JP7006376B2 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、伝熱管内を流れる冷媒と空気等の流体を熱交換させる熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger that exchanges heat between a refrigerant flowing in a heat transfer tube and a fluid such as air.
複数の扁平な伝熱管(扁平管)と複数の伝熱フィンとで構成されるパラレルフロー型熱交換器が知られている。このパラレルフロー型熱交換器に用いられる伝熱フィンには、コルゲートフィンや板状フィンがある。コルゲートフィンは、帯状の金属板を波型に形成し、上下に配置された複数の伝熱管の各々の間に挿入される。板状フィンは、帯状の金属板で、それを所定の間隔をあけて複数枚積層し、幅方向の一方から伝熱管が挿入される。これらの伝熱フィンは、ろう付けにより伝熱管と接合される。 A parallel flow type heat exchanger composed of a plurality of flat heat transfer tubes (flat tubes) and a plurality of heat transfer fins is known. Heat transfer fins used in this parallel flow heat exchanger include corrugated fins and plate-shaped fins. The corrugated fins form a band-shaped metal plate in a wavy shape and are inserted between each of a plurality of heat transfer tubes arranged one above the other. The plate-shaped fin is a strip-shaped metal plate, and a plurality of plate-shaped fins are laminated at predetermined intervals, and a heat transfer tube is inserted from one side in the width direction. These heat transfer fins are joined to the heat transfer tube by brazing.
このようなパラレルフロー型熱交換器は、複数の伝熱フィンの間に流入する流体(例えば空気)と、伝熱管の内部を流れる冷媒との間で熱交換を行う。このとき伝熱フィンは、流体と冷媒との間の伝熱を促進する働きをする。伝熱フィンの伝熱性能を向上させるため、伝熱フィンの表面を切り起こしてルーバを形成することが知られている。ルーバによる前縁効果や乱流の発生により伝熱フィンの伝熱性能を向上させ、それにより熱交換器の熱交換性能を向上させることができる。 In such a parallel flow type heat exchanger, heat is exchanged between the fluid (for example, air) flowing between the plurality of heat transfer fins and the refrigerant flowing inside the heat transfer tube. At this time, the heat transfer fins function to promote heat transfer between the fluid and the refrigerant. In order to improve the heat transfer performance of the heat transfer fin, it is known that the surface of the heat transfer fin is cut up to form a louver. The heat transfer performance of the heat transfer fins can be improved by the front edge effect of the louver and the generation of turbulence, thereby improving the heat exchange performance of the heat exchanger.
例えば特許文献1には、流体の流れ方向に沿って並べられた複数のルーバを有する熱交換器用フィンが開示されている。複数のルーバは、流体の流れ方向と平行に形成された転向部を境に切り起こし方向が逆に形成されているとともに、第1ルーバと、第1ルーバよりも切り起こし角度が小さい第2ルーバの少なくとも2種類のルーバを有し、第2のルーバが転向部に隣り合って配置されている。その結果、転向部より風上側の第2ルーバからの流体の流れが転向部によって反転し、転向部から風下側の第2ルーバによって第1ルーバ間に流体が流れやすくなるとしている。そして、隣り合うルーバ間の距離を等しくすることで、流体がルーバ間に均等に流入し、これにより伝熱フィンの伝熱性能が向上するとしている。 For example, Patent Document 1 discloses a fin for a heat exchanger having a plurality of louvers arranged along the flow direction of a fluid. The plurality of louvers are formed in opposite directions with the turning portion formed parallel to the flow direction of the fluid as a boundary, and the first louver and the second louver having a smaller cutting angle than the first louver. It has at least two types of louvers, and a second louver is arranged next to the turning portion. As a result, the flow of the fluid from the second louver on the windward side of the turning portion is reversed by the turning portion, and the fluid easily flows between the first louvers by the second louver on the leeward side from the turning portion. By making the distances between adjacent louvers equal, the fluid flows evenly between the louvers, which improves the heat transfer performance of the heat transfer fins.
しかしながら、特許文献1に記載のフィン構造は、車載用途の熱交換器への適用を前提としているため、特許文献1に記載のようなルーバ間の距離が同等でルーバ高さが異なるフィン構造を冷凍空調用途の熱交換器に適用した場合、所望とする熱交換性能が得られにくいという問題がある。 However, since the fin structure described in Patent Document 1 is premised on application to a heat exchanger for in-vehicle use, a fin structure having the same distance between louvers and different louver heights as described in Patent Document 1 is used. When applied to a heat exchanger for refrigeration and air conditioning, there is a problem that it is difficult to obtain the desired heat exchange performance.
すなわち、冷凍空調用途の熱交換器においては、車載用途の熱交換器と比較して流体の流入速度が遅いため、高さの異なるルーバが混在すると、フィン表面に平行な流体の流れが、高さの大きい(切り起こし角度の大きい)ルーバで妨げられ、高さの小さい(切り起こし角度の小さい)ルーバ間へ十分な量の流体が流入できなくなる。その結果、伝熱フィンの風上側と風下側で伝熱性能にばらつきが発生し、期待されるような熱交換性能の向上を図ることができない。 That is, in heat exchangers for refrigeration and air conditioning, the inflow rate of fluid is slower than that for heat exchangers for in-vehicle use. Therefore, when louvers with different heights are mixed, the flow of fluid parallel to the fin surface is high. It is hindered by a large (large cutting angle) louver, and a sufficient amount of fluid cannot flow between the small height (small cutting angle) louvers. As a result, the heat transfer performance varies between the windward side and the leeward side of the heat transfer fin, and it is not possible to improve the heat exchange performance as expected.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、流速が比較的遅い場合でも熱交換性能の向上を図ることができる熱交換器を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a heat exchanger capable of improving heat exchange performance even when the flow velocity is relatively slow.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る熱交換器は、複数の伝熱管と、複数の伝熱フィンとを具備する。
前記複数の伝熱管は、第1の軸方向に沿って冷媒が流れる流路を有し、前記第1の軸方向と直交する第2の軸方向に配列される。
前記複数の伝熱フィンは、前記第1の軸方向に配列され、前記複数の伝熱管と接合される。
前記複数の伝熱フィンは、前記複数の伝熱管の間に位置し流体が通過する通風路を形成する伝熱部と、前記伝熱部に設けられ前記第1の軸方向及び前記第2の軸方向に直交する第3の軸方向に配列された複数のルーバを含むルーバ部とをそれぞれ有する。
前記複数のルーバは、前記伝熱部に対して一定の高さを有する。
前記伝熱部に対する前記複数のルーバの切り起こし角度は、前記第3の軸方向の一端側から他端側に向かって徐々に小さくなる。
In order to achieve the above object, the heat exchanger according to one embodiment of the present invention includes a plurality of heat transfer tubes and a plurality of heat transfer fins.
The plurality of heat transfer tubes have a flow path through which the refrigerant flows along the first axial direction, and are arranged in the second axial direction orthogonal to the first axial direction.
The plurality of heat transfer fins are arranged in the first axial direction and are joined to the plurality of heat transfer tubes.
The plurality of heat transfer fins have a heat transfer portion located between the plurality of heat transfer tubes and forming a ventilation path through which a fluid passes, and the heat transfer portion provided in the first axial direction and the second. Each has a louver portion including a plurality of louvers arranged in a third axial direction orthogonal to the axial direction.
The plurality of louvers have a certain height with respect to the heat transfer portion.
The cutting angle of the plurality of louvers with respect to the heat transfer portion gradually decreases from one end side to the other end side in the third axial direction.
前記複数のルーバの配列ピッチは、前記一端側から前記他端側に向かって徐々に大きくなってもよい。 The arrangement pitch of the plurality of louvers may gradually increase from the one end side toward the other end side.
前記複数の伝熱フィンは、前記伝熱部に設けられ前記複数の伝熱フィンの配列間隔を調整する複数のタブを有する板状フィンで構成され、前記複数のタブの一部は、前記ルーバ部よりも前記第3の軸方向の他端側に設けられてもよい。 The plurality of heat transfer fins are composed of plate-shaped fins provided in the heat transfer portion and having a plurality of tabs for adjusting the arrangement interval of the plurality of heat transfer fins, and a part of the plurality of tabs is the louver. It may be provided on the other end side in the third axial direction with respect to the portion.
以上述べたように、本発明によれば、流速が比較的遅い場合でも熱交換器の熱交換性能の向上を図ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to improve the heat exchange performance of the heat exchanger even when the flow velocity is relatively slow.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る熱交換器100の正面図、図2は、図1におけるA-A線方向の部分断面図である。
なお各図において、X軸(第1の軸)、Y軸(第2の軸)及びZ軸(第3の軸)は相互に直交する3軸方向を示しており、X軸方向は左右方向(幅方向)、Y軸方向は上下方向(高さ方向)に相当する。
FIG. 1 is a front view of the
In each figure, the X-axis (first axis), the Y-axis (second axis), and the Z-axis (third axis) show three axis directions orthogonal to each other, and the X-axis direction is the left-right direction. (Width direction) and Y-axis direction correspond to the vertical direction (height direction).
[基本構成]
本実施形態の熱交換器は、冷凍空調用途や給湯・温水暖房用途の熱交換器(凝縮器あるいは蒸発器)である。以下、熱交換器100の基本構成について説明する。
[Basic configuration]
The heat exchanger of the present embodiment is a heat exchanger (condenser or evaporator) for refrigeration and air conditioning and for hot water supply / hot water heating. Hereinafter, the basic configuration of the
熱交換器100は、第1ヘッダ11と、第2ヘッダ12と、複数の伝熱管20と、複数の伝熱フィン30とを備える。
第1ヘッダ11、第2ヘッダ12、伝熱管20及び伝熱フィン30はいずれもアルミニウム合金製の部材であり、各々の接合は、ろう付けにより行われている。
The
The
第1ヘッダ11及び第2ヘッダ12はいずれも、長手方向(Y軸方向)の両端が閉鎖された、例えば細長い円筒状に形成されている。熱交換器100の幅方向の一端側に第1ヘッダ11が配置され、その他端側に第2ヘッダ12が配置される。
Both the
複数の伝熱管20は、左右方向に直線的に延び、上下方向に間隔をおいて配列される。本実施形態において各伝熱管20は、図2に示すように流体(空気)の流れ方向(Z軸方向)に平行な主面を有する扁平管で構成される。各伝熱管20は、冷媒が流れる複数の流路21を有する。各流路21は相互に独立して形成され、流体の流れ方向(Z軸方向)に間隔をおいて形成される。各伝熱管20の一端は第1ヘッダ11に、各伝熱管20の他端は第2ヘッダ12にそれぞれ挿入され、第1ヘッダ11と第2ヘッダ12が流路21を介して連通している。
The plurality of
複数の伝熱フィン30は、左右方向(X軸方向)に配列され、複数の伝熱管20と熱的に接続される。本実施形態において各伝熱フィン30は、上下方向に直線的に延びる板状フィンであり、プレス加工等により図2に示すような形状に形成される。図2において矢印Wで示すように、流体としての空気はZ軸方向に流れる。以下、図2において左方側を風上側、右方側を風下側ともいう。
The plurality of
各伝熱フィン30は、縦長の板形状に形成されており、図2に示すようにその短手方向の風下側端部302から風上側端部301に向かって延びる横長の切欠き部31が、伝熱フィン30の長手方向(Y軸方向)に第1の間隔をおいて多数形成されている。これら切欠き部31に伝熱管20が挿し込まれることで、伝熱管20が図1に示すように上下方向に第1の間隔d1をおいて配置される。
Each
また、各伝熱フィン30は、図1に示すように、熱交換器100の左右方向(X軸方向)に熱交換器100の熱交換能力と通風抵抗などを考慮して決定した間隔である第2の間隔d2をおいて配置される。そして、上下に隣り合う伝熱管20と、左右に隣り合う伝熱フィン30に囲まれた通風路40が、上下方向と左右方向それぞれに複数並んで形成される。
Further, as shown in FIG. 1, each
複数の伝熱管20と複数の伝熱フィン30は互いに直交しており、図2に示すように、伝熱フィン30のうち、複数の通風路40の一つと接するとともに、上下に隣り合う伝熱管20の間に位置する領域が、矢印Wで示す方向に流れる空気と熱交換する伝熱部32である。また、伝熱フィン30の一部であって、切欠き部31より伝熱フィン30の風上側端部301側に位置する領域が、伝熱フィン30の上端から下端まで連続して形成された流水部(連通部)33である。流水部33は、熱交換器100が蒸発器として構成される場合、結露水を鉛直下方に流下させる流路を形成する。
The plurality of
伝熱フィン30の各伝熱部32は、YZ平面に平行な平坦面であるとともに、各伝熱部32には、空気の流れ方向(Z軸方向)に沿って配列された複数のルーバを含むルーバ部50が設けられている。ルーバ部50は前縁効果により伝熱フィン30の伝熱を促進する。さらに、ルーバ部50は、伝熱部32を挟んで隣接する一方の通風路40から他方の通風路40へ空気を導くもので、伝熱部32の一部をX軸方向に切り起こして伝熱部に対して斜めに傾斜するように形成される。
Each
伝熱フィン30はさらに、隣り合う伝熱フィン30の配列間隔を調整する複数のタブを有する。複数のタブは、流水部33に設けられた第1タブ61と、伝熱部32に設けられた第2タブ62とを有し、これらは流水部33及び伝熱部32の所定部位を垂直方向(図2においてX軸方向)に切り起こして形成される。第1タブ61と第2タブ62は、伝熱フィン30の長手方向に沿って適当な位置に複数設けられる。特に、第2タブ62は、ルーバ部50よりも伝熱フィン30の風下側端部302側に設けられる。第1タブ61の形成位置は特に限定されず、本実施形態では、ルーバ部50を挟んで第2タブ62とZ軸方向に対向する位置に設けられる。
The
[ルーバ部]
以下、ルーバ部50の詳細について説明する。
図3は、図2におけるB-B線方向断面図、図4は、ルーバ部50の形態を示す斜視図である。
[Louver part]
Hereinafter, the details of the
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 2, and FIG. 4 is a perspective view showing the form of the
ルーバ部50は、伝熱部32を斜めに貫通するスリット状の複数の開口部50wを含む。本実施形態においてルーバ部50は、第1ルーバ51、第2ルーバ52、第3ルーバ53、第4ルーバ54、第5ルーバ55及び第6ルーバ56の6つのルーバを含み、これらがその順番で伝熱フィン30の風上側端部301(第1の端部)から風下側端部302(第2の端部)に向かって配置される。ルーバの数は勿論これに限られず、伝熱部32の大きさ等に応じて任意に設定可能である。
The
第1ルーバ51~第6ルーバ56は、伝熱フィン30の長手方向(Y軸方向)に平行な方向を幅方向とする概略矩形状を有するとともに、図3に示すように伝熱部32の一方の主面32aあるいは他方の主面32b側に、Y軸方向に平行な軸まわりに切り起こして形成される。図示の例では、第1ルーバ51は他方の主面32b側に、第2ルーバ52~第5ルーバ55については風上側が一方の主面32a側、風下側が他方の主面32b側に、そして、第6ルーバ56は一方の主面32a側に、それぞれ切り起こされる。
The
第1ルーバ51~第6ルーバ56は、図2に示すようにそれぞれ同一の幅(Lw)で形成されるとともに、図3に示すように伝熱部31に対して一定の高さ(H)で切り起こされる。一定の高さとは、伝熱部32に対する各ルーバ51~56の切り起こし高さが実質的に同一の高さであることを意味し、完全に同一である場合に限られず、製造誤差などのばらつきが含まれてもよい。
The
また、伝熱部32に対する第1ルーバ51~第6ルーバ56の切り起こし角度は、図3に示すように、その順で(風上側端部301側から風下側端部302側に向かって)徐々に小さくなるようになっており、また、第1ルーバ51~第6ルーバ56の長さ(幅方向に直交する方向の大きさ)が徐々に大きくなっている。各ルーバ51~56の切り起こし角度は特に限定されず、必要とされる伝熱性能に応じて適宜設定され、例えば、0°を超えて90°以下の範囲で任意に設定可能である。
Further, as shown in FIG. 3, the cutting angles of the
さらに本実施形態では、第1ルーバ51~第6ルーバ56が近接して配置される。その結果、第1ルーバ51~第6ルーバ56の配列ピッチP1~P6は、その順で(風上側端部301側から風下側端部302側に向かって)徐々に大きくなるように設定される。
Further, in the present embodiment, the
[熱交換器の作用]
以上のように構成される本実施形態の熱交換器100は、図示しない送風ファンによって伝熱フィン30の風上側端部301から風下側端部302の方向に空気が流される。送風ファンにより流された空気は、複数の伝熱管20及び伝熱フィン30により区画された複数の通風路40を通過し、各伝熱フィン30の伝熱部32を介して流路21を流れる冷媒との間で熱交換を行う。これにより、熱交換器100が凝縮器の場合は伝熱管20の流路21を流れる冷媒を凝縮させ、熱交換器100が蒸発器の場合は伝熱管20の流路21を流れる冷媒を蒸発させる。
[Action of heat exchanger]
In the
空気調和機の送風ファンから送出される空気の流速は、例えば車両用途の熱交換器(例えば、ラジエータ)などに比べて比較的遅く、伝熱フィン30の風上側端部301から通風路40へ進入した空気は、風下側端部302に向かって伝熱部32の表面に平行に流れる。通風路40内の空気の一部は、図3において矢印で示すように第1ルーバ51~第6ルーバ56間に流れ込み、伝熱部32の一方の主面32aにより区画される通風路40から他方の主面32bにより区画される通風路40へ導かれることで、伝熱部32の一方の主面32a及び他方の主面32bと空気との間で熱伝達が行われる。
The flow velocity of the air sent from the blower fan of the air conditioner is relatively slower than that of, for example, a heat exchanger (for example, a radiator) for a vehicle, and the
本実施形態によれば、ルーバ部50を構成する第1ルーバ51~第6ルーバ56が伝熱部32に対して一定の高さで形成されているため、ルーバの切り起こし高さが異なる従来のフィン構造と比較して、各ルーバ間に均等に空気を流入させることができる。これにより、伝熱部32全体としての伝熱性能が向上し、前述のとおり、流速が比較的遅い場合でも所望とする伝熱性能を確保することができる。
According to the present embodiment, since the
さらに本実施形態によれば、ルーバ部50を構成する複数のルーバの切り起こし角度が風下側に向かって順次小さくなるように構成されているため、ルーバ部50の下流側に向かうに従って、空気の流れ角度が小さくなる(伝熱部32の表面に平行な方向に近づく)。その結果、下流側のルーバ間に流れる空気の量を増大させることができる。
Further, according to the present embodiment, since the cutting angle of the plurality of louvers constituting the
そして本実施形態によれば、ルーバ部50が設けられていない伝熱部32の他方の主面32b側の比較的熱流束の小さい最下流端領域32E(図3参照)に空気が流れやすくなるため、当該領域における伝熱性能を向上させることができる。
According to the present embodiment, air easily flows to the most
以上のように本実施形態によれば、伝熱フィン30の各伝熱部の伝熱性能を高めることができる。これにより、空気の流速が比較的遅い冷凍空調用途の熱交換器に適用した場合でも熱交換性能に優れた熱交換器を提供することができる。
また、上述したルーバ部50の構成により、伝熱部32のほぼ全領域にわたって安定した伝熱性能を確保することができるため、同等の伝熱性能を有する従来の熱交換器よりも小型化、薄型化を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the heat transfer performance of each heat transfer portion of the
Further, due to the configuration of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made.
例えば以上の実施形態では、伝熱フィンが板状フィンである場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、伝熱フィンがコルゲートフィンである場合にも本発明は適用可能である。また、以上の実施形態ではパラレルフロー型熱交換器を例に挙げて説明したが、これに限られず、円管とフィンで形成されるフィンチューブ熱交換器、プレートフィン熱交換器などにも本発明は適用可能である。 For example, in the above embodiment, the case where the heat transfer fin is a plate-shaped fin has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied even when the heat transfer fin is a corrugated fin. Further, in the above embodiment, the parallel flow type heat exchanger has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the present invention also applies to fin tube heat exchangers formed by circular tubes and fins, plate fin heat exchangers, and the like. The invention is applicable.
また以上の実施形態では、ルーバ部50を構成する各ルーバ51~56の切り起こし角度がそれぞれ異なるように形成されたが、これに限られず、複数のルーバのうち切り起こし角度及び高さが同一のルーバが複数連続して配置されてもよい。
Further, in the above embodiment, the
20…伝熱管
21…流路
30…伝熱フィン
32…伝熱部
40…通風路
50…ルーバ部
51~56…ルーバ
61,62…タブ
100…熱交換器
20 ...
Claims (3)
前記第1の軸方向に配列され、前記複数の伝熱管と接合された複数の伝熱フィンと
を具備し、
前記複数の伝熱フィンは、前記複数の伝熱管の間に位置し流体が通過する通風路を形成する伝熱部と、前記伝熱部に設けられ前記第1の軸方向及び前記第2の軸方向に直交する第3の軸方向に配列された複数のルーバを含むルーバ部とをそれぞれ有し、
前記複数のルーバは、前記伝熱部に対して一定の高さを有し、
前記伝熱部に対する前記複数のルーバの切り起こし角度は、前記第3の軸方向の一端側から他端側に向かって徐々に小さくなる
熱交換器。 A plurality of heat transfer tubes having a flow path through which the refrigerant flows along the first axial direction and arranged in the second axial direction orthogonal to the first axial direction,
A plurality of heat transfer fins arranged in the first axial direction and joined to the plurality of heat transfer tubes are provided.
The plurality of heat transfer fins have a heat transfer portion located between the plurality of heat transfer tubes and forming a ventilation path through which a fluid passes, and the heat transfer portion provided in the first axial direction and the second. Each has a louver portion including a plurality of louvers arranged in a third axial direction orthogonal to the axial direction.
The plurality of louvers have a certain height with respect to the heat transfer portion, and the plurality of louvers have a certain height.
A heat exchanger in which the cutting angle of the plurality of louvers with respect to the heat transfer portion gradually decreases from one end side to the other end side in the third axial direction.
前記複数のルーバの配列ピッチは、前記一端側から前記他端側に向かって徐々に大きくなる
熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1.
A heat exchanger in which the arrangement pitch of the plurality of louvers gradually increases from the one end side toward the other end side.
前記複数の伝熱フィンは、前記複数の伝熱フィンの配列間隔を調整する複数のタブを有する板状フィンで構成され、
前記複数のタブの一部は、前記ルーバ部よりも前記第3の軸方向の他端側に設けられる
熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1 or 2.
The plurality of heat transfer fins are composed of plate-shaped fins having a plurality of tabs for adjusting the arrangement spacing of the plurality of heat transfer fins.
A part of the plurality of tabs is a heat exchanger provided on the other end side in the third axial direction with respect to the louver portion.
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