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1. CN104285121 - Heat-exchanger header and heat exchanger provided therewith

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[ ZH ]
热交换器用集管、具备该热交换器用集管的热交换器、冷冻循 环装置以及空气调节机


技术领域
本发明涉及例如用于空气调节机等的冷冻循环装置的热交换器的热交换器用集管、具备该热交换器用集管的热交换器、冷冻循环装置以及空气调节机。
背景技术
以往,有构成为如下的热交换器:将在上下方向延伸的一对集管在左右方向离开地配置,在一对集管之间并行地配置多个扁平管,将多个热交换管的两端部与一对集管连通。在这种热交换器中,在作为蒸发器使用的情况下,由于制冷剂以气液二相流流入,所以,液体在入口侧的集管内在重力方向上积存,而气体积存在集管内的上方。由此,存在不能均等地向各扁平管分配制冷剂、热交换器的性能下降的课题。
因此,在将热交换器作为蒸发器使用的情况下,对于入口侧的集管要求均等地分配制冷剂的功能。作为具备这样的功能的集管,以往有如下这样的集管:在集管内部构成在上下方向折返的环状流路,使流入了的二相制冷剂流在集管内部循环并均质化,向多个传热管的每一个分配(例如,参见专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-85324号公报(摘要、图1)
发明内容
发明要解决的课题
然而,在专利文献1的集管中,由于使制冷剂在环状流路中流过,所以,存在产生压力损失,招致热交换器的传热性能下降这样的问题。
另外,在专利文献1的集管中,由于需要在集管内部另行形成环状流路,所以,存在构造复杂,招致成本上升这样的问题。
本发明是鉴于这样的点而做出的发明,其目的是提供一种能够将压力损失抑制得低,不会招致热交换器的传热性能的下降,可均等地分配制冷剂,构造简单的热交换器用集管、具备该热交换器用集管的热交换器、冷冻循环装置以及空气调节机。
用于解决课题的手段
本发明的热交换器用集管是一种热交换器的热交换器用集管,该热交换器使制冷剂在被并行地配置的多个传热管中并行地流动,其中,
前述集管利用表面张力的作用分配制冷剂并使之在前述多个传热管中并行地流动,
在长边方向上并列设置多个贯通孔,所述多个贯通孔连接前述多个传热管的一端,
至少形成一个与前述多个贯通孔连通并成为制冷剂流路的腔室,
前述多个贯通孔的每一个是与前述多个传热管的制冷剂入口侧或制冷剂出口侧的端部连接的入口侧贯通孔或出口侧贯通孔,在前述腔室中的与前述入口侧贯通孔相向的部分,在与前述长边方向正交的短边方向上形成有多个在前述集管的长边方向上延伸的槽。
发明效果
根据本发明,能够得到一种能够将压力损失抑制得低,不会招致热交换器的传热性能的下降,可均等地分配制冷剂且构造简单的热交换器用集管。
附图说明
图1是使用了本发明的实施方式1的热交换器用集管的热交换器1的概略主视图。
图2是表示图1的扁平管30的立体图。
图3是图1的入口集管10的分解立体图。
图4是图1的入口集管部分的A-A剖视图。
图5是表示应用了图1的热交换器1的冷冻循环装置50的制冷剂回路的图。
图6是表示将图1的热交换器1作为蒸发器使用的情况下的制冷剂的流动的图。
图7是表示入口集管10中的制冷剂流动状态的图。
图8是图7的B-B剖视图。
图9是表示作为比较例,做成没有设置槽的集管的情况下的集管内的制冷剂流动状态的图。
图10是表示图3的槽14的变形例1的图。
图11是表示图3的槽14的变形例2的图。
图12是表示本发明的实施方式2的热交换器1A的图。
图13是图12的集管70的分解立体图。
图14是表示图13的槽14的变形例的图。
图15是表示本发明的实施方式3的热交换器1B的图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是使用了本发明的实施方式1的热交换器用集管的热交换器的概略主视图。在图1以及后述的图中,标注了相同的附图标记的部件是相同或与之相当的部件,这在说明书全文中通用。再有,说明书全文所表示的构成要素的方式只不过是例示,并非限定于这些记载。
热交换器1是使制冷剂并行地流动的平行流的热交换器,尤其是在热交换器1整体中,使制冷剂从一方向另一方侧流动的单方向流路类型的热交换器。热交换器1具备相互离开地配置的一对集管10、20;被并行地配置在一对集管10、20之间且两端与一对集管10、20连接的多个扁平管(传热管)30;和多个翅片40。一对集管10、20、扁平管30以及翅片40均由铝或铝合金构成。
翅片40是相互空开间隔被层叠在一对集管10、20之间、空气在其间通过的板状翅片,供多个扁平管30贯通。另外,翅片40也可以不一定是板状翅片,只要是配置成空气在空气通过方向通过的翅片40即可。例如,也可以是在上下方向与扁平管30交替层叠地配置的波形状的翅片等,总而言之,只要是配置成空气在空气通过方向通过的翅片即可。
扁平管30如图2所示,具有多个成为制冷剂流路的贯通孔30a。另外,传热管并非限于扁平管,圆管、其它的怎样的形状均可采用。
在一对集管10、20中的成为多个扁平管30的制冷剂入口侧的入口集管10处连接制冷剂入口配管10a,在成为多个扁平管30的制冷剂出口侧的出口集管20处连接制冷剂出口配管20a。
本发明在一对集管10、20中的尤其是入口侧的集管(下面,称为入口集管10)具有特征,下面,参见图3,对其构造进行说明。
图3是图1的入口集管10的分解立体图。图4是图1的入口集管部分的A-A剖视图。
入口集管10具有一面开口的箱状的集管主体11和覆盖集管主体11的开口11a的板状的盖体13,在两者之间形成成为制冷剂流路的至少1个腔室10A。在集管主体11中,在与开口11a相向的底面11b沿集管主体11的长边方向并列设置作为入口侧贯通孔的多个贯通孔12。在该多个贯通孔12处连接多个扁平管30的制冷剂入口侧的端部,由腔室10A连通。另外,在入口集管10处连接制冷剂入口配管10a。
另外,在盖体13上,在至少1个腔室10A中的与贯通孔12相向的面13a上遍及与长边方向正交的短边方向的整体形成多个在长边方向延伸的槽14。槽14具体地由从盖体13突出的多个突部15彼此之间的间隙形成。槽14被设置成用于通过利用表面张力的作用,将流入到入口集管10内的制冷剂液体引入到槽内部,由此来均等地进行制冷剂从入口集管10向各路径的分配。
在制造这样构成的入口集管10时,通过切削加工等形成箱状的集管主体11,在集管主体11形成贯通孔12。另外,通过切削加工等形成盖体13。盖体13可嵌合地被构成,以便能够暂时停留于集管主体11的开口11a,在嵌合部分涂敷钎焊材。
而且,在制造热交换器1整体时,将盖体13嵌合在集管主体11的开口11a并使之暂时停留,且在全部组装了出口集管20、扁平管30以及翅片40的状态下,同时钎焊接合整体。
图5是表示应用了图1的热交换器1的冷冻循环装置50的制冷剂回路的图。
冷冻循环装置50具备压缩机51、冷凝器52、作为减压装置的膨胀阀53和蒸发器54。在冷凝器52和蒸发器54的至少一方使用热交换器1。从压缩机51排出了的气体制冷剂流入冷凝器52,与在冷凝器52通过的空气进行热交换,成为高压液体制冷剂并流出。从冷凝器52流出的高压液体制冷剂由膨胀阀53减压,成为低压的气液二相制冷剂,流入蒸发器54。流入到蒸发器54的低压的气液二相制冷剂与在蒸发器54通过的空气进行热交换,成为低压气体制冷剂,再次被吸入压缩机51。
图6是表示将图1的热交换器1作为蒸发器使用的情况下的制冷剂的流动的图。
从膨胀阀53流出的气液二相制冷剂从制冷剂入口配管10a流入入口集管10内。流入到入口集管10内的制冷剂从构成热交换器1的各路径的各扁平管30的一端向另一端流动,在出口集管20合流,从制冷剂出口配管20a向外部流出。
接着,对入口集管内部的动作进行说明。图7是表示入口集管10中的制冷剂流动状态的图。图8是图7的B-B剖视图,是表示在入口集管10中,液体制冷剂积存在槽间的状态的示意图。图9(a)、(b)是表示作为比较例没有设置槽14的集管中的、集管内的制冷剂流动状态的图。
首先,通过图9对比较例的制冷剂流动状态进行说明。当在制冷剂回路内循环的制冷剂量多的情况下,从制冷剂入口配管10a流入到入口集管10的气液二相制冷剂如图9(a)所示,因流入时的动量而积存在入口集管10的上部。另一方面,当在制冷剂回路内循环的制冷剂量少的情况下,从制冷剂入口配管10a流入到入口集管10的气液二相制冷剂的液体制冷剂因重力的影响而积存在入口集管10的下部。在像这样没有在入口集管10设置槽14的结构的情况下,液体制冷剂集中在上部或下部,向各路径的分配不均等。
接着,通过图7以及图8,对本实施方式的入口集管10中的制冷剂流动状态进行说明。从制冷剂入口配管10a流入到入口集管10内的气液二相制冷剂在入口集管10内流动,借助表面张力的作用,液体制冷剂被引入槽14内。由此,液体制冷剂在入口集管10内被均匀地保持于长边方向,向各扁平管30流入的液体制冷剂量被均匀化。
如上面说明的那样,根据本实施方式1,通过在盖体13上设置多个槽14,使表面张力发挥作用,能够抑制液体制冷剂的失衡,能够将制冷剂均等地分配,使之流入到多个扁平管30的每一个。由此,能够提高热交换效率,能够最大限度地发挥将热交换器1作为蒸发器使用的情况下的能力。
另外,本实施方式1由于是利用液体制冷剂的表面张力作用谋求防止不均等的制冷剂分配的结构,所以,与以往结构相比,能够抑制压力损失,能够抑制将热交换器1作为蒸发器使用的情况下的性能下降。
另外,本实施方式1的入口集管10由于由集管主体11和具有槽14的盖体13构成,构造简单,所以,制造容易,能够低成本化。
另外,本发明的入口集管并非限定于图3所示的构造,在不脱离本发明的主旨的范围内,例如可像下面的(1)、(2)那样进行各种变形来实施。
(1)图10是表示图3的槽14的变形例1的图。
在图5所示的本实施方式的槽14的结构中,突部15的高度全部相同,但是,也可以像图10那样,做成使突部15的高度在盖体13的短边方向(图10中为上下方向)交替地变高变低的结构。在这样构成的情况下,由于槽14的扁平管30侧的端面(倾斜面)(图10中用点划线14a表示)比图5所示那样使高度一致的结构变宽,所以,能够期待提高将液体制冷剂引入的效果。另外,突部15的高度并不限于这样交替地长短的结构,若做成使沿盖体13的短边方向邻接的突部15彼此的高度相互交错的结构,则能够期待同样的效果。作为使沿盖体13的短边方向邻接的突部15彼此的突部15的高度相互交错的结构的其它例,也可以做成下面的变形例2。
(2)图11是表示图3的槽14的变形例2的图。
因表面张力而产生的槽14内的制冷剂保持作用在槽14的宽度(图11中为上下方向的长度)越窄,而且槽14的高度越高时越大。另外,流入到入口集管10的液体制冷剂就盖体13的短边方向而言容易积存在其两端。由此,在该变形例2中,将突部15的高度随着从短边方向的两端部分去向中心部分而形成得较高,调整槽14的高度使制冷剂的保持力随着去向短边方向的中心部分而变大。据此,就短边方向而言,制冷剂的失衡也得到抑制,在长边方向和短边方向这两方,能够使各槽14内的制冷剂量均匀化。其结果为,能够期待向各扁平管30的每一个能更均等地分配制冷剂。另外,这里,表示了仅仅改变槽14的高度的例子,但是,也可以构成为使槽14的宽度随着去向中心部分而变窄。
如上面说明的那样,本发明的特征在于将多个槽14设置于入口集管10这点。而且,作为应用了该特征的热交换器1,在本实施方式1中,表示了在热交换器整体中制冷剂从一方向另一方流动的单方向流路类型的热交换器的例子,但是,也可以应用于一面在途中流路折返一面流动的折返流路类型的热交换器。下面,通过下面的实施方式2、实施方式3,对在折返流路类型的热交换器应用了本发明的结构进行说明。
实施方式2.
图12是表示本发明的实施方式2的热交换器1A的图。
热交换器1A是使制冷剂并行地流动的平行流的热交换器,尤其是折返流路类型的热交换器。另外,这里表示了使路径数量为5的结构例。
热交换器1A具备相互离开地配置的一对集管70、80;被并行地配置在一对集管70、80之间且两端与一对集管70、80连接的多根(这里为20根)扁平管(传热管)30;和多个翅片40。一对集管70、80、扁平管30以及翅片40均由铝或铝合金构成。扁平管30以及翅片40的结构与实施方式1相同。
图13是图12的集管70的分解立体图。
集管70具有一面开口的箱状的集管主体71。在集管主体71的与开口71a相向的底面71b上,沿集管主体71的长边方向并列设置供多个扁平管30连接的多个贯通孔72。另外,在集管主体71的内部设置2片分隔板73,形成有与多个贯通孔72连通并成为制冷剂流路的3个独立的腔室A、B、C,分别由盖体74A、74B、74C关闭。
对热交换器1A中的制冷剂的流动将在后面阐述,但在盖体74A、74B、74C上,在与扁平管30的制冷剂入口侧的端部相向的部分形成具有与实施方式1相同的作用的多个槽14。下面,具体地进行说明。
腔室A是来自外部的制冷剂流入的流入腔室,由于在与腔室A连通的多个贯通孔72处连接扁平管30的制冷剂入口侧的端部,所以,在盖体74A上整体地形成槽14。另外,腔室B是成为折返流路的折返腔室,由于在与腔室B连通的多个贯通孔72中的上半部分连接扁平管30的制冷剂入口侧的端部,在下半部分连接扁平管30的制冷剂出口侧的端部,所以,在盖体74B的上半部分设置有槽14。另外,腔室C是制冷剂向外部流出的流出腔室,由于与腔室C连通的多个贯通孔72连接有扁平管30的制冷剂出口侧的端部,所以,在盖体74C上没有设置槽14。另外,下面有将多个贯通孔72中的由扁平管30的制冷剂入口侧的端部连接的贯通孔称为入口侧贯通孔,将由扁平管30的制冷剂出口侧的端部连接的贯通孔称为出口侧贯通孔的情况。
另一方面,集管80如图12所示设置有1片分隔板83,内部被分为2个腔室D、E。而且,与集管70同样,各腔室D、E分别由盖体84D、84E关闭。而且,在盖体84D、84E上也与上述同样,在与扁平管30中的入口侧贯通孔相向的部分形成多个槽14。具体地说,在盖体84D、84E的每一个中,在上半部分形成有多个槽14。
在制造这样构成的集管70时,通过切削加工等形成集管主体71,在集管主体71形成贯通孔72。另外,通过切削加工等形成各盖体74A、74B、74C。各盖体74A、74B、74C可嵌合地被构成,以便能够暂时停留于集管主体71的各腔室A、B、C的开口,在嵌合部分涂敷钎焊材。集管80也能够同样地制造。
而且,在制造热交换器1B整体时,分别将盖体74A、74B、74C嵌合于集管70的各腔室A、B、C的开口并使之暂时停留,且对于集管80也同样地分别将盖体84D、84E嵌合于各腔室D、E的开口并使之暂时停留。而且,在全部组装了扁平管30以及翅片40的状态下,同时钎焊接合整体。
下面,参见图12,说明热交换器1A中的制冷剂的流动。这里,说明将热交换器1A作为蒸发器使用的情况下的制冷剂的流动。图12中,实线箭头表示制冷剂的流动。
从制冷剂入口配管10a流入的气液二相制冷剂流入腔室A,从与腔室A连接的扁平管组的一端朝向另一端流动,流入腔室D。流入到腔室D的制冷剂在这里折返,从与腔室D连接的其它的扁平管组的一端向另一端流动,流入腔室B。而且,流入到腔室B的制冷剂在这里折返,从与腔室B连接的其它的扁平管组的一端向另一端流动,流入腔室E。而且,流入到腔室E的制冷剂在这里折返,从与腔室E连接的其它的扁平管组的一端向另一端流动。而且,从该另一端流出的各制冷剂在腔室C合流,从制冷剂出口配管20a向外部流出。
在上面的制冷剂的流动中,由于与各扁平管组的制冷剂入口侧的端部相向地设置有槽14,所以,与上述实施方式1同样,借助液体制冷剂的表面张力作用抑制制冷剂的偏流,从各腔室向各路径大致均等地分配制冷剂。
如上面说明地那样,根据本实施方式2,即使在折返流路类型的热交换器中,也能够得到与实施方式1相同的效果。
另外,在本实施方式2中,虽然做成在多个突部15中入口侧贯通孔组和出口侧贯通孔组的分界线侧的端部的位置全部一致的结构,上述多个突部15形成于成为折返腔室的腔室B、D、E的盖体74B、84D、84E,但是,也可以像下面的图14那样。
图14是表示图13的槽14的变形例的图,是从槽14的形成面侧看盖体74B、84D、84E的图。
如图14(a)所示,也可以做成在多个突部15中,入口侧贯通孔组和出口侧贯通孔组的分界线侧的端部的位置在盖体的短边方向交替地交错的结构。若这样构成,则由于槽14的前述分界线侧的端面成为倾斜面,端面比图13那样端部的位置一致的结构变宽,所以,能够期待提高将液体制冷剂引入的效果。另外,并不限于突部15的端部的位置像这样交替地交错的结构,若做成沿盖体的短边方向邻接的突部15彼此的位置相互交错的结构,则也能够期待同样的效果。
另外,图14(b)是使沿盖体的短边方向邻接的突部15彼此的位置相互交错的结构的其它的例子,但是,也可以像这样随着去向短边方向的中心部而将突部15的长边方向的长度构成得较短,或虽未图示出,但随着去向短边方向的中心部而将突部15的长边方向的长度构成得较长。
另外,针对与实施方式1相同的构成部分应用的变形例对于本实施方式2也同样地适用。另外,也可以做成将在本实施方式2中说明的变形例和在实施方式1中说明的变形例组合的结构。这些点在后述的实施方式3中也同样。
实施方式3.
实施方式3相当于将实施方式2的折返流路类型的热交换器在空气通过方向上设置多列(这里为2列)的结构。
图15是表示本发明的实施方式3的热交换器的图。图15(a)是从与用点划线箭头表示的空气通过方向正交的方向看热交换器的概略侧视图。图15(b)是相对于空气通过方向的上游侧的上游侧热交换部1Ba的概略剖视图。图15(c)是相对于空气通过方向的下游侧的下游侧热交换部1Bb的概略剖视图。图15(d)是热交换器的俯视图。下面,以实施方式3与实施方式2不同的部分为中心进行说明。
热交换器1B具备与实施方式2相同的热交换器1A来作为上游侧热交换部1Ba,再有,在空气通过方向的下游侧具有下游侧热交换部1Bb。而且,上游侧热交换部1Ba和下游侧热交换部1Bb由跨列配管90连接。
相对于上游侧热交换部1Ba由5条路径构成,下游侧热交换部1Bb由路径数量比上游侧热交换部1Ba多的10条路径构成。对于像这样在上游侧热交换部1Ba和下游侧热交换部1Bb改变路径数量的理由将在后面阐述。下游侧热交换部1Bb除集管部分的结构与上游侧热交换部1Ba不同之外,与上游侧热交换部1Ba相同。
在下游侧热交换部1Bb中,连接跨列配管90的集管700的分隔板的数量与上游侧热交换部1Ba不同,在集管700中,设置1片分隔板703,在内部形成2个腔室F、G。另外,在集管800中没有设置分隔板,做成作为整体形成1个腔室H的结构。另外,与实施方式1、2同样,在下游侧热交换部1Bb的集管700、800中,也在与各扁平管30的制冷剂入口侧的端部相向的部分设置有槽14。
下面,参见图15,说明热交换器1B中的制冷剂的流动。这里,说明将热交换器1B作为蒸发器使用的情况下的制冷剂的流动。图15中,实线箭头表示制冷剂的流动。
热交换器1B中的制冷剂的流动就上游侧热交换部1Ba而言,与实施方式2相同。而且,从上游侧热交换部1Ba的制冷剂出口配管20a流出的制冷剂从制冷剂入口配管100a经跨列配管90流入下游侧热交换部1Bb的腔室F。流入到腔室F的制冷剂从与腔室F连通的扁平管组的一端朝向另一端流动,流入腔室H。而且,流入到腔室H的制冷剂在这里折返,从与腔室H连接的其它的扁平管组的一端朝向另一端流动。而且,从该另一端流出的各制冷剂在腔室G合流,从制冷剂出口配管200a向外部流出。
在上面的制冷剂的流动中,由于与各扁平管组的制冷剂入口侧的端部相向地设置有槽14,所以,与上述实施方式1、2同样,借助液体制冷剂的表面张力作用抑制制冷剂的偏流,从各腔室向各路径大致均等地分配制冷剂。
接着,对在上游侧热交换部1Ba和下游侧热交换部1Bb改变了路径数量的理由进行说明。
在将热交换器1B作为蒸发器使用的情况下,由于制冷剂以气液二相状态流入,最终成为气体制冷剂并流出,所以,干燥度随着去向流路的后半部而变大。在干燥度小的情况下,由于通过流路时的压损小,所以,优选使制冷剂流速加快,提升传热率。另一方面,在干燥度大的情况下,由于通过流路时的压损大,所以,优选使制冷剂流速迟缓,越增加路径数量制冷剂流速越迟缓。
在热交换器1B中,在相当于流路前半部的上游侧热交换部1Ba中,由于制冷剂的干燥度小,所以,使路径数量变少,提升制冷剂流速,提升传热率。另一方面,在相当于流路的后半部的下游侧热交换部1Bb中,由于干燥度变大,所以,使路径数量多,使制冷剂流速下降,谋求降低压力损失。
如上面说明的那样,根据本实施方式3,能够得到与实施方式1、2相同的效果,并且由于做成多列结构,所以,能够提高热交换能力。另外,因为减少通过制冷剂的干燥度小的空气通过方向上游侧的路径数量,提升制冷剂流速,提升传热率,所以,在这方面也能够谋求提高热交换能力。
另外,在本实施方式3中,说明了2列结构,但是,也可以做成3列以上的结构。
另外,在上述各实施方式中,表示了集管的外形形状为方形状的例子,但是,并非限于方形状,也可以做成圆筒状。另外,在像实施方式3那样多列化的情况下,从确保作为集管所需的大小且谋求列彼此干涉的观点出发,优选做成方形状。
附图标记说明
1:热交换器;1A:热交换器;1B:热交换器;1Ba:上游侧热交换部;1Bb:下游侧热交换部;10:集管(入口集管);10A:腔室;10a:制冷剂入口配管;11:集管主体;11a:开口;11b:底面;12:贯通孔;13:盖体;13a:面;14:槽;15:突部;20:集管(出口集管);20a:制冷剂出口配管;30:扁平管;30a:贯通孔;40:翅片;50:冷冻循环装置;51:压缩机;52:冷凝器;53:膨胀阀;54:蒸发器;70:集管;71:集管主体;71a:开口;71b:底面;72:贯通孔;73:分隔板;74A:盖体;74B:盖体;74C:盖体;80:集管;83:分隔板;84D:盖体;84E:盖体;90:跨列配管;100a:制冷剂入口配管;200a:制冷剂出口配管;700:集管;703:分隔板;800:集管;A~H:腔室。