| 【発明の名称】 |
空冷熱交換器 |
| 【発明者】 |
【氏名】北 宏一
【氏名】道明 伸夫
【氏名】赤井 寛二
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| 【要約】 |
【課題】高性能伝熱管の性能を十分に発揮できる空冷熱交換器を提供する。
【解決手段】冷媒Ｘが流通する複数列の伝熱管１，１・・と、該伝熱管１，１・・に対して直交配置されたフィン２とからなり、前記伝熱管１，１・・により一連の冷媒流通経路となるパスＰを構成してなる空冷熱交換器において、前記伝熱管１，１・・として、高凝縮熱伝達が得られる高性能伝熱管を用いるとともに、前記パスＰにおいて過冷却域Ｃｓとなる伝熱管１，１・・を、風上側に位置させて、過冷却域Ｃｓを流れる冷媒Ｘの温度と空気Ｗの温度との温度差を十分に確保できるようにしている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 冷媒（Ｘ）が流通する複数列の伝熱管（１），（１）・・と、該伝熱管（１），（１）・・に対して直交配置されたフィン（２）とからなり、前記伝熱管（１），（１）・・により一連の冷媒流通経路となるパス（Ｐ）を構成してなる空冷熱交換器であって、前記伝熱管（１），（１）・・として、高凝縮熱伝達が得られる高性能伝熱管を用いるとともに、前記パス（Ｐ）において過冷却域（Ｃｓ）となる伝熱管（１），（１）・・を、風上側に位置させたことを特徴とする空冷熱交換器。
【請求項２】 前記過冷却域（Ｃｓ）における伝熱管（１），（１）・・においては、最上段の伝熱管（１）から最下段の伝熱管（１）へと冷媒（Ｘ）を流通させるようにしたことを特徴とする前記請求項１記載の空冷熱交換器。
【請求項３】 前記過冷却域（Ｃｓ）における伝熱管（１），（１）・・においては、最下段の伝熱管（１）から最上段の伝熱管（１）へと冷媒（Ｘ）を流通させるようにしたことを特徴とする前記請求項１記載の空冷熱交換器。
【請求項４】 前記冷媒（Ｘ）として、非共沸混合冷媒を用いたことを特徴とする前記請求項１ないし請求項３のいずれか一項記載の空冷熱交換器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、空冷熱交換器に関し、さらに詳しくは過冷却域での性能向上を図った空冷熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般の空冷熱交換器は、図６に示すように、冷媒Ｘが流通する２列の伝熱管１，１・・と、該伝熱管１，１・・に対して直交配置されたフィン２とからなっており、前記伝熱管１，１・・により一連の冷媒流通経路となるパスＰを構成することとなっている。そして、前記パスＰにおける冷媒入口３が風上側に位置され、冷媒出口４が風下側に位置されている並行流タイプ、あるいは図６の冷媒循環方向を逆なした対向流タイプ、もしくは図７に示すように前記パスＰにおける冷媒入口３が風下側に位置され、冷媒出口４が風上側に位置されている直交流タイプの３種類に分けられる。符号Ｗは空気流である。
【０００３】一般的なヒートポンプ式空気調和機における室外熱交換器としては、図７に示す直交流タイプのものがよく使用される。その理由は、並行流タイプや対向流タイプのものを使用した場合、冷房運転時（即ち、凝縮器として作用している時）には高能力が得られるが、暖房運転時（即ち、蒸発器として作用している時）には低能力となる。なお、室内熱交換器に使用した場合には、上記の逆になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図６に示す並行流タイプの空冷熱交換器（凝縮器として作用）における伝熱管１として通常の伝熱管を用いた場合には、図８に点線で示すように、パスＰの入口側から出口側に向かって凝縮が進行するが、伝熱管１として高凝縮熱伝達が得られる高性能伝熱管（例えば、内面加工管等）を用いた場合、図８に実線で示すように、前記パスＰの途中で凝縮が完了し、その後は非熱交換状態あるいは再加熱状態となる現象が生ずる。該現象は、空冷熱交換器において通常において過冷却域Ｃｓとなる部分で生ずるところから、有効伝熱面積が減少し、高性能伝熱管の利点を発揮できないこととなる。この現象は、風下側の列における伝熱管１，１・・に当たる空気Ｗの温度が風上側の列における伝熱管１，１・・との熱交換により温度上昇していること、非共沸混合冷媒であることから凝縮が進行するほど冷媒温度が低下すること、並行流では、同じパスの出入口部が隣接しているため熱伝導が生ずることよって発生するものと思われる。
【０００５】上記現象は、図７に示す直交流タイプの空冷熱交換器においても生ずる。ちなみに、パスＰにおける各部Ｐ1〜Ｐ7（図７参照）に熱電対を取り付けて、当該部位における冷媒温度を測定したところ、図９に点線で示す結果が得られた。これによれば、Ｐ5→Ｐ6間において冷媒温度がほとんど変化せず、熱交換が進んでいない（あるいは、再加熱されている）ことが分かる。
【０００６】本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、高性能伝熱管の性能を十分に発揮できる空冷熱交換器を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本願発明の基本構成（請求項１の発明）では、上記課題を解決するための手段として、冷媒Ｘが流通する複数列の伝熱管１，１・・と、該伝熱管１，１・・に対して直交配置されたフィン２とからなり、前記伝熱管１，１・・により一連の冷媒流通経路となるパスＰを構成してなる空冷熱交換器において、前記伝熱管１，１・・として、高凝縮熱伝達が得られる高性能伝熱管を用いるとともに、前記パスＰにおいて過冷却域Ｃｓとなる伝熱管１，１・・を、風上側に位置させている。
【０００８】上記のように構成したことにより、過冷却域Ｃｓを流れる冷媒Ｘの温度と空気Ｗの温度との温度差を十分に確保できることとなり、高性能伝熱管の性能を十分に引き出すことができる。
【０００９】請求項２の発明におけるように、前記過冷却域Ｃｓにおける伝熱管１，１・・においては、最上段の伝熱管１から最下段の伝熱管１へと冷媒Ｘを流通させるようにした場合、凝縮液冷媒の出口側への流れが円滑に得られる。
【００１０】請求項３の発明におけるように、前記過冷却域Ｃｓにおける伝熱管１，１・・においては、最下段の伝熱管１から最上段の伝熱管１へと冷媒Ｘを流通させるようにした場合、複数パスで冷媒Ｘを流通させた場合であっても、下方に隣接するパスＰからフィン２を介しての熱伝導の影響を少なくできる。
【００１１】請求項４の発明におけるように、前記冷媒Ｘとして、非共沸混合冷媒を用いた場合、非共沸混合冷媒では、凝縮の進行に応じて冷媒温度が低下するところから、より効果的である。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの好適な実施の形態について詳述する。
【００１３】第１の実施の形態（請求項１、３、４に対応）
図１には、本願発明の第１の実施の形態にかかる空冷熱交換器が示されている。
【００１４】この空冷熱交換器は、非共沸混合冷媒Ｘが流通する２列の伝熱管１，１・・と、該伝熱管１，１・・に対して直交配置されたフィン２とからなっている。
【００１５】そして、前記伝熱管１，１・・には、上下方向に並ぶ二つのパスＰ，Ｐで非共沸混合冷媒Ｘが流通せしめられることとなっている。
【００１６】また、前記伝熱管１，１・・としては、高凝縮熱伝達が得られる高性能伝熱管（例えば、内面加工管等）が用いられており、前記各パスＰにおいて過冷却域Ｃｓとなる伝熱管（例えば、冷媒出口部４側の４本の伝熱管）１，１・・は、風上側に位置されている。
【００１７】即ち、風上側の列には、冷媒入口部３から３本目、４本目、９〜１２本目となる６本の伝熱管１，１・・が配置される一方、風下側の列には、冷媒入口部３から１本目、２本目、５〜８本目（冷媒Ｘが上から下に流れるように接続されている）となる伝熱管１，１・・が配置されており、過冷却域Ｃにおいて風上側となる伝熱管１，１・・の本数は、各パスＰにおける全体の伝熱管１，１・・の１／３とされている。
【００１８】そして、過冷却域Ｃにおいて風上側となる伝熱管１，１・・の最上段に位置する伝熱管１に冷媒出口部４が設けられている。つまり、過冷却域Ｃｓにおいて風上側となる伝熱管１，１・・においては、最下段の伝熱管１から最上段の伝熱管１へと冷媒が流通されることとなっているのである。
【００１９】上記のように構成したことにより、凝縮器として作用させた場合に、過冷却域Ｃｓを流れる冷媒Ｘの温度（冷媒入口部３より低い温度）と空気Ｗの温度との温度差を十分に確保できることとなり、高性能伝熱管の性能を十分に引き出すことができる。従って、空冷熱交換器としての性能が向上することとなる。
【００２０】ちなみに、各パスＰにおける各部Ｐ1〜Ｐ7（図１参照）に熱電対を取り付けて、当該部位における冷媒温度を測定したところ、図９に実線で示す結果が得られた。これによれば、図７に示す直交流タイプの空冷熱交換器において熱交換が進んでいない（あるいは、再加熱されている）Ｐ5→Ｐ6間においても冷媒温度が低下しており、熱交換が促進されていることが分かる。
【００２１】また、過冷却域Ｃｓにおいて風上側となる伝熱管１，１・・においては、最下の伝熱管１から最上段の伝熱管１へと冷媒を流通させるようにしているため、複数パスＰ，Ｐで冷媒を流通させた場合であっても、下方に隣接するパスＰからフィン２を介しての熱伝導の影響を少なくできる。
【００２２】第２の実施の形態（請求項１、３、４に対応）
図２には、本願発明の第２の実施の形態にかかる空冷熱交換器が示されている。
【００２３】この場合、風上側の列には、冷媒入口部３から２本目、５本目、６本目、１０〜１２本目となる６本の伝熱管１，１・・が配置される一方、風下側の列には、冷媒入口部３から１本目、３本目、４本目、７〜９本目（冷媒Ｘが上から下に流れるように接続されている）となる伝熱管１，１・・が配置されており、過冷却域Ｃにおいて風上側となる伝熱管１，１・・の本数は、各パスＰにおける全体の伝熱管１，１・・の１／４（即ち、３本）とされている。
【００２４】その他の構成および作用効果は、第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００２５】第３の実施の形態（請求項１、２、４に対応）
図３には、本願発明の第３の実施の形態にかかる空冷熱交換器が示されている。
【００２６】この場合、風上側の列には、冷媒入口部３から３本目、４本目、９〜１２本目となる６本の伝熱管１，１・・が配置される一方、風下側の列には、冷媒入口部３から１本目、２本目、５〜８本目（冷媒Ｘが上から下に流れるように接続されている）となる伝熱管１，１・・が配置されており、過冷却域Ｃにおいて風上側となる伝熱管１，１・・の本数は、各パスＰにおける全体の伝熱管１，１・・の１／３（即ち、４本）とされている。また、過冷却域Ｃにおいて風上側となる伝熱管１，１・・の最下段に位置する伝熱管１に冷媒出口部４が設けられている。つまり、過冷却域Ｃｓにおいて風上側となる伝熱管１，１・・においては、最上段の伝熱管１から最下段の伝熱管１へと冷媒が流通されることとなっているのである。このようにすると、凝縮液冷媒の出口側への流れが重力により円滑に得られる。
【００２７】その他の構成および作用効果は、第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００２８】第４の実施の形態（請求項１、２、４に対応）
図４には、本願発明の第４の実施の形態にかかる空冷熱交換器が示されている。
【００２９】この場合、風上側の列には、冷媒入口部３から２本目、５本目、６本目、１０〜１２本目となる６本の伝熱管１，１・・が配置される一方、風下側の列には、冷媒入口部３から１本目、３本目、４本目、７〜９本目（冷媒Ｘが上から下に流れるように接続されている）となる伝熱管１，１・・が配置されており、過冷却域Ｃにおいて風上側となる伝熱管１，１・・の本数は、各パスＰにおける全体の伝熱管１，１・・の１／４（即ち、３本）とされている。また、過冷却域Ｃにおいて風上側となる伝熱管１，１・・の最下段に位置する伝熱管１に冷媒出口部４が設けられている。つまり、過冷却域Ｃｓにおいて風上側となる伝熱管１，１・・においては、最上段の伝熱管１から最下段の伝熱管１へと冷媒が流通されることとなっているのである。このようにすると、凝縮液冷媒の出口側への流れが重力により円滑に得られる。
【００３０】その他の構成および作用効果は、第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００３１】第５の実施の形態（請求項１、２、４に対応）
図５には、本願発明の第５の実施の形態にかかる空冷熱交換器が示されている。
【００３２】この場合、風上側の列には、冷媒入口部３から３本目、４本目、９〜１２本目となる６本の伝熱管１，１・・が配置される一方、風下側の列には、冷媒入口部３から１本目、２本目、５〜８本目（冷媒Ｘが下から上に流れるように接続されている）となる伝熱管１，１・・が配置されており、過冷却域Ｃにおいて風上側となる伝熱管１，１・・の本数は、各パスＰにおける全体の伝熱管１，１・・の１／３（即ち、４本）とされている。また、過冷却域Ｃにおいて風上側となる伝熱管１，１・・の最下段に位置する伝熱管１に冷媒出口部４が設けられている。つまり、過冷却域Ｃｓにおいて風上側となる伝熱管１，１・・においては、最上段の伝熱管１から最下段の伝熱管１へと冷媒が流通されることとなっているのである。このようにすると、凝縮液冷媒の出口側への流れが重力により円滑に得られる。
【００３３】その他の構成および作用効果は、第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【００３４】上記各実施の形態においては、凝縮器として作用させた場合について説明しているが、本願発明の空冷熱交換器は、ヒートポンプ式空気調和機における室外あるいは室内熱交換器として使用できるものであり、そのときには、凝縮器として作用しているときに高能力を発揮できることは勿論、蒸発器として作用しているときにおける能力低下を抑えることができる。
【００３５】つまり、凝縮器として使用した場合に対向流となるようにすると、蒸発器として使用した場合には並行流となるため、蒸発能力が低下してしまうが、本願発明のように直交流とすれば、凝縮器としては高能力を得られ、蒸発器としての能力低下を抑えることができるのである。
【００３６】
【発明の効果】本願発明（請求項１の発明）によれば、冷媒Ｘが流通する複数列の伝熱管１，１・・と、該伝熱管１，１・・に対して直交配置されたフィン２とからなり、前記伝熱管１，１・・により一連の冷媒流通経路となるパスＰを構成してなる空冷熱交換器において、前記伝熱管１，１・・として、高凝縮熱伝達が得られる高性能伝熱管を用いるとともに、前記パスＰにおいて過冷却域Ｃｓとなる伝熱管１，１・・を、風上側に位置させて、過冷却域Ｃｓを流れる冷媒Ｘの温度と空気Ｗの温度との温度差を十分に確保できるようにしたので、高性能伝熱管の性能を十分に引き出すことができることとなり、空冷熱交換器の性能を向上させることができるという効果がある。
【００３７】請求項２の発明におけるように、前記過冷却域Ｃｓにおける伝熱管１，１・・においては、最上段の伝熱管１から最下段の伝熱管１へと冷媒Ｘを流通させるようにした場合、凝縮液冷媒の出口側への流れが円滑に得られる。
【００３８】請求項３の発明におけるように、前記過冷却域Ｃｓにおける伝熱管１，１・・においては、最下段の伝熱管１から最上段の伝熱管１へと冷媒Ｘを流通させるようにした場合、複数パスで冷媒Ｘを流通させた場合であっても、下方に隣接するパスＰからフィン２を介しての熱伝導の影響を少なくできる。
【００３９】請求項４の発明におけるように、前記冷媒Ｘとして、非共沸混合冷媒を用いた場合、非共沸混合冷媒では、凝縮の進行に応じて冷媒温度が低下するところから、より効果的である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２８５３
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）４月２１日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】大浜 博
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| 【公開番号】 |
特開平１１−３０４２９２ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１１月５日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１１０８０８ |
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