JPH05302793A - フィン・チューブ型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】補助フィンに補掟された水滴を確実に除去でき
るようにする。 【構成】フィン１１，１１，…に面壁が切り起こされた
多数の補助フィン１３，１３，…を並設する。各補助フ
ィン１３，１３，…の間に上記面壁を通過する副空気通
路Ｂを形成し、各補助フィン１３，１３，…を、上記フ
ィンの面壁に対して鋭角に交叉する傾斜板に形成する。
各補助フィン１３，１３，…には、通風方向の後部１３
ａにおけるフィン１１，１１，…の面壁との交叉角度θ
が増加する方向に湾曲する配向部１５を形成する。副空
気通路Ｂの隣接間隔は増加する。このため、通風方向の
後部１３ａと通風方向の前部１３ｂとの間の最短距離ｓ
2 は、非球形の水滴Ｗを重力に抗してブリッジ状に支持
できる間隔より大きくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、補助フィンを有する
フィン・チューブ型熱交換器に関し、とくに除霜運転時
に補助フィンに付着する水滴の除去対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばヒートポンプ式の空気調和装置の
室外機に適用される熱交換器は、室外機を暖房モードで
運転するとき、フィンの板面に霜が着く。そのため、着
霜状態や、フィンの温度状態に応じて除霜を行うが、融
解した霜の水滴がフィンの板面に付着しやすい。

【０００３】一般に熱交換器は、フィンを設けて熱伝達
率の向上を図っているが、さらに、熱伝達率を向上させ
るために、フィンに加えて補助フィンを設ける場合があ
る。例えば、特開平２−１１５６９５号公報に開示され
ている熱交換器では、補助フィンとして、フィンの面壁
を切り起こした多数のスリットフィン（ｂ），（ｂ），
…が設けられ、隣接するスリットフィン（ｂ），（ｂ）
の間を空気が流通するようになっている。そして、スリ
ットフィン（ｂ），（ｂ），…の配設枚数をできるだけ
多くするために、各スリットフィン（ｂ），（ｂ），…
間の間隔は小さく設定されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のスリ
ットフィンを有する熱交換器を空気調和装置等に使用す
る場合には、伝熱管内（管内側）の冷媒等の熱媒体と伝
熱管外（管外側）の空気との間で熱交換中に、管外面や
フィンに着霜が生じることがある。

【０００５】着霜を除去するために除霜運転が行われる
が、図８に示すように、霜が融解されて生じた水滴
（ａ）は、隣接するスリットフィン（ｂ），（ｂ）の対
向面間の最短距離が小さいために、隣接するスリットフ
ィン（ｂ），（ｂ）に同時に付着してスリットフィン
（ｂ），（ｂ）の間の空気通路を塞ぐ現象がみられる。

【０００６】このような現象は、スリットフィン
（ｂ），（ｂ），…が近接して平行に並設されている場
合に生じ、水滴（ａ）は、水分子間の凝集力と水とスリ
ットフィン（ｂ），（ｂ），…板面との付着力とによっ
て重力に抗してブリッジ状に支持され得る。そして、付
着力が大きい水では接触角が鋭角になるために、非球形
である一葉双曲面体の形状になっている。この非球形の
水滴（ａ）は表面積が減少して安定した表面エネルギ状
態になっており、一旦形成されると容易に除去できな
い。

【０００７】この非球形の水滴（ａ）はスリットフィン
（ｂ），（ｂ）の間の空気通路を塞いで熱交換面積を減
少させる原因となり、熱交換効率の低下、水滴（ａ）の
氷結、あるいは氷結部による着霜の促進等を生じ、除霜
頻度およびその時間が増加して空気調和装置の空気調和
能力が低下する時間が長くなり、快適性が低下してしま
う。

【０００８】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であって、補助フィンに補掟された水滴を確実に除去で
きるようにすることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明が講じた手段は、配向部によ
り、副空気通路の出口部を拡張して、水滴を水分子間の
凝集力と水と補助フィン板面との付着力とによって重力
に抗してブリッジ状に支持できる間隔より大きくするも
のである。

【００１０】具体的には、請求項１に係る発明が講じた
手段は、本体（２）の前面（４）と後面（５）が外部に
開口すると共に、前面（４）と後面（５）との間に配設
された伝熱管（１２）に多数のフィン（１１），（１
１），…が並設されて、各フィン（１１），（１１），
…の間には主空気通路（Ａ）が形成される一方、該各フ
ィン（１１），（１１），…には、面壁が切り起こされ
た多数の補助フィン（１３），（１３），…が並設さ
れ、該各補助フィン（１３），（１３），…の間に上記
面壁を通過する副空気通路（Ｂ）が形成されているフィ
ン・チューブ型熱交換器を前提とする。

【００１１】そして、上記各補助フィン（１３），（１
３），…は、上記フィン（１１），（１１），…の面壁
に対して鋭角に交叉する傾斜板に形成された構成として
いる。

【００１２】さらに、該各補助フィン（１３），（１
３），…には、通風方向の後部（１３ａ）における上記
フィン（１１），（１１），…の面壁との交叉角度θが
増加する方向に配向する配向部（１５）が形成された構
成としている。

【００１３】また、請求項２に係る発明が講じた手段
は、配向部（１５）が湾曲しているものである。

【００１４】具体的には、請求項２に係る発明が講じた
手段は、請求項１に係る発明の前提としてのフィン・チ
ューブ型熱交換器に加えて、上記各補助フィン（１
３），（１３），…は、上記フィン（１１），（１
１），…の面壁に対して鋭角に交叉する傾斜板に形成さ
れた構成としている。

【００１５】さらに、該各補助フィン（１３），（１
３），…には、通風方向の後部（１３ａ）における上記
フィン（１１），（１１），…の面壁との交叉角度θが
増加する方向に湾曲する配向部（１５）が形成された構
成としている。

【００１６】

【作用】上記構成により、請求項１に係る発明によれ
ば、熱交換時、気流は、各フィンの間の主空気通路
（Ａ）を流通する一方、補助フィン（１３），（１
３），…に誘導されて主空気通路（Ａ）から分岐して副
空気通路（Ｂ）を流通する。例えば、上記熱交換器を空
気調和装置に使用する場合には、除霜運転において、補
助フィン（１３），（１３），…に付着している霜が融
解されて水滴になる。

【００１７】一方、補助フィン（１３），（１３），…
は、フィンの面壁に対して鋭角に交叉している一方、配
向部（１５）はフィンの面壁との交叉角度θが増加する
方向に配向しているので、図６に示すように、隣接する
補助フィン（１３），（１３）の対向面間の最短距離の
うち、通風方向の後部（１３ａ）と通風方向の前部（１
３ｂ）との間の最短距離ｓ2 は、通風方向の前部（１３
ｂ），（１３ｂ）の間の最短距離ｓ1 より大きくなる。
したがって、上記最短距離ｓ2 は、水滴を水分子間の凝
集力と水と補助フィン（１３），（１３），…板面との
付着力とによって重力に抗してブリッジ状に支持できる
間隔より大きくなる。このため、隣接する補助フィン
（１３），（１３）に同時に付着する非球形の水滴は形
成されないか、たとえ形成されても、副空気通路（Ｂ）
の出口部において速やかにブリッジ部分が破断される。
そして、副空気通路（Ｂ）を流通する空気によって副空
気通路（Ｂ）外へ吹き出されることになる。

【００１８】また、請求項２に係る発明によれば、配向
部（１５）はフィン（１１），（１１），…の面壁との
交叉角度θが増加する方向に湾曲しているので、補助フ
ィン（１３），（１３），…の対向面間の最短距離は後
端にいくにしたがって増加することになる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る発明によ
れば、配向部（１５）により、隣接する補助フィン（１
３），（１３）の対向面間の最短距離を該対向面間に同
時に付着する非球形の水滴を支持できる間隔より大きく
して非球形の水滴の支持を不可能することができる。こ
れにより、補助フィン（１３），（１３），…間に付着
する水滴を、確実に除去することができ、補助フィン
（１３），（１３），…により効率的な熱伝達を行って
熱交換器の効率を向上できる。さらに、水滴を確実に排
除できるので、補助フィン（１３），（１３），…に滞
留する水滴の氷結によって着霜が促進され、その除去に
要する時間が増加することも一掃でき、除霜運転の頻度
およびその時間を減少して、正常な運転状態を長時間に
わたって維持することができる。

【００２０】また、請求項２に係る発明によれば、配向
部（１５）が円弧状に湾曲されることにより、隣接する
補助フィン（１３），（１３）の対向面間の最短距離を
後端にいくにしたがって増加することができ、副空気通
路（Ｂ）における気流の乱れを抑止しながら水滴除去の
効果を増大することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１ないし図６は、請求項１および２に係る発明を
空気調和装置の室外ユニット内に配設される熱交換器に
適用した第１実施例を示す。

【００２２】図示しないが、室外ユニット内には、圧縮
機と、ファンを有する熱源側熱交換器であるフィン・チ
ューブ型熱交換器とが配設されている。フィン・チュー
ブ型熱交換器は、圧縮機と、四路切換弁と、図示しない
室内ユニット内の利用側熱交換器と冷媒配管によって冷
媒が正逆流通可能に接続されている。そして、四路切換
弁の切換動作により、フィン・チューブ型熱交換器は、
暖房運転時には蒸発器として、冷房運転時には凝縮器と
して機能するように構成されている。

【００２３】上記フィン・チューブ型熱交換器は、直接
膨脹式のプレートフィン型熱交換器であり、図１および
図２に示すように、本体（２）内に熱交換ユニット
（３）が挿入されて固定された構造とされている。

【００２４】本体（２）は前面（４）に空気流入口
（６）が、後面（５）に空気流出口（７）がそれぞれ開
設されている。

【００２５】一方、熱交換ユニット（３）には、伝熱管
（１２）が配設されており、伝熱管は、図示しない２枚
の管板の間に多数の管が上下多段に貫通して支持されて
なる直管部（１０）が、Ｕ字管（８），（８），…によ
り冷媒が流通可能に接続された構成にされている。

【００２６】さらに、伝熱管（１２）には、多数の縦長
のフィン（１１），（１１），…が外嵌されている。フ
ィン（１１），（１１），…は伝熱管（１２）に対して
面壁が直交するように配置されており、各フィン（１
１），（１１），…の間に形成された主空気通路（Ａ）
が前面（４）と後面（５）とに直交するように構成され
ている。フィン（１１），（１１），…は上下に長いア
ルミニウム製の平板の一群からなり、直管部（１０）に
沿って一定ピッチで配置されている。

【００２７】また、フィン（１１），（１１），…は、
図３および図４に示すように、ルーバー状の補助フィン
（１３），（１３），…が平行に設けられている。補助
フィン（１３），（１３），…はフィン（１１），（１
１），…の面壁を板面の両側へ切り起こして形成されて
おり、その隣接間隔はフィン（１１），（１１），…の
隣接間隔より相当小さく設定されている。各補助フィン
（１３），（１３），…の間には、副空気通路（Ｂ）が
形成されている。

【００２８】熱交換時、図示しないファンによって形成
された気流は、各フィン（１１），（１１），…の間の
主空気通路（Ａ）を流通する一方、補助フィン（１
３），（１３），…に誘導されて主空気通路（Ａ）から
分岐して副空気通路（Ｂ）を流通するように構成されて
いる。

【００２９】空気調和装置を暖房運転するとき、とくに
冬季等の外気温が低いときには、フィン（１１），（１
１），…や補助フィン（１３），（１３），…に多量の
霜が付きやすい。この霜を除去するために、除霜運転を
行って伝熱管（１２）に高温の冷媒を流通して、霜を融
解させる。そうすると、隣接する補助フィン（１３），
（１３）において、図６に示すように、同時に付着する
非球形の水滴（Ｗ）が生じるおそれがある。

【００３０】非球形の水滴（Ｗ）は、隣接する補助フィ
ン（１３），（１３）の対向面間の最短距離が小さいた
めに発生しやすい。つまり、該最短距離が小さい場合に
は、水滴（Ｗ）は、水分子間の凝集力と水と補助フィン
（１３），（１３），…の面壁との付着力とによって重
力に抗してブリッジ状に支持され得るからである。

【００３１】そして、この非球形の水滴（Ｗ）は付着力
が大きい水では接触角が鋭角になると共に、水分子間の
凝集力に起因する表面張力により表面積が最小になるた
めに、中央がくびれた一葉双曲面体状の外観、あるいは
一葉双曲面体を引き伸ばした外観になる。このため、非
球形の水滴（Ｗ）は、安定した表面エネルギ状態になっ
ており、一旦形成されると容易に除去できない。

【００３２】そこで、図４〜図６に示すように、本発明
の特徴として、各補助フィン（１３），（１３），…
は、フィン（１１），（１１），…の面壁に対して鋭角
に交叉する傾斜板に形成されていると共に、補助フィン
（１３），（１３），…には配向部（１５）が形成され
ている。

【００３３】この配向部（１５）は、補助フィン（１
３），（１３），…の通風方向の後部（１３ａ）がフィ
ン（１１），（１１），…の面壁との交叉角度θが増加
する方向に円弧状に湾曲して形成され、後端にいくにし
たがって交叉角度θが増加するように設定されている。
また、補助フィン（１３），（１３），…は、上述のよ
うに、フィン（１１），（１１），…の面壁に対して鋭
角に交叉しているため、隣接する補助フィン（１３），
（１３）の対向面の間の最短距離は、図６に示すよう
に、通風方向の後部（１３ａ）において増加することに
なる。つまり、隣接する補助フィン（１３），（１３）
の対向面間の最短距離のうち、通風方向の後部（１３
ａ）と通風方向の前部（１３ｂ）との間の最短距離ｓ2
は、通風方向の前部（１３ｂ），（１３ｂ）の間の最短
距離ｓ1 より大きくなる。

【００３４】次に、上記補助フィン（１３），（１
３），…の配向部（１５）の作用について説明する。除
霜運転において、補助フィン（１３），（１３），…に
付着している霜が融解されて水滴（Ｗ）になる。一方、
補助フィン（１３），（１３），…は、フィン（１
１），（１１），…の面壁に対して鋭角に交叉している
一方、配向部（１５）はフィン（１１），（１１），…
の面壁との交叉角度θが増加する方向に湾曲しているの
で、隣接する補助フィン（１３），（１３）の対向面間
の最短距離のうち、通風方向の後部（１３ａ）と通風方
向の前部（１３ｂ）との間の最短距離ｓ2 は、通風方向
の前部（１３ｂ），（１３ｂ）の間の最短距離ｓ1 より
大きくなる。したがって、上記ｓ2 は、水滴（Ｗ）を水
分子間の凝集力と水と補助フィン（１３），（１３），
…の面壁との付着力とによって重力に抗してブリッジ状
に支持できる間隔より大きくなる。このため、隣接する
補助フィン（１３），（１３）に同時に付着する非球形
の水滴（Ｗ）は形成されないか、たとえ形成されても、
副空気通路（Ｂ）の出口部において速やかにブリッジ部
分が破断される。そして、副空気通路（Ｂ）を流通する
空気によって副空気通路（Ｂ）外へ吹き出されることに
なる。

【００３５】以上のように、本実施例によれば、配向部
（１５）により、隣接する補助フィン（１３），（１
３）の対向面間の最短距離を隣接するフィンに同時に付
着する非球形の水滴（Ｗ）を支持できる間隔より大きく
して非球形の水滴（Ｗ）の支持を不可能にすることがで
きる。これにより、補助フィン（１３），（１３），…
間に付着する水滴（Ｗ）を、確実に除去することがで
き、補助フィン（１３），（１３），…により効率的な
熱伝達を行って熱交換器の効率を向上できる。さらに、
水滴（Ｗ）を確実に排除できるので、補助フィン（１
３），（１３），…に滞留する水滴（Ｗ）の氷結によっ
て着霜が促進され、その除去に要する時間が増加するこ
とも一掃でき、除霜運転の頻度およびその時間を減少し
て、正常な運転状態を長時間にわたって維持することが
できる。

【００３６】また、配向部（１５）が円弧状に湾曲され
ることにより、隣接する補助フィン（１３），（１３）
の対向面間の最短距離を後端にいくにしたがって増加す
ることができ、副空気通路（Ｂ）における気流の乱れを
抑止しながら水滴（Ｗ）除去の効果を増大することがで
きる。

【００３７】次に、図７は請求項１に係る発明の第２実
施例を示す。この実施例は、補助フィン（１３），（１
３），…の通風方向の後部（１３ａ）が外方へ折り曲げ
られて直線状に形成され、補助フィン（１３），（１
３），…の面壁との交叉角度θが増加する方向に配向す
るように設定されている。この場合には、通風方向の後
部（１３ａ）の交叉角度θは、一定となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の熱交換器の平面図であ
る。

【図２】本発明の第１実施例の熱交換器の正面図であ
る。

【図３】本発明の第１実施例の熱交換器要部の縦断側面
図である。

【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図５】本発明の第１実施例の補助フィンを中途部で破
断した状態の斜視図である。

【図６】本発明の第１実施例の補助フィンに付着した水
滴の状態を示す断面図である。

【図７】本発明の第２実施例の図６相当図である。

【図８】従来の補助フィンの構造を示す図６相当図であ
る。

【符号の説明】

２ 本体 ４ 前面 ５ 後面 １１ フィン １２ 伝熱管 １３ 補助フィン １３ａ 通風方向の後部 Ａ 主空気通路 Ｂ 副空気通路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体（２）の前面（４）と後面（５）が
   外部に開口すると共に、前面（４）と後面（５）との間
   に配設された伝熱管（１２）に多数のフィン（１１），
   （１１），…が並設されて、各フィン（１１），（１
   １），…の間には主空気通路（Ａ）が形成される一方、 該各フィン（１１），（１１），…には、面壁が切り起
   こされた多数の補助フィン（１３），（１３），…が並
   設され、該各補助フィン（１３），（１３），…の間に
   上記面壁を通過する副空気通路（Ｂ）が形成されている
   フィン・チューブ型熱交換器において、 上記各補助フィン（１３），（１３），…は、上記フィ
   ン（１１），（１１），…の面壁に対して鋭角に交叉す
   る傾斜板に形成されている一方、 該各補助フィン（１３），（１３），…には、通風方向
   の後部（１３ａ）における上記フィン（１１），（１
   １），…の面壁との交叉角度θが増加する方向に配向す
   る配向部（１５）が形成されていることを特徴とするフ
   ィン・チューブ型熱交換器。
2. 【請求項２】 本体（２）の前面（４）と後面（５）が
   外部に開口すると共に、前面（４）と後面（５）との間
   に配設された伝熱管（１２）に多数のフィン（１１），
   （１１），…が並設されて、各フィン（１１），（１
   １），…の間には主空気通路（Ａ）が形成される一方、 該各フィン（１１），（１１），…には、面壁が切り起
   こされた多数の補助フィン（１３），（１３），…が並
   設され、該各補助フィン（１３），（１３），…の間に
   上記面壁を通過する副空気通路（Ｂ）が形成されている
   フィン・チューブ型熱交換器において、 上記各補助フィン（１３），（１３），…は、上記フィ
   ン（１１），（１１），…の面壁に対して鋭角に交叉す
   る傾斜板に形成されている一方、 該各補助フィン（１３），（１３），…には、通風方向
   の後部（１３ａ）における上記フィン（１１），（１
   １），…の面壁との交叉角度θが増加する方向に湾曲す
   る配向部（１５）が形成されていることを特徴とするフ
   ィン・チューブ型熱交換器。