JP5154837B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に関し、特に、気液二相状態の冷媒が複数の冷媒回路に分岐して流通するように構成された熱交換器に関する。

従来、空気調和機等において、フィンコイルタイプと呼ばれる熱交換器が使用されている。図９に示されているように、このフィンコイルタイプの熱交換器１は、多数積層されたプレート状のフィン２と、蛇行して各フィン１を貫通する冷媒管３とから構成されており、冷媒管３は、さらに、Ｕ字状に曲成されたヘアピンチューブ４と、ヘアピンチューブ４の隣接する開口端部５に挿入されてロウ付け接合されるＵ字状のベンド管６とから構成されている。

そして、このような構成を備えた熱交換器１において、冷媒管３内を気液二相状態で流通する冷媒と、冷媒管３の外側及びフィンを通過する空気との間で熱交換が行われるようになっている。ところが、熱交換器１を通過する空気の風速は位置によって異なるため、各冷媒管３内における冷媒の気液の分布状態にバラツキが生じ、熱交換効率の向上が図り難いといった問題があった。

そこで、このような問題を解決するため、図１０に示すように、２系統の冷媒回路７ａ，７ｂを風上側と風下側に分けて配置したり（例えば、特許文献１参照）、或いは、図１１に示すように、２系統の冷媒回路８ａ，８ｂを風上側と風下側に交互に配置したりして、冷媒が各冷媒回路７ａ，７ｂ、８ａ，８ｂに分岐して流通するように構成した熱交換器も提案されている。
特開２００３−１３０４９６号公報

しかしながら、上記した従来の熱交換器では、ヘアピンチューブ４にベント管６を挿入してロウ付け接合する必要があるため、製造に非常に手間が掛かり、生産性の向上が図り難いといった問題があった。

また、図１０に示されているような従来の熱交換器では、風下側の冷媒回路７ｂより風上側の冷媒回路７ａの方が熱交換上の条件が有利となり、各冷媒回路７ａ，７ｂ間において熱交換性能に差が生じるため、依然として、冷媒管３内における冷媒の気液の分布状態にバラツキが生じるといった問題が生じていた。

一方、図１１に示されているような従来の熱交換器では、風上側と風下側に交互に冷媒管３を配置させる必要があるため、組み立てや製造作業が複雑化し、生産性を高めることが難しいといった問題があった。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、各冷媒回路における冷媒の気液の分布状態の均一化を図り、熱交換効率の向上を図ると共に、生産性の向上を図ることのできる熱交換器を提供することを目的とするものである。

上記した目的を達成するため、本発明は、気液二相状態の冷媒が複数の冷媒回路に分岐して流通するように構成された熱交換器であって、前記各冷媒回路の冷媒管の端部が貫通するヘッダプレートと、該ヘッダプレートに重合するカバープレートとを備えており、前記カバープレートには、凸部が形成され、前記ヘッダプレートと前記カバープレートとを重合すると、前記凸部の内側には、前記各冷媒回路の冷媒管から冷媒が流入する上流側空洞部と、前記各冷媒回路の冷媒管に冷媒が流出する下流側空洞部と、前記上流側空洞部と前記下流側空洞部とを連通する絞り部とが形成され、該絞り部の断面積は、前記上流側空洞部の各冷媒管の合計開口面積より小さくなっていることを特徴とする。

また、本発明は、気液二相状態の冷媒が複数の冷媒回路に分岐して流通するように構成された熱交換器であって、前記各冷媒回路の冷媒管の端部が貫通するヘッダプレートと、該ヘッダプレートに重合するカバープレートとを備えており、前記ヘッダプレート及びカバープレートには、それぞれ、凸部が形成され、前記ヘッダプレートと前記カバープレートとを重合すると、前記ヘッダプレートの凸部の内側には、前記各冷媒回路の冷媒管から冷媒が流入する上流側空洞部と、前記各冷媒回路の冷媒管に冷媒が流出する下流側空洞部と、前記ヘッダプレートの凸部と前記カバープレートの凸部との間において前記上流側空洞部と前記下流側空洞部とを連通する絞り部とが形成され、該絞り部の断面積は、前記上流側空洞部の各冷媒管の合計開口面積より小さくなっていることを特徴とする。

さらに、本発明は、気液二相状態の冷媒が複数の冷媒回路に分岐して流通するように構成された熱交換器であって、前記各冷媒回路の冷媒管の端部が貫通するヘッダプレートと、該ヘッダプレートに重合するカバープレートとを備えており、前記ヘッダプレートには、凹部が形成され、前記ヘッダプレートと前記カバープレートとを重合すると、前記凹部には、前記各冷媒回路の冷媒管から冷媒が流入する上流側空洞部と、前記各冷媒回路の冷媒管に冷媒が流出する下流側空洞部と、前記上流側空洞部と前記下流側空洞部とを連通する絞り部とが形成され、該絞り部の断面積は、前記上流側空洞部の各冷媒管の合計開口面積より小さくなっていることを特徴とする。

さらにまた、本発明は、気液二相状態の冷媒が複数の冷媒回路に分岐して流通するように構成された熱交換器であって、前記各冷媒回路の冷媒管の端部が貫通するヘッダプレートと、該ヘッダプレートに重合するカバープレートとを備えており、前記ヘッダプレート及びカバープレートには、それぞれ、凹部が形成され、前記ヘッダプレートと前記カバープレートとを重合すると、前記ヘッダプレートの凹部には、前記各冷媒回路の冷媒管から冷媒が流入する上流側空洞部と、前記各冷媒回路の冷媒管に冷媒が流出する下流側空洞部と、前記ヘッダプレートの凹部と前記カバープレートの凹部との間において前記上流側空洞部と前記下流側空洞部とを連通する絞り部とが形成され、該絞り部の断面積は、前記上流側空洞部の各冷媒管の合計開口面積より小さくなっていることを特徴とする。

さらに、上記した本発明において、前記冷媒回路は、空気の風上側に形成された第１の冷媒回路と、空気の風下側に形成された第２の冷媒回路とを備えていてもよい。

本発明によれば、各冷媒回路を流通する冷媒は、絞り部において、十分に混合され、気液の状態が均一化されるため、熱交換効率を高めることができる。

また、前記冷媒回路が空気の風上側に形成された第１の冷媒回路と空気の風下側に形成された第２の冷媒回路とを備えている場合には、冷媒管の配管経路が単純化され、熱交換器の組み立て及び製造作業の省力化を図ることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

先ず、図１及び図２を参照しつつ、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器について説明する。ここで、図１は本実施の形態に係る熱交換器の主要部を示す分解斜視図、図２は本実施の形態に係る熱交換器を示す平面図である。

本実施の形態に係る熱交換器１１は、空気の風上側に並設されたＵ字状の第１冷媒管１２ａと、空気の風下側に並設されたＵ字状の第２冷媒管１２ｂと、第１冷媒管１２ａ及び第２の冷媒管１２ｂが挿通する積層されたプレート状のフィン１３と、第１冷媒管１２ａ及び第２の冷媒管１２ｂの各端部１４ａ，１４ｂが貫通するヘッダプレート１５と、ヘッダプレート１５に重合し、ロウ付け接合されるカバープレート１６とを備えて構成されている。

カバープレート１６には、正面視で略Ｈ字状に凸部１７が形成されており、カバープレート１６がヘッダプレート１５に重合すると、凸部１７の内側に正面視で略Ｈ字状の空洞部１８が形成されるようになっている。この空洞部１８は、第１冷媒管１２ａ及び第２冷媒管１２ｂから冷媒が流入する上流側空洞部１８ａと、第１冷媒管１２ａ及び第２冷媒管１２ｂに冷媒が流出する下流側空洞部１８ｂと、上流側空洞部１８ａと下流側空洞部１８ｂとを連通する絞り部１８ｃとから構成されている。絞り部１８ｃは、上流側空洞部１８ａや下流側空洞部１８ｂより幅狭に形成されており、その断面積が、上流側空洞部１８ａの第１冷媒管１２ａと第２冷媒管１２ｂの合計開口面積より小さくなるように設定されている。

このように、熱交換器１１には、第１の冷媒管１２ａと空洞部１８とにより空気の風上側に第１の冷媒回路１９ａが形成される一方、第２の冷媒管１２ｂと空洞部１８とにより空気の風下側に第２の冷媒回路１９ｂが形成されるようになっている。

上記した構成を備えた熱交換器１１において、第１の冷媒管１２ａ及び第２の冷媒管１２ｂをそれぞれ流通した気液二相状態の冷媒は、空洞部１８において、上流側空洞部１８ａに流入した後、絞り部１８ｃを流通する。この時、前記冷媒は、絞り部１８ｃによって絞られ、十分に混合されるため、前記冷媒の気液の状態は均一化される。そして、このように絞り部１８ｃを通過した前記冷媒は、下流側空洞部１８ｂから第１の冷媒管１２ａと第２の冷媒管１２ｂとにそれぞれ分岐され、再び、第１の冷媒管１２ａ及び第２の冷媒管１２ｂを流通する。

なお、図３に示されているように、カバープレート１６の凸部１７に凹部２６を形成し、該凹部２６とヘッダプレート１５との間に、絞り部１８ｃが形成されるようにしてもよい。また、図４に示すように、ヘッダプレート１５とカバープレート１６に、それぞれ、凸部２７，２８を形成し、ベッダプレート１５の凸部２７とカバープレート１６の凸部２８との間に絞り部１８ｃが形成されるようにしてもよい。

次に、図５を参照しつつ、本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器について説明する。ここで、図５は本実施の形態に係る熱交換器を示す平面図である。なお、以下の説明では、説明の簡略化のため、上記した第１の実施の形態に係る熱交換器１１と同等の構成については、図５において、図１及び図２中と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係る熱交換器２１では、ヘッダプレート２２に凹部２３が形成されており、カバープレート（図示省略）は平板状に形成されている。そして、ヘッダプレート２２にカバープレートを重合すると、凹部２３に正面視で略Ｈ字状の空洞部２４が形成されるようになっている。この空洞部２４は、上流側空洞部２４ａと、下流側空洞部２４ｂと、上流側空洞部２４ａと下流側空洞部２４ｂとを連通する絞り部２４ｃとから構成されている。絞り部２４ｃは、上流側空洞部２４ａや下流側空洞部２４ｂより幅狭に形成されており、その断面積が、上流側空洞部２４ａの第１冷媒管１２ａと第２冷媒管１２ｂの合計開口面積より小さくなるように設定されている。

このように、熱交換器２１には、第１の冷媒管１２ａと空洞部２４とにより空気の風上側に第１の冷媒回路２５ａが形成される一方、第２の冷媒管１２ｂと空洞部２４とにより空気の風下側に第２の冷媒回路２５ｂが形成されるようになっている。

上記した構成を備えた熱交換器２１において、第１の冷媒管１２ａ及び第２の冷媒管１２ｂをそれぞれ流通した気液二相状態の冷媒は、空洞部２４において、上流側空洞部２４ａに流入した後、絞り部２４ｃを流通する。この時、前記冷媒は、絞り部２４ｃによって絞られ、十分に混合されるため、前記冷媒の気液の状態は均一化される。そして、このように絞り部２４ｃを通過した前記冷媒は、下流側空洞部２４ｂから第１の冷媒管１２ａと第２の冷媒管１２ｂとにそれぞれ分岐され、再び、第１の冷媒管１２ａ及び第２の冷媒管１２ｂを流通する。

なお、図６に示されているように、ヘッダプレート１５の凹部２３に凸部２９を形成し、該凸部２６とカバープレート１６との間に、絞り部２４ｃが形成されるようにしてもよい。また、図７に示すように、ヘッダプレート１５とカバープレート１６に、それぞれ、凹部３０，３１を形成し、ベッダプレート１５の凸部３０とカバープレート１６の凹部３１との間に絞り部２４ｃが形成されるようにしてもよい。

上記したように第１及び第２の実施の形態に係る熱交換器１１，２１によれば、第１の冷媒回路１９ａ及び第２の冷媒回路１９ｂを流通する冷媒は、空洞部１８，２４において、十分に混合され、気液の状態が均一化されるため、熱交換効率を高めることができる。

また、上記した各熱交換器１１，２１は、積層したフィン１３及び該フィン１３に重合したヘッダプレート１５に、第１の冷媒管１２ａ及び第２の冷媒管１２ｂを挿通した後、ヘッダプレート１５，２２にカバープレート１６を重合し、ロウ付け接合することにより製造されるため、熱交換器１１，２１の製造工数を削減することができ、製造コストの低減化が可能となる。また、ロウ付け接合箇所が減少し、製造が簡素化されるため、冷媒の漏出を確実に防止することができ、製品の信頼性を高めることができる。さらに、空気の風上側に第１の冷媒回路１９ａ，２５ａが形成され、空気の風下側に第２の冷媒回路１９ｂ，２５ｂが形成されているため、冷媒管１２ａ，１２ｂの配管経路が単純化され、熱交換器１１，２１の組み立て及び製造作業の省力化を図ることができる。

なお、上記した第１及び第２の実施の形態においては、Ｕ字状の冷媒管１２ａ，１２ｂを使用しているが、例えば、図８に示すように、直線状の冷媒管３２を使用し、該冷媒管３２の両端部において、カバープレート１６をヘッダプレート１５に接合するようにしてもよい。

また、上記した各実施の形態では、２系統の冷媒回路を備えた熱交換器１１，２１について説明したが、これは単なる例示に過ぎず、本発明は、３系統以上の複数の冷媒回路を備えた熱交換器にも適用可能である。

また、空洞部１８，２４の形状や構造は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、例えば、ヘッダプレートとカバープレートの両方にそれぞれ凸部を形成することにより空洞部を形成する等、各種変更が可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の主要部を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の別の例を示す正面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器のさらに別の例を示す正面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器の主要部を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器のさらに別の例を示す正面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器のさらに別の例を示す正面図である。 本発明の第１及び第２の実施の形態に係る熱交換器の別の例を示す正面図である。 従来例を示す正面図である。 従来例を示す平面図である。 別の従来例を示す平面図である。

符号の説明

１１ 熱交換器
１２ａ 第１の冷媒管
１２ｂ 第２の冷媒管
１４ａ 第１の冷媒管の端部
１４ｂ 第２の冷媒管の端部
１５ ヘッダプレート
１６ カバープイレート
１７ 凸部
１８ 空洞部
１８ａ 上流側空洞部
１８ｂ 下流側空洞部
１８ｃ 絞り部
１９ａ 第１の冷媒回路
１９ｂ 第２の冷媒回路
２１ 熱交換器
２２ ヘッダプレート
２３ 凹部
２４ 空洞部
２４ａ 上流側空洞部
２４ｂ 下流側空洞部
２４ｃ 絞り部
２５ａ 第１の冷媒回路
２５ｂ 第２の冷媒回路

Claims (5)

1. 気液二相状態の冷媒が複数の冷媒回路に分岐して流通するように構成された熱交換器であって、
   前記各冷媒回路の冷媒管の端部が貫通するヘッダプレートと、該ヘッダプレートに重合するカバープレートとを備えており、前記カバープレートには、複数の凸部が一体に形成され、前記ヘッダプレートと前記カバープレートとを重合すると、前記各凸部の内側には、前記各冷媒回路の冷媒管から冷媒が流入する上流側空洞部と、前記各冷媒回路の冷媒管に冷媒が流出する下流側空洞部と、前記上流側空洞部と前記下流側空洞部とを連通する絞り部と、により略Ｈ字状の空洞部が形成され、該絞り部の断面積は、前記上流側空洞部の各冷媒管の合計開口面積より小さくなっており、前記絞り部により前記冷媒の気液の状態が均一化されるように構成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 気液二相状態の冷媒が複数の冷媒回路に分岐して流通するように構成された熱交換器であって、
   前記各冷媒回路の冷媒管の端部が貫通するヘッダプレートと、該ヘッダプレートに重合するカバープレートとを備えており、前記ヘッダプレート及びカバープレートには、それぞれ、複数の凸部が一体に形成され、前記ヘッダプレートと前記カバープレートとを重合すると、前記カバープレートの各凸部の内側には、前記各冷媒回路の冷媒管から冷媒が流入する上流側空洞部と、前記各冷媒回路の冷媒管に冷媒が流出する下流側空洞部と、前記ヘッダプレートの凸部と前記カバープレートの凸部との間において前記上流側空洞部と前記下流側空洞部とを連通する絞り部と、により略Ｈ字状の空洞部が形成され、該絞り部の断面積は、前記上流側空洞部の各冷媒管の合計開口面積より小さくなっており、前記絞り部により前記冷媒の気液の状態が均一化されるように構成されていることを特徴とする熱交換器。
3. 気液二相状態の冷媒が複数の冷媒回路に分岐して流通するように構成された熱交換器であって、
   前記各冷媒回路の冷媒管の端部が貫通するヘッダプレートと、該ヘッダプレートに重合するカバープレートとを備えており、前記ヘッダプレートには、複数の凹部が一体に形成され、前記ヘッダプレートと前記カバープレートとを重合すると、前記各凹部には、前記各冷媒回路の冷媒管から冷媒が流入する上流側空洞部と、前記各冷媒回路の冷媒管に冷媒が流出する下流側空洞部と、前記上流側空洞部と前記下流側空洞部とを連通する絞り部と、により略Ｈ字状の空洞部が形成され、該絞り部の断面積は、前記上流側空洞部の各冷媒管の合計開口面積より小さくなっており、前記絞り部により前記冷媒の気液の状態が均一化されるように構成されていることを特徴とする熱交換器。
4. 気液二相状態の冷媒が複数の冷媒回路に分岐して流通するように構成された熱交換器であって、
   前記各冷媒回路の冷媒管の端部が貫通するヘッダプレートと、該ヘッダプレートに重合するカバープレートとを備えており、前記ヘッダプレート及びカバープレートには、それぞれ、複数の凹部が一体に形成され、前記ヘッダプレートと前記カバープレートとを重合すると、前記ヘッダプレートの各凹部には、前記各冷媒回路の冷媒管から冷媒が流入する上流側空洞部と、前記各冷媒回路の冷媒管に冷媒が流出する下流側空洞部と、前記ヘッダプレートの凹部と前記カバープレートの凹部との間において前記上流側空洞部と前記下流側空洞部とを連通する絞り部と、により略Ｈ字状の空洞部が形成され、該絞り部の断面積は、前記上流側空洞部の各冷媒管の合計開口面積より小さくなっており、前記絞り部により前記冷媒の気液の状態が均一化されるように構成されていることを特徴とする熱交換器。
5. 前記冷媒回路は、空気の風上側に形成された第１の冷媒回路と、空気の風下側に形成された第２の冷媒回路とを備えている請求項１又は２に記載の熱交換器。
   

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