JP2014224638A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷暖房兼用の空気調和機の室外機等に用いられる熱交換器で、鉛直方向の偏平チューブおよび隣接する偏平チューブ間にコルゲートフィンを有する熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger used for an outdoor unit or the like of an air conditioner that also serves as an air conditioner, and relates to a heat exchanger having corrugated fins between vertical flat tubes and adjacent flat tubes.
従来、この種の熱交換器としては、図3、図4に示すものが一般的に知られている。図3、図4において、この熱交換器は、長手方向を鉛直方向にして、所定のピッチで互いに平行に配置された多数の偏平チューブ1と、これら偏平チューブ1の上端を連通接続する水平方向の上側ヘッダー10と、前記偏平チューブ1の下端を連通接続する水平方向の下側ヘッダー11と、隣接する前記偏平チューブ1の間に配置され、偏平チューブ1とろう付けや接着などにより接合あるいは密着されたコルゲートフィン2とからなり、コルゲートフィン2の間隙を空気が通過して熱交換するようになっている。
Conventionally, as this type of heat exchanger, those shown in FIGS. 3 and 4 are generally known. 3 and 4, the heat exchanger has a horizontal direction in which a longitudinal direction is a vertical direction and a plurality of flat tubes 1 arranged in parallel with each other at a predetermined pitch and the upper ends of the flat tubes 1 are connected in communication. The
このような熱交換器において、コルゲートフィン2は図5、図6に示すように頂部21と中間壁部22とが交互繰返し状態に折り曲げ成形され、当該コルゲートフィン2の頂部21を平坦状に形成し、フィン角度θ1、平坦状頂部21の長さL1、ルーバー長さL2、ルーバー角度θ2、ルーバーピッチL3をそれぞれ所定数値範囲に規定することにより、熱伝達率の大幅な低下を招来することなく、蒸発器として使用したときの水切れ性を向上させたものが見られる(例えば、特許文献1参照)。
In such a heat exchanger, as shown in FIGS. 5 and 6, the
しかし、このような熱交換器には次のような課題がある。すなわち、この熱交換器は、冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用いられ、空気調和機が暖房運転され、外気温度が低くなって、コルゲートフィン2の表面温度が氷点下になるとき、空気中の水分がコルゲートフィン2に霜となって付着し、次第にこの着霜が進行し、霜が厚くなり、やがて着霜により空気の通風路が塞がれる。この間に熱交換器の通風抵抗が増大し、風量が低下し、蒸発性能が低下し、空調機の暖房性能が低下していく。特に、コルゲートフィン2には高性能化のためルーバー2aが設けられているが、このルーバー2aの前縁部は、局所熱伝達率が高いため、着霜の進行が早く、またルーバー2aが設けられているため、コルゲートフィン2の各段の実質的間隔が狭く、着霜による通風路の閉塞が極めて早く、暖房能力の低下が極端に早いという欠点があった。
However, such a heat exchanger has the following problems. That is, this heat exchanger is used in an outdoor unit of an air conditioner that also serves as an air conditioner. When the air conditioner is heated and operated, the outside air temperature becomes low, and the surface temperature of the
そこで、上記コルゲートフィン2の通風上流端部をルーバーのないものとしたり、偏平チューブの端よりも風上側へ突き出させた上、偏平チューブを1つおきに仕切り板に置き換えたり、ルーバーの形状を風上から風下に向かって順次変える熱交換器が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
Therefore, the ventilated upstream end of the
また、コルゲートフィン2の風上側部分に小さい角度のルーバーを形成し、風下側部分に風上側部分より大きい角度のルーバーを形成したり、コルゲートフィン2の風上側部分のルーバーをなくした熱交換器が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
Further, a heat exchanger in which a louver having a small angle is formed in the windward portion of the
また、コルゲートフィン2に角度が大きいルーバー部と平坦部あるいは凹凸部あるいは角度が小さいルーバー部とを設け、角度が大きいルーバー部と平坦部あるいは凹凸部あるいは角度が小さいルーバー部の位置を、気体流路を挟んで隣接するコルゲートフィン同士で互い違いに配した熱交換器が提案されている(例えば、特許文献4参照)。
Further, the
また、コルゲートフィンに稜線が空気の流通方向に直角方向に伸びる多数の山部と谷部
を交互に設け、少なくとも前記谷部の稜線に切り込みを設けた熱交換器が提案されている(例えば、特許文献5参照)。
Further, a heat exchanger has been proposed in which corrugated fins are alternately provided with a large number of peaks and valleys whose ridgelines extend in a direction perpendicular to the air flow direction, and at least cuts are provided in the ridgelines of the valleys (for example, (See Patent Document 5).
図7〜図9は、特許文献5に示された従来の熱交換器のコルゲートフィンの要部を示す。図7において、コルゲートフィン2の表面には、コルゲートフィン2の空気通過方向の一部欠裁斜視図(図8)にも示すように、空気の流通方向に直角方向に伸びる稜線に切り込み203を有する山部201と、空気の流通方向に直角方向に伸びる稜線に切り込み204を有する谷部202が、空気の流通方向に交互に多数設けられている。このような構成により、熱交換器に流入した空気は、空気の流通方向に交互に設けられた多数の山部201と谷部202の起伏に沿って流れ、温度境界層の剥離と再付着を繰り返すので伝熱性能が向上し、また、熱交換器を蒸発器として用いた場合、流通空気との熱交換によりフィン表面に生じる凝縮水が、谷部202の稜線に設けた切り込み204を通り抜けながらコルゲートフィン2を流下していくので、水捌け性も確保される。
7-9 shows the principal part of the corrugated fin of the conventional heat exchanger shown by
しかしながら、上記従来の構成、特に特許文献1から特許文献4に示されている従来の構成では、いずれにしてもコルゲートフィン2のどこかに高性能化のためのルーバーが設けられているために、当該ルーバーによりコルゲートフィン各段の実質的間隔を狭くしてしまうことがあって着霜による通風路の閉塞を大幅に遅らせることはできず、低外気温時の空気調和機の暖房性能の急激な低下を抑制することがある程度しかできないという課題を有していた。
However, in the conventional configuration described above, particularly the conventional configuration shown in Patent Document 1 to Patent Document 4, a louver for improving performance is provided somewhere in the
また、特許文献5に示された構成においては、図9に示すように、フィンを製造する際に打ち抜き加工でスクラップ210が生じて金型に噛み込む危険性があるため、それを回避する対応が必要となり量産性に欠けるといった課題を有していた。
Further, in the configuration shown in
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、凝縮性能および蒸発性能のいずれについても大きく向上させるとともに、さらに蒸発器として用いた場合にフィン表面に生じる凝縮水を良好に流下させ、かつ、冷暖房兼用の空気調和機の室外機の熱交換器として用いたときの着霜による急激な性能低下を抑制しつつ量産性に優れた熱交換器を提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and greatly improves both the condensation performance and the evaporation performance, and further allows the condensed water generated on the fin surface to flow down well when used as an evaporator, And it aims at providing the heat exchanger excellent in mass-productivity, suppressing the rapid performance fall by frost when used as a heat exchanger of the outdoor unit of the air conditioner combined with air conditioning.
上記課題を解決するために本発明の熱交換器は、コルゲートフィンに空気の流通方向に対し直角方向に伸びる多数の山部と谷部を交互に設け、少なくとも前記谷部の稜線に前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路を設けたものである。 In order to solve the above problems, the heat exchanger of the present invention is provided with a plurality of ridges and valleys alternately extending in a direction perpendicular to the air flow direction in the corrugated fin, and at least the ridge line of the valley is the corrugated fin. The drainage path which consists of a level | step difference more than this board thickness is provided.
これによって、熱交換器に流入した空気は、空気の流通方向に交互に設けられた稜線が空気の流通方向に直角方向に伸びる多数の山部と谷部の起伏に沿って流れ、温度境界層の剥離と再付着を繰り返すことにより伝熱性能が向上するので、本発明の熱交換器を凝縮器、蒸発器のいずれとして用いた場合でも熱交換能力を大幅に増大させる効果が得られる。
また、蒸発器として用いた場合、流通空気との熱交換によりフィン表面に生じる凝縮水は、少なくとも前記谷部の稜線に設けた前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路を通り抜けながらコルゲートフィンを流下していくので、優れた水捌け性が得られる。また、本発明の熱交換器を冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用い、空気調和機の暖房運転中、外気温が低下したときフィン表面に着霜していくが、伝熱性能向上のためコルゲートフィンに設けた山部と谷部の交互繰返しによる起伏形状は、ルーバーや切り起こしのように隣接コルゲートフィンとの間隔を大幅に近付けるものではないので、霜の付着、成長により急激に空気流路が閉塞されていくことがなく、性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果も得られる。さらに、少なくとも前記谷部の稜線に設けた前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路は、打ち抜き加工によるスクラップが生じない形状であるので、金型にスクラップが噛み込む危険性を回避する対応が必要でなく量産性に優れるという効果も得られるものである。
As a result, the air flowing into the heat exchanger flows along the undulations of a number of peaks and valleys in which ridge lines alternately provided in the air flow direction extend in a direction perpendicular to the air flow direction. Since the heat transfer performance is improved by repeating the peeling and reattachment, the effect of greatly increasing the heat exchange capability can be obtained even when the heat exchanger of the present invention is used as either a condenser or an evaporator.
Further, when used as an evaporator, the condensed water generated on the fin surface by heat exchange with the circulating air passes through a drainage path composed of at least a plate thickness of the corrugated fin provided on the ridge line of the valley portion while corrugating. As the fins flow down, excellent water drainage is obtained. In addition, the heat exchanger of the present invention is used for an outdoor unit of an air conditioner that also serves as an air conditioner, and during the heating operation of the air conditioner, it frosts on the fin surface when the outside air temperature decreases, but the heat transfer performance is improved. For this reason, the undulating shape of the corrugated fin provided by alternating repeated peaks and troughs does not significantly close the distance between adjacent corrugated fins as louvers or cuts and raises. The flow path is not blocked, and the effect of suppressing the rapid and significant performance deterioration can be obtained. Furthermore, since the drainage path formed of a step larger than the corrugated fin plate thickness provided at least on the ridge line of the valley portion has a shape that does not generate scrap due to punching, it avoids the risk of scraping into the mold. It is also possible to obtain the effect that no response is required and the mass productivity is excellent.
本発明によれば、凝縮性能および蒸発性能のいずれについても大きく向上させることができるとともに、さらに蒸発器として用いた場合に、流通空気との熱交換によりフィン表面に生じる凝縮水を良好に流下させ、かつ、冷暖房兼用の空気調和機の室外機の熱交換器として用い、空気調和機の暖房運転中、外気温が低下したときのようにフィン表面に着霜していくとき、霜の成長により急激に空気流路が閉塞されて性能が著しく低下するのを抑制する効果を維持しながら、量産性に優れた熱交換器を提供することができる。 According to the present invention, both the condensation performance and the evaporation performance can be greatly improved, and when used as an evaporator, the condensed water generated on the fin surface by the heat exchange with the circulating air can flow well. And when it is used as a heat exchanger for an outdoor unit of an air conditioner that also serves as an air conditioner and frosts on the fin surface during the heating operation of the air conditioner, such as when the outside air temperature decreases, It is possible to provide a heat exchanger excellent in mass productivity while maintaining the effect of suppressing the performance from being remarkably deteriorated due to a sudden blockage of the air flow path.
第1の発明は、コルゲートフィンに空気の流通方向に対し直角方向に伸びる多数の山部と谷部を交互に設け、少なくとも前記谷部の稜線に前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路を設けたものである。 According to a first aspect of the present invention, a corrugated fin is provided with a large number of ridges and valleys alternately extending in a direction perpendicular to the air flow direction, and at least a ridge line of the trough has a step greater than the plate thickness of the corrugated fin. A route is provided.
これによって、熱交換器に流入した空気は、空気の流通方向に交互に設けられた稜線が空気の流通方向に直角方向に伸びる多数の山部と谷部の起伏に沿って流れ、温度境界層の剥離と再付着を繰り返すことにより伝熱性能が向上するので、本発明の熱交換器を凝縮器、蒸発器のいずれとして用いた場合でも熱交換能力を大幅に増大させる効果が得られるものである。また、蒸発器として用いた場合、流通空気との熱交換によりフィン表面に生じる凝縮水は、少なくとも前記谷部の稜線に設けた前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路を通り抜けながらコルゲートフィンを流下していくので、優れた水捌け性が得られる。また、本発明の熱交換器を冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用い、空気調和機の暖房運転中、外気温が低下したときフィン表面に着霜していくが、伝熱性能向上のためコルゲートフィンに設けた山部と谷部の交互繰返しによる起伏形状は、ルーバーや切り起こしのように隣接コルゲートフィンとの間隔を大幅に近付けるものではないので、
霜の付着、成長により急激に空気流路が閉塞されていくことがなく、性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果が得られる。さらに、少なくとも前記谷部の稜線に設けた前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路は、打ち抜き加工によるスクラップが生じない形状であるので、金型にスクラップが噛み込む危険性を回避する対応が必要でなく量産性に優れるという効果が得られるものである。
As a result, the air flowing into the heat exchanger flows along the undulations of a number of peaks and valleys in which ridge lines alternately provided in the air flow direction extend in a direction perpendicular to the air flow direction. Since heat transfer performance is improved by repeating the peeling and reattachment, the effect of greatly increasing the heat exchange capacity can be obtained when the heat exchanger of the present invention is used as either a condenser or an evaporator. is there. Further, when used as an evaporator, the condensed water generated on the fin surface by heat exchange with the circulating air passes through a drainage path composed of at least a plate thickness of the corrugated fin provided on the ridge line of the valley portion while corrugating. As the fins flow down, excellent water drainage is obtained. In addition, the heat exchanger of the present invention is used for an outdoor unit of an air conditioner that also serves as an air conditioner, and during the heating operation of the air conditioner, it frosts on the fin surface when the outside air temperature decreases, but the heat transfer performance is improved. Therefore, the undulating shape by alternating repetition of peaks and troughs provided in the corrugated fins does not bring the distance between adjacent corrugated fins significantly like louvers or cuts and raises,
The air flow path is not abruptly closed due to frost adhesion and growth, and the effect of suppressing a significant drop in performance is obtained. Furthermore, since the drainage path formed of a step larger than the corrugated fin plate thickness provided at least on the ridge line of the valley portion has a shape that does not generate scrap due to punching, it avoids the risk of scraping into the mold. No response is required and the effect of excellent mass productivity is obtained.
第2の発明は、第1の発明において、コルゲートフィンの山部の稜線と谷部の稜線の両方に前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路を設けた構成としてある。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a drainage path composed of steps equal to or greater than the plate thickness of the corrugated fin is provided on both the ridge line of the corrugated fin and the ridge line of the trough.
これにより、熱交換器を組み立てるときコルゲートフィンの上下方向はどちらでもよくなり、作業性が向上する効果が得られる。 Thereby, when assembling the heat exchanger, the corrugated fins can be either up or down, and the workability can be improved.
第3の発明は、第1または第2の発明において、コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路は、気流方向に対して風下側に開口させた構成としてある。 According to a third invention, in the first or second invention, the drainage path composed of a step larger than the thickness of the corrugated fin is opened to the leeward side with respect to the airflow direction.
これにより、局所熱伝達率が高い前縁部をなくし、着霜の進行により急激に空気流路が閉塞されて性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果をより高めることができるとともに、通風抵抗の増大も最小限に抑えることが可能となり、効果的である。 As a result, the front edge portion having a high local heat transfer coefficient can be eliminated, and the effect of preventing the air flow path from being suddenly blocked due to the progress of frost formation and the performance from being significantly reduced can be further enhanced. The increase in resistance can be minimized, which is effective.
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明の熱交換器の基本構成は、従来の技術で説明した図3、図4に示す一般的な熱交換器と同様、長手方向を鉛直方向にして、所定のピッチで互いに平行に配置された多数の偏平チューブ1と、これら偏平チューブ1の上端を連通接続する水平方向の上側ヘッダー10と、前記偏平チューブ1の下端を連通接続する水平方向の下側ヘッダー11と、隣接する前記偏平チューブ1の間に配置され、偏平チューブ1とろう付けや接着などにより接合あるいは密着され、繰返し折り曲げ成形され、その間隙を空気が通過するコルゲートフィン2を備えるものであるが、そのコルゲートフィンの表面形状に特徴があるので、コルゲートフィンの表面形状について詳しく説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The basic structure of the heat exchanger of the present invention is parallel to each other at a predetermined pitch with the longitudinal direction set to the vertical direction in the same manner as the general heat exchanger shown in FIGS. 3 and 4 described in the prior art. A number of flat tubes 1 arranged, a horizontal
(実施の形態1)
実施の形態1を、図1と図2を用いて説明する。
(Embodiment 1)
The first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の実施の形態1における熱交換器の要部を示す拡大斜視図である。 FIG. 1 is an enlarged perspective view showing a main part of the heat exchanger according to Embodiment 1 of the present invention.
図1において、鉛直方向の偏平チューブ1のコルゲートフィン2の表面には、コルゲートフィン2の空気通過方向の拡大断面図である図2に示すように、空気の流通方向に直角方向に伸びる稜線を有する山部201と谷部202が交互に多数設けてあり、この山部201と谷部202の稜線に切り込みを入れてコルゲートフィンの板厚以上の段差をつけることにより成る排水経路205、206が形成してある。
In FIG. 1, on the surface of the
上記構成において、熱交換器に流入した空気は、空気の流通方向に交互に設けられた稜線が空気の流通方向に直角方向に伸びる多数の山部201と谷部202の起伏に沿って流れ、温度境界層の剥離と再付着を繰り返すので伝熱性能を向上させ、本実施形態の熱交換器を凝縮器、蒸発器のいずれとして用いた場合でも熱交換能力を大幅に増大させる効果が得られる。
In the above configuration, the air that has flowed into the heat exchanger flows along the undulations of a number of
また、本実施形態の熱交換器を蒸発器として用いた場合、流通空気との熱交換によりフィン表面に生じる凝縮水は、谷部202の稜線に設けたコルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路206を通り抜けながらコルゲートフィン2を流下していくので、優れた水捌け性が得られる。
Further, when the heat exchanger of the present embodiment is used as an evaporator, the condensed water generated on the fin surface by heat exchange with the circulating air is composed of a step larger than the thickness of the corrugated fin provided on the ridge line of the
さらに、本実施形態の熱交換器を冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用い、空気調和機の暖房運転中、外気温が低下したとき、コルゲートフィン2の表面に着霜が進行していくが、伝熱性能向上のためコルゲートフィン2に設けた多数の山部201と谷部202の交互繰返しによる起伏形状は、従来の熱交換器のルーバーのように、隣接コルゲートフィンとの間隔を大幅に近付けるものではなく、また、局所熱伝達率が高いルーバーの前縁部に着霜が集中して進行するということがないので、霜の付着、成長により急激に空気流路が閉塞されていくことがなく、性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果が得られる。
Furthermore, when the heat exchanger of this embodiment is used for an outdoor unit of an air conditioner that also serves as an air conditioner and the outside air temperature decreases during the heating operation of the air conditioner, frosting proceeds on the surface of the
またさらに、谷部202の稜線に設けたコルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路206は、谷部202の稜線に沿ってフィンをせん断加工するが、谷部202の稜線の端部においては、フィンは繋がった状態を維持するのでスクラップが生じず、金型にスクラップが噛み込む危険性を回避する対応が必要なくなって量産性に優れるという効果が得られる。
Furthermore, the
またさらに、図2(a)に示すように、谷部202の稜線に設けたコルゲートフィンの板厚以上の段差を風下側に向けて開口し、段差の端部が風上側を向かないように排水経路206を構成することで、局所熱伝達率が高い前縁部をなくし、着霜の進行により急激に空気流路が閉塞されて性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果をより高めることができるとともに、通風抵抗の増大を最小限に抑えることが可能になる。
Furthermore, as shown in FIG. 2A, a step larger than the plate thickness of the corrugated fin provided on the ridge line of the
一方、図2(b)に示すように、谷部202の稜線に設けたコルゲートフィンの板厚以上の段差を風上側に向けて開口するように排水経路206を構成することで、局所熱伝達率が高い前縁部を有効に活用することができ、伝熱性能を向上させることもできる。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, local heat transfer is performed by configuring the
あるいは、図2(a)、図2(b)の構成を組み合わせて、例えば、相対的に熱伝達率の高い風上側においては、図2(a)に示す谷部202の稜線に設けたコルゲートフィンの板厚以上の段差を風下側に向けて開口した構成とし、相対的に熱伝達率の低い風下側においては、図2(b)に示す谷部202の稜線に設けたコルゲートフィンの板厚以上の段差を風上側に向けて開口した構成とすることで、熱交換器全体の伝熱のバランスを適正なものとして、伝熱性能をさらに向上させることもできる。
Alternatively, by combining the configurations shown in FIGS. 2A and 2B, for example, on the windward side having a relatively high heat transfer coefficient, the corrugation provided on the ridgeline of the
さらに、本実施の形態においては、山部201の稜線にもコルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路205を設け、この山部201の排水経路205と谷部202の排水経路206の双方を備えているので、熱交換器を組み立てるときコルゲートフィン2の上下方向はどちらでもよく作業性が向上する。
Further, in the present embodiment, a
なお、本実施の形態では上記山部201および谷部202の双方に排水経路205,206を設けて熱交換器の組み立て性を向上させているが、水捌け性を確保するには、谷部202の稜線にだけ排水経路206が設けてあればよいものであり、山部201に排水経路206を設けるか否かは必要に応じて適宜選択すればよい。
In this embodiment,
本発明は、凝縮性能および蒸発性能のいずれについても大きく向上させることができるとともに、さらに蒸発器として用いた場合にフィン表面に生じる凝縮水を良好に流下させ、かつ、冷暖房兼用の空気調和機の室外機の熱交換器として用いたときの着霜による急激な性能低下を抑制しつつ量産性に優れた熱交換器を提供することができ、家庭用はもちろん業務用の空気調和機に広く適用することができる。 The present invention can greatly improve both the condensing performance and the evaporating performance, and further allows the condensed water generated on the fin surface to flow down when used as an evaporator, and is used for an air conditioner that also serves as an air conditioner. It is possible to provide a heat exchanger with excellent mass productivity while suppressing a sudden drop in performance due to frost formation when used as an outdoor unit heat exchanger. Widely applied to air conditioners for business use as well as home use can do.
1 偏平チューブ
2 コルゲートフィン
10 上側ヘッダー
11 下側ヘッダー
201 山部
202 谷部
205、206 排水経路
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