JPS633181A - フイン付熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、暖房運転
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Ｓ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。−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、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シ、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′に付着する鞘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
、小型化が図れないという問題点を有してい念。

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シ
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、各伝熱管間車た
りの切り起しの設置数を気流下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
こ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か
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、正水域が
減少する。またこの現象は、伝熱管群間の切υ起こしを
設けているためよす則著になる。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
角を持たせればよシ効果は太きくなる。■　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、各伝熱管間車たりの切り起しの
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念
め、全体的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９、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
器であシ、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。１ｏは一定間隔で平行に並べ
られたフィンで、１１　ａ及び１１ｂはフィン１ｏ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、
１１ｂ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１ｏ上に設けられた切り起し１３へと項次伝えら
れる。−方、空気流は、フィン１０間を通過する際に、
冷媒から伝えられ念熱を、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、気流下伝熱管１
１ａ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
ことによシ、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１
１まわ）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℃以下になった場合は、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１７
ａはそれよシ下流側の切り起し１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ
の気流方向の長さ１７ｂ、１了ｃ、１７ｄより長く、か
つ、各伝熱管間車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１
３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。２ｏ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）、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。−方、フィン２０の伝熱管２１間に設けられた切り
起し２２ａ、２２ｂ。

２２Ｃ８２２ｄ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（て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する。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て着霜していくため
、完全に霜によって目詰シを起こすまでかなシ時間を要
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
車たシ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図は本発明の池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
。 １ｏ・・・・・・フィン、１１ａ、１１ｂ・・・・・・
伝熱管、１３　、１３　ａ・・・・・・切り起し、１４
・・・・・・投影面、１５・・・・・・気流方向、１７
ａ、ｉ了す、１了ｃ、１了ｄ・・・・・・切り起しの気
流方向の長さ。 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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. （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。