JP4836996B2 - 熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和機 - Google Patents
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Description
また、熱交換器の高性能化を目的として、特許文献2のように伝熱管を多穴構造とし小型化・細径化することが考えられる。しかしながら、伝熱管を小型化・細径化することにより、管内熱伝達率が増大するのに対して圧力損失が増大するため、これらを最適化することが必要になる。また、小型化・細径化された伝熱管は、伝熱性能的には有利であるが、伝熱管の製作や伝熱管と板状フィンとの取付がロウ付けによるため組立等の費用が増大するという問題があった。
図1は本発明の実施の形態1に係る熱交換器の概要を示す正面図である。図1において、1は熱交換器で、所定の間隔で並べて配置された複数の板状フィン2と、板状フィン2に直交する方向に挿通され、拡管(拡径ともいう)することにより板状フィン2に接合される複数の偏平形状の伝熱管3とから構成されている。板状フィン2は、銅若しくは銅合金又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金などの金属板からなり(他の実施の形態においても同様である)、空気の流れ方向Aと平行に、かつ図の垂直方向(奥行方向)に所定の間隔で並設されている。また、この板状フィン2には、空気の流れ方向Aに垂直な方向(図の上下方向)に後述の偏平形状の伝熱管3が複数段かつ1列以上で設けられている。さらに、各段の偏平形状の伝熱管3の間には切り起こしにより複数のスリット4が板状フィン2に設けられている。このスリット4は、特許文献2に示されるように、スリット4の側端部が空気の流れ方向Aに対して対向するように設けられており、その側端部において空気流の速度境界層及び温度境界層を薄くすることにより、伝熱促進が行われ、熱交換能力が増大する効果がある。
図3に示すように、プレス加工された板状フィン2のフィンカラー部21には長穴の取付穴22が設けられており、各板状フィン2はフィンカラー部21を同じ向きに揃えて治具(図示せず)等で保持されている。そして、各板状フィン2の取付穴22に、前述した偏平形状の伝熱管3を挿入し、その後、第1、第2の冷媒流路31a、31bと同じ断面形状(略D字形状、図4参照)で超硬合金等の金属材料からなる1対の拡管ビュレット玉100を用いた拡管装置で、1対の拡管ビュレット玉100を機械的な方法または流体圧により第1、第2の冷媒流路31a、31b内に押し込む。そうすると、第1、第2の冷媒流路31a、31bは同時に拡径し、伝熱管3は順次各板状フィン2に接合していき、一体的に固定される。
図5は実施の形態2の偏平形状の伝熱管を示す正面図である。本実施の形態の伝熱管3は、図2の場合と同様に、幅方向の両側には断面が略D字状の貫通穴からなる第1、第2の冷媒流路31a、31bが設けられている。そして、この第1、第2の冷媒流路31a、31bの内壁面にはそれぞれ、所定の高さと間隔で断面がほぼ四角形状(先端部は若干丸みを付けた形状となっている)の複数の突条33が軸方向に設けられている。
図6に示すように、本実施の形態の偏平形状の伝熱管3においては、拡管後の突条33の高さh(突出長)が高い程、接触面積が増大するため熱伝達率も高くなる。しかしながら、拡管後の突条33の高さhが0.3mmを超えると、熱伝達率の増加量よりも圧力損失の増加量の方が多くなり、結果として、熱交換率が低下する。一方、拡管後の突条33の高さhが0.1mm未満の場合、熱伝達率が向上しない。よって、本実施の形態の偏平形状の伝熱管3においては、拡管後の突条33の高さh(突出長)は、0.1〜0.3mm程度とすることが望ましい。なお、突条33の断面形状は四角形状に限定するものではなく、三角形状、台形状、半円形状等、適宜の断面形状とすることができる。
図7は実施の形態3の偏平形状の伝熱管を示す正面図である。本実施の形態の伝熱管3は、図2の場合と同様に、幅方向の両側には断面が略D字状の貫通穴からなる第1、第2の冷媒流路31a、31bが設けられている。そして、この第1、第2の冷媒流路31a、31bの内壁面には、所定の高さと間隔で断面が略四角形状(先端部は若干丸みを付けた形状となっている)の複数の突条33、34が軸方向に設けられている。突条34は、隔壁32の角部に設けられており、さらに各突条33、34の先端が半径Rの円、すなわち拡管ビュレット玉100の円形の外周面(図9参照)に接するように所要の高さhで設けられている。
別の表現をすれば、複数の突条33、34が設けられた第1、第2の冷媒流路31a、31bは、その断面において冷媒流路中央部の所定の点(図7のO1、O2)と複数の突条33、34の各先端部とがほぼ等距離になるように構成されている。点O1、O2とは拡管時の拡管ビュレット玉100の中心と一致する点である。
図10は実施の形態4の偏平形状の伝熱管を示す正面図である。本実施の形態の伝熱管3は、例えば、第1の冷媒流路31aを実施の形態1と同じ形状とし、第2の冷媒流路31bを実施の形態3と同じ形状とするものである。もちろん、この逆の組み合わせであってもよい。
図11は従来のフィンチューブ型熱交換器を示す説明図で、(a)は正面側、(b)は背面側の伝熱管接続状態を示すものである。図12は実施の形態5に係る熱交換器の正面図である。
まず、図11について説明すると、伝熱管をその中間部で所定の曲げピッチでヘアピン状に曲げ加工して複数のヘアピン管51を作製し、次に、複数のヘアピン管51を、所定の間隔をおいて相互に平行に配置された板状フィン2に背面側から挿通する。そして、この伝熱管を機械方式あるいは液圧拡管方式で拡管して板状フィン2と伝熱管を接合する。次に、所定の長さおよびピッチで曲げ加工された複数のリターンベンド管5を用いて、隣接する拡管後のヘアピン管51の管端に、その外面にロウのリングを付けたリターンベンド管5を装着し、バーナーにより、両者の管を加熱ロウ付けして熱交換器50を製造する。
従って、本実施の形態の熱交換器1によれば、リターンベンド管5a、5bにより冷媒が交互にクロス状に流動するので、風上側の熱交換能力と風下側の熱交換能力とのバランスをとることができるため、高効率の熱交換器を得ることができる。
図13は実施の形態6に係る熱交換器の概要を示す正面図である。本実施の形態は、隣接するヘアピン管30における2段目と3段目の伝熱管3の管端を、冷媒が混合されるように1つの流路を有するリターンベンド管5cで接続した点だけが実施の形態5と相違するものである。
これにより、伝熱管の複数の冷媒回路の出口側における気相と液相との質量比率が同じになり、次段の伝熱管の冷媒入口部に入るので、風上側の熱交換能力と風下側の熱交換能力とのバランスをとることができるため、高効率の熱交換器を得ることができる。
Claims (6)
- 所定の間隔で並べて配置された複数の板状フィンと、前記板状フィンに直交する方向に挿通され、内部を冷媒が流れる偏平形状の複数の伝熱管とを備え、
前記伝熱管は、空気の流れ方向に沿って配置される外面が平坦で、断面がほぼ小判型状の外形形状を有し、内部には隔壁を間にして2つの対称な略D字状の貫通穴からなる第1および第2の冷媒流路を有し、
前記第1および第2の冷媒流路は、内壁面に軸方向に延びる複数の突条を有し、
前記複数の突条は前記隔壁以外に設け、
前記第1および第2の冷媒流路と同じ断面形状からなる1対の拡管ビュレット玉を用いて前記複数の突条を介して同時に拡径することにより前記伝熱管が前記板状フィンに接合されていることを特徴とする熱交換器。 - 拡径後の突条高さは、0.1〜0.3mm程度であることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
- 中間部を曲げ加工された前記伝熱管を用いて列方向に複数の冷媒回路を構成するとともに、隣接する一方の伝熱管の前記第1および第2の冷媒流路の冷媒出口部と、他方の伝熱管の前記第1および第2の冷媒流路の冷媒入口部とを、2本のリターンベンド管でクロス状に接続してなることを特徴とする請求項1または2記載の熱交換器。
- 中間部を曲げ加工された前記伝熱管を用いて列方向に複数の冷媒回路を構成するとともに、隣接する一方の伝熱管の前記第1および第2の冷媒流路の冷媒出口部と、他方の伝熱管の前記第1および第2の冷媒流路の冷媒入口部とを、冷媒が混合するように1本のリターンベンド管で接続してなることを特徴とする請求項1または2記載の熱交換器。
- 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を順次配管で接続した冷凍サイクルを備え、作動流体として冷媒を用いるとともに、請求項1乃至4のいずれかに記載の熱交換器を前記蒸発器または凝縮器として用いたことを特徴とする空気調和機。
- 冷媒として、HC単一冷媒、またはHCを含む混合冷媒、R32、R410A、R407C、二酸化炭素のいずれかを用いることを特徴とする請求項5記載の空気調和機。
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