JP2012002402A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱管挿通部に突出部を設けるなどの製造工程の増加を伴うことなくフィンと伝熱管を抜け止め状態に保持する熱交換器を提供する。
【解決手段】フィンベース４の端縁に設けられた伝熱管挿通部５は、フィンベース４の一端側に開放した開口８を有する切欠きであるとともに扁平形状伝熱管２の外形に沿う形状であり、該伝熱管挿通部５の幅は開口８から離れるに従い次第に広くなるように形成されることを特徴とする熱交換器である。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、空気調和機や冷凍機などに用いられる熱交換器で、特に、伝熱管にフィンを取り付けることにより熱交換性能を上げるフィン・チューブ型熱交換器に関するものである。

フィン・チューブ型熱交換器は、内部を冷媒が流動する伝熱管にフィンを取り付けて空気との接触面積を拡大することにより、熱交換器周辺の空気と伝熱管内部の冷媒との間の熱交換性能を向上させる。

このような熱交換器において、より高い熱交換性能を得るには、フィンと伝熱管との密着性を高める必要がある。例えば、性能向上のため、伝熱管に円管を用いず、扁平管を適用した場合、フィンの一端縁に開口した伝熱管挿通部の開口側から伝熱管を挿通し、フィンを伝熱管に押し付けるようにして加締めたり、接着剤やろう付けでフィンと伝熱管とを接合したりすることにより、フィンと伝熱管の密着性を高めていた。
しかし、加締めるために力を加えた時や、接着剤やろう付けによる接合作業中に、伝熱管挿通部の開口から伝熱管が脱落する危険性があった。

伝熱管の脱落を回避する方法として、例えば、特許文献１に開示されているものがある。特許文献１に記載の扁平管熱交換器では、伝熱管と係合するテーパー形状の突出部が凹型の伝熱管挿通部の開口に形成されている。伝熱管挿通部の開口より強制嵌合された扁平形状の伝熱管は、伝熱管挿通部の開口に設けられた突出部で抜け止め状態に保持される。この状態で炉中ろう付けすることにより、伝熱管が伝熱管挿通部の開口より抜け落ちることなく、フィンと接合一体化することが可能となっていた。

特開平５−６０４８２（第１図）

しかし、従来のフィンには、伝熱管挿通部の両側縁にフランジ（フィンカラー）が設けられる一方、開口部の両側縁にはフランジより屈曲角度が小さい抜止め用の突出部が形成されている。突出部とフランジとの間には隙間がある。

そのため、フランジと突出部を別々に形成する必要があり、作業工程や製造コストが増加するという問題があった。

また、特に、室内機向け熱交換器のフィンにおいては、伝熱管挿通部に設けた突出部とフランジとの間に形成される隙間や、突出部やフランジの有するエッジに水滴が溜まり、この溜まった水滴が製品の送風口から飛び出す（露飛びする）という問題もあった。

この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あり、製造コストを増やすことなく、また、特に室内機向けの熱交換器において、露飛びの原因となる水滴が溜まり易い隙間やエッジを増やすことなく、伝熱管を抜け止め状態に保持することができる熱交換器を提供することを目的とする。

本発明に係る熱交換器は、端縁部に挿通部が設けられた平板状のフィンと、挿通部に挿通された断面形状が扁平な伝熱管とを備えた熱交換器において、挿通部はフィンの端縁部から内側に向かい次第に幅が広がるように形成された切欠きであって、切欠きの周縁部が伝熱管の外面に当接するように形成されていることを特徴とする熱交換器である。

本発明に係る熱交換器によれば、フィンの端縁部に設けた伝熱管挿通部の幅を開口側に近づくに従い狭くなるように形成し、伝熱管挿通部の周縁部に概略沿う形状の扁平形状伝熱管を伝熱管挿通部に挿通している。そのため、製造工程を増やすことなく、伝熱管を抜け止め状態に保持することができる。

また、扁平形状伝熱管の抜け止め用の突出部を伝熱管挿通部の周縁にフランジと切り離して設ける必要がないため、伝熱管挿通部の周縁にエッジや隙間などの凹凸部が形成されない。その結果、特に、室内機向け熱交換器のフィンにおいては、フィンや伝熱管の表面で結露した水がフィンに形成された凹凸部分に溜まり、製品の送風口から飛び出す恐れがない。

本発明の実施の形態１に係るフィン・チューブ型熱交換器を示す概観斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器用フィンを示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器用伝熱管の断面を示す概略斜視図である。 図１のフィン・チューブ型熱交換器のＡ−Ａ線に沿った位置における断面図である。 図１のフィン・チューブ型熱交換器のＡ−Ａ線に沿った位置における断面図である。

本発明の実施形態について、図を参照して以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るフィン・チューブ型熱交換器の全体構成を示す概観斜視図である。本実施の形態のフィン・チューブ型熱交換器は、熱交換器用のフィン１と、扁平形状の断面を有する伝熱管２（以下、扁平形状伝熱管と称す。）と、分配管３とを備える。図２は、図１に示したフィン１の一部を拡大した概略斜視図である。図３は、図１に示した扁平形状伝熱管２の断面を拡大した概略斜視図である。図４は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図の一部である。

まず、図１〜４を参照して、本実施の形態におけるフィン・チューブ型熱交換器の構成について説明する。

本実施の形態における熱交換器は、図１を参照して、所定の間隔ＦＰで平行に複数積層された熱交換器用のフィン１に、冷媒が流れる空洞を内部に有する扁平形状伝熱管２が所定の間隔ＤＰで挿通されている。また、フィン１と上記扁平形状伝熱管２は接着剤やろう付けにより接合されている。フィン１の間隔ＦＰは熱交換器の特性により決定され、一般に１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである。
さらに、上記扁平形状伝熱管２の端部は分配管３に接続され、分配管３を通じて扁平形状伝熱管２の内部に冷媒が流通される。上記扁平形状伝熱管２と上記分配管３は、例えば、ろう付けにより接合されている。

上記構成における熱交換器用のフィン１は横長で平板状に形成され、フィンベース４には、図２を参照して、フィン１の長手方向に所定の間隔ＤＰで扁平形状伝熱管２を挿通するための伝熱管挿通部５が設けられ、伝熱管挿通部５の周縁に沿ってフィンカラー６が設けられている。また、フィンベース４の板面より切り起こし成形されたスリット７が設けられている。
フィン１は主としてアルミニウムあるいはアルミニウム合金を原料とする厚さ０．０９〜０．２ｍｍの薄板で構成されており、表面には用途に応じて防食や防汚や親水もしくは撥水を目的とした表面処理膜が施される。

図２において、破線の角丸長方形で示した領域が伝熱管挿通部５である。伝熱管挿通部５はフィンベース４の長辺の端縁部からフィンベース４の内側に向かって形成された切欠きで、一端側がフィンベース４の端縁部で開放し、他端側が閉塞するように構成されている。
切欠きの幅はフィンベース４の端縁部から内側に向かうに従い次第に広がるように形成され、欠きの深さＤは扁平形状伝熱管の高さとほぼ等しくなるように形成される。
また、伝熱管挿通部５の周縁部は、扁平形状伝熱管２の外面に概略沿う形状に形成される。なお、扁平形状伝熱管２の外形については後述する。

図２において、破線の楕円で示した領域が、フィンベース４の端縁部に形成された切欠きである伝熱管挿通部５の開口８である。開口８の幅は、伝熱管挿通部５の最大幅より小さくなるようにする。

伝熱管挿通部５の周縁部には、フィンベース４の板面に対して略垂直になるようにフィンベース４の一部を折り曲げて形成されたフィンカラー６が設けられている。このフィンカラー６は扁平形状伝熱管の外面に密着する。フィンカラー６の高さは、複数積層されるフィン１の間隔ＦＰを超えない範囲でＦＰとほぼ等しい高さであることが望ましい。フィンカラー６の高さを、ＦＰを超えない範囲で十分高くすることによって、フィン１と扁平形状伝熱管２との密着面積を広くでき、伝熱性能を良好にすることができる。ＦＰは熱交換器の特性により決定され、一般に１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである。

スリット７は、隣り合う伝熱管挿通部５の間に切り起こし成型される。フィンベース４から切り起こされるスリット７の高さは、フィン１の積層間隔ＦＰの概略半分であることが望ましい。

次に、扁平形状伝熱管５について説明する。扁平形状伝熱管２の長手方向に垂直な断面は、図３を参照して、略長円形、またはオーバル型の扁平形状であり、扁平形状伝熱管２の外形形状は、互いに平行でない対向する側面２c、２dと曲面で対向する頂部２ａ、２ｂとで構成される。扁平形状伝熱管２の頂部２ａ、２ｂのうち、伝熱管挿通部５に挿通したときに開口８側に配置される一方の頂部２ａの径は、他方の頂部２ｂの径より大きい。そのため扁平形状伝熱管２の幅は、一方の頂部２ａから他方の頂部２ｂに向かうに従い次第に広くなっている。扁平形状伝熱管２の高さＨは、伝熱管挿通部５の深さにほぼ等しい。
また、扁平形状伝熱管２は内部に隔壁９を有する多穴管であることが望ましい。多穴管を用いることにより、扁平形状伝熱管２の内面と冷媒との接触面積が増え、熱交換効率が良くなる。
扁平形状伝熱管２の材料は主としてアルミニウムあるいはアルミニウム合金であり、押し出し成形、引き抜き成形の加工方法により成形される。

図４は扁平形状伝熱管２とフィン１とを組み付けた状態を示す。扁平形状伝熱管２とフィン１とは、扁平形状伝熱管２を伝熱管挿通部５の開口８から圧入することにより組み付けられる。そのため、開口８の幅は、フィン１が元の形状に戻る範囲の力で扁平形状伝熱管２を圧入できる大きさにする必要がある。
扁平形状伝熱管２とフィン１とを組み付けると、扁平形状伝熱管２の両側面２ｃ、２ｄ、および頂部２ｂが伝熱管挿通部５の周縁部およびフィンカラー６に密着する。このとき、伝熱管挿通部５の形状より僅かに大きくなるように扁平形状伝熱管２を形成することで、フィン１の応力（伝熱管挿通部５の両側面から内側に向かう力で、白抜き矢印１０で示した方向に働く）によりフィン１と扁平形状伝熱管２とを密着させることができる。

以上説明したように、本実施の形態による熱交換器は、フィン１の端縁部を切欠いて形成された伝熱管挿通部５が、フィン１の端縁部から内側に向かうに従って次第に幅が広くなるように形成されており、更に、伝熱管挿通部５に挿通した扁平形状伝熱管２の外面と伝熱管挿通部５の周縁部とが密着する構造となっている。

このように伝熱管挿通部５と扁平形状伝熱管２とを形成することにより、伝熱管挿通部５に突出部を設けるための加工工程や製造コストの増加を伴うこと無く、扁平形状伝熱管２を伝熱管挿通部５の内部に固定し、開口８から扁平形状伝熱管２が抜け出ないよう抜け止め状態に保持することができる。

また、伝熱管挿通部５にフィンカラー６と切り離された突出部を設ける必要が無いため、特に室内機向けの熱交換器においては、フィン表面に結露した水滴が溜まりやすいエッジや隙間などの凹凸部の形成が最小限に抑えられる。これにより、フィン１の凹凸部に溜まった水滴が製品の送風口から飛び出す露飛びを抑制することができる。

なお、実施の形態１においては、扁平形状伝熱管２の高さＨと伝熱管挿通部５の深さＤがほぼ等しい形状について説明した。しかし、本発明は図４に図示した構成に限定されるものではなく、図５を参照して、扁平形状伝熱管２の高さＨが伝熱管挿通部５の深さＤより大きく、扁平形状伝熱管の一方の頂部２ａが開口８から外に出るような構成としてもよい。これにより、扁平形状伝熱管２とフィンカラー６との接触面積が広くなるため、伝熱管の熱伝導性能が向上する。

上述した実施の形態、構成要素の形容等はあくまで例示であって、これらの記載に本発明の技術的範囲が限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示された範囲は無論、特許請求の範囲と均等の範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ フィン、２ 扁平形状伝熱管、３ 分配管、４ フィンベース、５ 伝熱管挿通部、 ６ フィンカラー、７ スリット、８ 開口、９ 隔壁。

Claims (3)

1. 端縁部に挿通部が設けられた平板状のフィンと、
   前記挿通部に挿通された断面形状が扁平な伝熱管とを備えた熱交換器において、
   前記挿通部は前記フィンの端縁部から内側に向かい次第に幅が広がるように形成された切欠きであって、前記切欠きの周縁部が前記伝熱管の外面に当接するように形成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記伝熱管の断面形状は略長円形、またはオーバル型であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記伝熱管は対向する２つの頂部を有し、一方の頂部は前記挿通部の端縁部側に配置され、前記一方の頂部の径が他方の頂部の径より小さいことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。

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