JP2018048769A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、扁平な冷凍ユニットに収まる背の低い熱交換器を提供することを課題とする
【解決手段】 本発明に係る熱交換器は、内部に冷媒が流通する複数の冷媒流通穴が形成された扁平管１を高さ方向に蛇行状に折り曲げ、この扁平管の直線部分同士の間にフィン２を配置して熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃを形成し、扁平管１の直線部分を水平方向に配して、隣り合う熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃ間に隙間１ｇを設けて熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃを複数個並べ、複数の熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃをヘッダー３、４により連結し、通風路を扁平管１の直線部分と平行な方向とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱交換器及び冷凍ユニットに関するものであり、特に、内部に冷媒が流通する複数の冷媒流通穴が形成され、高さ方向に蛇行状に折り曲げられた扁平管を用いた熱交換器及びそれを用いた冷凍ユニットに関するものである。

近年、車両用、航空機用など移動体に快適性などのために、冷房装置、冷凍ユニットなど物を冷却する必要性が高まっている。移動体はスペースが限られ、冷却のための冷凍ユニットを限られたスペースに入れるため小型な冷凍ユニットが求められる。特にスペースの関係から、小型、扁平な冷凍ユニットが望まれている。

扁平な冷凍ユニットを構成するには、背の低い圧縮機と共に、扁平な冷凍ユニット内に収まる熱交換器が要求されるが、従来の熱交換器は通風路に対して熱交換面積を大きくするために、背の高いものになっていた。

内部に複数の冷媒流通穴が形成された扁平管を使用した熱交換器が特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載された熱交換器は、高さ方向に狭い場所にも設置することができるようにしたもので、１本の扁平管を底面から天面に向けて蛇行状に折り曲げて、複数段の扁平管を上方に積層して積層体を構成し、この積層体を扁平管で連結し、通風方向に複数配列している。

上記した特許文献１に記載の熱交換器は、扁平管の間にはフィンを設けておらず、熱交換可能な面積が少なく熱交換の効率が悪くなり、同じ能力を得るためには大型になってしまう。また複数の積層体を扁平管で連結しているため、扁平管の冷媒流通穴からなる流路が長くなり、複数の冷媒流通穴の通路の冷媒の蒸発や凝縮状態が異なってしまい、流量アンバランスを起こしやすい。さらに、この熱交換器は凝縮器であり、蒸発器として使用した場合の結露等の影響は考慮されていない。

また、特許文献２には、扁平管を蛇行状に折り曲げて形成した熱交換器ユニットを風上方向から風下側に向けて並列に複数配置し、この複数の熱交換器ユニットをヘッダーで並列に連結するとともに、複数並列配置した熱交換器ユニットの扁平管の直線部の間にフィンを設けたものが提案されている。

この特許文献２に記載のものは、従来比較的幅の広い扁平管だったものをヘッダーとの接続部の耐圧を向上させるために複数の分割したもので、扁平管の間に設けられるフィンは、複数の熱交換器ユニット間に風上方向から風下に向けて連続する一体のフィンで構成しているので、熱交換器ユニットの間にもフィンが存在しているため、熱交換面積は大きくとれるが、結露水の排水はできない。

特許文献２に記載の熱交換器は、排水のため、扁平管の直線部を上下方向にして用いられている。即ち、この特許文献２の熱交換器の扁平管の直線部を水平方向に配置すると、扁平管の直線部に水が溜まりやすく、風路抵抗が増えたり、着霜によりフィンに目詰まりが発生しやすくなるので、扁平管の直線部を上下方向にして用いることを前提としている。偏平管の直線部を上下方向にしたまま、上下方向の高さを低くし、同じ熱交換面積を得ようとすると、折り曲げ回数が多くなり、折り曲げ部のＵ字部にはフィンが入らないため、効率の悪い熱交換器になってしまう。

特開２００８-２６１６１５号公報 特開２０００−２８２２６号公報

本発明は、扁平な冷凍ユニットに収まる背の低い熱交換器を提供することを課題とする。

本発明に係る熱交換器においては、前記のような課題を解決するため、内部に冷媒が流通する複数の冷媒流通穴が形成された扁平管を高さ方向に蛇行状に折り曲げ、この扁平管の直線部分同士の間にフィンを配置して熱交換器ユニットを形成し、前記扁平管の直線部分を水平方向に配して、隣り合う熱交換器ユニット間に隙間を設けて熱交換器ユニットを複数個並べ、複数の熱交換器ユニットをヘッダーにより連結し、通風路を前記扁平管の直線部分と平行な方向とした。

扁平管を水平方向に配し、通風路に対して複数の熱交換器ユニットを設けることにより、高さ方向を抑えたうえで、十分な熱交換面積が確保でき、背の低い熱交換器が実現できる。そして、前記隙間を排水通路として用いることができるため、熱交換器を蒸発器として用いる場合には、フィンに溜まった結露水が通風路を流れる風により隙間から下へ流れ落ち、排水することができる。さらに、複数の熱交換器ユニットをヘッダーにより連結することにより、複数の冷媒通路穴による冷媒状態のアンバランスをヘッダーで均一化することができるとともに、熱交換ユニットの扁平管の冷媒流路面積をユニットにより変更することが可能になり、流路抵抗を低減し、効率の良い熱交換器が実現できる。

また、前記フィンを扁平管の幅方向の風下側に突出させ、突出させたフィンの一部を排水通路にしたことを特徴とする。これにより、結露した水分をフィンの底部に沿って風下側に流し、大きな水滴とすることができ、風で飛散することなく、水受け皿に滴下させることができる。そして、前記フィンに排水用切り欠きを設けることで、切り欠きから結露水を更に有効に排水することができる。

また、前記ヘッダーにより熱交換器ユニットが直列に連結することにより、風下に配した熱交換器ユニットを有効に利用でき、効率の高い熱交換器が実現できる。そして、通風路の流路に対し、熱交換器の冷媒の通路が対向流となるように配置すれば、更に効率の良い熱交換器が実現できる。

また、熱交換器ユニットはヘッダーで連結されているので、冷媒流通穴の合計断面積がガス領域に近い側が液領域に近い側より大きくなるように、異なる扁平管でできた熱交換器ユニットを連結することにより、冷媒の流通抵抗を低減することが可能となり、効率の良い熱交換器が実現できる。

また、この発明の冷凍ユニットは、蒸発器と、圧縮機と、凝縮器と、膨張器とを有し、それぞれを冷媒が循環する管路によって接続されている冷凍ユニットであって、前記したいずれかの熱交換器を蒸発器と凝縮器との少なくとも一方に用いることにより、背の低い扁平な冷凍ユニットが実現できる。

本発明においては、冷媒通路穴が複数形成された扁平管を高さ方向に蛇行状に折り曲げ、扁平管の直線部分を水平方向に配して、隣り合う熱交換器ユニット間に隙間を設けて熱交換器ユニットを複数個並べ、複数の熱交換器ユニットをヘッダーにより連結したので、背が低くても、十分な熱交換能力が得られる、効率の高い熱交換器が実現でき、蒸発器として用いた場合、隙間から結露水を排水することができる。

本発明の実施形態に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器の一部を拡大した上面図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器の模式的断面図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器のフィンの一例を示す部分斜視図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器を用いた冷凍ユニットの構成を示す模式図である。 発明の実施形態に係る熱交換器を用いた冷凍ユニットの構成を示す概略斜視図である。 本発明の冷凍ユニットのｐ−ｈ線図である。 本発明の熱交換器を凝縮器として用いた場合の冷媒の温度変化と通風路を流れる空気の温度変化との関係を示す特性図である。 本発明の熱交換器を蒸発器として用いた場合の冷媒の温度変化と通風路を流れる空気の温度変化との関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施形態に係る熱交換器を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る熱交換器は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。

本発明の熱交換器１０は、内部に冷媒が流通する複数の冷媒流通穴１１が形成された扁平管１を高さ方向に蛇行状に折り曲げていわゆるサーペンタイン型の熱交換器を構成し、この扁平管１の直線部分同士の間に波形のフィン２が配置され、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃが構成される。

熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃの各扁平管１の直線部分を水平方向に配して、隣り合う熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃに隙間１ｇを設け、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃが円筒管からなるヘッダー３、４を用いて連結されている。この隙間１ｇは、熱交換器１０を蒸発器として用いた場合には、排水通路となる。即ち、扁平管１の直線部分が水平に配置された場合に、フィン２の底に溜まった結露水が風に吹かれて隙間１ｇまで送られ、隙間１ｇが排水通路となり、下方に結露水が流れ落ちる。下方に図５に示すように、水受け皿１７を設ければ、この水受け皿１７に結露水が回収される。ヘッダー３は、２つのヘッダー３ａ、３ｂが連結され、ヘッダー３ａと３ｂの間には隔壁３１が設けられ、両ヘッダー３ａ、３ｂは分断されている。同様に、ヘッダー４は、２つのヘッダー４ａ、４ｂが連結され、ヘッダー４ａと４ｂの間には隔壁４１が設けられ、両ヘッダー４ａ、４ｂは分断されている。

扁平管１は、図５の断面図に示すように、四角形の冷媒流通穴１１が複数個設けられている。この冷媒流通穴１１の合計断面積は、後述するように、ガス領域に近い側を液領域に近い側より大きくしている。合計断面積の大きさは、冷媒流通穴１１の個数を変えたり、冷媒流通穴１１自体の断面積を大きくしたりするなど種々の方法により変更できる。そして、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃが配置される場所とガス領域と液領域との位置関係によりその合計断面積の大きさを決めている。

熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃの各扁平管１の各端部に露出する冷媒流通穴１１に対応した開口部を有するヘッダー３、４が蝋付け等により熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃに取り付けられ、通風路に対して複数の熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃが並んで配列した熱交換器１０が形成される。ヘッダー３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂにより連結される熱交換器ユニットの数は熱交換器１０の能力により適宜選択される。図１及び図４に示すように、扁平管１の直線部分と平行な方向が通風路となっている。

図１から図３に示すように、熱交換器１０においては、ヘッダー３ａには、冷媒が流入する入口側管路５が取り付けられ、ヘッダー４ｂには、冷媒が流出する出口側管路６が取り付けられる。この実施形態では、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃがヘッダー３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂにより直列に連結されている。即ち、入口側管路５から流入した冷媒はヘッダー３ａから熱交換器ユニット１ａの冷媒流通穴１１に入り、蛇行状の扁平管１の中を通って上側へ流れ、ヘッダー３ａと対向する上側ヘッダー４ａに流れる。ヘッダー４ａに流出した冷媒は、熱交換器ユニット１ｂの扁平管１の冷媒流通穴１１に入り、蛇行状の扁平管１の中を通って下側へ流れ、ヘッダー３ｂに流れる。ヘッダー３ｂに流出した冷媒は、熱交換器ユニット１ｃの扁平管１の冷媒流通穴１１に入り、蛇行状の扁平管１の中を通って上側へ流れ、ヘッダー４ｂに取り付けられた出口側管路６から冷媒が流出する。図１及び図５に示すように、熱交換器ユニット１ｃから熱交換器ユニット１ａに向かって、扁平管１の直線部分と平行な方向の通風路を風が流れる。熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃは、直列に連結され、冷媒は熱交換器ユニット１ａから熱交換器ユニット１ｂを経て熱交換器ユニット１ｃに流れるので、通風路の流路に対し、熱交換器１０の冷媒の通路が対向流となる。

上記のように、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃをヘッダー３a、３ｂ、４a、４bにより直列に連結するので、上述したように、ヘッダー３aと３ｂの間の熱交換器ユニット１ａと１ｂとの間に隔壁３１が設けられ、ヘッダー４aと４ｂの間の熱交換器ユニット１ｂと１ｃとの間に隔壁４１が設けられている。尚、この実施形態では、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃは、ヘッダー３、４により直列に連結されているが、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃをヘッダー３、４の隔壁３１、４１を除去して並列に連結してもよい。

以上述べたように、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃは冷媒流通穴１１が形成された扁平管１を水平方向に比較的長く延長し、高さ方向に最小限の折り曲げ回数、この実施形態の場合では、３回折り曲げて形成しており、高さを抑えた状態で、通風方向に対して、熱交換面積を確保することができている。さらに熱交換ユニットを通風路に対して、複数個、この実施形態においては、３個の熱交換ユニット１a、１ｂ、１ｃを３列並べて設けることにより、背の高さを抑えたまま、大きな熱交換能力を確保することが可能となり、背の低い熱交換器１０が実現できた。

扁平管１には、複数の冷媒流通穴１１が設けられ、その端部が円筒管からなるヘッダー３aに挿入されている。入り口側管路５から入った冷媒は気液混合状態でヘッダー３ａに入り、扁平管１の各冷媒流通穴１１に分かれて流れる。扁平管１の各冷媒流通穴１１流れる冷媒は熱交換ユニット１aを折り返すことにより、空気と熱交換し、蒸発して、ガス成分が増加する。この時、扁平管１内で風上に位置する冷媒流通穴１１の冷媒はより熱交換しやすく、ガス成分が多くなり、風下側の冷媒流通穴１１に比べて抵抗が大きくなり、各冷媒流通穴を流れる冷媒がアンバランスになる。しかしながら、上部のヘッダー４aに冷媒が入ると各冷媒流通穴１１の冷媒はヘッダー４ａ内で混合され、アンバランスが解消された状態で、熱交換器ユニット１ｂに流入される。これによって、一本の扁平管１で連結した熱交換器に比べ、冷媒の分配アンバランスが生じにくい効率の良い熱交換器が実現できる。

扁平管１の直線部分間には、図６に示す波状のフィン２が蝋付け等により設けられている。この実施形態では、フィン２を扁平管１の幅方向の風下側に突出させている。図４及び図６に示すように、この実施形態においては、突出部２２のフィン２の底に排水用切り欠き２１が設けられている。フィン２の底に溜まった結露水が風に吹かれて隙間１ｇに延在する突出部２２まで送られ、結露水が大きな塊となり、突出部２２に沿って結露水が下に流れ落ちる。そして、突出部２２の底に設けた排水用切り欠き２１から下に結露水が排水される。水滴は集まり、大きくなるほどよく落下し、風で飛散することも少なくなるので、排水用切り欠き２１で結露水を集めて落下させることで、水飛散を防ぐことができる。

次に、蒸発器の温度が氷点下となる場合について説明する。蒸発器７１は複数の熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃから構成されており、通風路に対して、多列の構成になっている。熱交換ユニット１ｃに送られる湿度の高い空気は熱交換ユニット１ｃで結露し、熱交換ユニット１ｃと１ｂの間の隙間１ｇから結露水として落下する。熱交換ユニット１ｃの扁平管の幅は比較的短いため、扁平管１の温度が氷点下でも結露水が氷となる前に隙間１ｇに到達し落下する。熱交換ユニット１ｂに到達した空気は前の熱交換ユニット１ｃで除湿されているため、湿度が低下し、着霜しにくい。熱交換ユニット１aではさらに湿度が下がり、より着霜を起こしにくい。従って、本熱交換器１０は、熱交換器温度が氷点下となっても着霜しにくく、熱交換器能力が低下をするのを抑えられる特徴がある。

尚、熱交換器１０を凝縮器として用いた場合には、結露は発生しないので、フィン２に排水用切り欠きを設けなくてもよい。また、フィン２を扁平管１から突出させずに扁平管１の幅と同じ大きさに形成してもよい。

この実施形態の熱交換器１０を蒸発器７１として用いた場合、図９のｐ-ｈ線図（モリエル線図）で示すように、膨張器７４から入口側管路５を経て冷媒が与えられる熱交換器ユニット１ａは液の多い状態の冷媒であり、熱交換器ユニット１ｂから１ｃへ気液混合状態を経てガス状態へと冷媒が変化して流れることになる。

冷媒の流れる体積は、液の多い状態からガス状態へと熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃを通るごとに増加する。そこで、この実施形態では、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃの冷媒流通穴１１の合計断面積がガス領域に近い側を液領域に近い側より大きくして、冷媒の流れがスムーズになるようにしている。図５に示すように、この実施形態では、熱交換器ユニット１ａの冷媒流通穴１１は４つで、次段の熱交換器ユニット１ｂの冷媒流通穴１１も同じく４つにしているが、熱交換器ユニット１ｂの冷媒流通穴１１の方が熱交換器ユニット１ａの冷媒流通穴１１よりそれぞれ穴の断面積を大きくしている。さらに、最終段の熱交換器ユニット１ｃの冷媒流通穴１１は６個にしてさらに冷媒流通穴１１の合計断面積を大きくしている。合計断面積は、冷媒流通穴１１の穴自体の断面積の大きさを変化させたり、個数を変化させたり、穴自体の断面積と個数を変化させたり、熱交換器ユニットをガス域に近い側を２本並列にする（図示せず）など、種々の方法がある。

冷媒流通穴１１の断面積をガス領域の熱交換器ユニット１ｃほど大きくすることは一本の偏平管１で連結した構造ではむつかしいが、本発明においては熱交換器ユニット１ａから１ｃの冷媒流通穴１１の断面積を変化させることは、ヘッダー３、４で熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃを連結しているため、容易に実現できる。これにより、冷媒流通抵抗が少なく、効率の良い熱交換器が容易に実現できる。

次に、この発明の熱交換器１０を用いた冷凍ユニット７につき図７及び図９を参照して説明する。この実施形態の冷凍ユニット７は、蒸発器７１、凝縮器７２ともこの発明の熱交換器１０を用いている。蒸発器７１は３つの熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃを連結した熱交換器１０を用い、凝縮器７２は４つの熱交換器ユニット１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを連結した熱交換器１０を用いている。

図７に示すように、冷凍ユニット７は、蒸発器７１と、膨張器７４と、凝縮器７２と、横型圧縮機７３とを含み、各部材は冷媒が循環する管路７５によって接続され、コントローラ７６により各動作が制御されている。そして、矢印の方向に冷媒を循環させることにより、冷凍サイクルが形成される。

蒸発器７１は断熱壁８２により遮蔽され、凝縮器７２、横型圧縮機７３、コントローラ７６から断熱されている。断熱壁８２で遮蔽された底面に庫内９からの空気が引き込まれる通風口８３と庫内９へ冷気を送る送風口８４が設けられている。通風口８３と送風口８４との間に蒸発器７１が設けられ、ファン８０により、図７の黒塗り矢印に示すように、通風口８３から庫内９の空気が蒸発器７１に送られ、蒸発器７１により熱交換され冷却された冷気が送風口８４より庫内９へ送られる。このように、庫内９の空気を循環させて、庫内９を冷却する。

図７の白塗り矢印に示すように、凝縮器７２には、空気取り入れ口８５から取り入れられた空気が与えられ、凝縮器７２で熱交換された熱くなった空気がファン８１により、空気排出口８６より外部に排出される。

蒸発器７１、凝縮器７２の熱交換器１０の各熱交換器ユニットの冷媒流通穴１１の合計断面積がガス領域に近い側が液領域に近い側より大きくしている。図９に示すように、蒸発器７１の熱交換器１０内を流れる冷媒の体積は、液状態からガス状態へと熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃを通るごとに増加する。そこで、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃの冷媒流通穴１１の合計断面積がガス領域に近い側を液の多い領域に近い側より大きくして、冷媒の流れがスムーズになるようにして、冷媒流通抵抗が大きくならないようにしている。凝縮器７２の熱交換器１０内を流れる冷媒の体積は、ガス状態から液状態へと熱交換器ユニット１Ｄ、１Ｃ、１Ｂ、１Ａを通るごとに減少する。そこで、熱交換器ユニット１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの冷媒流通穴１１の合計断面積がガス領域に近い側を液領域に近い側より大きくして、冷媒の流れがスムーズになるようにし、冷媒流通抵抗が大きくならないため、効率の良い熱交換器が実現できる。

図１０及び図１１を参照して対向流とした場合の効果につき説明する。まず、凝縮器７２について図１０に従い説明する。入口側管路５から凝縮器７２の熱交換器１０に流入した高温高圧の冷媒は、通風路を通る空気と熱交換され、出口側管路６から管路７５を経て膨張器７４へ与えられる。凝縮器７２の冷媒の流れと空気の流れとが並行流の場合、通風路に流入した空気は凝縮器７２を流れる冷媒と熱交換を行い加熱されて温度上昇する。しかし、図１０の一点鎖線に示すように、下流に流れるに従い冷媒との温度差がなくなり熱交換の能力が稼げない。

これに対して、凝縮器７２の冷媒の流れと通風路の空気の流れが対向流の場合、通風路に流入した凝縮器７２を流れる冷媒と熱交換を行い加熱される温度上昇する。図１０の点線で示すように、この空気は下流に流れるに従い温度の高い冷媒と熱交換することになるので、通風路から流出するまで冷媒との温度差が確保され、通風路の下流の熱交換ユニット１Ｄを有効に活用でき、熱交換の能力が稼げる。特に、冷媒出口の温度差が大きくとれるので、サブクールが大きくとれ、熱交換器性能が向上する。

次に、蒸発器７１について図１１に従い説明する。入口側管路５から蒸発器７１の熱交換器１０に流入した低温低圧の冷媒は、通風路を通る空気と熱交換され、出口側管路６から管路７５を経て横型圧縮機７３へ与えられる。蒸発器７１の冷媒の流れと空気の流れとが並行流の場合、通風路に流入した空気は蒸発器７１を流れる冷媒と熱交換を行い冷却されて温度下降する。しかし、図１１の一点鎖線に示すように、通風路の下流に流れるに従い冷媒との温度差が小さくなり、スーパーヒートが取れにくくなる。

これに対して、蒸発器７１の冷媒の流れと通風路の空気の流れが対向流の場合、通風路に流入した蒸発器７１を流れる冷媒と熱交換を行い冷却され温度下降する。図１１の点線で示すように、対向流では、熱交換器１０の下流側である冷媒出口で冷媒と空気の温度差が大きくなり、横型圧縮機７３入口でスーパーヒートがとれ、圧縮機への液バックがしにくくなり、横型圧縮機７３の信頼性が向上する。

図７に示す冷凍ユニット７は、内部に冷媒が流通する複数の冷媒流通穴１１が形成された扁平管１を高さ方向に蛇行状に折り曲げ、この扁平管１の直線部分同士の間にフィン２を配置して熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃ及び、または１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを形成し、前記扁平管１の直線部分を水平方向に配して、隣り合う熱交換器ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ及び１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ間に隙間１ｇを設けて、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃ及び１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを複数個並べ、複数の熱交換器ユニットをヘッダー３、４により連結した熱交換器１０を蒸発器７１及び、または凝縮器７２とし、通風路を前記扁平管１の直線部分と平行な方向としている、これにより、背の低い熱交換器１０が実現し、この熱交換器１０と背の低い横型圧縮機７３を組み合わせることにより、自動車や航空機などの移動体に収納しやすい、薄型の冷凍ユニット７が実現できる。さらに熱交換ユニットの隙間１ｇを排水路とすることにより、薄型でありながら、蒸発器の結露水の排出問題を解決できる冷凍ユニット７を提供することができる。更に通風路と冷媒の流れを対向流にすることにより、効率の良い熱交換器が実現でき、冷凍ユニットを小型化することができる。

１ ：扁平管
１ａ、１ｂ、１ｃ ：熱交換器ユニット
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ ：熱交換器ユニット
１ｇ ：隙間
２ ：フィン
３、３ａ、３ｂ ：ヘッダー
４、４ａ、４ｂ ：ヘッダー
５ ：入口側管路
６ ：出口側管路
７ ：冷凍ユニット
９ ：庫内
１０ ：熱交換器
１１ ：冷媒流通穴
２１ ：排水用切り欠き
３１、４１ ：隔壁
７１ ：蒸発器
７２ ：凝縮器
７３ ：横型圧縮機
７４ ：膨張器

本発明は、熱交換器に関するものであり、特に、内部に冷媒が流通する複数の冷媒流通穴が形成され、高さ方向に蛇行状に折り曲げられた扁平管を用いた熱交換器に関するものである。

近年、車両用、航空機用など移動体に快適性などのために、冷房装置、冷凍ユニットなど物を冷却する必要性が高まっている。移動体はスペースが限られ、冷却のための冷凍ユニットを限られたスペースに入れるため小型な冷凍ユニットが求められる。特にスペースの関係から、小型、扁平な冷凍ユニットが望まれている。

扁平な冷凍ユニットを構成するには、背の低い圧縮機と共に、扁平な冷凍ユニット内に収まる熱交換器が要求されるが、従来の熱交換器は通風路に対して熱交換面積を大きくするために、背の高いものになっていた。

内部に複数の冷媒流通穴が形成された扁平管を使用した熱交換器が特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載された熱交換器は、高さ方向に狭い場所にも設置することができるようにしたもので、１本の扁平管を底面から天面に向けて蛇行状に折り曲げて、複数段の扁平管を上方に積層して積層体を構成し、この積層体を扁平管で連結し、通風方向に複数配列している。

上記した特許文献１に記載の熱交換器は、扁平管の間にはフィンを設けておらず、熱交換可能な面積が少なく熱交換の効率が悪くなり、同じ能力を得るためには大型になってしまう。また複数の積層体を扁平管で連結しているため、扁平管の冷媒流通穴からなる流路が長くなり、複数の冷媒流通穴の通路の冷媒の蒸発や凝縮状態が異なってしまい、流量アンバランスを起こしやすい。さらに、この熱交換器は凝縮器であり、蒸発器として使用した場合の結露等の影響は考慮されていない。

また、特許文献２には、扁平管を蛇行状に折り曲げて形成した熱交換器ユニットを風上方向から風下側に向けて並列に複数配置し、この複数の熱交換器ユニットをヘッダーで並列に連結するとともに、複数並列配置した熱交換器ユニットの扁平管の直線部の間にフィンを設けたものが提案されている。

この特許文献２に記載のものは、従来比較的幅の広い扁平管だったものをヘッダーとの接続部の耐圧を向上させるために複数の分割したもので、扁平管の間に設けられるフィンは、複数の熱交換器ユニット間に風上方向から風下に向けて連続する一体のフィンで構成しているので、熱交換器ユニットの間にもフィンが存在しているため、熱交換面積は大きくとれるが、結露水の排水はできない。

特許文献２に記載の熱交換器は、排水のため、扁平管の直線部を上下方向にして用いられている。即ち、この特許文献２の熱交換器の扁平管の直線部を水平方向に配置すると、扁平管の直線部に水が溜まりやすく、風路抵抗が増えたり、着霜によりフィンに目詰まりが発生しやすくなるので、扁平管の直線部を上下方向にして用いることを前提としている。偏平管の直線部を上下方向にしたまま、上下方向の高さを低くし、同じ熱交換面積を得ようとすると、折り曲げ回数が多くなり、折り曲げ部のＵ字部にはフィンが入らないため、効率の悪い熱交換器になってしまう。

特開２００８-２６１６１５号公報 特開２０００−２８２２６号公報

本発明は、扁平な冷凍ユニットに収まる背の低い熱交換器を提供することを課題とする。

本発明に係る熱交換器においては、前記のような課題を解決するため、内部に気液混合状態の冷媒が流通する複数の冷媒流通穴が形成された扁平管を高さ方向に蛇行状に折り曲げ、この扁平管の直線部分同士の間にフィンを配置して蒸発器としての熱交換器ユニットを形成し、前記扁平管の直線部分を水平方向に配して、その高さに比較して水平方向を長くし、熱交換器ユニットを高さより水平方向が長い扁平形状にし、隣り合う熱交換器ユニット間に隙間を設けて熱交換器ユニットを複数個並べ、複数の熱交換器ユニットをヘッダーにより連結し、通風路を前記扁平管の直線部分と平行な方向とし、前記隙間を排水通路とした。

気液混合状態の冷媒が流通する複数の冷媒流通穴が形成された扁平管を水平方向に配し、通風路に対して複数の熱交換器ユニットを設けることにより、高さ方向を抑えたうえで、十分な熱交換面積が確保でき、背の低い熱交換器が実現できる。そして、前記隙間を排水通路として用いることができるため、熱交換器を蒸発器として用いる場合には、フィンに溜まった結露水が通風路を流れる風により隙間から下へ流れ落ち、排水することができる。さらに、複数の熱交換器ユニットをヘッダーにより連結することにより、複数の冷媒通路穴による冷媒状態のアンバランスをヘッダーで均一化することができるとともに、熱交換器ユニットの扁平管の冷媒流路面積をユニットにより変更することが可能になり、流路抵抗を低減し、効率の良い熱交換器が実現できる。

また、熱交換器ユニットを高さより水平方向が長い扁平形状にするためには、前記扁平管の高さ方向の折り曲げ回数を３回以下にすることが好ましい。

また、前記フィンを扁平管の幅方向の風下側に突出させ、突出させたフィンの一部を排水通路にしたことを特徴とする。これにより、結露した水分をフィンの底部に沿って風下側に流し、大きな水滴とすることができ、風で飛散することなく、水受け皿に滴下させることができる。そして、前記フィンに排水用切り欠きを設けることで、切り欠きから結露水を更に有効に排水することができる。

また、前記ヘッダーにより熱交換器ユニットが直列に連結することにより、風下に配した熱交換器ユニットを有効に利用でき、効率の高い熱交換器が実現できる。そして、冷媒は気液混合状態でヘッダーに入り、扁平管の各冷媒流通穴に分かれて流れる。扁平管の各冷媒流通穴流れる冷媒は熱交換器ユニットを折り返すことにより、空気と熱交換し、蒸発して、ガス成分が増加する。この時、扁平管内で風上に位置する冷媒流通穴の冷媒はより熱交換しやすく、ガス成分が多くなり、風下側の冷媒流通穴に比べて抵抗が大きくなり、各冷媒流通穴を流れる冷媒がアンバランスになる。しかしながら、上部のヘッダーに冷媒が入ると各冷媒流通穴の冷媒はヘッダー内で混合され、アンバランスが解消された状態で、下流側の熱交換器ユニットに流入される。これによって、一本の扁平管で連結した熱交換器に比べ、冷媒の分配アンバランスが生じにくい効率の良い熱交換器が実現できる。そして、通風路の流路に対し、熱交換器の冷媒の通路が対向流となるように配置すれば、更に効率の良い熱交換器が実現できる。

また、熱交換器ユニットはヘッダーで連結されているので、冷媒流通穴の合計断面積がガス領域に近い側が液領域に近い側より大きくなるように、異なる扁平管でできた熱交換器ユニットを連結することにより、冷媒の流通抵抗を低減することが可能となり、効率の良い熱交換器が実現できる。

また、この発明の熱交換器は、内部に冷媒が流通する複数の冷媒流通穴が形成された扁平管を高さ方向に蛇行状に折り曲げ、この扁平管の直線部分同士の間にフィンを配置して凝縮器としての熱交換器ユニットを形成し、前記扁平管の直線部分を水平方向に配して、その高さに比較して水平方向を長くし、熱交換器ユニットを高さより水平方向が長い扁平形状にし、隣り合う熱交換器ユニット間に隙間を設けて熱交換器ユニットを複数個並べ、複数の熱交換器ユニットをヘッダーにより直列に連結し、通風路を前記扁平管の直線部分と平行な方向とし、前記通風路の流路に対し、熱交換器の冷媒の通路が対向流となるように配置した。

凝縮器の冷媒の流れと通風路の空気の流れが対向流の場合、通風路に流入した凝縮器を流れる冷媒と熱交換を行い加熱される温度上昇する。そして、この空気は下流に流れるに従い温度の高い冷媒と熱交換することになるので、通風路から流出するまで冷媒との温度差が確保され、通風路の下流の熱交換器ユニットを有効に活用でき、熱交換の能力が稼げる。特に、冷媒出口の温度差が大きくとれるので、サブクールが大きくとれ、熱交換器性能が向上する。

また、凝縮器としての熱交換器において、熱交換器ユニットを高さより水平方向が長い扁平形状にするためには、前記扁平管の高さ方向の折り曲げ回数を３回以下にすることが好ましい。

また、凝縮器としての熱交換器において、熱交換器ユニットの冷媒流通穴の合計断面積がガス領域に近い側が液領域に近い側より大きくすればよい。

本発明においては、冷媒通路穴が複数形成された扁平管を高さ方向に蛇行状に折り曲げ、扁平管の直線部分を水平方向に配して、隣り合う熱交換器ユニット間に隙間を設けて熱交換器ユニットを複数個並べ、複数の熱交換器ユニットをヘッダーにより連結したので、背が低くても、十分な熱交換能力が得られる、効率の高い熱交換器が実現でき、蒸発器として用いた場合、隙間から結露水を排水することができる。

本発明の実施形態に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器の一部を拡大した上面図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器の模式的断面図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器のフィンの一例を示す部分斜視図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器を用いた冷凍ユニットの構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器を用いた冷凍ユニットの構成を示す概略斜視図である。 本発明の冷凍ユニットのｐ−ｈ線図である。 本発明の熱交換器を凝縮器として用いた場合の冷媒の温度変化と通風路を流れる空気の温度変化との関係を示す特性図である。 本発明の熱交換器を蒸発器として用いた場合の冷媒の温度変化と通風路を流れる空気の温度変化との関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施形態に係る熱交換器を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る熱交換器は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。

本発明の熱交換器１０は、内部に冷媒が流通する複数の冷媒流通穴１１が形成された扁平管１を高さ方向に蛇行状に折り曲げていわゆるサーペンタイン型の熱交換器を構成し、この扁平管１の直線部分同士の間に波形のフィン２が配置され、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃが構成される。

熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃの各扁平管１の直線部分を水平方向に配して、隣り合う熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃに隙間１ｇを設け、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃが円筒管からなるヘッダー３、４を用いて連結されている。この隙間１ｇは、熱交換器１０を蒸発器として用いた場合には、排水通路となる。即ち、扁平管１の直線部分が水平に配置された場合に、フィン２の底に溜まった結露水が風に吹かれて隙間１ｇまで送られ、隙間１ｇが排水通路となり、下方に結露水が流れ落ちる。下方に図５に示すように、水受け皿１７を設ければ、この水受け皿１７に結露水が回収される。ヘッダー３は、２つのヘッダー３ａ、３ｂが連結され、ヘッダー３ａと３ｂの間には隔壁３１が設けられ、両ヘッダー３ａ、３ｂは分断されている。同様に、ヘッダー４は、２つのヘッダー４ａ、４ｂが連結され、ヘッダー４ａと４ｂの間には隔壁４１が設けられ、両ヘッダー４ａ、４ｂは分断されている。

扁平管１は、図５の断面図に示すように、四角形の冷媒流通穴１１が複数個設けられている。この冷媒流通穴１１の合計断面積は、後述するように、ガス領域に近い側を液領域に近い側より大きくしている。合計断面積の大きさは、冷媒流通穴１１の個数を変えたり、冷媒流通穴１１自体の断面積を大きくしたりするなど種々の方法により変更できる。そして、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃが配置される場所とガス領域と液領域との位置関係によりその合計断面積の大きさを決めている。

熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃの各扁平管１の各端部に露出する冷媒流通穴１１に対応した開口部を有するヘッダー３、４が蝋付け等により熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃに取り付けられ、通風路に対して複数の熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃが並んで配列した熱交換器１０が形成される。ヘッダー３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂにより連結される熱交換器ユニットの数は熱交換器１０の能力により適宜選択される。図１及び図４に示すように、扁平管１の直線部分と平行な方向が通風路となっている。

図１から図３に示すように、熱交換器１０においては、ヘッダー３ａには、冷媒が流入する入口側管路５が取り付けられ、ヘッダー４ｂには、冷媒が流出する出口側管路６が取り付けられる。この実施形態では、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃがヘッダー３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂにより直列に連結されている。即ち、入口側管路５から流入した冷媒はヘッダー３ａから熱交換器ユニット１ａの冷媒流通穴１１に入り、蛇行状の扁平管１の中を通って上側へ流れ、ヘッダー３ａと対向する上側ヘッダー４ａに流れる。ヘッダー４ａに流出した冷媒は、熱交換器ユニット１ｂの扁平管１の冷媒流通穴１１に入り、蛇行状の扁平管１の中を通って下側へ流れ、ヘッダー３ｂに流れる。ヘッダー３ｂに流出した冷媒は、熱交換器ユニット１ｃの扁平管１の冷媒流通穴１１に入り、蛇行状の扁平管１の中を通って上側へ流れ、ヘッダー４ｂに取り付けられた出口側管路６から冷媒が流出する。図１及び図５に示すように、熱交換器ユニット１ｃから熱交換器ユニット１ａに向かって、扁平管１の直線部分と平行な方向の通風路を風が流れる。熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃは、直列に連結され、冷媒は熱交換器ユニット１ａから熱交換器ユニット１ｂを経て熱交換器ユニット１ｃに流れるので、通風路の流路に対し、熱交換器１０の冷媒の通路が対向流となる。

上記のように、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃをヘッダー３a、３ｂ、４a、４bにより直列に連結するので、上述したように、ヘッダー３aと３ｂの間の熱交換器ユニット１ａと１ｂとの間に隔壁３１が設けられ、ヘッダー４aと４ｂの間の熱交換器ユニット１ｂと１ｃとの間に隔壁４１が設けられている。尚、この実施形態では、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃは、ヘッダー３、４により直列に連結されているが、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃをヘッダー３、４の隔壁３１、４１を除去して並列に連結してもよい。

以上述べたように、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃは冷媒流通穴１１が形成された扁平管１を水平方向に比較的長く延長し、高さ方向に最小限の折り曲げ回数、この実施形態の場合では、３回折り曲げて形成しており、高さを抑えた状態で、通風方向に対して、熱交換面積を確保することができている。さらに熱交換器ユニットを通風路に対して、複数個、この実施形態においては、３個の熱交換器ユニット１a、１ｂ、１ｃを３列並べて設けることにより、背の高さを抑えたまま、大きな熱交換能力を確保することが可能となり、背の低い熱交換器１０が実現できた。

扁平管１には、複数の冷媒流通穴１１が設けられ、その端部が円筒管からなるヘッダー３aに挿入されている。入り口側管路５から入った冷媒は気液混合状態でヘッダー３ａに入り、扁平管１の各冷媒流通穴１１に分かれて流れる。扁平管１の各冷媒流通穴１１流れる冷媒は熱交換器ユニット１aを折り返すことにより、空気と熱交換し、蒸発して、ガス成分が増加する。この時、扁平管１内で風上に位置する冷媒流通穴１１の冷媒はより熱交換しやすく、ガス成分が多くなり、風下側の冷媒流通穴１１に比べて抵抗が大きくなり、各冷媒流通穴を流れる冷媒がアンバランスになる。しかしながら、上部のヘッダー４aに冷媒が入ると各冷媒流通穴１１の冷媒はヘッダー４ａ内で混合され、アンバランスが解消された状態で、熱交換器ユニット１ｂに流入される。これによって、一本の扁平管１で連結した熱交換器に比べ、冷媒の分配アンバランスが生じにくい効率の良い熱交換器が実現できる。

扁平管１の直線部分間には、図６に示す波状のフィン２が蝋付け等により設けられている。この実施形態では、フィン２を扁平管１の幅方向の風下側に突出させている。図４及び図６に示すように、この実施形態においては、突出部２２のフィン２の底に排水用切り欠き２１が設けられている。フィン２の底に溜まった結露水が風に吹かれて隙間１ｇに延在する突出部２２まで送られ、結露水が大きな塊となり、突出部２２に沿って結露水が下に流れ落ちる。そして、突出部２２の底に設けた排水用切り欠き２１から下に結露水が排水される。水滴は集まり、大きくなるほどよく落下し、風で飛散することも少なくなるので、排水用切り欠き２１で結露水を集めて落下させることで、水飛散を防ぐことができる。

次に、蒸発器の温度が氷点下となる場合について説明する。図７及び図９に示す蒸発器７１は複数の熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃから構成されており、通風路に対して、多列の構成になっている。熱交換器ユニット１ｃに送られる湿度の高い空気は熱交換器ユニット１ｃで結露し、熱交換器ユニット１ｃと１ｂの間の隙間１ｇから結露水として落下する。熱交換器ユニット１ｃの扁平管の幅は比較的短いため、扁平管１の温度が氷点下でも結露水が氷となる前に隙間１ｇに到達し落下する。熱交換器ユニット１ｂに到達した空気は前の熱交換器ユニット１ｃで除湿されているため、湿度が低下し、着霜しにくい。熱交換器ユニット１aではさらに湿度が下がり、より着霜を起こしにくい。従って、本熱交換器１０は、熱交換器温度が氷点下となっても着霜しにくく、熱交換器能力が低下をするのを抑えられる特徴がある。

尚、熱交換器１０を凝縮器として用いた場合には、結露は発生しないので、フィン２に排水用切り欠きを設けなくてもよい。また、フィン２を扁平管１から突出させずに扁平管１の幅と同じ大きさに形成してもよい。

この実施形態の熱交換器１０を蒸発器７１として用いた場合、図９のｐ-ｈ線図（モリエル線図）で示すように、膨張器７４から入口側管路５を経て冷媒が与えられる熱交換器ユニット１ａは液の多い状態の冷媒であり、熱交換器ユニット１ｂから１ｃへ気液混合状態を経てガス状態へと冷媒が変化して流れることになる。

冷媒の流れる体積は、液の多い状態からガス状態へと熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃを通るごとに増加する。そこで、この実施形態では、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃの冷媒流通穴１１の合計断面積がガス領域に近い側を液領域に近い側より大きくして、冷媒の流れがスムーズになるようにしている。図５に示すように、この実施形態では、熱交換器ユニット１ａの冷媒流通穴１１は４つで、次段の熱交換器ユニット１ｂの冷媒流通穴１１も同じく４つにしているが、熱交換器ユニット１ｂの冷媒流通穴１１の方が熱交換器ユニット１ａの冷媒流通穴１１よりそれぞれ穴の断面積を大きくしている。さらに、最終段の熱交換器ユニット１ｃの冷媒流通穴１１は６個にしてさらに冷媒流通穴１１の合計断面積を大きくしている。合計断面積は、冷媒流通穴１１の穴自体の断面積の大きさを変化させたり、個数を変化させたり、穴自体の断面積と個数を変化させたり、熱交換器ユニットをガス域に近い側を２本並列にする（図示せず）など、種々の方法がある。

冷媒流通穴１１の断面積をガス領域の熱交換器ユニット１ｃほど大きくすることは一本の偏平管１で連結した構造ではむつかしいが、本発明においては熱交換器ユニット１ａから１ｃの冷媒流通穴１１の断面積を変化させることは、ヘッダー３、４で熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃを連結しているため、容易に実現できる。これにより、冷媒流通抵抗が少なく、効率の良い熱交換器が容易に実現できる。

次に、この発明の熱交換器１０を用いた冷凍ユニット７につき図７及び図８を参照して説明する。この実施形態の冷凍ユニット７は、蒸発器７１、凝縮器７２ともこの発明の熱交換器１０を用いている。蒸発器７１は３つの熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃを連結した熱交換器１０を用い、凝縮器７２は４つの熱交換器ユニット１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを連結した熱交換器１０を用いている。

図７に示すように、冷凍ユニット７は、蒸発器７１と、膨張器７４と、凝縮器７２と、横型圧縮機７３とを含み、各部材は冷媒が循環する管路７５によって接続され、コントローラ７６により各動作が制御されている。そして、矢印の方向に冷媒を循環させることにより、冷凍サイクルが形成される。

蒸発器７１は断熱壁８２により遮蔽され、凝縮器７２、横型圧縮機７３、コントローラ７６から断熱されている。断熱壁８２で遮蔽された底面に庫内９からの空気が引き込まれる通風口８３と庫内９へ冷気を送る送風口８４が設けられている。通風口８３と送風口８４との間に蒸発器７１が設けられ、ファン８０により、図７の黒塗り矢印に示すように、通風口８３から冷凍ユニット７の下方に配置される庫内９の空気が蒸発器７１に送られ、蒸発器７１により熱交換され冷却された冷気が送風口８４より庫内９へ送られる（図８参照）。このように、庫内９の空気を循環させて、庫内９を冷却する。

図７の白塗り矢印に示すように、凝縮器７２には、空気取り入れ口８５から取り入れられた空気が与えられ、凝縮器７２で熱交換された熱くなった空気がファン８１により、空気排出口８６より外部に排出される。

蒸発器７１、凝縮器７２の熱交換器１０の各熱交換器ユニットの冷媒流通穴１１の合計断面積がガス領域に近い側が液領域に近い側より大きくしている。図９に示すように、蒸発器７１の熱交換器１０内を流れる冷媒の体積は、液状態からガス状態へと熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃを通るごとに増加する。そこで、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃの冷媒流通穴１１の合計断面積がガス領域に近い側を液の多い領域に近い側より大きくして、冷媒の流れがスムーズになるようにして、冷媒流通抵抗が大きくならないようにしている。凝縮器７２の熱交換器１０内を流れる冷媒の体積は、ガス状態から液状態へと熱交換器ユニット１Ｄ、１Ｃ、１Ｂ、１Ａを通るごとに減少する。そこで、熱交換器ユニット１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの冷媒流通穴１１の合計断面積がガス領域に近い側を液領域に近い側より大きくして、冷媒の流れがスムーズになるようにし、冷媒流通抵抗が大きくならないため、効率の良い熱交換器が実現できる。

図１０及び図１１を参照して対向流とした場合の効果につき説明する。まず、凝縮器７２について図１０に従い説明する。入口側管路５から凝縮器７２の熱交換器１０に流入した高温高圧の冷媒は、通風路を通る空気と熱交換され、出口側管路６から管路７５を経て膨張器７４へ与えられる。凝縮器７２の冷媒の流れと空気の流れとが並行流の場合、通風路に流入した空気は凝縮器７２を流れる冷媒と熱交換を行い加熱されて温度上昇する。しかし、図１０の一点鎖線に示すように、下流に流れるに従い冷媒との温度差がなくなり熱交換の能力が稼げない。

これに対して、凝縮器７２の冷媒の流れと通風路の空気の流れが対向流の場合、通風路に流入した凝縮器７２を流れる冷媒と熱交換を行い加熱される温度上昇する。図１０の点線で示すように、この空気は下流に流れるに従い温度の高い冷媒と熱交換することになるので、通風路から流出するまで冷媒との温度差が確保され、通風路の下流の熱交換器ユニット１Ｄを有効に活用でき、熱交換の能力が稼げる。特に、冷媒出口の温度差が大きくとれるので、サブクールが大きくとれ、熱交換器性能が向上する。

次に、蒸発器７１について図１１に従い説明する。入口側管路５から蒸発器７１の熱交換器１０に流入した低温低圧の冷媒は、通風路を通る空気と熱交換され、出口側管路６から管路７５を経て横型圧縮機７３へ与えられる。蒸発器７１の冷媒の流れと空気の流れとが並行流の場合、通風路に流入した空気は蒸発器７１を流れる冷媒と熱交換を行い冷却されて温度下降する。しかし、図１１の一点鎖線に示すように、通風路の下流に流れるに従い冷媒との温度差が小さくなり、スーパーヒートが取れにくくなる。

これに対して、蒸発器７１の冷媒の流れと通風路の空気の流れが対向流の場合、通風路に流入した蒸発器７１を流れる冷媒と熱交換を行い冷却され温度下降する。図１１の点線で示すように、対向流では、熱交換器１０の下流側である冷媒出口で冷媒と空気の温度差が大きくなり、横型圧縮機７３入口でスーパーヒートがとれ、圧縮機への液バックがしにくくなり、横型圧縮機７３の信頼性が向上する。

図７に示す冷凍ユニット７は、内部に冷媒が流通する複数の冷媒流通穴１１が形成された扁平管１を高さ方向に蛇行状に折り曲げ、この扁平管１の直線部分同士の間にフィン２を配置して熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃ及び、または１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを形成し、前記扁平管１の直線部分を水平方向に配して、隣り合う熱交換器ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ及び１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ間に隙間１ｇを設けて、熱交換器ユニット１ａ、１ｂ、１ｃ及び１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを複数個並べ、複数の熱交換器ユニットをヘッダー３、４により連結した熱交換器１０を蒸発器７１及び、または凝縮器７２とし、通風路を前記扁平管１の直線部分と平行な方向としている、これにより、背の低い熱交換器１０が実現し、この熱交換器１０と背の低い横型圧縮機７３を組み合わせることにより、自動車や航空機などの移動体に収納しやすい、薄型の冷凍ユニット７が実現できる。さらに熱交換器ユニットの隙間１ｇを排水路とすることにより、薄型でありながら、蒸発器の結露水の排出問題を解決できる冷凍ユニット７を提供することができる。更に通風路と冷媒の流れを対向流にすることにより、効率の良い熱交換器が実現でき、冷凍ユニットを小型化することができる。

１ ：扁平管
１ａ、１ｂ、１ｃ ：熱交換器ユニット
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ ：熱交換器ユニット
１ｇ ：隙間
２ ：フィン
３、３ａ、３ｂ ：ヘッダー
４、４ａ、４ｂ ：ヘッダー
５ ：入口側管路
６ ：出口側管路
７ ：冷凍ユニット
９ ：庫内
１０ ：熱交換器
１１ ：冷媒流通穴
２１ ：排水用切り欠き
３１、４１ ：隔壁
７１ ：蒸発器
７２ ：凝縮器
７３ ：横型圧縮機
７４ ：膨張器

Claims (8)

1. 内部に冷媒が流通する複数の冷媒流通穴が形成された扁平管を高さ方向に蛇行状に折り曲げ、この扁平管の直線部分同士の間にフィンを配置して熱交換器ユニットを形成し、前記扁平管の直線部分を水平方向に配して、隣り合う熱交換器ユニット間に隙間を設けて熱交換器ユニットを複数個並べ、複数の熱交換器ユニットをヘッダーにより連結し、通風路を前記扁平管の直線部分と平行な方向とした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、前記隙間を排水通路とした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、前記フィンを扁平管の幅方向の風下側に突出させ、突出させたフィンの一部を排水通路にしたことを特徴とする熱交換器。
4. 請求項３に記載の熱交換器において、前記フィンに排水用切り欠きを設けたことを特徴とする熱交換器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器において、前記ヘッダーにより熱交換ユニットが直列に連結されたことを特徴とする熱交換器。
6. 請求項５に記載の熱交換器において、通風路の流路に対し、熱交換器の冷媒の通路が対向流となるように配置したことを特徴とする熱交換器。
7. 請求項５又は６に記載の熱交換器において、熱交換器ユニットの冷媒流通穴の合計断面積がガス領域に近い側が液領域に近い側より大きくしたことを特徴とする熱交換器。
8. 蒸発器と、圧縮機と、凝縮器と、膨張器とを有し、それぞれを冷媒が循環する管路によって接続されている冷凍装置であって、前記請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器を前記蒸発器と凝縮器との少なくとも一方に用いたことを特徴とする冷凍ユニット。
   

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