JPH0684875B2 - 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、冷凍・空調用装置に広く用いられている、冷
媒と空気等の流体間で熱の授受を行うフィン付熱交換器
に関するものである。

従来の技術 近年、ヒートポンプ式空気調和機の普及率が増大してき
ているが、これは、冷房運転時は、室内熱交換器を蒸発
器として、室外熱交換器を凝縮器として用い、暖戻運転
時には、逆に、室内熱交換器を凝縮器として、室外熱交
換器を蒸発器として用いるものである。従来、この種の
フィン付熱交換器は、第４図に示すように、一定間隔で
平行に並べられたフィン１と、このフィン１に直角に挿
通された伝熱管２とからなり、気流３がフィン１間を流
れて、伝熱管２内部を流れる冷媒と熱交換を行う構成で
ある。更に、この様なフィン付熱交換器では小型，高性
能化を図るべく、空気側の熱伝達率を向上せしめて、空
気側の熱抵抗を低下させる工夫がなされている。

第５図及び第６図は、この様なフィン付熱交換器の従来
例を示したものである。第５図は平面図、第６図のＸ−
Ｘ断面図である。フィン４には、千鳥配列された伝熱管
５間に気流と対向する二側辺部を開口した切り起し６及
び６′が設けられている。このフィン付熱交換器に於い
て伝熱管５の内部にはフロン等の冷媒が循環しており、
その熱は伝熱管５からフィンカラ７を介して、フィン４
及び切り起し6,6′へ伝わる。一方、ファン等によって
送られる気流８は平板フィン４間を通過するが、その
際、温度の異なるフィン４や切り起し6,6′及び伝熱管
５表面と熱の授受を行う。特にに、切り起し6,6′の各
々には薄い温度境界層が形成され、いわゆる境界層前縁
効果によって、冷媒と空気との熱交換の効率向上を図っ
ている。

発明が解決しようとする問題点 前述の従来例は、フィン４に切り起し6,6′を有するス
リットフィンと称せられるもので、凝縮器として機能す
る場合の伝熱性能はかなり良く、フィン表面に加工を施
していないフラットフィンと比較すると、フィン表面の
熱抵抗が約20〜30％低下する。

しかしながら、暖房運転時には、室外熱交換器は蒸発器
として機能することになり、外気温が低下し、フィン４
あるいは伝熱管５の表面温度が０℃以下になると第７図
に示すように着霜が生じる。即ち、境界層前縁効果のあ
る部分から霜層８が形成される。そして、更に、運転を
継続すると、境界層前縁効果の大きい気流上流側に於い
て、フィン４の基板部９と切り起し６との隙間部が霜層
８によって早期に閉塞され、通風抵抗の増大と共に通風
量の低下が生じ、熱交換量が早期に大幅低下するため
に、気流下流側に設けられた切り起し６′付着する霜量
が少ないのにも拘らず、除霜運転に入らなければなら
ず、即ち、気流下流側の切起し６′が有効に機能せず、
また、除霜運転の頻度が多いために室内の快適性を疎外
するという問題点を有していた。また、このことを防ぐ
ために、切り起し６の高さを高く、即ち、平板フィン４
のピッチを大きくすれば、同一能力を得るためには熱交
換器全体が大きくなってしまい、小型化が図れいという
問題点を有していた。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、境界層前縁効果に
よって高効率化をはかると共に、フィン付熱交換器の着
霜時の性能向上、即ち、着霜による通風抵抗の増大を抑
えて長時間暖房能力を維持することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の技術的手段は、一定間隔
で平行に並べられたフィンに、気流方向に伝熱管を複数
列配列して直角に挿入し前記伝熱管が気流上流側にある
いづれかの伝熱管の下流側への投影面と部分的な重なり
を有し、更に伝熱管間のフィン上に、気流方向に開口し
た複数の切り起しを設けると共に、切り起しの気流方向
の長さを気流下流側ほど短くし、かつ、各伝熱管当たり
の切り起しの設置数を気流側ほど多くする様に構成する
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。

すなわち、 各伝熱管群内の管列は気流方向にわずか
ずれて設置されるために、橋状又はルーバー状の切り起
しを管の後流部へその一部が入り込む様に構成できるた
め、伝熱管近傍に部分的に空気流速の高い箇所が生ぜ
ず、切り起こしへ十分な流量の空気を通過させることが
できるため、切り起こしの熱的な性能を十分生かすこと
ができる。つまり、理論的な平行平板の助走区間の熱伝
達率に十分近い値を実現できる。 各伝熱管は空気流
の上流側の管投影面のどれかと部分的に重なる様に設置
されているために、上流側の管の後流が下流の管により
流動方向を上流側の管の止水域側へ誘引され、止水域が
減少する。またこの現象は、伝熱管群間の切り起こしを
設けているためより顕著になる。つまり切り起こしは気
流方向に開口した側辺部とフィンに接続される脚部を有
するが、この脚部を伝熱管後流部へ入り込む様に設けら
れるので、気流は止水域側へ流動する様になり、止水域
は減少するのである。これは脚部を気流と傾斜させ、仰
角を持たせればより効果は大きくなる。 各伝熱管列
は上流側の管と気流方向から見て著しく位置がずれて設
置されることがないので、伝熱管群間のフィンへの熱の
流れは切り起こしにより阻害されることが少ない。

この作用によって従来のものより著しく性能の高いフィ
ン付熱交換器を実現できるのである。

また、蒸発器として用いて着霜する場合、気流上流側に
ある切り起しの前縁部に集中して霜層が発達するが、気
流上流側に於いて切り起しの気流方向の長さを気流下流
側に比べて長く、かつ、各伝熱管間当たりの切り起しの
設置数を少なくしているため、霜によって閉塞される間
隙部が少なく、即ち、気流の通風路が確保される。従っ
て、湿分を含んだ空気が、気流下流側へと移動する際
に、各切り起し及びフィン基板にて徐々に着霜していく
ため、全体にほぼ均一な着霜が生じる。その結果、着霜
早期に於ける、霜による目詰り、通風抵抗の増大及び、
通風量の低下が抑えられ、長時間暖房能力が維持でき
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図及び第２図は本発明の一実施例のフィン付熱交換
器であり、第１図はその平面図、第２図は第１図の着霜
時のＹ−Ｙ断面図である。10は一定間隔で平行に並べら
れたフィンで、11a及び11bはフィン10に挿通された伝熱
管であり、その周囲にバーリング加工されたフィンカラ
ー12が嵌合されている。伝熱管11a,111bの内部は冷媒が
流動しており、その冷媒の有する熱は、伝熱管11、フィ
ンカラー12、フィン10及びフィン10上に設けられた切り
起し13へと順次伝えられる。。一方、空気流は、フィン
10間を通過する際に、冷媒から伝えられた熱を、空気の
接する面を介して間接的に交換する。

切り起し13の気流方向15の長さは、気流下流側ほど徐々
に短く、かつ各伝熱管間当たりの切り起しの設置数は気
流下流側ほど多く設けられている。

伝熱管11a及び11bは、気流上流側にある伝熱管11aの投
影面14と下流側の伝熱管11bとが部分的に重なるように
構成されている。また、切り起し13とフィン10とが接合
する脚部は、気流方向15に対して傾斜するように構成さ
れている。

次に、この一実施例の構成における作用を説明する。

まず、上記のように伝熱管11a及び11bを配列することに
より、基盤配列でも千鳥配列でも実現でき得ない気流の
流れが実現できる。即ち、千鳥配列の場合より通風抵抗
が低く、かつ、死水域16の大きさについては基盤配列の
場合より小さいため熱伝達率は向上する。更に、気流方
向15に対して斜めに設けた切り起し13の脚部から生じる
渦流による乱流促進効果、及び、伝熱管11まわりの流速
と切り起し13による境界層前縁効果が十分に発揮できる
ことになり、その結果、熱伝達率は大幅に向上する。

次に、このフィン付熱交換器が蒸発器として機能し、蒸
発温度が０℃以下になつた場合は、着霜が生じ、第２図
に示すように、特に境界層前縁効果の大きい気流上導側
のフィン基板18及び切り起し13aに着霜が集中するが、
気流上流側の切り起し13aの気流方向の長さ17aはそれよ
り下流側の切り起し13b,13c,13dの気流方向の長さ17b,1
7c,17dより長く、かつ、各伝熱管間当たりの切り起しの
設置数が気流下流側に比べて、上流側では少ないため、
境界層前縁効果のある部分の数が上流側では少ない。従
って、霜層19によって閉塞される、あるいは、それに近
い状態になる間隙部が少ないために、気流の通風路が確
保され、湿分を含んだ空気流が気流下流側へ移動する際
に、各切り起し13及びフィン基板18にて徐々に着霜して
いくため、全体的にほぼ均一な着霜状態となる。その結
果、着霜早期に於ける、霜による目詰り、通風抵抗の増
大及び通風量の低下が抑えられ、長時間暖房能力を維持
できる。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第３図は、本発明の他の実施例の一つの要部平面図を示
したものである。20は一定間隔で平行に並べられたフィ
ンで、21a,21b,21c,21dは伝熱管であり、伝熱管21aの投
影面に伝熱管21bが部分的に重なり、同様に伝熱管21bの
投影面及び伝熱管21cの投影面に伝熱管21dが重なってい
る。一方、フィン20の伝熱管21間に設けられた切り起し
22a,22b,22c,22dの気流方向23に直角方向の長さは気流
下流側へ行くに従って長くなっている。

次にこの一実施例の構成に於ける作用を説明する。

この実施例では、凝縮器として機能する場合、第１の実
施例に比べて、切り起し22の気流方向23に直角方向の長
さが短い分だけ、若干、性能が低くなるが、蒸発器とし
て機能する場合に効果が発揮される。すなわち、蒸発温
度が０℃以下になった場合、着霜が生じるわけである
が、第１の実施例の説明でも述べた様に、境界層前縁効
果の大きい気流上流側のフィン基板24及び切り起し22a
に着霜が集中してその間隙部が霜層によって閉塞される
ような状態になっても、切り起し22aの両側に気流の通
風路が確保されているため、矢印25のように気流は流れ
る。そこで次に切り起し22bの両端部分に着霜し始め、
そこが閉塞すると切り起し22bの中央部及び切り起し22b
の脚部と伝熱管21bとの間には通風路が確保されてい
て、そこを気流が流れるといった様に、気流上流側から
下流側へ徐々に着霜していくため、完全に霜によって目
詰りを起こすまでかなり時間を要する。すなわち、着霜
早期に於ける、霜による目詰りが抑えられるため、通風
抵抗が増大して、通風量が低下するまでの時間を延ばす
ことができ、長時間暖房能力を維持することができる。

発明の効果 以上のように本発明は、伝熱管相互が気流の上流側にあ
るいずれかの伝熱管の下流側への投影面と部分的な重な
りをもつ様構成し、フィンの伝熱管部分に気流方向に開
口した複数の切り起しを設けると共に、切り起しの気流
方向の長さを気流下流側ほど短くし、かつ、各伝熱管間
当たりの切り起しの設置数を気流下流側ほど多くするこ
とにより、凝縮器として機能する場合、平行平板流れの
実現，死水域の減少，フィン効率，低下の抑制により、
伝熱性能が著しく向上し、小型高性能化が図れ、また、
蒸発器として機能する場合、着霜早期に於ける、霜によ
る目詰り、通風抵抗の増大、及び通風量の低下が抑えら
れ、長時間暖房能力が維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるフィン付熱交換器の要
部平面図、第２図は第１図の着霜時のＹ−Ｙ断面図、第
３図は本発明の他の実施例によるフィン付熱交換器の要
部平面図、第４図は従来のフィン付熱交換器の斜視図、
第５図は第４図の要部平面図、第６図は第５図のＸ−Ｘ
断面図、第７図は第５図の着霜時のＸ−Ｘ断面図であ
る。 10……フィン、11a,11b……伝熱管、13,13a……切り起
し、14……投影面、15……気流方向、17a,17b,17c,17d
……切り起しの気流方向の長さ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 薫 大阪府東大阪市高井田本通３丁目22番地 松下冷機株式会社内 (72)発明者 田中 博由 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 小畑 眞 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 特開 昭61−36698（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−62794（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定間隔で平行に並べられ、相互間を気体
   が流動するフィンと、前記フィンを貫通し内部を流体が
   流動する、気流方向に複数列配置された伝熱管とから構
   成され、前記伝熱管が気流上流側にあるいずれかの伝熱
   管の下流側への投影面と部分的な重なりを有し、更に、
   フィンの伝熱管間部分に気流方向に開口した複数の切り
   起しを設けると共に、切り起しの気流方向の長さを気流
   下流側ほど短くし、かつ、各伝熱管間当たりの切り起し
   の設置数を気流下流側ほど多くしたフィン付熱交換器。
2. 【請求項２】切り起しとフィンとが接合する脚部が気流
   方向に対して傾斜した特許請求の範囲第１項記載のフィ
   ン付熱交換器。
3. 【請求項３】切り起しの気流方向に直角な方向の長さを
   気流下流側ほど長くした特許請求の範囲第１項又は第２
   項記載のフィン付熱交換器。