JP2005315557A - 熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 スリットを用いてより効率よく熱交換を遂行することができる熱交換器を提供する。
【解決手段】 本発明の熱交換器は、冷媒が流れる冷媒管と、冷媒管が貫通するように設置されて、通過する空気と熱交換を遂行するフィンと、フィンの一部か切り取られてなるスリットと、スリットの一側縁に隣接するフィンから延設されて、フィンから所定距離だけ離れた空間を通過する空気に乱流を誘発するスリットフィンとを備えるものであり、スリットの幅を、冷媒管の直径の１/３以上に形成し、空気の流動方向の下流側に設けられたスリットの一側縁によって、熱交換器を通過する空気に乱流をより有効に誘発することによって、熱交換器の熱交換効率を向上させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱交換器に関し、さらに詳細には、熱交換効率を向上させるためにスリットフィンを備えた熱交換器に関する。
一般に、熱交換器は、冷凍システムに適用されて、冷媒と空気間の熱交換を遂行するものであり、特許文献１に開示されているように、内部に冷媒が流れる冷媒管と、冷媒管が貫通するように設けられて、空気との熱交換面積を増大させる複数枚のフィンとを備え、冷媒管の内部を流れる冷媒が、フィンによって空気と效率よく熱交換されるようになっている。
また、上記の熱交換器の各フィンには、フィンの周辺に乱流(turbulent flow)を生じさせて熱交換効率を向上させるために、フィンの一部が所定位置で所定長さだけ切り取られてなる複数のスリットが形成される。また、各スリットの一側縁に隣接するフィンには、このフィンからその一部が所定距離だけ離れるようにフィンと一体に延設されて、フィンと所定距離だけ離れた状態で流動する空気に乱流を生じさせるスリットフィンが備えられている。
ところが、上記の熱交換器において、スリットは、スリットフィンがフィンに形成される過程で付随的に形成されものであり、通常、各スリットの幅が各スリットフィンのそれより狭いために、スリットフィンに比べ、熱交換器を通過する空気に及ぼす影響が相対的に少なく、よって、熱交換器の熱交換効率を向上させることができなかった。
日本国公開特許公報平１１−１７３７８５号
本発明の目的は、スリットを用いてより效率よく熱交換を遂行しうる熱交換器を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明による熱交換器は、冷媒が流れる冷媒管と、前記冷媒管が貫通するように設置されて、通過する空気と熱交換を遂行するフィンと、前記フィンの一部が切り取られてなるスリットと、前記スリットの一側端に隣接するフィンから延設されて、前記フィンから所定距離だけ離れた空間を通過する空気に乱流を誘発するスリットフィンとを備え、前記スリットの幅は、前記冷媒管の直径の１/３以上に形成されることを特徴とする。
また、前記スリットと前記スリットフィンは、空気の流動方向に対して実質的に直角方向に長く形成され、前記スリットフィンは、その一部が前記フィンと所定距離だけ離れて平行に配置されることを特徴とする。
また、前記スリットフィンの幅は、前記スリットの幅と実質的に同一であることを特徴とする。
また、前記フィンは、縦長に形成され、複数枚が一側方に所定距離ずつ離れて相互に積層され、前記冷媒管は、積層された複数枚のフィンを側方から貫通するものの、フィンの上下に亘って数回貫通するように蛇腹状に折り曲げられ、前記スリット及び前記スリットフィンは、縦長に形成されることを特徴とする。
また、前記スリットフィンは、前記フィンと実質的に平行に配置される平板部と、一端は、前記平板部の両端に各々連結され、他端は、前記スリットの一側縁に隣接するフィンの両端に各々連結されて、前記平板部が、前記フィンと所定距離だけ離れた状態に配置されるようにする一対の脚部とを備え、前記脚部と前記フィンとがなす角度は、約３０度であることを特徴とする。
また、前記スリット及び前記スリットフィンは、空気が通過する過程で繰り返し乱流が誘発されるように、空気の流動方向に沿って複数個が連続して設けられ、前記複数のスリットのうち、空気の流動方向の最下流側に設けられたスリットの幅が、前記冷媒管の直径の１/３以上に形成されることを特徴とする。
また、本発明による熱交換器は、冷媒が流れる冷媒管と、前記冷媒管が貫通するように設置され、複数枚が縦長に形成され、それらの間を通過する空気と熱交換を遂行するフィンと、前記フィンの一部が縦長に切り取られてなるスリットと、前記スリットの一側縁に隣接するフィンから延設され、その一部が前記フィンから所定距離だけ離れた状態で平行に配置されて、前記フィンの間を通過する空気に乱流を誘発するスリットフィンとを備える熱交換器であって、前記スリット及び前記スリットフィンの幅は、前記冷媒管の直径の１/３以上に形成されることを特徴とする。
また、前記各スリットフィンは、該当のフィンと実質的に平行に配置される平板部と、一端は、前記平板部の両端に各々連結され、他端は、該当のスリットの一側縁に隣接するフィンの両端に各々連結されて、前記平板部が前記フィンから所定距離だけ離れた状態に配置されるようにする一対の脚部とを備え、前記脚部と前記フィンとがなす角度は、約３０度であることを特徴とする。
本発明による熱交換器は、各スリットの幅が冷媒管の直径の１/３以上となるように形成され、空気の流動方向の最下流側に設けられたスリットの一側縁によって、熱交換器を通過する空気に乱流がより效率よく誘発されるため、熱交換器の熱交換効率をより向上させることが可能になる。
また、本発明による熱交換器は、スリットフィンの脚部とフィンとがなす角度が３０度となるように形成されるため、容易に凝縮水が排出されながらも、低い圧力損失を有することが可能になる。
以下、本発明の好ましい一実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に示すように、熱交換器１００は、内部に冷媒が流れる冷媒管１０と、熱伝導率の高い金属材質の薄板からなり、冷媒管１０が貫設されて、空気と冷媒管１０間の熱交換面積を増大させるフィン２０とを備える。
本実施の形態において、フィン２０は、縦長に形成され、複数枚が一側向に所定距離ずつ離れた状態に相互に積層され、空気がフィン２０の幅方向に熱交換器１００を貫通して流れるようになっている。また、冷媒管１０は、複数枚のフィン２０を側方から貫通するように設けられ、蛇腹状に折り曲げられて各フィン２０を上下に亘って複数回貫通するようになっている。
また、フィン２０には、図２及び図３に示すように、熱交換器１００を貫通して流れる空気に乱流(turbulent flow)を誘発するために、フィン２０の一部が切り取られて所定幅(Ｗ)を持つスリット２１が設けられ、各スリット２１の一側縁に隣接するフィン２０から延設されて、その一部がフィン２０から所定距離だけ離れて平行に配置されるスリットフィン２２が備えられる。本実施の形態で、スリット２１は、フィン２０の一部が切り取られてスリットフィン２２が形成される過程で得られ、スリットフィン２２と実質的に同幅(Ｗ)を持つようになる。
上述の如く、スリットフィン２２は、各スリット２１の一側縁に隣接する各フィン２０から一体延設されるものであり、各スリットフィン２１は、その一部が各フィン２０と所定距離だけ離れて平行に配置される。したがって、スリットフィン２１は、所定距離だけ離れて隣接設置されるフィン２０の間を通る空気に乱流を誘発して熱交換効率を増大させる役割を担うものであり、フィン２０と所定距離だけ離れた状態に配置される平板部２２ａと、一端は、平板部２２ａの両端にそれぞれ一体連結され、他端は、スリット２１の一側縁に隣接するフィン２０の両端に一体連結される脚部２２ｂとからなる。
このスリット２１及びスリットフィン２２は、隣り合う二つの冷媒管１０の間に、空気の流動方向と直角となるように縦長に形成されており、フィン２０同士間を通過する空気に繰り返し乱流が誘発されるように、空気の流動方向に沿って三つのスリット２１及びスリットフィン２２がそれぞれ連続して設けられる。
本実施の形態で、スリット２１のうち、空気の流動方向の最下流側に設けられたスリット２１は、空気に乱流を誘発するのに好適な幅(Ｗ)を持つように形成され、よって、熱交換器１００を通過する空気が、空気の流動方向の最下流側に設けられたスリット２１の一側縁にぶつかる結果、より効率よく空気に乱流が誘発される。したがって、スリット２１の幅(Ｗ)を増大させると、空気の乱流が増加し、結局として熱交換器１００の熱交換効率が向上することになる。
本実施の形態では、冷媒管１０の直径(Ｄ)を７．３ｍｍに固定し、スリット２１の長さ(Ｌ)を６．５１ｍｍに固定した後に、スリット２１の幅(Ｗ)を変更させつつ、熱交換器１００の熱交換効率を測定し、図４に示すような結果が得られた。図４に示すように、熱伝逹率は、スリット２１の幅(Ｗ)が２．６３ｍｍのときに最大になり、圧力損失は、スリット２１の幅(Ｗ)が２．６３ｍｍを超過する時点から急激に増加する。したがって、スリット２１の幅(Ｗ)が２．６３ｍｍの場合に、すなわち、スリット２１の幅(Ｗ)が冷媒管１０の直径(Ｄ)の１/３以上のときに、熱交換効率が最適化する。
本実施の形態では、図４に示す実験結果だけを一例として表したが、冷媒管１０の直径(Ｄ)及びスリット２１の長さ(Ｌ)を変更しつつ繰り返し実験することによって、冷媒管の直径(Ｄ)とスリットの幅(Ｗ)との関係を導き出すことができる。次の式を満足する場合に、熱交換器１００の熱交換効率が最適化されることが分かる。
スリットの幅(Ｗ)≧冷媒管直径(Ｄ)＊１／３
すなわち、スリット２１の幅(Ｗ)が、冷媒管１０の直径(Ｄ)の１/３以上であるときに、空気の流動方向の最下流側に設けられたスリット２１の一側縁が、スリットフィン２２と同様に、乱流を誘発させる役割を担う結果、熱交換器１００の熱交換効率は向上する。
また、熱交換器１００が、熱交換器１００を通過する空気と熱交換を遂行して空気を冷却させる蒸発器として用いられる場合に、熱交換器１００を通過する空気が冷却される過程で空気中に含まれた湿気が凝縮されてフィン２０及びスリットフィン２２の表面を覆うことになるが、このように凝縮水がフィン２０及びスリットフィン２２の表面を覆うと、熱交換器１００の熱交換効率が急激に低下してしまう。
そこで、スリットフィン２２の脚部２２ｂは、凝縮水が重力によって下方へ容易に流れるように、フィン２０と所定角度をなすように傾いて形成されるが、この場合に、スリットフィン２２の脚部２２ｂは、熱交換器１００を通過する空気の流れを妨害する抵抗として働き、圧力損失を招く恐れがある。
したがって、最適のスリットフィン２２の脚部２２ｂとフィン２０間の角度(θ)を提供する必要がある。このため、熱交換器１００の冷媒管１０の直径(Ｄ)を７．３ｍｍに固定し、スリット２１の長さ(Ｌ)を６．５１ｍｍに固定した後に、スリットフィン２２の脚部２２ｂとフィン２０とがなす角度(θ)を変更させながら熱交換器１００の熱交換効率を測定すると、図５に示すような結果が得られる。図５に示すように、スリットフィン２２の脚部２２ｂとフィン２０とがなす角度(θ)が３０度の場合に、熱交換効率が最大になり、脚部２２ｂとフィン２０とがなす角度(θ)が３０度を超過すると、圧力損失が急激に増加することがわかる。したがって、熱交換効率は、スリットフィン２２の脚部２２ｂとフィン２０とがなす角度(θ)がおよそ３０度の場合に最適化される。
本発明による熱交換器を示す斜視図である。 図１に示す熱交換器のフィンの正面概略図である。 図２に示すフィンの側面概略図である。 図１に示す熱交換器のスリットの幅による熱伝導率及び圧力損失の変化を表すグラフである。 図１に示す熱交換器のスリットの脚部とフィンとがなす角度による熱伝導率及び圧力損失の変化を表すグラフである。
符号の説明
１０ 冷媒管
２０ フィン
２１ スリット
２２ スリットフィン
１００ 熱交換器

Claims (8)

  1. 冷媒が流れる冷媒管と、
    前記冷媒管が貫通するように設置されて、通過する空気と熱交換を遂行するフィンと、
    前記フィンの一部が切り取られてなるスリットと、
    前記スリットの一側端に隣接するフィンから延設されて、前記フィンから所定距離だけ離れた空間を通過する空気に乱流を誘発するスリットフィンとを備える熱交換器であって、
    前記スリットの幅は、前記冷媒管の直径の１/３以上に形成されることを特徴とする熱交換器。
  2. 前記スリットと前記スリットフィンは、空気の流動方向に対して実質的に直角方向に長く形成され、前記スリットフィンは、その一部が前記フィンと所定距離だけ離れて平行に配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
  3. 前記スリットフィンの幅は、前記スリットの幅と実質的に同一であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
  4. 前記フィンは、縦長に形成され、複数枚が一側方に所定距離ずつ離れて相互に積層され、前記冷媒管は、積層された複数枚のフィンを側方から貫通するものの、フィンの上下に亘って数回貫通するように蛇腹状に折り曲げられ、前記スリット及び前記スリットフィンは、縦長に形成されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
  5. 前記スリットフィンは、前記フィンと実質的に平行に配置される平板部と、一端は、前記平板部の両端に各々連結され、他端は、前記スリットの一側縁に隣接するフィンの両端に各々連結されて、前記平板部が、前記フィンと所定距離だけ離れた状態に配置されるようにする一対の脚部とを備え、前記脚部と前記フィンとがなす角度は、約３０度であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
  6. 前記スリット及び前記スリットフィンは、空気が通過する過程で繰り返し乱流が誘発されるように、空気の流動方向に沿って複数個が連続して設けられ、前記複数のスリットのうち、空気の流動方向の最下流側に設けられたスリットの幅が、前記冷媒管の直径の１/３以上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
  7. 冷媒が流れる冷媒管と、
    前記冷媒管が貫通するように設置され、複数枚が縦長に形成され、それらの間を通過する空気と熱交換を遂行するフィンと、
    前記フィンの一部が縦長に切り取られてなるスリットと、
    前記スリットの一側縁に隣接するフィンから延設され、その一部が前記フィンから所定距離だけ離れた状態で平行に配置されて、前記フィンの間を通過する空気に乱流を誘発するスリットフィンとを備える熱交換器であって、
    前記スリット及び前記スリットフィンの幅は、前記冷媒管の直径の１/３以上に形成されることを特徴とする熱交換器。
  8. 前記各スリットフィンは、該当のフィンと実質的に平行に配置される平板部と、一端は、前記平板部の両端に各々連結され、他端は、該当のスリットの一側縁に隣接するフィンの両端に各々連結されて、前記平板部が前記フィンから所定距離だけ離れた状態に配置されるようにする一対の脚部とを備え、前記脚部と前記フィンとがなす角度は、約３０度であることを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
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