JP2016183847A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない構成部材によってヘッダーパイプ内への冷媒分配の均一性が図ると共に、各熱交換チューブへ流れる冷媒の偏流の抑制が図れる熱交換器を提供すること。【解決手段】一対のヘッダーパイプと、上記両ヘッダーパイプに接続する互いに平行な複数の熱交換チューブと、を具備する熱交換器において、ヘッダーパイプ１１と冷媒流入管とを接続する継手２０は、ヘッダーパイプ１１における熱交換チューブ２が接続される側と反対側に挿入される先端部が閉塞された円筒管２２にて形成され、継手の先端部に、冷媒の流れ方向に対して直交方向の複数の冷媒流通孔２３ａ，２３ｃを穿設してなる。【選択図】 図２

Description

この発明は、一対のヘッダーパイプと、両ヘッダーパイプに接続する互いに平行な複数の熱交換チューブと、を具備する熱交換器に関するものである。

一般に、この種の熱交換器は、一対のヘッダーパイプと、両ヘッダーパイプに接続される複数の扁平状の熱交換チューブを具備しており、カーエアコンやルームエアコン用途の熱交換器として広く使用されている。この熱交換器を蒸発器として用いる場合、冷媒は熱交換器下部から流入し、上部から排出されることが多い。

この場合、蒸発器入口付近の冷媒は、気相と液相が混在した状態で、ヘッダーパイプ内で熱交換チューブに分配する際に気液が分離し、各熱交換チューブへの流れ込む冷媒量に差が生じる。特に、左右にヘッダーパイプが配置される形態で、熱交換器を使用する場合、同じサーキット（冷媒循環回路）内で上部と下部の熱交換チューブでは、下部の熱交換チューブに多くの冷媒が流れ込んでしまう。

特に、最近のルームエアコンはインバータータイプのモデルが増えており、冷媒循環量が変動し、冷媒循環量が少ないときは、更に下部の熱交換チューブに比較的多くの冷媒が流れ込んで偏流が顕著となる。

冷媒の偏流を抑制する手段として、冷媒を分配する冷媒分配装置を備える熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の冷媒分配装置は、先端が閉塞する分配管の長手方向に沿う複数のノズルを具備し、各ノズルには該ノズルの径方向に延伸する複数の第一貫通穴部と、ノズルの軸方向に沿って延伸する先端が閉塞された第二貫通穴部が設けられている。

引用文献１に記載の熱交換器は、上記のように構成された冷媒分配装置の分配管を入口側のヘッダーパイプの長手方向に沿ってヘッダーパイプ内に挿入し、上記ノズルは熱交換チューブの接続側と反対側に位置させている。

特表２０１３−５４４３４４号公報（段落００５７〜００５８、図２４，図２５）

しかしながら、特許文献１に記載の熱交換器においては、ノズルによって冷媒の分配の均一性は図れるが、冷媒は分配管を挟んで熱交換チューブの接続側と反対側に流れるため、各熱交換チューブに均一に分配されない懸念がある。

また、冷媒分配装置は、分配管の長手方向に沿って複数のノズルを設ける構造であるため、構造が複雑な上、ヘッダーパイプ内への組み込みが面倒である等の懸念がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、少ない構成部材によってヘッダーパイプ内への冷媒分配の均一性が図ると共に、各熱交換チューブへ流れる冷媒の偏流の抑制が図れる熱交換器を提供することを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明の熱交換器は、一対のヘッダーパイプと、上記両ヘッダーパイプに接続する互いに平行な複数の熱交換チューブと、を具備する熱交換器であって、上記ヘッダーパイプと冷媒流入管とを接続する継手を具備し、上記継手は、上記ヘッダーパイプにおける上記熱交換チューブが接続される側と反対側に挿入される先端部が閉塞された円筒管にて形成され、上記継手の先端部に、冷媒の流れ方向に対して直交方向の複数の冷媒流通孔を穿設してなる、ことを特徴とする（請求項１）。

このように構成することにより、継手に冷媒分配機能をもたせることができる。すなわち、継手を介してヘッダーパイプ内に流れる冷媒は、先端が閉塞された円筒管内に流れ、熱交換チューブの接続側に位置する円筒管の先端部に設けられた流れ方向に対して直交方向の複数の冷媒流通孔からヘッダーパイプ内に分配される。

この発明において、上記複数の冷媒流通孔は、上記円筒管の周方向に等間隔に形成されているのが好ましい（請求項２）。この場合、上記冷媒流通孔は、４箇所に設けられているのが好ましい（請求項３）。更に好ましくは、上記冷媒流通孔は、上記ヘッダーパイプの軸中心に対して対称位置に設けられているのがよい（請求項４）。

このように構成することにより、冷媒流通孔からヘッダーパイプ内に分配される冷媒をヘッダーパイプ内全体に更に均一に分配することができる。

また、この発明において、上記両ヘッダーパイプは左右に対峙して配置され、上記ヘッダーパイプ内の空間を上下に仕切る仕切板によって上記両ヘッダーパイプと上記複数の熱交換チューブは上側及び下側熱交換領域に区画され、上記継手は、上記下側熱交換領域の上記ヘッダーパイプと上記冷媒流入管とを接続してなるのが好ましい（請求項５）。

このように構成することにより、熱交換器を蒸発器として使用した場合、冷媒循環量が少ないときにおいても、各熱交換チューブへの冷媒の分配を均一にすることができ、下部の熱交換チューブに多くの冷媒が流れ込んで偏流が生じるのを抑制することができる。

この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような効果が得られる。

（１）請求項１に記載の発明によれば、ヘッダーパイプ内に流入する冷媒は、熱交換チューブの接続側に位置する継手の円筒管の先端部に設けられた流れ方向に対して直交方向の複数の冷媒流通孔からヘッダーパイプ内に分配されるので、ヘッダーパイプ内への冷媒分配の均一性を図ることができると共に、各熱交換チューブへ流れる冷媒の偏流の抑制を図ることができる。
また、継手に冷媒分配機能をもたせることができるので、少ない構成部材によって、冷媒分配の均一性が図れ、冷媒の偏流の抑制が図れる熱交換器を容易に組み立てることができる。

（２）請求項２〜４に記載の発明によれば、冷媒流通孔からヘッダーパイプ内に分配される冷媒をヘッダーパイプ内全体に更に均一に分配することができるので、更にヘッダーパイプ内への冷媒分配の均一性を図ることができると共に、各熱交換チューブへ流れる冷媒の偏流の抑制を図ることができる。

（３）請求項５に記載の発明によれば、熱交換器を蒸発器として使用した場合、冷媒循環量が少ないときにおいても、各熱交換チューブへの冷媒の分配を均一にすることができ、下部の熱交換チューブに多くの冷媒が流れ込んで偏流が生じるのを抑制することができる。

この発明に係る熱交換器を示す概略正面図である。 この発明の第１実施形態の要部を示す断面図である。 図２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。 この発明の第２実施形態の継手の断面図である。 この発明の第１実施形態の要部を示す断面斜視図である。 この発明の第２実施形態の要部を示す断面斜視図である。 この発明における継手の別の実施形態のヘッダーパイプへの接続状態を示す断面図である。 この発明に係る熱交換器の別の実施形態を示す概略正面図である。

以下に、この発明に係る熱交換器の実施するための形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、この発明に係る熱交換器をルームエアコンの屋外機に適用する場合について説明する。

この発明に係る熱交換器１は、図１に示すように、それぞれアルミニウム（アルミニウム合金を含む）製部材からなる、左右に対峙する一対のヘッダーパイプである第１のヘッダーパイプ１１，第２のヘッダーパイプ１２と、両ヘッダーパイプ１１，１２に接続する互いに平行な複数のアルミニウム製の扁平状の熱交換チューブ２と、上下に隣接する熱交換チューブ２間に介在されるアルミニウム製のコルゲートフィン３と、を具備している。この場合、熱交換チューブ２は扁平楕円状に形成されており、熱交換チューブ２の長手方向と直交する幅方向には複数の流体流路２ａが区画形成されている（図５，図６参照）。なお、最上段及び最下段の熱交換チューブ２の上方側及び下方側には、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）製部材からなるサイドプレート７が両ヘッダーパイプ１１，１２に接続されている。

第１及び第２のヘッダーパイプ１１，１２は、アルミニウム製の円筒状の電縫管や押出成形管にて形成されており、上下開口端は、それぞれアルミニウム製の端部キャップ５によって閉塞されている。また、第１のヘッダーパイプ１１内の対応する中間部に仕切板４が設けられており、この仕切板４によって上下に上側空間１１ａと下側空間１１ｂが区画されている。

区画された上側空間１１ａに接続する熱交換チューブ２によって上側熱交換領域６Ａが形成され、また、下側空間１１ｂに接続する熱交換チューブ２によって下側熱交換領域６Ｂが形成されている。すなわち、第１のヘッダーパイプ１１の上側空間１１ａと、第２のヘッダーパイプ１２内の上側空間と、を接続する複数の熱交換チューブ２によって上側熱交換領域６Ａが形成されている。また、第１のヘッダーパイプ１１の下側空間１１ｂと、第２のヘッダーパイプ１２内の下側空間と、を接続する複数の熱交換チューブ２によって下側熱交換領域６Ｂが形成されている。

第１のヘッダーパイプ１１の上側空間１１ａには、冷媒流出管１４が接続され、また、第１のヘッダーパイプ１１の下側空間１１ｂには、後述する冷媒分配機能を有する継手２０を介して冷媒流入管１３が接続されている。この場合、継手２０は、第１のヘッダーパイプ１１における熱交換チューブ２が接続される側と反対側に挿入され、ろう付けによって第１のヘッダーパイプ１１に固定される。

上記継手２０は、一端に冷媒流入管１３の接続部２１を有し、他端の先端が閉塞されたエルボ状に屈曲するアルミニウム製の円筒管２２にて形成されており、円筒管２２の先端部には、冷媒の流れ方向に対して直交方向の複数の冷媒流通孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが穿設されている。本実施形態では、冷媒流通孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、円筒管２２の周方向に等間隔の４箇所に形成されており、互いに９０°の間隔をおいて設けられる冷媒流通孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが第１のヘッダーパイプ１１の軸中心Ｃに対して対称位置に配置されている。この場合、冷媒流通孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄのうち、上部側に位置する冷媒流通孔２３ａ，２３ｂと上部側に位置する冷媒流通孔２３ｃ，２３ｄは、それぞれ軸中心Ｃに対して４５°の位置に配置されている（図３，図５参照）。

冷媒流通孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの配置位置は、軸中心Ｃに対して対称位置に配置されていればよく、例えば図４及び図６に示すように、冷媒流通孔２３ａと冷媒流通孔２３ｂを軸中心Ｃ上の上部と下部に配置し、冷媒流通孔２３ｃ，２３ｄを軸中心Ｃに対して直交する左右位置に配置してもよい。

上記のように構成される継手２０は、第１のヘッダーパイプ１１における熱交換チューブ２が接続される側と反対側に挿入された状態で、冷媒流通孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが第１のヘッダーパイプ１１の軸中心Ｃに対して対称位置に配置される。これにより、継手２０に冷媒分配機能をもたせることができる。

上記のように構成される熱交換器１において、冷媒流入管１３から継手２０を介して流れる液状又は気液二相状態の冷媒は、冷媒流通孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄから第１のヘッダーパイプ１１内に均一に分配されて、下側熱交換領域６Ｂの各熱交換チューブ２に流れる。冷媒は下側熱交換領域６Ｂの各熱交換チューブ２の流体流路２ａを流れる間に室外空気から吸熱して蒸発し、気液混合状態となって第２のヘッダーパイプ１２の下側空間で合流する。下側空間で合流した冷媒は、上側熱交換領域６Ａの各熱交換チューブ２の流体流路２ａを流れて、第１のヘッダーパイプ１１の上側空間１１ａで合流し、上側空間１１ａで合流した冷媒は冷媒流出管１４から流出する。

なお、上記実施形態では、継手２０が、先端が閉塞されたエルボ状に屈曲する円筒管２２にて形成される場合について説明したが、継手は必ずしもエルボ状に屈曲されるものでなくてよい。例えば、先端が閉塞された直状のアルミニウム製の円筒管２２Ａにて継手２０Ａを形成してもよい。この場合、図７に示すように、円筒管２２Ａの先端側に対して他端の開口側は拡径された冷媒流入管接続部２１が形成されている。

このように形成される円筒管２２Ａの先端側を第１のヘッダーパイプ１１における熱交換チューブ２が接続される側と反対側に設けられた挿通孔１１ｃを介して挿入した状態でろう付け固定し、拡径された冷媒流入管接続部２１にステンレス製の冷媒流入管１３を挿入してろう付け固定して、円筒管２２Ａすなわち継手２０Ａと冷媒流入管接続部２１を接続する。なお、図７において、その他の部分は上記実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

また、上記実施形態では、第１のヘッダーパイプ１１を仕切板４によって上側空間１１ａと下側空間１１ｂに区画する場合について説明したが、図８に示すように、第２のヘッダーパイプ１２を仕切板４Ａによって上側空間１２ａと下側空間１２ｂに区画して、上側熱交換領域６Ａと下側熱交換領域６Ｂを形成してもよい。

上記のように形成した場合、第２のヘッダーパイプ１２の上側空間１２ａと下側空間１２ｂとを連結配管１５を用いて接続する必要がある。この場合、上記のように形成される継手２０Ａを用いて連結配管１５と第２のヘッダーパイプ１２の上側空間１２ａとを接続することができる。すなわち、継手２０Ａを形成する直状の円筒管２２Ａを第２のヘッダーパイプ１２の上側空間１２ａ内の下部側に挿入してろう付け固定し、円筒管２２Ａの拡径された接続部２１に連結配管１５をろう付け固定して、継手２０Ａと連結配管１５とを接続することができる。

このように構成することにより、第２のヘッダーパイプ１２の下側空間１２ｂで合流した冷媒は、連結配管１５及び継手２０Ａを介して第２のヘッダーパイプ１２の上側空間１２ａへ流れるので、冷媒は、継手２０Ａに設けられた複数の冷媒流通孔２３ａ〜２３ｄによって上側空間１２ａ内に均一に分配される。なお、図８において、その他の部分は上記実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

上記のように構成される実施形態の熱交換器１によれば、第１のヘッダーパイプ１１内に流入する冷媒は、熱交換チューブ２の接続側に位置する円筒管２２の先端部に設けられた流れ方向に対して直交方向の等間隔の４つの冷媒流通孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄから第１のヘッダーパイプ１１内に分配されるので、継手２０，２０Ａに冷媒分配機能をもたせることができ、第１のヘッダーパイプ１１内への冷媒分配の均一性を図ることができると共に、各熱交換チューブへ流れる冷媒の偏流の抑制を図ることができる。

また、熱交換器１を蒸発器として使用した場合、冷媒循環量が少ないときにおいても、各熱交換チューブ２への冷媒の分配を均一にすることができ、下部の熱交換チューブ２に多くの冷媒が流れ込んで偏流が生じるのを抑制することができる。

また、冷媒流入管１３と第１のヘッダーパイプ１１とを接続する継手２０，２０Ａを先端が閉塞された円筒管２２，２２Ａにて形成し、円筒管２２，２０Ａの先端部に、冷媒の流れ方向に対して直交方向の４つの冷媒流通孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを等間隔に、かつ、第１のヘッダーパイプ１１の軸中心Ｃに対して対称に設けて冷媒の分配部を形成することができる。したがって、少ない構成部材によって冷媒の分配部を構成することができると共に、冷媒の分配部を熱交換器に容易に組み付けることができる。

２ 熱交換チューブ
４ 仕切板
６Ａ 上側熱交換領域
６Ｂ 下側熱交換領域
１１ 第１のヘッダーパイプ
１２ 第２のヘッダーパイプ
１３ 冷媒流入管
２０，２０Ａ 継手
２２，２２Ａ 円筒管
２３ａ〜２３ｄ 冷媒流通孔
Ｃ 軸中心

Claims (5)

1. 一対のヘッダーパイプと、上記両ヘッダーパイプに接続する互いに平行な複数の熱交換チューブと、を具備する熱交換器であって、
   上記ヘッダーパイプと冷媒流入管とを接続する継手を具備し、
   上記継手は、上記ヘッダーパイプにおける上記熱交換チューブが接続される側と反対側に挿入される先端部が閉塞された円筒管にて形成され、
   上記継手の先端部に、冷媒の流れ方向に対して直交方向の複数の冷媒流通孔を穿設してなる、
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器において、
   上記複数の冷媒流通孔は、上記円筒管の周方向に等間隔に形成されている、ことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項２に記載の熱交換器において、
   上記冷媒流通孔は、４箇所に設けられている、ことを特徴とする熱交換器。
4. 請求項２又は３に記載の熱交換器において、
   上記冷媒流通孔は、上記ヘッダーパイプの軸中心に対して対称位置に設けられている、ことを特徴とする熱交換器。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の熱交換器において、
   上記両ヘッダーパイプは左右に対峙して配置され、上記ヘッダーパイプ内の空間を上下に仕切る仕切板によって上記両ヘッダーパイプと上記複数の熱交換チューブは上側及び下側熱交換領域に区画され、上記継手は、上記下側熱交換領域の上記ヘッダーパイプと上記冷媒流入管とを接続してなる、ことを特徴とする熱交換器。

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