JP2018179420A - コルゲートフィン式熱交換器における冷媒制御板 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッダーパイプ内を流れる冷媒が扁平管の接続部（差込部）の影響を抑制して、冷媒分配の偏流の抑制を図れるようにしたコルゲートフィン式熱交換器における冷媒制御板を提供すること。【解決手段】一対のヘッダーパイプと、それぞれ複数の長手方向に沿う冷媒通路２ａを有しており、両ヘッダーパイプに差し込みによって接続する互いに平行な複数の扁平管２と、扁平管２間に介在されるコルゲートフィンと、両ヘッダーパイプの一方のヘッダーパイプ内の空間を上下に仕切る仕切板と、仕切板によって両ヘッダーパイプと複数の扁平管に区画される上側熱交換領域及び下側熱交換領域と、を具備するコルゲートフィン式熱交換器において、他方のヘッダーパイプ１２内における前記仕切板と対応する部位に、扁平管２の長手方向と直交する面に接触すると共に、接触部と対向する側に開口８を形成する冷媒制御板７を配置する。【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扁平管と、扁平管間に介在されるコルゲートフィンを具備するコルゲートフィン式熱交換器における冷媒制御板に関するものである。

一般に、コルゲートフィン式熱交換器は、一対のヘッダーパイプと、両ヘッダーパイプに差し込むようにして接続される複数の扁平状の熱交換チューブ（以下に扁平管という）を具備しており、空気調和機の屋外機として広く使用されている。このコルゲートフィン式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。

この種のコルゲートフィン式熱交換器において、複数の扁平管が上下に並び、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、上側熱交換領域と下側熱交換領域に区分されており、冷媒は、下側熱交換領域を流れた後、ヘッダーパイプ内で向きを変え、ヘッダーパイプ内壁（扁平管の差込部に対向する側の内壁）に沿って上方へ流れ、上部の仕切板又はエンドキャップに当たり、リターンしてヘッダーパイプ内を下方に流れる。
このとき発生するリターン流は、ヘッダーパイプ内の扁平管の接続部（差込部）に当たって流れが乱れ、冷媒を扁平管に均一に分配することが困難である。

従来のこの種のコルゲートフィン式熱交換器において、冷媒の偏流を抑制する技術として、ヘッダーパイプの下側熱交換領域の第１扁平管の端部が接続されている第1空間と、上側熱交換領域の第２扁平管が接続されている第２空間との間に、第１扁平管の差込部に対向する面に接触する壁部材を配置した構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のものにおいては、第１扁平管の端部に対向する面に冷媒が多く付着するのを抑制して、冷媒が折り返す領域の近傍に位置する第２扁平管へ流れる冷媒量の低下を抑制することで、液冷媒量とガス冷媒量との割合が偏る冷媒偏流を抑制することができる。

特開２０１３−６１１１４号公報（図１０〜図１２）

しかしながら、特許文献１に記載のものにおいては、ヘッダーパイプ内での冷媒の流れが扁平管の接続部（差込部）に阻害されて、冷媒の流れが乱れることで、冷媒を扁平管に均一に分配することができない懸念がある。

この発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、ヘッダーパイプ内を流れる冷媒が扁平管の接続部（差込部）の影響を抑制して、冷媒分配の偏流の抑制を図れるようにしたコルゲートフィン式熱交換器における冷媒制御板を提供することを課題とする。

前記課題を達成するために、この発明に係るコルゲートフィン式熱交換器における冷媒制御板は、左右に対峙する一対のヘッダーパイプと、それぞれ複数の長手方向に沿う冷媒通路を有しており、前記両ヘッダーパイプに差し込みによって接続する互いに平行な複数の扁平管と、前記扁平管間に介在されるコルゲートフィンと、前記両ヘッダーパイプの一方のヘッダーパイプ内の空間を上下に仕切る仕切板と、前記仕切板によって前記両ヘッダーパイプと前記複数の扁平管に区画される上側熱交換領域及び下側熱交換領域と、を具備するコルゲートフィン式熱交換器において、 前記他方のヘッダーパイプ内における前記仕切板と対応する部位に配置され、前記扁平管の長手方向と直交する面に接触すると共に、前記接触部と対向する側に開口を形成する、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、上側熱交換領域の扁平管が接続するヘッダーパイプ内に流れる冷媒は、冷媒制御板に形成された開口により流れる位置が制御されることで、扁平管の接続部（差込部）の影響を抑制することができる。
また、冷媒は、ヘッダーパイプの内壁の冷媒制御板と対向する側に沿って上昇し、ヘッダーパイプ上部に当たってリターンし、リターン流は、ヘッダーパイプ内壁の冷媒制御板側に沿って下降し、冷媒制御板でターンし、再び上昇して循環する流れを形成する。

この発明において、前記冷媒制御板は、前記ヘッダーパイプの風上側又は風下側のいずれかの面に接触しているのが好ましい（請求項２）。

このように構成することにより、冷媒制御板が、ヘッダーパイプの風上側の面に接触している場合は、冷媒は、ヘッダーパイプの内壁風下側に沿って上昇し、ヘッダーパイプ上部に当たってリターンし、リターン流は、ヘッダーパイプ内壁風上側に沿って下降し、冷媒制御板でターンし、再び上昇して循環する流れを形成する。また、冷媒制御板が、ヘッダーパイプの風下側の面に接触している場合は、冷媒は、ヘッダーパイプの内壁風上側に沿って上昇し、ヘッダーパイプ上部に当たってリターンし、リターン流は、ヘッダーパイプ内壁風下側に沿って下降し、冷媒制御板でターンし、再び上昇して循環する流れを形成する。

また、この発明において、前記開口は、前記扁平管の長手方向と直交する幅の中央を通る長手方向に沿う直線部と、前記ヘッダーパイプの内周面とで形成されるか（請求項３）、前記扁平管の長手方向と直交する幅における前記冷媒制御板の接触面と対向する側の端部を通る長手方向に沿う直線部と、前記ヘッダーパイプの内周面とで形成されているのがよい（請求項４）。

また、この発明において、前記開口は、前記扁平管の長手方向と直交する幅における前記冷媒制御板の接触面と対向する側の端部に一部が重なって、前記扁平管の先端外方側及び前記接触部と対向する側に位置する連通孔にて形成されていてもよい（請求項５）。

請求項４，５に記載の発明によれば、開口を狭くすることで、開口を流れる冷媒の流速が増し、流量が少ない条件においても冷媒を上部まで行き渡らせることができる。

この発明によれば、前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１，３に記載の発明によれば、ヘッダーパイプ内に流れる冷媒は、冷媒制御板に形成された開口により流れる位置が制御されることで、扁平管の接続部（差込部）の影響を抑制することができるので、冷媒分配の偏流を抑制することができる。
また、冷媒がヘッダーパイプ内で循環する流れを形成するため、冷媒の流量が変動しても冷媒分配への影響を少なくすることができる。

（２）請求項２に記載の発明によれば、冷媒は、ヘッダーパイプの内壁風下側又は内壁風上側に沿って上昇し、ヘッダーパイプ上部に当たってリターンし、リターン流は、ヘッダーパイプ内壁風上側又は内壁風下側に沿って下降し、冷媒制御板でターンし、再び上昇して循環する流れを形成するので、冷媒を積極的に循環させて冷媒偏流を抑制することができる。

（３）請求項４，５に記載の発明によれば、開口を狭くすることで、開口を流れる冷媒の流速が増し、流量が少ない条件においても冷媒を上部まで行き渡らせることができるので、前記（１），（２）に加えて、更に冷媒の流量に影響されずに冷媒分配の偏流を抑制することができる。

この発明に係るコルゲートフィン式熱交換器の第１実施形態を示す正面図（ａ）及び（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う拡大断面図（ｂ）である。 図１（ｂ）のII−II線に沿う断面図である。 第１実施形態の要部を示す断面斜視図である。 第１実施形態の要部を示す横断面図（ａ）及び（ａ）のIII−III線に沿う断面図（ｂ）である。 この発明の第２実施形態の要部を示す横断面図（ａ）及び（ａ）のIV−IV線に沿う断面図（ｂ）である。 この発明の第３実施形態の要部を示す横断面図（ａ）及び（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図（ｂ）である。

以下に、この発明に係るコルゲートフィン式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、この発明に係るコルゲートフィン式熱交換器を空気調和機の屋外機に適用する場合について説明する。

＜第１実施形態＞
この発明に係るコルゲートフィン式熱交換器１（以下に熱交換器１という）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に差し込みようにして接続する互いに平行な複数のアルミニウム製の扁平管２と、上下に隣接する扁平管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、上端及び下端の扁平管２の外方に配置される、アルミニウム製のサイドプレート５と、を具備している。この場合、扁平管２は扁平楕円状に形成されており、扁平管２の長手方向と直交する幅方向には複数の冷媒通路２ａが区画形成されている（図２〜図４参照）。

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１４によって閉塞されている。また、第１のヘッダーパイプ１１内の下部側の１／３の位置にアルミニウム製の仕切板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。なお、第１のヘッダーパイプ１１の上側空間１１ａの上部側には第１の冷媒流通管１５ａが接続され、下側空間１１ｂの下部側には第２の冷媒流通管１５ｂが接続されている。

また、第２のヘッダーパイプ１２には、第１のヘッダーパイプ１１の仕切板４と対応する部位に後述する冷媒制御板７が配置されている。第２のヘッダーパイプ１２は、冷媒制御板７によって上下に上側空間１２ａと下側空間１２ｂが区画されている。

区画された上側空間１１ａ，１２ａに接続する扁平管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，１２ｂに接続する扁平管２によって下側熱交換領域６Ｂが形成されている。なお、この場合、上側熱交換領域６Ａの扁平管２が６本、下側熱交換領域６Ｂの扁平管２が３本の場合について説明したが、上側熱交換領域６Ａと下側熱交換領域６Ｂの扁平管２の本数はこれに限定されるものでなく、任意の本数に設定することができる。

前記冷媒制御板７は、扁平管２の長手方向と直交する面に接触するアルミニウム製の半円板にて形成されている。この場合、冷媒制御板７は、扁平管２の長手方向と直交する面に接触すると共に、接触部と対向する側に開口８が形成されている。すなわち、開口８は、扁平管２の長手方向と直交する幅の中央を通る長手方向に沿う直線部７ａと、第２のヘッダーパイプ１２の内周面１２ｃとで形成されている。なお、冷媒制御板７は、熱交換器１が設置された状態で、第２のヘッダーパイプ１２の風上側の面に接触するように配置されている。

なお、熱交換器１を組み付ける場合は、少なくともコルゲートフィン３はろう材が皮材として貼り合わされたブレージングシートにて形成されるか、扁平管２の表面にろう材を塗布したものを用いて、第１及び第２のヘッダーパイプ１１，１２、扁平管２、コルゲートフィン３、サイドプレート５、仕切板４及び冷媒制御板７をろう付けにより一体成形する。なお、扁平管２は、ヘッダーパイプ１１，１２の側面に設けられた挿入用スリット１３内に嵌挿された状態でろう付けされる。

前記のように構成される第１実施形態において、液状又は気液状の冷媒が第２冷媒流通管１５ｂから第１のヘッダーパイプ１１の下側空間１１ｂ内に流入すると、冷媒は下側熱交換領域６Ｂの各扁平管２の冷媒通路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１２ｂで合流する。

下側空間１２ｂで合流した冷媒は、開口８を介して第２のヘッダーパイプ１２の上側空間１２ａ内壁の冷媒制御板７と対向する側（風下側）に沿って上昇し、第２のヘッダーパイプ１２の上部の端部キャップ１４に当たってリターンし、リターン流は、第２のヘッダーパイプ１２内壁の冷媒制御板７側（風上側）に沿って下降し、冷媒制御板７でターンし、再び上昇して循環する流れを形成する（図２参照）。このようにして、上側空間１２ａ内に流れた冷媒は、上側熱交換領域６Ａの扁平管２に分配されて、第１のヘッダーパイプ１１の上側空間１１ａで合流する。そして、上側空間１１ａで合流した冷媒は第１冷媒流通管１５ａから流出する。

第１実施形態によれば、第２のヘッダーパイプ１２の上側空間１２ａ内に流れる冷媒は、冷媒制御板７に形成された開口８により流れる位置が制御されることで、扁平管２の接続部（差込部）の影響を抑制することができるので、冷媒分配の偏流を抑制することができる。
また、冷媒が第２のヘッダーパイプ１２の上側空間１２ａ内で循環する流れを形成するため、冷媒の流量が変動しても冷媒分配への影響を少なくすることができる。

＜第２実施形態＞
図５は、この発明の第２実施形態の要部を示す横断面図（ａ）及び（ａ）のIV−IV線に沿う断面図（ｂ）である。
第２実施形態における冷媒制御板７Ａは、扁平管２の長手方向と直交する面に接触するアルミニウム製の円板の接触部と対向する側を直状に切り欠いた切欠き円形板に形成されており、開口８Ａが、扁平管２の長手方向と直交する幅における冷媒制御板７Ａの接触面と対向する側の端部を通る長手方向に沿う直線部７ｂと、第２のヘッダーパイプ１２の内周面１２ｃとで形成されている。

この場合、開口８Ａを形成する直線部７ｂは、扁平管２の幅方向の端部と重なる垂直面上に位置している。したがって、開口８Ａを介して第２のヘッダーパイプ１２の上側空間１２ａ内に流れる冷媒は扁平管２に阻害されることなく上昇する。

なお、第２実施形態において、その他は第１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。

第２実施形態において、下側空間１２ｂで合流した冷媒は、開口８Ａを介して第２のヘッダーパイプ１２の上側空間１２ａ内壁の冷媒制御板７Ａと対向する側（風下側）に沿って上昇する。この際、冷媒は扁平管２の接続部（差込部）に影響を受けることなく上昇する。また、開口８Ａは狭くなっており、冷媒の流速が増すことで、流量が少ない条件においても冷媒が上部まで行き渡るので、冷媒の流量に影響されずに冷媒分配の偏流を抑制することができる。

上昇した冷媒は、第２のヘッダーパイプ１２の上部の端部キャップ１４に当たってリターンし、リターン流は、第２のヘッダーパイプ１２内壁の冷媒制御板７Ａ側（風上側）に沿って下降し、冷媒制御板７でターンし、再び上昇して循環する流れを形成する。このようにして、上側空間１２ａ内に流れた冷媒は、上側熱交換領域６Ａの扁平管２に分配されて第１のヘッダーパイプ１１の上側空間１１ａで合流する。そして、上側空間１１ａで合流した冷媒は第１冷媒流通管１５ａから流出する。

＜第３実施形態＞
図６は、この発明の第３実施形態の要部を示す横断面図（ａ）及び（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図（ｂ）である。
第３実施形態における冷媒制御板７Ｂは、アルミニウム製の円板にて形成されており、開口８Ｂが、扁平管２の長手方向と直交する幅における冷媒制御板７Ｂの接触面と対向する側の端部に一部が重なって、扁平管２の先端外方側及び前記接触部と対向する側に位置する円形の連通孔９にて形成されている。ここでは、連通孔９は円形に形成されているが、円形以外例えば楕円形、半円形等の他の形状であってもよい。

この場合、開口８Ｂを形成する連通孔９は、一部のみが扁平管２の先端角部に重なるので、開口８Ｂ（連通孔９）を介して第２のヘッダーパイプ１２の上側空間１２ａ内に流れる冷媒は扁平管２に殆ど阻害されることなく上昇する。

なお、第３実施形態において、その他は第１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。

第３実施形態において、下側空間１２ｂで合流した冷媒は、開口８Ｂ（連通孔９）を介して第２のヘッダーパイプ１２の上側空間１２ａ内壁の冷媒制御板７Ｂと対向する側（風下側）に沿って上昇する。この際、冷媒は扁平管２の接続部（差込部）に殆ど影響を受けることなく上昇する。また、開口８Ｂ（連通孔９）は狭くなっており、冷媒の流速が増すことで、流量が少ない条件においても冷媒が上部まで行き渡るので、冷媒の流量に影響されずに冷媒分配の偏流を抑制することができる。

上昇した冷媒は、第２のヘッダーパイプ１２の上部の端部キャップ１４に当たってリターンし、リターン流は、第２のヘッダーパイプ１２内壁の冷媒制御板７Ｂ側（風上側）に沿って下降し、冷媒制御板７Ｂでターンし、再び上昇して循環する流れを形成する。このようにして、上側空間１２ａ内に流れた冷媒は、上側熱交換領域６Ａの扁平管２に分配されて第１のヘッダーパイプ１１の上側空間１１ａで合流する。そして、上側空間１１ａで合流した冷媒は第１冷媒流通管１５ａから流出する。

＜その他の実施形態＞
前記実施形態では、冷媒制御板７（７Ａ，７Ｂ）は、熱交換器が設置された状態で、第２のヘッダーパイプ１２の風上側の面に接触するように配置される場合について説明したが、冷媒制御板７（７Ａ，７Ｂ）を風下側の面に接触するように配置してもよい。

このように構成することにより、下側空間１２ｂで合流した冷媒は、開口８を介して第２のヘッダーパイプ１２の上側空間１２ａ内壁の冷媒制御板７と対向する側（風上側）に沿って上昇し、第２のヘッダーパイプ１２の上部の端部キャップ１４に当たってリターンし、リターン流は、第２のヘッダーパイプ１２内壁の冷媒制御板７側（風下側）に沿って下降し、冷媒制御板７でターンし、再び上昇して循環する流れを形成する。したがって、風上側の面に接触するように配置した場合と同様に冷媒を循環させる効果が得られる。

また、前記実施形態では、この発明に係る熱交換器を蒸発器に適用した場合について説明したが、この発明に係る熱交換器を凝縮器に適用することができる。凝縮器に適用する場合は、第１実施形態を例にとって説明すると、ガス状の冷媒は第１冷媒流通管１５ａから第１のヘッダーパイプ１１の上側空間１１ａ内に流入した後、以下のような順で流れる。上側熱交換領域６Ａ→第２のヘッダーパイプ１２の上側空間１２ａ→開口８→第２のヘッダーパイプ１２の下側空間１２ｂ→下側熱交換領域６Ｂ→第１のヘッダーパイプ１１の下側空間１１ｂ→第２冷媒流通管１５ｂから流出する。

なお、第２，３実施形態においても、第１実施形態と同様に凝縮器に適用することができる。

２ 扁平管
２ａ冷媒通路
３ コルゲートフィン
４ 仕切板
６Ａ 上側熱交換領域
６Ｂ 下側熱交換領域
７，７Ａ，７Ｂ 冷媒制御板
７ａ，７ｂ 直線部
８，８Ａ，８Ｂ 開口
９ 連通孔
１１ 第１のヘッダーパイプ
１２ 第２のヘッダーパイプ
１２ｃ 内周面

Claims (5)

1. 左右に対峙する一対のヘッダーパイプと、それぞれ複数の長手方向に沿う冷媒通路を有しており、前記両ヘッダーパイプに差し込みによって接続する互いに平行な複数の扁平管と、前記扁平管間に介在されるコルゲートフィンと、前記両ヘッダーパイプの一方のヘッダーパイプ内の空間を上下に仕切る仕切板と、前記仕切板によって前記両ヘッダーパイプと前記複数の扁平管に区画される上側熱交換領域及び下側熱交換領域と、を具備するコルゲートフィン式熱交換器において、
   前記他方のヘッダーパイプ内における前記仕切板と対応する部位に配置され、前記扁平管の長手方向と直交する面に接触すると共に、前記接触部と対向する側に開口を形成する、
   ことを特徴とするコルゲートフィン式熱交換器における冷媒制御板。
2. 請求項１に記載のコルゲートフィン式熱交換器における冷媒制御板において、
   前記冷媒制御板は、前記ヘッダーパイプの風上側又は風下側のいずれかの面に接触している、ことを特徴とするコルゲートフィン式熱交換器における冷媒制御板。
3. 請求項１又は２に記載のコルゲートフィン式熱交換器における冷媒制御板において、
   前記開口が、前記扁平管の長手方向と直交する幅の中央を通る長手方向に沿う直線部と、前記ヘッダーパイプの内周面とで形成されている、ことを特徴とするコルゲートフィン式熱交換器における冷媒制御板。
4. 請求項１又は２に記載のコルゲートフィン式熱交換器における冷媒制御板において、
   前記開口が、前記扁平管の長手方向と直交する幅における前記冷媒制御板の接触面と対向する側の端部を通る長手方向に沿う直線部と、前記ヘッダーパイプの内周面とで形成されている、ことを特徴とするコルゲートフィン式熱交換器における冷媒制御板。
5. 請求項１又は２に記載のコルゲートフィン式熱交換器における冷媒制御板において、
   前記開口が、前記扁平管の長手方向と直交する幅における前記冷媒制御板の接触面と対向する側の端部に一部が重なって、前記扁平管の先端外方側及び前記接触部と対向する側に位置する連通孔にて形成されている、ことを特徴とするコルゲートフィン式熱交換器における冷媒制御板。

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