JP5545160B2

JP5545160B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP5545160B2
Application number: JP2010227385A
Authority: JP
Inventors: 真治中出口; 典宏米田; 浩招牧野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2030-10-07
Also published as: JP2012082986A

Description

この発明は、熱交換器に関し、特に扁平管を用いた熱交換器に関するものである。

特許文献１に開示されている扁平管を用いた熱交換器の継手においては、円管部材の先端を左右対称の扇状に拡管して扁平管に連結している。また、特許文献２に開示されている扁平管を用いた熱交換器では冷媒制御弁を用いて扁平管に流す冷媒流体の流量を制御している。

特開昭５９−４７２３３号公報特開昭５９−１７６５５４号公報

特許文献１のように、円管部材の先端を左右対称の扇状に拡管した場合の継手においては、扁平管の断面において中央部の微細流路に冷媒流体が流れやすい。また、特許文献２のように扁平管に流す冷媒流体の流量を制御して適正化するには制御弁等を追加する必要がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、継手の構造に関する。継手の扁平管との接合部のみを拡管し、扁平形状部を円管部に対して偏心させて成形することで、扁平管の微細流路に流れる冷媒流体の流量を制御することを目的とするものである。

前記課題を解決する為に、本願に係る熱交換器は、複数段にわたって並列に配置されている扁平管と、片端が扁平管と接合されている扁平管継手を備えている熱交換器において、扁平管継手は一端に扁平管に係合する扁平形状部と別端に円形形状の円管部を有しており、円管部と扁平形状部をつなぐ連絡部は円管部から扁平形状部に向かって拡管されていて、扁平形状部と円管部は偏心し、連絡部は、片側は直線状であり、別側は円管部から一様に扁平形状部に向かって広がっているものである。

この発明に係る扁平管継手を用いた熱交換器によれば、継手が微細流路に流れる冷媒流体の流量を調整することにより、熱交換性能の良い熱交換器を提供することができる。

この発明の実施の形態に係る熱交換器の全体構成を示す斜視図である。この発明の実施の形態に係る扁平管の微細流路構造を示す断面図である。この発明の実施の形態１に係る扁平管継手の構造を示す外観斜視図である。この発明の実施の形態に係る熱交換器の空気の流れを説明するための図である。この発明の実施の形態２に係る扁平管継手の構造を示す外観斜視図である。この発明の実施の形態３に係る扁平管継手の構造を示す外観斜視図である。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。尚、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態に係る扁平管継手を使用した熱交換器を示す斜視図である。熱交換器２０は扁平管１と扁平管継手２と放熱フィン３から構成されている。扁平管１は複数段にわたって並列配置されている。扁平管１と隣り合う他の扁平管１は、端部において扁平管継手２により接合されている。扁平管継手２を接続しない扁平管１の端部はＵ字状に折り曲げられている場合とＵ字状扁平管継手８で連絡されている場合がある。扁平管１には放熱フィン３が設けられている。

図２は扁平管１の断面を示している。扁平管１の外周部は曲部４４ａと平坦部４５ａから構成されている。扁平管１の断面は微細流路１０で区切られている。この例では、扁平管１は縦方向に施設された３枚の隔壁４２で４つの微細流路１０に区切られている。冷媒流体４３は微細流路１０を通過する間に壁面（曲部４４ａと平坦部４５ａ）へ熱を渡し熱交換する。熱は扁平管１に設けられた放熱フィン３を伝って外気へ放出される。

図３は直管状の扁平管継手の斜視図を示している。扁平管継手２は、扁平形状部４と連結部７と円管部５とから構成されている。扁平形状部４は、円管の一端部に拡管加工を施して扁平形状に形成したものである。扁平形状部４の中心は円管部５の中心に対して偏心していて、この偏心量は任意で選択できる。連結部７には傾斜が小さい側６と傾斜が大きい側９を形成してある。扁平形状部４は扁平管１との接合部になる。

円管部５を通ってきた冷媒流体は、流動抵抗が小さくなる傾斜が小さい側６に多く流れる。円管部５を流れる冷媒流体は扁平形状部４を通過する際に流動抵抗が異なるため偏流が生じる。扁平形状部４に扁平管１を挿入し、扁平管１と扁平管継手２とをろう付等の方法により接合する。傾斜が小さい側６はここでは直線状である。扁平管継手２の外周部は曲部４４ｂと平坦部４５ｂから構成されている。曲部４４ｂの内周側に曲部４４ａの外周が当接する。平坦部４５ｂの内周側に平坦部４５ａが当接する。

熱交換器の作用について図４に基づいて説明する。図４は熱交換器の扁平管継手が並列に配置された部分を拡大して表示したものである。熱交換器２０は、扁平管継手２の連絡部７の傾斜が小さい側６が、熱交換器２０を通過する図中の矢印で示した空気流の風上側となるよう配置されていることが好ましい。円管部５を通ってきた冷媒流体は、流動抵抗が小さな傾斜が小さい側６に多く流れる。

熱交換器２０の扁平管１の外側を通過する空気流は、扁平管１の風上側に衝突し扁平管の側面に沿って風下側へと流れる。空気流が扁平管１に衝突する先端は温度境界層が薄いため、扁平管１の外周部の中では熱伝達率が最も大きくなる。扁平管１の内部を通過する冷媒流体は風下側と比較して風上側の熱交換量が大きい。冷媒流体は扁平管１を通過しきるまでに相変化することが考えられる。

熱交換器２０が凝縮器として用いられる場合、冷媒流体は気相から液層となる。熱交換器２０が蒸発器として用いられる場合は、冷媒流体は液層から気相へ変化する。相変化は急激な密度変化を伴うので、扁平管１の風上側の流路のみが扁平管１の途中で相変化した場合にその他の流路と大きく流量が異なるようになる。凝縮器として用いられる場合は気相から液層となるため風上側の流路を流れる冷媒流体の流量が低下する。

このため、最も熱交換効率の良い流路の流量が低下し、熱交換器の性能が低下する傾向にある。本実施の形態では風上側に流動抵抗が小さな、傾斜が小さい側６を配置しているので風下側に比べて冷媒流体は風上側に多く流れる。

以上のように、本実施の形態に係る熱交換器によれば、扁平管の風上側に流れる冷媒流体の流量低下を軽減できるので熱交換器の熱交換性能の低下を防止できる。扁平管継手の内面の流路において、左右対称の扇状に拡管したのち、どちらか一方を円管部まで狭く成形することで、扁平管の微細流路に流れる冷媒流体の流量を制御している。扁平管継手の扁平形状部の傾斜が小さい側が、熱交換器を通過する空気流の風上側となるよう配置し、ろう付などの方法で接続することで、風上側に流れる冷媒流体の流量低下を抑制し熱交換性能の良い熱交換器を得られる。

実施の形態２．
直線状の扁平管継手の別の形態について図５に基づいて説明する。扁平管継手３０は、円管の片方の端部に拡管加工を施して扁平形状部４を形成したものである。扁平形状部４は扁平管１との接合部となる。連絡部３１は円管部５を起点に扇状に形成されている。実施の形態２では、連絡部３１の扇状部分の一方側を押しつぶし、円管部５と接続する狭小成形部３２を設けている。

円管部５を通ってきた冷媒流体は、流動抵抗が小さな流路である狭小成形部３２よりも流動抵抗が小さい断面積の大きい方に多く流れる。円管部５を流れる冷媒流体は連絡部３１を通過する際に流動抵抗が異なるため偏流が生じる。扁平形状部４に扁平管１を挿入し、扁平管１と扁平管継手３０とをろう付等の方法により接合する。なお、扁平形状部４の流路を狭くする成形量は任意で選択できる。

熱交換器２０の扁平管１に扁平管継手３０を接続する場合、連絡部３１の内部流路の大きい扇形状側３７を、熱交換器２０を通過する空気流の風上側となるよう配置ことが好ましい。扁平管１と扁平管継手３０は、ろう付などの方法で接続される。

実施の形態３．
図６に扁平管継手の別の形態を示す。Ｕ字状の扁平管継手８は円管部をＵ字状に折り曲げた構造を有する。Ｕ字状の扁平管継手８は円管をＵ字状に折り曲げ、両方の端部を、直線状の扁平管継手２と同様に扁平形状にしたものである。Ｕ字状の扁平管継手８は隣り合う扁平管１に挿入され、ろう付等で接合される。熱交換器ではこのＵ字状の扁平管継手８を用いることにより、隣り合う扁平管１の折り返しの流路を形成する。直線状の扁平管継手２との組み合わせにより、熱交換器に効率良く冷媒流体を流す配管設計が可能となる。

以上のように、本実施の形態に係る扁平管継手によれば、扁平管１に流れる冷媒流体に偏流を生じさせて微細流路に流れる冷媒流体量を変化させることが可能となり、扁平管１の断面において冷媒流体量が中央に偏ることを防止できる。

１扁平管、２扁平管継手、３放熱フィン、４扁平形状部、５円管部、６傾斜が小さい側、７連絡部、８扁平管継手、９傾斜が大きい側、１０微細流路、２０熱交換器、３０扁平管継手、３２狭小成形部

Claims

複数段にわたって並列に配置されている扁平管と、片端が前記扁平管と接合されている扁平管継手を備えている熱交換器において、
前記扁平管継手は一端に前記扁平管に係合する扁平形状部と別端に円形形状の円管部を有しており、前記円管部と前記扁平形状部をつなぐ連絡部は前記円管部から前記扁平形状部に向かって拡管されていて、前記扁平形状部と前記円管部は偏心し、
前記連絡部は、片側は直線状であり、別側は前記円管部から一様に前記扁平形状部に向かって広がっていることを特徴とする熱交換器。
扁平管継手の直線状の部分が熱交換器の風上側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
複数段にわたって並列に配置されている扁平管と、片端が前記扁平管と接合されている扁平管継手を備えている熱交換器において、
前記扁平管継手は一端に前記扁平管に係合する扁平形状部と別端に円形形状の円管部を有しており、前記円管部と前記扁平形状部をつなぐ連絡部は前記円管部から前記扁平形状部に向かって拡管されていて、前記扁平形状部と前記円管部は偏心し、
前記連絡部は、片側は前記円管部から前記扁平形状部に向かって一様に広がっており、別側は押しつぶされていて細くなっていることを特徴とする熱交換器。
扁平管継手の一様に広がっている部分が熱交換器の風上側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
両端に扁平管を係合する扁平形状部を有していて、扁平形状部と扁平形状部をつなぐ連絡部は円形形状を保持するU字状の扁平管継手をさらに備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。
扁平管の周囲にはフィンが配設されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器。
扁平管は内部が複数の流路に区画されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器。