JP2013213603A - コルゲートフィン式熱交換器の排水構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コルゲートフィンに付着する凝縮水の排水性の向上を図ると共に、凝縮水による通気抵抗の増加を防止するようにしたコルゲートフィン式熱交換器の排水構造を提供すること。
【解決手段】鉛直方向に平行に対峙する上部ヘッダーパイプ２ａ及び下部ヘッダーパイプ２ｂと、これらヘッダーパイプに上端及び下端が連通接続され、扁平面同士を平行にして配列される複数の扁平状熱交換チューブ３と、扁平状熱交換チューブ間に介在され、扁平状熱交換チューブの鉛直方向に連続する波形状に屈曲されたコルゲートフィン４と、を具備するコルゲートフィン式熱交換器において、扁平状熱交換チューブの扁平面と直交する側面に沿って導水部材７を鉛直状に配置すると共に、該導水部材と扁平状熱交換チューブの両側に位置するコルゲートフィンの最上端から最下段の屈曲部４ａとを接触して、コルゲートフィンに付着した凝縮水を導水部材によって下方に流して排出する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、コルゲートフィン式熱交換器の排水構造に関するもので、更に詳細には、鉛直方向の扁平状熱交換チューブとコルゲートフィンを交互に配置したコルゲートフィン式熱交換器の排水構造に関するものである。

一般に、コルゲートフィン式熱交換器を蒸発器として使用した場合、コルゲートフィンや扁平状熱交換チューブ表面に凝縮水が付着して通気抵抗が増加する。

そのため、コルゲートフィン式の熱交換器は、ヘッダーパイプを鉛直方向の上下に位置し、コルゲートフィンと扁平状熱交換チューブを鉛直方向に配置させることで、フィン表面に付着する凝縮水が重力方向に流れるようにしている。

これにより、熱交換器に付着した凝縮水を排出することが可能であるが、コルゲートフィンは薄板を山谷に屈曲した形状であるため、プレートフィンに比べて凝縮水が移動する距離が長く、熱交換器下部より排水するまでに時間を要する。

上記問題を解決するために、出願人は、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する排水用案内板を設ける排水構造を提案している（例えば、特許文献１参照）。これにより、熱交換器に付着した凝縮水は排水用案内板を介して下部に流すことができる。

また、別の排水構造として、扁平状熱交換チューブの両側平面部（扁平面部）に、両端部を残して長さ方向に延びる凹条を形成し、この凹条により熱交換チューブとコルゲートフィンとの間に排水部を形成する構造のものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−２５４６２号公報（特許請求の範囲、図１〜図７） 特開平７−１９０６６１号公報（特許請求の範囲、図１，図２，図５）

しかしながら、特許文献１に記載のものは、コルゲートフィンの上部に付着する凝縮水の排水性を良好にするためには、コルゲートフィン同士間に排水用案内板を介在して排水用案内板をコルゲートフィンに接触させる必要があり、排水性の向上は図れる反面、排水用案内板を介在した分、通気抵抗が増大する懸念がある。

特許文献２に記載のものは、扁平状熱交換チューブの両側平面部（扁平面部）に凹条を形成し、この凹条により熱交換チューブとコルゲートフィンとの間に排水部を形成する構造であるが、厚さが数ミリの熱交換チューブにおいては、熱交換チューブの冷媒流路との関係で凹条の寸法に制限を受け、排水性に支障をきたす虞がある。また、凹条は両端部を残して形成するため、凹条の加工に手間を要するという問題がある。

また、この種のコルゲートフィン式熱交換器においては、特に熱交換器下部のコルゲートフィン間には表面張力により凝縮水が滞留し易いので、この滞留した凝縮水を熱交換器の下方に排出することが望まれている。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、コルゲートフィンに付着する凝縮水の排水性の向上を図ると共に、凝縮水による通気抵抗の増加を防止するようにしたコルゲートフィン式熱交換器の排水構造を提供することを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明のコルゲートフィン式熱交換器の排水構造は、鉛直方向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が連通接続され、扁平面同士を平行にして配列される複数の扁平状熱交換チューブと、上記扁平状熱交換チューブ間に介在され、扁平状熱交換チューブの鉛直方向に連続する波形状に屈曲されたコルゲートフィンと、を具備するコルゲートフィン式熱交換器において、上記扁平状熱交換チューブの扁平面と直交する側面に沿って導水部材を鉛直状に配置すると共に、該導水部材と上記扁平状熱交換チューブの両側に位置する上記コルゲートフィンの最上端から最下段の屈曲部とを接触してなり、上記コルゲートフィンに付着した凝縮水を上記導水部材によって下方に流して排出する、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、コルゲートフィンに付着した凝縮水は、扁平状熱交換チューブ側に流れ、熱交換チューブの側面に沿って鉛直状に配置された導水部材に流れて下部に排出される。

この発明において、上記導水部材と上記扁平状熱交換チューブの側面との間に、鉛直方向に延びる隙間を設けるのが好ましい（請求項２）。

このように構成することにより、導水部材と扁平状熱交換チューブの側面との間に設けられる隙間によって排水路が形成されるので、凝縮水の排水を迅速にすることができる。

また、この発明において、上記導水部材が上記扁平状熱交換チューブの両側面に設けられている方が好ましい（請求項３）。

このように構成することにより、扁平状熱交換チューブの両側に配置された導水部材を介して凝縮水を下部に排出することができる。

また、この発明において、上記導水部材は扁平状熱交換チューブの扁平面と直交する側面に沿って鉛直状に配置されるものであれば、１本の線状部材であってもよいが、好ましくは複数の線状部材の撚り線にて形成される方がよい（請求項４）。

このように構成することにより、導水部材自体に毛細管現象の働きにより水を誘引する機能を持たせることができ、凝縮水の下部への排水を迅速にすることができる。

加えて、この発明において、上記導水部材が上記コルゲートフィンの最下端より下方へ突出しているのが好ましい（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下端部に滞留する凝縮水を熱交換器の下方に確実に排出することができる。

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、コルゲートフィンに付着した凝縮水は、扁平状熱交換チューブ側に流れ、熱交換チューブの側面に沿って鉛直状に配置された導水部材に流れて下部に排出されるので、コルゲートフィンに付着する凝縮水の排水性の向上を図ると共に、凝縮水による通気抵抗の増加を防止することができる。

また、エアコンの室外機として低温環境で使用した際の除霜運転時に、溶解水が大量に発生しても円滑に排出されるため、除霜運転時間が短縮され、消費電力を低減できる。

（２）請求項２記載の発明によれば、導水部材と扁平状熱交換チューブの側面との間に設けられる隙間によって排水路が形成されるので、上記（１）に加えて更に凝縮水の排水を迅速にすることができ、排水性の向上が図れると共に、凝縮水による通気抵抗の増加を防止することができる。

（３）請求項３記載の発明によれば、扁平状熱交換チューブの両側に配置された導水部材を介して凝縮水を下部に排出することができるので、上記（１），（２）に加えて更に排水性の向上が図れると共に、凝縮水による通気抵抗の増加を防止することができる。

（４）請求項４記載の発明によれば、導水部材自体に毛細管現象の働きにより水を誘引する機能を持たせることができ、凝縮水の下部への排水を迅速にすることができるので、上記（１）〜（３）に加えて更に排水性の向上が図れると共に、凝縮水による通気抵抗の増加を防止することができる。

（５）請求項５記載の発明によれば、コルゲートフィンの下端部に滞留する凝縮水を熱交換器の下方に確実に排出することができるので、上記（１）〜（４）に加えて更に排水性の向上が図れると共に、凝縮水による通気抵抗の増加を防止することができる。

この発明に係る第１実施形態のコルゲートフィン式熱交換器を示す概略正面図である。 図１のＩ部拡大図である。 この発明における導水部材の別の配置状態を示す断面図である。 この発明におけるコルゲートフィンの一部を拡大して示す断面斜視図である。 この発明に係る第２実施形態のコルゲートフィン式熱交換器を示す概略正面図である。 図４のII部拡大図である。 この発明に係る第３実施形態のコルゲートフィン式熱交換器の要部を示す拡大正面図である。 この発明に係る第４実施形態のコルゲートフィン式熱交換器の要部を示す拡大正面図である。 第３，第４実施形態における導水部材の別の配置状態を示す断面図である。 排水試験の測定方法の手順を示す概略断面図である。 経過時間と保水量との関係を示すグラフである。

以下に、この発明を実施するための形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
この発明に係る第１実施形態のコルゲートフィン式熱交換器１（以下に熱交換器１という）は、図１に示すように、それぞれアルミニウム（アルミニウム合金を含む）製部材からなる、鉛直方向に平行に対峙する上部ヘッダーパイプ２ａ及び下部ヘッダーパイプ２ｂと、これらヘッダーパイプ２ａ，２ｂに上端及び下端が連通接続され、扁平面３ａ同士を平行にして配列される複数の扁平状熱交換チューブ３（以下に熱交換チューブ３という）と、隣接する熱交換チューブ３間に介在され、熱交換チューブ３の鉛直方向に連続する波形状に屈曲されるコルゲートフィン４と、コルゲートフィン４に付着した凝縮水を下方へ排出する導水部材７と、を具備している。

なお、下部ヘッダーパイプ２ｂの一方の端部側（図１の左側）には冷媒流入管９ａが接続されており、上部ヘッダーパイプ２ａの一方の端部側（図１の右側）には冷媒流入管９ｂが接続されている。

上記熱交換チューブ３は、図３に示すように、複数に区画された冷媒流路３ｃが形成されている。この熱交換チューブ３の上端部及び下端部は、それぞれ上部ヘッダーパイプ２ａ及び下部ヘッダーパイプ２ｂに設けられたスリット２ｃ内に挿入されてろう付けされる。この場合、上部ヘッダーパイプ２ａ及び下部ヘッダーパイプ２ｂは、表面にろう材を有するクラッド材にて形成するのが好ましい。

上記コルゲートフィン４は、薄板を所定の高さになるように山−谷折りを交互に繰り返して波形状に成形されており、熱交換器正面からの視点では、横Ｕ字形状の連続として見ることができる。なお、コルゲートフィン４の形状は必ずしも横Ｕ字形状の連続ではなく、横Ｖ字形状の連続であってもよい。このコルゲートフィン４は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にて形成されて、上部ヘッダーパイプ２ａ、下部ヘッダーパイプ２ｂ、熱交換チューブ３及び導水部材７とろう付けされている。

また、コルゲートフィン４には、コルゲートフィン４の幅方向に互いに平行に設けられた複数の縦スリット４ｃを切り起こして形成されたフィンルーバ４ｂ（図３参照）が設けられている。このようにコルゲートフィン４にフィンルーバ４ｂを設けることにより、コルゲートフィン４の横Ｕ字形状部表面に凝縮した凝縮水をフィンルーバ４ｂの切り起こしの縦スリット４ｃを介して下段の横Ｕ字形状部に移動することができる。

なお、コルゲートフィン４にフィンルーバ４ｂを設けることにより、熱交換能力の向上が図れる、すなわち、空気の通路に所定角度に成形された所定数のルーバーを設けることで、乱流効果等により熱伝達性能の向上が図れる。

また、左右端のコルゲートフィン４の外方側には、それぞれアルミニウム製のサイドプレート５がろう付けされている。また、ヘッダーパイプ２ａ，２ｂの左右開口端にはアルミニウム製のエンドキャップ６がろう付けされている。

上記導水部材７は、図２及び図３に示すように、アルミニウム製の２本の線材７ａを撚った撚り線にて形成されており、それ自体に毛細管現象の働きにより水を誘引する機能を備えている。このように形成される導水部材７は、図３（ａ）又は図３（ｂ）に示すように、熱交換チューブ３の扁平面３ａと直交する一方又は双方の側面３ｂに沿って側面３ｂとの間に水路を形成する隙間８を残して鉛直状に配置されると共に、熱交換チューブ３の両側に位置するコルゲートフィン４の最上端から最下段の屈曲部４ａに接触して設けられている。したがって、熱交換器１の構成部材である熱交換チューブ３に加工を施すことなく、容易に熱交換器１に導水部材７を組み付けて、排水機能を持たせることができる。

上記のように構成される第１実施形態の排水構造によれば、コルゲートフィン４に付着した凝縮水は、熱交換チューブ３側に流れ、熱交換チューブ３の側面３ｂに沿って鉛直状に配置された導水部材７に流れて下部に排出される。

また、導水部材７と熱交換チューブ３の側面３ｂとの間に設けられる隙間８によって排水路が形成されるので、凝縮水の排水を迅速にすることができる。この場合、導水部材７を熱交換チューブ３の両側面３ｂに設けることにより、熱交換チューブ３の両側面３ｂに配置された導水部材７を介して凝縮水を下部に排出することができる。

また、導水部材７を２本の線材７ａを撚った撚り線にて形成することにより、導水部材自体に毛細管現象の働きにより水を誘引する機能を持たせることができ、凝縮水の下部への排水を迅速にすることができる。

また、熱交換器１をエアコンの室外機として低温環境で使用した際の除霜運転時に、溶解水が大量に発生しても円滑に排出されるため、除霜運転時間が短縮され、消費電力を低減できる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、コルゲートフィン４の下端部に滞留する凝縮水を熱交換器の下方に確実に排出することができるようにした場合である。

すなわち、第２実施形態の熱交換器１Ａは、図４及び図５に示すように、上記導水部材７の下端部をコルゲートフィン４の最下端より下方へ突出させることにより、コルゲートフィン４の下端部に滞留する凝縮水を熱交換器の下方に確実に排出できるようにした場合である。

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。

上記のように構成される第２実施形態の排水構造によれば、コルゲートフィン４に付着した凝縮水は、熱交換チューブ３側に流れ、熱交換チューブ３の側面３ｂに沿って鉛直状に配置された導水部材７に流れて下部に排出される。この場合、導水部材７の下端部をコルゲートフィン４の最下端より下方へ突出させることにより、コルゲートフィン４の下端部に滞留する凝縮水を熱交換器の下方に確実に排出できる。

また、導水部材７と熱交換チューブ３の側面３ｂとの間に設けられる隙間８によって排水路が形成されるので、凝縮水の排水を迅速にすることができる。この場合、導水部材７を熱交換チューブ３の両側面３ｂに設けることにより、熱交換チューブ３の両側面３ｂに配置された導水部材７を介して凝縮水を下部に排出することができる。

また、第１実施形態と同様に、導水部材７を２本の線材７ａを撚った撚り線にて形成することにより、導水部材自体に毛細管現象の働きにより水を誘引する機能を持たせることができ、凝縮水の下部への排水を迅速にすることができる。

また、熱交換器１をエアコンの室外機として低温環境で使用した際の除霜運転時に、溶解水が大量に発生しても円滑に排出されるため、除霜運転時間が短縮され、消費電力を低減できる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、第１実施形態の導水部材７に代えて１本のアルミニウム製線材にて導水部材７Ａを形成した場合である。この場合、導水部材７Ａは、図６Ａに示すように、該導水部材７Ａの下端部がコルゲートフィン４の最下端部に位置して設けられている。

また、第３実施形態における導水部材７Ａは、図７（ａ）又は図７（ｂ）に示すように、熱交換チューブ３の扁平面３ａと直交する一方又は双方の側面３ｂに沿って側面３ｂとの間に水路を形成する隙間８を残して鉛直状に配置されると共に、熱交換チューブ３の両側に位置するコルゲートフィン４の最上端から最下段の屈曲部４ａに接触して設けられている。したがって、熱交換器１Ａの構成部材である熱交換チューブ３に加工を施すことなく、容易に熱交換器１に導水部材７Ａを組み付けて、排水機能を持たせることができる。

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。

上記のように構成される第３実施形態の排水構造によれば、コルゲートフィン４に付着した凝縮水は、熱交換チューブ３側に流れ、熱交換チューブ３の側面３ｂに沿って鉛直状に配置された導水部材７Ａに流れて下部に排出される。

また、導水部材７Ａと熱交換チューブ３の側面３ｂとの間に設けられる隙間８によって排水路が形成されるので、凝縮水の排水を迅速にすることができる。この場合、導水部材７Ａを熱交換チューブ３の両側面３ｂに設けることにより、熱交換チューブ３の両側面３ｂに配置された導水部材７Ａを介して凝縮水を下部に排出することができる。

また、導水部材７Ａを１本のアルミニウム製線材にて形成することにより、構成部材の削減が図れると共に、凝縮水の下部への排水を迅速にすることができる。

また、第１実施形態と同様に、熱交換器１Ａをエアコンの室外機として低温環境で使用した際の除霜運転時に、溶解水が大量に発生しても円滑に排出されるため、除霜運転時間が短縮され、消費電力を低減できる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態は、第２実施形態の導水部材７に代えて１本のアルミニウム製線材にて導水部材７Ａを形成した場合である。この場合、導水部材７Ａは、図６Ｂに示すように、該導水部材７Ａの下端部がコルゲートフィン４の最下端部より下方に突出した位置に設けられている。これにより、コルゲートフィン４の下端部に滞留する凝縮水は導水部材７Ａを流れて熱交換器の下方に確実に排出される。

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。

上記のように構成される第４実施形態の排水構造によれば、コルゲートフィン４に付着した凝縮水は、熱交換チューブ３側に流れ、熱交換チューブ３の側面３ｂに沿って鉛直状に配置された導水部材７Ａに流れて下部に排出される。この場合、導水部材７Ａの下端部をコルゲートフィン４の最下端より下方へ突出させることにより、コルゲートフィン４の下端部に滞留する凝縮水を熱交換器の下方に確実に排出できる。

また、導水部材７Ａと熱交換チューブ３の側面３ｂとの間に設けられる隙間８によって排水路が形成されるので、凝縮水の排水を迅速にすることができる。この場合、導水部材７Ａを熱交換チューブ３の両側面３ｂに設けることにより、熱交換チューブ３の両側面３ｂに配置された導水部材７Ａを介して凝縮水を下部に排出することができる。

また、第３実施形態と同様に、導水部材７Ａを１本のアルミニウム製線材にて形成することにより、構成部材の削減が図れると共に、凝縮水の下部への排水を迅速にすることができる。

また、第２実施形態と同様に、熱交換器１Ａをエアコンの室外機として低温環境で使用した際の除霜運転時に、溶解水が大量に発生しても円滑に排出されるため、除霜運転時間が短縮され、消費電力を低減できる。

次に、この発明に係る熱交換器の排水試験について、図８及び図９を参照して説明する。

＜試験体＞
・サイズ：幅×高さ＝約７０ｍｍ×１５０ｍｍ
・比較例１：導水部材なし
・実施例１：アルミニウム製線材２本撚り、下端部はコルゲートフィンの最下端部より突出なし
・実施例２：アルミニウム製線材２本撚り、下端部はコルゲートフィンの最下端部より３０ｍｍ突出。

＜試験方法＞
排水機構の効果を定量的に評価するために、図８に示すように、試験体１０を水１１を貯留した水槽１２内に水没した後、引き上げした直後から保水量の変化を計測する。また、試験体１０下部の保水状態を目視にて観察する。

＜保水重量測定手順＞
まず、試験体１０を９０度（鉛直）にした状態で図示しない保持具に保持する（図８（ａ）参照）。次に、試験体１０を水槽１２内に挿入して水没し（図８（ｂ）参照）、引き上げる（図８（ｃ）参照）。引上げ直後より付着水の重量を測定し、比較例１の６００秒経過時点の付着水量（保水重量）を１００とした指数で、経過時間と付着水量の変化を調べた結果、図９に示す結果が得られた。

上記試験の結果、図９のＩＩＩ部に示すように、導水部材を有する実施例１，２のものは、導水部材を有しない比較例１のものに比べて、６０秒経過後では付着水量は少なく、排水が速いことが判った。

また、経過時間を長期間にして付着水量を調べると、比較例１と実施例１（導水部材の下端部はコルゲートフィンの最下端部より突出なし）のものは、６００秒経過時点では、図９のIV部に示すように、付着水量はほぼ同じであり、コルゲートフィンの７山分が保水されていた。これに対し、実施例２（導水部材の下端部はコルゲートフィンの最下端部より３０ｍｍ突出）のものは、６００秒経過時点では、図９のＶ部に示すように、付着水量は減少し、コルゲートフィンの１山分が保水されていた。

上記試験の結果より、導水部材を有する実施例１，２は導水部材を有しない比較例１に比べて排水が速いことが判った。また、導水部材の下端部をコルゲートフィンの最下端部より下方に突出させることにより、コルゲートフィンの下端部に滞留する凝縮水を下方に確実に排出できることが判った。

なお、実施例１，２に代えて１本のアルミニウム製線材を用いても、導水部材なしの比較例１のものに比べて上記と同様の結果が得られる。

１ 熱交換器
２ａ 上部ヘッダーパイプ
２ｂ 下部ヘッダーパイプ
３ 熱交換チューブ（扁平状熱交換チューブ）
４ コルゲートフィン
４a 屈曲部
７，７Ａ 導水部材
７ａ 線材
８ 隙間

Claims (5)

1. 鉛直方向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が連通接続され、扁平面同士を平行にして配列される複数の扁平状熱交換チューブと、上記扁平状熱交換チューブ間に介在され、扁平状熱交換チューブの鉛直方向に連続する波形状に屈曲されたコルゲートフィンと、を具備するコルゲートフィン式熱交換器において、
   上記扁平状熱交換チューブの扁平面と直交する側面に沿って導水部材を鉛直状に配置すると共に、該導水部材と上記扁平状熱交換チューブの両側に位置する上記コルゲートフィンの最上端から最下段の屈曲部とを接触してなり、
   上記コルゲートフィンに付着した凝縮水を上記導水部材によって下方に流して排出する、ことを特徴とするコルゲートフィン式熱交換器の排水構造。
2. 請求項１に記載のコルゲートフィン式熱交換器の排水構造において、
   上記導水部材と上記扁平状熱交換チューブの側面との間に、鉛直方向に延びる隙間を設ける、ことを特徴とするコルゲートフィン式熱交換器の排水構造。
3. 請求項１又は２に記載のコルゲートフィン式熱交換器の排水構造において、
   上記導水部材が上記扁平状熱交換チューブの両側面に設けられている、ことを特徴とするコルゲートフィン式熱交換器の排水構造。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のコルゲートフィン式熱交換器の排水構造において、
   上記導水部材が複数の線状部材の撚り線にて形成される、ことを特徴とするコルゲートフィン式熱交換器の排水構造。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のコルゲートフィン式熱交換器の排水構造において、
   上記導水部材が上記コルゲートフィンの最下端より下方へ突出している、ことを特徴とするコルゲートフィン式熱交換器の排水構造。

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