JP2004317002A

JP2004317002A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004317002A
Application number: JP2003110110A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Yokoyama; 昭一横山; Shigeto Yamaguchi; 成人山口; Takashi Sugio; 孝杉尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】熱交換性能を向上させるとともに、凝縮水の水捌け性を確保し、着霜による急激な性能低下を抑制する。
【解決手段】コルゲートフィンの中間壁部に、高さが高い起伏部と、開口部の高さが低いルーバー部とを空気の流通方向に対し交互に配置することにより、熱交換器に流入した空気は、高さが高い起伏部を乗り越えながら流れ、温度境界層の剥離と再付着を繰り返すので、伝熱性能を向上させ、熱交換能力を大幅に増大させる効果が得られる。また、蒸発器として用いた場合、フィン表面に発生する凝縮水はルーバー部の開口部を通り抜けながらコルゲートフィンを流下していくので、優れた水捌け性が得られる。さらに、フィン表面に着霜する場合でも、コルゲートフィンの中間壁部の起伏部の形状は、霜の付着、成長により急激に空気流路が閉塞されていくことがなく、性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果が得られる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用いられる熱交換器で、鉛直方向の偏平チューブおよび隣接する偏平チューブ間にコルゲートフィンを有する熱交換器に関するもので、凝縮性能および蒸発性能のいずれも向上させるものである。さらに、蒸発器として用いた場合に、流通空気との熱交換によりフィン表面に生じる凝縮水を良好に流下させるとともに、冷暖房兼用の空気調和機の室外機の熱交換器として用い、空気調和機を暖房運転したとき、外気温が低下した時のようにフィン表面に着霜していくとき、霜により急激に空気流路が閉塞されて性能が著しく低下するのを抑制する効果を奉するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこのタイプの熱交換器は、図７〜８に示す一般に用いられる基本構成の熱交換器のように、長手方向を鉛直方向にして、所定のピッチで互いに平行に配置された多数の偏平チューブ１と、これら偏平チューブ１の上端を連通接続する水平方向の上側ヘッダー１０と、前記偏平チューブ１の下端を連通接続する水平方向の下側ヘッダー１１と、隣接する前記偏平チューブ１の間に配置され、偏平チューブ１とろう付けや接着などにより接合あるいは密着され、頂部２１と中間壁部２２とが交互繰返し状態に折り曲げ成形され、その間隙を空気が通過するコルゲートフィン２を備える熱交換器において、図５〜６６に示すように前記コルゲートフィン２の頂部２１を平坦状に形成し、フィン角度θ１、平坦状頂部２１の長さＬ１、ルーバー長さＬ２、ルーバー角度θ２、ルーバーピッチＬ３をそれぞれ所定数値範囲に規定することにより、熱伝達率の大幅な低下を招来することなく、蒸発器として使用したときの水切れ性を向上させることを狙っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、この熱交換器が冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用いられ、空気調和機が暖房運転され、外気温度が低くなって、コルゲートフィン２の表面温度が氷点下になるとき、空気中の水分がコルゲートフィン２に霜となって付着し、次第にこの着霜が進行し、霜が厚くなり、やがて着霜により空気の通風路が塞がれる。この間に熱交換器の通風抵抗が増大し、風量が低下し、蒸発性能が低下し、空調機の暖房性能が低下していく。特に、コルゲートフィン２には高性能化のためルーバー２ａが設けられているが、このルーバー２ａの前縁部は、局所熱伝達率が高いため、着霜の進行が早く、またルーバー２ａが設けられているため、コルゲートフィン２の各段の実質的間隔が狭く、着霜による通風路の閉塞が極めて早く、暖房能力の低下が極端に早いという欠点があった。
【０００４】
そこで、別の従来例では、コルゲートフィンの通風上流端部をルーバーのないものとしたり、偏平チューブの端よりも風上側へ突き出させた上、偏平チューブを１つおきに仕切り板に置き換えたり、ルーバーの形状を風上から風下に向かって順次変える熱交換器が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、別の従来例では、コルゲートフィンの風上側部分に小さい角度のルーバーを形成し、風下側部分に風上側部分より大きい角度のルーバーを形成したり、コルゲートフィンの風上側部分のルーバーをなくした熱交換器が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
また、別の従来例では、コルゲートフィンに角度が大きいルーバー部および平坦部あるいは凹凸部あるいは角度が小さいルーバー部を設け、角度が大きいルーバー部と平坦部あるいは凹凸部あるいは角度が小さいルーバー部の位置を、気体流路を挟んで隣接するコルゲートフィン同士で互い違いに配した熱交換器が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−２４１６７８号公報（第２〜５頁、第１〜４図）
【特許文献２】
特開平６−１４７７８５号公報（第２〜５頁、第１〜６図）
【特許文献３】
特開平６−２２１７８７号公報（第２〜４頁、第１〜７図）
【特許文献４】
特許第３０６８７６１号公報（第１〜５頁、第１〜６図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、いずれにしてもコルゲートフィン２のどこかに高性能化を目的として開口部の高さが高いルーバーが設けられているために、ルーバーの風上側開口部に集中して局所的な着霜が進行し、通風路の閉塞が早くなることを抑制することはあまりできず、低外気温時の空気調和機の暖房性能の急激な低下を抑制することもある程度しかできないという課題を有していた。
【０００９】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、凝縮性能および蒸発性能のいずれについても大きく向上させるとともに、さらに蒸発器として用いた場合に、流通空気との熱交換によりフィン表面に生じる凝縮水を良好に流下させるとともに、冷暖房兼用の空気調和機の室外機の熱交換器として用い、空気調和機の暖房運転中、外気温が低下したときのようにフィン表面に着霜していくとき、霜の成長により急激に空気流路が閉塞されて性能が著しく低下するのを抑制する効果を奉する熱交換器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の熱交換器は、コルゲートフィンの中間壁部に、コルゲートフィンの折り曲げの鉛直方向のピッチの１／３〜２／３の高さの起伏部と、その開口部の高さが起伏部の高さより低いルーバー部とを空気の流通方向に対し交互に配置したものである。
【００１１】
上記の構成によって、熱交換器に流入した空気は、コルゲートフィンの折り曲げの鉛直方向のピッチの１／３〜２／３の高さの起伏部を乗り越えながら流れ、温度境界層の剥離と再付着を繰り返すことにより伝熱性能が向上するとともに、その開口部の高さが起伏部の高さより低いため、伝熱性能の向上効果はわずかであるが、ルーバー部があるので、本発明の熱交換器を凝縮器、蒸発器のいずれとして用いた場合でも熱交換能力を大幅に増大させる効果が得られるものである。
【００１２】
また、蒸発器として用いた場合、流通空気との熱交換によりフィン表面に凝縮水が発生するが、この凝縮水はルーバー部の開口部を通り抜けながらコルゲートフィンを流下していくので、優れた水捌け性が得られる。さらに、本発明の熱交換器を冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用い、空気調和機の暖房運転中、外気温が低下したときフィン表面に着霜していくが、伝熱性能向上のため設けたコルゲートフィンの中間壁部の起伏部の形状は、ルーバーや切り起こしのように隣接コルゲートフィンとの間隔を大幅に近付けるものではなく、また、起伏部の間に設けたルーバー部は、その開口部の高さが起伏部の高さより低く、着霜し始めて間もなく基板面とつながり閉塞するが、その後フラット面と同等状態となるので、霜の付着、成長により急激にコルゲートフィンの空気流路が閉塞されていくことがなく、性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果が得られるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明の熱交換器の基本構成は、従来の技術で説明した図７〜８に示す一般的な熱交換器と同様、長手方向を鉛直方向にして、所定のピッチで互いに平行に配置された多数の偏平チューブ１と、これら偏平チューブ１の上端を連通接続する水平方向の上側ヘッダー１０と、偏平チューブ１の下端を連通接続する水平方向の下側ヘッダー１１と、隣接する偏平チューブ１の間に配置され、偏平チューブ１とろう付けや接着などにより接合あるいは密着され、頂部２１と中間壁部２２とが交互に繰返し折り曲げ成形され、その間隙を空気が通過するコルゲートフィン２を備えるものであるが、そのコルゲートフィン２の中間壁部２２の表面形状に特徴があるので、コルゲートフィン２の中間壁部２２の表面形状について詳しく説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
実施の形態１を、図１と図２を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す熱交換器のコルゲートフィン２の要部拡大斜視図で、図２は、図１のコルゲートフィン２の空気通過方向の拡大断面図である。図１および図２において、コルゲートフィン２の中間壁部２２表面には、稜線が空気の流通方向に対し直角方向に伸びる山部２０１と谷部２０２を空気の流通方向に交互に設けた起伏部２０３および、空気の流通方向に開口する開口部２０４を有するルーバー部２０５とを空気の流通方向に対し交互に配置し、起伏部２０３の高さＨ１を、コルゲートフィン２の折り曲げの鉛直方向のピッチＰｆの略１／３〜略２／３とし、ルーバー部２０５の開口部２０４の高さＨ２を起伏部２０３の高さＨ１より低くかつ０．８ｍｍ以下に形成している。
【００１６】
上記の構成において、熱交換器に流入した空気は、その高さＨ１がコルゲートフィン２の折り曲げの鉛直方向のピッチＰｆの略１／３〜略２／３となるよう形成した起伏部２０３の山部２０１と谷部２０２を越えながら流れ、温度境界層の剥離と再付着を繰り返すことにより伝熱性能が向上するとともに、開口部２０４の高さＨ２が起伏部の高さＨ１より低いため、わずかの伝熱性能の向上効果を有するルーバー部２０５があるので、本発明の熱交換器を凝縮器、蒸発器のいずれとして用いた場合でも熱交換能力を大幅に増大させる効果が得られるものである。また、蒸発器として用いた場合、流通空気との熱交換によりフィン表面に凝縮水が発生するが、この凝縮水はルーバー部２０５の開口部２０４を通り抜けながらコルゲートフィン２を流下していくので、優れた水捌け性が得られる。さらに、本発明の熱交換器を冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用い、空気調和機の暖房運転中、外気温が低下したときフィン表面に着霜が進行していくが、伝熱性能向上のため設けたコルゲートフィン２の中間壁部の起伏部２０３の形状は、ルーバーや切り起こしのように隣接コルゲートフィン２との間隔を大幅に近付けるものではなく、局所熱伝達率が高いルーバーや切り起こしの前縁部に着霜が集中して進行するということがなく、また、起伏部２０３の間に設けたルーバー部２０５は、その開口部２０４の高さＨ２が起伏部２０３の高さＨ１より低くかつ０．８ｍｍ以下としているので、着霜し始めて間もなく前縁部が霜により基板面とつながり閉塞するが、その後フラット面と同等の伝熱機構を有する状態となるので、霜の付着、成長により急激にコルゲートフィン２の空気流路が閉塞されていくことがなく、性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果が得られるものである。
【００１７】
（実施の形態２）
実施の形態２を、図３と図４を用いて説明する。
【００１８】
図３は、本発明の第２の実施形態を示す熱交換器のコルゲートフィン２の要部拡大斜視図で、図４は、図３のコルゲートフィン２の空気通過方向の拡大断面図である。図３および図４において、コルゲートフィン２を、空気の流通方向に対し、空気の流通方向の略中央部に底部を有し、その傾斜角αが略１０°〜略４０°の谷型形状となるよう形成し、コルゲートフィン２の中間壁部２２の表面には、稜線が空気の流通方向に対し直角方向に伸びる山部２０１と谷部２０２を空気の流通方向に交互に設けた起伏部２０３および、空気の流通方向に開口する開口部２０４を有するルーバー部２０５を空気の流通方向に対し交互に配置し、起伏部２０５の斜面の中間壁部２２に対する傾斜角βを、空気の流通方向の略中央部に底部を有する前記谷型形状の傾斜角α以下となるよう形成し、ルーバー部２０５の傾斜を略水平方向となるよう形成し、起伏部２０３の高さＨ１を、コルゲートフィン２の折り曲げの鉛直方向のピッチＰｆの略１／３〜略２／３とし、ルーバー部２０５の開口部２０４の高さＨ２を起伏部２０３の高さＨ１より低くかつ０．８ｍｍ以下に形成している。
【００１９】
上記の構成において、熱交換器に流入した空気は、その高さＨ１がコルゲートフィン２の折り曲げの鉛直方向のピッチＰｆの略１／３〜略２／３となるよう形成した起伏部２０３の山部２０１と谷部２０２を越えながら流れ、温度境界層の剥離と再付着を繰り返すことにより伝熱性能が向上するとともに、開口部２０４の高さＨ２が起伏部の高さＨ１より低いため、わずかの伝熱性能の向上効果を有するルーバー部２０５があるので、本発明の熱交換器を凝縮器、蒸発器のいずれとして用いた場合でも熱交換能力を大幅に増大させる効果が得られるものである。また、蒸発器として用いた場合、流通空気との熱交換によりフィン表面に凝縮水が発生するが、この凝縮水はルーバー部２０５の開口部２０４を通り抜けながらコルゲートフィン２を流下していくので、優れた水捌け性が得られる。さらに、本発明の熱交換器を冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用い、空気調和機の暖房運転中、外気温が低下したときフィン表面に着霜が進行していくが、伝熱性能向上のため設けたコルゲートフィン２の中間壁部の起伏部２０３の形状は、ルーバーや切り起こしのように隣接コルゲートフィン２との間隔を大幅に近付けるものではなく、局所熱伝達率が高いルーバーや切り起こしの前縁部に着霜が集中して進行するということがなく、また、起伏部２０３の間に設けたルーバー部２０５は、その開口部２０４の高さＨ２が起伏部２０３の高さＨ１より低くかつ０．８ｍｍ以下としているので、着霜し始めて間もなく前縁部が霜により基板面とつながり閉塞するが、その後フラット面と同等の伝熱機構を有する状態となるので、霜の付着、成長により急激にコルゲートフィン２の空気流路が閉塞されていくことがなく、性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果が得られるものである。さらに、コルゲートフィン２を、空気の流通方向に対し、空気の流通方向の略中央部に底部を有し、その傾斜角αが略１０°〜略４０°の谷型形状となるよう形成されているので、蒸発器として用いた場合流通空気との熱交換によりフィン表面に発生する凝縮水はコルゲートフィン２の底部に向かって円滑に流下し、起伏部２０５の斜面の中間壁部２２に対する傾斜角βを、空気の流通方向の略中央部に底部を有する前記谷型形状の傾斜角α以下となるよう形成されているので、蒸発器として用いた場合流通空気との熱交換によりフィン表面に発生する凝縮水が起伏部２０３の谷部２０２に溜まり込むことなく流下していく。また、ルーバー部２０５の傾斜は略水平方向となるよう形成されているので、通風抵抗をあまり増大させることがなく、伝熱性能の向上を図ることができる。
【００２０】
なお、上記各実施の形態では偏平チューブを用いているため、管の肉厚が同等でも、管径が小さいため、耐圧が大きくなり、特に圧力の高い二酸化炭素冷媒を用いる時に、上記各実施の形態の熱交換器が有効である。
【００２１】
また、偏平チューブの管内容積が小さいため、冷媒量を減らすことができ、可燃性冷媒であるＨＣ冷媒等を用いる時、上記各実施の形態の熱交換器が有効である。
【００２２】
【発明の効果】
上記から明らかなように、本発明の熱交換器は、コルゲートフィンの中間壁部に、コルゲートフィンの折り曲げの鉛直方向のピッチの１／３〜２／３の高さの起伏部と、その開口部の高さが起伏部の高さより低いルーバー部とを空気の流通方向に対し交互に配置したもので、この構成によれば、熱交換器に流入した空気は、コルゲートフィンの折り曲げの鉛直方向のピッチの１／３〜２／３の高さの起伏部を乗り越えながら流れ、温度境界層の剥離と再付着を繰り返すことにより伝熱性能が向上するとともに、開口部の高さが起伏部の高さより低いため、伝熱性能の向上効果はわずかであるが、ルーバー部があるので、本発明の熱交換器を凝縮器、蒸発器のいずれとして用いた場合でも熱交換能力を大幅に増大させる効果が得られるものである。また、蒸発器として用いた場合、流通空気との熱交換によりフィン表面に凝縮水が発生するが、この凝縮水はルーバー部の開口部を通り抜けながらコルゲートフィンを流下していくので、優れた水捌け性が得られる。さらに、本発明の熱交換器を冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用い、空気調和機の暖房運転中、外気温が低下したときフィン表面に着霜していくが、伝熱性能向上のため設けたコルゲートフィンの中間壁部の起伏部の形状は、ルーバーや切り起こしのように隣接コルゲートフィンとの間隔を大幅に近付けるものではなく、また、起伏部の間に設けたルーバー部は、その開口部の高さが起伏部の高さより低く、着霜し始めて間もなく基板面とつながり閉塞するが、その後フラット面と同等状態となるので、霜の付着、成長により急激にコルゲートフィンの空気流路が閉塞されていくことがなく、性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す熱交換器のコルゲートフィンの要部拡大斜視図
【図２】本発明の第１の実施形態の熱交換器のコルゲートフィンの空気通過方向の拡大断面図
【図３】本発明の第２の実施形態を示す熱交換器のコルゲートフィンの要部拡大斜視図
【図４】本発明の第２の実施形態の熱交換器のコルゲートフィンの空気通過方向の拡大断面図
【図５】従来の熱交換器のコルゲートフィンの拡大正面図
【図６】従来の熱交換器のコルゲートフィンの空気通過方向の拡大断面図
【図７】一般に用いられる基本構成を有する熱交換器の正面図
【図８】図７に示した熱交換器の側面図
【符号の説明】
１偏平チューブ
２コルゲートフィン
１０上側ヘッダー
１１下側ヘッダー
２１コルゲートフィンの頂部
２２コルゲートフィンの中間壁部
２０１空気の流通方向に直角方向に伸びる稜線を有する山部
２０２空気の流通方向に直角方向に伸びる稜線を有する谷部
２０３起伏部
２０５ルーバー部
２０４ルーバー部２０５の開口部

Claims

長手方向を鉛直方向にして、所定のピッチで互いに平行に配置された多数の偏平チューブおよび、前記偏平チューブの上端を連通接続する水平方向の上側ヘッダーおよび、前記偏平チューブの下端を連通接続する水平方向の下側ヘッダーおよび、隣接する前記偏平チューブの間に配置され、前記偏平チューブと近接する部分を接合または密着させ、頂部と中間壁部とが交互に繰返し折り曲げられ、その間隙を空気が通過するコルゲートフィンを有する熱交換器において、前記コルゲートフィンの中間壁部に、稜線が空気の流通方向に対し直角方向に伸びる山部と谷部を空気の流通方向に交互に設けた起伏部と、空気の流通方向に開口する開口部を有するルーバー部とを空気の流通方向に対し交互に配置した熱交換器。
長手方向を鉛直方向にして、所定のピッチで互いに平行に配置された多数の偏平チューブおよび、前記偏平チューブの上端を連通接続する水平方向の上側ヘッダーおよび、前記偏平チューブの下端を連通接続する水平方向の下側ヘッダーおよび、隣接する前記偏平チューブの間に配置され、前記偏平チューブと近接する部分を接合あるいは密着させ、頂部と中間壁部とが交互に繰返し折り曲げられ、その間隙を空気が通過するコルゲートフィンを有する熱交換器において、前記コルゲートフィンを空気の流通方向に対し、空気の流通方向の略中央部に底部を有する谷型形状とした熱交換器。
前記コルゲートフィンの前記中間壁部に、稜線が空気の流通方向に対し直角方向に伸びる山部と谷部を空気の流通方向に交互に設けた起伏部と、空気の流通方向に開口する開口部を有するルーバー部とを空気の流通方向に対し交互に配置した請求項２に記載の熱交換器。
空気の流通方向の略中央部に底部を有する前記谷型形状の傾斜角を１０°〜４０°とした請求項２または３に記載の熱交換器。
前記起伏部の斜面の前記中間壁部に対する傾斜角を、空気の流通方向の略中央部に底部を有する前記谷型形状の傾斜角以下となるよう形成した請求項３または４に記載の熱交換器。
前記起伏部の高さを、前記コルゲートフィンの折り曲げの鉛直方向のピッチの１／３〜２／３とした請求項１または請求項３〜５のいずれかに記載の熱交換器。
前記ルーバー部の傾斜を略水平方向となるよう形成した請求項３〜６のいずれかに記載の熱交換器。
前記ルーバー部の開口部の高さを前記起伏部の高さより低くかつ０．８ｍｍ以下とした請求項１または請求項３〜７のいずれかに記載の熱交換器。