JP5513093B2

JP5513093B2 - 熱交換器、冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP5513093B2
Application number: JP2009281357A
Authority: JP
Inventors: 崇史畠田; 裕司大野; 竜児北野
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-12-11
Also published as: JP2011122778A

Description

本発明は熱交換器、冷凍サイクル装置に係り、特に伝熱フィンに形成される切起しの形状を改良した熱交換器およびこれを用いた冷凍サイクル装置に関する。

この種の伝熱フィンチューブ型の室内熱交換器は、主として空気調和機に用いられ、伝熱管を熱交換空気流方向に１列あるいは複数列設けるとともに、各列の熱交換空気流方向と直交する方向の伝熱管間に性能向上のための切起しを設けている。

近年、空気調和機はヒートポンプとして低外気温時の暖房運転に用いられ、この冷房運転中に伝熱フィンに着霜が発生して、積層した霜により伝熱フィンに目詰まりが生じ、通風が減じられ、暖房能力が低下する。

そこで、伝熱フィン中央より風下側にスリット状の切起しを配置し、風上側に切起し前縁部を持たない波状の折曲部を設置して、着霜時、風下側のスリット状の切起しへの十分な通風路確保により、性能低下を防ぐ熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−９１１０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の熱交換器は、熱の移動量が多く、着霜が最も懸念される風上側の切起しの風下側端縁（後縁）が、隣設される伝熱管の中心を結ぶ線上から遠く離れて位置しているため、風下側端縁に着霜すると、除霜運転時、高温流体が流れる伝熱管からの熱が伝わり難く、短い時間で除霜することができず、伝熱フィンの目詰まりによる暖房性能低下が発生する問題がある。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、風上側の切起しの風下側端縁に着霜しても、除霜運転時、高温流体が流れる伝熱管からの熱が伝わり易く短時間で除霜することができ、かつ伝熱フィンの目詰まりがなく暖房性能を向上させ、空気調和機に適する熱交換器を提供することを目的とする。

また、風上側の切起しの風下側端縁に着霜しても、除霜運転時、高温流体が流れる伝熱管からの熱が伝わり易く短時間で除霜することができ、かつ伝熱フィンの目詰まりがなく暖房性能を向上させ、空気調和機に適する熱交換器を備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、本発明に係る熱交換器は、所定の間隙を存して並設され、これらの間隙に沿って熱交換空気を流通させ、かつ切起しが設けられた複数枚の伝熱フィンと、これら伝熱フィンの熱交換空気の流通方向と直交する方向に、前記伝熱フィンを伝熱的に貫通して隣接され、内部に熱交換媒体が導通される伝熱管とを具備した熱交換器において、前記切起しは、熱交換空気の流通方向に複数列設けられ、前記切起しの風上側の切起しは、風上側端縁が伝熱管よりも風上側に位置し、風上側端縁から風下側端縁に向かうに従ってフィン面からの突出高さが高くなるように形成されるとともに風下側端縁のみが切断されて開口され、かつ前記風下側端縁がフィン面から最も高く突出されるとともに隣設される前記伝熱管の中心を結ぶ線上に位置し、前記切起しの風下側の切起しは複数個設けられ、それぞれ風上側及び風下側の両端縁が切断されたスリット状に形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装置、利用側熱交換器を備えた冷凍サイクル装置において、前記熱源側熱交換器および利用側交換器の少なくとも一方は、上記熱交換器であることを特徴とする。

本発明に係る熱交換器によれば、風上側の切起しの風下側端縁に着霜しても、除霜運転時、高温流体が流れる伝熱管からの熱が伝わり易く短時間で除霜することができ、かつ伝熱フィンの目詰まりがなく暖房性能を向上させ、空気調和機に適する熱交換器を提供することができる。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、風上側の切起しの風下側端縁に着霜しても、除霜運転時、高温流体が流れる伝熱管からの熱が伝わり易く短時間で除霜することができ、かつ伝熱フィンの目詰まりがなく暖房性能を向上させ、空気調和機に適する冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る熱交換器及びこれを用いた冷凍サイクル装置の概念図。本発明の一実施形態に係る熱交換器の斜視図。本発明の一実施形態に係る熱交換器に用いる伝熱フィンの平面図。図３のＡ−Ａ線に沿う断面図。本発明の一実施形態に係る熱交換器に用いる伝熱フィンの切起し部分を拡大した除霜後の着霜状態を示す平面図。本発明の一実施形態に係る熱交換器に用いる伝熱フィンの切起し部分を拡大して示す斜視図。

本発明の一実施形態に係る熱交換器及びこれを用いた冷凍サイクル装置について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明に係る冷凍サイクル装置２１は、例えば空気調和機に用いられ、圧縮機２２と、四方弁２３と、室外熱交換器（熱源側熱交換器）である本実施形態の熱交換器１と、膨張装置２４と、室内熱交換器（利用側熱交換器）２５とが冷媒配管Ｐを介して順次接続されて、ヒートポンプ式の冷凍サイクルを備える。

図１において、実線矢印は冷房運転時の冷媒の流れを、破線矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示す。

圧縮機２２と、四方弁２３と、熱交換器１および膨張装置２４は、室外機３１に配置され、室内熱交換器２５は室内機３２に配置される。

図２に示すように、本熱交換器１は、所定ピッチを有して並設され、互いの隙間Ｇに熱交換空気を流通させる複数枚の伝熱フィン２と、これら伝熱フィン２に穿設されフィン孔３を伝熱的に貫通して設けられ、内部に熱交換媒体を導通させる伝熱管４とを具備する。

図３に示すように、伝熱フィン２は、例えば厚さ０．１ｍｍで短冊状をなすアルミニウム製であり、多数のフィン孔３が、フィン長手方向に中心線Ｌ上に等間隔で穿設され、フィン孔３の周囲にはフィンカラー３ａが立設されている。

伝熱管４は、例えば１列からなり、フィンカラー３ａを貫通して多数の伝熱フィン２に伝熱的に嵌着されている。

なお、各図中矢印は空気の流れを示す。

本実施形態のように、熱交換器１を室外熱交換器として使用する場合、伝熱フィン２は上下方向に、伝熱管４は左右方向に延びた状態で配置される。

図３および図４に示すように、伝熱フィン２には、切起し５が熱交換空気の流通方向に複数列設けられる。

切起し５のうちの風上側の切起し６は、平面視上方に突出た略等脚台形状をなし、その脚は円弧状をなし、風下側の風下側端縁６ｂのみが切断されて開口部７が開口される。

切起し５のうち風下側の切起し８、９は大小２個設けられ、いずれも風上側の風上側端縁８ａ、９ａおよび風下側の風下側端縁８ｂ、９ｂが切断されたスリット状に形成されている。

また、伝熱フィン２には、風上側の前端縁に沿って風上側の前側補強ビード１０、風下側の後端縁に沿って風下側の後側補強ビード１１が、切起し５と同一方向に突出して設けられている。

図５および図６に示すように、切起し６は風上側端縁から風下側端縁６ｂに向かうに従ってフィン面２ａからの突出高さが高くなる、すなわち直線的な上り勾配面を有するように形成されている。なお、上り勾配は本実施形態のように直線的に限らず、曲線的あるいはステップ的な上り勾配であってもよい。

切起し６および切起し８、９の脚部６ｃ、８ｃ、９ｃは、伝熱管４に沿う方向で円弧形であり、かつ円弧の弧中心ｃ_２は伝熱管４の中心ｃ_１よりも外側に偏心している。

次に本発明の一実施形態に係る熱交換器の動作を、冷凍サイクル装置に組み込み、空気調和機を暖房運転する場合を例に採り説明する。

空気調和機を暖房運転すると、図１に示すように、圧縮機２２で圧縮され、高温高圧になった冷媒は、四方弁２３を介して室内熱交換器２５に流入し、室内空気に放熱し、室内空気を加熱して、室内を暖房する。

室内空気に放熱して液相になった冷媒は、膨張装置２４で減圧され、室外熱交換器である熱交換器１に流入する。

一方、送風機により送風される外気（空気）は、図２、図４および図５に示すように、伝熱フィン２の風上側から、伝熱フィン２間の隙間Ｇに流入する。隙間Ｇに流入した外気は、伝熱フィン２に沿って、下流側に流れる。

外気は伝熱フィン２に沿って流れる間に、熱交換器１の伝熱管４内で蒸発し、伝熱管４を介して冷却された伝熱フィン２と熱交換して、熱を奪われる（汲み上げられる）。

このような外気と伝熱フィン２との熱交換時、伝熱フィン２には切起し５が設けられているので、熱交換効率が向上する。

熱交換器１で気相になった冷媒は、四方弁２３を介して圧縮機２２に戻る。

以後、この冷媒の流れを繰り返し、室内を暖房する。

暖房運転が継続された状態で、外気温度が低下すると、切起し６に着霜が生じる。

しかし、切起し６には、着霜しやすい風上側に端縁および開口部が存在しないため、切起し６の表面に薄く積霜するだけであり、着霜時でも常に通風路が確保され、従来のような伝熱フィンの目詰まりによる暖房性能低下を防ぐことができる。

このように切起し６の表面の積霜が薄い理由としては、図５に示すように、伝熱フィン２と外気の熱移動量が多い箇所は、点線楕円で示す範囲であるが、切起し６の開口部７、すなわち切起し６の風下側端縁６ｂを伝熱フィン２の中央に設置したことで、従来最も着霜が生じる熱伝達の良好な風下側端縁６ｂが、伝熱フィン２の中央、すなわち伝熱管４から最も近い位置に設置されることになり、開口部７に着霜したとしても、除霜運転時、高温冷媒が流れる伝熱管４からの熱が伝わり易く、短い時間で除霜することができるからである。

なお、図５中、ドットで黒く示す部分は、着霜の除霜後の状態を示す。

また、切起し６は、風上側端縁から風下側端縁６ｂに向かうに従ってフィン面２ａからの突出高さが高くなるように形成されているので、伝熱フィン２の一面（図５では上面）に積霜しても、他面（図５では下面）とフィン面間に通気路が確保され、積霜しても、外気（空気）の流れが妨げられることがない。

さらに、図６に示すように、切起し６および切起し８、９の脚部６ｃ、８ｃ、９ｃは、伝熱管４に沿う方向で円弧形であり、かつ円弧の中心は伝熱管４の円心よりも外側に偏心しているので、切起し６および切起し８、９の総縁長を長くすることができ、温度境界層更新効果により熱伝達率が向上する。また、円弧形の脚部６ｃ、８ｃ、９ｃは伝熱管４に沿う方向であり、空気が伝熱管４に沿って熱伝達にとって有効に流れ、特に伝熱管４後流側の空気流れのはく離を抑制することができる。

本実施形態の熱交換器によれば、風上側の切起しの風下側端縁に着霜しても、除霜運転時、高温流体が流れる伝熱管からの熱が伝わり易く短時間で除霜することができ、かつ伝熱フィンの目詰まりがなく暖房性能を向上させ、空気調和機に適する熱交換器が実現される。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置によれば、風上側の切起しの風下側端縁に着霜しても、除霜運転時、高温流体が流れる伝熱管からの熱が伝わり易く短時間で除霜することができ、かつ伝熱フィンの目詰まりがなく暖房性能を向上させ、空気調和機に適する冷凍サイクル装置が実現される。

なお、上記実施形態では、本熱交換器を熱源側熱交換器に用いる例で説明したが、利用側熱交換器に利用してもよく、また、冷凍サイクル装置を空気調和機に利用する例で説明したが、これに限定されない。

１…熱交換器、２…伝熱フィン、２ａ…フィン面、３…フィン孔、３ａ…フィンカラー、４…伝熱管、５，６…切起し、６ｂ…風下側端縁、６ｃ…脚部、７…開口部７、９…切起し、８ａ、９ａ…風上側端縁、８ｂ、９ｂ…風下側端縁、８ｃ、９ｃ…脚部、１０…前側補強ビード、１１…後側補強ビード、２１…冷凍サイクル装置、２２…圧縮機、２３…四方弁、２４…膨張装置、２５…室内熱交換器、３１…室外機、３２…室内機。

Claims

所定の間隙を存して並設され、これらの間隙に沿って熱交換空気を流通させ、かつ切起しが設けられた複数枚の伝熱フィンと、
これら伝熱フィンの熱交換空気の流通方向と直交する方向に、前記伝熱フィンを伝熱的に貫通して隣接され、内部に熱交換媒体が導通される伝熱管とを具備した熱交換器において、
前記切起しは、熱交換空気の流通方向に複数列設けられ、
前記切起しの風上側の切起しは、風上側端縁が伝熱管よりも風上側に位置し、風上側端縁から風下側端縁に向かうに従ってフィン面からの突出高さが高くなるように形成されるとともに風下側端縁のみが切断されて開口され、かつ前記風下側端縁がフィン面から最も高く突出されるとともに隣設される前記伝熱管の中心を結ぶ線上に位置し、
前記切起しの風下側の切起しは複数個設けられ、それぞれ風上側及び風下側の両端縁が切断されたスリット状に形成されていることを特徴とする熱交換器。
前記風上側の切起しおよび前記風上側の切起しの脚部は、前記伝熱管に沿う方向で円弧形であり、かつ円弧の中心は前記伝熱管の円心よりも外側に偏心していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
圧縮機、熱源側熱交換器、膨張装置、利用側熱交換器を備えた冷凍サイクル装置において、
前記熱源側熱交換器および利用側熱交換器の少なくとも一方は、請求項１または２に記載の熱交換器であることを特徴とする冷凍サイクル装置。