JPH0583671U - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 性能を十分に活用できる熱交換器を提供す
る。 【構成】 両端面4a，4bを一方向へ向けＵ字状の平面形
状をなすコアに、媒体を流通させる水平なチューブ
９₁ ，９₂ ─、10₁ ，10₂ ─を上下方向に多数配列し、
このコアの内側の上方にファンを設け、外側からほぼ水
平方向に該コアを通過した空気を前記ファンにより上方
へ排出する。前記チューブをそれぞれ媒体入口９₁ ，９
₅ ─、10₁ ，10₅ ─を有し上下方向に分割配列された複
数の媒体回路12Ａ，12Ｂ─を構成するように接続し、か
つコアに流入する空気の上下方向の流速分布に応じ、該
流速の大きな位置における前記回路は比較的少数のチュ
ーブで構成し、該流速の小さな位置における前記回路は
比較的多数のチューブで構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、チューブとフィンとからなるコアを有する熱交換器に関し、特に、 ヒートポンプ式空調装置の室外機において、凝縮器または蒸発器として使用され るかかる熱交換器に関する。

【０００２】

【従来技術】

近時、建造物等の空調装置としてヒートポンプ式のものが広く採用されている 。このヒートポンプ式空調装置は、室内と室外とにそれぞれ熱交換器を備え、蒸 発性物質からなる媒体を圧縮機で圧縮して高圧高温の蒸気とし、これを第１の熱 交換器（凝縮器）に導き、ここで周囲の空気と熱交換させて放熱凝縮させる。そ して凝縮液を膨張弁により断熱膨張させて温度を低下させるとともに一部を蒸発 させ、この低温化した気液混合物を第２の熱交換器（蒸発器）に導き、ここで周 囲の空気と熱交換させて、該空気から吸熱して完全に蒸発させ、再び前記圧縮機 に導く。かくして媒体が状態変化しながら２つの熱交換器すなわち蒸発器と凝縮 器の間を循環することにより、蒸発器側で吸収された熱が凝縮機側で放出される 。

【０００３】 上記ヒートポンプ式空調装置により冷房を行う時には、室内の熱交換器を蒸発 器、室外の熱交換器を凝縮器として使用し、暖房を行う時には、室内の熱交換器 を凝縮器、室外の熱交換器を蒸発器として使用する。

【０００４】 室外機の熱交換器としては、通常、媒体を流通させる水平なチューブを上下方 向に多数配列し、これらのチューブを上下方向に連接するフィンをチューブ長手 方向に多数配列してコアを形成したものが使用されるが、大型の空調設備におい ては、この熱交換器は、多数の室内機からの媒体を一括して処理しなければなら ないので、非常に大型のものとなり、設置スペースが問題となる。

【０００５】 そこで、前記コアを平面視Ｕ字状に形成し、コアによって囲まれた内部の上方 にファンを配したものが広く用いられている。この熱交換器においては、周囲の 空気がファンに吸引されてコア内をその外側から内側へほぼ水平方向に通過し、 しかる後コアに囲まれた空間内を上方へ抜けていく。

【０００６】 また、上記熱交換器においては、上下に配列されたチューブの本数が非常に多 くなるので、媒体の流通抵抗を減らすために、これらのチューブを上方から順次 複数の組に等分し、各組毎に１つの媒体回路を形成して、これらの回路を媒体の 入口側と出口側との間に並列に接続している。

【０００７】

【解決しようとする課題】

ところで、前記のように、コアをほぼ水平方向に通過した空気が上方のファン により上方へ吸引排出される熱交換器においては、コアを通過する空気に上下方 向の流速分布が生ずる。すなわちファンに近いコア部を通過する空気の流速は大 きく、ファンから遠いコア下部を通過する空気の流速は小さくなる。

【０００８】 一方、前記各媒体回路はいずれも同数のチューブにより構成さされているので 、空気流速の大きな場所に位置する媒体回路を通る媒体と空気との間の伝熱量は 大きく、空気流速の小さな場所に位置する媒体回路を通る媒体と空気との間の伝 熱量は小さく、媒体回路により伝熱量に差が生ずる。この結果、例えば該熱交換 器を蒸発器として使用する場合、前者の媒体回路からは基準値に対して大きく過 熱した媒体が得られ、後者の媒体回路からは過熱度の不足した媒体が得られるこ ととなり、熱交換器の性能を十分に活用することができない。また互いに過熱度 の異った媒体が圧縮機に送られることとなり、圧縮機の運転にも支障を生じ易い 。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】

本考案はこのような事情に鑑みてなされたものであり、本考案においては、媒 体を流通させる水平なチューブを上下方向に多数配列してなるコアを有し、該コ アの一方側の上方にファンを設け、他方側からほぼ水平方向に該コアを通過した 空気を前記ファンにより上方へ排出するようにした熱交換器において、前記チュ ーブをそれぞれ媒体入口と媒体出口を有し上下方向に分割配列された複数の媒体 回路を構成するように接続し、かつ前記コアに流入する空気の上下方向の流速分 布に応じ、該流速の大きな位置における前記回路は比較的少数のチューブで構成 し、該流速の小さな位置における前記回路は比較的多数のチューブで構成する。

【００１０】 本考案の熱交換器においては、各媒体回路における媒体通路長が一様でなく、 そこを通過する空気の流速に応じ、伝熱量が一様になるように選定されているの で、すべての媒体回路から一様な温度の媒体が安定して得られ、熱交換器の性能 が十分に活用される。

【００１１】

【実 施 例】

以下、本考案を図示の一実施例について説明する。

【００１２】 図１は、本考案による熱交換器１を備えた空調装置２の全体斜視図である。３ は圧縮機等の機器類を納めたユニット室で、熱交換器１はこのユニット室３上に 設置され、上記圧縮機等に適当な配管を介して接続されている。

【００１３】 熱交換器１は、図２に示すように、室外機２の上面に三辺に沿って上方へ突出 した、平面形状がＵ字状のコア４により構成されている。コア４は、ユニット室 ３の上面3a、コア４の開放された側部を覆う図示していない側板および上板５（ 図１）とともに内部空間６を画成している。そして上板５に該内部空間６を外部 に連通させる通風口７が設けられ、該通風口７にファン８が設けられている。

【００１４】 コア４は、その一方の端面4aから他方の端面4bまで水平かつＵ字状に延びる多 数のチューブを有している。これらのチューブは、コア４の内側に沿って上下方 向に列をなす一連のチューブ９₁ ，９₂ ─と、コア４の外側に沿って上下方向に 列をなす一連のチューブ10₁ ，10₂ ─とからなり、内側のチューブ９と外側のチ ューブ10とは互いに千鳥状に配設されている。そしてこれらのチューブ９、10を 上下方向に連ねる多数の伝熱フィン11がチューブ９、10に沿ってＵ字状に配列さ れコア４を形成している。

【００１５】 チューブ９、10は隣接する適当本数を一組として複数組に分けられ、各組毎に チューブ９、10をコア４の端面4aおよび4bにおいて接続してそれぞれ１つの媒体 通路（媒体回路）としてある。すなわちコア４には、図３に示すように、複数の 媒体回路12Ａ，12Ｂ，12Ｃ─が上下方向に数段にわたって構成されている。

【００１６】 最上段の媒体回路12Ａは、内側のチューブ９₁ ，９₂ ，９₃ ，９₄ と外側のチ ューブ10₁ ，10₂ ，10₃ ，10₄ の内外それぞれ４本のチューブを接続して構成さ れており、端面4aにおいてチューブ９₁ に流入した媒体が９₁ →９₂ →９₃ →９ ₄ の順に内側のチューブ９を通って下方へ流れ、次いで外側のチューブ10を通っ て10₄ →10₃ →10₂ →10₁ の順に上方へ流れて、端面4aにおいてチューブ10₁ か ら出ていく。

【００１７】 上記媒体回路12Ａに隣接してその下方に形成された媒体回路12Ｂは、内側のチ ューブ９₅ ，９₆ ，９₇ と外側のチューブ10₅ ，10₆ ，10₇ の内外それぞれ３本 のチューブを接続して構成されており、端面4aにおいてチューブ９₅ に流入した 媒体が９₅ →９₆ →９₇ の順に内側のチューブ９を通って下方へ流れ、次いで外 側のチューブ10を通って10₇ →10₆ →10₅ の順に上方へ流れて、端面4aにおいて チューブ10₅ から出て行く。

【００１８】 媒体回路12Ｃは前記媒体回路12Ａと同様に内外それぞれ４本のチューブにより 構成されており、その下の媒体回路12Ｄは図示のように内外それぞれ５本のチュ ーブにより構成されている。そして媒体回路12Ｄに順次続く媒体回路12Ｅおよび 媒体回路12Ｆはいずれも内外それぞれ６本のチューブにより構成されている。な お、図３において媒体回路12Ｄ，12Ｆについては前記媒体回路12Ａ，12Ｂと同様 に媒体の流れを矢印により示してある。このように各媒体回路12が同一本数のチ ューブ９，10によって構成されているわけではなく、回路によってチューブ本数 すなわち媒体流路の長さを変えてある。

【００１９】 図３において、13は、熱交換器１の使用目的に応じて膨張弁または圧縮機の出 口側に切換えて接続される媒体流入管であり、ディストリビュータ14を介して複 数の分岐流入管15Ａ，15Ｂ，15Ｃ─に分岐している。そしてこれらの分岐流入管 15Ａ，15Ｂ，15Ｃ─が端面4aにおいてそれぞれ各媒体回路12Ａ，12Ｂ，12Ｃ─の 最上段の内側チューブ９₁ ，９₅ ，９₈ ─に接続されている。一方、各媒体回路 12Ａ，12Ｂ，12Ｃ─の最上段の外側チューブ10₁ ，10₅ ，10₈ ─はいずれも端面 4aにおいて１本の出口ヘッダ16に接続されている。出口ヘッダ16は熱交換器１の 使用目的に応じて圧縮機または膨張弁の入口側に切換えて接続される。

【００２０】 本熱交換器１は暖房時には蒸発器として使用され、膨張弁で断熱膨張した低温 の媒体が気液混合状態で媒体流入管13および各分岐流入管15を経て各媒体回路12 に流入し、該媒体回路12を流れる間にここを通過する空気から吸熱して完全に気 化しさらに昇温して、過熱状態の蒸気となって出口ヘッダ16に送り込まれ、出口 ヘッダ16を経て圧縮機に吸引される。この場合、各媒体回路12から出て来る媒体 蒸気の温度すなわち過熱度が一定であることが、熱交換器の性能を十分に活用し 、かつ暖房サイクルを安定させる上で望ましい。

【００２１】 一方、冷房時には本熱交換器１は凝縮器として使用され、圧縮機により断熱圧 縮された高温高圧の媒体蒸気が媒体流入管13および各分岐流入管15を経て各媒体 回路12に流入し、該媒体回路12で放熱して液化しさらに降温して過冷状態の液体 となって出口ヘッダ16に送り込まれ、出口ヘッダ16を経て膨張弁に導かれる。こ の場合にも各媒体回路12から出で来る液状媒体の過冷度が一定であることが、熱 交換器の性能を十分に活用し、かつ安定した冷房運転を実現する上で望ましい。

【００２２】 ところが前記のような熱交換器１においては、コア４を通過する空気の流速が 場所によって相違する。図４は前記熱交換器１の断面を示す略図にコア４を通過 する空気の上下方向の流速分布を示すグラフ17を添えた説明図である。空気はフ ァン８により吸引されて、コア４の外側から該コア４をほぼ水平方向に通過して 内部空間６に入り、ほぼ直角に向きを変えファン８を経て上方へ排出される。フ ァン８の吸引力はファン８に近いコア４の上部においては強く作用し、下部に行 くに従って弱く作用するので、コア４における空気流速ｖは概略グラフ17の曲線 ａで示すような分布状態となる。図４にはまたコア４を横切る矢印の長さにより 各部の流速を概念的に示してある。

【００２３】 前述の各媒体回路12におけるチューブ本数はこのような流速分布に基ずいて決 定されており、空気流速の大きな部分に設けられる媒体回路12は比較的少数のチ ューブで構成し、空気流速の小さな部分に設けられる媒体回路12は比較的多数の チューブで構成されている。すなわち、上記空気流速はコア４の上端から若干下 方へ変位した部分において最も大きく、その上方においては上板５等の影響を受 けてやや小さくなるので、上から２段目の媒体回路12Ｂを最小本数（内外それぞ れ３本）のチューブで構成し、最上段の媒体回路12Ａはそれより多い本数（内外 それぞれ４本）のチューブで構成してある。媒体回路12Ｂより下段の媒体回路12 においては、媒体回路12Ｃを内外それぞれ４本、媒体回路12Ｄを同５本、媒体回 路12Ｅ，12Ｆを同６本というように、空気流速の小さな下方へ行くに従って本数 を次第に増してある。

【００２４】 各媒体回路12における媒体、空気間の伝熱量は、該回路を通過する空気流速と 該回路における媒体の通路長すなわちチューブ本数に比例するので、各媒体回路 12のチューブ本数を上記のように選定することにより、各媒体回路12から出て来 る媒体の過熱度もしくは過冷度がほぼ等しくなり、従って熱交換器１の性能が十 分に活用されるとともに、安定した効率の良い冷房運転もしくは暖房運転が得ら れる。

【００２５】 以上、本考案の好適な一実施例について説明したが、該説明中におけるチュー ブの配列、接続態様、各媒体回路に配分するチューブの本数、空気流速分布等は 例示的なものであって、これに限定されるものではない。その他本考案の範囲内 で幾多の変形が可能なことは言うまでもない。

【００２６】

【考案の効果】

本考案の熱交換器においては、各媒体回路における媒体通路長が一様でなく、 そこを通過する熱交換用空気の流速に応じ、伝熱量が一様になるように選定され ているので、すべての媒体回路から一様な温度の媒体が安定して得られ、熱交換 器の性能が十分に活用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案により熱交換器を備えた空調装置室外機
の全体斜視図である。

【図２】同熱交換器の斜視図である。

【図３】同熱交換器の両端面におけるチューブ接続状態
ならびに各媒体回路の構成を示す端面図である。

【図４】同熱交換器のコアを通過する空気の流速分布を
示す説明図である。

【符号の説明】

１…熱交換器、２…室外機、３…ユニット室、４…コ
ア、５…上板、６…内部空間、７…通風口、８…ファ
ン、９，10…チューブ、11…フィン、12…媒体回路、13
…媒体流入管、14…ディストリビュータ、15…分岐流入
管、16…出口ヘッダ、17…グラフ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 媒体を流通させる水平なチューブを上下
   方向に多数配列してなるコアを有し、該コアの一方側の
   上方にファンを設け、他方側からほぼ水平方向に該コア
   を通過した空気を前記ファンにより上方へ排出するよう
   にした熱交換器において、前記チューブをそれぞれ媒体
   入口および媒体出口を有し上下方向に分割配列された複
   数の媒体回路を構成するように接続し、かつ前記コアに
   流入する空気の上下方向の流速分布に応じ、該流速の大
   きな位置における前記回路は比較的少数のチューブで構
   成し、該流速の小さな位置における前記回路は比較的多
   数のチューブで構成したことを特徴とする熱交換器。