(57)【要約】【課題】潤滑油による伝熱効率の低下を防止することができるとともに、省スペース化を図ることのできる熱交換器を提供する。【解決手段】第１の熱交換ユニット１０の流出ヘッダ１２に流入する冷媒中に含まれる潤滑油を冷媒から分離するようにしたので、第１の熱交換ユニット１０の流出ヘッダ１２において冷媒を潤滑油と分離し、分離した冷媒を第２の熱交換ユニット２０の流入ヘッダ２１に流入させることができ、油分離器を別途設けたり、ヘッダを大型化する必要はなく、潤滑油による伝熱性能の低下を防止することができるとともに、省スペース化を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔をおいて設けられ、それぞれ冷媒が流通する複数の熱交換チューブと、各熱交換チューブの冷媒流入側に設けられた流入ヘッダと、各熱交換チューブの冷媒流出側に設けられた流出ヘッダとを有し、冷媒と熱交換を行う熱交換媒体の流通方向に配置された少なくとも２つの熱交換ユニットを備え、熱交換媒体の下流側に位置する熱交換ユニットを流通した冷媒を上流側に位置する熱交換ユニットに流通させるようにした熱交換器において、
前記下流側に位置する熱交換ユニットの流出ヘッダに流入する冷媒中に含まれる潤滑油を冷媒から分離する分離手段を備えた
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記分離手段として流出ヘッダ内に流出ヘッダの軸方向に延びる分離管を設けた
ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記分離手段として流出ヘッダ内に冷媒中に含まれる潤滑油を吸着する分離部材を充填した
ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項４】
前記分離された潤滑油を熱交換媒体と熱交換させる油流通路を備えた
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の熱交換器。
【請求項５】
前記油流通路として一部の熱交換チューブを用いた
ことを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】
前記流入ヘッダ及び流出ヘッダをそれぞれ中空円筒状に形成するとともに、熱交換チューブとして扁平チューブを用い、
扁平チューブの端部を扁平チューブの断面長手方向と直交する方向に長く延びるように形成し、
扁平チューブを、扁平チューブの端部の長手方向が流入ヘッダ及び流出ヘッダの軸方向と平行となるように接続した
ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項７】
前記扁平チューブを流入ヘッダの中心軸から扁平チューブの幅方向に所定距離だけずらして流入ヘッダに接続した
ことを特徴とする請求項６記載の熱交換器。
【請求項８】
前記冷媒として二酸化炭素を用いた
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機器及び空気調和設備等の蒸気圧縮サイクルに用いられる熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器としては、互いに間隔をおいて配置され、それぞれ冷媒が流通する熱交換チューブと、各熱交換チューブの冷媒流入側に設けられた流入ヘッダと、各熱交換チューブの冷媒流出側に設けられた流出ヘッダとを有し、熱交換チューブを流通する冷媒と熱交換を行う熱交換媒体の流通方向に配置された少なくとも２つの熱交換ユニットを備え、熱交換媒体の下流側に位置する熱交換ユニットを流通した冷媒を上流側に位置する熱交換ユニットに流通させるようにした対向流式の熱交換器が知られている。
【０００３】
また、熱交換器に流入する冷媒には圧縮機内部の摩擦面や軸受等の破損を防止するための潤滑油が含まれており、冷媒と共に熱交換器に流入する潤滑油の量が多くなると、熱交換器の伝熱効率が低下するという不具合を生じる可能性があるため、圧縮機と熱交換器の間に油分離器を別途設け、熱交換器への潤滑油の流入を防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
更に、互いに間隔をおいて配置され、それぞれ冷媒が流通する熱交換チューブと、各熱交換チューブの冷媒流入側に設けられた流入ヘッダと、各熱交換チューブの冷媒流出側に設けられた流出ヘッダとを備えた熱交換器においては、流入ヘッダ内に油分離部を備え、各熱交換チューブへの潤滑油の流入を防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−５５４８８号公報
【特許文献２】特開２００４−３０８９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧縮機と熱交換器の間に油分離器を設けたものでは、油分離器のスペースが別途必要となるため、装置全体が大型化するという問題点があった。
【０００６】
また、熱交換器の流入ヘッダに油分離部を備えたものでは、流入ヘッダの外径が大きくなり、前記対向流式の熱交換器に適用した場合に熱交換器が大型化するという問題点があった。
【０００７】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、潤滑油による伝熱効率の低下を防止することができるとともに、省スペース化を図ることのできる熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は前記目的を達成するために、互いに間隔をおいて設けられ、それぞれ冷媒が流通する複数の熱交換チューブと、各熱交換チューブの冷媒流入側に設けられた流入ヘッダと、各熱交換チューブの冷媒流出側に設けられた流出ヘッダとを有し、冷媒と熱交換を行う熱交換媒体の流通方向に配置された少なくとも２つの熱交換ユニットを備え、熱交換媒体の下流側に位置する熱交換ユニットを流通した冷媒を上流側に位置する熱交換ユニットに流通させるようにした熱交換器において、前記下流側に位置する熱交換ユニットの流出ヘッダに流入する冷媒中に含まれる潤滑油を冷媒から分離する分離手段を備えている。
【０００９】
これにより、下流側に位置する熱交換ユニットの流出ヘッダ内において冷媒に含まれた潤滑油が分離されることから、油分離器を別途設けたり、ヘッダを大型化することなく、下流側に位置する熱交換ユニットの流出ヘッダにおいて冷媒が潤滑油と分離され、分離された冷媒のみが上流側の熱交換ユニットの流入ヘッダに流通する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、下流側に位置する熱交換ユニットの流出ヘッダにおいて冷媒を潤滑油と分離し、分離した冷媒を上流側に位置する熱交換ユニットの流入ヘッダに流通させることが可能となるので、油分離器を別途設けたり、ヘッダを大型化する必要はなく、潤滑油による伝熱性能を低下を防止することができるとともに、省スペース化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１乃至図５は本発明の一実施形態を示すもので、図１は熱交換器の全体斜視図、図２は本発明の熱交換器を備えた冷媒回路図、図３は熱交換器の側面断面図、図４は熱交換チューブの接続状態を示す要部平面断面図、図５は熱交換器の要部正面断面図である。
【００１２】
図２は本発明の熱交換器を備えた超臨界冷凍装置の冷媒回路１を示すものであり、圧縮機２、熱交換器３（ガスクーラ）、膨張弁４、蒸発器５が順次冷媒流通用の配管６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄによって接続されている。この冷媒回路１には、高圧側が超臨界状態となる冷媒としての二酸化炭素とともに、圧縮機２におけるシリンダの摩擦面や軸受等の破損を防止するための潤滑油が充填されている。また、配管６ｅは熱交換器３において分離された潤滑油を圧縮機の吸入側の配管６ｄに流通させるようになっている。
【００１３】
この熱交換器３は、冷媒と熱交換を行う熱交換媒体としての空気の流通方向に並べて設けられた熱交換ユニットとしての第１及び第２の熱交換ユニット１０，２０から構成され、第１の熱交換ユニット１０は第２の熱交換ユニット２０に対して風下側に配置するとともに、第１の熱交換ユニット１０から第２の熱交換ユニット２０に向かって冷媒を流通させる対向流型熱交換器となっている。
【００１４】
第１及び第２の熱交換ユニット１０，２０は、互いに幅方向に間隔をおいて設けられた流入ヘッダ１１，２１及び流出ヘッダ１２，２２と、流入ヘッダ１１，２１及び流出ヘッダ１２，２２を連通する複数の熱交換チューブ１３，２３と、各熱交換チューブ１３，２３の間に設けられた放熱フィン１４，２４とから構成されている。
【００１５】
流入ヘッダ１１，２１及び流出ヘッダ１２，２２は上下方向に延びる中空円筒状に形成された部材からなり、その側面には各熱交換チューブ１３，２３の端部が互いに上下方向に並べて接続されている。第１の熱交換ユニット１０の流入ヘッダ１１には冷媒流入口１１ａが設けられ、冷媒回路１の配管６ａが接続されている。第２の熱交換ユニット２０の流出ヘッダ２２には冷媒流出口２２ａが設けられ、配管６ｂが接続されている。第１の熱交換ユニット１０の流出ヘッダ１２と第２の熱交換ユニット２０の流入ヘッダ２１のそれぞれの上部は連通管３０により連通しており、第１の熱交換ユニット１０から第２の熱交換ユニット２０に冷媒が流通するようになっている。また、連通管３０の第１の熱交換ユニット１０側の端部には、流出ヘッダ１２内を内周面から間隔をおいて下方に延びるように油分離管としての油分離部３０ａが形成されている。また、流出ヘッダ１２の内面と油分離部３０ａの外面との間にはグラスウール等の油分離部材３１が充填されている。更に、流出ヘッダ１２に各熱交換チューブ１３を接続する各チューブ接続口１２ａは流出ヘッダ１２の中心軸に対して径方向に所定距離をおいて円周状の内壁の接線方向に向くように配置されている。流出ヘッダ１２のチューブ接続口１２ａの下方にはチューブ接続口１２ａと同様に形成された返油口１２ｂが設けられている。
【００１６】
熱交換チューブ１３，２３は、アルミニウム等の金属を断面略楕円形状に形成した扁平チューブからなり、その内部には断面の長手方向に仕切られた複数の冷媒通路が形成されている。また、熱交換チューブ１３，２３の端部は、冷媒の流通方向を軸に９０°捻るように形成され、断面の長手方向が上下方向を向くようにして流入ヘッダ１１，２１及び流出ヘッダ１２，２２に接続されている。また、返油口１２ｂに接続される熱交換チューブ１３ａは、流入ヘッダ１１に向かって延びるとともに、配管６ｅに接続されている。
【００１７】
放熱フィン１４，２４は、アルミニウム等の金属板を断面波形状に形成した部材からなり、それぞれ熱交換チューブ１３，２３の間に設けられている。
【００１８】
以上のように構成された熱交換器において、圧縮機２から吐出された潤滑油を含んだ冷媒は、第１の熱交換ユニット１０の流入ヘッダ１１に冷媒流入口１１ａを介して流入し、分流されて第１の熱交換ユニット１０の各熱交換チューブ１３を流通して空気と熱交換を行う。各熱交換チューブ１３を流通した潤滑油を含んだ冷媒は、流出ヘッダ１２に流入して油分離部材３１と接触することにより、潤滑油が油分離部材３１に吸着され、冷媒のみが油分離部３０ａの下端側から第２の熱交換ユニット２０の流入ヘッダ２１に流通する。第２の熱交換ユニット２０の流入ヘッダ２１に流入した冷媒は、分流されて各熱交換チューブ２３を流通して空気と熱交換を行い、流出ヘッダ２２を流通した後に冷媒流出口２２ａを介して蒸発器４に向かって流通する。また、油分離部材３１によって分離された潤滑油は、流出ヘッダ１２の下部に設けられた返油口１２ｂから熱交換チューブ１３ａを流通して空気との熱交換によって冷却され、冷媒回路１の圧縮機２の流入側に流入する。このとき、第１の熱交換ユニット１０においては、潤滑油を含んだ冷媒が空気と熱交換を行う。しかし、第１の熱交換ユニット１０に流入する冷媒の温度は高温（例えば１２０℃）となっているため、潤滑油によって伝熱能力が低下することはなく、冷媒と空気は熱交換を行うことが可能となる。また、第２の熱交換ユニット２０に流入する冷媒の温度は潤滑油の影響を受けやすい温度（例えば６０℃）となる。しかし、第１の熱交換ユニット１０の流出ヘッダ１２において潤滑油が分離されていることから、潤滑油を含まない冷媒を空気と熱交換させることが可能となる。
【００１９】
このように、本実施形態の熱交換器によれば、第１の熱交換ユニット１０の流出ヘッダ１２に流入する冷媒中に含まれる潤滑油を冷媒から分離するようにしたので、第１の熱交換ユニット１０の流出ヘッダ１２において冷媒を潤滑油と分離し、分離した冷媒を第２の熱交換ユニット２０の流入ヘッダ２１に流入させることができ、油分離器を別途設けたり、ヘッダを大型化する必要はなく、潤滑油による伝熱性能の低下を防止することができるとともに、省スペース化を図ることができる。
【００２０】
また、第１の熱交換ユニット１０の流出ヘッダ１２内に上下方向に延びる油分離部３０ａを形成することにより冷媒中の潤滑油を分離するようにしたので、簡単な構成によって冷媒中に含まれる潤滑油を分離することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００２１】
また、第１の熱交換ユニット１０の流出ヘッダ１２内に油分離部材３１を充填するようにしたので、冷媒中に含まれる潤滑油を油分離部材３１によって吸着することができ、冷媒中に含まれる潤滑油をより確実に分離することが可能となる。
【００２２】
また、分離された潤滑油を空気と熱交換させる熱交換チューブ１３ａを備えたので、熱交換チューブ１３ａに分離された潤滑油を流通させることにより空気によって潤滑油を冷却することができ、冷却された潤滑油を圧縮機に流通させることにより圧縮機を冷却して運転効率を向上させることができる。
【００２３】
また、潤滑油流通用の熱交換チューブ１３ａとして冷媒流通用の熱交換チューブ１３を用いたので、部材の共通化を図ることができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００２４】
また、熱交換チューブ１３，２３の端部を９０℃捻るように形成し、熱交換チューブ１３，２３の端部の長手方向が流入ヘッダ１１，２１及び流出ヘッダ１２，２２の軸方向と平行となるように熱交換チューブ１３，２３を接続したので、組み付け作業を容易に行なうことができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００２５】
また、熱交換チューブ１３を流入ヘッダ１２の中心軸から熱交換チューブの幅方向に所定距離をおいて流入ヘッダ１２に接続したので、流入ヘッダ１２に流入する冷媒を油分離部３０ａの周囲を旋回して油分離部材３１と接触するように流通させることができ、冷媒と潤滑油とをより確実にに分離することができる。
【００２６】
尚、前記実施形態では、第１の熱交換ユニット１０の流出ヘッダ１２と第２の熱交換ユニット２０の流入ヘッダ２１のそれぞれの上部を連通管３０によって連通し、流出ヘッダ１２内を下方に延びるように油分離部３０ａを形成するようにしたものを示したが、図６に示すように、第１の熱交換ユニット１０の流出ヘッダ１２と第２の熱交換ユニット２０の流入ヘッダ２１のそれぞれの下部を連通管４０によって連通し、流出ヘッダ１２内を上方に延びるように油分離部４０ａを形成するようにしても同様に冷媒と潤滑油を分離することが可能である。
【００２７】
また、前記実施形態では、第１の熱交換ユニット１０の流出ヘッダ１２の内面と油分離部３０ａの外面との間にグラスウール等の油分離部材を３１を充填したものを示したが、油分離部材３１を充填しない場合に、図７に示すように、潤滑油を含んだ冷媒は流出ヘッダ１２の内面と油分離部３０ａの外面との間を旋回するように流通し、潤滑油が流出ヘッダ１２の壁面に付着して冷媒と分離することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態を示す熱交換器の全体斜視図
【図２】本発明の熱交換器を備えた冷媒回路図
【図３】熱交換器の側面断面図
【図４】熱交換チューブの接続状態を示す要部平面断面図
【図５】熱交換器の要部正面断面図
【図６】その他の例を示す熱交換器の側面断面図
【図７】その他の潤滑油の分離方法を示す要部平面断面図
【符号の説明】
【００２９】
３…熱交換器、１０…第１の熱交換ユニット、１１…流入ヘッダ、１２…流出ヘッダ、１２ａ…チューブ接続口、１２ｂ…返油口、１３…熱交換チューブ、１３ａ…熱交換チューブ、２０…第２の熱交換ユニット、２１…流入ヘッダ、２２…流出ヘッダ、２３…熱交換チューブ、３０…連通管、３０ａ…油分離部、３１…油分離部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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