JP5042927B2 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明はパラレルフロー型の熱交換器に関する。 The present invention relates to a parallel flow type heat exchanger.
2本のヘッダパイプの間に複数の偏平チューブを配置して偏平チューブ内部の冷媒通路をヘッダパイプの内部に連通させるとともに、偏平チューブ間にコルゲートフィン等のフィンを配置したパラレルフロー型の熱交換器はカーエアコンや建物用空気調和機の室外側ユニットなどに広く利用されている。 A parallel flow type heat exchange in which a plurality of flat tubes are arranged between two header pipes so that a refrigerant passage inside the flat tubes communicates with the header pipe, and fins such as corrugated fins are arranged between the flat tubes. The equipment is widely used in outdoor units of car air conditioners and building air conditioners.
従来のパラレルフロー型熱交換器の一例を図6に示す。熱交換器1は、2本の水平なヘッダパイプ2、3を上下に間隔を置いて平行に配置し、ヘッダパイプ2、3の間に垂直な偏平チューブ4を所定ピッチで複数配置する。偏平チューブ4はアルミニウム等熱伝導の良い金属を押出成型した細長い成型品であり、内部には冷媒を流通させる冷媒通路5が形成されている。偏平チューブ4は押出成型方向を垂直にする形で配置されるので、冷媒通路5の冷媒流通方向も垂直になる。各冷媒通路5はヘッダパイプ2、3の内部に連通する。なお図6において、紙面上側が垂直方向の上側、紙面下側が垂直方向の下側であり、上側のヘッダパイプ2と下側のヘッダパイプ3の間に複数の偏平チューブ4が長手方向を垂直にして所定ピッチで配置された構成となっている。
An example of a conventional parallel flow type heat exchanger shown in FIG. In the
ヘッダパイプ2、3と偏平チューブ4は溶着により固定される。冷媒通路5は断面形状及び断面面積の等しいものが図の奥行き方向に複数個並び、そのため偏平チューブ4はハーモニカのような断面を呈している。偏平チューブ4同士の間にはコルゲートフィン6が配置される。偏平チューブ4とコルゲートフィン6は溶着やロウ付けにより固定される。偏平チューブ4の他、ヘッダパイプ2、3及びコルゲートフィン6も熱伝導の良い金属からなる。
The
ヘッダパイプ2、3の間に多数の偏平チューブ4を設け、偏平チューブ4間にコルゲートフィン6を設けた構造であるから、熱交換器1の放熱(吸熱)面積は大きく、効率的に熱交換を行うことができる。下側のヘッダパイプ(下部ヘッダパイプと称することもある)3の一端には冷媒流入口7が設けられ、上側のヘッダパイプ(上部ヘッダパイプと称することもある)2の一端には、冷媒流入口7と対角をなす位置に冷媒流出口8が設けられている。なお、ここに示した冷媒流入口7と冷媒流出口8の位置関係は一例であって、これに限定されるものではない。例えば、冷媒流出口8が2箇所にある構成も可能である。
Since many
パラレルフロー型熱交換器を蒸発器として使用する場合、冷媒通路5を低温の冷媒が流れ、偏平チューブ4やコルゲートフィン6の表面温度が低下する。これにより、空気中の水分が偏平チューブ4やコルゲートフィン6の表面に霜となって付着するという現象(着霜現象)が起きる。着霜が生じると偏平チューブ4やコルゲートフィン6から空気への冷熱伝達が悪くなり、またコルゲートフィン6の隙間が霜により狭められて空気が流れにくくなるので、風量が低下し熱交換効率が低下する。このため、時々は蒸発器と凝縮器の役割を逆転する除霜運転を行い、霜を溶かすようにしている。
When a parallel flow type heat exchanger is used as an evaporator, a low-temperature refrigerant flows through the
霜が溶けた水、すなわち除霜水が偏平チューブ4やコルゲートフィン6に付着したままであると、除霜運転から通常運転に戻ったときにそれが結氷し、熱交換効率を低下させてしまう。従って除霜水は速やかに排水する必要がある。
If the frost-melted water, that is, defrosted water remains attached to the
また、空気調和機の室内ユニットでは、冷房運転の際に室内空気との熱交換で熱交換器に結露が生じる。空気調和機の室外ユニットでは、暖房運転の際に室外空気との熱交換で熱交換器に結露が生じる。結露水も、空気流通路の断面積を狭めて熱交換性能を低下させる原因となるので、速やかに排水する必要がある。 Further, in the indoor unit of the air conditioner, condensation occurs in the heat exchanger due to heat exchange with room air during the cooling operation. In the outdoor unit of the air conditioner, condensation occurs in the heat exchanger due to heat exchange with outdoor air during heating operation. Condensed water also reduces the heat exchange performance by narrowing the cross-sectional area of the air flow passage, so it must be drained quickly.
除霜水や結露水を速やかに排水するため、特許文献1や特許文献2の構成が提案されている。
In order to quickly drain defrost water and condensed water, configurations of
特許文献1に記載された熱交換器では、コルゲートフィンの波型の谷線と稜線を熱交換器奥行き方向に傾斜させ、除霜水が傾斜したフィン面に沿ってフィン下端面まで流れ、偏平チューブに沿って流れ落ちるようにしている。
In the heat exchanger described in
特許文献2に記載された熱交換器では、コルゲートフィンの偏平チューブとの接合部に貫通穴を設け、除霜水が貫通穴を通過して偏平チューブに沿って流れ落ちるようにしている。
パラレルフロー型熱交換器で除霜を行う場合、水の表面張力によるブリッジ現象(水の膜が張ること)が問題となる。特許文献2の貫通穴にブリッジ現象が生じると、水が貫通穴からなかなか流れ落ちない。ブリッジ現象はコルゲートフィンの間にも生じ、水がコルゲートフィンの端まで垂れて来ても、そこに膜を張るのみで、滴下に至らないという事態が発生する。除霜水のみならず、結露水についても同じことが言える。
When defrosting is performed with a parallel flow heat exchanger, a bridge phenomenon (water film is stretched) due to the surface tension of water becomes a problem. When a bridging phenomenon occurs in the through hole of
上記のような事態を打開するため、例えば貫通穴の直径を大きくしたとすれば、偏平チューブとコルゲートフィンとの接触面積が減少し、熱交換性能が低下する。コルゲートフィンの山−谷ピッチを大きくしたとすれば、コルゲートフィンの放熱面積が減少し、これまた熱交換性能の低下を招く。 In order to overcome the above situation, for example, if the diameter of the through hole is increased, the contact area between the flat tube and the corrugated fin is reduced, and the heat exchange performance is lowered. If the pitch between the corrugated fins is increased, the heat radiation area of the corrugated fins is reduced, and this leads to a decrease in heat exchange performance.
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、パラレルフロー型熱交換器において、コルゲートフィンの形状に改良を加えることにより、除霜水や結露水をスムーズに排水できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to allow the defrost water and condensed water to be smoothly drained by improving the shape of the corrugated fin in the parallel flow type heat exchanger. And
上記目的を達成するために本発明は、間隔を置いて平行に配置された複数のヘッダパイプと、前記複数のヘッダパイプの間に複数配置され、内部に設けた冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた偏平チューブと、前記偏平チューブ間に配置されたコルゲートフィンとを備えた熱交換器において、前記コルゲートフィンは、それを通過する気流の風上側が高く、風下側が低くなる傾斜を備え、風下側にあたる端に、前記偏平チューブの長手方向と平行する方向に連なるスリットを形成し、前記スリットの奥行きは前記コルゲートフィンの奥行き未満であり、前記スリットの箇所が最も落ち込んでいることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of header pipes arranged in parallel at intervals, and a plurality of refrigerant pipes arranged between the plurality of header pipes, and having refrigerant passages provided inside the header pipes. In the heat exchanger comprising a flat tube communicated with the corrugated fin and a corrugated fin disposed between the flat tubes, the corrugated fin has a slope in which the windward side of the airflow passing therethrough is high and the leeward side is low. A slit continuous in a direction parallel to the longitudinal direction of the flat tube is formed at an end corresponding to the leeward side , the depth of the slit is less than the depth of the corrugated fin, and the portion of the slit is most depressed. It is said.
上記構成の熱交換器において、前記コルゲートフィンを前記偏平チューブに固定した後、前記スリットを切り開くことが好ましい。 In the heat exchanger having the above configuration, it is preferable that the slit is opened after the corrugated fin is fixed to the flat tube.
本発明によると、コルゲートフィンは、それを通過する気流の風上側が高く、風下側が低くなる傾斜を備えるから、コルゲートフィンの表面に生じた除霜水は、送風装置による風が無くても風下側に集まり、成長し、スリットの両側で成長した水滴はスリットのところで出会い、互いに表面張力を破壊し合って合体し、ブリッジ現象を生じることなく流れ落ちるので、排水されないまま残留した水滴が凍結したり、空気流通路の断面積が水によって狭められたりすることによる熱交換性能の低下がない。スリットの奥行きはコルゲートフィンの奥行き未満であることとしたので、コルゲートフィンの強度が大幅に低下することはない。またコルゲートフィンはスリットの箇所が最も落ち込んでいるから、水滴はスリットまで下がり、スリットのところで水滴同士が出会いやすくなり、排水が一層スムーズに行われる。 According to the present invention, since the corrugated fin has a slope in which the windward side of the airflow passing through the corrugated fin is high and the leeward side is low, the defrost water generated on the surface of the corrugated fin is leeward even if there is no wind by the blower. Water droplets that gather on the side, grow, and grow on both sides of the slit meet at the slit, break together with each other by breaking the surface tension, and flow down without causing a bridging phenomenon. There is no decrease in heat exchange performance due to the cross-sectional area of the air flow passage being narrowed by water. Since the depth of the slit is less than the depth of the corrugated fin, the strength of the corrugated fin is not significantly reduced. In addition, since the corrugated fins are most depressed at the slits, the water droplets fall to the slits, and the water droplets easily meet at the slits, so that the drainage is performed more smoothly .
以下本発明の実施形態を図1から図3に基づき説明する。図1はパラレルフロー型熱交換器と送風装置の組み合わせを模式的に示す図、図2は熱交換器の垂直断面図、図3は熱交換器を風下側から見た部分正面図である。なお図6に示した従来構造の熱交換器と機能的に共通する要素には図6で用いたのと同じ符号を付し、説明は省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a diagram schematically showing a combination of a parallel flow heat exchanger and a blower, FIG. 2 is a vertical sectional view of the heat exchanger, and FIG. 3 is a partial front view of the heat exchanger as viewed from the leeward side. Note that the same reference numerals as are used in FIG. 6 to common elements with functionally heat exchanger of the conventional structure shown FIG. 6, description will be omitted.
図1において、熱交換器1は水平断面が示されており、送風装置10はプロペラファンの形状をもって象徴してある。送風装置10は熱交換器1に対峙する位置に設置されている。送風装置10を駆動すると、それによって生起された気流が熱交換器1を通過し、熱交換器1を流れる冷媒と気流との間で熱交換が行われる。
In FIG. 1, the
図2では、左側が風上、右側が風下となる。コルゲートフィン6は、風上側が高くなり、風下側が低くなるように傾斜している。なお、偏平チューブ4を等ピッチで配置する必要はなく、異なるピッチで配置してもよい。
In FIG. 2, the left side is the windward and the right side is the leeward. The
コルゲートフィン6の風下側の縁には、風下側から見て中心の位置に、スリット9が形成されている。スリット9は気流に沿う方向に延び、その奥行きはコルゲートフィン6の奥行き未満である。図ではスリット9の奥行きはコルゲートフィン6の奥行きの3分の1から2分の1といった比率になっているが、これに限定されるものではない。図3に見られる通り、各スリット9は上下方向、すなわち偏平チューブ4の長手方向と平行する方向に連なっている。
A
送風機10を駆動しつつ熱交換器1の除霜運転を行うと、コルゲートフィン6の表面に生じた除霜水は、送風機10による風で風下側に吹き寄せられる。スリット9の両側で成長した水滴がスリット9のところで出会うと、互いに表面張力を破壊し合って合体し、ブリッジ現象を生じることなく流れ落ちる。スリット9の連なりが排水路(導水路)となり、水は順次下に流れ落ちて行く。除霜水がスムーズに流れ落ちるため、除霜運転から通常運転に復帰したとき、排水されないまま残留した水滴が凍結して熱交換性能を損なうというおそれが少ない。結露水も除霜水と同じように流れ落ちる。
When the defrosting operation of the
熱交換器1の各部の寸法は、実験を通じて適切な値を決めるとよい。一例として、偏平チューブ4同士の間隔が5.5mm、偏平チューブ4の厚みが1.3mm、空気の流れ方向に
おけるコルゲートフィン6の水平方向長さが18mm、コルゲートフィン6の山−谷ピッチ
が2mm〜3mm、スリット9の幅が最大1mm、といった数値を掲げることができる。言うま
でもないが、これらの数値は単なる例示であり、発明の内容を限定するものではない。
The dimension of each part of the
除霜運転時に送風装置10を駆動しないという仕様も可能である。コルゲートフィン6は風上側が高くなり、風下側が低くなるように傾斜しているため、コルゲートフィン6の表面に生じた除霜水は、送風装置10による風が無くても風下側に集まり、成長する。スリット9の両側で成長した水滴はやがてスリット9のところで出会い、互いに表面張力を破壊し合って合体し、ブリッジ現象を生じることなくスリット9の連なりを通じて流れ落ちることになる。
A specification that the
図1から図3に示す例では、コルゲートフィン6の風下側の縁であって、風下側から見て中心の位置にスリット9を形成したが、この構成に限定されるものではない。コルゲートフィン6の風上側の縁であって、風上側から見て中心の位置にスリットを追加することもできる。このようにすれば、コルゲートフィン6の風上側に生じた除霜水や結露水の水滴は、風下側へ移動する前に風上側のスリットのところで出会って合体し、ブリッジ現象を生じることなく風上側のスリットの連なりを通じて流れ落ちるので、コルゲートフィン6の風上側に生じた除霜水や結露水を速やかに排水することができる。なお、風下側のスリット9をコルゲートフィン6の風上側の縁の近傍まで延ばすことにより、風上側スリットの代わりとすることもできる。逆に、風上側のスリットをコルゲートフィン6の風下側の縁の近傍まで延ばすことにより、風下側スリットの代わりとすることもできる。
In the example shown in FIGS. 1 to 3, the
スリット9は偏平チューブ4同士の間隔の中央に位置するものとして描かれているが、この位置は絶対的なものではない。風下側から見て左右どちらか一方に偏っていても構わない。コルゲートフィン6の1段毎に、あるいは数段毎に、左に偏ったり右に偏ったりする、千鳥状の配置であってもよい。またコルゲートフィン6の全段にスリット9を形成するのでなく、上半分の段だけに形成したり、その逆に下半分の段だけに形成したりすることもできる。
Although the
スリット9の形成は次のように行うことができる。コルゲートフィン6を偏平チューブ4に固定した後、図4に示すように刃物20を上から下に動かしてスリット9を切り開く。これにより、スリット9を容易に形成することができる。
The
図4のように刃物20を上から下に動かしてスリット9を切り開くこととすると、図5に示すように、コルゲートフィン6はスリット9の箇所が最も落ち込むことになる。このような形状であると、コルゲートフィン6の表面の水滴がスリット9のところまで下がってくるので、スリット9のところで水滴同士が出会いやすくなり、排水が一層スムーズに行われる。
As shown in FIG. 4 , when the
コルゲートフィン6において、スリット9の箇所を最も落ち込ませるについては、刃物による切り開きに伴って落ち込みを形成するという上記手法の他、回転刃物やレーザー加工で落ち込みのないスリットを形成した後、別途プレス加工や曲げ加工で落ち込みを形成するといった手法なども採用可能である。
In the
以上、本発明の各実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。 As mentioned above, although each embodiment of the present invention was described, the scope of the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
本発明はパラレルフロー型熱交換器に広く利用可能である。 The present invention is widely applicable to parallel flow heat exchangers.
1 熱交換器
2、3 ヘッダパイプ
4 偏平チューブ
5 冷媒通路
6 コルゲートフィン
7 冷媒流入口
8 冷媒流出口
9 スリット
10 送風装置
20 刃物
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記コルゲートフィンは、それを通過する気流の風上側が高く、風下側が低くなる傾斜を備え、風下側にあたる端に、前記偏平チューブの長手方向と平行する方向に連なるスリットを形成し、前記スリットの奥行きは前記コルゲートフィンの奥行き未満であり、前記
スリットの箇所が最も落ち込んでいることを特徴とする熱交換器。 A plurality of header pipes arranged in parallel at intervals, a plurality of flat tubes arranged between the plurality of header pipes and having refrigerant passages provided therein communicated with the inside of the header pipes, and the flat tubes In a heat exchanger with corrugated fins arranged between,
The corrugated fin has a high windward side of the air flow passing through it, with the leeward side becomes lower slope, the end corresponding to the downstream side, a slit continuous in a direction parallel to the longitudinal direction of the flat tubes, the slits The depth is less than the depth of the corrugated fin,
A heat exchanger characterized by the most depressed slit .
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