JP2015010754A - 熱交換器およびこれを備えた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】送風性能を向上させつつ、システムの性能を向上させることが可能な熱交換器およびこれを備えた空気調和機を提供する。【解決手段】所定間隔で互いに平行に並べられた多数のフィン９と、前記フィンに直交するように挿入された複数の伝熱管１０とを備え、前記フィンは通気方向に沿った断面形状を略円弧としたものである。これによって、従来の折れ曲がりフィンのような折れ曲がり角部がない分、通風抵抗が小さくなる一方で、折れ曲がりフィンよりも伝熱面積を確保できるため、熱交換能力を大きく損なう事が無く、送風性能を向上させて、総和としてのシステムの向上させることが可能となる。【選択図】図３

Description

本発明は熱交換器およびこれを備えた空気調和機に関し、特に空調性能を向上させることのできる熱交換器に関するものである。

従来の空気調和機における熱交換器は、所定間隔で並べられたフィン群に略直角に伝熱管を貫通させて構成してあり、そのフィンは、空気流に対して直交する方向に延びる山部と、空気流の流れの方向に幅を有する平坦部とを交互に形成して構成したものがあった。（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１８５４７７号公報

しかしながら前記従来の構成では、空気流が山部で圧損になって、送風性能が低下し、熱交換性能が向上しつつも、システムの総和として性能を向上させることが困難であった。

本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、送風性能を向上させつつ熱交換性能を維持し、システムの総和として性能を向上させることが可能な熱交換器およびこれを備えた空気調和機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明の熱交換器は、所定間隔で互いに平行に並べられた多数のフィンと、前記フィンに直交するように挿入された複数の伝熱管とを備え、前記フィンは通気方向に沿った断面形状が略円弧となる構成としてある。

これによって、従来の折れ曲がりフィンに比べ折れ曲がり角部がない分、通風抵抗が小さくなる一方で、折れ曲がりフィンよりも伝熱面積を確保できるため、熱交換能力を損なうことなく送風性能を向上させて、送風性能と熱交換性能の総和としてシステムの性能を向上させることが可能となる。また、フラットフィンを用いた熱交換器に比べて強度も確保することが可能である。

本発明は、フィンの間を通過する風の通風抵抗が小さくなって送風性能が向上するとともに、伝熱面積も確保できて熱交換能力を損なうことなく送風性能と熱交換性能の総和としてのシステムの性能を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の室外機の平面図 同実施の形態１における空気調和機の熱交換器の斜視図 同実施の形態１における熱交換器の断面図 本発明の実施の形態２における熱交換器の断面図 本発明の実施の形態３における熱交換器の断面図 本発明の実施の形態４における熱交換器の断面図 従来の熱交換器の断面図

第１の発明は、所定間隔で互いに平行に並べられた多数のフィンと、前記フィンに直交するように挿入された複数の伝熱管とを備え、前記フィンは通気方向に沿った断面形状が略円弧となる構成としたものである。

これにより、従来の折れ曲がりフィンに比べ折れ曲がり角部がない分、フィンの間を通過する風の通風抵抗が小さくなって送風性能を向上させる一方で、円弧となっている分折れ曲がりフィンよりも伝熱面積を確保できるため熱交換能力を損なうことなく送風性能と熱交換性能の総和としてのシステムの性能を向上させることが可能となる。また、フラットフィンを用いた熱交換器に比べて強度も確保することが可能である。

第２の発明は、特に、第１の発明において、そのフィンは通気方向に沿った断面形状が、複数の曲率からなる円弧を組み合わせた構成としてあり、これにより通気方向の入口部分から出口部分に至る間のフィンの円弧の曲率を変えることで、通風路内のポイント毎の通風抵抗を任意に変えることができて、送風性能と熱交換性能の総和がより最適となるように設計することが可能となり、システムの性能をさらに向上させることが可能となる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、そのフィンは複数の円弧を組み合わせて構成してあり、これによりフィンの間の痛風路を通過する風の通風抵抗が最適となるように設計することが可能となり、システムの性能をさらに向上させることが可能となる。

第４の発明は、特に、第１〜第３いずれか１つの発明において、そのフィンは上流側端部形状が、通気方向に平行な面としたものであり、通風路入口部分が通気方向と平行となっていることによって通風抵抗を低減することが可能となり、システムの性能をさらに向上させることが可能となる。

第５の発明は、特に、第１〜第４いずれか１つの発明に記載した熱交換器を備えた空気調和機としたものであり、送風性能を向上させて、送風性能と熱交換性能の総和としての空気調和機の空調性能を向上させることが可能となる。

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、この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）
図１は本発明の実施の形態１における空気調和機の室外機の平面図、図２は同空気調和機の室外機に用いている熱交換器の外観斜視図、図３は同熱交換器の一部を拡大して示した断面図である。

図１において、空気調和機の室外機１は、冷媒を循環するための圧縮機２と、冷媒と空気とを熱交換するための熱交換器３と、冷媒がその中を通り循環するための冷媒配管４と、熱交換器３に風を送るための送風手段５と、送風手段５を回転するためのモータ６と、圧縮機１が設置された機械室と送風手段５とを隔てる板７と、送風手段５の風下に設けられ送風手段５に物などが触れるのを防止するためのグリル８と、圧縮機１やモータ６の駆動を制御する制御手段（図示せず）を備えている。

上記熱交換器３は、図２に示すように、冷媒の熱を空気に伝えるため所定間隔で互いに平行に並べられた多数のフィン９と、このフィン９に直交するように挿入され内部を冷媒
が流れてその冷媒の熱をフィン９に伝える複数の伝熱管１０とで構成されている。

また、上記熱交換器３のフィン９は図３に示すように空気の通気方向に沿った断面形状が略円弧となる構成としてある。

以上のように構成された空気調和機の室外機１において、以下、その動作、作用を説明する。

圧縮機２が駆動すると冷媒が循環を開始し、高温高圧となった冷媒は、冷房時にはまず、室外機１で熱交換され放熱した後、温度が低下すると、室内機（図示せず）にて熱を吸収し、室内温度を低下させて、冷媒は再び圧縮機２に戻ってくる。暖房時は逆に、圧縮機２で高温高圧となった冷媒が、室内機で熱を放熱して室内を暖め、その後、室外機１で外気から熱を得る。

このように、室外機１で冷房時に熱を放熱したり、暖房時に熱を得る際には、フィン９の周囲の空気が、フィン９と、フィン９に直交するように挿入された伝熱管１０とを介して冷媒と熱のやりとりを行うが、この時にモータ６を駆動し送風手段５を回転させると風が生じて、この風がフィン９の間を通ることで周囲の空気と伝熱管１０を流れる冷媒との間の熱交換を促進させる。

ここで、冷媒とフィン９とで熱交換がなされた時の熱交換性能と、風がフィン９を通過するときの通風抵抗との兼ね合いによって、総合的なシステムとしての性能が決定される。例えば、一定の長さにおけるフィン９の枚数を増やすと、伝熱面積が確保されるため熱交換性能は向上するが、通風路の面積が減って通風抵抗が増すため、送風性能が悪化する。この両者の兼ね合いによって、システムとしての性能、つまり空気調和機の場合ならば、その空調性能が決定され、空調性能が向上したり、悪化したり、変化しなかったりすることとなる。

図３に示す本実施の形態１におけるフィン９の幅（Ｗ）と、伝熱管１０と平行な方向の長さ（Ｔ）が、図７に示す従来の折れ曲がり角部を有するフィン９の幅（Ｗ）および伝熱管１０と平行な方向の長さ（Ｔ）と同じ場合、両者の通風抵抗を比較すると、図７の従来の熱交換器の場合、図中（Ｇ）に折れ曲がり角部分があって通風時の圧損になるのに対して、図３の本実施の形態１ではこのような折れ曲がり角部は無いため、通風抵抗は小さい。その一方で両者の（Ｗ）と（Ｔ）の寸法が同じであることから、伝熱面積としては円弧で構成された図３の方が円弧状となっている分大きいため、これら両者を比較すると、送風性能は図３の本実施の形態１の方が優れているのに対して、熱交換性能は図３の本実施の形態１と図７の従来品でほぼ同等もしくは若干図３の方が優れていると言え、総合的なシステムとしての性能は、図３の本実施の形態１における熱交換器の方が優れていると言える。そして、これらの熱交換器を備えた空気調和機としては、図３の本実施の形態１における熱交換器を備えた空気調和機の方が、空調性能が優れている。

なお、図３の本実施の形態１における熱交換器のフィン形状を構成する円弧の半径は従来の熱交換器のフィンの寸法を考慮した結果として、８ｍｍ以上６０ｍｍ以下が望ましい。

（実施の形態２）
図４は実施の形態２における熱交換器の断面図で、この実施の形態２における熱交換器のフィン９は、通気方向に沿った断面形状が、複数の曲率からなる円弧、この例では４つの円弧を組合せて構成してある。さらに、図３のフィン形状の場合と異なり、図４のフィン形状は、熱交換器の上流側端部形状が、通気方向に平行な面となっている。

これにより、この熱交換器ではまず通気方向の入口部分から出口部分に至る間のフィン９の円弧の曲率を変えることで、フィン９間の通風路内のポイント毎の通風抵抗を任意に変えることができて、送風性能と熱交換性能の総和がより最適となるように設計することが可能となり、システムの性能をさらに向上させることが可能となる。

また、通風路入口部分が通気方向と平行となっていることによって通風抵抗を低減することが可能となり、システムの性能をさらに向上させることが可能となる。

よって、図３の熱交換器に比べ、さらに総合的なシステムとして性能を向上させることが可能で、この熱交換器を用いた空気調和機においては、空調性能をさらに良化することが可能である。

なお、図４のフィン形状を構成する１つの円弧の半径は従来の熱交換器のフィンの寸法を考慮した結果として、４ｍｍ以上、３５ｍｍ以下が望ましい。

（実施の形態３）
図５は実施の形態３における熱交換器の断面図で、この実施の形態３における熱交換器のフィン９は、伝熱管１０が貫通する（Ｗ２）部分が直線となっていて、（Ｗ１）の部分は２つの円弧と先の直線部分とで構成されている。

これにより、フィン９に伝熱管１０を通すための穴を設けて伝熱管１０を貫通させる場合、円弧のような曲面に貫通穴を設けて貫通させるよりも平面部に貫通穴を設ける方が、精度が出しやすく容易に加工可能なので、通風抵抗をほぼ同じまま伝熱管１０を直交するように貫通する加工が比較的容易にできる。

（実施の形態４）
図５は実施の形態４における熱交換器の断面図で、この実施の形態４における熱交換器のフィン９は、その通風方向の円弧が、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３で示すように異なる複数の曲率の円弧をつないで形成してある。

これによって、フィン９を構成する各円弧の曲率を変えることで、通風路内のポイント毎の通風抵抗を任意に変えることができて、送風性能と熱交換性能の総和が最適となるように設計することが可能となり、システムの性能をさらに向上させることが可能となる。

具体的には、例えば通風路の入口部分では圧損を小さくし、出口部分に従って圧損を大きくした方が、風下部分での熱交換性能を大きくすることができてシステム全体での性能が得られるような場合に、フィン９を構成する円弧の曲率を風上部分では大きくし、風下部分では小さくして圧損が大きくなるようにすることで、これを実現することが可能となる。

また、上記実施の形態１〜４で説明した各フィン９はフィン９の断面が円弧となっている分、強度があり耐久信頼性が確保できる上、加工を行う際にフィンが破損しにくいことから比較的容易に加工が可能であるという利点もある。

なお、上記各実施の形態では、熱交換器が空気調和機の室外機に用いられる例について説明したが、この例以外にも、この熱交換器が空気調和機の室内機に用いられたり、空気調和機用以外の熱交換機に用いられたりしても同様の効果がある。

以上説明したように本発明は、熱交換性能を維持しつつ、熱交換器の通風抵抗を下げて、送風性能と熱交換性能の総和としてのシステムの性能を向上させることができ、熱交換器を備えた商品、設備、部品に幅広く適用できる。特に熱交換器を備えた空気調和機に好適である。

３ 熱交換器
９ フィン
１０ 伝熱管

Claims (5)

1. 所定間隔で互いに平行に並べられた多数のフィンと、前記フィンに直交するように挿入された複数の伝熱管とを備え、前記フィンは通気方向に沿った断面形状が略円弧となる構成とした熱交換器。
2. フィンは、通気方向に沿った断面形状を、複数の曲率からなる円弧を組み合わせて構成した請求項１に記載の熱交換器。
3. フィンは、通気方向に沿った断面形状を、複数の円弧を組み合わせ構成した請求項１または２に記載の熱交換器。
4. フィンは、上流側端部形状を、通気方向に平行な面とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器を備えた空気調和機。

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