JP6853867B2 - 熱交換器及び空気調和機 - Google Patents
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Description
例えば特許文献1には、折り返す冷媒が導入されるヘッダ内の各領域の下部に上記接続管が接続された熱交換器が開示されている。
即ち、本発明の第一態様に係る熱交換器は、水平方向に延びて内部に冷媒が流通するとともに上下方向に間隔をあけて複数が配列された第一伝熱管と、上下方向に延びる筒状をなしてこれら第一伝熱管の一端が連通状態で接続される第一ヘッダ部と、水平方向に延びて内部に冷媒が流通するとともに上下方向に間隔をあけて複数が配列された第二伝熱管と、上下方向に延びる筒状をなしてこれら前記第二伝熱管の一端が連通状態で接続される第二ヘッダ部と、前記第一ヘッダ部と前記第二ヘッダ部とを連通させるように、一端が前記第一ヘッダ部にそれぞれ接続されるとともに他端が前記第二ヘッダ部にそれぞれ接続された複数の連通路と、を備え、前記複数の連通路は、第一ヘッダ部への接続箇所の少なくとも一部が、互いに上下方向で重なっており、各前記連通路における前記第二ヘッダ部に対しての他端の接続位置が、各前記連通路同士で互いに異なる高さ位置とされており、前記第二ヘッダ部における互いに上下に隣り合う前記連通路の接続箇所の間に、該第二ヘッダ部内の空間を上下に隔てた領域に区画するとともに、上下に貫通する連通孔が形成された区画板をさらに備える。
本発明の熱交換器で、第二ヘッダ部に接続された複数の連通路が、第一ヘッダ部の同一の上下方向位置に接続されているため、気液割合がほぼ同一の冷媒が各連通路に導入される。そのため、複数の連通路毎での冷媒流量の均等化を図ることができる。さらに、複数の連通路の第二ヘッダ部への接続箇所は互いに異なる上下方向位置とされているため、第二ヘッダ部の複数の高さ位置からほぼ同一の気液割合の冷媒が該第二ヘッダ部内へ導入される。これによって、第二ヘッダ部内の上下方向で冷媒が混合されることになるため、該第二ヘッダ部内の上下方向全域での冷媒の気液割合を平均化させることができる。これによって、各第二伝熱管に導入される冷媒の質量流量の均等化を図ることができる。
図1に示すように、空気調和機1は、圧縮機2、室内熱交換器3(熱交換器10)、膨張弁4、室外熱交換器5(熱交換器10)、四方弁6、及び、これらを接続する配管7を備えており、これらからなる冷媒回路を構成している。
室内熱交換器3は、冷媒と室内の空気との間で熱交換を行う。室内熱交換器3は、冷房運転時には蒸発器として用いられ室内から吸熱し、暖房運転時には凝縮器として用いられ室内へ放熱する。
膨張弁4は、凝縮器で熱交換をすることで液化した高圧の冷媒を膨張させることで低圧化する。
室外熱交換器5は、室外熱交換器5は、冷媒と室外の空気との間で熱交換を行う。冷房運転時には、凝縮器として用いられ室外へ放熱し、暖房運転時には、蒸発器として用いられ室外から吸熱する。
四方弁6は、暖房運転時と冷房運転時とで冷媒の流通する方向を切り替える。これにより、冷房運転時には、冷媒が、圧縮機2、室外熱交換器5、膨張弁4及び室内熱交換器3の順に循環する。一方、暖房運転時には、冷媒が、圧縮機2、室内熱交換器3、膨張弁4及び室外熱交換器5、の順に循環する。
熱交換器10は、複数の伝熱管20、複数のフィン28、一対のヘッダ30、第一接続管60、及び第二接続管70を備える。
本実施形態では、各伝熱管20は扁平管状をなしており、伝熱管20の内部には、該伝熱管20の延在方向に直交する水平方向に並設された複数の流路が形成されている。これら複数の流路は互いに平行に配列されている。これにより、伝熱管20の延在方向に直交する断面の外形は、伝熱管20の延在方向に直交する水平方向を長手方向とした扁平状とされている。
ここで、複数の伝熱管20のうち、下部出入領域42と連通状態で接続されている伝熱管20は、第一伝熱管21とされており、上部出入領域43と連通状態で接続されている伝熱管20は、第二伝熱管23とされている。
ヘッダ本体51は、上下方向に延びる筒状をなす部材であって、上端及び下端が閉塞されている。主仕切板58は、ヘッダ本体51内に設けられ、該ヘッダ本体51内の空間を上下二つの領域に区画している。ヘッダ本体51の主仕切板58の下方の部分は第一ヘッダ部52とされており、ヘッダ本体51の主仕切板58の上方の部分は第二ヘッダ部53とされている。即ち、本実施形態では、ヘッダ本体51内が主仕切板58によって区画されることで、折り返し側ヘッダ50に、それぞれ内部に空間を有する第一ヘッダ部52及び第二ヘッダ部53が形成されている。換言すれば、第一ヘッダ部52及び第二ヘッダ部53によって折り返し側ヘッダ50が構成されている。
複数の第二伝熱管23は、それぞれ各第二ヘッダ部53内と連通状態となるように該第二ヘッダ部53に接続されている。即ち、第二ヘッダ部53に接続されている伝熱管20が第二伝熱管23とされている。
なお、「上下方向位置が同一」とは、第一接続管60及び第二接続管70の第一ヘッダ部52への接続箇所の中心の上下方向位置が同一である場合に限られず、少なくとも、第一接続管60及び第二接続管70の第一ヘッダ部52への接続箇所の少なくとも一部が、互いに上下方向で重なっていればよい。
図4に示すように、第二実施形態の熱交換器80は、第一実施形態の第一接続管60及び第二接続管70に代えて、一の分岐接続管81を備えている点で第一実施形態と相違する。
主管部82は、一端が第一ヘッダ部52に接続されている。そして、この第一ヘッダ部52内には、図5(a)(b)に示すように、該第一ヘッダ部52内を水平方向に二つの領域に分割されるようにして形成された二つの分割流路83が形成されている。この分割流路83は、主管部82内の一端から他端にわたって、水平方向に並設して延在している。なお、主管部82は、図5(a)に示すように、断面円形の流路の水平方向中央に分割壁部84が設けられることで二つの分割流路83が形成された構造であってもよい。また、図5(b)に示すように、断面円形の流路の一部が直線状に切り欠かれた分割流路83が、当該直線状の部分を構成する分割壁部84によって互いに並設するように設けられた構造であってもよい。
なお、本実施形態では、二つの分岐管部85の一方を第二ヘッダ部53の下部に接続し、他方を第二ヘッダ部53の上部に接続したが、これら二つの分岐管部85の第二ヘッダ部53への接続箇所が互いに上下方向に異なっていればよい。
図6に示すように、第三実施形態の熱交換器90は、第二ヘッダ部53内に区画板91を備える点で第一実施形態と相違する。
図7に示すように、本実施形態の熱交換器100は、第二ヘッダ部53内に二つの区画板91が設けられている。即ち、これら区画板91は上下方向に間隔あけて設置されており、これによって第二ヘッダ部53内の領域を上下方向に3つに区画している。なお、区画板91には第三実施形態同様の連通孔92が形成されている。
これら3つの接続管101における第一ヘッダ部52との接続箇所は、第一実施形態同様、互いに同一の上下方向位置とされている。3つの接続管101のうちの一つ目の接続管101の他端は、第二ヘッダ部53内の3つの領域のうちの最も下方の領域に接続されている。3つの接続管101のうちの二つ目の接続管101の他端は、第二ヘッダ部53内の3つの領域のうちの中央の領域に接続されている。3つの接続管101のうちの三つ目の接続管101の他端は、第二ヘッダ部53内の3つの領域のうちの最も上方の領域に接続されている。
なお、第二ヘッダ部53内を4つ以上に区画して、区画された領域の数に応じて接続管101を4つ以上設けてもよい。第二ヘッダ部53内をより細分化することによって、第二ヘッダ部53内全体としての冷媒の密度差をより低減することができる。
また、6つの接続管101のうちの3つの接続管101は、他端が第二ヘッダ下部領域93に接続されている。これら3つの接続管101の第二ヘッダ下部領域93の接続箇所は、互いに異なる上下方向位置とされている。
さらに、6つの接続管101のうちの残りの3つの接続管101は、他端が第二ヘッダ上部領域94に接続されている。これら3つの接続管101の第二ヘッダ上部領域94への接続箇所は、互いに異なる上下方向位置とされている。
なお、本実施形態では、一の区画板91を設けた例について説明したが、2以上の複数の区画板91によって第二ヘッダ部53内を3つ以上の領域に区画してもよい。
また、第二ヘッダ部53内の各領域には、3つのみに限られず4つ以上の複数の接続管101の他端が接続されていてもよい。
2 圧縮機
3 室内熱交換器
4 膨張弁
5 室外熱交換器
6 四方弁
7 配管
10 熱交換器
20 伝熱管
21 第一伝熱管
23 第二伝熱管
28 フィン
30 ヘッダ
40 出入口側ヘッダ
41 仕切板
42 下部出入領域
43 上部出入領域
50 折り返し側ヘッダ
51 ヘッダ本体
52 第一ヘッダ部
53 第二ヘッダ部
58 主仕切板
60 第一接続管
61 第一連通路
70 第二接続管
71 第二連通路
80 熱交換器
81 分岐接続管
82 主管部
83 分割流路
84 分割壁部
90 熱交換器
91 区画板
92 連通孔
93 第二ヘッダ下部領域
94 第二ヘッダ上部領域
100 熱交換器
101 接続管
102 連通路
110 熱交換器
Claims (5)
- 水平方向に延びて内部に冷媒が流通するとともに上下方向に間隔をあけて複数が配列された第一伝熱管と、
上下方向に延びる筒状をなしてこれら第一伝熱管の一端が連通状態で接続される第一ヘッダ部と、
水平方向に延びて内部に冷媒が流通するとともに上下方向に間隔をあけて複数が配列された第二伝熱管と、
上下方向に延びる筒状をなしてこれら前記第二伝熱管の一端が連通状態で接続される第二ヘッダ部と、
前記第一ヘッダ部と前記第二ヘッダ部とを連通させるように、一端が前記第一ヘッダ部にそれぞれ接続されるとともに他端が前記第二ヘッダ部にそれぞれ接続された複数の連通路と、
を備え、
前記複数の連通路は、第一ヘッダ部への接続箇所の少なくとも一部が、互いに上下方向で重なっており、
各前記連通路における前記第二ヘッダ部に対しての他端の接続位置が、各前記連通路同士で互いに異なる高さ位置とされており、
前記第二ヘッダ部における互いに上下に隣り合う前記連通路の接続箇所の間に、該第二ヘッダ部内の空間を上下に隔てた領域に区画するとともに、上下に貫通する連通孔が形成された区画板をさらに備える熱交換器。 - 前記区画板によって区画された各前記領域には、互いに高さ位置の異なる複数の前記連通路の接続箇所が存在している請求項1に記載の熱交換器。
- 水平方向に延びて内部に冷媒が流通するとともに上下方向に間隔をあけて複数が配列された第一伝熱管と、
上下方向に延びる筒状をなしてこれら第一伝熱管の一端が連通状態で接続される第一ヘッダ部と、
水平方向に延びて内部に冷媒が流通するとともに上下方向に間隔をあけて複数が配列された第二伝熱管と、
上下方向に延びる筒状をなしてこれら前記第二伝熱管の一端が連通状態で接続される第二ヘッダ部と、
前記第一ヘッダ部と前記第二ヘッダ部とを連通させるように、一端が前記第一ヘッダ部にそれぞれ接続されるとともに他端が前記第二ヘッダ部にそれぞれ接続された複数の連通路と、
を備え、
前記複数の連通路は、第一ヘッダ部への接続箇所の少なくとも一部が、互いに上下方向で重なっており、
一端が第一ヘッダ部に接続されるとともに、水平方向に複数に並設された分割流路が内側に形成された主管部と、該主管部の他端側から複数に分岐して内側に前記分割流路に連通する分岐流路が形成されるとともにそれぞれ各前記第二ヘッダ部に接続された分岐管部とを有する接続管を備え、
各前記連通路は、それぞれ各前記分割流路及び各前記分岐流路によって形成された流路である熱交換器。 - 上下方向に延びる筒状をなすヘッダ本体と、該ヘッダ本体内を上下に区画する主仕切板と、を有するヘッダを備え、
前記第一ヘッダ部は、前記ヘッダにおける前記主仕切板の下方の部分であって、
前記第二ヘッダ部は、前記ヘッダにおける前記主仕切板の上方の部分である請求項1から3のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の熱交換器を備える空気調和機。
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