JP2005201492A - 熱交換器 - Google Patents

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、前記偏平管に略直行し密着している同一ピッチで複数配置されたプレートフィン2と、前記偏平管が前記プレートフィンを貫通した構成とを有し、前記プレートフィンに複数のルーバ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

本発明は、ヒートポンプ式空気調和機に利用される熱交換器に関し、熱交換器全体を有効に利用し、効率良く冷媒と空気との熱交換が可能となる熱交換器に関するものである。

従来、この種の空気調和機の冷凍サイクルを構成しているフィンアンドチューブタイプの熱交換器は、熱交換能力が小さい場合には、冷媒の循環量が少なく、伝熱管内の圧力損失が小さい為、冷媒通路は単一で良いが、熱交換量が大きい場合には、冷媒の循環量が多く、伝熱管内の圧力損失が大きくなる為に複数の冷媒通路が必要となってくる。

ここで、図６において、偏平管熱交換器を蒸発器に使用した場合について説明する。図６に示す従来例の場合、４は中空円筒状のヘッダー４で、下側は閉じてあり、蒸発器として使用される場合、冷媒が流入する接続管５が上側に接合されている。ヘッダー４に流入した冷媒は各ヘッダーに連通する各偏平管１の中を通過しながら、各偏平管１に密着したフィン２を介して空気と熱交換を行い、更にガス化した冷媒は中空円筒状であるヘッダー３の上側の接続管６から流出する。

また、偏平管熱交換器を凝縮器として使用した場合は、冷凍サイクル中の四方弁の切換えにより冷媒の流れる方向が異なり、図６に示す従来例の場合、圧縮機より吐出された高温高圧の単相の過熱冷媒ガスがの接続管６よりヘッダー３に流入して各ヘッダーに連通する各偏平管１の中を通過しながら、各偏平管１に密着したフィン２を介して空気と熱交換を行い、凝縮液化した冷媒は中空円筒状であるヘッダー４より凝縮器の接続管５から流出する。１は熱伝導性の良いアルミニウムや銅合金等の金属からなる偏平な断面外形を有する熱交換器用の偏平管で、内部に１本ないし数本の冷媒通路を有し、ヘッダー４とヘッダー３とを連通するように、それらのヘッダーを橋絡して水平に複数本取り付けられている。

従来このような空気調和機用の熱交換器の熱交換効率を良好にした構成例としては、１列の熱交換器で着霜運転時に空気の流入上流部と下流側のフィンの形状を変化させて、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。
特開平６−２２１７８７号公報（第５頁、第１図） 特開平８−１７８３６６号公報（第６頁、第１、２、５、６図）

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。

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。

上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、内部に冷媒が流入する平行に配された複数の偏平管と、前記偏平管に略直行し密着している同一ピッチで複数配置されたプレートフィンと、前記偏平管が前記プレートフィンを貫通した構成とを備え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。

また、請求項２記載の発明は、内部に冷媒が流入する平行に配された複数の偏平管と、前記偏平管に略直行し密着している同一ピッチで複数配置されたプレートフィンと、前記偏平管が前記プレートフィンを貫通した構成とを備え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、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。

また、請求項３記載の発明は、前記ルーバー形状を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。

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を可能とするという効果を奏する。また、本発明は、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を実現するという効果を奏する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１にかかる偏平管熱交換器のフィン形状を示しており、図６に示す偏平管熱交換器の一部を拡大したものである。図２の（ａ）は、図１の熱交換器に示す矢印イの方向から見た横断面図である。図２の（ｂ）は図２（ａ）Ａ−Ｂのフィン部断面図である。

図２において、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、図２の（ｂ）断面図に示すように、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２の（ａ）のフィン部横断図に示すように、ルーバの長さは、空気流に対して、風上から風下（図２の矢印方向Ａ→Ｂ）に向かって、漸次長くなっている。

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。

図２の（ａ）に示すように、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を可能とする。

（実施の形態２）
図３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おり、図６に示す偏平管熱交換器の一部を拡大したものである。特に図３の（ａ）は、図６の熱交換器に示す矢印ロの方向から見た横断面図であり、フィンの一部を拡大した部分拡大断面図であって、図３の（ｂ）は図３（ａ）Ａ−Ｂのフィン部断面図である。図３において、図２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。

ここで、ルーバ６は、図３の（ｂ）断面図に示すように、ルーバ６の長さは同一で、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（図６の矢印方向Ａ→Ｂ）に向かって、漸次ルーバ間の間隔ｔ２が漸次短くなっている。

従って、図３の（ａ）に示すように、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を可能とする。

（実施の形態３）
図４、図５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おり、図６に示す偏平管熱交換器の一部を拡大したものであり、上記実施の形態１、２で説明した図２の（ａ）および図３の（ａ）に相当し、ルーバ６の形状をＶ字にしたものである。

図４に示すフィン形状は、図の如く、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４に示すルーバ６の配置は、図１の（ａ）に示すルーバ６と同じであり、ルーバ６の長さは、空気流に対して、風上から風下となるＡ→Ｂに向かって、漸次長くなっている。

また、図５に示すルーバ６の配置は、図２の（ａ）に示すルーバ６と同じであり、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Ａ→Ｂに向かって、漸次短くなっている。

従って、上記構成によって、図４，図５に示した破線矢印のように、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を可能とする。

本発明の第１の実施形態を示す熱交換器の一部分の拡大図 本発明の第１の実施形態を示す熱交換器の一部分を示し、（ａ）は横断面図で（ｂ）はＡ−Ｂ断面図 本発明の第２の実施形態を示す熱交換器の一部分を示し、（ａ）は横断面図で（ｂ）はＡ−Ｂ断面図 本発明の第１の実施形態を示す熱交換器のルーバ形状をＶ字にした横断面図 本発明の第２の実施形態を示す熱交換器のルーバ形状をＶ字にした横断面図 偏平管熱交換器の全体斜視図

符号の説明

１ 偏平管
２ フィン
３、４ ヘッダー
５ 冷媒流路
６ ルーバ

Claims (3)

1. 内部に冷媒が流入する平行に配された複数の偏平管と、前記偏平管に略直行し密着している同一ピッチで複数配置されたプレートフィンと、前記偏平管が前記プレートフィンを貫通した構成とを備え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熱交換器。
2. 内部に冷媒が流入する平行に配された複数の偏平管と、前記偏平管に略直行し密着している同一ピッチで複数配置されたプレートフィンと、前記偏平管が前記プレートフィンを貫通した構成とを備え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、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熱交換器。
3. 前記ルーバー形状をＶの字に形成したことを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の熱交換器。

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