WO2011135946A1 - 熱交換装置及びこれに用いる連絡管 - Google Patents
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Abstract
Description
前記複数の連絡管の少なくとも一部は、前記ヘッダ側の流路断面積が前記伝熱管側の流路断面積よりも大きく形成された流路拡大連絡管からなることを特徴とする。
なお、複数の連絡管は、全てが流路拡大連絡管とされていることがより好適であるが、一部の連絡管を流路拡大連絡管とすることによっても、熱交換装置全体として冷媒の圧力損失を抑制することができる。
B/A>1.1
(ただし、B≦C(C:ヘッダの流路断面積))
このように流路断面積のより大きい合流管を長く形成することによって、冷媒の流速が低下する範囲をより長くすることができ、冷媒の圧力損失を抑制する効果をより高めることができる。
このような構成によって、流路拡大連絡管の流路断面積を急変させることなく徐々に拡大させることができ、流路拡大連絡管を流れる冷媒の圧力損失を好適に抑制することができる。
このような構成によって、流路拡大連絡管の流路断面積を急変させることなく徐々に拡大させることができ、流路拡大連絡管を流れる際の冷媒の圧力損失を好適に抑制することができる。
前記ヘッダ側の流路断面積が、前記伝熱管側の流路断面積よりも大きく形成されていることを特徴とする。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る熱交換装置を含む空気調和装置10を示す構成図である。
図1の空気調和装置10は、冷媒の循環により蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路11を備えている。冷媒回路11は、圧縮機12、熱源側熱交換器13、膨張機構(膨張弁)14、及び利用側熱交換器15を順次冷媒配管16によって接続してなる。圧縮機12、前記熱源側熱交換器13は空気調和装置10の室外機に内蔵され、膨張機構14及び利用側熱交換器15は空気調和装置10の室内機に内蔵される。
本実施の形態における連絡管27は、2本の枝管29と1本の合流管30とから二股形状に形成されている。連絡管27の2本の枝管29は、それぞれ熱交換器15の伝熱管24に接続され、合流管30がヘッダ28に接続されている。また、連絡管27には、枝管29の長さが長いもの(符号27Aで示す)と短いもの(符号27Bで示す)とがあり、枝管29の長さの短いもの27Bは、その合流管30が延長管31を介してヘッダ28の軸方向端部に接続されている。
図5は、本発明の第2の実施の形態における連絡管27の正面図である。なお、この図5及び後述する図6~図10は、簡単のために熱交換装置のうち主に連絡管27を図示している。
本実施の形態における連絡管(流路拡大連絡管)27は、第1の実施の形態の連絡管27(図4参照)と同様に二股形状に形成されているが、合流管30の軸方向の長さLbが、枝管29の長さLaよりも長く形成されている点で第1の実施の形態とは異なっている。なお、本明細書においては、冷媒の流れ方向に関して、複数の枝管29が合流し始める位置(起点位置)を枝管29と合流管30との境界位置に定めている。
なお、図3に示されるヘッダ28の最上部に接続された連絡管27Bのように、合流管30は延長管31が接続されることによって枝管29よりも長く形成されていてもよい。
図6は、本発明の第3の実施の形態における連絡管27の正面図である。
本実施の形態における連絡管(流路拡大連絡管)27は、第1の実施の形態の連絡管27(図4参照)と同様に二股形状に形成されているが、合流管30がヘッダ28に一体的に形成されている点で第1の実施の形態とは異なっている。より具体的には、連絡管27は、各枝管29が軸方向に複数の分割管29A、29Bから構成されている。そして、ヘッダ28側に配置された一方の分割管29Bは合流管30とともにヘッダ28と一体に形成されている。また、他方の分割管29Aは、その端部がフレア加工され、ヘッダ28側の分割管29Bの端部に嵌合されるとともに、蝋付け等によって固定されている。
図7は、本発明の第4の実施の形態における連絡管27の断面図である。
本実施の形態における連絡管(流路拡大連絡管)27は、第1の実施の形態の連絡管27(図4参照)のように二股形状ではなく、1本の直線状の管とされている。連絡管27は、軸方向の途中に形成された段差部33を挟んで、伝熱管24側(図の右側)の部分が内径φa、流路断面積Aの小径部34とされ、ヘッダ28側(図の左側)の部分が内径φb、流路断面積Bの大径部35とされている。小径部34の内径φaと大径部35の内径φbとは、φa<φbの関係がある。また、小径部34の流路断面積Aと大径部35の流路断面積Bとは、A<Bの関係にある。このような構成によって、連絡管27からヘッダ28に流入する冷媒の圧力損失を抑制することができる。
図8は、本発明の第5の実施の形態における連絡管27の断面図である。
本実施の形態における連絡管(流路拡大連絡管)27は、第4の実施の形態と同様に、1本の直線状の管とされ、軸方向の途中に形成された段差部33を挟んで、伝熱管24側が内径φa、流路断面積Aの小径部34とされ、ヘッダ28側が内径φb、流路断面積Bの大径部35とされている。小径部34の内径φaと大径部35の内径φbとは、φa<φbの関係にある。小径部34の流路断面積Aと大径部35の流路断面積Bとは、A<Bの関係にある。したがって、本実施の形態においても、連絡管27からヘッダ28に流入する冷媒の圧力損失を抑制することができる。
図9は、本発明の第6の実施の形態における連絡管27の断面図である。
本実施の形態における連絡管(流路拡大連絡管)27は、軸方向に複数の段差部33を備え、この段差部33を挟んで複数の内径の異なる部分を備えている。具体的に、連絡管27は2箇所の段差部33を備え、これらの段差部33を挟んで、小径部34、中径部36、及び大径部35が形成されている。小径部34の内径φaと、中径部36の内径φdと、大径部35の内径φbとは、φa<φd<φbの関係にある。また、小径部34の流路断面積Aと、中径部36の流路断面積Dと、大径部35の流路断面積Bとは、A<D<Bの関係にある。したがって、連絡管27の流路断面積A,D,Bは、伝熱管24側からヘッダ28側へと徐々に段階的に拡大している。
図10は、本発明の第7の実施の形態における連絡管27の断面図である。
本実施の形態における連絡管(流路拡大連絡管)27は、軸方向の途中に形成されたテーパー部37を挟んで、伝熱管24側(図の右側)が内径φa、流路断面積Aの小径部34とされ、ヘッダ28側(図の左側)が内径φb、流路断面積Bの大径部35とされている。テーパー部37は、その内径に対して十分に長い軸方向長さを有している。上記第4及び第5の実施の形態の連絡管27と同様に、本実施の形態の連絡管27も、小径部34の内径φaと大径部35の内径φbとは、φa<φbの関係にあり、小径部34の流路断面積Aと大径部35の流路断面積Bとは、A<Bの関係にある。このような構成によって、連絡管27からヘッダ28に流入する冷媒の圧力損失を抑制することができる。また、本実施の形態では、テーパー部37によって流路断面積がより滑らかに変化しているので、冷媒の圧力損失をより抑制することが可能である。
図11(a)は、連絡管27における伝熱管24側とヘッダ28側との流路断面積の拡大率と、圧力損失の大きさとの関係をシミュレーションによって求めた結果を示すグラフ、(b)は、同結果を示す表である。このシミュレーションは、図7に示す第4の実施の形態の連絡管27を使用したモデルを想定して行った。
図11(a),(b)において、圧力損失の大きさは、連絡管27の流路断面積の拡大率が100%のとき、すなわち、連絡管27の流路断面積が一定であるときの差圧を100%とし、流路断面積の拡大率が100%のときの差圧ΔP1に対する、拡大率を変化させたときの差圧ΔP2の比率(ΔP2/ΔP1×100%)とした。
したがって、連絡管27における伝熱管24側の流路断面積Aと、熱交換器15側の流路断面積Bとが、次の式(1)の関係を満たすとき、より効果的に圧力損失を抑制することができるといえる。
B/A>1.1 ・・・ (1)
B≦C ・・・ (2)
例えば、図3に示される第1の実施の形態の熱交換装置は、ヘッダ28に接続される全ての連絡管27が、伝熱管24側の流路断面積Aよりもヘッダ28側の流路断面積Bの方が大きく形成された流路拡大連絡管とされているが、流路断面積A,Bが一定の連絡管27を一部に含んでいてもよい。
また、熱交換装置は、図4~図10に示される連絡管27のうちの2種類以上を備えていてもよい。
第4~第7の実施の形態における連絡管27は、外径を一定とし、内径のみを変化させたものであってもよい。
また、第1~第3の実施の形態における連絡管27の枝管29や合流管30は、図7~図10に示される第4~第7の実施形態における連絡管27の構造(段差部33やテーパー部37を有する構造)を適用することが可能である。
13 熱源側熱交換器
15 利用側熱交換器
24 伝熱管
27 連絡管(流路拡大連絡管)
28 ヘッダ
29 枝管
30 合流管
33 段差部
34 小径部
35 大径部
36 中径部
37 テーパー部
Claims (8)
- 冷媒が流通する複数の伝熱管(24)を有し、かつ蒸発器として機能する熱交換器(15)と、各伝熱管(24)の冷媒吐出側の端部に接続される複数の連絡管(27)と、この複数の連絡管(27)の冷媒吐出側の端部に接続され、各連絡管(27)から吐出された冷媒を合流するヘッダ(28)と、を備えている熱交換装置であって、
前記複数の連絡管(27)の少なくとも一部は、前記ヘッダ(28)側の流路断面積が、前記伝熱管(24)側の流路断面積よりも大きく形成された流路拡大連絡管(27)からなることを特徴とする熱交換装置。 - 前記流路拡大連絡管(27)における前記伝熱管(24)側の流路断面積をA、前記ヘッダ(28)側の流路断面積をBとしたとき、A及びBが次の式の関係を満たしている請求項1に記載の熱交換装置。
B/A>1.1
(ただし、B≦C(C:ヘッダ(28)の流路断面積)) - 前記流路拡大連絡管(27)は、前記伝熱管(24)に接続される複数の枝管(29)と、複数の枝管(29)を流れる冷媒を合流し、前記ヘッダ(28)側に接続される合流管(30)とからなり、複数の枝管(29)の流路断面積の総和よりも合流管(30)の流路断面積の方が大きく形成されている請求項1又は2に記載の熱交換装置。
- 前記合流管(30)が、前記枝管(29)よりも軸方向に長く形成されている、請求項3に記載の熱交換装置。
- 前記流路拡大連絡管(27)は、少なくとも前記合流管(30)が前記ヘッダ(28)と一体的に形成されている、請求項3又は4に記載の熱交換装置。
- 前記流路拡大連絡管(27)は、その内径が伝熱管(24)側からヘッダ(28)側へと徐々にテーパー状に拡大している請求項1又は2に記載の熱交換装置。
- 前記流路拡大連絡管(27)は、その内径が伝熱管(24)側からヘッダ(28)側へと徐々に段階的に拡大している請求項1又は2に記載の熱交換装置。
- 熱交換器(15)の伝熱管(24)とヘッダ(28)との間に設けられ、前記伝熱管(24)から前記ヘッダ(28)へ流れる冷媒の流路を形成する熱交換装置の連絡管(27)において、
前記ヘッダ(28)側の流路断面積が、前記伝熱管(24)側の流路断面積よりも大きく形成されていることを特徴とする熱交換装置の連絡管。
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