JP2010038400A - フィン付き熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型、高性能化を図るため、熱交換器に挿入される伝熱管の列数が流入する気体の主流方向に対して箇所別に異なる場合など、風速分布が不均一な場合においても、風速分布の略均一化を実現しながら、熱交換性能を向上させ、送風機の回転に起因する異音の発生を抑えることが可能なフィン付き熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器２０に挿入される伝熱管１２の列数が少なく、更に貫流送風機５に近接するため、風速が大きくなる箇所２１に複数の切起し３１ａ，３１ｂを設け、それら複数の切起し３１ａ，３１ｂの内、少なくとも一つは流入する気体の主流と直交する方向に折り曲げた構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機の室内ユニットに搭載されるフィン付き熱交換器に関するものである。

従来の空気調和機の室内ユニットの断面図を図４に示す。図４において、ケーシング１０１に、前面の吸込み口１０２ａおよび上面の吸込み口１０２ｂなど一箇所以上の吸込み口と、下面の吹出し口１０３など一箇所以上の吹出し口とが設けられ、このケーシング１０１内に貫流送風機１０５とフィン付き熱交換器１０４とが収納されている。

この従来のフィン付き熱交換器１０４は、ケーシング１０１内の前面側に配置され、上下方向中央部近辺で折り曲げ加工された主たる前面側熱交換器１０４Ａと、ケーシング１０１内の背面側に配置された背面側熱交換器１０４Ｂと、前面側熱交換器１０４Ａの前面にそれぞれ補助的に取り付けられた補助熱交換器１０４Ｃ、１０４Ｄとから構成されている。そして、前面側熱交換器１０４Ａおよび背面側熱交換器１０４Ｂにより貫流送風機１０５を風上側から取り囲むような形態に配置して、限られた空間にできるだけ大きいフィン付き熱交換器を収納している。

なお、補助熱交換器１０４Ｃ、１０４Ｄは熱交換能力を向上させるために設けているものだが、主たる前面側熱交換器１０４Ａや背面側熱交換器１０４Ｂとは別の工程で製造した後、主たる前面側熱交換器１０４Ａや背面側熱交換器１０４Ｂに追加接続されて取り付けられるもので、図４では、主たる前面側熱交換器１０４Ａに追加接続されている場合を示している。また、前面側熱交換器１０４Ａの折り曲げ部近辺には、単に前面側熱交換器１０４Ａを折り曲げてフィンがない空間があいてしまうと、殆ど熱交換しないで気流がフィン付き熱交換器を通過してしまうおそれがあるため、このようなことがないように、スペーサ１０６が配設されている。

これに対して、前面側熱交換器１０４Ａの折り曲げ加工を不要にし、このスペーサ１０６をなくしながら、熱交換しないで気流がフィン付き熱交換器を通過してしまうようなことを防止する構造として、前面側熱交換器を円弧状に形成した構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１には、図５に示すように、前面側熱交換器２０１のフィン２０１Ａの形状を貫流送風機２０３の周面の一部を囲むように円弧状に形成した空気調和機の室内ユニットが開示されている。

この構成によれば、スペーサ１０６が不要になるとともに、製造時のフィン２０１Ａの材料においてスペーサ１０６に対応する箇所で廃材を生じないため、フィン２０１Ａの材料の廃材を少なくできる利点がある。また、スペーサ１０６を設けていないため、スペーサ１０６に対応する箇所分だけフィン２０１Ａの面積が増加することとなり、熱交換能力が向上する。

更に特許文献１に記載の熱交換器では、背面側熱交換器に外径４．０ｍｍ〜７．０ｍｍの伝熱管を気体の主流方向に沿う列方向に３列で配置することにより、熱交換能力の増大を図っている。

このような熱交換器では、伝熱管を３列に配置した箇所の通風抵抗が増大し、熱交換器
の風速分布が不均一となり性能の低下を招くおそれがある。更に、貫流送風機近傍の風速分布が不均一となることにより、送風機の翼の枚数と回転数の積に比例する特異音の発生を助長し、騒音が発生する恐れがある。この種の問題に対応するため、図６に示すような貫流送風機に近接する箇所に配置されたフィン３００に風を遮る切起し３０１を設ける、もしくは、風量が多くなる側の切起しスリット数を風量が少なくなる側より多く設けるなどの工夫がなされている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７−１０１１１１号公報 特開２００６−２３４１８４号公報

しかしながら、前記従来の発明では、熱交換器の形状によっては風速分布の調整を行いきれず、前記特異音を消去しきれない場合が生じるという問題があった。さらに風を遮る切起しを設けた場合においては、該当箇所の空気熱伝達率が低下し、熱交換能力を低下させてしまうという問題があった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、熱交換器と送風機との構成から風速分布が不均一になりやすい場合においても、熱交換器の構成によって風速分布の略均一化を可能とし、良好な熱交換性能を有し、送風機の回転に起因する異音の発生を抑えることが可能なフィン付き熱交換器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るフィン付き熱交換器は、前面側に吸込み口および下面側に吹出し口がそれぞれ設けられたケーシングとこのケーシングに収納される貫流送風機とから送風路を構成する空気調和機の室内ユニットに搭載されるフィン付き熱交換器において、前記吸込み口から貫流送風機までの送風路の途中、または貫流送風機から吹出し口までの送風路の途中に配置される前面側熱交換器と背面側熱交換器とで構成し、前記前面側熱交換器および前記背面側熱交換器はそれぞれ所定の間隔で平行に並べられてその間を気体が流動する多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管とで構成しており、前記前面側熱交換器におけるフィンを略くの字状に形成すると共に、略くの字状に形成された前記フィンの直線状の風上前縁と直線状の風下後縁とで挟まれた２つの領域のうち、貫流送風機に近い側の第１領域の部分に挿入される伝熱管を気体の主流方向に沿う方向となる列方向に少なくとも２列又は１列配置し、貫流送風機から遠い側の第２領域および背面側熱交換器に挿入される伝熱管を気体の主流方向となる列方向に３列に配置し、前記第１領域の伝熱管の間のフィンに切起し面を有してアルミフィン基板にスリットを形成する複数の切起しを設け、前記複数の切起しの内少なくとも一つは、流入する気体の主流と横方向に直交する方向に前記切起し面を折り曲げた構成としている。

このように前面側熱交換器に設けられた切起しの内、少なくとも一つは流入する気体の主流と直交する方向に折り曲げた構成とすることによって、伝熱管が２列および１列に配置されているため、伝熱管が３列に配置された箇所と比較し通風抵抗が低く、更に、一般に貫流送風機と近接するため、風速が大きい前面側熱交換器へ流入する空気の速度を低下させ、熱交換器の風速分布を略均一化させると共に、フィンと空気間の熱伝達を促進し、熱交換器の高性能化を実現することができる。

本発明によれば、熱交換器と送風機との構成から風速分布が不均一になりやすい場合においても、熱交換器の構成によって風速分布の略均一化を実現しながら、良好な熱交換性
能を有し、更に、送風機の回転に起因する異音の発生を抑えることが可能なフィン付き熱交換器を構成することができる。

第１の発明は、前面側に吸込み口および下面側に吹出し口がそれぞれ設けられたケーシングとこのケーシングに収納される貫流送風機とから送風路を構成する空気調和機の室内ユニットに搭載されるフィン付き熱交換器を、前記吸込み口から貫流送風機までの送風路の途中、または貫流送風機から吹出し口までの送風路の途中に配置される前面側熱交換器と背面側熱交換器とで構成し、前記前面側熱交換器および前記背面側熱交換器をそれぞれ所定の間隔で平行に並べられてその間を気体が流動する多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管とで構成し、前記前面側熱交換器におけるフィンを略くの字状に形成すると共に、略くの字状に形成された前記フィンの直線状の風上前縁と直線状の風下後縁とで挟まれた２つの領域のうち、貫流送風機に近い側の第１領域の部分に挿入される伝熱管を気体の主流方向に沿う方向となる列方向に少なくとも２列および１列配置し、貫流送風機から遠い側の第２領域および背面側熱交換器の領域の部分に挿入される伝熱管を気体の主流方向となる列方向に３列に配置し、第１領域の伝熱管の間のフィンに切起し面を有してアルミフィン基板にスリットを形成する複数の切起しを設け、前記複数の切起しの内少なくとも一つは流入する気体の主流と横方向に直交する方向に前記切起し面を折り曲げた構成としている。

この構成により、伝熱管の列数が少ないため通風抵抗が少なく、さらに貫流送風機と近接するため、風速が大きくなる前面側熱交換器へ流入する空気の速度を低下させ、熱交換器の風速分布を略均一化させることが可能となり、フィン付き熱交換器の薄型化を図りながら、熱交換器の能力を最大限に発揮することが可能となると共に、送風機の回転に起因する異音の発生を抑えることができる。

第２の発明は、前面側熱交換器の第１領域に設けられた複数の切起しを基本３列構成とし、その風上側と風下側との切起し２列を気体の主流と直交する断面が凹形状となる構成とし、中央の切起し１列はアルミフィン基板と切起し面が略平行となる構成としている。この構成により、比較的簡単な構成でアルミフィンと空気間の熱伝達を促進し、風速分布の略均一化を図ることが可能となる。

第３の発明は、隣接するフィン同士の間隔をＤとし、凹形状となる切起し面の、フィン基板から最も遠い箇所の高さをＨ１、フィン基板に最も近い箇所をＨ２とした場合、Ｈ１は式０．８×Ｄ≦Ｈ１≦０．９×Ｄを満たし、Ｈ２は式０．１×Ｄ≦Ｈ２≦０．２×Ｄを満たすように設定している。この構成により、特に風速分布が不均一な場合においても、風速分布を略均一化し、良好な熱交換性能を有するフィン付き熱交換器を構成できる。

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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

まず、本実施の形態に係るフィン付き熱交換器が搭載される空気調和機の室内ユニットについて図１に基づき説明する。図１はこの室内ユニットの縦断面図である。図１に示すように、この空気調和機の室内ユニット１のケーシング２には、前面と上面とに吸込み口３ａ、３ｂが設けられ、また下面に吹出し口４が設けられ、ケーシング２内には、貫流送風機５とフィン付き熱交換器１０とが収納されている。

このフィン付き熱交換器１０は、ケーシング２内の前面側に配置された前面側熱交換器２０と、ケーシング２内の背面側に配置された背面側熱交換器４０とから構成されており、前面側熱交換器２０および背面側熱交換器４０は、貫流送風機５を風上側から取り囲む
ように配置されている。前面側熱交換器２０および背面側熱交換器４０はそれぞれ所定の間隔で平行に並べられてその間を気体が流動する多数のフィン１１と、このフィン１１に略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管１２とから構成される。特に、前面側熱交換器２０は、フィン１１を、その風上前縁および風下後縁がそれぞれ同じ鈍角をなす２本の直線部並びにこれら２本の直線の間を結ぶ１本の曲線部により略くの字状に形成している。ここで、略くの字状に形成されたフィン１１の直線状の風上前縁と直線状の風下後縁とで挟まれた２つの領域のうち、貫流送風機５に近い側の領域を第１領域２１とし、貫流送風機５に遠い側を第２領域２２とし、曲線部の領域を第３領域２３とする。

また、本実施の形態では流入する気体の方向に対して、前面側熱交換器２０の第３領域２３では伝熱管１２を２列に、第１領域２１では伝熱管１２を２列および１列に、前面側熱交換器２０の第２領域２２および背面側熱交換器４０では伝熱管１２を第１領域２１と第３領域２３より多い３列に配置している。そして、フィン１１の伝熱管１２と伝熱管１２との間には、熱交換を促進するための切起し３１を設けているが、以下、第１領域２１に設けた本発明の切起し３１について説明する。

図２（ａ）は本実施の形態における切起しの斜視図、図２（ｂ）は本実施の形態における切起しの気体の主流方向からみた側面図、図２（ｃ）は本実施の形態における切起しの気体の主流と上下に直交する方向からみた側面図である。

図２において、第１領域２１の伝熱管２１の間のフィン１１に切起し面３２を有してアルミフィン基板３０にスリット３３を形成する複数の切起し３１を設けている。特に複数の切起し３１の内、風上側と風下側の切起し３１ａは、流入する気体の主流と横方向に直交する方向に切起し面３２ａを折り曲げ、凹形状となるように構成としている。この切起し３１ａの構成によれば、流入する気体に乱流を起こして適度に遮る作用を有する。

すなわち、本実施の形態のフィン付き熱交換器においては、図２（ａ）に示すように、第１領域２１に設けられた複数の切起し３１を基本３列構成とし、その風上側、風下側の切起し３１ａの２列を気体の主流と直交する断面が凹形状となる構成とし、中央の切起し３１ｂ１列はアルミフィン基板３０と切起し面３２ｂが略平行となる構成としている。

このような構成とすることで、図６に示す従来の一般的な切起し形状の成形に用いた金型の小改造、もしくは簡単な追加工のみで図２に示す本実施の形態の切起し形状の成形が可能となり、これによりアルミフィンと空気間の熱伝達を促進し、風速分布の略均一化を図ることが可能となる。

そして空気調和機の運転時、吸込み口３ａ，３ｂから吸い込まれた空気は前面側熱交換器２０もしくは背面側熱交換器４０を通過し吹出し口４から吹出される。この際、前面側熱交換器２０の下部の第１領域２１に設けた複数の切起し３１ａの構成により、第１領域２１の伝熱管１２を２列および１列、前面側熱交換器２０の第２領域２２および背面側熱交換器４０の伝熱管１２を３列配置とした構成においても、風速分布の略均一化を実現し、フィン付き熱交換器１０の能力を最大限に発揮すると共に、不均一な風速分布に起因する異音の発生を抑えることが可能となる。

また、本実施の形態のフィン付き熱交換器１０においては、伝熱特性と通風抵抗の観点から、図２（ｂ）に示すように隣接するフィン１１同士の間隔をＤとし、切起し面３２ａが凹形状となる切起し３１ａの、アルミフィン基板３０から最も遠い箇所の高さをＨ１、アルミフィン基板３０に最も近い箇所の高さをＨ２とした場合、Ｈ１は式０．８×Ｄ≦Ｈ１≦０．９×Ｄを満たし、Ｈ２は式０．１×Ｄ≦Ｈ２≦０．２×Ｄを満たすように設定することを推奨している。これにより、隣のフィンと接触したりすることなく、より効率的
な構成となる。なお、フィン１１同士の間隔Ｄは、フィンカラー１３の高さで規制されていると見なすことができる。

図３に、本願発明の他の実施例を示す。図３（ａ）は他の実施例における切起しの斜視図、図３（ｂ）は他の実施例における切起しの気体の主流方向からみた側面図、図３（ｃ）は他の実施例における切起しの気体の主流と上下に直交する方向からみた側面図である。切起し面３２ｃを凸形状となるように構成としている。この構成の場合、Ｈ１は式０．８×Ｄ≦Ｈ１≦０．９×Ｄを満たすように設定するのが好適である。この切起し３１ｃの構成によれば、流入する気体に乱流を起こして、図２の構成より通風抵抗が小さく適度に遮る作用を有する。

本実施の形態のフィン付き熱交換器においては、第１領域２１に設けられた複数の切起し３１をすべて図２に示す形状としたが、風速分布に応じて、部分的に図２に示す切起し３１とする、もしくは図２と比較し、通風抵抗が小さくなる図３の切起しとする、もしくはそれらを組み合わせる構成としても良い。

また、本実施の形態では、従来のフィン付き熱交換器１０における切起し３１の挿入箇所および切起し３１の数は同一とし、切起し３１の高さおよび形状を変更するのみで風速分布の調整を実現している。すなわち、フィンプレス金型の小変更のみで対応が可能であり、形状変更に要する時間、費用の削減の点での利点もある。

以上、本発明は上記の実施の形態に限らず、種々変更して実施し得るものである。

本発明に係るフィン付き熱交換器は、風速分布が不均一な場合においても、風速分布の略均一化を実現しながら、良好な熱交換性能を有し、送風機の回転に起因する異音の発生を抑えることが可能となるので、ルームエアコンのみならず小型化が要求される空気清浄機や除湿機、ヒートポンプ乾燥方式を採用した洗濯乾燥機の熱交換ユニット等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態に係るフィン付き熱交換器が搭載された空気調和機の室内ユニットの断面図 （ａ）本発明の実施の形態に係る切起しの斜視図（ｂ）本発明の実施の形態に係る切起しの気体の主流方向からみた側面図（ｃ）本発明の実施の形態に係る切起しの気体の主流と直交する方向からみた側面図 （ａ）他の実施例に係る切起しの斜視図（ｂ）他の実施例に係る切起しの気体の主流方向からみた側面図（ｃ）他の実施例に係る切起しの気体の主流と直交する方向からみた側面図 従来のフィン付き熱交換器が搭載された空気調和機の室内ユニットの断面図 別の従来のフィン付き熱交換器が搭載された空気調和機の室内ユニットの断面図 従来の一般的な切起しの斜視図

符号の説明

１ 室内ユニット
２ ケーシング
３ａ，３ｂ 吸込み口
４ 吹出し口
５ 貫流送風機
１０ フィン付き熱交換器
１１ フィン
１２ 伝熱管
２０ 前面側熱交換器
２１ 第１領域
３０ アルミフィン基板
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ 切起し
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 切起し面
４０ 背面側熱交換器

Claims (3)

1. 前面および上面側に吸込み口が、下面側に吹出し口がそれぞれ設けられたケーシングとこのケーシングに収納される貫流送風機とから送風路を構成する空気調和機の室内ユニットに搭載されるフィン付き熱交換器であって、前記吸込み口から前記貫流送風機までの送風路の途中、または前記貫流送風機から前記吹出し口までの送風路の途中に配置される前面側熱交換器と背面側熱交換器とから構成され、前記前面側熱交換器および前記背面側熱交換器はそれぞれ所定の間隔で平行に並べられてその間を気体が流動する多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管とから構成され、前記前面側熱交換器におけるフィンを略くの字状に形成すると共に、略くの字状に形成された前記フィンの直線状の風上前縁と直線状の風下後縁とで挟まれた２つの領域のうち、前記貫流送風機に近い側の第１領域の部分に挿入される伝熱管を気体の主流方向に沿う方向となる列方向に少なくとも２列又は１列配置し、前記貫流送風機から遠い側の第２領域および前記背面側熱交換器に挿入される伝熱管を気体の主流方向となる列方向に３列に配置し、前記第１領域の伝熱管の間のフィンに切起し面を有してアルミフィン基板にスリットを形成する複数の切起しを設け、前記複数の切起しの内少なくとも一つは、流入する気体の主流と横方向に直交する方向に前記切起し面を折り曲げた構成としたことを特徴とするフィン付き熱交換器。
2. 前面側熱交換器の第１領域に設けられた複数の切起しを３列の構成とし、その風上側と風下側との切起し２列を気体の主流と直交する断面が凹形状となる構成とし、中央の切起し１列はアルミフィン基板と切起し面が略平行となる構成としたことを特徴とする請求項１に記載のフィン付き熱交換器。
3. 隣接するフィン同士の間隔をＤとし、凹形状となる切起し面の、フィン基板から最も遠い箇所の高さをＨ１、フィン基板に最も近い箇所をＨ２とした場合、Ｈ１およびＨ２は以下の式を満たすように設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載のフィン付き熱交換器。
   ０．８×Ｄ≦Ｈ１≦０．９×Ｄ
   ０．１×Ｄ≦Ｈ２≦０．２×Ｄ
   

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