特開 2022-191603 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022191603

(43)【公開日】2022-12-28

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28F 1/32 20060101AFI20221221BHJP

   F24F 1/0063 20190101ALI20221221BHJP

【ＦＩ】

F28F1/32 R

F28F1/32 S

F24F1/0063

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021099916

(22)【出願日】2021-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】和田 賢宣

(72)【発明者】

【氏名】大城 崇裕

(72)【発明者】

【氏名】永田 剛史

(72)【発明者】

【氏名】米澤 勝

【テーマコード（参考）】

3L051

【Ｆターム（参考）】

3L051BE04

(57)【要約】

【課題】伝熱管の中心を結ぶ中心線からフィンの端縁の近くになるにしたがって、熱交換空気の流通方向に対する切り起しスリットの端部の角度を対称的に大きくする熱交換器において、上流側切り起しスリットの端部により、伝熱管の上流側へ流れる気流の一部が切り起こしスリットへ誘導されることによって、伝熱管における熱交換量の低下を生じ、さらに切り起こしスリットを流通する熱交換空気の流速と、伝熱管の下流の熱交換空気の流速との流速差が拡大し、クロスフローファンにおいて流入する空気の風速分布悪化による騒音を生じる恐れがある。
【解決手段】上流側切り起こしスリット端部角度Ａ１と、下流側切り起こしスリット端部角度Ａ２とを、Ａ１＜Ａ２とする。これにより、熱交換効率を改善しつつ、切り起こしスリットを流通する熱交換空気の流速と伝熱管の下流部の流速との流速差を緩和し、クロスフローファンで生じる騒音を抑制できる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フィンと、前記フィンを貫通する伝熱管とを備え、前記フィンは、前記伝熱管の段方向間に前記フィン端縁に対して略直交する少なくとも２枚以上の切り起こしスリットを有し、前記切り起こしスリットのうち、気流方向から見て最上流の上流側切り起こしスリットの上流側切り起こしスリット端部と前記フィン端縁に直交する直交直線とが成す上流側切り起こしスリット端部角度Ａ１と、気流方向から見て最下流の下流側切り起こしスリットの下流側切り起こしスリット端部と前記直交直線とが成す下流側切り起こしスリット端部角度Ａ２とを、Ａ１＜Ａ２とすることを特徴とする熱交換器。

【請求項2】

前記下流側切り起こしスリット端部角度Ａ２を、Ａ２＞３５°とす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】

前記伝熱管の管径Ｄと、前記下流側切り起こしスリットのスリット幅Ｌとを、Ｌ／Ｄ≧０．２することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の熱交換器。

【請求項4】

前記伝熱管の中心を結ぶ中心線と前記上流側切り起こしスリットの上流側端縁との距離Ｈ１と、前記伝熱管の中心を結ぶ中心線と前記下流側切り起こしスリットの下流側端縁との距離Ｈ２とを、Ｈ１＞Ｈ２する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】

前記フィンの気流方向から見て下流側にクロスフローファンが配設され、前記フィンの下流側端と前記クロスフローファンのブレード外周側端との距離が１２ｍｍ以下となる、請求項１～４のいずれか１項に記載の熱交換器を備える、空気調和機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気調和機の熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、熱交換器１の伝熱フィン２上に、熱交換器１を流通する空気の流通方向と直交する方向に隣設されるカラー部３と伝熱管４相互の中心点を結ぶ中心線上の切起し片部５ａ、中間列の切起し片部５ｂ、フィン端縁に近い切起し片部５ｃを設けている。切起し片部５ａ、５ｂ、５ｃはそれぞれ端部５ｄ、５ｅ、５ｆで伝熱フィン２の平坦面と連接している。中心線上の切起し片部５ａ、中間列の切起し片部５ｂ、フィン端縁に近い切起し片部５ｃになるにしたがって、端部５ｅ、５ｆの角度Ｘ１、Ｘ２を大きく設定する。

【0003】

熱交換器１は、上記構成において、フィン端縁に近い切起し片部５ｃの端部５ｆによって熱交換空気を伝熱管４の下流側へ導き易くしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－２４７７９５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、圧力損失を軽減しつつ、流通する熱交換空気を伝熱管の下流側へ導き、伝熱管下流部の死水域を縮小して熱交換効率を改善でき、風速分布を略均一化して騒音を抑制できる熱交換器を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示における熱交換器は、フィンと、フィンを貫通する伝熱管とを備え、フィンは、伝熱管の段方向間にフィン端縁に対して略直交する少なくとも２枚以上の切り起こしスリットを有し、切り起こしスリットのうち、気流方向から見て最上流の上流側切り起こしスリットの上流側切り起こしスリット端部とフィン端縁に直交する直交直線とが成す上流側切り起こしスリット端部角度Ａ１と、気流方向から見て最下流の下流側切り起こしスリットの下流側切り起こしスリット端部と直交直線とが成す下流側切り起こしスリット端部角度Ａ２とを、Ａ１＜Ａ２とすることを特徴としたものである。

【発明の効果】

【0007】

本開示における熱交換器は、流通する熱交換空気の上流側切り起こしスリット端部における衝突を抑制して圧力損失を軽減しつつ、流通する熱交換空気を下流側切り起こしスリット端部によって伝熱管の下流側へ導き、伝熱管下流部の死水域を縮小して熱交換効率を改善でき、同時に、上流側切り起こしスリット端部による切り起こしスリットへの過剰な空気誘導を抑制し、切り起こしスリットを流通する熱交換空気の流速と伝熱管下流部の流速との流速差を緩和して熱交換器下流に配設されるクロスフローファンに流入する空気の風速分布を略均一化して騒音を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る空気調和機の室内機を示す断面図

【図2】実施の形態１に係る熱交換器の一部を示す構成図

【図3】実施の形態１及び比較例に係る熱交換器を流通する熱交換空気の風速分布図

【図4】実施の形態１に係る熱交換器を流通する熱交換空気の風速分布図

【図5】特許文献１に係る熱交換器を示す構成図

【発明を実施するための形態】

【0009】

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、空気調和機では、近年、搭載されるフィンチューブ熱交換器において、フィンに設けるスリットの形状により、熱交換性能向上を図っていた。

【0010】

しかしながら、従来技術では、特許文献１のように上流側のフィン端縁に近い切起し片部５ｃの端部５ｆの角度と下流側のフィン端縁に近い切起し片部５ｃの端部５ｆが対称的に設けられており、その場合上流側のフィン端縁に近い切起し片部５ｃの端部５ｆの角度が大きくなるため、端部５ｆに流通する空気が衝突して通風抵抗の増大を生じる。また、伝熱管４の上流側へ流れる気流の一部が端部５ｆにより切起し片部５ａ、５ｂ、５ｃへ誘導されることによって、伝熱管４における熱交換量の低下を生じ、さらに切起し片部５ａ、５ｂ、５ｃを流通する熱交換空気の流速と、伝熱管４の下流の熱交換空気の流速との流速差が拡大し、熱交換器１の下流に配設されるクロスフローファンにおいて流入する空気の風速分布悪化による騒音を生じる恐れがあった。

【0011】

そうした状況下において、発明者らは、熱交換器を流通する熱交換空気の風速分布をヒントにして、本開示の主題を構成するに至った。

【0012】

本開示は、熱交換空気の上流側切り起こしスリット端部における衝突を抑制し、かつ、熱交換空気を下流側切り起こしスリット端部によって伝熱管の下流側へ導くことにより圧力損失を軽減しつつ、流通する熱交換空気を伝熱管の下流側へ導き、伝熱管下流部の死水域を縮小して熱交換効率を改善でき、風速分布を略均一化して騒音を抑制できる熱交換器を提供する。

【0013】

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

【0014】

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

【0015】

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る空気調和機１００の室内機を示す断面図である。また、図２は、本実施の形態に係る熱交換器１０７の一部を示す構成図である。以下、図１、２を用いて、実施の形態１を説明する。

【0016】

［１－１．構成］
空気調和機１００は、図１に示すように、吸込口１０１と、吹出口１０２を有する本体ケーシング１０３と、スタビライザ１０４と、リアガイダ１０５と、クロスフローファン１０６と、熱交換器１０７を備えている。

【0017】

熱交換器１０７は、複数のフィン１０８を気流方向に２列備え、フィン１０８は、伝熱管１０９に貫通され、伝熱管１０９の段方向間にフィン１０８の端縁に対して略直交する３枚の切り起こしスリット１１１を有する。なお、切り起こしスリット１１１は、少なくとも２枚以上有していればよい。

【0018】

切り起こしスリット１１１のうち、気流方向から見て最上流の上流側切り起こしスリット１１１ａの上流側切り起こしスリット端部１１１ｄとフィン１０８の端縁に直交する直交直線とが成す上流側切り起こしスリット端部角度Ａ１と、気流方向から見て最下流の下流側切り起こしスリット１１１ｃの下流側切り起こしスリット端部１１１ｆとフィン端縁に直交する直交直線とが成す下流側切り起こしスリット端部角度Ａ２とが、Ａ２は３５°以上であり、Ａ１＜Ａ２となる。本実施の形態１においては、Ａ１＝３０°、Ａ２＝４５°である。

【0019】

伝熱管１０９の管径Ｄと、下流側切り起こしスリット幅Ｌとが、Ｌ／Ｄ≧０．２となり、本実施の形態１において、Ｌ＝１ｍｍ、Ｄ＝５ｍｍである。

【0020】

伝熱管１０９の中心を結ぶ中心線１１０と上流側切り起こしスリット１１１ａの上流側端縁との距離Ｈ１と、伝熱管１０９の中心を結ぶ中心線１１０と下流側切り起こしスリット１１１ｃの下流側端縁との距離Ｈ２とが、Ｈ１＞Ｈ２となる。本実施形態において、Ｈ１＝４．０ｍｍ、Ｈ２＝２．５ｍｍである。Ｈ２は管径Ｄの１／４以上であるのが好ましい。

【0021】

伝熱管１０９から上流側切り起こしスリット端部１１１ｄ、中央側切り起こしスリット端部１１１ｅ、下流側切り起こしスリット端部１１１ｆの各距離は管径Ｄの１／２以上であるのが好ましい。

【0022】

本実施の形態１において、熱交換器１０７は、フィン１０８を気流方向に２列備えているが、２列に限らず、１列あるいは３列以上備えていても構わない。

【0023】

また、熱交換器１０７とクロスフローファン１０６のブレード外周側端との距離は、１２ｍｍ以下であり、本実施の形態１においては、１０ｍｍとしている。

【0024】

［１－２．動作］
以上のように構成された熱交換器１０７について、以下その動作、作用を説明する。

【0025】

図３は、熱交換器１０７を流通する熱交換空気の風速分布図を示す。図３（ａ）は本実施の形態１に係るＡ１＝３０°、Ａ２＝４５°である熱交換器１０７を流通する熱交換空気の風速分布図を示し、図３（ｂ）は比較例としてＡ１１＝３０°、Ａ２１＝３０°である熱交換器２０７を流通する熱交換空気の風速分布図を示す。

【0026】

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、下流側切り起こしスリット端部角度Ａ２を４５°とすることで、熱交換器２０７と比較して、熱交換空気を下流側切り起こしスリット端部１１１ｆによって伝熱管１０９の下流側へ導き、伝熱管１０９の下流部の死水域を縮小している。このことにより、熱交換効率を改善することができ、同時に、上流側切り起こしスリット端部１１１ｄによる切り起こしスリット１１１への過剰な空気誘導を抑制し、切り起こしスリット１１１を流通する熱交換空気の流速と伝熱管１０９の下流部の流速との流速差を緩和することができる。

【0027】

図４は、熱交換器１０７を流通する熱交換空気の風速分布図を示す。図４（ａ）は本発明の実施の形態１に係るＡ１＝３０°、Ａ２＝４５°である熱交換器１０７を流通する熱交換空気の風速分布図を示し、図４（ｂ）は比較例としてＡ１２＝４５°、Ａ２２＝４５°である熱交換器３０７を流通する熱交換空気の風速分布図を示す。

【0028】

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１０７は、上流側切り起こしスリット端部角度Ａ１を３０°とすることで、熱交換器３０７と比較して、流通する熱交換空気の上流側切り起こしスリット端部１１１ｄにおける衝突を抑制し、伝熱管１０９の上流側への気流流入を確保しつつ、下流側切り起こしスリット端部角度Ａ２を４５°とすることで、熱交換器３０７と比較して、熱交換空気を下流側切り起こしスリット端部１１１ｆによって伝熱管１０９の下流側へ導き、伝熱管１０９の下流部の死水域を縮小している。このことにより、熱交換効率を改善することができ、同時に、上流側切り起こしスリット端部１１１ｄによる切り起こしスリット１１１への過剰な空気誘導を抑制し、切り起こしスリット１１１を流通する熱交換空気の流速と伝熱管１０９の下流部の流速との流速差を緩和することができる。本実施の形態１に係る熱交換器１０７において、切り起こしスリット１１１を流通する熱交換空気の流速と伝熱管１０９の下流部の流速との流速差を緩和することで、熱交換器１０７を通過後の熱交換空気の風速分布を略均一化できる。このことにより、熱交換器１０７の下流にフィン１０８の下流側端とクロスフロ―ファンのブレード外周側端との距離が１０ｍｍで配設されるクロスフローファン１０６に対して、熱交換空気がクロスフローファン１０６の周方向のいずれの方向においても略同等な相対速度差で流入し、クロスフローファン１０６で生じる騒音を抑制することができる
また、伝熱管１０９の中心を結ぶ中心線１１０と上流側切り起こしスリット１１１ａの上流側端縁との距離Ｈ１と、伝熱管１０９の中心を結ぶ中心線１１０と下流側切り起こしスリット１１１ｃの下流側端縁との距離Ｈ２とが、Ｈ１＝４．０ｍｍ、Ｈ２＝２．５ｍｍであり、Ｈ１＞Ｈ２となることから、下流側切り起こしスリット１１１ｃの通過時に発生する流通する熱交換空気の渦流がフィン１０８の下流側端縁に到達するまでに解消され、熱交換器１０７を通過後の気流の乱れを抑制し、熱交換器１０７の下流に配設されるクロスフローファン１０６に流入する気流の乱れが抑制され、クロスフローファン１０６で生じる騒音を抑制することができる。

【0029】

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、熱交換器１０７は、フィン１０８と、フィン１０８を貫通する伝熱管１０９とを備え、フィン１０８は、伝熱管１０９の段方向間にフィン端縁に対して略直交する少なくとも２枚以上の切り起こしスリット１１１を有し、切り起こしスリット１１１のうち、気流方向から見て最上流の上流側切り起こしスリット１１１ａの上流側切り起こしスリット端部１１１ｄとフィン端縁に直交する直交直線とが成す上流側切り起こしスリット端部角度Ａ１と、気流方向から見て最下流の下流側切り起こしスリット１１１ｃの下流側切り起こしスリット端部１１１ｆとフィン端縁に直交する直交直線とが成す下流側切り起こしスリット端部角度Ａ２とを、Ａ１＜Ａ２としている。

【0030】

これにより、流通する熱交換空気の上流側切り起こしスリット端部１１１ｄにおける衝突抑制により圧力損失を軽減しつつ、流通する熱交換空気を下流側切り起こしスリット端部１１１ｆによって伝熱管１０９の下流側へ導き、伝熱管１０９下流部の死水域を縮小して熱交換効率を改善することができる。同時に、上流側切り起こしスリット端部１１１ｄによる切り起こしスリット１１１への過剰な空気誘導を抑制し、切り起こしスリット１１１を流通する熱交換空気の流速と伝熱管１０９下流部の流速との流速差を緩和することができる。

【0031】

本実施の形態において、熱交換器１０７は、下流側切り起こしスリット端部角度Ａ２を、Ａ２＞３５°としてもよい。

【0032】

これにより、Ａ２が３５°より大きいことで、下流側切り起こしスリット端部１１１ｆに沿って、効果的に気流を伝熱管１０９の下流側へ導き、伝熱管１０９下流部の死水域をより縮小して熱交換効率を改善し、切り起こしスリット１１１を流通する熱交換空気の流速と伝熱管１０９下流部の流速との流速差をより緩和することができる。

【0033】

また、本実施の形態において、熱交換器１０７は、伝熱管１０９の管径Ｄと、下流側切り起こしスリット１１１ｃのスリット幅Ｌとを、Ｌ／Ｄ≧０．２としてもよい。

【0034】

これにより、下流側切り起こしスリット１１１ｃの幅が１ｍｍ程度で、伝熱管１０９がＤ＝５ｍｍ以下のような細径管熱交換器である場合に、特に効果的に気流を伝熱管１０９の下流側へ導き、伝熱管１０９下流部の死水域をより縮小して熱交換効率を改善し、熱交換器を通過後の気流分布をさらに良好に均一化することができる。

【0035】

また、本実施の形態において、熱交換器１０７は、伝熱管の中心を結ぶ中心線と上流側切り起こしスリット上流側端縁との距離Ｈ１と、伝熱管の中心を結ぶ中心線と下流側切り起こしスリット下流側端縁との距離Ｈ２とを、Ｈ１＞Ｈ２としてもよい。

【0036】

これにより、流通する熱交換空気を下流側切り起こしスリット端部１１１ｆによって、伝熱管１０９のより近傍において効果的に気流を伝熱管１０９の下流側へと導き、伝熱管１０９下流部の死水域を縮小して熱交換効率を改善することができる。同時に、下流側切り起こしスリット１１１ｃの下流側端縁を伝熱管１０９の中心を結ぶ中心線に近づけ、下流側切り起こしスリット１１１ｃの下流側端縁とフィン１０８の下流側端縁との距離を広げることで、下流側切り起こしスリット１１１ｃの通過時に発生する流通する熱交換空気の渦流がフィン１０８の下流側端縁に到達するまでに解消され、熱交換器１０７の通過後の気流の乱れを抑制することができる。

【0037】

また、本実施の形態において、空気調和機１００は、フィン１０８の気流方向から見て下流側にクロスフローファン１０６が配設され、フィン１０８の下流側端とクロスフローファン１０６のブレード外周側端との距離が１２ｍｍ以下となる熱交換器１０７を備えていてもよい。

【0038】

これによれば、下流側切り起こしスリット端部１１１ｆに沿って伝熱管１０９の下流側へ気流を導き、伝熱管１０９下流部の死水域を縮小して、切り起こしスリット１１１を通過する流速と伝熱管１０９下流部の流速との流速差を緩和し、熱交換器１０７の下流に、熱交換器１０７とクロスフローファン１０６との距離が狭小に配設される際にクロスフローファン１０６に流入する気流分布が略均一化されており、クロスフローファン１０６の周方向のいずれの方向においても略同等な相対速度差でブレード外周側端と流入気流とが衝突し、クロスフローファン１０６で生じる騒音を抑制することができる。

【0039】

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本発明に係る熱交換器は、高い熱交換効率を維持しつつ、熱交換器を通過後の気流分布を均一化し、また、気流の乱れを抑制することができ、熱交換器の下流に配設されるクロスフローファンで生じる騒音を抑制することができることから、家庭用空調や業務用空調に用いるのに好適である。

【符号の説明】

【0041】

１００ 空気調和機
１０１ 吸込口
１０２ 吹出口
１０３ 本体ケーシング
１０４ スタビライザ
１０５ リアガイダ
１０６ クロスフローファン
１０７、２０７、３０７ 熱交換器
１０８、２０８、３０８ フィン
１０９、２０９、３０９ 伝熱管
１１０ 中心線
１１１、２１１、３１１ 切り起こしスリット
１１１ａ、２１１ａ、３１１ａ 上流側切り起こしスリット
１１１ｂ、２１１ｂ、３１１ｂ 中央切り起こしスリット
１１１ｃ、２１１ｃ、３１１ｃ 下流側切り起こしスリット
１１１ｄ、２１１ｄ、３１１ｄ 上流側切り起こしスリット端部
１１１ｅ、２１１ｅ、３１１ｅ 中央側切り起こしスリット端部
１１１ｆ、２１１ｆ、３１１ｆ 下流側切り起こしスリット端部
Ａ１、Ａ１１、Ａ１２ 上流側切り起こしスリット端部角度
Ａ２、Ａ２１、Ａ２２ 下流側切り起こしスリット端部角度
Ｄ 管径
Ｌ 下流側切り起こしスリット幅
Ｈ１ 伝熱管の中心を結ぶ中心線と上流側切り起こしスリット上流側端縁との距離
Ｈ２ 伝熱管の中心を結ぶ中心線と下流側切り起こしスリット下流側端縁との距離
１ 熱交換器
２ 伝熱フィン
３ カラー部
４ 伝熱管
５ａ 中心線上の切起し片部
５ｂ 中間列の切起し片部
５ｃ フィン端縁に近い切起し片部
５ｄ 中心線上の切起しスリット端部
５ｅ 中間列の切起しスリット端部
５ｆ フィン端縁に近い切起し端部
Ｘ１ 中間列の切起し端部の角度
Ｘ２ フィン端縁に近い切起し端部の角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】