JP5777612B2 - 熱交換器及びこれを用いたヒートポンプ装置 - Google Patents
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Description
特許文献1の熱交換器は、多数平行に配置されその間を気体が流動する複数の板状フィンと、この各板状フィンへ直角に挿入され、内部を作動流体が通過し、気体の通過する方向に対して直角方向の段方向へ複数段設けられるとともに気体通過方向の列方向に複数列設けられた外径D(3mm≦D≦7mm)の伝熱管と、前記板状フィン面上に設けられ、気体の流れに対向して開口部を有する切り起こしとを備え、前記伝熱管の段方向の段ピッチDpを2D≦Dp≦3Dとし、前記伝熱管の列方向の列ピッチLpを2D≦Lp≦3.5Dとし、前記板状フィンのフィンピッチFpを0.5D≦Fp≦0.7Dとしている。これにより、通風抵抗が小さくかつ伝熱性能の良好な熱交換器を達成可能である。
さらに、先行技術文献では、最良の熱交換量の熱交換器を実現するために、各パラメータをどのように求めるか不明である。また、熱交換器を製造する場合のコストや熱交換器をヒートポンプ装置に取付ける際の作業性を考慮した場合、単位重量当りの熱交換量も重要な要因となるのであるが、単位重量当りの熱交換量についても不明である。
また、本発明に係るヒートポンプ装置は、上記構成の熱交換器を冷凍回路の蒸発器として用いたことを特徴とする。
図1に示すようなフィンチューブ型熱交換器とファンを用いた冷却装置において、実際にどのくらいの冷却ができるのかは、主として熱交換器の構造とファンの特性による。
Vである。風量Vがわかれば、すでに得られている図3に示す特性より、実際に得られる単位温度差あたりの熱交換量Q[W/K]を算出することができる。さらに、熱交換器の温度Thexと流入する空気の温度T1を与えれば、熱交換量q[W]や熱交換器から出てくる空気の温度T2が算出できる。上述の特許文献1および2における発明はこのq[W]またはQ[W/K]を大きくするためのものであると言える。
そこで、すでに述べたQ[W/K]をさらに熱交換器の重量 [kg]で割ったものをQ’[W/(kg・K)]、すなわち、(数7)式とし、単位重量あたりの熱交換性能の指標として用いる。
(数9)式であらわされるQ’の中の係数C11はV1の二乗の係数であるが、C11>0であることからV1(伝熱管の外径)に対してQ’は図11に示すように下に凸の形をしており、Q’を最大にするV1、すなわちV1の最適値は存在しないことがわかった。同様に考察していくと、Q’を最大にする最適値を持つのは伝熱管ピッチV2、フィンピッチV3、コルゲート山高さV5のみであることがわかる。つまり
V2、V3、V5に関しては、Q’は図12に示すように上に凸となっている。
なお、上記(数8)式によれば(数15)式には実際にはC45V4の項が存在するが、(数9)式に基づいてC45V4の項は省略される。以下、(数16)式、(数17)式、(数18)式、(数22)式、(数24)式においても同様にC45V4の項は省略される。
また、本発明においては、伝熱管外径V1が4(mm)〜8(mm)の範囲において、単位重量当たりの熱交換性能を最大にすることができることが確認された。
図16において、ヒートポンプ式給湯装置は、冷媒を流通する冷凍回路10と、給湯用水を流通する第1の給湯回路20と、給湯用水を流通する第2の給湯回路30と、浴槽用水を流通する浴槽用回路40と、冷凍回路10の冷媒と第1の給湯回路20の給湯用水とを熱交換する第1の水熱交換器50と、第2の給湯回路30の給湯用水と浴槽用回路40の浴槽用水とを熱交換する第2の水熱交換器60とを備えている。
2 伝熱管
3 伝熱コルゲートフィン
13 蒸発器
Claims (10)
- 互いに径方向に間隔をおいて上下方向及び前後方向にそれぞれ配列されるとともに、上下方向及び前後方向に隣り合う同士がその中心を結ぶ線によって正三角形をなすように配置した複数の伝熱管と、互いに伝熱管の軸方向に間隔をおいて配置された複数の伝熱コルゲートフィンとを備えた熱交換器において、
前記伝熱管の外径をV1、前記伝熱管の上下方向ピッチをV2、前記伝熱コルゲートフィンのフィンピッチをV3、前記伝熱コルゲートフィンのフィン板厚をV4、前記伝熱コルゲートフィンのコルゲート山高さをV5として、前記V1、V3、V4、V5の値が任意に与えられた場合、前記V2が(数1)式の範囲内に設定されることを特徴とする熱交換器。
- 互いに径方向に間隔をおいて上下方向及び前後方向にそれぞれ配列されるとともに、上下方向及び前後方向に隣り合う同士がその中心を結ぶ線によって正三角形をなすように配置した複数の伝熱管と、互いに伝熱管の軸方向に間隔をおいて配置された複数の伝熱コルゲートフィンとを備えた熱交換器において、
前記伝熱管の外径をV1、前記伝熱管の上下方向ピッチをV2、前記伝熱コルゲートフィンのフィンピッチをV3、前記伝熱コルゲートフィンのフィン板厚をV4、前記伝熱コルゲートフィンのコルゲート山高さをV5として、前記V1、V2、V4、V5の値が任意に与えられた場合、前記V3が(数2)式の範囲内に設定されることを特徴とする熱交換器。
- 互いに径方向に間隔をおいて上下方向及び前後方向にそれぞれ配列されるとともに、上下方向及び前後方向に隣り合う同士がその中心を結ぶ線によって正三角形をなすように配置した複数の伝熱管と、互いに伝熱管の軸方向に間隔をおいて配置された複数の伝熱コルゲートフィンとを備えた熱交換器において、
前記伝熱管の外径をV1、前記伝熱管の上下方向ピッチをV2、前記伝熱コルゲートフィンのフィンピッチをV3、前記伝熱コルゲートフィンのフィン板厚をV4、前記伝熱コルゲートフィンのコルゲート山高さをV5として、前記V1、V2、V3、V4の値が任意に与えられた場合、前記V5が(数3)式の範囲内に設定されることを特徴とする熱交換器。
- 互いに径方向に間隔をおいて上下方向及び前後方向にそれぞれ配列されるとともに、上下方向及び前後方向に隣り合う同士がその中心を結ぶ線によって正三角形をなすように配置した複数の伝熱管と、互いに伝熱管の軸方向に間隔をおいて配置された複数の伝熱コルゲートフィンとを備えた熱交換器において、
前記伝熱管の外径をV1、前記伝熱管の上下方向ピッチをV2、前記伝熱コルゲートフィンのフィンピッチをV3、前記伝熱コルゲートフィンのフィン板厚をV4、前記伝熱コルゲートフィンのコルゲート山高さをV5として、前記V1、V4、V5の値が任意に与えられた場合、前記V2およびV3が、それぞれ(数1)式、(数2)式の範囲内に設定されることを特徴とする熱交換器。
- 互いに径方向に間隔をおいて上下方向及び前後方向にそれぞれ配列されるとともに、上下方向及び前後方向に隣り合う同士がその中心を結ぶ線によって正三角形をなすように配置した複数の伝熱管と、互いに伝熱管の軸方向に間隔をおいて配置された複数の伝熱コルゲートフィンとを備えた熱交換器において、
前記伝熱管の外径をV1、前記伝熱管の上下方向ピッチをV2、前記伝熱コルゲートフィンのフィンピッチをV3、前記伝熱コルゲートフィンのフィン板厚をV4、前記伝熱コルゲートフィンのコルゲート山高さをV5として、前記V1、V2、V4の値が任意に与えられた場合、前記V3およびV5が、それぞれ(数2)式、(数3)式の範囲内に設定されることを特徴とする熱交換器。
- 互いに径方向に間隔をおいて上下方向及び前後方向にそれぞれ配列されるとともに、上下方向及び前後方向に隣り合う同士がその中心を結ぶ線によって正三角形をなすように配置した複数の伝熱管と、互いに伝熱管の軸方向に間隔をおいて配置された複数の伝熱コルゲートフィンとを備えた熱交換器において、
前記伝熱管の外径をV1、前記伝熱管の上下方向ピッチをV2、前記伝熱コルゲートフィンのフィンピッチをV3、前記伝熱コルゲートフィンのフィン板厚をV4、前記伝熱コルゲートフィンのコルゲート山高さをV5として、前記V1、V3、V4の値が任意に与えられた場合、前記V2およびV5が、それぞれ(数1)式、(数3)式の範囲内に設定されることを特徴とする熱交換器。
- 互いに径方向に間隔をおいて上下方向及び前後方向にそれぞれ配列されるとともに、上下方向及び前後方向に隣り合う同士がその中心を結ぶ線によって正三角形をなすように配置した複数の伝熱管と、互いに伝熱管の軸方向に間隔をおいて配置された複数の伝熱コルゲートフィンとを備えた熱交換器において、
前記伝熱管の外径をV1、前記伝熱管の上下方向ピッチをV2、前記伝熱コルゲートフィンのフィンピッチをV3、前記伝熱コルゲートフィンのフィン板厚をV4、前記伝熱コルゲートフィンのコルゲート山高さをV5として、前記V1、V4の値が任意に与えられた場合、前記V2、V3、V5が、それぞれ(数1)式、(数2)、(数3)式の範囲内に設定されることを特徴とする熱交換器。
- 請求項1から8のいずれか1項に記載の熱交換器において、前記伝熱管には二酸化炭素冷媒が流通することを特徴とする熱交換器。
- 請求項1から9のいずれか1項に記載の熱交換器を冷凍回路の蒸発器として用いたことを特徴とするヒートポンプ装置。
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