JPH08200886A

JPH08200886A - 空調用熱交換器

Info

Publication number: JPH08200886A
Application number: JP7009817A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kanai; 保博金井
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1995-01-25
Filing date: 1995-01-25
Publication date: 1996-08-06

Abstract

(57)【要約】【目的】圧力損失が少なく、また、各伝熱管に均等に
冷媒が流入して、熱交換効率の優れた空調用熱交換器を
構成することを目的とする。【構成】第一中間ヘッダ４、第二中間ヘッダ７の下端
に各々第二分配器５、第三分配器８を装着し、各第一分
配器２からは導管３を４本、各第二分配器５からは導管
６を６本、各第三分配器８からは導管９を７本分岐延設
し、また、第一中間ヘッダ４、第二中間ヘッダ７の各上
端より接続パイプ１７を出口ヘッダ１０に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空調装置用熱交換器の
構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の空調装置の室外機に取り付ける熱
交換器においては、特公平３−４５３００にて開示され
ている如く、冷媒を入口部のヘッダより複数本のチュー
ブに分配してフィン群を通過させる構成となっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の構成の
熱交換器においては、蒸発時に、中間ヘッダに流入した
冷媒は、該中間ヘッダ内を上昇し、該ヘッダの途中部に
穿設した孔から伝熱管へ流入するため、下側の伝熱管に
は多数の冷媒が流入し、上方ほど伝熱管への流入量は少
なくなり、最悪の場合には熱交換の行われない伝熱管も
あった。

【０００４】また、蒸発時においては、伝熱管内にて液
体冷媒と気体冷媒とが混在するようになるが、気体冷媒
はもはや熱交換には殆ど寄与しないにも関わらず混在し
ていることから、液体冷媒の熱交換をも阻害するものと
なっており、蒸発性能が悪くなっている。

【０００５】更に、熱交換器を通過する冷媒は、蒸発が
進行するに従って体積が増加する。この状況で、従来の
熱交換器のように、分流した各チューブが入口部のヘッ
ダより出口部まで同一径のままであると、出口部に近づ
くにつれ、流速が増加し、圧力損失が増大する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
問題を解決するため、次のような手段を用いるものであ
る。即ち、蒸発時に冷媒が流入する入口分配器と、同じ
く冷媒が流出する出口ヘッダとの間に、複数の中間ヘッ
ダを設け、これらの各ヘッダ間にフィン群を通過させる
ようにして多数の伝熱管を連結した空調用熱交換器にお
いて、該中間ヘッダの片端部に分配器を装着した。

【０００７】また、同じく空調用熱交換器において、該
中間ヘッダの下部に分配器を装着した。

【０００８】また、同じく空調用熱交換器において、該
中間ヘッダに流入した冷媒を気体冷媒と液体冷媒とに分
離し、液体冷媒のみを該伝熱管に通過させるよう構成し
た。

【０００９】また、該中間ヘッダの片端部（下部）に分
配器を装着した空調用熱交換器において、蒸発時に冷媒
を中間ヘッダに流入させる伝熱管の本数よりも、その中
間ヘッダに装着した分配器より冷媒を流出させる導管の
本数を多くした。

【００１０】

【作用】次に、本発明の作用について説明する。まず、
中間ヘッダの片端部に分配器を装着することにより、熱
交換器における中間ヘッダを用いた凝縮性能を保持しつ
つ、蒸発時において、中間ヘッダに流入した気体冷媒と
液体冷媒とを、該分配器にて各伝熱管に均等に流出させ
ることができる。

【００１１】また、前記において、分配器を中間ヘッダ
の上部に装着した場合、蒸発時に中間ヘッダに流入した
未だ蒸発していない比重の大きい液体冷媒が該中間ヘッ
ダ内を重力に逆らって上方に流れるために、ヘッダ内に
おける圧力損失が増加するが、該分配器を、中間ヘッダ
の下部に装着すれば、液体冷媒が該分配器内にとどま
り、圧力損失は低減される。

【００１２】また、中間ヘッダに流入する冷媒を液体冷
媒と気体冷媒に分離し、分離状態で熱交換することによ
り、蒸発可能な液体冷媒のみを熱交換に寄与させ、蒸発
性能を向上させる。

【００１３】また、蒸発時に中間ヘッダに冷媒を流入す
る伝熱管よりも、分配器より冷媒を流出する導管の本数
を多くすることにより、熱交換器を通過中に蒸発が進む
につれ体積が増大する冷媒の圧力損失が低減する。

【００１４】

【実施例】本発明の解決すべき課題及び構成は以上の如
くであり、次に添付の図面に示した本発明の実施例を説
明する。図１は本発明の空調用熱交換器の内部正面図、
図２は同じく中間ヘッダより気体冷媒を分離するよう構
成した実施例を示す内部正面図、図３の（ａ）は空調用
熱交換器の平面図、（ｂ）は同じく内部平面図、図４は
図３（ａ）におけるＥ−Ｅ矢視による空調用熱交換器の
内部正面図、図５はＡ−Ａ矢視による空調用熱交換器の
左側面図、図６はＢ−Ｂ矢視による同じく左側面図、図
７はＣ−Ｃ矢視による同じく左側面図、図８はＤ−Ｄ矢
視による同じく左側面図で、（ａ）は第二中間ヘッダ７
及び出口ヘッダ１０を含む図、（ｂ）は第二中間ヘッダ
７及び出口ヘッダ１０を除去した図、図９は同じく右側
面図、図１０は分配器の正面一部断面図である。

【００１５】本発明の空調用熱交換器の構成を説明す
る。熱交換器の本体部１は、ヘッダ側の左側板１Ｌと右
側板１Ｒとの間にフィン群を挟持してなるものであり、
該本体部１のフィン群内には、図３（ｂ）の如く、平面
視左右方向に３列の伝熱管が貫設されており、最も後面
寄りの列の垂直面上に配設されたものを伝熱管１４、中
間列の垂直面上に配設されたものを伝熱管１５、最も前
面寄りの列の垂直面上に配設されたものを伝熱管１６と
しており、また、図３（ｂ）、図４、図９の如く、該本
体部１の右側板１Ｒ外側にて、伝熱管１４と伝熱管１５
とがＵ字接続管１１にて連結されており、また、同じく
右側板１Ｒ外側において、図１（図２）、図３（ｂ）、
図９の如く、上下二本の伝熱管１６・１６がＵ字接続管
１３にて連結され、そして、図３（ｂ）、図４、図５の
如く、左側板１Ｌ外側においては、上下二本の伝熱管１
５・１５がＵ字接続管１２にて連結している。

【００１６】このように伝熱管を配設した熱交換器にお
いて、図４の如く、二個の第一（入口）分配器２より各
々４本の導管３・３・・・が延設されており、図８の如
く、本体部１の左側板１Ｌに穿設した入口孔１ａを介し
て、該本体部１内のフィン群を通過する如く貫設される
伝熱管１４の左端部に接続され、更に、Ｕ字接続管１
１、伝熱管１５、Ｕ字接続管１２、伝熱管１５、Ｕ字接
続管１１、伝熱管１４を経由し、図４、図８の如く、本
体部１の左側板１Ｌに穿設した出口孔１ｂを介して、垂
直状管の第一中間ヘッダ４より延設した４本の導入管４
ａ・４ａ・・・の中の一本の右端に接続される。従っ
て、第一分配器２より延設した各導管３より導入される
冷媒が、第一中間ヘッダ４に至るまで、本体部１のフィ
ン群内を、伝熱管１４・１５を介して二往復する構成と
なっている。

【００１７】該第一中間ヘッダ４は、上下に二個配設し
ており、この片端部に第二分配器５を装着するものであ
るが、本実施例では、図１、図４、図８の如く、該第一
中間ヘッダ４の下端に装着している（上端は閉塞されて
いる。）。そして、該第二分配器５の下部より６本の導
管６・６・・・が延設されており、各導管６が、図３
（ｂ）、図４、図８の如く、本体部１の左側板１Ｌに穿
設した入口孔１ｃを介して、伝熱管１４に連結され、更
にＵ字接続管１１、伝熱管１５を経由し（フィン群内を
一往復して）、図３（ｂ）、図４、図７、図８の如く、
該左側板１Ｌに穿設した出口孔１ｄを介して、第二中間
ヘッダ７より延設した６本の導入管７ａ・７ａ・・・の
中の一本の右端に接続される。

【００１８】第二中間ヘッダ７は、図１、図４、図７、
図８の如く、上下に二個配設されていて、各第二中間ヘ
ッダ７において、下端が開口していて（上端は閉塞され
ている。）、第三分配器８を装着しており、該第三分配
器８の下部より７本の導管９・９・・・が延設されてい
て、各導管９は、図１、図３（ｂ）、図７の如く、本体
部１の左側板１Ｌに穿設した入口孔１ｅを介して伝熱管
１６の左端に接続され、更にＵ字接続管１３、伝熱管１
６を経由し（フィン群内を一往復して）、図１、図３
（ｂ）、図６の如く、本体部１の左側面に穿設された出
口孔１ｆを介して出口ヘッダ１０より延設した１４本の
導入管１０ａ・１０ａ・・・に各々接続されている。

【００１９】更に、図２図示の実施例においては、第一
中間ヘッダ４・第二中間ヘッダ７の上端を開口し、各上
端部より接続管１７・１７・・・を、該出口ヘッダ１０
の出口側部位に接続しており、各第一中間ヘッダ４・第
二中間ヘッダ７内における液体・気体混合冷媒より気体
冷媒を導入して、該出口ヘッダ１０内に流出させる構成
としている。

【００２０】以上のような構成の熱交換器において、冷
媒の流れを説明する。まず、図１図示の実施例において
は、蒸発時に、第一分配器２に飽和状の気体及び液体冷
媒が流入し、導管３、伝熱管１４・１５等を経て第一中
間ヘッダ４内に流入して混合され、第二分配器５より各
導管６・６・・・に均等に分配されて流出し、再び第二
中間ヘッダ７内に流入して混合され、第三分配器８より
導管９・９・・・に均等に分配される。

【００２１】このように、図１図示の実施例において
は、液体・気体二相冷媒が伝熱管内を通過するが、図２
図示の実施例においては、第一中間ヘッダ４・第二中間
ヘッダ７内に流入した二相冷媒のうち、気体冷媒は、比
重が小さいので、上昇して各上端より接続パイプ１７内
に流出し、一方、液体冷媒は比重が大きいので、下方に
落下して、第二分配器５・第三分配器８内に流入し、従
って、導管６・９にて伝熱管１４・１５・１６内に流入
される冷媒は、主に液体冷媒であり、圧力損失（高圧
化）の低減をもたらし、かつ、蒸発熱を吸収する液体冷
媒が直接伝熱管の内壁に触れる確率が増すため、熱交換
効率が向上する。

【００２２】また、図１図示及び図２図示の両実施例に
おいて、第一中間ヘッダ４・第二中間ヘッダ７の片端部
に第二分配器５・第三分配器８を装着することによっ
て、各中間ヘッダ４・７の後程に分岐延設する伝熱管１
４・１５・１６内に均等に冷媒を分配するので、ある伝
熱管においては、殆ど冷媒が流入せずに、熱交換がなさ
れないというような、伝熱管に流入させる冷媒の偏りに
より発生する熱交換効率の低下という弊害が低減される
のである。

【００２３】また、熱交換器においては、蒸発時に入口
部（第一分配器２）より出口部（出口ヘッダ１０）まで
通過する間に、冷媒が気化することにより体積が増大す
るが、この体積増大に見合って、冷媒の通過容量を増大
させる等、圧力損失増大を抑制しなければ、上流側にお
いて冷媒の圧力が増大してしまう。即ち、上流側冷媒温
度が下流側に較べて増加してしまう。従って、上流側冷
媒温度とフィン群１を通過する空気温度との差が小さく
なり、熱交換効率が低下する。従って、出口部において
できるだけ冷媒の流速を抑制する。即ち、圧力損失の少
ない構造とする必要がある。

【００２４】このため、本実施例においては、まず、前
記の如く、第一中間ヘッダ４・第二中間ヘッダ７の片端
部に第二分配器５・第三分配器８を装着する構成におい
て、該第二分配器５・第三分配器８を該第一中間ヘッダ
４・第二中間ヘッダ７の下端に装着している。即ち、該
第一中間ヘッダ４・第二中間ヘッダ７内に流入する液体
冷媒・気体冷媒のうち、熱交換のための蒸発に寄与する
液体冷媒が、比重が大きいために下方に落下して、自然
に該第二分配器５・第三分配器８内に流入する構成とな
っている。もし、該第一中間ヘッダ４・第二中間ヘッダ
７の上端に該第二分配器５・第三分配器８を装着すれ
ば、比重の大きい液体冷媒が重力に逆らって中間ヘッダ
内を上方に流れ、第二分配器５・第三分配器８内に流入
し、圧力損失が大きくなるが、下端に装着しているの
で、このような圧力損失が抑えられるのである。

【００２５】また、各第一分配器２・第二分配器５・第
三分配器８より延設される導管３・６・９は、上流側の
導管３が４本、それより下流側の導管６が６本、そし
て、最も下流側の導管９が７本となっている。即ち下流
側に至るほど一分配器より延設する導管の本数を増加さ
せて、冷媒の通過容量を増大させているので、下流側ほ
ど体積の増大する冷媒の流速を高めることなく、即ち、
圧力損失を低減できるのである。

【００２６】また、各第一分配器２・第二分配器５・第
三分配器８の内部構造において、その内部に配設する図
１０図示のオリフィス１８の開口径（又は通過長さ）
を、上流側の第一分配器２において小さく、第二分配器
５においてやや大きく、そして、最も下流側の第三分配
器８において最大にするよう構成することにより、同様
に下流側ほど冷媒の通過容量が大きくなり、下流側ほど
体積の増大する冷媒の流速を、出口部において高くして
しまうことなく、圧力損失を低減させられる。

【００２７】その他、第一中間ヘッダ４・第二中間ヘッ
ダ７・出口ヘッダ１０の内径を、上流側の第一中間ヘッ
ダ４から下流側の出口ヘッダ１０に移行するにつれて大
きくすると、同様の効果を奏する。

【００２８】以上は、蒸発時における冷媒の流れを基に
本発明の熱交換器の構成を説明したものだが、凝縮時に
おいては、過熱蒸気冷媒が出口ヘッダ１０より流入し、
前記と逆のルートにて、第二中間ヘッダ７・第一中間ヘ
ッダ４を経て、第一分配器２より流出してゆくものであ
る。この過程において、冷媒が凝縮して凝縮熱を外部に
放出するのであるが、各導管９・６より更に、蒸発時と
は逆に上流側となる出口ヘッダ１０より下流側の第一分
配器２へと移行するにつれ、導管数（伝熱管数）が減少
する。これは、出口ヘッダ１０より流入した過熱蒸気冷
媒は、伝熱管内を通過するに従い凝縮し、体積を減少す
るので、使用する中間ヘッダを経るごとに減少させても
圧力損失はほとんど上昇しないからである。

【００２９】第三分配器８・第二分配器５に流入した冷
媒は、そこで混合され、第二中間ヘッダ７・第一中間ヘ
ッダ４に流入するが、該第三分配器８・第二分配器５
は、各々該第二中間ヘッダ７・第一中間ヘッダ４の下端
に装着されていることから、該第二中間ヘッダ７・第一
中間ヘッダ４の上端部に接続されている伝熱管には、比
重の小さい気体冷媒が多く流入する。即ち、分配器直前
の伝熱管内面には液冷媒が全周にわたって堆積し伝熱を
阻害するが、第二中間ヘッダ７・第一中間ヘッダ４の上
端に接続されている伝熱管には伝熱を阻害する液膜が堆
積していない。また下端に接続されている伝熱管も下面
には液が堆積するが上面には堆積せず、凝縮効果が高
い。このように本発明の熱交換器は、凝縮性能において
も優れた効果をもたらすものである。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成したので、
次のような効果を奏する。即ち、蒸発時の熱交換器にお
いて、請求項１の如く構成することにより、各伝熱管に
均等に冷媒が分配され、また、請求項２の如く構成する
ことにより、各中間ヘッダ内の圧力損失を減じ、また、
請求項３の如く構成することにより、伝熱管に液体冷媒
を多く送り込み、蒸発効果が小さく、かつ圧力損失増大
の要因となる気体冷媒は分離して伝熱管を通さない。更
に、請求項４の如く構成することにより、下流側ほど体
積の増大する冷媒の流速を低減し、圧力損失を減じる。
以上のように、圧力損失が少なく、かつ、各伝熱管に均
等に冷媒が分配されることから、熱交換率の非常に高い
優れた空調用熱交換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空調用熱交換器の内部正面図である。

【図２】同じく中間ヘッダより気体冷媒を分離するよう
構成した実施例を示す内部正面図である。

【図３】（ａ）は空調用熱交換器の平面図、（ｂ）は同
じく内部平面図である。

【図４】図３（ａ）におけるＥ−Ｅ矢視による空調用熱
交換器の内部正面図である。

【図５】Ａ−Ａ矢視による空調用熱交換器の左側面図で
ある。

【図６】Ｂ−Ｂ矢視による同じく左側面図である。

【図７】Ｃ−Ｃ矢視による同じく左側面図である。

【図８】Ｄ−Ｄ矢視による同じく左側面図で、（ａ）は
第二中間ヘッダ７及び出口ヘッダ１０を含む図、（ｂ）
は第二中間ヘッダ７及び出口ヘッダ１０を除去した図で
ある。

【図９】同じく右側面図である。

【図１０】分配器の正面一部断面図である。

【符号の説明】

１本体部１Ｌ左側板１Ｒ右側板１ａ入口孔１ｂ出口孔１ｃ入口孔１ｄ出口孔１ｅ入口孔１ｆ出口孔２第一分配器３導管４第一中間ヘッダ４ａ導入管５第二分配器６導管７第二中間ヘッダ７ａ導入管８第三分配器９導管１０出口ヘッダ１０ａ導入管１１Ｕ字接続管１２Ｕ字接続管１３Ｕ字接続管１４伝熱管１５伝熱管１６伝熱管１７接続パイプ１８オリフィス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸発時に冷媒が流入する入口分配器と、
同じく冷媒が流出する出口ヘッダとの間に、複数の中間
ヘッダを設け、これらの各ヘッダ間にフィン群を通過さ
せるようにして多数の伝熱管を連結した空調用熱交換器
において、該中間ヘッダの片端部に分配器を装着したこ
とを特徴とする空調用熱交換器。
【請求項２】蒸発時に冷媒が流入する入口分配器と、
同じく冷媒が流出する出口ヘッダとの間に、複数の中間
ヘッダを設け、これらの各ヘッダ間にフィン群を通過さ
せるようにして多数の伝熱管を連結した空調用熱交換器
において、該中間ヘッダの下部に分配器を装着したこと
を特徴とする空調用熱交換器。
【請求項３】蒸発時に冷媒が流入する入口分配器と、
同じく冷媒が流出する出口ヘッダとの間に、複数の中間
ヘッダを設け、これらの各ヘッダ間にフィン群を通過さ
せるようにして多数の伝熱管を連結した空調用熱交換器
において、該中間ヘッダに流入した冷媒を気体冷媒と液
体冷媒とに分離し、液体冷媒のみを該伝熱管に通過させ
るよう構成したことを特徴とする空調用熱交換器。
【請求項４】請求項１又は２記載の空調用熱交換器に
おいて、蒸発時に冷媒を中間ヘッダに流入させる伝熱管
の本数よりも、その中間ヘッダに装着した分配器より冷
媒を流出させる導管の本数を多くしたことを特徴とする
空調用熱交換器。