JP2010216718A

JP2010216718A - フィン付き熱交換器

Info

Publication number: JP2010216718A
Application number: JP2009063851A
Authority: JP
Inventors: Kensho Yamamoto; 憲昭山本; Masaharu Ebihara; 正春海老原
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】熱交換器に付着した凝縮水の滴下を防ぎ、高い熱交換能力を有し、かつ通風抵抗が低く、空調機器や冷凍機器への収納性の高い、コンパクトなフィン付き熱交換器を提供する。
【解決手段】略くの字状に形成した前面側熱交換器２０と背面側熱交換器４０を配置し、前面側熱交換器２０の風上前縁および風上後縁の曲線を半径６０〜７５ｍｍの円弧で形成し、円弧の両端と円弧の中心点とを結ぶ角度を６０〜８５度とし、フィンに付着した凝縮水を円滑に流下し易い構成とすると共に、２種類以上の外径の伝熱管を前面側熱交換器下部のフィンには２列もしくは１列、前面側熱交換器上部および背面側熱交換器のフィンには２列もしくは３列で所定の外径の伝熱管を所定の間隔で配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機の室内ユニットに搭載されるフィン付き熱交換器に関するものである。

一般に空気調和機の室内ユニットは、図５に示すように、ケーシング１０１に、前面の吸込み口１０２ａおよび上面の吸込み口１０２ｂなど一箇所以上の吸込み口と、下面の吹出し口１０３など一箇所以上の吹出し口とが設けられ、このケーシング１０１内に貫流送風機１０５とフィン付き熱交換器１０４とが収納されている。

この従来のフィン付き熱交換器１０４は、ケーシング１０１内の前面側に配置され、上下方向中央部近辺で折り曲げ加工された主たる前面側熱交換器１０４Ａと、ケーシング１０１内の背面側に配置された背面側熱交換器１０４Ｂと、前面側熱交換器１０４Ａの前面にそれぞれ補助的に取り付けられた補助熱交換器１０４Ｃ、１０４Ｄとから構成されている。そして、前面側熱交換器１０４Ａおよび背面側熱交換器１０４Ｂにより貫流送風機１０５を風上側から取り囲むような形態に配置して、限られた空間にできるだけ大きいフィン付き熱交換器を収納している。なお、補助熱交換器１０４Ｃ、１０４Ｄは熱交換能力を向上させるために設けているものだが、主たる前面側熱交換器１０４Ａや背面側熱交換器１０４Ｂとは別の工程で製造した後、主たる前面側熱交換器１０４Ａや背面側熱交換器１０４Ｂに追加接続されて取り付けられるもので、図５では、主たる前面側熱交換器１０４Ａに追加接続されている場合を示している。また、前面側熱交換器１０４Ａの折り曲げ部近辺には、単に前面側熱交換器１０４Ａを折り曲げてフィンがない空間があいてしまうと、殆ど熱交換しないで気流がフィン付き熱交換器を通過してしまうおそれがあるため、このようなことがないように、スペーサ１０６が配設されている。

これに対して、前面側熱交換器１０４Ａの折り曲げ加工を不要にし、このスペーサ１０６をなくしながら、熱交換しないで気流がフィン付き熱交換器を通過してしまうようなことを防止する構造として、前面側熱交換器を円弧状に形成した構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１には、図６および図７に示すように、前面側熱交換器２０１Ａのフィン２０２の形状を貫流送風機２０３の周面の一部を囲むように円弧状に形成した空気調和機の室内ユニットが開示されている。この前面側熱交換器２０１Ａに略直角に挿通された伝熱管２０４は、複数列設けられており、これらの伝熱管２０４の風上側列と風下側列とで互いに二等辺三角形を描くように配置されている。したがって結果的に、円弧形状部分の内側に配置されている風下側の伝熱管２０４の段ピッチＢは、円弧形状部分の外側に配置されている風上側列の伝熱管２０４の段ピッチＡよりも小さくなって形成されている。

この構成によれば、スペーサ１０６が不要になるとともに、製造時のフィン２０２の材料においてスペーサ１０６に対応する箇所で廃材を生じないため、フィン２０２の材料の廃材を少なくでき、また各伝熱管２０４同士を連通させるヘアピンやリターンベンドの曲げピッチの種類が、Ａ、Ｂ、Ｃの３種類だけで済む利点がある。また、スペーサ１０６を設けていないため、スペーサ１０６に対応する箇所分だけフィン２０２の面積が増加することとなり、熱交換能力が向上する。
特開平９−４２６９９号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成のフィン付き熱交換器では、前面側熱交換器２０１Ａが円弧状であり、フィン２０２の上部の傾斜が緩くなるため、フィン付き熱交換器を蒸発器として用いている場合に、フィン２０２の上部に凝縮する水が滞留したり、最悪の場合には、凝縮水がフィン２０２に沿って流れずに、貫流送風機２０３に水滴が落下して、吹出し口２０５から水滴が飛散するおそれがある。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、フィン付き熱交換器の形態を改善し、空気調和機の室内ユニットの限られた空間にできるだけ大きなフィン付き熱交換器を収納し、熱交換能力の大幅な向上と貫流送風機動力の大幅な低減をはかるとともに、蒸発器として使用したときフィン表面に凝縮する水をフィンに沿って円滑に流下させることができるフィン付き熱交換器を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明に係るフィンつき熱交換器は、ケーシングの吸込み口から貫流送風機までの風回路の途中または貫流送風機から吹出し口までの風回路の途中に配置される前面側熱交換器と背面側熱交換器とで構成し、前記前面側熱交換器および前記背面側熱交換器をそれぞれ所定の間隔で平行に並べられてその間を気体が流動する多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管とで構成し、前記前面側熱交換器のフィンの風上側前縁および風下側後縁のそれぞれを同じ鈍角をなす２本の直線状の風上前縁と、２本の直線状の風下後縁と、前記風上前縁と前記風下後縁のそれぞれの２本を結ぶ１本の曲線状の風上前縁と、１本の曲線状の風下後縁とで略くの字状に形成するとともに、前記風上前縁および前記風上後縁の曲線を半径６０〜７５ｍｍの円弧で形成し、前記円弧の両端と円弧の中心点とを結ぶ角度を６０〜８５度とし、前記前面側熱交換器のフィンの前記貫流送風機に近い側の領域における前記風上前縁と風下後縁との距離を２０〜３７ｍｍとし、前記前面側熱交換器のフィンの前記貫流送風機に近い側の領域及び曲線状の前記風上前縁と曲線状の前記風下後縁とで挟まれた領域に挿入される前記伝熱管の外径を５〜８ｍｍとし、気体の主流方向に沿う方向となる列方向に２列および１列配置し、前記前面側熱交換器の前記フィンの前記貫流送風機から遠い側の領域における直線状の前記風上前縁と直線状の前記風下後縁との距離、及び背面側熱交換器のフィンの風上前縁と風下後縁との距離を２５〜３０ｍｍとすると共に、前記前面側熱交換器の前記貫流送風機から遠い側の領域、及び背面側熱交換器のフィンに挿入される伝熱管の外径を３〜７ｍｍとし、気体の主流方向に沿う列方向に前記伝熱管を２列および３列に配置し、前記前面側熱交換器および前記背面側熱交換器のフィンに挿入される伝熱管の外径寸法を２種類以上で構成したもので、通風抵抗をあまり上げることなく、高い熱交換能力を得る事ができ、したがって同一騒音時の風量を向上させて高い熱伝達率を発揮する事ができる。また、貫流送風機に近い側の領域および前面側熱交換器の曲線状の領域に外径５〜８ｍｍの伝熱管を２列および１列配置し、前面側熱交換器の貫流送風機から遠い側の領域および背面側熱交換器に外径３〜７ｍｍの伝熱管を３列配置することで、熱交換器全体としての通風抵抗の差異を少なくして風速分布を改善し、高い熱交換能力を発揮する事ができる。よって限られた空間に、より大きなフィンつき熱交換器を収納して、より大きな熱交換能力を発揮する事ができる。また、前面側熱交換器は後で折り曲げ加工する必要がなく、折り曲げたとき必要となるスペーサも必要ない。また、このフィン付き熱交換器を蒸発器として使用する場合、前面側熱交換器および背面側熱交換器のそれぞれにおけるフィンに凝縮する水滴は連続した両フィンを伝い滑らかに流下することができ、前面側熱交換器の上側は、直線状の風上全縁と風下後縁とで囲まれ、鉛直に近い一定の角度で傾斜しているので、蒸発時にフィンの表面に凝縮した水滴がフィン上で滞留することがない。

本発明によれば、空気調和器の室内ユニットの限られた空間に容易に収納することができ、しかも通風抵抗が小さく、熱交換能力に優れ、また蒸発器として使用したとき、フィン表面に凝縮する水をフィンに沿って円滑に流下させることができるフィン付き熱交換器を構成できる。

第１の発明は、ケーシングの吸込み口から貫流送風機までの風回路の途中または貫流送風機から吹出し口までの風回路の途中に配置される前面側熱交換器と背面側熱交換器とで構成し、前記前面側熱交換器および前記背面側熱交換器をそれぞれ所定の間隔で平行に並べられてその間を気体が流動する多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管とで構成し、前記前面側熱交換器のフィンの風上側前縁および風下側後縁のそれぞれを同じ鈍角をなす２本の直線状の風上前縁と、２本の直線状の風下後縁と、前記風上前縁と前記風下後縁のそれぞれの２本を結ぶ１本の曲線状の風上前縁と、１本の曲線状の風下後縁とで略くの字状に形成するとともに、前記風上前縁および前記風上後縁の曲線を半径６０〜７５ｍｍの円弧で形成し、前記円弧の両端と円弧の中心点とを結ぶ角度を６０〜８５度とし、前記前面側熱交換器のフィンの前記貫流送風機に近い側の領域における前記風上前縁と風下後縁との距離を２０〜３７ｍｍとし、前記前面側熱交換器のフィンの前記貫流送風機に近い側の領域及び曲線状の前記風上前縁と曲線状の前記風下後縁とで挟まれた領域に挿入される前記伝熱管の外径を５〜８ｍｍとし、気体の主流方向に沿う方向となる列方向に２列および１列配置し、前記前面側熱交換器の前記フィンの前記貫流送風機から遠い側の領域における直線状の前記風上前縁と直線状の前記風下後縁との距離、及び背面側熱交換器のフィンの風上前縁と風下後縁との距離を２５〜３０ｍｍとすると共に、前記前面側熱交換器の前記貫流送風機から遠い側の領域、及び背面側熱交換器のフィンに挿入される伝熱管の外径を３〜７ｍｍとし、気体の主流方向に沿う列方向に前記伝熱管を２列および３列に配置し、前記前面側熱交換器および前記背面側熱交換器のフィンに挿入される伝熱管の外径寸法を２種類以上で構成している。

この構成により、通風抵抗をあまり上げることなく、高い熱交換能力を得る事ができ、したがって同一騒音時の風量を向上させて高い熱伝達率を発揮する事ができる。また、貫流送風機に近い側の領域および前面側熱交換器の曲線状の領域に外径５〜８ｍｍの伝熱管を２列および１列配置し、前面側熱交換器の貫流送風機から遠い側の領域および背面側熱交換器に外径３〜７ｍｍの伝熱管を３列配置することで、熱交換器全体としての通風抵抗の際を少なくして風速分布を改善し、高い熱交換能力を発揮する事ができる。よって限られた空間に、より大きなフィンつき熱交換器を収納して、より大きな熱交換能力を発揮する事ができる。また、前面側熱交換器は後で折り曲げ加工する必要がなく、折り曲げたとき必要となるスペーサも必要ない。また、このフィン付き熱交換器を蒸発器として使用する場合、前面側熱交換器および背面側熱交換器のそれぞれにおけるフィンに凝縮する水滴は連続した両フィンを伝い滑らかに流下することができ、前面側熱交換器の上側は、直線状の風上全縁と風下後縁とで囲まれ、鉛直に近い一定の角度で傾斜しているので、蒸発時にフィンの表面に凝縮した水滴がフィン上で滞留することがない。

第２の発明は、前面側熱交換器の貫流送風機から遠い側の領域のフィンおよび、背面側熱交換器の上端から中央の領域のフィンに、気体の主流方向に沿う列方向に伝熱管を３列に配置し、背面側熱交換器の下端側の領域のフィンに気体の主流方向に沿う列方向に前記伝熱管を２列に配置した構成としている。この構成により、一般に風速が小さくなる背面側熱交換器の下端側の領域の通風抵抗を低減し、風速分布を改善することができるので、同一騒音時の風量を向上させて優れた能力を発揮する事ができる。

第３の発明は、前面側熱交換器の貫流送風機に近い側の領域、及び曲線状の風上前縁と曲線状の風下後縁とで挟まれた領域のフィンに１種類の外形寸法の伝熱管を挿入し、当該
フィン付き熱交換器を凝縮器として使用する場合は、冷媒の入口側として用い、蒸発器として使用する場合は冷媒の出口側として用いると共に、冷媒が３経路で流れるように構成し、前記伝熱管以下の外形寸法の２種類の外形寸法の伝熱管を前面側熱交換器の貫流送風機から遠い側の領域、及び背面側熱交換器のフィンに挿入し、当該フィン付き熱交換器を凝縮器として使用する場合は、冷媒の出口側として用い、蒸発器として使用する場合は冷媒の入口側として用いると共に、前記前面側熱交換器の前記貫流送風機から遠い側の領域、及び背面側熱交換器の風上前縁側の伝熱管１列は前記２種類の伝熱管の大きい方の外形寸法とし、冷媒が１経路で流れるように構成し、風下後縁側の伝熱管２列は前記２種類の伝熱管の小さい方の外形寸法とし、冷媒が４経路で流れるように構成し、当該フィン付き熱交換器を凝縮器として使用する場合は風下後縁側の伝熱管２列を経て前記風上前縁側の伝熱管１列を冷媒が流れる構成とし、該フィン付き熱交換器を蒸発器として使用する場合は風上前縁側の伝熱管１列を経て前記風下後縁側の伝熱管２列を冷媒が流れる構成としている。

この構成により、管内の熱伝達率向上と冷媒流通抵抗低減を両立させ得るとともに、前面側熱交換器の貫流送風機に近い側の領域、及び曲線状の領域に２列および１列配置した伝熱管の外径を、前面側熱交換器の貫流送風機より遠い側の領域、及び背面側熱交換器に３列に配置した伝熱管の外径以上とすることで、熱交換器の風速分布の略均一化を実現し、高い熱交換能力を発揮する事ができる。

特にフィン付き熱交換器を凝縮器として用いる場合、前面側熱交換器の貫流送風機から遠い側の領域、及び背面側熱交換器の風上前縁側の伝熱管１列を冷媒が１経路で流れるように構成することで、凝縮器の過冷却域を十分に確保することが可能となり、熱交換能力を大幅に増大させることが可能となる。

第４の発明は、前面側熱交換器の貫流送風機に近い側の領域、及び曲線状の風上前縁と曲線状の風下後縁とで挟まれた領域のフィンに１種類の外形寸法の伝熱管を挿入し、当該フィン付き熱交換器を凝縮器として使用する場合は、冷媒の入口側として用い、蒸発器として使用する場合は冷媒の出口側として用いると共に、冷媒が４経路で流れるように構成し、前記伝熱管以下の外形寸法の２種類の伝熱管を前記前面側熱交換器の前記貫流送風機から遠い側の領域、及び背面側熱交換器のフィンに挿入し、当該フィン付き熱交換器を凝縮器として使用する場合は、冷媒の出口側として用い、蒸発器として使用する場合は冷媒の入口側として用いると共に、前記前面側熱交換器の前記貫流送風機から遠い側の領域、及び背面側熱交換器の風上前縁側の伝熱管１列は前記２種類の伝熱管の大きい方の外形寸法とし、冷媒が１経路で流れるように構成し、風下後縁側の伝熱管２列は前記２種類の伝熱管の小さい方の外形寸法とし、冷媒が６経路で流れるように構成し、当該フィン付き熱交換器を凝縮器として使用する場合は前記風下後縁側の伝熱管２列を経て前記風上前縁側の伝熱管１列を冷媒が流れる構成とし、当該フィン付き熱交換器を蒸発器として使用する場合は前記風上前縁側の伝熱管１列を経て前記風下後縁側の伝熱管２列を冷媒が流れる構成としている。

この構成により、冷媒循環量が大きい場合でも、管内の熱伝達率向上と冷媒流通抵抗低減を両立させ得るとともに、前面側熱交換器の貫流送風機に近い側の領域、及び曲線状の領域に２列および１列配置した伝熱管の外径を、前面側熱交換器の貫流送風機より遠い側の領域、及び背面側熱交換器に３列に配置した伝熱管の外径以上とすることで、熱交換器の風速分布の略均一化を実現し、高い熱交換能力を発揮する事ができる。

特にフィン付き熱交換器を凝縮器として用いる場合、前面側熱交換器の貫流送風機から遠い側の領域、及び背面側熱交換器の風上前縁側の伝熱管１列を冷媒が１経路で流れるように構成することで、凝縮器での冷媒の過冷却を少ない伝熱管の本数で速やかに確保する
ことが可能となり、熱交換能力を大幅に増大させることが可能となる。

第５の発明は、前面側熱交換器におけるフィンの直線状の風上前縁と直線状の風下後縁とで挟まれた二つの領域のうち、貫流送風機から遠い側の領域のフィン部に挿入される伝熱管および背面側熱交換器におけるフィンの風上前縁の直線部と風下後縁の直線部とで挟まれた部分の伝熱管３列の配置ピッチを、１０．０〜１６．０ｍｍとし、前面側熱交換器における貫流送風機に近い側の領域のフィン部に挿入される伝熱管を気体の主流方向に沿う方向となる列方向に２列および１列配置すると共に、前記気体の主流方向に直角方向となる段方向に前記伝熱管の配置ピッチを１３．０〜２０．０ｍｍとしている。この構成により、フィン効率を向上させるとともに高い空気側熱伝達率を得る事ができ、更に熱交換器全体としての通風抵抗の差異を少なくして風速分布を改善することができるので、同一騒音時の風量を向上させて優れた能力を発揮する事ができる。

第６の発明は、フィン付き熱交換器の伝熱管とフィンの風上前縁または風下後縁との最短距離を、１．０ｍｍ以上とし、更には貫流送風機に最も近い前面側熱交換器の風下後縁と前記貫流送風機との距離を１３ｍｍ以上としている。この構成により、フィン付き熱交換器を蒸発器として用いた場合、フィンの表面に付着し流下する凝縮水が伝熱管に当たって、フィンの風上前縁または風下後縁から飛び出してしまうという現象を抑制し、更には風下後縁から貫流送風機との距離を１３ｍｍ以上にすることで、フィン表面に付着した凝縮水が貫流送風機に吸い込まれて吹き出し口から飛び出すのを防ぐと共に、貫流送風機に流入する風速が不均一な場合に発生する異音を防ぐことができる。

第７の発明は、列方向及び段方向に隣接する２つの伝熱管の間で、内部を流れる冷媒同士に温度差がある場合、前記２つの伝熱管の列間および段間のフィンに段方向および列方向に概略沿う方向に切り込みを設けると共に、前記フィンの前縁から完全に後加工で切断できるように外径３〜６ｍｍの穴を設けている。この構成により、フィンを通した伝熱管同士の熱伝導による熱交換ロスを防ぐことができるので、熱交換能力を低下させることのないフィン付き熱交換器を構成できる。

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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について説明する。まず、本実施の形態に係るフィン付き熱交換器が搭載される空気調和機の室内ユニットについて図１および図２に基づき説明する。図１はこの室内ユニットの縦断面図、図２はフィン付き熱交換器のフィンの縦断面図である。

図１および図２において、この空気調和機の室内ユニット１のケーシング２には、前面と上面とに吸込み口３ａ、３ｂが設けられ、また下面に吹出し口４が設けられ、ケーシング２内には、貫流送風機５とフィン付き熱交換器１０とが収納されている。

このフィン付き熱交換器１０は、ケーシング２内の前面側に配置された前面側熱交換器２０と、ケーシング２内の背面側に配置された背面側熱交換器４０とから構成されており、前面側熱交換器２０は、フィン２１の風上側前縁および風下側後縁のそれぞれを同じ鈍角をなす２本の直線状の風上前縁２２，２３と、２本の直線状の風下後縁２４，２５と、風上前縁２２，２３と風下後縁２４，２５のそれぞれの２本を結ぶ１本の曲線状の風上前縁２６と、１本の曲線状の風下後縁２７とで略くの字状に形成されている。またこれら前面側熱交換器２０および背面側熱交換器４０は、貫流送風機５を風上側から取り囲むように配置されている。

本実施の形態では、図２に示すように、曲線状の風上前縁２６と風下後縁２７を円弧状とし、それらの半径Ｒを６０〜７５ｍｍとし、その円弧の両端と円弧の中心とを結ぶ角度θを６０〜８５度となるように形成している。

また、図１および図２に示すように、気体（空気である）の主流方向（流れ方向）に対して直角方向となる、いわゆる段方向の伝熱管の間隔、すなわち段ピッチ、および気体の主流方向に沿う、いわゆる列方向の数、すなわち列数については、略くの字状の前面側熱交換器２０のフィン２１の直線状の風上前縁２２，２３と直線状の風下後縁２４，２５とで挟まれた二つの領域のうち、貫流送風機５から近い側の領域と、貫流送風機５から遠い側の領域および背面側熱交換器４０のフィン４１の直線状の風上前縁４２および直線状の風下後縁４３で挟まれた領域とでは、異なるように形成されている。

すなわち、前面側熱交換器２０のフィン２１の直線状の風上前縁２２，２３と直線状の風下後縁２４，２５とで挟まれた二つの領域のうち、貫流送風機５から遠い側の領域、すなわち直線状の風上前縁２３と直線状の風下後縁２５とで挟まれた領域、および背面側熱交換器４０のフィン４１の直線状の風上前縁４２と直線状の風下後縁４３とで挟まれた領域の風上前縁と風下後縁との距離Ｘ１，Ｘ２を２５ｍｍ〜３０ｍｍとし、フィン２１、４１にそれぞれ挿入される伝熱管としては、３〜７ｍｍの範囲の外径の２種類の伝熱管３０、３１を用い、前面側熱交換器２０のフィン２１のうち直線状の風上前縁２３と直線状の風下後縁２５とで挟まれた領域および背面側熱交換器４０のフィン４１の直線状の風上前縁４２と直線状の風下後縁４３とで挟まれた領域のうち、上端から中央の領域の列方向には３列配置し、背面側熱交換器４０の下端側の領域４１ａの列方向には２列配置し、また段方向のピッチＡについては１０〜１６ｍｍとして形成している。

また、前面側熱交換器２０のフィン２１の直線状の風上前縁２２，２３と直線状の風下後縁２４，２５とで挟まれた二つの領域のうち、貫流送風機５に近い側の領域、すなわち直線状の風上前縁２２と直線状の風下後縁２４とで挟まれた領域の風上前縁と風下後縁との距離Ｙを２０ｍｍ〜３７ｍｍとし、この貫流送風機５に近い側の領域および前面側熱交換器２０における曲線状の風上前縁２６と曲線状の風下側後縁２７とで挟まれた領域のフィン２１にそれぞれ挿入される伝熱管としては、５〜８ｍｍの範囲の外径の１種類の伝熱管３２を用い、列方向には略２列配置し、また段方向のピッチＢについては１３〜２０ｍｍとして形成している。

また、例えば、冷房定格能力が４．０ｋＷ程度以下で最適な運転効率となる小能力のエアコンの室内機の冷媒経路構成を考えた場合に、図３に本実施の形態に係るフィン付き熱交換器１０を蒸発器として使用した際の冷媒の流れを示す。

すなわち、前面側熱交換器２０のフィン２１の直線状の風上前縁２２，２３と直線状の風下後縁２４，２５とで挟まれた二つの領域のうち、貫流送風機５から遠い側の領域、すなわち直線状の風上前縁２３と直線状の風下後縁２５とで挟まれた領域および背面側熱交換器４０のフィン４１の直線状の風上前縁４２と直線状の風下後縁４３とで挟まれた領域に３列で挿入される３〜７ｍｍの範囲の外径の伝熱管の風上前縁側１列を冷媒は冷媒経路５０の１経路で流れ、その後、分流器５１を経て伝熱管３０の風下後縁側２列を伝熱管３１の冷媒経路５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄの４経路で流れる。その後、冷暖房運転時は全開の状態で冷媒が流通し、除湿運転時はある程度閉の状態となり絞りの役割を果たす分流器５３を通った後、冷媒は前面側熱交換器２０の貫流送風機５に近い側の領域、すなわち直線状の風上前縁２２と直線状の風下後縁２４とで挟まれた領域、および前面側熱交換器２０における曲線状の風上前縁２６と曲線状の風下側後縁２７とで挟まれた領域に２列で挿入される５〜８ｍｍの範囲の外径の伝熱管３２を冷媒経路５４ａ、５４ｂ、５４ｃ
の３経路で流れ、フィン付き熱交換器１０から流出される。

上記構成により、熱交換器全体として風速分布が略均一で伝熱管管内熱伝達率と圧力損失のバランスがとれた最適な熱交換器性能を実現できる。

また、例えば、冷房定格能力が４．０ｋＷ程度以上となる高能力で伝熱管内の冷媒流速が速く、圧力損失が大きい場合は、圧力損失低減のために冷媒経路数を増加させた図４に示すような冷媒経路が推奨される。

すなわち、前面側熱交換器２０のフィン２１の直線状の風上前縁と直線状の風下後縁とで挟まれた二つの領域のうち、貫流送風機５から遠い側の領域、すなわち直線状の風上前縁２３と直線状の風下後縁２５とで挟まれた領域、および背面側熱交換器４０のフィン４１の直線状の風上前縁４２と直線状の風下後縁４３とで挟まれた領域に３列で挿入される３〜７ｍｍの範囲の外径の伝熱管の風上前縁側１列を冷媒は冷媒経路６０の１経路で流れ、その後、分流器６１を経て伝熱管３０の風下後縁側２列を伝熱管３１の冷媒経路６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆの６経路で流れる。その後、冷媒は前面側熱交換器２０の貫流送風機５に近い側の領域、すなわち直線状の風上前縁２２と直線状の風下後縁２４とで挟まれた領域、および前面側熱交換器２０における曲線状の風上前縁２６と曲線状の風下側後縁２７とで挟まれた領域に２列で挿入される５〜８ｍｍの範囲の外径の伝熱管３２を冷媒経路６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄの４経路で流れ、フィン付き熱交換器１０から流出される。

このように除湿運転時に絞りの役割を果たす機構が必要ない場合は、複数の冷媒経路６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆで流れた冷媒を必要に応じて合流させ、より下流側の冷媒経路６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄへ分流器を介せず流す構成としてもよい。

また、本実施の形態では、前面側熱交換器２０の貫流送風機５から遠い側の領域、すなわち直線状の風上前縁２３と直線状の風下後縁２５とで挟まれた領域、および背面側熱交換器４０のフィン４１の直線状の風上前縁４２と直線状の風下後縁４３とで挟まれた領域に挿入された３列の伝熱管３０，３１のうち、風上前縁２３，４２側の１列に挿入される伝熱管３０の外径を風下後縁側の２列に挿入される伝熱管３１の外径より大きく設定し、冷媒を冷媒経路５０の１経路で流す構成としている。これにより、伝熱管管内熱伝達率と圧力損失のバランスがとれた最適な熱交換器性能を実現できる。

また、冷媒流速が非常に大きく、圧力損失が大きい場合は、前面側熱交換器２０のフィン２１の直線状の風上前縁と直線状の風下後縁とで挟まれた二つの領域のうち、貫流送風機５から遠い側の領域、すなわち直線状の風上前縁２３と直線状の風下後縁２５とで挟まれた領域、および背面側熱交換器４０のフィン４１の直線状の風上前縁４２と直線状の風下後縁４３とで挟まれた領域に挿入された３列の伝熱管のうち、風上前縁側の１列に挿入される伝熱管３０に冷媒を２経路以上で流す構成（図示せず）としてもよい。

上記冷媒経路構成は一例であり、他の組み合わせで実現しても同じ意味をなすものである。

また、本実施の形態では、図１、図２に示すように伝熱管３０、３２とフィンの風上前縁との距離Ｃ、および伝熱管３１、３２とフィンの風下後縁との距離Ｄを最短でも１．０ｍｍ以上とし、更には貫流送風機５に最も近い前面側熱交換器２０の風下後縁２４と貫流送風機５との距離Ｅを１０ｍｍ以上としたため、フィン付き熱交換器１０を蒸発器として用いた場合、フィン２１、４１の表面に付着し流下する凝縮水が伝熱管３０、３１、３２
に当って、フィン２１、４１の風上前縁２２、２３、２６，４２または風下後縁２４、２５、２７、４３から飛び出してしまうという現象を抑制することができる。

また、フィン付き熱交換器１０を段方向で再熱器と蒸発器に分けて使用して除湿運転を行う場合、前面側熱交換器２０における貫流送風機５から遠い側の領域すなわち風上前縁２３と風下後縁２５とで挟まれた領域、および背面側熱交換器４０を再熱器として用い、前面側熱交換器２０における貫流送風機５に近い側の領域すなわち風上前縁２２と風下後縁２４とで挟まれた領域、および前面側熱交換器２０におけるフィン２１の曲線状の風上前縁２６と曲線状の風下側後縁２７とに挟まれた領域を蒸発器として用いることにより、再熱器と蒸発器の熱負荷を適切にバランスさせて良好な除湿運転を行うことができる。また、再熱器は蒸発器の鉛直方向上側に配置しているので、蒸発器の領域のフィン２１に結露する凝縮水が、再熱器のフィンの表面に当って再蒸発して、部屋を加湿してしまうのを防止することができる。

また、伝熱管３０、３１、３２の、列方向もしくは段方向に隣接する２つ以上の伝熱管の間において、内部を流れる流体に温度差がある場合、２つ以上の伝熱管の列間、もしくは段間のフィン２１、４１に段方向、もしくは列方向に概略沿う方向に切り込み１１を設け、更にフィン２１、４１の風上前縁２３，４２方向より刃を挿入して後加工で完全に切断できるように外径３〜６ｍｍの穴１２ａ、１２ｂ、１２ｃを設け、後加工で当該箇所を切断することにより、フィン２１、４１を通した熱伝導による熱交換ロスを防ぐことができるので、熱交換能力を低下させることがない。

このような構成をとることで、前面側熱交換器２０におけるフィン２１および背面側熱交換器４０におけるフィン４１の上端から下端までを連続した構成とできるので、フィン付き熱交換器１０を蒸発器として使用する場合、フィン２１、４１に凝縮する水滴は連続したそれぞれのフィン２１，４１を伝い滑らかに流下する。更に前面側熱交換器２０のフィン２１の上側は、風上前縁２３の直線と風下後縁２５の直線とに囲まれた鉛直に近い一定の角度で傾斜しているので、蒸発時にフィン２１の表面に凝縮する水滴が滞留することがない。すなわち、フィン２１，４１の風上前縁２２、２３、２６，４２または風下後縁２４、２４、２７、４３から飛び出してしまうという現象を抑制することができ、フィン表面に凝縮する水滴による通風抵抗の増加を抑制できる。

以上、本発明は上記の実施の形態に限らず、種々変更して実施し得るものである。

本発明に係るフィン付き熱交換器は、熱交換器におけるフィンの形状、寸法の改善、伝熱管の寸法、配置の改善に関するもので、特に空気調和機の室内ユニットに適用することができる他、伝熱管内を流れる冷媒と外部を流れる空気との間で熱交換を行う機器にも適用することができる。

本発明の実施の形態１に係るフィン付き熱交換器を搭載した空気調和機の室内ユニットの断面図同フィン付き熱交換器のフィンの側面図本発明の実施の形態１に係るフィン付き熱交換器を冷房能力４．０ｋＷ程度以下で最適な運転効率となる小能力のエアコンに適用した場合の冷媒経路構成の例を表す図本発明の実施の形態１に係るフィン付き熱交換器を冷房能力４．０ｋＷ程度以上で最適な運転効率となる大能力のエアコンに適用した場合の冷媒経路構成の例を表す図従来のフィン付き熱交換器が搭載された空気調和機の室内ユニットの断面図（ａ）従来の他の例を示すフィン付き熱交換器のフィンの概略側面図（ｂ）同フィン付き熱交換器を搭載した空気調和機の室内ユニットの概略断面図同フィン付き熱交換器における伝熱管の配置ピッチの管径を示す図

１室内ユニット、
２ケーシング
３ａ，３ｂ吸込み口
４吹出し口
５貫流送風機
１０フィン付き熱交換器
１１切り込み
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ切断用穴
２０前面側熱交換器
２１フィン
２２，２３，２６風上前縁
２４，２５，２７風下後縁
３０，３１，３２伝熱管
４０背面側熱交換器
４１フィン
４２風上前縁
４３風下前縁
５０冷媒経路
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ冷媒経路
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ冷媒経路
６０冷媒経路
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅ，６２ｆ冷媒経路
６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ冷媒経路
５１，５３，６１分流器
Ｘ１風上前縁と風下後縁との距離
Ｘ２風上前縁と風下後縁との距離
Ｙ風上前縁と風下後縁との距離

Claims

前面側に吸込み口および下面側に吹出し口がそれぞれ設けられたケーシングとこのケーシングに収納される貫流送風機とから風回路を構成する空気調和機の室内ユニットに搭載されるフィン付き熱交換器であって、
前記吸込み口から貫流送風機までの風回路の途中または貫流送風機から吹出し口までの風回路の途中に配置される前面側熱交換器と背面側熱交換器とから構成され、前記前面側熱交換器および前記背面側熱交換器はそれぞれ所定の間隔で平行に並べられてその間を気体が流動する多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管とから構成され、前記前面側熱交換器のフィンの風上側前縁および風下側後縁のそれぞれを同じ鈍角をなす２本の直線状の風上前縁と、２本の直線状の風下後縁と、前記風上前縁と前記風下後縁のそれぞれの２本を結ぶ１本の曲線状の風上前縁と、１本の曲線状の風下後縁とで略くの字状に形成するとともに、
前記風上前縁および前記風上後縁の曲線を半径６０〜７５ｍｍの円弧で形成し、前記円弧の両端と円弧の中心点とを結ぶ角度を６０〜８５度とし、前記前面側熱交換器のフィンの前記貫流送風機に近い側の領域における前記風上前縁と風下後縁との距離を２０〜３７ｍｍとし、前記前面側熱交換器のフィンの前記貫流送風機に近い側の領域及び曲線状の前記風上前縁と曲線状の前記風下後縁とで挟まれた領域に挿入される前記伝熱管の外径を５〜８ｍｍとし、気体の主流方向に沿う方向となる列方向に２列および１列配置し、前記前面側熱交換器の前記フィンの前記貫流送風機から遠い側の領域における直線状の前記風上前縁と直線状の前記風下後縁との距離、及び背面側熱交換器のフィンの風上前縁と風下後縁との距離を２５〜３０ｍｍとすると共に、前記前面側熱交換器の前記貫流送風機から遠い側の領域、及び背面側熱交換器のフィンに挿入される伝熱管の外径を３〜７ｍｍとし、気体の主流方向に沿う列方向に前記伝熱管を２列および３列に配置し、前記前面側熱交換器および前記背面側熱交換器のフィンに挿入される伝熱管の外径寸法を２種類以上で構成したことを特徴とするフィン付き熱交換器。
前記前面側熱交換器の前記貫流送風機から遠い側の領域のフィンおよび、前記背面側熱交換器の上端から中央の領域のフィンに、気体の主流方向に沿う列方向に伝熱管を３列に配置し、前記背面側熱交換器の下端側の領域のフィンに気体の主流方向に沿う列方向に前記伝熱管を２列に配置したことを特徴とする請求項１に記載のフィン付き熱交換器。
前記前面側熱交換器の前記貫流送風機に近い側の領域、及び曲線状の前記風上前縁と曲線状の前記風下後縁とで挟まれた領域のフィンに１種類の外形寸法の伝熱管を挿入し、当該フィン付き熱交換器を凝縮器として使用する場合は、冷媒の入口側として用い、蒸発器として使用する場合は冷媒の出口側として用いると共に、冷媒が３経路で流れるように構成し、
前記伝熱管以下の外形寸法の２種類の伝熱管を前記前面側熱交換器の前記貫流送風機から遠い側の領域、及び背面側熱交換器のフィンに挿入し、当該フィン付き熱交換器を凝縮器として使用する場合は、冷媒の出口側として用い、蒸発器として使用する場合は冷媒の入口側として用いると共に、前記前面側熱交換器の前記貫流送風機から遠い側の領域、及び背面側熱交換器の風上前縁側の伝熱管１列は前記２種類の伝熱管の大きい方の外形寸法とし、冷媒が１経路で流れるように構成し、風下後縁側の伝熱管２列は前記２種類の伝熱管の小さい方の外形寸法とし、冷媒が４経路で流れるように構成し、当該フィン付き熱交換器を凝縮器として使用する場合は前記風下後縁側の伝熱管２列を経て前記風上前縁側の伝熱管１列を冷媒が流れる構成とし、該フィン付き熱交換器を蒸発器として使用する場合は前記風上前縁側の伝熱管１列を経て前記風下後縁側の伝熱管２列を冷媒が流れる構成としたことを特徴とする請求項１から２のいずれか一項に記載のフィン付き熱交換器。
前記前面側熱交換器の前記貫流送風機に近い側の領域、及び曲線状の前記風上前縁と曲線
状の前記風下後縁とで挟まれた領域のフィンに１種類の外形寸法の伝熱管を挿入し、当該フィン付き熱交換器を凝縮器として使用する場合は、冷媒の入口側として用い、蒸発器として使用する場合は冷媒の出口側として用いると共に、冷媒が４経路で流れるように構成し、前記伝熱管以下の外形寸法の２種類の伝熱管を前記前面側熱交換器の前記貫流送風機から遠い側の領域、及び背面側熱交換器のフィンに挿入し、当該フィン付き熱交換器を凝縮器として使用する場合は、冷媒の出口側として用い、蒸発器として使用する場合は冷媒の入口側として用いると共に、前記前面側熱交換器の前記貫流送風機から遠い側の領域、及び背面側熱交換器の風上前縁側の伝熱管１列は前記２種類の伝熱管の大きい方の外形寸法とし、冷媒が１経路で流れるように構成し、風下後縁側の伝熱管２列は前記２種類の伝熱管の小さい方の外形寸法とし、冷媒が６経路で流れるように構成し、当該フィン付き熱交換器を凝縮器として使用する場合は前記風下後縁側の伝熱管２列を経て前記風上前縁側の伝熱管１列を冷媒が流れる構成とし、当該フィン付き熱交換器を蒸発器として使用する場合は前記風上前縁側の伝熱管１列を経て前記風下後縁側の伝熱管２列を冷媒が流れる構成としたことを特徴とする請求項１から２のいずれか一項に記載のフィン付き熱交換器。
前記前面側熱交換器におけるフィンの直線状の風上前縁と直線状の風下後縁とで挟まれた二つの領域のうち、貫流送風機から遠い側の領域のフィン部に挿入される伝熱管および背面側熱交換器におけるフィンの風上前縁の直線部と風下後縁の直線部とで挟まれた部分の伝熱管３列の配置ピッチを、１０．０〜１６．０ｍｍとし、前記前面側熱交換器における貫流送風機に近い側の領域のフィン部に挿入される伝熱管を気体の主流方向に沿う方向となる列方向に２列および１列配置すると共に、前記気体の主流方向に直角方向となる段方向に前記伝熱管の配置ピッチを１３．０〜２０．０ｍｍとしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のフィン付き熱交換器。
伝熱管とフィンの風上前縁または風下後縁との最短距離を、１．０ｍｍ以上とし、更には貫流送風機に最も近い前面側熱交換器の風下後縁と前記貫流送風機との距離を１３ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のフィン付き熱交換器。
列方向及び段方向に隣接する２つの伝熱管の間で、内部を流れる冷媒同士に温度差がある場合、前記２つの伝熱管の列間および段間のフィンに段方向および列方向に概略沿う方向に切り込みを設けると共に、前記フィンの前縁から完全に後加工で切断できるように外径３〜６ｍｍの穴を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のフィン付き熱交換器。