JP2010286187A - 扁平管熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】部品寸法を高精度にすることなしに、板状フィンのフィンカラーを有する挿入孔に、扁平管を挿入し接着剤で接合しても、接着剤の膜厚を非常に薄くでき、板状フィンと扁平管との間の伝熱性能を向上させることである。
【解決手段】板状フィンが、その平板面に扁平管が挿入される挿入孔とスリットとが設けられ、挿入孔は、扁平状形状であり、その縁に板状フィンの平板面から略垂直方向に突出したフィンカラーを有しており、且つ板状フィンの挿入孔の短軸方向に複数が設けられており、スリットは、短軸方向に形成された複数の挿入孔の間に設けられ、隣接するスリットが切込みで接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒と空気等の流体間で熱交換を行うための、伝熱管にフィンが取り付けられた熱交換器に関するものであり、特に、伝熱管に扁平管を用いた扁平管熱交換器に関するものである。

伝熱管に扁平管を用いた熱交換器（扁平管熱交換器と記す）は、一定間隔で配置され、その間を空気が流れる板状フィンと、これら板状フィンの面に対して直角に挿入され、内部に冷媒が流れる扁平形状の伝熱管（扁平管と記す）からなっている。そして、板状フィンへ直角に挿入する扁平管は、複数個あり、その扁平面を対向させて段状に配置されている。
また、段状に配置された扁平管の間の板状フィン部には、スリット群が設けられている。そして、スリット群は、各スリットの側端部が、風向に対向するように位置しており、且つ風向に対してある角度をもって配置されている。

そして、扁平管熱交換器は、適宜間隔をおいて、多数重ねて配置された各板状フィンに、扁平管が挿入される孔（挿入孔と記す）が設けられており、この挿入孔に挿入された扁平管は板状フィンと、ろう材や、接着剤によって接合されている（例えば、特許文献１参照）。
また、別の扁平管熱交換器は、板状フィンにおける扁平管の列方向が２分割されており、一方の積層された片側分割板状フィンにおけるフィンカラーを有する分割挿入孔と、他方の積層された片側積層分割板状フィンにおけるフィンカラーを有する分割挿入孔とに、同じ扁平管が挿入されており、挿入された扁平管は、板状フィンと、ろう材や、接着剤によって接合されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２６２４８５号公報（第３頁、第２３図、第２４図）

特許文献１に記載の扁平管熱交換器では、板状フィンと伝熱管である扁平管との接合が、ろう材や接着剤によって行われている。特に、接着材による板状フィンと扁平管との接合は、生産設備のコストを低減できるとのメリットがあった。
ただし、接着剤は、熱伝導率が低く、一般的にろう材の約１／１０００であるので、接着材による接合で、ろう材と同等の伝熱性能を出すには、接着剤の膜厚を、例えば１０μｍ以下と非常に薄くする必要があった。

しかし、単なる圧入で、扁平管を板状フィンの挿入孔に挿入して、接着剤で接合するのでは、接合部の接着剤の膜厚を薄くすることができないとの問題があった。
板状フィンと扁平管との接合部における接着剤の膜厚を１０μｍ以下にする手段として、各部品の仕上がり寸法精度を１０μｍ以下にすることが、挙げられる。しかし、板状フィンは、厚さが０．１ｍｍ程度の薄板であるため、板状フィンを１０μｍ以下の寸法精度で成型するのは、非常に困難であるとの問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、部品の寸法精度を１０μｍ以下にすることなしに、板状フィンのフィンカラーを有する挿入孔に、扁平管を挿入し、接着剤で板状フィンと扁平管とを接合しても、接着剤の膜厚を、例えば１０μｍ以下と非常に薄くでき、板状フィンと扁平管との間の伝熱性能が優れた扁平管熱交換器を得ることである。

本発明に係わる扁平管熱交換器は、所定の間隔で平行に配置され、且つ平板面に挿入孔とスリットとが設けられた複数の板状フィンと、板状フィンの挿入孔に挿入され、接着剤で接合された複数の扁平管とを備えた扁平管熱交換器であって、扁平管は、断面が扁平状形状の伝熱管であり、挿入孔は、扁平管の断面と同様な扁平状形状であり、その縁に板状フィンの平板面から略垂直方向に突出したフィンカラーを有しており、且つ板状フィンの少なくとも挿入孔の短軸方向に複数が設けられており、スリットは、挿入孔の短軸方向に形成された複数の挿入孔の間に設けられ、少なくとも隣接するスリットが切込みで接続されたものである。

本発明に係わる扁平管熱交換器は、所定の間隔で平行に配置され、且つ平板面に挿入孔とスリットとが設けられた複数の板状フィンと、板状フィンの挿入孔に挿入され、接着剤で接合された複数の扁平管とを備えた扁平管熱交換器であって、扁平管は、断面が扁平状形状の伝熱管であり、挿入孔は、扁平管の断面と同様な扁平状形状であり、その縁に板状フィンの平板面から略垂直方向に突出したフィンカラーを有しており、且つ板状フィンの少なくとも挿入孔の短軸方向に複数が設けられており、スリットは、挿入孔の短軸方向に形成された複数の挿入孔の間に設けられ、少なくとも隣接するスリットが切込みで接続されたものであり、接着剤の膜厚を非常に薄くでき、接着剤接合であっても、板状フィンと扁平管との間の伝熱性能が優れている。

本発明の実施の形態１に係わる扁平管熱交換器の部分側面模式図（ａ）とこの部分側面模式図におけるＡ−Ａ断面の正面模式図（ｂ）とである。 本発明の実施の形態１に係わる扁平管熱交換器の板状フィンに形成された挿入孔部を示す部分正面模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる扁平管熱交換器における、図１（ｂ）に示す正面模式図のＢ領域の拡大部分模式図（ａ）と、この拡大部分模式図（ａ）のＣ−Ｃ断面の模式図（ｂ）とＤ−Ｄ断面の模式図（ｃ）とである。 従来の扁平管熱交換器における、実施の形態１の扁平管熱交換器の図３（ａ）に相当する拡大部分模式図（ａ）と、この拡大部分模式図（ａ）のＥ−Ｅ断面の模式図である。 本発明の実施の形態２に係わる扁平管熱交換器の部分正面模式図である。 本発明の実施の形態３に係わる扁平管熱交換器の部分正面模式図である。 本発明の実施の形態４に係わる扁平管熱交換器の板状フィンにおけるスリット近傍の形状を示す断面模式図（ａ）と、板状フィンの挿入孔に扁平管が挿入された場合における板状フィンの変形モードを示す図（ｂ）とである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わる扁平管熱交換器の部分側面模式図（ａ）とこの部分側面模式図におけるＡ−Ａ断面の正面模式図（ｂ）とである。
図１に示すように、本実施の形態の扁平管熱交換器１００は、所定の間隔で平行に配置された複数層の板状フィン１と、板状フィン１に接合された複数の扁平管２とを備えている。そして、扁平管２は、被熱交流体の媒体が流れる、断面が扁平状形状の伝熱管である。
また、図１（ｂ）の矢印で示すように扁平管熱交換器１００に側面部から入った空気は、板状フィン１の間を扁平管２の断面における長軸方向（列方向と記す）に流れ、扁平管２に流れる媒体と熱交換する。

図２は、本発明の実施の形態１に係わる扁平管熱交換器の板状フィンに形成された挿入孔部を示す部分正面模式図である。
本実施の形態において、板状フィン１には、所定の間隔をあけて平行に配列され、扁平管２が挿入される挿入孔６が、挿入孔６の短軸方向（段方向と記す）に複数設けられている。そして、図１（ａ）に示すように、挿入孔６の縁には、板状フィン１の平板面から、略垂直方向に突出したフィンカラー３が形成されている。また、図２に示すように、挿入孔６の形状は、扁平管２の断面と同様な扁平形状である。

また、板状フィン１には、段方向に所定の間隔をあけて平行に配列した挿入孔６の間に、スリット４が設けられており、図１（ａ）に示すように、スリット４も、フィンカラー３が突出した方向に、板状フィン１の平板面から突出している。
本実施の形態では、スリット４は、１つの挿入孔間に、空気が流れる方向、すなわち、列方向に４個が設けられている。そして、各スリット４は平行に配列されており、隣接する一対のスリット間が、切込み５で接続されている。

本実施の形態の扁平管熱交換器１００は、図１（ａ）に示すように、板状フィン１の各挿入孔６に扁平管２が挿入されて形成されている。すなわち、各扁平管２が、平行に配列した複数の板状フィン１を、板状フィン１の平板面に対して略垂直な方向から挿通するとともに、板状フィン１の挿入孔６に接着剤(図示せず)で接着されて扁平管熱交換器１００を形成している。
また、本実施の形態の扁平管熱交換器１００は、図１（ｂ）に示すように、板状フィン１は、図１（ｂ）において、左側に位置する第１の板状フィン部１ａと右側に位置する第２の板状フィン部１ｂとでなっている。

そして、図２に示すように、第１の板状フィン部１ａは、図２における右端の一辺に開口を有するＵ字状の第１の挿入部６ａを備えており、第２の板状フィン部１ｂは、図２における左端の一辺に開口を有するＵ字状の第２の挿入部６ｂを備えている。そして、第１の板状フィン部１ａの開口を有する一辺と第２の板状フィン部１ｂの開口を有する一辺とが突き合わされ、第１の挿入部６ａと第２の挿入部６ｂとで形成された扁平形状の挿入孔６を備えた板状フィン１となっている。

本実施の形態の扁平管熱交換器１００は、板状フィン１の対向する挿入孔間に設けられた各２個のスリット４間に、これらのスリット４を接続する切込み５が設けられているので、板状フィン１の挿入孔６に圧入された扁平管２と板状フィン１のフィンカラー３とがなじんでおり、扁平管２と板状フィン１とを接着する接着剤の膜厚を十分に薄くでき、板状フィン１と扁平管２との間の伝熱性能が優れている。

次に、本実施の形態の扁平管熱交換器１００と従来の扁平管熱交換器とを比較することにより、本実施の形態の扁平管熱交換器１００が、扁平管２と板状フィン１とを接合する接着剤の膜厚を十分に薄くできる機構を説明する。
図３は、本発明の実施の形態１に係わる扁平管熱交換器における、図１（ｂ）に示す正面模式図のＢ領域の拡大部分模式図（ａ）と、この拡大部分模式図（ａ）のＣ−Ｃ断面の模式図（ｂ）とＤ−Ｄ断面の模式図（ｃ）とである。
図４は、従来の扁平管熱交換器における、実施の形態１の扁平管熱交換器の図３（ａ）に相当する拡大部分模式図（ａ）と、この拡大部分模式図（ａ）のＥ−Ｅ断面の模式図とである。

図４（ａ）は、従来の扁平管熱交換器の第１の板状フィン部１ａにおける、扁平管が挿入される平行に並んだ２個のＵ字状の部分、すなわち、Ｕ字状の第１の挿入部６ａと、この２個のＵ字状の第１の挿入部６ａ間に形成された一対のスリット４とを示している。但し、図４（ａ）では、扁平管および接着剤は図示されていない。
この従来の扁平管熱交換器では、Ｕ字状の第１の挿入部６ａに扁平管２を圧入すると、図４（ｂ）に示すように、第１の板状フィン部１ａから突出したフィンカラー３の、矢印で示される先端側に平均荷重が加わる。

そのため、第１の板状フィン部１ａにおける、２個のＵ字状の第１の挿入部６ａの間（挿入部間と記す）７ｂを、フィンカラー３が突出した方向とは逆の方向に撓ませるモーメントが働き、フィンカラー３が扁平管２から離れる方向に倒れ、フィンカラー３と扁平管２とに隙間を生じ接着剤（図示せず）の膜厚が厚くなる。

図３（ａ）は、本実施の形態の扁平管熱交換器１００の第１の板状フィン部１ａにおける、平行に並んだ２個のＵ字状の第１の挿入部６ａと、この２個のＵ字状の第１の挿入部６ａ間に形成され、且つ切込み５で接続された一対のスリット４とを示したものである。但し、図３（ａ）では、扁平管および接着剤は図示されていない。
本実施の形態の扁平管熱交換器１００も、Ｕ字状の第１の挿入部６ａに扁平管２を圧入すると、図３（ｂ）に示すように、比較例にある従来の扁平管熱交換器と同様、第１の板状フィン部１ａから突出したフィンカラー３の、矢印で示される先端側に平均荷重が加わる。

しかし、本実施の形態の扁平管熱交換器１００では、比較例である従来の扁平管熱交換器とは異なり、スリット４間に切り込み５が設けられているので、挿入部間７ｂは、フリーとなり、モーメントを受けず、撓まない。すなわち、挿入部間７ｂが撓まないので、フィンカラー３が倒れることがない。
また、本実施の形態の扁平管熱交換器１００における、スリット４が設けられた部分（スリット形成部と記す）７ａでは、図３（ｃ）に示すように、第１の板状フィン部１ａから突出したフィンカラー３の、矢印で示されたスリット４の上板面４ａとほぼ位置に、平均荷重が加わる。そのため、スリット形成部７ａを撓ませるモーメントがほとんど発生せず、スリット形成部７ａも撓まない。それに加え、スリット４がバネ性を有するので、板状フィン１に働くひずみをスリット４で受け持つので、フィンカラー３が倒れることがない。

すなわち、本実施の形態の扁平管熱交換器１００は、上記のような機構により、板状フィン１に扁平管２を圧入しても、フィンカラー３が倒れることがなく、フィンカラー３と扁平管２とが隙間なく接しているので、接着剤(図示せず)の膜厚を非常に薄くでき、接着剤接合であっても、板状フィン１と扁平管２との間の伝熱性能が優れている。
本実施の形態の扁平管熱交換器１００の、扁平管２と板状フィン１とを接着する接着剤の膜厚を十分に薄くできる機構を、説明するのに、第１の板状フィン部１ａの部分を例示して説明したが、第２の板状フィン部１ｂの部分も、同様な構造であり、扁平管２と板状フィン１とを接合する接着剤の膜厚を十分に薄くできる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係わる扁平管熱交換器の部分正面模式図である。
図５に示すように、本実施の形態の扁平管熱交換器２００は、１層の板状フィンが分割されていない一体の板状フィン２１である以外、実施の形態１の扁平管熱交換器１００と同様である。
図５では、各隣接した１対のスリット４間が切込み５で接続されているが、隣接した全てのスリット間を切込み５で接続しても良い。
本実施の形態の扁平管熱交換器２００は、スリット４間に切込み５が設けられているので、実施の形態１の扁平管熱交換器１００と同様な効果を有するとともに、各層の板状フィンが分割されていない一体の板状フィン２１であるので、組み立て工程が少なくでき、製造コストを低減できる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係わる扁平管熱交換器の部分正面模式図である。
図６に示すように、本実施の形態の扁平管熱交換器３００は、１層の板状フィンが、図６において左側に位置し、右端の一辺に開口を有するＵ字状の第１の挿入部を備えた第１の板状フィン部１ａと、図６において右側に位置し、左端の一辺に開口を有するＵ字状の第２の挿入部を備えた第２の板状フィン部１ｂと、図６において中央部に位置し、左端の一辺に開口を有するＵ字状の第３の挿入部と左端の一辺に対向する右端の他辺に開口を有するＵ字状の第４の挿入部とを備えた第３の板状フィン部１ｃとで形成された板状フィン３１である以外、実施の形態１の扁平管熱交換器１００と同様である。

本実施の形態の扁平管熱交換器３００は、第１の板状フィン部１ａの右端の開口を有する一辺に第３の板状フィン部１ｃの左端の開口を有する一辺を突き合わせ、第１の挿入部と第３の挿入部とで挿入孔を形成し、第２の板状フィン部１ｂの左端の開口を有する一辺に第３の板状フィン１ｃの右端の開口を有する他辺を突き合わせ、第２の挿入部と第４の挿入部とで挿入孔を形成している。

本実施の形態の扁平管熱交換器３００も、スリット４間に切込み５が設けられているので、実施の形態１の扁平管熱交換器１００と同様な効果を有する。また、本実施の形態の扁平管熱交換器３００は、扁平管２を、段方向のみならず、列方向にも設けることができるので、熱交換容量の大きな扁平管熱交換器として用いることができる。
本実施の形態では、扁平管の配列が２列であるが、第３の板状フィン部１ｃの数を増やすことにより、扁平管の配列数を増やすことができる。

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４に係わる扁平管熱交換器の板状フィンにおけるスリット近傍の形状を示す断面模式図（ａ）と、板状フィンの挿入孔に扁平管が挿入された場合における板状フィンの変形モードを示す図（ｂ）とである。
図７（ａ）に示すように、本実施の形態の扁平管熱交換器は、第１の板状フィン部１ａ等の板状フィン１における、フィンカラー３の突出長さ（Ｌ）が、板状フィン１の平板面からスリットの上板面４ａまでの距離であるスリット４の高さ（Ｈ）の２倍以下、すなわち、２Ｈ≧Ｌの関係である以外、実施の形態１の扁平管熱交換器１００と同様である。

本実施の形態の扁平管熱交換器は、板状フィン１における、フィンカラー３の突出長さ（Ｌ）とスリット４の高さ（Ｈ）との関係が、２Ｈ≧Ｌであるので、板状フィン１の挿入孔に扁平管が圧入されると、図７（ａ）に示されるように、スリットの上板面４ａよりフィンカラー３の根元側の、矢印で示される位置に平均荷重が加わる。
そのため、図７（ｂ）に示すように、板状フィン１におけるスリット４の上板面４ａが、フィンカラー３が突出した側に撓み、フィンカラー３の先端部側が挿入孔の短軸方向で狭くなる方向に変形する。

しかし、本実施の形態の扁平管熱交換器は、実際には、この挿入孔の部分には、扁平管があるので、フィンカラー３を扁平管に強く密着させることとなり、接着剤の膜厚を非常に薄くでき、板状フィン１と扁平管２との間の伝熱性能が優れている。
本実施の形態の、板状フィン１における、フィンカラー３の突出長さ（Ｌ）とスリット４の高さ（Ｈ）との関係を、２Ｈ≧Ｌとすることは、実施の形態２と実施の形態３との扁平管熱交換器にも適用でき、同様な効果が得られる。

本発明に係わる扁平管熱交換器は、扁平管が板状フィンのフィンカラーに密着するものであり、この部分の接着剤の膜厚を非常に薄くでき、板状フィンと扁平管との間の伝熱性能が優れているので、製造コストが低く、且つ高効率な扁平管熱交換器として利用できる。

１ 板状フィン、１ａ 第１の板状フィン部、１ｂ 第２の板状フィン部、
１ｃ 第３の板状フィン部、２ 扁平管、３ フィンカラー、４ スリット、
４ａ スリットの上板面、５ 切込み、６ 挿入孔、６ａ 第１の挿入部、
６ｂ 第２の挿入部、７ａ スリット形成部、７ｂ 挿入部間、
２１，３１ 板状フィン、１００，２００，３００ 扁平管熱交換器。

Claims (5)

1. 所定の間隔で平行に配置され、且つ平板面に挿入孔とスリットとが設けられた複数の板状フィンと、上記板状フィンの上記挿入孔に挿入され、接着剤で接合された複数の扁平管とを備えた扁平管熱交換器であって、上記扁平管は、断面が扁平状形状の伝熱管であり、上記挿入孔は、上記扁平管の断面と同様な扁平状形状であり、その縁に上記板状フィンの平板面から略垂直方向に突出したフィンカラーを有しており、且つ上記板状フィンの少なくとも上記挿入孔の短軸方向に複数が設けられており、上記スリットは、上記挿入孔の短軸方向に形成された複数の上記挿入孔の間に設けられ、少なくとも隣接する上記スリットが切込みで接続された扁平管熱交換器。
2. 板状フィンが、第１の板状フィン部と第２の板状フィン部とで形成され、上記第１の板状フィン部には、一辺に開口を有するＵ字状の第１の挿入部が設けられ、上記第２の板状フィン部には、一辺に開口を有するＵ字状の第２の挿入部が設けられ、上記第１の板状フィン部の開口を有する一辺と上記第２の板状フィン部の開口を有する一辺とが突き合わされ、上記第１の挿入部と上記第２の挿入部とで挿入孔が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の扁平管熱交換器。
3. 板状フィンが、一体の板状フィンであることを特徴とする請求項１に記載の扁平管熱交換器。
4. 板状フィンが、第１の板状フィン部と第２の板状フィン部と第３の板状フィン部とで形成され、上記第１の板状フィン部の一辺には、開口を有するＵ字状の第１の挿入部が設けられ、上記第２の板状フィン部の一辺には、開口を有するＵ字状の第２の挿入部が設けられ、上記第３の板状フィン部の一辺には、開口を有するＵ字状の第３の挿入部が設けられ、上記第３の板状フィン部の一辺と対向する他辺には、開口を有するＵ字状の第４の挿入部が設けられ、上記第１の板状フィン部の開口を有する一辺と上記第３の板状フィン部の開口を有する一辺とが突き合わされ、上記第１の挿入部と上記第３の挿入部とで挿入孔が形成され、上記第２の板状フィンの開口を有する一辺と上記第３の板状フィン部の開口を有する他辺とが突き合わされ、上記第２の挿入部と上記第４の挿入部とで挿入孔が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の扁平管熱交換器。
5. フィンカラーの突出長さ（Ｌ）がスリットの高さ（Ｈ）の２倍以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の扁平管熱交換器。

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