JP2002147893A - 熱交換器 - Google Patents
熱交換器Info
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Abstract
決定されるに過ぎなかったため、フィンの特定箇所に多
くの霜が着いてしまい空気が通過する風路が狭められ熱
交換率が悪化したり、ヒーターによる除霜処理が効率的
に行えないという問題があった。 【解決手段】 乾き度0.6〜0.9の冷媒が通過する
伝熱管の直管部の列と、隣接する風下側の直管部の列と
の列ピッチを、他の隣接する直管部の列同士のピッチよ
りも大きくした。さらに、乾き度0.6〜0.9の冷媒
が通過する伝熱管の直管部の列を、ヒーターが設置され
たフィンの風上側に近付けるようにした。
Description
置に用いる熱交換器に関するものであり、特に熱交換器
の着霜耐力と除霜能力とを向上させる技術に関するもの
である。
された熱交換器の外観図である。図18中、100は熱
交換器であり、複数の穴部を有する同一形状の複数のフ
ィン101と複数の伝熱管102と、横方向に相隣り合
う伝熱管102の口部を接続するUベンド(図示せず)
で主に構成されている。また、複数のフィン101は平
行に並べられており、ヘアピン部102aと2本の直管
部とで構成されたU字状の伝熱管102が各フィン10
1の2つの穴に、各フィン101と垂直になるように貫
通させることで複数のフィン101と伝熱管102とは
接着・固定する。なお、伝熱管102は、一本の直管を
曲げるようにしてヘアピン部102aと2本の直管部を
有するように形成するのが一般的である。また、フィン
同士の間隔(以降、「フィンピッチ」とする)は同じであ
り、横方向で相隣り合う伝熱管102同士の間隔(以
降、「列ピッチ」とする)、および縦方向で相隣り合う伝
熱管102同士の間隔(以降、「段ピッチ」とする)も同
じである。
器100では、列ピッチ、段ピッチ、フィンピッチをど
のようにとれば霜が一番着きにくいか、伝熱管の配置を
どのようにすれば霜が一番着きにくいか等に関係なく各
ピッチを等間隔で形成していたので、着霜の分布は成り
行きにより決定されるに過ぎなかった。この場合、フィ
ンの特定箇所に多くの霜が着いてしまうと、空気が通過
する風路が狭められ、熱交換率が悪化するという問題が
あった。
用ヒータを設置し、これを稼動させることで除霜を行な
っているが、その除霜用ヒータの設置位置と着霜との関
係が不明確であったので、ヒータを稼動させた時に、着
霜が一番多い部分の霜除去が効率よく行えず、除霜運転
に多くの時間を要するという問題があった。なお、除霜
時間を短くするためには、除霜用ヒータの容量をアップ
させたり、除霜用ヒータを熱交換器のいろいろな箇所に
設置させたりすることも考えられるが、これではコスト
高になってしまう。
なされたものであり、着霜される箇所を分散させ、さら
に、除霜を効率良く行うことができる熱交換器を提供す
ることを目的としている。
器では、直管部は風上側から風下側に向かって複数の列
をなして並んでおり、さらに、乾き度0.6〜0.9の
冷媒が通過する直管部の列と、隣接する風下側の直管部
の列との列ピッチは、他の隣接する直管部の列同士のピ
ッチよりも大きいものとした。
管部は風上側から風下側に向かって複数の列をなして並
んでおり、さらに、最も風上側に位置する直管部での冷
媒の乾き度が0.6〜0.9であるものとした。
所にヒータを設けた。
管部は風上側から風下側に向かって第1列、第2列、第
3列の3つの列をなして並んでおり、第1列と第2列と
の列ピッチは、第2列と第3列の列ピッチよりも大きも
のとした。
が貫通している第1のフィンと、第2列、第3列の直管
部が貫通している第2のフィンとを備え、第1のフィン
は少なくとも1以上の第2のフィンを隔てて並んでいる
ものとした。
〜0.9の冷媒が通過するものとした。
の実施の形態1における冷凍サイクルの構成を示す構成
図である。図1中、冷凍サイクル1は、圧縮機2と、凝
縮器3と、膨張弁4と、熱交換器5と、それらを順次接
続させる冷媒配管6とから主に構成されている。次に、
動作について説明する。圧縮機2で圧縮され、高温・高
圧となったガス冷媒は凝縮器3に流れ込み、そこで液冷
媒となって膨張弁4に流れ込む。膨張弁4で減圧された
冷媒は気液二相冷媒となって熱交換器5に流れ込む。流
れ込んだ気液二相冷媒は、空気の熱を奪いながら蒸発し
てガスになり、圧縮機2に流れ込む。
図2(a)は、熱交換器5の外観図である。図中、熱交
換器5は、複数の穴部を有する同一形状の複数のフィン
10とヘアピン部11aと2つの直管部11bとからな
るU字状の複数の伝熱管11と、相隣り合う伝熱管11
の口部を相互に接続するUベンドで主に構成されてい
る。また、複数のフィン10は平行に並べられており、
伝熱管11の直管部11bが各フィン10の2つの穴
に、各フィン10と垂直になるように貫通することで複
数のフィン10と伝熱管11とは接着・固定している。
なお、各フィン10の間を流体として空気が流れ、伝熱
管11の内部を冷媒が流れることで冷媒と空気との熱交
換が行われ、冷やされた空気が放出されることになる。
なお、図2(b)は伝熱管11の構成を示す構成図であ
る。次に、各フィン10の穴部と、各穴部に配置される
伝熱管11との関係を図3の配置図に基づいて説明す
る。なお、図3は、図2の熱交換器5をA方向側から見
た場合の配置図である。
側に向かって、第1列穴部10a、第2列穴部10b、
第3列穴部10c、第4列穴部10d、第5列穴部10
e、第6列穴部10fが設けられており、さらに、第1
列穴部10aの穴、第2列穴部10bの穴、第3列穴部
10cの穴、第5列穴部10eの穴、第6列穴部10f
の穴のうち、それぞれ隣接する2つの穴に1つの伝熱管
11の直管部11bが貫通している。また、各伝熱管1
1の直管部11bの口部には隣り合う伝熱管11の直管
部11bの口部と接続させるためのUベンド12が取り
付けられている。
0cと第5列穴部10eとに挿入された直管部11bの
列ピッチRRpは、第1列穴部10aと第2列穴部10
bとに挿入された直管部11bの列ピットRp:22m
mの2倍の44mmとなる。なお、空気は右方向から左
方向に流れ、冷媒は伝熱管11・Uベンド12を通りな
がら左方向から右方向に向かって流れる。
であり、フィン10の側面に固定され、さらに、その数
は風上側の方が風下側に比較して多くなっている。な
お、除霜運転(以下、「デフロスト運転」)時には、この
電気ヒータ13が通電され、熱伝導と輻射熱によって、
フィン10の表面に付着した霜を解かす働きをする。
明する。熱交換器5を蒸発器として用いた場合には、空
気と熱交換する際に空気中の水分が凝縮するので、フィ
ン10の表面に水滴が付着する。氷点下ではこの水分が
霜(氷)となり、時間と共にフィン10の表面での霜の
厚みが大きくなり、これによりフィン間の空気が通過で
きる風路が狭められ、熱交換器5での流路抵抗が大きく
なる。その結果、排出される風量が大幅に低下し、それ
に伴い冷却能力も低下する。また、着霜により管外の熱
抵抗も時間とともに増大するため、冷却能力を低下させ
る。そこで、あらかじめ設定された時間の間隔でデフロ
スト運転を行い、フィン表面の霜を解かしている。
は4〜7℃程度で制御されている。このような運転下に
おける着霜状態は図4に示すように、風が通る方向に分
布を持つようになる。また、この着霜量が最も多い箇所
は、図5に示すように、フィン表面温度における絶対飽
和湿度と空気の絶対湿度の差がもっとも大きくなる所
で、これはフィン表面の温度が最も低くなる所でもあ
る。また、フィン表面温度が最も低くなるのは、管内熱
伝達率が最も大きくなる伝熱管の直管部が貫通している
付近であり、気液二相流の蒸発熱伝達率の場合は図6に
示されるように、ドライアウトが発生するポイントにな
る。なお、このドライアウトは、冷媒の乾き度が0.6
〜0.9で発生する。
乾き度が0.6〜0.9となる冷媒が流れる伝熱管の直
管部近辺であり、従って、伝熱管の配置を変えること
で、着霜の分布を制御することが可能となる。次に、こ
の実施の形態における熱交換器での着霜現象について説
明する。まず、この実施の形態のように第4列穴部10
dに伝熱管を通さない場合と、従来のように伝熱管を通
した場合を比較する。図7は、第4列穴部も含めて全て
の穴部に伝熱管の直管部を通した6列の熱交換器のフィ
ン表面温度分布図、図8は着霜分布図である。図7から
分かるように、第4列穴部を貫通する4列目の直管部付
近のフィン表面温度が最も低い値を示すことから、この
4列目の直管部での乾き度が0.6〜0.9と考えられ
る。また、図8からわかるように、着霜は第4列穴部1
0dを貫通する4列目の直管部付近のフィンに最も多く
発生している。
熱交換器5のフィン表面温度分布図、図10は着霜分布
図である。図7、図8および図9、図10を比較する
と、図9、図10では、第3列穴部10dを貫通する3
列目の直管部での冷媒の乾き度が0.6〜0.9となる
ので、従来と比較してフィン表面温度の分布と着霜分布
が変わり、より風上側、すなわち、ヒータ13により近
い位置に一番着霜される箇所が偏ることになる。よっ
て、この状況では、デフロスト運転時の除霜効果が向上
する。
1を見ればわかるように、この実施の形態における5列
での熱交換器5での着霜量は、従来の6列での熱交換器
に比較して低減される。さらに、従来の熱交換器とこの
実施の形態の熱交換器での時間と冷却能力との関係は、
はぼ図12の関係図に示すような傾向となる。すなわ
ち、この実施の形態の熱交換器では、従来の熱交換器に
比較して着霜によって時間とともに低下する冷却能力の
割合は小さくなり、同時にデフロスト運転に入るまでの
時間Tdf1を大きくすることができるので、着霜耐力が
アップする。但し、フィンを貫通する直管部の列が1列
削減されているので、初期の能力(無着霜時)は抜いて
いない従来の熱交換器より弱冠劣ることになる。
が流れる伝熱管の直管部と、それよりも風下に位置する
直管部との列ピッチを他の列ピッチよりもあけること
で、乾き度0.6〜0.9の冷媒が流れる伝熱管の直管
部と風下に位置する直管部との間での着霜を分散でき、
狭い範囲に集中的に着霜されることにより風路が極端に
狭くなることを回避できる。また、乾き度0.6〜0.
9の冷媒が流れる伝熱管の直管部をフィンの風上方向に
移動できるので、デフロスト運転時の除霜効率が向上す
る。さらに、積算の冷却能力もアップするために、デフ
ロスト運転に入るまでの時間が長くなり、1日に行われ
るデフロスト運転の回数が削減するので、さらに、消費
電力の低減を図ることが可能となる。
1dには全く直管部を貫通させない構成としたが、一部
直管部を貫通させても、従来に比較して着霜量を低減す
ることができる。また、この実施の形態の熱交換器5で
は、3列目の直管部と4列目の直管部との列ピッチを他
の列ピッチより大きくするために、第1列穴部から第6
列穴部までを有するフィンを使用し、第4列穴部に伝熱
管の直管部を貫通させないようにした。これは、従来と
同じフィンを使用する方が製造の手間やコストの観点か
ら、列ピッチを大きくする方法としては最も合理的であ
ると考えられたからであるが、特にこのフィン形状にこ
だわる必要はなく、第4列穴部に相当するものが塞がれ
たようなフィンを使用しても当然によい。
の形態2における熱交換器のフィン及び伝熱管の配置図
である。図中、20はフィンであり、等間隔に形成され
た第1列穴部20a、第2列穴部20b、第3列穴部2
0c、第4列穴部20dを有している。また、第1列穴
部20a、第3列穴部20c、第4列穴部20dには、
伝熱管11の直管部11bが貫通しており、第2列穴部
20bには直管部11bが貫通しない構成となってい
る。このような構成では、一番風上側に存在する第1列
穴部20aを貫通する1列目の直管部11bに乾き度
0.6〜0.9の冷媒が存在するような形になる。よっ
て、一番着霜の多い部分は除霜ヒータの直近に位置する
ことになり、デフロスト運転時の除霜効率が向上する。
に、デフロスト運転に入るまでの時間を長くすることが
可能となり、1日に行われるデフロスト運転の回数を削
減することができ、消費電力の低減も図ることが可能と
なる。さらにまた、冷媒の乾き度0.6〜0.9の冷媒
が流れる伝熱管の直管部と、それよりも風下に位置する
直管部との間隔をあけているので、着霜を均一化でき、
狭い範囲に集中的に着霜されることにより風路が極端に
狭くなることを回避できる。
穴部から第4列穴部を有するフィンを使い、第2列穴部
に伝熱管の直管部を貫通させない構成とすることで、冷
媒の乾き度0.6〜0.9となる直管部を一番風上側に
配置できるような構成にしたが、フィンに第1列穴部、
第2列穴部、第3列穴部を等間隔に配置し、各穴部に伝
熱管の直管部を貫通させ、第1列穴部に挿入される1列
目の直管部の冷媒乾き度を0.6〜0.9となるように
してもよい。
る熱交換器のフィン及び伝熱管の配置図である。図中、
30はフィンであり、等間隔に形成された第1列穴部3
0a、第2列穴部30b、第3列穴部30cを有してい
る。また、第1列穴部30a、第2列穴部30b、第3
列穴部30cには、伝熱管11の直管部11bが挿入さ
れる構成となっており、膨張弁の開度の変更や冷媒の流
し方(パスパターン)等を調節することで、第1列穴部
30aに挿入された1列目の直管部11bでの冷媒乾き
度を0.6〜0.9になるようにしている。
を除霜ヒータの直近に位置させることができるようにな
り、デフロスト運転時の除霜効率が向上し、また、積算
の冷却能力もアップするために、デフロストに入るまで
の時間を長くすることが可能となり、1日に行われるデ
フロスト運転の回数を削減することができ、さらに、消
費電力の低減も図ることが可能となる。
の形態4における熱交換器を示す外観図である。図中、
40は第1のフィン、50は第2のフィンであり、交互
に並べられ、穴部に伝熱管の直管部を貫通させることで
接着・固定している。図16(a)は、第1のフィン4
0と伝熱管との配置関係を示す配置図である。第1のフ
ィン40は、等間隔に形成された第1列穴部40a、第
2列穴部40b、第3列穴部40c、第4列穴部40d
とを有している。また、第1列穴部40a、第3列穴部
40c、第4列穴部40dには、伝熱管11の直管部1
1bが貫通しており、第2列穴部40bには貫通してい
ない構成となっている。
と伝熱管との配置関係を示す配置図である。第2のフィ
ン50は、第3列穴部50c、第4列穴部50dとを有
しており、第1のフィン40の第3列穴部40cを貫通
した2列目の直管部11bが第2のフィン50の第3列
穴部50cを貫通し、第1のフィン40の第4列穴部4
0dを貫通した3列目の直管部11bが、第2のフィン
50の第4列穴部50dを貫通する構成となっている。
よって、1列目の直管部11bでのフィンピッチは8m
mとなり、2列目および3列目の直管部11bのフィン
ピッチ4mmに比較して、2倍の間隔となる。さらに、
1列目の直管部11bでの冷媒乾き度は0.6〜0.9
になるように調整されている。
の形態2の熱交換器での時間と冷却能力との関係は、は
ぼ図17の関係図に示すような傾向となる。すなわち、
この実施の形態での熱交換器の方が冷凍能力の劣化が発
生する時間が長く、よって、デフロフト運転に入る時間
が遅い。これは、冷媒乾き度が0.6〜0.9となる1
列目の直管部11bは、第1のフィン40のみに接着
し、第2のフィン50には接着していないので、1列目
の直管部11bの貫通部分に着く霜の量が減少し、着霜
による風路の狭まる量も減少するからである。
なる1列目の直管部が貫通するフィンピッチを、2列目
以降の直管部が貫通するフィンピッチよりも大きくした
ことにより、着霜量をさらに低減でき、同時に積算の冷
却能力もアップするために、デフロストに入るまでの時
間をさらに長くすることが可能となる。さらに、1日に
行われるデフロスト運転の回数も削減できるので、電力
の消費量も低減できる。
40と第2のフィン50とを交互に並ベたが、例えば、
第1のフィン40同士の間に第2のフィン50を2枚以
上並ベるようにして構成しても当然によい。
0.6〜0.9の冷媒が通過する直管部の列と、隣接す
る風下側の直管部の列との列ピッチが、他の隣接する直
管部の列同士のピッチよりも大きくしたので、狭い範囲
に集中的に着霜されることにより風路が極端に狭くなる
ことを回避できる。さらに、積算の冷却能力もアップす
るために、デフロスト運転に入るまでの時間が長くな
り、1日に行われるデフロスト運転の回数が削減するの
で、さらに、消費電力の低減を図ることが可能となる。
媒の乾き度を0.6〜0.9としたので、デフロスト運
転でのデフロスト運転時の除霜効率を向上させることが
できる。
が貫通している第1のフィンと、第2列、第3列の直管
部が貫通している第2のフィンとを備え、第1のフィン
は少なくとも1以上の第2のフィンを隔てて並んでいる
ものとしたので、着霜の量がさらに減少できる。
伝熱管の配置図である。
ある。
る。
面温度分布図である。
着霜分布図である。
交換器とのフィン着霜分布を比較した図である。
と伝熱管の配置図である。
と伝熱管の配置図である。
ある。
フィン、第2のフィンと伝熱管の配置図である。
膨張弁、5 熱交換器、 6 冷媒配管、 10 フ
ィン、 10a 第1列穴部、10b 第2列穴部、
10c 第3列穴部、 10d 第4列穴部、10e
第5列穴部、 10f 第6列穴部、 11 伝熱管、
11a ヘアピン部、 11b 直管部、 12 Uベ
ンド、13 ヒーター、 20 フィン、 20a 第
1列穴部、20b 第2列穴部、 20c 第3列穴
部、 20d 第4列穴部、30 フィン、 30a
第1列穴部、 30b 第2列穴部、30c 第3列穴
部、 40 第1のフィン、 40a 第1列穴部、4
0b 第2列穴部、 40c 第3列穴部、 40d
第4列穴部、50 フィン、 50c 第3列穴部、
50d 第4列穴部。
Claims (6)
- 【請求項1】 2本の直管部とヘアピン部とを有するU
字状の複数の伝熱管と、一定の間隔で平行に並ベられた
複数のフィンとを備え、前記直管部が前記フィンを貫通
している熱交換器において、前記直管部は風上側から風
下側に向かって複数の列をなして並んでおり、さらに、
乾き度0.6〜0.9の冷媒が通過する直管部の列と、
隣接する風下側の直管部の列との列ピッチは、他の隣接
する直管部の列同士のピッチよりも大きいことを特徴と
する熱交換器。 - 【請求項2】 2本の直管部とヘアピン部とを有するU
字状の複数の伝熱管と、一定の間隔で平行に並ベられた
複数のフィンとを備え、前記直管部が前記フィンを貫通
している熱交換器において、前記直管部は風上側から風
下側に向かって複数の列をなして並んでおり、さらに、
最も風上側に位置する直管部での冷媒の乾き度が0.6
〜0.9であることを特徴とする熱交換器。 - 【請求項3】 フィンの最も風上側に位置する箇所にヒ
ータを設けたことを特徴とする請求項1または請求項2
に記載の熱交換器。 - 【請求項4】 2本の直管部とヘアピン部とを有するU
字状の複数の伝熱管と、一定の間隔で平行に並ベられた
複数のフィンとを備え、前記直管部が前記フィンを貫通
している熱交換器において、前記直管部は風上側から風
下側に向かって第1列、第2列、第3列の3つの列をな
して並んでおり、前記第1列と前記第2列との列ピッチ
は、前記第2列と前記第3列の列ピッチよりも大きいこ
とを特徴とする熱交換器。 - 【請求項5】 第1列、第2列、第3列の直管部が貫通
している第1のフィンと、第2列、第3列の直管部が貫
通している第2のフィンとを備え、前記第1のフィンは
少なくとも1以上の前記第2のフィンを隔てて並んでい
ることを特徴とする請求項4に記載の熱交換器。 - 【請求項6】 第1列の直管部には乾き度0.6〜0.
9の冷媒が通過することを特徴とする請求項4または請
求項5に記載の熱交換器。
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JP2000346773A JP4337259B2 (ja) | 2000-11-14 | 2000-11-14 | 熱交換器 |
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WO2004048876A1 (ja) * | 2002-11-26 | 2004-06-10 | Daikin Industries, Ltd. | 対空気用熱交換器及び冷凍装置 |
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-
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- 2000-11-14 JP JP2000346773A patent/JP4337259B2/ja not_active Expired - Lifetime
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