプ２２と偏平チューブ２３はそれぞれロウ付けまたは溶着により固定される。

下部ヘッダパイプ１２、２２には、その長さ方向中央部に存在する、２個ずつの孤立した偏平チューブ１３、２３の間に、下部ヘッダパイプ１２に冷媒を流入させあるいは下部ヘッダパイプ１２から冷媒を流出させる冷媒出入管１４と、下部ヘッダパイプ２２に冷媒を流入させあるいは下部ヘッダパイプ２２から冷媒を流出させる冷媒出入管２４が接続される。２個ずつの孤立した偏平チューブ１３、２３は互いの間に比較的広い間隔を保って配置されていることから、その間隔に冷媒出入管１４、２４を配置するのが容易であり、そのためにここが冷媒出入管１４、２４の接続箇所として選ばれる。

冷媒出入管１４は下部ヘッダパイプ１２に対し、冷媒出入管２４は下部ヘッダパイプ２２に対し、それぞれ水平よりも上の方向から接続されている。第１実施形態では、冷媒出入管１４、２４は互いに対称をなす角度で斜め上方から下部ヘッダパイプ１２、２２に接続されている。なお、冷媒出入管は必ずしも水平より上の方向から接続しなくてもよい。水平方向から接続してもよい。言い換えれば、流路が確保され、冷媒が流れればよい。

上部ヘッダパイプ１１、２１の内部は隔壁により複数の区画に仕切られる。上部ヘッダパイプ１１にあっては、中央の２本の偏平チューブ１３を挟む形で配置された２個の隔壁１５により区画１６Ａが仕切られ、区画１６Ａを仕切った隔壁１５と、それよりも上部ヘッダパイプ１１の端に寄った位置に配置された隔壁１５により区画１６Ｂが仕切られ、区画１６Ｂを仕切った隔壁１５と、それよりも上部ヘッダパイプ１１の端に寄った位置に配置された隔壁１５により区画１６Ｃが仕切られ、区画１６Ｃを仕切った隔壁１５と、それよりも上部ヘッダパイプ１１の端に寄った位置に配置された隔壁１５により区画１６Ｄが仕切られる。区画１６Ｄを仕切った隔壁１５と、上部ヘッダパイプ１１の端部壁の間は区画１６Ｅとなる。上部ヘッダパイプ２１にあっては、中央の２本の偏平チューブ２３を挟む形で配置された２個の隔壁２５により区画２６Ａが仕切られ、区画２６Ａを仕切った隔壁２５と、それよりも上部ヘッダパイプ２１の端に寄った位置に配置された隔壁２５により区画２６Ｂが仕切られ、区画２６Ｂを仕切った隔壁２５と、それよりも上部ヘッダパイプ２１の端に寄った位置に配置された隔壁２５により区画２６Ｃが仕切られ、区画２６Ｃを仕切った隔壁１５と、それよりも上部ヘッダパイプ２１の端に寄った位置に配置された隔壁２５により区画２６Ｄが仕切られる。区画２６Ｄを仕切った隔壁２５と、上部ヘッダパイプ２１の端部壁の間は区画２６Ｅとなる。区画１６Ａと区画２６Ａは１個ずつであるが、区画１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ、１６Ｅ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅは２個ずつ存在し、区画１６Ａまたは区画２６Ａを中心として対称的に配置されている。

区画１６Ａには２本の偏平チューブ１３が含まれ、区画１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ、１６Ｅにはそれぞれ５本ずつの偏平チューブ１３が含まれる。区画２６Ａには２本の偏平チューブ２３が含まれ、区画２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅにはそれぞれ５本ずつの偏平チューブ２３が含まれる。なお、区画の数とそこに含まれる偏平チューブの数は単なる例示に過ぎず、発明の内容を限定するものではない。

区画１６Ａと、気流方向においてそれと直列に並ぶ区画２６Ａ、区画１６Ｂと、気流方向においてそれと直列に並ぶ区画２６Ｂ、区画１６Ｃと、気流方向においてそれと直列に並ぶ区画２６Ｃ、区画１６Ｄと、気流方向においてそれと直列に並ぶ区画２６Ｄ、区画１６Ｅと、気流方向においてそれと直列に並ぶ区画２６Ｅは、それぞれ連通状態に置かれる。連通手段として、第１実施形態では連結チューブ３０を用いる。連結チューブ３０は倒立したＵ字形状であり、一方の端は上部ヘッダパイプ１１側の区画に接続し、他方の端は上部ヘッダパイプ２１側の区画に接続する。

熱交換器１を使用する際は、冷媒が冷媒出入管１４、２４の一方から流入し、他方から流出する。熱交換器１を蒸発器として使用する運転モードの場合（例えば、室内機と室外機とからなるセパレート型空気調和機の室外機で熱交換器１を用い、暖房運転を行うと、熱交換器１は蒸発器として作用する）、熱交換器１は空気から温熱を奪い、逆に冷熱を空気中に放出する。ここでは冷媒出入管１４から液体状の冷媒が流入し、それが第１熱交換器１０と第２熱交換器２０の中を流れる間に蒸発し、気体状となって冷媒出入管２４から流出するという、熱交換器１を蒸発器として使用する想定で説明を進める。なお、第１熱交換器１０が風上側、第２熱交換器２０が風下側である。

図示しないファンで送風を行いつつ熱交換器１に冷媒を流すと、冷媒出入管１４から下部ヘッダパイプ１２に流入した液状の冷媒は、下部ヘッダパイプ１２の中央部の内壁面に上方から衝突し、それから左右に分流する。この構成は冷媒が左右に分かれやすく、冷媒出入管１４の左右に並ぶ偏平チューブ１３に均等に流れやすい。このため、流入方向の運動エネルギーを持った冷媒が特定の偏平チューブ１３に集中することが避けられ、各偏平チューブ１３の冷媒流量が均等化の方向に向かう。

下部ヘッダパイプ１２から偏平チューブ１３に入った液状の冷媒は、冷媒通路１３ａを上昇しつつ、偏平チューブ１３の外側を流れる気流との間で熱交換を行って蒸発が進んで行く。上部ヘッダパイプ１１に至ると、冷媒は、どの偏平チューブ１３を通ってきたかによって、区画１６Ａ、２箇所の区画１６Ｂの一方、２箇所の区画１６Ｃの一方、２箇所の区画１６Ｄの一方、２箇所の区画１６Ｅの一方、のいずれかに入る。そして入った区画から連結チューブ３０を通って上部ヘッダパイプ２１の区画２６Ａ、２箇所の区画２６Ｂの一方、２箇所の区画２６Ｃの一方、２箇所の区画２６Ｄの一方、２箇所の区画２６Ｅの一方、のいずれかに入る。例えば、区画１６Ａに入った冷媒は、連結チューブ３０を通って区画２６Ａに入り、区画１６Ｂに入った冷媒は、連結チューブ３０を通って区画２６Ｂに入る。その後冷媒は、偏平チューブ２３の冷媒通路２３ａを下降しつつ、偏平チューブ２３の外側を流れる気流との間で熱交換を行ってさらに蒸発し、気体の割合を高めて行く。気体の割合を高めた冷媒は下部ヘッダパイプ２２で合流し、冷媒出入管２４から排出される。

上記構成によれば、第１熱交換器１０と第２熱交換器２０の一方を流れた冷媒が他方の熱交換器に移る際、偏平チューブ１３、２３のいずれかを上昇した冷媒は、全体が１空間となったヘッダパイプに入るのでなく、ヘッダパイプを複数の区画に仕切った中の１区画に入るものであるから、偏平チューブを流れていたときの圧力と流速が維持された状態で他方の熱交換器の偏平チューブに流入する。この結果、単位時間当たりの熱交換効率が高まり、性能が向上する。

図１と図２の例では、第１熱交換器１０側の１区画に属する偏平チューブ１３の数と、それと連通状態に置かれる第２熱交換器２０側の１区画に属する偏平チューブ２３の数は同数とされているが、この関係は絶対的なものではなく、第１熱交換器１０側の１区画に属する偏平チューブ１３の数と、それと連通状態に置かれる第２熱交換器２０側の１区画に属する偏平チューブ２３の数が同じでないという構成も可能である。

熱交換器１を凝縮器として使用する場合は、第１熱交換器１０が風上側、第２熱交換器２０が風下側であるとすると、冷媒は冷媒出入管２４から流入させ、冷媒出入管１４から流出させる、すなわち、風下側の熱交換器から風上側の熱交換器へと冷媒が流れるようにすることが好ましい。

１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ、１６Ｅ、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅの各区画に含まれる偏平チューブ１３または偏平チューブ２３の数は５以下とするのが好ましい。図８はパラレルフロー型熱交換器における冷媒の挙動について調べた実験装置の概要を示す正面図である。実験装置の熱交換器１００は、それぞれ水平な上部ヘッダパイプ１０１と下部ヘッダパイプ１０２の間に垂直な偏平チューブ１０３を多数配置し、下部ヘッダパイプ１０２の中央に冷媒出入管１０４を設け、下部ヘッダパイプ１０２の両端に１本ずつの冷媒出入管１０５を設けた構造となっている。下部ヘッダパイプ１０２の内部には中央の冷媒出入管１０４と両端の冷媒出入管１０５との間に１個ずつ計２個の隔壁１０６が設けられている。

冷媒出入管１０４から下部ヘッダパイプ１０２に冷媒を送り込むと、隔壁１０６によって行く手を遮られた冷媒は偏平チューブ１０３を上昇して上部ヘッダパイプ１０１に至る。上部ヘッダパイプ１０１に入った冷媒は、隔壁１０６、１０６で挟まれた区間の外側の区間に属する偏平チューブ１０３を下降して下部ヘッダパイプ１０２に戻り、冷媒出入管１０５から流出する。この時のサーモグラフィー画像では、冷媒が下降する偏平チューブ１０３の中で、隔壁１０６に近い４〜５本のみ他の偏平チューブ１０３との温度差が顕著であった。これは、これら４〜５本の偏平チューブ１０３に流れる冷媒の流量が大であることを物語っており、従って、圧力と流速を維持しつつ冷媒を流すことを考える上では、５本以下の偏平チューブ１０３の集団に着目すれば良い、と結論づけられる。

本発明の第２実施形態を図３から図５に示す。図３は熱交換器の正面図、図４は図３のＡ−Ａ線を断面箇所とする断面図、図５は図３のフィンの箇所を断面箇所とする断面図である。

第２実施形態では、第１熱交換器１０の両翼部に密に配置された偏平チューブ１３同士の間と、第２熱交換器２０の両翼部に密に配置された偏平チューブ２３同士の間とに、アルミニウム等熱伝導の良い金属からなるフィン４０を配置する。フィン４０は偏平チューブ１３同士の間に配置される第１フィン４１と、偏平チューブ２３同士の間に配置される第２フィン４２からなる。第１フィン４１と第２フィン４２はいずれもコルゲートフィンである。第１フィン４１は偏平チューブ１３に対しロウ付けまたは溶接で固定され、第２フィン４２は偏平チューブ２３に対しロウ付けまたは溶接で固定される。

第１フィン４１と第２フィン４２はいずれもコルゲートフィンであるため、互いの間に所定断面積の通風路を形成するように並ぶフィンの集合を容易に得ることができる。

図５に示すように、第１フィン４１は、偏平チューブ１３の気流方向奥行きの中間部、この場合は偏平チューブ１３のセンターラインの箇所で、風上側フィン４１Ｕと風下側フィン４１Ｄに区分される。図５の矢印に示すように、風は偏平チューブ１３から偏平チューブ２３の方向に向かって吹くものとする。第２フィン４２は、偏平チューブ２３の気流方向奥行きの中間部、この場合は偏平チューブ２３のセンターラインの箇所で、風上側フィン４２Ｕと風下側フィン４２Ｄに区分される。風上側フィン４１Ｕ、４２Ｕはフィン表面が風下側に向かい下り勾配となり、風下側フィン４１Ｄ、４２Ｄはフィン表面が風下側に向かい上り勾配となっている。

風上側フィン４１Ｕの風下側端部と風下側フィン４１Ｄの風上側端部、及び風上側フィン４２Ｕの風下側端部と風下側フィン４２Ｄの風上側端部は、それぞれ間隙４３を隔てて配置されている。間隙４３は、風上側フィン４１Ｕ、４２Ｕの風下側端部に付着した水滴と、風下側フィン４１Ｄ、４２Ｄの風上側端部に付着した水滴の合体が生じ得る大きさに設定されている。第１フィン４１と第２フィン４２の間にはそれよりも広い間隙４４が設けられている。

図示しないファンで送風を行いつつ熱交換器１に冷媒を流すと、熱交換器１を蒸発器として使用する運転モードの場合、熱交換器１は空気から温熱を奪い、逆に冷熱を空気中に放出する。風上側フィン４１Ｕ、４２Ｕと風下側フィン４１Ｄ、４２Ｄのフィン表面にはそれぞれ勾配がついているので、フィン４０を全て水平とした場合に比べると、フィン４０全体として空気の流れ方向に長く延びる形で存在することになり、高い熱交換性能を得ることができる。

空気から温熱を奪う運転を続けていると、フィン４０の表面にも偏平チューブ１３、２３の表面にも、空気中の水分が結露する。当初は微細だった水滴が結集して大きな水滴になると、それは風上側フィン４１Ｕ、４２Ｕまたは風下側フィン４１Ｄ、４２Ｄの勾配面を伝って流下し、間隙４３に達する。間隙４３が広ければ、水滴は風上側フィン４１Ｕ、４２Ｕの風下側端部または風下側フィン４１Ｄ、４２Ｄの風上側端部でブリッジ現象（水の表面張力で水の膜が張ること）を生じるだけに終わる。しかしながら間隙４３は風上側フィン４１Ｕ、４２Ｕの風下側端部に付着した水滴と風下側フィン４１Ｄ、４２Ｄの風上側端部に付着した水滴の合体が生じ得る大きさに設定されているので、風上側フィン４１Ｕ、４２Ｕの水滴と風下側フィン４１Ｄ、４２Ｄの水滴は、間隙４３で出会うと互いに表面張力を破壊し合って合体し、ブリッジ現象を生じることなく間隙４３から流れ出る。

熱交換器１を蒸発器として使用する運転モード（熱交換器１が周囲の空気から温熱を奪う運転モード）において、周囲の空気温度条件や、運転条件により、偏平チューブ１３、２３やフィン４０の表面に空気中の水分が霜として付着する場合がある。時間が経つにつれ霜は厚みを増し、熱交換性能を低下させるので、時々除霜運転を行って霜を溶かさねばならない。霜が溶けた除霜水も、間隙４３で出会うと互いに表面張力を破壊し合って合体し、ブリッジ現象を生じることなく間隙４３から流れ出る。このため、除霜運転から通常運転に復帰したとき、排水されないまま残留した水滴が凍結して熱交換性能を損なうといったことがない。霜と化す前の結露水も同様に流れ出るので、空気流通路の断面積が水によって狭められ、熱交換性能を低下させることがない。

風上側フィン４１Ｕ、４２Ｕの下り勾配と風下側フィン４１Ｄ、４２Ｄの上り勾配は、５°〜４０°の範囲で選択することができる。勾配がきつくなると、熱交換面積が増え、排水しやすくなる一方、空気の流通に対しては抵抗となるので、実験を通じて適切な値を決めるとよい。その他、偏平チューブ１３同士または偏平チューブ２３同士の間隔が５．５mm、偏平チューブ１３、２３の厚みが１．３mm、気流方向における風上側フィン４１Ｕ、４２Ｕと風下側フィン４１Ｄ、４２Ｄの水平方向長さがそれぞれ１８mm、風上側フィン４１Ｕ、４２Ｕと風下側フィン４１Ｄ、４２Ｄのそれぞれの山−谷ピッチが２mm〜３mm、間隙４３の大きさが最大０．５mmといった数値を例示することができる。言うまでもないが、これらの数値は単なる例示であり、発明の内容を限定するものではない。

本発明の第３実施形態を図６と図７に示す。図６は熱交換器の正面図、図７は図６のＡ−Ａ線を断面箇所とする断面図である。

第３実施形態は、上部ヘッダパイプの構成が第１、第２実施形態と異なる。第３実施形態では、偏平チューブ１３の上端と偏平チューブ２３の上端は同一の上部ヘッダパイプ５０に接続されている。すなわち第１熱交換器１０と第２熱交換器２０が１本の上部ヘッダパイプ５０を共有する。上部ヘッダパイプ５０は両端が閉じた円形断面のパイプであり、下部ヘッダパイプ１２、２２と長さが同じで、下部ヘッダパイプ１２、２２と平行且つ両端位置を揃えて配置されている。直径は、上部ヘッダパイプ５０の方が下部ヘッダパイプ１２、２２よりも大きい。

上部ヘッダパイプ５０の内部は隔壁５１により複数の区画に仕切られる。まず、中央の２本ずつの偏平チューブ１３、２３を挟む形で配置された２個の隔壁５１により区画５２Ａが仕切られ、区画５２Ａを仕切った隔壁５１と、それよりも上部ヘッダパイプ５０の端に寄った位置に配置された隔壁５１により区画５２Ｂが仕切られ、区画５２Ｂを仕切った隔壁５１と、それよりも上部ヘッダパイプ５０の端に寄った位置に配置された隔壁５１により区画５２Ｃが仕切られ、区画５２Ｃを仕切った隔壁５１と、それよりも上部ヘッダパイプ５０の端に寄った位置に配置された隔壁５１により区画５２Ｄが仕切られる。区画５２Ｄを仕切った隔壁５１と、上部ヘッダパイプ５０の端部壁の間は区画５２Ｅとなる。区画５２Ａは１個だけであるが、区画５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｅは２個ずつ存在し、区画５２Ａを中心として対称的に配置されている。

区画５２Ａには偏平チューブ１３と偏平チューブ２３が２本ずつ含まれ、区画５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ、５２Ｅには偏平チューブ１３と偏平チューブ２３がそれぞれ５本ずつ含まれる。なお、区画の数とそこに含まれる偏平チューブの数は単なる例示に過ぎず、発明の内容を限定するものではない。

上記構成によれば、第１熱交換器１０と第２熱交換器２０が１本のヘッダパイプ５０を共有していることから、第１熱交換器１０側ヘッダパイプの１区画と第２熱交換器２０側ヘッダパイプの１区画が連通しているという状態を容易に得ることができる。

この第３実施形態に第２実施形態のようなフィンを付加し、熱交換性能の一層の向上を図ってもよい。

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実施形態に係る熱交換器の正面図 図１のＡ−Ａ線を断面箇所とする断面図 第２実施形態に係る熱交換器の正面図 図３のＡ−Ａ線を断面箇所とする断面図 図３のフィンの箇所を断面箇所とする断面図 第３実施形態に係る熱交換器の正面図 図６のＡ−Ａ線を断面箇所とする断面図 パラレルフロー型熱交換器における冷媒の挙動について調べた実験装置の概要を示す正面図

符号の説明

１ 熱交換器
１０ 第１熱交換器
２０ 第２熱交換器
１１、２１ 上部ヘッダパイプ
１２、２２ 下部ヘッダパイプ
１３、２３ 偏平チューブ
１４、２４ 冷媒出入管
１５、２５ 隔壁
１６Ａ〜１６Ｅ、２６Ａ〜２６Ｅ 区画
３０ 連結チューブ
４０ フィン
４１Ｕ、４２Ｕ 風上側フィン
４１Ｄ、４２Ｄ 風下側フィン
４３ 間隙
５０ 上部ヘッダパイプ
５１ 隔壁
５２Ａ〜５２Ｅ 区画

Claims (5)

1. 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それぞれ備えた第１熱交換器と第２熱交換器を、気流方向において直列に並ぶ形で配置し、前記第１熱交換器の中の１本のヘッダパイプと、前記第２熱交換器の中の１本のヘッダパイプを、１区画に複数の偏平チューブが含まれる形で複数の区画に仕切り、前記第１熱交換器側の１区画と、気流方向においてそれと直列に並ぶ前記第２熱交換器側の１区画を連通状態に置いたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記連通状態に置かれる前記第１熱交換器側ヘッダパイプの１区画と前記第２熱交換器側ヘッダパイプの１区画は、連結チューブで連結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。
3. 前記複数の区画に仕切られるヘッダパイプは、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器に共有される１本のヘッダパイプであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記第１熱交換器と第２熱交換器において、前記複数の区画に仕切られるのは上部ヘッダパイプで、下部ヘッダパイプには冷媒出入管が接続されるものであり、前記冷媒出入管は、前記下部ヘッダパイプの長さ方向中央部に水平よりも上の方向から接続されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記第１熱交換器及び／または前記第２熱交換器の偏平チューブ同士の間にフィンを配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。

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