JP6592930B2

JP6592930B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP6592930B2
Application number: JP2015065132A
Authority: JP
Inventors: 昌春深谷; 俊太郎伊藤; 暁小泉
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: JP2016183841A

Description

本発明は、伝熱管とフィンとを備え、伝熱管内を流れる流体を空気と熱交換させる熱交換器に関するものである。

伝熱管とフィンとを備えた熱交換器が知られている。この熱交換器では、板状のフィンが互いに所定の間隔をおいて平行に積層されている。この積層されたフィン夫々に直交するように挿入された伝熱管が、互いに一定の間隔をおいて上下に並んで配置されている。

熱交換器の熱交換効率を上げる方法の一つに特許文献１に開示されている方法がある。特許文献１では、フィンの一部に、山形に膨出させて形成した突出し部が通風方向に２つ連続して設けられている。この突出し部をフィンに設けることによりフィンの表面積が増加するため、熱交換効率が向上する。

特開２００２−３１４３４号公報

図１１に示すように、白抜き矢印で示す空気はフィン３２０と、風上側にある突出し部３５０ｂに沿って流れた後、この突出し部３５０ｂの頂部３５１ｂから風下に向かって流れる。風下に向かって流れた空気は風下側にある突出し部３５０ａの頂部３５１ａに到達した後、風下に向かって流れると共にゆっくりとフィン３２０に向かって流れる。この空気の流れより、２つの突出し部（３５０ａ、３５０ｂ）の間にある谷部３５２には空気が流れ難いため、谷部３５２周辺のフィンが熱交換に寄与できず、フィン３２０と空気との熱交換効率が低下する問題があった。

そこで、本発明は、フィンの上に通風方向に２つ連続して突出し部を形成した熱交換器において、２つの突出し部の間にある谷部に空気を流れ易くすることによって、谷部周辺のフィンを熱交換に寄与させて、熱交換器の熱交換効率を改善することを目的としたものである。

上述した問題を解決するために、本発明は、上下に配列される複数の伝熱管と、複数の伝熱管と交差させて空気を通風するための通風路を複数形成する板状の複数のフィンとを有する熱交換器であって、フィンは、通風路を区画する伝熱部を有し、伝熱部には、空気の通風方向に風上側、風下側と連続した２つの突出し部が設けられる。

また、流通路が、平坦部で形成される。

また、流通路が、伝熱部を通風路へ向かって山型に膨出されると共に、流通路の頂が通風方向に延びるように形成される。

または、上下に配列される複数の伝熱管と、複数の伝熱管と交差させて空気を通風するための通風路を複数形成する板状の複数のフィンとを有する熱交換器であって、フィンは、通風路を区画する伝熱部を有し、伝熱部には、空気の通風方向に連続した２つの突出し部を設けられ、２つの突出し部が上下方向に３つ配列されて、上段の突出し部、中段の突出し部、下段の突出し部がそれぞれ形成され、中段の突出し部が、上段の突出し部と下段の突出し部より、通風方向の風下側に配置されている。

本発明の熱交換器によれば、２つ連続して形成された突出し部の間にある谷部に空気を流すことによって、熱交換器の熱交換効率を改善することが出来る。

本発明にかかる熱交換器の全体を示した斜視図である。本発明にかかる熱交換器の全体を示した正面図である。本発明の実施形態１にかかる熱交換器を側面方向からの断面を示した（図２のＡ−Ａに沿った）断面図である。（ａ）は本発明の実施形態１にかかる突出し部を水平方向から見た（図３のＢ１−Ｂ１に沿った）断面図と、（ｂ）は本発明の実施形態１にかかる突出し部を上下方向から見た（図３のＣ１−Ｃ１、Ｄ１−Ｄ１、Ｅ１−Ｅ１に沿った）断面図である。本発明の実施形態２にかかる熱交換器を側面方向からの断面を示した（図２のＡ−Ａに沿った）断面図である。（ａ）は本発明の実施形態２にかかる突出し部を水平方向から見た（図５のＢ２−Ｂ２に沿った）断面図と、（ｂ）は本発明の実施形態２にかかる突出し部を上下方向から見た（図５のＣ２−Ｃ２、Ｄ２−Ｄ２、Ｅ２−Ｅ２に沿った）断面図である。本発明の実施形態３にかかる熱交換器を側面方向からの断面を示した（図２のＡ−Ａに沿った）断面図である。（ａ）は本発明の実施形態３にかかる突出し部を水平方向から見た（図７のＢ３−Ｂ３に沿った）断面図と、（ｂ）は本発明の実施形態３にかかる突出し部を上下方向から見た（図３のＣ３−Ｃ３、Ｄ３−Ｄ３、Ｅ３−Ｅ３に沿った）断面図である。本発明の実施形態４にかかる熱交換器を側面方向からの断面を示した（図２のＡ−Ａに沿った）断面図である。（ａ）は本発明の実施形態４にかかる突出し部を水平方向から見た（図９のＢ４−Ｂ４に沿った）断面図と、（ｂ）は本発明の実施形態４にかかる突出し部を上下方向から見た（図９のＣ４−Ｃ４、Ｄ４−Ｄ４、Ｅ４−Ｅ４に沿った）断面図である。従来にかかる熱交換器の突出し部を上下方向から見た断面図である。

（実施形態１）
本発明の実施形態１に関する熱交換器１００は、図１と図２に示すように、フィン１２０と扁平管１３０を備えた熱交換器である。

実施形態１の熱交換器１００は、第１ヘッダ１１０ａと、第２ヘッダ１１０ｂと、複数の扁平管１３０と、複数のフィン１２０とを備えている。第１ヘッダ１１０ａ、第２ヘッダ１１０ｂ、扁平管１３０、フィン１２０はいずれもアルミニウム合金製の部材であり、蝋付けによって互いに接合されている。

第１ヘッダ１１０ａと第２ヘッダ１１０ｂは、両方とも両端が閉鎖された細長い円筒状に形成されている。熱交換器１００の一端側に第１ヘッダ１１０ａが配置され、熱交換器１００の他端側に第２ヘッダ１１０ｂが配置される。なお、第１ヘッダ１１０ａと第２ヘッダ１１０ｂのそれぞれの軸方向を熱交換器１００の上下方向とする。

扁平管１３０は、断面形状が長円形あるいは角の丸い矩形となった伝熱管であり、フィン１２０と直交する方向に延びている。また、扁平管１３０には、冷媒が流れる冷媒流路が複数本配置され、この冷媒流路は扁平管１３０の長手方向に延びて形成され、扁平管１３０の幅方向に等間隔で配置されている。熱交換器１００において、各扁平管１３０は、各々の上側の面と下側の面が対向するように、熱交換器１００の熱交換効率と通風抵抗などを考慮して設計した間隔である第１の間隔をおいて上下に並んで配置されている。各扁平管１３０は、一端を第１ヘッダ１１０ａに挿入し、他端を第２ヘッダ１１０ｂに挿入している。

フィン１２０は、金属板をプレス加工することによって、縦長の板形状に形成されている。フィン１２０には、図３に示すように、フィン１２０の短手方向の一端からフィン１２０の他端に向かって延びる横長の切り欠き部１４０が、フィン１２０の長手方向（上下方向）に所定の間隔をおいて多数形成されている。この切り欠き部１４０に扁平管１３０が差し込まれることで、扁平管１３０は上下方向に第１の間隔をおいて配置される。また、フィン１２０は、図１に示すように、扁平管１３０の長手方向に熱交換器１００の熱交換効率と通風抵抗などを考慮して設計した間隔である第２の間隔をおいて複数枚配置され、上下方向に隣り合う扁平管１３０の間を空気が流れる複数の通風路に区画している。フィン１２０と扁平管１３０はそれぞれで直交しており、図３に示すように、フィン１２０の表面のうち、上下に隣り合う扁平管１３０の間に位置する面が、通過する空気と熱交換する伝熱部１２１となる。また、切欠き部１４０より他端側にある面が、フィン１２０の上端から下端まで連続して接続された流水部（連通部）１２２となる。

フィン１２０の伝熱部１２１の風上側には、伝熱部１２１の一部を通風路へ向かって膨出させて形成した突出し部が、白抜き矢印に示す空気の通風方向に風上側と風下側に２つ連続して設けられ、風上側には後述する突出し部（１５０ｂと１５０ｃ）と流通路が形成され、風下側には突出し部１５０ａが形成されている。突出し部と流通路を切断線Ｂ１−Ｂ１に沿って切断した垂直方向の断面を水平方向から見た断面図が図４（ａ）であり、突出し部を、上方、中央、下方の三段階それぞれを切断線Ｃ１−Ｃ１、切断線Ｄ１−Ｄ１、切断線Ｅ１−Ｅ１に沿って切断した水平方向の断面を垂直方向から見た断面図が図４（ｂ）である。これら突出し部（１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ）のうち風下側にある第１の突出し部１５０ａは、図４（ｂ）に示すように垂直方向から見た水平方向の断面が山形に形成され、この山形の頂部１５１ａが伝熱部１２１の上部から下部まで上下方向に延びるように形成されている。一方、風上側は、伝熱部の中央部分に伝熱部１２１上に何も形成されない空気の流通路となる平坦部１６０が設けられる。この平坦部１６０の上方に第２の突出し部１５０ｂが形成され、平坦部１６０の下方に第３の突出し部１５０ｃが形成されている。第２の突出し部１５０ｂと第３の突出し部１５０ｃは、図４（ｂ）に示すように、それぞれ垂直方向から見た水平方向の断面が山形に形成されている。第２の突出し部１５０ｂの山形の頂部１５１ｂは伝熱部１２１の上部で上下方向に延びるように形成されている。一方、第３の突出し部１５０ｃの山形の頂部１５１ｃは伝熱部１２１の下部で上下方向に延びるように形成されている。また、第１の突出し部１５０ａと第２の突出し部１５０ｂ、第１の突出し部１５０ａと第３の突出し部１５０ｃそれぞれの間には谷部１７０が形成される。なお、第１の突出し部１５０ａ、第２の突出し部１５０ｂ、第３の突出し部１５０ｃは、伝熱部１２１を図示しないプレス機などによって押圧することで膨出されている。

この構造により、白抜き矢印に示す空気は流通路である平坦部１６０に沿って風下側に流れ、第１の突出し部１５０ａに当たる。第１の突出し部１５０ａに当たった空気の一部は上下に分かれて谷部１７０に流れ込む。これにより、谷部１７０に従来より空気が流れ込むため、空気と谷部１７０との間で従来より熱交換させることができる。また、従来と同様に、白抜き矢印に示す空気は第２の突出し部１５０ｂと第３の突出し部１５０ｃそれぞれに沿って流れた後、谷部１７０を飛び越えて第１の突出し部１５０ａに沿って流れる。これにより、従来と同様に谷部１７０以外でも空気と熱交換できる。つまり、従来に比べて有効に働く伝熱面積を増やすことができ、熱交換器１００の熱交換効率を向上させることができる。

（実施の形態２）
実施形態２は、図５と図６に示すように、実施形態１とは風上側にある第４の突出し部１５０ｄの形状だけが異なる。よって、それ以外の共通する部分については説明を省略する。図５は、実施形態２にかかる熱交換器１００を側面方向からの断面を示した（図２のＡ−Ａに沿った）断面図である。図６（ａ）は実施形態２にかかる突出し部を切断線Ｂ２−Ｂ２に沿って切断した垂直方向の断面を水平方向から見た断面図であり、図６（ｂ）は実施形態２にかかる突出し部を、上方、中央、下方の三段階それぞれを切断線Ｃ２−Ｃ２、切断線Ｄ２−Ｄ２、切断線Ｅ２−Ｅ２に沿って切断した水平方向の断面を垂直方向から見た断面図である。

実施形態２も実施形態１と同様に、風上側にある突出し部（１５０ｂ、１５０ｃ）は、伝熱部１２１の上部に位置する第２の突出し部１５０ｂと下部に位置する第３の突出し部１５０ｃが形成されている。第２の突出し部１５０ｂと第３の突出し部１５０ｃの上下方向の間、つまり実施形態１では平坦１６０が設けられた位置に、伝熱部１２１の一部を通風路へ向かって膨出させて形成した第４の突出し部１５０ｄが設けられている。この第４の突出し部１５０ｄは、図６（ａ）に示すように、水平方向から見た上下方向の断面が山形に形成され、図６（ｂ）に示すように、この山形の頂部１５１ｄが空気の通風方向に延びるように形成されている。この形状により、第４の突出し部１５０ｄは空気の流通路として機能する。

この構造により、白抜き矢印に示す空気は流通路である第４の突出し部１５０ｄの表面に沿って風下側に流れ、第１の突出し部１５０ａに当たる。第１の突出し部１５０ａに当たった空気の一部は上下に分かれて谷部１７０に流れ込む。これにより、谷部１７０に従来より空気が流れ込むため、空気と谷部１７０との間で従来より熱交換させることができる。また、従来と同様に、白抜き矢印に示す空気は第２の突出し部１５０ｂと第３の突出し部１５０ｃそれぞれに沿って流れた後、谷部１７０を飛び越えて第１の突出し部１５０ａに沿って流れる。これにより、従来と同様に谷部１７０以外でも空気と熱交換できる。つまり、従来に比べて有効に働く伝熱面積を増やすことができ、熱交換器１００の熱交換効率を向上させることができる。

（実施の形態３）
実施形態３は、図７と図８に示すように、実施形態１とは風上側にある第５の突出し部１５０ｅの形状だけが異なる。よって、それ以外の共通する部分については説明を省略する。図７は実施形態３にかかる熱交換器１００を側面方向からの断面を示した（図２のＡ−Ａに沿った）断面図である。図８（ａ）は実施形態３にかかる突出し部を切断線Ｂ３−Ｂ３に沿って切断した垂直方向の断面を水平方向から見た断面図であり、図８（ｂ）は実施形態３にかかる突出し部を、上方、中央、下方の三段階それぞれを切断線Ｃ３−Ｃ３、切断線Ｄ３−Ｄ３、切断線Ｅ３−Ｅ３に沿って切断した水平方向の断面を垂直方向から見た断面図である。

実施形態３も実施形態１と同様に、風上側にある突出し部（１５０ｂ、１５０ｃ）は、伝熱部１２１の上部に位置する第２の突出し部１５０ｂと下部に位置する第３の突出し部１５０ｃが形成されている。第２の突出し部１５０ｂと第３の突出し部１５０ｃの上下方向の間、つまり実施形態１では平坦１６０が設けられた位置に、伝熱部１２１の一部を通風路へ向かって膨出させて形成した第５の突出し部１５０ｅが設けられている。この第５の突出し部１５０ｅは、図８（ｂ）に示すように、垂直方向から見た水平方向の断面が山形に形成され、この山形の頂部１５１ｅが上下方向に延びるように形成されている。この第５の突出し部１５０ｅの頂部１５１ｅは、第２の突出し部１５０ｂの頂部１５１ｂと第３の突出し部１５０ｃの頂部１５１ｃと比較して風下側に位置するよう配置されると共に、頂き部１５１ｅの高さが他の頂部（１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ）よりも低くなっている。これにより、第５の突出し部１５０ｅの風上側の斜面１５２ｅが他の突出し部よりも緩やかになっている。この形状により、第５の突出し部１５０ｅは空気の流通路として機能する。

この構造により、白抜き矢印に示す空気は流通路である第５の突出し部１５０ｅの風上側の斜面１５２ｅに沿って風下側に流れ、頂き部１５１ｅまで流れた後、風下側の斜面１５３ｅを下って、第１の突出し部１５０ａに当たる。第１の突出し部１５０ａに当たった空気の一部は上下に分かれて谷部１７０に流れ込む。これにより、谷部１７０に従来より空気が流れ込むため、空気と谷部１７０との間で従来より熱交換させることができる。また、従来と同様に、白抜き矢印に示す空気は第２の突出し部１５０ｂと第３の突出し部１５０ｃそれぞれに沿って流れた後、谷部１７０を飛び越えて第１の突出し部１５０ａに沿って流れる。これにより、従来と同様に谷部１７０以外でも空気と熱交換できる。つまり、従来に比べて有効に働く伝熱面積を増やすことができ、熱交換器１００の熱交換効率を向上させることができる。

（実施の形態４）
実施形態４は、図９と図１０に示すように、実施形態１とは突出し部の形状が異なる。よって、それ以外の共通する部分については説明を省略する。図９は実施形態４にかかる熱交換器を水平方向からの断面を示した（図２のＡ−Ａに沿った）断面図である。図１０（ａ）は実施形態４にかかる突出し部を切断線Ｂ４−Ｂ４に沿って切断した垂直方向の断面を水平方向から見た断面図断面図であり、図１０（ｂ）は実施形態４にかかる突出し部を、上方、中央、下方の三段階それぞれを切断線Ｃ４−Ｃ４、切断線Ｄ４−Ｄ４、切断線Ｅ４−Ｅ４に沿って切断した水平方向の断面を垂直方向から見た断面図である。

実施形態４では、フィン１２０の伝熱部１２１の風上側には、伝熱部１２１の一部を通風路へ向かって膨出させて形成した突出し部が、白抜き矢印に示す空気の通風方向に２つ連続して設けられている。この２つ連続した突出し部が伝熱部１２１の上下方向に三つ配列され、伝熱部１２１の上部に位置する上段の突出し部（１８０ａ、１８０ｂ）と、伝熱部１２１の中央に位置する中段の突出し部（１８２ａ、１８２ｂ）と、伝熱部１２１の下部に位置する下段の突出し部（１８１ａ、１８１ｂ）が形成される。各突出し部（１８０ａ、１８０ｂ、１８１ａ、１８１ｂ、１８２ａ、１８２ｂ）は、図１０（ｂ）に示すように、垂直方向から見た水平方向の断面が山形に形成され、各山形の頂部（１９０ａ、１９０ｂ、１９１ａ、１９１ｂ、１９２ａ、１９２ｂ）は上下方向に延びている。風上側にある上段の突出し部１８０ｂの頂部１９０ｂは風上側にある下段の突出し部１８１ｂの頂部１９１ｂと水平方向で同じ位置に配置される。また、風下側にある上段の突出し部１８０ａの頂部１９０ａは風下側にある下段の突出し部１８１ａの頂部１９１ａと水平方向で同じ位置に配置される。それに対し、風上側にある中段の突出し部１８２ｂの頂部１９２ｂは、風上側にある上段の突出し部１８０ｂの頂部１９０ｂと、風上側にある下段の突出し部１８１ｂの頂部１９１ｂよりも水平方向で風下側にあり、上段の突出し部（１８０ａ、１８０ｂ）の間にある谷部１７０と水平方向で同じ位置に配置される。また、風下側にある中段の突出し部１８２ａの頂部１９２ａは、風下側にある上段の突出し部１８０ａの頂部１９０ａと、風下側にある下段の突出し部１８１ａの頂部１９１ａよりも水平方向で風下側にある。この配置により、風上側にある中段の突出し部１８２ｂの上り斜面１８２ｆが、上段の突出し部１８０ｂの下り斜面１８０ｅと、下段の突出し部１８１ｂの下り斜面１８１ｅと上下方向で接する。

この構造により、白抜き矢印に示す空気が風上側にある中段の突出し部１８２ｂの上り斜面１８２ｆに沿って流れる。上り斜面１８２ｆに沿って流れる空気は、上り斜面１８２ｆが上段の突出し部１８０ｂの下り斜面１８０ｅと下段の突出し部１８１ｂの下り斜面１８１ｅと接する位置で、上段の突出し部１８０ｂと下段の突出し部１８１ｂの各下り斜面（１８０ｅ、１８１ｅ）に流入する。下り斜面（１８０ｅ、１８１ｅ）に流入した空気は谷部１７０に流れる。これにより、谷部１７０に従来より空気が流れ込むため、空気と谷部１７０との間で従来より熱交換させることができる。また、従来と同様に、白抜き矢印に示す空気は風上側にある上段の突出し部１８０ｂと風上側にある下段の突出し部１８１ｂそれぞれ沿って流れた後、谷部１７０を飛び越えて、風下側にある上段の突出し部１８０ａと風上側にある下段の突出し部１８１ａに沿って流れる。これにより、従来と同様に谷部１７０以外でも空気と熱交換できる。つまり、従来に比べて有効に働く伝熱面積を増やすことができ、熱交換器１００の熱交換効率を向上させることができる。

以上より、本発明はフィン上に通風方向に２つ連続して突出し部を形成した熱交換器において、２つの突出し部の間にある谷部に空気を流すことにより、熱交換器の熱交換効率を改善することができる。

なお、本実施例では、伝熱管が扁平管の場合について説明したが、本発明はこれに限定したものではなく、伝熱管が円筒の形状をした所謂フィンアンドチューブ型の熱交換器に用いてもよい。

１００熱交換器
１２０フィン
１３０扁平管
１５０、１８０、１８１、１８２突出し部
１６０平坦部
１７０谷部

Claims

上下に配列される複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管と交差させて空気を通風するための通風路を複数形成する板状の複数のフィンとを有する熱交換器であって、
前記フィンは、前記通風路を区画する伝熱部を有し、
前記伝熱部には、空気の通風方向に風上側、風下側と連続した２つの突出し部が設けられ、
前記２つの突出し部のうち、風上側にある突出し部は、前記伝熱管が配列される上下の方向に複数の突き出し部を有し、前記複数の突き出し部の間に空気が流通するための流通路が設けられることを特徴とする熱交換器。
前記流通路が、平坦部で形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記流通路が、前記伝熱部を前記通風路へ向かって山型に膨出されると共に、同流通路の頂が通風方向に延びるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
上下に配列される複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管と交差させて空気を通風するための通風路を複数形成する板状の複数のフィンとを有する熱交換器であって、
前記フィンは、前記通風路を区画する伝熱部を有し、
前記伝熱部には、空気の通風方向に連続した２つの突出し部が設けられ、
前記２つの突出し部が前記伝熱管が配列される上下の方向に３つ配列されて、上段の突出し部、中段の突出し部、下段の突出し部がそれぞれ形成され、
前記中段の突出し部が、前記上段の突出し部と前記下段の突出し部より、通風方向の風下側に配置されていることを特徴とする熱交換器。