JP2014224659A - フィン付き熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】フィン伝熱性能を向上させつつ、凝縮水や着霜によるフィン間閉塞を抑制する。【解決手段】気体の流路を形成するように平行に並べられた複数のフィン１と、前記フィンに貫設して前記気体と熱交換する媒体が内部を流れる伝熱管２とを備え、前記フィンは、前記伝熱管の風下側エッジ４に略半円弧状の立ち上げカラー部５を設け、この立ち上げカラー部は気体の流れ方向に対して前記伝熱管と千鳥配列となる構成としてある。これによって、伝熱管通過直後の加速された風が立ち上げカラー部の風上側正面に衝突し、高い熱伝達率を発生させることができるとともに、凝縮水はや立ち上げカラー部の円弧面上をなめらかに滑り落ち、速やかに排水処理することができる。しかも伝熱管と立ち上げカラー部との間隔を十分広く確保でき、霜による早期目詰まりも回避することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、主として空気調和機等に用いられるフィン付き熱交換器に関するものである。

一般に従来のフィン付き熱交換器は、図６に示すように、所定間隔で並べられたフィン群１とこのフィン群１に略直角に挿入し貫通する伝熱管群２とから構成されている。気体Ｘはフィン間を矢印方向に流動して伝熱管群２の管内の流体と熱交換を行う。

このようなフィン付き熱交換器において、着霜を抑制しつつ熱交換性能を向上させるためにフィンを山形状に折曲するとともにフィンの風下側にスリットを設けたものが見られる（例えば、特許文献１参照）。

図７は上記特許文献１に記載されているフィン付き熱交換器のフィンを示し、（ａ）はフィンの部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面での着霜様態を示した図である。

図７において、このフィン１１１は伝熱管１１２を挿入して拡管固着するための円筒状のカラー部１１２ａを備えた複数の孔１１２を所定間隔で有し、矢印で示す熱交換用の空気流に対してフィン１１１の中央部を境にした風上側に緩やかな斜面を有する折曲部１１３を備えるとともに、風下側の中央部に切起こしスリット１１４を設けてなり、多数枚を図７（ｃ）に示すように積層することにより構成してある。

そして、このフィン１１１は、特に低温暖房運転時において、着霜が起こりやすい風上側は折曲部１１３のみとなっていて、フィン間にはほぼ等間隔の空気通路が出来上がるので、風上側の前縁部１１１ａが図７（ｃ）に示すように着霜してもその霜層１１５によりフィン間が閉塞するようなことはなく、また、着霜の恐れがないフィン１１１の風下側には流通する空気への熱伝達の向上に有効な切り起こしスリット１１４があるため、熱伝達が促進され、結果として熱交換性能が向上する、としている。

特開２００１−９１１０１号公報

しかしながら、上記特許文献１のフィン構成の場合、スリット１１４を有しているため、フィン１１１の風上側において流通空気を完全に除湿出来ない限り、風下側切り起こしスリット１１４部での着霜、および霜層成長によるフィン１１１間の閉塞は避け難く、また、凝縮水がフィン表面全体を覆いやすい通常暖房運転時には、風下側切り起こしスリット１１４部において凝縮水ブリッジが発生するため、能力の大幅低下が懸念される。

本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、フィンの伝熱性能を向上させつつ、暖房運転時においても凝縮水や着霜によるフィン間閉塞を抑制できるフィン付き熱交換器を提供するものである。

本発明は上記課題を解決するため、気体の流路を形成するように平行に並べられた複数のフィンと、前記フィンに貫設して前記気体と熱交換する媒体が内部を流れる伝熱管とを備え、前記フィンは、前記伝熱管の風下側エッジに略半円弧状の立ち上げカラー部を設け、この立ち上げカラー部は、気体の流れ方向に対して前記伝熱管と千鳥配列となるように配置した構成としてある。

これによって、フィン風下側において、半円弧状の立ち上げカラー部が、伝熱管に対して千鳥配列となっているので、伝熱管通過直後の加速された風が立ち上げカラー部の風上側正面に衝突し、伝熱管風上側正面に準じた高い熱伝達率を発生させることができる。しかもこれによる伝熱促進に加え、立ち上げカラー部を円弧状に構成したことで衝突損失を抑制し、さらに立ち上げカラー部を避ける流れが伝熱管背面の死水域を縮小させる働きをすることになり、通風抵抗の増加を抑制することができる。また、暖房運転時に発生する凝縮水や、除霜運転後のドレンは、立ち上げカラー部の円弧面上をフィン風下側エッジまでなめらかに滑り、速やかに排水処理することができる。更に着霜時についても、立ち上げカラー部を風下エッジ部に設けたことによって伝熱管と立ち上げカラー部との間隔を十分広く確保でき、霜による早期目詰まりを回避することができる。

本発明は、冷房・暖房の運転種類を問わず、着霜や凝縮水の影響を抑制しつつ高水準の熱交換性能を発揮するフィン付き熱交換器を提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるフィン付き熱交換器のフィンを示し、（ａ）はフィンの部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図 本発明実施の形態１におけるフィン付き熱交換器と従来のフィン付き熱交換器の作用を説明する図で、（ａ）は従来フィン上の風流れと死水域を示した図、（ｂ）は本発明実施の形態１におけるフィン上の風流れと死水域を示した図 本発明の実施の形態１におけるフィン付き熱交換器のフィン上の凝縮水排水状態を示した図 本発明実施の形態２におけるフィン付き熱交換器と従来のフィン付き熱交換器の作用を説明する図で、（ａ）は従来の複数列熱交換器フィン上の風流れと死水域を示した図、（ｂ）は本発明の実施の形態２における複数列熱交換器フィン上の風流れと死水域を示した図 本発明の実施の形態３におけるフィン付き熱交換器の熱交換器フィン上の風流れと死水域を示した図 従来のフィン付き熱交換器の斜視図 従来のフィン付き熱交換器を示し、（ａ）はフィンの部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面での着霜様態を示した図

第１の発明は、気体の流路を形成するように平行に並べられた複数のフィンと、前記フィンに貫設して前記気体と熱交換する媒体が内部を流れる伝熱管とを備え、前記フィンは、前記伝熱管の風下側エッジに略半円弧状の立ち上げカラー部を設け、この立ち上げカラー部は、気体の流れ方向に対して前記伝熱管と千鳥配列となるように配置した構成としてある。

これによって、フィン風下側において、半円弧状の立ち上げカラー部が、伝熱管に対して千鳥配列となるように位置していることで、伝熱管通過直後の加速された風が立ち上げカラー部の風上側正面に衝突し、伝熱管風上側正面に準じた高い熱伝達率を発生させることができる。しかもこれによる伝熱促進に加え、立ち上げカラー部を円弧状に構成したこ
とで衝突損失を抑制し、さらに立ち上げカラー部を避ける流れが伝熱管背面の死水域を縮小させる働きをすることになり、通風抵抗の増加を抑制することができる。また、暖房運転時に発生する凝縮水や、除霜運転後のドレンは、立ち上げカラー部の円弧面上をフィン風下側エッジまでなめらかに滑り、速やかに排水処理することができる。更に着霜時についても、立ち上げカラー部を風下エッジ部に設けたことによって伝熱管と立ち上げカラー部との間隔を十分広く確保でき、霜による早期目詰まりを回避することができる。これらの効果により、冷房・暖房の運転種類を問わず、着霜の影響を抑制しつつ高水準の熱交換性能を維持することが可能となる。

第２の発明は、第１の発明において、気体の流れ方向にフィンを複数列並べて配置し、少なくとも気体の流れ方向の最風下側列に位置するフィンの風下側エッジに略半円弧状の立ち上げカラー部を設けた構成としてある。

これにより、最風下側列に設けたフィンの立ち上げカラーが風上側のフィンの死水域を縮小させる働きを果たし、熱交換器全体の死水域を小さく維持することができる。よって、有効伝熱面積の拡大と、通風抵抗の抑制が可能となり、熱交性能を向上することができる。

第３の発明は、第１の発明において、気体の流れ方向にフィンを複数列並べて配置し、前記各フィンはフィンに設けた略半円弧状の立ち上げカラー部同士が向かい合うように配置して一つの略円状カラーを形成する構成としてある。

これにより、略半円弧状の立ち上げカラー部同士によって形成した略円状カラーが、千鳥配列された伝熱管のように位置するため、２列フィン列の熱交換器を想定した場合、熱交換器サイズや伝熱管本数を増加させずに熱交性能を向上することができ、３列フィン列の熱交換器に準じるほどの高い伝熱効果を得ることができる。

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、この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１は本発明の実施の形態１におけるフィン付き熱交換器のフィンを示し、（ａ）はフィンの部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図、図２は同実施の形態１におけるフィン付き熱交換器と従来のフィン付き熱交換器の作用を説明する図で、（ａ）は従来フィン上の風流れと死水域を示した図、（ｂ）は本発明実施の形態１におけるフィン上の風流れと死水域を示した図、図３は同実施の形態１におけるフィン付き熱交換器のフィン上の凝縮水排水状態を示した図である。

図１〜図３において、本発明の実施の形態１のフィン付き熱交換器は、気体Ｘの流路を形成するために平行に並べられた複数のフィン１と、前記フィン１を気体Ｘの流れ方向に略直角に配列・貫通しており、気体Ｘと熱交換する媒体が内部を流れる伝熱管２とを備えている。

前記フィン１は、前記伝熱管２の風下側に位置する風下側エッジ４にこれと接続される形で形成された略半円弧状の立ち上げカラー部５を有しており、前記略半円弧状の立ち上げカラー部５は、気体Ｘの流れ方向に対して前記伝熱管２と千鳥配列になるように配置されている。

以下に、実施の形態１の効果について説明する。

気体Ｘはフィン１の間を流れ、伝熱管２内の媒体と熱交換するが、伝熱管２の通過直後の加速された風が立ち上げカラー部５の風上側正面に衝突するため、伝熱管２の風上側正面に準じた高い熱伝達率を発生させることができる。これによる伝熱促進に加え、立ち上げカラー部５を円弧状に構成したことで衝突損失を抑制し、さらに図２（ｂ）に示すように、立ち上げカラー部５を避ける流れ６が伝熱管２背面の死水域７を縮小させる働きをするため、図２（ａ）に示す従来フィンの場合と比較すると、伝熱有効面積を拡大でき、かつ通風抵抗増加を抑制することができる。また、暖房運転時に発生する凝縮水や、除霜運転後のドレンに対しても、図３に示すように、凝縮水８は立ち上げカラー部５の円弧面上を風下側エッジ４までなめらかに滑り、速やかに排水処理することができる。着霜時についても、立ち上げカラー部５を風下側エッジ４部に設けたことによって伝熱管２と立ち上げカラー部５との間隔を十分広く確保でき、霜による早期目詰まりを回避することができる。これらの効果により、冷房・暖房の運転種類を問わず、高水準の性能を維持することが可能となる。

（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２におけるフィン付き熱交換器と従来のフィン付き熱交換器の作用を説明する図で、（ａ）は従来の複数列熱交換器フィン上の風流れと死水域を示した図、（ｂ）本発明の実施の形態２における複数列熱交換器フィン上の風流れと死水域を示した図である。

この実施の形態２の熱交換器は、図４（ｂ）に示すように気体Ｘの流れ方向に複数列のフィンを配置して構成してある。そして、上記フィンのうち、風上側のフィンは従来からあるフィン１ａ、すなわち略半円弧状の立ち上げカラー部５を持たない山形状のフィン１ａとし、最風下側のフィンは前記実施の形態１で説明した立ち上げカラー部５を風下側エッジ４部に設けたフィン１として、略半円弧状の立ち上げカラー部５が気体流れ方向の最風下側に位置するようにしたものである。

次に上記構成からなるフィン付き熱交換器の効果について説明する。まず、従来フィン１ａのみを複数並べた場合、図４（ａ）に示すように、最下流側に位置するフィン１ａでは、死水域７を縮小させる働きをもつ千鳥配置された伝熱管２が風下側に存在しないために、伝熱管２の背面側に大きな死水域７が発生する。しかしながらこの実施の形態２のように立ち上げカラー部５を風下側エッジ４部に設けたフィン１を最下流側に配置した場合、図４（ｂ）に示すように、立ち上げカラー部５が風上側のフィン１ａの死水域７を縮小させる働きを発揮し、熱交換器全体の死水域を小さく維持することができる。これにより、有効伝熱面積の拡大と、通風抵抗の抑制が可能となり、熱交性能を向上することができる。

なお、この実施の形態２では気体の流れ方向に対しフィンを２列配置したもので説明したが、それ以上配置したものであってもよく、その場合は最風下側列のフィンの風下側エッジ４に立ち上げカラー部５を設けておけばよいものである。

（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３におけるフィン付き熱交換器のフィンを示し、熱交換器フィン上の風流れと死水域を示した図である。

この実施の形態２の熱交換器も、気体Ｘの流れ方向に複数列のフィンを配置して構成してある。そして、上記各フィンは実施の形態１で説明した風下側エッジ４部に略半円弧状の立ち上げカラー部５を設けた構成としてあり、更に上記各フィン１はその略半円弧状の立ち上げカラー部５同士が向かい合うように配置して一つの略円状カラーを形成する構成としてある。

以上のように構成されたフィン付き熱交換器は、略半円弧状の立ち上げカラー部５同士が向かい合って一つの略円状カラーを構成しているので、この略円状カラーが、千鳥配列された伝熱管２のように位置し、例えば図５に示すような２列フィン列の熱交換器を想定した場合、熱交換器サイズや伝熱管本数を増加させずに、３列フィン列の熱交換器に準じるほどの伝熱効果を得ることができる。

本発明は、着霜や凝縮水の影響を抑制しつつ高水準の熱交換性能を発揮するフィン付き熱交換器を提供することができ、給湯機、冷凍・空調機器などのヒートポンプ装置用のフィン付き熱交換器として広く利用することができる。

１、１１１ フィン
２、１１２ 伝熱管
４ 風下側エッジ
５ 立ち上げカラー部
６ 風の流れ
７ 死水域
８ 凝縮水
Ｘ 気体（方向）

Claims (3)

1. 気体の流路を形成するように平行に並べられた複数のフィンと、前記フィンに貫設して前記気体と熱交換する媒体が内部を流れる伝熱管とを備え、前記フィンは、前記伝熱管の風下側エッジに略半円弧状の立ち上げカラー部を設け、この立ち上げカラー部は、気体の流れ方向に対して前記伝熱管と千鳥配列となるように配置したことを特徴とするフィン付き熱交換器。
2. 気体の流れ方向にフィンを複数列並べて配置し、少なくとも気体の流れ方向の最風下側列に位置するフィンの風下側エッジに略半円弧状の立ち上げカラー部を設けたことを特徴とする請求項１記載のフィン付き熱交換器。
3. 気体の流れ方向にフィンを複数列並べて配置し、前記各フィンはフィンに設けた略半円弧状の立ち上げカラー部同士を向かい合うように配置して一つの略円状カラーを構成したことを特徴とする請求項１記載のフィン付き熱交換器。

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