換熱器及熱交換方法
【專利摘要】換熱器(1)具有多個熱交換功能面并且能夠抑制重力對制冷劑的影響，并且能夠抑制在各面的熱交換性能的降低，具有多個熱交換功能面(3)，在各個熱交換功能面上具有上部集管(5)及下部集管(7)、和設(shè)置在這些上下一對集管之間的多個熱交換管(9)，多個熱交換功能面處于并列連接關(guān)系，多個下部集管經(jīng)分流調(diào)整部(17)與下部集合管(19)相連。
【專利說明】換熱器及熱交換方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及換熱器及熱交換方法。

【背景技術(shù)】
[0002]作為換熱器的一個方式，存在并流式換熱器。該換熱器具備一對集管和設(shè)置在這些集管之間的多個扁平管，流入一個集管的流體通過多個扁平管流動之后，向另一個集管流出。
[0003]該并流式換熱器在將一對集管朝向鉛直上下方向配置了的情況下，因重力的影響，氣液二相制冷劑中的液體制冷劑容易向相對地位于下方的扁平管流動，使制冷劑均等地向多個扁平管流通是困難的。
[0004]因此，在并流式換熱器的結(jié)構(gòu)中，還有以下的方式，S卩，水平地配置一對集管，在多個扁平管的相互間難以受到重力的影響。
[0005]另一方面,在空氣調(diào)節(jié)機的已有的室外機中，存在將熱交換面配置在室外機的框體的多個面上的結(jié)構(gòu)。這里，在使水平地配置有上述一對集管的并流式換熱器在室外機的框體的多個面上發(fā)揮功能的情況下，必須使各集管沿著多個面彎曲。但是，使集管彎曲成例如L字形、U字形會施加過大的荷重，存在裝置大型化且成本增加的問題。
[0006]與該問題相關(guān)聯(lián)地，例如，存在專利文獻I所公開的發(fā)明。在專利文獻I公開的換熱器中，將一對集管在多個面的每個上分開地準(zhǔn)備。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2010-107103號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011]但是，在上述專利文獻I公開的換熱器中，采用如下的方式，S卩，在某一面(第一面)中，將在多個扁平管中流動的制冷劑集合到該面(第一面)的流出側(cè)的集管之后，從此處導(dǎo)向下一面(第二面)的流入側(cè)的集管，使其在該面(第二面)的多個扁平管流通，與面的數(shù)量相應(yīng)地依次同樣地導(dǎo)向下一面。
[0012]由此，在多個熱交換功能面之間，產(chǎn)生上游、下游的關(guān)系，越靠下游側(cè)的面，熱交換效率越低。另外，反復(fù)實施向多個扁平管的分支和之后的集合，因此存在在第二面以后不能使熱交換后的制冷劑再次適當(dāng)?shù)叵蚨鄠€扁平管分支的可能性。
[0013]本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，其目的是提供換熱器等，其具有多個熱交換功能面且能夠抑制重力對制冷劑的影響，并且能夠抑制在各面上的熱交換性能的降低。
[0014]用于解決課題的技術(shù)方案
[0015]實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的換熱器具有多個熱交換功能面，在各個該熱交換功能面上，具有上部集管及下部集管、和設(shè)置在這些上下一對集管之間的多個熱交換管，所述多個熱交換功能面處于并列連接關(guān)系，多個所述下部集管經(jīng)分流調(diào)整部與下部集合管相連。
[0016]而且，實現(xiàn)該目的的本發(fā)明的熱交換方法是在多個面上進行熱交換的熱交換方法，其中，在各個多個熱交換功能面上，準(zhǔn)備上部集管及下部集管、和設(shè)置在這些上下一對集管之間的多個熱交換管，并列地連接所述多個熱交換功能面，多個所述下部集管經(jīng)分流調(diào)整部與下部集合管相連，使所述下部集合管內(nèi)的制冷劑在所述分流調(diào)整部中與所述多個熱交換功能面并列地分流，在各個所述多個熱交換功能面上進行熱交換，并從多個所述上部集管流出，向上部側(cè)集合管合流。
[0017]發(fā)明效果
[0018]根據(jù)本發(fā)明，具有多個熱交換功能面且能夠抑制重力對制冷劑的影響，并且能夠抑制在各面上的熱交換性能的降低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是表示本發(fā)明的實施方式I的換熱器的結(jié)構(gòu)的圖。
[0020]圖2是用于說明多孔管的下部集管的立體圖。
[0021]圖3是表示作為比較例的下部集管的液體分配特性的圖。
[0022]圖4是表示與本實施方式I相關(guān)的多孔管內(nèi)置型的下部集管的液體分配特性的圖。
[0023]圖5是表不與實施方式I相關(guān)的大廈用多聯(lián)空調(diào)室外機的外觀及平面的圖。
[0024]圖6是表示與實施方式2相關(guān)的箱式空調(diào)(7、° '〃夕一 'y'工7* 2 > ；package aircondit1ner)室外機的外觀及平面的圖。

【具體實施方式】
[0025]以下，對本發(fā)明的換熱器及其熱交換方法的實施方式基于附圖進行說明。此外，圖中，同一附圖標(biāo)記表不同一或?qū)?yīng)的部分。
[0026]實施方式I
[0027]圖1是表示本實施方式I的換熱器的結(jié)構(gòu)的圖。本實施方式的換熱器作為被安裝到對象空間并進行制冷制熱的空氣調(diào)節(jié)機的室外機發(fā)揮功能。因此，是如下的并流式換熱器，即，在制冷時，在作為冷凝器動作的情況下，制冷劑如圖1中的虛線箭頭所示地從上向下流動，在制熱時，在作為蒸發(fā)器動作的情況下，制冷劑如圖1中的實線箭頭所示地從下向上流動。
[0028]換熱器I具有多個熱交換功能面3。此外，圖1示出了熱交換功能面3為3個的情況的例子。另外，在圖1的例子中，相鄰的熱交換功能面3構(gòu)成為指向正交的方向。
[0029]在各個熱交換功能面3上設(shè)置有上部集管5、下部集管7和設(shè)置在這些上下一對集管5、7之間的多個熱交換管9。熱交換管9具體使用扁平管。在熱交換管9之間設(shè)置有翅片11 (具體來說是波紋翅片)。
[0030]上部連接管13的一端與各個上部集管5連接。上部連接管13的另一端側(cè)與上部集合管15相連。各個下部集管7經(jīng)后述的分流調(diào)整部17與下部集合管19相連。這樣，多個熱交換功能面3以并列連接關(guān)系配置在上部集合管15和下部集合管19之間。此外，雖然省略圖示，但相鄰的一對熱交換功能面3之間以被熱交換的流體不旁通的方式被金屬板等閉塞部件覆蓋。
[0031]分流調(diào)整部17用于調(diào)整向多個下部集管7供給的制冷劑的干燥度及流量。此外，雖然是一例，但本實施方式采用如下結(jié)構(gòu)進行說明，在制熱時，在制冷劑從下向上流動時，將氣液二相制冷劑以均等的干燥度及流量供給到多個熱交換功能面3。
[0032]作為實現(xiàn)該干燥度及流量的均等化的結(jié)構(gòu)的一例，分流調(diào)整部17包括分配器21和至少一個(圖示中是2個)流量調(diào)整部23。分配器21的一端側(cè)被連接到下部集合管19，另一端側(cè)的多個連接口分別被連接到對應(yīng)的下部連接管25的一端。另外，下部連接管25的另一端分別被連接到對應(yīng)的下部集管7的集合側(cè)出入口 7a。這樣連接的分配器21以均等的干燥度將制冷劑供給到多個下部連接管25。
[0033]在圖示的一例中，流量調(diào)整部23使用毛細管。流量調(diào)整部23被設(shè)置在分配器21和對應(yīng)的下部集管7之間，S卩，被設(shè)置在下部連接管25上，但并非必須配置在全部的下部連接管25上。
[0034]在各個熱交換功能面3上，下部集管7的集合側(cè)出入口 7a和上部集管5的集合側(cè)出入口 5a在集管延伸的方向上位于相互相反的方向。換言之，下部集管7的集合側(cè)出入口7a被設(shè)置在該下部集管7的一端側(cè)，上部集管5的集合側(cè)出入口 5a被設(shè)置在上部集管5的另一端側(cè)。即，集合側(cè)出入口 5a和集合側(cè)出入口 7a之間的制冷劑流通路徑被設(shè)計成即使經(jīng)由任意的熱交換管9，流路長度也大致相等。
[0035]在下部集管7的各自的內(nèi)部，如圖2所示，設(shè)置有多孔管27。圖2是用于說明多孔管的下部集管的立體圖，應(yīng)處于下部集管7的上方的多個熱交換管9及與該熱交換管9連通的連通孔省略了圖示。
[0036]多孔管27是塊狀或管狀的部件，在下部集管7內(nèi)的空間的大致中央，以從下部集管7的內(nèi)表面浮起的狀態(tài)設(shè)置。另外，在多孔管27中設(shè)置有大量的分配孔29。雖然是一例，但分配孔29被配置在多孔管27的大致下部。
[0037]通過該多孔管27和下部集管7的組合，能夠得到雙層管構(gòu)造。因此，例如，若在制熱時，在下部連接管25中流動的制冷劑在暫時流入多孔管27內(nèi)之后，從大量的分配孔29沿進深方向(圖2紙面的左右方向)均等地向多孔管27外流出，而且，均等地分散到下部集管7內(nèi)，并從下部集管7的上表面的省略圖示的連通孔均等地供給到多個熱交換管9。
[0038]以下，對上述多孔管的效果進行說明。圖3是表示水平配置且在內(nèi)部不具有多孔管的作為比較例的下部集管的液體分配特性的圖，圖4是表示與水平配置的本實施方式相關(guān)的多孔管內(nèi)置型的下部集管的液體分配特性的圖。
[0039]另外，在圖3及圖4的曲線部分中，橫軸表示路徑編號，即沿下部集管的進深方向并列的熱交換管的流路號碼(垂直地插入下部集管上表面的28條扁平管的流路)，縱軸表示這些路徑編號的每一個的液體分配比。另外，關(guān)于比較例及本實施方式的下部集管，分別示出了變更了制冷劑流量Gr [kg/hour]及入口干燥度X的3個案例1、2、3的實驗結(jié)果。
[0040]首先，在圖3所示的比較例中，制冷劑流量Gr都是90 [kg/hour]，在入口干燥度X不同的案例1、3中，制冷劑保持與下部集管7’的里部接觸的狀態(tài)，并沒有顯出彈回的影響，直接向熱交換管9流出，由此可知，越趨向下游區(qū)域(路徑編號23?28)，液體分配比率越大。另外，在比案例1、3的流量多的流量180[kg/hour]的案例2中，顯出因豐富地被供給的液體制冷劑的存在，通過在下部集管7’的里部彈回的效果、亂流的效果，偏液特性以某程度被緩和的傾向。但是，可知任意的案例都離開了與橫軸平行地示出的均等分布線的例子的范圍。
[0041]與此相對，在圖4所示的本實施方式的多孔管內(nèi)置型的下部集管中，不管制冷劑流量、入口干燥度如何，在3個案例1、2、3中，都得到大致沿著均等分布線的良好的液體分配特性。這是通過將多孔管27插入下部集管7內(nèi)，將該分配孔29配置在多孔管27的向下的方向，從而處于由下部集管7的內(nèi)表面和多孔管27的外表面包圍的環(huán)狀區(qū)域的制冷劑的液膜通過從多孔管27的底部噴出的氣泡攪拌的作用能如期獲得而不管入口干燥度、流量如何，由此，實現(xiàn)制冷劑的均等分配。
[0042]接著，對圖1所示的上述換熱器的具體適用例進行說明。本實施方式例示了對多個熱交換功能面3均等地調(diào)整制冷劑干燥度及制冷劑流量的方式，但作為具體的適用例，可以列舉適用于大廈用多聯(lián)空調(diào)室外機的例子。圖5是表示大廈用多聯(lián)空調(diào)室外機的外觀及平面的圖。大廈用多聯(lián)空調(diào)室外機作為比一般家庭用大型且高處理量的裝置被采用。
[0043]如圖5所示，大廈用多聯(lián)空調(diào)室外機101將熱交換功能面3分別分配到框體103的三個面，俯視時將螺旋槳風(fēng)扇105配置在這些熱交換功能面3的中央。而且，從框體103的3個側(cè)面分別如箭頭107所示地將空氣吸入框體103內(nèi)，在各熱交換功能面3上進行熱交換，從形成在設(shè)置于框體103的上表面的風(fēng)扇罩109上的吹出口，如箭頭111所示地排出(頂流式)。
[0044]以下，對這樣構(gòu)成的本實施方式的換熱器及熱交換方法的作用進行說明。在制熱運轉(zhuǎn)時，室外機即換熱器I作為蒸發(fā)器進行動作，進入分配器21的氣液二相制冷劑通過未圖示的節(jié)流孔時成為均質(zhì)的噴霧流，并被供給到各下部連接管25，通過各流量調(diào)整部23調(diào)整流量，流入對應(yīng)的熱交換功能面3的下部集管7。從下部集管7的集合側(cè)出入口 7a流入的制冷劑從多孔管27的分配孔29噴出，并被均等地分配到各熱交換管9。在多孔管27中，在干燥度大的情況下，微小的液滴從小孔噴出，在干燥度小的情況下，氣泡向積存在環(huán)狀部的液部噴出，從而能夠不依賴干燥度、流量地實現(xiàn)均等分配。制冷劑通過各熱交換管9時，與未圖示的空氣熱交換之后，流入上部集管5，并從與下部集管7的集合側(cè)出入口 7a成為相反側(cè)的集合側(cè)出入口 5a流出。從各集合側(cè)出入口 5a流出的制冷劑通過對應(yīng)的上部連接管13，在上部集合管15中合流。此外，在制冷運轉(zhuǎn)時，換熱器I作為冷凝器動作，制冷劑的流動變得相反。
[0045]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的換熱器及由此產(chǎn)生的熱交換方法，能夠得到以下優(yōu)點。首先，在各個熱交換功能面上，集管指向水平方向，從而能夠抑制重力對制冷劑流通的影響，能夠均等地向多個熱交換管分配制冷劑。而且，雖然像這樣水平配置集管，但也能使多個面發(fā)揮熱交換功能而不會被集管的彎曲形成困難這樣的實際情況妨礙。而且，在多個面上分別進行熱交換，并且使制冷劑的流通與多個熱交換功能面并列地分流，從而在多個熱交換功能面的相互間，不會產(chǎn)生上游、下游的關(guān)系，在熱交換功能面上能夠分別維持良好的熱交換效率。尤其是在本實施方式中，經(jīng)分配器和流量調(diào)整部與各熱交換功能面的條件相應(yīng)地將制冷劑的干燥度及流量調(diào)整成所期望的之后，分配并供給到該熱交換功能面，從而在全部的熱交換功能面上都能夠得到極其良好的熱交換性能。另外，從換熱器整體來看，不具有如下的流路，即，一次集合了在多個熱交換管中進行了熱交換的制冷劑，進而再次向多個熱交換管分流，因此，也不會產(chǎn)生不能將制冷劑均等地供給到多個熱交換管這樣的問題。像這樣，根據(jù)本實施方式的換熱器及熱交換方法，即使具有多個熱交換功能面，也能夠抑制重力對制冷劑的影響并且抑制在各面上的熱交換性能的降低。
[0046]另外，在各熱交換功能面中，下部集管的出入口和上部集管的出入口被配置在相反側(cè)，從而即使制冷劑通過任意的熱交換管，壓力損失也大致相等，即，能夠?qū)崿F(xiàn)氣液二相流的均勻分配。另外，通過將多孔管設(shè)置在下部集管內(nèi)，微小液滴、氣泡從分配孔被噴射到雙層構(gòu)造的環(huán)狀部，由此，也促進氣液二相制冷劑的均勻分配。而且，在本實施方式中，增加向熱交換管的分配數(shù)并將分配次數(shù)抑制得低(在上述例子中，分配數(shù)只是一次)，所以，雖然為了準(zhǔn)備多個熱交換功能面使用極其大量的熱交換管，但相對于該熱交換管的條數(shù)，也能夠?qū)⒅评鋭毫p失抑制得低。因此，尤其是還能夠有效利用低壓制冷劑(制冷劑壓損大的制冷劑等)例如HF01234yf、HF01234ze或R134a。
[0047]實施方式2
[0048]基于圖6說明本發(fā)明的實施方式2。在上述實施方式I中，例示了對多個熱交換功能面均等地調(diào)整制冷劑干燥度、并與在各熱交換功能面上不同的熱負載(主要依賴于熱交換部的通過風(fēng)速)相應(yīng)地變更制冷劑流量的方式，但本發(fā)明不限于此。即，本發(fā)明還包括在多個熱交換功能面上將制冷劑干燥度和/或制冷劑流量調(diào)整為不同的方式。作為具體的適用例，可以列舉適用于箱式空調(diào)室外機的例子。圖6是表示箱式空調(diào)室外機的外觀及平面的圖。
[0049]如圖6所示，箱式空調(diào)室外機201將熱交換功能面3分別分配到框體203的側(cè)面及背面。通過螺旋槳風(fēng)扇205的旋轉(zhuǎn)，分別從框體203的側(cè)面及背面如箭頭207所示地將空氣吸入框體203內(nèi)，在各熱交換功能面3上進行熱交換，從設(shè)置于框體203的正面的吹出口如箭頭211所示地排出。
[0050]根據(jù)這樣的本實施方式2，也與實施方式I同樣地，即使具有多個熱交換功能面，也能夠抑制重力對制冷劑的影響并且抑制在各面上的熱交換性能的降低。
[0051]以上，參照優(yōu)選的實施方式具體說明本發(fā)明的內(nèi)容，但基于本發(fā)明的基本的技術(shù)思想及啟示，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，采用各種變更方式是顯而易見的。
[0052]例如，在上述的多孔管中，采用大量的分配孔向下的結(jié)構(gòu)進行了說明，但分配孔的形成方式不限于此，分配孔的取向、數(shù)量、孔形狀能夠適當(dāng)?shù)剡M行改變。另外，上述分流調(diào)整部的結(jié)構(gòu)也只不過是一例，能夠適當(dāng)進行改變。例如，還能夠使用使Y字分支管、低壓損分配器等的多個出口側(cè)分支路的高度位置相互不同，因重力的影響使液相的分流的比例變化，同時地調(diào)整干燥度及流量的方式的分流調(diào)整部。
[0053]附圖標(biāo)記的說明
[0054]I換熱器，3熱交換功能面，5上部集管，7下部集管，5a、7a集合側(cè)出入口，9熱交換管，17分流調(diào)整部，19下部集合管，21分配器，23流量調(diào)整部，25下部連接管，27多孔管，29分配孔。
【權(quán)利要求】
1.一種換熱器，其特征在于， 具有多個熱交換功能面， 在各個該熱交換功能面上，具有上部集管及下部集管、和設(shè)置在這些上下一對集管之間的多個熱交換管， 所述多個熱交換功能面處于并列連接關(guān)系， 多個所述下部集管經(jīng)分流調(diào)整部與下部集合管相連。
2.如權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于， 所述分流調(diào)整部包括分配器和至少一個流量調(diào)整部， 所述分配器設(shè)置在所述下部集合管和所述多個下部集管之間，使供給到所述多個下部集管的制冷劑的干燥度均等， 所述至少一個流量調(diào)整部配置在所述分配器和對應(yīng)的所述下部集管之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的換熱器，其特征在于， 所述多個下部集管分別在其內(nèi)部具有多孔管。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的換熱器，其特征在于， 在各個所述熱交換功能面上，所述下部集管的集合側(cè)出入口設(shè)置在該下部集管的一端側(cè)，所述上部集管的集合側(cè)出入口設(shè)置在該上部集管的另一端側(cè)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的換熱器，其特征在于， 使用作為低壓制冷劑的HF01234yf、HF01234ze或R134a。
6.一種熱交換方法，其是在多個面上進行熱交換的熱交換方法，其特征在于， 在多個熱交換功能面的每一個上，準(zhǔn)備上部集管及下部集管、和設(shè)置在這些上下一對集管之間的多個熱交換管， 并列地連接所述多個熱交換功能面，多個所述下部集管經(jīng)分流調(diào)整部與下部集合管相連， 使所述下部集合管內(nèi)的制冷劑在所述分流調(diào)整部中與所述多個熱交換功能面并列地分流，在各個所述多個熱交換功能面上進行熱交換，并從多個所述上部集管流出，向上部側(cè)集合管合流。
7.如權(quán)利要求7所述的熱交換方法，其特征在于， 使用作為低壓制冷劑的HF01234yf、HF01234ze或R134a。
【文檔編號】F28F9/26GK104335000SQ201280073357
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月26日
【發(fā)明者】岡崎多佳志, 石橋晃, 李相武, 松田拓也 申請人:三菱電機株式會社