JP5643264B2 - 熱交換装置 - Google Patents

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Description

本発明は冷却技術分野に関し、特に、熱交換装置に関する。
冷却技術分野では、近年、微通路熱交換器のような板状熱交換器が、冷却設備、例えば空気調和機において広く応用されており、使用中、通常、板状熱交換器が空気調和機の筐体に傾斜して設置されており、熱交換器と筐体の背板との間が一定の角度となり、送風機が通常、熱交換器の下方に位置し、気流(即ち風)が下から上へと熱交換器を通過することで熱交換を行う。騒音が、冷却設備、例えば空気調和機の一つの重要な機能的指標であり、騒音が環境汚染の1種であるため、騒音軽減は冷却設備の改進方向となっている。
本願の発明人は、冷却設備、例えば空気調和機の騒音の1つの原因として、気流が熱交換器を通過する時に熱交換器のフィンとの摩擦によって発生したことと発見し、そして、本願の発明人は、模擬分析及び大量な実験によって、気流が熱交換器を通過することによる騒音の発生原因として、熱交換器が傾斜又は鉛直に冷却設備例えば空気調和機の筐体内に設けられると、気流方向と熱交換器表面との間に一定の成す角が存在し、通常、当該成す角が鋭角又は零度角となるため、気流が非平行的に熱交換器のフィン表面を通過し、気流とフィンが激しく衝突摩擦して、騒音即ち風側騒音が発生することである、と発見した。また、本願の発明人は、気流と熱交換器表面との間の角度が小さいほど、騒音が大きくなる、と意外に発見した。更に、本願の発明人は、騒音が主に、気流が熱交換器と筐体の背板との間の領域の下部において熱交換器のフィンに衝突摩擦して発生する、と発見した。
上記問題を鑑みて、本発明は、騒音の軽減可能な熱交換装置を提供することを一つの目的とする。
本発明実施例による熱交換装置は、筐体と、熱交換器と、ガス案内部材とを備え、前記熱交換器が前記筐体内に設けられ且つ前記筐体の背板との間に角αがなしており、該熱交換器は第一,第二の集流管と、前記第一と第二の集流管を連通させるように両端がそれぞれ前記第一及び第二の集流管と相互連接しており、且つ前記第一と第二の集流管の軸方向に沿って間隔を置いている複数の扁管と、隣接の扁管の間に設けられるフィンと、を有し、前記ガス案内部材は、前記交換器と前記背板との間の領域内に入る気流を少なくとも前記領域の一部にて垂直及び/又はほぼ垂直に前記熱交換器を通過させるために用いられる。
本発明の実施例による熱交換装置は、ガス案内部材を介して気流を少なくとも熱交換器と背板との間の領域の一部にて垂直及び/又はほぼ垂直に前記熱交換器を通過させることで、気流と熱交換器のフィンとの衝突摩擦を低減し、騒音を軽減させることができる。
また、本発明の前記実施例による熱交換装置は、以下の付加的技術特徴を更に有することができる。
本発明の一つの実施例においては、前記ガス案内部材は前記気流を少なくとも前記領域の下部にて垂直及び/又はほぼ垂直に前記熱交換器を通過させるために用いられる。
本発明の一つの実施例においては、前記ガス案内部材が前記領域の下部に位置する。
本発明の一つの実施例においては、前記熱交換器と前記筐体の背板との間の成す角αが鋭角又は零度角である。
本発明の一つの実施例においては、前記気流流が下から上へ行く方向に沿って前記領域内に入る。
本発明の一つの実施例においては、前記ガス案内部材はガス案内板を含み、前記ガス案内板が前記熱交換器と前記背板の間の前記領域内に設けられ且つ前記熱交換器の長手方向に沿って延伸する。
本発明の一つの実施例においては、前記ガス案内板が前記領域の下部に位置し且つ前記熱交換器の下端に固定されている。
本発明の一つの実施例においては、前記ガス案内板と前記熱交換器の間の成す角θが20°≦θ≦50°又は90°≦θ≦120°である。
本発明の一つの実施例においては、前記ガス案内板に貫通孔が設けられている。
本発明の一つの実施例においては、前記ガス案内板が複数あり、前記複数のガス案内板は上下方向に沿って間隔を置いて前記領域内に設けられている。
本発明の一つの実施例においては、前記ガス案内板が平板又は円弧形状板である。
本発明の一つの実施例においては、前記ガス案内板の幅が10mmよりも大きいである。
本発明の一つの実施例においては、少なくとも前記背板の下部が上下方向に沿って延伸する曲線形状であり、また、前記ガス案内部材が更に前記背板を含む。
本発明の一つの実施例においては、前記曲線形状が波紋状である。
本発明の一つの実施例においては、前記曲線形状が複数の円弧形状の線分からなる。
本発明の一つの実施例においては、少なくとも前記背板の下部が上下方向に沿って延伸する曲線形状であり且つ前記ガス案内部材が前記背板からなる。
本発明の一つの実施例においては、前記背板は上下方向に沿う全高度において曲線形状となっている。
本発明の付加的点及び利点は、一部が次の記述において示され、一部が次の記述において明らかになり、或いは本発明の実践によって了解される。
本発明の前記及び/又は付加点及び利点が、下記図面に基づいて実施例に対する記述において、明らかになり理解しやすくなる。
本発明の第一の実施例による熱交換装置の概略図である。 図1に示す熱交換装置の熱交換器の概略図である。 本発明の第二の実施例による熱交換装置の概略図である。 本発明の第三の実施例による熱交換装置の概略図である。 本発明の第四の実施例による熱交換装置の概略図である。 本発明の第五の実施例による熱交換装置の概略図である。 本発明の第六の実施例による熱交換装置の概略図である。 本発明の第七の実施例による熱交換装置の概略図である。 本発明の第八の実施例による熱交換装置の概略図である。 本発明の第九の実施例による熱交換装置の概略図である。 本発明の第十の実施例による熱交換装置の概略図である。 従来の熱交換装置の概略図である。
本開示の実施形態について詳細に言及する。前記実施例の例示が図面に示され、同一又は類似の要素、及び同一又は類似の機能を有する要素は、本明細書全体を通して類似の符号によって表される。図面を参照して本明細書に記載される実施形態は、例示的であって、本開示を理解するために用いられる、本開示を限定すると解釈されるものではない。
本発明の記述において、デバイスまたは要素の方向を参照して使用される用語、例えば、"中心"、"縦"、"横"、"上"、"下"、"前"、"後"、"左"、"右"、"鉛直"、"水平"、"頂上"、"底部"、"内"、"外"のような用語によって表される方位又は位置関係は、図面に示す方位又は位置関係であり、本発明の記述の便利及び記述の簡略化ためのものだけであり、表される装置又は素子が必ずしも特定の方位を有し、特定の方位により構造し及び操作されることを指し又は暗示することではないことを理解すべきであるため、本発明を制限するものとして理解してはならない。また、用語の「第一」、「第二」が目的の記述用のものだけであり、より重要性を指示又は暗示するもの又は指示される技術特徴の数量を表示するものとして理解してはならない。よって、「第一」、「第二」と限定した特徴は、一つ以上の当該特徴を明示し又は暗に含むことができる。本発明の記述において、別に説明することでなければ、「複数」の含意は2つ以上を意味する。
なお、本発明の記述において、別に明確な規定及び限定がなければ、用語の「取り付け」、「相互連接」、「連接」は広い範囲で理解すべきであり、例えば、固定連接であっても、着脱可能な連接であってもよく、或いは一体連接も可能である。機械的連接であっても、電気的連接であってもよい。直接連接であっても、中間媒体を介する連接であってもよく、2つの素子内部の連通であってもよい。当業者にとって、具体的状況に応じて上記用語の本発明における具体的含意を理解してよい。
以下の記述において、目的の便利のために、空気調和機に用いる熱交換装置を例として記述し、この場合、熱交換装置の「筐体」は即ち空気調和機の筐体である。ただし、本発明による熱交換装置は空気調和機用だけに限られなく、他の冷却設備に用いることができ、それと相応して、「筐体」とは、他の冷却設備の筐体を指す、と理解すべきである。
図12では、空気調和機用従来の熱交換装置の概略図が示され、熱交換装置は、熱交換器100’と、筐体(即ち空気調和機の筐体)200’とを備え、熱交換器100’が筐体200’内に傾斜して設置され、図12において、熱交換器100’の上端が筐体200’の背板201’に寄り掛かっている。送風機F’は、通常、熱交換器100’と背板201’との間の領域の下方に設けられ、気流(風)A’を上へと前記領域内に送風し、その後、気流A’を熱交換器100’を通過させて熱交換器100’内の冷却剤と熱交換するように、用いられる。
図12に示すように、熱交換器100’と背板201’との間の成す角αが、熱交換器100’と気流)A’との間の成す角β’と等しい。
本願の発明人は、空気調和機の騒音の一つの由来としては、気流A’が熱交換器100’を通過する際に気流A’と熱交換器100’との間に角β’がなしているため非垂直に熱交換器100’を通過して、気流A’と熱交換器100’のフィンとが激しく衝突摩擦することにより発生した、と初めて発見した。そして、本願の発明人は、成す角β’が小さいほど騒音が大きくなり、更に、騒音が主に、気流が熱交換器100’と背板201’との間の領域の下部にて熱交換器100’のフィンと衝突摩擦して発生し、即ち、騒音が主に、熱交換器100’と背板201’との間の領域の下部にて発生する、と発見した。
上記の発見に基づいて、本願の発明人は、気流の流れ方向及び速を変えることで気流と熱交換装置の熱交換器のフィンとの衝突摩擦を低減して、それによって発生した騒音を軽減させる熱交換装置を提案した。
次に、図面を参考して本発明実施例による熱交換装置を説明する。
図1に示すように、本発明の第一実施例による熱交換装置は、筐体200(概略に示す)と、熱交換器100と、ガス案内部材とを含む。
筐体200が空気調和機の筐体である。熱交換器100が板状平行流熱交換器、例えば微通路熱交換器であり、ただし、熱交換器100がこれに限られない、と理解すべきである。
熱交換器100が筐体200内に設けられ且つ筐体200の背板201との間に角αをなしており、通常、成す角αが鋭角である。成す角αが零度角であってもよく、即ち、熱交換器100が直縦に筐体200内に設けられている。次に、成す角αが鋭角であることを例として説明する。
図1、図2に示すように、熱交換器100は、第一の集流管1及び第二の集流管2と、複数の扁管3と、フィン4とを含む。例えば、第一の集流管1を入口集流管とし、第二の集流管2を出口集流管とすることができる。第一の集流管1と第二の集流管2を連通させるように、各扁管3の両端がそれぞれ第一の集流管1と第二の集流管2に相互連接し、複数の扁管3が第一の集流管1と第二の集流管2の軸方向に沿って間隔を置いている。フィン4がそれぞれ、隣接の扁管3の間に設けられている。
図2に示すように、上記のとおり、記述の便利のために、第一の集流管1と第二の集流管2の軸方向を熱交換器100の長手方向ZX(縦方向と称してもよい)とし、扁管3の長手方向を熱交換器100の幅方向HX(横方向と称してもよい)とする。
ガス案内部材は、熱交換器100と背板201との間の領域G内へ吹く気流Aを少なくとも領域Gの一部にて垂直及び/又はほぼ垂直に熱交換器100を通過させるためのものである。
図1に示される実施例では、送風機Fが熱交換器と筐体200の下方に設けられ、気流が下から上へ行く方向に沿って領域G内に入る。ただし、本発明はこれに限られない、と理解すべきであり、送風機Fを熱交換器100と筐体200の上方に設け、吸上げることによって気流を下から上へ行くように領域G内に入らせてもよく、また、気流を傾斜に又は側などの方向から領域G内に入らせてもよい。
なお、気流Aが垂直及び/又はほぼ垂直に熱交換器100を通過することとは、ガス案内部材の設置の目的及び作用が、気流Aをできる限り垂直に熱交換器100を通過させることを指す。言うまでもなく、実際に、全部の気流Aが垂直に熱交換器100を通過することなく、一部の気流Aが垂直に熱交換器100を通過し、他の部分の気流Aがガス案内部材の作用によりできる限り近似垂直に熱交換器100を通過することであり、他の部分の気流Aと熱交換器100との間の成す角が同一であっても、異なってもよく、と理解してよい。図1に示すように、気流Aと熱交換器100との間の成す角β(気流Aと熱交換器100の所在する平面との成す角β)が90度(即ち気流Aが垂直に熱交換器100を通過する)であっても、89度、85度、80度などであってもよく、即ち、ガス案内部材により気流Aをできる限り垂直に熱交換器100を通過させることができればよい。そこで、当業者であれば、「ほぼ垂直」とは「垂直になる傾向」と指し、ガス案内部材を設ける目的であり、ガス案内部材により全ての気流Aを必ず完全垂直に熱交換器100を通過させることを指すことない、と理解できる。
換言すれば、図1に示すように、従来技術と比べて、気流Aと熱交換器100との成す角βが増大され、即ち、「ほぼ垂直」とは、成す角βを成す角αよりも大きくさせることである。
また、本願の発明人は、騒音が主に、気流Aが領域Gの下部(例えば、図1において、熱交換器100の下端に近く、即ち、第二の集流管2に近い領域部分であり、領域Gの下部の具体的寸法については制限されなく、ガス案内部材により当該領域部分内の気流方向を変えてそれを垂直又はほぼ垂直に熱交換器100を通過させることができればよい)にて熱交換器100のフィン3と衝突摩擦して発生される、と意外に発見した。そこで、本発明のこの実施例によると、ガス案内部材により気流Aを領域Gの下部にて垂直又はほぼ垂直に熱交換器100を通過させることができれば、騒音を著しく軽減させることができる。そのため、本発明の一部の実施例においては、好ましくは、前記ガス案内部材を少なくとも領域Gの下部に設ける。
そのため、本発明実施例の熱交換装置によれば、ガス案内部材を設けることで、気流Aを少なくとも領域Gの一部にて垂直又はほぼ垂直に熱交換器100を通過させるように気流Aの方向を変えて、気流Aと熱交換器100のフィン3との衝突摩擦を低減し、気流速を低下させて、騒音を軽減した。ガス案内部材を設けることで、気流Aの方向を変え且つ速を低下させ、上記のとおり、気流Aを垂直又はほぼ垂直に熱交換器100を通過させ、即ち、気流Aを平行にフィン3を掠り、気流Aとフィン3との衝突摩擦を低減して、騒音を軽減した。
上記の通り、騒音が主に、気流Aが領域Gの下部にてフィン3と衝突摩擦して発生したため、図1に示すように、本発明のこの実施例では、ガス案内部材を領域Gの下部に設けることで、騒音を著しく低減させることができた。ただし、下記のとおり、ガス案内部材を上下方向に沿って全領域G内に設けてもよい。
図1に示すように、本発明の一つの具体的例示においては、ガス案内部材がガス案内板300を含み、例えば、ガス案内板300が矩形平板であってよい。ただし、下記のとおり、本発明はこれに限ることない。ガス案内板300が熱交換器100と背板201との間の領域G内に設けられ且つ熱交換器100の長手方向ZX(図1中、紙面方向に垂直する)に沿って延伸する。ガス案内板300を熱交換器100の下端に近隣して(第二の集流管2に近隣して)設け、即ち、領域Gの下部に設けることができる。
本発明この例示によれば、ガス案内板300により、領域G内の、好ましくは領域Gの下部の気流Aを垂直又はほぼ垂直に熱交換器100を通過させることができるため、気流Aとフィン3との摩擦衝突を低減して、騒音を軽減させることができる。そして、ガス案内板300形式のガス案内部材は構造が簡単で、コストが低く、取り付けや着脱が便利である。
図1に示す実施例では、ガス案内板300と熱交換器100との間の成す角θが20°≦θ≦50°であり、本願の発明人は大量の実験によって、ガス案内板300と熱交換器100との間の成す角θが上記範囲内であると、騒音低減の効果が最適となる、と意外に発見した。図1に示す実施例の場合、即ち、背板201が熱交換器100の右側にある場合、ガス案内板300と熱交換器100との間の成す角θとは、時計回りに熱交換器100からガス案内板300までの成す角を指す。ここでは、背板201が熱交換器100の左側にある場合、ガス案内板300と熱交換器100との間の成す角θとは、反時計回りに熱交換器100からガス案内板300までの成す角を指す、と理解すべきである。
また、図3に示すように、本発明の第二の実施例では、ガス案内板300と熱交換器100との間の成す角θが90°≦θ≦120°であり、本願の発明人は、ガス案内板300と熱交換器100との間の成す角θが上記範囲内であっても、騒音低減の効果が最適となり、θが20°≦θ≦50°範囲内での騒音低減の程度に相当する、と発見した。
本発明の一部の実施例では、一部の気流Aが案内板300を通過可能とするように、ガス案内板300に貫通孔を設けでもよい。それにより、気流とガス案内板300との衝突を軽減し、気流の流動を改善して、騒音を低減させることができる。
図1と図3に示す実施例では、ガス案内板300が領域の下部に位置している。更に具体的に言えば、本発明の第三の実施例では、図4に示すように、ガス案内板300が熱交換器100の下端に固定されている。ガス案内板300を熱交換器100下方の水受け盤(図なし)と連接し、或いは空気調和機筐体200における他の支持部材と連接してもよい。
図1、図3及び図4に示す本発明の第一乃至第三の実施例では、ガス案内板を領域Gの下部に設けたため、騒音を著しく軽減させた。好ましくは、本発明の第四の実施例では、図5に示すように、ガス案内板300が複数あり、前記複数のガス案内板300を上下方向に沿って間隔を置いて領域G内に設け、それにより、騒音を更に軽減させることができる。図5に示す実施例では、前記複数のガス案内板300と熱交換器100との成す角が同一であるが、それらの成す角が異なってもよい。
上記実施例では、ガス案内板300が平板である。図6において、本発明の第五の実施例による熱交換装置が示され、本発明のこの実施例では、ガス案内板300が円弧形状である。図7において、本発明の第六の実施例による熱交換装置が示され、そのうち、ガス案内板300が三日月形状である。ただし、ガス案内板300を他の形状にしてもよい、と理解すべきである。また、ガス案内板300の厚みが不均一であり、外縁が尖角、円角又は直角であってよい、と理解すべきである。
また、本願の発明人は、ガス案内部材がガス案内板300である場合、ガス案内板300の幅L(図1に示すように)を10mmよりも大きくすると、騒音を著しく軽減させることができる、と意外に発見した。
図8においては本発明の第七の実施例による熱交換装置が示されている。本発明のこの実施例では、少なくとも背板201の下部が上下方向に沿って延伸する曲線形状であるため、ガス案内部材は更に背板201を含む。換言すると、背板201とガス案内板300は共同にガス案内部材を構成する。図8に示すように、背板201の中間部及び下部が波紋状の曲線形状であり、波紋が曲線の線分からなっても、直線の線分からなってもよい。そのため、背板201の曲線状の部分により気流を垂直又はほぼ垂直に熱交換器100を通過させて、騒音を軽減させることができる。背板201は上下方向の全高度において曲線形状を形成してもよく、それにより騒音を更に低減させることができる。
図9においては、本発明の第八の実施例による熱交換装置が示されている。図9に示す実施例では、背板201の曲線形状部分が複数の円弧形状の線分からなる。
次に、図10を参考して本発明の第九の実施例による熱交換装置を説明する。本発明のこの実施例では、少なくとも背板201の下部は上下方向に沿って延伸する曲線形状であり、更に具体に言えば、波紋形状の曲線形状である。図8と図9に示す実施例と比べて、図10に示す実施例では、熱交換装置100と背板201との間にガス案内板300が設けられておらず、気流が曲線形状の背板201の一部により案内され、垂直又はほぼ垂直に熱交換器100を通過するため、本発明のこの実施例では、ガス案内部材が背板201のみからなる。好ましくは、背板201を上下方向に沿う全高度においても曲線形状とする。
図11においては、本発明の第十の実施例による熱交換装置が示され、当該実施例と図10に示す実施例との相違点は、背板201の曲線形状の部分が複数の円弧形状の線分からなることにあり、その他は図10に示す実施例と同一であり、ここでは繰り返し記述しない。
本発明の実施例の熱交換装置によれば、ガス案内部材を設けることで、気流の流れ方向を変えて流速を低減し、気流を垂直又はほぼ垂直に熱交換器を通過させて、気流と熱交換器のフィンとの衝突摩擦を低減して、騒音を軽減させた。例えば、空気調和機に用いられる場合、空気調和機の騒音を抑え低減し、快適さを向上させることができる。
本明細書の記述において、参用語「一つの実施例」、「一部の実施例」、「例示」、「具体的例示」、或いは「一部の例示」などを参考した記述とは、当該実施例又は例示に基づいて記述した具体的特徴、構造、材料又は特長が本発明の少なくとも一つの実施例又は例示に含まれていることを指す。本明細書において、上記用語の概略的記述が必ずしも同一の実施例又は例示を指すとは限らない。また、記述された具体的特徴、構造、材料又は特長を、いずれの一つ又は複数の実施例或いは例示において適宜な方式で結合することができる。
例示的な実施形態を図示及び説明したが、本開示の趣旨及び原理から逸脱することなしに、特許請求の範囲及びその等価物の範囲内で実施形態を変更、置換、及び修正を行いうこが可能であり、本発明の範囲が特許請求の範囲およびそれと同等なる物により限定されることが当業者には理解されるであろう。

Claims (15)

  1. 熱交換装置であって、
    筐体と、熱交換器と、ガス案内部材とを備え、
    前記熱交換器が前記筐体内に設けられ且つ前記筐体の背板との間に角αがなしていることにより、前記熱交換器と前記背板との間の領域外における気流方向と熱交換器表面との間になす角度は鋭角又は零度角をなしており、該熱交換器は、第一,第二の集流管と、前記第一と第二の集流管を連通させるように両端がそれぞれ前記第一及び第二の集流管と相互連接しており、且つ前記第一と第二の集流管の軸方向に沿って間隔を置いている複数の扁管と、隣接の扁管の間に設けられるフィンと、を有し、
    前記ガス案内部材は、前記領域内に入る気流の方向を、少なくとも前記領域の一部にて垂直に前記熱交換器を通過するように変え
    前記ガス案内部材は、前記気流を少なくとも前記領域の下部にて垂直に前記熱交換器を通過させるために用いられ、
    前記ガス案内部材は前記領域の下部に位置していることを特徴とする熱交換装置。
  2. 前記熱交換器と前記筐体の背板の間の成す角αが鋭角又は零度角であることを特徴とする請求項に記載の熱交換装置。
  3. 前記気流が下から上へ行く方向に沿って前記領域内に入ることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱交換装置。
  4. 前記ガス案内部材はガス案内板を含み、前記ガス案内板が、前記熱交換器と前記背板との間の前記領域内に設けられ且つ前記熱交換器の長手方向に沿って延伸することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の熱交換装置。
  5. 前記ガス案内板は、前記領域の下部に位置し且つ前記熱交換器の下端に固定されていることを特徴とする請求項に記載の熱交換装置。
  6. 前記ガス案内板と前記熱交換器との成す角θが20°≦θ≦50°又は90°≦θ≦120°であることを特徴とする請求項又はに記載の熱交換装置。
  7. 前記ガス案内板に貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項のいずれかに記載の熱交換装置。
  8. 前記ガス案内板が複数あり、前記複数のガス案内板は上下方向に沿って間隔を置いて前記領域内に設けられていることを特徴とする請求項のいずれかに記載の熱交換装置。
  9. 前記ガス案内板が平板又は円弧形状板であることを特徴とする請求項のいずれかに記載の熱交換装置。
  10. 前記ガス案内板の幅が10mmよりも大きいことを特徴とする請求項のいずれかに記載の熱交換装置。
  11. 少なくとも前記背板の下部が上下方向に沿って延伸する曲線形状であり、また、前記ガス案内部材が更に前記背板を含むことを特徴とする請求項10のいずれかに記載の熱交換装置。
  12. 前記曲線形状が波紋状であることを特徴とする請求項11に記載の熱交換装置。
  13. 前記曲線形状が複数の円弧形状の線分からなることを特徴とする請求項11に記載の熱交換装置。
  14. 少なくとも前記背板の下部は上下方向に沿って延伸する曲線形状であり、前記ガス案内部材が前記背板からなることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の熱交換装置。
  15. 前記背板は上下方向に沿う全高度において曲線形状となっていることを特徴とする請求項14に記載の熱交換装置。
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