(57)【要約】【課題】伝熱効率が高くコンパクトな過冷却器及びその伝熱促進部材並びに伝熱促進部材の製造方法を提供する。【解決手段】圧縮機、凝縮器、主膨張機構、蒸発器を順次接続した冷凍サイクルの凝縮器と主膨張機構間に接続される二重管からなる過冷却器９であって、過冷却器９の外管１０に凝縮器から主膨張機構に至る凝縮冷媒１１を流し、他方伝熱管１２に凝縮器からの冷媒を減圧して圧縮機の吸込側に戻すバイパス回路を流れる減圧冷媒１４を流すようにした空気調和機の過冷却器９において、外管１０と伝熱管１２の間の環状部１８に、伝熱管１２の外面に接すると共に外管１０の内面に接し、かつ、環状部１８を円周方向に複数に分割区画する伝熱促進部材１９を設けたものである。【選択図】図１
2013002657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、主膨張機構、蒸発器を順次接続した冷凍サイクルの凝縮器と主膨張機構間に接続される二重管からなる過冷却器であって、その過冷却器の外管に凝縮器から主膨張機構に至る凝縮冷媒を流し、他方内側の伝熱管に凝縮器からの凝縮冷媒を減圧して圧縮機の吸込側に戻すバイパス回路を流れる減圧冷媒を流すようにした空気調和機の過冷却器において、前記外管と、内側の伝熱管の間の環状部に、伝熱管の外面に接すると共に外管の内面に接し、かつ、環状部を円周方向に複数に分割区画する伝熱促進部材を設けたことを特徴とする過冷却器。
【請求項２】
上記伝熱促進部材は、上記伝熱管の外面に接する内側壁と、外管の内面に接する外側壁と、その内側壁と外側壁を径方向に連結するフィンとからなる請求項１記載の過冷却器。
【請求項３】
請求項１記載の過冷却器の伝熱促進部材において、上記伝熱管の外面に接する内側壁と、外管の内面に接する外側壁と、その内側壁と外側壁を径方向に連結するフィンとからなることを特徴とする伝熱促進部材。
【請求項４】
平滑管を押出し加工又は引き抜き加工して請求項３記載の伝熱促進部材を形成することを特徴とする伝熱促進部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機に用いられる二重管式の過冷却器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機の冷媒回路としては、特許文献１記載のものが知られている。図３に示すように、この冷媒回路７は、圧縮機２からの冷媒を、凝縮器３、二重管式の過冷却器３０、主膨張機構４、蒸発器５、四路切換弁８およびアキュムレータ６の順に流すようになっている。また、冷媒回路７には、凝縮器３と過冷却器３０との間の冷媒回路７から分岐し、バイパス膨張機構１５及び過冷却器３０を経たのち、四路切換弁８とアキュムレータ６との間の冷媒回路７に合流するバイパス回路１３が接続されている。圧縮機２から吐出された冷媒は、例えば室外空気に放熱する凝縮器３によって凝縮された後、一部がバイパス回路１３に分岐される。バイパス回路１３を流れる凝縮冷媒は、バイパス膨張機構１５にて減圧された後、過冷却器３０に流れる。一方、冷媒回路７から過冷却器３０に流れた凝縮冷媒は、バイパス膨張機構１５からの減圧冷媒と熱交換されて過冷却される。
【０００３】
過冷却器３０は、伝熱管１２と、伝熱管１２の外側に同心円状に設けられた外管１０とを有する二重管状に形成されており、外管１０と伝熱管１２の間に凝縮器３からの凝縮冷媒（主流冷媒）を流すと共に、伝熱管１２内にバイパス膨張機構１５からの減圧冷媒（バイパス流冷媒）を流すようになっている。また、過冷却器３０は対向流型熱交換器からなり、凝縮冷媒（主流冷媒）と減圧冷媒（バイパス流冷媒）を、伝熱性を持つ伝熱管１２の管壁を挟んで互いに反対方向に流すように設定されている。また、伝熱管１２と外管１０は、それぞれ平滑管となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−０５４６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、伝熱管１２は平滑管からなり、外面が平滑なため、凝縮冷媒（主流冷媒）に対する伝熱面積が小さいという課題があった。そのため、所定の熱交換をするためには、過冷却器３０を大きく形成しなければならないという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、伝熱効率が高くコンパクトな過冷却器及びその伝熱促進部材並びに伝熱促進部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、圧縮機、凝縮器、主膨張機構、蒸発器を順次接続した冷凍サイクルの凝縮器と主膨張機構間に接続される二重管からなる過冷却器であって、その過冷却器の外管に凝縮器から主膨張機構に至る凝縮冷媒を流し、他方内側の伝熱管に凝縮器からの冷媒を減圧して圧縮機の吸込側に戻すバイパス回路を流れる減圧冷媒を流すようにした空気調和機の過冷却器において、前記外管と、内側の伝熱管の間の環状部に、伝熱管の外面に接すると共に外管の内面に接し、かつ、環状部を円周方向に複数に分割区画する伝熱促進部材を設けたものである。
【０００８】
上記伝熱促進部材は、上記伝熱管の外面に接する内側壁と、外管の内面に接する外側壁と、その内側壁と外側壁を径方向に連結するフィンとからなるとよい。
【０００９】
また、平滑管を押出し加工又は引き抜き加工して上記伝熱促進部材を形成するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、過冷却器の伝熱効率を向上できコンパクトにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す過冷却器の正面断面図である。
【図２】過冷却器の側断面図である。
【図３】過冷却器が用いられる空気調和機の冷媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図３に示すように、空気調和機１は、圧縮機２、凝縮器３、主膨張機構４、蒸発器５、アキュムレータ６を順次環状に接続する冷媒回路（主回路：冷凍サイクル）７を備える。また、圧縮機２、凝縮器３間の冷媒回路７には、四路切換弁８が接続されている。四路切換弁８は、蒸発器５、アキュムレータ６間の冷媒回路７にも接続されており、圧縮機２から吐出される冷媒を凝縮器３又は蒸発器５のいずれか一方に流すように流路を切り替えると共に、他方から冷媒を流入させるように流路を切り替えるようになっている。
【００１３】
図２及び図３に示すように、凝縮器３と主膨張機構４との間の冷媒回路７には、二重管からなる過冷却器９が接続されている。過冷却器９の外管１０には、冷媒回路７が接続されており、凝縮器３から主膨張機構４に至る凝縮冷媒（主流冷媒）１１が流れるようになっている。過冷却器９の内側の伝熱管１２には、凝縮器３からの凝縮冷媒１１を減圧して圧縮機２の吸込側に戻すバイパス回路１３が接続されており、バイパス回路１３を流れる減圧冷媒（バイパス流冷媒）１４が流れるようになっている。バイパス回路１３は、凝縮器３の出口側の冷媒回路７に接続されると共に、アキュムレータ６の入口側の冷媒回路７に接続されている。伝熱管１２の上流側のバイパス回路１３には、冷媒回路７からの凝縮冷媒１１を減圧して温度を下げるバイパス膨張機構１５が接続されている。また、バイパス回路１３は、凝縮冷媒１１の流れ方向が外管１０内と伝熱管１２内とで逆となるように伝熱管１２に接続されている。
【００１４】
図１及び図２に示すように、過冷却器９は、減圧冷媒１４の流路を形成する伝熱管１２と、伝熱管１２の外側に同心円状に設けられ伝熱管１２との間に凝縮冷媒１１の流路を形成する外管１０とを備える。過冷却器９は、伝熱管１２の管壁１６を介して減圧冷媒１４と凝縮冷媒１１との熱交換がなされるように構成される。伝熱管１２の内面には、減圧冷媒１４の蒸発を促進する螺旋状の溝１７が設けられている。また、伝熱管１２と外管１０の間に形成される環状部１８には、伝熱管１２の外面に接すると共に外管１０の内面に接し、かつ、環状部１８を円周方向に複数に分割区画する伝熱促進部材１９が設けられている。
【００１５】
伝熱促進部材１９は、管状に形成されており、伝熱管１２の外面に接する内側壁２０と、外管１０の内面に接する外側壁２１と、内側壁２０と外側壁２１を径方向に連結するフィン２２とからなる。内側壁２０は、周方向に所定の間隔を隔てて複数形成されており、伝熱管１２の外周に沿うように断面弧状に形成されている。外側壁２１は、周方向の位置が内側壁２０と互い違いとなるように周方向に所定の間隔を隔てて複数形成されており、外管１０の内周に沿うように断面弧状に形成されている。フィン２２は、内側壁２０の周方向の端と外側壁２１の周方向の端をそれぞれ接続するように径方向に沿って形成されると共に、管軸２３と平行に形成されている。
【００１６】
外管１０は、外径を１５．８８ｍｍに形成されると共に、肉厚を１．０ｍｍに形成されている。伝熱管１２は、外径を９．５２ｍｍに形成されると共に、肉厚を０．５ｍｍに形成されている。
【００１７】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００１８】
図３に示すように、圧縮機２で圧縮された冷媒は、高温高圧の蒸気となって凝縮器３に流れ、凝縮器３にて液化されて常温高圧の液体となる。この後、冷媒は、過冷却器９の外管１０内に至る本流とバイパス膨張機構１５に至るバイパス流とに分岐される。バイパス膨張機構１５に至った冷媒は、バイパス膨張機構１５で減圧されて低温低圧の液体となり、過冷却器９の伝熱管１２内に流れる。
【００１９】
過冷却器９では、伝熱管１２内を流れる低温の減圧冷媒１４と外管１０内を流れる常温の凝縮冷媒１１が熱交換をし、凝縮冷媒１１の温度が低下する。このとき、伝熱管１２の溝１７は減圧冷媒１４の蒸発を促進し、伝熱促進部材１９は凝縮冷媒１１との伝熱面積を増やすため、減圧冷媒１４と凝縮冷媒１１との熱交換が高い効率でなされる。また、常温の凝縮冷媒１１が外管１０内を流れ、低温の減圧冷媒１４が内側の伝熱管１２内を流れるため、減圧冷媒１４の冷熱が外部に逃げることはなく、効率よく熱交換できる。またさらに、フィン２２はそれぞれ管軸２３と平行であるため、圧力損失の増加を抑えることができる。
【００２０】
この後、過冷却器９を出た凝縮冷媒１１は主膨張機構４に流れ、主膨張機構４にて減圧されて低温低圧の液体となる。主膨張機構４から出た冷媒は、蒸発器５に流れ、蒸発器５にて周囲の空気から熱を吸収して気化し、低圧の気体となる。蒸発器５から出た冷媒は、アキュムレータ６に流れ、圧縮機２の吸込側に戻る。また、伝熱管１２から出た減圧冷媒１４は蒸発器５から出た冷媒と合流し、アキュムレータ６に流れる。
【００２１】
過冷却器９を製造する場合、平滑管（図示せず）を押出し加工して伝熱促進部材１９を形成し、外管１０内に伝熱促進部材１９を嵌入すると共に伝熱促進部材１９の内周側に伝熱管１２を嵌入し、外管１０の両端部に外管１０と伝熱管１２の間を閉じる蓋板２４を設ける。なお、伝熱促進部材１９は、平滑管を引き抜き加工して形成してもよい。
【００２２】
このように、外管１０と伝熱管１２の間の環状部１８に、伝熱管１２の外面に接すると共に外管１０の内面に接し、かつ、環状部１８を円周方向に複数に分割区画する伝熱促進部材１９を設けたため、凝縮冷媒１１に対する伝熱面積を大きくでき、所定の熱交換をするための過冷却器９を小さくできると共に、環状部１８の上下で温度差ができるのを防ぐことができ、凝縮冷媒１１の温度を効率よく下げることができる。
【００２３】
また、伝熱促進部材１９は、伝熱管１２の外面に接する内側壁２０と、外管１０の内面に接する外側壁２１と、内側壁２０と外側壁２１を径方向に連結するフィン２２とからなるものとしたため、伝熱促進部材１９を簡易な構造にできると共に、伝熱管１２と外管１０を容易に同軸上に配置できる。
【００２４】
伝熱促進部材１９は、平滑管を押出し加工又は引き抜き加工して形成されるものとしたため、簡単な設備で容易に製造できる。また、このようにひとつ繋がりの平滑管から製造した場合、平条を同じ形状に成型した場合よりも、機械的強度にすぐれ、圧力の高い冷媒などを用いることができる。
【００２５】
なお、外管１０の入口側の端部には、伝熱促進部材１９で分割区画される複数の流路に凝縮冷媒１１を分岐させるための分岐室２５を形成するとよく、外管１０の出口側の端部には、伝熱促進部材１８で分割区画された各流路からの凝縮冷媒１１を合流させるための合流室２６を形成するとよい。
【実施例１】
【００２６】
過冷却器の実施例について述べる。
【００２７】
伝熱促進部材と外管の内面や、伝熱促進部材と伝熱管の外面に接触熱抵抗が無いと仮定し、伝熱促進部材、外管及び内管の熱伝導による熱抵抗が無いと仮定した場合、過冷却器の単位長さあたりの熱通過率は次式（数１）で表される。
【００２８】
【数１】
2013002657.tif 000003
【００２９】
ここで、ｄi：伝熱管の内径、ｈ：熱伝達率、Ｋ1：単位長さあたりの通過率熱、ｌw:濡れ縁長さ、添え字ｉ：管内側、添え字ａ：環状流路側である。
【００３０】
過冷却器の仕様を下表（表１）に示す。
【００３１】
【表１】
2013002657.tif 000004
【００３２】
計算条件を下表（表２）に示す。
【００３３】
【表２】
2013002657.tif 000005
【００３４】
環状流路側の熱伝達率はＧｎｉｅｌｉｎｓｋｉの式で求めた。管内側熱伝達率は実験式から求めた。
【００３５】
結果を下表（表３）に示す。
【００３６】
【表３】
2013002657.tif 000006
【００３７】
表３に示すように、本発明によれば、過冷却器の長さを半分以下にできる。
【符号の説明】
【００３８】
１  空気調和機
２  圧縮機
３  凝縮器
４  主膨張機構
５  蒸発器
７  冷媒回路（冷凍サイクル）
９  過冷却器
１０  外管
１１  凝縮冷媒
１２  伝熱管
１３  バイパス回路
１４  減圧冷媒
１８  環状部
１９  伝熱促進部材
２０  内側壁
２１  外側壁
２２  フィン
【図１】
2013002657.tif 000007
【図３】
2013002657.tif 000008
【図２】
2013002657.tif 000009