JP3107032U

JP3107032U - 熱交換機

Info

Publication number: JP3107032U
Application number: JP2004004666U
Authority: JP
Inventors: チェオルスーコー
Original assignee: エルジー電子株式会社
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2007-06-14
Also published as: KR100388801B1; AU4810601A; CN1284957C; AU783130B2; JP2002115986A; CN1348086A; KR20020028450A

Abstract

【課題】冷媒のチューブを多数個除去して小さい前列面積でも冷却媒体と冷媒と間の熱効率が向上され、製作日が減少され、小型化及び軽量化される熱交換機を提供する。
【解決手段】冷媒の流路を形成するチューブと、熱交換面積が増加されるようにチューブの外周に形成されるフィンを含む熱交換機において、チューブは流れ込む空気と先ず接する前列のチューブと、前列を通過した空気と接する最小限の１列の後列のチューブを含めて構成され、前列チューブ又は後列チューブはチューブが取り付けられていないチューブ非設置部を備えるように構成する。
【選択図】図１

Description

本考案は、熱交換機に関するもので、特に、冷媒の流路を形成する銅管チューブの配列を改善した熱交換機に関する。

一般に、熱交換機は空気調和機のヒートポンプなど用いられ、Ｒ−２２、水などの冷却媒体を熱交換に凝縮または蒸発させる装置である。

かかる熱交換機は図７に示すように、冷媒の流路を形成するチューブ２は熱伝達の面積を増加させるための板形フィン３に挿入され、また、前記チューブ２は所定の間隔に離隔されて多数段設置され、熱交換機に流入される冷媒の流路の経路が分岐できるように多数段のチューブが一つ以上の列に形成される。

かかる構成を有する熱交換機１が空気調和機の凝縮機で用いられると、圧縮機を介して圧縮された冷媒は前記チューブ２内で流動され、このような流動の中、熱交換機へ流入される低温の外部空気と熱交換されることによって凝縮される。

なお、前記熱交換機１が空気調和機の蒸発器で用いられる時、毛細管を介して減圧された冷媒がチューブ２内で流動され、熱交換機に流入される高温の室内空気と熱交換されることによって低温の気相冷媒に蒸発される。

このような冷媒と空気との熱交換が行なわれるチューブが多数列に配列された熱交換機１の場合、空気は、流入される空気と先ず接する前列のチューブ２を通過しながら前記チューブ２内で流動される冷媒と１次に熱交換して多量の熱を吸収した後、前列の後方にある後列のチューブ２の周辺を通過しつつ冷媒と２次に熱交換して熱交換機１の外部へ放出される。

しかしながら、熱交換効率を向上させるために熱交換機のチューブを多数列に形成する場合、例えば、２．６４ＫＷ（９０００Ｂｔｕ／ｈ）級室外機を２．０５ＫＷ（７０００Ｂｔｕ／ｈ）級室外機の大きさにコンパクト化して同一な冷房能力を保持するためには従来の２．０５ＫＷ（７０００Ｂｔｕ／ｈ）級熱交換機を同一高さで列数を増加させて前列面積を増加させる。熱交換機の体積が増加されることによって前記熱交換機が設置される空気調和機の室外機のカバーシャシが他の室外機のシャシと大きさが違ってくるので室外機シャシの共用化による製作費用の低減効果が減少される。

また、銅管により形成されるチューブを多数列に配列する場合は高価な銅管チューブを用いることによって製作費が増加する。
またチューブの列数増加によって熱交換機の性能が過剰に増加して空気調和機のシステム性能にミスマッチングが発生される。

本考案は、上記従来技術の問題点を解決するためのもので、チューブ非設置部を形成して流路を構成することによって、熱交換機の機能を最適化してシステムの効率を向上させることにその目的がある。

本考案の他の目的はコストが減少され、設置が容易な熱交換機を提供することにある。

上記目的を達成するために、冷媒の流路を形成するチューブと、熱交換面積が増加されるように前記チューブの外周に形成されるフィンを含む熱交換機において、前記チューブは流れ込む空気と先ず接する前列のチューブと、前記前列を通過した空気と接する最小限の１列の後列のチューブを含めて構成され、前記前列チューブ又は後列チューブはチューブが取り付けられていないチューブ非設置部を備えることを特徴とする熱交換機を提供する。

本考案の他の実施形態は、前記前列のチューブ及び後列チューブはチューブ非設置部を有しており、前記前列チューブ非設置部と後列チューブ非設置部とは重ならないことを特徴とする熱交換機を提供する。

空気調和機の小型化及び軽量化が要求される場合、熱交換機の高さを減少させ、多数列にチューブを形成し、これによって発生される熱交換熱量のミスマッチングはチューブ非設置部を調節することによって解決可能である。
また、要求される熱交換熱量によって、従来の熱交換機において銅管を除去して流路を形成することができるので互換性が向上され、従来の熱交換機の使用によって製作費用が減少される。
また、空気調和機内に設置される位置の形状によって折り曲げられる熱交換機は各列からジグザグに銅管を除去するのでベンディング強度が保持されてベンディング作業時熱交換機の損傷が防止される。

以下、添付の図面を参照して本考案を更に詳細に説明する。
本実施形態の説明において、同一構成に対しては同一名称及び同一符号が用いられ、これによる付加的な説明は下記で省く。

本考案による熱交換機は大きさを小型化する代わりに同一な熱交換熱量を得るためにチューブを多数列に形成するものであり、熱交換機に流入される空気と先ず接する前列又は前記前列を通過した空気と接する最小限の１列の後列からなるチューブにおいてチューブが設置されていないチューブ非設置部を形成する。
即ち、本考案による第１実施形態は前列又は後列のチューブにチューブ非設置部を形成し、チューブ非設置部を除いた所のチューブを相互連結して冷媒の流路を形成する。これは図示されていない。

第１実施形態の熱交換機とは異なり、本考案による第２実施形態では図１のように前記前列チューブ及び後列チューブにチューブ非設置部を備える。
この時、前記前列チューブ非設置部と後列チューブ非設置部が設置されるレベルは互いに重ならない。
これによって、熱交換機１の右側下端に多数のチューブ非設置部４が位置され、熱交換機１の左側上端に多数のチューブ非設置部４が位置され、非設置部を除外した余りのチューブが流路を形成するように連結される。

尚、図２は本考案による第３実施形態として、前記前列チューブ非設置部の非設置チューブ個数が後列チューブ非設置部の非設置チューブよりもっと少ない。
これによって、熱交換機１のフィン３の挿入された右側下端に一つのチューブが連結されないチューブ非設置部４が位置され、左側では多数のチューブが連結されないチューブ非設置部４が位置される。

図３は本考案による第４実施形態として、前記前列チューブ非設置部の非設置チューブ数が後列チューブ非設置部の非設置チューブ数と同じであるが、チューブ非設置部の形成レベルは重なることはない。

また、図４は本考案の５実施形態として、前記前列チューブ非設置部の非設置チューブ数が後列チューブ非設置部の非設置部のチューブ数よりもっと多い。
これによって熱交換機１の前列即ち、右側上端に並列に３つのチューブ非設置部４が位置され、その下端に少なくとも一つのチューブ非設置部４が位置され、左側では前列と重ならず前列から形成されたチューブ非設置部の数より少ない数にチューブ非設置部４が位置される。
このような方法に熱交換機の流路を形成することは本考案による構造の熱交換機が分離型空気調和機の室外機に設置されて凝縮器に用いられる場合、前記熱交換機に通過する空気の熱交換熱量から説明される。
このとき、前記空気調和機の室外機は冷媒を圧縮させる圧縮機と、フィンチューブから形成された本考案による熱交換機と、熱交換機の冷媒が外部空気と熱交換できるように外部空気を送風させるファンと前記ファンを駆動させるための駆動手段が設置される。
また、前記室外機のハウジング一側に前記熱交換機１が設置され、前記熱交換機の他側面にはファンが設置され、前記室外機に形成された通過孔に空気が流れ込み及び吐き出される。

又、空気調和機の室内機には室内空気を冷媒の蒸発熱により冷却させる蒸発器などが設置される。
このような空気調和機が稼動されると前記圧縮機はモーターの回転力を用いて冷媒を高温・高圧に圧縮した後、前記圧縮機と連結された凝縮器に用いられる熱交換機１側に冷媒を吐き出す。
前記高温・高圧の冷媒は過熱された気相状態に本考案による熱交換機内に一つの入口や二つ以上の入口から分岐されて流入され、チューブ内を流動しながら熱交換によって気相と液状の２つの位相状態と、過冷状態を経て膨張バルブに与えられる。

かかる熱交換機内の流入方法は冷媒の圧力損失によって決められ、圧縮機から凝縮器に流入される冷媒の圧力損失が小さいと冷媒は一つの入口を介して前記凝縮器に流入され、冷媒の圧力損失が大きいと多数個の入口を介して分岐されて熱交換機内に流入される。
尚、多数列のチューブが配列された熱交換機内で冷媒が流動するとき、前記チューブは熱伝達係数の高い銅管で形成されるのでチューブ２と冷媒の間に熱交換がなされ、前記列はファンの回転によって熱交換機に送風される空気の熱と熱交換される。
このとき、熱交換機を通過する空気の流動は図５に示すように、熱交換機１に空気が流入されると、空気と先ず接する前列チューブの上下部には空気が速い速度で流入されるが、チューブ２の後方には空気が流動されないデッドゾン５が形成される。
これによって、前列チューブ２の４５°近所に形成される速い空気流動によって前列チューブと一定角度で配置された後列チューブを通過する空気の流動速度はさらに速められる。

なお、本考案による熱交換機１の前列と後列チューブにはチューブ非設置部４が形成されるので空気が前列チューブ２を通過しながら熱交換されることによって上昇される温度が従来より低くなる。
また、前列にチューブ非設置部４が形成することによって前列における空気と冷媒間の熱交換量が減少され、前列を通過した空気は流入される空気速度より速い速度で後列を通過して冷媒と熱交換される。
これによって、後列チューブ内で流動される冷媒と空気間の熱交換量は前列で成される熱交換量と同一であるか又はそれより大きくなる。
これは、フィンとチューブ及び空気間の温度差が同じである時、空気の渦流によって後列の熱伝達効率が更に大きいので後列の銅管に冷媒が流れない場合に比べて、前列の銅管内部に冷媒が流れない場合の方が熱交換効率が高いということを意味する。

従って、前記実施形態から得られる熱交換熱量は次のようである。
図１から分かるように、本考案による第２実施形態では前列と後列チューブに同一な数のチューブ非設置部を形成したもので、チューブが挿入されない所を通過する空気の熱流速は０となり、チューブが挿入された所の熱流速はおよそ３２２内外に形成される。
従って、本考案の第２実施形態による熱交換機を通過する空気の熱交換熱量は空気の質量流量と比例して計算され、その値は２．２０ＫＷ（７４９９ＢＴＵ／ｈ）である。
この時、熱交換熱量は熱交換機内で冷媒が気相と液相が混合された二つの位相状態を成す領域から得られる値である。

また、図２の第３実施形態では後列にチューブに多数のチューブ非設置部を形成したもので、二つの位相領域で空気の熱交換熱量は２．２２ＫＷ（７５７５ＢＴＵ／ｈ）である。

なお、図３の第４実施形態では、前列と後列に同一なチューブ非設置部を形成するものの、互いに重ならないようにすることによって冷媒の二つの位相の領域で空気の熱交換熱量はわりと高い２．２２ＫＷ（７５８１ＢＴＵ／ｈ）である。
また、その圧縮機から熱交換機に冷媒が初期に流入されて過熱蒸気として流動される時、空気の熱交換熱量は約０．４１ＫＷ（１４０９ＢＴＵ／ｈ）である。

また冷媒が二つの位相領域を経て過冷されて熱交換機内部で流動される領域において熱交換機を通過する空気の熱交換量は０．５４ＫＷ（１８５４ＢＴＵ／ｈ）である。
従って、全ての部分から得られる空気の熱交換量は３．１８ＫＷ（１０，８４４ＢＵＴ／ｈ）程度であり、かかる実験値は実際に熱交換機を製作して得られる熱交換熱量と１０％程度の差異を示す。

また、図４の第５実施形態では、空気が先ず接する前列に更に多数のチューブ非設置部を形成することによって、冷媒と空気の熱交換熱量は一番高い熱交換熱量を示す２．２３ＫＷ（７，６１２ＢＴＵ／ｈ）である。
即ち、前記実施形態から明らかなように、空気側と先ず接触する前列にチューブ非設置部を多く形成するほど空気の流動速度が速くなる後列においては冷媒と空気間の熱交換熱量が大きくなって熱交換効率が向上される。

なお、空気調和機内に設置される位置の形状によって熱交換機１をベンディングしてＬ字形またはＵ字形などに形成する場合、前列に多数のチューブ非設置部が形成された第４実施形態の熱交換機１の場合、チューブのないフィン３部分におけるフィン３間の隙間ができると、フィン３とフィン３の間の間隔が一定に保持されないので熱交換の効率が劣る。
また、後列に多数のチューブ非チューブ部が形成された第３実施形態の場合にも、ベンディング時力が加えられるとフィン３が歪んで不良品が発生する。
代わりに第４実施形態の場合には図６に示すように、相互重ならない前列と後列においてチューブ非設置部が同一な数に形成されるので製作のうえ良好なベンディング強度を有するのでベンディングが要求される熱交換機に適合する。

なお、圧縮機から熱交換機と圧縮された冷媒が流入される場合前列面積を上昇させるために多数列にチューブを形成し、各列で一つずつのチューブだけを除去させて他の各チューブを連結させることができる。
これと異なり、熱交換機が室内に圧縮機と膨張バルブとの間に設置され、膨張バルブから低温・低圧の冷媒の供給を受けて室内空気と熱交換に冷媒を蒸発させる場合、気相と液相とが混合された冷媒の流路が形成されるようにチューブ２を１列に形成する。

本考案の熱交換機のチューブ構成の第２実施形態を示す縦断面図である。本考案の熱交換機のチューブ構成の第３実施形態を示す縦断面図である。本考案の熱交換機のチューブ構成の第４実施形態を示す縦断面図である。本考案の熱交換機のチューブ構成の第５実施形態を示す縦断面図である。チューブが複数列に形成された熱交換機を通過する空気の流動速度を示す概略断面図である。折れ曲がれた本考案による熱交換機を示す斜視図である。従来の熱交換機の流路を示す斜視図である。

符号の説明

１熱交換機
２チューブ
３フィン
４チューブ非設置部
５デッドゾーン

Claims

冷媒の流路を形成するチューブと、熱交換面積が増加されるように前記チューブの外周に形成されるフィンを含む熱交換機において、
前記チューブは流れ込む空気と先ず接する前列のチューブと、前記前列を通過した空気と接する最小限の１列の後列のチューブを含めて構成され、
前記前列チューブ又は後列チューブはチューブが取り付けられていないチューブ非設置部を備えることを特徴とする熱交換機。
前記前列のチューブ及び後列チューブはチューブ非設置部を有しており、前記前列チューブ非設置部と後列チューブ非設置部とは重ならないことを特徴とする請求項１に記載の熱交換機。
前記前列チューブ非設置部の非設置チューブ数が後列チューブ非設置部の非設置チューブ数より多いことを特徴とする請求項２に記載の熱交換機。
前記前列チューブ非設置部の非設置チューブ数が後列チューブ非設置部の非設置チューブ数より少ないことを特徴とする請求項２に記載の熱交換機。
前記前列チューブ非設置部の非設置チューブ数が後列チューブ非設置部の非設置チューブ数と同じであることを特徴とする請求項２に記載の熱交換機。
前記前列チューブ非設置部の非設置チューブ数が後列チューブ非設置部の非設置チューブの位置が同一であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換機。
前記熱交換機は多数の形状にベンディングされることを特徴とする請求項４に記載の熱交換機。
前記熱交換機が圧縮機に用いられて圧縮機から過熱蒸気が流入される場合、圧力損失に鑑みて前列又は後列はチューブ非設置部を備え、前記熱交換機の流入口は１本以上の流路を形成するように多数に分岐されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換機。
前記熱交換機が蒸発器に用いられて、気相と液相が混合された冷媒の領域が１つの場合、前列又は後列はチューブ非設置部を備え、前記熱交換機の流入口は１本の流路に形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換機。
前記熱交換機が蒸発器に用いられて、気相と液相が混合された冷媒の領域が２つ以上の場合、前列又は後列はチューブ非設置部を備え、前記熱交換機の流入口は２本以上の流路を形成するように多数に分岐されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換機。