JP7168726B2

JP7168726B2 - 熱交換器および熱交換モジュール

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Publication number: JP7168726B2
Application number: JP2021096792A
Authority: JP
Inventors: ジン，ジュンフェン; オリヴィエ，ペルティエ・ピエール; ジン，フアン
Original assignee: ダンフォス・マイクロ・チャンネル・ヒート・エクスチェンジャー・（ジャシン）・カンパニー・リミテッド
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2022-11-09
Anticipated expiration: 2037-01-06
Also published as: MX2018013426A; KR20190008260A; JP2021143824A; US10801783B2; CN107388637B; WO2017197908A1; JP2019518925A; EP3460359B1; US20190154342A1; EP3460359A4; CN107388637A; EP3460359A1; KR102589420B1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年５月１６日に中国特許庁に出願された、「ＨＥＡＴＥＸＣＨＡＮＧＥＲＡＮＤＨＥＡＴＥＸＣＨＡＮＧＥＭＯＤＵＬＥ」と題される中国特許出願第２０１６１０３２３２５２．７号明細書の優先権を主張し、その内容は参照により、その全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は、空調の分野に関し、より詳細には、市販の空調の技術分野における熱交換器および熱交換モジュールに関する。

先行技術文献の国際公開第２０１１０１３６７２号パンフレットは、熱源ユニットを開示している。特に、熱源ユニットには空気熱交換器が設けられ、空気熱交換器のそれぞれは、特定の間隔で配設される複数の放熱シートと、放熱シートを貫通する熱交換管と、２つの側面上に延在して、同じ方向に曲げられる曲げシート部と、熱交換モジュールとを備える。熱交換モジュールのそれぞれは２つの空気熱交換器を備え、空気熱交換器のそれぞれは、別の空気熱交換器の屈曲部と対向するように配設される屈曲部を有する。空気熱交換器は傾斜し、その結果、下縁は互いに近接し、上縁は離間する。それゆえ、熱交換モジュールは側面視で略Ｖ字状である。

しかしながら、前述の熱源ユニットにおける左右両側の熱交換器の縁部は、Ｖ字状構造の上部で離間している。それゆえ、２つの熱交換器を接続するには、遮蔽板（または、金属板）がさらに必要であり、結果として、２つの熱交換器の間の空間は有効に利用されない。

この点に鑑み、上記問題を少なくとも部分的に解決可能である新しい熱交換器および熱交換モジュールの必要性がまだ存在する。

本発明は、
第１のマニホルドと、第２のマニホルドと、第１のマニホルドと第２のマニホルドとの間を延在して、第１のマニホルドおよび第２のマニホルドと流体連通する少なくとも２つの熱交換管とを有する第１の副熱交換器と、
第３のマニホルドと、第４のマニホルドと、第３のマニホルドと第４のマニホルドとの間を延在して、第３のマニホルドおよび第４のマニホルドと流体連通する少なくとも１つの熱交換管とを有する第２の副熱交換器と
を備え、
第１の副熱交換器の熱交換管の少なくとも１つが、第２の副熱交換器の流路の一部である、
熱交換器を提供する。

本発明の１つの実施形態によると、第１の副熱交換器は、第１の熱交換領域と第２の熱交換領域とを備え、第１の熱交換領域および第２の熱交換領域は、第１のマニホルドに配設される第１の仕切りによって離間されて、マニホルドの長手方向に区分され、第１の副熱交換器は、第１の入口と、第２の入口と、第１の出口とを備え、第２の副熱交換器は、
第３の入口と第２の出口とを備え、第１の入口は第１の熱交換領域に配置され、第２の入口および第１の出口は第２の熱交換領域に配置され、第２の出口は第２の入口と流体連通する。

本発明の１つの実施形態によると、第１の熱交換領域および第２の熱交換領域は、第２のマニホルドによって流体連通する。

本発明の１つの実施形態によると、第２の仕切りが第２のマニホルドに配設され、その結果、第１の熱交換領域と第２の熱交換領域とは流体連通せず、第３の出口が第１の熱交換領域に設けられ、その結果、第１の入口に入る冷媒は第１の熱交換領域を通過し、その後、第３の出口から出る。

本発明の１つの実施形態によると、第１の副熱交換器は第３の熱交換領域をさらに備え、第３の熱交換領域は、第１のマニホルドの第３の仕切りおよび第２のマニホルドの第４の仕切りによって第１の熱交換領域および第２の熱交換領域から離間され、第４の入口および第４の出口は第３の熱交換領域に設けられ、第４の出口は第３の入口と流体連通する。

本発明の１つの実施形態によると、第２のマニホルドおよび第３のマニホルドは互いに隣接して固定され、第４の出口および第２の入口は第２のマニホルド上に設けられ、第３の入口および第２の出口は第３のマニホルド上に設けられる。

本発明の１つの実施形態によると、第４の出口および第３の入口は、第２のマニホルドおよび第３のマニホルドの同じ側の端部にそれぞれ設けられて、第４の出口はＵ字管によって第３の入口と流体連通し、第２の入口および第２の出口は、第２のマニホルドおよび第３のマニホルドの別の側の端部にそれぞれ設けられて、第２の入口は別のＵ字管によって第２の出口と流体連通する。

本発明の１つの実施形態によると、第２のマニホルドおよび第３のマニホルドは互いに隣接して固定され、第１の入口は第１のマニホルド上に設けられ、第３の入口は第３のマニホルド上に設けられ、第３の入口は第１の副熱交換器の熱交換管の方向に延在する外部管路に接続され、外部管路の入口端部および第１の入口は熱交換器の同じ側に設けられる。

本発明の１つの実施形態によると、第１のマニホルドおよび第３のマニホルドは互いに隣接して固定され、第１の入口および第１の出口は第１のマニホルド上に設けられ、第２の入口は第２のマニホルド上に設けられ、第２の出口および第３の入口は第３のマニホルド上に設けられ、第２の入口は、第１の副熱交換器の熱交換管の方向に延在する外部管路によって、第２の出口と流体連通する。

本発明の１つの実施形態によると、熱交換器は、空冷式水冷却ユニットまたは市販の屋上ユニット上の熱交換装置のための熱交換器であり、第１の副熱交換器および第２の副熱交換器の一方は、熱交換装置の長手方向に配設される、略四辺形の主熱交換器であり、第１の副熱交換器および第２の副熱交換器の他方は、第１の副熱交換器とゼロより大きい所定の夾角を形成する、略台形の側方熱交換器である。

本発明の１つの実施形態によると、側方熱交換器は、段階的に短くなる長さを有する扁平管およびフィンから構成され、第１の扁平管の長さがＬ_扁平1、フィンの長さがＬ_フィ
_ン1であると仮定すると、側方熱交換器の寸法は以下の条件：
ｎ番目の扁平管の長さはＬ_扁平n＝Ｌ_扁平1－２（ｎ－１）×Ｈ×ｔａｎ（α／２）、
ｎ番目のフィンの長さはＬ_フィンn＝Ｌ_フィン1－２（ｎ－１）×Ｈ×ｔａｎ（α／２）、
Ｈ１＝Ｈ×ｃｏｓ（α／２）、および
α１＝１８０－（α／２）、
を満たす。ここで、Ｈは扁平管の中心間隔であり、αは第３のマニホルドと第４のマニホルドとの間の夾角であり、Ｈ１はマニホルドの溝間隔であり、α１は扁平管の曲げ角度である。

本発明の１つの実施形態によると、少なくとも２つの熱交換管が第２の熱交換領域に配設され、第５の仕切りは、第２の熱交換領域の熱交換管を２つの群に分割するために、第２のマニホルドの、第２の熱交換領域に対応する区域に配設され、その結果、第１の熱交換領域を通過する冷媒は、第２の熱交換領域の熱交換管の一方の群を通過し、第２の入口に入る冷媒は、第２の熱交換領域の熱交換管の他方の群を通過し、第２の熱交換領域の熱交換管の２つの群を通過する冷媒は、第１のマニホルドで混合されて、その後、第１の出口から出る。

本発明の１つの実施形態によると、第１の副熱交換器は、第１の熱交換領域と第３の熱交換領域とを備え、第３の熱交換領域は、第１のマニホルドの第３の仕切りおよび第２のマニホルドの第４の仕切りによって第１の熱交換領域から離間され、第１の副熱交換器は、第１の熱交換領域に配置される第１の入口および第３の出口と、第３の熱交換領域に配置される第４の入口および第４の出口とを備え、第２の副熱交換器は、第３の入口と第２の出口とを備え、第４の出口は第３の入口と流体連通する。

本発明は、空冷式水冷却ユニットまたは市販の屋上ユニット上の熱交換装置のための熱交換モジュールをさらに提供し、熱交換モジュールは上記の少なくとも１つの熱交換器を備える。

本発明による熱交換器および熱交換モジュールにおいて、空冷式水冷却ユニットまたは市販の屋上ユニット上の熱交換装置における熱交換モジュールの側方空間は十分に利用されており、空間利用率は高く、曲げることまたはより複雑な工程は必要ではない。本発明による熱交換器および熱交換モジュールは大きな熱交換面積を有し、熱交換面積は、従来の長方形の熱交換器の熱交換面積と比較して、２０％以上大きくなっている。本発明による熱交換器および熱交換モジュールに関して、熱交換器の管路接続によって、組立体または２枚の個別のシートを輸送することに関するより柔軟な選択を行うことができ、それにより、熱交換モジュールの製造、輸送、および組立ては便利かつ簡単になり、コストは減少する。

本発明のこれらの態様および利点ならびに／または他の態様および利点は、添付図面とともに好ましい実施形態の以下の説明から明らかになり、容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態による熱交換モジュールの斜視図である。図２は、図１に示される熱交換モジュールにおける、本発明の１つの実施形態による第１の熱交換器の斜視図である。図３は、図２に示される第１の熱交換器の側面図、および、第１の熱交換器の第１の副熱交換器と第２の副熱交換器との間の接続部の部分拡大図である。図４は、図２に示される第１の熱交換器の第１の副熱交換器の正面図である。図５は、図２に示される第１の熱交換器の第２の副熱交換器の正面図、および、第２の副熱交換器の熱交換管の正面図である。図６は、図２に示される第１の熱交換器の流路の概略図である。図７は、図１に示される熱交換モジュールの第２の熱交換器の流路の概略図である。図８は、本発明の別の実施形態による熱交換モジュールの斜視図である。図９は、図８に示される熱交換モジュールにおける、本発明の１つの実施形態による第１の熱交換器の斜視図である。図１０は、図９に示される第１の熱交換器の分解図である。図１１は、図８に示される熱交換モジュールにおける、本発明の別の実施形態による第２の熱交換器の斜視図である。図１２は、図１１に示される第２の熱交換器の分解図である。図１３は、図９に示される第１の熱交換器の流路の概略図である。図１４は、図１２に示される第２の熱交換器の流路の概略図である。図１５は、本発明の別の実施形態による熱交換器の流路の概略図である。

本発明の技術的解決法は、実施形態により、図１～１５とともに以下でさらに具体的に説明される。説明において、同一または類似の参照符号は、同一または類似の構成部品を示す。添付図面に言及する、本発明の実施形態の以下の説明は、本発明の一般的な発明概念を説明することを意図し、本発明を限定するものとして解釈すべきではない。

説明で用いられる「第１の」、「第２の」、「第３の」、および「第４の」などの用語は、関連する要素が順番に配置されることを意味しないが、その代わりに、関連する要素間での識別に用いられ、したがって、本発明における限定にはあたらないことは理解されるべきである。側方熱交換器および主熱交換器、または長方形の熱交換器および台形の熱交換器の例示的な説明は本発明における限定にはあたらず、その説明は、矛盾を生じることなく置き換え可能である。

図１は、本発明の第１の実施形態による、空冷式水冷却ユニットまたは市販の屋上ユニット上の熱交換装置のための熱交換モジュール１の斜視図である。熱交換モジュール１は、熱交換器によって囲まれた略閉じられた構造であり、互いに対向する２つの略四辺形の側方部分と、互いに対向する２つの略台形の側方部分とを有する。熱交換モジュール１は、第１の熱交換器１０と第２の熱交換器２０とを備え、第１の熱交換器１０は入口ａと出口ｃとを有し、第２の熱交換器２０は入口ｂと出口ｄとを有する。

本発明の実施形態による第１の熱交換器１０は、図２～６とともに以下で詳細に説明される。

図２は、図１に示される熱交換モジュール１における、本発明の１つの実施形態による第１の熱交換器１０の斜視図である。図３は、図２に示される第１の熱交換器１０の側面図、および、第１の熱交換器１０の第１の副熱交換器１００と第２の副熱交換器２００との間の接続部の部分拡大図である。図２に示されるように、第１の熱交換器１０は、第１の副熱交換器１００と第２の副熱交換器２００とを備える。第１の副熱交換器１００および第２の副熱交換器２００はそれぞれ、熱交換モジュール１において互いに隣接する略四辺形の主熱交換器および略台形の側方熱交換器を構成する。第１の副熱交換器１００および第２の副熱交換器２００はそれぞれ、熱交換モジュール１において互いに隣接する略台形の側方熱交換器および略四辺形の主熱交換器を構成することもできることが理解できる。第１の副熱交換器１００は、熱交換装置の長手方向に配設される。第２の副熱交換器２００および第１の副熱交換器１００は、ゼロより大きい所定の夾角を形成し、好ましくは、２つの副熱交換器は互いに略垂直であるように配設される。

図４は、図２に示される第１の熱交換器１０の第１の副熱交換器１００の正面図である。図５は、図２に示される第１の熱交換器１０の第２の副熱交換器２００の正面図、および、第２の副熱交換器の熱交換管２３０の正面図である。第１の副熱交換器１００は、第１のマニホルド１１０と、第２のマニホルド１２０と、第１のマニホルド１１０と第２のマニホルド１２０との間を延在して、第１のマニホルド１１０および第２のマニホルド１２０と流体連通する少なくとも２つの熱交換管１３０とを有する。フィン１４０は熱交換管１３０上に配設される。第２の副熱交換器２００は、第３のマニホルド２１０と、第４のマニホルド２２０と、第３のマニホルド２１０と第４のマニホルド２２０との間を延在して、第３のマニホルド２１０および第４のマニホルド２２０と流体連通する少なくとも１つの熱交換管２３０とを有する。フィン２４０は熱交換管（単数または複数）２３０上に配設される。

第１の副熱交換器１００は、第１のマニホルド１１０の第１の仕切り１１５によって離間される、第１の熱交換領域Ｉと第２の熱交換領域ＩＩとを備える。第１の熱交換領域Ｉおよび第２の熱交換領域ＩＩは、第１のマニホルド１１０の長手方向および第２のマニホルド１２０の長手方向に区分される。図４および６に示されるように、第１の副熱交換器は、第１の入口１１２と、第２の入口１２２と、第１の出口１１４とを備える。第２の副熱交換器は、第３の入口２１１と第２の出口２１２とを備える。第１の入口１１２は、第１のマニホルド１１０の、第１の熱交換領域Ｉに対応する区域に設けられる。第１の出口１１４は、第１のマニホルド１１０の、第２の熱交換領域ＩＩに対応する区域に設けられる。第２の入口１２２は第２のマニホルド１２０上に設けられる。第２の出口２１２は第２の入口１２２と流体連通する。

本発明のある実施形態において、第２の仕切り１２３が第２のマニホルド１２０に配設され、その結果、第１の熱交換領域Ｉと第２の熱交換領域ＩＩとは流体連通しない。このとき、第３の出口１１３は第１の熱交換領域Ｉに設けられる。第１の入口１１２から第１の熱交換領域Ｉに入る冷媒は、第１の熱交換領域Ｉで熱交換され、その後、第３の出口１１３から出る。第２の入口１２２から第２のマニホルド１２０に入る冷媒は、第２の熱交換領域ＩＩを通過し、その後、第１の出口１１４から出る。すなわち、第１の熱交換領域Ｉおよび第２の熱交換領域ＩＩを通過する冷媒は、第１の副熱交換器において流体連通しない。第１の入口１１２および第３の出口１１３は、第１の熱交換領域Ｉにおいてループを別々に形成する。

当業者は、第２の仕切り１２３が第２のマニホルド１２０から省かれてもよいことを理解するであろう。同様に、第３の出口１１３は第１の熱交換領域Ｉから省かれる。このとき、第１の熱交換領域Ｉおよび第２の熱交換領域ＩＩは、第２のマニホルド１２０によって流体連通する。第１の入口１１２から第１の熱交換領域Ｉに入る冷媒は、第２のマニホルド１２０に入り、第２の入口１２２から第２のマニホルド１２０に入る冷媒と混合され、その後、混合物は第２の熱交換領域ＩＩを通過する。図９および１０とともに以下で詳細に説明されるように、第２の熱交換領域ＩＩを通過する冷媒は、その後、第１の出口１１４から出る。

第２の仕切り１２３の代替形態として、第５の仕切りが、第２の熱交換領域ＩＩの熱交換管を２つの群に分割するために、第２のマニホルド１２０の、第２の熱交換領域ＩＩに対応する区域に配設されてもよく、その結果、第１の熱交換領域Ｉを通過する冷媒は、第２の熱交換領域ＩＩの熱交換管の一方の群を通過し、第２の入口１２２に入る冷媒は、第２の熱交換領域ＩＩの熱交換管の他方の群を通過することを当業者は理解するであろう。図１５とともに以下で詳細に説明されるように、第２の熱交換領域ＩＩの熱交換管の２つの群を通過する冷媒は、第１のマニホルド１１０で混合されて、その後、第１の出口１１４から出る。

本発明のある実施形態において、第１の副熱交換器は、第３の熱交換領域ＩＩＩをさらに備える。第３の熱交換領域ＩＩＩは、第１のマニホルド１１０の第３の仕切り１１６および第２のマニホルド１２０の第４の仕切り１２４によって、第１の熱交換領域Ｉおよび第２の熱交換領域ＩＩから離間される。第４の入口１１１および第４の出口１２１が第３の熱交換領域ＩＩＩに設けられる。第４の出口１２１は第３の入口２１１と流体連通する。第２のマニホルド１２０および第３のマニホルド２１０は、クランプおよび溶接などの当該技術分野において知られている接続方法で、互いに隣接して固定される。第４の出口１２１および第２の入口１２２は、第２のマニホルド１２０上に設けられ、第３の入口２１１および第２の出口２１２は、第３のマニホルド２１０上に設けられる。特に、第４の出口１２１は、第２のマニホルド１２０の、第３の熱交換領域ＩＩＩに対応する区域に設けられ、第２の入口１２２は、第２のマニホルド１２０の、第２の熱交換領域ＩＩに対応する区域に設けられる。より詳細には、第４の出口１２１および第３の入口２１１は、第２のマニホルド１２０および第３のマニホルド２１０の同じ側の端部にそれぞれ設けられて、図３に示されるように、第４の出口１２１はＵ字管によって第３の入口２１１と流体連通する。同様に、第２の入口１２２および第２の出口２１２は、第２のマニホルド１２０および第３のマニホルド２１０の別の側の端部にそれぞれ設けられて、第２の入口１２２は別のＵ字管によって第２の出口２１２と流体連通する。

第３の入口２１１はまた、第１の副熱交換器の熱交換管の方向に延在する外部管路に接続できることを当業者は理解するであろう。図９および１０とともに以下で詳細に説明されるように、外部管路の入口端部および第１の入口１１２は、熱交換器１０の同じ側に設けられる。

必要に応じて、さらなる熱交換機能を実装するために、さらなる出口がさらなる副熱交換器との連通のために第２のマニホルド１２０上に設けられてもよいことを当業者は理解するであろう。第１の熱交換器１０の入口ａは、第４の入口１１１および第１の入口１１２それぞれへの接続のために２つの管路に分割される。第１のマニホルド１１０上の第３の出口１１３および第１の出口１１４は、第１の熱交換器１０の出口ｃとして働くために、１つの管路に集められる。

ここで、明瞭にするために、添付図面の副熱交換器は主熱交換器と側方熱交換器とを備えることに留意すべきである。中央の熱交換管およびフィンは示されておらず、その代わりに、境界部分の熱交換管およびフィンのみ示されている。

第２の副熱交換器２００の出口は、第４のマニホルド２２０上に配設されてもよいことが理解できる。このとき、第４のマニホルド２２０上の出口および第２のマニホルド上の第２の入口１２２は、２つの副熱交換器の外側に配置される管路によって流体連通する。

図６は、図２に示される第１の熱交換器１０の流路の概略図である。使用中、図６に示されるように、第４の入口１１１と、第３の熱交換領域ＩＩＩの熱交換管と、第４の出口１２１と、第３の入口２１１と、第２の副熱交換器２００と、第２の出口２１２と、第２の入口１２２と、第２の熱交換領域ＩＩと、第１の出口１１４とが、第１のループを形成する。第１の入口１１２と、第１の熱交換領域Ｉの熱交換管の１つの群と、第２のマニホルド１２０と、第１の熱交換領域Ｉの熱交換管の他の群と、第３の出口１１３とが、第２の熱交換領域ＩＩにおいて別の第２のループを形成する。

本発明の熱交換器のマニホルドにおいて、ループ要件に従って当業者によって明らかに配設される必要がある仕切りの説明が省略されることが理解できる。さらに、各ループの熱交換部に関して、サーペンタインループを形成するように複数の仕切りをマニホルドに
配設してもよく、それによって、熱交換効率が向上することを当業者は理解するであろう。

好適には、第１の熱交換器１０の熱交換管は、すべての扁平管である。第２の熱交換領域ＩＩのフィンは、形状および配置構造に関して、第１の熱交換領域Ｉおよび第３の熱交換領域ＩＩＩのフィンと異なってもよい。

変形形態として、第１の副熱交換器１００はまた、第１の熱交換領域Ｉおよび第３の熱交換領域ＩＩＩのみ備え、第２の熱交換領域ＩＩは備えなくてもよいことを当業者は理解するであろう。このとき、第１の副熱交換器１００は、第１の熱交換領域Ｉにループを独立して形成する。第３の熱交換領域ＩＩＩに入る冷媒は、第２の副熱交換器２００に流れ込むが、第１の副熱交換器１００を通ってもはや流れ戻らない。その代わりに、第２の副熱交換器２００の第２の出口２１２は、たとえば、さらなる管路によって出口ｃと連通してもよい。第２の出口２１２はまた、第４のマニホルド２２０上に設けられてもよい。

第２の副熱交換器２００の熱交換管２３０およびフィン２４０の配置は、図５とともに以下で詳細に説明される。

第２の副熱交換器２００は、全体として台形であり、段階的に短くなる長さを有する扁平管２３０およびフィン２４０で構成される側方熱交換器として用いられる。各扁平管の少なくとも１つの端部は、マニホルドへの挿入を容易にするために曲げられてもよい。好適には、扁平管の曲げられた区域は、マニホルドに垂直に挿入される。上部での第１の扁平管の長さがＬ_扁平1、第１の扁平管上のフィンの長さがＬ_フィン1であると仮定すると、側方熱交換器の寸法は以下の条件：
上から下に、ｎ番目の扁平管の長さはＬ_扁平n＝Ｌ_扁平1－２（ｎ－１）×Ｈ×ｔａｎ（α／２）、
上から下に、ｎ番目の扁平管上のフィンの横方向分布長さはＬ_フィンn＝Ｌ_フィン1－２（ｎ－１）×Ｈ×ｔａｎ（α／２）、
Ｈ１＝Ｈ×ｃｏｓ（α／２）、および
α１＝１８０－（α／２）、
を満たす。ここで、Ｈは扁平管の中心間隔であり、αは第３のマニホルド２１０と第４のマニホルド２２０との間で形成される夾角であり、Ｈ１はマニホルドの溝間隔、すなわち、挿入された扁平管の端部を接合するための開口の中心間の間隔であり、α１は扁平管の曲げ角度、すなわち、図５に示されるように、扁平管の曲げられた区域と扁平管の本体との間で形成される角度であり、ｎは自然数である。

図１に示されるように、第２の熱交換器２０は、第３の副熱交換器３００と第４の副熱交換器４００とを備える。第３の副熱交換器３００は、熱交換モジュール１の別の主熱交換器を形成するように、第１の副熱交換器１００の形状と略同じである四辺形の形状である。第４の副熱交換器４００は、熱交換モジュール１の別の側方熱交換器を形成するように、第２の副熱交換器２００の形状と略同じである略台形の形状を有する。第３の副熱交換器３００は略台形でもよく、第４の副熱交換器４００は略四辺形でもよいことが理解できる。図７は、図１に示される熱交換モジュール１の第２の熱交換器２０の流路の概略図である。第３の副熱交換器３００の入口３１１および第４の副熱交換器４００の入口４１１は、第２の熱交換器２０の同じ隅部に配置される入口ｂを形成するために、管路によって組み合わされる。第３の副熱交換器３００の出口３１２および第４の副熱交換器４００の出口４１２は、第２の熱交換器２０の同じ隅部に配置される出口ｄを形成するために、管路によって組み合わされる。第３の副熱交換器３００および第４の副熱交換器４００は、それ自体で独立した熱交換器である。第３の副熱交換器３００および第４の副熱交換器４００の寸法はそれぞれ、第１の副熱交換器１００および第２の副熱交換器２００の寸法
と略一致し、その詳細は本明細書では説明されない。

図８は、本発明の第２の実施形態による熱交換モジュール２の斜視図である。図９は、第１の熱交換器３０の斜視図である。図１０は、図９に示される第１の熱交換器３０の分解図である。図１１は、図８に示される熱交換モジュール２の本発明の別の実施形態による第２の熱交換器４０の斜視図である。図１２は、図１１に示される第２の熱交換器４０の分解図である。熱交換モジュール２は、熱交換器によって囲まれた略閉じられた構造であり、互いに対向する２つの略四辺形の側方部分と、互いの対向する２つの略台形の側方部分とを有する。図９および１１に示されるように、熱交換モジュール２は、第１の熱交換器３０と第２の熱交換器４０とを備える。

図９および１０に示されるように、第１の熱交換器３０は、第１の副熱交換器５００と第２の副熱交換器６００とを備える。第１の副熱交換器５００および第２の副熱交換器６００はそれぞれ、熱交換モジュール２において互いに隣接する略四辺形の主熱交換器および略台形の側方熱交換器を含む組を構成する。第１の副熱交換器５００は、熱交換装置の長手方向に配設される。第２の副熱交換器６００および第１の副熱交換器５００は、互いに略垂直であるように配設される。

第１の副熱交換器５００は、第１のマニホルド５１０と、第２のマニホルド５２０と、第１のマニホルド５１０と第２のマニホルド５２０との間を延在して、第１のマニホルド５１０および第２のマニホルド５２０と流体連通する少なくとも２つの熱交換管とを有する。フィンは熱交換管上に配設される。

第２の副熱交換器６００は、第３のマニホルド６１０と、第４のマニホルド６２０と、第３のマニホルド６１０と第４のマニホルド６２０との間を延在して、第３のマニホルド６１０および第４のマニホルド６２０と流体連通する少なくとも１つの熱交換管とを有する。フィンは熱交換管（単数または複数）上に配設される。

図４の第１の副熱交換器１００とは異なり、図１０に示される第１の副熱交換器５００では、第３の熱交換領域ＩＩＩは省かれている。すなわち、第１の副熱交換器５００の外側に配置される外部管路５４０は、第３のマニホルドの第３の入口６１１に冷媒を提供するのに用いられる。外部管路５４０は、第１のマニホルド５１０の第１の入口５１２と整列する第４の入口５１１を有し、外部管路５４０は、第１の副熱交換器５００の熱交換管の方向に配設されて、第１の副熱交換器５００に密に隣接する。同様に、１つの第１の入口５１２のみが第１のマニホルド５１０上に設けられる。第２のマニホルド５２０上では、出口は省かれて、１つの第２の入口５２２のみが設けられる。さらに、図４の第１の副熱交換器１００と比較すると、図１０に示される第１の副熱交換器５００では、第２のマニホルド５２０において第１の熱交換領域Ｉおよび第２の熱交換領域ＩＩを分割する仕切りがさらに省かれて、１つの出口５１４のみが第１のマニホルド５１０上に設けられる。すなわち、図４の第１の副熱交換器１００の出口１１３および１１４は、１つの出口５１４に集約される。

第２の副熱交換器６００の第３の入口６１１および第２の出口６１２が第３のマニホルド６１０に垂直であるように配設される、すなわち、第３のマニホルド６１０の側方部分に配設される、かつ、第３の入口６１１および第２の出口６１２の開口方向が第３のマニホルド６１０に垂直でもよい、ということを除いて、図１０の第２の副熱交換器６００は、第１の実施形態において図５に示される第２の副熱交換器２００と略同じである。第２の出口６１２は曲管５３０によって、第２のマニホルド５２０上で第２のマニホルド５２０に垂直に設けられる第２の入口５２２に接続される。すなわち、第２の入口５２２は第２のマニホルド５２０の側方部分に設けられ、第２の入口５２２の開口方向は第２のマニ
ホルド５２０に垂直でもよい。図１３は、図９に示される第１の熱交換器３０の流路の概略図である。使用中、第４の入口５１１と、外部管路５４０と、第３の入口６１１と、第２の副熱交換器６００と、第２の出口６１２と、第２の入口５２２と、第２の熱交換領域ＩＩと、第１の出口５１４とが、第１のループを形成する。第１のマニホルド５１０上の第１の入口５１２と、第１の熱交換領域Ｉと、第２のマニホルド５２０と、第２の熱交換領域ＩＩと、第１の出口５１４とが、第２のループを形成する。第２の熱交換領域ＩＩは、第１のループの逆流区域としてだけでなく、第２の副熱交換器６００における次の過冷却区域としても用いられる。第１のループの冷媒および第２のループの冷媒は、第１の副熱交換器５００の第２のマニホルド５２０に集まる。本発明による熱交換器において、２つのループの出口温度および出口圧力は一定に保持されてもよく、それによって、２つのループの出口パラメータが一致しない状況を避ける。過冷却区域は、２つのループの圧力低下と流れとの間のバランスをとるように、２つのループの流れを調整することができ（大面積のための大流量／小面積のための小流量）、その結果、全体的な熱交換効果は最適な状態に到達する。

なお、図２に示される熱交換モジュール１の第１の熱交換器１０における部分と同じである、図９に示される第１の熱交換器３０の部分に対しては、説明は与えられない。

図１１および１２に示されるように、第２の熱交換器４０は、第３の副熱交換器７００と第４の副熱交換器８００とを備える。第３の副熱交換器７００および第４の副熱交換器８００はそれぞれ、熱交換モジュール２において互いに隣接する略四辺形の主熱交換器および略台形の側方熱交換器を含む別の組を構成する。第３の副熱交換器７００は、熱交換装置の長手方向に配設され、第４の副熱交換器８００および第３の副熱交換器７００は、互いに略垂直であるように配設される。

第３の副熱交換器７００は、第１のマニホルド７１０と、第２のマニホルド７２０と、第１のマニホルド７１０と第２のマニホルド７２０との間を延在して、第１のマニホルド７１０および第２のマニホルド７２０と流体連通する少なくとも２つの熱交換管とを有する。フィンは熱交換管上に配設される。第１の入口７１２および第１の出口７１４は、第１のマニホルド７１０上に設けられる。第２の入口７２２は、第２のマニホルド７２０上に設けられる。

第４の副熱交換器８００は、第３のマニホルド８１０と、第４のマニホルド８２０と、第３のマニホルド８１０と第４のマニホルド８２０との間を延在して、第３のマニホルド８１０および第４のマニホルド８２０と流体連通する少なくとも１つの熱交換管とを有する。フィンは熱交換管（単数または複数）上に配設される。第３の入口８１１および第２の出口８１２は、第３のマニホルド８１０上に設けられる。

第２の熱交換器４０は、図９に示される第１の熱交換器３０と類似している。図１１の第２の熱交換器４０では、第３の副熱交換器７００の第１のマニホルド７１０および第４の副熱交換器８００の第３のマニホルド８１０は互いに隣接して固定され、第３のマニホルド８１０上の第２の出口８１２は、第３の副熱交換器７００の熱交換管の方向に延在する外部管路７３０によって、第２のマニホルド７２０上の第２の入口７２２と連通するという点が、第２の熱交換器４０と図９に示される第１の熱交換器３０との違いである。第３の入口８１１から第４の副熱交換器８００に直接入る冷媒は、第２のマニホルド７２０上の第２の入口７２２を通って第３の副熱交換器７００の第２の熱交換領域ＩＩに流れ込み、その結果、第３の副熱交換器７００の第２の熱交換領域ＩＩが、第４の副熱交換器８００の過冷却区域として用いられる。第３の副熱交換器７００の第１のマニホルド７１０上の第４の入口７１１は、第４の副熱交換器８００の第３の入口８１１の近くに配設され、その結果、第３の副熱交換器７００の第１の入口７１２および第４の副熱交換器８００
の第３の入口８１１は、図１に示される熱交換モジュール１の第１の副熱交換器１００の第４の入口１１１および第１の入口１１２と同じ方法で、第２の熱交換器４０の共通の入口（図に示されない）と連通してもよい。

図１４は、図１２に示される第２の熱交換器４０の流路の概略図である。使用中、第１の入口７１２と、第１の熱交換領域Ｉと、第２のマニホルド７２０と、第２の熱交換領域ＩＩと、第１の出口７１４とが、第３のループを形成する。第３の入口８１１と、第４の副熱交換器８００と、第２の出口８１２と、外部管路７３０と、第２の入口７２２と、第２の熱交換領域ＩＩと、第１の出口７１４とが、第４のループを形成する。第２の熱交換領域ＩＩは、第３の副熱交換器７００の逆流区域としてだけでなく、第４の副熱交換器８００の過冷却区域としても用いられる。

図１５は、本発明の別の実施形態による熱交換器５０の流路の概略図である。熱交換器５０は、第５の仕切りが、第２のマニホルドの、第２の熱交換領域ＩＩに対応する領域に配設されることを除いて、前述の熱交換器３０または４０と類似しており、その結果、副熱交換器９００の第１の熱交換領域Ｉを通過する冷媒および副熱交換器１０００からの冷媒はそれぞれ、副熱交換器９００の第２の熱交換領域における熱交換管の２つの群を別々に通過し、第１のマニホルドで混合され、その後、熱交換器５０から流れ出る。明瞭にするために、熱交換器３０または４０の部分と類似している熱交換器５０の部分は説明されない。

本発明の主な設計思想は、１つの熱交換器が別の熱交換器の熱交換管のいくつかをそのループの一部としての使うという点にある。特に、空冷式水冷却ユニットまたは市販の屋上ユニット上の熱交換装置に関して、異なる熱交換器が、熱交換装置を形成するために、管路によって接続されて、つなぎ合わされ、その周辺部は実質的に取り囲まれ、熱交換装置の側方部分に配置される１つの側方熱交換器は、側方熱交換器に隣接して、熱交換装置の配置方向に配置される主熱交換器の熱交換管のいくつかを使う。側方熱交換器および主熱交換器は、同じ共通の入口および／または出口を使う。本発明による熱交換装置において、熱交換装置の略台形のまたはＶ字状の空間は十分に利用することができ、それによって、熱交換効率は向上し、熱交換装置の製造、輸送、および組立てにおける利便性が高まる。したがって、設計思想に従う実施態様はすべて、本発明の保護の範囲内にある。

前述の実施形態は、本発明を限定しない。当業者は、本発明に基づいて、本発明の設計思想の範囲内の他の変形形態を思いついてもよい。たとえば、マニホルドの入口および出口の数は、既存の実施形態に基づいて増やしてもよく、その結果、増やした入口および出口は組み合わされて、他の管路および熱交換器とともに用いられる。本明細書で説明した熱交換モジュールの４つの側方部分はすべてが熱交換器によって囲まれているが、側方部分のいくつかは熱交換器によって囲まれなくてもよく、それにより、熱交換モジュール全体は開放構造になる。あるいは、従来の金属板または遮風板が、熱交換器が閉じられた構造を形成するように配設されない側方部分を取り囲むのに用いられる。複数の特徴を含む前述の実施形態のさまざまな特徴は、新しい実施形態を形成するために、どのように組み合わせてもよいが、それらを実施形態に含まれるすべての前述の特徴に限定することは意図しない。たとえば、熱交換モジュールは、本明細書に開示される２つの熱交換モジュールに限定されない。その代わり、本発明の思想による熱交換器を含むすべての熱交換モジュールは、本発明の思想による熱交換器が他の熱交換器とどのように組み合わされるかに関係なく、本発明の範囲内である。本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲に記録されたテキストに従う。必要に応じて、対応する機能領域を分離して、熱交換路を拡大するために、対応する仕切りがマニホルドに配設されてもよいことが強調されなければならない。本発明の説明では、本発明の設計思想に従って当業者が思いつくことができる仕切りのすべての配置は説明されていない。

１熱交換モジュール
１０第１の熱交換器
Ａ入口
ｃ出口
１００第１の副熱交換器
１１０第１のマニホルド
１１１第４の入口
１１２第１の入口
１１３第３の出口
１１４第１の出口
１１５第１の仕切り
１１６第３の仕切り
１２０第２のマニホルド
１２１第４の出口
１２２第２の入口
１２３第２の仕切り
１２４第４の仕切り
１３０熱交換管
１４０フィン
Ｉ第１の熱交換領域
ＩＩ第２の熱交換領域
ＩＩＩ第３の熱交換領域
２００第２の副熱交換器
２１０第３のマニホルド
２１１第３の入口
２１２第２の出口
２２０第４のマニホルド
２３０熱交換管、扁平管
２４０フィン
２０第２の熱交換器
ｂ入口
ｄ出口
３００第３の副熱交換器
３１１入口
３１２出口
４００第４の副熱交換器
４１１入口
４１２出口
２熱交換モジュール
３０第１の熱交換器
５００第１の副熱交換器
５１０第１のマニホルド
５１１第４の入口
５１２第１の入口
５１４出口
５２０第２のマニホルド
５２２第２の入口
５３０曲管
５４０外部管路
６００第２の副熱交換器
６１０第３のマニホルド
６１１第３の入口
６１２第２の出口
６２０第４のマニホルド
４０第２の熱交換器
７００第３の副熱交換器
７１０第１のマニホルド
７１１第４の入口
７１２第１の入口
７１４第１の出口
７２０第２のマニホルド
７２２第２の入口
７３０外部管路
８００第４の副熱交換器
８１０第３のマニホルド
８１１第３の入口
８１２第２の出口
８２０第４のマニホルド
５０熱交換器
９００副熱交換器
１０００副熱交換器

Claims

熱交換器であって、
第１のマニホルドと、第２のマニホルドと、前記第１のマニホルドと前記第２のマニホルドとの間を延在し、前記第１のマニホルドおよび前記第２のマニホルドと流体連通する少なくとも２つの熱交換管とを有する第１の副熱交換器と、
第３のマニホルドと、第４のマニホルドと、前記第３のマニホルドと前記第４のマニホルドとの間を延在し、前記第３のマニホルドおよび前記第４のマニホルドと流体連通する少なくとも１つの熱交換管とを有し、かつ熱交換面積が前記第１の副熱交換器の熱交換面積よりも小さい第２の副熱交換器と
を備え、
前記第１の副熱交換器の前記熱交換管の少なくとも１つが、前記第２の副熱交換器の流路の一部であり、
前記第１の副熱交換器が、第１の熱交換領域と第２の熱交換領域とを備え、前記第１の熱交換領域および前記第２の熱交換領域が、前記第１のマニホルドに配設される第１の仕切りによって離間され、前記マニホルドの長手方向に区分され、
前記第１の副熱交換器が、第１の入口と、第２の入口と、第１の出口とを備え、前記第２の副熱交換器が、第３の入口と第２の出口とを備え、前記第１の入口が前記第１の熱交換領域に配置され、前記第２の入口および前記第１の出口が前記第２の熱交換領域に配置され、
前記第２の出口が前記第２の入口と流体連通し、
第２の仕切りが前記第２のマニホルドに配設され、その結果、前記第１の熱交換領域と前記第２の熱交換領域とは流体連通せず、
第３の出口が前記第１の熱交換領域に設けられ、その結果、前記第１の入口に入る冷媒が前記第１の熱交換領域を通過し、その後、前記第３の出口から出る
ことを特徴とする、熱交換器。
熱交換器であって、
第１のマニホルドと、第２のマニホルドと、前記第１のマニホルドと前記第２のマニホルドとの間を延在し、前記第１のマニホルドおよび前記第２のマニホルドと流体連通する少なくとも２つの熱交換管とを有する第１の副熱交換器と、
第３のマニホルドと、第４のマニホルドと、前記第３のマニホルドと前記第４のマニホルドとの間を延在し、前記第３のマニホルドおよび前記第４のマニホルドと流体連通する少なくとも１つの熱交換管とを有し、かつ熱交換面積が前記第１の副熱交換器の熱交換面積よりも小さい第２の副熱交換器と
を備え、
前記第１の副熱交換器の前記熱交換管の少なくとも１つが、前記第２の副熱交換器の流路の一部であり、
前記第１の副熱交換器が、第１の熱交換領域と第２の熱交換領域とを備え、前記第１の熱交換領域および前記第２の熱交換領域が、前記第１のマニホルドに配設される第１の仕切りによって離間され、前記マニホルドの長手方向に区分され、
前記第１の副熱交換器が、第１の入口と、第２の入口と、第１の出口とを備え、前記第２の副熱交換器が、第３の入口と第２の出口とを備え、前記第１の入口が前記第１の熱交換領域に配置され、前記第２の入口および前記第１の出口が前記第２の熱交換領域に配置され、
前記第２の出口が前記第２の入口と流体連通し、
第１ループの流体は、前記第１の副熱交換器の前記第２の熱交換領域および前記第２の副熱交換器とを流れ、
第２ループの流体は、前記第１の副熱交換器の前記第１の熱交換領域および前記第２の熱交換領域を流れ、
前記第２の熱交換領域の熱交換面積は、前記第１ループの流体が流れる熱交換面積と前記第２ループの流体が流れる熱交換面積とが等しくなるように設定されることを特徴とする、熱交換器。
前記第１の熱交換領域および前記第２の熱交換領域が、前記第２のマニホルドによって流体連通する
ことを特徴とする、請求項２に記載の熱交換器。
前記第１の副熱交換器が第３の熱交換領域をさらに備え、前記第３の熱交換領域が、前記第１のマニホルドの第３の仕切りおよび前記第２のマニホルドの第４の仕切りによって前記第１の熱交換領域および前記第２の熱交換領域から離間され、第４の入口および第４の出口が前記第３の熱交換領域に設けられ、前記第４の出口が前記第３の入口と流体連通する
ことを特徴とする、請求項１または３に記載の熱交換器。
前記第２のマニホルドおよび前記第３のマニホルドが互いに隣接して固定され、前記第４の出口および前記第２の入口が前記第２のマニホルド上に設けられ、前記第３の入口および前記第２の出口が前記第３のマニホルド上に設けられる
ことを特徴とする、請求項４に記載の熱交換器。
前記第４の出口および前記第３の入口が、前記第２のマニホルドおよび前記第３のマニホルドの同じ側の端部にそれぞれ設けられ、前記第４の出口がＵ字管によって前記第３の入口と流体連通し、前記第２の入口および前記第２の出口が、前記第２のマニホルドおよび前記第３のマニホルドの別の側の端部にそれぞれ設けられ、前記第２の入口が別のＵ字管によって前記第２の出口と流体連通する
ことを特徴とする、請求項５に記載の熱交換器。
前記第２のマニホルドおよび前記第３のマニホルドが互いに隣接して固定され、前記第１の入口が前記第１のマニホルド上に設けられ、前記第３の入口が前記第３のマニホルド上に設けられ、前記第３の入口が前記第１の副熱交換器の前記熱交換管の方向に延在する外部管路に接続され、前記外部管路の入口端部および前記第１の入口が前記熱交換器の同じ側に設けられる
ことを特徴とする、請求項３に記載の熱交換器。
前記第１のマニホルドおよび前記第３のマニホルドが互いに隣接して固定され、前記第１の入口および前記第１の出口が前記第１のマニホルド上に設けられ、前記第２の入口が前記第２のマニホルド上に設けられ、前記第２の出口および前記第３の入口が前記第３のマニホルド上に設けられ、前記第２の入口が、前記第１の副熱交換器の前記熱交換管の方向に延在する外部管路によって、前記第２の出口と流体連通する
ことを特徴とする、請求項３に記載の熱交換器。
前記熱交換器が、空冷式水冷却ユニットまたは市販の屋上ユニット上の熱交換装置のための熱交換器であり、前記第１の副熱交換器および前記第２の副熱交換器の一方が、前記熱交換装置の長手方向に配設される、略四辺形の主熱交換器であり、前記第１の副熱交換器および前記第２の副熱交換器の他方が、前記第１の副熱交換器とゼロより大きい所定の夾角を形成する、略台形の側方熱交換器である
ことを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の熱交換器。
前記側方熱交換器が、段階的に短くなる長さを有する扁平管およびフィンから構成され、第１の扁平管の長さがＬ _扁平１、かつフィンの長さがＬ _フィン１であると仮定すると、前記側方熱交換器の寸法が、以下の条件：
ｎ番目の扁平管の長さがＬ _扁平ｎ＝Ｌ _扁平１－２（ｎ－１）×Ｈ×ｔａｎ（α／２）、
ｎ番目のフィンの長さがＬ _フィンｎ＝Ｌ _フィン１－２（ｎ－１）×Ｈ×ｔａｎ（α／２）、
Ｈ１＝Ｈ×ｃｏｓ（α／２）、および
α１＝１８０－（α／２）
を満たし、
ここで、Ｈが前記扁平管の中心間隔であり、αが前記第３のマニホルドと前記第４のマニホルドとの間の夾角であり、Ｈ１が前記マニホルドの溝間隔であり、α１は前記扁平管の曲げ角度である
ことを特徴とする、請求項９に記載の熱交換器。
少なくとも２つの熱交換管が前記第２の熱交換領域に配設され、第５の仕切りが、前記第２の熱交換領域の前記熱交換管を２つの群に分割するために、前記第２のマニホルドの、前記第２の熱交換領域に対応する区域に配設され、その結果、前記第１の熱交換領域を通過する冷媒が、前記第２の熱交換領域の熱交換管の一方の群を通過し、前記第２の入口に入る冷媒が、前記第２の熱交換領域の熱交換管の他方の群を通過し、
前記第２の熱交換領域の熱交換管の前記２つの群を通過する前記冷媒が、前記第１のマニホルドで混合され、その後、前記第１の出口から出る
ことを特徴とする、請求項３に記載の熱交換器。
熱交換器であって、
第１のマニホルドと、第２のマニホルドと、前記第１のマニホルドと前記第２のマニホルドとの間を延在し、前記第１のマニホルドおよび前記第２のマニホルドと流体連通する少なくとも２つの熱交換管とを有する第１の副熱交換器と、
第３のマニホルドと、第４のマニホルドと、前記第３のマニホルドと前記第４のマニホルドとの間を延在し、前記第３のマニホルドおよび前記第４のマニホルドと流体連通する少なくとも１つの熱交換管とを有し、かつ熱交換面積が前記第１の副熱交換器の熱交換面積よりも小さい第２の副熱交換器と
を備え、
前記第１の副熱交換器の前記熱交換管の少なくとも１つが、前記第２の副熱交換器の流路の一部であり、
前記第１の副熱交換器が、第１の熱交換領域と第３の熱交換領域とを備え、前記第３の熱交換領域が、前記第１のマニホルドの第３の仕切りおよび前記第２のマニホルドの第４の仕切りによって前記第１の熱交換領域から離間され、
前記第１の副熱交換器が、前記第１の熱交換領域に配置される第１の入口および第３の出口と、前記第３の熱交換領域に配置される第４の入口および第４の出口とを備え、前記第２の副熱交換器が、第３の入口と第２の出口とを備え、前記第４の出口が前記第３の入口と流体連通する
ことを特徴とする、熱交換器。
請求項１～１２のいずれか一項に記載の少なくとも１つの熱交換器を備える、
空冷式水冷却ユニットまたは市販の屋上ユニット上の熱交換装置のための熱交換モジュール。