JP2008116095A - 空気熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】通風抵抗を増大させることなく凝縮水の排出性能を向上させて、空気側の熱伝達性能を向上させるとともに水飛びを防止した扁平伝熱管よりなるフィンチューブ式の空気熱交換器を提供することを目的とする。
【解決手段】ヘッダ３Ａ，３Ｂの間に複数本の扁平伝熱管２，２・・・を、それら複数本の扁平伝熱管２，２・・・の間に伝熱フィン４，４・・・をそれぞれ配設してなる空気熱交換器であって、上記伝熱フィン４，４・・・を、その幅方向のフィン面が上記扁平伝熱管２，２・・・に対して上方から下方に傾斜したものとした。
このようにすれば、何ら伝熱フィン４，４・・・の伝熱面積を小さくすることなく、また通風抵抗を増大させることなく、水はけ性を良好にすることができ、水飛びを招くことなく空気側の熱伝達性能を有効に向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

この出願の発明は、扁平伝熱管と該扁平伝熱管に適した伝熱フィンを備えて構成された空気熱交換器の構造に関するものである。

扁平伝熱管および該扁平伝熱管に適したコルゲートフィン等の伝熱フィンを備えて構成された空気熱交換器の全体および各部の構造を、例えば図５〜図７に示す。

該空気熱交換器１は、例えば図５〜図７に示すように、冷媒が導入、導出されるパイプ状の冷媒ヘッダ３Ａ，３Ｂと、該冷媒ヘッダ３Ａ，３Ｂの間に連通状態で、かつその長手方向に相互に所定の間隔を保って並設された多数本の扁平伝熱管２，２・・・と、該多数本の扁平伝熱管２，２・・・間の上下方向に波形に屈曲したコルゲーション状態で配設され、その各屈曲面外端を対応する両隣りの扁平伝熱管２，２・・・の扁平伝熱面に熱溶着された伝熱フィン（ルーバーフィン）４，４・・・とからなっている。

上記扁平伝熱管２，２・・・は、例えば図６に示すように、その内側に複数の冷媒流通穴２ａ，２ａ・・・を有する扁平多孔管構造となっており、上記一方側（上方側）ヘッダ３Ａの左側冷媒供給部３Ａ₁を介して外部より導入分配された冷媒を左側４本の扁平伝熱管２，２・・・の各冷媒流通穴２ａ，２ａ・・・に均等に流し、上記伝熱フィン４，４・・・を介して広伝熱面積で内部の冷媒と外部の空気との間で熱交換を行うようになっている。

また他方側（下方側）ヘッダ３Ｂを介して返流分配される冷媒は右側４本の扁平伝熱管２，２・・・の各冷媒流通穴２ａ，２ａ・・・を均等に流れ、同状態において上記伝熱フィン４，４・・・を介して広伝熱面積で内部の冷媒と外部の空気との間で効率良く熱交換を行うようになっている。

そして、そのようにして上記右側扁平伝熱管２，２・・・を出た冷媒は、上記一方側（上方側）ヘッダ３Ａの右側の冷媒導出部３Ａ₂を介して以後の冷媒回路に流出する。

また、上記伝熱フィン４，４・・・は、例えば図７に示すように、その波形の屈曲部（折り曲げ部）を除く扁平面部分であって、加工上形成される中央の扁平面を中心として空気流の上流側部分と下流側部分の各々に空気との伝熱効率を向上させるための複数の切り起し片（ルーバー）４ａ，４ａ・・・が形成されており、該切り起し片４ａ，４ａ・・・によって可及的に冷媒と空気との間の熱交換性能が高くなるように構成されている（例えば特許文献１，２参照）。

上述のように、扁平多孔管構造の扁平伝熱管および波形構造の伝熱フィンを備えたフィンチューブ式の熱交換器は、例えば図５および図６に示されるように、上記扁平伝熱管２，２・・・を縦向き（垂直）状態に設置した場合には、伝熱フィン４，４・・・の屈曲部を除くフィン面が水平になるのでフィン表面の凝縮水がはけにくく、空気流の上流側から下流側方向に次第に滞留し、通風抵抗を増大させる。

したがって、蒸発器として利用した場合に、空気側の圧力損失が増大して伝熱性能が落ち、さらにはフィン後縁から、凝縮水が水滴となって飛び出す、いわゆる水飛びが生じる等の問題がある。

このような問題を解決するものとして、従来、例えば図８に示すように、上記コルゲーション形状の伝熱フィン４，４・・・の長手方向の全体を風の流れる対向方向手前側に下降するように傾斜させることによって風上側に凝縮水を排出させるようにし、凝縮水の滞留による通風抵抗を低減するとともに下流側空気吹出方向への水飛びを防止するようにしたものがある（例えば特許文献３参照）。

特開２０００−１５４９８９号公報（明細書１−５頁、図１−３） 特開２００５−６９５２９号公報（明細書１−５頁、図１−２） 特開２００４−１７７０４号公報（明細書１−５頁、図１−２）

しかし、そのような構成の場合、凝縮水の滞留自体による通風抵抗は低減できるものの、伝熱フィン４，４・・・のフィン面全体が空気流に対して対向するようになるので、それにより逆に通風抵抗が大きくなって、より大きな圧損の増大を招く欠点がある。

この出願の発明は、このような課題を解決するためになされたもので、扁平伝熱管に対して伝熱フィンの幅方向のフィン面を傾斜させて配置することにより、通風抵抗を増大させることなく凝縮水の排出性能を向上させて、空気側の熱伝達性能を向上させるとともに水飛びを防止した空気熱交換器を提供することを目的とするものである。

この出願の各発明は、該目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。

（１） 請求項１の発明
この発明の空気熱交換器は、ヘッダ３Ａ，３Ｂの間に複数本の扁平伝熱管２，２・・・を、それら複数本の扁平伝熱管２，２・・・の間に伝熱フィン４，４・・・をそれぞれ配設してなる空気熱交換器であって、上記伝熱フィン４，４・・・は、その幅方向のフィン面が上記扁平伝熱管２，２・・・に対して上方から下方に傾斜したものであることを特徴としている。

このような構成によれば、何ら伝熱フィン４，４・・・の伝熱面積を小さくすることなく、また通風抵抗を増大させることなく、水はけ性を良好にすることができ、空気側の熱伝達性能を有効に向上させることができる。また、水飛びを招くこともなくなる。

（２） 請求項２の発明
この発明の空気熱交換器は、上記請求項１の発明の構成において、伝熱フィン４，４・・・は、そのフィン面が扁平伝熱管２，２・・・の間において、その全体に亘って単一の傾斜面を有する構成のものであることを特徴としている。

このような構成によれば、単一のフラットなフィン面の全体を単に幅方向に傾斜させればよいので、特別な加工を必要とせず、実現が容易である。

（３） 請求項３の発明
この発明の空気熱交換器は、上記請求項１の発明の構成において、伝熱フィン４，４・・・は、そのフィン面が扁平伝熱管２，２・・・の間において、所定の位置から両側に傾斜する２つの傾斜面を有する構成のものであることを特徴としている。

このような構成によれば、単一のフィン面を傾斜させる場合に比べて、フィン傾斜面の幅が最大１／２程度まで小さくなり、凝縮水を効率良く扁平伝熱管側に寄せることができるので、水排水性能、水飛び防止性能が共に向上する。

（４） 請求項４の発明
この発明の空気熱交換器は、上記請求項１，２又は３の発明の構成において、伝熱フィン４，４・・・は、全体として長手方向に向けて波形に屈曲したコルゲートフィンであることを特徴としている。

上述の伝熱フィン４，４・・・としては種々の形態のものの採用が考えられるが、上記のように全体として長手方向に向けて波形に屈曲したコルゲートフィンは伝熱性能が高く、設置も容易なので、以上の各発明の構成に適している。

以上の結果、本願発明によると、フィン部の通風抵抗を増大させることなく凝縮水の排出性能を向上させて、有効に空気側の熱伝達性能を向上させるとともに水飛びをも防止した空気熱交換器を低コストに提供することができるようになる。

以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの最良の実施の形態について詳細に説明する。

＜最良の実施の形態１＞
図１および図２には、この出願の発明の最良の実施の形態１に係る空気熱交換器１の構成が示されている。

この空気熱交換器１は、例えば図１および図２に示すように、すでに述べたようなアルミ合金製の扁平多孔管からなる扁平伝熱管２，２・・・と、該扁平伝熱管２，２・・・の間に長手方向に向けて配設されたコルゲーション構造の伝熱フィン４，４・・・とからなっており、上記各扁平伝熱管２，２・・・内には、冷媒が流通する複数の冷媒流通用穴２ａ，２ａ・・・が形成されている一方、上記伝熱フィン４，４・・・の外周においては、空気流Ａが扁平伝熱管２，２・・・の間を通って伝熱フィン４，４・・・と接触しながら通風抵抗なくスムーズに流れるようになっている。

この場合、上記空気熱交換器１は、上記各扁平伝熱管２，２・・・を縦方向に長く配列した状態で使用され、例えば蒸発器として作用することとなっている。なお、図１および図２では、上記扁平伝熱管２，２・・・の上下に配置された冷媒ヘッダーは省略して示している。

このような扁平伝熱管２，２・・・およびコルゲーション構造の伝熱フィン４，４・・・を備えたフィンチューブ式の空気熱交換器１では、図示のように、上記扁平伝熱管２，２・・・を縦方向に設置した場合には、すでに説明したように伝熱フィン４，４・・・の屈曲部を除くフィン面が水平になるので、伝熱フィン４，４・・・表面の凝縮水がはけにくい。そのために、同凝縮水が下流側に滞留して蒸発器として利用した場合に、空気側の圧力損失が増大して性能が低下するとともに水飛びが生じる問題がある。

そこで、この最良の実施の形態１の空気熱交換器１では、このような問題を解決するために、例えば図１、図２に示すように、上記コルゲーション構造の伝熱フィン４，４・・・は、その幅方向のフィン面が上記扁平伝熱管２，２・・・の伝熱面に対して上方から下方に所定傾斜角θだけ傾斜したものに構成されている。

すなわち、該構成では従来の幅方向のフィン設置面ラインであった水平面ラインａ−ａ′に対してフィン面ラインｂ−ｂ′が所望の角度θだけ一方側から他方側に向けて傾斜したものとなっている。

そして、同下降端側の扁平伝熱管２，２・・・の扁平な伝熱面には、空気流Ａの下流側所望の位置に位置して、上記ｂ−ｂ′方向のフィン面上を上方から下方に流れ落ちて来た水滴を空気流Ａにより集めて最終的にドレンパン方向に流す所望の深さの導水溝２ｃ，２ｃ・・・が設けられている。

つまり、このような構成によれば、伝熱フィン４，４・・・のフィン面が幅方向に傾斜していることで、フィン面上の凝縮水の重力により凝縮水が伝熱フィン４，４・・・のフィン面の端（低位端）に寄せられ、さらに空気流Ａによる風力でフィン面を風下側に伝うことになるので、上記扁平伝熱管２，２・・・の空気流下流側所望の手前位置に設けられた導水溝２ｃ，２ｃ・・・部分に効率良く導かれることになり、さらに同導水溝２ｃ，２ｃ・・・を介してドレンパン方向に流下せしめられるので、有効に水はけ性が向上し、確実に水飛びを抑えることができる。

しかも、上記伝熱フィン４，４・・・の各フィン面自体は空気流Ａの流れる方向と平行であり、従来例のように通風抵抗、圧損の増大を招かない。したがって、何ら伝熱フィン４，４・・・の伝熱面積を小さくすることなく、また通風抵抗を増大させることなく、水はけ性を良好にすることができ、空気側の熱伝達性能を有効に向上させることができる。

また、その場合において、上記伝熱フィン４，４・・・は、そのフィン面が扁平伝熱管２，２・・・の間において、その全体に亘って単一の傾斜面を有する構成のものとなっている。

したがって、このような構成によれば、単一のフラットなフィン面の全体を単に幅方向に傾斜させればよいので、特別な加工を必要とせず、実現が容易である。

また、以上の構成では、上記伝熱フィン４，４・・・が、全体として長手方向に向けて波形に屈曲したコルゲーション構造のフィン（コルゲートフィン）により構成されている。

もちろん、上述の伝熱フィン４，４・・・としては、この他にも種々の形態のものの採用が考えられるが、上述のような全体として長手方向に向けて波形に屈曲したコルゲートフィンが以上の構成において有効な伝熱性能を得るのに適している。

これらの結果、この最良の実施の形態１の空気熱交換器１によると、コルゲーション構造の伝熱フィン４，４・・・の扁平伝熱管２，２・・・に対するフィン面のフィン幅方向の設置角度θを変更するのみの簡単かつ低コストな構成で、熱伝達性能の高く、水飛びを生じない扁平伝熱管２，２・・・およびコルゲーション構造の伝熱フィン４，４・・・を備えたフィンチューブ式空気熱交換器を提供することが可能となる。

＜最良の実施の形態２＞
図３は、この出願の発明の最良の実施の形態２に係る空気熱交換器の構成を示している。

この最良の実施の形態２に係る空気熱交換器１も、その基本的な構成としては、前述の図１、図２のものと同様である。

ただし、この最良の実施の形態２に係る空気熱交換器１の構成では、上述したコルゲーション構造の伝熱フィン４，４・・・は、そのフィン面が上記扁平伝熱管２，２・・・の間において、例えば中間部等の所定の位置から左右両側両方向に傾斜する２つの傾斜面を有する山形（凸形）の構成のものとなっていることを特徴としている。

このような構成によれば、上述の最良の実施の形態１のように単一のフィン面を一方向に傾斜させる場合に比べて、下降方向へのフィン傾斜面の幅が最大１／２程度まで小さくなり、凝縮水を効率良く扁平伝熱管側に寄せることができるので、より凝縮水の排出性能が向上する。その結果、水飛びも一層生じにくくなる。

＜最良の実施の形態３＞
上述の扁平多孔管よりなる扁平伝熱管２，２・・・は、以上に述べたような一体型のものに限らず、例えば図４のような、２枚のアルミ製の伝熱薄板２１，２２の間にコルゲーション構造のアルミ製の仕切板２３を介装するとともに、その両端側をカシメ溶着シールすることによって、上記同様の扁平多孔管構造を実現した貼り合わせタイプのもので構成してもよい。

本願発明の最良の実施の形態１に係る扁平伝熱管およびコルゲーション構造の伝熱フィンを備えたフィンチューブ式空気熱交換器の構造を示す側面図である。 同熱交換器の要部の構成を示す斜視図である。 本願発明の最良の実施の形態２に係る扁平伝熱管およびコルゲーション構造の伝熱フィンを備えたフィンチューブ式空気熱交換器の構造を示す側面図である。 本願発明の最良の実施の形態３に係る扁平伝熱管の構造を示す断面図である。 従来の扁平伝熱管およびコルゲートフィンを備えた空気熱交換器の全体的な構造を示す斜視図である。 同空気熱交換器のコルゲートフィンの構造を示す斜視図である。 同空気熱交換器の扁平伝熱管およびコルゲートフィン部分の縦断面図である。 他の従来例に係る扁平伝熱管およびコルゲーション構造の伝熱フィンを備えたフィンチューブ式空気熱交換器の構造を示す斜視図である。

符号の説明

１は熱交換器、２は扁平伝熱管、２ｃは下方側ドレンパン方向への導水溝、３Ａは上方側ヘツダ、３Ｂは下方側ヘツダ、４はコルゲーション構造の伝熱フィン、４ａは切り起し片（ルーバー）である。

Claims (4)

1. ヘッダ（３Ａ），（３Ｂ）の間に複数本の扁平伝熱管（２），（２）・・・を、それら複数本の扁平伝熱管（２），（２）・・・の間に伝熱フィン（４），（４）・・・をそれぞれ配設してなる空気熱交換器であって、上記伝熱フィン（４），（４）・・・は、その幅方向のフィン面が上記扁平伝熱管（２），（２）・・・に対して上方から下方に傾斜したものであることを特徴とする空気熱交換器。
2. 伝熱フィン（４），（４）・・・は、そのフィン面が扁平伝熱管（２），（２）・・・の間において、その全体に亘って単一の傾斜面を有する構成のものであることを特徴とする請求項１記載の空気熱交換器。
3. 伝熱フィン（４），（４）・・・は、そのフィン面が扁平伝熱管（２），（２）・・・の間において、所定の位置から両側に傾斜する２つの傾斜面を有する構成のものであることを特徴とする請求項１記載の空気熱交換器。
4. 伝熱フィン（４），（４）・・・は、全体として長手方向に向けて波形に屈曲したコルゲートフィンであることを特徴とする請求項１，２又は３記載の空気熱交換器。

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