(57)【要約】【課題】冷媒流路の穴径が小さく、かつ冷媒流路本数の多い熱交換器において、凝縮条件時の分流バランスを良化することを目的とする。【解決手段】熱交換器１が凝縮器として機能するとき、凝縮器入口となる熱交換器出入口ａ４側のヘッダａ６の内径を小さくすることで、凝縮器入口側の冷媒流速を増大し、冷媒分流に対する凝縮器入口側冷媒流速の影響度を高め、ヘッダａ６内の下流側にも冷媒を到達させて熱交換器１の分流を良化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体が流れる流路を有するプレートフィン積層体と、前記プレートフィン積層体の各層の間に第２流体を流し、前記第１流体と前記第２流体との間で熱交換する熱交換器であって、前記プレートフィン積層体には、前記流路の入口と出口とに接続され前記第１流体が流れる第１のヘッダ管と第２のヘッダ管が設置されており、前記第１流体が凝縮する条件において凝縮器入口である第１のヘッダ管の内径は、凝縮器出口である第２のヘッダ管の内径よりも小さいことを特徴とした熱交換器。
【請求項２】
第１のヘッダ管内部に、前記各プレートフィン積層体の冷媒分流を制御する分流制御管を挿入したことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプレート積層型熱交換器に関するものである
【背景技術】
【０００２】
一般に家庭用空調機に使用されている熱交換器は、空気と熱交換器内部を流れる冷媒とが熱交換し、部屋の空調を行っている。この形態の熱交換器を高性能化するには、フィンや伝熱管内、伝熱管外の伝熱面積の増大、熱交換器外部を通過する空気の抵抗低減や、熱交換器内部を流れる冷媒の圧力損失を低減することが有効である。
【０００３】
冷媒圧力損失を低減する手段として、空気が流入するフィン群と、前記フィン群に挿入され、内部を冷媒が流動する伝熱管群と、前記伝熱管群の端部間を連結するヘッダとによって構成された熱交換器において、前記ヘッダを分割し、この分割されたヘッダ管を連結する連結管を設け、分割されたヘッダの一方のヘッダ径を他方のヘッダ径よりも大きくする手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
蒸発条件時に、気液二相の冷媒は、下流にいくにしたがってガス成分が多くなり、流速が増大し冷媒側の圧力損失が増大する。そこで、上記従来技術は、蒸発器出口側のヘッダ径を蒸発器入口側のヘッダ径よりも大きくし、蒸発器出口側の冷媒流速を小さくすることで、冷媒の圧力損失増大を低減している。また、凝縮条件時は、冷媒はガス冷媒として熱交換器に流入するが、蒸発条件時とは冷媒の流れ方向が逆になるため、ガス成分の多い凝縮器入口側のヘッダ径が大きくなり、凝縮器入口側の冷媒流速が減少するため、凝縮条件時も冷媒側の圧力損失を低減することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２６８１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、扁平管あるいはプレート積層型熱交換器のように冷媒流路の本数が非常に多くなると、凝縮条件時、凝縮器入口側のヘッダの径が大きくヘッダ内の冷媒流速が小さいと、冷媒はヘッダ上流側、すなわち入口側に近い冷媒流路から順に流れ、ヘッダ下流側、すなわち入口側から遠い冷媒流路に流れる冷媒量が減少し、温度の低いサブクール液がヘッダ上流側の冷媒流路に集中してしまい、空気と冷媒との熱交換量が減少してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、第１流体が流れる流路を有するプレートフィン積層体と、前記プレートフィン積層体の各層の間に第２流体を流し、前記第１流体と前記第２流体との間で熱交換する熱交換器であって、前記プレートフィン積層体には、前記流路の入口と出口とに接続され前記第１流体が流れる第１のヘッダ管と第２のヘッダ管が設置されており、前記第１流体が凝縮する条件において凝縮器入口である第１のヘッダ管の内径は、凝縮器出口である第２のヘッダ管の内径よりも小さくしたものである。
【０００８】
このような構成をなすことにより、熱交換器のプレートフィン積層体の各層へ均等に冷媒が流れ、熱交換器の性能低下を抑制することが出来る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の熱交換器は、ヘッダ上流側のプレートフィン積層体の層に流れやすい冷媒を、ヘッダ下流側のプレートフィン積層体の層にも流れやすくし、冷媒を前記各層に均等部分配でき、熱交換器全体としての熱交換能力の減少を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１におけるプレートフィンの正面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるプレートフィンの正面図
【図４】本発明の実施の形態１におけるプレートフィンの正面図
【図５】本発明の実施の形態１におけるプレートフィンの正面図
【図６】本発明の実施の形態１におけるプレート積層時の流路断面図
【図７】本発明の実施の形態１における凝縮条件時の空気と冷媒の流れを示した図
【図８】本発明の実施の形態１における蒸発条件時の空気と冷媒の流れを示した図
【図９】本発明の効果を示した簡略図
【図１０】従来技術を示した簡略図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、第１流体が流れる流路を有するプレートフィン積層体と、前記プレートフィン積層体の各層の間に第２流体を流し、前記第１流体と前記第２流体との間で熱交換する熱交換器であって、前記プレートフィン積層体には、前記流路の入口と出口とに接続され前記第１流体が流れる第１のヘッダ管と第２のヘッダ管が設置されており、前記第１流体が凝縮する条件において凝縮器入口である第１のヘッダ管の内径は、凝縮器出口である第２のヘッダ管の内径よりも小さくしたものである。
この構成により、微小かつ非常に多くの冷媒流路を有する熱交換器において、凝縮条件時、冷媒を熱交換器全体に分配することができる。
【００１２】
第２の発明は、前記第１の発明において、第１のヘッダ管内部に、前記各プレートフィン積層体の冷媒分流を制御する分流制御管を挿入したものである。
この構成により、蒸発条件時に、熱交換器全体の冷媒分流に対する蒸発器出口側圧力損失の影響度を高め、分流制御管長手方向に設ける穴の大きさやピッチを調整することで、熱交換器の冷媒分流を制御しやすくできる。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態意によって本発明が限定されるものではない。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における熱交換器の斜視図である。
【００１５】
図１において、熱交換器１は複数のプレートフィン５１、５２、５３、５４を積層して構成され、両端にエンドプレートａ２とエンドプレートｂ３を備えている。エンドプレートａ２には、冷媒が流入および流出する熱交換器出入口ａ４、熱交換器出入口ｂ５を備えている。
【００１６】
図２、図３、図４、図５は実施の形態１における熱交換器１に使用されているプレートフィン５１、５２、５３、５４の正面図である。
【００１７】
図２において、プレートフィンａ５１は、熱交換器出入口ａ４側に内径の小さいヘッダａ６と、熱交換器出入口ｂ５側に内径の大きいヘッダｂ７を有し、ヘッダａ６とヘッダｂ
７との間に複数の冷媒流路８を備えている。また、冷媒が分流および合流するマニホールドａ９、マニホールドｂ１０、マニホールドｃ１１を有している。凝縮条件時は、ヘッダ６が凝縮器入口側、ヘッダ７が凝縮器出口側となり、蒸発条件時は、冷媒の流れ方向が逆方向になるため、熱交換器出入口ａ４が蒸発器出口、熱交換器出入口ｂ５が蒸発器入口となる。
【００１８】
図３のプレートフィンｂ５２は、プレートフィンａ５１と対形状になっており、図４のプレートフィンｃ５３と、図５のプレートフィンｄ５４が対形状となっている。
【００１９】
図６は実施の形態１におけるプレートフィン２を複数枚積層した状態の断面図を示したものである。
【００２０】
図６において、プレートフィン５１とプレートフィン５２を合わせ、プレートフィン５３とプレートフィン５４を合わせ、それぞれ冷媒流路８を構成する。プレートフィン５１とプレートフィン５２、プレートフィン５３とプレートフィン５４を交互に積層し、空気流路１２を形成し、空気１３は、プレートフィン５１、５２、５３、５４の間を流れる。
【００２１】
図７は凝縮条件時の空気と冷媒の流れを図示したものである。
【００２２】
図７において、空気１３は、プレートフィン５３の熱交換器出入口ｂ５側から熱交換器へ流入し出入口ａ４側へと流出し、このあいだに冷媒流路８内を流れる冷媒１４と熱交換する。一方、熱交換器出入口ａ４から流入した冷媒１４はガス成分が多く、ヘッダａ６軸方向に流れながらマニホールドａ９から６本の冷媒流路８に分かれ、マニホールドｂ１０で合流、２本の冷媒流路８に分かれ、マニホールドｃ１１で合流し、ヘッダ７ｂ軸方向から熱交換器出入口ｂ５に流出する際は液単相の冷媒となっている。なお、本実施の形態では、熱交換器出入口ａ４側の冷媒流路９を６本、熱交換器出入口ｂ５側の冷媒流路８を２本としたが、それぞれ何本であってもよい。
【００２３】
図８は蒸発条件時の空気と冷媒の流れを図示したものである。
【００２４】
蒸発条件と凝縮条件とでは、冷媒１４の流れが逆方向となり、空気１３の流れ方は凝縮条件時と変わらない。蒸発条件時は、熱交換器出入口ｂ５から流入してきた冷媒はガスと液の混じった気液二相状態であり、冷媒流路８を流れる間に空気と熱交換し、熱交換器出入口ａ４から流出する際は、ガス成分の多い状態となっている。
【００２５】
図９、図１０は、本発明と従来技術の効果を説明する簡略図であり、図９は本発明と同じように凝縮器入口ヘッダ内径を小さくしたもの、図１０は特許文献１のように凝縮器入口側のヘッダ内径が大きくしたものである。
【００２６】
図１０の熱交換器２１は、内径の大きなヘッダａ２２を凝縮器入口２４に、ヘッダｃ２２より内径の小さいヘッダｄ２３を凝縮器出口２５に有し、ヘッダ２２ｃとヘッダ２３ｄの間には複数の冷媒流路２６が接合されている。ここで熱交換器に流入する冷媒流量をＱ、複数の冷媒流路の本数をｎ本とすると、すべての冷媒流路には、熱交換器に流入する冷媒流量Ｑを冷媒流路本数ｎで割ったＱ／ｎの冷媒流量が均等に流れるのが理想的である。しかし、凝縮時の冷媒分流は、熱交換器に流入する冷媒流量、ヘッダ内流速や、ヘッダ内、冷媒流路内の圧力損失に影響されるため、すべての冷媒流路に均等に冷媒を分配するのは困難である。特に図１０のような構成では、ヘッダｃ２２の内径が大きく、冷媒流速が小さくなるため、冷媒分流における圧力損失の影響度が増大し、凝縮器入口２４および凝縮器出口２５に近く、圧力損失の小さいヘッダｃ２２上流側の冷媒流路２６に冷媒２７が流れやすくなってしまう。その結果、ヘッダｃ２２下流側の冷媒流路２６に流れる冷媒２
７が不足し、凝縮能力が低下してしまう。
【００２７】
そこで、図９のように熱交換器３１は、凝縮器入口３４側の内径を小さくしたヘッダｅ３２を備え、凝縮器入口３４側の冷媒流速を増大させる。冷媒分流における入口側ヘッダ内流速の影響度が強まると、冷媒はヘッダｅ３２長手方向に流れやすくなり、ヘッダｅ３２下流側にも冷媒３７を均等に分配可能となり、凝縮器能力を増大できる。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１は、実施の形態における熱交換器において、凝縮器入口側のヘッダ内径がφ９．５ｍｍと、φ６．０ｍｍの凝縮能力を比較したものであり、φ９．５ｍｍの能力を１００％としたとき、φ６．０ｍｍの能力は１０３％となっている。このように、凝縮器出口側のヘッダ径よりも凝縮入口側のヘッダ径を小さくした方が、ヘッダ下流側まで冷媒を分配可能となり、凝縮器能力が増大する。
【００３０】
また、蒸発器条件時は凝縮条件時と流れが逆方向になり、凝縮器入口３４が蒸発器出口、凝縮器出口３５が蒸発器入口となる。蒸発条件時に、熱交換器全体の冷媒分流を制御するには、蒸発器入口と蒸発器出口のどちらかで実施する必要があるが、蒸発器入口から流入する冷媒は、ガスと液が混じった気液二相状態であり、ガスと液の比率や冷媒流速、流動様式、ヘッダと冷媒流路の圧力損失など、冷媒分流に影響するパラメータが多く、冷媒分流制御を行うのが困難である。本発明では、冷媒がガス単相となる蒸発器出口側において、ヘッダｅ３２の内径が小さいので、蒸発器出口側で生じる冷媒圧力損失が増大し、冷媒分流に対する影響度を高めることができる。そして、分流制御管を蒸発器出口側に挿入し、かつ分流制御管長手方向に設けた穴の大きさやピッチを調整することで、蒸発器出口側において、冷媒分流制御をしやすくできる。
【００３１】
なお、本発明の形態では、熱交換器をプレート積層型熱交換器としたが、２つのヘッダに接合された扁平菅を用いたパラレルフロー熱交換器であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、２本のヘッダに接合された微小かつ本数の多い冷媒流路をもつ熱交換器において、凝縮条件時の冷媒分流を良化できるので性能の高い熱交換器を提供できる。このため、本発明の熱交換器は、家庭用の空気調和機のみならず、業務用た車両用の空気調和機に適用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１熱交換器
２エンドプレートａ
３エンドプレートｂ
４熱交換器出入口ａ
５熱交換器出入口ｂ
６ヘッダａ
７ヘッダｂ
８冷媒流路
９マニホールドａ
１０  マニホールドｂ
１１マニホールドｃ
１２空気流路
１３空気
１４冷媒
２１熱交換器
２２  ヘッダｃ
２３  ヘッダｄ
２４凝縮器入口
２５凝縮器出口
２６冷媒流路
２７冷媒
３１熱交換器
３２ヘッダｅ
３３ヘッダｆ
３４凝縮器入口
３５凝縮器出口
３６冷媒流路
３７冷媒
５１プレートフィンａ
５２プレートフィンｂ
５３プレートフィンｃ
５４プレートフィンｄ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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