JP2012032089A

JP2012032089A - フィンチューブ型熱交換器及びそれを用いた空気調和機

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Publication number: JP2012032089A
Application number: JP2010172344A
Authority: JP
Inventors: Akira Ishibashi; 晃石橋; Takuya Matsuda; 拓也松田; Soubu Ri; 相武李
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-16

Abstract

【課題】扁平管とのロウ付けが容易であり、重量が小さく、コストが低く、列方向への曲げが容易であるフィンチューブ型熱交換器を提供する。
【解決手段】略平行に積層された複数の板状フィン９と、板状フィン９の板面に略垂直に挿入され、板状フィン９の長手方向に複数段設けられた扁平管とを有する複数の熱交換器と、一方の端部の断面が扁平形状であり、他方の端部の断面が円形状であるジョイント２と、断面がジョイント２の他方の端部と略同形状である円管３とを備え、複数の熱交換器の相互の連結部分においては、複数の熱交換器の扁平管の端部のそれぞれにジョイント２の前記一方の端部が接続され、ジョイント２の他方の端部間に円管３が接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の熱交換器を有するフィンチューブ型熱交換器及びそれを用いた空気調和機に関するものである。

空気調和機等に用いられる従来のフィンチューブ型熱交換器において、例えば、「扁平伝熱管２は列方向に長く、段方向に短い形状を有している。扁平伝熱管熱交換器である主熱交換器５は２分割されており、ヘッダ７が扁平伝熱管２の軸方向端部の片側に配置されている。また、ヘッダ７部において扁平伝熱管２の列方向に９０°折り曲がった形状をしている。さらに、ヘッダ７部以外の折り曲げ部は扁平伝熱管２を段方向に１８０°折り曲げて形成される扁平伝熱管屈曲部が配置される。」というものがある（特許文献１参照）。

特開２００８−２４１０５７号公報（第６頁、図１０）

上記の特許文献１に開示されている従来技術においては、複数の熱交換器を相互に連結する部分にヘッダーを用いており、扁平管とのロウ付けが困難であり、且つ重量が大きく、コストが高く、列方向への曲げが容易ではないという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、扁平管とのロウ付けが容易であり、重量が小さく、コストが低く、列方向への曲げが容易であるフィンチューブ型熱交換器を提供することを目的としている。

本発明におけるフィンチューブ型熱交換器は、略平行に積層された複数の板状フィンと、前記板状フィンの板面に略垂直に挿入され、前記板状フィンの長手方向に複数段設けられた扁平管とを有する複数の熱交換器と、一方の端部の断面が扁平形状であり、他方の端部の断面が円形状であるジョイントと、断面が前記ジョイントの他方の端部と略同形状である円管とを備え、前記複数の熱交換器の相互の連結部分においては、前記複数の熱交換器の前記扁平管の端部のそれぞれに前記ジョイントの前記一方の端部が接続され、前記ジョイントの前記他方の端部間に前記円管が接続されるものである。

本発明により、熱交換器の端部に一方の端部が扁平形状であり、他方の端部が円形状であるジョイントを有することで、ロウ付け等による扁平管との接続が容易であり、重量が小さく、コストが低く、列方向への曲げが出来るフィンチューブ型熱交換器を得ることができる。

本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器の全体構成を示す平面図である。図１のＡ部正面図である。本実施の形態における第一の熱交換器の側面図である。本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器のジョイントの拡大図である。本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器の扁平管の断面図である。本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器のヘアピンの側面図である。図１のＢ部正面図である。本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器を用いた冷媒回路図である。

以下、本発明におけるフィンチューブ型熱交換器の一例について、図面を用いて詳細に説明する。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器の全体構成を示す平面図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器は、第一の熱交換器１ａ、第二の熱交換器１ｂ及び第三の熱交換器１ｃにより略コの字形状に構成されている。上記の各熱交換器は、略平行に配置される複数の板状フィン９と、板状フィン９の板面に断面の長手方向が空気の流れに沿うように略垂直に接続され、板状フィン９の長手方向に複数段設けられた扁平管１ａ１〜１ｃ２とを有している。また、上記の各熱交換器において、扁平管１ａ１〜１ｃ２及び板状フィン９は、通過する風の上流側及び下流側に２列配置されている。なお、上記の各熱交換器において、扁平管及び板状フィン９は、２列でなくても１列又は３列以上配置されていてもよい。

また、第一の熱交換器１ａは、扁平管１ａ１及び扁平管１ａ２の両方の端部にジョイント２が設けられている。そして、第一の熱交換器１ａの一方の端部は、そのジョイント２に接続される円管３を介して、第二の熱交換器１ｂと連結されている。また、ジョイント２は、後述するように扁平管１ａ１〜１ｃ２と接続される一方の端部の断面が扁平形状であり、円管３と接続される他方の端部の断面は円形状である。また、扁平管１ａ２の他方の端部のジョイント２の少なくとも一つにはヘッダー６が接続されており、ヘッダー６から冷媒が流入する。また、扁平管１ａ１の他方の端部のジョイント２の少なくとも一つにはキャピラリー７が接続されており、キャピラリー７から分配器８を経由して配管（図示省略）へ冷媒が流出する。また、第一の熱交換器１ａは、扁平管１ａ１及び扁平管１ａ２の他方の端部において、ヘッダー６又はキャピラリー７が接続していない端部には、ジョイント２を介してＵベンド４が接続されている。そして、後述するように、Ｕベンド４を介して、扁平管１ａ１及び扁平管１ａ２の上流側から下流側へ冷媒が流れる。

また、第二の熱交換器１ｂは、扁平管１ｂ１及び扁平管１ｂ２の両方の端部にジョイント２が接続されており、第一の熱交換器１ａ及び第三の熱交換器１ｃと、ジョイント２及びＬ字状に曲げられた円管３を介して連結されている。

また、第三の熱交換器１ｃは、扁平管１ｃ１及び１ｃ２の一方の端部にジョイント２が接続されており、第二の熱交換器１ｂに、ジョイント２及びＬ字状に曲げられた円管３を介して連結されている。また、扁平管１ｃ１及び１ｃ２の他方の端部にはヘアピン５を備えている。扁平管１ｃ１及び１ｃ２において、ヘアピン５を経由することで異なる段に冷媒が流れる。

このように、複数の熱交換器を、ジョイント２および円管３を用いて連結することで、扁平管内の複数流路における冷媒乾き度の分布を逐一均一化出来、フィンチューブ型熱交換器の能力が向上する。
また、フィンチューブ型熱交換器の曲げ部分に板状フィン９を付加しない円管３を用いることで、フィンチューブ型熱交換器の曲げを容易にすることが出来る。
また、本実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器を略コの字形状に構成することで、直線状に構成した場合と比べ、室外機又は室内機の外径寸法を大きくすることなくフィンチューブ型熱交換器の有効面積を増すことができる。

次に、図１及び図２を用いて本発明におけるフィンチューブ型熱交換器を凝縮器として用いた場合の冷媒の流れを説明する。
図２は、図１のＡ部正面図である。
図２に示すように、冷媒は、ヘッダー６から第一の熱交換器１ａの扁平管１ａ２に流入する。そして、図１に示すジョイント２及び円管３を通過し、第二の熱交換器１ｂの扁平管１ｂ２に入る。そして、ジョイント２及び円管３を通過し、第三の熱交換器１ｃの扁平管１ｃ２に流入する。そして、ヘアピン５を通過後、上段の扁平管１ｃ２に流入する。そして、ジョイント２及び円管３を通過し、第二の熱交換器１ｂの扁平管１ｂ２に流入する。そして、ジョイント２及び円管３を通過し、第一の熱交換器１ａの扁平管１ａ２に流入する。そして、段方向のＵベンド４を経由して上段の扁平管１ａ２に流入し、上記の流れをもう一回繰り返す。そして、列方向のＵベンド４を経由して上流側の扁平管１ａ１に流入する。そして、冷媒は、上記と同様の流れで下段の扁平管１ａ１へ流れ、第一の熱交換器１ａの扁平管１ａ１における冷媒流出口からキャピラリー７を経由し、分配器８に流入する。

なお、図２に示すように、扁平管１ａ１及び扁平管１ａ２は高さ位置がそれぞれ異なるように配置されている。このため、下流側の扁平管１ａ２を通過する風は、上流側の扁平管１ａ１により妨げられることがなく熱交換器の効率が向上する。

以下に、本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器の各構成部分について、詳細に説明する。
図３は、本実施の形態における第一の熱交換器１ａの側面図である。図３に示すように、扁平管１ａ１の端部に接続されるＵベンド４と、扁平管１ａ２の端部に接続されるＵベンド４は、高さ位置がそれぞれ異なるように設けられている。これは、前述したように扁平管１ａ１及び扁平管１ａ２は高さ位置がそれぞれ異なるように配置されているからである。また、数本（例えば、４本）の扁平管１ａ２にはジョイント２を介してヘッダー６が接続されており、ヘッダー６からジョイント２を介して扁平管１ａ２に冷媒が流入する。また、数本（例えば、４本）の扁平管１ａ１にはジョイント２を介してキャピラリー７が接続しており、扁平管１ａ１からジョイント２を介してキャピラリー７に冷媒が流出する。また、キャピラリー７は、分配器８に接続しており、キャピラリー７から分配器８に冷媒が流出する。

図４は、本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器のジョイントの拡大図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は斜視図である。
図４に示すように、ジョイント２は、一方の端部が扁平形状であり、他方の端部が円形状である。また上記の扁平形状は、扁平管１ａ１〜１ｃ２の端部と略同形状である。また、上記の円形状は、円管３の端部と略同形状である。また、ジョイント２の材料は例えばアルミニウムであり、ヘッダー等よりも薄い。そのため、コストが低く、熱容量が小さいので温度が上がり易く炉中等でロウ付けをして接続することが容易である。

図５は、本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器の扁平管の断面図である。
図５に示すように、扁平管１ａ１には、複数の冷媒通路があり、各冷媒通路の内壁は凹凸形状となっている。扁平管１ａ１をこのような形状にすることにより、伝熱面積が大きくなるため、効率の良いフィンチューブ型熱交換器とすることができる。扁平管１ａ１だけでなく扁平管１ａ２〜１ｃ２についても同様の形状であるものとする。
なお、扁平管１ａ１〜１ｃ２の形状は、上記のものに限られず、内部に冷媒が流れ、外気と熱交換ができるものであればよい。

図６は、本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器のヘアピンの側面図である。また、図７は、図１のＢ部正面図である。
図６に示すように、ヘアピン５は１８０°曲げられた形状であり、これを扁平管１ｃ１及び１ｃ２の端部に形成することにより、扁平管１ｃ１及び１ｃ２において異なる段に冷媒を流すことができる。また、扁平管１ｃ１及び１ｃ２はヘッダー６等よりも薄く軽量であり、扁平管は段方向に曲げることは容易であるためヘアピン５のような形状を形成することも容易である。
これにより、本実施の形態のフィンチューブ型熱交換器の扁平管１ｃ１及び１ｃ２において、異なる段へ冷媒を流すために上記のヘアピン５を用いることで、軽量かつ製造が容易なフィンチューブ型熱交換器を得ることができる。

次に、本実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器を用いた例について説明する。
図８は、本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器を用いた冷媒回路図である。
図８に示す冷媒回路は、圧縮機３３、凝縮器熱交換器３４、絞り装置３５及び蒸発器熱交換器３６により構成されている。ここで、本実施の形態によるフィンチューブ型熱交換器は、凝縮器熱交換器３４及び蒸発器熱交換器３６の少なくとも一方に用いられる。また、凝縮器熱交換器３４及び蒸発器熱交換器３６に風を送る送風機３７と、送風機３７を駆動する送風機用モーター３８とが備えられている。また、この冷媒回路は、例えば空気調和機等に用いられる。

なお、この冷媒回路を用いた空気調和機において、暖房運転又は冷房運転を行った場合のエネルギー効率は、次式で示されるものである。
暖房エネルギー効率＝室内フィンチューブ型熱交換器（凝縮器熱交換器）能力／全入力
冷房エネルギー効率＝室内フィンチューブ型熱交換器（蒸発器熱交換器）能力／全入力

以上により、本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器にジョイント２を有することで、ロウ付け等による扁平管との接続が容易であり、重量が小さく、コストが低く、列方向への曲げが出来るフィンチューブ型熱交換器及びそれを用いた空気調和機を得ることができる。

なお、上記の実施の形態で述べたフィンチューブ型熱交換器に用いる冷媒は、ＨＣＦＣ（Ｒ２２）、ＨＦＣ（Ｒ１１６、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅａ、Ｒ２３、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ３２、Ｒ４１、ＲＣ３１８など、又はこれらの冷媒の数種混合冷媒であるＲ４０７Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｄ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ５０８Ａ、Ｒ５０８Ｂなど）、ＨＣ（ブタン、イソブタン、エタン、プロパン、プロピレンなど、又はこれら冷媒の数種混合冷媒）、自然冷媒（空気、炭酸ガス、アンモニアなど、又はこれら冷媒の数種の混合冷媒）、又はこれら冷媒の数種の混合冷媒などがある。そして、これらのどんな種類の冷媒を用いても、上記と同様の効果を奏することが出来る。

また、作動流体として、空気と冷媒の例を示したが、他の気体、液体、気液混合流体を用いても、上記と同様の効果を奏することが出来る。

また、扁平管１ａ１〜１ｃ２と板状フィン９は異なった材料を用いていることが多いが、本実施の形態においては、扁平管１ａ１〜１ｃ２と板状フィン９に銅、又はアルミなど、同じ材料を用いる。これにより、扁平管１ａ１〜１ｃ２と板状フィン９とのロウ付けが可能となり、扁平管１ａ１〜１ｃ２と板状フィン９との接触熱伝達率が飛躍的に向上するため熱交換能力が大幅に向上する。また、リサイクル性も向上させることが出来る。

また、扁平管１ａ１〜１ｃ２と板状フィン９を密着させる方法として炉中ロウ付けを行う場合、板状フィン９に親水材を塗布する工程は、前処理で行うとロウ付け中の親水材が焼け落ちる場合があるため、後処理で行うことが望ましい。

また、本実施の形態で述べたフィンチューブ型熱交換器を空気調和機等に用いた場合、室内機又は室外機のどちらに用いた場合でも同様の効果を奏することが出来る。

また、本実施の形態で述べたフィンチューブ型熱交換器及びそれを用いた空気調和機等の冷凍機油は、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系などが用いられる。また、冷媒と冷凍機油が溶けるか溶けないかに関わらず、どんな冷凍機油を用いた場合でも、同様の効果を奏することができる。

１ａ第一の熱交換器、１ｂ第二の熱交換器、１ｃ第三の熱交換器、１ａ１，１ａ２，１ｂ１，１ｂ２，１ｃ１，１ｃ２扁平管、２ジョイント、３円管、４Ｕベンド、５ヘアピン、６ヘッダー、７キャピラリー、８分配器、９板状フィン、３３圧縮機、３４凝縮器熱交換器、３５絞り装置、３６蒸発器熱交換器、３７送風機、３８送風機用モーター。

Claims

略平行に積層された複数の板状フィンと、前記板状フィンの板面に略垂直に挿入され、前記板状フィンの長手方向に複数段設けられた扁平管とを有する複数の熱交換器と、
一方の端部の断面が扁平形状であり、他方の端部の断面が円形状であるジョイントと、
断面が前記ジョイントの他方の端部と略同形状である円管と、
を備え、
前記複数の熱交換器の相互の連結部分においては、
前記複数の熱交換器の前記扁平管の端部のそれぞれに前記ジョイントの前記一方の端部が接続され、前記ジョイントの前記他方の端部間に前記円管が接続されることを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。
前記複数の熱交換器は、三台の熱交換器により構成され、
前記三台の前記熱交換器が略コの字形状に配置され、
前記円管が略Ｌ字状に曲げられたことを特徴とする請求項１に記載のフィンチューブ型熱交換器。
前記複数の熱交換器の内、ヘッダー及びキャピラリーと接続される熱交換器であって、当該熱交換器のヘッダー及びキャピラリーと接続される端部側において、
前記扁平管の端部に設けられた前記ジョイントと、
前記扁平管の内、前記フィンチューブ型熱交換器が凝縮器熱交換器として機能する場合に冷媒流入口に相当する扁平管に、前記ジョイントを介して接続されたヘッダーと、
前記扁平管の内、前記フィンチューブ型熱交換器が凝縮器熱交換器として機能する場合に冷媒流出口に相当する扁平管に、前記ジョイントを介して接続されたキャピラリーと、
前記ヘッダー及び前記キャピラリーに接続された扁平管を除いた扁平管であって、冷媒流れの上流側となる前記扁平管に設けられた前記ジョイントの円形状部分及び、該扁平管よりも冷媒流れの下流側となる前記扁平管に設けられた前記ジョイントの円形部分を接続するＵベンドとを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフィンチューブ型熱交換器。
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のフィンチューブ型熱交換器を、凝縮器熱交換器及び蒸発器熱交換器の少なくとも一つに用いたことを特徴とする空気調和機。