JPH0654200B2 - フイン付熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、空気を熱源としたヒートポンプ式空気調和機
等の室外用のフィン付熱交換器に関する。

従来の技術 空気を熱源とするヒートポンプ式空気調和機等の暖房あ
るいは給湯運転において、室外用フィン付熱交換器は蒸
発器として機能し周囲の空気温度が低下すると、蒸発温
度が０℃以下になり、空気中の水蒸気がフィン表面に霜
として付着し霜層を形成する。一般に着霜量に関係する
周囲空気と熱交換器伝熱面温度に相当する飽和湿り空気
の絶対湿度差が最も大きくなる部分はフィン群の空気流
入部（フィン前縁）である。したがって、フィン群の空
気流入部に霜層がより多く形成され、短時間でフィン間
が閉塞されるので、通過風量が減少して熱交換量が短時
間で著しく低下する。

従来この種のフィン付熱交換器は、例えば実開昭５９−
９７３８０号公報に示されているように、第５図に示す
ような構成になっていた。すなわち、従来のフィン付熱
交換器は管の内部を矢印２の方向に冷媒が流動する管群
１とこの管群１に挿入されその間を空気が流動するフィ
ン群３から構成され、フィン群３の空気流入端部（フィ
ン前縁）に凹凸状の切欠き６を設け、さらに隣合ったフ
ィンの空気流入端部では、伝熱管の管軸方向に切欠き６
の凹部７と凸部８が相互に入替わるように構成すること
により、フィン群３の空気流入端部のフィン間隔を切欠
きのないフィン付熱交換器のフィン間隔の２倍に拡げ、
着霜時における通風抵抗の増加を少なくしていた。

発明が解決しようとする問題点 このような構成のために、第６図(a)および(b)に示す管
の上からｎ段目および（ｎ＋１）段目の断面図から明ら
かなように、空気流入端部では管軸方向に長居フィンと
短いフィンが交互に並びフィン間隔が大きくなり、着霜
時に霜層１０でフィン間に閉塞されて除霜が必要になる
までの運転時間を長くすることができた。しかし、第５
図に示すように隣合うフィン４，５の切欠き６の形状は
全く同じものであり、全く同じ切欠き形状のフィンの凹
部７と凸部８が管軸方向に交互になるように、凹凸部の
位相をずらしたものであるので、隣合うフィン４，５の
フィン前縁長さは等しい。フィン前縁は境界層前縁効果
のために伝熱性能の良い部分であり、フィン付熱交換器
の熱交換量を増大させるためには、フィン前縁を長くす
れば効果的である。従来のフィン付熱交換器で、フィン
前縁部の長さを増加させるためには、全てのフィン４，
５で凹凸部の波長を小さくすれば可能ではあるが、その
場合には以下の課題が生じる。フィン間が霜で閉塞され
れば熱交換器性能が低下してしまうため、除霜をおこな
うが、除霜により融解した水はフィン前縁部に沿って重
力方向に流れ落ちる。この際、フィン前縁部に融解水が
付着したままだと、再度熱交換器が蒸発器として作用し
た場合、融解水が氷となり、これが核となり非常に早く
着霜が生じ、短時間でフィン間が閉塞される。このた
め、熱交換器としては水落ち性が重要である。従来例に
おいて、全てのフィンで凹凸部の波長を小さくすれば、
フィン群のフィン前縁の全面に非常に密に凹凸部を設け
ることになる。フィン前縁に形成した凹凸の角部では表
面張力が大きくなるため、水が付着して滞りやすくな
る。このため、上述のように除霜後の再運転時の連続運
転時間が短くなる。

以上の理由から、従来のフィン付熱交換器は、フィン前
縁長さを著しく増加させることが不可能であり、このた
め伝熱性能はあまり高くできなかった。一方、フィン枚
数、熱交換器前面面積、熱交換量および着霜量が同じ場
合、フィン前縁長さの長い熱交換器では、単位フィン前
縁長さあたりの着霜量は小さく、通風抵抗も小さい。こ
のためフィン間が霜層１０で閉塞されるまでの運転時間
は長くなるが、前記したように、従来のフィン付熱交換
器は、除霜時の水落ち性の観点から、フィン前縁長さを
著しく増加させることが困難であり、除霜から次の除霜
までの運転時間をあまり長くすることはできなかった。

本発明は、前記従来の欠点を解消し、着霜時の運転時間
の向上を可能とし、さらに伝熱性能の良い室外用のフィ
ン付熱交換器を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明は前記問題点を解決するため、管の内部を冷媒が
流動する管群と、前記管群に挿入されその間を空気が流
動するフィン群とを有し、前記フィン群を構成する板状
のフィンの空気流入端部に凹部と凸部を交互に形成し、
隣合う前記各フィンの１組の凹部と凸部から構成される
凹凸部の空気流入方向に垂直な方向の長さ（凹凸部の波
長に相当）を異ならせた、もしくは前記凹凸部の空気流
入方向に垂直な方向の長さ（凹凸部の波長に相当）およ
び空気流入方向に平行な凹凸部の高さ（凹凸部の振幅に
相当）の両方を異ならせたものである。

作用 この技術的手段による作用は次のようになる。隣り合う
フィンの一方の凹凸部の空気流入方向に垂直な方向の長
さ（凹凸部の波長）を小さくすることにより、熱交換器
全体として、フィンの前縁部の長さを著しく増加させる
ことができる。フィン前縁は境界層前縁効果のために伝
熱性能の良い部分であり、フィン付熱交換器の熱交換量
（伝熱性能）を増大させるためには、フィン前縁を増加
させることが非常に効果的である。したがって、本願発
明のフィン付熱交換器は、フィン前縁長さ増加による境
界層前縁効果増大のために熱交換性能を著しく向上する
ことができる。なお、隣合うフィンにおいて、凹凸部の
空気流入方向に垂直な方向の長さ（凹凸部の波長に相
当）および空気流入方向に平行な凹凸部の高さ（凹凸部
の振幅に相当）の両方を異ならせても同様な作用を得る
ことができる。

また、従来のフィン付熱交換器と同じ着霜量の場合を比
較すれば、本発明はフィン前縁が長くなるため、単位フ
ィン前縁長さあたりの着霜量を少なくできる。したがっ
て、フィン間が霜で閉塞されるまでの運転時間を著しく
長くすることが可能となる。

さらに、本願発明の場合、隣合うフィンの一方の凹凸部
の波長を小さくしても、他方のフィンの凹凸部の波長を
大きくすることが可能である。そのため、波長の小さな
凹凸部を設けたフィンのフィン前縁凹凸の角部に水が付
着しても、隣合う他方のフィンの凹凸部の波長は大きい
ため、隣合うフインにおいて凹凸の角部が同じ高さ（空
気流入方向に垂直な方向のフィン高さ）に重なることは
ないため、角部に残った水が核となり霜が成長しフィン
間が閉塞されるまでの運転時間の延長が可能である。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。第１図は本発明の一実施例のフィン付熱交換器の斜
視図、第２図は第１図のフィン付熱交換器のフィン群部
分のみの正面図である。

図において、１１は水平に設置され管の内部を冷媒が矢
印１２方向に流動する管群である。１４，１５は管群１
１に垂直に一定間隔で挿入されたフィン群１３を構成す
るフィンであり、その間を送風機（図示せず）により生
じた気流が矢印１９方向に流動する。そして、フィン１
４，１５の空気流入端部において、各フィン１４，１５
は管段方向に凹部１７と凸部１８を交互に有している。
ただし、フィン１５の空気流入端部に形成された１組の
凹部と凸部から構成される凹凸部１６′の空気流入方向
に垂直な方向（管段方向）の長さ（凹凸部の波長に相
当）′は、フィン１４の凹凸部１６のその長さより
も著しく小さい。なお、この場合、凹凸部１６，１６′
の空気流入方向の高さｈ，ｈ′および空気流出端部から
凹部１７，１７′の底までの長さはフィン１４，１５で
同じである。したがって、熱交換器全体としてフィン前
縁長さは著しく増加し、空気流入端部でのフィン間隔は
それ以外の部分のフィン間隔の２倍となる。また、フィ
ン群１３の伝熱面積は空気流入端部に凹凸がない一様な
形状のものと同一になるような凹凸部１６，１６′の寸
法を採用している。なお冷媒は管群１１とフィン群１３
を介して空気と熱交換を行う。

次に、この一実施例の構成における作用を説明する。フ
ィン１４，１５の空気流入端部でのフィン間隔が広くな
るために、着霜時霜層でフィン間が閉塞され除霜が必要
になるまでの運転時間（暖房または給湯運転時間）を著
しく長くできる。

また、熱交換器全体としてフィン前縁長さが著しく増加
するために、同じ着霜量のときに単位フィン前縁長さあ
たりの着霜量を少なくでき、結果としてフィン間が霜で
閉塞されるまでの運転時間を著しく長くできるととも
に、フィン前縁の境界層前縁効果のために熱交換性能を
向上できる。なお、フィン１４の凹凸部１６の管段方向
の長さは、フィン１５の長さ′よりも著しく大きい
ため、除霜時に融解水が滴下しにくくなることはない。

さらに、空気流入端部が凹凸のない一様な形状のフィン
と同一伝熱面積になるように、凹凸部１６，１６′の寸
法を決定しているために、伝熱面積が減少しそ熱交換量
が少なくなることはない。

第３図および第４図は、本発明のフィン付熱交換器の他
の実施例のフィン群部分のみの正面図である。第３図
は、第２図におけるフィンの空気流入端部の凹凸部１
６，１６′形状の変形例を示したものであり、第３図で
は凹部２５と凸部２６からなる凹凸部２４，凹部２５′
と凸部２６′からなる凹凸部２４′の形状が三角形であ
る。なお、２０は管群、２１はフィン２２，２３からな
るフィン群、２７は気流の方向を示す矢印である。ま
た、この凹凸部２４，２４′の形状は矩形，台形あるい
は多角形などでも上記と同様な効果が得られる。第４図
は、第２図におけるフィン形状の変形例を示したもので
あり、フィン３０，３１において空気流出端部から凹部
３３，３３′の底までの高さが異なる場合である。な
お、２８は管群、２９はフィン群、３２は凹部３３と凸
部３４からなる凹凸部、３２′は凹部３３′と凸部３
４′からなる凹凸部で、３５は気流の方向を示す矢印で
ある。この場合も、上記と同様な効果が得られる。

発明の効果 以上のように本発明のフィン付熱交換器は、管の内部を
冷媒が流動する管群と、前記管群に挿入されその間を空
気が流動するフィン群とを有し、前記フィン群を構成す
る板状のフィンの空気流入端部に凹部と凸部を交互に形
成し、隣合う前記各フィンの１組の凹部と凸部から構成
される凹凸部の空気流入方向に垂直な方向の長さ（凹凸
部の波長に相当）を異ならせた、もしくは前記凹凸部の
空気流入方向に垂直な方向の長さ（凹凸部の波長に相
当）および空気流入方向に平行な凹凸部の高さ（凹凸部
の振幅に相当）の両方を異ならせる構成とすることによ
り、次の効果が得られる。

(1)空気流入端部でのフィン間隔を拡大させることがで
きるため、着霜時霜層でフィン間が閉塞され除霜が必要
になるまでの運転時間を長くすることができる。

(2)フィン前縁長さを著しく増加させることができるた
め、単位フィン前縁長さあたりの着霜量が減少し、霜層
でフィン間が閉塞され除霜が必要になるまでの時間を長
くできる。

(3)フィン前縁の境界層前縁効果のために熱交換性能を
向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のフィン付熱交換器の斜視
図、第２図は第１図のフィン付熱交換器のフィン群部分
のみの正面図、第３図および第４図は本発明の他の実施
例のフィン群部分のみの正面図、第５図は従来のフィン
付熱交換器の斜視図、第６図(a)，(b)はそれぞれ第５図
の管の上からｎ段目および（ｎ＋１）段目を上から見た
断面図である。 １１，２０，２８……管群、１３，２１，２９……フィ
ン群、１６，１６′，２４，２４′，３２，３２′……
凹凸部、１７，１７′，２５，２５′，３３，３３′…
…凹部、１８，１８′，２６，２６′，３４，３４′…
…凸部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津田 善行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 安藤 智朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 実開 昭59−97380（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管の内部を冷媒が流動する管群と、前記管
   群に挿入されその間を空気が流動するフィン群とを有
   し、前記フィン群を構成する板状のフィンの空気流入端
   部に凹部と凸部を交互に形成し、隣合う前記各フィンの
   １組の凹部と凸部から構成される凹凸部の空気流入方向
   に垂直な方向の凹凸部の波長に相当する長さを異ならせ
   た、もしくは前記凹凸部の空気流入方向に垂直な方向の
   凹凸部の波長に相当する長さおよび空気流入方向に平行
   な凹凸部の凹凸部の振幅に相当する高さの両方を異なら
   せたことを特徴とするフィン付熱交換器。