JP4536243B2 - 空調用熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対のヘッダ間に多数のチューブが配設されたパラレルフロー型の空調用熱交換器に関し、特に、各チューブ内に均一に冷媒を流通させるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一対のヘッダを有するハラレルフロー型の空調用熱交換器は、図３に示す如く、並列された多数のチューブ１の両端が夫々細長い入口ヘッダ２と出口ヘッダ３とに液密に連通され、各チューブ１間にフィン10が接合されている。そして入口ヘッダ２に入口パイプ４が接続され、出口ヘッダ３に出口パイプ５が接続されている。
このような空調用熱交換器において、これをエバポレータとして使用する場合には、凝縮水排除の必要からチューブ１は夫々重力方向に平行に配置され、入口ヘッダ２，出口ヘッダ３は水平方向に位置される。これをルームエアコンの室外機やカークーラーの室外機等に収めると、入口ヘッダ２，出口ヘッダ３は横に長いものとなり且つ、それらの直径を可能な限り細くしてコンパクト化を図る必要がある。
【０００３】
すると、入口パイプ４から流入した冷媒は、入口ヘッダ２内を長手方向に流通するに従って圧力損失を生じ、各チューブ１に流通する冷媒流量が不均一になる。そこで、その対策として入口パイプ４を入口ヘッダ２の内部に延長し、入口パイプ４に多数の孔13を穿設すると共に、その孔13の直径を次第に大とする提案がなされている。これによって、各チューブ１に流通する冷媒を均一化するものであるが、構造が複雑化しコスト高となると共に圧力損失が大きくなり、コンプレッサの駆動動力をより大きくせざるを得ない欠点がある。
また、入口ヘッダ２，出口ヘッダ３に複数の仕切部を設け、冷媒を蛇行状に流通させる提案もなされている。しかしながら、このような熱交換器も構造が複雑であると共に、各チューブ内の冷媒流量がやはり均一ではない欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は構造が簡単で且つ、各チューブ内を均一に冷媒を流通させる空調用熱交換器を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、夫々、並列された多数のチューブ(1) の両端が、夫々細長い第１入口ヘッダ(2a)、第２入口ヘッダ(2b)と、第１出口へッダ(3a)、第２出口ヘッダ(3b)とに液密に連通され、両入口ヘッダおよび両出口ヘッダに出入口パイプが接続された第１コア部(9a)と第２コア部(9b)とを有する空調用熱交換器において、
第１コア部(9a)と第２コア部(9b)とが対向して並列され、
一本の入口側冷媒配管(6) が分岐して二本の入口パイプ(4) となり、夫々の入口パイプ(4) が、第１コア部(9a)の前記第１入口ヘッダ(2a)の長手方向両端部に接続され、その第１出口ヘッダ(3a)の長手方向両端部に一対の冷媒の出口パイプ(5) が接続され、
その第１出口ヘッダ(3a)の長手方向の一方端側の出口パイプ(5)が、それと同一側の前記第２コア部(9b)の前記第２入口ヘッダ(2b)の長手方向一方端に接続され、
他方端側の出口パイプ(5)が、それと同一側の前記第２コア部(9b)の前記第２入口ヘッダ(2b)の長手方向他方端に接続され、
その第２出口ヘッダ(3b)の長手方向両端部に、一対の出口パイプ(5)が接続されると共に、その一対の出口パイプ(5) が合流接続されて一本の出口側冷媒配管(7) とされた空調用熱交換器である。
【０００８】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
第１入口ヘッダ(2a)の一対の前記入口パイプ(4) および第２出口ヘッダ(3b)の一対の出口パイプ(5) のうち、夫々短い方のパイプに流量調整用絞り部(8) が設けられた空調用熱交換器である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態を示す説明図である。
この空調用熱交換器は、冷媒回路のエバポレータまたはコンデンサとして配置することができるものである。この例では、並列された多数の偏平なチューブ１の両端が夫々細長い入口ヘッダ２と出口ヘッダ３の各偏平孔に挿通され、その挿通部が液密にろう付け固定されている。そして各チューブ１間にコルゲート型のフィン10が配置され、フィン10とチューブ１の接触部間がろう付け固定されている。この入口ヘッダ２，出口ヘッダ３はアルミニュームのパイプ材からなり、その外周面に多数の偏平孔を並列して穿設したものである。
【００１０】
そして入口ヘッダ２，出口ヘッダ３の両端が閉塞され、入口ヘッダ２の両閉塞端は一対の入口パイプ４が連通するように接続されている。この入口パイプ４は、一本の入口側冷媒配管６が分岐管11を介して分岐されたものである。そして、短い方の入口パイプ４には流量調整用絞り部８が配置されている。この流量調整用絞り部８はオリフィス等からなり、長い入口パイプ４の冷媒流通抵抗と短い入口パイプ４の冷媒流通抵抗とを等しくするためのものである。従って、一対の入口パイプ４によって入口ヘッダ２の両端から流入する冷媒圧力は、その両端部で等しくなる。
【００１１】
また、出口ヘッダ３の両端閉塞部には一対の出口パイプ５が配置され、それが合流管12を介して一本の出口側冷媒配管７に連結されている。そして一対の出口パイプ５のうち短い方の出口パイプ５には、流量調整用絞り部８が配置されている。この流量調整用絞り部８も前記入口パイプ４側の流量調整用絞り部８と同様の構造を有する。このため、一対の出口パイプ５を流通する冷媒流量が等しくなり、それが合流管12を介して出口側冷媒配管７に導かれるものである。
なお、入口ヘッダ２側においても一対の入口パイプ４は夫々分岐管11を介して等しい量の冷媒が流通する。そして入口ヘッダ２内は、その両端から冷媒が流入するため、入口ヘッダ２内の各部はその冷媒圧力が均一となり、各チューブ１内を流通する冷媒流量が均一化される。
【００１２】
これは出口ヘッダ３もその両端から冷媒が流通するため、各チューブを通って最終的に出口側冷媒配管７に流通する各流路が略均一の流通抵抗（冷媒流れによる圧力損失均等）を有することに基づくものである。
これを入口ヘッダ２の長手方向に沿う各チューブについて検討すると次のようになる。例えば、図１において最右端に配置されたチューブ１はその右端側の入口パイプ４からより多くの冷媒が流入し、左端側パイプから流通する冷媒は少ない。次に入口ヘッダ２の中間部のチューブ１では、右端側パイプからの冷媒と左端側パイプからの冷媒とが等分して中間のチューブ１を流通する。また、左端側のチューブ１においては右端側のチューブ１と対称であるため、それと同一となる。
それらの結果、各部におけるチューブ１の冷媒流通量は、その位置によって一方側のパイプからより多く供給されるとき、他方のパイプ側からはより少なく供給され、全体として各位置のチューブの流通量は均一化される。
【００１３】
次に、図２は本発明の第２の実施の形態を示し、この例は第１コア部９ａと第２コア部９ｂとが互いに対向して並列されたものである。即ち、夫々並列された多数のチューブ１の両端が夫々細長い第１入口ヘッダ２ａと第１出口ヘッダ３ａ，第２入口ヘッダ２ｂと第２出口ヘッダ３ｂとに液密に連通され、両入口ヘッダおよび両出口ヘッダにパイプが接続されて、第１コア部９ａと第２コア部９ｂとを形成する。そして一本の入口側冷媒配管６が分岐管11を介して分岐し、二本の入口パイプ４となって、夫々の入口パイプ４が第１コア部９ａの第１入口ヘッダ２ａの長手方向両端部に接続される。なお、短い方の入口パイプ４は流量調整用絞り部８が設けられ、それによって長い方の入口パイプ４と均一の流通抵抗になる。
【００１４】
そして第１出口ヘッダ３ａの長手方向両端に一対の冷媒の出口パイプ５が接続され、その出口パイプ５が第２コア部９ｂの第２入口ヘッダ２ｂの長手方向両端部に接続される。そしてその第２コア部９ｂの第２出口ヘッダ３ｂの長手方向両端に一対の出口パイプ５が接続されると共に、それが合流管12を介して出口側冷媒配管７に導かれる。一対の出口パイプ５のうち短い方のそれには流量調整用絞り部８が介装され、その流量調整用絞り部８によって一対の出口パイプ５を流通するときの冷媒の圧力損失が等しくされる。
【００１５】
図１及び図２において、これをエバポレータとして用いる場合には、コンデンサから膨張弁を介して冷媒14が入口側冷媒配管６に流入し、分岐管11を介して分岐して入口ヘッダの両端部から流入する。そして各チューブ１内を冷媒が均等に流通し、出口ヘッダの両端から一対の出口パイプ５及び合流管12を介して出口側冷媒配管７からコンプレッサに導かれる。その間、チューブ１，フィン10の外面側に空気が流通し、内部の冷媒と熱交換されてそれが冷やされる。
これらの熱交換器をコンデンサとして用いる場合には、内部の冷媒が空気によって冷却される。
【００１６】
【性能実験】
図２に示す本発明の空調用熱交換器と、図３に示す従来型空調用熱交換器を二つ連結したものとを、同一の放熱面積及び同一直径の入口ヘッダ２，出口ヘッダ３を用いて実験を行った。その結果、両者を凝縮器として使用した場合、本発明の方が１２％の凝縮性能の向上をみた。次に、蒸発器として使用した場合、その蒸発性能が２０％以上向上することが確認された。これは、従来型の熱交換器よりも各チューブ１に流通する冷媒流量が均一化し、熱交換器の各部を効率良く利用することができたものである。
また、エバポレータとして試験したとき、熱交換器のコア各部の外面を観察すると、本発明の熱交換器ではコアの各部から凝縮水が均一に流出していることが確認された。これは、各チューブ内を均一に冷媒が分配され、送風との均一な熱交換がなされていることを意味する。
【００１７】
【発明の作用・効果】
請求項１に記載の本発明は、入口ヘッダ２の長手方向両端部に一対の入口パイプ４が接続されたものであるから、各チューブ１への冷媒流量を均一にし、熱交換性能を向上させることができる。
【００１８】
また、入口側冷媒配管６が分岐して二本の入口パイプ４となり、夫々の入口パイプ４が入口ヘッダ２の両端部に接続され、出口ヘッダ３の長手方向両端部に一対の出口パイプ５が接続されたものであるから、各チューブ１に供給される冷媒流量をさらに均一化することができ、各部における熱交換性能を最大限に引き出すことができる。
【００１９】
そして、第１コア部９ａと第２コア部９ｂとを有し、第１コア部９ａの第１入口ヘッダ２ａ，第１出口ヘッダ３ａの夫々の両端部に入口パイプ４，出口パイプ５が接続され、その一対の出口パイプ５が第２コア部９ｂの第２入口ヘッダ２ｂの長手方向両端部に接続され且つ、その第２出口ヘッダ３ｂの長手方向両端部から一対の出口パイプ５が合流接続されて、一本の出口側冷媒配管７とされたものであるから、いわゆる２列式熱交換器において、各チューブ１に流通する冷媒流量を均一化し、熱交換性能を向上させることができる。
【００２０】
さらに、第１コア部９ａと第２コア部９ｂとが対向して並列されたので、省スペースで且つ各チューブに均一な冷媒供給を確保できる。しかも、第１コア部９ａの一対の出口パイプが、第２コア部９ｂの第２入口ヘッダ２ｂの長手方向両端部に接続されるとき、図２に示す如く、それぞれコアの同一側どうしが接続されるので、可及的に短い出口パイプで接続でき、省スペースで且つ、流路抵抗を最小にすることができる。
請求項２に記載の本発明は、いわゆる２列式パラレルフロー型熱交換器において、冷媒供給用の二つのパイプの長さが異なっていても、流量調整用絞り部８の存在によって各チューブに流通する冷媒流量を均一化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空調用熱交換器の第１の実施の形態を示す説明図。
【図２】同熱交換器の第２の実施の形態を示す説明図。
【図３】従来型空調用熱交換器の説明図。
【符号の説明】
１ チューブ
２ 入口ヘッダ
２ａ 第１入口ヘッダ
２ｂ 第２入口ヘッダ
３ 出口ヘッダ
３ａ 第１出口ヘッダ
３ｂ 第２出口ヘッダ
４ 入口パイプ
５ 出口パイプ
６ 入口側冷媒配管
７ 出口側冷媒配管
８ 流量調整用絞り部
９ａ 第１コア部
９ｂ 第２コア部
10 フィン
11 分岐管
12 合流管
13 孔
14 冷媒

Claims (2)

1. 夫々、並列された多数のチューブ(1) の両端が、夫々細長い第１入口ヘッダ(2a)、第２入口ヘッダ(2b)と、第１出口ヘッダ(3a)、第２出口ヘッダ(3b)とに液密に連通され、両入口ヘッダおよび両出口ヘッダに出入口パイプが接続された第１コア部(9a)と第２コア部(9b)とを有する空調用熱交換器において、
   第１コア部(9a)と第２コア部(9b)とが対向して並列され、
   一本の入口側冷媒配管(6) が分岐して二本の入口パイプ(4) となり、夫々の入口パイプ(4) が、第１コア部(9a)の前記第１入口ヘッダ(2a)の長手方向両端部に接続され、その第１出口ヘッダ(3a)の長手方向両端部に一対の冷媒の出口パイプ(5) が接続され、
   その第１出口ヘッダ(3a)の長手方向の一方端側の出口パイプ(5)が、それと同一側の前記第２コア部(9b)の前記第２入口ヘッダ(2b)の長手方向一方端に接続され、
   他方端側の出口パイプ(5)が、それと同一側の前記第２コア部(9b)の前記第２入口ヘッダ(2b)の長手方向他方端に接続され、
   その第２出口ヘッダ(3b)の長手方向両端部に、一対の出口パイプ(5)が接続されると共に、その一対の出口パイプ(5) が合流接続されて一本の出口側冷媒配管(7) とされた空調用熱交換器。
2. 請求項１において、
   第１入口ヘッダ(2a)の一対の前記入口パイプ(4) および第２出口ヘッダ(3b)の一対の出口パイプ(5) のうち、夫々短い方のパイプに流量調整用絞り部(8) が設けられた空調用熱交換器。

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