JP2013139978A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プレートフィンおよびチューブを備えたフィンチューブ型の熱交換器に関する。 The present invention relates to a fin tube type heat exchanger including plate fins and tubes.
空気調和機や冷凍機に用いられる熱交換器として、フィンチューブ型熱交換器が知られている。このフィンチューブ型熱交換器は、間隔をおいて多数積層されるプレート状のフィンと、このプレートフィンを積層方向に貫通するチューブとを備えている。そして、プレートフィン間を通過する空気と、チューブ内を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。
さらに、室外機に用いられるフィンチューブ型熱交換器は、暖房運転時に蒸発器として作用することから、外気温度が低いとプレートフィンに着霜が生じて空気の流通路が閉塞し、風量が減少して性能が低下することが懸念される。そのため、室外機に用いられるフィンチューブ型熱交換器では、一般的に、プレートフィンに切り起こしを設けない。空気との熱伝達率が高い切り起こし片は、着霜を生じ易いためである。
この種の熱交換器の効率(性能)を高めるために、プレートフィンを波形にしたり、山部を設けることがされている。例えば、特許文献1では、プレートフィンには、プレート表面から突出する山部が、空気流の上流側、下流側(以下、単に上流側、下流側ということがある)にそれぞれ形成されている。さらに、空気流の方向と直交する方向に並ぶチューブ間の領域にも、山部を形成している。
また、プレートフィンを波形にした特許文献2では、暖房運転時にプレートフィンの上流側の端縁から着霜が生じて成長するためフィン間が着霜で目詰まりする課題に対応して、空気流の方向におけるプレートフィンの中心よりも下流側にチューブを配置している。そうすると、チューブを通すチューブ孔がプレートフィンの中心線に対して偏心した位置に配置されるので、プレートフィンは、上流側と下流側とに二等分する中心線に非対称な形状となる。
Fin tube type heat exchangers are known as heat exchangers used in air conditioners and refrigerators. The finned tube heat exchanger includes plate-like fins that are stacked at intervals and a tube that penetrates the plate fins in the stacking direction. And heat exchange is performed between the air which passes between plate fins, and the refrigerant | coolant which flows through the inside of a tube.
Furthermore, since the finned tube heat exchanger used in the outdoor unit acts as an evaporator during heating operation, if the outside air temperature is low, frosting occurs on the plate fins, the air flow path is blocked, and the air volume is reduced. As a result, there is a concern that the performance deteriorates. Therefore, in the fin tube type heat exchanger used for the outdoor unit, generally, the plate fin is not cut and raised. This is because the cut-and-raised piece having a high heat transfer coefficient with air is likely to form frost.
In order to increase the efficiency (performance) of this type of heat exchanger, the plate fins are corrugated or provided with ridges. For example, in Patent Document 1, peak portions protruding from the plate surface are formed on the plate fin on the upstream side and the downstream side of the air flow (hereinafter sometimes simply referred to as the upstream side and the downstream side), respectively. Furthermore, peaks are also formed in the region between the tubes arranged in a direction orthogonal to the direction of air flow.
Further, in
暖房運転時に蒸発器として機能する室外機の熱交換器は、よく知られているように、外気温が低いと、プレートフィンの上流側、特に空気との熱伝達率が高いプレートフィンの上流に位置する山部で着霜が生じ易い。
着霜により、プレートフィン間の空気流路が狭くなると、プレートフィン間を通過する風量が減少するため熱交換性能が低下してしまう。
以上に加えて、プレートフィンを特許文献2のように非対称に形成すると、プレートフィンをプレス加工する際にプレートフィンの内部応力が対称とならないために、プレートフィンがねじれるおそれがある。
As is well known, the heat exchanger of an outdoor unit that functions as an evaporator during heating operation is located upstream of the plate fins, particularly upstream of the plate fins having a high heat transfer coefficient with air, when the outside air temperature is low. Frost is likely to occur at the peak portion.
When the air flow path between the plate fins becomes narrow due to frost formation, the air volume passing between the plate fins decreases, so that the heat exchange performance deteriorates.
In addition to the above, if the plate fin is formed asymmetrically as in
本発明は、上記の課題に基づいて、着霜が生じても高い熱交換性能を維持できる上、加工性にも優れる熱交換器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a heat exchanger that can maintain high heat exchange performance even when frost is formed and has excellent workability based on the above-described problems.
熱交換器への着霜をなくすことは困難であるため、本発明者は、着霜してもプレートフィン間を通過する風量の減少を抑えることを検討した。つまり、空気はチューブの間を通過し、チューブの位置およびその近傍は空気流路として殆ど機能していないことから、空気の上流側において、チューブに向けて空気を誘導することにより、チューブおよびその近傍に対して優先的に着霜させることを着想した。 Since it is difficult to eliminate frost formation on the heat exchanger, the present inventor has studied to suppress a decrease in the amount of air that passes between the plate fins even when frost formation occurs. In other words, air passes between the tubes, and the position of the tube and the vicinity thereof hardly function as an air flow path. Therefore, by guiding the air toward the tube on the upstream side of the air, the tube and its tube The idea was to preferentially frost the neighborhood.
以上の着想に基づく本発明の熱交換器は、互いに間隔をおいて配置される複数のプレートフィンと、複数のプレートフィンの各々に形成されるチューブ孔を厚み方向に貫通し、内部を冷媒が流れるチューブと、を備えている。
プレートフィンは、プレートフィン間を流れる空気流が通過し易い通過容易部と、通過容易部よりも空気流が通過し難い通過困難部とを備えている。このプレートフィンは、通過容易部および通過困難部を含めた全体が、連続した面をなすとともに、空気流の上流側と下流側とに二等分する中心線に対称に形成されている。
通過容易部は、チューブよりも上流側および下流側にそれぞれ配置されている。
通過困難部は、空気流に直交する方向に並ぶチューブに挟まれた中間領域よりも上流側および下流側に配置されている。
The heat exchanger according to the present invention based on the above idea passes through a plurality of plate fins arranged at intervals from each other and tube holes formed in each of the plurality of plate fins in the thickness direction, and a refrigerant is contained inside. A flowing tube.
The plate fin includes an easy-to-pass portion through which an air flow flowing between the plate fins easily passes, and a difficult-to-pass portion through which the air flow does not pass easily compared to the easy-to-pass portions. The entire plate fin including the easy passage portion and the difficult passage portion forms a continuous surface and is formed symmetrically with respect to a center line that bisects the upstream side and the downstream side of the air flow.
The easy-to-pass portions are respectively arranged on the upstream side and the downstream side of the tube.
The difficult-to-pass portions are arranged on the upstream side and the downstream side of the intermediate region sandwiched between the tubes arranged in the direction orthogonal to the air flow.
本発明の熱交換器によれば、通過容易部から相対的に多い風量で空気を流入させることにより、外気温が低く、着霜が生じるとき、通過容易部およびその下流側の近傍への着霜を促進している。そうすると、通過困難部およびそれよりも下流側に位置するチューブ間の中間領域への着霜量が減る。
ここで、通過容易部およびその近傍へ着霜したとしても、その部分は、元々チューブが障壁となって空気が流れ難いため、全体の風量を確保する上での影響が小さい。通過困難部および中間領域への着霜が抑制されていれば、空気流路が閉塞されることが起こり難い。つまり、着霜が生じたとしても、それに伴う風量低下を避けられるので、熱交換性能を維持できる。
しかも、通過容易部および通過困難部を含むプレートフィンの全体が連続した面をなしている。通過容易部および通過困難部は、例えば、プレートフィンを厚み方向に変形させて凹凸を施すことによって形成される。本発明は、一端で不連続な箇所が生じる切り起こし片がプレートフィンに形成されない点でも、着霜抑制に寄与できる。
その上、下流側にも通過容易部および通過困難部が形成されているので、上流側から流入した空気が通過容易部から抜けていく。このように通過容易部に向けて空気が案内されることで、チューブの下流側にできる死水域が縮小するので、有効に熱交換が行われる伝熱面積が増大する。これにより、高い熱交換性能を実現できる。
さらには、プレートフィンが対称な形状とされていることにより、プレートフィンをプレス加工により形成する際に生じる残留応力が対称となり、加工時にねじれ難いので、プレートフィンを容易に製作することができる。
According to the heat exchanger of the present invention, when the outside air temperature is low and frosting occurs by allowing air to flow from the easily passing portion with a relatively large air volume, Promotes frost. If it does so, the amount of frost formation to the intermediate region between the difficult passage part and the tube located downstream rather than it will reduce.
Here, even if frost is formed on the easy-to-pass portion and its vicinity, the portion has a small influence on securing the entire air volume because the tube originally becomes a barrier and it is difficult for air to flow. If frost formation on the difficult-to-pass portion and the intermediate region is suppressed, it is difficult for the air flow path to be blocked. In other words, even if frost formation occurs, the air volume reduction associated therewith can be avoided, so that the heat exchange performance can be maintained.
And the whole plate fin including the easy passage part and the difficult passage part has comprised the continuous surface. The easy-to-pass part and the difficult-to-pass part are formed, for example, by deforming the plate fins in the thickness direction to make irregularities. The present invention can also contribute to the suppression of frost formation in that a cut-and-raised piece in which a discontinuous portion is formed at one end is not formed on the plate fin.
In addition, since the easy-to-pass part and the difficult-to-pass part are formed on the downstream side, the air flowing in from the upstream side escapes from the easy-to-pass part. By guiding the air toward the easily passing portion in this way, the dead water area formed on the downstream side of the tube is reduced, so that the heat transfer area where heat exchange is effectively performed increases. Thereby, high heat exchange performance is realizable.
Furthermore, since the plate fins have a symmetrical shape, the residual stress generated when the plate fins are formed by press working becomes symmetric, and the plate fins can be easily manufactured because they are difficult to twist during processing.
本発明における通過容易部および通過困難部は、次のような種々の具体的形態として構成することができる。本発明では、通過容易部および通過困難部を含むプレートフィン全体が、連続した面をなすので、プレートフィンの一部を切り起こし、その切り起こし片の一端で不連続な箇所が生じる構成と比較して、空気の流れを制御する通過容易部および通過困難部の種々の形態を容易に実現できる。
第1の形態として、通過困難部は、プレートフィンの表面から突出する凸部とされ、通過容易部は、高さが通過困難部よりも低い。
第1の形態では、通過容易部の高さをプレートフィンの表面と同じ高さとすることができる。
第2の形態として、通過容易部は、空気流の方向における寸法が通過困難部よりも細い。
The easy passage portion and the difficult passage portion in the present invention can be configured as various specific forms as follows. In the present invention, since the entire plate fin including the easy passage portion and the difficult passage portion forms a continuous surface, a part of the plate fin is cut up and compared with a configuration in which a discontinuous portion is generated at one end of the cut and raised piece. Thus, various forms of the easy passage portion and the difficult passage portion that control the air flow can be easily realized.
As a 1st form, a difficult passage part is made into the convex part which protrudes from the surface of a plate fin, and the easy passage part has a height lower than a difficult passage part.
In the 1st form, the height of the easy passage part can be made the same height as the surface of a plate fin.
As a 2nd form, the dimension in the direction of an air flow is narrower than the difficulty passage part in the easy passage part.
以上の第1、第2のいずれの形態においても、通過容易部および通過困難部を上流側に備えることにより、上記と同様に、着霜が生じても熱交換性能を維持できる効果が得られる。
これに加えて、下流側にも通過容易部および通過困難部を備えていることにより、上述したように、死水域の縮小によって高い熱交換性能を実現できる。
In any of the first and second embodiments described above, by providing the easy-to-pass part and the difficult-to-pass part on the upstream side, the effect of maintaining the heat exchange performance even when frost is formed can be obtained as described above. .
In addition to this, by providing the easy passage portion and the difficult passage portion on the downstream side, as described above, high heat exchange performance can be realized by reducing the dead water area.
また、本発明では、空気流の方向と直交する方向における通過容易部の寸法を長さL、チューブ孔の直径をD、直交する方向におけるチューブ孔間ピッチをDpとすると、L/Dは、下記式を満足することが好ましい。
さらに、本発明では、通過容易部が、上流側において、平面視でチューブに向けて突出し、通過困難部が、上流側において、平面視で中間領域とは反対側に向けて突出し、通過容易部と通過困難部との間には、空気流に直交する方向に対して傾斜する傾斜部が設けられていることが好ましい。
この発明では、通過困難部に到達した空気が傾斜部によって通過容易部に案内されるため、チューブに向けて空気を誘導する効果が促進される。このため、チューブおよびその近傍に対して着霜する効果がさらに顕著となる。
Further, in the present invention, the easy-to-pass portion protrudes toward the tube in a plan view on the upstream side, and the difficult-to-pass portion protrudes toward the opposite side to the intermediate region in the plan view on the upstream side. It is preferable that an inclined portion that is inclined with respect to a direction orthogonal to the air flow is provided between the first and second difficult passage portions.
In this invention, since the air that has reached the difficult-to-pass portion is guided to the easy-to-pass portion by the inclined portion, the effect of inducing air toward the tube is promoted. For this reason, the effect of frosting on the tube and the vicinity thereof is further remarkable.
そして、本発明では、プレートフィンは、中間領域に、プレートフィンの表面から突出する山部を有し、山部は、チューブに向けて下る斜面を有することが好ましい。
プレートフィン間には、空気流のチューブへの衝突によって乱流が存在するところ、本発明では、山部の斜面に沿って、本来の空気流の流れと直交する方向に空気を導き、乱流を促進している。こうすることで熱伝達が促進されるため、熱交換性能を向上させることができる。
また、山部の斜面はチューブに向けて下っているので、中間領域に流入した空気が、この斜面によりチューブの側面に向けて案内される。これにより、チューブの下流側に回り込む風量が増えて死水域がより縮小されるので、熱交換性能のさらなる向上に寄与できる。
And in this invention, it is preferable that a plate fin has the peak part which protrudes from the surface of a plate fin in an intermediate | middle area | region, and a peak part has a slope which goes down toward a tube.
Where turbulent flow exists between the plate fins due to the collision of the air flow with the tube, in the present invention, air is guided along the slope of the mountain portion in a direction orthogonal to the flow of the original air flow, Promotes. In this way, heat transfer is promoted, so that the heat exchange performance can be improved.
Further, since the slope of the mountain portion is lowered toward the tube, the air flowing into the intermediate region is guided toward the side surface of the tube by this slope. Thereby, since the air volume which goes around to the downstream side of a tube increases and a dead water area is reduced more, it can contribute to the further improvement of heat exchange performance.
本発明の熱交換器によれば、着霜が生じても、高い熱交換性能を維持できる上、加工性にも優れる。 According to the heat exchanger of the present invention, even if frost formation occurs, high heat exchange performance can be maintained and workability is also excellent.
以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
なお、以降の説明では、それまでに説明した構成と同様のものには同じ符号を付し、その説明を省略または簡略にする。
〔第1実施形態〕
図1に示す第1実施形態のフィンチューブ熱交換器1は、空気調和機の室外機に搭載されている。この熱交換器1は、間隔をおいて多数重ねられるプレートフィン20と、これらのプレートフィン20を厚み方向に貫通する銅等の金属製のチューブ10とを備えている。チューブ10の外径は例えば5〜8mm,重なり合うプレートフィン20間のピッチは例えば1.0mm〜1.6mmが好適である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
In the following description, the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
[First Embodiment]
The finned-tube heat exchanger 1 of 1st Embodiment shown in FIG. 1 is mounted in the outdoor unit of an air conditioner. The heat exchanger 1 includes
チューブ10は、プレートフィン20をそれらの積層方向の一方端202から貫通する多数のヘアピンチューブ11と、積層方向の他方端201において隣り合うヘアピンチューブ11の端部同士を連結するUベンド12とから構成されている。チューブ10内には、その一方の端部10Aから図示しない冷媒が導入され、他方の端部10Bから導出される。
なお、2本以上のチューブ10を熱交換器1に設けることもできる。
The
Two or
プレートフィン20は、図2に具体的形状を示すように、プレートフィン20間に向けて図示しない送風ファンによって導かれる空気流の方向(図2のX方向。以下、幅方向。)に直交する長手方向(図2のY方向)に細長い短冊状に形成されている。プレートフィン20には、チューブ10が通される複数のチューブ孔21が形成されている。このプレートフィン20は、必要とされる熱交換容量に応じて複数枚が配置される。
As shown in a specific shape in FIG. 2, the
チューブ孔21の周縁には、プレートフィン20の表面から立ち上がるカラー21Aが形成されている。このカラー21Aの内周面に、チューブ10(図1)の外周が密着している。
また、チューブ孔21は、等しいピッチDpで長手方向Yに並んでいる。ここで、幅方向Xに隣り合うプレートフィン20同士で、各々のチューブ孔21の形成位置を(Dp/2)だけ相互にずらしてある。
A
Further, the tube holes 21 are arranged in the longitudinal direction Y at the same pitch Dp. Here, between the
各プレートフィン20は、一方の面(表面)側に、複数の山部22と、空気流の上流側に位置する複数の第1凸部23と、空気流の下流側に位置する複数の第2凸部24と、を有している。
山部22は、長手方向Yに隣り合うチューブ孔21の間の領域である中間領域220に形成されている。本実施形態では、1つの中間領域220に2つの山部22が、幅方向Xに並んで形成されている。
山部22の高さは、重なり合うプレートフィン20間のピッチの例えば40〜70%が好適である。
この山部22は、頂点22Aを中心にして、幅方向Xに下る斜面と、長手方向Yに下る斜面とを有している(図3(A)、(B))。つまり、山部22は、四角錘状の形態を有している。頂点22Aは、長手方向Yに隣り合うチューブ孔21の孔中心間の中点と一致する。
このような山部22は、その裾がカラー21Aから少し離れるように形成されており、カラー21Aの基端外周には、勾配のない環状の平坦部210(図3(A))が形成されている。この平坦部210の高さは、プレートフィン20における基準の高さとされている。
なお、山部22の斜面は、平坦面に限らず、曲面としてもよい。これは、第1凸部23、第2凸部24も同様である。
Each
The
The height of the
The
Note that the slope of the
第1凸部23は、山部22よりも上流側に設けられており、山部22と同様に、頂点26を中心にして、幅方向Xに下る斜面(図3(B))と、長手方向Yに下る斜面(図4)とを有する山形の形状を有している。なお、頂点26は、長手方向Yの位置が頂点22Aと一致し、頂点22Aよりも高さが低い。
また、本実施形態では、第1凸部23の勾配の終端27(図4)は、チューブ孔21に掛かる位置(チューブ孔21の孔中心の横)まで到達している。この終端27では、プレートフィン20表面(平坦部210)からの高さが「0」であってもよい。
第2凸部24は、山部22よりも下流側に設けられており、第1凸部23と同様に、頂点26を中心にして、幅方向Xに下る斜面(図3(B))と、長手方向Yに下る斜面(図4)とを有する山形の形状を有している。
The first
Further, in the present embodiment, the terminal end 27 (FIG. 4) of the gradient of the first
The 2nd
以上のように、プレートフィン20には、空気流の上流側から下流側に向けて、第1凸部23、2つの山部22、および第2凸部24が順に配置されている。ここで、チューブ10よりも上流側には、第1凸部23の裾(終端27)が達しているだけである。したがって、プレートフィン20に向けて導かれた空気に対して、第1凸部23が設けられた領域よりも、チューブ10の上流側の方が、抵抗が小さい。そうすると、送風ファンから導かれた空気は、第1凸部23を乗り越えるよりも、チューブ10の上流側からプレートフィン20に流入する。つまり、チューブ20の上流側は空気が通過し易い通過容易部231となり、逆に、第1凸部23は空気が通過し難い通過困難部232として機能する。
第1凸部23と同様の第2凸部24が形成されていることにより、チューブ20の下流側は通過容易部241となり、第2凸部24は通過困難部242として機能する。通過容易部231,241はチューブ10を間に挟んで互いに対向している。また、通過困難部232,242は中間領域220を間に挟んで互いに対向している。
As described above, the first
Since the second
第1、第2凸部23,24の高さはいずれも、図3(B)に示すように、中間領域220の2つの山部22,22の高さよりも低い。第1,第2凸部23,24の頂点26の高さは,山部22の頂点22Aの高さの例えば40〜60%が好適である。これにより、プレートフィン20間に流入した空気が第1凸部23を乗り越え、山部22,22に流通するとともに、第2凸部24を乗り越えて隣接するプレートフィン20へと流入する。
The heights of the first and second
以上のように構成されたプレートフィン20は、図2に示すように、プレートフィン20を上流端部20A側と下流端部20B側とに二等分する中心線C1に対称(平面視で対称)に形成されている。また、図3(B)に示すように、それらの断面形状もまた、上流端部20A側と下流端部20B側とに二等分する中心線C2に対称に形成されている。
As shown in FIG. 2, the
空気調和機の運転時には、図1に示すように、プレートフィン20間に向けて、送風ファンから空気(外気)が導かれる。この空気と、チューブ10内を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。
本実施形態では、山部22、および第1、第2凸部23,24が形成されており、それらに空気が衝突して伝熱促進効果が得られるので、熱交換性能が向上する。
During operation of the air conditioner, as shown in FIG. 1, air (outside air) is guided from the blower fan toward the
In the present embodiment, the
プレートフィン20間に流入した空気は、上流端部20Aから下流端部20Bに向けて流れ、下流端部20Bから、隣接するプレートフィン20の上流端部20Aへと流入する。隣り合うプレートフィン20同士でチューブ孔21の位置をDp/2ずらすことにより、空気流がチューブ10の間を縫って流れ易くしてある。
The air flowing between the
暖房運転時、外気温が低いと、空気と熱交換する冷媒の温度も低下し、プレートフィン20の温度が0℃以下となるため、プレートフィン20、20間を流通する空気中に含まれる水分がプレートフィン20の表面に霜となって析出する。特に、空気との熱伝達率が高い上流端部20Aで着霜が生じ易い。
その上流端部20Aの中でも、冷媒温度の近くまで温度が低下するチューブ10の近傍で特に、着霜が生じ易い。
さらに、カラー21Aおよびチューブ10の側面は、空気が衝突するために熱伝達率が高いので、着霜が生じ易い。
During the heating operation, if the outside air temperature is low, the temperature of the refrigerant that exchanges heat with the air also decreases, and the temperature of the
Among the
Further, the side surfaces of the
以上の点に鑑みて、通過容易部231および通過困難部232を空気流の上流側に設けることで、熱交換器1に流入する空気を通過容易部231に誘導する。そうすると、通過容易部231およびその下流側に位置するカラー21Aおよびチューブ10の側面に着霜が優先的に生じる。一方で、通過困難部232を通過する空気の量が相対的に減るので、通過困難部232およびそれよりも下流側に位置する中間領域220への着霜量を減らせる。
In view of the above points, by providing the easy-to-
ここで、通過容易部231の近傍で顕著に着霜が生じても、その部分は元々、カラー21Aやチューブ10の側面の存在によって空気が流れ難い。したがって、プレートフィン20間を流れる全体の風量に与える影響が小さい。冷媒と空気との熱交換への寄与が最も大きい中間領域220およびその近傍への着霜が抑制されるので、空気流路が閉塞するのを回避できる。つまり、本実施形態によると、着霜が生じたとしても、それによる風量低下を避けられる。
Here, even if frosting is remarkably generated in the vicinity of the easy-to-
また、本実施形態によると、熱交換器1に流入する空気流の一部を通過容易部231に誘導する分、第1凸部23、つまり通過困難部232を通過する風量は減少するものの、その減少分は限定的であり、プレートフィン20間を流れる全体の風量は十分に確保される。
In addition, according to the present embodiment, the amount of air passing through the first
以上は、プレートフィン20の上流端部20Aにおける作用効果であったが、本実施形態によれば、プレートフィン20の下流端部20Bにおいても、次のような作用効果が得られる。
チューブ10を間に挟んで第1凸部23と対向する第2凸部24にも、空気抵抗が小さい通過容易部241が形成されている。このため、図5に示すように、第1凸部23の通過容易部231から流入した空気は、チューブ10の外周に沿って、チューブ10よりも下流に回り込む。
これにより、図6に模式的に示すように、死水域253が図6(B)に示すように縮小するので(死水域252)、有効に熱交換が行われる伝熱面積が増大し、プレートフィン20全体の熱交換性能が向上する。なお、死水域とは、空気の流れが遅いために熱伝達率が低くなり、伝熱領域として有効に機能しない領域を言う。
ここで、山部22や第1凸部23の高さをより高くしても伝熱面積が増大するが、この場合は、圧力損失(空気圧損)が増大するので、同等の熱交換性能を得るには送風ファンの入力が増大する。これに対して、死水域を縮小させれば、送風ファンの入力増大を伴わずに、熱交換性能を向上させることができる。
The above is the operation and effect at the
An easy-to-
Thereby, as schematically shown in FIG. 6, since the
Here, the heat transfer area increases even if the height of the
図7は、通過容易部231,241の高さを変えたときの、熱交換性能比率を計算した結果を示している。ここでの高さは、本実施形態では、第1、第2凸部23,24の終端27(図4)でのプレートフィン20表面からの高さである。
図7の横軸は、通過困難部232,242の高さを1.0としたときの、通過容易部231,241の高さを示している。また、図7の縦軸は、熱交通風動力を一定としたときの熱交換性能比率を示している。ここで、熱交通風動力は、空気圧損と風量との積であり、熱交換器1への送風ファンの入力に相当する。
通過容易部231,241の高さが通過困難部232,242の高さより低くなると、熱交換性能が次第に向上する。これは、通過容易部231,241が低くなったことで空気圧損が減少する効果と、死水域の減少による有効伝熱面積増大の効果が合わさったことによる。
以上のように、通過容易部231,241の高さを低くすることによって、熱交換器1への送風ファン入力に対する熱交換性能を向上させることができる。
FIG. 7 shows the result of calculating the heat exchange performance ratio when the heights of the
The horizontal axis of FIG. 7 indicates the height of the
When the height of the
As described above, by reducing the height of the easy-to-
上記の効果に加え、本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
プレートフィン20は、その上流端部20A側と下流端部20B側とが対称な形状とされている。したがって、プレートフィン20をプレス加工する際に生じる残留応力もまた対称となるので、加工時にねじれ難く、それを矯正する手間が省ける。
In addition to the above effects, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The
また、山部22が長手方向Yにも斜面を有している。プレートフィン20間を流れる空気流には、カラー21Aやチューブ10への衝突によって乱流が生じるが、その乱流が長手方向Yの斜面に沿った流れによって促進される。これにより、伝熱が促進され、熱交換性能が向上する。
これに加えて、その山部22の斜面はチューブ10に向けて下っているので、中間領域220に流入した空気が、この斜面によりチューブ10に向けて案内される。これにより、チューブ10の下流側に回り込む風量が増えて死水域がより縮小されるので、熱交換性能のさらなる向上に寄与できる。
Further, the
In addition to this, since the slope of the
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について、図8、図9を参照して説明する。なお、図8では、中間領域220に形成された山部22の図示が省略されている。以降の実施形態の各図においても同様である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 8, the illustration of the
プレートフィン30の上流端部30Aには、長手方向Yに等間隔をおいて複数の第1凸部332が形成されている。第1凸部332は、プレートフィン30の表面から一定の高さ(例えば、第1実施形態における頂点26と同じ高さ)で突出しており、通過困難部として機能する。この第1凸部332は、中間領域220の上流側に設けられている。第1凸部332は、一定の高さで形成される点を除いては、第1実施形態の第1凸部23と同様に形成されている。
そして、長手方向Yで隣り合う第1凸部332の間の領域が、上流端部20Aに形成された通過容易部331とされている。
A plurality of first
And the area | region between the 1st
プレートフィン30の下流端部30Bにも、第1凸部332と同様の第2凸部342が形成されており、隣り合う第2凸部342間の領域が、下流端部30Bに形成された通過容易部341とされている。
なお、通過容易部331,341はプレートフィン20の表面と同じ高さであるが、第1凸部332,342よりも背が低い突部としてもよい。また、第1凸部332,342の上端は平坦な面とされているが、階段状にしてもよい。以降の実施形態でも同様である。
A second
The
後述する図9で参照するように、複数のチューブ孔21は、長手方向Yにおいて所定のピッチDpで並んでいる。また、チューブ孔21の径はDとされ、通過容易部331(通過容易部341も同じ)の長手方向Yの寸法は長さLとされている。長さLは、隣り合う第1凸部33間の距離(あるいは、第2凸部34間の距離)に等しい。
As will be described later with reference to FIG. 9, the plurality of tube holes 21 are arranged at a predetermined pitch Dp in the longitudinal direction Y. The diameter of the
上記のように構成された本実施形態によっても、第1実施形態と同様の作用効果が得られる。つまり、通過容易部331およびその近傍に着霜が生じ易くなる一方、第1凸部332およびその近傍では着霜が抑制されるので、着霜に伴う風量低下を避けられる。
加えて、下流端部30Bの通過容易部341により、チューブ10の下流側に回り込む風量が増えることで死水域が縮小する(図6参照)。これによって、熱交換性能が向上する。したがって、着霜が生じたとしても、高い熱交換性能を実現できる。
Also according to the present embodiment configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. That is, frost formation is likely to occur in the easy-to-
In addition, the dead water area is reduced by increasing the amount of air flowing around the downstream side of the
さて、通過容易部331,341と、通過困難部である第1、第2凸部332,342との長手方向Yにおける長さの配分により、熱交換性能比率が変わることが、図9に示す計算結果によって確かめられている。
図9の横軸は、(L/D)すなわち、チューブ孔21の径Dに対する、通過容易部331,341の長さである。そして縦軸は、図7と同様に、熱交通風動力を一定としたときの熱交換性能比率を示している。また、破線、実線はそれぞれ、Dpが相対的に大、小のときの特性を示している。
Now, it is shown in FIG. 9 that the heat exchange performance ratio varies depending on the length distribution in the longitudinal direction Y between the easy-to-
The horizontal axis in FIG. 9 is (L / D), that is, the length of the easy-to-
ここで、破線、実線のいずれの特性とも、長さLが径D以上(L/D≧1)になると、熱交換性能比率の増大率が大きくなることがわかる。長さLが径Dよりも小さければ(L/D<1)、カラー21Aおよびチューブ10が空気流の障壁となり、通過容易部341における空気通過量をあまり増やせないので、死水域はさほど縮小されず、熱交換性能向上への寄与が小さい。すなわち、L/Dは1以上にするのが好ましい。
Here, it can be seen that the increase rate of the heat exchange performance ratio increases when the length L is equal to or greater than the diameter D (L / D ≧ 1) in both the broken line and solid line characteristics. If the length L is smaller than the diameter D (L / D <1), the
一方、破線、実線のいずれも、ある点をピークに熱交換性能比率が減少に転じる。したがって、第1、第2凸部332,342の寸法を定めるときには、この点を考慮することが望まれる。
On the other hand, in both the broken line and the solid line, the heat exchange performance ratio starts decreasing at a certain point. Therefore, it is desirable to consider this point when determining the dimensions of the first and second
第1、第2凸部332,342の長さは(Dp−L)で表されるが、風量が最小となるように、第1凸部332とチューブ10で上流端30A側の流路を閉塞し、第2凸部342とチューブ10で下流端部30B側の流路を閉塞するように第1、第2凸部332,342を配置した場合には、第1、第2凸部332,342の長さは(Dp−D)で表される。
ここで、第1、第2凸部332,342の設置によって十分な伝熱促進効果が得られるか否かは、第1、第2凸部332,342の長さ(Dp−L)が(Dp−D)の1/2となる点を分岐点としており、十分な伝熱促進効果を得るには、(Dp−L)が(Dp−D)の1/2以上である必要がある。これを式に表すと、次の式(1)となる。これを変形すると、高い熱交換性能比率を実現できるL/Dの好適な上限が得られ、上記の下限と共に示せば、式(2)となる。この式(2)が示す範囲(図9に破線、実線でそれぞれ示した範囲)によれば、熱交換性能をより確実に向上させることができる。
The lengths of the first and second
Here, whether the first and second
ここで、第1実施形態、および後述する実施形態をはじめ、通過容易部および通過困難部が如何なる形状をとろうとも、図9に示したのと同様の計算結果が得られ、通過容易部と、通過困難部との長手方向Yにおける長さの配分によって熱交換性能比率が変わるので、L/Dは、式(2)の範囲であることが好ましい。 Here, the same calculation results as shown in FIG. 9 are obtained regardless of the shapes of the first embodiment and the later-described embodiments, such as the easy passage portion and the difficult passage portion. Since the heat exchange performance ratio varies depending on the length distribution in the longitudinal direction Y with the difficult-to-pass portion, L / D is preferably in the range of the formula (2).
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態について、図10を参照して説明する。
プレートフィン50の上流端部50Aには、長手方向Yの一端から他端まで連続するとともに、第1凸部53が形成されている。第1凸部53は、チューブ20の上流側では幅が細く、中間領域220の上流側では幅が太い。第1凸部53の幅が細い部分は、太い部分に比べて空気抵抗が少ないため、空気が通過し易い。このため、細い部分が通過容易部531とされ、太い部分が通過困難部532とされている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The
下流端部50Bにも、第1凸部53と同様に形成された第2凸部54が形成されている。第2凸部54は、チューブ孔21を挟んで通過容易部531に対向する通過容易部541と、中間領域220を挟んで通過困難部532に対向する通過困難部542とを有している。
このような本実施形態によっても、第1実施形態と同様の作用効果が得られる。
A second
Also according to this embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained.
以上、第1実施形態〜第3実施形態により、プレートフィンの上流側および下流側のそれぞれに、通過容易部および通過困難部を形成する手法をいくつか例示したが、2以上の手法を組み合わせて、通過容易部および通過困難部を形成することもできる。 As described above, according to the first to third embodiments, several methods of forming the easy passage portion and the difficult passage portion are illustrated on the upstream side and the downstream side of the plate fin, respectively, but two or more methods are combined. In addition, an easy-to-pass part and a difficult-to-pass part can be formed.
また、図2には、4列のプレートフィン20を個別にプレス成形する例を示したが、必要な列数のプレートフィン20に相当するサイズの素材をプレス成形することにより、複数のプレートフィンを一体的に形成することもできる。
FIG. 2 shows an example in which four rows of
〔第4実施形態〕
上記各実施形態で述べたプレートフィンの上流側でのチューブ10に向けた空気誘導効果は、通過容易部と通過困難部との間に、長手方向Yに対して傾斜する傾斜部を備える構成によって促進させることができる。
例えば、上記第1実施形態で述べた構成に傾斜部を適用すると、図11に示すような構成となる。
プレートフィン40の上流端部40Aには、長手方向Yの一端から他端まで連続し、平面視で波状に蛇行した第1凸部43が形成されている。
第1凸部43は、図4に示した第1凸部23と同様に高さに勾配が付けられており、それによってチューブ10の上流側に通過容易部431が形成されるとともに、中間領域220の上流側に通過困難部432が形成されている。
そして、通過容易部431が、下流側(チューブ10)に向けて凸となるように湾曲するとともに、通過困難部432が、上流側(中間領域220とは反対側)に向けて凸となるように湾曲している。これらの通過容易部431と通過困難部432との間に傾斜部Rが形成される。
[Fourth Embodiment]
The air induction effect toward the
For example, when the inclined portion is applied to the configuration described in the first embodiment, the configuration shown in FIG. 11 is obtained.
The
The first
The easy-to-
一方、下流端部40Bにも、第1凸部43と同様に波状に蛇行した第2凸部44が形成されている。第1、第2凸部43,44は、中心線C1に対称に形成されている。
この第2凸部44も、第1凸部43と同様に高さに勾配が付けられており、それによってチューブ10の下流側に通過容易部441が形成されるとともに、中間領域220の下流側に通過困難部442が形成されている。
第1凸部43および第2凸部44は、幅が一定に形成されている。なお、第1凸部43および第2凸部44には、図3(B)に示すように、幅方向Xにも勾配が付けられていてもよい。
On the other hand, in the
Similarly to the first
The first
上流端部40Aから流入しようとする空気は、通過困難部432に到達した分も傾斜部Rによって通過容易部431に案内されるので、通過困難部432よりも通過容易部431からより多くの空気が下流に向けて流入する。このように、チューブ10に向けて空気を誘導する効果が促進されるので、チューブ10およびその近傍に対して着霜する効果がさらに顕著となる。
なお、通過容易部と通過困難部との間に、長手方向Yに対して傾斜する傾斜部Rを備える構成は、第2実施形態や第3実施形態にも適用できる。
The air that is about to flow in from the
In addition, the structure provided with the inclination part R which inclines with respect to the longitudinal direction Y between an easy passage part and a difficult passage part is applicable also to 2nd Embodiment or 3rd Embodiment.
上記で述べた以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。 In addition to those described above, the configurations described in the above embodiments can be selected or modified as appropriate to other configurations without departing from the gist of the present invention.
1 フィンチューブ熱交換器
10 チューブ
20,30,40,50 プレートフィン
20A,30A,40A,50A 上流端部
20B,30B,40B,50B 下流端部
21 チューブ孔
21A カラー
22 山部
22A 頂点
23 第1凸部
24 第2凸部
26 頂点
27 終端
43 第1凸部
44 第2凸部
53 第1凸部
54 第2凸部
210 平坦部
220 中間領域
231 通過容易部
232 通過困難部
241 通過容易部
242 通過困難部
252,253 死水域
331 通過容易部
332 第1凸部
341 通過容易部
342 第2凸部
431 通過容易部
432 通過困難部
441 通過容易部
442 通過困難部
531 通過容易部
532 通過困難部
541 通過容易部
542 通過困難部
R 傾斜部
1 Fin
Claims (7)
前記複数のプレートフィンの各々に形成されるチューブ孔を厚み方向に貫通し、内部を冷媒が流れるチューブと、を備え、
前記プレートフィンは、
前記プレートフィン間を流れる空気流が通過し易い通過容易部と、前記通過容易部よりも前記空気流が通過し難い通過困難部と、を備え、前記通過容易部および前記通過困難部を含めた全体が、連続した面をなすとともに、当該プレートフィンを前記空気流の上流側と下流側とに二等分する中心線に対称に形成され、
前記通過容易部は、前記チューブよりも前記上流側および下流側にそれぞれ配置され、
前記通過困難部は、前記空気流に直交する方向に並ぶ前記チューブに挟まれた中間領域よりも前記上流側および前記下流側に配置される、
ことを特徴とする熱交換器。 A plurality of plate fins spaced apart from each other;
A tube that penetrates the tube hole formed in each of the plurality of plate fins in the thickness direction, and the refrigerant flows through the inside.
The plate fin is
An easy-to-pass part through which the air flow flowing between the plate fins easily passes, and a difficult-to-pass part through which the air flow is less likely to pass than the easy-to-pass part. The whole forms a continuous surface and is formed symmetrically with respect to a center line that bisects the plate fin into an upstream side and a downstream side of the air flow,
The easy-to-pass portions are respectively disposed on the upstream side and the downstream side of the tube,
The difficult passage portion is disposed on the upstream side and the downstream side of an intermediate region sandwiched between the tubes arranged in a direction orthogonal to the air flow.
A heat exchanger characterized by that.
前記通過容易部は、高さが前記通過困難部よりも低い、
請求項1に記載の熱交換器。 The passage difficult portion is a convex portion protruding from the surface of the plate fin,
The easy passage part has a height lower than the difficult passage part,
The heat exchanger according to claim 1.
請求項2に記載の熱交換器。 The height of the easy passage portion is the same as the surface of the plate fin.
The heat exchanger according to claim 2.
前記チューブ孔の直径をD、
前記直交する方向における前記チューブ孔間ピッチをDpとすると、
L/Dは、下記式を満足する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の熱交換器。
The diameter of the tube hole is D,
When the pitch between the tube holes in the orthogonal direction is Dp,
L / D satisfies the following formula:
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 3.
前記通過困難部が、前記上流側において、平面視で前記中間領域とは反対側に向けて突出し、
通過容易部と通過困難部との間には、前記空気流に直交する方向に対して傾斜する傾斜部が設けられている、
請求項1から5のいずれか一項に記載の熱交換器。 The easy-to-pass portion protrudes toward the tube in a plan view on the upstream side,
The difficult-to-pass portion protrudes toward the opposite side of the intermediate region in plan view on the upstream side;
Between the easy-to-pass part and the difficult-to-pass part, an inclined part that is inclined with respect to a direction orthogonal to the air flow is provided,
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 5.
前記山部は、前記チューブに向けて下る斜面を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の熱交換器。 The plate fin has a peak portion protruding from the surface of the plate fin in the intermediate region,
The said peak part is a heat exchanger as described in any one of Claim 1 to 6 which has a slope which goes down toward the said tube.
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