(57)【要約】      （修正有）【課題】本考案は、チューブ内部に形成されているチャネルの断面積を変更して熱交換機全体をより効率的に用いるようにするものである。【解決手段】本考案は、中空が形成されていて冷媒が流入される下部ヘッダー１と；下部ヘッダーと同じ形状であり、下部ヘッダーに対向するように下部ヘッダーの上部に備えられる上部ヘッダーと；上部ヘッダーと下部ヘッダーに両端部が固定されて二つのヘッダーの長手方向に沿って所定間隔で複数配置され、その内部には両ヘッダーの中空と連通されるように長く形成されると共に両ヘッダーの長手方向に平行した断面積が流動空気の入口側から出口側にいくほど一定割合で減少される複数チャネルが形成されているチューブ４と；チューブ４の間に取り付けられて流動空気と熱交換する多数のフィンを含んで構成する。【選択図】図１
0003107597.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
中空が形成されていて冷媒が流入される下部ヘッダーと；
前記下部ヘッダーと同じ形状であり、下部ヘッダーに対向するように下部ヘッダーの上部に備えられる上部ヘッダーと；
前記上部ヘッダーと下部ヘッダーに両端部が固定されて両ヘッダーの長手方向に沿って所定間隔で複数配置され、前記両ヘッダーの長手方向と平行した断面積が流動空気の入口側から出口側へいくほど一定割合で減少されて全体的にウェッジタイプを有して、その内部には両ヘッダーの中空と連通されるように長く形成されると共に両ヘッダーの長手方向に平行した断面積が流動空気の入口側から出口側へいくほど一定割合で減少される多数のチャネルが形成されたチューブと；
前記チューブの間に取り付けられて流動空気と熱交換する多数のフィンを含むことを特徴とするマイクロマルチチャネル熱交換機のチューブ構造。
【請求項２】
前記各チューブの断面積と各チャネルの断面積は流動空気の入口側から出口側へ行くほど入口側温度差／出口側温度差の割合で減少されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロマルチチャネル熱交換機のチューブ構造。
【請求項３】
前記各チューブの各チャネルはその断面が矩形となっていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロマルチチャネル熱交換機のチューブ構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、マイクロマルチチャネルの熱交換機に関するもので、特に、チューブのチャネルの断面積を変更して熱伝達の効率を更に増大させるマイクロマルチチャネル熱交換機のチューブに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、熱交換機は室内温度を高めるか低める冷房機及び暖房機などの空気調和機に適用される。【０００３】
以下、従来の熱交換機に関して図５ないし図７を参照して説明する。図５は従来の熱交換機を詳細に示した分解斜視図であり、図６は図５のＩ−Ｉ断面図であり、図７は図５の断面からチューブの空気流動方向の長さによる流動空気の温度変化及びチューブの表面温度を示すグラフである。図５及び図６を参照すると、従来の熱交換機は中空が形成された下部ヘッダーと、前記下部ヘッダー１の上部に対応されるように位置する上部ヘッダー２と、前記上部ヘッダー２と、下部ヘッダー１の間に位置する多数のチューブ４と、前記各チューブ４の間に位置するフィン６からなる。前記下部ヘッダー１は円筒形からなり、内部に中空が形成され、その外形をなす外周部にはチューブ４の断部を挿入固定するように多数のヘッダーホール３が下部ヘッダー１の長手方向に沿って等間隔で形成されている。【０００４】
また、前記下部ヘッダー１と対応するように下部ヘッダーの上部に位置する上部ヘッダー２は下部ヘッダー１と同じ形状となっている。この時前記下部ヘッダー１と上部ヘッダー２に形成された各々のヘッダーホール３は互いに対向するように形成される。これによって、下部ヘッダー１に形成されたヘッダーホールにチューブ４の一端部が固定され、上部ヘッダー２に形成されたヘッダーホールにチューブの他端部が固定されることによって前記各チューブ４は二つのヘッダー１，２の長さ方向に沿って並んで配列される。【０００５】
前記チューブ４は両ヘッダー１，２に収められる程度の幅と薄い厚さを有する矩形の板形として、その内部には多数のチャネル５が形成されている。また、前記各チューブ４は流動空気の流れを円滑にするために流動空気の入口側の表面と出口側の表面が円弧形状になるように形成される。かかるチューブ４には微細な断面積を有すると共にチューブ４の長手方向に長く形成された多数のチャネル５が流動空気の流れ方向に沿って直角に配列される。このように形成されたチューブ４は両ヘッダー１、２に両端部が固定されてヘッダー１、２に形成された中空と各チャネル５が連通され、前記各チューブ４の間には流動空気が通過しながら熱交換されるようにフィン６が設置される。この時、各フィン６は薄い厚さを有する板形として数回千鳥形に折り曲げられている。【０００６】
このような構造を有する熱交換機において、前記下部ヘッダー１の中空に沿って流入される冷媒は各チャネル５を通過しながら流動空気と熱交換され、上部ヘッダー２に流入する。【０００７】
しかしながら、このような構造を有する熱交換機は次のような問題があった。図７に示すように、前記熱交換機は流動空気と熱交換されることによって各チャネル５を流動する冷媒が蒸発されるので前記熱交換機に相対的に高温の流動空気が接触してもチューブ４の表面温度は約８℃を保ち続ける。【０００８】
この時、前記チューブ４の表面温度は周囲環境による変化は非常に僅かで殆ど一定温度を保持するので以下チューブ４の表面温度は等温状態であると仮定する。勿論、前記熱交換機の表面と熱交換する流動空気の温度は季節や周囲環境によって変化できることは当然である。例えば、室内の空気温度を２７℃に設定すると、前記熱交換機は入口側の流動空気の温度が２７℃となり、冷媒との熱交換によって出口側の流動空気の温度が１４℃となる。この時、流動空気の入口側の一番目のチャネルの表面と流動空気間の温度差が１９℃であり、出口側の一番面のチャネルの表面と流動空気間の温度差は６℃である。二つの物体間の熱伝達量は温度及び接触面積に比例するので、入口側のチューブプレート４の一番目のチャネルと出口側の一番面のチャネル間の熱伝達量は約３倍の差となる。これによってチューブの入口側のチャネルに流動する冷媒が出口側のチャネルに流動する冷媒に比べて速く蒸発する。この時前記上部ヘッダー２における冷媒圧力は上部ヘッダー２の内では殆ど均一で、下部ヘッダー１における冷媒圧力も下部ヘッダー１の内部では殆ど均一である。【０００９】
図７に示すように、空気温度を示す曲線はチューブ４の入口側では傾きが緩やかで、入口側の特定チャネルから出口側チャネルまでは殆どさらに激しい傾きとなっている凸形曲線形であることが分かる。【００１０】
以上、入口側のチャネルでは冷媒が他のチャネルの冷媒に比べて急速に蒸発されると前記入口側のチャネルでは冷媒の気相領域が増加することによって冷媒の流動抵抗が増加することによって、前記下部ヘッダー１から入口側のチャネルへ流れ込む冷媒量が減少される。従って、前記各チューブの入口側の部分における熱伝達量が減少することになって図７のように入口側の空気温度の降下は減少される。これによって、入口側のチャネルの冷媒蒸発によって気相領域が増加するので前記入口側のチャネル内における圧力が増加し、出口側のチャネルの圧力は相対的に減少する。従って、前記各チューブ４の入口側のチャネルと出口側のチャネルとの間には圧力の降下差が発生する。【００１１】
なお、熱交換機のシステム内部は全体的に同一な圧力降下を保持しようとする性質によって冷媒流量が部分的に変化することによって前記各チューブ４の入口側のチャネルよりは出口側のチャネルの方へより多い冷媒が供給されて入口側及び出口側のチャネルの圧力降下は等しくなる。【００１２】
以上述べたように、前記入口側のチャネルには気相領域によって冷媒の流動量が減少され出口側のチャネルには冷媒の流動量が増加されるので、実質的に熱交換作用を行う各チューブ４の幅は流動空気の流れ方向と垂直な実際のチューブ４の幅より狭くなる。このように前記チューブのチャネルの断面積を同一な大きさで形成させることによって前記熱交換機の全体的な熱交換効率が減少されるという問題があった。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【００１３】
本考案は、上記従来技術の問題点を解決するためのもので、チューブの構造を改善して熱交換機の全体をより効率的に用いることによって熱交換の効率を増大させることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本考案による熱交換機は、中空が形成されていて冷媒が流入される下部ヘッダーと；前記下部ヘッダーと同じ形状であり、下部ヘッダーに対向するように下部ヘッダーの上部に備えられる上部ヘッダーと；前記上部ヘッダーと下部ヘッダーに両端部が固定されて両ヘッダーの長手方向に沿って所定間隔で複数配置され、前記両ヘッダーの長手方向と平行した断面積が流動空気の入口側から出口側へいくほど一定割合で減少されて全体的にウェッジタイプを有して、その内部には両ヘッダーの中空と連通されるように長く形成されると共に両ヘッダーの長手方向に平行した断面積が流動空気の入口側から出口側へいくほど一定割合で減少される多数のチャネルが形成されたチューブと；前記チューブの間に取り付けられて流動空気と熱交換する多数のフィンを含むことを特徴とする。
【考案の効果】
【００１５】
以上説明したように、本考案の熱交換機は各チャネル５ごとに同じ圧力が形成されて圧力差が殆どないので冷媒の流れが円滑になり、熱交換機全体をより効率的に用いるという長所がある。また、これによって従来のような容量を有している熱交換機を製造時よりコンパクトできるという長所がある。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照して本考案を更に詳細に説明する。図１は本考案によるチューブの空気流動方向の長さによる断面を示す断面図であり、図２は図１の断面においてチューブの空気流動方向の長さによる流動空気の温度変化及びチューブの表面温度を示すグラフであり、図３は図１の断面においてチューブの空気流動方向の長さによるチャネルの断面積比を示すグラフである。【００１７】
図１を参照すると、前記各チャネル５は両ヘッダー１，２の長手方向に平行した断面積が流動空気の入口側から出口側へ行くほど一定割合で小さくなるように形成される。この時、前記各チャネル５は空気の流動方向に平行した辺の長さが空気の流動方向に垂直した辺の長さより長い矩形に形成されて良い。【００１８】
また、前記各チューブ４の各チャネル５の断面は空気の入口側辺の長さが出口側の辺の長さに比べて大きい梯形に形成されられる。この時、前記各チューブの各チャネル５はその断面の角部分をラウンディングされるように形成することによって冷媒の流動抵抗を減少させるのがより望ましい。【００１９】
前記のような形状を有する各チューブ４は流動空気の流入側の一番目のチャネルにおける空気の流入側辺だけをラウンディングされるように形成されるか又は出口側の一番目のチャネルにおける空気の流出側面だけをラウンディング形成することができ、前記流入側の一番目のチャネルにおける空気流入側面と出口側の一番目のチャネルにおける空気の流出側面を全てラウンディングされるように形成することもできる。【００２０】
なお、一般的に熱交換効率は二つの物質間の温度差と接触面積に比例する。これによって、前記チューブ４の流動空気入口側から熱交換機の表面と流動空気間の温度差を入口側温度差にし、流動空気出口側から熱交換機の表面と流動空気間の温度差を出口側の温度差とする時、チャネル５の断面積は入口側から出口側へ行くほど入口側温度差／出口側温度差の割合で減少されるように形成されるのが望ましい。【００２１】
なお、従来のようにチューブ４の入口側の温度差が１９℃であり、出口側の温度差が６℃の場合を本考案を適用して下記に挙げられる。図３に示すように、流動空気の入口側の一番目のチャネルの断面積に対する出口側の一番目のチャネルの断面積を１９：６の割合で形成のが望ましい。即ち、前記チューブの入口側の一番目のチャネルの断面積は従来のような同一な断面積を有するようにし、出口側の一番目の断面積は入口側の一番目のチャネルの６／１９倍の断面積を有するようにする。【００２２】
また、前記熱交換機を通過する空気の温度が各地域及び周囲環境によって変化するので前記熱交換機が用いられる特定地域の夏期平均温度又は熱交換機を一番多く用いる時間帯の平均温度に基づいて前記断面積の割合を適宜設定することは勿論である。【００２３】
しかしながら、図７の空気温度の変化を示す曲線は殆ど直線に近いので便宜上図３の断面積比の変化を示す曲線を直線に示している。【００２４】
このような断面積比に形成されたチューブ４の構造が適用された熱交換機を従来の熱交換機の外部環境と同一の条件で熱交換機の熱交換能力を推察すると次の通りである。図２に示すように、室内の空気温度が２７℃であり、熱交換機の表面温度が８℃の場合に前記熱交換機の表面温度と入口側の流動空気との温度差は１９℃であり、前記熱交換機の表面温度と出口側流動空気との温度差は４℃である。この時、流動空気の入口側のチャネルから流動空気と熱交換機の表面温度との温度差が大きいので前記入口側のチャネルの断面積を相対的に広く形成して冷媒の流動量を増加させ、前記入口側から出口側のチャネルへ行くほど断面積を減少させることによって冷媒の流動量を減少させる。結果的に、温度差が大きい入口側のチャネルでは冷媒の流動量を相対的に増加させることによって熱交換効率が高い部分でより多い熱交換が起こるようにし、熱交換の効率が低い出口側のチャネルには冷媒の流動量を相対的に減少させることによってこれに対応する熱交換が起こるようにしたものである。【００２５】
次に、本考案による他の実施形態に対して図４を参照して説明する。図４を参照すると、前記両ヘッダー１、２の長さ方向と平行なチューブのプレートの断面積が流動空気の入口側から出口側へ行くほど所定の割合で減少されて全体的にウェッジタイプの断面積を有し、その内部には両ヘッダー１、２の中空と連通されるように各々長く形成されるとともに同時に両ヘッダーの長さ方向に平行した断面積が流動空気の入口側から出口側へ行くほど所定割合で減少される多数個のチャネル５が形成される。この時、前記各チューブの断面積とその内に形成された各チャネルの断面積は流動空気の入口側から出口側へ行くほど入口側温度差／出口側温度差の割合で減少される。【００２６】
前記のような構造を有する熱交換のチューブのチャネル構造は前記の通りであるので以下説明を省く。前記本考案による他の実施形態のように、前記各チューブ４に形成された各チャネル５の断面積と各チューブの断面積を全ての空気の流入側から流出側へ行くほど減少させることによって前記各チャネルを流動する冷媒と流動空気間の熱交換量を増加させる。前記のように、各チャネル５の断面積と温度差が比例されるように設計された熱交換機はチューブ４内に形成された各チャネル５で冷媒の蒸発速度が同一になるので流動抵抗が殆ど同一になる。【００２７】
これは下部ヘッダー１の圧力が各チャネル５の下端部で均一に作用し、上部ヘッダー２の圧力が各チャネル５の上端部で各々均一に作用する状態で、前記各チャネル５で冷媒は均一な速度で蒸発されるので前記各チャネル５ごとに同一な圧力が形成されるからである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本考案によるチューブの空気流動方向に平行した断面を示す断面図である。
【図２】図１の断面においてチューブの空気流動方向の長さによる流動空気の温度変化及びチューブの表面温度を示すグラフである。
【図３】図１の断面においてチューブの空気流動方向の長さによるチャネルの断面積比を示すグラフである。
【図４】本考案による熱交換機のチューブの他の実施形態を示す図面である。
【図５】従来熱交換機を詳細に示す分解斜視図である。
【図６】図５のＩ−Ｉ断面図である。
【図７】図５の断面からチューブの空気流動方向の長さによる流動空気の温度変化及びチューブの表面温度を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    下部ヘッダー
２    上部ヘッダー
３    ヘッダーホール
４    チューブ
５    チャネル
６    フィン
【図１】
0003107597.tif 000003
【図２】
0003107597.tif 000004
【図３】
0003107597.tif 000005
【図４】
0003107597.tif 000006
【図５】
0003107597.tif 000007
【図６】
0003107597.tif 000008
【図７】
0003107597.tif 000009