(57)【要約】【課題】熱交換効率が高い熱交換器を提供すること。【解決手段】板状フィン１０、前記板状フィン１０に挿入され、気体の流れ方向と直角方向に複数段設けられた伝熱管１３を有する風上側熱交換器１１と風下側熱交換器１２とを備え、前記風上側熱交換器１１の板状フィンの幅寸法Ｌ１を、前記風下側熱交換器１２の板状フィンの幅寸法Ｌ２より大きく形成し、かつ、前記伝熱管１３の管外径Ｄ１を、７ｍｍ≦Ｄ１≦８．５ｍｍとしたことを特徴とする熱交換器で、各列の伝熱管が分担する熱流速が平均化するので、特に、気体の温度が低い場合に、１列目での着霜が少なくなり、熱交換器の効率を上げることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状フィン、前記板状フィンに挿入され、気体の流れ方向と直角方向に複数段設けられた伝熱管を有する風上側熱交換器と風下側熱交換器とを備え、前記風上側熱交換器の板状フィンの幅寸法Ｌ１を、前記風下側熱交換器の板状フィンの幅寸法Ｌ２より大きく形成し、かつ、前記伝熱管の管外径Ｄ１を、７ｍｍ≦Ｄ１≦８．５ｍｍとしたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
風上側熱交換器の板状フィンの幅Ｌ１は、Ｌ１／Ｄ１≦４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】
風上側熱交換器の板状フィン幅のＬ１は、Ｌ１／Ｄ１≧２としたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
風下側熱交換器の最下流側の伝熱管を、前記風下側熱交換器の板状フィンの幅方向の中心線よりも風下側に配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
板状フィンは、気体の流れ方向に向かって、山谷の起伏を繰り返す形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
板状フィンの山谷を形成する稜線に切り起こしを設けて開口部を形成したことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
板状フィンに切り起こしを設けて開口部を形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調機器や給湯機器等に使用される熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の熱交換器として、図７に示されるようなフィンチューブ型の熱交換器が一般的で、それは、フィン５１と、これに直角に挿入される伝熱管５２とから構成され、多くの場合、伝熱管５２は、フィン５１の中に等間隔で配置されている。このとき各伝熱管５２は、フィン５１の全幅５３を、気体の流れ方向に設けられた複数列の伝熱管５２の本数（列数）で除したフィン幅を分担しており、各伝熱管５２の分担フィン幅Ｆ１は等間隔となっている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３７２０２０８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の熱交換器の構成では、各伝熱管５２の分担フィン幅Ｆ１が等間隔のため、気体の温度が低い場合、特に１列目が着霜しやすく、熱交換効率が低下するという課題を有していた。また、空調機器の室外機や、二酸化炭素を冷媒とする給湯機用の熱交換器（蒸発器）等では、外径が７ｍｍより大きい伝熱管を使うこともあるため、この範囲の伝熱管の外径とフィン幅の関係が不明で、高効率の熱交換器が得難いという課題を有していた。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高効率な熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、板状フィン、前記板状フィンに挿入され、気体の流れ方向と直角方向に複数段設けられた伝熱管を有する風上側熱交換器と風下側熱交換器とを備え、前記風上側熱交換器の板状フィンの幅寸法Ｌ１を、前記風下側熱交換器の板状フィンの幅寸法Ｌ２より大きく形成し、かつ、前記伝熱管の管外径Ｄ１を、７ｍｍ≦Ｄ１≦８．５ｍｍとしたことを特徴とするもので、各列の伝熱管が分担する熱流速が平均化するので、特に、気体の温度が低い場合に、１列目での着霜が少なくなり、熱交換器の効率を上げることができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、熱交換効率が非常に高く、省エネ性に優れた熱交換器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
第１の発明は、板状フィン、前記板状フィンに挿入され、気体の流れ方向と直角方向に複数段設けられた伝熱管を有する風上側熱交換器と風下側熱交換器とを備え、前記風上側熱交換器の板状フィンの幅寸法Ｌ１を、前記風下側熱交換器の板状フィンの幅寸法Ｌ２より大きく形成し、かつ、前記伝熱管の管外径Ｄ１を、７ｍｍ≦Ｄ１≦８．５ｍｍとしたことを特徴とする熱交換器で、各列の伝熱管が分担する熱流速が平均化するので、特に、気体の温度が低い場合に、１列目での着霜が少なくなり、熱交換器の効率を上げることができる。
【０００８】
第２の発明は、特に、第１の発明の熱交換器の風上側のフィン幅Ｌ１と管外径Ｄ１との関係を、Ｌ１／Ｄ１≦４としたもので、熱交換器製造時の不具合を少なくしながら熱交換
器の熱交換量を高めて、高効率の熱交換器を提供できる。
【０００９】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の熱交換器の風上側のフィン幅Ｌ１と管外径Ｄ１との関係を、Ｌ１／Ｄ１≧２としたもので、フィン効率を上げて、熱交換器の熱交換量の低減を抑えつつ、少ない材料で熱交換器が製作できるので、製造コストの低減を図った熱交換器を提供できる。
【００１０】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の熱交換器の風下側熱交換器の最下流側の伝熱管を、前記風下側熱交換器の板状フィンの幅方向の中心線よりも風下側に配置したことを特徴とするもので、熱交換器をＬ型の形状に折り曲げるときにフィン倒れが少なくなるので、製造面でより高品質の熱交換器を作ることができる。
【００１１】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の熱交換器の板状フィンの形状を、気体の流れ方向に向かって、山谷の起伏を繰り返す形状とすることで、気体との熱交換効率を増加させることができる。
【００１２】
第６の発明は、特に、第５の発明の板状フィンの山谷を形成する稜線に切り起こしを設けて開口部を形成したもので、気体を乱流的にして熱交換効率を増加させることができる。
【００１３】
第７の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の板状フィンに切り起こしを設けて開口部を形成したもので、気体と板状フィンとの熱交換を促進させることができる。
【００１４】
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本発明が限定されるものではない。
【００１５】
（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構成図である。
【００１６】
図１において、本実施の形態における熱交換器は、風上側熱交換器１１と、風下側熱交換器１２から構成され、風上側熱交換器１１、風下側熱交換器１２のそれぞれは、一定間隔で多数平行に配された複数毎の板状フィン１０と、板状フィン１０に直角方向から挿入されるとともに外径寸法がＤ１の伝熱管１３を備えている。
【００１７】
また、風上側熱交換器１１の板状フィン１０のフィンの幅Ｌ１を、風下側熱交換器１２の板状フィン１０の幅Ｌ２よりも大きく設定している。また、伝熱管１３の外径Ｄ１を、７ｍｍ≦Ｄ１≦８．５ｍｍとしている。
【００１８】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。
【００１９】
まず、気体が風上側熱交換器１１に流入すると、熱の授受を行なった後、風下側熱交換器１２と熱の授受を行なう。このとき、風上側熱交換器１１、風下側熱交換器１２のそれぞれの板状フィン１０のフィン幅寸法の関係が、Ｌ１＞Ｌ２に設定されているので、各列の伝熱管１３が分担する交換熱量（熱流速）が平均化され、特に気体の温度が低い場合に起こりやすかった、１列目での着霜が起こりにくくなり、高効率に熱交換を行うことができる。
【００２０】
図２は、横軸にフィン幅と管外径の比（Ｌ１／Ｄ１）をとり、縦軸に形状から算出したフィン効率と、熱交換器にして実測した熱交換量の傾向を示した図である。本実施の形態は、図２に示すように、フィン幅／管外径が大きくなるほどフィン効率が低下している。
これはフィン幅が広くなるとフィンの端での熱交換量が減り、フィン全体の効率が低下するためである。一方で、熱交換量に注目すると、フィン幅が増えたことにより、熱交換量自体は増加した。
【００２１】
フィン幅を広くすると熱交換量は大きくなるが、フィン効率の低下、および、フィン製造時のフィン倒れなどの不具合が起こるので、風上側のフィン幅Ｌ１と管外径Ｄ１との関係を、Ｌ１／Ｄ１≦４とすることで、熱交換器製造時の不具合を少なくしながら熱交換器の熱交換量を高めて、高効率の熱交換器を提供できる。
【００２２】
また、フィン幅／管外径が小さくなるとフィン効率が上昇するが、熱交換量は低下している。Ｌ１／Ｄ１≧２とすることで、高いフィン効率を利用して熱交換器の熱交換量の低減を抑えつつ、少ない材料で熱交換器が製作できるので、製造コストの低減を図った熱交換器を提供できる。
【００２３】
図３は、熱交換器の風下側熱交換器の最後尾列の伝熱管配置図である。図３に示すように、風下側熱交換器１２の気体風下側の最後尾列の伝熱管１３を、板状フィン１０のフィン幅Ｌ２の中心線よりも気体風下側に配置したものである。空調機器の室外機や二酸化炭素を冷媒とする給湯機の蒸発器等では、熱交換器をＬ型に曲げて加工するが、このように、伝熱管１３を、風下側熱交換器１２の板状フィン１０のフィン幅Ｌ２の中心線よりも気体風下側に配置することにより、熱交換器をＬ型の形状に折り曲げるときに支持物（図示せず）によるフィン倒れが少なくなるので、製造面でより高品質の熱交換器を作ることができる。
【００２４】
図４（ａ）は、熱交換器の板状フィンの平面図、（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図４に示すように、風上側熱交換器１１、風下側熱交換器１２のそれぞれの板状フィン１０に、気体の流れ方向に向かって、山谷の起伏を繰り返すように稜線２１を設けたものである。これによれば、板状フィン１０に、稜線２１を有する起伏を設けることにより、気体との熱交換量を増加させ、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
【００２５】
図５（ａ）は熱交換器の板状フィンの平面図、（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。図５に示すように、板状フィン１０の稜線２１に切り起こしを設けて開口部２２を複数形成したものである。上記構成により、気体との熱交換量を増加させ、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
【００２６】
図６（ａ）は、熱交換器の板状フィンの平面図、（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。図６に示すように、板状フィン１０に切り起こしを設けて開口部２３を形成したものである。上記構成により、気体との熱交換量を増加させ、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上のように、本発明にかかる熱交換器は、流動する気体と高い熱交換性能を有するので、高効率な熱交換が必要な産業用・家庭用の空調機器や給湯機等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の構成図
【図２】同フィン効率と熱交換量の特性図
【図３】同熱交換器の風下側熱交換器の最後尾列の伝熱管配置図
【図４】（ａ）同熱交換器の板状フィンの平面図（ｂ）図４（ａ）のＡ−Ａ’断面図
【図５】（ａ）同他の熱交換器の板状フィンの平面図（ｂ）図５（ａ）のＢ−Ｂ’断面図
【図６】（ａ）同他の熱交換器の板状フィンの平面図（ｂ）図６（ａ）のＣ−Ｃ’断面図
【図７】従来の熱交換器の図
【符号の説明】
【００２９】
１０  板状フィン
１１  風上側熱交換器
１２  風下側熱交換器
１３  伝熱管
２１  稜線
２２  稜線開口部
２３  開口部
Ｌ１、Ｌ２  フィン幅
Ｆ５  分担フィン幅
Ｄ１  管外径
【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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