JP2005090760A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】扁平チューブ間の前面面積が大きく、通風方向の奥行き寸法が小さく、かつ、フィンの腰折れ座屈が起こらない熱交換器を提供する。
【解決手段】 平行に配列された扁平チューブ１間の間隙に、熱交換フィンとして複数のコルゲートフィン２を積層して介装する。これにより、コルゲートフィン２の単体を高くすることなく、扁平チューブ１の配列ピッチを大きくすることが可能になり、扁平チューブ１間の前面面積の拡大、通風抵抗の低減を実現することができ、コルゲートフィン１の腰折れ座屈も起こりにくい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ルームエアコン、パッケージエアコンなどに用いる熱交換器に関する。

従来、熱交換器においては、内部に通路を形成した扁平チューブを並列に配置し、各扁平チューブ間にコルゲートフィンを介装している。
たとえば図９に示すような、蛇行状の扁平チューブ１の直線部１ａ間にコルゲートフィン２を介装したサーペンタインタイプの熱交換器がある。この熱交換器では、扁平チューブ１の曲げ部１ｂの最大幅は、曲げ部１ｂに至る２本の直線部１ａの最大幅より大きく設定されている。一般に、この種の熱交換器では、扁平チューブ１の直線部１ａの配列ピッチは可能な限り小さい方が小型高性能化のために望ましいが、そのために曲げ部１ｂの曲率半径を小さくしようとすると、ひび割れや歪み等のチューブ曲げ加工上の限界がある。この熱交換器はかかる問題の解決を図ったもので、曲げ部１ｂを無理な折り曲げによらず形成して直線部１ａの配列ピッチを小さくしている（特許文献１）。

図１０は、サーペンタインタイプの熱交換器に用いられた扁平チューブの断面を示す。この扁平チューブ１は、両端部に最も近い中柱１１ａの肉厚ｔ１，ｔｎを他の中柱１１ｂの肉厚ｔ２，・・よりも大きくすることで、扁平チューブ１の配列ピッチを小さくする際に曲げ部に起きる歪みを防ぐようにしている（特許文献２）。

図１１，図１２に示すサーペンタインタイプの熱交換器では、コルゲートフィン２に、扁平チューブ１に対して垂直にリブ２ａを設けている。この種の熱交換器を組み立てる際には、扁平チューブ１の間にコルゲートフィン２を装着し、そのコルゲートフィン２に両側の扁平チューブ１を押し付ける方向に加圧しながらロウ付けするのであるが、コルゲートフィン２の肉厚が薄いなどの理由で腰が弱いと、腰折れ、座屈を起こすことがあるため、リブ２ａによって予めフィンの腰を強化している（特許文献３）。
特開平４−２８８４８１号公報 特開平２−２３００９１号公報 特開昭６２−２５５７９１号公報

特許文献１，２に開示された熱交換器は、上記したように扁平チューブ１の配列ピッチを小さくすることで小型高性能化を図ったものであるが、省エネルギーという観点からは、通風抵抗を上げることにもつながり有効ではない。通風抵抗を少なくするためには、通風方向の奥行き寸法が小さく、前面面積が広い形状が望ましい。そのためには特許文献１、２の構造とは逆に、扁平チューブの配列ピッチが大きいのが望ましく、その間に、通風方向の奥行き寸法が小さく、高さの高いフィンを介装するのが望ましい。しかしそのようなフィンは明らかに腰が弱く、特許文献３に開示されたような技術を用いても、腰折れ、座屈は避けられないという問題がある。

本発明は上記問題を解決するもので、扁平チューブ間の前面面積が大きく、通風方向の奥行き寸法が小さく、かつ、フィンの腰折れ座屈が起こらない熱交換器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の熱交換器は、平行に配列された扁平チューブ間の間隙に、熱交換フィンとしての複数のコルゲートフィンが積層して介装されたもので、このような構造により、コルゲートフィン単体を高くすることなく、扁平チューブの配列ピッチを大きくすることが可能になり、扁平チューブ間の前面面積の拡大、通風抵抗の低減を実現することができ、コルゲートフィンの腰折れ座屈も起こりにくい。これに対し、同じ配列ピッチを１個の高いフィンで実現する場合には腰折れ座屈が起こり易く、それを防止するためにはフィンの奥行き寸法を大きくせざるを得ず、通風抵抗が大きくなる。

平行に配列された扁平チューブは、蛇行状に折り曲げられた扁平チューブの直線部であってもよい。
コルゲートフィン間に金属製薄板が介装されるのが好都合である。それにより、コルゲートフィンはそれぞれ扁平チューブと薄板の間で突っ張ることになり、組み立て時にそれぞれの山谷のピッチが正確に合わなくても扁平チューブ間から脱落する恐れはない。

扁平チューブの長手方向に沿うコルゲートフィンの端面と金属製薄板の端面とが面一をなすのが好都合である。それにより、組み立ての際に端面どうしを一致させることで薄板の奥行き方向の位置決めを容易に行なえる。

金属製薄板の少なくとも一部が扁平チューブよりも幅狭いのが好ましい。それにより、一般に行なわれている熱交換器のＬ型曲げ成型が容易になる。
扁平チューブよりも幅狭い金属製薄板が正中線上に配置されるのが好ましい。Ｌ型に曲げ成型する際に熱交換器の正中線上ではコルゲートフィンの伸び縮みがないため、コルゲートフィンにロウ付けされた薄板に座屈や変形が発生せず、円滑な曲げ成型が可能となる。

金属製薄板が扁平チューブの長手方向に沿って山部と谷部が繰り返される波形薄板であるのが好ましい。それにより、一般に行なわれている熱交換器のＬ型曲げ成型が容易になる。

扁平チューブの外側にコルゲートフィンが配されるのが好ましい。それにより扁平チューブを有効利用して熱交換できる。

本発明の熱交換器は、複数のコルゲートフィンを積層した構成を有することにより、コルゲートフィン単体を高くすることなく、扁平チューブの配列ピッチを大きくすることが可能になり、扁平チューブ間の前面面積が大きく、通風方向の奥行き寸法が小さい、したがって通風抵抗が少なく、能力が高い構造を実現できる。よって従来よりもファン動力を低減することができ、エアコン等の究極の省エネルギーに寄与するものである。

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。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における熱交換器の斜視図である。

図１に示す熱交換器は空気調和機の室外機などに使用されるものであり、蛇行状に折り曲げ成形された扁平チューブ１と、熱交換フィンとしてのコルゲートフィン２とを備えている。扁平チューブ１，コルゲートフィン２とも、アルミニウムなどの熱伝導のよい金属で形成されている。

扁平チューブ1は、複数の通路を内部に有するもので（図１０参照）、直線部１ａと曲げ部１ｂとを連続して有しており、各直線部１ａは間隙を設けて平行に配列されている。
扁平チューブ１の両端は蒸発性媒体供給手段（図示せず）に連通している。

コルゲートフィン２は、扁平チューブ１の直線部１ａ間の間隙に２枚ずつ介装されている（図示を簡略化するために一部のみ示す）。各コルゲートフィン２は、その波形形状に基づく通気溝が扁平チューブ１の長手方向の縁部と直交する方向に延びるように、かつ、波形形状の山どうしが一致するように積層されており、隣接するコルゲートフィン２に対して、また扁平チューブ１に対して、ロウ付け等によって固着されている。

このように２枚のコルゲートフィン２を積層した構造であるため、扁平チューブ１の直線部１ａの配列ピッチがある程度大きくてもコルゲートフィン２の１枚あたりの高さは低くてすみ、奥行き寸法を大きくせずとも腰が強くなり、腰折れ、座屈を起こしにくい。

このため逆に、扁平チューブ１は、曲げ部１ｂの曲げ曲率をひずみ等の問題が起こるほどに小さくする必要はなく、直線部１ａの配列ピッチが大きい、前面面積が広い形状とされている。

よって熱交換器全体としては、前面面積が広い、奥行き寸法が小さい、通風抵抗の少ない構造となっており、ファン動力の低減、省エネルギーを実現できる。高価な扁平チューブ１を多用しない分、コストも低減される。なお、コルゲートフィン２を３枚以上積層した構造も可能である。
（実施形態２）
図２は本発明の実施の形態２における熱交換器の斜視図である。

この実施の形態２の熱交換器は、上記実施の形態１の熱交換器とほぼ同様の構成を有しているが、扁平チューブ１の直線部１ａ間に挿入された２枚のコルゲートフィン２の間に、扁平チューブ１の直線部１ａと平行な方向のアルミ材の薄板４が介装された点が相違している。また最外側の直線部１ａの外側にもコルゲートフィン２が配置され、その外側にコルゲートフィン２を保護する端板５が配置された点が相違している。

上記構成により、２枚のコルゲートフィン２はそれぞれ扁平チューブ１とアルミ材の薄板４の間で突っ張ることになり、組み立て時にそれぞれの山谷のピッチが正確に合わなくても扁平チューブ１間から脱落する恐れはない。

つまり、実施の形態１の熱交換器のように２枚のコルゲートフィン２を直に積層する場合には、それぞれの山谷のピッチが正確に合わなければ扁平チューブ１間で突っ張ることはできず、組み立て時に扁平チューブ１間から脱落する恐れがあるため、コルゲートフィン２の寸法、組み立てに高い精度が要求されるのであるが、薄板４の介装によって、それを排除できるのである。

アルミ材の薄板６は、２枚のコルゲートフィン２と密着してフィンとしての機能も果たすことになり、熱交換器能力の向上にも資する。
扁平チューブ１の最外側の直線部１ａの外側に直線部１ａ間と同様に２枚のコルゲートフィン２を配しても一向に差し支えないが、その場合には最外側のコルゲートフィン２は扁平チューブ１との直接接触部がなく、熱交換の効率は良くない。図示したように１枚のコルゲートフィン２と端板５とを配する構造が最も効率が良い。ただし端板５を廃して両端の扁平チューブ１でそれに代える構造、つまり扁平チューブ１の外側にはコルゲートフィン２を配置しない構造（図１参照）も、熱交換器を安価に作る目的で有効である。
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における熱交換器を示す斜視図である。

図３において、熱交換器は、平行に配された複数の扁平チューブ１と、各扁平チューブ１間の間隙に介装された熱交換フィンとしてのコルゲートフィン２と、各扁平チューブ１列の両端に位置して各扁平チューブ１内の通路に連通する中空ヘッダ６とを備えている。中空ヘッダ６はそれぞれ蒸発性媒体供給手段（図示せず）に連通している。扁平チューブ１，コルゲートフィン２、中空ヘッダ６とも、アルミニウムなどの熱伝導のよい金属で形成されている。

コルゲートフィン２は扁平チューブ１間に２枚ずつ積層されており、２枚のコルゲートフィン２間にはアルミ材の薄板４が扁平チューブ１と平行に挿入されている。最外側の扁平チューブ１の外側にコルゲートフィン２が配され、その外側に端板５が配されている。扁平チューブ１、コルゲートフィン２、薄板６、中空ヘッダ１１は、ロウ付け等によって互いに固着されている。

このように２枚のコルゲートフィン２を積層した構造であるため、扁平チューブ１の配列ピッチがある程度大きくても、コルゲートフィン２の１枚あたりの高さは低くてすみ、腰が強くなり、奥行き寸法を大きくせずとも腰折れ、座屈を起こしにくい。

よって熱交換器全体としては、前面面積が広い、奥行き寸法が小さい、通風抵抗の少ない構造となっており、省エネルギーを実現できる。高価な扁平チューブ１を多用しない分、コストも低減される。
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４における熱交換器を示す斜視図である。

この実施の形態４の熱交換器は、上記実施の形態２の熱交換器とほぼ同様の構成を有しているが、薄板４，端板５の長手方向における中央の一部が幅狭く形成されている点が相違する（以下、この部分を狭幅部分４ａ，５ａという）。

一般に、ルームエアコンの室外機に搭載する熱交換器は、ケーシング内に効率よく収納するためにＬ型に曲げられる。その際に曲げ易いように、図示したような狭幅部分４ａ，５ａが設けられているのである。

図５（ａ）（ｂ）に示すように、狭幅部分４ａ（図示を省略するが狭幅部分５ａも同様である）は、熱交換器の曲げ部分に相当する位置に、座屈や変形がほとんど発生しない程度に十分に狭い幅となるように、かつ、一点鎖線で示す熱交換器の正中線上（熱交換器の幅を規定する部材の中心線上）に載るように形成される。

これは、Ｌ型に曲げた際に熱交換器の正中線上ではコルゲートフィン２の伸び縮みがないためであり、この位置に狭幅部分４ａに設けておくことで、コルゲートフィン２にロウ付けされた薄板４，端板５に座屈や変形がほとんど発生せず、円滑な曲げ成型が可能となるためである。

ここで、薄板４の幅（狭幅部分４ａを除く）はコルゲートフィン２の幅にほぼ等しく、特に図中の右側に示した風上側ではコルゲートフィン２の端面と薄板６の端面とが同一面上にある。これは、熱交換器を組み立てる際にロウ付けに先立って端面どうしを一致させることで、薄板４の奥行き方向の位置決めが容易に行なえるためである。コルゲートフィン２の少なくとも一方の端面がそれに対応する薄板６の端面とが同一面にあればよい。

なお、この実施形態では薄板４は曲げ部分のみ幅狭く形成されているが、上記したような奥行き方向の位置決めを意図するのでなければ、全体が幅狭い薄板を用いても円滑な曲げは可能である。曲げ部分のみ薄板６を無くしても、つまり薄板６を２分割等しても、円滑な曲げは可能である。
（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５における熱交換器を示す斜視図である。

この実施の形態５の熱交換器は、上記実施の形態３で説明したタイプの熱交換器において、コルゲートフィン２間に上記実施の形態４で説明したような薄板４、つまり長手方向における中央の一部に狭幅部分４ａが形成されたものが配置されている。この熱交換器にあっても、薄板４の狭幅部分４ａによって実施の形態４と同様の効果が得られる。
（実施の形態６）
図７は本発明の実施の形態６における熱交換器を示す一部正面図である。

この実施の形態６の熱交換器は、上記実施の形態１で説明したのと同一タイプの熱交換器であり（実施の形態２または３と同一タイプの熱交換器であってもよい）、コルゲートフィン２と同一ピッチの波形形状に成型された薄板７を用いて、上下のコルゲートフィン２の位相を合わせて組み立てられている。

このような熱交換器をＬ型に曲げる際には、図８（ａ）（ｂ）に示すように、波形形状の薄板７は、一点鎖線で示す正中線よりも内側の波形のピッチがつまり外側のピッチが伸びる変形を生じて、無理なく曲がる。薄板７の上下にあるコルゲートフィン２の山谷も同様の変形をする。このため、熱交換器全体として異常な変形無くＬ型に曲げ成型できる。

本発明の実施の形態１における熱交換器の斜視図 本発明の実施の形態２における熱交換器の斜視図 本発明の実施の形態３における熱交換器の斜視図 本発明の実施の形態４における熱交換器の斜視図 図４の熱交換器の曲げ成型を説明する模式図 本発明の実施の形態５における熱交換器の斜視図 本発明の実施の形態６における熱交換器の一部正面図 図７の熱交換器の曲げ成型を説明する模式図 従来の熱交換器の正面図 従来の他の熱交換器の扁平チューブの断面図 従来のさらに他の熱交換器の斜視図 図１１の熱交換器のフィン部の拡大斜視図

符号の説明

１ 扁平チューブ
1a 直線部
２ コルゲートフィン
４ 薄板
4a 狭幅部
７ 薄板

Claims (8)

1. 平行に配列された扁平チューブ間の間隙に、熱交換フィンとしての複数のコルゲートフィンが積層して介装された熱交換器。
2. 平行に配列された扁平チューブが、蛇行状に折り曲げられた扁平チューブの直線部である請求項１記載の熱交換器。
3. 積層されたコルゲートフィン間に金属製薄板が介装された請求項１または請求項２のいずれかに記載の熱交換器。
4. 扁平チューブの長手方向に沿うコルゲートフィンの端面と金属製薄板の端面とが面一をなす請求項３記載の熱交換器。
5. 金属製薄板の少なくとも一部が扁平チューブよりも幅狭い請求項３または請求項４のいずれかに記載の熱交換器。
6. 扁平チューブよりも幅狭い金属製薄板が正中線上に配置された請求項５記載の熱交換器。
7. 金属製薄板が扁平チューブの長手方向に沿って山部と谷部が繰り返される波形薄板である請求項３または請求項４のいずれかに記載の熱交換器。
8. 扁平チューブの外側にコルゲートフィンが配された請求項１記載の熱交換器。

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