JP5336914B2 - 熱交換器及びそれを搭載した空気調和機 - Google Patents

Description

本発明はサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器及びそれを搭載した空気調和機に関する。

複数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複数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。

パラレルフロー型熱交換器では、コルゲートフィンの設置箇所を偏平チューブ同士の間に限ることもあれば、複数の偏平チューブの中で最も外側に位置する偏平チューブの、外側に向いた面にもコルゲートフィンを取り付けることもある。後者の例を特許文献１〜３に見ることができる。

特許文献１記載の熱交換器は、偏平チューブを水平にしたパラレルフロー型熱交換器であって、最外側の偏平チューブの外側に向いた偏平面にもコルゲートフィンが取り付けられており、この最外側のコルゲートフィンの外側にはフィン保護用のサイドプレートが配置されている。

特許文献２記載の熱交換器も偏平チューブを水平にしたパラレルフロー型熱交換器であって、最外側の偏平チューブの外側に向いた偏平面にコルゲートフィンが取り付けられ、この最外側のコルゲートフィンの外側に、偏平チューブとコルゲートフィンを交互に積層して構成したコア部を補強するためのサイドプレートが配置されている。

特許文献３記載の熱交換器も偏平チューブを水平にしたパラレルフロー型熱交換器であって、両端におけるコルゲートフィンの外部にサイドシートがロウ付けされている。

特開平５−７９７８８号公報 特開２００６−６４１９４号公報 特開２００７−１３９３７６号公報

熱交換器を蒸発器として用いた場合、低温となった熱交換器表面に大気中の水分が凝結して凝縮水が発生する。サイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器では、偏平チューブやコルゲートフィンの表面に凝縮水が溜まると空気流通路の面積が水によって狭められてしまい、熱交換性能が低下する。このためパラレルフロー型熱交換器では、発生した凝縮水が内部に滞らないよう、速やかに排水する必要がある。

凝縮水は、気温が低いと熱交換器の表面で霜と化す。霜が氷にまで進むこともある。本明細書では、そのような霜や氷が溶けた水、いわゆる除霜水も含めた意味で「凝縮水」の語を用いるものとする。

上記特許文献記載のもののように、最外側コルゲートフィンの外側にサイドプレート（サイドシート）を備えたパラレルフロー型熱交換器を、ヘッダパイプを垂直に配置し、偏平チューブを水平に配置するという、いわゆるサイドフロー方式で使用すると、下側のサイドプレートにより凝縮水が保持されるという問題が発生する。本発明はこの点に鑑みなされたものであり、サイドフロー方式のパラレルフロー熱交換器において、下側の最外側コルゲートフィンのところに凝縮水が滞留しないようにすることを目的とする。

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、前記偏平チューブ同士の間に配置されたコルゲートフィンと、前記複数の偏平チューブの中で最も外側に位置する偏平チューブの、外側に向いた偏平面に取り付けられる最外側コルゲートフィンとを備えたサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器において、前記最外側コルゲートフィンの中で、熱交換器下部に位置するものが、前記複数の偏平チューブが並ぶ方向の視線で下から見たとき、少なくとも一部が露出部となっており、前記露出部は、前記熱交換器下部に位置する最外側コルゲートフィンにおいて凝縮水が結集する側の端を含み、当該熱交換器は、凝縮水が結集する側の面が下向きになるように傾斜していることを特徴としている。

この構成によると、最外側コルゲートフィンの中で、熱交換器下部に位置するものが、複数の偏平チューブが並ぶ方向の視線で下から見たとき、少なくとも一部が露出しているから、その露出部が排水口となって、凝縮水が速やかに滴下する。このため、熱交換器下部の最外側コルゲートフィンのところに凝縮水が滞留して通風性が損なわれ、熱交換性能が低下するようなことがない。

また、前記最外側コルゲートフィンの露出部は、凝縮水が結集する側の端を含んでいるため、凝縮水を特に効果的に排水できる。

さらに、当該熱交換器は、凝縮水が結集する側の面が下向きになるように傾斜しているから、露出部の最下端に凝縮水を集めることができる。

上記構成の熱交換器において、前記熱交換器下部に位置する最外側コルゲートフィンの外側に位置するサイドプレートに、前記最外側コルゲートフィンの山と同ピッチの切り込み部が形成されていることが好ましい。

この構成によると、切り込み部で表面張力が働き、凝縮水が流出しやすくなる。

上記構成の熱交換器において、前記熱交換器下部に位置する最外側コルゲートフィンの外側に位置するサイドプレートの幅を狭くすることにより、前記露出部を出現させることが好ましい。

この構成によると、サイドプレートによる最外側コルゲートフィンの保護と最外側コルゲートフィンからの良好な排水性を両立させることができる。

また本発明は、上記構成の熱交換器を室外機または室内機に搭載した空気調和機であることを特徴としている。

上記構成の熱交換器を室外機に搭載した場合、室外機の熱交換器の通風性が凝縮水によって損なわれにくい、能力の高い空気調和機を提供することができる。

上記構成の熱交換器を室内機に搭載した場合、室内機の熱交換器の通風性が凝縮水によって損なわれにくい、能力の高い空気調和機を提供することができる。

上記構成の空気調和機において、前記熱交換器の下に水受けトレイを配置し、その中の水が所定水位に達するとその水面が前記最外側コルゲートフィンの露出部に接触するように構成することが好ましい。

この構成によると、熱交換器下部に位置する最外側コルゲートフィンに付着した凝縮水が水受けトレイ内の水の表面張力により誘引され、凝縮水が速やかに排水される。熱交換器は凝縮水が結集する側の面が下向きになるように傾斜しているから、露出部の最下端に凝縮水が集まり、そこに水受けトレイ内の水が真っ先に接触するので、凝縮水の排水タイミングを早めることができる。

本発明によると、熱交換器下部に位置する最外側コルゲートフィンのところに凝縮水が滞留して通風性が損なわれ、熱交換性能が低下するといった事態を回避できる。また、前記最外側コルゲートフィンの露出部は、凝縮水が結集する側の端を含んでいるため、凝縮水を特に効果的に排水できる。さらに、当該熱交換器は、凝縮水が結集する側の面が下向きになるように傾斜しているから、露出部の最下端に凝縮水を集めることができる。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器の概略構造を示す垂直断面図である。 図１のＡ−Ａ線の箇所で切断した熱交換器の垂直断面図である。 図１の熱交換器の部分拡大斜視図である。 図１の熱交換器の変形態様を示す部分拡大斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器の概略構造を示す垂直断面図である。 図５のＢ−Ｂ線の箇所で切断した熱交換器の垂直断面図である。 図５の熱交換器の部分拡大斜視図である。 本発明に係る熱交換器を搭載した空気調和機の室外機の概略断面図である。 本発明に係る熱交換器を搭載した空気調和機の室内機の概略断面図である。 第１実施形態に係る熱交換器の空気調和機への搭載態様を示す垂直断面図である。 第２実施形態に係る熱交換器の空気調和機への搭載態様を示す垂直断面図である。

以下本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

本発明の第１実施形態に係るサイドフロー方式のパラレルフロー型の熱交換器を図１に示す。図１では紙面上側が垂直方向の上側、紙面下側が垂直方向の下側となる。熱交換器１は、２本の垂直なヘッダパイプ２、３を水平方向に間隔を置いて平行に配置し、ヘッダパイプ２、３の間に複数の水平な偏平チューブ４を垂直方向に所定ピッチで配置している。偏平チューブ４は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は長手方向である押出成型方向を水平にする形で配置されるので、冷媒通路５の冷媒流通方向も水平になる。冷媒通路５は断面形状及び断面面積の等しいものが図１の奥行き方向に複数個並び、そのため偏平チューブ４の垂直断面は、図２及び図３に示すようにハーモニカ状を呈している。各冷媒通路５はヘッダパイプ２、３の内部に連通する。隣り合う偏平チューブ４同士の間にはコルゲートフィン６が配置される。

ヘッダパイプ２と３、偏平チューブ４、及びコルゲートフィン６はいずれもアルミニウム等熱伝導の良い金属からなり、偏平チューブ４はヘッダパイプ２、３に対し、コルゲートフィン６は偏平チューブ４に対し、それぞれロウ付けまたは溶着で固定される。

複数が１列に並んだ偏平チューブ４の中で、最も外側に位置する偏平チューブ４の、外側に向いた偏平面には、最外側コルゲートフィンが取り付けられる。ここでは、熱交換器１の上部に位置する最外側コルゲートフィンに６ａＵの符号を付し、熱交換器１の下部に位置する最外側コルゲートフィンに６ａＤの符号を付す。最外側コルゲートフィン６ａＵ、６ａＤはアルミニウム等熱伝導の良い金属からなり、偏平チューブ４に対しロウ付けまたは溶着で固定される。

最外側コルゲートフィン６ａＵの外側にはサイドプレート１０Ｕが配置され、最外側コルゲートフィン６ａＤの外側にはサイドプレート１０Ｄが配置される。サイドプレート１０Ｕ、１０Ｄはアルミニウム等の金属板からなり、最外側コルゲートフィン６ａＵ、６ａＤに対しロウ付けまたは溶着で固定される。

熱交換器１はサイドフロー方式であり、冷媒出入口７、８はヘッダパイプ３の側にのみ設けられている。ヘッダパイプ３の内部には上下方向に間隔を置いて２枚の仕切板９ａ、９ｃが設けられており、ヘッダパイプ２の内部には仕切板９ａ、９ｃの中間の高さのところに仕切板９ｂが設けられている。

熱交換器１を蒸発器として使用する場合、冷媒は図１に実線矢印で示すように下側の冷媒出入口７から流入する。冷媒出入口７から入った冷媒は、仕切板９ａでせき止められて偏平チューブ４経由でヘッダパイプ２に向かう。この冷媒の流れが左向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ２に入った冷媒は仕切板９ｂでせき止められて別の偏平チューブ４経由でヘッダパイプ３に向かう。この冷媒の流れが右向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ３に入った冷媒は仕切板９ｃでせき止められてさらに別の偏平チューブ４経由で再びヘッダパイプ２に向かう。この冷媒の流れが左向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ２に入った冷媒は折り返してさらに別の偏平チューブ４経由で再びヘッダパイプ３に向かう。この冷媒の流れが右向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ３に入った冷媒は冷媒出入口８から流出する。このように、冷媒はジグザグの経路を辿って下から上に流れる。ここでは仕切板の数が３の場合を示したが、これは一例であり、仕切板の数と、その結果としてもたらされる冷媒流れの折り返し回数は、必要に応じ任意の数を設定することができる。

熱交換器１を凝縮器として使用する場合は、冷媒の流れが逆になる。すなわち冷媒は図１に点線矢印で示すように冷媒出入口８からヘッダパイプ３に入り、仕切板９ｃでせき止められて偏平チューブ４経由でヘッダパイプ２に向かい、ヘッダパイプ２では仕切板９ｂでせき止められて別の偏平チューブ４経由でヘッダパイプ３に向かい、ヘッダパイプ３では仕切板９ａでせき止められてさらに別の偏平チューブ４経由で再びヘッダパイプ２に向かい、ヘッダパイプ２で折り返してさらに別の偏平チューブ４経由で再びヘッダパイプ３に向かい、冷媒出入口７から点線矢印のように流出するという、ジグザグの経路を辿って上から下に流れる。

熱交換器１の構成は上記に限定されない。ヘッダパイプ２、３の両方に冷媒出入口を設ける構成も可能であるし、ヘッダパイプ２、３の内部に仕切板を設けない構成も可能である。

熱交換器１は、最外側コルゲートフィン６ａＤを、複数の偏平チューブ４が並ぶ方向の視線、すなわち垂直方向の視線で下から見ると、その一部がサイドプレート１０Ｄに邪魔されることなく露出部として見える。これは、図２に示す通り、サイドプレート１０Ｄの幅が最外側コルゲートフィン６ａＤの幅に比べて狭くなっているためである。対照的に、サイドプレート１０Ｕの幅は、最外側コルゲートフィン６ａＵの幅をカバーする幅となっている。

サイドプレート１０Ｄの幅が狭いことにより、ヘッダパイプ２からヘッダパイプ３に至る最外側コルゲートフィン６ａＤの正面側の幅全体において、最外側コルゲートフィン６ａＤの一方の端から奥行き方向に一定幅の部分が、下から見ると、帯状の露出部６ａＤＸとして出現することになる。なお、奥行き方向のどの位置に凝縮水が結集しやすいかは熱交換器１の配置や形状により異なる。そこで、凝縮水の排水を確実なものにするため、露出部６ａＤＸが始まる最外側コルゲートフィン６ａＤの端を、熱交換器１において凝縮水が結集する側の端に一致させるものとする。

このように露出部６ａＤＸが存在することにより、露出部６ａＤＸが排水口となって、凝縮水が速やかに滴下する。このため、最外側コルゲートフィン６ａＤのところに凝縮水が滞留して通風性が損なわれ、熱交換性能が低下するようなことがない。また、露出部６ａＤＸは、最外側コルゲートフィン６ａＤの中で、凝縮水が結集する側の端を含んでいるため、凝縮水を特に効果的に排水できる。

図４に第１実施形態の変形例を示す。ここでは、最外側コルゲートフィン６ａＤの山と同ピッチの切り込み部１１がサイドプレート１０Ｄの縁に形成されている。これにより、切り込み部１１で表面張力が働き、凝縮水が流出しやすくなる。

続いて、本発明の第２実施形態に係るパラレルフロー型の熱交換器を図５から図７に示す。第２実施形態に係る熱交換器１Ａが第１実施形態の熱交換器１と異なるのは、サイドプレート１０Ｄが存在しないという点である。すなわち熱交換器１Ａでは最外側コルゲートフィン６ａＤの外側からサイドプレート１０Ｄが取り除かれ、最外側コルゲートフィン６ａＤを、複数の偏平チューブ４が並ぶ方向の視線、すなわち垂直方向の視線で下から見ると、全体が露出部６ａＤＸとして見えることになる。

このようにすることにより、最外側コルゲートフィン６ａＤからの排水を特に良好にすることができる。また、取り除いたサイドプレート１０Ｄの分の部品コストを節約できる。

上記熱交換器１または１Ａは、セパレート型空気調和機の室外機または室内機に搭載することができる。図８には室外機への搭載例を、図９には室内機への搭載例を示す。

図８の室外機２０は平面形状略矩形の板金製筐体２０ａを備え、筐体２０ａの長辺側を正面２０Ｆ及び背面２０Ｂとし、短辺側を左側面２０Ｌ及び右側面２０Ｒとしている。正面２０Ｆには排気口２１が形成され、背面２０Ｂには背面吸気口２２が形成され、左側面２０Ｌには側面吸気口２３が形成される。排気口２１は複数の水平なスリット状開口の集合からなり、背面吸気口２２と側面吸気口２３は格子状の開口からなる。正面２０Ｆ、背面２０Ｂ、左側面２０Ｌ、右側面２０Ｒの４面の板金部材に図示しない天板と底板が加わって六面体形状の筐体２０ａが形成される。

筐体２０ａの内部には、背面吸気口２２及び側面吸気口２３のすぐ内側に熱平面形状Ｌ字形の熱交換器１が配置される。熱交換器１と室外空気との間で強制的に熱交換を行わせるため、熱交換器１と排気口２１の間に送風機２４が配置される。送風機２４は電動機２４ａにプロペラファン２４ｂを組み合わせたものである。送風効率向上のため、筐体２０ａの正面２０Ｆの内面にはプロペラファン２４ｂを囲むベルマウス２５が取り付けられる。筐体２０ａの右側面２０Ｒの内側の空間は背面吸気口２２から排気口２１へと流れる空気流から隔壁２６で隔離されており、ここに圧縮機２７が収容されている。

室外機２０の熱交換器１に凝縮水が発生すると、空気流通路の面積が凝縮水で狭められることにより熱交換性能が低下するだけでなく、外気温が氷点下であったりした場合には、凝縮水が凍結して熱交換器１の破損を招くことすらある。そのため室外機２０では、熱交換器１からの凝縮水の排水が重要な課題となる。

室外機２０では、熱交換器１の風上側が凝縮水の結集側となる。これは次の理由による。室外機２０においては、熱交換器１を傾けることなく、ほぼ垂直に立てて設置している。熱交換器１を蒸発器として使用した場合（例えば暖房運転時がこれに該当する）、風下側よりも風上側で熱交換が盛んに行われ、そこに凝縮水が溜まる。そのため、風上側が凝縮水の結集側ということになるのである。

風上側で結露した凝縮水は、風下側にあまり流れることなく、そのまま風上側の熱交換器１下部に達する。外気温が低い場合は、凝縮水は霜として熱交換器１に付着する。霜の量が増えれば除霜運転を余儀なくされるが、除霜運転中、送風機２４は停止しているので、霜が溶けた水は風の影響を受けることなく専ら重力で下に流れ落ちる。これらのことから、風上側の端を含むように露出部６ａＤＸを設けておくことにより、凝縮水を速やかに排水し、熱交換性能の低下を防ぐことができる。

図９の室内機３０は、上下方向に偏平な直方体形状の筐体３０ａを備える。筐体３０ａは、その背面に固定されたベース３１により図示しない室内壁面に取り付けられるものである。筐体３０ａは正面に吹出口３２を有し、上面には複数のスリットの集合または格子状に区切られた開口からなる吸込口３３を有する。吹出口３２にはカバー３４と風向板３５が設けられる。カバー３４も風向板３５も垂直面内で回動し、運転時には図９に示す水平姿勢（開いた状態）となり、運転停止時には垂直姿勢（閉じた状態）となるものである。吸込口３３の内側には吸い込む空気に含まれる塵埃を捕集するフィルタ３６が配置される。

吹出口３２の内側には吹出気流形成用のクロスフローファン４０が軸線を水平にして配置される。クロスフローファン４０はファンケーシング４１に収容され、図示しない電動機により図９の矢印方向に回転して、吸込口３３から流入し吹出口３２から吹き出される気流を形成する。

クロスフローファン４０の背後に熱交換器１が配置される。熱交換器１は、クロスローファン４０の側が高くなる傾斜状態で、ファンケーシング４１の上下幅範囲内に配置される。

室内機３０では、熱交換器１の風下側であり、下側でもある面が凝縮水の結集側となる。露出部６ａＤＸはこちら側の端を含むように設けられる。

熱交換器１または１Ａを室外機２０または室内機３０に搭載するにあたっては、次のようにすることができる。熱交換器１を例にとり説明する。図１０に示すように、熱交換器１の下に水受けトレイ５０を配置する。露出部６ａＤＸが水受けトレイ５０の縁よりも低くなるようにしておけば、水受けトレイ５０の中の水が所定水位に達したとき、その水面が露出部６ａＤＸに接触する。すると、最外側コルゲートフィン６ａＤに付着した凝縮水が水受けトレイ５０内の水の表面張力により誘引され、凝縮水が速やかに排水される。

熱交換器１は、凝縮水が結集する側の面が下向きになるように傾斜させておくのがよい。このようにしておけば、露出部６ａＤＸの最下端に凝縮水が集まり、そこに水受けトレイ５０内の水が真っ先に接触するので、凝縮水の排水タイミングを早めることができる。

図１１は熱交換器１Ａに水受けトレイ５０を組み合わせた状況を示す。熱交換器１の場合と同じ配慮を施すことにより、熱交換器１と同様、凝縮水を速やかに排水することができる。

以上、本発明の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。

本発明はサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器に広く利用可能である。

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
６ａＵ、６ａＤ 最外側コルゲートフィン
１０Ｕ、１０Ｄ サイドプレート
６ａＤＸ 露出部
２０ 室外機
３０ 室内機
５０ 水受けトレイ

Claims (5)

1. 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、前記偏平チューブ同士の間に配置されたコルゲートフィンと、前記複数の偏平チューブの中で最も外側に位置する偏平チューブの、外側に向いた偏平面に取り付けられる最外側コルゲートフィンとを備えたサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器において、
   前記最外側コルゲートフィンの中で、熱交換器下部に位置するものが、前記複数の偏平チューブが並ぶ方向の視線で下から見たとき、少なくとも一部が露出部となっており、
   前記露出部は、前記熱交換器下部に位置する最外側コルゲートフィンにおいて凝縮水が結集する側の端を含み、
   当該熱交換器は、凝縮水が結集する側の面が下向きになるように傾斜していることを特徴とする熱交換器。
2. 前記熱交換器下部に位置する最外側コルゲートフィンの外側に位置するサイドプレートに、前記最外側コルゲートフィンの山と同ピッチの切り込み部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記熱交換器下部に位置する最外側コルゲートフィンの外側に位置するサイドプレートの幅を狭くすることにより、前記露出部を出現させることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器を室外機または室内機に搭載したことを特徴とする空気調和機。
5. 前記熱交換器の下に水受けトレイを配置し、その中の水が所定水位に達するとその水面が前記最外側コルゲートフィンの露出部に接触するように構成したことを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。

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