JP4513207B2

JP4513207B2 - 空気熱交換器

Info

Publication number: JP4513207B2
Application number: JP2000388350A
Authority: JP
Inventors: 豊柴田; 誠司佐藤; 知宏薮
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: JP2002195774A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、扁平伝熱管およびコルゲートフィンを備えた積層型の空気熱交換器の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、扁平伝熱管およびコルゲートフィンを備えた所謂積層型の空気熱交換器を、例えば空気調和機用の熱交換器に採用することが検討されている。
【０００３】
そのような扁平伝熱管およびコルゲートフィンを備えた一般的な空気熱交換器の全体および各部の構造を、例えば図８〜図１３に示す。
【０００４】
該空気熱交換器１０は、先ず図８および図９に示すように、冷媒が導入、導出されるパイプ状の上下ヘッダ１２Ａ，１２Ｂと、該上下ヘッダ１２Ａ，１２Ｂ間に連通状態で、かつその長手方向に相互に所定の間隔を保って並設された複数本の扁平伝熱管１，１・・・と、該複数本の扁平伝熱管１，１・・・間の上下方向に略Ｓ字形に連続して屈曲した状態で配設され、その屈曲面外端を対応する両隣りの扁平伝熱管１，１・・・の扁平伝熱面に熱溶着されたコルゲートフィン１１，１１・・・とからなっている。
【０００５】
上記扁平伝熱管１，１・・・は、例えば図１０〜図１２に示すように、その内側幅方向に隔壁を介して区画並設された断面方形の複数の冷媒流通穴２，２・・・を有する多穴構造となっており、上記上部ヘッダ１２Ａ又は下部ヘッダ１２Ｂを介して外部冷媒配管７又は８より導入分配された冷媒を各冷媒流通穴２，２・・・内の上方から下方又は下方から上方に均等に流し、その扁平面および上記コルゲートフィン１１，１１・・・のフィン面を介して可及的に広い伝熱面積で内部の冷媒と外部の空気との間で効率の良い熱交換を行うようになっている。
【０００６】
また、上記コルゲートフィン１１，１１・・・は、例えば図１２および図１３に詳細に示すように、その屈曲部（折り曲げ部）を除く扁平面部分であって、加工上形成される中央の扁平面部分を中心として空気流の上流側部から下流側部分に空気との伝熱効率を向上させるための複数の切り起し片（ルーバー）１１ａ，１１ａ・・・が形成されており、該切り起し片１１ａ，１１ａ・・・によって可及的に上記冷媒と空気との間の熱交換性能が高くなるように構成されている。
【０００７】
そして、該構成の空気熱交換器１０では、例えば凝縮器の時には、上記外部冷媒配管７を介して導入された冷媒を上記上部ヘッダ１２Ａを介して各扁平伝熱管１，１・・・の上方から下方に可及的均等に分配して流し、下部ヘッダ１２Ｂで受けて外部冷媒配管８から導出するようになっている。一方、蒸発器の時には、これと逆方向に冷媒が流される。
【０００８】
このような積層型の空気熱交換器は、扁平伝熱管１，１・・・部分が空気流通方向に扁平で長さが長く、それらの間に設けられるコルゲートフィン１１，１１・・・の幅も空気流通方向に十分に広く取ることができる。また、アルミ等で容易に形成することができる。
【０００９】
したがって、低圧損、高熱交換性能で、しかも低コストかつコンパクトに形成することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、同積層型の空気熱交換器１０を例えば空気調和機の蒸発器や凝縮器として採用しようとした場合、その熱交換能力とコンパクト性の両立を図る見地から、例えば図１４および図１５に示すように、その全体を円弧面形状に曲成させる必要がある場合が多い。
【００１１】
ところが、上記図１０の拡大図から明らかなように、同空気熱交換器１０の場合、扁平伝熱管１，１・・・は各々相互に等間隔で平行に並設され、それらの間に前後等幅のコルゲートフィン１１，１１・・・が介装接合されている訳であるから、これをそのまま図１４のように曲成すると、例えば図１５に示すように、その時の応力の作用に応じて所定の位置のコルゲートフィン１１，１１・・・が三角形状に座屈変形した好ましくない形状のものとなってしまう。
【００１２】
そして、このような場合、同部分両側の扁平伝熱管１，１、１，１の一端側同士が相互に当接し、空気通路を閉塞することになって、折角の高い熱交換性能を低下させてしまう。
【００１３】
また、このように曲成させたのでは、全体として連続した一定曲率の曲げ変形を生じさせることはできないので、必然的に熱交換領域の偏流を生じさせる。
【００１４】
それらの結果、大きく熱交換能力を低下させる問題がある。
【００１５】
また、上記図８〜図１３のような空気熱交換器１０を空気調和機等の蒸発器として採用した場合、上記扁平伝熱管１，１・・・およびコルゲートフィン１１，１１・・・の表面で生じた凝縮水が、例えば図１６に示すように、コルゲートフィン１１，１１・・・の表裏両面を覆って蛇行することになり、コルゲートフィン１１，１１・・・の伝熱性能を大きく低下させる問題もある。
【００１６】
本願発明は、これらの課題を解決するためになされたもので、コルゲートフィンを内外周方向に分割することによりスムーズな曲げ変形を可能にするとともに、それらの間に隙間を設けることにより凝縮水の落下を促進するようにした空気熱交換器を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上記の課題を解決するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。
【００１８】
（１）請求項１の発明
この発明の空気熱交換器は、冷媒が導入、導出されるパイプ状の上下ヘッダ１２Ａ，１２Ｂと、該上下ヘッダ１２Ａ，１２Ｂ間に連通状態で、かつその長手方向に相互に所定の間隔を保って並設された複数本の扁平伝熱管１，１・・・と、該複数本の扁平伝熱管１，１・・・間の上下方向に配設されたコルゲートフィン１１，１１・・・とからなる空気熱交換器において、上記コルゲートフィン１１，１１・・・を内外周方向に複数枚のコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・、１１Ｂ，１１Ｂ・・・に分割したことを特徴としている。
【００１９】
このように、複数本の扁平伝熱管１，１・・・間のコルゲートフィン１１，１１・・・を、内外周方向に複数枚のコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・、１１Ｂ，１１Ｂ・・・に分割すると、各コルゲートフィン部分の前後方向の幅が小さくなり、曲げ変形時の応力変形、ストレスも小さくなるので、従来のような部分的な座屈を生じることなく、全体を一定の曲率でスムーズに曲げることができるようになる。
【００２０】
また、このようにコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・、１１Ｂ，１１Ｂ・・・が複数枚に分割されると、その分フィン部の前縁効果も高くなるので、熱交換性能は更に有効に向上することになる。
【００２１】
（２）請求項２の発明
この発明の空気熱交換器は、上記請求項１記載の発明の空気熱交換器の構成において、上記複数枚のコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・、１１Ｂ，１１Ｂ・・・のフィンピッチは、曲げ変形後に内周側となるもののフィンピッチの方を大きく形成していることを特徴としている。
【００２２】
このようにすると、曲げ変形時に内周側のコルゲートフィン１１Ｂ，１１Ｂ・・・が曲げ易くなる結果、全体としても、よりスムーズな曲げ変形が可能となる。
【００２３】
（３）請求項３の発明
この発明の空気熱交換器は、上記請求項１又は２の発明の空気熱交換器の構成において、上記複数枚のコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・、１１Ｂ，１１Ｂ・・・の間には、所定寸法の隙間Ｇが設けられていることを特徴としている。
【００２４】
したがって、このような構成によると、当該空気熱交換器１０を空気調和機等の蒸発器として採用した場合にも、扁平伝熱管１，１・・・およびコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・、１１Ｂ，１１Ｂ・・・の表面で生じた凝縮水を、コルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・と１１Ｂ，１１Ｂ・・・との間の隙間から速やかに下方に流下させることができ、従来のような表裏両面を覆って蛇行することによるコルゲートフィンの伝熱性能低下の問題を有効に解消することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の結果、本願発明の空気熱交換器によると、空気調和機に適した形状の高性能の空気熱交換器を低コストで提供することが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１〜図５は、本願発明の実施の形態１に係る空気熱交換器の全体および各部の構成を示している。
【００２７】
該空気熱交換器１は、例えば図１に示すように、図示しない外部冷媒配管を介して冷媒が導入、導出されるパイプ状の上下ヘッダ１２Ａ，１２Ｂと、該上下ヘッダ１２Ａ，１２Ｂ間に連通状態で、かつその長手方向に相互に所定の間隔を保って並設された複数本の扁平伝熱管１，１・・・と、該複数本の扁平伝熱管１，１・・・間の上下方向に略扁平なＳ字形に連続して屈曲した状態で配設され、その屈曲面外端を対応する両隣りの扁平伝熱管１，１・・・の扁平伝熱面に熱溶着された図４、図５に示す第１，第２の前後２枚（内外周方向に２枚）のコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・、１１Ｂ，１１Ｂ・・・とからなっている。
【００２８】
そして、上記扁平伝熱管１，１・・・は、例えば前述の従来例のものと同様に、それぞれその内側幅方向に隔壁を介して区画並設された断面方形の複数の冷媒流通穴２，２・・・を有する多穴構造となっており、上記上部ヘッダ１２Ａ又は下部ヘッダ１２Ｂを介して外部冷媒配管（図示省略）より導入分配された冷媒を各冷媒流通穴２，２・・・内の上方から下方又は下方から上方に各々均等に流し、その扁平面全体および上記コルゲートフィン１１，１１・・・のフィン面全体を介して広い伝熱面積で内部の冷媒と外部の空気との間で効率の良い熱交換を行うようになっている。
【００２９】
また、上記第１，第２のコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・、１１Ｂ，１１Ｂ・・・は、図４と図５の対比から明らかなように、例えば図１および図２に示すように曲成された場合において、その内周側に位置するようになる第２のコルゲートフィン１１Ｂ，１１Ｂ・・・の方のフィンピッチを外周側に位置する第１のコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・のフィンピッチよりも所定寸法大きくして形成されている。そして、それぞれ従来のものと同様にその屈曲部（折り曲げ部）を除く扁平面部分であって、加工上形成される中央の扁平面部分を中心として空気流の上流側部分から下流側部分に空気との伝熱効率を向上させるための複数の切り起し片（ルーバー）１１ａ，１１ａ・・・が形成されており、該切り起し片１１ａ，１１ａ・・・によって、それぞれ可及的に上記冷媒と空気との間の熱交換性能が高くなるように構成されている。
【００３０】
したがって、本実施の形態の空気熱交換器の場合、当該空気熱交換器本体１０を図１のように曲成する場合、上記フィンピッチの大きい第２のコルゲートフィン１１Ｂ，１１Ｂ・・・の方を内周側として、図２のように曲げれば、図１のように一定曲率の連続した円弧面をなすようにストレスなく所望の形状の熱交換器に曲成することができ、従来のように部分的な座屈部が生じて扁平伝熱管１，１による閉塞部が生じる恐れもなくなる。
【００３１】
したがって、本実施の形態の構成によれば、従来のコルゲートフィン１１，１１・・・部分を、第１，第２の２枚（又はそれ以上）のコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・、１１Ｂ，１１Ｂ・・・に分割するだけで、空気調和機に適した所望の曲率のスムーズに連続した曲面形状の空気熱交換器１０を提供することができるようになる。
【００３２】
また、以上のようにコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・、１１Ｂ，１１Ｂ・・・が複数枚に分割されていて、さらにそれらのフィンピッチが異なっていると、フィン部の前縁効果も高くなるので、その点からも熱交換性能が更に有効に向上することになる。
【００３３】
（実施の形態２）
次に図６および図７は、本願発明の実施の形態２に係る空気熱交換器の構成を示している。
【００３４】
この実施の形態のものは、図６に示されているように、上述のように従来のコルゲートフィン１１，１１・・・部分を第１，第２の２枚のコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・、１１Ｂ，１１Ｂ・・・に分割するのは同一であるが、さらに、それらの間に凝縮水が下方に流下するのに十分な所定幅の隙間Ｇ設けるようにしたことを特徴としている。
【００３５】
このように、第１，第２の複数枚のコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・、１１Ｂ，１１Ｂ・・・の間に、上記のような凝縮水を流下させるのに必要にして十分な寸法の隙間Ｇがあると、例えば図７に示したように、当該空気熱交換器１０を空気調和機用の蒸発器として構成した時の扁平伝熱管１，１・・・および第１，第２のコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・、１１Ｂ，１１Ｂ・・・表面で生じた凝縮水が、同第１，第２のコルゲートフィン１１Ａ，１１Ａ・・・、１１Ｂ，１１Ｂ・・・面上を覆って蛇行するようなことなく、早めにストレートに下方に落下するようになる。
【００３６】
その結果、フィン面の有効伝熱性能が向上して、熱交換性能が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態１に係る空気熱交換器の全体構成を示す正面図である。
【図２】同熱交換器の上下方向中間部分の構成を示す一部切欠断面図である。
【図３】同熱交換器の要部の構成を示す一部切欠斜視図である。
【図４】同熱交換器の第１のコルゲートフィン部分の構成を示す一部切欠斜視図である。
【図５】同熱交換器の第２のコルゲートフィン部分の構成を示す一部切欠斜視図である。
【図６】本願発明の実施の形態２に係る空気熱交換器の要部の構成を示す一部切欠斜視図である。
【図７】同熱交換器の要部の構成と作用を示す縦断面図である。
【図８】従来の空気熱交換器の全体構成を示す斜視図である。
【図９】同熱交換器の構成を示す平面図である。
【図１０】同熱交換器の要部の構成を示す拡大断面図（図８のＡ−Ａ線拡大断面図）である。
【図１１】同熱交換器の要部の構成を示す一部切欠斜視図である。
【図１２】同熱交換器の要部の構成を示す一部切欠断面図である。
【図１３】図１２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１４】同従来の熱交換器を曲成した時の平面図である。
【図１５】同従来の熱交換器の図１４の曲成状態における要部の断面図である。
【図１６】同従来の熱交換器の要部の構成の問題となる作用を示す断面図である。
【符号の説明】
１は扁平伝熱管、１０は空気熱交換器、１１Ａは第１のコルゲートフィン、１１Ｂは第２のコルゲートフィン、１２Ａは上部ヘッダ、１２Ｂは下部ヘッダ、Ｇは隙間である。

Claims

冷媒が導入、導出されるパイプ状の上下ヘッダ（１２Ａ），（１２Ｂ）と、該上下ヘッダ（１２Ａ），（１２Ｂ）間に連通状態で、かつその長手方向に相互に所定の間隔を保って並設された複数本の扁平伝熱管（１），（１）・・・と、該複数本の扁平伝熱管（１），（１）・・・間の上下方向に配設されたコルゲートフィン（１１），（１１）・・・とからなる空気熱交換器において、上記コルゲートフィン（１１），（１１）・・・を内外周方向に複数枚のコルゲートフィン（１１Ａ），（１１Ａ）・・・、（１１Ｂ），（１１Ｂ）・・・に分割したことを特徴とする空気熱交換器。
複数枚のコルゲートフィン（１１Ａ），（１１Ａ）・・・、（１１Ｂ），（１１Ｂ）・・・のフィンピッチは、曲げ変形後に内周側となるもののフィンピッチの方を大きく形成していることを特徴とする請求項１記載の空気熱交換器。
上記複数枚のコルゲートフィン（１１Ａ），（１１Ａ）・・・、（１１Ｂ），（１１Ｂ）・・・の間には、所定寸法の隙間（Ｇ）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の空気熱交換器。