JP7001917B2 - 伝熱管ユニットを有する熱交換器 - Google Patents
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Description
(1)全体構成
図1は、本発明の第1実施形態に係る熱交換器10を示す。熱交換器10は、例えば、空気調和装置などに用いられ、冷媒と空気との間で熱交換を行うためのものである。熱交換器10は、第1配管41、第2配管42、第1ヘッダ21、第2ヘッダ22、および、伝熱管ユニット群35を有する。伝熱管ユニット群35は、複数の伝熱管ユニット30からなる。
(2-1)ヘッダおよび配管
第1配管41および第2配管42は冷媒を通過させるためのものである。第1配管41および第2配管42はどちらも、ガス、液、気液二相などの様々な状態をとりうる冷媒の導入口および排出口として機能できる。第1配管41は、第1ヘッダ21と冷媒を授受できるように第1ヘッダ21に接続されている。第2配管42は、第2ヘッダ22と冷媒を授受できるように第2ヘッダ22に接続されている。第1ヘッダ21と第2ヘッダ22はいずれも伝熱管ユニット接続面23を有している。第1ヘッダ21と第2ヘッダ22は、それぞれの伝熱管ユニット接続面23が対向するか、あるいは実質的に対向するように配置されている。
伝熱管ユニット群35を構成する複数の伝熱管ユニット30は、伝熱管ユニット配列方向xに間隔をあけて配置されている。各伝熱管ユニット30は、第1ヘッダ21および第2ヘッダと、それぞれの伝熱管ユニット接続面23において接続されている。伝熱管ユニット30は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金から一体的に構成されている。
図3は本発明の第1実施形態に係る熱交換器10の伝熱管ユニット群35Aの模式図である。複数のフィン32の中には、伝熱管離間方向yに対して正の鋭角だけ傾斜している第1傾斜部分S1と、伝熱管離間方向yに対して負の鋭角だけ傾斜している第2傾斜部分S2とが存在する。本実施形態において、すべてのフィン32は平面として構成されている。正の鋭角と負の鋭角の絶対値は、例えば実質的に等しく設定される。
(4-1)
伝熱管ユニット30に沿って流れる空気流は、フィン32の傾斜の変化に従って蛇行する。その結果、空気流がフィン32と接触する確率が高くなる。したがって、熱交換器10の伝熱性能が向上する。
第1伝熱管ユニット30Aは、蛇行の頂点に伝熱管31が位置するので、例えば製造工程において、形状の確認が容易である。
第1伝熱管ユニット30Aのフィン32の傾斜は交互に反転する。したがって、小さなピッチの蛇行形状を形成できるので、空気流とフィン32の接触頻度を増加し、伝熱性能の向上に寄与する。
以下に、本実施形態の変形例について説明する。複数の変形例を組み合わせてもよい。
図4は、本発明の第1実施形態の変形例1Aに係る熱交換器10の伝熱管ユニット群35A’の模式図である。第1実施形態に係る伝熱管ユニット群35とは異なり、変形例1Aに係る伝熱管ユニット群35A’の第1伝熱管ユニット30Aでは、すべてのフィン32が曲面として構成されている。この曲面のために、第1伝熱管ユニット30Aは全体として、例えば正弦波の形状の断面を持つ。
図5は、本発明の第1実施形態の変形例1Bに係る熱交換器10である。この熱交換器10では、第1ヘッダ21と第2ヘッダ22は伝熱管ユニット群35A’’に対して同じ側に配置されている。第1ヘッダ21および第2ヘッダ22は、それぞれ第1配管41および第2配管42に接続されている。
上述の実施形態では、配置の一例として、伝熱管ユニット配列方向xおよび伝熱管離間方向yが水平方向であり、伝熱管伸張方向zが鉛直方向である構成に言及した。これに代えて、熱交換器10を別の方向に配置してもよい。例えば、伝熱管離間方向yおよび伝熱管伸張方向zは水平方向であり、伝熱管ユニット配列方向xは鉛直方向であってもよい。
(1)構成
図7は、本発明の第2実施形態に係る熱交換器10の伝熱管ユニット群35Bの模式図である。
第1伝熱管ユニット30Aのフィン32の傾斜は1つ以上ずつおきに反転するので、大きなピッチの蛇行形状を形成する。これによって、空気流の抵抗が低減されるので、その低減分に応じて隣接する第1伝熱管ユニット30Aの間隔を小さく設計できる等の場合がある。その結果、伝熱性能を向上できる場合がある。
(3-1)交互配置のフィン数
概して伝熱管離間方向yに交互に配列される第1フィン32Aおよび第2フィン32Bは、2枚ずつに限られない。例えば、3枚ずつ、またはそれ以上の枚数ずつ第1フィン32Aおよび第2フィン32Bが交互に配列されてもよい。
第1実施形態の変形例を第2実施形態に適用してもよい。
(1)構成
図8は、本発明の第3実施形態に係る熱交換器10の伝熱管ユニット群35Cの模式図である。第1実施形態に係る伝熱管ユニット群35Aと同様に、第3実施形態に係る伝熱管ユニット群35Cにおいても、複数のフィン32の中には、伝熱管離間方向yに対して正の鋭角だけ傾斜している第1傾斜部分S1と、伝熱管離間方向yに対して負の鋭角だけ傾斜している第2傾斜部分S2とが存在する。本実施形態においても、すべてのフィン32は平面として構成されている。
(2-1)
第2伝熱管ユニット30Bのフィン32はすべて第3フィン32Cであり、第3フィン32Cの突出方向は交互に反転する。したがって、小さなピッチの蛇行形状を形成できるので、空気流とフィン32の接触頻度を増加し、伝熱性能の向上に寄与する。
第2伝熱管ユニット30Bは、蛇行の頂点に伝熱管31が位置しないので、占有する空間が小さい。したがって、空気流の抵抗を低減でき、これによって伝熱性能を向上できる場合がある。
これまでの実施形態の変形例を第3実施形態に適応してもよい。
(1)構成
図9は、本発明の第4実施形態に係る熱交換器10の伝熱管ユニット群35Dの模式図である。
この構成によれば、第2伝熱管ユニット30Bのフィン32の傾斜は1つ以上ずつおきに反転する。したがって、大きなピッチの蛇行形状を形成できるので、空気流の抵抗を低減することができ、これによって伝熱性能が向上できる場合がある。
(3-1)交互配置のフィン数
隣接する第3フィン32Cに挟まれる複数の箇所に交互に配列される第1フィン32Aおよび第2フィン32Bの数は、1枚に限られない。例えば、2枚ずつ、またはそれ以上の第1フィン32Aおよび第2フィン32Bが交互に配列されてもよい。
これまでの実施形態の変形例を第4実施形態に適応してもよい。
(1)構成
図10は、本発明の第5実施形態に係る熱交換器10の伝熱管ユニット群35Eの模式図である。第1実施形態に係る伝熱管ユニット群35Aと同様に、第5実施形態に係る伝熱管ユニット群35Eにおいても、複数のフィン32の中には、伝熱管離間方向yに対して正の鋭角だけ傾斜している第1傾斜部分S1と、伝熱管離間方向yに対して負の鋭角だけ傾斜している第2傾斜部分S2とが存在する。本実施形態においても、すべてのフィン32は平面として構成されている。
(2-1)
熱交換器10は、2種類の伝熱管ユニット、すなわち第1伝熱管ユニット30Aおよび第2伝熱管ユニット30Bを有する。したがって、2種類の伝熱管ユニットを適切に配置することにより、空気抵抗を低下させながら、伝熱性能を向上させることができる。
第1伝熱管ユニット30Aと第2伝熱管ユニット30Bが隣接する箇所においては、それぞれの伝熱管ユニットに属する伝熱管31が近接しない。したがって、その箇所においては、伝熱管31の近接に起因する空気抵抗が起こりにくい。
第1伝熱管ユニット30Aと第2伝熱管ユニット30Bが交互に配置されるので、隣接する伝熱管ユニットに属する伝熱管31が近接する箇所が少ない。したがって、伝熱管31の近接に起因する空気抵抗がさらに起こりにくい。
(3-1)伝熱管ユニットの種類
伝熱管ユニット群35Eを構成する複数の伝熱管ユニット30は、第1伝熱管ユニット30Aおよび第2伝熱管ユニット30Bの2種類のみならず、3種類以上であってもよい。例えば、伝熱管の位置がフィン幅の1/3ずつずれている3種類の伝熱管ユニットを用意して、それらを規則的に配置することによって伝熱管ユニット群35Eを構成してもよい。
これまでの実施形態の変形例を第5実施形態に適応してもよい。
(1)構成
図11は、本発明の第6実施形態に係る熱交換器10の伝熱管ユニット群35Fの模式図である。第1実施形態に係る伝熱管ユニット群35Aと同様に、第6実施形態に係る伝熱管ユニット群35Fにおいても、複数のフィン32の中には、伝熱管離間方向yに対して正の鋭角だけ傾斜している第1傾斜部分S1と、伝熱管離間方向yに対して負の鋭角だけ傾斜している第2傾斜部分S2と、が存在する。本実施形態においても、すべてのフィン32は平面として構成されている。
(2-1)
第1伝熱管ユニット30Aと第2伝熱管ユニット30Bが隣接する箇所においては、それぞれの伝熱管ユニットに属する伝熱管31が近接しない。したがって、その箇所においては、伝熱管31の近接に起因する空気抵抗が起こりにくい。
第1伝熱管ユニット30Aおよび第2伝熱管ユニット30Bでは、いずれも、フィン32の傾斜が1つ以上ずつおきに反転する。したがって、大きなピッチの蛇行形状を形成できるので、空気流の抵抗を低減することができる。
(3-1)伝熱管ユニットの種類
第5実施形態の変形例と同様に、伝熱管ユニット群35Fを構成する複数の伝熱管ユニット30は、第1伝熱管ユニット30Aおよび第2伝熱管ユニット30Bの2種類のみならず、3種類以上であってもよい。
第1伝熱管ユニット30Aに関して、概して伝熱管離間方向yに交互に配列される第1フィン32Aおよび第2フィン32Bは、2枚ずつに限られない。例えば、3枚ずつ、またはそれ以上の第1フィン32Aおよび第2フィン32Bが交互に配列されてもよい。
これまでの実施形態の変形例を第6実施形態に適応してもよい。
以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
21 第1ヘッダ
22 第2ヘッダ
23 伝熱管ユニット接続面
30 伝熱管ユニット
30A 第1伝熱管ユニット
30B 第2伝熱管ユニット
31 伝熱管
32 フィン
32A 第1フィン
32B 第2フィン
32C 第3フィン
41 第1配管
42 第2配管
S1 第1傾斜部分
S2 第2傾斜部分
Claims (8)
- 複数のフィン(32)および複数の伝熱管(31)を有する伝熱管ユニット(30)、
を複数備え、
前記複数の伝熱管ユニットは、伝熱管ユニット配列方向(x)に間隔をあけて配置され、
各伝熱管ユニットにおいて、
前記複数の伝熱管は、前記伝熱管ユニット配列方向(x)に垂直な伝熱管伸張方向(z)に延び、
前記フィンおよび前記伝熱管は、前記伝熱管ユニット配列方向(x)および前記伝熱管伸張方向(z)に垂直な伝熱管離間方向(y)に交互に配置されており、
各伝熱管ユニットの前記複数のフィンは、それぞれ、
前記伝熱管離間方向(y)に対して正の鋭角だけ傾斜する第1傾斜部分(S1)、および、
前記伝熱管離間方向(y)に対して負の鋭角だけ傾斜する第2傾斜部分(S2)、
の少なくとも一方を含み、
前記複数の伝熱管ユニットは、第1伝熱管ユニット(30A)および第2伝熱管ユニット(30B)の少なくとも一方を有し、
前記第1伝熱管ユニット(30A)の前記複数のフィンは、それぞれ、
前記第1傾斜部分(S1)のみを有する第1フィン(32A)、および
前記第2傾斜部分(S2)のみを有する第2フィン(32B)、
のいずれかであり、
前記第2伝熱管ユニット(30B)の前記複数のフィンは、
前記第1傾斜部分(S1)および前記第2傾斜部分(S2)の両方を有する第3フィン(32C)、
を含み、
前記複数の伝熱管ユニットは、前記第1伝熱管ユニット(30A)および前記第2伝熱管ユニット(30B)の両方を有する、
熱交換器(10)。 - 前記伝熱管ユニット配列方向(x)を向く視点において、前記第1伝熱管ユニット(30A)に属する前記伝熱管は、前記第2伝熱管ユニット(30B)に属する隣接する前記伝熱管の間に位置する、
請求項1に記載の熱交換器。 - 前記第1伝熱管ユニットと前記第2伝熱管ユニットは、前記伝熱管ユニット配列方向(x)に交互に配列されている、
請求項1または請求項2に記載の熱交換器。 - 前記第1伝熱管ユニットの前記複数のフィンは、前記伝熱管離間方向(y)に交互に配列された前記第1フィンおよび前記第2フィンである、
請求項1から3のいずれか1つに記載の熱交換器。 - 前記第1伝熱管ユニットの前記複数のフィンは、前記伝熱管離間方向(y)に2枚以上ずつ交互に配列された前記第1フィンおよび前記第2フィンである、
請求項1から3のいずれか1つに記載の熱交換器。 - 複数のフィン(32)および複数の伝熱管(31)を有する伝熱管ユニット(30)、
を複数備え、
前記複数の伝熱管ユニットは、伝熱管ユニット配列方向(x)に間隔をあけて配置され、
各伝熱管ユニットにおいて、
前記複数の伝熱管は、前記伝熱管ユニット配列方向(x)に垂直な伝熱管伸張方向(z)に延び、
前記フィンおよび前記伝熱管は、前記伝熱管ユニット配列方向(x)および前記伝熱管伸張方向(z)に垂直な伝熱管離間方向(y)に交互に配置されており、
各伝熱管ユニットの前記複数のフィンは、それぞれ、
前記伝熱管離間方向(y)に対して正の鋭角だけ傾斜する第1傾斜部分(S1)、および、
前記伝熱管離間方向(y)に対して負の鋭角だけ傾斜する第2傾斜部分(S2)、
の少なくとも一方を含み、
前記複数の伝熱管ユニットは、第1伝熱管ユニット(30A)および第2伝熱管ユニット(30B)の少なくとも一方を有し、
前記第1伝熱管ユニット(30A)の前記複数のフィンは、それぞれ、
前記第1傾斜部分(S1)のみを有する第1フィン(32A)、および
前記第2傾斜部分(S2)のみを有する第2フィン(32B)、
のいずれかであり、
前記第2伝熱管ユニット(30B)の前記複数のフィンは、
前記第1傾斜部分(S1)および前記第2傾斜部分(S2)の両方を有する第3フィン(32C)、
を含み、
前記第2伝熱管ユニットの前記複数のフィンは、交互に突出方向が異なるように前記伝熱管離間方向(y)に配列された前記第3フィンである、
熱交換器(10)。 - 複数のフィン(32)および複数の伝熱管(31)を有する伝熱管ユニット(30)、
を複数備え、
前記複数の伝熱管ユニットは、伝熱管ユニット配列方向(x)に間隔をあけて配置され、
各伝熱管ユニットにおいて、
前記複数の伝熱管は、前記伝熱管ユニット配列方向(x)に垂直な伝熱管伸張方向(z)に延び、
前記フィンおよび前記伝熱管は、前記伝熱管ユニット配列方向(x)および前記伝熱管伸張方向(z)に垂直な伝熱管離間方向(y)に交互に配置されており、
各伝熱管ユニットの前記複数のフィンは、それぞれ、
前記伝熱管離間方向(y)に対して正の鋭角だけ傾斜する第1傾斜部分(S1)、および、
前記伝熱管離間方向(y)に対して負の鋭角だけ傾斜する第2傾斜部分(S2)、
の少なくとも一方を含み、
前記複数の伝熱管ユニットは、第1伝熱管ユニット(30A)および第2伝熱管ユニット(30B)の少なくとも一方を有し、
前記第1伝熱管ユニット(30A)の前記複数のフィンは、それぞれ、
前記第1傾斜部分(S1)のみを有する第1フィン(32A)、および
前記第2傾斜部分(S2)のみを有する第2フィン(32B)、
のいずれかであり、
前記第2伝熱管ユニット(30B)の前記複数のフィンは、
前記第1傾斜部分(S1)および前記第2傾斜部分(S2)の両方を有する第3フィン(32C)、
を含み、
前記第2伝熱管ユニットの前記複数のフィンは、前記第1フィン、前記第2フィン、前記第3フィンをすべて含み、かつ、2枚の前記第3フィンの間に、少なくとも1枚の前記第1フィンまたは前記第2フィンが配置されている、
熱交換器(10)。 - 前記複数のフィンは曲面である、
請求項1から7のいずれか1つに記載の熱交換器。
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