(57)【要約】【課題】体積を小型化し、熱交換効率を大きく向上させる熱交換器を提供する。【解決手段】冷媒流入口を有し、前記冷媒流入口を通じて流入された冷媒を分配する上部ヘッダーと、上端が前記上部ヘッダーに連結され上下方に延長される多数の熱交換管と、前記熱交換管の下端に連結され、前記熱交換管から流れる冷媒を収集し、冷媒排出口を有する下部ヘッダーと、前記熱交換管の上部外面に結合され、前記熱交換管に水を供給して前記熱交換管の外面に沿って水が流れるようにし、その水が前記熱交換管の内部に流れる冷媒から熱を吸収するようにする給水装置とを含む。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒流入口を有し、前記冷媒流入口を通じて流入された冷媒を分配する上部ヘッダーと、
上端が前記上部ヘッダーに連結され上下方に延長される多数の熱交換管と、
前記熱交換管の下端に連結され、前記熱交換管から流れる冷媒を収集し、冷媒排出口を有する下部ヘッダーと、
前記熱交換管の上部外面に結合され、前記熱交換管に水を供給して前記熱交換管の外面に沿って水が流れるようにし、その水が前記熱交換管の内部に流れる冷媒から熱を吸収するようにする給水装置とを含むことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記給水装置は、内部に水が供給されるように給水口が形成されたチャネルからなり、前記熱交換管が前記給水装置を貫通するように、前記給水装置の上下部に上側貫通孔と下側貫通孔が形成され、水が前記給水装置から前記熱交換管の外面に流れるように、前記各下側貫通孔は前記熱交換管の断面より大きく形成されることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記各熱交換管は円形断面を有し、前記給水装置の下側貫通孔は多角形に形成され、前記多角形の下側貫通孔の隅部は前記熱交換管の外面から離隔され、前記多角形の下側貫通孔の辺は前記熱交換の外面と接触することを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記下側貫通孔から前記熱交換の外面を離隔させるとともに、前記熱交換管を遊動なしに支持するため、前記各下側貫通孔から前記熱交換管の外面側に多数の支持部材が突設されることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
【請求項５】
前記各熱交換管は円形断面を有し、各熱交換管の外面には、水の流動を案内するため、螺旋形の流動案内部が設けられることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項６】
前記各熱交換管は円形断面を有し、各熱交換管の外面には、水の流動を案内するため、多数の直線形の流動案内部が設けられることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項７】
前記各熱交換管は、内径が０．７〜２．５ｍｍ、厚さが０．３〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項８】
前記熱交換管は、相互区画され上下に延長される多数の冷媒流路を有する板状の多チャネル管であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項９】
前記各熱交換は、厚さが１．５〜２．５ｍｍ、幅が５〜２０ｍｍであり、前記各冷媒流路の直径は１．１７〜１．５２ｍｍであることを特徴とする請求項８記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記各熱交換管の外面には、水の流動を案内するため、多数の直線形流動案内部が上下方に形成されることを特徴とする請求項８記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記上部ヘッダー、前記下部ヘッダー及び前記給水装置はそれぞれ、前記上部ヘッダーと下部ヘッダ間に前記熱交換管が配置されて１セットの熱交換器を構成するように、相互平行に隣接して配置される多数の上部ヘッダー、下部ヘッダー及び給水装置からなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記熱交換器は、
前記上部ヘッダーに冷媒を分配するため、前記上部ヘッダーの冷媒流入口に連結される多数の出口を有する分岐形冷媒供給管と、
前記下部ヘッダーから冷媒を収集するため、前記下部ヘッダーの冷媒出口に連結された多数の入口を有する分岐形冷媒供給管と、
前記給水装置に水を分配するため、多数の出口が前記各給水装置の給水口に連結される分岐形給水管とをさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記上部ヘッダーと下部ヘッダーと間の前記熱交換管の外面には、前記熱交換管を支持するための支持部材が設けられることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記各支持部材は、前記熱交換管が貫通する多数の貫通孔が形成された平板状になされ、前記各貫通孔は前記各熱交換管の断面の大きさより大きいことを特徴とする請求項１３記載の熱交換器。
【請求項１５】
前記給水装置の前記各下側貫通孔は三角形に形成されることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
【請求項１６】
前記給水装置の前記各下側貫通孔は五角形に形成されることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
【請求項１７】
前記給水装置の前記各下側貫通孔は六角形に形成されることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
【請求項１８】
前記給水装置の前記各下側貫通孔は四角形に形成されることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
【請求項１９】
前記給水装置の前記各下側貫通孔は円形に形成されることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
【請求項２０】
前記螺旋形流動案内部は前記熱交換器の外面に沿って形成された螺旋形溝からなることを特徴とする請求項５記載の熱交換器。
【請求項２１】
前記螺旋形流動案内部は前記熱交換器の外面に沿って形成された螺旋形突条からなることを特徴とする請求項５記載の熱交換器。
【請求項２２】
前記直線形流動案内部は前記熱交換器の外面に沿って延長される直線形溝からなることを特徴とする請求項６記載の熱交換器。
【請求項２３】
前記直線形流動案内部は前記熱交換器の外面に沿って上下方に延長される直線形突条からなることを特徴とする請求項６記載の熱交換器。
【請求項２４】
前記多数の上部ヘッダー及び下部ヘッダーは断面が楕円形であるチャネルで構成されることを特徴とする請求項１１記載の熱交換器。
【請求項２５】
冷媒流入口を有し、前記冷媒流入口を通じて流入された冷媒を分配する第１ヘッダーと、
第１端部が前記第１ヘッダーに連結され、それから延長される多数の熱交換管と、
前記熱交換管の第２端部に連結され、前記熱交換管から流れる冷媒を収集し、冷媒排出口を有する第２ヘッダーと、
前記熱交換管の外面の前記第１端部に結合され、前記熱交換管に水を供給して前記熱交換管の外面に沿って水が流れるようにし、その水が前記熱交換管の内部に流れる冷媒から熱を吸収するようにする給水装置とを含むことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷却装置に適用される熱交換器に関し、より詳しくは冷媒の凝縮用に用いられる水冷式熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、空気調和装置に適用される冷却装置は、圧縮機、冷媒凝縮用熱交換器、冷媒膨張装置、及び冷媒蒸発用熱交換器を含んでいるが、これらは循環流路を形成する冷媒管を介して相互連結される。このような装置は、圧縮機が動作するとき、各装置を順次巡回する冷媒の相変化による熱の授受により冷房をなす。
【０００３】
このような冷却装置において、冷媒の凝縮用に用いられる熱交換器は、圧縮機から供給される冷媒を多数の管に分配して供給するための冷媒分配ヘッダーと、多数の管を通過しながら熱交換された冷媒を集めて冷媒膨張装置側に供給するための冷媒凝集ヘッダーとを備える。多数の管の外面には、空気との接触面積を拡大するため、多数の薄板状の熱交換フィンが結合されている。このような熱交換器は、隣接した送風ファンから送風される空気により熱交換フィンと管が冷却されることにより、内部を通過する冷媒が気相から液相に凝縮されるようにする。
【０００４】
しかし、このような従来の凝縮用熱交換器は、送風ファンによる空気によってだけ冷却されるため、熱交換効率を向上させるには限界があり、空気との熱交換のため、多数の熱交換フィンを設けなければならないため、所望の熱交換効果を得るためには、熱交換器の体積が大きくならなければならない欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明はこのような従来技術の問題点解決するためになされたもので、その目的は、体積を小型化するとともに、熱交換効率を大きく向上させる熱交換器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明による熱交換器は、冷媒流入口を有し、前記冷媒流入口を通じて流入された冷媒を分配する上部ヘッダーと、上端が前記上部ヘッダーに連結され上下方に延長される多数の熱交換管と、前記熱交換管の下端に連結され、前記熱交換管から流れる冷媒を収集し、冷媒排出口を有する下部ヘッダーと、前記熱交換管の上部外面に結合され、前記熱交換管に水を供給して前記熱交換管の外面に沿って水が流れるようにし、その水が前記熱交換管の内部に流れる冷媒から熱を吸収するようにする給水装置とを含む。
【０００７】
前記熱交換器において、前記給水装置は、内部に水が供給されるように給水口が形成されたチャネルからなり、前記熱交換管が前記給水装置を貫通するように、前記給水装置の上下部に上側貫通孔と下側貫通孔が形成され、水が前記給水装置から前記熱交換管の外面に流れるように、前記各下側貫通孔は前記熱交換管より大きく形成される。
【０００８】
一実施例において、前記各熱交換管は円形断面を有し、前記給水装置の下側貫通孔は多角形に形成され、前記多角形の下側貫通孔の隅部は前記熱交換管の外面から離隔され、前記多角形の下側貫通孔の辺は前記熱交換の外面と接触する。
前記熱交換器において、前記下側貫通孔から前記熱交換の外面を離隔させるとともに、前記熱交換管を遊動なしに支持するため、前記各下側貫通孔から前記熱交換管の外面側に多数の支持部材が突設される。
【０００９】
一実施例において、前記各熱交換管は円形断面を有し、各熱交換管の外面には、水の流動を案内するため、螺旋形の流動案内部が設けられる。本実施例において、前記各熱交換管は、内径が０．７〜２．５ｍｍ、厚さが０．３〜１．０ｍｍである。
【００１０】
ほかの実施例において、前記各熱交換管は円形断面を有し、各熱交換管の外面には、水の流動を案内するため、直線形の流動案内部が設けられる。
【００１１】
さらにほかの実施例において、前記熱交換管は、相互区画され上下に延長される多数の冷媒流路を有する板状の多チャネル管である。本実施例において、前記各熱交換は、厚さが１．５〜２．５ｍｍ、幅が５〜２０ｍｍであり、前記各冷媒流路の直径は１．１７〜１．５２ｍｍである。
【００１２】
前記熱交換器において、前記上部ヘッダー、前記下部ヘッダー及び前記給水装置はそれぞれ、前記上部ヘッダーと下部ヘッダ間に前記熱交換管が配置され１セットの熱交換器を構成するように、相互平行に隣接して配置される多数の上部ヘッダー、下部ヘッダー及び給水装置からなる。
【００１３】
本実施例の一面において、前記熱交換器は、前記上部ヘッダーに冷媒を分配するため、前記上部ヘッダーの冷媒流入口に連結される多数の出口を有する分岐形冷媒供給管と、前記下部ヘッダーから冷媒を収集するため、前記下部ヘッダーの冷媒出口に連結された多数の入口を有する分岐形冷媒供給管と、前記給水装置に水を分配するため、多数の出口が前記各給水装置の給水口に連結される分岐形給水管とをさらに含む。
【００１４】
また、前記上部ヘッダーと下部ヘッダーとの間の前記熱交換管の外面には、前記熱交換管を支持するための支持部材が設けられる。前記各支持部材は、前記熱交換管が貫通する多数の貫通孔が形成された平板状になされ、前記各貫通孔は前記各熱交換管の断面の大きさより大きい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による好ましい実施例を添付図面にもとづいて詳細に説明する。図１及び図２に示すように、本発明による熱交換器の実施例は、圧縮機（図示せず）から供給される冷媒を分配するためのチャネル形の上部ヘッダー１０と、前記上部ヘッダー１０から分配され供給される冷媒の熱交換のための多数の熱交換管４０と、前記熱交換管４０を経ながら熱交換された冷媒を再度収集するチャネル形の下部ヘッダー２０と、前記上部ヘッダー１０の下部に結合され、熱交換管４０の外面に水を供給する給水装置３０とを含む。
【００１６】
上部ヘッダー１０と下部ヘッダー２０は、内部に冷媒が流れる流路を有する長方形チャネルで構成され、両端が閉鎖された構造になっている。また、上部ヘッダー１０の上部には、冷媒がその内部に流入できるように、多数の冷媒流入口１１が形成され、この冷媒流入口１１には、圧縮機の吐出側に連結される冷媒供給管５０が連結される。
【００１７】
多数の熱交換管４０は、その内部に流れる冷媒の熱交換ができるように、上下方に長く延長される円形管からなり、上端と下端がそれぞれ上部ヘッダー１０の下部と下部ヘッダー２０の上部に連結される。ここで、熱交換管４０の上端と下端は、その内部の流路が上部ヘッダー１０の内部と下部ヘッダー２０の内部に連通した状態で連結される。これは、上部ヘッダー１０から分配される冷媒が多数の熱交換管４０を経て下部ヘッダー２０に流れながら熱交換するようにしたものである。そして、下部ヘッダー２０の下部には、下部ヘッダー２０に集まれた冷媒を通常の冷却装置の冷媒膨張装置（図示せず）側に供給するための複数の冷媒排出口２１が形成され、この冷媒排出口２１には冷媒排出管６０が連結される。
【００１８】
給水装置３０は上部ヘッダー１０の下部に結合されるもので、一側に給水管８０が連結される給水口３４が形成され、内部に給水流路が形成された中空の長方形チャネルからなる。給水装置３０の上部と下部には、熱交換管４０が内部を貫通して上下に延長できるように、多数の上側貫通孔３１と下側貫通孔３２が形成される。
【００１９】
図３に示すように、給水装置３０は、その内部の水が熱交換管４０の外面に沿って流れるように、下側貫通孔３２の大きさが熱交換管４０の断面の大きさより大きく形成される。
【００２０】
図４に示すように、給水装置３０の下側貫通孔３２は矩形に形成され、その隅部が熱交換管４０の外面から離隔し、相互対面する辺が熱交換管４０の外面に接するようにして、熱交換管４０を遊動なしに支持する。この際、給水装置３０の内部の水は下側貫通孔３２の隅部の離隔隙間を通じて熱交換管４０の外面に沿って流れる。このような下側貫通孔３２は、図面には示されていないが、三角、五角、六角などのそのほかの多角形に構成することもできる。
【００２１】
また、図５に示すように、下側貫通孔３３を熱交換管４０より大きい円形に構成し、下側貫通孔３３から突出する多数の支持突起３３ａで熱交換管４０を支持することもできる。
【００２２】
このような熱交換器を製作するに際しては、金属製の熱交換管４０の剛性及び熱交換性能などを考慮して、熱交換管４０の内径を０．７〜２．５ｍｍ程度にし、熱交換管４０の厚さは０．３〜１．０ｍｍ程度にし、各熱交換管４０間の間隔は２〜６ｍｍ程度にするのが好ましい。
【００２３】
また、図６及び図７に示すように、熱交換管４０の外面には、熱交換管４０の外面に沿って流れる水が外面全体に均等に分布して流れるようにするとともに、熱交換面積の拡大により熱交換効率が高くなるように、螺旋形の流動案内部４１又は直線形の流動案内部４２が設けられる。前記実施例において、図６の螺旋形の流動案内部４１は螺旋形の溝又は突条からなり、図７の直線形の流動案内部４２は熱交換管４０の外面の上下方向に長く形成される多数の溝又は突条からなる。
【００２４】
また、本発明は、このような熱交換管４０が外力によって変形しないようにするため、図１及び図２に示すように、上部ヘッダー１０と下部ヘッダー２０との間の熱交換管４０の外面に支持部材７０が設けられる。この支持部材７０は、熱交換管４０が貫通する多数の貫通孔７１が形成された平板状になり、貫通孔７１の大きさが熱交換管４０より大きく形成される。すなわち、支持部材７０の貫通孔７１は熱交換管４０を支持するとともに、熱交換管４０の外面に沿って上部から流れる水が下部に持続的に流れるように、前記給水装置３０の下側貫通孔３２、３３と同一の形状に形成される。
【００２５】
図１に示すように、本発明による熱交換器は、同一構造の多数の上部ヘッダー１０、１０Ａ、１０Ｂ、多数の下部ヘッダー２０、２０Ａ、２０Ｂ、多数の給水装置３０、３０Ａ、３０Ｂが相互隣接して並列で配設され、互いに対をなす各上部ヘッダー１０、１０Ａ、１０Ｂと下部ヘッダー２０、２０Ａ、２０Ｂとの間に多数の熱交換管４０が連結されて１セットをなすように構成される。そして、冷媒を供給する冷媒供給管５０は、圧縮機から供給される冷媒を各上部ヘッダー１０、１０Ａ、１０Ｂに分配して供給し得るように多数に分岐されてから上部ヘッダーの冷媒流入口１１に連結される分岐形管からなり、冷媒排出管６０も各下部ヘッダー２０、２０Ａ、２０Ｂの冷媒排出口２１に結合されて冷媒を収集する分岐形管からなる。また、各給水装置３０、３０Ａ、３０Ｂの給水口３４に連結される給水管８０も分岐形管からなる。
【００２６】
図８は本発明による熱交換器のほかの実施例を示すもので、熱交換管１４０が板状の多チャネル管からなり、上部ヘッダー１１０と下部ヘッダー１２０が楕円形のチャネルからなるものである。また、この熱交換器の熱交換管１４０は、図９ないし図１１に示すように、所定の厚さ（ｔ）と幅（ｗ）を有する平板状になり、その内部には、冷媒が流れるように、相互区画された状態で上下方に延長される多数の流路１４１が設けられる。
【００２７】
また、上部ヘッダー１１０の下部に装着される給水装置１３０は、図１０に示すように、給水装置１３０の内部の水が熱交換管１４０の外面に沿って流れるように、熱交換管１４０が貫通する下側貫通孔１３２が熱交換管１４０の厚さ（ｔ）より大きく形成される。下側貫通孔１３２には熱交換管１４０の支持のための多数の支持部材１３３が設けられる。図１２に示すように、熱交換管１４０の外面には、熱交換面積を拡張するとともに、給水装置１３０の下側貫通孔１３２を通じて流れる水が熱交換管１４０の外面に均等に分布して流れるように、多数の直線形流動案内部１４３が上下方に形成される。ここで、直線形流動案内部１４３は溝で構成するか、又は外面から突出する突条で構成することができる。
【００２８】
このような熱交換管１４０を適用して熱交換器を製作するに際しては、熱交換管１４０の厚さを１．５〜２．５ｍｍ程度にし、幅を５〜２０ｍｍ程度にし、その内部の各流路１４１の直径を１．１７〜１．５２ｍｍ程度にするのが好ましい。
【００２９】
このような本発明による熱交換器の熱交換動作を説明するとつぎのようである。
圧縮機から冷媒供給管５０を通じて上部ヘッダー１０、１１０に供給される高温、高圧の気相冷媒は上部ヘッダー１０、１１０において多数の熱交換管４０、１４０に分配され、熱交換管４０、１４０を通じて下部ヘッダー２０、１２０側に流れながら、熱交換管４０、１４０の外面に接触して流れる空気と水により熱交換される。熱交換管４０、１４０を通過した冷媒は液相に凝縮して下部ヘッダー２０、１２０に集まり、下部ヘッダー２０、１２０の冷媒は冷媒排出管６０を通じて通常の冷却装置の冷媒膨張装置側に供給される。
【００３０】
また、この熱交換器は、給水管８０を通じて給水装置３０、１３０の内部に供給された水が給水装置３０、１３０の下側貫通孔３２、１３２を通じて熱交換管４０、１４０の外面に沿って流れながら熱交換管４０、１４０の内部の冷媒と熱交換を行い、熱交換器周囲の空気が、別の送風ファン（図示せず）の動作により多数の熱交換管４０、１４０間を通過しながら熱交換管４０、１４０との熱交換を行う。したがって、本発明は熱交換管４０、１４０間に送風される空気により、熱交換管４０、１４０の外面に流れる水が蒸発し、水の蒸発潜熱により熱交換管４０、１４０が急に冷却されるので、従来の熱交換に比べて熱交換効率が高くなる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明による熱交換器は、多数の熱交換管の外面に流れる水と、各熱交換管間を通過する空気とにより熱交換され、熱交換管の外面に流れる水の蒸発潜熱により熱交換管内の冷媒が冷却されるので、通常の空冷式熱交換器に比べて熱交換効率が著しく向上する効果がある。
また、本発明による熱交換器は熱交換効率が高いため、その分だけ熱交換器を小型化することができるので、これを採用する冷却装置の体積を減らすことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱交換器の一実施例の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明による熱交換器の一実施例の構成を示す断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ部の拡大図である。
【図４】図２の線ＩＶ−ＩＶ′についての断面図である。
【図５】図２の線ＩＶ−ＩＶ′についての断面図で、貫通孔のほかの実施例を示すものである。
【図６】本発明による熱交換器の一実施例の熱交換管の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明による熱交換器の一実施例の熱交換の構成を示す斜視図で、熱交換管のほかの実施例を示すものである。
【図８】本発明による熱交換器のほかの実施例の構成を示す斜視図である。
【図９】図８の線ＩＸ−ＩＸ′についての断面図である。
【図１０】図９の線Ｘ−Ｘ′についての断面図である。
【図１１】本発明による熱交換器のほかの実施例の熱交換管の構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明による熱交換器のほかの実施例の熱交換管の構成を示す斜視図で、熱交換管のほかの実施例を示すものである。
【符号の説明】
１０、１１０　上部ヘッダー
２０、１２０　下部ヘッダー
３０、１３０　給水装置
４０、１４０　熱交換管
５０　冷媒供給管
６０　冷媒排出管
７０　支持部材
８０　給水管
【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】
2004045014.tif 000009
【図８】
2004045014.tif 000010
【図９】
2004045014.tif 000011
【図１０】
2004045014.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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