JP2516966B2 - フイン付熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、空調，冷凍等に使用され、冷媒と空気等の
流体間で熱の授受を行うフィン付熱交換器に関するもの
である。

従来の技術 近年、ヒートポンプ式空気調和機の普及率が増大して
きているが、これは、冷房運転時は、室内熱交換機を蒸
発器として、室外熱交換器を凝縮器として用い、暖房運
転時は、逆に、室内熱交換器を凝縮器として、室外熱交
換器を蒸発器として用いるものである。従来、この種の
フィン付熱交換器は、第５図に示すように、一定間隔で
平行に並べられたフィン１と、このフィン１に直角に挿
通された伝熱管２とからなり、気流３がフィン１間を流
れて、伝熱管２内部を流れる冷媒４と熱交換を行うもの
である。更に、このようなフィン付熱交換器では、小型
・高性能化を図るべく、空気側の熱抵抗を低下させる工
夫がなされている。

発明が解決しようとする問題点 ところが、このようなフィン付熱交換器を空気調和機
の室外熱交換器として使用し、暖房運転した場合、蒸発
器として機能することになり、外気温が低下し、フィン
１あるいは伝熱管２の表面温度が０゜ｃ以下になると、
第６図に示すように着霜が生じる。すなわち、熱伝達率
の良い部分、つまり表面温度の低い部分から霜層５が形
成される。伝熱管２内側から言えば、冷媒乾き度が比較
的高い領域（例えばフロンＲ−22では乾き度0.5≦χ≦
0.9）の伝熱管、及び、管内圧力損失により冷媒蒸発圧
力，蒸発温度が低下する熱交換器出口付近、伝熱管２外
側から言えば、境界層前縁効果の大きい気流上流側のフ
ィンから着霜が始まる。したがって、第５図のようなフ
ィン付熱交換器の場合、冷媒出口付近のフィン先端領域
６近傍に集中的に着霜が生じる。

このようにして着霜が進むと、領域６がまず最初に閉
塞してしまい、その他の領域でのフィン１間風速が増加
し、すぐに霜層５によって閉塞が進むため、フィン１間
に空気が流入できず、その結果、熱交換能力が低下して
くるので暖房運転を頻繁に中断して除霜運転を行わねば
ならず、暖房時の快適性を阻害するという問題を有して
いた。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、フィン付熱交換
器前面において均一に着霜させることにより、フィン１
間が霜５により閉塞されるまでの時間を延長し暖房時の
快適性を長時間にわたって維持することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の技術的手段は、平行に
並べられ、その間を気流が流動するフィンと、このフィ
ンに直角に、かつ、水平に挿通され、気流に対する垂直
方向に複数段配列されて内部を流体が流動する伝熱管と
から構成され、気流に対する垂直方向において、フィン
のフィンピッチを２種類以上に変化させ、かつ、伝熱管
内流体の入口側におけるフィンピッチに比べて、出口側
におけるフィンピッチを大きくするものである。

作 用 この技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、上述したように、気流に対する垂直方向に
おいて、フィンのフィンピッチを２種類以上に変化さ
せ、かつ、伝熱管内流体の入口側におけるフィンピッチ
に比べて、出口側におけるフィンピッチを大きくしてい
るため、フィン側について言えば、気流方向のフィン長
さ：一定の場合、フィンを疎に設置するよりフィンを密
に設置する方がフィン間における空気の流路が矩形状に
近づく結果、第３図に示すように、空気側熱伝達率α_０
は高い値を有する。一方、伝熱管内側について言えば、
管内流体の乾き度χと蒸発熱伝達率αｉとの関係は、発
明者らの実験に基づく経験によれば、およそ第４図に示
すように、中乾き度から高乾き度にかけて（乾き度0.5
≦χ≦0.9）蒸発熱伝達率が高いことがわかっている。

従って、空気側熱伝達率α_０の比較的高いフィン部と
管内側蒸発熱伝達率αｉの比較的低い伝熱管部とを組み
合わせ、そして、空気側熱伝達率α_０の比較的低いフィ
ン部と管内空気側熱伝達率αｉの比較的高い伝熱管部と
を組み合わせることにより、フィン付熱交換器全体的に
ほぼ均一な熱通過率が得られる。その結果、暖房運転時
に霜によって部分的に速く閉塞することがなくなり、フ
ィン付熱交換器前面において均一に着霜が生じ、フィン
間が霜により閉塞されるまでの時間が延長でき、暖房時
の快適性を長時間にわたって維持することができる。

実 施 例 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づい
て説明する。

第１図は本発明の一実施例のフィン付熱交換器の斜視
図であり、第２図は同正面図である。10a,10bは平行に
並べられたフィンで、11a,11bはフィン10a,10bに水平に
挿通された伝熱管であり、気流に対する垂直方向に複数
段配列されている。伝熱管11a,11bの内部には冷媒12が
下段から上段へ流動しており、その冷媒の有する熱は、
伝熱管11a,11b、フィン10a,10bへと順次伝えられる。一
方、気流13は、フィン10a,10b間を通過する際に、冷媒1
2から伝えられた熱を気流13の接する面を介して間接的
に交換する。

そして、冷媒12流入側、すなわち、下段側のフィンピ
ッチP1を小さくして密にフィン10aを設置し、冷媒12の
流出側、すなわち、上段側のフィンピッチP2を大きくし
て疎にフィン10bを設置している。つまり、P1＜P2とす
る。

次に、この一実施例の構成における作用を説明する。

上述したように、冷媒12流入側（冷媒の低乾き度域）
の伝熱管11aまわりに、フィンピッチP1を小さくして密
にフィン10aを設置し、冷媒12の流出側（冷媒の高乾き
度域）の伝熱管11bまわりにフィンピッチP2を大きくし
て疎にフィン10bを設置しているため、伝熱管外側から
言えば、気流方向にフィン長さ：一定の場合、フィン10
bを疎に設置するよりフィン10aを密に設置する方がフィ
ン10a間における空気流13の流路が矩形状に近づく結
果、空気側熱伝達率α_０は高い値を有する。一方、伝熱
管内側から言えば、冷媒の乾き度ｘと蒸発熱伝達率αｉ
との関係は、発明者らの実験に基づく経験より、中乾き
度域から高乾き度域にかけて（乾き度0.5≦χ≦0.9）蒸
発熱伝達率αｉが高い。

従って、空気側熱伝達率α_０の比較的高いフィン10a
部と管内側蒸発熱伝達率αｉの比較的低い伝熱管11a部
とを組み合わせ、そして、空気側熱伝達率α_０の比較的
低いフィン10b部と管内空気側熱伝達率αｉの比較的高
い伝熱管11bとを組み合わせることにより、フィン付熱
交換器全体的にほぼ均一な熱経過率が得られる。但し、
この場合、フィンピッチP1,P2に影響されるため、均一
な熱通過率を得るためには、１＜P2/P1＜1.5であること
が望ましい。その結果、暖房運転時に、霜によって部分
的に速く閉塞することがなくなり、フィン付熱交換器前
面において均一に着霜が生じ、フィン10a,10b間が霜に
より閉塞されるまでの時間が延長でき、暖房時の快適性
を長時間にわたって維持することができる。

発明の効果 以上のように本発明は、平行に並べられ、その間を気
流が流動するフィンと、このフィンに直角に、かつ、水
平に挿通され、気流に対する垂直方向に複数段配列され
て内部を流体が流動する伝熱管とから構成され、気流に
対する垂直方向において、フィンのフィンピッチを２種
類以上に変化させ、かつ、伝熱管内流体の入口側におけ
るフィンピッチに比べて、出口側におけるフィンピッチ
を大きくすることにより、フィン付熱交換器全体的にほ
ぼ均一な熱通過率が得られる。その結果、暖房運転時に
霜によって部分的に速く閉塞することがなくなり、フィ
ン付熱交換器前面において均一に着霜が生じ、フィン間
が霜により閉塞されるまでの時間が延長でき、暖房時の
快適性を長時間にわたって維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるフィン付熱交換器の斜
視図、第２図は同正面図、第３図は本発明におけるフィ
ンピッチと空気側熱伝達率の関係を示す図、第４図は本
発明における冷媒乾き度と管内側蒸発熱伝達率の関係を
示す図、第５図は従来例を示すフィン付熱交換器の斜視
図、第６図は着霜時の同断面図である。 10a,10b……フィン、11a,11b……伝熱管、12……冷媒、
13……気流、P1,P2……フィンピッチ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平行に並べられ、その間を気流が流動する
   フィンと、このフィンに直角に、かつ、水平に挿通さ
   れ、気流に対する垂直方向に複数段配列されて内部を流
   体が流動する伝熱管とから構成され、気流に対する垂直
   方向において、前記フィンのフィンピッチを２種類以上
   に変化させ、かつ、伝熱管内流体の入口側におけるフィ
   ンピッチに比べて、出口側におけるフィンのフィンピッ
   チを大きくしたフィン付熱交換器。