JP6509593B2 - フィンチューブ熱交換器 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示された熱交換器は、空気を熱源としたヒートポンプ式空気調和機の室外熱交換器である。特許文献1には、空気流入側のフィン群のフィン間隔を空気流出側のフィン群のフィン間隔より疎に配列することが開示されている。
しかしながら、空気流入側のフィン群のフィン間隔が疎になるため、それに伴って空気流入側のフィン群の熱交換量が減少し、熱交換器の熱交換性能が低下してしまう。
本発明の一態様にかかるフィンチューブ熱交換器は、冷媒を内部に流通させて空気との熱交換を行うフィンチューブ熱交換器であって、前記空気の流通方向に直交する配列方向に沿って第1配置間隔で平行に配置される複数の第1プレートフィンと、該第1プレートフィンに形成される第1チューブ孔に挿入されるとともに内部に前記冷媒を流通させる第1チューブとを有する第1フィンチューブ熱交換部と、前記配列方向に沿って第2配置間隔で平行に配置される複数の第2プレートフィンと、該第2プレートフィンに形成される第2チューブ孔に挿入されるとともに内部に前記冷媒を流通させる第2チューブとを有する第2フィンチューブ熱交換部と、前記配列方向に沿って第3配置間隔で平行に配置される複数の第3プレートフィンと、該第3プレートフィンに形成される第3チューブ孔に挿入されるとともに内部に前記冷媒を流通させる第3チューブとを有する第3フィンチューブ熱交換部とを備え、前記流通方向の最上流位置に前記第1フィンチューブ熱交換部が配置され、該第1フィンチューブ熱交換部に隣接して前記第2フィンチューブ熱交換部が配置され、前記流通方向の最下流位置に前記第3フィンチューブ熱交換部が配置され、前記第1プレートフィンおよび前記第2プレートフィンは平板状に形成されるとともに前記第1配置間隔が前記第2配置間隔よりも広くなっており、前記第3プレートフィンには切り起こし部が形成されている。
そのため、除湿されない状態の空気が流入する第1フィンチューブ熱交換部において、着霜によるフィン間流路の閉塞が抑制され、耐着霜性を高めることができる。
ここで、前縁効果とは、伝熱体において送風される入口近傍(前縁部分)の温度境界層の厚さが薄くなって熱伝達が高効率に行われる効果をいう。
このようにすることで、切り起こし部が形成される第3プレートフィンによる空気の圧力損失を低減し、フィンチューブ熱交換器における空気の流通量を確保して熱交換性能を向上させることができる。
このようにすることで、切り起こし部が形成される第3プレートフィンによる空気の圧力損失を更に低減し、フィンチューブ熱交換器における空気の流通量を更に確保することができる。
本実施形態のフィンチューブ熱交換器100は、冷媒を内部に流通させて空気との熱交換を行う装置であり、例えば、熱交換システムの室外熱交換器として用いられるものである。
熱交換システムの一例として、1台の室外熱交換器に1台または複数の室内熱交換器が接続された空気調和システムが挙げられる。また、熱交換システムの他の一例として、CO2冷媒を用いたヒートポンプ式給湯システムが挙げられる。
本実施形態のフィンチューブ熱交換器100は、輸送用冷凍システムにおいてはエバポレータとして使用される庫内熱交換器として用いられる。
ルーバーフィン31は、アルミ等の金属部材で形成された板状部材であり、後述するルーバー33(切り起こし部)が形成されている。
チューブ12,チューブ22,およびチューブ32は、銅等の金属部材で形成されている。チューブ12,チューブ22,およびチューブ32は、これらをチューブ孔11a,21a,31aに挿入した状態で治具(図示略)により径を拡大して塑性変形させる加工をすることにより、チューブ孔11a,21a,31aに密着した状態となる。これにより、チューブ12とプレートフィン11,チューブ22とプレートフィン21,チューブ32とルーバーフィン31が、それぞれ密着した状態となり、冷媒と空気との熱交換が良好に行われる。
なお、チューブ12,チューブ22,およびチューブ32により、冷媒が上流側で分岐して下流側で合流するように複数系統の冷媒回路を形成するようにしてもよい。
このようにすることで、チューブ孔11aの位置とチューブ孔21aの位置とを高さ方向で一致させ、チューブ孔21aの位置とチューブ孔31aの位置とを高さ方向で一致させる場合に比べ、フィンチューブ熱交換器100の熱交換性能を向上させることができる。
図2に示すように、流通方向FDの最上流位置に配置される第1フィンチューブ熱交換部10の複数のプレートフィン11は、互いの配置間隔が流通方向FDに直交する配列方向ADに沿って第1フィンピッチFP1(第1配置間隔)となるように連続的に配置されている。
また、流通方向FDの最下流位置に配置される第3フィンチューブ熱交換部30の複数のルーバーフィン31は、互いの配置間隔が流通方向FDに直交する配列方向ADに沿って第3フィンピッチFP3(第3配置間隔)となるように連続的に配置されている。
FP2<FP1<FP3 (1)
FP1,FP2,FP3の具体的な数値としては、各種の値を採用することが可能である。例えば、FP1を1.4mmとし、FP2を1.3mmとし、FP3を1.6mmとすることができる。
また、第3フィンピッチFP3を第2フィンピッチFP2よりも広くしているのは、ルーバー33が設けられる第3フィンチューブ熱交換部30のルーバーフィン31による空気の圧力損失を低減し、フィンチューブ熱交換器100における空気の流通量を確保して熱交換性能を向上させるためである。
しかしながら、ルーバーフィン31の配置間隔が広くするほど冷媒と空気との熱交換のための伝熱面の面積が減少するため、熱交換性能が低下してしまう。
本実施形態のルーバーフィン31は、配置間隔を広げることによる熱交換性能の低下を抑制するために、ルーバー33を設けて熱交換性能を維持するようにしている。
図3にはルーバーフィン31を拡大した一部のみが示されているが、ルーバー33は、ルーバーフィン31の高さ方向(図3における上下方向)の各部に設けられている。
図4に示すように、切り起こし33eおよび切り起こし33fは、ルーバーフィン31の第1面31b側に突出し、切り起こし33aおよび切り起こし33jは、ルーバーフィン31の第2面31c側に突出している。また、切り起こし33b,33c,33d,33g,33h,33i,33jは、それぞれルーバーフィン31の第1面31b側と第2面31c側の双方に突出している。
図5に示すように、第1比較例のフィンチューブ熱交換器101は、本実施形態のフィンチューブ熱交換器100に対して第1フィンチューブ熱交換部10と第3フィンチューブ熱交換部30の構成が異なっている。
また、本実施形態のフィンチューブ熱交換器100は、第3フィンチューブ熱交換部30がルーバーフィン31を有するものであった。それに対して第1比較例の第3フィンチューブ熱交換部30’はチューブ孔31’aに挿入されるプレートフィン31’を有するものである。
このように、第1比較例のフィンチューブ熱交換器101は、第1フィンチューブ熱交換部10’と第2フィンチューブ熱交換部20と第3フィンチューブ熱交換部30’とのフィンピッチが全てFP2で同じである。
本実施形態のフィンチューブ熱交換器100は、第3フィンチューブ熱交換部30がルーバーフィン31を有するものであった。それに対して第2比較例の第3フィンチューブ熱交換部30’はチューブ孔31’aに挿入されるプレートフィン31’を有するものである。
このように、第2比較例のフィンチューブ熱交換器101は、第2フィンチューブ熱交換部20と第3フィンチューブ熱交換部30’のフィンピッチがFP2で同じである。
図7は、熱交換量の運転時間による変化について、本実施形態のフィンチューブ熱交換器100を実線で示し、第1比較例のフィンチューブ熱交換器101を破線で示し、第2比較例のフィンチューブ熱交換器102を2点鎖線で示したものである。
これは、第1比較例の第3フィンチューブ熱交換部30はルーバーを有するルーバーフィンではなくプレートフィン31’であるものの、第1フィンチューブ熱交換部10’のフィンピッチFP2が本実施形態の第1フィンチューブ熱交換部10のフィンピッチFP1よりも狭いからである。
このように、運転開始から全ての時刻において本実施形態のフィンチューブ熱交換器100の熱交換性能は、第2比較例のフィンチューブ熱交換器102の熱交換性能を上回っている。
本実施形態のフィンチューブ熱交換器100によれば、冷媒と熱交換される空気の流通方向の最上流位置に配置される第1フィンチューブ熱交換部10が有する複数のプレートフィン11のフィンピッチFP1が、第1フィンチューブ熱交換部10に隣接して配置される第2フィンチューブ熱交換部20が有する複数のプレートフィン21のフィンピッチFP2よりも広くなっている。
そのため、除湿されない状態の空気が流入する第1フィンチューブ熱交換部10において着霜によるフィン間流路の閉塞を抑制し、耐着霜性を高めることができる。
このようにすることで、ルーバー33が形成されるルーバーフィン31による空気の圧力損失を低減し、フィンチューブ熱交換器100における空気の流通量を確保して熱交換性能を向上させることができる。
このようにすることで、ルーバー33が形成されるルーバーフィン31による空気の圧力損失を更に低減し、フィンチューブ熱交換器100における空気の流通量を更に確保することができる。
以上の説明においては、空気の流通方向FDの上流側から順に第1フィンチューブ熱交換部10、第2フィンチューブ熱交換部20、第3フィンチューブ熱交換部30を設けるものとしたが、他の態様であってもよい。
例えば、第2フィンチューブ熱交換部20と第3フィンチューブ熱交換部30の間に、他の1以上の熱交換部を配置するようにしてもよい。したがって、本実施形態のフィンチューブ熱交換器100は、空気の流通方向FDに沿って3種類以上の複数種類の熱交換部を設けた構成にも適用可能である。
また、フィンチューブ熱交換器は、第1フィンチューブ熱交換部10、第2フィンチューブ熱交換部20、および第3フィンチューブ熱交換部30を、それぞれ複数列を有する構成であってもよい。
11 プレートフィン(第1プレートフィン)
11a チューブ孔(第1チューブ孔)
12 チューブ(第1チューブ)
20 第2フィンチューブ熱交換部
21 プレートフィン(第2プレートフィン)
21a チューブ孔(第2チューブ孔)
22 チューブ(第2チューブ)
30 第3フィンチューブ熱交換部
31 ルーバーフィン(第3プレートフィン)
31a チューブ孔(第3チューブ孔)
32 チューブ(第3チューブ)
33 ルーバー(切り起こし部)
100 フィンチューブ熱交換器
AD 配列方向
FD 流通方向
FP1 第1フィンピッチ(第1配置間隔)
FP2 第2フィンピッチ(第2配置間隔)
FP3 第3フィンピッチ(第3配置間隔)
Claims (2)
- 冷媒を内部に流通させて空気との熱交換を行うフィンチューブ熱交換器であって、
前記空気の流通方向に直交する配列方向に沿って第1配置間隔で平行に配置される複数の第1プレートフィンと、該第1プレートフィンに形成される第1チューブ孔に挿入されるとともに内部に前記冷媒を流通させる第1チューブとを有する第1フィンチューブ熱交換部と、
前記配列方向に沿って第2配置間隔で平行に配置される複数の第2プレートフィンと、該第2プレートフィンに形成される第2チューブ孔に挿入されるとともに内部に前記冷媒を流通させる第2チューブとを有する第2フィンチューブ熱交換部と、
前記配列方向に沿って第3配置間隔で平行に配置される複数の第3プレートフィンと、該第3プレートフィンに形成される第3チューブ孔に挿入されるとともに内部に前記冷媒を流通させる第3チューブとを有する第3フィンチューブ熱交換部とを備え、
前記流通方向の最上流位置に前記第1フィンチューブ熱交換部が配置され、該第1フィンチューブ熱交換部に隣接して前記流通方向の下流側に前記第2フィンチューブ熱交換部が配置され、前記流通方向の最下流位置に前記第3フィンチューブ熱交換部が配置され、
前記第1プレートフィンおよび前記第2プレートフィンは平板状に形成されるとともに前記第1配置間隔が前記第2配置間隔よりも広くなっており、
前記第3プレートフィンには切り起こし部が形成され、
前記第3配置間隔が前記第2配置間隔よりも広いフィンチューブ熱交換器。 - 前記第3配置間隔が前記第1配置間隔よりも広い請求項1に記載のフィンチューブ熱交換器。
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| JP2015049878A JP6509593B2 (ja) | 2015-03-12 | 2015-03-12 | フィンチューブ熱交換器 |
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