JP2010014329A

JP2010014329A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2010014329A
Application number: JP2008174236A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yoshioka; 俊吉岡; Hirokazu Fujino; 宏和藤野; Genei Kin; 鉉永金
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2010-01-21

Abstract

【課題】結露水に対する水はけ性を向上させた熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器１０では、扁平管１１の平面部１１ａが、空気流の下流側になるほど高さが低くなるように傾斜している。波形フィン１２の空気流の上流側端面１２ｅ及び下流側端面１２ｆは、鉛直方向とほぼ平行である。波形フィン１２表面及び扁平管１１表面で発生した結露水は、傾斜した扁平管１１の平面部１１ａに沿って流れ、下方の波形フィン１２の下流側端面１２ｆ上部へ移動する。下流側端面１２ｆはほぼ鉛直に立っているので、結露水の降下速度が速く、水はけがよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、扁平管とフィンとを備えた熱交換器に関する。

従来、扁平管の平面部を水平にし、平面部と平面部との間にフィンを配置した熱交換器が広く普及している。このような熱交換器では、フィンが扁平管によって分断されているので、結露水が滞留して通風抵抗となる。この結露水の滞留を解消するために、フィンの端部から突出部を空気流の下流側へ突出させ、その突出部に切り欠きを設けた熱交換器が提供されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示されている熱交換器によれば、発生した結露水は、空気流に押されて下流側に集まり、切り欠きを通って下方へ落下する。

しかしながら、上記のような熱交換器では、結露水が切り欠きから落下するのは、結露水が自重で落下できる程度の大きさまで成長したときであって、周期的に結露水が熱交換器に滞留することがあり、結露水に対する水はけ性は低い。また、熱交換器の小型化がさらに進む状況下において、熱交換器の小型化は結露水に対する熱交換器の水はけ性を低下させる可能性が高いので、さらなる水はけ性の向上が求められている。
実公昭６３−６６３２号公報

本発明の課題は、結露水に対する水はけ性を向上させた熱交換器を提供することにある。

第１発明に係る熱交換器は、扁平管とフィンとを備えている。扁平管は、平面部を上下方向に向けた状態で複数段配列されている。フィンは、上下に隣接する扁平管に挟まれた通風空間に波形に折り曲げられた状態で配置されている。扁平管の平面部は、通風空間を通過する空気流の下流側になるほど高さが低くなるように傾斜している。フィンの空気流の上流側端面及び下流側端面は、鉛直方向とほぼ平行である。

この熱交換器では、フィン表面及び扁平管表面で発生した結露水が、傾斜した扁平管の平面部に沿って流れ落ちる。そして、結露水が下方のフィン端面の上部に伝わったとき、フィンの端面がほぼ鉛直に立っているので、結露水の降下する速度が従来品よりも速くなり、水はけがさらによくなる。さらに、扁平管の傾斜した平面部とフィンの端面とが垂直になっている従来品と比較して、その平面部とフィンとの接触域が広くなるので、熱交換性能が向上する。

第２発明に係る熱交換器は、第１発明に係る熱交換器であって、フィンが波形に折り曲げられる前の平板状態へ展開されたときの端面が、ジグザグにせん断されている。

この熱交換器では、折り曲げ後のフィンの端面は、フィンが通風空間に配置されたときに鉛直方向とほぼ平行になる。その結果、フィンの加工が容易で生産性が高くなる。

第３発明に係る熱交換器は、第１発明に係る熱交換器であって、フィンが波形に折り曲げられたときの扁平管の平面部と接する予定の部分が、台形形状に折り曲げられている。

この熱交換器では、折り曲げ後のフィンの端面は、フィンが通風空間に配置されたときに鉛直方向とほぼ平行となる。その結果、フィンの加工が容易で生産性が高くなる。

第４発明に係る熱交換器は、第１発明から第３発明のいずれか１つに係る熱交換器であって、扁平管及び／又はフィンと接触する補助フィンをさらに備えている。補助フィンは、通風空間から空気流の下流側へはみ出ている。

この熱交換器では、フィン表面及び扁平管表面で発生した結露水が、補助フィンを介して下方へ流れるので、さらに水はけがよくなる。

第１発明に係る熱交換器では、結露水の降下する速度が速く、水はけがよい。さらに、平面部とフィンとの接触域が広く、熱交換性能が向上する。

第２発明又は第３発明に係る熱交換器では、フィンの加工が容易で生産性が高い。

第４発明に係る熱交換器では、フィン表面及び扁平管表面で発生した結露水が補助フィンを介して下方へ流れるので、さらに水はけがよくなる。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

〔第１実施形態〕
＜熱交換器１０の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る熱交換器の正面図であり、図２は、図１の熱交換器を扁平管の長手方向と垂直な平面で切断したときの部分断面図である。図１において、熱交換器１０は、扁平管１１、波形フィン１２及びヘッダ１５を備えている。

（扁平管１１）
図２において、扁平管１１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から成形されており、伝熱面となる平面部１１ａと、冷媒が流れる複数の冷媒流路１１ｂを有している。扁平管１１は、平面部１１ａを上下に向けた状態で、且つ平面部１１ａを空気流Ａの下流側になるほど高さが低くなるように傾斜させた状態で複数段配列されている。

（波形フィン１２）
図３は、波形フィンの斜視図である。図３において、波形フィン１２は、波形に折り曲げられたアルミニウム製またはアルミニウム合金製のフィンである。波形フィン１２は、上下に隣接する扁平管１１に挟まれた通風空間に配置され、谷部及び山部となる折り曲げ部１２ｂが扁平管１１の平面部１１ａと接触している（図１参照）。なお、折り曲げ部１２ｂと平面部１１ａとはロウ付け溶接されている。

図２に示すように、伝熱面１２ａは、通風空間を通過する空気流Ａと熱交換する部分であり、効率よく熱交換を行うためのルーバー１２ｃが形成されている。ルーバー１２ｃは、伝熱面１２ａの一方の面から他方の面へ貫通する開口を形成している。説明の便宜上、図２正面視において、伝熱面１２ａの正面側を「第１面」、背面側を「第２面」と呼ぶ。伝熱面１２ａの中央から上流側に位置するルーバー１２ｃ群は、空気流が第２面からから第１面へ流れるように傾いており、伝熱面１２ａの中央から下流側に位置するルーバー１２ｃ群は、空気流が第１面からから第２面へ流れるように傾いている。

波形フィン１２では、空気流Ａの上流側に位置する上流側端面１２ｅと下流側に位置する下流側端面１２ｆとが、鉛直方向とほぼ平行になっている。本実施形態では、波形フィン１２は、傾斜した扁平管１１の平面部１１ａに置かれたときに、上流側端面１２ｅと下流側端面１２ｆとが鉛直方向とほぼ平行となるように、波形フィン１２の素材を波形に折り曲げる前段階で、その素材に所定の加工を行っている。

図４は、波形フィンの展開図である。図４において、展開された波形フィン１２は、平行四辺形の伝熱面１２ａが長辺と垂直な方向に一定間隔で、且つ隣接する伝熱面１２ａの短辺同士が平行とならないように並んでいる。その結果、隣接する伝熱面１２ａとの間に長方形領域が形成され、この長方径領域が波形フィン１２の折り曲げ部１２ｂである。

平行四辺形の伝熱面１２ａの短辺は、上流側端面１２ｅ又は下流側端面１２ｆであるので、上流側端面１２ｅ又は下流側端面１２ｆは波形フィン１２の長手方向にそってジグザグに並ぶ。その結果、波形フィン１２が折り曲げられたとき、上流側端面１２ｅ及び下流側端面１２ｆは、折り曲げ部１２ｂに対して傾いた姿勢を成す。そして、折り曲げ部１２ｂが傾いた扁平管１１の平面部１１ａに置かれたとき、上流側端面１２ｅ及び下流側端面１２ｆは鉛直方向と平行になる。

（ヘッダ１５）
図１において、ヘッダ１５は、上下方向に複数段配列された扁平管１１の両端に連結されている。説明の便宜上、図１の正面視右側のヘッダを「第１ヘッダ１５１」と呼び、左側のヘッダを「第２ヘッダ１５２」と呼ぶ。第１ヘッダ１５１及び第２ヘッダ１５２は、扁平管１１を支持する機能と、冷媒を扁平管１１の冷媒流路１１ｂに導く機能と、冷媒流路１１ｂから出てきた冷媒を集合させる機能とを有している。

（冷媒の流れ）
図１において、第１ヘッダ１５１の入口１５１ａから流入した冷媒は、最上段の扁平管１１の各冷媒流路１１ｂへほぼ均等に分配され第２ヘッダ１５２に向って流れる。第２ヘッダ１５２に達した冷媒は、２段目の扁平管１１の各冷媒流路１１ｂへ均等に分配され第１ヘッダ１５１へ向って流れる。以降、奇数段目の扁平管１１内の冷媒は、第２ヘッダ１５２へ向って流れ、偶数段目の扁平管１１内の冷媒は、第１ヘッダ１５１に向って流れる。そして、最下段で且つ偶数段目の扁平管１１内の冷媒は、第１ヘッダ１５１に向って流れ、第１ヘッダ１５１で集合し出口１５１ｂから流出する。

なお、冷媒の流れ方は、用途又は冷媒の圧力損失の程度に応じて変更される。例えば、冷媒が複数の扁平管１１内を同時に同方向へ流れるようにして冷媒の圧力損失を抑えてもよい。以下、再度、図１を参照しながら、冷媒の他の流れ方を説明する。

先ず、第１ヘッダ１５１の入口１５１ａから流入した冷媒は、最上段及び第２段目の扁平管１１の各冷媒流路１１ｂへほぼ均等に分配され第２ヘッダ１５２に向って流れる。第２ヘッダ１５２に達した冷媒は、第３段目及び第４段目の扁平管１１の各冷媒流路１１ｂへ均等に分配され第１ヘッダ１５１に向って流れる。第１ヘッダ１５１に達した冷媒は第５段目及び第６段目の扁平管１１の各冷媒流路１１ｂへほぼ均等に分配され第２ヘッダ１５２に向って流れる。第２ヘッダ１５２に達した冷媒は、第７段目及び第８段目の扁平管１１の各冷媒流路１１ｂへほぼ均等に分配されヘッダ１５１に向って流れる。そして、第１ヘッダ１５１で集合した冷媒は出口１５１ｂから流出する。これによって、１つに冷媒流路１１ｂを通る冷媒の流速が低くなり、冷媒の圧力損失が軽減される。

熱交換器１０が蒸発器として機能するとき、冷媒流路１１ｂを流れる冷媒は、波形フィン１２を介して通風空間を流れる空気流から吸熱する。熱交換器１０が凝縮器として機能するときは、冷媒流路１１ｂを流れる冷媒は、波形フィン１２を介して通風空間を流れる空気流へ放熱する。

（結露水の流れ）
一般に、扁平管１１が平面部１１ａを上下に向けて配列されているとき、熱交換器表面の水はけが悪く、蒸発器として利用した場合、滞留した結露水が空気流の抵抗となり熱交換性能が低下することがある。しかし、本実施形態の熱交換器１０では、図２に示すように、扁平管１１の平面部１１ａが傾いているので結露水は滞留することがない。以下、結露水の流れについて図面を用いて説明する。

図２において、波形フィン１２の伝熱面１２ａで発生した結露水Ｗは、重力によって伝熱面１２ａを降下しながら、空気流Ａに押されて下流側へ移動する。途中で扁平管１１の平面部１１ａへ落ちた結露水および平面部１１ａで発生した結露水は、平面部１１ａの傾斜に沿って下流側へ移動する。また、波形フィン１２の折り曲げ部１２ｂ（谷部）へ降下した結露水は、折り曲げ部１２ｂも平面部１１ａと同様に傾斜しているので、その傾斜にそって下流側へ移動する。また、波形フィン１２の谷部と扁平管１１の平面部１１ａとの隙間に侵入した結露水は、その隙間による毛細管現象によって平面部１１ａの傾斜にそって下流側へ移動する。

波形フィン１２の下流側端面１２ｆに達した結露水は、重力および空気流Ａの作用によって、扁平管１１の下流側端部から下方に位置する波形フィン１２の下流側端面１２ｆへ移動する。そして、さらに下方に位置する波形フィン１２の下流側端面１２ｆへ移動していく。

＜特徴＞
（１）
熱交換器１０では、扁平管１１の平面部１１ａが、空気流の下流側になるほど高さが低くなるように傾斜している。波形フィン１２の空気流の上流側端面１２ｅ及び下流側端面１２ｆは、鉛直方向とほぼ平行である。波形フィン１２表面及び扁平管１１表面で発生した結露水は、傾斜した扁平管１１の平面部１１ａに沿って流れ、下方の波形フィン１２の下流側端面１２ｆ上部へ移動する。下流側端面１２ｆはほぼ鉛直に立っているので、結露水の降下速度が速く、水はけがよくなる。また、扁平管１１の傾斜した平面部１１ａと波形フィン１２の端面とが垂直になっている従来品と比較して、その平面部１１ａと波形フィン１２との接触域が広くなるので、熱交換性能が向上する。

（２）
熱交換器１０では、波形フィン１２の展開されたときの端面がジグザグであるので、折り曲げ後の波形フィン１２の上流側端面１２ｅ及び下流側端面１２ｆが、波形フィン１２が通風空間に配置されたときに鉛直方向とほぼ平行になる。その結果、波形フィンを波形に折り曲げてから端部が折り曲げ部に対して傾斜するようにせん断する方法よりも、波形フィン１２の加工が容易で生産性が高い。

＜変形例＞
上記第１実施形態では、波形フィン１２の展開されたときの端面がジグザクにすることによって、折り曲げ後の波形フィン１２が通風空間に配置されたとき、上流側端面１２ｅ及び下流側端面１２ｆが鉛直方向とほぼ平行になるようにしているが、これに限定されるものではない。たとえば、波形フィンの展開されたときの端面が真直ぐであっても、折り曲げ後に上流側端面及び下流側端面が折り曲げ部に対して傾くように折り曲げればよい。以下、図面を用いて説明する。なお、波形フィン以外は、上記実施形態と同じ部材を使用する。

（波形フィン１１２）
図５は、変形例に係る熱交換器の波形フィンの斜視図である。図５において、波形フィン１１２は、波形に折り曲げられたアルミニウム製またはアルミニウム合金製のフィンである。伝熱面１１２ａは、通風空間を通過する空気と熱交換する部分であり、効率よく熱交換を行うためのルーバー１１２ｃが形成されている。

変形例では、波形フィン１１２が上下に隣接する扁平管１１に挟まれた通風空間に配置されたときに、上流側端面１１２ｅと下流側端面１１２ｆとが鉛直方向とほぼ平行となるように、波形フィン１１２の素材を波形に折り曲げる段階で、折り曲げ部１１２ｂの形状が台形となるように折り曲げられている。

図６は、変形例に係る波形フィンの展開図である。図６において、展開された波形フィン１１２は、平行四辺形の伝熱面１１２ａが短辺の方向に一定間隔で真直ぐに、且つ隣接する伝熱面１１２ａ同士が平行とならないように並んでいる。その結果、隣接する伝熱面１１２ａとの間に台形が形成され、この台形が波形フィン１１２の折り曲げ部１１２ｂである。

平行四辺形の伝熱面１１２ａの短辺は、上流側端面１１２ｅ又は下流側端面１１２ｆであるので、台形の折り曲げ部１１２ｂを形成しながら波形フィン１１２が折り曲げられたとき、上流側端面１１２ｅ及び下流側端面１１２ｆは、折り曲げ部１１２ｂに対して傾いた姿勢を成す。そして、折り曲げ部１１２ｂが傾いた扁平管１１の平面部１１ａに置かれたとき、上流側端面１１２ｅ及び下流側端面１１２ｆは鉛直方向と平行になる。その結果、波形フィンを波形に折り曲げてから端部が折り曲げ部に対して傾斜するようにせん断する方法よりも、波形フィン１１２の加工が容易で生産性が高い。

〔第２実施形態〕
第１実施形態では、扁平管１１を傾斜させ、波形フィン１２の上流側端面１２ｅ及び下流側端面１２ｆを鉛直方向と平行にすることによって、結露水がはけるようにしているが、さらに水はけをよくするために、空気流の下流側に補助フィンを配置してもよい。以下、図面を参照しながら第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同じ部材には、同一名称および同一符号を付与して説明を省略する。

（補助フィン１３）
図７は、第２実施形態に係る熱交換器を扁平管の長手方向と垂直な平面で切断したときの部分断面図である。図７において、熱交換器１０は、扁平管１１及び波形フィン１２に接触する補助フィン１３を備えている。補助フィン１３は、通風空間から空気流Ａの下流側へはみ出ている。なお、補助フィン１３は、扁平管１１又は波形フィン１２のいずれか一方に接触しているだけでもよい。

（結露水の流れ）
図７に示すように、波形フィン１２の伝熱面１２ａで発生した結露水Ｗは、重力によって伝熱面１２ａを降下しながら、空気流Ａに押されて下流側へ移動する。途中で扁平管１１の平面部１１ａへ落ちた結露水および平面部１１ａで発生した結露水は、平面部１１ａの傾斜に沿って下流側へ移動する。また、波形フィン１２の折り曲げ部１２ｂ（谷部）へ降下した結露水は、折り曲げ部１２ｂも平面部１１ａと同様に傾斜しているので、その傾斜にそって下流側へ移動する。また、波形フィン１２の谷部と扁平管１１の平面部１１ａとの隙間に侵入した結露水は、その隙間による毛細管現象によって平面部１１ａの傾斜にそって下流側へ移動する。

波形フィン１２の下流側端面１２ｆに達した結露水は、重力および空気流Ａの作用によって、補助フィン１３へ移動し、補助フィン１３に沿って下方に移動する。その結果、補助フィン１３がないものに比べてさらに水はけがよくなる。

以上のように、本発明に係る熱交換器は、扁平管が上下方向に複数段配列された場合でも結露水に対して水はけがよいので、空調機の熱交換器及び自動車のラジエターに有用である。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器の正面図。図１の熱交換器を扁平管の長手方向と垂直な平面で切断したときの部分断面図。波形フィンの斜視図。波形フィンの展開図。変形例に係る熱交換器の波形フィンの斜視図。変形例に係る波形フィンの展開図。第２実施形態に係る熱交換器を扁平管の長手方向と垂直な平面で切断したときの部分断面図。

符号の説明

１０熱交換器
１１扁平管
１１ａ平面部
１２，１１２波形フィン
１２ｅ，１１２ｅ上流側端面
１２ｆ，１１２ｆ下流側端面
１３補助フィン
１１２ｂ折り曲げ部（扁平管の平面部と接する予定の部分）

Claims

平面部（１１ａ）を上下方向に向けた状態で複数段配列される扁平管（１１）と、
上下に隣接する前記扁平管（１１）に挟まれた通風空間に、波形に折り曲げられた状態で配置されるフィン（１２，１１２）と、
を備え、
前記扁平管（１１）の前記平面部（１１ａ）は、前記通風空間を通過する空気流の下流側になるほど高さが低くなるように傾斜し、
前記フィン（１２，１１２）の前記空気流の上流側端面（１２ｅ，１１２ｅ）及び下流側端面（１２ｆ，１１２ｆ）は、鉛直方向とほぼ平行である、
熱交換器（１０）。
前記フィン（１２）が前記波形に折り曲げられる前の平板状態へ展開されたときの端面が、ジグザグにせん断されている、
請求項１に記載の熱交換器（１０）。
前記フィン（１１２）が前記波形に折り曲げられたときの前記扁平管（１１）の前記平面部（１１ａ）と接する予定の部分（１１２ｂ）が、台形形状に折り曲げられている、
請求項１に記載の熱交換器（１０）。
前記扁平管（１１）及び／又は前記フィン（１２，１１２）と接触する補助フィン（１３）をさらに備え、
前記補助フィン（１３）は、前記通風空間から前記空気流の下流側へはみ出ている、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器（１０）。