JP2006329534A

JP2006329534A - 熱交換器、空気調和機

Info

Publication number: JP2006329534A
Application number: JP2005154298A
Authority: JP
Inventors: Tatsuji Kitano; 竜児北野
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2005-05-26
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】熱交換性能が向上し小型化された熱交換器を提供する。
【解決手段】本熱交換器は、フィンチューブ型であって、伝熱管の素管の外径Ｄ_０を、３ｍｍ≦Ｄ_０≦５ｍｍとしたうえで、伝熱管は空気の主流方向に３列以上設けられ、伝熱管の素管の拡管後の外径Ｄに対する伝熱管の空気の主流方向の列ピッチＬ_１と、空気の主流方向と垂直方向の段ピッチＬ_２と、フィンピッチＦＰの関係を、３．３Ｄ≦Ｌ_２≦３．８Ｄ、８≦（Ｌ_１×Ｌ_２）／（ＦＰ×π×Ｄ）≦１１に設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は熱交換器及び空気調和機に係り、特に、素管として細径管を用い、拡管後の管の列ピッチ、段ピッチ及びフィンピッチに一定の関係を持たせた熱交換器及びこれを用いた空気調和機に関する。

近年、空気調和機の室内機は小型化が図られ、また、環境の観点から冷媒は自然冷媒へとシフトしつつある。しかし、自然冷媒は現在使用されている冷媒より性能が低下するため、熱交換器を含めた空気調和機全体での性能向上が検討されている。

上記熱交換器に関しては、伝熱管の細径化が有効な性能向上手段であるが、このような伝熱管の細径化において、管内の冷媒側は冷媒流速が増して伝熱性能は向上するが、管外の空気側は伝熱管からの放熱面積が小さくなるため、熱量が低下し伝熱管本数を多くするか、伝熱管を長くする必要がある。従って、このような細径管に従来のフィンディメンジョンを適用した場合、熱交換器が大型になり、室内機の小型化が実現できないという問題があった。

なお、伝熱管の列ピッチ、段ピッチ及びフィンピッチに一定の関係を持たせた熱交換器が、特許文献１に提案されている（特許文献１）。
特開２０００−２７４９８２号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、熱交換性能が向上し小型化された熱交換器を提供することを目的とする。

また、熱交換器の小型化が図られて室内機が小型化された空気調和機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る熱交換器は、所定のフィンピッチを存して並設される複数枚の板状フィンに伝熱管を貫通させてなる熱交換器において、伝熱管の素管の外径Ｄ_０を、３ｍｍ≦Ｄ_０≦５ｍｍとしたうえで、前記伝熱管は空気の主流方向に３列以上設けられ、前記伝熱管の素管の拡管後の外径Ｄに対する伝熱管の空気の主流方向の列ピッチＬ_１と、空気の主流方向と垂直方向の段ピッチＬ_２と、フィンピッチＦＰの関係を、３．３Ｄ≦Ｌ_２≦３．８Ｄ、８≦（Ｌ_１×Ｌ_２）／（ＦＰ×π×Ｄ）≦１１に設定したことを特徴とする。

また、本発明に係る空気調和機は、請求項１または２に記載の熱交換器と送風機を備えたことを特徴とする。

本発明に係る熱交換器によれば、熱交換性能が向上し小型化された熱交換器を提供することができる。

また、本発明に係る空気調和機によれば、熱交換器の小型化が図られて室内機が小型化された空気調和機を提供することができる。

以下、本発明に係る空気調和機の室内機の一実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る空気調和機の室内機の縦断面図である。

図１に示すように、本発明に係る空気調和機の室内機１は、本体２を有し、この本体２には、その前面部に前面パネル３が設けられており、この前面パネル３の前面側にグリルで形成される前部吸込口３ａが開口され、上面にグリルで形成される上部吸込口３ｂが開口されている。

また、本体２内には、前部吸込口３ａの上部に対向して空気清浄装置４が設けられ、さらに、この空気清浄装置４の後方及び前部吸込口３ａの下部に対向してフィンチューブ型の本発明に係る室内熱交換器５が配設され、この室内熱交換器５は前側熱交換器６及び後側熱交換器７が折曲げまたは分割して略逆Ｖ字状に形成されており、前側熱交換器６は前面側に前方に突出するように湾曲した形状を有し、後側熱交換器７は前側熱交換器６に連結され上部吸込口３ｂ乃至本体２の背面側に対向し、背面側に向かって下方に傾斜して配設されている。

一方、前側熱交換器６の後方には室内送風機８が配設されており、この室内送風機８の下方には空調空気の吹出口９が形成されている。この吹出口９には空調空気の吹出し方向を調整するルーバー１０が設けられている。また、前側熱交換器６の下端下方には前側ドレンパン１１が設けられ、後側熱交換器７の下端下方には後側ドレンパン１２が設けられている。

図２に示すように、本発明に係る熱交換器６は、素管外径が３〜５ｍｍの細径管が用いられ、列数を３列以上設けると共に、拡管後の伝熱管６ａの外径Ｄ、列ピッチＬ_１、段ピッチＬ_２及びフィン６ｂのフィンピッチＦＰとするとき、３．３Ｄ≦Ｌ_２≦３．８Ｄかつ、８≦（Ｌ_１×Ｌ_２）／（ＦＰ×π×Ｄ）≦１１の関係が成立するようになっている。

なお、図３に示すように、フィン６ｂに切起しスリット６ｂ_１を設けてもよい。

上記素管に３〜５ｍｍの細径管を用いることにより、管内の冷媒側は冷媒流速が増し、伝熱性能を向上させることができる。

拡管後の外径Ｄ、段ピッチＬ_２の関係を３．３Ｄ≦Ｌ_２≦３．８Ｄとすることにより、図４に示すように、より大きな伝熱量が得られる。Ｌ_２／Ｄ＜３．３では、伝熱管１本あたりのフィン面積が小さくなるため伝熱量は低下し、段ピッチＬ２が大きくなるにつれ、大きくなる傾向にある。Ｌ_２／Ｄ＞３．８では伝熱管１本あたりのフィン面積が大きいが、伝熱管本数が少なくなるため伝熱量は低下する。

８≦（Ｌ_１×Ｌ_２）／（ＦＰ×π×Ｄ）≦１１にすることにより、図４及び図５からもわかるように、伝熱量が増加し通風抵抗が低減した熱交換器が実現される。

（Ｌ_１×Ｌ_２）／（ＦＰ×π×Ｄ）が８より小さいと、伝熱量が小さい。

図５に示すように、伝熱量は、Ｌ_１＊Ｌ_２／（ＦＰ＊π＊Ｄ）が大きくなるにつれ増大するが、ある値以上になると飽和傾向にある。図６に示すように、Ｌ_１＊Ｌ_２／（ＦＰ＊π＊Ｄ）＞１１では、Ｌ_２／Ｄ＝３．３の熱交換器において、従来の熱交換器に比べて通風抵抗が大きくなる。通風抵抗が大きいと、同一風量を確保するためにはファン回転数を大きくする必要があり、電気代が増加して好ましくない。

また、フィン６ｂの板厚ＦｔとフィンピッチＦＰの関係を０．８３≦（Ｆｔ＊１０）／ＦＰ≦１とする。

熱交換器６の性能は空気側熱伝達、管内熱伝達、伝熱管６ａとフィン６ｂの接触相当熱伝達が関係しており、伝熱管６ａとフィン６ｂの接触相当熱伝達に着目し、フィンカラーの成形性を向上させて、接触相当熱伝達を向上させる必要がある。

図７に示すように、０．８３≦（Ｆｔ＊１０）／ＦＰ≦１にするのが好ましい。これにより、接触相当熱伝達が向上する。（Ｆｔ＊１０）／ＦＰ≦０．８３では、製造性が劣ることに加えて拡管時フィンカラーに割れが発生し接触面積が減少して性能が低下する。１≦（Ｆｔ＊１０）／ＦＰでは、製造性に問題ないが、フィン重量が従来より大きくなり好ましくない。

上記実施形態の熱交換器によれば、伝熱性能を向上させるとともに通風抵抗を低減させ、小型の熱交換器を実現させることができる。また、従来の熱交換器に対しパイプ重量は５〜３０％、フィン重量は５〜２０％の低減が可能であり省資源化も実現される。

また、上述した本発明に係る空気調和機によれば、熱交換器の小型化が図られて室内機が小型化された空気調和機が実現される。

試験１：素管外径が３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍの伝熱管を用い、外径Ｄに拡管し段ピッチＬ２が異なる複数の図２に示す本発明の熱交換器を作製し、段ピッチを変化させ、伝熱量を調べた。

図４に結果を示す。伝熱量は、Ｌ_２／Ｄ＜３．３では、伝熱管１本あたりのフィン面積が小さくなるため伝熱量は低下し、段ピッチＬ２が大きくなるにつれ、大きくなる傾向にある。熱伝達率αは大きいほうが好ましいため、Ｌ_２／Ｄ＞３．８では伝熱管１本あたりのフィン面積が大きいが、伝熱管本数が少なくなるため伝熱量は低下する。より大きな伝熱量を得るには３．３＜Ｌ_２／Ｄ＜３．８が好ましいことがわかる。

試験２：Ｌ_２／Ｄ＝３．３及びＬ_２／Ｄ＝３．８の２種類の図３に示すような熱交換器を作製し、Ｌ_１＊Ｌ_２／（ＦＰ＊π＊Ｄ）と伝熱量の関係を調べた。

図５に結果を示す。伝熱量は、Ｌ_１＊Ｌ_２／（ＦＰ＊π＊Ｄ）＜８であると、伝熱量が小さく、Ｌ_１＊Ｌ_２／（ＦＰ＊π＊Ｄ）が大きくなるにつれ増大するが、ある値以上になると飽和傾向にあることがわかる。

試験３：試験２と同様の熱交換器を用いて、通風抵抗を測定し、従来の熱交換器と比較した。

図６に結果を示す。Ｌ_２／Ｄ＝３．３の熱交換器において、Ｌ_１＊Ｌ_２／（ＦＰ＊π＊Ｄ）＞１１では、従来の熱交換器に比べて通風抵抗が大きくなるので、１１より小さいのが好ましいことがわかる。

試験４：試験２と同様の熱交換器を用いて、フィンの板厚Ｆｔ、フィンピッチＦＰとフィン重量の関係を調べた。

図７に結果を示す。（Ｆｔ＊１０）／ＦＰ≦０．８３では、製造性が劣ることに加えて拡管時フィンカラーに割れが発生し接触面積が減少して性能が低下する。１≦（Ｆｔ＊１０）／ＦＰでは、製造性に問題ないが、フィン重量が従来より大きくなり好ましくない。０．８３≦（Ｆｔ＊１０）／ＦＰ≦１であれば、製造性に優れかつ、軽量化を可能であることがわかる。

本発明に係る空気調和機の室内機の縦断面図。本発明の一実施形態に係る熱交換器の概念図。本発明の他の実施形態に係る熱交換器の概念図。本発明の熱交換器の伝熱量測定試験の結果図。本発明の熱交換器の伝熱量測定試験の結果図。本発明の熱交換器の通風抵抗測定試験の結果図。本発明の熱交換器のフィンの板厚、フィンピッチとフィン重量の相関試験結果図。

符号の説明

１…空気調和機の室内機、２…本体、５…室内熱交換器、６…前側熱交換器、６ａ…伝熱管、６ｂ…フィン、７…後側熱交換器、８…室内送風機。

Claims

所定のフィンピッチを存して並設される複数枚の板状フィンに伝熱管を貫通させてなる熱交換器において、伝熱管の素管の外径Ｄ_０を、
［数１］
３ｍｍ≦Ｄ_０≦５ｍｍ
としたうえで、前記伝熱管は空気の主流方向に３列以上設けられ、
前記伝熱管の素管の拡管後の外径Ｄに対する伝熱管の空気の主流方向の列ピッチＬ_１と、空気の主流方向と垂直方向の段ピッチＬ_２と、フィンピッチＦＰの関係を、
［数２］
３．３Ｄ≦Ｌ_２≦３．８Ｄ
８≦（Ｌ_１×Ｌ_２）／（ＦＰ×π×Ｄ）≦１１
に設定したことを特徴とする熱交換器。
前記板状フィンの板厚ＦｔとフィンピッチＦＰの関係を、０．８３≦（Ｆｔ＊１０）／ＦＰ≦１としたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
請求項１または２に記載の熱交換器と送風機を備えたことを特徴とする空気調和機。