JP2013124799A - 熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱交換器に関するものであり、熱交換器フィン上に切れ込みを設ける事で、熱交換器性能を向上させるものである。
【解決手段】通風回路内に、板面を互いに平行にして所定間隔で積層された複数の伝熱フィン１１と、複数の伝熱フィン１１を複数箇所で貫通している伝熱管と、伝熱フィンの板面と平行で、伝熱管と直交する方向に空気が供給されて、風上側１列目と２列目が熱的に遮断されている熱交換器において、暖房運転時に冷媒が過冷却液となる領域の伝熱フィン１１の同一平面状に切れ込み１６、１７、１８、１９、２０を設けることにより、暖房運転時に冷媒が過冷却液となる領域の間の熱伝達を遮熱する過冷却部遮熱手段を設けて、空気と冷媒間の熱交換を促進するので、熱交換器性能を向上させることとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器に関するもので、特に空気調和機の室内機用熱交換器に関するものである。
従来、この種の熱交換器はフィン上に切れ込みを入れている（例えば、特許文献１参照）。
図６は、前記特許文献１に記載された従来の空気調和機用熱交換器の拡大した要部を示すものである。
アルミの薄板（アルミフィン１０１）に冷媒が通過する伝熱管を通す穴１０２を設け（伝熱管は図示せず）、穴１０２に伝熱管を貫通させて多数のアルミフィン１０１を積層して熱交換器を構成している。
そして積層したアルミフィン１０１同士の間隙に空気を通過させ（図６の紙面方向に平行な向き）、空気と冷媒との間の熱交換が成される。この時、空気とアルミフィンとの間の熱交換効率を向上させるため、アルミフィン１０１には切り起こしスリット１０３を設けている。
さらに温度差のある隣接伝熱管同士の熱交換を防止して熱交換器全体の効率を向上させるために切れ込み１０４、１０５を設けている。
特開２００４−８５１３９号公報
しかしながら、前記従来の構成では、暖房運転時に冷媒が過冷却液となる熱交換器上の領域で温度差の有る隣接部分同士の熱交換を防止する効果が十分でなく、空気と冷媒間の熱交換量が減少し、熱交換器の性能が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、熱交換器フィン上の切れ込みの形状に工夫を加える事で、空気と冷媒間の熱交換を促進し、熱交換器性能を向上させることを目的とするものである。
前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、通風回路内に、板面を互いに平行にして所定間隔で積層された複数の伝熱フィンと、この複数の伝熱フィンを複数箇所で貫通している伝熱管と、前記伝熱フィンの板面と平行で、かつ、前記伝熱管と直交する方向に空気が供給されて、風上側１列目と２列目が熱的に遮断されている熱交換器において、暖房運転時に冷媒が過冷却液となる領域の前記伝熱フィンに少なくとも１ヶ所の切れ込みを設け、隣接する前記伝熱管の間の熱伝達を遮熱して、前記伝熱フィンを完全に分離する過冷却部遮熱手段を設けたものである。
これによって、本発明の熱交換器は、熱交換器フィン上に任意の幅を持たせた切れ込みを設けることで、空気と冷媒間の熱交換を促進し、熱交換器性能を向上させる効果を奏する。
本発明の熱交換器は、切れ込みの幅、長さを最適な条件とすることで、熱交換器上の温度差の有る隣接部分同士の熱交換量を抑えて空気と冷媒間の熱交換量を向上させ、かつ量産する事ができる。
本発明の実施の形態における熱交換器の図 本発明の実施の形態における熱交換器の図 本発明の実施の形態における熱交換器の図 本発明の実施の形態における熱交換器の図 本発明の実施の形態における熱交換器の図 従来の熱交換器の図 本発明の実施の形態における空気調和機用室内機の概略断面図
第１の発明は、通風回路内に、板面を互いに平行にして所定間隔で積層された複数の伝熱フィンと、この複数の伝熱フィンを複数箇所で貫通している伝熱管と、前記伝熱フィンの板面と平行で、かつ、前記伝熱管と直交する方向に空気が供給されて、風上側１列目と２列目が熱的に遮断されている熱交換器において、暖房運転時に冷媒が過冷却液となる領域の前記伝熱フィンに少なくとも１ヶ所の切れ込みを設け、隣接する前記伝熱管の間の熱伝達を遮熱して、前記伝熱フィンを完全に分離する過冷却部遮熱手段を設けたことを特徴とする構成の熱交換器とすることにより、熱交換器上の温度差の有る隣接部分同士の熱交換量を抑えて空気と冷媒間の熱交換量を促進することとなり、熱交換器性能を向上することができる。
第２の発明は、特に、第１の発明の切れ込みを複数とし、前記伝熱フィンに所定間隔で略平行に並べたことを特徴とする構成の熱交換器とすることにより、熱交換器上の温度差の有る隣接部分同士の熱交換量を抑えて空気と冷媒間の熱交換量を促進することとなり、熱交換器性能を向上することができる。
第３の発明は、特に、第１〜第２の発明の切れ込みが存在する前記伝熱フィンの風上側１列目と２列目に各々径の異なる伝熱管を配設したことを特徴とする構成の熱交換器とすることにより、熱交換器上の温度差の有る隣接部分同士の熱交換量を抑えて空気と冷媒間の熱交換量を促進することとなり、熱交換器性能を向上することができる。
第４の発明は、特に、第１〜第３の発明の切れ込みの両側の領域の伝熱管の直径を、先端の領域の伝熱管の直径よりも大きくしたことを特徴とする構成の熱交換器とすることにより、熱交換器上の温度差の有る隣接部分同士の熱交換量を抑えて空気と冷媒間の熱交換量を促進することとなり、熱交換器性能を向上することができる。
第５の発明は、特に、第１〜第４の発明の切れ込みは配管ピッチ幅に略等しく並べたことを特徴とする構成の熱交換器とすることにより、熱交換器上の温度差の有る隣接部分同士の熱交換量を抑えて空気と冷媒間の熱交換量を促進することとなり、熱交換器性能を向上することができる。
第６の発明は、特に、第１〜第５の発明の切れ込みの長さは１０ｍｍ以上であり、６ｍｍピッチ幅以上で略平行に並べられていることを特徴とする構成の熱交換器とすることにより、熱交換器上の温度差の有る隣接部分同士の熱交換量を抑えて空気と冷媒間の熱交換量を促進することとなり、熱交換器性能を向上することができる。
第７の発明は、特に、第１〜第６の発明の切れ込みについて、前記伝熱管を前記伝熱フィンに通し、前記伝熱管を拡管して熱交換器を形成し、切断装置で分断する工程を含む熱交換器。
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。
（実施の形態１）
図７は、本発明の実施の形態における空気調和機用室内機を示すものである。この室内機は室内機本体２０１を有し、室内機本体２０１は、熱交換器２０２等を固定し、室内機本体２０１の前面部を形成すると共に、多数の通風穴を有する前面パネル２０３とを備える。送風装置２０４が、前面パネル２０３の通風穴から室内の空気を吸込み、熱交換されたその空気を吹出口２０５から室内に排出する。熱交換器２０２は、各々が複数の貫通穴２０６を有する多数の伝熱フィン２０８と、各伝熱フィン２０８の貫通穴２０６に挿通されて冷媒を通す複数の伝熱管２０７とを備え、伝熱フィン２０８は、伝熱管２０７の軸方向に所定間隔で並置される。熱交換器２０２に付着した凝縮水を排水として受ける２個の水受け皿２０９が、夫々、熱交換器２０２の前端部と後端部の下方に設けられている。
図１は、本発明の実施の形態における熱交換器の図を示すものである。
図１において、伝熱フィン１１に設けた冷媒が通過する伝熱管を通す複数の穴を１２、１３とする。また、伝熱フィン１１の板面と平行で、かつ、前記伝熱管と直交する方向に空気が供給され、風上側１列目と２列目が複数の切れ込み１４、１５によって熱的に遮断されるように構成している。
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、空気調和機の暖房運転時には熱交換器上で相対的に過冷却液の冷媒となる温度の低い領域と気液二相の冷媒となる温度の高い領域が生まれ、温度差の有る領域が隣接することとなる。
以上のように、本実施の形態においては伝熱フィン１１の同一平面状に少なくとも１ヶ所の切れ込み１６、１７、１８、１９、２０を設けることにより、暖房運転時に熱交換器上で過冷却液の冷媒となる領域と気液二相の冷媒となる領域の温度差の有る隣接領域同士の熱交換量を抑えることで、その分の熱交換量を用いて空気と冷媒間の熱交換量を増加することができ、熱交換器性能を向上することができる。
なおまた、積層された伝熱フィン１１の同一平面状に設けた冷媒が通過する伝熱管を通す複数の穴１２と１３に伝熱管を通し、その伝熱管を拡管して熱交換器を形成した後、刃物を装備した切断装置で切れ込み１６、１７、１８、１９、２０の分断をすることができ、量産工程でペラペラめくりあげてしまうことがなく、プレス機に引っかかり詰まって不具合を出すことなく、安定的に量産することもできる。
また、刃物を装備した切断装置で切れ込み１６、１７、１８、１９、２０の分断をすることで、量産工程でペラペラめくりあげてしまうことがなく、熱交換器の量産工程の作業者がめくりあげられた部分で創傷することがないようにすることもできる。
図２は、本発明の実施の形態における熱交換器の図を示すものである。
図２において、伝熱フィン２１に設けた冷媒が通過する伝熱管を通す複数の穴を２２、２３とする。また、伝熱フィン２１の板面と平行で、かつ、前記伝熱管と直交する方向に空気が供給され、風上側１列目と２列目が複数の切れ込み２４、２５によって熱的に遮断されるように構成している。
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、空気調和機の暖房運転時には熱交換器上で相対的に過冷却液の冷媒となる温度の低い領域と気液二相の冷媒となる温度の高い領域が生まれ、温度差の有る領域が隣接することとなる。
以上のように、本実施の形態においては伝熱フィン２１の同一平面状に所定間隔で略平行に並べられた複数の切れ込み２６、２７、２８を設けることにより、暖房運転時に熱交換器上で過冷却液の冷媒となる領域と気液二相の冷媒となる領域の温度差の有る隣接領域同士の熱交換量を抑えることで、その分の熱交換量を用いて空気と冷媒間の熱交換量を増加することができ、熱交換器性能を向上することができる。
図３は、本発明の実施の形態における熱交換器の図を示すものである。
図３において、伝熱フィン３１に設けた冷媒が通過する伝熱管を通す複数の穴を３２、３３とする。ここで、伝熱フィン３１に設けた冷媒が通過する伝熱管を通す複数の穴３２の直径をＤ２、３３の直径をＤ１とする。また、伝熱フィン３１の板面と平行で、かつ、前記伝熱管と直交する方向に空気が供給され、風上側１列目と２列目が複数の切れ込み３４、３５によって熱的に遮断されるように構成している。
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、空気調和機の暖房運転時には熱交換器上で相対的に過冷却液の冷媒となる温度の低い領域と気液二相の冷媒となる温度の高い領域が生まれ、温度差の有る領域が隣接することとなる。
以上のように、本実施の形態においては伝熱フィン３１の同一平面状に設けた冷媒が通過する伝熱管を通す複数の穴３２の直径Ｄ２と３３の直径Ｄ１が各々異なり、伝熱フィン３１の同一平面状に少なくとも１ヶ所の切れ込み３６、３７、３８、３９、４０を設けることにより、暖房運転時に熱交換器上で過冷却液の冷媒となる領域と気液二相の冷媒となる領域の温度差の有る隣接領域同士の熱交換量を抑えることで、その分の熱交換量を用いて空気と冷媒間の熱交換量を増加することができ、熱交換器性能を向上することができる。
なおまた、伝熱フィン３１の同一平面状に設けた冷媒が通過する伝熱管を通す複数の穴３２の直径Ｄ２と３３の直径Ｄ１が各々異なることに加えて、冷媒が通過する伝熱管を通す複数の穴３３の直径Ｄ１を３２の直径Ｄ２よりも大きくすることで熱交換器性能をより向上させることができるという効果も得られる。
図４は、本発明の実施の形態における熱交換器の図を示すものである。
図４において、伝熱フィン５１に設けた冷媒が通過する伝熱管を通す複数の穴を５２、５３とする。ここで、伝熱フィン５１に設けた冷媒が通過する伝熱管を通す複数の穴５３の穴ピッチ幅をＬ１とする。また、伝熱フィン５１の板面と平行で、かつ、前記伝熱管と直交する方向に空気が供給され、風上側１列目と２列目が複数の切れ込み５４、５５によ
って熱的に遮断されるように構成している。
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、空気調和機の暖房運転時には熱交換器上で相対的に過冷却液の冷媒となる温度の低い領域と気液二相の冷媒となる温度の高い領域が生まれ、温度差の有る領域が隣接することとなる。
以上のように、本実施の形態においては伝熱フィン５１の同一平面状に冷媒が通過する伝熱管を通す複数の穴５３の穴ピッチ幅Ｌ１と略等しいＬ２の間隔に並べられた切れ込み５６、５７、５８、５９を設けることにより、暖房運転時に熱交換器上で過冷却液の冷媒となる領域と気液二相の冷媒となる領域の温度差の有る隣接領域同士の熱交換量を抑えることで、その分の熱交換量を用いて空気と冷媒間の熱交換量を増加することができ、熱交換器性能を向上することができる。
図５は、本発明の実施の形態における熱交換器の図を示すものである。
図５において、伝熱フィン６１に設けた冷媒が通過する伝熱管を通す複数の穴を６２、６３とする。また、伝熱フィン６１の板面と平行で、かつ、前記伝熱管と直交する方向に空気が供給され、風上側１列目と２列目が複数の切れ込み６４、６５によって熱的に遮断されるように構成している。
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、空気調和機の暖房運転時には熱交換器上で相対的に過冷却液の冷媒となる温度の低い領域と気液二相の冷媒となる温度の高い領域が生まれ、温度差の有る領域が隣接することとなる。
以上のように、本実施の形態においては伝熱フィン６１の同一平面状にＬ３の幅でＬ４の間隔で略平行に並べられた切れ込み６６、６７、６８、６９を設けることにより、暖房運転時に熱交換器上で過冷却液の冷媒となる領域と気液二相の冷媒となる領域の温度差の有る隣接領域同士の熱交換量を抑えることで、その分の熱交換量を用いて空気と冷媒間の熱交換量を増加することができ、熱交換器性能を向上することができる。
なおまた、伝熱フィン６１の同一平面状に略平行に並べられた切れ込み６６、６７、６８、６９の幅Ｌ３を１０ｍｍ以上とし、間隔Ｌ４を６ｍｍ以上とすることで熱交換器性能をより向上させることができるという効果も得られる。
以上のように、本発明にかかる空気調和機用熱交換器は、熱交換器フィン上に任意の幅を持たせた切れ込みを設けることで、空気と冷媒間の熱交換量を増加させる効果を奏することが可能となるので、例えば電子機器に使用される放熱用熱交換器等の用途にも有用である。
１１、２１、３１、５１、６１、１０１、２０８ 伝熱フィン
１２、１３、２２、２３、３２、３３、５２、５３、６２、６３、１０２、２０６ 冷媒が通過する伝熱管を通す穴
１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２４、２５、２６、２７、２８、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６４、６
５、６６、６７、６８、６９、１０４、１０５ 切れ込み
１０３ 切り起こしスリット
Ｄ１、Ｄ２ 冷媒が通過する伝熱管を通す穴の直径
Ｌ１ 冷媒が通過する伝熱管を通す穴のピッチ幅
Ｌ３ 伝熱フィンの端と切れ込みの間隔
Ｌ２、Ｌ４ 切れ込みと切れ込みの間隔
２０１ 室内機本体
２０２ 熱交換器
２０３ 前面パネル
２０４ 送風装置
２０５ 吹出口
２０７ 伝熱管
２０９ 水受け皿

Claims (7)

  1. 通風回路内に、板面を互いに平行にして所定間隔で積層された複数の伝熱フィンと、前記複数の伝熱フィンを複数箇所で貫通している伝熱管と、前記伝熱フィンの板面と平行で、かつ、前記伝熱管と直交する方向に空気が供給されて、風上側１列目と２列目が熱的に遮断されている熱交換器において、暖房運転時に冷媒が過冷却液となる領域の前記伝熱フィンに少なくとも１ヶ所の切れ込みを設け、隣接する前記伝熱管の間の熱伝達を遮熱して、前記伝熱フィンを完全に分離する過冷却部遮熱手段を設けたことを特徴とした構成の熱交換器。
  2. 前記切れ込みを複数とし、前記伝熱フィンに所定間隔で略平行に並べたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
  3. 前記切れ込みが存在する前記伝熱フィンの風上側１列目と２列目に各々径の異なる前記伝熱管を配設したことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の熱交換器。
  4. 前記切れ込みの両側の領域の前記伝熱管の直径を、先端の領域の前記伝熱管の直径よりも大きくしたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の熱交換器。
  5. 前記切れ込みは前記伝熱管のピッチ幅に略等しく並べたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の熱交換器。
  6. 前記切れ込みは前記伝熱フィンの端部から前記切れ込みの端部まで１０ｍｍ以上であり、６ｍｍピッチ幅以上で略平行に並べられていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の熱交換器。
  7. 前記伝熱管を前記伝熱フィンに通し、前記伝熱管を拡管して熱交換器を形成し、切断装置で前記切れ込みを分断する工程を含む請求項１から６のいずれかに記載の熱交換器。
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