JP3007455B2

JP3007455B2 - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP3007455B2
Application number: JP3237976A
Authority: JP
Inventors: 近義佐藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1991-09-18
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 2000-02-07
Anticipated expiration: 2015-02-07
Also published as: JPH0579726A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一般冷凍装置やルー
ムエアコン、パッケージエアコン等の空調装置に用いら
れる冷凍サイクル装置に関し、特に冷凍サイクル装置の
設計の簡易化、製造組立て作業の簡易化および冷凍サイ
クル装置の信頼性の向上を実現し得る冷凍サイクル装置
の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般冷凍装置、空調装置等に用いられる
冷凍サイクル装置は、４つの要素部品によって構成され
ている。以下に、この冷凍サイクル装置について、図６
に基づいて説明する。この冷凍サイクル装置は、図６に
示すように、圧縮機１と、凝縮器２と、減圧器３と、蒸
発器４とで構成されており、それぞれの要素部品は金属
配管を介して接続されている。そして、フロンＲ−２２
等の冷媒が、この冷凍サイクル装置内を循環する。この
フロンＲ−２２等の冷媒は、気体状態や液体状態に変化
することによって、熱の吸収あるいは放出を行なう。

【０００３】圧縮機１は、蒸発器４から送り込まれた低
圧のガス状冷媒を、圧縮することによって高温高圧のガ
ス状冷媒にする。凝縮器２は、金属配管を介して圧縮機
に接続されている。そして、圧縮機１によって高温高圧
に圧縮されたガス状冷媒が、この凝縮器２内に送り込ま
れる。この凝縮器２は、圧縮機１から送り込まれた高温
高圧のガス状冷媒を、空気または水等で冷却することに
よって、高温高圧のガス状冷媒から熱を奪い、ガス状冷
媒を液化する。

【０００４】減圧器３は、金属配管を介して凝縮器２に
接続されており、凝縮器２から高圧の液状冷媒が送り込
まれる。この減圧器３は、高温高圧の液状冷媒を、減圧
することによって蒸発しやすい低温の液状冷媒にする。
蒸発器４は、金属配管を介して減圧器３に接続されてお
り、減圧器３から低温の液状冷媒が送り込まれる。この
蒸発器４内に送り込まれた液状冷媒は、蒸発器４内を通
過する間に周囲から熱を奪うことによって蒸発し、低圧
のガス状冷媒となる。そして、この低圧のガス状冷媒
が、圧縮機１内に再び送り込まれる。

【０００５】以上のような冷凍サイクルが繰返されるこ
とになる。ここで、図７を参照して、上記の冷凍サイク
ル装置のそれぞれの要素部品による冷媒の状態の変化に
ついて説明する。図７は、上記の冷凍サイクルのモリエ
ル線図を示しており、縦軸に圧力、横軸にエンタルピー
をとっている。なお、図中、５は冷媒の気相状態、液相
状態および気液混合状態の境界を示す曲線であり、頂点
６より右側の曲線部分は飽和蒸気線を示し、頂点６より
左側の曲線部分は飽和液線を示している。

【０００６】そして、上記の飽和蒸気線の右側の領域で
は、冷媒は過熱蒸気であり、飽和蒸気線の左側の領域で
は、冷媒は湿り蒸気となっている。また、上記の飽和液
線の左側の領域では、冷媒は液体状態であり、飽和液線
の右側の領域では、冷媒は湿り蒸気となっている。よっ
て、図中ａ−ｂ間では、冷媒は、圧縮機１で圧縮される
ことによって、高温高圧の過熱蒸気となっている。ま
た、図中ｂ−ｃ間では、冷媒は、凝縮器２内で凝縮され
ることによって、過熱蒸気状態から液体状態になる。

【０００７】そして、図中ｃ−ｄ間では、冷媒は、減圧
器３で減圧されることによって、気液混合状態となる。
図中ｄ−ａ間では、液状の冷媒は、蒸発器４内で、周囲
から熱を奪うことによって蒸発し、過熱蒸気となる。そ
して、過熱蒸気となった冷媒が、再び圧縮機１内へ送り
込まれることになる。

【０００８】次に、この冷凍サイクルの各要素部品の構
造についてより具体的に説明する。図８は、上述の冷凍
サイクル装置内で、凝縮器２として用いられる平行流形
熱交換器の斜視図である。

【０００９】この熱交換器は、上下に互いに平行に配設
された第１のヘッダパイプ７および第２のヘッダパイプ
８を備えており、その第１のヘッダパイプ７および第２
のヘッダパイプ８に挟まれる位置に、第１のヘッダパイ
プ７および第２のヘッダパイプ８に対し略直角方向に配
列された複数の偏平管９を備えている。第１のヘッダパ
イプ７は、一方の端部が開口端となっており、その開口
端が冷媒入口１３となる。第１のヘッダパイプ７の他方
の端部は閉塞されいている。この第１のヘッダパイプ７
の開口端は、金属配管を介して圧縮機１に接続されてい
る。

【００１０】第２のヘッダパイプ８は、第１のヘッダパ
イプ７の開口端に対向する端部に閉塞端を有しており、
第１のヘッダパイプ７の閉塞端に対向する端部に開口端
を有している。そして、この第２のヘッダパイプの開口
端が冷媒出口１４となる。また、上記の第１のヘッダパ
イプ７および第２のヘッダパイプ８内には、所定位置に
仕切り板１２が設けられている。偏平管９は、内部に複
数の貫通孔を有しており、この貫通孔内を冷媒が流れ
る。偏平管９の両端は、それぞれ第１のヘッダパイプ７
および第２のヘッダパイプ８に接続されている。

【００１１】この偏平管９の側面には、放熱手段として
のフィン１０が偏平管９の全長に亘って取付けられてい
る。このような構造を有する偏平管９が第１のヘッダパ
イプ７および第２のヘッダパイプ８に対して略直角方向
に、複数設けられている。そして、上記の複数の偏平管
９の両端には、これらの偏平管９を挟むようにサイドメ
ンバ１１が取付けられている。このサイドメンバ１１
は、上記の第１のヘッダパイプ７および第２のヘッダパ
イプ８のそれぞれに固着されれており、熱交換器を補強
している。

【００１２】次に、図９を参照して、上記の熱交換器の
内部構造についてより詳しく説明する。図９（ａ）は、
凝縮器２として機能する熱交換器の側面図を示してお
り、図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿っ
て見た断面図を示している。図９（ｂ）を参照して、こ
の熱交換器は、上下に互いに平行に配設された第１のヘ
ッダパイプ７および第２のヘッダパイプ８を備えてい
る。

【００１３】そして、第１のヘッダパイプおよび第２の
ヘッダパイプ８の間には、この第１のヘッダパイプ７お
よび第２のヘッダパイプ８に対して略直角方向に複数の
偏平管９が配列されている。第１のヘッダパイプ７の上
流端には、冷媒入口１３が設けられており、下流端は閉
塞されている。また、第２のヘッダパイプ８の上流端は
閉塞されており、下流端には冷媒出口１４が設けられて
いる。そして、第１のヘッダパイプ７および第２のヘッ
ダパイプ８内には、複数の偏平管９を仕切るために所定
位置に仕切り板１２が設けられている。

【００１４】冷媒は、冷媒入口１３から第１のヘッダパ
イプ７内に送り込まれる。そして、冷媒は、第１のヘッ
ダパイプ７内の最上流側に設けられた仕切り板１２ａに
よって、第１のヘッダパイプ７内における下流方向への
流れを阻止され、第１のヘッダパイプ７において仕切り
板１２ａより上流側の部分に接続されている偏平管９内
を、第２のヘッダパイプ８に向かう方向に流れていく。

【００１５】そして、高温高圧の冷媒は、偏平管９内に
設けられた複数の貫通孔内を、第１のヘッダパイプ７か
ら第２のヘッダパイプ８に向かって流れ、その貫通孔内
を流れる際に偏平管９に熱を伝達する。そして、この熱
が、偏平管９の側面に取付けられたフィン１０に伝達す
る。このフィン１０に伝達された熱が、フィン１０の周
囲の水や空気等に伝達されることによって、偏平管９に
伝達された熱は放熱される。それにより、冷媒は凝縮さ
れ、高圧の液状冷媒となる。

【００１６】この高圧の液状冷媒は、凝縮器２として機
能する熱交換器に金属配管を介して接続された減圧器３
内に送り込まれる。減圧器としては、キャピラリチュー
ブ等が用いられる。このキャピラリチューブの管径は小
さく、その管路長は長い。また、このキャピラリチュー
ブの形状は、螺旋形状に整形されているものが多い。冷
媒は、このキャピラリチューブ等の減圧器３内を通過す
ることによって減圧されることになる。

【００１７】そして、上記の減圧器３によって減圧され
た冷媒は、蒸発器４内に送り込まれる。蒸発器４の構造
は、上記の熱交換器と同様であるので説明は省略する。
液状の低温冷媒は、この蒸発器４内を通過し、その間に
周囲から気化潜熱を奪って気化する。それにより、冷却
作用が行なわれることになる。そして、気化した冷媒
は、再び圧縮機１内に送り込まれる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記の冷凍サイクル装
置の凝縮器２と減圧器３とは、金属配管を介して接続さ
れている。そして、その接合部は、溶接によって接合さ
れている。通常減圧器３は複数使用されるので、溶接箇
所もその減圧器の数に比例して存在する。そのため溶接
作業には、多くの時間を要していた。また、減圧器は螺
旋形状等の形状に成形されているため、その成形にも多
くの時間を要していた。さらに、冷凍サイクル装置内部
に減圧器３を組込むためのスペースもかなり必要として
いた。

【００１９】この発明は、上記の課題を解決するために
なされたものであり、冷凍サイクル装置の設計の簡易
化、製造組立て作業の簡易化および冷凍サイクル装置の
信頼性の向上を実現し得る冷凍サイクル装置を提供する
ことを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明に基づく冷凍サ
イクル装置は、冷媒を蒸発あるいは凝縮させて熱交換を
行なう熱交換器を備える。熱交換器は、平行に配され冷
媒を受入れる第１と第２のヘッダパイプと、該第１と第
２のヘッダパイプを接続する複数の冷媒流路管とを有す
る。冷媒流路管は、相対的に流路断面積の大きい第１の
冷媒流路管と、相対的に流路断面積の小さい第２の冷媒
流路管とを含む。そして、１つの局面では、第２の冷媒
流路管の周囲に断熱材を配している。

【００２１】他の局面では、上記の第２の冷媒流路管の
周囲に外気の侵入を阻止するための仕切りを設けてい
る。

【００２２】

【作用】１つの局面では、熱交換器内における第２の冷
媒流路管の流路断面積を、第１の冷媒流路管の流路断面
積よりも小さくしている。それにより、冷媒は、流路断
面積の大きい第１の冷媒流路管と、流路断面積の小さい
第２の冷媒流路管とを通過することとなる。

【００２３】一般に、管路内を流れる流体の圧力損失
は、その流体が流れる管路の長さに比例し、その管路径
に反比例する。すなわち、流体の圧力損失は、その流体
が流れる管路径が小さく、管路の長さが長いほど大きく
なる。したがって、流路断面積の小さい第２の冷媒流路
管を冷媒が通過することにより、圧力損失が大きくな
る。それにより、冷媒は減圧されることとなる。また、
第２の冷媒流路管の周囲に断熱材を設けているので、第
２の冷媒流路管内を冷媒が通過する際に、冷媒と外気と
の熱交換量を少なくすることも可能となる。

【００２４】他の局面の場合も、熱交換器内における第
２の冷媒流路管の流路断面積を第１の冷媒流路管の流路
断面積よりも小さくしているので、第２の冷媒流路管を
冷媒が通過することにより冷媒は減圧される。また、第
２の冷媒流路管の周囲に仕切りを設けているので、第２
の冷媒流路管内を冷媒が通過する際に、冷媒と外気との
熱交換量を少なくすることが可能となる。

【００２５】

【実施例】以下に、この発明に基づく実施例について、
図１ないし図５を用いて説明する。この発明に基づく第
１の実施例は、図１を参照して、第１のヘッダパイプ２
７と第２のヘッダパイプ２８との間に一体的に組込まれ
た凝縮器と減圧器とを備えている。第１のヘッダパイプ
２７は、上流側の端部に冷媒入口３３を有しており、下
流側の端部は閉塞されている。この第１のヘッダパイプ
２７に対し平行にかつ所定間隔を隔てて、第２のヘッダ
パイプ２８が配設されている。この第２のヘッダパイプ
２８は、上流側の端部が閉塞されており、下流側の端部
に冷媒出口３４を有している。

【００２６】上記の第１のヘッダパイプ２７と第２のヘ
ッダパイプ２８との間に、それぞれのヘッダパイプに対
して略直角方向に所定間隔を隔てて、偏平管２９が配列
されている。この偏平管２９は、放熱手段としてのフィ
ン３０を有しており、冷媒流路管として機能する。ま
た、この偏平管９の内部には複数の貫通孔が設けられて
おり、冷媒と冷媒流路管として機能する偏平管２９との
接触面積を大きくすることにより、熱効率を向上させて
いる。

【００２７】また、上記の第１のヘッダパイプ２７およ
び第２のヘッダパイプ２８内には、所定本数の偏平管２
９を仕切るために、所定位置に仕切り板３２が設けられ
ている。そして、第２のヘッダパイプ２８内において、
最下流側に位置する最下流側偏平管２９ａとその最下流
側偏平管２９ａに隣接した偏平管２９との間に仕切り板
３２ａを設けることにより、この最下流側偏平管２９ａ
を減圧器として機能させている。この偏平管２９ａの周
囲を断熱材３６等で取囲んでいる。それにより、減圧器
として機能する偏平管２９ａを冷媒が通過する際に、冷
媒と外気との熱交換量が少なくなる。

【００２８】ここで、図５を参照して、偏平管２９につ
いてより詳しく説明する。図５（ａ）は、凝縮器および
蒸発器内における偏平管２９の断面図を示している。偏
平管２９には、冷媒と偏平管２９との接触面積を大きく
するために、多数の貫通孔３５が設けられている。図中
（ｂ）〜（ｅ）に示す偏平管２９は、偏平管２９を減圧
器として使用するために、偏平管２９に設ける貫通孔３
５の数を、上記の凝縮器および蒸発器内の偏平管に設け
られた貫通孔３５の数よりも少なくしている。この貫通
孔３５の数は、凝縮器および蒸発器の能力等により選定
される。

【００２９】上記の構造を有する凝縮器内に、圧縮機か
ら冷媒が送り込まれる。冷媒は、冷媒入口３３を通って
凝縮器内に入り、仕切り板３２で仕切られた範囲内の偏
平管２９を通過する。冷媒が有する熱は、この偏平管２
９を通過する間に、偏平管２９に設けられた放熱手段に
よって放熱される。このように、冷媒は、第１のヘッダ
パイプ２７と第２のヘッダパイプ２８との間を、往復し
ながら下流方向へ流れていく。そして、冷媒は、最下流
側に位置する最下流側偏平管２９ａを通過することによ
って減圧される。上述のように、減圧器としては偏平管
２９ａを用いたが、円管を減圧器として用いてもよい。

【００３０】次に、この発明に基づく第２の実施例につ
いて、図２を用いて説明する。この第２の実施例では、
減圧器として機能する偏平管２９ａにフィンが取付けら
れていない。また、この偏平管２９ａは、その周囲を鋼
板等の仕切りで取囲まれている。よって、この偏平管２
９の周囲には外気が浸入しない。それにより、鋼板等の
仕切りで取囲まれていない場合に比べ、外気と偏平管２
９ａ内の冷媒との熱交換量が少なくなる。なお、図中前
述の第１の実施例と同一機器に対しては、同一番号を付
し、説明は省略している。また、説明の便宜上、図２で
は、凝縮器の下流部と減圧器とを示している。

【００３１】次に、この発明に基づく第３の実施例につ
いて、図３を用いて説明する。この第３の実施例では、
図３に示すように、減圧器として機能する偏平管２９ａ
の形状が屈曲した形状となっている。これにより、この
偏平管２９ａの長さが他の偏平管２９の長さより長くな
る。流体の圧力損失は、前述したように、その流体が流
れる管路の径が小さく管路の長さが長いほど大きくな
る。よって、この実施例の場合、減圧器として機能する
偏平管２９ａの長さが長くなるので、他の実施例に比べ
て減圧能力は優れている。また、この偏平管２９ａは、
通風しないように周囲を鋼板等で取囲まれている。それ
により、外気と冷媒との熱交換量は少なくなる。

【００３２】次に、この発明に基づく第４の実施例につ
いて、図４を用いて説明する。この第４の実施例は、冷
凍サイクル装置の機器構成上、図４に示すように、上述
の第１〜第３の実施例に対し９０度回転させた状態で、
凝縮器を冷凍サイクル装置に組込むことを想定してい
る。これにより、減圧器として機能する偏平管２９ａ
は、水平に配置されることになるので、冷媒の入口部と
出口部における位置損失がなくなる。よって、偏平管２
９ａに設ける貫通孔３５の数等の選定が上述の第１〜第
３の実施例に比べ容易となる。

【００３３】以上は、凝縮器と減圧器とを一体化させた
場合の実施例である。しかし、蒸発器と減圧器とを一体
化させてもよい。このような構成にすると、減圧され低
温の液状となった冷媒が、減圧器と直結された蒸発器内
に、減圧された直後に送り込まれることになる。

【００３４】それにより、凝縮器と減圧器とを一体化さ
せた場合に比べ、減圧することにより低温になった冷媒
の外気との熱交換量が少なくなる。よって、冷媒の冷却
能力が向上する。

【００３５】以上のように、凝縮器と減圧器とを一体化
させた装置あるいは蒸発器と減圧器とを一体化させた装
置について述べた。しかし、上記のいずれの実施例にお
いても、減圧器として機能する偏平管は１本だけであっ
た。これは、凝縮器と蒸発器の能力を考慮した上での選
定であるが、減圧器として機能する偏平管が複数存在し
てもよい。また、このような偏平管が複数存在する場合
には、減圧器として機能する偏平管に設けられる貫通孔
の数を、冷媒の上流側から徐々に少なくすることによ
り、段階的に減圧を行なうものであってもよい。

【００３６】

【発明の効果】この発明によれば、熱交換器の１対のヘ
ッダパイプ間に減圧器を一体的に組み込むことができ
る。それにより、装置の設計が容易になるだけでなく、
従来減圧器として用いてきたキャピラリチューブ等の部
品が必要なくなるため、部品点数も少なくなる。また、
キャピラリチューブ等の接続のための溶接工程が省略で
きるため、冷凍サイクル装置の製造コストを低減でき
る。さらに、キャピラリチューブ等の接続のための溶接
箇所が減少することにより、冷凍サイクル装置の信頼性
も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に基づく第１の実施例における冷凍サ
イクル装置の一体化された凝縮器と減圧器とを示す断面
図である。

【図２】この発明に基づく第２の実施例における冷凍サ
イクル装置の一体化された凝縮器と減圧器とを示す断面
図である。

【図３】この発明に基づく第３の実施例における冷凍サ
イクル装置の一体化された凝縮器と減圧器とを示す断面
図である。

【図４】この発明に基づく第４の実施例における冷凍サ
イクル装置の一体化された凝縮器と減圧器とを示す断面
図である。

【図５】（ａ）は通常用いられる偏平管を示す断面図、
（ｂ）ないし（ｅ）はそれぞれ減圧機能を付加された偏
平管を示す断面図である。

【図６】冷凍サイクル装置の冷凍サイクルを示す図であ
る。

【図７】冷凍サイクル装置のモリエル線図である。

【図８】従来の冷凍サイクル装置における凝縮器の斜視
図である。

【図９】（ａ）は従来の冷凍サイクル装置における凝縮
器の側面図、（ｂ）は従来の冷凍サイクル装置における
凝縮器の断面図である。

【符号の説明】

７、２７第１のヘッダパイプ８、２８第２のヘッダパイプ９、２９、２９ａ偏平管１０、３０フィン１２、１２ａ、３２仕切り板１３、３３冷媒入口１４、３４冷媒出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 39/00 F25B 39/02 F25B 39/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒を蒸発あるいは凝縮させて熱交換を
行なう熱交換器を備えた冷凍サイクル装置であって、前記熱交換器は、平行に配され冷媒を受入れる第１と第
２のヘッダパイプと、該第１と第２のヘッダパイプを接
続する複数の冷媒流路管とを有し、前記冷媒流路管は、相対的に流路断面積の大きい第１の
冷媒流路管と、相対的に流路断面積の小さい第２の冷媒
流路管とを含み、前記第２の冷媒流路管の周囲に断熱材を配することを特
徴とする、冷凍サイクル装置。
【請求項２】冷媒を蒸発あるいは凝縮させて熱交換を
行なう熱交換器を備えた冷凍サイクル装置であって、前記熱交換器は、平行に配され冷媒を受入れる第１と第
２のヘッダパイプと、該第１と第２のヘッダパイプを接
続する複数の冷媒流路管とを有し、前記冷媒流路管は、相対的に流路断面積の大きい第１の
冷媒流路管と、相対的に流路断面積の小さい第２の冷媒
流路管とを含み、前記第２の冷媒流路管の周囲に外気の侵入を阻止するた
めの仕切りを設けることを特徴とする、冷凍サイクル装
置。