JP2017089905A - 熱交換器及び熱交換器を備えた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝達率を向上させた熱交換器及び熱交換器を備えた空気調和機を提供する。
【解決手段】本発明に係る熱交換器は、板状の基板に複数の筒状のフィンカラーが形成されたフィンと、複数のフィンのフィンカラーが連接して形成された通液管と、を備える。通液管は、内面を覆う樹脂層を有し、樹脂層は、通液管の内側に向かう突起部を有する。
【選択図】図９

Description

本発明は、熱交換器及び熱交換器を備えた空気調和機に関し、特にプレートフィン型熱交換器の構造に関する。

従来、空気調和機は、その冷凍サイクル回路において、冷媒と空気との間で熱交換を行う熱交換器を有する。熱交換器は、複数のフィンを積層して形成されたフィンコアを有する。フィンコアは、平板状のフィンに穿設された複数の短筒状のフィンカラーを連接し、隣合うフィンを樹脂により接合することにより形成され、連接されたフィンカラーにより形成された複数の通液管を有する。通液管の内面には接合時の樹脂により樹脂層が形成されている。また、熱交換器には、通液管同士が連通するようにフィンコアの両端に接続管が備えられている。通液管は、樹脂によりシールされており、フィンコアを通過する流体と通液管を通過する流体とが熱交換できるようになっており、また、樹脂が内面に被覆されることにより、通液管を構成する金属の表面の防食がなされている。

例えば、特許文献１に開示されているところでは、開口突出部を備えたアルミニウム製のプレートフィン及び同様な形状の開口突出部を備えたアルミニウム製の上下各座板を、その開口突出部を他のフィンの開口に嵌合して積層し、これらの嵌合部に接着材を流下させることにより当該嵌合部を接合して、接着材層が形成されたコア部を形成している。

特公昭６１−０１５３５９号公報

しかし、特許文献１に開示されている熱交換器においては、嵌合させたフィンカラー部の内面に形成した樹脂層が熱抵抗となり、通液管を流れる冷媒とフィンの間を通過する空気との熱交換性能が低下するという課題があった。

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あり、熱交換器の通液管内の流動体とフィンカラー部との熱伝達率を向上させた熱交換器及び熱交換器を備えた空気調和機を提供するものである。

本発明に係る熱交換器は、板状の基板に複数の筒状のフィンカラーが形成されたフィンと、複数の前記フィンの前記フィンカラーが連接して形成された通液管と、を備え、該通液管は、内面を覆う樹脂層を有し、該樹脂層は、前記通液管の内側に向かう突起部を有する。

本発明によれば、通液管の内面に中心方向に延在する突起部を設けることで、通液管内部を流動する液体の通液管壁と接触する部分に生じる温度境界層を薄くするとともに、流動する液体の流れの乱れを増加させることにより、通液管中の液体とフィンの間を通過する空気との間の熱伝達率を向上させる。その結果、熱交換器の熱交換性能が向上する。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の熱源側ユニットの一例を示す透視図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の利用側ユニットの一例を示す斜視図である。 図３の利用側ユニットの断面を示した説明図である。 本発明の実施の形態１における空気調和機の利用側熱交換器の斜視図である。 図５の利用側熱交換器を構成するフィンのフィンカラーの周辺部の斜視図である。 図５の利用側熱交換器のフィンコアの通液管の通液方向に垂直なＡ−Ａ断面を示した模式図である。 図５の利用側熱交換器の通液管の入口部のＢ−Ｂ断面を示した模式図である。 本発明の実施の形態１に係る利用側熱交換器の通液管の一端の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る利用側熱交換器の通液管の通液方向に垂直な断面を示した模式図である。 本発明の実施の形態２に係る利用側熱交換器のフィンカラー周辺の斜視図である。 図１１のＣ−Ｃにおける断面の模式図である。 図１１のＤ−Ｄにおける断面の模式図である。 本発明の実施の形態４の通液管の通液方向に垂直な断面の模式図である。 本発明の実施の形態４の通液管の通液方向に垂直な断面の模式図である。

実施の形態１.
以下、本発明に係る熱交換器及び熱交換器を備えた空気調和機について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、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。

＜空気調和機２０の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機２０の冷媒回路図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機２０の熱源側ユニット１の一例を示す透視図である。実施の形態１に係る空気調和機２０は、空調対象である室内に設置される熱源側ユニット１と戸外に設置される利用側ユニット９との間に中継熱交換器８が備えられており、冷凍サイクルを構成している。

熱源側ユニット１は、利用側ユニット９と接続されることにより冷媒を循環させる冷凍サイクルを構成することで、戸外から空調のための熱を廃熱又は供給するものである。熱源側ユニット１は、筐体２１を有している。筐体２１内には、圧縮機４、流路切替器６、熱源側熱交換器２、送風機３、アキュムレータ５、及び膨張弁７を収納している。利用側ユニット９は、１台の熱源側ユニット１に対して１台以上接続される。利用側ユニット９は、空調対象である室内に設置されており、内部に利用側熱交換器１０を備えている。空気調和機２０は、圧縮機４と流路切替器６と熱源側熱交換器２と膨張弁７と中継熱交換器８とが冷媒配管により接続された冷凍サイクルを有している。

＜熱源側ユニット１＞
圧縮機４は、冷媒を吸引および圧縮して高温高圧の状態にするものであって、たとえばスクロール型圧縮機、ベーン型圧縮機等により構成されている。流路切替器６は、冷房運転もしくは暖房運転の運転モードの切替に応じて暖房流路と冷房流路との切替を行うものであって、たとえば四方弁からなっている。流路切替器６は、暖房運転時において、圧縮機４の吐出側と中継熱交換器８とを接続するとともに、熱源側熱交換器２とアキュムレータ５とを接続する。この時、冷媒は、図１の冷媒回路図における流路切替器６の実線で示された経路を流れる。一方、流路切替器６は、冷房運転時において、圧縮機４の吐出側と熱源側熱交換器２を接続するとともに、中継熱交換器８とアキュムレータ５とを接続する。この時、冷媒は、図１の冷媒回路図における流路切換器の破線で示された経路を流れる。なお、流路切替器６として四方弁を用いた場合について例示しているが、これに限らずたとえば複数の二方弁等を組み合わせて構成してもよい。

熱源側熱交換器２は、冷媒と外気との間で熱交換を行うものであって、例えば図２においては筐体２１を天面視すると、Ｌ字状に曲げられた形状を有している。送風機３は、熱源側熱交換器２に送風するものであって、送風機３からおおよそ垂直方向に空気が吹き出される。

膨張弁７は、中継熱交換器８と熱源側熱交換器２との間に設けられており、流量を調整することにより冷媒の状態を調整するものである。たとえばＬＥＶ（リニア電子膨張弁）などに代表される絞り装置や開閉により冷媒の流れのＯＮ／ＯＦＦを行う開閉弁等からなっている。アキュムレータ５は、圧縮機４の吸引側に設けられたものであって冷媒を貯留するものである。そして、圧縮機４はアキュムレータ５に貯留された冷媒のうちガス冷媒のみを吸引し圧縮するようになっている。

＜利用側ユニット９の構成＞
利用側ユニット９は中継熱交換器８を介して熱源側ユニット１と接続される。具体的には、利用側ユニット９側の回路は、中継熱交換器８と利用側熱交換器１０とポンプ１２とが直列に配管により接続され、回路内を液体が循環するように構成されている。中継熱交換器８においては、熱源側ユニット１を出た冷媒と利用側ユニット９から出た液体とが熱交換できる構造になっている。

図３は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機２０の利用側ユニット９の一例を示す斜視図である。図４は、図３の利用側ユニット９の断面を示した説明図である。本発明の実施の形態１に係る利用側熱交換器１０を備えた利用側ユニット９の構成を説明する。図３に示されるように、利用側ユニット９は、直方体の筐体１６を有し、上面に備えられた吸入口１７から室内の空気を取り込み、内部で熱交換した調和空気を下部の吹出口１８から吹き出す構造になっている。図４において、紙面左は前面、右は後面を示す。図４に示されているように、利用側ユニット９は、内部に送風機３と利用側熱交換器１０を備える。利用側ユニット９の動作時には、送風機３が回転することにより、利用側ユニット９の外部から筐体１６の上面に開口したグリルへと気流が流入する。グリルから流入した空気は、利用側熱交換器１０を通過し、熱交換され、気流は吹出口１８から利用側ユニット９の外部へと吹き出される。

暖房運転時であれば、利用側ユニット９の外部の冷気が内部に吸引され、利用側熱交換器１０において中継熱交換器８から供給された温水と吸引された冷気が熱交換し、暖気となって、利用側ユニット９から外部へ吹き出されることになる。

＜暖房時の空気調和機２０の冷凍サイクルの動作＞
次に、実施の形態１における冷凍サイクルの動作例について説明する。まず、熱源側熱交換器２が蒸発器として動作する場合（暖房運転）の空気調和機２０の動作例について説明する。図１において、暖房時は、図中の実線で示された矢印の方向に冷媒が流れ、流路切替器６も実線で示された経路を冷媒が流れる。冷媒は、圧縮機４において圧縮され高温高圧のガス冷媒になる。圧縮機４から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替器６を介して中継熱交換器８へと流入する。中継熱交換器８に流入した高温高圧のガス冷媒は、中継熱交換器８において放熱され、気体から液体へと凝縮される。なお、中継熱交換器８において放熱された熱は、利用側ユニット９側の回路を流動する液体に伝わる。中継熱交換器８において凝縮した冷媒は、中継熱交換器８から膨張弁７へ流入し、減圧されることにより気液二相状態となる。減圧された気液二相状態の冷媒は、熱源側熱交換器２へ流入し、送風機３の送風により空気から吸熱することで蒸発し、流路切替器６を経てアキュムレータ５に流入する。そして、アキュムレータ５内では、ガス冷媒が分離され圧縮機４へと吸入される。

一方、中継熱交換器８では、熱源側ユニット１で生成した熱が、熱源側の冷媒回路を流れる冷媒から利用側ユニット９の回路を流動する液体に伝わる。利用側ユニット９の回路を流動する液体に伝わった熱により、流動する液体は昇温される。中継熱交換器８から流出した昇温された液体は、ポンプ１２により利用側熱交換器１０に循環供給される。利用側ユニット９の回路を流動する液体に伝わった熱は、利用側熱交換器１０において、利用側熱交換器１０を通過する室内の空気を昇温させる。利用側熱交換器１０において室内の空気と熱交換した液体は、冷やされて中継熱交換器８へ還流する。

＜冷房時の空気調和機２０の冷凍サイクルの動作＞
次に、熱源側熱交換器２が凝縮器として動作する場合（冷房運転）の空気調和機２０の動作例について説明する。冷房時は、図中の破線で示された矢印の方向に冷媒が流れ、流路切替器６も破線で示された経路を冷媒が流れる。冷媒は、圧縮機４において圧縮され高温高圧のガス冷媒になる。圧縮機４から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替器６を介して熱源側熱交換器２へと流入する。熱源側熱交換器２に流入した高温高圧のガス冷媒は、送風機３から送られる空気と熱交換され、放熱され、気体から液体へと凝縮される。熱源側熱交換器２において凝縮した冷媒は、熱源側熱交換器２から膨張弁７へ流入し、減圧されることにより気液二相状態となる。減圧された気液二相状態の冷媒は、中継熱交換器８へ流入し、利用側ユニット９の回路を流動する液体から吸熱することで蒸発し、流路切替器６を経てアキュムレータ５に流入する。そして、アキュムレータ５内では、ガス冷媒が分離され圧縮機４へと吸入される。

一方、中継熱交換器８では、熱源側の冷媒回路を流れる冷媒に、利用側ユニット９の回路を流動する液体の熱が伝わる。利用側ユニット９の回路を流動する液体は、熱源側の冷媒に吸熱され、冷却される。中継熱交換器８から流出した冷却された液体は、ポンプ１２により利用側熱交換器１０に循環供給される。利用側ユニット９の回路を流動する液体は、利用側熱交換器１０において、利用側熱交換器１０を通過する室内の空気を冷却させる。利用側熱交換器１０において室内の空気と熱交換した液体は、昇温され中継熱交換器８へ還流する。

上記に説明したように、熱源側に蒸気圧縮式ヒートポンプを用い、中継熱交換器を介し利用側に水等の液体循環により熱供給するシステムは、間接式空調システムと呼ばれている。間接式空調システムは、利用側ユニット９内に水などの圧力が低い流体を流動させるため、蒸気圧縮式に適用する機器に比べ低い耐圧で設計可能であるという利点がある。

＜利用側熱交換器１０の構造＞
図５は、本発明の実施の形態１における空気調和機２０の利用側熱交換器１０の斜視図である。図６は、図５の利用側熱交換器１０を構成するフィン５０のフィンカラー５１の周辺部の斜視図である。図７は、図５の利用側熱交換器１０のフィンコア５４の通液管５３の通液方向に垂直なＡ−Ａ断面を示した模式図である。図８は、図５の利用側熱交換器１０の通液管５３の入口部のＢ−Ｂ断面を示した模式図である。なお、図５の利用側熱交換器１０は、利用側ユニット９の内部に備えられた利用側熱交換器１０を模式的に表した図である。よって、図４に表された利用側熱交換器１０は、断面形状が異なるが、基本的な構造は図５の利用側熱交換器１０と同じである。また、図５のＢ−Ｂ断面の上下方向の位置は、図７におけるＢ−Ｂ断面の位置であり、通液管５３の中心を通る断面である。以下に利用側熱交換器１０について詳細構造を説明する。なお、図中の矢印は、空気の流れＡＦ及び冷媒の流れＷＦを示すものである。

図６に示されるように、フィン５０は、板状の基板を有し、その上に複数の筒状のフィンカラー５１が形成されている。フィンカラー５１には、円筒部８０と頂部８１を備えており、連続するフィンカラーの円筒部８０と頂部８１が嵌合することでフィン同士が積層されている。図８に積層されたフィンカラー５１の断面が示されているが、フィンカラー５１が凸している先端は、根元側の内径よりも小さくなっている。つまり、フィンカラー５１は、根元から先端に向かって内径が小さくなるテーパー状になっている。また、図８に示されているように、複数のフィン５０をフィンカラー５１で連接させて積層し、隣接するフィンカラー５１を樹脂で接合することにより、フィンコア５４が形成される。連接されたフィンカラー５１は、複数の通液管５３を形成している。通液管５３の内面は、樹脂層５２に覆われている。

図５に示されるように、通液管５３は、その両端に入口ヘッダー７０及び出口ヘッダー７１を備える。通液管５３は、フィン５０の積層方向と直交する方向に複数備えられている。図５においては、空気の流れ方向（列方向）に２列、空気の流れと直交する方向（段方向）、すなわち上下方向に、８段配列されている。図７に示されているように、風上側の列の通液管５３と風下側の通液管５３は、上下方向に互い違いに配置されている。また、列方向に２列配列されているうちの風下側の列のそれぞれの通液管５３は、入口ヘッダー７０と管７２により接続されている。風上側の列のそれぞれの通液管５３は、出口ヘッダー７１と管７２により接続されている。図５に図示されていないが、入口ヘッダー７０と出口ヘッダー７１とが接続されている側の反対側の端では、入口ヘッダー７０と出口ヘッダー７１までが連通するように、たとえば風上側の通液管５３と風下側の通液管５３とがＵ字管等で接続されている。一部の通液管には補強部材が挿入されている。なお、入口ヘッダー７０及び出口ヘッダー７１をまとめて接続管と称する。接続管は、利用側熱交換器１０に接続され、利用側熱交換器１０の内部を流動する液体の入口及び出口を構成している。

＜通液管５３の構造＞
図９は、本発明の実施の形態１に係る利用側熱交換器１０の通液管５３の一端の斜視図である。図１０は、本発明の実施の形態１に係る利用側熱交換器１０の通液管５３の通液方向に垂直な断面を示した模式図である。図１０に示されているように、通液管５３は、内面に樹脂層５２が設けられており、樹脂層５２は、通液管５３の中心方向へと突出させた突起部８２が設けられている。そして、突起部８２は、通液管５３の軸方向に連続して延びて形成されており、通液管５３の内面に設けられた襞のような形状となっている。突起部８２は、通液管５３の内面に設けられた樹脂層５２の一部から突出して設けられている。通液管５３の内面の大半は、突起部８２が設けられていない部分であり、薄い樹脂層５２だけで覆われている。例えば、実施の形態１においては、図１０に示されるように、突起部８２は、通液管５３の内面に等配で４箇所形成されている。しかし、突起部８２の数量及び位置は、図１０の形態に限定されず、通液管５３の内面周方向に１箇所だけ形成されていても、周方向に複数形成されていてもよく、複数形成されている場合は、突起部８２は周方向に間隔をあけて形成される。図１０において、突起部８２の断面形状は、先端が尖っており、頂点から通液管５３の外周方向に向かって広がる斜面を有する突起部であるが、この形状だけに限定されない。突起部８２を除く通液管５３の樹脂層５２の円筒形状部分から、内面に突出しており、突起部８２の断面形状が通液管５３の軸方向に連続的に伸びていればよい。

＜通液管５３に突起部８２を設けることの効果＞
通液管５３の内面に突出する突起部８２を設け、その突起部８２を通液管５３の軸方向、すなわち通液方向に延ばすことにより、通液管５３の内部を流動する液体が通液管壁と接触する領域に生じる温度境界層を薄くすることができる。それとともに、通液管５３の内部を流動する液体の乱れを増加させることで、通液管５３内の液体と利用側熱交換器１０のフィンコア５４を通過する空気との間の熱伝達率を向上させることができる。その結果、利用側熱交換器１０の熱交換性能が向上する。通液管５３の内部に流動する液体の境界層は、通液管５３の壁面に沿って現れる。管の内部を流動する流体のレイノルズ数は、流体の流速に依存するため、円管中央の流速が速い領域に壁面を近接させることでレイノルズ数を増加させ、層流を乱流にさせて温度境界層を薄くすることができる。

＜利用側熱交換器１０の製造方法＞
次に、実施の形態１に係る利用側熱交換器１０の製造方法について説明する。図６に示されたプレス加工等で円筒状にフィンカラー５１を複数設けたフィン５０を、図７に示されるようにフィンカラー５１を同一方向に重ねて嵌合、連接させ、フィン５０の積層体を作る。この工程をフィン積層工程と呼ぶ。なお、フィンカラー５１は、例えばフィン５０に穿設するが、その工法は限定されない。フィン５０を積層させてフィンカラー５１を連接することにより形成された円筒部に、積層したフィン５０の一端から樹脂を注入する。この工程を内面材注入工程と呼ぶ。例えば、図７において、入口ヘッダー７０が取り付けられる前の通液管５３の開口部５３ａから樹脂を注入する。内面材注入工程により、通液管５３の内面に樹脂層が形成される。

なお、フィン５０を積層して形成された通液管内部に樹脂層を作る工程は、予め表面が樹脂で覆われているプレコートフィンを用いてもよい。プレコートフィンを使用した場合は、フィン５０を積層した後、フィン積層体を加熱処理してフィン５０にコーティングされている樹脂を流動化させ、フィンカラー５１の通液管５３側の表面を樹脂で覆うとともに、隣接するフィンカラー５１同士の接合部に樹脂を浸透させて接合する。この工程を内面材浸透工程と呼ぶ。

通液管５３内部の突起部の形成は、内面材注入工程又は内面材浸透工程を実施した後で、樹脂が固化する前に行われる。具体的な方法としては、通液管５３の内周面の凹凸形状を反転させた形状を外周面に備えた棒状の治具を通液管５３内に挿入することで、治具の凹凸形状を通液管５３の内面の樹脂層に転写する。その後、冷却固化して定着させる。この工程を突起部形成工程と呼ぶ。

突起部成形工程の後、開口部５３ａに入口ヘッダー７０及び出口ヘッダー７１が取り付けられる。この工程を接続管取付工程と呼ぶ。入口ヘッダー７０及び出口ヘッダー７１は、管の側面に穴が開けられ、その穴に通液管５３の内径に嵌合できる外径を有する管を取り付けることにより構成されている。

なお、突起部形成工程は、内面材注入工程又は内面材浸透工程により通液管５３の内周面に樹脂が固化した後に、再び樹脂を通液管５３に流し込み、治具によって凹凸を転写するようにしてもよい。

以上、本発明に係る熱交換器は、通液管の円周上に円の中心方向に延在する突起部を設けることで流動する液体と通液管壁に生じる温度境界層を薄くするとともに、液体の乱れを増加させることで熱伝達率を向上する。その結果、熱交換器の熱交換性能が向上する。

なお、通液管５３の列方向や段方向の配列数は、実施の形態１で示した数に限定されることなくいかなる数でも良い。また、空気と冷媒である水を疑似対向流で熱交換させずに、空気の流れを反転させて疑似並行流で熱交換させても良い。

実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１において、突起部が通液管５３の軸方向に沿った方向の形状を変更したものである。実施の形態２で特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図１１は、本発明の実施の形態２に係る利用側熱交換器１０のフィンカラー１５１周辺の斜視図である。図１１においては、積層されたフィン１５０は、一部省略されて記載されている。図１１に示されるように、フィンカラー１５１は、円筒部１８０と頂部１８１を備えている。このフィンカラー１５１を備えるフィン１５０を積層させ、隣接するフィンカラー１５１の円筒部１８０と頂部１８１が嵌合することによりでフィンコア１５４が形成される。実施の形態１の通液管５３においては、通液管５３の内周面に形成された突起部８２は、通液管５３の通液方向に連続して設けられ、通液管５３の中心軸と平行に形成されていたのに対し、実施の形態２の通液管１５３においては、突起部１８２は、通液管１５３の長手方向に向かって通液管１５３の内面の円筒面に沿ってらせん状に形成されている。図１１において線１９０は、通液管１５３の軸方向位置の変化に伴う突起部１８２の頂点の位置を模式的に示している。なお、図１１において、線１９０は突起部１８２ａのみの頂点の位置を示しているが、他の突起部１８２ｂ〜１８２ｄも同様にらせん状に設けられているが、図示は省略している。

図１２は、図１１のＣ−Ｃにおける断面の模式図である。図１３は、図１１のＤ−Ｄにおける断面の模式図である。円筒部１８０の内面に円筒部１８０の中央へと延在させた突起部１８２を設ける。図１１において、図中のｙ方向を基準にすると、フィンカラー１５１の頂部１８１から見える突起部１８２のうち、突起部１８２ａはｙ軸から９０°反時計回りに回転した位置にある。なお、図１１、図１２、図１３に記載されているｘ、ｙ方向は、それぞれの図において対応している。突起部１８２ａは、図１１中のｚ方向に進むに従い、反時計回りにらせん状に延びている。図１１中のＣ−Ｃ断面においては、図１２に示されるように、突起部１８２ａは、図１２のｙ軸方向に位置している。また、図１１中のＤ−Ｄ断面においては、突起部１８２ａは、図１３に示されるように、ｙ軸から反時計回りに１３５°回転した位置にある。上記では突起部１８２ａについて説明したが、それぞれの突起部１８２ａ〜ｄも同様に、流路の流通方向にらせん状に延びており、図１１中のｚ軸方向に進むに従いそれぞれの突起部１８２の頂部が円筒の中心周りを断面方向に回転して設けられている。なお、実施の形態２においては、上記のように突起部１８２が通液管１５３の内部をらせん状に回転させて設置されているが、そのらせん状の突起部１８２が通液管１５３の軸方向に進んだときの回転方向の位置は、図１１に示された形状のみに限定されない。例えば、らせん状の突起部１８２の回転方向が逆であったり、回転する角度を小さくしたりしても良い。

＜効果＞
通液管の円周上に円の中心方向に延在する突起部１８２を設けることで、流動する液体と通液管壁に生じる温度境界層を薄くするとともに、乱れを増加させることで熱伝達率を向上する。また、流路の流通方向に突起部１８２をらせん状に設けることで温度境界層が更にかく乱される。液体の乱れを増加させることで熱伝達率を向上する。その結果、利用側熱交換器１０の熱交換性能が向上する。

実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１に対して突起部の大きさを変更したものである。実施の形態３で特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図１４は、本発明の実施の形態４の通液管２５３の通液方向に垂直な断面の模式図である。実施の形態４のフィンコア５４も、実施の形態１と同様にフィンカラー５１が穿設されたフィン５０を積層し、連続するフィンカラー５１の円筒部８０と頂部８１が嵌合することでフィン同士が積層されている。そして、実施の形態１と同様に、フィンカラー５１を連接させてできた通液管２５３の内面に通液管２５３の中央へと延在させた突起部２８２を設けている。突起部２８２は、実施の形態１に対し、通液管２５３の内側に大きく突出しているが、通液管２５３の半径Ｒ未満の高さに設定されている。すなわち、突起部２８２の高さは、通液管２５３の樹脂層２５２上の突起部２８２の無い部分を通液管２５３の内径とすると、その内径の半分より小さく設定されている。

＜効果＞
通液管２５３の円周上に円の中心方向に、通液管２５３の突起部２８２部分以外の円筒部分の半径未満の高さに設置することで、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、突起部２８２を半径Ｒ未満の高さで流路の流通方向に連続して設けることで、通液管２５３の断面方向の流れの撹拌が妨げられることがないため、通液管２５３内の温度境界層が更にかく乱される。実施の形態３に係る利用側熱交換器１０は、上記のように突起部２８２を設けることで流動する液体と通液管壁に生じる温度境界層を薄くするとともに、通液管２５３内の液体の乱れを増加させることで熱伝達率を向上する。その結果、利用側熱交換器１０の熱交換性能が向上する。

実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態１に対して通液管５３内の樹脂層５２に設けられた突起部８２の材質を変更するものである。実施の形態４で特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図１５は、本発明の実施の形態４の通液管３５３の通液方向に垂直な断面の模式図である。実施の形態４においても、通液管３５３の内周面に円筒部の中央へと延在させた突起部３８２を設ける。図１５において、突起部３８２を樹脂層５２に対し熱伝導性の高い材質に変更している。熱伝導性の高い部材として、アルミニウムなどの金属、窒化アルミ、窒化ホウ素、酸化亜鉛などの熱伝導セラミックス、グラファイトなどの粒子を樹脂に分散させたものを使用することができる。このように良熱伝導の粒子を混在させた材料で形成された突起部３８２は、接合に使用する樹脂層３５２よりも熱伝導性が高くなる。

突起部３８２は樹脂層３５２よりも熱伝導性の高い材質によって形成しており、その場合は、フィンカラー５１の接合部に浸透した樹脂が固化して接合された後に、熱伝導性の高い部材を通液管３５３内に流し込み、その後に突起部３８２の形状に合わせた凹凸形状を備えた治具を通液管３５３に挿入し、熱伝導性の高い部材が固化する前に形状を転写するようにするとよい。

＜効果＞
通液管３５３の円周上に円の中心方向に、突起部３８２を設けることで、流動する液体と通液管壁に生じる温度境界層を薄くするとともに、乱れを増加させることで熱伝達率を向上させる。さらに、流路の流通方向に突起部３８２を樹脂層３５２よりも熱伝導率の高い材質で形成することで突起部３８２から樹脂層３５２への熱抵抗も低下し、さらに利用側熱交換器１０の熱交換効率が向上する。

＜本発明の効果＞
上記の実施の形態１〜４の熱交換器は、板状の基板に複数の筒状のフィンカラー５１が形成されたフィン５０と、複数のフィン５０のフィンカラー５１が連接して形成された通液管５３と、を備え、通液管５３は、内面を覆う樹脂層５２を有し、樹脂層５２は、通液管５３の内側に向かう突起部８２を有する。なお、熱交換器は、実施の形態１〜４においては、利用側熱交換器１０に相当する。このような構成を取ることにより、本発明の熱交換器は、通液管５３の円周上に円の中心方向に延在する突起部８２を設けることで、通液管５３の内部を流動する液体が通液管５３の壁に接触する領域に生じる、温度境界層を薄くすることができる。そして、突起部８２が通液管５３内の液体の乱れを増加させることで熱伝達率が向上する。その結果、熱交換器の熱交換性能が向上する。

上記の実施の形態１〜４の熱交換器においては、さらに突起部８２は、通液管５３の通液方向に沿って連続して延びる。このような構成を取ることにより、本発明の熱交換器は、通液管５３の軸方向の全域にわたって温度境界層を薄くし、液体の乱れを増加させることができるため、熱伝達率が向上する。その結果、熱交換器の熱交換性能が向上する。

上記の実施の形態２の熱交換器においては、さらに突起部１８２は、通液管１５３の通液方向にらせん状に形成される。このような構成を取ることにより、本発明の熱交換器は、通液管１５３の円周上に円の中心方向に延在する突起部１８２を設けることで流動する液体の通液管１５３の壁に接触する部分に生じる温度境界層を薄くするとともに、液体の乱れが更にかく乱される。液体の乱れを増加させることで熱伝達率を向上する。その結果、温度境界層が更にかく乱される。液体の乱れを増加させることで熱伝達率を向上する。その結果、熱交換器の熱交換性能が向上する。

上記の実施の形態３の熱交換器においては、突起部２８２の高さは、通液管２５３の内径の半分より小さい。このような構成を取ることにより、突起部２８２を半径Ｒ未満の高さで流路の流通方向に連続して設けることで、通液管２５３の断面方向の流れの撹拌が妨げられることがないため、通液管２５３内の温度境界層が更にかく乱される。液体の乱れを増加させることで熱伝達率を向上する。その結果、熱交換器の熱交換性能が向上する。

上記の実施の形態４の熱交換器においては、突起部３８２は、樹脂層３５２よりも熱伝導性の高い部材で形成される。このような構成を取ることにより、通液管３５３乱れを増加させることで熱伝達率を向上させる。さらに、流路の流通方向に突起部３８２を樹脂層３５２よりも熱伝導率の高い材質で形成することで突起部から樹脂層への熱抵抗も低下し、さらに熱交換効率が向上する。

また、上記の実施の形態１〜４の何れかの熱交換器を備えることにより、熱交換性能が向上し、高効率な運転が可能な空気調和機を提供することができる。

１ 熱源側ユニット、２ 熱源側熱交換器、３ 送風機、４ 圧縮機、５ アキュムレータ、６ 流路切替器、７ 膨張弁、８ 中継熱交換器、９ 利用側ユニット、１０ 利用側熱交換器、１２ ポンプ、１６ 筐体、１７ 吸入口、１８ 吹出口、２０ 空気調和機、２１ 筐体、５０ フィン、５１ フィンカラー、５２ 樹脂層、５３ 通液管、５３ａ 開口部、５４ フィンコア、７０ 入口ヘッダー、７１ 出口ヘッダー、７２ 管、８０ 円筒部、８１ 頂部、８２ 突起部、１５０ フィン、１５１ フィンカラー、１５３ 通液管、１５４ フィンコア、１８０ 円筒部、１８１ 頂部、１８２ 突起部、１８２ａ 突起部、１８２ｂ 突起部、１８２ｃ 突起部、１８２ｄ 突起部、１９０ 線、２５２ 樹脂層、２５３ 通液管、２８２ 突起部、３５２ 樹脂層、３５３ 通液管、３８２ 突起部、Ｒ 半径。

Claims (6)

1. 板状の基板に複数の筒状のフィンカラーが形成されたフィンと、
   複数の前記フィンの前記フィンカラーが連接して形成された通液管と、を備え、
   該通液管は、
   内面を覆う樹脂層を有し、
   該樹脂層は、
   前記通液管の内側に向かう突起部を有する、熱交換器。
2. 前記突起部は、
   前記通液管の通液方向に沿って連続して延びる、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記突起部は、
   前記通液管の通液方向に沿ってらせん状に形成される、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記突起部の高さは、
   前記通液管の内径の半分より小さい、請求項１〜３の何れか１項に記載の熱交換器。
5. 前記突起部は、
   前記樹脂層よりも熱伝導性の高い部材で形成された、請求項１〜４の何れか１項に記載の熱交換器。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の熱交換器を備えた空気調和機。

Images