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WO2015015545A1 - 熱交換器及び空気調和機 - Google Patents

熱交換器及び空気調和機 Download PDF

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WO2015015545A1
WO2015015545A1 PCT/JP2013/070425 JP2013070425W WO2015015545A1 WO 2015015545 A1 WO2015015545 A1 WO 2015015545A1 JP 2013070425 W JP2013070425 W JP 2013070425W WO 2015015545 A1 WO2015015545 A1 WO 2015015545A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cut
heat exchanger
raised
air
fins
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2013/070425
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
晴樹 額賀
広 米田
禎夫 関谷
智弘 小松
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to PCT/JP2013/070425 priority Critical patent/WO2015015545A1/ja
Priority to TW103119205A priority patent/TW201522887A/zh
Publication of WO2015015545A1 publication Critical patent/WO2015015545A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • F28F1/325—Fins with openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/0007—Indoor units, e.g. fan coil units
    • F24F1/0059—Indoor units, e.g. fan coil units characterised by heat exchangers
    • F24F1/0067—Indoor units, e.g. fan coil units characterised by heat exchangers by the shape of the heat exchangers or of parts thereof, e.g. of their fins

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger and an air conditioner using the same, and more particularly to a heat exchanger having a plate-like fin with a cut-and-raised portion and an air conditioner using the same.
  • the component that constitutes the air conditioner and the component that affects the heat exchange performance is the heat exchanger.
  • This heat exchanger an increase in the amount of heat exchange and a reduction in air flow resistance are important development issues.
  • a cut and raised portion cut in a direction perpendicular to the surface of the plate-like fin is provided. That is, a pair of cut and cut portions are formed on the surface of the fin, and the cut and raised portions are formed by pushing between the cut and cut portions from one surface.
  • the cut-and-raised part divides the temperature boundary layer which is to be continuously developed along the air flow, and improves the average heat transfer coefficient of the fins.
  • a fin of such a heat exchanger for example, one having a configuration shown in FIG. 1 of JP-A-11-173785 (Patent Document 1) is known.
  • the heat exchanger is composed of plate-like fins stacked at predetermined intervals, and a heat transfer tube inserted perpendicularly to the plate-like fins, and the heat transfer tubes are arranged A cut-and-raised portion is formed on a plate-like fin surface between heat transfer pipes adjacent in the step direction.
  • the installation number N of the cut and raised parts along the flow direction of the gas, the increase degree ⁇ P * of the pressure loss ⁇ P with the increase of the installation number N, the heat transfer amount Q with the increase of the installation number N By setting it in a range that does not exceed the rise degree of Q * , it is possible to prevent the decrease of the flow velocity at the cut and raised part and maximize the effect of updating the boundary layer, and the air generated at the leg of the cut and raised part Is said to have the effect of suppressing shape loss due to peeling of
  • the ventilation resistance of the air flow is increased at a portion where a plurality of cut and raised portions are provided, air preferentially flows in a region where the ventilation resistance is relatively small in the vicinity of the heat transfer tube where there are no cut and raised portions.
  • the ventilation resistance around the heat transfer tube increases.
  • the ventilation resistance is increased by the cut-and-raised portion provided to increase the heat transfer rate, and thus, when it is attempted to obtain a required air volume, a new problem arises that the power of the blower increases.
  • An object of the present invention is to provide a novel heat exchanger that can improve the ventilation performance and reduce the power of the blower while securing the heat transfer performance, and an air conditioner using the same.
  • a feature of the present invention is that at least one cut and formed hole formed in a fin for forming a cut and raised portion is expanded by a predetermined width on the windward side, the windward side, or both sides with respect to the flow of air. It is in the place where it was formed.
  • the ventilation resistance can be reduced while maintaining the heat exchange amount of the heat exchanger, the power of the blower can be reduced, that is, an air conditioner with high energy saving property can be provided. become able to.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of an air conditioner to which the present invention is applied. It is sectional drawing of the indoor unit to which this invention is applied.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1;
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 1;
  • It is explanatory drawing which shows the streamline of the air in 1st Embodiment and the conventional heat exchanger.
  • the air conditioner to which the present invention is applied includes at least a pipe 14 for flowing a working fluid, a compressor 15 for compressing the working fluid, an expansion valve 16 for expanding the working fluid, and a chamber.
  • the indoor heat exchanger 1 a disposed inside the unit 19 and the outdoor heat exchanger 1 b disposed inside the outdoor unit 20 are configured.
  • the working fluid is a refrigerant such as R410A or R32, and flows in the direction of the solid arrow in the pipe 14 at the time of cooling, and flows in the direction of the dashed arrow at the time of heating.
  • the flow direction of the refrigerant is switched by the four-way valve 18.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the indoor unit, and the indoor unit 19 is provided with at least an indoor heat exchanger 1a and an indoor fan 17a inside a casing.
  • the indoor heat exchanger 1a is composed of a plurality of (for example, several hundred) plate-like fins 4 and a heat transfer tube 2 penetrating in the stacking direction of the plate-like fins 4, and the suction function of the indoor fan 12a Thus, air is drawn from the upwind front edge 12 of the fin 4 and heat exchange between the refrigerant flowing through the heat transfer tube 2 and the air is performed by the fin 4.
  • the heat transfer tubes 2 are provided in three stages in the inflow direction of the air, and the heat transfer tubes 2 are arranged in a zigzag manner.
  • the main load related to the flow of air of the indoor blower 17a is generated by the ventilation resistance of the indoor heat exchanger 1a. Therefore, the load of the indoor blower 17a can be reduced by reducing the ventilation resistance of the indoor heat exchanger 1a.
  • the main object of the present embodiment is to reduce the ventilation resistance of the indoor heat exchanger 1a, it is also possible to reduce the ventilation resistance of the outdoor heat exchanger 1b of the outdoor unit 20.
  • the invention is not limited to the indoor heat exchanger 1a.
  • FIG. 1 is a front view of the fins of the indoor heat exchanger 17a according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a cross-sectional view along the line AA of FIG. 1
  • FIG. 5 is along the line BB of FIG. FIG.
  • four fins are representatively drawn.
  • FIG. 1 a part of the fins 4 constituting the indoor heat exchanger 1 a is extracted and drawn, and the indoor heat exchanger 1 a penetrates the fins 4 laminated at predetermined intervals and the fins 4 and defines a predetermined interval.
  • the heat transfer tube 2 arranged in The refrigerant which is the working fluid, flows inside the heat transfer tubes 2, and the air passes through the gaps between the fins 4 in the row direction of the fins 4 (the direction of the air flow).
  • the axis of the heat transfer tube 2 is perpendicular to the row direction (direction of air flow) of the fins 4 and the step direction of the fins 4, ie, the surface of the fins 4, and the heat transfer tube 2 is along the step direction of the fins 4 as shown in FIG. Arranged.
  • the number of heat transfer tubes 2 arranged in the column direction is three.
  • the three-stage heat transfer tubes 2 are arranged in a staggered manner in the air flow direction.
  • the heat transfer tube 2 is manufactured by drawing and forming a metal material such as copper and aluminum, and the fin 4 is manufactured by pressing a metal material such as copper and aluminum.
  • the fin 4 is provided with a fin collar 3 inscribed in the heat transfer tube 2.
  • the fins 4 and the heat transfer tubes 2 are joined by the fin collar 3 by mechanically expanding the heat transfer tubes 2 or expanding them hydraulically.
  • a tube in which the outer diameter of the heat transfer tube 2 is 7.4 mm and the outer diameter of the fin collar 3 is 7.6 mm is used.
  • the cut-and-raised portions 5 are formed of a plurality of sets of three cut-and-raised portions 5A, 5B, 5C as one unit between the heat transfer tubes 2 adjacent in the row direction of each row of fins 4. It is formed to be symmetrical with respect to the step centerline 8 parallel to the direction of the air flow. Similarly, it is formed to be symmetrical with respect to a center line 9 connecting the center points of the heat transfer tubes 2 in each row.
  • the notch and rise portion 5 in the present embodiment has a long notch and raised portion 5A, a short notch and raised portion 5B, and a long notch and raised portion 5C. Three of are provided. These cut and raised portions 5A, 5B, 5C are open facing the flow of air. Furthermore, the long cut and raised part 5A is formed with wall portions at both ends so as to narrow the flow of air toward the short cut and raised part 5B, and the long cut and raised part 5C spreads the air flow from the short cut and raised part 5B. The walls at both ends are formed on the Further, the short cut and raised portions 5B are provided between the heat transfer tubes 2 in different rows in the step direction. The three cut and raised portions 5A, 5B, and 5C are cut and raised in the stacking direction of the fins 4.
  • the widths in the direction of air flow in the cut and raised portions 5A, 5B, 5C are all the same.
  • the width of the cut and raised portions 5A, 5B, 5C in the direction of the air flow is 1 mm, and the arrangement is symmetrical with respect to the center line 8 and the center line 9 at equal intervals. If the width and the number of arrangement of the cut and raised portions 5 are changed, the arrangement may be asymmetric.
  • the fins 4 are provided with cut and raised portions 5A, 5B, 5C cut and raised on the surfaces of the respective fins 4 so as to open at a predetermined height facing the air flow. ing.
  • the height of the cut-and-raised portion 5 is preferably about half of the lamination interval of the fins. In the present embodiment, the lamination interval of the fins 4 is 1.25 mm, and the height of the cut and raised portions 5 is 0.63 mm.
  • FIG. 5 is a cross section taken along the line B--B of FIG. 1.
  • the shape of the cut and raised portion 5C viewed from the upstream side of the air flow is trapezoidal.
  • the shape of the cut and raised portions 5A, 5B is also trapezoidal.
  • the cut and raised angles of the cut and raised portions 5A, 5B, 5C are such that the angle formed with the fin 4 is a predetermined angle.
  • the shape of the cut and raised portions 5A, 5B, 5C is a trapezoid and the cut and raised angle is 45 °, but the shape of the cut and raised portion 5 is substantially trapezoidal, concave or convex, and the cut and raised angle is 0 It may be changed between 90 °.
  • the portions 5A and 5C have a shape that substantially matches the shape of the cut and raised portions 5A and 5C projected in the stacking direction of the fins 4. That is, in this case, a pair of cut and cut portions are formed on the surface of the fin 4, and the cut and raised portions 5A and 5C are formed by pushing out between the cut and cut portions from one surface. It should be noted that one of the cut-and-cut sections is shortened, and this can form a wall that can narrow or widen the air flow.
  • the windward direction with respect to the shape obtained by projecting the cut and raised portion 5B in the stacking direction of the fins 4 And the downwind direction is enlarged by a predetermined length.
  • the cut and formed hole 6B is open.
  • a pair of cut and cut portions having a predetermined width are formed, and between the cut and cut portions
  • the cut-and-raised portion 5B is formed by pushing out from one side.
  • the width of the enlarged hole is 1.5 mm in the air flow direction, but the present invention is not limited to this.
  • the width of the cut and formed hole 6B shown in FIGS. 1 and 4 is drawn in an exaggerated manner for easy understanding.
  • the surface area of the fins 4 is reduced by making the cut and formed hole 6B corresponding to the short cut and raised part 5B enlarged by a predetermined length in the upwind direction and the downwind direction, Along with this, the frictional resistance to the flow of air is reduced.
  • the flow passage area is narrow, and this is a region where the air flow resistance tends to increase due to the acceleration of air. Therefore, the ventilation resistance of the indoor heat exchanger 1a is effectively reduced by enlarging the short cut and formed hole 6B.
  • the air flow resistance is reduced without disturbing the flow. That is, it is possible to provide an independent hole on the front side of the non-expanded cut and formed hole 6B, separately from the method of enlarging the cut and formed hole 6B for forming the cut and raised portion 5B as in this embodiment.
  • the boundary layer of the flow is formed at the edge of the front hole, which is not preferable because it becomes a draft resistance.
  • air is made to flow toward the cut and formed hole 6B by enlarging the cut and formed hole 6B at the center among the cut and formed holes 6A, 6B, 6C.
  • the amount of air flowing to a narrow area near the heat pipe 2 is reduced, the wind speed distribution of the air is made uniform, and the ventilation resistance is reduced.
  • the wind resistance of the indoor heat exchanger 1a is reduced by making the wind speed of the air accelerated before and after the slit uniform by expanding the cut and formed hole 6B in both the upwind direction and the downwind direction.
  • the heat transfer area of the fins 4 is reduced by enlarging the cut and formed hole 6B, the amount of air flowing to the cut and raised portion 5B is increased, and the effect of updating the velocity boundary layer and the temperature boundary layer of the air flow is sufficient.
  • the decrease in the heat transfer performance of the indoor heat exchanger 1a can be suppressed to a low level.
  • the front edge 11 and the rear edge 10 of the cut and formed hole 6B are in the shape of half long holes, but this is achieved by using smooth curves at the corners of the cut and formed hole 6B. This is to obtain a gentle wind speed distribution. Further, most of the windward front edge 11 of the cut and formed hole 6B is a straight line parallel to the step direction of the fins 4 and therefore, the air is substantially uniform to the windward front edge 13 of the cut and raised portion 5B. Distribution can be obtained.
  • the shapes of the front edge 11 and the rear edge 10 of the cut and formed hole 6B are one half long hole shape, but a plurality of half long hole shapes, half oval shapes, or the like may be used. Even when the shapes of the front edge 11 and the rear edge 10 of the cut and formed hole 6B are changed, the wind velocity around the heat transfer tube 2 is lowered to make the wind velocity distribution uniform, so the ventilation resistance is reduced equivalent to that of the half long hole. An effect is obtained. In addition, in the case where importance is given to reduction of processing cost, another shape without a curve such as a rectangle may be used. Furthermore, although both the upwind side and the downwind side are enlarged in this embodiment, the effect can be expected with either one.
  • FIG. 6 shows the flow lines 21 of air obtained by the numerical analysis of the indoor heat exchanger 1a of this embodiment and the conventional indoor heat exchanger 1a in comparison with each other. I draw a row.
  • the ventilation resistance before and after the cut-and-raised portion 5B at the center in each row of the fins 4 is reduced. It can be seen that more air flows toward the cut-and-raised portion 5B as compared to the conventional ones. Furthermore, it is understood that the variation of the streamlines 21 of the air on the leeward side particularly in the fins 4 is reduced because the wind velocity distribution is obtained so as to avoid the heat transfer tubes 2 smoothly.
  • FIG. 7 shows the rate of change of the ventilation resistance and the amount of heat exchange of the two comparative examples shown in FIG.
  • the calculation is heating with an air inflow velocity of 1 m / s, the temperature of the heat transfer tube 2 in the first and second rows of fins 4 at 40 ° C., and the temperature of the heat transfer tube 2 in the third row of fins 4 at 60 ° C. It went under the operating condition.
  • the present embodiment has an effect of greatly reducing the ventilation resistance while keeping the heat exchange amount of the indoor heat exchanger 1a substantially constant.
  • the ventilation resistance can be reduced while maintaining the heat exchange amount of the heat exchanger, the power of the blower can be reduced, that is, an air conditioner with high energy saving can be provided. .
  • the present embodiment differs from the first embodiment in that the windward side of the cut and raised forming hole 6A of the long cut and raised portion 5A on the windward side is enlarged.
  • the same reference numerals as in the first embodiment denote the same components or components having similar functions, and thus the detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 8 is a front view of the fins of the indoor heat exchanger according to the present embodiment, and illustrates one stage of the indoor heat exchanger 1a.
  • the surface area of the fins 4 is reduced by expanding the front edge 11 of the cut and raised hole 6A of the long cut and raised part 5A on the windward side to the windside over a predetermined length.
  • the frictional resistance to the flow of air is reduced.
  • the air flow resistance is reduced without disturbing the flow.
  • the wind direction of the air flowing into the indoor heat exchanger 1a can be effectively bent to the side of the updraft forming hole 6A by enlarging the updraft forming hole 6A in the upwind direction.
  • the equalization effect of the wind speed distribution is smaller than when the wind speed is uniformly expanded in both the upwind direction and the downwind direction as in Example 1, but when expanded only in the wind up direction, the enlarged cut and formed hole 6A
  • the amount of air flowing to the narrow area near the heat transfer tube 2 is reduced, and the wind velocity distribution of air is made uniform to obtain indoor heat Ventilation resistance of the exchanger 1a can be reduced.
  • the heat transfer area of the fins 4 is reduced by enlarging the cut and formed holes 6A, the volume of air flowing to the cut and raised portions 5A, 5B, 5C is increased, and the effect of updating the velocity boundary layer and the temperature boundary layer of the air flow Of the heat transfer performance of the indoor heat exchanger 1a can be suppressed.
  • FIG. 9 shows a stream line 21 of air obtained by the numerical analysis of the indoor heat exchanger 1a of the present embodiment and the conventional indoor heat exchanger 1a in comparison with each other, showing one stage of the indoor heat exchanger 1a. I'm drawing a minute.
  • the ventilation resistance in front of the cut-and-raised portion 5A at the windward side in each row of the fins 4 is reduced. It can be seen that more air flows toward the cut-and-raised portion 5A as compared with the conventional one not applied.
  • the variation of the streamlines 21 of the air on the downwind side particularly in the fins 4 is reduced.
  • the wind resistance is maintained while maintaining the heat exchange amount of the heat exchanger by expanding the front edge 11 of the cut and raised hole 6A of the long cut and raised portion 5A on the windward side to the windward side over a predetermined length.
  • the power consumption of the blower can be reduced, that is, an air conditioner with high energy saving can be provided.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that both ends on the leeward side of the cut-and-raised forming holes 6C of the long cut-and-raised portion 5C on the leeward side are enlarged.
  • the same reference numerals as in the first embodiment denote the same components or components having similar functions, and thus the detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 10 is a front view of the fins of the indoor heat exchanger according to the present embodiment, illustrating one stage of the indoor heat exchanger 1a.
  • an enlarged portion indicated by a trailing edge 10 is formed on the leeward side of the cut-and-raised forming hole 6C of the long cut-and-raised portion 5C on the leeward side. Since the trailing edge 10 is constituted by two arcs formed at both ends of the cut and formed hole 6C, the trailing edge 10 is directed to the next long cut and raised portion 5A.
  • the surface area of the fins 4 is reduced by enlarging the downwind side of the cut and raised holes 6C of the long cut-and-raised portion 5C on the downwind side, and the frictional resistance to the flow of air is reduced accordingly.
  • the windward resistance is reduced without disturbing the flow because there is no change in the number of boundary layers developed on the fins by enlarging the downwind side of the cut and raised forming hole 6C of the long cut and raised part 5C on the downwind side. Be done.
  • the distribution of air in the flow direction of the cut and formed holes 6C on the most leeward side of each row of the fins 4 is the center line 8 in the step direction of the cut and formed holes 6C (see FIG. 1) Since the maximum value is in the two regions divided in the step direction bordering on the), the air flows toward the cut-and-raised part 5A of the next row. Therefore, the amount of air flowing to the periphery of the heat transfer tube 2 in the next row is reduced, and the air flow resistance around the heat transfer tube 2 is reduced, whereby the ventilation resistance of the indoor heat exchanger 1a can be reduced.
  • the shape of the rear edge 10 formed on the leeward side of the cut and formed hole 6C is two arcs, but it may be two or more arcs or a shape having another curve. is there. Even when the shape of the trailing edge 10 is changed, the amount of air flowing to the cut-and-raised portion 5A in the next row is increased, so that the ventilation resistance reduction effect equivalent to that of the two arc shapes can be obtained. In addition, when importance is given to reduction of processing cost, other trailing edge shapes without curves such as rectangular may be used.
  • the windward direction of the air flowing toward the next row of cut and raised portions 5A is effectively made by expanding the both ends of the cut and formed holes 6C on the windward side of the long cut and raised portions 5C. It can be bent.
  • the equalization effect of the wind speed distribution of air is smaller than the case of uniformly expanding in both the upwind direction and the downwind direction as in Example 1, but the ups and downs forming holes 6C in which both ends on the downwind side are expanded;
  • the amount of air flowing to a narrow region near the heat transfer tubes 2 in the next row is reduced to make the wind velocity distribution of air uniform.
  • the heat transfer area of the fins 4 is reduced by enlarging both ends on the downwind side of the cut-and-raised holes 6C on the downwind side long cut-and-raised part 5C, the volume of air flowing to the next line of the up-and-down parts 5A increases. Since the effect of updating the flow velocity boundary layer and the temperature boundary layer is sufficiently obtained, it is possible to suppress the decrease in the heat transfer performance of the indoor heat exchanger 1a.
  • the ventilation resistance can be reduced while maintaining the heat exchange amount of the heat exchanger, so that the power of the blower can be reduced. That is, it is possible to provide an air conditioner with high energy saving performance.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that the windward and leeward sides of the cut and formed holes 6A, 6B, 6C corresponding to one set of cut and raised portions 5A, 5B, 5C are enlarged.
  • the same reference numerals as in the first embodiment denote the same components or components having similar functions, and thus the detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 11 is a front view of the fin of the indoor heat exchanger according to the present embodiment, and illustrates one stage of the indoor heat exchanger 1a.
  • the surface area of the fins 4 is reduced by enlarging the windward and leeward sides of the cut and formed holes 6A, 6B, 6C corresponding to one set of cut and raised portions 5A, 5B, 5C. Accordingly, the frictional resistance to the flow of air is reduced.
  • the air is enlarged by expanding the windward and leeward sides of the cut and formed holes 6A, 6B, 6C corresponding to one set of cut and raised portions 5A, 5B, 5C, respectively.
  • the air flows toward the cut and formed holes 6A, 6B, 6C, the amount of air flowing to a narrow region in the vicinity of the heat transfer tube 2 is reduced, the wind speed distribution of air is made uniform, and the ventilation resistance is reduced. Further, all pairs formed on the fins 4 have the same shape.
  • the wind speed distribution of air accelerated in front of and behind the cut and raised portions 5A, 5B, 5C is made uniform by expanding the cut and formed holes 6A, 6B, 6C in both the upwind direction and the downwind direction.
  • the draft resistance of the heat exchanger 1a can be reduced.
  • the heat transfer area of the fins 4 is reduced by expanding the cut and formed holes 6A, 6B, 6C in both the upwind direction and the downwind direction, but the volume of air flowing to the cut and raised portions 5A, 5B, 5C increases. Since the effect of updating the velocity boundary layer and the temperature boundary layer of the air flow is sufficiently obtained, it is possible to suppress the deterioration of the heat transfer performance of the indoor heat exchanger 1a.
  • FIG. 12 shows the rate of change of the ventilation resistance and the amount of heat exchange of the indoor heat exchanger 1a of this embodiment and the conventional indoor heat exchanger 1a.
  • the calculation is heating with an air inflow velocity of 1 m / s, the temperature of the heat transfer tube 2 in the first and second rows of fins 4 at 40 ° C., and the temperature of the heat transfer tube 2 in the third row of fins 4 at 60 ° C. It went under the operating condition.
  • the indoor heat exchanger 1a to which the present embodiment is not applied although the heat exchange amount of the indoor heat exchanger 1a is slightly reduced in the present embodiment, it is shown that the ventilation resistance is largely reduced.
  • Example 1 to 3 in consideration of the relationship between the manufacturing cost of the indoor heat exchanger 1a and the heat transfer performance, one of the pair of cut and raised holes 6A, 6B and 6C is enlarged. However, in the present embodiment, all of the pair of cut and raised holes 6A, 6B, 6C are enlarged in order to emphasize reduction of the air flow resistance. In order to enlarge all the cut and raised holes 6A, 6B, 6C, the heat transfer area is slightly reduced, but the draft resistance is reduced as the number of the enlarged cut and raised holes 6A, 6B, 6C increases. Therefore, it is sufficient to adopt an appropriate configuration according to the specification of the heat exchanger.
  • the ventilation resistance can be reduced while maintaining the heat exchange amount of the heat exchanger also in the fourth embodiment, so that the power of the blower can be reduced, that is, an air conditioner with high energy saving property is provided. You will be able to
  • the cut and formed hole formed in the fin for forming the cut and raised portion is enlarged by a predetermined amount on the windward side, the windward side, or both sides with respect to the air flow. It was configured to form.

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Abstract

　伝熱性能を確保しながら通風性能を向上して送風機の動力を低減することができる新規な熱交換器を備えた空気調和機を提供することにある。　切り起こし部を形成するためのフィンに形成された切り起こし部形成孔を、空気の流れに対して前側、或いは後ろ側、或いは両方側に所定量だけ拡大して形成するようにした。熱交換器の交換熱量を維持しつつ通風抵抗を低減することができるので、送風機の動力を低減することができる、すなわち、省エネルギー性の高い空気調和機を提供することができるようになる。

Description

熱交換器及び空気調和機
　本発明は熱交換器及びこれを使用した空気調和機に係り、特に板状のフィンに切り起こし部を形成した熱交換器及びこれを使用した空気調和機に関するものである。
　一般的に空気調和機の性能向上には、空気調和機を構成する個々の構成要素の性能向上が必要である。空気調和機を構成する構成要素で、熱交換性能に影響を及ぼす構成要素は熱交換器である。この熱交換器においては、熱交換量の増大と通風抵抗の低減が重要な開発課題となっている。
　従来の熱交換器では空気との熱交換をより多くして伝熱性能を向上させるために、板状のフィンの表面と垂直な方向に切り起こした切り起こし部を設けている。つまり、フィンの表面に一対の切りこみ切断部を形成し、この切りこみ切断部の間を一方の面から押し出して切り起こし部を形成している。
　この切り起こし部により、空気の流れに沿って連続的に発達しようとする温度境界層を分断し、フィンの平均熱伝達率を向上させているものである。このような熱交換器のフィンとしては、例えば、特開平１１－１７３７８５号公報（特許文献１）の図１に示す構成のものが知られている。
　この特許文献１によれば、熱交換器は所定の間隔で積層された板状フィンと、この板状フィンに対して垂直に挿入された伝熱管より構成されており、伝熱管の配置される段方向で隣接する各伝熱管の間の板状フィン面に切り起こし部を形成する構成とされている。
　この特許文献１によれば、気体の流れ方向に沿う切り起こし部の設置個数Ｎを、設置個数Ｎの増加に伴う圧力損失ΔＰの増加度合いΔＰ＊が、設置個数Ｎの増加に伴う伝熱量Ｑの上昇度合いＱ＊を上回ることがない範囲に設定することで、切り起こし部での流速の低下を防いで境界層の更新効果を最大限に引き出すとともに、切り起こし部の脚部で発生する空気の剥離による形状損失を抑える効果があるとしている。
特開平１１－１７３７８５号公報
　ところで、特許文献１にあるような熱交換器を使用する場合、フィンに切り起こし部を複数設けていることで空気とフィンの間の平均熱伝達率が高くなるという効果に対して、フィンの通風抵抗が増大するという副作用が発生し、所要の風量を得ようとすると送風機の動力（入力）が増加してしまうという恐れがある。
　すなわち、切り起こし部を複数設けた部分では空気流の通風抵抗が増大するため、空気は切り起こし部が存在しない伝熱管近傍の通風抵抗が比較的小さい領域を優先して流れる。その結果、伝熱管近傍の狭い領域に多くの空気が高速で流れて、伝熱管まわりの通風抵抗が増大するという現象がある。また、切り起こし部近傍においては、切り起こし部の存在によって空気の風速分布が不均一となり熱交換器の通風抵抗が増大するという現象がある。このように熱伝達率を高めるために設けた切り起こし部によって通風抵抗が増大することで、所要の風量を得ようとすると送風機の動力が増加してしまうという新たな課題が発現する。
　本発明の目的は、伝熱性能を確保しながら通風性能を向上して送風機の動力を低減することができる新規な熱交換器及びこれを使用した空気調和機を提供することにある。
　本発明の特徴は、切り起こし部を形成するためのフィンに形成された少なくとも１つの切り起こし形成孔を、空気の流れに対して風上側、或いは風下側、或いは両方側に所定の幅だけ拡大して形成した、ところにある。
　本発明によれば、熱交換器の交換熱量を維持しつつ通風抵抗を低減することができるので、送風機の動力を低減することができる、すなわち、省エネルギー性の高い空気調和機を提供することができるようになる。
本発明の第１の実施形態になる熱交換器のフィンの正面図である。 本発明が適用される空気調和機のシステム構成図である。 本発明が適用される室内機の断面図である。 図１のＡ－Ａ線に沿って断面した断面図である。 図１のＢ－Ｂ線に沿って断面した断面図である。 第１の実施形態と従来の熱交換器内の空気の流線を示す説明図である。 第１の実施形態と従来の熱交換器内の通風抵抗と交換熱量の変化率を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態になる熱交換器のフィンの正面図である。 第２の実施形態と従来の熱交換器内の空気の流線を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態になる熱交換器のフィンの正面図である。 本発明の第４の実施形態になる熱交換器のフィンの正面図である。 第４の実施形態と従来の熱交換器内の通風抵抗と交換熱量の変化率を示す説明図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
　先ず本発明の実施例を説明する前に、本発明が適用される空気調和機のシステムと室内機に使用される熱交換器の概略の構成について説明する。図２にあるように、本発明が適用される空気調和機は、少なくとも作動流体を流す配管１４と、作動流体を圧縮する圧縮機１５と、作動流体を膨張させるための膨張弁１６と、室内機１９の内部に配置される室内熱交換器１ａと、室外機２０の内部に配置される室外熱交換器１ｂとから構成されている。
　詳細には、室内機１９の内部においては、空気は空気流７で示すように室内送風機１７ａによって吸引されて室内熱交換器１ａを矢印方向に通過する。同様に、室外機２０の内部においては、空気は室外送風機１７ｂによって吸引されて室外熱交換器１ｂを矢印方向に通過する。作動流体はＲ４１０ＡやＲ３２等の冷媒で、冷房時には配管１４内を実線の矢印の方向に流れ、暖房時は破線の矢印の方向に流れる。冷媒の流れ方向は四方弁１８で切り替えられる。
　図３は室内機の断面図であり、室内機１９は、筐体の内部に少なくとも室内熱交換器１ａと室内送風機１７ａを備えている。室内熱交換器１ａは複数枚(例えば、数百枚)の板状のフィン４と、この板状のフィン４の積層方向に貫通する伝熱管２より構成されており、室内送風機１２ａの吸引作用によってフィン４の風上前縁１２から空気が吸引され、伝熱管２を流れる冷媒と空気との熱交換をフィン４によって行うようになっている。
　この室内熱交換器１７aは空気の流入方向に伝熱管２が３段に亘って設けられており、夫々の伝熱管２は千鳥状に配置されている。このような構成により室内送風機１７ａの空気の流れに関する主な負荷は、室内熱交換器１ａの通風抵抗により生じる。そのため、室内熱交換器１ａの通風抵抗を小さくすることで、室内送風機１７ａの負荷を低減することができる。
　本実施例はこの室内熱交換器１ａの通風抵抗を小さくすることを主たる目的としているが、この他に室外機２０の室外熱交換器１ｂの通風抵抗を小さくすることも可能であるため、本発明は室内熱交換器１ａに限定されないものである。
　以下、本発明の第１の実施形態について図１、図４、図５を参照して詳細に説明する。図１は、第１の実施形態になる室内熱交換器１７aのフィンの正面図、図４は図１のＡ－Ａ線に沿った断面図、図５は図１のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。尚、図４及び図５では、多数存在するフィン４のうち、４枚分を代表して抜き出して描いている。
　図１では室内熱交換器１ａを構成するフィン４の一部を抜き出して描いており、室内熱交換器１ａは、所定の間隔で積層されたフィン４と、フィン４を貫通し、所定の間隔で配列される伝熱管２とを備えている。作動流体である冷媒は伝熱管２の内側を流れ、空気はフィン４の列方向（空気流の方向）にそれぞれのフィン４の相互の隙間を通過する。伝熱管２の軸線はフィン４の列方向（空気流の方向）とフィン４の段方向、つまりフィン４の表面に直交し、伝熱管２は図３にあるようにフィン４の段方向に沿って配列される。本実施例では図３に示すように、伝熱管２の列方向の配置数を３段とした。そして、この３段の伝熱管２は空気流の方向に対して千鳥状に配列されている。
　伝熱管２は銅やアルミニウム等の金属材料を引き抜き成形して製作したもので、フィン４は銅やアルミニウム等の金属材料をプレス加工して製作したものである。フィン４は伝熱管２に内接するフィンカラー３を備えている。フィン４と伝熱管２とは伝熱管２を機械的に拡管もしくは液圧的に拡管してフィンカラー３で接合される。本実施例では、伝熱管２の外径を７.４ｍｍ、フィンカラー３の外径を７．６ｍｍとしたものを使用している。
　図１に示すように、切り起こし部５はフィン４の各列の段方向に隣り合う伝熱管２の間に、３個の切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃを１組の単位として複数組連続して形成されており、空気流の方向に平行な段方向の中心線８に対して対称となるように形成されている。同様に、各列の伝熱管２の中心点を結んだ中心線９に対しても対称となるように形成されている。
　本実施例における切り起こし部５は、フィン４の各列の段方向に隣り合う伝熱管２の間に、列方向に長い切り起こし部５Ａと、短い切り起こし部５Ｂと、長い切り起こし部５Ｃの３個が設けられている。これらの切り起こし部５Ａ，５Ｂ，５Ｃは空気の流れに対向して開口している。更に、長い切り起こし部５Ａは短い切り起こし部５Ｂに向けて空気の流れを狭めるように両端の壁部が形成され、長い切り起こし部５Ｃは短い切り起こし部５Ｂからの空気の流れを広げるように両端の壁部が形成されている。また、短い切り起こし部５Ｂは段方向で異なった列の伝熱管２の間に設けられている。そして、これら３個の切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃはフィン４の積層方向に切り起こされている。
　切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃにおける空気流の方向の幅は全て同じである。本実施例では、切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃの空気流の方向の幅を１ｍｍとし、配置を中心線８および中心線９に対して等間隔の対称形としたが、これに限るものではなく、切り起こし部５の幅や配置数を変えた場合や、配置を非対称としても良いものである。
　図４にあるように、フィン４は、空気流と対向して所定の高さで開口するように、それぞれのフィン４の面上に切り起こされた、切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃを備えている。切り起こし部５の高さは、フィンの積層間隔の約半分程度が望ましい。本実施例ではフィン４の積層間隔を１．２５ｍｍ、切り起こし部５の高さを０．６３ｍｍとした。
　また、図５は図１のＢ－Ｂ線に沿った断面であり、これに示すように、空気流の上流側から見た切り起こし部５Ｃの形状は台形である。同様に切り起こし部５Ａ，５Ｂの形状も台形である。切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃの切り起こし角度は、フィン４とのなす角が所定の角度となるようにしている。本実施例では、切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃの形状を台形とし、切り起こし角度を４５゜としたが、切り起こし部５の形状を略台形や凹型、凸形とし、切り起こし角度を０～９０゜の間で変更しても構わないものである。
　図１及び図４に示すように、切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃを切り起こすことで、フィン４には切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃに対応する切り起こし形成孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃが形成されることになる。
　そして、本実施例では、空気流の方向に形成された１組の切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃに対応する切り起こし形成孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃのうち、上流側と下流側の長い切り起こし部５Ａ、５Ｃについては、切り起こし部５Ａ、５Ｃをフィン４の積層方向に投影した形状とほぼ一致する形状としている。つまり、この場合はフィン４の表面に一対の切りこみ切断部を形成し、この切りこみ切断部の間を一方の面から押し出すことで切り起こし部５Ａ、５Ｃを形成している。尚、切りこみ切断部の一方は短くなっており、これによって空気流れを狭めたり、広げたりできるような壁部を形成することができる。
　一方、長い切り起こし部５Ａ、５Ｃの間の短い起こし部５Ｂに対応する中央の切り起こし形成孔６Ｂについては、切り起こし部５Ｂをフィン４の積層方向に投影した形状に対して、風上方向と風下方向に所定の長さだけ拡大した形状としている。つまり、切り起こし部５Ｂの上から見た時に切り起こし形成孔６Ｂが開いていることが見て取れる形状となっている。この場合はフィン４の表面に、風上方向と風下方向に所定の長さだけ拡大した孔を作るため、一対の所定の幅を備えた切りこみ切断部を形成し、この切りこみ切断部の間を一方の面から押し出すことで切り起こし部５Ｂを形成している。本実施例では、拡大される孔の幅を空気流の方向で１．５ｍｍとしたが、これに限るものではない。尚、図１及び図４に示す切り起こし形成孔６Ｂの幅は理解し易いように誇張して描いている。
　図１に示すように、短い切り起こし部５Ｂに対応する切り起こし形成孔６Ｂを風上方向と風下方向に所定の長さだけ拡大した形状とすることで、フィン４の表面積が減少し、それに伴い空気の流れに対する摩擦抵抗が減少する。特に、短い切り起こし形成孔６Ｂ周辺は伝熱管に挟まれていることから流路面積が狭く、空気の加速によって通風抵抗が増大しやすい領域となっている。そのため、短い切り起こし形成孔６Ｂを拡大することで、室内熱交換器１ａの通風抵抗は効果的に低減される。
　また、切り起こし形成孔６Ｂを拡大することによる、フィン４上に発達する境界層の数の変化はないことから、流れを乱すことなく通風抵抗が低減されるようになる。すなわち、本実施例のように切り起こし部５Ｂを形成するための切り起こし形成孔６Ｂを拡大する方法とは別に、拡大しない切り起こし形成孔６Ｂの前側に独立した孔を設けることも可能であるが、この場合では前側の孔の縁に流れの境界層が形成されて通風抵抗となるので好ましくないものである。
　また、図１に示すように、切り起こし形成孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃのうち、中央の切り起こし形成孔６Ｂを拡大することで、空気は切り起こし形成孔６Ｂに向かって流れるようになり、伝熱管２の近傍の狭い領域へ流れる空気量が低減し、空気の風速分布が均一化されて通風抵抗が低減するようになる。更に、切り起こし形成孔６Ｂを風上方向および風下方向の両方向に拡大することで、スリット前後で加速される空気の風速分布を均一化して、室内熱交換器１ａの通風抵抗は低減される。
　尚、切り起こし形成孔６Ｂを拡大することでフィン４の伝熱面積は減少するが、切り起こし部５Ｂへ流れる風量が増加し、空気流の速度境界層および温度境界層を更新する効果が十分に得られるため、室内熱交換器１ａの伝熱性能の低下を少なく抑えることができる。
　図１に示すように、切り起こし形成孔６Ｂの前縁１１及び後縁１０は半長孔形状となっているが、これは、切り起こし形成孔６Ｂの角部に滑らかな曲線を用いることによって緩やかな風速分布を得るためである。また、切り起こし形成孔６Ｂの風上側の前縁１１の大部分は、フィン４の段方向に平行な直線のため、切り起こし部５Ｂの風上の前縁１３に対して、ほぼ均一に空気が流入する分布を得られる。
　本実施例では切り起こし形成孔６Ｂの前縁１１と後縁１０の形状を１個の半長孔形状としたが、複数の半長孔形状や半楕円形状などにしても良いものである。切り起こし形成孔６Ｂの前縁１１と後縁１０の形状を変えた場合でも、伝熱管２の周囲の風速を下げて風速分布が均一化することから、半長孔と同等の通風抵抗の低減効果が得られる。また、加工コストの低減を重視する場合には、長方形の様な曲線の無い他の形状でも良いものである。更に、本実施例では風上側と風下側の両方を拡大しているが、どちらか一方でも効果を期待できるものである。
　図６は、本実施例の室内熱交換器１ａと、従来の室内熱交換器１ａの数値解析によって得られた空気の流線２１を比較して示したものであり、室内熱交換器１ａの１段分を描いている。
　図６から明らかなように、本実施例の室内熱交換器１ａでは、フィン４の各列における中央にある切り起こし部５Ｂの前後の通風抵抗が低減されているため、本実施例を適用していない従来のものに比べて切り起こし部５Ｂに向かって多くの空気が流れることがわかる。更に、伝熱管２を滑らかに避けるような風速分布をとるため、特にフィン４における風下側の空気の流線２１のばらつきが小さくなることがわかる。
　図７は図６に示した２つの比較例の通風抵抗と交換熱量の変化率を示すものである。計算は、空気の流入速度を１ｍ/ｓ、フィン４の１列目と２列目の伝熱管２の温度を４０℃、フィン４の３列目の伝熱管２の温度を６０℃とした暖房運転条件で行った。
　本実施例を適用していない室内熱交換器１ａを基準とすると、本実施例は室内熱交換器１ａの交換熱量をほぼ一定に保ちながら、通風抵抗を大きく低減する効果があることが示された。
　したがって、熱交換器の交換熱量を維持しつつ通風抵抗を低減することができるので、送風機の動力を低減することができる、すなわち、省エネルギー性の高い空気調和機を提供することができるようになる。
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施例は風上側の長い切り起こし部５Ａの切り起こし形成孔６Ａの風上側を拡大した点で実施例１と異なっている。ここで、実施例１と同じ参照番号は同一の構成要素、或いは類似の機能を備える構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
　図８は本実施例になる室内熱交換器のフィンの正面図であり、室内熱交換器１ａの１段分を描いている。図８に示すように、風上側の長い切り起こし部５Ａの切り起こし形成孔６Ａの前縁１１を所定の長さに亘って風上側に拡大することで、フィン４の表面積が減少し、それに伴い空気の流れに対する摩擦抵抗が減少する。また、切り起こし形成孔６Ａの風上側を拡大することによる、フィン上に発達する境界層の数の変化はないことから、流れを乱すことなく通風抵抗が低減される。
　図８に示すように、切り起こし形成孔６Ａの前縁１１を風上側に拡大することで、風上にある空気の風向きを切り起こし形成孔６Ａの風上側の方向へ大きく曲げることが可能となる。そのため、伝熱管２の近傍の狭い領域へ流れる空気量が低減し、空気の風速分布が均一化されて室内熱交換器１ａの通風抵抗は低減する。
　また、切り起こし形成孔６Ａを風上方向に拡大することで、室内熱交換器１ａに流入する空気の風向きを切り起こし形成孔６Ａ側へ効果的に曲げることができる。風速分布の均一化効果は、実施例１のように風上方向および風下方向の両方向へ均等に拡大した場合に比べて小さいが、風上方向のみ拡大した場合は、拡大した切り起こし形成孔６Ａと、その後方にある短い切り起こし部５Ｂへ流入する空気量を効果的に増加させるため、伝熱管２の近傍の狭い領域へ流れる空気量を低減し、空気の風速分布を均一化して室内熱交換器１ａの通風抵抗を低減することができる。
　切り起こし形成孔６Ａを拡大することでフィン４の伝熱面積は減少するが、切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃへ流れる風量が増加し、空気流の速度境界層および温度境界層を更新する効果が十分に得られるため、室内熱交換器１ａの伝熱性能の低下を抑えることができる。
　図９は本実施例の室内熱交換器１ａと従来の室内熱交換器１ａの数値解析によって得られた空気の流線２１を比較して示したものであり、室内熱交換器１ａの１段分を描いている。図９から明らかなように、本実施例の室内熱交換器１ａでは、フィン４の各列における最も風上にある切り起こし部５Ａの前の通風抵抗が低減されているため、本実施例を適用していない従来のものに比べて切り起こし部５Ａに向かって多くの空気が流れることがわかる。さらに、伝熱管２を滑らかに避けるような風速分布をとるため、特にフィン４における風下側の空気の流線２１のばらつきが小さくなる。
　このように、風上側の長い切り起こし部５Ａの切り起こし形成孔６Ａの前縁１１を所定の長さに亘って風上側に拡大することで、熱交換器の交換熱量を維持しつつ通風抵抗を低減することができるので、送風機の動力を低減することができる、すなわち、省エネルギー性の高い空気調和機を提供することができるようになる。
　次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施例は風下側の長い切り起こし部５Ｃの切り起こし形成孔６Ｃの風下側の両端を拡大した点で実施例１と異なっている。ここで、実施例１と同じ参照番号は同一の構成要素、或いは類似の機能を備える構成要素であるので、その詳細な説明を省略する。
　図１０は本実施例になる室内熱交換器のフィンの正面図であり、室内熱交換器１ａの１段分を描いている。図１０に示すように、風下側の長い切り起こし部５Ｃの切り起こし形成孔６Ｃの風下側に後縁１０で示す拡大部を形成している。この後縁１０は切り起こし形成孔６Ｃの両端に形成された２個の円弧によって構成されているので、後縁１０は次の長い切り起こし部５Ａに向けて指向されることになる。
　このように、風下側の長い切り起こし部５Ｃの切り起こし形成孔６Ｃの風下側を拡大することで、フィン４の表面積が減り、それに伴い空気の流れに対する摩擦抵抗が減少する。また、風下側の長い切り起こし部５Ｃの切り起こし形成孔６Ｃの風下側を拡大することにより、フィン上に発達する境界層の数の変化はないことから、流れを乱すことなく通風抵抗が低減される。
　更に、図１０に示すように、フィン４の各列の最も風下側の切り起こし形成孔６Ｃの空気の流れ方向の分布は、切り起こし形成孔６Ｃの段方向の中心線８（図１を参照）を境に段方向に分けられた２つの領域に極大値を持つため、空気は次列の切り起こし部５Ａに向かって流れる。そのため、次列の伝熱管２の周辺へ流れる空気量が減り、伝熱管２の周辺の風速を低下させることで室内熱交換器１ａの通風抵抗を低減できるようになる。
　本実施例では切り起こし形成孔６Ｃの風下側に形成した後縁１０の形状を２個の円弧形状としたが、２個以上の円弧形状、或いは他の曲線を持つ形状にしても良いものである。後縁１０の形状を変えた場合でも、次列の切り起こし部５Ａに流れる空気が増えることから、２個の円弧形状と同等の通風抵抗の低減効果が得られる。また、加工コストの低減を重視する場合は、長方形の様な曲線の無い他の後縁形状でも良いものである。
　図１０に示すように、風下側の長い切り起こし部５Ｃの切り起こし形成孔６Ｃの風下側の両端を拡大することで次列の切り起こし部５Ａに向けて流入する空気の風向きを効果的に曲げることができる。空気の風速分布の均一化効果は、実施例１のように風上方向および風下方向の両方向へ均等に拡大した場合に比べて小さいが、風下側の両端を拡大した切り起こし形成孔６Ｃと、その後方にある次列の切り起こし部５Ａへ流入する空気量を効果的に増加させるため、次列の伝熱管２の近傍の狭い領域へ流れる空気量を低減し、空気の風速分布を均一化して、室内熱交換器１ａ通風抵抗を低減することができる。
　風下側の長い切り起こし部５Ｃの切り起こし形成孔６Ｃの風下側の両端を拡大することでフィン４の伝熱面積は減少するが、次列の切り起こし部５Ａへ流れる風量が増加し、空気流の速度境界層および温度境界層を更新する効果が十分に得られるため、室内熱交換器１ａの伝熱性能の低下を抑えることができる。
　フィン４に形成した１組の切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃのうちの最も風下側の切り起こし形成孔６Ｃの風下側の両端を拡大することで得られる効果は、次列に流れる空気の風速分布を均一化する効果である。このため、最後列では大きな効果を発揮しない。また、通風抵抗はほとんど変化せず、伝熱面積だけが小さくなるため、フィン４の伝熱性能が低下する場合がある。本実施例では、図１０に示すように、最も風下側の伝熱管２の列を除く伝熱管２の列のみに存在する切り起こし部５Ｃに対応する切り起こし形成孔６Ｃの風下側の両端を拡大して伝熱性能の低下を最小限にしている。
　このように、切り起こし形成孔６Ｃの風下側の両端を拡大することで、熱交換器の交換熱量を維持しつつ通風抵抗を低減することができるので、送風機の動力を低減することができる、すなわち、省エネルギー性の高い空気調和機を提供することができるようになる。
　次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施例は１組の切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃに対応する切り起こし形成孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃの夫々の風上側と風下側を拡大した点で実施例１と異なっている。ここで、実施例１と同じ参照番号は同一の構成要素、或いは類似の機能を備える構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
　図１１は、本実施例に係る室内熱交換器のフィンの正面図であり、室内熱交換器１ａの１段分を描いている。図１１に示すように、１組の切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃに対応する切り起こし形成孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃの夫々の風上側と風下側を拡大することで、フィン４の表面積が減り、それに伴い空気の流れに摩擦抵抗が減少する。
　また、切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃに対応する切り起こし形成孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃを拡大することによる、フィン４上に発達する境界層の数の変化はないことから、流れを乱すことなく通風抵抗が低減されるものである。すなわち、本実施例のように切り起こし形成孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃを拡大する方法とは別に、拡大しない切り起こし形成孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃの前側に独立した孔を設けることも可能であるが、この場合では前側の孔の縁に流れの境界層が形成されて通風抵抗となるので好ましくないものである。
　図１１に示すように、１組の切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃに対応する切り起こし形成孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃの夫々の風上側と風下側を拡大することで、空気は夫々拡大された切り起こし形成孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃに向かって流れるようになり、伝熱管２の近傍の狭い領域へ流れる空気量が低減し、空気の風速分布が均一化されて通風抵抗は低減する。また、フィン４上に形成された全ての組にも同様の形状が施されているものである。
　また、切り起こし形成孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃを風上方向および風下方向の両方向に拡大することで、切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃの前後で加速される空気の風速分布を均一化して、室内熱交換器１ａの通風抵抗を低減することができる。切り起こし形成孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃを風上方向および風下方向の両方向に拡大することでフィン４の伝熱面積は減少するが、切り切り起こし部５Ａ、５Ｂ、５Ｃへ流れる風量が増加し、空気流の速度境界層および温度境界層を更新する効果が十分に得られるため、室内熱交換器１ａの伝熱性能の低下を抑えることができる。
　図１２は、本実施例の室内熱交換器１ａと従来の室内熱交換器１ａの通風抵抗と交換熱量の変化率を示すものである。計算は、空気の流入速度を１ｍ/ｓ、フィン４の１列目と２列目の伝熱管２の温度を４０℃、フィン４の３列目の伝熱管２の温度を６０℃とした暖房運転条件で行った。本実施例を適用していない室内熱交換器１ａを基準とすると、本実施例では室内熱交換器１ａの交換熱量をわずかに低下させるが、通風抵抗を大きく低減する効果があることが示された。
　実施例１乃至実施例３では、室内熱交換器１ａの製造コストと伝熱性能の関係を考慮して、１組の切り起こし孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃのうちの１つの切り起こし孔を拡大したが、本実施例では、通風抵抗の低減を重視するという要請から１組の切り起こし孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃの全てを拡大するようにした。全ての切り起こし孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃを拡大するため、伝熱面積が少し少なくなるが、通風抵抗は拡大した切り起こし孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃの数の増加とともに低減するようになる。したがって、熱交換器の仕様によって適切な構成を採用すれば良いものである。
　このように、実施例４においても熱交換器の交換熱量を維持しつつ通風抵抗を低減することができるので、送風機の動力を低減することができる、すなわち、省エネルギー性の高い空気調和機を提供することができるようになる。
　以上に説明した通り、本発明では切り起こし部を形成するためのフィンに形成された切り起こし形成孔を、空気の流れに対して風上側、或いは風下側、或いは両方側に所定量だけ拡大して形成するように構成した。
　これによって、熱交換器の交換熱量を維持しつつ通風抵抗を低減することができるので、送風機の動力を低減することができる、すなわち、省エネルギー性の高い空気調和機を提供することができるようになる。
　１ａ…室内熱交換器、１ｂ…室外熱交換器、２…伝熱管、３…フィンカラー、４…フィン、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５…切り起こし部、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６…切り起こし形成孔、７…空気流の方向、１０…切り起こし形成孔の後縁、１１…切り起こし形成孔の前縁、１２…フィンの風上前縁、１３…切り起こし部の風上前縁、１４…配管、１５…圧縮機、１６…膨張弁、１７ａ…室内送風機、１７ｂ…室外送風機、１８…四方弁、１９…室内機、２０…室外機、２１…空気の流線。

Claims (7)

  1. 　複数の板状のフィンを所定の隙間を介して積層し、積層された前記複数のフィンを貫通する所定の間隔で設けられた複数の伝熱管を備えた熱交換器において、
    　前記フィンを流れる空気の流れに対向して開口するように前記フィンから切り起こされた切り起こし部を空気の流れに沿って前記フィンに複数個設けると共に、前記切り起こし部を形成する少なくとも１つの切り起こし形成孔を空気の流れに対して風上側、或いは風下側、或いは両方側を所定の幅だけ拡大して形成するようにしたことを特徴とする熱交換器。
  2. 　請求項１に記載の熱交換器において、
    　前記伝熱管は前記フィンに対して空気の流れ方向に千鳥状に配置され、空気の流れ方向に配置された隣り合う前記伝熱管の間に複数の前記切り起こし部を１組として複数組の前記切り起こし部が設けられ、前記複数の切り起こし部のうちの１つの前記切り起こし形成孔を空気の流れに対して風上側、或いは風下側、或いは両方側を所定の幅だけ拡大して形成するようにしたことを特徴とする熱交換器。
  3. 　請求項２に記載の熱交換器において、
    　前記１組の切り起こし部のうち最も風上側に位置する前記切り起こし部の前記切り起こし形成孔の風上側を所定の幅だけ拡大して形成したことを特徴とする熱交換器。
  4. 　請求項２に記載の熱交換器において、
    　前記１組の切り起こし部のうち最も風下側に位置する前記切り起こし部の前記切り起こし形成孔の風下側の両端を所定の幅だけ拡大して形成したことを特徴とする熱交換器。
  5. 　請求項２に記載の熱交換器において、
    　前記１組の切り起こし部は３個の切り起こし部より構成され、中央の前記切り起こし部の前記切り起こし形成孔の風上側と風下側を所定の幅だけ拡大して形成したことを特徴とする熱交換器。
  6. 　請求項２に記載の熱交換器において、
    　前記１組の切り起こし部に対応した全ての前記切り起こし形成孔の風上側と風下側を所定の幅だけ拡大して形成したことを特徴とする熱交換器。
  7. 　冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、冷媒と室内空気とを熱交換する室内機用熱交換器と、冷媒と室外空気とを熱交換する室外機用熱交換器とを備えた空気調和機において、
    　前記室内機用熱交換器と室外機用熱交換器のいずれか、或いは両方を請求項１乃至請求項６に記載の熱交換器としたことを特徴とする空気調和機。
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