JP3182864B2 - 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
時に伝熱管のフィンとの交差部に滞留する水滴の除去対
策に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の熱交換器では、フィンに滞留す
る水滴の除去について、従来から多くの提案が為されて
いる。例えば、特開昭６３−１０８１９３号公報に開示
されているように、パイプカラーの周辺に円弧状のリブ
が配設され、、この円弧状のリブにより、フィンの板面
上に生成された水滴を引き込み、大きな水滴とし、パイ
プ間の中央から積極的に落下させるものが知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図９に示す
ように、パイプカラー（ａ）とフィン（ｂ）との交差部
（ｃ）の下隅部（ｄ）には、大きな水滴（ｅ）が滞留す
る。これは、パイプカラー（ａ）の下部外面が平坦であ
るために、水の付着力が大きくなるからである。つま
り、水は濡れ性を有して付着力が大きく、大きな水滴
（ｅ）を引き離すのには大きな仕事（付着の仕事）を要
するので、重力の作用だけではこの大きな付着の仕事に
相当する仕事をなしえず、水滴（ｅ）は重力に抗してパ
イプカラー（ａ）の下部外面に保持されることになるか
らである。

【０００４】そして、上記公報の熱交換器では、フィン
（ｂ）の板面上の水滴（ｅ）をパイプ中央に誘導するも
のであるため、誘導された水滴（ｅ）が交差部（ｃ）の
下隅部（ｄ）に滞留する水滴（ｅ）を落下させるもので
あっても、フィン（ｂ）の板面上から誘導される水滴
（ｅ）がなければ、交差部（ｃ）に滞留する水滴（ｅ）
を除去することができないという問題があった。

【０００５】そして、上記熱交換器を空気調和装置に使
用する場合には、除霜運転において霜が融解されて生じ
た水滴（ｅ）が交差部（ｃ）に滞留してしまい、空調運
転時において熱伝導および通風を阻害して、熱交換器の
効率を低下させる。場合によっては、滞留水が氷結する
ことがあり、その結果熱交換効率が低下し、氷結部によ
って空気通路が狭められて気流速度が増加し着霜が促進
されるなど悪循環に陥る。この状態では除霜および氷結
部の融解に長時間を要し、暖房運転を行える時間が短く
なって快適性が低下してしまう。

【０００６】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であって、伝熱管のフィンとの交差部自体に水きり性を
付与することを目的とする。

【０００７】

【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、本体（２）の
前面（４）と後面（５）とが外部に開口すると共に、該
前面（４）と後面（５）との間に伝熱管（１１）が配設
されている一方、該伝熱管（１１）に多数のフィン（１
２，１２…）が所定間隔を隔てて嵌挿されて、該各フィ
ン（１２，１２，…）の間の隙間が空気通路となってい
るフィン・チューブ型熱交換器を前提とする。

【０００８】そして、図４に示すように、上記伝熱管
（１１）における上記フィン（１２，１２，…）との交
差部（Ａ）の下隅部（Ａ1 ）には、上記伝熱管（１１）
の管軸方向に延びかつ該伝熱管（１１）の下側から下方
へ延出して下端が互いに接する一対の流下面（１５，１
５）と、該伝熱管（１１）の管軸方向と直交するととも
に該伝熱管（１１）の下側から下方へ突出しかつ該一対
の流下面（１５，１５）に連続する端面（１６）とから
なるくさび状の水きり突部（１４）が、フィン（１２，
１２，…）の板面より突出するように配設された構成と
している。

【０００９】また、請求項２に係る発明が講じた手段
は、図５に示すように、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、上記伝熱管
（１１）における上記フィン（１２，１２，…）との交
差部（Ａ）の下隅部（Ａ1 ）には、上記伝熱管（１１）
の下側から下方へ延出する複数の流下面（１５，１５，
１５）より構成され、該各流下面（１５，１５，１５）
の下端が上記フィン（１２）上の一点に収束する収束点
（１７）を有する水きり突部（１４）が、上記フィン
（１２，１２，…）の板面より突出するように配設され
た構成としている。

【００１０】また、請求項３に係る発明が講じた手段
は、図７に示すように、請求項２に係る発明について、
水きり突部（１４）は、一対の流下面（１５，１５）よ
りなり、該一対の流下面（１５，１５）は三角錘の２側
面を構成している。

【００１１】また、請求項４に係る発明が講じた手段
は、図７に示すように、請求項１、２または３に係る発
明について、水きり突部（１４）の近傍のフィン（１
２，１２，…）の面壁には、延長線が水きり突部（１
４）に向かって下方へ配向して、フィン（１２，１２，
…）の板面上の水滴を該水きり突部（１４）に流下案内
する誘導リブ（１８，１８）が突設された構成としてい
る。

【００１２】

【作用】上記構成により、請求項１に係る発明によれ
ば、例えば、上記熱交換器を空気調和装置に使用する場
合には、除霜運転において、フィン（１２），（１
２），…や伝熱管（１１）に付着している霜が融解され
て水滴になる。そして、水滴は、フィン（１２），（１
２），…の板面を流下する一方、伝熱管（１１）のフィ
ン（１２），（１２），…との交差部（Ａ）に沿って流
下して下隅部（Ａ1 ）へ回り込み、交差部（Ａ）の下隅
部（Ａ1 ）の水きり突部（１４）に至る。

【００１３】水きり突部（１４）は、一対の流下面（１
５），（１５）がくさび状に下方に突出しており、重力
に抗して下隅部（Ａ1 ）に水滴を保持するだけの付着の
仕事が得られない。このため、水滴は水きり突部（１
４）の一対の流下面（１５），（１５）に沿って流下す
ることになり、交差部（Ａ）自体が水きり性を備えるこ
とになる。

【００１４】また、請求項２に係る発明によれば、水き
り突部（１４）は、複数の流下面（１５），（１５），
（１５）の下端が上記フィン（１２），（１２），…上
の一点で収束するので、請求項１に係る発明より下方に
鋭く尖った形状になる。このため、水きり突部（１４）
における、重力に抗して水滴を保持するための付着の仕
事がさらに低下するので、交差部（Ａ）の水きり性は向
上することになる。

【００１５】また、請求項３に係る発明によれば、請求
項２に係る発明において、水きり突部（１４）の一対の
流下面（１５），（１５）が三角錘の２側面を構成する
ことにより、水きり突部（１４）は、一対の流下面（１
５），（１５）が接する部分に下方の三角錘の頂点であ
る収束点（１７）に向かって下降傾斜する稜線が形成さ
れて、角張った形状になる。これにより、交差部（Ａ）
の水きり性能がさらに向上する。

【００１６】また、請求項４に係る発明によれば、誘導
リブ（１８），（１８）がフィン（１２），（１２），
…の板面上の水滴を水きり突部（１４）に流下案内する
ので、案内された水滴によって伝熱管（１１）のフィン
（１２），（１２），…との交差部（Ａ）に滞留しよう
とする水滴の成長が促進され、保持すべき水滴の質量が
大きくなるので、水きり突部（１４）による水滴除去作
用が助長されることになる。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る発明によ
れば、水きり突部（１４）により、伝熱管（１１）のフ
ィン（１２），（１２），…との交差部（Ａ）に沿って
流下してくる水滴を一対の流下面（１５），（１５）に
沿って流下させることができ、交差部（Ａ）の下隅部
（Ａ1 ）への滞留を低減することができ、交差部（Ａ）
自体に水きり性を付与することができる。この結果、フ
ィン（１２），（１２），…の板面上から水滴を導入し
なくても交差部（Ａ）に水滴が除去されるようになり、
除霜を必要とする運転状態において熱交換器の効率を向
上できるのはもちろん、除霜運転の頻度およびその時間
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。

【００１８】また、請求項２に係る発明によれば、水き
り突部（１４）が下方の一点で収束する尖った形状にさ
れていることにより、交差部（Ａ）の水きり性を向上す
ることができる。

【００１９】また、請求項３に係る発明によれば、請求
項２に係る発明において、水きり突部（１４）が三角錘
の２側面を構成する形状に形成されていることにより、
水きり突部（１４）を一対の流下面（１５），（１５）
の間に稜線が形成された角張った形状にすることがで
き、交差部（Ａ）の水きり性をさらに向上することがで
きる。

【００２０】また、請求項４に係る発明によれば、誘導
リブ（１８），（１８）により、水きり突部（１４）に
よる水滴除去を助長することができ、交差部（Ａ）の水
きり性を向上することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。

【００２２】図１ないし図４は、請求項１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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】一方、熱交換ユニット（３）には、伝熱管
（１１）が配設されており、伝熱管（１１）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た構成にさ
れている。

【００２７】さらに、伝熱管（１１）の直管部（１０）
には、多数の縦長のフィン（１２），（１２），…が外
嵌されている。フィン（１２），（１２），…は伝熱管
（１１）に対して面壁が直交するように配置されてお
り、各フィン（１２），（１２），…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（１２），（１２），…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。

【００２８】また、伝熱管（１１）とフィン（１２）と
の交差部（Ａ）には、パイプカラー（１３）が外嵌され
ており、このパイプカラー（１３）は、伝熱管（１１）
をフィン（１２）に隙間なく確実に外嵌されるようにし
ている。

【００２９】空気調和装置を暖房運転するとき、フィン
（１２），（１２），…の表面および伝熱管（１１）の
周面に霜が付く。この霜を除去するために、除霜運転を
行って伝熱管（１１）を高温冷媒で加熱する。フィン
（１２），（１２），…の板面で融解した霜の水滴の多
くは、板面に沿って流下するが、その一部は伝熱管（１
１）とフィン（１２），（１２），…との交差部
（Ａ）、即ちパイプカラー（１３）の周面に沿って流下
し、その下隅部（Ａ1 ）に付着して水滴を形成し滞留し
ようとする。

【００３０】そこで、下隅部（Ａ1 ）に滞留しようとす
る水滴を確実に流下させるために、各パイプカラー（１
３）の下面中央に、本発明の特徴である水きり突部（１
４）がフィン（１２），（１２），…の板面より突出す
るように配設されている。

【００３１】水きり突部（１４）は、図３および図４に
示すように、パイプカラー（１３）の周壁を下向きに打
ち出して形成されており、フィン（１２），（１２），
…の板面から張り出し、パイプカラー（１３）の外面の
前面側と後面側とから連続して下方へ延出するくさび状
の一対の流下面（１５），（１５）と、これら流下面
（１５），（１５）に連続する端面（１６）とから構成
されている。

【００３２】次に、上記水きり突部（１４）の作用につ
いて説明する。

【００３３】除霜運転において、フィン（１２），（１
２），…や伝熱管（１１）に付着している霜が融解され
て水滴になる。そして、水滴は、フィン（１２），（１
２），…の板面を流下する一方、伝熱管（１１）のフィ
ン（１２），（１２），…との交差部（Ａ）に沿って流
下して下隅部（Ａ1 ）へ回り込み、交差部（Ａ）の下隅
部（Ａ1 ）の水きり突部（１４）に至る。

【００３４】水きり突部（１４）は、一対の流下面（１
５），（１５）がくさび状に下方に突出してなり、この
水きり突部（１４）においては、重力に抗して下隅部
（Ａ1）に水滴を保持するだけの付着の仕事は得られな
い。このため、水滴は水きり突部（１４）の一対の流下
面（１５），（１５）に沿って流下することになり、交
差部（Ａ）自体が水きり性を備えることになる。

【００３５】本実施例によれば、水きり突部（１４）に
より、伝熱管（１１）のフィン（１２），（１２），…
との交差部（Ａ）に沿って流下してくる水滴を一対の流
下面（１５），（１５）に沿って流下させることがで
き、交差部（Ａ）の下隅部（Ａ1 ）への滞留を低減する
ことができ、交差部（Ａ）自体に水きり性を付与するこ
とができる。この結果、フィン（１２），（１２），…
の板面上から水滴を導入しなくても交差部（Ａ）に水滴
が除去されるようになり、除霜を必要とする運転状態に
おいて熱交換器の効率を向上できるのはもちろん、除霜
運転の頻度およ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。

【００３６】次に、図５および図６は請求項２に係る発
明の第２実施例を示す。本実施例は、水きり突部（１
４）を、複数の流下面（１５），（１５），…の下端が
１点で収束する形状に形成するものである。

【００３７】具体的には、水きり突部（１４）は、図５
に示すように、パイプカラー（１３）の下部に３面の流
下面（１５），（１５），（１５）が連続形成され、該
３面の流下面（１５），（１５），（１５）はフィン
（１２），（１２），…の板面上の収束点（１７）に収
束するように下方に突出しており、いわば鳥の嘴状に形
成されている。

【００３８】上記水きり突部（１４）の作用について説
明する。

【００３９】流下面（１５），（１５），（１５）が収
束点（１７）で収束しており、この収束点（１７）へ向
って水滴は流下案内される。

【００４０】つまり、水きり突部（１４）は、流下面
（１５），（１５），（１５）の下端が上記フィン（１
２），（１２），…上の一点で収束するので、前実施例
よりも下方に鋭く尖った形状になり、水滴の付着の仕事
がさらに低下する。このため、水きり突部（１４）にお
ける、重力に抗して水滴を保持するための付着の仕事が
さらに低下するので、交差部（Ａ）の水きり性は向上す
ることになる。

【００４１】本実施例によれば、水きり突部（１４）が
下方の一点で収束する尖った形状にされていることによ
り、交差部（Ａ）の水きり性を向上することができる。

【００４２】次に、図７は請求項３および４に係る発明
の第３実施例を示す。本実施例は、水きり突部（１４）
を三角錘状に形成すると共に、フィン（１２），（１
２），…の板面上に、水きり突部（１４）にフィン（１
２）の板面上の水滴を流下案内する誘導リブ（１８），
（１８）を突設するものである。

【００４３】具体的には、水きり突部（１４）は、パイ
プカラー（１３）の外面の前面側と後面側とから連続し
て下方へ延出する一対の流下面（１５），（１５）から
なり、一対の流下面（１５），（１５）が三角錘の２側
面を構成すると共に、フィン（１２），（１２），…の
板面上の収束点（１７）が三角錘の頂点とされており、
これにより、一対の流下面（１５），（１５）の間に、
パイプカラー（１３）の下端面から収束点（１７）に向
かって下降傾斜する稜線が形成されている。

【００４４】また、水きり突部（１４）の近傍のフィン
（１２），（１２），…の面壁には、逆ハ字形に誘導リ
ブ（１８），（１８）が突設されている。これらの誘導
リブ（１８），（１８）は、延長線が水きり突部（１
４）に向かって下方へ配向し、フィン（１２），（１
２），…の板面上の水滴を、流下面（１５），（１５）
のフィン（１２），（１２），…との境界線（１５
ａ），（１５ａ）に沿って、水きり突部（１４）に流下
案内するように構成されている。

【００４５】本実施例によれば、水きり突部（１４）の
一対の流下面（１５），（１５）が三角錘の２側面を構
成することにより、稜線が形成された角張った形状にな
り、第２実施例より交差部（Ａ）の水きり性がさらに向
上する。

【００４６】また、誘導リブ（１８），（１８）がフィ
ン（１２），（１２），…の板面上の水滴を水きり突部
（１４）に流下案内するので、案内された水滴によって
伝熱管（１１）のフィン（１２），（１２），…との交
差部（Ａ）に滞留しようとする水滴の成長が促進され、
水滴の質量が大きくなるので、水きり突部（１４）によ
る水滴除去作用が助長されることになる。

【００４７】以上、本実施例によれば、第２実施例にお
ける水きり突部（１４）が三角錘の２側面を構成する形
状に形成されていることにより、水きり突部（１４）を
一対の流下面（１５），（１５）の間に稜線が形成され
た角張った形状にすることができ、交差部（Ａ）の水き
り性をさらに向上することができる。

【００４８】また、誘導リブ（１８），（１８）によ
り、水きり突部（１４）による水滴除去を助長すること
ができ、交差部（Ａ）の水きり性を向上することができ
る。

【００４９】次に、図８は第４実施例を示す。本実施例
は、フィン（１２），（１２），…を厚み方向に挟んで
隣接する交差部（Ａ），（Ａ）のそれぞれに水きり突部
（１４）が設けられ、これら水きり突部（１４），（１
４）が一個の部材で形成されている。

【００５０】これらの水きり突部（１４），（１４）を
装着することにより、フィン（１２），（１２），…の
パイプ穴（１２ａ）に連続して円弧状の切欠（２ｂ）が
形成され、さらに両水きり突部（１４），（１４）間に
は、切欠（２ｂ）に嵌まり込む接続部（２０）が設けら
れている。

【００５１】本実施例によれば、１個の部材でフィン
（１２），（１２），…の両面に水きり突部（１４）を
形成することができる。

【００５２】なお、流下面（１５），（１５）は前後対
称である必要はない。

【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実施例の熱交換器要部の縦断側面
図

【図４】本発明の第１実施例の水きり突部の斜視図であ
る。

【図５】本発明の第２実施例の水きり突部の斜視図であ
る。

【図６】本発明の第２実施例の水きり突部の断面図であ
る。

【図７】本発明の第３実施例の水きり突部と誘導リブの
斜視図である。

【図８】本発明の第４実施例の水きり突部の断面図であ
る。

【図９】従来の交差部に滞留する水滴を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

２ 本体 ４ 前面 ５ 後面 １１ 伝熱管 １２ フィン １４ 水きり突部 １５ 流下壁 １６ 端面 １８ 誘導リブ Ａ 交差部 Ａ1 下隅部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−48192（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−36873（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
   が外部に開口すると共に、該前面（４）と後面（５）と
   の間に伝熱管（１１）が配設されている一方、該伝熱管
   （１１）に多数のフィン（１２，１２，…）が所定間隔
   を隔てて嵌挿されて、該各フィン（１２，１２，…）の
   間の隙間が空気通路となっているフィン・チューブ型熱
   交換器において、上記伝熱管（１１）における 上記フィン（１２，１２，
   …）との交差部（Ａ）の下隅部（Ａ1 ）には、 上記伝熱管（１１）の管軸方向に延びかつ該伝熱管（１
   １）の下側から下方へ延出して下端が互いに接する一対
   の流下面（１５，１５）と、該伝熱管（１１）の管軸方
   向と直交するとともに該伝熱管（１１）の下側から下方
   へ突出しかつ該一対の流下面（１５，１５）に連続する
   端面（１６）とからなるくさび状の水きり突部（１４）
   が、フィン（１２，１２，…）の板面より突出するよう
   に配設されてい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
   が外部に開口すると共に、該前面（４）と後面（５）と
   の間に伝熱管（１１）が配設されている一方、該伝熱管
   （１１）に多数のフィン（１２，１２，…）が所定間隔
   を隔てて嵌挿されて、該各フィン（１２，１２，…）の
   間の隙間が空気通路となっているフィン・チューブ型熱
   交換器において、上記伝熱管（１１）における 上記フィン（１２，１２，
   …）との交差部（Ａ）の下隅部（Ａ1 ）には、上記伝熱管（１１）の下側 から下方へ延出する複数の流
   下面（１５，１５，１５）より構成され、該各流下面
   （１５，１５，１５）の下端が上記フィン（１２）上の
   一点に収束する収束点（１７）を有する水きり突部（１
   ４）が、上記フィン（１２，１２，…）の板面より突出
   するように配設されてい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】 水きり突部（１４）は、一対の流下面
   （１５，１５）よりなり、該一対の流下面（１５，１
   ５）は三角錘の２側面を構成していることを特徴とする
   請求項２記載のフィン・チューブ型熱交換器。
4. 【請求項４】 水きり突部（１４）の近傍のフィン（１
   ２，１２，…）の面壁には、延長線が水きり突部（１
   ４）に向かって下方へ配向して、フィン（１２，１２，
   …）の板面上の水滴を該水きり突部（１４）に流下案内
   する誘導リブ（１８，１８）が突設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。