JP2005106349A

JP2005106349A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2005106349A
Application number: JP2003338979A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Sato; 秀行佐藤
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd; Sinko Industries Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd; Sinko Industries Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】
スリットフィンとルーバフィンとの両者の利点を生かし、あるいは、撥水剤でコーティングしたフィンと親水剤でコーティングしたフィンとの両者の利点を生かし、かつ、両者の欠点を克服して効率の良い熱交換器を提供する。
【解決手段】多数枚のフィンとこれらを貫通する複数本の冷媒管が配置された熱交換器において、風上領域のフィンは風向きを交互に変更させるルーバフィンを配置し、風下領域のフィンは風向きの変更が少なく通風抵抗が低いスリットフィンを配置した熱交換器であり、多数枚のフィンとこれらを貫通する複数本の冷媒管が配置された熱交換器において、風上領域を撥水剤でフィン表面をコーティングし、風下領域を結露による水滴が生じにくい親水剤でフィン表面をコーティングした熱交換器である。
【選択図】図４

Description

本発明は、多数枚のフィンとこれらを貫通する複数本の冷媒管が配置された熱交換器の構造に関する。

従来の空気調和機等の冷却コイルの冷媒管には、熱交換のための薄肉の金属板からなる複数枚のフィンが並設されている。
このフィンの形状は、平坦なストレートフィン、ジグザグのコルゲートフィン、風向きを交互に変化させるルーバフィン、風向き方向に細いスリットを設けたスリットフィン等(例えば、特許文献１、特許文献２)が知られている。
これらのフィンは、それぞれ熱交換効率の指標のコイル伝熱係数Ｋｆ値や通風抵抗が異なり、スリットフィンとルーバフィンを比べると、(1)スリットフィンではルーバフィンよりは通風抵抗が少ないので送風機は比較的小型でよいが、コイル伝熱係数Ｋｆ値はルーバフィンよりも劣り、逆に、(2)ルーバフィンではスリットフィンより通風抵抗が大きく送風機に負担がかかるが、コイル伝熱係数Ｋｆ値はスリットフィンよも良好である。

また、本発明者は、一般にフィンが冷却時に濡れ面状態では、伝熱係数Ｋｆ値が低下するが、ルーバフィンはスリットフィンに比べて伝熱係数Ｋｆ値が著しく低下することを見出した。その理由はルーバフィンのルーバ部は通風抵抗が大きいが、その分だけルーバ部の表面に結露による水滴やブリッジが生じやすく伝熱係数Ｋｆ値の低下に大きく関わるものと考えられる。
この点は、スリットフィンとルーバフィンとの関係だけではなく、同じ形状のフィンである場合には、撥水剤でコーティングしたフィンと親水剤でコーティングしたフィンとの関係でも同じである。すなわち、撥水剤でコーティングしたフィンは乾燥時においては空気流に直接触れるので熱交換効率である伝熱係数Ｋｆ値は高いが、冷却時には結露による水滴が生じやすく伝熱係数Ｋｆ値が著しく低下し通風抵抗も大きくなる。一方、親水剤でコーティングしたフィンは、薄い水の幕がフィンと空気流の間に存在するために、伝熱係数Ｋｆ値は総じて高くないが、冷却時にも濡れ表面は平滑であるために通風抵抗が低い。

実開昭４９−１３３２４１号公報特許第３２２４６６９号公報

本発明の解決しようとする問題点は、スリットフィンとルーバフィンとの両者の利点を生かし、あるいは、撥水剤でコーティングしたフィンと親水剤でコーティングしたフィンとの両者の利点を生かし、かつ、両者の欠点を克服して効率の良い熱交換器を提供することである。

本発明は、多数枚のフィンとこれらを貫通する複数本の冷媒管が配置された熱交換器において、風上側は風下側より冷却されていないことに着目して、乾燥面の存在下ではコイル伝熱係数Ｋｆ値が高いルーバフィン、或いは、撥水剤でコーティングしたフィンとし、風下側より冷却されて濡れ面状態になっても、通風抵抗が低いスリットフィン、或いは、親水剤でコーティングしたフィンとし、両者の利点を生かした構造を特徴とするものである。
すなわち、請求項１の発明は、多数枚のフィンとこれらを貫通する複数本の冷媒管が配置された熱交換器において、風上領域のフィンは風向きを交互に変更させるルーバフィンを配置し、風下領域のフィンは風向きの変更が少なく静圧損失が低いスリットフィンを配置したことを特徴とする熱交換器であり、実施例１に対応したものである。
請求項２の発明は、多数枚のフィンとこれらを貫通する複数本の冷媒管が配置された熱交換器において、風上領域を撥水剤でフィン表面をコーティングし、風下領域を結露による水滴が生じない親水剤でフィン表面をコーティングしたことを特徴とする熱交換器であり、実施例２に対応したものである。

本発明によれば、多数枚のフィンとこれらを貫通する複数本の冷媒管が配置された熱交換器において、風上側のフィンの表面は比較的乾燥状態にあるので、熱交換効率が高い構造とし、風下側は冷却が進むにつれ濡れた状態になりやすいが、フィンは通風抵抗の低い構造としたので、全体としては、熱交換効率を高くでき圧損を少なくすることができるという効果が得られる。
特に、請求項１の発明(実施例１)によれば、風上側のフィンの表面は比較的乾燥面状態となっているのでルーバフィンにして、ルーバフィンの乾燥面での高い伝熱係数Ｋｆ値を維持し、風下側が濡れ面状態となっても、下流をスリットフィンにして高い通風抵抗を避けることが出来るという効果が得られる。
また、請求項２の発明(実施例２)によれば、請求項１の発明の効果に加えて、請求項２の構成よりも簡単な構成であることから安価に製造でき、保守が容易であるという効果が得られる。

本件発明は、多数枚のフィンとこれらを貫通する複数本の冷媒管が配置された熱交換器において、風上側のフィンは乱流が生じやすく熱交換効率が高いルーバフィンや撥水剤でフィン表面をコーティングしたフィンとし、濡れ面状態でも比較的圧損の低いスリットフィンや、水滴が生じにくい親水剤でフィン表面をコーティングしたフィンとした構造のものである。

ここで、本発明をルーバフィンとスリットフィンを組み合わせた熱交換器の実施例１を図面に沿って説明する。
図１(a)は、実施例１の熱交換器を空気調和装置に適用した全体を説明する概略図であるが、中央空調機１には、フィルター11、冷却コイル２、加熱コイル(図示せず)、加湿器(図示せず)、および、給気ファン12が配置されて、還気(および外気)(ＲＡ)を取り入れ所定の温度にされ所定の湿度が付与された給気(ＳＡ)は、給気ファン12によって給気ダクト(図示せず)を通じて各部屋に搬送される。
前記冷却コイル２の概略は、図１(b)に示すように、一通の冷媒管がジグザグに配管され、フィン３に対しては空気流に横切る四本の冷媒管21,22,23,24となるように構成され、この４本の冷媒管21,22,23,24は空気流と平行に並設された多数枚のフィン３を貫通して設けられている。
前記フィン３は、還気(ＲＡ)の流れに平行に設けられ、フィン３の風上側のほぼ縦半分の領域はルーバフィン31であり、フィン３の風下側のほぼ縦半分の領域はスリットフィン32である。

ルーバフィン31の具体的構造を説明すると、図２(a)に示すように、個々のルーバフィン31はいわゆる風向きを変えるルーバ形状をしており、フィン３の上面に設けられた細長い開口部311から空気流を取り入れ、ルーバ部312の下面に沿ってフィン３の下面に設けられた細長い開口部313から次のルーバフィン31に導かれる。また、ルーバ部312の角度を逆にして、フィン３の下面に設けられた細長い開口部313から空気を取り入れ、上面に設けられた細長い開口部311から空気を排出する構造でもよく、実施例１では、後述するように、これらを適宜組み合わせて全体としてもルーバフィン31としている。
実施例１において、ルーバフィン31は、図４に示すようにフィン３の風上側のほぼ半分の領域の冷媒管21,22の存在しない箇所に鼓状に配置され、図５に示すように、冷媒管21の側領域に空気はフィン３の上面から下面に流れるルーバフィン31を３個と、それに続いて上面から下面に流れるルーバフィン31を３個との６×２＝１２個を形成してある。このルバー部分312は面積は大小があるが、平均して風向きに対してほぼ幅2.4mm×長さ17mm程度であり、傾斜角度はほぼ22度(158度)程度である。
そして、やや暖まった還気(ＲＡ)は、図２(b)、図５に示すように、フィン３の上面と下面を交互に接して流れ、ルーバ部312よって乱流も生じさせながら、空気抵抗はやや高いが効率良く熱交換を行って排出される。
しかしながら、ルーバフィン31は、冷却時において結露による水滴が生じると、ルーバ部312に角度を有することなどから、この水滴が開口部311,313を塞いだり、ルーバ部312の凹部に貯留したり、隣り合うルーバ部312間にブリッジを生じやすく、このような表面状態なると熱交換効率も低下する。この状態ではルーバフィンは濡れ面状態でも通風抵抗はそれほど変わらないが、それ以上に熱交換効率などの能力ダウンが大きくなる。
したがって、上述したルーバフィン31の数値は、これにとらわれることなく熱交換効率と通風抵抗を考慮して適宜設定変更すればよい。

次に、スリットフィン32の構造を説明すると、図３(a)、その断面図の図３(c)に示すように、風向きに対して直角に一対のスリットを入れ、スリットに挟まれたフィン頂部322を押し出して台形を形成し、前後のスリット部が細長い開口部321,322を形成したもので、本実施例でスリットフィン32は、図４に示すようにフィン３の風下側のほぼ縦半分の領域の冷媒管23,24の存在しない箇所に４個を鼓状に並列して配置され、図５に示すように、細長い開口部321から開口部322に流れる。このフィン頂部322の面積には大小があるが、平均して風向きに対してほぼ幅2.4mm×長さ17mm程度であり、開口部321、322の高さはほぼ1.0mm度程度である。
したがって、ルーバフィン31で冷却された還気(ＲＡ)は、図３(b)、図５に示すように、スリットフィン32ではフィン３の面とほぼ平行して流れ、開口部321、323で多少乱流も生じさせながら、概して空気抵抗は比較的少ない状態で熱交換を行いながら排出される。勿論、上述したスリットフィン32の数値も、熱交換効率と通風抵抗を考慮して適宜設定変更すればよい。

実施例１は、図４、図５に示すように、上述したルーバフィン31とスリットフィン32を組み合わせたもので、多数枚のフィン３とこれらを貫通する４本の冷媒管21,22,23,24が配置された熱交換器２において、フィン３の風上側のほぼ半分の領域の冷媒管21の存在しない箇所にルーバフィン31の六個を鼓状に並列配置し、冷媒管22の存在しない箇所にも同様に並列配置し、フィン３の風下側のほぼ縦半分の領域の冷媒管23の存在しない箇所にスリットフィン32を４個を鼓状に並列配置し、冷媒管24の存在しない箇所にも同様に並列配置した。
ここで、上述したルーバフィン31とスリットフィン32との個々の特性を実験の結果により説明すれば、冷媒管４本に対して全てをルーバフィン31としたフィンは、全てをスリットフィン32としたものと比較すると、伝熱係数Ｋｆ値は冷却乾燥面状態では約２０％向上するが、結露による水滴やブリッジが生じる冷却濡れ面状態では約６％の向上にすぎず、空気抵抗である圧損は両状態ではあまり変わらず、約２０〜３０％多くなる。したがって、ルーバフィン31が冷却濡面状態では伝熱係数Ｋｆ値を約６％の向上よりも、通風抵抗を約２０〜３０％を向上させた方が良い場合、即ちファンの送風力に余力のない場合には、スリットフィン32を用いた方が総合的には有利である。
実施例１は、このような知見に基づきなされたもので、やや暖まった還気(ＲＡ)が最初に触れる上流側のフィン２の領域には結露による水滴やブリッジが生じにくいことからルーバフィン31を配置して、ルーバフィン31が冷却乾燥面状態では伝熱係数Ｋｆ値が高く最大限に熱交換効率を発揮させる。他方、冷却が進む下流側のフィン２の領域にはスリットフィン32を配置して、濡れ面状態になっても結露が生じにくく伝熱係数Ｋｆ値の低下が少なく、空気抵抗も少なくしたものである。
すなわち、風上側のフィンの表面は比較的乾燥面状態となっているのでルーバフィンにして、ルーバフィンの乾燥面での高い伝熱係数Ｋｆ値を維持し、風下側が濡れ面状態となっても、下流をスリットフィンにして高い圧力損失を避けることが出来る。

本発明を同じ形状のスリットフィンにおいて、撥水剤でコーティングと親水剤でコーティングした実施例２を説明する。
実施例２は、図１における冷却コイル２の具体的構成が異なるだけであるので、この部分の説明は省略して、異なる構成であるフィンについてだけ図６に沿って詳細に説明する。
図６に示す熱交換器の冷却コイル２の概略は、一通の冷媒管がジグザグに配管され、空気流を横切る六本の冷媒管21a,22a,23a,24a,25a,26aが多数枚の空気流と平行に並設されたスリットフィン３aを貫通するように配置されている。
前記フィン３aは、還気(ＲＡ)の流れに平行に設けられ、フィン３の風上側のほぼ半分の上流領域Ａ１は撥水剤でコーティングし、スリットフィン３aの風下側のほぼ半分の下流領域Ｂ１は親水剤でコーティングしたものである。

スリットフィン３aの表面を撥水剤でコーティングすると、フィンと空気流の間に水膜が存在しないため、冷却乾燥面状態では、伝熱係数Ｋｆ値が高く熱交換効率が良いが、冷却濡面状態で結露による水滴が生じると、空気抵抗となる静圧損失も大きくなり、親水剤のコーティングに比べて静圧損失の低下はかなり大きいものとなる。すなわち、実施例１のルーバフィン程ではないが、同じ傾向が確認できる。
他方、スリットフィン３の表面を親水剤でコーティングすると、フィンと空気流の間に薄い水膜が存在しやすく、冷却乾燥面状態では伝熱係数Ｋｆ値が余り高くなく熱交換効率も低いが、冷却濡れ面状態でも薄い水幕が形成されやすく、空気抵抗も余り大きくならず、撥水剤コーティングに比べて静圧損失は低い。すなわち、実施例１のスリットフィン程ではないが、同じ傾向が確認できる。
したがって、実施例１と同様に、風上側のフィンの表面は比較的乾燥面状態となっているので撥水剤でコーテイングし、乾燥面での高い伝熱係数Ｋｆ値を維持し、風下側が濡れ面状態となっても、下流を親水剤でコーテイングすることで高い圧力損失を避けることが出来る。
この傾向は、全面をルーバフィンにした場合も同じであった。
ただし、実施例１ほど作用効果は高くないが、コーテイング剤を変えるだけの簡単な構成であることから、安価に製造でき保守も容易である。

本発明の特徴を損なうものでなければ、前述した実施例に限定されないことは勿論であり、異なったフィンの形状の組み合わせと、異なったコーテイング剤の組み合わせとを、更に複合的に組み合わせてもよく、例えば、実施例１と実施例２を組み合わせたフィン、すなわち、実施例1におけるルーバフィン31を撥水剤でコーティングし、スリットフィン32を親水剤でコーテイングしてもよく、この場合にはさらに風上側は熱交換効率が高い構造とすることができ、風下側は冷却が進んでより冷却されても、フィンは着霜および水滴が少ない構造とすることができ、熱交換効率を高くでき圧損を少なくすることができるという作用を高めることができる。
また、組み合わせる両領域面積比は、効率と圧損との関係を考慮して適宜変更すればよい。

前述したように、本発明の特徴を損なうものでなければ、空気調和機に限らず、熱交換器を必須とする冷凍庫等の用途にも適用できる。

図１は、本発明の実施例の熱交換器を空気調和装置に適用した全体を説明する概略図である。図２(a)は実施例１のルーバフィンの斜視図、図２(b)は空気の流れ方向の断面図、図２(c)は空気の流れ方向から見た正面図である。図３(a)は実施例１のスリットフィンの斜視図、図３(b)は空気の流れ方向の断面図、図３(c)は空気の流れ方向から見た正面図である。図４は実施例１のフィンの平面図である。図５は実施例１のフィンの側面からの断面図である。図６は実施例２のフィンの平面図である。

符号の説明

ＲＡ・・・還気(および外気)、ＳＡ・・・給気
Ａ・・・上流領域、Ｂ・・・下流領域
Ａ１・・・撥水剤コーティング上流領域、
Ｂ１・・・親水剤コーティング下流領域、
１・・・中央空調機、11・・・フィルター
２,21,22,23,24,21a,22a,23a,24a,25a,26a・・・冷媒管(冷却コイル)
３・・・フィン３ａ・・・フィン(スリットフィン)
31・・・ルーバフィン、311,313・・・開口部、312・・・ルーバ部
32・・・スリットフィン、321,323・・・開口部、322・・・フィン頂部

Claims

多数枚のフィンとこれらを貫通する複数本の冷媒管が配置された熱交換器において、風上領域のフィンは風向きを交互に変更させるルーバフィンを配置し、風下領域のフィンは風向きの変更が少なく静圧損失が低いスリットフィンを配置したことを特徴とする熱交換器。
多数枚のフィンとこれらを貫通する複数本の冷媒管が配置された熱交換器において、風上領域を撥水剤でフィン表面をコーティングし、風下領域を結露による水滴が生じない親水剤でフィン表面をコーティングしたことを特徴とする熱交換器。