JP2009168317A - Heat exchanger and air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和機に関し、特に熱交換器を構成するフィンに形成される切起しの形状に関する。 The present invention relates to a heat exchanger and an air conditioner including the heat exchanger, and more particularly to a shape of a cut and raised formed in fins constituting the heat exchanger.
例えば空気調和機における冷凍サイクルの構成部品として、熱交換器が備えられている。空気調和機が室内機と室外機とから構成される場合は、そのいずれのユニットにも熱交換器が必要となる。これら熱交換器は、所定の間隙を存して並設され、上記間隙に沿って熱交換空気を流通させる複数枚のフィンと、これらフィンを貫通して設けられ、その内部に冷媒(熱交換媒体)を導通させる伝熱管とからなる、いわゆるフィンチューブタイプのものが多用される。 For example, a heat exchanger is provided as a component of a refrigeration cycle in an air conditioner. When the air conditioner is composed of an indoor unit and an outdoor unit, a heat exchanger is required for any of the units. These heat exchangers are arranged side by side with a predetermined gap, and are provided with a plurality of fins that circulate heat exchange air along the gap, and through these fins. A so-called fin tube type composed of a heat transfer tube for conducting a medium) is often used.
そして、熱交換器における熱交換効率の向上を図るため、上記フィンに切起しを設けるのが、近時の傾向となっている。フィンの板厚は極く薄いので、例えばプレス加工にてフィンを型抜きするとともに、上記切起しを同時加工するようになっている。この切起し部は、熱交換空気の流通方向とは直交する方向に隣設された伝熱管相互間に設けられる。 And in order to improve the heat exchange efficiency in a heat exchanger, it has become a recent tendency to cut and raise the fins. Since the plate thickness of the fin is extremely thin, for example, the die is die-cut by press working, and the above-described raising is simultaneously processed. This cut-and-raised part is provided between the heat transfer tubes provided adjacent to each other in a direction orthogonal to the flow direction of the heat exchange air.
このように、空気調和機等の熱交換器においては、フィンに多数の切起しを設けることによって熱交換効率の向上を図ってきた。そして、上記切起し部に対して様々な工夫がなされてきた。例えば、切起しの幅が気流下流側伝熱管ほど短く、かつ、下流側伝熱管ほど本数が多くなるよう切越しを設けたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As described above, in a heat exchanger such as an air conditioner, heat exchange efficiency has been improved by providing a large number of cuts on the fins. Various ideas have been made for the cut and raised portion. For example, it is known that the cut-and-raised width is shorter for the airflow downstream side heat transfer tube and provided with a cut so that the downstream side heat transfer tube has a larger number (for example, see Patent Document 1).
また、風上側の切起しの幅を風下側の切起しの幅よりも広くしたものも知られている(例えば、特許文献2参照)。さらに、切起しの幅をフィンカラーの外径の1/4〜1/3に形成したものが知られている(例えば、特許文献3参照)。
上述した熱交換器では、必ずしも十分な伝熱性能が得られず、さらなる伝熱性能の向上が望まれている。 In the heat exchanger described above, sufficient heat transfer performance is not necessarily obtained, and further improvement in heat transfer performance is desired.
そこで本発明は、通風抵抗の増加を抑えつつ、さらに伝熱性能を向上できる熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和機を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat exchanger that can further improve heat transfer performance while suppressing an increase in ventilation resistance, and an air conditioner including the heat exchanger.
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の熱交換器及び空気調和機は次のように構成されている。 In order to solve the above problems and achieve the object, the heat exchanger and the air conditioner of the present invention are configured as follows.
(1)所定の間隙を存して並設され、これらの間隙に沿って熱交換空気を流通させる複数枚のフィンと、それぞれのフィンにおける熱交換空気の流通方向とは直交する方向にフィンを貫通して隣接され、内部に熱交換媒体を導通させる伝熱管と、上記隣接する伝熱管相互間に設けられる切起しとを具備し、上記切起しは、少なくとも上記フィンの風上側端縁と上記各伝熱管の中心同士を結ぶ中心線間の範囲に設けられ、熱交換空気の流通方向の幅が上記伝熱管の外径の1/2以上に形成されていることを特徴とする。 (1) A plurality of fins that are arranged side by side with predetermined gaps and that allow heat exchange air to flow along these gaps, and fins in a direction perpendicular to the flow direction of heat exchange air in each fin. A heat transfer pipe which is adjacently penetrated and allows a heat exchange medium to pass through, and a notch provided between the adjacent heat transfer pipes, wherein the notch is at least the windward edge of the fin And in the range between the center lines connecting the centers of the heat transfer tubes, the width of the heat exchange air in the flow direction is formed to be 1/2 or more of the outer diameter of the heat transfer tubes.
(2)圧縮機、室外側熱交換器、膨張装置、室内側熱交換器を備えた空気調和機において、上記室外側熱交換器及び室内側熱交換器の少なくとも一方は、所定の間隙を存して並設され、これらの間隙に沿って熱交換空気を流通させる複数枚のフィンと、それぞれのフィンにおける熱交換空気の流通方向とは直交する方向にフィンを貫通して隣接され、内部に熱交換媒体を導通させる伝熱管と、上記隣接する伝熱管相互間に設けられる切起しとを具備し、上記切起しは、少なくとも上記フィンの風上側端縁と上記各伝熱管の中心同士を結ぶ中心線間の範囲に設けられ、熱交換空気の流通方向の幅が上記伝熱管の外径の1/2以上に形成されていることを特徴とする。 (2) In an air conditioner including a compressor, an outdoor heat exchanger, an expansion device, and an indoor heat exchanger, at least one of the outdoor heat exchanger and the indoor heat exchanger has a predetermined gap. The plurality of fins that are arranged side by side and circulate the heat exchange air along these gaps, and are adjacent to each other through the fins in a direction perpendicular to the direction of the heat exchange air flow in each fin. A heat transfer tube for conducting a heat exchange medium; and a cut-and-raised portion provided between the adjacent heat transfer tubes, wherein the cut-and-lift is at least between the windward edge of the fin and the centers of the heat transfer tubes. The width of the heat exchange air in the flow direction is formed to be 1/2 or more of the outer diameter of the heat transfer tube.
本発明によれば、通風抵抗の増加を抑えつつ、さらに伝熱性能を向上できる。 According to the present invention, heat transfer performance can be further improved while suppressing an increase in ventilation resistance.
図1は本発明の一実施の形態に係る熱交換器20及びこの熱交換器20が組み込まれた空気調和機10の構成を示す説明図、図2Aは熱交換器20を構成するフィン30の要部を示す正面図、図2Bは側面図、図2Cは熱交換器20の一部斜視図である。なお、図2Bにおいて説明の都合上フィン30は1枚のみ示している。
FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of a
空気調和機10は、冷媒配管11によって圧縮機12、四方弁13、室外側熱交換器14、膨張弁15、第1の室内側熱交換器16、除湿絞り装置17、第2の室内側熱交換器18、四方弁13、圧縮機12の順で接続されている。なお、図1中14aは送風ファン、16aは横流ファンを示している。
The
室外側熱交換器14、室内側熱交換器(第1の室内側熱交換器16及び第2の室内側熱交換器18)の少なくとも一方を構成する本発明の
熱交換器20は、図2A、図2B及び図2Cに示すように、狭小の間隙を存して多数枚並設されたフィン30に伝熱管40が貫通して設けられるフィンチュープタイプである。上記フィン30は上下方向に縦長の短冊状をなし、内部に冷媒(熱交換媒体)が流通する伝熱管40が上下方向に所定のピッチで貫通される。また、上記伝熱管40はフィン30における熱交換空気の流通方向Fに2列設けられている。なお、フィン30は伝熱管40の各列毎に分割されていても良く、伝熱管は1列又は3列以上設けられていても良い。
The
フィン30は、板状のベース31と、このベース31に所定のピッチで設けられた伝熱管挿入孔32と、これら伝熱管挿入孔32の間に設けられたスリット(切起し)33,34、33´及び34´とを備えている。伝熱管40は、フィン30における熱交換空気の流通方向Fとは直交する方向にフィン30を貫通して配置されている。伝熱管挿入孔32の内径寸法は当初は伝熱管40の外径寸法よりも僅かに大に形成されていて、伝熱管挿入孔32に伝熱管40を貫通し、伝熱管40を拡管加工することによりフィン30に対して伝熱管40が強固な状態で嵌め合う。
The
スリット33,34及び33´、34´は熱交換空気が流通する方向に沿って所定の間隙を存して並設されている。なお、各スリット33,34、33´及び34´は、いずれもその長手方向を熱交換空気が流通する方向に直交する向きに形成されるとともに、ベース31に対し同一の方向にのみ突出して形成されている。
The
風上側の1列目の伝熱管40間に設けられたスリットのうち、風上側のスリット33は、少なくともフィン30の風上側端縁31aと1列目の各伝熱管40の中心同士を結ぶ中心線C間の範囲(風上側)に設けられ、熱交換空気の流通方向Fの幅Lが伝熱管40の外径Dの1/2以上に形成されている。また、スリット33は、好ましくは風下側の端部33aが各伝熱管40の中心同士を結ぶ中心線Cに一致して設けられるとともに、風上側の端部33bが各伝熱管40の風上側に設けられ、さらに立ち上がり部33cが伝熱管40の外周面に沿って曲線状に形成されている。風上側の1列目の伝熱管40間に設けられたスリットのうち、風下側のスリット34も同様に立ち上がり部34cが形成されている。これにより、スリット33,34と伝熱管40との距離が一定に保たれている。スリット33は伝熱管40中心より風上側に設置するため立ち上がり部33cを直線で形成すると、スリット面積が小さくなる。立ち上り部33cを伝熱40管と同一距離を保つよう曲線より形成することにより、切起し面積の拡大および伝熱管40に気流を沿わせることができ伝熱性能がさらに向上する。
Of the slits provided between the windward first row
また、風下側の2列目の伝熱管40間に設けられたスリットのうち、風上側のスリット33´はフィン30の1列目と2列目の伝熱管40の中心Yと2列目の各伝熱管40の中心同士を結ぶ中心線間の範囲(風上側)に設けられ、熱交換空気の流通方向Fの幅Lが伝熱管40の外径Dの1/2以上に形成されている。さらに、スリット33´は、好ましくは風下側の端部33aが各伝熱管40の中心同士を結ぶ中心線に一致して設けられる。
Of the slits provided between the second row of
ここで、このようなフィン30の形状とした理由について説明する。一般的にスリットは、熱交換空気の流れを攪拌することで伝熱性能を向上させるため、数が多いほど伝熱性能は向上する。しかし、数に比例し通風抵抗も増加するため、数が多いほど伝熱量が多くなるとは限らない。
Here, the reason for the shape of the
図3にスリットの数と熱伝達率及び通風抵抗との関係を示す。スリットの数が増えるにしたがい熱伝達率および通風抵抗は増加するが、熱伝達率の増加は通風抵抗の増加より小さい。これより過度にスリットの数を増やしても通風抵抗の増加により性能が向上するとはいえないことがわかる。 FIG. 3 shows the relationship between the number of slits, the heat transfer coefficient, and the ventilation resistance. As the number of slits increases, the heat transfer coefficient and ventilation resistance increase, but the increase in heat transfer coefficient is smaller than the increase in ventilation resistance. It can be seen from this that even if the number of slits is excessively increased, the performance cannot be improved by increasing the ventilation resistance.
図4A,4B、図5A,5B、図6A,6Bは、各種のフィンにおいて、解析より算出した熱伝達の高い部分の等値面に圧力損失大小を表したものを示している。図中の色の濃淡は圧力損失の大小を示している。したがって、薄い色の部分が圧力損失が小さい部分である。 4A, 4B, FIGS. 5A, 5B, and 6A, 6B show the magnitude of pressure loss on the isosurfaces of the portions with high heat transfer calculated from the analysis in various fins. The shade of color in the figure indicates the magnitude of pressure loss. Therefore, the light colored part is the part where the pressure loss is small.
図4A,4Bのフラットフィン(スリットの無いフィン)50の場合、熱伝達はベース51の先端部51aから伝熱管挿入孔52間の中心線付近まで高い(二点鎖線Q)。これは伝熱管による縮流によるものと推測される。先端部51aは熱交換空気流を攪拌するため熱伝達も高いが通風抵抗も高い。また伝熱管挿入孔52の中心部付近より熱伝達の高い部分が剥離していることがわかる(二点鎖線S:色の濃い部分が伝熱管から遠ざかっている)。
4A and 4B, the heat transfer is high from the
図5A,5Bのフィン60は、ベース61に2本のスリット63が設けられている。この場合、伝熱管周りの剥離は改善されているが、フラットフィン50に見られた縮流による熱伝達の高い部分がスリット53先端部の熱交換空気流の攪拌により無くなっていることがわかる。これは図6A,6Bに示すフィン70でも同様である。図6A,6B中71はベース、73は3本のスリットを示している。
5A and 5B, the
このような結果から、フラットフィン50に見られる縮流を伴う効率の良い部分(圧力損失が小さく熱伝達率の高い部分)を維持するためには、フィンの先端部による空気流の撹件を極力少なくする必要がある。同時に、フラットフィン50に見られる伝熱管周りの剥離を改善するためには伝熱管中心より風上側に切起しを設けることが必要である。
From these results, in order to maintain an efficient part with a contracted flow (a part with a small pressure loss and a high heat transfer coefficient) seen in the
したがって、縮流を伴う伝熱効率の良い部分の終わる部分である伝熱管40間中心(熱交換空気の流通方向Fと直交する方向に隣設する各伝熱管40の中心同士を結ぶ中心線C)に略一致させてスリット33の風下側の端部33aを設け、縮流が始まる前の部分(伝熱管40よりも風上側)に風上側の端部33bを設け、かつ、スリット33の幅をD/2以上にすることで、より効率の良い伝熱促進が可能となる。但し、スリット33の幅をD/2以上にし、フィン30の風上側端縁31aから各伝熱管40の中心同士を結ぶ中心線C間の範囲にスリット33を設けても同等の効果が得られる。
Therefore, the center between the
また、伝熱管40間の中心線Cより風下側は熱伝達が小さいため、所定の間隔でスリットを設けることが好ましい。但し、通風抵抗低減させるためには1本のスリット34のみを設置することが望ましい。図7Bに、図7Aに示した本発明の実施態様の解析結果を示す。図7Bから明らかなように、本発明のものは熱伝達の高い部分が図5A,5B及び図6A,6Bに示したものに比較して大幅に拡大している。
Moreover, since heat transfer is small on the leeward side from the center line C between the
このように構成された空気調和機10は、次のように動作する。すなわち、冷房/除湿運転時においては、圧縮機12を作動させて、図1中実線矢印Kに沿って冷媒が流通する。圧縮機12を出た高温高圧の冷媒蒸気は、四方弁13を通って、室外側熱交換器14に流入し、外気によって熱を奪われ、凝縮、液化する。室外側熱交換器14を出た高圧液冷媒は、膨張弁15に流入し減圧され、低圧の気液二相冷媒となって第1の室内側熱交換器16に流入する。さらに、除湿絞り装置17を介して第2の室内側熱交換器18に流入し、横流ファン16aにて室内に冷気が吹き出される。第1の室内側熱交換器16及び第2の室内側熱交換器18の伝熱管40を流れる間に室内空気によって加熱され、低圧の液冷媒の大部分が蒸気となり、四方弁13を通って、再び圧縮機12に吸入される。
The
一方、暖房運転時においては、図1中破線矢印に沿って冷媒が流通する。圧縮機12を出た高温高圧の冷媒蒸気は、四方弁13を通って、第2の室内側熱交換器18に流入する。さらに、除湿絞り装置17を介して第1の室内側熱交換器16に流入する。第2の室内側熱交換器18及び第1の室内側熱交換器16の伝熱管40に流入した冷媒は、室内空気によって冷却され、凝縮、液化する。第1の室内側熱交換器16を出た高圧液冷媒は、膨張弁15に流入し減圧され、低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器として動作する室外側熱交換器14へ流入する。この低圧の気液二相冷媒は室外側熱交換器14で外気から熱を奪って蒸発し、低圧蒸気冷媒となって室外側熱交換器14を流出する。この低圧の蒸気冷媒は、四方弁13を通って、再び圧縮機12に吸入される。
On the other hand, during the heating operation, the refrigerant flows along the broken line arrows in FIG. The high-temperature and high-pressure refrigerant vapor that exits the
このような動作の中で、室外側熱交換器14、第1の室内側熱交換器16及び第2の室内側熱交換器18に組み込まれた熱交換器20では、次のように熱交換が行われる。
In such an operation, in the
冷媒配管11から伝熱管40内に冷媒が流通するとともに、熱交換空気が熱交換器20を通過することで、熱交換空気とフィン30との間で熱交換が行われる。熱交換空気は前述したように、スリット33において効率の良い伝熱が行われる。さらに、スリット33の風下側には、1本のスリット34が設置されているだけなので、通風抵抗が極端に増大することがなくスリット34による伝熱がさらに行われる。通風抵抗を大幅に増大することなしに、伝熱性能を向上できる。
While the refrigerant flows from the
上述したように、本実施の形態に係る熱交換器20及びこの熱交換器20が組み込まれた空気調和機10においては、通風抵抗を大幅に増大することなしに、伝熱性能を向上できる。なお、本発明の空気調和機は、室内側熱交換器及び室外側熱交換器の両方に上記本発明の熱交換器20を適用しても良いが、いずれか一方、例えば、室内側熱交換器にのみ適用しても良い。
As described above, in the
図8は、上述した実施の形態に係る熱交換器20を構成するフィン30の変形例に係るフィン30Aを示す平面図である。なお、図8において図2と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
FIG. 8 is a plan view showing a
フィン30Aにおいては、スリット33,34の代わりに、スリット35,36を設けた。スリット35,36においては、立ち上り部35c,36cを直線状に形成している。このように形成した場合、伝熱性能は若干低下するが、加工を単純化することができる。
In the
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
10…空気調和機、20…熱交換器、30…フィン、31…ベース、32…伝熱管挿入孔、33〜36…スリット、40…伝熱管。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記切起しは、少なくとも上記フィンの風上側端縁と上記各伝熱管の中心同士を結ぶ中心線間の範囲に設けられ、熱交換空気の流通方向の幅が上記伝熱管の外径の1/2以上に形成されていることを特徴とする熱交換器。 A plurality of fins that are arranged side by side with a predetermined gap and that circulate heat exchange air along these gaps, and the fins pass through the fins in a direction perpendicular to the direction of flow of the heat exchange air in each fin. A heat transfer tube that is adjacent and conducts a heat exchange medium therein, and a cut and raised provided between the adjacent heat transfer tubes;
The cut-and-raised portion is provided at least in a range between the center lines connecting the windward side edge of the fin and the centers of the heat transfer tubes, and the width in the flow direction of the heat exchange air is 1 of the outer diameter of the heat transfer tubes. / A heat exchanger characterized by being formed to 2 or more.
上記室外側熱交換器及び室内側熱交換器の少なくとも一方は、
所定の間隙を存して並設され、これらの間隙に沿って熱交換空気を流通させる複数枚のフィンと、それぞれのフィンにおける熱交換空気の流通方向とは直交する方向にフィンを貫通して隣接され、内部に熱交換媒体を導通させる伝熱管と、上記隣接する伝熱管相互間に設けられる切起しとを具備し、
上記切起しは、少なくとも上記フィンの風上側端縁と上記各伝熱管の中心同士を結ぶ中心線間の範囲に設けられ、熱交換空気の流通方向の幅が上記伝熱管の外径の1/2以上に形成されていることを特徴とする空気調和機。 In an air conditioner equipped with a compressor, an outdoor heat exchanger, an expansion device, and an indoor heat exchanger,
At least one of the outdoor heat exchanger and the indoor heat exchanger is:
A plurality of fins that are arranged side by side with a predetermined gap and that circulate heat exchange air along these gaps, and the fins pass through the fins in a direction perpendicular to the direction of flow of the heat exchange air in each fin. A heat transfer tube that is adjacent and conducts a heat exchange medium therein, and a cut and raised provided between the adjacent heat transfer tubes;
The cut-and-raised portion is provided at least in a range between the center lines connecting the windward side edge of the fin and the centers of the heat transfer tubes, and the width in the flow direction of the heat exchange air is 1 of the outer diameter of the heat transfer tubes. / An air conditioner characterized by being formed to 2 or more.
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