JP4607470B2 - 熱交換器 - Google Patents
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Description
図7は、ヒートポンプ式空調装置を概略的に示す構成図である。
同図に示されたように、ヒートポンプ式空調装置は、室内温度によって冷房運転または暖房運転として動作するようになっている。
図8は、従来の室外熱交換器の主要構成要素を示すものであり、図9は、平板状フィンの表面に着霜が生じた状態を示すものである。
図8および図9に示されたように、室外熱交換器4は、冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器8、前記熱交換器8の熱交換を行うため外気を吸込・吐出する送風ファン9などで構成される。
図10は、従来のコルゲートフィン式の熱交換器を示すものである。
同図に示されたように、熱交換器101は、一定間隔離間して配置され、逆W字形を呈するコルゲートフィン110と、冷媒が流動し、前記フィン110と直交して貫通する多数のチューブ130とで構成される。
以下、前述のような従来のコルゲートフィンが設けられた熱交換器を、添付の図10乃至図12に基づいて説明する。
前記フィン110は、コルゲートフィン(以下、「フィン」と略する)であって、ドーナツ状の偏平な部分に相当するフィンカラー領域と、山と谷とが連続して連なる緩やかなW字形状の傾斜領域とで構成され、チューブ130に沿って多数のフィンが所定間隔離間して配設される。なお、以下、山部の頂点は「頂点部」と、谷部の底点は「底点部」と呼ぶことにする。
そして、フィン110の中心部にチューブ外径に突出するフィンカラー部116は、円柱状に突出し、その内部に形成されたチューブ挿入口116aを介してチューブ130が挿入され、面接触する。
また、前記シート部118と前記フィン110の谷部114とは、同一線上に位置し、谷部114および山部112の相対的な高さH1差を有するように形成される。即ち、谷部114を基準に隣接した山部112の高さと山部112を基準に隣接した谷部114の高さとが互いに同一であり、内角(θ)も同一である。
前述のようにフィンとフィンとの間の空気通過面積が狭くなることで空気の流速は一層速くなり、これに対する空気の圧力損失が経時的に増大すると共に、熱交換器の伝熱量もやはり大きく減少する。
従って、チューブの後方には停滞による後流域が発生し、これを減少させるため高速流をチューブの後方にまで誘導する必要がある。
本発明の第2の目的は、シート部の前・後端を開放することにより、その次の列に位置したフィンに流入される空気の流速分布を均一化し、次の列の熱交換能力を向上させることができる熱交換器を提供することにある。
また、フィンカラー後端に発生する後流域が減少されるため、停滞現象が解消され、流動する空気の抵抗が減少し、次の列に位置したフィンに流入される空気の流速分布が均一化し、次の列の熱交換能力を向上させる効果が得られる。
また、シート部218は、図4に示されたように、フィンカラー部216の上下端における外気の流入および流出抵抗をなくすための谷部平面状の流入口218aおよび流出口218cと、前記フィンカラー部216の下端外周辺に同心円状に谷部平面状をなし、前記流入口218aおよび流出口218bと同一平面状をなす流動ガイド部218bとで構成される。
また、空気の流動に変動を与えるために前記第2の底点部214bは、第1の底点部214aおよび第3の底点部214cの底点を基準に相対的に高く形成される構造となっている。
図1乃至図4に示されたように、熱交換器201は、フィン−チューブ式のものであって、逆W字形状のコルゲートフィン210がチューブ230に対して直交し、所定間隔離間して設けられている。
また、前記フィンカラー間の領域上に互いに交叉して連設される山部212および谷部214が互いに異なる高さおよび深さを有し、流入される空気の流動に変動を与えることが可能となる。
また、前記フィン210は、図2および図3に示されたように、各底点部(谷部)214a〜214c(214)のうち、第2の底点部214bの底点の高さH12が他の第1および第3の底点部214a、214cの底点の高さH11より高くなる構造である。また、頂点部(山部)212a、212b(212)は、互いに同一線上に位置することとなる。
なお、空気の流入・流出方向を基準にフィン内側の底点部214bがフィン外側の底点部214a、214cより高い谷部となって頂点部212a、212bに連設されている。
また、前記フィンカラー部216の下端外周辺には、同心円状のシート部218が設けられる。前記シート部218は、フィンカラー部216に流入される外気の抵抗を最小化させるために谷部平面状となり、前記シート部218の底点は、最外郭底点部214a、214cと同一線上に位置する。
他の実施例として、前記フィンの構造は、多数の山部および谷部が所定の傾斜角度でまたは高さ差で傾斜した面に形成されるため、既存のものに比べて空気との接触面積が増大され、流動に変動をより多く与えるような構造となる。また、複数の山部または谷部が同一線上に位置し、中間の谷部または山部に行くほど低くなるような構造とすることで、フィン内側における流動空気に変動を加えて流速を増大させることができる。
かかるシート部218は、外気がチューブの貫通するフィンカラー部216に何等抵抗を受けることなく流入され、また、チューブと熱交換が行われた後、何等抵抗を受けることなく流出される構造となっている。
また、前記流入口218aおよび流出口218cは、フィンカラー外径よりは狭い幅を有し、前記流動ガイド部218bの幅よりは小さくならないように形成する。このため、シート部218の外側壁をなす傾斜部220は、前記シート部218に沿って各山部212および谷部214に所定の傾斜角度で連なっている。
かかる傾斜部220の直線ガイド部220a、220cは、流入口218aおよび流出口218bに流入および流出される空気が直線状に流動され、その流速を維持し得るようにすると共にフィンカラー以外の領域に抜け出さないように遮断する。かかる直線ガイド部220a、220cは、所定の傾斜角度を有する傾斜面をもって連設される。
また、前記曲面ガイド部220bは、フィンカラー部216の外径に対応する曲率で頂点部212a、212bおよび底点部214bに傾斜するように連設される。
また、チューブの前・後方に流入口218aおよび流出口218cが設けられると、チューブ周囲の流動をチューブ後方により効果的にガイドすることが可能となる。
図1および図5に示されたように、フィン210では、中間の谷部の高さを他の谷部の高さより低く形成し、フィンカラー領域のシート部の前・後方を開放し、シート部の谷部平面を中間谷部より低く形成することにより、フィン間を通過する空気の流動の変動が既存のものに比べて大きく発生する。また、チューブ230の後方にまでより効果的に流動されるようにガイドすると共に、チューブ330の間を流動する空気の速い流動速度に対して発生する圧力損失は、低減し、熱伝達量は、増加する。
この時、流動中の空気の流動抵抗を低減させると共に前記チューブ230周囲を流動している空気が前記チューブ230の周囲から外れることなく円滑にチューブ230の後方にまで流動する。即ち、傾斜部220およびシート部218に沿ってチューブ230の後方にまで流動する。
210…フィン
212(212a、212b)…山部(頂点部)
214(214a、214b、214c)…谷部(底点部)
216…フィンカラー部
216a…チューブ挿入口
218…シート部
218a…流入口
218b…流動ガイド部
218c…流出口
220…傾斜部
220a、220c…直線ガイド部
220b…曲面ガイド部
230…チューブ
Claims (9)
- 冷媒が流動し、所定間隔離間して配置された多数のチューブと、
前記チューブが直角に貫通するフィンカラーと、前記チューブの周りに流動する空気をガイドし、後流域を減少させるために前記フィンカラーの外周辺に同心円状に形成され、前・後方が開放されたシート部と、前記フィンカラー領域の間に空気の流動に変動を与えるために少なくとも2つ以上が交叉して連設される山部および谷部とを有し、一定間隔離間して配列される多数のフィンと、を備える熱交換器において、
前記シート部は、フィンの間に高速流の流入および流出のためにフィンの前・後方に開放された流入口および流出口と、前記流入口および流出口の間に連通する同心円状で前記フィンカラーの外周辺を支持する平板状谷部の流動ガイド部を有し、
前記流動ガイド部の側壁部は、前記流入口の側壁としての第1の直線ガイド表面と、前記チューブの周りに流動する空気をガイドする空気流動ガイド部の側壁としての曲面ガイド表面と、前記シート部の流出口の両側に傾斜するように形成され空気の流出をガイドする流出口の側壁としての第2の直線ガイド表面と、からなり、
前記第1の直線ガイド表面と曲面ガイド表面と第2の直線ガイド表面とは、連続的に結合されていることを特徴とする熱交換器。 - 前記山部は、谷部の底点を基準に互いに異なる高さを有することを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記谷部は、山部の頂点を基準に互いに異なる高さを有することを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記谷部のうちの中間の谷部が、最外郭谷部の底点より高く形成されることを特徴とする請求項3に記載の熱交換器。
- 前記シート部は、流入口および流出口、流動ガイド部の高さが互いに同一線上に形成されることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記シート部の流動ガイド部の高さが中間の谷部より低く形成されることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記流入口および流出口は、同じ幅を有することを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記流入口および流出口は、フィンカラー部の外径よりは狭く、流動ガイド部の幅よりは小さくないことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記曲面ガイド表面は、上・下の直線ガイドの間にチューブ外径の曲率に応じて所定角度の傾斜した曲面で山部および谷部に連結されることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
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