JP3349265B2 - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JP3349265B2 JP16448994A JP16448994A JP3349265B2 JP 3349265 B2 JP3349265 B2 JP 3349265B2 JP 16448994 A JP16448994 A JP 16448994A JP 16448994 A JP16448994 A JP 16448994A JP 3349265 B2 JP3349265 B2 JP 3349265B2
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  • Air Filters, Heat-Exchange Apparatuses, And Housings Of Air-Conditioning Units (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機や冷凍装置
に用いられる熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、空気調和機は、圧縮機、室外熱
交換器、減圧器、室内熱交換器を備えており、かかる空
気調和機の熱交換器は、一般的に、多数のフィンが積層
されたフィン群に伝熱管を挿通した構成とし、通風路中
に配置している。
【0003】この種の従来の熱交換器は、凝縮器として
作用する熱交換器であって且つ冷媒として単一冷媒を用
いるものにあっては、入口側(導入側)と出口側(導出
側)とで冷媒が気体態から液体状態に変化することが知
られている。このため、例えば、特公昭62−1357
4号公報には、かかる冷媒の相状態に応じて管径を入口
側を太く、出口側を細くする構成が開示されている。
【0004】一方、冷媒として、沸点の異なる複数種類
の冷媒が混合された混合冷媒が使用される場合がある。
かかる混合冷媒において、熱交換器がエバポレータ(蒸
発器)として機能する場合には、沸点の低い冷媒が先に
蒸発するので、単一冷媒を使用する場合と異なり、熱交
換器の入口側と出口側とでいわゆる温度グライドが生じ
る。このような混合冷媒を用いた熱交換器にあっては、
熱交換器の入口側で着霜状態を生じやすく、SH制御
(過冷却制御)やSC制御(サブクール制御)がしにく
く、しかもかかる制御するにあたって、伝熱管のパス
(長さ)が多く要求され、あるいは所定の熱交換面積が
必要とされるが、パスが多くなると熱交換器への通風抵
抗が大きくなり、熱交換能力が低下するという問題があ
る。
【0005】かかる温度グライドに対処するため、混合
冷媒を用いた熱交換器にあっては、伝熱管の中間に抵抗
体を挿入し、入口側と出口側との通路内圧力が同じにな
るようにして温度勾配を緩和する構成が公知である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、伝熱管の途中
に抵抗体を挿入する従来の熱交換器では、圧力損失が大
きくなるという問題点がある。また、この抵抗体を挿入
するため熱交換器の構造が複雑になることは否めなかっ
た。
【0007】又、混合冷媒を用いた場合には、単に管の
中間に抵抗体を配置しただけでは、温度グライドに沿っ
た圧力分布を得ることができず、良好な熱交換効率が得
られないという問題点がある。
【0008】従って、本発明の目的は、圧力損失が小さ
く且つ良好な熱交換効率を得ることができる熱交換器を
提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、多数のフィン
が積層されたフィン群に複数本の伝熱管を夫々複数パス
で挿通してなり、送風空気により伝熱管内の冷媒が熱交
換される熱交換器において、前記各伝熱管は、液冷媒の
導入される冷媒の入口部における各パスを細管とし、ガ
ス冷媒が導出される冷媒の出口部における各パスを前記
入口部の細管よりも管径の太い太管とすると共に、この
熱交換器が蒸発器として作用する冷房時にはサブクール
制御が、この熱交換器が凝縮器として作用する暖房時に
は過冷却制御が夫々とりやすくなるように、前記入口部
におけるパス並びに前記出口部におけるパスをいずれも
風上に配置したことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明の熱交換器では、冷媒が液状である冷媒
の入口部を細管とし、冷媒がガス状である冷媒の出口部
を太管としているので、冷媒の相状態に応じた管径とな
り、圧力損失を最小としつつ良好な熱交換効率を得るこ
とができる。特に、同一管内では、入口側の液流、はガ
ス流に比べて、その流速は密度に比例して小さく、管径
を細くするとそれだけ圧力損失も少ない。
【0011】また、入口部並びに出口部をいずれも風上
に配置したもので、この熱交換器が蒸発器として作用す
る冷房時にはSC制御(サブクール制御)がこの熱交換
器が凝縮器として作用する暖房時にはSH制御(過冷却
制御)が夫々とりやすくなる。更に、冷媒が液状である
冷媒の入口部を細管とし、冷媒がガス状である冷媒の出
口部を太管としているので、冷媒の相状態に応じた管径
となり、熱交換効率が良好となり、太管の列数を少なく
することができる。
【0012】このため、熱交換用の風速抵抗が小さくな
り、熱交換の性能の向上を図ることができる。
【0013】
【実施例】以下に、添付図面を参照して本発明の一実施
例を詳細に説明する。
【0014】図8は、本発明の冷凍装置にかかる実施例
の冷媒回路図である。この実施例にかかる冷凍装置は、
冷媒回路を循環する冷媒としては、高沸点冷媒と低沸点
冷媒からなる非共沸混合冷媒が用いられている。
【0015】図8の冷媒回路において、圧縮機13、室
内熱交換器15、減圧装置17、室外熱交換器19、流
路切り換え弁としての四方弁21、アキュムレータ23
が、この順序で配置されている。
【0016】熱交換器としての室外熱交換器19及び室
内熱交換器15は、それぞれファンを備えていて、室外
空気または室内空気とが熱交換されている。
【0017】四方弁21は、冷房運転時には、破線で示
すように冷媒を流すように位置して、暖房運転時には実
線で示すように位置される。このように四方弁21を切
り換えることにより、冷房と暖房の冷媒流路を切り換え
る。
【0018】ヒートポンプ式空気調和機では、冷房運転
時、室内熱交換器15が蒸発器として作用し、室外熱交
換器(熱交換器)19は凝縮器として作用する。一方、
暖房運転時、室内熱交換器15が凝縮器として作用する
場合には、室外熱交換器19は蒸発器として作用する。
【0019】非共沸混合冷媒としては、たとえばR13
4a、R125、R32の混合冷媒が用いられる。一般
に、R134aの沸点は摂氏−26度、R125の沸点
は摂氏−48度、R32の沸点は摂氏−52度である。
【0020】次に、参考例について説明する。
【0021】室外熱交換器19は、図1に示すように、
多数のフィン3が積層されたフィン群に伝熱管5が挿通
して構成されている。伝熱管5は冷媒が流れる冷媒流路
を形成するものであって、一つの伝熱管5が複数の通路
(パス)を有するように蛇行して配置されている。本実
施例では一つの伝熱管5が5パスを構成している。
【0022】また、熱交換器19内に5本の伝熱管が配
置されており、各伝熱管5には分配器7から冷媒が分配
されている。
【0023】伝熱管5は、蒸発器として作用する場合
に、液状の冷媒が導入される入口部5a、冷媒がガス状
の冷媒となって導出される出口部5b及びこれらの中間
部5cとを有している。
【0024】この伝熱管5において、入口部5aは冷媒
の入口側の2パスとし、出口部5bは出口側の2パスと
し、中間部5cはこれらの間の2パスとしている。
【0025】伝熱管の管径は、入口部5aの2パス及び
出口部5bの2パスには管径9mmの太管が用いられて
おり、中間部5cには管径7mmの細管が用いられてい
る。このように中間部5cに細管を用いる構成とするこ
とにより、管5内を流れる冷媒の圧力損失を小さくしつ
つ、冷媒管の中間に固定抵抗を挿入した従来のものと同
様に温度グライドに対応した圧力分布を得ることができ
る。従って、冷媒として混合冷媒を用いた場合に、良好
な熱交換効率を得ることができる。
【0026】細管と太管の管径は特に限定するものでは
なく、実質的に中間部5cの管径が入口部5aの管及び
出口部5bの管径より小さければよい。
【0027】また、冷媒の相状態に応じて、ガス状態領
域に太管を用いているので、上述のように熱交換効率が
良くなり、そのパス数(長さ)を少なくすることができ
る。従って、熱交換器19に対する熱交換用の送風空気
の抵抗が少なくなり、更に熱交換効率を高めることがで
きる。
【0028】尚、一般に管径の太い伝熱管の方が管径の
細い伝熱管より製造容易、取扱い容易であり、且つ安価
であるから、従来のように伝熱管として管径7mmの細
管のみを用いているものと比較して、熱交換器の製造が
容易であり、且つ安価に製造することができる。
【0029】次に、別の参考例について説明する。
【0030】この参考例による熱交換器19は、上述の
参考例と同様に多数のフィン3が積層されたフィン群に
伝熱管5が挿通してなるものであるが、図2に示すよう
に、伝熱管5は、導入される冷媒の入口部(液側)5a
を細管とし、導出される冷媒の出口部(ガス側)5bを
前記細管より管径の太い太管としている。このように入
口部5aを細管として出口部5bを太管とすることによ
り、混合冷媒が熱交換器19内で液状態からガス状態に
変化する相状態の変化に応じて、出口部5bであるガス
状態領域で太管を用いている。従って、熱交換効率が良
くなり、そのパス数(長さ)を少なくすることができ、
これにより、熱交換用の送風空気の抵抗が少なくなり、
更に熱交換効率を高めることができる。
【0031】次に、図3乃至図5を参照して、本発明の
実施例について説明する。
【0032】図3、図4の実施例では入口部5aと出口
部5bとがいずれも風上側となるよう配置したので、こ
の熱交換器が蒸発器として作用する冷房時にはSC制御
(サブクール制御)がこの熱交換器19が凝縮器として
作用する暖房時にはSH制御(過冷却制御)か夫々とり
やすくなる。
【0033】尚、図3の実施例では、入口部5aの細管
を2パスとし、出口部5bの太管を2パスとする構成で
あり、図4の実施例では入口部5aの細管を2パスと
し、出口部5bの太管を4パスとし、更に3列の配置と
し図5の実施例では、風上側の熱交換器部19aと風下
側の熱交換器部19bとに分割して構成されており、風
上側の熱交換器部19aには太管を2パスとし、風下側
の熱交換器部9aには細管を2パスとしている。
【0034】このような実施例によれば、図6及び図7
から明らかなように、冷媒が液状である冷媒の入口部5
aを細管とし、冷媒がガス状である冷媒の出口部5bを
太管としているので、冷媒の相状態に応じた管径とな
り、熱交換効率が良好となり、図9の従来の熱交換器3
の場合と比較して太管の列数(または長さ)を少なくす
ることができる。このため、熱交換用の風速抵抗が小さ
くなり、熱交換の性能の向上を図ることができる。
【0035】本発明は上述した実施例に限定されず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【0036】
【発明の効果】本発明の熱交換器では、冷媒が液状であ
る冷媒の入口部を細管とし、冷媒がガス状である冷媒の
出口部を太管としているので、冷媒の相状態に応じた管
径となり、圧力損失を最小としつつ良好な熱交換効率を
得ることができる。特に、同一管内では、入口側の液流
は、ガス流に比べて、その流速は密度に比例して小さ
く、管径を細くするとそれだけ圧力損失も少ない。この
熱交換器においては、冷媒として混合冷媒を用いた場合
には、特に、圧力損失を小さくでき且つ熱交換効率が良
い。更に入口部並びに出口部をいずれも風上に配置した
ので、冷房時のSC制御や暖房時のSH制御が夫々とり
やすくなり、熱交換器の性能の向上を図ることができる
等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の参考例にかかる熱交換器の斜視図であ
る。
【図2】本発明の参考例にかかる熱交換器の側面図であ
る。
【図3】本発明の実施例にかかる熱交換器の側面図であ
る。
【図4】本実施例にかかる他の熱交換器の側面図であ
る。
【図5】本実施例にかかる他の熱交換器の側面図であ
る。
【図6】本実施例にかかる熱交換器の作用を説明する平
面図である。
【図7】本実施例にかかる熱交換器の冷媒管における冷
媒の流れを説明する平面図である。
【図8】本実施例にかかる冷凍装置の回路図である。
【図9】従来の熱交換器の作用を説明する平面図であ
る。
【符号の説明】
1 空気調和機 3 フィン 5 伝熱管 5a 入口部 5b 出口部 5c 中間部 19 室外熱交換器(熱交換器)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−254269(JP,A) 特開 平2−110293(JP,A) 特開 平2−223791(JP,A) 特開 昭63−131989(JP,A) 特開 昭63−233224(JP,A) 特開 平3−140794(JP,A) 特開 平2−306096(JP,A) 特開 平5−306853(JP,A) 特開 平1−296054(JP,A) 実開 昭56−105718(JP,U) 実開 昭59−118980(JP,U) 実開 平1−63968(JP,U) 特公 昭62−13574(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F28D 1/047 F24F 1/00 391 F25B 39/00 F28F 1/32

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数のフィンが積層されたフィン群に
    数本の伝熱管を夫々複数パスで挿通してなり、送風空気
    により伝熱管内の冷媒が熱交換される熱交換器におい
    て、前記各伝熱管は、液冷媒の導入される冷媒の入口部
    における各パスを細管とし、ガス冷媒が導出される冷媒
    出口部における各パスを前記入口部の細管よりも管径
    の太い太管とすると共に、この熱交換器が蒸発器として
    作用する冷房時にはサブクール制御が、この熱交換器が
    凝縮器として作用する暖房時には過冷却制御が夫々とり
    やすくなるように、前記入口部におけるパス並びに前記
    出口部におけるパスをいずれも風上に配置したことを特
    徴とする熱交換器。
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