JP5777622B2 - Heat exchanger, heat exchange method and refrigeration air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、低温流体と高温流体とを熱交換させて高温流体から低温流体に熱を伝える熱交換器及び熱交換方法に関するものである。また、この熱交換器を用いた冷凍空調装置に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger and a heat exchanging method for transferring heat from a high temperature fluid to a low temperature fluid by exchanging heat between the low temperature fluid and the high temperature fluid. The present invention also relates to a refrigeration air conditioner using this heat exchanger.
従来の熱交換器は、低温流体が流れる複数の貫通穴を有する第1流路部と、高温流体が流れる複数の貫通穴を有する第2流路部と、第1流路部の両端に接続された第1ヘッダーと、第2流路部の両端に接続された第2ヘッダーとを備え、第1流路部と第2流路部とを長手方向(流体の流れ方向)が並行になるようにして、それぞれの面同士を接触積層させるとともに、高温流体及び低温流体の少なくとも一方は、気液二相状態の流体であり、気液二相状態の流体が流れる入口ヘッダーの内直径は、他のヘッダーの内直径より小さくすることにより、ガス流速の増加により管内での気液のミキシングにより、気液を均一化させ、気液比率が等しく各貫通穴へ低温流体を分配することによって、流体の温度効率を最大化し、高い熱交換性能を得ている(例えば、特許文献1参照。)。
A conventional heat exchanger is connected to both ends of a first flow path portion having a plurality of through-holes through which a low-temperature fluid flows, a second flow path portion having a plurality of through-holes through which a high-temperature fluid flows. The first header and the second header connected to both ends of the second flow path section are provided, and the first flow path section and the second flow path section are parallel to each other in the longitudinal direction (fluid flow direction). In this manner, the respective surfaces are contact-laminated, and at least one of the high-temperature fluid and the low-temperature fluid is a gas-liquid two-phase fluid, and the inner diameter of the inlet header through which the gas-liquid two-phase fluid flows is By making it smaller than the inner diameter of the other headers, by mixing the gas and liquid in the pipe by increasing the gas flow rate, the gas and liquid are made uniform, and by distributing the cryogenic fluid to each through hole with the same gas-liquid ratio, Maximize the temperature efficiency of the fluid and obtain high heat exchange performance That (for example, see
上記のような従来の熱交換器を用いた冷凍空調装置は、圧縮機、放熱器、流量制御手段及び蒸発器が冷媒配管で接続された冷媒回路を有し、HFC(ハイドロフルオロカーボン)系冷媒、炭化水素又は二酸化酸素等の冷媒がこの冷媒回路を循環するように構成されている。冷凍空調装置の効率を上げるためには、熱交換器の熱交換性能を上げることが重要となる。 A refrigeration air conditioner using a conventional heat exchanger as described above has a refrigerant circuit in which a compressor, a radiator, a flow rate control means, and an evaporator are connected by a refrigerant pipe, and an HFC (hydrofluorocarbon) refrigerant, A refrigerant such as hydrocarbon or oxygen dioxide is configured to circulate in the refrigerant circuit. In order to increase the efficiency of the refrigeration air conditioner, it is important to improve the heat exchange performance of the heat exchanger.
しかしながら、上記のような従来の熱交換器は、気液二相状態の冷媒が入口ヘッダーを低流量域で流れると、気液の混合が不十分となり、気液が分離した流れとなる。そして、流路部の各貫通穴に分配される気液の比率が不均等となってしまう。このため、流路部の貫通穴毎で有効に熱交換できる流体の流量に過不足が生じてしまう。したがって、上記のような従来の熱交換器は、温度効率が著しく低下して、熱交換性能が低下するという問題点があった。また、この熱交換性能の低下を補うために熱交換器を必要以上に大きくしなければならないという問題点があった。一方、低流量域に合わせてヘッダー径を細くしすぎると、気液二相状態の冷媒が入口ヘッダーを高流量域で流れた場合、圧力損失が上昇し、流体を熱交換器に送る駆動装置の動力増加を招くという問題点があった。このように、上記のような従来の熱交換器は、幅広い運転範囲で、気液の均等分配を実現し、熱交換器を効率よく動作させることが困難であった。 However, in the conventional heat exchanger as described above, when the gas-liquid two-phase refrigerant flows through the inlet header in a low flow rate region, the gas-liquid mixing becomes insufficient and the gas-liquid is separated. And the ratio of the gas-liquid distributed to each through-hole of a flow-path part will become non-uniform | heterogenous. For this reason, excess and deficiency will arise in the flow volume of the fluid which can exchange heat effectively for every through-hole of a flow-path part. Therefore, the conventional heat exchanger as described above has a problem that the temperature efficiency is remarkably lowered and the heat exchange performance is lowered. In addition, there is a problem that the heat exchanger must be made larger than necessary to compensate for the deterioration of the heat exchange performance. On the other hand, if the header diameter is made too thin in accordance with the low flow rate region, when the gas-liquid two-phase refrigerant flows through the inlet header in the high flow rate region, the pressure loss increases and the drive device sends the fluid to the heat exchanger There was a problem of causing an increase in power. As described above, the conventional heat exchanger as described above realizes an even distribution of gas and liquid in a wide operation range, and it is difficult to operate the heat exchanger efficiently.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、コンパクトで高性能な熱交換器、該熱交換器を用いた熱交換方法、及び、該熱交換器を搭載した冷凍空調装置を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems , and is equipped with a compact and high-performance heat exchanger , a heat exchange method using the heat exchanger, and the heat exchanger. The purpose is to obtain a refrigeration air conditioner.
本発明の熱交換器は、複数の貫通穴が第1流路部として並設され、前記第1流路部に並ぶ複数の貫通穴が第2流路部として並設された一体の材料からなる本体を備えた熱交換器であって、前記本体には前記第2流路部の複数の貫通穴と連通し、その一端が前記本体から外部に連通するように開口された穴として第2入口ヘッダーが形成され、前記第2入口ヘッダーは、前記第2入口ヘッダーと前記第2流路部の貫通穴との接続位置よりも前記第1流路部に並ぶ複数の貫通穴から離れた位置にずれて形成されているものである。 In the heat exchanger of the present invention, a plurality of through holes are arranged in parallel as a first flow path part, and a plurality of through holes arranged in the first flow path part are arranged in parallel as a second flow path part. comprising a heat exchanger having a body, said the body communicate with the plurality of through-holes of the second flow passage portion, the second as a hole, one end of which is open so as to communicate with the outside from the body An inlet header is formed, and the second inlet header is located farther from a plurality of through holes arranged in the first flow path part than a connection position between the second inlet header and the through hole of the second flow path part. It is formed to be shifted.
また、本発明の熱交換方法は、本発明の熱交換器を用いた熱交換方法であって、前記第2流路部には前記第1流路部に流入させる流体よりも低温の気液二相状の流体を流入させるものである。
また、本発明の冷凍空調装置は、本発明の熱交換器を搭載したものである。
Further, the heat exchange method of the present invention is a heat exchange method using the heat exchanger of the present invention, wherein the gas flow is lower in temperature than the fluid flowing into the first flow path portion in the second flow path portion. A two-phase fluid is introduced.
The refrigerating and air-conditioning apparatus of the present invention is equipped with the heat exchanger of the present invention.
本発明によれば、コンパクトで高性能な熱交換器を提供することができる。また、本発明によれば、コンパクトで高性能な冷凍空調装置を提供することができる。 According to the present invention, a compact and high-performance heat exchanger can be provided. Further, according to the present invention, a compact and high-performance refrigeration air conditioner can be provided.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1による熱交換器を示す図であり、図1(a)は斜視図、図1(b)は側面図、図1(c)は第2入口ヘッダーと第2扁平管との接続部近傍の断面図を示す。なお、図1(a)に示すFHは高温流体の流れを示し、図1(a)に示すFCは低温流体の流れを示す。また、本実施の形態1では、低温流体が気液二相状態で第2ヘッダーへ流入する場合について説明する。また、以下の図において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。
FIG. 1 is a view showing a heat exchanger according to
本実施の形態1では、図3〜図5に示す実験により得られた知見、即ち、伝熱特性に優れた後述する姿勢角α,β,γの範囲に基づき、図1に示す第2扁平管2の端部に略水平となる流入部2aを設けることにより、優れた伝熱特性を有する熱交換器10を実現している。即ち、図1では、第2扁平管2を姿勢角α=90°にて第2入口ヘッダー5に接続している。
In the first embodiment, the second flatness shown in FIG. 1 is based on the knowledge obtained by the experiments shown in FIGS. By providing the inflow part 2a which becomes substantially horizontal at the end part of the
第1扁平管1のそれぞれは、長手方向(図1(b)の左右方向)に沿って、高温流体が流れる複数の貫通穴を有している。この貫通穴は、第1扁平管1の幅方向(図1(b)の紙面直交方向)に併設されている。また、第2扁平管2のそれぞれは、長手方向(図1(b)の左右方向)に沿って、低温流体が流れる複数の貫通穴21を有している。この貫通穴21は、第2扁平管2の幅方向(図1(b)の紙面直交方向)に併設されている。第1扁平管1と第2扁平管2とは、第1扁平管1の扁平な面と第2扁平管2における熱交換部2cの扁平な面とが互いに接触するように積層されている。また、第1扁平管1及び第2扁平管2は、扁平管1,2内を流れる流体の流れ方向が並行するように積層されている。第1扁平管1及び第2扁平管2は、例えばロウ付け、接着等で接合されている。例えば、第1扁平管1及び第2扁平管2がいずれもアルミニウム又はアルミニウム合金の場合、ロウ付けに用いられるロウ材やフラックスは、アルミニウム/シリコン系やフッ化物系等のものが用いられる。また例えば、第1扁平管1又は第2扁平管2の一方がアルミニウムまたはアルミニウム合金で、第1扁平管1又は第2扁平管2の他方が銅の場合、ロウ付けに用いられるロウ材やフラックスは、亜鉛/アルミニウム系やアルミニウム/セシウム/フッ化物系等のものが用いられる。なお、ロウ材とフラックスの組み合わせは、前者の融点及び後者の活性化温度が近い組み合わせほど、ロウ材の流れ性が良くなる等によってロウ付け性が向上するため好適である。
Each of the first
第1扁平管1は、長手方向の一方の端部が管状の第1入口ヘッダー3の側面に接続されており、他方の端部が管状の第1出口ヘッダー4の側面に接続されている。つまり、第1扁平管1に形成された貫通穴は、高温流体が流れる並列流路を構成する。第2扁平管2の長手方向の一方の端部である流入部2aは、管状の第2入口ヘッダー5の側面に接続されている。第2扁平管2の長手方向の他方の端部である流出部2dは、管状の第2出口ヘッダー6の側面に接続されている。また、流入部2a及び流出部2dは、屈曲部2bを介して熱交換部2cと接続されている。つまり、第2扁平管2に形成された貫通穴21は、低温流体が流れる並列流路を構成する。
The first
また、第1入口ヘッダー3、第1出口ヘッダー4、第2入口ヘッダー5及び第2出口ヘッダー6は、それぞれの管軸方向と扁平管1,2の扁平な面(つまり、扁平管1,2に形成された貫通穴の並列方向)とが並行になるように配置されている。
さらに、低温流体が気液二相状態となって流れる第2入口ヘッダー5に接続された第2扁平管2の流入部2aは、略水平になっている。つまり、第2入口ヘッダー5から第2扁平管2へ流入する気液二相状態の低温流体の流路(換言すると、流入部2aの貫通穴21)は、略水平になっている。
なお、第1扁平管1が本発明の「第1流路部」に相当し、第2扁平管2が本発明の「第2流路部」に相当する。The
Further, the inflow portion 2a of the second
The first
高温流体は第1入口ヘッダー3、第1扁平管1、第1出口ヘッダー4の順に流れ、低温流体は第2入口ヘッダー5、第2扁平管2、第2出口ヘッダー6の順に流れ、第1扁平管1と第2扁平管2(より詳しくは、熱交換部2c)との接触部を介して両流体が熱交換される。つまり、第1扁平管1の貫通穴を流れる高温流体と第2扁平管2の貫通穴を流れる低温流体とは、両貫通穴の間の隔壁となる第1扁平管1及び第2扁平管2の外郭部を介して熱交換される。
The high-temperature fluid flows in the order of the
なお、本実施の形態1では、それぞれ数本の第1扁平管1及び第2扁平管2により熱交換器10を構成したが、各扁平管1,2の数は本実施の形態1の数に限らない。1本の第1の扁平管1と1本の第2の扁平管2とを扁平面に沿って交互に並べ、並列流路を構成するようにしてもよい。また、本実施の形態1では、第1扁平管1と第2扁平管2とは、それぞれの管内を流れる流体の流れ方向が並行となるように接触させているが、直交となるように接触させてもよい。また、第1扁平管1や第2扁平管2を折り返して、第1扁平管1と第2扁平管2とを積層してもよい。また、図1(c)では第2扁平管2の流入部2aの端部が第2入口ヘッダー5の内面にほぼ一致しているが、第2扁平管2の流入部2aの端部が第2入口ヘッダー5の内部に突き出して構成してもよい。
In the first embodiment, the
本実施の形態1に示す熱交換器10においては、気液二相流体が流れる第2入口ヘッダー5に接続する第2扁平管2の端部が略水平となっている。つまり、第2入口ヘッダー5から各貫通穴21へ流出する気液二相流体の流出方向(換言すると、各貫通穴21へ流入する気液二相流体の流入方向)が略水平となっている。より詳しくは、本実施の形態1の場合、第2入口ヘッダー5内で冷媒の流速が低下して気液が上下に分離した流れとなっても、第2入口ヘッダー5の底部から第2扁平管2への流入部付近まで液がたまり、気液境界面がちょうど第2扁平管2への流入部付近に形成されるため、気液の分配が良好となる。つまり、例えば、水平に配置された第2入口ヘッダー5から冷媒が鉛直下向きに各第2扁平管2に流出する場合、第2入口ヘッダー5内で液面が形成される前に、上流側の第2扁平管2に選択的に液だけが流出しやすくなるため気液の分配が悪化してしまう。しかしながら、本実施の形態1に係る熱交換器10は、第2入口ヘッダー5に接続する第2扁平管2の端部が略水平となっているのでそう言ったことがない。このため、第2扁平管2の各貫通穴21へ気液比率が均等になるように低温流体を分配することができ、流体の温度効率を最大化でき、さらには圧力損失を最小化することができるので、熱交換器10の熱交換性能を向上することができる。したがって、本実施の形態1に示す熱交換器10においては、コンパクトで高性能な熱交換器を得ることができる。
In the
なお、他のヘッダー3,4,6に接続される扁平管の端部については、気液二相流体が流入しない限り、特に、水平にする必要はない。
また、本実施の形態1では、第2入口ヘッダー5の外部で第2扁平管2を屈曲させて流入部2aを形成したが、図2に示すように、第2入口ヘッダー5内の気液の流れを乱さない程度に第2入口ヘッダー5の内部で第2扁平管2を屈曲させて流入部2aを形成してもよい。In addition, about the edge part of the flat tube connected to
In the first embodiment, the second
本実施の形態1の熱交換器10は、熱交換器10の向きが上下逆転しても、第2入口ヘッダー5に接続される第2扁平管2の流入部2aは略水平に保たれる。このため、気液の分配が悪化することがない。したがって、本実施の形態1の熱交換器10は、設置上の自由度や配管の接続取り回しの自由度が増加するという効果も奏する。
In the
一般に、扁平管の各貫通穴への気液二相流体の分配特性は、ヘッダーから各貫通穴へ流出する流体の流出方向(換言すると、各貫通穴へ流入する流体の流入方向)によって大きく変化する。このため、この方向が熱交換器10の伝熱特性(すなわち、気液二相流体の分配特性)に与える影響を実験で調べた(図3〜図5)。図3〜図5に示す実験では、第1扁平管1に高温流体として温水を流し、第2扁平管2に低温流体として気液二相状態の低温フロン冷媒を流した。そして、各流体の出入口温度、数1及び数2の式を用いて、熱交換器10の伝熱特性KA(W/K)を測定した。
In general, the distribution characteristics of a gas-liquid two-phase fluid to each through hole of a flat tube vary greatly depending on the outflow direction of the fluid flowing from the header to each through hole (in other words, the inflow direction of the fluid flowing into each through hole). To do. Therefore, the effect of this direction on the heat transfer characteristics of the heat exchanger 10 (that is, the distribution characteristics of the gas-liquid two-phase fluid) was examined by experiments (FIGS. 3 to 5). In the experiments shown in FIGS. 3 to 5, warm water was allowed to flow through the first
また、図3〜図5に示す実験では、熱交換器10の構成を以下のように設定した。
第2入口ヘッダー5の内直径Dは6mmとした。第1扁平管1に形成された貫通穴は約1mm角の矩形穴とし、各第1扁平管1に形成された貫通穴は合計で60個とした。また、これら貫通穴を第1扁平管1の幅方向に並べて形成する構成とした。第2扁平管2に形成された貫通穴21も約1mm角の矩形穴とし、各第2扁平管2に形成された貫通穴21は合計で60個とした。また、これら貫通穴21を第2扁平管2の幅方向に並べて形成する構成とした。
なお、第1扁平管1の端部のヘッダー内面からの突き出し長さは2mmとした。Moreover, in the experiment shown in FIGS. 3-5, the structure of the
The inner diameter D of the
The protruding length of the end portion of the first
また、図3〜図5に示す実験では、以下の条件で伝熱特性KA(W/K)を測定した。
高温流体の質量流量Mh は600kg/hとした。低温流体の質量流量Mc は80〜100kg/hの範囲とした。低温流体の気液の全質量流量に対するガスの質量流量の割合(すなわち乾き度X)は0.1〜0.2に調節した。この乾き度Xの範囲は、一般の冷凍空調装置に用いる熱交換器10の入口乾き度としては一般的な使用範囲である。
なお、以下の図3(c)、図4(c)及び図5(c)に示した、三角、四角及び丸は、以下の条件での伝熱特性を表している。四角は、低温流体の質量流量Mc が80kg/hの場合の伝熱特性を表している。三角は、低温流体の質量流量Mc が90kg/hの場合の伝熱特性を表している。丸は、低温流体の質量流量Mc が100kg/hの場合の伝熱特性を表している。In the experiments shown in FIGS. 3 to 5, the heat transfer characteristic KA (W / K) was measured under the following conditions.
The mass flow rate M h of the high-temperature fluid was 600 kg / h. Mass flow rate M c of the cryogen is in the range of 80~100kg / h. The ratio of the mass flow rate of the gas to the total mass flow rate of the gas / liquid of the cryogenic fluid (ie, dryness X) was adjusted to 0.1 to 0.2. The range of the dryness X is a general use range as the dryness of the inlet of the
In addition, the triangle, square, and circle shown in FIG. 3C, FIG. 4C, and FIG. 5C below represent heat transfer characteristics under the following conditions. Squares, the mass flow rate M c of the cryogen represents the heat transfer characteristics in the case of 80 kg / h. Triangles, the mass flow rate M c of the cryogen represents the heat transfer characteristics in the case of 90 kg / h. Circles, the mass flow rate M c of the cryogen represents the heat transfer characteristics in the case of 100 kg / h.
なお、図3〜図5において、第2入口ヘッダー5が水平に近い状態においては、第2入口ヘッダー5内での冷媒の流れは、質量速度により気液が上下に分離した流れとなりやすい。また、第2入口ヘッダー5が垂直に近い状態においては、第2入口ヘッダー5内での冷媒の流れは、質量速度により気液が環状に分離しやすい。例えば、このようなヘッダーが水平の場合と垂直の場合の性質の違いは、姿勢角γ又はβで表すと、45°付近を境に生じる。
3 to 5, when the
図3は、第2入口ヘッダー5を水平方向に配置し、気液二相状態の低温流体が第2扁平管2の貫通穴21へ流出する際の流出方向(換言すると、貫通穴21へ流入する低温流体の流入方向)である姿勢角αを変化させた場合の伝熱特性を示す。ここで、図3(a)は、姿勢角αの説明図である。図3(b)は、主な姿勢角αにおける熱交換器10の配置図である。図3(c)は、実験結果であり、姿勢角αと伝熱特性(相対値)との関係を示す図である。図3(c)の縦軸に示す熱交換器10の伝熱特性(相対値)は、第2扁平管2の各貫通穴21へ気液比率が均等になるように低温流体を分配させた条件における伝熱特性を1として相対値で表した。
3 shows that the
なお、図3に示す第2扁平管2の端部は、図1に示す熱交換器10とは異なり、折れ曲り部が1箇所になっている。つまり、図3に示す第2扁平管2は、流入部2a及び流出部2dが直接(屈曲部2bを介さず)熱交換部2cに接続される構成となっている。また、姿勢角α=0°のとき、第2扁平管2の貫通穴21へ流出する低温流体(気液二相状態)の流出方向が垂直上向きの方向となっている。0°<姿勢角α<90°のとき、第2扁平管2の貫通穴21へ流出する低温流体(気液二相状態)の流出方向が水平方向よりも上向きとなっている。姿勢角α=90°のとき、第2扁平管2の貫通穴21へ流出する低温流体(気液二相状態)の流出方向が水平方向となっている。90°<姿勢角α<180°のとき、第2扁平管2の貫通穴21へ流出する低温流体(気液二相状態)の流出方向が水平方向よりも下向きとなっている。姿勢角α=180°のとき、第2扁平管2の貫通穴21へ流出する低温流体(気液二相状態)の流出方向が垂直下向きの方向となっている。
In addition, unlike the
図3(c)に示すように、−110°<姿勢角α<110°のとき(より好ましくは、80°<姿勢角α<100°又は−80°<姿勢角α<−100°において)伝熱特性を高く維持できることがわかった。特に、伝熱特性は、姿勢角αが90°付近(85°<姿勢角α<95°又は−85°<姿勢角α<−95°)が最も高いことがわかった。また、姿勢角αが110°以下となると、伝熱特性が急激に低下することがわかった。つまり、この結果から、−110°<姿勢角α<110°のとき、各貫通穴21に分配される低温流体の気液比率が概ね等しくなることがわかった。また、姿勢角αを略−90°又は略90°にすると、各貫通穴21に分配される低温流体の気液比率をより等しくできることがわかった。このように、姿勢角αを略−90°又は略90°にすると、第2入口ヘッダー5内で流速が低下して気液が上下に分離した流れとなっても、第2入口ヘッダー5から第2扁平管2への流入部が常に液相に満たされていることなく、上流側の第2扁平管2に選択的に液だけが流出して気液の分配が悪化するようなことはない。なお、姿勢角αが0°付近では、液の慣性等により液が第2ヘッダー5の入口側から見て奥側の第2扁平管2へ流入しやすいが、液に作用する重力により流れが抑制されるため分配の悪化がある程度抑えられる。
As shown in FIG. 3C, when −110 ° <attitude angle α <110 ° (more preferably, at 80 ° <attitude angle α <100 ° or −80 ° <attitude angle α <−100 °). It was found that the heat transfer characteristics can be maintained high. In particular, the heat transfer characteristics were found to be highest when the posture angle α was around 90 ° (85 ° <posture angle α <95 ° or −85 ° <posture angle α <−95 °). Further, it has been found that when the posture angle α is 110 ° or less, the heat transfer characteristics are drastically lowered. That is, from this result, it was found that when −110 ° <attitude angle α <110 °, the gas-liquid ratio of the low-temperature fluid distributed to each through
図4は、気液二相状態の低温流体が第2扁平管2の貫通穴21へ流出する際の流出方向を水平にして、第2入口ヘッダー5の姿勢角γを変化させた場合の伝熱特性を示す。ここで、図4(a)は、姿勢角γの説明図である。図4(b)は、主な姿勢角γにおける熱交換器10の配置図である。図4(c)は、実験結果であり、姿勢角γと伝熱特性(相対値)との関係を示す図である。図4(c)の縦軸に示す熱交換器10の伝熱特性(相対値)は、第2扁平管2の各貫通穴21へ気液比率が均等になるように低温流体を分配させた条件における伝熱特性を1として相対値で表した。
FIG. 4 shows the transmission when the orientation angle γ of the
なお、図4に示す第2扁平管2の端部は、図1に示す熱交換器10とは異なり、折れ曲り部がない構成となっている。つまり、図4に示す第2扁平管2は、流入部2a及び流出部2dと熱交換部2cとが平行になった構成となっている。また、姿勢角γ=0°のとき、第2入口ヘッダー5へ流入する低温流体(気液二相状態)の流入方向が水平方向となっている。0°<姿勢角γ<90°のとき、第2入口ヘッダー5へ流入する低温流体(気液二相状態)の流入方向が水平方向よりも下向きとなっている。姿勢角γ=90°のとき、第2入口ヘッダー5へ流入する低温流体(気液二相状態)の流入方向が垂直下向きの方向となっている。−90°<姿勢角γ<0°のとき、第2入口ヘッダー5へ流入する低温流体(気液二相状態)の流入方向が水平方向よりも上向きとなっている。姿勢角γ=−90°のとき、第2入口ヘッダー5へ流入する低温流体(気液二相状態)の流入方向が垂直上向きの方向となっている。
In addition, the edge part of the 2nd
図4(c)に示すように、熱交換器10の伝熱特性は、第2入口ヘッダー5を垂直にした方がやや高い傾向があるが、姿勢角γは第2入口ヘッダー5の姿勢に対する影響が比較的少ないことがわかった。
As shown in FIG. 4C, the heat transfer characteristics of the
図5は、第2入口ヘッダー5の姿勢、及び気液二相状態の低温流体が第2扁平管2の貫通穴21へ流出する際の流出方向の双方を変化させた場合の伝熱特性を示す。ここで、図5(a)は、姿勢角βの説明図である。図5(b)は、主な姿勢角βにおける熱交換器10の配置図である。図5(c)は、実験結果であり、姿勢角βと伝熱特性(相対値)との関係を示す図である。図5(c)の縦軸に示す熱交換器10の伝熱特性(相対値)は、第2扁平管2の各貫通穴21へ気液比率が均等になるように低温流体を分配させた条件における伝熱特性を1として相対値で表した。
FIG. 5 shows the heat transfer characteristics when both the attitude of the
なお、図5に示す第2扁平管2の端部は、図1に示す熱交換器10とは異なり、折れ曲り部が1箇所になっている。つまり、図5に示す第2扁平管2は、流入部2a及び流出部2dが直接(屈曲部2bを介さず)熱交換部2cに接続される構成となっている。
In addition, unlike the
また、姿勢角β=0°のとき、第2扁平管2の貫通穴21へ流出する低温流体(気液二相状態)の流出方向が水平方向となり、第2入口ヘッダー5へ流入する低温流体(気液二相状態)の流入方向が垂直下向きの方向となっている。0°<姿勢角β<90°のとき、第2扁平管2の貫通穴21へ流出する低温流体(気液二相状態)の流出方向が水平方向よりも上向きとなり、第2入口ヘッダー5へ流入する低温流体(気液二相状態)の流入方向が水平方向よりも下向きとなっている。姿勢角β=90°のとき、第2扁平管2の貫通穴21へ流出する低温流体(気液二相状態)の流出方向が垂直上向きの方向となっており、第2入口ヘッダー5へ流入する低温流体(気液二相状態)の流入方向が水平方向となっている。90°<姿勢角β<180°のとき、第2扁平管2の貫通穴21へ流出する低温流体(気液二相状態)の流出方向が水平方向よりも上向きとなっており、第2入口ヘッダー5へ流入する低温流体(気液二相状態)の流入方向が水平方向よりも上向きとなっている。姿勢角β=180°のとき、第2扁平管2の貫通穴21へ流出する低温流体(気液二相状態)の流出方向が水平方向となり、第2入口ヘッダー5へ流入する低温流体(気液二相状態)の流入方向が垂直上向きの方向となっている。
Further, when the posture angle β = 0 °, the outflow direction of the low-temperature fluid (gas-liquid two-phase state) flowing out to the through
また、−90°<姿勢角β<0°のとき、第2扁平管2の貫通穴21へ流出する低温流体(気液二相状態)の流出方向が水平方向よりも下向きとなり、第2入口ヘッダー5へ流入する低温流体(気液二相状態)の流入方向が水平方向よりも下向きとなっている。姿勢角β=−90°のとき、第2扁平管2の貫通穴21へ流出する低温流体(気液二相状態)の流出方向が垂直下向きの方向となっており、第2入口ヘッダー5へ流入する低温流体(気液二相状態)の流入方向が水平方向となっている。−180°<姿勢角β<−90°のとき、第2扁平管2の貫通穴21へ流出する低温流体(気液二相状態)の流出方向が水平方向よりも下向きとなっており、第2入口ヘッダー5へ流入する低温流体(気液二相状態)の流入方向が水平方向よりも下向きとなっている。姿勢角β=−180°のとき、第2扁平管2の貫通穴21へ流出する低温流体(気液二相状態)の流出方向が水平方向となり、第2入口ヘッダー5へ流入する低温流体(気液二相状態)の流入方向が垂直下向きの方向となっている。
When −90 ° <attitude angle β <0 °, the outflow direction of the low-temperature fluid (gas-liquid two-phase state) flowing out to the through
図5(c)に示すように、0°≦姿勢角β≦180°のとき、伝熱特性を高く維持できることがわかった。特に、伝熱特性は、姿勢角βが90°付近及び180°付近が最も高いことがわかった。また、姿勢角βが0°よりも小さくなると、伝熱特性が急激に低下することがわかった。つまり、この結果から、0°≦姿勢角β≦180°のとき、各貫通穴21に分配される低温流体の気液比率が概ね等しくなることがわかった。また、姿勢角βを90°付近及び180°付近にすると、各貫通穴21に分配される低温流体の気液比率をより等しくできることがわかった。
As shown in FIG. 5C, it was found that when 0 ° ≦ attitude angle β ≦ 180 °, the heat transfer characteristics can be maintained high. In particular, the heat transfer characteristics were found to be highest when the posture angle β was around 90 ° and around 180 °. Further, it has been found that when the posture angle β is smaller than 0 °, the heat transfer characteristics are rapidly deteriorated. That is, from this result, it was found that when 0 ° ≦ attitude angle β ≦ 180 °, the gas-liquid ratio of the low-temperature fluid distributed to each through
(効果)
以上のように、本発明の実施の形態1に示す熱交換器10は、第1入口ヘッダー3から第1扁平管1の貫通穴へ流入する高温流体及び第2入口ヘッダー4から第2扁平管2の貫通穴21へ流入する低温流体の少なくとも一方は、気液二相状態の流体となる。そして、気液二相状態の流体の入口ヘッダーから扁平管への流入方向が、略水平方向又は略水平方向よりも上方向となっている。このため、第2入口ヘッダー5内で流速が低下して気液が上下に分離した流れとなっても、第2入口ヘッダー5から第2扁平管2への流入部が常に液相に満たされていることなく、上流側の第2扁平管2に選択的に液だけが流出して気液の分配が悪化するようなことはない。したがって、各貫通穴へ気液比率が均等になるように気液二相流体を分配することができ、流体の温度効率を最大化でき、さらには圧力損失を最小化することができる。つまり、熱交換器10の熱交換性能を向上することができる。
このように、本実施の形態1に示す熱交換器10においては、コンパクトで高性能な熱交換器を得ることができる。(effect)
As described above, the
Thus, in the
なお、本実施の形態1においては、第2入口ヘッダー5を流れる低温流体が気液二相状態となる場合について説明した。第1入口ヘッダー3を流れる高温流体が気液二相状態となる場合には、第1入口ヘッダー3から第1扁平管1の貫通穴へ流入する高温流体の流入方向を略水平にすることによって、同様の効果を得ることができる。
In the first embodiment, the case where the low-temperature fluid flowing through the
実施の形態2.
実施の形態1で示した熱交換器10の構成はあくまでも一例であり、例えば以下のように熱交換器10を構成してもよい。なお、以下では、実施の形態1に係る熱交換器10との差異点を主に説明する。
The configuration of the
図6は、本発明の実施の形態2による熱交換器の一例を示す側面図である。
図6(a)に示す熱交換器10は、第2扁平管2の屈曲部2bが横断面略コの字形状となっている。つまり、第2扁平管2の流入部2aと熱交換部2cとを接続する屈曲部2bは、高温流体が流れる第1出口ヘッダー4を乗り越えるように配置されてる。また、第2扁平管2の熱交換部2cと流出部2dとを接続する屈曲部2bは、高温流体が流れる第1入口ヘッダー3を乗り越えるように配置されてる。FIG. 6 is a side view showing an example of a heat exchanger according to
In the
このように構成された熱交換器10においては、実施の形態1の効果に加えて、扁平管1,2の積層方向の高さを抑制することができるためコンパクトとなる。
In the
また、図6(b)に示す熱交換器10の第2扁平管2は、第2入口ヘッダー5側の端部と第2出口ヘッダー6側の端部とで、その屈曲方向が逆となっている。また、第1扁平管1は、流入部1a、熱交換部1c、流出部1d及び屈曲部1bを備えている。流入部1aは、第1入口ヘッダー3と接続され、流路が略水平となっている。流出部1dは、第1出口ヘッダー4と接続され、流路が略水平となっている。熱交換部1cと第2扁平管2の熱交換部2cとは、互いの扁平な面が接触するように積層されている。屈曲部1bは、流入部1aと熱交換部1cとの間、及び熱交換部1cと流出部1dとの間を接続する。第1扁平管1の第1入口ヘッダー3側端部の屈曲方向は、第2扁平管2の第2出口ヘッダー6側端部の屈曲方向と同じになっている。第1扁平管1の第1出口ヘッダー4側端部の屈曲方向は、第2扁平管2の第2入口ヘッダー5側端部の屈曲方向と同じになっている。
In addition, the second
このように構成された熱交換器10においては、実施の形態1の効果に加え、複数台の熱交換器10を設置する場合、高さ方向の設置スペースをコンパクトにできるという効果を奏する。つまり、熱交換能力を大きくするため、複数台の熱交換器10を扁平管1,2の積層方向に積上げて設置する場合、各ヘッダー3,4,5,6の干渉を防止しながら、各熱交換器10の高さ方向すきまを小さくすることができる。
In the
また、図6(c)に示す熱交換器10は、第1扁平管1の上方に加え、第1扁平管1の下方にも第2扁平管が設けられている。第1扁平管1の上方に配置される第2扁平管2Aは、流入部2Aa、熱交換部2Ac、流出部2Ad及び屈曲部2Abを備えている。流入部2Aaは、第2入口ヘッダー5Aと接続され、流路が略水平となっている。流出部2Adは、第2出口ヘッダー6Aと接続され、流路が略水平となっている。熱交換部2Acと第1扁平管1とは、互いの扁平な面が接触するように積層されている。屈曲部2Abは、流入部2Aaと熱交換部2Acとの間、及び熱交換部2Acと流出部2Adとの間を接続する。第2扁平管2Aの端部は、第1入口ヘッダー3及び第1出口ヘッダー4を乗り上げるように屈曲している。
In addition, the
第1扁平管1の下方に配置される第2扁平管2Bは、流入部2Ba、熱交換部2Bc、流出部2Bd及び屈曲部2Bbを備えている。流入部2Baは、第2入口ヘッダー5Bと接続され、流路が略水平となっている。流出部2Bdは、第2出口ヘッダー6Bと接続され、流路が略水平となっている。熱交換部2Bcと第1扁平管1とは、互いの扁平な面が接触するように積層されている。屈曲部2Bbは、流入部2Baと熱交換部2Bcとの間、及び熱交換部2Bcと流出部2Bdとの間を接続する。第2扁平管2Bの端部は、第1入口ヘッダー3及び第1出口ヘッダー4の下方へもぐり込むように屈曲している。
The 2nd
熱交換能力を大きくしたり、第2扁平管2の伝熱・流動特性を最適化するとき等、1本の第1扁平管1に対して2本の第2扁平管2A,2Bを配置する場合がある。このように構成された熱交換器10においては、気液二相状態の低温流体が第2扁平管2Aの貫通穴21へ流出する際の流出方向が略水平となっている。また、このように構成された熱交換器10においては、気液二相状態の低温流体が第2扁平管2Bの貫通穴21へ流出する際の流出方向が略水平となっている。このため、実施の形態1と同様、各貫通穴21に分配される低温流体の気液比率を等しくでき、コンパクトで高性能な熱交換器10を得ることができる。
Two second
実施の形態3.
実施の形態1や実施の形態2の熱交換器10は、例えば空気調和装置、貯湯装置及び冷凍機等の冷凍空調装置に搭載される。以下に、実施の形態1や実施の形態2の熱交換器10を搭載した冷凍空調装置の一例について説明する。
The
図7は、本発明の実施の形態3による冷凍空調装置の一例を示す冷媒回路図である。
図7に示す冷凍空調装置は、第1圧縮機30、第1放熱器31、第1減圧装置32、第1冷却器33が順に配管で接続された第1冷媒回路を有している。第1冷媒回路は、高温流体である第1冷媒が循環し、蒸気圧縮式冷凍サイクルで動作するように構成されている。また、第1冷媒回路の第1放熱器31と第1減圧装置32との間に熱交換器10が配置されており、熱交換器10の第1入口ヘッダー3は第1放熱器31と接続され、第1出口ヘッダー4は第1減圧装置32と接続されている。FIG. 7 is a refrigerant circuit diagram illustrating an example of a refrigerating and air-conditioning apparatus according to
The refrigerating and air-conditioning apparatus shown in FIG. 7 has a first refrigerant circuit in which a
また、この冷凍空調装置は、熱交換器10、第2圧縮機40、第2放熱器41、第2減圧装置42が順に配管で接続された第2冷媒回路を有している。熱交換器10の第2出口ヘッダー6は第2圧縮機40と接続され、第2入口ヘッダー5は第2減圧装置42と接続されている。第2冷媒回路は、低温流体である第2冷媒が循環し、蒸気圧縮式冷凍サイクルで動作するように構成されている。第1冷媒、第2冷媒ともに、二酸化炭素、HFC系冷媒、HC系冷媒、HFO系冷媒、アンモニア等の冷媒が用いられる。本実施の形態3では、第1冷媒に二酸化炭素が用いられている。
In addition, this refrigeration air conditioner has a second refrigerant circuit in which the
第1冷媒は、第1圧縮機30によって圧縮され、高温高圧の超臨界流体となって吐出される。高温高圧の超臨界流体となった第1冷媒は、第1放熱器31に送られ、第1放熱器31で空気等と熱交換して温度が低下し、高圧の超臨界流体になる。高圧の超臨界流体となった第1冷媒は、熱交換器10によって冷却されて温度が低下した後、第1減圧装置32に流入して減圧され、低温低圧の気液二相流状態に変化し、第1冷却器33に送られる。低温低圧の気液二相流状態となった第1冷媒は、第1冷却器33で空気等と熱交換して蒸発し、第1圧縮機30に戻る。
The first refrigerant is compressed by the
一方、第2冷媒は、第2圧縮機40によって圧縮され、高温高圧の蒸気となって吐出される。高温高圧の蒸気となった第2冷媒は、第2放熱器41に送られ、第2放熱器41で空気等と熱交換して温度が低下し、高圧の液体になる。高圧の液体となった第2冷媒は、第2減圧装置42で減圧され、低温の気液二相流状態に変化し、熱交換器10に送られる。低温の気液二相流状態となった第2冷媒は、熱交換器10で加熱され蒸気となり、第2圧縮機40に戻る。
On the other hand, the second refrigerant is compressed by the
このように構成された冷凍空調装置においては、第1放熱器31を流出した冷媒の過冷却度を大きく確保することができ、冷凍空調装置の効率を大幅に向上することができる。
なお、第1冷媒回路を流れる第1冷媒として、HFC系冷媒、HC系冷媒、HFO系冷媒又はアンモニアを用いた場合においても、第1放熱器31を流出した冷媒の過冷却度を大きく確保することで、冷凍空調装置の効率が向上する。第1冷媒回路の第1冷媒が二酸化炭素であって、臨界点以上で放熱する場合、冷凍空調装置の効率が特に向上する。
なお、本実施の形態3では、第2冷媒回路は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの場合を示したが、第2冷媒を水やエチレングリコール水溶液等のブライン(不凍液)、第2圧縮機40をポンプで構成してもよい。In the refrigeration air conditioner configured as described above, it is possible to ensure a large degree of supercooling of the refrigerant that has flowed out of the first radiator 31, and to greatly improve the efficiency of the refrigeration air conditioner.
Even when an HFC refrigerant, HC refrigerant, HFO refrigerant, or ammonia is used as the first refrigerant flowing through the first refrigerant circuit, a large degree of supercooling of the refrigerant that has flowed out of the first radiator 31 is ensured. This improves the efficiency of the refrigeration air conditioner. When the first refrigerant in the first refrigerant circuit is carbon dioxide and radiates heat at a critical point or higher, the efficiency of the refrigeration air conditioner is particularly improved.
In the third embodiment, the second refrigerant circuit is a vapor compression refrigeration cycle. However, the second refrigerant is brine (antifreeze) such as water or ethylene glycol aqueous solution, and the
図8は、本発明の実施の形態3による冷凍空調装置の別の一例を示す冷媒回路図である。
図8に示す冷凍空調装置は、図7に示す冷凍空調装置の構成から第1放熱器31を省略し、第1圧縮機30から吐出された高温高圧の蒸気である第1冷媒を全て熱交換器10で冷却している。つまり、図8に示す冷凍空調装置は、いわゆる二次ループ形冷凍空調装置となっている。この場合、熱交換器10は第1放熱器31として用いられる。図8に示す冷凍空調装置では、熱交換器10において必要熱交換量が大きくなり、冷凍空調装置全体に占める容積割合が第1放熱器31を設けた場合よりも大きくなる。熱交換器10がコンパクトとなることによって、冷凍空調装置全体がコンパクトとなる効果が一層高まる。FIG. 8 is a refrigerant circuit diagram illustrating another example of the refrigerating and air-conditioning apparatus according to
The refrigeration air conditioner shown in FIG. 8 omits the first radiator 31 from the configuration of the refrigeration air conditioner shown in FIG. 7, and exchanges all heat of the first refrigerant that is high-temperature and high-pressure steam discharged from the
図9は、本発明の実施の形態3による冷凍空調装置のさらに別の一例を示す冷媒回路図である。
図9に示す冷凍空調装置は、第1圧縮機30、第1放熱器31、第1減圧装置32及び第1冷却器33が順に接続された冷媒回路を備えている。また、図9に示す冷凍空調装置は、バイパス配管52を備えている。バイパス配管52は、一端が第1放熱器31と第1減圧装置32との間に接続され、他端が第1圧縮機30における冷媒の圧縮工程の途中に設けられたインジェクションポート53、又はここでは図示しないが圧縮機30と第1冷却器33との間に接続されている。熱交換器10は、冷媒回路における第1放熱器31と第1減圧装置32との間であり、バイパス配管52の途中となる位置に配置されている。熱交換器10は、第1入口ヘッダー3と第1放熱器31とが接続され、第1出口ヘッダー4と第1減圧装置32とが接続されている。また、熱交換器10は、第2入口ヘッダー5とバイパス減圧装置51とが接続され、第2出口ヘッダー6とインジェクションポート53、又はここでは図示しないが圧縮機30と第1冷却器33との間とが接続されている。FIG. 9 is a refrigerant circuit diagram illustrating still another example of the refrigerating and air-conditioning apparatus according to
The refrigeration air conditioner shown in FIG. 9 includes a refrigerant circuit in which a
バイパス減圧装置51で減圧された冷媒(低温流体)は、低温の気液二相流状態に変化し、熱交換器10で第1放熱器31から流出した冷媒(高温流体)と熱交換し、第1圧縮機30のインジェクションポート53に送られる。なお、図9に示す冷凍空調装置においては、HFC系冷媒、HC冷媒、HFO系冷媒、アンモニア、二酸化炭素等の冷媒が用いられる。
The refrigerant (low-temperature fluid) decompressed by the bypass decompression device 51 changes to a low-temperature gas-liquid two-phase flow state, and exchanges heat with the refrigerant (high-temperature fluid) flowing out from the first radiator 31 by the
このように構成された冷凍空調装置においても、第1放熱器31を流出した冷媒の過冷却度を大きく確保することができ、冷凍空調装置の効率を大幅に向上することができる。 Also in the refrigeration air conditioner configured as described above, a large degree of supercooling of the refrigerant that has flowed out of the first radiator 31 can be ensured, and the efficiency of the refrigeration air conditioner can be greatly improved.
また、図9に示す冷凍空調装置においては、熱交換器10からインジェクションポート53に流入する低温流体の飽和温度(気液平衡温度)が高いほど、第1圧縮機30の効率が高くなり、所要動力も小さくできる。図9に示すように第1放熱器31の出口を冷却すると、特に外気温度が高く第1放熱器31出口における高温流体の温度が比較的高い場合、熱交換器10において高温流体と低温流体との温度差を十分大きくとれる。このため、インジェクションポート53に流入する低温流体の温度を高めに維持でき、第1圧縮機30の高い効率を確保することができる。
In the refrigeration air conditioner shown in FIG. 9, the higher the saturation temperature (vapor-liquid equilibrium temperature) of the low-temperature fluid flowing from the
なお、バイパス配管52の他端が第1圧縮機30と第1冷却器33との間に接続される場合、熱交換器10を用いない場合に比べ、冷凍効果を低下させることなく、第1冷却器33を流れる冷媒流量を低下させることができる。特に、第1圧縮機30と第1冷却器33の間の配管長が長い場合、圧力損失の増加に伴う性能の低下を抑制することができ、有用である。
In addition, when the other end of the bypass pipe 52 is connected between the
以上のように、コンパクトで高性能な熱交換器10を搭載することにより、上述のような効果を有しつつ、コンパクトな冷凍空調装置を得ることができる。
As described above, by mounting the compact and high-
実施の形態4.
実施の形態1及び実施の形態2においては、高温流体が流通する第1扁平管1及び低温流体が流通する第2扁平管2をそれぞれ別体で構成し、第1扁平管1及び第2扁平管2の扁平な面同士をろう付け等で接合して両者を積層した熱交換器10について説明した。つまり、実施の形態1及び実施の形態2においては、高温流体が流通する冷媒流路及び低温流体が流通する冷媒流路をそれぞれ別部品に形成した熱交換器10について説明した。これに限らず、高温流体が流通する冷媒流路及び低温流体が流通する冷媒流路を同一部品に形成して熱交換器10を構成してもよい(つまり、本発明に係る第1流路部及び第2流路部を一体で形成してもよい)。そして、このように構成された熱交換器10を実施の形態3で示したような冷凍空調装置に搭載してもよい。なお、本実施の形態4において、特に記述しない項目については実施の形態1〜実施の形態3と同様とする。
In the first embodiment and the second embodiment, the first
図10は、本発明の実施の形態4による熱交換器の構造図である。このうち、図10(a)は、同熱交換器10の斜視図であり、図10(b)は、図10(a)のA矢視図である。
図10で示されるように、本実施の形態4に係る熱交換器10の本体110には、第1冷媒(例えば、高温流体)が流通する複数の第1冷媒流路101aが例えば長手方向(図10の上下方向)に貫通して形成されている。そして、これら第1冷媒流路101aが並列配置されて、第1冷媒パス101を構成している。また、本体110には、第2冷媒(例えば、低温流体)が流通する複数の第2冷媒流路102aが例えば長手方向(図10の上下方向)に貫通して形成されている。そして、これら第2冷媒流路102aが並列配置されて第2冷媒パス102を構成している。これら第1冷媒パス101及び第2冷媒102は、第1冷媒流路101aの並設方向と第2冷媒流路102aの並設方向を揃えて配置されている。なお、図10に示す熱交換器10では、第1冷媒パス101(つまり、第1冷媒流路101a)及び第2冷媒パス102(つまり、第2冷媒流路102a)が垂直に配置されている。
なお、ここでいう「揃えて」とは、第1冷媒流路101aの並設方向と第2冷媒流路102aの並設方向とが厳密に平行となっているものではなく、両者の並設方向が実質的に揃っていることを示している。このため、第1冷媒流路101aの並設方向と第2冷媒流路102aの並設方向とが多少傾いていても、本実施の形態4では、両者の並設方向を「揃えて」と表現する。FIG. 10 is a structural diagram of a heat exchanger according to
As shown in FIG. 10, in the main body 110 of the
Here, “aligning” does not mean that the juxtaposed direction of the first refrigerant flow path 101a and the juxtaposed direction of the second refrigerant flow path 102a are strictly parallel. It shows that the direction is substantially aligned. For this reason, even if the juxtaposed direction of the first refrigerant channel 101a and the juxtaposed direction of the second refrigerant channel 102a are slightly inclined, in the fourth embodiment, the juxtaposed direction of both is “aligned”. Express.
つまり、本実施の形態4においては、第1冷媒パス101と第2冷媒パス102とが一体で形成されている。この第1冷媒パス101及び第2冷媒パス102が形成された本体110は、例えば、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、銅若しくは銅合金、鉄鋼、又はステンレス合金によって形成されており、押し出し又は引き抜き成形等によって製造される。
That is, in the fourth embodiment, the first
また、本体110の冷媒流通方向の両端のうち一方には、各第2冷媒流路102aの並設方向に沿って、全ての第2冷媒流路102aに連通する第2入口連通穴105aが形成されている。また、他方には、各第2冷媒流路102aの並設方向に沿って、全ての第2冷媒流路102aに連通する第2出口連通穴106aが形成されている。つまり、図10に示す熱交換器10では、第2入口連通穴105a及び第2出口連通穴106aが水平に配置されている。
In addition, a second inlet communication hole 105a that communicates with all the second refrigerant flow paths 102a is formed along one of the two ends of the main body 110 in the refrigerant flow direction along the direction in which the second refrigerant flow paths 102a are juxtaposed. Has been. On the other side, second outlet communication holes 106a communicating with all the second refrigerant flow paths 102a are formed along the parallel direction of the second refrigerant flow paths 102a. That is, in the
同様に、本体110の冷媒流通方向の両端のうち第2出口連通穴106aが形成された側には、各第1冷媒流路101aの並設方向に沿って、全ての第1冷媒流路101aに連通する第1入口連通穴103aが形成されている。また、本体110の冷媒流通方向の両端のうち第2入口連通穴105aが形成された側には、各第1冷媒流路101aの並設方向に沿って、全ての第1冷媒流路101aに連通する第1出口連通穴104aが形成されている。つまり、図10に示す熱交換器10では、第1入口連通穴103a及び第1出口連通穴104aが水平に配置されている。
Similarly, all the first refrigerant flow paths 101a are arranged along the direction in which the first refrigerant flow paths 101a are arranged on both sides of the main body 110 in the refrigerant flow direction on the side where the second outlet communication holes 106a are formed. A first inlet communication hole 103a communicating with the first inlet hole 103a is formed. Further, on both sides of the main body 110 in the refrigerant flow direction on the side where the second inlet communication holes 105a are formed, all the first refrigerant flow paths 101a are arranged along the parallel arrangement direction of the first refrigerant flow paths 101a. A first outlet communication hole 104a that communicates is formed. That is, in the
さらに、第1入口連通穴103aと第2出口連通穴106aとは、第1冷媒流路101a(換言すると、第2冷媒流路102a)の冷媒流通方向に少しずらして形成されている。また、第1出口連通穴104aと第2入口連通穴105aとは、第1冷媒流路101a(換言すると、第2冷媒流路102a)の冷媒流通方向に少しずらして形成されている。 Furthermore, the first inlet communication hole 103a and the second outlet communication hole 106a are formed so as to be slightly shifted in the refrigerant flow direction of the first refrigerant channel 101a (in other words, the second refrigerant channel 102a). Further, the first outlet communication hole 104a and the second inlet communication hole 105a are formed with a slight shift in the refrigerant flow direction of the first refrigerant flow path 101a (in other words, the second refrigerant flow path 102a).
なお、第1入口連通穴103a及び第1出口連通穴104aの貫通方向は、必ずしも各第1冷媒流路101aの方向と垂直になっている必要はない。また、第2入口連通穴105a及び第2出口連通穴106aの貫通方向についても、必ずしも第2冷媒流路102aの方向と垂直になっている必要もない。 In addition, the penetration direction of the first inlet communication hole 103a and the first outlet communication hole 104a is not necessarily perpendicular to the direction of each first refrigerant flow path 101a. Further, the penetrating direction of the second inlet communication hole 105a and the second outlet communication hole 106a is not necessarily perpendicular to the direction of the second refrigerant channel 102a.
また、第1入口連通穴103a、第1出口連通穴104a、第2入口連通穴105a及び第2出口連通穴106aの一端は開口されており、それぞれ、外部に連通するように、第1入口接続管103、第1出口接続管104、第2入口接続管105及び第2出口接続管106が接続されている。また、第1入口連通穴103a、第1出口連通穴104a、第2入口連通穴105a及び第2出口連通穴106aの他端は、封止部材等によって閉口されている。
なお、図10では、第1入口連通穴103a、第1出口連通穴104a、第2入口連通穴105a及び第2出口連通穴106aの開口(又は閉口)側端部が、すべて同じ側になっている。しかしながら、第1入口連通穴103a、第1出口連通穴104a、第2入口連通穴105a及び第2出口連通穴106aの開口(又は閉口)側端部は、図10に示す位置に限定されるものではなく、各連通穴において一端が開口され、他端が閉口されている構成であれば、それぞれ同じ側である必要はない。Also, one end of the first inlet communication hole 103a, the first outlet communication hole 104a, the second inlet communication hole 105a, and the second outlet communication hole 106a is opened, and the first inlet connection is made so as to communicate with the outside. The pipe 103, the first
In FIG. 10, the opening (or closing) side end portions of the first inlet communication hole 103a, the first outlet communication hole 104a, the second inlet communication hole 105a, and the second outlet communication hole 106a are all on the same side. Yes. However, the opening (or closing) side end portions of the first inlet communication hole 103a, the first outlet communication hole 104a, the second inlet communication hole 105a, and the second outlet communication hole 106a are limited to the positions shown in FIG. Instead, each communication hole need not be on the same side as long as one end is opened and the other end is closed.
また、本体110の長手方向に貫通して形成された複数の第1冷媒流路101a及び第2冷媒流路102aの両端部は、ピンチ加工等による封止加工、又は、封止部材によって封止(図示せず)されている。 In addition, both ends of the plurality of first refrigerant channels 101a and second refrigerant channels 102a formed so as to penetrate in the longitudinal direction of the main body 110 are sealed by pinching or the like or sealed by a sealing member (Not shown).
ここで、本実施の形態4に係る熱交換器10は、図10に示すような低温流体及び高温流体が上下方向に流れる姿勢で用いられることを想定したものである。また、本実施の形態4に係る熱交換器10は、気液二相状態の低温流体が第2入口接続管105及び第2入口連通穴105aを介して第2冷媒パスの各第2冷媒流路102aに流入することを想定したものである。このため、本実施の形態4に係る熱交換器10は、実施の形態1の図3〜図5に示す実験により得られた知見、即ち、伝熱特性に優れた前述した姿勢角α,β,γの範囲に基づき、第2入口連通穴105aを次のような位置に配置している。
Here, the
つまり、第2入口連通穴105aを当該第2入口連通穴105aの中心軸方向に観察した場合、第2入口連通穴105aの中心軸は、第2入口連通穴105aと第2冷媒パス102(つまり、各第2冷媒流路102a)との接続部と一致する位置、又は、当該接続部よりも第1冷媒パス101(つまり、各第1冷媒流路101a)から離れた位置となっている。
これにより、本実施の形態4に係る熱交換器10においては、第2流路部102と第2入口ヘッダー5とを、姿勢角αとして0°≦α<110°(図3と同じ方向を正とした場合は−110°<α≦0)で接続している。That is, when the second inlet communication hole 105a is observed in the central axis direction of the second inlet communication hole 105a, the central axis of the second inlet communication hole 105a is the second inlet communication hole 105a and the second refrigerant path 102 (that is, , A position that coincides with a connection portion with each second refrigerant flow path 102a), or a position that is farther from the first refrigerant path 101 (that is, each first refrigerant flow path 101a) than the connection portion.
As a result, in the
なお、第1冷媒パス101、第2冷媒パス102、第1入口連通穴103a、第1出口連通穴104a、第2入口連通穴105a及び第2入口連通穴106aが、本発明の「第1流路部」、「第2流路部」、「第1入口ヘッダー」、「第1出口ヘッダー」、「第2入口ヘッダー」及び「第2出口ヘッダー」に相当する。
The first
次に、図10を参照しながら、本実施の形態4に係る熱交換器10における高温流体と低温流体との熱交換動作について説明する。
Next, the heat exchange operation between the high temperature fluid and the low temperature fluid in the
高温流体は、第1入口接続管103を介して第1入口連通穴103aへ流入し、第1冷媒パス101、そして、第1出口連通穴104aの順に流通して、第1出口接続管104から流出する。一方、低温流体は、気液二相状態で、第2入口接続管105を介して第2入口連通穴105aへ流入し、第2冷媒パス102、そして、第2出口連通穴106aの順に流通して、第2出口接続管106から流出する。その際、第1冷媒パス101を流通する高温流体と、第2冷媒パス102を流通する低温流体とは、各冷媒パス同士間の隔壁を介して対向流で熱交換が実施される。
The high-temperature fluid flows into the first inlet communication hole 103a through the first inlet connection pipe 103, flows in the order of the first
以上、本実施の形態4のように構成された熱交換器10においては、第2入口連通穴105aを当該第2入口連通穴105aの中心軸方向に観察した場合、第2入口連通穴105aの中心軸は、第2入口連通穴105aと第2冷媒パス102(つまり、各第2冷媒流路102a)との接続部と一致する位置、又は、当該接続部よりも第1冷媒パス101(つまり、各第1冷媒流路101a)から離れた位置となっている。これにより、気液二相状態の低温冷媒が第2入口連通穴105aから第2冷媒パス102へ流入する際の姿勢角αが、0°≦α<110°となっている。このため、気液二相状態の低温冷媒は、第2冷媒パス102の各第2冷媒流路102aへほぼ等しい気液比率で分配されやすくなり、安定した性能の熱交換器10が得られる。
As described above, in the
なお、実施の形態1からもわかるように、図10(b)の矢印方向を正方向とした場合、80°<α<100°のとき、低温流体の気相成分と液相成分の分配特性が最も好適となる。そして、隣り合う第1冷媒パス101と第2冷媒パス102との距離を近づけることができる。このため、図10(b)の矢印方向を正方向とした場合、80°<α<100°となるように第2入口連通穴105aを形成することにより、本体110おいて熱伝導による熱抵抗をより抑制でき、熱交換器10の性能向上をより図ることができる。
As can be seen from the first embodiment, when the arrow direction in FIG. 10B is a positive direction, when 80 ° <α <100 °, the distribution characteristics of the gas phase component and the liquid phase component of the low-temperature fluid Is most preferred. Then, the distance between the adjacent first
また、第1冷媒パス101と第2冷媒パス102とが本体110において一体として構成することにより、以下の種々の効果を得ることもできる。 Moreover, the following various effects can also be acquired by comprising the 1st refrigerant | coolant path | pass 101 and the 2nd refrigerant | coolant path | pass 102 integrally in the main body 110. FIG.
まず、高温流体が流通する流路と低温冷媒が流通する流路とが別部品に形成された場合、これら部品の接合面で発生する熱抵抗が抑制され、熱交換器10の熱交換性能を向上させることができる。
First, when the flow path through which the high-temperature fluid circulates and the flow path through which the low-temperature refrigerant circulate are formed as separate parts, the heat resistance generated at the joint surfaces of these parts is suppressed, and the heat exchange performance of the
また、熱交換器10の本体110内部に第1入口連通穴103a及び第1出口連通穴104aを設けたため、第1冷媒パス101に接続するための別体のヘッダー管を備える必要がないので、熱交換器10のコンパクト化が図れると共に、製造工程を簡素化することができる。これについては、第2冷媒パス102についての第2入口連通穴105a及び第2出口連通穴106aについても同様である。
In addition, since the first inlet communication hole 103a and the first outlet communication hole 104a are provided inside the main body 110 of the
さらに、第1入口連通穴103a及び第2出口連通穴106a、並びに、第1出口連通穴104a及び第2入口連通穴105aは、それぞれ、各流体の流通方向に少しずらして形成されているので、ずらさない場合と比較して、隣り合う第1冷媒パス101と第2冷媒パス102との距離を近づけることができ、熱交換器10のコンパクト化を図ることができる。
Furthermore, since the first inlet communication hole 103a and the second outlet communication hole 106a, and the first outlet communication hole 104a and the second inlet communication hole 105a are formed slightly shifted in the flow direction of each fluid, Compared with the case where it does not shift, the distance between the adjacent first
なお、本実施の形態4に係る熱交換器10では、図10で示されるように第1冷媒流路101a及び第2冷媒流路102aの流路断面の形状を矩形としているが、これら流路断面の形状は矩形に限定されるものではない。第1冷媒流路101a及び第2冷媒流路102aの流路断面は、例えば多角形に形成してもよいし、耐圧性能を高めるために円形にしてもよい。第1冷媒流路101a及び第2冷媒流路102aの流路断面を長穴又は楕円等としても勿論よい。この場合、第1冷媒流路101aの流路断面と、第2冷媒流路102aの流路断面とを同形状にする必要もないことは言うまでもない。さらに、伝熱性能を高めるために、第1冷媒流路101aや第2冷媒流路102aの内面に溝を設けて伝熱面積を大きくしてもよい。この場合、本体10の押し出し成形時や引き抜き成形時に、同時にこの溝を加工するものとすれば、製造作業を簡素化することができる。
In the
また、本実施の形態4に係る熱交換器10では、図10で示されるように第1冷媒パス101の第1冷媒流路101aと第2冷媒パス102の第2冷媒流路102aの数を同数としているが、これに限定されるものではない。すなわち、熱交換器10における高温流体及び低温流体の動作条件又は流動物性値に合わせて、伝熱性能が高く、圧力損失が低く、かつ、好適な熱交換器10となるように、それぞれ異なる数としてもよい。
Further, in the
また、第1冷媒パス101を流通する高温流体と、第2冷媒パス102を流通する低温流体とは、対向流で熱交換が実施されるものとしたが、これに限定されるものではなく、並行流として熱交換を実施するものとしてもよい。例えば、高温流体が第1入口接続管103から流入し、かつ、低温流体が第2出口接続管106から流入するようにすれば、高温流体及び低温流体が並行流となる。
In addition, the high-temperature fluid flowing through the first
また、図10では、低温流体及び高温流体が上下方向に流れる姿勢で用いられる熱交換器10について説明したが、第1冷媒パス101及び第2冷媒パス102を一体形成した本実施の形態4に係る熱交換器10の設置姿勢は、図10に示す姿勢に限定されるものではない。
In addition, in FIG. 10, the
図11は、本発明の実施の形態4による熱交換器の別の一例を示す構造図である。このうち、図11(a)は、同熱交換器10の斜視図であり、図11(b)は、図11(a)のA矢視図である。
図11に示した熱交換器10は、低温流体及び高温流体が左右方向(略水平方向)に流れる姿勢で用いられることを想定したものである。つまり、図11に示した熱交換器10は、第1冷媒パス101(つまり、第1冷媒流路101a)及び第2冷媒パス102(つまり、第2冷媒流路102a)を水平に配置したものである。なお、その他の構成は、図10で示した熱交換器10と同様の構成となっており、同様の効果を奏する。図10と図11で示した同じ記号の部位は、同じ機能、動作を有するため、機能、動作の説明を省略する。FIG. 11 is a structural diagram showing another example of a heat exchanger according to
The
図11のように構成された熱交換器10においても、第2入口連通穴105aを当該第2入口連通穴105aの中心軸方向に観察した場合、第2入口連通穴105aの中心軸を、第2入口連通穴105aと第2冷媒パス102(つまり、各第2冷媒流路102a)との接続部と一致する位置、又は、当該接続部よりも第1冷媒パス101(つまり、各第1冷媒流路101a)から離れた位置とすればよい。これにより、気液二相状態の低温冷媒が第2入口連通穴105aから第2冷媒パス102へ流入する際の姿勢角αを、0<α≦90°に設定できる。このため、気液二相状態の低温冷媒は、第2冷媒パス102の各第2冷媒流路102aへほぼ等しい気液比率で分配されやすくなり、安定した性能の熱交換器10が得られる。ただし、80°<α<100°が分配特性としてはもっとも好適であるが、本実施の形態4の場合、αが90°から0°に近づくほど(すなわち、第2入口連通穴105aの中心軸を第1冷媒パス101から離れた位置に配置させるほど)、隣り合う第1冷媒パス101と第2冷媒パス102との距離を近づけることができる。このため、熱伝導による熱抵抗を抑制でき、性能向上を図ることができる姿勢角αとしては、少なくとも0<α<90°の間になっていればよい。
Also in the
なお、図10及び図11に示すように、本実施の形態4に係る熱交換器10においては、第2出口接続管106から気液二相状態の低温流体を流入させて第2入口接続管105から低温流体を流出させる使用形態も想定している。このため、第2出口連通穴106aを当該第2出口連通穴106aの中心軸方向に観察した場合、第2出口連通穴106aの中心軸を、第2出口連通穴106aと第2冷媒パス102(つまり、各第2冷媒流路102a)との接続部と一致する位置、又は、当該接続部よりも第1冷媒パス101(つまり、各第1冷媒流路101a)から離れた位置としている。
As shown in FIGS. 10 and 11, in the
1 第1扁平管、1a 流入部、1b 屈曲部、1c 熱交換部、1d 流出部、2 第2扁平管、2a 流入部、2b 屈曲部、2c 熱交換部、2d 流出部、2A 第2扁平管、2Aa 流入部、2Ab 屈曲部、2Ac 熱交換部、2Ad 流出部、2B 第2扁平管、2Ba 流入部、2Bb 屈曲部、2Bc 熱交換部、2Bd 流出部、3 第1入口ヘッダー、4 第1出口ヘッダー、5 第2入口ヘッダー、5A 第2入口ヘッダー、5B 第2入口ヘッダー、6 第2出口ヘッダー、6A 第2出口ヘッダー、6B 第2出口ヘッダー、10 熱交換器、21 貫通穴、30 第1圧縮機、31 第1放熱器、32 第1減圧装置、33 第1冷却器、40 第2圧縮機、41 第2放熱器、42 第2減圧装置、52 バイパス配管、53 インジェクションポート、101 第1冷媒パス、101a 第1冷媒流路、102 第2冷媒パス、102a 第2冷媒流路、103 第1入口接続管、103a 第1入口連通穴、104 第1出口接続管、104a 第1出口連通穴、105 第2入口接続管、105a 第2入口連通穴、106 第2出口接続管、106a 第2出口連通穴、110 本体。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st flat tube, 1a inflow part, 1b bending part, 1c heat exchange part, 1d outflow part, 2nd flat tube, 2a inflow part, 2b bending part, 2c heat exchange part, 2d outflow part, 2A 2nd flat Pipe, 2Aa inflow section, 2Ab bent section, 2Ac heat exchange section, 2Ad outflow section, 2B second flat tube, 2Ba inflow section, 2Bb bent section, 2Bc heat exchange section, 2Bd outflow section, 3 1st inlet header, 4th 1 outlet header, 5 second inlet header, 5A second inlet header, 5B second inlet header, 6 second outlet header, 6A second outlet header, 6B second outlet header, 10 heat exchanger, 21 through hole, 30 1st compressor, 31 1st radiator, 32 1st decompression device, 33 1st cooler, 40 2nd compressor, 41 2nd radiator, 42 2nd decompression device, 52 bypass piping, 53 injection port, 101 First 1 refrigerant path, 101a first refrigerant flow path, 102 second refrigerant path, 102a second refrigerant flow path, 103 first inlet connection pipe, 103a first inlet communication hole, 104 first outlet connection pipe, 104a first outlet communication Hole, 105 second inlet connecting pipe, 105a second inlet connecting hole, 106 second outlet connecting pipe, 106a second outlet connecting hole, 110 main body.
Claims (9)
前記本体には前記第2流路部の複数の貫通穴と連通し、その一端が前記本体から外部に連通するように開口された穴として第2入口ヘッダーが形成され、
前記第2入口ヘッダーは、前記第2入口ヘッダーと前記第2流路部の貫通穴との接続位置よりも前記第1流路部に並ぶ複数の貫通穴から離れた位置にずれて形成されていることを特徴とする熱交換器。 A heat exchanger comprising a main body made of an integral material in which a plurality of through holes are arranged in parallel as a first flow path section, and a plurality of through holes arranged in the first flow path section are arranged in parallel as a second flow path section Because
Wherein the main body and communicating with a plurality of through-holes of the second flow passage portion, the second inlet header as well, one end of which is opened so as to communicate with the outside from the main body is formed,
The second inlet header is formed so as to be shifted from the connection position between the second inlet header and the through hole of the second flow path part to a position away from the plurality of through holes arranged in the first flow path part. A heat exchanger characterized by having
前記第2流路部には前記第1流路部に流入させる流体よりも低温の気液二相状の流体を流入させる熱交換方法。 A heat exchange method using the heat exchanger according to any one of claims 1 to 4,
A heat exchange method in which a gas-liquid two-phase fluid having a temperature lower than that of the fluid flowing into the first channel portion is allowed to flow into the second channel portion.
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