(57)【要約】【課題】積層された板状フィンと、これに貫通して設けられた多穴管からなる伝熱管とによって構成されたフィンチューブ型の熱交換器において、伝熱管に形成されたくびれ部に死水域が発生するのを防止するようにした熱交換器及びこれを備えた空気調和機を提供する。【解決手段】所定の間隔で積層されその間を空気が流れる複数の板状フィン１と、空気の流れ方向にくびれ部１１を介して複数の円管が連結され、空気の流れ方向と直交する段方向に所定の間隔で板状フィン１を積層方向に貫通して設置された複数の伝熱管１０とを有し、段方向に隣接する伝熱管１０の間に、板状フィン１を切り起こしてその脚部が伝熱管１０のくびれ部１１に近接して位置するスリット４を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔で積層されその間を空気が流れる複数の板状フィンと、前記空気の流れ方向にくびれ部を介して複数の円管が連結され、空気の流れ方向と直交する段方向に所定の間隔で前記板状フィンを積層方向に貫通して設置された複数の伝熱管とを有し、
前記段方向に隣接する伝熱管の間に、前記板状フィンを切り起こしてその脚部が前記伝熱管のくびれ部に近接して位置するスリットを設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
所定の間隔で積層されその間を空気が流れる複数の板状フィンと、前記空気の流れ方向にくびれ部を介して複数の円管が連結され、空気の流れ方向と直交する段方向に所定の間隔で前記板状フィンを積層方向に貫通して設置された複数の伝熱管とを有し、
前記段方向に隣接する伝熱管の間に、前記板状フィンを切り起こして２列のスリットを設け、これらスリットのうち上流側のスリットは両脚部の下流側を拡幅して該脚部を前記伝熱管のくびれ部の上流側の近傍の周壁に沿って斜めに位置させ、下流側のスリットは両脚部の上流側を拡幅して該脚部を前記伝熱管のくびれ部の下流側近傍の周壁に沿って斜めに位置させたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
所定の間隔で積層されその間を空気が流れる板状フィンと、前記空気の流れ方向にくびれ部を介して複数の円管が連結され、空気の流れ方向と直交する段方向に所定の間隔で前記フィンを積層方向に貫通して設置された複数の伝熱管とを有し、
前記伝熱管の両側に、前記板状フィンを切り起こしてその一方の脚部が前記伝熱管のくびれ部に近接して位置し、空気の流れ方向と直交してスリットを設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
前記スリットを、一方の脚部が前記伝熱管のくびれ部に近接して位置し、他方の脚部が前記伝熱管から離れる方向に傾斜して位置し、空気の流れ方向に対して斜めに対向させたことを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
【請求項５】
前記スリットの空気の流れ方向の幅は、前記伝熱管のくびれ部の空気の流れ方向の幅より狭いことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項６】
前記スリットの脚部が、前記伝熱管のくびれ部の幅内に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項７】
前記スリットの上流側に前記板状フィンを切り起こしてその両脚部が段方向に隣接する前記伝熱管のくびれ部の上流側の近傍に位置する第２のスリットを設けると共に、前記スリットの下流側に前記板状フィンを切り起こしてその両脚部が前記隣接する伝熱管のくびれ部の下流側の近傍に位置する第３のスリットを設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器。
【請求項８】
前記第２のスリットの両脚部の上流側を拡幅すると共に、前記第３のスリットの両脚部の下流側を拡幅し、空気の流れ方向に対して斜めに対向させたことを特徴とする請求項７記載の熱交換器。
【請求項９】
圧縮機、室内熱交換器、絞り弁、室外熱交換器を冷媒配管により順次接続し、作動流体として冷媒を用いると共に、前記室内熱交換器及び室外熱交換器の両者又はいずれか一方に、請求項１〜８のいずれかの熱交換器を用いたことを特徴とする空気調和機。
【請求項１０】
前記冷媒として、ＨＣ単一冷媒若しくはＨＣを含む混合冷媒又はＲ３２、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、二酸化炭素のいずれかを用いることを特徴とする請求項９記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調、冷凍、冷蔵等に使用され、冷媒と空気等の流体との間で熱交換を行う板状フィンと多穴管からなる伝熱管とによって構成されたフィンチューブ型の熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機を構成する熱交換器に、フィンチューブ型熱交換器と呼ばれるものがある。この熱交換器は、一定の間隔で配置されてその間を気体（空気）が流れる板状フィンと、この板状フィンに直交して挿入され、内部に冷媒が流れる円管形状の伝熱管とからなり、隣接する伝熱管の間に板状フィンに切り起こしによるスリット群を設けたものである。このスリット群は、スリットの側端部が風向きに対して対向するように設けられており、その側端部において空気流の速度境界層及び温度境界層を薄くすることにより、伝熱促進が行われ熱交換能力が増大するとされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、それぞれの穴の外周にその穴の軸線を中心とするほぼ同一肉厚の管の一部が存在し、その多数の管の一部どうしが一体化されて外周に断面波形面が形成された多穴管からなる伝熱管を備えた熱交換器が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平２−３３５９５号公報（第３−４頁、図１−２）
【特許文献２】特開２００４−２３３０１２号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の熱交換器は、板状フィンの両面に多数の切り起こしが設けられているため製造が面倒であるばかりでなく、通風抵抗が大きい。このため、空気の流量を十分に確保することのできる空気調和機等にしか適用することができず、適用範囲に問題があった。また、この発明では、熱交換器に複数の円管を連結した多穴管からなる伝熱管を用いた場合、その連結部に形成されたくびれ部に発生する死水域を抑制することができないという問題がある。
【０００６】
引用文献２においては、多数の管の外周に形成された波形面のくびれ部に死水域が発生し、これにより伝熱性能が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、積層された板状フィンと、これに貫通して設けられた多穴管からなる伝熱管とによって構成されたフィンチューブ型の熱交換器において、伝熱管に形成されたくびれ部に死水域が発生するのを防止するようにした熱交換能力の高い熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和機を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱交換器は、所定の間隔で積層されその間を空気が流れる複数の板状フィンと、前記空気の流れ方向にくびれ部を介して複数の円管が連結され、空気の流れ方向と直交する段方向に所定の間隔で前記板状フィンを積層方向に貫通して設置された複数の伝熱管とを有し、前記段方向に隣接する伝熱管の間に、前記板状フィンを切り起こしてその脚部が前記伝熱管のくびれ部に近接して位置するスリットを設けたものである。
【０００９】
また、本発明に係る空気調和機は、上記の熱交換器を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、積層された板状フィンとこれを貫通する多穴管とからなる伝熱管とによって構成された熱交換器において、段方向に隣接する伝熱管の間の板状フィンに、切り起こしにより、その両脚部が伝熱管のくびれ部に近接して位置するスリットを設けたので、伝熱管のくびれ部に死水域が生ずることがなく有効伝熱面積が増大するため、熱交換能力の高い熱交換器及びこれを備えた空気調和機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る熱交換器の一部の平断面図、図２は図１の縦断面図である。
図において、複数の板状フィン１は、所定の隙間（ピッチＦｐ）で平行に積層されている。そして、両側が同じ外径で中央がくびれた平面ほぼ繭形状の多穴管である複数の伝熱管１０が、板状フィン１０の段方向（図１の上下方向で、板状フィン１の間を流れる空気の流れ方向と直交する方向）に所定の間隔（ピッチｐ）で設けた伝熱管１０の外形と相似形で、各板状フィン１に設けたフィンカラー２にガイドされて、板状フィン１を積層方向に貫通して設置されている。そして、これら隣接する伝熱管１０の両端部は反対方向に交互に連結されて一体化され、一方の流入口から流入した冷媒が他方の吐出口から流出するようになっている。なお、図には、フィンカラー２と伝熱管１０が一体的に示されている（以下の図面でも同様）。
【００１２】
板状フィン１に設けた隣接するフィンカラー２の間の表面又は裏面のいずれか一方の面（図には表面の場合が示してある）には、矢印で示す空気の流れ方向（以下、列方向ということがある）と直交して、複数の切り起こし（以下、スリットという）が設けられている。すなわち、板状フィン１の列方向の中央部に第１のスリット４、第１のスリット４の上流側に第２のスリット５、第１のスリット４の下流側で第２のスリット５と対称位置に第３のスリット６が、合計３列設けられている。
【００１３】
この第１〜第３のスリット４，５，６は、板状フィン１の一方の面に切り起こしにより形成され、図３（ａ），（ｂ）に示すように、板状フィン１の面に対して傾斜した脚部４ａ，５ａ，６ａと、両脚部の間を橋絡した板状フィン１の面と平行な切り起こし部４ｂ，５ｂ，６ｂとからなっており、切り起こし部４ｂ，５ｂ，６ｂは空気の流れ方向に開口している。
【００１４】
そして、第１のスリット４の脚部４ａは空気の流れ方向とほぼ平行に形成され、第２のスリット５は両脚部５ａの間隔が、上流側が拡幅されて広く下流側は縮幅されて狭く、空気の流れ方向と斜めに対向して形成されている。また、第３のスリット６の両脚部６ａの間隔は、上流側が縮幅されて狭く、下流側は拡幅されて広く、空気の流れ方向と斜めに対向して形成されている。なお、第１のスリット４の両脚部４ａは、隣接する両伝熱管１０のくびれ部１１に近接して位置している。図３（ｃ）は図１のＣ−Ｃ断面図（フィンカラー２の断面）である。
【００１５】
また、本実施の形態においては、伝熱管１０は、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属材料からなる２本の同径の円管を、軸方向の一部を切除して接合し、中央部にくびれ部１１を有する断面ほぼ繭形状に形成したもので、くびれ部１１を列方向のほぼ中央部にしてフィンカラー２にガイドされ、空気の流れ方向と平行に積層された板状フィン１に貫通して設置したものである。なお、上記の説明では、２本の円管を接合して多穴管である伝熱管１０を形成した場合を示したが、引き抜き加工により多穴管の伝熱管１０を製造してもよい。
【００１６】
この伝熱管１０の板状フィン１の段方向への配列ピッチｐは、例えば、１２．２４ｍｍ、１５．３ｍｍ、２０．４ｍｍなどが用いられる。なお、伝熱管１０を板状フィン１の列方向に複数列設置する場合は、列方向のピッチは、例えば、１０．７ｍｍ、１２．７ｍｍ、１８ｍｍ、２２ｍｍに設定される。なお、これらの数値はその一例を示すもので、これに限定するものではない。
【００１７】
本実施の形態においては、図４に示すように、第１のスリット４の脚部４ａは伝熱管１０のくびれ部１１に近接して位置しており、第２のスリット５の脚部５ａは、その上流側が拡幅されて伝熱管１０の上流側の大径部の外周より内側（大径部の中心部側）に位置し、大径部との間にすき間を隔てて空気の流れ方向と対向して傾斜して設けられている。このため、積層した板状フィン１の間から伝熱管１０の大径部側に流入する空気を、伝熱管１０の周壁、特にくびれ部１１の周壁に沿って下流側に導くことができる。このため、伝熱管１０のくびれ部１１の近傍に死水域が発生することがない。
【００１８】
また、第３のスリット６の脚部６ａは、その下流側が拡幅されて伝熱管１０の下流側の大径部の外周より内側に位置し、大径部との間にすき間を隔てて空気の流れ方向と対向して傾斜して設けられている。このため、伝熱管１０のくびれ部１１から下流側の大径部の周壁に沿って流出する空気を、伝熱管１０の段方向の中央部側に導くことができるので、伝熱管１０の下流側に形成される死水域を大幅に低減することができる。
【００１９】
図５は本実施の形態と比較するための、スリットが設けられていない多穴管からなる伝熱管１０を備えた熱交換器の説明図である。この場合は、積層された板状フィン１にスリットが設けられていないため、温度境界層は分断、更新されず、その上伝熱管１０のくびれ部１１及び下流側に大きな死水域が形成されるため、伝熱性能が大幅に低下する。
【００２０】
次に、図１における第１のスリット４の列方向の幅ＳＬと、伝熱管１０のくびれ部１１の列方向の幅Ｌ（接合された両円管の中心部間の距離）との関係について考察する。
第１のスリット４の列方向の幅ＳＬを、伝熱管１０のくびれ部１１の列方向の幅Ｌより小さく（狭く）形成することにより、第１のスリット４を伝熱管１０のくびれ部１１に近接して設けることができ、これにより、くびれ部１１に死水域が発生するのを防止して、伝熱低下を抑制することができる。
【００２１】
第１のスリット４の列方向の幅ＳＬを、伝熱管１０のくびれ部１１の列方向の幅Ｌとほぼ等しいか又はこれより大きくすると、第１のスリット４の両端部をくびれ部１１に近接して設けることができないため、くびれ部１１に死水域が形成されて伝熱低下をもたらす。よって、第１のスリット４の列方向の幅ＳＬを、伝熱管１０のくびれ部１１の幅Ｌより小さくすることが必要である。
【００２２】
本実施の形態によれば、積層された板状フィン１と、これを貫通する断面ほぼ繭形状の多穴管からなる伝熱管１０とによって構成された熱交換器において、段方向に隣接する伝熱管１０の間の板状フィン１に、切り起こしにより、その両脚部が両伝熱管１０のくびれ部１１に近接して位置する第１のスリット４を設けると共に、その上流側と下流側の対称位置に両脚部が空気の流れ方向と斜めに対向する第２、第３のスリット５，６を設けたので、これら第１〜第３のスリット４〜６により空気流の渦が発生して乱流が促進されると共に、その側端部において空気流の速度境界層及び温度境界層を薄くすることにより、伝熱促進が行われる。
【００２３】
また、第１〜第３のスリット４〜６、特に第１のスリット４を設けたことにより、伝熱管１０のくびれ部１１の近傍に死水境が発生するのを防止すると共に、伝熱管１０の下流側に発生する死水域を大幅に低減して、有効伝熱面積を増大することができる。
これらにより、熱交換能力の高い熱交換器を得ることができる。
【００２４】
［実施の形態２］
図６は本発明の実施の形態２に係る熱交換器の一部の平断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分には、これと同じ符号を付してある。
本実施の形態は、実施の形態１の隣接する伝熱管１０の間において、板状フィン１の列方向の中央部に設けた第１のスリット４に代えて、それぞれ両端部に脚部を有する段方向に短かい２つの第１のスリット４１ａ，４１ｂを設け、この第１のスリット４１ａ，４１ｂを伝熱管１０のくびれ部１１の両側に、くびれ部１１に近接して設けたものである。
【００２５】
本実施の形態においても、実施の形態１の場合とほぼ同様の効果を得ることができるが、さらに、隣接する伝熱管１０の間の中央部に、スリットが設けられていない領域が存在するため、実施の形態１に比べて伝熱性能が高く、通風抵抗の小さい熱交換器を得ることができる。
【００２６】
［実施の形態３］
図７は本発明の実施の形態３に係る熱交換器の一部の平断面図である。なお、実施の形態２と同じ部分には、これと同じ符号が付してある。
本実施の形態は、実施の形態２における段方向に短かい第１のスリット４１ａ，４１ｂを、伝熱管１０のくびれ部１１に近接し、かつ空気の流れ方向に斜めに対向させて設けたものである。
【００２７】
すなわち、伝熱管１０の両側に設けた第１のスリット４１ａ，４１ｂの伝熱管１０側の脚部を、斜め上流側に向けて伝熱管１０のくびれ部１１に近接して位置させ、他方の脚部を斜め下流側に向けて伝熱管１０から遠去かるように位置させて、その開口部を空気の流れ方向に斜めに対向して設けたものである。
本実施の形態によれば、実施の形態１，２とほぼ同様の効果を得ることができるが、さらに、空気流をより確実に伝熱管１０のくびれ部１１に誘導することができる。
【００２８】
［実施の形態４］
図８は本発明の実施の形態４に係る熱交換器の一部の平断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分には、これと同じ符号が付してある。
本実施の形態は、段方向に隣接する断面ほぼ繭形状の伝熱管１０の間において、板状フィン１に設けた第２のスリット５と第３のスリット６との間に、これらと平行に２つの第１のスリット４２ａ，４２ｂを設けたものである。
【００２９】
そして、上流側の第１のスリット４２ａは、その脚部の間隔が下流側が拡幅されて斜めに形成され、下流側のスリット４２ｂはその脚部の間隔が上流側が拡幅されて斜めに形成されており、それぞれの脚部が伝熱管１０のくびれ部１１の上流側及び下流側の外壁に沿って斜めに設けられている。
【００３０】
本実施の形態によれば、実施の形態１の場合とほぼ同様の効果が得られるが、さらにスリットを設けた領域が大きいので、より熱交換能力の大きい熱交換器を得ることができる。しかし、スリットを設けた領域が大きくなったため通風抵抗が大きくなるので、熱交換器の通風抵抗が大きくても空気の流量を確保できるような空気調和機に実施して特に有効である。
【００３１】
［実施の形態５］
図９は本発明の実施の形態５に係る熱交換器の一部の平断面図である。なお、実施の形態１と同一又は同じ機能の部分には、これと同じ符号が付してある。
本実施の形態は、金属材料からなる３本の円管を列方向に接合して伝熱管１０を構成したもので、列方向に２か所のくびれ部１１が形成されている。
【００３２】
そして、このように伝熱管１０が列方向に長くなったため、板状フィン１の列方向の幅を広くし、段方向に隣接する伝熱管１０の間に設けられた第２のスリット５と第３のスリット６との間に、両端部（脚部）が伝熱管１０のくびれ部１１にそれぞれ近接した２つの第１のスリット４，４を設けたものである。
【００３３】
本実施の形態によれば、実施の形態１の場合とほぼ同様の効果を得ることができるが、さらに、実施の形態１に比べて板状フィン１の伝熱面積が大きいため、より熱交換能力の大きい熱交換器を得ることができる。なお、図には３本の円管を連結して多穴管の伝熱管１０を構成した場合を示したが、さらに、４本、５本又はそれ以上の円管を連結して伝熱管１０を構成してもよく、これにより、熱交換能力のさらに大きい熱交換器を得ることができる。
【００３４】
以上本発明に係る熱交換器の実施の形態１〜５について説明したが、これら各実施の形態に係る熱交換器はそれぞれ単独で実施してもよく、適宜組合わせて実施してもよい。また、状況によっては第２、第３のスリット５，６を省略して、第１のスリット４（４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂを含む）だけを設けてもよい。
【００３５】
［実施の形態６］
図１０は本発明の実施の形態６に係る空気調和機の冷凍サイクルの一例の説明図である。
本実施の形態に係る空気調和機の冷凍サイクル３０は、圧縮機３１、四方弁３２、凝縮機として機能する室内熱交換器３３、膨張弁３４及び蒸発器として機能する室外熱交換器３５が、冷媒配管により順次接続されたもので、室内熱交換器３３及び室外熱交換器３５の両者又はいずれか一方に、実施の形態１〜５のいずれかの熱交換器を用いたものである。なお、３６，３７は送風機である。
【００３６】
上記のように構成した冷凍サイクル３０において、暖房運転時の冷媒の流れは、実線矢印で示す方向となる。すなわち、圧縮機３１で圧縮されたガス状態で高温高圧の冷媒は、四方弁３２を経て室内熱交換器３３に導かれ、送風機３６によって送られた空気との熱交換により放熱され、室内を暖房する。室内熱交換器３３で熱交換された冷媒は過冷状態の液冷媒となり、膨張弁３４へ送られる。膨張弁３４で膨張した低温低圧の冷媒は低乾き度の二相状態となり、室外熱交換器３５へ導かれる。室外熱交換器３５内の冷媒は、送風機３７で送られた室外空気と熱交換され、吸熱した冷媒はガス状態となって圧縮機３１に入る。
【００３７】
冷房運転時の冷媒の流れは破線矢印方向となり、暖房運転時の場合と反対の作用により、室内熱交換器３３により室内を冷房する。なお、上記の冷凍サイクル３０の作動流体としての冷媒には、ＨＣ単一冷媒又はＨＣを含む混合冷媒、Ｒ３２、Ｒ４０７Ｃ、二酸化炭素のいずれかが用いられる。
【００３８】
上記のような冷凍サイクルを有する空気調和機の室内熱交換器３３及び室外熱交換器３５の両者又はいずれか一方に、実施の形態１〜５のいずれかの熱交換器を用いたので、熱交換能力の高い空気調和機を得ることができる。なお、本発明に係る熱交換器は、空気調和機以外にも、冷凍専用の冷凍機や温風生成用の乾燥機等にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の一部の平断面図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図である。
【図４】実施の形態１の熱交換器の作用説明図である。
【図５】比較例である熱交換器の作用説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る熱交換器の一部の平断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る熱交換器の一部の平断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る熱交換器の一部の平断面図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係る熱交換器の一部の平断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態６に係る空気調和機の冷凍サイクルの一例の説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  板状フィン、２  フィンカラー、４  ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ  第１のスリット、５  第２のスリット、６  第３のスリット、４ａ，５ａ，６ａ  脚部、４ｂ，５ｂ，６ｂ  切り起こし部、１０  伝熱管、１１  くびれ部、２０  死水域、３０  冷凍サイクル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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