JP2011144998A - 熱交換器、及びこの熱交換器を備えた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】フィンと管を確実に密着し、フィンピッチを確実に規制することのできる生産性の良い熱交換器等を提供すること。
【解決手段】切欠部１１を有し一定の間隔で平行に積層された複数の平板状のフィン１０と、それぞれのフィン１０の切欠部１１に挿入されフィン１０に接合された複数の扁平状の伝熱管２０とを備え、フィン１０の両端部２ａを同方向にほぼ直角に折り曲げて第１の折曲げ部１４ａ、１４ｂを形成し、第１の折曲げ部１４ａ、１４ｂの端部をさらに第１の折曲げ部１４ａ、１４ｂが対向する方向にほぼ直角に折り曲げて第２の折曲げ部１５ａ、１５ｂを形成した。
【選択図】図６

Description

本発明は、小型で高性能な熱交換器、及びこの熱交換器を備えた空気調和機に関するものである。

例えば、空気調和機における熱交換器の全体の占める割合は大きく、近年、空気調和機の高性能化、コンパクト化が進むなかで、熱交換器の小型化は非常に重要となっている。
空気調和機に用いられるフィンアンドチューブ式熱交換器に、複数枚の平板状の熱交換用フィンが積層され、これらのフィンを貫通して円管からなる冷媒配管が設けられ、例えば冷凍サイクルの凝縮器として使用されているものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、フィンアンドチューブ式熱交換器の冷媒配管として扁平状の熱交換パイプを用いたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−２３８９８１号公報（第５頁、図１、図４〜５） 特開平９−３２４９９５号公報（第４頁、図１、図４、図６、図１１）

特許文献１の発明は、冷媒配管が円管のため通風抵抗が増大し、十分な熱交換器としての性能を得ることができないという問題があった。
特許文献２の発明は、冷媒配管が扁平状なので、通風抵抗を増大させることなく冷媒量を多くすることができ、それにより、小型化した場合であっても十分な熱交換器としての性能を得ることができる。
しかしながら、扁平状の管は一般的に円管の冷媒配管からなる熱交換器の製造に実施されているような拡管によるフィンへの固定が困難であるため、フィンを旋回治具等により１枚ずつ、管の上部よりフィンピッチを保ちながら旋回してフィンのＵ字状切欠き部を管に嵌合して管とフィンとの密着性を確保していた。このため、Ｕ字状切欠き部でフィンが開いてしまい、特に熱交換器の両端部で管とフィンカラーとの密着性が低下することがあった。この場合、フィンと管とをロウ付けによって接合することもできるが、管理、運用面からの生産コストが増大してしまい、熱交換器を安価に製造することが困難となる。そこで、生産コストの低下のために、フィンと管との接合を接着剤により行うが、この場合でも接着剤の熱伝導率が低いため、密着性をさらに確保する必要がある。

また、熱交換器の高性能化のためにフィンピッチをより確実に確保する必要があるが、フィンとフィンの間隔を一定に保つスペーサ治具を使用すると部品点数が増大してしまい、かつスペーサへの接着剤の付着やスペーサ自体の変形が生じるため、その洗浄、修正のためにコスト増加が生じる。

さらに、特許文献１のようにフィンピッチを確保するためにフィンカラーを設けると、フィンカラーがない場合に比べてフィンと管の密着性が低下してしまうという問題がある。
そこで、特許文献２においては、フィンピッチを確保しつつフィンを１枚ずつ管に嵌合していく方式としているが、フィンの両端部は、片方は管で拘束されているものの、熱交換器端部側はフリーとなってしまうため、確実にフィンピッチをとることができなかった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、フィンと伝熱管とを確実に密着させ、フィンピッチを確実に規制することのできる生産性の良い小型で高性能な熱交換器、及びこの熱交換器を備えた空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る熱交換器は、切欠部を有し一定の間隔で平行に積層された複数の平板状のフィンと、それぞれのフィンの切欠部に挿入され、このフィンに接合された複数の扁平状の伝熱管とを備え、フィンの両端部を同方向にほぼ直角に折り曲げて第１の折曲げ部を形成し、第１の折曲げ部の端部をさらに第１の折曲げ部が対向する方向にほぼ直角に折り曲げて第２の折り曲げ部を形成したものである。
また、本発明に係る空気調和機は、送風手段及び上記の熱交換器を備えたものである。

フィンと伝熱管とが確実に密着し、フィンピッチが確実に規制され、さらにフィンと空気とが接触する伝熱面積を増加させることができる、生産性の良い小型で高性能な熱交換器、及びこの熱交換器を備えた空気調和機を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室内機の断面図である。 図１の熱交換器の要部を示す斜視図である。 図１の熱交換器の要部を示す上面図である。 図３のＧ部の拡大図である。 図１の熱交換器のフィンの正面図である。 図５のＸ−Ｘ断面図及びその要部を拡大した断面図である。 実施の形態１に係る伝熱管にフィンを挿入する方法を示す説明図である。 図７の伝熱管にフィンを挿入する際に拘束治具を用いる場合の説明図である。 本発明の実施の形態２に係る伝熱管にフィンを挿入する方法を示す説明図である。

実施の形態１．
図１において、空気調和機１の室内機の本体内に設けられた風路４には、熱交換器２と送風機３（送風手段）とが設けられて本体の筐体によって支持されており、風路４の上流側には吸込口５が設けられ、下流側には吹出口６が設けられて、空気調和手段を構成している。そして、送風機３によって吸込口５から吸い込まれフィルタによって浄化された空気は、熱交換器２によって熱交換されて冷風または温風となり、風路４を通過したのち吹出口６から吹き出す。

図２〜図６に示すように熱交換器２はフィンアンドチューブ式の熱交換器であって、フィン１０と伝熱管２０（以下、単に管という）とが互いに係合して接合されており、流動する空気などの気体と管内を流れる水や冷媒などの流体との間で熱を授受するようになっている。

フィン１０は平板状であって一定の間隔で平行に多数積層（図２の前後方向に多数積層）されている。そして、それぞれのフィン１０には所定の間隔でほぼＵ字状の切欠部１１（１１ａ〜１１ｈ）が形成されており、切欠部１１を介してそれぞれに区画された面１０ａ〜１０ｉにはそれぞれスリット１２（１２ａ〜１２ｉ）が形成されている。そして、フィン１０の同一面側には、それぞれの切欠部１１の縁部の全周に渡って管２０（２０ａ〜２０ｈ）とフィン１０とを密着させて接合するためのフィンカラー１３（１３ａ〜１３ｈ）が垂直に立ち上がっている（図６参照）。なお、このフィンカラー１３の高さをフィン１０間のフィンピッチＣと同じにすると、ピッチ間隔の確保が可能になる。

フィン１０の両端部２ａには、さらにフィン面に対してほぼ直角にフィンカラー１３と同方向に折曲げられた端部カラー（第１の折曲げ部）１４（１４ａ、１４ｂ）が垂直に立ち上がっている。この端部カラー１４の高さＡは、フィン１０間のフィンピッチＣと同じ寸法になっている（図４、図６参照）。そして、端部カラー１４（１４ａ、１４ｂ）の先端はさらに端部カラー１４（１４ａ、１４ｂ）が対向する側（フィン１０の内側方向）に折り曲げられてリフレア（第２の折曲げ部）１５（１５ａ、１５ｂ）が形成されている。

フィン１０の端部カラー１４は、積層されるフィン１０の間隔を一定に保つためのものであり、また、フィン１０を積層していく際に拘束治具３０（図８参照）で押さえる部分であって、特に両端部２ａ近傍におけるフィン１０と管２０との密着性が低下しないようにしたものである。
また、フィン１０のリフレア１５は先に配置されたフィン１０の表面と当接し、これによってフィン１０の両端部２ａが確実に固定され、フィンピッチＣを一定の間隔で確実に確保することができる。この場合、リフレア１５（１５ａ、１５ｂ）の対向方向の幅Ｂは、０．５ｍｍ＜Ｅ＜１ｍｍである（但し、Ｅは管２０の外径）。

一方、管２０は扁平状をなし、その内部に水や冷媒などの流体が流れるようになっている。そして、フィン１０のほぼＵ字状の切欠部１１（１１ａ〜１１ｈ）に扁平状の管２０（２０ａ〜２０ｈ）を挿入して接合してある。なお、隣接する管２０の端部は一方の端部から他方の端部へとヘアピン部２１（２１ａ〜２１ｇ）で接続されており、交互にＵ字状、逆Ｕ字状をなして接続されている（図３参照）。

こうして形成された熱交換器２は、実施例では、図３、図４に示すように、隣接する管２０の中心軸間の距離Ｄと、管２０の外径Ｅとの比率Ｄ：Ｅが、１：３．５６〜３．７５となるようにしてあり、また、フィンピッチＣは１．１５ｍｍとなっている。

次に、熱交換器２の製造手順の一例について説明する。
熱交換器２を製造するには、図７に示すように、フィン１０を旋回治具３１に吸着させ、１枚ずつイ方向に回動させて、フィン１０の切欠部１１を管２０に嵌合する。この際、フィン１０の両端部２ａの端部カラー１４を拘束治具３０によって固定してフィン１０を嵌合する。こうして、図８に示すように、フィン１０のフィンカラー１３と管２０との接合部Ｆ、特に両端部２ａ近傍における接合部Ｆにおいて、フィン１０の嵌合時にフィン１０と管２０との密着性が低下せず、フィン１０の切欠きが管２０から離れることがない。こうして、フィン１０を管２０に嵌合すると、フィン１０の両端部２ａのリフレア１５が、隣接するフィン１０の対向面に当接する。そして、フィン１０を管２０に嵌合した後に、このフィン１０を旋回治具３１から外す。上記の操作を繰り替えして、フィン１０を積層する。
すべてのフィン１０を積層した後、接着剤をフィン１０の切欠部１１と管２０との接合部Ｆに注入し、拘束治具３０に固定したまま熱交換器２を加熱し、すべての接合部Ｆでフィン１０と管２０とを密着させた状態で、熱交換器２を製造する。

こうして製造された熱交換器２を備えた空気調和機は、送風機３により吸込口５から空気を風路４内に吸い込み、熱交換器２を通り、風路４を通過したのち、吹出口６から吹き出す。この際、熱交換器２は、フィン１０と管２０とが確実に密着しており、かつフィンピッチＣも確実に規制されているので、効率よく熱交換する。

本発明によれば、扁平状の管２０にほぼＵ字状の切欠部１１を備えたフィン１０を一枚ずつ嵌合する際に、フィン１０の両端部２ａの端部カラー１４を拘束治具３０によって押さえながら行うので、フィン１０が開いて密着性が低下することがなく、特に密着性を確保し難い両端部２ａ近傍においても密着性の低下を防ぐことができる。また、端部カラー１４の先端をさらに対向側に折り曲げたリフレア１５によってフィン１０の両端部２ａが固定され、フィンピッチＣを確実に保持することが可能となる。さらに、上記のようにフィン１０の両端部２ａを折り曲げたので、フィン１０と空気とが接触する伝熱面積が増加する。こうして、高い熱交換性能を得ることができ、同一性能であれば、従来の熱交換器に比べて、小型化による占有面積の縮小、冷媒封入量の削減によるコスト低減をもたらすことができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、管２０にフィン１０の切欠部１１を嵌合する際にフィン１０を旋回して嵌合したが、本実施の形態ではフィン１０を垂直方向に移動させて管２０に嵌合するようにしたものである。
図９に示すように、フィン１０を垂直治具３２に吸着させ、１枚ずつロ方向に垂直に移動させてその切欠部１１を管２０に嵌合する。こうして、フィン１０を管２０に嵌合すると、フィン１０の両端部２ａのリフレア１５が、隣接するフィン１０の対向面に当接してフィンピッチＣを保持する。そして、フィン１０を嵌合した後に、フィン１０を垂直治具３２から外す。
その他の作用は、実施の形態１で示した場合と同様なので説明を省略する。

上記の説明では、本発明に係る熱交換器を空気調和機の室内機に備えた場合を示したが、これに限定するものではなく、空気調和機の室外機やその他の冷却装置などにも用いることができる。

１ 空気調和機、２ 熱交換器、２ａ 熱交換器の端部、３ 送風機（送風手段）、５ 吸込口、６ 吹出口、１０ フィン、１１、１１ａ〜１１ｈ 切欠部、１３、１３ａ〜１３ｈ フィンカラー、１４、１４ａ、１４ｂ 端部カラー（第１の折曲げ部）、１５、１５ａ、１５ｂ リフレア（第２の折曲げ部）、 ２０、２０ａ〜２０ｈ 管（伝熱管）、３０ 拘束治具、３１ 旋回治具、３２ 垂直治具、Ａ 端部カラーの高さ（第１の折曲げ部の高さ）、 Ｂ リフレアの幅（第２の折曲げ部の幅）、Ｃ フィンピッチ、Ｄ 管の中心軸間の距離、Ｅ 管の外径、Ｆ 接合部。

Claims (6)

1. 切欠部を有し一定の間隔で平行に積層された複数の平板状のフィンと、
   前記それぞれのフィンの切欠部に挿入され該フィンに接合された複数の扁平状の伝熱管とを備え、
   前記フィンの両端部を同方向にほぼ直角に折り曲げて第１の折曲げ部を形成し、該第１の折曲げ部の端部をさらに該第１の折曲げ部が対向する方向にほぼ直角に折り曲げて第２の折曲げ部を形成したことを特徴とする熱交換器。
2. 前記フィンの切欠部がほぼＵ字状をなし、該切欠部に前記扁平状の伝熱管が挿入されることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記フィンの切欠部はその全周にほぼ垂直に立ち上げたフィンカラーを有することを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
4. 前記隣接する伝熱管の中心軸間の距離と該伝熱管の外径との比率が、１：３．５６〜３．７５であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記フィンの両端部に設けた第１の折曲げ部の高さが前記フィンのフィンピッチと同じであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
6. 送風手段、及び請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器を備えたことを特徴とする空気調和機。

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