JP2009127882A - Heat exchanger, indoor unit, and air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷媒と空気等の流体との間で熱交換を行うフィンチューブ型の熱交換器、室内機及び空気調和機に関するものである。 The present invention relates to a finned tube heat exchanger, an indoor unit, and an air conditioner that perform heat exchange between a refrigerant and a fluid such as air.
従来から、フィンチューブ型熱交換器及びおのフィンチューブ型熱交換器を搭載した室内機が存在する。一般的に、フィンチューブ型熱交換器は、積層された複数のフィンと、流体の流れ方向に略直交するようにフィンに挿入された複数の伝熱管とで構成されている。このようなフィンチューブ型熱交換器のフィンには、熱交換能力を向上するために、プレス加工等により切り起こし部等と称されるスリットが設けられることが多い。フィンにスリットを設けると、フィン表面に形成される温度境界層がスリットごとに分断、更新されることになり、流体とフィンとの熱交換が促進されることになる。 Conventionally, there is an indoor unit equipped with a fin tube type heat exchanger and a fin tube type heat exchanger. Generally, the fin tube type heat exchanger is composed of a plurality of laminated fins and a plurality of heat transfer tubes inserted into the fins so as to be substantially orthogonal to the fluid flow direction. The fins of such fin tube type heat exchangers are often provided with slits called cut-and-raised portions by press working or the like in order to improve heat exchange capability. When a slit is provided in the fin, the temperature boundary layer formed on the fin surface is divided and updated for each slit, and heat exchange between the fluid and the fin is promoted.
そのようなものとして、「内部を冷媒が流れる複数のパイプと、上記気流の流れに沿って設けられ、上記複数のパイプが貫通するフィンと、上記フィンの表面に設けられた切り起こしとを備えた熱交換器において、上記切り起こしは、気流の流れ方向に対して交差する方向に並ぶ複数のパイプ間の領域で、かつ少なくとも上記複数のパイプの中心を結ぶ中心線より下流側に設けられるとともに、上記切り起こしの脚部は上記パイプの外周面に沿って上記パイプの近傍に設けられ、上記気流の流れ方向に沿った上記切り起こしの幅aが、上記フィンのパイプ貫通部におけるフィンカラーの外径Dcの1/4以上かつ1/3以下とする熱交換器」が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 As such, “provided with a plurality of pipes through which refrigerant flows, a fin provided along the flow of the airflow, through which the plurality of pipes penetrate, and a cut and raised provided on the surface of the fin. In the heat exchanger, the cut-and-raised portion is provided in a region between a plurality of pipes arranged in a direction intersecting with the airflow direction, and at least downstream from a center line connecting the centers of the plurality of pipes. The cut-and-raised leg portion is provided in the vicinity of the pipe along the outer peripheral surface of the pipe, and the width a of the cut-and-raised along the airflow direction is such that the fin collar in the pipe penetration portion of the fin There has been proposed a “heat exchanger having an outer diameter Dc that is ¼ or more and 1 / or less” (see, for example, Patent Document 1).
また、「少なくとも1本の連続した冷媒経路によって互いに連通している3列以上の複数列で構成された熱交換部を備えており、前記冷媒経路の一方の端部である第1端部は、前記熱交換部における中央列又は中央付近の列に配置されており、前記冷媒経路の他方の端部である第2端部は、前記熱交換部における前記熱交換部を通過する空気流れ(F)に対して最も風上側の列又は最も風下側の列に配置されている熱交換器」が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。 In addition, “having a heat exchanging section composed of a plurality of three or more rows communicating with each other by at least one continuous refrigerant path, and the first end that is one end of the refrigerant path is The second end portion, which is the other end portion of the refrigerant path, is arranged in a central row or a row near the center in the heat exchange portion, and an air flow that passes through the heat exchange portion in the heat exchange portion ( For F), a heat exchanger arranged in the most leeward row or the most leeward row has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
さらに、「吸込み口と吹出し口とが設けられた筐体と、この筐体に収納された貫流送風機とを備えた空気調和機における、吸込み口から貫流送風機までの風回路の途中、又は貫流送風機から吹出し口までの風回路の途中に配設されたフィン付きの熱交換器であって、単数又は複数の熱交換器から構成され、各熱交換器は、所定の間隔で平行に並べられ、その間を気体が流動する多数のフィンと、前記フィンに略直角に挿入され、内部を流体が流動する多数の伝熱管とを有し、少なくとも一部の熱交換器における前記フィンの風上側縁部及び風下側縁部とのそれぞれが、互いにその延長線の交差部分の角度が同じ鈍角をなす2本の直線部と、これら2本の直線部の間を結ぶ1本の曲線部とからなる略くの字形状に形成されている熱交換器」が提案されている(たとえば、特許文献3参照)。 Furthermore, “in the air conditioner having a housing provided with a suction port and a blow-out port and a cross-flow fan housed in the housing, in the middle of a wind circuit from the suction port to the cross-flow fan, or a cross-flow fan It is a heat exchanger with fins arranged in the middle of the wind circuit from the outlet to the outlet, and is composed of one or a plurality of heat exchangers, and each heat exchanger is arranged in parallel at a predetermined interval, There are a large number of fins through which gas flows, and a plurality of heat transfer tubes which are inserted substantially perpendicular to the fins and through which fluid flows, and at the windward edge of the fins in at least some heat exchangers Each of the leeward side edge portion and the leeward side edge portion is composed of two straight portions that form an obtuse angle with the same angle at the intersection of the extension lines, and a single curved portion that connects the two straight portions. `` Heat exchanger formed in a U shape '' Is (e.g., see Patent Document 3).
特許文献1に記載の技術は、熱交換器のフィン上に設けられるスリットの幅をフィンカラー径に対して1/4以上かつ1/3以下とするものであり、スリットの幅が少ないものになっていた。スリットの幅が少ないと、伝熱管の流体の流れ方向下流側に発生する死水域が大きくなってしまい、十分に伝熱促進がされないという問題点があった。また、熱交換器の近傍に配置されるファン等の送風機付近では、発生した死水域が流入することになり、異常音(騒音)が発生し易いという問題点もあった。
The technique described in
特許文献2に記載の技術は、前面側に設置された補助熱交換器の段数を前面側に設置されたメイン熱交換器の段数よりも少なく、つまり補助熱交換器とメイン熱交換器との段数及び段方向の長さが異なるものであった。このようなものでは、温度効率を均一に維持できないという問題点があった。また、前面側に設置された熱交換器のフィンの幅が背面側に設置された熱交換器のフィンの幅と同一程度であり、これらの熱交換器の間でも温度効率が均一に維持できないという問題点もあった。
The technique described in
特許文献3に記載の技術は、前面側に設置された熱交換器でのフィンカラー径の大きさを変化させるようにしたものである。このようなものでは、前面側に設置された熱交換器での温度効率を均一に維持することができるものの、前面側に設置された熱交換器のいずれかのフィンカラー径と背面側に設置された熱交換器のフィンカラー径とが同一程度であるとすると、これらの熱交換器の間において温度効率が均一に維持できないという問題点があった。
The technique described in
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、フィンチューブ型熱交換器のフィン形状を最適化することにより、伝熱性能を良好とした熱交換器を提供することを第1の目的としている。また、この熱交換器が搭載される室内機やこの室内機が搭載される空気調和機における送風機の入力を低下させることを第2の目的としている。さらに、室内機や空気調和機におけるフィンチューブ型熱交換器の配置の最適化及び組み立て性の向上を図ることを第3の目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a heat exchanger with good heat transfer performance by optimizing the fin shape of the fin-tube heat exchanger. Is the first purpose. A second object is to reduce the input of a blower in an indoor unit in which the heat exchanger is mounted or an air conditioner in which the indoor unit is mounted. Furthermore, the third object is to optimize the arrangement of the fin tube heat exchanger and improve the assemblability in the indoor unit and the air conditioner.
本発明に係る熱交換器は、所定の間隔で平行に積層され、その間を流体が通過する複数枚の板状フィンと、このフィンに直交するように挿入された伝熱管とで構成され、前記フィンには、その表面の一部を切り起こした切り起こし部が形成されており、前記切り起こし部の前記流体の流通方向と略平行な列方向における幅を、前記伝熱管を挿入させるために形成されているフィンカラーの穴径に対し2/5以上1/2以下としたことを特徴とする。 The heat exchanger according to the present invention is composed of a plurality of plate-like fins laminated in parallel at a predetermined interval, through which fluid passes, and a heat transfer tube inserted so as to be orthogonal to the fins, The fin has a cut-and-raised part formed by cutting and raising a part of the surface thereof, and the width of the cut-and-raised part in the row direction substantially parallel to the fluid flow direction is inserted into the heat transfer tube. It is characterized by being 2/5 or more and 1/2 or less with respect to the hole diameter of the formed fin collar.
本発明に係る熱交換器は、所定の間隔で平行に積層され、その間を流体が通過する複数枚の板状フィンと、このフィンに直交するように挿入された伝熱管とで構成され、前記フィンには、その表面の一部を切り起こし、前記フィンの長手方向に隣接する前記伝熱管の中心を結んだ線に対して対称配置となるような切り起こし部が形成されており、前記切り起こし部の前記流体の流通方向と略平行な列方向における幅を、対称配置されている前記切り起こし部間の最短距離と同等以上としたことを特徴とする。 The heat exchanger according to the present invention is composed of a plurality of plate-like fins laminated in parallel at a predetermined interval, through which fluid passes, and a heat transfer tube inserted so as to be orthogonal to the fins, The fin is formed with a cut-and-raised portion so as to be symmetrically arranged with respect to a line connecting a center of the heat transfer tube adjacent in the longitudinal direction of the fin. The width of the raising portion in the row direction substantially parallel to the flow direction of the fluid is equal to or more than the shortest distance between the cut and raised portions arranged symmetrically.
本発明に係る熱交換器は、室内機の筐体内における前面側に配設される前面メイン熱交換器及び前面サブ熱交換器と、室内機の筐体内における背面側に配設される背面メイン熱交換器及び背面サブ熱交換器とで構成され、前記前面メイン熱交換器、前記前面サブ熱交換器、前記背面メイン熱交換器及び前記背面サブ熱交換器のそれぞれは、所定の間隔で平行に積層され、その間を流体が通過する複数枚の板状フィンと、このフィンに直交するように挿入された伝熱管とからなっており、前記前面メイン熱交換器及び前記背面メイン熱交換器をフィンの表面の一部を切り起こした切り起こし部を形成されているスリットフィンで構成し、前記前面サブ熱交換器及び前記背面サブ熱交換器をフラットフィンで構成したことを特徴とする。 The heat exchanger according to the present invention includes a front main heat exchanger and a front sub heat exchanger disposed on the front side in the casing of the indoor unit, and a rear main disposed on the rear side in the casing of the indoor unit. The front main heat exchanger, the front sub heat exchanger, the rear main heat exchanger, and the rear sub heat exchanger are parallel to each other at a predetermined interval. A plurality of plate-like fins through which fluid passes, and a heat transfer tube inserted so as to be orthogonal to the fins, the front main heat exchanger and the rear main heat exchanger being The front and rear sub heat exchangers and the rear sub heat exchanger are formed of flat fins, and the front and rear sub heat exchangers are formed of slit fins that are formed by cutting and raising a part of the fin surface.
本発明に係る熱交換器は、室内機の筐体内における前面側に配設される前面メイン熱交換器及び前面サブ熱交換器と、室内機の筐体内における背面側に配設される背面メイン熱交換器及び背面サブ熱交換器とで構成され、前記前面メイン熱交換器、前記前面サブ熱交換器、前記背面メイン熱交換器及び前記背面サブ熱交換器のそれぞれは、所定の間隔で平行に積層され、その間を流体が通過する複数枚の板状フィンと、このフィンに直交するように挿入された伝熱管とからなっており、前記背面メイン熱交換器における伝熱管を挿入させるためのフィンカラーの穴径を前記前面メイン熱交換器における伝熱管を挿入させるためのフィンカラーの穴径よりも小さくしたことを特徴とする。 The heat exchanger according to the present invention includes a front main heat exchanger and a front sub heat exchanger disposed on the front side in the casing of the indoor unit, and a rear main disposed on the rear side in the casing of the indoor unit. The front main heat exchanger, the front sub heat exchanger, the rear main heat exchanger, and the rear sub heat exchanger are parallel to each other at a predetermined interval. A plurality of plate-like fins through which fluid passes, and heat transfer tubes inserted so as to be orthogonal to the fins, for inserting the heat transfer tubes in the back main heat exchanger The hole diameter of the fin collar is smaller than the hole diameter of the fin collar for inserting the heat transfer tube in the front main heat exchanger.
本発明に係る室内機は、上記の熱交換器を備えたことを特徴とする。また、本発明に係る空気調和機は、上記の室内機を備えたことを特徴とする。 An indoor unit according to the present invention includes the heat exchanger described above. Moreover, the air conditioner which concerns on this invention was provided with said indoor unit.
本発明に係る熱交換器によれば、切り起こし部(スリット)の流体の流通方向と略平行な列方向における幅を、伝熱管を挿入させるためのフィンカラーの穴径に対し2/5以上1/2以下としたので、伝熱性能を高く、通風抵抗を小さくすることが可能になる。本発明に係る熱交換器によれば、切り起こし部(スリット)の流体の流通方向と略平行な列方向における幅を、対称配置されているスリット間の最短距離と同等以上としたので、伝熱性能を高く、通風抵抗を小さくすることが可能になる。 According to the heat exchanger according to the present invention, the width of the cut and raised portion (slit) in the column direction substantially parallel to the fluid flow direction is 2/5 or more with respect to the hole diameter of the fin collar for inserting the heat transfer tube. Since it is ½ or less, it is possible to improve heat transfer performance and reduce ventilation resistance. According to the heat exchanger of the present invention, the width of the cut and raised portion (slit) in the row direction substantially parallel to the fluid flow direction is set to be equal to or greater than the shortest distance between the symmetrically arranged slits. High thermal performance and low ventilation resistance can be achieved.
本発明に係る熱交換器によれば、前記前面メイン熱交換器及び前記背面メイン熱交換器をフィンの表面の一部を切り起こした切り起こし部を形成されているスリットフィンで構成し、前記前面サブ熱交換器及び前記背面サブ熱交換器をフラットフィンで構成したので、熱交換性能の高いものとすることができる。本発明に係る熱交換器によれば、背面メイン熱交換器における伝熱管を挿入させるためのフィンカラーの穴径を前面メイン熱交換器における伝熱管を挿入させるためのフィンカラーの穴径よりも小さくしたので、熱交換性能を向上できる。 According to the heat exchanger according to the present invention, the front main heat exchanger and the back main heat exchanger are configured by slit fins formed with cut-and-raised portions formed by cutting and raising part of the surface of the fin, Since the front sub-heat exchanger and the rear sub-heat exchanger are configured with flat fins, high heat exchange performance can be achieved. According to the heat exchanger according to the present invention, the hole diameter of the fin collar for inserting the heat transfer tube in the rear main heat exchanger is larger than the hole diameter of the fin collar for inserting the heat transfer tube in the front main heat exchanger. Since the size is reduced, the heat exchange performance can be improved.
本発明に係る室内機によれば、上記の熱交換器を備えているので、上記の熱交換器の有する効果を全部有するとともに、熱交換器と併せて搭載されている送風機の入力を低減することができる。また、本発明に係る空気調和機によれば、上記の室内機を備えているので、上記の室内機の有する効果を全部有している。 According to the indoor unit of the present invention, since the above-described heat exchanger is provided, all the effects of the above-described heat exchanger are provided, and the input of the blower mounted together with the heat exchanger is reduced. be able to. Moreover, according to the air conditioner which concerns on this invention, since it has said indoor unit, it has all the effects which said indoor unit has.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る室内機50を側面から見た縦断面構成を示す概略断面図である。図1に基づいて、室内機50の構成について説明する。この室内機50は、空気調和機の構成要素として室内等に設置され、冷媒を循環させる冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)を利用することで室内に冷房用空気又は暖房用空気を供給するものである。この室内機50は、紙面右側の部分で室内等の壁面に取り付けられるようになっている。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a longitudinal cross-sectional configuration of an
室内機50は、空気を内部に吸い込むための吸込口21及び冷房用空気又は暖房用空気を室内等に供給するための吹出口22が形成されている筐体20と、この筐体20内に収納され、吸込口21から空気を吸い込み、吹出口22から空気を吹き出す送風機5と、筐体20内の吸込口21から送風機5までの風路途中、又は送風機5から吹出口22までの風路途中に配設されたメイン熱交換器30及びサブ熱交換器40とで構成されている。吸込口21は、筐体20上部を構成している上部グリル9に形成されており、吹出口22は、筐体20下部を構成しているケーシング11に形成されている。なお、ここでは、送風機5が貫流送風機である場合を例に示している。
The
メイン熱交換器30は、筐体20の前面側に配設された前面メイン熱交換器31と、筐体20の背面側に配設された背面メイン熱交換器32とで構成されている。また、前面メイン熱交換器31は、重力方向に対して2つに分割された上部メイン熱交換器31a及び下部メイン熱交換器31bで構成されている。サブ熱交換器40は、筐体20の前面側に配設された前面サブ熱交換器41と、筐体20の背面側に配設された背面サブ熱交換器42とで構成されている。また、前面サブ熱交換器41は、重力方向に対して2つに分割された上部サブ熱交換器41a及び下部サブ熱交換器41bで構成されている。
The main heat exchanger 30 includes a front main heat exchanger 31 disposed on the front side of the
そして、上部メイン熱交換器31a及び上部サブ熱交換器41aと、下部メイン熱交換器31b及び下部サブ熱交換器41bとが略くの字状となって送風機5の上部側(吸込口21側)から前面側までを取り囲むように配置され、背面メイン熱交換器32及び背面サブ熱交換器42が送風機5の上部側から背面側上方までを取り囲むように配置されている。なお、図中に示す矢印Aは熱交換器の列方向を、矢印Bは熱交換器の段方向をそれぞれ示している。
Then, the upper
図2は、メイン熱交換器30の内部構成を説明するための説明図である。図2に基づいて、メイン熱交換器30を構成する前面メイン熱交換器31及び背面メイン熱交換器32の内部構成を詳細に説明する。また、図2(a)がメイン熱交換器30の正面図を、図2(b)が図2(a)のX−X断面図をそれぞれ示している。図1及び図2に示すように、メイン熱交換器30は、複数枚の板状のフィン1と、このフィン1に直交するように挿入された伝熱管2とで構成されているフィンチューブ型熱交換器であることを特徴としている。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the internal configuration of the main heat exchanger 30. Based on FIG. 2, the internal structure of the front main heat exchanger 31 and the back
フィン1は、所定の厚み(Ft)を有してしており、所定の間隔(Fp:フィンピッチ)で平行に積層されている。たとえば、フィン1のFtを0.000095mとし、Fpを0.0012mとして積層するとよい。このフィン1は、伝熱管2と密着しており、伝熱面積を増加する役目を果たすようになっている。伝熱管2は、フィン1に形成されているフィンカラー34に挿入され、フィン1に対して直交し、フィン1に保持されるようになっている。この伝熱管2は、空気の流れ方向に複数列(ここでは、2列)となるように設けられている。また、1つの列で隣り合う伝熱管2の方向を段方向と称し、伝熱管2は、複数段となるように設けられている。
The
ここで、室内機50内における空気の流れについて簡単に説明する。まず、空気は、上部グリル9の吸込口21から室内機50内に流れ込む。この空気は、送風機5を取り囲むように配置されているメイン熱交換器30及びサブ熱交換器40を通過する。具体的には、空気は、その流れ上流側からサブ熱交換器40を1列目、メイン熱交換器30の一方の列を2列目(前面メイン熱交換器31では前面側の列が2列目、背面メイン熱交換器32では背面側の列が2列目)、他方の列(前面メイン熱交換器31では背面側の列が3列目、背面メイン熱交換器32では前面側の列が3列目)とし、それらを順に通過する。そして、送風機5を経てケーシング11の吹出口22から室内機50の外部へ吹き出されるようになっている。
Here, the flow of air in the
一方、メイン熱交換器30及びサブ熱交換器40を構成している伝熱管2には、冷媒が導通しており、メイン熱交換器30及びサブ熱交換器40に流入した空気は、伝熱管2内を導通している冷媒と熱交換するようになっている。すなわち、室内機50内に流入した空気は、メイン熱交換器30及びサブ熱交換器40を流れる際に、伝熱管2内を導通している冷媒と熱交換し、暖房運転又は冷房運転に応じて、暖められたり、冷却されたりするようになっている。
On the other hand, the refrigerant is conducted to the
たとえば、前面メイン熱交換器31における伝熱管2の列間隔(Lp:列方向ピッチ)を0.0127mとし、前面メイン熱交換器31における伝熱管2の段方向に隣接する伝熱管2の中心の距離(Dp:段ピッチ)を0.0204mとするとよい。また、背面メイン熱交換器32における伝熱管2のLpを0.0117mとし、背面メイン熱交換器32における伝熱管2の段方向に隣接する伝熱管2のDpを0.019mとするとよい。なお、Lpは、2列目を構成する伝熱管2の中心を結んだ線と、3列目を構成する伝熱管2の中心を結んだ線とに直交する線の距離を表しているものとする。
For example, the row interval (Lp: row direction pitch) of the
図3は、メイン熱交換器30を構成するフィン1に設けられるスリット35(切り起こし部)を説明するための説明図である。図4は、図3で示すA〜Hの実験計画法(L18)に用いられる際の2又は3水準の変化値(パラメータ)を示した表である。図3及び図4に基づいて、メイン熱交換器30(前面メイン熱交換器31及び背面メイン熱交換器32)を構成するフィン1に設けられるスリット35の形状パラメータについて説明する。図3(a)がフィン1の段方向(長手方向)の縦断面図を、図3(b)がフィン1の平面図をそれぞれ示している。この実施の形態1では、2本のスリット35がフィン1に設けられる場合についての検討を実施している。また、図3(b)には、フィン1のベース部36の幅Wを図示してある。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining slits 35 (cut-and-raised portions) provided in the
図1及び図3に示すように、フィン1には、その表面の一部を切り起こしたスリット35と呼ばれる切り起こし部が複数形成されている。このスリット35は、段方向に並ぶ伝熱管2の中心を結んだ線に対して対称となるように形成されている。つまり、2列構成のメイン熱交換器30では、スリット35が4列となるように形成されているのである。また、スリット35の平面形状は、略台形状となっている。なお、フィン1のベース部36の幅Wとは、段方向に並ぶ伝熱管2の中心を結んだ線に対して対称配置されているスリット35間の最短距離のことである。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
ここで、スリット35の形状パラメータの制御因子として、Aがフィンピッチ/フィンカラー34の穴径を、Bがスリット35の切り起し角(傾斜角)を、Cがスリット35の迎え角を、Dがスリット35の脚部とフィンカラー34との最短距離/フィンカラー34の穴径を、Eがフィン1の端面からスリット35の前縁までの距離を、Fがスリット35の高さ/フィンピッチ(Fp)[%]を、Gがスリット35の幅(スリット35の短手方向(列方向)の長さ)/フィンカラー34の穴径を、Hがフィン厚み(Ft)/フィンカラー34の穴径をそれぞれ表している。
Here, as control factors for the shape parameters of the
図5は、実験計画法(L18)によってA〜Hのパラメータの管外熱伝達率αoへの感度を解析した結果を示すグラフである。この管外熱伝達率αoは、個別の値を全体の平均値で割った値を示している。図5に基づいて、図3及び図4で示したA〜Hのパラメータの管外熱伝達率αoへの感度について説明する。図5において、縦軸が管外熱伝達率αo[%]を、横軸がA〜Hの実験計画法(L18)に用いられる際の2又は3水準の変化値をそれぞれ示している。 FIG. 5 is a graph showing the results of analyzing the sensitivity of the parameters A to H to the external heat transfer coefficient αo by the experimental design method (L18). The extra-tube heat transfer coefficient αo is a value obtained by dividing individual values by the overall average value. Based on FIG. 5, the sensitivity of the parameters A to H shown in FIGS. 3 and 4 to the heat transfer coefficient αo outside the tube will be described. In FIG. 5, the vertical axis indicates the heat transfer coefficient αo [%] outside the tube, and the horizontal axis indicates the change value of the 2 or 3 level when used in the experimental design method (L18) of A to H.
図5から以下のことがわかった。Aの値(2水準:A1及びA2)は、フィンピッチ(Fp)を小さくするほどαoが大きくなる。Bの値(3水準:B1〜B3)は、スリット35の切起し角を小さくするほどαoが大きくなる。Cの値(3水準:C1〜C3)は、スリット35の迎え角が中間値45°でαoが最大となる。Dの値(3水準:D1〜D3)は、スリット35の脚部とフィンカラー34との最短距離/フィンカラー34の穴径が小さくなるほどαoが大きくなる。
The following was found from FIG. The value of A (2 levels: A1 and A2) increases as the fin pitch (Fp) is decreased. As for the value of B (3 levels: B1 to B3), αo increases as the angle of the
Eの値(3水準:E1〜E3)は、フィン1の端面からスリット35の前縁までの距離が中間値0.14でαoが最大となる。Fの値(3水準:F1〜F3)は、スリット35の高さ/フィンピッチ(Fp)が中間値50%でαoが最大となる。Gの値(3水準:G1〜G3)は、スリット35の幅/フィンカラー34の穴径が大きくなるほどαoも大きくなる。Hの値(3水準:H1〜H3)は、フィン1の厚み(Ft)/フィンカラー34の穴径が大きくなるほどαoも大きくなる。
As for the value of E (3 levels: E1 to E3), the distance from the end face of the
図6は、実験計画法(L18)によってA〜Hのパラメータの通風抵抗ΔPへの感度を解析した結果を示すグラフである。この通風抵抗ΔPは、個別の値を全体の平均値で割った値を示している。図6に基づいて、図3及び図4で示したA〜Hのパラメータの通風抵抗ΔPへの感度について説明する。図6において、縦軸が通風抵抗ΔP[%]を、横軸がA〜Hの実験計画法(L18)に用いられる際の2又は3水準の変化値をそれぞれ示している。 FIG. 6 is a graph showing the results of analyzing the sensitivity of the parameters A to H to the ventilation resistance ΔP by the experimental design method (L18). This ventilation resistance ΔP indicates a value obtained by dividing an individual value by an overall average value. Based on FIG. 6, the sensitivity of the parameters A to H shown in FIGS. 3 and 4 to the ventilation resistance ΔP will be described. In FIG. 6, the vertical axis indicates the ventilation resistance ΔP [%], and the horizontal axis indicates a change value of 2 or 3 levels when used in the experimental design method (L18) with A to H.
図6から以下のことがわかった。Aの値(2水準:A1及びA2)は、フィンピッチ(Fp)を大きくするほどΔPが小さくなる。Bの値(3水準:B1〜B3)は、スリット35の切起し角を小さくするほどΔPも小さくなる。Cの値(3水準:C1〜C3)は、スリット35の迎え角が小さくなるほどΔPも小さくなる。Dの値(3水準:D1〜D3)は、スリット35の脚部とフィンカラー34との最短距離/フィンカラー34の穴径が大きくなるほどΔPも大きくなる。
The following was found from FIG. As for the value of A (2 levels: A1 and A2), ΔP decreases as the fin pitch (Fp) increases. As for the value of B (3 levels: B1 to B3), ΔP decreases as the angle of the
Eの値(3水準:E1〜E3)は、フィン1の端面からスリット35の前縁までの距離が小さくなるほどΔPも小さくなる。Fの値(3水準:F1〜F3)は、スリット35の高さ/フィンピッチ(Fp)が中間値50%でΔPが最大となる。Gの値(3水準:G1〜G3)は、スリット35の幅/フィンカラー34の穴径が小さくなるほどΔPも小さくなる。Hの値(3水準:H1〜H3)は、フィン1の厚み(Ft)/フィンカラー34の穴径が小さくなるほどΔPも小さくなる。
The value of E (3 levels: E1 to E3) becomes smaller as the distance from the end face of the
図5及び図6から、メイン熱交換器30がシステム性能へ及ぼす影響として、管外熱伝達率αoが増加すると、メイン熱交換器30の伝熱管2を導通する作動冷媒と空気温度との差が小さくなり、図示省略の圧縮機の仕事が小さくなり、電気入力Wcが低減することがわかった。一方で、通風抵抗ΔPが減少すると、送風機5の仕事が小さくなり、送風機5の電気入力Wfが低減することがわかった。たとえば、ルームエアコンにおいて、管外熱伝達率αoが5%増加すると圧縮機入力Wcは5%低減するが、通風抵抗ΔPが5%低減しても、送風機入力は1.5%しか低減しない。このことから、メイン熱交換器30のシステム性能へ及ぼす指標として、αo/ΔP0.25を採用し、この値が大きくなるほどシステム性能が高いと判断することができる。
From FIG. 5 and FIG. 6, as the influence of the main heat exchanger 30 on the system performance, when the external heat transfer coefficient αo increases, the difference between the working refrigerant that conducts the
図7は、実験計画法(L18)によってA〜Hのパラメータのαo/ΔP0.25への感度を解析した結果を示すグラフである。このαo/ΔP0.25は、個別の値を全体の平均値で割った値を示している。図7に基づいて、図3及び図4で示したA〜Hのパラメータのαo/ΔP0.25への感度について説明する。図7において、縦軸がαo/ΔP0.25[%]を、横軸がA〜Hの実験計画法(L18)に用いられる際の2又は3水準の変化値をそれぞれ示している。 FIG. 7 is a graph showing the results of analyzing the sensitivity of parameters A to H to αo / ΔP 0.25 by the experimental design method (L18). This αo / ΔP 0.25 indicates a value obtained by dividing an individual value by an overall average value. Based on FIG. 7, the sensitivity of the parameters A to H shown in FIGS. 3 and 4 to αo / ΔP 0.25 will be described. In FIG. 7, the vertical axis represents αo / ΔP 0.25 [%], and the horizontal axis represents 2 or 3 level change values when used in the experimental design method L18.
図7から以下のことがわかった。Aの値(2水準:A1及びA2)は、フィンピッチ(Fp)を小さくするほどαo/ΔP0.25が大きくなる。Bの値(3水準:B1〜B3)は、スリット35の切起し角を小さくするほどαo/ΔP0.25が大きくなる。Cの値(3水準:C1〜C3)は、スリット35の迎え角が中間値45°でαo/ΔP0.25が最大となる。Dの値(3水準:D1〜D3)は、スリット35の脚部とフィンカラー34との最短距離/フィンカラー34の穴径が小さくなるほどαo/ΔP0.25が大きくなる。
FIG. 7 shows the following. The value of A (2 levels: A1 and A2) is, .alpha.o / [Delta] P 0.25 The smaller the fin pitch (Fp) is increased. The value of B (3 levels: B1 to B3) is, .alpha.o / [Delta] P 0.25 is greater the smaller the cut-and-raised corner of the
Eの値(3水準:E1〜E3)は、フィン1の端面からスリット35の前縁までの距離が中間値0.14でαo/ΔP0.25が最大となる。Fの値(3水準:F1〜F3)は、スリット35の高さ/フィンピッチ(Fp)が中間値50%でαo/ΔP0.25が最大となる。Gの値(3水準:G1〜G3)は、スリット35の幅/フィンカラー34の穴径が大きくなるほどαo/ΔP0.25も大きくなる。Hの値(3水準:H1〜H3)は、フィン1の厚み(Ft)/フィンカラー34の穴径が大きくなるほどαo/ΔP0.25も大きくなる。
The value of E (3 levels: E1 to E3), the distance from the end face of the
図8は、B(スリット35の傾斜角度)の最適値の検索結果を示すグラフである。この図8は、図7においてαo/ΔP0.25の最適値を得ることができなかったパラメータであるBの値を、更に小さい側に振り、最適値を検索したものである。図8において、縦軸がαo/ΔP0.25[%]を、横軸がBをそれぞれ示している。図8の検索結果から、スリット傾斜角Bを15°〜20°の範囲とした場合、αo/ΔP0.25が0.2%以内の差異で、最大となることがわかった。 FIG. 8 is a graph showing the search result of the optimum value of B (inclination angle of the slit 35). In FIG. 8, the value of B, which is a parameter for which the optimum value of αo / ΔP 0.25 in FIG. In FIG. 8, the vertical axis represents αo / ΔP 0.25 [%], and the horizontal axis represents B. From the search result of FIG. 8, it was found that when the slit inclination angle B is in the range of 15 ° to 20 °, αo / ΔP 0.25 becomes the maximum with a difference within 0.2%.
図9は、D(スリット35の脚部とフィンカラー34との最短距離/フィンカラー34の穴径)の最適値の検索結果を示すグラフである。この図9は、図7においてαo/ΔP0.25の最適値を得ることができなかったパラメータであるDの値を、更に小さい側に振り、最適値を検索したものである。図9において、縦軸がαo/ΔP0.25[%]を、横軸がDをそれぞれ示している。図9の検索結果から、Dを1/30<D<1/20の範囲とした場合、αo/ΔP0.25が0.2%以内の差異で、最大となることがわかった。
FIG. 9 is a graph showing a search result of the optimum value of D (the shortest distance between the leg portion of the
図10は、G(スリット35の幅/フィンカラー34の穴径)の最適値の検索結果を示すグラフである。この図10は、図7においてαo/ΔP0.25の最適値を得ることができなかったパラメータであるDの値を、更に大きい側に振り、最適値を検索したものである。図10において、縦軸がαo/ΔP0.25[%]を、横軸がGをそれぞれ示している。図10の検索結果から、Gを2/5≦G≦1/2の範囲とした場合、αo/ΔP0.25が0.2%以内の差異で、最大となることがわかった。あるいは、実施の形態1のように2本のスリットが切り起されるようなフィン1では、ベース部36の幅Wよりもスリット35の幅が同等以上のときにαo/ΔP0.25が最大となる。
FIG. 10 is a graph showing a search result of the optimum value of G (width of
ここで、実施の形態1に係るフィン1の効果について説明する。図11は、従来のフィンに代表されるようなフィン1’の形状を説明するための説明図である。図12は、実施の形態1に係るフィン1の形状を説明するための説明図である。図11及び図12に基づいて、実施の形態1に係るフィン1の効果をフィン1’と対比しながら説明する。図11(a)がフィン1’の段方向(長手方向)のA−A断面図を、図11(b)がフィン1’の平面図をそれぞれ示している。同様に、図12(a)がフィン1の段方向のA−A断面図を、図12(b)がフィン1の平面図をそれぞれ示している。なお、図11及び図12には、空気の流れ方向を併せて図示している(図中に示す矢印)。
Here, the effect of the
図11に示すように、フィン1’のスリット35’は、Bのスリット35’の切起し角が大きく、Dのスリット35’の脚部とフィンカラー34’との最短距離/フィンカラー34’の穴径が大きく、Eのフィン1’の端面からスリット35’の前縁までの距離が大きく、Gのスリット35’の幅/フィンカラー34’の穴径が小さいものである。また、図11には、フィン1’を設けたフィンチューブ型熱交換器におけるフィンカラー34’の空気の流れ方向下流側に発生する死水域S’を併せて図示している。
As shown in FIG. 11, the
図11に示すように、フィン1’の死水域S’は、フィンカラー34’の後縁及びスリット35’の脚部の後縁から出現している。この死水域は、フィンカラー34’の空気の流れ方向下流側に発生し、伝熱を阻害するとともに、通風抵抗を増大させるものである。また、死水域S’が発生することによって、送風機5の近辺では、死水域S’が送風機5に流入することで、送風機5から異常音(騒音)が発生し易くなることにもなる。したがって、死水域が小さいほど、伝熱が促進されて伝熱効率の良いものとなるとともに、送風機5から発生する異常音も低減することができる。
As shown in FIG. 11, the dead water area S ′ of the
図12に示すように、フィン1のスリット35は、Bのスリット35の切起し角が小さく、Dのスリット35の脚部とフィンカラー34との最短距離/フィンカラー34の穴径が小さく、Eのフィン1の端面からスリット35の前縁までの距離が0.14であり、Gのスリット35の幅/フィンカラー34の穴径が大きいものである。また、図12には、フィン1を設けたフィンチューブ型熱交換器におけるフィンカラー34の空気の流れ方向下流側に発生する死水域Sを併せて図示している。
As shown in FIG. 12, the
図12に示すように、フィン1の死水域Sは、図11に示したフィン1’の死水域S’と比べて大幅に小さくなっており、スリット35の脚部の後縁からは死水域Sが出現していない。これは、スリット35の幅を大きくすることでフィンカラー34の後縁の死水域を抑え込む効果が出ていること、またスリット35の切起し角度Bを小さくすることでスリット35の脚部の剥離を抑えることができていることによるものである。したがって、このフィン1をメイン熱交換器30(前面メイン熱交換器31及び背面メイン熱交換器32)に用いることによって、伝熱性能が高く、通風抵抗が小さく、送風機5から異常音が発生しにくい室内機50を得ることができる。
As shown in FIG. 12, the dead water area S of the
以上のように、実施の形態1に係るメイン熱交換器30を構成するフィン1は、G(スリット35の幅/フィンカラー34の穴径)を2/5≦G≦1/2の範囲とすれば、αo/ΔP0.25が0.2%以内の差異で最大となり、あるいは、ベース部36の幅Wよりもスリットの幅が同等以上であればαo/ΔP0.25が最大となるので、伝熱性能を高く、通風抵抗を小さくすることが可能になる。したがって、室内機50は、メイン熱交換器30を搭載しているので、送風機5からの異常音の発生を抑制することができる。また、室内機50は、αo/ΔP0.25を最大としているので、送風機入力を小さいものとすることができる。
As described above, the
加えて、メイン熱交換器30を構成するフィン1のスリット35の傾斜角Bを15°〜20°の範囲とすれば、αo/ΔP0.25が0.2%以内の差異で最大となるので、伝熱性能を更に高く、通風抵抗を更に小さくすることが可能になる。したがって、室内機50は、メイン熱交換器30を搭載しているので、送風機5からの異常音の発生を抑制することができ、αo/ΔP0.25を最大としているので、送風機入力を更に小さいものとすることができる。
In addition, if the inclination angle B of the
実施の形態2.
図13は、本発明の実施の形態2に係る室内機60を側面から見た縦断面構成を示す概略断面図である。図14は、ヘアピン13の形状を説明するための説明図である。図13及び図14に基づいて、室内機60の構成について説明する。この室内機60は、室内機50と同様に、空気調和機の構成要素として室内等に設置され、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用することで室内に冷房用空気又は暖房用空気を供給するものである。この室内機60は、紙面右側の部分で室内等の壁面に取り付けられるようになっている。なお、この実施の形態2では上述した実施の形態1との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a vertical cross-sectional configuration of the
また、図13には、室内機60に搭載される熱交換器(メイン熱交換器30及びサブ熱交換器40)を導通する作動冷媒の流路を併せて示してあり、実線がU−ベンド12及び冷媒配管における冷媒流路を、破線がヘアピン13と呼ばれるU字伝熱管における冷媒流路をそれぞれ示している。このヘアピン13は、図14に示すように、伝熱管2をU字に折り曲げて成形されたU字部分を指し、この状態で積層されたフィン1のフィンカラー34に挿入された後、たとえば伝熱管2を拡管することで伝熱管2とフィン1とを密着させる工程を経て、図13に示される熱交換器が形成されるようになっている。そして、U−ベンド12と呼ばれる銅管を各U字伝熱管の反対側の開口部にロウ付けすることで作動冷媒が流通するパスが形成されることになる。
FIG. 13 also shows the flow path of the working refrigerant that conducts the heat exchanger (the main heat exchanger 30 and the sub heat exchanger 40) mounted on the
暖房運転時、室内機60の熱交換器が凝縮器として用いられる場合における冷媒の状態について説明する。まず、冷媒は、過熱ガス単相状態で2パス構成(2列構成)の背面メイン熱交換器32の入り口から流入し(矢印(1))、この背面メイン熱交換器32を2相飽和状態で導通する。その後、冷媒は、一度分配器(図示省略)にて合流をし、室内機60内に設置されている再熱用除湿弁14を通った後、分配器(図示省略)にて2分岐し、前面メイン熱交換器31(重力方向に対して2つに分割された上部メイン熱交換器31a及び下部メイン熱交換器31b)に流入する。
The state of the refrigerant when the heat exchanger of the
冷媒は、前面メイン熱交換器31を2相飽和状態で導通し、分配器(図示省略)にて合流し、1パス構成(1列構成)の前面サブ熱交換器41に流入する。この冷媒は、前面サブ熱交換器41を過冷液単相状態で導通する。そして、冷媒は、前面サブ熱交換器41から流出、背面サブ熱交換器42に流入する。背面サブ熱交換器42に流入した冷媒は、背面サブ熱交換器42を過冷液単相状態で導通し、冷媒出口から流出する(矢印(2))。背面サブ熱交換器42から流出、つまり室内機60から流出した冷媒は、冷凍サイクルを構成する他の冷凍機器(たとえば、絞り装置)に向かう。
The refrigerant conducts the front main heat exchanger 31 in a two-phase saturation state, joins at a distributor (not shown), and flows into the front
すなわち、暖房運転時、室内機60の熱交換器が凝縮器として用いられる場合、空気は、その流れ上流側からサブ熱交換器40を1列目、メイン熱交換器30の一方の列を2列目(前面メイン熱交換器31では前面側の列が2列目、背面メイン熱交換器32では背面側の列が2列目)、他方の列(前面メイン熱交換器31では背面側の列が3列目、背面メイン熱交換器32では前面側の列が3列目)とし、それらを順に通過するため、熱的な損失が低減できるとともに、送風機入力が小さく、熱交換性能の高いものとすることができる。
That is, when the heat exchanger of the
ここで、実施の形態2の特徴事項について説明する。この実施の形態2においては、ヘアピン13の段方向のピッチ(Dp)を、前面メイン熱交換器31、前面サブ熱交換器41及び背面サブ熱交換器42で一定とし、背面メイン熱交換器32ではそれよりも小さくしている。また、背面メイン熱交換器32のフィンカラー34の穴径、すなわち伝熱管2の径を、背面メイン熱交換器32の伝熱管2の径よりも小さくしている。さらに、背面メイン熱交換器32のフィン1の幅を、前面メイン熱交換器31のフィン1の幅よりも小さくしている。
Here, the characteristic matter of
このように、背面メイン熱交換器32のヘアピン13のDpを、前面メイン熱交換器31、前面サブ熱交換器41及び背面サブ熱交換器42のヘアピン13のDpよりも小さくし、背面メイン熱交換器32の伝熱管2の径及びフィン1の幅を、前面メイン熱交換器31の伝熱管2の径及びフィン1の幅よりも小さくすることにより、背面メイン熱交換器32の通風抵抗を小さくすることができ、前面メイン熱交換器31と比べて風量が少ない背面メイン熱交換器32の風量を増加できる。したがって、全体的に熱交換器能力を高めることが可能になる。また、背面メイン熱交換器32は、凝縮、蒸発ともに、伝熱管2内の蒸気乾き度が大きく、管内熱伝達率が大きいが、前面メイン熱交換器31よりも小さい配管径を用いることで、更に伝熱管2内の流速を上げ、管内熱伝達率を向上できる。
Thus, the Dp of the hairpin 13 of the back
以上のように、ヘアピン13の段方向のピッチ(Dp)を、前面メイン熱交換器31、前面サブ熱交換器41及び背面サブ熱交換器42で一定とし、背面メイン熱交換器32ではそれよりも小さくし、背面メイン熱交換器32のフィンカラー34の穴径、すなわち伝熱管2の径及びフィン1の幅を前面メイン熱交換器31の伝熱管2の径及びフィン1の幅よりも小さくすることで、背面メイン熱交換器32の風量を増加させ、管内熱伝達率を向上させ、室内機60内に搭載される熱交換器全体の温度効率の均一化と熱交換器能力の向上を図ることができる。
As described above, the stepwise pitch (Dp) of the hairpin 13 is constant in the front main heat exchanger 31, the front
図15は、暖房運転時における空気の流れと作動冷媒側の温度分布との関係を示す説明図である。図15に基づいて、室内機60に搭載される熱交換器の暖房運転時における空気の流れと作動冷媒側の温度分布との関係について説明する。図15において、縦軸が温度を、横軸が空気の流れ方向をそれぞれ示している。なお、図15には、図13で説明した室内機60内における作動冷媒の流れ(図で示す矢印(イ))についても、空気の流れ(図で示す矢印(ア))と併せて図示してある。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing the relationship between the air flow and the temperature distribution on the working refrigerant side during heating operation. Based on FIG. 15, the relationship between the air flow and the temperature distribution on the working refrigerant side during the heating operation of the heat exchanger mounted on the
室内機60に搭載される熱交換器は、空気の流れ方向(矢印(ア))と作動冷媒の流れ方向(矢印(イ))とが概ね対向して流れている。そのため、熱交換器では、空気温度と冷媒温度とは概ね一定に保たれ、良好な熱交換がなされるようになっている。また、熱交換器は、1列目を構成するサブ熱交換器40(前面サブ熱交換器41及び背面サブ熱交換器42)と、2列目及び3列目を構成するメイン熱交換器30(前面メイン熱交換器31及び背面メイン熱交換器32)を構成するフィン1に切り込みを入れ、それぞれが熱的に完全に遮断された、つまりサブ熱交換器40とメイン熱交換器30とが熱的に干渉しあわない独立の状態としている。
In the heat exchanger mounted on the
この図15に示すように、1列目のサブ熱交換器40の伝熱管2における作動冷媒は、過冷却域にあり、このサブ熱交換器40に流入した空気に熱を与えるようになっている。そして、2列目及び3列目のメイン熱交換器30の伝熱管2における作動冷媒は、飽和域にあり、このメイン熱交換器30に流入した空気に更に熱を与えるようになっている。ここで、1列目、2列目及び3列目を構成する熱交換器では、他の熱交換器を構成しているフィン1からの熱侵入を抑えることができ、作動冷媒に貯えられた熱を十分に空気側に伝えることが可能となる。
As shown in FIG. 15, the working refrigerant in the
図16は、室内機60に搭載されるサブ熱交換器40における暖房運転時の過冷却域及び2相域の空気側及び冷媒側の熱抵抗比率を示すものである。図16に基づいて、室内機60に搭載されるサブ熱交換器40における暖房運転時の過冷却域及び2相域の空気側及び冷媒側の熱抵抗比率について説明する。図16において、縦軸が熱抵抗比[%]を、横軸が2相域及び単層域(過冷却域)をそれぞれ示している。また、(ウ)が管内側の熱抵抗を、(エ)が管外側の熱抵抗をそれぞれ示している。
FIG. 16 shows the heat resistance ratio of the air side and the refrigerant side of the supercooling region and the two-phase region during the heating operation in the
サブ熱交換器40の全体の熱抵抗比1/Kは、伝熱管2の管外側の熱抵抗1/αoと伝熱管2の管内側の熱抵抗Ao/Ai/αiとの和で算出することができる。ここで、Kは熱通過率、Aoは管外伝熱面積、Aiは管内伝熱面積、αiは管内熱伝達率である。図16から、サブ熱交換器40を構成する伝熱管2内の単相域の全熱抵抗に占める管内熱抵抗の割合は、2相域の全熱抵抗に占める管内熱抵抗の割合と比べて非常に大きいことが分かった。
The overall
図17は、熱交換器の構成の違いによって変化するAoK/ΔP0.22を比較した結果を説明するための説明図である。図17に基づいて、熱交換器の構成の違いによって変化するAoK/ΔP0.22について説明する。図17において、縦軸がAoK/ΔP0.22[%]を、横軸が構成の異なる熱交換器(3ケース)をそれぞれ示している。ここで、AoKは、熱通過率Kと管外伝熱面積Aoの積であり、熱交換器の能力を示すものである。実施の形態1(αoとΔPのシステム入力への相関)で説明したように、AoKが増加するとシステム上、圧縮機入力が減少する。ΔPが減少すると、送風機入力が減少する。この相関を実施の形態1で行ったように実施するとAoK/ΔP0.22が熱交換器性能の指標となる。すなわち、AoK/ΔP0.22が大きい熱交換器の方の電気入力が小さくなるのである。 FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining the result of comparison of AoK / ΔP 0.22 that varies depending on the configuration of the heat exchanger. Based on FIG. 17, AoK / ΔP 0.22 that varies depending on the difference in the configuration of the heat exchanger will be described. In FIG. 17, the vertical axis indicates AoK / ΔP 0.22 [%], and the horizontal axis indicates heat exchangers (three cases) having different configurations. Here, AoK is the product of the heat transfer rate K and the heat transfer area Ao outside the tube, and indicates the capability of the heat exchanger. As described in the first embodiment (correlation between αo and ΔP to the system input), when AoK increases, the compressor input decreases on the system. As ΔP decreases, the fan input decreases. When this correlation is performed as in the first embodiment, AoK / ΔP 0.22 becomes an index of heat exchanger performance. That is, the electric input of the heat exchanger having a larger AoK / ΔP 0.22 becomes smaller.
具体的には、第1のケースがサブ熱交換器40及びメイン熱交換器30をスリット35が形成されたフィン1で構成し、サブ熱交換器40及びメイン熱交換器30のフィンピッチ(Fp)を同一としたもの(イ)、第2のケースがサブ熱交換器40をスリットが形成されていないフラットフィン、メイン熱交換器30をスリット35が形成されたフィン1で構成し、サブ熱交換器40及びメイン熱交換器30のフィンピッチ(Fp)を同一としたもの(ロ)、そして、第3のケースがサブ熱交換器40をスリットが形成されていないフラットフィン、メイン熱交換器30をスリット35が形成されたフィン1、サブ熱交換器40のFpの方がメイン熱交換器30のフィンピッチ(Fp)よりも大きくしたもの(ハ)のAoK/ΔP0.22を求め、比較したものである。
Specifically, the first case comprises the
図17から、AoK/ΔP0.22は、第1のケース(イ)<第2のケース(ロ)<第3のケース(ハ)の順で大きくなることがわかった。スリット35を設けたフィン1はフラットフィンと比べて、管外熱伝達率αoは向上するが、通風抵抗ΔPもそれ以上に増加する。したがって、図16で示したように、サブ熱交換器40の伝熱管2内の熱抵抗比が大きく、管外側の熱伝達率のAoKに対する寄与が2相域よりも小さい場合は、通風抵抗を減少させるフラットフィンを用いた方がスリットフィンを用いるよりもAoK/ΔP0.22を大きくすることが可能となるのである。また、第3のケースでは、サブ熱交換器40のフィンピッチ(Fp)とメイン熱交換器30のフィンピッチ(Fp)とが異なるので、更に効果的に熱的な遮断が実現できる。
From FIG. 17, it was found that AoK / ΔP 0.22 increases in the order of the first case (A) <the second case (B) <the third case (C). The
また、室内機60に搭載される熱交換器を構成している前面サブ熱交換器41及び前面メイン熱交換器31は、段ピッチ(Dp)及び段数(段方向に並んだ伝熱管2の数)が同一となっているものとする。こうすることによって、熱交換器をバイパスしてしまう空気流れが少なくなり、温度効率が均一化され、熱交換能力の高い熱交換器を得ることができる。なお、図17に示すように、第3のケース(ハ)に基づいて熱交換器を構成することが望ましいが、第2のケース(ロ)で熱交換器を構成しても、第1のケース(イ)よりはAoK/ΔP0.22を大きくすることができる。
Further, the front
以上のように、熱交換器の1列目を構成するサブ熱交換器40をフラットフィンとし、2列目及び3列目を構成するメイン熱交換器30をスリット35が形成されたフィン1としたので、送風機入力が小さく、熱交換性能の高いものとすることができる。また、1列目を構成するサブ熱交換器40のフィンピッチ(Fp)を、2列目及び3列目を構成するメイン熱交換器30のフィンピッチ(Fp)よりも大きくすれば、送風機入力が小さく、熱交換性能の高いものとすることができるとともに、サブ熱交換器40とメイン熱交換器30との熱的な遮断を効果的に実現できる。さらに、サブ熱交換器40とメイン熱交換器30とは、熱的に遮断されているため、互いに干渉せず、熱交換性能を更に高いものとすることができる。
As described above, the
熱交換器を構成している前面サブ熱交換器41及び前面メイン熱交換器31の段ピッチ(Dp)及び段数が同一なので、熱交換器をバイパスしてしまう空気流れが少なくなり、温度効率が均一化され、熱交換性能を向上できる。また、背面メイン熱交換器32のフィン1の幅を、前面メイン熱交換器31のフィン1の幅よりも小さくしているので、背面メイン熱交換器32の風量を増加させ、管内熱伝達率を向上させ、室内機60内に搭載される熱交換器全体の温度効率の均一化と熱交換器能力の向上を図ることができる。
Since the stage pitch (Dp) and the number of stages of the front
背面メイン熱交換器32のフィンカラー34の穴径(伝熱管2の径)を前面メイン熱交換器31のフィンカラー34の穴径よりも小さくしているので、送風機入力が小さく、熱交換性能を向上できる。また、暖房運転時、室内機60の熱交換器が凝縮器として用いられる場合、空気は、その流れ上流側からサブ熱交換器40を1列目、メイン熱交換器30の一方の列を2列目、他方の列を3列目として順に通過するため、熱的な損失が低減できるとともに、送風機入力が小さく、熱交換性能の高いものとすることができる。なお、実施の形態2の特徴事項を実施の形態1の特徴事項に追加することで、更に熱交換能力(伝熱効率)の高い熱交換器とすることが可能になる。
Since the hole diameter of the
実施の形態3.
図18は、本発明の実施の形態3に係る空気調和機100の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図18に基づいて、空気調和機100の冷媒回路構成及び動作について説明する。この空気調和機100は、家屋やビル等に設置されるルームエアコン等に使用され、冷媒を循環させる冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)を用いて冷房運転及び暖房運転ができる機能を有している。なお、この実施の形態3では上述した実施の形態1及び実施の形態2との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態1及び実施の形態2と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
FIG. 18 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant circuit configuration of the
この空気調和機100は、圧縮機80と凝縮熱交換器81と絞り装置82と蒸発熱交換器83とを冷媒配管で順次接続して構成されている。また、凝縮熱交換器81及び蒸発熱交換器83の近傍には、モータ85で回転駆動される送風機84(送風機5)が設けられている。圧縮機80は、冷媒配管を流れる冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態とするものである。凝縮熱交換器81は、送風機84から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、その冷媒を凝縮・液化するものである。絞り装置82は、冷媒を減圧して膨張させるものである。蒸発熱交換器83は、送風機84から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、その冷媒を蒸発・ガス化するものである。
The
この空気調和機100を構成する凝縮熱交換器81又は蒸発熱交換器83、もしくは双方に、実施の形態1に係る熱交換器の特徴事項又は実施の形態2に係る熱交換器の特徴事項、もしくは双方の特徴事項を用いることにより、エネルギ効率を高いものとすることができる。すなわち、凝縮熱交換器81や蒸発熱交換器83を実施の形態1に係る熱交換器又は実施の形態2に係る熱交換器、もしくは双方の特徴事項を有する熱交換器として室内機(室内機50又は室内機60)に搭載すれば、実施の形態1や実施の形態2と同様の効果を有するものとすることができるのである。
The
ここで、空気調和機100の動作について簡単に説明する。図18に示す矢印は、冷媒の流れ方向を示している。圧縮機80で圧縮されて高温・高圧となった冷媒ガスは、凝縮熱交換器81に流入する。この凝縮熱交換器81では、冷媒が室内空気と熱交換して凝縮し、低温・高圧の液冷媒又は気液2相冷媒となる。このとき、室内空気を温める暖房が行われる。凝縮熱交換器81から流出した冷媒は、その後、絞り装置82で減圧され、低温・低圧の液冷媒又は気液2相冷媒となって蒸発熱交換器83に流入する。蒸発熱交換器83では、冷媒が室外空気と熱交換して蒸発し、高温・低圧の冷媒ガスとなり、圧縮機80に再度吸入される。暖房運転時には、凝縮熱交換器81が室内機に搭載されており、冷房運転時には、蒸発熱交換器83が室内機に搭載されている。
Here, the operation of the
空気調和機100のエネルギ効率は、次式で表すことができる。
暖房エネルギ効率=室内熱交換器(凝縮熱交換器81)能力/全入力
冷房エネルギ効率=室内熱交換器(蒸発熱交換器83)能力/全入力
すなわち、空気調和機100は、室内熱交換器(凝縮熱交換器81又は蒸発熱交換器83)の熱交換能力を向上することができれば、高いエネルギ効率を実現できるものとなる。この実施の形態3では、実施の形態1や実施の形態2の特徴事項を有する熱交換器、つまり室内機における熱交換器の能力を向上しようとするものである。
The energy efficiency of the
Heating energy efficiency = indoor heat exchanger (condensation heat exchanger 81) capacity / total input Cooling energy efficiency = indoor heat exchanger (evaporation heat exchanger 83) capacity / total input That is, the
空気調和機100の冷凍サイクルに使用できる冷媒には、HCFC(R22)やHFC(R116、R125、R134a、R14、R143a、R152a、R227ea、R23、R236ea、R236fa、R245ca、R245fa、R32、R41又はRC318等や、これら冷媒の数種の混合冷媒R407A、R407B、R407C、R407D、R407E、R410A、R410B、R404A、R507A、R508A又はR508B等)、HC(ブタン、イソブタン、エタン、プロパン又はプロピレン等や、これら冷媒の数種混合冷媒)、自然冷媒(空気、炭酸ガス又はアンモニア等や、これら冷媒の数種の混合冷媒)、又は、これら冷媒の数種の混合冷媒等、どのような種類の冷媒を用いても、その効果を達成することができる。
Refrigerants that can be used in the refrigeration cycle of the
実施の形態1〜実施の形態3では、作動流体として、空気と冷媒の例を示したが、他の気体や、液体、気液混合流体を用いても、同様の効果を奏する。また、伝熱管2とフィン1とは異なった材料を用いていることが多いが、伝熱管2とフィン1に銅、伝熱管2とフィン1にアルミ等、同じ材料を用いることで、フィン1と伝熱管2とのロウ付けが可能となり、フィン1と伝熱管2の接触熱伝達率が飛躍的に向上し、熱交換能力が大幅に向上する。また、組み立て性及びリサイクル性も向上させることができる。
In the first to third embodiments, examples of air and refrigerant are shown as the working fluid. However, the same effect can be obtained even when other gases, liquids, or gas-liquid mixed fluids are used. The
伝熱管2とフィン1とを密着させる方法として、炉中ロウ付けを行う場合には、フィン1に親水材を塗布するのに後処理で行うことで、前処理の場合のロウ付け中の親水材の焼け落ちを防ぐことができる。また、板状のフィン1上に輻射による伝熱を促進する放熱塗料を塗布することにより、伝熱性能を向上させることができる。なお、実施の形態1〜実施の形態3で説明した熱交換器及びそれを用いた空気調和機については、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系等、冷媒と油とが溶ける溶けないにかかわらず、どんな冷凍機油についても、その効果を達成することができる。
As a method for bringing the
1 フィン、1’ フィン、2 伝熱管、5 送風機、9 上部グリル、11 ケーシング、12 U−ベンド、13 ヘアピン、14 再熱用除湿弁、20 筐体、21 吸込口、22 吹出口、30 メイン熱交換器、31 前面メイン熱交換器、31a 上部メイン熱交換器、31b 下部メイン熱交換器、32 背面メイン熱交換器、34 フィンカラー、34’ フィンカラー、35 スリット、35’ スリット、36 ベース部、40 サブ熱交換器、41 前面サブ熱交換器、41a 上部サブ熱交換器、41b 下部サブ熱交換器、42 背面サブ熱交換器、50 室内機、60 室内機、80 圧縮機、81 凝縮熱交換器、82 絞り装置、83 蒸発熱交換器、84 送風機、85 モータ、100 空気調和機。
1 Fin, 1 ′ Fin, 2 Heat Transfer Tube, 5 Blower, 9 Upper Grill, 11 Casing, 12 U-Bend, 13 Hairpin, 14 Reheating Dehumidification Valve, 20 Housing, 21 Suction Port, 22 Air Outlet, 30 Main Heat exchanger, 31 Front main heat exchanger, 31a Upper main heat exchanger, 31b Lower main heat exchanger, 32 Back main heat exchanger, 34 Fin collar, 34 'Fin collar, 35 slit, 35' slit, 36
Claims (12)
このフィンに直交するように挿入された伝熱管とで構成され、
前記フィンには、その表面の一部を切り起こした切り起こし部が形成されており、
前記切り起こし部の前記流体の流通方向と略平行な列方向における幅を、前記伝熱管を挿入させるために形成されているフィンカラーの穴径に対し2/5以上1/2以下とした
ことを特徴とする熱交換器。 A plurality of plate-like fins stacked in parallel at a predetermined interval, through which a fluid passes,
It consists of a heat transfer tube inserted so as to be orthogonal to this fin,
The fin has a cut-and-raised portion formed by cutting and raising a part of the surface thereof,
The width of the cut-and-raised portion in the row direction substantially parallel to the fluid flow direction is set to 2/5 or more and 1/2 or less with respect to the hole diameter of the fin collar formed for inserting the heat transfer tube. A heat exchanger characterized by
このフィンに直交するように挿入された伝熱管とで構成され、
前記フィンには、その表面の一部を切り起こし、前記フィンの長手方向に隣接する前記伝熱管の中心を結んだ線に対して対称配置となるような切り起こし部が形成されており、
前記切り起こし部の前記流体の流通方向と略平行な列方向における幅を、対称配置されている前記切り起こし部間の最短距離と同等以上とした
ことを特徴とする熱交換器。 A plurality of plate-like fins stacked in parallel at a predetermined interval, through which a fluid passes,
It consists of a heat transfer tube inserted so as to be orthogonal to this fin,
The fin is formed with a cut-and-raised portion that is symmetrically arranged with respect to a line that cuts and raises a part of the surface of the fin and connects the centers of the heat transfer tubes adjacent in the longitudinal direction of the fin.
A width of the cut-and-raised portion in a row direction substantially parallel to the fluid flow direction is equal to or greater than the shortest distance between the cut-and-raised portions arranged symmetrically.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein an inclination angle of the cut and raised portion is in a range of 15 ° to 20 °.
前記前面メイン熱交換器、前記前面サブ熱交換器、前記背面メイン熱交換器及び前記背面サブ熱交換器のそれぞれは、
所定の間隔で平行に積層され、その間を流体が通過する複数枚の板状フィンと、
このフィンに直交するように挿入された伝熱管とからなっており、
前記前面メイン熱交換器及び前記背面メイン熱交換器をフィンの表面の一部を切り起こした切り起こし部を形成されているスリットフィンで構成し、前記前面サブ熱交換器及び前記背面サブ熱交換器をフラットフィンで構成した
ことを特徴とする熱交換器。 Front main heat exchanger and front sub heat exchanger disposed on the front side in the casing of the indoor unit, and back main heat exchanger and rear sub heat exchanger disposed on the back side in the casing of the indoor unit And consists of
Each of the front main heat exchanger, the front sub heat exchanger, the back main heat exchanger, and the back sub heat exchanger,
A plurality of plate-like fins stacked in parallel at a predetermined interval, through which a fluid passes,
It consists of a heat transfer tube inserted so as to be orthogonal to this fin,
The front main heat exchanger and the back main heat exchanger are configured with slit fins formed with cut-and-raised parts formed by cutting and raising part of the surface of the fin, and the front sub-heat exchanger and the back sub-heat exchanger A heat exchanger characterized by comprising a flat fin.
ことを特徴とする請求項4に記載の熱交換器。 The heat according to claim 4, wherein the fin pitch of the front sub heat exchanger and the rear sub heat exchanger is larger than the fin pitch of the front main heat exchanger and the rear main heat exchanger. Exchanger.
前記前面サブ熱交換器及び前記背面サブ熱交換器と、前記前面メイン熱交換器及び前記背面メイン熱交換器とを熱的に遮断させている
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の熱交換器。 The heat transfer tubes of the front sub heat exchanger and the back sub heat exchanger are configured in one row, and the heat transfer tubes of the front main heat exchanger and the back main heat exchanger are configured in a plurality of rows,
The said front sub heat exchanger and the said back sub heat exchanger, and the said front main heat exchanger and the said back main heat exchanger are thermally interrupted. The Claim 4 or 5 characterized by the above-mentioned. Heat exchanger.
ことを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の熱交換器。 The number of heat transfer tubes arranged in a step direction substantially orthogonal to the flow direction of the fluid of the front sub heat exchanger and the front main heat exchanger is the same. The described heat exchanger.
ことを特徴とする請求項4〜7のいずれかに記載の熱交換器。 The width of the fin of the said back main heat exchanger is made smaller than the width of the fin of the said front main heat exchanger. The heat exchanger in any one of Claims 4-7 characterized by the above-mentioned.
前記前面メイン熱交換器、前記前面サブ熱交換器、前記背面メイン熱交換器及び前記背面サブ熱交換器のそれぞれは、
所定の間隔で平行に積層され、その間を流体が通過する複数枚の板状フィンと、
このフィンに直交するように挿入された伝熱管とからなっており、
前記背面メイン熱交換器における伝熱管を挿入させるためのフィンカラーの穴径を前記前面メイン熱交換器における伝熱管を挿入させるためのフィンカラーの穴径よりも小さくした
ことを特徴とする熱交換器。 Front main heat exchanger and front sub heat exchanger disposed on the front side in the casing of the indoor unit, and back main heat exchanger and rear sub heat exchanger disposed on the back side in the casing of the indoor unit And consists of
Each of the front main heat exchanger, the front sub heat exchanger, the back main heat exchanger, and the back sub heat exchanger,
A plurality of plate-like fins stacked in parallel at a predetermined interval, through which a fluid passes,
It consists of a heat transfer tube inserted so as to be orthogonal to this fin,
The heat exchange characterized in that the hole diameter of the fin collar for inserting the heat transfer tube in the rear main heat exchanger is smaller than the hole diameter of the fin collar for inserting the heat transfer tube in the front main heat exchanger. vessel.
ことを特徴とする請求項9に記載の熱交換器。 The heat exchanger according to claim 9, wherein the front sub-heat exchanger and the rear sub-heat exchanger are arranged upstream of the fluid.
ことを特徴とする室内機。 An indoor unit comprising the heat exchanger according to any one of claims 1 to 10.
ことを特徴とする空気調和機。 An air conditioner comprising the indoor unit according to claim 11.
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