JPH04309792A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍サイクルを構成す
る空調器などにおいて、蒸発器としての機能を果たす熱
交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空調機の蒸発器の冷媒流路が
複数となる場合に冷媒の分流の均一性が重要視されてい
る。その冷媒分流方式の一つとして、ヘッダー方式があ
る。以下、図７および図８を参照しながら従来の熱交換
器の一例について説明する。図７は従来の熱交換器の概
略図である。熱交換器は、複数列の伝熱管群１と、伝熱
管群１がほぼ直交状態で挿通されているフィン群２と、
伝熱管群１の両端が挿入されているヘッダー３とから構
成されている。また、ヘッダー３内に設けられている仕
切板４により冷媒７（図８参照）は矢印５に示すように
流動し、フィン群２間を流動する空気と熱交換して蒸発
する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来構
成の熱交換器においてヘッダー方式による分流を行う場
合、次のような課題が生じていた。

【０００４】図８は冷媒７の流動状態を示す説明図であ
る。冷媒７がヘッダー３ａから第１、第２の伝熱管群１
ａ，１ｂを経てヘッダー３ｂに流動する場合、第１、第
２の伝熱管群１ａ，１ｂに分流された気液二相流の冷媒
７は、矢印６に示すように空気と直交の流れを形成し、
熱交換して蒸発する。このとき、風上側の列の第１の伝
熱管群１ａと風下側の列の第２の伝熱管群１ｂにおいて
、流入空気と冷媒温度に相当する飽和湿り空気のエンタ
ルピー差は第１の伝熱管群１ａの方が大きい。したがっ
て、第１の伝熱管群１ａの方が熱流束が高く、管内の冷
媒は第２の伝熱管群１ｂ内の冷媒より激しく蒸発する。

【０００５】熱交換器の出口に近い部分では、液体割合
が小さい気液二相流の冷媒７が流動するので、このよう
な現象が顕著に表れ、第１の伝熱管群１ａでは冷媒が途
中で蒸発しきってしまい、気体単相流が流動する部分が
大半を占める。一方、第２の伝熱管群１ｂでは、熱流束
が低いので熱交換が十分に行えず、完全に蒸発できない
まま熱交換器より流出するという現象が生じていた。

【０００６】第１、第２の伝熱管群１ａ，１ｂに均等に
冷媒７が流れたとしても、熱流束の差により、蒸発の状
態は第１の伝熱管群１ａと第２の伝熱管群１ｂとで異な
る。一般に蒸発をともなう気液二相流では、重量速度が
同じでも、熱流束が高く乾き度変化が大きいほど加速損
失が増加し、流動抵抗が大きくなる。したがって、第１
の伝熱管群１ａよりも第２の伝熱管群１ｂの方が冷媒循
環量が多くなり、前述の蒸発の状態の差がますます生じ
る。

【０００７】程度の差はあっても、このような現象は熱
交換器の出口に近い部分のみならず、中間部でも生じる
。したがって、冷媒７が伝熱管の途中で蒸発しきって、
その後は気体冷媒の単相流が顕熱交換を行うだけの部分
が生じ、この結果、冷媒が実際に蒸発を行う有効伝熱面
積が減少するという課題が生じていた。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するもので、各
伝熱管群の熱流束に見合った冷媒量を供給することによ
って、冷媒が実際に蒸発する有効伝熱面積を増加させ、
熱交換性能が向上された熱交換器を提供することを目的
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の第１の手段は、間を空気が流動する複数のフ
ィン群と、複数列の伝熱管群と、伝熱管群の両端を挿入
したヘッダーとから構成された熱交換器において、冷媒
の流動抵抗を、風上側の列の伝熱管群から風下側の列の
伝熱管群へ順次大きくしたものである。

【００１０】また、本発明の第２の手段は、前記第１の
手段において、伝熱管内部に設けたらせん溝の溝高さを
、風上側の列の伝熱管群から風下側の列の伝熱管群へ順
次高くしたものである。

【００１１】さらに、本発明の第３の手段は、前記第１
の手段において、伝熱管内部に設けたらせん溝の溝数を
、風上側の列の伝熱管群から風下側の列の伝熱管群へ順
次多くしたものである。

【００１２】そして、本発明の第４の手段は、前記第１
の手段において、伝熱管内部に設けたらせん溝のらせん
角度を、風上側の列の伝熱管群から風下側の列の伝熱管
群へ順次大きくしたものである。

【００１３】また、本発明の第５の手段は、前記第１の
手段における空気流動方向に対して複数列を有する伝熱
管群において、風も風上側の列の伝熱管群に平滑管を用
い、その他の伝熱管群に溝付管を用いたものである。

【００１４】そして、本発明の第６の手段は、前記第１
の手段において、伝熱管群のヘッダーへの挿入深さを、
風上側の列の伝熱管群から風下側の列の伝熱管群へ順次
大きくしたものである。

【００１５】

【作用】上記手段による作用は、以下のとおりである。 すなわち、第１の手段により、熱流束が高い上流側の伝
熱管群の冷媒量が増加されて各伝熱管群の熱流束に見合
った冷媒量を供給することができ、冷媒が実際に蒸発す
る有効伝熱面積が増加し、蒸発器としての能力を最大限
に発揮することができる。

【００１６】また本発明の第２〜第６の手段によっても
、冷媒の流動抵抗を、風上側の列の伝熱管群より風下側
の列の伝熱管群の方を大きくでき、熱流束が高い上流側
の伝熱管群の冷媒量が増加されて、各伝熱管群の熱流束
に見合った冷媒量を供給することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参考
にして説明する。まず、図１、図２により、本発明の第
１の実施例について説明する。なお、従来の熱交換器と
同一部品については、同一番号を用いる。

【００１８】図２において、１は伝熱管群であり、空気
流動方向６に対して、風上側より１列目が第１の伝熱管
群１ａ、２列目が第２の伝熱管群１ｂである。そして、
この伝熱管群１と、伝熱管群１がほぼ直交状態で挿通さ
れたフィン群２と、伝熱管群１の両端が挿入されている
ヘッダー３ａ，３ｂとにより熱交換器は構成されている
。また、図１に示すように、各伝熱管群１ａ，１ｂの管
内部にはそれぞれらせん溝９が設けられており、伝熱管
群１ａ，１ｂのらせん溝９の高さ（深さ）ｈａ，ｈｂは
、ｈａ＜ｈｂなる関係を有している。冷媒は矢印８で示
すように、ヘッダー３ａから第１、第２の伝熱管群１ａ
，１ｂを通ってヘッダー３ｂへ流動する。

【００１９】冷媒が流動する際の流動抵抗は、ヘッダー
３から伝熱管に流入する際の管路入口の形状変化による
抵抗、伝熱管内の流動抵抗、伝熱管からヘッダー３へ流
出する際の管路出口の形状変化による抵抗に大別できる
。

【００２０】ここで、第１および第２の伝熱管群１ａ，
１ｂの内部のらせん溝９の溝高さｈａ，ｈｂは、ｈａ＜
ｈｂであるので、それぞれの流路面積Ａａ，ＡｂはＡａ
＞Ａｂとなり、風上側の第１の伝熱管群１ａの方が広い
、そして、第１、第２の伝熱管群１ａ，１ｂの壁の濡れ
ぶち長さＳａ，ＳｂはＳａ＜Ｓｂであり、冷媒の流動抵
抗に関係する冷媒と管壁の接触面積は第２の伝熱管群１
ｂの方が大きい。これらの理由により、伝熱管群の流動
抵抗は第１の伝熱管群１ａより第２の伝熱管群１ｂの方
が大となる。

【００２１】したがって、第１、第２の伝熱管群１ａ，
１ｂの冷媒循環量Ｇｒａ，Ｇｒｂは、Ｇｒａ＞Ｇｒｂと
なり、風上側の列の第１の伝熱管群１ａに冷媒が多く流
れるので、第１の伝熱管群１ａの熱流束が高くても、伝
熱管の途中で蒸発しきることはなく、両伝熱管群１ａ，
１ｂにおいて同程度の蒸発を行うことが可能となり、冷
媒が実際に蒸発する有効伝熱面積が増加し、熱交換性能
が向上する。

【００２２】次に、図３により、本発明の第２の実施例
について説明する。ここで、第１の実施例と同一のもの
については、同一の番号を用いて説明を省略する。この
実施例においては、第１、第２の伝熱管群１ａ，１ｂの
内部のらせん溝９の溝数Ｎａ，ＮｂがＮａ＜Ｎｂなる関
係を有する。

【００２３】上記構成において、第１、第２の伝熱管群
１ａ，１ｂの伝熱管壁の濡れぶち長さＳａ，ＳｂはＳａ
＜Ｓｂであり、冷媒の流動抵抗に関係する冷媒と管壁の
接触面積は第２伝熱管群１ｂの方が大きい。そのため、
第１の伝熱管群１ａの流動抵抗より第２の伝熱管群１ｂ
の流動抵抗が大となる。よって、第１、第２の伝熱管群
１ａ，１ｂの各々の冷媒循環量Ｇｒａ，Ｇｒｂは、Ｇｒ
ａ＞Ｇｒｂとなり、冷媒は風上側の列の第１の伝熱管群
１ａに多く流れ、両伝熱管群１ａ，１ｂの熱流束に見合
った冷媒量を供給できる。

【００２４】次に、図４により、本発明の第３の実施例
について説明する。ここで、第１、２の実施例と同一の
ものについては、同一の番号を用いて説明を省略する。 この第３の実施例においては、第１、第２の伝熱管群１
ａ，１ｂの内部のらせん溝９のらせん角度βａ，βｂが
βａ＜βｂなる関係を有する。

【００２５】上記構成において、冷媒が伝熱管内を流動
する際、単位長さ当りの溝を乗り越える回数は、らせん
角度が大きいほど多い。そのため、第１の伝熱管群１ａ
の流動抵抗より第２の伝熱管群１ｂの流動抵抗の方が大
となる。よって、第１、第２の伝熱管群１ａ，１ｂの各
冷媒循環量Ｇｒａ，Ｇｒｂは、Ｇｒａ＞Ｇｒｂとなり、
冷媒は風上側の列の第１の伝熱管群１ａに多く流れ、両
伝熱管群１ａ，１ｂの熱流束に見合った冷媒量が供給さ
れる。

【００２６】次に、図５により、本発明の第４の実施例
について説明する。ここで、図１、２、３の実施例と同
一のものについては、同一の番号を用いて説明を省略す
る。この実施例においては、風上側の列の第１の伝熱管
群１ａには平滑管が用いられ、一方、風下側の列の第２
の伝熱管群１ｂには溝付管が用いられている。

【００２７】溝付管の流動抵抗は、平滑管より大きい。 そのため、第１の伝熱管群１ａの流動抵抗より第２の伝
熱管群１ｂの流動抵抗の方が大となる。よって、第１，
第２の伝熱管群１ａ，１ｂの冷媒循環量Ｇｒａ，Ｇｒｂ
はＧｒａ＞Ｇｒｂとなり、冷媒は風上側の列の第１の伝
熱管群１ａに多く流れ、両伝熱管群１ａ，１ｂの熱流束
に見合った冷媒量が供給される。

【００２８】次に、図６により、本発明の第５の実施例
について説明する。ここで、第１、２、３、４の実施例
と同一のものについては、同一の番号を用いて説明を省
略する。

【００２９】この実施例においては、第１、第２の伝熱
管群１ａ，１ｂのヘッダー３への挿入深さＬａ，Ｌｂが
Ｌａ＞Ｌｂなる関係を有する。ヘッダー３から伝熱管群
１ａ，１ｂへ流入する際の抵抗は、ヘッダー３の管壁か
らの挿入深さが大きいほど大きい。そのため、第１の伝
熱管群１ａの流動抵抗より第２の伝熱管群１ｂの流動抵
抗の方が大となる。よって、第１、第２の伝熱管群１ａ
，１ｂの冷媒循環量Ｇｒａ，Ｇｒｂは、Ｇｒａ＞Ｇｒｂ
となり、冷媒は風上側の列の第１の伝熱管群１ａに多く
流れ、両伝熱管群１ａ，１ｂの熱流束に見合った冷媒量
が供給される。

【００３０】

【発明の効果】上記実施例より明らかなように、本発明
によれば、流動抵抗を風上側の列の伝熱管群から風下側
の列の伝熱管群へ順次大きくすることにより、各伝熱管
群の熱流束に見合った冷媒量を供給することができ、冷
媒が実際に蒸発する有効面積を増加させ、蒸発器として
の能力を最大限に発揮することができる。

【００３１】また、伝熱管内部にらせん溝を設け、この
らせん溝の溝高さや、数、角度などを変えたり、溝を設
けないものを用いたり、伝熱管の長さを変えたりするこ
とにより、冷媒の流動抵抗を、風上側の列の伝熱管群へ
順次大きくでき、各伝熱管群の熱流束に見合った冷媒量
を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る熱交換器の側面断
面図である。

【図２】同熱交換器の平面断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例に係る熱交換器の側面断
面図である。

【図４】本発明の第３の実施例に係る熱交換器の平面断
面図である。

【図５】本発明の第４の実施例に係る熱交換器の側面断
面図である。

【図６】本発明の第５の実施例に係る熱交換器の平面断
面図である。

【図７】従来の熱交換器の正面断面図である。

【図８】従来の熱交換器の平面断面図である。

【符号の説明】 １ａ　　　　　　　　　　　　　　第１の伝熱管群１ｂ
　　　　　　　　　　　　　　第２の伝熱管群２　　　
　　　　　　　　　　　　　フィン群３，３ａ，３ｂ　
　　　ヘッダー ９　　　　　　　　　　　　　　　　らせん溝ｈａ，ｈ
ｂ　　　　　　　　溝高さ βａ，βｂ　　　　　　　　らせん角度Ｌａ，Ｌｂ　　
　　　　　　挿入深さ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　間を空気が流動する複数のフィン群と
   、前記フィン群に挿通され、内部を冷媒が流動し、空気
   流動方向に対して複数列を有する伝熱管群と、前記伝熱
   管群の両端が挿入されているヘッダーとを備えた熱交換
   器であって、冷媒の流動抵抗を、風上側の列の伝熱管群
   から風下側の列の伝熱管群へ順次大きくした熱交換器。
2. 【請求項２】　　伝熱管内部にらせん溝を設け、このら
   せん溝の溝高さを、風上側の列の伝熱管群から風下側の
   列の伝熱管群へ順次高くした請求項１記載の熱交換器。
3. 【請求項３】　　伝熱管内部にらせん溝を設け、このら
   せん溝の溝数を、風上側の列の伝熱管群から風下側の列
   の伝熱管群へ順次多くした請求項１記載の熱交換器。
4. 【請求項４】　　伝熱管内部にらせん溝を設け、このら
   せん溝のらせん角度を、風上側の列の伝熱管群から風下
   側の列の伝熱管群へ順次大きくした請求項１記載の熱交
   換器。
5. 【請求項５】　　空気流動方向に対して複数列を有する
   伝熱管において、最も風上側の列の伝熱管群に平滑管を
   用い、その他の伝熱管群に溝付管を用いた請求項１記載
   の熱交換器。
6. 【請求項６】　　伝熱管群のヘッダーへの挿入深さを、
   風上側の列の伝熱管群から風下側の列の伝熱管群へ順次
   大きくした請求項１記載の熱交換器。