JP2020143806A - Heat exchanger, air conditioner and method for manufacturing heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、熱交換器、空気調和機、及び熱交換器の製造方法に関する。 The present disclosure relates to heat exchangers, air conditioners, and methods of manufacturing heat exchangers.
外気温度が低い環境下で空気調和機により暖房運転を行う場合、室外機の熱交換器(蒸発器)に霜が付着することがある。このような熱交換器に対する霜の付着は、熱交換器を通過する空気の流れを妨げ、熱交換性能を低下させる原因となる。熱交換器に対する霜の付着を防止するため、特許文献1には、熱交換器におけるフィンに親水性の膜を形成し、フィンの表面に付着した水滴を流れやすくし、霜の付着も防止する技術が開示されている。
When heating is performed by an air conditioner in an environment where the outside air temperature is low, frost may adhere to the heat exchanger (evaporator) of the outdoor unit. Adhesion of frost on such a heat exchanger obstructs the flow of air passing through the heat exchanger and causes deterioration of heat exchange performance. In order to prevent the adhesion of frost to the heat exchanger,
近年、室外機用の熱交換器として、マイクロチャネル熱交換器が用いられている。このマイクロチャネル熱交換器は、ヘッダと、ヘッダの長手方向に並べて配置される複数の扁平管と、扁平管の表面に接触する多数のフィンからなるフィン群とを備えている。ヘッダに接続される扁平管の端部には、通常、製造上の理由等からフィンが設けられていない部分が存在する。この部分では空気との間で熱交換が十分になされず、暖房運転の際に表面温度が低くなるので、霜が付着する可能性が高くなる。扁平管の端部で霜が付着すると、その部分を起点としてヘッダやフィンにも霜が広がり、熱交換効率のさらなる悪化を招く。 In recent years, a microchannel heat exchanger has been used as a heat exchanger for an outdoor unit. This microchannel heat exchanger includes a header, a plurality of flat tubes arranged side by side in the longitudinal direction of the header, and a group of fins composed of a large number of fins in contact with the surface of the flat tubes. At the end of the flat tube connected to the header, there is usually a portion where fins are not provided due to manufacturing reasons or the like. In this part, heat exchange with air is not sufficient, and the surface temperature becomes low during the heating operation, so that there is a high possibility that frost adheres. When frost adheres to the end of the flat tube, the frost spreads to the header and fins starting from that portion, which further deteriorates the heat exchange efficiency.
本開示は、熱交換器において、ヘッダに接続される扁平管の端部のフィンのない箇所における霜の付着を抑制することを目的とする。 An object of the present disclosure is to suppress the adhesion of frost in a finless portion at the end of a flat tube connected to a header in a heat exchanger.
(1)本開示の熱交換器は、
ヘッダと、
前記ヘッダに端部が接続される複数の扁平管と、
前記扁平管の長手方向に並べて配置されかつ前記扁平管の表面に接触する多数のフィンからなるフィン群と、を備えており、
前記扁平管の表面のうち前記ヘッダと前記フィン群との間の部分が、接触角が90°を超える撥水性を有する。
(1) The heat exchanger of the present disclosure is
Header and
A plurality of flat tubes whose ends are connected to the header,
A group of fins composed of a large number of fins arranged side by side in the longitudinal direction of the flat tube and in contact with the surface of the flat tube.
The portion of the surface of the flat tube between the header and the fin group has water repellency having a contact angle of more than 90 °.
このような構成によって、ヘッダとフィン群との間では扁平管の表面に水滴が付着し難くなり、霜の付着も抑制することができる。 With such a configuration, it becomes difficult for water droplets to adhere to the surface of the flat tube between the header and the fin group, and the adhesion of frost can also be suppressed.
(2)好ましくは、前記ヘッダの表面が、接触角が90°を超える撥水性を有する。
このような構成によって、ヘッダの表面における霜の付着も抑制することができる。
(2) Preferably, the surface of the header has water repellency having a contact angle of more than 90 °.
With such a configuration, the adhesion of frost on the surface of the header can also be suppressed.
(3)好ましくは、前記扁平管の表面のうち前記フィン群が設けられた部分が、接触角が90°以下の親水性を有する。
このような構成によって、扁平管におけるフィン群が設けられた部分では、空気中の水蒸気が凝縮し水滴が付着したとしても流れ落ちやすくなり、当該水滴が空気の流れを妨げたり扁平管の表面で凍結したりするのを抑制することができる。
(3) Preferably, the portion of the surface of the flat tube provided with the fin group has hydrophilicity with a contact angle of 90 ° or less.
With such a configuration, in the portion of the flat tube where the fins are provided, even if the water vapor in the air condenses and water droplets adhere, it easily flows down, and the water droplets obstruct the air flow or freeze on the surface of the flat tube. It can be suppressed.
(4)好ましくは、前記フィンの表面が、接触角が90°以下の親水性を有する。
このような構成によって、空気中の水蒸気が凝縮してフィンに水滴が付着したとしても流れ落ちやすくなり、当該水滴が空気の流れを妨げたりフィンの表面で凍結したりするのを抑制することができる。
(4) Preferably, the surface of the fin has hydrophilicity with a contact angle of 90 ° or less.
With such a configuration, even if water vapor in the air condenses and water droplets adhere to the fins, they easily flow down, and it is possible to prevent the water droplets from obstructing the flow of air or freezing on the surface of the fins. ..
(5)本開示の熱交換器は、
ヘッダと、
前記ヘッダに端部が接続される複数の扁平管と、
前記扁平管の長手方向に並べて配置されかつ扁平管の表面に接触する多数のフィンからなるフィン群と、を備えており、
前記扁平管の表面のうち前記ヘッダと前記フィン群との間の部分に、より撥水性を高める撥水層が設けられている。
(5) The heat exchanger of the present disclosure is
Header and
A plurality of flat tubes whose ends are connected to the header,
It is provided with a group of fins composed of a large number of fins arranged side by side in the longitudinal direction of the flat tube and in contact with the surface of the flat tube.
A water-repellent layer that further enhances water repellency is provided on a portion of the surface of the flat tube between the header and the fin group.
このような構成によって、ヘッダとフィン群との間では扁平管の表面に水滴が付着し難くなり、霜の付着及び水滴の凍結を抑制することができる。 With such a configuration, water droplets are less likely to adhere to the surface of the flat tube between the header and the fin group, and frost adhesion and freezing of water droplets can be suppressed.
(6)本開示の空気調和機は、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の熱交換器を有している。 (6) The air conditioner of the present disclosure has the heat exchanger according to any one of (1) to (4) above.
(7)本開示の熱交換器の製造方法は、
ヘッダと、前記ヘッダに端部が接続される複数の扁平管と、前記扁平管の長手方向に並べて配置されかつ前記扁平管の表面に接続された多数のフィンからなるフィン群と、を備えた熱交換器の製造方法であって、
前記扁平管の表面のうち前記ヘッダと前記フィン群との間の部分に、より撥水性を高める撥水処理を施す工程を含む。
(7) The method for manufacturing the heat exchanger of the present disclosure is as follows.
It includes a header, a plurality of flat tubes whose ends are connected to the header, and a group of fins composed of a large number of fins arranged side by side in the longitudinal direction of the flat tubes and connected to the surface of the flat tubes. It is a method of manufacturing a heat exchanger.
A step of applying a water repellent treatment to further enhance water repellency is included in a portion of the surface of the flat tube between the header and the fin group.
このような構成によって、ヘッダとフィン群との間では、扁平管の表面に水滴が付着し難くなり、霜の付着を抑制することができる。 With such a configuration, it becomes difficult for water droplets to adhere to the surface of the flat tube between the header and the fin group, and the adhesion of frost can be suppressed.
以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態を詳細に説明する。
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態に係る空気調和機の内部を上方から見た概略的な平面図である。
空気調和機10は、室外機11と室内機とに分離されたセパレートタイプであり、図1には室外機11が示されている。室外機11は、筐体12を備えている。筐体12は、直方体形状に形成され、平面視で矩形状に形成されている。筐体12の内部は、区画壁13によって機械室S1と、熱交換室S2とに区画されている。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic plan view of the inside of the air conditioner according to the first embodiment as viewed from above.
The
筐体12の機械室S1には、圧縮機14が収容されている。機械室S1には、圧縮機14の他、図示しない四路切換弁、アキュームレータ、オイルセパレータ、膨張弁等も収容される。
The
筐体12の熱交換室S2には、熱交換器15、及び、ファン16等が収容されている。
熱交換室S2側に配置された筐体12の2つの隣接する側壁12a,12bには、空気取入口12a1,12b1が形成されている。ファン16は、空気取入口12b1が形成された一方の側壁12bに隣接した他の側壁12cに対向して配置されている。この側壁12cには、空気吹出口12c1が形成されている。ファン16が作動すると、空気取入口12a1,12b1から筐体12内に空気が取り入れられ、空気吹出口12c1から排出される。図1に示す矢印aは、筐体12に取り入れられる空気の流れの方向を示す。以下、空気の流れの方向を、「空気流方向」ともいう。
A
Air intake ports 12a1 and 12b1 are formed on two
熱交換器15は、平面視でL字形状に形成されている。熱交換器15は、空気取入口12a1,12b1が形成された2つの側壁12a,12bの間の角部12eの付近で屈曲し、2つの側壁12a,12bに沿って配置されている。
The
図2は、熱交換器15の概略的な正面図である。
熱交換器15は、マイクロチャネル型の熱交換器である。熱交換器15は、一対のヘッダ21,22、伝熱管23、及びフィン群24を有している。これらはアルミニウム又はアルミニウム合金により形成されている。
FIG. 2 is a schematic front view of the
The
ヘッダ21,22は、その長手方向を上下方向に向けた状態で配置されている。一対のヘッダ21,22は、ガス側ヘッダ21及び液側ヘッダ22からなる。ガス側ヘッダ21には、ガス状の冷媒が流れる。液側ヘッダ22には液状(又は気液二相)の冷媒が流れる。
The
伝熱管23は、ヘッダ21,22の長手方向の長さよりも、空気流方向a(図1参照)の長さが長い扁平管により構成されている。以下、伝熱管のことを扁平管23という。扁平管23は、ヘッダ21,22の長手方向である上下方向に並べて多数設けられている。扁平管23の一端はガス側ヘッダ21に連結され、扁平管23の他端は液側ヘッダ22に接続されている。扁平管23のガス側ヘッダ21に連結された一端から液側ヘッダ22に接続されている他端へと延びる方向が扁平管23の長手方向である。扁平管23の長手方向は、ヘッダ21,22の長手方向と直交し、さらに、空気流方向aとも直交する方向である。
The
図3は、図2のA−A矢視断面図である。図4は、図3のB−B矢視断面図である。
図4に示すように、扁平管23は、空気流方向aに並べて配置された複数の流路23aを有している。図1に示すように、一方のヘッダから扁平管23に流入した冷媒は、各流路23aを流れ、他方のヘッダへ流入する。熱交換器15が、蒸発器として用いられる場合、液側ヘッダ22から気液二相冷媒が扁平管23に流入し、各流路23a内を冷媒が流れながら蒸発し、ガス状の冷媒となってガス側ヘッダ21に流入する。ガス側ヘッダ21に流入した冷媒は、ガス管を介して圧縮機14に吸入される。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
As shown in FIG. 4, the
図3に示すように、フィン群24は、扁平管23の長手方向に並べて配置された多数のフィン24aからなる。ガス側ヘッダ21とフィン群24との間には間隔Lがあけられている。図4に示すように、各フィン24aには、上下方向に間隔をあけて多数の溝24bが形成されている。この溝24bに扁平管23が挿入され、扁平管23にフィン24aが固定されている。フィン24aは、扁平管23よりも空気流方向aの上流側に突出する突出部24cを備えている。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態の熱交換器15を構成するヘッダ21,22、扁平管23、及びフィン群24は、部位によって水の「濡れ性」が異なっている。濡れ性は、主に、固体表面に対する液体の親和性を表すために用いられる。水の場合、濡れ性は、「撥水性」及び「親水性」という用語で表現することができる。
The
図5は、撥水性及び親水性の説明図である。固体の表面Sに水Wが接しているとき、液体Wの表面が固体の表面Sとなす角度を接触角θという。本実施形態では、図5(a)に示すように、接触角θが90°を超える場合の固体表面Sの性質を「撥水性」という。図5(b)に示すように、接触角θが90°以下である場合の固体表面Sの性質を「親水性」という。 FIG. 5 is an explanatory diagram of water repellency and hydrophilicity. When water W is in contact with the surface S of the solid, the angle formed by the surface of the liquid W with the surface S of the solid is called the contact angle θ. In the present embodiment, as shown in FIG. 5A, the property of the solid surface S when the contact angle θ exceeds 90 ° is referred to as “water repellency”. As shown in FIG. 5B, the property of the solid surface S when the contact angle θ is 90 ° or less is referred to as “hydrophilic”.
熱交換器15を構成する扁平管23は、部位によって濡れ性が異なる。具体的に、図3に示すように、扁平管23の表面のうち、ガス側ヘッダ21とフィン群24との間の部分23b(図3において、符号Lの範囲に配置される部分)は、撥水性を有し、フィン群24が設けられた部分23cは親水性を有する。扁平管23の表面のうち、液側ヘッダ22とフィン群24との間の部分も撥水性を有する。
The
ガス側ヘッダ21及び液側ヘッダ22の表面は、撥水性を有する。フィン群24を構成する各フィン24aの表面は、親水性を有する。
扁平管23及びフィン24aにおける親水性は、その構成材料自体の表面の性質により与えられる。扁平管23及びヘッダ21,22の撥水性は、これらの表面に撥水処理を施し、より撥水性を高める撥水層を設けることによって与えられる。
The surfaces of the
The hydrophilicity of the
例えば、撥水性材料をスプレーにより吹き付けることで、撥水処理を施すことができる。撥水性材料としては、フッ素系材料、シリコーン系材料等を採用することができる。スプレーによる撥水性材料の吹き付け以外に、刷毛等による塗布、又は、撥水性材料への浸漬等を採用してもよい。ただし、撥水性材料をスプレーにより吹き付けることによって、簡単に撥水処理を施すことができる。撥水処理の方法としては、表面加工を採用することもできる。 For example, a water repellent treatment can be applied by spraying a water repellent material. As the water-repellent material, a fluorine-based material, a silicone-based material, or the like can be adopted. In addition to spraying the water-repellent material by spraying, application by a brush or the like, immersion in the water-repellent material, or the like may be adopted. However, the water repellent treatment can be easily applied by spraying the water repellent material. As a method of water repellent treatment, surface treatment can also be adopted.
なお、扁平管23及びヘッダ21,22の撥水性は、その構成材料自体の表面の性質により与えられてもよく、扁平管23及びフィン24aの親水性は、これらの表面に親水処理を施し、より親水性を高める親水層を設けることによって与えられてもよい。
The water repellency of the
空気調和機10によって暖房運転を行うとき、熱交換器15は蒸発器となり、扁平管23内には外気よりも低温の冷媒が流れる。扁平管23の表面のうちフィン群24が設けられていない部分23bは、フィン群24が設けられている部分23cに比べて熱交換効率が低下するため、より低温となる。そのため、空気中の水蒸気が霜になって付着したり、凝縮により水滴となって付着し、凍結したりすることがある。
When the heating operation is performed by the
本実施形態では、扁平管23の表面のうち、各ヘッダ21,22とフィン群24との間の部分23bが撥水性を有しているので、水滴の接触面積が小さくなり、水滴が付着し難くなる。そのため、霜も付着し難くなる。凝縮により扁平管23に付着した水滴は、空気取入口12a1からの送風等によって容易に取り除かれ、凍結が抑制される。したがって、扁平管23の部分23bで発生した霜や氷がヘッダ21,22及びフィン群24に広がることもなく、熱交換効率の悪化を抑制することができる。
In the present embodiment, of the surface of the
各ヘッダ21,22の表面も撥水性を有しているので、霜の付着や水滴の凍結を抑制することができる。特に、各ヘッダ21,22は上下方向に沿って配置されているので、付着した水滴を自重によって容易に下方へ流すことができる。
Since the surfaces of the
扁平管23の表面のうち、フィン群24が設けられた部分23cは、親水性を有しているので、空気中の水蒸気が凝縮することによって水滴が付着したとしても、水滴は、扁平管23の表面で広がって流れやすくなり、凍結が抑制される。各フィン24aの表面も親水性を有しているので、同様に、付着した水滴が流れやすくなり、凍結が防止される。
Of the surface of the
<実施形態の作用効果>
上述した実施形態の熱交換器15は、ヘッダ(ガス側ヘッダ21及び液側ヘッダ22)と、ヘッダ21,22に端部が接続される複数の扁平管23と、扁平管23の長手方向に並べて配置されかつ扁平管23の表面に接触する多数のフィン24aからなるフィン群24と、を備えており、扁平管23の表面のうちヘッダ21,22とフィン群24との間が、接触角が90°を超える撥水性を有する。このような構成によって、ヘッダ21,22とフィン群24との間では扁平管23の表面に水滴が付着し難くなり、霜の付着及び水滴の凍結を抑制することができる。
<Action and effect of the embodiment>
The
上述した実施形態では、ヘッダ21,22の表面が、接触角が90°を超える撥水性を有する。そのため、ヘッダ21,22の表面における霜の付着及び水滴の凍結も抑制することができる。
In the above-described embodiment, the surfaces of the
上述した実施形態では、扁平管23の表面のうちフィン群24が設けられた部分23cが、接触角が90°以下の親水性を有する。そのため、扁平管23におけるフィン群24が設けられた部分23cでは、空気中の水蒸気が凝縮して水滴が付着したとしても流れ落ちやすくなり、当該水滴が空気の流れを妨げたり扁平管の表面で凍結したりするのを抑制することができる。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、フィンの24aの表面が、接触角が90°以下の親水性を有する。そのため、空気中の水蒸気が凝縮しフィン24aに水滴が付着したとしても流れ落ちやすくなり、当該水滴が空気の流れを妨げたりフィン24aの表面で凍結したりするのを抑制することができる。
In the above-described embodiment, the surface of the
上述した実施形態の熱交換器15は、ヘッダ21,22と、ヘッダ21,22に端部が接続される複数の扁平管23と、扁平管23の長手方向に並べて配置されかつ扁平管23の表面に接触する多数のフィン24aからなるフィン群24と、を備えており、扁平管23の表面のうちヘッダ21,22とフィン群24との間の部分23bに、より撥水性を高める撥水層が設けられている。このような構成によって、ヘッダ21,22とフィン群24との間では扁平管23の表面に水滴が付着し難くなり、霜の付着及び水滴の凍結を抑制することができる。
The
上述した実施形態の熱交換器15は、扁平管23の表面のうちヘッダ21,22とフィン群24との間に、より撥水性を高める撥水処理を施すことによって製造される。そのため、ヘッダ21,22とフィン群24との間で扁平管23の表面23bに水滴が付着し難くなり、霜の付着及び水滴の凍結を抑制することができる。
The
なお、本開示は、以上の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
上述した実施形態では、ガス側ヘッダ21及び液側ヘッダ22の表面が撥水性を有していたが、親水性を有していてもよい。扁平管23の表面のうちフィン群24が設けられた部分23c、又は、フィン24aの表面は、撥水性を有していてもよい。
It should be noted that the present disclosure is not limited to the above examples, and is indicated by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
In the above-described embodiment, the surfaces of the
上述した各実施形態において、熱交換器15は、扁平管23を空気流方向aに2列以上備えていてもよい。
上述した各実施形態では、熱交換器15は、平面視で筐体12の2つの隣接する側壁12a,12bに沿うようにL字状に形成されていたが、1つの側壁又は3つ以上の側壁に沿うように形成されていてもよい。
In each of the above-described embodiments, the
In each of the above-described embodiments, the
上述した各実施形態では、室外機11は、ファン16によって筐体12の側壁12cから空気を吹き出していたが、筐体12の上面から空気を吹き出す構成であってもよい。
In each of the above-described embodiments, the
10 :空気調和機
15 :熱交換器
21 :ガス側ヘッダ
22 :液側ヘッダ
23 :扁平管
23b :撥水性の部分
23c :親水性の部分
24 :フィン群
24a :フィン
10: Air conditioner 15: Heat exchanger 21: Gas side header 22: Liquid side header 23:
Claims (7)
前記ヘッダ(21,22)に端部が接続される複数の扁平管(23)と、
前記扁平管(23)の長手方向に並べて配置されかつ前記扁平管(23)の表面に接触する多数のフィン(24a)からなるフィン群(24)と、を備えており、
前記扁平管(23)の表面のうち前記ヘッダ(21,22)と前記フィン群(24)との間の部分(23b)が、接触角が90°を超える撥水性を有する、熱交換器。 Headers (21, 22) and
A plurality of flat tubes (23) whose ends are connected to the headers (21, 22),
A fin group (24) composed of a large number of fins (24a) arranged side by side in the longitudinal direction of the flat tube (23) and in contact with the surface of the flat tube (23) is provided.
A heat exchanger in which a portion (23b) of the surface of the flat tube (23) between the header (21,22) and the fin group (24) has a water repellency having a contact angle of more than 90 °.
前記ヘッダ(21,22)に端部が接続される複数の扁平管(23)と、
前記扁平管(23)の長手方向に並べて配置されかつ前記扁平管(23)の表面に接触する多数のフィン(24a)からなるフィン群(24)と、を備えており、
前記扁平管(23)の表面のうち前記ヘッダ(21,22)と前記フィン群(24)との間の部分(23b)に、より撥水性を高める撥水層が設けられている、熱交換器。 Headers (21, 22) and
A plurality of flat tubes (23) whose ends are connected to the headers (21, 22),
A fin group (24) composed of a large number of fins (24a) arranged side by side in the longitudinal direction of the flat tube (23) and in contact with the surface of the flat tube (23) is provided.
A water-repellent layer that further enhances water repellency is provided on a portion (23b) between the header (21, 22) and the fin group (24) on the surface of the flat tube (23) for heat exchange. vessel.
前記扁平管(23)の表面のうち前記ヘッダ(21,22)と前記フィン群(24)との間の部分(23b)に、より撥水性を高める撥水処理を施す工程を含む、熱交換器の製造方法。
A header (21,22), a plurality of flat tubes (23) whose ends are connected to the headers (21,22), and the flat tubes (23) arranged side by side in the longitudinal direction of the flat tubes (23). A heat exchanger (15) including a fin group (24) composed of a large number of fins (24a) connected to the surface of).
Heat exchange including a step of applying a water repellent treatment to a portion (23b) between the header (21, 22) and the fin group (24) on the surface of the flat tube (23) to further enhance water repellency. How to make a vessel.
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