JP7081417B2 - 熱交換器 - Google Patents
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Description
なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
<第1実施形態>
はじめに、第1実施形態の熱交換器について説明する。はじめに、本実施形態の熱交換器が用いられる冷凍サイクル装置の概略構成について説明する。
圧縮部2は、蒸発部5から冷媒を吸引して圧縮するとともに、圧縮した冷媒を凝縮部3に吐出する。凝縮部3は、圧縮部2により圧縮された高温の冷媒と空気との間で熱交換を行うことにより、高温の冷媒を冷却して凝縮させる。減圧部4は、凝縮部3にて冷却された冷媒を減圧する。蒸発部5は、減圧部4により減圧された冷媒と空気との間で熱交換を行うことにより冷媒を蒸発させるとともに、その蒸発潜熱により空気を冷却する。
次に、本実施形態の熱交換器6の構造について具体的に説明する。
複数のチューブ10のうち、中央よりも右側に配置される複数の第1チューブ11は凝縮部3を構成している。また、複数のチューブ10のうち、中央よりも左側に配置される複数の第2チューブ12は蒸発部5を構成している。さらに、第1チューブ11及び第2チューブ12の間には中間チューブ13が配置されている。
各ヘッダタンク20,30は、チューブ積層方向Xに延びるように形成された筒状の部材からなる。第1ヘッダタンク20は、第1チューブ11、第2チューブ12、及び中間チューブ13のそれぞれの上端部に接続されている。第2ヘッダタンク30は、第1チューブ11、第2チューブ12、及び中間チューブ13のそれぞれの下端部に接続されている。ヘッダタンク20,30は、凝縮部3としての第1チューブ11、蒸発部5としての第2チューブ12、及び中間チューブ13を一体的に組み付けている。
熱交換器6には、第1チューブ11と中間チューブ13との間の隙間、及び第2チューブ12と中間チューブ13との間の隙間を閉塞する閉塞部材50が設けられている。閉塞部材50は、送風機7から送風される空気が第1チューブ11と中間チューブ13との間の隙間、及び第2チューブ12と中間チューブ13との間の隙間に流れることを防止する。このような構造により、送風機7から熱交換器6に送風される空気は、第1チューブ11,11の隙間、及び第2チューブ12,12の間の隙間のみを流れるようになっている。
図2に示されるように、熱交換器6では、圧縮部2により圧縮された冷媒が流入口40を通じて第1ヘッダタンク20の第1内部通路231に流入する。第1ヘッダタンク20の第1内部通路231に流入した冷媒は、右側第1チューブ111、第2ヘッダタンク30の第1内部通路331、左側第1チューブ112を順に流れる。右側第1チューブ111及び左側第1チューブ112を冷媒が流れる際、それらの外部を流れる空気と冷媒との間で熱交換が行われることにより、冷媒が凝縮されて冷却される。このように、熱交換器6では、第1チューブ11が凝縮部3として機能する。
一方、図2に示されるように、熱交換器6では、隣り合う第1チューブ11,11の間にアウターフィン91が設けられている。そのため、隣り合う第1チューブ11,11の間では、空気を介して熱が伝達されるだけでなく、アウターフィン91を介して熱が伝達される。したがって、隣り合う第1チューブ11,11の間の熱抵抗は、アウターフィン91が存在しない場合よりも、アウターフィン91が存在した場合の方が小さくなる。隣り合う第2チューブ12,12の間の熱抵抗に関しても同様である。
(1)熱抵抗構造60により、第1チューブ11と第2チューブ12との間の熱抵抗、換言すれば凝縮部3と蒸発部5との間の熱抵抗を増加させることができるため、それらの間で熱交換が行われ難くなる。そのため、凝縮部3及び蒸発部5を一体的に有する構造であっても、熱交換器6における凝縮能力及び蒸発能力の低下を抑制することができる。
次に、第1実施形態の熱交換器6の第1変形例について説明する。
図5に示されるように、本変形例では、熱交換器6よりも空気流れ方向の上流側に2つの送風機7a,7bが配置されている。
送風機7bは、熱交換器6の蒸発部5に対向するように配置されている。送風機7bと蒸発部5との間には、送風機7bから送風される空気を蒸発部5に導くためのガイド壁8e,8fが設けられている。
次に、第1実施形態の熱交換器6の第2変形例について説明する。
本変形例では、中間チューブ13として、図3(A)に示される第1チューブ11及び第2チューブ12と同一の流路断面積を有している。但し、図6に示されるように、中間チューブ13の一部には、その内径が他の部分よりも小さくなるように潰された縮経部130が形成されている。この中間チューブ13では、冷媒が縮経部130を通過する際に減圧される。すなわち、縮経部130が減圧部4として機能する。
(第3変形例)
次に、第1実施形態の熱交換器6の第3変形例について説明する。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態の熱交換器6について説明する。以下、第1実施形態の熱交換器6との相違点を中心に説明する。
なお、熱抵抗部材71,72は、同一の熱抵抗を有するものであってもよいし、互いに異なる熱抵抗を有するものであってもよい。
(5)熱抵抗構造60は、凝縮部3と中間チューブ13との間に形成される隙間に設けられる熱抵抗部材71、及び蒸発部5と中間チューブ13との間に形成される隙間に設けられる熱抵抗部材72からなる。このような構成によれば、熱抵抗部材71,72の材質や形状等の変更により、熱抵抗を任意に変更することができるため、設計の自由度を向上させることができる。
次に、第2実施形態の熱交換器6の変形例について説明する。
熱抵抗部材71,72としては、図11に示される形状を有するものに限らず、例えば図12~図14に示されるような形状を有するものを採用することができる。図12に示される熱抵抗部材71,72は、平板状の部材からなる。図13に示される熱抵抗部材71,72は、チューブ長手方向Zに直交する断面形状が凹字状に形成された部材からなる。図14に示される熱抵抗部材71,72は、チューブ長手方向Zに直交する断面形状がL字状に形成された部材からなる。
次に、第3実施形態の熱交換器6について説明する。以下、第1実施形態の熱交換器6との相違点を中心に説明する。
図15に示されるように、本実施形態の熱交換器6では、矢印Xで示される方向に積層配置される複数のドロンカッププレート81,82により構成されている。
図15に示されるように、ドロンカッププレート81,82のそれぞれの一端部には、X軸方向に突出するように連結部811,821が形成されている。各ドロンカッププレート81,82の連結部811,821はX軸方向に接合されている。各ドロンカッププレート81,82の連結部811,821の内部に形成される空間が、連結部811,821をX軸方向に貫通するように形成された貫通孔によりX軸方向に互いに連通されることで第1ヘッダタンク20が構成されている。
隣り合う第1チューブ11,11の間には、アウターフィン93がろう付けにより接合されている。隣り合う第2チューブ12,12の間にも、同様にアウターフィン94がろう付けにより接合されている。第1チューブ11と中間チューブ13との間には、アウターフィンが設けられておらず、隙間が形成されている。同様に、第2チューブ12と中間チューブ13との間にも、アウターフィンが設けられておらず、隙間が形成されている。
この熱交換器6では、圧縮部2により圧縮された冷媒が、図示しない流入口を通じて第1ヘッダタンク20の第1内部通路251から第1チューブ11に流入する。第1チューブ11を冷媒が流れる際、第1チューブ11の外部を流れる空気と冷媒との間で熱交換が行われることにより、冷媒が凝縮されて冷却される。このように、熱交換器6では、第1チューブ11が凝縮部3として機能する。
以上説明した本実施形態の熱交換器6であっても、第1実施形態の熱交換器6と同一又は類似の作用及び効果を得ることができる。
次に、第3実施形態の熱交換器6の第1変形例について説明する。なお、本変形例では、X軸方向が鉛直方向となっている。
図17に示されるように、本変形例の熱交換器6の底部には、ドレンパン83が設けられている。蒸発部5では、冷媒と空気との間の熱交換により空気が冷却されることにより、ドロンカッププレート81,82の表面に凝縮水が生成される。この凝縮水は、ドロンカッププレート81,82の外周面から鉛直方向下方に落下することにより、ドレンパン83に貯められる。
このような構成によれば、蒸発部5において生成される凝縮水を、凝縮部3において効率的に蒸発させることができるため、凝縮水の排水性を向上させることができる。
次に、第2実施形態の熱交換器6の第3変形例について説明する。
図18に示されるように、本実施形態の凝縮部3を構成するドロンカッププレート81,82の外周部分810には、複数の凹状の溝815が形成されている。図19に示されるように、溝815は、ドロンカッププレート81,82の外周部分810をX軸方向に貫通するように形成されている。これにより、蒸発部5において生成される凝縮水は溝815を通じて鉛直方向下方に落下するようになっている。溝815を通じて鉛直方向下方に落下した冷却水は、熱交換器6の凝縮部3に接触することにより蒸発する。あるいは、溝815を通じて鉛直方向下方に落下した冷却水は、第2実施形態のドレンパン83に貯められることにより、凝縮部3と熱交換して蒸発する。
(第3変形例)
次に、第3実施形態の熱交換器6の第3変形例について説明する。
<第4実施形態>
次に、第4実施形態の熱交換器6について説明する。以下、第1実施形態の熱交換器6との相違点を中心に説明する。
具体的には、第1ヘッダタンク20には、第1隔壁21と、第2隔壁22と、絞り部26が設けられている。第1隔壁21、第2隔壁22、及び絞り部26により、第1ヘッダタンク20の内部通路は、第1内部通路271、第2内部通路272、第3内部通路273、及び第4内部通路274に区画されている。第2内部通路272、及び第3内部通路273は、絞り部26を通じて互いに連通されている。絞り部26としては、図23に示されるオリフィス260や、図24に示されるノズル261等を用いることができる。
隣り合う第1チューブ11,11の間にはアウターフィン91が設けられている。同様に、隣り合う第2チューブ12,12の間にもアウターフィン92が設けられている。これに対し、第1チューブ11と第2チューブ12との間にはアウターフィンが設けられていない。
本実施形態の熱交換器6では、流入口40から流入した冷媒が、第1ヘッダタンク20の第1内部通路271、右側第1チューブ111、第2ヘッダタンク30の第1内部通路371、左側第1チューブ112、及び第1ヘッダタンク20の第2内部通路272を順に流れる。右側第1チューブ111及び左側第1チューブ112のそれぞれの外部を流れる空気と冷媒との間で熱交換が行われることにより、冷媒が凝縮されて冷却される。
第1ヘッダタンク20の第3内部通路273に流入した冷媒は、右側第2チューブ121、第2ヘッダタンク30の第2内部通路372、左側第2チューブ122、及び第1ヘッダタンク20の第4内部通路274を順に流れる。右側第2チューブ121及び左側第2チューブ122のそれぞれの外部を流れる空気と冷媒との間で熱交換が行われることにより、冷媒が蒸発するとともに、その際に発生する蒸発潜熱により空気が冷却される。
以上説明した本実施形態の熱交換器6によれば、上記の(1)~(3)に示される作用及び効果に加え、以下の(6)に示される作用及び効果を得ることができる。
次に、熱交換器6の第5実施形態について説明する。以下、第1実施形態の熱交換器6との相違点を中心に説明する。
図25に示されるように、本実施形態の第1ヘッダタンク20は、図2に示される第2隔壁22の部分において第1タンク部20aと第2タンク部20bとに分割されて構成されている。第1タンク部20aと第2タンク部20bとの間には空間S21が形成されている。第1タンク部20aの内部には隔壁21が設けられている。この隔壁21により、第1タンク部20aの内部は、第1内部通路231、及び第2内部通路232に区画されている。第2タンク部20bの内部空間は第3内部通路233を構成している。
(7)第1ヘッダタンク20では、凝縮部3の冷媒が流れる第2内部通路232と、蒸発部5の冷媒が流れる第3内部通路233との間に空間S21が形成されているため、それらの間で熱伝達が行われ難くなる。これにより、凝縮部3の冷媒と蒸発部5の冷媒との間で熱交換が行われることによる熱的な損失を緩和することができる。同様に、第2ヘッダタンク30でも熱的な損失を緩和することができる。
次に、熱交換器6の第6実施形態について説明する。以下、第1実施形態の熱交換器6との相違点を中心に説明する。
図26に示されるように、本実施形態の第1ヘッダタンク20では、第2隔壁22の内部に空気層S31が形成されている。第1ヘッダタンク20では、第2隔壁22が、凝縮部用内部通路である第2内部通路232と、蒸発部用内部通路である第3内部通路233とを区画する区画壁に相当する。
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・各実施形態の熱交換器6は、熱交換器6の外部に減圧部4を備えるものであってもよい。
S31,S32:空気層
3:凝縮部
4:減圧部
5:蒸発部
6:熱交換器
11:第1チューブ
12:第2チューブ
13:中間チューブ
20,30:ヘッダタンク
22,31:隔壁(区画壁)
50:閉塞部材
60:熱抵抗構造
71,72:熱抵抗部材
130:縮経部
Claims (9)
- 複数の第1チューブ(11)の積層構造により構成され、前記第1チューブの内部を流れる冷媒と、前記第1チューブの外部を流れる冷媒との間で熱交換を行うことにより、前記第1チューブの内部を流れる冷媒を凝縮させる凝縮部(3)と、
複数の第2チューブ(12)の積層構造により構成され、前記第2チューブの内部を流れる冷媒と、前記第2チューブの外部を流れる冷媒との間で熱交換を行うことにより、前記第2チューブの内部を流れる冷媒を蒸発させる蒸発部(5)と、
前記凝縮部、及び前記蒸発部が接続され、それらを一体的に組み付けるヘッダタンク(20,30)と、
前記凝縮部と前記蒸発部との間に設けられるとともに、前記ヘッダタンクに接続され、前記凝縮部を通過した冷媒を前記蒸発部に流通させる中間チューブ(13)と、を備え、
前記中間チューブは、前記凝縮部を通過し、且つ前記蒸発部に流入する前の冷媒を減圧させる減圧部(4)を有し、
前記凝縮部と前記中間チューブとの間、及び前記蒸発部と前記中間チューブとの間には、それらの間の熱抵抗を、隣り合う前記第1チューブの間の熱抵抗、及び隣り合う前記第2チューブの間の熱抵抗よりも大きくする熱抵抗構造(60)が設けられている
熱交換器。 - 前記凝縮部と前記中間チューブとの間に隙間が形成されるとともに、前記蒸発部と前記中間チューブとの間に隙間が形成され、
前記熱抵抗構造は、前記凝縮部と前記中間チューブとの間に形成される隙間、及び前記蒸発部と前記中間チューブとの間に形成される隙間に設けられる空間(S11,S12)からなる
請求項1に記載の熱交換器。 - 前記凝縮部と前記中間チューブとの間に隙間が形成されるとともに、前記蒸発部と前記中間チューブとの間に隙間が形成され、
前記熱抵抗構造は、前記凝縮部と前記中間チューブとの間、及び前記蒸発部と前記中間チューブとの間にそれぞれ設けられる熱抵抗部材(71,72)からなる
請求項1に記載の熱交換器。 - 前記熱抵抗部材は、前記凝縮部と前記中間チューブとの間に形成される隙間、及び前記蒸発部と前記中間チューブとの間に形成される隙間を閉塞するように配置されている
請求項3に記載の熱交換器。 - 前記凝縮部と前記中間チューブとの間に形成される隙間、及び前記蒸発部と前記中間チューブとの間に形成される隙間を閉塞する閉塞部材(50)を更に備える
請求項2又は3に記載の熱交換器。 - 前記中間チューブは、キャピラリチューブである
請求項1~5のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 前記中間チューブは、前記減圧部として、他の部分よりも内径の小さい縮経部(130)を有している
請求項1~5のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 前記ヘッダタンクには、前記凝縮部を通過した冷媒を減圧させる減圧部(4)が設けられている
請求項1~7のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 前記ヘッダタンクには、その内部通路を、前記凝縮部を流れる冷媒の通路となる凝縮部用内部通路と、前記蒸発部を流れる冷媒の通路となる蒸発部用内部通路とに区画する区画壁が設けられ、
前記区画壁(22,31)には、空気層(S31,S32)が形成されている
請求項1~8のいずれか一項に記載の熱交換器。
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