JP4671985B2 - 熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和機 - Google Patents
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Description
また、熱交換器の高性能化を目的として冷媒側では伝熱管内の溝形状をハインスリムすること、空気側ではフィン形状を工夫することで熱交換性能を改善しているが、さらに現状以上に高性能化するためには、伝熱管を細径化することが考えられる。しかしながら、伝熱管を細径化することにより、管内熱伝達率が増大するのに対して圧力損失が増大するため、これらを最適化することが必要になる。また、細径伝熱管は、伝熱性能的には有利であるが、伝熱管の製作費用が増大するという問題があった。
図1は本発明の実施の形態1に係る熱交換器の正面図、図2は図1の伝熱管の斜視図である。
図1において、2は銅若しくは銅合金又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金などの金属板からなる(他の実施の形態においても同様である)フィンで、空気の流入方向Aと平行に、かつ図の垂直方向(奥行方向)に所定の間隔で並設され、その上下方向にはフィン2と直交して、後述の伝熱管3が取付けられる複数の取付穴21が設けられている。この取付穴21は並設されたフィン2に直交して水平方向に貫設して設けられ、図4に示すように、取付穴21に臨むフィン2の端部は折曲げられて左右の間隔を保持している。
図3はフィン2に取付ける前の伝熱管3の状態を示すもので、長手方向の中央部には、断面四角形状で長手方向の幅Wの貫通穴32が軸方向に設けられており、この貫通穴32の両側には、それぞれ両側に円弧状に膨出したほぼ半円状の第1、第2の冷媒流路31a,31bが軸方向に設けられている。
また、貫通穴32の長手方向の幅Wは、第1、第2の冷媒流路31a,31bが内径dに拡径されたときに、両者の内側の周壁が接するように設定することが望ましい。これにより、拡径時に形成された第3、第4の冷媒流路32a,32bのスプリングバックを、第1、第2の冷媒流路31a,31bの接触部で抑えることができるため、接触抵抗の低減により熱交換効率を高めることができる。
図5(a)は拡径前の伝熱管3の状態を示すもので、図3の場合と同様に、長手方向の両側には断面ほぼ半円状の第1、第2の冷媒流路31a,31bが設けられており、両者の間には断面四角形状の貫通穴32が設けられている。そして、ほぼ半円状の第1、第2の冷媒流路31a,31bの内壁面には、所定の間隔で軸方向に断面ほぼ四角形状の複数の突条34が設けられており、また、貫通穴32の壁33の第1、第2の冷媒流路31a,31b側の壁面のほぼ中央部には、同様に突条34が設けられている。なお、壁33の壁面には、2本以上の突条34を設けてもよい。
図6は本発明の実施の形態2に係る熱交換器の正面図、図7は図6の伝熱管の正面図である。なお、実施の形態1と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明の一部を省略する。
本実施の形態は、上下の面が平坦で左右方向に長い断面ほぼ小判状の伝熱管3の長手方向に、内径dの等しい断面円形状の3本の冷媒流路31a,31b,31cを軸方向に平行に設けたものである。なお、冷媒流路31a〜31cは3本に限定するものではなく、2本以上であればよい。
本例は、内径dの冷媒流路31a〜31cの内壁面に所定の間隔で、軸方向に平行して断面ほぼ四角形状の突条34をそれぞれ設けたものである。この場合、突条34の高さh(突出長)は、0.05〜0.3mm程度とすることが望ましい。なお、突条33の断面形状は、三角形状、台形状、半円形状等、適宜の断面形状とすることができる。
図9は本発明の実施の形態3に係る熱交換器の伝熱管の正面図である。なお、実施の形態2と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、伝熱管3の長手方向に設けた複数の冷媒流路31a〜31cのうち、空気の流入方向Aの下流側の冷媒流路31cの内壁面に、図8の伝熱管3の場合と同様に、所定の間隔で軸方向に平行な複数の突条34を設けたものである。なお、突条34の高さhは、図8の場合と同様に、0.05〜0.3mm程度とすることが望ましい。
本例は、伝熱管3の長手方向に設けた複数の冷媒流路31a〜31cのうち、下流側の冷媒流路31cの内径d1を、上流側の冷媒流路31a,31bの内径dより小さく、d1<dに形成したものである(図には、1本の冷媒流路31cの内径d1を小径にした場合を示したが、冷媒流路31b,31cの2本の内径を小径にしてもよい)。
本例によれば、下流側の冷媒流路31cの冷媒の循環量が、上流側の冷媒流路31a,31bの冷媒循環量に比べて少なくなるため、伝熱管3の出口側における気相と液相との質量比率をほぼ等しくすることができるので、熱交換器全体の効率を高めることができる。
本例は、図10の伝熱管3と同様に、下流側の冷媒流路31cの内径d1を、上流側の冷媒流路31a,31bの内径dより小さく、d1<dに形成すると共に、上流側の冷媒流路31a,31bの内周壁と、下流側の冷媒流路31cの内周壁に、実施の形態2の図8の場合と同様に、所定の間隔で軸方向に平行な突条34,34aをそれぞれ設けたものである。この場合、下流側の冷媒流路31cの突条34aの高さh1を、上流側の冷媒流路31a,31bの突条の高さhより低く、h1<hとすることが望ましい。
本例によれば、実施の形態2の図8の伝熱管3の効果と、図10の伝熱管3の効果の両者を合わせた効果を得ることができる。
本例に係る伝熱管3は、図10の伝熱管3の下流側の小径の冷媒流路31cの内周壁に、図11の下流側の冷媒流路31cの場合と同様に、所定の間隔で軸方向に平行で高さh1の突条34aを設けたものである。
本例においても、図9の伝熱管3の場合と同様に、下流側の冷媒流路31cの伝熱面積を大きくすることができ、また、図10の伝熱管3の場合と同様に冷媒循環量を少なくできるので、熱交換効率をより高めることができる。
図13は本発明の実施の形態4に係る熱交換器の説明図、図14は図13の要部の説明図である。
横方向に所定の間隔で空気の流入方向Aに沿って並設された複数のフィン2には、これと直交して上下方向に4本の伝熱管3a,3b,3c,3dが平行に設けられている。なお、図には、実施の形態2に係る伝熱管3を設けた場合が示してあるが、これに限定するものではない。
本例は、フィン2の上下方向の中間に設けた隣接する伝熱管3bと3cの、冷媒の入口部と出口部である対向する上流側の冷媒流路31aと31b、中間の冷媒流路31bと31b、下流側の冷媒流路31cと31cを、それぞれリターンベント管35で接続したものである。
図17は本発明の実施の形態5に係る空気調和機の空気調和サイクルの説明図、図18は本発明に係る空気調和機の室内機の説明図で、本発明に係る熱交換器が設けられた蒸発器及び凝縮器を備えたものである。なお、図には実施の形態2に係る伝熱管3が示してあるが、これに限定するものではない。
Claims (15)
- 上下の面が平坦で断面が細長いほぼ小判状に形成されて長手方向の両側の軸方向に断面ほぼ半円状の第1、第2の冷媒流路が設けられ、これら第1、第2の冷媒流路の間の軸方向に断面四角形状の貫通穴が設けられた伝熱管を有し、
該伝熱管を、空気の流入方向に沿って並設された複数のフィンの空気の流入方向と平行に設けた取付穴に挿入し、前記第1、第2の冷媒流路が断面ほぼ円形状に形成されるまで前記第1、第2の冷媒流路を拡径して前記伝熱管を前記フィンと一体に固定する熱交換器であって、
前記第1、第2の冷媒流路を拡径することにより、前記第1、第2の冷媒流路の前記貫通穴側における壁を共に接触させると共に、前記貫通穴を断面ほぼ三角形状の第3、第4の冷媒流路として形成したことを特徴とする熱交換器。 - 前記伝熱管に設けた第1、第2の冷媒流路の内周壁に所定の間隔で軸方向に平行に複数の突条を設けたことを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
- 上下の面が平坦で断面が細長いほぼ小判状に形成されて長手方向に所定の間隔で軸方向に断面ほぼ円形状の複数の冷媒流路が設けられ、これら複数の冷媒流路の間の軸方向に貫通穴が設けられた伝熱管を有し、該伝熱管を、空気の流入方向に沿って並設された複数のフィンの空気の流入方向と平行に設けた取入穴に挿入し、前記冷媒流路を拡径して前記フィンと一体に固定する熱交換器であって、
前記複数の冷媒流路を拡径することにより、前記複数の冷媒流路の前記貫通穴側における壁を共に接触させると共に、前記貫通穴を断面ほぼ三角形状の複数の冷媒流路として形成したことを特徴とする熱交換器。 - 前記伝熱管に設けた冷媒流路の内周壁に、所定の間隔で軸方向に平行に複数の突条を設けたことを特徴とする請求項3記載の熱交換器。
- 前記伝熱管に設けた複数の冷媒流路のうち、空気の流入方向の下流側の冷媒流路に前記突条を設けたことを特徴とする請求項4記載の熱交換器。
- 前記伝熱管に設けた複数の冷媒流路のうち、空気の流入方向の下流側の冷媒流路を、上流側の冷媒流路より小径に形成したことを特徴とする請求項3記載の熱交換器。
- 前記空気の流入方向の上流側に設けた冷媒流路と下流側に設けた冷媒流路の内周壁に、所定の間隔で軸方向に平行に複数の突条を設けたことを特徴とする請求項6記載の熱交換器。
- 前記空気の流入方向の下流側の冷媒流路に設けた突条の高さを、上流側の冷媒流路に設けた突条の高さより低く形成したことを特徴とする請求項7記載の熱交換器。
- 前記空気の流入方向の下流側の小径の冷媒流路の内周壁に、所定の間隔で軸方向に平行に複数の突条を設けたことを特徴とする請求項6記載の熱交換器。
- 前記伝熱管の第1、第2の冷媒流路又は複数の冷媒流路を、機械式拡管装置又は液体加圧式拡管装置により拡径したことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の熱交換器。
- 前記伝熱管に設けた複数の冷媒流路の拡径後の内径を1〜5mmとしたことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の熱交換器。
- 前記並設された複数のフィンの上下方向に、該フィンと直交して複数の伝熱管を設け、中間部において隣接する一方の伝熱管の、空気の流入方向の下流側に設けた冷媒入口部と、他方の伝熱管の、空気の流入方向の上流側に設けた冷媒流路の冷媒出口部とをリターンベント管でそれぞれ接続したことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の熱交換器。
- 前記並設された複数のフィンの上下方向に、該フィンと直交して複数の伝熱管を設け、中間部において隣接する伝熱管の対向する冷媒流路をリターンベント管でそれぞれ接続したことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の熱交換器。
- 作動流体に冷媒を用い、蒸発器及び凝縮器の両者又はいずれか一方に、前記請求項1〜請求項13のいずれかの熱交換器を用いたことを特徴とする空気調和機。
- 前記冷媒に、HC単一冷媒若しくはHCを含む混合冷媒、又はR32、R410A、R407C、二酸化炭素のいずれかを用いたことを特徴とする請求項14記載の空気調和機。
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