JP6656950B2 - 熱交換器及び空気調和機 - Google Patents
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Description
例えば特許文献1には、折り返す冷媒が導入されるヘッダ内の各領域の下部に上記接続管が接続された熱交換器が開示されている。
即ち、本発明の第一態様に係る熱交換器は、水平方向に延びて内部に冷媒が流通するとともに上下方向に間隔をあけて複数が配列された第一伝熱管と、上下方向に延びる筒状をなしてこれら第一伝熱管の一端が連通状態で接続される第一ヘッダ部と、水平方向に延びて内部に冷媒が流通するとともに上下方向に間隔をあけて複数が配列された第二伝熱管と、上下方向に延びる筒状をなしてこれら前記第二伝熱管の一端が連通状態で接続されているとともに、前記第一接続管及び前記第二接続管を介して前記第一ヘッダ部から供給される前記冷媒が混合される第二ヘッダ部と、前記第一ヘッダ部の下部と前記第二ヘッダ部の上部とを接続する第一接続管と、前記第一ヘッダ部の上部と前記第二ヘッダ部の下部とを接続する第二接続管と、をさらに備えることを特徴とする。
これにより、第二ヘッダ部内では、上部から液相分が多い冷媒が降り注ぎ、下部からは気相分が多い冷媒が吹き上げることになる。そのため、液相分及び気相分の混合が促進され、第二ヘッダ部内の上下方向全域で冷媒密度が均一化される。したがって、第二ヘッダ部に接続された複数の伝熱管に供給する冷媒分配の均等化を図ることができる。
また、冷媒から分離した油分は、第二接続管を介して第二ヘッダ部内に貯留されることなく第一ヘッダ部に導かれる。これにより油分を再度冷媒中に混合させることができるため、冷媒からの油分不足を抑制することが可能となる。
図1に示すように、空気調和機1は、圧縮機2、室内熱交換器3(熱交換器10)、膨張弁4、室外熱交換器5(熱交換器10)、四方弁6、及び、これらを接続する配管7を備えており、これらからなる冷媒回路を構成している。
室内熱交換器3は、冷媒と室内の空気との間で熱交換を行う。室内熱交換器3は、冷房運転時には蒸発器として用いられ室内から吸熱し、暖房運転時には凝縮器として用いられ室内へ放熱する。室外熱交換器5は、冷媒と室外の空気との間で熱交換を行う。
膨張弁4は、凝縮器で熱交換をすることで液化した高圧の冷媒を膨張させることで低圧化する。
室外熱交換器5は、冷房運転時には、凝縮器として用いられ室外へ放熱し、暖房運転時には、蒸発器として用いられ室外から吸熱する。
四方弁6は、暖房運転時と冷房運転時とで冷媒の流通する方向を切り替える。これにより、冷房運転時には、冷媒が、圧縮機2、室外熱交換器5、膨張弁4及び室内熱交換器3の順に循環する。一方、暖房運転時には、冷媒が、圧縮機2、室内熱交換器3、膨張弁4及び室外熱交換器5、の順に循環する。
熱交換器10は、複数の伝熱管20、複数のフィン23、一対のヘッダ30、第一接続管55、及び第二接続管56を備える。
本実施形態では、各伝熱管20は扁平管状をなしており、伝熱管20の内部には、該伝熱管20の延在方向に直交する水平方向に並設された複数の流路が形成されている。これら複数の流路は互いに平行に配列されている。これにより、伝熱管20の延在方向に直交する断面の外形は、伝熱管20の延在方向に直交する水平方向を長手方向とした扁平状とされている。
ここで、出入口側ヘッダ40に接続された複数の伝熱管20のうち、下部出入領域42と連通状態で接続されている伝熱管20は、第一伝熱管21とされており、上部出入領域43と連通状態で接続されている伝熱管20は、第二伝熱管22とされている。
ヘッダ本体51は、上下方向に延びる筒状をなす部材であって、上端及び下端が閉塞されている。主仕切板54は、ヘッダ本体51内に設けられ、該ヘッダ本体51内の空間を上下二つの領域に区画している。ヘッダ本体51の主仕切板54の下方の部分は第一ヘッダ部52とされており、ヘッダ本体51の主仕切板54の上方の部分は第二ヘッダ部53とされている。即ち、本実施形態では、ヘッダ本体51内が主仕切板54によって区画されることで、折り返し側ヘッダ50に、それぞれ内部に空間を有する第一ヘッダ部52及び第二ヘッダ部53が形成されている。換言すれば、第一ヘッダ部52及び第二ヘッダ部53によって折り返し側ヘッダ50が構成されている。
また、第一接続管55の他端は、第二ヘッダ部53に接続された複数の第二伝熱管22のうちの最も上方に位置する第二伝熱管22の第二ヘッダ部53への接続箇所に対して、上下方向で少なくとも一部が重なる位置(水平方向から見て少なくとも一部が重なる位置)で第一ヘッダ部52に接続されていることが好ましい。
また、第二接続管56の他端は、第二ヘッダ部53に接続された複数の第二伝熱管22のうちの最も下方に位置する第二伝熱管22の第二ヘッダ部53への接続箇所に対して、上下方向で少なくとも一部が重なる位置(水平方向から見て少なくとも一部が重なる位置)で第一ヘッダ部52に接続されていることが好ましい。
なお、熱交換器10が室内熱交換器3の場合は空気調和機1の冷房運転時に蒸発器として用いられることになり、室外熱交換器5の場合には空気調和機1の暖房運転時に蒸発器として用いられることになる。
なお、熱交換器10が室内熱交換器3の場合は空気調和機1の暖房運転時に凝縮器として用いられることになり、室外熱交換器5の場合には空気調和機1の冷房運転時に凝縮器として用いられることになる。
この点、本実施形態では、上記の通り、第一ヘッダ部52内での気液割合の均一化が図られるため、熱交換器10を凝縮器として用いる場合の上記不都合を抑制することができる。
図6及び図7に示すように、第二実施形態の熱交換器60は、折り返し側ヘッダ50がさらに第二ヘッダ仕切板61を備えている点で第一実施形態と相違する。
上記連通孔62は、第二ヘッダ仕切板61の水平方向の中央に形成されていてもよいし、中央から外れて形成されていてもよい。
即ち、第一実施形態の熱交換器10の場合、第二ヘッダ部53の上部から供給される気相分が多く密度の大きい冷媒は重力により第二ヘッダ部53の下部へ速やかに落ちてきてしまうため、第二ヘッダ部53の下部にてやはり液相分が多くなってしまうこともある。特に、第二ヘッダ部53の上部から供給される冷媒量が多い場合はより顕著となる。
また、複数の第二ヘッダ仕切板61を設ける場合には、各第二ヘッダ仕切板61に形成される連通孔62は、上下方向から見て互いに重ならない位置に形成されることが好ましい。これによって、各領域において液相分をより効果的に滞留させることができ、各領域での気液混合をより効率的に行うことが可能となる。
図8〜図10に示すように、第三実施形態の熱交換器70は、折り返し側ヘッダ50がさらに第一ヘッダ仕切板71を備えている点で第一実施形態と相違する。
第一ヘッダ部52内に第一伝熱管21を経て導入される冷媒は、第一伝熱管21毎に気液の割合が異なる場合がある。特に、図9に示すように、上方に位置する第一伝熱管21から第一ヘッダ部52内に導入される冷媒程気相分が多く、下方に位置する第一伝熱管21から第一ヘッダ部52内に導入される冷媒程液相分が多い。そのため、第一ヘッダ仕切板71によって第一ヘッダ部52内を第一下部領域72、第一上部領域73に仕切ることによって、第一接続管55、第二接続管56を介して第二ヘッダ部53内の下部、上部に供給される冷媒の気相、液相割合を安定させることができる。
また、第一ヘッダ仕切板71の上下方向位置を調整することで、第二ヘッダ部53内の下部、上部に供給される冷媒の気液割合や流量を所望の値に調整することができる。
本実施形態では、第一ヘッダ部52内の第一下部領域72に気相分の多い冷媒が供給され、第一上部領域73に液相分の多い冷媒が供給される。
そのため、上述の通りヘッダ30差によって、複数の第一伝熱管21のうち下方に位置する第一伝熱管21の流量が小さく冷却効果が相対的に大きい場合、当該第一伝熱管21を流通する冷媒は気相分が多いため、冷媒を過冷却させることなく、適切に凝縮させることができる。一方、ヘッダ30差によって複数の第一伝熱管21のうち上方に位置する第一伝熱管21の流量が大きく冷却効果が相対的に小さい場合でも、当該第一伝熱管21を流通する冷媒は既に凝縮した液相分が多いため、不都合はない。
したがって、熱交換器70全体としてより効率的に冷媒を凝縮させることができる。
第四実施形態の熱交換器80は、第一接続管81、第二接続管82の形状が、図11に示すように、扁平管状をなしている点で第一〜第三実施形態と相違する。
また、例えば図15に示す第四変形例のように、折り返しヘッダ30に上下に隣り合う第一ヘッダ部52及び第二ヘッダ部53を設けるとともに、これら第一ヘッダ部52及び第二ヘッダ部53を上下から挟み込むように第一ヘッダ部52及び第二ヘッダ部53を設け、これに対応するように出入口側ヘッダ40内を区画した構成であってもよい。
2 圧縮機
3 室内熱交換器
4 膨張弁
5 室外熱交換器
6 四方弁
7 配管
10 熱交換器
20 伝熱管
21 第一伝熱管
22 第二伝熱管
23 フィン
30 ヘッダ
40 出入口側ヘッダ
41 仕切板
42 下部出入領域
43 上部出入領域
50 折り返し側ヘッダ
51 ヘッダ本体
52 第一ヘッダ部
53 第二ヘッダ部
54 主仕切板
55 第一接続管
56 第二接続管
60 熱交換器
61 第二ヘッダ仕切板
62 連通孔
63 第二下部領域
64 第二上部領域
70 熱交換器
71 第一ヘッダ仕切板
72 第一下部領域
73 第一上部領域
80 熱交換器
81 第一接続管
82 第二接続管
Claims (6)
- 水平方向に延びて内部に冷媒が流通するとともに上下方向に間隔をあけて複数が配列された第一伝熱管と、
上下方向に延びる筒状をなしてこれら第一伝熱管の一端が連通状態で接続される第一ヘッダ部と、
水平方向に延びて内部に冷媒が流通するとともに上下方向に間隔をあけて複数が配列された第二伝熱管と、
上下方向に延びる筒状をなしてこれら前記第二伝熱管の一端が連通状態で接続されているとともに、前記第一接続管及び前記第二接続管を介して前記第一ヘッダ部から供給される前記冷媒が混合される第二ヘッダ部と、
前記第一ヘッダ部の下部と前記第二ヘッダ部の上部とを接続する第一接続管と、
前記第一ヘッダ部の上部と前記第二ヘッダ部の下部とを接続する第二接続管と、をさらに備える熱交換器。 - 前記第二ヘッダ部内の空間を、前記第一接続管と連通する第二上部領域と前記第二接続管と連通する第二下部領域とに区画するとともに、上下に貫通する連通孔が形成された第二ヘッダ仕切板をさらに備える請求項1に記載の熱交換器。
- 前記第一ヘッダ部内の空間を、前記第一接続管に連通する第一下部領域と、前記第二接続管に連通する第一上部領域とに区画する第一ヘッダ仕切板をさらに備え、
前記第一下部領域と前記第一上部領域とのそれぞれに、前記第一伝熱管の一端が連通状態で接続されている請求項1又は2に記載の熱交換器。 - 前記第一接続管と前記第二接続管の少なくとも一方が、内部に互いに間隔をあけて複数配列された流路を有する扁平管状をなしている請求項1から3のいずれか一項に記載の熱交換器。
- 前記第一ヘッダ部は、上下方向に延びる筒状をなすヘッダ本体と該ヘッダ本体内を上下に区画する主仕切板とを有するヘッダにおける前記主仕切板の下方の部分であって、
前記第二ヘッダ部は、前記ヘッダにおける前記主仕切板の上方の部分である請求項1から4のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の熱交換器を備える空気調和機。
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