(57)【要約】【課題】複数列の伝熱管を有する熱交換器の熱交換性能を向上する。【解決手段】フィン２に複数のスリット型の切起こし４を設けた熱交換器において、フィン間隔をｓ、フィン板厚をｔとした場合、多数の伝熱管の間の複数の切起こしのうち、最も気流上流側の伝熱管３ａの間の複数の切起こし４ａ高さｈ１を、０．４１（ｓ＋ｔ）≦ｈ１≦０．５９（ｓ＋ｔ）の範囲とし、気流上流側から２列目以降の前記伝熱管３ｂの間の前記複数の切起こし４ｂ高さｈは、ｈ＜０．４１（ｓ＋ｔ）もしくはｈ＞０．５９（ｓ＋ｔ）の範囲としたものである。これにより、スリット型の切起こし４（４ａ，４ｂ）による空気側の伝熱性能を最上に保ちつつ、通風抵抗を下げることができ、熱交換性能の向上を図ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔で平行に並べられ、その間を気体が流動する多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動し、気流方向に対し複数列配置された多数の伝熱管とから構成され、前記多数の伝熱管の間に流入する気体の主流方向に対して略直角で段方向に隣り合う伝熱管の間のフィンに、前記フィンの片面方向に立ち上がる複数のスリット型の切起こしを設けた構成の熱交換器であって、前記フィンの間隔をｓ、フィンの板厚をｔとした場合、前記複数列配置された多数の伝熱管の間の前記複数の切起こしのうち、最も気流上流側の伝熱管の間の前記複数の切起こし高さｈ１を、０．４１（ｓ＋ｔ）≦ｈ１≦０．５９（ｓ＋ｔ）の範囲とし、気流上流側から２列目以降の前記伝熱管の間の前記複数の切起こし高さｈ２は、ｈ２＜０．４１（ｓ＋ｔ）、もしくはｈ２＞０．５９（ｓ＋ｔ）の範囲としたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
気流上流側から２列目以降の前記伝熱管の間の前記複数の切起こし高さｈ２は、フィン２の間隔をｓ、フィン２の板厚をｔとした場合、０．２７（ｓ＋ｔ）≦ｈ２≦０．４１（ｓ＋ｔ）、もしくは０．５９（ｓ＋ｔ）≦ｈ２≦０．７３（ｓ＋ｔ）の範囲としたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
吸込み口と吹出し口を有する筐体と、前記筐体の吸込み口と吹出し口との間の通風路に設けた貫流送風機と、前記吸込み口から前記貫流送風機までの通風路に設けた請求項１又は２記載の熱交換器とからなる空気調和機の室内機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒の熱交換に用いられるフィンチューブ式の熱交換器と熱交換器を用いた空気調和機の室内機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に家庭用及び業務用の壁掛け式の空気調和機の室内機にはフィンチューブ式の熱交換器が用いられている。このフィンチューブ式熱交換器は、所定の間隔で平行に並べられ、その間を空気が流動する多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動し、気流方向に対し複数列配置された多数の伝熱管とから構成されている。
【０００３】
このような熱交換器にあっては、空気側の熱伝達性能を向上させるため、従来から伝熱管の相互の間の空気流通部のフィン表面に空気流上流側から下流側にかけて複数スリットを設けることが知られている。
【０００４】
そして、例えばこのようなクロスフィンチューブ型熱交換器では、フィン及び各スリットの前縁効果をより有効に利用するために、フィン表面からフィンピッチ方向に多段構造に相互に位置を変え複数のスリットを設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図７〜図９は、従来のクロスフィンチューブ型熱交換器の構造を示す。
【０００６】
図７、図８において、１００はクロスフィンチューブ型熱交換器で、所定のフィンピッチで複数枚並設されたフィンプレート１０１，１０１ａ，１０１ａ・・・の伝熱管１０２，１０２・・・相互の間の空気流通部の表面に、空気流上流側から下流側にかけて複数のスリット１０３ａ〜１０３ｆを設けて構成してある。そして、上記スリット１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃは、フィンプレート１０１ａおよび各スリットの前縁効果をより有効に利用するために、当該フィンプレート１０１ａのプレート面からフィンピッチ方向に多段構造に相互に位置を変えて設けてある。
【０００７】
また、図９で示すように、３段スリットでは、スリットパターンにより、流れ方向の各スリット１０４，１０４・・・間の平均距離Ｌを各スリット１０４，１０４の幅Ｗよりも相当に長くできるため、後流未回復効果が低減でき、その伝熱特性が２段（１段）スリット（図示せず）の場合よりも優れている。そのため、一般には３段（多段）スリット構造が多く採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１９６５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来の構成では、気体の主流方向に対し上流側から下流側にかけて、各段方向で隣り合う伝熱管１０２の間のフィン１０１，１０１ａ・・・の複数のスリットの切起こしの各々の高さが異なる事により、最初のスリット１０３ａ，１０３ｂの切起こし以降の各スリット１０３ｃ，１０３ｆの切起こしでは上流の温度境界層に覆われないようになり、境界層前縁効果を発揮するがそれに合わせ、各切起こし毎の通風抵抗も増加する。また、最初のスリット１０３ａ，１０３ｂの切起こし以降の各
スリット１０３ｃ，１０３ｆの切起こしでは、気流下流側に向かうほど気体の温度とフィン表面温度が小さくなり、気流下流ほど熱流束が小さくなる。特に、気流上流側から下流方向２列目以降の前記伝熱管１０２の間の前記複数のスリット１０３ａ〜１０３ｆの切起こしでは、１列目より気体の温度とフィン表面温度との差が小さくなり、各スリットの切起こしの熱流束が低下するにも関わらず、各スリットの切起こしでの通風抵抗は１列目と変わらず高く、スリットの切起こしによる通風抵抗の増加に伴うほど伝熱性能の向上が図れないという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、最も上流側の伝熱管の間のスリットの切起こし高さは、気体の温度とフィン表面温度との差に見合う伝熱性能を発揮するようにし、２列目以降の伝熱管の間では、気流とフィンの温度との差が小さくなることに見合った伝熱性能を確保しつつ、１列目よりフィンの切り起こしによる通風抵抗を下げた熱交換器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、所定の間隔で平行に並べられ、その間を気体が流動する多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動し、気流方向に対し複数列配置された多数の伝熱管とから構成され、前記多数の伝熱管の間に流入する気体の主流方向に対して略直角で段方向に隣り合う伝熱管の間のフィンに、前記フィンの片面方向に立ち上がる複数のスリット型の切起こしを設けた構成の熱交換器であって、前記フィンの間隔をｓ、フィンの板厚をｔとした場合、前記複数列配置された多数の伝熱管の間の前記複数の切起こしのうち、最も気流上流側の前記伝熱管の間の前記複数の切起こし高さｈ１を、０．４１（ｓ＋ｔ）≦ｈ１≦０．５９（ｓ＋ｔ）の範囲に設定し、気流上流側から２列目以降の前記伝熱管の間の前記複数の切起こし高さｈ２は、ｈ＜０．４１（ｓ＋ｔ）、もしくはｈ＞０．５９（ｓ＋ｔ）の範囲としたものである。
【００１２】
かかる構成とすることにより、最も上流側の伝熱管の間の切起こし高さｈ１は、気体の温度とフィン表面温度との差に見合う伝熱性能を発揮しつつ、スリット型の切起こしの両面にほぼ均一に境界層前縁効果を発揮し、２列目以降の伝熱管の間では、気流とフィンとの温度差が小さくなることに見合った伝熱性能を確保しつつ、スリット面の片側にできる速度境界層が小さくなって１列目より切り起こしによる通風抵抗を下げることができ、熱交換性能の高いものとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、スリット型の切起こしによる空気側の伝熱性能を高いレベルに保ちつつ、通風抵抗が小さい高性能の熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の斜視図
【図２】同熱交換器のフィン平面を示す部分拡大図
【図３】図１のＡ−Ａ断面図
【図４】（ａ）同実施の形態１における熱交換器において１列目と２列目の伝熱管の間の複数の切起こし高さを同じとしたときの１列目の高さｈ１とフィン間隔ｓとフィン板厚ｔの合計との比と、熱交換器の性能比の関係を示す特性図、（ｂ）同１列目の伝熱管の間の複数の切起こし高さｈ１とフィン間隔ｓとフィン板厚ｔの合計との比と、熱交換器の空気圧損比の関係を示す特性図
【図５】（ａ）同実施の形態１における熱交換器において気流上流側から２列目の伝熱管の間の複数の切起こし高さｈ２とフィン間隔ｓとフィン板厚ｔの合計との比と、熱交換器の性能比の関係を示す特性図、（ｂ）同２列目の伝熱管の間の複数の切起こし高さｈ２とフィン間隔ｓとフィン板厚ｔの合計との比と、熱交換器の空気圧損比の関係を示す特性図
【図６】同実施の形態１における熱交換器を搭載した室内機の断面図
【図７】従来のクロスフィンチューブ型熱交換器のフィンを示す平面図
【図８】同従来のクロスフィンチューブ型熱交換器の多段スリット構造の前縁効果を示す概略説明図
【図９】同従来のロスフィンチューブ型熱交換器における３段スリットの構成を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、所定の間隔で平行に並べられ、その間を気体が流動する多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動し、気流方向に対し複数列配置された多数の伝熱管とから構成され、前記多数の伝熱管の間に流入する気体の主流方向に対して略直角で段方向に隣り合う伝熱管の間のフィンに、前記フィンの片面方向に立ち上がる複数のスリット型の切起こしを設けた構成の熱交換器であって、前記フィンの間隔をｓ、フィンの板厚をｔとした場合、前記複数列配置された多数の伝熱管の間の前記複数の切起こしのうち、最も気流上流側の前記伝熱管の間の前記複数の切起こし高さｈ１を、０．４１（ｓ＋ｔ）≦ｈ１≦０．５９（ｓ＋ｔ）の範囲とし、気流上流側から２列目以降の前記伝熱管の間の前記複数の切起こし高さｈは、ｈ＜０．４１（ｓ＋ｔ）、もしくはｈ＞０．５９（ｓ＋ｔ）の範囲としたものである。
【００１６】
かかる構成とすることにより、最も上流側の伝熱管の間の切起こし高さｈ１は、気体の温度とフィン表面温度との差に見合う伝熱性能を発揮しつつ、スリット型の切起こしの両面にほぼ均一に境界層前縁効果を発揮し、２列目以降の伝熱管の間では、気流とフィンとの温度差が小さくなることに見合った伝熱性能を確保しつつ、スリット面の片側にできる速度境界層が小さくなり１列目より切り起こしによる通風抵抗を下げることができ、複数列の伝熱管を有する熱交換器として、スリット型の切起こしによる空気側の伝熱性能を高いレベルに保ちつつ、通風抵抗が小さい高性能の熱交換器を実現できる。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、気流上流側から２列目以降の前記伝熱管の間の前記複数の切起こし高さｈ２は、フィン間隔をｓ、フィン板厚をｔとした場合、０．２７（ｓ＋ｔ）≦ｈ２≦０．４１（ｓ＋ｔ）、もしくは０．５９（ｓ＋ｔ）≦ｈ２≦０．７３（ｓ＋ｔ）の範囲としたものである。
【００１８】
かかる構成とすることにより、２列目以降の伝熱管の間でも気流とフィンの温度差が小さくなることに見合った伝熱性能を最大に確保しつつ、スリット面の片側にできる速度境界層が小さくなり、１列目より切起こしによる通風抵抗を下げ、複数列の伝熱管を有する熱交換器として、スリット型の切起こしによる空気側の伝熱性能を最上に保ちつつ、通風抵抗が小さいより高性能な熱交換器を実現できる。
【００１９】
第３の発明は、吸込み口と吹出し口を有する筐体と、前記筐体の吸込み口と吹出し口との間の通風路に設けた貫流送風機と、前記吸込み口から前記貫流送風機までの通風路に設けた請求項１又は２記載の熱交換器とからなる空気調和機の室内機である。
【００２０】
かかる構成の室内機に配置される熱交換器は、最も上流側の伝熱管が複数個配置された１列目の段方向の長さより、上流側から２列目以降の伝熱管が複数個配置された段方向の長さが短くなり、最も上流側の伝熱管の間の流速より２列目以降の伝熱管の間の流速が増加するため、空気調和機の室内機に搭載される複数列の伝熱管を有する熱交換器として、前記第１または第２の熱交換器を搭載すると、スリット型の切起こしによる空気側の伝熱性能を最大に発揮しつつ、通風抵抗の増加を抑えることができ、空気調和機の性能アップ
を図ることができる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の斜視図、図２は同熱交換器のフィンの平面を示す部分拡大図、図３は図１のＡ−Ａ断面図、図４（ａ）は同実施の形態１における熱交換器において１列目と２列目の伝熱管の間の複数の切起こし高さを同じとしたときの１列目の高さｈ１とフィン間隔ｓとフィン板厚ｔの合計との比と、熱交換器の性能比の関係を示す特性図、（ｂ）は同１列目の伝熱管の間の複数の切起こし高さｈ１とフィン間隔ｓとフィン板厚ｔの合計との比と、熱交換器の空気圧損比の関係を示す特性図、図５（ａ）は、同実施の形態１における熱交換器において気流上流側から２列目の伝熱管の間の複数の切起こし高さｈ２とフィン間隔ｓとフィン板厚ｔの合計との比と、熱交換器の性能比の関係を示す特性図、図５（ｂ）は、同実施の形態における気流上流側から２列目の伝熱管の間の複数の切起こし高さｈ２とフィン間隔ｓとフィン板厚ｔの合計との比と、熱交換器の空気圧損比の関係を示す特性図である。尚、図５（ａ）、（ｂ）は、気流上流側から１列目の伝熱管の間の複数の切起こし高さｈ１を、フィン間隔ｓ、フィン板厚ｔとした場合、０．４１（ｓ＋ｔ）≦ｈ２≦０．５９（ｓ＋ｔ）の範囲に設定した場合のものである。また、図６は同実施の形態１における熱交換器を搭載した室内機の断面図である。
【００２３】
図１〜図３において、この熱交換器１は、所定の間隔で平行に並べられ、その間を気体が流動する多数のフィン２と、フィン２に略直角に挿入されて内部を冷媒が流動し、気流方向に対し２列に配置された多数の伝熱管３とから構成されている。
【００２４】
上記多数の伝熱管３の間に流入する気体の主流方向に対して略直角で段方向（図では上下方向）に隣り合う伝熱管３の間のフィン２には、図２に示すようにフィン２の片面方向に立ち上がる複数のスリットを形成するスリット型の切起こし４が設けてあり、２列に配置された多数の伝熱管３の間の前記複数の切起こし４のうち、気流上流側から１列目の伝熱管３ａの間の複数の切起こし４ａの高さをｈ１（図３に示す）とし、フィン２の間隔をｓ、フィン２の板厚をｔとした場合、高さｈ１は０．４１（ｓ＋ｔ）≦ｈ１≦０．５９（ｓ＋ｔ）の範囲としてある。これは１列目、２列目の切起こし４ａの高さを同じにして行った実験結果を示す図４（ａ）の性能比、図４（ｂ）の空気圧損比の特性図から明らかなように、１列目の切起こし４ａの高さｈ１を上記した０．４１（ｓ＋ｔ）≦ｈ１≦０．５９（ｓ＋ｔ）の範囲とするのが最も効果的であったことによるものである。
【００２５】
そして、上記条件、すなわち、１列目の切起こし４ａの高さｈ１を０．４１（ｓ＋ｔ）≦ｈ１≦０．５９（ｓ＋ｔ）の範囲に設定して、気流上流側から２列目の伝熱管３ｂの間の複数の切起こし４ｂの高さｈ２（同図３に示す）の確認を行った結果、上記２列目の切起こし４ｂの高さｈ２は、図４（ａ）の性能比、図４（ｂ）の空気圧損比の特性図に示すように、ｈ２＜０．４１（ｓ＋ｔ）、もしくはｈ２＞０．５９（ｓ＋ｔ）の範囲、好ましくは０．２７（ｓ＋ｔ）≦ｈ２≦０．４１（ｓ＋ｔ）、もしくは０．５９（ｓ＋ｔ）≦ｈ２≦０．７３（ｓ＋ｔ）の範囲とするのが最適であった。その作用効果は後で詳述する。
【００２６】
一方、上記構成の熱交換器１は空気調和機の室内機に組み込んで使用される。図５は上記熱交換器１を搭載した空気調和機の室内機１０を示す。この室内機１０は、その筐体１１に、吸込口１２と、吹出口１３を有し、当該吸込口１２と吹出口１３との間の通風路１４に熱交換器１と貫流ファン１５を配置して構成してある。また上記室内機１０は前記貫流ファン１５の回転軸方向に延設され、貫流ファン１５の筐体１１前方に近接したスタビライザ１６と、貫流ファン１５の後方から下面壁を形成するリアガイダ１７を備え、前記
スタビライザ１６から吹き出し方向に形成されたフロントガイド１８と、貫流ファン１５の後方から下面壁を形成するリアガイダ１７からなるディフューザ１９が前記吹出口１３に繋がっている。また、室内機１０は、筐体１１の前方にパネル１１ａが設けてあり、スタビライザ１６の前方にも位置するように設けられた熱交換器１の前方に吸込口１２ｂを有するようにパネル１１ａが配置されているものである。
【００２７】
以上のように構成された熱交換器とそれを用いた空気調和機の室内機について、以下、その動作、作用を説明する。
【００２８】
熱交換器１は、気流方向に対し２列に配置された多数群の伝熱管３の内部に流動する冷媒と、所定の間隔で平行に並べられたフィン２の間を流れる空気との間で熱交換がされ、２列の伝熱管３の間に流入する空気の主流方向に対して、段方向に隣り合う伝熱管３の間のフィン２の片面方向に立ち上がる複数のスリット型の切起こし４により、境界層前縁効果が発揮され、フィン２の空気との伝熱が促進される。
【００２９】
ここで、最も上流側の１列目の伝熱管３ａの間の切起こし４ａの高さｈ１は、フィン２の間隔をｓ、フィン２の板厚をｔとした場合、０．４１（ｓ＋ｔ）≦ｈ１≦０．５９（ｓ＋ｔ）の関係となる高さに設定してあるから、気体の温度とフィン表面温度との差に見合う伝熱性能、すなわちスリット型の切起こし４ａの両面にほぼ均一に境界層前縁効果を発揮するようになって、伝熱性能が高いものとなる。
【００３０】
また、２列目の伝熱管３ｂの間では、切り起こし４ｂの高さｈ２は、フィン２の間隔をｓ、フィン２の板厚をｔとした場合、０．２７（ｓ＋ｔ）≦ｈ２≦０．４１（ｓ＋ｔ）、もしくは０．５９（ｓ＋ｔ）≦ｈ２≦０．７３（ｓ＋ｔ）の範囲としてあるから、空気との伝熱性能を最上に保ちつつ、通風抵抗を下げることができる。すなわち、図５（ａ）の性能比、図５（ｂ）の空気圧損比の特性図で示すように、フィン２の間隔をｓ、フィン２の板厚をｔとした場合、０．２７（ｓ＋ｔ）≦ｈ２≦０．４１（ｓ＋ｔ）、もしくは０．５９（ｓ＋ｔ）≦ｈ２≦０．７３（ｓ＋ｔ）の範囲の高さに設定することで、２列目の気流とフィン２との温度差が小さくなることに見合った伝熱性能を、１列目のように０．４１（ｓ＋ｔ）≦ｈ２≦０．５９（ｓ＋ｔ）の範囲に設置する場合の９９％以上と最大に確保しつつ、スリット型の切起こし４ｂの片面側にできる速度境界層が小さくなって１列目より切起こしによる通風抵抗を、最大で１０％低下させることができた。このように、２列配列の伝熱管３（３ａ，３ｂ）を有する熱交換器１として、スリット型の切起こし４（４ａ，４ｂ）による空気側の伝熱性能を最上に保ちつつ、通風抵抗を下げることができる。
【００３１】
一方、空気調和機の室内機は、図５で示すように、貫流ファン１５が回転することで、筐体１１の吸込口１２より空気が吸込まれ、熱交換器１を通過する際、熱交換器１内を流れる冷媒と通過する空気の間で熱が移動し、熱交換器１を通過した空気が貫流ファン１５内からフロントガイド１８と、リアガイダ１７からなるディフューザ１９まで流れる間に動圧と静圧が付加され、送風作用を為す。そして、吹出口１３から筐体１１外に空気が吹き出し、室内機１０として空調運転する。
【００３２】
ここで、筐体１１内で、前面及び上面側の吸込口１２、１２ｂと貫流ファン１５までの通風路１４の途中に配置された熱交換器１は、上流側の伝熱管３ａが複数個配置された１列目の段方向の長さより、２列目の伝熱管３ｂが複数個配置された段方向の長さが短くなり、最も上流側の伝熱管３ａの間の流速より２列目の伝熱管３ｂの間の流速が増加するため、空気調和機の室内機１０に搭載される２列の伝熱管３（３ａ，３ｂ）を有する熱交換器として、前記構成の熱交換器１を搭載すれば、スリット型の切起こし４（４ａ、４ｂ）による空気側の伝熱性能を最大に発揮しつつ、通風抵抗の増加を抑えることができ、空気
調和機の性能アップに貢献できる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように本発明は、最も上流側の伝熱管の間の切起こし高さは、気体の温度とフィン表面温度差に見合う伝熱性能を発揮するようにし、２列目以降の伝熱管の間では、気流とフィンの温度差が小さくなることに見合った伝熱性能を確保しつつ、１列目より切り起こしによる通風抵抗を下げる熱交換器を実現することができる。
【００３４】
従って、家庭用空気調和機のセパレート型の室内ユニットや業務用空気調機の室内ユニットのみならず、業務用の冷凍機器等多くの用途に適用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１  熱交換器
２、２ａ、２ｂ  フィン
３、３ａ、３ｂ  伝熱管
４、４ａ、４ｂ  切起こし
１０  室内機
１１  筐体
１２、１２ｂ  吸込口
１３  吹出口
１４  通風路
１５  貫流ファン
１６  スタビライザ
１７  リアガイダ
１８  フロントガイド
１９  ディフューザ
【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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