(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送風機の送風方向風上側に配置されるフィンアンドチューブ型の熱交換器であって、
当該熱交換器は、前記送風機の送風方向風上側に存在する主部と、前記主部の端より前記送風機の側面の外側へと折れ曲がる両翼部を有し、
前記両翼部の一方の翼部と他方の翼部にはそれぞれフィンが複数ずつ取り付けられており、
前記フィンは平面部同士が折曲部を介してジグザグ状に連続するコルゲート形状であって、
前記フィンは、前記両翼部のいずれの翼部においても、風下側の端の前記平面部が、空気流を前記送風機の吸込側かつ前記主部側に向かわせる角度とされていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記一方の翼部に取り付けた前記フィンと同一のコルゲート形状のフィンを、前記他方の翼部においては反転状態で取り付けることにより、前記両翼部のいずれにおいても前記フィンの風下側の端の前記平面部が空気流を前記送風機の吸込側に向かわせる角度となる状態を得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】
前記主部にも前記コルゲート形状のフィンが複数配置され、当該フィンの風下側の端の前記平面部も、空気流を前記送風機の吸込側に向かわせる角度とされ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】
本発明はフィンアンドチューブ型の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機や冷蔵庫ではフィンアンドチューブ型の熱交換器が良く使用されている。最初に、フィンアンドチューブ型熱交換器の概要を図７及び図８に基づき説明する。
【０００３】
フィンアンドチューブ型熱交換器である熱交換器４０は、多数のフィン４１と１本の蛇行するチューブ４２を備える。個々のフィン４１は垂直方向を長手方向とする短冊形状であり、それが多数、互いに平行をなし且つ互いの間に所定の隙間を置く形で、水平な直線に沿って整列している。このフィン４１の集団を、チューブ４２が蛇行して縫うように貫通する。チューブ４２の内部は冷媒を流通させる冷媒通路となる。
【０００４】
フィン４１とチューブ４２は共にアルミニウム等の熱伝導の良い金属からなり、ロウ付け、溶着、チューブの拡管などの手法により互いに固定される。フィン４１をアルミニウムで構成し、チューブ４２を銅で構成するのが一般的であるが、チューブ４２を含め全体をアルミニウム製とする構成も可能である。
【０００５】
チューブ４２の両端は冷媒出入口４３、４４となり、ここに機器（例えば空気調和機）の冷媒配管が接続される。冷媒は、実線矢印のように冷媒出入口４３から入って冷媒出入口４４から出ることもあり、破線矢印のように冷媒出入口４４から入って冷媒出入口４３から出ることもある。熱交換器４０を凝縮器として用いるときは冷媒出入口４３から入って冷媒出入口４４から出る流れ方向とし、熱交換器４０を蒸発器として用いるときは冷媒出入口４４から入って冷媒出入口４３から出る流れ方向とすることが多い。
【０００６】
図７及び図８に示したフィン４１の個々の平面形状（木材で言えば木口の方向から見た形状）は直線状である。熱交換面積を増やすため、フィン４１の平面形状を直線以外の形状とすることもしばしば行われる。良く行われるのが、図９に示すようにフィン４１をコルゲート形状にすることである。すなわち平面部４１ａ同士が折曲部４１ｂを介してジグザグ状に連続する形状とすることである。図９では１個のフィン４１の中に４個の平面部４１ａと３個の折曲部４１ｂが設けられているが、これは単なる例示であり、発明を限定するものではない。
【０００７】
図７及び図８に示した熱交換器４０は、チューブ４２が単一の垂直平面内で蛇行し、上から見ると直線状になっている。この上から見た形状は、目的に合わせて様々に変更せしめられる。特許文献１には、フィンアンドチューブ型熱交換器を略Ｌ字状、Ｕ字状、コ字状あるいはその他の形状にすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２６１６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図９のようなコルゲート形状のフィン４１を備えた熱交換器４０との間で熱交換を行うべく空気流を通した場合、空気流の吹出方向は風下側の端の平面部４１ａの角度に左右される。図９では風下側の端の平面部４１ａはチューブ４２の軸線に対し、図において右下がりとなる角度をなしており、その角度に沿う形で空気流が吹き出される。
【００１０】
熱交換器４０を送風機に組み合わせる場合、通常は送風機の送風方向風上側に熱交換器４０を配置する。特許文献１が教えるように熱交換器１が直線以外の形状とされていた場合、熱交換器４０の形状とフィン４１の形状によっては問題が発生することがある。その問題を図１０に基づき説明する。
【００１１】
図１０には空気調和機の室外機の筐体内部に配置される構成要素の一部が模式的に平面図として示されている。筐体は図示しない。４５はプロペラファン４５ａをモータ４５ｂで回転させる送風機であり、その送風方向風上側に熱交換器４０が配置されている。熱交換器４０はコルゲート形状のフィン４１を備える。
【００１２】
熱交換器４０は平面形状がコ字形とされている。すなわち熱交換器４０は、送風機４５の送風方向風上側に存在する主部４０Ｍと、主部４０Ｍの端より送風機４５の側面の外側へと折れ曲がる両翼部を有する。両翼部の一方の翼部は主部４０Ｍの左端より送風機４５の左側面の外側へと折れ曲がる左翼部４０Ｌであり、他方の翼部は主部４０Ｍの右端より送風機４５の右側面の外側へと折れ曲がる右翼部４０Ｒである。
【００１３】
熱交換器４０の主部４０Ｍは空気調和機の室外機の筐体の背面に形成される背面吸気口に向き合い、左翼部４０Ｌは筐体の左側面に形成される左側面吸気口に向き合い、右翼部４０Ｒは筐体の右側面に形成される右側面吸気口に向き合う。送風機４５は筐体の正面に形成される排気口に向き合う。背面吸気口、左側面吸気口、右側面吸気口、及び排気口はいずれも図示しない。
【００１４】
送風機４５は熱交換器４０の中心に整列する位置ではなく中心よりも左寄りの位置に配置されており、右翼部４０Ｒとの間に大きな隙間が生じている。この隙間に室外機の筐体の内部の仕切壁１１Ｐが配置される。仕切壁１１Ｐの前方は機械室となり、空気調和機の冷凍サイクルに冷媒を循環させる圧縮機や室外機の制御を司る制御基板などがここに配置される。
【００１５】
熱交換器４０を平面形状コ字形とした結果、左翼部４０Ｌと右翼部４０Ｒで次のような事態が発生する。すなわち左翼部４０Ｌでは、フィン４１の風下側の端の平面部４１ａの角度は空気流を送風機４５の吸込側に向かわせる角度となっている。これは空気流の流量を増やす上で都合が良い。他方右翼部４０Ｒでは、フィン４１の向きが左翼部４０Ｌの側と反転する結果、フィン４１の風下側の端の平面部４１ａの角度が、空気流を送風機４５の吸込側にではなく吹出側に向かわせる角度となっている。空気流を送風機４５に吸い込ませるためには空気流を方向転換する必要があり、エネルギーをロスする上、流れも滞る。これらは空気流の流量の面でマイナス要因となる。しかも図１０の構成では、右翼部４０Ｒのフィン４１から吹き出された空気流の行く手に仕切壁１１Ｐが存在し、流れを妨げている。この結果、左翼部４０Ｌでは空気の流通がスムーズで熱交換も効率良く行われるが、右翼部４０Ｒでは空気の流通が阻害され、熱交換の効率が落ちてしまう。
【００１６】
熱交換器４０の主部４０Ｍから吹き出される空気流を見ても、送風機４５の右端よりも左側の位置にあるフィン４１から吹き出される空気流は送風機４５の吸込側に向かうと言えるが、送風機４５の右端よりも右側に位置するフィン４１から吹き出される空気流は、送風機４５の吸込側から逸れる方向に向かうことになる。送風機４５の吸込側から逸れる方向に向かっている空気流が送風機４５に吸い込まれるためには方向転換の必要があり、エネルギーをロスする上、流れも滞り、空気流の流量の面でマイナス要因となる。
【００１７】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、送風機の送風方向風上側に存在する主部と、主部の端より送風機の側面の外側へと折れ曲がる両翼部を有するフィンアンドチューブ型の熱交換器において、いずれの翼部においても通風性能が改善し、高い熱交換効率が得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る熱交換器は、送風機の送風方向風上側に配置されるフィンアンドチューブ型の熱交換器であって、当該熱交換器は、前記送風機の送風方向風上側に存在する主部と、前記主部の端より前記送風機の側面の外側へと折れ曲がる両翼部を有し、前記両翼部の一方の翼部と他方の翼部にはそれぞれフィンが複数ずつ取り付けられており、前記フィンは平面部同士が折曲部を介してジグザグ状に連続するコルゲート形状であって、前記フィンは、前記両翼部のいずれの翼部においても、風下側の端の前記平面部が、空気流を前記送風機の吸込側に向かわせる角度とされていることを特徴としている。
【００１９】
上記構成の熱交換器において、前記一方の翼部に取り付けた前記フィンと同一のコルゲート形状のフィンを、前記他方の翼部においては反転状態で取り付けることにより、前記両翼部のいずれにおいても前記フィンの風下側の端の前記平面部が空気流を前記送風機の吸込側に向かわせる角度となる状態を得ることが好ましい。
【００２０】
上記構成の熱交換器において、前記主部にも前記コルゲート形状のフィンが複数配置され、当該フィンの風下側の端の前記平面部も、空気流を前記送風機の吸込側に向かわせる角度とされていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、コ字形の熱交換器の両翼部に取り付けられるコルゲート形状のフィンが、両翼部のいずれの翼部においても、風下側の端の平面部が、空気流を送風機の吸込側に向かわせる角度とされているから、いずれの翼部においてもフィンから吹き出された空気流は滞りなく送風機に吸い込まれる。その結果、いずれの翼部においても空気がスムーズに流通し、通風性能が改善する。これにより高い熱交換効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る熱交換器を搭載した空気調和機の概略構成図で、冷房運転時の状態を示すものである。
【図２】本発明に係る熱交換器を搭載した空気調和機の概略構成図で、暖房運転時の状態を示すものである。
【図３】空気調和機の室外機の概略構成を示す水平断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る熱交換器に送風機を組み合わせたものの概略構成を示す平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る熱交換器に送風機を組み合わせたものの概略構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る熱交換器に送風機を組み合わせたものの概略構成を示す平面図である。
【図７】フィンアンドチューブ型熱交換器の構造を説明する正面図である。
【図８】フィンアンドチューブ型熱交換器の構造を説明する平面図である。
【図９】フィンアンドチューブ型熱交換器のフィンをコルゲート形状としたものの部分平面図である。
【図１０】フィンをコルゲート形状としたフィンアンドチューブ型熱交換器に送風機を組み合わせたものの概略構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜第１実施形態＞
図１から図４に基づき本発明の第１実施形態に係る熱交換器４０について説明する。熱交換器４０は室外機と室内機により構成されるセパレート型空気調和機１の室外機１０に搭載される。
【００２４】
室外機１０は、鋼板製部品と合成樹脂製部品により構成される筐体１１の内部に、圧縮機１２、切替弁１３、熱交換器４０、膨張弁１５、送風機４５などを収納している。切替弁１３は四方弁である。膨張弁１５には開度制御の可能なものが用いられる。
【００２５】
室外機１０は２本の冷媒配管１７、１８で室内機３０に接続される。冷媒配管１７は冷房運転時に液体冷媒が流れるものであり、冷媒配管１８に比較して細い管が用いられている。そのため冷媒配管１７は「液管」「細管」などと称されることがある。冷媒配管１８は冷房運転時に気体冷媒が流れるものであり、冷媒配管１７に比較して太い管が用いられている。そのため冷媒配管１８は「ガス管」「太管」などと称されることがある。冷媒には例えばＨＦＣ系のＲ４１０ＡやＲ３２等が用いられる。
【００２６】
室外機１０の内部の冷媒配管で、冷媒配管１７に接続される冷媒配管には二方弁１９が設けられ、冷媒配管１８に接続される冷媒配管には三方弁２０が設けられる。二方弁１９と三方弁２０は、室外機１０から冷媒配管１７、１８が取り外されるときに閉じられ、室外機１０から外部に冷媒が漏れることを防ぐ。室外機１０から、あるいは室内機３０を含めた冷凍サイクル全体から、冷媒を回収する必要があるときは、三方弁２０を通じて回収が行われる。
【００２７】
室外機１０の構造をより実体的に示すのが図３である。室外機１０の筐体１１は鋼板製であり、平面形状を示す図３では略矩形に描かれている。筐体１１は長辺側を正面１１Ｆ及び背面１１Ｂとし、短辺側を左側面１１Ｌ及び右側面１１Ｒとしている。正面１１Ｆには送風機４５に対向する箇所に図示しない排気口が形成され、背面１１Ｂには熱交換器４０の主部４０Ｍに対向する箇所に図示しない背面吸気口が形成され、左側面１１Ｌには熱交換器４０の左翼部４０Ｌに対向する箇所に図示しない左側面吸気口が形成され、右側面１１Ｒには熱交換器４０の右翼部４０Ｒに対向する箇所に図示しない右側面吸気口が形成される。正面１１Ｆ、背面１１Ｂ、左側面１１Ｌ、右側面１１Ｒの４面の板金部材に、図示しない天板と底板が加わって、六面体形状の筐体１１が形成される。
【００２８】
筐体１１の六面の各々を１個ずつの部品が構成するという限定はない。１個の部品で構成される面もあれば、複数の部品で構成される面もあり得る。
【００２９】
筐体１１の内部には、背面１１Ｂ、左側面１１Ｌ、及び右側面１１Ｒの内面に沿う形で平面形状コ字形の熱交換器４０が配置される。そして熱交換器４０と室外空気との間で強制的に熱交換を行わせるべく、熱交換器４０の左翼部４０Ｌと右翼部４０Ｒの間の空間に送風機４５が配置される。送風機４５と右側面１１Ｒの間には仕切壁１１Ｐが存在し、その前面側の空間は圧縮機１２などを収容する機械室となっている。
【００３０】
室内機３０は、合成樹脂製部品により構成される筐体３１の内部に、熱交換器３２、送風機３３などを収容している。熱交換器３２は、３個の熱交換器３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを、室内側送風機３３を覆う屋根のように組み合わせたものである。熱交換器３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃのいずれかまたは全部を、熱交換器４０と同様のフィンアンドチューブ型熱交換器で構成することができる。送風機３３はクロスフローファンとモータの組み合わせからなる。
【００３１】
図１は空気調和機１が冷房運転あるいは除霜運転を行っている状態を示す。この時圧縮機１２は冷房時循環、すなわち圧縮機１２から吐出された冷媒が先に熱交換器４０に入る循環様式で冷媒を循環させる。
【００３２】
圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒は熱交換器４０に入り、そこで室外空気との熱交換が行われる。冷媒は室外空気に対し放熱を行い、凝縮する。凝縮して液状となった冷媒は熱交換器４０から膨張弁１５に入り、そこで減圧される。減圧後の冷媒は熱交換器３２に送られ、膨張して低温低圧となり、熱交換器３２の表面温度を下げる。表面温度の下がった熱交換器３２は室内空気から吸熱し、これにより室内空気は冷やされる。吸熱後、低温の気体状の冷媒は圧縮機１２に戻る。送風機４５によって生成された気流が熱交換器４０からの放熱を促進し、送風機３３によって生成された気流が熱交換器３２の吸熱を促進する。
【００３３】
図２は空気調和機１が暖房運転を行っている状態を示す。この時は切替弁１３が切り替えられて冷房運転時と冷媒の流れが逆になる。圧縮機１２は暖房時循環、すなわち圧縮機１２から吐出された冷媒が先に熱交換器３２に入る循環様式で冷媒を循環させる。
【００３４】
圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒は熱交換器３２に入り、そこで室内空気との熱交換が行われる。冷媒は室内空気に対し放熱を行い、室内空気は暖められる。放熱し、凝縮して液状となった冷媒は熱交換器３２から膨張弁１５に入り、そこで減圧される。減圧後の冷媒は熱交換器４０に送られ、膨張して低温低圧となり、熱交換器４０の表面温度を下げる。表面温度の下がった熱交換器４０は室外空気から吸熱する。吸熱後、低温の気体状の冷媒は圧縮機１２に戻る。送風機３３によって生成された気流が熱交換器３２からの放熱を促進し、送風機４５によって生成された気流が熱交換器４０による吸熱を促進する。
【００３５】
第１実施形態に係る熱交換器４０では、フィン４１に次のような工夫がこらされる。すなわち図４に示す通り、左翼部４０Ｌと右翼部４０Ｒのいずれにおいても、フィン４１が備える複数の平面部４１ａのうち、風下側の端に位置する平面部４１ａが、空気流を送風機４５の吸込側に向かわせる角度とされている。その結果、左翼部４０Ｌにおいても右翼部４０Ｒにおいても空気がスムーズに流通し、通風性能が改善する。これにより高い熱交換効率を得ることができる。
【００３６】
上記のような平面部４１ａの角度状態は、左翼部４０Ｌに取り付けたフィン４１と同一のコルゲート形状のフィン４１を、右翼部４０Ｒにおいては反転状態で取り付けることにより、その状態を得ることができる。図４はまさにその状態を表している。
【００３７】
上述のように、左翼部４０Ｌに取り付けたフィン４１と同一のコルゲート形状のフィン４１を、右翼部４０Ｒにおいては反転状態で取り付けることとすれば、部品の種類が増えず、部品製造コストや部品管理コストを低減することができる。
【００３８】
図４では、主部４０Ｍの中で、送風機４５の中心線に整列する位置がフィン４１の反転位置となっている。その位置を破線で表示し、フィン方向変更位置Ｔとした。すなわち左翼部４０Ｌのフィン４１と同じ向きのフィン４１が、左翼部４０Ｌから主部４０Ｍに入っても、フィン方向変更位置Ｔまではその向きで続く。また右翼部４０Ｒのフィン４１と同じ向きのフィン４１が、右翼部４０Ｒから主部４０Ｍに入っても、フィン方向変更位置Ｔまではその向きで続く。
【００３９】
主部４０Ｍのフィン４１の構成を上記のようにすることで、主部４０Ｍのフィン４１も、風下側の端の平面部４１ａの角度が、空気流を送風機４５の吸込側に向かわせる角度となる。その結果、主部４０Ｍでも空気がスムーズに流通し、通風性能が改善する。これにより高い熱交換効率を得ることができる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る熱交換器４０の構造を図５に基づき説明する。第２実施形態に係る熱交換器４０は、主部４０Ｍのフィン４１の形状が第１実施形態と異なっている。すなわち主部４０Ｍのフィン４１は全て、風下側の端の平面部４１ａが、チューブ４２の軸線と直交する角度とされている。左翼部４０Ｌと主部４０Ｍの間、及び右翼部４０Ｒと主部４０Ｍの間にフィン方向変更位置Ｔが存在する。
【００４１】
主部４０Ｍの中のフィン４１は主部４０Ｍの中心の左右で対称形状となっているが、これは必須の構成ではない。主部４０Ｍの中心より左側のフィン４１の形状で主部４０Ｍ全体を統一してもよく、主部４０Ｍの中心より右側のフィン４１の形状で主部４０Ｍ全体を統一してもよい。
【００４２】
主部４０Ｍのフィン４１の風下側の端の平面部４１ａの角度を上記のようにすることにより、主部４０Ｍから出る空気流は概ね送風機４５の吸込側を指向することとなり、主部４０Ｍを空気がスムーズに流通し、通風性能が改善する。これにより高い熱交換効率を得ることができる。
【００４３】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る熱交換器４０の構造を図６に基づき説明する。第３実施形態では、主部４０Ｍのフィン４１の中で、送風機４５の背後のフィン４１では風下側の端の平面部４１ａがチューブ４２の軸線と直交する角度とされている。送風機４５の右側にはみ出すフィン４１は、右翼部４０Ｒにおけるフィン４１がここまで連続する形になっている。左翼部４０Ｌと主部４０Ｍの間、及び主部４０Ｍの中で送風機４５の右端に並ぶ位置にフィン方向変更位置Ｔが存在する。
【００４４】
上記の構成により、主部４０Ｍの中で送風機４５の右側にはみ出すフィン４１は、風下側の端の平面部４１ａが、そこから出る空気流を送風機４５の吸込側に向かわせる角度となる。その結果、主部４０Ｍでも空気がスムーズに流通し、通風性能が改善する。これにより高い熱交換効率を得ることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明はフィンアンドチューブ型の熱交換器に広く利用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１    空気調和機
１０  室外機
１１    筐体
１１Ｐ  仕切壁
４０    熱交換器
４０Ｍ  主部
４０Ｌ  左翼部
４０Ｒ  右翼部
４１  フィン
４１ａ  平面部
４１ｂ  折曲部
４２  チューブ
【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】
0006486718.tif 000009
【図９】
0006486718.tif 000010
【図１０】
0006486718.tif 000011