JP2010230304A - 空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器を組み立てる際に必要なロウ付け箇所を少なくすると共に、空気調和機のコンパクト化と騒音の発生を抑えることが可能な空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器を提供すること。
【解決手段】多数枚のフィン１２を熱交換流体である空気の流通方向（ｘ方向）に対して垂直な方向（ｙ方向）に、互いに平行に且つ所定の間隔を隔てて配置してフィン群１４を形成し、そのようなフィン群１４の複数を、それらｘ方向及びｙ方向に対して直角な方向（ｚ方向）に、各フィン群１４が互いに一定距離を隔てた状態において一列に配列すると共に、それら複数のフィン群１４を順次貫通するように伝熱管１６を蛇行形態において配設して、フィン・アンド・チューブ式熱交換器１０を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気等の熱交換流体と冷媒との間で熱交換が行なわれる熱交換器に係り、特に、空気調和機用の熱交換器に好適に用いられるフィン・アンド・チューブ式熱交換器に関するものである。

従来より、空気調和機用の熱交換器としては、主に、クロスフィンチューブ型熱交換器が用いられている。このクロスフィンチューブ型熱交換器は、複数のフィンに対して、ヘアピン曲げした複数の伝熱管を垂直方向に差し込み、それらの伝熱管を拡管することによって、フィンと伝熱管とを接合させてなる構造とされている。そして、所定の冷媒を伝熱管内に流通させる一方、伝熱管に対して垂直方向に、フィンに沿って空気が流れるようにすることによって、冷媒と空気との間で熱交換が行われるようになっている。

また、そのようなクロスフィンチューブ型熱交換器は、一般的に、アルミニウム若しくはアルミニウム合金製のフィンと、銅若しくは銅合金製の伝熱管にて構成され、１枚のフィンに複数の伝熱管を挿通させた構造とされている。そして、空気調和機の室内熱交換器においては、例えば、特開２００８−１３８９１３号公報（特許文献１）にて明らかにされているように、スクロールファンを覆う状態となるような円弧状の熱交換器や、多段折り曲げ形状の熱交換器が、用いられているのである。また、空気調和機の室外熱交換器においては、平板状の熱交換器や、平板を折り曲げた形状の熱交換器が、一般的に用いられている。

ところで、このようなクロスフィンチューブ型熱交換器は、通常、以下のような工程で製作されることとなる。即ち、先ず、プレス加工等により、所定の組付孔が複数形成せしめられたアルミニウムプレートフィンを成形する。次いで、この得られたアルミニウムプレートフィンの複数を、それぞれ所定間隔をもって積層した後に、前記組付孔の内部に、別途製作した伝熱管を挿通せしめる。ここで用いられる伝熱管には、転造加工等によって内面に所定の溝付加工等が施されたものを、所定長さに切断した後、ヘアピン曲げ加工を施したものが、供されることとなる。そして、かかる伝熱管を、公知の各種の手法を用いて拡管することによってアルミニウムプレートフィンに固着せしめた後、ヘアピン曲げ加工を施した側とは反対側の伝熱管端部にＵベンド管をロウ付け加工する工程を経て、目的とするクロスフィンチューブ型熱交換器が製作されるのである。

しかしながら、このような工程をもって、クロスフィンチューブ型熱交換器を製作するためには、多大な設備投資が必要となる。例えば、アルミニウムプレートフィンを成形するための大型プレス装置及びそのプレス金型や、アルミニウムプレートフィンと伝熱管を拡管固着するための拡管装置、及びこれに用いられる拡管ビュレットが、必要となるのである。特に、室内熱交換器と室外熱交換器とでは、フィンの形状（スリットやルーバーの有無等）や伝熱管の管径が異なるため、その製造のためには、それぞれの熱交換器に応じたプレス金型や拡管ビュレット等を用意しなくてはならず、それらを準備するために大きな投資が必要であるところから、熱交換器の形状を変えてしまうような思い切ったモデルチェンジが妨げられる要因となっている。

さらに、熱交換器を組み立てる際の最終工程となるロウ付け工程においても、伝熱管同士をＵベンド管で接続する等のロウ付け箇所が多いため、作業負荷が大きく、加えてエネルギーコストが嵩む等の問題があった。さらに、そのようなロウ付け時に発生するアルミフィンの焼けや、ロウ付け部からのリーク等の品質不良が発生する可能性の問題もあり、出来るだけロウ付け箇所の少ない熱交換器が望まれているのであった。

一方、冷蔵庫等に用いられる熱交換器としても、従来より、上述したような、一枚の大きな板状のアルミニウム製フィンに多数の孔を形成して、この孔に冷却管を貫通させ、更に拡管によりフィンと冷却管とを圧着し、各冷却管の端部をＵ字型の連絡管でロウ付けして、それらを連通させてなる構成の、クロスフィンチューブ型熱交換器が用いられているが、これも、上記と同様の問題を内在していた。

そこで、実開昭６２−１５６２７５（特許文献２）や実開昭５９−１０８０７９（特許文献３）においては、平行に配列された多数枚のプレートフィンと、これらのフィンを貫通する冷媒管とから成り、かかる冷媒管を、空気の流れ方向に対して千鳥状に配置すると共に、前記プレートフィンを前記冷媒管に対して列ごと及び段ごとに分断して構成した、独立フィンタイプのフィン・アンド・チューブ式熱交換器が、明らかにされている。このようなフィン・アンド・チューブ式熱交換器によれば、独立したフィン群が取り付けられた冷媒管を千鳥状に曲げ加工することで、熱交換器を構成しているため、ロウ付け箇所を低減することが出来、生産性を向上させることが可能であると共に、独立フィンにすることで得られる前縁効果等により、熱交換性能の向上を計ることが可能となる。

このため、空気調和機用の熱交換器においても、このようなフィン・アンド・チューブ式熱交換器を適用することが検討されているのであるが、実際の空気調和機用の熱交換器には、その殆どに、上述したようなクロスフィンチューブ型熱交換器が用いられており、これまで、フィン・アンド・チューブ式熱交換器は採用されていなかった。これは、空気調和機用の熱交換器が、冷蔵庫用の熱交換器と比較して、空気の流れ方向に比較的薄い構造とされた熱交換器（２〜３段）であるため、独立フィンにして得られる効果が小さいことが、その理由として考えられているからである。また、特許文献３に記載の熱交換器は、冷蔵庫用の熱交換器として設計されているため、着霜によるフィン間の閉塞を抑制するために伝熱管ピッチやフィン間隔（フィンピッチ）が大きくされており、空気側の伝熱面積が小さくなってしまうため、そのまま空気調和機用の熱交換器として適用することは、困難なものであった。加えて、そのフィン形状からも、空気調和機の室内熱交換器としての円弧熱交換器に適用することは、難しいのである。

一方、特開平１０−５４６８３（特許文献４）においては、種々の形状の独立フィンを挙げ、フィン・アンド・チューブ式熱交換器を空気調和機の室内機用として適用する一例が明らかにされている。しかしながら、かかる特許文献４の図２に示されるように、スクロールファンからの空気を受けるフィンの前縁に凹凸が存在すると、この凹部がフィンのないデッドスペースとなってしまい、室内機をコンパクト化することが困難になってしまうと共に、この凹凸部が振動の起点となって騒音を発生する原因となるため、そのまま、室内機用の熱交換器として採用することは難しいものであった。

ところで、近年、素材となる銅地金のコスト高騰から、空気調和機用の熱交換器を、従来のアルミニウム製フィンと銅製の伝熱管にて構成されたクロスフィンチューブ型熱交換器から、フィンと伝熱管を全てアルミニウム或いはアルミニウム合金にて形成した、オールアルミ熱交換器へ転換する動きが出てきている。このようなオールアルミ熱交換器においては、特に、ロウ付けに関する課題が重要となってくる。即ち、熱交換器を構成するために必要なロウ付け箇所が多いと、ロウ付け工程における加工所要時間が長くなるだけでなく、ロウ付け部分の耐食性が悪化することも、懸念されるからである。そこで、可能な限り、ロウ付け箇所を少なくすることの出来る熱交換器の構成が望まれている。

また、特に、室内機において、近年に見られる著しいコンパクト化に充分対応することが出来る熱交換器が望まれており、そのような要望に対して、フィン・アンド・チューブ式熱交換器は、独立フィンの前縁効果による熱交換性能向上が期待される等、コンパクト化に対応出来る可能性を持ったものであり、更に、空気調和機の製作の面においても、室内機と室外機の熱交換器の形態を出来るだけ共通化して、工程を簡略化することが可能なものである。これらの観点から、空気調和機用の熱交換器として適した構造とされたフィン・アンド・チューブ式熱交換器が、求められている。

特開２００８−１３８９１３号公報 実開昭６２−１５６２７５号公報 実開昭５９−１０８０７９号公報 特開平１０−５４６８３号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、熱交換器を組み立てる際に必要なロウ付け箇所を少なくすると共に、空気調和機のコンパクト化に十分対応することが出来、且つ騒音の発生を抑えることが可能な空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器を提供することにある。

そして、本発明にあっては、かくの如き課題の解決のために、熱交換流体の流通方向（ｘ方向）に対して直角な方向（ｙ方向）において互いに平行に且つ一定距離を隔てて配される多数枚のフィンからなるフィン群の複数が、それらｘ方向及びｙ方向に対して直角な方向（ｚ方向）に互いに一定距離を隔てて一列に配列され、１枚のフィンに１本の伝熱管が貫通されてなる形態において、それらフィン群を順次貫通するように該伝熱管が蛇行形態において配されてなる構造のフィン・アンド・チューブ式熱交換器において、前記フィン群を構成する各フィンが同一の台形形状を有し、且つ各フィン群間のフィンが同一の高さにおいて形成されてなると共に、各フィン群が、それぞれのフィンの台形形状の脚を相互に対向せしめ、且つそれぞれのフィンの上底若しくは下底同士又は上底と下底とを連設せしめてなる形態において、整列させられていることを特徴とする空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器を、その要旨とするものである。

なお、このような本発明に従う空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器の望ましい態様の一つによれば、前記複数のフィン群は、フィンの台形形状の上底と下底とが交互に位置する形態において、配列されて、各フィン群のフィンの上底及び下底が直線的に配置せしめられることとなる。

また、かかる本発明に従う空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器の望ましい態様の別の一つによれば、前記フィン群の隣接するもの同士がフィンの台形形状の上底と下底とが交互に位置するように配列されて、それら上底と下底とが直線的に配置せしめられている部位と、前記フィン群の他の隣接するもの同士がフィンの台形形状の上底同士若しくは下底同士が連接するように配設されて、それら上底同士若しくは下底同士が屈曲して配置せしめられる部位とが、形成されている。

さらに、本発明の好ましい態様の一つによれば、前記フィン及び前記伝熱管は、共に、アルミニウム若しくはアルミニウム合金にて構成されることとなる。

更にまた、本発明の別の望ましい態様の一つによれば、前記フィンは、アルミニウムよりなる基板と、該基板の表面に形成した１層もしくは複数層の塗膜からなると共に、該塗膜のうち、最外層の塗膜は、親水性を有する親水性塗膜とされることとなる。

加えて、本発明の更に別の望ましい態様の一つによれば、前記フィンは、アルミニウムよりなる基板と、該基板の表面に形成した１層もしくは複数層の塗膜からなると共に、該塗膜のうち、最外層の塗膜が、撥水性を有する撥水性塗膜とされることとなる。

なお、このような本発明に従う空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器の他の好ましい態様の別の一つによれば、前記伝熱管の表面には、樹脂塗膜が塗布されることとなり、更に他の好ましい態様の一つによれば、前記伝熱管の表面に塗布された樹脂塗膜には、熱伝導性フィラーが含有せしめられている。

従って、このような本発明に従う構成とされた空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器によれば、フィン群を構成するフィン形状を台形形状とすると共に、各フィン群間のそれぞれのフィンが同一高さとされているため、それぞれのフィンの台形形状の脚を相互に対向させ、且つそれぞれのフィンの上底と下底とが交互に並ぶように連接することで、平板状の熱交換器構成を簡単に実現することが出来ると共に、それぞれのフィンの台形形状の脚を相互に対向させ、且つそれぞれのフィンの上底若しくは下底同士が並ぶように連設することにより、円弧状の熱交換器も簡単に実現することが出来ることとなる。

また、かかる空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器にあっては、フィン群を構成する多数枚のフィンに１本の伝熱管が貫通されて、独立したフィン群で構成されていることにより、フィン効率が有利に高められ得、隣り合う伝熱管のフィンを介した熱干渉（伝導）を遮断することが出来、その結果、熱交換性能を向上させることが可能となり、以て、熱交換器のコンパクト化を実現することが可能となる。

さらに、複数枚の台形形状のフィンからなるフィン群を組み合わせて、熱交換器が構成されているため、空気調和機の室内熱交換器に用いられるような形状の熱交換器とした場合にあっても、フィン端面が比較的なだらかな形態を呈するため、従来の構成のフィン・アンド・チューブ式熱交換器において、フィン端面に凹凸部が存在することに起因する騒音が発生する問題を、有利に抑制する効果も発揮されることとなる。

本発明に従う空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器の一例を示す斜視説明図である。 図１に示される空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器の一部を拡大して横断面の形態において示す、断面説明図である。 本発明に従う空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器を、空気調和機の室外機に適用した際の一例を概略的に示す、断面説明図である。 本発明に従う空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器を、空気調和機の室内機に適用した際の一例を概略的に示す、断面説明図である。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図１には、本発明に従う空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器の一つの実施形態が、斜視図の形態において示されている。そこにおいて、熱交換器１０は、互いに平行に且つ一定距離を隔てて配置された多数枚のフィン１２からなるフィン群１４の複数が、それぞれ一定距離を隔てて平行に配列されていると共に、それら複数のフィン群１４を順次貫通するように、伝熱管１６が、曲げ部１８を介して、蛇行形態において配設されて、構成されている。

より詳細には、フィン１２は、従来と同様に、アルミニウム若しくはアルミニウム合金等の所定の金属材料にて形成されている。なお、それらの中でも、伝熱性に優れ、且つフィンとしての強度を確保し得るという観点から、ＪＩＳ Ａ１０５０、ＪＩＳ Ａ１１００、ＪＩＳ Ａ１２００等の他、ＪＩＳ Ａ１０５０の組成にＭｎを０．１〜０．５質量％の割合において含有せしめてなるもの等が、有利に用いられることとなる。更に、フィンとしての強度を優先する場合には、ＪＩＳ Ａ７０７２が有利に用いられる。

また、このように所定の金属材料にて形成されたフィン１２は、図２に示される如く、ここでは、台形形状を呈した薄肉の板状フィンとされている。このようなフィン１２の台形形状は、ここでは、左右両側の脚部２０，２０と下底２２との成す角度（図２中、αで示す角度）が同一とされて、構成されている。即ち、複数のフィン１２を、それぞれの台形形状の対応する脚部２０を相互に対向させると共に、台形形状の上底２４と下底２２とを交互に連設せしめて、整列したときに、それら上底２４と下底２２とが一直線となるように配列されている。

そして、そのようなフィン１２の複数が、図１に示されるように、熱交換流体である空気の流通方向（図１においてｘ方向）に対して垂直な方向（図１においてｙ方向）、つまり、板の厚さ方向が空気の流通方向に垂直となるようにして、互いに平行に且つ所定の間隔（フィンピッチ）を隔てて配置されることによって、フィン群１４を形成している。なお、それぞれのフィン１２間の間隔（フィンピッチ）は、従来と同様に適宜に設定されることとなるが、一般に、全て同一の間隔で、且つ１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ程度とされることが望ましい。これは、フィンピッチが１．０ｍｍ未満とされた場合にあっては、着霜によるフィンの目詰まりによる熱交換性能への影響が無視出来なくなってしまう他、フィンに後述する塗膜層が設けられていても、結露によりフィン表面に生じる水（結露水）がフィン表面から落ちにくくなるため、そのような結露水が送風される空気によって押し出されて、室内に水飛びが発生してしまう恐れを惹起するからである。一方、フィンピッチが３．０ｍｍを超えた場合にあっては、フィン間の間隔が大きくなり過ぎるために、同じ大きさの熱交換器では必然的にフィン数が少なくなり、その結果、伝熱面積が減少してしまうこととなるため、充分な伝熱性能を発揮することが出来ず、熱交換性能の低下を招く恐れがあるからである。

さらに、このような多数枚のフィン１２からなるフィン群１４の複数が、それらｘ方向及びｙ方向に対して直角な方向（図１においてｚ方向）において、各フィン群１４が互いに一定距離を隔てて一列に配列されて、全体として平板形状を呈するようにされている。なお、このとき、隣り合うフィン群１４，１４において、それぞれのフィン群１４を構成するフィン１２の台形形状の脚部２０が、相互に対向すると共に、フィン１２の台形形状の上底２４と下底２２とが、平板形状の厚さ方向の面に対して交互に面するように配列されることとなる。

一方、伝熱管１６は、アルミニウムや銅又はそれらの合金等の金属材料を用いて形成された、略円形形状の断面をもつ管体であって、そのような伝熱管１６の直線部が、フィン群１４を構成する複数枚のフィン１２のそれぞれの略中央部位に形成された取付孔を順次貫通し、伝熱管１６の外周面とそれら複数のフィン１２に形成された取付孔の内周面とが密着せしめられている。なお、このようなフィン１２と伝熱管１６との結合は、従来から公知の各種の方法が、適宜選択されて、用いられることとなるが、特に、フィン１２の中央部位に、伝熱管１６の外径よりも僅かに大きな内径となる孔を開けておき、そのような孔内に伝熱管１６を挿通せしめた後、伝熱管１６内に拡管プラグを挿入し、伝熱管１６の外径を拡大することによって、伝熱管１６の外周面とフィン１２に設けられた孔の内周面とを密着せしめる方法が、好適に採用されることとなる。

そして、そのような伝熱管１６が、図１に示されるように、熱交換流体である空気の流通方向（ｘ方向）及び多数枚のフィン１２の配列方向（ｙ方向）に対して直角な方向（ｚ方向）に配列された複数のフィン群１４を、順次貫通するように、そして蛇行形態を呈するように配設されていることによって、全体として略平板状を呈する空気調和機用のフィン・アンド・チューブ式熱交換器１０が、構成されているのである。

ところで、このように伝熱管１６を蛇行形状として、目的とする熱交換器１０の形状とするには、以下のような方法を例示することが出来る。例えば、１本の長い伝熱管１６に対して、フィン群１４を所定間隔を隔てて形成しておいた後、伝熱管１６のフィン群が形成されていない箇所を、Ｕ字形状に曲げ加工することによって曲げ部１８を形成し、蛇行形状とすることによって、図１に示される如く、目的とする熱交換器１０の形状を形成する方法である。このような方法を採用することによって、熱交換器１０を構成するために必要なロウ付け箇所を有利に減少せしめることが可能となり、望ましいのであるが、その他にも、直線状の伝熱管１６の外周面に複数枚のフィン１２を接合させて形成したフィン群１４を複数用意しておき、それらを互いに平行に且つ一定距離を隔てて配置した後に、開口する伝熱管１６の端部に対してＵベンド管をろう付けすることによって、フィン群１４が蛇行する伝熱管１６によって順次接続されるようにする方法を採用することも、勿論可能である。

なお、ここで例示した略平板状を呈する空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器１０は、例えば、図３に示されるように、空気調和機の室外機用の熱交換器として、好適に採用されることとなる。即ち、かかる図３においては、空気調和機の室外機３０が、断面図の形態において概略的に示されており、そこでは、室外機３０内に配置された空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器１０に対して、ファン３２によって熱交換流体である空気を流通させることによって、冷媒と空気との間で熱交換が行われることとなる。

従って、このような本発明に従う構成とされた空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器１０によれば、それぞれのフィン群１４を構成する複数枚のフィン１２の形状が同一の台形形状とされているところから、それぞれのフィン１２の台形形状の脚部２０を相互に対向させ、且つそれぞれのフィン１２の上底２４と下底２２とが交互に並ぶように連接することで、例示の如く、略平板状を呈する熱交換器１０を簡単に実現することが出来ると共に、それぞれのフィン１２の台形形状の脚部２０を相互に対向させて、且つそれぞれのフィンの上底２４若しくは下底２２同士が並ぶように連設することにより、略円弧状を呈する熱交換器をも、簡単に実現することが出来ることとなる。そして、このように、一つの形状のフィン１２を用いることのみで、略平板状や略円弧状とされた空気調和機用の熱交換機１０を構成することが出来るため、熱交換機１０を製造するためのコストも、効果的に低減することが可能となる。

また、かかる熱交換器１０にあっては、一つのフィン群１４を構成する多数枚のフィン１２に対して１本の伝熱管１６が貫通されて、熱交換器１０を構成する複数のフィン群１４が、それぞれ独立した形態とされていることにより、熱交換におけるフィン効率が有利に高められ得ると共に、隣り合う伝熱管１６がフィンを介して熱干渉（伝導）してしまうことを有利に遮断することが出来、以て、熱交換器１０の熱交換性能を効果的に向上させることが可能となるのである。そして、熱交換性能を向上させることによって、熱交換器１０のコンパクト化を実現することが可能となり、コンパクト化された空気調和機の室内機における熱交換器としても、好適に採用され得ることとなる。

なお、空気調和機の室内機における熱交換器として、熱交換器１０を採用するに際しては、例えば、図４に示される如く、フィン群１４を構成する台形形状のフィン１２の上底と下底との並びを、上底と下底とが交互になるように連設したり、上底同士或いは下底同士が連接するようにしたものを組み合わせて、空気調和機の室内機４０内に収容されると共に、且つ熱交換器１０に対して熱交換流体を流通させるべく配置されたスクロールファン４２に対応した形状とされることとなる。

また、そのような空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器１０の構成が、従来のフィン・アンド・チューブ式熱交換器の製造方法と同様にして、伝熱管１６とフィン１２を接合した後に、伝熱管１６を蛇行形状となるように曲げ加工を施すことで実現され得るところから、熱交換器１０を製造する際に必要なロウ付け箇所を効果的に減少することが可能となり、以て、加工時間を短縮し得ると共に、加工コストの上昇を抑えることが出来ることとなるといった効果も、発揮されるのである。

さらに、複数枚の台形形状のフィン１２からなるフィン群１４を組み合わせて、熱交換器１０が構成されているため、図４にも例示した如く、空気調和機の室内熱交換器に用いられるような形状の熱交換器とした場合にあっても、フィン端面が比較的なだらかな形態を呈するため、従来の構成のフィン・アンド・チューブ式熱交換器において、フィン端面に凹凸部が存在することに起因する騒音が発生する問題を、有利に抑制する効果も発揮されることとなる。

以上、本発明の代表的な実施形態の一つとその製作方法について詳述してきたが、それらは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。

例えば、前述の実施形態においては、フィン１２の形状として、脚部２０と下底２２とが成す角度：αを、両方の脚において同一角度、即ち、両方の脚部２０が同じ長さの台形形状としていたが、それぞれが違う長さの脚部２０ａ，２０ｂとされた台形形状としてもよい。

また、かかる例示の実施形態においては、熱交換流体の流通方向及びフィン１２の配列方向に対して直角な方向に、フィン群１４を一列に配列して、熱交換器１０を構成していたが、熱交換流体の流通方向に二段、或いはそれ以上の段数としたフィン群１４を、前記直角な方向に一列に配列した構造とすることも、勿論可能であり、目的とする熱交換器形状に応じて、適宜決定されることとなる。

さらに、かかるフィン１２としては、熱交換性能を更に向上させるために、スリット加工或いはルーバー加工が施されてなるフィンが好適に用いられることとなる。なお、フィンの投影面積は、熱交換器の小型化と熱交換性能との両立を図る観点から、２００〜１０００ｍｍ² とされることが好ましい。即ち、フィンの投影面積が２００ｍｍ² 未満の場合にあっては、充分な熱交換性能が得られない恐れがあり、一方、１０００ｍｍ² を越えた場合にあっては、熱交換器が大型化してしまい、実用的ではないからである。

更にまた、フィン１２は、前述したアルミニウム若しくはアルミニウム合金等から形成された板状フィンを基板として、該基板の表面に、親水性または撥水性を有する塗膜が形成されていることが好ましい。即ち、フィン・アンド・チューブ式熱交換器を作動させた際に、フィン表面に結露が生じた状態となると、そのような結露水によって、空気等の熱交換流体がフィン間を通過する際の抵抗（通風抵抗）が大きくなってしまい、熱交換性能を低下させてしまうのである。そこで、このアルミニウム（アルミニウム合金を含む。以下に同じ）からなるフィン基板の表面に、親水性または撥水性を有する塗膜を形成することによって、結露水を均一な水膜として、円滑にフィンから落下、排出させて、そのような結露水による通風抵抗の増加を効果的に低減乃至は抑制することが可能となり、以て、フィン・アンド・チューブ式熱交換器の性能を有利に維持することが出来る。

なお、このような親水性または撥水性を有する塗膜は、親水性樹脂或いは撥水性樹脂を塗布することによって、好適に形成されることとなる。そして、このような親水性樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール系樹脂（ポリビニルアルコールとその誘導体）、ポリアクリルアミド系樹脂（ポリアクリルアミドとその誘導体）、ポリアクリル酸系樹脂（ポリアクリル酸とその誘導体）、セルロース系樹脂（カルボキシメチルセルロースナトリウム、カルボキシメチルセルロースアンモニウム等）、ポリエチレングリコール系樹脂（ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド等）等を、挙げることが出来る。一方、撥水性樹脂としては、例えば、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系フッ素複合樹脂等が、挙げられる。そして、そのような親水性樹脂や撥水性樹脂が、適用されるフィン・アンド・チューブ式熱交換器のフィン形状やフィン間隔、要求される熱交換性能等に応じて、適宜に選択されて、採用されることとなるのである。

また、このようにアルミニウムからなるフィン基板の表面に形成される塗膜は、１層の親水性あるいは撥水性の塗膜にて形成されることも可能であるが、フィン基板の表面に複数層の塗膜を形成して、それら複数層の塗膜のうちの最外層の塗膜を、親水性あるいは撥水性の塗膜としてもよい。例えば、そのように複数層の塗膜を形成する場合には、先ず、フィン基板（アルミニウム板）の表面に、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、メラミン系樹脂、塩化ビニル系樹脂等からなる耐食性を有する塗膜を形成して、さらにその上に、親水性あるいは撥水性の塗膜を最外層として形成することが、好ましいのである。このような耐食性塗膜を形成することによって、アルミニウム材料からなるフィン材の耐食性を有利に向上させることが出来ることとなる。

なお、そのように形成される各塗膜層の厚さは、単層当たり、０．１〜５．０μｍとされることが好ましい。これは、厚さが０．１μｍ未満とされた塗膜層では、各塗膜層の効果を有利に享受し得ない恐れがあるためであり、また、厚さが５．０μｍを越える塗膜層を設けたとしても、各塗膜層の効果は既に飽和状態であるため、徒にコストがかかるだけとなるからである。

さらに、かかるアルミニウム製のフィン基板の表面には、下地処理層が形成されていることが好ましい。即ち、フィンの表面に下地処理層を形成することによって、アルミニウム板（基板）と親水性塗膜や撥水性塗膜、耐食性塗膜との密着性を、効果的に向上することが可能となるのである。なお、このような下地処理層としては、例えば、リン酸クロメート、クロム酸クロメート等のクロメート処理、また、クロム化合物以外のリン酸チタン、リン酸ジルコニウム、リン酸モリブデン、リン酸亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム等のノンクロメート処理等の化学皮膜処理（化成処理）によって得られる皮膜が、好適に採用されることとなる。そして、それらの公知の化学皮膜処理方法には、反応型や塗布型が知られているが、本発明においては、それらの何れの手法をも採用することが可能である。

ところで、前述したように、伝熱管１６を構成する材質としては、アルミニウムや銅又はそれらの合金等の金属材料が好適に用いられることとなるが、その中でも、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる伝熱管とされた場合にあっては、伝熱性の観点から、ＪＩＳ Ａ１０５０、ＪＩＳ Ａ１１００、ＪＩＳ Ａ１２００、ＪＩＳ Ａ３００３等からなる伝熱管が有利に採用されることとなる。また、銅若しくは銅合金からなる伝熱管とされた場合にあっても、同様の理由により、ＪＩＳ Ｃ１２２０、ＪＩＳ Ｃ５０１０等からなる伝熱管が、有利に用いられることとなる。

また、そのような所定の金属材料から形成された伝熱管１６の外径は、熱交換器に対する小型化の要求と熱交換性能とを両立させるべく、適宜に決定されるものではあるが、好ましくは、３〜１３ｍｍ程度の外径とされることとなる。これは、外径が３ｍｍ未満の伝熱管は管として製造することが困難であるためであり、また、外径が１３ｍｍを越える伝熱管を用いた場合にあっては、熱交換器についても大型化する必要が生じるため、実用的ではないからである。

さらに、かかる伝熱管１６にあっては、その内面に、軸方向に平行なストレート溝、或いは所定の捩れ角を有する螺旋溝が形成されていることが好ましい。即ち、このような内面溝を形成することによって、伝熱管内面の伝熱面積を効果的に増大させると共に、伝熱管の中を流通する冷媒の流れを複雑化することで、熱交換性能をより有利に高めることが可能となるのである。なお、このように伝熱管の内面に形成される溝は、その溝深さが、好ましくは０．０５〜１．０ｍｍとされ、溝条数が、伝熱管の軸方向に対する直角断面において、好ましくは１５〜１５０条とされることとなる。即ち、溝深さや溝の条数がこの範囲外となった場合にあっては、熱交換性能をより高める効果が、充分に期待出来なくなってしまうのである。

更にまた、熱交換器１０を構成する伝熱管１６としては、その表面に樹脂塗膜が塗布されたものが、好適に用いられることとなる。これは、フィン・アンド・チューブ式熱交換器は、一般に、伝熱管とフィンとを機械拡管法等の手法によって密着させて、それらを組み付けることによって、組み立てられているが、それらフィンと伝熱管の接触部分を微視的に見れば、伝熱管とフィンとの間に或る程度の空隙が存在している。しかし、このような空隙が存在していると、フィンと伝熱管との接触熱抵抗が高くなってしまい、熱交換性能が低下してしまう恐れが惹起されるのである。そこで、伝熱管の外表面に樹脂塗膜を塗布・形成することによって、伝熱管を機械拡管法等の手法によってフィンと密着させた際に、そのような伝熱管とフィンとの間の空隙が、樹脂で埋められることとなり、その結果、それらの接触熱抵抗を低くして、熱交換器の性能をより一層有利に発揮することが可能となる。

なお、このように伝熱管の表面に塗布される樹脂塗膜としては、例えば、ポリエチレン樹脂を用いて形成される塗膜を挙げることが出来る。また、かかる樹脂中には、窒化ホウ素、窒化アルミ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン、カーボンの微細な粉末等の熱伝導性フィラーが含有せしめられることが、好ましい。このような熱伝導性フィラーを樹脂塗膜中に含有させることによって、伝熱管とフィンとの間の接触熱抵抗をより効果的に低減して、熱伝導性をより一層向上させることが出来るのである。

さらに、かかる伝熱管の表面に塗布される樹脂塗膜として、親水性あるいは撥水性の樹脂塗膜を用いることも可能であり、そのような塗膜は１層のみの形成でもよいが、複数層の樹脂塗膜として、伝熱管の表面にエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂等からなる耐食性等の特性を有する塗膜を形成し、更にそのような耐食性等の塗膜層の上に、親水性あるいは撥水性の樹脂塗膜を最外層として形成することが推奨される。なお、そのような耐食性塗膜の層を形成することによって、伝熱管の耐食性を、有利に向上させることが可能となる。

なお、そのような樹脂製塗膜層の厚さは、単層当たり０．１〜５．０μｍとされることが好ましい。これは、樹脂製塗膜層の厚さが０．１μｍ未満では、上述した各樹脂製塗膜層の効果を享受できない恐れがあるためであり、その一方で、厚さが５．０μｍを越える樹脂製塗膜層を設けても、各塗膜層の効果は既に飽和状態であって、徒にコストがかかるだけとなるからである。

加えて、このように樹脂塗膜が塗布される伝熱管の表面には、先述のフィン基板の場合と同様に、下地処理層が形成されていることが好ましい。このような下地処理層を形成することによって、伝熱管と、かかる伝熱管の表面に塗布する親水性あるいは撥水性の樹脂にフィラーを分散させた塗膜や、上述の耐食性等の塗膜との密着性を、効果的に向上することが出来るのである。なお、そのような下地処理層としては、リン酸クロメート、クロム酸クロメート等のクロメート処理、また、クロム化合物以外のリン酸チタン、リン酸ジルコニウム、リン酸モリブデン、リン酸亜鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム等のノンクロメート処理等の化学皮膜処理（化成処理）により得られる皮膜を例示することが出来る。また、この化学皮膜処理方法には、反応型及び塗布型の手法が知られているが、本発明においては、何れの手法をも、採用され得ることとなる。

その他、一々列挙はしないが、本発明が、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施されるものであり、またそのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。

以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。

先ず、本発明に従う空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器を構成するために用いる伝熱管として、りん脱酸銅（ＪＩＳ Ｈ３３００ Ｃ１２２０）からなる、外径：６．３５ｍｍ、断面が円形形状とされた、長い直線状の管体を用意した。一方、フィン材料としては、板厚：０．１３ｍｍの、純アルミニウム（ＪＩＳ Ａ１０５０）の板材を準備し、それを所定の台形形状に切断し、その略中央部に伝熱管が挿通される貫通孔を形成したものを用意した。フィン形状は、図２に示される如き台形形状において、上底の長さ（ａ）：１５ｍｍ、下底の長さ（ｂ）：２２ｍｍ、台形の高さ（ｃ）：１２ｍｍのサイズとして、脚と下底の成す角度（α）：７４°を採用した。

そして、このように用意された伝熱管とフィン材料を用いて、目的とするフィン群を、１本の伝熱管上に、次のようにして形成した。即ち、かかるフィン材料の複数を、それぞれの貫通孔が所定間隔を隔てて平行に位置するように配列し、そしてその貫通孔に伝熱管が順次貫通するように挿通させた後に、伝熱管を拡管することにより、伝熱管とフィンとを一体化させて、かかる伝熱管上にフィン群を形成した。このとき、拡管後の伝熱管の管径（Ｄ）は６．７５ｍｍとし、フィン１枚に対して伝熱管１本が、その略中央を貫通させた形態となるようにした。また、伝熱管の直管部に対して、３００枚のフィンが、フィン間隔１．０ｍｍを隔てて平行に配列されて、接合されることによって、目的とするフィン群を形成した。

次いで、そのようなフィン群を、伝熱管の長さ方向に、所定間隔を隔てて１８個形成した後に、伝熱管のフィン群が形成されていない箇所に対して曲げ加工を施して、伝熱管がＵ字形態となるように構成し、フィン群が所定間隔を隔てて配列されると共に、それら配列されたフィン群を伝熱管が順次貫通するように、蛇行形態において配されている、図１に示される如きフィン・アンド・チューブ式熱交換器を製作した。なお、台形形状のフィンの上底と下底を交互に並ぶような配列とする部分については、伝熱管をＵ字形態に曲げ加工する部分において、捩りを加えることによって行った。

さらに、他の実施例に係るフィン・アンド・チューブ式熱交換器の作製のために、先ず、熱交換器を構成する伝熱管として、純アルミニウム（ＪＩＳ Ａ１０５０）からなる、外径：６．３５ｍｍ、断面が円形形状とされた長い直管状の管体を用意した。また、フィン材料として、前述の実施例の熱交換器を構成するために用いたものと同様の純アルミニウム製のフィンを用意した。

そして、このように用意された伝熱管とフィン材料を用いて、前述の実施例と同様にして、３００枚のフィンからなるフィン群が１８個配列された形態の、フィン・アンド・チューブ式熱交換器を製作した。このとき、拡管後の伝熱管の外径やフィン間隔、フィン群の間隔等は、全て前述の実施例と同様とした。

１０ 熱交換器
１２ フィン
１４ フィン群
１６ 伝熱管
１８ 曲げ部
２０ 脚部
２２ 下底
２４ 上底

Claims (8)

1. 熱交換流体の流通方向（ｘ方向）に対して直角な方向（ｙ方向）において互いに平行に且つ一定距離を隔てて配される多数枚のフィンからなるフィン群の複数が、それらｘ方向及びｙ方向に対して直角な方向（ｚ方向）に互いに一定距離を隔てて一列に配列され、１枚のフィンに１本の伝熱管が貫通されてなる形態において、それらフィン群を順次貫通するように該伝熱管が蛇行形態において配されてなる構造のフィン・アンド・チューブ式熱交換器において、
   前記フィン群を構成する各フィンが同一の台形形状を有し、且つ各フィン群間のフィンが同一の高さにおいて形成されてなると共に、各フィン群が、それぞれのフィンの台形形状の脚を相互に対向せしめ、且つそれぞれのフィンの上底若しくは下底同士又は上底と下底とを連設せしめてなる形態において、整列させられていることを特徴とする空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器。
2. 前記複数のフィン群が、フィンの台形形状の上底と下底とが交互に位置する形態において、配列されて、各フィン群のフィンの上底及び下底が直線的に配置せしめられている請求項１に記載の空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器。
3. 前記フィン群の隣接するもの同士がフィンの台形形状の上底と下底とが交互に位置するように配列されて、それら上底と下底とが直線的に配置せしめられている部位と、前記フィン群の他の隣接するもの同士がフィンの台形形状の上底同士若しくは下底同士が連接するように配設されて、それら上底同士若しくは下底同士が屈曲して配置せしめられる部位とが、形成されている請求項１に記載の空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器。
4. 前記フィン及び前記伝熱管が、共に、アルミニウム若しくはアルミニウム合金にて構成されている請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器。
5. 前記フィンが、アルミニウムよりなる基板と、該基板の表面に形成した１層もしくは複数層の塗膜からなると共に、該塗膜のうち、最外層の塗膜が、親水性を有する親水性塗膜とされている請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器。
6. 前記フィンが、アルミニウムよりなる基板と、該基板の表面に形成した１層もしくは複数層の塗膜からなると共に、該塗膜のうち、最外層の塗膜が、撥水性を有する撥水性塗膜とされている請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器。
7. 前記伝熱管の表面に樹脂塗膜を塗布したことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載の空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器。
8. 前記伝熱管の表面に塗布された樹脂塗膜に、熱伝導性フィラーを含有させたことを特徴とする請求項７に記載の空気調和機用フィン・アンド・チューブ式熱交換器。
   

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