JP2004271113A

JP2004271113A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004271113A
Application number: JP2003064891A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Yamaguchi; 成人山口; Takashi Sugio; 孝杉尾; Shoichi Yokoyama; 昭一横山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】パラレルフロー型の熱交換器を暖房運転時の蒸発器となる室外機に利用した場合でも、フィン部で発生する着霜を均一にして、暖房運転効率の高いパラレルフロー型の熱交換器を提供するものである。
【解決手段】内部に冷媒が流入する平行に配された複数の偏平管１と、隣接する偏平管１の間に配置されたフィン２とが交互に積層された熱交換器のフィン２に複数のルーバ６が切り起こし形成され、フィン２のルーバ長さは、流体上流から下流に向かって、順次広くなるように配置したものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルームエアコン等のヒートポンプ式空気調和機に利用される室外熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパラレルフロー型熱交換器（以降、単に熱交換器と呼ぶ）は、凝縮器として使用される場合、即ち、エアコンが冷房用として使用される場合のみを対象としている為に、着霜に対する考慮がなされていない。よって、暖房の蒸発器として使用する場合、フィンで発生する結露水や着霜の最適な処理を行って、熱交換器の性能を最大限に発揮させる為の工夫が必要となる。
【０００３】
図５に一般的なパラレルフロー型熱交換器の構成を示している。図６はその熱交換器の一部を拡大したものである。熱交換器は、平行に複数の偏平管１が配置され、この偏平管１の間に挟みこまれるようにフィン２が密着され、各偏平管１
の上下端には一対の中空の上下ヘッダ３、４が設けられている。これらの、偏平管１およびフィン２が空気流方向に対して直角にそれぞれ交互に積層されている。また、一対の中空ヘッダ３、４には冷媒が流通しており、これら中空ヘッダ３、４から各偏平管１に設けられた１本ないし数本の冷媒通路５の中を流れると共に、冷媒の熱を偏平管１からフィン２に伝達され、更にはフィン２を通過する空気と熱交換が行われる。
【０００４】
実際に、図５に示す熱交換器が、暖房の蒸発器として使用される場合、冷媒は下部ヘッダ３から各偏平管２の冷媒通路５に矢印Ｍ方向に流れ吸熱が行われる。一方、冷房運転となる凝縮器として利用される場合は、冷媒がＭ方向とは逆の方向に流れて、放熱が行われる。
【０００５】
従来では、冷媒と空気の熱交換を促進させる為に、図６に示すような、フィン６に切り起こし形成された複数の同一形状のルーバ６が設けられており、このルーバ６は、空気流上流側と下流側とでその傾き方向が逆になるように形成されている。
【０００６】
ここで、図５に示す熱交換器が、ルームエアコン室外機の蒸発器として使用される暖房運転において、偏平管１を通過する冷媒がフィン２を介して、空気側の熱を吸いとって蒸発し、空気は吸熱されて冷却される。この時、空気が保有する水分が、フィン２の表面に結露し、フィン２の表面温度が氷点下以下になる場合は、結露水が氷となってフィン２の表面に着霜し、霜は時間経過と共に生長していき、最後には、空気の通風路が塞がれてしまい、目詰まりを起こしてしまう。特に、フィン２にはルーバ６が設けられているため、フィン２の各段の間隔は狭く、霜によって通風路が塞がれるのが早くなり、その結果、通風不足により暖房能力が短時間で低下するという課題があった。
【０００７】
そこで、着霜による熱交換器の目詰まりによる空気の通風不足を改善し、暖房運転時間を伸ばすためにフィンに空気が流入する上流側部分に小さい角度の上流側ルーバを形成し、下流側部分に上流側ルーバよりも大きな角度の下流側ルーバを形成させたもの（例えば、特許文献１参照）や、フィンの間の空気の流路となる空間を挟んで、ルーバ部分とルーバの無い平坦部を設けたり、空気の上流と下流側でルーバの角度を変化させた複雑なもの（例えば、特許文献２参照）も提案されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−２２１７８７号公報（第５頁、第１図）
【特許文献２】
特開平８−１７８３６６号公報（第６頁、第１、２、５、６図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のフィンを使用した熱交換器の構成では、フィンの角度が複雑に変化しているが、着霜が始まると直ぐに目詰まりが始まり、暖房運転時間が飛躍的に伸びるといった大きな効果は期待されないばかりか、フィン中央部に溜まった水滴が氷結する場合もある。また、形状が複雑な為に、加工性、生産性も悪く、フィンにコルゲートとルーバーを組み合わせた複雑な形状であるために空気がフィン表面を通過する際に、空気とフィン部との摩擦による騒音が増大するという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、フィンの形状を簡易的で且つ、量産性のある最適な形状のものにし、着霜による目詰まりまでの時間を可能な限り長くした熱交換器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、内部に冷媒が流入する平行に配された複数の偏平管と、隣接する偏平管の間に配置されたコルゲードフィンとが交互に積層された熱交換器であって、前記フィンに複数のルーバが切り起こし形成され、前記フィンのルーバ長さは、流体上流から下流に向かって、順次広くなるように配置されたことを特徴とするものである。上記構成によって、除霜時にフィン面上の結露水を除去し、着霜による目詰まりまでの時間を伸ばした熱交換器を提供できる。
【００１２】
また、ルーバ間の間隔が、流体上流から下流に向かって、順次狭くなるように配置されたことを特徴とするものである。上記構成によって、除霜時にフィン面上の結露水を確実に除去し、着霜による目詰まりまでの時間を伸ばし、生産性、加工性の高い熱交換器を提供できる。
【００１３】
また、ルーバー形状をＶの字に形成したことを特徴とする。上記構成によって、除霜時にフィン面上の結露水を確実に除去し、着霜による目詰まりまでの時間を伸ばし、フィンと空気摩擦による騒音を低減した熱交換器を提供できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１にかかるフィンの形状を示すもので、特に図１の（ａ）は、熱交換器の水平断面図で上から見た状態を示し、図１の（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａのフィン部断面図である。なお本実施形態の熱交換器の構成自体は、図５に示したものと同じである。
【００１６】
熱交換器は、一定の間隔を保って並行に配された冷媒を流通する複数の偏平管１と、この各偏平管１に挟みこまれるように配置された熱交換促進用のフィン２と各偏平管１の上下端に連結された中空ヘッダ３、４とから構成され、偏平管１およびフィン２それぞれ交互に積層されている。なお、中空ヘッダ３、４には図示しない圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧弁、配管等が接続されて冷凍サイクルが構成されており、冷房、暖房運転を行い、そして、熱交換器を行う空気流は図示しない送風機によって発生される。従来と同じ構成部品には、同じ符号を用いている。
【００１７】
図１に示すように偏平管１は、内部に冷媒が流通する複数の冷媒通路５が形成されており、冷媒通路５が中空ヘッダ３、４に連通されている。例えば、熱交換器が、暖房運転となる蒸発器として利用される場合、冷媒が下側の中空ヘッダ４から各偏平管１の冷媒通路に流入し、上側の中空ヘッダ５に流れる。一方、冷房運転となる凝縮器として利用される場合は、蒸発器とは逆であり、上側の中空ヘッダ３から各偏平管１の冷媒通路５を介して下側の中空ヘッダ４に流れていく。
【００１８】
また、フィン２は、熱伝導性の良いアルミニウムや銅合金等の薄い金属板を波形に成形したもので、通風方向に無数のハニカム状の通気路を形成するように取り付けられ、屈曲部が偏平管１に固着されている。
【００１９】
屈曲部を除く格段の表面には、空気流との熱交換を促進させる複数のルーバ６が切り起こし形成されている。ルーバ６は、一定の間隔ｔ１を保って、ある所定の傾斜角度θで、切り起こされているが、図１の（ａ）に示すように、ルーバの長さは、空気流（風向）の風上から風下（矢印で示す方向）に向かって、漸次長くなっている。
【００２０】
ここで、低外気温度となる着霜条件下で、暖房運転を行うと蒸発器となる室外熱交換器に霜が付くが、最初に空気と冷媒が熱交換を行う風上のルーバ６で積極的に着霜が発生するので、着霜が時間の経過と共に生長していく。従って、霜が風上のルーバ６で生長し続けると、風上のルーバ６で完全に霜が目詰まりを起こし、風下のルーバ６で殆ど着霜が発生しない状態で、空気通路が塞がれてしまい、空気と冷媒が熱交換することができなくなるが、本実施形態のように空気流に対してルーバ６の長さを漸次長くすることで、フィン全体に均一に着霜することができ、着霜が発生しても、空気流路の流量が極端に減少することがないので、長時間に渡って効率の良い暖房運転が可能となる。
【００２１】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２にかかるフィンの形状を示している。図１と同じ構成要素については、同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２２】
ここで、ルーバ６の長さ自体は同一で、ある所定の傾斜角度θで、切り起こされているが、空気流に対して、風上から風下に向かって、ルーバ間の間隔ｔ２が漸次短くなっている。このように空気流に対してルーバ６間の間隔が漸次短くすることで、ルーバ６の間隔ｔ２の狭まった風下に、着霜が適度に発生し、フィン全体に均一に着霜することができ、着霜が発生しても、空気流路の流量が極端に減少することがないので、長時間に渡って効率の良い暖房運転が可能となる。
【００２３】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３にかかるフィンの形状を示している。本実施形態のフィン形状は、空気の流れに対し、Ｖ字を描いたルーバ６の形状であり、図３に示すルーバ６の長さは、空気流に対して、風上から風下となるに向かって、漸次長くなっている。上記構成によって、図の破線矢印のように、空気の流れがルーバ６に沿ってチューブ１の方へ流れるので、フィン２の中央部で結露した水滴が留まって、着氷となるのを防ぐと共に、フィン全体に均一に着霜することができ、着霜が発生しても、空気流路の流量が極端に減少することがないので、長時間に渡って効率の良い暖房運転が可能となる。
【００２４】
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４にかかるフィンの形状を示している。本実施形態のフィン形状は、空気の流れに対し、Ｖ字を描いたルーバ６の形状であり、ルーバ６の配置は、ルーバ６間の間隔が、空気流に対して、風上から風下となるに向かって、漸次短くなっている。上記構成によって、図の破線矢印のように、空気の流れがルーバ６に沿ってチューブ１の方へ流れるので、フィン２の中央部で結露した水滴が留まって、着氷となるのを防ぐと共に、フィン全体に均一に着霜することができ、着霜が発生しても、空気流路の流量が極端に減少することがないので、長時間に渡って効率の良い暖房運転が可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
上記から明らかなように、本発明はフィン全体に均一に着霜させることができ、着霜が発生しても、空気流路の流量が極端に減少することがないので、さらにはフィンの中央部で結露した水滴が留まって、着氷となる氷結を防ぐことが可能となり、長時間に渡って効率の良い暖房運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施形態を示す熱交換器の水平方向の部分断面図
（ｂ）（ａ）におけるＡＡ断面図
【図２】（ａ）本発明の第２の実施形態を示す熱交換器の水平方向の部分断面図
（ｂ）（ａ）におけるＢＢ断面図
【図３】本発明の第３の実施形態を示す熱交換器の水平方向の部分断面図
【図４】本発明の第４の実施形態を示す熱交換器の水平方向の部分断面図
【図５】パラレルフロー型熱交換器の全体斜視図
【図６】パラレルフロー型熱交換器の部分の拡大斜視図
【符号の説明】
１偏平管
２フィン
３、４中空ヘッダ
５冷媒流路
６ルーバ

Claims

内部に冷媒が流れる複数の偏平管と、前記偏平管の間に配置されたフィンとが交互に積層された熱交換器であって、前記フィンに複数のルーバが切り起こし形成され、前記フィンのルーバ長さが、風向上流から下流に向かって、順次長くなるように配置されたことを特徴とする熱交換器。
内部に冷媒が流れる複数の偏平管と、前記偏平管の間に配置されたフィンとが交互に積層された熱交換器であって、前記フィンに複数のルーバが切り起こし形成され、前記ルーバ間の間隔が、風向上流から下流に向かって、順次狭くなるように配置されたことを特徴とする熱交換器。
前記ルーバーを、風向上流からみて、略Ｖ字状に形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。