JP3945575B2 - フィンチューブ型熱交換器およびこれを用いた冷凍サイクル空調装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、液体または気体等の流体と冷媒との間で熱交換をするフィンチューブ型熱交換器、およびそれを用いた冷凍サイクル空調装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
(円管フィンチューブ型熱交換器)
図30は従来の円管フィンチューブ型熱交換器を示す斜視図である。図30において、円管フィンチューブ型熱交換器700には、その間を気体が流れる板状フィン701が平行に複数枚配置され、板状フィン701に直交して円形伝熱管702(内部を作動流体が流れる)が配置されている。
したがって、気体の熱は板状フィン701を経由して円形伝熱管702の内部を流れている作動流体が伝わる。
【0003】
(コルゲート型熱交換器)
図31および32は従来のコルゲート型熱交換器を示す斜視図および一部断面の部分斜視図である。図31において、コルゲート型熱交換器800には、内部を作動流体が流れる扁平管802が一定間隔で配置され、扁平管802同士の間にコルゲートフィン833が挟みこまれている。
したがって、伝熱管に断面扁平な伝熱管(以下、扁平管と称す)802を用いることにより、円形伝熱管に比較して通風抵抗が大幅に小さくできるという利点がある一方で、扁平管833の管軸が水平に配置された場合、コルゲートフィン833の曲げ部分(谷部分)834に、およびコルゲートフィン802と扁平管833との接合部835に凝縮水がホールドされ(図32において斜線にて表示)、コルゲート型熱交換器800を通過する際の通風抵抗の増大を招くという問題があった。
このため、板状フィンと扁平管を用いた以下の技術が提案されている。
【0004】
図33は、従来の熱交換器を示す斜視図である。図33において、熱交換器910は、間隔をおいて立設された複数の板状フィン911と、上記板状フィン911を貫通する互いに平行な複数の扁平管913(図中、水平方向に配置されている)と、扁平管913同士を連通する一対のヘッダ914、915とが、一体にロウ付けされてなるものである。
したがって、(イ)伝熱管が扁平であるため通気抵抗が小さく且つ近接配置が可能であるから、熱交換性能が向上し、(ロ)板状フィンのため結露水や霜の除霜時の排水が良好で、(ハ)さらに、扁平管及び板状フィンよりも融点の低いアルミニウム合金層を形成して扁平管と板状フィンとをロウ付けするので、確実且つ強固にロウ付けすることができるものである(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
図34は、従来の独立フィン形熱交換器示す部分斜視図である。図34において、独立フィン形熱交換器920は、略直線部を具備する蛇行した伝熱管922の周囲に、その直線部に所定の間隔を設けてフィン921が固定されている。
フィン921は、短辺の一方が略円弧に凹陥して短辺の他方が略円弧に突出した略短冊状板材であるため、隣接するフィン921の該短辺同士を突き合わせて、これらを任意の角度に配置することが可能である。
したがって、(ニ)空気調和機用室内機の限られた筐体内において送風ファンを包み込む様に配置することが可能となり、熱交換能力を高性能化、該室内機の小型化ができるものである(例えば、特許文献2参照)。
【0006】
図35は、従来の空気調和機を示す断面図である。図35において、空気調和機930は、横流ファン939と、横流ファン939の上流で逆V字状に配置された前側熱交換器933および後側熱交換器936とを有している。
そして、前側熱交換器933の円弧状フィン931には複数の円形伝熱管932が設置され、後側熱交換器936の矩形状フィン934には複数の円形伝熱管935が設置されている。
したがって、(ホ)熱交換器の外表面積を減少させずに高さを低くすることができて横流ファンを接近し、(ヘ)逆V字状に配置した後側熱交換器を直線状にすることによりそのドレンをスムーズに処理することができるものである(例えば、特許文献3参照)。
【0007】
図36は、従来の熱交換装置を示す断面図である。図36において、熱交換装置940は、扁平な伝熱管942と、伝熱管942が貫通するフィン941とを有している。そして、伝熱管942は、その断面の長軸が管外流体の流れ方向と略一致する方向に設けられているものである。
したがって、(ト)管外流体の流れの乱れは略最小限に抑えられるから熱伝達が円滑になり熱交換性能の向上し、(チ)騒音も略最小限に抑えられるて使用快適感の向上が図られるものである(例えば、特許文献4参照)。
【0008】
図37は、従来の空気調和機の室内機の上側から見た概略図である。図37において、空気調和機の室内機950は、複数の偏平伝熱管が配列された熱交換器951と、熱交換器951の後面側に配置されたベルマウス952と、ベルマウス952の後面側に配置され、前面側から吸い込んだ空気を軸に対して半径方向外向に吹き出すターボファン953とを備えている。そして、上記偏平伝熱管はターボファン953側に向かって湾曲している。
したがって、(イ)偏平伝熱管の側面に沿ってスムーズに空気が流れ、熱交換効率が向上し、(ト)室内機全体が小型化され、(チ)騒音の発生が防止されるものである(例えば、特許文献5参照)。
【0009】
【特許文献1】
特開平9−79766号公報(第3頁、図1)
【特許文献2】
特開2000−18869号公報(第4頁、図1)
【特許文献3】
特開平9−33060号公報(第3頁、図1)
【特許文献4】
特開平5−79654号公報(第3頁、図1)
【特許文献5】
特開平10−132306号公報(第3頁、図1)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には以下の問題点があった。
特許文献1および4は扁平管(イを奏す)を使用するものの、
▲1▼空気の流れが、板状ファンの面または扁平管の断面長辺に平行であることを期待するものであるから、冷凍サイクル空調装置ような空気の流れが一律でない装置においては、伝熱性能および送風性能の向上が期待できない。
▲2▼送気ファンと熱交換器との距離が一定でないため送風性能が阻害される。
【0011】
特許文献2および3は送風ファンを包み込む様に熱交換器を配置するものの、
▲3▼伝熱管が断面円形であるため、通風抵抗が大きい。
▲4▼円弧状の前側熱交換器と後側熱交換器とが逆V字状に配置されているため、送気ファンと熱交換器との距離が一定でないから送風ファンの送気効率が低下する。
▲5▼逆V字状の合わせ部で、板状ファン同士が離れてしまい、熱交換されない空気が送気ファン内に流入するため伝熱性能が低下する。
▲6▼送風ファンの外側に向けて複数の伝熱管を配置しているため、伝熱管の相互干渉等により伝熱性能が阻害されたり騒音の発生原因になる場合がある。
【0012】
特許文献5は扁平管を使用して、送風ファンを包み込む様に熱交換器を配置するものの、
▲7▼偏平伝熱管の湾曲加工と、該加工後に偏平伝熱管同士の隙間にフィンを設置するものであるから、加工コストの高騰を招く。
▲8▼また、ターボファン以外の形式の送風機への設置が困難である。
【0013】
本発明はこのような問題点を解決するためになされものであり、送風性能および伝熱性能が良好で製作が容易であって、貫流式送風機、軸流型送風機または遠心型送風機に設置自在なフィンチューブ型熱交換器およびこれを用いた冷凍サイクル空調装置を提供することを目的としている。
【0021】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、以下のとおりである。
(1)請求項1に係る発明は、冷凍サイクル空調装置を構成する貫流式送風機の周囲の略全部または一部を取り囲むように配置されるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記貫流式送風機の中心軸に略垂直に所定の間隔を設けて配置される複数枚の円弧状の板状フィンと、該複数の板状フィンを貫通して前記貫流式送風機の中心軸と略平行に所定の間隔を設けて配置される複数本の断面扁平形状の伝熱管とによって形成された熱交換パネルを有し、
前記板状フィンの円弧の中心が前記貫流式送風機の中心軸に略一致することを特徴とするものである。
【0022】
(2)請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、前記伝熱管の断面長辺が前記貫流式送風機の中心軸に向かって略放射状に配置されてなることを特徴とするものである。
【0023】
(3)請求項3に係る発明は、請求項1に係る発明において、前記伝熱管の断面長辺が前記貫流式送風機が送り出す空気の流れに略平行に配置されてなることを特徴とするものである。
(4)請求項4に係る発明は、請求項1乃至3の何れかに係る発明において、隔壁によって仕切られた複数の戻り室を具備する円弧状の戻りヘッダが前記熱交換パネルに設置され、
所定の戻り室のそれぞれに一対の伝熱管が接続され、
該一対の伝熱管の一方の伝熱管から該戻り室に流入した作動流体が、前記一対の伝熱管の他方の伝熱管に流出することを特徴とするものである。
【0024】
また、本発明に係る貫流式送風機に好適なフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置は、以下のとおりである。
(5)請求項5に係る発明は、貫流式送風機と、
請求項1乃至3の何れかに記載のフィンチューブ型熱交換器と、
前記貫流式送風機および前記フィンチューブ型熱交換器を収納するケーシングと、を有し、
前記フィンチューブ型熱交換器を構成する板状フィンの円弧の中心が前記貫流式送風機の中心軸に略一致することを特徴とするものである。
(6)請求項6に係る発明は、貫流式送風機と、
請求項4記載のフィンチューブ型熱交換器と、
前記貫流式送風機および前記フィンチューブ型熱交換器を収納するケーシングと、を有し、
前記フィンチューブ型熱交換器を構成する板状フィンの円弧の中心が前記貫流式送風機の中心軸に略一致することを特徴とするものである。
【0025】
(7)請求項7に係る発明は、請求項5または6に係る発明において、前記フィンチューブ型熱交換器が複数台であって、それぞれが同一円周上に並設されてなることを特徴とするものである。
【0026】
(8)請求項8に係る発明は、請求項5乃至7の何れかに係る発明において、前記フィンチューブ型熱交換器が複数台であって、その一部が第1の円周上に並設され、これを除く一部が第2の円周上に並設されなることを特徴とするものである。
【0027】
(9)請求項9に係る発明は、請求項6に係る発明において、前記フィンチューブ型熱交換器が複数台であって、 前記フィンチューブ型熱交換器の何れかに設置された戻りヘッダと、該フィンチューブ型熱交換器に隣接する他方のフィンチューブ型熱交換器に設置された戻りヘッダとが、前記貫流式送風機の中心軸の方向で相違する位相に配置されてなることを特徴とするものである。
【0034】
さらに、本発明に係る遠心型送風機に好適なフィンチューブ型熱交換器は、以下のとおりである。
(10)請求項10に係る発明は、冷凍サイクル空調装置を構成する遠心型送風機の周囲の略全部または一部を取り囲むように配置されるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記遠心型送風機の中心軸に略平行に所定の間隔を設けて配置される複数枚の略矩形状の板状フィンと、前記遠心型送風機の中心軸に略垂直な所定の間隔を有する複数の面に配置される断面扁平形状の伝熱管と、によって形成された一対の熱交換パネルと、
該一対の熱交換パネルの一方の熱交換パネルの伝熱管と、前記一対の熱交換パネルの他方の熱交換パネルの伝熱管とが接続された中継ヘッダと、を有し、
前記中継ヘッダが隔壁によって仕切られた複数の中継室を具備し、所定の前記中継室に接続された前記一方の熱交換パネルの伝熱管から当該中継室に流入した作動流体が、当該中継室に接続された前記他方の熱交換パネルの伝熱管に流出することを特徴とするものである。
【0035】
(11)請求項11に係る発明は、冷凍サイクル空調装置を構成する遠心型送風機の周囲の略全部または一部を取り囲むように配置されるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記遠心型送風機の中心軸に略平行に配置される略矩形状の複数枚の板状フィンと、前記遠心型送風機の中心軸に略垂直な面に配置される断面扁平形状の複数本の伝熱管と、によって形成された一対の熱交換パネルと、
該一対の熱交換パネルの一方の熱交換パネルの伝熱管と、前記一対の熱交換パネルの他方の熱交換パネルの伝熱管と、作動流体を供給する供給管と、作動流体を排出する排出管とが接続された振り分けヘッダと、
を有し、
該記振り分けヘッダが隔壁によって分岐室、合流室、一方側戻り室および他方側戻り室に区分され、
該分岐室に前記供給管から流入した作動流体が、該分岐室に接続された前記一方の熱交換パネルの伝熱管および他方の熱交換パネルの伝熱管のそれぞれに流出し、
且つ前記一方の熱交換パネルの伝熱管および他方の熱交換パネルの伝熱管の両方から前記合流室に流入した作動流体が、前記合流室に接続された前記排出管に流出し、
前記一方側戻り室に接続された前記一方の熱交換パネルの伝熱管から該一方側戻り室に流入した作動流体が、該一方側戻り室に接続された当該熱交換パネルの他の伝熱管に流出し、
前記他方側戻り室に接続された前記他方の熱交換パネルの伝熱管から該他方側戻り室に流入した作動流体が、該他方側戻り室に接続された当該熱交換パネルの他の伝熱管に流出することを特徴とするものである。
【0037】
(12)請求項12に係る発明は、請求項10または11に係る発明において、前記一対の熱交換パネルの一方の熱交換パネルの伝熱管と、前記一対の熱交換パネルの他方の熱交換パネルの伝熱管とが、互いに直交する方向に配置されてなることを特徴とするものである。
【0038】
また、本発明に係る遠心型送風機に好適なフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置は、以下のとおりである。
(13)請求項13に係る発明は、遠心型送風機と、
請求項10乃至12の何れかに記載のフィンチューブ型熱交換器と、
前記遠心型送風機および前記フィンチューブ型熱交換器を収納するケーシングと、を有し、
前記フィンチューブ型熱交換器が前記遠心型送風機の周囲の略全部または一部を取り囲むことを特徴とするものである。
【0048】
さらに、本発明に係る軸流型送風機に好適なフィンチューブ型熱交換器は、以下のとおりである。
(14)請求項14に係る発明は、第一の熱交換パネルと、第二の熱交換パネルと、前記第一の熱交換パネルと前記第二の熱交換パネルとを連結する中継ヘッダと、を有し、冷凍サイクル空調装置を構成する軸流型送風機の周囲の略全部または一部を取り囲むように配置されるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記第一の熱交換パネルが、前記軸流型送風機の中心軸に略平行に所定の間隔を設けて配置された複数枚の略矩形状の板状フィンと、前記軸流型送風機の中心軸に略垂直に所定の間隔を設けて配置された複数本の断面扁平形状の伝熱管と、
前記第二の熱交換パネルが、略直線状または略円弧状に所定の間隔を設けて並設された略矩形状板材または略円弧状板材の複数枚の板状フィンと、前記軸流型送風機の中心軸に略平行に所定の間隔を設けて配置された複数本の伝熱管と、
前記中継ヘッダが、隔壁によって仕切られた複数の中継室を具備し、所定の前記中継室に接続された前記第一の熱交換パネルの伝熱管から当該中継室に流入した作動流体が、当該中継室に接続された前記第二の熱交換パネルの伝熱管に流出することを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。
【0049】
(15)請求項15に係る発明は、第一の熱交換パネルと、第二の熱交換パネルと、前記第一の熱交換パネルと前記第二の熱交換パネルとを連結する振り分けヘッダと、を有し、冷凍サイクル空調装置を構成する軸流型送風機の周囲の略全部または一部を取り囲むように配置されるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記第一の熱交換パネルが、前記軸流型送風機の中心軸に略平行に所定の間隔を設けて配置された複数枚の略矩形状の板状フィンと、前記軸流型送風機の中心軸に略垂直に所定の間隔を設けて配置された複数本の断面扁平形状の伝熱管と、
前記第二の熱交換パネルが、略直線状または略円弧状に所定の間隔を設けて並設された略矩形状板材または略円弧状板材の複数枚の板状フィンと、前記軸流型送風機の中心軸に略平行に所定の間隔を設けて配置された複数本の伝熱管と、
前記振り分けヘッダに、前記第一の熱交換パネルの伝熱管と、前記第二の熱交換パネルの伝熱管と、作動流体を供給する供給管と、作動流体を排出する排出管とが接続されると共に、隔壁によって分岐室、合流室、一方側戻り室および他方側戻り室に区分され、
該分岐室に前記供給管から流入した作動流体が、該分岐室に接続された前記第一の熱交換パネルの伝熱管および前記第二の熱交換パネルの伝熱管のそれぞれに流出し、
且つ、前記第一の熱交換パネルの伝熱管および前記第二の熱交換パネルの伝熱管の両方から前記合流室に流入した作動流体が、前記合流室に接続された前記排出管に流出し、
前記一方側戻り室に接続された前記第一の熱交換パネルの伝熱管から該一方側戻り室に流入した作動流体が、該一方側戻り室に接続された前記第一の熱交換パネルの他の伝熱管に流出し、
前記他方側戻り室に接続された前記第二の熱交換パネルの伝熱管から該他方側戻り室に流入した作動流体が、該他方側戻り室に接続された前記第二の熱交換パネルの他の伝熱管に流出することを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。
(16)請求項16に係る発明は、請求項14または15に係る発明において、前記第二の熱交換パネルの伝熱管の断面長辺が、前記軸流型送風機が吸引する空気の流れに略平行に配置されてなることを特徴とするものである。
【0050】
また、本発明に係る軸流型送風機に好適なフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置は、以下のとおりである。
(17)請求項17に係る発明は、軸流型式送風機と、
請求項14乃至15の何れかに記載のフィンチューブ型熱交換器と、
前記遠心型送風機および前記フィンチューブ型熱交換器を収納するケーシングと、を有し、
前記フィンチューブ型熱交換器が前記遠心型送風機の周囲の略全部または一部を取り囲むことを特徴とするものである。
【0051】
さらに、本発明に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置は、以下のとおりである。
(18)請求項18に係る発明は、圧縮機、凝縮熱交換器、絞り装置および蒸発熱交換器とによって構成された冷媒回路と、
前記凝縮熱交換器に付設された凝縮用送風手段と、
前記蒸発熱交換器に付設された蒸発用送風手段とを有し、
前記縮熱交換器または蒸発熱交換器の一方または両方が、請求項1乃至4、10、11、14または15の何れかに記載のフィンチューブ型熱交換器であることを特徴とするものである。
【0052】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態1において貫流式送風機に好適な、実施の形態2において遠心型送風機に好適な、そして実施の形態3において軸流型送風機に好適なフィンチューブ型熱交換器および冷凍サイクル空調装置について説明する。そして、実施の形態4において作動流体(冷媒)を、実施の形態5において冷媒回路について説明する。
【0053】
[実施の形態1]
(貫流式送風機に好適なフィンチューブ型熱交換器)
図1は本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を説明する模式斜視図である。
図1において、100はフィンチューブ型熱交換器、110は板状フィン、120は伝熱管(以下、扁平管と称す)、131は基準とする基準軸(貫流式送風機に設置された際の貫流式送風機の中心軸に相当)、180aおよび180bはヘッダである。なお、説明を容易にするため設置された部材の一部を記載している。以下、基準軸131の方向を軸方向(Z方向)、中心軸131の放射方向を径方向(r方向)、中心軸131を中心にして回転する方向を周方向(θ方向)と定義する。
【0054】
(熱交換パネル)
フィンチューブ型熱交換器100の熱交換パネルは、所定の間隔を設けて配置された複数枚の板状フィン110と、板状フィン110に対して略垂直に挿入された断面扁平の伝熱管(以下、扁平管と称す)120とによって構成されている。なお、図1において、板状フィン110および扁平管120は説明を容易にするため最小数量のみ記載している。
【0055】
(フィンチューブ型熱交換器)
フィンチューブ型熱交換器100は、1枚の前記熱交換パネルと、その扁平管120の端部同士を連通するヘッダ180a、180bとによって構成され、これらがロウ付けによって一体に完全接合されている。
【0056】
(板状フィン)
図2は本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器における板状フィンを示すものであって、(a)は平面図、(b)は側面図である。図2の(a)および(b)において、板状フィン110は略C字状の板材(図はその一部が見えている)であって、略矩形状の扁平管挿入孔112とスリット111がそれぞれ複数箇所穿設されている。
なお、板状フィン110の平面形状は略C字状に限定するものではなく、矩形状あるいは台形状等の場合があり、また、その縦横比(略径方向(r方向)の長さと略周方向(θ方向)の長さの比率)は設計的事項であって任意に選定自在である。
また、板状フィン110はアルミニウム合金により形成され、扁平管120とのロウ付けを可能にしているが、アルミニウム合金以外の材料によって形成されてもよい。
【0057】
(扁平管挿入孔)
扁平管挿入孔112は略径方向(r方向)に長く略周方向(θ方向)に短い扁平状であって、周方向(θ方向)に所定の間隔を設けて穿設され、扁平管120が挿入されるものである。
なお、扁平管挿入孔112の形状は扁平管120の断面形状に同じであって、矩形状に限定されるものではなく、扁平楕円状あるいは扁平紡錘状等の場合がある。また、扁平管挿入孔112は、径方向(r方向)に1列配置されるものに限定されるものではなく、略径方向(r方向)に並べて複数列穿設される場合がある。
【0058】
(スリット)
スリット111は、扁平管挿入孔112同士の間に配置され、略径方向(r方向)に複数箇所並べて穿設されて板状フィンの軽量化および表面積(伝熱面積)の確保等に寄与している。なお、スリット111の形状、数量および配置形態は設計的事項であって任意に選定自在である。
【0059】
(扁平管)
図3は本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器における扁平管を示す断面図である。図3において、扁平管120の内部には隔壁120wによって多数の作動流体流路(以下、マイクロチャンネル120mと称す)が形成されている。このため、作動流体の圧力が高い場合においても、扁平管120が破断し難く、また、扁平管内の伝熱面積が拡大して熱交換効率が向上している。
なお、扁平管120はアルミニウム合金製であって、押し出し成形によって形成されている。また、扁平管120を板材によって形成する場合は、板材を扁平管状に曲げ加工した後、マイクロチャンネル120mに区分するための隔壁120mを配置し、これらをロウ付けする。
また、扁平管120の断面形状は、たとえば、16.0mm×2.0mmの略矩形であるが、本発明はこれに限定するものではなく、何れのアスペクト比でもよい。また、その断面形状は略扁平楕円状、扁平紡錘状、あるいは翼状(三日月状)等何れであってもよい。また、マイクロチャンネル120mの形状、数量は設計的事項であって任意に選定自在である。
以下、説明のため、図3の断面における上下方向を長辺方向(a方向)、左右方向を短辺方向(b方向)、紙面の奥行き方向を管軸方向と定義する。
【0060】
(ヘッダ)
図4は本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器における作動流体の流れを示す説明する模式図である。図4において、ヘッダ180a、bの平面形状(Z方向視)は、板状フィン110と略同一の円弧状であって、Z方向に所定の厚さを具備する中空管である。
ヘッダ180aおよび180bの内部は、周方向(θ方向)で所定の間隔を設けて配置された複数の隔壁180wによって複数の小部屋181a、182a、183a・・・189aおよび181b、182b、183b・・・189bに分けられている。なお、189aおよび189bとは9番目の小部屋を意味するものではなく、小部屋の数は何れであってもよく、一方から呼称して最終位置にあるものを呼称するものである。
そして、ヘッダ180aの周方向の一端の小部屋181a(以下、供給室と称する場合がある)に作動流体を供給する供給管108がロウ付けによって接続され、周方向の他端の小部屋189a(以下、排出室と称する場合がある)に作動流体を排出する排出管109がロウ付けによって接続されている。
また、各扁平管120(θ方向の一方から他方に向けて、扁平管121、122、123・・・129と称し、これらを総称して扁平管120と称す)は、そのZ方向の両端がそれぞれヘッダ180aおよび180bにロウ付けによって接続されている。なお、129とは9番目の扁平管を意味するものではなく、扁平管の数は何れであってもよく、一方から呼称して最終位置にあるものを呼称するものである。
【0061】
(作動流体の流れ)
したがって、供給管108からヘッダ180aの供給室181aに供給された作動流体は、供給室181aに接続された第一の扁平管121に流出してヘッダ180bの第一の小部屋181b(以下、第一の戻り室181bと称する場合がある)に流入する(図中、イ→ロ)。また、該第一の戻り室181bには第二の扁平管122が接続されているため、作動流体は流れの方向を逆転して第二の扁平管122に流出してヘッダ180aの第二の小部屋182a(以下、第二の戻り室182aと称する場合がある)に流入する(図中、ハ→ニ)。さらに、該第二の戻り室182aには第三の扁平管123が接続されているため、作動流体は流れの方向を逆転して第三の扁平管123に流出してヘッダ180bの第二の小部屋182bに流入する(図中、ホ→ヘ)。
以下、同様にして作動流体はジブザグに流れ、やがて、最端部の扁平管129からヘッダ180aの最端部の小部屋189a(排出室)に流入して(図中、セ→ス)、排出管109より排出される。なお、ヘッダ180aを供給排出ヘッダ、ヘッダ180bを戻りヘッダと称する場合がある。
以上は、扁平管が偶数本の場合であるが、本発明はこれに限定するものではなく、奇数本の場合には、ヘッダ180aの第一の小部屋189aに供給管108を設置し(かかるヘッダ180aを供給ヘッダと称する場合がある)、一方、ヘッダ180bの最端部の小部屋189bに排出管109を設置すればよい(かかるヘッダ180bを排出ヘッダと称する場合がある)。
【0062】
なお、ヘッダ180aまたは180bの小部屋に代えて、U字状の屈曲管(ベンドチューブ)を配置する場合がある。たとえば、第二の扁平管122(図中、ニ)と第三の扁平管123(図中ホ)とを該ベンドチューブによって接続してもよい(後記図16参照)。
【0063】
(貫流式送風機を具備する冷凍サイクル空調装置−実施例1−1)
図5は本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−1を示す平面図である。図5において、1001は冷凍サイクル空調装置、1100はフィンチューブ型熱交換器、1130は貫流式送風機、1140はケーシング、1160は吹き出し風の風向き制御板である。なお、図1および図2と同じ部分には下二桁をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【0064】
図5において、フィンチューブ型熱交換器(以下、熱交換器と称す)1100は、熱交換パネル(板状フィン1110と扁平管1120によって構成されている)と図示しないヘッダとを有している。
板状フィン1110は略C字状に形成された板材であって、貫流式送風機1130の周方向を取り囲むように配置されている。
したがって、熱交換器1100(熱交換パネルに同じ)を通過した空気は貫流式送風機1130を通過後、空気通過風路(以下、ケーシングと称す)1140を通り外部へ放出される(図中、幅広矢印にて示す)。
【0065】
たとえば、板状フィ1110の周方向(θ方向)のピッチFpはFp=0.0012m、板状フィン厚み(θ方向)FtはFt=0.0001m、径方向(r方向)の幅(板状フィンの幅)LはL=0.0254mである。
また、扁平管1120の本数は36本であって、隣接する扁平管1120の中心同士の周方向(θ方向)の距離DpはDp=0.0133mである。
さらに、熱交換器1100の前面風速UfはUf=1.0m/sである。
【0066】
以上より、冷凍サイクル空調装置1001は、熱交換器1100(板状フィン1110に同じ)を略C字状として、その中心が貫流式送風機1130の中心に略一致するようにしてその周方向を取り囲にでいるから、貫流式送風機1130と熱交換器1110との距離が一定になっている。したがって、
1)貫流式送風機1130に熱交換器1100の扁平管1120によって生じる速度欠損部の流入が無くなり若しくは減少して、貫流式送風機1100による騒音が生じにくい。
2)また、空気流れが貫流式送風機1130の中心軸1131方向(Z方向)に均一になり易く、貫流式送風機1130の流入側の圧力分布が該方向で略均一になるため、貫流式送風機の回転に要するトルクが低減する。
【0067】
3)また、熱交換器段1130の周方向(θ方向)における、空気風速が略均一となるため、熱交換器段1130の周方向(θ方向)の熱交換量の分布も略均一となる。このとき、風速が遅い部分が生じ難いため、低速流れに起因する低伝熱性能が改善され、全体の熱交換量が向上する。
【0068】
4)さらに、扁平管1120の長辺方向(a方向)を貫流式送風機1130の中心軸1131方向に向けて(放射状に同じ)配置すれば、扁平管1120の長辺方向が空気流れと略平行になるため、扁平管1120における通風抵抗を低減することができる。
【0069】
5)また、平板である板状フィン1110と直線状である扁平管1120によって熱交換パネルを形成しているため、該熱交パネルに凝縮水がホールドされる割合が少なくなり、通風抵抗の小さく、熱伝達の良好な空気調和機を構成することができる。
【0070】
(貫流式送風機を具備する冷凍サイクル空調装置−実施例1−2)
図6は本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−2を示す平面図である。図6において、1002は冷凍サイクル空調装置、1200はフィンチューブ型熱交換器(以下、熱交換器と称す)である。なお、図1、図2および図5と同じ部分には下二桁をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【0071】
図6において、冷凍サイクル空調装置1002内の空気の流れ方向(図中、幅広矢印にて示す)と熱交換器1200の扁平管1220の長辺方向が平行になっている。
したがって、熱交換器1200における通風抵抗をさらに低減することができる。さらに、熱交換器1200における通風抵抗が周方向(θ方向)全体にわたって、一様となり、貫流式送風機1230における回転トルクを安定させることができ、該送風機の上流と下流における空気の逆流が生じにくい。なお、図中、黒矢印により貫流式送風機1230の図示しない回転羽根の回転方向を示す。
【0072】
(貫流式送風機を具備する冷凍サイクル空調装置−実施例1−3)
図7は本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−3を示す平面図である。図7において、1003は冷凍サイクル空調装置、1300はフィンチューブ型熱交換器(以下、熱交換器と称す)である。
すなわち、実施の形態1(図5)における板状フィン1100を複数の分割フィンによって形成したものであって、図1、図2および図5と同じ部分には下二桁をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【0073】
図7において、熱交換パネルの板状フィン1310を複数枚の分割フィン1310a、1310b、1310c・・・(以下、分割フィンの一枚を分割フィン1310と総称する場合がある)によって形成したものである。
すなわち、分割フィン1310aと分割フィン1310aに挿入された扁平管(以下、扁平管1320aと称す)によって熱交換パネルaが形成され、同様に、熱交換パネルb、熱交換パネルc・・、が形成される。
そして、分割フィン1310a、1310b、1310c・・の対峙する側端部同士がロウ付けされ、熱交換パネルaの扁平管1320a、熱交換パネルbの扁平管1320b、熱交換パネルcの扁平管1320c・・・のそれぞれが共通の供給排出ヘッダおよび戻りヘッダ(図示しない)に接続されることによって熱交換器1300が形成されている。
【0074】
したがって、分割フィン1310は、小型の金型によって、且つ小容量の成型機(プレス機等)によって成型(ブランキング等)可能になる。
さらに、形状の単純化に伴い、金型構造が簡素になるとともに、成型後の形状が安定する(たとえば、しわ等の局部変形が発生し難くなる)から、金型組作業および成型作業が簡素且つ迅速になる。
また、広い面積のスクラップを発生させないで原板から分割フィン1310を採取することができるから、材取りの歩留まり(原板の面積に対する採取した分割フィン1310の合計面積の比率)が向上する。
よって、分割フィンを高能率に且つ安価に製造することが可能になる。
なお、各分割フィン1310に接合される扁平管1320の数量は4本に限定するものではなく、何れの数量であってもよい。また、分割フィン1310a、1310b、1310c・・はそれぞれ大きさ(θ方向の距離)が相違して、それぞれに接合される扁平管1320の数量が相違してよい。
【0075】
(貫流式送風機を具備する冷凍サイクル空調装置−実施例1−4)
図8は本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−4を示す平面図である。図8において、1004は冷凍サイクル空調装置、1400はフィンチューブ型熱交換器であって、実施例1−3(図7)における円弧状の分割フィン1310を、台形状の分割フィン1410に変更したものである。なお、実施例1−3(図7)と同じ部分には下二桁をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【0076】
各分割フィン1410において扁平管挿入孔1420の長辺の方向は、貫流式送風機1430の中心軸1431に向かってもよいし、台形の底辺(上辺に同じ)に垂直であってもよい。
したがって、分割フィン1410は、実施例1−3における分割フィン1310と同様に安価に製造することが可能になる。
特に、成型のための金型が直線(平面)により構成されるから、金型(押さえパンチ等を含む)の製作費用がさらに安価になるとともに、金型組が容易になる、。さらに、材取りの歩留まりが向上する。
【0077】
(貫流式送風機を具備する冷凍サイクル空調装置−実施例1−5)
図9は本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−5を示す平面図である。図9において、1005は冷凍サイクル空調装置、1500はフィンチューブ型熱交換器である。
すなわち、空気の流れ方向と扁平管の断面長辺方向を略平行にした実施例1−2(図6)における板状フィン1210を、実施例1−3に準じて円弧状の分割フィン1510を集合したものに変更したものである。なお、実施例1−2(図6)および実施例1−3(図7)と同じ部分には下二桁をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【0078】
したがって、実施例1−5は、実施例1−2における伝熱性能および送風性能と、実施例1−4における製造コストの低減効果とを可能にする。
特に、分割フィンの外郭を共通(すなわち、外郭を形成する抜き金型が共通)にして、外郭と扁平管挿入孔との傾きが容易に変更できるから、いろいろな方向の空気の流れに対して容易に対応することができる。
【0079】
(貫流式送風機を具備する冷凍サイクル空調装置−実施例1−6)
図10は本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−6を示す平面図である。図10において、1006は冷凍サイクル空調装置、1600はフィンチューブ型熱交換器である。
すなわち、実施例1−5(図9)における円弧状の分割フィン1500を、実施例1−4に準じて台形状の分割フィン1610を集合したものに変更したものである。なお、実施例1−4(図6)および実施例1−5(図9)と同じ部分には下二桁をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
したがって、実施例1−6は、実施例1−2における伝熱および送風性能と、実施例1−4における製造コストの低減とを共に可能にする。
【0080】
なお、実施例1−3乃至1−6における板状フィン1310乃至1610を、適宜選択してこれらを混在させて配置してもよい。たとえば、冷凍サイクル空調装置の前面(図中、左側)には円弧状の板状フィン1310を、上面(図中、上側)には台形状の板状フィン1410〜1610の何れかを配置してもよい。
【0081】
(貫流式送風機を具備する冷凍サイクル空調装置−実施例1−7)
図11は本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−7を示す平面図である。図11において、1007は冷凍サイクル空調装置、1700はフィンチューブ型熱交換器(以下、熱交換器と称す)である。なお、実施例1−1(図5)と同じ部分には下二桁をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【0082】
図11において、熱交換器1700は前面側に配置した前面側熱交換器1700b(図中、左側)と背面側(図中、右側)に配置した背面側熱交換器1700aの2基の熱交換器(それぞれの熱交換パネルが別個のヘッダに設置されている)によって構成されている。
そして、すなわち、前面側熱交換器1700bは円弧形状の板状フィン1710b、扁平管1720bと図示しない供給排出ヘッダおよび戻りヘッダとを具備している。同様に、後面側熱交換器1700aは矩形状の板状フィン1710a、扁平管1720aと図示しない供給排出ヘッダおよび戻りヘッダとを具備している。
【0083】
したがって、熱交換器1700bおよび熱交換器1700aがそれぞれ小型になるとともに、円弧状の板状フィン1710bがいわゆるオープン形状(円弧の広がり角度が180°以下)になるため、炉中ロウ付けを行う際、熱交換器全体の温度ムラが生じ難くなり、ロウ付けが確実になる。また、板状フィン1710bを配置する治具および炉中ロウ付け時の支持具が簡素になるとともに、作業性が向上する。
なお、熱交換器1700bまたは熱交換器1700aは、実施例1−1乃至1−6における熱交換器1100乃至1600の何れであってもよい。
【0084】
(貫流式送風機を具備する冷凍サイクル空調装置−実施例1−8)
図12および図13は本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−8を示す平面図および側面図である。図12において、1008は冷凍サイクル空調装置、1800はフィンチューブ型熱交換器(以下、熱交換器と称す)である。なお、実施例1−1(図5)と同じ部分には下二桁をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【0085】
図12において、熱交換器1800は前面側下方に配置した前面側下方熱交換器1800c(図中、左下側)と、前面側上方に配置した前面側上方熱交換器1800b(図中、左上側)と、背面側(図中、右側)に配置した背面側熱交換器1800aの3基の熱交換器によって構成されている。
そして、すなわち、前面側下方熱交換器1800cは円弧形状の板状フィン1810c、扁平管1820c、図示しない供給排出ヘッダおよび戻りヘッダとを具備し、前面側上方熱交換器1800bは円弧形状の板状フィン1810b、扁平管1820b、図示しない供給排出ヘッダおよび戻りヘッダとを具備し、後面側熱交換器1800aは台形状の板状フィン1810a、扁平管1820a、図示しない供給排出ヘッダおよび戻りヘッダとを具備している。
【0086】
したがって、実施例1−7(図11)における効果に加えて、円弧形状の板状フィン1810bの周方向(θ方向)の端面1814bと、これに対峙する台形状の板状フィン1810aの周方向(θ方向)の端面1813aとが、略平行に配置されているため、該対峙部分に三角形状の隙間がなく、軸方向(Z方向、図中、紙面奥行き方向)の風の流れが防止される。
【0087】
(ヘッダの配置)
図13の(a)において、熱交換器1800c、1800bおよび1800aのそれぞれのヘッダ1880c、1880bおよび1880a(以下、ヘッダ1880と総称する場合がある)は、千鳥状に配置されている。なお、図12と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
すなわち、ヘッダ1880bの外面ト(熱交換パネルbが接合されていない側)が、ヘッダ1880aの内面イ(熱交換パネルaが接合されている側)およびヘッダ1880cの内面リ(熱交換パネルcが接合されている側)よりも内側に位置している。なお、ヘッダ1880は軸方(Z方向、図中、左右方向)で対称に配置されているため、一方側について説明する。
【0088】
したがって、各ヘッダの周方向(θ方向)の端面同士が突き当たることなく、軸方向(Z方向)では重なり合うため、これらヘッダ同士が対峙する部分において軸方向(Z方向、図中、左右方向)の風の流れが発生しない。
すなわち、熱交換器1800の外に空気が漏洩しないため、熱交換性能が低下することがない。また、熱交換器1800を経由しない空気が軸流送風機1830に流入しないため、送風性能の悪化ないし送風流の温度ムラを防止することができる。
【0089】
また、ヘッダ1880a、1880bおよび1880cの形状に左右されることなく、すべての隣接する扁平管同士の周方向(θ方向)の距離を、自由に設定すること、たとえば、略同一にすることが容易にできるから、複数の熱交換器を組み合わせても熱効率が低下しない。たとえば、背面側熱交換器1800aの扁平管1829aと前面側上方熱交換器1800bの扁平管1821bとの距離を略同一にすることできる。
【0090】
一方、前記距離(扁平管1829aと扁平管1821bとの距離)を他の範囲における扁平管同士の間隔より近づけることができるから、たとえば、熱交換器1800aの板状フィン1810aの角部Tが扁平管1829aから遠ざからないようにすることが可能になる。すなわち、扁平管1829aから板状フィン1810aの先端Tまでの距離が所定の範囲に納まるから、板状フィン1810a自体の伝熱効率が低下することがない。
【0091】
なお、熱交換器1800bの扁平管1820bの軸方向(Z方向)の長さが、熱交換器1800aの扁平管1820aおよび熱交換器1800cの扁平管1820cの軸方向の長さより短くなるものの、熱交換器1800bの板状フィン1810bは、熱交換器1800aの板状フィン1810aおよび熱交換器1800cの板状フィン1810cと同一の位相(Z方向)に配置されているから、熱効率が低下することはない。
【0092】
さらに、ヘッダの千鳥状配置の形態は前記形態に限定するものではなく、熱交換器1800bのヘッダ1880bが、その他のヘッダより外側に配置されてもよい。すなわち、端面ルの外側に端面ホが位置し、端面ハの外側に端面ホが位置してもよい。
また、熱交換器1800aのヘッダ1880aの内側(または外側)に熱交換器1800bのヘッダ1880bが配置され、さらに、その内側(または外側)に熱交換器1800cのヘッダ1880cが配置されてもよい。すなわち、端面リの内側に端面トが位置し、端面ホの内側に端面ハが位置してもよい。
【0093】
図13の(b)において、熱交換器1800のヘッダ1880の配置が軸方向(Z方向、図中、左右方向)が非対称であって、熱交換器1800bのヘッダ1880bが一方側(たとえば、図中、左側)では、他のヘッダより外側で、他方側(たとえば、図中、右側)では、他のヘッダより内側に配置されている。このとき、それぞれの熱交換器の扁平管の軸方向の長さを等しくすることができる。なお、熱交換器1800a、1800bまたは1800cは、実施例1−1乃至1−6における熱交換器1100乃至1600の何れであってもよい。
【0094】
(貫流式送風機を具備する冷凍サイクル空調装置−実施例1−9)
図14は本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−9を示す平面図である。図14において、1009は冷凍サイクル空調装置、1900はフィンチューブ型熱交換器(以下、熱交換器と称す)であって、実施例1−7(図11)において前面側熱交換器の径方向(r方向)外側に補助熱交換器を設置したものである。なお、実施例1−7(図11)と同じ部分には下二桁にこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【0095】
すなわち、前面側熱交換器1900bの空気流入側(周方向で外側)に補助熱交換器1900sが配置され、補助熱交換器1900sの熱交換パネル(板状フィン1910sに同じ)は前面側熱交換器1900bの熱交換パネル(板状フィン1910bに同じ)および後面側熱交換器1900aの熱交換パネル(板状フィン1910aに同じ)から熱的に絶縁されている。
したがって、補助熱交換器1900sと前面側熱交換器1900bまたは後面側熱交換器1900aとの間の熱伝導による熱漏洩が小さくなり、空気−作動流体間の熱交換効率は向上する。
【0096】
また、補助熱交換器1900sに供給される作動流体は、前面側熱交換器1900bまたは後面側熱交換器1900aを通過した後の作動流体(温まっている冷媒)である。
したがって、冷凍サイクル空調装置1009に取り込まれた空気は、まず補助熱交換器1900sにおける作動流体(温まっている冷媒)によって、中間温度にまで冷却され、その後、前面側熱交換器1900bにおける作動流体(冷却されている冷媒)によって所定の温度に冷却されるものである。すなわち、いわゆる二段冷却が実施されるため、良好な熱交換効率が得られる。
【0097】
また、補助熱交換器1900sの板状フィン1910sと前面側熱交換器1900bの板状フィン1910bとは熱遮断(絶縁)されているため、かかる板状フィン1910sと板状フィン1910bの間で熱流れ(冷熱の流れ)が生じない。よって、補助熱交換器1900sとその他の熱交換器1900b、1900aの間の熱伝導による熱漏洩が小さくなり、空気−作動流体間の熱交換効率が向上する。
【0098】
なお、補助熱交換器1900sの配置は、前面側熱交換器1900bの上方(外側)の一部範囲に限定するものではなく、前面側熱交換器1900bの前方(図中、左側)あるいは後面側熱交換器1900aの上方(外側)に配置してもよい。このとき、前記と同様な効果を奏することは言うまでもない。
また、補助熱交換器1900sの上方(外側)に、さらに第二の補助熱交換器を配置、すなわち、熱交換器を半径方向(r方向)で複数台(熱交換パネルを多層)配置してもよい。
また、熱交換器1900a、1900bまたは1900sは、実施例1−1乃至1−6における熱交換器1100乃至1600の何れであってもよい。
【0099】
(組み立て方法)
図15は本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器の組み立て方法を説明する工程図(フローチャート)である。なお、各部位の名称および符号は図1および図4に準じる。
【0100】
(ステップ1)
板状フィン110、扁平管120を形成する。
すなわち、板状フィン110はアルミニウム合金の原板から採取する。このとき、扁平管挿入孔112およびスリット111をまず打ち抜いた後、板状フィン110自体を原板から打ち抜く。通常は順送金型によるブランキングまたはファインブランキングを行う。また、ロウ付け代を確保するため所定の曲げ加工を追加してもよい。
一方、扁平管120はアルミニウム合金を押し出して形成する。
なお、扁平管120を板材により形成する場合は、原板を所定の幅にスリットまたは剪断した後、曲げ加工する。さらに、マイクロチャンネル120mに区分するための隔壁120mを配置してロウ付けする。該ロウ付けは、後記扁平管120と板状スリットとをロウ付けする際に同時に実施してもよいし、これに先行して扁平管120を完成させてもよい。このとき、隔壁120mと扁平管120の接合および扁平管120自体(原板)の接合のためのロウ材の溶融温度は、後記板状フィンを接合するためのロウ材の溶融温度より高いものにする。
【0101】
(ステップ2)
つぎに、板状フィン110を所定の間隔を設けて軸方向に積層し、組み立て冶具によって固定する。
【0102】
(ステップ3)
つぎに、板状フィン110の扁平管挿入孔112内に扁平管120を挿入し、熱交換パネルを仮組み立てする。
【0103】
(ステップ4)
つぎに、ヘッダ180と仮組み立てされた熱交換パネルの扁平管120とを仮組み立てする。
なお、ヘッダ180はステップ1と平行して形成する。ヘッダ180は、原板から、筒部材および隔壁部材180wをスリット、剪断加工あるいは打ち抜き加工した後、所定の配置に仮組み立てて、ロウ付けする。
該ロウ付けは、後記扁平管120とのロウ付けと同時に実施してもよいし、これに先行してヘッダ180を完成させてもよい。該先行してロウ付けする場合、隔壁183と筒部材との接合および筒部材自体の接合のためのロウ材の溶融温度は、扁平管120とヘッダ180との接合、および扁平管120と板状フィン110との接合のためのロウ材の溶融温度より高いものにする。
【0104】
(ステップ5)
前記仮組み立てされたものをノコロック連続炉に投入して加熱し、ロウ付けにより接合する。
【0105】
(ステップ6)
さらに、板状フィン110の表面に親水材コーティング材を塗布する。
【0106】
(ステップ7)
最後に、親水材コーティング材を乾燥させて完成する。
以上より、板状フィン110と扁平管120をロウ付けにより接合することで、伝熱性能の良好な熱交換器100を作成することができる。
【0107】
[実施の形態2]
(遠心型送風機に好適なフィンチューブ型熱交換器)
図16は本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器を説明する模式斜視図である。
図16において、200はフィンチューブ型熱交換器、210は板状フィン、220は扁平管、231は基準となる基準軸(遠心型送風機に設置された際の遠心型送風機の中心軸に相当)、280はヘッダ、290はベンドチューブである。なお、説明を容易にするため設置された部材の一部を記載している。以下、基準軸231の方向を軸方向(Z方向)、中心軸231の放射方向を径方向(r方向)、中心軸231を中心にして回転する方向を周方向(θ方向)と定義する。
【0108】
(熱交換パネル)
フィンチューブ型熱交換器200は一対の熱交換パネルa、bと、これらを連通するヘッダ(以下、振り分けヘッダと称する場合がある)280とによって構成されている。
熱交換パネルa、bは、それぞれ所定の間隔を設けて配置された複数枚の板状フィン210a、bと、板状フィン210a、bに対して垂直に挿入された断面扁平の伝熱管(以下、扁平管と称す)220a、bとによって構成されている。以下、説明の容易にするため、熱交換パネルa、bは同一の構成(形状)である場合について説明する。
【0109】
(板状フィン)
板状フィン210a、bは矩形状の板材であって、実施の形態1(図2参照)と同様に、略矩形状の扁平管挿入孔212a、bとスリット211a、bがそれぞれ複数箇所穿設されている。
【0110】
(扁平管)
扁平管220a、bは断面扁平で軸方向に直線状の中空管であって、実施の形態1(図3参照)と同様に形成されている。そして、配置された軸方向(Z方向)の上から下方向に221a、222a、223a・・・229a、および221b、222b、223b・・・229bと呼称する。なお、229aおよび229bとは9番目の扁平管を意味するものではなく、扁平管の数は何れであってもよく、上方から呼称して最下段にあるものを呼称するものである。
【0111】
(振り分けヘッダ)
図17は本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器における振り分けヘッダを示す一部断面の斜視図であって、説明を容易にするため設置された部材の一部を記載している。図17において、ヘッダ280は両端が閉塞された中空管であって、その管軸が基準軸231に略平行に配置される。
【0112】
ヘッダ280の内部は、管軸方向(Z方向)で所定の間隔を設けて配置された軸方向隔壁280zによって複数の小部屋281、282、283・・・289に分けられている。さらに各小部屋281、282、283・・・289は周方向(θ方向)が周方向隔壁280tによって2区に分割されている(以下、それぞれをa側の小部屋281a、282a、283a・・・289a、およびb側の小部屋281b、282b、283b・・・289bと称す)。なお、289aおよび289bとは9番目の小部屋を意味するものではなく、小部屋の数は何れであってもよく、上方から呼称して最下段にあるものを呼称するものである。
【0113】
そして、ヘッダ280の最上段の小部屋281aおよび1281b(以下、分岐室281と称する場合がある)には作動流体を供給するための供給管208が接続され、ヘッダ280の最下段の小部屋289aおよび289b(以下、合流室289と称する場合がある)には作動流体を排出するための排出管209が接続されている。
【0114】
さらに、a側において、ヘッダ280の最上段の小部屋281a(分岐室281に同じ)には最上段の扁平管221aが接続されている。
次に、上から二段目の小部屋282a(以下、戻り室282aと称する場合がある)には上から二段目および三段目の扁平管222a、223aが接続されている。
そして、最上段の扁平管221aと二段目扁平管223aのヘッダ280(小部屋281aおよび小部屋282aに同じ)に接続されていない端部同士がべンドチューブ291aによって接続されている。
以下同様に、下方に向けて扁平管同士が連結されている。そして、最下段の扁平管289aが最下段の小部屋289a(合流室289に同じ)に接続されている。なお、b側も同様である。
【0115】
(組み立て方法)
なお、フィンチューブ型熱交換器200の組み立て方法は以下である。
(ステップ1)
前記実施の形態1(図15参照)に準じて、板状フィン210、扁平管220を形成し、板状フィン210を所定の間隔を設けて軸方向に積層し、組み立て冶具によって固定する。そして、板状フィン210の扁平管挿入孔212内に扁平管220を挿入し、熱交換パネルを仮組み立てする。
【0116】
(ステップ2)
扁平管挿入口を設けたブレージングシート製のプレートを作成して、これを筒状に成形する。そして周方向隔壁280tおよび軸方向隔壁280zを挿入してヘッダ280を形成する。
【0117】
(ステップ3)
熱交換パネルa(扁平管220aに同じ)および熱交換パネルa(扁平管220bに同じ)とヘッダ280とを仮組み立てする。また、作動流体の供給管208および排出管209とヘッダ280とを仮組み立てする。さらに、熱交換パネルa(扁平管220aに同じ)および熱交換パネルa(扁平管220bに同じ)とべンドチューブ290a、290bとを仮組み立てする。
【0118】
(ステップ4)
前記仮組み立てされたものをノコロック連続炉に投入して加熱し、ロウ付けにより接合する。
【0119】
(ステップ5)
さらに、板状フィン210の表面に親水材コーティング材を塗布する。
【0120】
(ステップ6)
最後に、親水材コーティング材を乾燥させて完成する。
以上より、熱交換器200は、扁平管の両端部にそれぞれ戻りヘッダを設ける必要がなく、1個の振り分けヘッダ280のみによって形成されるため製造コストが低減する。
なお、以上は、扁平管同士(たとえば、扁平管221aと扁平管222a)をベントチューブ(たとえば、ベントチューブ291a)によって連結する場合について記載しているが、当該扁平管を1本の扁平管の中央部を略U字状に曲げ加工して形成してもよい。この時、ロウ付け範囲はさらに減少するから、製造が容易となり製造コストがさらに低減する。
【0121】
(作動流体の流れ)
図18は本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器における作動流体の流れを説明する模式図である。
すなわち、分岐室281(最上段の小部屋281a、281bに同じ)に供給された作動流体は、a側およびb側に振り分けられる。
そして、a側に振り分けられた作動流体は、最上段の扁平管221a(図中、イ→ロ)、べンドチューブ291a(図中、ロ→ハ)、二段目の扁平管222a(図中、ハ→ニ)を経て、二段目の小部屋(戻り室)282aに流入し、さらに、三段目の扁平管223a(図中、ホ→ヘ)に流出する。以下、同様に作動流体がジグザグに流れる。
【0122】
そして、最下段の扁平管229aから排出室289(最下段のa側の小部屋289aに同じ)に流入した作動流体は、排出管209から排出される。なお、b側においても同様である。
なお、合流室289の周方向隔壁280tを撤去して、最下段の扁平管229aおよび229bから流入した作動流体が合流室289において混合するようにしてもよい。
さらに、ベントチューブ290に代えて実施の形態1の戻りヘッダ(図4参照)を設置してもよい。また、ベントチューブ290に代えた2倍尺の扁平管を略U字状に曲げ加工してもよい。
以上は、作動流体がヘッダ280の上から下方向に流れる場合について説明しているが、下から上方向に流れる場合であってもよい。
よって、フィンチューブ型熱交換器200は、実施の形態1におけるフィンチューブ型熱交換器100に準じた作用、効果を奏する。
【0123】
(遠心型送風機を具備する冷凍サイクル空調装置−実施例2−1)
図19は本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例2−1を示すものであって、(a)は平面図、(b)は側面図である。
図19において、2001は冷凍サイクル空調装置、2200aおよび2200cはフィンチューブ型熱交換器、2230は遠心型式送風機である。なお、図16〜18と同じ部分には下三桁の数字をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【0124】
図19において、冷凍サイクル空調装置2001は、遠心型式送風機2230と、これを取り囲む一対のフィンチューブ型熱交換器2200aおよび2200cと、これらを収納する図示しないケーシングによって形成されている。
フィンチューブ型熱交換器2200aおよび2200cはそれぞれフィンチューブ型熱交換器200(図16)に同じである。すなわち、遠心型式送風機2230は合計4枚の熱交換パネルa、b、cおよびdによって包囲されている。
【0125】
したがって、略軸方向(Z方向)から吸引された空気は、遠心型送風機2230を通過後、前記4枚の熱交換パネルを通過して外部へ放出される。このとき、略水平面内(r−θ面)において放射方向に対して空気が斜めに流れるため、前記熱交換パネルには斜めに空気が流入する。
このため、扁平管2220の長辺方向を略水平にし、さらに、板状フィン2210を該風向きに略平行になるように傾けて(Z軸の平行で、中心軸2231に向かう放射線に対して傾斜)設置している。
よって、通風抵抗の小さい熱交換パネルa(扁平管2220aと板状パネル2210aによって構成されている)、熱交換パネルb、cおよびdが形成され、且つ、斜め方向からの流入が抑制されやすい。このため、風量が大きくなり熱交換効率の良いフィンチューブ型熱交換器が得られる。
【0126】
よって、冷凍サイクル空調装置2001は、直線状の扁平管によって形成されたフィンチューブ型熱交換器2200a、2200cによって周囲が包囲されるから、大風量であって、製造コストの低減と熱効率の向上が可能になり、実施の形態1における冷凍サイクル空調装置1001等に準じた作用、効果が得られる。
なお、冷凍サイクル空調装置2001は、一対のフィンチューブ型熱交換器2200a、2200c(一対の熱交換パネルの配置された角度が90°である)を具備しているが、本発明はこれに限定するものではなく、フィンチューブ型熱交換器の設置台数は3台以上であってもよい。たとえば、一対の熱交換パネルの配置された角度が120°である前記フィンチューブ型熱交換器(図16参照)を3台設置してもよい。
【0127】
(遠心型送風機に好適なフィンチューブ型熱交換器−実施例2−2)
図20は本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器の実施例2−2を説明する模式斜視図である。
図20において、300はフィンチューブ型熱交換器、310は板状フィン、320は扁平管、331は基準となる基準軸(遠心型送風機に設置された際の遠心型送風機の中心軸に相当)、380はヘッダ、390はベンドチューブである。なお、説明を容易にするため設置された部材の一部を記載している。なお、実施の形態1または2と同じ部分にはこれと下二桁に同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【0128】
フィンチューブ型熱交換器300は、矩形状に配置された4枚の熱交換パネルa、b、c、dを中継ヘッダ380b、c、dによって連結し、周方向(θ方向)一方の端部に供給排出ヘッダ380aを、他方の端部にベンドチューブ390dを設置したものである。すなわち、実施の形態3のフィンチューブ型熱交換器200が2枚の熱交換パネルを具備しているのに対し、実施の形態3のフィンチューブ型熱交換器300は4枚の熱交換パネルを具備している。
【0129】
(熱交換パネル)
フィンチューブ型熱交換器300を構成する矩形状に配置された4枚の熱交換パネルa、b、c、d(それぞれ板状フィン310a、b、c、dおよび扁平管320a、b、c、dによって構成されている)は、図16に示す熱交換パネルa、bに準じる。
【0130】
(供給排出ヘッダ)
供給排出ヘッダ380aは実施の形態1の供給排出ヘッダ180aに準じる(図4参照)。
【0131】
(中継ヘッダ)
図21は本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器の実施例2−2における中継ヘッダを示す一部断面の斜視図であって、説明を容易にするため設置された部材の一部を記載している。図21において、中継ヘッダ380d(中継ヘッダb、cも同一構造である)は両端が閉塞された中空管であって、その管軸が基準軸331に略平行に配置される。
中継ヘッダ380dの内部は、管軸方向(Z方向)で所定の間隔を設けて配置された軸方向隔壁380zによって複数の小部屋(以下、中継室と称する場合がある)381d、382d、383d・・・389dに分けられている。なお、389dとは9番目の中継室を意味するものではなく、中継室の数は何れであってもよく、上方から呼称して最下段にあるものを呼称するものである。
また、扁平管320についても同様に321、322、323・・・329と称し、熱交換パネルcまたはdにおける扁平管には、それぞれcまたはdを付記する。
【0132】
中継ヘッダ380dの最上段の中継室381dには最上段のc側の扁平管321cおよび最上段のd側の扁平管321dが設置され、上から二段目の中継室382dには、上から二段目の扁平管322cおよび二段目の扁平管322dが設置されている。以下、同様に同じ段にあるc側およびd側の扁平管が同一段の中継室に設置されている。
同様に、中継ヘッダbおよび中継ヘッダcもおいても、それぞれ同じ段にある扁平管同士が連結されている。
【0133】
(ベントチューブ)
ベントチューブ390は前記ベントチューブ290(図16参照)に準じる。
【0134】
以上より、熱交換器300は、4枚の熱交換パネルがそれぞれ簡素な構造の中継ヘッダによって連結されているため、製造コストが低減する。
なお、さらに、ベントチューブ390に代えて実施の形態1の戻りヘッダ(図4参照)を設置してもよい。また、ベントチューブ390に代えた2倍尺の扁平管320dを略U字状に曲げ加工してもよい。
【0135】
(作動流体の流れ)
図22は本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器の実施例2−2における作動流体の流れを説明する模式図である。なお、図20および21と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
すなわち、供給管308から供給排出ヘッダ380aの最上段の供給室381aに供給された作動流体は、熱交換パネルaの最上段の扁平管321aに流出して中継ヘッダ380bの最上段の中継室381bに流入する(図中、イ→ロ)。そして、中継室381bにおいて流れ方向が90°変更された作動流体は最上段の扁平管321bに流出して最上段の中継室381cに流入する(図中、ロ→ハ)。
【0136】
同様にして、中継室381cにおいて流れ方向が90°変更された作動流体は最上段の扁平管321cに流出して最上段の中継室381dに流入する(図中、ハ→ニ)。さらに、最上段の扁平管321dを経由して最上段のベントチューブ391に達する(図中、ニ→ホ)。
そして、最上段のベントチューブ391によって進行方向を変えられた作動流体は、二段目の扁平管322dに流入し、最上段とは逆の方向に流れて供給排出ヘッダ380aの二段目の戻り室382aに流入する(図中、ヘ→ト→チ→リ→ヌ)。
【0137】
さらに、二段目の小部屋382aに流入した作動流体は、三段目の扁平管323aに流入して、最上段と同様の流れをする。
以下同様にして、作動流体はジグザグに流れ、やがて、供給排出ヘッダ380aの最下段の排出室389aに流入して排出管309によって排出される。
【0138】
よって、熱交換器300は、作動流体が出入りする供給排出ヘッダを1箇所に限定することができ、複数の供給排出ヘッダを持つ熱交換器と比べて、配管の接続等の不便を解消することができ、熱交換器200に準じた作用、効果が得られる。
以上は、供給排出ヘッダ380の軸方向(Z方向)の上から下方向に流れる場合について説明しているが、下から上方向に流れる場合であってもよい。
【0139】
なお、ベントチューブ390に代えて実施の形態1の戻りヘッダ(図4参照)を設置してもよい。また、ベントチューブ390に代えた2倍尺の扁平管320dを略U字状に曲げ加工してもよい。
さらに、中継ヘッダ380b、cまたはdの何れかを振り分けヘッダ(図21参照)に変更して、供給排出ヘッダ380aを戻りヘッダまたはベンドチューブに変更してもよい。
【0140】
(遠心型送風機を具備する冷凍サイクル空調装置−実施例2−3)
図23は本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例2−3を示すものであって、(a)は平面図、(b)は側面図である。
図23において、2002は冷凍サイクル空調装置、2300はフィンチューブ型熱交換器、2330は遠心型式送風機である。なお、図20と同じ部分には下三桁の数字をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【0141】
図23において、冷凍サイクル空調装置2002は、遠心型式送風機2330と、これを取り囲むフィンチューブ型熱交換器2300と、図示しないケーシングによって形成されている。
フィンチューブ型熱交換器2300は前記フィンチューブ型熱交換器300(図20参照)に同じである。
【0142】
したがって、略軸方向(Z方向)から吸引された空気は、遠心型送風機2330を通過後、前記4枚の熱交換パネルa、b、cおよびdを通過して外部へ放出される。このとき、略水平面内(r−θ面)で中心軸2331に向かう放射方向に対して回転方向(θ方向)に角度を持って空気が流れ、前記熱交換パネルには斜めに空気が流入する。
このため、扁平管2320の長辺方向(a方向)を略水平にし、さらに、板状フィン2310を該風向きに略平行になるように傾けて(Z軸に平行で、r方向に対して傾斜)設置している。
よって、通風抵抗の小さい熱交換パネルa、b、cおよびdが形成され、且つ、斜めの流入が抑制されやすい。このため、風量が大きく、且つ熱交換効率の良いフィンチューブ型熱交換器が得られる。
【0143】
よって、冷凍サイクル空調装置2002は、直線状の扁平管によって形成されたフィンチューブ型熱交換器に周囲が包囲されるから、大風量であって、製造コストの低減と熱効率の向上が可能になり、冷凍サイクル空調装置2001に準じた作用、効果が得られる。
【0144】
(遠心型送風機を具備する冷凍サイクル空調装置−実施例2−4)
図24は本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例2−4を示す縦断面図である。
図24において、2003は冷凍サイクル空調装置、2400はフィンチューブ型熱交換器(以下、熱交換器と称す)、2430は遠心型式送風機、2440はケーシング、2441はケーシングが設置される天井である。なお、図16または図20と同じ部分には下二桁の数字をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【0145】
図24において、冷凍サイクル空調装置2003は、天井2441に設置され、遠心型式送風機2430と、これを取り囲む熱交換器2400と、これらを収納するケーシング2440によって形成されている。そして、熱交換器2400は前記フィンチューブ型熱交換器200(図16参照)またはフィンチューブ型熱交換器300(図20参照)に同じである。
したがって、遠心型式送風機2430に吸引された空気(上昇流)は、遠心型式送風機2430にから略水平方向に吹き出される。そして、熱交換器2400(それぞれの熱交換パネルに同じ)を通過した空気は、吹き出し側(重力方向)に流れ方向を変えて外部に放出される。
【0146】
このとき、熱交換器2400の扁平管2420の断面長辺方向(a方向)が水平面に対して傾斜している。すなわち、吹き出し側(r方向外側)になる程鉛直下方になるように角度θを有している。
したがって、該傾斜により、扁平管2420に偏流作用を持たせることができ、熱交換器2400のみならず、風路においても、通風抵抗を抑制することができる。また、扁平管2420の長辺方向を空気の流れ方向と平行とすれば、扁平管2420における通風抵抗を抑制することができる(実施の形態1(図6)参照)。
以上より、冷凍サイクル空調装置2003において、冷凍サイクル空調装置2001に同じ作用、効果が得られる。
【0147】
[実施の形態3]
(軸流型送風機に好適なフィンチューブ型熱交換器)
図25は本発明の実施の形態3に係るフィンチューブ型熱交換器を説明する模式斜視図であって、説明を容易にするため設置された部材の一部を記載している。なお、実施の形態1(図1)と同じ部分には下二桁をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図25において、400はフィンチューブ型熱交換器、410は板状フィン、420は扁平管、431は基準となる基準軸(軸流型送風機に設置された際の軸流型送風機の中心軸に相当)、480はヘッダ、490はベンドチューブである。
フィンチューブ型熱交換器(以下、熱交換器と称す)400は、基準軸431に垂直に配置された熱交換パネルaと、基準軸431に平行に配置された熱交換パネルbによって形成されている。
【0148】
(熱交換パネル)
熱交換パネルaは矩形状の板状フィン410aと直線状の扁平管420aによって構成され(実施の形態3に準じる)。一方、熱交換パネルbは円弧状の板状フィン410bと直線状の扁平管420aによって構成されている(実施の形態1に準じる)。そして、熱交換パネルaと熱交換パネルbは振り分けヘッダ480によって連結されている。
【0149】
(振り分けヘッダ)
振り分けヘッダ480は断面矩形であって、軸方向に湾曲(熱交換パネルbの円弧に略同一)している。なお、内部構造等は実施の形態2における振り分けヘッダ280(図16参照)に準じる。
【0150】
(ベンドチューブ)
ベンドチューブ490a、490bは、実施の形態2におけるベンドチューブ390(図20参照)に同じである。
したがって、型熱交換器400は、振り分けヘッダ480を軸方向に直線状にして熱交換パネルbの板状フィン410bを矩形にすれば、実施の形態2の熱交換器200(図16参照))に同じである。
よって、熱交換器400は実施の形態1における熱交換器100に準じた作用、効果を奏する。は
【0151】
(軸流型送風機を具備する冷凍サイクル空調装置−実施例3−1)
図26は本発明の実施の形態3に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例3−1を示すものであって、(a)は正面図、(b)は側面図である。
図26において、3001は冷凍サイクル空調装置、3400はフィンチューブ型熱交換器、3430は軸流型式送風機、3440はケーシング、3460はセパレータ、3432は圧縮機である。
フィンチューブ型熱交換器(以下、熱交換器と称す)3400は前記熱交換器400(図25)に同じであって、図25と同じ部分には下三桁の数字をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。以下、軸心型送風機3430の中心軸3431の方向を軸方向(Z方向)、中心軸431の放射方向を径方向(r方向)、中心軸431を中心にして回転する方向を周方向(θ方向)と定義する。
【0152】
(作動流体の流れ)
よって、圧縮機3432から供給された作動流体は振り分けヘッダ3480の図示しない分岐室に供給され、熱交換パネルaの扁平管3420aおよび熱交換パネルbの扁平管3420bに振り分けられる。そして、それぞれの熱交パネルおいて、ベントチューブ490aまたは490bにより流れの方向が転換されてヘッダ3480の図示しない戻り室に戻ってくる。以下、同様にジグザグの流れを繰り返して、熱交換がなされる(図18参照)。
なお、熱交換パネルaと熱交換パネルbとにおける熱交換量が相違するため、図示しない分岐室を周方向に区分けする周方向隔壁は、対称に配置しないで、一方の小部屋(たとえば、a側)により多量の作動流体が流入するようにしている。
【0153】
(空気の流れ)
また、ケーシング3440の内部はセパレータ3460に仕切られ、該仕切られたスペースに圧縮機3432が配置されて空気風路から隔離されている。
したがって、遠心型式送風機3430に吸引された空気は、その中心軸3431に垂直に配置された熱交換パネルaと、中心軸3431に平行に配置された熱交換パネルbの両方を通過するため、良好な熱交換が図られ、実施の形態1に準じた作用、効果が得られる。
特に、熱交換パネルbはθ方向に湾曲した円弧状の板状フィン410bを具備して、遠心型式送風機3430の側方の一部を回転方向に包囲するから、実施の形態1と同様の作用、効果が得られる。
さらに、熱交換パネルb(中心軸3431に平行に配置)の板状フィン3410bを傾斜させて空気の流れに略平行にしておけば、送風抵抗が低減する。
以上より、冷凍サイクル空調装置3001は、大容量の熱交換が可能であるから、空調の対象となる部屋の外に設置されて大風量を供給することが可能になり、実施の形態1における冷凍サイクル空調装置1001等に準じた作用、効果を奏する。
【0154】
(軸流型送風機に好適なフィンチューブ型熱交換器−実施例3−2)
図27は本発明の実施の形態3に係るフィンチューブ型熱交換器の実施例3−2を説明する模式斜視図であって、説明を容易にするため設置された部材の一部を記載している。
図27において、500はフィンチューブ型熱交換器、510は板状フィン、520は扁平管、531は基準となる基準軸(軸流型送風機に設置された際の軸流型送風機の中心軸に相当)、580はヘッダ、590aはカーブチューブ、590bはベンドチューブである。
なお、実施の形態1(図1)と同じ部分には下二桁をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【0155】
フィンチューブ型熱交換器(以下、熱交換器と称す)500は、図示しない基準軸に垂直に配置された熱交換パネルaと、該基準軸に平行に配置された熱交換パネルbによって形成されている。
熱交換パネルa、bは、実施の形態1または2におけるものに準じる。 ヘッダ580は、実施の形態1における供給排出ヘッダ180a(図4参照)に同じである。
ベンドチューブ590bは、実施の形態2におけるベンドチューブ390(図20参照)に同じである。
【0156】
(カーブチューブ)
カーブチューブ590aは、一対の直角方向に配置された扁平管同士を連結するものであって、扁平管と略同一断面形状を有している。すなわち、中継ベンド490aは実施の形態2における中継ヘッダ380b等(図21参照)と同じ作用を奏するものであって、耐圧強度を高くすることができ、材料費を安価に抑えることができる。
【0157】
以上より、熱交換器500は熱交換器400に準じた作用、効果を奏する。
なお、熱交換パネルaの扁平管520aの軸方向長さをそれぞれ相違させて、それぞれがカーブチューブ590aに接続する位置を、平面視で円弧状とし、一方、熱交換パネルbの板状フィン510bを円弧形状にしてもよい。
【0158】
(軸流型送風機を具備する冷凍サイクル空調装置−実施例3−3)
図28は本発明の実施の形態3に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例3−3を示すものであって、(a)は正面図、(b)は側面図である。
図28において、3002は冷凍サイクル空調装置、3500はフィンチューブ型熱交換器、3530は遠心型式送風機、3540はケーシング、3560はセパレータ、3532は圧縮機である。
フィンチューブ型熱交換器(以下、熱交換器と称す)3500は前記熱交換器500(図26)に同じであって、図26と同じ部分には下三桁の数字をこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。以下、軸心型送風機3530の中心軸331の方向を軸方向(Z方向)、中心軸431の放射方向を径方向(r方向)、中心軸3531を中心にして回転する方向を周方向(θ方向)と定義する。
【0159】
よって、圧縮機3532から供給された作動流体は供給排出ヘッダ3580の供給管3508が設置された図示しない供給室に供給され、熱交換パネルaの扁平管3420aに流入し、カーブチューブ3590aにおいて流れ方向が90°変更されて熱交換パネルbの扁平管3520bに流入し、さらに、ベントチューブ3590bにおいて流れ方向が180°変更される。そして、前記とは逆の方向に流れて供給排出ヘッダ3580aの図示しない戻り室に戻る。以下、同様にジグザグの流れが繰り返される。
以上より、冷凍サイクル空調装置3002は、冷凍サイクル空調装置3001と同様の作用、効果を奏する。
【0160】
[実施の形態4]
(冷媒回路)
図29は本発明の実施の形態4に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の冷媒回路図である。
図29において、1は冷媒回路、2は圧縮機、3は凝縮熱交換器、4は絞り装置、5は蒸発熱交換器、6および7は送風機である。そして、凝縮熱交換器3または蒸発熱交換器5の一方または両方が、実施に形態1乃至3の何れかに記載のフィンチューブ型熱交換器100,200、300、400または500である。
すなわち、冷媒回路1は、圧縮機2において圧縮された作動流体(冷媒)は凝縮熱交換器3において発熱(作動流体自体は冷却される)し、絞り装置4を経由して蒸発熱交換器5に供給され、蒸発熱交換器5において吸熱(作動流体自体は加熱される)され再度圧縮機2に戻るものである。
したがって、エネルギ効率の高い冷凍サイクル空調装置を実現することができる。ここで、エネルギ効率は、次式で構成されるものである。
暖房エネルギ効率=室内熱交換器(凝縮器)能力/全入力
冷房エネルギ効率=室内熱交換器(蒸発器)能力/全入力
【0161】
[実施の形態5]
(作動流体)
本発明における作動流体は特定の冷媒に限定するもではなく、どんな種類の冷媒を用いても、前記効果を達成することができる。たとえば、
▲1▼HCFC(R22)や、
▲2▼HFC(R116、R125、R134a、R14、R143a、R152a、R227ea、R23、R236ea、R236fa、R245ca、R245fa、R32、R41、RC318等)や、
▲3▼これら冷媒▲1▼または▲2▼の数種を混合した混合冷媒(R407A、R407B、R407C、R407D、R407E、R410A、R410B、R404A、R507A、R508A、R508B等)や、
▲4▼HC(ブタン、イソブタン、エタン、プロパン、プロピレンなどや、これら冷媒の数種混合冷媒)や、
▲5▼自然冷媒(空気、炭酸ガス、アンモニアなどや、これら冷媒の数種の混合冷媒)や、
▲6▼前記冷媒▲1▼〜▲5▼の数種を混合した混合冷媒等、
▲7▼さらに、ナトリウム等の金属である。
【0162】
(被熱交換流体)
本発明における被熱交換流体(作動流体(冷媒)と熱交換するもの)は空気に限定するもではなく、どんな種類の流体であっても、前記効果を達成することができる。たとえば、(i)空気以外の気体(酸素、窒素、炭酸ガス等)、(ii)液体(水、油、ナトリウム等の金属)、(iii)気液混合流体、(iv)固液混合流体である。
【0163】
(形成する材料)
本発明における板状フィンおよび扁平管を形成する材料は、特定の材料に限定するもではなく、所定の伝熱特性を具備する材料である限り前記効果を達成することができる。
なお、板状フィンと扁平管とを共に銅(銅合金を含む)、板状フィンと扁平管とを共にアルミニウム(アルミニウム合金を含む)等、それぞれ同じ材料を用いることで、フィンと伝熱管のロウ付けが容易になるため、板状フィンと扁平管の接触熱伝達率が飛躍的に向上して熱交換能力が大幅に向上する。また、リサイクル性も向上させることができる。
【0164】
(ロウ付け)
また、板状フィンと扁平管とを密着させる方法として、炉中ロウ付けを行う場合、フィンに親水材を塗布するのに後処理で行うことで、前処理の場合のロウ付け中の親水材の焼け落ちを防ぐことができる。
【0165】
(装置の作動油)
本発明における装置(たとえば、圧縮機等)の作動油は特定のものに限定するもではなく、どんな種類の油であっても、前記効果を達成することができる。
たとえば、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系などである。
【0166】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、断面扁平形状の伝熱管を具備する伝熱パネルが送風手段を包囲するから、伝熱性能および送風性能の優れたフィンチューブ型熱交換器および冷凍サイクル空調装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を説明する模式斜視図である。
【図2】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器における板状フィンを示すものであって、(a)は平面図、(b)は側面図である。
【図3】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器における扁平管を示す断面図である。
【図4】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器における作動流体の流れを示す説明する模式図である。
【図5】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−1を示す平面図である。
【図6】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−2を示す平面図である。
【図7】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−3を示す平面図である。
【図8】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−4を示す平面図である。
【図9】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−5を示す平面図である。
【図10】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−6を示す平面図である。
【図11】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−7を示す平面図である。
【図12】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−8を示す平面図である。
【図13】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−8を示す側面図である。
【図14】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例1−9を示す平面図である。
【図15】 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器の組み立て方法を説明する工程図(フローチャート)である。
【図16】 本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器を説明する模式斜視図である。
【図17】 本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器における振り分けヘッダを示す一部断面の斜視図である。
【図18】 本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器における作動流体の流れを説明する模式図である。
【図19】 本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例2−1を示すものであって、(a)は平面図、(b)は側面図である。
【図20】 本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器の実施例2−2を説明する模式斜視図である。
【図21】 本発明の実施の形態2の実施例2−2に係るフィンチューブ型熱交換器における中継ヘッダを示す一部断面の斜視図である。
【図22】 本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器の実施例2−2における作動流体の流れを説明する模式図である。
【図23】 本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例2−3を示すものであって、(a)は平面図、(b)は側面図である。
【図24】 本発明の実施の形態2に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例2−4を示す縦断面図である。
【図25】 本発明の実施の形態3に係るフィンチューブ型熱交換器を説明する模式斜視図である。
【図26】 本発明の実施の形態3に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例3−1を示すものであって、(a)は正面図、(b)は側面図である。
【図27】 本発明の実施の形態3に係るフィンチューブ型熱交換器の実施例3−2を説明する模式斜視図である。
【図28】 本発明の実施の形態3に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の実施例3−3を示すものであって、(a)は正面図、(b)は側面図である。
【図29】 本発明の実施の形態4に係るフィンチューブ型熱交換器を用いた冷凍サイクル空調装置の冷媒回路図である。
【図30】 従来の円管フィンチューブ型熱交換器を示す斜視図である。
【図31】 従来のコルゲート型熱交換器を示す斜視図である。
【図32】 従来のコルゲート型熱交換器を示す一部断面の部分斜視図である。
【図33】 従来の熱交換器を示す斜視図である。
【図34】 従来の独立フィン形熱交換器示す部分斜視図である。
【図35】 従来の空気調和機を示す断面図である。
【図36】 従来の熱交換装置を示す断面図である。
【図37】 従来の空気調和機の室内機の上側から見た概略図である。
【符号の説明】
100 フィンチューブ型熱交換器、110 板状フィン、120 扁平管、131 基準軸、180a ヘッダ、180b ヘッダ、200 フィンチューブ型熱交換器、290 ベンドチューブ、1001 冷凍サイクル空調装置、1100 フィンチューブ型熱交換器、1130 貫流式送風機、1140 ケーシング、1160 吹き出し風向き制御板、2230 遠心型式送風機、3230、3430 軸流型式送風機。
Claims (18)
- 冷凍サイクル空調装置を構成する貫流式送風機の周囲の略全部または一部を取り囲むように配置されるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記貫流式送風機の中心軸に略垂直に所定の間隔を設けて配置される複数枚の円弧状の板状フィンと、該複数の板状フィンを貫通して前記貫流式送風機の中心軸と略平行に所定の間隔を設けて配置される複数本の断面扁平形状の伝熱管とによって形成された熱交換パネルを有し、
前記板状フィンの円弧の中心が前記貫流式送風機の中心軸に略一致することを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。 - 前記伝熱管の断面長辺が前記貫流式送風機の中心軸に向かって略放射状に配置されてなることを特徴とする請求項1記載のフィンチューブ型熱交換器。
- 前記伝熱管の断面長辺が前記貫流式送風機が送り出す空気の流れに略平行に配置されてなることを特徴とする請求項1記載のフィンチューブ型熱交換器。
- 隔壁によって仕切られた複数の戻り室を具備する円弧状の戻りヘッダが前記熱交換パネルに設置され、
所定の戻り室のそれぞれに一対の伝熱管が接続され、
該一対の伝熱管の一方の伝熱管から該戻り室に流入した作動流体が、前記一対の伝熱管の他方の伝熱管に流出することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のフィンチューブ型熱交換器。 - 貫流式送風機と、
請求項1乃至3の何れかに記載のフィンチューブ型熱交換器と、
前記貫流式送風機および前記フィンチューブ型熱交換器を収納するケーシングと、を有し、
前記フィンチューブ型熱交換器を構成する板状フィンの円弧の中心が前記貫流式送風機の中心軸に略一致することを特徴とする冷凍サイクル空調装置。 - 貫流式送風機と、
請求項4記載のフィンチューブ型熱交換器と、
前記貫流式送風機および前記フィンチューブ型熱交換器を収納するケーシングと、を有し、
前記フィンチューブ型熱交換器を構成する板状フィンの円弧の中心が前記貫流式送風機の中心軸に略一致することを特徴とする冷凍サイクル空調装置。 - 前記フィンチューブ型熱交換器が複数台であって、それぞれが同一円周上に並設されてなることを特徴とする請求項5または6記載の冷凍サイクル空調装置。
- 前記フィンチューブ型熱交換器が複数台であって、その一部が第1の円周上に並設され、これを除く一部が第2の円周上に並設されなることを特徴とする請求項5乃至7の何れかに記載の冷凍サイクル空調装置。
- 前記フィンチューブ型熱交換器が複数台であって、前記フィンチューブ型熱交換器の何れかに設置された戻りヘッダと、該フィンチューブ型熱交換器に隣接する他方のフィンチューブ型熱交換器に設置された戻りヘッダとが、前記貫流式送風機の中心軸の方向で相違する位相に配置されてなることを特徴とする請求項6記載の冷凍サイクル空調装置。
- 冷凍サイクル空調装置を構成する遠心型送風機の周囲の略全部または一部を取り囲むように配置されるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記遠心型送風機の中心軸に略平行に所定の間隔を設けて配置される複数枚の略矩形状の板状フィンと、前記遠心型送風機の中心軸に略垂直な所定の間隔を有する複数の面に配置される断面扁平形状の伝熱管と、によって形成された一対の熱交換パネルと、
該一対の熱交換パネルの一方の熱交換パネルの伝熱管と、前記一対の熱交換パネルの他方の熱交換パネルの伝熱管とが接続された中継ヘッダと、を有し、
前記中継ヘッダが隔壁によって仕切られた複数の中継室を具備し、所定の前記中継室に接続された前記一方の熱交換パネルの伝熱管から当該中継室に流入した作動流体が、当該中継室に接続された前記他方の熱交換パネルの伝熱管に流出することを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。 - 冷凍サイクル空調装置を構成する遠心型送風機の周囲の略全部または一部を取り囲むように配置されるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記遠心型送風機の中心軸に略平行に配置される略矩形状の複数枚の板状フィンと、前記遠心型送風機の中心軸に略垂直な面に配置される断面扁平形状の複数本の伝熱管と、によって形成された一対の熱交換パネルと、
該一対の熱交換パネルの一方の熱交換パネルの伝熱管と、前記一対の熱交換パネルの他方の熱交換パネルの伝熱管と、作動流体を供給する供給管と、作動流体を排出する排出管とが接続された振り分けヘッダと、
を有し、
該記振り分けヘッダが隔壁によって分岐室、合流室、一方側戻り室および他方側戻り室に区分され、
該分岐室に前記供給管から流入した作動流体が、該分岐室に接続された前記一方の熱交換パネルの伝熱管および他方の熱交換パネルの伝熱管のそれぞれに流出し、
且つ前記一方の熱交換パネルの伝熱管および他方の熱交換パネルの伝熱管の両方から前記合流室に流入した作動流体が、前記合流室に接続された前記排出管に流出し、
前記一方側戻り室に接続された前記一方の熱交換パネルの伝熱管から該一方側戻り室に流入した作動流体が、該一方側戻り室に接続された当該熱交換パネルの他の伝熱管に流出し、
前記他方側戻り室に接続された前記他方の熱交換パネルの伝熱管から該他方側戻り室に流入した作動流体が、該他方側戻り室に接続された当該熱交換パネルの他の伝熱管に流出することを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。 - 前記一対の熱交換パネルの一方の熱交換パネルの伝熱管と、前記一対の熱交換パネルの他方の熱交換パネルの伝熱管とが、互いに直交する方向に配置されてなることを特徴とする請求項10または11記載のフィンチューブ型熱交換器。
- 遠心型送風機と、
請求項10乃至12の何れかに記載のフィンチューブ型熱交換器と、
前記遠心型送風機および前記フィンチューブ型熱交換器を収納するケーシングと、を有し、
前記フィンチューブ型熱交換器が前記遠心型送風機の周囲の略全部または一部を取り囲むことを特徴とする冷凍サイクル空調装置。 - 第一の熱交換パネルと、第二の熱交換パネルと、前記第一の熱交換パネルと前記第二の熱交換パネルとを連結する中継ヘッダと、を有し、冷凍サイクル空調装置を構成する軸流型送風機の周囲の略全部または一部を取り囲むように配置されるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記第一の熱交換パネルが、前記軸流型送風機の中心軸に略平行に所定の間隔を設けて配置された複数枚の略矩形状の板状フィンと、前記軸流型送風機の中心軸に略垂直に所定の間隔を設けて配置された複数本の断面扁平形状の伝熱管と、
前記第二の熱交換パネルが、略直線状または略円弧状に所定の間隔を設けて並設された略矩形状板材または略円弧状板材の複数枚の板状フィンと、前記軸流型送風機の中心軸に略平行に所定の間隔を設けて配置された複数本の伝熱管と、
前記中継ヘッダが、隔壁によって仕切られた複数の中継室を具備し、所定の前記中継室に接続された前記第一の熱交換パネルの伝熱管から当該中継室に流入した作動流体が、当該中継室に接続された前記第二の熱交換パネルの伝熱管に流出することを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。 - 第一の熱交換パネルと、第二の熱交換パネルと、前記第一の熱交換パネルと前記第二の熱交換パネルとを連結する振り分けヘッダと、を有し、冷凍サイクル空調装置を構成する軸流型送風機の周囲の略全部または一部を取り囲むように配置されるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記第一の熱交換パネルが、前記軸流型送風機の中心軸に略平行に所定の間隔を設けて配置された複数枚の略矩形状の板状フィンと、前記軸流型送風機の中心軸に略垂直に所定の間隔を設けて配置された複数本の断面扁平形状の伝熱管と、
前記第二の熱交換パネルが、略直線状または略円弧状に所定の間隔を設けて並設された略矩形状板材または略円弧状板材の複数枚の板状フィンと、前記軸流型送風機の中心軸に略平行に所定の間隔を設けて配置された複数本の伝熱管と、
前記振り分けヘッダに、前記第一の熱交換パネルの伝熱管と、前記第二の熱交換パネルの伝熱管と、作動流体を供給する供給管と、作動流体を排出する排出管とが接続されると共に、隔壁によって分岐室、合流室、一方側戻り室および他方側戻り室に区分され、
該分岐室に前記供給管から流入した作動流体が、該分岐室に接続された前記第一の熱交換パネルの伝熱管および前記第二の熱交換パネルの伝熱管のそれぞれに流出し、
且つ、前記第一の熱交換パネルの伝熱管および前記第二の熱交換パネルの伝熱管の両方から前記合流室に流入した作動流体が、前記合流室に接続された前記排出管に流出し、
前記一方側戻り室に接続された前記第一の熱交換パネルの伝熱管から該一方側戻り室に流入した作動流体が、該一方側戻り室に接続された前記第一の熱交換パネルの他の伝熱管に流出し、
前記他方側戻り室に接続された前記第二の熱交換パネルの伝熱管から該他方側戻り室に流入した作動流体が、該他方側戻り室に接続された前記第二の熱交換パネルの他の伝熱管に流出することを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。 - 前記第二の熱交換パネルの伝熱管の断面長辺が、前記軸流型送風機が吸引する空気の流れに略平行に配置されてなることを特徴とする請求項14または15記載のフィンチューブ型熱交換器。
- 軸流型式送風機と、
請求項14乃至15の何れかに記載のフィンチューブ型熱交換器と、
前記遠心型送風機および前記フィンチューブ型熱交換器を収納するケーシングと、を有し、
前記フィンチューブ型熱交換器が前記遠心型送風機の周囲の略全部または一部を取り囲むことを特徴とする冷凍サイクル空調装置。 - 圧縮機、凝縮熱交換器、絞り装置および蒸発熱交換器とによって構成された冷媒回路と、
前記凝縮熱交換器に付設された凝縮用送風手段と、
前記蒸発熱交換器に付設された蒸発用送風手段とを有し、
前記縮熱交換器または蒸発熱交換器の一方または両方が、請求項1乃至4、10、11、14または15の何れかに記載のフィンチューブ型熱交換器であることを特徴とする冷凍サイクル空調装置。
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