JP6924954B2 - 熱交換器 - Google Patents
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Description
この種の熱交換器は、伝熱フィンや多穴伝熱管の表面に付着する水滴を円滑に流れ落とすため、伝熱フィンを多穴伝熱管の短手方向中央に向かって下り勾配に形成し、短手方向中央に沿って排水用隙間を設けるものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
図7に示すように、複数の冷媒流路で形成された多穴伝熱管1と、多穴伝熱管1の両端部をそれぞれ接続する一対の円形ヘッダーパイプ2と、で構成され、多穴伝熱管1の長手方向である冷媒流路の流れ方向が鉛直方向となるように配置した熱交換器において、伝熱フィン3を多穴伝熱管1の短手方向中央に向かって下り勾配とし、短手方向中央に沿って排水用隙間4を設けるように配置している。
これにより、熱交換器に付着した水滴を、短手方向中央に向かって流し、排水用隙間4により速やかに落下させ、伝熱フィン3の排水性を向上させることができる。
特に、熱交換器を空気調和装置の室外機に搭載した場合には、室外機のドレンパンと、ヘッダーパイプとの間に僅かな隙間が生じ、ヘッダーパイプから流れ落ちず残留する水滴は、その隙間にブリッジし続ける。
このように低外気温における暖房運転時に水滴がブリッジし続けると、水滴は凍結してしまい、そこから氷が成長していく。凍結領域が多穴伝熱管まで広がると、空気との熱交換ができなくなるため、暖房能力が低下してしまう。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、鉛直方向下側に設けられたヘッダーパイプの水滴の残留を抑制することができる熱交換器を提供することを目的とする。
また、熱交換器が蒸発器として機能する場合においては、多穴伝熱管から第1のヘッダーパイプに落下した水滴が、凍結することなく速やかに流れ落ちるため、多穴伝熱管が凍結することを防止でき、暖房能力を向上させることができる。
また、水滴が第1のヘッダーパイプに長期間残留することを抑制でき、腐食を防止することができる。
また、水滴の残留による通風抵抗の増大が抑制され、風量の低下を防止でき、熱交換器性能を向上することができる。
また、熱交換器が蒸発器として機能する場合においては、多穴伝熱管から第1のヘッダーパイプに落下した水滴が、凍結することなく速やかに流れ落ちるため、多穴伝熱管が凍結することを防止でき、低負荷時においても暖房能力を向上させることができる。
また、水滴が第1のヘッダーパイプに長期間残留することを抑制することができ、腐食を防止することができる。
また、水滴の残留による通風抵抗の増大を抑制することができ、風量の低下を防止でき、熱交換器性能を向上せることができる。
また、蒸発器として機能する場合においては、多穴伝熱管から第1のヘッダーパイプに落下した水滴が、凍結することなく速やかに流れ落ちるため、多穴伝熱管が凍結することを防止でき、低負荷時においても暖房能力を向上させることができる。
また、水滴が第1のヘッダーパイプに長期間残留することを抑制でき、腐食を防止することができる。
また、水滴の残留による通風抵抗の増大を抑制することができ、風量の低下を防止でき、熱交換器性能を向上させることができる。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態における熱交換器の斜視図である。図2は、図1の枠線部分の拡大図である。図3は、図2のA−A断面図である。
図1に示すように、熱交換器10は、複数の多穴伝熱管11と、第1のヘッダーパイプ12aと、第2のヘッダーパイプ12bと、を備えている。
また、第1のヘッダーパイプ12aの一端部には、第1の冷媒配管14aが接続されており、第2のヘッダーパイプ12bの一端部には、第2の冷媒配管14bが接続されている。これら各冷媒配管14a、14bは、冷媒の流入口または流出口として機能するように構成されている。
図2および図3に示すように、第1のヘッダーパイプ12aの両側面には、鉛直方向(y方向)成分を含んだ第1の溝15aおよび第2の溝15b(溝)が設けられている。
本実施形態においては、第1の溝15aおよび第2の溝15bの上端部は、第1のヘッダーパイプ12aの側面の上下方向略中央位置からわずかに上方に位置し、第1の溝15aおよび第2の溝15bの下端部は、第1のヘッダーパイプ12aの側面の下方に位置している。すなわち、第1の溝15aおよび第2の溝15bは、少なくとも第1のヘッダーパイプ12aの側面の鉛直方向成分を含み、下端部が第1のヘッダーパイプ12aの下面側に位置するように形成されている。
第1の溝15aおよび第2の溝15bは、その断面形状が幅と深さの比が略1:1である三角形状に形成されている。また、第1のヘッダーパイプ12aの軸方向(x方向)において、隣り合う多穴伝熱管11の中間位置に設けられている。
なお、冷媒としては、例えば、R410A、R32およびR32を含む混合冷媒などが用いられる。
なお、第1の溝15aおよび第2の溝15bの位置は、これに限定されるものではなく、例えば、第1のヘッダーパイプ12aの軸方向(x方向)において、多穴伝熱管11の側部に対応する位置に設けるようにしてもよい。また、第1の溝15aまたは第2の溝15bの一方のみを設けるようにしてもよい。また、第1の溝15aおよび第2の溝15bの上端を、第1のヘッダーパイプ12aの周方向における最上点に位置させるようにしてもよい。
さらに、本実施形態においては、第1の溝15aおよび第2の溝15bを鉛直方向(y方向)に沿って形成するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、鉛直方向に対して傾斜して形成するようにしてもよい。
図4は、本実施形態の熱交換器10を適用した室外機20の内部構造を示す平面図であり、図5は、本実施形態の熱交換器10を適用した室外機20の内部構造を示す正面図である。
熱交換器10は、室外機20の一側に配置されており、熱交換器10の一側に、送風機24が配置されている。室外機20の鉛直方向下側(−y方向)には、ドレンパン27が設けられており、熱交換器10からドレンパン27に流れ落ちた水滴は、ドレンパン27に設けられた排水穴28から排水されるように構成されている。
まず、冷房運転を行う場合は、熱交換器10は凝縮器として機能する。
室外機20の圧縮機21から送られるガス冷媒は、切替弁22を介して、第2の冷媒配管14bから、第2のヘッダーパイプ12bの内部に流入される。このガス冷媒は、第2のヘッダーパイプ12bの内部を通り、複数の多穴伝熱管11内の冷媒流路13に流入される。このガス冷媒は、鉛直方向下方(−y方向)に流れ、多穴伝熱管11において、送風機24により送られた空気と熱交換をすることで放熱して凝縮される。
室内機に流れた凝縮した冷媒は、室内熱交換器(図示せず)で空気と熱交換をすることで吸熱し蒸発する。蒸発した冷媒は、ガス管26を通り、切替弁22を介して、圧縮機21に循環する。
室外機20の圧縮機21から送られるガス冷媒は、切替弁22を介して、ガス管26を通り、室内機に流出される。
室内機に流れたガス冷媒は、室内機に設けられた室内熱交換器で空気と熱交換をすることで放熱し凝縮する。凝縮した冷媒は、液管25、室外膨張弁23を通り、第1の冷媒配管14aから、第1のヘッダーパイプ12aの内部に流入される。この液冷媒は、第1のヘッダーパイプ12aの内部を通り、複数の多穴伝熱管11内の冷媒流路13に流入され、鉛直方向上方(+y方向)に流れ、多穴伝熱管11において、送風機24により送られた空気と熱交換をすることで吸熱して蒸発される。
熱交換器10が蒸発器として機能する場合、多穴伝熱管11内の冷媒流路13を低温の冷媒が流れ、空気と熱交換が行われることになり、空気中に含まれた水蒸気が飽和温度より低い温度の多穴伝熱管11に触れることで、水滴である凝縮水となって多穴伝熱管11の表面に付着する。付着した凝縮水は、鉛直方向下方(−y方向)に自重により落下する。
第1のヘッダーパイプ12aに落下した凝縮水は、第1のヘッダーパイプ12aの外周を伝い、鉛直方向下方(−y方向)に移動する間に、凝縮水が第1の溝15aおよび第2の溝15bに集まり、水滴としての量が増加する。これにより、凝縮水にかかる重力が大きくなり、凝縮水は、第1のへッダーパイプ12aから速やかに流れ落ちることになり、第1のヘッダーパイプ12aにおいて、凝縮水が残留することを抑制することができる。
同様に、室外機20が雨に曝される場所に設置してある場合には、多穴伝熱管11に付着した水滴である雨水が、第1のヘッダーパイプ12aに自重により落下し、第1のヘッダーパイプ12aの外周を伝い、鉛直方向下方(−y方向)に移動する間に、雨水が第1の溝15aおよび第2の溝15bに集まり、水滴としての量が増加する。
これにより、雨水にかかる重力が大きくなり、雨水は、第1のへッダーパイプ12aから速やかに流れ落ちることになり、第1のヘッダーパイプ12aにおいて、雨水が残留することを抑制することができる。
また、熱交換器10が蒸発器として機能する場合においては、多穴伝熱管11から第1のヘッダーパイプ12aに落下した水滴が、凍結することなく速やかに流れ落ちるため、多穴伝熱管11が凍結することを防止でき、暖房能力を向上することができる。
また、水滴の残留による通風抵抗の増大を抑制することができ、風量の低下を防止して、熱交換器10の性能を向上させることができる。
さらに、多穴伝熱管11同士の間隔が小さい場合においても、水滴が多穴伝熱管11と、それに隣り合う多穴伝熱管11との間でブリッジすることなく、第1の溝15aおよび第2の溝15bに集めることができるため、水滴の残留による通風抵抗の増大が抑制され、風量の低下を防止でき、熱交換器10の性能を向上することができる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図6は、本発明の第2実施形態における第1のヘッダーパイプ12aの断面図である。
図6に示すように、本実施形態においては、第1のヘッダーパイプ12aの両側面には、鉛直方向(y方向)成分を含んだ第1の溝15aおよび第2の溝15bが設けられている。第1の溝15aおよび第2の溝15bは、第1のヘッダーパイプ12aの周方向の下側(−y方向)で連続して形成されている。
その他の部分は第1実施形態と同様である。
そして、第1のヘッダーパイプ12aの両側面の二方向からの水滴は、第1の溝15aおよび第2の溝15bの最下点で合流し、水滴量が増加するため、水滴にかかる重力が大きくなり、第1のへッダーパイプ12aから速やかに流れ落ちることになり、水滴(凝縮水)の量が少なくなる低負荷時においても、第1のヘッダーパイプ12aでの残留を抑制することができる。
また、水滴が第1のヘッダーパイプ12aに長期間残留することを抑制することができ、熱交換器10の腐食を防止することができる。
また、水滴の残留による通風抵抗の増大が抑制され、風量の低下を防止することができ、熱交換器10の性能を向上させることができる。
これにより、幅と深さの比が略1:1であれば水滴を集めることができ、水滴量が増加し、より速やかに第1のへッダーパイプ12aから流れ落ちることになるため、第1のヘッダーパイプ12aでの水滴の残留を抑制できる同様の効果を得ることができる。
11 多穴伝熱管
12a 第1のヘッダーパイプ
12b 第2のヘッダーパイプ
13 冷媒流路
14a 第1の冷媒配管
14b 第2の冷媒配管
15a 第1の溝
15b 第2の溝
20 室外機
21 圧縮機
22 切替弁
23 室外膨張弁
24 送風機
25 液管
26 ガス管
27 ドレンパン
28 排水穴
Claims (3)
- 複数の冷媒流路を有し鉛直方向に延在するように配置される複数の多穴伝熱管と、複数の前記多穴伝熱管を鉛直方向に設置し、前記多穴伝熱管の鉛直方向下側に水平方向に配置される第1のヘッダーパイプと、前記多穴伝熱管の鉛直方向上側に水平方向に配置される第2のヘッダーパイプと、を備え、複数の前記多穴伝熱管を、前記第1のヘッダーパイプと前記第2のヘッダーパイプとの軸方向に沿って、互いに平行に接続してなる熱交換器において、
前記第1のヘッダーパイプの周方向の両側面に、鉛直方向成分を含んだ第1の溝と、第2の溝を設け、
前記第1の溝と、前記第2の溝の上端部は、前記第1のヘッダーパイプの側面の上下方向略中央位置からわずかに上方に位置し、前記溝の下端部は、前記第1のヘッダーパイプの下面側に位置していることを特徴とする熱交換器。 - 前記第1の溝と、前記第2の溝とは、前記第1のヘッダーパイプの周方向の下側で連続して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記第1のヘッダーパイプは、略円筒状に形成されることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
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