JP2016102619A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】扁平管をフィンに差し込むときの作業性が良く、また、一般的な扁平管でもフィンとの高い密着性が得られる熱交換器を提供すること。【解決手段】本発明の熱交換器（扁平管熱交換１０）は、扁平管２０と、扁平管２０を挿し込むための切欠き部４１を有するフィン４０と、を備え、切欠き部４１は、終端４１ａから開放端４１ｂへ行くに従い幅が広くなるように形成され、切欠き部４１が、内方に向かって傾斜するように形成された切起こし部４２を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、扁平管を用いた熱交換器に関する。

従来、扁平管と扁平管が配置される切欠きを有するフィンを備える熱交換器において、フィンの切欠きに沿ってに扁平管に弾性的に当接するように傾斜させたカラー部を設けた熱交換器が知られている（特許文献１参照）。

また、他の例として扁平管と扁平管が配置される切欠きを有するフィンを備える熱交換器において、フィンの切欠きが終端から開放端に向かって幅広になるように形成し、切欠き内に扁平管を挿入し易くした熱交換器が知られている（特許文献２参照。）。

特開２０１２―１７２８９２号公報 特開２００８―２４１０５７号公報

しかしながら、特許文献１の熱交換器では、扁平管の厚みに対応して切欠きの切欠き幅が形成され、その切欠きに沿って扁平管側に傾斜させたカラー部を設けているので切欠きの開放端の幅が狭く、フィンを扁平管に取付けるために切欠き内に扁平管を挿入する作業が行い難いと言う問題がある。

一方、特許文献２の熱交換器のようにフィンの切欠きの形状を終端から開放端に向かって切欠き幅が広くなるように形成すれば、切欠き内に扁平管を挿入し易くなるが、断面において一端から他端にかけて厚みがほぼ等しい一般的な形状の扁平管を用いた場合、切欠き幅の広い開放端側でフィンと扁平管との密着性が得られないという問題がある。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、フィンを扁平管に取付けるための作業性が良く、また、上述の一般的な扁平管でもフィンとの高い密着性が得られる熱交換器を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものである。

本発明の熱交換器は、扁平管と、前記扁平管を挿し込むための切欠き部を有するフィンと、を備え、前記切欠き部は、終端から開放端へ行くに従い幅が広くなるように形成され、前記フィンは、前記切欠き部の縁に沿って立ち上げられた切起こし部を有し、前記切起こし部は、内方に向かって傾斜するように形成されると共に、終端から開放端へ行くに従い先端までの長さが長くなるように形成されている。

本発明によれば、フィンを扁平管に取付けるための作業性が良く、また、一般的な扁平管でもフィンとの高い密着性が得られる熱交換器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る熱交換器の使用の一例として空気調和機に熱交換器を用いた場合の図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器である扁平管熱交換器を示す図であり、（ａ）は扁平管熱交換器の平面図、（ｂ）は扁平管熱交換器の正面図、（ｃ）は扁平管熱交換の側面図、（ｄ）は扁平管熱交換器の腰部側面断面図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器である扁平管熱交換の腰部拡大側面図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器である扁平管熱交換のフィンの作製方法を説明する図である。 本発明の実施形態に係る熱交換器である扁平管熱交換のフィンの切起こし部の作用効果を説明する図であり、（ａ）は１つの切欠き部の部分を拡大した拡大図であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ及びＢ−Ｂ断面図を示した図であり、（ｂ）は切起こし部の長さ（高さ）が変化しない場合の図であり、（ｃ）は切起こし部の長さ（高さ）が開放端側に向かって長く（高く）なる場合の図である。

以下、本発明に係る好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通じて同じ要素には同じ符号を付して説明する。

本発明に係る熱交換器は、一般的な空気調和機などに用いることができる熱交換器であり、先ず、本発明に係る熱交換器を用いた空気調和機の一例を示す。
図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器を用いた空気調和機の構成を示す図である。

図１に示すように、空気調和機１は、室内機２と室外機３とを備えている。
室外機３には、本発明に係る熱交換器の一例である扁平管を用いた熱交換器（以下、扁平管熱交換器という）１０を有する室外熱交換器５の他に、圧縮機６、膨張弁７及び四方弁８が設けられ、室内機２には、任意の熱交換器を用いて構成される室内熱交換器４が設けられている。

暖房運転時には、室外機３の圧縮機６から吐出した高温高圧のガス冷媒が四方弁８を介して室内機２の室内熱交換器４に流入し、室内熱交換器４（凝縮器）で空気と熱交換した冷媒は凝縮し液化する。
このように、室内熱交換器４が凝縮器として機能し、室内熱交換器４で冷媒と熱交換を行い加熱された室内空気が室内に吹き出されることによって、室内機２が設置された室内の暖房が行われる。
その後、高圧の液冷媒は、室外機３の膨張弁７を通過することによって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり室外熱交換器５へ流入する。室外熱交換器５（蒸発器）で外気と熱交換した冷媒はガス化する。その後、低圧のガス冷媒は、四方弁８を介して圧縮機６に吸入される。

冷房運転時には、室外機３の圧縮機６から吐出した高温高圧のガス冷媒が四方弁８を介して室外熱交換器５に流入する。
室外熱交換器５（凝縮器）で外気と熱交換した冷媒は凝縮し液化する。
その後、高圧の液冷媒は、室外機３の膨張弁７を通過することによって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、室内機２の室内熱交換器４へ流入する。
室内熱交換器４（蒸発器）で空気と熱交換した冷媒はガス化する。このように、室内熱交換器４が蒸発器として機能し、室内熱交換器４で冷媒と熱交換を行い冷却された室内空気が室内に吹き出されることによって、室内機２が設置された室内の冷房が行われる。その後、低圧のガス冷媒は、四方弁８を介して圧縮機６に吸入される。

図２は、本発明に係る扁平管熱交換器１０（室外熱交換器５）の図であり、（ａ）は扁平管熱交換器の平面図、（ｂ）は扁平管熱交換器の正面図、（ｃ）は扁平管熱交換器の側面図、（ｄ）は（ｂ）の扁平管熱交換器の切断線Ｘにおける断面図、図３は、図２（ｂ）の扁平管熱交換器の切断線Ｘにおける拡大断面図である。

図２及び図３に示すように、扁平管熱交換器１０は、冷媒が流通する複数の扁平管２０と、扁平管２０の両端に取り付けられる一対のヘッダ３０と、扁平管２０と交差させて積層された複数のフィン４０と、を備えて構成されたパラレルフロー型熱交換器である。
なお、本実施形態の扁平管２０、ヘッダ３０及びフィン４０は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている。

扁平管２０は、断面が空気流通方向に延びた扁平な形状を有し、その内部には、複数の冷媒流路２１が空気流通方向に平行に形成されている。
なお、冷媒流路２１を有する扁平管２０の断面を図３に示すが、その他の図における扁平管２０の断面は、冷媒流路２１を省略し、単なるハッチングとする。

扁平管２０は、空気が通過するための所定の間隔で上下に平行に配置され、その両端部が一対のヘッダ３０に接続される。
例えば、図２（ｂ）に示す扁平管熱交換器１０では、左右方向に伸びる複数の扁平管２０が一対のヘッダ３０を接続している。

ヘッダ３０は、円筒形状を有しており、その内部には、ヘッダに接続される図示しない一方の接続管から流入する冷媒を複数の扁平管２０に分流させたり、複数の扁平管２０から流出する冷媒を合流させてヘッダ３０に接続される図示しない他方の接続管に流出させたりするための冷媒流路（不図示）が形成されている。

つまり、一方のヘッダ３０に流入した冷媒は、複数の扁平管２０に分流される。
そして、扁平管２０に流入した冷媒は、内部の冷媒流路２１を流れて他方のヘッダ３０で合流して流出する。
このとき、扁平管２０においては、複数の扁平管２０を流れる冷媒と、各々の扁平管２０の間の隙間を通過する空気との間で熱交換が行われる。

フィン４０は、平板形状を有しており、空気が通過するための隙間を設けて平行に配置されている。
例えば、図２（ｂ）に示す扁平管熱交換器１０では、上下方向に沿う複数のフィン４０を左右方向に所定の隙間を設けて配置されている。

図２（ｄ）及び図３に示すように、フィン４０は、風上側の端部に扁平管２０を差し込むために一方向（ここでは風上側であるが、風の流れが逆の場合には風下側となる。）に開放する複数の切欠き部４１を有しており、それぞれの切欠き部４１には、切起こし部４２（図５参照）が内方に向かって傾斜するように形成される。これらの切欠き部４１に扁平管２０を差し込んだとき、扁平管２０に切起こし部４２が当接し、当接した扁平管２０と切起こし部４２がろう付けされることにより、フィン４０と扁平管２０とが一体的に接合される。

複数の扁平管２０を流れる冷媒の熱が、各々の扁平管２０からフィン４０に伝熱し、フィン４０の間の隙間を通過する空気へ伝熱することで熱交換が行われる。

ここで、図３を参照しながら、本発明の実施形態に係る熱交換器の一例である扁平管熱交換器１０について、より詳細に説明する。切欠き部４１は、終端４１ａの幅がＬ１で開放端４１ｂの幅が終端の幅Ｌ１よりも幅が広いＬ２とされるとともに、終端４１ａから開放端４１ｂへ行くに従い幅Ｌ１から幅Ｌ２となるように、終端４１ａから開放端４１ｂに向かって切欠き部４１の幅が徐々に広くなるように形成されている。
つまり、扁平管２０を配置するのに必要な切欠き部４１の幅である幅Ｌ１よりも、この切欠き部４１の開放端４１ｂ側の幅は広い幅Ｌ２を有するように形成されている。

また、切起こし部４２の先端までの長さに着目すると、切起こし部４２は、切欠き部４１の終端４１ａの部分の長さ（高さ）Ｌ３よりも、開放端４１ｂの部分の長さ（高さ）Ｌ４の方が長く（高く）なるように形成されており、より具体的には、切欠き部４１の終端４１ａの部分の長さ（高さ）Ｌ３から開放端４１ｂの部分に向かって長さ（高さ）がＬ４となるように徐々に長さ（高さ）が長く（高く）なるようになっている。

上記のようなフィン４０は、例えば、一例を示せば、次のようにして形成されている。
図４は、切起こし部４２を形成する前のフィン４０の状態を示す図である。
なお、図４では、見やすいように切欠き部４１に配置される扁平管２０を１つだけ示し、他の扁平管２０については図示を省略している。

図４に示すように、例えば、フィン４０となるアルミニウム又はアルミニウム合金からなる板材をプレス加工などによって、扁平管２０の幅よりも小さいスリット４３を設けるように加工する。なお、この板材の表面はろう材によって被覆されている。
そして、切起こし部４２となる部分が図４に点線で示す切欠き部４１に沿って立ち上がり、切起こし部４２となるように折り曲げられる。なお、切起こし部４２は扁平管２０の延伸方向（図４において紙面に垂直な方向）に傾斜して立ちあがるように折り曲げられる。

このようにすることで、上述した切欠き部４１の終端４１ａの幅がＬ１で開放端に向かって徐々に幅が広がり、開放端４１ｂで切欠き部４１の幅がＬ１よりも広い幅Ｌ２となるとともに、切欠き部４１の端面に切欠き部４１の終端４１ａ側の長さ（高さ）がＬ３で開放端４１ｂに向かって徐々に長さ（高さ）が長く（高く）なり、開放端４１ｂで長さ（高さ）がＬ３よりも長い（高い）Ｌ４である切起こし部４２が形成されたフィン４０を作製することができる。

このような形状に切欠き部４１が形成されたフィン４０によれば、図４を見るとわかるように、扁平管２０を配置するのに必要な切欠き部４１の幅Ｌ１（終端４１ａ側参照）よりも、切欠き部４１の開放端４１ｂの幅Ｌ２が広く設定されている。
したがって、扁平管２０をフィン４０に挿し込むときに、扁平管２０が最初に切欠き部４１に入ることになる切欠き部４１の開放端４１ｂ側が広いので切欠き部４１に扁平管２０をスムーズに挿入することができ、扁平管２０をフィン４０に挿し込むときの作業性を向上させることができる。
扁平管２０がフィン４０に挿し込まれることで、扁平管２０に切起こし部４２が当接する。そして、フィン４０には、上述のようにろう材が設けられているので、フィン４０を扁平管２０に取付けた後に、加熱するだけで当接する切起こし部４２と扁平管２０がろう付けされ、フィン４０と扁平管２０とが一体的に接合される。

ところで、上記のように、切起こし部４２を切欠き部４１の終端４１ａの部分から開放端４１ｂの部分に向かって長さ（高さ）を徐々に長く（高く）形成することで、次のような作用効果がある。
図５（ａ）は、図３に示す１つの切欠き部４１に対応する部分を拡大して示した拡大図であり、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の上側の図は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。また、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の下側の図は、図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

図５（ｂ）と図５（ｃ）との違いは、図５（ｂ）が切起こし部４２の長さ（高さ）が切欠き部４１の終端４１ａ側と開放端４１ｂ側とが同じ長さ（高さ）にされているのに対し、図５（ｃ）が上記の本発明の実施例で説明したように切欠き部４１の終端４１ａ側から切起こし部４２の長さ（高さ）が徐々に開放端４１ｂ側に向かって長く（高く）なるようになっている点である。

図５（ａ）に示すように、切欠き部４１の終端４１ａ側に近い部分であるＡ−Ａ断面のところは、切欠き部４１の幅がＬＡであり、一方、開放端４１ｂ側に近い部分であるＢ−Ｂ断面のところは、幅ＬＡよりも広い切欠き部４１の幅ＬＢになっている。

したがって、図５（ｂ）に示すように、終端４１ａ側の切起こし部４２の長さ（高さ）と開放端４１ｂ側の長さ（高さ）が同じである場合、Ａ−Ａ断面のところでは、切起こし部４２は、切起こし角度が角度θで扁平管２０に当接しているが、Ｂ−Ｂ断面のところでは、点線で示すように切起こし角度を角度θとすると切起こし部４２が扁平管２０に当接せず、切起こし部４２を扁平管２０に当接させるためには、実線で示すように角度θより大きい角度θ’とする必要がある。

しかしながら、切起こし部４２は、切欠き部４１の終端４１ａ側から開放端４１ｂ側まで繋がっているので、扁平管２０が切欠き部４１の終端４１ａ側に向かって挿入されるときに、終端４１ａ側の切起こし角度である角度θの状態に近づくように切起こし部４２全体が開こうとする場合がある。
そうすると、Ｂ−Ｂ断面のところでの切起こし角度がθ’からθに近づくように変位することになるので扁平管２０に対する切起こし部４２の密着性が悪くなる場合がある。
このように密着性が悪い部分ができると、扁平管２０からフィン４０への熱伝導が悪くなるので熱交換効率が低下するとともに、ろう付けができていない部分の発生などにより、扁平管２０とフィン４０との一体化強度が低下することになる。
そこで、密着性を向上させるために、予め切欠き部４１の終端４１ａ側に近い部分（Ａ−Ａ断面）から開放端４１ｂ側に近い部分（Ｂ−Ｂ断面）に向かって徐々に切起こし部４２の角度が大きくなるように形成する手法が考えられるが、実際の切起こし部４２の長さ（高さ）は１ｍｍ弱と非常に小さいため、角度を徐々に変化させる加工は難しい。

一方、本実施形態では、図５（ｃ）に示すように、切起こし部４２を切欠き部４１の終端４１ａ側から開放端４１ｂ側に向かって長さ（高さ）が長く（高く）なるようにしているので、開放端４１ｂ側の切起こし角度を終端４１ａ側の切起こし角度である角度θとほぼ同じ角度としても、切起こし部４２を扁平管２０に当接させることが可能であるため、図５（ｂ）の例のように扁平管２０に対する密着性が悪くなることを抑制することができる。

したがって、切起こし部４２を切欠き部４１の終端４１ａ側から開放端４１ｂ側に行くに従い切起こし部４２の長さ（高さ）が長く（高く）なるように形成することで、扁平管２０とフィン４０との高い密着性が安定して得られるので、熱交換効率の低下及び扁平管２０とフィン４０との間の一体化強度の低下を抑制することができる。
なお、上述したように開放端４１ｂ側の切起こし角度と終端４１ａ側の切起こし角度がほぼ同じ角度でも扁平管２０に当接させることが可能となるため、切欠き部４１の終端４１ａ側に近い部分（Ａ−Ａ断面）から開放端４１ｂ側に近い部分（Ｂ−Ｂ断面）に向かって徐々に切起こし部４２の角度を変化させるような難しい加工を施す必要が無い。

以上、具体的な実施形態に基づき、本発明の説明を行ってきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記では、フィン４０を作製するにあたって、フィン４０を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金からなる板材の両面に圧延時にろう材が設けられたものをプレス加工する場合について説明したが、このようなものに限定される必要はない。

フィン４０を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金からなる板材を先にプレス加工しておいて、その後、ろう材を設ける必要がある部分にろう材を設けるようにしても良い。

また、上記実施形態では、本発明の熱交換器である扁平管熱交換器１０を室内熱交換器として用いる場合について説明したが、本発明に係る熱交換器の具体態な使用形態は任意であり、室内熱交換器に限定されるものでない。
さらに、上記実施形態では、本発明の熱交換器として扁平管熱交換器１０が１つである場合について示したが、扁平管熱交換器１０を複数列配置した熱交換器としても良いことは言うまでもない。

このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形及び改良を実施しても良く、本発明の技術的範囲が、そのような変形及び改良を行ったものを含むことは、当業者にとって、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 空気調和機
２ 室内機
３ 室外機
４ 室内熱交換器
５ 室外熱交換器
６ 圧縮機
７ 膨張弁
８ 四方弁
１０ 扁平管熱交換
２０ 扁平管
２１ 冷媒流路
３０ ヘッダ
４０ フィン
４１ 切欠き部
４１ａ 終端
４１ｂ 開放端
４２ 切起こし部
４３ スリット

Claims (1)

1. 扁平管と、
   前記扁平管を挿し込むための切欠き部を有するフィンと、を備え、
   前記切欠き部は、終端から開放端へ行くに従い幅が広くなるように形成され、
   前記フィンは、前記切欠き部の縁に沿って立ち上げられた切起こし部を有し、
   前記切起こし部は、内方に向かって傾斜するように形成されると共に、終端から開放端へ行くに従い先端までの長さが長くなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
   
   
   

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