JP7106814B2

JP7106814B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP7106814B2
Application number: JP2017031844A
Authority: JP
Inventors: 俊太郎伊藤
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2022-07-27
Anticipated expiration: 2037-02-23
Also published as: JP2018136102A

Description

本発明は、伝熱管とフィンとヘッダを備え、伝熱管内を流れる流体を空気と熱交換させる熱交換器に関するものである。

空気調和機の冷媒回路では、暖房運転時に圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、四方弁、圧縮機と順に冷媒が流れるよう冷媒配管が接続されている。この冷媒回路の中には、圧縮機と四方弁を繋ぐ冷媒配管から高温高圧の冷媒を一部分岐させて、分岐された高温高圧の冷媒を膨張弁と室外熱交換器とを繋ぐ液側冷媒配管に流入させるホットガスバイパス管を備えたものがある。このホットガスバイパス管は、暖房運転中に室外熱交換器に付着した霜を融かすためのものである。（特許文献１参照）

特開２０１４－１８１８６６号公報

この室外熱交換器が扁平管とヘッダを備えた扁平管熱交換器であった場合、扁平管熱交換器の両側に備えられるヘッダに冷媒が流出入する。室外熱交換器が蒸発器として機能する暖房運転の場合、ヘッダの下部に接続された液側冷媒配管より中温中圧の冷媒が流入する。この中温中圧の冷媒は温度が－５℃～０℃の低温低圧の冷媒よりも温度と圧力が少しだけ高い、温度が５℃～１５℃の冷媒である。ヘッダの内部は、流入した中温中圧の冷媒を整流し各扁平管へ均一に分流するために、液側冷媒配管が接続される整流部と、扁平管が接続される分流部に仕切られている。整流部には通過する冷媒を減圧して流速を上げる絞り部が設けられ、この絞り部はヘッダの内部を仕切る仕切板の中心に形成された孔部がその機能を果たす。整流部に流入した冷媒はこの絞り部で絞られることで流速が上がり分流部の上端にまで届くことができ、分流部内を２相冷媒が均一に満たす状態にすることができる。

この扁平管熱交換器でも、従来のフィンアンドチューブ型熱交換器と同様に、ホットガスバイパス管を液側冷媒配管に接続し、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒の一部を流して、暖房運転中に熱交換器に付着した霜を融かす方法が考えられる。この方法を実施した場合について説明する。

ホットガスバイパス管を介して流入する温度が２０℃～４０℃の高温高圧の冷媒は液側冷媒配管を流れる温度が５℃～１５℃の中温中圧の冷媒と混ざり、温度が５℃～２０℃に低下する。この冷媒がヘッダ内の絞り部で減圧されると温度が－５℃～０℃にまで低下してしまい、室外熱交換器に付着した霜を融かすまでの温度の冷媒が得られなかった。

そこで、本発明は、ホットガスバイパス管を介して流入した高温高圧の冷媒により付着した霜を融かせるようにした熱交換器を提供することを目的とする。

上述した問題を解決するために、本発明は、上下に配列される複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管と交差し、左右に配列される板状の複数のフィンと、前記複数の伝熱管の端部に接続された管状のヘッダを有する熱交換器であって、前記ヘッダの内部は、冷媒を整流する整流部と、前記伝熱管に冷媒を分流する分流部とに仕切られ、前記整流部には、前記整流部から流出する冷媒の流速を上げる絞り部が設けられ、前記分流部には、ホットガスバイパス管が接続されるバイパス管接続部を有することを特徴とする。

また、前記バイパス管接続部が前記絞り部の近傍に設けられることを特徴とする。

本発明の熱交換器によれば、ホットガスバイパス管を分流部に接続するため、ホットガスバイパス管から流入する高温高圧の冷媒が絞り部で減圧されず、高温のまま分流部に流入するので室外熱交換器に付着した霜を融かすことができる。

本発明にかかる熱交換器の全体を示した斜視図である。本発明にかかる熱交換器の全体を示した正面図である。図２の切断線Ａ－Ａにおける断面図である。本発明にかかる空気調和機の冷媒回路を示した図である。

本発明の実施形態に関する熱交換器１００は、空気調和機２００に設けられた室外熱交換器３３０である。以下に本発明の実施形態に係る熱交換器１００を備えた空気調和機２００について、図４を基に以下に説明する。図４は、本発明にかかる空気調和機の冷媒回路を示した図である。

空気調和機２００は室外機３００と室内機４００を備えている。室外機３００と室内機４００は液側冷媒配管５１０とガス側冷媒配管５２０を介して互いに接続されている。空気調和機２００では、室外機３００と、室内機４００と、液側冷媒配管５１０と、ガス側冷媒配管５２０によって、冷媒回路６００が形成される。

冷媒回路６００には、圧縮機３１０と、四方弁３２０と、室外熱交換器３３０と、膨張弁３４０と、室内熱交換器４１０とが設けられている。圧縮機３１０と四方弁３２０と室外熱交換器３３０と膨張弁３４０は室外機３００に収容されている。室内熱交換器４１０は室内機４００に収容されている。また、室外機３００には外気を室外機３００の内部に取り込み、室外熱交換器３３０で冷媒と熱交換された空気を室外機３００の外に吹き出すための室外ファン３５０が設けられている。室内機４００には室内の空気を室内機４００の内部に取り込み、室内熱交換器４１０で生成された調和空気を室内に吹き出すための室内ファン４２０が設けられている。

空気調和機２００は冷房運転と暖房運転を選択的に行える。冷房運転中の冷媒回路６００では、圧縮機３１０、四方弁３２０、室外熱交換器３３０、膨張弁３４０、室内熱交換器４１０、四方弁３２０、圧縮機３１０の順に冷媒が循環する。この時、室外熱交換器３３０は凝縮器として機能し、室内熱交換器４１０は蒸発器として機能する。一方、暖房運転中の冷媒回路６００では、圧縮機３１０、四方弁３２０、室内熱交換器４１０、膨張弁３４０、室外熱交換器３３０、四方弁３２０、圧縮機３１０の順に冷媒が循環する。この時、室外熱交換器３３０は蒸発器として機能し、室内熱交換器４１０は凝縮器として機能する。

本発明の実施形態に関する熱交換器１００は、図１と図２に示すように、フィン１２０と扁平管１３０と第１ヘッダ１１０ａと第２ヘッダ１１０ｂを備えた扁平管熱交換器である。図１は、本発明にかかる熱交換器１００の全体を示した斜視図である。図２は、本発明にかかる熱交換器１００の全体を示した正面図である。図３は、図２の切断線Ａ－Ａにおける断面図である。

図１と図２に示すように、熱交換器１００は、第１ヘッダ１１０ａと、第２ヘッダ１１０ｂと、複数の扁平管１３０と、複数のフィン１２０とを備えている。第１ヘッダ１１０ａ、第２ヘッダ１１０ｂ、扁平管１３０、フィン１２０はいずれもアルミニウム合金製の部材であり、各々の接合は蝋付けによって行われている。

扁平管１３０は多孔構造であり、断面形状が長円形あるいは角の丸い矩形となった伝熱管であり、後述するフィン１２０と直交する方向に延びている。扁平管１３０には冷媒が流れる冷媒流路が複数本配置されており、この冷媒流路は扁平管１３０の長手方向の一端と他端の間に、長手方向の一端から他端にかけて延びて形成され、扁平管１３０の短手方向に等間隔で配置されている。熱交換器１００において、各扁平管１３０は、各々の上側の面と下側の面が対向するように、熱交換器１００の熱交換能力と通風抵抗などを考慮して決定した間隔である第１の間隔ｄ１をおいて上下に並んで配置されている。各扁平管１３０は、一端が第１ヘッダ１１０ａに挿入され、他端が第２ヘッダ１１０ｂに挿入されている。なお、扁平管１３０の長手方向を左右方向とする。

フィン１２０は、金属板をプレス加工することによって、縦長の板形状に形成されている。フィン１２０には、図３に示すように、フィン１２０の短手方向の一端からフィン１２０の短手方向（前後方向）の他端に向かって延びる横長の切り欠き部１４０が、フィン１２０の長手方向（上下方向）に所定の間隔をおいて多数形成されている。この切り欠き部１４０に扁平管１３０が差し込まれることで、扁平管１３０は上下方向に第１の間隔ｄ１をおいて配置される。また、フィン１２０は、図１に示すように、扁平管１３０の長手方向（左右方向）に熱交換器１００の熱交換能力と通風抵抗などを考慮して決定した間隔である第２の間隔ｄ２をおいて複数枚配置される。図２に示すように、上下に隣り合う扁平管１３０と、左右に隣り合うフィン１２０に囲まれた通風路１５０が、上下方向と左右方向それぞれに複数並んで形成される。なお、図２では複数の通風路１５０のうち１つを代表して図示している。フィン１２０と扁平管１３０は互いに直交しており、図３に示すように、フィン１２０の表面のうち、複数の通風路の一つと接すると共に、上下に隣り合う扁平管１３０の間に位置する面が、矢印Ｆで示す空気と熱交換する伝熱部１２１となる。また、フィン１２０の一部で切欠き部１４０よりフィン１２０の他端側にある面が、フィン１２０の上端１２０ａから下端１２０ｂまで連続して形成された流水部（連通部）１２２となる。なお、矢印Ｆがある側を風上側、反対側を風下側とする。また、本実施例では流水部（連通部）１２２をフィン１２０の風下側に形成しているが、本発明はこれに限定したものではなく、風上側に形成してもよい。

第１ヘッダ１１０ａと第２ヘッダ１１０ｂは、両方とも長手方向の両端が閉鎖された細
長い管状に形成されている。熱交換器１００の一端側に第１ヘッダ１１０ａが配置され、
熱交換器１００の他端側に第２ヘッダ１１０ｂが配置される。なお、第１ヘッダ１１０ａ
と第２ヘッダ１１０ｂのそれぞれの長手方向を熱交換器１００の上下方向とする。第１ヘ
ッダ１１０ａの内部の下部には仕切板７００が設けられ、この仕切板７００によって内部
が分流部８１０と整流部８２０の二つに仕切られている。分流部８１０は複数の扁平管１
３０に冷媒を均一に分流する。整流部８２０は熱交換器１００が蒸発器として機能した時
に、冷媒が最初に流入し、流入した冷媒を整流する部分である。仕切板７００の中心には
絞り部として機能する孔部７１０が形成されている。整流部８２０から流出する冷媒はこ
の孔部７１０を通過することにより減圧され流速が上がる。これにより、冷媒は分流部８
１０に勢いよく流出し、分流部８１０が２相冷媒で均一に満たされる。さらに、分流部８
１０のうち、仕切板７００の近傍には、バイパス管接続部７４０が設けられ、このバイパ
ス管接続部７４０にホットガスバイパス管５３０が接続される。このホットガスバイパス
管５３０には、暖房運転中に室外熱交換器３００を除霜する場合に圧縮機３１０から吐出
された高温高圧の冷媒の一部が分岐されて流れる。一方、整流部８２０には、液側冷媒配
管５１０が接続されている。なお、熱交換器１００（室外熱交換器３３０）が蒸発器とし
て機能する場合、液側冷媒配管接続部７３０に接続された液側冷媒配管５１０を介して流
入した温度が５℃～１０℃の中温中圧の冷媒は第１ヘッダ１１０ａ内の整流部８２０に流
入し、絞り部７２０で減圧されることで温度が－５℃～０℃にまで低下し、分流部８１０
に流出する。一方、ホットガスバイパス管５３０を介して流入した温度が２０℃～４０℃
の高温高圧の冷媒は直接分流部８１０に流入する。分流部８１０では、低温低圧の冷媒と
高温高圧の冷媒が混ざることで、混ざった後の冷媒の温度は１℃～１５℃となる。これに
より、各扁平管１３０に流れる冷媒は霜を融かすことができる温度となり、空気調和機２
００の暖房運転を行ないながら熱交換器１００（室外熱交換器３３０）に付着した霜を融
かすことができる。なお、本実施形態では第１ヘッダ１１０ａと第２ヘッダ１１０ｂとも
に管状に形成しているが本発明はこれに限定したものではなく、内部が空洞になっていれ
ばよい。

以上より、本発明は、第１ヘッダ１１０ａの分流部８１０にホットガスバイパス管５３０が接続できるため、高温高圧の冷媒を分流部８１０に直接流入させることで扁平管１３０に温かい冷媒を流すことができ、暖房運転中に熱交換器１００（室外熱交換器３３０）に付着した霜を融かすことができる熱交換器を提供できる。

１００熱交換器
１２０フィン
１２１伝熱部
１３０扁平管
１５０通風路
２００空気調和機
３００室外機
３１０圧縮機
３２０四方弁
３３０室外熱交換器
３４０膨張弁
４００室内機
４１０室内熱交換器
５１０液側冷媒配管
５２０ガス側冷媒配管
５３０ホットガスバイパス管
６００冷媒回路
７００仕切板
７１０孔部
７２０絞り部
８１０分流部
８２０整流部

Claims

上下に配列される複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管と交差し、左右に配列される板状の複数のフィンと、
前記複数の伝熱管の端部に接続された管状のヘッダを有する熱交換器であって、
前記ヘッダの内部は、冷媒を整流する整流部と、前記伝熱管に冷媒を分流する分流部と
に板状の仕切り板で仕切られ、
前記整流部には、前記整流部から流出する冷媒の流速を上げる絞り部が設けられ、
前記分流部には、ホットガスバイパス管が接続されるバイパス管接続部を有し、
前記バイパス管接続部は前記絞り部の近傍であって、前記分流部へ流入した冷媒とホットガスバイパス管から流入した冷媒とが混合したあと各伝熱管に流入する位置に設けられることを特徴とする熱交換器。