JPH0367968A - 冷媒凝縮器用熱交換器 - 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］ 】 本発明は空調機特に好適にはカーエアコンの凝縮器用の
熱交換器に係り、特に、冷凍サイクル内の冷媒封入量を
節約するのに適する凝縮器用熱交換器に関する。

［従来の技術］ 従来のカーエアコン用冷媒凝縮器としての熱交換器は、
波形に折り曲げ成形されたコルケートフィンと複数の冷
媒通路を持つ伝熱管とを交互に多数積層して熱交換部コ
アーを形成し、伝熱管の両端をヘッダパイプに接続し、
管内の冷媒ガスの流れを伝熱管穴１コ及び出口に於いて
案内する構造のものか多い。

ヘッダパイプ内に設けた仕切り板しこよってこれら伝熱
管を夫々複数本の伝熱管より構成した二つ以」二の管群
に区画し、冷媒を蛇行させてこれら管群に流すように構
成するとともに、各管群の通路断面積を入口側から出口
側に向って減少させる構造のものが特開昭６．３−３４
４６に開示されている。また、区画された管群ごとに伝
熱管の断面形状や断面積を変える構成としたものが実開
昭６３−１７３６８９に開示されている。ヘソダー内に
長手方向に沿う中央隔壁体を設け、伝熱管内にも内部の
通路を前側通路と後側通路に二分する中央隔壁体を設け
ることによって、冷媒通路を前側通路群及び後側通路群
に分ける構造のものか特開昭６３−３１９１に開示され
ている。また、長さの異なる複数のチューブ群を群ごと
に一端を揃えて同一のヘッダパイプに接続し、他端はチ
ューブ群ごとに複数個のヘッダパイプに接続し、ヘッダ
の退入による凹部を形成する構造のものが実開昭６３−
７４９８９に開示されている。なお、他にこの種の凝縮
器として関連するものには、例えは、実開昭６３−２２
５６６、実開昭６３７４９７０、実開昭６３−８０４９
２、実開昭６４−３１３６９が挙げられる。

また−・般に、カーエアコンの様な内外気条件や圧縮機
回転数か広範に変る空調機では、それに対応できるよう
に冷媒封入量を多少過剰にし、過剰分の冷媒をリキソ１
〜タンクに溜めておくのが普通である。

［発明が解決しようとする課題］ 」二液タイプの凝縮器用熱交換器においては、複数の伝
熱管より構成された中間部管路群より流出した液とガス
との二相冷媒は、出口管路入口端と中間部管路群山口端
が連通ずるように接続されている出口管路入口ヘッダ部
に流入する。この流入した冷媒は重力の作用や流れが曲
がる時の遠心力によって、液冷媒は該ヘッダの端部に多
く集まり、液冷媒とガス冷媒は該ヘッダ内で分離する。

しかるに前記従来技術の凝縮器は、いずれも伶媒出口側
管路群を複数本の伝熱管で構成している。

したがって、かかる従来の凝縮器においては、該出口側
管路群の複数本の伝熱管においては、その位置に依って
そのうちの成る伝熱管には液冷媒が多く流れ成る伝熱管
ガスには冷媒が多く流れるという冷媒分配の不均一が生
し、このため、ガス冷媒が多く流れる伝熱管内では冷媒
の凝縮が不充分となり、凝縮できないまま伝熱管出口よ
り流出し、出口ヘッダ部で液冷媒中に混入して気泡を生
しる。

このように冷媒分配の不均一のために凝縮できなかった
カス冷媒が凝縮器出口から液冷媒に混入して出て来る。

このカス冷媒が混入した液冷媒を膨張弁に通すと、冷媒
質量流量がガス冷媒混入度合に依って大幅に変化し、膨
張弁の作動が不安定になり、冷凍サイクルが不安定にな
る。しかし、従来は、凝縮器出口で液冷媒にガス冷媒が
混入していても、これを−旦すキソドタンクに導入し、
リキッドタンクを経由した後の冷媒を膨張弁に通すよう
にしているので、上記の様な膨張弁の作動の不安定の問
題は防止されていた。

ところで最近、地球保全のため冷速サイクルの冷媒封入
量を極力減らす努力がなされ、リキッドタンクを省略す
ることが考えられている。しかしリキッドタンクを省略
すると、従来の凝縮器では、前述の理由から、ガス冷媒
の混入した液冷媒が膨張弁を通ることになり、膨張弁の
作動を不安定にし、冷凍サイクルが不安定になってしま
うという問題が生しる。膨張弁の作動を安定にするため
には、一般に凝縮器出口のサブクール量を５℃程度取れ
ば良いか、カーエアコンのように内外気条件や圧縮機回
転数が大きく変化する空調機の場合には、全ての運転条
件でサブクール量を確保するためには冷凍サイクル中へ
の冷媒封入量を多くせねばならず、冷媒封入量を極力減
らすという要Ｅ’ｌｌｉに応えることができない。

本発明は、凝縮器出口で液冷媒の中にガス冷媒が混入す
るのを極力防ぐことを可能にし、しかも冷凍サイクル内
へ封入する冷媒量を低減するのに好適な冷媒凝縮器用の
熱交換器を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明による冷媒凝縮器用熱交換器は特許請求の範囲の
請求項記載の構成を有する。

［作　　　用］ 本発明による冷媒凝縮器用熱交換器では、出１」側管路
を一本の伝熱管で構成しているため、これにカス冷媒と
液冷媒は均一に流入し、従来のような問題は生しない。

すなわち、従来のように出口側管路を複数本の伝熱管で
構成すると、その各伝熱管にて液冷媒とカス冷媒の混在
比が異々っで来るが、本発明では出口側管路か一本の伝
熱管て構成されているから、上記の問題は生じない。本
発明では出口側管路が一本であるから、ガス冷媒の混在
割合が増えると、該管路の圧力降下が増え、従って上流
側での圧力が上昇し、従って凝縮温度が上昇し、冷媒と
冷却空気との温度差が大きくなって、放熱量が増え、ぞ
の結果、液冷媒の割合が増えてガス冷媒の割合が減る、
という自己制御性が生しる。このため、凝縮器出口にお
ける冷媒中の液冷媒の割合を、従来の様な出口側管路を
複数本の伝熱管で構成した凝縮器のそれよりも大にする
ことかできる。

出口側管路を構成する伝熱管の太さを他の伝熱管よりも
太く構成し、管内通路断面積を確保することによって４
媒通路の圧力損失の増大も助ぐことができる。

また、冷媒と空気との温度差が小さく交換熱量も少ない
空気下流側に位置する伝熱管内通路の相当直径を小さく
構成することにより、そこでは通路抵抗が増え、交換熱
量に見合って冷媒流量が減少するので全体として熱交換
効率を向上させるこ８ とができる。

［実　施　例コ 以下、本発明の第一・実施例を第１図、第２図により説
明する。複数の伝熱管上と波形に折り曲げＩ成形された
コルグー１〜フイン２とを交互に多数積層して熱交換部
コアーを形成している。伝熱管の両端にはへラダ３，４
が接続されている。ヘッダ内には仕切り板５，６が設け
られ、これにより上記伝熱管１を複数の管群Ａ、Ｂおよ
び出［コ管路Ｃに分けている。管群Ａを入口側管群、管
群Ｂを中間部管群と称する。出口管路Ｃは外側をサイ１
−プレート１２で固定されたサイトフィン２′付の一本
の伝熱管ｌで構成されている。

伝熱管１は、アルミ製の多穴偏平管であり、内部に複数
の矩形流路を持っている。伝熱管としては内部にインナ
ーフィンを挿入した電縫管を用いてもよい。コルデー１
−フィン２は、板厚０　、１　ｍｍ程度のアルミ板材を
波形に折り曲げ成形したもので空気♂を方向（第１図の
紙面と直角の方向）の幅は伝熱管１とほぼ同しであり、
ろう付けにより伝熱管１と接合されている。

ヘッダ３，４は、その長手方向に相隔たった偏平穴が多
数穿設されたアルミ製の円管であり、この穴に伝熱管１
が挿入され、ろう付けによって強固に接合されている。

ヘッダ内に設けられた仕切り板５，６によってヘッダ３
，４はそれぞれ２室３ａ、３ｂ及び４　ａ　、　／Ｊ、
　ｂに分けられている。また、この仕切り板５，６を設
けたことによって、伝熱管１からなる冷媒管路群は、入
口側管群Ａ、中間部管群Ｂ及び出１１側管路Ｃに区分さ
れ、入口バイブ７から流入した冷媒は、入【」ヘッダ室
３ａ、入口側管群Ａ、ヘッダ室４ａ、中間部管群Ｂ、ヘ
ッダ室３ｂ、出口側管路Ｃ１出ロヘツダ室４ｂの順に蛇
行して流れ、出口バイブ８から流出するようになってい
る。ヘッダパイプ３，４の一端はそれぞれ円板９．１０
によって封止され、他端にはそれぞれ入口バイブ７及び
出口バイブ８が接続されている。

上記構成に於いて、人１」パイプ７より流入した高温の
ガス冷媒は、入ロヘノダ室３ａを介して入０ 口側伝熱管群Ａに流入し、温度の低い冷却空気と熱交換
して温度が下がり、遂には一部のガス冷媒は凝縮液化し
始める。ガス冷媒の比率を低下させながら次にヘッダ室
４ａを介して伝熱管群Ｂに流入した冷媒は、管群Ｂ内で
さらに凝縮液化作用が進み、液冷媒の比率を増してヘッ
ダ室３ｂ内に至り、ここでガス冷媒と液冷媒は均一に混
合して、これに接続されている出口側管路Ｃ内に流入す
る。

出口側管路Ｃを構成している伝熱管工内では、冷媒の質
量速度が大きいので熱伝達率が高く、伝熱管の外側には
サイドフィン２′が付いているため単位温度差あたりの
放熱量も多い。したがって、ガス冷媒の凝縮液化、過冷
却が効率よく行われ、出口ヘッダ室４ｂを経て出口バイ
ブ８から液冷媒が流出する。出口側管路Ｃ内を流れる冷
媒は、ガス冷媒に比へて体積が約１／３０と小さい液冷
媒の占める割合が多いので体積が小さくなっているから
、通路断面積も管群Ａ、Ｂのそれより小さくてよい。本
実施例では、これに応して出口管路Ｃを伝熱９１本で構
成しているので過冷却域でのスペースの無駄も省かれる
。

本発明による第二の実施例を第３図、第４図により説明
する。第一の実施例と異なるのは、伝熱管として、太さ
（本実施例ではフィン２と接する方向の太さ）か小さい
第１種類の伝熱管１ａと該太さが大きい第２種類の伝熱
管Ｌｂの２種類の伝熱管を用いた点である。入口側管群
Ａおよび中間部管群Ｂを構成するのには伝熱管１ａを用
い、出口側管路Ｃを構成するのには伝熱管１ａよりも太
さが太い伝熱管１ｂを用いている。ここで、伝熱管１ａ
、ｌｂはアルミ製の多穴偏平管であり、内部に複数の矩
形流路を持っており、管内通路断面積は伝熱管１ｂの方
が大きい。伝熱管としては内部にインナーフィンを挿入
した電縫管を用いてもよい。

なお、第３図、第４図に於いて、第１図と同一符号は同
しものを示しており説明を省略する。

上記構成によれば、第一実施例に比べて出口管路Ｃ内の
通路断面積を大きくできるので圧力損失を更に小さく出
来るという効果がある。その他の］１．− ２ 作用効果は第一実施例と同じである。

本発明による第三の実施例を第５図により説明する。本
実施例は中間部管群Ｂも出口側管路Ｃと同じく管太さが
太い第二種類の伝熱管１ｂて構成されている点が前記第
二の実施例と異なっている。

また通路断面積は入口側管群Ａが最も大きく、中間部管
群Ｂ、出口側管路Ｃの順に小さくなっている。上記構成
に於いて、人［二１パイプ７より流入した高温のガス冷
媒は入口ヘッダ室３ａを介して人に］側側管群化流入し
、温度の低い冷却空気と熱交換して温度が下がり遂には
−・部のガス冷媒が凝縮液化し始める。カス冷媒の比率
をさらに低下させなから管内を流下した冷媒はヘッダ室
４ａを介して複数本の第二種類の伝熱管１ｂから構成さ
れた中間部管群Ｂ内に流入する。管群り内でさらに凝縮
液化作用が進み、液冷媒の比率を増してヘッダ室３ｂ内
に至り、ここでガス冷媒と液冷媒は均に混合して、これ
に接続されている第二種類の伝熱管１ｂ−本からなる出
口側管路Ｃ内に流入する。

ここで、液冷媒の体積はガス冷媒に比べて約１／３０て
あり管内冷媒の体積は管群Ａ、、Ｂ、Ｃの順に小さくな
る。本実施例では管内冷媒の体積に見合って通路断面積
が管群Ａ、Ｂ、管路Ｃの順に小さく設定されている。し
たがって、管内冷媒の質量速度が適正に保たれ、圧力損
失を低く抑えながら高い熱伝熱率を得ることかできるの
で、ガス冷媒の凝縮液化、過冷却が効ヰよく行なわれ、
出ｌＴ１ヘッダ室４１）を経て出１」パイプ８から液冷
媒か流出する。

本発明による第四の実施例を第６図により説明する。本
実施例は、第一〜第三実施例に於いて伝熱管１の、空気
出口側に位置する管内冷媒通路２００内にインナーフィ
ン２０１を設け、冷媒通路２００の相当直径を空気上流
側に位置する冷媒通路］Ｏ○よりも小さく構成したもの
である。この様な管内通路構成は、少くとも出口側管路
Ｃを構成する伝熱管に適用するものとし、必要に応し、
他の管群を構成する伝熱管にも適用する。

伝熱管内のガス冷媒は空気によって冷却されて３ ４ 凝縮潜熱を放出し液化する。このとき、管内の温度は大
略一定であるが、冷却空気の温度は上流側から下流側に
向かって」１昇するので、空気と管内冷媒との温度差が
空気上流側で大ぎく、下流側では小さくなる。これに応
して本実施例では、空気との温度差が小く交換熱量が少
ない空気下流側に位置する伝熱管内通路の相当直径を小
さく構成している。このために、空気下流側に位置する
管内通路の通路抵抗が増えて玲ＩＡ流旦が交換熱量に見
合って減少する。したがって、全体として熱交換効率が
向上し、ガス冷媒の凝縮液化、過冷却がさらに効率よく
行われる。この他の作用効果は、前記第一〜第三実施例
と同しである。

なお以」二の実施例に於いては、入口側管群と中間部管
群という２個の通路群の他に出口側管路を設けて冷媒を
２回蛇行させる方式の凝縮器を示したが、入口側管群と
出口側管路だけの上回蛇行式の凝縮器や、中間部管群を
２以上の管群に分けた３回以上蛇行する方式の凝縮器に
ついても適用可能である。また、本実施例では、特にヘ
ッダバイブ内で重力や流体が曲って流れるときの遠心力
等に起因して生しる従来の出口管群での冷媒分配の不兵
合は、出口側管路を１本の伝熱管で構成したことにより
防止される。したがって当然ながら、伝熱管を水平ある
いは丞直に配置しても本発明の作用効果は変わらない。

［発明の効果］ 本発明によれば、リキッドタンクを省略して冷凍サイク
ルの冷媒封入量を極力節約することを可能にし、しかも
、従来技術における様な複数の出口側伝熱管の冷媒分配
不均一による問題がなく、凝縮器出口における液冷媒へ
のガス冷媒の混入が極力低減され、ガス冷媒の凝縮液化
、過冷却が効率良く行われ、膨張弁の作動の安定化、冷
凍サイクルの安定化を図ることができる。しかも、この
様な作用効果は凝縮器の配置角度によって殆んど影響さ
れない利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例の正面図、第２図は同実施
例のヘッダと伝熱管との接合を示す斜視−１５＝ ６ 図、第３図は本発明の第二の実施例の正面図、第４図は
第３図の要部斜視図、第５図は本発明の第三の実施例の
正面図、第６図は本発明の第４実施例における伝熱管の
断面を示す図である。 １・・伝熱管　　　　　２・コルゲートフィン３．４・
・ヘッダ　　　Ａ・入口側管群Ｂ・・中間部管群　　　
Ｃ・・・出口管路５．６　仕切り板　　７・・・入口バ
イブ８　出口パイプ ７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　少くとも出口側管路および入口側管路を構成する複
   数本の伝熱管の両端を夫々区画されたヘッダ室を有する
   ヘッダに接続して冷媒流路を形成し、各伝熱管には放熱
   用フィンを結合し、冷媒が前記ヘッダ室、入口側管路お
   よび出口側管路を蛇行して流れるように構成した冷媒凝
   縮器用熱交換器において、前記出口側管路を１本の伝熱
   管で構成したことを特徴とする冷媒凝縮器用熱交換器。 ２　入口側管路と出口側管路との間において途中の冷媒
   が流れる中間部管路を構成する複数本の伝熱管の両端を
   前記ヘッダに接続した請求項１記載の冷媒凝縮器用熱交
   換器。 ３　出口側管路を構成する伝熱管の太さを他の伝熱管よ
   りも太くしたことを特徴とする請求項１又は２記載の冷
   媒凝縮器用熱交換器。 ４　出口側管路を構成する伝熱管の太さ及び中間部管路
   を構成する各伝熱管の太さを他の伝熱管の太さよりも太
   くしたことを特徴とする請求項２記載の冷媒凝縮器用熱
   交換器。 ５　少くとも出口側管路を構成する伝熱管はその内部に
   複数の冷媒通路を有し、その風下側の冷媒通路の相当直
   径が風上側の冷媒通路のそれよりも小であることを特徴
   とする請求項１，２，３又は４記載の冷媒凝縮器用熱交
   換器。 ６　上記請求項５記載の伝熱管の内部構成と同様の内部
   構成を出口側管路のみならず他の管路を構成する伝熱管
   にも採用したことを特徴とする請求項１ないし５のいず
   れかに記載の冷媒凝縮器用熱交換器。 ７　冷媒流路断面積を入口側管路、中間部管路、出口管
   路の順に小さくした請求項１ないし６のいずれかに記載
   の冷媒凝縮器用熱交換器。