JP2009281627A

JP2009281627A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2009281627A
Application number: JP2008132778A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Isayama; 安彦諌山; Kazuo Nakatani; 和生中谷
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2009-12-03

Abstract

【課題】熱交換効率が高い熱交換器を提供する。
【解決手段】一定間隔で多数平行に配置され、その間を気体が流動する板状フィン１０と、前記板状フィン１０に直角に挿入され、気流方向と直角方向に複数段設けられると共に、気流方向に複数列設けられた伝熱管１３を備え、風上側の前記板状フィン１０の幅を、風下側の前記板状フィン１０の幅より大きく設定し、かつ、前記風上側の前記伝熱管１３の体積を、風下側の前記伝熱管１３の体積より大きく設定したもので、これによって、熱交換器に入ってくる気流と風上側の板状フィン１０との間の熱流速は、同気流と風下側の板状フィン１０との間の熱流速と不均一が少なくなり、風上側の板状フィン１０が着霜し難くなり、高効率な熱交換器を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調機器や給湯機器等に使用される熱交換器に関するものである。

従来のこの種の熱交換器として、図６に示されるような室外機５０に用いられているフィンチューブ型の熱交換器が一般的で、それは、冷媒の伝熱管５１とフィン５２とから構成されている。フィン５２の幅寸法については、同じフィン幅が気流方向に並んでいるか、フィン５２の凍結防止あるいは着霜のしにくさを考慮した場合は、風上側のフィン幅Ｗ１を風下側のフィン幅Ｗ２よりも小さくして、風上側フィン５２の凍結防止と除霜が入り難くなるようにした熱交換器がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−２４７４９９号公報

しかしながら、前記従来の熱交換器の構成では、風上側のフィン幅Ｗ１が風下側のフィン幅Ｗ２より小さいために、熱交換器に入ってくる気流とフィン５２の熱流速に着目すると、風上側の熱流速が、風下側の熱流速より大きくなって熱流速分布が不均一となるために、風上側のフィン５２が着霜しやすくなるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、着霜し難く除霜も効果的に行える高効率な熱交換器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、一定間隔で多数平行に配置され、その間を気体が流動する板状フィンと、前記板状フィンに直角に挿入され、気流方向と直角方向に複数段設けられると共に、気流方向に複数列設けられた伝熱管を備え、風上側の前記板状フィンの幅を、風下側の前記板状フィンの幅より大きく設定し、かつ、前記風上側の前記伝熱管の体積を、風下側の前記伝熱管の体積より大きく設定したもので、これによって、熱交換器に入ってくる気流と風上側の板状フィンとの間の熱流速は、同気流と風下側の板状フィンとの間の熱流速と不均一が少なくなり、風上側の板状フィンが着霜し難くなり、高効率な熱交換器を提供することができる。

また、本発明のような伝熱管の配置とすることで、フィン幅が広くても冷媒と気流の間の熱交換を促進でき、熱交換器の効率を上げることができる。

本発明の熱交換器は、着霜がし難く、熱交換を効率的に行う省エネ性に優れたものである。

第１の発明は、一定間隔で多数平行に配置され、その間を気体が流動する板状フィンと、前記板状フィンに直角に挿入され、気流方向と直角方向に複数段設けられると共に、気流方向に複数列設けられた伝熱管を備え、風上側の前記板状フィンの幅を、風下側の前記板状フィンの幅より大きく設定し、かつ、前記風上側の前記伝熱管の体積を、風下側の前記伝熱管の体積より大きく設定したもので、これによって、熱交換器に入ってくる気流と風上側の板状フィンとの間の熱流速は、同気流と風下側の板状フィンとの間の熱流速と不均一が少なくなり、風上側の板状フィンが着霜し難くなり、高効率な熱交換器を提供する
ことができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の風上側の板状フィンに挿入された伝熱管の本数が、風下側の板状フィンに挿入された伝熱管の本数よりも多いもので、着霜後の除霜を効率的に行うことができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の板状フィンは、気流方向に向かって、山谷の起伏を繰り返す形状を有するもので、気流との熱交換量を増加させ、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の風上側の板状フィン以外の板状フィンに、開口部を設けたもので、除霜時の板状フィンの熱伝達低下の影響を少なくしつつ、気流を乱流的にして熱伝達を促進させ、高効率な熱交換器を作ることができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の風上側の板状フィン以外の板状フィンにある伝熱管を、前記板状フィンの幅方向の中心線よりも気体の風下側に配置したもので、熱交換器をＬ型の形状に折り曲げるときにフィン倒れが少なくなるので、熱交換率が高く、製造面でより高品質の熱交換器を作ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の構成図である。

図１において、本実施の形態における熱交換器は、風上側フィン１１と、風下側フィン１２から構成され、風上側フィン１１、風下側フィン１２のそれぞれは、一定間隔で多数平行に配された複数枚の板状フィン１０と、板状フィン１０に直角方向から挿入される伝熱管１３を備えている。

本実施の形態では、風上側フィン１１の板状フィン１０の幅Ｌ１を、風下側フィン１２の板状フィン１０の幅Ｌ２よりも大きく設定している。

また、本実施の形態では、風上側フィン１１内の伝熱管１３の体積は、風下側フィン１１内の伝熱管１３の体積より大きく構成されている。

以上のように構成された本実施の形態における熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、気流が風上側フィン１１に流入すると、熱の授受を行なった後、風下側フィン１２と熱の授受を行なう。このとき、風上側フィン１１、風下側フィン１２のそれぞれの板状フィン１０のフィン幅寸法の関係が、Ｌ１＞Ｌ２に設定されているので、各列の伝熱管１３が分担する交換熱量（熱流速）が平均化され、特に気流の温度が低い場合に起こりやすかった、１列目での着霜が起こりにくくなり、高効率に熱交換を行うことができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における熱交換器の構成図である。なお、上記実施の形態における熱交換器と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態における熱交換器は、図２に示すように、風上側フィン１１内にある伝熱
管１３の本数を、風下側フィン１２内にある本数よりも多くしたものである。

まず、板状フィン１０での着霜や除霜が繰り返して発生する場合、特に熱交換器の下部では、氷の融け残りが起こりやすく、氷が、板状フィン１０間を埋めてしまうと、気流の流路が塞がれ、気流と板状フィン１０が熱交換をしなくなる。

しかしながら、本実施の形態では、風上側フィン１１内にある伝熱管１３の本数が、風下側フィン１２内にある伝熱管１３の本数よりも多く、特に、風上側フィン１１の下部に多い本数があると、着霜や除霜時においても氷の融け残りが少なくなり、所定の熱交換量を確保しやすくなって、熱交換効率を高められる。

（実施の形態３）
図３（ａ）は、本発明の実施の形態３における熱交換器の板状フィンの平面図、（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。上記実施の形態における熱交換器と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態は、図３に示すように、板状フィン１０に、気流方向に向かって、山谷の起伏を繰り返すように稜線２１を設けたものである。

まず、板状フィン１０に、稜線２１を有する起伏を設けることにより、気流と熱交換量を増加させ、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。

（実施の形態４）
図４（ａ）は、本発明の実施の形態４における熱交換器の板状フィンの平面図、（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。上記実施の形態における熱交換器と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態は、図４に示すように、風上側フィン１１以外（＝風下側フィン１２）に、開口部２２を設けたものである。

まず、風上側フィン１１に開口部２２を設けると、除霜の際、その開口部２２により板状フィン１０の熱伝達が阻害され、板状フィン１０の熱伝達の効率が低下する。一方、開口部２２を設けると気流が乱気流的になり、熱伝達が促進され、熱交換器の効率が向上する。そこで、着霜量が一番多い風上側フィン１１以外（＝風下側フィン１２）に、開口部２２を設けることで、除霜時の板状フィン１０の熱伝達低下の影響を少なくしつつ、気流を乱流的にして熱伝達を促進させ、高効率な熱交換器を作ることができる。

（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５における熱交換器の板状フィンの平面図である。上記実施の形態における熱交換器と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態における熱交換器は、図５に示すように、風上側フィン１１以外（＝風下側フィン１２）の板状フィン１０にある伝熱管１３を、板状フィン１０の幅方向の中心線よりも気体風下側に配置したものである。

まず、風上側フィン１１以外（＝風下側フィン１２）にある伝熱管１３を、板状フィン１０の幅方向の中心線よりも気体風下側に配置したことで、熱交換器をＬ型の形状に折り曲げるときにフィン倒れが少なくなるので、熱交換率が高く、製造面でより高品質の熱交換器を作ることができる。

以上のように、本発明にかかる熱交換器は、着霜し難く除霜も効率的に行え、気流と高い熱交換性能を有するので、高効率な熱交換が必要な産業用・家庭用の空調機器や給湯機等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における熱交換器の構成図本発明の実施の形態２における熱交換器の構成図（ａ）本発明の実施の形態３における熱交換器の板状フィンの平面図（ｂ）図３（ａ）のＡ−Ａ’断面図（ａ）本発明の実施の形態４における熱交換器の板状フィンの平面図（ｂ）図４（ａ）のＢ−Ｂ’断面図本発明の実施の形態５における熱交換器の板状フィンの平面図従来の熱交換器を搭載した空調機器の室外機の断面図

符号の説明

１０板状フィン
１１風上側フィン
１２風下側フィン
１３伝熱管
２１稜線
２２開口部
５０室外機
５１伝熱管
５２フィン
Ｌ１、Ｌ２フィン幅
Ｗ１、Ｗ２フィン幅

Claims

一定間隔で多数平行に配置され、その間を気体が流動する板状フィンと、前記板状フィンに直角に挿入され、気流方向と直角方向に複数段設けられると共に、気流方向に複数列設けられた伝熱管を備え、風上側の前記板状フィンの幅を、風下側の前記板状フィンの幅より大きく設定し、かつ、前記風上側の前記伝熱管の体積を、風下側の前記伝熱管の体積より大きく設定したことを特徴とする熱交換器。
風上側の板状フィンに挿入された伝熱管の本数が、風下側の板状フィンに挿入された伝熱管の本数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
板状フィンは、気流方向に向かって、山谷の起伏を繰り返す形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
風上側の板状フィン以外の板状フィンに、開口部を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
風上側の板状フィン以外の板状フィンにある伝熱管を、前記板状フィンの幅方向の中心線よりも気体の風下側に配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。