热交换器单元的制作方法

专利名称：热交换器单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及串联连接多个板式热交换器而构成的热交换器单元。
背景技术：
一直以来，公知有串联连接多个小型的板式热交换器来得到紧凑结构的热交换器 单元的技术(例如，参照专利文献1 3)。在这种结构的热交换器单元中，尤其是该热交换器单元作为蒸发器而发挥功能的 情况下，制冷剂在气液混合状态下流入到板式热交换器中，并且以制冷剂中的气体区域的 比例伴随着向下游侧的板式热交换器转移而逐渐变高的方式变化。此外，在各个板式热交换器中，制冷剂中的液体区域越多，制冷剂相对于板式热交 换器内部的各制冷剂流路的分配性能越降低，在该板式热交换器中产生热交换效率高的部 位和热交换效率低的部位，从而作为整体的热交换效率下降。因此，在实现作为热交换器单元整体的效率系数的提高时，需要同时考虑各板式 热交换器的每个热交换器中的压力损失和制冷剂的分配性能。从上述观点出发，在专利文献3中，提出了以下的技术在串联连接两个小型板式 热交换器来构成所需能力的热交换器的热交换器单元中，在上游侧的板式热交换器中，由 于流入的制冷剂的液体区域较多从而向各制冷剂流路的分配性较差，因此设置通向各制冷 剂流路的分配管来确保制冷剂分配性，另一方面，流入下游侧的板式热交换器的制冷剂的 气体区域较多从而分配性良好，因此在该板式热交换器中形成为不设置分配管的结构。由此，在上游侧的板式热交换器中，由于分配管的存在，压力损失大，但是分配性 借助该分配管中的气液混合作用而提高。此外，在下游侧的板式热交换器中，气体区域较 多，因此分配性良好，并且由于没有分配管，因此压力损失也小。能够通过这些的协同效应 实现作为热交换器整体的效率系数的提高。专利文献1 日本特开2000-180076号公报专利文献2 日本特开2000-356483号公报专利文献3 日本特开2005-337688号公报但是，如上所述，制冷剂状态在各板式热交换器的每个热交换器中不同，并且还根 据运转状态而变化，因此仅通过上述专利文献3所记载的结构，不能充分进行对应。

发明内容
因此，本发明的目的在于，在多个板式热交换器的每个热交换器中，考虑其压力损 失和制冷剂的分配性能，从而通过简单且廉价的结构实现作为热交换器单元整体的效率系 数的提高。在本发明中，作为用于解决所述问题的具体手段，采用了如下的结构。本申请的第1方面所涉及的热交换器单元具有第1板式热交换器、和在第1板式 热交换器的预定流向上与该第1板式热交换器串联连接的第2板式热交换器，该热交换器单元配置为，在作为蒸发器起作用而对制冷剂进行加热时，制冷剂从第1板式热交换器朝 向第2板式热交换器流动，在作为冷凝器起作用而对制冷剂进行冷却时，制冷剂从第2板式 热交换器朝向第1板式热交换器流动，其中，第1板式热交换器具有多个第1制冷剂流路； 用于分配和收集在多个第1制冷剂流路流动的制冷剂而使制冷剂向预定流向流动的第1下 侧集管部和第1上侧集管部；以及用于在制冷剂加热时促进第1下侧集管部的制冷剂的气 液混合的第1气液混合部，第2板式热交换器具有多个第2制冷剂流路；用于分配和收集 在多个第2制冷剂流路流动的制冷剂而使制冷剂向预定流向流动的第2下侧集管部和第2 上侧集管部；以及用于在制冷剂加热时促进第2下侧集管部的制冷剂的气液混合的第2气 液混合部，第1气液混合部和第2气液混合部的气液混合作用越高，压力损失就越大，第1 气液混合部的气液混合作用设定为比第2气液混合部的气液混合作用高。本申请的第2方式所涉及的热交换器单元在第1方式所涉及的热交换器单元中， 第1板式热交换器具有多个第1制冷剂流入口作为第1气液混合部，所述第1制冷剂流入 口设置于多个第1制冷剂流路和第1下侧集管部的连接部，第2板式热交换器具有多个第2 制冷剂流入口作为第2气液混合部，所述第2制冷剂流入口设置于多个第2制冷剂流路和 第2下侧集管部的连接部，第1板式热交换器和第2板式热交换器被设定为，第1制冷剂流 入口具有比第2制冷剂流入口小的口径。本申请的第3方面所涉及的热交换器单元在第2方面所涉及的热交换器单元中， 该热交换器单元还具有第3板式热交换器，该第3板式热交换器在第2板式热交换器的预 定流向上与该第2板式热交换器串联连接，第3板式热交换器具有多个第3制冷剂流路； 用于分配和收集在多个第3制冷剂流路流动的制冷剂而使制冷剂向预定流向流动的第3下 侧集管部和第3上侧集管部；以及作为第3气液混合部的多个第3制冷剂流入口，该第3制 冷剂流入口设置于多个第3制冷剂流路和第3下侧集管部的连接部，第1板式热交换器、第 2板式热交换器以及第3板式热交换器被设定为，第1制冷剂流入口具有比第2制冷剂流入 口小的口径，并且第2制冷剂流入口具有比第3制冷剂流入口小的口径。本申请的第4方面所涉及的热交换器单元在第1方面所涉及的热交换器单元中， 第1板式热交换器具有用于调节流入第1下侧集管部的制冷剂的第1节流部，来作为第1 气液混合部，第2板式热交换器具有用于调节从第1板式热交换器流入第2下侧集管部的 制冷剂的第2节流部，来作为第2气液混合部，第1板式热交换器和第2板式热交换器被设 定为，第1节流部的节流量比第2节流部的节流量大。本申请的第5方面所涉及的热交换器单元在第1方面所涉及的热交换器单元中， 第1板式热交换器具有多个第1制冷剂流入口作为第1气液混合部，所述第1制冷剂流入 口设置于多个第1制冷剂流路和第1下侧集管部的连接部，第2板式热交换器具有用于调 节流入第2下侧集管部的制冷剂的节流部，来作为第2气液混合部，第1板式热交换器和第 2板式热交换器被设定为，第1制冷剂流入口的节流程度比节流部的节流程度大。本申请的第6方面所涉及的热交换器单元在第1方面至第5方面所涉及的热交换 器单元中，该热交换器单元还具有旁通管路，该旁通管路用于对第1板式热交换器进行旁 通，旁通管路在热交换器单元作为蒸发器发挥功能时不对第1板式热交换器进行旁通，在 热交换器单元作为冷凝器发挥功能时对第1板式热交换器进行旁通。在本发明中，能够得到如下的效果。
(a)根据本申请的第1方面所涉及的热交换器单元，通过第1板式热交换器的第1 气液混合部混合第1下侧集管部的制冷剂，因此，在第1下侧集管部向多个第1制冷剂流路 分配制冷剂时，能够使液体制冷剂和气体制冷剂混合比例为相同比例的制冷剂分别在各第 1制冷剂流路流动。此外，通过第2板式热交换器的第2气液混合部混合第2下侧集管部的 制冷剂，因此，在第2下侧集管部向多个第2制冷剂流路分配制冷剂时，能够使液体制冷剂 和气体制冷剂混合比例为相同比例的制冷剂分别在各第2制冷剂流路流动。在该情况下，在作为蒸发器发挥功能时，第1板式热交换器侧与第3板式热交换器 侧相比，液体制冷剂比例较多，因此，通过第1气液混合部发挥比第2气液混合部高的气液 混合作用，从而在第1板式热交换器中实现适当的均勻分配，并且在第2板式热交换器中也 能够实现均勻分配性能的提高。另一方面，在作为冷凝器发挥功能时，通过将气体制冷剂比 例变大的第2板式热交换器的第2气液混合部的压力损失形成为比第1板式热交换器的第 1气液混合部的压力损失小，能够将作为整体的压力损失抑制得较低。由此，作为热交换器单元整体能够确保高的效率系数，进而，能够最大限度地产生 在预定流向上串联连接多个板式热交换器而构成的热交换器单元的紧凑化这样的优点。(b)根据本申请的第2方面所涉及的热交换器单元，除了上述(a)记载的效果以 外，还能够得到如下的特有效果。即，能够通过调整第1板式热交换器的多个第1制冷剂流 入口和第2板式热交换器的多个第2制冷剂流入口的口径这样的简单结构，进行各板式热 交换器之间的分配功能和压力损失的调整，能够简单地实现效率系数高的热交换器单元。(c)根据本申请的第3方面所涉及的热交换器单元，除了上述(a)记载的效果以 外，还能够得到如下的特有效果。即，除了第1板式热交换器的第1气液混合部和第2板式 热交换器的第2气液混合部以外，还追加了第3板式热交换器的第3气液混合部(多个第3 制冷剂流入口)，因此，在连接三个以上的板式热交换器的情况下，能够进行效率系数的进 一步改善。(d)根据本申请的第4方面所涉及的热交换器单元，除了上述(a)记载的效果以 外，还能够得到如下的特有效果。即，能够通过调整第1板式热交换器的第1节流部和第2 板式热交换器的第2节流部的节流量这样的简单结构，进行各板式热交换器之间的分配功 能和压力损失的调整，能够简单地实现效率系数高的热交换器单元。(e)根据本申请的第5方面所涉及的热交换器单元，除了上述(a)记载的效果以 外，还能够得到如下的特有效果。即，能够通过调整第1板式热交换器的多个第1制冷剂流 入口和第2板式热交换器的节流部的节流程度这样的简单结构，进行各板式热交换器之间 的分配功能和压力损失的调整，能够简单地实现效率系数高的热交换器单元。(f)根据本申请的第6方面所涉及的热交换器单元，除了上述(a)至(e)中的任 意一项记载的效果以外，还能够得到如下的特有效果。即，在热交换器单元作为冷凝器发挥 功能时，越往制冷剂最下游侧，制冷剂的分配功能被设定得越高，制冷剂的压力损失相应变 大，因此，在作为冷凝器发挥功能时，有时通过旁通管路对制冷剂向压力损失较大的第1板 式热交换器的流入进行旁通，由此能够提高作为热交换器单元整体的效率系数。


图1是本发明的第1实施方式所涉及的热交换器单元的结构说明图。
图2是本发明的第2实施方式所涉及的热交换器单元的结构说明图。图3是本发明的第3实施方式所涉及的热交换器单元的结构说明图。图4是本发明的第4实施方式所涉及的热交换器单元的结构说明图。标号说明1UAUBUC 热交换器单元；2A 2M 板式热交换器；3 传热板；4A 4M 制冷剂 流路；5A 5M 水流路；6A 6M 下侧集管部；7A 7M 上侧集管部；8 节流部；8A 节流 部；8B 节流部；IOA IOM 制冷剂流入口 ；11 连接管路；12 旁通管路；13 断流阀。
具体实施例方式以下，根据优选实施方式对本发明进行具体说明。I 第1实施方式在图1中，示出了本发明的第1实施方式所涉及的热交换器单元1。该热交换器单 元1被用作水冷冷却器单元的使用侧热交换器，通过连接管路11依次串联连接4个板式热 交换器2A 2D而构成。I -a 板式热交换器的结构此处，在上述热交换器单元1作为蒸发器发挥功能的情况下，以位于制冷剂最上 游侧的第1板式热交换器2A为例说明上述板式热交换器的结构。该板式热交换器2A将多张传热板3相互隔开预定间隔层叠，并将隔着这些各传热 板3相邻的多个通路交替用作制冷剂流路4A和水流路5A。在该板式热交换器2A的下端侧和上端侧，分别设置有由贯穿上述各通路4A、5A而 延伸的管体构成的下侧集管部6A和上侧集管部7A。此外，在该下侧集管部6A和上侧集管 部7A的与上述各制冷剂流路4A对应的管壁上，分别形成有制冷剂流入口 10A，上述下侧集 管部6A和上侧集管部7A经由该制冷剂流入口 IOA与上述制冷剂流路4A连通。此外，上述各水流路5也与同样结构的上下一对集管部(省略图示)连通。此处，上述各板式热交换器2A 2D的基本结构相同，板式热交换器2B具有多个 制冷剂流路4B、多个水流路5B、下侧集管部6B、上侧集管部7B和制冷剂流入口 10B，板式热 交换器2C具有多个制冷剂流路4C、多个水流路5C、下侧集管部6C、上侧集管部7C和制冷剂 流入口 10C，板式热交换器2D具有多个制冷剂流路4D、多个水流路5D、下侧集管部6D、上侧 集管部7D和制冷剂流入口 10D。但是，上述制冷剂流入口 IOA IOD的口径各不相同。即，设上述热交换器单元1 作为蒸发器发挥功能的情况下，设置在位于制冷剂最上游侧的上述第1板式热交换器2A中 的上述制冷剂流入口 IOA的口径为Dl，设置在排在第2个的第2板式热交换器2B中的上述 制冷剂流入口 IOB的口径为D2，设置在排在第3个的第3板式热交换器2C中的上述制冷剂 流入口 IOC的口径为D3，此外，设置在位于最下游侧的第4板式热交换器2D中的上述制冷 剂流入口 IOD的口径为D4，在它们相互之间存在“Dl < D2 < D3 < D4”这样的大小关系。此外，在该实施方式中，将上述第4板式热交换器2D的制冷剂流入口 IOD设定为 与上述制冷剂流路4D的宽度尺寸相同的口径，由此，该制冷剂流入口 IOD不具有与对制冷 剂进行节流这样的制冷剂分配相关的特别功能。I -b 热交换器单元1的动作等
I -b-Ι 作为蒸发器使用时在该情况下，如图1所示，制冷剂P从第1板式热交换器2A的下侧集管部6A侧流 入第1板式热交换器2A，通过上述各制冷剂流路4A从上述上侧集管部7A流出，并经由上述 连接管路11流入第2板式热交换器2B的下侧集管部6B侧。从上述第2板式热交换器2B 到第3板式热交换器2C、第4板式热交换器2D重复上述流动方式，最终从第4板式热交换 器2D的上侧集管部7D向冷凝器(省略图示)侧流出。另一方面，水Q与制冷剂P的流动相反，从第4板式热交换器2D的上侧集管部(省 略图示)流入第4板式热交换器2D，通过上述各水流路5从下侧集管部(省略图示)流出， 并经由连接管路(省略图示)流入第3板式热交换器2C的上侧集管部侧。从上述第3板 式热交换器2C到第2板式热交换器2B、第1板式热交换器2A重复上述流动方式，最终从第 1板式热交换器2A的下侧集管部流出。因此，在上述各板式热交换器2A 2D中，在上述制冷剂流路4A 4D内流动的制 冷剂P和在上述各水流路5A 5D内流动的水Q成为逆流，经由上述传热板3在制冷剂P 和水Q之间进行热交换。进而，制冷剂P受到与各板式热交换器2A 2D中的水Q进行热 交换产生的加热作用而依次蒸发，从而从液体制冷剂比例较多的气液二相制冷剂成为气体 冷剂比例较大的气液二相制冷剂而从热交换器单元1流出。此外，水Q通过与上述热交换器单元1的各板式热交换器2A 2D中的制冷剂P 的热交换而被冷却，作为冷水从热交换器单元1流出，被用作例如室内的制冷用热源。此处，考察上述热交换器单元1的各板式热交换器2A 2D中的制冷剂P的分配性。如上所述，制冷剂P作为液体制冷剂比例较多的气液二相制冷剂流入最上游侧的 第1板式热交换器2A，一边依次蒸发一边到达最下游侧的第4板式热交换器2D，并从此处 作为气体制冷剂比例较多的气液二相制冷剂流出，因此，各板式热交换器2A 2D中的制冷 剂状态不同。因此，例如，在将上述各板式热交换器2A 2D中的上述制冷剂流入口 IOA IOD的口径设定为相同的情况下，例如，在考虑供液体制冷剂比例较多的气液二相制冷剂流 过的上述第1板式热交换器2A中的制冷剂的分配性来设定该制冷剂流入口 IOA IOD的口 径的情况下，在供气体制冷剂比例较多的气液二相制冷剂流过的第4板式热交换器2D侧， 与流量相比，通路面积过小从而压力损失变大。反之，在考虑上述第4板式热交换器2D中 的制冷剂的分配性来设定制冷剂流入口 IOA IOD的口径的情况下，在供液体制冷剂比例 较多的气液二相制冷剂流过的第1板式热交换器2A侧，相对于制冷剂流量，通路面积过大， 不能充分实现制冷剂的气液混合，从而有损制冷剂的分配性。这些任意一种情况都与热交 换器单元1的效率系数的下降关联，从而不优选。与此相对，在该实施方式的热交换器单元1中，如上所述，将上述制冷剂流入口 IOA IOD的口径设定为从上述第1板式热交换器2A到第4板式热交换器2D依次变大，因 此在各板式热交换器2A 2D中分别能够得到最佳的制冷剂分配性，其结果，作为上述热交 换器单元1整体的效率系数提高。S卩，在第1板式热交换器2A中，液体制冷剂比例最大的气液二相制冷剂从下侧集 管部6A侧流入，但是此处设置的上述制冷剂流入口 IOA的口径较小，因此从该下侧集管部 6A通过上述制冷剂流入口 IOA分别流入上述各制冷剂流路4A的制冷剂P，在从该制冷剂流入口 IOA流入时受到强的气液混合作用而均勻化，从而促进在上述各制冷剂流路4A流动期 间与水Q的热交换。即，制冷剂流入口 IOA是气液混合部。在从第1板式热交换器2A向第2板式热交换器2B、第3板式热交换器2C、进而向 最下游侧的第4板式热交换器2D转移期间，进行制冷剂P的蒸发，制冷剂P的气体制冷剂 比例逐渐增加从而体积增加，由于体积增加从而流量增大，本来成为压力损失伴随制冷剂P 的体积增加而增加的倾向。但是，在该实施方式中，伴随向第2板式热交换器2B、第3板式热交换器2C、进而 向最下游侧的第4板式热交换器2D转移，其制冷剂流入口 IOA IOD的口径扩大，因此能够 抑制压力损失的增加。而且，制冷剂P的气体制冷剂比例大从而将向各板式热交换器2B 2D的各制冷剂流路4的分配性维持得较高。作为这些的协同效应，在将上述热交换器单元1用作蒸发器的情况下，作为该热 交换器单元1整体的效率系数提高。I -b-2 作为冷凝器使用时在该情况下，制冷剂P朝与图1所示的流动方向相反的方向，即，从第4板式热交 换器2D的上侧集管部7D侧流入第4板式热交换器2D，通过上述各制冷剂流路4D从上述下 侧集管部6D流出，并经由上述连接管路11流入第3板式热交换器2C的上侧集管部7C侧。 从上述第3板式热交换器2C到第2板式热交换器2B、第1板式热交换器2A重复上述流动 方式，最终从第1板式热交换器2A的下侧集管部6A流出。另一方面，水Q与制冷剂P的流动相反地，从第1板式热交换器2A的下侧集管部 (省略图示)流入第1板式热交换器2A，通过上述各水流路5从上侧集管部(省略图示) 流出，并经由连接管路(省略图示)流入第2板式热交换器2B的下侧集管部侧。从上述第 2板式热交换器2B到第3板式热交换器2C、第4板式热交换器2D重复上述流动方式，最终 从第4板式热交换器2D的上侧集管部流出。因此，在上述各板式热交换器2D 2A中，在上述制冷剂流路4D 4A内流动的制 冷剂P和在上述各水流路5D 5A内流动的水Q成为逆流，经由上述传热板3在制冷剂P 和水Q之间进行热交换。进而，制冷剂P受到与各板式热交换器2D 2A中的水Q热交换 产生的冷却作用而依次冷凝，从而从气体制冷剂比例较多的气液二相制冷剂成为液体制冷 剂比例较大的气液二相制冷剂而从热交换器单元1流出。此外，水Q通过与上述热交换器单元1的各板式热交换器2A 2D中的制冷剂P 的热交换而被加热，作为热水从热交换器单元1流出，被用作例如室内的制热用热源。此处，考察上述热交换器单元1的各板式热交换器2D 2A中的制冷剂P的压力 损失。如上所述，制冷剂P作为气体制冷剂比例较多的气液二相制冷剂流入最上游侧的 第4板式热交换器2D，一边依次冷凝一边到达最下游侧的第1板式热交换器2A，并从此处 作为气体制冷剂比例较多的气液二相制冷剂流出，因此，各板式热交换器2D 2A中的制冷 剂状态不同。因此，例如，在将上述各板式热交换器2D 2A中的上述制冷剂流入口 IOD IOA的口径设定为相同的情况下，例如，在考虑供液体制冷剂比例较多的气液二相制冷剂流 过的上述第1板式热交换器2A中的制冷剂的压力损失来设定该制冷剂流入口 IOD IOA 的口径的情况下，在供气体制冷剂比例较多的气液二相制冷剂流过的第4板式热交换器2D
9侧，与流量相比，通路面积过小从而压力损失变大。反之，在考虑上述第4板式热交换器2D 中的制冷剂的压力损失来设定制冷剂流入口 IOD IOA的口径的情况下，在供液体制冷剂 比例较多的气液二相制冷剂流过的第1板式热交换器2A侧，相对于制冷剂流量，通路面积 过大，因此虽然压力损失变小，但是不能充分实现制冷剂的气液混合。这些任意一种情况都 与热交换器单元1的效率系数的下降关联，从而不优选，上述问题与将热交换器单元1用作 蒸发器时相同。与此相对，在该实施方式的热交换器单元1中，如上所述，将上述制冷剂流入口 IOA IOD的口径设定为从上述第1板式热交换器2A到第4板式热交换器2D依次变大(换 言之，设定为从第4板式热交换器2D到第1板式热交换器2A依次变小)，因此在各板式热 交换器2D 2A中分别能够实现压力损失的降低，其结果，作为上述热交换器单元1整体的 效率系数提高。S卩，在第4板式热交换器2D中，液体制冷剂比例最大的气液二相制冷剂从上侧集 管部7D侧流入，但是此处设置的上述制冷剂流入口 IOD的口径最大，因此从该上侧集管部 7D通过上述制冷剂流入口 IOD分别流入上述各制冷剂流路4D的制冷剂P，在从该制冷剂流 入口 IOD流入时即使基本不受到节流产生的气液混合作用也容易被均勻化，从而促进在上 述各制冷剂流路4D流动期间与水Q的热交换。此外，制冷剂P基本不受到节流作用，因此 还能够尽可能将该第4板式热交换器2D中的压力损失抑制得较小。在从第4板式热交换器2D向第3板式热交换器2C、第2板式热交换器2B、进而向 最下游侧的第1板式热交换器2A转移期间，进行制冷剂P的冷凝，制冷剂P的液体制冷剂 比例逐渐增加从而体积减少，由于体积减少从而流量减少，但是，由于为了与该流量减少对 应，将制冷剂流入口 IOC IOA的口径设定为伴随向第3板式热交换器2C、第2板式热交换 器2B、进而向最下游侧的第1板式热交换器2A转移而减小，因此在该各热交换器2D 2A 中，将压力损失抑制得较低并且能够促进制冷剂P的气液混合，结果，作为上述热交换器单 元1整体的效率系数提高。作为这些的协同效应，在将上述热交换器单元1用作冷凝器的情况下，作为该热 交换器单元1整体的效率系数也提高。II 第2实施方式在图2中，示出了本发明的第2实施方式所涉及的热交换器单元1A。该热交换器 单元IA与上述第1实施方式所涉及的热交换器单元1同样，被用作水冷冷却器单元的使用 侧热交换器，通过连接管路11依次串联连接3个板式热交换器2E 2G而构成。II -a 板式热交换器的结构上述板式热交换器2E 2G的结构基本上与上述第1实施方式中的各板式热交换 器2A 2D相同，与其不同点为制冷剂的分配性所涉及部分的结构。即，板式热交换器2E具 有多个制冷剂流路4E、多个水流路5E、下侧集管部6E、上侧集管部7E和制冷剂流入口 10E， 板式热交换器2F具有多个制冷剂流路4F、多个水流路5F、下侧集管部6F、上侧集管部7F和 制冷剂流入口 10F，板式热交换器2G具有多个制冷剂流路4G、多个水流路5G、下侧集管部 6G、上侧集管部7G和制冷剂流入口 10G。在该实施方式中，第一，将分别设置于上述各板式热交换器2E 2G的下侧集管部 6E 6G和上侧集管部7E 7G的制冷剂流入口 IOE IOG全部设为最大径(即，该制冷剂流入口 IOE IOG不具有提高制冷剂相对于各板式热交换器2E 2G的制冷剂流路4E 4G的分配性、和各板式热交换器2E 2G相互之间的分配性的功能)。第二，在该实施方式中，与如上所述将各板式热交换器2E 2G的制冷剂流入口 IOE IOG全部设定为最大径的情况相关联，仅在第1板式热交换器2E和第2板式热交换 器2F中，在下侧头部6E、6F的近前位置分别设置节流部8A、8B，并且将该第1板式热交换 器2E侧的节流部8A的节流程度设定得比第2板式热交换器2F侧的节流部8B的节流程度 尚οII -b 热交换器单元IA的动作等上述热交换器单元IA被用作蒸发器，但在该情况下，在第1板式热交换器2E中， 液体制冷剂比例最高的气液二相制冷剂从其下侧集管部6E流入。流入上述下侧集管部6E 的制冷剂P在流入第1板式热交换器2E之前通过节流部8A强力节流，从而促进其气液混 合，尽可能地在气体制冷剂和液体制冷剂均勻混合的状态下从下侧集管部6E流入第1板式 热交换器2E内，进而，气体制冷剂和液体制冷剂的混合比例为相同比例的制冷剂通过各制 冷剂流入口 IOE分别流入上述各制冷剂流路4E，由此，在其整个区域中促进与水Q的热交 换，能够得到高的热交换性能。即，节流部8A是气液混合部。在第2板式热交换器2F中，流入该第2板式热交换器2F的制冷剂P与流入上述 第1板式热交换器2E的制冷剂P相比，是液体制冷剂比例较低的气液二相制冷剂，因此，与 原先处于第1板式热交换器2E侧的情况相比，制冷剂P的气液均勻性(气体制冷剂和液体 制冷剂的混合比例(例如气体制冷剂为80%等)为相同比例的制冷剂被分配到各制冷剂 流路的特性)较高，从而不要求像该第1板式热交换器2E那样程度的气液混合。由此，将 附设于该第2板式热交换器2F的节流部8B(气液混合部)的节流程度设定得比附设于第 1板式热交换器2E的节流部8A的节流程度低，从而确保与该第1板式热交换器2E中同等 的制冷剂分配性，在其整个区域中促进与水Q的热交换，能够得到高的热交换性能。在第3板式热交换器2G中，由于流入该第3板式热交换器2G的制冷剂P为气体 制冷剂比例最高的气液二相制冷剂，因此与处于上述第2板式热交换器2F侧的情况相比， 制冷剂P的气液均勻性较高，因此，即使不设置节流部也能够确保与上述第1板式热交换器 2E和第2板式热交换器2F中同等的制冷剂分配性，在其整个区域中促进与水Q的热交换， 能够得到高的热交换性能。通过以上的协同效应，在将上述热交换器单元IA用作蒸发器的情况下，作为该热 交换器单元IA整体，能够得到高的效率系数。此外，对于上述以外的结构和作用效果，引用上述第1实施方式中的对应说明，在 此处省略说明。III 第3实施方式在图3中，示出了本发明的第3实施方式所涉及的热交换器单元IB。该热交换器 单元IB与上述第2实施方式所涉及的热交换器单元IA同样，被用作水冷冷却器单元的使 用侧热交换器，通过连接管路11依次串联连接3个板式热交换器2H 2J而构成。HI -a 板式热交换器的结构上述板式热交换器2H 2J的结构基本上与上述第1实施方式中的各板式热交换 器2A 2D相同，与其不同点为制冷剂的分配性所涉及部分的结构。板式热交换器2H具有多个制冷剂流路4H、多个水流路5H、下侧集管部6H、上侧集管部7H和制冷剂流入口 10H，板 式热交换器21具有多个制冷剂流路41、多个水流路51、下侧集管部61、上侧集管部71和制 冷剂流入口 101，板式热交换器2J具有多个制冷剂流路4J、多个水流路5J、下侧集管部6J、 上侧集管部7J和制冷剂流入口 10J。具体而言，通过将设置于下侧集管部6H的制冷剂流入口 IOH的节流作用和设置于 上侧集管部7H的节流部8的节流作用组合起来，来确保高的制冷剂分配性。S卩，在该实施方式中，第一，对于分别设置在上述各板式热交换器2H 2J的下侧 集管部6H 6J和上侧集管部7H 7J的制冷剂流入口 IOH 10J，在上述第1板式热交换 器2H中设定为口径D1，另一方面，在第2板式热交换器21和第3板式热交换器2J中均设 定为不具有节流作用的最大口径D2 (D2 > Dl)。第二，在该实施方式中，与如上所述那样设定各板式热交换器2H 2J的制冷剂流 入口 IOH IOJ的情况相关联，仅在液体制冷剂比例位于流入第1板式热交换器2H的制冷 剂P和流入第3板式热交换器2J的制冷剂P的中间的第2板式热交换器21中，在其下侧 集管部61的近前位置设置节流部8，并且将其节流程度设定得比上述第1板式热交换器2H 中的制冷剂流入口 IOH的节流程度低。HI -b 热交换器单元IB的动作等上述热交换器单元IB被用作蒸发器，但在该情况下，在第1板式热交换器2H中， 液体制冷剂比例最高的气液二相制冷剂从其下侧集管部Ml流入。由于设置于下侧集管部 6H的上述制冷剂流入口 IOH的口径较小，因此，流入该下侧集管部6H的制冷剂P在从该 下侧集管部OT通过上述制冷剂流入口 IOH分别流入上述各制冷剂流路4H时，通过该制冷 剂流入口 IOH的强节流作用促进其气液混合，尽可能在均勻状态下流入上述各制冷剂流路 4H，从而促进在该各制冷剂流路4H流动期间与水Q的热交换。在第2板式热交换器21中，与上述第1板式热交换器2H的情况相比，液体制冷剂 比例较低(换言之，气体制冷剂比例较高)的制冷剂P从下侧集管部61侧流入，因此即使 制冷剂分配性能比上述第1板式热交换器2H情况低，也能够向各制冷剂流路41均勻分配。 因此，在该实施方式中，在上述第2板式热交换器21近前设置节流程度设定得比上述第1 板式热交换器2H中的制冷剂流入口 IOH的节流程度低的节流部8，借助该节流部8的节流 作用促进制冷剂P的气液混合，然后使制冷剂P流入上述下侧集管部61侧，尽可能地使制 冷剂P在均勻状态下从该下侧集管部61流入各制冷剂流路41，促进在该各制冷剂流路41 流动期间与水Q的热交换。在第3板式热交换器2J中，流入该第3板式热交换器2J的制冷剂P为气体制冷 剂比例最高的气液二相制冷剂，因此即使不使上述制冷剂流入口 IOJ具有节流功能，也能 够尽可能地使制冷剂P在均勻状态下流入各制冷剂流路4J，其结果，促进在该各制冷剂流 路4J流动期间与水Q的热交换。通过以上的协同效应，在将上述热交换器单元IB用作蒸发器的情况下，作为该热 交换器单元IB整体，能够得到高的效率系数。此外，对于上述以外的结构和作用效果，引用上述第1、第2实施方式中的对应说 明，此处省略说明。此外，在该实施方式中，如上所述，通过将从设置于第1板式热交换器2H的下侧集管部Ml通向各制冷剂流路4的制冷剂流入口 IOH的口径调整、和设置于第2板式热交换器 21的入口的节流部8的节流量的调整组合起来，来进行上述各板式热交换器2H 2J之间 的分配功能的调整，但是前者的调整方法是对第1板式热交换器2H的各制冷剂流路4H的 每个制冷剂流路4H起作用，从而该第1板式热交换器2H内部中的制冷剂的均勻分配性优 异，因此，尤其在液体制冷剂比例较高的气液二相制冷剂的情况下比较有利，此外，对于后 者的方法，其效果同样影响该第2板式热交换器21的整个制冷剂流路41，因此，尤其在气 体制冷剂比例较高的气液二相制冷剂的情况下比较有利，通过与制冷剂状态对应来组合这 两个方法，能够得到有效利用了各个优点的制冷剂分配性能，而且作为热交换器单元IB整 体，能够期待效率系数的进一步提高。<变形例>此外，在上述实施方式中，针对在第2板式热交换器21中设置节流部8的情况进 行了说明，但是也可以在第1板式热交换器2H中设置节流部。在该情况下，设在第1板式 热交换器2H的下侧集管部6H近前设置了节流部的情况下，板式热交换器2H的制冷剂流入 口 IOH的口径为D2，板式热交换器21的制冷剂流入口 101的口径为D5。口径D2和口径D5 的关系为D5 < D2。此外，将节流部的节流程度设定得比第1板式热交换器21中的制冷剂 流入口 101的节流程度高。此外，在上述实施方式中，将第2板式热交换器21的制冷剂流入口 IOH的口径设 定为与第3板式热交换器2J的制冷剂流入口 IOJ的口径相同而形成为D2，但是还能够设定 为满足Dl < D6 < D2的关系的口径D6。在该情况下，将节流部8的节流程度设定得比上 述第3实施方式的情况低，将第2板式热交换器21的压力损失形成为比第1板式热交换器 2H的压力损失小。即，还能够同时使用节流部和制冷剂流入口这两者的混合作用构成气液 混合部。IV 第4实施方式在图4中，示出了本发明的第4实施方式所涉及的热交换器单元1C。该热交换器 单元IC与上述第1实施方式所涉及的热交换器单元1同样，被用作水冷冷却器单元的使用 侧热交换器，通过连接管路11依次串联连接3个板式热交换器2K 2M而构成。IV -a 板式热交换器的结构该热交换器单元IC与第1实施方式的情况同样，能够可逆地用于蒸发器和冷凝器 中的任意一个(在图4中，示出了上述热交换器单元IC用作冷凝器时的制冷剂的流动)，上 述各板式热交换器2K 2M的基本结构与上述第1实施方式中的各板式热交换器2A 2D 相同。即，板式热交换器2K具有多个制冷剂流路4K、多个水流路5K、下侧集管部6K、上侧 集管部7K和制冷剂流入口 10K，板式热交换器2L具有多个制冷剂流路4L、多个水流路5L、 下侧集管部6L、上侧集管部7L和制冷剂流入口 10L，板式热交换器2M具有多个制冷剂流路 4M、多个水流路5M、下侧集管部6M、上侧集管部7M和制冷剂流入口 10M。设在用作蒸发器的情况下，设置在位于最上游侧(在用作冷凝器的情况下为最下 游侧)的第1板式热交换器2K的下侧集管部6K和上侧集管部7K的制冷剂流入口 IOK的 口径为Dl，设置在位于第2的第2板式热交换器2L的下侧集管部6L和上侧集管部7L的制 冷剂流入口 IOL的口径为D2，进而设置在位于最下游侧(在用作冷凝器的情况下为最上游 侧)的第3板式热交换器2M的下侧集管部6M和上侧集管部7M的制冷剂流入口 IOM的口
13径为D3，并且将这些各口径Dl D3相对地设定为“Dl < D2 < D3”。此外，在该情况下，将 第3板式热交换器2M的制冷剂流入口 IOM的口径D3设定为与上述制冷剂流路4M的宽度 尺寸相同的口径，由此，使该第4制冷剂流入口 IOM不具有对制冷剂进行节流的功能。此外，从避免将上述热交换器单元IC用作冷凝器时的过度压力损失的观点出发， 在连接第1板式热交换器2K和第2板式热交换器2L的连接管路11设置断流阀13，并且在 该断流阀13和第2板式热交换器2L的下侧集管部6L之间，设置对第1板式热交换器2K 进行旁通的旁通管路12，在作为冷凝器使用时关闭上述断流阀13。此外，在该实施方式中，将上述第3板式热交换器2M的制冷剂流入口 IOM设定为 与上述制冷剂流路4M的宽度尺寸相同的口径，因此，使该第4制冷剂流入口 IOM不具有对 制冷剂进行节流的功能。IV -b 热交换器单元1的动作等IV -b-Ι 作为蒸发器使用时在该情况下，制冷剂P向与图1所示的流动方向相反的方向流动。即，制冷剂P从 第1板式热交换器2K的下侧集管部6K侧流入第1板式热交换器2K，通过上述各制冷剂流 路4K从上述上侧集管部7K流出，经由上述连接管路11流入第2板式热交换器2L的下侧 集管部6L侧。从上述第2板式热交换器2L到第3板式热交换器2M重复上述流动方式，最 终从第3板式热交换器2M的上侧集管部7M向冷凝器(省略图示)侧流出。此处，考察上述热交换器单元IC的各板式热交换器2K 2M中的制冷剂P的分配 性时，如下所述。即，制冷剂P作为液体制冷剂比例较多的气液二相制冷剂流入最上游侧的 第1板式热交换器2K，一边依次蒸发一边到达最下游侧的第3板式热交换器2M,并从此处 作为气体制冷剂比例较多的气液二相制冷剂流出，因此，各板式热交换器2K 2M中的制冷 剂状态不同。在该情况下，在该实施方式的热交换器单元IC中，如上所述，将上述制冷剂流入 口 IOK IOM的口径设定为从上述第1板式热交换器2K到第3板式热交换器2M依次变大， 因此在各板式热交换器2K 2M中分别能够得到最佳的制冷剂分配性，其结果，作为上述热 交换器单元IC整体的效率系数提高。即，在第1板式热交换器2K中，液体制冷剂比例最大的气液二相制冷剂从下侧集 管部6K流入，但是设置于该下侧集管部6K的上述制冷剂流入口 IOK的口径较小，因此，从 该下侧集管部6K通过上述制冷剂流入口 IOK分别流入上述各制冷剂流路4K的制冷剂P，在 从该制冷剂流入口 IOK流入时受到强的气液混合作用而均勻化，促进在上述各制冷剂流路 4K流动期间与水Q的热交换。在从第1板式热交换器2K向第2板式热交换器2L、最下游侧的第3板式热交换器 2M转移期间，进行制冷剂P的蒸发，制冷剂P的气体制冷剂比例逐渐增加从而体积增加，由 于体积增加从而流量增大，本来成为压力损失伴随制冷剂P的体积增加而增加的倾向。但是，在该实施方式中，设定为伴随从第2板式热交换器2L向第3板式热交换器 2M转移，其制冷剂流入口 10LU0M的口径扩大，因此能够抑制压力损失的增加。而且，制冷 剂P的气体制冷剂比例大从而将向各板式热交换器2L 2M的各制冷剂流路4L 4M的分 配性维持得较高。作为这些的协同效应，在将上述热交换器单元IC用作蒸发器的情况下，作为该热交换器单元IC整体的效率系数提高。IV -b-2 作为冷凝器使用时在将热交换器单元IC用作冷凝器时，制冷剂P向图1所示的方向流动，但是闭合 上述断流阀13，因此制冷剂P从第3板式热交换器2M的上侧集管部7M流入第3板式热交 换器2M，通过上述各制冷剂流路4M从上述下侧集管部6M流出，并经由上述连接管路11流 入第2板式热交换器2L的上侧集管部7L侧，通过上述各制冷剂流路4L从上述下侧集管部 6L向上述旁通管路12侧流出。即，在将上述热交换器单元IC用作冷凝器时，不使用上述第1板式热交换器2K。 这是因为在上述第1板式热交换器2K中，上述制冷剂流入口 IOK的口径小，当液体制冷剂 比例较多的气液二相制冷剂流入第1板式热交换器2K时，其压力损失变大，因此仅使用在 热交换性能上不对其压力损失产生较大影响的第2板式热交换器2L和第3板式热交换器 2M。这样，在不使用第1板式热交换器2K时，作为热交换器单元IC整体的热交换能力降低， 但是伴随该第1板式热交换器2K的使用造成的压力损失消失，所以根据这两者的对比，热 交换器单元IC的效率系数相对提高，因此不会产生障碍。〈变形例〉在上述实施方式中，针对这样的情况进行了说明作为调整从第1板式热交换器 2K到第3板式热交换器2M中的分配功能或压力损失的气液混合部而改变制冷剂流入口 IOK IOM的口径，但是也可以如第2实施方式和第3实施方式那样，使用节流部作为调整 分配功能或压力损失的气液混合部。
权利要求
1.一种热交换器单元，其具有第1板式热交换器(2A、2E、2H、2K)、和在所述第1板式热 交换器的预定流向上与该第1板式热交换器串联的第2板式热交换器(2B、2F、2I、2L)，该热 交换器单元配置为，在作为蒸发器起作用而对制冷剂进行加热时，制冷剂从所述第1板式 热交换器朝向所述第2板式热交换器流动，在作为冷凝器起作用而对制冷剂进行冷却时， 制冷剂从所述第2板式热交换器朝向所述第1板式热交换器流动，其特征在于，所述第1板式热交换器具有多个第1制冷剂流路(4A、4E、4H、4K)；用于分配和收集在 多个所述第1制冷剂流路流动的制冷剂而使制冷剂向所述预定流向流动的第1下侧集管部 (6A、6E、6H、6K)和第1上侧集管部(7A、7E、7H、7K)；以及用于在制冷剂加热时促进所述第1 下侧集管部的制冷剂的气液混合的第1气液混合部(10A、8A、10H、10K)，所述第2板式热交换器具有多个第2制冷剂流路(4B、4F、4I、4L)；用于分配和收集在 多个所述第2制冷剂流路流动的制冷剂而使制冷剂向所述预定流向流动的第2下侧集管部 (6B、6F、6I、6L)和第2上侧集管部(7B、7F、7I、7L)；以及用于在制冷剂加热时促进所述第2 下侧集管部的制冷剂的气液混合的第2气液混合部(10B、8B、8、10L)，所述第1气液混合部和所述第2气液混合部的气液混合作用越高，压力损失就越大，所 述第1气液混合部的气液混合作用设定为比所述第2气液混合部的气液混合作用高。
2.根据权利要求1所述的热交换器单元，其中，所述第1板式热交换器(2A)具有多个第1制冷剂流入口(IOA)作为所述第1气液混 合部，所述第1制冷剂流入口(IOA)设置于多个所述第1制冷剂流路和所述第1下侧集管 部的连接部，所述第2板式热交换器(2B)具有多个第2制冷剂流入口(IOB)作为所述第2气液混 合部，所述第2制冷剂流入口(IOB)设置于多个所述第2制冷剂流路和所述第2下侧集管 部的连接部，所述第1板式热交换器和所述第2板式热交换器被设定为，所述第1制冷剂流入口具 有比所述第2制冷剂流入口小的口径。
3.根据权利要求2所述的热交换器单元，其中，该热交换器单元还具有第3板式热交换器(2C)，该第3板式热交换器(2C)在所述第2 板式热交换器的所述预定流向上与该第2板式热交换器串联，所述第3板式热交换器具有多个第3制冷剂流路(4C)；用于分配和收集在多个所述 第3制冷剂流路流动的制冷剂而使制冷剂向所述预定流向流动的第3下侧集管部(6C)和 第3上侧集管部(7C)；以及作为第3气液混合部的多个第3制冷剂流入口(IOC)，所述第3 制冷剂流入口(IOC)设置于多个所述第3制冷剂流路和所述第3下侧集管部的连接部，所述第1板式热交换器、所述第2板式热交换器以及所述第3板式热交换器被设定为， 所述第1制冷剂流入口具有比所述第2制冷剂流入口小的口径，并且所述第2制冷剂流入 口具有比所述第3制冷剂流入口小的口径。
4.根据权利要求1所述的热交换器单元，其中，所述第1板式热交换器(2E)具有用于调节流入所述第1下侧集管部的制冷剂的第1 节流部(8A)，来作为所述第1气液混合部，所述第2板式热交换器(2F)具有用于调节从所述第1板式热交换器流入所述第2下 侧集管部的制冷剂的第2节流部(8B)，来作为所述第2气液混合部，所述第1板式热交换器和所述第2板式热交换器被设定为，所述第1节流部的节流量 比所述第2节流部的节流量大。
5.根据权利要求1所述的热交换器单元，其中，所述第1板式热交换器(2H)具有多个第1制冷剂流入口(10H)作为所述第1气液混 合部，所述第1制冷剂流入口(10H)设置于多个所述第1制冷剂流路和所述第1下侧集管 部的连接部，所述第2板式热交换器(21)具有用于调节流入所述第2下侧集管部的制冷剂的节流 部(8)，来作为所述第2气液混合部，所述第1板式热交换器和所述第2板式热交换器被设定为，所述第1制冷剂流入口的 节流程度比所述节流部的节流程度大。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的热交换器单元，其中，该热交换器单元还具有旁通管路(12)，该旁通管路(12)用于对所述第1板式热交换器 进行旁通，所述旁通管路在热交换器单元作为蒸发器发挥功能时不对所述第1板式热交换器进 行旁通，在热交换器单元作为冷凝器发挥功能时对所述第1板式热交换器进行旁通。
全文摘要
本发明提供热交换器单元。在多个板式热交换器的每个热交换器中，考虑其压力损失和制冷剂的分配性能，从而通过简单且廉价的结构实现作为热交换器单元整体的效率系数的提高。在串联连接多个板式热交换器而构成的热交换器单元中，相对地设定各板式热交换器中的分配功能，以使在热交换器作为蒸发器发挥功能时，制冷剂上游侧的板式热交换器的制冷剂分配机构中的分配功能比制冷剂下游侧的板式热交换器的制冷剂分配机构中的分配功能高，在热交换器作为冷凝器发挥功能时，制冷剂上游侧的板式热交换器的制冷剂分配机构中的分配功能比制冷剂下游侧的板式热交换器的制冷剂分配机构中的分配功能低。根据上述结构，无论在热交换器作为蒸发器发挥功能时还是作为冷凝器发挥功能时，都能够在各板式热交换器的每个热交换器中实现与制冷剂的相变化状态对应的分配作用，从而作为热交换器单元整体，能够确保高的效率系数。
文档编号F28D9/02GK101999061SQ20098011288
公开日2011年3月30日 申请日期2009年4月20日 优先权日2008年4月21日
发明者近藤康弘 申请人:大金工业株式会社