JP2010025462A - 熱交換器 - Google Patents

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健司 吉田
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庸彦 田中
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Abstract

【課題】熱交換器を気体の冷却器として用いたとき生じる凝縮水を円滑に流れ落とし、気体の通風抵抗が大幅に増大するのを抑制して、熱交換性能の向上を図れるようにした熱交換器を提供する。
【解決手段】上下に平行に対峙する上部ヘッダーパイプ11及び下部ヘッダーパイプ12と、これらヘッダーパイプに上端及び下端を連通接続され扁平面同士を平行にして配列される複数の扁平熱交換管13と、扁平熱交換管間に介在され、扁平熱交換管の上下方向に連続する波状に屈曲形成されるコルゲートフィン14と、下部ヘッダーパイプの下方に配置され、下部ヘッダーパイプの下方に落下する水滴を受け止めるドレインパン15と、を具備する熱交換器において、コルゲートフィンに接触すると共に、下部ヘッダーパイプの上端面及び側面に接触し、かつ、ドレインパン15の底部15aに接触する排水用案内板20を設ける。
【選択図】 図1

Description

この発明は、例えば空気調和機や冷凍機などに使用されるフィンアンドチューブ式の熱交換器に関し、特に、上下に水平に対峙する一対のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプに連通接続される複数の扁平熱交換管と、扁平熱交換管間に介在される熱交換用コルゲートフィンと、を具備するタイプの熱交換器に関するものである。
一般に、熱交換器を気体の冷却器として用いたとき、コルゲートフィンの表面や扁平熱交換管の外表面に凝縮水が付着する。この凝縮水が円滑に流れ落ちないで付着した状態では、被冷却気体の通風抵抗が大幅に増大し、熱交換効率が低下する。
従来において、扁平熱交換管を用いた熱交換器であって、気体の冷却器として用い、コルゲートフィンの表面や扁平熱交換管の外表面に付着する凝縮水を円滑に流れ落とすように工夫した熱交換器が開示されている。例えば、図8に示すように、上下に水平に対峙するヘッダーパイプaに連通接続される複数の扁平熱交換管b間に複数列配置したコルゲートフィンc同士間に介在させるシート部材dを断面が連続する波形状部材にて形成することにより、結露等によって生じた水滴を波形状シート部材dの凹部eを伝って流して外部に排出する構造のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−37683号公報(特許請求の範囲、図4)
しかしながら、特許文献1に記載のものでは、コルゲートフィン間に介在されるシート部材を波形状に形成する構造であるため、構造が複雑で熱交換器本体が大型になるという問題がある。また、特許文献1記載の熱交換器においては、シート部材を伝って流れる水滴の排水処理については言及されていないが、一般に下部ヘッダーパイプの下方にドレインパンを配置して排出された水滴をドレインパンにて受け止めている。しかし、シート部材を伝って下部ヘッダーパイプに付着した水滴が気体の通風抵抗を増大する懸念がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたのもので、熱交換器を気体の冷却器として用いたとき生じる凝縮水を円滑に流れ落とし、気体の通風抵抗が大幅に増大するのを抑制して、熱交換性能の向上を図れるようにした熱交換器を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、この発明は、上下に平行に対峙する上部ヘッダーパイプ及び下部ヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプに上端及び下端を連通接続され扁平面同士を平行にして配列される複数の扁平熱交換管と、上記扁平熱交換管間に介在され、扁平熱交換管の上下方向に連続する波状に屈曲形成されるコルゲートフィンと、上記下部ヘッダーパイプの下方に配置され、下部ヘッダーパイプの下方に落下する水滴を受け止めるドレインパンと、を具備する熱交換器であって、 上記コルゲートフィンに接触すると共に、上記下部ヘッダーパイプの上端面及び側面に接触し、かつ、上記ドレインパンの底部に接触する排水用案内板を具備する、ことを特徴とする(請求項1)。
このように構成することにより、熱交換器を気体の冷却器として用いたとき、コルゲートフィンの表面や扁平熱交換管の外表面に生じた凝縮水がコルゲートフィン及び下部ヘッダーパイプを介して排水用案内板を伝ってドレインパンに流れる。
この発明において、上記排水用案内板は、コルゲートフィン同士間に介在されると共に、下部ヘッダーパイプの上端面に接触する基部と、上記基部の下端一側に延在し、上記下部ヘッダーパイプの一側面とドレインパンの底部に接触する排水部とを具備する構造とするか(請求項2)、あるいは、コルゲートフィン同士間に介在されると共に、下部ヘッダーパイプの上端面に接触する基部と、上記基部の下端両側に延在し、上記下部ヘッダーパイプの両側面とドレインパンの底部に接触する二股状の排水部とを具備する構造とすることができる(請求項3)。
このように構成することにより、コルゲートフィンの表面や扁平熱交換管の外表面に生じた凝縮水の一部がコルゲートフィンを介して排水用案内板の基部及び排水部を伝ってドレインパンに流れ、残りの凝縮水が下部ヘッダーパイプを介して排水用案内板の排水部を伝ってドレインパンに流れる。また、コルゲートフィン同士間に排水用案内板を介在することにより、コルゲートフィンの屈曲強度を向上させることができると共に、コルゲートフィンの板厚を薄くすることができる。
また、この発明において、上記排水用案内板は、コルゲートフィンの下端に接触すると共に、下部ヘッダーパイプの上端面に接触する基部と、上記基部の下端に延在し、上記下部ヘッダーパイプの側面とドレインパンの底部に接触する排水部とを具備するとしてもよい(請求項4)。この場合、排水部は、コルゲートフィンの下端に接触する基部の下端一側又は両側に延在し、下部ヘッダーパイプの一側面又は両側面とドレインパンの底部に接触するもののいずれであってもよいが、好ましくは、排水部は、基部の下端両側に延在し、下部ヘッダーパイプの両側面とドレインパンの底部に接触する二股状に形成する方がよい。
このように構成することにより、コルゲートフィンの表面や扁平熱交換管の外表面に生じた凝縮水の一部がコルゲートフィンを介して排水用案内板の基部及び排水部を伝ってドレインパンに流れ、残りの凝縮水が下部ヘッダーパイプを介して排水用案内板の排水部を伝ってドレインパンに流れる。また、排水用案内板を、下部ヘッダーパイプの上端面に接触した状態でコルゲートフィンの下端に接触されることにより、排水用案内板を少ない材料にて形成することができる。
また、この発明において、上記コルゲートフィンは、上下方向に連続する波状に屈曲形成されるものであれば任意の形状でよいが、好ましくは、上記コルゲートフィンは、扁平熱交換管の上下方向に連続する波状に屈曲形成されると共に、上記扁平熱交換管の扁平面の幅略中央に向かって下り勾配に形成され、かつ、上記扁平熱交換管の扁平面の幅略中央に沿って排水用隙間を設ける方がよい(請求項5)。
このように構成することにより、コルゲートフィンの表面や扁平熱交換管の外表面に生じた凝縮水を排水用隙間から排水用案内板に円滑に流れ落とすことができる。
この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような優れた効果が得られる。
(1)請求項1記載の発明によれば、コルゲートフィンの表面や扁平熱交換管の外表面に生じた凝縮水をコルゲートフィン及び下部ヘッダーパイプを介して排水用案内板に流してドレインパンに確実に流すことができる。したがって、気体の通風抵抗が大幅に増大するのを抑制して、熱交換性能の向上を図ることができる。
(2)請求項2,3記載の発明によれば、上記(1)に加えて、更にコルゲートフィン同士間に排水用案内板を介在することにより、コルゲートフィンの屈曲強度を向上させることができると共に、コルゲートフィンの板厚を薄くすることができる。
(3)請求項4記載の発明によれば、上記(1)に加えて、更に排水用案内板を、下部ヘッダーパイプの上端面に接触した状態でコルゲートフィンの下端に接触されることにより、排水用案内板を少ない材料にて形成することができる。
(4)請求項5記載の発明によれば、コルゲートフィンの表面や扁平熱交換管の外表面に生じた凝縮水を排水用隙間から排水用案内板に円滑に流れ落とすことができるので、上記(1)〜(3)に加えて、更に気体の通風抵抗が大幅に増大するのを抑制して、熱交換性能の向上を図ることができる。
以下に、この発明の最良の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、この発明に係る熱交換器の第1実施形態の全体を示す概略斜視図、図2は、第1実施形態の要部を示す斜視図、図3は、第1実施形態の要部を示す正面図(a)及び(a)のI−I線に沿う断面図(b)である。
上記熱交換器10は、上下に平行かつ水平に対峙する上部ヘッダーパイプ11及び下部ヘッダーパイプ12と、これらヘッダーパイプ11,12に上端及び下端を連通接続され扁平面同士を平行にして配列される複数の扁平熱交換管13と、扁平熱交換管13間に介在されるコルゲートフィン14と、下部ヘッダーパイプ12の下方に配置され、下部ヘッダーパイプの下方に落下する水滴を受け止めるドレインパン15と、コルゲートフィン14,下部ヘッダーパイプ12及びドレインパン15に接触する排水用案内板20とで主に構成されている。また、下部ヘッダーパイプ12の一端部(図における右側)には熱媒体供給口16が設けられ、上部ヘッダーパイプ11の一端部(図における左側)には熱媒体排出口17が設けられている。
この場合、上部ヘッダーパイプ11及び下部ヘッダーパイプ12は、アルミニウム合金製の押出形材にて形成されており、夫々両端開口部にはアルミニウム合金製のエンドキャップ18が被着されている。また、扁平熱交換管13は、図2に示すように、幅方向に等間隔に仕切壁13aによって区画された複数の熱媒体通路13bを有している。このように形成される扁平熱交換管13は、アルミニウム合金製の押出形材にて形成されている。
上記排水用案内板20は、コルゲートフィン14同士間に介在されると共に、下部ヘッダーパイプ12の上端面に接触する基部21と、この基部21の下端一側に延在し、下部ヘッダーパイプ12の一側面とドレインパン15の底部15a(具体的には内方底面)に接触する排水部22とを具備している。このように形成される排水用案内板20は、薄肉のアルミニウム合金製シート部材にて形成されている。
上記コルゲートフィン14は、扁平熱交換管13の上下方向に連続する波状例えば三角波状に屈曲形成されていると共に、扁平熱交換管13の扁平面の幅中央に向かって下り勾配に形成されてなる。なお、コルゲートフィン14の勾配θは例えば10°〜45°とすることができ、好ましくは15°〜35°とするのがよい。
コルゲートフィン14は、扁平熱交換管13の扁平面に左右に配置された一対のフィン半体14aからなり、一対のフィン半体14aを扁平熱交換管13の扁平面の幅略中央に合わせて例えば3mm以下、好ましくは0.5mm〜2mmの僅少寸法開いて、この隙間を排水用隙間14bとしている。すなわち、扁平熱交換管13とコルゲートフィン14には、凝縮水の落下通路として扁平熱交換管13の扁平面の幅略中央に沿って排水用隙間14bを備えている。これにより、フィン半体14aの製作が容易、かつ、扁平熱交換管13の扁平面への組み付けが容易であり、製作コストの低廉が図れる。
なお、フィン半体14aは、アルミニウム合金製の薄肉の板材を例えばプレス加工によって波状例えば三角波状に屈曲形成される。なお、プレス加工に代えてロール成形や薄肉の板材に谷折線と山折線を設けて屈曲形成してもよい。
上記のように形成される上部及び下部ヘッダーパイプ11,12、扁平熱交換管13、コルゲートフィン14及び排水用案内板20は例えばろう付けによって接合されている。なおこの場合、コルゲートフィン14及び排水用案内板20のうちの少なくとも一方の表面にろう材が被覆されたブレージングシートを用いることによって、上部及び下部ヘッダーパイプ11,12、扁平熱交換管13、コルゲートフィン14及び排水用案内板20を一体にろう付けすることができる。
上記のように構成される熱交換器は、例えば気体の冷却器として用いたとき、下部ヘッダーパイプ12の一端に設けられた熱媒体供給口16から供給された熱媒体(冷媒)が、下部ヘッダーパイプ12内部を通過する途中に設けられた複数の扁平熱交換管13内部へ順次流入し、通過した後それが上部ヘッダーパイプ11へと送られ、上部ヘッダーパイプ11の一端に設けられた熱媒体排出口17より排出される。このとき、扁平熱交換管13間に介設されたコルゲートフィン14に熱媒体(冷媒)から熱が伝達され、扁平熱交換管13及びコルゲートフィン14に対して直交する向きに流れる被熱交換流体例えば空気が熱交換(冷却)される。
上記のように構成される熱交換器10によれば、コルゲートフィン14の表面や扁平熱交換管13の外表面に生じた凝縮水の一部がコルゲートフィン14を介して排水用案内板20の基部21及び排水部22を伝ってドレインパン15に流れ、残りの凝縮水が下部ヘッダーパイプ12を介して排水用案内板20の排水部22を伝ってドレインパン15に流れる。この際、扁平熱交換管13の扁平面に付着する凝縮水は、円滑に流れ落ちてコルゲートフィン14に移る。そして、扁平熱交換管13の扁平面の幅略中央に向かって下り勾配に形成されてなるので、コルゲートフィン14に付着する凝縮水及び扁平熱交換管13の扁平面から移る凝縮水は、扁平熱交換管13の扁平面の幅略中央に向かって流れる。そして、扁平熱交換管13の扁平面の幅略中央に沿って排水用隙間14bを設けてなるので、コルゲートフィン14を流れる凝縮水が、排水用隙間14bを通って流れ落ち、排水用案内板20の排水部22を伝ってドレインパン15内に流れ落ちる。したがって、コルゲートフィン14の表面や扁平熱交換管13の外表面に生じた凝縮水を確実にドレインパン15内に落とし込むことができる。
また、第1実施形態の熱交換器10によれば、コルゲートフィン14同士間に排水用案内板20を介在することにより、コルゲートフィン14の屈曲強度を向上させることができると共に、コルゲートフィン14の板厚を薄くすることができる。
<第2実施形態>
図4は、この発明に係る熱交換器の第2実施形態の要部を示す正面図(a)及び(a)のII−II線に沿う断面図(b)である。
第2実施形態の熱交換器10Aは、第1実施形態における排水用案内板20の排水部22に代えて、下部ヘッダーパイプ12の両側面とドレインパン15の底部に接触する二股状の排水部22Aを具備する排水用案内板20Aを用いた場合である。
なお、第2実施形態において、その他の部分は第1実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
第2実施形態の熱交換器10Aによれば、コルゲートフィン14の表面や扁平熱交換管13の外表面に生じた凝縮水の一部がコルゲートフィン14を介して排水用案内板20Aの基部21及び排水部22Aを伝ってドレインパン15に流れ、残りの凝縮水が下部ヘッダーパイプ12を介して排水用案内板20Aの排水部22Aを伝ってドレインパン15に流れる。この際、コルゲートフィン14を流れる凝縮水が、排水用隙間14bを通って流れ落ち、排水用案内板20Aの排水部22Aを伝ってドレインパン15内に流れ落ちる。したがって、コルゲートフィン14の表面や扁平熱交換管13の外表面に生じた凝縮水を確実にドレインパン15内に落とし込むことができる。
また、第2実施形態の熱交換器10によれば、コルゲートフィン14同士間に排水用案内板20Aを介在し、かつ、排水部22Aを二股状にして下部ヘッダーパイプ12の上端面に跨設することにより、コルゲートフィン14の屈曲強度を更に向上させることができると共に、コルゲートフィン14の板厚を薄くすることができる。
<第3実施形態>
図5は、この発明に係る熱交換器の第3実施形態の要部を示す正面図(a)及び(a)のIII−III線に沿う断面図(b)である。
第3実施形態の熱交換器10Bでは、排水用案内板20Bは、薄肉のアルミニウム合金製シート部材にて形成されており、コルゲートフィン14の下端に接触すると共に、下部ヘッダーパイプ12の上端面に接触する基部21Bと、この基部21Bの下端両側に延在し、下部ヘッダーパイプ12の両側面とドレインパン15の底部15aに接触する二股状の排水部22Bとを具備している。この場合、排水用案内板20Bの上端辺を平坦状にしてコルゲートフィン14の下端に接触しているが、図5(b)に二点鎖線で示すように、排水用案内板20Bの上端にV字状辺23を形成してコルゲートフィン14の下端傾斜面14cに接触させるようにしてもよい。
なお、第3実施形態において、その他の部分は第1実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
第3実施形態の熱交換器10Bによれば、コルゲートフィン14を流れる凝縮水が、排水用隙間14bを通って流れ落ち、排水用案内板20Bの基部21B及び排水部22Bを伝ってドレインパン15内に流れ落ちる。したがって、コルゲートフィン14の表面や扁平熱交換管13の外表面に生じた凝縮水を確実にドレインパン15内に落とし込むことができる。
また、第3実施形態によれば、排水用案内板20Bは、コルゲートフィン14の下端に接触すると共に、下部ヘッダーパイプ12の上端面に接触する基部21Bと、この基部21Bの下端両側に延在し、下部ヘッダーパイプ12の両側面とドレインパン15の底部15aに接触する二股状の排水部22Bとからなるので、構成部材の削減が図れると共に、熱交換器10Bの小型化が図れる。
なお、上記説明では、排水部22Bを二股状に形成する場合について説明したが、排水部を下部ヘッダーパイプ12の一側面とドレインパン15の底部15aに接触する構造としてもよい。
<第4実施形態>
図6は、この発明に係る熱交換器の第4実施形態の要部を示す正面図(a)及び(a)のIV−IV線に沿う断面図(b)である。
第4実施形態の熱交換器10Cは、上記第2実施形態のコルゲートフィン14に代えて、上下方向に平行に屈曲形成されるコルゲートフィン14Aを用いた場合である。
すなわち、第4実施形態の熱交換器10Cは、上下に平行かつ水平に対峙する上部ヘッダーパイプ11及び下部ヘッダーパイプ12と、これらヘッダーパイプ11,12に上端及び下端を連通接続され扁平面同士を平行にして配列される複数の扁平熱交換管13と、扁平熱交換管13間に介在され、上下方向に平行に屈曲形成されるコルゲートフィン14Aと、下部ヘッダーパイプ12の下方に配置され、下部ヘッダーパイプの下方に落下する水滴を受け止めるドレインパン15と、コルゲートフィン14A,下部ヘッダーパイプ12及びドレインパン15に接触する第2実施形態における排水用案内板20Aとで主に構成されている。ここでは、排水用案内板20Aは二股状の排水部22Aを具備する場合について説明したが、第1実施形態と同様に片側のみに排水部22を設けた構造としてもよい。
なお、第4実施形態において、その他の部分は第1実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
第4実施形態の熱交換器10Cによれば、コルゲートフィン14Aの表面や扁平熱交換管13の外表面に生じた凝縮水の一部がコルゲートフィン14Aを介して排水用案内板20Aの基部21及び排水部22Aを伝ってドレインパン15に流れ、残りの凝縮水が下部ヘッダーパイプ12を介して排水用案内板20Aの排水部22Aを伝ってドレインパン15に流れる。
<第5実施形態>
図7は、この発明に係る熱交換器の第5実施形態の要部を示す正面図(a)及び(a)のIV−IV線に沿う断面図(b)である。
第5実施形態の熱交換器10Dは、上記第3実施形態のコルゲートフィン14に代えて、上下方向に平行に屈曲形成されるコルゲートフィン14Aを用いた場合である。
すなわち、第5実施形態の熱交換器10Dは、上下に平行かつ水平に対峙する上部ヘッダーパイプ11及び下部ヘッダーパイプ12と、これらヘッダーパイプ11,12に上端及び下端を連通接続され扁平面同士を平行にして配列される複数の扁平熱交換管13と、扁平熱交換管13間に介在され、上下方向に平行に屈曲形成されるコルゲートフィン14Aと、下部ヘッダーパイプ12の下方に配置され、下部ヘッダーパイプの下方に落下する水滴を受け止めるドレインパン15と、コルゲートフィン14Aの下端及びドレインパン15の底部15aに接触する第3実施形態における排水用案内板20Bとで主に構成されている。なお、排水用案内板20Bの排水部22Bを下部ヘッダーパイプ12の一側面とドレインパン15の底部15aに接触する構造としてもよい。
なお、第5実施形態において、その他の部分は第1実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
第5実施形態の熱交換器10Dによれば、コルゲートフィン14Aの表面や扁平熱交換管13の外表面に生じた凝縮水の一部がコルゲートフィン14Aを介して排水用案内板20Bの基部21B及び排水部22Bを伝ってドレインパン15に流れ、残りの凝縮水が下部ヘッダーパイプ12を介して排水用案内板20Bの排水部22Bを伝ってドレインパン15に流れる。
この発明に係る熱交換器の第1実施形態の全体を示す概略斜視図である。 第1実施形態の要部を示す斜視図である。 第1実施形態の要部を示す正面図(a)及び(a)のI−I線に沿う断面図(b)である。 この発明に係る熱交換器の第2実施形態の要部を示す正面図(a)及び(a)のII−II線に沿う断面図(b)である。 この発明に係る熱交換器の第3実施形態の要部を示す正面図(a)及び(a)のIII−III線に沿う断面図(b)である。 この発明に係る熱交換器の第4実施形態の要部を示す正面図(a)及び(a)のIV−IV線に沿う断面図(b)である。 この発明に係る熱交換器の第5実施形態の要部を示す正面図(a)及び(a)のV−V線に沿う断面図(b)である。 従来の熱交換器の要部を示す正面図(a)及び(a)のVI−VI線に沿う断面図(b)である。
符号の説明
10,10A〜10D 熱交換器
11 上部ヘッダーパイプ
12 下部ヘッダーパイプ
13 扁平熱交換管
14,14A コルゲートフィン
14b 排水用隙間
15 ドレインパン
20,20A,20B 排水用案内板
21,21B 基部
22,22A,22B 排水部

Claims (5)

  1. 上下に平行に対峙する上部ヘッダーパイプ及び下部ヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプに上端及び下端を連通接続され扁平面同士を平行にして配列される複数の扁平熱交換管と、上記扁平熱交換管間に介在され、扁平熱交換管の上下方向に連続する波状に屈曲形成されるコルゲートフィンと、上記下部ヘッダーパイプの下方に配置され、下部ヘッダーパイプの下方に落下する水滴を受け止めるドレインパンと、を具備する熱交換器であって、
    上記コルゲートフィンに接触すると共に、上記下部ヘッダーパイプの上端面及び側面に接触し、かつ、上記ドレインパンの底部に接触する排水用案内板を具備する、ことを特徴とする熱交換器。
  2. 請求項1記載の熱交換器において、
    上記排水用案内板は、コルゲートフィン同士間に介在されると共に、下部ヘッダーパイプの上端面に接触する基部と、上記基部の下端一側に延在し、上記下部ヘッダーパイプの一側面とドレインパンの底部に接触する排水部とを具備する、ことを特徴とする熱交換器。
  3. 請求項1記載の熱交換器において、
    上記排水用案内板は、コルゲートフィン同士間に介在されると共に、下部ヘッダーパイプの上端面に接触する基部と、上記基部の下端両側に延在し、上記下部ヘッダーパイプの両側面とドレインパンの底部に接触する二股状の排水部とを具備する、ことを特徴とする熱交換器。
  4. 請求項1記載の熱交換器において、
    上記排水用案内板は、コルゲートフィンの下端に接触すると共に、下部ヘッダーパイプの上端面に接触する基部と、上記基部の下端に延在し、上記下部ヘッダーパイプの側面とドレインパンの底部に接触する排水部とを具備する、ことを特徴とする熱交換器。
  5. 請求項1ないし4のいずれかに記載の熱交換器において、
    上記コルゲートフィンは、扁平熱交換管の扁平面の幅略中央に向かって下り勾配に形成され、かつ、上記扁平熱交換管の扁平面の幅略中央に沿って排水用隙間を設けてなる、ことを特徴とする熱交換器。
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