JP2013002773A - Heat exchanger and air conditioner with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器及びそれを搭載した空気調和機に関する。 The present invention relates to a side flow parallel flow heat exchanger and an air conditioner equipped with the heat exchanger.
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に広く利用されている。 A parallel flow type heat exchange in which a plurality of flat tubes are arranged between two header pipes so that a refrigerant passage inside the flat tubes communicates with the header pipe, and fins such as corrugated fins are arranged between the flat tubes. The equipment is widely used in car air conditioners and building air conditioners.
パラレルフロー型熱交換器では、複数の偏平チューブに均等に冷媒が流れるようにすることが、熱交換効率向上を目指す上で重要な設計事項となる。冷媒の均等な分流を追求したパラレルフロー型熱交換器の例を特許文献1、2に見ることができる。
In a parallel flow type heat exchanger, it is an important design matter to improve heat exchange efficiency so that the refrigerant flows evenly through a plurality of flat tubes. An example of a parallel flow type heat exchanger pursuing an even flow of refrigerant can be seen in
特許文献1に記載されたパラレルフロー型熱交換器は、筒状中空ヘッダーと、該ヘッダーの冷媒流入室に連通接続された冷媒入口管と、前記冷媒流入室に連通接続された複数のチューブを備える。前記冷媒流入室を複数の流入仕切室に仕切り、前記冷媒入口管を対応個数の分岐管に分岐させ、各分岐管を前記各流入仕切室に接続して、前記各チューブに冷媒を均等に分流させる。
A parallel flow heat exchanger described in
特許文献2に記載されたパラレルフロー型熱交換器は、水平なヘッダーに垂直なチューブを組み合わせた構成を備える。下側ヘッダー内には、その長さ方向に沿って、冷媒入口管に連通する冷媒分散用管体が配置される。冷媒分散用管体の周壁には複数個の冷媒分散孔が設けられており、冷媒入口管を通じて下側ヘッダー内に流入した液冷媒が、各チューブに均等に分配されるようになっている。
The parallel flow heat exchanger described in
パラレルフロー型熱交換器に流入する冷媒は、気液混合状態であることが多い。特許文献1記載のパラレルフロー型熱交換器の場合、流入仕切室に気液混合状態の冷媒が流入すると、あるチューブには液体が多く流れ、あるチューブには気体が多く流れるという、偏流の状態が生じ、熱交換効率が低下する。また特許文献1記載のパラレルフロー型熱交換器は構造が複雑であり、実現にはコストがかかる。
The refrigerant flowing into the parallel flow type heat exchanger is often in a gas-liquid mixed state. In the case of the parallel flow heat exchanger described in
特許文献2に記載のパラレルフロー型熱交換器はダウンフロー方式であり、それをサイドフロー方式に転換すると偏流が発生する。すなわち、重力の影響で気体の冷媒は上へ、液体の冷媒は下へと流れるが、ダウンフロー方式ではチューブの方向が重力の方向に一致しているので、気体と液体が分離するのはヘッダーの断面の内径の範囲でしかない。従って、重力の影響で気液分離するといったことは少ない。
The parallel flow heat exchanger described in
しかしながらサイドフロー方式の場合、ヘッダパイプの軸方向において気体と液体が分離する。そのため気体と液体の分離が進みやすい。特許文献2に記載のパラレルフロー型熱交換器のようにヘッダー内の冷媒分散用管体に冷媒分散孔を設けたとしても、ヘッダーの内部で分離した気体と液体の冷媒は重力の影響を受け、下側のチューブには液体の冷媒ばかりが行き、上側のチューブには気体の冷媒ばかりが行くことになってしまう。
However, in the case of the side flow method, gas and liquid are separated in the axial direction of the header pipe. Therefore, separation of gas and liquid is easy to proceed. Even if the refrigerant dispersion hole is provided in the refrigerant dispersion tube in the header as in the parallel flow heat exchanger described in
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、受け入れた冷媒が気液混合状態であっても、それを適切に気液混合させて分流させることができるサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and even if the received refrigerant is in a gas-liquid mixed state, the side-flow parallel-flow-type heat exchange that can appropriately mix and divert the refrigerant in a gas-liquid mixture state. The purpose is to provide a vessel.
本発明に係るパラレルフロー型熱交換器は、垂直方向に配置された冷媒流入側ヘッダパイプ及び冷媒流出側ヘッダパイプと、前記両ヘッダパイプを連結する複数の水平方向偏平チューブを備え、前記冷媒流入側ヘッダパイプの内部に、下端から上端に向けて、または上端から下端に向けて、冷媒供給パイプが挿入され、前記冷媒供給パイプは前記冷媒流入側ヘッダパイプの端部に形成された衝突面に所定間隔を置いて対向する吐出口を有する。 A parallel flow heat exchanger according to the present invention includes a refrigerant inflow header pipe and a refrigerant outflow header pipe arranged in a vertical direction, and a plurality of horizontal flat tubes connecting the both header pipes. A refrigerant supply pipe is inserted into the side header pipe from the lower end to the upper end, or from the upper end to the lower end, and the refrigerant supply pipe is formed on a collision surface formed at an end of the refrigerant inflow side header pipe. It has discharge ports facing each other at a predetermined interval.
上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記吐出口は前記冷媒供給パイプの先端にのみ形成されていることが好ましい。 In the parallel flow heat exchanger configured as described above, it is preferable that the discharge port is formed only at a tip of the refrigerant supply pipe.
上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記衝突面は前記冷媒供給パイプの軸線に直交する平面であることが好ましい。 In the parallel flow heat exchanger configured as described above, it is preferable that the collision surface is a plane perpendicular to the axis of the refrigerant supply pipe.
上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記衝突面は前記吐出口に対し凸面となっていることが好ましい。 In the parallel flow heat exchanger configured as described above, it is preferable that the collision surface is a convex surface with respect to the discharge port.
上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記凸面は先端部が前記吐出口に入り込むことが好ましい。 In the parallel flow type heat exchanger configured as described above, it is preferable that a tip of the convex surface enters the discharge port.
上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記衝突面は前記吐出口に対し凹面となっていることが好ましい。 In the parallel flow type heat exchanger configured as described above, the collision surface is preferably concave with respect to the discharge port.
上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記冷媒供給パイプは、前記冷媒流入側ヘッダパイプの中で、前記偏平チューブから遠ざかる方向に偏って配置されていることが好ましい。 In the parallel flow heat exchanger configured as described above, it is preferable that the refrigerant supply pipe is disposed in the refrigerant inflow header pipe in a direction away from the flat tube.
上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記冷媒供給パイプの外周面と、前記冷媒流入側ヘッダパイプの内周面との隙間に、冷媒拡散体が配置されていることが好ましい。 In the parallel flow heat exchanger configured as described above, it is preferable that a refrigerant diffuser is disposed in a gap between the outer peripheral surface of the refrigerant supply pipe and the inner peripheral surface of the refrigerant inflow header pipe.
本発明によれば、上記構成のパラレルフロー型熱交換器が空気調和機の室内機または室外機に搭載される。 According to the present invention, the parallel flow heat exchanger configured as described above is mounted on an indoor unit or an outdoor unit of an air conditioner.
冷媒供給パイプの吐出口から吐出された冷媒が衝突面に衝突することにより、気体と液体の混合が良くなる。また冷媒が衝突面に衝突することで冷媒はきれいに拡散し、各偏平チューブへの分流が良くなり、熱交換効率が向上する。 When the refrigerant discharged from the discharge port of the refrigerant supply pipe collides with the collision surface, mixing of gas and liquid is improved. In addition, when the refrigerant collides with the collision surface, the refrigerant diffuses cleanly, and the flow to each flat tube is improved, so that the heat exchange efficiency is improved.
本発明の第1実施形態に係るサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の構造を、図1を参照しつつ説明する。図1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。 The structure of the side flow parallel flow heat exchanger according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the upper side of the paper is the upper side in the vertical direction, and the lower side of the paper is the lower side in the vertical direction.
パラレルフロー型熱交換器1はサイドフロー方式であり、2本の垂直方向ヘッダパイプ2、3と、その間に配置される複数の水平方向偏平チューブ4を備える。ヘッダパイプ2、3は水平方向に間隔を置いて平行に配置され、偏平チューブ4は垂直方向に所定ピッチで配置されている。実際に機器に搭載する段階では、パラレルフロー型熱交換器1は設計の要請に従って様々な角度に据え付けられるから、本明細書における「垂直方向」「水平方向」は厳格に解釈されるべきものではない。単なる方向の目安として理解されるべきである。
The parallel flow
蒸発器として使用する場合(例えば、冷房運転時の室内機や暖房運転時の室外機)、ヘッダパイプ2は冷媒流入側ヘッダパイプとなり、ヘッダパイプ3は冷媒流出側ヘッダパイプとなる。以後本明細書では、ヘッダパイプ2を冷媒流入側ヘッダパイプとして、ヘッダパイプ3を冷媒流出側ヘッダパイプとして、説明を進める。
When used as an evaporator (for example, an indoor unit during cooling operation or an outdoor unit during heating operation), the
偏平チューブ4は金属を押出成型した細長い成型品であり、図2に示す通り、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水平にする形で配置されるので、冷媒通路5の冷媒流通方向も水平になる。冷媒通路4は断面形状及び断面面積の等しいものが図2の左右方向に複数個並び、そのため偏平チューブ4の垂直断面はハーモニカ状を呈している。各冷媒通路5は冷媒流入側ヘッダパイプ2と冷媒流出側ヘッダパイプ3の内部に連通する。
The
隣り合う偏平チューブ4同士の間にはコルゲートフィン6が配置される。上下に並ぶコルゲートフィン6のうち、最上段のものと最下段のものの外側にはサイドプレート7が配置される。
冷媒流入側ヘッダパイプ2、冷媒流出側ヘッダパイプ3、偏平チューブ4、コルゲートフィン6、及びサイドプレート7はいずれもアルミニウム等熱伝導の良い金属からなり、偏平チューブ4は冷媒流入側ヘッダパイプ2と冷媒流出側ヘッダパイプ3に対し、コルゲートフィン6は偏平チューブ4に対し、サイドプレート7はコルゲートフィン6に対し、それぞれロウ付けまたは溶着で固定される
The refrigerant inflow
冷媒流出側ヘッダパイプ3には1本の冷媒流出パイプ8が接続される。冷媒流入側ヘッダパイプ2の内部には、下端から上端に向けて冷媒供給パイプ9が挿入される。図3に示す通り、冷媒流入側ヘッダパイプ2と冷媒供給パイプ9はいずれも断面円形で、同軸に配置される。冷媒供給パイプ9は冷媒流入側ヘッダパイプ2と同材質であり、冷媒流入側ヘッダパイプ2の下端をなす鏡板10にロウ付けまたは溶着で固定される。
One
冷媒供給パイプ9の上端すなわち先端は、冷媒流入側ヘッダパイプ2の上端をなす鏡板11に所定間隔を置いて対向している。冷媒供給パイプ9は先端のみに吐出口12を有する。吐出口12から吐出された冷媒は鏡板11の下面に衝突する。すなわち鏡板11の下面は冷媒を衝突させる衝突面13となる。衝突面13は冷媒供給パイプ9の軸線に直交する平面である。吐出口12を冷媒供給パイプ9の先端のみに形成したことにより、流入する冷媒を全て衝突面13に衝突させることができる。
The upper end, that is, the front end of the
パラレルフロー型熱交換器1の機能は次の通りである。冷媒供給パイプ9に冷媒が送り込まれると、吐出口12から冷媒が吐出される。吐出された冷媒は衝突面13に衝突する。衝突により気液混合が行われる。気液混合された冷媒は冷媒供給パイプ9の外周面と冷媒流入側ヘッダパイプ2の内周面との隙間を流下して偏平チューブ4の冷媒通路5に向かう。冷媒はきれいに拡散し、熱交換効率が向上する。上部から気液混合冷媒が流れることにより、たとえ、冷媒流入側ヘッダパイプ2の内部で一部気液分離したとしても、上部では気液混合冷媒となっているため液体の冷媒が冷媒通路5へと流れやすく、下部では気液分離してしまった液体の冷媒が冷媒通路5へと流れやすく、上下で液体の冷媒の流量のバランスがとれ、熱交換効率の低下が防がれる。また、冷媒流入側ヘッダパイプ2の内部に冷媒供給パイプ9が入り込むことにより冷媒流入側ヘッダパイプ2の内容積が減り、液冷媒の滞留が減少することも、熱交換効率の向上に有効に働く。
The function of the parallel flow
図1では冷媒流入側ヘッダパイプ2の下端から冷媒供給パイプ9が挿入されているが、冷媒流入側ヘッダパイプ2の上端から冷媒供給パイプ9が挿入される構成としてもよい。この場合、下側の鏡板10の上面が衝突面13を構成することになる。
In FIG. 1, the
冷媒が下側の鏡板10の衝突面13に衝突することによっても気液混合が行われる。気液混合された冷媒は冷媒供給パイプ9の外周面と冷媒流入側ヘッダパイプ2の内周面との隙間を上昇して偏平チューブ4の冷媒通路5に向かう。十分に気液混合された冷媒が上昇して行くことにより、全ての偏平チューブ4に対して液体の冷媒がきれいに拡散する。これにより上下で液体の冷媒の流量のバランスがとれ、熱交換効率の低下が防がれる。
Gas-liquid mixing is also performed when the refrigerant collides with the
衝突面13の形状の形状は平面に限定される訳ではない。図5から図8に例示するような、様々な形状が可能である。
The shape of the shape of the
図5に示す衝突面13は吐出口12に対し凸面となっている。具体的には三角錐、四角錐、円錐などといった錐状体が凸面を構成し、その先端が吐出口12に向けられている。凸面の先端に当たった冷媒は速やかに混合、拡散して冷媒流入側ヘッダパイプ2の内周面に達し、そこで流れ方向を下向きに転換する。
The
図6に示す衝突面13は図5の凸面の変形例である。ここでは凸面が細く形成されており、凸面の先端が吐出口12に入り込んでいる。この構造では、冷媒供給パイプ9が振れた場合、吐出口12の内面が衝突面13に当たり、振れ幅が抑えられる利点がある。また、冷媒が確実に凸面に衝突するので、冷媒が拡散し易い。冷媒流入側ヘッダパイプ2の内部に冷媒供給パイプ9が入り込むことにより冷媒流入側ヘッダパイプ2の内容積が減り、液冷媒の滞留が減少することも、熱交換効率の向上に有効に働く。
A
図7に示す衝突面13も吐出口12に対し凸面となっているが、その凸面は球面の一部である。凸面の中心に当たった冷媒は速やかに混合、拡散して冷媒流入側ヘッダパイプ2の内周面に達し、そこで流れ方向を下向きに転換する。
Although the
図8に示す衝突面13は吐出口12に対し凹面となっている。その凹面は球面の一部である。凹面の中心に当たった冷媒は、混合、拡散しつつ流れ方向を下向きに転換して行く。
The
図9及び図10には冷媒流入側ヘッダパイプ2の内部における冷媒供給パイプ9の配置に関する変形実施態様を示す。この実施態様では、冷媒供給パイプ9は、冷媒流入側ヘッダパイプ2の中で偏平チューブ4から遠ざかる方向に偏って配置されている。これにより冷媒通路5と冷媒供給パイプ9との間隔が広くなり、冷媒通路5に冷媒が流入しやすくなる。
9 and 10 show a modified embodiment relating to the arrangement of the
図11には分流の改善に役立つ別の構造が示されている。すなわち、冷媒供給パイプ9の外周面と、冷媒流入側ヘッダパイプ2の内周面との隙間に、気液拡散体14が配置されている。気液拡散体14としては、例えばスチールウールを用いることができる。図11には冷媒流入側ヘッダパイプ2の上部しか示されていないが、気液拡散体14は、冷媒供給パイプ9の先端より少し下がった箇所から、冷媒流入側ヘッダパイプ2の下端まで詰め込まれるものである。
FIG. 11 shows another structure that helps to improve shunting. That is, the gas-
冷媒供給パイプ9の外周面と冷媒流入側ヘッダパイプ2の内周面との隙間に気液拡散体14を配置することにより、一部の偏平チューブ4に冷媒が集中するという傾向が抑えられ、各偏平チューブ4への冷媒分配が一層平準化される。
By disposing the gas-
図9及び図11に描かれた衝突面13は平面状であるが、それが凸面であっても凹面であっても良いことは言うまでもない。
The
図12には、偏平チューブ4の中で、冷媒流入側ヘッダパイプ2に接続される端部分の形状に関する改善例を示す。ここでは偏平チューブ4の端面が冷媒流入側ヘッダパイプ2の内周面と同一曲率の曲面とされており、冷媒流入側ヘッダパイプ2の内周面から偏平チューブ4が突き出していない。これにより、冷媒流入側ヘッダパイプ2の内部における軸線方向の冷媒流れをスムーズにすることができる。冷媒流出側ヘッダパイプ3にも同様の構造を適用できる。
In FIG. 12, the example of improvement regarding the shape of the edge part connected to the refrigerant | coolant inflow
図12においても、図9及び図10に示した変形実施態様と同様、冷媒供給パイプ9を冷媒流入側ヘッダパイプ2の中で偏平チューブ4から遠ざかる方向に偏って配置することができる。そのようにすることで冷媒通路5と冷媒供給パイプ9との間隔が広くなり、冷媒通路5に冷媒が流入しやすくなる。
12, similarly to the modified embodiments shown in FIGS. 9 and 10, the
パラレルフロー型熱交換器1は、セパレート型空気調和機に搭載することができる。セパレート型空気調和機は室外機と室内機により構成され、室外機は圧縮機、四方弁、膨張弁、室外側熱交換器、室外側送風機などを含み、室内機は室内側熱交換器、室内側送風機などを含む。室外側熱交換器は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。室内側熱交換器は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。
The parallel
冷凍サイクルとしてヒートポンプサイクルを用いるセパレート型空気調和機の基本的構成を図13に示す。ヒートポンプサイクル101は、圧縮機102、四方弁103、室外側の熱交換器104、減圧膨張装置105、及び室内側の熱交換器106をループ状に接続したものである。圧縮機102、四方弁103、熱交換器104、及び減圧膨張装置105は室外機の筐体に収容され、熱交換器106は室内機の筐体に収容される。熱交換器104には室外側の送風機107が組み合わせられ、熱交換器106には室内側の送風機108が組み合わせられる。送風機107はプロペラファンを含み、送風機108はクロスフローファンを含む。
FIG. 13 shows a basic configuration of a separate type air conditioner that uses a heat pump cycle as a refrigeration cycle. The
本発明に係るサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器1は、室内機の熱交換器106の構成要素として用いることができる。熱交換器106は、3個の熱交換器106A、106B、106Cを送風機108を覆う屋根のように組み合わせたものであり、熱交換器106A、106B、106Cのいずれかをパラレルフロー型熱交換器1とすることができる。
The side flow type parallel
図13は暖房運転時の状態を示す。この時は、圧縮機102から吐出された高温高圧の冷媒は室内側の熱交換器106に入ってそこで放熱し、凝縮する。熱交換器106を出た冷媒は減圧膨張装置105から室外側の熱交換器104に入ってそこで膨張し、室外空気から熱を取り込んだ後、圧縮機102に戻る。室内側の送風機108によって生成された気流が熱交換器106からの放熱を促進し、室外側の送風機107によって生成された気流が熱交換器104の吸熱を促進する。
FIG. 13 shows a state during heating operation. At this time, the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the
図14は冷房運転時あるいは除霜運転時の状態を示す。この時は四方弁103が切り換えられて暖房運転時と冷媒の流れが逆になる。すなわち、圧縮機102から吐出された高温高圧の冷媒は室外側の熱交換器104に入ってそこで放熱し、凝縮する。熱交換器104を出た冷媒は減圧膨張装置105から室内側の熱交換器106に入ってそこで膨張し、室内空気から熱を取り込んだ後、圧縮機102に戻る。室外側の送風機107によって生成された気流が熱交換器104からの放熱を促進し、室内側の送風機108によって生成された気流が熱交換器106の吸熱を促進する。
FIG. 14 shows a state during cooling operation or defrosting operation. At this time, the four-
パラレルフロー型熱交換器1は、室外機の熱交換器104としても使用可能である。
The parallel flow
以上、本発明の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。例えば、冷媒供給パイプの先端部が逆U字状になっており、その逆U字の頂点部が鏡板と対向する場合、その頂点部に吐出口を設けるような形状も可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, when the tip of the refrigerant supply pipe has an inverted U shape and the apex portion of the inverted U shape faces the end plate, a shape in which a discharge port is provided at the apex portion is also possible.
本発明はサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器に広く利用可能である。 The present invention is widely applicable to side flow parallel flow heat exchangers.
1 パラレルフロー型熱交換器
2 冷媒流入側ヘッダパイプ
3 冷媒流出側ヘッダパイプ
4 偏平チューブ
5 冷媒通路
6 コルゲートフィン
7 サイドプレート
8 冷媒流出パイプ
9 冷媒供給パイプ
10、11 鏡板
12 吐出口
13 衝突面
14 冷媒拡散体
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記冷媒流入側ヘッダパイプの内部に、下端から上端に向けて、または上端から下端に向けて、冷媒供給パイプが挿入され、前記冷媒供給パイプは前記冷媒流入側ヘッダパイプの端部に形成された衝突面に所定間隔を置いて対向する吐出口を有することを特徴とするパラレルフロー型熱交換器。 In a parallel flow type heat exchanger of a side flow system comprising a refrigerant inflow side header pipe and a refrigerant outflow side header pipe arranged in a vertical direction, and a plurality of horizontal flat tubes connecting the both header pipes,
A refrigerant supply pipe is inserted into the refrigerant inflow side header pipe from the lower end toward the upper end or from the upper end toward the lower end, and the refrigerant supply pipe is formed at an end of the refrigerant inflow side header pipe. A parallel flow type heat exchanger having discharge ports facing each other at a predetermined interval on the collision surface.
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