JP2009074733A

JP2009074733A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2009074733A
Application number: JP2007243346A
Authority: JP
Inventors: Takanori Oka; 孝紀岡
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2009-04-09

Abstract

【課題】パラレルフロー型熱交換器において、コルゲートフィンの形状に改良を加えることにより、除霜水や結露水をスムーズに排水できるようにする。
【解決手段】熱交換器１は、垂直方向に間隔を置いて平行に配置された水平なヘッダパイプ２、３と、ヘッダパイプ２、３の間に水平方向に間隔を置いて複数配置され、内部に設けた垂直な冷媒通路５をヘッダパイプの内部に連通させた垂直な偏平チューブ４と、偏平チューブ４間に配置されたコルゲートフィン６を備える。コルゲートフィン６は風上側部分６Ｕから風下側部分６Ｄに向かいフィン表面が下り勾配となっており、風上側部分６Ｕはコルゲート形状の襞が深く、風下側部分６Ｄはコルゲート部の襞が浅く、中間部分６Ｍは風上側部分６Ｕのコルゲート形状から風下側部分６Ｄのコルゲート形状へと遷移する形状となっている。
【選択図】図３

Description

本発明はパラレルフロー型の熱交換器に関する。

２本のヘッダパイプの間に複数の偏平チューブを配置して偏平チューブ内部の冷媒通路をヘッダパイプの内部に連通させるとともに、偏平チューブ間にコルゲートフィンを配置したパラレルフロー型の熱交換器はカーエアコンなどに広く利用されている。その例を特許文献１、２に見ることができる。

特許文献１記載の熱交換器は、ヘッダパイプが水平に配置され、偏平チューブが垂直に配置されており、コルゲートフィンは熱交換器の奥行き方向中央部を底とする谷型形状とされている。コルゲートフィンの谷底部分で偏平チューブに接合する箇所には貫通穴が設けられ、除霜運転を行って熱交換器に付着した霜を溶かすと、霜が溶けた水は貫通穴から排水される。

特許文献２には、コルゲートフィンの平板部の一面側と他面側に複数の舌片を切り起こし、フィンでの熱交換効率を向上させた熱交換器が記載されている。
特開２００５−２４１８７号公報特開２００１−６６０８３号公報

本発明は、パラレルフロー型熱交換器において、コルゲートフィンの形状に改良を加えることにより、除霜水や結露水をスムーズに排水できるように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は、間隔を置いて平行に配置された２本の水平なヘッダパイプと、前記２本のヘッダパイプの間に所定ピッチで複数配置され、内部に設けた垂直な冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた垂直な偏平チューブと、前記偏平チューブ間に配置されたコルゲートフィンとを備えた熱交換器において、前記コルゲートフィンは風上側部分から風下側部分に向かいフィン表面が下り勾配となっており、風下側部分は風上側部分に比べコルゲート形状の襞が浅いことを特徴としている。

この構成によると、風上側部分から風下側部分へとコルゲートフィンの表面を伝い落ちる除霜水や結露水は、コルゲート形状の襞が深い領域では表面張力により水膜を張っていたとしても、襞の浅い領域に下ってくるにつれ表面張力が破れ、コルゲートフィンの端でブリッジ現象を生じることなく流れ去る。従って排水がスムーズに行われる。

上記構成の熱交換器において、前記コルゲートフィンは風上側部分、風下側部分、中間部分の３部分に区分され、前記風上側部分はコルゲート形状の襞が深く、前記風下側部分はコルゲート部の襞が浅く、前記中間部分は前記風上側部分のコルゲート形状から前記風下側部分のコルゲート形状へと遷移する形状であることが好ましい。

このような構成にすれば、コルゲート形状の襞の深い部分から襞の浅い部分に移るときに水がブリッジ現象を起こして停まってしまうことがなく、水をスムーズに風下側へ移動させることができる。

本発明によると、除霜水や結露水はコルゲートフィンの襞の間でブリッジ現象を生じることなく風下側に下って流れ去るものであり、排水がスムーズになる。

以下本発明の一実施形態を図１から図６に基づき説明する。図１は熱交換器の概略構造を示す模型的垂直断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図、図３はコルゲートフィンの部分拡大斜視図、図４は図３のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図、図５は図３のＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図、図６は図３のＤ−Ｄ線に沿って切断した断面図、図７は偏平チューブの水平断面図である。

熱交換器１は、２本の水平なヘッダパイプ２、３を上下に間隔を置いて平行に配置し、ヘッダパイプ２、３の間に垂直な偏平チューブ４を所定ピッチで複数配置する。偏平チューブ４はアルミニウム等熱伝導の良い金属を押出成型した細長い成型品であり、内部には冷媒を流通させる冷媒通路５が形成されている。図７に示すように、冷媒通路５は断面形状及び断面面積の等しいものが複数個１列に並び、そのため偏平チューブ４はハーモニカのような断面を呈する。

偏平チューブ４は押出成型方向を垂直にする形で配置されるので、冷媒通路５の冷媒流通方向も垂直になる。各冷媒通路５はヘッダパイプ２、３の内部に連通する。なお図１において紙面上側が垂直方向の上側、紙面下側が垂直方向の下側であり、上側のヘッダパイプ２と下側のヘッダパイプ３の間に複数の偏平チューブ４が長手方向を垂直にして所定ピッチで配置された構成となっている。

ヘッダパイプ２、３と偏平チューブ４は溶着により固定される。偏平チューブ４同士の間にはコルゲートフィン６が配置され、偏平チューブ４とコルゲートフィン６も溶着により固定される。偏平チューブ４と同様、ヘッダパイプ２、３及びコルゲートフィン６も熱伝導の良い金属（例えば、アルミニウム）からなる。

下側のヘッダパイプ３の一端には冷媒流入口７が設けられ、上側のヘッダパイプ２の一
端には、冷媒流入口７と対角をなす位置に冷媒流出口８が設けられている。

このように、ヘッダパイプ２、３の間に多数の偏平チューブ４を設け、偏平チューブ４の間にコルゲートフィン６を設けた構造であるから、熱交換器１の放熱（吸熱）面積は大きく、効率的に熱交換を行うことができる。

図２及び図３において、図の右側が風上、左側が風下である。コルゲートフィン６はフィン表面が風下側に向かい下り勾配となっている。そしてコルゲートフィン６は、風上側部分６Ｕ、風下側部分６Ｄ、中間部分６Ｍの３部分に区分され、部分毎にコルゲート形状の襞の深さが異なっている。すなわち風上側部分６Ｕはコルゲート形状の襞が深く、偏平チューブ４同士の間隙を埋めるだけの幅を有している。これに対し風下側部分６Ｄはコルゲート形状の襞が浅く、偏平チューブ４同士の間隙を埋めることはない。中間部分６Ｍは風上側部分６Ｕのコルゲート形状から風下側部分６Ｄのコルゲート形状へと遷移する形状となっている。なお風下側部分６Ｄは、襞の深さがゼロ、すなわち平板状であっても構わない。

図示しないファンで送風を行いつつ熱交換器１に冷媒を流すと、熱交換器１を蒸発器として使用する運転モード（例えば、室内機と室外機となるセパレート型空気調和機の室外機に熱交換器１が設けられているときは、暖房運転時、熱交換器１は蒸発器として作用する）の場合、熱交換器１は空気から温熱を奪い、逆に冷熱を空気中に放出する。

空気から温熱を奪う運転を続けていると、コルゲートフィン６の表面と偏平チューブ４の表面に空気中の水分が結露する。当初は微細だった結露水の水滴が結集して大きな水滴になると、それはコルゲートフィン６の表面を伝って風下側に移動する。

コルゲートフィン６の表面を伝い落ちる水は、コルゲート形状の襞が深い風上側部分６Ｕでは表面張力により水膜を張っていたとしても、襞の浅い風下側部分６Ｄに下ってくるにつれ表面張力が破れ、コルゲートフィン６の風下側部分６Ｄの端でブリッジ現象（水の膜が張ること）を生じることなく流れ去る。従って排水がスムーズに行われる。

風上側部分６Ｕから風下側部分６Ｄへ一気に切り替わるのでなく、その間に中間部分６Ｍが存在し、中間部分６Ｍは風上側部分６Ｕのコルゲート形状から風下側部分６Ｄのコルゲート形状へと遷移する形状であるから、風上側部分６Ｕから風下側部分６Ｄに移るときに水がブリッジ現象を起こして停まってしまうことがなく、水をスムーズに風下側へ移動させることができる。

熱交換器１を蒸発器として使用する運転モード（熱交換器１が室外空気から温熱を奪う運転）において、周囲の空気温度条件や、運転条件によっては、空気中の水分が偏平チューブ４やコルゲートフィン６の表面に霜として付着する場合がある。時間が経つにつれ霜は厚みを増し、熱交換性能を低下させるので、時々は熱交換器１を凝縮器に転換する除霜運転を行って霜を溶かさねばならない。霜が溶けた除霜水も、結露水と同様、ブリッジ現象を生じることなく風下側部分６Ｄの端からスムーズに排水される。このため、除霜運転から通常運転に復帰したとき、排水されないまま残留した水滴が凍結して熱交換性能を損なうということがない。

コルゲートフィン６の下り勾配は５°〜４０°の範囲で選択することができる。勾配がきつくなると、熱交換面積が増え、排水しやすくなる一方、空気の流通に対しては抵抗となるので、実験を通じて適切な値を決めるとよい。その他、偏平チューブ４同士の間隔が５．５mm、偏平チューブ４の厚みが１．３mm、空気の流れ方向におけるコルゲートフィン
６の長さが１８mm、コルゲートフィン６山−谷ピッチが２mm〜３mmといった数値を例示す
ることができる。言うまでもないが、これらの数値は単なる例示であり、発明の内容を限定するものではない。

上記実施形態ではフィン表面が風下側に向かい下り勾配となっているコルゲートフィンを用いたが、フィン表面が風上側と風下側の間で水平になっているコルゲートフィンを用いることもできる。後者のコルゲートフィンは前者のコルゲートフィンに比べ、排水の効率は多少落ちるものの、フィン表面に付着した除霜水や結露水は風の流れで風下側に吹き寄せられ、風下側部分の端から排水されるので、実用上の問題はない。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明はパラレルフロー型熱交換器に広く利用可能である。

熱交換器の概略構造を示す模型的垂直断面図図１のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図コルゲートフィンの部分拡大斜視図図３のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図図３のＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図図３のＤ−Ｄ線に沿って切断した断面図偏平チューブの水平断面図

符号の説明

１熱交換器
２、３ヘッダパイプ
４偏平チューブ
５冷媒通路
６コルゲートフィン

Claims

間隔を置いて平行に配置された２本の水平なヘッダパイプと、前記２本のヘッダパイプの間に所定ピッチで複数配置され、内部に設けた垂直な冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた垂直な偏平チューブと、前記偏平チューブ間に配置されたコルゲートフィンとを備えた熱交換器において、
前記コルゲートフィンは風上側部分から風下側部分に向かいフィン表面が下り勾配となっており、風下側部分は風上側部分に比べコルゲート形状の襞が浅いことを特徴とする熱交換器。
前記コルゲートフィンは風上側部分、風下側部分、中間部分の３部分に区分され、前記風上側部分はコルゲート形状の襞が深く、前記風下側部分はコルゲート部の襞が浅く、前記中間部分は前記風上側部分のコルゲート形状から前記風下側部分のコルゲート形状へと遷移する形状であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。