JP2019052823A

JP2019052823A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2019052823A
Application number: JP2017178915A
Authority: JP
Inventors: 石井　裕; Yutaka Ishii; 裕石井
Original assignee: Sanden Holdings Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2019-04-04
Also published as: WO2019058847A1

Abstract

【課題】着霜をより効果的に抑制する。
【解決手段】風上側に形成された貫通孔２２に対して、風下側に形成された貫通孔２２よりも断面積を小さくする縮小加工を施すことで、風上側を流れる熱媒体の流量を減少させ、空気との温度差を抑制させることで着霜を防止する。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器に関するものである。

冷媒管を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換を行なう熱交換器では、フィンの先端に着霜して通風路が塞がれると、熱交換効率が低下してしまう。特許文献１では、着霜によって通風路が塞がれることを抑制するために、フィンを冷媒管よりも風上側に延長させることを提案している。

特開２０１２−１６３３２３号公報

しかしながら、フィンを冷媒管よりも風上側に延長させるだけでは、着霜を十分に抑制できない可能性がある。
本発明の課題は、着霜をより効果的に抑制することである。

本発明の一態様に係る熱交換器は、
互いに直交する方向を、第一の方向、第二の方向、及び第三の方向とし、
第一の方向に延び第二の方向に間隔を空けて複数設けられ、夫々には第一の方向に延び第三の方向に間隔を空けて複数設けられた貫通孔が形成され、貫通孔に熱媒体が流れる配管部材と、
隣り合う配管部材同士の間に固定され、第三の方向に延び、第一の方向に間隔を空けて設けられた複数の板部材と、を備え、
配管部材の貫通孔を流れる熱媒体と、配管部材の周囲及び板部材の周囲を第三の方向に流れる空気と、の間で熱交換を行なうものであり、
風上側に形成された貫通孔に対して、風下側に形成された貫通孔よりも断面積を小さくする縮小加工が行なわれている。

本発明によれば、風上側で熱媒体の流量が減少し、空気との温度差が抑制されるので、着霜をより効果的に抑制することができる。

熱交換器を示す図である。チューブ及びフィンを示した図である。チューブを示した図である。チューブの差し込み端部を拡大した図である。着霜の様子を模式的に示した図である。比較例における着霜の様子を模式的に示した図である。全長にわたって閉塞部が形成された貫通孔を示す図である。断面積が小さくされた貫通孔を示す図である。延長部が形成されたフィンを示す図である。ろう材によって閉塞された貫通孔を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

《実施形態》
《構成》
以下の説明では、互いに直交する三方向を、便宜的に、縦方向（第一の方向）、横方向（第二の方向）、及び幅方向（第三の方向）とする。
図１は、熱交換器を示す図である。
熱交換器１１は、カーエアコンやショーケース等、ヒートポンプサイクル及び冷凍回路において、蒸発器として機能するものである。アルミ製の熱交換器１１は、上下一対のヘッダ１２と、複数のチューブ１３（配管部材）と、複数のフィン１４（板部材）と、を備える。

一対のヘッダ１２は、横方向に延び、縦方向に間隔を空けて設けられている。ヘッダ１２は、両端が閉塞された円筒状の配管によって形成されており、内部は隔壁１７によって横方向に並んだ区画に仕切られている。上方のヘッダ１２は、内部が横方向一端側の区画１２Ａと横方向他端側の区画１２Ｂとに分けられており、横方向一端側の区画１２Ａには流入口１５が設けられている。下方のヘッダ１２は、内部が横方向一端側の区画１２Ｃと横方向他端側の区画１２Ｄとに分けられており、横方向他端側の区画１２Ｄには排出口１６が設けられている。

各チューブ１３は、縦方向に延び、上端及び下端の夫々がヘッダ１２に接続され、横方向に沿って等間隔に設けられている。チューブ１３は横方向に薄い扁平形状であり、両端をヘッダ１２の内部に連通させてヘッダ１２にろう付けされている。ここでは１２本ある場合を示してあり、夫々を識別する場合は、横方向の一端から他端に向かって順に１３ａ〜１３ｌとする。上方のヘッダ１２では、チューブ１３ｄとチューブ１３ｅとの間が隔壁１７によって仕切られており、下方のヘッダ１２では、チューブ１３ｈとチューブ１３ｉとの間が隔壁１７によって仕切られている。
各フィン１４は、隣り合うチューブ１３同士の間にろう付けによって固定されている。

ヘッダ１２及びチューブ１３によって、流路が形成されており、そこを冷媒（熱媒体）が流れる。すなわち、先ず流入口１５を介して上方のヘッダ１２における横方向一端側の区画１２Ａへ流入し、チューブ１３ａ〜１３ｄに分配されてから下方のヘッダ１２における横方向一端側の区画１２Ｃへ流入する。次にチューブ１３ｅ〜１３ｈに分配されてから上方のヘッダ１２における横方向他端側の区画１２Ｂへ流入し、次にチューブ１３ｉ〜１３ｌに分配されてから下方のヘッダ１２における横方向他端側の区画１２Ｄへ流入し、排出口１６を介して排出される。こうして、冷媒は各チューブ１３を流れるときに、チューブ１３及びフィン１４の周囲を流れる空気との間で熱交換を行なう。すなわち、冷媒は蒸発気化することで吸熱によって昇温され、一方の空気が冷やされる。

次に、チューブ１３及びフィン１４の詳細について説明する。
図２は、チューブ及びフィンを示した図である。
図中の（ａ）はチューブ１３及びフィン１４を幅方向の風上側から見た図である。
フィン１４は、薄板を矩形波状に形成したコルゲートフィンである。これにより、縦方向に間隔を空けて設けられた複数の薄板を一体化して形成することが可能となる。このフィン１４とチューブ１３とで囲まれた各領域が、幅方向に空気を流すための通風路２１となる。

図中の（ｂ）はチューブ１３及びフィン１４を縦方向から見た図であり、チューブ１３についてはその断面を示す。
チューブ１３には、縦方向に延び、幅方向に沿って並んだ複数の貫通孔２２が形成されており、各貫通孔２２に冷媒が流れる。
フィン１４における幅方向の風上側となる一端は、チューブ１３の一端と揃うように面一で統一されている。

図３は、チューブを示した図である。
ここでは、チューブ１３ａ〜１３ｌのうち、冷媒が流れる上流側に配置されたチューブ１３ａを示しているが、チューブ１３ｂ、１３ｃ、１３ｄについても同様の構成である。
図中の（ａ）はヘッダ１２及びチューブ１３ａを横方向から見た図であり、図中の（ｂ）はＡ−Ａ断面を示す図であり、図中の（ｃ）はＢ−Ｂ断面を示す図である。
チューブ１３ａのうち、縦方向における上流側の端部で、且つ幅方向における風上側の端部には、横方向に沿った両側からプレス加工を行なった圧縮部３１が形成されている。圧縮部３１の内部では、最も風上側に形成された貫通孔２２のみが圧潰され、流路を完全に閉塞した閉塞部３２が形成されている。

図４は、チューブの端部を拡大した図である。
ヘッダ１２には差込穴３３が形成されており、この差込穴３３にチューブ１３ａの一端側が差し込まれる。チューブ１３ａにおける縦方向の一端側には、差込穴３３への差し込みを容易にするために、幅方向に沿った両側からプレス加工を行なった圧縮部３４が形成されている。この圧縮部３４が形成されている範囲内で圧縮部３１が形成されている。プレス加工の金型は、圧縮部３１と圧縮部３４とを同時に加工できるように設計しておく。なお、圧縮部３４をプレス成形するには、元々、チューブ１３ａを横方向に沿った両側から押さえる金型が必要とされるため、そこに圧縮部３１をプレス成形可能な構造を追加すればよい。

《作用》
次に、実施形態の主要な作用効果について説明する。
暖房運転時に熱交換器１１を蒸発器として使用する場合、周囲の空気を冷却するため、チューブ１３やフィン１４の先端側に着霜が生じやすく、通風路２１が閉塞されると熱交換効率が低下してしまう。
そこで、チューブ１３ａ〜１３ｌのうち、上流側のチューブ１３ａ〜１３ｄにおいて、縦方向における上流側の端部、且つ幅方向における風上側の端部に、圧縮部３１を形成している。この圧縮部３１により、最も風上側に形成された貫通孔２２のみを圧潰し、流路を完全に閉塞している。これにより、最も風上側の貫通孔２２には冷媒が流れず、空気との温度差が抑制されるので、着霜をより効果的に抑制することができる。

図５は、着霜の様子を模式的に示した図である。
ここでは、チューブ１３ａ〜１３ｆだけを図示し、冷媒が流れる貫通孔２２を網掛けで示し、冷媒が流れない貫通孔２２を白抜きで示している。上流側のチューブ１３ａ〜１３ｄでは、最も風上側の貫通孔２２が閉塞されているため冷媒が流れず、それよりも風下側の貫通孔２２には冷媒が流れる。最も風上側の貫通孔２２は、冷媒が流れないことで断熱部として作用し、空気との温度差が抑制されるので、チューブ１３ａ〜１３ｄの先端への着霜を抑制することができる。また、チューブ１３ａと１３ｂとの間、１３ｂと１３ｃとの間、及び１３ｃと１３ｄとの間に位置するフィン１４に、徐々に霜３５が付着してゆくが少量である。一方、下流側のチューブ１３ｅ〜１３ｌでは、最も風上側の貫通孔２２にも冷媒が流れているが、既に上流側にて空気との熱交換が行なわれており、冷媒温度が上昇することにより、空気との温度差が抑制されているため、元々、着霜が生じにくい。また、チューブ１３ｄと１３ｅとの間、及び１３ｅと１３ｆとの間に位置するフィン１４に、徐々に付着してゆく霜３６も少量である。

ここで、圧縮部３１を設けない場合の比較例について説明する。
図６は、比較例における着霜の様子を模式的に示した図である。
ここでは、チューブ１３ａ〜１３ｆだけを図示し、冷媒が流れる貫通孔２２を網掛けで示しており、最も風上側の貫通孔２２を含め全ての貫通孔２２に冷媒が流れている。したがって、上流側のチューブ１３ａ〜１３ｄの先端に霜３７が付着しやすい。さらに、チューブ１３ａと１３ｂとの間、１３ｂと１３ｃとの間、及び１３ｃと１３ｄとの間に位置するフィン１４にも、霜３８が付着しやすく、通風路２１を塞ぎやすい。
このように、上流側のチューブ１３ａ〜１３ｄに対して圧縮部３１を形成し、最も風上側に形成された貫通孔２２を閉塞することで、着霜を効果的に抑制することができる。

また、最も風上側に形成された貫通孔２２に対してのみ、圧縮部３１を形成しているので、熱交換効率が低下することを最小限に抑制することができる。
また、複数のチューブ１３ａ〜１３ｌのうち上流側のチューブ１３ａ〜１３ｄでのみ、圧縮部３１を形成しているので、熱交換効率が低下することを最小限に抑制できる。
また、チューブ１３ａ〜１３ｄにおける風上側の端部を幅方向に沿った両側からプレス加工することにより、圧縮部３１を形成しているので、容易に加工することができる。また、圧縮部３１と圧縮部３４とを同時にプレス加工すれば、工数や費用が増大することもない。
また、貫通孔２２における縦方向に沿った上流側の端部のみ、圧縮部３１を形成しているので、全長にわたって圧縮部３１を形成するよりも、容易に加工することができる。

《変形例》
実施形態では、貫通孔２２における縦方向に沿った上流側の端部のみ、閉塞部３２を形成しているが、これに限定されるものではなく、貫通孔２２の全長にわたって閉塞部３２を形成してもよい。
図７は、全長にわたって閉塞部が形成された貫通孔を示す図である。
ここでは、チューブ１３ａにおける縦方向の全長にわたって圧縮部３１が形成されており、したがって貫通孔２２の全長にわたって閉塞部３２が形成されている。これにより、冷媒の侵入を完全に抑制できる。

実施形態では、圧縮部３１を形成することで、貫通孔２２を完全に閉塞した閉塞部３２を形成しているが、これに限定されるものではない。すなわち、風上側に形成された貫通孔２２に対して、風下側に形成された貫通孔２２よりも断面積を小さくする縮小加工を行なうだけでもよい。
図８は、断面積が小さくされた貫通孔を示す図である。
圧縮部３１の内部では、最も風上側の貫通孔２２にのみ、断面積を小さくした縮小部４１が形成されている。縮小部４１は、流路を完全に閉塞することはないが、冷媒の流量を減少させるので、これによっても空気との温度差が抑制され、着霜を効果的に抑制することができる。なお、断面積を小さくすると流速が増加するが、同時に流路抵抗となるため、侵入冷媒量が減少し、更に冷媒には潤滑のためのオイルが添加されているため、このオイルの粘性によって極端に流速が増加することはない。

実施形態では、フィン１４における幅方向の風上側となる一端は、チューブ１３の一端と揃うように面一で統一されているが、これに限定されるものではない。すなわち、フィン１４には、幅方向に沿って通風路２１よりも風上側に延長させた延長部４２を形成してもよい。
図９は、延長部が形成されたフィンを示す図である。
ここでは、各延長部４２の延長量（長さ）は統一されている。なお、フィン１４における幅方向の風下側に延長部はない。このように、延長部４２を形成することで、その先端に徐々に霜３５、３６が付着してゆくとしても、通風路２１が閉塞されることを抑制できる。

実施形態では、チューブ１３に対して、横方向に沿った両側からプレス加工を行なった圧縮部３１を形成しているが、これに限定されるものではない。すなわち、貫通孔２２を閉塞できればよいので、最も風上側の貫通孔２２を例えばろう材４３によって閉塞してもよい。
図１０は、ろう材によって閉塞された貫通孔を示す図である。
最も風上側の貫通孔２２に対して、ろう材４３がろう付けされ、流路を完全に閉塞している。このように、貫通孔２２を圧潰しなくとも、その流路を塞ぐことができればよい。この場合、チューブ１３ａ〜１３ｌを全て共通化し、上流側のチューブ１３ａ〜１３ｄだけに、ろう材４３による閉塞を行なえばよい。これにより、上流側のチューブ１３ａ〜１３ｄと、下流側のチューブ１３ｅ〜１３ｌとで、プレス金型を変更する必要がなくなり、コストアップを抑制できる。

実施形態では、上流側のチューブ１３ａ〜１３ｄに対してのみ、圧縮部３１を形成しているが、これに限定されるものではなく、チューブ１３ａ〜１３ｌの全てに圧縮部３１を形成してもよい。これにより、上流側のチューブ１３ａ〜１３ｄと、下流側のチューブ１３ｅ〜１３ｌとで、プレス金型を変更する必要がなくなり、コストアップを抑制できる。
実施形態では、ヘッダ１２が横方向に延び、チューブ１３が縦方向に延びる構成にしているが、これに限定されるものではなく、ヘッダ１２が縦方向に延び、チューブ１３が横方向に延びる構成としてもよい。

以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。

１１熱交換器
１３チューブ（配管部材）
１４フィン（板部材）
２１通風路
３１圧縮部
３２閉塞部
４１縮小部
４２延長部
４３ろう材

Claims

互いに直交する方向を、第一の方向、第二の方向、及び第三の方向とし、
前記第一の方向に延び前記第二の方向に間隔を空けて複数設けられ、夫々には前記第一の方向に延び前記第三の方向に間隔を空けて複数設けられた貫通孔が形成され、前記貫通孔に熱媒体が流れる配管部材と、
隣り合う前記配管部材同士の間に固定され、前記第三の方向に延び、前記第一の方向に間隔を空けて設けられた複数の板部材と、を備え、
前記配管部材の前記貫通孔を流れる前記熱媒体と、前記配管部材の周囲及び前記板部材の周囲を前記第三の方向に流れる空気と、の間で熱交換を行なうものであり、
風上側に形成された前記貫通孔に対して、風下側に形成された前記貫通孔よりも断面積を小さくする縮小加工が行なわれていることを特徴とする熱交換器。
最も風上側に形成された前記貫通孔にのみ、前記縮小加工が行なわれていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記縮小加工により前記貫通孔が閉塞されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
複数の前記配管部材のうち、前記熱媒体が流れる上流側に配置された前記配管部材でのみ、前記縮小加工が行なわれていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の熱交換器。
前記配管部材における風上側の端部を前記第二の方向に沿った両側からプレス加工することにより、前記縮小加工が行なわれていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の熱交換器。
前記貫通孔における前記第一の方向に沿った上流側の端部にのみ、前記縮小加工が行なわれていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の熱交換器。
前記配管部材と前記板部材とで囲まれた領域を、前記第三の方向に空気を流すための通風路とし、前記板部材は、前記第三の方向に沿って前記通風路よりも風上側に延長させた延長部を備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の熱交換器。