JP2003279281A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
向上を得られる熱交換器を提供する。 【解決手段】所定間隔を存して並設され互いの隙間に熱
交換空気を流通させる複数枚の放熱フィン2と、これら
放熱フィンに亘って貫通し熱交換空気の流通方向とは直
交する方向に所定間隔を存して一列で熱交換空気の流通
方向に沿って複数列に設けられ内部に熱交換媒体を導通
させる流路を形成する熱交換パイプ3とを具備し、上記
放熱フィンは、熱交換空気の流通方向に沿う熱交換パイ
プ列相互間に設けられる円弧形状もしくは屈曲形状の切
込み部5Aを備え、この切込み部は、少なくとも2ヶ所
の分断部6を介して連続的もしくは単独で設けられる。
Description
機や、冷凍庫、冷蔵庫あるいはショーケース等に使用さ
れ、熱交換媒体である冷媒と、ここに流通する熱交換空
気との間で熱の授受を行う熱交換器に関する。
あるいはショーケース等に使用される熱交換器は、所定
間隔を存して並設され、互いの隙間に熱交換空気を流通
させる複数枚の放熱フィンと、これら放熱フィンに貫通
して設けられ、その内部に冷媒(熱交換媒体)を流通さ
せる熱交換パイプとを具備している。
ンチューブ型と呼ばれる熱交換器において、従来から熱
交換性能をより向上させるための種々の開発工夫がなさ
れている。たとえば、特許第2706497号には、板
状フィンを伝熱管列間に設けられる波状の列切断線によ
り分断し、この分断による波状の縁の凹凸が互いにかみ
合うようにしたことを特徴とする熱交換器が開示されて
いる。
パイプ列間で完全に分離される構成の板状フィンでは、
熱交換空気の流通方向とは直交する方向の熱交換パイプ
相互間である管段ピッチ部分が、他のフィン部分と比較
して細く形成されることになり、フィン全体の剛性が低
下してしまう。したがって、実際に板状フィンをプレス
加工すると、剛性が低下しているのでプレス加工を良好
に行うことができず、仕上がり精度に影響が生じるとい
う問題があった。
であり、その目的とするところは、製造性の向上と、熱
交換性能および低温性能(着霜と除霜をともなう暖房性
能)の向上を得られる熱交換器を提供しようとするもの
である。
に本発明は、所定間隔を存して並設され互いの隙間に熱
交換空気を流通させる複数枚の放熱フィンと、これら放
熱フィンに亘って貫通し熱交換空気の流通方向とは直交
する方向に所定間隔を存して一列でかつ熱交換空気の流
通方向に沿って複数列に設けられ内部に熱交換媒体を導
通させる流路を形成する熱交換パイプとを具備し、上記
放熱フィンは、熱交換空気の流通方向に沿う熱交換パイ
プ列相互間に設けられる円弧形状もしくは屈曲形状の切
込み部を備え、この切込み部は、少なくとも2ヶ所の分
断部を介して連続的もしくは単独で設けられる。
もしくは屈曲形状は、その凸部が熱交換パイプの管列相
互間の中間線から熱交換空気流の風上側方向へ突出し、
上記分断部は、風上側に配列される熱交換パイプと対向
する風下側部位に設けられる。さらに、上記切込み部は
全て単独に設けられ、上記分断部は熱交換空気流の風下
側に配列される熱交換パイプの所定間隔毎に対向して設
けられる。
おいて切込み部の代用として分断部を備えた。さらに、
上記放熱フィンは、その最下部において最下段の熱交換
パイプからフィン下端面までの距離が遠い方の列の熱交
換パイプ下部が切欠される。さらに、熱交換空気流の風
下側列における熱交換パイプの外径は、風上側列におけ
る熱交換パイプの外径よりも大に形成される。
熱交換パイプの管列ピッチをL1、熱交換空気の流通方
向とは直交する方向における上記熱交換パイプの管段ピ
ッチをL2、熱交換空気流の風下側列における熱交換パ
イプ中心線から上記切込み部の頂点までの距離をH、お
よび切込み部の端縁相互の間隔をWとしたとき、 0.55×L1 ≦ H ≦ 0.95×L1 0.65×L2 ≦ W ≦ 0.95×L2 と設定
される。このような課題を解決する手段を採用すること
により、製造性の向上と、熱交換性能および暖房性能の
向上を得られる。
にもとづいて説明する。図1は、第1の実施の形態であ
る、いわゆるフィンチューブ型と呼ばれる熱交換器の断
面図である。上記熱交換器1Aは、所定間隔で平行に並
べられ、それらの隙間に熱交換空気を流通させるように
した多数枚(複数枚)の板状放熱フィン2と、これら放
熱フィン11の面方向とは直交する方向に貫通して設け
られ、内部を冷媒(熱交換媒体)が流通する熱交換パイ
プ3とから構成される。
るようになっていて、上記放熱フィン2には、熱交換空
気の流通方向とは直交する方向に所定間隔を存して一列
で、かつ熱交換空気の流通方向に沿って複数(ここでは
2)列の熱交換パイプ3が設けられる。熱交換空気の流
通方向とは直交する方向の上記熱交換パイプ3列におい
て、熱交換パイプ3相互の所定間隔を管段ピッチPと言
い、熱交換空気の流通方向に沿って並べられる熱交換パ
イプ列を管列La,Lbと呼ぶ。
設けられる熱交換パイプ3列であって、上記管列Lb
は、熱交換空気流の下流側に設けられる熱交換パイプ3
列である。各管列La,Lbにおける管段ピッチPは互
いに同一であり、しかも、各管列La,Lbにおける熱
交換パイプ3は管段ピッチPの二分の一だけ位置をずら
して配置され、いわゆる千鳥状配置となっている。
フィン2には、後述する切込み部5Aが設けられてい
る。すなわち、切込み部5Aは管列La,Lb相互間に
設けられていて、ここでは円弧形状をなしている。上記
切込み部5Aにおける円弧形状の半径中心は、熱交換空
気流Zの風下側管列Lbにおける熱交換パイプ3の熱交
換空気流に沿う中心線上に設定されている。したがっ
て、それぞれの円弧形状切込み部5Aは、風下側熱交換
パイプ3を囲撓するように、風上側に向かって突出する
湾曲状をなしている。
込み部5Aは、それぞれ単独の切込み部5aとして設け
られ、これら単独切込み部5aの相互間には連続的切込
み部5bが設けられている。なお説明すれば、上端部に
設けられる切込み部5aの下端は、この下部に設けられ
る切込み部5bの上端と所定間隙を存している。また、
下端部に設けられる切込み部5aの上端は、この上部に
設けられる切込み部5bの下端と所定間隙を存してい
る。
み部5a端縁相互が、熱交換空気の流通方向とは直交す
る方向と同一方向の直状切込みcによって連結されてな
る。したがって、連続的切込み部5bは、ほぼ波形状を
なす。このようにして構成される単独切込み部5aと連
続的切込み部5bの対向する端縁間は何らの加工も施さ
れていない部分であり、言わば切込み部5a,5bを分
断する箇所であるので、ここを分断部6と呼ぶ。
くとも2ヶ所の分断部6を介して、連続的もしくは単独
形状の切込み部5Aが設けられていることを特徴として
いる。上記放熱フィン2に切込み部5Aを設けていなが
ら、完全に分離したタイプのフィン構成と比較して放熱
フィン2全体の剛性を高めることができ、良好なフィン
プレス加工を行え製造性の向上を得られる。
パイプ3の管列La,Lb相互間に設けることによっ
て、風上側と風下側の熱伝導率が減少してフィン効率が
向上し、フィン面積は変わらずに熱交換性能が向上す
る。図2は、第1の実施の形態の変形例である、熱交換
器1Bの断面図である。基本的に、先に図1で説明した
のと同一の放熱フィン2と、熱交換パイプ3の配列構成
と、熱交換パイプ3の管列La,Lb相互間に設けられ
る後述する切込み部5Bおよび分断部6を備えている。
弧形状をなしているが、ここに示す切込み部5Bは屈曲
形状をなしているのが特徴である。この切込み部5B
は、風下側管列Lbの熱交換パイプ3中心と対向し、熱
交換空気の流通方向とは直交する方向に直状で、かつ上
下に均等に振り分け加工される部分と、この直状部分の
上下端から斜めに設けられる部分とからなっていて、風
下側管列Lbの熱交換パイプ3を囲撓するように形成さ
れる。
込み部5cが設けられ、これら単独切込み部5cの相互
間には連続的切込み部5dが設けられる。連続的切込み
部5dは、単独切込み部5cの端縁相互を、熱交換空気
の流通方向とは直交する方向と同一方向の直状切込みc
によって連結してなり、ほぼ凹凸形状をなす。このよう
にして、構成される単独切込み部5cと連続的切込み部
5dの対向する端縁間は何らの加工も施されておらず、
切込み部5c,5dを分断する分断部6となっている。
上述した切込み部5Bと分断部6を備えた熱交換器1B
における作用効果は、先に説明したものと全く同一であ
り、ここでは上述の記載を参照することとして、新たな
記載を省略する。
変形例としての、熱交換器1Cの断面図である。基本的
に、先に図1で説明した放熱フィン2に対する熱交換パ
イプ3の配列構成と、熱交換パイプ3の管列La,Lb
相互間に設けられる後述する切込み部5Cおよび分断部
6を備えている。
熱フィン2Aであることを特徴としている。すなわち、
上記放熱フィン2Aが長尺であるので、単独の切込み部
がなく、全て連続的に形成された切込み部5Cを備えて
いる。具体的には、放熱フィン2Aの上下端部における
切込み部5eは、それぞれ2個の円弧形状を連続させ、
これらの間には、5個連続円弧形状の切込み部5fと、
4個連続円弧形状の切込み部5gを連続させた形状をな
す。
には、何らの加工も施されていない分断部6が設けられ
る。合計4つの連続円弧形状切込み部5e〜5gが設け
られるので、これら相互間の分断部6は合計3ヶ所形成
されることになる。このような放熱フィン2Aに切込み
部5Cおよび分断部6が設けられる熱交換器1Cにおい
ての作用効果は、先に説明したものと全く同一であり、
ここでは上述の記載を参照することとして、新たな記載
を省略する。
としての、熱交換器1Dの一部断面図である。基本的
に、先に図1で説明した放熱フィン2と、熱交換パイプ
3の配列構成と、熱交換パイプ3の管列La,Lb相互
間に設けられる後述する切込み部5Dおよび分断部6を
備えている。
込み部5Dが設けられることが特徴である。そのうえ、
上記切込み部5Dをなす円弧形状の頂点部とその付近部
分である凸部dが、熱交換パイプ3の管列La,Lb相
互間の中間線Lcから風上側方向へ突出形成される。上
記熱交換器1Dにおいて、それぞれの切込み部5Dの両
端縁相互間に形成される分断部6は、風上側管列Laの
熱交換パイプ3と対向する風下側部位に設けられること
になる。
よび分断部6を備えた熱交換器1Dと、図4(B)に示
す構成の切込み部5Zおよび分断部6を備えた熱交換器
1Zと比較して説明する。図4(B)の熱交換器1Z
は、全て円弧形状でかつ単独の切込み部5Zを備えてい
るが、円弧形状の頂点部とその付近部分である凸部d
は、管列La,Lb相互間の中間線Lcから風下側方向
へ突出形成され、分断部6は風下側管列Lbの熱交換パ
イプ3と対向する風上側部位に設けられる。
けられる切込み部5Dと、図4(B)の熱交換器1Zに
設けられる切込み部5Zとは、互いに突出方向が逆向き
となっていて、分断部6の対向する熱交換パイプ3位置
が異なっている。以上説明した熱交換器1Dを、空気調
和機の冷凍サイクル回路における室外熱交換器として使
用した場合において、低外気温環境条件下では着霜現象
が生じることが避けられない。
が多いため、圧縮機から吐出されるホットガスは、はじ
めに風上側管列Laの熱交換パイプ3へ導かれるよう設
定していて、風上側の除霜をなし、そのあとホットガス
を風下側管列Lbの熱交換パイプ3へ導くようになって
いる。したがって、風下側管列Lbの熱交換パイプ3の
温度は、風上側管列Laの熱交換パイプ3の温度よりも
低くなり、単純構成の熱交換器では、風下側部位の除霜
効果は風上側部位における除霜効果よりも劣る。
Laの熱交換パイプ3を囲撓するように設けられている
ので、風上側管列Laの熱交換パイプ3からホットガス
の熱が風下側部位へ伝達されても切込み部5Aで熱の供
給が遮断されてしまい、風下側管列Lbの熱交換パイプ
3と周辺部における除霜効果が低下する。これに対して
図4(A)の構成では、風下側管列Lbの熱交換パイプ
3相互間に分断部6が形成されているから、ホットガス
が直接供給される風上側管列Laの熱交換パイプ3から
分断部6を介してフィン2の風下側部位へ熱の供給が良
好に行われる。したがって、このような熱交換器1Dと
することにより、放熱フィン2の風下側部位における除
霜効果が、比較例である図4(B)の構成のものよりも
良好となるとの結論が得られる。
の、熱交換器1Eの一部断面図である。基本的に、先に
第1の実施の形態で説明した放熱フィン2に対する熱交
換パイプ3の配列構成と同一で、かつ第2の実施の形態
で説明した熱交換パイプ3の管列La,Lb相互間に設
けられる後述する切込み部5Eおよび分断部6を備えて
いる。
弧形状をなし、各切込み部5E相互間に分断部6が形成
される。そして、切込み部5Eの凸部は管列La,Lb
相互間の中間線から風上側方向へ突出形成され、分断部
6は風上側管列Laの熱交換パイプ3と対向する風下側
部位に設けられている。したがって、このような熱交換
器1Eとすることにより、先に第2の実施の形態で得ら
れる除霜性向上の効果が熱交換器1E全体に得られるこ
ととなり、除霜効果がさらに向上する。
としての、熱交換器1Fの一部断面図である。基本的
に、先に第1の実施の形態(図1)と、第2の実施の形
態(図4(A))および、第3の実施の形態(図5)の
いずれかで説明した放熱フィン2と、熱交換パイプ3の
配列と、切込み部5Fおよび分断部6を備えている。
おいて、切込み部5の代用として分断部6Aを備えたこ
とである。すなわち、放熱フィン2の上端部に円弧形状
で単独の切込み部5aが設けられ、分断部6を介して下
部側に連続的な切込み部5bが設けられる。連続的切込
み部5bの最も下部側のものは、風下側管列Lbにおけ
る下から二段目の熱交換パイプ3と対向して設けられ、
最下段の熱交換パイプ3に対向しては切込み部は設けら
れおらず、代って分断部6Aとなっている。
り、放熱フィン2における風上側部位と風下側部位間の
熱伝導性が向上する。特に、除霜時に上部から流下する
除霜水が堆積したり、残霜と残氷ができ易い放熱フィン
2の最下部における除霜性が向上する。なお、上述の構
成では、風下側管列Lbの最下段熱交換パイプ3と対向
する部位を分断部6Aとしたが、これに限定されるもの
ではなく、熱交換性能の向上と除霜性の兼ね合いによ
り、最下段ばかりでなく、さらにその上段の熱交換パイ
プ3と対向する部位にまで分断部6Aの範囲を拡大して
もよい。
としての、熱交換器1Gの一部断面図である。基本的
に、先に第1の実施の形態(図1)から第4の実施の形
態(図6(A))のいずれかで説明した放熱フィン2
と、熱交換パイプ3の配列と、切込み部5Gおよび分断
部6の構成が同一である。
おいて切込み部5Gの代用として分断部6Aを備えたう
えで、最下段の熱交換パイプ3から放熱フィン2下端面
までの距離が遠い方の列の熱交換パイプ3下部に切欠部
7を備えたことである。すなわち、切欠前の状態で風下
側管列Lbにおける最下段の熱交換パイプ3と放熱フィ
ン2下端縁との距離が、風上側管列Laにおける熱交換
パイプ3と放熱フィン2下端縁との距離よりも遠くなっ
ている。そこで、放熱フィン2の風下側管列Lbにおけ
る最下段の熱交換パイプ3の下部側を切欠している。
り、除霜時に上部から流下する除霜水が堆積したり、残
霜と残氷ができ易い放熱フィン2の熱交換パイプ3から
フィン下端縁までの距離が遠い側の除霜性を向上させる
ことができる。また、上述の切欠部7は、熱交換空気流
に対する風下側にのみ設けられているが、これに限定さ
れるものではなく、熱交換パイプ3の配列構造によって
は、風上側を切欠しても同じ効果が得られる。
の、熱交換器1Hの一部断面図である。基本的に、先に
第1の実施の形態(図1)から第5の実施の形態(図6
(B))のいずれかで説明した放熱フィン2と、熱交換
パイプ3配列と、切込み部5Hおよび分断部6を備えて
いる。ここでの特徴は、熱交換空気流の風下側管列Lb
に沿って設けられる熱交換パイプ3Aの外径を、風上側
管列Laに沿って設けられる熱交換パイプ3の外径より
も大に形成したことである。
下側管列Lbの熱交換パイプ3は風上側管列Laの熱交
換パイプ3より温度が低く、単純構成の熱交換器では風
下側管列Lbに沿う熱交換パイプ3周辺部での除霜性が
低下する。そこで、風下側管列Lbにおける熱交換パイ
プ3の外径を、風上側管列Laにおける熱交換パイプ3
の外径よりも大に形成することにより、風下側管列Lb
の熱交換パイプ3Aにより多量のホットガスが導かれ
て、これら周辺部における除霜性が向上する。
の、熱交換器1Jの一部断面図である。基本的に、先に
第1の実施の形態(図1)から第6の実施の形態(図
7)のいずれかで説明した放熱フィン2と、熱交換パイ
プ3の配列と、切込み部5Jおよび分断部6を備えてい
る。
3の管列ピッチをL1、熱交換空気の流通方向とは直交
する方向における熱交換パイプ3の管段ピッチをL2、
風下側管列Lbにおける熱交換パイプ3中心線LLから
切込み部5の頂点までの距離をH、切込み部5の端縁f
相互の間隔をWとしたとき、 0.55×L1 ≦ H ≦ 0.95×L1 0.65×L2 ≦ W ≦ 0.95×L2 となるように設定したことを特徴としている。
風下側管列Lbにおける熱交換パイプ中心線LLから切
込み部5の頂点までの距離Hと、切込み部5の端縁f相
互の間隔Wを種々変えた放熱フィンを用意し、その各々
について特性試験を実施したところ、図9(A)(B)
に示す結果から得られたものである。図9(A)は、熱
交換パイプ外径d、管列ピッチL1、管段ピッチL2、
切込み部5の円弧形状の頂点までの距離Hを種々に変化
させた場合の、低温性能Qの変化を示したものである。
なお、低温性能とは、着霜と除霜をともなう暖房性能の
ことを指す。
して約0.7倍としたときの低温性能Qが最も大きく、
これよりも距離Hを大きくするほど、また、距離Hを小
さくするほど低温性能が小さくなることが分かった。し
たがって、低温性能Qの最高値に対して約90%となる
距離Hを好適な使用限度と定めると、先に述べたよう
に、切込み部5の円弧形状頂点までの距離Hとして、
0.55×L1≦H≦0.95×L1 の範囲が適当で
あるとの結論が得られる。
イプ外径d、管列ピッチL1、管段ピッチL2、切込み
部5の円弧形状の頂点までの距離Hを一定として、切込
み部5の端縁f相互の間隔(図では、足の長さ)Wを種
々に変化させた場合の低温性能Qの変化を示したもので
ある。同図の結果によると、管段ピッチL2に対して約
0.8倍としたときの低温性能Qが最も大きく、これよ
りも切込み部の端縁相互の間隔Wを長くするほど、また
は間隔Wを短くするほど低温性能が小さくなることが分
かった。
0%となる間隔Wを好適な使用範囲と定めると、先に述
べたように切込み部5の端縁f相互の間隔(足の長さ)
Wとして、 0.65×L2≦W≦0.95×L2 の
範囲が適当であるとの結論が得られることとなる。な
お、上述した図3から図8の切込み部においては全て円
弧形状として示したが、これに限定されるものではな
く、全て図2に示したような屈曲形状の切込み部に変え
ても何らの支障もない。
ンに対する製造性の向上を得られるとともに、熱交換器
として熱交換性能および低温性能(着霜と除霜をともな
う暖房性能)の向上を得られるなどの効果を奏する。
断面図。
図。
交換器の断面図。
部断面図と、比較例としての熱交換器の一部断面図。
一部断面図。
態を示す、熱交換器の断面図。
一部断面図。
断面図。
れ異なる特性図。
Claims (7)
- 【請求項1】所定間隔を存して並設され、互いの隙間に
熱交換空気を流通させる複数枚の放熱フィンと、これら
放熱フィンに亘って貫通し、熱交換空気の流通方向とは
直交する方向に所定間隔を存して一列で、かつ熱交換空
気の流通方向に沿って複数列に設けられ、内部に熱交換
媒体を導通させる流路を形成する熱交換パイプとを具備
し、 上記放熱フィンは、熱交換空気の流通方向に沿う熱交換
パイプ列相互間に設けられる円弧形状もしくは屈曲形状
の切込み部を備え、 この切込み部は、少なくとも2ヶ所の分断部を介して連
続的もしくは単独で設けられることを特徴とする熱交換
器。 - 【請求項2】上記切込み部を形成する円弧形状もしくは
屈曲形状は、その凸部が、熱交換パイプの管列相互間の
中間線から熱交換空気流の風上側方向へ突出し、 上記分断部は、風上側に配列される熱交換パイプと対向
する風下側部位に設けられることを特徴とする請求項1
記載の熱交換器。 - 【請求項3】上記切込み部は、全て単独に設けられ、上
記分断部は、熱交換空気流の風下側に配列される熱交換
パイプの所定間隔毎に対向して設けられることを特徴と
する請求項1記載の熱交換器。 - 【請求項4】上記放熱フィンは、その最下部において、
上記切込み部の代用として上記分断部を備えたことを特
徴とする請求項1記載の熱交換器。 - 【請求項5】上記放熱フィンは、その最下部において、
最下段の熱交換パイプからフィン下端面までの距離が遠
い方の列の、熱交換パイプ下部が切欠されることを特徴
とする請求項1記載の熱交換器。 - 【請求項6】熱交換空気流の風下側列における上記熱交
換パイプの外径は、風上側列における熱交換パイプの外
径よりも大に形成されることを特徴とする請求項1ない
し請求項5のいずれかに記載の熱交換器。 - 【請求項7】熱交換空気の流通方向に沿う上記熱交換パ
イプ列の管列ピッチをL1、熱交換空気の流通方向とは
直交する方向における上記熱交換パイプの管段ピッチを
L2、熱交換空気流の風下側列における熱交換パイプ中
心線から上記切込み部の頂点までの距離をH、および切
込み部の端縁相互の間隔をWとしたとき、 0.55×L1 ≦ H ≦ 0.95×L1 0.65×L2 ≦ W ≦ 0.95×L2 と設定されることを特徴とする請求項3記載の熱交換
器。
Priority Applications (2)
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