(57)【要約】【課題】熱交換器の性能低下の一因として、流入側の伝熱管内の高温冷媒と流出側の伝熱管内の低温冷媒が、両者間に配置されたフィンを介して熱交換してしまうことがある。この現象は冷媒と空気との本来の熱交換を悪化させ、熱交換器の性能低下を招いている。【解決手段】上記の課題を解決するため、本発明の熱交換器は、第一の冷媒ヘッダから第二の冷媒ヘッダに向けて冷媒が流れる複数の伝熱管を有する第一の熱交換部と、前記第二の冷媒ヘッダから第三の冷媒ヘッダに向けて冷媒が通れる複数の伝熱管を有する第二の熱交換部と、前記複数の伝熱管の間に配置されたコルゲート型フィンと、を具備する熱交換器であって、前記コルゲート型フィンのうち、前記第一の熱交換部と前記第二の熱交換部の両方の伝熱管に接触する第一の境界フィンは、ロウ付けを介して前記伝熱管に接触する部分と、ロウ付けを介さずに前記伝熱管に接触する部分とを有するものとした。【選択図】図１
2018071898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の冷媒ヘッダから第二の冷媒ヘッダに向けて冷媒が流れる複数の伝熱管を有する第一の熱交換部と、
前記第二の冷媒ヘッダから第三の冷媒ヘッダに向けて冷媒が通れる複数の伝熱管を有する第二の熱交換部と、
前記複数の伝熱管の間に配置されたコルゲート型フィンと、
を具備する熱交換器であって、
前記コルゲート型フィンのうち、前記第一の熱交換部と前記第二の熱交換部の両方の伝熱管に接触する第一の境界フィンは、ロウ付けを介して前記伝熱管に接触する部分と、ロウ付けを介さずに前記伝熱管に接触する部分とを有することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記第一の境界フィンは、前記第一の熱交換部とロウ付けを介して接触しており、前記第二の熱交換部とロウ付けを介さずに接触していることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記第一の境界フィンは、前記第一の熱交換部および前記第二の熱交換部の上流側とロウ付けを介して接触しており、前記第二の熱交換部の下流側とロウ付けを介さずに接触していることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項３に記載の熱交換器であって、
前記第一の境界フィンは、前記伝熱管のうち、過熱域および二相域とロウ付けを介して接触しており、過冷却域とロウ付けを介さずに接触していることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１に記載の熱交換器であって、
さらに、前記第三の冷媒ヘッダから第四の冷媒ヘッダに向けて冷媒が流れる複数の伝熱管を有する第三の熱交換部を具備し、
前記コルゲート型フィンのうち、前記第二の熱交換部と前記第三の熱交換部の両方の伝熱管に接触する第二の境界フィンは、前記伝熱管との接触部全体でロウ付けされていることを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
請求項１から請求項５何れか一項に記載の熱交換器において、
該熱交換器は凝縮器として用いられることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱管の間にコルゲート型フィンを配置した熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギの枯渇問題や、地球温暖化問題が注目を浴びており、空気調和機や冷凍機の冷凍サイクルの高効率化、特に、冷凍サイクル性能におよぼす影響が大きい構成要素である熱交換器の高性能化が強く求められている。そして、近年は、熱交換器に用いられる伝熱管を扁平多孔管として通風抵抗を削減するとともに、伝熱管の間にコルゲートフィンを配置するなどして伝熱面積を増大させる性能向上策が広まっている（例えば、特許文献１の段落０００３、図５等）。
【０００３】
このような構成の熱交換器では、伝熱管同士の距離が短く、また冷媒の伝熱面積増大などにより、フィンによる伝熱管同士の熱移動が大きくなる問題がある。そこで、特許文献１の図３や図４などでは、熱移動が問題となる伝熱管の間に断熱材を挿入することで、伝熱管間の熱移動を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１８９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１が開示する方法では、断熱材追加や接続方法などでコスト高になりやすいことに加え、断熱材を追加したことによってフィンの伝熱面積が縮小することに繋がり、熱交換器全体としても性能が劣化するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、伝熱管の間に断熱材を挿入することなく、伝熱管の間での熱移動を抑制するとともに、伝熱管と空気の間での熱交換を促進することができる、低コスト、高効率の熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の熱交換器は、第一の冷媒ヘッダから第二の冷媒ヘッダに向けて冷媒が流れる複数の伝熱管を有する第一の熱交換部と、前記第二の冷媒ヘッダから第三の冷媒ヘッダに向けて冷媒が通れる複数の伝熱管を有する第二の熱交換部と、前記複数の伝熱管の間に配置されたコルゲート型フィンと、を具備する熱交換器であって、前記コルゲート型フィンのうち、前記第一の熱交換部と前記第二の熱交換部の両方の伝熱管に接触する第一の境界フィンは、ロウ付けを介して前記伝熱管に接触する部分と、ロウ付けを介さずに前記伝熱管に接触する部分とを有するものとした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、伝熱管同士の熱移動を阻害することで、熱交換器としての性能向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の熱交換器の正面図。
【図２】実施例２の熱交換器の正面図。
【図３】実施例３の熱交換器の正面図。
【図４】従来の熱交換器の斜視図。
【図５】従来の熱交換器の正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【００１１】
先ず、図４の斜視図、図５の平面図を用いて、凝縮器として用いられる一般的な熱交換器１０の構成と冷媒の流れを説明する。図４の斜視図に示すように、熱交換器１０は、過熱蒸気冷媒が流入する冷媒流入管２と、過冷却液体冷媒が流出する冷媒流出管３と、冷媒流入管２が接続された第一の冷媒ヘッダ１１と、冷媒流出管３が接続された第三の冷媒ヘッダ１３と、両冷媒ヘッダの中間の折り返し位置に位置する第二の冷媒ヘッダ１２と、各冷媒ヘッダを繋げる扁平多孔管型の伝熱管１５と、各伝熱管１５と空気の接触面積を増大させるために取り付けられたコルゲート型フィン１６から構成されており、伝熱管１５とコルゲート型フィン１６の接触部の全てをロウ付けすることで、両者間の熱移動を促進している。
【００１２】
次に、熱交換器１０における冷媒の流れを説明する。冷媒流入管２から流入した、蒸気冷媒のみで構成された過熱蒸気冷媒は、第一の冷媒ヘッダ１１から分岐した複数の伝熱管１５を流れる間に空気と熱交換して冷却され、蒸気冷媒と液体冷媒が混在する飽和冷媒となった後、第二の冷媒ヘッダ１２で合流する。合流した飽和冷媒は、第二の冷媒ヘッダ１２から分岐した複数の伝熱管１５を流れる間に空気と熱交換して冷却され、液体冷媒のみで構成された過冷却液体冷媒となった後、第三の冷媒ヘッダ１３で合流し、冷媒流出管３から流出する。
【００１３】
ここで問題となるのが、中央付近の伝熱管では流入側の過熱蒸気冷媒と流出側の過冷却液体冷媒が冷媒同士でフィンを通じて熱交換してしまうことである。図５を用いてこの問題を詳細に説明する。
【００１４】
図５は、図４の熱交換器１０の正面図であり、以下では、第一の冷媒ヘッダ１１と第二の冷媒ヘッダ１２の間に構成される熱交換部を第一の熱交換部１Ａと称し、第二の冷媒ヘッダ１２と第三の冷媒ヘッダ１３の間に構成される熱交換部を第二の熱交換部１Ｂと称する。ここに示すように、第一の熱交換部１Ａの伝熱管１５の高温冷媒が流れるのに対し、第二の熱交換部１Ｂの伝熱管１５には低温冷媒が流れている。そして、第一の熱交換部１Ａと第二の熱交換部１Ｂの間に配置されたコルゲート型フィン１６は、全ての接触部がロウ付けされているため、第一の熱交換部１Ａ内の過熱蒸気冷媒と第二の熱交換部１Ｂ内の過冷却液体冷媒との間でも熱交換が行われてしまう。この現象は冷媒と空気との本来の熱交換を悪化させ、性能低下要因となる。これを回避するには、冷媒同士の熱移動の阻害する必要がある。以下では、各熱交換部の冷媒同士の熱移動を抑制する構成を備えた本発明の熱交換器を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
先ず、図１を用いて、凝縮器として用いられる実施例１の熱交換器１を説明する。なお、図４、図５と共通する点は重複説明を省略する。
【００１６】
図１は実施例１の熱交換器１の正面図であり、第一の熱交換部１Ａと第二の熱交換部１Ｂの境界部分を拡大したものである。ここに示すように、実施例１の熱交換器１では、第一の熱交換部１Ａ内のコルゲート型フィン１６、および、第二の熱交換部１Ｂ内のコルゲート型フィン１６は、全ての接触部がロウ付け１７を介して伝熱管１５と接触しているが、第一の熱交換部１Ａと第二の熱交換部１Ｂの境界のコルゲート型フィン１６（以下、「境界フィン１６Ａ」と称する）は、第一の熱交換部１Ａ側ではロウ付け１７を介して伝熱管１５と接触し、第二の熱交換部１Ｂ側ではロウ付けを介さずに伝熱管１５と接触している。この構成により、境界フィン１６Ａは、高温冷媒が流れる第一の熱交換部１Ａとの熱的結合を強くすることができ、また、低温冷媒が流れる第二の熱交換部１Ｂとの熱的結合を弱くすることができる。なお、境界フィン１６Ａの第一の熱交換部１Ａ側をロウ付けしたのは、常温空気との温度差が大きい高温冷媒が流れる第一の熱交換部１Ａと境界フィン１６Ａの熱的結合を強め、高温冷媒を効率よく冷却するためである。
【００１７】
この結果、境界フィン１６Ａの隙間を流れる空気によって、第一の熱交換部１Ａ内の高温冷媒を効率よく冷却できることに加え、第一の熱交換部１Ａ内の高温冷媒と第二の熱交換部１Ｂ内の低温冷媒の熱交換を阻害できるため、熱交換器１全体としての効率を、コストを上げることなく向上させることができる。
【００１８】
なお、実施例１の熱交換器１は、図４、図５に示した一般的な熱交換器１０と比べ、製造過程でのロウ付けを一部省略するだけでしないだけでいいため、特にコストアップにはならない。
【実施例２】
【００１９】
次に、図２を用いて実施例２の熱交換器１を説明する。なお、実施例１と共通する点は重複説明を省略する。
【００２０】
図２は実施例２の熱交換器１の正面図であり、第一の熱交換部１Ａと第二の熱交換部１Ｂの境界部分を拡大したものである。実施例１では、境界フィン１６Ａの第二の熱交換部１Ｂ側の全てをロウ付けしなかったが、実施例２では、境界フィン１６Ａの第二の熱交換部１Ｂ側のうち、上流側をロウ付けするとともに、下流側をロウ付けしていない。この構成としたのは次の理由による。
【００２１】
すなわち、図２に示すように、第一の熱交換部１Ａは、上流側が過熱蒸気冷媒のみ流れる過熱域であり、下流側は冷媒蒸気と冷媒液が混在した飽和冷媒が流れる二相域である。これに対し、第二の熱交換部１Ｂは、上流側が二相域であり、下流側が冷媒液のみ流れる過冷却域である。つまり、境界フィン１６Ａのうち、二相域に挟まれた両側の温度差が小さい部分では接触部の全てをロウ付けすることで両側の伝熱管１５との熱的結合をともに強め冷媒蒸気の液化を促進するのに対し、過熱域と過冷却域で挟まれた両側の温度差が大きい部分では過熱域側をロウ付けするとともに過冷却域側をロウ付けしないことで過熱域と過冷却域の熱交換を阻害し熱交換器としての効率が悪化するのを抑制している。
【００２２】
なお、熱交換器１の設計時に過熱域の大きさを予測できるため、第一の熱交換部１Ａの過熱域と対向する第二の熱交換部１Ｂと接触する部分のみ境界フィン１６Ａのロウ付けを省略することができる。
【００２３】
以上で説明した実施例２の構成でも、境界フィン１６Ａの隙間を流れる空気によって、過熱域および二相域の蒸気冷媒を効率よく冷却できることに加え、過熱域の蒸気冷媒と過冷却域の液体冷媒の熱交換を阻害できるため、熱交換器１全体としての効率を、コストを上げることなく向上させることができる。
【実施例３】
【００２４】
次に、図３を用いて実施例３の熱交換器１を説明する。なお、実施例１、実施例２と共通する点は重複説明を省略する。
【００２５】
図３は実施例３の熱交換器１の正面図である。実施例１では、冷媒流入管２と冷媒流出管３の間に一箇所の折り返し（第二の冷媒ヘッダ１２）を設けたが、本実施例では、二箇所の折り返し（第二の冷媒ヘッダ１２、第三の冷媒ヘッダ１３）を設けた。なお、本実施例では、冷媒流出管３を第四の冷媒ヘッダ１４に接続するとともに、第三の冷媒ヘッダ１３と第四の冷媒ヘッダ１４によって構成される熱交換部を第三の熱交換部１Ｃと称する。
【００２６】
第一の熱交換部１Ａと第二の熱交換部１Ｂの間の境界フィン１６Ａは過熱域と過冷却域で挟まれているため、実施例１または実施例２と同等の構成とすれば良いが、第二の熱交換部１Ｂと第三の熱交換部１Ｃの間の境界フィン１６Ｂは全域に亘り二相域で挟まれているため、両側の温度差は小さく、両側をロウ付けしたとしても、熱交換部を跨ぐ熱移動は小さい。そこで、本実施例では、境界フィン１６Ｂの接触部の全体でロウ付けする構成としている。
【００２７】
以上で説明した本実施例の構成によれば、境界フィン１６Ａでの熱交換部を跨ぐ熱移動を抑制しつつ、境界フィン１６Ｂでの空気との熱交換による冷媒冷却を促進することができ、熱交換器１全体として、低コストかつ高効率の構成を得ることができる。
【００２８】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１、１０  熱交換器、
１Ａ  第一の熱交換部、
１Ｂ  第二の熱交換部、
１Ｃ  第三の熱交換部、
２  冷媒流入管、
３  冷媒流出管、
１１  第一の冷媒ヘッダ、
１２  第二の冷媒ヘッダ、
１３  第三の冷媒ヘッダ、
１４  第四の冷媒ヘッダ、
１５  伝熱管、
１６  コルゲート型フィン、
１６Ａ、１６Ｂ  境界フィン、
１７  ロウ付け
【図１】
2018071898.tif 000003
【図２】
2018071898.tif 000004
【図３】
2018071898.tif 000005
【図４】
2018071898.tif 000006
【図５】
2018071898.tif 000007