JP2017096550A

JP2017096550A - 熱交換器

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Publication number: JP2017096550A
Application number: JP2015228904A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　俊太郎; Shuntaro Ito; 俊太郎伊藤
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-11-24
Also published as: JP6583729B2

Abstract

【課題】ターン部の接続箇所を少なくして、作業性を良くすると共に部品数を少なくする熱交換器を提供する。
【解決手段】対向するように配置された第１熱交換ユニット２００と第２熱交換ユニット３００を有する熱交換器１００であって、第１熱交換ユニットは上側第１熱交換部と下側第１熱交換部に区分され、第２熱交換ユニットは上側第２熱交換部と下側第２熱交換部に区分され、第１熱交換ユニットの一端に接続された一端側第１ヘッダ２１０ａと、第２熱交換ユニットの一端に接続された一端側第２ヘッダ３１０ａと、上側第１熱交換部の他端と上側第２熱交換部の他端、または下側第１熱交換部の他端と下側第２熱交換部の他端のいずれか一方を接続するターン部４００と、ターン部が接続されない第１熱交換ユニットの熱交換器の左右方向の他端側第１ヘッダと、ターン部が接続されない第２熱交換ユニットの熱交換器の左右方向の他端側第２ヘッダを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、扁平管とフィンを備え、扁平管内を流れる流体を空気と熱交換させる熱交換器に関するものである。

扁平管とフィンを備えた熱交換器が知られている。この熱交換器では、板状のフィンが互いに所定の間隔をおいて平行に積層されている。この積層されたフィン夫々に直交するように挿入された扁平管が、互いに一定の間隔をおいて上下に並んで配置されている。なお、この扁平管の内部には冷媒が長手方向の一端から他端まで流れる冷媒流路が複数設けられている。

特許文献１に示す熱交換器は、上述の扁平管とフィンを備えた熱交換ユニットを２列通風方向に並べた熱交換器である。この熱交換器は、風上側に風上熱交換ユニットを、風下側に風下熱交換ユニットを備えている。

この風上熱交換ユニットの各扁平管の一端と、風下熱交換ユニットの各扁平管の一端が、Ｕ字状に形成されたターン部により接続されている。このターン部により風上熱交換ユニットの扁平管と風下熱交換ユニットの扁平管が接続されている。

特開２０１５−５５４１３号公報

しかし、特許文献１のように熱交換ユニットの全ての扁平管にターン部を接続する場合、接続箇所が多いために接続作業の作業性が悪くかなりの労力がかかる問題があった。また、ターン部、つまり部品数が多くなる問題もあった。

そこで、本発明は、ターン部の接続箇所を少なくして、作業性を良くすると共に部品数を少なくする熱交換器を提供することを目的とする。

上述した問題を解決するために、本発明は、第１熱交換ユニットと第２熱交換ユニットを有する熱交換器であって、第１熱交換ユニットと第２熱交換ユニットは、それぞれ、上下に配列された複数の扁平管と、複数の扁平管と交差させ、左右に配列された複数のフィンを有し、第１熱交換ユニットと第２熱交換ユニットは、それぞれの幅方向に並ぶように配置され、第１熱交換ユニットは上側第１熱交換部と下側第１熱交換部に上下に区分され、第２熱交換ユニットは上側第２熱交換部と下側第２熱交換部に上下に区分され、第１熱交換ユニットの各扁平管の熱交換器の左右方向の一端に接続された一端側第１ヘッダと、第２熱交換ユニットの各扁平管の熱交換器の左右方向の一端に接続された一端側第２ヘッダと、第１上側熱交換部の各扁平管の熱交換器の左右方向の他端と上側第２熱交換部の各扁平管の熱交換器の左右方向の他端、または下側第１熱交換部の各扁平管の熱交換器の左右方向の他端と下側第２熱交換部の各扁平管の熱交換器の左右方向の他端のいずれか一方を接続するターン部と、ターン部が接続されない第１熱交換ユニットの各扁平管の熱交換器の左右方向の他端側第１ヘッダと、ターン部が接続されない第２熱交換ユニットの各扁平管の熱交換器の左右方向の他端側第２ヘッダを有する。

また、第２熱交換ユニットの他端側第２ヘッダの内部は少なくとも二つの空間に分けられ、分けられた各空間を相互に接続する冷媒管が設けられる。

本発明の熱交換器によれば、ターン部の数を従来よりも少なくして作業効率を良くすると共に部品数を少なくすることができる。

本発明にかかる熱交換器の全体を示した斜視図である。本発明にかかる熱交換器の全体を示した斜視図である。本発明にかかる熱交換器の一部を示した分解斜視図である。図１の切断線Ａ−Ａにおける断面図である。図１の切断線Ｂ−Ｂにおける断面図である。図４の切断線Ｃ−Ｃにおける断面図である。

本発明の実施形態に関する熱交換器１００は、図１と図２に示すように、フィンと扁平管を備えた熱交換ユニットを熱交換ユニットの幅方向（以下、前後方向ともいう）に並ぶように２列配置した熱交換器である。この熱交換ユニットの前後方向は熱交換器に空気が流通する通風方向となる。通風方向に対し風上側（前側）が第１熱交換ユニット２００であり、風下側（後側）が第２熱交換ユニット３００である。図３に示すように、第１熱交換ユニット２００には、前後方向と同じ通風方向の風上側に第１前面２０１と、風下側に第１後面２０２がある。一方、第２熱交換ユニット３００には、前後方向と同じ通風方向の風上側に第２前面３０１と、風下側に第２後面３０２がある。本実施形態では、第１熱交換ユニット２００の第１後面２０２と第２熱交換ユニット３００の第２後面３０２が対向するように配置されている。つまり、第１熱交換ユニット２００が風上側に、第２熱交換ユニット３００が風下側に配置されている。

＜第１熱交換ユニットの構成＞
第１熱交換ユニット２００は、図４に示すように、一端側第１ヘッダ２１０ａと、他端側第１ヘッダ２１０ｂと、複数の扁平管２３０と、複数のフィン２２０を備えている。一端側第１ヘッダ２１０ａ、他端側第１ヘッダ２１０ｂ、扁平管２３０、フィン２２０はいずれもアルミニウム合金製の部材であり、各々の接続は蝋付けによって行われている。

なお、詳しくは後述するが、第１熱交換ユニット２００と第２熱交換ユニット３００は、それぞれ上下に二つの熱交換部に区分されて、上側が上側第１熱交換部２６１、上側第２熱交換部３６１となり、下側が下側第１熱交換部２６２、下側第２熱交換部３６２となっている。

一端側第１ヘッダ２１０ａと他端側第１ヘッダ２１０ｂは、両方とも長手方向の両端が閉鎖された細長い円筒状に形成されている。第１熱交換ユニット２００のうち下側第１熱交換部２６２の扁平管２３０ａの一端に一端側第１ヘッダ２１０ａが接続される。一方、第１熱交換ユニット２００の他端の扁平管２３０ａと扁平管２３０ｂの他端に他端側第１ヘッダ２１０ｂが接続される。なお、一端側第１ヘッダ２１０ａと他端側第１ヘッダ２１０ｂのそれぞれの長手方向を本実施形態の熱交換器１００の上下方向とする。

一端側第１ヘッダ２１０ａは第１熱交換ユニット２００のうち下側第１熱交換部２６２の各扁平管２３０ａを挿入できる図示しない孔部が設けられている。また、一端側第１ヘッダ２１０ａには下側第１熱交換部２６２の各扁平管２３０ａが挿入される側とは反対側に図示しない冷媒回路の液冷媒配管と接続される液側接続管５００が設けられている。一方、他端側第１ヘッダ２１０ｂには内部を８つの空間２１２ａ〜２１２ｈに仕切る仕切板２１１ａ〜２１１ｇが設けられている。また、扁平管２３０が挿入される側とは反対側に、仕切板２１１ａ〜２１１ｇによって仕切られている各空間２１２ａ〜２１２ｈに冷媒管７００が接続される。この冷媒管７００は、第１熱交換ユニット２００のうち下側第１熱交換部２６２の扁平管２３０ａが接続される空間２１２ｅ〜２１２ｈと、上側第１熱交換部２６１の扁平管２３０ｂが接続される空間２１２ａ〜２１２ｄを１対１で繋げるためのものである。このように、ヘッダ２１０ａを複数の空間に分けることで、冷媒のヘッダ２１０ａ内での上下方向の移動が制限されることで、同じ空間に接続されている最上方にある扁平管に気相冷媒が集中して流れる、いわゆる偏流を抑えることができる。なお、本実施形態での一端側第１ヘッダ２１０ａは内部を複数（偶数）の空間に分けているが本発明はこれに限定したものではなく、後述する一端側第２ヘッダ３１０ａのように、内部が仕切られていない円筒形状にしても良い。なお、本実施形態では液側接続管５００は各扁平管２３０ａが挿入される側とは反対側に設けられているが、本発明はこれに限定したものではなく、各扁平管２３０ａと直交する方向など適宜変更してもよい。また、図示では液側接続管５００は一端側第１ヘッダ２１０ａの上下方向の中央に設けられているが、本発明はこれに限定したものではなく、上下位置を適宜変更してもよい。

扁平管２３０は、断面形状が長円形あるいは角の丸い矩形となった伝熱管であり、フィン２２０と直交する方向に延びている。また、扁平管２３０には、冷媒が流れる冷媒流路が複数本形成されている。この冷媒流路は扁平管２３０の長手方向の一端２３１と他端２３２の間に、長手方向の一端２３１から他端２３２にかけて延びて形成され、扁平管２３０の前後方向に等間隔で配置されている。第１熱交換ユニット２００において、各扁平管２３０は、各々の上側の面と下側の面が対向するように、第１熱交換ユニット２００の熱交換効率と通風抵抗などを考慮して決定した間隔である第１の間隔ｄ１をおいて上下に並べて配置されている。なお、扁平管２３０の長手方向を本実施形態に示す熱交換器１００の左右方向とする。

フィン２２０は、金属板をプレス加工することによって、縦長の板形状に形成されている。フィン２２０には、図６に示すように、フィン２２０の短手（前後）方向の一端からフィン２２０の短手方向の他端に向かって延びる横長の切り欠き部２４０が、フィン２２０の長手方向（上下方向）に所定の間隔をおいて多数形成されている。この切り欠き部２４０に扁平管２３０が差し込まれることで、扁平管２３０は上下方向に第１の間隔ｄ１をおいて配置される。また、フィン２２０は、図１に示すように、扁平管２３０の長手方向（左右方向）に第１熱交換ユニット２００の熱交換効率と通風抵抗などを考慮して決定した間隔である第２の間隔ｄ２をおいて複数枚配置される。図４に示すように、上下に隣り合う扁平管２３０と、左右に隣り合うフィン２２０に囲まれた通風路２５０が、上下方向と左右方向それぞれに複数並んで形成される。なお、図４では複数の通風路２５０のうち１つを代表して図示している。フィン２２０と扁平管２３０はそれぞれが互いに直交しており、図６に示すように、フィン２２０の表面のうち、複数の通風路の一つと接すると共に、上下に隣り合う扁平管２３０の間に位置する面が、斜線の矢印で示す方向に流通する空気と熱交換する伝熱部２２１となる。また、切欠き部２４０より他端にある面が、フィン２２０の上端２２０ａから下端２２０ｂまで連続して形成された流水部（連通部）２２２となる。この流水部（連通部）２２２により、フィン２２０に付着した凝縮水がフィン２２０の下端まで流れ落ちることができる。なお、図６は一例であり、フィン２２０の一端に流水部（連通部）２２２を形成してもよい。

＜第２熱交換ユニットの構成＞
一方、第２熱交換ユニット３００は、図５に示すように、一端側第２ヘッダ３１０ａと、他端側第２ヘッダ３１０ｂと、複数の扁平管３３０と、複数のフィン３２０を備えている。一端側第２ヘッダ３１０ａ、他端側第２ヘッダ３１０ｂ、扁平管３３０、フィン３２０はいずれもアルミニウム合金製の部材であり、各々の接合は蝋付けによって行われている。

一端側第２ヘッダ３１０ａと、他端側第２ヘッダ３１０ｂは、両方とも長手方向の両端が閉鎖された細長い円筒状に形成されている。第２熱交換ユニット３００のうち下側第２熱交換部３６２の各扁平管３３０ａの一端（右端）３３１に一端側第２ヘッダ３１０ａが接続される。一方、第２熱交換ユニット３００の他端（左端）には、下側第２熱交換部３６２の各扁平管３３０ａの他端と上側第２熱交換部３６１の各扁平管３３０ｂの他端に他端側第２ヘッダ３１０ｂが接続される。なお、本実施形態の他端側第２ヘッダ３１０ｂは内部に仕切りのない円筒形状であるが、本発明はこれに限定したものではなく、上述した一端側第１ヘッダ２１０ａのように、内部を複数の空間に分けても良い。

扁平管３３０とフィン３２０は、上述した第１熱交換ユニット２００の扁平管２３０とフィン２２０と構成が同じであるため、説明は省略する。

一端側第２ヘッダ３１０ａは第２熱交換ユニット３００のうち下側第２熱交換部３６２の各扁平管３３０ａを挿入できる図示しない孔部が設けられている。また、一端側第２ヘッダ３１０ａには扁平管３３０ａが挿入される側とは反対側に図示しない冷媒回路のガス冷媒配管と接続されるガス側接続管６００が設けられている。一方、他端側第２ヘッダ３１０ｂは第２熱交換ユニット３００の各扁平管３３０の他端が挿入される。なお、本実施形態ではガス側接続管６００は扁平管３３０ａが挿入される側とは反対側に設けられているが、本発明はこれに限定したものではなく、扁平管３３０ａと直交する方向など適宜変更してもよい。また、図示ではガス側接続管６００は一端側第２ヘッダ３１０ａの上下方向の中央に設けられているが、本発明はこれに限定したものではなく、上下位置を適宜変更してもよい。

＜ターン部の構成＞
第１熱交換ユニット２００のうち上側第１熱交換部２６１の各扁平管２３０ｂの一端（右端）２３１と、第２熱交換ユニット３００のうち上側第２熱交換部３６１の各扁平管３３０ｂの一端（右端）３３１を接続するターン部４００について説明する。ターン部４００は円柱状の配管の両端を扁平にした後Ｕ字状に屈曲して形成されたものである。このターン部４００で各扁平管同士を接続することにより、第１熱交換ユニット２００のうち上側第１熱交換部２６１の各扁平管２３０ｂ内の冷媒流路を直接第２熱交換ユニット３００のうち上側第２熱交換部３６１の各扁平管３３０ｂ内の冷媒流路と連通させることができる。

＜本実施形態の熱交換器の動作＞
本実施形態に関する熱交換器１００を蒸発器として使用した場合の冷媒の状態変化について一例を以下に説明する。乾き度が小さい二相冷媒が液側接続管５００を介して一端側第１ヘッダ２１０ａに流入する。一端側第１ヘッダ２１０ａに流入した乾き度が小さい（例えば乾き度が０．２〜０．３）二相冷媒は一端側第１ヘッダ２１０ａ内で分流され、第１熱交換ユニット２００のうち下側第１熱交換部２６２の各扁平管２３０ａに流入する。下側第１熱交換部２６２の各扁平管２３０ａに流入した冷媒は、各扁平管２３０ａの内部の冷媒流路を流れる間に空気と熱交換されて一部が気化し、液側接続管５００に流入した時よりも乾き度が大きくなった（例えば乾き度が０．４〜０．５）二相冷媒となる。この冷媒は他端側第１ヘッダ２１０ｂの下半分にある各空間２１２ｅ〜２１２ｈに流入し、各扁平管２３０ａ内の冷媒流路を流れていた冷媒が各空間２１２ｅ〜２１２ｈで合流する。

各空間２１２ｅ〜２１２ｈで合流した冷媒は各空間２１２ｅ〜２１２ｈに接続されている冷媒管７００にそれぞれ流入する。冷媒管７００に流入した冷媒は、他端側第１ヘッダ２１０ｂの上半分にある各空間２１２ａ〜２１２ｄにそれぞれ流入する。この各空間２１２ａ〜２１２ｄに流入した冷媒は分流し、第１熱交換ユニット２００のうち上側第１熱交換部２６１の各扁平管２３０ｂにそれぞれ流入する。上側第１熱交換部２６１の各扁平管２３０ｂに流入した冷媒は、各扁平管２３０ｂの内部の冷媒流路を流れる間にさらに空気と熱交換されて、さらに一部が気化し、乾き度が半分ほど（例えば乾き度が０．５〜０．６）の二相冷媒となる。この冷媒はターン部４００に流入する。

ターン部４００に流入した冷媒は、ターン部４００内を通過して、第２熱交換ユニット３００のうち上側第２熱交換部３６１の各扁平管３３０ｂに流入する。上側第２熱交換部３６１の各扁平管３３０ｂに流入した冷媒は、各扁平管３３０ｂの内部の冷媒流路を流れる間にさらに空気と熱交換されて、さらに一部が気化し、乾き度が大きい（例えば乾き度が０．８〜０．９）二相冷媒となる。この冷媒が他端側第２ヘッダ３１０ｂに流入し、他端側第２ヘッダ３１０ｂ内で合流する。合流した冷媒は他端側第２ヘッダ３１０ｂを下方に流れ、第２熱交換ユニット３００のうち下側第２熱交換部３６２の各扁平管３３０ａに流入する。下側第２熱交換部３６２の各扁平管３３０ａに流入した冷媒は、各扁平管３３０ａの内部の冷媒流路を流れる間にさらに空気と熱交換されて気化し、気冷媒となる。この気冷媒が一端側第２ヘッダ３１０ａに流入し、一端側第２ヘッダ３１０ａ内で合流する。合流した気冷媒はガス側接続管６００に流入し、冷媒回路へと流れていく。

以上より、本実施形態の熱交換器１００では、ターン部４００の設置が第１熱交換ユニット２００、第２熱交換ユニット３００の上側第１熱交換部２６１、上側第２熱交換部３６１の扁平管だけを接続しているため、従来よりもターン部４００の数と接続箇所を少なくすることができ、組み立てが容易になる。また、冷媒を分流させる際に偏流が起きやすい、乾き度が半分ほど（例えば乾き度が０．５〜０．６）の二相冷媒については、ターン部４００を用いることで偏流を防ぐことができる。これは、ターン部４００を用いることで扁平管内を流れる冷媒が上下方向の各段で分けられるため、気相冷媒が上側に配置されている扁平管に流れ、上側の扁平管と下側の扁平管での偏流を防ぐことができる。

なお、本実施形態の熱交換器１００では、第１熱交換ユニット２００、第２熱交換ユニット３００の下部に液冷媒配管およびガス冷媒配管が接続されるよう液側接続管５００およびガス側接続管６００を第１熱交換ユニット２００、第２熱交換ユニット３００の下部に配置しているが、本発明はこれに限定したものではなく、液冷媒配管およびガス冷媒配管が第１熱交換ユニット２００、第２熱交換ユニット３００の上部に接続できるよう液側接続管５００およびガス側接続管６００を第１熱交換ユニット２００、第２熱交換ユニット３００の上部に配置してもよい。さらに、液側接続管５００およびガス側接続管６００を入れ替えて設けてもよい。

さらに、本実施形態の熱交換器１００の上下方向、左右方向は一例であり、室外機などに設置する時の方向を示したものではない。よって、本実施形態の熱交換器１００を上下反対向きに設置しても良く、また、一端側第１ヘッダ２１０ａなどのヘッダを長手方向が水平方向になるよう熱交換器１００を横倒しに設置しても良い。

また、本発明の熱交換器１００は本実施形態に限定したものではなく、Ｌ字型に曲げ加工してもよい。Ｌ字型に曲げ加工する際、液側接続管５００およびガス側接続管６００がある一端を固定して他端を曲げるが、本発明の場合、ターン部４００が液側接続管５００およびガス側接続管６００のある一端に設けられているため、Ｌ字型に曲げやすくなっている。

１００熱交換器
２００第１熱交換ユニット
３００第２熱交換ユニット
２２０、３２０フィン
２３０、３３０扁平管
４００ターン部

Claims

第１熱交換ユニットと第２熱交換ユニットを有する熱交換器であって、
前記第１熱交換ユニットと前記第２熱交換ユニットは、それぞれ、上下に配列された複数の扁平管と、前記複数の扁平管と交差させ、左右に配列された複数のフィンを有し、
前記第１熱交換ユニットと前記第２熱交換ユニットは、それぞれの幅方向に並ぶように配置され、
前記第１熱交換ユニットは上側第１熱交換部と下側第１熱交換部に上下に区分され、
前記第２熱交換ユニットは上側第２熱交換部と下側第２熱交換部に上下に区分され、
前記第１熱交換ユニットの各扁平管の前記熱交換器の左右方向の一端に接続された一端側第１ヘッダと、
前記第２熱交換ユニットの各扁平管の前記熱交換器の左右方向の一端に接続された一端側第２ヘッダと、
前記第１上側熱交換部の各扁平管の前記熱交換器の左右方向の他端と前記上側第２熱交換部の各扁平管の前記熱交換器の左右方向の他端、または前記下側第１熱交換部の各扁平管の前記熱交換器の左右方向の他端と前記下側第２熱交換部の各扁平管の前記熱交換器の左右方向の他端のいずれか一方を接続するターン部と、
前記ターン部が接続されない前記第１熱交換ユニットの各扁平管の前記熱交換器の左右方向の他端側第１ヘッダと、前記ターン部が接続されない前記第２熱交換ユニットの各扁平管の前記熱交換器の左右方向の他端側第２ヘッダを有することを特徴とする熱交換器。
前記第２熱交換ユニットの前記他端側第２ヘッダの内部は少なくとも二つの空間に分けられ、分けられた各空間を相互に接続する冷媒管が設けられることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。