JP2009150621A - 熱交換器及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】分流用ヘッダから各扁平管に流入する冷媒の片寄りを防止できるとともにフィンに付着した凝縮水の水捌け性を向上させることができ、しかも、熱交換効率を向上させることができる熱交換器を提供する。
【解決手段】冷媒が流れる複数の扁平管２を扁平面２ａが互いに平行に対向する向きに並設し、これらの扁平管２の上下に分流用ヘッダ３を接続し、複数のフィン面部５ａ、６ａを熱交換空気が通風可能な間隔をもって上下に配列したフィン５、６を隣り合う扁平管２の間に熱交換空気の通風方向に複数列設けた熱交換器において、フィン面部５ａ、６ａを水平方向に対して傾斜させ、フィン面部５ａ、６ａの傾斜方向を熱交換空気の通風方向に隣り合って位置する各列間のフィン５、６において互いに逆方向とした。
【選択図】 図４

Description

本発明は、熱交換器及び空気調和機に関し、特に、冷媒が流れる複数の扁平管を鉛直方向に配列し、それらの扁平管の間に熱交換用のフィンを配置した熱交換器及びこの熱交換器を用いた空気調和機に関する。

例えば、下記特許文献１に記載されているように、冷媒が流れる複数の扁平管を扁平面を平行に対向させて鉛直方向に配列し、扁平管の上下両端に冷媒が流れる分流用ヘッダを接続し、隣り合って位置する扁平管の間に熱交換用コルゲートフィンを配置した熱交換器が知られている。コルゲートフィンは、ろう付けや接着等により扁平管の扁平面に接合され又は密着されている。なお、特許文献１に記載された熱交換器では、コルゲートフィンは、熱交換空気の通風方向に沿った上流側から見た場合に山型形状となるように形成されている。

扁平管を鉛直方向に配列するとともに扁平管の上下両端に分流用ヘッダを接続することにより、分流用ヘッダから各扁平管に流入する冷媒の片寄りを防止することができる。

また、コルゲートフィンを山型形状に形成することにより、コルゲートフィンに付着した凝縮水はコルゲートフィンの傾斜に沿って流れ落ちるようになり、コルゲートフィンの水捌け性を向上させることができる。
特開２００４−１７７０３９号公報

しかしながら、前述の熱交換器においては、以下の点について配慮がなされていない。

コルゲートフィンを山型形状に形成した場合、コルゲートフィンの上端側又は下端側において、コルゲートフィンが存在しない空間部分が発生する。すると、熱交換器に向けて流れる熱交換空気は、コルゲートフィンが存在せずに通風抵抗が少ない空間部分を大量に通過するようになり、扁平管やコルゲートフィンに当たる空気量が減り、熱交換器の熱交換効率が低下する。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、分流用ヘッダから各扁平管に流入する冷媒の片寄りを防止できるとともにフィンに付着した凝縮水の水捌け性を向上させることができ、しかも、熱交換効率を向上させることができる熱交換器及びこの熱交換器を用いた空気調和機を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、冷媒が流れる複数の扁平管を扁平面が互いに平行に対向する向きに並設し、これらの扁平管の上下に分流用ヘッダを接続し、複数のフィン面部を熱交換空気が通風可能な間隔をもって上下に配列したフィンを隣り合う前記扁平管の間に熱交換空気の通風方向に複数列設けた熱交換器において、前記フィン面部を水平方向に対して傾斜させ、前記フィン面部の傾斜方向を熱交換空気の通風方向に隣り合って位置する各列間の前記フィンにおいて互いに逆方向としたことである。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、圧縮機と室外熱交換器と膨張装置と室内熱交換器とを順次接続した空気調和機において、前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との少なくとも一方は本発明の実施の形態に係る第１の特徴の熱交換器である。

本発明によれば、分流用ヘッダから各扁平管に流入する冷媒の片寄りを防止できるとともにフィンに付着した凝縮水の水捌け性を向上させることができ、しかも、熱交換効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器１は、図１に示すように、複数の扁平管２と、扁平管２の両端側に接続された分流用ヘッダ３、４と、隣り合う扁平管２の間に固定されたフィンであるコルゲートフィン５、６とを備えている。なお、コルゲートフィン５、６は、熱交換器１に向けて通風される熱交換空気の通風方向である上流側と下流側とに配置されている。熱交換空気の通風方向は図２に示す矢印Ａ方向であり、図１においては、熱交換空気の通風方向の上流側に位置するコルゲートフィン５のみが見えている。

複数の扁平管２は、長手方向が鉛直方向となる上下方向向きに配列され、隣り合う扁平管２は、扁平管２における扁平方向の面である扁平面２ａが互いに平行に対向する向きに並設されている。扁平管２は冷媒が流れる管であり、冷媒が流れる複数の孔２ｂを有する多孔管構造とされている。

分流用ヘッダ３、４は水平向きに配列されて冷媒が流れる管であり、下方に位置する一方の分流用ヘッダ３には扁平管２の下端側が接続され、上方に位置する他方の分流用ヘッダ４には扁平管２の上端側が接続されている。分流用ヘッダ３の一端には冷媒の流出入用の接続管７が接続され、分流用ヘッダ４の一端には冷媒の流出入用の接続管８が接続されている。接続管７、８は、熱交換器１が蒸発器として作動する場合には、下側の接続管７が冷媒流入用として用いられ、上側の接続管８が冷媒流出用として用いられる。そして、下側の分流用ヘッダ３に流入した液状冷媒は、各扁平管２内を流通して上側の分流用ヘッダ４へと至ったのち、接続管８から熱交換器１の外部へと流出する。

図２は、熱交換器１の一部を示す水平断面図である。隣り合う扁平管２の間には、コルゲートフィン５、６が固定されている。図２において示す矢印Ａ方向が、熱交換器１に向かう熱交換空気の通風方向であり、コルゲートフィン５、６は熱交換空気の通風方向と交差する向きに配置され、一方のコルゲートフィン５が熱交換空気の通風方向の上流側に配置され、他方のコルゲートフィン６が熱交換空気の通風方向の下流側に配置されている。

コルゲートフィン５は、図３及び図４（ａ）に示すように、アルミニウム製の板状部材を波形に折り曲げることにより形成され、互いに平行に対向して熱交換が行なわれる複数のフィン面部５ａと、扁平管２の扁平面２ａに固定される複数の固定面部５ｂとを有している。フィン５を隣り合う扁平管２の間に固定した場合に、フィン面部５ａは上下方向に配列され、各フィン面部５ａは水平方向に対して傾斜している。この傾斜角度“θ”は、４５°前後（例えば、４５±５°）とされている。また、上下方向で隣り合うフィン面部５ａの間隔は、熱交換空気が通風可能な間隔とされている。固定面部５ｂの扁平管２への固定は、ろう付けや接着等により行なわれている。

コルゲートフィン６の基本的な構造はコルゲートフィン５と同じであり、板状部材を波形に折り曲げることにより形成され、図４（ｂ）に示すように、互いに平行に対向して熱交換が行なわれる複数のフィン面部６ａと、扁平管２の扁平面２ａに固定される複数の固定面部６ｂとを有している。コルゲートフィン６を隣り合う扁平管２の間に固定した場合に、フィン面部６ａは上下方向に配列され、各フィン面部６ａは水平方向に対して傾斜している。この傾斜角度“θ”は、４５°前後（例えば、４５±５°）とされている。また、上下方向で隣り合うフィン面部６ａの間隔は、熱交換空気が通風可能な間隔とされている。固定面部６ｂの扁平管２への固定は、ろう付けや接着等により行なわれている。なお、コルゲートフィン６のフィン面部６ａの傾斜方向と、コルゲートフィン５のフィン面部５ａの傾斜方向とが逆方向となっている。このため、２つのコルゲートフィン５、６を隣り合う扁平管２の間に熱交換空気の通風方向に沿った上流側と下流側とに配列した場合、図４（ｃ）に示すように、フィン面部５ａとフィン面部６ａとが交差した配置状態となる。

図３に示すように、フィン面部５ａ、６ａの表面には、葉脈状の凹溝９が形成されている。この凹溝９は、フィン面部５ａ、６ａの表面に付着した凝縮水が凹溝９内に入り込んだ場合、その凝縮水をフィン面部５ａ、６ａの傾斜に沿って下向きに導く向きに形成されている。この凹溝９が形成されることにより、フィン面部５ａ、６ａの表面に付着した凝縮水が凹溝９内を流れ落ち、凝縮水の水捌け性が向上する。

扁平管２の扁平面２ａには、上下方向に延びる凹溝１０が形成されている。この凹溝１０が形成されることにより、扁平面２ａ上を流れ落ちた凝縮水が扁平面２ａに到着した後、その一部が凹溝１０内を流れ落ちるようになる。

このような構成において、この熱交換器１においては、複数の扁平管２が鉛直方向に配列され、これらの扁平管２の上下両端に水平向きに配列された分流用ヘッダ３、４が接続されている。このため、分流用ヘッダ３、４から扁平管２に流入する冷媒の片寄りが防止され、全ての扁平管２と全てのコルゲートフィン５、６とが熱交換のために有効に利用され、熱交換器１の熱交換効率が向上する。

また、コルゲートフィン５、６のフィン面部５ａ、６ａが水平方向に対して傾斜しているため、フィン面部５ａ、６ａに付着した凝縮水がフィン面部５ａ、６ａの傾斜に沿って流れ落ち易くなり、コルゲートフィン５、６に付着した凝縮水の水捌け性を向上させることができる。フィン面部５ａ、６ａの傾斜角度が小さくなるにつれて凝縮水の流れ落ち性が低下するが、フィン面部５ａ、６ａの傾斜角度“θ”を水平面に対して４５°前後とすることにより凝縮水の流れ落ち性を十分に確保することができる。一方、この傾斜角度が大きくなるにつれて隣り合う扁平管２の間におけるコルゲートフィン５、６が存在しない空間（図４（ａ）に示す“Ｘ”、図４（ｂ）に示す“Ｙ”の領域）が増大して熱交換有効面積が減少するので、フィン面部５ａ、６ａの傾斜角度“θ”を水平面に対して４５°前後とすることが好適である。

さらに、フィン面部５ａ、６ａの上面側に葉脈状の凹溝９が形成されており、フィン面部５ａ、６ａに付着した凝縮水が凹溝9に触れると、凝縮水は速やかに凹溝9内に流れ込む。このため、コルゲートフィン５、６に付着した凝縮水の水捌け性をより一層向上させることができる。

さらに、扁平管２の扁平面２ａに凹溝１０が形成されているため、コルゲートフィン５、６のフィン面部５ａ、６ａを流れ落ちた凝縮水が扁平面２ａに到着した後、その凝縮水の一部が凹溝１０内を速やかに流れ落ちる。このため、扁平面２ａに付着した凝縮水が熱交換空気の通風の妨げになるということが低減され、熱交換器１の熱交換効率の向上を図ることができる。

２つのコルゲートフィン５、６は、図４に示すように、フィン面部５ａ、６ａの傾斜方向が逆方向に形成され、熱交換空気の通風方向に沿った上流側と下流側とに前後して配置されている。このため、隣り合う扁平管２の間の空間におけるフィン５、６による熱交換空気の通風抵抗を考えた場合、その空間において略均等になる。このため、コルゲートフィン５、６の全体が熱交換のために有効に利用され、熱交換器１の熱交換効率が向上する。なお、隣り合う扁平管２の間の空間に図４（ａ）に示すようなコルゲートフィン５のみが存在する場合には、コルゲートフィン５が存在しない空間“Ｘ”に熱交換空気の流れが集中し、熱交換効率が低下する。また、隣り合う扁平管２の間の空間に図４（ｂ）に示すようなコルゲートフィン６のみが存在する場合には、コルゲートフィン６が存在しない空間“Ｙ”に熱交換空気の流れが集中し、熱交換効率が低下する。

さらに、２つのコルゲートフィン５、６は、熱交換空気の通風方向に沿って重なる部分は、コルゲートフィン５、６が交差する一部分のみである。このため、熱交換空気の通風方向と交差するコルゲートフィン５の上流側縁部の全体と、熱交換空気の通風方向と交差するコルゲートフィン６の上流側縁部の大部分とが熱交換空気の流れの中に曝されるので、熱交換器１の熱交換効率がさらに高くなる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器１Ａを、図５及び図６に基づいて説明する。なお、第１の実施の形態において説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け、重複する説明は省略する。

第２の実施の形態に係る熱交換器１Ａの基本的構成は、第１の実施の形態に係る熱交換器１と同じである。第２の実施の形態に係る熱交換器１Ａと第１の実施の形態に係る熱交換器１との異なる点は、複数の扁平管２が、熱交換空気の通風方向に沿った上流側と下流側とに位置して２列設けられている点である。扁平面２ａを平行に対向させた一列目の複数の扁平管２と、扁平面２ａを平行に対向させた２列目の複数の扁平管２とは、図６に示すように、熱交換空気の通風方向（矢印Ａ方向）において重ならない位置に配置されている。言い換えると、一列目の複数の扁平管２と、二列目の複数の扁平管２とは、千鳥状に配列されている。

なお、一列目の複数の扁平管２における隣り合う扁平管２の間には、コルゲートフィン５、６が配置されている。同様に、二列目の複数の扁平管２における隣り合う扁平管２の間には、コルゲートフィン５、６が配置されている。

また、一列目の複数の扁平管２の両端部には分流用ヘッダ３、４が設けられ、二列目の複数の扁平管２の両端部にも分流用ヘッダ３、４が設けられている。そして、一列目の複数の扁平管２の上側に接続された分流用ヘッダ４と、二列目の複数の扁平管２の下側に接続された分流用ヘッダ３とが接続管１１により接続されている。

このような構成において、熱交換空気が矢印Ａで示す方向に通風された場合、一列目の複数の扁平管２の間に設けられたコルゲートフィン５、６の周囲を通過した熱交換空気は、二列目の複数の扁平管２に当たる。このため、熱交換空気が二列目の扁平管２にほとんど当たらずに素通りするということがなく、二列目の複数の扁平管２に対する熱交換が効率良く行なわれ、熱交換器１Ａの熱交換効率が向上する。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る空気調和機１２を図７に基づいて説明する。この空気調和機１２は、圧縮機１３と、室外熱交換器１４と、膨張装置１５と、室内熱交換器１６とを順次接続して構成されている。圧縮機１３と室外熱交換器１４と室内熱交換器１６との間には、冷媒の流れ方向を逆向きに可変することができる四方切換弁１７が設けられている。この空気調和機１２においては、冷房運転時の冷媒の流れ方向が実線の矢印で示す方向となり、暖房運転時の冷媒の流れ方向が破線の矢印で示す方向となる。

また、この空気調和機１２においては、第１の実施の形態で説明した熱交換器１、又は、第２の実施の形態で説明した熱交換器１Ａが、室外熱交換器１４として用いられている。

このような構成において、この空気調和機１２では暖房運転時には冷媒が破線で示す矢印方向に流れ、圧縮機１３により圧縮されて高温・高圧となった冷媒（気体）は、室内熱交換器１６に送られ、室内熱交換器１６内においてファンによる送風を受け、冷媒は放熱して液化する。この放熱により、室内が暖房される。液化した冷媒は膨張装置１５において低圧・低温の霧状の冷媒となる。この霧状の冷媒が室外熱交換器１４において気化し、室外から気化熱を奪い、この熱が室内の暖房のために用いられる。冷房運転時には、冷媒の流れ方向が暖房運転時と逆向きとなり、室内が冷房される。

この空気調和機１２においては、室外熱交換器１４として、第１の実施の形態で説明した熱交換器１、又は、第２の実施の形態で説明した熱交換器１Ａが用いられているため、熱交換効率を向上させることができ、冷房効果及び暖房効果の高い空気調和機１２を得ることができる。

なお、本実施の形態では、第１の実施形態に係る熱交換器１又は第２の実施の形態に係る熱交換器１Ａを室外熱交換器１４として使用した場合について説明したが、室内熱交換器１６において使用してもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器を示す斜視図である。 その一部を示す水平断面図である。 コルゲートフィンの一部を示す斜視図である。 コルゲートフィンの配置状態を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器を示す斜視図である。 その一部を示す水平断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る空気調和機の概略構造を示すブロック図である。

符号の説明

１…熱交換器、１Ａ…熱交換器、２…扁平管、２ａ…扁平面、３、４…分流用ヘッダ、５、６…コルゲートフィン（フィン）、５ａ、６ａ…フィン面部、９…葉脈状の凹溝、１０…凹溝、１２…空気調和機、１３…圧縮機、１４…室外熱交換器、１５…膨張装置、１６…室内熱交換器

Claims (5)

1. 冷媒が流れる複数の扁平管を扁平面が互いに平行に対向する向きに並設し、これらの扁平管の上下に分流用ヘッダを接続し、複数のフィン面部を熱交換空気が通風可能な間隔をもって上下に配列したフィンを隣り合う前記扁平管の間に熱交換空気の通風方向に複数列設けた熱交換器において、
   前記フィン面部を水平方向に対して傾斜させ、前記フィン面部の傾斜方向を熱交換空気の通風方向に隣り合って位置する各列間の前記フィンにおいて互いに逆方向としたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記フィン面部の表面に、葉脈状の凹溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記扁平管の前記扁平面に、上下方向に延びる凹溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
4. 前記扁平管が熱交換空気の通風方向に複数列設けられ、熱交換空気の通風方向に隣り合って位置する各列の前記扁平管は、熱交換空気の通風方向において重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の熱交換器。
5. 圧縮機と室外熱交換器と膨張装置と室内熱交換器とを順次接続した空気調和機において、
   前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との少なくとも一方は請求項１ないし４のいずれか一に記載の熱交換器であることを特徴とする空気調和機。

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