JP2019045033A - コルゲートフィン式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】低温外気における暖房運転時の室外機用熱交換器の通風部の着霜を遅延し、着霜が起因する風量及び熱交換性能の低下を抑制するコルゲートフィン式熱交換器を提供すること。【解決手段】左右に対峙する一対のヘッダーパイプ２ａ，２ｂと、両ヘッダーパイプ２ａ，２ｂに接続される互いに平行な複数の扁平チューブ３と、扁平チューブ３間に接合され、隣接する山部４ａと谷部４ｂ間に通風路４ｃを有するコルゲートフィン４と、を具備するコルゲートフィン式熱交換器において、コルゲートフィン４は、隣接する通風路４ｃを連通する横スリット５を切り起こして形成されるルーバー６を、コルゲートフィンの高さ方向に互いに平行に複数形成してなる。【選択図】 図４

Description

この発明は、コルゲートフィン式熱交換器に関するもので、更に詳細には、コルゲートフィンと扁平チューブを互いに平行に水平方向に配置したコルゲートフィン式熱交換器に関するものである。

一般に、対峙する一対のヘッダーパイプ間に、互いに平行な複数の扁平状の熱交換チューブ（以下に扁平チューブという）を水平方向に配置し、これら扁平チューブ間にコルゲートフィンを接合してなるコルゲートフィン式熱交換器が広く使用されている。

この種の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、表面に凝縮水が付着し通風の妨げとなり、熱交換性能を低下させる問題がある。

この問題を解決する手段として、扁平チューブの幅方向の端部外面に、扁平チューブの上下側に隣接するコルゲートフィンの谷頂点間に保水される水と接触して誘引するエッジ部を有する流水路を扁平チューブの長手方向に適宜ピッチをおいて複数形成してなるコルゲートフィン式熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の熱交換器によれば、流水路が排水機能として働くことで水が排出され、扁平チューブが水平方向に配置された蒸発器として使用することができる。

なお、特許文献１に記載のコルゲートフィン式熱交換器において、コルゲートフィンに設けられた複数の縦スリットを切り起こしてルーバーを形成することで、熱交換性能を向上させている。

特開２０１０−２４３１４７号公報（図１，図２）

ところで、室外機用熱交換器においては、暖房運転時、外気温度が低いと、熱交換器に霜が付着して、通風量及び熱交換性能が低下する懸念がある。
また、霜は風の当たる先端部に付きやすく、特にフィンのルーバー部は霜の成長が早いため、着霜の観点ではルーバーは望ましくない。

しかしながら、特許文献１に記載のコルゲートフィン式熱交換器の排水メカニズムは、コルゲートフィンの山谷に付着した水は、谷部から山部へ移動し、山部すなわち谷頂点間から扁平チューブ側壁の流水路（排水機構）を介して下段のコルゲートフィンの谷部へと流れる。また、コルゲートフィンの谷部から山部へ移動する際、コルゲートフィンに設けられたルーバーを通るため、ルーバーは必要であり無くすことはできない。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、低温外気における暖房運転時の室外機用熱交換器の通風部の着霜を遅延し、着霜が起因する風量及び熱交換性能の低下を抑制するコルゲートフィン式熱交換器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は、左右に対峙する一対のヘッダーパイプと、上記両ヘッダーパイプに接続される互いに平行な複数の扁平チューブと、上記扁平チューブ間に接合され、隣接する山部と谷部間に通風路を有する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であって、上記コルゲートフィンは、隣接する上記通風路を連通する横スリットを切り起こして形成されるルーバーを、コルゲートフィンの高さ方向に互いに平行に複数形成してなる、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、ルーバーの端面が空気の流れに対して平行のため着霜し難くすることができる。また、ルーバーが着霜しても通風を確保することができる。

この発明において、上記ルーバーは、上記コルゲートフィンの高さ方向に千鳥状に配列されているのが好ましい（請求項２）。

このように構成することにより、ルーバーの長さを短くすることができるので、空気の流れを乱流化し、温度境界層を小さくすることができ、熱交換性能を向上させることができる。

加えて、この発明において、上記コルゲートフィンは、風上側の位置に形成される複数の上記ルーバーからなる風上側ルーバー群と、風下側の位置に形成される複数の上記ルーバーからなる風下側ルーバー群とを適宜間隔をおいて形成してなるのが好ましい（請求項３）。

このように構成することにより、風上側に位置する風上側ルーバー群と、風下側に位置する風下側ルーバー群とを適宜間隔をおいて形成することで、更に乱流効果等を高めることができ、熱交換性能の向上が図れる。

この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような優れた効果が得られる。

（１）請求項１に記載の発明によれば、ルーバーの端面が空気の流れに対して平行のため着霜し難くすることができ、また、ルーバーが着霜しても通風を確保することができるので、ルーバーの着霜を遅延させることができ、着霜が起因する風量及び熱交換性能の低下を抑制することができる。

（２）請求項２に記載の発明によれば、ルーバーの長さを短くすることで、空気の流れを乱流化し、温度境界層を小さくすることができるので、上記（１）に加えて、更に熱交換性能の向上を図ることができる。

（３）請求項３に記載の発明によれば、風上側に位置する風上側ルーバー群と、風下側に位置する風下側ルーバー群とを適宜間隔をおいて形成することで、更に乱流効果等を高めることができるので、上記（１），（２）に加えて、更に熱交換性能の向上を図ることができる。

この発明に係るコルゲートフィン式熱交換器の第１実施形態を示す概略正面図である。 図１のＩ部拡大正面図である。 この発明における凝縮水の排水状態を示す要部拡大断面図である。 この発明に係るコルゲートフィン式熱交換器の第１実施形態の一部を断面で示す斜視図である。 この発明におけるコルゲートフィンの第１実施形態を示す要部斜視図である。 上記第１実施形態のコルゲートフィンにおける空気の流れを示す概略側面図である。 この発明におけるコルゲートフィンの第２実施形態を示す要部斜視図である。 上記第２実施形態のコルゲートフィンにおける空気の流れを示す概略側面図である。

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。ここでは、この発明に係る熱交換器を蒸発器に適用した場合について説明する。なお、添付図面はこの発明の構造を判りやすくするために概略的に図示したもので、各部の寸法比率は図面に図示したものに限定されるものではない。

＜第１実施形態＞
この発明に係るコルゲートフィン式熱交換器１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）製の左右に対峙する一対のヘッダーパイプ２ａ，２ｂと、これらヘッダーパイプ２ａ，２ｂ間に互いに平行に水平方向に接続（連結）される複数の扁平チューブ３と、扁平チューブ３間に接合され、隣接する山部４ａと谷部４ｂ間に通風路４ｃを有するコルゲートフィン４と、をろう付けによって接合してなる。

なお、扁平チューブ３には複数に区画された熱媒体流路３ａが形成されている。また、上下端のコルゲートフィン４の上部外方側及び下部開放側には、それぞれアルミニウム製のサイドプレート７がろう付けされている。また、ヘッダーパイプ２ａ，２ｂの上下開口端にはアルミニウム製のエンドキャップ８がろう付けされている。

上記のように構成される熱交換器１において、扁平チューブ３の幅方向の端部外面には、排水機構１０が設けられている。排水機構１０は、図１ないし図４に示すように、扁平チューブ３の幅方向の端部外面に、該扁平チューブ３の上下側に隣接するコルゲートフィン４の谷頂点間に保水される水と接触して誘引するエッジ部１２を有する少なくとも一部がコルゲートフィン４の側端部の内側に位置する流水路１３が扁平チューブ３の長手方向に沿って等ピッチに設けられた構造となっている。

この場合、扁平チューブ３は、幅方向の側端部に、扁平チューブ３の長手方向に沿って薄肉の鍔部（図示せず）が延設されるアルミニウム製押出形材にて形成され、鍔部に等間隔の切込みを介して傾斜状に切り起こされる等ピッチの切起し片１１によって、扁平チューブ３の上下側に隣接するコルゲートフィン４の谷頂点間に保水される水を誘引する流水路１３が形成される。

一方、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、隣接する逆Ｕ字状の山部４ａとＵ字状の谷部４ｂ間に通風路４ｃが形成されており、熱交換器１の正面視では、略Ｕ字形状の連続波形に形成されている。

また、コルゲートフィン４は、図４ないし図６に示すように、コルゲートフィン４の高さ方向に互いに平行の複数のルーバー６が形成されている。この場合、ルーバー６は、隣接する通風路４ｃを連通する横スリット５を隣接する山部４ａ及び谷部４ｂの通風路４ｃ側に切り起こして形成され、コルゲートフィン４の高さ方向に互いに平行に複数形成されている。

また、コルゲートフィン４は、風上側の位置に形成される複数のルーバー６からなる風上側ルーバー群６Ｘと、風下側の位置に形成される複数のルーバー６からなる風下側ルーバー群６Ｙとを適宜間隔をおいて形成してなる。

上記のように形成されるルーバー６によって、コルゲートフィン４に付着した水（凝縮水、結露水）の谷部４ｂから山部４ａすなわち谷頂点間への流れを円滑にすることができる。

このように、ルーバー６を設けることにより、熱交換性能の向上が図れる、すなわち、通風路４ｃに所定角度に形成された所定数のルーバー６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、ルーバー６の端面が空気の流れに対して平行のため着霜し難くすることができる。また、ルーバー６が着霜しても通風を確保することができる。

上記のように構成される熱交換器１の排水メカニズムは、図３に示すように、Ｕ字形状（谷折り）フィン表面に付着した水（凝縮水、結露水）は、下段への水路がないため、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横スリット５を切り起こして形成されたルーバー６を介して隣の逆Ｕ字形状（山折り）部に移動し、逆Ｕ字形状部すなわちコルゲートフィン４の谷頂点間に集まった水（凝縮水、結露水）は、下方の開口部から、扁平チューブ３に形成された流水路１３を形成する切起し片１１のエッジ部１２と接触することで、流れ落ちる起点となり、流水路１３内に誘引される。このようにして、順次下方側のコルゲートフィン４に流れ込むといったメカニズムをスムーズに繰り返すことにより、排水が促進される。

この排水メカニズムにおいて、扁平チューブ３に形成される流水路１３のピッチがコルゲートフィン４のピッチ（山頂点−谷頂点寸法）の４倍以上になると、コルゲートフィン４の保水力に対し、上下に連続する排水路が少なくなるため、排水スピードが極端に遅くなり、実用上有効な排水効果が得られなくなる。そのため、図２に示すように、流水路１３すなわち切起し片１１のピッチＰ１はコルゲートフィン４のピッチＰ（山頂点−谷頂点寸法）の４倍以下が好ましい。これにより、コルゲートフィン４の谷頂点間に少なくとも１つの切起し片１１が位置するので、排水性の向上が図れる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態のコルゲートフィン４Ａは、図７及び図８に示すように、コルゲートフィン４Ａの高さ方向に千鳥状に配列される複数のルーバー６ａが形成されている。この場合、ルーバー６ａは、第１実施形態におけるルーバー６の長さの略１／２であって、隣接する通風路４ｃを連通する横スリット５ａを隣接する山部４ａ及び谷部４ｂの通風路４ｃ側に切り起こして形成され、コルゲートフィン４Ａの高さ方向に互いに平行にかつ千鳥状に配列されている。

また、コルゲートフィン４Ａは、風上側の位置に形成される複数のルーバー６ａからなる風上側ルーバー群６Ｘと、風下側の位置に形成される複数のルーバー６ａからなる風下側ルーバー群６Ｙとを適宜間隔をおいて形成してなる。

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。

第２実施形態によれば、千鳥状に配列されたルーバー６ａによって、コルゲートフィン４Ａに付着した水（凝縮水、結露水）の谷部４ｂから山部４ａすなわち谷頂点間への流れを円滑にすることができる。

また、ルーバー６ａの長さを短くすることで、乱流効果等により熱伝達性能の向上が図れと共に、ルーバー６ａの着霜をし難くすることができる。しかも、ルーバー６ａの端面が空気の流れに対して平行のため、ルーバー６ａが着霜しても通風を確保することができる。

＜その他の実施形態＞
（１）上記実施形態では、コルゲートフィン４，４ＡがＵ字状の山−谷折りを交互に繰り返した略Ｕ字形状の連続波形状に形成されているが、Ｖ字状の山−谷折りを交互に繰り返した略Ｖ字形状の連続波形状に形成されるコルゲートフィンであってもよい。

（２）上記実施形態では、排水機構１０を構成する流水路１３は、扁平チューブ３の上下側に隣接するコルゲートフィン４の谷頂点間に保水される水と接触して誘引するエッジ部１２を有する場合について説明したが、排水機構は必ずしもこのような構造である必要はない。例えば、流水路を、扁平チューブの幅方向の端部に上下に渡って傾斜状又は鉛直状に切り欠かれた溝部にて形成した排水機構であってもよい。

１ 熱交換器
２ａ，２ｂ ヘッダーパイプ
３ 扁平チューブ
４，４Ａ コルゲートフィン
４ａ 山部
４ｂ 谷部
４ｃ 通風路
５，５ａ 横スリット
６，６ａ ルーバー
６Ｘ 風上側ルーバー群
６Ｙ 風下側ルーバー群
１０ 排水機構

Claims (3)

1. 左右に対峙する一対のヘッダーパイプと、上記両ヘッダーパイプに接続される互いに平行な複数の扁平チューブと、上記扁平チューブ間に接合され、隣接する山部と谷部間に通風路を有する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であって、
   上記コルゲートフィンは、隣接する上記通風路を連通する横スリットを切り起こして形成されるルーバーを、コルゲートフィンの高さ方向に互いに平行に複数形成してなる、ことを特徴とするコルゲートフィン式熱交換器。
2. 請求項１に記載のコルゲートフィン式熱交換器において、
   上記ルーバーは、上記コルゲートフィンの高さ方向に千鳥状に配列されている、ことを特徴とするコルゲートフィン式熱交換器。
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において、
   上記コルゲートフィンは、風上側の位置に形成される複数の上記ルーバーからなる風上側ルーバー群と、風下側の位置に形成される複数の上記ルーバーからなる風下側ルーバー群とを適宜間隔をおいて形成してなる、ことを特徴とするコルゲートフィン式熱交換器。

Images