JP2010014312A - 二重管式過冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の熱交換が可能でありながら、小型の二重管式過冷却器を提供する。
【解決手段】内管２と、内管２の外周を覆う外管３とを有し、内管３内を流れるバイパス流冷媒５と、外管３と内管２との隙間４を流れる主流冷媒６とが内管２の管壁８を挟んで互いに反対向きに流れる二重管式過冷却器１において、外管３がコルゲート７を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の熱交換が可能でありながら、小型の二重管式過冷却器に関する。

空気調和機の冷媒回路として、圧縮機、凝縮器、二重管式の過冷却器、主膨張機構、蒸発器、四路切換弁およびアキュムレータをこの順に有する主回路と、上記凝縮器と上記過冷却器との間の分岐点で上記主回路から分岐して、バイパス膨張機構と上記過冷却器とを通り、上記アキュムレータの入口近傍の合流点で上記主回路と合流するバイパス回路とを含むものが知られている。

圧縮機から吐出された冷媒は、凝縮器（例えば、室外空気に放熱する）によって凝縮され、分岐点で主回路を流れる主流冷媒とバイパス回路を流れるバイパス流冷媒とに別れる。この主流冷媒は、過冷却器において、バイパス膨張機構通過後の上記バイパス流冷媒との熱交換によって過冷却される。一方、バイパス流冷媒は、上記バイパス膨張機構を通過して減圧された後、過冷却器において主流冷媒との熱交換によって蒸発される。

図２に、従来の二重管式過冷却器を示す。この二重管式過冷却器２１は、内管２２と、この内管２２の外周を覆うように内管２２に対して同心円状に設けられた外管２３とを有しており、内管２２と外管２３との間に環状の隙間２４が形成される。二重管式過冷却器２１は、内管２２内を流れるバイパス流冷媒２５と、内管２２と外管２３との間の環状の隙間２４を流れる主流冷媒２６とが、伝熱性を持つ内管２２の管壁を挟んで互いに反対向きに流れるように設定されている（対向流型熱交換器）。また、内管２２と外管２３は平滑管となっている。

特開平１０−０５４６１６号公報

従来の二重管式過冷却器２１は、外管２３の内面が平滑なので、主流冷媒２６を攪拌しない。そのため、主流冷媒２６と内管２２の管壁外面との間の熱伝達率が低い。よって、所定の熱交換をするためには、二重管式過冷却器２１を大きくしなければならない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、所定の熱交換が可能でありながら、小型の二重管式過冷却器を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、内管と、該内管の外周を覆う外管とを有し、上記内管内を流れるバイパス流冷媒と、上記外管と上記内管との隙間を流れる主流冷媒とが上記内管の管壁を挟んで互いに反対向きに流れる二重管式過冷却器において、上記外管がコルゲートを有するものである。

上記外管が上記内管に対して同心円状に設けられもよい。

上記外管が銅からなってもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）所定の熱交換が可能でありながら、小型である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る二重管式過冷却器１は、内管２と、内管２の外周を覆う外管３とを有し、内管３内を流れるバイパス流冷媒５と、外管３と内管２との隙間４を流れる主流冷媒６とが内管２の管壁８を挟んで互いに反対向きに流れる二重管式過冷却器１において、外管３がコルゲート７を有するものである。

この二重管式過冷却器１は、空気調和機の冷媒回路に使用される。冷媒回路では、圧縮機から吐出された冷媒が凝縮器によって凝縮され、分岐点で主回路を流れる主流冷媒とバイパス回路を流れるバイパス流冷媒とに別れ、この主流冷媒とバイパス膨張機構を通過して減圧された後のバイパス流冷媒とを二重管式過冷却器１において熱交換する。

外管３は、内管２に対して同心円状に設けられる。すなわち、内管２と外管３はいずれも円筒状であって、内管２の管軸と外管３の管軸が一致する。

本発明は、外管３にコルゲート７を設けた点に特徴がある。コルゲート７は、外管３の管壁９が内径側に丸く凹んだ形状に形成される。コルゲート７は、丸い凹みを連続的に螺旋状に巻いて形成される。図１のように断面で見ると、コルゲート７は、外管３の長手方向に所定ピッチで繰り返し形成される。

外管３の内周面からコルゲート７の窪みの頂点までの径方向距離をコルゲート７の深さＨｃとする。外管３の中心線に対する傾斜角をコルゲート７の傾きβとする。外管３の内径をＤとし、コルゲート７の形成ピッチをＰｃとし、コルゲート７の条数をｎとしたとき、
β＝ａｒｃｔａｎ（πＤ／ｎＰｃ）
である。一例として、βは７７．０８°である。条数ｎは、任意の自然数であるが、本実施形態では１条である。

このコルゲート７によって外管３と内管２との隙間４を流れる主流冷媒６が攪拌され、主流冷媒６と内管２の管壁８との間の熱伝達率が高くなる。このため、バイパス流冷媒５と主流冷媒６の熱交換の効率が高くなり、所定の熱交換をするための二重管式過冷却器１を小さくできる。

二重管式過冷却器１は、内管２と、この内管２の外側に同心円状に設けられた外管３とを有する。内管２内はバイパス流冷媒５が流れ、内管２と外管３との間の環状の隙間４を主流冷媒６が流れる。外管３にコルゲート７を設けた場合と従来技術のように外管２３が平滑な場合との二重管式過冷却器の長さの比は次式で表される。

ここで、ｄ_c：内管の内径、ｄ_h：内管の外径、α_c：内管の管内熱伝達率、α_h：内管の管外熱伝達率、ｌ：過冷却器の長さ、添え字１：外管平滑、添え字２：外管コルゲートである。

従来技術のように外管２３が平滑な場合の内管２２の管外熱伝達率は次式で与えられる。

ここで、Ｄ：外管の内径、Ｄｅ：内管と外管との環状隙間の水力等価直径、ｆ：管摩擦係数、Ｒｅ：レイノルズ数、Ｐｒ：プラントル数、ｖ：流速、λ：熱伝導率、ν：動粘度である。

本発明のように外管３にコルゲート７がある場合の内管２の管外熱伝達率は次式で与えられると仮定する。ただし、表１の実施例１の条件とする。

ここで、ρ：密度、ｃ_p：定圧比熱である。

次に、具体的に表１の実施例１の条件で外管のコルゲートの効果を計算する。

この計算で次式の結果が得られた。

つまり、本発明のように外管３にコルゲート７を設けることで二重管式過冷却器１の長さを従来技術の二重管式過冷却器２１より約２４％短くできる。

コルゲート７によって外管３が曲げやすくなる。外管３が曲げやすいので、二重管式過冷却器１全体も曲げやすくなる。よって、空気調和機の内部の空間に合わせて、二重管式過冷却器１の形状を決めることが容易になり、空気調和機を小型化できる。

表１の実施例２の条件、つまりコルゲート７の深さが０．３８１ｍｍの条件を用いると、内管２の管外熱伝達率は次式で与えられる

この場合、ｌ₂／ｌ₁は、０．９４となる。

本発明の一実施形態を示す二重管式過冷却器の側断面図である。 従来の二重管式過冷却器の側断面図である。

符号の説明

１ 二重管式過冷却器
２ 内管
３ 外管
４ 隙間
５ バイパス流冷媒
６ 主流冷媒
７ コルゲート
８ 内管の管壁
９ 外管の管壁

Claims (3)

1. 内管と、該内管の外周を覆う外管とを有し、上記内管内を流れるバイパス流冷媒と、上記外管と上記内管との隙間を流れる主流冷媒とが上記内管の管壁を挟んで互いに反対向きに流れる二重管式過冷却器において、上記外管がコルゲートを有することを特徴とする二重管式過冷却器。
2. 上記外管が上記内管に対して同心円状に設けられたことを特徴とする請求項１記載の二重管式過冷却器。
3. 上記外管が銅からなることを特徴とする請求項１又は２記載の二重管式過冷却器。

Images