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JP3129721B2 - 冷媒凝縮器及び冷媒凝縮器のチューブ群数の設定方法 - Google Patents

冷媒凝縮器及び冷媒凝縮器のチューブ群数の設定方法

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Publication number
JP3129721B2
JP3129721B2 JP01193390A JP19339089A JP3129721B2 JP 3129721 B2 JP3129721 B2 JP 3129721B2 JP 01193390 A JP01193390 A JP 01193390A JP 19339089 A JP19339089 A JP 19339089A JP 3129721 B2 JP3129721 B2 JP 3129721B2
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JP
Japan
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tube
tubes
refrigerant
core
refrigerant condenser
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JP01193390A
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JPH0359364A (ja
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昌宏 下谷
宏己 太田
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は、ガス冷媒を冷却して液化凝縮する冷媒凝縮
器に関する。 [従来の技術] 従来の冷媒凝縮器として、特開昭63−34466号公報に
示される技術が知られている。この技術に示される冷媒
凝縮器は、複数のチューブと、チューブの端部に接続さ
れたタンクとを具備する。この冷媒凝縮器は、タンクの
内部にセパレータを設けて、複数のチューブを複数のチ
ューブ群に分割し、冷媒が前記複数のチューブ群を流れ
ることにより1回以上ターンさせるものである。
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は、冷媒凝縮器内で冷媒をターンさせるこ
とで、熱交換効率を高めるものである。 しかるに、従来の技術では、ターン数(チューブ群
数)を何に基づいて決定すると熱交換効率が向上するか
が明らかでなかった。このため最適なチューブ群数が得
られず、十分な熱交換効率の向上が図れなかった。 本発明の目的は、最適なチューブ群数にでき高い熱交
換効率をえることのできる冷媒凝縮器およびそのチュー
ブ群数の設定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明では、チューブとコルゲートフィ
ンとによってコアが構成され、このコアを形成するチュ
ーブの長手方向の長さをコア幅としたとき、このコアの
幅と前記チューブの水力直径との比(コア幅/水力直
径)が大きくなるに従い前記チューブ群の数を減少させ
る関係に設定されている冷媒凝縮器としたことを特徴と
している。 請求項2記載の発明では、チューブとコルゲートフィ
ンとによってコアが構成され、このコアを形成するチュ
ーブの長手方向の長さをコア幅としたとき、このコアの
幅と前記チューブの水力直径との比(コア幅/水力直
径)が大きくなるに従い前記チューブ群の数を減少させ
るさせるように設定する冷媒凝縮器のチューブ群数の設
定方法としたことを特徴としている。
【発明の作用および効果】
コアの幅と前記チューブの水力直径との比(コア幅/
水力直径)が大きくなるに従い前記チューブ群の数を減
少させる関係に設定されることによって、冷媒凝縮器に
おける冷媒のチューブ群の数が最適化され、冷媒凝縮器
において高い熱交換効率を得ることができる。 [実施例] 次に、本発明の冷媒凝縮器を、図に示す一実施例に基
づき説明する。 (実施例の構成) 第1図は冷媒凝縮器の断面図を示す。 冷媒凝縮器1は、図示しない冷凍サイクルの構成要素
で、図示しない冷媒圧縮機より送られてきた高温、高圧
のガス冷媒を、室外空気と熱交換させ、液化、凝縮する
ものである。冷媒凝縮器1は、耐腐食性に優れ、熱伝達
率の高い金属材料(例えばアルミニウム)をろう付けし
てなり、大別して、複数のチューブ2、このチューブ2
の間に配されたコルゲートフィン3、複数のチューブ2
の両端に接続されたタンク4から構成される。 次に、チューブ2、コルゲートフィン3、タンク4を
説明する。 チューブ2の説明。 チューブ2は、偏平な管で、内部に多数の冷媒通路が
形成されている。チューブ2の本数は、下述する手段に
よって設定される。 コルゲートフィン3の説明。 コルゲートフィン3は、各チューブ2の各間に挟ま
れ、チューブ2の間を流れる空気と、チューブ2の内部
を流れる冷媒との熱交換効率を向上させるもので、極薄
の板材を、液状に曲折して設けたものである。なお、コ
ルゲートフィン3には、伝熱促進のために、多数のルー
バが形成されている。 タンク4の説明。 タンク4は、複数のチューブ2の両端に接続されるヘ
ッダで、筒体5、キャップ6、セパレータ7よりなる。
そして、一方のタンク4の上方には、流入用の接続管8
を備え、他方のタンク4の下方には、流出用の接続管9
を備える。 筒体5は、筒状の容器で、側壁にチューブ2の端部を
挿入する複数のチューブ挿入穴が形成されている。 キャップ6は、筒体5の上下両端に取り付けられる蓋
である。 流入用の接続管8は、一方のタンク4の上部に接続さ
れたもので、冷媒圧縮機の吐出した高温、高圧のガス冷
媒をタンク4内に供給するための接続手段である。 また、流出用の接続管9は、他方のタンク4の下部に
接続されたもので、全チューブ2を通過して凝縮された
液化冷媒を流出する接続手段である。 セパレータ7は、タンク4内を区画する隔壁で、タン
ク4内がセパレータ7によって区画されることによっ
て、タンク4に接続された複数のチューブ2が複数のチ
ューブ群10に分割される。そして、冷媒が各チューブ群
10を流れることにより蛇行する。 なお、セパレータ7の数によって、冷媒のターン回数
が設定され、セパレータ7の位置によって各チューブ群
10のチューブ2の本数の割合が変化する。セパレータ7
の枚数、およびセパレータ7の取り付けられる位置は、
下述する手段によって設定される。 次に、チューブ2の本数、チューブ群10の数、および
各チューブ群10のチューブ2の本数の割合の設定につい
て説明する。 チューブ2の本数の設定。 冷媒凝縮器1の能力、冷媒凝縮器1の設置される場所
の制約、チューブ2の通路面積等から、チューブ2の1
本の長さ(コア幅、チューブ群の長手方向幅)、および
複数のチューブ2の合計長(管路長)からチューブ2の
本数が設定される。 チューブ群10の数(段数)の設定。 コア幅が長い場合、チューブ2の面積当たりの放熱量
を多くしようとすると、チューブ群10の数は少ないほう
が良い。逆に、コア幅が短くなるとチューブ群10を多く
して、ターン数を増したほうが良い。同様に、チューブ
2の通路面積が小さい場合、チューブ2の面積当たりの
放熱量を多くしようとすると、チューブ群10の数は少な
いほうが良い。逆に、チューブ2の通路面積が大きくな
ると、チューブ群10を多くして、ターン数を増したほう
が良い。 これは、コア幅Wと水力直径d(チューブ2の通路面
積を同面積の円形に変換し、その円形の直径)との比
(W/d)が大きくなるにつれて圧力損失が増大するた
め、チューブ群10の数を少なくして冷媒入口部分の質量
速度を小さくする必要があるためである。この関係を第
2図のグラフに示す。 つまり、コア幅Wと水力直径dが決まれば、第2図の
グラフからチューブ2の面積当たりの放熱量が最適とな
るチューブ群10の数が決まる。 具体的には、コア幅Wが646mm、水力直径dが1mmの場
合、W/d=646となる。これを第2図のグラフに当てはま
る。すると、チューブ群10の数を3にすることによっ
て、チューブ2の面積当たりの放熱量が最高となる。 各チューブ群10のチューブ2の本数の割合の設定。 チューブ2内を流れる冷媒は、質量速度によって放熱
量が変化する。具体的には、乾き度が一定であるとする
と、質量速度が速いほうが放熱量が増加する。しかる
に、質量速度を増加させると、圧力損失も増加する。こ
のため、放熱量が最大となる質量速度が存在する。この
放熱量が最大となる質量速度は、冷媒の乾き度によって
異なる。そして、冷媒の乾き度と質量速度との関係を第
3図のグラフに示す。なお、このグラフの縦軸は、乾き
度が100%の時の質量速度を1とした質量速度比であ
る。このグラフから、冷媒の入口部分の質量速度に対
し、出口部分の質量速度を5.7倍速めれば良いことが分
かる。 この横軸の乾き度を、乾き度に応じた管路長に変換す
る。このグラフを第4図に示す。さらに、第4図の質量
速度比を、管路長に応じた質量速度比が得られるチュー
ブ2の通路面積に変換する。このグラフを第5図の実線
Aに示す。なお、質量速度とは、質量流量(kg/sec)
を、チューブ2の通路面積で割ったものである。このた
め、質量速度を変化させるには、チューブ2の通路面積
を管路長に対して刻々と変化させれば良い。しかるに、
実際に冷媒凝縮器1へ適用する場合は、チューブ群10の
チューブ2の本数割合を変化させることで、段階的に近
似させる。なお、第5図の縦軸は、チューブ2の通路面
積をチューブ群10の本数比で表したもので、冷媒出口部
分を1としたものである。 この第5図のグラフから、チューブ群10の数に応じた
チューブ2の本数割合が決定される。具体的な例を、次
の表1に示す。 この表に示すように、例えばチューブ群10の数が3の
場合は、各チューブ群10のチューブ2の本数割合が上流
から下流に向けて4.5:1.95:1.2とされる。 上記の各設定手段により、チューブ2の合計本数が32
本であるとすると、各チューブ群10のチューブ2の本数
割合は、第1図に示すように、上流から下流に向けて19
本、8本、5本とされる。 つまり、流入用の接続管8を備えた一方のタンク4の
セパレータ7の位置は、上方の19本のチューブ2に連通
する室と、下方の13本のチューブ2に連通する室とを区
画するように設けられる。また、流出用の接続管9を備
えた他方のタンク4のセパレータ7の位置は、上方の27
本のチューブ2に連通する室と、下方の5本のチューブ
2に連通する室とを区画するように設けられる。 (実施例の作動) 冷媒圧縮機より吐出された高温、高圧のガス冷媒は、
流入用の接続管8を介して上流のチューブ群10に流入す
る。上流のチューブ群10を流れる冷媒は、上流のチュー
ブ群10を流れる際の乾き度に応じて最適な放熱量が得ら
れる質量速度で流れる。上流のチューブ群10を通過して
放熱によって凝縮した冷媒は、タンク4でターンして中
流のチューブ群10に流入する。中流のチューブ群10を流
れる冷媒は、中流のチューブ群10を流れる際の乾き度に
応じて最適な放熱量が得られる質量速度で流れる。中流
のチューブ群10を通過した冷媒は、タンク4で再びター
ンして下流のチューブ群10に流入する。下流のチューブ
群10を流れる冷媒は、下流のチューブ群10を流れる際の
乾き度に応じて最適な放熱量が得られる質量速度で流れ
る。 (実施例の効果) 本実施例に示すように、上流のチューブ群10と、中流
のチューブ群10と、下流のチューブ群10とのチューブ2
の本数の割合は、本発明によって最適となる。このた
め、従来のように、不要なチューブ2が使用されて冷媒
凝縮器1が大型化したり、チューブ2が不足して熱交換
効率が低下するなどの不具合が無くなる。 (変形例) 各チューブ群10のチューブ2の本数割合は、冷媒凝縮
器1の設置条件等の制約によって第5図の実線A近傍の
本数比が得られない場合がある。しかるに、第5図の破
線B、Cの間の範囲内(±20%)であれば良い。具体的
な本数割合の範囲を次の表2に示す。 本発明の冷媒凝縮器1は、家庭用、工業用の冷房装
置、自動車用の冷房装置、船舶等の冷房装置など、あら
ゆる用途の冷媒凝縮器に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は冷媒凝縮器の正面図、第2図はチューブ群の数
を決定するためのグラフ、第3図は乾き度と質量速度比
との関係を示すグラフ、第4図は管路長と質量速度比と
の関係を示すグラフ、第5図は管路長とチューブ2の本
数比との関係を示すグラフである。 図中 1……冷媒凝縮器、2……チューブ 4……タンク、7……セパレータ 10……チューブ群
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−34466(JP,A) 実開 昭58−169468(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 39/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数本のチューブと、 隣接するチューブの間に配されるコルゲートフィンと、 前記チューブの端部に接続されたタンクとを具備し、 前記タンク内に設けられたセパレータによって前記複数
    のチューブを複数のチューブ群に分割し、冷媒が前記複
    数のチューブ群を流れる冷媒凝縮器において、 前記各チューブ群を構成するチューブの本数は、冷媒の
    入口から出口に向かうに従って減少し、 前記チューブと前記コルゲートフィンとによってコアが
    構成され、このコアを形成するチューブの長手方向の長
    さをコア幅としたとき、このコアの幅と前記チューブの
    水力直径との比(コア幅/水力直径)が大きくなるに従
    い前記チューブ群の数を減少させる関係に設定されてい
    る冷媒凝縮器。
  2. 【請求項2】複数本のチューブと、 隣接するチューブの間に配されるコルゲートフィンと、 前記チューブの端部に接続されたタンクとを具備し、 前記タンク内に設けられたセパレータによって前記複数
    のチューブを複数のチューブ群に分割し、冷媒が前記複
    数のチューブ群を流れる冷媒凝縮器のチューブ群数の設
    定方法において、 前記各チューブ群を構成するチューブの本数を、冷媒の
    入口から出口に向かうに従って減少させ、 前記チューブと前記コルゲートフィンとによってコアが
    構成され、このコアを形成するチューブの長手方向の長
    さをコア幅としたとき、このコアの幅と前記チューブの
    水力直径との比(コア幅/水力直径)が大きくなるに従
    い前記チューブ群の数を減少させるさせるように設定す
    る冷媒凝縮器のチューブ群数の設定方法。
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