JPH03170756A - 竪型凝縮器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は竪型凝縮器、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竪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（ｌ２）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（ｌ４）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（ｌ４）より上方に位置す
る複数個の冷媒チューブ（ｌ３）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−
（１ｌ）でＵターンさせたのち、残りの下半部の冷媒チ
ューブ（ｌ３）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−（１０）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
複数バ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（ｌ３）のほとんど全体
にわたって流れることになり、チューブ内に都ける冷媒
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バス方式による凝
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（Ｖ『）とコアの放熱４ｍ（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ｆｆｉ（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、複数バス方式による凝縮器は、仕切仮（
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＼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
、凝縮器の人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、凝縮器を竪型に構成
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−（２０）を上方位置に水平状に設け、出口ヘッダ
−（２ｌ）を下方位置に水平状に設けて、両ヘッダ−（
２０）（２ｌ）を、多数のフィン（２２）を取付けた垂
直状の冷媒チューブ（２３）を介して上下方向に連通接
続したものである。この竪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＼、冷媒の流通抵抗も小さいも
のとすることができる。この竪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バス方式横型凝縮器
と同程度の値を示し、流通抵抗においては、前述の１バ
方式横型凝縮器のそれとほＶ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、同じ竪型の凝縮器であつても、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
める竪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
人口ヘッダーを有し、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
放熱フィン付き玲媒チューブを介して連通接続された竪
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＜
０．９ 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−　（２）は下方位置に水平状に配置され
た出口ヘッダ−　（３）は両ヘッダ−（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−（１）及び出口ヘッダ−（２）は、アルミ
ニウム（アルミニウム合金を含む一以下同じ）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人
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＜０．９ の範囲に設定されることを必要とする。

こ）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０．９をこえると、急激に熱交換効率の低下をも
たらし、凝縮器を竪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Ｎα１〜３の３種類の竪型凝縮器を作製した。

ｃ以下余白〕 第１表 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Ｎα１、ｋ
２、ｋ３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０．９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、ａ＜Ｑ．９の範囲に限定するものである。

なお、竪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Ｎ（Ｌｌ゜、Ｎｏ．２゜、Ｎｏ．３゜で示す
ような値を示し、全体として曲Ａｌｌ　（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
式に較べて竪式の凝縮器の方が、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（Ｆ
ｈ）、フィンピッチ（Ｆ　ｐ）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）　　： ６〜２３閤 （１０〜２０ａｍ） チューブ高さ（Ｔｔ）：１．５〜５．０ｍ（１．８〜３
．５＃） フィン高さ （Ｆｈ）　　： ６〜１６ＩＩＭＩ （７〜１０＃） フィンピッチ （Ｆｐ）：１．５〜４．３馴 （１．８〜３、５＃ｌＩｌｌ） 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−（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−（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
竪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、前記竪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竪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■一■線
の断面図、第４図は竪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バス方式による横型凝縮器の構戊を示す概略正
面図、第６図は同じく従来の１バス方式による横型凝縮
器の構戊を示す概略正面図、第７図は同じく従来の竪型
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バス方式の竪型凝縮器と第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バ
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−　（２）・・・出口ヘッダ−
　（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。 以上 入口へ・ンダー 第１ 図 第８ 図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　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竪型凝縮器において、 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＜０．９ の範囲に設定されてなることを特徴とする竪型凝縮器。