JP2009281630A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率が高い熱交換器を提供する。
【解決手段】風上側に風上側フィン１１を、風下側に風下側フィン１２をそれぞれ配し、風上側フィン１１と、風下側フィン１２のそれぞれは、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１０と、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伝熱管１３を備え、風上側フィン１１の板状フィン１０の幅を、風下側フィン１２の板状フィン１０の幅より大きく設定し、かつ、風上側フィン１１と風下フィン１２とのすき間Ｌ３を略１ｍｍ〜１０ｍｍに設定したもので、風上側フィン１１と風下側フィン１２との熱流速の不均一が少なくなり、風上側フィン１１を着霜し難くすることができる。また風上側フィン１１と風下フィン１２との間にすき間Ｌ３を設けることで気流が乱され、熱交換の効率を高めることができる。
【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に示されるようなフィンチューブ型の熱交換器が一般的で、それは、伝熱管５１とフィン５２とから構成されている。着霜時の熱交換器の性能を向上させる方法として、風上側に整流板５３を設け、そのスリット穴５４の大きさを調整して風速を制御し、着霜量を均一化させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２４１５０２号公報

しかしながら、前記従来の熱交換器の構成では、整流板５３のスリット穴５４の大きさを制御する高度な手法が必要になったり、熱交換器の組立て時に整流板５３を用いることで部品点数が多くなり熱交換器のコストが高くなるという課題があった。また、スリット穴５４の制御によっては、フィン５２での風速が想定外の分布となり、熱流速が不均一となって開口部５５で着霜が始まって、その開口部５５を閉塞し、熱交換の効率が大きく低下す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、着霜し難く熱交換効率の高い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、風上側に風上側フィンを、風下側に風下側フィンをそれぞれ配し、前記風上側フィンと、前記風下側フィンのそれぞれは、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伝熱管を備え、前記風上側フィンの前記板状フィンの幅を、前記風下側フィンの前記板状フィンの幅より大きく設定し、かつ、前記風上側フィンと前記風下フィンとのすき間を略１ｍｍ〜１０ｍｍに設定したもので、風上側フィンと風下側フィンとの熱流速の不均一が少なくなり、風上側フィンを着霜し難くすることができる。また風上側フィンと風下フィンとの間にすき間を設けることで気流が乱され、熱交換の効率を高めることができる。

本発明の熱交換器は、低コストで着霜し難く、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、風上側に風上側フィンを、風下側に風下側フィンをそれぞれ配し、前記風上側フィンと、前記風下側フィンのそれぞれは、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伝熱管を備え、前記風上側フィンの前記板状フィンの幅を、前記風下側フィンの前記板状フィンの幅より大きく設定し、かつ、前記風上側フィンと前記風下フィンとのすき間を略１ｍｍ〜１０ｍｍに設定したもので、風上側フィンと風下側フィンとの熱流速の不均一が少なくなり、風上側フィンを着霜し難くすることができる。また風上側フィンと風下フィンとの間にすき間を設けることで気流が乱され、熱交換の効率を高
めることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の熱交換器の冷媒の流し方は、冷媒流路全長の略半分以上が風上側フィンに流れるようにしたもので、冷媒と気流が並行流的な流れとなり、熱交換器内の気液二相域が多くなって冷媒と気流が効率よく熱交換できるとともに、除霜時に冷媒の保有熱量を有効に使い、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、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おり、２つの板状フィン１０の間は、略１ｍｍ〜１０ｍｍのすき間Ｌ３を有している。また、本実施の形態では、伝熱管１３内を流れる冷媒が流入する冷媒流入口１４が風上側にあり、冷媒流出口１５が風下側に構成されている。

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。

更に、１列目と２列目の間にすき間Ｌ３があることで、２列目に入る気流が乱され、熱伝達が促進される。すき間Ｌ３の大きさは、例えば熱交換器をＬ型に曲げるときに、従来の製造方法からの変更が少ない程度の大きさとしている。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における熱交換器を気流方向と直角の方向から見た図である。尚、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の冷媒の流し方は、図２に示すように、冷媒流路全長の略半分以上が風上側フィン１１に流れるように構成したもので、他の構成は、上記第１の実施の形態における熱交換器と同じである。

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、風上側フィン１１の冷媒流入口１４に流入した冷媒は、気流と並行流的な流れとなり、熱交換器内の気液二相域が多くなって冷媒と気流が効率よく熱交換できる。また、除霜時は、冷媒流入口１４の冷媒温度が高いので、熱交換器内の冷媒流路全長の略半分以上が風上側フィン１１に流れるようにすることで、霜が一番多く着いている風上側フィン１１を優先的に除霜することができ、冷媒の保有熱を有効に利用することができる。

（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。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の板状フィン１０は、図３に示すように、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を設けた構成としたもので、他の構成は、上記実施の形態における熱交換器と同じである。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

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。

本実施の形態における熱交換器は、図４に示すように、風上側フィン１１以外（すなわち風下側フィン１２）に、開口部２２を設けたもので、他の構成は、上記実施の形態における熱交換器と同じである。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、風上側フィン１１に開口部２２を設けると、除霜の際、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、一般的に開口部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。尚、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（すなわち風下側フィン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構成としたもので、他の構成は、上記実施の形態における熱交換器と同じである。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

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板状フィン１０の倒れが少なくなるので、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における熱交換器を気流方向と直角の方向から見た図 （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 従来の熱交換器の構成図

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
１４ 冷媒流入口
１５ 冷媒流出口
２１ 稜線
２２ 開口部
Ｌ１、Ｌ２ フィン幅
Ｌ３ すき間

Claims (5)

1. 風上側に風上側フィンを、風下側に風下側フィンをそれぞれ配し、前記風上側フィンと、前記風下側フィンのそれぞれは、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伝熱管を備え、前記風上側フィンの前記板状フィンの幅を、前記風下側フィンの前記板状フィンの幅より大きく設定し、かつ、前記風上側フィンと前記風下フィンとのすき間を略１ｍｍ〜１０ｍｍに設定したことを特徴とする熱交換器。
2. 熱交換器の冷媒の流し方は、冷媒流路全長の略半分以上が風上側フィンに流れるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 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。
4. 風上側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。
5. 風上側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。

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