JPH04186079A - 冷蔵庫 - 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、冷蔵庫における熱交換器に係り、特に、凝縮
器側の管内熱伝達率向上及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭６１−１０５７７号公報、特開昭
６１−２８５３６５号公報に記載のように、丸パイプを
プレス加工等で扁平パイプとしたものを補助凝縮器とし
ている０本公知例は、凝縮器パイプの取付は作業時間の
短縮および安定した放熱効果を目的としている。そのた
め、全体が一様な扁平管となる。また、扁平管をＳ字形
に曲げる際の曲げ部加工に無理があった。

また、冷媒が複数のパイプを並列に流れる熱交換器にお
いて、パイプ本数を変化させることにより流路断面積を
変化させて液域での流速の低下を防ぎ熱交換器全体の性
能を向上させることを目的とした第２１図、第２２図に
示すようなシェルアンドチューブ型の熱交換器は公知で
あるが、これはパイプの本数を変化させて流束低下を防
ぐもので、−本のパイプで流束低下を防ぐ手法ではない
。

〔発明が解決しようとする課題〕

圧縮機から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、凝縮器
を通り飽和温度以下の液冷媒となる。伝熱管の通路断面
積が一様である場合、ガス域の多い凝縮器入口付近では
流速が大きいが、液域が多くなる凝縮器出口付近では流
速が小さくなってしまう。

特開昭６２−１０５７７号公報では、全体を一様に扁平
にしており、流速の増大による伝熱性能向上という点に
ついて考慮されておらず、管内熱伝達率の向上は考慮し
ていないという問題点があった。

また、扁平パイプをＳ字形に曲げる際の曲げに対する剛
性が大きく無理に曲げねばならず、曲げ部から亀裂が入
る可能性があるという問題点があった。　また、シェル
アンドチューブ型の熱交換器はその構成が複雑になりや
すいという問題点があった。　本発明の目的は、断面が
同一周長をもつ一本のパイプで構成された比較的単純な
形状の熱交換器において、特に、液域における流速を増
大することにより、管内側の熱伝達率を向上させること
にある。また、管の表面積を同一に保つことにより伝達
面積が減少することを防ぐことができる。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は断面が同一周長を
もつ一本のパイプから構成された凝縮器において、ガス
域が多い入口付近の上流側では伝熱管の通路断面積を大
きくし、液域の占める割合が太きい出口付近の下流側で
はその通路断面積を小さくすることにより、特に液域に
おける流速を促進したものである。上記の目的を達成す
るために、丸パイプのままＳ字形に成形した後、プレス
加工等によって扁平に加工することにより、従来程度の
容易さで曲げ部加工ができるようにして、成形段階まで
は従来の技術で対応可能としたものである。

〔作用〕

断面が同一周長をもつ一本のパイプから構成された凝縮
器において、伝熱管の冷媒側通路断面積を入口から出口
に向かって減少させている。それによって、ガス域が大
きな割合を占める上流側の通路断面積を大きく、液域が
大きな割合を占める下流側の通路断面積を小さくできる
ので、特に液域での流速を促進し熱伝達率を向上するこ
とができる。

また、−本のパイプで構成されているためニス１−低減
を図ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図から第７図により説明
する。

第１図は、現状の冷蔵庫におけるサイクル構成図を示し
ている。このサイクルは、圧縮機１．凝縮器２．膨張器
３．蒸発器４等から構成される。

箱体５の内部に１〜４を冷媒が循環するようにパイプで
結合して形成された冷媒サイクルをもっている。冷蔵庫
の熱交換器とは、凝縮器と蒸発器とを指すが、以下、本
発明と関係する凝縮器を中心に説明する。凝縮器は、断
面が同一の局長をもつ。

−本のパイプを成形してなりそのパイプは、庫壁６ａあ
るいは６ｂ等と断熱材の間の庫壁側に接着しである。圧
縮機１を運転すると高温・高圧となったガス冷媒は凝縮
器２に人、す、上昇・下降を繰り返しながら放熱・凝縮
して飽和温度以下の高圧の液冷媒となり、膨張器３で断
熱膨張されて低温・低圧の冷媒となり、蒸発器４を通っ
て蒸発した後圧縮機１の吸入側へ戻る。

第２図は、パイプに扁平加工を施した冷蔵庫の第１図の
ｎ−ｎ位置での断面中央付近を上から見た図である。パ
イプは庫壁６ａあるいは６ｂに面で接触し５周囲は断熱
材７で覆われている。冷媒は下から上へ流れ、パイプ断
面は同一周長で流れ方向に通路断面積が減少している。

第３図はパイプに何の加工も施さない冷蔵庫の第１図ｎ
−ｎ位置での断面中央付近を上から見た図である６円形
のパイプがほぼ点接触の状態で庫壁６ａあるいは６ｂに
され、アルミ箔テープ等で取り付けられている。

第４図は、凝縮器２の片面部分の冷媒管の配設例を示し
た図である。断面が同一周長である一本のパイプを図の
ように成形したものであり、冷媒はガスの状態で入口８
から入り、上昇・下降を繰返し液の状態で出口９から出
ていくように構成されている。

第５図ないし第７図は、第４図に示す凝縮器の２ａ、２
ｂ、２ｃにおける伝熱管の各断面図である０本実施例で
は、楕円管の短径が入口から出口に向かって次第に減少
されているにの減少割合を以下に示すようにすることに
よって、より効率的な流束促進が図れる。

第８図は、乾き度と管内熱伝達率の関係を示す図である
。凝縮の場合、乾き度が大きい方から小さい方へと進行
していく。図中左が入口側、右が出口側である。図中の
乾き度１．０以上はガス単相流域、乾き度０以下は液単
相流域、その間は気液二相流域となる０図に示すように
、気液二相流域における管内熱伝達率はガス・液の単相
流域に比べてかなり高いが、乾き度が小さくなるにつれ
て次第に低下してくる。同図には、質量速度を三種類に
変えた場合の熱伝達率をも示している。パイプを扁平に
せずに断面積一定の場合には、一番下の質量速度２００
　ｋｇ　／　ｃｄ　ｓの破線に沿って、熱伝達率は低下
していく、シかし、途中からパイプを偏平にして、質量
速度を３００　ｋｇ　／　ｃｉ　ｓのに上げると、乾き
度が中間の領域でまん中の破線上を移動し、乾き度が、
さらに小さい領域で、パイプ断面積を半分に縮小し、質
量速度４００ｋｇ／ａｄｓとすると、熱伝達率が上がり
一点鎖線上を移動するようになる。こうして、凝縮熱伝
達率は、乾き度１から０までの範囲にわたって、高い値
を保つことができる。さらに、乾き度０以下の液域にな
っても、流速が高いために、熱伝達率が向上する。

従って、パイプの通路断面積の減少割合をそのカーブに
沿って徐々に減少させる。

第９図は、乾き度と冷媒温度の関係を示す図である。第
８図に示すように、ガス・液の単相流域は同程度の熱伝
達率低下があってもガス域側の通路断面積を大きくする
のはガス域では冷媒温度が高く、大気温度との差が大き
いため熱交換率は大きいからである。一方、管内熱伝達
率、大気温度との差が共に低下してしまう液域側の通路
断面積は乾き度Ｏの近くで急激に減少させる。液域での
通路断面積を、最大限どの程度まで小さくできるかを検
討した。液域での圧力損失を、加熱ガス域での圧力損失
より大きくすることは得策でないので、最大でも等しく
なるように、液域の通路断面積を小さくすることにする
。圧力損失は、管摩擦係数を一定とすると１／２ρｖ２
に比例する。

Ｒ１３４ａ（４０℃）の液の密度 ρｌ＝１１４３ｋｇ／ｍ Ｒ１３４ａ（４０℃）の蒸気の密度 、ｏｖ＝４９．６ｋｇ／ｍ であるから、圧力損失が等しくなる通路断面積の比 Ａｌ／Ａｖ＝（４９，６／１１４３）　　　＝０．２１
すなわち、液域の通路断面積は、過熱ガス域のそれの２
１％まで小さくすることができる。

周長が一定の円形パイプをつぶして、これを実現するた
めには、長辺ａ、短辺すの長方形に近似すると、ａ：ｂ
句１５：１の非常に扁平な長方形となる。しかし、一般
に二相流域の圧力損失は、単相流の圧力損失より大きく
なるので、通路断面積をこれ程までに小さくすることは
危険である。

第１０図は、ガス冷媒領域である入口付近で管を左右に
分岐し、液冷媒領域である出口付近で再び一本に合流さ
せる凝縮器の図である。冷媒は、入口８から入り分岐点
１０で、−度、左右に分岐し両端を平行に上昇してから
、９ａに示す二組の蛇行管によりそれぞれ下降させる。

その一端は合流点１１で、再び、−本の蛇行管に合流し
、他端は左右に分岐した上昇管にそれぞれ結合する。冷
媒は出口９から出ていく、パイプはこのように成形後、
通路断面積について第５図ないし第７図を満足するよう
にプレス加工する１本実施例によれば、流速の大きいガ
ス域が多い部分の通路断面積を大きくでき、凝縮過程後
半の流速の小さい液域の多い部分でパイプを扁平にする
ことにより通路断面積を小さくでき、さらに−本にまと
めることにより通路断面積を半分にできるため、凝縮器
後半の液冷媒の流速を大幅に促進できる。

第１１図は、通路断面積の減少方法を流れ方向の長さと
管の断面積の関係で示した図である。

１２ａで示すように、連続的に断面積を減少させる場合
には、プレス加工の際、プレス面を傾斜させることによ
って扁平にすれば良い、１２ｂで示すように段階的に断
面積を減少させる場合には、プレス面を階段状にしてお
けば良い、この場合、段階状にするのはパイプの片面の
みとし、他方の面は平面にしておく。

第１２図は、１２ａに示す加工を第４図に示した凝縮器
に施す場合のプレス面の例を簡略に示した図である。プ
レス面１３上に８字成形済みの丸バイブを設置し、上か
ら第１３図に示す平板でプレスすることにより１４のよ
うな流れ方向に連続な扁平管とする。

第１４図は、流れに対して垂直な方向に通路断面積を連
続的に減少する場合のプレス面をｍ１８に示した図であ
る。プレス面１６を裏返して下に向けて上からプレスす
ることにより、第１５図に示すような長径方向での扁平
率が異なるパイプとなる。

第１６図は、パイプを設置する面にパイプをできるだけ
固定するための溝部を設けた実施例の図である２第１４
図のようなプレス加工の場合、パイプが横滑りをしてし
まう可能性がある。そのため、パイプを設置する面にパ
イプ径に合わせた段差部（あるいは溝部）１７を設ける
ことによってそれを防ぐことができる。また、上側のプ
レス板と下側のバイブ設置板とのかみあわせを固定させ
るために凸部１８と凹部１９を設ける。

第１７図は、１２ｂに示す加工を第４図に示した凝縮器
に施す場合のプレス面の例を簡略に示した図である０図
のようにプレス面を階段状にしてプレス加工をすれば、
−回のプレスにより区間ごとに扁平率を変化させること
ができる。この際、段差部分をゆるやかなカーブにする
ことにより、曲がり部分のパイプの亀裂を防ぐことがで
きる。

また、第１６図と同様に第１８図に示すような溝部や両
端の凹凸部を設けることによって安定したプレス加工を
図る。

第１９図は、パイプを扁平にしたときの断面形状の一実
施例図である。図に示すようなひょうたん形にプレスし
たパイプを、炉の中を通してろう付けすることにより中
央部２０の内部を接着させ、圧力による変形を防ぐ。

第２０図は、冷蔵庫壁面との密着性を考慮したプレス方
法の一実施例図である。壁面に接する側２１の面を平面
にし、その対向面のみをひょうたん形にすることにより
、第１９図に示した効果の他に壁面との接着を安定させ
ることができる。

第１Ｏ図ないし第２０図に示した製造方法は、凝縮器全
体を対象にしているがそれぞれについて蛇行管の直線部
のみを扁平にし、曲線部は丸パイプのまま残しておけば
通路抵抗の増大を防げる。

また、このようにし、伝熱管内面に溝の付いたパイプを
使用することによりさらに管内熱伝達率の増大を図れる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、パイプを扁平にする際、最小でももと
のパイプの０．２　　にすれば良いため流路抵抗の増大
による影響を抑えつつ、流速促進を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す冷蔵庫の斜視図、第２
図および第４図は第１図の■−■での断面図、第４図は
片側の凝縮器の説明図、第５図ないし第７図は順に２ａ
、２ｂ、２ｃでの第４図に示す伝熱管の断面図、第８図
は乾き度と管内熱伝達率の関係図、第９図は乾き度と冷
媒温度の特性図、第１０図は分岐後再合流する凝縮器の
説明図、第１１図は通路面積の減少過程を示す説明図、
第１２図ないし第１４図および第１７図はプレス面の斜
視図、第１５図は第１４図のプレス面によってプレスし
た後の伝熱管の断面図、第１６図、第１８図はプレスの
際のパイプの横滑り防止法の一例の説明図、第１９図、
第２０図はひょうたん形にプレスした後の伝熱管の断面
図、第２１図はシェルアンドチューブ型熱交換器の説明
図、第２２図は第２１図のＡ−Ａ矢視断面図である。 １・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・膨張器、４
・・・蒸発器、５・・・箱体、６・・・冷蔵庫外壁、７
・・・断熱材、８・・・冷媒入口、９・・・冷媒出口、
１０・・・冷媒分岐点、１１・・・冷媒合流点、１２・
・・流れ方向の長さと管の膜面積の関係、１３，１５．
１６・・・プレス面、１４・・・プレス後の伝熱管、１
７・・・パイプの横滑りを防ぐための溝部、１８・・・
かみ合わせ凸部、１９・・・かみあわせ凹部、２０・・
・ろう付は部、２１・・・平面側、２２ａ・・・冷媒入
口、２２ｂ・・・冷媒出口。 ２３ａ・・・冷却水入口、２３ｂ・・・冷却水出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機、凝縮器、膨張器および蒸発器を冷媒が循環
   するようにパイプで結合して形成された冷凍サイクルを
   備えた冷蔵庫において、 前記凝縮器のパイプ断面が同一の周長をもつ一本のパイ
   プで構成し、冷媒通路断面積を入口から出口に向かって
   段階的に減少させたことを特徴とする凝縮器を備えた冷
   蔵庫。