JP3979119B2

JP3979119B2 - 熱交換器及びそれを備えた空気調和機

Info

Publication number: JP3979119B2
Application number: JP2002042861A
Authority: JP
Inventors: 繁治平良
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: JP2003240468A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器、特に、複数の伝熱管を略平行に配置し伝熱管の各管端部同士を接続して構成される熱交換器及びそれを備えた空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱交換器として、図１に示すようなクロスフィン型の熱交換器３０１がある。この熱交換器３０１は、例えば、空気調和機の室内機や室外機において、伝熱管内に冷媒を流通させ管外側の空気と熱交換させるための機器として用いられている。熱交換器３０１は、略平行に配置されたヘアピン形状の複数の伝熱管３１１と、複数の伝熱管３１１が板厚方向に貫通する孔を有し板厚方向に所定の間隔を空けて配置された複数のプレートフィン３１４とから主に構成されている。そして、複数の伝熱管３１１のヘアピン部３１１ａの反対側の各管端部３１１ｂは、図２に示すように、それぞれ、Ｕ字管３１９によって連結されている。Ｕ字管３１９は、伝熱管３１１の管内径とほぼ同じ管内径を有しており、伝熱管３１１の管端部３１１ｂからさらに外方に突出するように配置されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような熱交換器では、伝熱管の各管端部同士がヘアピン部やＵ字管によって接続されているため、熱交換器のコンパクト化の妨げになっている。空気調和機等のような設置スペースのコンパクト化が望まれている機器においては、特に、問題である。
【０００４】
本発明の課題は、複数の伝熱管を略平行に配置し伝熱管の各管端部同士を接続して構成される熱交換器をコンパクトにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の熱交換器は、複数の伝熱管を略平行に配置し伝熱管の各管端部同士を接続して構成される熱交換器であって、第１板状部材と、第２板状部材とを備えている。第１板状部材は、伝熱管の各管端部に装着されている。第２板状部材は、伝熱管の各管端部同士を１対１で接続する接続流路を形成するように外側に膨出した膨出部を有しており、第１板状部材の外面に接合されている。しかも、第１板状部材と第２板状部材との接合面から膨出部の最外部までの膨出長さは、互いに接続される伝熱管間のピッチ以下である。さらに、接続流路の流路断面積は、伝熱管の流路断面積よりも大きい。
【０００６】
この熱交換器では、伝熱管の端部同士が従来の熱交換器で用いられるＵ字管の代わりに、第１板状部材と膨出部を有する第２板状部材とによって形成される接続流路を用いて接続されているため、伝熱管の長手方向の寸法が小さくなる。これにより、熱交換器をコンパクトにできる。しかも、この熱交換器では、膨出部の最大膨出長さが互いに接続される伝熱管のピッチ以下である。一方、従来の熱交換器のように伝熱管の管端部をＵ字管を用いて接続する場合、Ｕ字管の最外部は、少なくとも、互いに接続される伝熱管間のピッチに相当する長さに伝熱管の管端部とＵ字管との接続のための余長を加えた長さ分は伝熱管の長手方向に突出している。したがって、この熱交換器では、従来の熱交換器のようにＵ字管を用いて接続した場合には実現できない程度まで伝熱管の長手方向の寸法を小さくすることができる。これにより、熱交換器をコンパクトにできる。さらに、この熱交換器では、互いに接続される伝熱管の管端部が膨出部よって覆われるようにして接続流路が形成されており、接続流路の流路断面積が伝熱管の流路断面積よりも大きくなっている。これにより、従来の熱交換器のようにＵ字管を用いて接続する場合に比べて、熱交換器の管内側の圧力損失を小さくすることができる。
【０００７】
請求項２に記載の熱交換器は、請求項１において、ピッチに対する膨出長さの比は、０．１以上、０．７５以下の範囲である。
【０００８】
この熱交換器では、ピッチに対する膨出長さの比が０．１以上、０．７５以下の範囲であるため、伝熱管の長手方向の寸法を小さくする効果が顕著になる。
【０００９】
請求項３に記載の熱交換器は、請求項１又は２において、複数の伝熱管が板厚方向に貫通する孔を有し板厚方向に所定の間隔を空けて配置された複数のプレートフィンをさらに備えている。そして、第１板状部材は、伝熱管の管端部に配置されたプレートフィンである。
【００１０】
この熱交換器では、伝熱管が板厚方向に貫通する孔を有し板厚方向に所定の間隔を空けて配置されたプレートフィンのうち、管端部に配置されたフィンを第１板状部材として用いているため、部品点数を少なくできる。
【００１１】
請求項４に記載の熱交換器は、請求項１〜３のいずれかにおいて、第２板状部材には、伝熱管の各管端部に対応する複数の膨出部が形成されている。
【００１２】
この熱交換器では、各管端部に対応する複数の膨出部が１つの第２板状部材に形成されているため、部品点数を少なくできる。
【００１３】
請求項５に記載の熱交換器は、請求項１〜４のいずれかにおいて、複数の伝熱管は、２種類以上の異径管によって構成されている。
【００１４】
この熱交換器では、熱交換器の管内側の圧力損失の低減や熱交換効率の向上のために、２種類以上の異径管により伝熱管が構成されている。この場合、伝熱管の管端部において異径の伝熱管を接続する部分が生じるが、第２板状部材に形成する膨出部の形状を異径管の管端部に容易に適合させることができるため、従来の熱交換器のようにＵ字管を用いる場合に比べて、伝熱管の接続構成が簡単になる。
【００１５】
請求項６に記載の空気調和機は、請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器を備えている。
【００１６】
この空気調和機では、熱交換器の伝熱管の長手方向の寸法が小さくなっているため、空気調和機全体をコンパクトにできる。
【００１７】
請求項７に記載の空気調和機の室内機は、正面視において一端から他端まで達するように配置された請求項１〜５のいずれかに記載の横長形状の熱交換器を備えている。
【００１８】
この空気調和機の室内機では、長手方向のスペースを有効利用できるため、室内機の熱交換器の設置スペースが従来と同じ場合であっても、従来のＵ字管を用いた熱交換器に比べて、熱交換器の有効長さを延ばすことができ、また、逆に、熱交換器の長手方向寸法を小さくして、室内機をコンパクトにすることも可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（１）熱交換器の構造
本発明の第１実施形態の熱交換器１の正面図を図３に示す。熱交換器１は、矩形平板状の外観形状を有するクロスフィン型の熱交換器である。熱交換器１は、略平行に配置された複数のヘアピン形状の伝熱管１１（本実施形態では、７つ）と、伝熱管１１が板厚方向に貫通する孔を有し板厚方向に所定の間隔を空けて配置された複数のプレートフィン１４と、各伝熱管１１のヘアピン部１１ａの反対側の管端部１１ｂに設けられた第１板状部材１５と、第１板状部材１５の外面に接合される第２板状部材１６とを備えている。
【００２１】
次に、伝熱管１１の管端部１１ｂ付近について図４〜図６を用いて詳述する。図４は伝熱管１１の管端部１１ｂ側の部分正面図であり、図５は伝熱管１１の管端部１１ｂ側の部分側面図であり、図６は図５のＸ−Ｘ断面図である。第１板状部材１５は、複数の伝熱管１１の管端部１１ｂに装着されている。本実施形態において、第１板状部材１５は、プレートフィン１４と同じ形状を有しており、最も管端部１１ｂ側に配置されたプレートフィンでもある。第２板状部材１６は、外側に膨出した複数の膨出部１６ａを有しており、第１板状部材１５の外面に接合されて伝熱管１１の各管端部１１ｂ同士を接続する接続流路１７を形成している。膨出部１６ａは、第１板状部材１５と第２板状部材１６との間に略半円筒形状の空間を形成している。つまり、接続流路１７は、半円筒形状の流路断面を有している。
【００２２】
また、第１板状部材１５と第２板状部材１６との接合面から膨出部１６ａの最外部までの膨出長さＬは、互いに接続される伝熱管１１間のピッチＰ以下となるようにしている。具体的には、ピッチＰは、伝熱管１１の管径に応じて４ｍｍから３０ｍｍの範囲に設定されており、膨出長さＬは３ｍｍから１５ｍｍの範囲になるようにしている。すなわち、ピッチＰに対する膨出長さＬの比（Ｌ／Ｐ）は、０．１から０．７５の範囲になっている。
【００２３】
さらに、膨出部１６ａの膨出幅Ｗは伝熱管１１の管内径Ｄよりも大きくなっているため、接続流路１７の流路断面積Ｓは伝熱管１１の流路断面積Ｓ₁よりも十分に大きくなっている。
【００２４】
（２）熱交換器の特徴
本実施形態の熱交換器には、以下のような特徴がある。
【００２５】
＜１＞熱交換器のコンパクト化
本実施形態の熱交換器１は、例えば、従来の熱交換器３０１のように伝熱管の管端部を接続するためのＵ字管３１９の代わりに、第１板状部材１５と膨出部１６ａを有する第２板状部材１６とによって形成される接続流路１７で接続されているため、伝熱管１１の長手方向の寸法が小さくなる。これにより、熱交換器１をコンパクトにできる。
【００２６】
また、本実施形態の熱交換器１では、膨出部１６ａの膨出長さＬが互いに接続される伝熱管１１のピッチＰ以下であるため、従来例の熱交換器３０１のようにＵ字管３１９を用いて接続した場合では実現できない程度まで長手方向の寸法が小さくなっている。具体的には、伝熱管１１の管径に応じて、ピッチＰに対する膨出長さＬの比（Ｌ／Ｐ）を０．１から０．７５の範囲にすることができる。
【００２７】
＜２＞伝熱管内の圧力損失の低減
本実施形態の熱交換器１では、互いに接続される伝熱管１１の管端部１１ｂが膨出部１６ａによって覆われるようにして接続流路１７が形成されている、このため、膨出部１６ａの膨出幅Ｗが、接続流路１７の流路断面積Ｓが伝熱管１１の流路断面積Ｓ₁よりも大きくなっている。これにより、熱交換器１の管内側の圧力損失が小さくなっている。
【００２８】
＜３＞部品点数の削減
本実施形態の熱交換器１では、第１板状部材１５がプレートフィン１４と同じ形状を有し、管端部１１ｂ側に配置されたプレートフィンである。また、第２板状部材１６には、各管端部１１ｂの接続のための複数の膨出部１６ａが形成されている。これにより、従来例の熱交換器３０１のようにＵ字管３１９を用いる場合に比べて、部品点数が少なくなっている。
【００２９】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態の熱交換器１０１は、基本的には第１実施形態の熱交換器１と同じであり、伝熱管を２種類以上の異径管で構成していることのみが異なる。以下、第１実施形態の熱交換器１との相違点について説明する。
【００３０】
本実施形態の熱交換器１０１は、図７に示すように、３種類の異径の伝熱管１１１、１１２、１１３を備えた矩形平板状の外観形状を有するクロスフィン型の熱交換器である。熱交換器１０１は、略平行に配置された複数のヘアピン形状の伝熱管１１１（本実施形態では、２つ）と、伝熱管１１１の下段に配置され伝熱管１１１よりも小径の複数のヘアピン形状の伝熱管１１２（本実施形態では、２つ）と、伝熱管１１２の下段に配置され伝熱管１１２よりも小径の複数のヘアピン形状の伝熱管１１３（本実施形態では、２つ）と、伝熱管１１１、１１２、１１３が板厚方向に貫通する孔を有し、板厚方向に所定の間隔を空けて配置された複数のプレートフィン１１４と、各伝熱管１１１、１１２、１１３の管端部１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂに設けられた第１板状部材１１５と、第１板状部材１１５の外面に接合される第２板状部材１１６とを備えている。
【００３１】
第２板状部材１１６には、伝熱管１１１の管端部１１１ｂ同士を接続するための膨出部１１６ａと、伝熱管１１１の管端部１１１ｂと伝熱管１１２の管端部１１２ｂとを接続するための膨出部１１６ｂと、伝熱管１１２の管端部１１２ｂ同士を接続するための膨出部１１６ｃと、伝熱管１１２の管端部１１２ｂと伝熱管１１３の管端部１１３ｂとを接続するための膨出部１１６ｄと、伝熱管１１３の管端部１１３ｂ同士を接続するための膨出部１１６ｅとを備えている。これらの膨出部１１６ａ〜１１６ｅは、第１実施形態と同様に、接続流路１１７ａ〜１１７ｅをそれぞれ形成している。
【００３２】
本実施形態の熱交換器１０１では、熱交換器１０１の管内側の圧力損失の低減や熱交換効率の向上のために、３種類の異径の伝熱管１１１、１１２、１１３から構成されている。この場合、伝熱管１１１、１１２、１１３の管端部１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂを互いに接続する部分が生じるが、第２板状部材１１６に形成する膨出部１１６ａ〜１１６ｅの形状を異径管の管端部に容易に適合させることができるため、従来の熱交換器のようにＵ字管を用いる場合に比べて、異径管同士の接続のための構成が簡単になる。
【００３３】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態の熱交換器２０１は、空気調和機の室内機２００の熱交換器として、本発明の熱交換器を適用した実施例である。熱交換器２０１は、図８及び図９に示すように、２点鎖線で示される室内機２００を側面視する際には室内機２００に内蔵された送風機２３０の一部を囲むように屈曲形状を有し、室内機２００を正面視する際には室内機２００の一端から電装品箱２３１側の端部まで達するような横長形状を有している。
【００３４】
熱交換器２０１は、略平行に配置された複数のヘアピン形状の伝熱管２１１（本実施形態では、９つ）と、伝熱管２１１が板厚方向に貫通する孔を有し板厚方向に所定の間隔を空けて配置された複数のプレートフィン２１４と、各伝熱管２１１のヘアピン部２１１ａの反対側の管端部２１１ｂに設けられた第１板状部材２１５と、第１板状部材２１５の外面に接合される第２板状部材２１６とを備えている。ここで、複数の伝熱管２１１は、熱交換器２０１の屈曲した形状に応じて配置されているため、第１板状部材２１５及び第２板状部材２１６も伝熱管２１１の配置に屈曲形状を有している。第２板状部材２１６には、第１実施形態と同様に、複数の膨出部２１６ａが複数の伝熱管２１１の配置に応じて形成されており、管端部２１１ｂを接続するための接続流路２１７が形成されている。
【００３５】
このような本実施形態においても、第１実施形態と同様、熱交換器のコンパクト化等の効果が得られる。これにより、熱交換器２０１は、従来の管端部をＵ字管によって接続する場合に比べて、室内機２００の長手方向のスペースを有効利用できるため、図９及び図１０に示すように、室内機２００の熱交換器の設置スペースが同じ場合であっても、従来の熱交換器４０１のようなＵ字管４１９を用いる場合に比べて、熱交換器の有効長さＺ₁を有効長さＺまで延ばすことが可能になる。例えば、ピッチＰに対する膨出長さＬの比（Ｌ／Ｐ）を０．１から０．７５の範囲にした場合、長さＺ₁に対する長さＺの比（Ｚ／Ｚ₁）を最大１．１倍程度まで延ばすことができる。これにより、空気調和機の空調性能を向上させることができる。
【００３６】
また、逆に、熱交換器の長手方向寸法を小さくして、室内機をコンパクトにすることも可能である。
【００３７】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【００３８】
例えば、ヘアピン形状の伝熱管の代わりに、直管形状の伝熱管を用いてもよい。この場合、伝熱管の両管端部が第１板状部材及び膨出部を有する第２板状部材によって接続されるため、熱交換器をさらにコンパクトにできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００４０】
請求項１にかかる発明では、熱交換器が第１板状部材と膨出部を有する第２板状部材とによって形成される接続流路で接続されているため、従来よりも、熱交換器の長手方向の寸法が小さくなり、熱交換器をコンパクトにできる。しかも、膨出部の最大膨出長さが互いに接続される伝熱管のピッチ以下であるため、従来よりも伝熱管の長手方向の寸法を小さくすることができる。さらに、第１板状部材と膨出部を有する第２板状部材とからなる接続流路の流路断面積が伝熱管の流路断面積よりも大きくなっているため、熱交換器の管内側の圧力損失を小さくすることができる。
【００４１】
請求項２にかかる発明では、膨出部の最大膨出長さが互いに接続される伝熱管のピッチ以下であるため、従来よりも伝熱管の長手方向の寸法を小さくすることができる。
【００４２】
請求項３にかかる発明では、管端部に配置されたプレートフィンを第１板状部材として用いているので、部品点数を少なくできる。
【００４３】
請求項４にかかる発明では、各管端部に対応する複数の膨出部が１つの第２板状部材に形成されているため、部品点数を少なくできる。
【００４４】
請求項５にかかる発明では、２種類以上の異径管により伝熱管が構成された熱交換器において、第２板状部材に形成する膨出部の形状を異径管の管端部に容易に適合させることができるため、従来よりも、伝熱管の接続構成が簡単になる。
【００４５】
請求項６にかかる発明では、熱交換器の伝熱管の長手方向寸法が小さくなっているため、空気調和機全体をコンパクトにすることができる。
【００４６】
請求項７にかかる発明では、長手方向のスペースを有効利用できるため、室内機の熱交換器の設置スペースが従来と同じ場合であっても、従来のＵ字管を用いた熱交換器に比べて、熱交換器の有効長さを延ばすことができ、また、逆に、熱交換器の長手方向寸法を小さくして、室内機をコンパクトにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の熱交換器の正面図。
【図２】従来例の熱交換器の伝熱管の管端部側の部分正面図。
【図３】本発明の第１実施形態の熱交換器の正面図。
【図４】第１実施形態の熱交換器の伝熱管の管端部側の部分正面図。
【図５】第１実施形態の熱交換器の伝熱管の管端部側の部分側面図。
【図６】図５のＸ−Ｘ断面図。
【図７】本発明の第２実施形態の熱交換器の正面図。
【図８】本発明の第３実施形態の熱交換器の管端部側の側面図。
【図９】本発明の第３実施形態の熱交換器の正面図。
【図１０】本発明の第３実施形態の熱交換器の管端部側の部分正面図。
【符号の説明】
１、１０１、２０１熱交換器
１１、１１１、１１２、１１３、２１１伝熱管
１１ｂ、１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ、２１１ｂ管端部
１４、１１４、２１４プレートフィン
１５、１１５、２１５第１板状部材
１６、１１６、２１６第２板状部材
１６ａ、１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ、１１６ｅ、２１６ａ膨出部
１７、１１７ａ〜１１７ｅ、２１７接続流路
Ｌ膨出長さ
Ｐピッチ

Claims

複数の伝熱管（１１、１１１、１１２、１１３、２１１）を略平行に配置し、前記各伝熱管の管端部（１１ｂ、１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ、２１１ｂ）同士を接続して構成される熱交換器（１、１０１、２０１）であって、
前記伝熱管の各管端部（１１ｂ、１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ、２１１ｂ）同士に装着された第１板状部材（１５、１１５、２１５）と、
前記伝熱管の各管端部（１１ｂ、１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ、２１１ｂ）同士を１対１で接続する接続流路（１７、１１７ａ〜１１７ｅ、２１７）を形成するように外側に膨出した膨出部（１６ａ、１１６ａ〜１１６ｅ、２１６ａ）を有し、前記第１板状部材（１５、１１５、２１５）の外面に接合された第２板状部材（１６、１１６、２１６）とを備え、
前記第１板状部材（１５、１１５、２１５）と前記第２板状部材（１６、１１６、２１６）との接合面から前記膨出部（１６ａ、１１６ａ〜１１６ｅ、２１６ａ）の最外部までの膨出長さ（Ｌ）は、互いに接続される前記伝熱管（１１、１１１、１１２、１１３、２１１）間のピッチ（Ｐ）以下であり、
前記接続流路（１７、１１７ａ〜１１７ｅ、２１７）の流路断面積（Ｓ）は、前記伝熱管（１１、１１１、１１２、１１３、２１１）の流路断面積（Ｓ ₁ ）よりも大きい、
熱交換器（１、１０１、２０１）。
前記ピッチ（Ｐ）に対する前記膨出長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｐ）は、０．１以上、０．７５以下の範囲である、請求項１に記載の熱交換器（１、１０１、２０１）。
前記複数の伝熱管（１１、１１１、１１２、１１３、２１１）が板厚方向に貫通する孔を有し、板厚方向に所定の間隔を空けて配置された複数のプレートフィン（１４、１１４、２１４）をさらに備え、
前記第１板状部材（１５、１１５、２１５）は、前記伝熱管の管端部（１１ｂ、１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ）に配置されたプレートフィン（１４、１１４、２１４）である、
請求項１又は２に記載の熱交換器（１、１０１、２０１）。
前記第２板状部材（１６、１１６、２１６）には、前記伝熱管の各管端部（１１ｂ、１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ、２１１ｂ）に対応する複数の膨出部（１６ａ、１１６ａ〜１１６ｅ、２１６ａ）が形成されている、
請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器（１、１０１、２０１）。
前記複数の伝熱管（１１１、１１２、１１３）は、２種類以上の異径管によって構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器（１０１）。
請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器（１、１０１、２０１）を備えた空気調和機。
正面視において一端から他端まで達するように配置された請求項１〜５のいずれかに記載の横長形状の熱交換器（２０１）を備えた空気調和機の室内機（２００）。