(57)【要約】【課題】熱交換効率を維持しつつ、着霜による通風路の閉塞、及びコストアップを抑制する。【解決手段】フィン１４の表面積が、延長量Ｌを基準量Ｌｓとし、且つピッチＰを基準ピッチＰｓとしたときの表面積以上である。また、延長量Ｌを基準量Ｌｓとした場合の閉塞時間に対して、延長量Ｌを基準量Ｌｓよりも長くした場合の閉塞時間の変化率である第一の変化率αに基づいて、延長量Ｌが設定される。また、ピッチＰを基準ピッチＰｓとした場合の閉塞時間に対して、ピッチＰを基準ピッチＰｓよりも長くした場合の閉塞時間の変化率である第二の変化率βに基づいて、ピッチＰが設定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する方向を、第一の方向、第二の方向、及び第三の方向とし、
前記第一の方向に延び、前記第二の方向に間隔を空けて設けられ、内部を熱媒体が流れる複数の配管部材と、
隣り合う前記配管部材同士の間に固定され、前記第三の方向に延び、前記第一の方向に間隔を空けて設けられた複数の板部材と、を備え、
前記配管部材の内部を流れる前記熱媒体と、前記配管部材の周囲及び前記板部材の周囲を流れる空気と、の間で熱交換を行なうものであり、
前記配管部材と前記板部材とで囲まれた領域を、前記第三の方向に空気を流すための通風路とし、前記板部材は、前記第三の方向に沿って前記通風路よりも風上側に延長させた延長部を備え、
前記板部材の表面積が、前記延長部の延長量を予め定めた基準量とし、且つ前記板部材のピッチを予め定めた基準ピッチとしたときの表面積以上であり、
着霜によって前記通風路が閉塞されるまでの所要時間を閉塞時間とし、
前記延長量を前記基準量とした場合の前記閉塞時間に対して、前記延長量を前記基準量よりも長くした場合の前記閉塞時間の変化率である第一の変化率に基づいて、前記延長量が設定され、
前記ピッチを前記基準ピッチとした場合の前記閉塞時間に対して、前記ピッチを前記基準ピッチよりも長くした場合の前記閉塞時間の変化率である第二の変化率に基づいて、前記ピッチが設定されることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
予め定めた座標系で、前記延長量と前記第一の変化率との関係を第一の特性線によって表わし、前記第一の特性線の傾きが最大となるときの前記延長量を含む範囲で前記延長量が設定され、
予め定めた座標系で、前記ピッチと前記第二の変化率との関係を第二の特性線によって表わし、前記第二の特性線の傾きが最大となるときの前記ピッチを含む範囲で前記ピッチが設定されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記基準量を０ｍｍとし、前記基準ピッチを１.２ｍｍとした場合、
前記延長量が１〜４ｍｍの範囲以内で設定され、前記ピッチが１.４〜１.８ｍｍの範囲以内で設定されることを特徴とする請求項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、熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷媒管を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換を行なう熱交換器では、フィンの先端に着霜して通風路が塞がれると、熱交換効率が低下してしまう。特許文献１では、着霜によって通風路が塞がれることを抑制するために、フィンを冷媒管よりも風上側に延長させることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６３３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フィンを冷媒管よりも風上側に延長させるだけでは、着霜を十分に抑制できず、またフィンを延長させた分だけコストアップにつながる。
本発明の課題は、熱交換効率を維持しつつ、着霜による通風路の閉塞、及びコストアップを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係る熱交換器は、
互いに直交する方向を、第一の方向、第二の方向、及び第三の方向とし、
第一の方向に延び、第二の方向に間隔を空けて設けられ、内部を熱媒体が流れる複数の配管部材と、
隣り合う配管部材同士の間に固定され、第三の方向に延び、第一の方向に間隔を空けて設けられた複数の板部材と、を備え、
配管部材の内部を流れる熱媒体と、配管部材の周囲及び板部材の周囲を流れる空気と、の間で熱交換を行なうものであり、
配管部材と板部材とで囲まれた領域を、第三の方向に空気を流すための通風路とし、板部材は、第三の方向に沿って通風路よりも風上側に延長させた延長部を備え、
板部材の表面積が、延長部の延長量を予め定めた基準量とし、且つ板部材のピッチを予め定めた基準ピッチとしたときの表面積以上であり、
着霜によって通風路が閉塞されるまでの所要時間を閉塞時間とし、
延長量を基準量とした場合の閉塞時間に対して、延長量を基準量よりも長くした場合の閉塞時間の変化率である第一の変化率に基づいて、延長量が設定され、
ピッチを基準ピッチとした場合の閉塞時間に対して、ピッチを基準ピッチよりも長くした場合の閉塞時間の変化率である第二の変化率に基づいて、ピッチが設定される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、板部材の表面積が、基準量及び基準ピッチとしたときの表面積以上であり、さらに閉塞時間の第一の変化率に応じて延長量が設定され、閉塞時間の第二の変化率に応じてピッチが設定される。これにより、熱交換効率を維持しつつ、着霜による通風路の閉塞、及びコストアップを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】熱交換器を示す図である。
【図２】チューブ及びフィンを示した図である。
【図３】基準ピッチ及び基準量を示す図である。
【図４】延長量に応じた閉塞時間を示したグラフである。
【図５】ピッチに応じた閉塞時間を示したグラフである。
【図６】延長量と第一の変化率との関係を示したグラフである。
【図７】ピッチと第二の変化率との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【０００９】
《実施形態》
《構成》
以下の説明では、互いに直交する三方向を、便宜的に、縦方向（第一の方向）、横方向（第二の方向）、及び幅方向（第三の方向）とする。
図１は、熱交換器を示す図である。
熱交換器１１は、カーエアコンやショーケース等、ヒートポンプサイクル及び冷凍回路において、蒸発器として機能するものである。アルミ製の熱交換器１１は、上下一対のヘッダ１２と、複数のチューブ１３（配管部材）と、複数のフィン１４（板部材）と、を備える。
【００１０】
一対のヘッダ１２は、横方向に延び、縦方向に間隔を空けて設けられている。ヘッダ１２は、両端が閉塞された円筒状の配管によって形成されており、内部は隔壁１７によって横方向に並んだ区画に仕切られている。上方のヘッダ１２は、内部が横方向一端側の区画１２Ａと横方向他端側の区画１２Ｂとに分けられており、横方向一端側の区画１２Ａには流入口１５が設けられている。下方のヘッダ１２は、内部が横方向一端側の区画１２Ｃと横方向他端側の区画１２Ｄとに分けられており、横方向他端側の区画１２Ｄには排出口１６が設けられている。
【００１１】
各チューブ１３は、縦方向に延び、上端及び下端の夫々がヘッダ１２に接続され、横方向に沿って等間隔に設けられている。チューブ１３は横方向に薄い扁平形状であり、両端をヘッダ１２の内部に連通させてヘッダ１２にろう付けされている。ここでは１２本ある場合を示してあり、夫々を識別する場合は、横方向の一端から他端に向かって順に１３ａ〜１３ｌとする。上方のヘッダ１２では、チューブ１３ｄとチューブ１３ｅとの間が隔壁１７によって仕切られており、下方のヘッダ１２では、チューブ１３ｈとチューブ１３ｉとの間が隔壁１７によって仕切られている。
【００１２】
各フィン１４は、隣り合うチューブ１３同士の間にろう付けによって固定されている。
ヘッダ１２及びチューブ１３によって、流路が形成されており、そこを冷媒（熱媒体）が流れる。すなわち、先ず流入口１５を介して上方のヘッダ１２における横方向一端側の区画１２Ａへ流入し、チューブ１３ａ〜１３ｄに分配されてから下方のヘッダ１２における横方向一端側の区画１２Ｃへ流入する。次にチューブ１３ｅ〜１３ｈに分配されてから上方のヘッダ１２における横方向他端側の区画１２Ｂへ流入し、次にチューブ１３ｉ〜１３ｌに分配されてから下方のヘッダ１２における横方向他端側の区画１２Ｄへ流入し、排出口１６を介して排出される。こうして、冷媒は各チューブ１３を流れるときに、チューブ１３及びフィン１４の周囲を流れる空気との間で熱交換を行なう。すなわち、冷媒は蒸発気化することで吸熱によって昇温され、一方の空気が冷やされる。
【００１３】
次に、チューブ１３及びフィン１４の詳細について説明する。
図２は、チューブ及びフィンを示した図である。
図中の（ａ）はチューブ１３及びフィン１４を幅方向の風上側から見た図である。
フィン１４は、薄板を矩形波状に形成したコルゲートフィンである。これにより、縦方向に間隔を空けて設けられた複数の薄板を一体化して形成することが可能となる。このフィン１４とチューブ１３とで囲まれた各領域が、幅方向に空気を流すための通風路２１となる。フィン１４のピッチＰは例えば１.６ｍｍである。
【００１４】
図中の（ｂ）はチューブ１３及びフィン１４を縦方向から見た図であり、チューブ１３についてはその断面を示す。
チューブ１３には、縦方向に延び、幅方向に沿って並んだ複数の貫通孔２２が形成されており、各貫通孔２２に冷媒が流れる。
フィン１４には、幅方向に沿って通風路２１よりも風上側に延長させた延長部２３が形成されている。各延長部２３の延長量（長さ）は統一されている。フィン１４の延長量Ｌは例えば３ｍｍである。なお、フィン１４における幅方向の風下側に延長部はない。通風路２１の幅方向の長さは例えば１４ｍｍである。
【００１５】
次に、フィン１４のピッチＰ及び延長量Ｌの設定について説明する。
先ず、基準ピッチＰｓ及び基準量Ｌｓについて説明する。
図３は、基準ピッチ及び基準量を示す図である。
図中の（ａ）はチューブ１３及びフィン１４を幅方向の風上側から見た図である。フィン１４のピッチＰは例えば１.２ｍｍであり、これを基準ピッチＰｓとする。
【００１６】
図中の（ｂ）はチューブ１３及びフィン１４を縦方向から見た図であり、チューブ１３についてはその断面を示す。フィン１４の延長量Ｌは例えば０ｍｍであり、これを基準量Ｌｓとする。すなわち、フィン１４における幅方向の風上側となる一端は、チューブ１３の一端と揃うように面一で統一されている。
実施形態では、フィン１４の表面積が、基準量Ｌｓ及び基準ピッチＰｓを採用したときの表面積以上となる範囲で、ピッチＰ及び延長量Ｌを設定する。具体的には、着霜による閉塞時間を考慮して設定する。閉塞時間とは、着霜によって通風路２１が閉塞されるまでの所要時間である。
【００１７】
図４は、延長量に応じた閉塞時間を示したグラフである。
ここでは、静圧が閉塞ラインに達したときに、通風路２１が閉塞したと判断している。フィン１４のピッチＰを１.６ｍｍとし、延長量Ｌを０ｍｍ、３ｍｍ、１０ｍｍ、２４ｍｍとした場合の結果であり、延長量Ｌが長いほど閉塞時間が延びている。
図５は、ピッチに応じた閉塞時間を示したグラフである。
ここでも、静圧が閉塞ラインに達したときに、通風路２１が閉塞したと判断している。フィン１４の延長量Ｌを３ｍｍとし、ピッチＰを１.２ｍｍ、１.４ｍｍ、１.６ｍｍとした場合の結果であり、ピッチＰが広いほど閉塞時間が延びている。
【００１８】
次に、着霜による閉塞時間の変化率について説明する。
延長量Ｌを基準量Ｌｓとした場合の閉塞時間に対して、延長量Ｌを基準量Ｌｓよりも長くした場合の閉塞時間の変化率を第一の変化率αとする。
図６は、延長量と第一の変化率との関係を示したグラフである。
【００１９】
ここでは、横軸を延長量Ｌ、縦軸を第一の変化率αとする座標系で、延長量Ｌに応じた第一の変化率αの推移を特性線Ｌｃ１で示しており、特性線Ｌｃ１の横軸に対する傾きが大きいほど、延長量Ｌを長くしたことによる閉塞抑制の効果が高いことを意味する。延長量Ｌを３ｍｍとしたときに、第一の変化率αの上昇が最も顕著となり、特性線Ｌｃ１の傾きは、延長量Ｌが０＜Ｌ≦３の範囲で最大となる。延長量Ｌを１０ｍｍとしたときには、第一の変化率αの上昇は抑制され、特性線Ｌｃ１の傾きが小さくなる。延長量Ｌを２４ｍｍとしたときには、第一の変化率αの上昇がさらに抑制され、特性線Ｌｃ１の傾きもかなり小さくなる。フィン１４は、０.１ｍｍ程度の厚さしかなく、外力を受けると容易に変形してしまう。そのため、延長量Ｌを長くするほど、製造時、輸送時、使用時に外力が加わり、フィン１４の変形を招きやすくなる。したがって、延長量Ｌは１〜４ｍｍの範囲以内で設定し、好ましくは３ｍｍ程度である。
【００２０】
ピッチＰを基準ピッチＰｓとした場合の閉塞時間に対して、ピッチＰを基準ピッチＰｓよりも広くした場合の閉塞時間の変化率を第二の変化率βとする。
図７は、ピッチと第二の変化率との関係を示したグラフである。
ここでは、横軸をピッチＰ、縦軸を第二の変化率βとする座標系で、ピッチＰに応じた第二の変化率βの推移を特性線Ｌｃ２で示しており、特性線Ｌｃ２の横軸に対する傾きが大きいほど、ピッチＰを広くしたことによる閉塞抑制の効果が高いことを意味する。ピッチＰを１.４ｍｍとしたときにも第二の変化率βが上昇するが、１.６ｍｍとしたときに、第二の変化率βの上昇が最も顕著となり、特性線Ｌｃ２の傾きは、ピッチＰが１.４＜Ｐ≦１.６の範囲で最大となる。ピッチＰを１.８ｍｍ以上としたときには、第二の変化率βの上昇は抑制され、特性線Ｌｃ２の傾きが小さくなる。ピッチＰを広くするほど、熱交換効率が低下するだけでなく、熱交換器１１の強度も低下してしまう。したがって、ピッチＰは１.４〜１.８ｍｍの範囲以内で設定し、好ましくは１.６ｍｍ程度である。
【００２１】
《作用》
次に、実施形態の主要な作用効果について説明する。
フィン１４をチューブ１３よりも風上側に延長させれば、延長させた先端から着霜が生じるため、通風路２１が閉塞することを遅らせることができるが、やがては通風路２１が閉塞してしまう。また、フィン１４を延長させた分だけコストアップにつながる。一方、フィン１４のピッチＰを広げれば、通風路２１が閉塞することを抑制できるが、熱交換効率が低下することになる。そこで、熱交換効率を維持しつつ、着霜による通風路２１の閉塞、及びコストアップを抑制するために、最も効率的な範囲で延長量Ｌ及びピッチＰを設定する。
【００２２】
先ず、基準量Ｌｓを０ｍｍとし、基準ピッチＰｓを１.２ｍｍとし、フィン１４の表面積を、基準量Ｌｓ及び基準ピッチＰｓを採用したときの表面積以上とする。これにより、少なくとも熱交換効率を維持することができる。
そして、延長量Ｌを基準量Ｌｓとした場合の閉塞時間に対して、延長量Ｌを基準量Ｌｓよりも長くした場合の閉塞時間の変化率である第一の変化率αを求め、この第一の変化率αに基づいて延長量Ｌを設定する。具体的には、図６に示すように、第一の特性線Ｌｃ１の傾きが最大となるときの延長量Ｌを含む範囲で延長量Ｌを設定する。特性線Ｌｃ１の傾きは、延長量Ｌが０＜Ｌ≦３の範囲で最大となるため、延長量Ｌは１〜４ｍｍの範囲以内で設定する。
【００２３】
また、ピッチＰを基準ピッチＰｓとした場合の閉塞時間に対して、ピッチＰを基準ピッチＰｓよりも長くした場合の閉塞時間の変化率である第二の変化率βを求め、この第二の変化率βに基づいてピッチＰを設定する。具体的には、図７に示すように、第二の特性線Ｌｃ２の傾きが最大となるときのピッチＰを含む範囲でピッチＰを設定する。特性線Ｌｃ２の傾きは、ピッチＰが１.４＜Ｐ≦１.６の範囲で最大となるため、ピッチＰは１.４〜１.８ｍｍの範囲以内で設定する。
【００２４】
このように、フィン１４の延長量ＬとピッチＰの組み合わせで、通風路２１が閉塞されるまでの時間を遅らせることができる。また、フィン１４の延長によってコストアップする分はピッチＰを広げることで相殺できるので、コストアップを抑制することができる。実際に、延長量Ｌを０ｍｍから３ｍｍへと長くし、且つピッチＰを１.２ｍｍから１.６ｍｍへと広くした結果、熱交換効率を維持しつつ、通風路２１が閉塞するまでの時間が約６０％延び、従来並みのコストで実現することができた。
【００２５】
《変形例》
実施形態では、チューブ１３ａ〜１３ｌの全てにおいて、延長量Ｌ及びピッチＰを共通化しているが、これに限定されるものではない。着霜が生じやすいのは、各チューブ１３ａ〜１３ｌのうち、冷媒が流れる上流側である。したがって、チューブ１３ａ〜１３ｌのうち、冷媒が流れる上流側だけ、例えばチューブ１３ａ〜１３ｄだけで、延長量Ｌを１〜４ｍｍの範囲以内で設定し、且つピッチＰを１.４〜１.８ｍｍの範囲以内で設定するようにしてもよい。そして、下流側となるチューブ１３ｅ〜１３ｌについては、延長量Ｌを基準量Ｌｓに設定し、且つピッチＰを基準ピッチＰｓに設定してもよい。
【００２６】
実施形態では、ヘッダ１２が横方向に延び、チューブ１３が縦方向に延びる構成にしているが、これに限定されるものではなく、ヘッダ１２が縦方向に延び、チューブ１３が横方向に延びる構成としてもよい。
以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。
【符号の説明】
【００２７】
１１  熱交換器
１３  チューブ（配管部材）
１４  フィン（板部材）
２１  通風路
２３  延長部
【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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