JPH05223490A

JPH05223490A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH05223490A
Application number: JP2637992A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Ando; 智朗安藤; Hitoshi Mogi; 仁茂木; Koichi Nakayama; 浩一中山; Teruhiko Taira; 輝彦平
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-02-13
Filing date: 1992-02-13
Publication date: 1993-08-31
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JP2690234B2

Abstract

(57)【要約】【目的】各伝熱管１に均一に分流させ、冷媒が実際に
蒸発する有効伝熱面積を増加させ、性能を向上させる。【構成】空気が流動するフィン群２と、冷媒が流動す
る伝熱管群１と、伝熱管群１の両端を挿入した複数のヘ
ッダー３ａ〜３ｅから構成され、冷媒のヘッダー３ａ〜
３ｅ内速度を上流側のヘッダー３ａから下流側のヘッダ
ー３ｅへ順次遅くする。

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
る空調器等において、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、図面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。熱交換器は伝熱管群１、伝熱管群１に挿入されたフ
ィン群２および伝熱管群１の両端が挿入され冷媒流路を
形成する複数のヘッダー３より構成される。複数のヘッ
ダー３は、冷媒流動方向に対して上流側から３ａ、３
ｂ、３ｃ、３ｄおよび３ｅである。また、ヘッダー３ａ
から流入した冷媒は矢印４のように流動しヘッダー３ｅ
から流出する。その際、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】しかしながらヘッダー
方式による分流を行なう場合、次のような課題が生じて
いた。

【０００４】図８はヘッダー内の冷媒の流動状態を示す
説明図である。流入伝熱管群１Ａからヘッダー３に流入
した冷媒５はヘッダー３内を上昇し、流出伝熱管群１Ｂ
から流出する。その際、液相割合が大きく乾き度が小さ
い気液二相流の場合は、連続する液相中に不連続な気相
が存在するいわゆるフロス流を形成し撹拌されながら流
動するので、比較的気・液相割合が均一な状態で流出伝
熱管群１Ｂに分流される。しかしながら、蒸発し続ける
冷媒は、徐々に液相割合が小さく乾き度が大きい気液二
相流となり気相速度が増加する。このような冷媒がヘッ
ダー内に流入した場合、液相がヘッダー壁面を、気相が
中心部を流動するいわゆる環状流を形成しヘッダー上面
部３１に衝突し、撹拌して流出伝熱管群１Ｂより流出す
る。従ってヘッダー上面部３１近傍の流出伝熱管ほど循
環量が多く、ヘッダー上面部３１からはなれた流出伝熱
管ほど循環量が少ない。

【０００５】循環量が少ない伝熱管の冷媒は、途中で蒸
発しきってしまい、その後は気相が顕熱交換をするだけ
である。程度の差はあっても、このような現象は熱交換
器の出口近傍のヘッダーのみならず、中間部のヘッダー
でも生じる。そして伝熱管内温度は上昇し次第に流入空
気の露点温度以上になりフィン表面に結露が生じにくく
なる。そのため流入空気は、結露が生じ通風抵抗が大き
いフィン間よりも、結露が生じていないフィン間を流れ
ようとして風速分布が生じる。その結果、循環量が少な
い伝熱管ほどさかんに熱交換を行ない、はげしく蒸発す
る。

【０００６】このようにしていったん分流の不均一が生
じると、不均一の程度はますます増加する傾向となり、
この結果、冷媒が実際に蒸発を行なう有効伝熱面積が減
少するという課題が生じていた。

【０００７】本発明は、上記従来の課題に鑑み、冷媒を
均一に分流し、冷媒が実際に蒸発する有効伝熱面積を増
加させ、性能の向上を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は空気が流動するフィン群と、フィン群に挿
入され内部を冷媒が流動する伝熱管群と、伝熱管群の両
端を挿入し、流路を形成する複数のヘッダーから構成さ
れ、冷媒のヘッダー内速度を、上流側のヘッダーから下
流側のヘッダーへ順次遅くしたものである。

【０００９】また本発明は、ヘッダー径を上流側のヘッ
ダーから下流側のヘッダーへ順次大きくしたものであ
る。

【００１０】さらに本発明は、ヘッダーに挿入された流
入伝熱管と流出伝熱管との間に設けた絞りの開口面積
を、上流側のヘッダーから下流側のヘッダーへ順次大き
くしたものである。

【００１１】そして本発明は、ヘッダー内部に設けたら
せん溝のらせん角度を上流側のヘッダーから下流側のヘ
ッダーへ順次大きくしたものである。

【００１２】また本発明は、ヘッダー内部に設けたらせ
ん溝の溝深さを上流側のヘッダーから下流側のヘッダー
へ順次低くしたものである。

【００１３】そして本発明は、伝熱管群のヘッダーへの
挿入深さを、上流側のヘッダーから下流側のヘッダーへ
順次低くしたものである。

【００１４】さらに本発明は、ヘッダーから流出する側
の伝熱管群の端部開口面をヘッダー軸に対して傾斜さ
せ、ヘッダー軸に対する傾斜角度を最下部の伝熱管から
最上部の伝熱管へ順次小さくしたものである。

【００１５】

【作用】上記手段による作用は、以下のとおりである。

【００１６】冷媒がヘッダー内を流動する際、冷媒のヘ
ッダー内速度を、上流側のヘッダーから下流側のヘッダ
ーへ順次遅くすることにより、各ヘッダーにおいて冷媒
が各伝熱管に均一に分流し、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。

【００１７】また本発明は、ヘッダー径を上流側のヘッ
ダーから下流側のヘッダーへ順次大きくすることによ
り、各ヘッダーにおいて冷媒が各伝熱管に均一に分流
し、実際に蒸発する有効伝熱面積を増加させることがで
きる。

【００１８】さらに本発明は、ヘッダーに挿入された流
入伝熱管と流出伝熱管の間に設けた絞りの開口面積を、
上流側のヘッダーから下流側のヘッダーへ順次大きくす
ることにより、各ヘッダーにおいて冷媒が各伝熱管に均
一に分流し、実際に蒸発する有効伝熱面積を増加させる
ことができる。

【００１９】そして本発明は、ヘッダー内部に設けたら
せん溝のらせん角度を上流側のヘッダーから下流側のヘ
ッダーへ順次大きくすることにより、各ヘッダーにおい
て冷媒が各伝熱管に均一に分流し、実際に蒸発する有効
伝熱面積を増加させることができる。

【００２０】また本発明は、ヘッダー内部に設けたらせ
ん溝の溝深さを上流側のヘッダーから下流側のヘッダー
へ順次低くすることにより、各ヘッダーにおいて冷媒が
各伝熱管に均一に分流し、実際に蒸発する有効伝熱面積
を増加させることができる。

【００２１】そして本発明は、伝熱管群のヘッダーへの
挿入深さを上流側のヘッダーから下流側のヘッダーへ順
次低くすることにより、各ヘッダーにおいて冷媒が各伝
熱管に均一に分流し、実際に蒸発する有効伝熱面積を増
加させることができる。

【００２２】さらに本発明は、ヘッダーから流出する側
の伝熱管群の端部開口面をヘッダー軸に対して傾斜さ
せ、ヘッダー軸に対する傾斜角度を最下部の伝熱管から
最上部の伝熱管へ順次小さくすることにより、冷媒が各
伝熱管に均一に分流し、実際に蒸発する有効伝熱面積を
増加させることができる。

【００２３】

【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。

【００２４】まず、図１により、本発明の第１の実施例
について説明する。なお、従来例と同一部品について
は、同一番号を用いる。

【００２５】図において、熱交換器は伝熱管群１そして
伝熱管群１に挿入されたフィン群２およびヘッダー群３
より構成され、ヘッダー群３は、冷媒流動方向に対して
上流側より３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄおよび３ｅである。
そして各ヘッダーには流入伝熱管群１Ａおよび流出伝熱
管群１Ｂが挿入されており流路を形成している。ヘッダ
ー群３ａ〜３ｅのヘッダー径Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄお
よびＤｅは、Ｄａ＜Ｄｂ＜Ｄｃ＜Ｄｄ＜Ｄｅなる関係を
有している。冷媒はヘッダー３ａから流入し、伝熱管群
およびヘッダー群内を流動しヘッダー３ｅから流出す
る。

【００２６】一般に、空調機において冷媒は乾き度０．
２程度の液相割合の大きい状態で、蒸発器に流入する。
従って、ヘッダー３ｂ内においては、連続する液相中に
不連続な気相が存在するフロス流を形成し撹拌されなが
ら流動するので、比較的気・液相割合が均一な状態で流
出伝熱管群２Ｂに分流される。そして、空気と熱交換し
蒸発し続ける冷媒は、徐々に乾き度が大きくなる。従っ
て、気相速度が大きくなりヘッダー内で環状流を形成し
やすくなる。一般に、非加熱垂直管における気液二相流
の流動状態は、フルード数Ｆｒ＝（Ｖｌ²＋Ｖｇ²）／Ｄ／ｇＶｌ：液相速度、Ｖｇ：気相速度Ｄ：管径、ｇ：重力加速度に関係し、フルード数が大きいほど環状流に遷移しやす
い。しかしながら、ヘッダー径は上流側から順次大きく
なっているので、液相速度は低下し気相速度の増加はお
さえられる。従って、各ヘッダーにおけるフルード数の
増加をおさえることができ、環状流に遷移しにくくな
る。そのため、冷媒は各ヘッダー上面部に衝突し、上面
部近傍の流出伝熱管に偏流することなく均一に分流す
る。従って、部分的に伝熱管の途中で蒸発しきることは
なく、すべての伝熱管において同程度の蒸発を行なうこ
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、性能の向上が可能となる。

【００２７】次に、図２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。

【００２８】図において、各ヘッダー３ｂ、３ｃ、３ｄ
の内部には流入伝熱管群１Ａと流出伝熱管群１Ｂの間に
絞り７ｂ、７ｃおよび７ｄが設けてあり、その絞り径ｄ
ｂ、ｄｃおよびｄｄは、ｄｂ＜ｄｃ＜ｄｄなる関係を有
している。

【００２９】ヘッダー３ａ内に流入した冷媒は、空気と
熱交換して流入伝熱管１Ａを経てヘッダー３ｂに流入
し、絞り７ｂを通過して流出伝熱管１Ｂに分流される。
この際、乾き度が小さく液相割合の大きい冷媒は、速度
が低いが絞り７ｂである程度加速されるので、冷媒は上
部の流出伝熱管１Ｂまで十分に到達し、均一に分流され
る。そして、空気と熱交換し蒸発し続ける冷媒は、徐々
に乾き度が大きくなる。気相割合が大きくなり気相速度
が大きい状態でヘッダー３ｃ、３ｄに流入した冷媒は、
絞り７ｃ、７ｄを通過して流出伝熱管１Ｂに分流され
る。しかしながら、絞り径ｄｃ、ｄｄはｄｂより大きい
ので、絞り通過による速度の加速は順次おさえられる。
従って、環状流に遷移しにくくなる。そのため、各ヘッ
ダー上面部に衝突し、上面部近傍の流出伝熱管に偏流す
ることなく冷媒は均一に分流する。次に、図３により、
本発明の第３の実施例について説明する。

【００３０】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。

【００３１】図において、各ヘッダー３ａ、３ｂ、３
ｃ、３ｄおよび３ｅの内部にはらせん溝が設けられてお
り、そのらせん角度βａ、βｂ、βｃ、βｄおよびβｅ
はβａ＜βｂ＜βｃ＜βｄ＜βｅなる関係を有してい
る。ヘッダー３ａを経て流入した冷媒は、空気と熱交換
して流入伝熱管１Ａよりヘッダー３ｂに流入する。流入
した冷媒は、ヘッダー内部にらせん溝が設けられている
ので旋回流を生じ撹拌しながら流動し、流出伝熱管１Ｂ
に均一に分流される。さらに、乾き度が大きくなり気相
速度が大きくなっても、ヘッダー３ｂ、３ｃ、３ｄおよ
び３ｅ内に設けられたらせん溝の角度は、上流側から順
次大きくなっているので、旋回の強さは順次大きくな
る。従って乾き度が大きくなっても単純な環状流には遷
移せず、旋回流を生じ撹拌して流動する。そのため、各
ヘッダー上面部に衝突し、上面部近傍の流出伝熱管に偏
流することなく冷媒は均一に分流する。

【００３２】次に、図４により、本発明の第４の実施例
について説明する。ここで、第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。

【００３３】図において、各ヘッダー３ａ、３ｂ、３
ｃ、３ｄおよび３ｅの内部にはらせん溝が設けられてお
り、その溝高さｈａ、ｈｂ、ｈｃ、ｈｄおよびｈｅはｈ
ａ＞ｈｂ＞ｈｃ＞ｈｄ＞ｈｅなる関係を有している。ヘ
ッダー３ａを経て流入した冷媒は、空気と熱交換して流
入伝熱管１Ａよりヘッダー３ｂに流入する。この際、各
ヘッダーのらせん溝の溝深さは、上流側から順次低くな
っている。従って液相割合の大きい状態の冷媒の場合で
も溝深さが高いので、液相冷媒は溝の表面を流動するこ
となく溝に沿って流動し、旋回流を生じ撹拌しながら流
出伝熱管１Ｂに均一に分流される。乾き度が大きくなり
液相割合が小さくなるのに応じて、ヘッダーの溝深さは
低くなる。よって流動抵抗が急激な増加をすることもな
く、各ヘッダーにおいて良好な旋回流が生じ撹拌して流
動する。そのため冷媒は偏流することなく、各流出伝熱
管に均一に分流する。

【００３４】次に、図５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。

【００３５】図において、各ヘッダー３ａ、３ｂ、３
ｃ、３ｄおよび３ｅへの伝熱管の挿入深さδａ、δｂ、
δｃ、δｄおよびδｅは、δａ＞δｂ＞δｃ＞δｄ＞δ
ｅなる関係を有している。ヘッダー３ａを経て流入した
冷媒は空気と熱交換して流入伝熱管１Ａよりヘッダー３
ｂに流入する。この際、各ヘッダーへの伝熱管の挿入深
さは、上流側から順次低くなっている。従って、乾き度
が大きくなり液相割合が小さくなるのに応じて、伝熱管
の挿入深さは低くなるので、伝熱管端部が液相域より突
出し気相域にさらされることがない。そのために、急激
な流動抵抗が生じることもなく、各流出伝熱管に冷媒は
均一に分流する。

【００３６】次に、図６により、本発明の第６の実施例
について説明する。ここで、第１、２、３、４、５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。

【００３７】図において、ヘッダー３から流出する伝熱
管群１Ｂの端部開口面をヘッダー軸方向に対して傾斜さ
せており、その傾斜角度θａ、θｂ、θｃおよびθｄは
θａ＞θｂ＞θｃ＞θｄなる関係を有している。流入伝
熱管１Ａより流入した冷媒は流出伝熱管１Ｂより流出す
る。その際、冷媒はヘッダー上面部に衝突し撹拌するの
で、ヘッダー上面部３１近傍の流出伝熱管に偏流する。
しかしながら、流出伝熱管群１Ｂ端部開口面はヘッダー
軸方向に対して傾斜させており、最下部の伝熱管が最も
傾斜角度が大きくすなわち冷媒流動方向に大きく開口し
ている。従って、ヘッダー上面部より離れた流出伝熱管
にも良好に分流し全体として均一に分流できる。

【００３８】なお、本実施例では、それぞれ独立した複
数のヘッダーを用いて説明したが、一体で仕切り壁によ
って分離されたヘッダーにおいても同様の効果があるこ
とはいうまでもない。

【００３９】

【発明の効果】上記実施例より明らかなように、本発明
は、冷媒がヘッダー内を流動する際、冷媒のヘッダー内
速度を、上流側のヘッダーから下流側のヘッダーへ順次
遅くすることにより、各ヘッダーにおいて冷媒が各伝熱
管に均一に分流し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。

【００４０】また、ヘッダー径を上流側のヘッダーから
下流側のヘッダーへ順次大きくすることにより、各ヘッ
ダーにおいて冷媒が各伝熱管に均一に分流し、実際に蒸
発する有効伝熱面積を増加させることができる。

【００４１】さらに、ヘッダーに挿入された流入伝熱管
と流出伝熱管との間に設けた絞りの開口面積を、上流側
のヘッダーから下流側のヘッダーへ順次大きくすること
により、各ヘッダーにおいて冷媒が各伝熱管に均一に分
流し、実際に蒸発する有効伝熱面積を増加させることが
できる。

【００４２】そして、ヘッダー内部に設けたらせん溝の
らせん角度を上流側のヘッダーから下流側のヘッダーへ
順次大きくすることにより、各ヘッダーにおいて冷媒が
各伝熱管に均一に分流し、実際に蒸発する有効伝熱面積
を増加させることができる。

【００４３】また、ヘッダー内部に設けたらせん溝の溝
深さを上流側のヘッダーから下流側のヘッダーへ順次低
くすることにより、各ヘッダーにおいて冷媒が各伝熱管
に均一に分流し、実際に蒸発する有効伝熱面積を増加さ
せることができる。

【００４４】そして、伝熱管群のヘッダーへの挿入深さ
を上流側のヘッダーから下流側のヘッダーへ順次低くす
ることにより、各ヘッダーにおいて冷媒が各伝熱管に均
一に分流し、実際に蒸発する有効伝熱面積を増加させる
ことができる。

【００４５】さらに、ヘッダーから流出する側の伝熱管
群の端部開口面をヘッダー軸に対して傾斜させ、ヘッダ
ー軸に対する傾斜角度を最下部の伝熱管から最上部の伝
熱管へ順次小さくすることにより、冷媒が各伝熱管に均
一に分流し、実際に蒸発する有効伝熱面積を増加させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱交換器の第１の実施例を示す構成図

【図２】本発明の熱交換器の第２の実施例を示す要部断
面図

【図３】本発明の熱交換器の第３の実施例を示す要部断
面図

【図４】（ａ）は、本発明の熱交換器の第４の実施例を
示す要部断面図（ｂ）は、同要部断面図

【図５】本発明の熱交換器の第５の実施例を示す要部断
面図

【図６】本発明の熱交換器の第６の実施例を示す要部断
面図

【図７】従来例を示す構成図

【図８】同要部断面図

【符号の説明】

１伝熱管群１Ａ流入伝熱管群２Ｂ流出伝熱管群２フィン群３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅヘッダー群Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ、Ｄｅヘッダー径７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ絞りｄａ、ｄｂ、ｄｃ、ｄｄ、ｄｅ絞り径 βａ、βｂ、βｃ、βｄ、βｅらせん角度ｈａ、ｈｂ、ｈｃ、ｈｄ、ｈｅ溝深さ δａ、δｂ、δｃ、δｄ、δｅ挿入深さ θａ、θｂ、θｃ、θｄ傾斜角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中山浩一大阪府東大阪市高井田本通３丁目22番地松下冷機株式会社内 (72)発明者平輝彦大阪府東大阪市高井田本通３丁目22番地松下冷機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気が流動するフィン群と、前記フィン群
に挿入され、内部を冷媒が流動する伝熱管群と、前記伝
熱管群の両端を挿入し、流路を形成する複数のヘッダー
から構成され、冷媒のヘッダー内速度を、上流側のヘッ
ダーから下流側のヘッダーへ順次遅くした熱交換器。
【請求項２】ヘッダー径を上流側のヘッダーから下流側
のヘッダーへ順次大きくした請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】ヘッダーに挿入された流入伝熱管と流出伝
熱管の間に設けた絞りの開口面積を、上流側のヘッダー
から下流側のヘッダーへ順次大きくした請求項１記載の
熱交換器。
【請求項４】ヘッダー内部に設けたらせん溝のらせん角
度を上流側のヘッダーから下流側のヘッダーへ順次大き
くした請求項１記載の熱交換器。
【請求項５】ヘッダー内部に設けたらせん溝の溝深さを
上流側のヘッダーから下流側のヘッダーへ順次低くした
請求項１記載の熱交換器。
【請求項６】伝熱管群のヘッダーへの挿入深さを、上流
側のヘッダーから下流側のヘッダーへ順次低くした請求
項１記載の熱交換器。
【請求項７】ヘッダーから流出する側の伝熱管群の端部
開口面をヘッダー軸に対して傾斜させ、ヘッダー軸に対
する傾斜角度を最下部の伝熱管から最上部の伝熱管へ順
次小さくした請求項１記載の熱交換器。