JP2020153606A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】着霜による通風路の閉塞をより効果的に抑制する熱交換器を提供する。【解決手段】隣り合うチューブ13同士の間に設けられるフィン14は、波型のコルゲートフィンであり、チューブ13を挟んで隣り合うコルゲートフィン14は、少なくとも一方がチューブ13よりも風上側に延長させてあり、互いの延長量Eに差ΔEをつけることにより、先端に着霜が生じたとしても、その先端を迂回するように風が通り抜けることができ、着霜による通風路の閉塞をより効果的に抑制することができる。【選択図】図2
Description
本発明は、熱交換器に関するものである。
冷媒管を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換を行なう熱交換器では、フィンの先端に着霜して通風路が塞がれると、熱交換効率が低下してしまう。特許文献1では、着霜によって通風路が塞がれることを抑制するために、フィンを冷媒管よりも風上側に延長させることを提案している。
フィンを冷媒管よりも一様に延長させたとしても、フィンの先端、及び隣接したフィン同士の間に着霜が生じると、通風路に閉塞が生じてしまう。
本発明の課題は、着霜による通風路の閉塞をより効果的に抑制することである。
本発明の課題は、着霜による通風路の閉塞をより効果的に抑制することである。
本発明の一態様に係る熱交換器は、
互いに直交する方向を、第一の方向、第二の方向、及び第三の方向とし、
第一の方向に延び、第二の方向に間隔を空けて設けられ、内部を熱媒体が流れる複数の配管部材と、
隣り合う配管部材同士の間に、第三の方向に沿って風を通す複数の通風路を形成するために設けられ、第三の方向から見た形状が、第一の方向に沿って変位しながら一方の配管部材と他方の配管部材との間を周期的に往復する波型であるコルゲートフィンと、を備え、
配管部材の内部を流れる熱媒体と、配管部材の周囲及びコルゲートフィンの周囲を流れる空気と、の間で熱交換を行なうものであって、
配管部材を挟んで隣り合うコルゲートフィンは、少なくとも一方が配管部材よりも風上側に延長させてあり、互いの延長量に差がある。
互いに直交する方向を、第一の方向、第二の方向、及び第三の方向とし、
第一の方向に延び、第二の方向に間隔を空けて設けられ、内部を熱媒体が流れる複数の配管部材と、
隣り合う配管部材同士の間に、第三の方向に沿って風を通す複数の通風路を形成するために設けられ、第三の方向から見た形状が、第一の方向に沿って変位しながら一方の配管部材と他方の配管部材との間を周期的に往復する波型であるコルゲートフィンと、を備え、
配管部材の内部を流れる熱媒体と、配管部材の周囲及びコルゲートフィンの周囲を流れる空気と、の間で熱交換を行なうものであって、
配管部材を挟んで隣り合うコルゲートフィンは、少なくとも一方が配管部材よりも風上側に延長させてあり、互いの延長量に差がある。
本発明によれば、隣り合うコルゲートフィンの延長量に差があるため、仮に風上側の先端に着霜が生じたとしても、その先端を迂回するように風が通り抜けることができる。したがって、着霜による通風路の閉塞をより効果的に抑制することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに限定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
《一実施形態》
《構成》
以下の説明では、互いに直交する三方向を、便宜的に、縦方向(第一の方向)、横方向(第二の方向)、及び奥行方向(第三の方向)とする。
《構成》
以下の説明では、互いに直交する三方向を、便宜的に、縦方向(第一の方向)、横方向(第二の方向)、及び奥行方向(第三の方向)とする。
図1は、熱交換器を示す図である。
ここでは、熱交換器11の正面、つまり奥行方向の風上側から見た状態を示す。熱交換器11は、カーエアコンやショーケース等、ヒートポンプサイクル及び冷凍回路において、蒸発器として機能するものである。アルミ製の熱交換器11は、上下一対のヘッダ12と、複数のチューブ13(配管部材)と、複数のフィン14(コルゲートフィン)と、を備える。
ここでは、熱交換器11の正面、つまり奥行方向の風上側から見た状態を示す。熱交換器11は、カーエアコンやショーケース等、ヒートポンプサイクル及び冷凍回路において、蒸発器として機能するものである。アルミ製の熱交換器11は、上下一対のヘッダ12と、複数のチューブ13(配管部材)と、複数のフィン14(コルゲートフィン)と、を備える。
一対のヘッダ12は、横方向に延び、縦方向に間隔を空けて設けられている。ヘッダ12は、両端が閉塞された円筒状の配管によって形成されており、内部は隔壁17によって横方向に並んだ区画に仕切られている。上方のヘッダ12は、内部が横方向一端側の区画12Aと横方向他端側の区画12Bとに分けられており、横方向一端側の区画12Aには流入口15が設けられている。下方のヘッダ12は、内部が横方向一端側の区画12Cと横方向他端側の区画12Dとに分けられており、横方向他端側の区画12Dには排出口16が設けられている。
各チューブ13は、縦方向に延び、上端及び下端の夫々がヘッダ12に接続され、横方向に沿って等間隔に設けられている。チューブ13は横方向に薄い扁平形状であり、両端をヘッダ12の内部に連通させてヘッダ12にろう付けされている。ここでは12本ある場合を示してあり、夫々を識別する場合は、横方向の一端から他端に向かって順に13a〜13lとする。上方のヘッダ12では、チューブ13dとチューブ13eとの間が隔壁17によって仕切られており、下方のヘッダ12では、チューブ13hとチューブ13iとの間が隔壁17によって仕切られている。
各フィン14は、隣り合うチューブ13同士の間にろう付けによって固定されている。
各フィン14は、隣り合うチューブ13同士の間にろう付けによって固定されている。
ヘッダ12及びチューブ13によって、流路が形成されており、そこを冷媒(熱媒体)が流れる。すなわち、先ず流入口15を介して上方のヘッダ12における横方向一端側の区画12Aへ流入し、チューブ13a〜13dに分配されてから下方のヘッダ12における横方向一端側の区画12Cへ流入する。次にチューブ13e〜13hに分配されてから上方のヘッダ12における横方向他端側の区画12Bへ流入し、次にチューブ13i〜13lに分配されてから下方のヘッダ12における横方向他端側の区画12Dへ流入し、排出口16を介して排出される。こうして、冷媒は各チューブ13を流れるときに、チューブ13及びフィン14の周囲を流れる空気との間で熱交換を行なう。すなわち、冷媒は周囲を流れる空気から吸熱することで蒸発気化し、空気は冷媒の吸熱によって冷やされる。
次に、チューブ13及びフィン14の詳細について説明する。
図2は、チューブ及びフィンを示す図である。
図中の(a)はチューブ13及びフィン14を奥行方向から見た図である。フィン14は、薄板を波状に形成したコルゲートフィンであり、奥行方向から見た形状が、縦方向に沿って変位しながら一方のチューブ13と他方のチューブとの間を周期的に往復する波型である。一つのフィン14により、隣り合うチューブ13同士の間を縦方向に沿って複数の区画に仕切ることができる。フィン14とチューブ13とで囲まれた各区画が、奥行方向に空気を流すための通風路21となる。
図2は、チューブ及びフィンを示す図である。
図中の(a)はチューブ13及びフィン14を奥行方向から見た図である。フィン14は、薄板を波状に形成したコルゲートフィンであり、奥行方向から見た形状が、縦方向に沿って変位しながら一方のチューブ13と他方のチューブとの間を周期的に往復する波型である。一つのフィン14により、隣り合うチューブ13同士の間を縦方向に沿って複数の区画に仕切ることができる。フィン14とチューブ13とで囲まれた各区画が、奥行方向に空気を流すための通風路21となる。
図中の(b)はチューブ13及びフィン14を縦方向から見た図であり、チューブ13についてはその断面を示す。チューブ13には、縦方向に延び、奥行方向に沿って並んだ複数の貫通孔22が形成されており、各貫通孔22に冷媒が流れる。
チューブ13を挟んで隣り合うフィン14は、夫々、奥行方向に沿ってチューブ13又は通風路21よりも風上側に延長させてあり、互いの延長量Eには0よりも大きな差ΔEがある。ここでは、延長量Eが相対的に長いE1のフィン14と、延長量Eが相対的に短いE2のフィン14とを、横方向に沿って交互に配置している。
E1は例えば5.0mm程度であり、E2は例えば2.5mm程度である。延長量E1と延長量E2との差ΔEは、チューブ13を挟んで隣り合うフィン14同士の離隔距離dよりも大きい。離隔距離dはチューブ13の横方向の寸法に相当する。チューブ13を挟んで隣り合うフィン14は、奥行方向の寸法Lが全て同一であり、奥行方向に沿って少なくともチューブ13における風下側の端部まで延びている。つまり、風下側から見て、各フィン14は、チューブ13と面一か、又はチューブ13よりも突出している。ここでは、風上側の延長量EがE1のフィン14は、風下側がチューブ13と面一になり、風上側の延長量EがE2のフィン14は、風下側がチューブ13よりも突出する。
《作用》
次に、一実施形態の主要な作用効果について説明する。
フィン14をチューブ13よりも風上側に一様に延長させた場合、フィン14の先端、及び隣接したフィン14同士の間に着霜が生じると、通風路21に閉塞が生じてしまう。
そこで、チューブ13を挟んで隣り合うフィン14は、何れもチューブ13よりも風上側に延長させてあり、互いの延長量Eに差ΔEを設けた。これにより、仮にフィン14における風上側の先端に着霜が生じたとしても、その先端を迂回するように風が通り抜けることができる。したがって、着霜による通風路21の閉塞をより効果的に抑制することができる。
次に、一実施形態の主要な作用効果について説明する。
フィン14をチューブ13よりも風上側に一様に延長させた場合、フィン14の先端、及び隣接したフィン14同士の間に着霜が生じると、通風路21に閉塞が生じてしまう。
そこで、チューブ13を挟んで隣り合うフィン14は、何れもチューブ13よりも風上側に延長させてあり、互いの延長量Eに差ΔEを設けた。これにより、仮にフィン14における風上側の先端に着霜が生じたとしても、その先端を迂回するように風が通り抜けることができる。したがって、着霜による通風路21の閉塞をより効果的に抑制することができる。
図3は、チューブ及びフィンの斜視図である。
フィン14は、コルゲートフィンであり、風上側に延長された部分には縦方向の一段おきに横方向に開いた隙間23が形成される。したがって、フィン14における風上側の先端が着霜によって閉塞しても、隙間23から風が通り抜けることができる。
フィン14は、コルゲートフィンであり、風上側に延長された部分には縦方向の一段おきに横方向に開いた隙間23が形成される。したがって、フィン14における風上側の先端が着霜によって閉塞しても、隙間23から風が通り抜けることができる。
図4は、着霜の様子を模式的に示した図である。
チューブ13及びフィン14の双方において、風上側の先端から霜26が付着し、ここでは既にフィン14における風上側の先端が閉塞しているものとする。
チューブ13及びフィン14の双方において、風上側の先端から霜26が付着し、ここでは既にフィン14における風上側の先端が閉塞しているものとする。
隣り合うフィン14は、風上側への延長量Eが互いに異なるため、フィン14は風上側の先端に付着している霜26により通風路21が閉塞することはない。そのため、隙間23により、点線の矢印で示すように、先端に付着した霜26を迂回するように風が通り抜けることができる。
図5は、着霜がさらに進んだ様子を模式的に示した図である。
フィン14の風上側の先端に生じた着霜が進み、延長量Eの小さい側の先端と隣り合うフィン14との間(チューブ13の風上側)が着霜により、閉塞した場合であっても、隙間23のΔEの部分は閉塞しない。そのため、隙間23により、点線の矢印で示すように、先端に付着した霜26を迂回するように風が通り抜けることができる。また、延長量Eが小さい側についても、隙間23により、点線の矢印で示すように、先端に付着した霜26を迂回するように風が通り抜けることができる。
フィン14の風上側の先端に生じた着霜が進み、延長量Eの小さい側の先端と隣り合うフィン14との間(チューブ13の風上側)が着霜により、閉塞した場合であっても、隙間23のΔEの部分は閉塞しない。そのため、隙間23により、点線の矢印で示すように、先端に付着した霜26を迂回するように風が通り抜けることができる。また、延長量Eが小さい側についても、隙間23により、点線の矢印で示すように、先端に付着した霜26を迂回するように風が通り抜けることができる。
図6は、比較例を示す図である。
ここでは、フィン14をチューブ13よりも風上側に一様に延長させた構成を示している。
ここでは、フィン14をチューブ13よりも風上側に一様に延長させた構成を示している。
図7は、比較例における着霜の様子を模式的に示した図である。
このように、チューブ13を挟んで隣り合うフィン14の延長量Eに差ΔEがない場合(ΔE=0)、フィン14の先端、及び隣接したフィン14同士の間に着霜が生じると、通風路21に閉塞が生じてしまう。
このように、チューブ13を挟んで隣り合うフィン14の延長量Eに差ΔEがない場合(ΔE=0)、フィン14の先端、及び隣接したフィン14同士の間に着霜が生じると、通風路21に閉塞が生じてしまう。
図8は、他の比較例を示す図である。
ここでは、板フィン31を風上側に延長させた構成を示している。板フィン31は、チューブ13を挟んだ横方向の両側が同じ板材によって一体的に形成されている。したがって、風上側への延長量Eを異ならせるには、縦方向に隣り合う板フィン31同士の延長量Eを異ならせることになる。このように、板フィン31を採用した場合、板フィン31の先端、及び縦方向に隣接した板フィン31同士の間に着霜が生じると、通風路に閉塞が生じてしまう。
ここでは、板フィン31を風上側に延長させた構成を示している。板フィン31は、チューブ13を挟んだ横方向の両側が同じ板材によって一体的に形成されている。したがって、風上側への延長量Eを異ならせるには、縦方向に隣り合う板フィン31同士の延長量Eを異ならせることになる。このように、板フィン31を採用した場合、板フィン31の先端、及び縦方向に隣接した板フィン31同士の間に着霜が生じると、通風路に閉塞が生じてしまう。
本実施形態では、フィン14をコルゲートフィンとし、チューブ13を挟んで隣り合うフィン14の延長量Eに差ΔEを設けているため、着霜による通風路21の閉塞をより効果的に抑制することができる。
延長量Eの差ΔEは、チューブ13を挟んで隣り合うフィン14同士の離隔距離dよりも大きいので、横方向の隙間23をできるだけ確保し、着霜による通風路21の閉塞をより効果的に抑制することができる。
チューブ13を挟んで隣り合うフィン14は、奥行方向の寸法が同一であるため、各フィン14を共通化でき、製造コストの増大を抑制できる。
フィン14は、奥行方向に沿って少なくともチューブ13における風下側の端部まで延びているため、表面積をできるだけ広くし、熱交換効率を高めることができる。
《変形例》
本実施形態では、チューブ13を挟んで隣り合うフィン14は、夫々、奥行方向に沿ってチューブ13よりも風上側に延長させているが、これに限定されるものではない。チューブ13を挟んで隣り合うフィン14は、少なくとも一方がチューブ13よりも風上側に延長させてあり、互いの延長量Eに0よりも大きな差ΔEがあればよい。
本実施形態では、チューブ13を挟んで隣り合うフィン14は、夫々、奥行方向に沿ってチューブ13よりも風上側に延長させているが、これに限定されるものではない。チューブ13を挟んで隣り合うフィン14は、少なくとも一方がチューブ13よりも風上側に延長させてあり、互いの延長量Eに0よりも大きな差ΔEがあればよい。
図9は、変形例におけるチューブ及びフィンを示す図である。
図中の(a)はチューブ13及びフィン14を奥行方向から見た図である。図中の(b)はチューブ13及びフィン14を縦方向から見た図であり、チューブ13についてはその断面を示す。
図中の(a)はチューブ13及びフィン14を奥行方向から見た図である。図中の(b)はチューブ13及びフィン14を縦方向から見た図であり、チューブ13についてはその断面を示す。
ここでは、チューブ13を挟んで隣り合うフィン14は、一方だけがチューブ13又は通風路21よりも風上側に延長させてあり、他方はチューブ13又は通風路21よりも風上側に延長させていない。すなわち、一方の延長量EをE3とし、他方の延長量Eを0としているため、差ΔEはE3である。ここでは、延長量EがE3のフィン14と、延長量Eが0のフィン14とを、横方向に沿って交互に配置している。E3は例えば3.0mm程度であり、差ΔEは、チューブ13を挟んで隣り合うフィン14同士の離隔距離dよりも大きい。このように、少なくとも一方がチューブ13よりも風上側に延長させてあり、互いの延長量Eに0よりも大きな差ΔEがあれば、前述した作用効果が得られる。
図10は、変形例におけるチューブ及びフィンの斜視図である。
変形例においても、コルゲートフィンであり、風上側に延長された部分には縦方向の一段おきに横方向に開いた隙間23が形成される。したがって、フィン14における風上側の先端が着霜によって閉塞しても、隙間23から風が通り抜けることができる。
変形例においても、コルゲートフィンであり、風上側に延長された部分には縦方向の一段おきに横方向に開いた隙間23が形成される。したがって、フィン14における風上側の先端が着霜によって閉塞しても、隙間23から風が通り抜けることができる。
図11は、変形例における着霜の様子を模式的に示した図である。
チューブ13及びフィン14の双方において、風上側の先端から霜26が付着し、ここでは既にフィン14における風上側の先端が閉塞しているものとする。
チューブ13及びフィン14の双方において、風上側の先端から霜26が付着し、ここでは既にフィン14における風上側の先端が閉塞しているものとする。
延長量Eを0とした他方のフィン14は、風上側の先端が閉塞することにより、通風路21が閉塞する。それでも、隣り合うフィン14は、風上側への延長量Eが互いに異なるため、延長量EをE3とした一方のフィン14は風上側の先端に付着している霜26により通風路21が閉塞することはない。また、霜26はフィン14に対して風上側の先端から付着するため、延長量Eにより形成された隙間23がフィン14の先端よりも先に霜26により閉塞することはない。そのため、隙間23により、点線の矢印で示すように、先端に付着した霜26を迂回するように風が通り抜けることができる。
本実施形態では、延長量Eが異なる二種類のフィン14を、横方向に沿って交互に配置しているが、これに限定されるものではない。延長量Eが異なる三種類以上のフィン14を、横方向に沿って順に配置してもよい。要は、チューブ13を挟んで隣り合うフィン14の延長量Eに、0よりも大きな差ΔEがあればよい。
本実施形態では、縦方向に延びるチューブ13を設けた縦流れの構造について説明したが、これに限定されるものではない。横方向に延びるチューブ13を設けた横流れの構造としてもよい。
以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。
11…熱交換器、12…ヘッダ、13…チューブ(配管部材)、14…フィン(コルゲートフィン)、15…流入口、16…排出口、17…隔壁、21…通風路、22…貫通孔、23…隙間、26…霜、31…板フィン
Claims (4)
- 互いに直交する方向を、第一の方向、第二の方向、及び第三の方向とし、
前記第一の方向に延び、前記第二の方向に間隔を空けて設けられ、内部を熱媒体が流れる複数の配管部材と、
隣り合う前記配管部材同士の間に、前記第三の方向に沿って風を通す複数の通風路を形成するために設けられ、前記第三の方向から見た形状が、前記第一の方向に沿って変位しながら一方の前記配管部材と他方の前記配管部材との間を周期的に往復する波型であるコルゲートフィンと、を備え、
前記配管部材の内部を流れる前記熱媒体と、前記配管部材の周囲及び前記コルゲートフィンの周囲を流れる空気と、の間で熱交換を行なうものであって、
前記配管部材を挟んで隣り合う前記コルゲートフィンは、少なくとも一方が前記配管部材よりも風上側に延長させてあり、互いの延長量に差があることを特徴とする熱交換器。 - 前記延長量の差は、前記配管部材を挟んで隣り合う前記コルゲートフィン同士の離隔距離よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記配管部材を挟んで隣り合う前記コルゲートフィンは、前記第三の方向の寸法が同一であることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱交換器。
- 前記コルゲートフィンは、前記第三の方向に沿って少なくとも前記配管部材における風下側の端部まで延びていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の熱交換器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019053549A JP2020153606A (ja) | 2019-03-20 | 2019-03-20 | 熱交換器 |
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JP2019053549A JP2020153606A (ja) | 2019-03-20 | 2019-03-20 | 熱交換器 |
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JP2019053549A Pending JP2020153606A (ja) | 2019-03-20 | 2019-03-20 | 熱交換器 |
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