(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を冷媒が流動する連結された冷媒回路を構成する複数列で少なくとも１０段以上の複数段の伝熱管群と、前記伝熱管群が挿入され、その間を気流が流動する多数のフィンより成り、伝熱管の配管は気流に対して風下側の列に冷媒入り口伝熱管を設け、風上側の列に冷媒出口伝熱管を設けて構成され、前記冷媒入り口伝熱管と前記冷媒出口伝熱管との列間にある前記フィンの段方向にのみ、少なくとも高温のガス冷媒が流れる伝熱管と低温の過冷却液が流れる伝熱管との間の熱伝導を遮断するように複数段連続して切断される切断部を、複数段の切断されない部分を残して設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
伝熱管の列ピッチＰｒと段ピッチＰｈとの比がＰｒ／Ｐｈ≦０．７に配列された請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
フィンには切り起こしが設けられ、切り起こしの占有面積Ａｓと全フィン面積Ａｆとの比がＡｓ／Ａｆ≦０．３である請求項１記載の熱交換器。
【請求項４】
切断部の長さＬは冷媒出口伝熱管から冷媒の流れの反対方向に向けてＬ≧Ｐｈ×４である請求項１記載の熱交換器。
【請求項５】
少なくとも１回以上折り曲げられ、下向き端部は列間に切断部を設けていないことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空調・冷凍用に使用され、冷媒と空気などの流体間で熱の授受を行う熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱交換器としては特開平８−５４１９４号公報に示されているものがある。以下、図面を参照しながら上記従来の熱交換器を説明する。
【０００３】
図５は従来の熱交換器のフィンの平面図である。図５において１はフィン２に挿入されて密着された伝熱管で、内部を冷媒が流動する。
【０００４】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作を説明する。
伝熱管１の内部には冷媒が流動しており、熱交換器が凝縮器として用いられる際に伝熱管１ａ，１ｃ，１ｅより高温のガス冷媒が流入し、気流５と熱交換しながら、伝熱管１ｂ，１ｄ，１ｆより低温の液冷媒となって流出する。ここで冷媒の有する熱は伝熱管１、フィン２、伝熱管１へと順次伝えられる。そこで伝熱管１ａと１ｂ、伝熱管１ｃ，１ｄ、伝熱管１ｅ，１ｆとの列間にはフィン２に切断部３を設けて、冷媒出入り口伝熱管１間の熱伝導を防止している。これによって熱交換器から流出する冷媒を所定の温度まで低くするための伝熱管１の長さを短くできる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成は切断部３の長さが短く、例えば、冷媒出口伝熱管１ｄは比較的高温の中間伝熱管１ｉから熱を奪って伝熱管１ｄ内を流動する冷媒の温度低下を妨げている。また、切断部３の長さを十分に長くした場合にはフィン２の大部分で列間を切断することとなり、フィン効率を低下させるために熱交換性能が低下する。
【０００６】
本発明は従来の課題を解決するもので、熱交換器から流出する冷媒を所定の温度まで低くするための伝熱管長さを著しく短くでき、かつ、フィン効率の低下を抑えて熱交換性能を大幅に向上できる熱交換器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は、内部を冷媒が流動する連結された冷媒回路を構成する複数列で少なくとも１０段以上の複数段の伝熱管群と、前記伝熱管群が挿入され、その間を気流が流動する多数のフィンより成り、伝熱管の配管は気流に対して風下側の列に冷媒入り口伝熱管を設け、風上側の列に冷媒出口伝熱管を設けて構成され、前記冷媒入り口伝熱管と前記冷媒出口伝熱管との列間にある前記フィンの段方向にのみ、少なくとも高温のガス冷媒が流れる伝熱管と低温の過冷却液が流れる伝熱管との間の熱伝導を遮断するように複数段連続して切断される切断部を、複数段の切断されない部分を残して設けたのである。
【０００８】
これにより、冷媒を所定の温度まで低くするための伝熱管長さを著しく短くでき、かつ、フィン効率の低下を抑えて熱交換性能を向上できる。
【０００９】
また、本発明は、伝熱管の列ピッチＰｒと段ピッチＰｈとの比がＰｒ／Ｐｈ≦０．７に配列させたのである。
【００１０】
これにより、冷媒を所定の温度まで低くするための伝熱管長さを著しく短くでき、かつ、フィン効率の低下を抑えて、薄型の熱交換器で熱交換性能を大幅に向上できる。
【００１１】
また、本発明は、フィンに切り起こしが設けられ、切り起こしの占有面積Ａｓと全フィン面積Ａｆとの比がＡｓ／Ａｆ≦０．３としたのである。
【００１２】
これにより、冷媒を所定の温度まで低くするための伝熱管長さを著しく短くでき、かつ、フィン効率の低下を抑えて、低圧力損失で熱交換性能を大幅に向上できる。
【００１３】
また、本発明は、切断部の長さＬは冷媒出口伝熱管から冷媒の流れの反対方向に向けてＬ≧Ｐｈ×４としたのである。
【００１４】
これにより、冷媒を非常に低い所定の温度まで低くするための伝熱管長さを著しく短くでき、かつ、フィン効率の低下を抑えて熱交換性能を大幅に向上できる。
【００１５】
また、本発明の熱交換器は少なくとも１回以上折り曲げられ、下向き端部は列間に切断部を設けないとしたのである。
【００１６】
これにより、小さいスペースに大きな体積の熱交換器を収納でき、冷媒を所定の温度まで低くするための伝熱管長さを著しく短くでき、かつ、フィン効率の低下を抑えて、熱交換性能を大幅に向上できるとともに、この熱交換器を蒸発器として用いる際には、フィン表面への結露水が列間の切断部により阻害されず、なめらかに落下するために、低圧力損失にできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、
内部を冷媒が流動する連結された冷媒回路を構成する複数列で少なくとも１０段以上の複数段の伝熱管群と、前記伝熱管群が挿入され、その間を気流が流動する多数のフィンより成り、伝熱管の配管は気流に対して風下側の列に冷媒入り口伝熱管を設け、風上側の列に冷媒出口伝熱管を設けて構成され、前記冷媒入り口伝熱管と前記冷媒出口伝熱管との列間にある前記フィンの段方向にのみ、少なくとも高温のガス冷媒が流れる伝熱管と低温の過冷却液が流れる伝熱管との間の熱伝導を遮断するように複数段連続して切断される切断部を、複数段の切断されない部分を残して設けたものであり、冷媒入り口伝熱管と冷媒出口伝熱管を近接させて、その列間のみをフィンを熱的に遮断したことで、最小限の切断部長さで温度の著しく異なる伝熱管間の熱伝導を遮断でき、その他の切断されていない部分を多くとることで、フィン効率の低下を最小限に抑えることができるため、冷媒を所定の温度まで低くするための伝熱管長さを著しく短くでき、熱交換性能を向上できる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに、伝熱管の列ピッチＰｒと段ピッチＰｈとの比がＰｒ／Ｐｈ≦０．７に配列されたものであり、伝熱管が高密度に配列された薄型の熱交換器において冷媒を所定の温度まで低くするための伝熱管長さを著しく短くでき、熱交換性能を向上できる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに、フィンには切り起こしが設けられ、切り起こしの占有面積Ａｓと全フィン面積Ａｆとの比がＡｓ／Ａｆ≦０．３であるものであり、切り起こしが多い場合にはフィンの熱伝達率が向上するとともに、気流の圧力損失が増大する。従って、切り起こしの占有面積はある一定量以上に増やさないのが望ましい。また、切り起こしが多い場合には切り起こしのための切断部が多くなりフィン効率が低下する。従って温度差の異なる伝熱管間の熱伝導は切り起こしによって阻害され、列間に切断部を設けることによるフィン効率の低下率も少なくなる。従って、切り起こしの占有面積を前記の通り一定量以下とし、前記入り口伝熱管及び前記出口伝熱管の列間にのみに連続した切断部を設けることで、気流の圧力損失を小さく、熱交換性能も向上できる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに、切断部の長さＬは冷媒出口伝熱管から冷媒の流れの反対方向に向けてＬ≧Ｐｈ×４としたものであり、凝縮器として用いる場合に冷媒が過冷却液となる領域を列間で切断することで、過冷却液全域への熱の流入を防止できるため、さらに熱交換性能を向上できる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明に、さらに、少なくとも１回以上折り曲げられ、下向き端部は列間に切断部を設けていないとしたものであり、熱交換器を蒸発器として用いた場合には、下向き端部において結露水の排出を列間の切断部で阻害することがないため、気流の圧力損失の増大を抑えて、凝縮器として用いる場合も、蒸発器として用いる場合も熱交換性能を向上できる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明による熱交換器の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施例によるフィンの平面図である。図２は、同実施例の熱交換器の斜視図である。図３は同実施例の冷媒回路図である。
【００２４】
図１，図２において、１１は伝熱管で、段ピッチＰｈと列ピッチＰｒによって２列１４段に配列され、図３に示す通り冷媒回路を構成している。１１ａ，１１ｂは冷媒入り口伝熱管で気流１５に対して後列側にある。１１ｃは冷媒出口伝熱管で気流１５に対して前列側にある。
【００２５】
１２は伝熱管１１が挿入密着されたフィンで、伝熱管１１ａ，１１ｂと１１ｃとの間に連続した切断部１３を長さＬ≒Ｐｈ×６で設けている。またフィン１２には切り起こし１４をフィン１２の面積Ａｆに対して切り起こし１４の占有面積ＡｓがＡｓ／Ａｆ＝０．１７で設けている。
【００２６】
１６は熱交換器で、主にはフィン１２と伝熱管１１で構成されており、略Λ状に折り曲げ、切り離している。
【００２７】
以上のように構成された熱交換器１６について、以下その動作を説明する。
まず、熱交換器１６が凝縮器として用いられる場合について説明する。
【００２８】
伝熱管１１ａ，１１ｂから流入した高温高圧ガス冷媒はフィン１２を介して気流１５に放熱しながら、ほぼ一定温度の気液二相冷媒、低温の過冷却液冷媒となって伝熱管１１ｃから流出する。このとき、冷媒は伝熱管１１ｄから伝熱管１１ｃの間で過冷却液となっている。
【００２９】
このとき、フィン１２には切り起こし１４を設けているために、フィン効率を著しく低下させることなく、かつ、気流１５の圧力損失を著しく増大させることなく、効率よく熱交換性能を向上させている。また、切断部１３によって、高温のガス冷媒が流れる伝熱管１１ａ，１１ｂと低温の過冷却液伝熱管１１ｄ〜１１ｃの間の熱伝導を遮断できるため、冷媒を所定の温度まで低くするための伝熱管１１の長さを著しく短くでき、熱交換性能を向上できる。その他の切断されていない部分を多くとることで、フィン効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００３０】
また、段ピッチＰｈと列ピッチＰｒとの比がＰｒ／Ｐｈ＝０．６であるために薄型の熱交換器１６を構成できている。ここで、特開平２−１６６３９４号公報に示された、列間を切断した場合のフィン効率についての特性図を図４に示す。図に示す通り、Ｐｒ／Ｐｈ≦０．７以下の場合に列間を分断するとフィン効率が大きく低下する。従って本実施例では冷媒温度のほぼ同じ伝熱管１１間では列間を切断することなく、フィン効率の低下を防止しているために、この部分での熱交換性能の低下がない。
【００３１】
つぎに、熱交換器１６が蒸発器として用いられる場合について説明する。
気流１５が冷却されながらフィン１２の表面に付着した結露水は熱交換器１６の下方向に落下する。本実施例においては、フィン１２の両下端部近傍は列間に切断部１３を設けていないために、結露水の上方よりの落下を妨げることがなく、気流１５の圧力損失を最小限に抑えることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明は、内部を冷媒が流動する連結された冷媒回路を構成する複数列で少なくとも１０段以上の複数段の伝熱管群と、前記伝熱管群が挿入され、その間を気流が流動する多数のフィンより成り、伝熱管の配管は気流に対して風下側の列に冷媒入り口伝熱管を設け、風上側の列に冷媒出口伝熱管を設けて構成され、前記冷媒入り口伝熱管と前記冷媒出口伝熱管との列間にある前記フィンの段方向にのみ、少なくとも高温のガス冷媒が流れる伝熱管と低温の過冷却液が流れる伝熱管との間の熱伝導を遮断するように複数段連続して切断される切断部を、複数段の切断されない部分を残して設けたものであり、冷媒を所定の温度まで低くするための伝熱管長さを著しく短くでき、熱交換性能を向上できる。
【００３３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、伝熱管の列ピッチＰｒと段ピッチＰｈとの比がＰｒ／Ｐｈ≦０．７に配列されたものであり、伝熱管が高密度に配列された薄型の熱交換器において熱交換性能を向上できる。
【００３４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、フィンには切り起こしが設けられ、切り起こしの占有面積Ａｓと全フィン面積Ａｆとの比がＡｓ／Ａｆ≦０．３であるものであり、気流の圧力損失も小さく、熱交換性能も向上できる。
【００３５】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、切断部の長さＬは冷媒出口伝熱管から冷媒の流れの反対方向に向けてＬ≧Ｐｈ×４としたものであり、凝縮器として用いる場合に冷媒が過冷却液となる領域を列間で切断することで、さらに熱交換性能を向上できる。
【００３６】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、少なくとも１回以上折り曲げられ、下向き端部は列間に切断部を設けていないとしたものであり、熱交換器を蒸発器として用いた場合にも、気流の圧力損失の増大を抑えて、凝縮器として用いる場合も、蒸発器として用いる場合も熱交換性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱交換器の実施例のフィンの平面図
【図２】同実施例の熱交換器の斜視図
【図３】同実施例の熱交換器の冷媒回路図
【図４】同実施例の熱交換器の列間を切断した場合のフィン効率の特性図
【図５】従来の熱交換器のフィンの平面図
【符号の説明】
１１  伝熱管
１１ａ，１１ｂ  冷媒入り口伝熱管
１１ｃ  冷媒出口伝熱管
１２  フィン
１３  切断部
１４  切り起こし
１５  気流
１６  熱交換器
【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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