(57)【要約】【課題】流速が比較的遅い場合でも熱交換性能の向上が図れる熱交換器を提供する。【解決手段】本発明の一形態に係る熱交換器は、複数の伝熱管と、複数の伝熱フィンとを具備する。前記複数の伝熱管は、第１の軸方向に沿って冷媒が流れる流路を有し、前記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に配列される。前記複数の伝熱フィンは、前記第１の軸方向に配列され、前記複数の伝熱管と接合される。前記複数の伝熱フィンは、前記複数の伝熱管の間に位置し流体が通過する通風路を形成する伝熱部と、前記伝熱部に設けられ前記第１の軸方向及び第２の軸方向に直交する第３の軸方向に配列された複数のルーバを含むルーバ部とをそれぞれ有する。前記複数のルーバは、前記伝熱部に対して一定の高さを有し、前記伝熱部に対する前記複数のルーバの切り起こし角度は、前記第３の軸方向の一端側から他端側に向かって徐々に小さくなる。【選択図】図３
2019148375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸方向に沿って冷媒が流れる流路を有し、前記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に配列された複数の伝熱管と、
前記第１の軸方向に配列され、前記複数の伝熱管と接合された複数の伝熱フィンと
を具備し、
前記複数の伝熱フィンは、前記複数の伝熱管の間に位置し流体が通過する通風路を形成する伝熱部と、前記伝熱部に設けられ前記第１の軸方向及び前記第２の軸方向に直交する第３の軸方向に配列された複数のルーバを含むルーバ部とをそれぞれ有し、
前記複数のルーバは、前記伝熱部に対して一定の高さを有し、
前記伝熱部に対する前記複数のルーバの切り起こし角度は、前記第３の軸方向の一端側から他端側に向かって徐々に小さくなる
熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記複数のルーバの配列ピッチは、前記一端側から前記他端側に向かって徐々に大きくなる
熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱交換器であって、
前記複数の伝熱フィンは、前記複数の伝熱フィンの配列間隔を調整する複数のタブを有する板状フィンで構成され、
前記複数のタブの一部は、前記ルーバ部よりも前記第３の軸方向の他端側に設けられる
熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱管内を流れる冷媒と空気等の流体を熱交換させる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の扁平な伝熱管（扁平管）と複数の伝熱フィンとで構成されるパラレルフロー型熱交換器が知られている。このパラレルフロー型熱交換器に用いられる伝熱フィンには、コルゲートフィンや板状フィンがある。コルゲートフィンは、帯状の金属板を波型に形成し、上下に配置された複数の伝熱管の各々の間に挿入される。板状フィンは、帯状の金属板で、それを所定の間隔をあけて複数枚積層し、幅方向の一方から伝熱管が挿入される。これらの伝熱フィンは、ろう付けにより伝熱管と接合される。
【０００３】
このようなパラレルフロー型熱交換器は、複数の伝熱フィンの間に流入する流体（例えば空気）と、伝熱管の内部を流れる冷媒との間で熱交換を行う。このとき伝熱フィンは、流体と冷媒との間の伝熱を促進する働きをする。伝熱フィンの伝熱性能を向上させるため、伝熱フィンの表面を切り起こしてルーバを形成することが知られている。ルーバによる前縁効果や乱流の発生により伝熱フィンの伝熱性能を向上させ、それにより熱交換器の熱交換性能を向上させることができる。
【０００４】
例えば特許文献１には、流体の流れ方向に沿って並べられた複数のルーバを有する熱交換器用フィンが開示されている。複数のルーバは、流体の流れ方向と平行に形成された転向部を境に切り起こし方向が逆に形成されているとともに、第１ルーバと、第１ルーバよりも切り起こし角度が小さい第２ルーバの少なくとも２種類のルーバを有し、第２のルーバが転向部に隣り合って配置されている。その結果、転向部より風上側の第２ルーバからの流体の流れが転向部によって反転し、転向部から風下側の第２ルーバによって第１ルーバ間に流体が流れやすくなるとしている。そして、隣り合うルーバ間の距離を等しくすることで、流体がルーバ間に均等に流入し、これにより伝熱フィンの伝熱性能が向上するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１９５０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のフィン構造は、車載用途の熱交換器への適用を前提としているため、特許文献１に記載のようなルーバ間の距離が同等でルーバ高さが異なるフィン構造を冷凍空調用途の熱交換器に適用した場合、所望とする熱交換性能が得られにくいという問題がある。
【０００７】
すなわち、冷凍空調用途の熱交換器においては、車載用途の熱交換器と比較して流体の流入速度が遅いため、高さの異なるルーバが混在すると、フィン表面に平行な流体の流れが、高さの大きい（切り起こし角度の大きい）ルーバで妨げられ、高さの小さい（切り起こし角度の小さい）ルーバ間へ十分な量の流体が流入できなくなる。その結果、伝熱フィンの風上側と風下側で伝熱性能にばらつきが発生し、期待されるような熱交換性能の向上を図ることができない。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、流速が比較的遅い場合でも熱交換性能の向上を図ることができる熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る熱交換器は、複数の伝熱管と、複数の伝熱フィンとを具備する。
前記複数の伝熱管は、第１の軸方向に沿って冷媒が流れる流路を有し、前記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に配列される。
前記複数の伝熱フィンは、前記第１の軸方向に配列され、前記複数の伝熱管と接合される。
前記複数の伝熱フィンは、前記複数の伝熱管の間に位置し流体が通過する通風路を形成する伝熱部と、前記伝熱部に設けられ前記第１の軸方向及び前記第２の軸方向に直交する第３の軸方向に配列された複数のルーバを含むルーバ部とをそれぞれ有する。
前記複数のルーバは、前記伝熱部に対して一定の高さを有する。
前記伝熱部に対する前記複数のルーバの切り起こし角度は、前記第３の軸方向の一端側から他端側に向かって徐々に小さくなる。
【００１０】
前記複数のルーバの配列ピッチは、前記一端側から前記他端側に向かって徐々に大きくなってもよい。
【００１１】
前記複数の伝熱フィンは、前記伝熱部に設けられ前記複数の伝熱フィンの配列間隔を調整する複数のタブを有する板状フィンで構成され、前記複数のタブの一部は、前記ルーバ部よりも前記第３の軸方向の他端側に設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
以上述べたように、本発明によれば、流速が比較的遅い場合でも熱交換器の熱交換性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱交換器の正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線方向の部分断面図である。
【図３】図２におけるＢ−Ｂ線方向断面図である。
【図４】上記熱交換器におけるルーバ部の形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る熱交換器１００の正面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ線方向の部分断面図である。
なお各図において、Ｘ軸（第１の軸）、Ｙ軸（第２の軸）及びＺ軸（第３の軸）は相互に直交する３軸方向を示しており、Ｘ軸方向は左右方向（幅方向）、Ｙ軸方向は上下方向（高さ方向）に相当する。
【００１６】
［基本構成］
本実施形態の熱交換器は、冷凍空調用途や給湯・温水暖房用途の熱交換器（凝縮器あるいは蒸発器）である。以下、熱交換器１００の基本構成について説明する。
【００１７】
熱交換器１００は、第１ヘッダ１１と、第２ヘッダ１２と、複数の伝熱管２０と、複数の伝熱フィン３０とを備える。
第１ヘッダ１１、第２ヘッダ１２、伝熱管２０及び伝熱フィン３０はいずれもアルミニウム合金製の部材であり、各々の接合は、ろう付けにより行われている。
【００１８】
第１ヘッダ１１及び第２ヘッダ１２はいずれも、長手方向（Ｙ軸方向）の両端が閉鎖された、例えば細長い円筒状に形成されている。熱交換器１００の幅方向の一端側に第１ヘッダ１１が配置され、その他端側に第２ヘッダ１２が配置される。
【００１９】
複数の伝熱管２０は、左右方向に直線的に延び、上下方向に間隔をおいて配列される。本実施形態において各伝熱管２０は、図２に示すように流体（空気）の流れ方向（Ｚ軸方向）に平行な主面を有する扁平管で構成される。各伝熱管２０は、冷媒が流れる複数の流路２１を有する。各流路２１は相互に独立して形成され、流体の流れ方向（Ｚ軸方向）に間隔をおいて形成される。各伝熱管２０の一端は第１ヘッダ１１に、各伝熱管２０の他端は第２ヘッダ１２にそれぞれ挿入され、第１ヘッダ１１と第２ヘッダ１２が流路２１を介して連通している。
【００２０】
複数の伝熱フィン３０は、左右方向（Ｘ軸方向）に配列され、複数の伝熱管２０と熱的に接続される。本実施形態において各伝熱フィン３０は、上下方向に直線的に延びる板状フィンであり、プレス加工等により図２に示すような形状に形成される。図２において矢印Ｗで示すように、流体としての空気はＺ軸方向に流れる。以下、図２において左方側を風上側、右方側を風下側ともいう。
【００２１】
各伝熱フィン３０は、縦長の板形状に形成されており、図２に示すようにその短手方向の風下側端部３０２から風上側端部３０１に向かって延びる横長の切欠き部３１が、伝熱フィン３０の長手方向（Ｙ軸方向）に第１の間隔をおいて多数形成されている。これら切欠き部３１に伝熱管２０が挿し込まれることで、伝熱管２０が図１に示すように上下方向に第１の間隔ｄ１をおいて配置される。
【００２２】
また、各伝熱フィン３０は、図１に示すように、熱交換器１００の左右方向（Ｘ軸方向）に熱交換器１００の熱交換能力と通風抵抗などを考慮して決定した間隔である第２の間隔ｄ２をおいて配置される。そして、上下に隣り合う伝熱管２０と、左右に隣り合う伝熱フィン３０に囲まれた通風路４０が、上下方向と左右方向それぞれに複数並んで形成される。
【００２３】
複数の伝熱管２０と複数の伝熱フィン３０は互いに直交しており、図２に示すように、伝熱フィン３０のうち、複数の通風路４０の一つと接するとともに、上下に隣り合う伝熱管２０の間に位置する領域が、矢印Ｗで示す方向に流れる空気と熱交換する伝熱部３２である。また、伝熱フィン３０の一部であって、切欠き部３１より伝熱フィン３０の風上側端部３０１側に位置する領域が、伝熱フィン３０の上端から下端まで連続して形成された流水部（連通部）３３である。流水部３３は、熱交換器１００が蒸発器として構成される場合、結露水を鉛直下方に流下させる流路を形成する。
【００２４】
伝熱フィン３０の各伝熱部３２は、ＹＺ平面に平行な平坦面であるとともに、各伝熱部３２には、空気の流れ方向（Ｚ軸方向）に沿って配列された複数のルーバを含むルーバ部５０が設けられている。ルーバ部５０は前縁効果により伝熱フィン３０の伝熱を促進する。さらに、ルーバ部５０は、伝熱部３２を挟んで隣接する一方の通風路４０から他方の通風路４０へ空気を導くもので、伝熱部３２の一部をＸ軸方向に切り起こして伝熱部に対して斜めに傾斜するように形成される。
【００２５】
伝熱フィン３０はさらに、隣り合う伝熱フィン３０の配列間隔を調整する複数のタブを有する。複数のタブは、流水部３３に設けられた第１タブ６１と、伝熱部３２に設けられた第２タブ６２とを有し、これらは流水部３３及び伝熱部３２の所定部位を垂直方向（図２においてＸ軸方向）に切り起こして形成される。第１タブ６１と第２タブ６２は、伝熱フィン３０の長手方向に沿って適当な位置に複数設けられる。特に、第２タブ６２は、ルーバ部５０よりも伝熱フィン３０の風下側端部３０２側に設けられる。第１タブ６１の形成位置は特に限定されず、本実施形態では、ルーバ部５０を挟んで第２タブ６２とＺ軸方向に対向する位置に設けられる。
【００２６】
［ルーバ部］
以下、ルーバ部５０の詳細について説明する。
図３は、図２におけるＢ−Ｂ線方向断面図、図４は、ルーバ部５０の形態を示す斜視図である。
【００２７】
ルーバ部５０は、伝熱部３２を斜めに貫通するスリット状の複数の開口部５０ｗを含む。本実施形態においてルーバ部５０は、第１ルーバ５１、第２ルーバ５２、第３ルーバ５３、第４ルーバ５４、第５ルーバ５５及び第６ルーバ５６の６つのルーバを含み、これらがその順番で伝熱フィン３０の風上側端部３０１（第１の端部）から風下側端部３０２（第２の端部）に向かって配置される。ルーバの数は勿論これに限られず、伝熱部３２の大きさ等に応じて任意に設定可能である。
【００２８】
第１ルーバ５１〜第６ルーバ５６は、伝熱フィン３０の長手方向（Ｙ軸方向）に平行な方向を幅方向とする概略矩形状を有するとともに、図３に示すように伝熱部３２の一方の主面３２ａあるいは他方の主面３２ｂ側に、Ｙ軸方向に平行な軸まわりに切り起こして形成される。図示の例では、第１ルーバ５１は他方の主面３２ｂ側に、第２ルーバ５２〜第５ルーバ５５については風上側が一方の主面３２ａ側、風下側が他方の主面３２ｂ側に、そして、第６ルーバ５６は一方の主面３２ａ側に、それぞれ切り起こされる。
【００２９】
第１ルーバ５１〜第６ルーバ５６は、図２に示すようにそれぞれ同一の幅（Ｌｗ）で形成されるとともに、図３に示すように伝熱部３１に対して一定の高さ（Ｈ）で切り起こされる。一定の高さとは、伝熱部３２に対する各ルーバ５１〜５６の切り起こし高さが実質的に同一の高さであることを意味し、完全に同一である場合に限られず、製造誤差などのばらつきが含まれてもよい。
【００３０】
また、伝熱部３２に対する第１ルーバ５１〜第６ルーバ５６の切り起こし角度は、図３に示すように、その順で（風上側端部３０１側から風下側端部３０２側に向かって）徐々に小さくなるようになっており、また、第１ルーバ５１〜第６ルーバ５６の長さ（幅方向に直交する方向の大きさ）が徐々に大きくなっている。各ルーバ５１〜５６の切り起こし角度は特に限定されず、必要とされる伝熱性能に応じて適宜設定され、例えば、０°を超えて９０°以下の範囲で任意に設定可能である。
【００３１】
さらに本実施形態では、第１ルーバ５１〜第６ルーバ５６が近接して配置される。その結果、第１ルーバ５１〜第６ルーバ５６の配列ピッチＰ１〜Ｐ６は、その順で（風上側端部３０１側から風下側端部３０２側に向かって）徐々に大きくなるように設定される。
【００３２】
［熱交換器の作用］
以上のように構成される本実施形態の熱交換器１００は、図示しない送風ファンによって伝熱フィン３０の風上側端部３０１から風下側端部３０２の方向に空気が流される。送風ファンにより流された空気は、複数の伝熱管２０及び伝熱フィン３０により区画された複数の通風路４０を通過し、各伝熱フィン３０の伝熱部３２を介して流路２１を流れる冷媒との間で熱交換を行う。これにより、熱交換器１００が凝縮器の場合は伝熱管２０の流路２１を流れる冷媒を凝縮させ、熱交換器１００が蒸発器の場合は伝熱管２０の流路２１を流れる冷媒を蒸発させる。
【００３３】
空気調和機の送風ファンから送出される空気の流速は、例えば車両用途の熱交換器（例えば、ラジエータ）などに比べて比較的遅く、伝熱フィン３０の風上側端部３０１から通風路４０へ進入した空気は、風下側端部３０２に向かって伝熱部３２の表面に平行に流れる。通風路４０内の空気の一部は、図３において矢印で示すように第１ルーバ５１〜第６ルーバ５６間に流れ込み、伝熱部３２の一方の主面３２ａにより区画される通風路４０から他方の主面３２ｂにより区画される通風路４０へ導かれることで、伝熱部３２の一方の主面３２ａ及び他方の主面３２ｂと空気との間で熱伝達が行われる。
【００３４】
本実施形態によれば、ルーバ部５０を構成する第１ルーバ５１〜第６ルーバ５６が伝熱部３２に対して一定の高さで形成されているため、ルーバの切り起こし高さが異なる従来のフィン構造と比較して、各ルーバ間に均等に空気を流入させることができる。これにより、伝熱部３２全体としての伝熱性能が向上し、前述のとおり、流速が比較的遅い場合でも所望とする伝熱性能を確保することができる。
【００３５】
さらに本実施形態によれば、ルーバ部５０を構成する複数のルーバの切り起こし角度が風下側に向かって順次小さくなるように構成されているため、ルーバ部５０の下流側に向かうに従って、空気の流れ角度が小さくなる（伝熱部３２の表面に平行な方向に近づく）。その結果、下流側のルーバ間に流れる空気の量を増大させることができる。
【００３６】
そして本実施形態によれば、ルーバ部５０が設けられていない伝熱部３２の他方の主面３２ｂ側の比較的熱流束の小さい最下流端領域３２Ｅ（図３参照）に空気が流れやすくなるため、当該領域における伝熱性能を向上させることができる。
【００３７】
以上のように本実施形態によれば、伝熱フィン３０の各伝熱部の伝熱性能を高めることができる。これにより、空気の流速が比較的遅い冷凍空調用途の熱交換器に適用した場合でも熱交換性能に優れた熱交換器を提供することができる。
また、上述したルーバ部５０の構成により、伝熱部３２のほぼ全領域にわたって安定した伝熱性能を確保することができるため、同等の伝熱性能を有する従来の熱交換器よりも小型化、薄型化を図ることができる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３９】
例えば以上の実施形態では、伝熱フィンが板状フィンである場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、伝熱フィンがコルゲートフィンである場合にも本発明は適用可能である。また、以上の実施形態ではパラレルフロー型熱交換器を例に挙げて説明したが、これに限られず、円管とフィンで形成されるフィンチューブ熱交換器、プレートフィン熱交換器などにも本発明は適用可能である。
【００４０】
また以上の実施形態では、ルーバ部５０を構成する各ルーバ５１〜５６の切り起こし角度がそれぞれ異なるように形成されたが、これに限られず、複数のルーバのうち切り起こし角度及び高さが同一のルーバが複数連続して配置されてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
２０…伝熱管
２１…流路
３０…伝熱フィン
３２…伝熱部
４０…通風路
５０…ルーバ部
５１〜５６…ルーバ
６１，６２…タブ
１００…熱交換器
【図１】
2019148375.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2019148375.tif 000006