| 【発明の名称】 |
空気調和機の熱交換器 |
| 【発明者】 |
【氏名】久 保 徹
【氏名】辰 巳 光 好
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| 【要約】 |
【課題】冷媒封入量を増やす等の手段によらず、凝縮器となる場合の冷媒の過冷却度を大きく取れるような空気調和機の熱交換器の提供。
【解決手段】熱交換器は、凝縮器としての冷媒出口側の伝熱管７内に内挿体８が設けられている。この内挿体８は、伝熱管７内に同軸に配置された円柱状の内挿体本体８０と、複数の突起部８２とを有している。これらの突起部８２は、内挿体本体８０に対して軸線方向に延びると共に半径方向に突出して伝熱管７の内壁面に当接している。この内挿体本体８０によって流路が伝熱管７の内壁面側に狭められ、冷媒の流速が増大すると共に、冷媒が伝熱管７の内壁面側だけを流れる。また、伝熱管７の内壁面に当接した突起部８２によって、内挿体８を通じて、伝熱管７の内壁面と冷媒との間の熱伝達が図られる。従って、内挿体８が設けられた出口側の伝熱管７における熱伝達性能が、他の伝熱管７部分に比べて向上する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】冷媒の流れる伝熱管を備えた空気調和機の熱交換器において、当該熱交換器が凝縮器となる場合の冷媒出口側の前記伝熱管内に内挿体が設けられ、この内挿体は、前記伝熱管内に略同軸に配置された略円柱状の内挿体本体と、この本体の表面に設けられ前記伝熱管の内壁面に当接する複数の突起部とを有することを特徴とする空気調和機の熱交換器。
【請求項２】前記内挿体の突起部は、前記内挿体本体の軸線方向に螺旋状に延びていることを特徴とする請求項１記載の空気調和機の熱交換器。
【請求項３】前記内挿体本体の表面に、略軸線方向に延びる複数の溝部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の空気調和機の熱交換器。
【請求項４】前記内挿体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から作られていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気調和機の熱交換器。
【請求項５】冷媒の流れる伝熱管を備えた空気調和機の熱交換器において、前記伝熱管の内壁面に、略軸線方向に延びる複数の管内溝が形成されると共に、これらの管内溝の深さは、当該熱交換器が凝縮器となる場合の冷媒出口側の方が、冷媒入口側よりも深くなっていることを特徴とする空気調和機の熱交換器。
【請求項６】熱交換器は、室内熱交換器であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の空気調和機の熱交換器。
【請求項７】熱交換器は、室外熱交換器であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の空気調和機の熱交換器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和機の室内又は室外熱交換器に係り、とりわけ、凝縮器としての過冷却度を大きくとれるように伝熱管内の構造を改良した空気調和機の熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１４は、空気調和機における冷凍サイクルを構成する熱交換器２,３の一般的な構成を示す模式図である。ここで、図１５に示すように、一般的な空気調和機の冷凍サイクルは、圧縮機１、室内熱交換器２、絞り機構４、室外熱交換器３および四方弁５をそれぞれ冷媒配管で接続してなり、冷媒流れ方向が実線矢印のようになる暖房運転と、同じく破線矢印のようになる冷房運転とを四方弁５によって切り替えられるように構成されている。そして、このような空気調和機においては、暖房運転時に室内熱交換器２が、冷房運転時に室外熱交換器３がそれぞれ凝縮器（放熱側）となる。
【０００３】これらの熱交換器２,３は一般に、図１４に示すように、冷媒の流れる屈曲した伝熱管７と、この伝熱管７が貫通する多数のフィン６とを備えている。そして、凝縮器としての熱交換器２,３の伝熱管７内を流れる冷媒は、冷媒入口側から出口側へ至る過程で伝熱管７外を流れる空気等の流体と熱交換して放熱し、液冷媒に凝縮される。
【０００４】このような凝縮器としての熱交換器２,３の性能向上、すなわち冷媒出口側での冷媒の過冷却度向上を図る手段としては、一般に冷凍サイクルへの冷媒封入量を増大させることが考えられる。
【０００５】また従来、図１６に示すような、いわゆる複数パス構成の熱交換器（この場合は２―１パス構成の室内熱交換器）２"も提案されている。図１６において、円弧形熱交換器２０と平形熱交換器２２とを備えた室内熱交換器２"は、（矢印で示すように）凝縮器としての冷媒入口側で２パス構成となっている伝熱管７が、途中の合流部２４から１パス構成となって出口側に至っている。
【０００６】そして、このような複数パス構成の熱交換器２"において冷媒の過冷却度向上を図る手段として、図１６に示すように出口側の１パス部分の伝熱管７を長く取るとこで冷媒の流速を上げると共に、冷媒封入量を増大させるという提案がなされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の空気調和機の熱交換器には、以下のような問題点がある。すなわち、冷媒封入量を増やすと、圧縮機の信頼性が低下し、これを防ぐためにアキュムレータ（気液分離器）やレシーバ（受液器）等の補助的機器類を追加する必要が生ずる等の問題がある。
【０００８】また、図１６に示したような複数パス構成の熱交換器において、出口側の少パス部分の伝熱管７を長く取ると、熱伝達率の低い液冷媒の占める伝熱管７の部分が多くなって熱交換器全体の熱伝達性能が低下し、熱交換器温度が高くなってしまう。また、当該熱交換器が蒸発器となる場合に、入口側となる少パス部分の伝熱管７での冷媒の圧力損失が大きくなり、蒸発能力が低下してしまうという問題もある。
【０００９】本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、冷媒封入量を増やしたり、複数パス構成の熱交換器において出口側の少パス部分の伝熱管を長く取ったりしなくても、凝縮器となる場合に冷媒の過冷却度を大きく取れるような空気調和機の熱交換器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の手段は、冷媒の流れる伝熱管を備えた空気調和機の熱交換器において、当該熱交換器が凝縮器となる場合の冷媒出口側の前記伝熱管内に内挿体が設けられ、この内挿体は、前記伝熱管内に略同軸に配置された略円柱状の内挿体本体と、この本体の表面に設けられ前記伝熱管の内壁面に当接する複数の突起部とを有することを特徴とする空気調和機の熱交換器である。
【００１１】この第１の手段によれば、内挿体が設けられた伝熱管の内部においては、内挿体本体によって流路が伝熱管の内壁面側に狭められ、冷媒の流速が増大すると共に、冷媒が伝熱管の内壁面側だけを流れるので、伝熱管の内壁面と冷媒との間の伝熱を促進させることができる。また、内挿体の複数の突起部が伝熱管の内壁面に当接しているので、内挿体を通じて、伝熱管の内壁面と冷媒との間の間接的な熱伝達を図ることができる。これらのことにより、内挿体が設けられた伝熱管の内部における熱伝達性能を、他の伝熱管部分に比べて向上させることができる。第２の手段は、第１の手段において、前記内挿体の突起部は、前記内挿体本体の軸線方向に螺旋状に延びているものである。
【００１２】この第２の手段によれば、第１の手段において、内挿体の突起部によって冷媒の流れを螺旋状に旋回させることで、内挿体が設けられた伝熱管の内部における熱伝達性能をより一層向上させることができる。
【００１３】第３の手段は、第１の手段において、前記内挿体本体の表面に、略軸線方向に延びる複数の溝部が形成されているものである。
【００１４】この第３の手段によれば、第１の手段において、内挿体本体の複数の溝部によって内挿体本体と冷媒との間の熱伝達を促進させることにより、内挿体を通じての伝熱管の内壁面と冷媒との間の間接的な熱伝達量を増大させ、内挿体が設けられた伝熱管の内部における熱伝達性能をより一層向上させることができる。
【００１５】第４の手段は、第１乃至第３の手段のいずれかにおいて、前記内挿体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から作られているものである。
【００１６】この第４の手段によれば、第１乃至第３の手段のいずれかにおいて、内挿体の熱伝導率を向上させることで、内挿体を通じての伝熱管の内壁面と冷媒との間の間接的な熱伝達量を増大させ、内挿体が設けられた伝熱管の内部における熱伝達性能をより一層向上させることができる。
【００１７】第５の手段は、冷媒の流れる伝熱管を備えた空気調和機の熱交換器において、前記伝熱管の内壁面に、略軸線方向に延びる複数の管内溝が形成されると共に、これらの管内溝の深さは、当該熱交換器が凝縮器となる場合の冷媒出口側の方が、冷媒入口側よりも深くなっているものである。
【００１８】この第５の手段によれば、伝熱管の管内溝の深さが深くなるほど伝熱管の内壁面と冷媒との間の伝熱を促進させることができるので、当該熱交換器が凝縮器となる場合の冷媒出口側の伝熱管の内部における熱伝達性能を、入口側に比べて向上させることができる。
【００１９】第６の手段は、第１乃至第５の手段のいずれかにおいて、熱交換器を室内熱交換器としたものである。
【００２０】この第６の手段によれば、第１乃至第５の手段のいずれかにおいて、室内熱交換器が凝縮器となる空気調和機の暖房運転時に、当該室内熱交換器における冷媒の過冷却度を大きく取ることで、空気調和機の暖房能力を向上させることができる。
【００２１】第７の手段は、第１乃至第５の手段のいずれかにおいて、熱交換器を室外熱交換器としたものである。
【００２２】この第７の手段によれば、第１乃至第５の手段のいずれかにおいて、室外熱交換器が凝縮器となる空気調和機の冷房運転時に、当該室外熱交換器における冷媒の過冷却度を大きく取ることで、空気調和機の冷房能力を向上させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図１３は本発明による空気調和機の熱交換器の実施の形態を示す図である。なお、図１乃至図１３に示す本発明の実施の形態において、図１４および図１５に示す一般的な空気調和機の熱交換器または図１６に示す従来例と同一の構成部分には同一符号を付すと共に適宜、図１４および図１５も参照して説明する。
【００２４】［第１の実施形態］まず、図１乃至図５により本発明の第１の実施形態について説明する。まず、図１５に示す一般的な空気調和機の冷凍サイクルは、圧縮機１、室内熱交換器２、絞り機構４、室外熱交換器３および四方弁５をそれぞれ冷媒配管で接続してなり、冷媒流れ方向が実線矢印のようになる暖房運転と、同じく破線矢印のようになる冷房運転とを四方弁５によって切り替えられるように構成されている。そして、このような空気調和機においては、暖房運転時に室内熱交換器２が、冷房運転時に室外熱交換器３がそれぞれ凝縮器（放熱側）となる。
【００２５】これらの熱交換器２,３は一般に、図１４に示すように、冷媒の流れる屈曲した伝熱管７と、この伝熱管７が貫通する多数のフィン６とを備えている。このうち伝熱管７は一般に銅管であり、フィン６は一般にアルミ合金板である。そして、凝縮器としての熱交換器２,３の伝熱管７内を流れる冷媒は、冷媒入口側から出口側へ至る過程で伝熱管７外を流れる空気等の流体と熱交換して放熱し、液冷媒に凝縮される。
【００２６】ここで、図１に示すように、本実施形態の熱交換器２,３は、当該熱交換器２,３が凝縮器となる場合の冷媒出口側の伝熱管７内に内挿体８が設けられている。この内挿体８は、図２に示すように、伝熱管７内に同軸に配置された円柱状の内挿体本体８０と、この本体８０の表面に設けられた複数（この場合４つ）の突起部８２とを有している。これらの突起部８２は、内挿体本体８０（および伝熱管７）に対して軸線方向に延びると共に半径方向に突出し、その先端部が伝熱管７の内壁面に当接している。
【００２７】次に、このような構成よりなる本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態によれば、内挿体８が設けられた伝熱管７の内部においては、内挿体本体８０によって流路が伝熱管７の内壁面側に狭められ、冷媒の流速が増大すると共に、冷媒が伝熱管７の内壁面側だけを流れるので、伝熱管７の内壁面と冷媒との間の伝熱を促進させることができる。また、内挿体８の複数の突起部８２が伝熱管７の内壁面に当接しているので、内挿体８を通じて、伝熱管７の内壁面と冷媒との間の間接的な熱伝達を図ることができる。これらのことにより、内挿体８が設けられた伝熱管７の内部における熱伝達性能を、他の伝熱管７部分に比べて向上させることができる。
【００２８】従って、熱交換器２,３が凝縮器となる場合の冷媒出口側の伝熱管７内の熱伝達性能を向上させ、冷媒封入量を特に増やさなくても、当該熱交換器２,３における冷媒の過冷却度を大きく取ることが可能となる。このため、冷媒封入量を増やすことに伴う圧縮機１の信頼性低下や補助的機器類の必要を回避しつつ、凝縮器の性能を向上させ、空気調和機の能力向上や小型化を図ることが可能となる。
【００２９】具体的には、図１５において、室内熱交換器２が凝縮器となる暖房運転時に、当該室内熱交換器２における冷媒の過冷却度を大きく取ることで、空気調和機の暖房能力を向上させることができる。一方、室外熱交換器３が凝縮器となる冷房運転時に、当該室外熱交換器３における冷媒の過冷却度を大きく取ることで、空気調和機の冷房能力を向上させることができる。
【００３０】ここで、図３乃至図５により、本実施形態の内挿体８の各種変形例について説明する。まず、図３に示す内挿体８Ａは、上記突起部８２が、内挿体本体８０の軸線方向に螺旋状に延びているものである。この場合、内挿体８Ａの突起部８２によって冷媒の流れを螺旋状に旋回させることで、内挿体８Ａが設けられた伝熱管７の内部における熱伝達性能をより一層向上させることができる。
【００３１】次に、図４に示す内挿体８Ｂは、内挿体本体８０の表面に、略軸線方向に延びる複数の溝部８４が形成されている。この場合、内挿体本体８０の複数の溝部８４によって内挿体本体８０と冷媒との間の熱伝達を促進させることにより、内挿体８Ｂを通じての伝熱管７の内壁面と冷媒との間の間接的な熱伝達量を増大させ、内挿体８Ｂが設けられた伝熱管７の内部における熱伝達性能をより一層向上させることができる。
【００３２】次に、図５に示す内挿体８Ｃは、上記突起部８２に代えて、伝熱管７の内壁面に密着した複数（この場合４つ）の板状接触部８８と、これらの接触部８８と内挿体本体８０とを各々連結する連結部８６とを有している。この場合、複数の板状接触部８８によって伝熱管７の内壁面と内挿体８Ｃとの接触面積を大きく取ることで、内挿体８Ｃを通じての伝熱管７の内壁面と冷媒との間の間接的な熱伝達量を増大させ、内挿体８Ｃが設けられた伝熱管７の内部における熱伝達性能をより一層向上させることができる。
【００３３】なお、以上のような内挿体８〜８Ｃは、熱伝導率の高いアルミニウムまたはアルミニウム合金から作られていることが、内挿体８〜８Ｃを通じての伝熱管７の内壁面と冷媒との間の間接的な熱伝達量を増大させ、内挿体８が設けられた伝熱管７の内部における熱伝達性能をより一層向上させる観点から好ましい。
【００３４】［第２の実施形態］次に、図６乃至図１３により本発明の第２の実施形態について説明する。なお、図６乃至図９に示す本実施形態において、図１および図２に示す上記第１の実施形態と同一の構成部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３５】図６には、本実施形態の室内熱交換器２′が示され、図７には、同じく室外熱交換器３′が示されている。これらの熱交換器２′,３′は、いわゆる複数パス構成の熱交換器であり、図６に示す室内熱交換器２′は２―１パス構成、図７に示す室外熱交換器３′は４―２パス構成となっている。
【００３６】具体的には、図６に示す室内熱交換器２′は、上部で屈曲した円弧形熱交換器２０と、この円弧形熱交換器２０の後上方部分（図６の右側部分）の上に配置された平形熱交換器２２とを備えている。また、室内熱交換器２′は、（矢印で示すように）凝縮器としての冷媒入口側で２パス構成となっている伝熱管７が、円弧形熱交換器２０における途中の合流部２４から１パス構成となり、さらに平形熱交換器２２を通って出口側に至っている。この場合、室内熱交換器２′を構成する伝熱管７のうち、平形熱交換器２２部分における伝熱管を、特に符号７ａで示す。
【００３７】また、図７に示す室外熱交換器３′は、（矢印で示すように）凝縮器としての冷媒入口側で２パス×２＝４パス構成となっている伝熱管７が、途中の各合流部３０から１パス×２＝２パス構成となり、それぞれ出口側に至っている。この場合、室外熱交換器３′を構成する伝熱管７のうち、各パス毎に出口側から２本ずつ計４本の伝熱管７を、特に符号７ｂで示す。
【００３８】次に、図８および図９により、各熱交換器２′,３′の伝熱管７,７ａ,７ｂについて説明する。まず、図８に示すように、における伝熱管７のうち、上記伝熱管７ａ,７ｂの内部にだけ内挿体８Ｄが設けられている。これらの内挿体８Ｄは、各伝熱管７ａ,７ｂ内に同軸に配置された円柱状の内挿体本体８０と、この本体８０の表面に設けられ伝熱管７ａ,７ｂの内壁面に当接した２対の突起部８３とを有している。
【００３９】次に、図９に示すように、各熱交換器２′,３′における伝熱管７（伝熱管７ａ,７ｂを含む）の内壁面に、軸線方向に延びる多数の管内溝（リップル溝）７０が形成されている。そして、各熱交換器２′,３′が凝縮器となる場合の冷媒出口側の伝熱管７ａ,７ｂにおける管内溝７０の深さＣは、その他の伝熱管７における管内溝７０の深さＣよりも深くなっている。
【００４０】次に、このような構成よりなる本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態によれば、内挿体８Ｄが設けられた伝熱管７ａ,７ｂの内部においては、内挿体本体８０によって流路が伝熱管７ａ,７ｂの内壁面側に狭められ、冷媒の流速が増大すると共に、冷媒が伝熱管７ａ,７ｂの内壁面側だけを流れるので、伝熱管７ａ,７ｂの内壁面と冷媒との間の伝熱をより促進させることができる。
【００４１】また、伝熱管７,７ａ,７ｂの管内溝７０の深さＣが深くなるほど伝熱管７,７ａ,７ｂの内壁面と冷媒との間の伝熱がより促進されるので、管内溝７０の深さＣの深い方の伝熱管７ａ,７ｂにおける内壁面と冷媒との間の伝熱を、その他の伝熱管７に比べて向上させることができる。
【００４２】従って、当該熱交換器２′,３′が凝縮器となる場合の冷媒出口側の伝熱管７ａ,７ｂの内部における熱伝達性能を、その他の伝熱管７に比べて向上させることができるので、複数パス構成の熱交換器２′,３′において出口側の少パス部分（室内熱交換器２′では１パス部分、室外熱交換器３′では２パス部分）の伝熱管７を長く取ったり、冷媒封入量を増やしたりしなくても、当該熱交換器２′,３′における冷媒の過冷却度を大きく取ることが可能となる。
【００４３】このため、凝縮器出口側の上記少パス部分の伝熱管７を特に長く取らなくても、過冷却度を大きくすることができるので、熱伝達率の低い液冷媒の占める伝熱管７の部分が多くなって熱交換器全体の熱伝達性能が低下することを防止し、熱交換器温度を低く保つことができる。また、当該熱交換器２′,３′が蒸発器となる場合に、入口側となる少パス部分の伝熱管７での冷媒の圧力損失が大きくなることを防止し、蒸発能力の低下を回避することができる。
【００４４】また、冷媒封入量を増やすことに伴う圧縮機の信頼性低下や補助的機器類の必要を回避しつつ、凝縮器の性能を向上させ、空気調和機の能力向上や小型化を図ることが可能となる。
【００４５】
【実施例】次に、図８および図９並びに図１０乃至図１３により上記第２の実施形態における実施例について説明する。本実施例は、図９に示す上記伝熱管７,７ａ,７ｂの外径Ａ、肉厚Ｂおよび管内溝深さＣ、並びに図８に示す上記内挿体本体８０の外径Ｄの各寸法を、それぞれ図１０に示すように設定したものである。
【００４６】なお、図１０において、「平形熱交換器」とあるのは、室内熱交換器２′において平形熱交換器２２を構成する上記伝熱管７ａを表し、「円弧形熱交換器」とあるのは、室内熱交換器２′において円弧形熱交換器２０を構成するその他の伝熱管７を表している。また、同じく「室外熱交換器の出口２本」とあるのは、室外内熱交換器３′において各パスの出口側の２本ずつの伝熱管を構成する上記伝熱管７ｂを表し、「室外熱交換器」とあるのは、室外熱交換器３′のその他の伝熱管７を表している。
【００４７】また、従来例として、上記伝熱管７ａ,７ｂを用いないで、単に凝縮器出口側の上記少パス部分の伝熱管７を長く取ることで、本実施例の熱交換器２′,３′と同じ過冷却度（この場合は、図１１および図１２に示す凝縮器出口温度ｄ）が得られるようにした室内および室外熱交換器を用意した。そして、実際の空気調和機について、これらの従来例と本実施例との熱交換器温度の比較を行った。
【００４８】その比較結果が、図１１乃至図１３に示されている。ここで、図１１は、凝縮器入口から出口にかけての熱交換器温度（熱交温度）の変化を示すグラフ、図１２は、冷媒のエンタルピ-圧力変化を示すモリエル線図を、図１１の温度変化との関係で示すグラフ、図１３は、凝縮器としての各熱交換器の各段階における温度を、図１１および図１２に対応して示す表である。
【００４９】図１１乃至図１３から分かるように、凝縮器の入口と出口との間における熱交換器の中間部分の温度は、本実施例の温度ｃ（＝３９℃/４３℃）の方が、従来例の温度ｂ（＝４０℃/４４℃）に比べて１℃程低くなっている。このことからも、本実施形態によれば、従来例に対して同じ過冷却度（凝縮器出口温度ｄ）を得るのに要する上記少パス部分の伝熱管長さをより短くでき、熱交換器温度を低く保つことができることが裏付けられた。
【００５０】
【発明の効果】本発明によれば、熱交換器が凝縮器となる場合の冷媒出口側の伝熱管内の熱伝達性能を向上させることにより、冷媒封入量を増やしたり、複数パス構成の熱交換器において出口側の少パス構成の伝熱管の部分を長く取ったりしなくても、当該熱交換器における冷媒の過冷却度を大きく取ることが可能となる。このため、冷媒封入量を増やすことに伴う圧縮機の信頼性低下や補助的機器類の必要を回避しつつ、凝縮器の性能を向上させ、空気調和機の能力向上や小型化を図ることが可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
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| 【出願日】 |
平成１０年８月４日（１９９８．８．４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４２８５
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 一雄 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−５５５０９（Ｐ２０００−５５５０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年２月２５日（２０００．２．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２２０７５７ |
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