JP3180434B2 - フィン・チューブ型熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、空気調和装置等に使
用されるフィン・チューブ型熱交換器に関し、除霜運転
時にフィンの対向面間に付着する水滴の除去対策に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】空気調和装置等に使用されるフィン・チ
ューブ型熱交換器では、伝熱管内（管内側）の冷媒等の
熱媒体と伝熱管外（管外側）の空気との間で熱交換を行
う場合に、管外面や管外側のフィンに着霜が生じること
がある。着霜を除去するために除霜運転が行われ、霜は
融解されて水滴になる。水滴は、とくに着霜量が多いフ
ィン（ａ），（ａ）の前端縁部に発生しやすい。

【０００３】そして、図１０に示すように、平板状のフ
ィン（ａ），（ａ）が近接して平行に並設されている場
合には、融解されて生じた水滴は、水分子間の凝集力と
水とフィン板面との付着力とによって、隣接するフィン
（ａ），（ａ）に同時に付着しやすい。このような水滴
（ｂ）は、付着力が大きい水では接触角が鋭角になるた
めに、図１１および図１２に示すような非球形である一
葉双曲面体の形状になる。この非球形の水滴は表面積が
減少して安定した表面エネルギ状態になっており、一旦
形成されると容易には除去できない。

【０００４】この非球形の水滴（ｂ）はフィン（ａ），
（ａ）の間の空気通路を塞いで熱交換面積を減少させる
原因となり、熱交換効率の低下、水滴の氷結、あるいは
氷結部による着霜の促進等を生じ、除霜頻度およびその
時間が増加して空気調和装置の空気調和能力が低下する
時間が長くなり、快適性が低下してしまう。

【０００５】そこで、フィンの板面上に付着した水滴を
除去する手段として、従来から多くの提案が為されてい
る。例えば、実開平２−１３３５７６号公報に開示され
ている熱交換器では、フィン端部が１枚おきに空気流入
側に延長され、かつ延長部の先端が空気流入方向に対し
て大きい傾斜角をもつように折り曲げられている。

【０００６】また、別の水滴除去手段として、フィンの
板面に三角形状の切り起し爪を数個形成したもの、水滴
の滞留部分を始端にして、フィンの板面に縦長のスリッ
トを形成したもの、あるいは伝熱管の近くのフィン板面
にリブを形成したものなどがある。いずれも滞留してい
る水滴や水塊を誘引し、流下を促進するために設けられ
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
切り起し爪やリブ等の誘引部材では、フィンの板面上に
付着した球状の水滴を除去するのには有効であるが、隣
接するフィンの板面に同時に付着する非球形の水滴を除
去するのには不向きである。むしろ、誘引部材が非球形
の水滴の発生量を増やしてしまうという欠点がある。

【０００８】また、上記公報の熱交換器や切り起し爪等
のすべての場合について、フィンに沿って流下させるも
のではないために、延長部から熱交換器内に水滴が飛散
して内部の装置類を濡らすという問題があった。

【０００９】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
のであって、隣接するフィンに同時に付着した水滴をフ
ィンに沿って確実に除去できるようにすることを目的と
している。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明が講じた手段は、フィンの前端
縁部に棚壁を有する流下体を形成することにより、フィ
ンに付着した水滴を前端縁部の後端から下方へ流下させ
るものである。

【００１１】具体的には、請求項１に係る発明が講じた
手段は、本体（２）の前面（４）と後面（５）とが外部
に開口し、上下に延びる互いに平行な多数の板状のフィ
ン（１１，１１，…）が該前面（４）と後面（５）との
間にわたって並設され、該フィン（１１，１１，…）間
の隙間が空気の流通路となっているフィン・チューブ型
熱交換器を前提とする。

【００１２】そして、上記各フィン（１１，１１，…）
の前端縁部（Ａ）には、多数の流下体（１４，１４，
…）が上下に連続して形成された構成としている。

【００１３】さらに、該各流下体（１４，１４，…）
は、隣接するフィン（１１，１１）の対向面に向かって
突出し、かつ上記本体（２）内へいくにしたがって先細
り状に下降する傾斜面に形成された棚壁（１６）と、該
棚壁（１６）の下方に連続する流下壁（１７）とが形成
された構成としている。

【００１４】また、請求項２に係る発明が講じた手段
は、棚壁の傾斜面をフィンの並設方向に向かって下降さ
せたものである。

【００１５】具体的には、請求項２に係る発明が講じた
手段は、請求項１に係る発明の前提としてのフィン・チ
ューブ型熱交換器に加えて、上記各フィン（１１，１
１，…）の前端縁部（Ａ）には、多数の流下体（１４，
１４，…）が上下に連続して形成された構成としてい
る。

【００１６】さらに、該各流下体（１４，１４，…）
は、隣接するフィン（１１，１１）の対向面に向かって
突出し、かつ上記本体（２）内へいくにしたがって先細
り状に下降すると共にフィン（１１，１１，…）の並設
方向に向かって下降する傾斜面に形成された棚壁（１
６）と、該棚壁（１６）の下方に連続する流下壁（１
７）とが形成された構成としている。

【００１７】また、請求項３に係る発明が講じた手段
は、棚壁を水平に形成するものである。

【００１８】具体的には、請求項３に係る発明が講じた
手段は、請求項１に係る発明の前提としてのフィン・チ
ューブ型熱交換器に加えて、上記各フィン（１１，１
１，…）の前端縁部（Ａ）には、多数の流下体（１４，
１４，…）が上下に連続して形成された構成としてい
る。

【００１９】さらに、該各流下体（１４，１４，…）
は、隣接するフィン（１１，１１）の対向面に向かって
突出し、かつ上記本体（２）内に向かって下降すると共
に突出方向には水平な傾斜面に形成された棚壁（１６）
と、該棚壁（１６）の下方に連続する流下壁（１７）と
が形成された構成としている。

【００２０】また、請求項４に係る発明が講じた手段
は、フィンの後端縁部にも流下体を形成したものであ
る。

【００２１】具体的には、請求項４に係る発明が講じた
手段は、請求項１，２または３に係る発明において、フ
ィン（１１，１１，…）の後端縁部（Ｂ）に、多数の流
下体（１４，１４，…）が上下に連続して形成された構
成としている。

【００２２】

【作用】上記構成により、請求項１に係る発明では、除
霜運転状態において、フィン（１１，１１，…）の前端
縁部（Ａ）に付着した霜は融解されて水滴を形成する。
この水滴は流下壁（１７）によって棚壁（１６）へと流
下案内される。

【００２３】一方、上下に連続する流下体（１４，１
４，…）は凹凸形状であるので、水とフィン（１１，１
１，…）の板面との間の付着力は、隣接するフィン（１
１，１１）に同時に付着できる程度には得られない。そ
のため、隣接するフィン（１１，１１）に同時に付着す
るような非球形の水滴は形成されにくい。そして、流下
壁（１７）上の水滴は棚壁（１６）上に流下する。

【００２４】棚壁（１６）上の水滴は、棚壁（１６）は
本体（２）内へ向かって下降する傾斜面に形成されてい
るので、傾斜面に沿って流下し、流下中に水滴は合流し
て成長する。しかも、傾斜面は先細り状になっているの
で、成長した水滴は、棚壁（１６）の内奥一個所の収束
点に集まり、フィン（１１，１１，…）の板面に沿って
流下することになる。

【００２５】また、請求項２に係る発明では、棚壁（１
６）の傾斜面はフィン（１１，１１，…）の並設方向に
向かって下降しているので、プレス成形等による流下体
（１４，１４，…）の形成が容易になる。

【００２６】また、請求項３に係る発明では、棚壁（１
６）は突出方向に水平に形成されており、上方の流下壁
（１７）から流下した水滴がさらに下方の流下壁（１
７）にまで流下するのを防止して、棚壁（１６）上の水
滴が確実に前端縁部（Ａ）の後端にまで誘導されること
になる。

【００２７】また、請求項４に係る発明では、フィン
（１１，１１，…）の後端縁部（Ｂ）に、多数の流下体
（１４，１４，…）が上下に連続して形成されるので、
後端縁部（Ｂ）においても水滴が除去される。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る発明によ
れば、フィン（１１，１１，…）の前端縁部（Ａ）に山
形の流下体（１４，１４，…）を連続して形成している
ことにより、その流下壁（１７）で水滴を棚壁（１６）
へ流下案内して、流下してきた水滴を棚壁（１６）で積
極的に合流させて水滴の成長を促進することができると
共に、フィン（１１，１１，…）の板面に沿って流下さ
せることができる。従って、従来の熱交換器に比べて、
フィン（１１，１１，…）の前端縁部（Ａ）に付着する
水滴をフィン（１１，１１，…）の板面に沿って確実に
除去することができる。この結果、除霜を必要とする運
転状態における熱交換器の効率を向上し、併わせて除霜
運転の頻度及びその時間を減少して、悪条件下にあって
も正常な運転状態を長時間にわたって維持することがで
きる。

【００２９】また、請求項２に係る発明によれば、棚壁
（１６）の傾斜面はフィン（１１，１１，…）の並設方
向に向かって下降しているので、プレス成形等によって
流下体（１４，１４，…）を容易に形成することができ
る。

【００３０】また、請求項３に係る発明によれば、棚壁
（１６）が突出方向に水平に形成されていることによ
り、上方の流下壁（１７）から流下した水滴を確実に前
端縁部（Ａ）の後端に誘導することができ、フィン（１
１，１１，…）の前端縁部（Ａ）に付着する水滴を確実
に除去することができる。

【００３１】また、請求項４に係る発明によれば、フィ
ン（１１，１１，…）の後端縁部（Ｂ）に、多数の流下
体（１４，１４，…）が形成されることにより、後端縁
部（Ｂ）においても水滴を除去することができ、装置全
体として正常な運転状態を長時間にわたって維持するこ
とができる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。

【００３３】図１ないし図５は請求項１および２に係る
発明を空気調和装置の室外ユニット内に配設される熱交
換器に適用した第１実施例を示す。

【００３４】図示しないが、室外ユニット内には、圧縮
機と、ファンを有する熱源側熱交換器であるフィン・チ
ューブ型熱交換器とが配設されている。フィン・チュー
ブ型熱交換器は、圧縮機と、四路切換弁と、図示しない
室内ユニット内の利用側熱交換器と冷媒配管によって冷
媒が正逆流通可能に接続されている。そして、四路切換
弁の切換動作により、フィン・チューブ型熱交換器は、
暖房運転時には蒸発器として、冷房運転時には凝縮器と
して機能するように構成されている。

【００３５】上記フィン・チューブ型熱交換器は、直接
膨脹式のプレートフィン型の熱交換器であり、図１およ
び図２に示すように、本体（２）内に熱交換ユニット
（３）が挿入されて固定された構造とされている。

【００３６】本体（２）は前面（４）に空気流入口
（６）が、後面（５）に空気流出口（７）がそれぞれ開
設されている。

【００３７】一方、熱交換ユニット（３）には、伝熱管
（１２）が配設されており、伝熱管（１２）は、図示し
ない２枚の管板の間に多数の管が上下多段に貫通して支
持されてなる直管部（１０）が、Ｕ字管（８），
（８），…により冷媒が流通可能に接続されて構成され
ている。

【００３８】さらに、伝熱管（１２）の直管部（１０）
には、多数の縦長のフィン（１１），（１１），…が外
嵌されている。フィン（１１），（１１），…は伝熱管
（１２）に対して板面が直交するように配置されてお
り、各フィン（１１），（１１），…の間に形成された
空気通路が前面（４）と後面（５）とに直交するように
構成されている。フィン（１１），（１１），…は上下
に長いアルミニウム製の平板の一群からなり、直管部
（１０）に沿って一定ピッチで配置されている。

【００３９】また、図４に示すように、直管部（１０）
とフィン（１１），（１１），…との交差部（Ｃ）に
は、パイプカラー（１３）が外嵌され、このパイプカラ
ー（１３）は、直管部（１０）がフィン（１１），（１
１），…に隙間なく確実に外嵌されるように構成されて
いる。

【００４０】空気調和装置を暖房運転するとき、とくに
冬季等の外気温が低いときには、フィン（１１），（１
１），…の前端縁部（Ａ）に多量の霜が付きやすい。こ
の霜を除去するために、除霜運転を行って伝熱管（１
２）に高温の冷媒を流通させて、霜を融解させる。霜が
融解すると、図５に示すように、隣接するフィン（１
１），（１１）に同時に付着する非球形の水滴（Ｗ）が
生じるおそれがある。

【００４１】非球形の水滴（Ｗ）は、フィン（１１），
（１１），…の隣接間隔が小さな熱交換器において発生
しやすく、とくに着霜量が多いフィン（１１），（１
１），…の前端縁部（Ａ）において形成されやすい。こ
の非球形の水滴（Ｗ）は、付着力が大きい水では接触角
が鋭角になると共に水分子間の凝集力に起因する表面張
力が大きいために、表面積が最小になるように中央がく
びれた一葉双曲面体状の外観、あるいは一葉双曲面体を
上下に引き伸ばした外観を呈するようになる。このた
め、非球形の水滴（Ｗ）は、安定した表面エネルギ状態
になっており、一旦形成されると容易に除去できない。

【００４２】そこで、上記非球形の水滴（Ｗ）を除去す
るために、フィン（１１），（１１），…の前端縁部
（Ａ）には、図３〜図５に示すように、本発明の特徴で
ある流下体（１４），（１４），…が上下に連続して形
成されている。

【００４３】流下体（１４），（１４），…は、フィン
（１１），（１１），…の板面からフィン（１１），
（１１），…の並設方向に向かって突出する三角形状の
棚壁（１６）と、棚壁（１６）と逆方向に傾斜する四角
形状の流下壁（１７）とが連続して折り曲げられて構成
されている。

【００４４】前端縁部（Ａ）には、前端縁部（Ａ）の後
端上の交点（１５）で交わる山側折目線（１６ａ）と基
端側折目線（１６ｂ）とが形成され、山側折目線（１６
ａ）と基端側折目線（１６ｂ）とにより囲まれた領域
に、本体（２）内に向かって下降する三角形状の棚壁
（１６）が形成されている。山側折目線（１６ａ）と基
端側折目線（１６ｂ）とは本体（２）内に向かって下降
しており、棚壁（１６）は本体（２）内に向かって下降
する傾斜面に形成されている。さらに、山側折目線（１
６ａ）は基端側折目線（１６ｂ）より下方に設定されて
おり、本体（２）の傾斜面がフィン（１１），（１
１），…の並設方向に向かって下降するように構成され
ている。

【００４５】さらに、流下壁（１７）は、上方の棚壁
（１６）の山側折目線（１６ａ）と、下方の棚壁（１
６）の基端側折目線（１６ｂ）を繋いで形成されてな
り、前端縁部（Ａ）における上下長さが棚壁（１６）の
上下長さより十分に大きく設定されている。

【００４６】次に、上記流下体（１４），（１４），…
の作用について説明する。

【００４７】除霜運転状態において、霜が融解されて生
じた流下壁（１７）上の水滴（Ｗ）は、フィン（１
１），（１１），…の隣接間隔によっては、図５に示す
ように、水滴（Ｗ）同士が付着する。このときの水滴
（Ｗ）の付着面は垂直面に対して傾斜しており、図１１
に示す対向する垂直面の間に形成される一葉双曲面体の
水滴（ｂ）に比べて、水滴形状が不安定で流下しやす
い。そのため、暖房運転の再開によって送風が開始され
ると、水滴（Ｗ）は流下壁（１７）や棚壁（１６）の傾
斜面に沿って流動し、この間に小さな水滴（Ｗ）と合流
して流下しやすくなる。

【００４８】流下壁（１７）を流下した水滴（Ｗ）は、
棚壁（１６）に受け止められるが、棚壁（１６）は突出
しているので、隣接するフィン（１１），（１１）に同
時に付着する、非対称の水滴（Ｗ）は形成されにくい。

【００４９】さらに、棚壁（１６）は前端縁部（Ａ）の
後端上の交点（１５）へ向って本体（２）内へいくにし
たがって下降する傾斜面に形成されているので、水滴
（Ｗ）は棚壁（１６）に沿って流下しやすく、流下中に
水滴（Ｗ）が合流してより大きな水滴（Ｗ）や水塊が形
成されることになる。しかも、傾斜面は先細り状になっ
ているので、大きく成長した水滴（Ｗ）は、交点（１
５）から前端縁部（Ａ）の後端に沿って流下する。従っ
て、前端縁部（Ａ）で発生した水滴（Ｗ）は、遅滞なく
流下除去されることになる。

【００５０】本実施例によれば、前端縁部（Ａ）に山形
の流下体（１４），（１４），…を連続して形成してい
ることにより、その流下壁（１７）で水滴（Ｗ）を棚壁
（１６）へ流下案内して、流下してきた水滴（Ｗ）を棚
壁（１６）で積極的に合流させて水滴（Ｗ）の成長を促
進することができると共に、前端縁部（Ａ）の後端から
フィン（１１），（１１），…の板面に沿って流下させ
ることができる。従って、従来の熱交換器に比べて、前
端縁部（Ａ）に付着する水滴（Ｗ）をフィン（１１），
（１１），…の板面に沿って確実に除去することがで
き、この結果、除霜を必要とする運転状態における熱交
換器の効率を向上し、併わせて除霜運転の頻度及びその
時間を減少して、悪条件下にあっても正常な運転状態を
長時間にわたって維持することができる。

【００５１】また、棚壁（１６）の傾斜面はフィン（１
１），（１１），…の並設方向に向かって下降している
ので、プレス成形等によって流下体（１４），（１
４），…を容易に形成することができる。

【００５２】図６は請求項３に係る発明の第２実施例を
示す。本実施例では、棚壁（１６）は突出方向には水平
に形成されており、上方の流下壁（１７）から流下した
水滴がさらに下方の流下壁（１７）にまで流下するのを
防止して、棚壁（１６）上の水滴が確実に前端縁部
（Ａ）の後端にまで誘導されることになる。

【００５３】本実施例によれば、棚壁（１６）が水平に
形成されることにより、上方の流下壁（１７）から流下
した水滴を確実に前端縁部（Ａ）の後端に誘導すること
ができ、フィン（１１），（１１），…の前端縁部
（Ａ）に付着する水滴を確実に除去することができる。

【００５４】図７は請求項４に係る発明の第３実施例を
示す。本実施例は、伝熱管（１２）の直管部（１０）を
フィン（１１），（１１），…の前後中央より後端縁部
（Ｂ）側へ片寄って配置したオフセットフィンを示し、
上記実施例と同様にフィン（１１），（１１），…の前
端縁部（Ａ）に流下体（１４），（１４），…が設けら
れているとともに、着霜が見られるフィン（１１），
（１１），…の後端縁部（Ｂ）にも流下体（１４），
（１４），…が設けられている。後端縁部（Ｂ）の流下
体（１４），（１４），…は、通風方向上流側へ向かっ
て下降する傾斜面に形成されている。

【００５５】本実施例によれば、フィン（１１），（１
１），…の後端縁部（Ｂ）に、多数の流下体（１４），
（１４），…が形成されることにより、後端縁部（Ｂ）
においても水滴を除去することができ、装置全体として
正常な運転状態を長時間にわたって維持することができ
る。

【００５６】図８は流下体（１４），（１４），…を変
更した第４実施例を示す。本実施例では、棚壁（１６）
の山側折目線（１６ａ）および基端側折目線（１６ｂ）
が円弧状に形成され、棚壁（１６）が本体（２）内に下
降すると共に、上方へ突出した弧面形状に形成されてい
る。

【００５７】図９は流下体（１４），（１４），…を変
更した第５実施例を示す。本実施例では、フィン（１
１），（１１），…の板面両側に流下壁（１７）と棚壁
（１６）が交互に形成されており、いずれの板面の側に
おいても棚壁（１６）による水滴の合流作用が得られる
ように構成されている。

【００５８】なお、本発明の流下体（１４），（１
４），…は、着霜が著しい個所に限って設けてあればよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の熱交換器の一部破断平面
図である。

【図２】本発明の第１実施例の熱交換器の正面図であ
る。

【図３】本発明の第１実施例のフィンの前端縁部構造を
示す斜視図である。

【図４】本発明の第１実施例の熱交換ユニット要部の縦
断側面図である。

【図５】本発明の第１実施例の流下体の正面図である。

【図６】本発明の第２実施例の熱交換ユニットの要部縦
断側面図である。

【図７】本発明の第３実施例の熱交換ユニットの要部縦
断側面図である。

【図８】本発明の第４実施例の流下体の正面図である。

【図９】本発明の第５実施例の流下体の正面図である。

【図１０】従来の熱交換器における水滴の付着状態を示
す説明図である。

【図１１】従来の熱交換器における水滴の拡大断面図で
ある。

【図１２】従来の熱交換器における水滴の斜視図であ
る。

【符号の説明】

２ 本体 ４ 前面 ５ 後面 １１ フィン １２ 伝熱管 １４ 流下体 １５ 交点 １６ 棚壁 １７ 流下壁 Ａ 前端縁部 Ｂ 後端縁部

フロントページの続き (56)参考文献 実願 平１−39549号（実開 平２− 133576号）の願書に添付した明細書及び 図面の内容を撮影したマイクロフィルム （ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28F 1/32

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体（２）の前面（４）と後面（５）と
   が外部に開口し、上下に延びる互いに平行な多数の板状
   のフィン（１１，１１，…）が該前面（４）と後面
   （５）との間にわたって設けられ、該フィン（１１，１
   １，…）間の隙間が空気の流通路となっているフィン・
   チューブ型熱交換器において、 上記各フィン（１１，１１，…）の前端縁部（Ａ）に
   は、多数の流下体（１４，１４，…）が上下に連続して
   形成され、 該各流下体（１４，１４，…）は、隣接するフィン（１
   １，１１）の対向面に向かって突出し、かつ上記本体
   （２）内へいくにしたがって先細り状に下降する傾斜面
   に形成された棚壁（１６）と、該棚壁（１６）の下方に
   連続する流下壁（１７）とが形成されてなることを特徴
   とするフィン・チューブ型熱交換器。
2. 【請求項２】 本体（２）の前面（４）と後面（５）と
   が外部に開口し、上下に延びる互いに平行な多数の板状
   のフィン（１１，１１，…）が該前面（４）と後面
   （５）との間にわたって設けられ、該フィン（１１，１
   １，…）間の隙間が空気の流通路となっているフィン・
   チューブ型熱交換器において、 上記各フィン（１１，１１，…）の前端縁部（Ａ）に
   は、多数の流下体（１４，１４，…）が上下に連続して
   形成され、 該各流下体（１４，１４，…）は、隣接するフィン（１
   １，１１）の対向面に向かって突出し、かつ上記本体
   （２）内へいくにしたがって先細り状に下降すると共に
   フィン（１１，１１，…）の並設方向に向かって下降す
   る傾斜面に形成された棚壁（１６）と、該棚壁（１６）
   の下方に連続する流下壁（１７）とが形成されてなるこ
   とを特徴とするフィン・チューブ型熱交換器。
3. 【請求項３】 本体（２）の前面（４）と後面（５）と
   が外部に開口し、上下に延びる互いに平行な多数の板状
   のフィン（１１，１１，…）が該前面（４）と後面
   （５）との間にわたって設けられ、該フィン（１１，１
   １，…）間の隙間が空気の流通路となっているフィン・
   チューブ型熱交換器において、 上記各フィン（１１，１１，…）の前端縁部（Ａ）に
   は、多数の流下体（１４ ，１４，…）が上下に連続して
   形成され、 該各流下体（１４，１４，…）は、隣接するフィン（１
   １，１１）の対向面に向かって突出し、かつ上記本体
   （２）内に向かって下降すると共に突出方向には水平な
   傾斜面に形成された棚壁（１６）と、該棚壁（１６）の
   下方に連続する流下壁（１７）とが形成されてなること
   を特徴とするフィン・チューブ型熱交換器。
4. 【請求項４】 フィン（１１，１１，…）の後端縁部
   （Ｂ）に、多数の流下体（１４，１４，…）が上下に連
   続して形成されていることを特徴とする請求項１，２ま
   たは３記載のフィン・チューブ型熱交換器。