(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO2017179190
(43)【国際公開日】20171019
【発行日】20180614
(54)【発明の名称】熱交換器及びヒートポンプ装置
(51)【国際特許分類】
   F28F 1/32 20060101AFI20180518BHJP
   F28F 17/00 20060101ALI20180518BHJP
   F28D 1/04 20060101ALI20180518BHJP
   F28F 13/18 20060101ALI20180518BHJP
   F25B 39/00 20060101ALI20180518BHJP
   F25B 39/02 20060101ALI20180518BHJP
【FI】
   !F28F1/32 Y
   !F28F17/00 501B
   !F28D1/04
   !F28F13/18 B
   !F25B39/00 D
   !F25B39/02 J
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】11
【出願番号】2018511852
(21)【国際出願番号】JP2016062114
(22)【国際出願日】20160415
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目7番3号
(74)【代理人】
【識別番号】110002491
【氏名又は名称】溝井国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】池田 孟
【住所又は居所】日本国東京都千代田区丸の内二丁目7番3号 三菱電機株式会社内
【テーマコード(参考)】
3L103
【Fターム(参考)】
3L103AA22
3L103CC18
3L103CC22
3L103CC30
3L103DD03
3L103DD33
3L103DD69
3L103DD70
(57)【要約】
熱交換器(10)は、複数のフィン(11)が鉛直に立てて並べられ、複数のフィン(11)を複数の冷媒配管(12)が貫通して設けられて構成される。複数のフィン(11)それぞれには、縁に切欠き(14)が形成され、水平方向に1本の溝状になっており、1本の溝状になった切欠き(14)にはワイヤ(15)が挿入され設けられている。また、複数のフィン(11)それぞれには、切欠き(14)の下側に鉛直方向に延びた流路溝(16)が形成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鉛直方向に立てて設けられた複数のフィンであって、縁に切欠きが形成され、前記切欠きの下側に鉛直方向に延びた流路溝が形成された複数のフィンと、
前記複数のフィンに形成された切欠きに設けられたワイヤと、
前記複数のフィンを貫通して設けられた冷媒配管と
を備える熱交換器。
【請求項2】
前記冷媒配管は、複数設けられており、前記切欠きに近い冷媒配管は、他の冷媒配管よりも径が小さい細径配管である
請求項1に記載の熱交換器。
【請求項3】
前記細径配管は、2本以上である
請求項2に記載の熱交換器。
【請求項4】
前記ワイヤは、前記切欠きに複数設けられた
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】
前記ワイヤは、表面に親水性コーティングが施された
請求項1から4までのいずれか1項に記載の熱交換器。
【請求項6】
前記切欠きは、前記複数のフィンの風上側の縁に設けられた
請求項1から5までのいずれか1項に記載の熱交換器。
【請求項7】
圧縮機と、請求項1から6までのいずれか1項に記載の熱交換器である凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが配管により順次接続された冷媒回路を備えるヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、凝縮器で発生した凝縮水の排出性を高めた熱交換器と、この熱交換器を備えたヒートポンプ装置とに関する。
【背景技術】
【0002】
ヒートポンプ装置では、複数のフィンが並べられ、複数のフィンを貫通して冷媒配管が設けられて構成された熱交換器が用いられる場合がある。
この熱交換器が凝縮器として用いられた場合、各フィンでは、表面で結露した水である凝縮水が液滴となる。この液滴は、フィン間を閉塞して、熱交換器の能力を低下させてしまう場合がある。また、この液滴は、風により熱交換器の外に飛散してしまう場合がある。
【0003】
特許文献1には、各フィンに折れ曲げ溝を形成し、凝縮水を折れ曲げ溝に沿って重力方向に流して排出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2015−4450号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1に記載された技術では、折れ曲げ溝部分で発生した凝縮水は、折れ曲げ溝により排出できるものの、折れ曲げ溝以外の部分で発生した凝縮水は、折れ曲げ溝により排出できない。
この発明は、凝縮水の排出性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明に係る熱交換器は、
鉛直方向に立てて設けられた複数のフィンであって、縁に切欠きが形成され、前記切欠きの下側に鉛直方向に延びた流路溝が形成された複数のフィンと、
前記複数のフィンに形成された切欠きに設けられたワイヤと、
前記複数のフィンを貫通して設けられた冷媒配管と
を備える。
【発明の効果】
【0007】
この発明では、フィンの縁に形成されたワイヤ部分で凝縮水が発生し、発生した凝縮水が液滴となって下側に垂れて、流路溝に沿って排出される。これにより、凝縮水の排出性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態1に係るヒートポンプ装置1の構成図。
【図2】実施の形態1に係る熱交換器10の斜視図。
【図3】実施の形態1に係る熱交換器10の側面図。
【図4】実施の形態1に係る熱交換器10が備えるフィン11の温度分布の説明図。
【図5】実施の形態1に係る熱交換器10の凝縮水の排出経路の説明図であり、熱交換器10の側面から見た図。
【図6】実施の形態1に係る熱交換器10の凝縮水の排出経路の説明図であり、熱交換器10のフィン11間を見た図。
【図7】フィン11間で凝縮水がブリッジ状に溜まった状態を示す図。
【図8】フィン11から凝縮水が飛散する状態を示す図。
【図9】変形例1に係る熱交換器10の側面図。
【図10】変形例2に係る熱交換器10の側面図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
実施の形態1.
***構成の説明***
図1を参照して、実施の形態1に係るヒートポンプ装置1の構成を説明する。
ヒートポンプ装置1は、圧縮機2と、熱交換器3と、膨張弁4と、熱交換器5とが配管により順次接続された冷媒回路6を備える。冷媒回路6には、圧縮機2の吐出側に四方弁7が設けられており、冷媒が流れる方向を切り替えることができるようになっている。
冷媒が流れる方向が切り替えられることにより、熱交換器3が凝縮器となり、熱交換器5が蒸発器となる場合と、熱交換器3が蒸発器となり、熱交換器5が凝縮器となる場合とが切り替えられる。
実施の形態1に係る熱交換器10は、熱交換器3と熱交換器5との少なくともいずれかである。
【0010】
図2及び図3を参照して、実施の形態1に係る熱交換器10の構成を説明する。
熱交換器10は、鉛直方向に立てて、水平方向に並べて設けられた、略矩形の薄板状の複数のフィン11を備える。各フィンは、同じ位置に複数の通過孔が空けられており、各通過孔に冷媒配管12が通されている。図2及び図3では、各フィン11は、4つの通過孔が鉛直方向に並んで空けられており、4つの冷媒配管12が通されている。複数の冷媒配管12のうち、最上部の冷媒配管12は、他の冷媒配管よりも径が小さい細径配管13である。つまり、複数の冷媒配管12のうち、後述する切欠き14に近い冷媒配管12は細径配管13である。
【0011】
各フィン11は、鉛直方向の上端付近における縁に切欠き14が形成されている。各フィン11に形成された切欠き14は、水平方向に1本の溝状になっている。溝状になっている切欠き14には、ワイヤ15が挿入され設けられている。また、各フィン11は、切欠き14の下側に鉛直方向に延びた流路溝16が形成されている。
なお、熱交換器10がヒートポンプ装置1の一部として用いられた場合に、各フィン11の風上側になる縁に切欠き14は形成される。つまり、ヒートポンプ装置1が備えるファンにより送られる風の風上側になる縁に切欠き14は形成される。
【0012】
図3に示すように、熱交換器10の下には、ドレンパン17が設置される。ドレンパン17は、熱交換器10で発生した凝縮水の液滴を受け、外部に排出する。
【0013】
***製造方法の説明***
まず、厚さ0.1[mm(ミリメートル)]程度のアルミ板をプレス加工することにより、冷媒配管12を通すための通過孔と、切欠き14と、流路溝16とが形成されたフィン11が複数製造される。ここで、切欠き14に近い最上部の通過孔は、直径Φ3.5[mm]程度の細径配管13がちょうど通る程度の大きさであり、他の通過孔は、直径Φ7.0[mm]程度の冷媒配管12がちょうど通る程度の大きさである。
次に、製造された複数のフィン11がフィンピッチ1.5[mm]程度で並べられる。次に、最上部の通過孔に直径Φ3.5[mm]程度の細径配管13が通され、他の通過孔に直径Φ7.0[mm]程度の冷媒配管12が通される。また、複数のフィン11が並べられて溝状になった切欠き14に、ワイヤ15が挿入される。
【0014】
なお、切欠き14は、複数のフィン11が並べられ、細径配管13及び冷媒配管12が通された後に、切削加工によりフィン11に切り込みが入れられ、形成されてもよい。
【0015】
***実施の形態1の効果***
細径配管13を含む冷媒配管12の長さを800[mm]として熱交換器10を構成した場合の配管温度を検証する。使用する冷媒をR32とし、冷媒配管12への流入時の冷媒流量を25[kg/h]、温度を10[℃]、乾き度を0.9[−]とする。そして、冷媒配管12内の圧力損失をLockhart−Martineの式(「気液二相流ハンドブック」、コロナ社参照)を用いて計算する。
すると、細径配管13を除く冷媒配管12では、2.7[kPa]の圧力損失が生じ、冷媒配管12内の冷媒の温度は、0.1[℃]低減する。細径配管13では、−45.1[kPa]の圧力損失が生じ、細径配管13内の冷媒の温度が−3.0[℃]低減する。つまり、図4に示すように、細径配管13を用いることによって、周囲の配管より3[℃]程度の温度の低い領域をフィン11の表面に作ることができる。
【0016】
凝縮水は、水分子を含んだ空気が相対湿度100%となる温度以下に下げられた時に、冷却による空気の熱エネルギーの減少が凝縮水の析出として表れる。
熱交換器10で凝縮水が析出し易い領域は、空気との温度差が大きく、熱伝達率を高めることができる温度の低い領域である。フィン11の風上側の端面(前縁)など、空気と衝突し、温度境界層の厚さが薄い部分も、熱伝達率が高く凝縮水が析出し易い。また凝縮水が析出するときの核となる微小な表面粗さが残る壁面でも凝縮水が析出し易い。
【0017】
熱交換器10が備えるワイヤ15は、細径配管13の近傍にある。そのため、温度が周囲のフィン11の表面より低くなり、空気との温度差が大きくなる。また、ワイヤ15の形状が流入する空気の温度境界層の厚みを切断し、温度境界層を薄くする効果がある。さらに、熱交換器10にワイヤ15が取付けられる時に、ワイヤ15にひねりが加わり、ワイヤ15が切欠き14と摩擦されることにより、ワイヤ15の表面に微小な傷が生じる。
そのため、ワイヤ15は、凝縮水が析出する核となり易く、フィン11の表面よりも凝縮水の析出と成長が促進される条件を多く持つ。
【0018】
図5及び図6に示すように、ワイヤ15の表面で析出し成長した凝縮水21は液滴22となって、重力により切欠き14の下側に垂れる。そして、切欠き14の下側に垂れた液滴22は、流路溝16に達し、表面張力による毛管力現象によって流路溝16に吸水される。流路溝16に給水された液滴22は、流路溝16に沿って下側に向かい、ドレンパン17に回収される。
【0019】
以上のように、実施の形態1に係る熱交換器10では、フィン11にワイヤ15を設け、ワイヤ15で凝縮水を析出、成長させ、ワイヤ15に近接する流路溝16を用いて成長した凝縮水をドレンパン17に誘導する。これにより、凝縮水の排出性を向上させることができる。
ワイヤ15で凝縮水を析出、成長させ、排出されるため、図7に示すように、フィン11間で凝縮水がブリッジ状に溜り、凝縮水がフィン11間の空気の流れを妨害して、熱交換器10の熱交換効率を低下させることを防止できる。また、図8に示すように、フィン11の表面で凝縮水が成長して、ファンの風により熱交換器10の外に飛散してしまうことを防止できる。
【0020】
なお、特許文献1に記載されたように折れ曲げ溝を設けただけでは、ワイヤ15のように、凝縮水を成長させる部分がないため、フィン11の排水性を十分に高くすることができない。
【0021】
***他の構成***
<変形例1>
実施の形態1では、図2及び図3に示すように、細径配管13は、切欠き14に近い1つの冷媒配管12だけであった。しかし、図9に示すように、切欠き14に近い2本以上の冷媒配管12を細径配管13にしてもよい。
これにより、フィン11の表面の温度が低くなる領域が拡大される。
【0022】
<変形例2>
また、実施の形態1では、図2及び図3に示すように、切欠き14には、1本のワイヤ15が設けられた。しかし、図10に示すように、切欠き14には、複数のワイヤ15が設けられてもよい。図10では、具体例として、切欠き14に3本のワイヤ15が設けられている。
これにより、ワイヤ15の表面積が拡大され、ワイヤ15に凝縮水が析出し易くなる。そのため、ワイヤ15で凝縮水が成長し易くなり、熱交換器10の凝縮水の排出性が高くなる。
【0023】
<変形例3>
また、ワイヤ15の表面に親水性コーティングが施されてもよい。
これにより、ワイヤ15の表面で凝縮水の析出し易くなる。そのため、ワイヤ15で凝縮水が成長し易くなり、熱交換器10の凝縮水の排出性が高くなる。
【符号の説明】
【0024】
1 ヒートポンプ装置、2 圧縮機、3 熱交換器、4 膨張弁、5 熱交換器、6 冷媒回路、10 熱交換器、11 フィン、12 冷媒配管、13 細径配管、14 切欠き、15 ワイヤ、16 流路溝、17 ドレンパン、21 凝縮水、22 液滴。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【国際調査報告】