JPH06174336A - 冷媒蒸発器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多数の熱交換用チューブに対する冷媒の分配
を均等化し、チューブの出口側端部における温度差をな
くして、冷媒蒸発器の性能を向上させる。 【構成】 マルチフロータイプの冷媒蒸発器の下側のヘ
ッダ１に供給される冷媒は気液二相に分かれようとする
が、冷媒の入口７に近い部分の底部外面に取り付けた超
音波振動子８が超音波振動を発生して冷媒を振動させる
ため、液体状の冷媒が微細な液滴となって気体状の冷媒
の中に分散し、下側のヘッダ１内では気相及び液相の液
冷媒が均一に混合する。その結果、全てのチューブ３に
均等に冷媒が分配され、温度分布が下側のヘッダ１の長
手方向に均一化されるので、位置による熱交換機能の偏
りが防止されて全体の性能が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空調装置に使用される
所謂マルチフロータイプの冷媒蒸発器の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に運転状態にある従来のマルチフロ
ータイプの冷媒蒸発器を例示する。図において、１は中
空円筒状の下側のヘッダで、図３に示す従来例の場合、
ヘッダ１の左端は閉じているが、右端の一部は冷媒を受
け入れるために開口しており、図示しない配管によって
膨張弁又はキャピラリチューブに接続されている。２は
やはり中空円筒状の上側のヘッダで、左端は閉じている
が、右端の一部は熱交換の終わった冷媒を排出するため
に開口しており、図示しない配管によって圧縮機の吸入
ポートに接続されている。

【０００３】３は熱伝導性の良いアルミニウムや銅合金
等の金属からなる偏平な断面外形を有する熱交換用のチ
ューブで、内部に１本ないし数本の冷媒通路を有し、下
側のヘッダ１と上側のヘッダ２とを連通するように、そ
れらのヘッダを橋絡して平行に多数本取り付けられる。
そして各チューブ３の間には、やはり熱伝導性の良いア
ルミニウムや銅合金等の薄い金属板を波形に成形したコ
ルゲートフィン４が、多数のチューブ３のなす面に対し
て直角の方向に無数のハニカム状の通気路を形成するよ
うに取り付けられている。

【０００４】図３に例示したような所謂マルチフロータ
イプの冷媒蒸発器を、空調装置の冷媒が循環して流れる
図示しない冷凍サイクルの一部として使用するとき、圧
縮機によって加圧され、更に凝縮器において圧縮熱を外
気中に放出して液体状となった冷媒は、凝縮器から膨張
弁又はキャピラリチューブを通過して蒸発器の下側のヘ
ッダ１に供給されることによって減圧されて膨張し、気
液二相状の冷媒５となって、蒸発器の下側のヘッダ１に
供給され、そのまま下側のヘッダ１に開口している多数
の各チューブ３へ分配される。このように、一般にマル
チフロータイプの冷媒蒸発器の下側のヘッダ１において
は、気相及び液相の冷媒５及び６が層をなして共存して
いると考えられる。

【０００５】しかし、膨張弁又はキャピラリチューブを
通過後も、下側のヘッダ１内の冷媒は気液二相状態であ
るため、チューブ３への気液冷媒の分配が不均一とな
る。チューブ３を通過した気体状の冷媒５は上側のヘッ
ダ２において再び合流して圧縮機の方へ送り出される。
そして、下側のヘッダ１から各チューブ３へ分流した気
液二相状の低温の冷媒５が各チューブ３の中を上昇する
間に、各チューブ３の間を流れる空気との間でチューブ
３の壁を通じて熱交換を行い、コルゲートフィン４がそ
の熱交換を助けることによって空気の熱が気体状の冷媒
５に移行し、それによって冷却された空気が室内等に放
出されることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】マルチフロータイプの
冷媒蒸発器の下側のヘッダ１内で気体状の冷媒５の他に
底部に溜まっている液体状の冷媒６は、下側のヘッダ１
の長手方向にわたって均等な厚さの層をなして分布して
いる訳ではなく、図３に示した従来例のように右側端部
の入口７から新たな冷媒が供給される構造では、下側の
ヘッダ１の内部には右から左に向かう冷媒の流れが生じ
ているから、流れの慣性等の影響で、下側のヘッダ１の
底部に溜まる液体状の冷媒６の層の厚さは、下流側であ
る左方において厚くなり、上流側である右方において薄
くなる傾向がある。その結果、液体状の冷媒６の層から
気化して近くのチューブ３内に流入する気体状の冷媒５
の量は、下側のヘッダ１の上流側である右方の部分より
も、下流側である左方の部分の方がより多くなる。

【０００７】このように、各チューブ３内を上昇する冷
媒の量が左右の位置によって均等ではないため、各チュ
ーブ３の上端の上側のヘッダ２への開口（出口）付近に
おける冷媒の温度を測定してみると、図４に示したよう
に均一でないことが判る。つまり、下側のヘッダ１の入
口７に近いチューブ３を上昇した冷媒は、入口７から遠
いチューブ３を上昇した冷媒よりも少ないために、同じ
温度の均一な流量の空気と熱交換をしても温度の上昇の
幅が大きくなるのである。これは、従来のマルチフロー
タイプの冷媒蒸発器では、冷媒の流れが全面にわたって
均一に生じておらず、部分的に熱交換作用の低い箇所が
あることを意味している。この事実から従来のマルチフ
ロータイプの冷媒蒸発器が十分な能力を発揮しておら
ず、未だに改善の余地を残していることが明らかであ
る。

【０００８】この問題を解決するために、本出願人は、
先に特開昭５８−１１３６３号公報に記載されている手
段を提案した。この手段を図３のような形のマルチフロ
ータイプの冷媒蒸発器に適用した場合には、チューブ３
の各下端を下側のヘッダ１内に突出するように開口させ
ると共に、特にその突出量を、下側のヘッダ１の内径を
ｄとして０．３ｄ＜ｈ＜０．５ｄの範囲に選定すること
になる。この手段を適用することによって、冷媒の流れ
の分布状況がかなり均一化の方向において改善されるこ
とは確かであるが、それでも、図４に示すようなチュー
ブ３の出口温度特性を、上側のヘッダ２の長手方向全域
にわたって横一線に揃えることは容易なことではない。

【０００９】本発明は、従来技術が有しているこのよう
な問題に鑑み、従来のマルチフロータイプの冷媒蒸発器
に対して外部から付加的に取りつけることが可能であ
り、下側のヘッダ内にある気体状の冷媒と、それと共存
している液体状の冷媒の分布状態を均一化することがで
き、それによって各チューブに流入する冷媒の流量の間
に格差が生じないようにすることができる簡単な手段を
提供することを、発明の解決課題とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、冷媒の供給を受ける下側の
ヘッダと、冷媒を排出する上側のヘッダと、前記下側の
ヘッダ及び前記上側のヘッダを連通する多数のチューブ
とを備えると共に、前記下側のヘッダの冷媒入口付近の
底部外面に超音波振動子を取り付けたことを特徴とする
マルチフロータイプの冷媒蒸発器を提供する。

【００１１】

【作用】下側のヘッダに供給される冷媒は気液二相に分
かれようとするが、超音波振動子が超音波振動を発生し
て、それを特に入口付近の冷媒に与える結果、液体状の
冷媒の中に微細な気泡が生じ、それが比較的大きな気泡
に成長して、それがやはり超音波振動によって破裂する
際に発生する衝撃波によって、液体状の冷媒が分散し気
体状の冷媒の中に拡散するため、下側のヘッダ内では気
相と液相の冷媒が均一に混合して、分離した気層及び液
層を形成することがない。そのため、全てのチューブに
均等に冷媒が分配され、温度分布が下側のヘッダの長手
方向に均一化されるので、位置による熱交換機能の偏り
が防止されて性能が向上する。

【００１２】

【実施例】図１に本発明の実施例を示す。マルチフロー
タイプの冷媒蒸発器としての構造は図３に示した従来例
と同様であって、１は下側のヘッダ、２は上側のヘッ
ダ、３は多数のチューブ、４はコルゲートフィン、７は
入口７を示している。

【００１３】図示実施例の特徴は、このように従来のマ
ルチフロータイプの冷媒蒸発器における下側のヘッダ１
の入口７に近い部分の、それも底部の外面に超音波振動
子８を取り付けた点にある。超音波振動子８は十分な大
きさの振動面が得られるように、また曲率の中心に振動
エネルギーが集束するように、断面円弧型のものを使用
しており、その形状によって下側のヘッダ１の外壁面に
も適合している。超音波振動子８は導線９によって発振
器１０に接続されており、発振器１０は例えば１００Ｋ
Ｈｚ〜５ＭＨｚ程度の高周波電流を励起し、超音波振動
子８を駆動して超音波振動を発生させる。なお、超音波
振動子８や発振器１０そのものは従来から良く知られて
いるものであるから、それらの詳細な説明は省略する。

【００１４】図１に示すマルチフロータイプの冷媒蒸発
器を、図示実施例しない空調装置の冷凍サイクルの一部
に使用した場合、その空調装置が運転されると冷媒が矢
印の方向に流れて、マルチフロータイプの冷媒蒸発器の
下側のヘッダ１内には、図３に示した場合と同様に液体
状の冷媒６と気体状の冷媒５の層の厚さが左右の位置に
よって異なる不均一な状態が生じようとするが、発振器
１０を作動させて超音波振動子８を駆動し、下側のヘッ
ダ１の特に入口７付近の冷媒に超音波振動を加えると、
振動を吸収した冷媒は過圧と負圧とを繰り返して受ける
ことになり、負圧となった瞬間に液体状の冷媒６に多数
の微細な気泡が発生し、それらの微細な気泡が集合する
ことによって液体状の冷媒６の層の中に気体状の冷媒か
らなる大きな気泡状の空洞が成長する。

【００１５】この空洞は過圧となったときに破壊され、
その際に発生する衝撃波によって細かな液滴に分散する
が、気相と液相の二層に分離しようとしていた冷媒が攪
乱されて、気体状の冷媒５の中に分散した液滴が均等に
混合したものになる。この現象は下側のヘッダ１内の全
域で起こり、下側のヘッダ１の全長にわたって気液冷媒
が均一化するが、超音波振動子８が付設された入口７付
近では特に大きな衝撃波が生じ、冷媒に対する攪乱作用
が強くなる。

【００１６】このように超音波振動子８の振動によっ
て、気液冷媒を攪拌して混合させる作用が生じ、特に入
口７の付近でその作用が強くなる結果、従来のマルチフ
ロータイプの冷媒蒸発器では冷媒の流量が比較的少なか
った入口７付近に開口するチューブ３群に対する気体状
の冷媒５の分配量が増加するので、チューブ３の全てに
略均等に冷媒を流すことが可能になり、熱交換器全体と
しての能力が向上する。実施例では従来例に比して約１
０％の性能改善が見られた。また、チューブ３の上端の
上側のヘッダ２に対する出口における冷媒の温度分布
も、図２に示すように略均一にすることができた。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、従来のマルチフロータ
イプの冷媒蒸発器の下側のヘッダに超音波振動子を付設
し、それを発振器によって駆動することによって、全て
のチューブに均等に冷媒を流すことが可能になり、温度
分布の偏りを解消し、冷媒と流通する空気との間で十分
に熱交換が行われなかった問題の部分を解消して、冷媒
蒸発器の全体としての性能を向上させることができる。

【００１８】また、超音波振動子の発生する超音波振動
が下側のヘッダから全てのチューブに伝わる結果、チュ
ーブやコルゲートフィンに付着する凝縮水の水切れが良
くなって、凝縮水が容易に流下して表層を覆うことがな
くなるほか、伝熱面であるチューブの表裏に流れが付着
停滞して形成される冷媒や空気の境界層も超音波によっ
て破壊されるか、又は厚さが薄くなるので、伝熱効率が
向上して、この面でもマルチフロータイプの冷媒蒸発器
の性能改善をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施例を示す斜視図であり、
（ｂ）はその一部の側断面図である。

【図２】本発明の効果を示す線図である。

【図３】従来例を示す斜視図である。

【図４】従来例の問題点を示す線図である。

【符号の説明】

１…下側のヘッダ ２…上側のヘッダ ３…チューブ ４…コルゲートフィン ５…気体状の冷媒 ６…液体状の冷媒 ７…入口 ８…超音波振動子 １０…発振器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒の供給を受ける下側のヘッダと、冷
   媒を排出する上側のヘッダと、前記下側のヘッダ及び前
   記上側のヘッダを連通する多数のチューブとを備えると
   共に、前記下側のヘッダの冷媒入口付近の底部外面に超
   音波振動子を取り付けたことを特徴とするマルチフロー
   タイプの冷媒蒸発器。