JP2010127511A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】パラレルフロー型熱交換器において、中間にＵターン部を有する折り返し形状とした偏平チューブ同士の近接配置を可能にして熱交換能力の向上を図る。
【解決手段】熱交換器１は、気流方向に間隔を置いて平行に配置された第１ヘッダパイプ２及び第２ヘッダパイプ３に、それぞれ内部に複数の冷媒通路１１ａ、１２ａを有する第１偏平チューブ２１と第２偏平チューブ２２を、ヘッダパイプの長さ方向に沿って所定ピッチで複数配置し、気流方向において直列に並ぶ第１偏平チューブ１１と第２偏平チューブ１２の、第１ヘッダパイプ２または第２ヘッダパイプ３に接続されていない側の端同士を、内部に単一の冷媒通路１３ａを備え、横幅が第１偏平チューブ１１の横幅及び第２偏平チューブ１２の横幅と同程度であるＵ字形の連結チューブ１３で連結して構成される。
【選択図】図４

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、偏平チューブをＵ字状に曲げ加工した構成が記載されている。このように、中間にＵターン部を有する折り返し形状とすれば、偏平チューブの奥行きが倍増したのと同じことになり、偏平チューブの側面を通る気流との接触時間を長くして十分に熱交換を行わせることができる。

特許文献１記載の熱交換器の偏平チューブは、断面円形のチューブの要所をプレス加工して偏平化したものであり、内部の冷媒通路が１個であるため、冷媒と偏平チューブとの接触面積が十分であるとは言えなかった。特許文献２記載の熱交換器は、偏平チューブをＵ字状に曲げ加工する点は特許文献１と同様であるが、偏平チューブの素材としてアルミニウム製押出材からなるいわゆるハーモニカチューブを用いており、冷媒と偏平チューブとの接触面積確保が図られている。特許文献１でも図９に記載された熱交換器は偏平チューブがハーモニカチューブとなっている。
実開平６−４０６７６号公報 特許第２８５１５４０号公報

特許文献１では、偏平チューブのＵターン部の形状が次のようになっている。すなわち、ある実施形態では円形断面のままとされている。他の実施形態では、主に熱交換を行う部分の偏平方向とは直交する方向に偏平とされている。さらに他の実施形態では、全体が偏平管とされた上でＵターン部に捩りが加えられている。特許文献２では、偏平チューブをねじってＵターン部を形成している。いずれの構成においても、熱交換器を正面から見た場合、偏平チューブの主要箇所は左右方向に薄くなっているものの、Ｕターン部は曲げやすさを優先して左右方向には薄くせず、相対的には左右に広がりを有する形状となっている。このため、偏平チューブの偏平面同士の間隔を詰めることができない。すなわち、偏平チューブを密に配置することができない。

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において、偏平チューブの全体形状を、中間にＵターン部を有する折り返し形状として、偏平チューブの側面を通る気流の接触長さを確保するとともに、偏平チューブ同士の近接配置を可能にして熱交換能力の向上を図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、気流方向に間隔を置いて平行に配置された第１ヘッダパイプ及び第２ヘッダパイプと、前記第１ヘッダパイプに一端を接続され、内部に設けた複数の冷媒通路を第１ヘッダパイプの内部に連通させるとともに、第１ヘッダパイプの長さ方向に沿って所定ピッチで複数配置された第１偏平チューブと、前記第２ヘッダパイプに一端を接続され、内部に設けた複数の冷媒通路を第２ヘッダパイプの内部に連通させるとともに、第２ヘッダパイプの長さ方向に沿って前記第１偏平チューブと隣接する形で第１偏平チューブと同数配置され、気流方向において第１偏平チューブと直列に並ぶ第２偏平チューブと、気流方向において直列に並ぶ前記第１偏平チューブと前記第２偏平チューブの、前記第１ヘッダパイプまたは前記第２ヘッダパイプに接続されていない側の端同士を連結する別部品であって、前記第１偏平チューブの複数の冷媒通路と前記第２偏平チューブの複数の冷媒通路のそれぞれに連通する単一の冷媒通路を有する連結体と、を備えることを特徴としている。

この構成によると、気流方向において直列に並ぶ第１偏平チューブと第２偏平チューブを、別部品である連結体で連結してＵターン部を構成するものとしたから、単一部品のチューブの中間部をＵ字状に曲げるのと異なり、左右に広がった形状をＵターン部に与えなくて済む。このため、偏平チューブの偏平面同士の接近がＵターン部によって妨げられないから、偏平チューブを間隔密に配置することができる。連結体以外の箇所では偏平チューブに複数の冷媒通路が設けられているから、冷媒と偏平チューブの間に必要な接触面積を確保することができる。また、連結体では冷媒通路が１個になっているから、連結体に冷媒を送り込む側の偏平チューブにおいて冷媒通路間に冷媒の偏流が生じていたとしても、連結体の中で冷媒が合流し、それから他方の偏平チューブの複数の冷媒通路に再分配されることにより、偏流が是正される効果がある。

上記構成の熱交換器において、前記連結体が、正面から見た横幅が前記第１偏平チューブ及び前記第２偏平チューブの同じく正面から見た横幅と同程度である連結チューブにより構成されることが好ましい。

この構成によると、左右に広がらないＵターン部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、前記連結体が、前記第１偏平チューブと前記第２偏平チューブの全数を接続し、気流方向において直列に並ぶ第１偏平チューブと第２偏平チューブのペア単位で内部を区画した第３ヘッダパイプにより構成されることが好ましい。

この構成によると、左右に広がらないＵターン部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、前記第１ヘッダパイプと前記第２ヘッダパイプは熱交換器の下部に存在し、それらに接続される冷媒出入管は、第１ヘッダパイプまたは第２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第１ヘッダパイプまたは第２ヘッダパイプに流入する冷媒は、第１ヘッダパイプまたは第２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ヘッダパイプと前記第２ヘッダパイプにはそれぞれ冷媒出入管が接続され、また第１ヘッダパイプと第２ヘッダパイプの内部には所定箇所に隔壁が形成されるものであり、前記隔壁は、第１ヘッダパイプ側冷媒出入管または第２ヘッダパイプ側冷媒出入管の一方から流入した冷媒が、当該冷媒出入管の属するヘッダパイプと他方のヘッダパイプの間を行き来し、最終的に他方のヘッダパイプに属する冷媒出入管から流出するように配置されていることが好ましい。

このような構成にすれば、冷媒は少ない本数の偏平チューブを通って一方のヘッダパイプから他方のヘッダパイプへ、次はその逆へとジグザグに移動しつつ、出口となる冷媒出入管に向かうものであり、全ての偏平チューブに並行して冷媒を流す構成に比べ、冷媒流路断面積を小さくし、冷媒の流速を速めることができる。そしてこれにより、熱交換性能を向上させることができる。

上記構成の熱交換器において、前記第１偏平チューブ同士の間及び／または前記第２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。

上記目的を達成するため、本発明に係る熱交換器は、気流方向に間隔を置いて平行に配置された第１ヘッダパイプ及び第２ヘッダパイプと、前記第１ヘッダパイプに一端を接続され、内部に設けた複数の冷媒通路を第１ヘッダパイプの内部に連通させるとともに、第１ヘッダパイプの長さ方向に沿って所定ピッチで複数配置された第１偏平チューブと、前記第２ヘッダパイプに一端を接続され、内部に設けた複数の冷媒通路を第２ヘッダパイプの内部に連通させるとともに、第２ヘッダパイプの長さ方向に沿って前記第１偏平チューブと隣接する形で第１偏平チューブと同数配置され、気流方向において第１偏平チューブと直列に並ぶ第２偏平チューブと、気流方向において直列に並ぶ前記第１偏平チューブと前記第２偏平チューブの、前記第１ヘッダパイプまたは前記第２ヘッダパイプに接続されていない側の端同士を連結する別部品であって、前記第１偏平チューブの複数の冷媒通路と前記第２偏平チューブの複数の冷媒通路とを連通させる複数の冷媒通路を有する連結体と、を備えることを特徴としている。

この構成によると、気流方向において直列に並ぶ第１偏平チューブと第２偏平チューブを、別部品である連結体で連結してＵターン部を構成するものとしたから、単一部品のチューブの中間部をＵ字状に曲げるのと異なり、左右に広がった形状をＵターン部に与えなくて済む。このため、偏平チューブの偏平面同士の接近がＵターン部によって妨げられないから、偏平チューブを間隔密に配置することができる。偏平チューブには複数の冷媒通路が設けられているから、冷媒と偏平チューブの間に必要な接触面積を確保することができる。

上記構成の熱交換器において、前記連結体が、正面から見た横幅が前記第１偏平チューブ及び前記第２偏平チューブの同じく正面から見た横幅と同程度である連結チューブにより構成されることが好ましい。

この構成によると、左右に広がらないＵターン部を容易に得ることができる。

本発明によると、偏平チューブがＵターン部で折り返す構成を得るにあたり、気流方向において直列に並ぶ第１偏平チューブと第２偏平チューブを、別部品である連結体で連結してＵターン部を構成するから、単一部品のチューブの中間部をＵ字状に曲げるのと異なり、左右に広がった形状をＵターン部に与えなくて済む。これにより、偏平チューブの偏平面同士の接近がＵターン部によって妨げられなくなるので、偏平チューブを間隔密に配置することができる。偏平チューブには複数の冷媒通路が設けられているから、冷媒と偏平チューブの間に必要な接触面積を確保することができる。

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の下部には第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３が存在する。第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３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、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。熱交換器１と熱交換を行う気流は第１ヘッダパイプ２及び第２ヘッダパイプ３の長さ方向と直交する方向（図２の矢印方向、またはその逆方向）に流れるものであり、その気流方向において互いに間隔を置く形で第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３は配置されている。第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３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、第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３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。

第１ヘッダパイプ２には複数の第１偏平チューブ１１が組み合わせられ、第２ヘッダパイプ３には複数の第２偏平チューブ１２が組み合わせられる。第１偏平チューブ１１と第２偏平チューブ１２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１１ａ、１２ａが形成されている。冷媒通路１１ａ、１２ａ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、そのため第１偏平チューブ１１と第２偏平チューブ１２はいずれもハーモニカのような断面を呈している。

第１偏平チューブ１１と第２偏平チューブ１２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１１ａ、１２ａ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、第１偏平チューブ１１と第２偏平チューブ１２の寸法形状は全て同一となっている。

第１偏平チューブ１１と第２偏平チューブ１２はいずれも垂直に立てた状態で、それぞれの下端を第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３に接続する。第１ヘッダパイプ２と第１偏平チューブ１１、第２ヘッダパイプ３と第２偏平チューブ１２はそれぞれロウ付けまたは溶着により固定される。接続状態において、第１偏平チューブ１１の冷媒通路１１ａは第１ヘッダパイプ２の内部に連通し、第２偏平チューブ１２の冷媒通路１２ａは第２ヘッダパイプ３の内部に連通する。また、第１偏平チューブ１１と第２偏平チューブ１２は全て上端の高さが同一レベルに揃えられている。

第１偏平チューブ１１と第２偏平チューブ１２は同数ずつ設けられ、気流方向において直列に並ぶ１個の第１偏平チューブ１１と１個の第２偏平チューブ１２が１組のペアを構成する。このペアは、第１ヘッダパイプ２または第２ヘッダパイプ３に接続されていない側の端、すなわち上端同士が連結体Ｃで連結され、Ｕターン部を構成する。第１実施形態において連結体Ｃを構成するのは連結チューブ１３である。連結チューブ１３は倒立したＵ字形であり、内部に単一の冷媒通路１３ａを備えている。第１偏平チューブ１１の冷媒通路１１ａと第２偏平チューブ１２の冷媒通路１２ａは全て冷媒通路１３ａに連通し、これにより、複数の冷媒通路１１ａと複数の冷媒通路１２ａが単一の冷媒通路１３ａを介して連通することになる。

正面から、すなわち図１の視点から見た連結チューブ１３の横幅は、同じく正面から見た第１偏平チューブ１１の横幅及び第２偏平チューブ１２の横幅と同程度とされる。第１実施形態における連結チューブ１３の横幅は第１偏平チューブ１１の横幅及び第２偏平チューブ１２の横幅と同一である。偏平チューブ１３は第１偏平チューブ１１及び第２偏平チューブ１２と同じ材料で形成され、ロウ付けまたは溶着により第１偏平チューブ１１と第２偏平チューブ１２に固定される。

連結チューブ１３で上端同士を連結された第１偏平チューブ１１と第２偏平チューブ１２は、側面から見ると、上端のＵターン部で折れ曲がった、倒立したＵ字状の構造体を形成する。本明細書では、この構造体を「偏平チューブ１０」と呼称する。

偏平チューブ１０には、Ｕターン部を含め、特許文献１、２に記載された偏平チューブのように左右に広がった部分が存在せず、正面から見たどの部分も横幅が狭い。そのため、偏平チューブ１０は偏平面同士を接近させて間隔密に配置することができる。偏平チューブ１０は、第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３の長さ方向に沿って所定ピッチ（「所定」は「一定」を意味しない。偏平チューブ１０の並びの中で、ピッチ幅が変化する設計とすることもある。）で並ぶ。図１に示すように、偏平チューブ１０は、第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３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、第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３の長さ方向中央部では、両翼部の偏平チューブ１０群から離れた、孤立した偏平チューブ１０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。

第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３には、その長さ方向中央部に存在する、２個の孤立した偏平チューブ１０の間に、第１ヘッダパイプ２に冷媒を流入させあるいは第１ヘッダパイプ２から冷媒を流出させる冷媒出入管１４と、第２ヘッダパイプ３に冷媒を流入させあるいは第２ヘッダパイプ３から冷媒を流出させる冷媒出入管１５が接続される。冷媒出入管１４は第１ヘッダパイプ２に対し、冷媒出入管１５は第２ヘッダパイプ３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、１５は互いに対称をなす角度で斜め上方から第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３に接続されている。

孤立した偏平チューブ１０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ため、冷媒出入管１４を第１ヘッダパイプ２に接続し、冷媒出入管１５を第２ヘッダパイプ３に接続することを容易に行える。なお、冷媒出入管１４、１５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。

熱交換器１を使用する際は、冷媒が冷媒出入管１４、１５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、それが偏平チューブ１０の中を流れる間に蒸発し、気体状となって冷媒出入管１５から流出するものとして説明を進める。

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から第１ヘッダパイプ２に流入した液状の冷媒は、第１ヘッダパイプ２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１０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１０に集中することが避けられ、各偏平チューブ１０の冷媒流量が均等化の方向に向かう。

第１ヘッダパイプ２から偏平チューブ１０に入った液状の冷媒は、第１偏平チューブ１１の部分を上昇しつつ、第１偏平チューブ１１の外側を流れる気流との間で熱交換を行って蒸発して行く。冷媒通路１１ａが複数存在することから、冷媒と第１偏平チューブ１１の間に必要な接触面積を確保することができる。連結チューブ１３の部分に至ると、複数の冷媒通路１１ａに分流していた冷媒が合流する。そして、偏平チューブ１２の複数の冷媒通路１２ａに再分配される。冷媒通路１１ａ同士の間で冷媒の偏流が生じていたとしても、連結チューブ１３の中で合流し、冷媒通路１２ａに再分配される過程で偏流は是正される。

冷媒通路１２ａに入った冷媒は、第２偏平チューブ１２の部分を下降しつつ、第２偏平チューブ１２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。冷媒通路１２ａが複数存在することから、冷媒と第２偏平チューブ１２の間に必要な接触面積を確保することができる。このように気体の割合を高めた冷媒は第２ヘッダパイプ３で合流し、冷媒出入管１５から排出される。

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ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３の両翼部に密に配置された偏平チューブ１０同士の間に、アルミニウム等熱伝導の良い金属からなるフィン２０を配置する。フィン２０は第１偏平チューブ１１同士の間に配置される第１フィン２１と、第２偏平チューブ１２同士の間に配置される第２フィン２２からなる。第１フィン２１と第２フィン２２はいずれもコルゲートフィンである。第１フィン２１は第１偏平チューブ１１に対しロウ付けまたは溶接で固定され、第２フィン２２は第２偏平チューブ１２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、コルゲートフィンであることにより、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２１は、第１偏平チューブ１１の気流方向奥行きの中間部、この場合は第１偏平チューブ１１のセンターラインの箇所で風上側フィン２１Ｕと風下側フィン２１Ｄに区分される。図５の矢印に示すように、風は第１偏平チューブ１１から第２偏平チューブ１２の方向に向かって吹くものとする。第２フィン２２は、第２偏平チューブ１２の気流方向奥行きの中間部、この場合は第２偏平チューブ１２のセンターラインの箇所で風上側フィン２２Ｕと風下側フィン２２Ｄに区分される。風上側フィン２１Ｕ、２２Ｕ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２１Ｄ、２２Ｄ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２１Ｕの風下側端部と風下側フィン２１Ｄの風上側端部、風上側フィン２２Ｕの風下側端部と風下側フィン２２Ｄの風上側端部はそれぞれ間隙２３を隔てて配置されている。間隙２３は、風上側フィン２１Ｕ、２２Ｕの風下側端部に付着した水滴と、風下側フィン２１Ｄ、２２Ｄ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２１と第２フィン２２の間にはそれよりも広い間隙２４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２１Ｕ、２２Ｕと風下側フィン２１Ｄ、２２Ｄ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２０を全て水平とした場合に比べると、フィン２０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２０の表面にも偏平チューブ１０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２１Ｕ、２２Ｕまたは風下側フィン２１Ｄ、２２Ｄの勾配面を伝って流下し、間隙２３に達する。間隙２３が広ければ、水滴は風上側フィン２１Ｕ、２２Ｕの風下側端部または風下側フィン２１Ｄ、２２Ｄ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２３は風上側フィン２１Ｕ、２２Ｕの風下側端部に付着した水滴と風下側フィン２１Ｄ、２２Ｄ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２１Ｕ、２２Ｕの水滴と風下側フィン２１Ｄ、２２Ｄの水滴は、間隙２３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２３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、運転条件によっては、偏平チューブ１０やフィン２０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、時々は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２３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２３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２１Ｕ、２２Ｕの下り勾配と風下側フィン２１Ｄ、２２Ｄ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１０同士の間隔が５．５mm、偏平チューブ１０の厚みが１．３mm、空気の流れ方向における風上側フィン２１Ｕ、２２Ｕと風下側フィン２１Ｄ、２２Ｄの水平方向長さがそれぞれ１８mm、風上側フィン２１Ｕ、２２Ｕと風下側フィン２１Ｄ、２２Ｄのそれぞれの山−谷ピッチが２mm〜３mm、間隙２３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、連結体Ｃの構成が第１、第２実施形態と異なる。すなわち第３実施形態では、第１偏平チューブ１１と第２偏平チューブ１２の全数を接続する第３ヘッダパイプ１６が連結体Ｃを構成する。第３ヘッダパイプ１６は両端が閉じた円形断面のパイプであり、第１ヘッダパイプ２及び第２ヘッダパイプ３と長さが同じで、第１ヘッダパイプ２及び第２ヘッダパイプ３と平行且つ両端を揃えて配置されている。直径は、第３ヘッダパイプ１６の方が第１ヘッダパイプ２及び第２ヘッダパイプ３よりも大きい。

気流方向において直列に並ぶ１個の第１偏平チューブ１１と１個の第２偏平チューブ１２のペアを、ペア単位で区画する隔壁１６ｂが第３ヘッダパイプ１６の内部に設けられる（図６参照）。隔壁１６ｂで輪切りにした第３ヘッダパイプ１６の１区画と、そこに接続された第１偏平チューブ１１と第２偏平チューブ１２を合わせたものが偏平チューブ１０となる。１本の偏平チューブ１０に属する第１偏平チューブ１１の複数の冷媒通路１１ａと、第２偏平チューブ１２の複数の冷媒通路１２ａは、第３ヘッダパイプ１６の内部の単一の冷媒通路１６ａを介して連通する。

第３実施形態では、第１偏平チューブ１１と第２偏平チューブ１２の配置ピッチを先に決め、それに合わせて第３ヘッダパイプ１６に接続口を加工すればよい。そのため、Ｕターン部が左右に広がるなどといったことは起こり得ず、偏平チューブ１０は偏平面同士を接近させて間隔密に配置することができる。

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。

本発明の第４実施形態を図８に示す。図８は熱交換器の上面図である。

第４実施形態は、第１から第３までのいずれかの実施形態の第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３に手を加えたものである。図８は第１実施形態をベースとしている。図８に示す熱交換器１では、第２ヘッダパイプ３の両端に冷媒出入管１５が１本ずつ接続されている。第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３の内部にはそれぞれ２個ずつの隔壁が形成される。第１ヘッダパイプ２の内部には、孤立した２本の偏平チューブ１０を含む計１４本の偏平チューブ１０を挟む２個の隔壁１７Ａが、冷媒出入管１４を中心とする対称をなす形で配置されている。第２ヘッダパイプ３の内部には、隔壁１７Ａよりも外側に位置する偏平チューブ１０を隔壁１７Ａとの間に７本ずつ挟む形で、２個の隔壁１７Ｂが配置されている。隔壁１７Ｂと冷媒出入口１５の間にも７本の偏平チューブ１０が存在する。なお偏平チューブ１０の総本数や隔壁の総個数、隔壁間に挟まれる偏平チューブの本数等は様々なパターンが可能であり、図８の形態に限定されるものではない。

２個の隔壁１７Ａの間が第１区間１８Ａとなる。隔壁１７Ａと隔壁１７Ｂの間が第２区間１８Ｂとなる。隔壁１７Ｂと冷媒出入口１５の間が第３区間１８Ｃとなる。第１区間１８Ａは１個だけであるが、第２区間１８Ｂと第３区間１８Ｃは２個ずつ存在する。

冷媒が冷媒出入管１４から流入し、冷媒出入管１５から流出するケースを考える。冷媒出入管１４から第１ヘッダパイプ２に流入した冷媒は、第１区間１８Ａの偏平チューブ１０を通って第２ヘッダパイプ３に移動する。第２ヘッダパイプ３に移動した冷媒は、第２区間１８Ｂの偏平チューブ１０を通って第１ヘッダパイプ２に戻る。第１ヘッダパイプ２に戻った冷媒は、第３区間１８Ｃの偏平チューブ１０を通って第２ヘッダパイプ３に移動し、冷媒出入管１５から流出する。

冷媒は、偏平チューブ１０の全本数に比べ少ない本数の偏平チューブ１０を通って第１ヘッダパイプ２から第２ヘッダパイプ３へ、次はその逆へとジグザグに移動しつつ、冷媒出入管１５に向かうものであり、全ての偏平チューブ１０に並行して冷媒を流す構成に比べ、冷媒流路断面積を小さくし、冷媒の流速を速めることができる。そしてこれにより、熱交換性能を向上させることができる。

一方のヘッダパイプの冷媒出入管に流入した冷媒が最終的に他方のヘッダパイプの冷媒出入管から流出するという構成は必須のものではない。流入用の冷媒出入管と流出用の冷媒出入管が同一のヘッダパイプに配置されていたとしても問題はない。

第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３の内部に隔壁を設けて冷媒をジグザグに誘導するという構成は、第２実施形態や第３実施形態にも適用可能である。その場合は、第２、第３実施形態それぞれの作用効果に加えて上記作用効果を得ることができる。

図８では、第１ヘッダパイプ２に対しては中央に１本の冷媒出入管１４を接続し、第２ヘッダパイプ３に対しては両端に１本ずつの冷媒出入管１５を接続したが、第１ヘッダパイプ２の一端に１本の冷媒出入管１４を接続し、それと対角をなす第２ヘッダパイプ３の一端に１本の冷媒出入管１５を接続する構成も可能である。

図９に本発明の第５実施形態を示す。図９は図２と同様の断面図である。

第５実施形態は連結チューブ１３の構造が第１実施形態と異なる。すなわち連結チューブ１３の内部に第１偏平チューブ１１の冷媒通路１１ａ及び第２偏平チューブ１２の冷媒通路１２ａと同数（第１偏平チューブ１１と第２偏平チューブ１２は同一設計が採用されているため、冷媒通路１１ａと冷媒通路１２ａは同数である。図９の場合、数は「４」となる。）の冷媒通路１３ａを形成した。

正面から、すなわち図１の視点から見た連結チューブ１３の横幅は、第１実施形態と同様、同じく正面から見た第１偏平チューブ１１の横幅及び第２偏平チューブ１２の横幅と同程度（当然のことながら、同一であってもよい）とされる。これにより偏平チューブ１０には、Ｕターン部を含め、特許文献１、２に記載された偏平チューブのように左右に広がった部分が存在せず、正面から見たどの部分も横幅が狭くなっている。従って偏平チューブ１０は偏平面同士を接近させて間隔密に配置することができる。

上記連結チューブ１３を用いて、第１偏平チューブ１１の冷媒通路１１ａと第２偏平チューブ１２の冷媒通路１２ａを次のように接続する。すなわち、第１偏平チューブ１１の中で最も風上側に位置する冷媒通路１１ａを第２偏平チューブ１２の中で最も風下側に位置する冷媒通路１２ａに連通させ、以下同様に、風上側から２番目に位置する冷媒通路１１ａを風下側から２番目に位置する冷媒通路１２ａに連通させ、風上側から３番目に位置する冷媒通路１１ａを風下側から３番目に位置する冷媒通路１２ａに連通させ、風上側から４番目に位置する冷媒通路１１ａを風下側から４番目（第２偏平チューブ１２では最も風上側）に位置する冷媒通路１２ａに連通させる。

第１ヘッダパイプ２から偏平チューブ１０に入った液状の冷媒は、第１偏平チューブ１１の冷媒通路１１ａを上昇し、連結チューブ１３の冷媒通路１３ａで流れの方向を反転して、第２偏平チューブ１２の冷媒通路１２ａを下降する。その間に偏平チューブ１０の外側を流れる気流との間で熱交換を行って、液状の冷媒は蒸発し、気体の割合を高めて行く。冷媒通路１１ａ、１３ａ、１２ａが複数ずつ存在することから、冷媒と偏平チューブ１０の間に必要な接触面積を確保することができる。気体の割合を高めた冷媒は第２ヘッダパイプ３で合流し、冷媒出入管１５から排出される。

冷媒は、冷媒通路１１ａを上昇するときと冷媒通路１２ａを下降するときとで風上／風下の関係が逆転する。すなわち最も風上側の冷媒通路１１ａを上昇した冷媒は最も風下側の冷媒通路１２ａを下降することになり、逆に、最も風下側の冷媒通路１１ａを上昇した冷媒は最も風上側の冷媒通路１２ａを下降することになる。このように冷媒は、上昇時と下降時で風上／風下の関係が入れ替わるので、熱交換効率が向上する。

第１偏平チューブ１１の冷媒通路１１ａに連結チューブ１３の冷媒通路１３ａを連結し、連結チューブ１３の冷媒通路１３ａに第２偏平チューブ１２の冷媒通路１２ａを連結する際、冷媒通路同士の間に隙間ができる可能性がある。この場合、隙間のところで多少冷媒の合流が生じるが、問題はない。

図９に示す構成では、第１偏平チューブ１１の冷媒通路１１ａと連結チューブ１３の冷媒通路１３ａが１対１で対応し、その冷媒通路１３ａに第２偏平チューブ１２の冷媒通路１２ａが１対１で対応している。この関係は絶対的なものでなく、冷媒通路１３ａと冷媒通路１１ａの対応関係が１対複数であってもよいし、冷媒通路１３ａと冷媒通路１２ａの対応関係が１対複数であってもよい。一例を挙げるならば、２個の冷媒通路１１ａが１個の冷媒通路１３ａに対応し、その１個の冷媒通路１３ａが２個の冷媒通路１２ａに対応してもよい。言うまでもないが、「複数」は「２」に限定されない。２を超える数であってもよい。冷媒通路１１ａと冷媒通路１２ａの一方のみが複数で、他方が１個、といった構成も可能である。なお、冷媒通路１３ａの総数が１であると、これは第１実施形態に他ならない。

１本の偏平チューブを、特許文献１、２の例のように捩りを加えるこことなく折り曲げて、第５実施形態の偏平チューブ１０としてもよい。片面に複数の溝を並べたＵ字形の板をプレス加工等により２枚形成し、それを合わせて溶接などにより接合し、１個のＵ字形偏平チューブ１０としてもよい。

第５実施形態の熱交換器１には、第２実施形態のフィン２０を組み合わせることもできるし、第３実施形態の連結体Ｃの構成を適用することもできるし、第４実施形態の第１ヘッダパイプ２と第２ヘッダパイプ３の構成を適用することもできる。

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 第４実施形態に係る熱交換器の上面図 第５実施形態に係る熱交換器の図２と同様の断面図

符号の説明

１ 熱交換器
２ 第１ヘッダパイプ
３ 第２ヘッダパイプ
１０ 偏平チューブ
１１ 第１偏平チューブ
１１ａ 冷媒通路
１２ 第２偏平チューブ
１２ａ 冷媒通路
１３ 連結チューブ
１３ａ 冷媒通路
１４、１５ 冷媒出入管
１６ 第３ヘッダパイプ
１６ａ 冷媒通路
１６ｂ 隔壁
１７Ａ、１７Ｂ 隔壁
１８Ａ 第１区画
１８Ｂ 第２区画
１８Ｃ 第３区画
２０ フィン
２１Ｕ、２２Ｕ 風上側フィン
２１Ｄ、２２Ｄ 風下側フィン
２３ 間隙

Claims (8)

1. 気流方向に間隔を置いて平行に配置された第１ヘッダパイプ及び第２ヘッダパイプと、
   前記第１ヘッダパイプに一端を接続され、内部に設けた複数の冷媒通路を第１ヘッダパイプの内部に連通させるとともに、第１ヘッダパイプの長さ方向に沿って所定ピッチで複数配置された第１偏平チューブと、
   前記第２ヘッダパイプに一端を接続され、内部に設けた複数の冷媒通路を第２ヘッダパイプの内部に連通させるとともに、第２ヘッダパイプの長さ方向に沿って前記第１偏平チューブと隣接する形で第１偏平チューブと同数配置され、気流方向において第１偏平チューブと直列に並ぶ第２偏平チューブと、
   気流方向において直列に並ぶ前記第１偏平チューブと前記第２偏平チューブの、前記第１ヘッダパイプまたは前記第２ヘッダパイプに接続されていない側の端同士を連結する別部品であって、前記第１偏平チューブの複数の冷媒通路と前記第２偏平チューブの複数の冷媒通路のそれぞれに連通する単一の冷媒通路を有する連結体と、
   を備えることを特徴とする熱交換器。
2. 前記連結体が、正面から見た横幅が前記第１偏平チューブ及び前記第２偏平チューブの同じく正面から見た横幅と同程度である連結チューブにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記連結体が、前記第１偏平チューブと前記第２偏平チューブの全数を接続し、気流方向において直列に並ぶ第１偏平チューブと第２偏平チューブのペア単位で内部を区画した第３ヘッダパイプにより構成され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ヘッダパイプと前記第２ヘッダパイプは熱交換器の下部に存在し、それらに接続される冷媒出入管は、第１ヘッダパイプまたは第２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ヘッダパイプと前記第２ヘッダパイプにはそれぞれ冷媒出入管が接続され、また第１ヘッダパイプと第２ヘッダパイプの内部には所定箇所に隔壁が形成されるものであり、前記隔壁は、第１ヘッダパイプ側冷媒出入管または第２ヘッダパイプ側冷媒出入管の一方から流入した冷媒が、当該冷媒出入管の属するヘッダパイプと他方のヘッダパイプの間を行き来し、最終的に他方のヘッダパイプに属する冷媒出入管から流出するように配置されてい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。
6. 前記第１偏平チューブ同士の間及び／または前記第２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５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 気流方向に間隔を置いて平行に配置された第１ヘッダパイプ及び第２ヘッダパイプと、
   前記第１ヘッダパイプに一端を接続され、内部に設けた複数の冷媒通路を第１ヘッダパイプの内部に連通させるとともに、第１ヘッダパイプの長さ方向に沿って所定ピッチで複数配置された第１偏平チューブと、
   前記第２ヘッダパイプに一端を接続され、内部に設けた複数の冷媒通路を第２ヘッダパイプの内部に連通させるとともに、第２ヘッダパイプの長さ方向に沿って前記第１偏平チューブと隣接する形で第１偏平チューブと同数配置され、気流方向において第１偏平チューブと直列に並ぶ第２偏平チューブと、
   気流方向において直列に並ぶ前記第１偏平チューブと前記第２偏平チューブの、前記第１ヘッダパイプまたは前記第２ヘッダパイプに接続されていない側の端同士を連結する別部品であって、前記第１偏平チューブの複数の冷媒通路と前記第２偏平チューブの複数の冷媒通路とを連通させる複数の冷媒通路を有する連結体と、
   を備えることを特徴とする熱交換器。
8. 前記連結体が、正面から見た横幅が前記第１偏平チューブ及び前記第２偏平チューブの同じく正面から見た横幅と同程度である連結チューブにより構成されることを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。

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