JP2010019534A - 熱交換器 - Google Patents

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、第２フィン１３が、切り欠き１３ａの周縁で扁平管１１及び波形フィン１２を挟んでいる。第２フィン１３の導水部１３ｃは、通風空間から空気流の上流側又は下流側のいずれか一方に突き出ており、扁平管１１、波形フィン１２及び第２フィン１３で発生する結露水は、切り欠き１３ａの周縁から導水部１３ｃを伝って下方へ流れるので、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、扁平管と波形フィンと第２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。波形フィンは、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。第２フィンは、扁平管に差し込むための切り欠きを有し、切り欠きの周縁で扁平管及び波形フィンを挟んでいる。

この熱交換器では、扁平管、波形フィン及び第２フィンで発生する結露水は、切り欠きの周縁から第２フィンを伝って下方へ流れるので、水はけがよい。

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、扁平管の長手方向に沿った第２フィンの配列間隔は、波形フィンの谷又は山の間隔の整数倍である。

この熱交換器では、第２フィンの切り欠きは、波形フィンの谷（又は山）を狙って挿入されるので、組立時に第２フィンの位置決めが容易に行われる。

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、第２フィンが、通風空間から、通風空間を通る空気流の上流側又は下流側のいずれか一方に突き出ている。

この熱交換器では、扁平管、波形フィン及び第２フィンで発生する結露水は、第２フィンの突き出た部分を伝って下方へ流れるので、水はけがよい。

第４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、第２フィンが、通風空間から、前記通風空間を通る空気流の上流側及び下流側の両方に突き出ている。

この熱交換器では、第２フィンは通風空間から空気流の上流側及び下流側に突き出ているので、上流側又は下流側のいずれか一方にだけ突き出ているものよりも水はけがよい。

第５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、第２フィンが、切り欠きの周縁から切り欠きのある面と交差する方向に延びる切り起しをさらに有している。

この熱交換器では、切り起しが波形フィンとの接触面積を増やすので、伝熱性能が増す。

第６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、第２フィンが、通風空間から、通風空間を通る空気流の下流側に突き出ている。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。

この熱交換器では、結露水は、傾斜した扁平管の平面部に沿って流れて第２フィンに伝わり、順次下方へ流れる。その結果、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。

第１発明に係る熱交換器では、扁平管、波形フィン及び第２フィンで発生する結露水は、切り欠きの周縁から第２フィンを伝って下方へ流れるので、水はけがよい。

第２発明に係る熱交換器では、第２フィンの切り欠きは、波形フィンの谷（又は山）を狙って挿入されるので、組立時に第２フィンの位置決めが容易に行われる。

第３発明に係る熱交換器では、扁平管、波形フィン及び第２フィンで発生する結露水は、第２フィンの突き出た部分を伝って下方へ流れるので、水はけがよい。

第４発明に係る熱交換器では、第２フィンは通風空間から空気流の上流側及び下流側に突き出ているので、上流側又は下流側のいずれか一方にだけ突き出ているものよりも水はけがよい。

第５発明に係る熱交換器では、切り起しが波形フィンとの接触面積を増やすので、伝熱性能が増す。

第６発明に係る熱交換器では、結露水は、傾斜した扁平管の平面部に沿って流れて第２フィンに伝わり、順次下方へ流れる。その結果、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。

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。

＜熱交換器１０の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る熱交換器の斜視図であり、図２は、図１のＡ部の拡大斜視図である。図１、図２において、熱交換器１０は、扁平管１１、波形フィン１２、第２フィン１３及びヘッダ１５を備えている。

（扁平管１１）
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（図２参照）。図２に示すように、扁平管１１は、平面部１１ａを上下に向けた状態で複数段配列されている。

（波形フィン１２）
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、谷部及び山部が扁平管１１の平面部１１ａと接触している。なお、谷部と山部と平面部１１ａとはロウ付け溶接されている。

伝熱面１２ａ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の右側の面を「第１面」、左側の面を「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。

（第２フィン１３）
図３は、図２の第２フィンを外した状態の熱交換器の斜視図である。図３において、第２フィン１３は、切り欠き１３ａとフィン部１３ｂと導水部１３ｃと切り起し部１３ｄとを有している。第２フィン１３は、扁平管１１の長手方向に沿って等間隔で配列されており、その間隔は波形フィン１２の谷部の間隔と同じである。第２フィン１３は熱交換器１０を組み立てる際に一方向から差し込まれるので、使用時、導水部１３ｃは通風空間から空気流の上流側又は下流側どちらか一方に突出する。

切り欠き１３ａは、第２フィン１３の上下方向に沿って並び、その間隔は扁平管１１の平面部１１ａ同士の間隔と等しい。切り欠き１３ａは、その周縁で扁平管１１の平面部１１ａと波形フィン１２の谷部とを挟む。

フィン部１３ｂは、上下に隣接する切り欠き１３ａに挟まれた領域であり、通風空間内に位置し空気流と熱交換を行う。切り欠き１３ａの周縁はフィン部１３ｂの一部であるので、その周縁を介して扁平管１１及び波形フィン１２からフィン部１３ｂへ熱が移動し、或は、その周縁を介してフィン部１３ｂから扁平管１１及び波形フィン１２へ熱が移動する。

導水部１３ｃは、第２フィン１３のうち通風空間の外側に位置する領域であり、空気流との熱交換と、結露水の排水とを行う。熱交換器１０が蒸発器として使用されているとき、扁平管１１、波形フィン１２および第２フィン１３自身で発生した結露水は、導水部１３ｃを伝わって降下する。

切り起し部１３ｄは、フィン部１３ｂのうち切り欠き１３ａの上側の縁となる部分をフィン部１３ｂとほぼ垂直に折り曲げたものである。切り起し部１３ｄは、波形フィン１２の谷部の内側との接触面積を確保し、且つ谷部を扁平管１１の平面部１１ａに押さえつけている。

（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。

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及び第２フィン１３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及び第２フィン１３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１〜図３に示すように、第２フィン１３の導水部１３ｃがあるので、結露水は導水部１３ｃを介して下方へ流れる。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及び第２フィン１３のフィン部１３ｂで発生した結露水Ｗは、重力によって伝熱面１２ａ及びフィン部１３ｂを降下し、波形フィン１２の谷部、及び波形フィン１２の谷部と扁平管１１の平面部１１ａとの隙間に滞留する。波形フィン１２の谷部と扁平管１１の平面部１１ａとは、第２フィン１３の切り欠き１３ａの周縁によって挟まれているので、滞留する結露水は毛細管現象によって、切り欠き１３ａの周縁と波形フィン１２の谷部との隙間、或は、切り欠き１３ａの周縁と扁平管１１の平面部１１ａとの隙間に沿って導水部１３ｃ側へ移動し、導水部１３ｃを伝って降下する。

また、導水部１３ｃが空気流の下流側となるように熱交換器１０が配置されている場合は、毛細管現象だけでなく、空気流の圧力におされて滞留した結露水が導水部１３ｃ側へ移動し、その後導水部１３ｃを伝って降下する。

＜特徴＞
（１）
熱交換器１０では、第２フィン１３が、切り欠き１３ａの周縁で扁平管１１及び波形フィン１２を挟んでいる。第２フィン１３の導水部１３ｃは、通風空間から空気流の上流側又は下流側のいずれか一方に突き出ており、扁平管１１、波形フィン１２及び第２フィン１３で発生する結露水は、切り欠き１３ａの周縁から導水部１３ｃを伝って下方へ流れるので、水はけがよい。

（２）
熱交換器１０では、切り欠き１３ａの上側の縁がフィン部１３ｂとほぼ垂直に折り曲げられて切り起し部１３ｄが形成されており、切り起し部１３ｄが波形フィン１２の谷部との接触面積を増やすので、伝熱性能が増す。

＜第１変形例＞
上記実施形態では、実使用時、導水部１３ｃが通風空間から空気流の上流側又は下流側どちらか一方に突出するようになっているが、導水部１３ｃが通風空間から空気流の上流側及び下流側の両方に突出してもよい。

図４は、第１変形例に係る熱交換器の斜視図であり、図５は、図４のＢ部の拡大斜視図である。図４、図５において、熱交換器１０では、第２フィン１３の導水部１３ｃが、上下に隣接する扁平管１１に挟まれた通風空間から両外側へ交互に突出するように扁平管１１の長手方向にそって等間隔で配列されている。つまり、使用時は、導水部１３ｃが通風空間から空気流の上流側及び下流側の両側に突出することになる。その結果、導水部１３ｃが上流側又は下流側のいずれか一方にだけ突き出ているものよりも水はけがよくなる。

＜第２変形例＞
上記実施形態及び第１変形例では、第２フィン１３は扁平管１１の長手方向に沿って等間隔で配列されているが、ランダム配列であってもよい。図６は、第２変形例に係る熱交換器の斜視図である。図６において、熱交換器１０の中央部では、第２フィン１３は波形フィン１２の谷部の間隔と同間隔で配列され、中央部から離れるほど第２フィン１３の間隔が広がるように配列されている。但し、第２フィン１３の切り欠き１３ａの周縁で波形フィン１２の谷部を挟むので、第２フィン１３同士の間隔は、波形フィン１２の谷部の間隔の整数倍となっている。

第２変形例では、第２フィン１３同士の間隔が、静圧の大きい中央部で蜜となり、中央部から遠く静圧が中央部よりも小さい部分では疎となるので、熱交換器の空気流に対する抵抗が均等化される。

＜その他の実施形態＞
上記実施形態では、扁平管１１の平面部１１ａは水平であるが、傾斜してもよい。例えば、第２フィン１３の導水部１３ｃが空気流の下流側に位置するように熱交換器１０が配置されている場合、扁平管１１の平面部１１ａが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することによって、結露水が傾斜した扁平管１１の平面部１１ａに沿って流れて第２フィン１３の導水部１３ｃに伝わり、順次下方へ流れる。その結果、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。

以上のように、本発明に係る熱交換器は、扁平管が水平となるように配置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。

本発明の一実施形態に係る熱交換器の斜視図。 図１のＡ部の拡大斜視図。 図２の第２フィンを外した状態の熱交換器の斜視図。 第１変形例に係る熱交換器の斜視図。 図４のＢ部の拡大斜視図。 第２変形例に係る熱交換器の斜視図。

符号の説明

１０ 熱交換器
１１ 扁平管
１１ａ 平面部
１２ 波形フィン
１３ 第２フィン
１３ａ 切り欠き
１３ｄ 切り起し

Claims (6)

1. 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波形フィン（１２）と、
   前記扁平管（１１）に差し込むための切り欠き（１３ａ）を有し、前記切り欠き（１３ａ）の周縁で前記扁平管（１１）及び前記波形フィン（１２）を挟む第２フィン（１３）と、
   を備えた、
   熱交換器（１０）。
2. 前記扁平管（１１）の長手方向に沿った前記第２フィン（１３）の配列間隔は、前記波形フィン（１２）の谷又は山の間隔の整数倍である、
   請求項１に記載の熱交換器（１０）。
3. 前記第２フィン（１３）は、前記通風空間から、前記通風空間を通る空気流の上流側又は下流側のいずれか一方に突き出ている、
   請求項１に記載の熱交換器（１０）。
4. 前記第２フィン（１３）は、前記通風空間から、前記通風空間を通る空気流の上流側及び下流側の両方に突き出ている、
   請求項１に記載の熱交換器（１０）。
5. 前記第２フィン（１３）は、前記切り欠き（１３ａ）の周縁から前記切り欠き（１３ａ）のある面と交差する方向に延びる切り起し（１３ｄ）をさらに有する、
   請求項１に記載の熱交換器（１０）。
6. 前記第２フィン（１３）は、前記通風空間から、前記通風空間を通る空気流の下流側に突き出ており、
   前記扁平管（１１）の前記平面部（１１ａ）は、前記通風空間を通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、
   請求項１に記載の熱交換器（１０）。
   

Images