JPH0612362Y2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、例えば、冷凍装置等に用いられ、内管に液
媒体を流通させ、その外管に冷媒を流通させて熱交換す
るようにした熱交換器の改良に関するものである。

［従来の技術］ 第３図は従来の冷凍装置の冷媒回路図、第４図はその外
観構成を示す分解斜視図、第５図は第３図に示した冷凍
装置に用いられている従来の熱交換器としての蒸発器の
部分の断面図である。

第３図乃至第５図において、１は冷媒ガスを吸入し、圧
縮吐出する圧縮機、２は凝縮器である空気側熱交換器
で、モータ３とファン４とで構成される送風機５により
強制空冷される。６は凝縮された冷媒を減圧する絞り装
置（以下、『キャピラリーチューブ』という）である。

７は蒸発器である水側熱交換器で、第３図及び第５図に
示すように、内部に冷媒が流通する複数の内管７ａとこ
れら内管７ａを囲む外管７ｂとこの外管７ｂに設けられ
た水が流通する入口配管７ｃと同じく出口配管７ｄから
構成され、内管７ａと外管７ｂとの間に、例えば、水等
のような利用側液媒体が流通される。８は液冷媒を貯留
し、ガス冷媒のみを圧縮機１に吸入させるサクションア
キュムレータ、９は上記構成要素を接続する冷媒配管で
ある。

次に、動作について説明する。

圧縮機１により吐出された高温高圧のガス冷媒は凝縮器
２へ供給され、送風機５により強制的に空冷されて凝縮
し、高温高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、キャピラ
リーチューブ６に至り、ここで減圧されて低温低圧の気
液混合冷媒となり、蒸発器７へ流入する。この気液混合
冷媒は、内管７ａを通り、内管７ａと外管７ｂとの間を
流通する水と熱交換し、水を冷却することにより吸熱し
て気化する。蒸発器７で気化しきれずに残った冷媒はサ
クションアキュムレータ８に残り、蒸発器７で気化した
低圧の冷媒は、サクションアキュムレータ８を通って再
び圧縮機１に戻る。

［考案が解決しようとする問題点］ 従来の熱交換器はこのように構成されているので、利用
側液媒体として水を用いた場合に、内管７ａと外管７ｂ
との間を流通する水は、一般に水質が悪く、例えば、pH
が基準値６〜８の間に入っていなく、pH６以下の酸性で
は両管７ａ，７ｂの腐食を促進させ、pH８以上のアルカ
リ性ではスケールを生成させ、また、塩素等の金属イオ
ンについても基準値をオーバーしてしまい腐食の原因と
なる。

このため、水質が悪化した環境下での水側熱交換器７の
寿命を延ばすためにシーズン毎に中和剤、防錆剤を投入
した水を利用するが、従来構造の水側熱交換器７では、
内管７ａが外管７ｂ内に均等に位置していなく、図示の
ように片側に寄った構造となり易く、流通する水と内管
７ａとが接しない部分が生じるために熱交換能力の低下
を招き、また、水質の悪化を防止するために水に中和剤
を投入した場合、中和剤が内管７ａ間に詰まって堆積
し、スケール生成となって内管７ａの腐食や孔喰が発生
し、孔があき、内管７ａから冷媒が洩れて熱交換器７を
使用できなくするという問題点があった。

また、堆積物により、内管７ａと外管７ｂとの間の水の
流路が塞がれてしまった場合、内管７ａの内側には冷媒
が、外側には水が流通するはずであるが、このままで冷
凍装置の運転を続行すると、内部に閉じ込められた水の
温度が次第に下り、その水が凍結してしまい、この凍結
による体膨張の増加により内管７ａの内でも最も弱い部
分がつぶれて亀裂が入り、その部分から冷媒が洩れるな
どの問題点が発生する。

このように従来の内管７ａ内には冷媒を流通させ、外管
７ｂと内管７ａとの間に水を流通させるいわゆる多管式
熱交換器の構成では、寿命の問題や凍結の問題点があ
り、また、構成部品点数が多いことによる溶接作業の困
難性によるコスト高の問題点等で実用上さしさわりがあ
った。

一方、実開昭５８−３７０８４号公報では、管路が長い
場合或いは彎曲の激しい場合に、冷媒が不均一に冷却さ
れ、流れが悪化するという欠点を解消した冷媒の入口と
出口を有し、前記入口と前記出口間に複数の伝熱フィン
部が管内壁から中心に向けて放射状に設けられてなる外
管と、前記外管の前記伝熱フィン部の内方端部に、その
外周表面が密着するように配設された内管により二重構
造とした熱交換器が開示されている。しかし、この技術
においても、内管の腐食の原因は解消されていない。

そこで、この考案は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、腐食や凍結を防止でき、熱交換能力
に優れた熱交換器を得ることを課題とする。

［問題点を解決するための手段］ この考案に係る熱交換器は、二重管の外管内壁から中心
に向かう伝熱フィン部を１０〜１８個備え、伝熱フィン
部の放射方向の長さＨと前記内管の外径Ａとの関係をＨ
／Ａ＝０．１〜０．１６に形成したものである。

［作用］ この考案における熱交換器は、伝熱フィン部により分離
した各々独立した流通路に冷媒を通し、内管内に液媒体
を通して伝熱フィン部及び内管を介して熱交換を行う
が、伝熱フィン部の個数を１０〜１８個に限定し、Ｈ／
Ａ＝０．１〜０．１６に限定することにより高能率に熱
交換を行う。

［実施例］ 以下、この考案の一実施例を図について説明する。

第１図（Ａ）はこの考案の一実施例による熱交換器の縦
断面図、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）に示した熱交換器
のＹ−Ｙ横断面図である。１０は水側熱交換器であり以
下の要素から構成されている。１１は一端側に冷媒入口
部１１ａと他端側に冷媒出口部１１ｂとが設けられかつ
冷媒入口部１１ａと冷媒出口部１１ｂとの間に管内壁か
ら中心に向けて放射状に突出した複数の伝熱フィン部１
１ｃを有する外管、１２は外管１１に挿通された内管
で、その外表面が外管１１の伝熱フィン部１１ｃの内方
端部に密着している。かかる構成により伝熱フィン部１
１ｃにより分離された冷媒流通路１１ｄが多数例えば１
２室形成されている。

なお、本実施例においては、内管１２の材質を、従来の
多管式熱交換器では製造不可能であった耐腐食性の材
料、例えば、ステンレス管またはチタン管等で内管１２
を構成するものであり、他に耐腐食性の材料であれば、
どのような材料でも製造可能である。

この実施例においては、外径（直径：φ）が31.8mmの外
管１１、冷媒流通路１１ｄの断面におけるその径方向の
長さＨ、即ち、伝熱フィン部１１ｃの放射方向の長さ3.
1mmのもの、外径Ａが23mmの内管１２を使用している。

第１図に示したものを少なくとも１つ以上用いることに
より第５図に示した水側熱交換器７の代りに用いること
ができる。

第２図はかかる構成の熱交換器を冷凍装置に組込んだ時
の熱交換性能を示したもので、横軸に内管１２内を流れ
る液媒体としての水の流速、縦軸に総括熱伝達率Ｋを示
している。その算出式は次の通りである。

Ｋ＝θ／Ｓ・ΔＴ_ｅｍ 但し、θは冷凍能力（Ｋcal／ｈ）で、そして、Ｓは伝
熱面積（m²）、ΔＴ_ｅｍは対数平均温度差（℃）であ
る。

また、１／Ｋ＝１／α_１＋１／α_２で、α_１は冷媒の熱
貫流率（熱通過率）、α_２は水の熱貫流率（熱通過率）
である。

したがって、水側と冷媒側の両方の熱通過率がほぼ同一
に近い値であることが望ましい。このとき、喩え、冷媒
側のも性能が向上しても全体の総括熱伝達率Ｋは、他方
の水側の制限を受け、総括熱伝達率Ｋのちいさい値に左
右されることになる。

第２図の（実験）結果から明白なように、考案者等は、
特に、耐腐食性材料からなる内管を使用した場合、一点
鎖線で示した従来の熱交換器７に比較して、Ｈ／Ａをパ
ラメータとして実線で示したこの考案の実施例による熱
交換器１０の方が熱交換状態に優れ、さらにこの実施例
のようにＨ／Ａ＝０．１１１にした方が熱交換性能は最
も効率が良くなる。よって図からも明らかなようにＨ／
Ａを概略０．１〜０．１６の範囲内に設定し、伝熱フィ
ン部１１ｃの数も１０〜１８個備えるのが熱交換性能上
適当である。

次に、動作について説明する。

圧縮機１→凝縮器２→キャピラリーチューブ６を経て水
側熱交換器１０に達した冷媒は、冷媒入口部１１ａから
流入し、伝熱フィン部１１ｃで各々独立した冷媒流通路
１１ｄに均等に分配され、冷媒流通路１１ｄを流通する
が、この時、内管１２内を流通する水と内管１２や伝熱
フィン部１１ｃを介して熱交換し、吸熱して気化し、冷
媒出口部１１ｂから流出してアキュムレータ８を通って
圧縮機１に戻る。この冷凍サイクルが繰返し行なわれ
る。

このように、この考案の実施例における熱交換器は、伝
熱フィン部１１ｃにより伝熱面積を大きくとっているの
で熱交換の性能を向上させ、また、水の流路として太径
の内管１２を用いているので腐食性の強い水質の水に対
して防錆剤や中和剤を用いてもその流路がつまることが
なく長寿命のものとなる。

また、熱交換器１０の最大性能を得るため、冷媒が流通
する冷媒通路面積に相当する上記高さＨと水等の熱媒体
が流通する通路面積に相当する内管径Ａとの比を規定し
たので、伝熱長さを縮減できる効果が得られる。

なお、上記伝熱フィン部１１ｃが等ピッチで設けられて
いることが望ましい。

また、冷凍装置に四方切換弁を組込んで、冷媒を逆方向
に流して水側熱交換器を加熱器として使用するヒートポ
ンプ式冷凍装置にも適用可能である。

［考案の効果］ 以上のように、この考案の熱交換器によれば、二重管と
した外管と内管との間に放射状の伝熱フィン部を設け、
前記伝熱フィン部相互間に各々独立した冷媒の流通路を
形成し、耐腐食性材料からなる内管内に液媒体を流通さ
せ、伝熱フィン部の数を１０〜１８個に限定し、また、
各伝熱フィン部の放射方向の長さＨと、前記内管の外径
Ａとの関係をＨ／Ａ＝０．１〜０．１６の範囲内に限定
するように構成したので、ステンレス管等の耐腐食性の
多管式熱交換器が実現でき、長寿命で高性能、かつ安価
となるものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例による熱交換器の断面図、
第２図はこの考案の一実施例による熱交換器と従来の熱
交換器との性能を比較した特性図、第３図は従来の冷凍
装置の冷媒回路図、第４図は従来の冷凍装置の分解外観
図、第５図は従来の熱交換器の断面図である。 図において、 １０：熱交換器、１１：外管 １１ａ：冷媒入口部、１１ｂ：冷媒出口部 １１ｃ：伝熱フィン部、１１ｄ：冷媒流通路 １２：内管 である。 なお、図中、同一符号及び同一記号は同一又は相当部分
を示すものである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒の入口と出口を有し、前記入口と前記
   出口間に複数の伝熱フィン部が管内壁から中心に向けて
   放射状に設けられてなる外管と、前記外管の前記伝熱フ
   ィン部の内方端部に、その外周表面が密着するように配
   設され、耐腐食性材料からなる内管とにより二重構造と
   し、内管内に水、外管と内管との間に冷媒を通す熱交換
   器において、 前記複数の伝熱フィン部は、１０〜１８個とし、各々独
   立して前記内管と共に前記冷媒の流通路を形成し、か
   つ、前記各伝熱フィン部の放射方向の長さＨと、前記内
   管の外径Ａとの関係を、Ｈ／Ａ＝０．１〜０．１６に形
   成してなることを特徴とする熱交換器。