JP6520136B2 - Heat exchanger - Google Patents
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本発明は、第1流体と第2流体との間で熱交換を行う熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger that exchanges heat between a first fluid and a second fluid.
この種の熱交換器としては、例えば特許文献1に記載の熱交換器がある。特許文献1に記載の熱交換器は、内部を作動媒体が流通する複数のチューブと、チューブ間に配置される複数のフィンとを備えている。複数のチューブは、その長手方向が鉛直方向に並行に配置されるとともに、水平方向に所定の隙間を隔てて配置されている。隣り合うチューブ間の隙間は空気通路を形成しており、この空気とチューブ内の作動媒体との間で熱交換が行われる。フィンは、伝熱面積を増やすことで熱交換性能を高める。
As this kind of heat exchanger, for example, there is a heat exchanger described in
ところで、上記のような熱交換器を例えばヒートポンプ用の室外器として用いる場合、熱交換器の温度が外気よりも低温になる。そのため、ヒートポンプを冬季に駆動させるような場合等、その使用環境によっては、熱交換器の温度が水の凝固点以下になる状況が考えられる。そのような状況下で、外部環境による被水や結露水等によりチューブ間に水が滞留していると、その水が凍結する可能性がある。チューブ間の水が凍結する際、その体積膨張によりフィンやチューブが変形するおそれがある。なお、以下では、便宜上、水の凍結に起因するフィンやチューブの変形を「凍結変形」とも称する。このような凍結変形がチューブに生じると、冷媒漏れ等が生じる可能性があり、好ましくない。 By the way, when the heat exchanger as described above is used as, for example, an outdoor unit for heat pump, the temperature of the heat exchanger becomes lower than the outside air. Therefore, depending on the use environment, such as when the heat pump is driven in winter, the temperature of the heat exchanger may be considered to be below the freezing point of water. Under such circumstances, if water is accumulated between the tubes due to water or condensation due to the external environment, the water may be frozen. When the water between the tubes freezes, the volume expansion may cause deformation of the fins and the tubes. In the following, for the sake of convenience, deformation of fins and tubes resulting from water freezing is also referred to as "freeze deformation". If such freezing deformation occurs in the tube, a refrigerant leak or the like may occur, which is not preferable.
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィンやチューブの変形を抑制することのできる熱交換器を提供することにある。 The present invention has been made in view of these circumstances, and an object thereof is to provide a heat exchanger capable of suppressing deformation of fins and tubes.
上記課題を解決するために、第1流体と第2流体との間で熱交換を行う熱交換器(5)は、チューブ(30)と、フィン(40)とを備える。チューブは、水平方向と交差する方向に長手方向を有するとともに、鉛直方向と交差する方向に隙間を隔てて複数配置され、第1流体が内部を流れる。フィンは、隣接するチューブ間に配置され、チューブ間を流れる第2流体とチューブ内を流れる第1流体との熱交換を促進させる。フィンは、チューブの長手方向に一定の間隔をおいて配置される複数のフィン片を有するコルゲートフィンからなる。フィン片は、平板状の平面部(42)と、平面部に対して傾斜するように切り起こされた複数のルーバ部(43)とを有する。フィンにおいて鉛直方向下端側に配置されるフィン片を下層側フィン片(411)とし、当該下層側フィン片よりも鉛直方向上方側に配置されるフィン片を上層側フィン片(410)とするとき、フィンは、上層側フィン片が配置される部分、及び下層側フィン片が配置される部分において同一のフィンピッチを有する。隣接する上層側フィン片のそれぞれのルーバ部の先端部(43a)間の第1距離よりも、隣接する下層側フィン片のそれぞれのルーバ部の先端部間の第2距離の方が長い。当該熱交換器の温度は水の凝固点以下となる。
In order to solve the above-mentioned subject, a heat exchanger (5) which performs heat exchange between the 1st fluid and the 2nd fluid is provided with a tube (30) and a fin (40). The tubes have a longitudinal direction in a direction intersecting with the horizontal direction, and are arranged with a gap in a direction intersecting with the vertical direction, and the first fluid flows inside. The fins are disposed between adjacent tubes to promote heat exchange between the second fluid flowing between the tubes and the first fluid flowing inside the tubes. The fins consist of corrugated fins having a plurality of fin segments spaced in the longitudinal direction of the tube. The fin piece has a flat plate portion (42) and a plurality of louver portions (43) cut and raised so as to be inclined with respect to the flat portion. When the fin piece disposed on the lower end side in the vertical direction in the fin is the lower layer fin piece (411) and the fin piece disposed on the vertically upper side of the lower layer fin piece is the upper layer fin piece (410) The fins have the same fin pitch in the portion where the upper layer side fin pieces are arranged and in the portion where the lower layer side fin pieces are arranged. The second distance between the tips of the louver portions of the adjacent lower layer side fin pieces is longer than the first distance between the tips (43 a) of the respective louver portions of the adjacent upper layer side fin pieces. The temperature of the heat exchanger is below the freezing point of water.
この構成によれば、水平方向と交差する方向にチューブの長手方向が設定されているため、チューブ間に滞留する水は鉛直方向下方側へと流れる。よって、チューブ間の隙間の鉛直方向下方側に水が滞留する。すなわち、下層側フィン片の周囲に水が滞留する。これにより、上層側フィン片の周辺に水が滞留し難くなるため、上層側フィン片の周辺での凍結変形の発生を抑制することができる。 According to this configuration, since the longitudinal direction of the tubes is set in the direction intersecting the horizontal direction, the water staying between the tubes flows downward in the vertical direction. Thus, water stagnates on the lower side in the vertical direction of the gap between the tubes. That is, water stagnates around the lower layer side fin piece. As a result, water is less likely to stay around the upper layer side fin pieces, so that it is possible to suppress the occurrence of freezing deformation around the upper layer side fin pieces.
一方、フィン片がルーバ部を有している場合、隣接するフィン片では、それぞれのルーバの先端間の距離が最も短くなる。したがって、チューブ間に滞留する水が凍結する際、この部位が最も早く凍結する。また、隣接するフィン片のそれぞれのルーバ間で最も距離が長い部分では凍結が遅れる。このような水の凍結速度の場所的な差異により未凍結の水が氷に囲まれた状態で残る。この水の量が多くなるほど凍結時の水の体積膨張が大きくなるため、凍結変形が生じやすくなることが発明者の実験により確認されている。 On the other hand, when the fin piece has a louver part, in the adjacent fin piece, the distance between the tip of each louver becomes the shortest. Thus, when the water stagnating between the tubes freezes, this site freezes most quickly. In addition, the freezing is delayed at the longest distance between the louvers of the adjacent fin pieces. Such spatial differences in the freezing rate of water leave the unfrozen water surrounded by ice. As the volume of water increases, the volumetric expansion of water at the time of freezing increases, and it has been confirmed by the inventor's experiments that freezing deformation tends to occur.
この点、上記構成によれば、水の滞留し易い下層側フィン片ではルーバ部の先端間の距離が長くなっているため、水の凍結速度に場所的な差異が生じ難くなる。よって、未凍結の水が氷に囲まれた状態で残り難くなるため、結果的に凍結変形を抑制することができる。 In this respect, according to the above configuration, since the distance between the tips of the louvers is long in the lower layer side fin piece in which water tends to stay, it is difficult to make a local difference in the freezing rate of water. Therefore, since it becomes difficult to remain unfrozen water in the state enclosed by ice, it can suppress freezing deformation as a result.
また、上記課題を解決するために、第1流体と第2流体との間で熱交換を行う熱交換器(5)は、チューブ(30)と、フィン(40)とを備える。チューブは、水平方向と交差する方向に長手方向を有するとともに、鉛直方向と交差する方向に隙間を隔てて複数配置され、第1流体が内部を流れる。フィンは、隣接するチューブ間に配置され、チューブ間を流れる第2流体とチューブ内を流れる第1流体との熱交換を促進させる。フィンは、チューブの長手方向に一定の間隔をおいて配置される複数のフィン片(41)を有するコルゲートフィンからなる。フィンにおいて鉛直方向下端側に配置されるフィン片を下層側フィン片(411)とし、当該下層側フィン片よりも鉛直方向上方側に配置されるフィン片を上層側フィン片(410)とするとき、フィンは、上層側フィン片が配置される部分、及び下層側フィン片が配置される部分において同一のフィンピッチを有する。上層側フィン片(410)が平板状の平面部(42)と、平面部に対して傾斜するように切り起こされた複数のルーバ部(43)と、を有し、下層側フィン片(411)が平面部のみを有する。当該熱交換器の温度は水の凝固点以下となる。 Moreover, in order to solve the said subject, the heat exchanger (5 ) which heat-exchanges between a 1st fluid and a 2nd fluid is equipped with a tube (30) and a fin (40). The tubes have a longitudinal direction in a direction intersecting with the horizontal direction, and are arranged with a gap in a direction intersecting with the vertical direction, and the first fluid flows inside. The fins are disposed between adjacent tubes to promote heat exchange between the second fluid flowing between the tubes and the first fluid flowing inside the tubes. The fins consist of corrugated fins having a plurality of fin pieces (41) arranged at regular intervals in the longitudinal direction of the tube. When the fin piece disposed on the lower end side in the vertical direction in the fin is the lower layer fin piece (411) and the fin piece disposed on the vertically upper side of the lower layer fin piece is the upper layer fin piece (410) The fins have the same fin pitch in the portion where the upper layer side fin pieces are arranged and in the portion where the lower layer side fin pieces are arranged. The upper layer side fin piece (410) has a flat plate portion (42) and a plurality of louver portions (43) cut and raised so as to be inclined to the flat portion, and the lower layer side fin piece (411) ) to have the only flat portion. The temperature of the heat exchanger is below the freezing point of water.
この構成によれば、隣接する下層側フィン片間の距離を長くすることができるため、同様に水の凍結速度に場所的な差異が生じ難くなる。よって、未凍結の水が氷に囲まれた状態で残り難くなるため、結果的に凍結変形を抑制することができる。 According to this configuration, since the distance between the adjacent lower layer side fin pieces can be increased, it is also less likely that the water freezing rate is different locally. Therefore, since it becomes difficult to remain unfrozen water in the state enclosed by ice, it can suppress freezing deformation as a result.
本発明によれば、フィンやチューブの変形を抑制することができる。 According to the present invention, deformation of the fins and the tube can be suppressed.
<第1実施形態>
以下、熱交換器の第1実施形態について説明する。はじめに、図1を参照して、本実施形態の熱交換器が用いられるヒートポンプシステムの概要について説明する。
First Embodiment
Hereinafter, a first embodiment of the heat exchanger will be described. First, with reference to FIG. 1, an overview of a heat pump system in which the heat exchanger of the present embodiment is used will be described.
図1に示されるように、ヒートポンプシステム1は、圧縮機2と、凝縮器3と、膨張弁4と、熱交換器5とを備えている。圧縮機2、凝縮器3、膨張弁4、及び熱交換器5は配管6を介して環状に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
圧縮機2は、配管6内を流通する作動媒体を圧縮してその温度を上昇させるとともに、配管6内の作動媒体を「圧縮機2→凝縮器3→膨張弁4→熱交換器5→圧縮機2」の順で循環させる。凝縮器3は、例えば車室内や家庭内に送風される送風用の空気との間で熱交換を行うことにより、送風用の空気を加熱する。膨張弁4は、凝縮器3で放熱された作動媒体を膨張させてその温度を低下させる。熱交換器5は、膨張弁4で膨張して温度低下した作動媒体と外気との間で熱交換を行うことにより作動媒体の温度を上昇させる。
The
次に、図2及び図3を参照して、熱交換器5の構造について詳述する。図3は、図2に領域Aで示される部分の拡大図である。
Next, the structure of the
図2に示されるように、熱交換器5は、第1タンク10と、第2タンク20と、チューブ30とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
第1タンク10は、水平方向に長手方向を有する細長い中空棒状の容器からなる。第1タンク10は、長手方向の両端部に供給ポート11及び排出ポート12をそれぞれ有している。供給ポート11は、膨張弁4から熱交換器5に供給される作動媒体の流入口である。排出ポート12は、熱交換器5から圧縮機2に排出される作動媒体の排出口である。第1タンク10は、膨張弁4から熱交換器5に供給される作動媒体を貯留し、当該作動媒体をチューブ30に供給する部分である。
The
なお、第1タンク10は、長手方向の一部もしくは複数箇所に仕切り板(図示略)を有している。この仕切版により、第1タンク10内の内部空間は、複数の内部空間に区画されている。
The
図2及び図3では、第1タンク10の延伸方向、換言すれば供給ポート11から排出ポート12に向かう方向に並行な軸をx軸で表している。また、鉛直方向に並行な軸、換言すればチューブ30の長手方向に並行な軸をz軸で表している。さらに、x軸及びz軸の両者に直交する軸をy軸で表している。以降の図でも、同様にしてx軸、y軸、z軸が設定されている。
In FIG. 2 and FIG. 3, an axis parallel to the extension direction of the
第2タンク20は第1タンク10と略同一の形状を有している。但し、第2タンク20は、供給ポート11及び排出ポート12を有していない点で第1タンク10と異なる。第2タンク20は第1タンク10と平行な状態で第1タンク10に対して鉛直方向上方に配置されている。なお、図2では、第2タンク20において第1タンク10の供給ポート11側に位置する一端部を符号21で示している。また、第2タンク20において第1タンク10の排出ポート12側に位置する他端部を符号22で示している。
The
チューブ30は、鉛直方向に長手方向を有する細長い配管からなる。チューブ30は、鉛直方向に直交する断面形状が扁平状をなしている。チューブ30は、互いに並行な状態で水平方向に隙間を隔てて複数配置されている。各チューブ30の鉛直方向下方側の端部は第1タンク10に接続されている。各チューブ30の鉛直方向上方側の端部は第2タンク20に接続されている。したがって、第1タンク10の内部空間と第2タンク20の内部空間とはチューブ30を介して連通されている。
The
図3に示されるように、熱交換器5は、隣接するチューブ30,30間に配置されるフィン40を備えている。なお、図2ではフィン40の図示を割愛している。フィン40は、いわゆるコルゲートフィンであり、例えば薄く長いアルミ板をつづら織りに加工した形状からなる。フィン40は、鉛直方向に一定の間隔をおいて配置される複数の平板状のフィン片41を有している。フィン40の折り返し部分は、フィン40の両側に配置される一対のチューブ30に、ろう接により固定されている。
As shown in FIG. 3, the
熱交換器5では、供給ポート11に供給された作動媒体が、第1タンク10の内部空間に流入して貯留される。第1タンク10に貯留された作動媒体は、第1タンク10からチューブ30の内部を鉛直方向上方に向かって流れ、第2タンク20の内部空間に流入する。この作動媒体は、第2タンク20の内部空間からチューブ30の内部を鉛直方向下方に向かって流れ、第1タンク10の内部空間に流入した後、排出ポート12から排出される。
In the
熱交換器5は、図示しない送風ファンを備えている。当該送風ファンにより空気(外気)が熱交換器5に向かって送り込まれる。当該空気は、チューブ30,30間をy軸に並行な方向に通過する。このとき、チューブ30の内部を流通する作動媒体と空気との間で熱交換が行われ、空気の熱が作動媒体に伝達される。なお、以下では、y軸に並行な方向を「気流方向」とも称する。
The
空気の熱はフィン40を介することによって作動媒体に伝達される。すなわち、熱交換器5では、通過する空気との接触面積がフィン40により拡大されており、作動媒体と空気との熱交換を促進させる。
The heat of the air is transferred to the working medium by way of the
次に、図4及び図5を参照して、フィン40の構造について詳述する。図5は、図4のV−V線に沿った端面構造を示したものである。
Next, the structure of the
図4及び図5に示されるように、各フィン片41は、気流方向と略並行な平板状の平面部42と、平面部42に対して傾斜するように切り起こされた鎧窓状の複数のルーバ部43とを有している。ルーバ部43は平板状の部材からなる。なお、図5では、各平面部42に沿った方向を一点鎖線mで示している。
As shown in FIG. 4 and FIG. 5, each
図5に示されるように、ルーバ部43は、フィン片41の中央部44よりも気流方向の上流側に位置する複数の上流側ルーバ郡431と、平面部42の中央部44よりも気流方向の下流側に位置する複数の下流側ルーバ郡432とに二分されている。本実施形態のフィン40では、複数のフィン片41のうち、鉛直方向下端側に配置されるフィン片を下層側フィン片411とし、当該下層側フィン片411よりも鉛直方向上方側に配置されるフィン片を上層側フィン片410とすると、上層側フィン片410と下層側フィン片411とでルーバ部43の傾斜角度が異なっている。なお、上層側フィン片410及び下層側フィン片411は同一の部材からなる。
As shown in FIG. 5, the
次に上層側フィン片410及び下層側フィン片411の構造について詳しく説明する。
図5に示されるように、上層側フィン片410の上流側ルーバ郡431は、平面部42に対して鋭角の角度θ1で傾斜している。また、上層側フィン片410の下流側ルーバ郡432は、その上流側ルーバ郡431の傾斜方向と逆方向に鋭角の角度θ1で傾斜している。以下、角度θ1を「第1ルーバ角度」と称する。上層側フィン片410では、ルーバ部43の傾斜角度が第1ルーバ角度θ1に設定されることにより、隣接するフィン片410,410のそれぞれのルーバ部先端部43a,43a間の距離、換言すれば隣接するフィン片410,410間の最短距離が第1距離L1に設定されている。
Next, the structures of the upper layer
As shown in FIG. 5, the
これに対し、下層側フィン片411の上流側ルーバ郡431は、平面部42に対して、上層側フィン片410よりも小さい鋭角の角度θ2で傾斜している。また、下層側フィン片411の下流側ルーバ郡432は、その上流側ルーバ郡431の傾斜方向と逆方向に鋭角の角度θ2で傾斜している。以下、角度θ2を「第2ルーバ角度」と称する。下層側フィン片411では、ルーバ部43の傾斜角度が第2ルーバ角度θ2に設定されることにより、隣接するフィン片411,411のそれぞれのルーバ部先端部43a,43a間の距離、換言すれば隣接するフィン片411,411間の最短距離が、第1距離L1よりも長い第2距離L2に設定されている。下層側フィン片411をこのような構造とすることにより、下層側フィン片411の配置されている部位の方が、上層側フィン片410の配置されている部位よりも凍結変形が生じ難くなる。
On the other hand, the
次に、凍結変形のメカニズムとともに、下層側フィン片411の方が凍結変形の生じ難い理由を説明する。はじめに、凍結変形のメカニズムについて説明する。
Next, along with the mechanism of the freezing deformation, the reason why the lower layer
熱交換器5は、例えば結露水や雨水、洗浄水等により被水する。また、熱交換器5が車両に搭載されている場合には、前方車両の巻き込み水により熱交換器5が被水する場合もある。被水した状態で熱交換器5の温度が水の凝固点以下になると、チューブ30及びフィン40から凍結が進行する。凍結の初期段階では水から氷に変化する際の体積膨張分の水がフィン40の幅方向(y軸方向)の端部から排出される。しかしながら、凍結の後期段階では、氷に囲まれるようにして水が残る。
The
詳しくは、図6に示されるように、チューブ30の長手方向(z軸に並行な方向)に隣接するフィン片41,41では、それぞれのルーバ部先端部43a,43a間で最も距離が短くなる。そのため、図中に示されるようにフィン40の周囲から凍結していった場合、隣接するフィン片41,41のそれぞれのルーバ部先端部43a,43a間が最も早く凍結して氷で閉じられる。このような水の凍結速度の場所的な差異により、最も距離の離れているルーバ部43,43のそれぞれの中央部の間に未凍結の水が残される。このようにして、未凍結の水が氷の中に閉じこまれる。以下、この氷に囲まれるようにして残る未凍結の水を「未凍結の残留水」と称する。未凍結の残留水は、周囲を氷に囲まれているため、凍結時に排出されない。この未凍結の残留水が凍結する際の体積膨張によりチューブ30やフィン40に負荷が加わる。この負荷がチューブ30やフィン40に凍結変形を生じさせる要因となる。また、本現象が繰り返されると、チューブ30が破損して冷媒漏れ等が生じるおそれがある。
More specifically, as shown in FIG. 6, in the
このような未凍結の残留水が生成されるメカニズムに着目すると、隣接するルーバ部先端部43a,43a間の距離を長くすれば、水の凍結速度に場所的な差異が生じ難くなるため、未凍結の残留水を少なくすることができる。図7及び図8は、上層側フィン片410で水が凍結した場合の解析結果と、下層側フィン片411で水が凍結した場合の解析結果とを比較して示したものである。
Focusing on the mechanism by which such unfrozen residual water is generated, if the distance between the adjacent
図7に示されるように、上層側フィン片410では、隣接するルーバ部先端部43a,43a間の第1距離L1が下層側フィン片411の第2距離L2と比較すると短い。そのため、仮に上層側フィン片410の周辺で水が凍結したとすると、隣接するルーバ部先端部43a,43a間が氷により閉塞されるまでの時間が下層側フィン片411の周辺と比較して短くなる。結果的に、凍結時の体積膨張分の水が排出され難くなるため、未凍結の残留水Wが多くなり、凍結変形が生じ易くなる。
As shown in FIG. 7, in the upper layer
これに対し、図8に示されるように、下層側フィン片411では、隣接するルーバ部先端部43a,43a間の第2距離が上層側フィン片410と比較すると長い。そのため、仮に下層側フィン片411の周辺で水が凍結したとすると、水が凍結し始めてから、隣接するルーバ部先端部43a,43a間が水によって閉塞されるまでの時間が上層側フィン片410の周辺と比較して長くなる。これにより、凍結時の体積膨張分の水が排出され易くなるため、未凍結の残留水Wが少なくなり、凍結変形が生じ難くなる。
On the other hand, as shown in FIG. 8, in the lower layer
以上説明した本実施形態の熱交換器5によれば、以下の(1)〜(3)に示される作用及び効果を得ることができる。
According to the
(1)本実施形態の熱交換器5のようにチューブ30が鉛直方向に長手方向を有している場合、熱交換器5の被水成分は鉛直下方側に向かってチューブ30に沿って流れたり、あるいはフィン40の隣接するルーバ部43,43間の隙間を流れる。よって、チューブ30,30間の隙間の鉛直方向下方側に水が滞留する。すなわち、下層側フィン片411の周囲に水が滞留する。これにより、上層側フィン片410の周囲に水が滞留し難くなるため、上層側フィン片410の周辺での凍結変形の発生を抑制することができる。また、本実施形態の熱交換器5では、水の滞留し易い部分に配置される下層側フィン片411が凍結変形の生じ難い構造を有しているため、熱交換器5の凍結変形を効果的に抑制することができる。
(1) When the
(2)水の滞留し難い上層側フィン片410では、下層側フィン片411と比較してルーバ角度が大きくなっているため、空気が流通し易い。そのため、上層側フィン片410では熱交換器5の熱交換性能を高めることができる。
(2) In the upper layer
(3)フィン40の製造の際には、まず、フィン40の原材となる平板状の板材に第1ルーバ角度θ1のルーバ部43を製造した後、そのルーバ部43の一部を、ルーバ角度が第2ルーバ角度θ2となるように変形させる。その後、この板材をつづら織りに加工すれば、本実施形態のフィン40が完成する。したがって、フィン40の製造が容易である。
(3) In the case of manufacturing the
<第2実施形態>
次に、図9を参照して、熱交換器5の第2実施形態について説明する。以下、第1実施形態の熱交換器5との相違点を中心に説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the
図9に示されるように、本実施形態の熱交換器5では、下層側フィン片411がルーバ部43を有していない点で第1実施形態の熱交換器5と異なる。すなわち、本実施形態の下層側フィン片411はルーバレスの構造からなる。
As shown in FIG. 9, the
このような構造であっても、隣接する上層側フィン片410,410のそれぞれのルーバ部先端部43a,43a間の第1距離L1よりも、隣接する下層側フィン片411,411間の第2距離L2の方が長くなる。そのため、上層側フィン片410が配置されている部位と比較すると、下層側フィン片411が配置されている部位の方が凍結変形が生じ難くなる。よって、本実施形態の熱交換器5でも、上記の(1)及び(2)に準じた作用及び効果を得ることができる。
Even with such a structure, the second
<第3実施形態>
次に、図10を参照して、熱交換器5の第3実施形態について説明する。以下、第1実施形態の熱交換器5との相違点を中心に説明する。
Third Embodiment
Next, a third embodiment of the
図10に示されるように、本実施形態の熱交換器5では、上層側フィン片410及び下層側フィン片411のそれぞれのルーバ角度が第1ルーバ角度θ1に設定されているが、上層側フィン片410と下層側フィン片411とでルーバ部43の形成されている間隔が異なる。具体的には、上層側フィン片410においてルーバ部43が形成されている間隔を第1ルーバピッチP1とし、下層側フィン片411においてルーバ部43が形成されている間隔を第2ルーバピッチP2とすると、第1ルーバピッチP1よりも第2ルーバピッチP2の方が短くなっている。
As shown in FIG. 10, in the
このような構造であっても、隣接する上層側フィン片410,410のそれぞれのルーバ部先端部43a,43a間の第1距離L1よりも、隣接する下層側フィン片411,411のそれぞれのルーバ部先端部43a,43a間の第2距離L2の方が長くなる。そのため、上層側フィン片410が配置されている部位と比較すると、下層側フィン片411が配置されている部位の方が凍結変形が生じ難くなる。よって、本実施形態の熱交換器5でも、上記の(1)及び(2)に準じた作用及び効果を得ることができる。
Even with such a structure, the louvers of the lower
<第4実施形態>
次に、図11を参照して、熱交換器5の第4実施形態について説明する。以下、第1実施形態の熱交換器5との相違点を中心に説明する。
Fourth Embodiment
Next, a fourth embodiment of the
図11に示されるように、本実施形態の熱交換器5では、下層側フィン片411のルーバ部43が、平面部42よりも鉛直方向上方側に配置された上層側ルーバ部433と、平面部42よりも鉛直方向下方側に配置された下層側ルーバ部434とからなる。上層側ルーバ部433及び下層側ルーバ部434は平面部42と平行となるように配置されている。また、上層側ルーバ部433及び下層側ルーバ部434は気流方向に沿って交互に配置されている。
As shown in FIG. 11, in the
このような構造であっても、隣接する上層側フィン片410,410のそれぞれのルーバ部先端部43a,43a間の第1距離L1よりも、隣接する下層側フィン片411,411のそれぞれのルーバ部先端部43a,43a間の第2距離L2の方が長くなる。そのため、上層側フィン片410が配置されている部位と比較すると、下層側フィン片411が配置されている部位の方が凍結変形が生じ難くなる。よって、本実施形態の熱交換器5でも、上記の(1)及び(2)に準じた作用及び効果を得ることができる。
Even with such a structure, the louvers of the lower
<第5実施形態>
次に、図12を参照して、熱交換器5の第5実施形態について説明する。以下、第1実施形態の熱交換器5との相違点を中心に説明する。
Fifth Embodiment
Next, a fifth embodiment of the
図12に示されるように、本実施形態の熱交換器5では、下層側フィン片411のルーバ部43が屈曲部を有している点で第1実施形態の熱交換器5と異なる。詳しくは、下層側フィン片411のルーバ部43において、平面部42よりも鉛直方向下方側に位置する部分43cが第1ルーバ角度θ1で傾斜しており、平面部42よりも鉛直方向上方側に位置する部分43dが第2ルーバ角度θ2で傾斜している。
As shown in FIG. 12, the
このような構造であっても、隣接する上層側フィン片410,410のそれぞれのルーバ部先端部43a,43a間の第1距離L1よりも、隣接する下層側フィン片411,411のそれぞれのルーバ部先端部43a,43a間の第2距離L2の方が長くなる。そのため、上層側フィン片410が配置されている部位と比較すると、下層側フィン片411が配置されている部位の方が凍結変形が生じ難くなる。よって、本実施形態の熱交換器5でも、上記の(1)及び(2)に準じた作用及び効果を得ることができる。
Even with such a structure, the louvers of the lower
<第6実施形態>
次に、図13を参照して、熱交換器5の第5実施形態について説明する。以下、第1実施形態の熱交換器5との相違点を中心に説明する。
Sixth Embodiment
Next, a fifth embodiment of the
図13に示されるように、本実施形態の熱交換器5では、下層側フィン片411のルーバ部43に、第1ルーバ角度θ1で傾斜している部分と、第2ルーバ角度θ2で傾斜している部分とが存在している。詳しくは、下層側フィン片411のルーバ部43のうち、その中央部44の付近に配置される内側ルーバ部435は、平面部42に対して第2ルーバ角度θ2で傾斜している。内側ルーバ部435の外側に配置される外側ルーバ部436は、平面部42に対して第1ルーバ角度θ1で傾斜している。これにより、下層側フィン片411は、隣接するフィン片411,411のそれぞれのルーバ部先端部43a,43a間の距離が第2距離L2に設定されたルーバ部43を複数のルーバ部43のうちの一部のみに有している。
As shown in FIG. 13, in the
このような構成によれば、上記の(1)及び(2)に準じた作用及び効果に加え、以下の(4)に示される作用及び効果を得ることができる。 According to such a configuration, in addition to the actions and effects in accordance with the above (1) and (2), the actions and effects shown in the following (4) can be obtained.
(4)図7に示されるように、フィン片41の中央部44には未凍結の残留水が残り易い。この点、本実施形態では、未凍結の残留水が残り易いフィン片41の中央部44の付近に配置される内側ルーバ部435においてそのルーバ角度が第2ルーバ角度θ2に設定されているため、未凍結の残留水が残り難くなる。そのため、フィン片41の中央部44の付近で生じる凍結変形を効果的に抑制することができる。また、外側ルーバ部436のルーバ角度が第1ルーバ角度θ1に設定されているため、この部分では空気が通り易くなる。よって、下層側フィン片411の全てのルーバ部43のルーバ角度が第2ルーバ角度θ2に設定されている場合と比較すると、熱交換性能を向上させることができる。
(4) As shown in FIG. 7, unfrozen residual water tends to remain in the
<第7実施形態>
次に、図14を参照して、熱交換器5の第7実施形態について説明する。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
Seventh Embodiment
Next, a seventh embodiment of the
図14に示されるように、本実施形態の熱交換器5では、下層側フィン片411が、いわゆるフラットフィンとなっており、ルーバ部43を有しておらず、且つ水平方向に並行な形状を有している。
As shown in FIG. 14, in the
このような構造であっても、隣接する上層側フィン片410,410のそれぞれのルーバ部先端部43a,43a間の第1距離L1よりも、隣接する下層側フィン片411,411間の第2距離L2の方が長くなる。そのため、上層側フィン片410が配置されている部位と比較すると、下層側フィン片411が配置されている部位の方が凍結変形が生じ難くなる。よって、本実施形態の熱交換器5でも、上記の(1)及び(2)に準じた作用及び効果を得ることができる。
Even with such a structure, the second
<第8実施形態>
次に、図15を参照して、熱交換器5の第8実施形態について説明する。以下、第1実施形態の熱交換器5との相違点を中心に説明する。
Eighth Embodiment
Next, an eighth embodiment of the
図15に示されるように、本実施形態の熱交換器5では、上層側フィン片410と下層側フィン片411とが別部材からなる。
As shown in FIG. 15, in the
なお、本実施形態の構成は、第1実施形態の熱交換器5に限らず、第2〜第7実施形態の熱交換器5でも採用することが可能である。
The configuration of the present embodiment is not limited to the
本実施形態の熱交換器5によれば、上記の(1)及び(2)に準じた作用及び効果に加え、以下の(5)に示される作用及び効果を得ることができる。
According to the
(5)フィン40の製造の際、形状の異なる上層側フィン片410及び下層側フィン片411を別々に製造することができるため、製造効率を高めることができる。
(5) When manufacturing the
<第9実施形態>
次に、図16を参照して、熱交換器5の第9実施形態について説明する。以下、第1実施形態の熱交換器5との相違点を中心に説明する。
The Ninth Embodiment
Next, a ninth embodiment of the
第1実施形態の熱交換器5のように、下層側フィン片411のルーバ角度を、上層側フィン片410の第1ルーバ角度θ1よりも小さい第2ルーバ角度θ2に設定した場合、上層側フィン片410のルーバ部43,43間の隙間と比較して、下層側フィン片411のルーバ部43,43間の隙間が狭くなる。これが、隣接する下層側フィン片411,411及びチューブ30の間に滞留する水の排水性能の低下を招き、凍結変形を生じさせる要因となる可能性がある。
When the louver angle of the lower layer
そこで、図16に示されるように、本実施形態の下層側フィン片411は、その中央部44に配置された平面部42の全体に代えて、排水孔45を有している。排水孔45は、図4に示される仮想内接円Cよりも大きい形状からなる。仮想内接円Cは、隣接する下層側フィン片411,411とチューブ30とに内接する仮想的な円を示す。
Therefore, as shown in FIG. 16, the lower layer
なお、本実施形態の構成は、第1実施形態の熱交換器5に限らず、第2〜第8実施形態の熱交換器5でも採用することが可能である。
The configuration of the present embodiment is not limited to the
本実施形態の熱交換器5によれば、上記の(1)及び(2)に準じた作用及び効果に加え、以下の(5)及び(6)に示される作用及び効果を得ることができる。
According to the
(5)下層側フィン片411,411及びチューブ30の間に滞留する水が排水孔45から排出され易くなるため、凍結変形を抑制することができる。
(5) The water remaining between the lower layer
(6)隣接する下層側フィン片411,411及びチューブ30の間に滞留する水の直径の最大値は、仮想内接円Cの直径と同程度であると想定される。そのため、排水孔45を、図4に示される仮想内接円Cよりも大きい形状とすることにより、隣接する下層側フィン片411,411及びチューブ30の間に滞留する水が排出され易くなる。
(6) The maximum value of the diameter of water staying between the adjacent lower layer
<第10実施形態>
次に、図17を参照して、熱交換器5の第10実施形態について説明する。以下、第1実施形態の熱交換器5との相違点を中心に説明する。
Tenth Embodiment
Next, a tenth embodiment of the
図17に示されるように、本実施形態のチューブ30は、フィン40に接する側面31に、隣接する下層側フィン片411,411及びチューブ30の間に滞留する水を排出するための排水溝32を備えている。
As shown in FIG. 17, in the
なお、本実施形態の構成は、第1実施形態の熱交換器5に限らず、第2〜第9実施形態の熱交換器5でも採用することが可能である。
The configuration of the present embodiment is not limited to the
本実施形態の熱交換器5によれば、上記の(1)、(2)、及び(5)に準じた作用及び効果を得ることができる。
According to the
<他の実施形態>
・第9実施形態の排水孔45の大きさは任意に変更可能である。
Other Embodiments
The size of the
・第9実施形態の下層側フィン片411では、中央部44に配置された平面部42の全体を排水孔45としたが、これに代えて、例えば図18に示されるように中央部44の平面部42の一部にスリット状の排水孔46を形成してもよい。あるいは、図19に示されるように、下層側フィン片411の平面部42やルーバ部43に細かい排水孔47を複数形成してもよい。図18及び図19のいずれの構成であっても、排水性を向上させることができるため、凍結変形を抑制することができる。要は、隣接する下層側フィン片411,411及びチューブ30の間に滞留する水を排出するための排水孔が下層側フィン片に形成されていればよい。なお、下層側フィン片411に限らず、上層側フィン片410にも同様の排水孔45,46,47等を形成してもよい。
In the lower layer
・各実施形態のチューブ30は、鉛直方向に長手方向を有していたが、チューブ30の長手方向は水平方向と交差する方向であれば任意に設定可能である。すなわち、熱交換器5は、鉛直方向と交差する方向に隙間を隔てて複数のチューブ30が配置される構造であってもよい。
-Although the
・各実施形態の熱交換器5は、ヒートポンプシステムに限らず、任意の熱交換器として用いることが可能である。その場合、チューブ30の内部を流れる第1流体は、ヒートポンプシステムの作動媒体に限らず、適宜の流体を用いることができる。また、チューブ30,30間を流れる第2流体も、空気に限らず、適宜の流体を用いることができる。
-
・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ、製造方式等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above specific example. That is, to the above specific examples, those skilled in the art may appropriately modify the design as long as the features of the present invention are included in the scope of the present invention. For example, each element included in each specific example described above and its arrangement, material, conditions, shape, size, manufacturing method, and the like are not limited to those illustrated, and can be appropriately changed. Moreover, each element with which the above-mentioned embodiment is equipped can be combined as much as technically possible, and what combined these is also included in the scope of the present invention as long as the feature of the present invention is included.
5:熱交換器
30:チューブ
32:排水溝
40:フィン
41:フィン片
42:平面部
43:ルーバ部
45:排水孔
410:上層側フィン片
411:下層側フィン片
5: Heat exchanger 30: Tube 32: Drain 40: Fin 41: Fin 42: Flat portion 43: Louver 45: Drain hole 410: Upper fin 411: Lower fin
Claims (11)
水平方向と交差する方向に長手方向を有するとともに、鉛直方向と交差する方向に隙間を隔てて複数配置され、前記第1流体が内部を流れるチューブ(30)と、
隣接するチューブ間に配置され、前記チューブ間を流れる前記第2流体と前記チューブ内を流れる前記第1流体との熱交換を促進させるフィン(40)と、を備え、
前記フィンは、
前記チューブの長手方向に一定の間隔をおいて配置される複数のフィン片(41)を有するコルゲートフィンからなり、
前記フィン片は、
平板状の平面部(42)と、
前記平面部に対して傾斜するように切り起こされた複数のルーバ部(43)と、を有し、
前記フィンにおいて鉛直方向下端側に配置されるフィン片を下層側フィン片(411)とし、当該下層側フィン片よりも鉛直方向上方側に配置されるフィン片を上層側フィン片(410)とするとき、
前記フィンは、前記上層側フィン片が配置される部分、及び前記下層側フィン片が配置される部分において同一のフィンピッチを有し、
隣接する前記上層側フィン片のそれぞれの前記ルーバ部の先端部(43a)間の第1距離よりも、隣接する前記下層側フィン片のそれぞれの前記ルーバ部の先端部間の第2距離の方が長く、
当該熱交換器の温度が水の凝固点以下となることを特徴とする熱交換器。 A heat exchanger (5) for exchanging heat between a first fluid and a second fluid, comprising:
A tube (30) having a longitudinal direction in a direction intersecting with the horizontal direction and being spaced apart from each other in the direction intersecting the vertical direction with a gap, the first fluid flowing inside;
And fins (40) disposed between adjacent tubes to promote heat exchange between the second fluid flowing between the tubes and the first fluid flowing inside the tubes.
The fins are
Consists corrugated fins have a plurality of fins pieces (41) arranged at regular intervals in the longitudinal direction of the tube,
The fin piece is
A flat plate portion (42),
A plurality of louver parts (43) cut and raised so as to be inclined with respect to the flat part;
In the fin, a fin piece disposed on the lower end side in the vertical direction is referred to as a lower layer side fin piece (411), and a fin piece disposed on the vertically upper side with respect to the lower layer side fin piece is referred to as an upper layer side fin piece (410). When
The fins have the same fin pitch in the portion where the upper layer side fin pieces are arranged and in the portion where the lower layer side fin pieces are arranged,
The second distance between the tips of the louver portions of the lower layer side fin pieces adjacent to each other than the first distance between the tip portions (43a) of the louver portions of the upper layer side fin pieces adjacent to each other Is long,
A heat exchanger characterized in that the temperature of the heat exchanger falls below the freezing point of water.
前記下層側フィン片において前記ルーバ部が前記平面部に対してなす鋭角の角度を第2ルーバ角度とするとき、
前記第1ルーバ角度よりも前記第2ルーバ角度の方が小さいことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。 In the upper layer side fin piece, an acute angle formed by the louver portion with the flat portion is defined as a first louver angle,
When the acute angle formed by the louver portion with the flat portion in the lower layer side fin piece is a second louver angle,
The heat exchanger according to claim 1, wherein the second louver angle is smaller than the first louver angle.
前記下層側フィン片において前記ルーバ部が形成されている間隔を第2ルーバピッチとするとき、
前記第1ルーバピッチよりも前記第2ルーバピッチの方が短いことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。 An interval at which the louver portion is formed in the upper layer side fin piece is a first louver pitch,
When an interval at which the louver portion is formed in the lower layer side fin piece is a second louver pitch,
The heat exchanger according to claim 1, wherein the second louver pitch is shorter than the first louver pitch.
前記下層側フィン片の前記ルーバ部は、屈曲部を有する部材からなることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。 The louver portion of the upper layer side fin piece is made of a flat plate-like member,
The heat exchanger according to claim 1, wherein the louver portion of the lower layer side fin piece is made of a member having a bent portion.
水平方向と交差する方向に長手方向を有するとともに、鉛直方向と交差する方向に隙間を隔てて複数配置され、前記第1流体が内部を流れるチューブ(30)と、
隣接するチューブ間に配置され、前記チューブ間を流れる前記第2流体と前記チューブ内を流れる前記第1流体との熱交換を促進させるフィン(40)と、を備え、
前記フィンは、
前記チューブの長手方向に一定の間隔をおいて配置される複数のフィン片(41)を有するコルゲートフィンからなり、
前記フィンにおいて鉛直方向下端側に配置されるフィン片を下層側フィン片(411)とし、当該下層側フィン片よりも鉛直方向上方側に配置されるフィン片を上層側フィン片(410)とするとき、
前記フィンは、前記上層側フィン片が配置される部分、及び前記下層側フィン片が配置される部分において同一のフィンピッチを有し、
前記上層側フィン片は、
平板状の平面部(42)と、
前記平面部に対して傾斜するように切り起こされた複数のルーバ部(43)と、を有し、
前記下層側フィン片は、
前記平面部のみを有し、
当該熱交換器の温度が水の凝固点以下となることを特徴とする熱交換器。 A heat exchanger (5) for exchanging heat between a first fluid and a second fluid, comprising:
A tube (30) having a longitudinal direction in a direction intersecting with the horizontal direction and being spaced apart from each other in the direction intersecting the vertical direction with a gap, the first fluid flowing inside;
And fins (40) disposed between adjacent tubes to promote heat exchange between the second fluid flowing between the tubes and the first fluid flowing inside the tubes.
The fins are
Consists corrugated fins have a plurality of fins pieces (41) arranged at regular intervals in the longitudinal direction of the tube,
In the fin, a fin piece disposed on the lower end side in the vertical direction is referred to as a lower layer side fin piece (411), and a fin piece disposed on the vertically upper side with respect to the lower layer side fin piece is referred to as an upper layer side fin piece (410). When
The fins have the same fin pitch in the portion where the upper layer side fin pieces are arranged and in the portion where the lower layer side fin pieces are arranged,
The upper layer fin piece is
A flat plate portion (42),
A plurality of louver parts (43) cut and raised so as to be inclined with respect to the flat part;
The lower side fin piece is
Having only the flat portion,
A heat exchanger characterized in that the temperature of the heat exchanger falls below the freezing point of water.
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