JP2006153327A - 熱交換器 - Google Patents

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昌昭 北澤
Shigeji Taira
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Abstract

【課題】 フィンの表面上に発生した結露水をフィンの表面上を鉛直方向下方に円滑に案内できて、人が怪我をすることがない熱交換器を提供すること。
【解決手段】 フィン6に伝熱管挿通用の挿通穴22を複数形成すると共に、フィン6にフィン6の外縁25に略平行に延びるリブ15を形成する。上記リブ15を、全ての挿通穴22よりも外縁25側に配置する。上記挿通穴22の内径をD[mm]とし、リブ15に最も近い挿通穴22の中心と外縁25との距離をL[mm]とし、リブ15の中心と外縁25との距離をLa[mm]とし、リブ15の幅をLL[mm]とし、フィン6の板厚をt[mm]とし、リブ15の高さをh[mm]としたとき、フィン6に、0.4<La<(L−D/2−0.5)、0.15<LL<0.5、0.05<t<0.15、0.5t<h<2.5tを満たすリブ15を形成する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、熱交換器に関し、特に空気調和機等の冷凍装置に使用されれば好適な熱交換器に関する。
従来、熱交換器としては、特開2000−35296号公報に記載されているものがある。
この熱交換器は、所定間隔を空けて積み重ねられた複数のフィンと、複数の伝熱管とを備えている。
上記複数の伝熱管は、所定間隔をあけて上記複数のフィンに挿通されている。
上記フィンの幅方向の両端部には、フィンの長手方向の外縁に沿った方向に延びる溝が形成されている。上記溝は、フィンの表面に生じた結露水の水滴を、上方から下方まで案内するようになっている。
上記従来の熱交換器は、フィンの表面に発生する結露水の水滴を、上記溝によって上方から下方まで案内することによって、フィンの表面に発生する結露水が風と共に外部に飛散することを防止している。
しかしながら、上記従来の熱交換器では、溝の形成位置が、フィンの外縁に近づきすぎたり、フィンに形成された伝熱管挿通用の挿通穴に近づきすぎたりした場合、フィンにおける溝を形成した縁部が変形したり、溝そのものが変形するという問題がある。そして、上記溝の変形により、溝に結露水溜まりができて、結露水が鉛直方向下方に流れにくくなるという問題がある。また、フィンにおける溝を形成した縁部が変形して波打った形状になり、人がこの波打ったフィンの外縁で怪我をするという問題がある。
特開2000−35296号公報
そこで、本発明の課題は、フィンの表面上に発生した結露水を外部に飛散させないように円滑に下方に案内できて、かつ、フィンが反ったり波打ったりすることがなくて、人が怪我をすることがない熱交換器を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の熱交換器は、
複数の伝熱管と、
外縁に略平行なリブを有すると共に、上記複数の伝熱管を挿通する挿通穴を有する板状のフィンと
を備え、
上記リブは、全ての上記挿通穴よりも上記外縁側に配置され、
上記挿通穴の内径をD[mm]とし、上記リブ(15)に最も近い上記挿通穴の中心と、上記外縁との距離をL[mm]とし、上記リブの中心と、上記外縁との距離をLa[mm]としたとき、
0.4<La<(L−D/2−0.5)
であることを特徴としている。
尚、上記リブの中心とは、上記リブの幅方向における中心をいう。
本発明によれば、上記フィンに上記リブを形成しているので、上記リブが表面張力による導水路を形成する。したがって、結露水がフィンから飛散しにくい。
また、本発明によれば、0.4<Laであるので、リブが、フィンの上記外縁に近づきすぎることがなくて、フィンの縁部やリブに変形が起こることがない。また、La<(L−D/2−0.5)であるので、リブが、上記挿通穴に近づきすぎることがなくて、リブが変形することがない。
したがって、フィンに形成されたリブが変形することがないので、リブ上に結露水が流下しにくい部分が発生することを防止できて、フィンの表面に発生した結露水を、上記リブに沿って速やかに下方に流下させることができる。したがって、結露水の滞留によるフィンの熱交換の通風経路の減少に伴う通風抵抗の増大を防止できて、伝熱性能を向上できる。また、フィンの変形が少ないため、フィン倒れによる通風抵抗の増加と異音発生を防止することができる。
また、一実施形態の熱交換器は、上記リブの幅をLL[mm]とし、上記フィンの板厚をt[mm]とし、上記リブの高さをh[mm]としたとき、0.15<LL<0.5、0.05<t<0.15、および、0.5t<h<2.5tである。
上記実施形態によれば、0.15<LLであるので、リブの変形を更に確実に防止でき、また、LL<0.5であるので、結露水を問題なく下方に流下させることができる。また、0.05<tであるので、フィンの強度を問題がないものにすることができ、また、t<0.15であるので、フィンの集積性を大きくできて、熱交換効率を優れたものにすることができる。また、0.5t<hであるので、結露水を問題なく下方に流下させることができ、また、h<2.5tであるので、風がリブに衝突して乱流等を発生することを防止できて、風の流れを円滑にすることができる。
また、一実施形態の熱交換器は、上記フィンが、使用状態の冷凍装置に配置されている状態で、上記外縁は、鉛直方向に対して傾斜している。
上記冷凍装置とは、空気調和機や冷蔵庫や製氷機等をいう。
上記実施形態によれば、上記フィンが使用状態の冷凍装置に配置されている状態で、上記外縁が鉛直方向に対して傾斜しているので、フィンから飛び出し易い上記外縁付近に存在する結露水を、上記リブを通じて確実に下方に流下させることができる。したがって、結露水がフィンから飛び出すことを確実に防止できる。
また、一実施形態の熱交換器は、空気調和機の室内機に組み込まれている。
上記実施形態によれば、室内につゆ飛びが発生することを防止できる。
また、一実施形態の熱交換器は、上記挿通穴の上記内径Dが、7.5mm以下である。
上記内径Dが、7.5mm以下である場合、通風抵抗が小さいため大風量による水飛びが生じやすい運転状況におかれる。しかし、上記フィンには、上記形状および配置のリブが設けられているので、大風量による運転状況におかれたとしても、フィンからの水飛びを確実に防止できる。
また、一実施形態の熱交換器は、上記フィンには、切り起こしが設けられている。
上記実施形態によれば、上記フィンには、切り起こしが設けられているので、熱交換効率が高いという利点を有する一方、切り起こしの有る所と無い所で通風抵抗のバラツキが生じて、風速分布にむらが生じて、風速の速い所で水飛びが生じようとするが、上記形状および配置のリブによって確実に水飛びを防止できる。
また、一実施形態の熱交換器は、上記リブは、少なくとも上記フィンにおける上記伝熱管よりも伝熱媒体が流れる方向の風下側に形成されている。
上記実施形態によれば、上記リブが上記フィンの上記風下側に形成されているので、上記フィン上に発生した結露水が伝熱媒体にとばされて、フィンから飛散するのを確実に防止できる。
また、一実施形態の熱交換器は、上記リブは、少なくとも上記フィンにおける上記伝熱管よりも伝熱媒体が流れる方向の風上側に形成されている。
上記実施形態によれば、上記リブが上記フィンの上記風上側に形成されているので、上記フィンの風上側の部分に発生すると共に、表面張力によって粒状になっている結露水が、フィンの風上側の縁部から飛散することを防止できる。
また、一実施形態の熱交換器は、上記リブは、上記フィンにおける上記伝熱管よりも伝熱媒体が流れる方向の風上側、および、上記フィンにおける上記伝熱管よりも伝熱媒体が流れる方向の風下側に形成されている。
上記実施形態によれば、上記リブが上記フィンの風下側および上記フィンの風上側に形成されているので、結露水が上記フィンから飛散するのを確実に防止できる。
本発明の熱交換器によれば、フィンにリブを形成しているので、上記リブが表面張力による導水路を形成する。したがって、結露水が上記フィンの外に飛び出すのを防止できる。
また、本発明によれば、0.4<Laであるので、リブの中心が、伝熱管の挿通穴に近づきすぎることがなくて、フィンの縁部やリブに変形が起こることがない。また、La<(L−D/2−0.5)であるので、リブの中心が、フィンの伝熱管挿通位置に近づきすぎることがなくて、リブが変形することがない。
また、一実施形態の熱交換器によれば、0.15<LL<0.5であるので、結露水を問題なく下方に流下させることができると共に、リブの変形を更に確実に防止できる。また、0.05<t<0.15であるので、フィンの強度を問題がないものにすることができると共に、フィンの集積性を大きくできて、熱交換効率を優れたものにすることができる。また、0.5t<h<2.5tであるので、結露水を問題なく下方に流下させることができると共に、風の流れを円滑にすることができる。
また、一実施形態の熱交換器によれば、上記熱交換器が、使用状態の冷凍装置に配置されている状態で、上記外縁は、鉛直方向に対して傾斜しているので、フィンから飛び出し易い上記外縁付近に存在する結露水を、上記リブを通じて確実に下方に流下させることができて、結露水がフィンから飛び出すことを確実に防止できる。
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態の熱交換器を用いた空気調和機の概略断面図である。図1において、1は送風ファン、2は熱交換器である。また、図1において、矢印aは、熱交換器が使用状態の空気調和機に配置されている状態における鉛直方向上方を示し、矢印bは、伝熱媒体としての風の流れの方向を示している。図1においては、簡単のため、送風ファン1や熱交換器2を収容しているケース等を省略している。
この空気調和機は、送風ファン1を回転させて、熱交換器2を介して吸い込んだ風を、図示しない吹き出し口から吹き出すようになっている。
上記熱交換器2は、フィン6と、伝熱管(図示せず)とを備えている。上記フィン6は、図1における紙面に垂直な方向に所定間隔をあけて複数配列されている。上記フィン6は、平板形状をしている。上記フィン6は、図1に矢印aで示す鉛直方向上方が突出部になるように、くの字状に折れ曲がった断面形状をしている。
上記フィン6は、鉛直方向に対して傾斜している外縁を有すると共に、上記折れ曲がった部分を形成している第1部分8および第2部分9と、第2部分9の鉛直方向下方に連なる第3部分10とを有している。図1に示すように、上記第1部分8は、第2部分9よりも風の流れの下流に位置している。また、第3部分10は、略鉛直方向に延びている。上記第1部分8、第2部分9および第3部分10は、略細長い矩形の断面形状を有している。
上記第2部分9の長手方向の風下側の縁部には、上記第2部分9の長手方向と略平行に延在するリブ15が形成されている。この実施形態では、このように、フィン6は、矩形状の部分を有し、リブ15は、この矩形状の部分の長手方向の外縁に沿って延在している。上記リブ15は、フィン6の表面上に発生した結露水を鉛直方向下方まで案内して、結露水がフィン6から飛び出さないようにしている。
上記伝熱管は、複数配置されている。各伝熱管は、フィン6の配列方向、すなわち、板形状のフィン6の表面の略法線方向(図1における紙面に垂直な方向)に延びている。上記伝熱管は、所定間隔をあけて配列されている複数のフィン6に挿通されている。図1に示すように、上記伝熱管の挿通用の挿通穴は、第1部分8、第2部分9および第3部分10の夫々において、2列に千鳥配置されている。
詳細には、上記挿通穴は、第1部分8においては、幅方向に2列、長手方向に16列配置されており、第2部分9においては、幅方向に2列、長手方向に12列配置されている。また、上記挿通穴は、第3部分10においては、幅方向に2列、長手方向に8列配置されている。
上記第1部分8の幅方向に2列に配置されている挿通穴の列における各列は、第1部分8の長手方向の外縁と略平行になっており、第2部分9の幅方向に2列に配置されている挿通穴の列における各列は、第2部分9の長手方向の外縁と略平行になっている。また、上記第3部分10の幅方向に2列に配置されている挿通穴の列における各列は、第3部分10の長手方向の外縁と略平行になっている。
上記伝熱管の内部には、流体が流通せしめられている。この熱交換器は、伝熱管内を流通せしめられる流体と、伝熱管の外側を流通せしめられる風との間で、熱交換を行うようになっている。
図2は、上記フィン6の第2部分9の一部を詳細に示す図である。詳しくは、図2(A)は、上記フィン6の第2部分9の部分拡大図である。また、図2(B)は、図2(A)のαα線断面図の一部である。
図2(A),(B)において、15は、リブを示し、22は、フィン6に形成された伝熱管挿通用の挿通穴を示している。また、図2(A)において、矢印bは、風の流れを示している。尚、図2(A)においては、簡単のため、穴22の内径のみを示し、穴の詳細な開口形状は省略するものとする。
上記リブ15は、板状のフィン6の外縁25に略平行に延びている。また、上記板状のフィン6は、複数の伝熱管を挿通する挿通穴22を有している。また、上記リブ15は、全ての挿通穴22よりも外縁25側に配置されている。
この実施形態では、図2(A),(B)に示すように、上記挿通穴22の内径をD[mm]とし、リブ15に最も近い挿通穴22の中心と、外縁25との距離をL[mm]とし、リブ15の中心と、外縁25との距離をLa[mm]としたとき、Laは、以下の(1)式を満たすように設計されている。
0.4<La<(L−D/2−0.5)・・・(1)
また、図2(B)に示すように、上記リブ15の幅をLL[mm]とし、フィン6の板厚をt[mm]とし、リブ15の高さをh[mm]としたとき、フィン6およびリブ15は以下の(2)式、(3)式および(4)式を満たすように設定されている。
0.15<LL<0.5・・・(2)
0.05<t<0.15・・・(3)
0.5t<h<2.5t・・・(4)
上記実施形態の熱交換器によれば、上記フィン6の一部である第2部分9の風下の縁部に形成されたリブ15が、表面張力による導水路を形成する。したがって、フィン6の表面に発生した結露水をリブ15によって鉛直方向下方にまで案内できて、結露水がフィン6の外に飛び出すことを防止できる。
また、上記実施形態の熱交換器によれば、0.4<Laであるので、リブ15の中心が、フィン6の外縁25に近づきすぎることがなくて、フィン6の縁部やリブ15に変形が起こることがない。また、La<(L−D/2−0.5)であるので、リブ2の中心が、フィン6の伝熱管挿通位置(伝熱管挿通用の挿通穴22)に近づきすぎることがなくて、リブ15が変形することがない。
したがって、フィン6の縁部が変形することを防止できて、人がフィン6の外縁で怪我をすることを防止できる。また、フィン6に形成されたリブ15が変形することがないので、リブ2上に結露水が流下しにくい部分が発生することを防止できて、フィン6の表面に発生した結露水を、リブ2に沿って速やかに鉛直方向下方に流下させることができる。したがって、結露水の滞留によるフィン6の熱交換の通風経路の減少に伴う通風抵抗の増大を防止できるため、伝熱性能を向上できる。
また、上記実施形態の熱交換器によれば、0.15<LLであるので、リブ15の変形を更に確実に防止でき、また、LL<0.5であるので、結露水を問題なく下方に流下させることができる。また、0.05<tであるので、フィン6の強度を問題がないものにすることができ、また、t<0.15であるので、フィン6の集積性を大きくできて、熱交換効率を優れたものにすることができる。また、0.5t<hであるので、結露水を問題なく下方に流下させることができ、また、h<2.5tであるので、風がリブ15に衝突して乱流等を発生することを防止できて、風の流れを円滑にすることができる。
また、上記実施形態の熱交換器によれば、フィン6が使用状態の冷凍装置に配置されている状態で、フィン6の外縁25が鉛直方向に対して傾斜しているので、フィン6から飛び出し易い外縁25付近に存在する結露水を、リブ15を通じて確実に下方に流下させることができる。したがって、結露水がフィンから飛び出すことを確実に防止できる。
また、上記実施形態の熱交換器によれば、上記リブ15がフィン6における風下側の縁部に形成されているので、フィン6上に発生した結露水が風にとばされて、フィンから飛び出すことを確実に防止できる。
尚、上記実施形態の熱交換器2を、空気調和機の室内機に組み込んだ場合、室内につゆ飛びが発生することを確実に防止できる。
また、上記挿通穴22の内径Dが、7.5mm以下である場合、通風抵抗が小さいため大風量による水飛びが生じやすい運転状況におかれる。しかし、上記フィン6には、上記形状および配置のリブ15が設けられているので、大風量による運転状況におかれたとしても、フィン15からの水飛びを確実に防止できる。
尚、上記実施形態の熱交換器では、図2(B)に示すように、リブ15を、上記(1)〜(4)式を満たすように、板状のフィン6の一方の表面27から突出するように形成したが、この発明では、上記(1)式(好ましくは上記(1)〜(4)式)を満たす複数のリブを、板状のフィンの一方の表面から突出するように形成しても良い。また、上記(1)式(好ましくは上記(1)〜(4)式)を満たす複数のリブを、板状のフィンの両方の表面(例えば、図2(B)においては、表面27および表面28)から突出するように形成しても良い。
また、上記実施形態の熱交換器では、第2部分9の幅方向の風下側にのみ外縁25に略平行な一のリブ15を形成した。しかしながら、この発明では、上記(1)式(好ましくは上記(1)〜(4)式)を満たすように、第2部分の幅方向の風下側に外縁に略平行な一乃至複数のリブを設けるのみならず、第1部分の幅方向の風上側に、第1部分の外縁に略平行なリブを一乃至複数設けると共に、第1部分の幅方向の風下側に、第1部分の外縁に略平行なリブを一乃至複数設け、かつ、第3部分の幅方向の風下側に、第3部分の外縁に略平行なリブを一乃至複数設けても良い。この場合、フィン6から飛び出す結露水を確実に防止できる。
また、上記実施形態の熱交換器では、第2部分9に伝熱管を幅方向に2列に千鳥配置すると共に、第2部分9の風下側に一のリブを形成したが、この発明の熱交換器では、フィンの少なくとも一部分に、伝熱管を1列配置または幅方向に3列以上の複数列の千鳥配置し、かつ、このフィンの少なくとも一部分における長手方向の縁部に、上記(1)式(好ましくは上記(1)〜(4)式)を満たすリブを一乃至複数形成しても良い。
例えば、図3(A)に示すように、フィン30に伝熱管挿通用の穴を幅方向に一列配置すると共に、フィン30における、矢印cに示す風の流れの下流側の長手方向の縁部に、この縁部の外縁に略平行な一のリブ32を形成しても良い。また、図3(B)に示すように、フィン40に伝熱管挿通用の穴を幅方向に一列配置すると共に、フィン40における、矢印dに示す風の流れの上流側の長手方向の縁部に、この縁部の外縁に略平行な一のリブ42を形成しても良い。また、図3(C)に示すように、フィン50に伝熱管挿通用の穴を幅方向に一列配置すると共に、フィン50における、矢印eに示す風の流れの上流側および下流側の長手方向の縁部に、これらの縁部の外縁に略平行な各一のリブ52,53を形成しても良い。また、図3(D)に示すように、フィン60に伝熱管挿通用の穴を幅方向に2列に千鳥配置すると共に、フィン60における、矢印fに示す風の流れの上流側および下流側の長手方向の縁部に、これら縁部の外縁に略平行な各一のリブ62,63を形成しても良い。
また、上記実施形態の熱交換器では、第2部分9の風下側の縁部の略全体にリブ15を形成したが、この発明では、第2部分の風下側の縁部の一部分のみに、この一部分の外縁に略平行なリブを設ける等、フィンの外縁の一部のみに、この一部に略平行なリブを設けても良い。
また、上記実施形態の熱交換器では、フィン6が、屈曲部を形成する第1部分8および第2部分9と、第3部分10とからなっていたが、この発明では、リブが形成されるフィンは、平形や円弧形の断面形状の一つの板から構成される等、この実施形態の形状に限らず如何なる形状であっても良い。
また、上記実施形態の熱交換器では、図2(B)に示すように、リブ15が形成されている部分の裏側に、断面台形上の溝29が形成されているが、この発明では、リブが形成されている部分の裏側に、断面V字形状または断面U字形状の溝等、断面台形上の溝以外の溝を形成しても良い。また、リブが形成されている部分の裏側に、溝を形成しなくても良い。
また、上記実施形態の熱交換器では、フィン6に複数の挿通穴22を千鳥配置したが、この発明では、フィンに複数の挿通穴を格子配置する等、フィンに複数の挿通穴を千鳥配置以外の配置方法で配置しても良い。
また、上記実施形態の熱交換器では、フィン6には、切り起こしが形成されていなかったが、この発明の熱交換器では、フィンの一部に、例えば、コ字状の切れ目を入れて切り起こし片を設けても良い。フィンに切り起こしを形成した場合、熱交換効率が高いという利点を有する一方、切り起こしの有る所と無い所で通風抵抗のバラツキが生じて、風速分布にむらが生じて、風速の速い所で水飛びが生じようとする。しかしながら、この発明の熱交換器では、上記形状および配置のリブによって確実に水飛びを防止できる。したがって、熱交換効率を向上させることができると共に、フィンからの水飛びも確実に防止できる。
尚、この発明の熱交換器では、複数のフィンの全てにリブを形成しても良い。また、複数のフィンのうちの一部のみにリブを形成しても良く、リブが形成されないフィンが存在していても良い。
また、上記実施形態では、この発明の熱交換器を空気調和機に適用したが、この発明の熱交換器を、冷蔵庫等、空気調和機以外の冷凍装置に適用しても良いことは、勿論である。
本発明の一実施形態の熱交換器を用いた空気調和機の概略断面図である。 上記実施形態の熱交換器が有するフィンの一部分を詳細に示す図である。 フィンに形成されたリブの例を示す図である。
符号の説明
1 送風ファン
2 熱交換器
6,30,40,50,60 フィン
15,32,42,52,53,62,63 リブ
22 挿通穴
25 外縁
D 挿通穴の内径
L リブに最も近い挿通穴の中心と外縁との距離
La リブの中心と外縁との距離
LL リブの幅
h リブの高さ
t フィンの板厚

Claims (6)

  1. 複数の伝熱管と、
    外縁(25)に略平行なリブ(15)を有すると共に、上記複数の伝熱管を挿通する挿通穴(22)を有する板状のフィン(6)と
    を備え、
    上記リブ(15)は、全ての上記挿通穴(22)よりも上記外縁(25)側に配置され、
    上記挿通穴(22)の内径をD[mm]とし、上記リブ(15)に最も近い上記挿通穴(22)の中心と、上記外縁(25)との距離をL[mm]とし、上記リブ(15)の中心と、上記外縁(25)との距離をLa[mm]としたとき、
    0.4<La<(L−D/2−0.5)
    である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、
    上記リブ(15)の幅をLL[mm]とし、上記フィン(6)の板厚をt[mm]とし、上記リブ(15)の高さをh[mm]としたとき、
    0.15<LL<0.5、
    0.05<t<0.15、
    および、0.5t<h<2.5tであることを特徴とする熱交換器。
  3. 請求項1または2に記載の熱交換器において、
    上記フィン(6)が、使用状態の冷凍装置に配置されている状態で、上記外縁(25)は、鉛直方向に対して傾斜していることを特徴とする熱交換器。
  4. 請求項3に記載の熱交換器において、
    空気調和機の室内機に組み込まれていることを特徴とする熱交換器。
  5. 請求項3に記載の熱交換器において、
    上記挿通穴(22)の上記内径Dが、7.5mm以下であることを特徴とする熱交換器。
  6. 請求項3乃至5のいずれか1つに記載の熱交換器において、
    上記フィンには、切り起こしが設けられていることを特徴とする熱交換器。
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