(57)【要約】【課題】パラレルフロー型熱交換器において、霜の付き具合を均一化し、霜で目詰まり状態となる時期を延ばす。【解決手段】熱交換器１は、垂直方向に間隔を置いて平行に配置された水平なヘッダパイプ２、３と、ヘッダパイプ２、３の間に水平方向に間隔を置いて複数配置され、各々内部の冷媒通路５をヘッダパイプの内部に連通させた垂直な偏平チューブ４と、偏平チューブ４間に配置されたコルゲートフィン６を備える。コルゲートフィン６は風上側コルゲートフィン６Ｕと風下側コルゲートフィン６Ｄに区分され、風下側コルゲートフィン６Ｄの熱交換能力は風上側コルゲートフィン６Ｕの熱交換能力よりも大とされている。風下側コルゲートフィン６Ｄの山−谷ピッチＰ２を風上側コルゲートフィン６Ｕの山−谷ピッチＰ１より小とすることにより、熱交換能力に差をつけることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を置いて平行に配置された２本の水平なヘッダパイプと、前記２本のヘッダパイプの間に所定ピッチで複数配置され、内部に設けた垂直な冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた垂直な偏平チューブと、前記偏平チューブ間に配置されたコルゲートフィンとを備えた熱交換器において、
前記コルゲートフィンを風上側コルゲートフィンと風下側コルゲートフィンに区分し、前記風下側コルゲートフィンの熱交換能力を前記風上側コルゲートフィンの熱交換能力よりも大としたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記風下側コルゲートフィンの山−谷ピッチを前記風上側コルゲートフィンの山−谷ピッチより小とすることにより、前記熱交換能力の差を生じさせ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】
空気の流れ方向における前記風上側コルゲートフィンの長さよりも、同方向における前記風下側コルゲートフィンの長さを大とすることにより、前記熱交換能力の差を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記風上側コルゲートフィンのフィン表面は風下側に向かい下り勾配となっており、前記風下側コルゲートフィンのフィン表面は風下側に向かい上り勾配になっていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記風上側コルゲートフィンの勾配よりも、前記風下側コルゲートフィンの勾配が急であることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記風上側コルゲートフィンの風上側端部が、前記偏平チューブの風上側端部からはみ出していることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパラレルフロー型の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
２本のヘッダパイプの間に複数の偏平チューブを配置して偏平チューブ内部の冷媒通路をヘッダパイプの内部に連通させるとともに、偏平チューブ間にコルゲートフィンを配置したパラレルフロー型の熱交換器はカーエアコンなどに広く利用されている。その例を特許文献１、２に見ることができる。
【０００３】
特許文献１記載の熱交換器は、ヘッダパイプが水平に配置され、偏平チューブが垂直に配置されており、コルゲートフィンは熱交換器の奥行き方向中央部を底とする谷型形状とされている。コルゲートフィンの谷底部分で偏平チューブに接合する箇所には貫通穴が設けられ、除霜運転を行って熱交換器に付着した霜を溶かすと、霜が溶けた水は貫通穴から排水される。
【０００４】
特許文献２記載の熱交換器は、偏平チューブの少なくとも前後一方の端面が上下に亘ってコルゲートフィン端部より突出している。あるいは、偏平チューブの少なくとも前後一方の端面からコルゲートフィン端部が突出している。
【特許文献１】特開２００５−２４１８７号公報
【特許文献２】特開２００４−１７７０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パラレルフロー型熱交換器を蒸発器として使用すると、周囲の空気温度条件や、運転条件によっては、偏平チューブやコルゲートフィンに霜が付着する。本発明は、霜の付き具合を均一化して、霜で目詰まり状態となる時期を延ばすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明は、間隔を置いて平行に配置された２本の水平なヘッダパイプと、前記２本のヘッダパイプの間に所定ピッチで複数配置され、内部に設けた垂直な冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた垂直な偏平チューブと、前記偏平チューブ間に配置されたコルゲートフィンとを備えた熱交換器において、前記コルゲートフィンを風上側コルゲートフィンと風下側コルゲートフィンに区分し、前記風下側コルゲートフィンの熱交換能力を前記風上側コルゲートフィンの熱交換能力よりも大としたことを特徴としている。
【０００７】
熱交換能力が高ければそれだけ空気中の水分を霜にしやすい。上記構成では、着霜を生じやすい領域が風下側にシフトしているので、コルゲートフィンを通過する空気から見れば、含有水分量の多いうちに熱交換能力比較的小の風上側コルゲートフィンを通り、含有水分量が減ってから熱交換能力比較的大の風下側コルゲートフィンを通ることになり、風上側コルゲートフィンにおける着霜と風下側コルゲートフィンにおける着霜はバランスのとれたものになる。その結果、風上側に着霜が集中するといった事態が避けられ、霜で目詰まり状態となる時期が延びるので、除霜運転のインターバルを長くとることができ、稼働効率が向上する。
【０００８】
上記構成の熱交換器において、前記風下側コルゲートフィンの山−谷ピッチを前記風上側コルゲートフィンの山−谷ピッチより小とすることにより、前記熱交換能力の差を生じさせることが好ましい。
【０００９】
このような構成によると、コルゲートフィンのサイズを大きくすることなく、風下側コルゲートフィンの熱交換能力を風上側コルゲートフィンの熱交換能力よりも大とすることができる。
【００１０】
上記構成の熱交換器において、空気の流れ方向における前記風上側コルゲートフィンの長さよりも、同方向における前記風下側コルゲートフィンの長さを大とすることにより、前記熱交換能力の差を生じさせることが好ましい。
【００１１】
このような構成によると、コルゲートフィンの通風抵抗に大きな影響を与えることなく、風下側コルゲートフィンの熱交換能力を風上側コルゲートフィンの熱交換能力よりも大とすることができる。
【００１２】
上記構成の熱交換器において、前記風上側コルゲートフィンのフィン表面は風下側に向かい下り勾配となっており、前記風下側コルゲートフィンのフィン表面は風下側に向かい上り勾配になっていることが好ましい。
【００１３】
このような構成によると、水平にコルゲートフィンを配置した場合よりも、熱交換器全体としての熱交換効率が向上する。
【００１４】
上記構成の熱交換器において、前記風上側コルゲートフィンの勾配よりも、前記風下側コルゲートフィンの勾配が急であることが好ましい。
【００１５】
このような構成によると、風下側コルゲートフィンの空気抵抗が大きくなり、風下側コルゲートフィンの熱交換効率が向上する。
【００１６】
上記構成の熱交換器において、前記風上側コルゲートフィンの風上側端部が、前記偏平チューブの風上側端部からはみ出していることが好ましい。
【００１７】
このような構成によると、流れる空気は偏平チューブに接触する前に風上側コルゲートフィンに接触するので、偏平チューブへの着霜を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、偏平チューブやコルゲートフィンの風上側と風下側とで霜の付き具合を均一化し、霜で目詰まり状態となる時期を延ばすことができる。そしてこれにより除霜運転のインターバルを長くとり、稼働効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の第１実施形態を図１から図７に基づき説明する。図１は熱交換器の概略構造を示す模型的垂直断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図、図３は拡大部分水平断面図、図４は図３のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図、図５は図３のＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図、図６はひと揃いの偏平チューブとコルゲートフィンの斜視図、図７はひと揃いの偏平チューブとコルゲートフィンの側面図である。
【００２０】
熱交換器１は、２本の水平なヘッダパイプ２、３を上下に間隔を置いて平行に配置し、ヘッダパイプ２、３の間に垂直な偏平チューブ４を所定ピッチで複数配置する。偏平チューブ４はアルミニウム等熱伝導の良い金属を押出成型した細長い成型品であり、内部には冷媒を流通させる冷媒通路５が形成されている。偏平チューブ４は押出成型方向を垂直にする形で配置されるので、冷媒通路５の冷媒流通方向も垂直になる。各冷媒通路５はヘッダパイプ２、３の内部に連通する。なお図１において紙面上側が垂直方向の上側、紙面下側が垂直方向の下側であり、上側のヘッダパイプ２と下側のヘッダパイプ３の間に複数の偏平チューブ４が長手方向を垂直にして所定ピッチで配置された構成となっている。
【００２１】
ヘッダパイプ２、３と偏平チューブ４は溶着により固定される。冷媒通路５は図３及び図６に示すように断面形状及び断面面積の等しいものが複数個並び、そのため偏平チューブ４はハーモニカのような断面を呈している。偏平チューブ４同士の間にはコルゲートフィン６が配置される。偏平チューブ４とコルゲートフィン６は溶着により固定される。偏平チューブ４の他、ヘッダパイプ２、３及びコルゲートフィン６も熱伝導の良い金属（例えば、アルミニウム）からなる。
【００２２】
ヘッダパイプ２、３の間に多数の偏平チューブ４を設け、偏平チューブ４間にコルゲートフィン６を設けた構造であるから、熱交換器１の放熱（吸熱）面積は大きく、効率的に熱交換を行うことができる。下側のヘッダパイプ３の一端には冷媒流入口７が設けられ、上側のヘッダパイプ２の一端には、冷媒流入口７と対角をなす位置に冷媒流出口８が設けられている。
【００２３】
続いてコルゲートフィン６の構造を図２、図３、図６、及び図７に基づき説明する。図２、図３、及び図７では紙面左側が風上側、紙面右側が風下側であり、図６では紙面左手前側が風上側、紙面右奥側が風下側となる。
【００２４】
図２及び図３に示すように、コルゲートフィン６は風上側コルゲートフィン６Ｕと風下側コルゲートフィン６Ｄに区分され、それぞれが偏平チューブ４に溶着されている。風上側コルゲートフィン６Ｕはフィン表面が風下側に向かい下り勾配となっている。風下側コルゲートフィン６Ｄはフィン表面が風下側に向かい上り勾配となっている。風上側コルゲートフィン６Ｕの下り勾配と風下側コルゲートフィン６Ｄの上り勾配は同じ角度である。空気の流れ方向における風上側コルゲートフィン６Ｕと風下側コルゲートフィン６Ｄの長さは互いに等しい。
【００２５】
図２及び図４、５に示すように、風下側コルゲートフィン６Ｄの山−谷ピッチは風上側コルゲートフィン６Ｕの山−谷ピッチより小さい。すなわち風下側コルゲートフィン６Ｄの山−谷ピッチＰ２は風上側コルゲートフィン６Ｕの山−谷ピッチＰ１の１／２となっている。なお風下側コルゲートフィン６Ｄの山−谷ピッチＰ２が風上側コルゲートフィン６Ｕの山−谷ピッチＰ１の１／２というのは一つの設計例であって、発明の内容を規定するものではない。
【００２６】
風上側コルゲートフィン６Ｕと風下側コルゲートフィン６Ｄは密着するのでなく、風上側コルゲートフィン６Ｕの風下側端部と風下側コルゲートフィン６Ｄの風下側端部との間に間隙９が生じるように配置されている。風上側コルゲートフィン６Ｕの風下側端部と風下側コルゲートフィン６Ｄの風上側端部を突き合わせて部分的に接触させることにより、接触部以外の箇所に間隙９を生じさせる構成であっても構わない。間隙９は、風上側コルゲートフィン６Ｕの風下側端部に付着した水滴と風下側コルゲートフィン６Ｄの風上側端部に付着した水滴の合体が生じ得る大きさに設定されている。
【００２７】
図示しないファンで送風を行いつつ熱交換器１に冷媒を流すと、熱交換器１を蒸発器として使用する運転モードの場合（例えば、室内機と室外機とからなるセパレート型空気調和機の室外機で熱交換器１を用い、暖房運転を行うと、熱交換器１は蒸発器として作用する）、熱交換器１は空気から温熱を奪い、逆に冷熱を空気中に放出する。風上側コルゲートフィン６Ｕと風下側コルゲートフィン６Ｄのフィン表面にはそれぞれ勾配がついているので、コルゲートフィンに勾配をつけずに水平とした場合に比べると、コルゲートフィン６全体として空気の流れ方向に長く延びる形で存在することになり、高い熱交換性能を得ることができる。
【００２８】
風上側コルゲートフィン６Ｕと風下側コルゲートフィン６Ｄを比較した場合、風下側コルゲートフィン６Ｄは山−谷ピッチＰ２が小さいので風上側コルゲートフィン６Ｕよりも表面積が大きく、それだけ熱交換能力が大きい。
【００２９】
空気から温熱を奪う運転を続けていると、風上側コルゲートフィン６Ｕの表面にも風下側コルゲートフィン６Ｄの表面にも、また偏平チューブ４の表面にも、空気中の水分が結露する。当初は微細だった水滴が結集して大きな水滴になると、それは風上側コルゲートフィン６Ｕまたは風下側コルゲートフィン６Ｄの勾配面を伝って流下し、間隙９に達する。間隙９が広ければ、水滴は風上側コルゲートフィン６Ｕの風下側端部または風下側コルゲートフィン６Ｄの風上側端部でブリッジ現象を生じるだけに終わる。しかしながら間隙９は風上側コルゲートフィン６Ｕの風下側端部に付着した水滴と風下側コルゲートフィン６Ｄの風上側端部に付着した水滴の合体が生じ得る大きさに設定されているので、風上側コルゲートフィン６Ｕの水滴と風下側コルゲートフィン６Ｄの水滴は、間隙９で出会うと互いに表面張力を破壊し合って合体し、ブリッジ現象を生じることなく間隙９から流れ出る。
【００３０】
熱交換器１を蒸発器として使用する運転モード（熱交換器１が室外空気から温熱を奪う運転モード）において、周囲の空気温度条件や、運転条件によっては、偏平チューブ４やコルゲートフィン６の表面に空気中の水分が霜として付着する場合がある。時間が経つにつれ霜は厚みを増し、熱交換性能を低下させるので、時々は除霜運転を行って霜を溶かさねばならない。霜が溶けた除霜水も、間隙９で出会うと互いに表面張力を破壊し合って合体し、ブリッジ現象を生じることなく間隙９から流れ出る。このため、除霜運転から通常運転に復帰したとき、排水されないまま残留した水滴が凍結して熱交換性能を損なうということがない。
【００３１】
空気中の水分が霜となってコルゲートフィン６に付着する場合、コルゲートフィン６を通過する空気は、含有水分量の多いうちに熱交換能力比較的小の風上側コルゲートフィン６Ｕを通り、含有水分量が減ってから熱交換能力比較的大の風下側コルゲートフィン６Ｄを通るので、風上側コルゲートフィン６Ｕにおける着霜と風下側コルゲートフィン６Ｄにおける着霜はバランスのとれたものになる。その結果、風上側に着霜が集中するといった事態が避けられ、霜で目詰まり状態となる時期が延びるので、除霜運転のインターバルを長くとることができ、稼働効率が向上する。
【００３２】
また、風下側コルゲートフィン６Ｄの山−谷ピッチＰ２を風上側コルゲートフィン６Ｕの山−谷ピッチＰ１より小とすることにより、コルゲートフィン６のサイズを大きくすることなく、風下側コルゲートフィン６Ｄの熱交換能力を風上側コルゲートフィン６Ｕの熱交換能力よりも大とすることができる。
【００３３】
風上側コルゲートフィン６Ｕの下り勾配と風下側コルゲートフィン６Ｄの上り勾配は５°〜４０°の範囲で選択することができる。勾配が急になると、熱交換面積が増え、排水しやすくなる一方、空気の流通に対しては抵抗となるので、実験を通じて適切な値を決めるとよい。その他、偏平チューブ４同士の間隔が５．５mm、偏平チューブ４の厚みが１．３mm、空気の流れ方向における風上側コルゲートフィン６Ｕと風下側コルゲートフィン６Ｄの水平方向長さがそれぞれ１８mm、風上側コルゲートフィン６Ｕと風下側コルゲートフィン６Ｄのそれぞれの山−谷ピッチが２mm〜３mm、間隙９の大きさが最大０．５mmといった数値を例示することができる。言うまでもないが、これらの数値は単なる例示であり、発明の内容を規定するものではない。
【００３４】
続いて本発明のその他の実施形態を説明する。
【００３５】
本発明の第２実施形態を図８に示す。図８は図２と同様の断面図である。図８では紙面左側が風上側、紙面右側が風下側となる。
【００３６】
第２実施形態が第１実施形態と異なる点は風上側コルゲートフィン６Ｕの長さである。
すなわち風上側コルゲートフィン６Ｕの空気の流れ方向における長さは第１実施形態よりも長く、風上側コルゲートフィン６Ｕの風上側端部は偏平チューブ４の風上側端部からはみ出している。
【００３７】
上記のように構成すると、流れる空気は偏平チューブ４に接触する前に風上側コルゲートフィン６Ｕに接触してそこで着霜を生じるので、偏平チューブ４への着霜を少なくすることができる。
【００３８】
風上側コルゲートフィン６Ｕが長くなり、少し面積が増えたとは言え、風上側コルゲートフィン６Ｕの熱交換能力が風下側コルゲートフィン６Ｄの熱交換能力を上回るには至らない。そのため、風上側コルゲートフィン６Ｕにおける着霜と風下側コルゲートフィン６Ｄにおける着霜のバランスはほぼ第１実施形態と同様に維持される。
【００３９】
本発明の第３実施形態を図９に示す。図９は図２と同様の断面図である。図９では紙面左側が風上側、紙面右側が風下側となる。
【００４０】
第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、風上側コルゲートフィン６Ｕと風下側コルゲートフィン６Ｄの空気の流れ方向における長さの比率である。すなわち第３実施形態では、空気の流れ方向における長さを比較した場合、風下側コルゲートフィン６Ｄの方が風上側コルゲートフィン６Ｕよりも大となっている。
【００４１】
上記のように空気の流れ方向における風上側コルゲートフィン６Ｕと風下側コルゲートフィン６Ｄの長さの比率を変えると、コルゲートフィン６の通風抵抗に大きな影響を与えることなく、風下側コルゲートフィン６Ｄの熱交換能力を風上側コルゲートフィン６Ｕの熱交換能力よりも大とすることができる。この構成は、山−谷ピッチの違いで既に風下側コルゲートフィン６Ｄの熱交換能力の方が風上側コルゲートフィン６Ｕの熱交換能力よりも大となっている状態では、その熱交換能力の差を拡大するのに役立つ。
【００４２】
本発明の第４実施形態を図１０と図１１に示す。図１０はひと揃いの偏平チューブとコルゲートフィンの斜視図、図１１はひと揃いの偏平チューブとコルゲートフィンの側面図である。なお、図１０では紙面左手前側が風上側、紙面右奥側が風下側となり、図１１では紙面左側が風上側、紙面右側が風下側となる。
【００４３】
第４実施形態が第１実施形態と異なる点は、風上側コルゲートフィン６Ｕの山−谷ピッチと風下側コルゲートフィン６Ｄの山−谷ピッチが同じであり、且つ、風上側コルゲートフィン６Ｕの下り勾配よりも、風下側コルゲートフィン６Ｄの上り勾配の方が急になっている点である。このように構成することにより、風下側コルゲートフィン６Ｄの空気抵抗が大きくなり、風下側コルゲートフィン６Ｄの熱交換効率が向上する。
【００４４】
上記各実施形態において、風上側コルゲートフィン６Ｕと風下側コルゲートフィン６Ｄはそれぞれ勾配を有する構成となっていたが、風上側コルゲートフィン６Ｕと風下側コルゲートフィン６Ｄが勾配ゼロ、すなわち水平である場合にも本発明は適用可能である。
【００４５】
以上、本発明の各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】
本発明はパラレルフロー型熱交換器に広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】熱交換器の概略構造を示す模型的垂直断面図
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図
【図３】熱交換器の拡大部分水平断面図
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図
【図５】図３のＣ−Ｃ線に沿って切断した断面図
【図６】ひと揃いの偏平チューブとコルゲートフィンの斜視図
【図７】ひと揃いの偏平チューブとコルゲートフィンの側面図
【図８】第２実施形態に係る図２と同様の断面図
【図９】第３実施形態に係る図２と同様の断面図
【図１０】第４実施形態に係る図６と同様の斜視図
【図１１】第４実施形態に係る図７と同様の側面図
【符号の説明】
【００４８】
１    熱交換器
２、３  ヘッダパイプ
４    偏平チューブ
５    冷媒通路
６    コルゲートフィン
６Ｕ  風上側コルゲートフィン
６Ｄ  風下側コルゲートフィン
【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】
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【図９】
2009092316.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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