JPH05164487A - フィン付き熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 フィン付き熱交換器において、デフロスト運
転時間の短縮と着霜時間の延長及びフィンの熱伝達率の
向上を図る。 【構成】 伝熱管２からフィン１の前縁１aまでの距離
を、該伝熱管２から後縁１bまでの距離よりも長く設定
するとともに、上記前縁１aのしかも伝熱管２の送風方
向における投影幅よりも内側位置に送風方向上流側に向
って開口する切欠３を形成したもの。かかる構成によ
り、切欠３部分においては、伝熱管２からの距離が短く
なることからフィン表面温度が高くなりデフロスト運転
時間が短縮される一方、伝熱管２からの距離が短い分だ
け着霜が多くなって通風抵抗の増加につながるが、これ
は切欠３の形成に伴う濡れ縁長さを増加させて着霜を分
散させることと、該切欠３を伝熱管２の存在により通風
量そのものが少ない伝熱管２の投影幅内に形成すること
で可及的に抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、フィン付き熱交換器
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空調機の熱交換器として所定
間隔で平行配置された複数の伝熱管に対してこれに直交
する格好で複数の板状フィンを所定間隔で取り付けたフ
ィン付き熱交換器が多用されている。

【０００３】ところで、このようなフィン付き熱交換器
を、例えばヒートポンプ式空調機のの室外機として使用
した場合には、冬期の低温条件下での暖房運転時におい
てはフィン表面に着霜が生じ、この着霜の成長とともに
通風抵抗が増加し、熱交換性能の以下を招く。そして、
このような着霜による不具合は、フィンのうちでも最も
熱伝達率の高い前縁において顕著となる。

【０００４】このような不具合に対する対策としては、
伝熱管から前縁までの距離を延ばして前縁におけるフィ
ン表面温度を上昇させることが考えられ、具体的には図
６に示すように、フィン１に対して伝熱管２を後縁１b
側にオフセットさせて配置し、相対的に伝熱管２から前
縁１aまでの距離を後縁１bまでの距離よりも長くとって
いる。

【０００５】尚、このような思想に立脚するものとし
て、例えば特開平２ー１６６３９４号公報に示される如
きフィン付き熱交換器がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図６に示す
ように単に前縁１a側の長さを長くしただけでは、なる
ほど前縁１aにおけるフィン表面温度が上昇するためそ
れだけ該前縁１a部分における着霜及びその成長は抑制
されるものの、時間の経過とともに着霜量が次第に増え
て最終的にはこの着霜を解かすためのデフロスト運転が
必要になるが、このデフロスト運転状態には逆に前縁１
aが伝熱管２から遠く離れていることが災いして該前縁
１aにおけるフィン表面温度がなかなか上がらず、結果
的にデフロスト運転時間が長くなって再起動までに時間
がかかり、それだけ平均暖房能力が低下するという欠点
があった、そこで本願発明は、フィン付き熱交換器にお
いて、簡単な構成により、デフロスト運転時間の短縮と
着霜時間の延長とを両立させるとともに、併せてフィン
の熱伝達率の向上を図ることを目的としてなされたもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明ではかかる課題
を解決するための具体的手段として、請求項１記載の発
明では、図１Ａ〜図５に例示するように、所定幅をもち
且つその幅方向両端縁１c,１dがほぼ平行に延びる直線
状とされた複数枚の板状フィン１,１,・・をそれぞれ立
設状態でその板厚方向に所定間隔で配置する一方、所定
間隔で平行配置された複数の伝熱管２,２,・・を、上記
各フィン１,１,・・に対してその幅方向に所定寸法だけ
偏った位置においてこれをその板厚方向に貫通せしめた
状態で取り付けて該伝熱管２の軸心から上記フィン１の
前縁１aに至る距離が後縁１bに至る距離よりも長くなる
ようにするとともに、上記各フィン１,１,・・の上記前
縁１a側から上記伝熱管２に向けて送風するようにした
フィン付き熱交換器において、上記各フィン１,１,・・
の前縁１aのしかも上記伝熱管２の送風方向における投
影幅より内側位置に送風方向上流側に向って開口する切
欠３を形成したことを特徴としている。

【０００８】請求項２記載の発明では図１Ａに例示する
ように、請求項１記載のフィン付き熱交換器において、
上記フィン１をその幅方向に複数の折曲稜線１１,１１,
・・をもつワッフルプレートで構成するとともに、上記
切欠３の底部３aを上記折曲稜線１１の近傍位置に設定
したことを特徴としている。

【０００９】請求項３記載の発明では図２に例示するよ
うに、請求項１記載のフィン付き熱交換器において、上
記フィン１をフラットプレートで構成するとともに、該
フィン１上の上記切欠３の底部３aの下方位置には、解
霜水を下方に導く排水手段１２を設けたことを特徴とし
ている。

【００１０】請求項４記載の発明では図３に例示するよ
うに、請求項１記載のフィン付き熱交換器において、上
記切欠３を略矩形状としたことを特徴としている。

【００１１】請求項５記載の発明では、図４に例示する
ように、請求項１記載のフィン付き熱交換器において、
上記切欠３を楔状としたことを特徴としている。

【００１２】請求項６記載の発明では図１Ａ及び図２に
例示するように、請求項１記載のフィン付き熱交換器に
おいて、上記切欠３を、円弧状としたことを特徴として
いる。

【００１３】請求項７記載の発明では図５に例示するよ
うに、請求項１記載のフィン付き熱交換器において、上
記切欠３を、下方に指向する流線形としたことを特徴と
している。

【００１４】

【作用】本願各発明ではかかる構成とすることによって
それぞれ次のような作用が得られる。

【００１５】 請求項１記載の発明では、切欠３をフ
ィン前縁１aの且つ伝熱管２の上流側に形成しているた
め、該切欠３を形成しない場合に比して実質的に前縁位
置が伝熱管２側に近付くことになる。このため、このフ
ィン付き熱交換器を空調機の室外機として使用し且つ低
温条件下において暖房運転を行った場合には、伝熱管２
から前縁１aまでの距離が短い分だけ切欠３部分に着霜
を生じ易くなる。ところが、この切欠３部分は、該伝熱
管２の送風方向における投影線の内側に形成されている
ことから、例えこの切欠３の近傍に多量の着霜を生じた
としても、この部分は本来伝熱管２の存在によって風量
そのものが少ないことから、この切欠３の近傍における
着霜に起因する送風抵抗の増加は可及的に少なく抑えら
れることとなる。

【００１６】また、この切欠３の形成により、伝熱管２
の前方における前縁１aの濡れ縁長さは、該切欠３を設
けずこれを直線状とした場合に比して、実質的に増加す
ることとなる。従って、この伝熱管２の前方位置におけ
る着霜は切欠３の周縁に沿って比較的広い範囲に分散し
て着霜することとなり、結果的に、着霜の発生から着霜
の成長により通風抵抗がある一定値以下に低下するまで
の時間、即ち、着霜時間が延長されることになる。

【００１７】一方、フィン前縁１aへの着霜により通風
抵抗が所定値以上に増加した場合には、この着霜を解か
し通風抵抗を小ならしめて熱交換性能の回復を図るべく
デフロスト運転を行うが、この場合においては、前縁１
aのうちで最も着霜量の多い切欠３部分が伝熱管２に近
付けられていることから該切欠３部分の温度上昇が早
く、より短時間で解霜が完了せしめられ、それだけ暖房
運転への再起動が早められるものである。

【００１８】 請求項２記載の発明では、上記記載
の作用に加えて、フィン１がワッフルプレートで構成さ
れるとともに、その稜線１１の近傍位置に切欠３の底部
３aが位置せしめられていることから、該切欠３の近
傍、特に該切欠３の底部３aの近傍に集中的な生じた着
霜がデフロスト運転によって解かされて水滴として下方
へ流下する場合、上記稜線１１が一種の樋として機能
し、その流下排出が促進されるものである。

【００１９】 請求項３記載の発明では、上記記載
の作用に加えて、着霜が集中的に生じる切欠３の底部３
aの下方位置に排水手段１２が設けられていることか
ら、解霜水は該排水手段１２に案内されフィン１の表面
に沿ってよりスムーズに流下排出されることとなる。

【００２０】 請求項４記載の発明では、上記記載
の作用に加えて、上記切欠３が略矩形状とされているこ
とから、該切欠３をフィン１に形成する場合、これが曲
線状とされている場合に比して、その加工が容易ならし
められるものである。

【００２１】 請求項５記載の発明では、上記記載
の作用に加えて、上記切欠３が楔状とされていることか
ら、該切欠３の周縁が上下方向にそれぞれ傾斜すること
となり、該切欠３近傍の着霜水はこの傾斜面に沿ってス
ムーズに流下排出されるとともに、該切欠３の加工も容
易ならしめられるものである。

【００２２】 請求項６記載の発明では、上記記載
の作用に加えて、上記切欠３が円弧状とされていること
から、該切欠３の近傍のこの円弧面に沿ってスムーズに
流下排出されるとともに、例えば該切欠３を楔状とする
場合に比して、該切欠３の濡れ縁長さの長大化が促進さ
れるものである。

【００２３】 請求項７記載の発明では、上記記載
の作用に加えて、上記切欠３が流線形とされていること
から、上記記載の場合よりもさらに高い排水作用が確
保されるものである。

【００２４】

【発明の効果】従って、本願各発明のフィン付き熱交換
器によればそれぞれ次のような効果が得られる。

【００２５】(a) 請求項１記載のフィン付き熱交換器
によれば、着霜による通風抵抗の増加にほとんど影響を
与えない位置に切欠３を形成するとともに、該切欠３の
形成により前縁１aの濡れ縁長さを実質的に増加させて
着霜そのものの分散化を図っていることから、デフロス
ト運転から次回のデフロスト運転までの時間、即ち着霜
時間が延長せしめられるものである。

【００２６】また、切欠３の形成によりフィン１の前縁
位置を伝熱管２側に近付けてデフロスト運転時における
前縁１aのフィン表面温度の上昇を図るとともに、上記
切欠３の近傍に集中的に発生した霜の解霜がより迅速に
行なわれ、それだけデフロスト運転時間そのものの短縮
化が図れるものである。

【００２７】そして、このような着霜時間の延長とデフ
ロスト運転時間の短縮化によって、平均暖房能力の向上
が図れるものである。

【００２８】(b) 請求項２及び３記載のフィン付き熱
交換器によれば、上記(a)記載の効果に加えて、フィン
１に形成された稜線１１あるいは排水手段１２によって
解霜水のフィン表面からの排水が促進されることから、
該解霜水による通風抵抗の増加あるいはフィン１の熱伝
達率の低下が可及的に防止され、より高い熱交換性能が
達成できるという効果が得られるものである。

【００２９】(c) 請求項４記載のフィン付き熱交換器
によれば、上記(a)記載の効果に加えて、切欠３を加工
の容易な矩形状としたことにより、フィン製造時におけ
る加工性が向上し、それだけコストダウンに寄与し得る
という効果が得られるものである。

【００３０】(d) 請求項５〜７記載のフィン付き熱交
換器によれば、上記(a)記載の効果に加えて、切欠３の
形状そのものを解霜水の排出が容易な形状に設定したこ
とにより、特別の排水手段を講じることなく解霜水の排
水を促進し、もってより高い熱交換性能を達成すること
ができるという効果が得られるものである。

【００３１】また、特に請求項５記載のフィン付き熱交
換器によれば、切欠３を加工の比較的容易な楔状とした
ことにより、コストダウンも同時に達成することができ
るものである。

【００３２】

【実施例】以下、添付図面に示す実施例に基づいて本願
発明のフィン付き熱交換器を具体的に説明する。

【００３３】第１実施例 図１Ａ及び図１Ｂには、本願の請求項１,２及び６記載
の発明の実施例にかかるフィン付き熱交換器の要部が示
されており、同各図において符号１は所定間隔でその厚
さ方向に多数列設配置されるフィンであり、符号２は該
各フィン１,１,・・に対してこれに直交する方向に貫通
して取り付けられた伝熱管である。そして、このフィン
１は、その板幅方向に複数の稜線１１,１１,・・をもつ
ワッフルプレートで構成されるとともに、このフィン１
に対して上記伝熱管２がその幅方向中心よりも適宜寸法
だけ後縁１b側に偏った状態で取り付けられている。

【００３４】さらに、フィン１の前縁１aのしかも上記
伝熱管２の送風方向前方位置には、該前縁１aから伝熱
管２側に向って切れ込む切欠３が、上記伝熱管２の送風
方向における投影線Ｌ,Ｌの内側に位置するようにして
形成されている。

【００３５】このように構成されたフィン付き熱交換器
の作用を、該フィン付き熱交換器を空調機の室外機とし
て使用し、且つ低温条件下において暖房運転を行う場合
を例にとって説明すると、先ずフィン１の表面に着霜が
生じていない所謂ドライ状態においては、フィン１の全
域で熱交換が行なわれるが、その中でも前縁１a部分は
前縁効果によって高い熱伝達率が達成される。さらに、
この前縁１a部分でも、特に切欠３の近傍位置は、上記
伝熱管２に最も近く、且つ切欠３の形成により濡れ縁長
さが実質的に増加せしめられていることから、熱伝達率
が最も高くなっている。

【００３６】暖房運転の時間の経過とともに上記フィン
１には次第に着霜を生じる。この場合、フィン１のうち
で熱伝達率が最も高い切欠３の近傍位置に着霜が集中的
に生じることとなる。本来、このような着霜は、各フィ
ン１,１,・・間の通風抵抗の増加を招くため好ましくな
いが、この実施例のものにおいては該切欠３が伝熱管２
の送風方向前方位置にしかも該伝熱管２の送風方向にお
ける投影線Ｌ,Ｌの内側位置、即ち、元々伝熱管２風下
に位置していることから通風量そのものが少ない位置に
形成されていることから、該切欠３の近傍位置の着霜
は、熱交換器全体としてみた場合、通風抵抗にはほとん
ど影響を及ぼさず、従って高い熱交換性能が維持される
ものである。

【００３７】また、この場合、切欠３の形成によって前
縁１aの濡れ縁長さが実質的に増加せしめられているこ
とから、着霜はより広い範囲に分散されることになり、
これによってさらに通風抵抗の増大が抑制されるもので
ある。このことは、逆に言えば、着霜量が通風抵抗とい
う観点から看過できない状態になるまでの時間、即ち、
着霜時間が延長されるということである。

【００３８】一方、着霜量の増加によって通風抵抗があ
る程度の値以上になると、一旦、暖房運転を停止させ、
デフロスト運転に切り換えて解霜を行うことが必要とな
る。この場合、前縁１aのうちで最も着霜量の多い切欠
３部分が伝熱管２に近付けられていることから、該切欠
３部分の温度上昇が早く、従ってより短時間で解霜を完
了させることができ、それだけデフロスト運転時間の短
縮が可能となるものである。

【００３９】このような、デフロスト運転時間の短縮
と、着霜時間の延長との相乗的効果として、暖房運転の
稼動率が上昇し、それだけ平均暖房能力の向上が図れる
ものである。

【００４０】さらに、この実施例のものにおいては、上
記切欠３を円弧状とするとともに、その底部３aを、フ
ィン１の各稜線１１,１１,・・の一つに近接させている
ことから、デフロスト運転により生じる解霜水(特に、
この切欠３の近傍は着霜量そのものが多いことから、当
然解霜水の量も多い)は、該切欠３の円弧面に沿って前
縁１a側に集められ、あるいは上記稜線を一種の樋とし
てこれに沿って、スムーズにフィン１の下方へ流下排出
されることとなる。従って、暖房運転の再開時において
は、フィン１の表面にほとんど解霜水が残存しないこと
から、高い熱伝達率でもって熱交換作用を行うことが可
能となり、高水準の暖房性能が達成されるものである。

【００４１】第２実施例 図２には本願の請求項１,３及び６記載の発明の実施例
にかかるフィン付き熱交換器が示されている。この実施
例のものは、上記第１実施例のものが、フィン１をワッ
フルプレートで構成していたのに対して、これをフラッ
トプレートで構成した点と、該第１実施例のものが稜線
１１を一種の樋として機能させて排水性を確保するよう
にしていたのに対して、切欠３の底部３aの下方位置に
上方に向けて放射状に延びる複数のスリット１２,１２,
・・を形成してこれを排水手段として機能させるように
した点とに特徴を有し、その他の部分の構成は上記第１
実施例のものと同様である。

【００４２】このように構成されたこの実施例のフィン
付き熱交換器においては、上記切欠３の形成により上記
第１実施例のものと同様に、着霜時間の延長及びデフロ
スト運転時間の短縮を実現し、これによって平均暖房能
力の上昇が図れることは勿論のこと、デフロスト運転時
の解霜水は、切欠３の円弧面に沿って流下し、あるいは
各スリット１２,１２,・・に沿って切欠３の下方位置に
積極的に集められ大水滴化されることから、スムーズに
フィン１の下方へ流下排出されることとなり、これによ
り暖房運転再開時において高い熱交換性能が達成される
ものである。

【００４３】第３実施例 図３には本願の請求項１,３及び４記載の発明の実施例
にかかるフィン付き熱交換器が示されている。この実施
例のものは、上記第２実施例のものが切欠３を円弧状に
形成していたのに対して、これを矩形状に形成した点に
特徴を有するものであって、その他の構成は全て第２実
施例のものと同様である。

【００４４】かかる構成とすることにより、上記各実施
例と同様に、切欠３の形成によって着霜時間の延長及び
デフロスト運転時間の短縮が図れること、及びスリット
１２,１２,・・の形成によって解霜水の排水性の向上が
図れることは勿論のこと、これに加えて、該切欠３が矩
形状に形成されていることから、例えばこれを円弧状に
形成した場合に比して、該切欠３の加工が容易であり、
それだけフィン１の製造コストを下げることができると
いう利点を有するものである。

【００４５】尚、ここでいう「矩形状」とは、図３に実線
図示するような完全な矩形状のみを指すのではなく、同
図に鎖線図示するように上下両縁を若干傾斜させた台形
状をも含むものであり、特にこの鎖線図示の如くした場
合には、該上下両縁も解霜水の排水促進に寄与できるこ
とから、より効率的な排水が可能になるという利点があ
る。

【００４６】第４実施例 図４には、本願の請求項１,３及び５記載の発明の実施
例にかかるフィン付き熱交換器が示されている。この実
施例のものは、上記第２実施例のものが切欠３を円弧状
に形成したいたのに対して、これを楔状に形成した点に
特徴を有するものであって、その他の構成は全て第２実
施例のものと同様である。

【００４７】このように、切欠３を楔状に形成した場合
には、上述の如き基本的な作用効果が得られることは勿
論であるが、これに加えて、該切欠３を楔状に形成した
場合には、例えばこれを円弧状とする場合に比してその
加工が容易であることから加工性の向上によりコストダ
ウンが図れるとともに、該切欠３の周縁がともに傾斜面
とされることから解霜水の排水性も同時に達成されると
いう利点が得られるものである。

【００４８】第５実施例 図５には、本願の請求項１,３及び７記載の発明の実施
例にかかるフィン付き熱交換器が示されている。この実
施例のものは、上記第２実施例のものが切欠３を円弧状
に形成していたのに対して、これを下方に指向する流線
形に形成したことに特徴を有するものであって、その他
の構成は第２実施例のものと同様である。

【００４９】かかる構成とすることにより、上記の基本
的な作用効果が得られることは勿論であるが、これに加
えて、該切欠３が流線形とされていることから、例えば
これを円弧状に形成する場合に比して、該切欠３の周縁
による排水作用がより一層促進され、さらに高い排水性
をもった熱交換器が得られることとなる。

【００５０】尚、上記各実施例のうち、第２実施例〜第
５実施例においてはフィン１を全てフラットプレートで
構成しているが、本願発明はこれに限定されるものでは
なく、例えばこれらを上記第１実施例のものと同様にワ
ッフルプレートで構成することもできることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本願発明の第１実施例にかかるフィン付き熱
交換器の要部縦断面図である。

【図１Ｂ】図１ＡのI-I断面図である。

【図２】本願発明の第２実施例にかかるフィン付き熱交
換器の要部縦断面図である。

【図３】本願発明の第３実施例にかかるフィン付き熱交
換器の要部縦断面図である。

【図４】本願発明の第４実施例にかかるフィン付き熱交
換器の要部縦断面図である。

【図５】本願発明の第５実施例にかかるフィン付き熱交
換器の要部縦断面図である。

【図６】従来のフィン付き熱交換器の要部縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１はフィン、１aはフィンの前縁、１bはフィンの後縁、
２は伝熱管、３は切欠、１１は稜線、１２はスリット、
Ｌは投影線である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定幅をもち且つその幅方向両端縁(１
   c),(１d)がほぼ平行に延びる直線状とされた複数枚の板
   状フィン(１),(１),・・をそれぞれ立設状態でその板厚
   方向に所定間隔で配置する一方、所定間隔で平行配置さ
   れた複数の伝熱管(２),(２),・・を、上記各フィン
   (１),(１),・・に対してその幅方向に所定寸法だけ偏っ
   た位置においてこれをその板厚方向に貫通せしめた状態
   で取り付けて該伝熱管(２)の軸心から上記フィン(１)の
   前縁(１a)に至る距離が後縁(１b)に至る距離よりも長く
   なるようにするとともに、上記各フィン(１),(１),・・
   の上記前縁(１a)側から上記伝熱管(２)に向けて送風す
   るようにしたフィン付き熱交換器であって、上記各フィ
   ン(１),(１),・・の前縁(１a)のしかも上記伝熱管(２)
   の送風方向における投影幅より内側位置に送風方向上流
   側に向って開口する切欠(３)が形成されていることを特
   徴とするフィン付き熱交換器。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記フィン(１)がそ
   の幅方向に複数の折曲稜線(１１),(１１),・・をもつワ
   ッフルプレートで構成されるとともに、上記切欠(３)の
   底部(３a)が上記折曲稜線(１１)の近傍位置に設定され
   ていることを特徴とするフィン付き熱交換器。
3. 【請求項３】 請求項１において、上記フィン(１)がフ
   ラットプレートで構成されるとともに、該フィン(１)上
   の上記切欠(３)の底部(３a)の下方位置には、解霜水を
   下方に導く排水手段(１２)が設けられていることを特徴
   とするフィン付き熱交換器。
4. 【請求項４】 請求項１において、上記切欠(３)が略矩
   形状とされていることを特徴とするフィン付き熱交換
   器。
5. 【請求項５】 請求項１において、上記切欠(３)が楔状
   とされていることを特徴とするフィン付き熱交換器。
6. 【請求項６】 請求項１において、上記切欠(３)が、円
   弧状とされていることを特徴とするフィン付き熱交換
   器。
7. 【請求項７】 請求項１において、上記切欠(３)が、下
   方に指向する流線形とされていることを特徴とするフィ
   ン付き熱交換器。