(57)【要約】【課題】熱交換性能を向上させるとともに、凝縮水の水捌け性を確保し、かつ着霜による急激な性能低下を抑制しながら、量産性を向上させる。【解決手段】コルゲートフィン２に多数の山部２０１と谷部２０２を空気の流通方向に交互に設け、谷部にコルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路２０６を設けた構成としてある。これにより、空気は多数の山部と谷部に沿って温度境界層の剥離と再付着を繰り返すので伝熱性能が向上し、かつ霜の付着、成長による急激な空気流路の閉塞による性能低下も抑制でき、蒸発器として用いた場合の凝縮水は、谷部に設けた排水経路から円滑に流下していくことができ、さらに、排水経路は打ち抜き加工によるスクラップが生じないので、量産性に優れたものとなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向を鉛直方向にして、所定のピッチで互いに平行に配置された多数の偏平チューブと、前記偏平チューブの上端を連通接続する水平方向の上側ヘッダーと、前記偏平チューブの下端を連通接続する水平方向の下側ヘッダーと、隣接する前記偏平チューブの間に配置され、前記偏平チューブと近接する部分を前記偏平チューブと接合あるいは密着させ、その間隙を空気が通過するコルゲートフィンを有する熱交換器において、前記コルゲートフィンに稜線が空気の流通方向に対し直角方向に伸びる多数の山部と谷部を空気の流通方向に交互に設け、前記谷部の稜線に前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路を備えた熱交換器。
【請求項２】
コルゲートフィンの山部の稜線と谷部の稜線の両方にコルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路を備えた請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路は、気流方向に対して風下側に開口していることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷暖房兼用の空気調和機の室外機等に用いられる熱交換器で、鉛直方向の偏平チューブおよび隣接する偏平チューブ間にコルゲートフィンを有する熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱交換器としては、図３、図４に示すものが一般的に知られている。図３、図４において、この熱交換器は、長手方向を鉛直方向にして、所定のピッチで互いに平行に配置された多数の偏平チューブ１と、これら偏平チューブ１の上端を連通接続する水平方向の上側ヘッダー１０と、前記偏平チューブ１の下端を連通接続する水平方向の下側ヘッダー１１と、隣接する前記偏平チューブ１の間に配置され、偏平チューブ１とろう付けや接着などにより接合あるいは密着されたコルゲートフィン２とからなり、コルゲートフィン２の間隙を空気が通過して熱交換するようになっている。
【０００３】
このような熱交換器において、コルゲートフィン２は図５、図６に示すように頂部２１と中間壁部２２とが交互繰返し状態に折り曲げ成形され、当該コルゲートフィン２の頂部２１を平坦状に形成し、フィン角度θ１、平坦状頂部２１の長さＬ１、ルーバー長さＬ２、ルーバー角度θ２、ルーバーピッチＬ３をそれぞれ所定数値範囲に規定することにより、熱伝達率の大幅な低下を招来することなく、蒸発器として使用したときの水切れ性を向上させたものが見られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、このような熱交換器には次のような課題がある。すなわち、この熱交換器は、冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用いられ、空気調和機が暖房運転され、外気温度が低くなって、コルゲートフィン２の表面温度が氷点下になるとき、空気中の水分がコルゲートフィン２に霜となって付着し、次第にこの着霜が進行し、霜が厚くなり、やがて着霜により空気の通風路が塞がれる。この間に熱交換器の通風抵抗が増大し、風量が低下し、蒸発性能が低下し、空調機の暖房性能が低下していく。特に、コルゲートフィン２には高性能化のためルーバー２ａが設けられているが、このルーバー２ａの前縁部は、局所熱伝達率が高いため、着霜の進行が早く、またルーバー２ａが設けられているため、コルゲートフィン２の各段の実質的間隔が狭く、着霜による通風路の閉塞が極めて早く、暖房能力の低下が極端に早いという欠点があった。
【０００５】
そこで、上記コルゲートフィン２の通風上流端部をルーバーのないものとしたり、偏平チューブの端よりも風上側へ突き出させた上、偏平チューブを１つおきに仕切り板に置き換えたり、ルーバーの形状を風上から風下に向かって順次変える熱交換器が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、コルゲートフィン２の風上側部分に小さい角度のルーバーを形成し、風下側部分に風上側部分より大きい角度のルーバーを形成したり、コルゲートフィン２の風上側部分のルーバーをなくした熱交換器が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
また、コルゲートフィン２に角度が大きいルーバー部と平坦部あるいは凹凸部あるいは角度が小さいルーバー部とを設け、角度が大きいルーバー部と平坦部あるいは凹凸部あるいは角度が小さいルーバー部の位置を、気体流路を挟んで隣接するコルゲートフィン同士で互い違いに配した熱交換器が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００８】
また、コルゲートフィンに稜線が空気の流通方向に直角方向に伸びる多数の山部と谷部
を交互に設け、少なくとも前記谷部の稜線に切り込みを設けた熱交換器が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００９】
図７〜図９は、特許文献５に示された従来の熱交換器のコルゲートフィンの要部を示す。図７において、コルゲートフィン２の表面には、コルゲートフィン２の空気通過方向の一部欠裁斜視図（図８）にも示すように、空気の流通方向に直角方向に伸びる稜線に切り込み２０３を有する山部２０１と、空気の流通方向に直角方向に伸びる稜線に切り込み２０４を有する谷部２０２が、空気の流通方向に交互に多数設けられている。このような構成により、熱交換器に流入した空気は、空気の流通方向に交互に設けられた多数の山部２０１と谷部２０２の起伏に沿って流れ、温度境界層の剥離と再付着を繰り返すので伝熱性能が向上し、また、熱交換器を蒸発器として用いた場合、流通空気との熱交換によりフィン表面に生じる凝縮水が、谷部２０２の稜線に設けた切り込み２０４を通り抜けながらコルゲートフィン２を流下していくので、水捌け性も確保される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−２４１６７８号公報
【特許文献２】特開平６−１４７７８５号公報
【特許文献３】特開平６−２２１７８７号公報
【特許文献４】特許第３０６８７６１号公報
【特許文献５】特開２００４−２７０９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の構成、特に特許文献１から特許文献４に示されている従来の構成では、いずれにしてもコルゲートフィン２のどこかに高性能化のためのルーバーが設けられているために、当該ルーバーによりコルゲートフィン各段の実質的間隔を狭くしてしまうことがあって着霜による通風路の閉塞を大幅に遅らせることはできず、低外気温時の空気調和機の暖房性能の急激な低下を抑制することがある程度しかできないという課題を有していた。
【００１２】
また、特許文献５に示された構成においては、図９に示すように、フィンを製造する際に打ち抜き加工でスクラップ２１０が生じて金型に噛み込む危険性があるため、それを回避する対応が必要となり量産性に欠けるといった課題を有していた。
【００１３】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、凝縮性能および蒸発性能のいずれについても大きく向上させるとともに、さらに蒸発器として用いた場合にフィン表面に生じる凝縮水を良好に流下させ、かつ、冷暖房兼用の空気調和機の室外機の熱交換器として用いたときの着霜による急激な性能低下を抑制しつつ量産性に優れた熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために本発明の熱交換器は、コルゲートフィンに空気の流通方向に対し直角方向に伸びる多数の山部と谷部を交互に設け、少なくとも前記谷部の稜線に前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路を設けたものである。
【００１５】
これによって、熱交換器に流入した空気は、空気の流通方向に交互に設けられた稜線が空気の流通方向に直角方向に伸びる多数の山部と谷部の起伏に沿って流れ、温度境界層の剥離と再付着を繰り返すことにより伝熱性能が向上するので、本発明の熱交換器を凝縮器、蒸発器のいずれとして用いた場合でも熱交換能力を大幅に増大させる効果が得られる。
また、蒸発器として用いた場合、流通空気との熱交換によりフィン表面に生じる凝縮水は、少なくとも前記谷部の稜線に設けた前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路を通り抜けながらコルゲートフィンを流下していくので、優れた水捌け性が得られる。また、本発明の熱交換器を冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用い、空気調和機の暖房運転中、外気温が低下したときフィン表面に着霜していくが、伝熱性能向上のためコルゲートフィンに設けた山部と谷部の交互繰返しによる起伏形状は、ルーバーや切り起こしのように隣接コルゲートフィンとの間隔を大幅に近付けるものではないので、霜の付着、成長により急激に空気流路が閉塞されていくことがなく、性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果も得られる。さらに、少なくとも前記谷部の稜線に設けた前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路は、打ち抜き加工によるスクラップが生じない形状であるので、金型にスクラップが噛み込む危険性を回避する対応が必要でなく量産性に優れるという効果も得られるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、凝縮性能および蒸発性能のいずれについても大きく向上させることができるとともに、さらに蒸発器として用いた場合に、流通空気との熱交換によりフィン表面に生じる凝縮水を良好に流下させ、かつ、冷暖房兼用の空気調和機の室外機の熱交換器として用い、空気調和機の暖房運転中、外気温が低下したときのようにフィン表面に着霜していくとき、霜の成長により急激に空気流路が閉塞されて性能が著しく低下するのを抑制する効果を維持しながら、量産性に優れた熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の要部を示す拡大斜視図
【図２】（ａ）（ｂ）同実施の形態１における熱交換器のコルゲートフィンの空気通過方向の拡大断面図
【図３】従来の熱交換器を示す斜視図
【図４】図３に示す従来の熱交換器の要部の拡大斜視図
【図５】従来の熱交換器のコルゲートフィンの一例を示す拡大正面図
【図６】図５に示す従来の熱交換器のコルゲートフィンの空気通過方向の拡大断面図
【図７】従来の熱交換器のコルゲートフィンの他の例を示す要部拡大斜視図
【図８】図７に示す従来の熱交換器のコルゲートフィンの空気通過方向の一部欠裁斜視図
【図９】図７に示す従来の熱交換器のコルゲートフィンの空気通過方向の拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第１の発明は、コルゲートフィンに空気の流通方向に対し直角方向に伸びる多数の山部と谷部を交互に設け、少なくとも前記谷部の稜線に前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路を設けたものである。
【００１９】
これによって、熱交換器に流入した空気は、空気の流通方向に交互に設けられた稜線が空気の流通方向に直角方向に伸びる多数の山部と谷部の起伏に沿って流れ、温度境界層の剥離と再付着を繰り返すことにより伝熱性能が向上するので、本発明の熱交換器を凝縮器、蒸発器のいずれとして用いた場合でも熱交換能力を大幅に増大させる効果が得られるものである。また、蒸発器として用いた場合、流通空気との熱交換によりフィン表面に生じる凝縮水は、少なくとも前記谷部の稜線に設けた前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路を通り抜けながらコルゲートフィンを流下していくので、優れた水捌け性が得られる。また、本発明の熱交換器を冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用い、空気調和機の暖房運転中、外気温が低下したときフィン表面に着霜していくが、伝熱性能向上のためコルゲートフィンに設けた山部と谷部の交互繰返しによる起伏形状は、ルーバーや切り起こしのように隣接コルゲートフィンとの間隔を大幅に近付けるものではないので、
霜の付着、成長により急激に空気流路が閉塞されていくことがなく、性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果が得られる。さらに、少なくとも前記谷部の稜線に設けた前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路は、打ち抜き加工によるスクラップが生じない形状であるので、金型にスクラップが噛み込む危険性を回避する対応が必要でなく量産性に優れるという効果が得られるものである。
【００２０】
第２の発明は、第１の発明において、コルゲートフィンの山部の稜線と谷部の稜線の両方に前記コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路を設けた構成としてある。
【００２１】
これにより、熱交換器を組み立てるときコルゲートフィンの上下方向はどちらでもよくなり、作業性が向上する効果が得られる。
【００２２】
第３の発明は、第１または第２の発明において、コルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路は、気流方向に対して風下側に開口させた構成としてある。
【００２３】
これにより、局所熱伝達率が高い前縁部をなくし、着霜の進行により急激に空気流路が閉塞されて性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果をより高めることができるとともに、通風抵抗の増大も最小限に抑えることが可能となり、効果的である。
【００２４】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明の熱交換器の基本構成は、従来の技術で説明した図３、図４に示す一般的な熱交換器と同様、長手方向を鉛直方向にして、所定のピッチで互いに平行に配置された多数の偏平チューブ１と、これら偏平チューブ１の上端を連通接続する水平方向の上側ヘッダー１０と、前記偏平チューブ１の下端を連通接続する水平方向の下側ヘッダー１１と、隣接する前記偏平チューブ１の間に配置され、偏平チューブ１とろう付けや接着などにより接合あるいは密着され、繰返し折り曲げ成形され、その間隙を空気が通過するコルゲートフィン２を備えるものであるが、そのコルゲートフィンの表面形状に特徴があるので、コルゲートフィンの表面形状について詳しく説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
実施の形態１を、図１と図２を用いて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の要部を示す拡大斜視図である。
【００２７】
図１において、鉛直方向の偏平チューブ１のコルゲートフィン２の表面には、コルゲートフィン２の空気通過方向の拡大断面図である図２に示すように、空気の流通方向に直角方向に伸びる稜線を有する山部２０１と谷部２０２が交互に多数設けてあり、この山部２０１と谷部２０２の稜線に切り込みを入れてコルゲートフィンの板厚以上の段差をつけることにより成る排水経路２０５、２０６が形成してある。
【００２８】
上記構成において、熱交換器に流入した空気は、空気の流通方向に交互に設けられた稜線が空気の流通方向に直角方向に伸びる多数の山部２０１と谷部２０２の起伏に沿って流れ、温度境界層の剥離と再付着を繰り返すので伝熱性能を向上させ、本実施形態の熱交換器を凝縮器、蒸発器のいずれとして用いた場合でも熱交換能力を大幅に増大させる効果が得られる。
【００２９】
また、本実施形態の熱交換器を蒸発器として用いた場合、流通空気との熱交換によりフィン表面に生じる凝縮水は、谷部２０２の稜線に設けたコルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路２０６を通り抜けながらコルゲートフィン２を流下していくので、優れた水捌け性が得られる。
【００３０】
さらに、本実施形態の熱交換器を冷暖房兼用の空気調和機の室外機に用い、空気調和機の暖房運転中、外気温が低下したとき、コルゲートフィン２の表面に着霜が進行していくが、伝熱性能向上のためコルゲートフィン２に設けた多数の山部２０１と谷部２０２の交互繰返しによる起伏形状は、従来の熱交換器のルーバーのように、隣接コルゲートフィンとの間隔を大幅に近付けるものではなく、また、局所熱伝達率が高いルーバーの前縁部に着霜が集中して進行するということがないので、霜の付着、成長により急激に空気流路が閉塞されていくことがなく、性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果が得られる。
【００３１】
またさらに、谷部２０２の稜線に設けたコルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路２０６は、谷部２０２の稜線に沿ってフィンをせん断加工するが、谷部２０２の稜線の端部においては、フィンは繋がった状態を維持するのでスクラップが生じず、金型にスクラップが噛み込む危険性を回避する対応が必要なくなって量産性に優れるという効果が得られる。
【００３２】
またさらに、図２（ａ）に示すように、谷部２０２の稜線に設けたコルゲートフィンの板厚以上の段差を風下側に向けて開口し、段差の端部が風上側を向かないように排水経路２０６を構成することで、局所熱伝達率が高い前縁部をなくし、着霜の進行により急激に空気流路が閉塞されて性能が急速に著しく低下するのを抑制する効果をより高めることができるとともに、通風抵抗の増大を最小限に抑えることが可能になる。
【００３３】
一方、図２（ｂ）に示すように、谷部２０２の稜線に設けたコルゲートフィンの板厚以上の段差を風上側に向けて開口するように排水経路２０６を構成することで、局所熱伝達率が高い前縁部を有効に活用することができ、伝熱性能を向上させることもできる。
【００３４】
あるいは、図２（ａ）、図２（ｂ）の構成を組み合わせて、例えば、相対的に熱伝達率の高い風上側においては、図２（ａ）に示す谷部２０２の稜線に設けたコルゲートフィンの板厚以上の段差を風下側に向けて開口した構成とし、相対的に熱伝達率の低い風下側においては、図２（ｂ）に示す谷部２０２の稜線に設けたコルゲートフィンの板厚以上の段差を風上側に向けて開口した構成とすることで、熱交換器全体の伝熱のバランスを適正なものとして、伝熱性能をさらに向上させることもできる。
【００３５】
さらに、本実施の形態においては、山部２０１の稜線にもコルゲートフィンの板厚以上の段差より成る排水経路２０５を設け、この山部２０１の排水経路２０５と谷部２０２の排水経路２０６の双方を備えているので、熱交換器を組み立てるときコルゲートフィン２の上下方向はどちらでもよく作業性が向上する。
【００３６】
なお、本実施の形態では上記山部２０１および谷部２０２の双方に排水経路２０５，２０６を設けて熱交換器の組み立て性を向上させているが、水捌け性を確保するには、谷部２０２の稜線にだけ排水経路２０６が設けてあればよいものであり、山部２０１に排水経路２０６を設けるか否かは必要に応じて適宜選択すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、凝縮性能および蒸発性能のいずれについても大きく向上させることができるとともに、さらに蒸発器として用いた場合にフィン表面に生じる凝縮水を良好に流下させ、かつ、冷暖房兼用の空気調和機の室外機の熱交換器として用いたときの着霜による急激な性能低下を抑制しつつ量産性に優れた熱交換器を提供することができ、家庭用はもちろん業務用の空気調和機に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  偏平チューブ
２  コルゲートフィン
１０  上側ヘッダー
１１  下側ヘッダー
２０１  山部
２０２  谷部
２０５、２０６  排水経路
【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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