JPH0798165A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JPH0798165A
JPH0798165A JP5244347A JP24434793A JPH0798165A JP H0798165 A JPH0798165 A JP H0798165A JP 5244347 A JP5244347 A JP 5244347A JP 24434793 A JP24434793 A JP 24434793A JP H0798165 A JPH0798165 A JP H0798165A
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JP
Japan
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air
heat transfer
temperature
refrigerant
cooling fins
Prior art date
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Pending
Application number
JP5244347A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaaki Satou
全秋 佐藤
Megumi Komazaki
惠 胡摩崎
Tetsuo Sano
哲夫 佐野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5244347A priority Critical patent/JPH0798165A/ja
Publication of JPH0798165A publication Critical patent/JPH0798165A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0477Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits being bent in a serpentine or zig-zag

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 熱交換器を通過する空気の温度分布をほぼ均
一にする。 【構成】 入口側から出口側へ向けて非共沸混合冷媒が
流れる管断面が直列に配列された連続する伝熱管5に、
所定の長さと巾を有する冷却フィン7を所定のピッチで
伝熱管5のほぼ全領域にわたって設ける一方、ファン9
の回転で、前記冷却フィン7の間を冷却風が通過するよ
うにした熱交換器1において、入口側領域から出口側領
域の全領域にわたって冷却フィン7の間を流れる空気温
度と、冷媒温度の温度差に対応して伝熱管5又は冷却フ
ィン7の伝熱面積、熱通過率又はフィン通過風量のいず
れか一部又は全体を段階的あるいは連続的に変化させる
ようにしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、冷媒に非共沸混合冷
媒を用いた冷凍サイクルの熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、冷凍サイクルによる冷却運転時
に、冷媒は、圧縮機→凝縮器→減圧装置→蒸発器→を通
り、再び圧縮機に戻る冷凍サイクルを繰返すようにな
る。
【0003】蒸発器は、減圧装置によって低温・低圧の
ガス状の冷媒が流れることで、周囲の空気から冷却フィ
ンを通して蒸発の潜熱を奪い、空気を冷却して冷風と
し、吹出口から吹き出すようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記した如く冷凍サイ
クルには、HFC系の冷媒が用いられるが、現在の冷媒
は、地球環境に悪影響を与える所から、例えば、地球環
境に優しい非共沸混合冷媒が有力視されている。
【0005】非共沸混合冷媒は、一定圧力で蒸発させて
いくと、気・液相変化に伴ない蒸発に従がって液冷媒の
組成が変化し、これにともない入口側の蒸発温度がマイ
ナス、出口側の蒸発温度がプラスというように温度差が
発生し、温度分布が無交換器内の場所によって異なるよ
うになる。
【0006】この温度分布のちがいは、熱交換器の冷却
フィンを通過する空気温度を不均一にし、マイナスの冷
却風が室内機内壁面を冷やし、同時にプラスの冷却風が
冷えた内壁面にあたって室内機の吹出口領域に、内部結
露を発生させる要因となる。
【0007】場合によっては結露が成長し、水滴となっ
て室内へ吹出される不具合いが発生するようになる。
【0008】そこで、この発明は、熱交換器を通過後の
空気温度をほぼ均一にして、結露が発生しないようにし
た熱交換器を提供す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、入口側から出口側へ向けて非共沸混合
冷媒が流れる管断面が直列に配列され、S字状に連続す
る伝熱管に、所定の長さと巾を有する冷却フィンを所定
のピッチで伝熱管のほぼ全領域にわたって設ける一方、
ファンの回転で、前記冷却フィンの間を冷却風が通過す
るようにした熱交換器において、入口側から出口側の全
領域にわたって冷却フィンの間を流れる空気温度と、冷
媒温度の温度差に対応して伝熱管又は冷却フィンの伝熱
面積あるいは冷媒から空気への熱通過率又はフィン通過
風量のいずれか一部又は全体を段階的あるいは連続的に
変化させる。
【0010】
【作用】かかる熱交換器によれば、伝熱管内を冷媒が流
れることで、周囲の空気から冷却のフィンを通して蒸発
の潜熱を奪い、空気を冷却して冷却風とする。
【0011】この時、空気温度と冷媒温度の温度差が小
さい側の領域にあっては、伝熱面積あるいは熱通過率又
はフィン通過風量のいずれか一部又は全体が段階的ある
いは連続的に変化することで熱交換量が制御され、冷却
フィンを通過した空気温度は、熱交換器の全領域にわた
ってほぼ均一な温度分布が得られる。これにより、室内
機の内壁面の結露の発生が抑えられる。
【0012】
【実施例】以下、図1乃至図5の図面を参照しながらこ
の発明の一実施例を詳細に説明する。
【0013】図2において、1は例えば、冷媒にR32
とR134a等の非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル
を構成する蒸発器等の熱交換器を示しており、室内機3
内に収納セットされている。
【0014】熱交換器1は、伝熱管5と冷却フィン7と
から成っている。伝熱管5は、入口側5aから出口側5
bへ向けて冷媒が流れる管断面が直列に配列され、S字
状に連続する形状となっている。
【0015】冷却フィン7は、所定の長さLと巾Dを有
する板状の形状で、所定のピッチで、伝熱管5のほぼ全
領域にわたって設けられ、横流ファン9の回転により冷
却風が冷却フィン7の間を流れるようになっている。
【0016】図3は、熱交換器1の入口側と出口側の空
気温度と冷媒温度の特性を示したもので、非共沸混合冷
媒によって空気温度と冷媒温度の差がΔta>Δtbの
ように異なるようになる。空気温度及び冷媒温度の温度
差が発生する熱交換器において、伝熱管5及び冷却フィ
ン7は次の式の満すよう設定されている。
【0017】即ち、熱交換器1内の局所的な熱交換量Q
は、熱通過率K、空気と冷媒の温度差Δtおよび伝熱面
積Aで次のように決まる。
【0018】 Q=K・A・Δt …(1) また、熱交換量Qは風量G、空気の比熱Cp、比体積ν
と取入側・取出側空気温度tin,tout からも求まる。
【0019】
【数1】 (1),(2)式より、次式が得られる
【数2】 さらに、入口側の冷媒温度taの方が出口側の冷媒温度
tbより低い場合、取出側空気温度が一様であれば、空
気温度と冷媒温度の差Δtは入口側の方が大きくなる。
この場合、冷媒温度ta側の伝熱面積,熱通過率,空気
流量をそれぞれAa,Ka,Gaとし、冷媒温度tb側
の伝熱面積,熱通過率,空気流量をそれぞれAb,K
b,Gbとすると(3)式から以下の式が導き出せる。
【0020】
【数3】 よって(4)式より、以下の式が得られる。
【0021】
【数4】 したがって、熱通過率K、伝熱面積A、空気流量GをΔ
tbとΔtaの比に対応して、(5)式を満すようにす
ることでtout 側の空気温度をほぼ均一にすることが可
能となる。図4はその第1実施例を示している。
【0022】図4において5は伝熱管、7は冷却フィ
ン、9はファンをそれぞれ示しており、冷却フィン7
は、空気温度と冷媒温度の温度差Δtの小さい方が広巾
となるよう連続して形成されている。この場合、冷却フ
ィン7を図5に示すように段階的な形状とすることも可
能である。
【0023】したがって、空気はtin側からtout 側へ
と流れる際に、冷却フィン7によって熱交換が行なわれ
る。冷却フィン7の幅が広い側は、相対的に伝熱面積が
大きくなり、熱交換量を多くすることができる。また、
通常、フィン幅が広くなると通風抵抗が大きくなり、風
量を小さくすることができる。伝熱面積を大きくした効
果と併せて、空気温度を平均化させる。このように空気
と冷媒の温度差に対して適切なフィン幅に構成すること
により、tout 側の均一な空気温度が得られるようにな
る。この結果、室内機内部での結露は起きない。
【0024】図6は第2実施例を示したものである。図
6において、5は伝熱管、7は冷却フィンをそれぞれ示
しており、温度差Δtの小さい領域、図面下側の冷却フ
ィン7のピッチ間隔をつめて、フィンの数を増加させる
ようにしたものである。
【0025】この実施例によれば、温度差Δtが小さい
領域のフィンの数を増加させることで、伝熱面積が増加
し、冷媒と空気の温度差が小さい領域の熱交換量が増え
るとともに、通風抵抗が増えることにより、風量が少な
くなるため、tout 側においてばらつきの小さい空気温
度が得られるようになる。
【0026】この結果、室内機内部での結露が起きな
い。また冷媒と空気温度の差が大きい領域において、フ
ィンピッチが大きいため、冷房時には、露による通風抵
抗の増加が抑制される。同様に暖房時の室外機では着霜
による通風抵抗の増加が抑制され、熱交換器性能が向上
するメリットが得られる。
【0027】図7は伝熱管の一部分を拡大した第3実施
例を示したものである。図において5は伝熱管、7は冷
却フィンをそれぞれ示しており、温度差Δtの小さい領
域の伝熱管5の内周面に溝5aを設け、冷媒の接触面積
の拡大を図るようにしたものである。逆に温度差Δtの
大きい領域の伝熱管5の内周面は平滑なものを使用した
ものである。
【0028】したがって、温度差Δtが小さい領域の冷
媒の伝熱性能が相対するように向上して熱通過率が高ま
る結果、tout 側の空気温度はほぼ均一となるため、室
内機内部での結露は起きない。
【0029】図8は第4実施例を示したものである。図
において、5は伝熱管、7は冷却フィン、9はファンを
それぞれ示しており、温度差Δtが小さい領域の冷却フ
ィン7に、段階的にピッチを変化させたスリット11を
設けたものである。冷媒と空気の温度差が小さい部分
は、スリットピッチが細かく、逆に冷媒と空気の温度差
が大きい部分は、スリットピッチが粗く、又はスリット
をなくして平板フィンとするものである。
【0030】この実施例によれば、冷媒と空気の温度差
が小さい領域のスリットピッチは細かいため、空気側熱
伝達率が良くなるため、熱通過率が高くなる。また、ス
リットピッチが粗い、温度差が大きい部分は通風抵抗が
少ないため、空気が流れ易くなり、tout 側の温度を平
滑化させることが可能となる。この結果、室内機内部で
の結露が起きない。また冷媒と空気温度の差が大きい領
域において、スリットピッチが粗いため、冷房時には保
水しずらいため露による通風抵抗の増加が抑制される。
同様に暖房時の室外機では霜が付きにくくなり、通風抵
抗の増加が抑制され、熱交換器性能が向上するメリット
が得られる。
【0031】図9は第5実施例を示したものである。図
において、5は伝熱管、7は冷却フィン、9はファンを
それぞれ示しており、ファン9は熱交換器1の下半分に
配置されるため、熱交換器1内に風速分布が存在する。
例えば室内機では横流ファン9に近い部分の風速が大き
く、ファン9から遠い部分の風速は小さい。この風速分
布を利用して、風速が小さい領域に、冷媒と空気の温度
差が小さい伝熱管5を、風速が大きい領域に温度差の大
きい伝熱管5を配置した構成とするものである。
【0032】この実施例によれば、冷媒と空気の温度差
が大きい側は熱交換量が大きい分、空気の流量が大きい
ので、空気温度は低くなり過ぎず、一方、温度差が小さ
い側は、熱交換量は小さいが空気流量が小さいので、空
気温度を低くする事が出来る。このため、tout 空気温
度のばらつきが小さくなる。
【0033】この結果、tout 側の空気温度はほぼ均一
となるため、室内機内部での結露は起きない。
【0034】なお、図2において、13は圧縮機、15
は凝縮器、17は減圧装置をそれぞれ示しており、冷凍
運転時に冷媒は、気・液相変化しながら圧縮機13→凝
縮機15→減圧装置17→蒸発器1を流れ、再び圧縮室
13に戻るサイクルを繰返すようになる。
【0035】また、この発明に係る熱交換器1を凝縮機
として使用することも可能である。
【0036】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、熱交換器を通過する空気の温度分布をほぼ均一にす
ることができるため、室内機内部に発生する結露を防ぐ
ことができるようになり、室内へ水滴が吹き出されるこ
とがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】熱交換器の概要正面図。
【図2】冷凍サイクル全体の説明図。
【図3】熱交換器の空気温度と冷媒温度の関係説明図。
【図4】冷却フィン幅を連続的に変化させた第1実施例
の説明図。
【図5】冷却フィン幅を段階的に変化させた第1実施例
の説明図。
【図6】冷却フィンのピッチをかえて温度差の小さい方
のフィンの数を増加させた説明図。
【図7】伝熱管の内部に溝を設けた説明図。
【図8】温度差の小さい方の冷却フィンにスリットを多
く設けた説明図。
【図9】温度差の大きい方に風量を大とした説明図。
【符号の説明】
1 熱交換器 5 伝熱管 7 冷却フィン 9 ファン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F28F 13/00

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入口側から出口側へ向けて非共沸混合冷
    媒が流れる管断面が直列に配列され、S字状に連続する
    伝熱管に、所定の長さと巾を有する冷却フィンを所定の
    ピッチで伝熱管のほぼ全領域にわたって設ける一方、フ
    ァンの回転で、前記冷却フィンの間を冷却風が通過する
    ようにした熱交換器において、入口側から出口側の全領
    域にわたって冷却フィンの間を流れる空気温度と、冷媒
    温度の温度差に対応して伝熱管又は冷却フィンの伝熱面
    積あるいは冷媒から空気への熱通過率又はフィン通過風
    量のいずれか一部又は全体を段階的あるいは連続的に変
    化させるようにしたことを特徴とする熱交換器。
  2. 【請求項2】 冷却フィンを通過する空気温度と冷媒温
    度の温度差が小さい領域の伝熱管を、内壁面に溝を設け
    て伝熱面積を大きくするか、又は、冷却フィンの枚数を
    多くして伝熱面積を変化させることを特徴とする請求項
    1記載の熱交換器。
  3. 【請求項3】 冷却フィンを通過する空気温度と冷媒温
    度の温度差が小さい領域に、伝熱性能の良い伝熱管を使
    用するか、又は、冷却フィンのスリットの数を多くして
    冷媒から空気への熱通過率を変化させることを特徴とす
    る請求項1記載の熱交換器。
  4. 【請求項4】 冷却フィンを通過する空気温度と冷却温
    度の温度差が小さい領域の伝熱管を、風の流れが弱い部
    分に配置するか、又は、流動損失を大きくする抵抗手段
    を設けて風量を変化させることを特徴とする請求項1記
    載の熱交換器。
JP5244347A 1993-09-30 1993-09-30 熱交換器 Pending JPH0798165A (ja)

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