JPH06241678A - ヒートポンプ用パラレルフロー熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】良好な伝熱性を確保しつつ凝縮水の滞溜を抑制
しうる水切性の良いコルゲートフィンを備えたヒートポ
ンプ用パラレルフロー熱交換器を提供する。 【構成】コルゲートフィン２の頂部21が平坦状に形成さ
れてなる。さらに、フィン角度θ1 が０．５〜３°、平
坦状頂部21の長さＬ1 が０．８ｍｍ以上、ルーバー長さ
Ｌ2 が｛フィン高さＨ1 −（２×フィンの板厚）｝±
０．５ｍｍ、ルーバー角θ2 が３０〜４０°、ルーバー
ピッチＬ3 が０．７〜１．５ｍｍにそれぞれ規定される
のが良い。また、コルゲートフィン２の各頂部21が、中
間壁部22との連設部を含む少なくとも３つの箇所でコー
ナー部21a 、21b 、21c を有するものに曲成されて断面
折線状に形成され、隣接チューブ１、１間においてコル
ゲートフィン２が高さ方向に圧縮されて頂部が平坦状に
変形され、この状態でコルゲートフィン２とチューブ１
とがろう付されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばルームエアコ
ンの室内、室外用熱交換器として使用され、１台で蒸発
器及び凝縮器として作動するヒートポンプ用の熱交換器
に関する。

【０００２】

【従来の技術及び課題】上記のようなヒートポンプ用熱
交換器として、パラレルフローと称される熱交換器を用
いることの試みがなされている。かかるパラレルフロー
熱交換器は、並列状に配置された多数本のチューブを有
するとともに、各チューブの両端が１対の中空ヘッダー
に連通接続され、かつ隣接チューブ間にコルゲートフィ
ンが配設された構成を有している。

【０００３】前記コルゲートフィンは、図１０に示すよ
うに山部及び谷部からなる頂部（41）と、山部と谷部を
結ぶ中間壁部（42）とが交互繰返し状態に曲成されてな
るが、かかるコルゲートフィン（40）は、従来、その頂
部（41）が円弧状に形成されていたため、次のような欠
点があった。

【０００４】即ち、ヒートポンプ用パラレルフロー熱交
換器が蒸発器として用いられた場合には、流通空気との
熱交換により凝縮水を生じるが、この凝縮水（50）は図
１０に斜線で示すように、チューブ（30）（30）間に配
置されたコルゲートフィン（40）の頂部（41）に溜まっ
て流通空気の圧損を増大せしめ、ひいては熱交換性能を
阻害するという欠点があった。なお、図１０に示す（40
a ）は中間壁部（42）に形成されたルーバーである。

【０００５】この発明は、かかる欠点を解消するために
なされたものであって、良好な伝熱性を確保しつつ凝縮
水の滞溜を抑制しうる水切り性の良いコルゲートフィン
を備えたヒートポンプ用パラレルフロー熱交換器の提供
を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、並列状に配置された多数本のチューブ
（１）と、これらチューブの両端が連通接続された１対
の中空ヘッダー（３）（４）と、隣接する前記チューブ
間に配設され、頂部（21）と中間壁部（22）とが交互繰
返し状態に曲成されたコルゲートフィン（２）とを備え
たヒートポンプ用パラレルフロー熱交換器において、前
記コルゲートフィン（２）の頂部（21）が平坦状に形成
されてなることを特徴とするものである。

【０００７】さらには、コルゲートフィン（２）の隣接
中間壁部（22）（22）のなすフィン角度θ1 が０．５〜
３°に、平坦状頂部（21）の長さＬ1 が０．８ｍｍ以上
に規定されるとともに、中間壁部（22）に多数のルーバ
ー（2a）が形成され、かつルーバー長さＬ2 が｛フィン
高さＨ1 −（２×フィンの板厚）｝±０．５ｍｍに、ル
ーバー角θ2 が３０〜４０°に、ルーバーピッチＬ3 が
０．７〜１．５ｍｍにそれぞれ規定されているのが望ま
しい。

【０００８】さらに、この発明は、並列状に配置された
多数本のチューブ（１）と、これらチューブの両端が連
通接続された１対の中空ヘッダー（３）（４）と、隣接
する前記チューブ間に配設され、頂部（21）と中間壁部
（22）とが交互繰返し状態に曲成されたコルゲートフィ
ン（２）とを備えたヒートポンプ用パラレルフロー熱交
換器において、前記コルゲートフィン（２）の各頂部
（21）が、中間壁部（22）との連設部を含む少なくとも
３つの箇所でコーナー部（21a ）（21b ）（21c）を有
するものに曲成されて断面折線状に形成されるととも
に、隣接チューブ（１）（１）間において前記コルゲー
トフィン（２）が高さ方向に圧縮されることにより、頂
部（21）が平坦状に変形され、この状態でコルゲートフ
ィン（２）とチューブ（１）とがろう付されてなること
を特徴とするものである。

【０００９】

【作用】頂部（21）が平坦状に形成されているから、頂
部が円弧状の場合に較べて毛細管現象が抑制され、水切
り性が向上する。

【００１０】また、フィン角度θ1 、平坦状頂部（21）
の長さＬ1 、ルーバー長さＬ2 、ルーバー角θ2 、ルー
バーピッチＬ3 がそれぞれ所定数値範囲に規定されるこ
とにより、頂部（21）を平坦状に形成したことによるフ
ィンの熱伝達率の低下が補われ、熱伝達率の大幅な低下
を招来することなく、水切り性が向上する。

【００１１】また、コルゲートフィン（２）の各頂部
（21）が、中間壁部（22）との連設部を含む少なくとも
３つの箇所で曲成されて断面折線状に形成されるととも
に、隣接チューブ（１）（１）間において前記コルゲー
トフィン（２）が高さ方向に圧縮されることにより、頂
部（21）が平坦状に変形され、この状態でコルゲートフ
ィン（２）とチューブ（１）とがろう付されてなるヒー
トポンプ用パラレルフロー熱交換器においては、該熱交
換器の組み立て段階でコルゲートフィン（２）の頂部
（21）を平坦状に形成することができるから、コルゲー
トフィン（２）を予め平坦状頂部を有するものに製作す
る必要がなくなり、コルゲートフィン（２）の製作が簡
単となる。

【００１２】

【実施例】次に、この発明をルームエアコンのヒートポ
ンプ用アルミニウム（その合金を含む）製熱交換器に適
用した実施例に基いて説明する。

【００１３】熱交換器を示す図３〜図５において、
（１）は垂直状態で左右方向に配置された複数の熱交換
チューブ、（２）はその隣接するチューブ（１）（１）
間に介在されたコルゲートフィンである。チューブ
（１）はアルミニウム材による偏平状の押出形材をもっ
て構成されたものである。このチューブ（１）はいわゆ
るハモニカチューブと称されるような多孔形のものを用
いても良い。また押出形材によらず電縫管を用いても良
い。コルゲートフィン（２）はチューブ（１）と略同じ
幅を有し、ろう付によりチューブ（１）に接合されてい
る。コルゲートフィン（２）もアルミニウム製であり、
ルーバー（2a）を切り起こしたものが用いられている。

【００１４】（３）（４）は上下のヘッダーである。こ
れらのヘッダー（３）（４）は、各１本の断面円形のア
ルミニウム製電縫管をもって形成されたものである。各
ヘッダー（３）（４）には、図５に示すように、長さ方
向に沿って間隔的にチューブ挿入孔（５）が穿設される
とともに、該孔（５）に各チューブ（１）の両端が挿入
され、かつろう付により強固に接合連結されている。さ
らに、上ヘッダー（３）の右端部及び下ヘッダー（４）
の左端部にはそれぞれ冷媒流出入用の接続管（６）
（７）が連結されている。これら接続管は、熱交換器が
蒸発器として作動する場合には、下側の接続管（７）が
冷媒流入用として、上側の接続管（６）が同流出用とし
て用いられる。そして、下側ヘッダー（４）に流入した
液状冷媒は、各チューブを流通して上ヘッダー（３）へ
と至ったのち、接続管（６）から器外へと流出するもの
となされている。一方、熱交換器が凝縮器として作動す
る場合には、上記と逆に上側の接続管（６）が冷媒流入
用として用いられ、下側の接続管（７）が同流出用とし
て用いられる。そして、接続管（６）から上ヘッダー
（３）に流入したガス状冷媒は、各チューブを流通して
下ヘッダー（４）へと至ったのち、接続管（７）から器
外へと流出するものとなされている。また、上ヘッダー
（３）の左端には蓋片（８）が取着される一方、下ヘッ
ダー（４）の右端にも蓋片（９）がそれぞれ取着されて
いる。

【００１５】前記コルゲートフィン（２）は、図１に示
すように、頂部（21）が平坦状に形成されている。平坦
状に形成することにより円弧状の場合に較べて毛細管現
象が抑制され、水切性を向上することができる。しか
し、平坦部の長さＬ1 が短すぎると凝縮水が溜まりやす
くなるため、水切性の向上効果を有効に発揮させるため
にはＬ1 を０．８ｍｍ以上にわたって確保するのが良
い。また、頂部（21）を平坦状に形成したことによるコ
ルゲートフィン（２）の熱伝達率の低下を補うべく、中
間壁部（22）に形成されたルーバー（2a）の長さＬ2 を
｛フィン高さＨ1 −（２×フィン板厚）｝±０．５ｍｍ
に設定すると共に、フィン角θ1 を０．５〜３°に、図
２に示すルーバー角θ2 を３０〜４０°に、ルーバーピ
ッチＬ3 を０．７〜１．５ｍｍにそれぞれ設定するのが
望ましい。なお、フィンピッチＬ4 は一般的には１．４
〜１．８ｍｍに、フィン高さＨ1 は６〜１９ｍｍに設定
される。特に好ましくは、平坦部の長さＬ1 は１．２ｍ
ｍを中心として１〜１．５ｍｍ程度の範囲、フィン角θ
1 は１．５〜２．０°程度、ルーバー角θ2 は４０°程
度、ルーバーピッチＬ3 は１．２ｍｍ程度に設定するの
が良い。

【００１６】上記のような条件にコルゲートフィン
（２）を形成することにより、熱伝達率の大幅な低下を
招来することなく、水切性を向上することができ、流通
空気の圧損を減少でき、総合的な熱交換性能を向上する
ことができる。ちなみに、各条件を上記の最適値に設定
したコルゲートフィンと、頂部（21）を円弧状に形成し
たコルゲートフィンとを用いて、空気流通速度Ｖｍ／ｓ
に対する流通空気の圧損及びフィンの熱伝達率を調べた
ところ、表１、表２に示すとおりであった。なお、この
表１、２をグラフで示すと図６（イ）（ロ）のようにな
る。

【００１７】

【表１】

【表２】 表１の結果から、頂部（21）が円弧状のコルゲートフィ
ンでは、湿り時（空気中の水分凝縮時）の流通空気の圧
損増加が乾き時の約２倍であるが、頂部が平坦状のコル
ゲートフィンでは１．２〜１．３倍程度であり、従って
水切が良くなり空気中の水分凝縮時の圧損増加が抑制さ
れることがわかる。

【００１８】また、表２の結果から、頂部平坦状フィン
の頂部円弧状フィンに対する熱伝達率は約９５％であ
り、熱伝達率の低下は少ないことがわかる。

【００１９】このように、コルゲートフィン（２）の頂
部（21）を平坦状に形成することが水切性の向上に有効
であるが、かかる形状のフィンを高速度のロール成形に
より製作することは困難である。

【００２０】そこで、コルゲートフィン（２）の頂部
（21）を次のようにして平坦状に成形するのが良い。即
ち、図７に示すように、コルゲートフィン（２）の頂部
（21）両端（頂部と中間壁部（22）との連設部）及び中
央部の３か所のみを微小な曲率のコーナー部（21a ）
（21b ）（21c ）に曲成するとともに、これ以外を直線
部に形成することにより、頂部（21）を断面折線状に成
形しておく。なお、頂部（21）の中間部分においてコー
ナー部を設ける箇所はちょうど中央でなくても良いし、
また中間部分の２箇所以上にコーナー部を設けても良
い。ここに、フィン（２）の高さ（Ｈ2 ）は、フィンが
配置される隣接チューブ（１）（１）間の間隙よりも大
とし、また左右の頂部（21）を除いた中間部分の高さ
（Ｈ3 ）をチューブ間の間隙にほぼ等しく設定してお
く。

【００２１】そして、熱交換器の組立に際して、かかる
コルゲートフィン（２）をチューブ（１）（１）間に配
置したのち、ヘッダー（３）（４）の長さ方向にチュー
ブ（１）とフィン（２）を図７に矢印で示す方向に圧縮
し、この状態でチューブ（１）をヘッダー（３）（４）
のチューブ挿入孔（５）に差し込んでバンディングす
る。コルゲートフィン（２）の頂部（21）は、チューブ
とフィンの圧縮前は図８（イ）に示すように、その頂点
のコーナー部（21C ）のみがチューブ表面に接している
が、圧縮後は各コーナー部においてフィンが弾性変形
し、同図（ロ）に示すように頂部（21）のほぼ全体がチ
ューブ表面に押付けられて平坦状となる。そして、この
状態でろう付を行い、同図（ハ）に示すようにチューブ
（１）とフィン（２）との僅かな隙間にフィレット（4
0）を形成してフィン（２）の頂部（21）を平坦状のま
ま接合する。

【００２２】こうして、図９に示すような平坦状頂部
（21）を有するコルゲートフィン（２）を実現すること
ができる。

【００２３】図示実施例に係るヒートンプ用熱交換器
は、これをルームエアコン用の室外機として使用した場
合、冬期は蒸発器として作動し、液状冷媒あるいは一部
がガス化した冷媒が下側接続管（７）から下ヘッダー
（４）に流入したのち、各チューブに分流する。チュー
ブ（１）に流れ込んだ冷媒は、チューブを上方へと流通
する間にフィン（２）を含む空気流通間隙を流通する空
気と熱交換を行い、ガス化してヘッダー（３）に至った
のち、上側の接続管（６）から器外へと流出する。而し
て、熱交換時に流通空気から凝縮水を生じるが、コルゲ
ートフィン（２）の頂部（21）が平坦状に形成されてい
るために、毛管現象が抑制され、凝縮水は頂部に溜まる
ことなく速やかに排出される。

【００２４】一方、夏期は凝縮器として作動し、上側の
接続管（６）から上ヘッダー（３）へ流入した冷媒は、
各チューブを下方へと流れ、この間に流通空気と熱交換
を行い、液化して下ヘッダー（４）へと至る。そして、
下側の接続管（７）から器外へと流出する。

【００２５】

【発明の効果】この発明は、上述の次第で、コルゲート
フィンの頂部が平坦状に形成されてなるから、空気中の
水分から生じた凝縮水の滞溜を抑制し得て水切り性を向
上することができる。その結果、凝縮水の滞溜に起因す
る熱交換性能の低下を防止でき、性能的に優れたヒート
ポンプ用パラレルフロー熱交換器の提供が可能となる。
しかも、頂部が平坦状であるから、チューブとコルゲー
トフィンとの接合面積を大きく確保することができ、強
度的にも優れた熱交換器となしうる。

【００２６】また、コルゲートフィンの隣接中間壁部の
なすフィン角度θ1 が０．５〜３°に、平坦状頂部の長
さＬ1 が０．８ｍｍ以上に規定されるとともに、中間壁
部に多数のルーバーが形成され、かつルーバー長さＬ2
が｛フィン高さＨ1 −（２×フィンの板厚）｝±０．５
ｍｍに、ルーバー角θ2 が３０〜４０°に、ルーバーピ
ッチＬ3 が０．７〜１．５ｍｍにそれぞれ規定されてい
る場合には、頂部を平坦状にしたことによるフィンの熱
伝達率の低下を十分に補いつつ凝縮水の滞溜を効果的に
防止でき、益々ヒートポンプ用パラレルフロー熱交換器
の性能を向上することができる。

【００２７】さらに、コルゲートフィンの各頂部が、中
間壁部との連設部を含む少なくとも３つの箇所で曲成さ
れて断面折線状に形成されるとともに、隣接チューブ間
において前記コルゲートフィンが高さ方向に圧縮される
ことにより、頂部が平坦状に変形され、この状態でコル
ゲートフィンとチューブとがろう付されてなるヒートポ
ンプ用パラレルフロー熱交換器においては、その組み立
て段階でコルゲートフィンの頂部を平坦状に形成するこ
とができるから、コルゲートフィンを予め平坦状頂部を
有するものに製作する必要がなくなり、コルゲートフィ
ンの製作が簡単となり、水切り性に優れたヒートポンプ
用パラレルフロー熱交換器を安価に提供できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図３に示す熱交換器に用いたコルゲートフィン
の拡大正面図である。

【図２】図１のコルゲートフィンの幅方向の断面図であ
る。

【図３】この発明の一実施例に係るヒートポンプ用パラ
レルフロー熱交換器の正面図である。

【図４】同じく側面図である。

【図５】図３に示す熱交換器の下ヘッダーとチューブと
フィンを分離して示す断面斜視図である。

【図６】頂部が平坦状のフィンと円弧状のフィンを用い
た場合の水切り性能と熱伝達率の比較を示すグラフであ
る。

【図７】頂部平坦状のコルゲートフィンとなすためのフ
ィン素材を示す拡大正面図である。

【図８】図７に示したフィン素材をチューブ間に配置し
て圧縮し、ろう付するまでの過程を示す部分的拡大正面
図である。

【図９】図７に示したフィン素材を用いてチューブとコ
ルゲートフィンとをろう付した状態の拡大正面図であ
る。

【図１０】頂部が円弧状の従来のコルゲートフィンを用
いたときの凝縮水の保水状態を示す拡大正面図である。

【符号の説明】

１…チューブ ２…コルゲートフィン ３、４…ヘッダー 2a…ルーバー 21…頂部 22…中間壁部 21a 〜21c …コーナー部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉永 信也 栃木県下都賀郡大平町富田800 株式会社 日立製作所栃木工場内 (72)発明者 小暮 博志 栃木県下都賀郡大平町富田800 株式会社 日立製作所栃木工場内 (72)発明者 星野 良一 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和アル ミニウム株式会社内 (72)発明者 若林 信弘 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和アル ミニウム株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 並列状に配置された多数本のチューブ
   （１）と、これらチューブの両端が連通接続された１対
   の中空ヘッダー（３）（４）と、隣接する前記チューブ
   間に配設され、頂部（21）と中間壁部（22）とが交互繰
   返し状態に曲成されたコルゲートフィン（２）とを備え
   たヒートポンプ用パラレルフロー熱交換器において、 前記コルゲートフィン（２）の頂部（21）が平坦状に形
   成されてなることを特徴とするヒートポンプ用パラレル
   フロー熱交換器。
2. 【請求項２】 コルゲートフィン（２）の隣接中間壁部
   （22）（22）のなすフィン角度θ1 が０．５〜３°に、
   平坦状頂部（21）の長さＬ1 が０．８ｍｍ以上に規定さ
   れるとともに、中間壁部（22）に多数のルーバー（2a）
   が形成され、かつルーバー長さＬ2 が｛フィン高さＨ1
   −（２×フィンの板厚）｝±０．５ｍｍに、ルーバー角
   θ2 が３０〜４０°に、ルーバーピッチＬ3 が０．７〜
   １．５ｍｍにそれぞれ規定されていることを特徴とする
   請求項１に記載のヒートポンプ用パラレルフロー熱交換
   器。
3. 【請求項３】 並列状に配置された多数本のチューブ
   （１）と、これらチューブの両端が連通接続された１対
   の中空ヘッダー（３）（４）と、隣接する前記チューブ
   間に配設され、頂部（21）と中間壁部（22）とが交互繰
   返し状態に曲成されたコルゲートフィン（２）とを備え
   たヒートポンプ用パラレルフロー熱交換器において、 前記コルゲートフィン（２）の各頂部（21）が、中間壁
   部（22）との連設部を含む少なくとも３つの箇所でコー
   ナー部（21a ）（21b ）（21c ）を有するものに曲成さ
   れて断面折線状に形成されるとともに、隣接チューブ
   （１）（１）間において前記コルゲートフィン（２）が
   高さ方向に圧縮されることにより、頂部（21）が平坦状
   に変形され、この状態でコルゲートフィン（２）とチュ
   ーブ（１）とがろう付されてなることを特徴とするヒー
   トポンプ用パラレルフロー熱交換器。