JP2005114220A - フィン・チューブ式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 通風に対する悪影響を生じることなく、扁平チューブ４の組付時におけるプレートフィン５の歪が防止されて、優れた組付作業性が得られるフィン・チューブ式熱交換器を提供する。
【解決手段】 プレートフィン５における切欠溝５１の相互間に、プレートフィン５に生じる歪を吸収する変形部（５２）を形成している。
これによれば、切欠溝５１の相互間に変形部５２を形成したことより、切欠溝５１に対して扁平チューブ４を組み付ける際のプレートフィン５の歪が吸収され、フィン・チューブ式熱交換器全体の変形が軽減もしくは防止することができる。また、扁平チューブ４とプレートフィン５との組付作業性を向上できると共に、製品品質の向上とその安定化が共に効果的に達成され得る。また、従来技術のような、通風方向に対して横断的な補強リブを設けるものではないため、通風に対する悪影響を生じることがない。
【選択図】 図２

Description

本発明は、多数枚のプレートフィン間に跨がって扁平チューブを組み付けてなる構造のフィン・チューブ式熱交換器に関するものであり、特に製造性に優れたフィン・チューブ式熱交換器に関する。

従来から、互いに所定距離を隔てて重ね合わせた多数枚のプレートフィンに対して、伝熱流体が流通する複数本の扁平チューブを、それらの重ね合わせ方向に延びる状態で組み付けてなる構造のフィン・チューブ式熱交換器が知られており、特に、扁平チューブは円形チューブより熱伝達効率が優れていることから、エバポレータ（冷媒蒸発器）やヒータコア（温水加熱器）などとして好適に用いられてきている。

また、そのような扁平チューブを用いたフィン・チューブ式熱交換器の一種として、各プレートフィンに対して、それぞれ、端縁部に開口する切欠溝を複数個設け、それらの切欠溝に扁平チューブを嵌め込んでろう付することにより組み付けてなる構造のものが知られている。このような構造のフィン・チューブ式熱交換器においては、各プレートフィンに穿孔した取り付け孔内に扁平チューブを挿通して組み付ける構造のものに比べて、組付作業性の向上が図られる。

ところが、このようにプレートフィンに対して、その端縁部に開口する切欠溝を設けると、プレートフィンの強度を充分に確保し難くなり、プレートフィンおよび扁平チューブの製作時の寸法誤差や、扁平チューブを切欠溝へ嵌め込む際のこじり等によって、扁平チューブの組付時に、切欠溝が拡開する方向にプレートフィンが変形し易いという問題があった。

そのために、扁平チューブを嵌め込んだ切欠溝に隣り合う切欠溝の開口幅が狭められて、扁平チューブの嵌め込みが困難ないしは不可能となり、組付時の作業性が著しく悪化する恐れがあったのであり、また、組付けが完成しても、プレートフィンが変形してしまい、その後のろう付で不良が生じたり、変形した熱交換器コアとなったり、所定のフィンピッチが保持できなくなる等といった問題が発生し易く、特に、扁平チューブの本数やプレートフィンの数が多い熱交換器には適さなかったのである。

尚、このような問題は、フィンプレートにおける切欠溝および扁平チューブの寸法精度を高くすると共に、フィンプレートの板厚を大きくして高強度とすることによって、或る程度、対処することが可能であるが、寸法精度を高くすると製作効率の低下や歩留りの悪化等の問題が引き起こされ、またフィンプレートの板厚を大きくすると熱交換器コアが大型且つ重量化してしまうため、決して有効な方法ではない。尚、このような問題に対して特許文献１に示す公報では、プレートフィンにおける切欠溝の底部側の連続部分において、長手方向に延びる補強リブを設ける方策が示されている。
実開平５−９０１７３号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される従来技術は、０．５ｍｍ程度の打ち出し高さとはいえ、通風方向に対して横断的に補強リブを設けるものであり、これが多数枚重ね合わせた全てのプレートフィンの長手方向全域に形成されていると、打ち出し凸部裏面の凹部において逆流渦が生じたりして通風に対する悪影響が少なくない。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、通風に対する悪影響を生じることなく、扁平チューブの組付時におけるプレートフィンの歪が防止されて、優れた組付作業性が得られるフィン・チューブ式熱交換器を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項３に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、互いに所定距離を隔てて重ね合わせた多数枚のプレートフィン（５）に対して、それぞれ、端縁部に開口する切欠溝（５１）を、長手方向に所定間隔を隔てて複数個設け、伝熱流体が流通する複数本の扁平チューブ（４）を、それら各切欠溝（５１）に嵌め込むことにより、プレートフィン（５）の重ね合わせ方向に延びる状態で組み付けてなるフィン・チューブ式熱交換器において、
プレートフィン（５）における切欠溝（５１）の相互間に、プレートフィン（５）に生じる歪を吸収する変形部（５２）を形成していることを特徴としている。

切欠溝（５１）に扁平チューブ（４）を嵌め込んだ際、切欠溝（５１）には拡開させる方向に大きな応力が生じ、プレートフィン（５）に歪を生じることとなる。しかし、この請求項１に記載の発明によれば、切欠溝（５１）の相互間に変形部（５２）を形成したことより、切欠溝（５１）に対して扁平チューブ（４）を組み付ける際のプレートフィン（５）に生じる歪が吸収され、フィン・チューブ式熱交換器全体の変形が軽減もしくは防止することができる。

また、扁平チューブ（４）とプレートフィン（５）との組付作業性を向上できると共に、製品品質の向上とその安定化が共に効果的に達成され得る。また、上記従来技術のような、通風方向に対して横断的な補強リブを設けるものではないため、通風に対する悪影響を生じることがない。

また、請求項２に記載の発明では、歪を吸収する変形部（５２）は、プレートフィン（５）の一部を屈曲させて形成した屈曲部（５２）であることを特徴としている。この請求項２に記載の発明によれば、屈曲部（５２）での変形による応力吸収作用によって、扁平チューブ（４）の組付時におけるプレートフィン（５）の歪が、より有効に防止されると共に、扁平チューブ（４）やプレートフィン（５）に対して要求される寸法精度が緩和されることとなるところから、扁平チューブ（４）およびプレートフィン（５）の製作性が向上されると共に、これら扁平チューブ（４）とプレートフィン（５）との組付作業性の向上や製品品質の向上等が、効果的に達成され得る。

また、請求項３に記載の発明では、屈曲部（５２）は、プレートフィン（５）への伝熱媒体の流通方向に沿って形成していることを特徴としている。この請求項３に記載の発明によれば、通風に対する悪影響を生じることがない。尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。図１は、本発明の一実施形態におけるフィン・チューブ式熱交換器１の全体を示す正面図であり、図２は、図１に示されているフィン・チューブ式熱交換器１を構成するプレートフィン５を1枚取り出して示す平面図である。また、図３は、図２中のＡ視による部分拡大図である。

まず、図１は、本発明に従う構造とされたフィン・チューブ式熱交換器１の一具体例であり、伝熱媒体流通方向上流側から見た正面図として示されている。本実施形態は、本発明に係るフィン・チューブ式熱交換器１を車両用空調装置の冷凍サイクルにおける冷媒凝縮器に適用したものとして説明する。車両用空調装置の冷凍サイクルは、図示しない冷媒圧縮機・冷媒凝縮器（本熱交換器）１、図示しない受液器・膨張弁・冷媒蒸発器及びこれらを順次接続する図示しない金属製パイプ、またはゴム製パイプよりなる冷媒配管などから構成されている。

冷媒圧縮機（以下、コンプレッサ）は、車両のエンジンルーム内に設置され、図示しない走行用エンジン等の駆動源から図示しない電磁クラッチを介して駆動力を得るように連結されている。このコンプレッサは、エンジンから駆動力が伝達されると、冷媒蒸発器より内部に吸入した気相（ガス）冷媒を圧縮して、高温高圧の気相冷媒を冷媒凝縮器１へ吐出するものである。

冷媒凝縮器１は、車両のエンジンルーム内の走行風を受け易い場所、通常は図示しないラジエータの前方側に位置するように設置されている。大別すると、熱交換を行なうコア部と、その垂直方向の両端側に配されたヘッダタンク２・３から構成され、これらの構成部品は全てアルミニウム材で形成され、超音波接合やレーザ溶接、炉中にての一体ろう付けなどによって接合されて製造されている。

コア部は、複数本の扁平チューブ４と、その扁平チューブ４の嵌め込まれた多数枚のプレートフィン５とからなり、コンプレッサから吐出した気相冷媒と、図示しない送風機で供給される車室外空気とを熱交換して冷媒を冷却して凝縮させる冷媒凝縮手段として働く。冷媒流れの概要は、コンプレッサで圧縮された高温高圧冷媒が入口部２ａから第１ヘッダタンク２内に流入し、この第１ヘッダタンク２に連通した複数本の扁平チューブ４に分流される。

そして、扁平チューブ４の長手方向と直行する水平方向から流入して扁平チューブ４の外を流れる車室外空気と熱交換し、扁平チューブ４内の冷媒は冷却されて凝縮しつつ下方へと流れ、完全に液化されて第２ヘッダタンク３内に流出して合流し、出口部３ａから流出する。

冷媒凝縮器１から流出した凝縮冷媒は、受液器で気液分離されて液相冷媒が蓄えられると共に、その受液器から導出された液相冷媒は膨張弁に流入する。その膨張弁は、例えば絞り弁の弁体をスプリング等で押えてあって圧力で作動する機械式の膨張弁であり、冷媒凝縮器１より流入した高圧の液相冷媒を小さな絞り孔から噴射させることにより急激に膨張させ、低温低圧の気液二相の霧状冷媒にする減圧手段として働き、その低温低圧の気液二相冷媒を冷媒蒸発器に供給する。

冷媒蒸発器は、エバポレータであって、コンプレッサの吸入口と膨張弁の冷媒出口との間に接続され、膨張弁の冷媒出口より内部に流入した気液二相状態の冷媒を、図示しない送風機により吹き付けられる車室外空気または車室内空気と熱交換させて冷媒を蒸発気化させ、その蒸発潜熱により送風空気を冷却する冷媒蒸発手段、冷却手段として働く。そして、その蒸発気化した気相冷媒はコンプレッサに吸入されて再度圧縮されることで冷凍サイクルの循環が成されている。

図１において、ヘッダタンク２・３は、垂直方向に互いに所定距離を隔てて対向配置された中空筒体構造であり、扁平チューブ４の両端が挿入されるヘッダプレート６と、出入口部２ａ・３ａを持つ外側ヘッダタンク部材７とを合わせて接合して成る。そして、それら両ヘッダ２・３間に跨がって、複数本の扁平チューブ４が、左右方向に互いに所定間隔を隔てて、配設されている。また、扁平チューブ４の両端は、ヘッダプレート６に挿入された後、端部を拡管固定４ａし、その部分を超音波接合やレーザ溶接にて接合している。

更に、係る扁平チューブ４には、薄肉板状のプレートフィン５が、多数枚、該扁平チューブ４の長手方向に互いに所定距離を隔てて重ね合わされた状態で、一体的に組み付けられている。それによって、扁平チューブ４内を流通する流体と、扁平チューブ１４の外側を流通する伝熱媒体（本実施形態では空気）との間で、熱交換作用が行なわれるようになっている。

そこにおいて、プレートフィン５は、図２に示されているように、全体として長手の矩形平板形状をもって形成されている。また、係るプレートフィン５には、伝熱媒体の流通方向（通風方向）上流もしくは下流側に相当する幅方向一方の端縁部において開口して、幅方向に所定長さで延びる切欠溝５１が、長手方向に所定距離を隔てて、複数個形成されている。更にまた、図３に示されているように、係る切欠溝５１の周縁部には、板厚方向一方の側に屈曲して突出するカラー５１ａが、全長に亘って、一体的に形成されている。

そして、それら各切欠溝５１に対して、図示しないが内部に流体通路を有する扁平チューブ４が、開口側から嵌め込まれて嵌着固定されることとなる。それによって、複数枚のプレートフィン５が、扁平チューブ４を介して、該扁平チューブ４の長手方向に互いに所定距離を隔てて重ね合わされた状態で、一体的に組み付けられているのである。

更に、図２・３に示されている如く、係るプレートフィン５には、伝熱媒体の流通方向に沿って切欠溝５１の相互間に、例えばプレス成形によってプレートフィン５の一部を屈曲させて形成した屈曲部（変形部）５２を形成している。この屈曲部５２は、各切欠溝５１に扁平チューブ４をはめこむことによりプレートフィン５に生じる歪を、この屈曲部５２で変形することにより吸収するためのものである。

次に、本実施形態での特徴を説明する。まず、互いに所定距離を隔てて重ね合わせた多数枚のプレートフィン５に対して、それぞれ、端縁部に開口する切欠溝５１を、長手方向に所定間隔を隔てて複数個設け、伝熱流体が流通する複数本の扁平チューブ４を、それら各切欠溝５１に嵌め込むことにより、プレートフィン５の重ね合わせ方向に延びる状態で組み付けてなるフィン・チューブ式熱交換器において、プレートフィン５における切欠溝５１の相互間に、プレートフィン５に生じる歪を吸収する変形部５２を形成している。

切欠溝５１に扁平チューブ４を嵌め込んだ際、切欠溝５１には拡開させる方向に大きな応力が生じ、プレートフィン５に歪を生じることとなる。しかし、これによれば、切欠溝５１の相互間に変形部５２を形成したことより、切欠溝５１に対して扁平チューブ４を組み付ける際のプレートフィン５に生じる歪が吸収され、フィン・チューブ式熱交換器全体の変形が軽減もしくは防止することができる。

また、扁平チューブ４とプレートフィン５との組付作業性を向上できると共に、製品品質の向上とその安定化が共に効果的に達成され得る。また、上記従来技術のような、通風方向に対して横断的な補強リブを設けるものではないため、通風に対する悪影響を生じることがない。

また、歪を吸収する変形部５２は、プレートフィン５の一部を屈曲させて形成した屈曲部５２である。これによれば、屈曲部５２での変形による応力吸収作用によって、扁平チューブ４の組付時におけるプレートフィン５の歪が、より有効に防止されると共に、扁平チューブ４やプレートフィン５に対して要求される寸法精度が緩和されることとなるところから、扁平チューブ４およびプレートフィン５の製作性が向上されると共に、これら扁平チューブ４とプレートフィン５との組付作業性の向上や製品品質の向上等が、効果的に達成され得る。また、屈曲部５２は、プレートフィン５への伝熱媒体の流通方向に沿って形成している。これによれば、通風に対する悪影響を生じることがない。

（その他の実施形態）
図５は、他の実施形態におけるプレートフィン５０を示す平面図である。図２に示す実施形態において、各切欠溝５１はプレートフィン５の幅方向一方の端縁部に開口しているが、図４に示すようにプレートフィン５の幅方向一方の端縁部と他方の端縁部とに交互に切欠溝５１を開口させ、各切欠溝５１の相互間にプレートフィン５の一部を屈曲させて形成した屈曲部（変形部）５２を形成したものであっても良い。

また、組立順序も、上記切欠溝５１を交互に設けた場合のように、扁平チューブ４とプレートフィン５とを組み合せた後に、扁平チューブ４の両端とヘッダプレート６ａとを組み合せるようにしても良い。

また、図５の（ａ）〜（ｅ）とも歪を吸収する屈曲部（変形部）５２の他の実施形態を示す模式図である。図２・３に示す実施形態において、屈曲部５２はプレートフィン５の厚み方向の一方に突出しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図５に示すようにプレートフィン５の厚み方向の両面側に突出させて歪吸収効果を高めても良いし、その形状は、略円形や略三角状や略矩形状であっても良い。

また、上述の実施形態ではアルミニウム材で形成した冷凍サイクルの冷媒凝縮器で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、扁平チューブ４内を流通する流体と、扁平チューブ１４の外側を流通する伝熱媒体との間で熱交換を行なうフィン・チューブ式熱交換器であれば良く、冷凍サイクルのガスクーラや冷媒蒸発器、銅材で形成した温水加熱器などであっても良い。

本発明の一実施形態におけるフィン・チューブ式熱交換器１の全体を示す正面図である。 図１に示されているフィン・チューブ式熱交換器１を構成するプレートフィン５を1枚取り出して示す平面図である。 図２中のＡ視による部分拡大図である。 他の実施形態におけるプレートフィン５０を示す平面図である。 （ａ）〜（ｅ）とも歪を吸収する変形部（屈曲部）５２の他の実施形態を示す模式図である。

符号の説明

５…プレートフィン
５１…切欠溝
５２…変形部、屈曲部

Claims (3)

1. 互いに所定距離を隔てて重ね合わせた多数枚のプレートフィン（５）に対して、それぞれ、端縁部に開口する切欠溝（５１）を、長手方向に所定間隔を隔てて複数個設け、伝熱流体が流通する複数本の扁平チューブ（４）を、それら各切欠溝（５１）に嵌め込むことにより、前記プレートフィン（５）の重ね合わせ方向に延びる状態で組み付けてなるフィン・チューブ式熱交換器において、
   前記プレートフィン（５）における前記切欠溝（５１）の相互間に、前記プレートフィン（５）に生じる歪を吸収する変形部（５２）を形成していることを特徴とするフィン・チューブ式熱交換器。
2. 前記歪を吸収する変形部（５２）は、前記プレートフィン（５）の一部を屈曲させて形成した屈曲部（５２）であることを特徴とする請求項１に記載のフィン・チューブ式熱交換器。
3. 前記屈曲部（５２）は、前記プレートフィン（５）への伝熱媒体の流通方向に沿って形成していることを特徴とする請求項１に記載のフィン・チューブ式熱交換器。

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