JP2012132594A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】分配ヘッダに対する接続工程において接着物が冷媒通路に進入することを抑制し、熱交換効率の低下を防止することができる熱交換器を提供すること。
【解決手段】一端部に形成された流入口２４１１を通じて流入した冷媒を閉塞された他端部２４１ａに向けて通過させる分配流路２４１２が内部に形成された管状の分配ヘッダ２４１と、それぞれが複数の冷媒通路２４３１を並設させた扁平状を成し、各冷媒通路２４３１の入口が分配流路２４１２を臨む態様で、分配ヘッダ２４１の管軸方向に沿って挿入されて取り付けられた複数の冷媒管２４３とを備えた熱交換器において、分配ヘッダ２４１は、自身の他端部２４１ａの内壁面と、該他端部２４１ａに最も近接する冷媒管２４３の挿入端部との間に、接着物を貯留することが可能な貯留スペースＳを備えたものである。
【選択図】図７

Description

本発明は、熱交換器に関し、より詳細には、冷凍サイクルやヒートポンプサイクル等を構成する熱交換器に関するものである。

従来、例えば缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品を販売する自動販売機では、自動販売機本体である本体キャビネットの商品収容庫の内部（庫内）に冷凍サイクルやヒートポンプサイクル等の構成機器である蒸発器（熱交換器）が設けられている。

この種の熱交換器として、分配ヘッダと、複数の冷媒管と、合流ヘッダとを備えてなるものが知られている。分配ヘッダは、一端部に冷媒の流入口となる開口が形成され、他端部が閉塞されてなるもので、水平方向に沿って延在している。この分配ヘッダの内部には、一端部から他端部に向けて水平方向に沿って冷媒を通過させる分配流路が形成されている。

冷媒管は、それぞれ扁平状を成しており、冷媒の流路となる冷媒通路が水平方向に沿って並設されてなるものである。このような冷媒管は、それぞれが上下方向に沿って延設されており、各冷媒通路の入口が分配流路を臨む態様で、分配ヘッダの管軸方向に沿って挿入されて取り付けられている。

合流ヘッダは、上記分配ヘッダと平行となる態様で配設されている。この合流ヘッダは、一端部に冷媒の流出口となる開口が形成され、他端部が閉塞されてなるものである。この合流ヘッダの内部には、水平方向に沿って冷媒を通過させる合流流路が形成されている。そして、合流ヘッダには、自身の合流流路に各冷媒管の冷媒通路の出口が臨む態様で該冷媒管が取り付けられている。

このような熱交換器においては、分配ヘッダからの各冷媒管の冷媒通路に冷媒を分配して冷媒通路を通過する冷媒と、自身の周囲を通過する流体との熱交換を行うようにしており、冷媒通路を通過した冷媒は、合流ヘッダの合流流路に至り、かかる合流流路を通過して流出口より流出することになる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１３２４２２号公報

ところで、上述した特許文献１には明記されていないが、分配流路の流入口に連通する態様で、冷凍サイクルやヒートポンプサイクル等の冷媒回路を構成する冷媒配管の端部を分配ヘッダの一端部に例えばロウ付けにより接続させる工程においては、分配ヘッダの他端部（閉塞された端部）を下方にし、該一端部（流入口が形成された端部）を上方にして行うのが一般的である。

かかる冷媒配管の端部を接続する際に用いられるロウ材（接着物）の量が過大等となる場合には、その余剰分は、自身の重力により分配流路を下方に向けて流れることとなり、該分配流路の他端部に貯留してしまうことがある。このように分配流路の他端部にロウ材が貯留してしまうと、その貯留量によっては、入口が該分配流路を臨む冷媒通路にロウ材が進入してしまい、該冷媒通路を閉塞してしまうことがあった。このように冷媒通路を閉塞してしまうと、冷媒の通過量が低減してしまい、結果的に熱交換効率の低下を招来する問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みて、分配ヘッダに対する接続工程において接着物が冷媒通路に進入することを抑制し、熱交換効率の低下を防止することができる熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る熱交換器は、一端部に形成された流入口を通じて流入した冷媒を、閉塞された他端部に向けて通過させる分配流路が内部に形成された管状の分配ヘッダと、それぞれが複数の冷媒通路を並設させた扁平状を成し、各冷媒通路の入口が前記分配流路を臨む態様で、前記分配ヘッダの管軸方向に沿って挿入されて取り付けられた複数の冷媒管とを備え、前記分配ヘッダから各冷媒管のそれぞれの冷媒通路に冷媒を分配して前記冷媒通路を通過する冷媒と、自身の周囲を通過する流体との熱交換を行う熱交換器において、前記分配ヘッダは、自身の他端部の内壁面と、該他端部に最も近接する前記冷媒管の挿入端部との間に、接着物を貯留することが可能な貯留スペースを備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る熱交換器は、上述した請求項１において、前記貯留スペースは、前記分配流路の管軸方向に沿った長さＬが下記の関係式を満足することを特徴とする。
（式）Ｌ＞（４・ｍ・（１−α））／（ρ・π・ｄ２）
（ここで、ｍは接着物供給質量、αは接着物の使用割合、ρは接着物の密度、ｄは分配流路の内径を示している。）

本発明によれば、分配ヘッダは、自身の他端部の内壁面と該他端部に最も近接する冷媒管の挿入端部との間に接着物を貯留することが可能な貯留スペースを備えているので、該分配ヘッダに冷媒配管の端部を接続する接続工程において、接着物（ロウ材）の量が過大等となる場合においても、その余剰分は分配流路を溶融した状態で通過させてその後に貯留スペースに良好に貯留させることができる。これにより下流側冷媒管の冷媒通路に貯留させた接着物が進入してしまうことがなく、かかる接着物により冷媒通路が閉塞されてしまうこともない。従って、分配ヘッダに対する接続工程において接着物が冷媒通路に進入することを抑制し、熱交換効率の低下を防止することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態である熱交換器が蒸発器として適用された自動販売機の内部構造を正面から見た場合を示す断面図である。 図２は、図１に示した自動販売機の内部構造を示す断面側面図である。 図３は、図２に示した蒸発器（本発明の実施の形態である熱交換器）を模式的に示す背面図である。 図４は、図２に示した蒸発器（本発明の実施の形態である熱交換器）を模式的に示す平面図である。 図５は、図４における冷媒管のＡ−Ａ線断面図である。 図６は、分配ヘッダに入口側接続パイプを接続する工程を示す斜視図である。 図７は、分配ヘッダに入口側接続パイプを接続する工程を示す縦断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る熱交換器の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である熱交換器が蒸発器として適用された自動販売機の内部構造を正面から見た場合を示す断面図である。ここで例示する自動販売機は、本体キャビネット１を備えている。

本体キャビネット１は、前面が開口した直方状の形態を成すものである。この本体キャビネット１には、その内部に例えば２つの断熱仕切板２によって仕切られた３つの独立した商品収容庫３が左右に並んだ態様で設けてある。この商品収容庫３は、缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品を所望の温度に維持した状態で収容するためのもので、断熱構造を有している。

図２は、図１に示した自動販売機の内部構造を示す断面側面図である。かかる図２に示すように、本体キャビネット１の前面には、外扉４及び内扉５が設けてある。外扉４は、本体キャビネット１の前面開口を開閉するためのものであり、内扉５は、商品収容庫３の前面を開閉するためのものである。この内扉５は、上下に分割してあり、上側の扉５ａは商品を補充する際に開閉するものである。

上記商品収容庫３には、商品収納ラック６、搬出機構７及び搬出シュータ８が設けてある。商品収納ラック６は、商品を上下方向に沿って並ぶ態様で収納するためのものである。搬出機構７は、商品収納ラック６の下部に設けてあり、この商品収納ラック６に収納された商品群の最下位にある商品を１つずつ搬出するためのものである。搬出シュータ８は、搬出機構７から搬出された商品を外扉４に設けられた商品取出口４ａに導くためのものである。

そして搬出シュータ８の下方域には蒸発器２４及びヒータＨが配設してある。蒸発器２４は背面ダクトＤの前面側に配設してあり、機械室９に配設された圧縮機２１、凝縮器２２、膨張機構２３と冷媒配管２５を通じて順次接続されて冷凍サイクル２０を形成している。

圧縮機２１は、吸引口を通じて冷媒を吸引し、吸引した冷媒を圧縮して高温高圧の状態（高温高圧冷媒）にして吐出口より吐出するものである。凝縮器２２は、通過する冷媒を凝縮させるものである。より詳細に説明すると、圧縮機２１で圧縮され、かつ吐出口から吐出されて冷媒配管２５を通じて送出された冷媒を周囲空気と熱交換させて凝縮させるものである。膨張機構２３は、通過する冷媒を減圧して断熱膨張させるものである。

これら冷凍サイクル２０で冷媒を循環させることにより、圧縮機２１で圧縮された冷媒が凝縮器２２で凝縮され、その後に膨張機構２３で断熱膨張されて蒸発器２４を通過する。冷媒が蒸発器２４を通過する際に、該蒸発器２４が配設された商品収容庫３の内部空気との間で熱交換が行われて、自身が蒸発して内部空気を冷却する。蒸発した冷媒は圧縮機２１に吸引される。

冷却された内部空気は庫内送風ファンＦ１の駆動により商品収容庫３の内部を移動し、これにより該商品収容庫３の商品収納ラック６に収納された商品は所望の温度（例えば５℃）に冷却されることになる。

ヒータＨは、庫内送風ファンＦ１の前方域に配設してある。このヒータＨは通電状態となることにより周囲空気を加熱するものである。ヒータＨにより加熱された空気は、庫内送風ファンＦ１の駆動により商品収容庫３の内部を移動し、これにより該商品収容庫３の商品収納ラック６に収納された商品は所望の温度（例えば５５℃）に加熱されることになる。

図３及び図４は、それぞれ図２に示した蒸発器（本発明の実施の形態である熱交換器）を模式的に示すものであり、図３は背面図であり、図４は平面図である。ここで例示する蒸発器２４は、分配ヘッダ２４１と、合流ヘッダ２４２と、複数（図示の例では２つ）の冷媒管２４３とを備えて構成してある。

分配ヘッダ２４１は、水平方向に沿って配設されている。この分配ヘッダ２４１の一端部には、冷媒の流入口２４１１が形成されており、他端部２４１ａは閉塞された管状のものである。かかる一端部には、膨張機構２３の出口に連結された冷媒配管２５の端部を構成する入口側接続パイプ２５ａ（図６及び図７参照）が流入口２４１１に連通する態様で接続されている。この分配ヘッダ２４１の内部には、一端部から他端部２４１ａに向けて流入口２４１１より流入した冷媒を水平方向に沿って、すなわち自身の管軸方向に沿って通過させる分配流路２４１２（図７参照）が形成してある。

合流ヘッダ２４２は、上記分配ヘッダ２４１の下方域において、該分配ヘッダ２４１と平行となる態様で水平方向に沿って配設してある。この合流ヘッダ２４２の一端部には、冷媒の流出口（図示せず）が形成されており、他端部は閉塞された管状のものである。かかる流出口は、圧縮機２１の吸引口に連結した冷媒配管２５が接続されている。この合流ヘッダ２４２の内部には、一端部から他端部に向けて水平方向に沿って、すなわち自身の管軸方向に沿って通過させる合流流路（図示せず）が形成してある。

冷媒管２４３は、図５に示すように、それぞれが複数の冷媒通路２４３１が水平方向に沿って並設された扁平状の管であり、扁平多穴管と称されるものである。つまり、複数の冷媒通路２４３１は、分配ヘッダ２４１（合流ヘッダ２４２）の管軸方向に沿って並設してある。かかる冷媒管２４３は、それぞれが分配ヘッダ２４１の管軸方向に沿って並ぶ態様で左右に蛇行して形成してある。以下においては、分配ヘッダ２４１の流入口２４１１側（一端部側）の冷媒管２４３を上流側冷媒管２４３ａとも称し、他端部２４１ａに近接する側の冷媒管２４３を下流側冷媒管２４３ｂとも称することにする。

そして、上記冷媒管２４３（上流側冷媒管２４３ａ及び下流側冷媒管２４３ｂ）は、各冷媒通路２４３１の上端開口が冷媒の入口となっており、下端開口が冷媒の出口となっている。これら冷媒管２４３（上流側冷媒管２４３ａ及び下流側冷媒管２４３ｂ）は、自身の冷媒通路２４３１における入口が分配ヘッダ２４１の分配流路２４１２を臨む態様で分配ヘッダ２４１の側部から挿入して取り付けてあるとともに、自身の冷媒通路２４３１における出口が合流ヘッダ２４２の合流流路を臨む態様で合流ヘッダ２４２の側部から挿入して取り付けてある。

また、このような冷媒管２４３（上流側冷媒管２４３ａ及び下流側冷媒管２４３ｂ）には、コルゲートフィン２４４が熱的に接続する態様で配設してある。コルゲートフィン２４４は、波形状に屈曲されて形成してあり、その屈曲部外部２４４１をロウ付け等により冷媒管２４３における水平延在部位間に接合して配設してある。このようなコルゲートフィン２４４には、図には明示しないが、表面から切り起こし形成された細片状のルーバーが形成してある。かかるコルゲートフィン２４４は、冷媒管２４３の冷媒通路２４３１を通過する冷媒と、蒸発器２４の周囲の空気（流体）との熱交換を促進させるためのものである。

図６及び図７は、それぞれ分配ヘッダ２４１に入口側接続パイプ２５ａを接続する工程を示すものであり、図６は斜視図であり、図７は縦断面図である。ここで例示するように、分配ヘッダ２４１の一端部に入口側接続パイプ２５ａを接続する工程では、分配ヘッダ２４１を一端部が上方で他端部２４１ａが下方となる姿勢とし、流入口２４１１に連通する態様で入口側接続パイプ２５ａを上方から近接させて例えばロウ付けにより分配ヘッダ２４１の一端部に接続することとなる。

ここで、かかる分配ヘッダ２４１においては、他端部２４１ａの内壁面と、該他端部２４１ａに最も近接する下流側冷媒管２４３ｂの挿入端部との間に、入口側接続パイプ２５ａの接続工程で用いられる接着物（ロウ材）Ｒを貯留することが可能な貯留スペースＳ（図７参照）が設けてある。

この貯留スペースＳは、分配流路２４１２の管軸方向に沿った長さＬが下記の関係式（１）を満足するような大きさにしてある。

式（１）Ｌ＞（４・ｍ・（１−α））／（ρ・π・ｄ２）
（ここで、ｍは接着物Ｒ供給質量、αは接着物Ｒの使用割合、ρは接着物Ｒの密度、ｄは分配流路２４１２の内径を示している。）

このような関係式（１）は、下記の関係式（２）から求められるものである。

式（２）（ρ・π・ｄ２・Ｌ）／４＞（１−α）・ｍ

上記関係式（２）の左項は、分配ヘッダ２４１における貯留スペースＳに貯留可能な最大貯留量（貯留容積）を示しており、右項は、入口側接続パイプ２５ａを接続する際に接着物Ｒの余剰量を示している。

本実施の形態である熱交換器（蒸発器２４）においては、分配ヘッダ２４１は、自身の他端部２４１ａの内壁面と、下流側冷媒管２４３ｂの挿入端部との間に貯留スペースＳを備えているので、該分配ヘッダ２４１に入口側接続パイプ２５ａを接続する接続工程において、ロウ材（接着物Ｒ）の量が過大等となる場合においても、その余剰分は分配流路２４１２を溶融した状態で通過させてその後に貯留スペースＳに良好に貯留させることができる。これにより下流側冷媒管２４３ｂの冷媒通路２４３１に貯留させたロウ材が進入してしまうことがなく、かかるロウ材により冷媒通路２４３１が閉塞されてしまうこともない。

特に、貯留スペースＳは、分配流路２４１２の管軸方向に沿った長さＬが上記関係式（１）を満足することで、入口側接続パイプ２５ａの接続工程で用いたロウ材の余剰分を確実に貯留スペースＳに貯留させることができ、しかも下流側冷媒管２４３ｂの冷媒通路２４３１にロウ材が進入して閉塞してしまうことを防止することができる。

従って、本実施の形態である熱交換器によれば、分配ヘッダ２４１に対する接続工程においてロウ材（接着物Ｒ）が冷媒通路２４３１に進入することを抑制し、熱交換効率の低下を防止することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。

上述した実施の形態では、分配ヘッダ２４１の接続工程について述べたが、本発明においては、分配ヘッダ２４１だけでなく、合流ヘッダ２４２の接続工程、すなわち合流ヘッダの一端部に冷媒配管２５の端部を流出口に連通する態様で接続する工程においても、他端部の内壁面と、該他端部に最も近接する下流側冷媒管の挿入端部との間に、該工程で用いられる接着物（ロウ材）を貯留することが可能な貯留スペースを合流ヘッダに設けるようにしても良い。このように合流ヘッダに貯留スペースを設けることにより、合流ヘッダに対する接続工程において接着物が冷媒通路に進入することを抑制することができる。

以上のように、本発明に係る熱交換器は、自動販売機等において商品を冷却等するのに用いられる冷凍サイクル等に有用である。

１ 本体キャビネット
２０ 冷凍サイクル
２１ 圧縮機
２２ 凝縮器
２３ 膨張機構
２４ 蒸発器（熱交換器）
２４１ 分配ヘッダ
２４１ａ 他端部
２４１１ 流入口
２４１２ 分配流路
２４２ 合流ヘッダ
２４３ 冷媒管
２４３ａ 上流側冷媒管
２４３ｂ 下流側冷媒管
２４３１ 冷媒通路
２４４ コルゲートフィン
２５ 冷媒配管
２５ａ 入口側接続パイプ
Ｒ ロウ材
Ｓ 貯留スペース

Claims (2)

1. 一端部に形成された流入口を通じて流入した冷媒を、閉塞された他端部に向けて通過させる分配流路が内部に形成された管状の分配ヘッダと、
   それぞれが複数の冷媒通路を並設させた扁平状を成し、各冷媒通路の入口が前記分配流路を臨む態様で、前記分配ヘッダの管軸方向に沿って挿入されて取り付けられた複数の冷媒管と
   を備え、前記分配ヘッダから各冷媒管のそれぞれの冷媒通路に冷媒を分配して前記冷媒通路を通過する冷媒と、自身の周囲を通過する流体との熱交換を行う熱交換器において、
   前記分配ヘッダは、自身の他端部の内壁面と、該他端部に最も近接する前記冷媒管の挿入端部との間に、接着物を貯留することが可能な貯留スペースを備えたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記貯留スペースは、前記分配流路の管軸方向に沿った長さＬが下記の関係式を満足することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
   （式）Ｌ＞（４・ｍ・（１−α））／（ρ・π・ｄ２）
   （ここで、ｍは接着物供給質量、αは接着物の使用割合、ρは接着物の密度、ｄは分配流路の内径を示している。）

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