JP2012067971A - Heat exchanger and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器及びこの熱交換器を用いた機器に関し、特に空気中の凝縮水の排水性向上に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger and a device using the heat exchanger, and particularly relates to improvement of drainage of condensed water in air.
従来、扁平管の平面部をほぼ水平に配置し、平面部と平面部との間に波形状のコルゲートフィンを配置した熱交換器が広く普及している。この熱交換器の内で、水捌けの向上と、室内への水滴の浸入防止を図ることを目的として、フィンから空気流の下流側へ突出する突出部を有し、その突出部の上下の折曲線部にほぼ水平に切除された切り欠きを形成したものが知られている。この熱交換器で発生した凝縮水は、空気流の下流側に集まり、切り欠きから下方へ落下する(特許文献1参照)。しかし、特許文献1に開示されている熱交換器では、凝縮水が切り欠きから落下するのは、凝縮水が自重で落下できる程度の大きさまで成長したときであって、しばらく凝縮水が熱交換器に滞留することがあり、その結露水が通風抵抗となって熱交換性能を低下させている。排水性を向上させるために、フィンを平面部と平面部との間からはみ出させ、そのはみ出し部分を介して結露水が下方へ流れる熱交換器を開発し、凝縮水に対する熱交換器の排水性を向上させるものが知られている(特許文献2参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, heat exchangers in which a flat portion of a flat tube is disposed almost horizontally and a corrugated corrugated fin is disposed between the flat portion and the flat portion are widely used. Within this heat exchanger, for the purpose of improving water drainage and preventing water droplets from entering the room, the heat exchanger has a protruding portion that protrudes from the fins toward the downstream side of the air flow, and the protruding portion is folded up and down. What formed the notch cut off substantially horizontally in the curve part is known. The condensed water generated in this heat exchanger gathers on the downstream side of the air flow and falls downward from the notch (see Patent Document 1). However, in the heat exchanger disclosed in
しかしながら、熱交換器の小型化がさらに進む状況下において、熱交換器の小型化は、凝縮水に対する熱交換器の排水性を低下させる可能性が高いので、さらなる排水性の向上が求められている。また、外気温が約2度以下となり、冷媒の蒸発温度がゼロ度以下となる熱交換器に着霜が生じる環境下において、室外熱交換器に特許文献1及び特許文献2に記載された従来の熱交換器を使用すると、空気中の絶対湿度量が多い風上側のフィン、扁平管に着霜が生じ易く、通風抵抗が増大し風量が低下して熱交換性能が低下する課題があった。また、霜を溶かす除霜運転においても、コルゲートフィン上に凝縮水が滞留して、滞留した凝縮水が基点となり霜が生じ易くなるという問題があった。
However, in a situation where the heat exchanger is further downsized, the downsizing of the heat exchanger is likely to reduce the drainability of the heat exchanger with respect to the condensed water, so further improvement in drainage is required. Yes. Further, in an environment in which frost formation occurs in a heat exchanger in which the outside air temperature is about 2 degrees or less and the evaporation temperature of the refrigerant is 0 degrees or less, the conventional heat exchangers described in
本発明は上記のような問題点を解決するために為されたものであり、その目的は、凝縮水の排水性を向上させた熱交換器及びこの熱交換器を用いた機器を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a heat exchanger with improved drainage of condensed water and a device using the heat exchanger. It is in.
本発明に係る熱交換器は、中空の円筒で構成され、長手方向の側面にほぼ等間隔に複数の孔が形成された第1のヘッダーと、第1のヘッダーに対向するように配置され、第1のヘッダーとほぼ同形状、ほぼ同サイズの中空の円筒で構成され、側面の第1のヘッダーの孔と対向する位置に孔が形成された第2のヘッダーと、第1のヘッダーの孔と、第2のヘッダーの第1のヘッダーの孔と対向する位置の孔とを接続する複数の伝熱管と、伝熱管の隣接するもの同士の間に接続された複数のフィンと、を備え、伝熱管は、複数の冷媒流路を有する第1の管と、第1の管と同一平面上に配置され、第1の管の冷媒流路の総断面積よりも小さい総断面積の冷媒流路を有する第2の管とを備え、第1のヘッダーは、第1の管側と前記第2の管側を仕切る仕切り板と、第1の管側に配置された冷媒入口管と、第2の管側に配置された冷媒出口管とを備え、第1の管の外周と第2の管の外周とによって挟まれた空間に空気中の水分がフィン上で冷媒との熱交換により凝縮して形成された凝縮水が排水される排水路を形成するものである。 The heat exchanger according to the present invention is configured by a hollow cylinder, and is arranged to face the first header, the first header having a plurality of holes formed at substantially equal intervals on the side surface in the longitudinal direction, A second header formed of a hollow cylinder having substantially the same shape and size as the first header, and a hole formed at a position facing the first header hole on the side surface; and a hole in the first header And a plurality of heat transfer tubes connecting the holes at positions opposite to the holes of the first header of the second header, and a plurality of fins connected between adjacent ones of the heat transfer tubes, The heat transfer tube is arranged on the same plane as the first tube having a plurality of refrigerant flow paths and the refrigerant flow having a total cross-sectional area smaller than the total cross-sectional area of the refrigerant flow path of the first pipe. A second pipe having a path, and the first header partitions the first pipe side and the second pipe side A cutting plate, a refrigerant inlet pipe arranged on the first pipe side, and a refrigerant outlet pipe arranged on the second pipe side are sandwiched between the outer circumference of the first pipe and the outer circumference of the second pipe. In this space, water in the air is condensed on the fins by heat exchange with the refrigerant to form a drainage path through which condensed water formed is drained.
本発明によれば、扁平管と円管の間にできた隙間が排水路となり、凝縮水がフィン上に留まることなく排水され、通風抵抗増大が抑制できる。水が起因となって発生する腐食も抑制でき信頼性が向上する。 According to the present invention, the gap formed between the flat tube and the circular tube becomes a drainage channel, and the condensed water is drained without staying on the fins, and an increase in ventilation resistance can be suppressed. Corrosion caused by water can be suppressed and reliability is improved.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1を示す熱交換器の構成図であり、図1(a)は、熱交換器の全体構成図、図1(b)は、図1(a)のA−A矢視断面図、図1(c)は図1(a)のB−B矢視断面図である。次に、本発明の実施の形態1における熱交換器の構成について図1を用いて説明する。図1(a)に示すように、熱交換器10は、コルゲートフィン1と、このコルゲートフィン1に接続された伝熱管2と、伝熱管2の両端部に配置され、この伝熱管2に接続されたヘッダー3とから構成されている。伝熱管2は、アルミ製の扁平管2aとアルミ製の円管2bから構成され、伝熱管2をその長手方向が重力方向になるようにほぼ等間隔に複数本設置し、伝熱管2の間には、アルミ製の波形状に加工されたコルゲートフィン1がロウ付け接合されている。また、伝熱管2とコルゲートフィン1の下端と上端にはそれぞれ第1のヘッダー3a、第2のヘッダー3bが接続されている。下部のヘッダー(第1のヘッダー)3aは、中空の円筒で構成され、長手方向の側面にほぼ等間隔に複数の孔が形成されており、ここに扁平管2aと円管2bの一端が接続される。また、下部のヘッダー3a内の扁平管2aの接続口と円管2bとの接続口との境界には仕切り板4が設置されている。この仕切り板4は、下部のヘッダー3a内において、扁平管2aを流れる冷媒が円管2bに流れ込まないようにすると同時に円管2bを流れる冷媒が扁平管2aに流れ込まないように遮蔽するためのものである。また、下部のヘッダー3aの扁平管2a側には冷媒入口管8aが取り付けられ、下部のヘッダー3aの円管2b側には冷媒出口管8bが取り付けられている。上部のヘッダー(第2のヘッダー)3bは、下部のヘッダー3aに対向するように配置され、下部のヘッダー3aとほぼ同形状、ほぼ同サイズの中空の円筒で構成されており、側面の下部のヘッダー3aの孔と対向する位置にそれぞれ孔が形成されている。なお、この上部のヘッダー3bには仕切り板も冷媒入口管も冷媒出口管もない。
FIG. 1 is a configuration diagram of a heat
次に、冷媒の流れについて説明する。冷媒5は冷媒入口管8aから下部のヘッダー3a内の扁平管2a側に入る。この冷媒は、仕切り板4により円管2b側と遮断されているため、円管2b側へ入ることはない。扁平管2a側に入った冷媒はさらに複数の扁平管2a内に分散して入り込む。而して、冷媒はこの扁平管2a内を通り、上昇して上部のヘッダー3bに入る。この上部のヘッダー3bには仕切り板も冷媒入口管も冷媒出口管もないため、扁平管2aから流出した冷媒は、一端合流した直後に複数の円管2bに分散して流れ込む。円管2b内に流れ込んだ冷媒は、円管2b内を通り、下降して下部のヘッダー3a内の円管2b側へ入り、ここで合流した後、冷媒出口管8bより流出する。なお、円管2b側に入った冷媒は仕切り板4により扁平管2a側と遮断されているため、扁平管2a側へは入ることはない。
なお、上述したヘッダー構成は一例を示すものであって、これに限る必要はない。例えば、ヘッダーではなくディストリビュータで接続されてあっても構わない。空気はコルゲートフィン1間を流れ、伝熱管2内を流れる冷媒の温度がコルゲートフィン1を介して空気と熱交換する。
Next, the flow of the refrigerant will be described. The refrigerant 5 enters the
Note that the header configuration described above is merely an example, and need not be limited to this. For example, it may be connected by a distributor instead of a header. Air flows between the
図2は本発明の実施の形態1を示す熱交換器の一部の斜視図である。本発明の伝熱管の構成方法について詳細に説明する。伝熱管2は冷媒流路が複数(図2の例では5個)設けられたアルミ製の扁平管2aと円管2bが同一面上に設置される。また、扁平管2aの外周と円管2bの外周とで挟まれた空間には凝縮水が排水される排水溝6が形成される。
1つの扁平管2aを流れる冷媒の量はこの扁平管2aに接続された1つの円管2bを流れる冷媒の量にほぼ等しい。従って、熱交換器10内をほぼ均一に冷媒が流れると仮定すると、円管2b内を流れる冷媒の流量は扁平管2aの全ての冷媒流路を流れる冷媒の総量にほぼ等しい。従って、円管2bの流路の内径が扁平管2aの各流路の内径とほぼ同じであれば、円管2b内を流れる冷媒の流量は扁平管2a内を流れる冷媒の流量に比べ、扁平管2aの冷媒流路の総数にほぼ匹敵する倍数になる。従って、円管2b内を流れる冷媒の速度は扁平管2a内を流れる冷媒の速度に比べ、扁平管2aの冷媒流路の総数にほぼ匹敵する倍数になる。従って、熱交換器10を蒸発器として利用する冷房運転時には、扁平管2a付近のコルゲートフィン1よりも円管2b付近のコルゲートフィン1での空気の冷却効果が大きい。そこで、熱交換を行う空気の流れにおいて、円管2b側を上流とし、扁平管2a側を下流とすると熱交換効率が良くなる。また、熱交換器10を凝縮器として利用する暖房運転時には、扁平管2a付近のコルゲートフィン1よりも円管2b付近のコルゲートフィン1での空気の暖房効果が大きい。そこで、暖房運転の場合も熱交換を行う空気の流れにおいて、円管2b側を上流とし、扁平管2a側を下流とすると熱交換効率が良くなる。
なお、コルゲートフィン1の表面には空気との熱交換効率向上を狙って、空気との接触面積を増やすために形成された複数の切り起こし1aが設けられている。
FIG. 2 is a partial perspective view of the heat
The amount of refrigerant flowing through one
In addition, the surface of the
図3は本発明の実施の形態1を示す熱交換器の断面図であり、同図中、図2と同符号は同一または相当部分を示す。矢印7は空気中の水分がコルゲートフィン1上で冷却されることで凝縮(結露)して得られた凝縮水の流れの方向を示す。次に、図3を用いて本発明が解決しようとする課題である凝縮水の排水性を向上させる効果について説明する。熱交換器10を蒸発器として使用する際には、図3に白抜きの矢印Aで示すように空気の流れは、円管2b側を上流とし、扁平管2a側を下流とする方向である。この場合、空気の露点温度に対して、コルゲートフィン1面の温度が低いので、空気中の水分の凝縮水がコルゲートフィン1面上に発生する。従来のコルゲートフィン1による熱交換では、凝縮水がコルゲートフィン1上に滞留してしまい、この滞留した凝縮水により通風抵抗が増大し風量が低下して、熱交換能力が低下するという課題があったが、本発明の場合には円管2bの外周と扁平管2aの外周で挟まれた空間に排水溝6が形成されているので、それを介して凝縮水が排水される。なお、図3に実線で示した矢印の内、空気の流れと逆行するものがあるが、排水溝6に流れ込む凝縮水によりコルゲートフィン1上の凝縮水が排水溝6側に引き込まれる負圧が空気流れの風圧よりも強い場合にこのようになることを示しており、この方向は空気の流れの強さにより変わり得る。
また、風下側の扁平管2aの端部を介しても凝縮水が排水される。このように凝縮水が排水溝及び扁平管の端部を介して滞留することなく、スムーズに排水されることにより、通風抵抗は増大することなく風量も低下せず、熱交換能力が高いことを継続することができる。また、水が滞留することで、アルミ製のコルゲートフィン、扁平管、円管が耐食することなく、経年劣化することなく、使用することも可能となる。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the heat
The condensed water is also drained through the end of the leeward
図4は本発明の実施の形態1を示す凝縮器として使用する場合の冷媒流れ方向の模式図である。上述したように、熱交換器10を凝縮器とする場合、空気の流れ方向Aについては、円管2b側を上流とし、扁平管2a側を下流とする方向にすると熱交換効率が良い。従って、本発明の熱交換器10を凝縮器として使用する場合は、図4に示すように空気の流れAに対して対向流となるように、扁平管2a→円管2bの順番に冷媒を流すようにする。凝縮器内の冷媒は加熱ガス→二相→過冷却液(SC度)の順番で相変化を伴い、過冷却領域(SC度)を大きくとることでp−h線図よりエンタルピー差を大きくとれ、熱交換能力を大きくすることができる。しかしながら、冷媒の過冷却液状態の管内熱伝達率は、二相状態の管内熱伝達率に対して大きく低下するので、冷媒の流速を増加させる必要がある。本発明の場合は、冷媒を扁平管2a→円管2bの順番に流すことにより、円管2b内の流速が上がり、過冷却液状態の管内熱伝達率が向上するので、過冷却液(SC度)を大きくとることができる。この結果、エンタルピー差を大きく取ることができるので、熱交換能力が向上する。
FIG. 4 is a schematic diagram of the refrigerant flow direction when used as a condenser according to
図5は本発明の実施の形態1を示す蒸発器として使用する場合の冷媒流れ方向の模式図である。上述したように、熱交換器10を蒸発器とする場合も、空気の流れ方向Aについては、円管2b側を上流とし、扁平管2a側を下流とする方向にすると熱交換効率が良い。従って、本発明の熱交換器10を蒸発器として使用する場合は、図5に示すように空気流れに対して平行流となるように、円管2b→扁平管2aの順番に冷媒を流すようにする。一般的な空調機の中では四方弁が用いられており、暖房、冷房運転の切り替えには四方弁により冷媒が逆方向に流されるので、凝縮器の場合は扁平管2a→円管2bとなり空気流れに対して対向流となり、蒸発器の場合は円管2b→扁平管2aとなり、空気流れに対して平行流となる。熱交換器10を蒸発器として使用する場合、特に外気温が約2度以下で、冷媒の蒸発温度がゼロ度以下となる場合は、熱交換器10のコルゲートフィン1、伝熱管2の表面に着霜が生じてしまう。着霜が成長すると、熱交換器10の通風抵抗が増大して、風量が低下して熱交換能力が低下してしまう。さらに、着霜は空気の絶対湿度が大きい風上側に着霜が生じ易い。本発明の場合は冷媒の流れ方向を風上側に設置した円管2bから扁平管2aとしているので、冷媒の蒸発温度が高い冷媒が円管2bを流れるので、風上側のフィン温度が風下側よりも大きくなるので、着霜が生じ易い風上側の着霜量が低減でき、コルゲートフィン1全体に均一に霜が付着する。よって、通風抵抗の増大を抑制し、風量低下も抑制し、熱交換能力の低下を抑制できる。
FIG. 5 is a schematic view of the refrigerant flow direction when used as an evaporator according to
実施の形態2.
図6は本発明の実施の形態2を示す熱交換器の断面図である。図6において、図3と同符号は同一または相当部分である。図6の扁平管2cの形状が図3の扁平管2aと異なる以外は、図3の構成と同じである。次に、この図6を用いて実施の形態1と異なる点についてのみ説明する。本実施の形態2では流路毎の中間部の外周に窪みをもつ扁平管2cを用いている。これにより、外周部の窪み部が円管2bと扁平管2cの間の窪みに加えて排水路となるので、実施の形態1に比べてさらに排水性が向上する。さらに、窪み6a〜6eに相当する分、扁平管2cの重さを実施の形態1よりも低減できる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a sectional view of a heat exchanger showing Embodiment 2 of the present invention. 6, the same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same or corresponding parts. 6 is the same as the configuration of FIG. 3 except that the shape of the
実施の形態3.
図7は本発明の実施の形態3を示す熱交換器の断面図である。図7において、図3と同符号は同一または相当部分である。図7の扁平管2dの形状が、図3の扁平管2aと異なる以外は、図3の構成と同じである。次に、この図7を用いて実施の形態1と異なる点についてのみ説明する。本実施の形態3では流路毎の中間部の外周に窪みをもつが、一方の面に窪みを持つとき、他方の面には窪みを持たない扁平管2dを用いている。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a heat
なお、上記の例では、1つの扁平管に1つの円管を対応させて設けたが、これに限る必要はない。例えば、1つの扁平管の長手方向の両端に1つずつ円管を設けてもよい。また、扁平管の総流路面積が円管の総流路面積よりも大きい範囲で、1つの扁平管当たりの円管の数をさらに増やしても良い。さらに、扁平管の代わりに複数の円管を用いてもよい。また円管の代わりに扁平管を用いても良い。従って、管の組合せとして、扁平管と円管の組み合わせ、扁平管のみの組み合わせ、円管のみの組み合わせが考えられる。
また、上記の例では、コルゲートフィンについて説明したが、これに限る必要はなく、例えばプレートフィンを使用しても良い。
In the above example, one flat tube is provided corresponding to one flat tube, but the present invention is not limited to this. For example, one circular tube may be provided at each of both ends in the longitudinal direction of one flat tube. Further, the number of circular tubes per flat tube may be further increased in a range in which the total flow channel area of the flat tube is larger than the total flow channel area of the circular tube. Further, a plurality of circular tubes may be used instead of the flat tube. A flat tube may be used instead of the circular tube. Therefore, as a combination of tubes, a combination of a flat tube and a circular tube, a combination of only a flat tube, and a combination of only a circular tube are conceivable.
In the above example, the corrugated fin has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, a plate fin may be used.
上記実施の形態1〜3に記載された熱交換器10は、空気調和機の室外機、室内機、冷凍機器などの機器に用いられる。
The
1 コルゲートフィン、1a 切り起こし、2 伝熱管、2a 扁平管、2b 円管、2c 扁平管、2d 扁平管、3a 下部のヘッダー(第1のヘッダー)、3b 上部のヘッダー(第2のヘッダー)、4 仕切り板、5 冷媒、6 排水溝、6a〜6e 窪み、7 凝縮水の流れ、8a 冷媒入口管、8b 冷媒出口管、10 熱交換器。 1 corrugated fin, 1a cut and raised, 2 heat transfer tube, 2a flat tube, 2b circular tube, 2c flat tube, 2d flat tube, 3a lower header (first header), 3b upper header (second header), 4 partition plate, 5 refrigerant, 6 drainage groove, 6a-6e depression, 7 flow of condensed water, 8a refrigerant inlet pipe, 8b refrigerant outlet pipe, 10 heat exchanger.
Claims (12)
この第1のヘッダーに対向するように配置され、前記第1のヘッダーとほぼ同形状、ほぼ同サイズの中空の円筒で構成され、側面の前記第1のヘッダーの孔と対向する位置に孔が形成された第2のヘッダーと、
前記第1のヘッダーの孔と、前記第2のヘッダーの前記第1のヘッダーの孔と対向する位置の孔とを接続する複数の伝熱管と、
この伝熱管の隣接するもの同士の間に接続された複数のフィンと、を備え、
前記伝熱管は、複数の冷媒流路を有する第1の管と、この第1の管と同一平面上に配置され、前記第1の管の冷媒流路の総断面積よりも小さい総断面積の冷媒流路を有する第2の管とを備え、
前記第1のヘッダーは、前記第1の管側と前記第2の管側を仕切る仕切り板と、前記第1の管側に配置された冷媒入口管と、前記第2の管側に配置された冷媒出口管とを備え、
前記第1の管の外周と前記第2の管の外周とによって挟まれた空間に空気中の水分が前記フィン上で冷媒との熱交換によって凝縮して形成された凝縮水が排水される排水路を形成することを特徴とする熱交換器。 A first header composed of a hollow cylinder and having a plurality of holes formed at substantially equal intervals on a side surface in the longitudinal direction;
The first header is disposed so as to face the first header, is configured by a hollow cylinder having substantially the same shape and size as the first header, and a hole is formed at a position facing the first header hole on the side surface. A formed second header;
A plurality of heat transfer tubes connecting the holes of the first header and the holes of the second header at positions facing the holes of the first header;
A plurality of fins connected between adjacent ones of the heat transfer tubes,
The heat transfer tube is disposed on the same plane as the first tube having a plurality of refrigerant flow paths, and has a total cross-sectional area smaller than the total cross-sectional area of the refrigerant flow paths of the first pipes. A second pipe having a refrigerant flow path of
The first header is disposed on a partition plate that partitions the first tube side and the second tube side, a refrigerant inlet tube disposed on the first tube side, and the second tube side. And a refrigerant outlet pipe
Wastewater in which water in the air is condensed by heat exchange with the refrigerant on the fins in a space sandwiched between the outer periphery of the first tube and the outer periphery of the second tube. A heat exchanger characterized by forming a path.
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