JP7133063B1 - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器の熱交換性能の低下を抑制する。【解決手段】冷凍サイクルを循環する冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器１００は、平行に並べて複数設けられ冷媒が流通するチューブ１と、隣り合うチューブ１の間に設けられ外気が通過するフィン３と、を備え、フィン３は、隣り合うチューブ１の一方と他方とに交互に当接する複数の接触部３１と、隣り合うチューブ１の間を連結するように隣り合う接触部３１どうしを連結する複数の壁部３２と、接触部３１及び壁部３２が延長されてチューブ１から外気流れ方向の上流に突出する延長部３５と、外気流れ方向に沿って連続するように壁部３２に複数設けられるルーバ３６と、を有し、外気流れ方向の最上流のルーバ３６の下流端部３６ｂは、チューブ１の外気流れ方向の先端１２よりも上流に位置する。【選択図】図５

Description

本発明は、熱交換器に関する。

特許文献１には、複数の扁平チューブと、隣り合う扁平チューブの間に設けられるコルゲートフィンと、を備え、コルゲートフィンのプレート部は複数のルーバを有し、プレート部は扁平チューブとの接合領域よりも風上側に張り出す延長部を有する車両用空調装置の室外熱交換器が開示されている。

特許第５５６３１６２号公報

しかしながら、特許文献１の室外熱交換器では、車両用空調装置が暖房運転を行っている際に、外気に含まれる水蒸気が冷却されて、延長部に着霜が発生するおそれがある。延長部に着霜が発生すると、外気が扁平チューブに直接接触しなくなるので、室外熱交換器の熱交換性能が低下する。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、熱交換器の熱交換性能の低下を抑制することを目的とする。

本発明のある態様によれば、冷凍サイクルを循環する冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器は、平行に並べて複数設けられ冷媒が流通するチューブと、隣り合う前記チューブの間に設けられ外気が通過するフィンと、を備え、前記フィンは、隣り合う前記チューブの一方と他方とに交互に当接する複数の接触部と、隣り合う前記チューブの間を連結するように隣り合う前記接触部どうしを連結する複数の壁部と、前記接触部及び前記壁部が延長されて前記チューブから外気流れ方向の上流に突出する延長部と、前記外気流れ方向に沿って連続するように前記壁部に複数設けられるルーバと、を有し、前記壁部は、平板状に形成される平板部と、前記平板部から前記接触部に向かって円弧状に曲がる円弧部とを有し、前記ルーバは、前記延長部において、前記外気流れ方向の最上流に形成される第１のルーバと、前記チューブにおける前記外気流れ方向の上流端部よりも下流側において、前記第１のルーバよりも前記外気流れ方向の下流側に形成される第２のルーバとからなり、前記第１のルーバと前記第２のルーバとは、前記平板部の高さ方向全体にわたる同一の高さに形成され、前記第１のルーバの下流端部は、前記チューブの前記外気流れ方向の先端よりも上流に位置し、前記下流端部の高さ方向に渡って同一の切り起し高さに形成される。

上記態様では、フィンは、チューブから外気流れ方向の上流に突出する延長部と、外気流れ方向に沿って連続するように壁部に複数設けられるルーバと、を有する。これにより、外気温度が低い中で暖房運転を行うと、外気に含まれる水蒸気が冷却されて、外気流れ方向の最上流のルーバに着霜が発生するおそれがある。しかしながら、最上流のルーバに集中して着霜が発生するので、それよりも下流には着霜が発生しにくくすることができる。また、最上流のルーバの下流端部は、チューブの外気流れ方向の先端よりも上流に位置するので、当該ルーバに着霜が発生しても、チューブとの間には隙間が残っている。よって、この隙間から入った外気がチューブの間を通過することで、冷媒と外気との間で熱交換を行うことができる。したがって、熱交換器の熱交換性能の低下を抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器の正面図である。 図２は、チューブとフィンとについて説明する正面の拡大図である。 図３は、チューブとフィンとについて説明する斜視図である。 図４は、図２におけるＩＶ－ＩＶ断面図である。 図５は、図２におけるＶ－Ｖ断面図である。 図６は、熱交換器の作用について説明する図である。 図７は、熱交換器の作用について説明する図である。 図８は、比較例に係るフィンへの着霜の発生について説明する模式図である。 図９は、フィンへの着霜の発生について説明する模式図である。 図１０は、フィンの変形例について説明する断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る熱交換器１００について説明する。

まず、図１を参照して、熱交換器１００の全体構成について説明する。図１は、熱交換器１００の正面図である。

熱交換器１００は、車両（図示省略）に搭載される。熱交換器１００は、空調装置（図示省略）の冷凍サイクルにおける室外熱交換器である。熱交換器１００は、冷凍サイクルを循環する冷媒と外気との間で熱交換を行う。熱交換器１００は、空調装置が冷房運転を行う際には凝縮器として機能し、空調装置が暖房運転を行う際には蒸発器として機能する。

熱交換器１００は、複数のチューブ１と、一対のタンク２ａ，２ｂと、複数のフィン３と、を備える。チューブ１，タンク２ａ，２ｂ，及びフィン３は、アルミニウムなどの金属によって形成され、ろう付け等によって互いに接合されて一体になる。

チューブ１は、平行に並べて設けられ、間隔を空けて積層される。チューブ１内には、冷媒が流通する流路が形成される。チューブ１は、フィン３と当接する熱交換面１１が水平になるように配置される。

タンク２ａ及びタンク２ｂは、チューブ１の長手方向の両端部と各々接続されるように配置される。タンク２ａ及びタンク２ｂは、複数のチューブ１に長手方向から接続されるようにそれぞれ配置される。タンク２ａ及びタンク２ｂは、冷媒を一時的に貯蔵する。

タンク２ａには、冷凍サイクルを循環して空調に用いられた後の冷媒が流入する。タンク２ａに流入した冷媒は、複数のチューブ１内をそれぞれ流通する。冷媒は、チューブ１を流通する際に外気との間で熱交換を行う。

タンク２ｂには、チューブ１内を流通した冷媒が流れ込む。タンク２ｂに流れ込んだ冷媒は、再び冷凍サイクルを循環して空調に用いられる。

フィン３は、隣り合うチューブ１の間に設けられ、チューブ１と交互に積層される。フィン３は、チューブ１の長手方向に沿って波状に形成され、隣接する２つのチューブ１と接合される。複数のチューブ１とフィン３の周囲には、車両の走行又は室外ファン（図示省略）によって導入される外気が通過する。そのため、チューブ１の内部を流通する冷媒は、チューブ１の表面とフィン３とを介して、外気との間で熱交換を行うことができる。このように、フィン３は、冷媒と外気との間の熱交換を促進させる。

熱交換器１００の複数のチューブ１とフィン３とは、チューブ１内を流通する冷媒と周囲を通過する外気との間で熱交換を行うコア９として機能する。

次に、図２から図５を参照して、フィン３について詳細に説明する。図２は、チューブ１とフィン３とについて説明する正面の拡大図である。図３は、チューブ１とフィン３とについて説明する斜視図である。図４は、図２におけるＩＶ－ＩＶ断面図である。図５は、図２におけるＶ－Ｖ断面図である。

図２及び図３に示すように、フィン３は、接触部３１と、壁部３２と、延長部３５と、ルーバ３６と、を有する。接触部３１と壁部３２とは、波状に連なっている。

図２に示すように、接触部３１は、複数設けられ、隣り合うチューブ１の一方と他方とに交互に当接する。接触部３１は、平板状に形成される。接触部３１は、ろう付け等によってチューブ１の熱交換面１１と接合される。

壁部３２は、複数設けられ、隣り合うチューブ１の間を連結するように隣り合う接触部３１どうしを連結する。壁部３２は、平板部３３と、円弧部３４と、を有する。

平板部３３は、平板状に形成される。平板部３３は、互い違いになるように反対方向に傾斜して並ぶ。平板部３３には、ルーバ３６が設けられる。

円弧部３４は、平板部３３から接触部３１に向かって円弧状に曲がる。円弧部３４が設けられることで、平板部３３と接触部３１とは、滑らかな曲面によって連結される。

図３に示すように、延長部３５は、接触部３１及び壁部３２が延長されてチューブ１から外気流れ方向の上流に突出する。

図４に示すように、延長部３５におけるルーバ３６が設けられない平面部３５ａの長さＬＰ［ｍｍ］は、延長部３５におけるルーバ３６が設けられるルーバ形成部３５ｂの長さＬＬ［ｍｍ］よりも短い。これは、延長部３５のうち平面部３５ａの長さが長いと熱交換性能が悪化するおそれがあるためである。

図４及び図５に示すように、ルーバ３６は、外気流れ方向に沿って連続するように平板部３３に複数設けられる。外気流れ方向の最上流のルーバ３６の下流端部３６ｂは、チューブ１の外気流れ方向の先端１２よりも上流に位置する。即ち、外気流れ方向の最上流のルーバ３６は、その全体がチューブ１の外気流れ方向の先端１２よりも上流に位置する。

図５に示すように、外気流れ方向の最上流のルーバ３６は、下流端部３６ｂのみが壁部３２の一方の側面に切り起こされる片ルーバ（片側開口ルーバ）３６１である。片ルーバ３６１の下流に連続して設けられる他のルーバ３６は、下流端部３６ｂが壁部３２の一方の側面に切り起こされるとともに上流端部３６ａが壁部３２の他方の側面に切り起こされる両ルーバ（両側開口ルーバ）３６２である。

なお、ルーバ３６は、円弧部３４には形成されない。ルーバ３６は、壁部３２のうち平板部３３の高さ方向全体にわたって形成される。これにより、ルーバ３６を平板部３３の全体にわたる高さＨ［ｍｍ］（図２参照）まで大きく形成することができるので、外気がルーバ３６をバイパスして下流に流れることを防止できる。したがって、外気流れ方向の下流に着霜が発生することを防止できる。

各々の壁部３２にてチューブ１の先端１２よりも上流に位置するルーバ３６の下流端部３６ｂは一つである。即ち、チューブ１の先端１２よりも上流に全体が突出しているルーバ３６は一つである。チューブ１の先端１２よりも上流に全体が突出しているルーバ３６を二つ以上にしてもよいが、最上流のルーバ３６に集中して着霜が発生するので、二つ目のルーバ３６には大きな着霜は発生しない。そこで、熱交換器１００では、チューブ１の先端１２よりも上流に全体が突出しているルーバ３６を一つにすることで、外気の流通抵抗の上昇を抑制しながら熱交換性能の低下を抑制している。

次に、図６から図９を参照して、熱交換器１００の作用について説明する。図６は、熱交換器１００の作用について説明する図であり、着霜Ｆが発生する前の状態を示す図である。図７は、熱交換器１００の作用について説明する図であり、着霜Ｆが発生した後の状態を示す図である。図８は、比較例に係るフィンへの着霜Ｆの発生について説明する模式図である。図９は、フィン３への着霜Ｆの発生について説明する模式図である。

図６に示すように、フィン３は、チューブ１から外気流れ方向の上流に突出する延長部３５と、外気流れ方向に沿って連続するように壁部３２に複数設けられるルーバ３６と、を有する。熱交換器１００に着霜Ｆが発生していない通常の状態では、外気はチューブ１０の間を通過する。そのため、チューブ１の内部を流通する冷媒は、チューブ１の表面とフィン３とを介して、外気との間で熱交換を行う。

図７に示すように、外気温度が低い中で暖房運転を行うと、外気に含まれる水蒸気が冷却されて、外気流れ方向の最上流のルーバ３６に着霜Ｆが発生するおそれがある。

具体的に説明すると、図８に示す比較例では、チューブ１の先端１２よりも上流に全体が突出しているルーバ３６は一つもない。この場合、最上流のルーバ３６に集中して発生した着霜Ｆがチューブ１の先端１２に接触し、外気の流路を塞ぐおそれがある。

これに対して、図９に示すように、熱交換器１００では、最上流のルーバ３６の下流端部３６ｂは、チューブ１の外気流れ方向の先端１２よりも上流に位置する。そのため、最上流のルーバ３６に集中して着霜Ｆが発生するので、それよりも下流には着霜Ｆが発生しにくくすることができる。最上流のルーバ３６に集中して着霜Ｆが発生しても、チューブ１の先端１２との間には隙間が残っている。よって、この隙間から入った外気がチューブ１の間を通過することで、冷媒と外気との間で熱交換を行うことができる。したがって、熱交換器１００の熱交換性能の低下を抑制することができる。

その後、着霜Ｆが大きくなってチューブ１０の先端１２との間の隙間を塞いだとしても、隙間を塞ぐまでの時間は、熱交換器１００によって冷媒と外気との間で熱交換を行うことができる。よって、熱交換器１００を使用可能な時間を延長することができる。

着霜Ｆが大きくなってチューブ１０の先端１２との間の隙間を塞いだ場合には、例えば冷凍サイクルのコンプレッサ（図示省略）にて圧縮された高温の冷媒をチューブ１内に流通させる除霜運転（ホットガス運転）を行う。これにより、外気流れ方向下流の比較的着霜Ｆが薄い位置では、除霜運転を行うと着霜Ｆがすぐに溶けて水になる。

このとき、チューブ１は、フィン３と当接する熱交換面１１が水平になるように配置されている。着霜Ｆは多孔質体であるため、外気流れ方向下流に付着した水は、熱交換面１１を伝って外気流れ方向上流に移動し、毛細管現象によって最上流のルーバ３６に発生した着霜Ｆに吸収される。その後、延長部３５に発生した着霜Ｆが溶け落ちると、除霜が完了する。このように、最上流のルーバ３６の下流端部３６ｂは、チューブ１の外気流れ方向の先端１２よりも上流に位置することで、除霜運転時の排水を行いやすくできる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

冷凍サイクルを循環する冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器１００は、平行に並べて複数設けられ冷媒が流通するチューブ１と、隣り合うチューブ１の間に設けられ外気が通過するフィン３と、を備え、フィン３は、隣り合うチューブ１の一方と他方とに交互に当接する複数の接触部３１と、隣り合うチューブ１の間を連結するように隣り合う接触部３１どうしを連結する複数の壁部３２と、接触部３１及び壁部３２が延長されてチューブ１から外気流れ方向の上流に突出する延長部３５と、外気流れ方向に沿って連続するように壁部３２に複数設けられるルーバ３６と、を有し、外気流れ方向の最上流のルーバ３６の下流端部３６ｂは、チューブ１の外気流れ方向の先端１２よりも上流に位置する。

この構成では、フィン３は、チューブ１から外気流れ方向の上流に突出する延長部３５と、外気流れ方向に沿って連続するように壁部３２に複数設けられるルーバ３６と、を有する。これにより、外気温度が低い中で暖房運転を行うと、外気に含まれる水蒸気が冷却されて、外気流れ方向の最上流のルーバ３６に着霜Ｆが発生するおそれがある。しかしながら、最上流のルーバ３６に集中して着霜Ｆが発生するので、それよりも下流には着霜Ｆが発生しにくくすることができる。また、最上流のルーバ３６の下流端部３６ｂは、チューブ１の外気流れ方向の先端１２よりも上流に位置するので、当該ルーバ３６に着霜Ｆが発生しても、チューブ１との間には隙間が残っている。よって、この隙間から入った外気がチューブ１の間を通過することで、冷媒と外気との間で熱交換を行うことができる。したがって、熱交換器１００の熱交換性能の低下を抑制することができる。

その後、着霜Ｆが大きくなってチューブ１０の先端１２との間の隙間を塞いだとしても、隙間を塞ぐまでの時間は、熱交換器１００によって冷媒と外気との間で熱交換を行うことができる。よって、熱交換器１００を使用可能な時間を延長することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、外気流れ方向の最上流のルーバ３６は、片ルーバ３６１であり、片ルーバ３６１の下流に設けられる他のルーバ３６は、両ルーバ３６２である。しかしながら、図１０に示すように、外気流れ方向の最上流のルーバ３６は、他のルーバ３６と同様に両ルーバ３６２であってもよい。この場合にも上記実施形態と同様に、熱交換器１００の熱交換性能の低下を抑制することができる。

１００ 熱交換器
１ チューブ
３ フィン
１０ チューブ
１１ 熱交換面
１２ 先端
３１ 接触部
３２ 壁部
３３ 平板部
３４ 円弧部
３５ 延長部
３５ａ 平面部
３５ｂ ルーバ形成部
３６ ルーバ
３６ａ 上流端部
３６ｂ 下流端部
３６１ 片ルーバ
３６２ 両ルーバ

Claims (6)

1. 冷凍サイクルを循環する冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器であって、
   平行に並べて複数設けられ冷媒が流通するチューブと、
   隣り合う前記チューブの間に設けられ外気が通過するフィンと、を備え、
   前記フィンは、
   隣り合う前記チューブの一方と他方とに交互に当接する複数の接触部と、
   隣り合う前記チューブの間を連結するように隣り合う前記接触部どうしを連結する複数の壁部と、
   前記接触部及び前記壁部が延長されて前記チューブから外気流れ方向の上流に突出する延長部と、
   前記外気流れ方向に沿って連続するように前記壁部に複数設けられるルーバと、を有し、
   前記壁部は、平板状に形成される平板部と、前記平板部から前記接触部に向かって円弧状に曲がる円弧部とを有し、
   前記ルーバは、前記延長部において、前記外気流れ方向の最上流に形成される第１のルーバと、前記チューブにおける前記外気流れ方向の上流端部よりも下流側において、前記第１のルーバよりも前記外気流れ方向の下流側に形成される第２のルーバとからなり、
   前記第１のルーバと前記第２のルーバとは、前記平板部の高さ方向全体にわたる同一の高さに形成され、
   前記第１のルーバの下流端部は、前記チューブの前記外気流れ方向の先端よりも上流に位置し、前記下流端部の高さ方向に渡って同一の切り起し高さに形成される、
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器であって、
   前記第１のルーバは、前記下流端部のみが前記壁部の一方の側面に切り起こされる片ルーバであり、
   前記第２のルーバは、前記下流端部が前記壁部の一方の側面に切り起こされるとともに上流端部が前記壁部の他方の側面に切り起こされる両ルーバである、
   ことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
   前記延長部における前記第１のルーバが設けられない平面部の長さは、前記延長部における前記第１のルーバが設けられるルーバ形成部よりも短い、
   ことを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
   各々の前記壁部にて前記チューブの前記先端よりも上流に位置する前記第１のルーバの前記下流端部は一つである、
   ことを特徴とする熱交換器。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
   前記チューブは前記フィンと当接する熱交換面が水平になるように配置される、
   ことを特徴とする熱交換器。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
   前記壁部は、前記接触部に向かって円弧状に曲がる円弧部を有し、
   前記ルーバは、前記円弧部には形成されない、
   ことを特徴とする熱交換器。

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