WO2013035436A1 - パラレルフロー型熱交換器及びそれを搭載した空気調和機 - Google Patents

パラレルフロー型熱交換器及びそれを搭載した空気調和機 Download PDF

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WO2013035436A1
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WO
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heat exchanger
fins
fin
parallel flow
slits
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PCT/JP2012/068156
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English (en)
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Inventor
円 上野
一寿 三代
Original Assignee
シャープ株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05375Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with particular pattern of flow, e.g. change of flow direction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00Evaporators; Condensers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/022Tubular elements of cross-section which is non-circular with multiple channels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/126Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element consisting of zig-zag shaped fins
    • F28F1/128Fins with openings, e.g. louvered fins
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00Fins
    • F28F2215/04Assemblies of fins having different features, e.g. with different fin densities

Definitions

  • the present invention relates to a side flow type parallel flow heat exchanger and an air conditioner equipped with the same.
  • a parallel flow type heat in which a plurality of flat tubes are arranged between a plurality of header pipes so that a plurality of refrigerant passages in the flat tubes communicate with the inside of the header pipe, and fins such as corrugated fins are arranged between the flat tubes.
  • Exchangers are widely used in outdoor units of car air conditioners and building air conditioners.
  • Patent Document 1 describes a side flow parallel flow heat exchanger including two vertical header pipes and a plurality of horizontal flat tubes connecting the two header pipes.
  • corrugated fins are arranged between the flat tubes.
  • the end of the corrugated fin protrudes outward from the end of the flat tube, and a cut and raised piece (louver) is formed on the surface of the corrugated fin to improve the heat transfer efficiency with air.
  • the cut and raised pieces are formed on the upstream portion and the downstream portion of the air flow around the central flat surface of the corrugated fin formed on the processing, and the inclined direction with respect to the air flow direction is reversed on each side. It has become.
  • Patent Document 2 also describes a side flow type parallel flow heat exchanger.
  • the fins of the heat exchanger are provided with cuts for increasing the heat transfer area.
  • the parallel flow heat exchanger described in Patent Document 3 is not a side flow method but a down flow method, and flat tubes are arranged vertically.
  • the corrugated fin is provided with a louver divided into a plurality of groups only downstream from a certain length along the ventilation direction from the ventilation upstream end.
  • the louver is raised in the reverse direction on the upstream side and the downstream side.
  • the ventilation upstream end portion of the corrugated fin protrudes from the flat tube to the ventilation upstream side.
  • JP 2008-101847 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-25481 JP-A-6-147785
  • the present invention provides a structure capable of improving the heat exchange efficiency of fins and reducing the effects of frost formation when the heat exchanger is used as an evaporator in a side flow parallel flow heat exchanger. Objective.
  • a parallel flow heat exchanger includes two vertical header pipes, a plurality of horizontal flat tubes connecting the two header pipes, and a plurality of fins attached to the flat surfaces of the plurality of flat tubes.
  • the fin windward end is a projecting portion that projects further to the windward side than the windward end of the flat tube, and the surface of the fin is aligned with the windward end of the flat tube.
  • the vicinity is a blank portion, and a plurality of slits in a direction intersecting with the airflow passing through the surface of the fin are formed in places other than the blank portion of the fin, and the slits are all front edge portions facing the airflow. Is provided.
  • At least fins positioned in the lower part of the heat exchanger are provided with the slits at a location on the leeward side of the blank portion. Is preferred.
  • the fin is a corrugated fin, and the slits are disposed on both sides of a center line of a strip-shaped material that is a material of the fin.
  • the air conditioner according to the present invention is one in which the parallel flow heat exchanger having the above configuration is mounted on an indoor unit or an outdoor unit.
  • the windward end portion of the fin is a protruding portion that protrudes further to the windward side than the windward end portion of the flat tube, and the surface of the fin is near the portion aligned with the windward end portion of the flat tube. Since it is a blank part and the slit is provided in places other than this blank part, it becomes difficult to form frost in a blank part. A blank part without a slit is high in strength. Thereby, the shape of the fin is changed due to frost adhering to the blank portion, and a crack is generated. The crack is not connected to the slit and the protruding portion is not cut.
  • FIG. 3 is a partial sectional view taken along line III-III in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 1. It is a figure explaining the shaping
  • Fig. 1 shows the basic structure of a side flow parallel flow heat exchanger.
  • the upper side of the paper is the upper side of the heat exchanger
  • the lower side of the paper is the lower side of the heat exchanger.
  • the parallel flow heat exchanger 1 includes two vertical header pipes 2 and 3 and a plurality of horizontal flat tubes 4 arranged therebetween.
  • the header pipes 2 and 3 are arranged in parallel in the horizontal direction at intervals, and the flat tubes 4 are arranged at a predetermined pitch in the vertical direction. Since the heat exchanger 1 is installed at various angles according to design requirements at the stage of actually mounting on equipment, the “vertical direction” and “horizontal direction” in this specification should not be strictly interpreted. It should be understood as a mere measure of direction.
  • the flat tube 4 is an elongated molded product obtained by extruding a metal, and as shown in FIG. 2, a refrigerant passage 5 through which a refrigerant flows is formed. Since the flat tube 4 is disposed so that the extrusion direction, which is the longitudinal direction, is horizontal, the refrigerant flow direction of the refrigerant passage 5 is also horizontal. A plurality of refrigerant passages 5 having the same cross-sectional shape and cross-sectional area are arranged in the left-right direction in FIG. 2, and therefore the vertical cross section of the flat tube 4 has a harmonica shape. Each refrigerant passage 5 communicates with the inside of the header pipes 2 and 3.
  • the fin 6 is attached to the flat surface of the flat tube 4.
  • corrugated fins are used as the fins 6, but plate fins may be used.
  • the side plate 7 is disposed outside the uppermost and lowermost fins.
  • the header pipes 2 and 3, the flat tubes 4, the fins 6, and the side plates 7 are all made of a metal having good heat conduction such as aluminum, the flat tubes 4 are for the header pipes 2 and 3, and the fins 6 are for the flat tubes 4.
  • the side plate 7 is fixed to the fin 6 by brazing or welding.
  • the inside of the header pipe 2 is partitioned into three sections S1, S2, and S3 by two partition plates P1 and P2.
  • the partition plates P1 and P2 divide the plurality of flat tubes 4 into a plurality of flat tube groups.
  • a flat tube group consisting of four of the total 24 flat tubes 4 is connected to the section S1
  • a flat tube group consisting of 15 flat tubes 4 is connected to the section S2, and five flat tubes groups are connected to the section S3.
  • a flat tube group consisting of the flat tubes 4 is connected.
  • the inside of the header pipe 3 is partitioned into two sections S4 and S5 by one partition plate P3.
  • the partition plate P3 divides the plurality of flat tubes 4 into a plurality of flat tube groups.
  • a flat tube group consisting of 12 out of a total of 24 flat tubes 4 is connected to the section S4, and a flat tube group consisting of 12 flat tubes 4 is also connected to the section S5.
  • the total number of the flat tubes 4 described above, the number of partition plates inside each header pipe and the number of partitions partitioned thereby, and the number of flat tubes 4 for each flat tube group divided by the partition plates are merely examples. Yes, it does not limit the invention.
  • the refrigerant access pipe 8 is connected to the section S1.
  • a refrigerant inlet / outlet pipe 9 is connected to the section S3.
  • the function of the heat exchanger 1 is as follows.
  • the refrigerant is supplied to the section S1 through the refrigerant inlet / outlet pipe 8.
  • the refrigerant that has entered the compartment S1 travels through the four flat tubes 4 connecting the compartment S1 and the compartment S4 to the compartment S4.
  • the flat tube group formed by the four flat tubes 4 constitutes the refrigerant path A.
  • the refrigerant path A is symbolized by a block arrow. Other refrigerant paths are also symbolized by block arrows.
  • the refrigerant that has entered the compartment S4 is turned back and passes through the eight flat tubes 4 connecting the compartment S4 and the compartment S2 toward the compartment S2.
  • the flat tube group formed by the eight flat tubes 4 constitutes the refrigerant path B.
  • the refrigerant that has entered the compartment S2 turns back there, and travels through the seven flat tubes 4 connecting the compartment S2 and the compartment S5 to the compartment S5.
  • the flat tube group formed by the seven flat tubes 4 constitutes the refrigerant path C.
  • the refrigerant that has entered the compartment S5 is turned back and passes through the five flat tubes 4 connecting the compartment S5 and the compartment S3 to the compartment S3.
  • the flat tube group formed by the five flat tubes 4 constitutes the refrigerant path D.
  • the refrigerant entering the section S3 flows out from the refrigerant inlet / outlet pipe 9.
  • the refrigerant When the heat exchanger 1 is used as an evaporator, the refrigerant is supplied to the section S3 through the refrigerant inlet / outlet pipe 9.
  • the refrigerant flow thereafter follows the refrigerant path when the heat exchanger 1 is used as a condenser. That is, the refrigerant enters the section S ⁇ b> 1 through the refrigerant path D ⁇ refrigerant path C ⁇ refrigerant path B ⁇ refrigerant path A and flows out of the refrigerant inlet / outlet pipe 8.
  • the heat exchanger 1 is characterized by the structure of the fins 6. This will be described with reference to FIGS.
  • the right side of the figure is the windward side of the airflow passing through the heat exchanger 1, and the left side is the leeward side.
  • the windward end portion 6U of the fin 6 protrudes further to the windward side than the windward end portion 4U of the flat tube 4.
  • a region from the windward side end portion 4U of the flat tube 4 to its own windward side end portion 6U serves as a protruding portion 6a of the fin 6.
  • the leeward side end portion 6D of the fin 6 protrudes slightly toward the leeward side from the leeward side end portion 4D of the flat tube 4.
  • the surface of the fin 6 has a portion near the windward side end portion 4U of the flat tube 4 and a protruding portion 6a as a blank portion (a portion where a slit to be described later is not formed). Is formed.
  • the slit 10 extends in a direction intersecting with the airflow passing through the surface of the fin 6. In FIG. 2, the slit 10 extends in the vertical direction. That is, a plurality of slits 10 that intersect at right angles to the airflow direction are formed at predetermined intervals.
  • the crossing angle between the slit 10 and the airflow may be an angle other than a right angle.
  • the slit 10 has a shape of a cut and raised piece. All the raised pieces are inclined in the same direction. That is, all the slits 10 are provided with the front edge part 10a which faces airflow.
  • the airflow When the airflow passes through the fin 6 having the above-described configuration, the airflow becomes large at the front edge portion 10a of the slit 10. At the point where the flow velocity becomes high, the boundary layer of air becomes thin and the thermal conductivity increases. Since all the slits 10 are provided with the front edge part 10a, the heat transfer efficiency of the heat exchanger 1 is improved.
  • the protruding portion 6a is also a blank portion, and the slit 10 is provided in a portion other than the blank portion. It becomes difficult to form frost on the blank portion.
  • the blank portion without the slit 10 has high strength. Thereby, the shape of the fin 6 is changed due to frost adhering to the blank portion, a crack is generated, the crack is not connected to the slit, and the protruding portion 6a is not cut.
  • ⁇ Frosting is unlikely to occur at the protruding portion 6a of the fin 6 where the slit 10 does not exist, but some dehumidification is performed. Since the slit 10 exchanges heat with air dehumidified to some extent, frost formation on the slit 10 is delayed, and the frequency of the defrosting operation can be reduced.
  • the slit 10 is arranged not only to avoid the protruding portion 6a but also to avoid a portion aligned with the windward side end portion 4U of the flat tube 4. That is, the arrangement of the slits 10 starts from a position spaced a predetermined distance from the windward side end 4U of the flat tube 4 in the leeward direction. This brings about the following effects.
  • the slit 10 When the frost is formed on the slit 10, the slit 10 receives a pressure due to freezing. This pressure may cause the fins 6 to crack. When the slits 10 are aligned with the windward side end 4U of the flat tube 4, the crack easily reaches the bent portion of the fin 6 and the fin 6 may break. As shown in FIGS. 2 and 3, such an accident can be prevented if the slits 10 are arranged in such a way as to avoid the locations aligned with the windward side end 4U of the flat tube 4.
  • the protruding portion 6a is also a blank portion, and the slit 10 is formed in a portion other than the blank portion is the lower part of the heat exchanger 1, for example, It can be performed only for the fins 6 located below the central dividing line in the height direction, that is, the fins 6 where a large amount of condensed water is collected.
  • FIG. 4 shows such a configuration example.
  • the slits 10 are formed so as to avoid the blank portion in the vicinity of the portion aligned with the windward end portion 4U of the flat tube 4 for the fins 6 from the bottom to the sixth.
  • the slits are also formed in the vicinity of the locations aligned with the windward side end 4 U of the flat tube 4. 10 is formed.
  • the vicinity of the part located in the windward side edge part 4U of the flat tube 4 is made into a blank part. , Destruction of the fin 6 can be prevented. Further, by limiting such treatment to the fins 6 below the heat exchanger 1, the heat exchange efficiency of the heat exchanger 1 as a whole can be reduced.
  • the fin 6 When the fin 6 is a corrugated fin, it can be formed as shown in FIG.
  • the material of the corrugated fin is a strip-shaped material 11.
  • the band-like material 11 is passed through a gear-like rotary tool (not shown), and the slit 10 is formed simultaneously with the blade while folding the ridge along the fold line 11a serving as a mountain or valley.
  • the strip 11 is drawn into the rotary tool along the longitudinal direction of the strip 11 and is sequentially processed from the end.
  • FIG. 5 two-dot chain lines are shown for easy understanding of where the flat tube 4 comes when the corrugated fin is processed as a heat exchanger.
  • the arrangement of the slits 10 is designed so that the slits 10 are present on both sides of the center line 11C of the belt-like material 11. If the slit 10 exists only on one side of the center line 11 ⁇ / b> C, the strip 11 is twisted when the rotary tool retracts the strip 11. When the band-like material 11 is twisted, the shape error of the fin 6 becomes large, and the heat exchanger cannot be assembled. Heat exchange efficiency also deteriorates. If the slits 10 are provided on both sides of the center line 11C, twisting of the belt-like material 11 can be prevented.
  • the arrangement of the slits 10 may be as shown in FIG.
  • the vicinity of the protruding portion 6 a and the portion aligned with the windward side end portion 4 U of the flat tube 4 is a blank portion.
  • a slit 10 is formed in the portion of the protruding portion 6a on the windward side. ing.
  • the heat exchange efficiency of the portion that is difficult to form frost can be raised even a little.
  • the heat exchanger 1 can be mounted on a separate air conditioner.
  • a separate type air conditioner is composed of an outdoor unit and an indoor unit.
  • the outdoor unit includes a compressor, a four-way valve, an expansion valve, an outdoor heat exchanger, an outdoor fan, and the like.
  • the indoor unit is an indoor heat exchanger, a room Includes an internal blower.
  • the outdoor heat exchanger functions as an evaporator during heating operation and functions as a condenser during cooling operation.
  • the indoor heat exchanger functions as a condenser during heating operation and functions as an evaporator during cooling operation.
  • Fig. 7 shows the basic configuration of a separate air conditioner that uses a heat pump cycle as the refrigeration cycle.
  • the heat pump cycle 101 includes a compressor 102, a four-way valve 103, an outdoor heat exchanger 104, a decompression / expansion device 105, and an indoor heat exchanger 106 connected in a loop.
  • the compressor 102, the four-way valve 103, the heat exchanger 104, and the decompression / expansion device 105 are accommodated in the casing of the outdoor unit, and the heat exchanger 106 is accommodated in the casing of the indoor unit.
  • An outdoor fan 107 is combined with the heat exchanger 104, and an indoor fan 108 is combined with the heat exchanger 106.
  • the blower 107 includes a propeller fan, and the blower 108 includes a cross flow fan.
  • the heat exchanger 1 can be used as a component of the heat exchanger 106 of the indoor unit.
  • the heat exchanger 106 is a combination of three heat exchangers 106A, 106B, and 106C like a roof that covers the blower 108, and any one of the heat exchangers 106A, 106B, and 106C is referred to as a heat exchanger 1. be able to.
  • the heat exchanger 1 according to the present invention can also be used as a heat exchanger 104 for an outdoor unit.
  • Fig. 7 shows the state during heating operation.
  • the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 102 enters the indoor heat exchanger 106 where it dissipates heat and condenses.
  • the refrigerant exiting the heat exchanger 106 enters the outdoor heat exchanger 104 from the decompression / expansion device 105 and expands there, takes heat from the outdoor air, and returns to the compressor 102.
  • the airflow generated by the indoor fan 108 promotes heat dissipation from the heat exchanger 106, and the airflow generated by the outdoor fan 107 accelerates heat absorption of the heat exchanger 104.
  • FIG. 8 shows a state during cooling operation or defrosting operation.
  • the four-way valve 103 is switched so that the refrigerant flow is reversed from that during the heating operation. That is, the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 102 enters the outdoor heat exchanger 104, where it dissipates heat and condenses.
  • the refrigerant exiting the heat exchanger 104 enters the heat exchanger 106 on the indoor side from the decompression / expansion device 105 and expands there, takes heat from the indoor air, and returns to the compressor 102.
  • the airflow generated by the outdoor fan 107 promotes heat dissipation from the heat exchanger 104, and the airflow generated by the indoor fan 108 promotes heat absorption of the heat exchanger 106.
  • the present invention is widely applicable to side flow type parallel flow heat exchangers.

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Abstract

 サイドフロー方式のパラレルフロー熱交換器において、フィンの熱交換効率を向上させるとともに当該熱交換器が蒸発器として使用されたときの着霜の弊害を軽減できる構造を提供する。 パラレルフロー型熱交換器(1)は、2本の垂直方向ヘッダパイプ(2、3)と、ヘッダパイプ同士を連結する複数の水平方向偏平チューブ(4)と、偏平チューブの偏平面に取り付けられる複数のフィン(6)を備える。フィンの風上側端部(6U)は偏平チューブの風上側端部(4U)よりも風上側に突き出す突き出し部(6a)となっている。フィンの表面は、偏平チューブの風上側端部に並ぶ箇所の近傍は空白部であり、空白部以外の箇所には、フィンの表面と通過する気流に交差する方向のスリット(10)が複数形成される。スリットは全て気流に対面する前縁部(10a)を備える。

Description

パラレルフロー型熱交換器及びそれを搭載した空気調和機
 本発明はサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器及びそれを搭載した空気調和機に関する。
 複数のヘッダパイプの間に複数の偏平チューブを配置して偏平チューブ内部の複数の冷媒通路をヘッダパイプの内部に連通させるとともに、偏平チューブ間にコルゲートフィン等のフィンを配置したパラレルフロー型の熱交換器は、カーエアコンや建物用空気調和機の室外側ユニットなどに広く利用されている。
 特許文献1には、2本の垂直方向ヘッダパイプと、両ヘッダパイプを連結する複数の水平方向偏平チューブを備えるサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器が記載されている。この熱交換器では偏平チューブの間にコルゲートフィンが配置されている。コルゲートフィンの端は偏平チューブの端よりも外側に突き出しており、コルゲートフィンの表面には空気との伝熱効率を向上させるための切起し片(ルーバー)が形成されている。切起し片は、加工上形成されるコルゲートフィンの中央の偏平面を中心として空気流の上流側部分と下流側部分の各々に形成され、各々の側で空気の流れ方向に対する傾斜方向が逆になっている。
 特許文献2にもサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器が記載されている。この熱交換器のフィンには伝熱面積を増大させるための切り込みが設けられている。
 特許文献3に記載されたパラレルフロー型熱交換器はサイドフロー方式ではなくダウンフロー方式であり、偏平チューブが垂直に配置されている。コルゲートフィンには、通風上流端から通風方向に沿った一定の長さより下流側にのみ、複数の群に分けたルーバーが設けられている。ルーバーは、上流側と下流側とで傾き方向を逆に切り起こしてある。コルゲートフィンの通風上流端部分は偏平チューブより通風上流側へ突出している。
特開2008-101847号公報 特開2010-25481号公報 特開平6-147785号公報
 特許文献1記載の熱交換器のように、フィンに偏平チューブの風上側端部よりも突き出す突き出し部が設けられている場合、偏平チューブの風上側端部に並ぶ箇所の近傍のフィン表面にスリットが設けられていると、その部分に付着した霜によりフィンの形状が変化してクラックが生じることがある。クラックがスリットにつながれば突き出し部が切断されてしまう。
 本発明は、サイドフロー方式のパラレルフロー熱交換器において、フィンの熱交換効率を向上させるとともに当該熱交換器が蒸発器として使用されたときの着霜の弊害を軽減できる構造を提供することを目的とする。
 本発明に係るパラレルフロー型熱交換器は、2本の垂直方向ヘッダパイプと、前記両ヘッダパイプを連結する複数の水平方向偏平チューブと、前記複数の偏平チューブの偏平面に取り付けられる複数のフィンを備え、前記フィンの風上側端部は前記偏平チューブの風上側端部よりも風上側に突き出す突き出し部となっており、前記フィンの表面は、前記偏平チューブの風上側端部に並ぶ箇所の近傍は空白部であり、前記フィンの前記空白部以外の箇所には、当該フィンの表面を通過する気流に交差する方向のスリットが複数形成され、前記スリットは全て前記気流に対面する前縁部を備える。
 上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記複数のフィンのうち、少なくとも当該熱交換器において下部に位置するフィンには、前記空白部よりも風下側の箇所に前記スリットが設けられていることが好ましい。
 上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記フィンはコルゲートフィンであり、その素材となる帯状材のセンターラインの両側に前記スリットが配置されていることが好ましい。
 本発明に係る空気調和機は、上記構成のパラレルフロー型熱交換器を室内機または室外機に搭載したものである。
 本発明によると、フィンの風上側端部は偏平チューブの風上側端部よりも風上側に突き出す突き出し部となっており、フィンの表面は、偏平チューブの風上側端部に並ぶ箇所の近傍は空白部であり、この空白部以外の箇所にスリットを設けているので、空白部には着霜しにくくなる。スリットの無い空白部は強度も高い。これにより、空白部に付着した霜によりフィンの形状が変化してクラックが生じ、クラックがスリットにつながって突き出し部が切断されてしまうといったことがなくなる。
サイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の概略構成図である。 偏平チューブとフィンの組み合わせを示す部分断面図である。 図2のIII-III線に沿った部分断面図である。 図1のIV-IV線に沿った断面図である。 コルゲートフィンの成形法について説明する図である。 フィンの他の構成例を示す図4と同様の断面図である。 本発明に係るパラレルフロー型熱交換器を搭載した空気調和機の概略構成図で、暖房運転時の状態を示すものである。 本発明に係るパラレルフロー型熱交換器を搭載した空気調和機の概略構成図で、冷房運転時の状態を示すものである。
 サイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の基本構造を図1に示す。図1では紙面上側が熱交換器の上側、紙面下側が熱交換器の下側となる。パラレルフロー型熱交換器1は、2本の垂直方向ヘッダパイプ2、3と、その間に配置される複数の水平方向偏平チューブ4を備える。ヘッダパイプ2、3は水平方向に間隔を置いて平行に配置され、偏平チューブ4は垂直方向に所定ピッチで配置されている。実際に機器に搭載する段階では、熱交換器1は設計の要請に従って様々な角度に据え付けられるから、本明細書における「垂直方向」「水平方向」は厳格に解釈されるべきものではない。単なる方向の目安として理解されるべきである。
 偏平チューブ4は金属を押出成型した細長い成型品であり、図2に示す通り、内部には冷媒を流通させる冷媒通路5が形成されている。偏平チューブ4は長手方向である押出成型方向を水平にする形で配置されるので、冷媒通路5の冷媒流通方向も水平になる。冷媒通路5は断面形状及び断面面積の等しいものが図2の左右方向に複数個並び、そのため偏平チューブ4の垂直断面はハーモニカ状を呈している。各冷媒通路5はヘッダパイプ2、3の内部に連通する。
 偏平チューブ4の偏平面にはフィン6が取り付けられる。フィン6として、ここではコルゲートフィンを用いているが、プレートフィンでも構わない。上下に並ぶフィン6のうち、最上段のものと最下段のものの外側にはサイドプレート7が配置される。
 ヘッダパイプ2、3、偏平チューブ4、フィン6、及びサイドプレート7はいずれもアルミニウム等熱伝導の良い金属からなり、偏平チューブ4はヘッダパイプ2、3に対し、フィン6は偏平チューブ4に対し、サイドプレート7はフィン6に対し、それぞれロウ付けまたは溶着で固定される。
 ヘッダパイプ2の内部は、2枚の仕切板P1、P2により3個の区画S1、S2、S3に仕切られている。仕切板P1、P2は複数の偏平チューブ4を複数の偏平チューブグループに区分する。区画S1には合計24本の偏平チューブ4のうち4本からなる偏平チューブグループが接続され、区画S2には15本の偏平チューブ4からなる偏平チューブグループが接続され、区画S3には5本の偏平チューブ4からなる偏平チューブグループが接続される。
 ヘッダパイプ3の内部は、1枚の仕切板P3により2個の区画S4、S5に仕切られている。仕切板P3は複数の偏平チューブ4を複数の偏平チューブグループに区分する。区画S4には合計24本の偏平チューブ4のうち12本からなる偏平チューブグループが接続され、区画S5にも12本の偏平チューブ4からなる偏平チューブグループが接続される。
 上記した偏平チューブ4の総数、各ヘッダパイプ内部の仕切板の数とそれによって仕切られる区画の数、及び仕切板によって区分される偏平チューブグループ毎の偏平チューブ4の数は、いずれも単なる例示であり、発明を限定するものではない。
 区画S1には冷媒出入パイプ8が接続される。区画S3には冷媒出入パイプ9が接続される。
 熱交換器1の機能は次の通りである。熱交換器1が凝縮器として用いられるとき、冷媒は冷媒出入パイプ8を通じて区画S1に供給される。区画S1に入った冷媒は区画S1と区画S4を連結する4本の偏平チューブ4を通って区画S4に向かう。この4本の偏平チューブ4で編成される偏平チューブグループが冷媒パスAを構成する。冷媒パスAはブロック矢印で象徴されている。それ以外の冷媒パスもブロック矢印で象徴させる。
 区画S4に入った冷媒はそこで折り返し、区画S4と区画S2を連結する8本の偏平チューブ4を通って区画S2に向かう。この8本の偏平チューブ4で編成される偏平チューブグループが冷媒パスBを構成する。
 区画S2に入った冷媒はそこで折り返し、区画S2と区画S5を連結する7本の偏平チューブ4を通って区画S5に向かう。この7本の偏平チューブ4で編成される偏平チューブグループが冷媒パスCを構成する。
 区画S5に入った冷媒はそこで折り返し、区画S5と区画S3を連結する5本の偏平チューブ4を通って区画S3に向かう。この5本の偏平チューブ4で編成される偏平チューブグループが冷媒パスDを構成する。区画S3に入った冷媒は冷媒出入パイプ9より流出する。
 熱交換器1が蒸発器として用いられるときは、冷媒は冷媒出入パイプ9を通じて区画S3に供給される。それ以後の冷媒の流れは、熱交換器1が凝縮器として用いられるときの冷媒パスを逆に辿る。すなわち冷媒パスD→冷媒パスC→冷媒パスB→冷媒パスAのルートで冷媒は区画S1に入り、冷媒出入パイプ8より流出する。
 熱交換器1は、フィン6の構造に特徴を有する。それを図2から図5までの図に基づき説明する。
 図2において、図の右側が熱交換器1を通り抜ける気流の風上側、左側が風下側となる。フィン6の風上側端部6Uは偏平チューブ4の風上側端部4Uよりも風上側に突き出している。偏平チューブ4の風上側端部4Uから自身の風上側端部6Uまでの領域がフィン6の突き出し部6aとなる。なおフィン6の風下側端部6Dも偏平チューブ4の風下側端部4Dより少しだけ風下側に突き出している。
 フィン6の表面は、偏平チューブ4の風上側端部4Uに並ぶ箇所の近傍と、突き出し部6aが空白部(後述するスリットが形成されない箇所)とされ、空白部以外の箇所に複数のスリット10が形成される。スリット10はフィン6の表面を通過する気流と交差する方向に延びる。図2では、スリット10は垂直方向に延びる。すなわち気流方向と直角に交差するスリット10が複数個、所定間隔で形成されている。なお、スリット10と気流の交差角は直角以外の角度であってもよい。
 図3に示す通り、スリット10は切起し片の形状を備えている。全ての切起し片が同じ方向に傾斜する。すなわち全てのスリット10が気流に対面する前縁部10aを備える。
 上記構成を備えるフィン6を気流が通り過ぎるとき、気流はスリット10の前縁部10aのところで流速大となる。流速大となった箇所では空気の境界層が薄くなり、熱伝導率が上昇する。全てのスリット10が前縁部10aを備えているので、熱交換器1の熱伝達効率が向上する。
 フィン6の表面は、偏平チューブ4の風上側端部4Uに並ぶ箇所の近傍は空白部であり、突き出し部6aも空白部であり、この空白部以外の箇所にスリット10を設けているので、空白部には着霜しにくくなる。スリット10の無い空白部は強度も高い。これにより、空白部に付着した霜によりフィン6の形状が変化してクラックが生じ、クラックがスリットにつながって突き出し部6aが切断されてしまうといったことがなくなる。
 スリット10の存在しないフィン6の突き出し部6aには着霜は発生しにくいが、ある程度の除湿は行われる。スリット10はある程度除湿された空気との間で熱交換するので、スリット10への着霜は遅れることになり、除霜運転の頻度を減らすことができる。
 図2及び図3の構成例では、スリット10は、単に突き出し部6aを避けるというにとどまらず、偏平チューブ4の風上側端部4Uに並ぶ箇所も避ける形で配置されている。すなわち、偏平チューブ4の風上側端部4Uから風下方向に所定距離隔たった位置からスリット10の配置が始まっている。これにより、次のような効果がもたらされる。
 スリット10に霜がつくと、スリット10は凍結による圧力を受ける。この圧力は、フィン6に亀裂を生じさせることがある。スリット10が偏平チューブ4の風上側端部4Uに並んでいた場合、亀裂は容易にフィン6の折り曲げ部分に達し、フィン6が破断することがある。図2、3に示すように、偏平チューブ4の風上側端部4Uに並ぶ箇所を避ける形でスリット10を配置しておけば、そのような事故を防ぐことができる。
 偏平チューブ4の風上側端部4Uに並ぶ箇所の近傍を空白部とし、突き出し部6aも空白部とし、空白部以外の箇所にスリット10を形成するという配慮は、熱交換器1の下部、例えば高さ方向における中央分割ラインより下に位置するフィン6、すなわち凝縮水が多く集まるフィン6についてのみ行うこととすることができる。図4にそのような構成例を示す。
 図4では、下から6番目までのフィン6については偏平チューブ4の風上側端部4Uに並ぶ箇所の近傍の空白部を避ける形でスリット10が形成されている。それより上のフィン6については、「突き出し部6a以外の箇所に複数のスリット10を形成」という条件は守られているものの、偏平チューブ4の風上側端部4Uに並ぶ箇所の近傍にもスリット10が形成されている。除霜水が残りやすく、それが霜となり、クラックに発展しやすい熱交換器1の下部のフィン6については、偏平チューブ4の風上側端部4Uに並ぶ箇所の近傍を空白部とすることにより、フィン6の破壊を防ぐことができる。また、そのような処置を熱交換器1の下部のフィン6に限定することにより、熱交換器1全体の熱交換効率をそれほど低下させずに済む。
 フィン6がコルゲートフィンである場合、それを図5のようにして形成することができる。コルゲートフィンの素材は帯状材11である。帯状材11を図示しない歯車状の回転工具に通し、山または谷となる折り線11aに沿って襞を折り込みつつ、同時に刃物でスリット10を形成する。帯状材11は自身の長手方向に沿って回転工具に引き込まれ、端の方から順次加工を受ける。なお、図5において、4U、4Dの2点鎖線は、コルゲートフィンを熱交換器として加工した際に、偏平チューブ4がどの位置に来るのかを分かりやすくするために記載している。
 帯状材11のセンターライン11Cの両側にスリット10が存在することになるよう、スリット10の配置を設計する。もし、センターライン11Cの片側にしかスリット10が存在しないとすると、回転工具が帯状材11を引き込む際、帯状材11にねじれが生じてしまう。帯状材11にねじれが生じると、フィン6の形状誤差が大きくなり、熱交換器の組み立てが上手くいかない。熱交換効率も悪化する。センターライン11Cの両側にスリット10があれば、帯状材11のねじれを防ぐことができる。
 スリット10の配置を図6のようにしてもよい。下から6番目までのフィン6については、図4と同様、突き出し部6aと、偏平チューブ4の風上側端部4Uに並ぶ箇所の近傍は空白部とされている。それより上のフィン6については、偏平チューブ4の風上側端部4Uに並ぶ箇所の近傍は空白部とされているものの、それよりも風上側の突き出し部6aの部分にはスリット10が形成されている。このように、熱交換器1全体として見たときに着霜しにくい部分(蒸発器として使用する際の冷媒の上流側)にスリット10を形成することにより、着霜しにくい部分の熱交換効率を少しでも上げることが可能になる。
 熱交換器1はセパレート型空気調和機に搭載することができる。セパレート型空気調和機は室外機と室内機により構成され、室外機は圧縮機、四方弁、膨張弁、室外側熱交換器、室外側送風機などを含み、室内機は室内側熱交換器、室内側送風機などを含む。室外側熱交換器は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。室内側熱交換器は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。
 冷凍サイクルとしてヒートポンプサイクルを用いるセパレート型空気調和機の基本的構成を図7に示す。ヒートポンプサイクル101は、圧縮機102、四方弁103、室外側の熱交換器104、減圧膨張装置105、及び室内側の熱交換器106をループ状に接続したものである。圧縮機102、四方弁103、熱交換器104、及び減圧膨張装置105は室外機の筐体に収容され、熱交換器106は室内機の筐体に収容される。熱交換器104には室外側の送風機107が組み合わせられ、熱交換器106には室内側の送風機108が組み合わせられる。送風機107はプロペラファンを含み、送風機108はクロスフローファンを含む。
 本発明に係る熱交換器1は、室内機の熱交換器106の構成要素として用いることができる。熱交換器106は、3個の熱交換器106A、106B、106Cを送風機108を覆う屋根のように組み合わせたものであり、熱交換器106A、106B、106Cのいずれかを熱交換器1とすることができる。
 本発明に係る熱交換器1は、室外機の熱交換器104として用いることもできる。
 図7は暖房運転時の状態を示す。この時は、圧縮機102から吐出された高温高圧の冷媒は室内側の熱交換器106に入ってそこで放熱し、凝縮する。熱交換器106を出た冷媒は減圧膨張装置105から室外側の熱交換器104に入ってそこで膨張し、室外空気から熱を取り込んだ後、圧縮機102に戻る。室内側の送風機108によって生成された気流が熱交換器106からの放熱を促進し、室外側の送風機107によって生成された気流が熱交換器104の吸熱を促進する。
 図8は冷房運転時あるいは除霜運転時の状態を示す。この時は四方弁103が切り換えられて暖房運転時と冷媒の流れが逆になる。すなわち、圧縮機102から吐出された高温高圧の冷媒は室外側の熱交換器104に入ってそこで放熱し、凝縮する。熱交換器104を出た冷媒は減圧膨張装置105から室内側の熱交換器106に入ってそこで膨張し、室内空気から熱を取り込んだ後、圧縮機102に戻る。室外側の送風機107によって生成された気流が熱交換器104からの放熱を促進し、室内側の送風機108によって生成された気流が熱交換器106の吸熱を促進する。
 以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
 本発明はサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器に広く利用可能である。
   1  熱交換器
   2、3 ヘッダパイプ
   4  偏平チューブ
   4U 偏平チューブの風上側端部
   4D 偏平チューブの風下側端部
   5 冷媒通路
   6 フィン
   6U フィンの風上側端部
   6D フィンの風下側端部
   6a 突き出し部
   7 サイドプレート
   10 スリット
   10a 前縁部
   11 帯状材
   11C センターライン

Claims (4)

  1.  パラレルフロー型熱交換器であって、以下の構成を備えるもの:
     2本の垂直方向ヘッダパイプと、
     前記両ヘッダパイプを連結する複数の水平方向偏平チューブと、
     前記複数の偏平チューブの偏平面に取り付けられる複数のフィンを備え、
     前記フィンの風上側端部は前記偏平チューブの風上側端部よりも風上側に突き出す突き出し部となっており、
     前記フィンの表面は、前記偏平チューブの風上側端部に並ぶ箇所の近傍は空白部であり、
     前記フィンの前記空白部以外の箇所には、当該フィンの表面を通過する気流に交差する方向のスリットが複数形成され、
     前記スリットは全て前記気流に対面する前縁部を備える。
  2.  請求項1のパラレルフロー型熱交換器であって、以下の構成を備えるもの:
     前記複数のフィンのうち、少なくとも当該熱交換器において下部に位置するフィンには、前記空白部よりも風下側の箇所に前記スリットが設けられている。
  3.  請求項1のパラレルフロー型熱交換器であって、以下の構成を備えるもの:
     前記フィンはコルゲートフィンであり、その素材となる帯状材のセンターラインの両側に前記スリットが配置されている。
  4.  空気調和機であって、以下の構成を備えるもの:
     請求項1から3のいずれかに記載のパラレルフロー型熱交換器を室内機または室外機に搭載した。
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