JP2009121708A

JP2009121708A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2009121708A
Application number: JP2007293386A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yoshida; 健司吉田; Yasuhiko Tanaka; 庸彦田中
Original assignee: Nikkei Heat Exchanger Co Ltd
Current assignee: Nikkei Heat Exchanger Co Ltd
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2009-06-04

Abstract

【課題】構成部材を増やすことなく、熱交換器を気体の冷却器として用いたとき生じる凝縮水を円滑に流れ落とし、気体の通風抵抗が大幅に増大するのを抑制して、熱交換性能の向上を図れるようにした熱交換器を提供すること。
【解決手段】上下に水平に対峙する一対のヘッダーパイプ１１，１２と、これらヘッダーパイプ１１，１２に上端及び下端を連通接続され扁平面同士を平行にして並ぶ複数の扁平熱交換管１３Ａと、扁平熱交換管１３Ａ同士の間隙に密着介在される熱交換フィン１４Ａと、を具備する熱交換器において、熱交換フィン１４Ａは、扁平熱交換管１３の上下方向に連続する波状に屈曲形成されると共に、扁平熱交換管１３Ａの扁平面の幅略中央に向かって下り勾配に形成され、かつ、扁平熱交換管１３Ａの扁平面の幅略中央に沿って排水用隙間１７Ａを設けてなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば空気調和機や冷凍機などに使用されるフィンアンドチューブ式の熱交換器に関し、特に、上下に水平に対峙する一対のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプに連通接続される複数の扁平熱交換管と、扁平熱交換管同士の間隙に密着介在される熱交換フィンと、を具備するタイプの熱交換器に関するものである。

一般に、熱交換器を気体の冷却器として用いたとき、熱交換フィンの表面や扁平熱交換管の外表面に凝縮水が付着する。この凝縮水が円滑に流れ落ちないで付着した状態では、被冷却気体の通風抵抗が大幅に増大し、熱交換効率が低下する。

従来において、扁平熱交換管を用いた熱交換器であって、気体の冷却器として用い、熱交換フィンの表面や扁平熱交換管の外表面に付着する凝縮水を円滑に流れ落とすように工夫した熱交換器が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この熱交換器は、左右に垂直に対峙する一対のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプに左右の両端を連通接続される複数の扁平熱交換管と、上記扁平熱交換管同士の間隙に密着介在される熱交換フィンと、を具備してなる。

この熱交換器では、熱交換フィンの表面や扁平熱交換管の外表面に付着する凝縮水を円滑に流れ落とすための構成として、扁平熱交換管を左右に配置し、かつ、左右の扁平熱交換管を互いに相手側に向かって緩く傾斜して設け、更に熱交換フィンを、隣接する扁平熱交換管同士の隙間方向に連続する波状に屈曲して傾斜させ、かつ、扁平熱交換管の管軸方向に積層してなる。
特開２００７−１８３０８８号公報（特許請求の範囲、図１）

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、熱交換フィンを、隣接する扁平熱交換管同士の隙間方向に連続する波状に屈曲して傾斜させ、かつ、扁平熱交換管の管軸方向に積層してなるので、被冷却気体すなわち空気が波状に進行していき通風が行われるので基本的に空気抵抗が大きくなるという問題がある。また、特許文献１に記載のものは、扁平熱交換管を２列に設けると共に、傾斜して設ける構造であるため、構造が複雑で大型になるという問題もある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたのもので、構成部材を増やすことなく、熱交換器を気体の冷却器として用いたとき生じる凝縮水を円滑に流れ落とし、気体の通風抵抗が大幅に増大するのを抑制して、熱交換性能の向上を図れるようにした熱交換器を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、上下に水平に対峙する一対のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプに上端及び下端を連通接続され扁平面同士を平行にして並ぶ複数の扁平熱交換管と、上記扁平熱交換管同士の間隙に密着介在される熱交換フィンと、を具備する熱交換器であって、上記熱交換フィンは、上記扁平熱交換管の上下方向に連続する波状に屈曲形成されていると共に、上記扁平熱交換管の扁平面の幅略中央に向かって下り勾配に形成され、かつ、上記扁平熱交換管の扁平面の幅略中央に沿って排水用隙間を設けてなる、ことを特徴とする。

このように構成することにより、扁平熱交換管の扁平面が鉛直面であり、扁平熱交換管の扁平面の幅略中央に向かって下り勾配に形成され、かつ、扁平熱交換管の扁平面の幅略中央に沿って排水用隙間を設けてなるので、扁平熱交換管の扁平面に付着する凝縮水が、該扁平面を円滑に流れ落ちて熱交換フィンに移り、更に熱交換フィンの傾斜方向に円滑に排水用隙間に流れ排水用隙間を通って流れ落ちる。また、熱交換フィンが上下に連続する波状に形成されているから、熱交換フィンの通路を空気が通りやすく圧力損失が軽減され、熱交換性能の向上を図れる。

この発明において、上記熱交換フィンは、上記扁平熱交換管の扁平面の幅略中央に合わせ上記排水用隙間を設けるように開いて左右に配置された一対のフィン半体によって形成することができる（請求項２）。

このように構成することにより、同形状に形成されたフィン半体を組み付けて熱交換フィンを形成することができる。

この発明において、上記扁平熱交換管は、扁平面の幅略中央に沿ってフィン位置決め用凸条部を備えていることが好ましい（請求項３）。

このように構成することにより、扁平熱交換管の幅中央と熱交換フィンの幅略中央とを容易かつ正確に一致させることができる。

この発明において、上記熱交換フィンは、上下方向に波状に連続する一枚のフィン体よりなり、該フィン体の一側屈曲部の幅略中央より他側屈曲部近傍にわたる切欠き部を有すると共に、他側屈曲部の幅中央に連結部が残されており、連結部の両側が上記扁平熱交換管の扁平面に沿って上昇傾斜するように屈曲される構造としてもよい（請求項４）。

このように構成することにより、一枚の板材から熱交換フィンを形成することができる。

加えて、この発明において、上記熱交換フィンは、上記扁平熱交換管より外方に突出されると共に、被冷却気体の上流側の突出面積が下流側の突出面積より大きく形成される構造としてもよい（請求項５）。

このように構成することにより、熱交換フィンに扁平熱交換器と非接触の突出部を設けると共に、表面積を大きくできるので、この発明に係る熱交換器を暖房運転時の室外器に使用した場合に着霜を遅らせることができる。

この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような優れた効果が得られる。

（１）請求項１記載の発明によれば、構成部材を増やすことなく、熱交換器を気体の冷却器として用いたとき生じる凝縮水を円滑に流れ落とすことができるので、気体の通風抵抗が大幅に増大するのを抑制、すなわち通風路を流れる空気の圧損を少なくして、熱交換性能の向上を図ることができる。

（２）請求項２記載の発明によれば、フィン半体の製作が容易、扁平熱交換管の扁平面への組み付けが容易であるので、上記（１）に加えて、更に製作コストの低廉を図ることができる。

（３）請求項３記載の発明によれば、扁平熱交換管の幅略中央と熱交換フィンの幅略中央とを容易かつ正確に一致させることができるので、上記（１），（２）に加えて、更に組み付け時間を短縮できると共に、製作コストの低廉を図ることができる。

（４）請求項４記載の発明によれば、一枚の板材から熱交換フィンを形成することができるので、上記（１）に加えて、更に扁平熱交換管の幅略中央と熱交換フィンの幅略中央とを容易かつ正確に一致させることができ、組み付け時間を短縮できると共に、製作コストの低廉を図ることができる。

（５）請求項５記載の発明によれば、熱交換フィンに扁平熱交換器と非接触の突出部を設けると共に、表面積を大きくできるので、上記（１）〜（４）に加えて、更に着霜による通風通路の閉塞を防ぐ、あるいは遅らせることができる。

以下に、この発明の最良の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１（ａ）は、この発明に係る第１実施形態の熱交換器を示す概略斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＩｂ−Ｉｂ断面図である。

この熱交換器１０は、下側のヘッダーパイプ１１と上側のヘッダーパイプ１２とが平行かつ水平に対峙し、これらヘッダーパイプ１１，１２に複数の扁平熱交換管１３Ａの上端及び下端が連通接続されている。複数の扁平熱交換管１３Ａは、扁平面同士を平行にして並設されている。扁平熱交換管１３Ａ同士の間隙には、熱交換フィン１４Ａが扁平熱交換管１３Ａに密着して設けられている。下側のヘッダーパイプ１１には冷媒流入口１５を備え、上側のヘッダーパイプ１２には冷媒流出口１６を備えている。

図２は、扁平熱交換管１３Ａを示す斜視図、図３は、熱交換フィン１４Ａを示す斜視図、図４は、扁平熱交換管１３Ａの一方の扁平面に熱交換フィン１４Ａを固着した状態を示す斜視図、図５は、図４に示す熱交換フィン１４Ａを固着した扁平熱交換管１３Ａを複数積層した状態を示す斜視図である。

上記扁平熱交換管１３Ａは、図２に示すように、幅方向に等間隔に仕切壁１５によって区画された複数（図２においては、６個）の冷媒通路１６を有している。このように形成される扁平状熱交換管１４Ａは、アルミニウム合金製の押出形材によって形成されている。

熱交換フィン１４Ａは、扁平熱交換管１３Ａの上下方向に連続する波状例えば三角波状に屈曲形成されていると共に、扁平熱交換管１３の扁平面の幅中央に向かって下り勾配に形成されてなる。熱交換フィン１４Ａの勾配θは例えば１０°〜４５°とすることができ、好ましくは１５°〜３５°とするのがよい。

熱交換フィン１４Ａは、扁平熱交換管１３Ａの扁平面に左右に配置された一対のフィン半体１９からなり、一対のフィン半体１９を扁平熱交換管１３Ａの扁平面の幅略中央に合わせて例えば３ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ〜２ｍｍの僅少寸法開いて、この隙間を排水用隙間１７Ａとしている。すなわち、扁平熱交換管１３Ａと熱交換フィン１４Ａには、凝縮水の落下通路として扁平熱交換管１３の扁平面の幅略中央に沿って排水用隙間１７Ａを備えている。これにより、フィン半体１９の製作が容易、かつ、扁平熱交換管１３Ａの扁平面への組み付けが容易であり、製作コストの低廉が図れる。

なお、フィン半体１９は、アルミニウム合金製の薄肉の板材を例えばプレス加工によって波状例えば三角波状に屈曲形成される。なお、プレス加工に代えてロール成形や薄肉の板材に谷折線と山折線を設けて屈曲形成してもよい。

上記構成の熱交換器１０によれば、ヘッダーパイプ１１とヘッダーパイプ１２を上下に配設し、ヘッダーパイプ１１とヘッダーパイプ１２を扁平熱交換管１３Ａで連結する構成であるので、扁平熱交換管１３Ａの扁平面が鉛直面となる。このため、扁平熱交換管１３Ａの扁平面に付着する凝縮水は、円滑に流れ落ちて熱交換フィン１４Ａに移る。そして、扁平熱交換管１３Ａの扁平面の幅略中央に向かって下り勾配に形成されてなるので、熱交換フィン１４Ａに付着する凝縮水及び扁平熱交換管１３Ａの扁平面から移る凝縮水は、扁平熱交換管１３Ａの扁平面の幅略中央に向かって流れる。そして、扁平熱交換管１３Ａの扁平面の幅略中央に沿って排水用隙間１７Ａを設けてなるので、熱交換フィン１４Ａを流れる凝縮水が、排水用隙間１７Ａを通って流れ落ちる。また、熱交換フィン１４Ａが上下に連続する波状に形成されているので、熱交換フィン１４Ａの通路を空気が通り易く圧力損失が軽減され、かつ熱交換性能の向上が図れる。

＜第２実施形態＞
図６は、この発明に係る第２実施形態の熱交換器における扁平熱交換管１３Ｂを示す斜視図、図７は、扁平熱交換管１３Ｂの一方の扁平面に熱交換フィン１４Ｂを固着した状態を示す斜視図、図８は、図７に示す熱交換フィン１４Ｂを固着した扁平熱交換管１３Ｂを複数積層した状態を示す斜視図である。

第２実施形態の熱交換器は、扁平熱交換管１３Ｂの両側に扁平面の幅略中央（図面では幅中央を示す）に沿ってフィン位置決め用凸条部２０を備え、フィン位置決め用凸条部２０の凸面が排水用隙間１７Ｂとなっている点が第１実施形態の熱交換器と相違する。

なお、第２実施形態において、その他の部分は第１実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

第２実施形態の熱交換器によれば、扁平熱交換管１３Ｂの幅略中央（具体的には幅中央）と熱交換フィン１４Ｂの幅略中央とを容易かつ正確に一致させることができるので、組み付け時間を短縮できると共に、製作コストの低廉を図ることができる。

なお、第２実施形態の熱交換器は、上記構成以外の構成については、第１実施形態の熱交換器と同じであり、第１実施形態と同様に、圧力損失の軽減が図れると共に、熱交換性能の向上が図れる。

＜第３実施形態＞
図９は、この発明に係る第３実施形態の熱交換器における、扁平熱交換管１３Ｃの一方の扁平面に熱交換フィン１４Ｃを固着する位置に対峙した状態を示す斜視図である。

第３実施形態の熱交換器は、図１（ａ）に示すものと同じ上下のヘッダーパイプ（図示せず）を扁平熱交換管１３Ｃで連通接続し、扁平熱交換管１３Ｃ同士の隙間に熱交換フィン１４Ｃが介設されている。

この熱交換フィン１４Ｃは、上下方向に波状例えば三角波状に連続する一枚のフィン体よりなり、フィン体のフィン固定側の一側屈曲部の幅略中央より他側屈曲部近傍にわたる切欠き部２１を有し、この切欠き部２１が扁平熱交換管１３Ｃの幅略中央に一致していて排水用隙間１７Ｃを形成している。

この熱交換フィン１４Ｃは、他側屈曲部の幅略中央に連結部２２が残されており、連結部２２の両側が扁平熱交換管１３Ｃの扁平面に沿って上昇傾斜するように屈曲されている。

上記熱交換フィン１４Ｃは、アルミニウム合金製の薄肉の板材を例えばプレス加工によって切欠き部２１と連結部２２を有する波状例えば三角波状に屈曲形成される。なお、プレス加工に代えてロール成形や薄肉の板材に切欠き部２１を設けると共に、谷折線と山折線を設けて屈曲形成してもよい。

なお、第３実施形態において、その他の部分は第１実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

第３実施形態の熱交換器によれば、扁平熱交換管１３Ｃの幅略中央と熱交換フィン１４Ｃの幅略中央とを容易かつ正確に一致させることができるので、組み付け時間を短縮できると共に、製作コストの低廉が図れる。

なお、第３実施形態の熱交換器は、上記構成以外の構成については、第１実施形態の熱交換器と同じであり、第１実施形態と同様に、圧力損失の軽減が図れると共に、熱交換性能の向上が図れる。

＜その他の実施形態＞
（１）上記実施形態では、熱交換フィン１４Ａ〜１４Ｃが扁平熱交換管１３Ａ〜１３Ｃの幅と同一に形成される場合について説明したが、必ずしも熱交換フィンの幅を扁平熱交換管の幅に合わせなくてもよい。例えば図１０（ａ），（ｂ）に示すように、熱交換フィン１４Ｄ，１４Ｅを扁平熱交換管１３Ｄ，１３Ｅより外方に突出すると共に、熱交換フィン１４Ｄ，１４Ｅにおける被冷却気体すなわち空気の上流側の突出面積が下流側の突出面積より大きく形成してもよい。

この場合、図１０（ａ）では、熱交換フィン１４Ｄを構成する両フィン半体１９Ｄを同じ幅に形成し、扁平熱交換管１３Ｄの扁平面の中心線に対して空気の上流側に変位（α）させ、その間に排水用隙間１７Ｄを残して、空気の上流側に位置する熱交換フィン１４Ｄを構成するフィン半体１９Ｄ（図面の右側）の突出面積を空気の下流側に位置するフィン半体１９Ｄ（図面の左側）の突出面積より大きくしている。

また、図１０（ｂ）では、空気の上流側に位置する熱交換フィン１４Ｅを構成するフィン半体１９Ｅ（図面の右側）の幅を、空気の下流側に位置するフィン半体１９Ｆ（図面の左側）の幅より大きく形成し、扁平熱交換管１３Ｅの扁平面の略中央位置に排水用隙間１７Ｅを残して配設している。

上記のように構成することにより、熱交換フィン１４Ｄ，１４Ｅに扁平熱交換管１３Ｄ，１３Ｅと非接触の突出部を設けると共に、熱交換フィン１４Ｄ，１４Ｅの表面積を大きくすることができる。したがって、この発明に係る熱交換器を暖房運転時の室外器に使用した場合に着霜による通風通路の閉塞を防ぐ、あるいは遅らせることができる。

なお、上記実施形態では、熱交換フィン１４Ｄ，１４Ｅがフィン半体１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆによって構成される場合について説明したが、第３実施形態の１枚の熱交換フィン１４Ｃにおいても適用できる。

（２）上記実施形態では熱交換フィン１４Ａ〜１４Ｅが三角波状に形成される場合について説明したが、例えば図１１に示すように、略Ｕ字波状の熱交換フィン１４Ｆを用いてもよい。なお、図１１では第１実施形態のフィン半体１９を略Ｕ字波状に形成して、両フィン半体１９間に排水用隙間１７Ｆを形成する場合について説明したが、その他の実施形態の熱交換フィン１４Ｂ〜１４Ｅの波状を略Ｕ字波状にしてもよい。

この発明に係る第１実施形態の熱交換器の概略斜視図（ａ）及び（ａ）におけるＩｂ−Ｉｂ断面図（ｂ）である。上記熱交換器の扁平熱交換管を示す斜視図である。上記熱交換器の熱交換フィンを示す斜視図である。図３の扁平熱交換管の一方の扁平面に図２の熱交換フィンを固着した状態を示す斜視図である。図４に示す熱交換フィンを固着した扁平熱交換管を複数積層した状態を示す斜視図である。この発明に係る第２実施形態の熱交換器における扁平熱交換管を示す斜視図である。図６の扁平熱交換管の一方の扁平面に熱交換フィンを固着した状態を示す斜視図である。図７に示す熱交換フィンを固着した扁平熱交換管を複数積層した状態を示す斜視図である。この発明に係る第３実施形態の熱交換器における扁平熱交換管の一方の扁平面に熱交換フィンを固着する位置に対峙した状態を示す斜視図である。この発明に係る第４実施形態の熱交換器における熱交換フィンの別の形態を示す断面図である。この発明における熱交換フィンの別の形態の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１０熱交換器
１１，１２ヘッダーパイプ
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ扁平熱交換管
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ熱交換フィン
１４ａ屈曲片
１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ排水用隙間
１９，１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆフィン半体
２０フィン位置決め用凸条部
２１切欠き部
２２連結部
２３スリット

Claims

上下に水平に対峙する一対のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプに上端及び下端を連通接続され扁平面同士を平行にして並ぶ複数の扁平熱交換管と、上記扁平熱交換管同士の間隙に密着介在される熱交換フィンと、を具備する熱交換器であって、
上記熱交換フィンは、上記扁平熱交換管の上下方向に連続する波状に屈曲形成されると共に、上記扁平熱交換管の扁平面の幅略中央に向かって下り勾配に形成され、かつ、上記扁平熱交換管の扁平面の幅略中央に沿って排水用隙間を設けてなる、ことを特徴とする熱交換器。
請求項１記載の熱交換器において、
上記熱交換フィンは、上記扁平熱交換管の扁平面の幅略中央に合わせ上記排水用隙間を設けるように開いて左右に配置された一対のフィン半体からなる、ことを特徴とする熱交換器。
請求項１又は２に記載の熱交換器において、
上記扁平熱交換管は、扁平面の幅略中央に沿ってフィン位置決め用凸条部を備えている、ことを特徴とする熱交換器。
請求項１記載の熱交換器において、
上記熱交換フィンは、上下方向に波状に連続する一枚のフィン体よりなり、該フィン体の一側屈曲部の幅略中央より他側屈曲部近傍にわたる切欠き部を有すると共に、他側屈曲部の幅略中央に連結部が残されており、連結部の両側が上記扁平熱交換管の扁平面に沿って上昇傾斜するように屈曲されている、ことを特徴とする熱交換器。
請求項１ないし４のいずれかに記載の熱交換器において、
上記熱交換フィンは、上記扁平熱交換管より外方に突出されると共に、被冷却気体の上流側の突出面積が下流側の突出面積より大きく形成されている、ことを特徴とする熱交換器。