(57)【要約】  【課題】冷媒流入側ヘッダ管を流通する気液二相の冷媒を均等に分配して熱交換効率を向上させる熱交換器を提供する。  【解決手段】管軸方向を水平にして配設された冷媒流入側ヘッダ管１及び冷媒流出側ヘッダ管２と、該両ヘッダ管の間で垂直方向に平行に並べられ、かつ両端部が前記両ヘッダ管の管軸方向に一列に挿入接続され内部を冷媒が通過する複数の伝熱管３とを備え、冷媒流入側ヘッダ管１の冷媒流入部５に、流入するガス冷媒と液冷媒とを混合拡散して流通させる気液拡散体８が配置されるので、気液拡散体８によりガス冷媒と液冷媒とがよく混合され、複数の伝熱管に到達するまでのガス冷媒と液冷媒をほぼ均等に分配することができ、熱交換効率を向上させることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管軸方向を水平にして配設された冷媒流入側ヘッダ管及び冷媒流出側ヘッダ管と、該両ヘッダ管の間で垂直方向に平行に並べられ、かつ両端部が前記両ヘッダ管の管軸方向に一列に挿入接続され内部を冷媒が通過する複数の伝熱管とを備えた熱交換器であって、前記冷媒流入側ヘッダ管の冷媒流入部に、流入するガス冷媒と液冷媒とを混合拡散して流通させる気液拡散体が配置されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
気液拡散体は、ガス冷媒と液冷媒液とが混合する程度の小孔からなる多数の流通孔が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。
【請求項３】
気液拡散体は、線材を屈曲させ、かつ冷媒流入部の管軸方向に幅を有する円柱形に形成され、前記多数の流通孔が、波状に屈曲し、かつ互いに交差するように形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
気液拡散体が、針金状の金属線材を屈曲させたものである請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
冷媒流入側ヘッダ管は、その両端に冷媒流入部が形成され、各冷媒流入部に前記気液拡散体が配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項６】
前記伝熱管が、その内部に複数の流路が平行に形成され、かつ扁平に形成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒流入側ヘッダ管と冷媒流出側ヘッダ管の間に冷媒を平行に流通させる複数の伝熱管を備えた熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和機等の冷凍サイクルを構成する熱交換器（蒸発器）として、管軸方向を水平にして円筒状の冷媒流入側ヘッダ管及び冷媒流出側ヘッダ管を上下に配設し、上下の冷媒流入側ヘッダ管と冷媒流出側ヘッダ管との間に垂直方向に内部を冷媒が通過する複数の伝熱管を平行に並べ、その両端部を夫々ヘッダ管の管軸方向に一列に挿入接続し、伝熱管は内部を細かく区切り複数の冷媒流路が形成されたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１の熱交換器では、冷媒流入側ヘッダ管の端部に形成された冷媒流入管から気液二相状態の冷媒がヘッダ管内に流入し、冷媒流入側ヘッダ管内で分流されて伝熱管を通り、この伝熱管内で液冷媒が蒸発を行い気液が分離しながら冷媒流出側ヘッダ管へ流れ、冷媒流出側ヘッダ管内で分流された冷媒が合流し、冷媒流出側ヘッダ管の冷媒流出管から冷媒を流出するようになっている。
【０００４】
また、特許文献１の熱交換器では、伝熱管の端部に傾斜部を設けることにより、流通する気液二相の冷媒のうち伝熱管と液冷媒との接触を確実にし、伝熱管の挿入誤差による悪影響をなくして液冷媒を均等に分流可能とし、液冷媒の蒸発を効率よく行わせて熱交換効率を向上させるようにしている。
【特許文献１】特許第３１３３８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に示すように、冷媒流入管から冷媒流入側ヘッダ管内に流入する冷媒は気液二相状態であり、この気液二相の冷媒は、冷媒流入側ヘッダ管内を流れる冷媒の流れ方向で下流側に向かうほど冷媒がガス化していく。そのため、下流側端部付近の伝熱管ではガス化された冷媒ばかりが存在し、ガス冷媒ばかりが伝熱管を流通すると、当該伝熱管における熱交換効率が悪くなる。
【０００６】
特に、伝熱管として、内部を細かく区切り複数の冷媒流路が形成された扁平な伝熱管を使用した場合、伝熱管の幅に合わせて、これを挿入接続するヘッダ管も必然的に管径の大きなものを使用しなければならない。そのため、冷媒流入側ヘッダ管の内径も大きくなり、内部を流通する冷媒も気液二相に分離しやすくなり、上記不具合がより発生しやすくなるといった問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に課題に鑑み、冷媒流入側ヘッダ管を流通する気液二相の冷媒を均等に分配して熱交換効率を向上させることができる熱交換器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明では、冷媒流入側ヘッダ管の冷媒流入部に流入するガス冷媒と液冷媒とを均一に混合拡散させて流通させ、冷媒流入側ヘッダ管の管軸方向で均一な気液混合冷媒を形成して伝熱管に接触させるようにしたものである。
【０００９】
すなわち、本発明では、管軸方向を水平にして配設された冷媒流入側ヘッダ管及び冷媒流出側ヘッダ管と、該両ヘッダ管の間で垂直方向に平行に並べられ、かつ両端部が前記両ヘッダ管の管軸方向に一列に挿入接続され内部を冷媒が通過する複数の伝熱管とを備えた熱交換器であって、前記冷媒流入側ヘッダ管の冷媒流入部に、流入するガス冷媒と液冷媒とを混合拡散して流通させる気液拡散体が配置されたことを特徴としている。
【００１０】
上記構成によると、冷媒流入側ヘッダ管の冷媒流入部に流入した冷媒は、その比重の関係でガス冷媒と液冷媒とに分離しやすいが、両冷媒は気液拡散体を通過する際に混合拡散されるので、ガス冷媒と液冷媒とがよく混合され、冷媒流入側ヘッダ管の管軸方向に配列された複数の伝熱管に到達するまでのガス冷媒と液冷媒をほぼ均等に分配することができ、熱交換効率を向上させることができる。
【００１１】
ここで、気液拡散体は、ガス冷媒と液冷媒とが混合する程度の小孔からなる多数の流通孔が形成されたもので、この流通孔を通過することで気液冷媒を混合することができる。この多数の流通孔を形成するための一つの手段として、線材を屈曲させ、かつ冷媒流入部の管軸方向に幅を有する円柱形に形成する。そうすると、屈曲線材により、線材間に波状に屈曲し、かつ互いに交差する複数の流通孔が形成され、ここを通る気液冷媒が混合拡散される。
【００１２】
なお、気液拡散体は円柱状に形成されているので、冷媒流入側ヘッダ管の管内に嵌合密接させることができ、冷媒流入部を通る冷媒のすべて混合拡散することができる。
【００１３】
線材の素材は特に限定されるものではなく、例えば、簡単に入手しやすいステンレスなどの針金状の金属線材を使用することができる。
【００１４】
また、気液混合冷媒を冷媒流入側ヘッダ管の管軸方向でほぼ均等を分配するために、冷媒流入側ヘッダ管の両端に冷媒流入部を形成し、両側の各冷媒流入部に前記気液拡散体を配置して、気液混合拡散を行わせることができる。これにより、より一層、気液混合冷媒の分配を均一に行うことができ、熱交換効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のとおり、本発明によると、冷媒流入側ヘッダ管の冷媒流入部に流入した冷媒は、気液拡散体を通過する際に混合拡散されるので、ガス冷媒と液冷媒とがよく混合され、冷媒流入側ヘッダ管の管軸方向に配列された複数の伝熱管に到達するまでのガス冷媒と液冷媒をほぼ均等に分配することができ、熱交換効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示す熱交換器の正面図、図２は図１の冷媒流入側ヘッダ管の要部断面図、図３は同じく冷媒流入部を示す分解斜視図である。
【００１７】
本実施形態の熱交換器は、空気調和機などの冷凍サイクルを構成する熱交換器、例えば、蒸発器として使用されるものであって、管軸方向を水平にして円筒状の中空体で形成された冷媒流入側ヘッダ管１及び冷媒流出側ヘッダ管２を配設し、冷媒流入側ヘッダ管１と冷媒流出側ヘッダ管２との間に垂直方向に内部を冷媒が通過する複数の扁平な伝熱管３を平行に並べ、その両端部を夫々当該両ヘッダ管１、２の管軸方向に一列に挿入接続したものである。
【００１８】
冷媒流入側ヘッダ管１は、円筒状のアルミパイプ製のものであって、板状部材をロール成形により管状に成形してシーム溶接して形成される。ヘッダ管１の管端は閉塞され、一側管端部には冷媒流入管４がろう付けやねじ嵌合などにより接続される。冷媒流入側ヘッダ管１の内径は、扁平な伝熱管３の端部を挿入してヘッダ管１と伝熱管３の内部流通路６との間で冷媒が流通できる大きさに設定される。
【００１９】
したがって、冷媒流入側のヘッダ管１では、冷媒流入管４から流入した気液二相の冷媒が冷媒の流れ方向で下流側においてガス冷媒と液冷媒に分離しやすくなるが、本実施形態では、冷媒流入側ヘッダ管１の冷媒流入部５に流入するガス冷媒と液冷媒とを混合拡散して流通させる気液拡散体８が配置されている。
【００２０】
気液拡散体８は、ガス冷媒と液冷媒の混合・拡散が行われる程度の小孔から構成されている。例えば、気液拡散体８は、針金状のステンレス線材を屈曲させ、かつ冷媒流入部５の管軸方向に幅を有する円柱形に形成される。線材の屈曲により、波状に屈曲し、かつ互いに交差する多数の流通孔９が形成され、気液冷媒はこの流通孔９を流通することによりガス冷媒と液冷媒とが混合拡散される。
【００２１】
なお、気液拡散体８を形成される線材は、ステンレス線材に限らず、銅などの他の金属線材であってもよい。さらに、金属線材に限らず、熱硬化性の合成樹脂線材であってもよく、その素材は特に限定されるものではない。また、気液拡散体８は線材を屈曲させて形成する態様に限定されず、連続気泡の発泡体などからなる多孔質体であってもよい。
【００２２】
これらの気液拡散体８は、冷媒流入側ヘッダ管１の端部にある冷媒流入部５に収納される。気液拡散体８は、その外径が円筒状の冷媒流入部５の内径に合わせて形成される。また、気液拡散体８の幅（管軸方向長さ）は、ガス冷媒と液冷媒が混合しかつ拡散できる程度の長さに形成される。
【００２３】
気液拡散体８は、ヘッダ管１に冷媒流入管４を取付ける前に冷媒流入部に内嵌し、その後、ろう付けなどにより冷媒流入管４を後付けして完成するが、これに限らず、着脱自在な構成とするために、冷媒流入管４付き蓋材１１をヘッダ管１の管端にねじ嵌合するようにしてもよい。
【００２４】
伝熱管３は、図３に示すように、内部に複数の流路が平行に形成された管状で、かつ扁平なアルミ管であって、押し出し成形により形成される。その厚みは１ｍｍ程度、幅は１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度に設定される。この伝熱管３はその厚みとほぼ同程度の間隔をおいてヘッダ管１，２の管方向に沿って平行に配置される。
【００２５】
そして、伝熱管３の下方には冷媒流入側ヘッダ管１を水平にして下側に配置し、伝熱管３の上側には冷媒流出側ヘッダ管２を配置し、冷媒流入管４から流入した冷媒を冷媒流入側ヘッダ管１から伝熱管３を通して下側から上側に流通させ、冷媒流出側のヘッダ管２で合流させて、その端部にある冷媒流出管７から排出する。その間に伝熱管３において外部の空気と熱交換し、外気を冷やして冷風として送り出す。
【００２６】
冷媒流出側ヘッダ管２は、円筒状のアルミパイプ製のものであって、板状部材をロール成形により管状に成形してシーム溶接したものである。冷媒流出側ヘッダ管２の一側は閉塞され、他側の管端には冷媒流出管７がろう付けなどにより接合される。冷媒流出側ヘッダ管２の内径は、扁平な伝熱管３の端部を挿入して伝熱管３の内部流通路６との間で冷媒を合流させることができる大きさに設定される。
【００２７】
これらの冷媒流入側ヘッダ管１、冷媒流出側ヘッダ管２および伝熱管３は、すべてアルミニウム製のものであって、これにより軽量化と共に生産コストの低減が図られている。
【００２８】
なお、図示の熱交換器では、多数の伝熱管３を配置して冷媒流通量を多くし、かつ熱交換効率を良好なものにしているが、これとは別に、伝熱管３にそれぞれ熱交換を効率よく行うためのフィン（図示略）を固着する構成を採用してもよい。
【００２９】
上記構成の熱交換器においては、冷媒流入管４から気液二相の冷媒が冷媒流入側ヘッダ管１内に流入すると、気液拡散体８を通過する際に多数の流通孔９を通り、ここで気液混合される。気液混合された冷媒は管軸方向に配列された各伝熱管３の端部と接触し、伝熱管３の内部流通路６を通って伝熱管３内を上昇し、冷媒流出側ヘッダ管２に送られ、ここで合流して冷媒流出管７から排出される。この間、主に液冷媒は伝熱管部において外気と熱交換し、外気を冷やして冷風として送り出す一方、冷媒自体は熱交換されてガス化し、冷媒流出側ヘッダ管２に送られる。
【００３０】
この際、冷媒流入側ヘッダ管１の冷媒流入部５に流入した冷媒は、比重の関係で、上側のガス冷媒と下側の液冷媒とに分離しやすいが、両冷媒は気液拡散体８を通過する際に、波状でかつ互いに交差する多数の流通孔９により混合拡散されるので、ガス冷媒と液冷媒とがよく混合され、冷媒流入側ヘッダ管１の管軸方向に配列された複数の伝熱管３に到達するまでのガス冷媒と液冷媒をほぼ均等に分配することができ、熱交換効率を向上させることができる。
【００３１】
図４は本発明の第２実施形態である熱交換器の冷媒流入側ヘッダ管の断面図である。図に示すように、本実施形態では、冷媒流入側ヘッダ管１の両端に冷媒流入部５，５ａを形成し、各冷媒流入部に冷媒流入管４，４ａが接続され、かつ気液拡散体８を配置されて、気液冷媒の混合拡散を行わせる。
【００３２】
上記構成においては、冷媒流入側ヘッダ管１の両端に冷媒流入部５，５ａを形成し、各冷媒流入部に冷媒流入管４，４ａを接続すると共に気液拡散体８を配置しているので、ヘッダ管１の両側から流入する気液冷媒は、両側の気液拡散体８により混合拡散され、伝熱管３に分配される。そのため、第1の実施形態よりも、一層、気液混合冷媒の分配を均一に行うことができ、熱交換効率を向上させることができる。その他の構成・作用は上記第1の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正・変更を加えることができるのは勿論である。例えば、上記実施形態では、ヘッダ管はアルミニウム製のもので説明したが、銅製などの熱伝導性のよい他の材質で形成されていてもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す熱交換器の正面図
【図２】冷媒流入側ヘッダ管の要部断面図
【図３】冷媒流入部を示す分解斜視図
【図４】本発明の第２実施形態である熱交換器の冷媒流入側ヘッダ管の断面図
【符号の説明】
【００３５】
１    冷媒流入側ヘッダ管
２    冷媒流出側ヘッダ管
３    伝熱管
４    冷媒流入管
５    冷媒流入部
６    内部流通路
７    冷媒流出管
８    気液拡散体
９    流通孔
１１  蓋材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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