JP5312512B2 - Heat exchanger and air conditioner equipped with the heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和機に関する。 The present invention relates to a heat exchanger and an air conditioner equipped with the heat exchanger.
従来より、空気が通過する隙間を置いて複数積層された矩形状フィンと、これら矩形状フィンと直交し、内部を作動流体が通過する伝熱管とを備えたフィンチューブ型熱交換器が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a finned tube heat exchanger has been known that includes a plurality of rectangular fins stacked with a gap through which air passes and heat transfer tubes that are orthogonal to the rectangular fins and through which a working fluid passes. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、従来のフィンチューブ型熱交換器は、配管間の距離が遠く、一まとめにできないという難点があり、パス数が増大する傾向にあった。 However, the conventional fin tube type heat exchanger has a disadvantage that the distance between the pipes is long and cannot be integrated, and the number of passes tends to increase.
本発明の技術的課題は、伝熱管を集約し、パス数を低減できるようにすることにある。 A technical problem of the present invention is to collect heat transfer tubes and reduce the number of paths.
本発明に係る熱交換器は、下記の構成からなるものである。すなわち、空気が通過する隙間を置いて複数積層された矩形状フィンと、これら矩形状フィンと直交し、内部を作動流体が通過する伝熱管とを備え、矩形状フィンは、前記隙間の空気導入部となる側の積層面が空気流れ方向に直交する向きに配置され、伝熱管は、矩形状フィンの長手方向を段方向として複数段設けられるとともに、空気流れ方向を列方向として複数列設けられてなる熱交換器であって、各列及び各段毎に、列方向に複数の伝熱管を配し、かつこれら複数の伝熱管の、前記積層された矩形状フィンを貫通した両端部の少なくとも一方に、これら複数の伝熱管を束ねて段毎に合流又は分配する段専用集合管を設け、段専用集合管の合流管部を、その軸線が空気流れの上流寄りとなるように形成したものである。 The heat exchanger according to the present invention has the following configuration. That is, a plurality of stacked rectangular fins with gaps through which air passes, and heat transfer tubes that are orthogonal to the rectangular fins and through which the working fluid passes, and the rectangular fins introduce air into the gaps. The heat transfer tubes are provided in a plurality of rows with the longitudinal direction of the rectangular fins as the step direction, and in a plurality of rows with the air flow direction as the row direction. A plurality of heat transfer tubes arranged in the row direction for each row and each stage, and at least at both ends of the plurality of heat transfer tubes penetrating the stacked rectangular fins On the other hand, a stage-only collecting pipe that bundles or distributes these heat transfer pipes for each stage is provided , and the joining pipe portion of the stage-only collecting pipe is formed so that its axis is closer to the upstream side of the air flow. It is.
本発明に係る熱交換器においては、各列及び各段毎に、列方向に複数の伝熱管を配し、かつこれら複数の伝熱管の、前記積層された矩形状フィンを貫通した両端部の少なくとも一方に、これら複数の伝熱管を束ねて段毎に合流又は分配する段専用集合管を設けたので、各列及び各段毎に列方向に複数設けた伝熱管を、実質的に1本の配管として扱って冷媒パスを構成することが可能となり、パス数を低減させることができ、熱交換性能を向上させることができる。さらに、段専用集合管の合流管部を、その軸線が空気流れの上流寄りとなるように形成したので、この熱交換器を例えば空気調和機の凝縮器に適用した場合、液冷媒の慣性力を利用して、熱負荷の大きい空気流れ方向上流側の伝熱管に冷媒を多く流すことができる。このため、2相冷媒を用いる場合、空気流れ方向上流側と下流側の伝熱管間の乾き度を一様にすることができ、熱交換性能が向上する。 In the heat exchanger according to the present invention, for each row and each stage, a plurality of heat transfer tubes are arranged in the row direction, and both ends of the plurality of heat transfer tubes passing through the stacked rectangular fins. Since at least one of the plurality of heat transfer tubes is bundled and a stage-dedicated collecting pipe that joins or distributes each stage is provided, there is substantially one heat transfer pipe provided in the row direction for each row and each row. It is possible to construct a refrigerant path by treating it as a pipe, reducing the number of passes and improving the heat exchange performance. Furthermore, since the junction pipe portion of the stage-only collecting pipe is formed so that the axis thereof is closer to the upstream side of the air flow, when this heat exchanger is applied to a condenser of an air conditioner, for example, the inertial force of the liquid refrigerant Can be used to flow a large amount of refrigerant through the heat transfer tube on the upstream side in the air flow direction with a large heat load. For this reason, when using a two-phase refrigerant | coolant, the dryness between the heat exchanger tubes of the air flow direction upstream and downstream can be made uniform, and heat exchange performance improves.
実施形態1.
図1は本発明の実施形態1に係る熱交換器の構成を示す断面図である。
本発明の実施形態1に係る熱交換器は、図1のように空気が通過する隙間を置いて複数積層された2列の矩形状フィン1a,1bと、これら矩形状フィン1a,1bのそれぞれに直交し、内部を作動流体が通過する2列の伝熱管2a,2bとを備えている。すなわち、矩形状フィン1a,1bは、隙間の空気導入部となる側の積層面が空気流れ方向に直交する向きに配置されている。伝熱管2a,2bは、矩形状フィン1a,1bの長手方向を段方向として複数段設けられるとともに、空気流れ方向を列方向として複数列設けられている。また、伝熱管2a,2bは、各列及び各段毎に設けられ、それぞれが列方向(空気流れ方向)に平行に配置されている。さらに、各列及び各段毎に設けられている伝熱管2a,2bは、隣接する列側の伝熱管2a,2bとの位置関係で見ると段方向にずらせて配置されていて、互いに千鳥状に配列されている。ここで、伝熱管2a,2bの管径は5.0mmであり、矩形状フィン1a,1bの空気流れ方向のフィン幅は22mm、各列における伝熱管2a,2bの段方向のピッチは21mmである。また、各列における伝熱管2a,2bの中心軸の空気流れ方向のピッチは10mmである。
Embodiment 1. FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a heat exchanger according to Embodiment 1 of the present invention.
The heat exchanger according to Embodiment 1 of the present invention includes two rows of
図1のように、各列及び各段毎に、複数の伝熱管2a,2bを設け、かつこれら伝熱管2a,2bは、空気流れ方向に平行に配置することで、空気側の通風抵抗を増やすことなく伝熱管の本数を増加させることができる。
As shown in FIG. 1, a plurality of
さらに、各列及び各段毎に設けられている伝熱管2a,2bを、隣接する列間で見て千鳥状に配列することで、伝熱性能を向上させることができる。
Furthermore, the heat transfer performance can be improved by arranging the
図2は本発明の実施形態1に係る熱交換器の伝熱管配置の変形例を示す断面図である。図2においては、各列及び各段毎に設けられている伝熱管2a,2bが、空気流れ方向に対して伝熱管投影面分(伝熱管外径分)、段方向に偏倚して配置されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a modification of the heat transfer tube arrangement of the heat exchanger according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 2, the
図2のように各列及び各段毎に設けられている伝熱管2a,2bを互いに段方向に偏倚して配置し、空気流れの下流側に配置されている伝熱管2bが、空気流れの上流側に配置されている伝熱管2aの後流の影響を受けないようにすることで、伝熱性能を向上させることができる。
As shown in FIG. 2, the
図3は本発明の実施形態1に係る熱交換器の接続配管、段専用集合管(三方管)、及び伝熱管の関係を示す正面図である。図4は本発明の実施形態1に係る熱交換器の接続配管、段専用集合管(三方管)、伝熱管、及び矩形状フィンと、空気流れ方向の関係を示す正面図である。図5は本発明の実施形態1に係る熱交換器の段専用集合管(三方管)とUベンドの関係を示す側面図である。図6は本発明の実施形態1に係る熱交換器を伝熱管のヘアピン側より示す側面図である。 FIG. 3 is a front view showing the relationship among the connection pipe, the stage-only collecting pipe (three-way pipe), and the heat transfer pipe of the heat exchanger according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 is a front view showing the relationship between the connection pipe, the stage-only collecting pipe (three-way pipe), the heat transfer pipe, and the rectangular fins of the heat exchanger according to Embodiment 1 of the present invention and the air flow direction. FIG. 5 is a side view showing the relationship between the stage-only collecting pipe (three-way pipe) and the U-bend of the heat exchanger according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 6 is a side view showing the heat exchanger according to Embodiment 1 of the present invention from the hairpin side of the heat transfer tube.
図3乃至図6のように各列及び各段毎に設けられている伝熱管2a,2bの、積層された矩形状フィン1aや1bを貫通した両端部の一方に、これら複数の伝熱管2a,2bを束ねて段毎に合流又は分配する段専用集合管すなわち三方管3が設けられている。三方管3の入口又は出口となる合流管部3aは、その直径が7mmであり、その軸線が空気流れ方向上流側の伝熱管2a寄りに配置されている。ここでは、図3のように三方管3の合流管部3aの軸線と空気流れ方向上流側の伝熱管2aの軸線とがほぼ一致するように構成されている。このように三方管3の合流管部3aを空気流れ方向上流側に配置することにより、本実施形態の熱交換器を空気調和機の凝縮器に適用した場合、液冷媒の慣性力を利用して、熱負荷の大きい空気流れ方向上流側の伝熱管2aに冷媒を多く流すことができる。このため、2相冷媒を用いる場合、空気流れ方向上流側と下流側の伝熱管2a,2b間の乾き度を一様にすることができ、熱交換性能が向上する。
As shown in FIG. 3 to FIG. 6, the
したがって、冷媒は、凝縮器の場合、図5及び図6のように空気流れ方向下流側の矩形状フィン1bの列の入口から流入し、三方管3により矩形状フィン1bの最上段に位置する伝熱管2a,2bに分配される。次いで、矩形状フィン1bで熱交換され、伝熱管2a,2bのそれぞれのヘアピン部を通過し、再び矩形状フィン1bで熱交換された後、二段目の三方管3により伝熱管2a,2bは合流される。次いで、段間Uベンド5で下段(三段目)に流入し、下段(三段目)の三方管3に流入後、伝熱管2a,2bに分配される。これを、空気流れ方向下流側の矩形状フィン1bで繰り返した後、列間Uベンド6で上流側に流入し、空気流れ方向上流側の矩形状フィン1aの最下段の三方管3に流入する。
Therefore, in the case of the condenser, the refrigerant flows in from the inlet of the row of the
次に、矩形状フィン1aの最下段の三方管3により伝熱管2a,2bに分配され、矩形状フィン1aで熱交換され、ヘアピンを通過し、再び矩形状フィン1aで熱交換される。その後、下から二段目の三方管3により伝熱管2a,2bは合流される。次いで、段間Uベンド5で上段(下から三段目)に流入し、下から三段目の三方管3に流入後、伝熱管2a,2bに分配される。これを、空気流れ方向上流側の矩形状フィン1aで繰り返した後、最上段の三方管3の合流管部3a、つまり冷媒出口より接続配管4(図4)へ流出する。
Next, the heat is transferred to the
このように、各列及び各段毎に設けられている複数の伝熱管2a,2bを束ねて段毎に合流又は分配する三方管3により、各列及び各段毎に設けられている複数の伝熱管2a,2bを実質的に1本の配管として扱い、冷媒パスを構成しているので、冷媒パス数を半減できる。
In this way, the plurality of
図7は本発明の実施形態1に係る熱交換器の三方管の変形例を示す正面図である。この三方管3Aは、伝熱管2a,2bとの接続部が、合流管部3aの軸線を挟むように設けられている。このような三方管3Aの場合、空気流れ方向上流側に配置される伝熱管2aと空気流れ方向下流側に配置される伝熱管2bをストレート状に接続した場合、これら伝熱管2a,2bには液冷媒が均等に流れる。このため、熱負荷の大きい空気流れ方向上流側の伝熱管2aに冷媒を多く流すことはできない。
FIG. 7 is a front view showing a modification of the three-way pipe of the heat exchanger according to the first embodiment of the present invention. The three-
したがって、このような三方管3Aを用いる場合は、空気流れ方向下流側に配置される伝熱管2bを、図7のように三方管3Aの接続部まで空気流れ方向上流側に折り曲げて、三方管3Aに接続する形態を採る。これにより、空気流れ方向下流側に配置される伝熱管2bに圧損を付けることができて、空気流れ方向上流側の伝熱管2aにより多くの液冷媒を流すことができる。このため、2相冷媒を用いる場合、空気流れ方向上流側と下流側の伝熱管2a,2b間の乾き度を一様にすることができ、熱交換性能が向上する。
Therefore, when such a three-
なお、ここでは各列及び各段毎に設けられている複数の伝熱管2a,2bの、積層された矩形状フィン1a,1bを貫通した両端部の内の一方に、これら複数の伝熱管2a,2bを束ねて段毎に合流又は分配する段専用集合管すなわち三方管3又は3Aを設け、伝熱管2a,2bの両端部の内の他方は、これら伝熱管2a,2bを折り返すヘアピンとして構成したものを例に挙げて説明したが、これに限るものではない。すなわち、三方管3又は3Aは、伝熱管2a,2bの、積層された矩形状フィン1a,1bを貫通した両端部の両方に設けてもよいものである。この場合は、各伝熱管2a,2bが合流するまでの長さを短くすることができるため、熱負荷の影響を受けなくなり、乾き度分布を少なくでき、熱交換性能が向上する。
Here, a plurality of
また、ここでは、各列及び各段毎に、列方向に2つの伝熱管2a,2bを配し、段専用集合管すなわち三方管3又は3Aにてこれら2つの伝熱管2a,2bを束ねて段毎に合流又は分配するようにしたものを例に挙げて説明したが、これに限るものではない。例えば、各列及び各段毎に、列方向に3つ以上の伝熱管を配し、段専用集合管にてこれら3つ以上の伝熱管を束ねて段毎に合流又は分配するようにしてもよいものである。
Further, here, for each row and each stage, two
実施形態2.
図8は前述の熱交換器を備えた本発明の実施形態2に係る空気調和機の冷凍サイクルの冷媒回路図である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a refrigerant circuit diagram of a refrigeration cycle of an air conditioner according to Embodiment 2 of the present invention including the above-described heat exchanger.
本発明の実施形態2に係る空気調和機は、図8のように圧縮機33、凝縮器34、絞り装置35、蒸発器36、凝縮器用送風機37a及びその駆動用モーター38a、蒸発器用送風機37b及びその駆動用モーター38bにより構成されている。前述の実施形態1に係る熱交換器を凝縮器34または蒸発器36、もしくは両方に用いることにより、エネルギー効率の高い空調冷凍装置を実現することができる。ここで、エネルギー効率は、次式(1)(2)で求められるものである。
暖房エネルギー効率=室内熱交換器(凝縮器)能力/全入力‥‥‥‥‥‥(1)
冷房エネルギー効率=室内熱交換器(蒸発器)能力/全入力‥‥‥‥‥‥(2)
As shown in FIG. 8, the air conditioner according to Embodiment 2 of the present invention includes a compressor 33, a
Heating energy efficiency = indoor heat exchanger (condenser) capacity / all inputs (1)
Cooling energy efficiency = indoor heat exchanger (evaporator) capacity / all inputs (2)
なお、前述の実施形態1で述べた熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和機については、HCFC(R22)やHFC(R116、R125、R134a、R14、R143a、R152a、R227ea、R23、R236ea、R236fa、R245ca、R245fa、R32、R41,RC318などや、これら冷媒の数種の混合冷媒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、プロピレンなどや、これら冷媒の数種混合冷媒)、自然冷媒(空気、炭酸ガス、アンモニアなどや、これら冷媒の数種の混合冷媒)、HFO1234yf等の低GWP冷媒、またこれら冷媒の数種の混合冷媒など、どんな種類の冷媒を用いても、その効果を達成することができる。 In addition, about the heat exchanger described in above-mentioned Embodiment 1, and an air conditioner provided with this heat exchanger, HCFC (R22) and HFC (R116, R125, R134a, R14, R143a, R152a, R227ea, R23, R236ea, R236fa, R245ca, R245fa, R32, R41, RC318, etc., and mixed refrigerants R407A, R407B, R407C, R407D, R407E, R410A, R410B, R404A, R507A, R508A, HCB, etc. Low GWP refrigerants such as butane, isobutane, ethane, propane, propylene, etc., some mixed refrigerants of these refrigerants, natural refrigerants (air, carbon dioxide, ammonia, etc., several mixed refrigerants of these refrigerants), HFO1234yf, These refrigerants A mixed refrigerant type, be used any type of refrigerant, can achieve its effect.
また、作動流体として、ここでは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、同様の効果を奏する。 Moreover, although the example of air and a refrigerant | coolant was shown here as a working fluid, even if it uses other gas, liquid, and gas-liquid mixed fluid, there exists the same effect.
伝熱管2a,2bと矩形状フィン1a,1bは、異なった材料を用いることが一般的である。しかし、伝熱管2a,2bと矩形状フィン1a,1bの材料として、銅やアルミ等、同じ材料を用いることで、矩形状フィン1a,1bと伝熱管2a,2bのロウ付けが可能となる。この場合には、矩形状フィン1a,1bと伝熱管2a,2bの接触熱伝達率が飛躍的に向上し、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できる。
Generally, different materials are used for the
また、伝熱管2a,2bと矩形状フィン1a,1bを密着させる方法として、炉中ロウ付けを行う場合、炉中ロウ付けの後に、矩形状フィン1a,1bに親水材を塗布するようにすれば、親水材の焼け落ちを防ぐことができる。
In addition, when performing brazing in the furnace as a method for bringing the
また、前述の実施形態1で説明した熱交換器を室外機で用いた場合においても同様な効果を奏する。 Further, the same effect can be obtained when the heat exchanger described in the first embodiment is used in an outdoor unit.
なお、前述の実施形態1で述べた熱交換器及びそれを用いた実施形態2の空調冷凍装置については、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、冷媒と油が溶ける溶けないに拘わらず、どんな冷凍機油についても、その効果を達成することができる。 For the heat exchanger described in the first embodiment and the air-conditioning refrigeration apparatus of the second embodiment using the heat exchanger, a mineral oil, an alkylbenzene oil system, an ester oil system, an ether oil system, a fluorine oil system, or the like can be used. The effect can be achieved with any refrigeration oil, regardless of whether the oil is soluble or not.
本発明の活用例として、熱交換性能を向上し、省エネルギー性能を向上することが必要なヒートポンプ装置の熱交換器に使用することができる。 As an application example of the present invention, it can be used in a heat exchanger of a heat pump apparatus that requires improved heat exchange performance and improved energy saving performance.
1a,1b 矩形状フィン、2a,2b 伝熱管、3,3A 三方管(段専用集合管)、3a 合流管部、4 接続配管、5 段間Uベンド、6 列間Uベンド、33 圧縮機、34 凝縮器、35 絞り装置、36 蒸発器、37a 凝縮器用送風機、37b 蒸発器用送風機、38a,38b 駆動用モーター。 1a, 1b Rectangular fin, 2a, 2b Heat transfer tube, 3, 3A Three-way tube (collection tube dedicated to the stage), 3a Merge pipe part, 4 Connection pipe, 5 Interstage U-bend, 6 Interrow U-bend, 33 Compressor, 34 condenser, 35 throttle device, 36 evaporator, 37a condenser blower, 37b evaporator blower, 38a, 38b drive motor.
Claims (7)
各列及び各段毎に、列方向に複数の伝熱管を配し、かつこれら複数の伝熱管の、前記積層された矩形状フィンを貫通した両端部の少なくとも一方に、これら複数の伝熱管を束ねて段毎に合流又は分配する段専用集合管を設け、
前記段専用集合管の合流管部を、その軸線が空気流れの上流寄りとなるように形成したことを特徴とする熱交換器。 A plurality of rectangular fins stacked with a gap through which air passes, and a heat transfer tube perpendicular to the rectangular fins and through which a working fluid passes, the rectangular fin being an air introduction portion of the gap And the heat transfer tubes are provided in a plurality of stages with the longitudinal direction of the rectangular fins as the step direction, and provided in a plurality of rows with the air flow direction as the column direction. A heat exchanger,
For each row and each stage, a plurality of heat transfer tubes are arranged in the row direction, and at least one of the plurality of heat transfer tubes penetrating the stacked rectangular fins is provided with the plurality of heat transfer tubes. A stage-only collecting pipe that bundles and joins or distributes for each stage is provided,
Heat exchanger you, characterized in that the collecting pipe portion of the stage only collecting pipe, the axis is formed such that the upstream side of the air flow.
各列及び各段毎に、列方向に複数の伝熱管を配し、かつこれら複数の伝熱管の、前記積層された矩形状フィンを貫通した両端部の少なくとも一方に、これら複数の伝熱管を束ねて段毎に合流又は分配する段専用集合管を設け、
前記段専用集合管は、前記複数の伝熱管との接続部が、当該段専用集合管の合流管部の軸線を挟むように設けられており、前記複数の伝熱管の内、空気流れ方向上流側の伝熱管は、前記段専用集合管の前記接続部の一方にストレートに接続され、空気流れ方向下流側の伝熱管は、空気流れ方向上流側に折り曲げられて前記段専用集合管の前記接続部の他方に接続されてなることを特徴とする熱交換器。 A plurality of rectangular fins stacked with a gap through which air passes, and a heat transfer tube perpendicular to the rectangular fins and through which a working fluid passes, the rectangular fin being an air introduction portion of the gap And the heat transfer tubes are provided in a plurality of stages with the longitudinal direction of the rectangular fins as the step direction, and provided in a plurality of rows with the air flow direction as the column direction. A heat exchanger,
For each row and each stage, a plurality of heat transfer tubes are arranged in the row direction, and at least one of the plurality of heat transfer tubes penetrating the stacked rectangular fins is provided with the plurality of heat transfer tubes. A stage-only collecting pipe that bundles and joins or distributes for each stage is provided,
The stage-dedicated collecting pipe is provided so that a connection portion with the plurality of heat transfer tubes sandwiches the axis of the merging pipe portion of the stage-dedicated collecting pipe, and the upstream of the plurality of heat transfer tubes in the air flow direction The heat transfer tube on the side is straightly connected to one of the connecting portions of the stage-dedicated collecting pipe, and the heat transfer tube on the downstream side in the air flow direction is bent toward the upstream side in the air flow direction to connect the connection of the stage-dedicated collecting pipe heat exchanger characterized by comprising connected to the other parts.
各列及び各段毎に、列方向に複数の伝熱管を配し、かつこれら複数の伝熱管の、前記積層された矩形状フィンを貫通した両端部の少なくとも一方に、これら複数の伝熱管を束ねて段毎に合流又は分配する段専用集合管を設け、
前記伝熱管の少なくとも一端部の段間接続を、段方向で隣接する前記段専用集合管相互を段間Uベンドにて接続することで行うことを特徴とする熱交換器。 A plurality of rectangular fins stacked with a gap through which air passes, and a heat transfer tube perpendicular to the rectangular fins and through which a working fluid passes, the rectangular fin being an air introduction portion of the gap And the heat transfer tubes are provided in a plurality of stages with the longitudinal direction of the rectangular fins as the step direction, and provided in a plurality of rows with the air flow direction as the column direction. A heat exchanger,
For each row and each stage, a plurality of heat transfer tubes are arranged in the row direction, and at least one of the plurality of heat transfer tubes penetrating the stacked rectangular fins is provided with the plurality of heat transfer tubes. A stage-only collecting pipe that bundles and joins or distributes for each stage is provided,
At least between one end of the stage connection, the heat exchanger shall be the characterized in that by connecting the stage dedicated collecting pipe mutually adjacent in the interstage U-bend in the column direction of the heat transfer tube.
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