(57)【要約】【課題】伝熱フィンに付着するドレイン水を円滑に排水することによってドレイン水の空気調和機外への滴下や飛散を防止する空気調和機の熱交換器を提供する。【解決手段】板面を互いに平行にして所定のピッチで配置された複数の伝熱フィンと、互いに離隔した複数箇所で伝熱フィンを貫通している伝熱管と、隣接する伝熱管の間の伝熱フィン上に設けられた切り起しとを備えるとき、空気の流通方向と直交する方向に隣接する伝熱管の間の切り起しを空気の流通方向に４列以上設けると共に、伝熱管の中心どうしを結ぶ仮想線分を外れた両側部に並設し、仮想線分を挟んで隣接する切り起しの相互間隔を他の切り起しの相互間隔と比較して最も広くし、かつ、仮想線分を挟んで隣接する切り起しの相互間隔をＷ１、空気の流通方向における切り起しが設けられていない部分の累積幅をΣＷとしたとき、これらの間に０．２２＜Ｗ１／ΣＷ＜０．４４の関係を持たせる。【選択図】　図１
2004060971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ板状に形成され、板面を互いに平行にして所定のピッチで配置された複数の伝熱フィンと、互いに離隔した複数箇所で前記伝熱フィンを貫通している伝熱管と、隣接する前記伝熱管の間の前記伝熱フィン上に設けられた切り起しとを備えた空気調和機の熱交換器において、
空気の流通方向と直交する方向に隣接する前記伝熱管の間の前記切り起しを空気の流通方向に４列以上設けると共に、前記伝熱管の中心どうしを結ぶ仮想線分を外れた両側部に並設し、前記仮想線分を挟んで隣接する前記切り起しの相互間隔を他の前記切り起しの相互間隔と比較して最も広くし、かつ、前記仮想線分を挟んで隣接する前記切り起しの相互間隔をＷ１、空気の流通方向における前記切り起しが設けられていない部分の累積幅をΣＷとしたとき、これらの間に０．２２＜Ｗ１／ΣＷ＜０．４４の関係を持たせたことを特徴とする空気調和機の熱交換器。
【請求項２】
前記仮想線分を挟んで隣接する前記切り起しの相互間隔をＷ１、前記仮想線分を外れて隣接する前記切り起しの相互間隔をＷ２、最外側の切り起しと前記伝熱フィン側端との間隔をＷ３として、これらの間隔がＷ１＞Ｗ３＞Ｗ２の関係にあることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の熱交換器。
【請求項３】
前記仮想線分と前記伝熱フィンの側端との間に前記切り起しが複数列設けられ、前記仮想線分から外側に位置する前記切り起しほど、その立ち上がり端部と前記伝熱管の中心から前記仮想線分と直交するように引いた仮想直交線分との距離を小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の熱交換器。
【請求項４】
前記伝熱フィンはこれを貫通する前記伝熱管を覆うフィンカラーを備え、前記切り起しの前記フィンカラーに近い方の各立ち上がり部は、前記仮想線分から遠くなるほど外側部が拡がるように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の熱交換器。
【請求項５】
前記仮想線分から遠くに位置する前記切り起しほど、前記切り起しの立ち上がり部の傾斜角度を大きくしたことを特徴とする請求項４に記載の空気調和機の熱交換器。
【請求項６】
前記切り起しの立ち上がり部の傾斜角は略３５度以下であることを特徴とする請求項４に記載の空気調和機の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィンチューブ熱交換器とも呼ばれる空気調和機の熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の熱交換器、特に室内側熱交換器は伝熱フィンに多数の切り起しを設けることによって、熱交換効率を上げてきた。また、その切り起し方に様々な工夫がなされてきた。特に、切り起しの数を増やすことによる伝熱フィンの分断や交互に異なる方向に切り起こす両側オフセットなどによって温度境界層を薄くすること、切り起しの面積の割合を増やすことなどが重要であると考えられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように多数の切り起しを有する熱交換器では、ドレイン水が付着した際にこのドレイン水が切り起しに溜まり、通風抵抗が増大して熱交換効率の低下や、気流によるドレイン水の飛散、滴下を起こすことがあった。特に、長期間に亘って使用したことによるフィン表面の親水皮膜の劣化や住宅建材などから放出されるＶＯＣガス等がフィン表面に付着することによってフィン表面が撥水化してドレイン水の円滑な排水が行われ難くなり、その現象がさらに助長されるような傾向にあった。ＶＯＣガス等の付着によるフィンの撥水化は、住宅建材の多様化や住宅の気密性の向上などにより増加する傾向にある。
【０００４】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は空気調和機内で伝熱フィンに付着するドレイン水を円滑に排水することによってドレイン水の空気調和機外への滴下や飛散を防止して信頼性の高い空気調和機の熱交換器を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、通風抵抗を減少させて熱交換性能を向上させることのできる空気調和機の熱交換器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、
それぞれ板状に形成され、板面を互いに平行にして所定のピッチで配置された複数の伝熱フィンと、互いに離隔した複数箇所で伝熱フィンを貫通している伝熱管と、隣接する伝熱管の間の伝熱フィン上に設けられた切り起しとを備えた空気調和機の熱交換器において、
空気の流通方向と直交する方向に隣接する伝熱管の間の切り起しを空気の流通方向に４列以上設けると共に、伝熱管の中心どうしを結ぶ仮想線分を外れた両側部に並設し、仮想線分を挟んで隣接する切り起しの相互間隔を他の切り起しの相互間隔と比較して最も広くし、かつ、仮想線分を挟んで隣接する切り起しの相互間隔をＷ１、空気の流通方向における切り起しが設けられていない部分の累積幅をΣＷとしたとき、これらの間に０．２２＜Ｗ１／ΣＷ＜０．４４の関係を持たせたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の空気調和機の熱交換器において、仮想線分を挟んで隣接する切り起しの相互間隔をＷ１、仮想線分を外れて隣接する切り起しの相互間隔をＷ２、最外側の切り起しと伝熱フィンの側端との間隔をＷ３として、これらの間隔がＷ１＞Ｗ３＞Ｗ２の関係にあることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の空気調和機の熱交換器において、仮想線分と伝熱フィンの側端との間に切り起しが複数列設けられ、仮想線分から外側に位置する切り起しほど、その立ち上がり端部と伝熱管の中心から仮想線分に直交するように引いた仮想直交線分との距離を小さくしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の空気調和機の熱交換器において、伝熱フィンはこれを貫通する伝熱管を覆うフィンカラーを備え、切り起しのフィンカラーに近い方の各立ち上がり部は、仮想線分から遠くなるほど外側部が拡がるように傾斜していることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の空気調和機の熱交換器において、仮想線分から遠くに位置する切り起しほど、切り起しの立ち上がり部の傾斜角度を大きくしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項４に記載の空気調和機の熱交換器において、切り起しの立ち上がり部の傾斜角は略３５度以下であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る空気調和機の熱交換器（以下、単に熱交換器とも言う）の第１の実施形態の構成を示す部分斜視図である。同図において、全体が参照符号１で示される熱交換器は、それぞれ板状をなして外形が細長く形成された多数の伝熱フィン１１〜１ｎと、この伝熱フィン上で千鳥足状に位置決めされた複数箇所でそれぞれ伝熱フィン１１〜１ｎを貫通している伝熱管２１，２２，…，３１，３２，…と、矢印Ａで示された空気の流通方向と直交する方向に隣接する伝熱管の間、すなわち、伝熱管２１，２２，…の間、及び、伝熱管３１，３２，…の間に、それぞれ空気の流通方向に４列以上（図１では４列）設けられた切り起し４１，４２，４３，４４とで構成されている。この場合、伝熱フィン１１〜１ｎは板面を互いに平行にして一定のピッチで積層されている。
【００１３】
図１に示した第１の実施形態中、伝熱フィン１１〜１ｎ及び切り起し４１〜４４は種々に変形して実施することができる。そこで、本明細書ではこれらの変形例を第２乃至第３の実施形態として以下に説明することとする。
【００１４】
図２は本発明に係る熱交換器の第２の実施形態を示し、図１に示した第１の実施形態においては横幅の比較的広い伝熱フィン１１〜１ｎに伝熱管２１，２２，…，３１，３２，…を千鳥足状に配置したが、ここでは、横幅の狭い伝熱フィン１１Ａ〜１ｎＡ（１１Ａのみを示す）と、伝熱フィン１１Ｂ〜１ｎＢ（１１Ｂのみを示す）とを用い、伝熱フィン１１Ａ〜１ｎＡに伝熱管２１，２２，…を貫通させ、伝熱フィン１１Ｂ〜１ｎＢに伝熱管３１，３２，…を貫通させ、全体として図１に示した熱交換器１と略同様な機能を備えるように組み立てたものである。
【００１５】
ここでは、伝熱管２１，２２，…，が伝熱フィン１１Ａの幅方向中央部に配置され、これらの伝熱管２１，２２，…，の中心を結ぶ仮想線分ＣＬを避けてその両側に切り起し４１，４２と切り起し４３，４４とが並設されている。伝熱フィン１１Ｂにおいても同様にして切り起しが並設されている。また、切り起し４１，４２，４３，４４のうち、仮想線分ＣＬに近い内側の切り起し４２，４３は矢印Ａで示す風の流通方向と直交する方向に２つに分割して形成され、仮想線分ＣＬから遠い外側の切り起し４１，４４は、隣接する伝熱管の近傍に立ち上がり部を有し、連続して形成されている。
【００１６】
図３は図２に示す伝熱フィン１１Ａ〜１ｎＡ，１１Ｂ〜１ｎＢの詳細な構成を説明するために、伝熱フィン１１Ａの一部を拡大して示した平面図である。ここで、仮想線分ＣＬを挟んで隣接する切り起し４２，４３の相互間隔をＷ１、他の切り起しの相互間隔、すなわち、切り起し４１，４２の相互間隔及び切り起し４３，４４の相互間隔をＷ２、最外側の切り起し４１，４４と伝熱フィン側端との間隔をそれぞれＷ３として、これらの間にＷ１＞Ｗ３＞Ｗ２の関係を待たせると共に、空気の流通方向における切り起しが設けられていない部分の累積幅をΣＷ（＝Ｗ１＋２・Ｗ２＋２・Ｗ３）としたとき、これらの間に０．２２＜Ｗ１／ΣＷ＜０．４４の関係を持たせている。
【００１７】
図４（ａ）は切り起し４１，４２，４３，４４の形状を説明するために示した、切り起し４２の縦断面図であり、図４（ｂ）は伝熱フィン１１Ａに設けたフィンカラー５１に伝熱管２１を貫通させた縦断面図で、フィンカラー径Ｄで絞り加工した部分の先端がフランジ状に拡げられ、このフィンカラー５１を介して伝熱フィン１１Ａ〜１ｎＡが積層される。
【００１８】
図５は本実施形態と比較するために参考的に示した従来の熱交換器の伝熱フィン６１の概略構成図であり、伝熱管２１の周囲がフィンカラー５１によって覆われ、隣接する伝熱管との間に設けられる切り起し７１〜７５のうち、切り起し７３は伝熱管の中心どうしを結ぶ仮想線分ＣＬ上に形成され、その側方に切り起し７１，７２と、切り起し７４，７５とが配設されている。
【００１９】
以下、第１及び第２の実施形態に係る熱交換器の作用、効果について説明する。熱交換器が蒸発器として機能するとき、伝熱フィン上に空気との熱交換により、空気中の水蒸気がフィン面上にて結露し、ドレイン水となる。このとき、伝熱フィン６１及びフィンカラー５１上にあるドレイン水の多くは上から下へ伝わり、従来装置では図５に示したように、伝熱管２１若しくはフィンカラー５１の下方にドレイン水が集まる。ここで、フィンカラー５１の真下に切り起し７３が存在すると、フィンカラー５１と切り起し７３との間にドレイン水が溜まり、空気の流れを阻害して、通風抵抗増大の一因となる。また、ときには、フィンカラー５１と切り起し７３との間に溜まったドレイン水が気流に乗って飛散し、空気調和機外へ落ちてユーザから苦情を受けたりする場合がある。
【００２０】
通常、伝熱フィンには、ドレイン水が流れやすいように塗料を用いて親水化しているが、親水性の劣化や化学物質が付着して撥水化した伝熱フィンにおいては、より飛散しやすくなる。本実施形態のように、隣接する伝熱管の中心どうしを結ぶ仮想線分ＣＬ上を避けてその両側に切り起しを配置し、かつ、その間隔Ｗ１を他の切り起しの相互間隔Ｗ２、最外側の切り起しと伝熱フィン側端との間隔Ｗ３よりも広くすることによってドレイン水が溜まる割合を少なくすることができる。
【００２１】
なお、上記の間隔Ｗ１を広くするほどドレイン水は流れやすいが、あまり拡げすぎると伝熱管２１の周りの気流の剥離が生じて熱伝達率は低下する。図６は熱伝達率／通風抵抗と、空気の流通方向における切り起しが設けられていない部分の累積幅ΣＷに対する切り起しの相互間隔Ｗ１の比Ｗ１／ΣＷとの関係を実験によって確かめた線図であり、Ｗ１／ΣＷが０．２２以上で、０．４４以下の範囲に極大値を持つことが分かる。
【００２２】
かくして、第２の実施形態によれば、空気調和機内で伝熱フィンに付着するドレイン水を円滑に排水することによってドレイン水の空気調和機外への滴下や飛散を防止して信頼性の高い空気調和機の熱交換器を提供することができる。
【００２３】
図７は本発明に係る空気調和機の熱交換器の第３の実施形態を示し、特に、伝熱フィン１１Ａに設けられる切り起し４１，４２，４３，４４の立ち上がりの位置及びその傾斜の状態を説明するための図である。ここで、伝熱管の中心どうしを結ぶ仮想線分ＣＬに対して切り起し４１，４２と、切り起し４３，４４とが線対称に形成されている。このうち、切り起し４２，４３の各立ち上がり端部と，伝熱管２１の中心から仮想線分ＣＬに直交する仮想直交線分ＴＬとの距離をＬ１とし、切り起し４１，４４の各立ち上がり端部と，仮想直交線分ＴＬとの距離をＬ２としたとき、これらの間にＬ２＞Ｌ１の関係を持たせている。
【００２４】
また、フィンカラー５１に隣接する切り起し４１，４２，４３，４４の各立ち上がり部は、仮想線分ＣＬから遠くなるほど拡がるように傾斜している。すなわち、矢印Ａに示す風の流通方向に対して、切り起し４２，４３の傾斜角をαとし、切り起し４１，４４の傾斜角をβとするとき、α＜βの関係を持たせ、かつ、βを略３５度以下にしている。
【００２５】
以下、この第３の実施形態の作用、効果について説明することとする。通常、伝熱管の下流側は死水域となり、気流が淀み、伝熱的にはあまり有用な部分ではない。この死水域を小さくするために、これまでは、切り起しを伝熱管の周りに設け、気流を伝熱管の下流に回り込ませるようにしてきた。しかし、このような構成では通風抵抗が増大するため、空気調和機の風量を増加させる昨今においては、必ずしも効果的とはいえなかった。
【００２６】
本実施形態においては、仮想線分ＣＬから外側に設けられる切り起しほど、その立ち上がり端部と伝熱管の中心から引いた仮想直交線分ＴＬとの距離を小さくしたことにより、すなわち、Ｌ２＞Ｌ１とすることにより、各切り起しの立ち上がり部に隙間ができ、切り起しの立ち上がり部の周囲に空気流が剥離することなく流れやすくなる。切り起しの立ち上がり部の伝熱促進は、非常に高いため、切り起しの立ち上がり部の両側に十分な空気流が存在することは伝熱促進に有功である。
【００２７】
また、このとき、仮想線分ＣＬから伝熱フィン１１Ａの側端に近くなるに従って切り起し端部の角度を大きくする。すなわち、α＜βの関係を持たせる。このことは、伝熱管の下流にある程度気流を導くのに重要である。しかし、通風抵抗の増大を抑えるためにフィン端側の切り起し端部の角度βを略３５度以下にすべきである。
【００２８】
かくして、第３の実施形態によれば、空気調和機内で伝熱フィンに付着するドレイン水を円滑に排水すると同時に、通風抵抗を減少させて熱交換性能を向上させることのできる空気調和機の熱交換器を提供することができる。
【００２９】
なお、第３の実施形態では切り起し４１，４２，４３，４４は仮想線分ＣＬに対して線対称になっているが、これらが非対称に形成される場合にも本発明を適用することができる。
【００３０】
なおまた、上記第２、第３の各実施形態では空気の流通方向に２列の伝熱フィンを備えるものについて説明したが、１列又は３列以上のものにも適用することができる。さらにまた、第３の実施形態では伝熱管の配置方向に切り起しが連続して形成されている場合を例示したが、これらが２つ以上に分割されているものにも本発明を適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、空気調和機内で伝熱フィンに付着するドレイン水を円滑に排水し、熱交換効率の低下を防ぐと共に、信頼性の高い空気調和機の熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和機の熱交換器の第１の実施形態の構成を示す部分斜視図。
【図２】本発明に係る空気調和機の熱交換器の第２の実施形態を構成する伝熱フィンの平面図。
【図３】図２に示す伝熱フィンの詳細な構成を説明するために、その一部を拡大して示した平面図。
【図４】伝熱フィンの加工形状を説明するために示した切り起しの縦断面図及び伝熱フィンカラーに伝熱管を貫通させた縦断面図。
【図５】本実施形態と比較するために参考的に示した従来の熱交換器の伝熱フィンの概略構成を示す平面図。
【図６】第２の実施形態の作用、効果を説明するために、熱伝達率／通風抵抗と、空気の流通方向における切り起しが設けられていない部分の累積幅ΣＷに対する切り起しの相互間隔Ｗ１のとの関係を示した線図。
【図７】本発明に係る空気調和機の熱交換器の第３の実施形態を構成する伝熱フィンの平面図。
【符号の説明】
１　熱交換器
１１〜１ｎ，１１Ａ，１１Ｂ　伝熱フィン
２１，２２，３１，３２，６１　伝熱管
４１〜４４，７１〜７５　切り起し
５１　フィンカラー
ＣＬ　仮想線分
ＴＬ　仮想直交線分
【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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