(57)【要約】【課題】パラレルフロー型熱交換器のヘッダパイプに形成されるマフラー構造を、騒音を効果的に低減でき、疲労破壊のおそれの少ないものにする。【解決手段】熱交換器１は、間隔を置いて平行に配置された２本のヘッダパイプ２、３と、ヘッダパイプ２、３の間に複数配置され、内部に設けた冷媒通路５をヘッダパイプ２、３の内部に連通させた偏平チューブ４とを備える。ヘッダパイプ３には、ヘッダパイプ３の軸線方向に離れた位置に、ヘッダパイプ３の側面方向に突き出すマフラー３３Ｕ、３３Ｄを、ヘッダパイプ３の同一内部空間３４に対し複数設ける。ヘッダパイプ３に冷媒を流入させる冷媒配管は１本の冷媒配管３５が分岐部３５ａで分岐せしめられてマフラー３３Ｕ、３３Ｄに分配される。分岐部３５ａからマフラー３３Ｕ、３３Ｄがヘッダパイプ３の内部空間３４に開口する箇所までの経路長はマフラー毎に異なる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を置いて平行に配置された複数のヘッダパイプと、前記複数のヘッダパイプの間に複数配置され、内部に設けた冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた偏平チューブとを備えたパラレルフロー型熱交換器において、
前記ヘッダパイプの少なくとも一方には、当該ヘッダパイプの軸線方向に離れた位置に当該ヘッダパイプの側面方向に突き出すマフラーを、当該ヘッダパイプの同一内部空間に対し複数設け、当該ヘッダパイプに冷媒を流入させる冷媒配管を前記マフラーに接続するとともに、前記冷媒配管は１本の冷媒配管が分岐部で分岐せしめられて前記複数のマフラーに分配されるものであり、前記分岐部から前記マフラーが前記ヘッダパイプの内部空間に開口する箇所までの経路長は、マフラー毎に異なることを特徴とするパラレルフロー型熱交換器。
【請求項２】
前記複数のマフラーのうち、隣接する２本のマフラーは、そこから前記ヘッダパイプの内部空間に流入する音波同士が当該内部空間の中で半波長ずれて出会う経路長であることを特徴とする請求項３に記載のパラレルフロー型熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパラレルフロー型熱交換器を備えた機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパラレルフロー型熱交換器及びそれを備えた機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のヘッダパイプの間に複数の偏平チューブを配置して偏平チューブ内部の複数の冷媒通路をヘッダパイプの内部に連通させるとともに、偏平チューブ間にコルゲートフィン等のフィンを配置したパラレルフロー型の熱交換器は、カーエアコンや建物用空気調和機の室外側ユニットなどに広く利用されている。
【０００３】
サイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の基本構造を図７に示す。図７では紙面上側が熱交換器の上側、紙面下側が熱交換器の下側となる。熱交換器１は、２本のヘッダパイプ２、３と、その間に配置される複数の偏平チューブ４を備える。図７では、ヘッダパイプ２、３は垂直方向に延び、水平方向に間隔を置いて平行に配置されており、偏平チューブ４は水平方向に延び、垂直方向に所定ピッチで配置されている。実際に機器に搭載する段階では、熱交換器１は設計の要請に従って様々な角度に据え付けられるから、本明細書における「垂直方向」「水平方向」は厳格に解釈されるべきものではない。単なる方向の目安として理解されるべきである。
【０００４】
偏平チューブ４は金属を押出成型した細長い成型品であり、内部には冷媒を流通させる冷媒通路５が形成されている。偏平チューブ４は長手方向である押出成型方向を水平にする形で配置されるので、冷媒通路５の冷媒流通方向も水平になる。冷媒通路５は断面形状及び断面面積の等しいものが図７の奥行き方向に複数個並び、そのため偏平チューブ４の垂直断面は図８に示す通りハーモニカ状を呈している。各冷媒通路５はヘッダパイプ２、３の内部に連通する。隣り合う偏平チューブ４同士の間にはフィン６が配置される。フィン６として、ここではコルゲートフィンを用いているが、プレートフィンでも構わない。
【０００５】
複数のものが並列に並んだ偏平チューブ４の中で、最も外側に位置する偏平チューブ４の、外側に向いた偏平面には、最外側コルゲートフィン６ａが配置される。最外側コルゲートフィン６ａの外側にはサイドプレート１０が配置される。
【０００６】
ヘッダパイプ２と３、偏平チューブ４、コルゲートフィン６、最外側コルゲートフィン６ａ、及びサイドプレート１０は、いずれもアルミニウム等熱伝導の良い金属からなり、偏平チューブ４はヘッダパイプ２、３に対し、コルゲートフィン６と最外側コルゲートフィン６ａは偏平チューブ４に対し、サイドプレート１０は最外側コルゲートフィン６ａに対し、それぞれロウ付けまたは溶着で固定される。
【０００７】
図７の熱交換器１では、冷媒出入口７、８はヘッダパイプ３の側にのみ設けられている。ヘッダパイプ３の内部には上下方向に間隔を置いて２枚の仕切板９ａ、９ｃが設けられており、ヘッダパイプ２の内部には仕切板９ａ、９ｃの中間の高さのところに仕切板９ｂが設けられている。
【０００８】
熱交換器１を蒸発器として使用する場合、冷媒は図７に実線矢印で示すように下側の冷媒出入口７から流入する。冷媒出入口７から入った冷媒は、仕切板９ａでせき止められて偏平チューブ４経由でヘッダパイプ２に向かう。この冷媒の流れが左向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ２に入った冷媒は仕切板９ｂでせき止められて別の偏平チューブ４経由でヘッダパイプ３に向かう。この冷媒の流れが右向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ３に入った冷媒は仕切板９ｃでせき止められてさらに別の偏平チューブ４経由で再びヘッダパイプ２に向かう。この冷媒の流れが左向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ２に入った冷媒は折り返してさらに別の偏平チューブ４経由で再びヘッダパイプ３に向かう。この冷媒の流れが右向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ３に入った冷媒は冷媒出入口８から流出する。このように、冷媒はジグザグの経路を辿って下から上に流れる。ここでは仕切板の数が３の場合を示したが、これは一例であり、仕切板の数と、その結果としてもたらされる冷媒流れの折り返し回数は、必要に応じ任意の数を設定することができる。
【０００９】
熱交換器１を凝縮器として使用する場合は、冷媒の流れが逆になる。すなわち冷媒は図７に点線矢印で示すように冷媒出入口８からヘッダパイプ３に入り、仕切板９ｃでせき止められて偏平チューブ４経由でヘッダパイプ２に向かい、ヘッダパイプ２では仕切板９ｂでせき止められて別の偏平チューブ４経由でヘッダパイプ３に向かい、ヘッダパイプ３では仕切板９ａでせき止められてさらに別の偏平チューブ４経由で再びヘッダパイプ２に向かい、ヘッダパイプ２で折り返してさらに別の偏平チューブ４経由で再びヘッダパイプ３に向かい、冷媒出入口７から点線矢印のように流出するという、ジグザグの経路を辿って上から下に流れる。
【００１０】
熱交換器１は、セパレート型空気調和機の室外機もしくは室内機、またはその両方に搭載することができる。最初に、セパレート型空気調和機の基本的構成を図９に基づき説明する。
【００１１】
セパレート型空気調和機は室外機２０と室内機４０により構成される。室外機２０は筐体２１の内部に圧縮機２２、四方弁２３、室外側熱交換器２４、膨張弁２５、室外側送風機２６などを収納している。室内機４０は筐体４１の内部に室内側熱交換器４２、室内側送風機４３などを収納している。室外側熱交換器２４は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。室内側熱交換器４２は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。
【００１２】
圧縮機２２、四方弁２３、室外側熱交換器２４、膨張弁２５、及び室内側熱交換器４２は冷媒配管によりループ状に接続され、ヒートポンプサイクルを構成する。
【００１３】
室外側熱交換器２４に組み合わせられる室外送風機２６は吹出気流形成用のプロペラファン２６ａを含む。室内側熱交換器４２に組み合わせられる室内側送風機４３は吹出気流形成用のクロスフローファン４３ａを含む。クロスフローファン４３ａは室内側熱交換器４２の下に軸線を水平にして配置される。
【００１４】
熱交換器１は、室外側熱交換器２４として用いることができる。また室内側熱交換器４２の構成要素として熱交換器１を用いることもできる。室内側熱交換器４２は３個の熱交換器４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを、室内側送風機４３を覆う屋根のように組み合わせたものであり、熱交換器４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃのいずれかまたは全てを熱交換器１とすることができる。
【００１５】
図９は暖房運転時の状態を示す。この時は、圧縮機２２から吐出された高温高圧の冷媒は室内側熱交換器４２に入ってそこで放熱し、凝縮する。室内側熱交換器４２を出た冷媒は膨張弁２５から室外側熱交換器２４に入ってそこで膨張し、室外空気から熱を取り込んだ後、圧縮機２２に戻る。室内側送風機４３によって生成された気流が室内側熱交換器４２からの放熱を促進し、室外側送風機２６によって生成された気流が室外側熱交換器２４の吸熱を促進する。
【００１６】
図１０は冷房運転時あるいは除霜運転時の状態を示す。この時は四方弁２３が切り換えられて暖房運転時と冷媒の流れが逆になる。すなわち、圧縮機２２から吐出された高温高圧の冷媒は室外側熱交換器２４に入ってそこで放熱し、凝縮する。室外側熱交換器２４を出た冷媒は膨張弁２５から室内側熱交換器４２に入ってそこで膨張し、室内空気から熱を取り込んだ後、圧縮機２２に戻る。室外側送風機２６によって生成された気流が室外側熱交換器２４からの放熱を促進し、室内側送風機４３によって生成された気流が室内側熱交換器４２の吸熱を促進する
【００１７】
室外機２０の構造をより実体的に示すのが図１１である。室外機２０の筐体２１は板金製であり、平面形状を示す図１１では略矩形に描かれている。筐体２１は長辺側を正面２１Ｆ及び背面２１Ｂとし、短辺側を左側面２１Ｌ及び右側面２１Ｒとしている。正面２１Ｆには排気口２７が形成され、背面２１Ｂには背面吸気口２８が形成され、左側面２１Ｌには側面吸気口２９が形成される。排気口２７は複数の水平なスリット状開口の集合からなり、背面吸気口２８と側面吸気口２９は格子状の開口からなる。正面２１Ｆ、背面２１Ｂ、左側面２１Ｌ、右側面２１Ｒの４面の板金部材に、図１１には示されていない天板と底板が加わって、六面体形状の筐体２１が形成される。
【００１８】
筐体２１の内部には、背面吸気口２８及び側面吸気口２９のすぐ内側に平面形状Ｌ字形の室外側熱交換器２４が配置される。室外側熱交換器２４と室外空気との間で強制的に熱交換を行わせるため、室外側熱交換器２４と排気口２７の間に室外側送風機２６が配置される。送風機２６はプロペラファン２６ａと電動機２６ｂの組み合わせからなる。送風効率向上のため、筐体２１の正面２１Ｆの内面にはプロペラファン２６ａを囲むベルマウス３０が取り付けられる。筐体２１の右側面２１Ｒの内側の空間は、背面吸気口２８から排気口２７へと流れる空気流から隔壁３１で隔離されており、この空間に圧縮機２２が収容されている。
【００１９】
熱交換器１が室外側熱交換器２４として使用されていると、冷房運転時、圧縮機２２から高温高圧の圧縮冷媒が熱交換器１に送り込まれることになる。この時、圧縮機２２の駆動音や冷媒の圧縮・放出に伴う圧力脈動が冷媒配管を通じて熱交換器１や三方弁（冷媒配管の接続や切り離しの工事の折り、室外機２０からの冷媒の流出を遮断する目的で配置されるものであり、図示は省略されている）に伝播し、それらから騒音として外部に放出されてしまう。
【００２０】
圧縮機の駆動に由来する騒音が熱交換器から放出されるのを防ぐため、これまでにも様々な工夫がなされてきた。その例を特許文献１に見ることができる。
【００２１】
特許文献１にはパラレルフロー型の車両用熱交換器が記載されている。この熱交換器では入側ヘッダパイプの入側にマフラーが設けられる。入側ヘッダパイプとマフラーは拡管または絞り込みにより一体的に成形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】実開平２−６９２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
前記の圧力脈動の伝播を低減するために、一般的には、図１の３６のようなマフラーを伝播経路である配管に挿入する。しかしマフラーには消音特性があり、断面積を大きくしたところで特定の周波数成分の騒音は低減できない。圧縮機駆動時、特定の回転数においてマフラーが振り子のように振動することがあるが、マフラーが断面積の大きいものであると振動が余計に増大し、配管に疲労破壊を招くおそれがある。
【００２４】
特許文献１記載の熱交換器では入側ヘッダパイプにマフラーが一体成形され、マフラーは熱交換器の外部に置かれているが、マフラーの断面積を大きくすれば設置上の制約が増し、配管設計が難しくなる。また、前記マフラーと同様に特定の周波数成分の騒音は低減できない。
【００２５】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、パラレルフロー型熱交換器のヘッダパイプに形成されるマフラー構造を、騒音を効果的に低減でき、疲労破壊のおそれの少ないものにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明に係るパラレルフロー型熱交換器は、間隔を置いて平行に配置された複数のヘッダパイプと、前記複数のヘッダパイプの間に複数配置され、内部に設けた冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた偏平チューブとを備え、前記ヘッダパイプの少なくとも一方には、当該ヘッダパイプの軸線方向に離れた位置に当該ヘッダパイプの側面方向に突き出すマフラーを、当該ヘッダパイプの同一内部空間に対し複数設け、当該ヘッダパイプに冷媒を流入させる冷媒配管を前記マフラーに接続するとともに、前記冷媒配管は１本の冷媒配管が分岐部で分岐せしめられて前記複数のマフラーに分配されるものであり、前記分岐部から前記マフラーが前記ヘッダパイプの内部空間に開口する箇所までの経路長は、マフラー毎に異なる。
【００２７】
上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記複数のマフラーのうち、隣接する２本のマフラーは、そこから前記ヘッダパイプの内部空間に流入する音波同士が当該内部空間の中で半波長ずれて出会う経路長であることが好ましい。
【００２８】
また本発明は、上記パラレルフロー型熱交換器を備えた機器であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によると、熱交換器のヘッダー部にマフラーが一体化しているために、前記のような、マフラーが振り子のように振動することがなく、疲労破壊の恐れが低減する。また、ヘッダーに接続される冷媒配管を分岐することにより、分岐後の冷媒配管の断面積が小さくなるので、前記のマフラーと同等の騒音低減効果を得るために必要な、ヘッダーパイプに形成されるマフラー形状において、径の大きさを前記マフラーに比べて小型化出来る。さらに、前記マフラーで消音効果が得られない周波数の騒音に対して、前記分岐後の冷媒配管の経路に経路差を設け、この経路差を前記騒音がマフラー通過後ヘッダーパイプ内で打ち消しあうように調整して設定すれば、前記のマフラーよりも広範囲の周波数帯に消音効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るパラレルフロー型熱交換器を搭載した空気調和機の室外機の一部を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るパラレルフロー型熱交換器の実施形態を示す正面図である。
【図３】図２のパラレルフロー型熱交換器の部分断面図である。
【図４】マフラーの構造を示す模式図である。
【図５】マフラーの寸法条件を説明する模式図である。
【図６】マフラーの騒音低減特性を示すグラフである。
【図７】サイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の概略構成図である。
【図８】図７のVIII―VIII線を断面箇所とする断面図である。
【図９】本発明に係るパラレルフロー型熱交換器を搭載した空気調和機の概略構成図で、暖房運転時の状態を示すものである。
【図１０】本発明に係るパラレルフロー型熱交換器を搭載した空気調和機の概略構成図で、冷房運転時の状態を示すものである。
【図１１】本発明に係るパラレルフロー型熱交換器を搭載した空気調和機の室外機の概略構成を示す水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の一実施形態を図１から図６までの図に基づき説明する。なお、これまで説明してきた従来構造と機能的に共通する構成要素にはこれまでに用いた符号をそのまま付し、
説明は省略する。
【００３２】
図１には室外側熱交換器２４が示されている。室外側熱交換器２４はサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器１により構成される。室外側熱交換器２４は平面形状Ｌ字形に曲げられており、圧縮機２２と共に筐体の底板３２の上に設置されている。
【００３３】
熱交換器１のヘッダパイプ３には、ヘッダパイプ３の軸線方向に離れた位置、すなわち上下方向に離れた位置に２個のマフラーが設けられる。上方のものがマフラー３３Ｕ、下方のものがマフラー３３Ｄである。マフラー３３Ｕ、３３Ｄはヘッダパイプ３の側面方向に突き出す。図示実施形態では、マフラー３３Ｕ、３３Ｄはヘッダパイプ３の軸線に対し直角をなす方向すなわち水平方向に、且つ偏平チューブ４と正反対の方向に突き出している。
【００３４】
マフラー３３Ｕ、３３Ｄの基本形状は両端が閉じた中空円筒であり、ヘッダパイプ３の材料と同じ種類の材料の金属で形成される。マフラー３３Ｕ、３３Ｄの直径（外径）はヘッダパイプ３の直径（外径）よりも小さい。ヘッダパイプ３３Ｕ、３３Ｄはロウ付けまたは溶接でヘッダパイプ３に固定される。マフラー３３Ｕ、３３Ｄの直径が小さいことから
室外側熱交換器２４を室外機２０に組み込みやすくなる。
【００３５】
図３に示す通り、ヘッダパイプ３の上部には、仕切板９により内部空間３４が区画形成されている。マフラー３３Ｕ、３３Ｄの一端は内部空間３４に入り込み、端面には内部空間３４に向かって開口する開口部３３Ｕａ、３３Ｄａが形成されている。マフラー３３Ｕ、３３Ｄは図７の熱交換器１における冷媒出入口８の役割を果たす。
【００３６】
マフラー３３Ｕ、３３Ｄには、そこに冷媒を流入させ、またそこから冷媒を流出させるための冷媒配管３５が接続される。冷媒配管３５は分岐部３５ａで冷媒配管分岐管３５ｂと冷媒配管分岐管３５ｃの２本に分岐せしめられており、冷媒配管分岐管３５ｂはマフラー３３Ｕに分配され、冷媒配管分岐管３５ｃはマフラー３３Ｄに分配され、その上で冷媒配管分岐管とマフラーとの接続が行われる。
【００３７】
冷媒配管分岐管３５ｂ、３５ｃは開口部３３Ｕａ、３３Ｄａが形成された端面と反対側の端面よりマフラー３３Ｕ、３３Ｄに所定深さ挿入される。冷媒配管分岐管３５ｂ、３５ｃはマフラー３３Ｕ、３３Ｄの端面の中心に水平に挿入され、マフラー３３Ｕ、３３Ｄと同心をなす。冷媒配管分岐管３５ｂ、３５ｃはロウ付けまたは溶接でマフラー３３Ｕ、３３Ｄに固定される。
【００３８】
分岐部３５ａから開口部３３Ｄａまでの経路の経路長Ｌ1と、分岐部３５ａから開口部３３Ｕａまでの経路長Ｌ2とは同じではない。経路長Ｌ2の方が経路長Ｌ1よりも長い。この構成の持つ意味は後で説明する。
【００３９】
図４には一般的なマフラーの構造が示されている。（ａ）の構造では流体をマフラーに導く配管がマフラーの内部にまで入り込んでいないのに対し、（ｂ）の構造では流体をマフラーに導く配管がマフラーの内部にまで入り込んでいる。マフラー３３Ｕ、３３Ｄは（ｂ）の構造を踏襲したものである。
【００４０】
マフラー３３Ｕ、３３Ｄの基本構造を示すのが図５である。すなわちマフラー３３Ｕ、３３Ｄの長さをＭとした場合、冷媒配管分岐管３５ｂ、３５ｃの挿入深さはＭ／２とされている。なお、Ｍ／２という挿入深さは単なる例示であり、Ｍ／３やＭ／４、あるいはそれ以外の挿入深さであってもよい。
【００４１】
マフラー３３Ｕ、３３Ｄを図５のように構成した場合、騒音低減特性は図６のグラフのようになる。音波の周波数ｆはｆ＝Ｃ／４ｌ（Ｃは音速）の式によって求められる。図６のグラフから言えることは、図５のマフラー構造だけでは、４ｆ×ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）のところに騒音低減効果が小さい周波数帯が生じるということである。この点を本発明では次のように改善する。
【００４２】
マフラー３３Ｕ、３３Ｄから内部空間３４に騒音の音波が流入すると、それらは内部空間３４の中で出会う。この時、４ｆ×ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）の周波数帯の音波は、マフラー３３Ｕから入ってきたものとマフラー３３Ｄから入ってきたものとが半波長ずれて出会い、打ち消し合うようにする。
【００４３】
上記の半波長のずれは次の場合に生じる。すなわち長い方の経路である分岐部３５ａから開口部３３Ｄａまでの経路の経路長Ｌ1と、短い方の経路である分岐部３５ａから開口部３３Ｕａまでの経路長Ｌ2とが次式を満たすときである。
４ｆ＝Ｃ／２（Ｌ1−Ｌ2）
従って、上式を満たすことになるように経路長Ｌ1、Ｌ2を計算して配管設計を行う。
【００４４】
このように、マフラー３３Ｕ、３３Ｄ自体の持つ消音効果の他、経路長Ｌ1、Ｌ2の差に基づく消音効果も利用するので、騒音を効果的に低減できる。
【００４５】
本実施形態ではマフラーの数を２としたが、それを３以上の複数とすることもできる。この場合にも冷媒配管は分岐部で分岐せしめられて各マフラーに分配され、接続される。
そして分岐部からマフラーがヘッダパイプの内部空間に開口する箇所までの経路長はマフラー毎に異なるものとし、隣接する２本のマフラーからヘッダパイプの内部空間に流入する音波同士が当該内部空間の中で半波長ずれて出会うように経路長を設計する。
【００４６】
本発明の適用範囲はサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器に限られない。ダウンフロー方式のパラレルフロー型熱交換器にも本発明は適用可能である。
【００４７】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明はパラレルフロー型熱交換器及びそれを備えた機器に広く利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１    熱交換器
２、３  ヘッダパイプ
４    偏平チューブ
５  冷媒通路
６  フィン
２０  室外機
２１  筐体
２２  圧縮機
２３  四方弁
２４  室外側熱交換器
２５  膨張弁
２６  室外側送風機
３３Ｕ、３３Ｄ  マフラー
３４  内部空間
３５  冷媒配管
３５ａ  分岐部
３５ｂ、３５ｃ  冷媒配管分岐管
４０  室内機
４１  筐体
４２  室内側熱交換器
４３  室内側送風機
【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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【図１１】
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