JP2006266574A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 コア部の上端部及び下端部に空気流がよどむ領域を無くして熱交換効率を大幅に向上させることのできる熱交換器を提供する。
【解決手段】 冷媒が内部に流れる扁平形状のチューブ２と、空気流を受けて前記冷媒と熱交換する蛇腹形状のフィン３とを、交互に積層して形成されるコア部４の両端に、座板とタンクカバーとからなるタンク部７を取り付けて構成された熱交換器１において、前記フィン３には、前記空気流の流入方向から流出方向に向けて一方向に傾斜するルーバ１０が所定間隔を置いて複数形成されており、前記コア部４の上端部と下端部に、前記タンク部７と前記フィン３との間に空気流が流出入する空隙部１１、１２を形成するスペーサ部材１３、１４を配置している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、熱交換器に関し、詳細には、一方向にルーバが形成されたフィンを持つ熱交換器の熱交換効率向上のための技術に関する。

例えば、ラジエータや蒸発器などの熱交換器に使用されるフィンには、ルーバが形成されたものがある（例えば、特許文献１など参照）。

図６は、フィン面にルーバが形成されたフィンの一例を示す。かかるフィン１０１は、フィン面にルーバ１０２Ａ、１０２Ｂを複数形成しており、フィン中央部（流体の流動方向）で左右対象となるように前半部と後半部でルーバ１０２Ａ、１０２Ｂの切り起こし方向を異にしている。

このようなフィン１０１では、このフィン１０１内を流れる空気流は、略Ｕの字状に流れる。すなわち、フィン１０１内を流れる空気流は、前半部のルーバ１０２Ａの向きに方向を曲げて数枚のフィン１０２Ａを通過した後、後半部のルーバ１０２Ｂの向きに方向を曲げて元のフィン面の後端から流出する。

図７は、フィン面にルーバが形成されたフィンの他の例を示す。かかるフィン１０３は、フィン面に同一方向に傾斜するルーバ１０４を複数形成している。ルーバ１０４を同一方向に傾斜したフィン１０３では、空気流の流れ方向が変わらないので通気抵抗が低いという長所がある。
特開２００３−５００９５号（第２頁、第３頁、図１、図２及び図４参照）

しかしながら、図７に示す一方向傾斜フィンでは、図８に示すように、座板やタンクカバーからなるタンク部１０５の近傍部では、フィン１０３内に空気流が流入しなくなったり、フィン１０３内の空気流が流出しなくなったりと、コア内部で当該空気流の流れがよどみ、通気抵抗が増加して熱交換効率の低下が生じる。

具体的には、コア部１０６の上部では、フィン１０３とタンク部１０５とが接することから、タンク部１０５によってフィン１０３内の流れが停滞する領域１０７Ａが生じる。同様に、コア部１０６の下部でもタンク部１０５によってフィン１０３内に流れが停滞する領域１０７Ｂが生じる。かかる領域１０７Ａ、１０７Ｂは、コア部１０６の厚みとルーバ１０４の角度の増加により増大する傾向にある。

そこで、本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、コア部の上端部及び下端部に空気流がよどむ領域を無くして熱交換効率を大幅に向上させることのできる熱交換器を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、冷媒が内部に流れる扁平形状のチューブと、空気流を受けて前記冷媒と熱交換する蛇腹形状のフィンとを、交互に積層して形成されるコア部の両端に、座板とタンクカバーとからなるタンク部を取り付けて構成された熱交換器において、前記フィンには、前記空気流の流入方向から流出方向に向けて一方向に傾斜するルーバが所定間隔を置いて複数形成されており、前記コア部の上端部と下端部に、前記タンク部と前記フィンとの間に空気流が流出入する空隙部を形成するスペーサ部材を配置したことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の熱交換器であって、前記タンク部と前記フィン間から流入し、前記ルーバを通過した空気流が前記タンク部壁面から遠ざかる領域では、前記コア部の空気流流出側における該タンク部と前記フィンとの間に、前記スペーサ部材を配置したことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１に記載の熱交換器であって、前記ルーバを通過した空気流が前記タンク部に接近して行く領域では、前記コア部の空気流流入側における該タンク部と前記フィンとの間に、前記スペーサ部材を配置したことを特徴とする。

請求項４の発明は、少なくとも請求項１から請求項３の何れか一つに記載の熱交換器であって、前記空隙部の大きさを、前記フィンに形成したルーバピッチの１〜３以内としたことを特徴とする。

請求項５の発明は、少なくとも請求項１から請求項４の何れか一つに記載の熱交換器であって、前記スペーサ部材は、前記タンク部と前記フィンに密着して固定され、これらの間を隙間無くシールする剛性部材からなることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、一方向に傾斜するルーバを複数形成したフィンとタンク部との間に空気流を流出入させる空隙部を形成するスペーサ部材をコア部の上端部と下端部にそれぞれ配置したので、この空隙部によってフィン内の空気流のよどみが無くなり、通気抵抗を大幅に低減させることができる。したがって、空気流路幅が増加することによりフィン内を通過する空気の流速が低下し通気抵抗が低減する。更に、フィン内のよどみ領域がなくなり伝熱面が増加することにより熱交換量が増加する。

請求項２に記載の発明によれば、タンクとフィン間から流入した空気流がルーバを通過しタンク部から離れて行く領域では、コア部の空気流流出側に該タンク部とフィンとの間にスペーサ部材を配置し、タンク部とフィンとの間に空隙部を形成したことにより、この空隙部に空気流が流入し、タンクに近接したフィン全面から空気流がルーバ間を通過することができるので、コア部近接部のよどみを無くすことができる。流出側に設置したスペーサはタンクとフィン間の空隙部に流入した空気流がルーバ間を通過しないで流出することを防止している。コア内部のよどみ領域がなくなることにより空気流の通過面積が増大し流速が低下することにより抵抗が低下する．また、通過面積が増大することにより伝熱面積が増加し移動熱量を増加することができる。

請求項３に記載の発明によれば、ルーバを通過した空気流がタンク部に接近して行く領域では、タンク部とフィンとの間に空隙部を形成し、コア部の空気流流入側にスペーサ部材を配置し、空隙部を閉鎖したことで、タンク部に接近する空気流がタンク部に邪魔されることなくルーバを通過し空隙部を通過して後方へと抵抗無く流れることができる。この空気流流入側のスペーサ部材は空隙部に空気流が直接流入することを防止し、且つ、ルーバ間を通過してきた流れを阻害しないし、通過面積の増加が図られるのでフィン間を通過する流速が低下し通気抵抗を低下させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、空隙部の大きさを、フィンに形成したルーバピッチの１〜３以内とすることで、空気流のよどみを解消し得るに充分な空隙部を確保することができる。

請求項５に記載の発明によれば、スペーサ部材を、タンク部とフィンに密着して固定し、これらの間を隙間無くシールする剛性部材から構成することで、空気流流出側にスペーサ部材を配置した場合には、空隙部に流入した空気流がルーバ間を通過しないで後方に流出すること防止でき、空気流流入側にスペーサ部材を配置した場合には、タンク部に接近する空気流が当該タンク部に邪魔されることなくルーバを通過し空隙部を通過して後方へと抵抗無く流れ、また、空気流が空隙部に直接流入することを防止し通気抵抗を低下させることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「熱交換器の概略構成」
図１は本実施の形態の熱交換器の正面図、図２は本実施の形態の熱交換器の要部拡大斜視図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は空気流の流れを示す模式図、図５は通気抵抗と蒸発性能の関係を示す特性図である。

熱交換器１は、図１に示すように、冷媒が内部に流れる扁平形状のチューブ２と、空気流を受けて前記冷媒と熱交換される蛇腹形状のフィン３とを、交互に積層して形成されるコア部４の両端に、座板５とタンクカバー６とからなるタンク部７を取り付けて構成されている。そして、タンク部７には、冷媒をコア部４に導入するための入口パイプ８と、空気流と熱交換された冷媒をコア部４から外部へと排出する出口パイプ９とが設けられている。

そして特に本実施の形態では、図２及び図３に示すように、前記フィン３には、空気流の流入方向から流出方向に向けて一方向に傾斜するルーバ１０が所定間隔を置いて複数形成されている。かかるルーバ１０は、空気流が流入する流入側先端部３Ａと空気流が流出する流出側後端部３Ｂを除いて、同一方向且つ同一角度にフィン面から切り起こされて形成されており、所定ピッチＰで形成されている。

そして、前記コア部４の上端部と下端部には、タンク部７とフィン３との間に空気流が流入出する空隙部１１、１２を形成するためのスペーサ部材１３、１４が配置されている。

コア部４の上端部に設けられるスペーサ部材１３は、空気流流出側におけるタンク部７とフィン３との間に設けられ、これらタンク部７とフィン３との間に空隙部１１を形成する。かかるスペーサ部材１３は、例えば発砲ウレタンフォームなどの剛性部材からなり、前記フィン３の流出側後端部３Ｂ上に、タンク部７とフィン３に密着してこれらの間を隙間無くシールするようにして固定される。

一方、コア部４の下端部に設けられるスペーサ部材１４は、空気流流入側におけるタンク部７とフィン３との間に設けられ、これらタンク部７とフィン３との間に空隙部１２を形成する。かかるスペーサ部材１４は、同じく発砲ウレタンフォームなどの剛性部材からなり、前記フィン３の流入側先端部３Ａ上に、タンク部７とフィン３に密着してこれらの間を隙間無くシールするようにして固定される。

前記空隙部１１、１２の大きさは、フィン３に形成したルーバ１０のピッチＰの１〜３以内の大きさとされている。空隙部１１、１２の大きさがルーバピッチＰの１未満では、空気がよどみ、ルーバピッチＰの３超では、本発明による効果以上の効果は生じない。

本実施の形態の熱交換器１においては、図４に示すように、コア部４の上端部であってタンク部７とフィン３との間に空隙部１１を形成したので、コア部上端に流入した空気流は、流入側から流出側の奥にまで流れ込むが、スペーサ部材１３が空隙部１１に設置されているので流出方向をフィンルーバに変えて、流入側から流出側に亘って形成される各ルーバ１０を通過してそのままコア部４の後方から流出する。

そのため、本実施の形態の熱交換器１では、フィン３を通過する通気抵抗が低減し、コア部上部のよどみが無くなり、熱交換効率が向上する。このように、ルーバ１０を通過した空気流がタンク部７から離れて行く領域では、コア部４の空気流流出側における該タンク部７とフィン３との間にスペーサ部材１３を配置して空隙部１１を形成することで、通気抵抗を低減でき、コア部上部のよどみを無くすことができる。

この一方、コア部４の下端部であってタンク部７とフィン３との間に空隙部１２を形成したので、コア部下端に流入した空気流は、ルーバ１０によりルーバ方向に沿って流れ、タンク壁面方向に接近する流れとなる。また、空気流は、流入側から流出側の奥にまで流れ込み、流入側から流出側に亘って形成される各ルーバ１０を通過し、タンク部７とフィン３間の空隙部１２に入りコア部４の後方から流出する。

そのため、本実施の形態の熱交換器１では、フィン３を通過する通気抵抗が低減し、コア部下部のよどみが無くなり、熱交換効率が向上する。このように、ルーバ１０を通過した空気流がタンク部７接近する領域では、コア部４の空気流流入側における該タンク部７とフィン３との間にスペーサ部材１４を配置して空隙部１２を形成することで、通気抵抗を低減でき、コア部上部のよどみを無くすことができる。

また、本実施の形態の熱交換器１を蒸発器として使用した場合は、フィン３内で発生した空気中の凝縮液が順次下方へ伝わり、フィン３の最下端に到達すると、フィン３とタンク部７間に形成された空隙部１２に凝縮液が滞留し、その凝縮水は空気流の風圧によってコア部４の外部へと排出される。図５は、通気抵抗と蒸発性能の関係を示す特性図であり、従来品（図８の熱交換器）に比べて本発明品（図４の熱交換器）の方が蒸発性能が大幅に向上していることが判る。

このように、本実施の形態の熱交換器１によれば、タンク部７とフィン３との間にスペーサ部材１３、１４を設けて空隙部１１、１２を形成することで、一方向に傾斜したルーバ１０を持つフィン３の短所を長所に変えて高性能な熱交換器を提供することが可能となる。

以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。

例えば、上述の実施の形態では、スペーサ部材１３、１４を、フィン３の流入側先端部３Ａと流出側後端部３Ｂの上に固定したが、フィン３の流入側側面と流出側側面にスペーサ部材１３、１４を固定するようにしても同様の効果がある。

また、スペーサ部材１３、１４には、剛性部材である発砲ウレタンフォームを使用したが、これに限らず、タンク部７とフィン３間に空隙部１１、１２を確保することができるものならテープや耐熱性ゴムなどでもよい。テープや耐熱性ゴムなどで空気流流入側と空気流流出側を塞いで空隙部１１、１２を形成すれば、これらの間を塞ぐ密閉部材（スペーサ部材１３、１４）を挿入するよりも作業性が向上しコストの低下も実現できる。

本実施の形態の熱交換器の正面図である。 本実施の形態の熱交換器の要部拡大斜視図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 空気流の流れを示す模式図である。 通気抵抗と蒸発性能の関係を示す特性図である。 フィン面に異なる向きのルーバが形成されたフィンの一例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は空気流の流れを示す図である。 フィン面に同一向きのルーバが形成されたフィンの一例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は空気流の流れを示す図である。 一方向ルーバフィンをタンク部に接して設けた従来構造の熱交換器における空気流の流れを示す模式図である。

符号の説明

１…熱交換器
２…チューブ
３…フィン
４…コア部
５…座板
６…タンクカバー
７…タンク部
１０…ルーバ
１１、１２…空隙部
１３、１４…スペーサ部材

Claims (5)

1. 冷媒が内部に流れる扁平形状のチューブ（２）と、空気流を受けて前記冷媒と熱交換する蛇腹形状のフィン（３）とを、交互に積層して形成されるコア部（４）の両端に、座板（５）とタンクカバー（６）とからなるタンク部（７）を取り付けて構成された熱交換器（１）において、
   前記フィン（３）には、前記空気流の流入方向から流出方向に向けて一方向に傾斜するルーバ（１０）が所定間隔を置いて複数形成されており、
   前記コア部（４）の上端部と下端部に、前記タンク部（７）と前記フィン（３）との間に空気流が流出入する空隙部（１１、１２）を形成するスペーサ部材（１３、１４）を配置した
   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（１）であって、
   前記タンク部（７）と前記フィン（３）間から流入し、前記ルーバ（１０）を通過した空気流が前記タンク部（７）壁面から遠ざかる領域では、前記コア部（４）の空気流流出側における該タンク部（７）と前記フィン（３）との間に、前記スペーサ部材（１３）を配置した
   ことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１に記載の熱交換器（１）であって、
   前記ルーバ（１０）を通過した空気流が前記タンク部（７）に接近して行く領域では、前記コア部（４）の空気流流入側における該タンク部（７）と前記フィン（３）との間に、前記スペーサ部材（１４）を配置した
   ことを特徴とする熱交換器。
4. 少なくとも請求項１から請求項３の何れか一つに記載の熱交換器（１）であって、
   前記空隙部（１１、１２）の大きさを、前記フィン（３）に形成したルーバピッチＰの１〜３以内とした
   ことを特徴とする熱交換器。
5. 少なくとも請求項１から請求項４の何れか一つに記載の熱交換器（１）であって、
   前記スペーサ部材（１３、１４）は、前記タンク部（７）と前記フィン（３）に密着して固定され、これらの間を隙間無くシールする剛性部材からなる
   ことを特徴とする熱交換器。

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