JPH07269985A

JPH07269985A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH07269985A
Application number: JP6324794A
Authority: JP
Inventors: Kokichi Furuhama; 功吉古浜; Masaaki Satou; 全秋佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-10-20

Abstract

(57)【要約】【目的】非共沸混合冷媒を対象とする熱交換器におい
て、非共沸混合冷媒の非共沸性に起因する熱交換性能の
低下を解消させる。【構成】伝熱フィン１を貫通する熱交換パイプ３のＵ
パイプ３ｂ内に、スプリングなどの攪拌手段を挿入固定
することで、ここを通過する非共沸混合冷媒が攪拌さ
れ、気相および液相の混合が促進されて、熱伝達率が向
上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱交換パイプを流れ
る冷媒と外部を流れる流体との間で熱交換を行う熱交換
器に係わり、特に冷媒として非共沸混合冷媒を使用した
熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】地球環境問題に発展するオゾン層破壊の
可能性のあるＣＦＣ，ＨＣＦＣ冷媒の削減、全廃に向
け、空気調和機に使用されているＨＣＦＣ２２も、オゾ
ン破壊係数が０であるＨＦＣ冷媒への切り替えが必要と
なる。

【０００３】ところが、空気調和機の運転条件を満足す
るＨＦＣ冷媒の多くは、２種類以上の冷媒を混合した冷
媒であり、またその中の大部分は、沸点の異なる冷媒を
混合した、いわゆる非共沸混合冷媒である。

【０００４】非共沸混合冷媒は、相変化中に温度勾配が
生ずることから、空気と熱交換する場合、熱交換器の構
成によっては、冷媒の流れ方向と空気の流れ方向とが互
いに並行流となり、このような場合には熱交換器の温度
効率が著しく低減する。つまり、熱交換器が蒸発器とし
て機能する場合には、冷媒温度の上昇に伴い空気温度が
低下し、一方熱交換器が凝縮器として機能する場合に
は、冷媒温度の低下に伴い空気温度が上昇し、いずれの
場合でも下流側において冷媒と空気との温度差が小さく
なって熱交換量が不充分なものとなる。

【０００５】冷媒と空気の流れ方向が相互に対向流を形
成するようにすれば、熱交換器内を流れる冷媒温度と空
気温度との差が、入口から出口にかけて均一化されるの
で、上記問題は解消される。ところが、冷房と暖房の両
方の運転が可能な空気調和機では、冷房運転と暖房運転
で熱交換器での冷媒の流れ方向が逆転することが常であ
り、両運転で対向流を形成するには、熱交換器外部にバ
ルブやバイパス管を設置するなど構成を複雑化して、冷
暖両運転での冷媒の流れ方向を同一化しない限り、冷暖
両運転で熱交換器を対向流として用いることは不可能で
あり、熱交換器の少なくとも一部に温度効率の低い部分
が生じてしまう。

【０００６】また、非共沸混合冷媒は、相変化中の気相
と液相の各々の組成が異なるので、熱交換器内で蒸発あ
るいは凝縮する冷媒の気相と液相に濃度分布が発生し、
それらが熱伝達の抵抗となってしまう。したがって、非
共沸混合冷媒は、同一の物性値を持つ単一冷媒に比べ、
蒸発や凝縮に伴う熱伝達が著しく低下するという欠点が
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、非共沸混
合冷媒を対象とする熱交換器においては、単一冷媒を対
象とするものに比べて熱交換性能が低下するという問題
がある。

【０００８】そこで、この発明は、非共沸混合冷媒を対
象とする熱交換器における、非共沸混合冷媒の非共沸性
に起因する熱交換性能の低下を解消させることを目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、冷媒を流通させる熱交換パイプを有
し、前記冷媒と外部を流れる流体との間で熱交換を行う
熱交換器において、前記冷媒として高沸点冷媒と低沸点
冷媒とを混合させた非共沸混合冷媒を用いるとともに、
この非共沸混合冷媒の非共沸性に起因する熱交換量低下
を軽減する熱交換量低下軽減手段を設けた構成としてあ
る。

【００１０】

【作用】このような構成の熱交換器によれば、熱交換量
低下軽減手段により、非共沸混合冷媒の非共沸性、例え
ば相変化中の温度勾配や、蒸発あるいは凝縮する際の冷
媒の気相と液相の濃度分布に起因する熱交換性能の低下
が軽減される。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。図１は、この発明の第１実施例を示す空気調和機
に使用される熱交換器の正面図である。この熱交換器
は、図中で左右方向に配列された多数枚の伝熱フィン１
と、熱交換パイプ３とを備えている。熱交換パイプ３
は、伝熱フィン１を貫通する直線状の複数のパイプ本体
３ａと、隣接するパイプ本体３ａ相互を結合するための
Ｕパイプ３ｂとから構成されており、内部には高沸点冷
媒と低沸点冷媒とが混合された非共沸混合冷媒Ａが流れ
る。熱交換パイプ３内の非共沸混合冷媒Ａは、パイプ本
体３ａの外部を流れる流体である空気と熱交換し、蒸発
あるいは凝縮といった相変化をする。

【００１２】熱交換パイプ３の屈曲部位であるＵパイプ
３ｂ内には、非共沸混合冷媒の非共沸性に起因する熱交
換量低下を軽減する熱交換量低下軽減手段が挿入固定さ
れている。ここでの熱交換量低下軽減手段は、非共沸混
合冷媒Ａを攪拌する攪拌手段であり、具体的な例として
は、図２に示すように、スプリング５、捻りテープ７、
あるいは羽車９などでよい。

【００１３】スプリング５は、コイル状でありＵパイプ
３ｂの全長にわたり配置する。捻りテープ７は、例えば
ビニルテープのようなテープ状のものを、緩く捩じった
状態に形成されたもので、その捩じれに沿って非共沸混
合冷媒Ａが旋回しながら流れることで攪拌され、スプリ
ング５と同様Ｕパイプ３ｂの全長にわたり配置する。羽
車９は、Ｕパイプ３ｂの両開口端部付近に設置し、内壁
に取り付けられる支持軸９ａに対して羽部９ｂが回転可
能であっても固定される状態であってもよい。

【００１４】ところで、非共沸混合冷媒は、沸点の異な
る冷媒の混合であり、上記熱交換器内で相変化する場
合、特定の冷媒が優先的に相変化をする（蒸発の場合
は、沸点の低い冷媒が優先的に蒸発し、凝縮の場合は、
沸点の高い冷媒が優先的に凝縮する）。このため、気液
界面を中心として気相と液相の各相内に濃度分布が発生
し、これが拡散抵抗となり、蒸発や凝縮に伴う熱伝達率
を低下させる。

【００１５】本実施例では、パイプ本体３ａ相互を結合
するＵパイプ３ｂの内部に、スプリング５、捻りテープ
７、羽車９等の撹拌手段を設けているため、非共沸混合
冷媒Ａは撹拌されて気相と液相との混合および、気相内
部と液相内部でのそれぞれの混合がなされ、気相および
液相に生じた濃度分布が解消され、蒸発や凝縮に伴う非
共沸混合冷媒の非共沸性に起因する熱伝達率の低下が解
消される。

【００１６】濃度分布は、相変化が進行するにつれて徐
々に形成されるので、熱交換パイプ３全体の非共沸混合
冷媒Ａを撹拌する必要はなく、ある程度の距離ごとに設
置すればよい。逆に、スプリング５などの撹拌手段は、
非共沸混合冷媒Ａの圧力損失を増大させるので、熱交換
パイプ３全体に設置すると、熱交換器全体の圧力損失を
増大させることとなり、空気調和機の性能低下につなが
る。このような観点から、Ｕパイプ３ｂ内にのみ撹拌手
段を設けることは、熱伝達率の向上と圧力損失増大の抑
制という２つの点から優れている。加えて、Ｕパイプ３
ｂとパイプ本体３ａとは別個に製作され、組立工程にて
溶接にて結合されるので、結合前にＵパイプ３ｂ内に撹
拌手段を設置することは、製作上も容易である。

【００１７】なお、パイプ本体３ａの長さが短い場合
や、非共沸混合冷媒Ａの非共沸性が強くない場合には、
すべてのＵパイプ３ｂに撹拌手段を設ける必要はなく、
流れ方向に一つおきや二つおきに設置してもよい。ま
た、図２（ａ）のスプリング５や図２（ｂ）の捻りテー
プ７は、Ｕパイプ３ｂ全長を占める必要はない。また、
図２（ｃ）の羽車９は、一つのＵパイプ３ｂについて一
つ設置するようにしてもよい。

【００１８】図３は、この発明の第２実施例を示す空気
調和機に使用される熱交換器の正面図である。この熱交
換器も、前記図１の実施例と同様に、図中で左右方向に
配列された多数枚の伝熱フィン１１と、熱交換パイプ１
３とを備えている。熱交換パイプ１３は、伝熱フィン１
１を貫通する直線状の複数のパイプ本体１３ａと、パイ
プ本体１３ａに一端側が結合される第１のＵパイプ１３
ｂと、隣接する第１のＵパイプ１３ｂ相互を結合する第
２のＵパイプ１３ｃとから構成されている。

【００１９】ここでは、熱交換パイプ１３は、図中で紙
面に直交する方向に２列設けられており、実線で示すも
のが紙面表側の列を示し、破線で示すものが紙面裏側の
列を示している。非共沸混合冷媒Ａは、本熱交換器に対
し、紙面裏側の列におけるパイプ本体１３ａの入口１５
から流入し、紙面表側の列におけるパイプ本体１３ａの
出口１７から流出する。

【００２０】図４は、第１のＵパイプ１３ｂと第２のＵ
パイプ１３ｃとが結合された図３におけるＢ部の拡大図
である。ここで、非共沸混合冷媒Ａが、気相と液相とが
混在した状態で、パイプ本体１３ａから第１のＵパイプ
１３ｂに流入すると、液相は遠心力により外周側の内壁
に押し付けられつつ流れる。非共沸混合冷媒Ａが第１の
Ｕパイプ１３ｂから第２のＵパイプ１３ｃに流れ込む際
には、非共沸混合冷媒Ａの液相に作用する遠心力の方向
が１８０度変換され、これにより液相は第２のＵパイプ
１３ｃ内にて外周側の内壁に向けて移動し、この移動時
に非共沸混合冷媒Ａが攪拌されて気相と液相との混合な
どがなされる。さらに、非共沸混合冷媒Ａが第２のＵパ
イプ１３ｃから第１のＵパイプ１３ｂに流れ込む際に
も、同様に非共沸混合冷媒Ａが攪拌されて、パイプ本体
１３ａに流出する。

【００２１】このように、図３および図４の実施例にお
いても、非共沸混合冷媒Ａが第１のＵパイプ１３ｂおよ
び第２のＵパイプ１３ｃを流れることで、非共沸混合冷
媒Ａが攪拌されるので、非共沸性に起因する熱伝達率の
低下が軽減されることになる。また、この実施例では、
前記図１の実施例と異なり、熱交換パイプ１３内部には
撹拌手段を設置していないので、非共沸混合冷媒Ａの圧
力損失増大には、ほとんど影響しない。

【００２２】上記図３の実施例において、非共沸混合冷
媒Ａが第１のＵパイプ１３ｂから第２のＵパイプ１３ｃ
に流れ込む際には、熱交換パイプ１３内での冷媒の流れ
方向が変化する第１の屈曲部は第１のＵパイプ１３ｂで
あり、第１の屈曲部での冷媒流れの変化方向と異なる方
向に冷媒の流れ方向が変化する第２の屈曲部は第２のＵ
パイプ１３ｃである。また、非共沸混合冷媒Ａが第２の
Ｕパイプ１３ｃから第１のＵパイプ１３ｂに流れ込む際
には、第１の屈曲部は第２のＵパイプ１３ｃ、第２の屈
曲部は第１のＵパイプ１３ｂとなる。このため、第１の
Ｕパイプ１３ｂおよび第２のＵパイプ１３ｃは、非共沸
混合冷媒Ａを攪拌する攪拌手段を構成するとともに、共
沸混合冷媒Ａの非共沸性に起因する熱交換量低下を軽減
する熱交換量低下軽減手段を構成することになる。

【００２３】図５は、この発明の第３実施例を示す空気
調和機に使用される熱交換器の正面図である。この熱交
換器も、前記図１の実施例と同様に、図中で左右方向に
配列された多数枚の伝熱フィン１と、熱交換パイプ３と
を備え、熱交換パイプ３は、伝熱フィン１を貫通する直
線状の複数のパイプ本体３ａと、隣接するパイプ本体３
ａ相互を結合するためのＵパイプ３ｂとから構成されて
いる。

【００２４】パイプ本体３ａ内の一方の端部には、図６
に示すように、前記図２（ｃ）で示したものと同様の羽
車９が設置されている。この羽車９により、非共沸混合
冷媒Ａを攪拌し、気相および液相の混合を促進する。羽
車９に代えて、前記図２（ｂ）および（ｃ）のようなス
プリングや捻りテープを設けてもよい。

【００２５】この実施例においても、設置位置がパイプ
本体３ａの端部付近に限定されるので、熱交換器全体で
の圧力損失の増大は最小限に止めることが可能であり、
パイプ本体３ａの両端は、組立中にＵパイプ３ｂと結合
されるので、それ以前の工程で羽車９などを挿入・固定
することは容易であるなど、前記第１実施例と同様の効
果を奏する。

【００２６】図７は、この発明の第４実施例を示す空気
調和機に使用される熱交換器の正面図である。この熱交
換器も、前記図１の実施例と同様に、図中で左右方向に
配列された多数枚の伝熱フィン１と、熱交換パイプ３と
を備え、熱交換パイプ３は、伝熱フィン１を貫通する直
線状の複数のパイプ本体３ａと、隣接するパイプ本体３
ａ相互を結合するためのＵパイプ３ｂとから構成されて
いる。

【００２７】パイプ本体３ａの図中で下部側の２本のパ
イプ内には、その全長にわたり前記図２（ｂ）に示した
ような、捻りテープ７が挿入固定されている。ここで、
本熱交換器が蒸発器として機能する場合には、捻りテー
プ７が挿入される２本のパイプ本体３ａは、非共沸混合
冷媒Ａの熱交換器における入口側に位置し、逆に凝縮器
として機能する場合には、捻りテープ７が挿入される２
本のパイプ本体３ａは非共沸混合冷媒Ａの熱交換器にお
ける出口側に位置することになる。つまり、捻りテープ
７が挿入される位置は、非共沸混合冷媒Ａの乾き度が０
あるいは０に近い部分に相当する。

【００２８】ところで、前述したように、非共沸混合冷
媒では、相変化中に気相や液相に濃度分布を生じ、蒸発
や凝縮に伴う熱伝達を低下させるが、一方、相変化しつ
つある流体の熱伝達は、蒸発や凝縮に伴う熱伝達と、対
流による熱伝達との和として表され、このことは、非共
沸混合冷媒においても例外ではない。

【００２９】非共沸混合冷媒の場合、気相や液相の濃度
分布により蒸発や凝縮に伴う熱伝達は低下するが、対流
による熱伝達は濃度分布の影響を受けない。そこで、対
流による熱伝達を向上させ、全体の熱伝達に占める割合
を大きくすることにより、濃度分布の影響を相対的に小
さくし、非共沸性に起因する熱交換量の低下を軽減する
ことができる。

【００３０】非共沸混合冷媒Ａの乾き度が０あるいは０
に近い部分は、非共沸混合冷媒Ａが液相状態であること
から流速が小さく、対流による熱伝達の全体の熱伝達に
占める割合が小さい。このため、この部分のパイプ本体
３ａに、捻りテープ７を設置することで、非共沸混合冷
媒Ａは捻りテープ７の捩じれに沿って旋回しながら流れ
て流速が増大し、これにより対流による熱伝達量が向上
する。また、捻りテープ７の設置を、２本のパイプ本体
３ａに限定することは、非共沸混合冷媒Ａの乾き度が０
あるいは０に近い部分が、圧力損失が小さい部分である
こと、２本のパイプ本体３ａ以外のパイプ本体３ａでの
圧力損失増大は発生しないこと、の２つの理由から、捻
りテープ７の設置による熱交換器全体の圧力損失増大を
抑制することができる。

【００３１】図９は、この発明の第５実施例を示す空気
調和機に使用される熱交換器の側面図である。この熱交
換器は、熱交換パイプ１９と伝熱フィン２１を備えてお
り、熱交換パイプ１９は、熱交換器の二つの入口２３
ａ，２３ｂから流入したそれぞれの非共沸混合冷媒Ａが
互いに並行状態で流れ、合流部２７で合流した後、分岐
部２８にて再び二つに分岐して互いに並行に流れ、二つ
の出口２５ａ，２５ｂから熱交換器の外部に流出するよ
うな配管構成となっている。

【００３２】入口２３ａ，２３ｂは、伝熱フィン２１を
貫通するパイプ本体２７ａ，２７ｂの一端に接続され、
パイプ本体２７ａ，２７ｂの他端は、紙面の裏側に位置
するＵパイプ２９ａ，２９ｂの一端にそれぞれ接続され
ている。Ｕパイプ２９ａ，２９ｂの他端は、伝熱フィン
２１を貫通するパイプ本体３１ａ，３１ｂの一端にそれ
ぞれ接続されている。パイプ本体３１ａの他端は、紙面
の表側に位置するＵパイプ３３ａの一端に接続され、Ｕ
パイプ３３ａの他端は、伝熱フィン２１を貫通するパイ
プ本体３５ａ，紙面裏側に位置するＵパイプ３７ａ，伝
熱フィン２１を貫通するパイプ本体３９ａを介して、紙
面表側に位置する合流部２７を有する合流パイプ４１に
接続されている。一方、パイプ本体３１ｂの他端も、前
記合流パイプ４１に接続されており、これにより二つの
入口２３ａ，２３ｂから流入して互いに並行して流れる
非共沸混合冷媒Ａは、合流パイプ４１にて合流すること
になる。

【００３３】合流パイプ４１は、合流部２７を中心に三
方に分岐しており、そのうちの二方が前記入口２３ａ，
２３ｂ側のパイプ本体３９ａ，３１ｂに接続され、残り
の一方が、伝熱フィン２１を貫通する一本のパイプ本体
４３の一端に接続されている。パイプ本体４３の他端
は、紙面裏側に位置する分岐部２８を有する分岐パイプ
４５に接続されている。

【００３４】分岐パイプ４５も前記合流パイプ４１と同
様に分岐部２８を中心に三方に分岐しており、その一方
にパイプ本体４３の他端が接続されている。分岐パイプ
４５の他の二方は、伝熱フィン２１を貫通するパイプ本
体４７ａ，４７ｂの一方の端部にそれぞれ接続され、パ
イプ本体４７ａ，４７ｂの他方の端部は、紙面表側のＵ
パイプ４９ａ，４９ｂおよび、伝熱フィン２１を貫通す
るパイプ本体５１ａ，５１ｂを介して出口２５ａ，２５
ｂに接続される。

【００３５】このように配管接続された熱交換器におい
て、二つの入口２３ａ，２３ｂから流入した非共沸混合
冷媒Ａは互いに並行状態で流れ、合流パイプ４１におけ
る合流部２７にて衝突し合い、パイプ本体４３内で一つ
の流れとなる。これにより、非共沸混合冷媒Ａは撹拌さ
れ、気相および液相の混合が促進され、非共沸混合冷媒
Ａの非共沸性に起因する濃度分布が解消され、熱伝達率
が向上する。

【００３６】図１０は、上記図９の変形例を示す熱交換
器の側面図である。この熱交換器は、前記図９の実施例
と同様に、熱交換パイプ５３と伝熱フィン５５を備え、
熱交換パイプ５３は、熱交換器の二つの入口５７ａ，５
７ｂから流入したそれぞれの非共沸混合冷媒Ａが互いに
並行して流れ、紙面表側に位置する合流・分岐パイプ５
９で合流および分岐した後、紙面表側に位置する合流・
分岐パイプ６１で再び合流および分岐し、二つの出口６
３ａ，６３ｂから熱交換器の外部に流出するような配管
構成となっている。

【００３７】合流・分岐パイプ５９は、合流部６５およ
び分岐部６７を有し、合流部６５の上流側の二方に分か
れた通路に、伝熱フィン５５を貫通するパイプ本体６９
ａ，６９ｂの一方の端部が接続されている。パイプ本体
６９ａ，６９ｂの他方の端部は、紙面裏側に位置するＵ
パイプ７１ａ，７１ｂおよび、伝熱フィン５５を貫通す
るパイプ本体７３ａ，７３ｂを介して、入口５７ａ，５
７ｂにそれぞれ接続されている。

【００３８】合流・分岐パイプ５９における分岐部６７
より下流側の二方に分岐した通路には、伝熱フィン５５
を貫通するパイプ本体７５ａ，７５ｂ、紙面裏側に位置
するＵパイプ７７ａ，７７ｂおよび、伝熱フィン５５を
貫通するパイプ本体７９ａ，７９ｂを介して、合流・分
岐パイプ６１に接続される。

【００３９】合流・分岐パイプ６１も、合流部８１およ
び分岐部８３を有しており、合流部８１の上流側の二方
に分岐した通路に前記パイプ本体７９ａ，７９ｂが接続
されている。合流・分岐パイプ６１における分岐部８３
の下流側の二方に分岐した通路は、伝熱フィン５５を貫
通するパイプ本体８５ａ，８５ｂ、紙面裏側に位置する
Ｕパイプ８７ａ，８７ｂおよび、伝熱フィン５５を貫通
するパイプ本体８９ａ，８９ｂを介して、出口６３ａ，
６３ｂに接続される。

【００４０】この例においても、合流・分岐パイプ５
９，６１における合流部６５，８１にて、それまでの二
つの流れが衝突し合って一つの流れとなるので、前記図
９の実施例と同様な攪拌効果が得られる。また、この例
では、合流部６５および分岐部６７が、一つのパイプで
ある合流・分岐パイプ５９に、合流部８１および分岐部
８３も一つのパイプである合流・分岐パイプ６１にそれ
ぞれ設けられており、合流部６５（８１）と分岐部６７
（８３）との間における流れが一つになる流路長が短い
ので（図９ではこの流路は伝熱フィン２１を貫通するパ
イプ本体４３に相当する）、流路が二つから一つに変わ
ることによる流速増大による圧力損失が、図９の例に比
べて小さいものとなる。

【００４１】逆に、図９の例ではパイプ本体４３での流
速が高くなるので、前記図７の実施例と同様に、対流に
よる熱伝達を向上させることが可能となる。このため、
熱交換器の中で、非共沸混合冷媒Ａの乾き度が低い部分
に、図９のような合流−分岐機構を設けることで、流速
を高めて対流による熱伝達の向上効果を高め、逆に乾き
度の高い部分に、図１０のような合流−分岐機構を設け
ることで、攪拌による濃度分布の解消効果を高めること
が可能となる。

【００４２】図１１は、この発明の第６実施例を示す空
気調和機に使用される熱交換器の側面図である。この熱
交換器は、熱交換パイプ９１と伝熱フィン９３とを備え
ており、熱交換パイプ９１内を流れる非共沸混合冷媒Ａ
と熱交換を行う空気Ｂは、矢印で示すように、図中で左
側から右側に向かって流れるものとする。熱交換パイプ
９１は、前述した各実施例と同様に、伝熱フィン９３を
貫通するパイプ本体とパイプ本体相互を接続するＵパイ
プとから構成され、非共沸混合冷媒Ａの入口９５を有す
る空気Ｂの上流側に位置する上流側列と、出口９７を有
する同下流側に位置する下流側列との二列に構成されて
おり、これら両列は一本の流路となっている。すなわ
ち、入口９５から流入した非共沸混合冷媒Ａは、図１１
中で上流側列におけるパイプ内を順次上方に向かって流
れ、上端の流路から下流側の列に移動し、下流側列にお
けるパイプ内を順次下方に向かって流れ、出口９７から
熱交換器外部に流出する。

【００４３】伝熱フィン９３は、その形態を、熱交換パ
イプ９１における空気上流側の列付近と同下流側の列付
近とで異ならせており、入口９５を有する空気上流側の
列の周囲に幅の広いスリット９９を形成し、出口９７を
有する空気下流側の列の周囲に幅の狭いスリット１０１
を形成している。幅の狭いスリット１０１は、幅の広い
スリット９９に対し、多数形成してあり、かつ相互間の
ピッチも狭くなっている。

【００４４】上記例では、非共沸混合冷媒Ａは熱交換パ
イプ９１内にて空気上流側を流れた後、空気下流側を流
れる構成であるので、非共沸混合冷媒Ａの流れと空気Ｂ
の流れが並行流を形成していることになる。一方、空気
Ｂは、幅およびピッチが狭いスリット１０１を通過する
ことで、幅およびピッチの広いスリット９９を通過する
ときより攪乱された状態となり、下流側での熱伝達率が
向上する。これにより、非共沸混合冷媒Ａの流れと空気
Ｂの流れが並行流を形成する場合での、非共沸性による
蒸発・凝縮中での温度勾配に起因する熱交換器の温度効
率低下が防止される。

【００４５】図１２は、図１１の実施例の変形例を示す
熱交換器の斜視図である。この例の熱交換パイプ１０３
も、図１１と同様に、入口１０５を有する空気Ｂの上流
側の列と、出口１０７を有する同下流側の列との二列に
構成されており、これら両列は一本の流路となってい
る。一方、伝熱フィンの形態は、空気Ｂの上流側と下流
側とで異ならせている。具体的には、上流側と下流側の
二列の熱交換パイプ１０３が共に貫通する伝熱フィン１
０９と、下流側の熱交換パイプ１０３のみが貫通し、伝
熱フィン１０９のほぼ半分の大きさの伝熱フィン１１１
とが、交互に配置されている。つまり、空気下流側のフ
ィンピッチが同上流側のフィンピッチより狭くなってい
る。

【００４６】この場合には、空気下流側において、伝熱
面積が増大するとともに、空気Ｂの流速が増大するの
で、前記図１１の実施例と同様に、下流側での熱伝達率
が向上し、非共沸混合冷媒Ａの流れと空気Ｂの流れが並
行流を形成する場合での、非共沸性による蒸発・凝縮中
での温度勾配に起因する熱交換器の温度効率低下が防止
される。

【００４７】一方、前記図１１および図１２のような、
熱伝達を向上させるフィン形態は、通常、空気Ｂの圧力
損失を増大させ、空気流量を低下させる欠点があるが、
上記各例では、熱伝達を向上させるフィン形態を空気下
流側に限定しているので、空気Ｂの圧力損失増大を最小
限に抑えることができる。

【００４８】図１３は、この発明の第７実施例を示す空
気調和機に使用される熱交換器の側面図である。この実
施例は、前記図１１および図１２の実施例に対し、空気
Ｂの上流側と下流側とで、伝熱フィン１１３の形態を変
える代わりに、熱交換パイプ１１５の形態を変えたもの
である。熱交換パイプ１１５は、上流側に二つの入口１
１７ａ，１１７ｂを備えて並行した二つ流路１１９ａ，
１１９ｂがそれぞれ形成され、これら二つの流路１１９
ａ，１１９ｂは、接続部１２１で互いに接続され、その
下流側にて一本の流路１２３となって一つの出口１２５
に接続される。

【００４９】このような構成の熱交換器においては、非
共沸混合冷媒Ａは、二つの流路１１９ａ，１１９ｂから
一つの流路１２３に流れるよう変化するが、下流側の一
つの流路１２３を流れる非共沸混合冷媒Ａの質量流速
は、上流側の二つの流路１１９ａ，１１９ｂでの同質量
流速より高いものとなる。この結果、質量流速の高い空
気下流側の熱交換パイプ１１５内での対流による熱伝達
が促進され、非共沸混合冷媒Ａと熱交換パイプ１１５を
介しての空気との熱伝達率が向上し、非共沸混合冷媒Ａ
と空気Ｂとが並行流を形成した場合での非共沸性に起因
する熱交換量の低下が軽減される。

【００５０】図１４は、前記図１３の実施例の変形例を
示している。この実施例も、前記図１１および図１２の
実施例に対し、空気Ｂの上流側と下流側とで、伝熱フィ
ン１２７の形態を変える代わりに、熱交換パイプ１２９
の形態を変えたものである。この熱交換パイプ１２９
は、空気Ｂの上流側における入口１３１ａ，１３１ｂに
それぞれ接続される上流側列における流路１３３ａ，１
３３ｂが、接続パイプ１３５ａ，１３５ｂを介して下流
側列の流路１３７ａ，１３７ｂにそれぞれ接続され、流
路１３７ａ，１３７ｂの下流端には出口１３９ａ，１３
９ｂが形成されている。

【００５１】ここで、下流側列の流路１３７ａ，１３７
ｂのパイプ径は、上流側の流路１３３ａ，１３３ｂのパ
イプ径より小さく形成されている。このため、下流側列
での非共沸混合冷媒Ａの質量流速が、同上流側列での質
量流速より高くなり、前記図１３の実施例と同様の効果
が得られる。

【００５２】一方、上記図１３および図１４のような、
対流により熱伝達を向上させる熱交換パイプ仕様は、通
常、非共沸混合冷媒Ａの圧力損失を増大させる欠点があ
るが、上記各例では、質量流速を上昇させる熱交換パイ
プ仕様を空気下流側に限定しているので、非共沸混合冷
媒の圧力損失増大を最小限に抑えられる。

【００５３】図１５は、この発明の第８実施例を示す空
気調和機に使用される熱交換器の側面図である。この実
施例は、冷房運転と暖房運転とで非共沸混合冷媒Ａの流
れ方向が逆転した場合でも、空気Ｂの流れ方向に対して
非共沸混合冷媒Ａの流れが対向流を形成する部位が存在
するようにしたものである。

【００５４】この実施例における熱交換器は、熱交換パ
イプ１４１と伝熱フィン１４３とを備えており、熱交換
パイプ１４１内を流れる共沸混合冷媒Ａと熱交換を行う
空気Ｂは、矢印で示すように、図中で左側から右側に向
かって流れるものとする。熱交換パイプ１４１は、前述
した各実施例と同様に、伝熱フィン１４３を貫通するパ
イプ本体とパイプ本体相互を接続するＵパイプとから構
成されており、空気Ｂの流れに沿って、上流側列１４
５、中間列１４７、下流側列１４９の三列に構成されて
おり、これら三列は一本の流路となっている。このうち
中間列１４７の図中で下端および、上流側列１４５の図
中で上端に、非共沸混合冷媒Ａが出入りする出入口１５
１および１５３がそれぞれ形成されている。

【００５５】図１５（ａ）は、冷房、暖房のうち一方の
冷房運転時での冷媒の流れを矢印で示しており、このと
き非共沸混合冷媒Ａは、中間列１４７の出入口１５１か
ら流入して中間列１４７を流れた後、下流側列１４９、
上流側列１４５の順に流れる。このような冷媒流れの過
程においては、下流側列１４９は上流側列１４５に対し
て上流側となるので、下流側列１４９と上流側列１４５
との間での冷媒流れが、空気Ｂの流れと対向流を形成す
ることになる。この結果、非共沸混合冷媒Ａの非共沸性
により温度勾配が生じても、その温度勾配を対向流とし
て有効に利用できる部分が全体のほぼ２／３となって多
くなり、熱交換器の熱交換性能が向上し、非共沸性に起
因する熱交換量の低下を軽減することができる。

【００５６】一方図１５（ｂ）は、暖房運転時での冷媒
の流れを矢印で示しており、このとき非共沸混合冷媒Ａ
は、上流側列１４５の出入口１５３から流入して上流側
列１４５を流れた後、下流側列１４９、中間列１４７の
順に流れる。この場合には、冷媒流れは、下流側列１４
９が中間列１４７に対して上流側となるので、この両列
間での冷媒流れが空気Ｂの流れ方向と対向流を形成する
ことになり、前記図１５（ａ）の冷房運転時と同様、非
共沸性に起因する熱交換量の低下を軽減することができ
る。

【００５７】図１６は、前記図１５の実施例の変形例を
示している。この例では、中間列１４７の下端に設けた
出入口１５１のほか、下流側列１４９の上端に他の一つ
の出入口１５３を設けている。ここでの冷媒流れは、図
１６（ａ）に示すように、冷房、暖房のうち一方の冷房
運転時では、中間列１４７、上流側列１４５、下流側列
１４９の順に流れる。したがってこの場合には、中間列
１４７と上流側列１４５との間での冷媒流れが空気Ｂの
流れと対向流を形成する。一方、図１６（ｂ）に示す暖
房運転時での冷媒流れは、下流側列１４９、上流側列１
４５、中間列１４７順となる。このためこの運転時では
下流側列１４９と上流側列１４５との間での冷媒流れが
空気Ｂの流れと対向流を形成する。したがって、上記図
１６の例においても、前記図１５の実施例と同様の効果
を奏する。

【００５８】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、冷媒として高沸点冷媒と低沸点冷媒とを混合させ
た非共沸混合冷媒を用い、この非共沸混合冷媒の非共沸
性に起因する熱交換量低下を軽減する熱交換量低下軽減
手段を設けた構成としたため、非共沸混合冷媒の非共沸
性、例えば相変化中の温度勾配や、蒸発あるいは凝縮す
る際の冷媒の気相および液相の濃度分布などに起因する
熱交換性能の低下を軽減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す空気調和機に使用
される熱交換器の正面図である。

【図２】図１の熱交換器の要部を示す説明図である。

【図３】この発明の第２実施例を示す空気調和機に使用
される熱交換器の正面図である。

【図４】図３の熱交換器の要部を示す説明図である。

【図５】この発明の第３実施例を示す空気調和機に使用
される熱交換器の正面図である。

【図６】図５の熱交換器の要部を示す説明図である。

【図７】この発明の第４実施例を示す空気調和機に使用
される熱交換器の正面図である。

【図８】図７の熱交換器の要部を示す説明図である。

【図９】この発明の第５実施例を示す空気調和機に使用
される熱交換器の側面図である。

【図１０】図９の熱交換器の変形例を示す側面図であ
る。

【図１１】この発明の第６実施例を示す空気調和機に使
用される熱交換器の側面図である。

【図１２】図１１の熱交換器の変形例を示す斜視図であ
る。

【図１３】この発明の第７実施例を示す空気調和機に使
用される熱交換器の側面図である。

【図１４】図１３の熱交換器の変形例を示す側面図であ
る。

【図１５】この発明の第８実施例を示す空気調和機に使
用される熱交換器の説明図である。

【図１６】図１５の熱交換器の変形例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１，１１，２１，５５，９３，１０９，１１１，１１
３，１２７，１４３伝熱フィン３，１３，１９，５３，９１，１０３，１１５，１２
９，１４１熱交換パイプ３ｂ，３ｃＵパイプ（屈曲部位）５スプリング（熱交換量低下軽減手段，攪拌手段）７捻テープ（熱交換量低下軽減手段，攪拌手段）９羽車（熱交換量低下軽減手段，攪拌手段）１３ｂ第１のＵパイプ（第１の屈曲部，第２の屈曲
部）１３ｃ第２のＵパイプ（第１の屈曲部，第２の屈曲
部）２７，６５，８１合流部（熱交換量低下軽減手段）９９，１０１スリット１２３流路（合流流路）１５１，１５３出入口１４５上流側列１４７中間列１４９下流側列

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒を流通させる熱交換パイプを有し、
前記冷媒と外部を流れる流体との間で熱交換を行う熱交
換器において、前記冷媒として高沸点冷媒と低沸点冷媒
とを混合させた非共沸混合冷媒を用いるとともに、この
非共沸混合冷媒の非共沸性に起因する熱交換量低下を軽
減する熱交換量低下軽減手段を設けたことを特徴とする
熱交換器。
【請求項２】熱交換量低下軽減手段は、熱交換パイプ
の一部に設けられ、冷媒を攪拌する攪拌手段であること
を特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】攪拌手段は、熱交換パイプ内の屈曲部位
に配置されていることを特徴とする請求項２記載の熱交
換器。
【請求項４】攪拌手段は、熱交換パイプでの冷媒の流
れ方向が変化する第１の屈曲部と、この第１の屈曲部に
連続して形成され、第１の屈曲部での冷媒流れの変化方
向と異なる方向に冷媒の流れ方向が変化する第２の屈曲
部とを備えていることを特徴とする請求項２記載の熱交
換器。
【請求項５】熱交換パイプが、冷媒が相互に並列状態
で流れる複数の並列流路を備えており、熱交換量低下軽
減手段は、この並列流路を流れる冷媒が合流する合流部
であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項６】熱交換パイプが、外部を流れる流体の流
れ方向に沿って複数列配置されており、熱交換量低下軽
減手段は、前記流体の下流側の列における熱交換パイプ
での冷媒の質量速度が、同上流側の列における熱交換パ
イプでの冷媒の質量速度より大きくなるように、前記複
数列の熱交換パイプを配管構成したものであることを特
徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項７】上流側の列における熱交換パイプは、冷
媒が相互に並列状態で流れる複数の並列流路を備えてお
り、同下流側の列における熱交換パイプは、前記上流側
の並列流路の少なくとも二つの流路を流れる冷媒が合流
する合流流路を備えていることを特徴とする請求項６記
載の熱交換器。
【請求項８】下流側の列における熱交換パイプの流路
径が、上流側の列における熱交換パイプの流路径より小
さく形成されていることを特徴とする請求項６記載の熱
交換器。
【請求項９】熱交換パイプが、外部を流れる流体の流
れ方向に沿って複数列配置されており、熱交換量低下軽
減手段は、前記上流側の熱交換パイプの列における伝熱
フィンの形態と、同下流側の熱交換パイプの列における
伝熱フィンの形態とで変化させたものであることを特徴
とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項１０】外部を流れる流体の流れ方向に直交す
る方向でかつ熱交換パイプに沿って配列される複数の伝
熱フィンの配列ピッチが、外部を流れる流体の流れ方向
の下流側が同上流側より小さくなるよう形成されている
ことを特徴とする請求項９記載の熱交換器。
【請求項１１】伝熱フィンに設けたスリットの形態
を、外部を流れる流体の流れ方向の上流側と下流側とで
変化させたことを特徴とする請求項９記載の熱交換器。
【請求項１２】熱交換パイプが、外部を流れる流体の
流れ方向に沿って３列配置されており、熱交換量低下軽
減手段は、熱交換器に対する冷媒の出入口部が、前記３
列のうちの流体の流れ方向の上流側と下流側とのいずれ
か一方の列と、中間列とに設けられる構成としたもので
あることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。