JP2010019500A - フィン付き熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型、高性能化を図るため、熱交換器に挿入される伝熱管の列数が流入する気体の主流方向に対して箇所別に異なる場合など、風速分布が大きく不均一な場合においても、風速分布の略均一化を実現しながら、良好な熱交換性能を有し、送風機の回転に起因する異音の発生を抑えることが可能なフィン付き熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器に挿入される伝熱管の列数が少なく、更に貫流送風機５に近接するため、風速が大きくなる箇所に設けられた切起し形状をフィンに流入する気体の主流に対して、傾斜を有する様に複数列配置した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機の室内ユニットに搭載されるフィン付き熱交換器に関するものである。

一般に空気調和機の室内ユニットは、図４に示すように、ケーシング１０１に、前面の吸込み口１０２ａおよび上面の吸込み口１０２ｂなど一箇所以上の吸込み口と、下面の吹出し口１０３など一箇所以上の吹出し口とが設けられ、このケーシング１０１内に貫流送風機１０５とフィン付き熱交換器１０４（Ａ，Ｂ，Ｃ）とが収納されている（例えば、特許文献１参照）。

この従来のフィン付き熱交換器１０４は、ケーシング１０１内の前面側に配置され、上下方向中央部近辺で折り曲げ加工された主たる前面側熱交換器１０４Ａと、ケーシング１０１内の背面側に配置された背面側熱交換器１０４Ｂと、前面側熱交換器１０４Ａの前面にそれぞれ補助的に取り付けられた補助熱交換器１０４Ｃ、１０４Ｄとから構成されている。そして、前面側熱交換器１０４Ａおよび背面側熱交換器１０４Ｂにより貫流送風機１０５を風上側から取り囲むような形態に配置して、限られた空間にできるだけ大きいフィン付き熱交換器を収納している。

なお、補助熱交換器１０４Ｃ、１０４Ｄは熱交換能力を向上させるために設けているものだが、主たる前面側熱交換器１０４Ａや背面側熱交換器１０４Ｂとは別の工程で製造した後、主たる前面側熱交換器１０４Ａや背面側熱交換器１０４Ｂに追加接続されて取り付けられるもので、図４では、主たる前面側熱交換器１０４Ａに追加接続されている場合を示している。また、前面側熱交換器１０４Ａの折り曲げ部近辺には、単に前面側熱交換器１０４Ａを折り曲げてフィンがない空間があいてしまうと、殆ど熱交換しないで気流がフィン付き熱交換器を通過してしまうおそれがあるため、このようなことがないように、スペーサ１０６が配設されている。

これに対して、前面側熱交換器１０４Ａの折り曲げ加工を不要にし、このスペーサ１０６をなくしながら、熱交換しないで気流がフィン付き熱交換器を通過してしまうようなことを防止する構造として、例えば特許文献１に、前面側熱交換器を円弧状に形成した構成が開示されている。

この特許文献１には、図５に示すように、前面側熱交換器２０１のフィン２０１Ａの形状を貫流送風機２０３の周面の一部を囲むように円弧状に形成した空気調和機の室内ユニットが開示されている。

この構成によれば、スペーサ１０６が不要になるとともに、製造時のフィン２０１Ａの材料においてスペーサ１０６に対応する箇所で廃材を生じないため、フィン２０１Ａの材料の廃材を少なくできる利点がある。また、スペーサ１０６を設けていないため、スペーサ１０６に対応する箇所分だけフィン２０１Ａの面積が増加することとなり、熱交換能力が向上する。

更に特許文献１に記載の熱交換器では背面側熱交換器に外径４．０〜７．０ｍｍの伝熱管を気体の主流方向に沿う列方向に３列で配置することにより、熱交換能力の増大を図っている。

ただし、このような熱交換器では、伝熱管を３列に配置した箇所の通風抵抗が増大し、熱交換器の風速分布が不均一となり性能の低下を招く可能性がある。更に、貫流送風機近傍の風速分布が不均一となることにより、送風機の翼の枚数と使用回転数の積に比例する特異音の発生を助長し、騒音が発生する恐れがある。この種の問題に対応するため、貫流送風機に近接する箇所に配置されたフィンに風を遮る切起しを設ける、もしくは、風量が多くなる側の切起しスリット数を風量が少なくなる側より多く設けるなどの工夫がなされているものがある（例えば特許文献２）。
特開２００７−１０１１１１号公報 特開２００６−２３４１８４号公報

しかしながら、前記従来の発明では、熱交換器の形状によっては、風速分布の調整を行いきれず、前記特異音を消去しきれない場合が生じるという問題があった。さらに風を遮る切起しを設けた場合においては、該当箇所の空気熱伝達率が低下し、熱交換能力を低下させてしまうという問題があった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、風速分布が大きく不均一な場合においても、風速分布の略均一化を可能とし、良好な熱交換性能を有し、送風機の回転に起因する異音の発生を抑えることが可能なフィン付き熱交換器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るフィン付き熱交換器は、前面側に吸込み口および下面側に吹出し口がそれぞれ設けられたケーシングとこのケーシングに収納される貫流送風機とから送風路を構成する空気調和機の室内ユニットに搭載されるフィン付き熱交換器において、前記吸込み口から貫流送風機までの送風路の途中または貫流送風機から吹出し口までの送風路の途中に配置される前面側熱交換器と背面側熱交換器とで構成し、前記前面側熱交換器および前記背面側熱交換器はそれぞれ所定の間隔で平行に並べられてその間を気体が流動する多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管とで構成している。そして、前記前面側熱交換器に設けられた切起しを前記フィンに流入する気体の主流に対して、傾斜を有する形状とし、複数列配置している。

このように前面側熱交換器に設けられた切起しをフィンに流入する気体の主流に対して傾斜を有する形状とし、複数列配置することによって、一般に貫流送風機と近接するため、風速が大きい前面側熱交換器へ流入する空気の速度を低下させ、熱交換器の風速分布を略均一化させることが出来る。

本発明によれば、風速分布が大きく不均一な場合においても、風速分布の略均一化を実現しながら、良好な熱交換性能を有し、送風機の回転に起因する異音の発生を抑えることが可能なフィン付き熱交換器を構成できる。

第１の発明は、前面側に吸込み口および下面側に吹出し口がそれぞれ設けられたケーシングとこのケーシングに収納される貫流送風機とから送風路を構成する空気調和機の室内ユニットに搭載されるフィン付き熱交換器を、前記吸込み口から貫流送風機までの送風路の途中または貫流送風機から吹出し口までの送風路の途中に配置される前面側熱交換器と背面側熱交換器とで構成し、前記前面側熱交換器および前記背面側熱交換器をそれぞれ所
定の間隔で平行に並べられてその間を気体が流動する多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管とで構成し、前記前面側熱交換器に設けられた切起しを前記フィンに流入する気体の主流に対して、傾斜を有する形状とし、複数列配置するようにしている。

この構成により、一般に貫流送風機と近接するため、風速が大きい前面側熱交換器へ流入する空気の速度を低下させ、熱交換器の風速分布を略均一化させることが可能となり、熱交換器の能力を最大限に発揮することが可能となると共に、送風機の回転に起因する異音の発生を抑えることができる。

第２の発明は、前面側熱交換器におけるフィンを、その風上前縁および風下後縁がそれぞれ同じ鈍角をなす２本の直線部並びにこれら２本の直線の間を結ぶ１本の曲線部により略くの字状に形成すると共に、略くの字状に形成された前記フィンの直線状の風上前縁と直線状の風下後縁とで挟まれた２つの領域のうち、貫流送風機に近い側の領域の部分に挿入される伝熱管を気体の主流方向に沿う方向となる列方向に２列および１列配置し、貫流送風機から遠い側の領域および背面側熱交換器の領域の部分に挿入される伝熱管を気体の主流方向となる列方向に３列に配置し、伝熱管を２列および１列に配置した部分の貫流送風機に近接する箇所に設けられた切起し形状を、フィンに流入する気体の主流に対して、傾斜を有する様に複数列配置するようにしている。

この構成により、フィン付き熱交換器の薄型化を図りながら、特に風速が大きくなる２列構成の前面側熱交換器へ流入する空気の速度を低下させ、熱交換器の風速分布を略均一化させることが可能となり、熱交換器の能力を最大限に発揮することが可能となると共に、送風機の回転に起因する異音の発生を抑えることができる。

第３の発明は、隣接するフィンの幅をＤとした場合、傾斜を有する切起しの、フィンから遠い側の高さＨを、式「０．８×Ｄ≦Ｈ≦０．９×Ｄ」を満たすように設定するようにしている。この構成により、特に風速分布が不均一な場合においても、風速分布を略均一化し、良好な熱交換性能を有するフィン付き熱交換器を構成できる。

第４の発明は、傾斜を有する切起しの傾斜部下端をフィン基板と繋がった構成としている。この構成により、特に風速分布が不均一な場合においても、風速分布を略均一化し、良好な熱交換性能を有するフィン付き熱交換器を構成できる。

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、本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）
まず、本実施の形態に係るフィン付き熱交換器が搭載される空気調和機の室内ユニットについて図１に基づき説明する。図１はこの室内ユニットの縦断面図である。

図１に示すように、この空気調和機の室内ユニット１のケーシング２には、前面と上面とに吸込み口３ａ，３ｂが設けられ、また下面に吹出し口４が設けられ、ケーシング２内には、貫流送風機５とフィン付き熱交換器１０とが収納されている。

このフィン付き熱交換器１０は、ケーシング２内の前面側に配置され、略くの字状に形成された前面側熱交換器２０と、ケーシング２内の背面側に配置された背面側熱交換器４０とから構成されており、またこれら前面側熱交換器２０および背面側熱交換器４０は、貫流送風機５を風上側から取り囲むように配置されている。また、本実施の形態では流入する気体の方向に対して、略くの字状に形成されたフィンの直線状の風上前縁２０ａと直
線状の風下後縁２０ｂとで挟まれた２つの領域のうち、貫流送風機５に近い側の領域部分Ａ、すなわち前面側熱交換器２０の下部に挿入される伝熱管を気体の主流方向に沿う方向となる列方向に伝熱管を２列および１列に、貫流送風機５から遠い側の領域部分Ｂすなわち前面側熱交換器２０の上部および背面側熱交換器４０では伝熱管を３列に配置している。

以上のように構成された本発明の実施例なる空気調和機の動作について、図１、図２、図３に従って述べる。なお、図２（ａ）は本実施の形態における切起しの斜視図、図２（ｂ）は本実施の形態における切起しの断面図、図３（ａ）は他の実施例における切起しの斜視図、図３（ｂ）は他の実施例における切起しの断面図である。

空気調和機運転時、吸込み口３ａもしくは３ｂから吸い込まれた空気は前面側熱交換器２０もしくは背面側熱交換器４０を通過し吹出し口４から吹出される。

この際、伝熱管が２列に配置され、しかも貫流送風機５と近接する前面側熱交換器２０の下部フィン２１に設けられた切起し２２の形状をフィンに流入する気体の主流に対して、傾斜を有する様に複数列配置したことが本発明の特徴である。この構成により、前面側熱交換器２０の下部の伝熱管を２列および１列、前面側熱交換器２０の上部および背面側熱交換器４０の伝熱管を３列配置とした構成においても、風速分布の略均一化を実現し、熱交換器の能力を最大限に発揮すると共に、不均一な風速分布に起因する異音の発生を抑えることが可能となる。

また、本実施の形態のフィン付き熱交換器１０においては、伝熱特性と通風抵抗の観点から、図２に示すように隣接するフィンの幅をＤとした場合、傾斜を有する切起し２２の、フィンから遠い側の高さＨを、式「０．８×Ｄ≦Ｈ≦０．９×Ｄ」を満たすように設定することを推奨している。この構成により、特に風速分布が不均一な場合においても、風速分布を略均一化し、良好な熱交換性能を有するフィン付き熱交換器を構成できる。

また、本実施の形態のフィン付き熱交換器においては、伝熱管が２列に配置され、しかも貫流送風機と近接するため、風速が大きくなる箇所の風速を最大限に抑え、風速分布の均一化を図るため、図１と図２に示すように、傾斜を有する切起し２２の傾斜部下端をフィン基板と繋がった構成としているが、適用する熱交換器の特性に応じて、図３に示すように、傾斜部下端とフィン基板の間に隙間Ｓを設けて空気が流通する仕様としても良い。

また、本実施の形態では、従来の切起しと挿入箇所および切起しの数は同一とし、切起し上部の傾斜を変更するのみで風速分布の調整を実現している。すなわち、フィンプレス金型の小変更のみで対応が可能であり、形状変更に要する時間、費用の削減の点での利点もある。

以上、本発明は上記の実施の形態に限らず、種々変更して実施し得るものである。

本発明に係るフィン付き熱交換器は、風速分布が大きく不均一な場合においても、風速分布の略均一化を実現しながら、良好な熱交換性能を有し、送風機の回転に起因する異音の発生を抑えることが可能となるので、ルームエアコンのみならず小型化が要求される空気清浄機や除湿機、ヒートポンプ乾燥方式を採用した洗濯乾燥機の熱交換ユニット等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態に係るフィン付き熱交換器が搭載された空気調和機の室内ユニットの断面図 （ａ）本発明の実施の形態に係る切起しの斜視図（ｂ）本発明の実施の形態に係る切起しの断面図 （ａ）他の実施例に係る切起しの斜視図（ｂ）他の実施例に係る切起しの断面図 従来のフィン付き熱交換器が搭載された空気調和機の室内ユニットの断面図 別の従来のフィン付き熱交換器が搭載された空気調和機の室内ユニットの断面図

符号の説明

１ 室内ユニット
２ ケーシング
３ａ，３ｂ 吸込み口
４ 吹出し口
５ 貫流送風機
１０ フィン付き熱交換器
２０ 前面側熱交換器
２０ａ 直線状の風上前縁
２０ｂ 直線状の風下後縁
２１ 下部フィン
２２ 傾斜を有する切起し
４０ 背面側熱交換器
Ａ 貫流送風機に近い側の領域部分（前面側熱交換器の下部）
Ｂ 貫流送風機から遠い側の領域部分（前面側熱交換器の上部）
Ｓ 隙間

Claims (4)

1. 前面および上面側に吸込み口が、下面側に吹出し口がそれぞれ設けられたケーシングとこのケーシングに収納される貫流送風機とから送風路を構成する空気調和機の室内ユニットに搭載されるフィン付き熱交換器であって、前記吸込み口から貫流送風機までの送風路の途中または貫流送風機から吹出し口までの送風路の途中に配置される前面側熱交換器と背面側熱交換器とから構成され、前記前面側熱交換器および前記背面側熱交換器はそれぞれ所定の間隔で平行に並べられてその間を気体が流動する多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管とから構成され、前記前面側熱交換器に設けられた切起しを前記フィンに流入する気体の主流に対して、傾斜を有する形状とし、複数列配置したことを特徴とするフィン付き熱交換器。
2. 前記前面側熱交換器におけるフィンを、その風上前縁および風下後縁がそれぞれ同じ鈍角をなす２本の直線部並びにこれら２本の直線の間を結ぶ１本の曲線部により略くの字状に形成すると共に、略くの字状に形成された前記フィンの直線状の風上前縁と直線状の風下後縁とで挟まれた２つの領域のうち、貫流送風機に近い側の領域の部分に挿入される伝熱管を気体の主流方向に沿う方向となる列方向に２列および１列配置し、貫流送風機から遠い側の領域および背面側熱交換器の領域の部分に挿入される伝熱管を気体の主流方向となる列方向に３列に配置し、伝熱管を２列および１列に配置した部分の貫流送風機に近接する箇所に設けられた切起し形状を、フィンに流入する気体の主流に対して、傾斜を有する様に複数列配置したことを特徴とする請求項１に記載のフィン付き熱交換器。
3. 隣接するフィンの幅をＤとすると、前記傾斜を有する切起しの、フィンから遠い側の高さＨを以下の式を満たすように設定したことを特徴とする請求項１または２に記載のフィン付き熱交換器。
   ０．８×Ｄ≦Ｈ≦０．９×Ｄ
4. 前記傾斜を有する切起しの傾斜部下端はフィン基板と繋がっていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載のフィン付き熱交換器。