JPS6157555B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はクロスフイン形熱交換器に係り、特に
冷凍機に使用され、伝熱性能の向上に好適なクロ
スフイン形熱交換器に関するものである。

従来の冷蔵庫或いは低温室用除湿機等に使用さ
れるクロスフイン形熱交換器を第１図および第２
図により説明する。第１図は従来のクロスフイン
形熱交換器の正面図、第２図は第１図の−断
面拡大図である。１は冷媒の通る熱交換管で、蛇
行状に形成されている。２は内部に可撓性ヒータ
線４を有する除霜ヒータで、蛇行状に形成されて
いる。３は短冊状アルミニウム製フインで、上記
熱交換管１の蛇行間隔に合わせて上記熱交換管の
挿入用のＵ字状切欠３−１を両側より設け、除霜
ヒータ２の蛇行間隔に合わせて上記除霜ヒータ２
の挿入用のＵ字状切欠３−２を両側より設けてい
る。上記熱交換管の挿入用切欠３−１は深く切込
まれ、除霜ヒータ２の挿入用切欠３−２は浅く切
込んである。フイン３は、気流Ａに対して多数
列、且つ同一間隔に並置し、気流の進行方向に沿
つて長く配置されている。このフイン３の切欠３
−１に蛇行状熱交換管１を両側より挿入した後、
切欠３−２に蛇行状除霜ヒータ２を両側より挿入
し、熱交換器を構成する。Ｄは熱交換管１の中心
位置、Ｅは熱交換管の内面位置、Ｆは熱交換管１
とフイン３との接触部、Ｇはフイン３の先端であ
る。

而して、熱交換管１内に液状冷媒を通して沸騰
させ、熱交換管１、フイン３および除霜ヒータ２
が低温になり、気流Ａの空気を冷却する。この
際、気流Ａ中の水分は熱交換管１、除霜ヒータ２
およびフイン３の表面に霜となつて付着する。こ
のため、一定時間後に冷媒を通すのを停止し、ヒ
ータ線４に通電発熱させ、除霜ヒータ２を加熱し
て、更にフイン３および熱交換管１を加熱して熱
交換管１と、フイン３に付着した霜を除霜する。

かかる熱交換器は熱交換管１とフイン３との接
触面積と接触力が少ないために、熱交換管１から
フイン３への熱伝達が非常に悪いものであつた。
又、フイン３には熱交換管１を挿入する為のＵ字
状切欠３−１を設けているために、熱交換管１に
近い部分のフイン面積が大幅に減少し、フイン３
を冷却に有効利用することができなかつた。

更に、熱交換管１をフイン３の切欠３−１に挿
入して密着させる際に、大きな力を加えるために
フイン３の板厚をかなり厚いものとしなければな
らず、原価高となつていた。しかも、フイン３は
気流Ａに対して同一間隔に多数列並置しているた
めに、フイン３の気流流入側に多量の着霜を生ず
る。これによつて、フイン３間の通風抵抗が大幅
に増加し、通風量が減少して熱交換量が減少して
しまうものであつた。

次に、他の従来形のクロスフイン形熱交換器を
第３図および第４図により説明する。第３図は、
他の従来形クロスフイン形熱交換器の正面図、第
４図は、第３図の−断面図である。５は冷媒
の通る熱交換管で、ヘヤピン管５−１とＵ字管５
−２とを連結させて蛇行状に形成している。６は
内部に可撓性ヒータ線８を有する除霜ヒータで、
蛇行状に形成されている。７は短冊状のアルミニ
ウム製フインで、上記除霜ヒータ６の蛇行間隔に
合わせて除霜用ヒータ挿入用のＵ字状切欠７−１
をフイン７の両側に設け、更に、上記ヘヤピン管
５−１の間隔に合わせて形成した円筒立上部７−
２にて熱交換管５の挿入穴としている。上記フイ
ン７は気流Ｂに対して多数列、且つ同一間隔に並
置され、気流の進行方向に沿つて長く配置されて
いる。このフイン７の円筒立上部７−２の穴に
は、上記ヘヤピン管５−１を挿入して拡管した
後、このヘヤピン管５−１にＵ字管５−２を接続
して溶接し、蛇行状の熱交換管５を形成する。次
いで、フイン７の切欠７−１に蛇行状除霜ヒータ
６をフイン７の両側より挿入して熱交換器を構成
する。

而して、熱交換管５内に液状冷媒を通して沸騰
させ、熱交換管５、フイン７および除霜ヒータ６
が低温になり、気流Ｂの空気を冷却する。この際
気流Ｂ中の水分は熱交換管５、フイン７および除
霜ヒータ６の表面に霜となつて付着する。このた
め、一定時間後に冷媒を通すのを停止し、ヒータ
線８に通電発熱させ、除霜ヒータ６を加熱して、
更にフイン７および熱交換管５を加熱して熱交換
管５とフイン３に付着した霜を除霜する。

かかる他の従来形のクロスフイン形熱交換器
は、上述した従来のクロスフイン形熱交換器と同
様にフイン７が気流の進行方向に対して１枚の平
板状に長く延びているため、熱境界層が厚くなつ
てしまい、熱伝達率が著しく低下する。又、フイ
ン７は気流Ｂに対して同一間隔に多数列並置して
いるために、フイン７の気流流入側に多量の着霜
を生ずる。これによつて、フイン７間の通風抵抗
が大幅に増加し、通風量が減少して熱交換量が減
少してしまう。

上記従来のクロスフイン形熱交換器を改良する
ものとして、例えば実開昭50−154559号に示され
た熱交換器があげられる。

かかる熱交換器は、熱交換管に嵌装したフイン
を空気流の流通方向に対して前後に少くとも２以
上に分割し、且つ前後方向に隣接するフインが同
一平面上にならないように配列したものである。

この熱交換器は空気流の流通方向に対してフイ
ンが分割されているため、複数のフインが空気流
と熱交換するから熱交換量が増大することにな
る。

しかしながら、この熱交換器はフインの短辺方
向で、且つ気流の進行方向に上記フインを単に複
数分割することを示すのみであり、その分割の長
さについては何ら示されていないため、伝熱性能
の向上について十分に考慮されてはいないもので
あつた。

更に、伝熱性能を向上させる従来技術として、
例えば実公昭50−4285号に示された蒸発器があげ
られる。

かかる蒸発器は個々の矩形小片フインの中央部
にヒータ保護管用孔と冷媒用管孔とを１個ずつ設
け、上記矩形小片フインの両側には空気流動方向
に対して直角方向にのびる切起しフイン部を交互
に反対方向に形成したものである。上記ヒータ保
護管用孔と冷媒用管孔にはヒータ保護管および冷
媒用管を挿入している。かかるヒータ保護管と冷
媒用管は蛇行状に整形されたものである。

以上の如き構成を有する従来技術は、伝熱能力
を向上させる意味で、気流の進行方向に対して複
数のフインが設けられている。

しかしながら、かかる従来技術は次の如き問題
点を有する。

即ち、長方形フインの両側には切起しフイン部
が設けられていることから、切起しフイン部の気
流流入抵抗の増大と切起しフイン部間の気流流通
路が狭くなつてしまうことから、かかる長方形フ
イン間の気流流通路は切起しフイン部によつて通
風抵抗が大きくなる部分と小さくなる部分とが生
じる。したがつて、気流は通風抵抗の小さい部分
を主体に流れるため、通風量が減少し、伝熱能力
の減少を生じてしまうものであつた。さらに、冷
媒用管は長方形フインに対して１本だけ配設され
ているため、冷媒用管からフインへの伝熱量が少
なく、フイン全面を冷却に寄与させることができ
ず、伝熱能力の低い熱交換器となる問題がある。

本発明の目的は、伝熱性能を向上させたクロス
フイン形熱交換器を提供することにある。

かかる目的を達成するために本発明は、複数の
熱交換管と、この熱交換管に所定間隔で複数枚挿
入された平板状の矩形小片フインとからなり、上
記熱交換管は上記矩形小片フインの長辺方向に複
数本設けられると共に、上記熱交換管が複数回折
重ねられることにより上記矩形小片フインの短辺
方向で、且つ気流の進行方向に上記矩形小片フイ
ンの配列がその長辺の長さ以上の寸法となるよう
にしたものである。

以下、本発明の詳細を第５図〜第11図に示す一
実施例により説明する。９は予めヘヤピン状に形
成された熱交換管である。１０は内部に可撓性ヒ
ータ線１１を有する除霜ヒータである。１２は平
板状の矩形小片フインで、長辺方向の２辺と短辺
方向の２辺とで構成されたものである。その長辺
方向の両側に円筒状立上部１２−１を複数個設
け、その円筒状立上部１２−１に上記熱交換管９
の挿入穴１２−３が形成されている。同じく上記
矩形小片フイン１２の中央部には円筒立上部１２
−２が設けられ、除霜ヒータ１０の挿入穴１２−
４が形成されている。かかる挿入穴１２−３には
熱交換管９が挿入され、挿入穴１２−４には除霜
ヒータ１０が挿入されている。１２は矩形の小片
フインである。隣接する上記矩形小片フイン１２
の相互の面は全て同一間隙寸法となるよう広い間
隔１３で多数列並置されている。

更に、上記矩形小片フイン１２は熱交換管９を
蛇行曲げを行う分の間隔１４だけ空けている。

次のフイン配列では更に狭い間隔１５で多数列
並置し、更に熱交換管９を曲げる分の間隔１４を
空けてから狭い間隔１５で多数列並置している。

上記熱交換管９は矩形小片フイン１２の長辺方
向に対して複数本挿入されることになる。上記熱
交換管９の曲げ部９−１と除霜ヒータ１０の曲げ
部１０−１とを円弧状に曲げて熱交換管９および
除霜ヒータ１０を蛇行状に成形する。これによつ
て、矩形小片フイン１２が隙間１６を有して平行
に複数段配置され、最初の段のフイン間隔１３は
次の段以降のフイン間隔１５より大きくなつてい
る。

而して、熱交換管９内に液状冷媒を通して沸騰
させ、その際に熱交換管９、除霜ヒータ１０、フ
イン１２が低温になり、気流Ｃの空気を冷却す
る。この際、気流Ｃ中の水分は熱交換管９、除霜
ヒータ１０、フイン１２の表面に霜となつて付着
する。このため、一定時間後に冷媒を通すのを停
止し、ヒータ線１１に通電発熱させ、除霜ヒータ
１０を加熱して、更にフイン１２および熱交換管
９を加熱して除霜を行う。

本発明に係る熱交換器によれば、熱交換管９と
矩形小片フイン１２とが円筒状立上部１２−１を
介して全周にわたつて広い面積で接触しているた
めに、第１図、第２図に示す熱交換器に比較して
熱交換管９から矩形小片フイン１２への熱伝導が
よくなり、矩形小片フイン１２の伝熱を有効に利
用できる。この点を第１０図を用いて説明する。
第１図、第２図に示す熱交換器は、第１０図の１
点鎖線に示すように各点の温度が変化する。即
ち、熱交換管１とフイン３との接触部Ｆでは温度
T₂からT₅へと大幅な温度上昇をするため、フイ
ン３のＦからフイン３の先端Ｇにおいて、温度が
図の如くT₅からT₆へと非常に高い分布となつて
しまい、気流Ａとの温度差が少くなり、効率の良
い熱伝達ができないものであつた。これに対し、
本発明に係る熱交換器は、第１０図実線に示すよ
うに各点の温度が変化する。即ち、熱交換管９と
矩形小片フイン１２との接触部Ｆでは温度T₂か
らT₃へとわずか上昇するだけであるので、矩形
小片フイン１２のＦからフイン先端Ｇにおいては
温度が図の如くT₃からT₄へと低い分布となり、
気流Ｃとの温度差が大きくなり、効率の良い熱伝
達ができる。

なお、第１０図において、縦軸は温度、横軸は
熱交換管の中心からフインの先端までの距離を示
し、T₁は冷媒の温度、Ｄは熱交換管の中心位
置、Ｅは熱交換管の内面位置を示し、かつ冷媒の
温度はＤの位置からＥの位置までにおいて熱交換
管の熱によつてT₁よりT₂に上昇する。

又、熱交換管９を取付けるための切欠きを設け
ていないので、この点からも矩形小片フイン１２
を有効に且つ効率良く利用できる。更に、熱交換
管９は矩形小片フイン１２の挿入穴１２−３に挿
入して密着させるので、切欠に挿入して密着させ
るものに比較してあまり大きな力を加える必要が
なく、矩形小片フイン１２の板厚を厚くする必要
がない。

第１１図は、従来のクロスフイン形熱交換器と
本発明のクロスフイン形熱交換器との熱伝達率の
特性を示す図であり、横軸は気流の進行方向にお
けるフイン１枚あたりの長さを示し、縦軸はフイ
ンの熱伝達率を示している。

図において、第３図、第４図に示した従来のク
ロスフイン形熱交換器は気流の進行方向における
フインの長さが長いため、図中１点鎖線に示すよ
うに気流の流入側は高い熱伝達率を示すが、気流
の流出側に行くにしたがつて、熱伝達率は著しく
低下する。したがつて、気流流出側のフインはほ
とんど伝熱性能の向上に寄与していないことがわ
かる。

これに対して本発明のクロスフイン形熱交換器
は気流の進行方向におけるフインの長さが短いた
め、第１１図中に実線で示すように熱伝達率はあ
る一定の熱伝達率以上には低下しないので、熱伝
達率の高い領域を利用することが可能である。こ
のことはα∝l^-0.⁵、α∝ｎ⁰.⁵（α：熱伝達率、
ｌ：気流の進行方向のフインの長さ、ｎ：パイプ
の折重ね回数の関係に基くことから明らかであ
る。

なお、第１１図における各実線は熱交換管に折
りかえす回数（図では第８図に示す折りかえし回
数）に対応している。

しかも本発明では、熱交換管が複数回折重ねら
れることにより上記矩形小片フインの短辺方向で
且つ気流の進行方向に上記矩形小片フインの配列
がその長辺の長さ以上の寸法になるので、上記第
１１図で説明したα∝l^-0.⁵、α∝ｎ⁰.⁵の関係にも
とづき、熱境界層内の温度勾配が大きく取れ、気
流との熱交換量を増すことができるという効果を
奏する。

この様に熱交換量が増大した本発明のクロスフ
イン形熱交換器は、フインの長辺寸法の長さ以上
にフインを配列することが示されていない実開昭
50−154559号と比較して伝熱性能が極めて優れる
ものである。

さらに、本発明のクロスフイン形熱交換器に使
用された矩形小片フインは平板状となつているた
め、気流流入抵抗が小さく、又、矩形小片フイン
間に気流流通路の狭い部分が生じない。

したがつて、かかる矩形小片フイン間の気流流
通路は通風抵抗が極めて小さいため、矩形小片フ
イン全体を均一に気流が通過し、気流の通風量が
増加するので伝熱能力が増す。また、熱交換管は
矩形小片フインの長辺方向に対して複数本設けら
れているため、熱交換管からフインへの伝熱量が
増加する。このため、フイン全面を冷却に寄与さ
せることができ、伝熱能力の高いクロスフイン形
熱交換器を得ることができる。

以上述べた如く、本発明のクロスフイン形熱交
換器によれば伝熱性能の向上を図ることができる
が、更に本発明はクロスフイン形熱交換器のフイ
ン間隔を気流流入側を大とし、流出側を小とする
ことによつて、気流流入側の霜づまりを防止でき
るものである。即ち、例えば第８図に示すように
矩形小片フイン１２は気流Ｃに対して気流流入側
のフイン間隔１３を大きく、気流流出側を小さく
設定することにより、矩形小片フイン１２の気流
流入側に生じる着霜によるフイン間の通風抵抗の
増加を防止することができ、したがつて、通風量
は減少せず、熱交換量の低下を防止できるのであ
る。この場合、同一形状の矩形小片フイン１２で
構成しているので、着霜分布に合わせてフイン間
隔１３、１５を任意に調節することも可能とな
る。これにより、気流流出側の小量着霜部は矩形
小片フイン１２の間隔を小さくすることによつて
伝熱面密度を大きくできるとともに、熱交換器の
小形化を達成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱交換器の正面図、第２図は第
１図の−断面拡大図、第３図は異なる従来の
熱交換器の正面図、第４図は第３図の−断面
拡大図、第５図は本発明の熱交換器に使用するフ
イン単体の正面図、第６図は第５図の−断面
図、第７図は本発明の熱交換器の組立途中の平面
図、第８図は本発明の熱交換器の完成後の斜視
図、第９図は第８図のXI−XI断面図、第１０図は
熱交換器の温度変化図、第１１図は熱交換器の熱
伝達率変化図である。 ９……熱交換管、１０……除霜ヒータ、１１…
…ヒータ線、１２……フイン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の熱交換管と、この熱交換管に所定間隔
   で複数枚挿入された平板状の矩形小片フインとか
   らなり、上記熱交換管は上記矩形小片フインの長
   辺方向に複数本設けられると共に、上記熱交換管
   が複数回折重ねられることにより上記矩形小片フ
   インの短辺方向で、且つ気流の進行方向に上記矩
   形小片フインの配列がその長辺の長さ以上の寸法
   になることを特徴とするクロスフイン形熱交換
   器。