JP5799382B2 - 空気熱交換器 - Google Patents

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Description

本発明は、扁平管と伝熱フィンを備える空気熱交換器に関する。
空気熱交換器は、冷媒が流れる2つの管状のヘッダと、2つのヘッダを結ぶように配置される複数の扁平管と、複数の扁平管のそれぞれの間に設けられた複数の伝熱フィンとを備える。扁平管のそれぞれはヘッダに直交し、伝熱フィンのそれぞれは扁平管に直交する。扁平管の内部には、ヘッダから連通している複数の細い流路が形成されている。冷媒は、この流路を通ってヘッダから扁平管へ流れる。ヘッダ、扁平管、及び伝熱フィンは、熱伝導率の高い金属材料、例えばアルミニウムで形成される。これらの部材は、ろう材や接着剤によって互いに接合されている。このような構造の空気熱交換器に対して、ファンを用いて送風し、空気を導入する。
空気熱交換器では、冷媒と空気との熱交換を行う。冷媒は、ヘッダに導入されたのち、流路を通って扁平管へ分配される。扁平管内に導入された冷媒の熱または冷熱は、扁平管から伝熱面積を拡大する伝熱フィンへ伝わり、伝熱フィン間を流れる空気との熱交換を行う。
しかし、空気熱交換器を蒸発器として利用した場合には、扁平管及び伝熱フィンの表面の温度は空気の温度より低くなるため、伝熱フィン間を空気が通過する際に、空気中の水分が伝熱フィンの表面に凝縮する。扁平管を重力方向に延在するように配置し、伝熱フィンを水平に配置する空気熱交換器では、伝熱フィンの表面に形成された凝縮水は、重力の作用で移動することがほとんどなく、排水されにくい。さらに凝縮が進み、大量の凝縮水が伝熱フィンの間に滞留すると、伝熱フィン間を閉塞させてしまう恐れがある。伝熱フィン間が閉塞すると、空気熱交換器の通風抵抗が増大し、冷媒と空気との熱交換効率の低下を招く。また、凝縮水が通風空気によって押し出されて伝熱フィンの風下側に飛散し、空気熱交換器から水滴が吹き出すという問題が生じる。
このため、空気熱交換器では、伝熱フィンに生じる凝縮水を効率的に排水する構造が検討されている。例えば、特許文献1には、伝熱フィンに開口部を設け、伝熱フィンの表面の凝縮水を排水させる空気熱交換器が開示されている。また、特許文献2には、伝熱フィンを傾斜させることで凝縮水を落水させる空気熱交換器が開示されている。
特開2005−24187号公報 特開2008−116095号公報
特許文献1、2に開示されているような従来の空気熱交換器では、伝熱フィンの表面に生じた凝縮水を、重力を利用して空気熱交換器の下部に排水させている。凝縮水による水滴は、形成の初期では大きさが微小なため、重力に比べて表面張力の影響が大きい。このため、重力のみを利用して排水する空気熱交換器では、水滴が成長するまでは排水しにくく、通風抵抗が増大し、熱交換効率が低下するという課題がある。また、伝熱フィンを傾斜させる構造の熱交換器は、組み立てが難しいという課題がある。例えば、扁平管に伝熱フィンをろう付けする際に、扁平管の膨張及び変形により伝熱フィンは固定位置がずれやすく、扁平管と伝熱フィンの接触が不均一になりやすい。また、伝熱フィンに開口部を設ける構造では、伝熱フィンの伝熱面積が低下するだけでなく、伝熱フィンと扁平管との接触面積が低減するため、扁平管と伝熱フィンの熱抵抗が増大するという課題がある。
本発明は、扁平管と伝熱フィンの熱抵抗を増大させることなく、伝熱フィンの表面に生じた凝縮水による通風抵抗の増大及び熱交換効率の低下を防ぐことが可能であり、さらには伝熱フィンから風下への水滴の飛散を防ぐことが可能な空気熱交換器を提供することを目的とする。
本発明による空気熱交換器は、以下のような特徴を備える。
複数の扁平管と、前記扁平管の間に設けられた伝熱フィンとを備え、空気が送風される空気熱交換器であって、前記扁平管は、前記伝熱フィンが設けられる側面に排水溝を備え、前記伝熱フィンは、前記排水溝へ連通する導水溝を備える。前記導水溝を構成する溝壁のうち、少なくとも前記空気の送風方向の風上側にある溝壁は、前記排水溝よりも風上側の位置から、前記排水溝へ向けて設けられ、前記導水溝は、前記風上側にある溝壁に沿って前記排水溝へ向かって延在し、延在方向に垂直な断面積が前記排水溝へ向かって小さくなっていく。
本発明によれば、扁平管と伝熱フィンの熱抵抗を増大させることなく、伝熱フィンの表面に生じた凝縮水による通風抵抗の増大及び熱交換効率の低下を防ぐことが可能であり、さらには伝熱フィンから風下への水滴の飛散を防ぐことが可能な空気熱交換器を提供することができる。
実施例1による空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管と伝熱フィンを示す図である。 伝熱フィンを下から見たときの、実施例1による空気熱交換器の部分斜視図である。 実施例1による空気熱交換器の全体を示す斜視図である。 従来の空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管と伝熱フィンを示す図である。 従来の空気熱交換器を送風方向から見た部分側面図である。 実施例1において、伝熱フィンの表面に生じた凝縮水の排水の原理を説明する、伝熱フィンの部分上面図である。 実施例2による空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管の各片面に1つの排水溝が形成されている場合を示す図である。 実施例2による空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管の各片面に2つの排水溝が形成されている場合を示す図である。 実施例3による空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管と伝熱フィンを示す図である。 実施例4による空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管と伝熱フィンを示す図である。 実施例4において、空気熱交換器を送風方向から見た部分側面図である。 実施例4において、伝熱フィンの表面に生じた凝縮水の排水の原理を説明する、伝熱フィンの部分側面図である。 実施例5による空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管と伝熱フィンを示す図である。 実施例6による空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管と伝熱フィンを示す図である。 実施例6による別の空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管と伝熱フィンを示す図である。
本発明による空気熱交換器は、重力だけでなく、表面張力及び流体力(ファンの風力)を利用して、伝熱フィンの表面に生じた凝縮水を排水する。このため、扁平管と伝熱フィンの熱抵抗を増大させることなく、凝縮水による通風抵抗の増大及び熱交換効率の低下を防ぐことと、伝熱フィンから風下への水滴の飛散を防ぐことが可能である。
本発明による空気熱交換器は、排水溝が長さ方向に設けられた扁平管と、導水溝が設けられた伝熱フィンとを備える。導水溝を構成する溝壁のうち、送風方向の風上側にある溝壁は、排水溝よりも風上側の位置から、排水溝へ連通する連通部に向けて設けられる。導水溝を構成する溝壁のうち、送風方向の風下側にある溝壁は、排水溝よりも風上側の位置から排水溝へ向けて設けられても、風下側の位置から排水溝へ向けて設けられてもよく、送風方向において排水溝と同じ位置にあってもよい。このようにして、導水溝は、風上側にある溝壁に沿って排水溝との連通部へ向かって延在し、排水溝へ連通するように形成される。
伝熱フィンの表面に生じた凝縮水は、ファンの風力によって導水溝へ押し流され、導水溝の中では表面張力によって排水溝へ流れ、重力によって空気熱交換器の下部に排出される。表面張力の作用によって排水するために、導水溝は、延在方向に垂直な断面積(以下、単に「断面積」と称する)が、排水溝との連通部に向かって小さくなっていく。例えば、導水溝の幅と深さの一方または両方を変えることにより、導水溝の断面積を、排水溝との連通部に向かって小さくしていくことができる。導水溝の断面積は、滑らかに(徐々に)小さくしていっても、段階的に小さくしていってもよい。
詳細は後述するが、導水溝の中の水滴には、表面張力により、水滴の曲率半径に比例する力が働く。従って、この水滴には、曲率半径の大きい側から小さい側へ、すなわち、導水溝の断面積が大きい方から小さい方へ力が働く。そこで、導水溝の断面積を排水溝との連通部に向かって小さくしていくと、断面積が大きい方から小さい方へ向かって働く力により、導水溝の中の水滴は排水溝に向かって濡れ進む。
以下、本発明による空気熱交換器の実施例について、図面を用いて説明する。
本発明の実施例1による空気熱交換器を詳細に説明する。本実施例は、導水溝の幅を排水溝との連通部に向かって徐々に小さくすることにより、導水溝の断面積を小さくしていく例である。
図1は、実施例1による空気熱交換器1の部分斜視図であり、扁平管2と伝熱フィン5を示している。空気熱交換器1には、ファン(図示せず)により空気が送風される。図中、X軸は空気熱交換器1の幅方向を示す。X軸方向は伝熱フィン5の幅方向でもある。また、Y軸の正方向は重力方向を、Z軸の正方向はファンによる空気の送風方向10を示す。以下で用いる「風上」「風下」という語は、送風方向10についての向きを示す。すなわち、風上側はZ軸の負方向側を、風下側はZ軸の正方向側を、それぞれ表す。
空気熱交換器1は、複数の扁平管2と、扁平管2の間に扁平管2と直交するように設けられた複数の伝熱フィン5とを備える。図1では、表示を分かりやすくするために、扁平管2を1つだけ示している。なお、図1では、扁平管2の上下(Y軸方向の両端)に配置されるヘッダは、図示を省略している。伝熱フィン5は、コルゲート形状としてもよい。
扁平管2には、冷媒が流れる複数の細い流路3が内部に形成されている。さらに、扁平管2には、長さ方向(Y軸方向)に延在する排水溝4が、X軸方向の両側面(伝熱フィン5が設けられている面)に形成されている。排水溝4は、Y軸方向の上端から下端まで連通し、X軸の正方向または負方向と、Y軸の正方向及び負方向に向けて開口している。すなわち、排水溝4は、伝熱フィン5に向けて開口し、上下方向に向けて開口している。扁平管2の送風方向10(Z軸方向)における排水溝4の位置は、任意でよいが、風下側の一端(Z軸の正方向の一端)に形成するのが好ましい。
伝熱フィン5は、幅方向(X軸方向)の両側面が扁平管2と接続されており、扁平管2と直交する。さらに、伝熱フィン5は、扁平管2の排水溝4へ連通する導水溝6を有する。
導水溝6を構成する溝壁のうち、風上側(Z軸の負方向側)にある溝壁40は、排水溝4よりも風上側の位置から、排水溝4へ連通する連通部30に向けて設けられる。本実施例では、導水溝6を構成する溝壁のうち、風下側(Z軸の正方向側)にある溝壁50は、排水溝4よりも風上側の位置から、排水溝4へ向けて設けられている。このようにして、導水溝6は、排水溝4との連通部に向かって延在し、排水溝4と連通している。
本実施例及び以下の実施例において、導水溝の最も風上側(Z軸の負方向側)の部分を「風上端部20」と称する。従って、導水溝6の排水溝4との連通部30は、導水溝6の風上端部20よりも風下側(Z軸の正方向側)に位置する。導水溝6の風上端部20の、伝熱フィン5の幅方向(X軸方向)における位置は、任意に定めることができる。
本実施例では、伝熱フィン5の幅方向(X軸方向)の両側面に、扁平管2の排水溝4が存在する。伝熱フィン5は、2つの扁平管2の間に挟まれているため、導水溝6は、それぞれの排水溝4へ連通する2つの連通部30を備える。従って、導水溝6は、風上端部20から2つの連通部30へ向かって延在するV字型である。導水溝6は、伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水を、排水溝4へ排出する機能を持つ。伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水は、ファンの風力により導水溝6へ押し流され、表面張力により導水溝6を通って排水溝4へ流れ、排水溝4から排出される。導水溝6で表面張力の作用により凝縮水が流れる原理は、図6を用いて後述する。
導水溝6の風上端部20の好ましい位置は、ファンが送風する風速や伝熱フィン5の面積などに応じて定めることができる。送風方向10(Z軸方向)における、導水溝6の風上端部20の位置は、なるべく風下側(Z軸の正方向側)であるのが好ましい(ただし、排水溝4よりも風上側(Z軸の負方向側))。伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水を、できるだけ多く排水溝4へ排出するには、導水溝6の風上端部20は、なるべく風下側に位置する必要がある。
伝熱フィン5の表面では、主に風上側(Z軸の負方向側)で凝縮水が発生し、風下側(Z軸の正方向側)ではあまり凝縮水が発生しない。従って、導水溝6の風上端部20の位置をなるべく風下側にすることにより、ほとんどの凝縮水を排出することができる。また、伝熱フィン5の表面のうち、あまり凝縮水が発生しない領域が、導水溝6よりも風下側に位置するように、導水溝6の風上端部20の位置を定めることができる。
導水溝6の幅は、風上端部20から排水溝4との連通部30に向かって、徐々に小さくなっていくものとする。すなわち、導水溝6において、風上端部20での幅rと連通部30での幅rはr>rの関係にあり、風上端部20から連通部30に向かって幅が徐々に小さくなっていく。好ましくは、r>2rである。風上端部20での幅rと連通部30での幅rの具体的な大きさは、ファンが送風する風速や伝熱フィン5の親水性などに応じて定めることができる。
導水溝6の深さは、ファンが送風する風速や伝熱フィン5の厚さと親水性などに応じて、任意に定めることができる。
図1に示した例では、導水溝6は、風上端部20から、伝熱フィン5の両側面に接続する扁平管2の排水溝4へ、排水溝4との連通部30により連通している。また、導水溝6の風上端部20は、伝熱フィン5の幅方向(X軸方向)の中央に位置している。すなわち、導水溝6は、風上端部20から、風下側(Z軸の正方向)に向かって広がるV字型の溝である。
図2は、伝熱フィン5を下(Y軸の正方向)から見たときの空気熱交換器1の部分斜視図である。図2において、図1と同一の符号は、図1と同一の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。
伝熱フィン5を下(Y軸の正方向)から見ると、伝熱フィン5の導水溝6は、凸形状となっている。すなわち、導水溝6は、伝熱フィン5の下面から下方(Y軸の正方向)に向かって突出している。
図3は、本発明の実施例1による空気熱交換器1の全体を示す斜視図である。空気熱交換器1は、冷媒が流れる2つのヘッダ11と、ヘッダ11を結ぶように固定される複数の扁平管2と、扁平管2の間に設けられた複数の伝熱フィン5とを備える。それぞれの扁平管2には、冷媒が流れる複数の流路が内部に形成されており、ヘッダ11から冷媒が分配される。空気熱交換器1には、ファン(図示せず)により、送風方向10に空気が送風される。
空気熱交換器1では、冷媒と空気との熱交換を行う。扁平管2の内部の流路を流れる冷媒が持つ熱または冷熱は、扁平管2から伝熱面積を拡大する伝熱フィン5へと伝わり、伝熱フィン5の間を流れる空気との熱交換を効率的に行う。
伝熱フィン5から導水溝6を通って扁平管2の排水溝4へ流れた凝縮水は、重力を利用して扁平管2の下部に設けられたヘッダ11へ排水される。
なお、空気熱交換器1の幅方向(X軸方向)の両端にある扁平管2には、伝熱フィン5が設けられている片面だけに排水溝4が形成されていてもよく、幅方向の両側面に排水溝4が形成されていてもよい。
図4は、従来の空気熱交換器100の部分斜視図であり、扁平管200と伝熱フィン500を示している。図4では、図1と同様に、扁平管200を1つだけ示し、ヘッダの図示を省略している。座標軸の示す方向も、図1と同様である。扁平管200には、冷媒が流れる複数の流路300が内部に形成されている。伝熱フィン500は、扁平管200に対して直交するように取り付けられ、コルゲート形状となっている。空気熱交換器100には、ファン(図示せず)により、送風方向10に空気が送風される。
従来の空気熱交換器100において、伝熱フィン500の表面に生じた凝縮水の排出経路を説明する。熱交換器100を蒸発器として使用すると、扁平管200の表面温度が空気の温度よりも低くなるために、扁平管200及び伝熱フィン500の表面では、空気中の水分が凝縮して水滴が生じる。
図5は、図4に示した従来の空気熱交換器100を送風方向10(Z軸方向)から見た部分側面図である。図5に示したように、従来の空気熱交換器100では、凝縮水22が排水される経路がなく、伝熱フィン500の表面に水滴の形で滞留しやすい。さらに、伝熱フィン500の表面に生じた水滴(凝縮水22)は、次第に成長し、伝熱フィン500の間の隙間の一部を閉塞する。伝熱フィン500の間の隙間が閉塞すると、空気側の圧力損失が増大し、空気熱交換器100の通風抵抗が増大するとともに熱交換効率が低下するという課題がある。また、空気に押し流された凝縮水22は、伝熱フィン500の風下側に飛散し、空気熱交換器100から吹き出してしまうという課題がある。
図6は、伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水22の排水の原理を説明する図であり、伝熱フィン5に形成された導水溝6の一部を模式的に示す上面図である。図6は、伝熱フィン5を上方向(Y軸の負方向)から見た図である。
図6において、導水溝6は、図の右側から左側に向かって幅が狭くなっている。すなわち、図6の右側に導水溝6の風上端部20があり、左側に導水溝6の排水溝4との連通部30がある。導水溝6には、凝縮水22が図6に示す水滴の形で存在する。この凝縮水22の水滴は、伝熱フィン5の表面で発生した後、ファンの風力により導水溝6へ押し流されたものである。
図6には、表面張力によって凝縮水22に生じる毛管力fとfも示している。fは、導水溝6の排水溝4との連通部30側から凝縮水22に加わる力であり、fは、導水溝6の風上端部20側から凝縮水22に加わる力である。Rは、凝縮水22の水滴の、連通部30側の端の曲率半径を示し、Rは、風上端部20側の端の曲率半径を示す。導水溝6は、風上端部20側から連通部30側に向かって幅が狭くなっていくので、R<Rである。φは、導水溝6のテーパー角度(導水溝6の幅が狭くなっていく割合を表す角度)を示す。
凝縮水22に生じる毛管力fとfは、式(1)と式(2)によって求められる。式(1)と式(2)において、σは凝縮水22に働く表面張力であり、θは導水溝6と凝縮水22が形成する接触角である。
伝熱フィン5の表面が親水性となるように処理されているとき、導水溝6の表面も親水性であるとする。このとき、導水溝6と凝縮水22が形成する接触角θは非常に小さく、0に近いと考えることができる。従って、R<Rであるので、式(1)と式(2)からf<fとなる。このため、凝縮水22には、風上端部20側から連通部30側に向かう力が働き、凝縮水22は、導水溝6の幅が広い方から狭い方(連通部30側)へと濡れ進む。
本実施例による空気熱交換器1では、伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水22は、ファンの風力によって導水溝6へ押し流された後、凝縮水22に働く表面張力によるこのような原理に従って排水溝4との連通部30に向かって濡れ進み、扁平管2に形成された排水溝4を介して効率的に排水される。
また、図2に示したように、伝熱フィン5の下面では、導水溝6は、伝熱フィン5の下面から下方(Y軸の正方向)に向かって突出している。伝熱フィン5の下面で生じた凝縮水22は、ファンの風力によって、突出している導水溝6まで押し流された後、導水溝6に沿って排水溝4まで押し流される。このため、伝熱フィン5の下面でも、伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水22は、効率的に排水溝4から排出される。
このように、本実施例による空気熱交換器1では、伝熱フィン5の表面で生じた凝縮水は、伝熱フィン5の上面と下面の両方で、効率的に排出される。従って、空気熱交換器1の通風抵抗の増大と熱交換効率の低下を防ぐことが可能であり、伝熱フィン5から風下への水滴の飛散を防ぐことが可能である。
本実施例では、伝熱フィン5の下面では、導水溝6が下方(Y軸の正方向)に向かって突出している。しかし、伝熱フィン5の下面において、導水溝6が下方に向かって突出していなくてもよい。導水溝6を下方に向かって突出させるかさせないかは、伝熱フィン5の厚さや導水溝6の加工方法など、伝熱フィン5の製造条件に応じて決めることができる。また、以下に述べる実施例では、伝熱フィン5の下面について説明しないが、導水溝が下方(Y軸の正方向)に向かって突出してもよい。
本発明の実施例2による空気熱交換器を説明する。本実施例は、実施例1の空気熱交換器1において、伝熱フィン5が複数の導水溝6を備える場合の例である。本発明による空気熱交換器1では、伝熱フィン5に形成された導水溝6の数は、1つとは限らず、複数でもよい。以下、導水溝6の数が2つの場合の空気熱交換器1を例に挙げて、複数の導水溝6を有する伝熱フィン5を備える空気熱交換器1について説明する。導水溝6の数が3つ以上の場合にも、以下の説明を適用することができる。
図7と図8は、導水溝6が2つある伝熱フィン5を備える空気熱交換器1の部分斜視図であり、扁平管2と伝熱フィン5を示している。図7と図8において、図1と同一の符号は、図1と同一の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。図7に示す空気熱交換器1では、扁平管2のX軸方向の各側面に1つの排水溝4が形成されており、図8に示す空気熱交換器1では、扁平管2のX軸方向の各側面に2つの排水溝4が形成されている。
図7に示す空気熱交換器1の伝熱フィン5には、送風方向10(Z軸方向)に2つの導水溝6a、6bが形成されており、2つの導水溝6a、6bは、共通の排水溝4に連通している。実施例1と同様に、2つの導水溝6a、6bの幅は、ともに、風上端部20a、20bから排水溝4との連通部30aと連通部30bに向かって、徐々に小さくなっている。導水溝6a、6bの風上端部20a、20bの、送風方向10(Z軸方向)の位置は、ともに、排水溝4よりも風上側(Z軸の負方向側)である。
伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水を排出する原理は、実施例1と同様である。すなわち、伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水は、ファンの風力により導水溝6a及び導水溝6bへ押し流され、表面張力により導水溝6a及び導水溝6bを通って排水溝4へ流れ、排水溝4から排出される。
図8に示す空気熱交換器1の伝熱フィン5には、送風方向10(Z軸方向)に2つの導水溝6a、6bが形成されている。また、扁平管2のX軸方向の各側面には、2つの排水溝4a、4bが形成されている。導水溝6aは、風上端部20aから排水溝4aに連通し、導水溝6bは、風上端部20bから排水溝4bに連通している。実施例1と同様に、2つの導水溝6a、6bの幅は、それぞれ、風上端部20a、20bから排水溝4a、4bとの連通部30a、30bに向かって、徐々に小さくなっている。導水溝6aの風上端部20aの、送風方向10(Z軸方向)の位置は、排水溝4aよりも風上側(Z軸の負方向側)であり、導水溝6bの風上端部20bの、送風方向10の位置は、排水溝4bよりも風上側である。
伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水を排出する原理は、実施例1と同様である。すなわち、伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水は、ファンの風力により導水溝6a及び導水溝6bへ押し流され、表面張力により導水溝6a及び導水溝6bを通って排水溝4a及び4bへ流れ、排水溝4a及び4bから排出される。
本実施例のように、伝熱フィン5に複数の導水溝6を形成することにより、伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水が導水溝6a、6bまで到達する距離を短くすることができ、凝縮水をより効率的に排水溝4(または排水溝4a、4b)から排出することができる。
本発明の実施例3による空気熱交換器を説明する。本実施例は、導水溝の幅を排水溝との連通部に向かって段階的に小さくすることにより、導水溝の断面積を小さくしていく例である。
図9は、実施例3による空気熱交換器1の部分斜視図であり、扁平管2と伝熱フィン5を示している。図9において、図1と同一の符号は、図1と同一の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。
伝熱フィン5には、排水溝4に連通する導水溝7が形成されている。導水溝7の幅は、風上端部20から排水溝4との連通部30に向かって、段階的(図9の例では、3段階)に小さくなっている。導水溝7の風上端部20の、送風方向10(Z軸方向)の位置は、排水溝4よりも風上側(Z軸の負方向側)である。
本実施例のように、伝熱フィン5に形成された導水溝7は、風上端部20から連通部30に向かって、幅が段階的に狭くなる形状にしてもよく、図1に示した実施例1の導水溝6のようなテーパー形状でなくてもよい。
図9では、一例として、導水溝7の幅は3段階に分けて狭くなっているが、3段階でなくてもよい。導水溝7の幅が狭まる段階は、任意に定めることができる。
本実施例による空気熱交換器1でも、伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水は、ファンの風力によって導水溝7へ押し流された後、図6に示したような凝縮水に働く表面張力による原理に従って、排水溝4との連通部30に向かって濡れ進み、扁平管2に形成された排水溝4を介して効率的に排水される。従って、本実施例による空気熱交換器も、実施例1による空気熱交換器と同様の効果を有する。
本発明の実施例4による空気熱交換器を説明する。本実施例は、導水溝の深さを排水溝との連通部に向かって徐々に小さくすることにより、導水溝の断面積を小さくしていく例である。
図10は、実施例4による空気熱交換器1の部分斜視図であり、扁平管2と伝熱フィン5を示している。図10において、図1と同一の符号は、図1と同一の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。
伝熱フィン5には、風上端部20から排水溝4に連通する導水溝8が形成されている。導水溝8の深さは、風上端部20から排水溝4との連通部30に向かって、徐々に小さくなっている。導水溝8の風上端部20の、送風方向10(Z軸方向)の位置は、排水溝4よりも風上側(Z軸の負方向側)である。
図11は、図10に示した空気熱交換器1を送風方向10(Z軸方向)から見た部分側面図である。図11に示したように、導水溝8において、風上端部20での深さをdで表し、排水溝4との連通部30での深さをdで表すとき、d>dであり、風上端部20から連通部30に向かって深さが徐々に小さくなっていく。風上端部20での深さdと連通部30での深さdの具体的な大きさは、ファンが送風する風速や伝熱フィン5の親水性などに応じて定めることができる。
導水溝8の深さを風上端部20から連通部30に向かって徐々に小さくしていったときの、導水溝8で凝縮水が流れる原理は、実施例1で図6と式(1)と式(2)を用いて説明したのと同じである。ただし、式(1)と式(2)において、導水溝のテーパー角度φは、導水溝8の深さが浅くなっていく割合を表す角度を示す。
図12は、本実施例において、伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水22の排水の原理を説明する図であり、伝熱フィン5に形成された導水溝8の一部を模式的に示す側面図である。図12は、図11と同様に、空気熱交換器1を送風方向10(Z軸方向)から見ている。上述したように、図12において、導水溝8のテーパー角度φは、導水溝8の深さが浅くなっていく割合を表す角度を示す。
実施例1で図6と式(1)と式(2)を用いて説明したのと同様に、凝縮水22の水滴の、導水溝8の深さの小さい側(連通部30側)の端の曲率半径Rは、深さの大きい側(風上端部20側)の端の曲率半径Rよりも小さく(R<R)、従って、深さの小さい側から凝縮水22に加わる力fは、深さの大きい側から凝縮水22に加わる力fよりも小さくなる(f<f)。このため、凝縮水22には、風上端部20側から連通部30側に向かう力が働き、凝縮水22は、導水溝8の深さが深い方から浅い方(連通部30側)へと濡れ進む。
導水溝8の深さは、風上端部20から排水溝4との連通部30に向かって、段階的に小さくしていってもよい。導水溝8の深さが狭まる段階は、任意に定めることができる。
導水溝8の幅は、ファンが送風する風速や伝熱フィン5の親水性などに応じて、任意に定めることができる。導水溝8の幅は、一定でもよく、図1や図9に示したように風上端部20から連通部30に向かって小さくなるようにしてもよい。
また、図11に示したように、伝熱フィン5の下面では、導水溝8は、伝熱フィン5の下面から下方(Y軸の正方向)に向かって突出している。伝熱フィン5の下面で生じた凝縮水22は、ファンの風力によって、突出している導水溝8まで押し流された後、導水溝8に沿って排水溝4まで押し流される。このため、伝熱フィン5の下面でも、伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水22は、効率的に排水溝4から排出される。導水溝8は、伝熱フィン5の下面から下方に向かって突出していなくてもよい。導水溝8を下方に向かって突出させるかさせないかは、伝熱フィン5の厚さや導水溝8の加工方法など、伝熱フィン5の製造条件に応じて決めることができる。
本実施例による空気熱交換器1でも、伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水22は、ファンの風力によって導水溝8へ押し流された後、図12に示したような凝縮水22に働く表面張力によって排水溝4との連通部30に向かって濡れ進み、扁平管2に形成された排水溝4を介して効率的に排水される。従って、本実施例による空気熱交換器も、実施例1による空気熱交換器と同様の効果を有する。
本発明の実施例5による空気熱交換器を説明する。本実施例は、伝熱フィンに形成された導水溝が、1つの連通部で扁平管の排水溝と連通する空気熱交換器の例である。
図13は、実施例5による空気熱交換器1の部分斜視図であり、扁平管2と伝熱フィン5を示している。図13において、図1と同一の符号は、図1と同一の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。
扁平管2には、排水溝4が、X軸方向の一側面に形成されている。排水溝4は、X軸の正方向と、Y軸の正方向及び負方向に向けて開口している。
伝熱フィン5は、扁平管2に1つある排水溝4へ連通する導水溝9を有する。導水溝9は、風上端部20から排水溝4との連通部30へ延在する。導水溝9の排水溝4との連通部30は、1箇所だけである。本実施例においても、導水溝9の風上端部20は、導水溝9の排水溝4との連通部30よりも送風方向10(Z軸方向)の風上側(Z軸の負方向側)に位置する。伝熱フィン5の幅方向(X軸方向)における導水溝9の風上端部20の位置は、幅方向(X軸方向)において連通部30とは反対側の、伝熱フィン5と扁平管2との接続部分である。
すなわち、導水溝9は、伝熱フィン5の幅方向(X軸方向)の一端にある風上端部20から他端にある排水溝4との連通部30へ向かい、かつ、送風方向10(Z軸方向)の風上側(Z軸の負方向側)から風下側(Z軸の正方向側)へ向かう。従って、図13に示すように、導水溝9は、伝熱フィン5の幅方向(X軸方向)と送風方向10(Z軸方向)に対して傾斜している。
導水溝9の幅は、図13に示すように、風上端部20から排水溝4との連通部30に向かって、徐々に小さくなっていくものとする。すなわち、導水溝9において、風上端部20での幅rと連通部30での幅rはr>rの関係にあり、風上端部20から連通部30に向かって幅が徐々に小さくなっていく。好ましくは、r>2rである。風上端部20での幅rと連通部30での幅rの具体的な大きさは、ファンが送風する風速や伝熱フィン5の親水性などに応じて定めることができる。
導水溝9の深さは、ファンが送風する風速や伝熱フィン5の厚さと親水性などに応じて、任意に定めることができる。
伝熱フィン5にこのような導水溝9を形成することにより、実施例1で図6と式(1)と式(2)を用いて説明したのと同じ原理により、凝縮水を、導水溝9から排水溝4へ排出することができる。
従って、本実施例による空気熱交換器1でも、伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水は、ファンの風力によって導水溝9へ押し流された後、凝縮水に働く表面張力によって排水溝4との連通部30に向かって濡れ進み、扁平管2に形成された排水溝4を介して効率的に排水される。このため、本実施例による空気熱交換器も、実施例1による空気熱交換器と同様の効果を有する。
なお、本実施例では、導水溝9の幅が連通部30に向かって徐々に小さくなっていく場合を示しているが、深さが連通部30に向かって小さくなっていってもよい。また、導水溝9の幅や深さは、連通部30に向かって段階的に小さくなっていってもよい。いずれにせよ、導水溝9の断面積が、風上端部20から連通部30に向かって小さくなっていけばよい。
また、本実施例では、扁平管2には、排水溝4がX軸方向の一側面に形成されているとしたが、排水溝4がX軸方向の両側面に形成されていてもよい。この場合、風上端部20で導水溝9が扁平管2の排水溝4と連通するようにしてもよい。すなわち、導水溝9は、両端(風上端部20と連通部30)で排水溝4と連通するようにしてもよい。
本発明の実施例6による空気熱交換器を説明する。本実施例では、実施例1に示した空気熱交換器において、伝熱フィンに形成された導水溝の変形例を2つ示す。
図14は、実施例6による空気熱交換器1の部分斜視図であり、扁平管2と伝熱フィン5を示している。図14において、図1と同一の符号は、図1と同一の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。
伝熱フィン5には、排水溝4に連通する導水溝12が形成されている。導水溝12は、図1に示した導水溝6と異なり、導水溝12を構成する溝壁のうち、風下側(Z軸の正方向側)にある溝壁50が、送風方向10において排水溝4と同じ位置にある。従って、上方向(Y軸の負方向)から見た導水溝12の全体の形状は、溝壁50と、風上側(Z軸の負方向側)にある2つの溝壁40とからなる三角形である。風下側の溝壁50は、X軸と平行でも平行でなくてもよい。
図15は、実施例6による別の空気熱交換器1の部分斜視図であり、扁平管2と伝熱フィン5を示している。図15において、図1と同一の符号は、図1と同一の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。
伝熱フィン5には、排水溝4に連通する導水溝13が形成されている。導水溝13は、図1に示した導水溝6と異なり、導水溝13を構成する溝壁のうち、風下側(Z軸の正方向側)にある溝壁50が、排水溝4よりも風下側の位置にある。従って、上方向(Y軸の負方向)から見た導水溝13の全体の形状は、2つの溝壁50と、風上側(Z軸の負方向側)にある2つの溝壁40とからなる凸四角形である。
図14に示した導水溝12と図15に示した導水溝13において、風上端部20の送風方向10(Z軸方向)の位置は、排水溝4よりも風上側(Z軸の負方向側)である。
導水溝12と導水溝13の幅は、風上端部20から排水溝4との連通部30に向かって徐々に小さくなっている。すなわち、導水溝12と導水溝13において、風上端部20での幅rと連通部30での幅rはr>rの関係にあり、風上端部20から連通部30に向かって幅が徐々に小さくなっていく。好ましくは、r>2rである。風上端部20での幅rと連通部30での幅rの具体的な大きさは、ファンが送風する風速や伝熱フィン5の親水性などに応じて定めることができる。
伝熱フィン5にこのような導水溝12または導水溝13を形成することにより、実施例1で図6と式(1)と式(2)を用いて説明したのと同じ原理により、凝縮水を、導水溝12または導水溝13から排水溝4へ排出することができる。
従って、本実施例による空気熱交換器1でも、伝熱フィン5の表面に生じた凝縮水は、ファンの風力によって導水溝12または導水溝13へ押し流された後、凝縮水に働く表面張力によって排水溝4との連通部30に向かって濡れ進み、扁平管2に形成された排水溝4を介して効率的に排水される。このため、本実施例による空気熱交換器も、実施例1による空気熱交換器と同様の効果を有する。
なお、図15に示した導水溝13は、風下側(Z軸の正方向側)の溝壁50が、排水溝4よりも風下側に位置するので、排水の効率が低下することが懸念される。しかし、導水溝13を、排水溝4よりも風下側の部分ができるだけ少ない形状にすることにより(すなわち、溝壁50ができるだけ排水溝4よりも風下側に位置しないようにすることにより)、導水溝13の排水の効率の低下を抑制することができ、凝縮水を導水溝13から排水溝4へ排出することができる。
上記の実施例1〜6では、導水溝は、伝熱フィン5の表面(ZX平面)において、風上端部20から連通部30へ向かって直線状に延在している(例えば、導水溝は、図1では風上端部20から2本の直線に分かれて延在し、図13では風上端部20から1本の直線で延在している)。導水溝は、直線状に延在する必要はなく、折れ線状や曲線状に延在してもよい。ただし、風下側から風上側へ向かう部分(Z軸の正方向側から負方向側へ向かう部分)が導水溝にあると、導水溝の中の凝縮水はファンの風力に逆らって濡れ進まなくてはならないため、排水の効率が下がり、好ましくない。
また、導水溝の、延在方向に垂直な断面の形状は、任意である。例えば、この断面の形状は、四角形や三角形などの多角形形状、または円形や楕円形などの曲線形状とすることができる。
1…空気熱交換器、2…扁平管、3…冷媒の流路、4、4a、4b…排水溝、5…伝熱フィン、6、6a、6b…導水溝、7…導水溝、8…導水溝、9…導水溝、10…送風方向、11…ヘッダ、12…導水溝、13…導水溝、20、20a、20b…導水溝の風上端部、22…凝縮水、30、30a、30b…導水溝の排水溝との連通部、40…導水溝を構成する溝壁のうち風上側にある溝壁、50…導水溝を構成する溝壁のうち風下側にある溝壁、100…従来の空気熱交換器、200…扁平管、300…冷媒の流路、500…伝熱フィン。

Claims (8)

  1. 複数の扁平管と、前記扁平管の間に設けられた伝熱フィンとを備え、空気が送風される空気熱交換器であって、
    前記扁平管は、前記伝熱フィンが設けられる側面に排水溝を備え、
    前記伝熱フィンは、前記排水溝へ連通する導水溝を備え、
    前記導水溝を構成する溝壁のうち、少なくとも前記空気の送風方向の風上側にある溝壁は、前記排水溝よりも風上側の位置から、前記排水溝へ向けて設けられ、
    前記導水溝は、前記風上側にある溝壁に沿って前記排水溝へ向かって延在し、延在方向に垂直な断面積が前記排水溝へ向かって小さくなっていくことを特徴とする空気熱交換器。
  2. 請求項1記載の空気熱交換器であって、
    前記伝熱フィンは、前記伝熱フィンを間に設けた2つの前記扁平管のそれぞれの前記排水溝へ連通する導水溝を備える空気熱交換器。
  3. 請求項1記載の空気熱交換器であって、
    前記導水溝は、幅が前記排水溝へ向かって小さくなっていく空気熱交換器。
  4. 請求項1記載の空気熱交換器であって、
    前記導水溝は、深さが前記排水溝へ向かって小さくなっていく空気熱交換器。
  5. 請求項1記載の空気熱交換器であって、
    前記導水溝は、前記断面積が前記排水溝へ向かって滑らかに小さくなっていく空気熱交換器。
  6. 請求項1記載の空気熱交換器であって、
    前記導水溝は、前記断面積が前記排水溝へ向かって段階的に小さくなっていく空気熱交換器。
  7. 請求項1記載の空気熱交換器であって、
    前記伝熱フィンは、前記導水溝を前記送風方向に複数備える空気熱交換器。
  8. 請求項1記載の空気熱交換器であって、
    前記導水溝は、前記伝熱フィンの前記導水溝を備える面とは反対側の面で、前記伝熱フィンから突出する空気熱交換器。
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