JP2004053089A - 空気調和機の熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】通風抵抗の増大を抑制すると共に、熱交換能力を向上させることのできる空気調和機の熱交換器を提供する。
【解決手段】空気の流通方向と直交する方向に隣接する伝熱管２１，２２の間の切り起し４１〜４４を空気の流通方向に４列以上設けると共に、伝熱管の中心どうしを結ぶ仮想線分ＣＬに近い内側の各切り起しのフィンカラーに近い方の立ち上がり部が、空気の流通方向に直視した状態で全て重なり、仮想線分から遠い外側の切り起しの立ち上がり部の少なくとも一部が空気の流通方向に直視した状態でフィンカラーに重なり、内側の各切り起しの立ち上がり部とフィンカラーとの最短距離Ｌ１とフィンカラーの直径Ｄｃとが０．１≦Ｌ１／Ｄｃ≦０．２５の関係を持つようにする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィンチューブ熱交換器とも呼ばれる空気調和機の熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の熱交換器は、それぞれ板状に形成され、板面を互いに平行にして所定のピッチで配置された複数の伝熱フィンと、互いに離隔した複数箇所で伝熱フィンを貫通している伝熱管と、隣接する伝熱管の間の伝熱フィン上に設けられた切り起しとを備えている。この場合、熱交換効率の向上を図るべく、フィン上の切り起しを細かくしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、昨今においては、省エネルギー性の高い機器が求められるようになり、熱交換効率の向上よりも、送風量の増大による熱交換能力の向上に重きが置かれるようになってきた。このため、これまでの切り起しの形状、配置では風量の増加に伴う通風抵抗が大きくなり過ぎたり、風速分布が偏ったりして、省エネルギー性の観点から必ずしも最適とは言えないものになっていた。
【０００４】
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、その目的は、通風抵抗の増大を抑制すると共に、熱交換能力を向上させることのできる空気調和機の熱交換器を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、風速分布の偏りを防止することによって熱交換能力の向上に寄与し得る空気調和機の熱交換器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、
それぞれ板状に形成され、板面を互いに平行にして所定のピッチで配置された複数の伝熱フィンと、互いに離隔した複数箇所で伝熱フィンを貫通している伝熱管と、隣接する伝熱管の間の伝熱フィン上に設けられた切り起しとを備えた空気調和機の熱交換器において、
空気の流通方向と直交する方向に隣接する前記伝熱管の間の切り起しを空気の流通方向に４列以上設けると共に、伝熱管の中心どうしを結ぶ仮想線分に近い内側の各切り起しのフィンカラーに近い方の立ち上がり部が、空気の流通方向に直視した状態で全て重なり、仮想線分から遠い外側の切り起しの立ち上がり部の少なくとも一部が空気の流通方向に直視した状態でフィンカラーに重なり、内側の各切り起しの立ち上がり部とフィンカラーとの最短距離Ｌ１とフィンカラーの直径Ｄｃとが０．１≦Ｌ１／Ｄｃ≦０．２５の関係にあることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、
それぞれ板状に形成され、板面を互いに平行にして所定のピッチで配置された複数の伝熱フィンと、互いに離隔した複数箇所で伝熱フィンを貫通している伝熱管と、隣接する伝熱管の間の伝熱フィン上に設けられた切り起しとを備えた空気調和機の熱交換器において、
空気の流通方向と直交する方向に隣接する前記伝熱管の間の切り起しを空気の流通方向に４列以上設けると共に、伝熱管の中心どうしを結ぶ仮想線分に近い内側の各切り起しのフィンカラーに近い方の立ち上がり部が、空気の流通方向に直視した状態で全て重なり、仮想線分から遠い外側の切り起しの立ち上がり部の少なくとも一部が空気の流通方向に直視した状態でフィンカラーに重なり、仮想線分に近い内側の少なくとも１列の切り起しが空気の流通方向と直交する方向に２つに分割されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の空気調和機の熱交換器において、２つに分割された切り起し相互間の平坦部が、隣接する２つの伝熱管の略中間に位置していることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の空気調和機の熱交換器において、仮想線分から遠い外側の切り起しの立ち上がり部は、仮想線分から遠くなるほど拡がるように傾斜していることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の空気調和機の熱交換器において、切り起しの立ち上がり部の傾斜角は略３５度以下であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の空気調和機の熱交換器において、複数の切り起しは、仮想線分の中点に対して、点対称に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る空気調和機の熱交換器（以下、単に熱交換器とも言う）の第１の実施形態の構成を示す部分斜視図である。同図において、全体が参照符号１で示される熱交換器は、それぞれ板状をなして外径寸法が細長く形成された多数の伝熱フィン１１〜１ｎと、この伝熱フィン上で千鳥足状に位置決めされた複数箇所でそれぞれ伝熱フィン１１〜１ｎを貫通している伝熱管２１，２２，…，３１，３２，…と、矢印Ａで示された空気の流通方向と直交する方向に隣接する伝熱管の間、すなわち、伝熱管２１，２２，…の間、及び、伝熱管３１，３２，…の間に、それぞれ空気の流通方向に４列以上（図１では４列）設けられた切り起し４１，４２，４３，４４とで構成されている。この場合、伝熱フィン１１〜１ｎは板面を互いに平行にして一定のピッチで配置されている。
【００１３】
図１に示した第１の実施形態中、伝熱フィン１１〜１ｎ及び切り起し４１〜４４は種々に変形して実施することができる。そこで、本明細書ではこれらの変形例を第２乃至第４の実施形態として以下に説明することとする。
【００１４】
図２は本発明に係る熱交換器の第２の実施形態を示し、このうち、図２（ａ）は伝熱フィンの及び切り起しの概略構成図である。図１に示した第１の実施形態においては横幅の比較的広い伝熱フィン１１〜１ｎに伝熱管２１，２２，…，３１，３２，…を千鳥足状に配置したが、ここでは、横幅の狭い伝熱フィン１１Ａ〜１ｎＡ（１１Ａのみを示す）と、伝熱フィン１１Ｂ〜１ｎＢ（１１Ｂのみを示す）とを用い、伝熱フィン１１Ａ〜１ｎＡに伝熱管２１，２２，…を貫通させ、伝熱フィン１１Ｂ〜１ｎＢに伝熱管３１，３２，…を貫通させ、全体として図１に示した熱交換器１と略同様な機能を備えるように組み立てたものである。図２（ｂ）は図２（ａ）中のＸ部の拡大図であり、伝熱管２１の周囲が伝熱フィンと一体で、かつ、同じ厚さに成形されたフィンカラー５１によって覆われている。また、図２（ａ）に示した伝熱フィン１１Ａ〜１ｎＡ及び伝熱フィン１１Ｂ〜１ｎＢは、空気の流通方向と直交する方向に隣接する伝熱管の間に、長さが異なるものを含んでいる切り起しが空気の流通方向に５列設けられ、これらが流通空気との熱交換を促進する役割を果たしている。
【００１５】
図３は図２に示す伝熱フィン１１Ａ〜１ｎＡ，１１Ｂ〜１ｎＢの詳細な構成を説明するために、伝熱フィン１１Ａの一部を拡大して示した平面図である。ここで、空気の流通する方向と直交する方向に隣接する伝熱管の中心どうし、すなわち、フィンカラー５１の中心どうしを結ぶ仮想線分をＣＬとする。この仮想線分ＣＬ上に切り起し６３が設けられ、これよりも流入空気の上流側に切り起し６２及び６１が設けられ、下流側に切り起し６４及び６５が設けられている。このうち、仮想線分ＣＬに近い内側の切り起し６２，６３，６４のフィンカラー５１に近い方の各立ち上がり部が、矢印Ａで示す空気の流通方向に直視した状態で全て重なり、仮想線分ＣＬから遠い外側の切り起し６１，６５の立ち上がり部の少なくとも一部が空気の流通方向に直視した状態でフィンカラー５１に重なるように形成されている。
【００１６】
また、仮想線分ＣＬに近い内側の切り起し、例えば、切り起し６２及び６４が空気の流通方向と直交する方向に２つに分割されている。さらに、仮想線分ＣＬから遠い外側の切り起し６１，６５の各立ち上がり部は、仮想線分ＣＬから遠くなるほど拡がるように傾斜している。また、各切り起し６１〜６５の立ち上がり部とフィンカラー５１との最短距離、この場合、切り起し６２〜６４の立ち上がり部とフィンカラー５１との間隔Ｌ１と、フィンカラーの直径Ｄｃとの間に０．１≦Ｌ１／Ｄｃ≦０．２５の関係を持たせている。
【００１７】
図４は本実施形態と比較するために参考的に示した従来の熱交換器の伝熱フィン７１の概略構成図であり、伝熱管２１の周囲がフィンカラー５１によって覆われ、隣接する伝熱管との間に設けられる切り起し８１〜８５の各立ち上がり部はフィンカラー５１に近接し、このうち、切り起し８１，８２，８４，８５の各立ち上がり部は風の流通方向に直視したとき傾斜している。
【００１８】
以下、第２の実施形態に係る熱交換器１の作用、効果について説明する。図４に示す従来の伝熱フィン７１においては、切り起し８１〜８５の各立ち上がり部がフィンカラー５１を取り囲むように形成され、かつ、切り起し８１，８２，８４，８５の各立ち上がり部は傾斜しているので、熱交換効率は高められるが、通風抵抗の増加原因となるため、熱伝達率の向上という点では必ずしも効果的とはいえなかった。
【００１９】
これに対して、第２の実施形態に係る伝熱フィン１１Ａ〜１ｎＡ，１１Ｂ〜１ｎＢは、熱伝達率の向上にあまり影響がないと考えられる切り起し、すなわち、伝熱管の中心どうしを結ぶ仮想線分ＣＬに近い内側の各切り起し６２〜６４のフィンカラー５１に近い方の立ち上がり部を、空気の流通方向に直視した状態で全て重なるようにして、熱伝達率を維持しつつ通風抵抗の増大を防ぐことができ、風速分布の偏りを防止することができる。
【００２０】
また、仮想線分ＣＬから遠い外側の切り起し６１，６５の立ち上がり部の少なくとも一部が空気の流通方向に直視した状態でフィンカラー５１に重なるようにしたことにより、伝熱管２１の後流の死水域を少なくし、送風音の増大をも防ぐことができる。図５は熱伝達率／送風抵抗と前面風速との関係を実験によって確かめた線図であり、太線で示した本実施形態に係る伝熱フィン１１Ａ〜１ｎＡ，１１Ｂ〜１ｎＢが細線で示した従来の伝熱フィンよりも同一の前面風速において、熱伝達率／送風抵抗が大きくなり、通風抵抗の増大を防いでいることが分かる。
【００２１】
また、空気の流通方向から見て重なるように形成した立ち上がり部の位置は、伝熱管からあまり遠すぎると伝熱管周りの気流が剥離し、熱伝達率低下の原因となる。図６は熱伝達率と、フィンカラーの外側と切り起し端の最小の隙間Ｌ１のフィンカラーの直径Ｄｃに対する割合Ｌ１／Ｄｃとの関係を実験によって確かめた線図であり、Ｌ１／Ｄｃが０．２５より大きくなると、熱伝達率の低下が顕著となる。また、Ｌ１／Ｄｃが０．１よりも小さくなると製造が困難になる。そこで、本実施形態のように、０．１≦Ｌ１／Ｄｃ≦０．２５とすることによって実用的に最大の熱伝達率とすることができる。
【００２２】
図７は本発明に係る熱交換器の第３の実施形態を示し、特に、仮想線分ＣＬから遠い外側の切り起し６１，６５の各立ち上がり部の詳細を説明するための図である。図中、図３と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示した伝熱フィン１１Ｃは、フィンカラー５１又は伝熱管の中心どうしを結ぶ仮想線分ＣＬに近い内側の各切り起し６２〜６４の全てが空気の流通する方向と直交する方向に２つに分割されており、仮想線分ＣＬから遠い外側の切り起し６１，６５のみ、その立ち上がり部を矢印Ａに示す空気の流通方向にθだけ傾斜させている。
【００２３】
以下、第３の実施形態の作用、効果について説明する。通常、伝熱管の下流側は死水域となり、気流が淀み、伝熱的にはあまり有用の部分ではない。この死水域を小さくするために、従来は切り起しを伝熱管の周りに設け、気流を伝熱管の下流に回り込ませるようにしてきた。しかし、通風抵抗が増大するため、風量が増加した昨今の空気調和機においては必ずしも効果的とはいえなかった。
【００２４】
図７に示した第３の実施形態によれば、空気流を伝熱管周りと、伝熱管周りに設けた切り起しの立ち上がり部の周囲とに効果的に導くことができるため、通風抵抗が比較的小さく、伝熱促進効果の高い熱交換器を提供することができる。すなわち、伝熱管周りに存在する全ての立ち上がり部を気流方向に対して傾斜させるのではなく、通常、伝熱管の下流側の死水域を小さくするために最低限必要な部分のみを傾けることにより、過度に伝熱管周辺に空気流を導かず、通風抵抗の増大を防ぐことができ、風速分布の改善に役立つ。また、切り起し端部の角度θは、ある程度気流を伝熱管の下流に導くために重要である。しかし、通風抵抗の増大を抑えるため、フィン端側の切り起し端部の角度を３５度以下にすべきである。
【００２５】
図８は本発明に係る熱交換器の第４の実施形態を示し、特に、仮想線分ＣＬに近い内側の切り起しの少なくとも１列が、空気の流通する方向と直角の方向に２つに分割され、しかも、仮想線分ＣＬの中点に対して、点対称に各切り起しが配置されていることを示している。ここに示した伝熱フィン１１Ｄは矢印Ａで示した空気の流通方向に合計７列の切り起し９１〜９７が形成されている。このうち、仮想線分ＣＬから遠い外側に形成された切り起し９１及び９７は図７に示した第３の実施形態と同様に形成されている。これらの切り起しの内側に位置する切り起し９２〜９６は空気の流通方向とは直交する方向に２つに分割されている。また、切り起し９２及び９６は仮想線分ＣＬの中点Ｏに対して点対称に形成され、残りの切り起し９３，９４，９５は仮想線分ＣＬの２等分線に線対称に形成されている。従って、切り起し９１〜９７の全ては仮想線分ＣＬの中点Ｏに対して点対称に形成されている。
【００２６】
以下、第４の実施形態の作用、効果について説明する。この構成によれば、切り起し９１〜９７を密集させることによって伝熱管と伝熱管の間の中間付近の風速が伝熱管の近傍に比べて低くなるという問題が回避され、通風抵抗に比して熱交換能力の高い熱交換器を提供することができる。すなわち、切り起しの少なくとも１列を空気の流通方向と直交する方向に２つに分割させることにより、分割された２つの切り起し間の平坦部近傍の通風抵抗が減少し、この部分に流れる空気量が増大し、風速分布の偏りが少なくなる。なお、仮想線分ＣＬから遠い外側の切り起しを分割すると、熱交換器を出た空気流に乱れが生じやすく、騒音などの元凶となる。逆に、仮想線分ＣＬから遠い外側に分割していない切り起しがあると、空気流が整流化され、流速分布が滑らかになる。
【００２７】
また、分割された切り起し間の平坦部の位置が、伝熱管と伝熱管のちょうど中間にあると、風速分布変更防止の効果が高い。さらにまた、図８に示す切り起し９２及び９６のように、平坦部位置が偏っている場合でもこれらが点対称に形成されておれば同様な効果が得られる。一方、切り起し９１〜９７を全て点対称に形成することによって、空気流の上流側と下流側とを逆にして組み立てたとしても風速分布は同じであるため、製造管理も容易になるという効果も得られる。
【００２８】
なお、上述した第１、第３及び第４の実施形態では風の流通方向に１列の伝熱フィンを配置し、第２の実施形態では風の流通方向に２列の伝熱フィンを配置したものについて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、１列又は２列又は３列以上の伝熱フィンを備えた殆どの熱交換器に適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、通風抵抗の増大を抑制すると共に、熱交換能力を向上させることのできる空気調和機の熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和機の熱交換器の第１の実施形態の構成を示す部分斜視図。
【図２】本発明に係る空気調和機の熱交換器の第２の実施形態を構成する伝熱フィンの平面図及びその部分拡大図。
【図３】図２に示す伝熱フィンの詳細な構成を説明するために、一部を拡大して示した平面図。
【図４】本発明に係る空気調和機の熱交換器の第２の実施形態と比較するために参考的に示した従来の空気調和機の熱交換器の伝熱フィンの概略構成図。
【図５】第２の実施形態の効果を説明するために、熱伝達率／送風抵抗と前面風速との関係を示した線図。
【図６】第２の実施形態の効果を説明するために、熱伝達率と、フィンカラーの外側と切り起し端の最小の隙間Ｌ１のフィンカラーの直径Ｄｃに対する割合Ｌ１／Ｄｃとの関係を示した線図。
【図７】本発明に係る空気調和機の熱交換器の第３の実施形態を構成する伝熱フィンの平面図。
【図８】本発明に係る空気調和機の熱交換器の第４の実施形態を構成する伝熱フィンの平面図。
【符号の説明】
１　熱交換器
１１〜１ｎ，１１Ａ〜１１Ｄ　伝熱フィン
２１，２２，３１，３２　伝熱管
４１〜４４，６１〜６５，８１〜８５，９１〜９７　切り起し
５１　フィンカラー
ＣＬ　仮想線分

Claims (6)

1. それぞれ板状に形成され、板面を互いに平行にして所定のピッチで配置された複数の伝熱フィンと、互いに離隔した複数箇所で前記伝熱フィンを貫通している伝熱管と、隣接する前記伝熱管の間の前記伝熱フィン上に設けられた切り起しとを備えた空気調和機の熱交換器において、
   空気の流通方向と直交する方向に隣接する前記伝熱管の間の前記切り起しを空気の流通方向に４列以上設けると共に、前記伝熱管の中心どうしを結ぶ仮想線分に近い内側の前記各切り起しのフィンカラーに近い方の立ち上がり部が、空気の流通方向に直視した状態で全て重なり、前記仮想線分から遠い外側の前記切り起しの立ち上がり部の少なくとも一部が空気の流通方向に直視した状態で前記フィンカラーに重なり、内側の前記各切り起しの立ち上がり部と前記フィンカラーとの最短距離Ｌ１と前記フィンカラーの直径Ｄｃとが０．１≦Ｌ１／Ｄｃ≦０．２５の関係にあることを特徴とする空気調和機の熱交換器。
2. それぞれ板状に形成され、板面を互いに平行にして所定のピッチで配置された複数の伝熱フィンと、互いに離隔した複数箇所で前記伝熱フィンを貫通している伝熱管と、隣接する前記伝熱管の間の前記伝熱フィン上に設けられた切り起しとを備えた空気調和機の熱交換器において、
   空気の流通方向と直交する方向に隣接する前記伝熱管の間の前記切り起しを空気の流通方向に４列以上設けると共に、前記伝熱管の中心どうしを結ぶ仮想線分に近い内側の前記各切り起しのフィンカラーに近い方の立ち上がり部が、空気の流通方向に直視した状態で全て重なり、前記仮想線分から遠い外側の前記切り起しの立ち上がり部の少なくとも一部が空気の流通方向に直視した状態で前記フィンカラーに重なり、前記仮想線分に近い内側の少なくとも１列の前記切り起しが空気の流通方向と直交する方向に２つに分割されていることを特徴とする空気調和機の熱交換器。
3. ２つに分割された前記切り起し相互間の平坦部が、隣接する２つの前記伝熱管の略中間に位置していることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機の熱交換器。
4. 前記仮想線分から遠い外側の前記切り起しの立ち上がり部は、前記仮想線分から遠くなるほど拡がるように傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機の熱交換器。
5. 前記切り起しの立ち上がり部の傾斜角は略３５度以下であることを特徴とする請求項４に記載の空気調和機の熱交換器。
6. 前記複数の切り起しは、前記仮想線分の中点に対して、点対称に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の空気調和機の熱交換器。

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