专利名称：热交换器及制冷空调装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使低温流体和高温流体进行热交换而从高温流体向低温流体传递热 量的热交换器。另外，还涉及使用了该热交换器的制冷空调装置。
背景技术：
以往的热交换器具有具有供低温流体流动的多个通孔的第一流路部；具有供高 温流体流动的多个通孔的第二流路部；与第一流路部的两端连接的第一集管；与第二流 路部的两端连接的第二集管。第一流路部和第二流路部的长度方向(流体的流动方向)并 行，使各自的面彼此接触地层叠，并且高温流体及低温流体的至少一方是气液二相状态的 流体，供气液二相状态的流体流动的入口集管的内径比其他集管的内径小，由此，通过气体 流速的增加，通过管内的气液的混合，使气液均匀，气液比率相等地将低温流体分配到各通 孔，由此，能够使流体的温度效率最大化，获得高的热交换性能(例如，参照专利文献I)。
现有技术文献
专利文献1:日本特开2008-101852号公报(0036段，图1)
上述使用了以往的热交换器的制冷空调装置具有通过制冷剂配管连接压缩机、散 热器、流量控制机构及蒸发器而成的制冷剂回路，以使HFC (氢氟碳化合物)类制冷剂、烃类 或二氧化碳等制冷剂在该制冷剂回路中循环的方式构成。为提高制冷空调装置的效率，提 高热交换器的热交换性能变得重要。
但是，在上述的以往的热交换器中，当气液二相状态的制冷剂在低流量区域流过 入口集管时，气液的混合变得不充分，成为气液分离的流动。而且，被分配到流路部的各通 孔的气液的比率变得不均等。因此，流路部的每个通孔中能够有效地进行热交换的流体的 流量发生过大或不足。因此，上述的以往的热交换器存在温度效率明显降低，热交换性能降 低的问题。另外，为弥补该热交换性能的降低，存在必须超出需要地增大热交换器的问题。 另一方面，与低流量区域相匹配地使集管径过细时，在气液二相状态的制冷剂在高流量区 域流过入口集管的情况下，压力损失上升，存在导致将流体向热交换器输送的驱动装置的 动力增加的问题。像这样，上述的以往的热交换器难以在宽的运转范围内实现气液的均等 分配并有效率地使热交换器工作。发明内容
本发明是为解决上述问题而研发的，其目的是获得紧凑且高性能的热交换器及制 冷空调装置。
本发明的热交换器具有第一流路部，其具有多个供高温流体流动的通孔；第二 流路部，其具有多个供低温流体流动的通孔；管状的第一入口集管，其连接于第一流路部的 一个端部；管状的第一出口集管，其连接于第一流路部的另一个端部；管状的第二入口集 管，其连接于第二流路部的一个端部；管状的第二出口集管，其连接于第二流路部的另一个 端部，第一流路部和第二流路部设置成能够经由设置在彼此之间的隔壁进行热交换，从第一入口集管流入第一流路部的通孔的高温流体及从第二入口集管流入第二流路部的通孔 的低温流体中的至少一方是气液二相状态的流体，从气液二相状态的流体的入口集管向着 流路部的流入方向成为大致水平方向或比大致水平方向朝上的方向。另外，本发明的制冷空调装置搭载了本发明的热交换器。发明的效果根据本发明，能够提供紧凑且高性能的热交换器。另外，根据本发明，能够提供紧 凑且高性能的制冷空调装置。
图I是表示本发明的实施方式I的热交换器的图。图2是表示本发明的实施方式I的第二扁平管的另一例的纵剖视图。图3是表示本发明的实施方式I的热交换器的传热特性的图。图4是表示本发明的实施方式I的热交换器的其他传热特性的图。图5是表示本发明的实施方式I的热交换器的其他传热特性的图。图6是表示本发明的实施方式2的热交换器的一例的侧视图。图7是表示本发明的实施方式3的制冷空调装置的一例的制冷剂回路图。图8是表示本发明的实施方式3的制冷空调装置的另一例的制冷剂回路图。图9是表示本发明的实施方式3的制冷空调装置的又一例的制冷剂回路图。图10是本发明的实施方式4的热交换器的构造图。图11是表示本发明的实施方式4的热交换器的另一例的构造图。
具体实施例方式实施方式I图I是表示本发明的实施方式I的热交换器的图，图I (a)是立体图，图I (b)是 侧视图，图I (C)表示第二入口集管和第二扁平管的连接部附近的剖视图。此外，图I (a) 所示的FH表示高温流体的流动，图I (a)所示的FC表示低温流体的流动。另外,在本实施 方式I中，对低温流体以气液二相状态流入第二集管的情况进行说明。另外，在以下的附图 中，标注相同的附图标记的部分是相同或相当的部分，这在说明书的全文中是通用的。在本实施方式I中，基于通过图3 图5所示的实验获得的知识，即，基于传热特 性优良的后述的姿态角a、í3、Y的范围，在图I所示的第二扁平管2的端部设置成为大致 水平的流入部2a，由此，能够实现具有优良的传热特性的热交换器10。S卩，在图I中，以姿 态角a =90°将第二扁平管2连接到第二入口集管5。第一扁平管I分别沿长度方向(图I (b)的左右方向)具有供高温流体流动的多个 通孔。该通孔在第一扁平管I的宽度方向(图I (b)的纸面正交方向)上并列设置。另外， 第二扁平管2分别沿长度方向(图I (b)的左右方向)具有供低温流体流动的多个通孔21。 该通孔21在第二扁平管2的宽度方向(图I (b)的纸面正交方向)上并列设置。第一扁平 管I和第二扁平管2以第一扁平管I的扁平面和第二扁平管2中的热交换部2c的扁平的 面相互接触的方式层叠。另外，第一扁平管I及第二扁平管2以在扁平管1、2内流动的流 体的流动方向并行的方式层叠。第一扁平管I及第二扁平管2通过例如钎焊、粘接等被接合。例如，第一扁平管I及第二扁平管2都是铝或铝合金的情况下，钎焊所使用的焊料或助 焊剂采用铝/硅类或氟化物类等的物质。另外，例如，第一扁平管I或第二扁平管2的一方 是铝或铝合金、而第一扁平管I或第二扁平管2的另一方是铜的情况下，钎焊所使用的焊料 或助焊剂采用锌/铝类或铝/铯/氟化物类等的物质。此外，由于焊料和助焊剂的组合越 是前者的熔点及后者的活性化温度接近的组合，焊料的流动性越好等，钎焊性提高，从而是 优选的。
第一扁平管I的长度方向的一个端部连接于管状的第一入口集管3的侧面，另一 个端部连接于管状的第一出口集管4的侧面。也就是说，形成于第一扁平管I的通孔构成 了供高温流体流动的并列流路。第二扁平管2的长度方向的一个端部即流入部2a连接于 管状的第二入口集管5的侧面。第二扁平管2的长度方向的另一个端部即流出部2d连接 于管状的第二出口集管6的侧面。另外，流入部2a及流出部2d经由弯曲部2b与热交换部 2c连接。也就是说，形成于第二扁平管2的通孔21构成了供低温流体流动的并列流路。
另外，第一入口集管3、第一出口集管4、第二入口集管5及第二出口集管6以各自 的管轴方向和扁平管1、2的扁平面(也就是说，形成于扁平管1、2的通孔的并列方向)并行 的方式配置。
而且，与供低温流体以气液二相状态流动的第二入口集管5连接的第二扁平管2 的流入部2a成为大致水平。也就是说，从第二入口集管5流入第二扁平管2的气液二相状 态的低温流体的流路(换言之，流入部2a的通孔21)成为大致水平。
此外，第一扁平管I与本发明的“第一流路部”相当，第二扁平管2与本发明的“第 二流路部”相当。
高温流体以第一入口集管3、第一扁平管1、第一出口集管4的顺序流动，低温流体 以第二入口集管5、第二扁平管2、第二出口集管6的顺序流动，两流体通过第一扁平管I和 第二扁平管2 (更详细来说是热交换部2c)的接触部进行热交换。也就是说，在第一扁平管 I的通孔中流动的高温流体和在第二扁平管2的通孔中流动的低温流体通过成为两通孔之 间的隔壁的第一扁平管I及第二扁平管2的外轮廓部进行热交换。
此外，在本实施方式I中，分别通过多条第一扁平管I及第二扁平管2构成热交换 器10，但各扁平管1、2的数量不限于本实施方式I的数量。也可以使一条第一扁平管I和 一条第二扁平管2沿扁平面交替地并列而构成并列流路。另外，在本实施方式I中，第一扁 平管I和第二扁平管2以在各自的管内流动的流体的流动方向并行的方式接触，但也可以 以成为正交的方式接触。另外，也可以折叠第一扁平管1、第二扁平管2来层叠第一扁平管 I和第二扁平管2。另外，在图1 (c)中，第二扁平管2的流入部2a的端部与第二入口集管 5的内表面大致一致，但第二扁平管2的流入部2a的端部也可以向第二入口集管5的内部 关出地构成。
在本实施方式I所示的热交换器10中，与供气液二相流体流动的第二入口集管5 连接的第二扁平管2的端部成为大致水平。也就是说，从第二入口集管5向各通孔21流 出的气液二相流体的流出方向(换言之，流入各通孔21的气液二相流体的流入方向)成为 大致水平。更详细来说，本实施方式I的情况下，在第二入口集管5内，即使制冷剂的流速 降低而成为气液上下分离的流动，液体也会滞留在从第二入口集管5的底部至第二扁平管 2的流入部附近，气液边界面刚好形成在向着第二扁平管2的流入部附近，因此气液的分配变得良好。也就是说，例如，在制冷剂从水平地配置的第二入口集管5铅直朝下地向各第二 扁平管2流出的情况下，在第二入口集管5内形成液面之前，有选择地仅液体变得容易向上 游侧的第二扁平管2流出，因此气液的分配恶化。但是，本实施方式1的热交换器10的与 第二入口集管5连接的第二扁平管2的端部当然是成为大致水平。因此，能够以气液比率 变得均等的方式将低温流体分配到第二扁平管2的各通孔21，能够使流体的温度效率最大 化，进而能够使压力损失最小化，所以能够提高热交换器10的热交换性能。因此，在本实施 方式1所示的热交换器10中，能够得到紧凑且高性能的热交换器。此外，关于与其他的集管3、4、6连接的扁平管的端部，只要不流入气液二相流体， 不需要特别地作成水平。另外，在本实施方式1中，在第二入口集管5的外部，使第二扁平管2弯曲而形成 了流入部2a，但如图2所示，也可以以不扰乱第二入口集管5内的气液的流动的程度，在第 二入口集管5的内部使第二扁平管2弯曲而形成流入部2a。在本实施方式1的热交换器10中，即使热交换器10的方向上下颠倒，与第二入口 集管5连接的第二扁平管2的流入部2a也保持大致水平。因此，气液的分配不会恶化。因 此，本实施方式1的热交换器10还能够发挥在设置上的自由度和配管的连接操作性的自由 度增加的效果。—般来说，气液二相流体向扁平管的各通孔的分配特性因从集管向各通孔流出的 流体的流出方向(换言之，流入各通孔的流体的流入方向)而大幅度变化。因此，通过实验调 查了该方向对热交换器10的传热特性(即，气液二相流体的分配特性)带来的影响(图3 图5)。在图3 图5所示的实验中，作为高温流体使热水在第一扁平管1中流动，作为低温 流体使气液二相状态的低温氟利昂制冷剂在第二扁平管2中流动。而且，使用各流体的出 入口温度、式1及式2，测定了热交换器10的传热特性KA (W/K)。[式1]
权利要求
1.一种热交换器，其特征在于，具有第一流路部，上述第一流路部具有多个供高温流体流动的通孔；第二流路部，上述第二流路部具有多个供低温流体流动的通孔；管状的第一入口集管，上述第一入口集管连接于上述第一流路部的一个端部；管状的第一出口集管，上述第一出口集管连接于上述第一流路部的另一个端部； 管状的第二入口集管，上述第二入口集管连接于上述第二流路部的一个端部；管状的第二出口集管，上述第二出口集管连接于上述第二流路部的另一个端部，上述第一流路部和上述第二流路部配置成能够经由设置在彼此之间的隔壁进行热交换，从上述第一入口集管流入上述第一流路部的通孔的上述高温流体以及从上述第二入口集管流入上述第二流路部的通孔的上述低温流体中的至少一方是气液二相状态的流体， 设从垂直方向开始的朝向下方的角度α为正时，上述气液二相状态的流体从入口集管向流路部流入的方向为-110°〈姿态角α〈110°。
2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，设从垂直方向开始的朝向下方的角度 α为正时，上述气液二相状态的流体从入口集管向流路部流入的方向为-80°〈姿态角 α <-100° 或 80°〈姿态角 α〈100。。
3.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，上述气液二相状态的流体从入口集管向流路部流入的方向成为大致水平方向或比大致水平方向朝上的方向。
4.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，设从水平开始朝向上方的角度为正时， 上述气液二相状态的流体从入口集管向流路部流入的方向为正的范围。
5.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，设从水平开始朝向上方的角度为正时， 上述气液二相状态的流体从入口集管向流路部流入的方向成为大致水平方向。
6.如权利要求1 5中任一项所述的热交换器,其特征在于,与供上述气液二相状态的流体流动的入口集管连接的流路部的端部在供上述气液二相状态的流体流动的该入口集管的内部弯曲。
7.如权利要求1 5中任一项所述的热交换器,其特征在于,与供上述气液二相状态的流体流动的入口集管连接的流路部的端部在供上述气液二相状态的流体流动的该入口集管的外部弯曲。
8.一种热交换器，其特征在于，具有第一流路部，上述第一流路部并列设置多个供高温流体流动的通孔并垂直或水平地配置；第二流路部，上述第二流路部并列设置多个供低温流体流动的通孔并垂直或水平地配置；管状的第一入口集管，上述第一入口集管连接于上述第一流路部的一个端部并水平地配置；管状的第一出口集管，上述第一出口集管连接于上述第一流路部的另一个端部并水平地配置；管状的第二入口集管，上述第二入口集管连接于上述第二流路部的一个端部并水平地配置；管状的第二出口集管，上述第二出口集管连接于上述第二流路部的另一个端部并水平地配置，上述第一流路部、上述第二流路部、上述第一入口集管、上述第一出口集管、上述第二入口集管及上述第二出口集管一体地形成，上述第一流路部和上述第二流路部以能够经由设置在彼此之间的隔壁进行热交换的方式，对齐彼此的通孔的并列设置方向地配置，从上述第一入口集管流入上述第一流路部的通孔的上述高温流体以及从上述第二入口集管流入上述第二流路部的通孔的上述低温流体中的至少一方是气液二相状态的流体， 在沿该入口集管的中心轴方向观察供上述气液二相状态的流体流动的入口集管的状态下，供上述气液二相状态的流体流动的入口集管的中心轴位于与该入口集管和连接于该入口集管的流路部的连接部一致的位置，或位于比该连接部远离未与该入口集管连接的流路部的位置。
9.一种制冷空调装置，其特征在于，搭载了权利要求广8中任一项所述的热交换器。
全文摘要
本发明的热交换器(10)具有第一扁平管(1)，具有多个供高温流体流动的通孔；第二扁平管(2)，具有多个供低温流体流动的通孔(21)；管状的第一入口集管(3)，被连接在第一扁平管(1)的一个端部；管状的第一出口集管(4)，被连接在第一扁平管(1)的另一个端部；管状的第二入口集管(5)，被连接在第二扁平管(2)的一个端部；管状的第二出口集管(6)，被连接在第二扁平管(2)的另一个端部，第一扁平管(1)和第二扁平管(2)以扁平面相互接触的方式层叠地配置。从第二入口集管(5)流入第二扁平管(2)的通孔(21)的低温流体是气液二相状态的流体，从第二入口集管(5)至第二扁平管(2)的通孔(21)的低温流体的流入方向成为大致水平方向或比大致水平方向朝上的方向。
文档编号F25B39/04GK103069245SQ20118003841
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月5日 优先权日2010年8月5日
发明者吉村寿守务, 中宗浩昭, 酒井瑞朗, 池田宗史 申请人:三菱电机株式会社