JP2006349208A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷媒管に複数のフィンを並設している熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger in which a plurality of fins are arranged in parallel in a refrigerant pipe.
熱交換器、例えば、冷蔵庫等に用いられるエバポレーターは、冷媒を流す冷媒管に、管軸方向に沿って複数のフィンを間隔をあけて並設し、フィンの板面に沿う方向に空気を送ることによって、空気と冷媒との間で熱交換を行う(例えば、特許文献1参照)。この熱交換の効率を向上するため、従来から、冷媒管やフィンの熱伝達を大きくする試みが色々となされている。 An evaporator used for a heat exchanger, for example, a refrigerator or the like, has a plurality of fins arranged in parallel along a tube axis direction at intervals in a refrigerant tube through which a refrigerant flows, and sends air in a direction along a plate surface of the fins. Thus, heat exchange is performed between the air and the refrigerant (for example, see Patent Document 1). In order to improve the efficiency of this heat exchange, various attempts have been made to increase the heat transfer of the refrigerant pipes and fins.
フィンの熱伝達を大きくする方法として、フィンを部分的に張り出し加工することによって波形に形成し、空気に触れる表面積を増大させることが考えられる。また、他の方法として、フィンの一部を切断し、折曲することによって切り起こし片を形成し、該切り起こし片に、流動する空気を直接当てるようにすることも考えられる。 As a method of increasing the heat transfer of the fins, it is conceivable to increase the surface area in contact with air by forming the corrugations by partially extending the fins. As another method, it is also conceivable to cut and raise a part of the fin to form a cut and raised piece, and to apply the flowing air directly to the cut and raised piece.
一般に、エバポレーターに用いられるフィンは、厚さが約0.15mmと非常に薄い。そのため、上記の如く張り出し加工によって波形に成形すると、フィンを破る可能性があり、波を高く形成するのは困難である。したがって、表面積の増大にも限度があり、さほど熱交換の効率向上は見込めない。 Generally, the fin used for an evaporator is very thin with a thickness of about 0.15 mm. Therefore, if it is formed into a corrugated shape by overhanging as described above, the fin may be broken, and it is difficult to form a high wave. Therefore, there is a limit to the increase of the surface area, and the improvement of the efficiency of heat exchange cannot be expected.
また、フィンに切り起こし片を形成する方法では、切り起こし片の向きや角度によっては、空気の流れが阻害され、空気の滞留を招いたり、空気が切り起こし片にほとんど当たらずに高速で通り抜けたりする。このような状態になると、空気とフィンとの間で十分に熱交換がなされなくなる。 Also, in the method of forming the cut-and-raised piece on the fin, depending on the direction and angle of the cut-and-raised piece, the air flow may be hindered, causing air retention or passing through at a high speed with almost no air hitting the cut and raised piece. Or In such a state, sufficient heat exchange between the air and the fins is not possible.
本発明は、フィンに切り起こし片を適切に形成することによって、熱交換の効率向上を図ることを目的とする。 An object of the present invention is to improve the efficiency of heat exchange by appropriately forming a cut and raised piece on a fin.
請求項1に記載の発明は、冷媒を流す冷媒管と、該冷媒管に管軸方向に間隔をあけて並設された複数の板状のフィンと、を備えており、フィンの板面に沿って流れる空気と前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換器において、前記フィンが、板面の一部を切断して折曲することにより形成される切り起こし片と、切り起こし片の形成に伴ってフィンを貫通するように形成される開口とを、空気の流れ方向に複数備えており、前記切り起こし片が、フィンの両面に交互に突出するように折曲されていることを特徴とする。
The invention described in
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記切り起こし片が、空気の流れ方向の上流側から下流側へ、徐々にフィンの板面から離れるように傾斜していることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is that, in the invention according to
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、同じ形状のフィンを同じ向きに並設して備えていることを特徴とする。
The invention described in claim 3 is characterized in that, in the invention described in
請求項1の発明において、フィンの板面に沿って流れる空気は、フィンの一方の面に突出した切り起こし片により流れが抑制され、当該切り起こし片の上流側にある開口を経てフィンの他方の面に流れる。他方の面に流れた空気は、次の切り起こし片によって流れが抑制されると共に、その上流側に隣接する開口を経て、再度一方の面側に流れる。 In the first aspect of the present invention, the flow of air flowing along the fin plate surface is suppressed by the cut-and-raised piece projecting on one surface of the fin, and the other side of the fin passes through the opening on the upstream side of the cut-and-raised piece. Flowing on the surface. The air that has flowed to the other surface is suppressed by the next cut-and-raised piece, and flows again to the one surface side through an opening adjacent to the upstream side.
従って、請求項1の発明によれば、フィンの両面側を蛇行するように円滑に空気を流動させることができ、その空気の流速が、直線的に流れる場合に比べて遅くなるため、空気をフィンに長く触れさせることができ、その間に適切に熱交換を行うことができる。これにより、熱交換の効率が向上する。 Therefore, according to the first aspect of the present invention, the air can smoothly flow so as to meander on both sides of the fin, and the flow velocity of the air becomes slower than the case where the air flows linearly. The fin can be touched for a long time, and heat exchange can be appropriately performed during that time. Thereby, the efficiency of heat exchange improves.
請求項2の発明によれば、空気の流れを過度に抑制することがなく、より円滑に空気を流動させることができる。 According to the invention of claim 2, the air can be flowed more smoothly without excessively suppressing the flow of air.
請求項3の発明によれば、各フィンの周りで略均一に空気が流動するようになり、熱交換効率が安定する。また、フィンの種類を少なくできるので、コスト低減にも繋がる。 According to the invention of claim 3, the air flows substantially uniformly around each fin, and the heat exchange efficiency is stabilized. Moreover, since the kind of fin can be reduced, it leads also to cost reduction.
図1は、本発明の実施形態に係る熱交換器の正面図、図2は、同熱交換器の部分斜視図である。この熱交換器10は、主として冷蔵庫に用いられるエバポレーターであり、直管部11Aと曲管部11Bとを組み合わせて蛇行する冷媒管11と、冷媒管11の直管部11Aに、間隔をあけて並設された複数のフィン12とを備えている。冷媒管11およびフィン12は、熱伝導性の高いアルミニウムや銅によって形成される。
FIG. 1 is a front view of a heat exchanger according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial perspective view of the heat exchanger. The
フィン12は、長方形の薄板材である。フィン12の上下中央部には、前後2本の冷媒管11が貫通し、固定されている。フィン12には、複数の切り起こし片15が形成されている。
The
図3は、フィンの正面図(一部断面図)であり、図4は、フィンの側面図である。切り起こし片15は、フィン12の上段、中段、下段の上下3カ所に形成され、更に、中段には、2本の冷媒管11を避けるように、前後3カ所に形成されている。全ての切り起こし片15は、長方形状であり、下辺がフィン12の板面に接続されている。切り起こし片15は、フィン12に対して約45°の角度で傾斜している。
FIG. 3 is a front view (partial cross-sectional view) of the fin, and FIG. 4 is a side view of the fin. The cut-and-raised
図3において、上段の切り起こし片15Uは、フィン12の右側に突出し、中段の切り起こし片15Mは、同左側に突出し、下段の切り起こし片15Lは、同右側に突出している。すなわち、各切り起こし片15U,15M,15Lは、フィン12の両面に交互に突出している。
In FIG. 3, the upper cut-and-raised piece 15U protrudes to the right side of the
フィン12には、切り起こし片15を形成することによって、左右に貫通する開口16が形成されている。
The
図3に示すように、エバポレーター10には、矢印Xのように、下方から上方へ空気が流れる。前記切り起こし片15は、空気の流れ方向Xに関してみれば、上流側から下流側へ向けて徐々にフィン12の板面から離れるように傾斜している。
As shown in FIG. 3, air flows through the
[本実施形態の作用]
以下、本実施形態の作用を、主として、図3の中央に配置されたフィン12Bに着目して説明する。同図において、一番左側のフィンに12A、中間のフィンに12B、右側のフィンに12Cの符号を付している。
[Operation of this embodiment]
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described mainly focusing on the
フィン12Bの左側を流れる空気は、フィン12A下段の切り起こし片15Lと、フィン12B中段の切り起こし片15Mとによって、流れが変向及び抑制され、フィン12B中段の切り起こし片15Mの流れ方向X上流側にある開口16Lを経て、フィン12Bの右側に流れる(矢印b1)。
The air flowing on the left side of the
更に、フィン12C中段の切り起こし片15Mと、フィン12B上段の切り起こし片15Uとによって、空気の流れが変向及び抑制され、フィン12B上段の切り起こし片15Uの流れ方向X上流側にある開口16Mを経て、フィン12Bの左側に再び戻る(矢印b2)。その後、そのまま上方に流れるか、又は、フィン12A上段の切り起こし片15Uに変向され、開口16Uを経てフィン12B右側へ流れ、フィン12Bから上方へ抜け出る。
Further, the air flow is diverted and suppressed by the cut and raised
したがって、空気は、開口16を経てフィン12の両面側を蛇行するように流れる。このように空気が蛇行することによって、直線的に流れる場合に比べて流速が遅くなり、その間にフィン12との間で適切に熱交換がなされるようになっている。
Therefore, the air flows so as to meander on both sides of the
なお、空気の流れは、全てが上記のように開口16を経て蛇行するのではなく、各フィン12間をそのまま通り抜ける流れも生じる。この場合も、各フィン12間へ突出する切り起こし片15によって蛇行しながら流動する。
In addition, the flow of air does not meander through the
切り起こし片15は、空気の流れ方向Xの上流側から下流側へ、徐々にフィン12の板面から離れるように傾斜しているので、空気の流れが過度に抑制されることもなく、空気を円滑に蛇行させることができる。
The cut and raised
図3に示すように、各フィン12は、全て同じ形状で、同じ向きに並設されている。これにより、空気が各フィン12の周りを略均一に流れ、安定した熱交換を行うことができる。また、フィン12を1種類で構成できるので、コスト低減も可能になる。
As shown in FIG. 3, the
[本実施形態のシミュレーション解析]
本願出願人は、本実施形態のフィン12について、コンピュータ上でシミュレーションを行い、性能について解析した。シミュレーションの条件は、次の通りである。
[Simulation analysis of this embodiment]
The applicant of the present application performed a simulation on the computer and analyzed the performance of the
(1)本実施形態のフィン12の有効性を検証するため、図7の(A)〜(F)に示す形状も比較例として解析対象にした。(A)〜(F)のフィン12は、それぞれ以下の形状である。
(A)は、切り起こし片や凹凸のない平滑な形状である。
(B)は、上中下段にそれぞれ山(波)17を張り出し加工し、表面積を増大したものである。
(C)は、同じく山を張り出し加工したものであるが、(B)よりも山が高いものである。
(D)は、空気の流れ方向に関して上流側から下流側へ、徐々にフィン12から離れるように傾斜した切り起こし片15を、フィン12の一方側に突出したものである。
(E)は、空気の流れ方向に関して上流側から下流側へ、徐々にフィン12に近づくように傾斜した切り起こし片15を、フィン12の一方側に突出したものである。
(F)は、フィン12に直交する切り起こし片15を、フィン12の一方側に突出したものである。
(1) In order to verify the effectiveness of the
(A) is a smooth shape without cut and raised pieces and irregularities.
(B) is an example in which peaks (waves) 17 are overhanged on the upper, middle and lower stages to increase the surface area.
(C) is the same as a projecting mountain, but the mountain is higher than (B).
(D) is a cut-and-raised
(E) is a cut-and-raised
(F) shows a cut-and-raised
(2)上記(A)の形状を基本モデルとし、これに対する比較として(B)〜(F)および本発明を評価した。 (2) The shape of (A) was used as a basic model, and (B) to (F) and the present invention were evaluated as a comparison with this.
(3)図5及び図6に示すように、1枚のフィン12を、上下が貫通した仮想の箱(キャビネット)20内に設置し、キャビネット20の下方から送風する場合を想定した。
(3) As shown in FIG. 5 and FIG. 6, it is assumed that one
(4)フィン材質は、A1050(熱伝導率:231W/mK)、寸法は、縦28×横60×厚さ0.15(mm)とした。フィンピッチは、5mm相当とした。
(4) The fin material was A1050 (thermal conductivity: 231 W / mK), and the dimensions were
(5)銅管(冷媒管)11は、外径8.35mmの銅ブロック(熱伝導率:395W/mK)とし、2本配置した。また、80℃に温度を固定した。 (5) The copper pipe (refrigerant pipe) 11 was made into a copper block (thermal conductivity: 395 W / mK) having an outer diameter of 8.35 mm, and two copper pipes (refrigerant pipe) were arranged. The temperature was fixed at 80 ° C.
(6)雰囲気温度を25℃とし、キャビネット20内への風速を0.5m/s(入口温度25℃)とした。流れ場は、平滑フィンについては層流モデルとした。時間依存性を定常解析とし、流れ場(速度/圧力)と温度場について解析を行った。流体領域は、空気層とし、熱放射は無視した。
(6) The ambient temperature was 25 ° C., and the wind speed into the
(7)シミュレーションの解析結果より、キャビネット20の下部(入口)と上部(出口)との熱流量を求め、その差分を総熱流量とした。
(7) From the simulation analysis results, the heat flow rate at the lower part (inlet) and the upper part (outlet) of the
図8は解析結果を示す表であり、図9は解析結果を示すグラフである。各比較例および本発明のフィン12は同じ寸法であるが、フィン12の表面積は、平滑フィン(比較例A)に比べて波形フィン(比較例B、C)が増大し、その他は同じとなっている。
FIG. 8 is a table showing the analysis results, and FIG. 9 is a graph showing the analysis results. The
以下、比較例(A)の平滑フィンと、その他フィン(B)〜(F)との比較を説明する。比較例(B)は、比較例(A)と比べて、面積比が1.03と、3%増加し、総熱量比が1.05と5%増加している。また、比較例(C)は、比較例(A)と比べて、面積比が12%増加し、熱量比が8%増加している。 Hereinafter, a comparison between the smooth fin of the comparative example (A) and the other fins (B) to (F) will be described. In the comparative example (B), the area ratio is increased by 3%, 1.03, and the total heat quantity ratio is increased by 1.05, 5%, compared with the comparative example (A). In Comparative Example (C), the area ratio is increased by 12% and the heat ratio is increased by 8% compared to Comparative Example (A).
比較例(B)(C)は、解析結果からそれなりの効率向上が認められた。しかし、比較例(B)と比較例(C)との面積比の増加に比べ、熱量比の増加の割合は低くなっている。したがって、山17の高さを一層高くしたとしても、それほど熱量比の増加は望めないと考えられる。また、薄板材であるフィン12に、張り出し加工によって高い山17を形成するには、加工上限界があり、熱交換の効率向上も低レベルで限界に達する。
In Comparative Examples (B) and (C), some improvement in efficiency was recognized from the analysis results. However, the rate of increase in the heat ratio is lower than the increase in the area ratio between the comparative example (B) and the comparative example (C). Therefore, even if the height of the
比較例(D)は、比較例(A)と比べて熱量比にほとんど差がなかった。これは、図7の(D)に示すように、空気の流れが切り起こし片15に遮られてフィン12の左右両側に分かれ、比較的高速でまっすぐに抜けてしまい(矢印y1、y2)、各切り起こし片15の間では、空気の滞留Zが生じるためと考えられる。つまり、高速で流れる空気は、フィンに触れる時間も短くなるため適切に熱交換がなされず、滞留した空気では、熱交換が促進されないものと考えられる。
In Comparative Example (D), there was almost no difference in the caloric ratio as compared with Comparative Example (A). This is because, as shown in FIG. 7D, the air flow is cut and raised, blocked by the
比較例(E)は、比較例(A)と熱量比が略同等である。この場合も、比較例Dと同じく、フィン12の左右両側を高速で空気が流れ(y1,y2)、各切り起こし片15の間で滞留Zが生じている。
The comparative example (E) has substantially the same caloric ratio as the comparative example (A). Also in this case, as in Comparative Example D, air flows at high speed on both the left and right sides of the fin 12 (y1, y2), and a stay Z occurs between the cut and raised
比較例(F)についても、比較例(A)と熱量比が略同等である。この場合も、比較例(D)と同じく、フィン12の左右両側を高速で空気が流れ(y1,y2)、各切り起こし片15の間で滞留Zが生じている。
Also for the comparative example (F), the heat quantity ratio is substantially the same as that of the comparative example (A). In this case as well, as in the comparative example (D), air flows at high speed on both the left and right sides of the fin 12 (y1, y2), and a stay Z occurs between the cut and raised
本発明の場合、比較例(A)と面積比は同じであるが、熱量比で約1.16となり、約16%の熱交換の効率向上が認められた。本発明では、図6に示すように、切り起こし片15の下側で僅かな滞留Zがみられるが、開口16を経てフィン12の左右を空気が蛇行しているため、その間にフィン12と熱交換が適切になされているものと考えられる。
In the case of the present invention, the area ratio was the same as that of Comparative Example (A), but the heat quantity ratio was about 1.16, and an improvement in heat exchange efficiency of about 16% was recognized. In the present invention, as shown in FIG. 6, a slight stay Z is seen on the lower side of the cut-and-raised
[他の実施形態]
(1)切り起こし片15は、図10に示すように、空気の流れ方向に関して、上流側から下流側へ、徐々にフィン12の板面に近づくように傾斜させることができる。
[Other Embodiments]
(1) As shown in FIG. 10, the cut and raised
(2)また、切り起こし片15は、図11に示すように、フィンに直交して設けることもできる。
(2) Further, as shown in FIG. 11, the cut and raised
(3)本発明の熱交換器は、全てのフィンに切り起こし片を形成しなくてもよく、切り起こし片を形成したフィンと平滑なフィンとを交互に並設したものであってもよい。 (3) The heat exchanger of the present invention does not need to form cut-and-raised pieces on all the fins, and may be one in which fins having cut-and-raised pieces and smooth fins are alternately arranged in parallel. .
10 熱交換器
11 冷媒管
12 フィン
15 切り起こし片
16 開口
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記フィンが、板面の一部を切断して折曲することにより形成される切り起こし片と、切り起こし片の形成に伴ってフィンを貫通するように形成される開口とを、空気の流れ方向に複数備えており、前記切り起こし片が、フィンの両面に交互に突出するように折曲されていることを特徴とする熱交換機。 A refrigerant pipe through which the refrigerant flows, and a plurality of plate-like fins arranged in parallel at intervals in the pipe axis direction on the refrigerant pipe, and the air flowing along the plate surface of the fin and the refrigerant In heat exchangers that exchange heat between
The fin has a cut-and-raised piece formed by cutting and bending a part of the plate surface, and an opening formed so as to penetrate the fin when the cut-and-raised piece is formed. A heat exchanger comprising: a plurality of cut-and-raised pieces in a direction, wherein the cut-and-raised pieces are bent so as to alternately protrude on both sides of the fin.
The heat exchanger according to claim 1, comprising fins having the same shape arranged side by side in the same direction.
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2005
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