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JPH0587752B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0587752B2
JPH0587752B2 JP61231359A JP23135986A JPH0587752B2 JP H0587752 B2 JPH0587752 B2 JP H0587752B2 JP 61231359 A JP61231359 A JP 61231359A JP 23135986 A JP23135986 A JP 23135986A JP H0587752 B2 JPH0587752 B2 JP H0587752B2
Authority
JP
Japan
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condenser
headers
refrigerant
tube
tubes
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP61231359A
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English (en)
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JPS62175588A (ja
Inventor
Aanorudo Gantorii Reon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Modine Manufacturing Co
Original Assignee
Modine Manufacturing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=27120095&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JPH0587752(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Modine Manufacturing Co filed Critical Modine Manufacturing Co
Publication of JPS62175588A publication Critical patent/JPS62175588A/ja
Publication of JPH0587752B2 publication Critical patent/JPH0587752B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • F28D1/05383—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits
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Description

【発明の詳細な説明】
（発明の分野） 本発明は凝縮装置に関し、詳しくは冷媒を凝縮
する為の空調或いは冷却（凍）システムに於いて
使用される様な凝縮器に関する。 （発明の背景） 現在、空調用あるいは冷却システムに於いて使
用される多くの凝縮器は、蒸気側に一つあるいは
それ以上の波形導管、即ち凝縮器管を使用する。
そうした管内部の流通路は、システムのエネルギ
ー要件を必然的に増大させる過剰な圧力差を蒸気
入り口から出口にかけて存在させない様、蒸気の
流れ及びあるいは凝縮液に対する高い抵抗性を回
避するべく比較的大型である。 この事は結局、管の空気側が比較的大型となる
事を意味する。管の空気側が比較的大型である事
によつて、空気側の前面面積の比較的大きな部分
が管によつて塞がれ、それによつて、熱伝達を増
進する為に利用可能な空気側フインを配設し得る
面積が少なくなる。 結局、所望割合の熱伝達を維持する為の空気側
の圧力降下は所望されざる程に大きくなり、そし
てそれに比例して、凝縮器の空気側を通して必要
容量の空気を流通する際のシステムエネルギー要
件が所望されざる程に大きくなる。本発明は前記
問題を解決する為のものである。 （発明の概要） 本発明の主要な目的は、空調用あるいは冷却シ
ステムに於いて使用する為の新規且つ改良された
凝縮器を提供する事にある。詳しくは、本発明の
目的は、凝縮器管によつて塞がれる空気側の前面
面積がもつと少なく、空気側圧力降下を増大させ
る事なく且つ蒸気及びあるいは凝縮液側圧力降下
を増大させる事なく、空気側熱伝達表面を増大可
能とする凝縮器を提供する事である。 本発明は、一方が蒸気入口を有し他方が凝縮液
出口を有して成る一対の離間したヘツダから構成
される凝縮器の具体例に於いて前記目的を達成す
る。該凝縮器に於いては、凝縮器管はヘツダ対間
を伸延し且つそれらと連通状態にある。凝縮器管
は、ヘツダ同志間に実質的に独立した複数の流体
平行流路を画成する。各流路の流体直径は約
0.015から0.070インチ（約0.4〜1.78メリメート
ル）の範囲である。 好ましい具体例に於いては、凝縮液及びあるい
は蒸気流れに対する高い抵抗力を回避するに十分
な数の複数のそうした凝縮器管が、相互並列流れ
状状態に於いてヘツダ同志間を伸延する。 本発明に於いては凝縮器管には平形管の使用が
意図される。 特に好ましい具体例に於いては、凝縮器管内部
に収納された波形スペーサによつて各凝縮器管内
に複数の流路が画成される。 凝縮器管の外側に、隣り合う凝縮器管同志間を
伸延してフインを設け得る。 本発明のヘツダは、凝縮器管の各端を受ける為
のスロツトの如き開口を対向状態で有する、全体
に筒状の管によつて画成される。 （好ましい実施例の説明） 第１図には本発明に従う凝縮器が例示され、両
側に隔置された全体的に平行なヘツダ１０及び１
２を具備している。本発明に従えば、ヘツダ１０
及び１２は好ましくは全体的に筒状の管から作製
される。それら管の対向する側面には、凝縮器管
２０の対応する端１６および１８を受容する為
の、全体的に平行な一列のスロツトあるいは開口
１４が設けられる。 好ましくは、ヘツダ１０及び１２の各々のスロ
ツト同志間の番号２２で示される部分に於いて、
特開昭61−235698号（特願昭61−82453号）に於
いてもつと完全に説明される様な、圧力に対する
耐力を改良する為の、やや球形のドームが設けら
れる。ヘツダ１０の一端は、そこにろう接あるい
は溶接された蓋２４によつて閉塞される。反対側
の端には導管２８を結合し得る部品２６がろう接
あるいは溶接される。 ヘツダ１２の下端は蓋２４と類似のろう接ある
いは溶接された蓋３０によつて閉塞され、一方、
その上端には然るべき位置に部品３２が溶接ある
いはろう接される。凝縮器の配向状態に依存し
て、部品２６及び３２の一方が蒸気入り口として
作用し、他方が凝縮液出口として作用する。第１
図の配向状態に対しては部品２６が凝縮液出口と
して作用しよう。 複数の凝縮器管２０が相互連通状態でヘツダ１
０及び１２間を伸延する。管２０は、幾何学的に
もそしてまた流れ方向に於いても相互に平行であ
る。隣り合う管２０同志間に波形フイン３４が配
設されるが、もし所望であれば平形フインを使用
し得る。上方及び下方溝部材３６及び３８がヘツ
ダ１０及び１２間に伸延され且つシステムに剛性
を提供する為に然るべき手段によつてヘツダ１０
及び１２に結合される。 第１図に示される様に各管２０は平形管であ
り、それらの内部には波形スペーサ或いは挿入体
４０が含まれる。 スペーサ４０は第２図の如き断面を呈し、そし
て、理解されるように交互の波頂がその全長さに
沿つて管２０の内側壁４２と接触し、且つ隅肉４
４によつてそこに結合される。その結果、実質的
に独立した、平行流れ流路４６，４８，５０，５
２，５４，５６，５８、及び６０が各管２０内部
に設けられる。つまり、そうした流路の一つから
各側に隣り合う流路への流れは実質的に無い。こ
のことは結局、隣り合う流路４６，４８，５０，
５２，５４，５６，５８及び６０を区分する各壁
がそれらの全長に渡つて平形管２０の両側面に結
合されることを意味する。つまり、熱伝導性が一
段と低い状態で流体が充満する間〓が存在しな
い。その結果、先に述べた複数の流体流路を分解
する壁を介しての、流体から管外側への熱伝達は
最大化される。加うるに、記載した寸法の独立流
路に於いては表面張力現象に基づく熱伝達の所望
の効果が活用されると考えられている。より詳し
く言うと、各流路の断面の輪郭は互いに会合する
２以上の比較的直線状の部分とそれらが会合する
箇所にできる少なくとも１つの凹入部とを有す
る。凝縮液は表面張力によつて凹入部に引き付け
られるから、ほぼ直線状のの部分に形成される液
層は最小限に抑えられ、液層による熱伝達の阻害
が最小限となる。表面張力が効果的に作用するた
めには流体直径が充分に小さくなければならな
い。 第２の利益は、本発明の如き凝縮器が圧縮器の
出口側で使用され、従つて極めて高い圧力を受け
ると言う事実の下に存在する。従来、こうした高
い圧力は管２０の内側に加えられる。その場合、
図示された波形フイン３４の代りに所謂“プレー
ト”フインが使用される。該プレートフインは管
２０を拘束し、それによつて凝縮器用途に於て使
用される内側圧力に対し管２０を支持する傾向を
有する。それとは逆に、番号３４で示した如き波
形フインは、実質的な内側圧力に対し管２０を支
持する事が出来ない。然し乍ら、本発明に従え
ば、波形フイン熱交換体における所望の支持作用
は、挿入体４０及びその波頂が各管２０の内側壁
４２の全長に沿つて結合されると言う事実によつ
て実現される。この結合により、挿入体４０にお
ける種々の部品は、管２０の内側圧力によつて生
ずる、管２０を拡張しようとする力を吸収する為
に管２０が加圧された場合に引張状態となる。 挿入体４０を含む管２０を形成し得る一手段が
特開昭62−207572号（特願昭62−36004号）に記
載されている。 本発明に従えば、各流路４８，５０，５２，５
４，５６及び５８は、そして挿入体４０の形状に
よつて流路４６及び６０さえも同様に、約0.015
から0.070インチ（約0.4〜0.78ミリメートル）の
範囲の流体直径を有する。斯界に於て知られる現
在一般に行われる組立て技術によれば、約0.035
インチ（約0.9ミリメートル）の流体直径が最大
の熱伝達効率及び組立上の容易性を最適化する。
流体直径（hydraulic diameter）は従来から定
義される通りのものである、即ち、各流路の断面
積に４を乗じそして対応する流路の濡れ周囲長で
除したものである。 与えられた流体直径の値はＲ−12システムの凝
縮器の為のものである。異る冷媒を使用するシス
テムに於ては幾分異る値が予測されよう。 前記寸法範囲内に於ては、コアを貫く空気流れ
方向を横断する管寸法を、可能な限り小さくする
のが望ましい。この事が結局、もつと良好な熱伝
達率を得る為に空気側圧力降下を不利に増大させ
る事無く、フイン３４の如きフインをコアに配設
し得るもつと大きな前面面積を提供させる。幾つ
かの例に於ては、管幅を最小限化する事によつて
一つ或いはそれ以上の付加的な管列を配設させ得
る。 この点にに関し、好ましい具体例では所定の流
体直径の通路を有する押出し管とは違つて第２図
に例示された如き別体のスペーサを具備する管の
使用が意図されている。現時点で凝縮器の大量生
産を経済的に実行可能とする、現行の押出技術に
よつては、管肉厚は、ここに記載された様な管及
びスペーサを使用して所定圧力を支持する為に必
要な肉厚よりも一般的にもつと厚くなる。結局、
所定の流体直径に対するそうした押出管の全幅
は、管及びスペーサ組合せ体を使用した場合より
も幾分大きくなつてしまい、これは上記理由の為
に所望されざる事である。それにもかかわらず、
本発明では前述の寸法範囲内の流体直径の流路を
具備する押出管の使用をも意図するものである。 管外周長対管内濡れ周囲長の比率を、流路を冷
媒がそこを容易に流通出来ない程に十分小さくな
らない限りに於て出来る限り小さくする事も又、
望ましい。これは蒸気及び或いは導管側における
熱伝達に対する抵抗を低下させる。 本発明の多くの利益は、第３図から第６図に例
示されたデータ及び以下の議論によつて明らかで
ある。例えば、第３図には先行技術としての凝縮
器コア製品に対して、毎分450から3200標準立方
フイート迄変化する空気流れにおけるインチ寸法
におけるキヤビテイ或いは流体直径に対する熱伝
達率が右側にプロツトされる。このデータの左側
には、本発明に従つて作製されたコアに対して、
経験的に得られたデータを使用して作成された熱
伝達モデルに基くコンピユータ出力曲線が示され
る。“Ａ”で指示される曲線は、長さ約24インチ
（約61センチメートル）、管肉厚0.015インチ（約
0.4ミリメートル）、管主要寸法0.532インチ（約
13.5ミリメートル）の管を使用する、２平方イン
チ（約5.08平方センチメートル）の前面面積を有
する第１図に示す如きコアの為の、既述の空気流
れにおける熱伝達を表す。ここでの入口空気温度
は110〓（約43.3℃）、入口温度は180〓（約82.2
℃）、また、Ｒ−12システムに対する圧力は
235paig、そして凝縮後の流出冷媒の過冷却温度
は２〓（約−16.7℃）と仮定している。コアの管
との間には、１インチ（約2.5センチメートル）
当り18枚のフインが配設される。該フインの寸法
は、0.625インチ×0.540インチ×0.006インチ（約
15.9ミリメートル×13.7ミリメートル×0.15ミリ
メートル）である。 “Ｂ”で指示される曲線は、各管における流路
長が倍、即ち管数が半分とされ且つ管長が倍とさ
れた点を除いては、同一のコアに対する同一の関
数を示す。第３図から認識される様に、本発明の
使用を通し熱伝達は約0.015インチから約0.070イ
ンチ（約0.4ミリメートルから約1.78ミリメート
ル）の流体直径範囲に於て、空気流れに依存して
幾分の変動を伴うが、有益に且つ実質的に増大す
る。 第４図に於ては、以下に示す表−１に記載され
た寸法を有する、本発明に従うコアの為の実際の
試験データが、本発明と類似の従来からの凝縮器
コアの為の実際の試験データと比較される。従来
からのコアの為のデータは同様に表−１に記載さ
れる。 本発明に従つて作製されたコア及び従来からの
コアは、第４図に示される様な毎分1800標準立方
フイート（毎分約540標準立方メートル）におけ
る熱伝達量が毎時26000BTUであると言う同一の
設計ポイントを共に有している。但し、２つのコ
アが実際に観察された均等点は28000BTU及び毎
分2000標準立方フイート（約毎分600標準立方メ
ートル）に於て生じた。これらパラメータは比較
目的の為に使用可能である。 従来からの凝縮器及び本発明を夫々示す“Ｄ”
及び“Ｅ”曲線を参照するに、双方に対しての冷
媒流量は広範囲の空気流れ値に渡つてほぼ同等で
ある事を認識されよう。この試験及び第４図から
６図に例示された他の試験に対しては、180〓
（約82.2℃）、235psigに於て凝縮器入口にＲ−12
システムが適用された。流出冷媒は２〓（約−
167℃）に過冷却された。凝縮器に対する入口空
気温度は110〓（約43.5℃）であつた。 従来からのコアを横断しての冷媒側圧力降下が
本発明に従うコアを横断してのそれよりも大きい
と言う事は、従来からのシステムにおける圧縮機
によつて消費されるエネルギーが本発明に従うそ
れよりも大きい事をもまた示唆する。 曲線“Ｆ”及び“Ｇ”も又、夫々従来からの凝
縮器及び本発明の凝縮器に対するものであり、同
一の空気流れ範囲に渡り匹敵する熱伝達量が示さ
れる。 曲線“Ｈ”及び“Ｊ”は、夫々従来からの凝縮
器及び本発明の凝縮器の為のものであり、凝縮器
を横断しての冷媒の圧力降下における相当な差を
例示する。これらは本発明の一つの利益を実証す
る。本発明に従う凝縮器を横断しての圧力降下が
ずつと小さい事により、冷媒の平均温度はそれが
凝縮物形態或いは蒸気形態であるとを問わず、従
来からの凝縮器の場合よりも高くなる。その結
果、同一の入口空気温度に対しては一層大きな温
度差が存在することになりこれはフーリエの法則
に従つて熱伝達の割合を増進させる。 本発明に従うコアに於ては、空気側圧力降下も
又、従来のコアよりも小さい。。これは２つの要
因に基く、即ちコアの奥行きがもつと小さい事及
び管によつて塞がれる自由流れ面積がもつと大き
い事である。そしてそうした事が結局、コアを通
して所望の空気流れを差向けるに要するフアンエ
ネルギーの節約になる。しかも、曲線“Ｆ”及び
“Ｇ”によつて示される様に、熱伝達率は実質的
に同一のままである。 本発明に従うコアは、従来からのコアと比較し
て保持する冷媒量が少ない。従つて、本発明のコ
アは冷媒の為のシステム要件を低減する。同様
に、本発明のコアは奥行が小さいい事から設置に
要する空間が小さくて済む。 表及び第４図に示されるデータから、本発明に
従うコアが従来からのコアよりもかなり軽量であ
る事を理解されよう。斯くして、第５図に於て従
来からのコアの１ポンド（約0.453Kg）当りの熱
伝達量（曲線“Ｋ”）と、本発明の凝縮器の１ポ
ンド当りの熱伝達量（曲線“Ｌ”）とが種々の空
気速度に於て比較される。従つて第５図は本発明
の凝縮器を使用する事によつて、熱伝達能力犠性
にする事無くシステムにおけるかなりの軽量化を
為し得る事を実証するものである。
【表】
【表】 第６図に示される曲線“Ｍ”は、種々の空気流
れに対する従来からのコアの空気側圧力降下を例
示し、曲線“Ｎ”は本発明のコアの空気側圧力降
下を例示する。これにより、本発明に従うコアを
使用した場合に空気側圧力降下が、従つてフアン
エネルギーが低減される事を認識されよう。 以上、本発明を実施例に基き説明したが、本発
明の内で多くの変更を為し得る事を銘記された
い。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に従う凝縮器の分解斜視図で
ある。第２図は、本発明に使用し得る凝縮器導管
の拡大断面図である。第３図は、一方が従来技術
設計によつて作製されそして他方が本発明に従う
同一前面面積を有する凝縮器の内側（流体）直径
に対する熱伝達量をプロツトして作成した予想性
能グラフである。第４図は、各々(a)：熱伝達量、
(b)：冷媒流量及び(c)：冷媒圧力降下に対する空気
通過量に於て従来製品及び本発明を比較したグラ
フである。第５図は、空気速度対各コアの製造に
於て使用された材料１ポンド当りの熱伝達量に基
づいて、従来製品と本発明とを比較したグラフで
ある。第６図は、空気速度対凝縮器の空気側を横
断しての圧力降下をプロツトする事により、従来
製品と本発明とを比較したグラフである。尚、図
中主な部分の名称は以下の通りである。 １０，１２：ヘツダ、２０：凝縮器管、３４：
波形フイン、４０：波形スペーサ、４６，４８，
５０，５２，５４，５６，５８，６０：平行流れ
流路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 一方が蒸気入口を具備し、一方又は他方が凝
    縮液出口を具備している一対の離間したヘツダ
    と、 該ヘツダ同士間を平行に伸延し且つ前記各ヘツ
    ダと連通する複数本の管であつて、前記各管が、
    前記ヘツダ同士間に流体直径が約0.015インチ
    （約0.38ミリメートル）から0.07インチ（約1.78ミ
    リメートル）の範囲の複数の平行な個別の流路を
    画定しており、更に前記流路の断面の輪郭は、会
    合する２以上の比較的直線状の部分とそれらが会
    合する箇所にできる少なくとも１つの凹入部とを
    有することを特徴とする凝縮器。 ２ 各管は複数の流路を画定する請求の範囲第１
    項記載の凝縮器。 ３ 冷却システムにおける冷媒のための凝縮器で
    あつて、 冷媒を通すためのほぼ平行状態で離間された一
    対の細長いヘツダであつて、その各々がほぼ平行
    な一列の細長スロツトを具備し、一方の前記ヘツ
    ダの前記細長スロツト列は、他方の前記ヘツダの
    前記細長スロツト列と整列及び対向している、前
    記一対の細長ヘツダと、 前記ヘツダの１本における蒸気入口と、 前記ヘツダの１本からの凝縮液出口と、 前記一対の細長ヘツダ間を伸延する断面が平坦
    でかつ平坦な側壁を有する複数の管によつて画定
    される管列にして、前記複数の管は、対応する前
    記細長スロツトの１つにその端部が配設され且つ
    前記細長ヘツダと流体連通し、少なくとも数本が
    互いに平行な流路を形成する前記管列と、 前記複数の管内で前記平坦な側壁間を延伸し且
    つ前記平坦な側壁に間隔を置いて結合されたスペ
    ーサ手段であつて、該スペーサ手段は(a)前記管の
    内部に前記ヘツダ間を延びる複数の個別の流路を
    形成し、(b)前記管を拡張するように作用する内側
    圧力に耐え、かつ(c)前記平坦な側壁と前記流路の
    間で熱を伝達し、更に前記流路が該流路の断面積
    に４を乗じそして対応する流路の濡れ周囲によつ
    て除した値として定義される流体直径を比較的小
    さい値を有するようにするスペーサ手段と、 前記複数の管をそこへの有意の内側圧力に対し
    ては支持し得ない波形フインにして、隣り合う前
    記複数の管の対面する前記平坦な側壁間を伸延す
    る前記波形フインと、 より成る、冷却システムにおける冷媒のための凝
    縮。 ４ スペーサ手段は波形であり且つ対向する平坦
    な側壁に結合された交互する波頂を有する請求の
    範囲第３項記載の冷却システムにおける冷媒のた
    めの凝縮器。 ５ スペーサ手段及び平坦な側壁の少なくとも一
    方の内面は、長手方向に沿つて伸延する流路の
    各々に於て少なくとも１つの前記凹入部を画定す
    る請求の範囲第３項記載の冷却システムにおける
    冷媒のための凝縮器。 ６ スペーサ手段の長手方向に沿つて伸延する流
    路の少なくとも幾つかに対し複数の前記凹入部が
    存在する請求の範囲第３項記載の冷却システムに
    おける冷媒のための凝縮器。 ７ スペーサ手段の長手方向に沿つて伸延する流
    路の実質的に各々の流体直径は約0.070インチ
    （約1.78ミリメートル）以下である請求の範囲第
    ３項記載の冷却システムにおける冷媒のための凝
    縮器。 ８ ヘツダは管である請求の範囲第３項記載の冷
    却システムにおける冷媒のための凝縮器。。 ９ ヘツダは円筒状管である請求の範囲第３項記
    載の冷却システムにおける冷媒のための凝縮器。
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