JPH10213386A - 熱交換器及び空気調和機 - Google Patents
熱交換器及び空気調和機Info
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- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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Abstract
を向上させることができる独立フィンチューブ熱交換器
を提供する。 【解決手段】独立フィンチューブ熱交換器100は、複
数の独立フィン101を伝熱管2が貫通することで形成
されている。それぞれのフィン101は、その下端部1
01Lと上端部101Uで接するように構成されてお
り、その両端部101L、101Uは接触させたときに
少なくとも1点で交差するように構成されている。
Description
機に用いられる熱交換器に係り、特に伝熱促進のための
フィンを外面に備えたフィン付き伝熱管及び熱交換器並
びに冷凍・空調機に関する。
管にこのフィンを複数枚挿入するいわゆる独立フィンチ
ューブ熱交換器の従来技術として、特公昭52−422
55号公報(文献1)及び特開昭63−197886号公
報(文献2)が知られている。文献1には、帯状のストリ
ップ材に貫通孔を設けるとともに、その貫通孔の周囲に
つばを形成し、そのストリップ材を各貫通孔の中間で切
断して同形状のフィンを作り、このフィンを複数個づつ
重ね合わせてブロックを構成し、この各ブロックを一列
に配置した後にその貫通孔に伝熱管を貫通し、この伝熱
管をブロック間部で順次に折り曲げて蛇行状に形成する
熱交換装置の製作法が記載されている。また、文献2に
は、小片フィン及びこの小片フィンを貫通する伝熱管と
を備え、伝熱管を小片フィンの気流方向のフィン幅の2
倍以上のピッチにて蛇行に曲げて形成してなる2つの熱
交換器を、それぞれの列間ピッチの間に挿入設置し、所
定の列間ピッチを構成する多数の小片フィンを備えた熱
交換器が記載されている。
向上させるための公知技術として、実開昭61−269
77号公報(文献3)、実開平3−31230号公報
(文献4)及び実開昭63−74983号公報(文献
5)に記載の技術が知られている。文献3には、上段と
下段の2つに分断されたフィン付き熱交換器の合わせ面
に傾斜を持たせた熱交換器が記載され、文献4には、上
下独立に分断して形成した各フィンの下端部を傾斜状態
に形成した熱交換器が記載され、文献5には、フィン下
端部を各列交互に配列された伝熱管の配列にそってジグ
ザグ状に構成した熱交換器が記載されている。
載の熱交換器は、フィン同士が分断されているので、熱
交換器として重力方向に重なるように配置したとき、強
度が低下したり、蒸発器として用いた場合の露の水切り
性能が低下すると云う問題がある。
は、水切り性能を向上させることを目的としているが、
フィン下端部を傾斜あるいはジグザグに構成しただけで
は、水切り性能は十分には向上しないという問題があ
る。
た独立フィン熱交換器において、所望の水切り性能を維
持しつつ、熱交換器の強度を向上した熱交換器を提供す
ることにある。
な筺体形状であっても、所望の性能が得られる空気調和
機を提供することにある。
は複数本の伝熱管に複数枚のフィンを挿入して形成され
た熱交換器単位と、これらの熱交換器単位を複数重ねる
ことによって構成された熱交換器において、前記フィン
に、前記重ねられた熱交換器単位の個々のフィン同士の
接点が1点以上になるように加工が施されることにより
達成される。
換器とを備えた空気調和機において、前記熱交換器を、
1本若しくは複数本の伝熱管に複数枚のフィンを挿入し
て形成された熱交換器単位を複数重力方向に重ねること
によって構成し、上段の熱交換器単位と下段の熱交換器
単位とをずらして配置した部分を有することにより達成
される。
を参照しつつ説明する。図1〜図4は本発明の第1の実
施の形態を説明する図である。図1及び図2において、
本実施の形態に係る独立フィンチューブ熱交換器100
の構造を示す図であり、図1は、その斜視図であり、図
2はその拡大図である。
伝熱管2が貫通している。フィン101の下端部101
L及び上端部101Uは、フィンの厚み方向にそれぞれ
反対方向に折り曲げられている。換言すると、フィンの
短辺の中央同士を結ぶ線のうち上端部101U及び下端
部101Lのみ、この中央同士を結ぶ線を折り線として
山折り若しくは谷折りしたものである。図の上段のフィ
ンの下端部101L及び下段のフィンの上端部101U
を逆方向に折り曲げることで、図2に示すように重力方
向から見てフィンが交差する構造が提供される。
交換器においては、熱交換器を構成する上段フィンと下
段フィンとは必ずしも接していない。このため、蒸発器
として使用した場合には凝縮水がフィンを伝わって流下
せず、それぞれのフィンで保持され通風抵抗が増大し、
交換熱量が減少してしまう。
る文献3乃至5に記載の熱交換器では、フィン下端部を
傾斜させるかあるいはジグザグに構成している。しかし
ながら、フィン下端部を傾斜あるいはジグザグにして
も、上段フィンと下段フィンとが完全に接していなけれ
ば凝縮水は上方のフィン下端の凸部に保持されてしま
い、水切り性能は十分には回復しない。
器において、水切り性能を向上させるために上下段のフ
ィン同士を密着(接触)させようとすると、下段の伝熱
管上で隣接するフィン間に上段のフィンが互いに噛み合
ってしまうことがあり、前面面積の減少、伝熱管のねじ
れ、噛み合い部での通風抵抗の増大などの問題を生じ
る。また、熱交換器の強度はフィン材の拘束を受けない
ので伝熱管の強度のみに頼ることとなり、複数の伝熱管
がフィンを貫通するクロスフィンチューブ形熱交換器と
比較して構造的に強度が低下してしまう。この場合、搬
送中の破損、あるいは振動・騒音等の問題を引き起こす
恐れがある。
は、その接触部においてそれぞれのフィンを重力方向か
ら見て交差するように配置することによって、すなわ
ち、上段のフィン下部先端と下段のフィンの上部先端と
が少なくとも1点で交差するようなフィン形状とするこ
とにより、フィンの噛み合いを防ぎつつフィン同士を密
着させることができ、この結果、水切り性を良くしつつ
重力方向に強い熱交換器を得ることができる。
も伝熱管2に整列して配置された隣接するフィン間の距
離であるフィンピッチの1/2以上が望ましい。これは
折り曲げ量がフィンピッチの1/2以下だと、フィン同
士の噛み合いを完全に防ぐことができないためである。
このような構成にするとフィン同士が必ず複数の点で接
することになり、その接点を伝わって水が流下するので
水切り性能が向上する。さらに、上段フィン下端部と下
段フィン上端部との間には折り曲げたことによって間隙
が生じる。上段フィンからの水は、上段フィン下部で水
滴に成長する。この水滴の粒径が隙間よりも大きくなる
と下段フィン上端部に接し、水滴は下段フィンに移動し
て流下する。この作用によっても水切り性能が向上す
る。この作用については以下の実施の形態によっても得
ることができる。本実施形態の如く折られていない真っ
直ぐフィンをただ重ねただけではこの効果は期待できな
い。
しつけることでフィンの左右方向の動きも拘束すること
ができ、熱交換器強度も向上する。
の形状が重力方向に長い長方形であった。これはフィン
効率の面から、フィン奥行きを小さくし、同じ段ピッチ
の条件で伝熱管が受け持つ面積を小さくした方が有利な
為である。独立フィン高さhと奥行きwは、h≧2wと
なることが望ましい。もちろん、上述の関係式を満足し
ない場合でも水切り性能及び熱交換器強度に対しては同
様の効果を得る。
字状に折り曲げているが、これをW字状あるいはもっと
凹凸の数を増やしてもよい。また、V字状に折り曲げる
のではなく、円弧状(曲面状)に折り曲げてもよい。こ
の場合も全く同様の効果を得る。
製造方法を図3及び図4に示す。図3に示すように連続
したフィン材3のフィン端部に相当する部分(図3でハ
ッチングを施した部分)を切断した後、プレス加工によ
って凹凸形状を設ける。これにより上下端が折り曲げら
れた形状の独立フィンを得る。プレス加工の場合、フィ
ン中心で必ずしも鋭角に折り曲げる必要はなく、ある程
度なまった角度となっていいても同様の効果を得る。ま
た、フィン上下端だけでなくフィン全体を折り曲げても
よい。重要なのはフィン上下端部においてフィン厚み方
向に奥行きを持たせることである。
っている冶具を用意し、この冶具の先端付近ににフィン
切断部を位置させ、谷折りの角度と同じ角度の刃先を有
するカッターにて先の冶具に押しつけるように切断すれ
ば、フィンの切断と同時に折り曲げ加工を施すことがで
きる。
端部下端部となる部分に加工を施すものとしたが、上端
部若しくは下端部のみ加工を施しても同様の効果を得る
ことができる。ただし、この場合、折り曲げ量は、伝熱
管に整列して配置された隣接するフィン間の距離である
フィンピッチ以上ないと、下段フィン間に上段フィンが
噛み合ってしまう。
し、幾つかのフィンブロック104(熱交換器単位)を
構成する。そして、拡管した後、フィン同士が接するよ
うにパイブを曲げて熱交換器100を構成する。この工
程を繰り返すことで、より大型の熱交換器も製作可能と
なる。このとき全てのフィンは折り曲げの向きを同じ方
向に揃えて伝熱管2に挿入整列され、このまま、伝熱管
2を曲げると、図2に示されるように、上下のフィン同
士は2点にて接する構造を持つ熱交換器を得ることがで
きる。
てのフィンに対して折り曲げ加工を施す例を示したが、
多少強度及び水切り効果が低下するが全てのフィンを対
象として折り曲げ加工を施さなくても構わない。この点
は、以下の実施の形態でも同様である。
説明する。上記した第1の実施の形態は、フィン上下端
においてフィンの厚み方向に折り曲げられている。第2
の実施の形態では、伝熱管との角度が直角でなくなるよ
うにフィン上端201Uとフィン下端201Lをフィン
厚み方向にそれぞれ反対向きに傾斜させる(第1の実施
の形態で折り曲げた部分を捻る)ことで、フィン同士の
噛み合いを防ぐものである。その他の構造は第1の実施
の形態と同様である。この場合もフィン上下端だけでな
く、フィン全体をフィン厚み方向に傾斜させても同様の
効果を得る。この場合、伝熱管を挿入する貫通孔を予め
所定角度捻っておく必要がある。
説明する。上記した第1及び第2の実施の形態では、直
線状のフィン下端部及び上端部を折り曲げたり捻るもの
であった。本実施の形態では、その直線状のフィン端部
形状301U、301LをV字状にし、その後折り曲げ
若しくは捻り加工を施す。その他の構造は、第1及び第
2の実施の形態と同様である。フィン端部の凹凸形状は
V字状に限らず、W字状あるいはジグザグ形状の凹凸の
数を増やすことも可能である。凹凸の数を増やすことで
上下のフィンをフィン奥行き方向にずらして配置するこ
とも可能となり、配置の自由度が向上する。
拘束することができるので、水切り性及び熱交換器強度
が大幅に向上する。さらには、上方にあるフィンの先端
が下方にあるフィンに噛み合うように接合されること
で、一層熱交換器強度が向上する。
器の製造方法を図7で説明する。独立なフィン材の製造
方法は図3に示したフィン端部が直線の場合と全く同様
である。伝熱管を挿入して幾つかのフィンブロック30
4を設けるまでは同様であるが、この場合はフィンブロ
ックを一つおきに上下に回転させてから、拡管を行い、
伝熱管2(パイプ)を曲げる必要がある。このようにフ
ィンブロックを一つおきに回転させておくことで、フィ
ンブロックを重ねたときに上下のフィンが交差するよう
に配置する事ができる。
明する。本実施の形態は、熱交換器強度を一層向上させ
た場合の例である。本実施の形態の独立フィン下端部4
01Lは凹凸形状あるいはジグザグ形状をなし、一方フ
ィン上端部401Uはフィン下端部の凹凸の2倍のピッ
チでフィン厚み方向に折り曲げられている。このような
フィンを上下に接するように配置すると、図8に示すよ
うに上方フィンの凹凸部401Lが下方フィンの折り曲
げた上端部401Uの表と裏に交互に噛み合う形で固定
される。この場合はフィンの左右方向のみならず、フィ
ンの厚み方向にもフィンが拘束されるので熱交換器強度
が大幅に向上する。水切り性能に関しても、上方フィン
から流下する凝縮水は下方フィンの折り曲げられた後部
に引き込まれるので非常に良好である。
は、フィン表面形状はスリットフィンであったが、もち
ろん他の表面形状、例えばコルゲートフィンあるいは乱
流促進体を有するフィンであってもかまわない。これら
の場合も全く同様の効果を得る。
ーブ熱交換器100をパッケージエアコンの室内機に適
用した実施の形態を図9を用いて説明する。もちろん第
1の実施の形態に限らず、第2、第3、第4の実施の形
態を用いた熱交換器であってもかまわない。
むように配置されている。空気は室内機下部から吸い込
まれ、ファンから熱交換器を通り吹き出し口へ至り吹き
出される。この際空気は狭いユニット内を曲がりくねっ
て流れるため通風抵抗が大きくなるという問題がある。
特に、吹き出し口上部の風路断面積が問題となる。ま
た、熱交換器とファンとの距離が小さく配置されると互
いの干渉により騒音が大きくなるという問題がある。従
って、風路断面積はできるだけ大きく、かつファンと熱
交換器はできるだけ離して配置することが高性能低騒音
エアコンを開発する上で望ましい。
このように熱交換器を曲げて配置することが可能とな
り、風路断面積を大きくしたままファンとの距離を確保
することができる。さらに伝熱管配列として千鳥配列あ
るいは碁盤目配列等が自由に選べるので、風速分布に合
わせて風損の小さい高性能な空調機を実現することもで
きる。また、1本の独立フィンチューブにより、様々な
形状を形成することができるので、適用する室内機の容
量毎に異なる熱交換器を製作する必要がないという効果
がある。
ィンチューブ熱交換器100をパッケージエアコンの室
外機に適用したものを図10に示す。もちろん第1の実
施の形態に限らず、第2、第3、第4の実施の形態を用
いた熱交換器であってもかまわない。
傾けて配置する場合も、簡単に形成することができる。
このことにより熱交換器を垂直においた場合よりも伝熱
面積が大きくなり性能が向上するのみでなく、室外機容
量に合わせて個々に製作していた熱交換器を一本化する
ことができ、製作コストを低減することができる。ま
た、熱交換器の前面面積が大きくなるので、熱交換器を
通る風速が小さくなり低騒音化にも貢献できる。
換器を蒸発器として使用した場合の性能を図11を用い
て説明する。蒸発器ではフィン表面に空気中の水蒸気が
凝縮するので、熱交換器の水切り性能が悪いと凝縮水が
熱交換器に保持され、通風抵抗が増大してしまう。図1
1は従来の独立フィンチューブ形熱交換器と本発明の独
立フィンチューブ熱交換器とを蒸発器として使用した場
合の乾き時との通風抵抗の比を示す。この通風抵抗比が
小さい程水切り性能が良く、熱交換器の性能が高いこと
を示す。本発明の独立フィンチューブ熱交換器は通風抵
抗比が1.4程度であり、この値はフィンが連続してい
るクロスフィンチューブ熱交換器とほぼ同等であること
がわかる。
管に複数枚のフィンを挿入して、伝熱管をU字形に曲げ
ることによって熱交換器を形成するものであったが、個
々のフィンに複数個の伝熱管挿入用の貫通孔を開けて、
複数本の伝熱管に複数枚のこれらフィンを挿入して、こ
れら伝熱管を上記同様に下段フィン下端部と上段フィン
上段部とが接するように折り曲げて熱交換器を形成する
ものにも適用することができる。
に複数枚のフィンを挿入して複数のフィンブロックを形
成して、フィンブロック間の伝熱管をU字形に曲げるこ
とにより形成された熱交換器について説明したが、1本
若しくは複数本の伝熱管に複数枚のフィンを挿入して一
つのフィンブロックを形成して、このフィンブロックを
複数個重力方向に重ねて、個々のフィンブロックの伝熱
管同士を接続管にて接続することにより冷媒流路を形成
するような熱交換器にも適用することができる。
けた独立フィン熱交換器において、所望の水切り性能を
維持しつつ、熱交換器の強度を向上した熱交換器を得る
ことができる。また、空気調和機の様々な筺体形状であ
っても、所望の性能が得られる空気調和機が提供され
る。
触部が交差する独立フィンチューブ熱交換器の斜視図で
ある。
ある。
造方法を示す図である。
下端を折り曲げずに傾斜させた独立フィンチューブ熱交
換器の拡大図である。
下端を凹凸形状にしかつ交差させた独立フィンチューブ
熱交換器の拡大図である。
の下端が下方フィンに噛み込む独立フィンチューブ熱交
換器の拡大図である。
造方法を示す図である。
00を用いたパッケージエアコン室内機を示す図であ
る。
100を用いたパッケージエアコン室外機を示す図であ
る。
合の通風抵抗比を示す図である。
ーブ熱交換器、101…独立フィン、101U…独立フ
ィン上端、101L…独立フィン下端、104…独立フ
ィンブロック、200…独立フィンチューブ熱交換器、
201…独立フィン、201U…独立フィン上端、20
1L…独立フィン下端、300…独立フィンチューブ熱
交換器、301…独立フィン、301U…独立フィン上
端、301L…独立フィン下端、304…独立フィンブ
ロック、400…独立フィンチューブ熱交換器、401
…独立フィン、401U…独立フィン上端、401L…
独立フィン下端、500…パッケージエアコン室内機ユ
ニット、501…ターボファン、600…パッケージエ
アコン室外機ユニット、601…プロペラファン
Claims (6)
- 【請求項1】1本若しくは複数本の伝熱管に複数枚のフ
ィンを挿入して形成された熱交換器単位と、これらの熱
交換器単位を複数重ねることによって構成された熱交換
器において、前記フィンは、前記重ねられた熱交換器単
位の個々のフィン同士の接点が1点以上になるように加
工が施されたものである熱交換器。 - 【請求項2】1本若しくは複数本の伝熱管に複数枚のフ
ィンを挿入して形成された熱交換器単位と、これらの熱
交換器単位を複数重ねることによって構成された熱交換
器において、前記フィンは、このフィンの少なくとも一
方の端部断面が非直線形状である熱交換器。 - 【請求項3】1本若しくは複数本の伝熱管に複数枚のフ
ィンを挿入して形成された熱交換器単位と、これらの熱
交換器単位を複数重ねることによって構成された熱交換
器において、前記フィンは、端部が伝熱管に対して直角
とならないように捻ったものである熱交換器。 - 【請求項4】1本若しくは複数本の伝熱管に複数枚のフ
ィンを挿入して形成された複数の熱交換器単位と、これ
ら熱交換器単位同士が重なるようにこの熱交換器単位間
の伝熱管を曲げることにより構成された熱交換器におい
て、夫々の熱交換器単位のフィンは、前記重ねられた熱
交換器単位の個々のフィン同士の接点が1点以上になる
ように加工が施されたものである熱交換器。 - 【請求項5】1本若しくは複数本の伝熱管に複数枚のフ
ィンを挿入して形成された複数の熱交換器単位と、これ
ら熱交換器単位同士が重なるようにこの熱交換器単位間
の伝熱管を曲げることにより構成された熱交換器におい
て、前記フィンは、このフィンの少なくとも一方の端部
断面が非直線形状である熱交換器。 - 【請求項6】筺体内部にファンと熱交換器とを備えた空
気調和機において、前記熱交換器を、1本若しくは複数
本の伝熱管に複数枚のフィンを挿入して形成された熱交
換器単位を複数重力方向に重ねることによって構成し、
上段の熱交換器単位と下段の熱交換器単位とをずらして
配置した部分を有する空気調和機。
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
JP01623197A JP3292077B2 (ja) | 1997-01-30 | 1997-01-30 | 熱交換器及び空気調和機 |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (2)
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