JPH07174476A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い熱伝達率を達成するとともに、伝熱面積
を確保しつつ、空気中の水分が熱交換器表面に結露した
場合でも目詰まりを起こさないようにすることで高性能
・コンパクトな空調機を実現する。 【構成】 本発明による空調用熱交換器は一定間隔で配
置された複数の伝熱管の両側に交互に、細線をねじって
互いに巻き付くようにしたより線を交互に編み込み、こ
れを管の長手方向に順次繰り返してより線で伝熱フィン
を構成する。また、隣り合う列の伝熱管の一方の列の伝
熱管を他方の列のより線交差部に接触させるようにす
る。また、より線を編み込む伝熱管同士の間隔を充分広
くとり、より線交差部と伝熱管で囲まれる通風路面積を
広くする。さらに、列方向とは異なった方向の伝熱管に
より線を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、空調機器などに使用
される熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は例えば特開昭６１−１５３３８
８号公報に示された従来の熱交換器の斜視図であり、図
１３は図１２に示された熱交換器の断面図である。これ
らの図において、１は伝熱管、２は細線、Ａは管外作動
流体、Ｂは管内作動流体である。Ａとしては燃焼ガス、
Ｂとしては水や超臨界圧力下にある高圧熱水が用いられ
る。各伝熱管１の間には伝熱管１の表面を横切るように
細線２が配置されていて、伝熱管１を縦糸、細線２を横
糸として畳織状に編み込んである。

【０００３】図１３には管外作動流体Ａの流れの様子が
矢印で示されている。管外作動流体Ａが細線２にあたる
と流れが乱され、細線２の下に来た管外作動流体Ａは矢
印に示すように、細線２に沿って左右に伝熱管１表面を
上昇する。その結果管外作動流体Ａが伝熱管１と接触す
る時間が長くなる。またこの場合、細線２は径が小さい
から伝熱管１との接触面積が極めて小さく、このため管
外作動流体Ａと伝熱管１表面との接触面積は細線２によ
って減少されなく、熱伝達作用は有効に行われる。また
この従来例では、細線２の断面が円形または楕円形であ
るため、断面の輪郭の伝熱管１に接する部分は弧状をし
ているから、細線２と伝熱管１との接触は点接触または
線接触になる。このため管外作動流体Ａと伝熱管１表面
との接触面積は細線２によって減少させられなく、熱交
換効率のよい熱交換器が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の熱
交換器は、熱交換器自体の幅が１〜３ｍｍと小さいの
で、図１４に示すような従来の空調用の伝熱管の周囲に
拡大伝熱面である金属板フィンを装着した熱交換器と比
較すると熱伝達率は大きいものの、伝熱面積が１／１０
以下と小さいため必要な熱交換量が得られないという問
題があった。

【０００５】また従来の熱交換器は、管内作動流体（例
えば冷媒）の温度が空気の露点温度以下の場合、空気中
の水分が熱交換器表面で結露するが、この際液滴が細線
間で保持され目詰まりを起こしてしまい、空気が充分に
通過しないために圧力損失により風量が低下し、必要な
熱交換量が得られなくなるという問題があった。

【０００６】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、熱交換器前面の単位面積当りの
伝熱面積を大きくし、また熱交換器が濡れた状態で使用
しても熱交換量が減少せず、必要な熱交換量が得られる
熱交換器を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる
熱交換器は、一定間隔で一列に配置した伝熱管に、細線
をねじって互いに巻きつくように形成したより線を、列
方向の伝熱管に沿って順次伝熱管の両側に交互に、伝熱
管の長手方向に複数列配置するようにしたものである。

【０００８】請求項２の発明に係わる熱交換器は、上記
の熱交換器において伝熱管の長手方向に隣接して配置し
たより線を、伝熱管の両側に交互に且つ伝熱管間におい
て互いに接触するように配置したものである。

【０００９】請求項３の発明に係わる熱交換器は、上記
のより線の直径を上記の伝熱管の直径以下の寸法にした
ものである。

【００１０】請求項４の発明に係わる熱交換器は、一定
間隔で２列以上設けた伝熱管に、より線を列方向に沿っ
て順次伝熱管の両側に交互に、伝熱管の長手方向に隣接
したより線が伝熱管の両側に交互に、且つ伝熱管間にお
いて互いに接触するように配置し、相隣り合う列の伝熱
管のうちの一方の列の伝熱管を、他方の列の伝熱管のよ
り線交差部に接触するように配置したものである。

【００１１】請求項５の発明に係わる熱交換器は、上記
熱交換器において伝熱管を上下方向に配置したものであ
る。

【００１２】請求項６の発明に係わる熱交換器は、一定
間隔で少なくとも１列以上設けた伝熱管に、より線を列
方向に沿って順次伝熱管の両側に交互に、伝熱管の長手
方向に、隣接したより線が伝熱管の両側に交互に、且つ
伝熱管間において互いに接触するように配置したものに
おいて、相隣り合う伝熱管の間隔を伝熱管の直径の４倍
以上となるよう充分広くとったものである。

【００１３】請求項７の発明に係わる熱交換器は、一定
間隔で少なくとも１列以上設けた伝熱管に、より線を列
方向に沿って順次伝熱管の両側に交互に、伝熱管の長手
方向に、隣接したより線が伝熱管の両側に交互に、且つ
伝熱管間において互いに接触するように配置したものに
おいて、相隣り合う伝熱管の間隔が広い部分と狭い部分
を混在させたものである。

【００１４】請求項８の発明に係わる熱交換器は、一定
間隔で２列以上多段に配置した複数の伝熱管に、より線
を列方向とは異なった方向の伝熱管に沿って順次伝熱管
の両側に交互に、伝熱管の長手方向に、隣接したより線
が伝熱管の両側に交互に、且つ伝熱管間において互いに
接触するように配置したものである。

【００１５】

【作用】請求項１の発明における熱交換器では、伝熱管
に編み込む細線をより線で構成することにより、熱交換
器の伝熱面積が増大し、このため伝熱が促進される。

【００１６】請求項２の発明における熱交換器では、隣
接するより線の交差部が互いに接触するように構成する
ことにより、隣接するより線に熱が伝わり、このため伝
熱が促進される。

【００１７】請求項３の発明における熱交換器では、よ
り線径を伝熱管径より小さくしたために、管外作動流体
はより線にあまり妨げられずに伝熱管に接触でき、管外
の熱伝達率が増加し伝熱が促進される。また熱交換器の
強度も保たれる。

【００１８】請求項４の発明における熱交換器では、他
の列のより線の交差部に伝熱管を接触させたために、他
の列のより線からも熱が伝わり伝熱が促進される。

【００１９】請求項５の発明における熱交換器では、上
記の熱交換器において伝熱管を上下方向に配置したため
に、より線の交差部に溜った液滴が伝熱管を伝って落下
し、目詰まりを起こさない。

【００２０】請求項６の発明における熱交換器では、伝
熱管同士の間隔を充分広くとったため、より線の交差部
と伝熱管で囲まれる通風路面積が大きくなる。

【００２１】請求項７の発明における熱交換器では、伝
熱管同士の間隔が広い所と狭い所を備えたため、より線
の交差部と伝熱管で囲まれる通風路面積が大きい所と小
さい所ができ、効率よく目詰りを防止できる。

【００２２】請求項８の発明における熱交換器では、列
方向以外の方向の伝熱管により線を配置したために、伝
熱管同士の間隔が広くなり通風路面積が大きくなる。ま
た管外作動流体の方向に応じてより線を配置できるので
風圧損を最少にすることができる。

【００２３】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例を説明する。図１
に、請求項１，３の発明による熱交換器の斜視図、図２
に前記熱交換器の構成要素である、より線の斜視図を示
した。これらの図において１は一定間隔で１列に配置さ
れた複数の伝熱管であり、内部に管内作動流体Ｂ（例え
ば冷媒で流速はガスの場合２〜１０ｍ／ｓ、液体の場合
０．１〜１ｍ／ｓ、二相の場合その中間）が流れる。２
は伝熱フィンの役割をする編み込みのためのより線であ
る。前記より線は０．３ｍｍの細線３本をねじって互い
に巻き付くようにしたものである。前記１列に並べられ
た伝熱管１に沿って伝熱管１の両側に交互に前記より線
を編み込み、これを伝熱管の長手方向に順次繰り返し
て、より線で伝熱フィンを構成する。ここで伝熱管の直
径はφ１ｍｍであり、伝熱管のピッチは４ｍｍである。
また、前記より線を構成する細線径は０．３〜０．５ｍ
ｍ、細線本数は細線径と細線本数の積が１ｍｍ以下とな
るよう構成するのが望ましく、このようにすることによ
って、管外作動流体はより線にあまり邪魔されずに伝熱
管に接触でき、熱伝導がよくまた強度も強く保たれる。

【００２４】図３はこの発明の熱交換器の製造方法を説
明する図である。図において銅を材料とする伝熱管１に
あらかじめ別工程で、無電解Ｎｉメッキ（ニッケル：８
７〜９３％、りん４〜１２％、その他１％）溶液中で９
０℃のメッキ処理を行い、伝熱管１に被覆材３となるニ
ッケルメッキ膜を形成する。この時の膜厚は、メッキ時
間により１〜１０μｍ程度に制御する。次に、このメッ
キされた伝熱管１列に、銅材からなる細線より構成され
るより線２を編み込み伝熱管１を固定する。これを真空
（１０^-3Ｔｏｒｒ程度）の雰囲気のろう付炉の中に入れ
９５０℃で３０分間加熱する。加熱処理によりＮｉメッ
キの被覆材３は融解して、表面張力、ぬれ性などによ
り、より線２との接触部に融解したＮｉメッキは集ま
り、フィレットを形成する。加熱処理を終了すると、こ
の状態でＮｉメッキの被覆材３が凝固して固定される。
熱交換の動作としては、従来の編み込むだけの製造方法
と比較すると伝熱管１とより線２がろう付けと同様に接
合されているため、確実に熱的接触がとれ、フィンとし
て作用するより線２のフィン効率が向上し、熱交換器と
しての熱効率が向上する。また、上記Ｎｉメッキを半田
メッキとしてもよい。

【００２５】次に動作について説明する。流速が０．６
ｍ／ｓ以上でレイノルズ数１００以上の管外作動流体で
ある。空気は熱交換器を直進できずに、編み込みより線
部２ａと伝熱管１の間隙を縫うように流れ、加速すると
同時に微小な渦が生成する。そして生成した渦は単に流
下されるのではなく、下流部のより線２ｂと伝熱管１と
の交差部で受け止められ、再び微少な渦が発生し、２つ
の渦がつながって流れの乱れが連成される。その結果、
伝熱が促進され、熱伝達率は図１０に示す従来の熱交換
器より図４に示すように約３倍の熱伝達率となる。図４
は管外作動流体の風速と管外側熱伝達率との関係を、従
来の熱交換器と本発明に係る熱交換器との比較において
示したものである。風速が０．６〜１．２ｍ／ｓの間で
本発明の熱交換器は従来のものに比べて約３倍の熱伝達
率となっている。

【００２６】また、複数の細線をねじって互いに巻き付
くようにしたより線２を使用することにより、伝熱面積
が従来例より増大し、かつフィン効率が向上することに
より伝熱が促進され、熱交換量は大幅に増加する。ま
た、この場合、図１４に示す熱交換器と比較すると熱交
換量同一にて熱交換器の幅寸法が約１／１０になるた
め、体積は約１／１０となり熱交換器のコンパクト化、
軽量化が可能となる。

【００２７】図５は本発明による上記熱交換器を空調機
に適用した場合の実装時断面図の一例である。図におい
て４は熱交換器、５はファン、６は吹込グリルである。
この図のように上記熱交換器は細管と細線を使用してい
るため折曲げ等の加工がし易く、伝熱管１を楕円状に構
成出来るため伝熱面積を増加することも出来る。図６は
本発明による熱交換器を空調機に適用した他の実装例で
ある。熱交換器４はコルゲート状に構成された伝熱面識
が増加する。

【００２８】実施例２．図７に請求項２，４，５の発明
による実施例を示す。一定間隔で垂直に２列配置された
複数の伝熱管であり、２は編み込みのためのより線であ
る。前記より線２は、列方向に並べられた伝熱管１に沿
って伝熱管１の両側に交互に編み込まれており、伝熱管
の長手方向には、伝熱管に編み込む側を互い違いにして
且つ伝熱管間で互いに接触するようにより線が組み込ま
れている。このようにより線が互いに接触しているため
より線間に熱が伝わり伝熱が促進される。

【００２９】前記熱交換器を使用する場合、気流の流れ
方向に対し、後列の伝熱管を、前列の伝熱管の中央の位
置に配置し、前記前後列の伝熱管を前記より線を介して
相手のより線交差部に接触させることにより、より線部
に液滴が発生した場合、前記伝熱管を伝い液滴は下方へ
導かれるため、熱交換器表面に保持される液滴の量は減
少し、風量低下による熱交換量低下は抑圧される。また
伝熱管をより線を介して相手のより線交差部に接触させ
るため伝熱が促進される。図８にこの発明による熱交換
器の実施例を示す。伝熱管１の両側には供給ヘッダ７ａ
と排出ヘッダ７ｂが連結されていて、管内作動流体Ｂは
供給ヘッド７ａからの垂直に設置された伝熱管１に供給
され、排出ヘッダ７ｂに排出される。伝熱管１は管外作
動流体Ａの上流側と下流側に２列に配列されていて、よ
り線２の交差部に付着した液滴は伝熱管１を伝って下方
へ落下する。

【００３０】実施例３．図９に請求項６，７の発明によ
る実施例を示す。１は所定の間隔で配置された複数の伝
熱管であり、２は編み込みのためのより線である。前記
複数の伝熱管１は１本おき、もしくは数本おきにとばし
て配置され、より線２は伝熱管１の両側に交互に、管の
長手方向には隣接したより線が管の両側に互い違いに且
つ伝熱管間で接触するように編み込まれる。図１０に伝
熱管１を１本おきに配置した場合の実施例を示す。伝熱
管１の両側にはヘッダ７が連結されていて、管内作動流
体Ｂは供給ヘッダ７ａから伝熱管１に供給され、伝熱管
１から排出ヘッダ７ｂに排出される。

【００３１】空気は熱交換器を直進できずに、編み込み
細線と伝熱管の間隙を縫うように流れ、加速すると同時
に微小な渦が生成する。そして生成した渦は単に流下さ
れるのではなく、下流側のより線と、伝熱管との交差部
で受け止められ、再び微少な渦が発生し上記２つの渦が
つながって流れの乱れが連成される。その結果、伝熱が
促進され、熱交換器表面が高い熱伝達率を示す。

【００３２】この発明における熱交換器では、伝熱管を
一本おきに配置して伝熱管同士の間隔を伝熱管の直径の
４倍と充分広くする構成としたため、伝熱面に直交する
断面で見たより線同士の交差角度が大きくなる。それゆ
え、より線の交差部と伝熱管とで囲まれた通風路面積Ｓ
が大きくなり、空気中の水分が結露する条件下で使用し
ても、熱交換器表面の目詰まりを起こしにくく、風量低
下による熱交換量低下が抑制されるなどの利点がある。

【００３３】また、伝熱管間の間隔を管外作動流体Ａの
流量が多い所では充分広く、管外作動流体Ａの流量が少
ない所では狭く設定してもよい。このようにすることに
よって効率よく目詰まりを防止し熱交換量低下を抑制す
るなどの利点がある。

【００３４】実施例４．図１１に請求項８の発明による
実施例を示す。伝熱管１は縦方向と横方向に所定の間隔
を持って矩形状に配置されている。より線２は熱交換器
の中央付近では斜め方向の列に配置された伝熱管１に沿
って順次伝熱管の両側に配置され、熱交換器の端部付近
では縦と横の列に配置された伝熱管１に沿って順次伝熱
管の両側に配置されている。そしてより線２は伝熱管１
の長手方向に、管の両側に互い違いに複数列、伝熱管間
で交差して接触するように配置されている。以上の構成
では、斜め方向に沿って配置されたより線の方が、縦方
向あるいは横方向に沿って配置されたより線よりもより
線同士の交差角度が大きくなり、通風路面積Ｓが大きく
なる。それ故空気中の水分が結露する条件下で使用して
も目詰まりが起こりにくく、風量低下による熱交換量低
下が抑制できる。また管外作動流体Ａに対してより線を
横方向に配置したよりも斜め方向に配置した方が、斜め
方向に配置したよりも縦方向に配置した方が熱交換器の
流体抵抗が小さい。従って管外作動流体に対して任意の
方向により線を配置することにより風圧損を最少にする
ことができる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、一定間
隔で少なくとも一列に配置された複数の伝熱管の両側に
交互に、複数の細線をねじって互いに巻き付くようにし
たより線を、伝熱管の長手方向に複数列編み込み、より
線で伝熱フィンを構成するので、管外作動流体（例えば
空気）は、伝熱管の上流側と下流側に存在する編み込み
より線に阻害されて渦を形成しながら流れるため、管外
の熱伝達率が増加し、伝熱が促進される。また、前記よ
り線を使用することにより、熱交換器伝熱面積が増大し
て伝熱がさらに促進されるとともに、フィン効率が向上
する。

【００３６】また、一定の間隔で少なくとも一列に配置
された複数の伝熱管の両側に交互により線を、伝熱管の
長手方向に相隣るより線が管の両側に交互に来るよう
に、また伝熱管間において接触するように配置した熱交
換器において、伝熱管同士の間隔を充分に広くとるよう
にしたため、伝熱管に直交する断面で見たより線同士の
交差角度が大きくなり、空気中の水分が結露する条件下
で使用しても液滴が保持されにくく、結露による目詰ま
りが少なく、風量低下による熱交換量低下が抑制され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による熱交換器の斜視図。

【図２】本発明の実施例１によるより線の斜視図。

【図３】本発明の熱交換器の製造工程図。

【図４】本発明の熱交換器と従来の熱交換器の熱伝達率
の違いを示す図。

【図５】本発明の熱交換器を空調機へ適用したときの実
装時断面図。

【図６】本発明の熱交換器を空調機へ適用したときの他
の実装時断面図。

【図７】本発明の実施例２による熱交換器の伝熱面と直
交する方向から見た平面図。

【図８】本発明の実施例２による熱交換器の斜視図。

【図９】本発明の実施例３による熱交換器の伝熱面と直
交する方向から見た平面図。

【図１０】本発明の実施例３による熱交換器の斜視図。

【図１１】本発明の実施例４による熱交換器の伝熱面と
直交する方向から見た平面図。

【図１２】従来の熱交換器の斜視図。

【図１３】従来の熱交換器の断面図。

【図１４】従来の拡大伝熱面であるフィンを有する熱交
換器。

【符号の説明】

１ 伝熱管 ２ より線 ３ 被覆材 ７ ヘッダー Ａ 管外作動流体（空気） Ｂ 管内作動流体（冷媒） Ｓ 通風路面積

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷村 佳昭 静岡市小鹿三丁目18番１号 三菱電機株式 会社住環境エンジニアリング統括センター 内 (72)発明者 飯島 等 静岡市小鹿三丁目18番１号 三菱電機株式 会社住環境エンジニアリング統括センター 内 (72)発明者 後藤 高志 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社中央研究所内 (72)発明者 弓倉 恒雄 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社中央研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一定の間隔で少なくとも１列に配置した
   複数の伝熱管と、細線をねじって互いに巻きつくように
   して形成したより線とを備え、上記より線を列方向の伝
   熱管に沿って、上記伝熱管の両側に交互に上記伝熱管の
   長手方向に複数列配置したことを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 上記伝熱管の長手方向に互いに隣接して
   配置されたより線は、伝熱管の両側に交互に配置され且
   つ上記伝熱管間において互いに接触するように配置され
   たものであることを特徴とする請求項１記載の熱交換
   器。
3. 【請求項３】 上記より線の直径は上記伝熱間管の直径
   以下の寸法であることを特徴とする請求項１または請求
   項２記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 複数の伝熱管を２列以上多段に配置し、
   相隣り合う列の伝熱管のうちの一方の列の伝熱管を、他
   方の列の伝熱管のより線交差部に接触させるように配置
   したことを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
5. 【請求項５】 上記複数の伝熱管を上下方向に配置した
   ことを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
6. 【請求項６】 相隣り合う伝熱管の間隔を、伝熱管の直
   径の４倍以上に充分広くとったことを特徴とする請求項
   ２記載の熱交換器。
7. 【請求項７】 相隣り合う伝熱管の間隔が広い部分と狭
   い部分を混在させたことを特徴とする請求項２記載の熱
   交換器。
8. 【請求項８】 一定間隔で２列以上多段に配置した複数
   の伝熱管と、細線をねじって互いに巻きつくように形成
   したより線とを備え、上記より線を列方向とは異なった
   方向の伝熱管に沿って上記伝熱管の両側に交互に、上記
   伝熱管の長手方向に隣接したより線が伝熱管の両側に交
   互に配置したことを特徴とする熱交換器。