JP2012032100A - フィンチューブ型熱交換器、その製造方法及びこのフィンチューブ型熱交換器を備えた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】扁平管とフィンとをロウ付けするときにロウ材が設置された位置から外れることを防止するフィンチューブ型熱交換器を提供する。
【解決手段】扁平管２が挿入される切欠き部が形成され、略平行に積層された複数の板状フィン１と、板状フィン１の切欠き部に端部が突出するようにして挿入され、板状フィン１の長手方向に複数段設けられた扁平管２と、を備え、棒状のロウ材３が、扁平管２における切欠き部からの突出部分の両端に、扁平管２の軸方向と略平行に配置され、棒状のロウ材３をピン材４により扁平管２の突出部分の両端に留め、その状態で板状フィン１と扁平管２とがロウ付けされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、板状フィンと扁平管がロウ付けされるフィンチューブ型熱交換器、その製造方法及びこのフィンチューブ型熱交換器を備えた空気調和機に関するものである。

扁平管とフィンとがロウ付けされる従来のフィンチューブ型熱交換器において、例えば、「フィンカラー１２に挿入された伝熱管１５の前縁部と切欠き部１３に沿って、フィン１１の積層方向に２本の棒状のロウ材１９を配置し、炉中でフィン１１と伝熱管１５を一体に接合するようにした」というものがある（特許文献１参照）。

特開２００９−２８１６９３号公報（第７頁、図９）

上記の特許文献１に開示されている従来技術においては、炉中におけるロウ付け中に、ロウ材を扁平管における前記板状フィンからの突出部分の両端に設置していた。しかし、ロウ材がその設置された位置から外れフィンに接触した場合、フィンが溶けてしまうという課題があった。

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あり、扁平管とフィンとをロウ付けするときにロウ材が設置された位置から外れることを防止するフィンチューブ型熱交換器を提供することを目的としている。

本発明におけるフィンチューブ型熱交換器は、扁平管が挿入される切欠き部が形成され、略平行に積層された複数の板状フィンと、前記板状フィンの切欠き部に端部が突出するようにして挿入され、前記板状フィンの長手方向に複数段設けられた扁平管とを備え、棒状のロウ材が、前記扁平管における前記切欠き部からの突出部分の両端に、前記扁平管の軸方向と略平行に配置され、前記棒状のロウ材をピン材により前記扁平管の前記突出部分の両端に留め、その状態で前記板状フィンと前記扁平管とがロウ付けされなるものである。

本発明により、扁平管とフィンとをロウ付けするときにロウ材が設置された位置から外れフィンが溶けることを防止することが出来るフィンチューブ型熱交換器を得ることが出来る。

本発明の実施の形態におけるロウ付け前のフィンチューブ型熱交換器の断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器の側面図である。 本発明の実施の形態におけるピン材の拡大図である。 本発明の実施の形態の側面断面図であり、扁平管とフィンカラーとの接触部分の拡大図である。 本発明の実施の形態における扁平管の断面図である。 本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器を用いた冷媒回路図である。

以下、本発明におけるフィンチューブ型熱交換器の一例について、図面を用いて詳細に説明する。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態におけるロウ付け前のフィンチューブ型熱交換器の断面図である。
図１において、板状フィン１及び扁平管２は、空気流れ方向の上流側と下流側に２列設けられている（以下、板状フィン１及び扁平管２において、上流側を１列目、下流側を２列目と記述する。）。また、板状フィン１の長手方向には複数の切欠き部があり、その切欠き部に、板面に略垂直に扁平管２が挿入されている。つまり、扁平管２は板状フィン１の長手方向に複数段設けられている。
また、Ａ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図に示すように、板状フィン１の表面には、切り起こし１ａ，１ｂがあるため境界層が増え、フィンチューブ型熱交換器の効率が向上する。また、Ａ−Ａ断面図に示すように、板状フィン１には、扁平管２と接合するためのフィンカラー１ｃが設けられている。

なお、扁平管２は、板状フィン１風上側端面より突出させるようにしている。これにより、突出させない場合と比べて、フィンカラー１ｃと扁平管２の曲面部分との隙間が減り、接合面積が増えるため、熱交換能力が向上する。また、扁平管２の断面の長手方向の長さが長くなることで扁平管２の断面積が増える。そのため、扁平管２内を流れる冷媒の圧力損失を低減出来ると共に、扁平管２内の伝熱面積が増えるのでフィンチューブ型熱交換器の能力が向上する。

また、図１に示すように１列目と２列目の扁平管２を千鳥状に配列することで、１列目の扁平管２が２列目の扁平管２へ流れる風を妨げることがない。そのため、扁平管２の熱伝達率が向上し、フィンチューブ型熱交換器の性能が向上する。

また、１列目と２列目の板状フィン１を分割することで、フィンチューブ型熱交換器の配置の自由度が高くなるので、空気調和機等に用いた場合、様々な形状の室内機（又は室外機）に設置可能となる。また、２列目の板状フィン１における前縁効果（空気境界層分断効果）による熱伝達率向上も期待出来る。

図２は、図１のＡ部拡大図であり、図３は、本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器の側面図である。
図２及び図３に示すように扁平管２における板状フィン１からの突出部分の両端に、各扁平管２と略平行にロウ材３が設けられている。ロウ材３は、棒形状をしており、例えばＡｌ−Ｓｉ系のものである。また、２本のロウ材３はロウ材を留めるためのピン材４によって留められる。図２に示すように、ピン材４は、略Ｍ字形状であり、扁平管２の板状フィン１からの突出部分及びロウ材３に沿うような形状となっている。

また、図３に示すように、各扁平管２の軸方向の両端付近にピン材４を２箇所配置している。ここで、ロウ材３が炉中でのロウ付け中に移動しないように、より安定に固定するためには、ピン材４の本数を増やせばよい。しかし、ピン材４を増やすと重量、手間、コスト及び通風抵抗が増加することから、２本が最小且つ必要な本数である。

そして、扁平管２と板状フィン１を接合する場合、フィンチューブ型熱交換器を炉で加熱してロウ材３を溶融させる。そして、溶融したロウ材３がフィンカラー１ｃと扁平管２の間に流入することで、フィンカラー１ｃと扁平管２は接合される。

また、図１に示すように、１列目の板状フィン１と２列目の板状フィン１は、間隔Ｌ離れている。そして、２列目のピン材４の上端部は１列目の板状フィン１の下端部に接しないように配置される。つまり、１列目の板状フィン１と２列目の板状フィン１の間隔Ｌに対し、２列目のピン材４の板状フィンからの突出長さδは小さい。

このように、２列目のピン材４を１列目の板状フィン１と接触させないことで、１列目の板状フィン１が倒れたり、運転時に金属接触音がすることを防ぐことが出来る。
また、２列目のピン材４と１列目の板状フィン１との間が離れていることにより、１列目の板状フィン１から２列目の板状フィン１に凝縮水が流れない。つまり、凝縮水が一箇所に集中しづらくなるので、本実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器が蒸発器として運転される場合に、凝縮水が滴下することを防ぐことが出来る。

図４は、本発明の実施の形態におけるピン材４の拡大図である。
図４に示すピン材４の上端部の半円形状の内半径ｒは、ロウ材３の外半径と略同じ長さとなっている。つまり、ピン材４の上部の両端部の内側の形状は、前記ロウ材の上部の外周形状と略同形状である。これにより、図１に示した板状フィン１からピン材４が突出する長さδを最小限に出来るため、間隔Ｌが小さい場合でも、１列目の板状フィン１と接触しづらくなる。

図５は、本発明の実施の形態の側面断面図であり、扁平管２とフィンカラー１ｃとの接触部分の拡大図である。フィンカラー１ｃは直線部１ｃ１と根元の曲線部１ｃ２にて構成される。直線部１ｃ１と扁平管２の接触部Ｓ１及び隙間Ｓ２は数μｍの微小な長さである。また、ロウ材は、Ｓ２の部分にのみ流入する。このため、ロウ材３の量（ロウ材径）を小さく出来、それによりピン材４のフィンチューブ型熱交換器からの突出長さδを小さく出来る。
前述したように、突出長さδが小さければ、１列目の板状フィン１と接触しづらくなる。そのため、１列目の板状フィン１が倒れたり、運転時に金属接触音がしたり、凝縮水が滴下することを防ぐことが出来る。

図６は、本発明の実施の形態における扁平管２の断面図である。
図６に示すように、扁平管２の内部には、４つの冷媒流路があり、管内壁には溝が設けられている。溝高さは０．１ｍｍであり、この溝があることで、伝熱面積が拡大するのでフィンチューブ型熱交換器の効率が向上する。なお、上述した冷媒流路の数及び溝高さは、上記に限られず、扁平管２の大きさ等により異なる場合がある。

また、扁平管２は、アルミニウム合金製押し出し形材が用いられ、板状フィン１は、アルミニウム合金製板材が用いられている。このように、扁平管２及び板状フィン１を同じ材質とすることで、腐食の耐力が向上する。

次に、上記のように構成したフィンチューブ型熱交換器の製造方法について説明する。まず、略平行に積層された複数の板状フィン１の切欠き部に、扁平管２をその端部が突出するようにして挿入する。ここで、前述したように、２列目のピン材４が１列目の板状フィン１に接触しないように、扁平管２の突出長さを調節する。次に、棒状のロウ材３を、扁平管２における切欠き部からの突出部分の両端に、扁平管２の軸方向と略平行に配置する。次に、棒状のロウ材３と扁平管２の突出部分とを、これを覆うようにしてピン材４を配置してロウ材３を扁平管２の突出部分の両端に留める。次に、その状態で、板状フィン１と扁平管２とをロウ付けする。なお、このロウ付けにおいてロウ材３は、前述したようにフィンカラー１ｃと扁平管２との隙間Ｓ２に流れる。

次に、本実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器を用いた例について説明する。
図７は、本発明の実施の形態におけるフィンチューブ型熱交換器を用いた冷媒回路図である。
図７に示す冷媒回路は、圧縮機３３、凝縮器熱交換器３４、絞り装置３５及び蒸発器熱交換器３６により構成されている。ここで、本実施の形態によるフィンチューブ型熱交換器は、凝縮器熱交換器３４及び蒸発器熱交換器３６の少なくとも一方に用いられる。また、凝縮器熱交換器３４及び蒸発器熱交換器３６に風を送る送風機３７と、送風機３７を駆動する送風機用モーター３８が備えられている。また、この冷媒回路は、例えば空気調和機等に用いられる。

なお、この冷媒回路を用いた空気調和機において、暖房運転又は冷房運転を行った場合のエネルギー効率は、次式で示される。
暖房エネルギー効率＝室内フィンチューブ型熱交換器（凝縮器熱交換器）能力／全入力
冷房エネルギー効率＝室内フィンチューブ型熱交換器（蒸発器熱交換器）能力／全入力

以上により、扁平管２と板状フィン１とをロウ付けするときにロウ材が設置された位置から外れることを防止することが出来るフィンチューブ型熱交換器及びそれを用いた空気調和機を得ることが出来る。

なお、上記の実施の形態で述べたフィンチューブ型熱交換器及びそれを用いた空気調和機等に用いる冷媒は、ＨＣＦＣ（Ｒ２２）、ＨＦＣ（Ｒ１１６、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅａ、Ｒ２３、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ３２、Ｒ４１、ＲＣ３１８など、又はこれらの冷媒の数種混合冷媒であるＲ４０７Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｄ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ５０８Ａ、Ｒ５０８Ｂなど）、ＨＣ（ブタン、イソブタン、エタン、プロパン、プロピレンなど、又はこれら冷媒の数種混合冷媒）、自然冷媒（空気、炭酸ガス、アンモニアなど、又はこれら冷媒の数種の混合冷媒）、又はこれら冷媒の数種の混合冷媒などがある。そして、これらのどんな種類の冷媒を用いても、上記と同様の効果を奏することが出来る。

また、作動流体として、空気と冷媒の例を示したが、他の気体、液体、気液混合流体を用いても、上記と同様の効果を奏することが出来る。

また、扁平管２と板状フィン１は異なった材料を用いていることが多いが、本実施の形態においては、扁平管２と板状フィン１に銅、又はアルミなど、同じ材料を用いる。これにより、扁平管２と板状フィン１とのロウ付けが可能となり、扁平管２と板状フィン１との接触熱伝達率が飛躍的に向上するため熱交換能力が大幅に向上する。また、リサイクル性も向上させることが出来る。

また、扁平管２と板状フィン１を密着させる方法として炉中ロウ付けを行う場合、板状フィン１に親水材を塗布する工程は、前処理で行うとロウ付け中の親水材が焼け落ちる場合があるため、後処理で行うことが望ましい。

また、本実施の形態で述べたフィンチューブ型熱交換器を空気調和機等に用いた場合、室内機又は室外機のどちらに用いた場合でも同様の効果を奏することが出来る。

また、本実施の形態で述べたフィンチューブ型熱交換器及びそれを用いた空気調和機等の冷凍機油は、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系などが用いられる。また、冷媒と冷凍機油が溶けるか溶けないかに関わらず、どんな冷凍機油を用いた場合でも、同様の効果を奏することが出来る。

１ 板状フィン、１ａ,１ｂ 切り起こし、１ｃ フィンカラー、１ｃ１ 直線部、１ｃ２ 曲線部、２ 扁平管、３ ロウ材、４ ピン材、３３ 圧縮機、３４ 凝縮器熱交換器、３５ 絞り装置、３６ 蒸発器熱交換器、３７ 送風機、３８ 送風機用モーター。

Claims (6)

1. 扁平管が挿入される切欠き部が形成され、略平行に積層された複数の板状フィンと、
   前記板状フィンの切欠き部に端部が突出するようにして挿入され、前記板状フィンの長手方向に複数段設けられた扁平管と、
   を備え、
   棒状のロウ材が、前記扁平管における前記切欠き部からの突出部分の両端に、前記扁平管の軸方向と略平行に配置され、前記棒状のロウ材をピン材により前記扁平管の前記突出部分の両端に留め、その状態で前記板状フィンと前記扁平管とがロウ付けされることを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。
2. 前記ピン材の形状は、略Ｍ字形状であり、上部の両端部の内側の形状は、前記ロウ材の上部の外周形状と略同形状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型熱交換器。
3. 複数の前記フィンチューブ型熱交換器は、それぞれが略平行となるように配置され、
   前記ピン材は、隣接する前記フィンチューブ型熱交換器の前記板状フィンと接触しないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフィンチューブ型熱交換器。
4. 前記板状フィンは、
   前記扁平管との接続部分に、直線部分と曲線部分とを有するフィンカラーを備え、
   前記フィンカラーの前記直線部分に前記扁平管が接触し、
   前記フィンカラーの前記曲線部分と前記扁平管との間に、溶融した前記ロウ材が流れることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のフィンチューブ型熱交換器。
5. 略平行に積層された複数の板状フィンの切欠き部に、扁平管をその端部が突出するようにして挿入する工程と、
   棒状のロウ材を、前記扁平管における前記切欠き部からの突出部分の両端に、前記扁平管の軸方向と略平行に配置する工程と、
   前記棒状のロウ材と前記扁平管の前記突出部分とを、これを覆うようにしてピン材を配置して前記ロウ材を前記扁平管の前記突出部分の両端に留める工程と、
   その状態で、前記板状フィンと前記扁平管とをロウ付けする工程と、
   を備えたことを特徴とするフィンチューブ型熱交換器の製造方法。
6. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のフィンチューブ型熱交換器を、凝縮器熱交換器及び蒸発器熱交換器の少なくとも一つに用いたことを特徴とする空気調和機。
   
   

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