JP2005201467A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】フィン間のピッチを容易にかつ正確に確保、維持できる熱交換器を提供する。
【解決手段】一定のピッチで交互に積層される多数の平板状のフィン101a、101bに略直角に挿入されるとともに内部を流体が流動する伝熱管4を備え、一方のフィン101aの段方向に隣接する伝熱管4の間の領域に、稜線が段方向と鋭角をなして伸びる山部218aと谷部219aを交互に並べた起伏部220aを設け、山部218aの高さと谷部219aの深さを前記ピッチの約半分とし、隣接するフィン101bに、フィン101aとは段方向と鋭角をなす方向が異なる稜線を有し、かつ交互に並べる順序が異なる山部118bと谷部119bを有する起伏部120bを設けたもので、山部218aの稜線と隣接する谷部119bの稜線が交差衝突し、また谷部219aの稜線と隣接する山部118bの稜線が交差衝突して、フィン101a、101b間に一定のピッチが確保される。
【選択図】図1
【解決手段】一定のピッチで交互に積層される多数の平板状のフィン101a、101bに略直角に挿入されるとともに内部を流体が流動する伝熱管4を備え、一方のフィン101aの段方向に隣接する伝熱管4の間の領域に、稜線が段方向と鋭角をなして伸びる山部218aと谷部219aを交互に並べた起伏部220aを設け、山部218aの高さと谷部219aの深さを前記ピッチの約半分とし、隣接するフィン101bに、フィン101aとは段方向と鋭角をなす方向が異なる稜線を有し、かつ交互に並べる順序が異なる山部118bと谷部119bを有する起伏部120bを設けたもので、山部218aの稜線と隣接する谷部119bの稜線が交差衝突し、また谷部219aの稜線と隣接する山部118bの稜線が交差衝突して、フィン101a、101b間に一定のピッチが確保される。
【選択図】図1
Description
本発明は、空気調和機や冷凍機などに使用され、多数積層された平板状のフィンの間を流動する空気などの気体と伝熱管内を流動する水や冷媒などの流体との間で熱を授受する熱交換器に関するものである。
従来の多数積層された平板状のフィンと偏平状の伝熱管とで構成されるフィンアンドチューブ式の熱交換器について、図4〜5を用いて説明する。
従来のフィンアンドチューブ式の熱交換器は、図4に示すように、一定のピッチで平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体が流動する多数の平板状のフィン1と、これらのフィン1に略直角に所定のピッチで挿入され、内部を水や冷媒などの流体が流動する、断面外周が偏平状の伝熱管4および、伝熱管4の両端それぞれが接続され、伝熱管4とともに冷媒流路を形成するヘッダー5とから構成されている。
そして従来の熱交換器のフィン1は、図5に示すように、積層されるフィン1間に一定のピッチを確保するために、フィン1に根元の幅より先端の幅が広い逆台形状の立ち上げ片12が設けられている。なお、フィン1には、伝熱管4を挿入するための貫通穴13が設けられている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
実開昭60−60590号公報
特開平3−63499号公報
しかしながら、上記従来の構成では、立ち上げ片12は、根元を除いて、フィン1から切り取られ、フィン1にほぼ垂直に立ち上げ加工しただけの構造であるため、立ち上げ片12は容易に倒れてしまい、多数積層される各フィン1間のピッチを一定にしかも正確に確保,維持するという本来の目的を果たせないという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、多数積層されるフィン間に一定のピッチを容易にしかも正確に確保、維持することができる熱交換器を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、一定のピッチで平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体が流動する多数の平板状のフィンと、前記フィンに略直角に所定のピッチで挿入されるとともに密着接合され、内部を水や冷媒などの流体が流動する断面外周が偏平状の伝熱管から構成され、前記フィンの表面の、前記気体の主流方向に直交する段方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に、稜線が前記段方向と鋭角をなして伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部を設け、前記山部の高さと前記谷部の深さを前記フィン間のピッチの約半分となるように形成し、かつ隣接する前記フィン同士では、前記稜線が前記段方向と鋭角をなす方向および交互に並べる前記山部と前記谷部の順序が異なるようにしたもので、あるフィンの起伏部の山部の稜線に、山部側で隣接するフィンの起伏部の谷部の稜線が交差衝突し、また同じフィンの起伏部の谷部の稜線には、谷部側で隣接するフィンの起伏部の山部の稜線が交差衝突することとなり、積層される前記フィン間のピッチが一定に、容易にしかも正確に確保、維持されるとともに、前記起伏部に沿って気体が流れるので、通風抵抗をあまり増大させず、優れた伝熱性能を得ることがで
きる。また、空気調和機の室外熱交換器として用いる場合、暖房運転時に外気が低温になると、前記フィンの表面に霜が付着するが、温度境界層前縁効果で高性能を得るルーバーや切り起こしのように、性能が良好なルーバーや切り起こしの前縁に集中して付着した霜により前記フィンが目詰まりを起こし、ほとんど通風できなくなってしまうのが早く、暖房性能が急激に下がるということもない。
きる。また、空気調和機の室外熱交換器として用いる場合、暖房運転時に外気が低温になると、前記フィンの表面に霜が付着するが、温度境界層前縁効果で高性能を得るルーバーや切り起こしのように、性能が良好なルーバーや切り起こしの前縁に集中して付着した霜により前記フィンが目詰まりを起こし、ほとんど通風できなくなってしまうのが早く、暖房性能が急激に下がるということもない。
また本発明の熱交換器は、一定のピッチで平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体が流動する多数の平板状のフィンと、前記フィンに略直角に所定のピッチで挿入されるとともに密着接合され、内部を水や冷媒などの流体が流動する断面外周が偏平状の伝熱管から構成され、前記フィンの表面の、前記気体の主流方向に直交する段方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に、稜線が前記段方向と鋭角をなして伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部を設け、前記山部の高さと谷部の深さを前記フィン間のピッチの約半分とし、前記段方向に隣接する前記起伏部の一方の前記山部と前記谷部の稜線が前記段方向と鋭角をなす方向および交互に並ぶ前記山部と前記谷部の順序を他方のそれらと異ならせるとともに、隣接する前記フィン同士の形状は、互いに前記段方向に1段ずらした形状としたもので、あるフィンの起伏部の山部の稜線に、山部側で隣接するフィンの起伏部の谷部の稜線が交差衝突し、また同じフィンの起伏部の谷部の稜線には、谷部側で隣接するフィンの起伏部の山部の稜線が交差衝突することとなり、積層される前記フィン間に一定のピッチを容易にかつ正確に確保、維持することができるとともに、前記起伏部に沿って気体が流れるので、通風抵抗をあまり増大させず、優れた伝熱性能を得ることができる。また、空気調和機の室外熱交換器として用いたとき、暖房運転時に外気が低温になると、前記フィンの表面に霜が付着するが、温度境界層前縁効果で高性能を得るルーバーや切り起こしのように、性能が良好なルーバーや切り起こしの前縁に集中して付着した霜により前記フィンが目詰まりを起こし、ほとんど通風できなくなってしまうのが早く、暖房性能が急激に下がるということもない。さらに、隣接する二つのフィンは段方向に1段ずらしただけで実質的に同一形状とすることで、金型費用の低減を図る事ができる。
本発明の熱交換器は、積層されるフィン間の一定のピッチを容易にかつ正確に確保、維持することができる。
第1の発明は、一定のピッチで平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体が流動する多数の平板状のフィンと、前記フィンに略直角に所定のピッチで挿入されるとともに密着接合され、内部を水や冷媒などの流体が流動する断面外周が偏平状の伝熱管から構成され、前記フィンの表面の、前記気体の主流方向に直交する段方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に、稜線が前記段方向と鋭角をなして伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部を設け、前記山部の高さと前記谷部の深さを前記フィン間のピッチの約半分となるように形成し、かつ隣接する前記フィン同士では、前記稜線が前記段方向と鋭角をなす方向および交互に並べる前記山部と前記谷部の順序が異なるようにしたもので、あるフィンの起伏部の山部の稜線に、山部側で隣接するフィンの起伏部の谷部の稜線が交差衝突し、また同じフィンの起伏部の谷部の稜線には、谷部側で隣接するフィンの起伏部の山部の稜線が交差衝突することとなり、積層される前記フィン間のピッチが一定に、容易にしかも正確に維持されるとともに、前記起伏部に沿って気体が流れるので、通風抵抗をあまり増大させず、優れた伝熱性能を得ることができる。また、空気調和機の室外熱交換器として用いる場合、暖房運転時に外気が低温になると、前記フィンの表面に霜が付着するが、温度境界層前縁効果で高性能を得るルーバーや切り起こしのように、性能が良好なルーバーや切り起こしの前縁に集中して付着した霜により前記フィンが目詰まりを起こし、ほとんど通風できなくなってしまうのが早く、暖房性能が急激に下がるということもない。
第2の発明は、一定のピッチで平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体が流動する多数の平板状のフィンと、前記フィンに略直角に所定のピッチで挿入されるとともに密着接合され、内部を水や冷媒などの流体が流動する断面外周が偏平状の伝熱管から構成され、前記フィンの表面の、前記気体の主流方向に直交する段方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に、稜線が前記段方向と鋭角をなして伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部を設け、前記山部の高さと谷部の深さを前記フィン間のピッチの約半分とし、前記段方向に隣接する前記起伏部の一方の前記山部と前記谷部の稜線が前記段方向と鋭角をなす方向および交互に並ぶ前記山部と前記谷部の順序を他方のそれらと異ならせるとともに、隣接する前記フィン同士の形状は、互いに前記段方向に1段ずらした形状としたもので、あるフィンの起伏部の山部の稜線に、山部側で隣接するフィンの起伏部の谷部の稜線が交差衝突し、また同じフィンの起伏部の谷部の稜線には、谷部側で隣接するフィンの起伏部の山部の稜線が交差衝突することとなり、積層される前記フィン間の一定のピッチを容易にかつ正確に確保、維持することができるとともに、前記起伏部に沿って気体が流れるので、通風抵抗をあまり増大させず、優れた伝熱性能を得ることができる。また、空気調和機の室外熱交換器として用いたとき、暖房運転時に外気が低温になると、前記フィンの表面に霜が付着するが、温度境界層前縁効果で高性能を得るルーバーや切り起こしのように、性能が良好なルーバーや切り起こしの前縁に集中して付着した霜により前記フィンが目詰まりを起こし、ほとんど通風できなくなってしまうのが早く、暖房性能が急激に下がるということもない。さらに、隣接する二つのフィンは段方向に1段ずらしただけで実質的に同一形状とすることで、金型費用の低減を図る事ができる。
第3の発明は、特に、第1または第2の発明の気体の主流方向すなわち列方向を水平方向に、前記気体の主流方向に直交する段方向を鉛直方向に設置し、かつ偏平状の伝熱管の長手方向を水平方向に対して傾斜させて蒸発器として使用するもので、フィンおよび前記偏平状の伝熱管の表面に付着する凝縮水を、滞留させることなく、円滑に落下させることができる。
第4の発明は、特に、第3の発明の伝熱管を気体の風下に向かって下り勾配になるように傾斜させたもので、フィンおよび前記伝熱管の表面に付着する凝縮水は、気体の流れにより風下方向に、かつ下り勾配の前記伝熱管に沿って、より円滑に落下していく。
第5の発明は、第3または第4の発明の伝熱管の傾斜角度を約5°〜30°に設定したもので、通風抵抗をあまり増大させず、フィンおよび前記伝熱管の表面に付着する凝縮水を、滞留させることなく、円滑に落下させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
本実施の形態における熱交換器は、多数積層された平板状のフィンと偏平状の伝熱管とで構成される点は、従来のものと同一なのでその説明を割愛し、そのフィン形状とそのフィンの加工と積層する製造方法に特徴があるので、それらについて詳しく説明する。
本実施の形態における熱交換器は、多数積層された平板状のフィンと偏平状の伝熱管とで構成される点は、従来のものと同一なのでその説明を割愛し、そのフィン形状とそのフィンの加工と積層する製造方法に特徴があるので、それらについて詳しく説明する。
図1(a)は、本発明の第1の実施の形態における熱交換器のフィン101aの正面図で、図1(b)は、フィン101aに隣接するフィン101bの正面図、図2はフィン101a、101bが交互に積層された状態での拡大A−A断面図、図3はフィン101aとフィン101bを交互に積層した状態を風上から見た拡大側面図である。
図において、フィン101aおよびフィン101bには、断面外周が偏平状の伝熱管4を略直角に所定のピッチで挿入するための貫通穴13が設けられている。フィン101a
の表面の、気体の主流方向に直交する方向すなわち段方向に隣接する伝熱管4が挿入される貫通穴13の間の領域のうち、段方向の上端から数えて奇数段の伝熱管4が挿入される貫通穴13およびそのすぐ下の段の伝熱管4が挿入される貫通穴13の間の領域に、稜線が段方向の下方向に対して、気流風上から気流風下に鋭角をなし傾斜して伸びる山部118aと谷部119aを、風上から順に谷部119a、山部118a、谷部119aと交互に並べた起伏部120aを設け、起伏部120aの山部118aの高さと谷部119aの深さをフィン101aが積層される一定のピッチPfの約半分となるよう形成している。
の表面の、気体の主流方向に直交する方向すなわち段方向に隣接する伝熱管4が挿入される貫通穴13の間の領域のうち、段方向の上端から数えて奇数段の伝熱管4が挿入される貫通穴13およびそのすぐ下の段の伝熱管4が挿入される貫通穴13の間の領域に、稜線が段方向の下方向に対して、気流風上から気流風下に鋭角をなし傾斜して伸びる山部118aと谷部119aを、風上から順に谷部119a、山部118a、谷部119aと交互に並べた起伏部120aを設け、起伏部120aの山部118aの高さと谷部119aの深さをフィン101aが積層される一定のピッチPfの約半分となるよう形成している。
さらに、段方向の上端から数えて偶数段の伝熱管4が挿入される貫通穴13およびそのすぐ下の段の伝熱管4が挿入される貫通穴13の間の領域に、稜線が段方向の下方向に対して、気流風下から気流風上に鋭角をなし傾斜して伸びる山部218aと谷部219aを、風上から順に山部218a、谷部219a、山部218aと交互に並べた起伏部220aを設け、起伏部220aの山部218aの高さと谷部219aの深さをフィン101aが積層される一定のピッチPfの約半分となるよう成形されている。
また、フィン101aに隣接するフィン101bの表面の、段方向の上端から数えて奇数段の伝熱管4が挿入される貫通穴13およびそのすぐ下の段の伝熱管4が挿入される貫通穴13の間の領域に、稜線が段方向の下方向に対して、気流風下から気流風上に鋭角をなし傾斜して伸びる山部218bと谷部219bを、風上から順に山部218b、谷部219b、山部218bと交互に並べた起伏部220bを設け、起伏部220bの山部218bの高さと谷部219bの深さをフィン101bが積層される一定のピッチPfの約半分となるよう形成し、また、段方向の上端から数えて偶数段の伝熱管4が挿入される貫通穴13およびそのすぐ下の段の伝熱管4が挿入される貫通穴13の間の領域に、稜線が段方向の下方向に対して、気流風上から気流風下に鋭角をなし傾斜して伸びる山部118bと谷部119bを、風上から順に谷部119b、山部118b、谷部119bと交互に並べた起伏部120bを設け、起伏部120bの山部118bの高さと谷部119bの深さをフィン101bが積層される一定のピッチPfの約半分となるよう形成されている。
また、本実施の形態における熱交換器を蒸発器として使用する際、気体の主流方向すなわち列方向を水平方向に、気体の主流方向に直交する方向すなわち段方向を鉛直方向に設置し、偏平状の伝熱管4の長手方向が、気体の風下方向に下り勾配の、水平方向に対して約5°〜約30°の角度θで傾斜するよう貫通穴13が傾斜して設けられている。
また、フィン101aを、表裏は変えずにフィン面を保って180°回転させるとフィン101bと同じ形状となるように、あるいは、フィン101aを段方向の上下いずれかの方向に1段ずらすとフィン101bと同じ形状となるように形成されており、フィン101aとフィン101bは、実質的には1種類の形状のフィンである。
本実施の形態における熱交換器は、以上のように構成されているので、フィン101aとフィン101bを交互に積層すると、フィン101aの起伏部120aの山部118aの稜線に、山部118a側で隣接するフィン101bの起伏部220bの谷部219bの稜線が交差衝突し、またフィン101aの起伏部120aの谷部119aの稜線には、谷部119a側で隣接するフィン101bの起伏部220bの山部218bの稜線が交差衝突し、フィン101aの起伏部220aの山部218aの稜線に、山部218a側で隣接するフィン101bの起伏部120bの谷部119bの稜線が交差衝突し、またフィン101aの起伏部220aの谷部219aの稜線には、谷部219a側で隣接するフィン101bの起伏部120bの山部118bの稜線が交差衝突することとなり、交互に積層されるフィン101aとフィン101bの一定のピッチPfを容易に正確に確保、維持することができるとともに、起伏部120a、220a、120b、220bに沿って気体が流れるので、通風抵抗をあまり増大させず、優れた伝熱性能を得ることができる。
また、本実施の形態の熱交換器を空気調和機の室外熱交換器として用いたとき、暖房運転時に外気が低温になると、フィン101aおよびフィン101bの表面に霜が付着するが、温度境界層前縁効果で高性能を得るルーバーや切り起こしのように、性能が良好なルーバーや切り起こしの前縁に霜が集中して付着し、付着した霜によりフィンが目詰まりを起こし、ほとんど通風できなくなってしまうのが早く、暖房性能が急激に下がるという課題も生じにくい。
また、本実施の形態における熱交換器を蒸発器として使用する際、気体の主流方向すなわち列方向を水平方向に、気体の主流方向に直交する方向すなわち段方向を鉛直方向に設置し、偏平状の伝熱管4の長手方向を、水平方向に対して傾斜させたことにより、フィン101aとフィン101bおよび偏平状の伝熱管4の表面に付着する凝縮水を、滞留させることなく、円滑に落下させることができる。
また、本実施の形態では、偏平状の伝熱管4の傾斜を気体の風下方向に下り勾配となるようにしたので、フィン101aとフィン101bおよび偏平状の伝熱管4の表面に付着する凝縮水は、主に重力によって鉛直下方へ、さらに気体の流れにより風下側へ、そして気体の風下方向に下り勾配の偏平状の伝熱管4に沿って、円滑に落下していく。
また、本実施の形態では、偏平状の伝熱管4の水平方向に対する傾斜角度を約5°〜約30°となるようにしたことにより、通風抵抗をあまり増大させず、フィン101aとフィン101bおよび偏平状の伝熱管4の表面に付着する凝縮水を、滞留させることなく、円滑に落下させることができる。
また、本実施の形態では、フィン101aを、表裏は変えずにフィン面を保って180°回転させるか段方向の上下いずれかに1段ずらすだけでフィン101bと同じ形状となるようにしているので、実質的には1種類だけの形状のフィン101aを用いて、フィン101aとフィン101bを交互に積層する際、フィン101aを、1枚おきに、表裏は変えずにフィン面を保って180°回転させるか段方向に1段ずらして積層することにより、隣接するもの同士では異なる形状のフィン101aとフィン101bとして使用することができる。
また、実質的に同じ形状のフィン101aとフィン101bは、1種類だけの金型で形成でき、金型の投資額や補修費を抑制することができ、生産性も良く、部品の種類も少ないので、部品管理も容易になるものである。
なお、本実施の形態においては、フィン101aは起伏部120aと起伏部220aを有し、フィン101bは起伏部120bと起伏部220bを有するが、フィン101aとフィン101bは実質的には同じ形状のものとして説明したが、フィン101aの起伏部をすべて起伏部220aで構成し、フィン101bの起伏部をすべて起伏部120bで構成しても、フィン101aとフィン101bとが同じ金型で成形できない点を除いて、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
以上のように、本発明にかかる熱交換器は、多数積層されるフィン間の一定ピッチを容易に正確に確保、維持することができるので、多数のフィン間を流動する気体と偏平状の伝熱管内を流動する流体との間で熱を授受するフィンアンドチューブ式の熱交換器を用いる空気調和機、冷凍機、冷蔵庫等に広く適用できるものである。
4 伝熱管
13 貫通穴
101a、101b フィン
118a、218a、118b、218b 山部
119a、219a、119b、219b 谷部
120a、220a、120b、220b 起伏部
13 貫通穴
101a、101b フィン
118a、218a、118b、218b 山部
119a、219a、119b、219b 谷部
120a、220a、120b、220b 起伏部
Claims (5)
- 一定のピッチで平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体が流動する多数の平板状のフィンと、前記フィンに略直角に所定のピッチで挿入されるとともに密着接合され、内部を水や冷媒などの流体が流動する断面外周が偏平状の伝熱管から構成され、前記フィンの表面の、前記気体の主流方向に直交する段方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に、稜線が前記段方向と鋭角をなして伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部を設け、前記山部の高さと前記谷部の深さを前記フィン間のピッチの約半分となるように形成し、かつ隣接する前記フィン同士では、前記稜線が前記段方向と鋭角をなす方向および交互に並べる前記山部と前記谷部の順序が異なるようにしたことを特徴とする熱交換器。
- 一定のピッチで平行に積層されるとともに、その間を空気などの気体が流動する多数の平板状のフィンと、前記フィンに略直角に所定のピッチで挿入されるとともに密着接合され、内部を水や冷媒などの流体が流動する断面外周が偏平状の伝熱管から構成され、前記フィンの表面の、前記気体の主流方向に直交する段方向に隣接する前記伝熱管の間の領域に、稜線が前記段方向と鋭角をなして伸びる山部と谷部を交互に並べた起伏部を設け、前記山部の高さと谷部の深さを前記フィン間のピッチの約半分とし、前記段方向に隣接する前記起伏部の一方の前記山部と前記谷部の稜線が前記段方向と鋭角をなす方向および交互に並ぶ前記山部と前記谷部の順序を他方のそれらと異ならせるとともに、隣接する前記フィン同士の形状は、互いに前記段方向に1段ずらした形状としたことを特徴とする熱交換器。
- 気体の主流方向すなわち列方向を水平方向に、前記気体の主流方向に直交する段方向を鉛直方向に設置し、かつ偏平状の伝熱管の長手方向を水平方向に対して傾斜させて蒸発器として使用する請求項1または2記載の熱交換器。
- 伝熱管を気体の風下に向かって下り勾配になるように傾斜させた請求項3記載の熱交換器。
- 伝熱管の傾斜角度を約5°〜30°に設定した請求項3または4記載の熱交換器。
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