JP2878351B2 - 竪型凝縮器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は堅型凝縮器、とくに冷媒を上方から下方に
流通せしめるものとなされた堅型のカークーラー用凝縮
器に関する。

従来の技術 近来、この種の凝縮器として、従来のサーペンタイン
型熱交換器に代って、マルチフロー型あるいは平行流型
等と称される型式のものが用いられるようになってきて
いる。この凝縮器は、第５図にその概要を示すように、
左右に１対のヘッダー（10）（11）を配置し、それらの
間を、多数の放熱用フィン（12）を付設した多数本の冷
媒チューブ（13）を介して連通接続せしめたものであ
り、一般的には上記両ヘッダーのうちの少なくとも一方
に長さ方向の中間部において仕切板（14）が設けられ、
一方のヘッダーの上端入口側から導入される圧縮冷媒蒸
気を、上記仕切板（14）より上方に位置する複数個の冷
媒チューブ（13）群を通じて左から右、あるいは右から
左へ横向きに流通させ、他方のヘッダー（11）でＵター
ンさせたのち、残りの下半部の冷媒チューブ（13）群を
通じて逆向きに流通させ、このような蛇行状の冷媒流れ
を１回以上繰返したのち、いずれか一方のヘッダー（1
0）の下端出口側から凝縮冷媒液として流出せしめるも
のとなされている。

第５図に示される凝縮器は、冷媒を１回だけＵターン
させる２パス方式に構成されたものであるが、このよう
な複数パス方式による凝縮器は、冷媒をＵターンさせな
い第６図に示すような１パス方式の凝縮器に較べて、熱
交換効率の点で優れており、一般に多く使用されてい
る。即ち、冷媒は、凝縮器に入るとすぐに凝縮が始まる
ので、凝縮した冷媒液は、チューブ（13）のほとんど全
体にわたって流れることになり、チューブ内における冷
媒液の占める割合は下方部分ほど多くなる。そして、チ
ューブ内がこの冷媒液で占められると、その部分は所謂
デッドゾーンとなって凝縮器としての機能が低下し、残
りの冷媒蒸気の凝縮が困難になるが、１パス方式による
凝縮器では、第６図に一点鎖線で示すように上記デッド
ゾーンが第３図に示す複数パス方式によるものに較べて
大きく発生し、相対的に熱交換効率に劣るものとなる。
実際に性能の比較試験を行ったところ、第８図に示すよ
うな顕著な差が認められた。同図は、コアを流通される
前面風速（Vf）とコアの放熱量（Ｑ）との関係を示した
ものであり、１パス方式の凝縮器の放熱量（イ）に対
し、同じコア面積で２パス方式に構成された凝縮器の放
熱量（ロ）の方が、顕著に大きい値を示すことがわか
る。

ところが反面、複数パス方式による凝縮器は、仕切板
（14）によって全冷媒チューブの通路群が分割されるた
め、冷媒通路断面積の減少と、同通路長さの増大とに起
因して、冷媒の通路抵抗が増大し、圧縮器にかゝる負担
が増大するという難点がある。即ち、第９図に示すよう
に、１パス凝縮器の冷媒流通抵抗（イ）に対し、２パス
凝縮器の流通抵抗（ロ）は、ほとんど２倍近い値を示
し、凝縮器の入口と出口の圧力差が大きいものとなる。

このような問題点に対して、従来、凝縮器を堅型に構
成することによる解決手段が提案されている（例えば実
公昭51-20917号公報、同52-1118号公報）。この従来提
案は、第７図に示すように、冷媒の入口ヘッダー（20）
を上方位置に水平状に設け、出口ヘッダー（21）を下方
位置に水平状に設けて、両ヘッダー（20）（21）を、多
数のフィン（22）を取付けた垂直状の冷媒チューブ（2
3）を介して上下方向に連通接続したものである。この
堅型凝縮器にあっては、凝縮冷媒液がチューブ（23）内
を重力と圧力差によって、停滞することなく速やかに流
下するので、第７図に一点斜線で示すようにデッドゾー
ンが小さなものとなり、優れた熱交換効率を発現しつ
ゝ、冷媒の流通抵抗も小さいものとすることができる。
この堅型凝縮器の試験結果によれば、放熱量において
は、前述の２パス方式横型凝縮器と同程度の値を示し、
流通抵抗においては、前述の１パス方式横型凝縮器のそ
れとほゞ同じ値を示す。

発明が解決しようとする課題 ところが、本発明者らによって更なる実験と研究を重
ねたところ、同じ堅型の凝縮器であっても、その具体的
設計仕様により、かなり大きな熱交換効率の差異を生じ
ることが見出された。

そこで、その熱交換効率に影響を及ぼす要因について
更に探求したところ、凝縮器の有効コア部、即ちフィン
付きチューブ群によって構成されるコア部の幅と高さと
の比率関係の設定値によって、熱交換効率に極めて重大
な影響を及ぼすものであることを見出すに至り、本発明
を完成し得たものである。

従って、この発明の目的は、冷媒を上下方向に流通せ
しめる堅型の凝縮器にあって、限られたコア面積の中
で、可及的に優れた熱交換効率を発現せしめうる凝縮器
を提供することである。

課題を解決するための手段 この発明は、上記の目的において、上方位置に水平状
に入口ヘッダーを有し、下方位置に水平状に出口ヘッダ
ーを有して、両ヘッダーが、垂直状に配置された多数本
の放熱フィン付き冷媒チューブを介して連通接続された
堅型凝縮器において、上記フィン付き冷媒チューブ群に
よって構成される有効コア部が、その高さ（Ｈ）に対す
る幅（Ｗ）の比（W/H＝α）において、 0.25＜α＜0.7 の範囲に設定されてなることを特徴とする。

実施例 第１図ないし第４図に基いて以下この発明の実施例を
説明する。

第１図において、（１）は上方位置に水平状に配置さ
れた入口ヘッダー、（２）は下方位置に水平状に配置さ
れた出口ヘッダー、（３）は両ヘッダー（１）（２）間
に所定間隔をもって平行状かつ垂直状に配置され上下両
端を各ヘッダー（１）（２）に差込んで連通接続された
冷媒チューブ、（４）はこの冷媒チューブ（３）に取付
けられた放熱フィン、（５）はサイドプレートである。

入口ヘッダー（１）及び出口ヘッダー（２）は、アル
ミニウム（アルミニウム合金を含む−以下同じ）製の押
出管、電縫管等で構成され、互いに反対側の一端に冷媒
入口（1a）と冷媒出口（2a）を有する。

冷媒チューブ（３）は、これもアルミニウム材からな
るもので、偏平状の多穴押出管あるいは電縫管等が用い
られる。そしてろう付け等により両端部がヘッダー
（１）（２）に接合されている。

放熱フィン（４）は、隣接するチューブ（３）（３）
間及び最外側のチューブの外面側に沿わせて配置された
アルミニウム製のコルゲートフィンからなるもので、ろ
う付けによってチューブ（３）に一体に接合されてい
る。もっとも、この放熱フィンにはプレート型のフィン
を用いて、これをチューブ（３）に嵌め合わせ状態にし
て取付けるものとしても良い。

ところで、この発明に係る凝縮器は、上記冷媒チュー
ブ（３）群と、フィン（４）とで構成される有効コア部
が、その高さ（Ｈ）と横方向の幅（Ｗ）との関係におい
て所定の比率を有する縦長の状態に構成されることを必
要とする。即ち、高さ（Ｈ）に対する幅（Ｗ）の比（W/
H）を（α）とした場合において、 0.25＜α＜0.7 の範囲に設定されることを必要とする。

こゝに、上記比（α）が0.25未満では、凝縮器があま
りにも縦長なものとなり、設置スペーとの関係で多くの
場合不具合を生じるものとなる。また、逆に上記比
（α）が0.7をこえると、急激に熱交換効率の低下をも
たらし、凝縮器を堅型に構成することによる利点を最大
限に享有することができない。

この点を具体的な試験結果に基いて説明すれば次のと
おりである。

（試験例） 下記第１表に示すように、相互にコア部の大きさを異
にしたNo.1〜３の３種類の堅型凝縮器を作製した。

そして、各試料について、そのコア部の単位面積当り
の放熱量を測定したところ、それぞれ第４図にNo.1、N
o.2、No.3として示すような値を示し、全体傾向として
曲線（ａ）に示すような傾向を示すことを確認し得た。
この結果に基き、コア部の高さ（Ｈ）に対する幅（Ｗ）
の比（α）が0.7をこえると、凝縮器としての機能が急
激に低下するところから、この発明においては上記比
（α）を、α＜0.7の範囲に限定するものである。

なお、堅型凝縮器として用いることの有利性を確認す
るために、上記試料No.1〜３の凝縮器を、横式のものと
して用いて上記同様に単位面積当りの放熱量を測定し
た。即ち、冷媒チューブ（３）が水平状となるように設
置して凝縮試験を行ったところ、それぞれの凝縮器は、
第４図中にNo.1'、No.2'、No.3'で示すような値を示
し、全体として曲線（ｂ）で示すような性能傾向を有す
るものであった。この結果から、即ち、曲線（ａ）と
（ｂ）の対比から明らかなように、横式に較べて堅式の
凝縮器の方が、顕著に熱交換性能の点で卓越したもので
あることを再確認することができた。

なお、凝縮器の全体としての性能は、更に他の設計条
件によっても左右されるものであることはいうまでもな
いところであり、なかでも、重要な要素として、チュー
ブ幅（Tw）、チューブ高さ（Tt）、フィン高さ（Fh）、
フィンピッチ（Fp）を挙げることができる。これらの要
素はそれぞれ次のような範囲に設定するのが好ましい。
最も好ましい範囲を括弧内に示す。

チューブ幅 （Tw）： ６〜23mm （10〜20mm） チューブ高さ（Tt）： 1.5〜5.0mm （1.8〜3.5mm） フィン高さ （Fh）： ６〜16mm （７〜10mm） フィンピッチ（Fp）： 1.5〜4.3mm （1.8〜3.5mm） この発明に係る上記実施例に示した凝縮器は、上部の
入口ヘッダー（１）に、その入口（1a）から高温高圧の
冷媒蒸気が送り込まれる。そしてこの冷媒蒸気は、第１
図に矢印で示すように各冷媒チューブ（３）に分流さ
れ、該チューブ（３）及び放熱フィン（４）によって外
気へ放熱され凝縮される。凝縮した冷媒液は、重力と圧
力差によって冷媒チューブ（３）内を速やかに上方から
下方に流下し、出口ヘッダー（２）に集められ、そこで
一時貯えられたのち出口（2a）から流出される。

発明の効果 この発明に係る凝縮器は上述のように、冷媒チューブ
が垂直状に配置されて、冷媒を上方から下方に流下させ
る堅型のものとして構成されているので、放熱凝縮した
冷媒液を重力と圧力差とで速やかに器外へ流出させるこ
とができ、冷媒の滞溜に基づいて生じるコア部内でのデ
ッドゾーンを小さいものとして性能に優れたものとする
ことができると共に、冷媒の流通抵抗を減少して、圧縮
機にかける負担を軽減し、該圧縮機にも好影響を与える
ことができる。

また、有効コア部の高さと幅の比が、前記の所定範囲
に設定されていることにより、前記堅型凝縮器であるこ
とに基づく利点を享受しながら、そのなかでも最も優れ
た熱交換効率を発現せしめることができ、限られた設置
スペースの中に設置される所定の前面々積を有する凝縮
器にあって最も優れた性能を有するものとすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る堅型凝縮器の全体正面図、第２
図はその一部分の拡大正面図、第３図は第２図III-III
線の断面図、第４図は堅型凝縮器と横型凝縮器について
それらの有効コア部の高さと幅の比の変化に対する単位
面積当りの放熱量の変化との関係を示すグラフ、第５図
は従来の２パス方式による横型凝縮器の構成を示す概略
正面図、第６図は同じく従来の１パス方式による横型凝
縮器の構成を示す概略正面図、第７図は同じく従来の堅
型凝縮器の構成を示す概略正面図、第８図は第５図に示
した２パス方式の堅型凝縮器と第６図に示した１パス方
式の横型凝縮器について、それらの前面風速の変化と放
熱量の変化との関係を示したグラフ、第９図は同じく２
パス方式と１パス方式の各横式凝縮器において、冷媒流
量の変化と通路抵抗の変化との関係を示したグラフであ
る。 （１）……入口ヘッダー、（２）……出口ヘッダー，
（３）……冷媒チューブ，（４）……放熱フィン、
（Ｈ）……有効コア部の高さ、（Ｗ）……有効コア部の
幅。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上方位置に水平状に入口ヘッダーを有し、
   下方位置に水平状に出口ヘッダーを有して、両ヘッダー
   が、垂直状に配置された多数本の放熱フィン付き冷媒チ
   ューブを介して連通接続された堅型凝縮器において、 上記フィン付き冷媒チューブ群によって構成される有効
   コア部が、その高さ（Ｈ）に対する幅（Ｗ）の比（W/H
   ＝α）において、 0.25＜α＜0.7 の範囲に設定されてなることを特徴とする堅型凝縮器。