JPH0336496A - ヒートポンプ式空気調和機用熱交換器の冷媒管 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ヒートポンプ穴空Ｆ機用熱交換器の冷媒管に
係り、特にその伝熱率を向上させるための管内面構造の
改良に関するものである。

（従来の技術） 一般に、空気調和機の熱交換器は内部に冷媒（液あるい
はガス）を通過させて外部の室内空気あるいは室外空気
と間接接触させて熱交換させる冷媒管によって構成され
ている。従って、冷媒管は熱伝導性の優れた管体によっ
て成形されると共に冷媒管内を流れ冷媒が外部の空気と
の熱交換により充分蒸発あるいは凝縮する必要な長さを
有している。

また、ヒートポンプ式空気調和機の熱交換器を構成する
冷媒管は順方向に冷媒（液）を通過させて管外空気との
間接接触による熱交換により蒸発させる蒸発器の機能を
発揮すると共にその逆方向に冷媒（ガス）を通過させて
同様に管外空気の熱交換により凝縮させる凝縮器の機能
を発揮することになる。

また、一般に冷媒管は冷媒を通過させることから内面が
平滑な平滑管が採用されていたが、近年管内面部に細溝
を形成した所謂内面溝付管が採用されるに至り、冷媒と
管外の空気との熱交換率を高めるに至っている。特に内
面溝付管はその内面に溝があるので、蒸発器として用い
る場合に液冷媒と管外空気との熱交換となるので、液冷
媒から空気への熱伝達が第５図に示すように平滑管に比
べて有効になし得ることからヒートポンプ式空気調和機
の熱交換器として多く採用されるに至っている。

（発明が解決しようとする課Ｈｉ） しかしながら、近年空気調和機がインバータにより冷凍
サイクルを構成する圧Ｓａ等が制御されるに至り、低容
量運転時には熱交換器を構成する冷媒管内を流れる冷媒
流速が低くなり、蒸発器として機能させるに際して管外
空気への熱伝達率が低下する問題があった。

また、ヒートポンプ式空気調和機にあっては前述した通
り、熱交換器を構成する冷媒管にその一方向乃至順方向
に冷媒（液）を通過させて蒸発させる蒸発器の機能を発
揮させると共にその反対に逆方向に冷媒（ガス）を通過
させてａ縮させる凝縮器の機能を発揮させることになる
。特に、凝縮器としての機能を発揮させる場合には、冷
媒管のホットガスとしてのガス冷媒がその上流側から下
流側に流れることにより、ガス冷媒は管外の空気と間接
接触して熱交換しつつ順次１縮して液化してその下流側
に流れることになる。冷媒管の上流側はｌ！綿されてい
ないガス冷媒が管外の空気と熱交換されることになり、
充分熱交換が達成し得るが、順次空気との熱交換により
ガス冷媒が凝縮されてその下流側に流れる。凝縮された
液冷媒は冷媒管の内面から管軸芯方向に成長しつつ軸方
向に沿って流れ、他方１１ｍされないガス冷媒は管芯部
に沿って流れることになり、ガス冷媒と管外空気との間
に凝縮液冷媒が成長して介在して来ることになるために
、ガス冷媒と空気との熱交換が充分になし得なくなり、
熱交換効率を低下させる問題があった。従って、冷媒管
としてその内面に細溝を形成しただけの内面溝付管では
凝縮器として機能させるには第６図に示すように蒸発器
として機能させるとさほど効果は期待できない。

冷媒管をｌｌ１ｓ器としてＩ！能させるには、管内面の
凹凸差を大きくし、すなわち凸部を管内に大きく突出さ
せてガス冷媒と管内面とを直接接触させることにより管
外の空気との熱交換効率を向上させることができる。し
かしながら、冷媒の流路である管内に凸部を大きく突出
させることは冷媒流に多きな流体抵抗を与えることにな
り、その結果として空調機全体の機能を低下させること
になるため、実際上管内面の凹凸差を大きくすることが
できない。

本発哄は上記課題を解消すべく創案されたものであり、
蒸発及び凝縮時に冷媒と空気との熱交換効率を可及的に
向上させることができるヒートポンプ式空気調和機の冷
媒管を提供することを目的とする。

［発明の構ｊｄ！］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明は、順方向に冷媒を通過
させて蒸発させ、逆方向に冷媒を通過させて凝縮させる
ヒートポンプ式空気調和機用熱交換器の冷媒管において
、上記冷媒管の内面に、上記冷媒が逆方向に流れるとき
に冷媒流速に抗して内面から起立し、上記冷媒が順方向
に流れるときに冷媒流に抗して且つその流速に比例して
起立姿勢を小さくすべく冷媒流の下流側に傾斜するフィ
ンを設けたものである。

（作用） 上記構成により凝縮器として冷媒管内に冷媒（ガス）が
流れるときには冷媒流に抗して管内面からフィンが径方
向に起立することになり、凝縮された液冷媒を貫通させ
てガス冷媒と管とが結ばれることにになりガス冷媒と管
外空気との熱交換が充分に遠戚し得ることになる。

他方、蒸発器として冷媒管内に冷媒が流れるときには上
記フィンはその流速に比して起立姿勢が小さくなり、流
体抵抗を最小にして冷媒（液〉と管外空気との間接接触
を充分なし得、熱交換効率を向上させることができる。

また、蒸発器として機能するときには上記フィンは冷媒
管内に流体抵抗を大きくすることなく起立することにな
り、液冷媒を効果的に撹拌乃至乱すことになって冷媒と
管外空気との熱交換効率を高めることになる。

（実施例） 次に、本発明の一実施例について添付図面を参照して説
明する。

第１図において、１は本発明による冷媒管であり、順方
向Ａに冷媒を通過させて蒸発させ、逆方向Ｂに冷媒を通
過させて凝縮させるものである。

冷媒管１の内面１ａにはフィン２が管１の軸方向及び周
方向に夫々等間隔になるようにして多数設けられている
。フィン２は、管内面１ａに支持されるべく、管内面１
ａが一端を残すようにして管軸方向に沿って細長く削り
込まれて形成されている。

各フィン２は第２図に示すように、順方向Ａに流れる冷
媒の下流側に傾斜して管内面１ａに弾性的に支持されて
おり、その傾斜角度αが冷媒の流れる向き及び流速によ
って管１の軸方向（α＝０＃）から径方向（α＝９０’
）の範囲で変化するように構成されいる。すなわち、フ
ィン２は冷媒が逆方向Ｂに流れるときに冷媒流速に抗し
て内面１ａから起立し、冷媒が順方向Ａに流れるときに
冷媒流に抗して、且つその流速に比例して起立姿勢を小
さくすべく冷媒流の下流側に傾斜させられるものである
。

また、フィン２の長さは、フィン２の起立姿勢がほぼ最
大（傾斜角度α４９０°）になったとき、すなわちフィ
ン２が管１のほぼ径方向に向いたときにその先端部２ａ
が冷媒のガス域に達するように設定されている。

次に、本実施例の作用について説明する。

熱交換器が蒸発器として機能する場合、第２図に示すよ
うに冷媒流は順方向Ａすなわちフィン２を下流側へ押し
倒す向きに流れる。従って、管１内を流れる冷媒の流量
が多く流速が高速の場合、フィン２は第３図（ａ）に示
すように完全に押し制される。この場合、管１の内面ｌ
ａ上に押し倒されたフィン２と内面１ａとの間に形成さ
れる間隙が従来の内面溝付管における小溝と同等の作用
をなす、すなわち、第５図に示すように本発明によるフ
ィン付冷媒管２の蒸発熱伝達率は、冷媒流速が速く単位
時間当りに流れる冷媒流量が多いとき従来の内面溝付管
のそれと一致する。

一方、流速が低速になると、第３図（ｂ）に示すように
高速の場合に比べてフィン２の傾斜角度αが大きくなる
。すなわち、冷媒の流速が低速になると流圧が低下する
ため、フィン２が管内面１ａから少し起立する。これに
より、管内面１ａに沿って流れる液冷媒りがフィン２に
よって大きく乱され、管内面１ａから液冷媒りへの熱伝
達率が内面溝付管よりも向上する。尚、この場合、圧力
損失も増大するが、低流量域であるため空気調和機の性
能への影響はない。

熱交換器が凝縮器として機能する場合、第２図に示すよ
うに冷媒流の向きは蒸発器として作用したときの冷媒流
の向きとは逆方向Ｂになる。この場合、冷媒の流速が速
いと第４図（ａ）に示すようにフィン２は冷媒流速に抗
して起立して流れに対してほぼ直角（ｔＪｌ斜角度αＬ
ｇ９０°）になり、その先端部２ａが液冷媒りよりも内
側乃至管軸芯部に順次移行するガス域Ｇまで達する。こ
れにより、フィン２の先端部２ａがガス冷媒と直接接触
することになり、管外空気と間接接触が効果的になし得
、管軸芯部のガス冷媒が熱交換されて促進し、第６図に
示すように高い凝縮熱伝達率を達成する。

一方、冷媒の流量が少なく流速が低速になると、高速の
場合に比べてフィン２の起立姿勢が若干小さくなるため
、第４図（ｂ）に示すようにガス域Ｇに突出した先＠部
２ａの表面積が減少する。

これにより、熱伝達率は流速が高速の場合に比べて低下
するが、第６図に示すように内面溝付管よりは大きい。

本実施例によれば、第５図に示すように、熱交換器が蒸
発器として機能した場合の低流量域の蒸発熱伝達率が向
上できると共に、第６図に示すように熱交換器がｍｓ器
として機能した場合の凝縮熱伝達率が向上できる。これ
により、熱交換器を小型化することができる。

尚、本実施例において、フィン２は冷媒管１の内面１ａ
を削ることにより形成されるとしたが、これに限るもの
ではなく、倒えば所望の弾性を有する糸状の金属の一端
を内面１ａに接着して形成しても良い。

更に、上記フィン２を温度変化に応じて変形するメモリ
メタル等で成形して冷媒管１内に植設してもよい、即ち
、凝縮時には冷媒はホットガスとして冷媒管１内に流れ
ることになり、反対に蒸発時には冷媒は低温の液冷媒と
して流れることになるので、この冷媒の温度に応じて管
内に起立あるいは転倒させるようにメモリメタルで形成
することで充分である。

また、本発明に係るフィン２は熱交換器を構成する冷媒
管の全長に亘って形成する必要はなく、特に凝縮器とし
て機能する場合にはガス冷媒が凝縮して液冷媒が管内に
成長じてガス冷媒領域が管内軸芯部に移行する部分に上
記フィンを設けることになる。

［発明の効果コ 以上要するに本発明によれば、以下の如き優れた効果を
有するものである。

（１）　　低流量域の蒸発熱伝達率が向上できる。

即ち、ａｍ時の冷媒と空気との熱交換効率を可及的に向
上させることができる。

（２）凝縮熱伝達率が向上できる。

（３）空気と冷媒との熱交換効率を有効に且つ可及的に
向上させることができるので冷媒管を短くすることがで
き、熱交換器の小型化を遠戚し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す部分破断斜視図、第２
図は第１図の要部拡大図、第３図（ａ）。 （ｂ）及び第４図（ａ）、　（ｂ）は第１図のフィンの
動作を示す図、第５図及び第６図はそれぞれ蒸発及び凝
縮熱伝達率特性を示すグラフである。 図中、１は冷媒管、１ａは内面、２はフィン、Ａは順方
向、Ｂは逆方向である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、順方向に冷媒を通過させて蒸発させ、逆方向に冷媒
   を通過させて凝縮させるヒートポンプ式空気調和機用熱
   交換器の冷媒管において、上記冷媒管の内面に、上記冷
   媒が逆方向に流れるときに冷媒流速に抗して内面から起
   立し、上記冷媒が順方向に流れるときに冷媒流に抗して
   且つその流速に比例して起立姿勢を小さくすべく冷媒流
   の下流側に傾斜するフィンを設けたことを特徴とするヒ
   ートポンプ式空気調和機用熱交換器の冷媒管。