JP2017032181A

JP2017032181A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2017032181A
Application number: JP2015150400A
Authority: JP
Inventors: 昌春深谷; Masaharu Fukaya; 伊藤　俊太郎; Shuntaro Ito; 俊太郎伊藤
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-09

Abstract

【課題】
隣り合うルーバーの間には空隙が形成されているため、隣り合うルーバー同士では熱が移動できない。そのため、風下フィン部では空気との温度差が小さくなり、風下フィン部と空気との間で熱交換されにくくなる。これにより、風上フィン部と風下フィン部で温度勾配が大きくなる問題があった。
【解決手段】
フィンは、通風路の一つと接する伝熱部を有し、伝熱部には、空気の通風方向と交差するように形成されたルーバーが設けられ、ルーバーは伝熱部の上部に形成された上部ルーバーと、伝熱部の下部に形成された下部ルーバーを有し、上部ルーバーと前記下部ルーバーの上下方向の間には、上部ルーバーと下部ルーバーを繋ぎ、熱を伝達させる熱伝達部を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、伝熱管とフィンとを備え、伝熱管内を流れる流体を空気と熱交換させる熱交換器に関するものである。

伝熱管とフィンとを備えた熱交換器が知られている。この熱交換器では、板状のフィンが互いに所定の間隔をおいて平行に積層されている。この積層されたフィン夫々に直交するように挿入された伝熱管が、互いに一定の間隔をおいて上下に並んで配置されている。

熱交換器の熱交換効率を上げる方法の一つに特許文献１に開示されている方法がある。特許文献１では、図５に示すように、フィン３２０は上下に隣り合う伝熱管３３０の間に伝熱部３２１を有している。この伝熱部３２１に上下方向に切り込みを入れて、隣り合う切り込みに囲まれた部分をひねることによってルーバー３５０が形成される。このルーバー３５０は伝熱部３２１の風上側から風下側にかけて複数形成され、各ルーバー３５０は伝熱部３２１の上端付近から下端付近に渡って形成されている。ルーバー３５０を形成することにより、積層方向（以下では、左右方向と記載する。）に隣り合うフィン３２０の間を流れる主となる速度が速い空気（以下、主流と記載）がルーバー３５０の間を流れる。この時、主流がルーバー３５０の風上側の端部と接するため、前縁効果によりルーバー３５０と空気との伝熱が促進される。この前縁効果は、風上側の端部に接する主流の速度が速いことにより、風上側の端部の温度境界層が薄くなるため、主流と風上側の端部とが効率的に熱交換できる。

特開２０１５−５５４０９号公報

図６に示すように、隣り合うルーバー３５０ａ、３５０ｂの間には空隙３６０が形成されているため、隣り合うルーバー３５０ａ、３５０ｂの間では熱が移動できない。そのため、図５に示すように、例えば冷房運転時の室外熱交換器ではフィン３２０の表面のうちルーバー３５０よりも風下側にある風下フィン部３２０ｂには、ルーバー３５０およびルーバー３５０よりも風上側にある風上フィン部３２０ａで暖められた空気が流れる。そのため、風下フィン部３２０ｂでは空気との温度差が小さくなり、風下フィン部３２０ｂと空気との間で熱交換されにくくなる。これにより、風上フィン部３２０ａと風下フィン部３２０ｂで温度勾配が大きくなる問題があった。

そこで、本発明はフィンの表面の温度を均一に近づけられるようにした熱交換器を提供することを目的とする。

上述した問題を解決するために、本発明は、上下に配列される複数の伝熱管と、複数の伝熱管と交差させ、左右に配列される板状の複数のフィンと、上下に隣り合う前記伝熱管と、左右に隣り合う前記フィンに囲まれることで形成される複数の通風路を有する熱交換器であって、フィンは、通風路と接する伝熱部を有し、伝熱部には、空気の通風方向と交差するように形成されたルーバーが設けられ、ルーバーは伝熱部の上部に形成された上部ルーバーと伝熱部の下部に形成された下部のルーバーを有し、上部ルーバーと下部ルーバーの上下方向の間には、上部ルーバーと下部ルーバーを繋ぎ、熱を伝達させる熱伝達部を備える。

また、熱伝達部は、伝熱部の風上側から風下側に渡って、連続して形成される。

または、上部ルーバーと下部ルーバーは、空気の通風方向に対し平行に配置される。

本発明の熱交換器によれば、上部ルーバーと下部ルーバーの間に熱を伝達するための熱伝達部を設けたので、フィン上を風上側から風下側にわたって熱が移動でき、フィンの温度を均一に近づけることができる。

本発明にかかる熱交換器の全体を示した斜視図である。本発明にかかる熱交換器の全体を示した正面図である。図２の切断線Ａ−Ａにおける断面図である。図３の切断線Ｂ−Ｂ、切断線Ｃ−Ｃ、切断線Ｄ−Ｄにおける断面図である。従来にかかる熱交換器を図２の切断線Ａ−Ａにおける断面図である。図５の切断線Ｅ−Ｅにおける断面図である。

本発明の実施形態に関する熱交換器１００は、図１と図２に示すように、フィン１２０と扁平管１３０を備えた熱交換器である。

熱交換器１００は、第１ヘッダ１１０ａと、第２ヘッダ１１０ｂと、複数の扁平管１３０と、複数のフィン１２０とを備えている。第１ヘッダ１１０ａ、第２ヘッダ１１０ｂ、扁平管１３０、フィン１２０はいずれもアルミニウム合金製の部材であり、各々が蝋付けによって接合されている。

第１ヘッダ１１０ａと第２ヘッダ１１０ｂは、両方とも長手方向の両端が閉鎖された細長い円筒状に形成されている。熱交換器１００の一端側に第１ヘッダ１１０ａが配置され、熱交換器１００の他端側に第２ヘッダ１１０ｂが配置される。なお、第１ヘッダ１１０ａと第２ヘッダ１１０ｂのそれぞれの長手方向を熱交換器１００の上下方向とする。

扁平管１３０は、断面形状が長円形あるいは角の丸い矩形となった伝熱管であり、フィン１２０と直交する方向に延びている。また、扁平管１３０には、冷媒が流れる冷媒流路が複数本配置され、この冷媒流路は扁平管１３０の長手方向の一端と他端の間に、長手方向の一端から他端にかけて延びて形成され、扁平管１３０の幅方向に等間隔で配置されている。熱交換器１００において、各扁平管１３０は、各々の上側の面と下側の面が対向するように、熱交換器１００の熱交換効率と通風抵抗などを考慮して決定した間隔である第１の間隔ｄ１をおいて上下に並んで配置されている。各扁平管１３０は、一端を第１ヘッダ１１０ａに挿入し、他端を第２ヘッダ１１０ｂに挿入している。なお、扁平管１３０の長手方向を左右方向とする。

フィン１２０は、金属板をプレス加工することによって、縦長の板形状に形成されている。フィン１２０には、図３に示すように、フィン１２０の短手方向の一端からフィン１２０の短手方向の他端に向かって延びる横長の切り欠き部１４０が、フィン１２０の長手方向（上下方向）に所定の間隔をおいて多数形成されている。この切り欠き部１４０に扁平管１３０が差し込まれることで、扁平管１３０は上下方向に第１の間隔ｄ１をおいて配置される。また、フィン１２０は、図１に示すように、扁平管１３０の長手方向（左右方向）に熱交換器１００の熱交換効率と通風抵抗などを考慮して決定した間隔である第２の間隔ｄ２をおいて複数枚配置される。図２に示すように、上下に隣り合う扁平管１３０と、左右に隣り合うフィン１２０に囲まれた通風路１５０が、上下方向と左右方向それぞれに複数並んで形成される。なお、図２では複数の通風路１５０のうち１つを代表して図示している。フィン１２０と扁平管１３０はそれぞれで直交しており、図３に示すように、フィン１２０の表面のうち、複数の通風路の一つと接すると共に、上下に隣り合う扁平管１３０の間に位置する面が、斜線の矢印で示す空気と熱交換する伝熱部１２１となる。また、切欠き部１４０より他端側にある面が、フィン１２０の上端１２０ａから下端１２０ｂまで連続して形成された流水部（連通部）１２２となる。

フィン１２０の伝熱部１２１には、後述するようにルーバー１５１、１５２が形成されている。このルーバー１５１、１５２は、伝熱部１２１に上下方向に切り込みを複数本入れて、隣り合う切り込みに囲まれたフィン１２０の一部をひねることによってルーバー３５０が形成される。このルーバー３５０は伝熱部１２１の風上から風下にかけて複数形成される。また、ルーバー１５１、１５２は、伝熱部１２１の上部に上部ルーバー１５１と、伝熱部１２１の下部に下部ルーバー１５２を有している。上部ルーバー１５１と下部ルーバー１５２は空気の通風方向に沿って平行に配置されている。また、上部のルーバー１５１と下部のルーバー１５２の上下方向の間には上部のルーバー１５１と下部のルーバー１５２を繋ぎ、各ルーバー間および、伝熱部１２１の風上側１２１ａと風下側１２１ｂの間で、熱の伝達を可能にする熱伝達部１５３がある。上部のルーバー１５１を切断線Ｂ−Ｂに、熱伝達部１５３を切断線Ｃ−Ｃに、下部のルーバー１５２を切断線Ｄ−Ｄに沿って切断した水平方向の断面を垂直方向から見た断面図が図４である。上部のルーバー１５１と下部のルーバー１５２それぞれは、伝熱部１２１に上下方向に２本の切り込みを入れて、この２本の切り込みに挟まれた伝熱部１２１の一部である伝熱促進部１２１ｃが、通風方向に対し傾斜するように、伝熱促進部１２１ｃの風下側が、図２に示す熱交換器１００を正面から見た時の右方向にひねられて形成される。一方、熱伝達部１５３は伝熱部１２１上に何も形成されない、フィンの風上側１２１ａと風下側１２１ｂとの温度勾配に応じて熱が移動できる平坦部を備えている。

この構造により、例えば、本発明の実施形態に関する熱交換器１００が冷房運転時の室外熱交換器である場合、図３の白抜き矢印に示すように、熱は扁平管１３０より伝熱部１２１の上端と下端に移動する。伝熱部１２１の上端および下端に移動した熱は、伝熱部１２１の風上側１２１ａおよび風下側１２１ｂ、伝熱部１２１に形成される上部のルーバー１５１および下部のルーバー１５２に夫々移動する。伝熱部１２１の風上側および、各ルーバーに移動した熱は通過する空気に伝熱される。一方、伝熱部の１２１の風下側１２１ｂに移動した熱は、他の箇所で熱交換され暖まった空気が通過するため、空気にはあまり伝熱されない。そこで、伝熱部１２１の風下側１２１ｂに移動した熱は伝熱部１２１の上下方向の中央にある熱伝達部１５３にまで移動する。熱伝達部１５３に移動した熱は伝熱部１２１の風上側に向かって移動できる。これにより、伝熱部１２１の風上側１２１ａの温度と風下側１２１ｂの温度との温度差を小さくできる。

以上より、本発明は伝熱部１２１の中央に熱伝達部１５３を形成することにより、伝熱部１２１の風上側１２１ａと風下側１２１ｂの間で熱の授受を行うことができ、伝熱部１２１の温度を均一に近づけることができる。

なお、本実施例では、伝熱管が扁平管の場合について説明したが、本発明はこれに限定したものではなく、伝熱管が円筒の形状をした所謂フィンアンドチューブ型の熱交換器に用いてもよい。

１００熱交換器
１２０フィン
１３０扁平管
１５１上部のルーバー
１５２下部のルーバー
１５３熱伝達部
１６０空隙

Claims

上下に配列される複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管と交差させ、左右に配列される板状の複数のフィンと、
上下に隣り合う前記伝熱管と、左右に隣り合う前記フィンに囲まれることで形成される複数の通風路を有する熱交換器であって、
前記フィンは、前記通風路と接する伝熱部を有し、
前記伝熱部には、空気の通風方向と交差するように形成されたルーバーが設けられ、
前記ルーバーは前記伝熱部の上部に形成された上部ルーバーと、前記伝熱部の下部に形成された下部ルーバーを有し、
前記上部ルーバーと前記下部ルーバーの上下方向の間には、前記上部ルーバーと前記下部ルーバーを繋ぎ、熱を伝達させる熱伝達部を備えることを特徴とする熱交換器。
前記熱伝達部は、前記伝熱部の風上側から風下側に渡って、連続して形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記上部ルーバーと前記下部ルーバーは、空気の通風方向に対し平行に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。