JP7105641B2 - Microchannel heat exchanger and refrigeration cycle equipment - Google Patents
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本発明は、微細な流路を有するマイクロチャンネル熱交換器、およびそれを備えた冷凍サイクル装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a microchannel heat exchanger having fine flow paths and a refrigeration cycle apparatus having the same.
化学エッチング等の微細加工により形成されたマイクロチャンネルを液体や気体の流路として有するマイクロチャンネル熱交換器が知られている(特許文献1)。マイクロチャンネルは、例えば、微細な溝が加工された複数の金属板を積層することで金属板間に形成される。積層された金属板は拡散接合等により一体化され、ヘッダと組み付けられる。 A microchannel heat exchanger is known that has microchannels formed by microfabrication such as chemical etching as flow paths for liquids and gases (Patent Document 1). Microchannels are formed between metal plates, for example, by laminating a plurality of metal plates having fine grooves. The laminated metal plates are integrated by diffusion bonding or the like and assembled with the header.
マイクロチャンネル熱交換器は、冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置等に組み込まれて用いられ、加熱流体および被加熱流体のうちの一方が流れる第1のマイクロチャンネル群と、他方が流れる第2のマイクロチャンネル群とを備えている。第1のマイクロチャンネル群と第2のマイクロチャンネル群とを隔てる隔壁を介して、加熱流体と被加熱流体との間で熱が授受される。
マイクロチャンネル熱交換器によれば、細径のマイクロチャンネルを有することにより、従来の熱交換器と比べて単位体積あたりの伝熱面積を大きく確保することができる。そのため、マイクロチャンネル熱交換器を含む機器の実用化により、機器のさらなる小型化や高性能化が期待されている。
A microchannel heat exchanger is used by being incorporated in a refrigeration cycle device or the like equipped with a refrigerant circuit. and a channel group. Heat is transferred between the heating fluid and the heated fluid via the partition separating the first microchannel group and the second microchannel group.
According to the microchannel heat exchanger, it is possible to ensure a large heat transfer area per unit volume compared to conventional heat exchangers by having fine-diameter microchannels. Therefore, further miniaturization and higher performance of devices are expected through the practical application of devices including microchannel heat exchangers.
ところで、マイクロチャンネル熱交換器に限らず、熱交換器には、流体が流れる配管が接続される。その配管を流れる流体には、配管施工時に生じた銅粉や、圧縮機等の鉄系の部材の摩耗等に起因した鉄粉等の異物が混入している。
そうした異物により絞り等が詰まるのを防ぐため、特許文献2では、配管の内側に設置されたスラッジフィルタにより異物を捕集する。また、特許文献3では、配管の外側に設置した磁石により異物を吸着する。
By the way, piping through which fluid flows is connected to heat exchangers, not limited to microchannel heat exchangers. The fluid flowing through the piping contains foreign matter such as copper powder generated during construction of the piping and iron powder caused by abrasion of iron-based members such as compressors.
In order to prevent such foreign matter from clogging the restrictor or the like, in
熱交換器よりも上流の配管に、異物を捕集するためのフィルタが設置されていたとしても、鉄粉等の微細な異物がフィルタを通過して熱交換器のヘッダに流入すると、流速の小さいヘッダの内部で凝集し易い。そうすると、凝集した異物の塊に対してマイクロチャンネルの径が微細であるため、異物によりマイクロチャンネルが閉塞されるおそれがある。
そこで、本発明は、流路の閉塞を防止できるマイクロチャンネル熱交換器、およびそれを備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
Even if a filter for collecting foreign matter is installed in the piping upstream of the heat exchanger, if fine foreign matter such as iron powder passes through the filter and flows into the header of the heat exchanger, the flow velocity will decrease. It tends to clump inside small headers. Then, since the diameter of the microchannel is fine with respect to the mass of aggregated foreign matter, the microchannel may be blocked by the foreign matter.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a microchannel heat exchanger capable of preventing clogging of flow paths, and a refrigeration cycle apparatus having the same.
本発明のマイクロチャンネル熱交換器は、複数のマイクロチャンネルを有する熱交換器本体と、複数のマイクロチャンネルに連通し、流体が導入される上流ヘッダと、上流ヘッダに設けられる磁石と、を備えることを特徴とする。 A microchannel heat exchanger of the present invention comprises a heat exchanger body having a plurality of microchannels, an upstream header communicating with the plurality of microchannels and into which a fluid is introduced, and a magnet provided in the upstream header. characterized by
本発明のマイクロチャンネル熱交換器において、磁石は、上流ヘッダの底部に設けられることが好ましい。 In the microchannel heat exchanger of the present invention, the magnets are preferably provided at the bottom of the upstream header.
本発明のマイクロチャンネル熱交換器において、上流ヘッダは、流体が導入される導入部と、上流ヘッダの内側で導入部側とマイクロチャンネル側とを隔てる壁体と、を有し、壁体と磁石との間には、流体が流れる流路が形成されていることが好ましい。 In the microchannel heat exchanger of the present invention, the upstream header has an introduction part into which a fluid is introduced, and a wall body that separates the introduction part side and the microchannel side inside the upstream header. It is preferable that a channel through which a fluid flows is formed between and.
本発明のマイクロチャンネル熱交換器において、上流ヘッダの内部は、マイクロチャンネルに近づくにつれて広がっていることが好ましい。 In the microchannel heat exchanger of the present invention, the interior of the upstream header preferably widens as it approaches the microchannel.
本発明のマイクロチャンネル熱交換器は、複数のマイクロチャンネルから流体が流出する下流ヘッダをさらに備え、下流ヘッダにも磁石が設けられていることが好ましい。 Preferably, the microchannel heat exchanger of the present invention further comprises a downstream header through which fluid flows out from the plurality of microchannels, and the downstream header is also provided with a magnet.
本発明のマイクロチャンネル熱交換器において、複数のマイクロチャンネルは、
第1マイクロチャンネル群および第2マイクロチャンネル群を含み、第1マイクロチャンネル群を流れる流体の向きと、第2マイクロチャンネル群を流れる流体の向きとは、対向するか、あるいは直交することが好ましい。
In the microchannel heat exchanger of the present invention, the plurality of microchannels are
A first microchannel group and a second microchannel group are included, and the direction of the fluid flowing through the first microchannel group and the direction of the fluid flowing through the second microchannel group are preferably opposite or orthogonal.
また、本発明の冷凍サイクル装置は、上述のマイクロチャンネル熱交換器と、流体である冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と熱源とを熱交換させる第1熱交換器と、冷媒の圧力を減少させる減圧部と、冷媒と熱負荷とを熱交換させる第2熱交換器と、を含む冷媒回路を備え、マイクロチャンネル熱交換器は、第1マイクロチャンネル群および第2マイクロチャンネル群を含み、第1マイクロチャンネル群を流れる第1冷媒と、第2マイクロチャンネル群を流れる第2冷媒とを熱交換させることを特徴とする。 Further, the refrigeration cycle apparatus of the present invention includes the above-described microchannel heat exchanger, a compressor that compresses a refrigerant that is a fluid, a first heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and a heat source, and a pressure of the refrigerant. and a second heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant and the heat load, wherein the microchannel heat exchanger includes a first microchannel group and a second microchannel group, and a second It is characterized by exchanging heat between the first refrigerant flowing through one microchannel group and the second refrigerant flowing through the second microchannel group.
上流ヘッダの内部における流体の流速が小さいため、上流ヘッダの内部では流体に含まれている異物が凝集し易い。一方、流体の流速が小さいことで、流体の流れに抗して磁力により異物を磁石に引き寄せて保持することができる。
したがって、本発明によれば、上流ヘッダの内部において異物が凝集するとしても、凝集した塊状のものも含めて異物を磁石に留めることができるため、異物がマイクロチャンネルに向かうのを避けることができる。そうすると、少なくともマイクロチャンネルの開口において異物の凝集を抑えることができるので、径が小さいため詰まり易いとしてもマイクロチャンネルの閉塞を防ぐことができる。
しかも、流速が小さい上流ヘッダの内部で、凝集した状態の異物を磁石に保持することができるので、異物を効率よく捕集してマイクロチャンネルの閉塞のリスクを下げることができる。
Since the flow velocity of the fluid inside the upstream header is low, foreign matter contained in the fluid tends to agglomerate inside the upstream header. On the other hand, since the flow velocity of the fluid is small, the foreign matter can be attracted to the magnet and held by the magnetic force against the flow of the fluid.
Therefore, according to the present invention, even if foreign matter agglomerates inside the upstream header, the foreign matter, including the agglomerated mass, can be held by the magnet, so that the foreign matter can be prevented from going to the microchannel. . By doing so, it is possible to suppress the aggregation of foreign matter at least at the opening of the microchannel, so that even if the microchannel is easily clogged due to its small diameter, clogging of the microchannel can be prevented.
Moreover, since the condensed contaminants can be held by the magnet inside the upstream header where the flow velocity is low, the contaminants can be efficiently collected and the risk of blockage of the microchannels can be reduced.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔マイクロチャンネル熱交換器の構成〕
まず、図1および図2を参照して、各実施形態に共通するマイクロチャンネル熱交換器1の構成を説明する。
マイクロチャンネル熱交換器1は、図1に示すように、流路としての複数のマイクロチャンネル100を有する熱交換器本体10と、複数のマイクロチャンネル100に連通し、熱交換器本体10に組み付けられる上流ヘッダ20および下流ヘッダ30とを備えている。
複数のマイクロチャンネル100は、第1マイクロチャンネル群101と、第2マイクロチャンネル群102とを含む。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[Configuration of microchannel heat exchanger]
First, referring to FIGS. 1 and 2, the configuration of a
As shown in FIG. 1, the
A plurality of
各実施形態のマイクロチャンネル熱交換器1,2(図4、図5)は、後述するように、冷媒に混入した鉄粉等の異物を捕集するための磁石41をヘッダ20に備えることを主要な特徴とする。
The
マイクロチャンネル熱交換器1は、例えば図3に示す冷媒回路80に組み込まれることで、空気調和機、冷凍機、給湯機等である冷凍サイクル装置8を構成する。マイクロチャンネル熱交換器1は、配管により、冷凍サイクルの他の構成要素(81~84)と接続されている。
The
冷凍サイクル装置8に備わる冷媒回路80は、冷媒を圧縮する圧縮機81と、冷媒と熱源との間で熱交換させる第1熱交換器82と、冷媒の圧力を減少させる膨張弁等である減圧部83と、冷媒と熱負荷との間で熱交換させる第2熱交換器84と、マイクロチャンネル熱交換器1とを含んで構成されている。
空気調和機である冷凍サイクル装置8が冷房運転される場合、マイクロチャンネル熱交換器1は、第1熱交換器82により外気(熱源)と熱交換されることで凝縮した冷媒と、第2熱交換器84により室内空気(熱負荷)と熱交換されることで蒸発した冷媒とを熱交換させる。かかる熱交換により、冷媒に過冷却を与えることができる。
A
When the
マイクロチャンネル熱交換器1は、冷媒回路80を流れる相対的に高温の冷媒(加熱冷媒である第1冷媒)と、同じく冷媒回路80を流れる相対的に低温の冷媒(被加熱冷媒である第2冷媒)とを熱交換させる。
第1冷媒は、例えば図3の第1熱交換器82から流出した冷媒であり、第1マイクロチャンネル群101に対応する。第2冷媒は、例えば図3の第2熱交換器84から流出した冷媒であり、第2マイクロチャンネル群102に対応する。
The
The first coolant is, for example, the coolant that flows out from the
図1に示すマイクロチャンネル熱交換器1は、第1冷媒がマイクロチャンネル100を流れる向きと、第2冷媒がマイクロチャンネル100を流れる向きとが同一である並行流式に構成されている。第1冷媒がマイクロチャンネル100を流れる向きを破線の矢印で示し、第2冷媒がマイクロチャンネル100を流れる向きを実線の矢印で示している。
The
(ヘッダ)
上流ヘッダ20は、第1マイクロチャンネル群101に連通する第1上流ヘッダ21と、第2マイクロチャンネル群102に連通する第2上流ヘッダ22とに区分されている。第1上流ヘッダ21および第2上流ヘッダ22のそれぞれの内部には、マイクロチャンネル100の上流側の開口が臨んでいる。このとき、第1マイクロチャンネル群101のそれぞれのマイクロチャンネル100の上流側の開口は第1上流ヘッダ21に、第2マイクロチャンネル群102のそれぞれのマイクロチャンネル100の上流側の開口は第2上流ヘッダ22に接続されている。
(header)
The
下流ヘッダ30は、第1マイクロチャンネル群101に連通する第1下流ヘッダ31と、第2マイクロチャンネル群102に連通する第2下流ヘッダ32とに区分されている。第1下流ヘッダ31および第2下流ヘッダ32のそれぞれの内部には、マイクロチャンネル100の下流側の開口が臨んでいる。このとき、第1マイクロチャンネル群101のそれぞれのマイクロチャンネル100の下流側の開口は第1下流ヘッダ31に、第2マイクロチャンネル群102のそれぞれのマイクロチャンネル100の下流側の開口は第2上流ヘッダ32に接続されている。
The
第1、第2上流ヘッダ21,22および第1、第2下流ヘッダ31,32のいずれも、第1冷媒、第2冷媒のそれぞれの圧力損失等を考慮して、マイクロチャンネル100を冷媒がスムーズに流れるように適切な流路断面積および容積が確保されている。各ヘッダ21,22,31,32のそれぞれの流路断面積は、マイクロチャンネル100の径に対して十分に大きい。後述するようにヘッダ20,30の内部の冷媒流速が小さいと、冷媒に混入した異物の捕集に有利であることも考慮して、ヘッダ20,30に適切な流路断面積を与えるとよい。
Both the first and second
上流ヘッダ20は、熱交換器本体10の上流側に第1、第2上流ヘッダ21,22を形成する適宜な形態に構成することができる。また、下流ヘッダ30は、熱交換器本体10の下流側に第1、第2下流ヘッダ31,32を形成する適宜な形態に構成することができる。
図示された上流ヘッダ20の例によれば、上流ヘッダ20は、熱交換器本体10の上面に連続した上壁20Aと、熱交換器本体10の下面に連続した下壁20Bと、上壁20Aおよび下壁20Bの間に第1、第2上流ヘッダ21,22を形成する側壁20Cとを有している。下流ヘッダ30も同様に構成されている。
The
According to the illustrated example of the
本実施形態の上流ヘッダ20の内部は、マイクロチャンネル100に近づくにつれて次第に広がっている。この上流ヘッダ20の平面視における幅は、熱交換器本体10の幅と同等の寸法にまで次第に広がっている。上流ヘッダ20の第1、第2上流ヘッダ21,22のそれぞれの内部も、マイクロチャンネル100に近づくにつれて次第に広がっている。
本実施形態に限らず、上流ヘッダ20および下流ヘッダ30は、一定の幅に形成されていてもよい。
The interior of the
Not limited to this embodiment, the
(第1冷媒および第2冷媒の流れ)
第1冷媒は、図1に白抜きの矢印で示すように、冷媒配管が接続される導入部201から上流ヘッダ20の第1上流ヘッダ21に導入されて、第1マイクロチャンネル群101をなす個々のマイクロチャンネル100へと分配される。それらのマイクロチャンネル100を流れた第1冷媒は、下流ヘッダ30の第1下流ヘッダ31で合流し、排出部301から冷媒回路80へと流出する。
第2冷媒は、図1に黒い矢印で示すように、冷媒配管が接続される導入部202から上流ヘッダ20の第2上流ヘッダ22に導入されて、第2マイクロチャンネル群102をなす個々のマイクロチャンネル100へと分配される。それらのマイクロチャンネル100を流れた第2冷媒は、下流ヘッダ30の第2下流ヘッダ32で合流し、排出部302から冷媒回路80へと流出する。
(Flow of first refrigerant and second refrigerant)
The first refrigerant is introduced into the first
As indicated by black arrows in FIG. distributed to
マイクロチャンネル熱交換器1は、並行流式に限らず、対向流式であったり、直交流式であったりしてもよい。対向流式は、例えば図7に示すように、第1冷媒が第1マイクロチャンネル群101を流れる向きと、第2冷媒が第2マイクロチャンネル群102を流れる向きとが対向する。図3に示すマイクロチャンネル熱交換器1も、対向流式に記載されている。直交流式は、例えば図8に示すように、第1冷媒が第1マイクロチャンネル群101を流れる向きと、第2冷媒が第2マイクロチャンネル群102を流れる向きとが直交する。
The
(マイクロチャンネル)
マイクロチャンネル100は、例えばステンレス鋼、銅、銅合金、アルミニウム、およびアルミニウム合金等の金属材料から形成された熱交換器本体10の基材に、エッチング等の微細加工により任意の断面形状に形成されている。
マイクロチャンネル100の流路の大きさは、一例として直径1mm未満である。マイクロチャンネル100の長さや数は、熱交換器本体10に必要な熱交換の能力に応じて適宜に定められる。
マイクロチャンネル100の流路の大きさは、マイクロチャンネル100を流れる液相の表面張力の影響が現れる直径数mm以下に設定されていてもよい。マイクロチャンネル100の流路の大きさは、一般的にマイクロチャンネルの範疇に含まれる適宜な大きさに設定することができる。
(Microchannel)
The
As an example, the flow path size of the
The flow path size of the
マイクロチャンネル100を有する熱交換器本体10は、例えば図2(a)に示すように、微細な溝11Aが所定ピッチで加工された複数の金属板11を積層することで構成されている。
熱交換器本体10は、金属板11が積層されることで全体として直方体状に形成されている。積層された金属板11は拡散接合等の方法により一体化される。
なお、拡散接合により熱交換器本体10にヘッダ20,30を組み付けることができる。
A
The heat exchanger
The
各金属板11には、図2(a)に示すように半円形の横断面を呈する多数の溝11Aが、紙面と直交する方向に沿って平行に形成されている。溝11Aが形成されている面が重ね合わせられることで、円形の横断面を呈するマイクロチャンネル100が、隣接した金属板11間に形成される。
マイクロチャンネル100は、図2(b)に示すように、矩形状の横断面を呈する溝11Bが形成された金属板11と、隣接する金属板11との間に形成されていてもよい。
In each
The
マイクロチャンネル100は、金属板11の面内方向において一方向(x方向)に配列されるとともに、金属板11が積層される方向(y方向)にも配列されている。金属板11の面に沿ってx方向に配列されたマイクロチャンネル100の集合のことを熱交換器の「段」と称するものとする。
図2(a)および(b)に示す例では、ある段のマイクロチャンネル100の直下に、下段のマイクロチャンネル100が位置するように、マイクロチャンネル100が配列されている。これに限らず、ある段のマイクロチャンネル100と下段のマイクロチャンネル100とがx方向にシフトするように(千鳥状に)配列されていてもよい。
The
In the example shown in FIGS. 2(a) and 2(b), the
第1マイクロチャンネル群101は、積層方向yの1段おきに位置する複数段のマイクロチャンネル100からなる。
第2マイクロチャンネル群102は、残りの段のマイクロチャンネル100からなる。
図1、図2(a)および(b)に、第1冷媒が流れる第1マイクロチャンネル群101の開口を白色で示し、第2冷媒が流れる第2マイクロチャンネル群102の開口を黒色で示している。第1マイクロチャンネル群101と第2マイクロチャンネル群102とを隔てる隔壁(金属の基材)を介して、第1冷媒と第2冷媒との間で熱交換が行われる。
効率よく熱交換するため、図1、図2(a)および(b)に示すように第1マイクロチャンネル群101と第2マイクロチャンネル群102とが積層方向yにおいて交互に配置されていると好ましい。
但し、第1マイクロチャンネル群101と第2マイクロチャンネル群102とが必ずしも交互に配置されている必要はない。また、第1マイクロチャンネル群101と第2マイクロチャンネル群102とが必ずしも段毎に区分されている必要もない。
The
A
In FIGS. 1, 2(a) and 2(b), the openings of the
For efficient heat exchange, it is preferable that the
However, the
以下、第1実施形態(図4)に係るマイクロチャンネル熱交換器1について説明する。
上述したように、マイクロチャンネル熱交換器1は、上流ヘッダ20に設けられた磁石41を有する。
図4(b)には、第1冷媒に対応した第1上流ヘッダ21を示している。図示を省略する第2上流ヘッダ22も同様に構成されている。
The
As mentioned above, the
FIG. 4(b) shows the first
冷媒回路80を流れる冷媒には、圧縮機等の鉄系の部材の摩耗等に起因した鉄粉や、冷媒配管5の施工時のフレア加工等により発生した銅粉等の異物9が混入している。鉄粉等の異物9の粒径は、大きくても150μm程度であって、微細である。そのため、マイクロチャンネル熱交換器1よりも上流で、冷媒中の異物9を捕捉するための図示しないストレーナが冷媒配管5に設置されていたとしても、ストレーナを通過した微細な異物9が上流ヘッダ20に流入する可能性がある。
Refrigerant flowing through the
冷媒配管5から上流ヘッダ20に流入した冷媒は、上流ヘッダ20の内部で流速が減少する。そうすると、マイクロチャンネル100に分配されるまで冷媒が滞留する上流ヘッダ20の内部では冷媒流れの影響が少ないことにより、冷媒に混入した異物9が異物9間の引力により凝集し易い。凝集した異物9によりマイクロチャンネル100が詰まることを防ぐため、上流ヘッダ20には、異物9を吸着する磁石41が設けられている。
図4(b)に、磁石41に関する磁束φを模式的に示している。磁束φは、銅合金やアルミニウム合金等により構成されている典型的には非磁性の上流ヘッダ20を板厚方向に貫通する。
なお、磁束φが貫通する限りにおいて、上流ヘッダ20が磁性体であっても許容される。
The flow velocity of the refrigerant that has flowed into the
FIG. 4B schematically shows the magnetic flux φ related to the
It should be noted that the
本実施形態の磁石41は、永久磁石であるが、鉄心およびコイルを有する電磁石であってもよい。磁石41は、上流ヘッダ20における任意の箇所に設けることができる。
The
本明細書においては、磁石に係る磁場により磁石と強磁性体との間に発生する磁力によって、強磁性体を磁石に引き付け(磁気的に吸引して)保持することを「吸着」と定義するものとする。
冷媒に混入した異物9は、典型的には鉄粉であり、鉄粉は強磁性体である。鉄粉は、磁力により磁石41に吸着され、磁化される。
In this specification, the magnetic force generated between the magnet and the ferromagnetic material due to the magnetic field associated with the magnet attracts (magnetically attracts) the ferromagnetic material to the magnet and holds it. shall be
The
磁石41に吸着される異物9は、必ずしも、鉄粉に代表される強磁性体や強磁性体の凝集物には限らず、強磁性体と銅粉等の非磁性体(反磁性体、常磁性体、および反強磁性体)が凝集して成長したものにも該当する。
冷媒回路80の冷媒配管を流れる過程で、あるいは、流速の小さい上流ヘッダ20の内部において、微細な鉄粉が銅粉や塵埃等と一体化すると、銅粉や塵埃も鉄粉と共に、磁石41に吸着される。
磁石41に吸着された異物9における磁性体が磁化されると、その異物9に、磁性体を含む他の異物9が吸着される。
上流ヘッダ20の内部では冷媒の流速が小さいため、冷媒の流れにさほど影響を受けることなく、吸着された異物9を磁力によりその場に継続して留めることができる。
磁石41の大きさや磁束密度等は、冷媒流速やヘッダ20の大きさ等を考慮して適宜に定めることができる。
The
In the process of flowing through the refrigerant pipes of the
When the magnetic material in the
Since the flow velocity of the coolant inside the
The size, magnetic flux density, etc. of the
本実施形態の上流ヘッダ20の内部は、マイクロチャンネル100に近づくにつれて次第に広がっているため、上流ヘッダ20の奥(下流)に向かうほど冷媒の流速が小さくなる。そのため、上流ヘッダ20の奥側では、冷媒の流れの影響を殆ど受けずに異物9を磁石により確実に吸着することができる。
なお、上流ヘッダ20と同様に、磁石41も、マイクロチャンネル100に向けて広がる形状にすると良い。
Since the interior of the
As with the
本実施形態では、マイクロチャンネル熱交換器1が機器筐体に設置されると、マイクロチャンネル100が水平または水平に近い状態に配置される。このとき上流ヘッダ20は、マイクロチャンネル100が並ぶ熱交換器本体10の側面に対して水平方向に隣接している。
本実施形態の磁石41は、板状であって、図4(b)に示すように、上流ヘッダ20の下壁20B(底部)に設けられている。磁石41は、第1上流ヘッダ21および第2上流ヘッダ22のいずれの領域にも設けられている。
磁石41は、下壁20Bの上面側、下面側のいずれに設けられていてもよく、下壁20Bに埋め込まれていてもよい。磁石41は、必ずしも下壁20Bに設けられる必要はない。側壁20Cの下端部に磁石41が設けられていてもよい。
下壁20Bと磁石41との間に隙間があいている場合も、磁石41に異物9が吸着される限りにおいて許容される。この場合も、磁石41が上流ヘッダ20に設けられていることに該当する。
In this embodiment, when the
The
The
Even if there is a gap between the
上流ヘッダ20の内部に冷媒が滞留する間に、冷媒中の異物が、冷媒との密度差により下壁20Bに向けて自重により沈降する。沈降により下壁20Bに近づいた異物9が、下壁20Bに設けられた磁石41に下壁20Bを介して吸着されることとなる。
このように異物9が磁石41に向けて沈降するように、上流ヘッダ20における鉛直方向の下方に磁石41が配置されていると、重力により異物9が磁石41に近づくので、磁石41の近傍に及ぶ強い磁力により異物9をより確実に磁石41に吸着することができる。
磁石41に向けた異物9の移動に重力が寄与する場合、磁力のみにより異物9を磁石41に吸引する場合と比べて磁石41に要求される磁力が小さい。そのため、磁石41として、磁力の強い高価な磁石を採用しなくても、安価で入手性の良い磁石、例えばフェライト磁石を採用することができる。
While the refrigerant stays inside the
When the
When the gravity contributes to the movement of the
沈降した異物9を下壁20Bの領域全体で吸着するため、下壁20Bの領域全体に亘り磁石41が設けられることが好ましい。下壁20Bに設けられる磁石41は、一体であっても、分割されていてもよい。
なお、下壁20Bの一部に磁石41を設けることも許容される。例えば、冷媒配管5から第1上流ヘッダ21に冷媒が導入される導入部201に近い領域のみ、あるいは、熱交換器本体10に近い領域のみに磁石41を設けるようにしてもよい。
It is preferable that the
In addition, providing the
仮に、上流ヘッダ20に磁石41が設けられていないとすれば、冷媒配管5から上流ヘッダ20に導入された冷媒中の異物9が、凝集しつつ冷媒と共に熱交換器本体10に向けて流れ、細径のマイクロチャンネル100の開口に集まる。そして、マイクロチャンネル100の開口近傍に異物9が付着すると、開口近傍に付着した異物9に対しても異物9が凝集するため、異物9の凝集が促進されてマイクロチャンネル100が閉塞する可能性がある。
If the
上流ヘッダ20に磁石41を備えた本実施形態によれば、上流ヘッダ20の内部において冷媒中の異物9が凝集するとしても、凝集した塊状のものも含めて異物9を磁石41に留めることができるため、異物9がマイクロチャンネル100に向かうのを避けることができる。そうすると、少なくともマイクロチャンネル100の開口において異物9の凝集を抑えることができるので、マイクロチャンネル100の径が小さいとしても、マイクロチャンネル100の閉塞を防ぐことができる。
According to this embodiment in which the
冷媒の流速が小さい上流ヘッダ20に磁石41が設けられていることで、磁石41の磁力により上流ヘッダ20内部の冷媒の流れに抗して異物9を確実に吸着できる。上流ヘッダ20の内部よりも流速が大きい冷媒配管5等に磁石を設けたとしても、上流ヘッダ20に設けられた磁石41のように十分には異物9を吸着することが難しい。つまり、冷媒配管5に対して大きな流路断面積を有するため冷媒流速が小さい上流ヘッダ20にこそ、磁石41を備える意義が存在する。
Since the
しかも、流速が小さいヘッダ20の内部では異物9が凝集し易く、凝集した状態の異物9が磁石41に吸着されるので、冷媒に混入した異物9を効率よく捕集して異物9による閉塞のリスクを下げることができる。そして、磁石41による異物9の捕集により冷媒回路80への異物9の流出を抑えることで、上流ヘッダ20に流入する冷媒中の異物9の量を抑えることができる点でも、異物9によるマイクロチャンネル100の閉塞のリスクを下げることができる。
Moreover, inside the
ところで下流ヘッダ30に磁石42(図1)を設けた場合にも、磁石42により、上流ヘッダ20の磁石41と同様に、冷媒中の異物9を吸着して留めることができる。マイクロチャンネル100から下流ヘッダ30の内部に流出した冷媒の流速は、下流ヘッダ30から冷媒を排出する冷媒配管における流速よりも小さい。このため、上流ヘッダ20と同様に流速の小さい下流ヘッダ30において、冷媒中の異物9を磁石42に確実に吸着することができる。
そして、磁石42による異物9の捕集により冷媒回路80への異物9の流出を抑えることができる点でも、異物9によるマイクロチャンネル100の閉塞のリスクを下げることができる。
By the way, even when the
In addition, the
〔第2実施形態〕
次に、図5を参照し、本発明の第2実施形態について説明する。
以下、第1実施形態と相違する事項を中心に説明する。第1実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付している。
[Second embodiment]
A second embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG.
The following description focuses on matters that differ from the first embodiment. The same symbols are given to the same components as in the first embodiment.
第2実施形態に係るマイクロチャンネル熱交換器2は、上流ヘッダ20の内側で、冷媒が導入される側とマイクロチャンネル100側とを隔てる壁体24を有することを特徴とする。
The
上流ヘッダ20は第1上流ヘッダ21と第2上流ヘッダ22とに区分されている。壁体24は、第1上流ヘッダ21に位置する第1壁体241と、第2上流ヘッダ22に位置する第2壁体242とからなる。図5(b)には、第1上流ヘッダ21に位置する第1壁体241を示している。
The
図5(a)および(b)に示すように、第1壁体241は、第1上流ヘッダ21において、導入部201側とマイクロチャンネル100側とを隔てている。
この第1壁体241は、導入部201に対向した板状の案内部241Aと、案内部241Aの下側に連続し、熱交換器本体10に向けて下壁20Bに沿って延びた板状の接近部241Bとを有している。
鉛直方向に延びた案内部241Aに対して、接近部241Bはマイクロチャンネル100側に向けて屈曲している。案内部241Aおよび接近部241Bは全体として、図5(b)に示すように、L字状の断面を呈する。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the
The
The
第1壁体241の接近部241Bは、下壁20Bに設けられた磁石41の近傍を磁石41に沿って延びている。この接近部241Bと磁石41との間には、導入部201から流入した冷媒が熱交換器本体10に向けて流れる吸着流路25が形成されている。
吸着流路25の終端25Aは熱交換器本体10から離れている。
The approaching
A
導入部201を通じて上流ヘッダ20の第1上流ヘッダ21に導入された冷媒は、第1壁体241の案内部241Aにより下方へ案内され吸着流路25に流入する。この吸着流路25を磁石41に接近した状態で冷媒が流れる過程で、冷媒中の異物9が磁力により磁石41に吸着される。その後、冷媒は、吸着流路25の終端25Aから、案内部241Aと熱交換器本体10との間に流入し、さらに第1マイクロチャンネル群101へと流入する。
吸着流路25は上流ヘッダ20の形状と同様にマイクロチャンネル100に近づくにつれて広がっているので、吸着流路25の奥に向かうにつれて冷媒の流速が遅くなる。そのため、吸着流路25の特に奥側で、冷媒の流れに妨げられることなく冷媒中の異物9を磁石41に確実に吸着することができる。
The refrigerant introduced into the first
Since the
第2壁体242(図5(a))は、第2上流ヘッダ22において導入部202側とマイクロチャンネル100側とを隔てている。この第2壁体242も、具体的な図示を省略するが、案内部および接近部を有している。第2壁体242の接近部と磁石41との間には、吸着流路25が形成される。
導入部202を通じて第2上流ヘッダ22に導入された冷媒は、第2壁体242の案内部により下方へ案内され吸着流路25に流入する。この吸着流路25を磁石41に接近した状態で冷媒が流れる過程で、冷媒中の異物9が磁力により磁石41に吸着される。その後、第2壁体242と熱交換器本体10との間に冷媒が流入し、第2マイクロチャンネル群102へと流入する。
The second wall 242 (FIG. 5(a)) separates the
The refrigerant introduced into the second
第2実施形態によれば、上流ヘッダ20に導入された冷媒が壁体24により吸着流路25を流れることにより、磁石41の近くを冷媒が必ず流れることとなる。そのため、磁石41が発生する磁場に関する磁力が十分に異物9に作用するので、冷媒中の異物9を一層確実に磁石41に吸着することができる。
ここで、案内部241Aの上端Tが上壁20Aに突き当てられていると、導入された冷媒の全量が吸着流路25に流入するので好ましい。但し、上端Tと上壁20Aとの間に隙間があいていることも許容される。
According to the second embodiment, the coolant introduced into the
Here, if the upper end T of the
第2実施形態によれば、仮に、異物9が磁石41に向けて鉛直方向下方に沈降する向きにマイクロチャンネル熱交換器2が設置されていないとしても、異物9の混入した冷媒が壁体24により磁石41の近くへと案内されて吸着流路25を流れる。吸着流路25の終端25Aまで冷媒が磁石41に接近した状態で流れる間に、異物9が磁石41に吸着される。
つまり、第2実施形態によれば、吸着流路25を形成する壁体24をヘッダ20に備えていることにより、マイクロチャンネル熱交換器2を設置する姿勢の自由度が向上する。
According to the second embodiment, even if the
That is, according to the second embodiment, since the
壁体24は、上流ヘッダ20に設けられる導入部201,202の位置や磁石41の位置等に応じて、適宜な形態に構成することができる。
例えば、図6に示す上流ヘッダ27は、上壁20Aに設けられる導入部203と、壁体28とを備えている。冷媒配管5から導入部203を通じて冷媒が下壁20Bに向けて導入される。この上流ヘッダ27の側壁20Cに磁石41が設けられている。
壁体28は、導入部203の軸線の延長方向に沿って延在し、導入部203側とマイクロチャンネル100側とを隔てている。
導入部203から導入された冷媒が、壁体28と磁石41との間の吸着流路29を流れる過程で、冷媒中の異物9が磁石41に吸着される。
The
For example,
The
図7は、対向流式のマイクロチャンネル熱交換器3を示している。
マイクロチャンネル熱交換器3においては、第1冷媒が第1マイクロチャンネル群101を流れる向き(破線の矢印)と、第2冷媒が第2マイクロチャンネル群102を流れる向き(実線の矢印)とが対向する。破線の矢印と実線の矢印は、互いに平行で逆向きである。
こうした対向流式では、マイクロチャンネル100の一端側に、第1冷媒の上流ヘッダ21および第2冷媒の下流ヘッダ32が配置され、マイクロチャンネル100の他端側に、第1冷媒の下流ヘッダ31および第2冷媒の上流ヘッダ22が配置される。
FIG. 7 shows a counterflow
In the
In such a counterflow type, the
マイクロチャンネル100の一端側では上流ヘッダ21および下流ヘッダ32が、許容される設置スペースに対応するサイズに一体に構成されることが好ましい。これら上流ヘッダ21および下流ヘッダ32はヘッダ構造体51をなしている。
他端側に位置する上流ヘッダ22および下流ヘッダ31についても同様である。これら上流ヘッダ22および下流ヘッダ31は他のヘッダ構造体52をなしている。
At one end of the
The same applies to the
並行流式(図1、図4および図5)において第1冷媒の上流ヘッダ21と第2冷媒の上流ヘッダ22とが隣接しているのとは異なり、対向流式では、上流ヘッダ21と上流ヘッダ22とがマイクロチャンネル100の両端側に離間した位置にある。
第1冷媒および第2冷媒のそれぞれの上流ヘッダ21,22が互いに離間していた方が、各上流ヘッダ21,22の内部に、壁体24や磁石41等の造作物を容易に設置できる。離間していれば、造作物の位置が干渉せず、造作物の設置により占有される分を考慮しても各ヘッダ21,22の内部に要求される所定の流路断面積および容積を確保し易いためである。
したがって、対向流式のマイクロチャンネル熱交換器3によれば、壁体24や磁石41を設置すること、また、壁体24や磁石41のサイズや形状等に関して自由度が向上する。
具体的には、上流ヘッダ21,22のそれぞれに、異物9の捕集に適した形態の壁体24を設置しつつ、ヘッダ構造体51の全体およびヘッダ構造体52のサイズが大型化するのを抑えることができる。
Unlike the parallel flow type (FIGS. 1, 4 and 5) in which the
When the
Therefore, according to the counterflow type
Specifically, while the
図8は、直交流式のマイクロチャンネル熱交換器4を示している。
マイクロチャンネル熱交換器4においては、第1冷媒が第1マイクロチャンネル群101を流れる向き(破線の矢印)と、第2冷媒が第2マイクロチャンネル群102を流れる向き(実線の矢印)とが直交する。
マイクロチャンネル熱交換器4は、第1冷媒用の上流ヘッダ61および下流ヘッダ71と、第2冷媒用の上流ヘッダ62および下流ヘッダ72とを備えている。
FIG. 8 shows a cross-flow
In the
The
図8(b)に示すように、第1冷媒および第2冷媒のそれぞれの上流ヘッダ61,62のいずれにも、磁石41および壁体24が設置されている。
直交流式においても、上流ヘッダ61と上流ヘッダ62とが互いに離間しているため、上述した対向流式と同様に、壁体24や磁石41を設置すること、そして壁体24や磁石41のサイズや形状等に関して自由度が向上する。
As shown in FIG. 8(b),
In the cross flow type as well, since the
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。 In addition to the above, it is possible to select the configurations described in the above embodiments or to change them to other configurations as appropriate without departing from the gist of the present invention.
マイクロチャンネル熱交換器の熱交換器本体10が、マイクロチャンネル100の長さ方向に分割されており、熱交換器本体10の上流側の部分と、熱交換器本体10の下流側の部分とを中継する中間ヘッダが備えられている場合がある。その場合、中間ヘッダは、熱交換器本体10の上流側の部分から冷媒が導入され、熱交換器本体10の下流側の部分に形成されたマイクロチャンネル100へと冷媒を流入させる上流ヘッダに相当する。この中間ヘッダに、磁石41を設けることにより、冷媒中の異物9を吸着するようにしてもよい。
The
1~4 マイクロチャンネル熱交換器
5 冷媒配管
8 冷凍サイクル装置
9 異物
10 熱交換器本体
11 金属板
11A,11B 溝
20,27 上流ヘッダ
20A 上壁
20B 下壁(底部)
20C 側壁
21 第1上流ヘッダ
22 第2上流ヘッダ
24,28 壁体
25,29 吸着流路
25A 終端
30 下流ヘッダ
31 第1下流ヘッダ
32 第2下流ヘッダ
41 磁石
42 磁石
51,52 ヘッダ構造体
61 第1上流ヘッダ
62 第2上流ヘッダ
71 第1下流ヘッダ
72 第2下流ヘッダ
80 冷媒回路
81 圧縮機
82 第1熱交換器
83 減圧部
84 第2熱交換器
100 マイクロチャンネル
101 第1マイクロチャンネル群
102 第2マイクロチャンネル群
201,202 導入部
203 導入部
241 第1壁体
241A 案内部
241B 接近部
242 第2壁体
301,302 排出部
T 上端
φ 磁束
1 to 4
Claims (6)
前記複数のマイクロチャンネルに連通し、流体が導入される上流ヘッダと、
前記上流ヘッダに設けられる磁石と、を備え 、
前記上流ヘッダは、
前記流体が導入される導入部と、
前記上流ヘッダの内側で前記導入部側と前記マイクロチャンネル側とを隔てる壁体と、
を有し、
前記壁体と前記磁石との間には、前記流体が流れる流路が形成されている、
ことを特徴とするマイクロチャンネル熱交換器。 a heat exchanger body having a plurality of microchannels;
an upstream header communicating with the plurality of microchannels and into which a fluid is introduced;
and a magnet provided on the upstream header. ,
The upstream header is
an introducing portion into which the fluid is introduced;
a wall that separates the introduction portion side and the microchannel side inside the upstream header;
has
A channel through which the fluid flows is formed between the wall and the magnet,
A microchannel heat exchanger characterized by:
請求項1に記載のマイクロチャンネル熱交換器。 the magnet is provided at the bottom of the upstream header;
A microchannel heat exchanger according to claim 1.
請求項1または2に記載のマイクロチャンネル熱交換器。 the interior of the upstream header widens as it approaches the microchannel;
Microchannel heat exchanger according to claim 1 or 2 .
前記下流ヘッダにも磁石が設けられている、
請求項1から3のいずれか一項に記載のマイクロチャンネル熱交換器。 further comprising a downstream header through which the fluid flows out from the plurality of microchannels;
the downstream header is also provided with a magnet;
4. A microchannel heat exchanger according to any one of claims 1-3 .
第1マイクロチャンネル群および第2マイクロチャンネル群を含み、
前記第1マイクロチャンネル群を流れる前記流体の向きと、
前記第2マイクロチャンネル群を流れる前記流体の向きとは、対向するか、あるいは直
交する、
請求項1から4のいずれか一項に記載のマイクロチャンネル熱交換器。 The plurality of microchannels are
including a first group of microchannels and a second group of microchannels,
a direction of the fluid flowing through the first group of microchannels;
facing or perpendicular to the direction of the fluid flowing through the second microchannel group;
5. A microchannel heat exchanger according to any one of claims 1-4 .
前記流体である冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒と熱源とを熱交換させる第1熱交換器と、
前記冷媒の圧力を減少させる減圧部と、
前記冷媒と熱負荷とを熱交換させる第2熱交換器と、を含む冷媒回路を備え、
前記マイクロチャンネル熱交換器は、
第1マイクロチャンネル群および第2マイクロチャンネル群を含み、
前記第1マイクロチャンネル群を流れる第1冷媒と、前記第2マイクロチャンネル群を流れる第2冷媒とを熱交換させる、
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 a microchannel heat exchanger according to any one of claims 1 to 5 ;
a compressor for compressing the fluid refrigerant;
a first heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant and a heat source;
a decompression unit that reduces the pressure of the refrigerant;
A refrigerant circuit including a second heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and a heat load,
The microchannel heat exchanger is
including a first group of microchannels and a second group of microchannels,
exchanging heat between the first refrigerant flowing through the first group of microchannels and the second refrigerant flowing through the second group of microchannels;
A refrigeration cycle device characterized by:
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