JP2010107055A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】長手方向を上下方向として配置した偏平チューブ内の複数の冷媒通路に冷媒の対向流を形成するに際し、液状の冷媒が下方から確実に持ち上げられるようにする。
【解決手段】熱交換器1は、間隔を置いて平行に配置された2本のヘッダパイプ2、3と、ヘッダパイプ2、3の間に長手方向を上下方向として配置された複数の偏平チューブ4を備える。偏平チューブ4は内部に複数の冷媒通路5を有し、冷媒通路5をジグザグに縫うように、偏平チューブ4の一方の端から他方の端へ抜け、折り返して前記一方の端に戻る冷媒流が、1往復以上形成される。熱交換器1が凝縮器として用いられる場合、冷媒流は下降流からスタートする。そして下降流を通す冷媒通路に比べ、上昇流を通す冷媒通路は断面積が小さく設定されている。
【選択図】図1
【解決手段】熱交換器1は、間隔を置いて平行に配置された2本のヘッダパイプ2、3と、ヘッダパイプ2、3の間に長手方向を上下方向として配置された複数の偏平チューブ4を備える。偏平チューブ4は内部に複数の冷媒通路5を有し、冷媒通路5をジグザグに縫うように、偏平チューブ4の一方の端から他方の端へ抜け、折り返して前記一方の端に戻る冷媒流が、1往復以上形成される。熱交換器1が凝縮器として用いられる場合、冷媒流は下降流からスタートする。そして下降流を通す冷媒通路に比べ、上昇流を通す冷媒通路は断面積が小さく設定されている。
【選択図】図1
Description
本発明はパラレルフロー型の熱交換器に関する。
複数のヘッダパイプの間に複数の偏平チューブを配置して偏平チューブ内部の複数の冷媒通路をヘッダパイプの内部に連通させるとともに、偏平チューブ間にコルゲートフィン等のフィンを配置したパラレルフロー型の熱交換器はカーエアコンや建物用空気調和機の室外側ユニットなどに広く利用されている。
従来のパラレルフロー型熱交換器の一例を図8に示す。図8では紙面上側が垂直方向の上側、紙面下側が垂直方向の下側となる。熱交換器1は、2本の水平なヘッダパイプ2、3を垂直方向に間隔を置いて平行に配置し、ヘッダパイプ2、3の間に複数の垂直な偏平チューブ4を水平方向に所定ピッチで配置する。偏平チューブ4は金属を押出成型した細長い成型品であり、内部には冷媒を流通させる冷媒通路5が形成されている。偏平チューブ4は長手方向である押出成型方向を垂直にする形で配置されるので、冷媒通路5の冷媒流通方向も垂直になる。冷媒通路5は断面形状及び断面面積の等しいものが図8の奥行き方向に複数個並び、そのため偏平チューブ4の水平断面はハーモニカ状を呈している。各冷媒通路5はヘッダパイプ2、3の内部に連通する。隣り合う偏平チューブ4同士の間にはコルゲートフィン6が配置される。
ヘッダパイプ2と3、偏平チューブ4、及びコルゲートフィン6はいずれもアルミニウム等熱伝導の良い金属からなり、偏平チューブ4はヘッダパイプ2、3に対し、コルゲートフィン6は偏平チューブ4に対し、それぞれロウ付けまたは溶着で固定される。
図8に示す熱交換器1は、いわゆるダウンフロータイプのパラレルフロー型熱交換器である。上下のヘッダパイプ2、3の間に長手方向を上下方向とする多数の偏平チューブ4を設け、偏平チューブ4間にコルゲートフィン6を設けた構造であるから、熱交換器1の放熱(吸熱)面積は大きく、効率的に熱交換を行うことができる。下側のヘッダパイプである下部ヘッダパイプ3には一端に冷媒出入口7が設けられ、上側のヘッダパイプである上部ヘッダパイプ2には冷媒出入口7と対角をなす一端に冷媒出入口8が設けられている。なお、ここに示した冷媒出入口7と冷媒出入口8の位置関係は一例であって、これに限定されるものではない。例えば、上部ヘッダパイプ2が両端2箇所に冷媒出入口8を備える構成も可能である。
上記のようなパラレルフロー型熱交換器において、偏平チューブ内の複数の冷媒通路に冷媒の対向流を形成し、熱交換性能を高めるという提案もなされている。特許文献1、2にその例を見ることができる。
特開2002−206890号公報
特開平9−138081号公報
特許文献1、2の例のように、偏平チューブ内の複数の冷媒通路に冷媒の対向流を形成する場合、偏平チューブがその長手方向を上下方向として配置されていると、冷媒流は下降流と上昇流の組み合わせとなる。この熱交換器を凝縮器として用いる場合には、下部ヘッダパイプに溜まる液状の冷媒をどのように持ち上げるかが問題になる。本発明はこの点に鑑みなされたものであり、長手方向を上下方向として配置した偏平チューブ内の複数の冷媒通路に冷媒の対向流を形成するに際し、液状の冷媒が下方から確実に持ち上げられるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、間隔を置いて平行に配置された複数のヘッダパイプと、前記複数のヘッダパイプの間に複数配置され、内部に設けた複数の冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた偏平チューブとを備えた熱交換器において、前記偏平チューブは長手方向を上下方向として配置され、その内部には、当該偏平チューブの一方の端から他方の端へ抜け、折り返して前記一方の端に戻る冷媒流が、前記複数の冷媒通路を縫うように1往復以上形成されており、且つ、当該熱交換器が凝縮器として用いられる場合、前記冷媒流は下降流からスタートするとともに、下降流を通す冷媒通路断面積に比べ、上昇流を通す冷媒通路断面積が小さく設定されていることを特徴としている。
この構成によると、上昇流を通す冷媒通路断面積が小さいため、上昇流は勢いよく噴き上がり、液化した冷媒であっても力強く持ち上げる。このため、冷媒中の液体部分が多くなってもそれが下部ヘッダパイプに滞留せず、冷媒のスムーズな循環が生じ、熱交換効率を向上できる。
上記構成の熱交換器において、前記偏平チューブの中で、冷媒流の最下流部分が存在する側が、偏平チューブ同士の間を通り抜ける気流の風上側となることが好ましい。
このような構成にすれば、凝縮の最終段階を迎えた冷媒が、未だ偏平チューブから熱を与えられていない新鮮な空気と熱交換を行うこととなり、凝縮度を高めることができる。
上記構成の熱交換器において、前記冷媒流が下流に向かうにつれ、下降流を通す冷媒通路断面積が逓減することが好ましい。
このような構成にすれば、凝縮が進んで冷媒の体積が減少するのに合わせて冷媒通路断面積も減るから、速度を緩めることなく下流側に向かって冷媒を流すことができる。
上記構成の熱交換器において、前記ヘッダパイプ内に設けた仕切りにより、下降流を通す冷媒通路と上昇流を通す冷媒通路が区分されることが好ましい。
このような構成にすれば、下降流を通す冷媒通路と上昇流を通す冷媒通路を簡単に区分することができる。
上記構成の熱交換器において、前記偏平チューブの端に固定されるキャップにより、下降流を通す冷媒通路と上昇流を通す冷媒通路が区分されることが好ましい。
このような構成にすれば、下降流を通す冷媒通路と上昇流を通す冷媒通路を簡単に区分することができる。
本発明によると、長手方向を上下方向として配置した偏平チューブ内の複数の冷媒通路に、下降流と上昇流という形で冷媒の対向流を形成するにあたり、下降流を通す冷媒通路断面積に比べ、上昇流を通す冷媒断面積を小さく設定したことにより、上昇流は勢いよく噴き上がることになり、冷媒中の液体部分が多くなってもそれが下部ヘッダパイプに滞留せず、冷媒のスムーズな循環が生じ、熱交換効率を向上できる。
以下本発明の第1実施形態を図1及び図2に基づき説明する。図1はパラレルフロー型熱交換器の中間部を省略した垂直断面図で、図4のA−A断面に相当する。図2は偏平チューブの水平断面図である。なお図4に示した従来構造と共通する構成要素には図4で用いたのと同じ符号を付し、説明は省略する。
偏平チューブ4は長手方向を上下方向として配置される。図1では偏平チューブ4は垂直状態となっているが、傾斜状態であっても構わない。上部ヘッダパイプ2の方が下部ヘッダパイプ3よりも高い位置にあるという関係さえ維持されればよい。偏平チューブ4の間を通り抜ける気流は、図1に矢印で示すように、右方から左方に向かって吹く。
偏平チューブ4の内部には、7個の冷媒通路5が図の左右方向に並ぶ形で形成されている。「7個」という数は単なる構成例であり、発明を限定するものではない。この7個の冷媒通路5は、上部ヘッダパイプ2の内部に設けられた2個の仕切り10、11と、仕切り10、11の間に位置する形で下部ヘッダパイプ3の内部に設けられた1個の仕切り12により、4区分に分けられている。その4区分とは、上部ヘッダパイプ2の図1における左端から仕切り10までの第1区分13、仕切り10から仕切り12までの第2区分14、仕切り12から仕切り11までの第3区分15、及び仕切り11から上部ヘッダパイプ2の図1における右端までの第4区分16である。第1区分13には3個の冷媒通路5が含まれ、第2区分14には1個の冷媒通路5が含まれ、第3区分15には2個の冷媒通路が含まれ、第4区分16には1個の冷媒通路5が含まれる。
仕切り10、11は上部ヘッダパイプ2の長手方向の端から端まで達し、仕切り12は下部ヘッダパイプ3の長手方向の端から端まで達する。仕切り10、11により、上部ヘッダパイプ2の内部空間は第1空間2a、第2空間2b、第3空間2cの3空間に区分される。仕切り12により、下部ヘッダパイプ3の内部空間は第1空間3aと第2空間3bに区分される。上部ヘッダパイプ2の第1空間2aと第3空間2cにそれぞれ冷媒出入口が設けられる。
熱交換器1を凝縮器として使用する場合は、図示しない冷媒出入口を通じて上部ヘッダパイプ2の第1空間2aに冷媒を流入させる。気体が主体の冷媒は、偏平チューブ4の上端から第1区分13に含まれる3個の冷媒通路5に入り、その中を下降流となって下って行く。下降途中で冷媒は、偏平チューブ4同士の間を通り抜ける気流との間で熱交換を行い、一部が凝縮して液状となる。液体部分の割合を増やした冷媒は第1区分13に含まれる冷媒通路5を通り抜け、下部ヘッダパイプ3の第1空間3aに入る。
下部ヘッダパイプ3の第1空間3aに入った冷媒流はそこで折り返し、偏平チューブ4の下端から第2区分14に含まれる冷媒通路5に入り、その中を上昇流として上って行く。第2区分14に含まれる冷媒通路5は1本だけであり、第1区分13に比べ冷媒通路断面積(冷媒通路断面積=各区分に含まれる全冷媒通路の個別断面積の総和)が小さいので、上昇流は勢いよく噴き上がる。そのため冷媒中の液体部分も第1空間3aに滞留することなく持ち上げられる。上昇途中で冷媒は、偏平チューブ4同士の間を通り抜ける気流との間で熱交換を行い、さらに液体部分の割合を増やす。液体部分の割合を増やした冷媒は第2区分14に含まれる冷媒通路5を通り抜け、上部ヘッダパイプ2の第2空間2bに入る。
上部ヘッダパイプ2の第2空間2bに入った冷媒流はそこで折り返し、偏平チューブ4の上端から第3区分15に含まれる冷媒通路5に入り、その中を下降流として下って行く。第3区分15に含まれる冷媒通路5は2本であり、第1区分13に比べ冷媒通路断面積が減少している。凝縮が進んで冷媒の体積が減少したのに合わせて冷媒通路断面積も減っているから、速度を緩めることなく冷媒の流れの下流側に向かって冷媒を流すことができる。下降途中で冷媒は、偏平チューブ4同士の間を通り抜ける気流との間で熱交換を行い、さらに液体部分の割合を増やす。液体部分の割合を増やした冷媒は第3区分15に含まれる冷媒通路5を通り抜け、下部ヘッダパイプ3の第2空間3bに入る。
下部ヘッダパイプ3の第2空間3bに入った冷媒流はそこで折り返し、偏平チューブ4の下端から第4区分16に含まれる冷媒通路5に入り、その中を上昇流として上って行く。第4区分16に含まれる冷媒通路5も第2区分14と同じく1本だけであり、第1区分13と第3区分15に比べ冷媒通路断面積が小さいので、上昇流は勢いよく噴き上がる。そのため冷媒中の液体部分も第2空間3bに滞留することなく持ち上げられる。上昇途中で冷媒は、偏平チューブ4同士の間を通り抜ける気流との間で熱交換を行い、さらに液体部分の割合を増やす。液体部分の割合を増やした冷媒は第4区分16に含まれる冷媒通路5を通り抜けて上部ヘッダパイプ2の第3空間2cに入り、図示しない冷媒出入口を通じて流出する。
図1の例では、冷媒流は下降流からスタートし、下降流―上昇流―下降流―上昇流と複数の冷媒通路5をジグザグに縫うように2往復して上昇流で終わったが、往復回数は任意である。1往復以上すればよい。「1往復半」「2往復半」といった終わり方でも構わない。
また図1の例では、偏平チューブ4の図において右側の部分に冷媒流の最下流部分が存在し、この部分が、偏平チューブ4同士の間を通り抜ける気流の風上側となっている。これにより、凝縮の最終段階を迎えた冷媒が、未だ偏平チューブ4から熱を与えられていない新鮮な空気と熱交換を行うこととなり、凝縮度を高めることができる。
図3に本発明の第2実施形態を示す。図3はパラレルフロー型熱交換器の中間部を省略した垂直断面図である。
第2実施形態でも、偏平チューブ4の中の7個の冷媒通路5を第1区分13(冷媒通路数3)、第2区分14(冷媒通路数1)、第3区分15(冷媒通路数2)第4区分16(冷媒通路数1)に分けるのであるが、そのように区分するのにキャップ17、18を使用する。キャップ17は偏平チューブ4の下端に固定され、第1区分13に属する3個の冷媒通路5と、第2区分14に属する1個の冷媒通路5をカバーする。キャップ18は偏平チューブ4の上端に固定され、第2区分14に属する1個の冷媒通路5と、第3区分15に属する2個の冷媒通路5をカバーする。また第1区分13と第4区分16を隔てる仕切り19が上部ヘッダパイプ2の内部に設けられ、この仕切り19により、上部ヘッダパイプ2の内部空間は第1空間2dと第2空間2eに区分される。そして第1空間2dと第2空間2eにそれぞれ冷媒出入口が設けられる。
このように2個のキャップ17、18を用いて複数の冷媒通路5を4区分に分けることができる。1本の偏平チューブ4に対し1個のキャップ17と1個の18を組み合わせるのを基本とするが、複数の偏平チューブ4を横断的にカバーするキャップを用いることも可能である。第2実施形態は、冷媒流が下降流からスタートし、下降流―上昇流―下降流―上昇流と複数の冷媒通路5をジグザグに縫うように2往復して上昇流で終わるという点は第1実施形態と変わるところがない。
図4及び図5に本発明の第3実施形態を示す。図4はパラレルフロー型熱交換器の中間部を省略した垂直断面図である。図5は偏平チューブの水平断面図である。
第3実施形態は、上部ヘッダパイプ2の内部で長手方向の端から端まで達する仕切り10、11と、下部ヘッダパイプ3の内部で長手方向の端から端まで達する仕切り12とにより、偏平チューブ4の内部の複数の冷媒通路5を4区分に分ける点は第1実施形態と同じであるが、冷媒通路5の数が第1実施形態と異なる。すなわち冷媒通路5は総数8個となっており、この8個の冷媒通路5は、第1区分13に対し3個、第2区分14に対し2個、第3区分15に対し2個、第4区分16に対し1個と振り分けられる。
第1区分13に含まれる冷媒通路5の数に比べ第2区分14に含まれる冷媒通路5の数は少ない。また第3区分15に含まれる冷媒通路5の数に比べ第4区分16に含まれる冷媒通路5の数は少ない。すなわち、上昇流を通す冷媒通路断面積は、その直前に存在する下降流を通す冷媒通路断面積に比べ、常に小さくなっている。このため、冷媒中の液体部分の割合が凝縮により増えて行っても、それに応じて上昇流の勢いが強くなり、冷媒を確実に持ち上げることができる。
図6及び図7に本発明の第4実施形態を示す。図6はパラレルフロー型熱交換器の中間部を省略した垂直断面図である。図7は偏平チューブの水平断面図である。
第4実施形態は、上部ヘッダパイプ2の内部で長手方向の端から端まで達する仕切り10、11と、下部ヘッダパイプ3の内部で長手方向の端から端まで達する仕切り12とにより、偏平チューブ4の内部の複数の冷媒通路5を第1区分13、第2区分14、第3区分15、第4区分16の4区分に分ける点は第1実施形態と同じであるが、各区分に含まれる冷媒通路5の数はいずれも1個とした。その代わり、冷媒通路5の断面積に区分毎に差をつけた。すなわち、第1区分13の冷媒通路5は最も断面積が大きく、第2区分14の冷媒通路5の断面積はそれよりも小さい。第3区分15の冷媒通路5の断面積は第2区分14の冷媒通路5の断面積と同じで、第4区分16の冷媒通路5の断面積はそれよりも小さい。ここでも上昇流を通す冷媒通路断面積はその直前に存在する下降流を通す冷媒通路断面積に比べ常に小さくなっている。このため、冷媒中の液体部分の割合が凝縮により増えて行っても、それに応じて上昇流の勢いが強くなり、冷媒を確実に持ち上げることができる。
第3実施形態と第4実施形態では、複数の冷媒通路を4区分に分けるのにヘッダパイプの内部で長手方向の端から端まで達する仕切りを用いたが、第2実施形態のようなキャップを用いてそれを実現することもできる。
以上、本発明の各実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
本発明はパラレルフロー型熱交換器に広く利用可能である。
1 熱交換器
2 上部ヘッダパイプ
3 下部ヘッダパイプ
4 偏平チューブ
5 冷媒通路
6 コルゲートフィン
10、11、12 仕切り
13 第1区分
14 第2区分
15 第3区分
16 第4区分
17、18 キャップ
2 上部ヘッダパイプ
3 下部ヘッダパイプ
4 偏平チューブ
5 冷媒通路
6 コルゲートフィン
10、11、12 仕切り
13 第1区分
14 第2区分
15 第3区分
16 第4区分
17、18 キャップ
Claims (5)
- 間隔を置いて平行に配置された複数のヘッダパイプと、前記複数のヘッダパイプの間に複数配置され、内部に設けた複数の冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた偏平チューブとを備えた熱交換器において、
前記偏平チューブは長手方向を上下方向として配置され、その内部には、当該偏平チューブの一方の端から他方の端へ抜け、折り返して前記一方の端に戻る冷媒流が、前記複数の冷媒通路を縫うように1往復以上形成されており、且つ、当該熱交換器が凝縮器として用いられる場合、前記冷媒流は下降流からスタートするとともに、下降流を通す冷媒通路断面積に比べ、上昇流を通す冷媒通路断面積が小さく設定されていることを特徴とする熱交換器。 - 前記偏平チューブの中で、冷媒流の最下流部分が存在する側が、偏平チューブ同士の間を通り抜ける気流の風上側となることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記冷媒流が下流に向かうにつれ、下降流を通す冷媒通路断面積が逓減することを特徴とする請求項1または2に記載の熱交換器。
- 前記ヘッダパイプ内に設けた仕切りにより、下降流を通す冷媒通路と上昇流を通す冷媒通路が区分されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の熱交換器。
- 前記偏平チューブの端に固定されるキャップにより、下降流を通す冷媒通路と上昇流を通す冷媒通路が区分されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の熱交換器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008276264A JP2010107055A (ja) | 2008-10-28 | 2008-10-28 | 熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2008276264A JP2010107055A (ja) | 2008-10-28 | 2008-10-28 | 熱交換器 |
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---|---|---|---|
JP2008276264A Pending JP2010107055A (ja) | 2008-10-28 | 2008-10-28 | 熱交換器 |
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JP (1) | JP2010107055A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014047971A (ja) * | 2012-08-31 | 2014-03-17 | Japan Climate Systems Corp | ヒートポンプ用室外熱交換器 |
US10108235B2 (en) | 2016-10-21 | 2018-10-23 | Fujitsu Limited | Information processing apparatus and heat exchanger |
WO2020003967A1 (ja) * | 2018-06-29 | 2020-01-02 | サンデン・オートモーティブクライメイトシステム株式会社 | 熱交換器、車両用空気調和装置 |
-
2008
- 2008-10-28 JP JP2008276264A patent/JP2010107055A/ja active Pending
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US10108235B2 (en) | 2016-10-21 | 2018-10-23 | Fujitsu Limited | Information processing apparatus and heat exchanger |
WO2020003967A1 (ja) * | 2018-06-29 | 2020-01-02 | サンデン・オートモーティブクライメイトシステム株式会社 | 熱交換器、車両用空気調和装置 |
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