JPH10103813A

JPH10103813A - 凝縮器

Info

Publication number: JPH10103813A
Application number: JP8260758A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Umezawa; 浩之梅沢
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1996-10-01
Publication date: 1998-04-24

Abstract

(57)【要約】【課題】凝縮器１の冷媒が流れる配管１５内では、冷
却が進むにつれて、冷媒は蒸気単相域、蒸気と液の二相
域、液単相域と変化していくが、腐食などにより前記二
相域からリークが生じると、蒸気がリークするのか液が
リークするのかによって残った冷媒の組成が変化してし
まう。そこで残った冷媒の組成が変化しないように工夫
する。【解決手段】凝縮器１の冷媒が流れる配管１５のう
ち、冷媒の入り口の部分、及び冷媒ガスと冷媒域が混在
して流れる二相域の部分を、例えばインナーフィンチュ
ーブの構造とすることで、他の部分よりも効率良く冷却
を行う。効率良く冷却することで、蒸気は迅速に液化さ
れ、二相域の長さも短くできる。

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
凍機に用いられる凝縮器の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機や冷凍機などにおいては、コ
ンプレッサから送られてきた高温高圧の冷媒が、凝縮器
において冷却空気や冷却水と熱交換して冷却され、それ
までの冷媒ガスの状態から冷媒液の状態に戻る。このよ
うな凝縮器としての一般的の構造は、クロスフィンチュ
ーブ式と呼ばれるものであり、平行に設けられる多数枚
のフィンを、冷媒が流れる配管がいわばジグザクに貫通
して構成される。

【０００３】そして、凝縮器の入り口の部分においては
配管内部の冷媒は蒸気（ガス）単相域であり、冷気され
て温度を下げる。温度が下がるとやがて冷媒ガスの一部
は冷媒液に変わり、蒸気（ガス）と液が混在する二相域
となる。この二相域では、冷却される冷熱量は蒸気が液
に変化することにのみ消費され、温度は下がらない。更
に冷却が進むと、すべての冷媒が冷媒液となって液の単
相域となり、温度が下がる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような凝縮器にお
いて、腐食や事故などにより冷媒が流れる配管にひびや
穴が開くと、冷媒のリークが生じる。このリークが前記
二相域で生じると、リークが冷媒ガスの状態で起きるか
冷媒液の状態で起きるかによって、冷媒の組成が変化し
てしまう。すなわち、リークは、組成が偏った状態でお
きてしまう。冷媒は、単一の組成成分のみを有するので
はなく、他の組成成分と混合して用いられ、これら複数
の組成成分は沸点が異なり、あるリーク時の温度で一方
は蒸気で、他方は液であるということがあるためであ
る。

【０００５】したがって、リークに気ずいた保守点検員
が、リークした分量と同じ分量の冷媒を補填しようとし
ても、既に組成が変化してしまった冷媒の状態を元の組
成に戻すことは困難になる。

【０００６】このようにリークによって冷媒の成分が変
化してしまう問題は、近年冷媒ガスがＨＣＦＣ（ハイド
ロクロロフルオロカーボン）からの地球温暖化の効果が
小さいＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）に代替され
ることにより、大きな問題となっている。ＨＦＣ系混合
冷媒は、蒸気（ガス）と液の二相域が特に長いためであ
る。これらの混合冷媒では蒸気（ガス）の部分の組成と
液の部分の組成が異なる。したがって、冷媒ガスがリー
クするのか冷媒液がリークするのかによって、残った冷
媒の組成が変化してしまう。

【０００７】この発明は、以上の問題点を解決するため
になされたもので、凝縮器で冷媒のリークが生じた場合
であっても、残った冷媒の組成変化を抑制することがで
きる構造を有する凝縮器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、凝縮器の冷媒が流れる配管の
うち、冷媒の入り口の部分、及び冷媒ガスと冷媒液が混
在して流れる二相域の部分を、他の部分よりも、熱交換
効率の良い構造としたことを特徴とする凝縮器である。

【０００９】また、請求項２の発明は、更に、前記冷媒
の入り口の部分に、コンプレッサから凝縮器への配管の
部分も含めて、前記熱交換効率の良い構造が採用される
ことを特徴とする請求項１記載の凝縮器である。

【００１０】また、請求項３の発明は、更に、熱交換効
率の良い構造は、インナーフィンチューブの構造である
ことを特徴とする請求項１、または２記載の凝縮器であ
る。

【００１１】また、請求項４の発明は、更に、熱交換効
率の良い構造は、ローフィンチューブの構造であること
を特徴とする請求項１、または２記載の凝縮器である。

【００１２】また、請求項５の発明は、更に、熱交換効
率の良い構造は、内管と外管とからなる二重管構造であ
り、内管を通る冷却水と外部の冷却空気によって、内管
と外管の間を流れる冷媒が冷却されることを特徴とする
請求項１、または２記載の凝縮器である。

【００１３】また、請求項６の発明は、更に、冷却空気
の入り口側に、冷媒が流れる配管のうち冷媒の入り口の
部分を設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４、
または５記載の凝縮器である。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の実施形態を図１乃至図
４に示す。図１の凝縮器１は冷凍機に用いられるもので
ある。図示しない蒸発器の内部で蒸発し周囲から熱を奪
って冷凍作用を果した冷媒は、配管３を通ってコンプレ
ッサ５へ送られ、圧縮される。この圧縮により高温高圧
となった冷媒は、配管７を通って凝縮器１へ送られる。
凝縮器１においては、ファン９によって吸い込まれる周
囲の空気１１を冷却空気として冷却が行われる。

【００１５】図２に示すように凝縮器１の内部では、平
行に設けられた多数枚のフィン１３を一本の配管１５が
ジグザグに往復しながら貫通している。図中の矢印１７
は冷媒の流れの方向を示す。この図２において冷媒が流
れる配管１５のうち、冷媒の入り口の部分１８、及び更
に下流側の冷媒ガスと冷媒液が混在して流れる二相域の
部分（図２では図示せず）である配管１５のうち冷媒入
口から例えば１／２までの部分をインナーフィンチュー
ブの構造とし（図３）、二相域部分より下流の液域の部
分の内側にはフィンを設けていない。

【００１６】すなわち、冷媒の入り口の部分１８の配管
１５を拡大して図３（Ａ）に示す。この配管１５は銅管
からなり、内部にアルミ又は銅からなるインナーフィン
１９が挿入され周囲の管壁に結合されている。このイン
ナーフイン１９は放射状をしており、等角度に５つの方
向に向かう形状の横断面を有する（図３（Ｂ）（Ｃ）
（Ｆ））。これにより、配管１５内を流れる冷媒は管壁
のみならずインナーフィン１９にも接触し、接触面積が
非常に大きくなる。この接触により冷媒からインナーフ
ィン１９に伝わった熱は、更に管壁に伝わり、配管１５
の外表面から外部へ放出され、冷却空気との間で熱交換
される。

【００１７】インナーフィンチューブの構造には種々の
ものがあり、前記したように放射状の放射が５つの方向
のものに限らず、１０の方向（図３（Ｄ）（Ｅ）
（Ｇ））、４つの方向（図３（Ｈ））、８つの方向（図
３（Ｉ））、１２方向（図３（Ｊ））など種々のものが
混在する。また、インナーフィン１９を捩じった状態で
配管１５内に配置することで冷媒の流路を長くし、結果
的に接触面積を更に大きくすることも可能である（図３
（Ｅ））。

【００１８】一般にインナーフィンチューブは高価であ
るが、凝縮器１の配管１５のすべての部分をインナーフ
ィンチューブとするのではなく、この発明のように一部
のみをインナーフィンチューブとすることでコストアッ
プを抑えると共に、二相域の長さを短くする効果をより
効果的なものとすることが可能である。

【００１９】前記インナーフィンチューブ（図３（Ａ）
（Ｂ）（Ｃ））を用いた実施形態における効果を、図４
において説明する。

【００２０】図４の縦軸が温度で横軸が凝縮器１の冷媒
が流れる配管１５の管路の長さ方向位置を示す。図中４
本の線が引かれているが、一番上段の線２１がインナー
フィンチューブを用いない従来例を示す。２段目の線２
３が、冷媒ガスと冷媒液が混在して流れる二相域の部分
のみをインナーフィンチューブの構造とした例である。
３段目の線２５が、凝縮器１における冷媒の入り口の部
分１８及び冷媒ガスと冷媒域が混在して流れる二相域の
部分を共にインナーフィンチューブの構造とした例であ
る。４段目の線２７が、入り口の部分１８の配管１５の
みならず、より上流側のコンプレッサ５から凝縮器１へ
の配管７の部分にもインナーフィンチューブの構造とし
た例である。

【００２１】３つの例共に、凝縮器１の入り口の部分で
は冷媒は高温高圧の蒸気の単相域となっており、凝縮器
１の中へ配管を流れるに従い冷却が進み温度が下がる。
更に温度が下がると冷媒ガスの一部が液化し、蒸気（ガ
ス）と液の二相域となる。この二相域の部分では冷却に
より相変化を生じるのみで、温度変化は生じない。更に
冷却が進むと、冷媒ガスはすべて冷媒液に変わり、液の
単相域となる。そして温度が下がり凝縮器１の出口へ向
かう。

【００２２】２段目の線２３のように二相域の部分にイ
ンナーフィンチューブの構造を採用すると、冷媒ガスか
ら冷媒液への相変化が促進され、上段の線２１の二相域
の長さ（Ｌ）に比べて二相域の長さ（Ｌ１）が短くな
る。その後、液単相域となり温度が下がって凝縮器１の
出口へ向かう。

【００２３】３段目の線２５のように二相域のみなら
ず、より上流側の入り口の部分にもインナーフィンチュ
ーブの構造を採用すると、冷媒ガスの単相域の温度が急
速に下がり、これによって更に冷媒ガスから冷媒液への
相変化も促進され、結果的に二相域の長さ（Ｌ２）を、
更に短くできる。

【００２４】４段目の線２７のように入り口の部分１８
の配管１５のみならず、より上流側のコンプレッサ５か
ら凝縮器１への配管７の部分にもインナーフィンチュー
ブの構造を採用すると、凝縮器１の入り口で既に冷媒の
温度は下がっており、従って冷媒ガス単相域での温度降
下も急速に行われ、よって二相域での相変化も迅速に行
われる。よって二相域の長さ（Ｌ３）を更に短いものと
することができる。

【００２５】このように二相域の長さを短いものとする
ことで、凝縮器１内の配管１５を事故で傷つけたり腐食
によって穴が開いたりしてリークが生じた場合に、その
リークを生じた箇所が二相域であることの確率は低くな
る。従って、冷媒ガスあるいは冷媒液の単相域でリーク
が生じることとなり、一様な組成の冷媒ガスまたは冷媒
液がリークするのみであるから、残った冷媒ガス又は冷
媒液の組成も一様なままである。従って、リークによる
冷媒ガスの組成の変化が生じないことが多く、全体とし
てリークによる組成の変化を抑えることができる。

【００２６】（他の実施形態）以上の実施形態において
は、配管７、１５の熱交換の効率を良くする構造として
インナーフィンチューブの構造が採用されたが、他の実
施形態においてはローフィンチューブの構造を採用する
ことも可能である。ローフィンチューブは配管７、１５
となる銅管などを製造する際に、転造によって外表面に
ネジ状の凹凸３１を形成したものである。このローフィ
ンチューブにおいても、冷却空気との接触面積を大きく
することで熱交換の効率を良くできる。

【００２７】また、他の実施形態においてはインナーフ
ィンチューブの構造ではなく二重管構造を採用すること
も可能である。すなわち図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示すよ
うに、冷媒が流れる配管を二重管構造とし、内管３３に
冷却水を通し、内管３３と外管３５の間に冷媒が流れる
構造とする。外部は前記実施形態と同様に冷却空気が接
触する。このような二重管構造により、冷媒は内外から
冷却され、効率良く熱交換され冷却される。

【００２８】また、他の実施形態においては、インナー
フィンチューブの構造と二重管構造とを同時に採用する
ことも可能である（図５（Ｅ）（Ｆ））。すなわち、放
射状の断面を有するインナーフィン１９の中央には内管
３３が一体的に形成され、この内管３３を冷却水が通る
ようにする。このようにすればインナーフィンチューブ
としての効果と共に、二重管構造としての効果も同時に
得ることができ、冷却効率をより高めることが可能であ
る。

【００２９】また、以上の実施形態以外にも熱交換の効
率を良くするための構造には種々のものが存在する。例
えば、配管７、１５の表面に微細フィンを加工したいわ
ゆる微細フィン管を採用することも可能である。また、
配管７、１５の内面にスパイラル状の溝を設けたいわゆ
るコルゲートチューブを採用し、冷媒との接触面積を大
きくすることで、熱交換の効率を良くすることも可能で
ある。また、これらの熱交換効率の良い構造とする範囲
として、上記実施形態では冷媒入口から１／２までの部
分を例に挙げたが、もちろんこの範囲に限定されるもの
でもない。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１、２、
３、４、５、または６の発明によれば、二相域の部分を
他の部分よりも効率良く冷却することができるので、二
相域の部分の長さを短くでき、その分、リーク時に冷媒
の組成が変化するのを抑制できる。更に、二相域の部分
よりも上流部分に相当する冷媒の入り口の部分をも効率
良く冷却することにより、二相域の部分を流れる冷媒の
冷却を予備的に行うことができ、ひいては二相域の部分
の冷媒の冷却を更に十分なものにできる。

【００３１】請求項２の発明によれば、更に、冷媒が流
れる配管のうち凝縮器の入り口の部分よりも更に上流の
部分に相当するコンプレッサから凝縮の配管の部分を、
効率よく冷却することができるので、二相域の部分の冷
却を更に効率良く行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る凝縮器の斜視図で
ある。

【図２】この発明の一実施形態に係る凝縮器内部の構造
を示すもので（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ
断面図である。

【図３】図２に用いられる配管を示すもので（Ａ）は図
２の配管の一部を示す図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ断面
を示す斜視図、（Ｃ）は（Ｂ）のインナーフィンを露出
させた状態を示す斜視図、（Ｄ）は他のインナーフィン
チューブの斜視図、（Ｅ）は（Ｄ）のインナーフィンを
露出させた状態を示す斜視図、（Ｆ）は（Ｂ）の端面を
示す図、（Ｇ）は（Ｄ）の端面を示す図、（Ｈ）（Ｉ）
（Ｊ）は他のインナーフィンチューブの端面を示す図で
ある。

【図４】この発明の一実施例の効果を示すためのグラフ
である。

【図５】この発明の実施形態においてインナーフィンチ
ューブ以外の構造を示すもので（Ａ）はローフィンチュ
ーブの断面図、（Ｂ）は（Ａ）の一部を切り換えた側面
図、（Ｃ）は二重管の断面図、（Ｄ）は（Ｃ）の縦断面
側面図、（Ｅ）はインナーフィンチューブと二重管の両
方の特徴とする構造を示す断面図、（Ｆ）は（Ｅ）の縦
断面図である。

【符号の説明】

１凝縮器５コンプレッサ７、１５配管１９インナーフィン３３内管３５外管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凝縮器の冷媒が流れる配管のうち、冷媒の
入り口の部分、及び冷媒ガスと冷媒液が混在して流れる
二相域の部分を、他の部分よりも、熱交換効率の良い構
造としたことを特徴とする凝縮器。
【請求項２】前記冷媒の入り口の部分に、コンプレッサ
から凝縮器への配管の部分も含めて、前記熱交換効率の
良い構造が採用されることを特徴とする請求項１記載の
凝縮器。
【請求項３】熱交換効率の良い構造は、インナーフィン
チューブの構造であることを特徴とする請求項１、また
は２記載の凝縮器。
【請求項４】熱交換効率の良い構造は、ローフィンチュ
ーブの構造であることを特徴とする請求項１、または２
記載の凝縮器。
【請求項５】熱交換効率の良い構造は、内管と外管とか
らなる二重管構造であり、内管を通る冷却水と外部の冷
却空気によって、内管と外管の間を流れる冷媒が冷却さ
れることを特徴とする請求項１、または２記載の凝縮
器。
【請求項６】冷却空気の入り口側に、冷媒が流れる配管
のうち冷媒の入り口の部分を設けたことを特徴とする請
求項１、２、３、４、または５記載の凝縮器。