JPH0979698A

JPH0979698A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH0979698A
Application number: JP23566995A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Sano; 哲夫佐野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-09-13
Filing date: 1995-09-13
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】伝熱管の流路径より小径とした第２の伝熱管
を、拡管治具を用いずにフインとの密着を可能とし製造
効率の向上を図る。【解決手段】熱交換器５を構成するフイン１７に、空
気の流れと直交する連続した組付け凹部２５を形成する
一方、フイン１７を貫通した伝熱管１９と接続連通し合
うと共に前記伝熱管１９の流路径より小径とした第２の
伝熱管２１を設け、第２の伝熱管２１を、前記組付け凹
部２５内に挿入し、密着接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、空気調和機や冷
凍機等に適する熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、空気調和機や冷凍機等に用いら
れる熱交換器の概要は、多数のフインと、フインを貫通
した伝熱管とから成り、フインの間を空気が流れること
で、伝熱管の中を流れる冷媒と熱交換が行なわれる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】空気の通過によりフイ
ンを通して熱交換が行なわれる際に、伝熱管を流れる冷
媒自体は、凝縮又は蒸発による気・液二相の相変化が行
なわれる。この時、熱交換器となる凝縮器出口又は蒸発
器の入口側部分は、冷媒中の液比率が多くなるため、冷
媒の管内流速が小さくなる。この影響で管内における混
合が弱められ、伝熱促進率が低下し、冷媒の凝縮（冷
却）又は蒸発効果が減少する。この現象は熱交換器の一
部分が有効に利用されないことを意味し、熱交換器の能
力及び効率向上の阻害要因となる。

【０００４】このために、熱交換器の伝熱管の一部分、
即ち、液比率が高くなる領域を、流路径の小さい細い伝
熱管とする手段が提案されている。

【０００５】しかしながら、伝熱管の一部分を細い伝熱
管とする手段は、細い伝熱管の領域において、熱交換を
高めるために、フインに対して細い伝熱管を密着接触さ
せる必要がある。

【０００６】一般に、フインの貫通孔に対する密着接触
は、伝熱管内に拡管治具を挿入し、拡管することで行な
われるが、この工法は、細い伝熱管の場合には、挫屈を
起こすため使用できない。また、伝熱管内面に伝熱促進
用の内部フイン等を設けることもできない。また、細い
伝熱管と対応する拡管治具とすると、それを保持するニ
ードルは極細径となる等拡管時の圧入力に耐えられない
等の問題があり、現実的には拡管工法は技術的に難しい
のが現状である。

【０００７】そこで、この発明は、細い伝熱管を拡管す
ることなく、フインとの密着接触を可能にすると共に、
能力及び効率効向を図った熱交換器を提供することを目
的としている。

【０００８】

【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、多数のフインと、フインを貫通し、冷
媒が流れる伝熱管とから成る熱交換器において、前記各
フインに、空気の流れと直交する連続した組付け凹部を
形成する一方、前記伝熱管と接続連通し合うと共に前記
伝熱管の流路径より小径とした第２の伝熱管を設け、第
２の伝熱管を前記組付け凹部内に挿入し、密着接触させ
る。

【０００９】そして好ましい実施形態として、第１に、
第２の伝熱管は、フインとフインの間を空気が流れるフ
インの風上側に配置する。

【００１０】第２に、各フインに、空気の流れと直交す
る連続した切り欠き部と、切り欠き部の領域で、空気の
流れと直交する連続した組付け凹部とを設ける一方、前
記伝熱管と接続連通し合うと共に前記伝熱管の流路径よ
り小径とした第２の伝熱管を設け、第２の伝熱管を、前
記組付け凹部内に配置し、切り欠き部が閉じ合うようフ
インの屈曲により第２の伝熱管とフインとを密着接触さ
せる。

【００１１】第３に、第２の伝熱管の内壁面に、伝熱促
進内の内面フインを設けるようにしたり、あるいは、冷
媒流動音低減用の制御板を設ける。

【００１２】第４に、第２の伝熱管を、フインを通過す
る風速の速い領域に配置する。

【００１３】第５に、第２の伝熱管の流路断面積は、伝
熱管の流路断面積に対して４分の１以下の比率とする。

【００１４】かかる熱交換器によれば、伝熱管に対して
流路径の小さい第２の伝熱管は、組付け凹部内に挿入す
ることで、フインとの密着接触が容易に得られるように
なる。この場合、切り欠き部の領域に設けた組付け凹部
内に第２の伝熱管をセットし、切り欠き部が閉じ合わさ
るようフインを屈曲させることで、フインを所定の角度
で屈曲させる作業と同時に、第２の伝熱管の密着接触が
完了するようになる。また、拡管工法を用いないため、
第２の伝熱管内に、伝熱促進用の内面フインを設けた
り、制御板を設けることが可能となる。

【００１５】一方、第２の伝熱管は、フインとフインの
間を流れる空気により効率のよい熱交換が可能となり、
熱交換器の能力及び効率の向上が図れる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図７をの図面を参
照しながらこの発明の実施例を具体的に説明する。

【００１７】図１は空気調和機の室内ユニット１の概要
切断側面図を示している。室内ユニット１のユニットケ
ース３には、熱交換器となる蒸発器５と、ファン７が配
置されている。

【００１８】ユニットケース３の前面と上面は空気取入
口９，１１となっており、下面は吹出方向を制御するル
ーバ１３を備えた吹出口１５となっている。

【００１９】ファン７は、左右方向に長い横流ファンと
なっていて、図外の駆動モータにより回転動力が与えら
れることで、空気取入口９，１１から取込まれた空気
は、熱交換器５を通過し吹出口１５から吹出されるよう
になる。この時の風速は、図１鎖線で示す如く前面の空
気取入口９側領域が一番強く、上面の空気取入口１１側
領域がそれに続く風速分布となっている。

【００２０】熱交換器５は、所定のピッチで配置された
多数のフイン１７と、フイン１７を貫通し連続した伝熱
管１９と、伝熱管１９と接続連通し伝熱管１９の流路径
より小径とした第２の伝熱管２１とからなる構造となっ
ている。

【００２１】フイン１７は薄い板状に形成されると共に
所定の間隔で設けられた切り欠き部２３を支点として屈
曲され、前面の空気取入口９側領域から上面の空気取入
口１１側領域にわたって配置された構造となっている。

【００２２】伝熱管１９は、内径が５〜９ｍｍのものが
使用され拡管治具（図示していない）により、内側から
拡管されることでフイン１７と密着接触している。

【００２３】第２の伝熱管２１は、断面が楕円形状の偏
平管となっていて、外径は図２に示す如く空気の流れと
直交するよう連続してフイン１７に設けられた組付け凹
部２５の内径より若干径大に設定され、組付け凹部２５
に対して第２の伝熱管２１を挿入することで、密着状態
が確保されるようになっている。

【００２４】この場合、図４に示す如く、屈曲用の切り
欠き部２３の領域に、組付け凹部２５を設け、この組付
け凹部２５内に第２の伝熱管２１を配置した後、図５に
示す如く切り欠き部２３が閉じ合わさるようフイン１７
を屈曲させることでフイン１７の屈曲成形完了と同時
に、第２の伝熱管２１の密着状態が確保される手段を用
いてもよい。この手段によれば、製造性の面で大変好ま
しいものとなる。

【００２５】第２の伝熱管２１は、図１に示す如く、フ
イン１７とフイン１７の間を空気が流れる風上側（図面
左側）に配置されると共に、風速の速い領域、即ち、風
速分布の大きい前面の空気取入口９側の領域にわたって
設けられている。

【００２６】図６は実施例として冷房・暖房兼用型空調
機の冷媒回路図を示している。２７は圧縮機、２９は室
外熱交換器であり、冷房時は凝縮器、暖房時は蒸発器と
なる。５は室内熱交換器であり、冷房時は蒸発器、暖房
時は凝縮器、となる。３１は膨脹弁、３３は四方弁をそ
れぞれ示しており、冷房時は、圧縮機２７から吐出され
た冷媒は、実線矢印で示す如く、熱交換器となる凝縮器
２９→膨脹弁３１→熱交換器となる蒸発器５を通り、四
方弁３３を介して再び圧縮機２７に戻る循環サイクルを
繰返すようになる。また、暖房モード時にあっては、四
方弁３３を切り換えることで、圧縮機２７から吐出され
た冷媒は、点線矢印で示す如く凝縮器５→膨脹弁３１→
蒸発器２９を通り四方弁３３を介して再び圧縮機２７に
戻る循環を繰返すようになる。

【００２７】なお、室外熱交換器２９は、前記室内熱交
換器５と同一構成となるため一部同一符号を付して詳細
は説明は省略する。

【００２８】このように構成された熱交換器５，２９に
よれば、伝熱管１９の流路径より小径とした管径の細い
第２の伝熱管２１を、組付け凹部２５内へ挿入すること
で、拡管治具を用いることなくフイン１７に対して密着
接触させることが可能となる。また、密着作業が迅速に
完了し製造能率の向上が図れる。

【００２９】一方、フイン１７とフイン１７の間を空気
が通過する時に第２の伝熱管２１内を流れる冷媒との間
で熱交換が行なわれる。この熱交換時において、第２の
伝熱管２１は風上側で、かつ、風速の速い領域に設けら
れているため、図７に示す如く、縦軸に圧力、横軸に比
エンタルピーをとったモリエル線図に示す如く、飽和液
線ａから液相域となる凝縮領域のサブクールＤが、例え
ば暖房運転モード時において大きくとれるようになる。

【００３０】また、室外熱交換器２９側にあっては、冷
房運転モード時にサブクールＤが大きくとれるようにな
り、能力及び効率が向上するようになる。さらに、図７
において、蒸発器入り口部分に相当する冷媒の領域Ｅに
おいては、冷媒の乾き度が低い領域でありやはり冷媒流
速が低いため、伝熱管内の冷媒流速が低い部分であり、
熟交換率も低下することが一般に知られている。

【００３１】本発明の構成によると、暖房時は室内熱交
換器５の補助伝熱管部分２１が領域Ｅに相当し、冷房時
は室外熱交換器２９の補助伝熱管部分２１が相当する。
この部分の伝熱管の流路断面積が縮小されているので冷
媒流速が高められることにより、冷媒の混合が促進さ
れ、熱交換率が向上し、能力および効率の向上に寄与す
る。

【００３２】図８は混合冷媒と単一冷媒での質量流速に
対する管内凝縮熱伝達係数を示す。図９および図１０は
冷媒に混合冷媒を用いた第２の伝熱管２１の別の実施例
を示したものである。

【００３３】図８は、縦軸に平均凝縮熱伝達係数を、横
軸に質量流速をとり、管径を９．２ｍｍのものを使用し
た時の質量速度と管内熱伝達率の関係を示したものであ
る。Ａは、Ｒ３２／１２５／１３４ａ（２３／２５／５
２ｗｔ％）の三種混合冷媒、Ｂは、Ｒ３２／１２５（６
０／４０％）の二種混合冷媒、ＣはＲ２２等の単一冷媒
での測定結果である。

【００３４】この図から理解できるように、特徴的な点
は、これらの混合冷媒Ａ，Ｂでは、質量流速が小さい領
域では、単一冷媒Ｃに比べ、管内面の凝縮熱伝達係数の
低下割合が大きいことである。この現象は、能力可変の
空気調和機において、冷媒流量を少なくした小能力運転
時に効率低下の要因となる。これは、混合冷媒特有の現
象であるが、流速が小さい領域では複数種類の冷媒同志
の混合作用が減少することにより低流量時の熱伝達係数
の低下が一層顕著に表れることによる。

【００３５】そこで、乾き度の小さい室外熱交換器２９
または室内熱交換器５の出口側部分の伝熱管を他の部分
の伝熱管の流路断面積に対し、流路断面積の比率を４分
の１以下とするものである。

【００３６】これにより、高能力運転時において、凝縮
器（冷房時２９または暖房時５）の入口側の乾き度の大
きい部分では断面積大のため圧力降下は、問題となら
ず、大能力運転時の効率低下は発生しない。

【００３７】また、小能力運転時にあっては、小断面積
部分の伝熱管により、小能力運転時（７０ｋｇ／ｍ²ｓ
以下）でも、高能力運転時（２００〜３００ｋｇ／ｍ²
ｓ）時とほぼ同等の熱伝達係数を得ることができ、効率
を高めることが可能となる。無論、室内熱交換器５側に
ついても同様の効果が期待できる。

【００３８】一方、図８からも理解できるように、単一
冷媒Ｃに比べ混合冷媒Ａ，Ｂは、熱伝達係数が低い所か
ら、第２の伝熱管２１の内壁面に図９に示す如く伝熱促
進用の内部フイン３５を設けたり、あるいは図１０に示
す如く冷媒流動音の低減を兼ねた制御板３７を、第２の
伝熱管２１の内部に設けることで、熱伝達率を高められ
る。これは、図１１に示す如くフイン密度が多くなるに
比例して熱伝達率が向上していることがデータ的にも裏
付けされている。この場合、拡管治具を用いないため、
組付け凹部２５に対して第２の伝熱管２１を挿入するこ
とで、フイン１７と密着接触した状態が何等支障なく得
られるようになる。

【００３９】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明の熱交
換器によれば、細い伝熱管を、フインに対して容易に密
着接触させることができるようになり、製造能率が大巾
に向上する。

【００４０】また、冷・暖房運転モード時のサブクール
の増大が図れるようになり、能力及び効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱交換器が設けられた室内ユニットの概要切断
面図。

【図２】フインに設けた組付け凹部と第２の伝熱管を示
した説明図。

【図３】フインを屈曲する切り欠き部の領域内に第２の
伝熱管を配置した図１と同様の概要切断面図。

【図４】フインの切り欠き部に組付け凹部を設けた説明
図。

【図５】切り欠き部を閉じ合わせるようフインを屈曲さ
せた時に組付け凹部内に第２の伝熱管を密着接触させた
説明図。

【図６】冷媒回路図。

【図７】圧力と比エンタルピーの関係を示したモリエル
線図。

【図８】熱伝達係数と質量流速の関係を示した説明図。

【図９】第２の伝熱管の内壁面に内部フインを設けた説
明図。

【図１０】第２の伝熱管の内部に制御板を設けた説明
図。

【図１１】熱伝達率の比とフイン密度との関係を示した
説明図。

【符号の説明】

５蒸発器（熱交換器）１７フイン１９伝熱管２１第２の伝熱管２５組付け凹部２９凝縮器（熱交換器）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数のフインと、フインを貫通し、冷媒
が流れる伝熱管とから成る熱交換器において、前記各フ
インに、空気の流れと直交する連続した組付け凹部を形
成する一方、前記伝熱管と接続連通し合うと共に前記伝
熱管の流路径より小径とした第２の伝熱管を設け、第２
の伝熱管を、前記組付け凹部内に挿入し密着接触させた
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】第２の伝熱管は、フインとフインの間を
空気が流れるフインの風上側に配置することを特徴とす
る請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】多数のフインと、フインを貫通し、冷媒
が流れる伝熱管とから成る熱交換器において、前記各フ
インに、空気の流れと直交する連続した切り欠き部と、
切り欠き部の領域で、空気の流れと直交する連続した組
付け凹部とを設ける一方、前記伝熱管と接続連通し合う
と共に前記伝熱管の流路径より小径とした第２の伝熱管
を設け、第２の伝熱管を、前記組付け凹部内に配置し、
切り欠き部が閉じ合うようフインの屈曲により第２の伝
熱管とフインとを密着接触させることを特徴とする熱交
換器。
【請求項４】第２の伝熱管の内壁面に、伝熱促進内の
内面フインを設けたことを特徴とする請求項１，２，３
記載の熱交換器。
【請求項５】第２の伝熱管内に、伝熱促進用又は冷媒
流動音低減用の制御板を設けたことを特徴とする請求項
１，２，３記載の熱交換器。
【請求項６】第２の伝熱管は、フインを通過する風速
の速い領域に配置することを特徴とする請求項１，２，
３，４，５記載の熱交換器。
【請求項７】伝熱管の管内流路断面積を２種類以上の
異なる断面積で構成し、２種類以上の冷媒を混合させて
用いる冷凍サイクルの熱交換器において、最小流路断面
積の伝熱管は最大流路断面積の伝熱管の流路断面積に対
して４分の１以下の比率とすることを特徴とする熱交換
器。