JP2010025477A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】通風抵抗を小さく抑えつつ、結露水の排水を促すことが可能な空気調和装置の熱交換器を提供する。
【解決手段】第1フィン71は、第1扁平伝熱管51と第2扁平伝熱管52との間であって第1扁平伝熱管51および第2扁平伝熱管52の空気流れ方向における上流側端部と下流側端部との間に位置している。この第1フィン71は、厚み方向が空気流れ方向に直交するように配置された板状部分を有している。また、第1フィン71は、第1扁平伝熱管51と第2扁平伝熱管52に接している。第2扁平伝熱管52は、上面側の扁平面において、第1扁平伝熱管51と第2扁平伝熱管52と第1フィン71において生じた結露水を第2扁平伝熱管52における空気流れの上流側端部もしくは下流側端部に導くためのガイド部Sを有している。
【選択図】図4
【解決手段】第1フィン71は、第1扁平伝熱管51と第2扁平伝熱管52との間であって第1扁平伝熱管51および第2扁平伝熱管52の空気流れ方向における上流側端部と下流側端部との間に位置している。この第1フィン71は、厚み方向が空気流れ方向に直交するように配置された板状部分を有している。また、第1フィン71は、第1扁平伝熱管51と第2扁平伝熱管52に接している。第2扁平伝熱管52は、上面側の扁平面において、第1扁平伝熱管51と第2扁平伝熱管52と第1フィン71において生じた結露水を第2扁平伝熱管52における空気流れの上流側端部もしくは下流側端部に導くためのガイド部Sを有している。
【選択図】図4
Description
本発明は、空気調和装置に用いられ、空冷式でかつ強制通風式の熱交換器に関する。
空気調和装置の熱交換器としては、例えば、水平方向に延びた伝熱管が複数本鉛直方向に並べられており、各伝熱管の間にフィンが配置されてなる、いわゆる積層型の熱交換器が用いられている。
このような積層型の熱交換器としては、例えば、以下の特許文献1に示すように、水平方向に延びている扁平伝熱管と、この扁平伝熱管が延びる方向に直行する面状に広がっており扁平伝熱管によって貫通されているフィンと、を有するものが提案されている。この特許文献1の熱交換器によると、扁平伝熱管の延びる方向と交差する方向を空気流方向としつつ、扁平伝熱管の扁平面を水平方向から傾斜させて風下側が風上側よりも下方に位置するように配置している。そして、フィンには、伝熱性能を向上させるために波形の起伏部が設けられており、その起伏部の稜線は、鉛直方向に延びている。
この熱交換器では、熱交換器が冷媒の蒸発器として機能する場合に、周囲空気に含まれる水分が結露水となってフィン面上に生じ、扁平伝熱管の上面に溜まることがあるが、その場合であっても、風下側が下方になるように扁平伝熱管が傾斜しているため、凝縮水の排水を促すことができるようにしている。これにより、扁平伝熱管上に結露水が滞留している場合よりも、排水を促した場合のほうが、熱交換器を通過する空気抵抗を小さく抑えることができ、熱交換効率を向上させることができている。
特開2005−121318号公報
上述の特許文献1に記載の熱交換器では、扁平伝熱管とフィンが交互に積層された構成を有しており、扁平伝熱管の上面に溜まりがちであっても、風下側が下方になるように扁平伝熱管を傾斜させて配置することで凝縮水の排水を促すようにしている。
しかし、空気流れ方向が水平方向である場合において、上記特許文献1の熱交換器では、偏平伝熱管を傾斜させて配置させることにより、扁平伝熱管を水平方向に配置させる場合と比較して、熱交換器全体として空気流れに対する通風抵抗が増大してしまっている。このため、通風抵抗が増大することにより、熱交換の対象流体である空気の供給量が減少し、熱交換効率が低くなってしまっている。
本発明の課題は、通風抵抗を小さく抑えつつ、結露水の排水を促すことが可能な空気調和装置の熱交換器を提供することにある。
第1発明の熱交換器は、空気調和装置に用いられ、空冷式でかつ強制通風式の熱交換器であって、第1扁平伝熱管、第2扁平伝熱管および第1フィンを備えている。第1扁平伝熱管は、強制通風により水平方向に生じる空気流れ方向に対して平行である水平面状に広がっている扁平面を有しており、空気流れ方向に対して直交している水平方向に冷媒を流す。第2扁平伝熱管は、第1扁平伝熱管の鉛直下方に配置され、空気流れ方向に対して平行である水平面状に広がっている扁平面を有しており、第1扁平伝熱管の冷媒流れ方向と平行な方向に冷媒を流す。第1フィンは、少なくとも第1扁平伝熱管と第2扁平伝熱管との間であって第1扁平伝熱管および第2扁平伝熱管の空気流れ方向における上流側端部と下流側端部との間に位置している。この第1フィンは、厚み方向が空気流れ方向に直交するように配置された板状部分を有している。また、第1フィンは、第1扁平伝熱管と第2扁平伝熱管との少なくともいずれかに接している。第2扁平伝熱管は、上面側の扁平面において、第1扁平伝熱管と第2扁平伝熱管と第1フィンとの少なくともいずれか1つにおいて生じた結露水を第2扁平伝熱管における空気流れの上流側端部もしくは下流側端部に導くための上面ガイド部を有している。ここで、水平には、正確な水平だけに限られず、水平方向から僅かに傾斜する場合も含まれ、実質的に水平であればよい。また、鉛直は、正確な鉛直だけに限られず、鉛直方向から僅かに傾斜する場合も含まれ、実質的に鉛直であればよい。また、ガイド形状とは、例えば、スリットや突起等のように部分的にフィンの表面積が増大しており表面張力が周辺領域よりも強くなっている箇所等が含まれる。
この熱交換器では、扁平伝熱管の扁平面が空気流れ方向と平行になるように配置されているため、通風抵抗を小さく抑えることができる。
ここで、扁平伝熱管の扁平面が水平に広がっており傾斜していないため、結露水が扁平面の上面側に滞留しやすいことになる。しかし、ここでは、ガイド部が、扁平伝熱管の空気流れ方向上流側か下流側の端部まで結露水を導くことができる。
このため、通風抵抗を小さく抑えつつ、結露水の排出を促すことができ、熱交換効率を向上させることができる。
特に、第1フィンの空気流れ方向の幅よりも第1扁平伝熱管および第2扁平伝熱管の空気流れ方向の幅の方が広いため、第2扁平伝熱管の上面ガイド部が、第1フィン生じた結露水を捕えることで、空気流れ方向の上流側端部もしくは下流側端部に導くことができる。
第2発明の熱交換器は、第1発明の熱交換器において、上面ガイド部は、空気流れ方向が長手方向となるように延びている。
この熱交換器では、空気流れ方向が長手方向となるように延びていることで、結露水が生じた場合であっても、結露水自体がその場に留まって通風抵抗となる程度を小さく抑えて、風下側に容易に導くことができるようになる。
第3発明の熱交換器は、第1発明または第2発明の熱交換器において、第2扁平伝熱管は、端部ガイド部をさらに有している。この端部ガイドは、上面ガイド部と繋がっており、第2扁平伝熱管の空気流れ方向の下流側端部において第2扁平伝熱管の上面側の扁平面と下面側の扁平面とを繋ぐように延びている。
この熱交換器では、ここでは、端部ガイドが設けられているため、上面ガイドによって下流側端部まで導かれた結露水を、さらに第2扁平伝熱管の下方に導くことができる。これにより、結露水を第2扁平伝熱管の下流側端部の下方部分に結露水を集めつつ、ここから排水を促進させることができるようになる。
第4発明の熱交換器は、第1発明から第3発明のいずれかの熱交換器において、第2扁平伝熱管は、下面ガイド部をさらに有している。下面ガイド部は、下面側の扁平面において、結露水を前記第2扁平伝熱管における空気流れの上流側端部もしくは下流側端部に導く。
この熱交換器では、第2扁平伝熱管の下面側の扁平面に結露水が生じた場合であっても、この下面ガイドによって、結露水が上流側端部もしくは下流側端部に集めて、そこからの排水を促すようにすることが可能になる。
第5発明の熱交換器は、第1発明から第4発明のいずれかの熱交換器において、第1フィンは、空気流れ方向から見た場合に山部分と谷部分とを含んだ波形状となるように形成されている。第2扁平伝熱管の上面ガイド部は、互いに平行に配置された第1上面ガイド部と、第2上面ガイド部とを有している。第1上面ガイド部と第2上面ガイド部との少なくともいずれか一方が、第1フィンの波形状の谷部分の下流側端部と近接する部分を有している。
この熱交換器では、第1フィンが波形状であるため、第1フィンにおいて生じた結露水は、その谷部分に集まりやすい。そして、このようにして谷部分に集まった結露水は、第1フィンの下流側端部において近接して配置されている第1上面ガイド部と第2上面ガイド部との少なくともいずれか一方によって捕らえられやすくなっている。このようにして第1上面ガイドもしくは第2上面ガイドに捕らえられた結露水は、第2扁平伝熱管の下流側端部に導かれる。
このようにして、結露水が波形状の第1フィンで生じた場合であっても、第2扁平伝熱管の下流側端部に結露水を効率的に集めることができ、ここからの排水を促すことが可能になる。
第6発明の熱交換器は、第5発明の熱交換器であって、第2扁平伝熱管の第1上面ガイド部と第2上面ガイド部とのうち第1フィンの波形状の谷部分と接している一方以外の他方は、第1フィンの隣接谷部分同士の間において、空気流れ方向の上流端から下流端まで延びるように設けられている。
この熱交換器では、第2扁平伝熱管の上面側の扁平面のうち、波形状の第1フィンの谷部分に囲まれた部分で結露水が生じたり、この囲まれた部分に面している第1フィンにおいて結露水が生じた場合であっても、これらの結露水を、第2扁平伝熱管の下流側端部に効率的に集めることができ、ここからの排水を促すことが可能になる。
第7発明の熱交換器は、第1発明から第6発明のいずれかの熱交換器において、上面ガイド部は、上面側の扁平面において下方に凹んで形成される溝である。
この熱交換器では、上面ガイド部が溝形状となっていることで、上面ガイド部の表面積が増大し、表面張力が増大しているため、付近で生じた結露水を凹んだ形状の部分で捕らえることができる。
これにより、結露水が生じても凹んだ部分において空気流れ方向に広がって存在することになるため、通風抵抗の増大を小さく抑えることが可能になる。
第8発明の熱交換器は、第1発明から第6発明のいずれかの熱交換器において、上面ガイド部は、溝幅が1.0mm未満である。
この熱交換器では、溝幅を1.0mmとすることで、結露水に対する表面張力を確実に働かすことができ、より確実に結露水をガイドすることが可能になる。
第9発明の熱交換器は、第1発明から第6発明のいずれかの熱交換器において、空気調和装置に用いられ、空冷式でかつ強制通風式の熱交換器であって、第1扁平伝熱管、第2扁平伝熱管および第1フィンを備えている。第1扁平伝熱管は、強制通風により水平方向に生じる空気流れ方向に対して平行である水平面状に広がっている扁平面を有しており、空気流れ方向に対して直交している水平方向に冷媒を流す。第2扁平伝熱管は、第1扁平伝熱管の鉛直下方に配置され、空気流れ方向に対して平行である水平面状に広がっている扁平面を有しており、第1扁平伝熱管の冷媒流れ方向と平行な方向に冷媒を流す。第1フィンは、少なくとも第1扁平伝熱管と第2扁平伝熱管との間であって第1扁平伝熱管および第2扁平伝熱管の空気流れ方向における上流側端部と下流側端部との間に位置している。この第1フィンは、厚み方向が空気流れ方向に直交するように配置された板状部分を有している。第1フィンは、第1扁平伝熱管と第2扁平伝熱管との少なくともいずれかに接している。第2扁平伝熱管は、第2扁平伝熱管における空気流れ方向の下流側端部より上流側であって第1フィンにおける空気流れ方向の下流側端部より下流側の範囲の少なくとも一部に、下流側凹みガイド部を有している。この下流側凹みガイド部は、内部の冷媒通路部分にまでは至らない範囲で、第2扁平伝熱管における空気流れ方向の下流側端部が上流側に向けて凹んで形成されている。ここで、水平には、正確な水平だけに限られず、水平方向から僅かに傾斜する場合も含まれ、実質的に水平であればよい。また、鉛直は、正確な鉛直だけに限られず、鉛直方向から僅かに傾斜する場合も含まれ、実質的に鉛直であればよい。また、ガイド形状とは、例えば、スリットや突起等のように部分的にフィンの表面積が増大しており表面張力が周辺領域よりも強くなっている箇所等が含まれる。
この熱交換器では、扁平伝熱管の扁平面が空気流れ方向と平行になるように配置されているため、通風抵抗を小さく抑えることができる。
ここで、扁平伝熱管の扁平面が水平に広がっており傾斜していないため、結露水が扁平面の上面側に滞留しやすいことになる。しかし、ここでは、第2扁平伝熱管において、第1フィンの下流側に設けられ、第2扁平伝熱管の下流側端部から上流側に凹んで形成されている下流側凹みガイド部が設けられている。このため、第2扁平伝熱管の上面に滞留している結露水は、この下流側凹みガイド部を沿うようにして、第2扁平伝熱管の下方に集められ、ここからの排水を促進させることができる。
このため、通風抵抗を小さく抑えつつ、結露水の排出を促すことができ、熱交換効率を向上させることができる。
特に、第1フィンの空気流れ方向の幅よりも第1扁平伝熱管および第2扁平伝熱管の空気流れ方向の幅の方が広いため、第2扁平伝熱管の下流側凹みガイド部が、第1フィン生じた結露水を捕えることで、空気流れ方向の下流側端部に導くことができる。
第10発明の熱交換器は、第9発明の熱交換器において、第1フィンは、空気流れ方向から見た場合に山部分と谷部分とを含んだ波形状となるように形成されている。第2扁平伝熱管の下流凹みガイド部の上流側端部は、第1フィンの谷部分の下流側端部と近接している。
この熱交換器では、第1フィンが波形状であるため、第1フィンにおいて生じた結露水は、その谷部分に集まりやすい。そして、このようにして谷部分に集まった結露水は、第1フィンの下流側端部において近接して配置されている下流側凹みガイド部によって捕らえられやすくなっている。このようにして下流側凹みガイド部に捕らえられた結露水は、第2扁平伝熱管の下流側端部に導かれる。
このようにして、結露水が波形状の第1フィンで生じた場合であっても、第2扁平伝熱管の下流側端部に結露水を効率的に集めることができ、ここからの排水を促すことが可能になる。
第11発明の熱交換器は、第9発明または第10発明の熱交換器において、下流凹みガイド部は、溝幅が1.0mm未満である。
この熱交換器では、溝幅を1.0mmとすることで、結露水に対する表面張力を確実に働かすことができ、より確実に結露水をガイドすることが可能になる。
第12発明の熱交換器は、第9発明から第11発明のいずれかの熱交換器において、第2扁平伝熱管は、第2扁平伝熱管における空気流れ方向の上流側端部より下流側であって第1フィンにおける空気流れ方向の上流側端部より上流側の範囲の少なくとも一部に、上流側凹みガイド部をさらに有している。この上流側凹みガイド部は、内部の冷媒通路部分にまでは至らない範囲で、第2扁平伝熱管における空気流れ方向の上流側端部が下流側に向けて凹んで形成されている。
この熱交換器では、上流側近傍で生じた結露水については、下流側端部まで導くことなく、迅速に排水させることが可能になる。
第1発明では、通風抵抗を小さく抑えつつ、結露水の排出を促すことができ、熱交換効率を向上させることができる。
第2発明では、結露水自体がその場に留まって通風抵抗となる程度を小さく抑えて、風下側に容易に導くことができるようになる。
第3発明では、結露水を第2扁平伝熱管の下流側端部の下方部分に結露水を集めつつ、ここから排水を促進させることができるようになる。
第4発明では、下面側の扁平面で生じた結露水を、上流側端部もしくは下流側端部から排水させることが可能になる。
第5発明では、結露水が波形状の第1フィンで生じた場合であっても、第2扁平伝熱管の下流側端部に結露水を効率的に集めることができ、ここからの排水を促すことが可能になる。
第6発明では、第2扁平伝熱管の下流側端部に効率的に集めることができ、ここからの排水を促すことが可能になる。
第7発明では、結露水が生じても凹んだ部分において空気流れ方向に広がって存在することになるため、通風抵抗の増大を小さく抑えることが可能になる。
第8発明では、より確実に結露水をガイドすることが可能になる。
第9発明では、通風抵抗を小さく抑えつつ、結露水の排出を促すことができ、熱交換効率を向上させることができる。
第10発明では、結露水が波形状の第1フィンで生じた場合であっても、第2扁平伝熱管の下流側端部に結露水を効率的に集めることができ、ここからの排水を促すことが可能になる。
第11発明では、より確実に結露水をガイドすることが可能になる。
第12発明では、上流側近傍で生じた結露水については、下流側端部まで導くことなく、迅速に排水させることが可能になる。
<1>本発明の熱交換器が用いられる空気調和装置について
本発明の熱交換器は、少なくとも空気調和装置における冷媒の蒸発器として用いることができるものである。本発明の熱交換器は、冷房運転と暖房運転とを切り換えることができる空気調和装置に用いられる場合には、冷媒の蒸発器として機能することができるだけでなく、冷媒の放熱器として機能することができるものであってもよい。
本発明の熱交換器は、少なくとも空気調和装置における冷媒の蒸発器として用いることができるものである。本発明の熱交換器は、冷房運転と暖房運転とを切り換えることができる空気調和装置に用いられる場合には、冷媒の蒸発器として機能することができるだけでなく、冷媒の放熱器として機能することができるものであってもよい。
本発明の熱交換器は、空冷式でかつ強制通風式の熱交換器である。このため、空気調和装置には、本発明の熱交換器に対して空気流れを供給する送風機(図示せず)が備わっている。
ここで、送風機は、自己が生じさせる空気流れ方向に対して、熱交換器の下流側に配置されていてもよいし、上流側に配置されていてもよい。また、送風機が形成する空気流れは、送風流路を形成する他の部材等によって自在に空気流れ方向の向きを変更できる。ここでは、そのようにして自在に向きを変更した後で、熱交換器を通過する際には、熱交換器を略水平方向に通過するように配置されている。
そして、本発明の熱交換器が空気調和装置において冷媒の蒸発器として機能している際に、送風機から空気が供給される状態では、熱交換器は、送風機によって供給される空気を利用して熱交換が行われる。ここでの熱交換では、送風機によって供給される空気の熱によって、伝熱管の内部を流れる冷媒が暖められて、蒸発する。他方、熱交換器に供給され、熱交換器を通過した空気は、伝熱管の内部を流れる冷媒によって冷やされて、温度が低下する。この際、熱交換器の表面温度が、供給される空気の温度よりも低い状態となっていることから、供給される空気が冷やされる際に、熱交換器の表面に結露水が生じることがある。
本発明の熱交換器は、結露水等の熱交換器表面に付着した水の排水を促す構造を有する熱交換器を提供するものである。
以下、本発明の一実施形態である熱交換器について、図面を参照しつつ説明する。
<2>熱交換器
(全体構成)
図1に、熱交換器1の外観斜視図を示す。なお、この図1においては、後述するフィン7の詳細部分は省略して示している。
(全体構成)
図1に、熱交換器1の外観斜視図を示す。なお、この図1においては、後述するフィン7の詳細部分は省略して示している。
なお、図1に示されるように熱交換器1が見える側を正面側とし、背面側、左側面側、右側面側、上面側および底面側は正面側を基準として把握されるものとして、以下、説明する。
図2に、図1中においてAで示す部分の部分拡大図を示す。
図3に、図2におけるB−B断面で扁平伝熱管5とフィン7とを詳細する側面視断面図を示す。なお、図3では、説明のために、フィン7のうち断面に位置していない部分も合わせて示している。
図4に、熱交換器1の部分拡大概略斜視図を示す。
熱交換器1は、分流ヘッダ2、合流ヘッダ3、扁平伝熱管5およびフィン7を備えている。
分流ヘッダ2には、図1中においてR1で示す方向から、液状態の冷媒や気液二相状態の冷媒が送り込まれる。そして、分流ヘッダ2に供給された冷媒は、扁平伝熱管5の複数の流路に別れて、合流ヘッダ3まで流れる。
合流ヘッダ3は、分流ヘッダ2と空気流れ方向成分において同様の位置に設けられており、扁平伝熱管5の複数の流路から流れてきた冷媒を合流させ、図1中においてR2で示す方向に冷媒を送り出す。
扁平伝熱管5は、図3、図4に示すように、アルミニウムまたはアルミニウム合金から成形されており、鉛直方向に並んで配置される第1扁平伝熱管51、第2扁平伝熱管52および第3扁平伝熱管53等を有している。第1扁平伝熱管51、第2扁平伝熱管52および第3扁平伝熱管53等は、鉛直上側と鉛直下側とにおいてそれぞれ水平方向に広がった扁平面を有しており、長手方向が空気流れ方向に対して直交する向きであって水平方向となるように伸びている。このように、偏平伝熱管5は、扁平面が水平に広がっているため、水平方向から傾斜して配置される場合と比較して、水平方向に流れている空気流れに対する通風抵抗を小さく抑えることができる。これら第1扁平伝熱管51、第2扁平伝熱管52および第3扁平伝熱管53等は、図3に示すように、いずれも、空気流れ方向に直交する方向である長手方向に冷媒を流すための複数の冷媒流路Pを有している、いわゆる多穴管と呼ばれる伝熱管となっている。これらの複数の冷媒流路Pは、伝熱管を扁平形状に形成させるために、伝熱管内において空気流れ方向に互いに平行になるように並んで設けられている。また、冷媒流路Pの管径は、非常に小さく、1つが、250μm×250μmの正方形状となっており、いわゆるマイクロチャンネル熱交換器となっている。
そして、第1扁平伝熱管51、第2扁平伝熱管52および第3扁平伝熱管53等には、図4、図5、図6に示すように、空気流れ方向であって鉛直方向の断面の外周に沿うようにガイド部Vが形成されている。
フィン7は、図2、図3、図4の正面図に示すように、正面視において山部分と谷部分とが繰り返し形成されている波形状となっており、アルミニウム製またはアルミニウム合金製であり、第1扁平伝熱管51、第2扁平伝熱管52および第3扁平伝熱管53等の間に、互いに分離して配置された第1フィン71および第2フィン72等を有している。フィン7は、山部分から谷部分までにかけて、平らに広がっている板状部分を有している。第1フィン71および第2フィンは、図3に示すように、それぞれの板状部分に、伝熱面積を増大させるための切り込みSを有している。なお、フィン7の板厚方向は、空気流れ方向に直交する方向となるように設けられている。これにより、フィン7を設けることによる通風抵抗を小さく抑えることができている。また、フィン7の肉厚は、0.1mmである。なお、このフィン7には、切り込みS以外には、板厚方向に凹凸が設けられていない。
第1フィン71は、図2に示すように、第1扁平伝熱管51と第2扁平伝熱管52とによって挟まれるように配置されており、第1扁平伝熱管51の下面側の扁平面に対して山部分の上面側が、第2扁平伝熱管52の上面側の扁平面に対して谷部分の下面側が、それぞれ接している。第2フィン71も同様に、第2扁平伝熱管52と第3扁平伝熱管53とによって挟まれるように配置されており、第2扁平伝熱管52の下面側の扁平面に対して山部分の上面側が、第3扁平伝熱管53の上面側の扁平面に対して谷部分の下面側が、それぞれ接している。
なお、ここで、図5に示すように、第2扁平伝熱管52の上面側の扁平面に設けられたガイド部Vは、空気流れ方向の上流側から下流側にかけて連続している。図5および図6に示すように、第1フィン71を第2扁平伝熱管52の上に配置させた状態では、第2扁平伝熱管52の上面側の扁平面に設けられているガイド部Vは、第1フィン71の谷部分の下面側と接触するように設けられる。
そして、扁平伝熱管5とフィン7とがこのように接している部分は、ロウ付け溶接されることで固着されている。このようにして、第1フィン71および第2フィンは、扁平伝熱管5に固着されていることで、扁平伝熱管5内を流れる冷媒が有している熱を、扁平伝熱管5の表面だけでなく、フィン7の表面にも伝熱させることができる。これにより、熱交換器1の伝熱面積を増大させ、熱交換効率を向上させて、熱交換器1自体をコンパクト化させることができている。また、熱交換器1は、扁平伝熱管5とフィン7とが鉛直方向に交互に積み重ねられており、いわゆる積層型の熱交換器となっている。このように、熱交換器1は、積層型の熱交換器であるために、第3扁平伝熱管53の上層に第2フィン72を、第2フィン72の上層に第2扁平伝熱管52を、第2扁平伝熱管52の上層に第1フィン71を、第1フィン71の上層に第1扁平伝熱管51を、それぞれ積層配置させることができ、扁平伝熱管5の間隔は介在するフィン7によって容易に確保することができ、熱交換器の組立作業性を向上させることができる。
(冷媒の流れ)
以上の構成を有する熱交換器1に対して冷媒が流れ込み、熱交換器1から冷媒が流れ出る態様を説明する。
以上の構成を有する熱交換器1に対して冷媒が流れ込み、熱交換器1から冷媒が流れ出る態様を説明する。
まず、分流ヘッダ2に対して液冷媒もしくは気液二相状態の冷媒が流入し、各第1扁平伝熱管51、第2扁平伝熱管52および第3扁平伝熱管53等の各冷媒流路Pに概ね均等に分流される。
第1扁平伝熱管51、第2扁平伝熱管52および第3扁平伝熱管53等の各冷媒流路Pを流れる間に、送風機によって供給される空気によってフィン7および扁平伝熱管5自体が暖められることで、内部を流れている冷媒も暖められる。このようにして冷媒に熱が加わることで、冷媒流路Pを通過する過程で、冷媒は徐々に蒸発して気相状態となっていく。なお、この過程において、熱交換器1の表面は、冷媒によって冷やされた空気中の水分が結露水となって付着した状態となっている。
そして、ほぼ気相状態となった冷媒は、第2扁平伝熱管52および第3扁平伝熱管53等の各冷媒流路Pを通過した後、合流ヘッダ3によって合流され、1つの冷媒流れとなって、熱交換器1から流出していく。
(扁平伝熱管5のガイド部V)
第2扁平伝熱管52のガイド部Vは、図7において冷媒流れ方向であって鉛直方向の断面に示されるように、上面側の扁平面から板厚方向に切り込まれて形成されている。また、このガイド部Vは、第2扁平伝熱管52の下面側の扁平面においても、板厚方向に切り込まれて形成されている。さらに、第2扁平伝熱管の空気流れ方向上流端および下流端においても、上面側の扁平面のガイド部Vと下面側の扁平面のガイド部Vとが接続されるようにして、ガイド部Vが連続するように設けられている。
第2扁平伝熱管52のガイド部Vは、図7において冷媒流れ方向であって鉛直方向の断面に示されるように、上面側の扁平面から板厚方向に切り込まれて形成されている。また、このガイド部Vは、第2扁平伝熱管52の下面側の扁平面においても、板厚方向に切り込まれて形成されている。さらに、第2扁平伝熱管の空気流れ方向上流端および下流端においても、上面側の扁平面のガイド部Vと下面側の扁平面のガイド部Vとが接続されるようにして、ガイド部Vが連続するように設けられている。
このように、扁平伝熱管5の表面にガイド部Vが形成されていることで、このガイド部Vに触れた結露水は、切り込みに沿って、空気流れ方向の下流側もしくは上流側の端部まで導かれて、端部からの排水を促すことができる。
このガイド部Vの切り込みは、幅が0.05mm程度となるように設けられている。
なお、これらは、第1扁平伝熱管51および第3扁平伝熱管53についても同様である。
(結露水の排水)
上述のように、熱交換器1が冷媒の蒸発器として機能している場合には、熱交換器1の表面に結露水が生じる。そして、この結露水は、熱交換器1の通風抵抗を増大させるため、熱交換器1の表面に滞留し続けてしまうと、熱交換効率を良好に保つことができなくなってしまう。
上述のように、熱交換器1が冷媒の蒸発器として機能している場合には、熱交換器1の表面に結露水が生じる。そして、この結露水は、熱交換器1の通風抵抗を増大させるため、熱交換器1の表面に滞留し続けてしまうと、熱交換効率を良好に保つことができなくなってしまう。
これに対して、本実施形態の熱交換器1の扁平伝熱管5には、空気流れ方向の上流端から下流端まで連続してガイド部Vが設けられている。
このため、図8に示すように、例えば、第2扁平伝熱管52の上方に位置している第1扁平伝熱管51や第1フィン71において生じて、第2扁平伝熱管52の上面側の扁平面に流れ落ちてきた結露水が、空気流れFによって空気流れ方向の下流側に導かれやすいようになっている。また、扁平伝熱管5において空気流れ方向の上流端近傍に付着した結露水は、上流端に設けられたガイド部Vを介して排水される。このため、熱交換器1において生じた結露水は、熱交換器1の扁平伝熱管5の表面において滞留することなく、空気流れFとガイド部Vとによって、より下方に排水されやすくなっており、熱交換器1の通風抵抗を小さく抑えることができている。
<3>本実施形態の熱交換器の特徴
従来の熱交換器901は、例えば、図14に示すように、冷媒流路Pを有する扁平伝熱管951、952、953と、その扁平伝熱管951,952,953の間に配置されたフィン971,972によって構成されている。そして、フィン971、972には、鉛直方向に伸びるスリットSが設けられている。ここで、扁平伝熱管951、952、953同士の間の中央近傍での空気流れが最も大きくなりがちであり、扁平伝熱管951、952、953の表面近傍においては空気流れは最も小さくなりがちである。このため、この従来の熱交換器901では、熱交換器901の表面で生じた結露水が扁平伝熱管951、952、953の上面側の扁平面および下面側の扁平面に付着した場合には、下流側に流されにくく、扁平伝熱管951、952、953が結露水を保持して、結露水が空気流れ方向における同じ位置に留まってしまい、通風抵抗が増大してしまっている。
従来の熱交換器901は、例えば、図14に示すように、冷媒流路Pを有する扁平伝熱管951、952、953と、その扁平伝熱管951,952,953の間に配置されたフィン971,972によって構成されている。そして、フィン971、972には、鉛直方向に伸びるスリットSが設けられている。ここで、扁平伝熱管951、952、953同士の間の中央近傍での空気流れが最も大きくなりがちであり、扁平伝熱管951、952、953の表面近傍においては空気流れは最も小さくなりがちである。このため、この従来の熱交換器901では、熱交換器901の表面で生じた結露水が扁平伝熱管951、952、953の上面側の扁平面および下面側の扁平面に付着した場合には、下流側に流されにくく、扁平伝熱管951、952、953が結露水を保持して、結露水が空気流れ方向における同じ位置に留まってしまい、通風抵抗が増大してしまっている。
これに対して、本実施形態の熱交換器1は、扁平伝熱管5において、空気流れ方向の上流端から下流端にかけてガイド部Vが形成されている。このため、熱交換器1の上方の扁平伝熱管5やフィン7の表面において生じて、下方の扁平伝熱管5の上面側の扁平面上に滴り落ちてきた結露水は、空気流れ方向における同じ場所に留まるのではなく、切り込みによって空気流れ方向に向けて形成されたガイド部Vを沿うように、空気流れFによって下流側端部に集められ、下流側端部を介して下方に排水されやすくなっている。
このことは、扁平伝熱管5の下面側の扁平面においても同様であり、下面側の扁平面に設けられているガイド部Vを沿うように、結露水を下流側に集めることができる。
これにより、結露水が扁平伝熱管5において滞留することによる通風抵抗を小さく抑えることができている。また、このように、空気流れFによって結露水がより下流側に送られることによって、熱交換器1からの排水を促すことができる。このため、熱交換器1に滞留している結露水を少なくして、通風抵抗を小さく抑え、熱交換効率を向上させることができている。
<4>変形例
上記実施形態では、本発明の一実施形態を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、以下のような種々の変更が可能である。
上記実施形態では、本発明の一実施形態を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、以下のような種々の変更が可能である。
(A)
上記実施形態の熱交換器1では、幅0.05mm程度の切り込みで形成されているガイド部Vを例に挙げて説明した。
上記実施形態の熱交換器1では、幅0.05mm程度の切り込みで形成されているガイド部Vを例に挙げて説明した。
しかし,本発明はこれに限られるものではない。例えば、図9に示す扁平伝熱管252のようなガイド部V2を有していてもよい。このガイド部V2では、上記実施形態のガイド部Vとは異なり、幅が増大している。具体的には、冷媒流れ方向において、扁平伝熱管252の外表面が凹凸形状となるように形成されている。そして、結露水は、このうち凹部の溝に溜められて、空気流れ方向の下流側に向けて空気流れFによって導かれることになる。
ここでは、上記実施形態のガイド部Vのような切り込み程度では、生じる結露水の全てを迅速に排水処理できない場合であっても、幅が増大しており、より多くの結露水を排水処理することができるようになっているため、結露水を生じやすい環境下においても通風抵抗の増大を小さく抑えることができるようになっている。
また、結露水が凹部の溝に溜められるため、凹部の結露水が凸部分の上面高さを超えた状態になりにくい。このため、この点においても、空気流れFに対する扁平伝熱管252による通風抵抗を小さく抑えることができている。
(B)
上記実施形態の熱交換器1では、空気流れ方向の上流側から下流側まで連続して設けられているガイド部Vを例に挙げて説明した。
上記実施形態の熱交換器1では、空気流れ方向の上流側から下流側まで連続して設けられているガイド部Vを例に挙げて説明した。
しかし,本発明はこれに限られるものではない。例えば、図10に示す熱交換器301のようなガイド部V3を有していてもよい。
このガイド部V3は、扁平伝熱管352の空気流れ方向の上流端近傍と、下流端近傍と、にそれぞれ別れて設けられている。また、図12に示すように、第1フィン371の凹部の幅W1は、1.0mm程度である。そして、図10、図12に示すように、第1フィン371の空気流れ方向の上流端と下流端とは、扁平伝熱管352の上流端と下流端との間に位置するように設けられ、第1フィン371の谷部分が、扁平伝熱管352に設けられたガイド部V3の凹部の底近傍に位置するように、第1フィン371の凹凸ピッチW2が形成されて、扁平伝熱管352が組み合わされている。
このように、第1フィン371の谷部分と扁平伝熱管352のガイド部V3の凹部とが隣接して配置されることで、第1フィン371の谷部分に集まった結露水を、扁平伝熱管352のガイド部V3が捕らえやすくなっている。そして、このガイド部V3を介して、下方に排水されやすくなっている。
これにより、空気流れFに対する熱交換器301による通風抵抗を小さく抑えることができている。
(C)
上記変形例Bの熱交換器301では、ガイド部V3が、第1フィン371の谷部分に対応する箇所のみに設けられている場合を例に挙げて説明した。
上記変形例Bの熱交換器301では、ガイド部V3が、第1フィン371の谷部分に対応する箇所のみに設けられている場合を例に挙げて説明した。
しかし,本発明はこれに限られるものではない。例えば、図13に示す熱交換器401のようにガイド部V4が、第1フィン371の谷部分に対応する箇所とそれぞれの対応箇所の間に設けられていてもよい。
(D)
上述した実施形態では、ガイド部Vの例として扁平伝熱管5の上面側の扁平面、下面側の扁平面、上流端および下流端において一回りするように設けられている切り込みを例に挙げて説明した。
上述した実施形態では、ガイド部Vの例として扁平伝熱管5の上面側の扁平面、下面側の扁平面、上流端および下流端において一回りするように設けられている切り込みを例に挙げて説明した。
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、ガイド部Vの切り込みは、扁平伝熱管5の上面側の扁平面にのみ設けられていてもよい。
(E)
上述した実施形態では、フィン7の形状が波形状である場合を例に挙げて説明した。
上述した実施形態では、フィン7の形状が波形状である場合を例に挙げて説明した。
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、板状部分が鉛直方向に延びるように設けられたものであってもよい。
(F)
上述した実施形態では、積層型の熱交換器を例に挙げて説明した。
上述した実施形態では、積層型の熱交換器を例に挙げて説明した。
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、上記実施形態においては扁平伝熱管5によって不連続となっているフィン7を、扁平伝熱管5よりも空気流れ方向に突出した部分を設けて連続化させるように形成したクロスフィンチューブ型の熱交換器であってもよい。
本発明の熱交換器は、結露水の排水を促して通風抵抗を小さく抑えることが可能になるため、空気調和装置において冷媒の蒸発器として機能することが可能な熱交換器に適用する場合に特に有用である。
1 熱交換器
2 分流ヘッダ
3 合流ヘッダ
5 扁平伝熱管
7 フィン
51〜53 第1扁平伝熱管〜第3扁平伝熱管
71〜72 第1フィン〜第2フィン
P 冷媒流路
V ガイド部
2 分流ヘッダ
3 合流ヘッダ
5 扁平伝熱管
7 フィン
51〜53 第1扁平伝熱管〜第3扁平伝熱管
71〜72 第1フィン〜第2フィン
P 冷媒流路
V ガイド部
Claims (12)
- 空気調和装置に用いられ、空冷式でかつ強制通風式の熱交換器(1)であって、
前記強制通風により水平方向に生じる空気流れ方向に対して平行である水平面状に広がっている扁平面を有しており、前記空気流れ方向に対して直交している水平方向に冷媒を流す第1扁平伝熱管(51)と、
前記第1扁平伝熱管の鉛直下方に配置され、前記空気流れ方向に対して平行である水平面状に広がっている扁平面を有しており、前記第1扁平伝熱管の冷媒流れ方向と平行な方向に冷媒を流す第2扁平伝熱管(52)と、
少なくとも前記第1扁平伝熱管と前記第2扁平伝熱管との間であって前記第1扁平伝熱管および前記第2扁平伝熱管の前記空気流れ方向における上流側端部と下流側端部との間に位置しており、厚み方向が前記空気流れ方向に直交するように配置された板状部分を有し、前記第1扁平伝熱管と前記第2扁平伝熱管との少なくともいずれかに接している第1フィン(71)と、
を備え、
前記第2扁平伝熱管(52)は、上面側の扁平面において、前記第1扁平伝熱管と前記第2扁平伝熱管と前記第1フィンとの少なくともいずれか1つにおいて生じた結露水を前記第2扁平伝熱管における前記空気流れの上流側端部もしくは下流側端部に導くための上面ガイド部(V)を有している、
熱交換器(1)。 - 前記上面ガイド部(V)は、前記空気流れ方向が長手方向となるように延びている、
請求項1に記載の熱交換器(1)。 - 前記第2扁平伝熱管(52)は、前記上面ガイド部と繋がっており、前記第2扁平伝熱管の前記空気流れ方向の下流側端部において前記第2扁平伝熱管の上面側の扁平面と下面側の扁平面とを繋ぐように延びている端部ガイド部(V)をさらに有している、
請求項1または2に記載の熱交換器(1)。 - 前記第2扁平伝熱管(52)は、下面側の扁平面において、前記結露水を前記第2扁平伝熱管における前記空気流れの上流側端部もしくは下流側端部に導くための下面ガイド部(V)をさらに有している、
請求項1から3のいずれか1項に記載の熱交換器(1)。 - 前記第1フィン(71)は、前記空気流れ方向から見た場合に山部分と谷部分とを含んだ波形状となるように形成されており、
前記第2扁平伝熱管(52)の上面ガイド部(V)は、互いに平行に配置された第1上面ガイド部と、第2上面ガイド部とを有しており、
前記第1上面ガイド部と前記第2上面ガイド部との少なくともいずれか一方が、前記第1フィンの波形状の谷部分の下流側端部と近接する部分を有している、
請求項1から4のいずれか1項に記載の熱交換器(1)。 - 前記第2扁平伝熱管の前記第1上面ガイド部と前記第2上面ガイド部とのうち前記第1フィンの波形状の谷部分と接している一方以外の他方は、前記第1フィンの隣接谷部分同士の間において、前記空気流れ方向の上流端から下流端まで延びるように設けられている、
請求項5に記載の熱交換器(1)。 - 前記上面ガイド部(V)は、前記上面側の扁平面において下方に凹んで形成される溝である、
請求項1から6のいずれか1項に記載の熱交換器(1)。 - 前記上面ガイド部(V)は、溝幅が1.0mm未満である、
請求項1から7のいずれか1項に記載の熱交換器(1)。 - 空気調和装置に用いられ、空冷式でかつ強制通風式の熱交換器(1)であって、
前記強制通風により水平方向に生じる空気流れ方向に対して平行である水平面状に広がっている扁平面を有しており、前記空気流れ方向に対して直交している水平方向に冷媒を流す第1扁平伝熱管(51)と、
前記第1扁平伝熱管の鉛直下方に配置され、前記空気流れ方向に対して平行である水平面状に広がっている扁平面を有しており、前記第1扁平伝熱管の冷媒流れ方向と平行な方向に冷媒を流す第2扁平伝熱管(52)と、
少なくとも前記第1扁平伝熱管と前記第2扁平伝熱管との間であって前記第1扁平伝熱管および前記第2扁平伝熱管の前記空気流れ方向における上流側端部と下流側端部との間に位置しており、厚み方向が前記空気流れ方向に直交するように配置された板状部分を有し、前記第1扁平伝熱管と前記第2扁平伝熱管との少なくともいずれかに接している第1フィン(71)と、
を備え、
前記第2扁平伝熱管(52)は、前記第2扁平伝熱管における前記空気流れ方向の下流側端部より上流側であって前記第1フィンにおける前記空気流れ方向の下流側端部より下流側の範囲の少なくとも一部において、内部の前記冷媒通路部分にまでは至らない範囲で、前記第2扁平伝熱管における前記空気流れ方向の下流側端部が上流側に向けて凹んで形成された下流側凹みガイド部(V3)を有している、
熱交換器(1)。 - 前記第1フィン(71)は、前記空気流れ方向から見た場合に山部分と谷部分とを含んだ波形状となるように形成されており、
前記第2扁平伝熱管(52)の下流凹みガイド部(Y)の上流側端部は、前記第1フィン(71)の谷部分の下流側端部と近接している、
請求項9に記載の熱交換器(1)。 - 前記下流凹みガイド部(V3)は、溝幅が1.0mm未満である、
請求項9または10に記載の熱交換器(1)。 - 前記第2扁平伝熱管(52)は、前記第2扁平伝熱管における前記空気流れ方向の上流側端部より下流側であって前記第1フィンにおける前記空気流れ方向の上流側端部より上流側の範囲の少なくとも一部において、内部の前記冷媒通路部分にまでは至らない範囲で、前記第2扁平伝熱管における前記空気流れ方向の上流側端部が下流側に向けて凹んで形成された上流側凹みガイド部(V3)をさらに有している、
請求項9から11のいずれか1項に記載の熱交換器(1)。
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- 2008-07-22 JP JP2008189192A patent/JP2010025477A/ja active Pending
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