JPWO2018020552A1 - Heat exchanger and air conditioner - Google Patents
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Abstract
伝熱性能と排水性に優れた熱交換器および当該熱交換器を適用した空気調和機が得られる。熱交換器は、少なくとも1つの伝熱管(1)と、少なくとも1つのフィン(3)とを備える。伝熱管(1)は、第1方向に沿って延びるように設けられており、かつ内部に冷媒が流通する。フィン(3)は、第1方向と交差する第2方向において伝熱管(1)の中央より風上側に位置し、伝熱管(1)に接続される。 A heat exchanger excellent in heat transfer performance and drainage and an air conditioner to which the heat exchanger is applied can be obtained. The heat exchanger comprises at least one heat transfer tube (1) and at least one fin (3). The heat transfer tube (1) is provided so as to extend along the first direction, and the refrigerant circulates therein. The fin (3) is located on the windward side from the center of the heat transfer tube (1) in the second direction intersecting the first direction, and is connected to the heat transfer tube (1).
Description
この発明は、熱交換器および空気調和装置に関する。 The present invention relates to a heat exchanger and an air conditioner.
従来、扁平管を伝熱管として用いた熱交換器が知られている(たとえば、特開平9−280754号:特許文献1参照)。特許文献1に開示された熱交換器では、伝熱管として複数の扁平管を互いに平行に配置し、隣接する扁平管の間にコルゲートフィンを配置している。コルゲートフィンの風上側部分には補強リブが形成されている。また、コルゲートフィンの風下側部分にはルーバが形成されている。コルゲートフィンは、伝熱管より風上側に延在する部分を有する。このような熱交換器はたとえば空気調和機に適用される。特許文献1では、上記のような構成とすることにより、コルゲートフィンの成型加工時の蛇行を防止でき、また蒸発器として作用させたときの着霜領域を十分確保できるとしている。
Conventionally, a heat exchanger using a flat tube as a heat transfer tube is known (see, for example, JP-A-9-280754: Patent Document 1). In the heat exchanger disclosed in
上記のような従来の熱交換器では、コルゲートフィンの表面積が十分に大きくなっているために伝熱性能という点では優れている。しかし、除霜運転時においてコルゲートフィンの表面から水滴を除去する排水性という点については、上述した従来の熱交換器には改善の余地があった。 The conventional heat exchanger as described above is excellent in terms of heat transfer performance because the corrugated fin has a sufficiently large surface area. However, the conventional heat exchanger described above has room for improvement with respect to the drainage property of removing water droplets from the surface of the corrugated fin during the defrosting operation.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、この発明の目的は、伝熱性能と排水性に優れた熱交換器および当該熱交換器を適用した空気調和機を提供することである。 The present invention was made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a heat exchanger excellent in heat transfer performance and drainage and an air conditioner to which the heat exchanger is applied. It is to be.
この発明に係る熱交換器は、少なくとも1つの伝熱管と、少なくとも1つのフィンとを備える。伝熱管は、第1方向に沿って延びるように設けられており、かつ内部に冷媒が流通する。フィンは、第1方向と交差する第2方向において伝熱管の中央より風上側に位置し、伝熱管に接続される。 The heat exchanger according to the present invention includes at least one heat transfer tube and at least one fin. The heat transfer tube is provided so as to extend along the first direction, and the refrigerant circulates therein. The fin is located on the windward side from the center of the heat transfer tube in the second direction intersecting the first direction, and is connected to the heat transfer tube.
この発明によれば、伝熱管の中央より風上側にフィンを形成しているので、熱交換器の伝熱特性を向上させることができる。さらに、フィンの表面に付着した水滴が空気の流れにより風下側に移動したときに、当該水滴はフィンの風下側に位置する伝熱管の表面上に流れ、当該伝熱管の表面を伝って容易に排出される。すなわち、熱交換器の排水性を向上させることができる。 According to this invention, since the fin is formed on the windward side from the center of the heat transfer tube, the heat transfer characteristics of the heat exchanger can be improved. Furthermore, when the water droplets adhering to the surface of the fin move to the leeward side due to the air flow, the water droplet flows on the surface of the heat transfer tube located on the leeward side of the fin and easily passes through the surface of the heat transfer tube. Discharged. That is, the drainage of the heat exchanger can be improved.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。また、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. Moreover, in the following drawings including FIG. 1, the relationship of the size of each component may be different from the actual one. Furthermore, the forms of the constituent elements shown in the entire specification are merely examples, and are not limited to these descriptions.
実施の形態1.
<熱交換器の構成>
図1および図2は本実施形態に係る熱交換器の外観を示したものである。図3は図1および図2に示した熱交換器を側面側から見た部分側面模式図である。図4は、図3の線分IV−IVにおける断面模式図である。
<Configuration of heat exchanger>
1 and 2 show the appearance of the heat exchanger according to the present embodiment. FIG. 3 is a partial side schematic view of the heat exchanger shown in FIGS. 1 and 2 as viewed from the side. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
図1〜図4に示す本実施形態に係る熱交換器は、扁平管である少なくとも1つの伝熱管1と、当該伝熱管1の表面に形成された少なくとも1つのフィン3と、重力方向に沿って配置された伝熱管1の上端と下端とにそれぞれ接続されたヘッダ2とを備える。伝熱管1は、重力方向に沿った方向である第1方向に沿って延びるように設けられている。伝熱管1の内部には冷媒が流通する。扁平管状の形状を有する伝熱管1の内部には、その延在方向(第1方向)に沿って復数の冷媒流路が形成されていてもよい。
The heat exchanger according to the present embodiment shown in FIGS. 1 to 4 includes at least one
図1に示した熱交換器では、複数の伝熱管1が互いにほぼ平行に並ぶように配置されている。複数の伝熱管1の上端はそれぞれ上側のヘッダ2に接続されている。また、複数の伝熱管1の下端もそれぞれ下側のヘッダ2に接続されている。下側のヘッダ2には図1の矢印に示すように、たとえばその端部から冷媒が供給される。ヘッダ2の内部から伝熱管1の内部に流れる冷媒は、伝熱管1の内部を上昇し、上側のヘッダ2の内部に流れる。上側のヘッダ2に到達した冷媒はヘッダ2のたとえば端部から矢印で示されるようにヘッダ2の外部へ排出される。
In the heat exchanger shown in FIG. 1, the plurality of
切起しであるフィン3は、伝熱管1において隣接する伝熱管1同士が対向する側面部分に形成されている。当該側面部分は、伝熱管1の側面のうち最も面積が大きい平面部分である。複数のフィン3は、伝熱管1の延在方向に沿って互いに間隔を隔てて配置されている。伝熱管1に接続されたフィン3は、伝熱管1の第1方向と交差する第2方向(第1方向に直交し、風上から風下に向かう方向)において伝熱管1の中央である中心軸4(図2参照)より風上側に位置する。フィン3は中心軸4より風下側には形成されていない。図1に示した熱交換器では、上記のような一組のヘッダ2の間を繋ぐように複数の伝熱管1が配置された2つのユニットが、風上方向から風下方向にむかって並ぶように配置されている。当該ユニットでは、伝熱管1においてフィン3が形成された上記側面部分の表面が、風上から風下へ向かう方向に沿うように、伝熱管1が配置されている。
The
図3に示すように、板状体であるフィン3は、風上側から風下側に向けて、水平方向から重力方向下向きに傾いた表面を有する。フィン3の水平方向に対する傾き角θは、たとえば0°超え30°以下であってもよい。傾き角θの下限は5°でもよく、10°でもよい。傾き角θの上限は20°であってもよく、15°であってもよい。
As shown in FIG. 3, the
図4に示すように、少なくとも1つのフィン3は、風上側から見たときに伝熱管1を挟むように配置された第1のフィン3と第2のフィン3とを含む。伝熱管1の延在方向(第1方向)から見た少なくとも1つのフィン3の平面形状は四角形状である。フィン3の伝熱管1表面からの突出高さであるフィン3の幅は、たとえば隣接する伝熱管1の間の距離の半分以下であってもよい。この場合、隣接する伝熱管1において第1方向におけるフィン3の位置が同じになっていてもよい。また、フィン3の幅は、たとえば隣接する伝熱管1の間の距離の半分より大きく、当該距離未満であってもよい。この場合、隣接する伝熱管1において第1方向におけるフィン3の位置が異なるように、フィン3が配置される。また、フィン3と伝熱管1との接続部の長さは、たとえば風上から風下に向かう方向での伝熱管1の長さの30%以上40%以下でもよい。フィン3の厚みは0.1mm以上0.5mm以下でもよく、0.2mm以上0.4mm以下でもよい。
As shown in FIG. 4, the at least one
図4に示すように、伝熱管1は、伝熱管本体8と、接合材7と、外殻部材5とを含む。外殻部材5は、伝熱管本体8の外周を囲む。少なくとも1つのフィン3は外殻部材5の表面に形成されている。外殻部材5を構成する材料は、アルミニウムであってもよく、アルミニウムと亜鉛とを含む合金でもよい。フィン3を構成する材料は、外殻部材5を構成する材料と同じでもよい。あるいは、フィン3を構成する材料は、外殻部材5を構成する材料と異なる材料としてもよい。接合材7は、伝熱管本体8と外殻部材5との間に位置する。接合材7は伝熱管本体8と外殻部材5とを接続する。接合材7はたとえば珪素を含むロウ材である。
As shown in FIG. 4, the
また、伝熱管1の風上方向から見た幅(短軸の長さ)はたとえば0.5mm以上2mm以下としてもよく、たとえば1mmとしてもよい。また、隣接する伝熱管1の間のピッチ(中心間の距離)は2.5mm以上3.5mm以下でもよく、たとえば3mmとしてもよい。
Moreover, the width | variety (length of a short axis) seen from the upwind direction of the
<熱交換器の作用効果>
このように、扁平管である伝熱管1の前縁部に切起しとしてのフィン3を設けることにより、熱交換器における伝熱面積の拡大が可能となるとともに、フィン3の風下側に縦渦が発生し、熱交換器における熱伝達率が向上する。また、異なる観点から言えば、フィン3の形成により当該フィン3が形成されていない場合に比べて熱交換器の伝熱特性を向上させることができる。さらに、図3に示すように、本実施形態の熱交換器が蒸発器として用いられた場合を考える。この場合、凝縮水である水滴6は先ずフィン3上に滞留する。フィン3は、図3に示すように水平方向に対し、風下側に向かうほど重力方向下方に傾斜している。このため、水滴6は当該傾斜の作用、さらには空気の流れからの力により風下側に移動する。このようにフィン3の表面に付着した水滴6が、熱交換器に供給される空気の流れの風下側に移動したときに、当該水滴6はフィン3の風下側に位置する伝熱管1の表面上に流れる。その後、水滴6は伝熱管1の表面を伝って重力方向下側に流れ、熱交換器から容易に排出される。つまり、伝熱管1の表面は、フィン3の風下に位置する部分を含む。当該部分は水滴の排水流路として機能する。このため、図8に示す伝熱管の幅よりフィンの幅が広いような構成と比較して、熱交換器の排水性を向上させることができる。<Effects of heat exchanger>
Thus, by providing the
ここで、図8は、比較例としての熱交換器の構成を示す部分外観模式図である。図8に示した比較例の熱交換器は、複数の冷媒流路113を含む扁平管である伝熱管110と、複数の伝熱管110の間に配置されたフィンとしてのコルゲートフィン114とを備える。伝熱管110の表面には水切り用の溝112が形成されている。伝熱管110のコルゲートフィン114が接続された表面部分に沿った方向において、コルゲートフィン114の幅は、伝熱管110の幅より広くなっている。コルゲートフィン114の表面には複数のルーバ114aおよびリブ114bが形成されている。図8に示した熱交換器では、コルゲートフィン114の幅が伝熱管110の幅より広くなっているため、伝熱性能という点では優れるものの、コルゲートフィン114上に凝集した水滴の排水性については、架台がある。特に、コルゲートフィン114において伝熱管110の端部より外側に延在している部分では、コルゲートフィン114の表面から水滴を排出するための具体的な実体的な経路が存在せず、排水性に課題があった。このような熱交換器と異なり、本実施形態に係る熱交換器では上述のようにフィン3の風下側に位置する伝熱管1の表面が水滴6の流通経路として機能する。そのため、本実施形態に係る熱交換器では優れた排水性を実現できる。
Here, FIG. 8 is a partial external schematic view showing a configuration of a heat exchanger as a comparative example. The heat exchanger of the comparative example shown in FIG. 8 includes a
また、上述のようにフィン3が水平方向に対し、風下側に向かって重力方向下方に傾斜しているので、排水性が向上する。このため水滴6がフィン3上に滞留することに起因する通風抵抗の増加を抑制出来る。
Moreover, since the
また、図4に示すようにフィン3が伝熱管1の両側に配置された第1のフィン3と第2のフィン3とを含むので、伝熱管1の片側のみにフィン3が形成される場合より熱交換器の伝熱特性を向上させることができる。また、外殻部材5を構成する材料としてアルミニウムと亜鉛とを含む合金を用いることで、熱交換器の防食性を向上させることが出来る。
Further, as shown in FIG. 4, since the
<熱交換器の変形例の構成および作用効果>
図5は、本実施形態に係る熱交換器の変形例を示す部分断面模式図である。図5に示した熱交換器は、基本的には図1〜図4に示した熱交換器と同様の構成を備えるが、フィン3の平面形状が図1〜図4に示した熱交換器と異なっている。すなわち、図5に示した熱交換器では、伝熱管1の延在方向である第1方向から見た、少なくとも1つのフィン3の平面形状が三角形状となっている。<Configuration and effect of modification of heat exchanger>
FIG. 5 is a partial cross-sectional schematic diagram showing a modification of the heat exchanger according to the present embodiment. The heat exchanger shown in FIG. 5 basically has the same configuration as the heat exchanger shown in FIGS. 1 to 4, but the planar shape of the
このような構成とすることで、図1〜図4に示した熱交換器と同様の効果を得られるとともに、フィン3の平面形状が三角形状であるため、当該フィン3の表面近傍で起きる気流の速度変化が大きくなり、フィン3の風下側に発生する気流(後流)で形成される縦渦が大きくなる。このため、熱交換器においてより高い熱伝達率が得られる。
By adopting such a configuration, the same effect as that of the heat exchanger shown in FIGS. 1 to 4 can be obtained, and the planar shape of the
<熱交換器の製造方法>
図6は、本実施形態に係る熱交換器の製造方法を説明するための模式図であり、熱交換器の組立前の状態を示している。図6を用いて、本実施形態に係る熱交換器の製造方法を説明する。<Manufacturing method of heat exchanger>
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the manufacturing method of the heat exchanger according to the present embodiment, and shows a state before the heat exchanger is assembled. The manufacturing method of the heat exchanger which concerns on this embodiment is demonstrated using FIG.
まず、熱交換器の伝熱管1を構成する部材(扁平管である伝熱管本体8、フィン3が形成された外殻部材5、および接合材7)を準備する。接合材7としては珪素を含むロウ材を用いることができる。接合材7は外殻部材5の内周面(フィン3が形成された表面と反対側の裏面)上に配置される。その後、伝熱管本体8の両側面から、内周面に接合材7が配置された2つの外殻部材5により当該伝熱管本体8を挟む。この状態で加熱炉による加熱処理によって、接合材7により伝熱管本体8と外殻部材5とを接合する(たとえばロウ付けする)。
First, the members (the heat transfer tube
このようにして側面に複数のフィン3が配置された伝熱管1を準備する。さらに、熱交換器を構成する他の部材(図1に示すヘッダ2など)を準備し、これら他の部材と伝熱管1とを接合する。このようにして、図1に示す熱交換器を製造できる。
In this way, the
このような製造工程を用いることにより、比較的短時間且つ安価に熱交換器を製造することが出来る。また、伝熱管本体8の外周面に、フィン3が予め設けられた外殻部材5を取り付けることにより伝熱管1を形成しているので、伝熱管本体8に直接複数のフィン3を形成する場合より製造工程を容易化できる。
By using such a manufacturing process, a heat exchanger can be manufactured in a relatively short time and at a low cost. Moreover, since the
実施の形態2.
<空気調和装置の構成>
図7は本実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路を示す模式図である。図に示す冷媒回路は、圧縮機33、凝縮熱交換器34、絞り装置35、蒸発熱交換器36、2つの送風機37を備える。2つの送風機37は、それぞれ送風機用モータ38により駆動される。2つの送風機37は、それぞれ凝縮熱交換器34または蒸発熱交換器36のいずれかに気体(たとえば空気)を吹き付ける。冷媒回路は、圧縮機33、凝縮熱交換器34、絞り装置35、蒸発熱交換器36の順番に冷媒が循環する。
<Configuration of air conditioner>
FIG. 7 is a schematic diagram showing a refrigerant circuit of the air-conditioning apparatus according to the present embodiment. The refrigerant circuit shown in the figure includes a
図7に示した凝縮熱交換器34および蒸発熱交換器36の少なくともいずれか1つに、実施の形態1において説明した熱交換器を適用する。上記送風機37は、それぞれの熱交換器に対して第2方向(図2において矢印で示す方向)に沿って期待を吹き付ける。
The heat exchanger described in the first embodiment is applied to at least one of the
<空気調和装置の作用効果>
上述の実施の形態1に係る熱交換器を、凝縮熱交換器34または蒸発熱交換器36、もしくは凝縮熱交換器34および蒸発熱交換器36の両方に用いることにより、エネルギー効率の高い空気調和装置を実現出来る。また異なる観点から言えば、実施の形態1に係る熱交換器を空気調和装置の室内機または室外機、あるいは室内機および室外機の両方に適用してもよい。<Operation effect of air conditioner>
By using the heat exchanger according to the first embodiment described above for the
なお、ここで、エネルギー効率は、たとえば次式で構成されるものである。
暖房エネルギー効率=室内熱交換器(凝縮熱交換器)の能力/全入力
冷房エネルギー効率=室内熱交換器(蒸発熱交換器)の能力/全入力
また、上述した実施の形態1に係る熱交換器および当該熱交換器を用いた空気調和装置では、R410A、R32、HFO1234yf等の冷媒を用いることができる。また、上述した実施形態では、作動流体として、空気と冷媒を用いる例を示したが、他の気体、液体、気液混合流体を用いても、同様の効果を奏する。In addition, energy efficiency is comprised by following Formula here, for example.
Heating energy efficiency = capacity of indoor heat exchanger (condensation heat exchanger) / total input Cooling energy efficiency = capacity of indoor heat exchanger (evaporation heat exchanger) / total input Further, heat exchange according to the first embodiment described above In the air conditioner using the heat exchanger and the heat exchanger, refrigerants such as R410A, R32, HFO1234yf can be used. In the above-described embodiment, an example in which air and a refrigerant are used as the working fluid has been shown. However, the same effect can be obtained even when other gas, liquid, or gas-liquid mixed fluid is used.
また、上述した実施の形態1に係る熱交換器およびそれを用いた空気調和装置については、冷凍機用油として、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系など、任意の種類の油を用いることができる。また、冷凍機用油について、冷媒が当該油に対して溶けるか溶けないかにかかわらず、どのような冷凍機用油を用いてもよい。
Moreover, about the heat exchanger which concerns on
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the above-described embodiment can be variously modified. The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、空気調和装置、冷凍サイクル装置、ヒートポンプ装置などに適用出来る。 The present invention can be applied to an air conditioner, a refrigeration cycle apparatus, a heat pump apparatus, and the like.
1,110 伝熱管、2 ヘッダ、3 フィン、4 中心軸、5 外殻部材、6 水滴、7 接合材、8 伝熱管本体、9 特開平、33 圧縮機、34 凝縮熱交換器、35 絞り装置、36 蒸発熱交換器、37 送風機、38 送風機用モータ、112 溝、113 冷媒流路、114 コルゲートフィン、114a ルーバ、114b リブ。
1,110 Heat transfer tubes, 2 headers, 3 fins, 4 central shafts, 5 outer shell members, 6 water droplets, 7 joining materials, 8 heat transfer tube bodies, 9 JP, 33, compressors, 34 condensation heat exchangers, 35
Claims (9)
前記第1方向と交差する第2方向において前記伝熱管の中央より風上側に位置し、前記伝熱管に接続された少なくとも1つのフィンとを備える、熱交換器。At least one heat transfer tube provided so as to extend along the first direction and in which a refrigerant flows;
A heat exchanger comprising: at least one fin located on the windward side from the center of the heat transfer tube in a second direction intersecting the first direction and connected to the heat transfer tube.
伝熱管本体と、
前記伝熱管本体の外周を囲む外殻部材とを含み、
前記少なくとも1つのフィンは前記外殻部材の表面に形成されている、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の熱交換器。The heat transfer tube is
A heat transfer tube body;
An outer shell member surrounding the outer periphery of the heat transfer tube body,
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 5, wherein the at least one fin is formed on a surface of the outer shell member.
前記接合材は珪素を含むロウ材である、請求項6または請求項7に記載の熱交換器。The heat transfer tube is located between the heat transfer tube main body and the outer shell member, and includes a bonding material that connects the heat transfer tube main body and the outer shell member,
The heat exchanger according to claim 6 or 7, wherein the bonding material is a brazing material containing silicon.
前記第2方向に沿って前記熱交換器に気体を吹き付けるファンとを備える、空気調和装置。The heat exchanger according to any one of claims 1 to 8,
An air conditioner comprising: a fan that blows gas to the heat exchanger along the second direction.
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