JP2019211092A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器の熱交換管の屈曲部の内部の圧力損失の増大を抑制する。【解決手段】並列状に配置された複数のプレートフィン１４と、プレートフィン１４を貫通した複数の直管部２ａおよび隣り合う２つの直管部２ａを接続する屈曲管部２ｂを有する熱交換管２とからなり、熱交換管２の直管部２ａの周囲にプレートフィン１４が固定されている熱交換器であって、熱交換管２の前記屈曲管部２ｂの曲げ半径Ｒが１０〜１５ｍｍであり、前記屈曲管部２ｂの曲げ頂部２１の横断面形状が、曲げ内側に存在する１つの半円形部、および曲げ外側に存在しかつ外方に凸となった複数の凸円弧部を有する形状であり、前記屈曲管部２ｂの曲げ頂部２１の半円形部の肉厚が前記直管部２ａの肉厚と等しく、前記屈曲管部２ｂの曲げ頂部２１における外周面の曲げ内側部と曲げ外側部とを結ぶ直線距離が、前記直管部２ａの外径の８０〜９５％となっている。【選択図】 図２

Description

この発明は、たとえば冷蔵庫や冷蔵ショーケースなどの冷却装置の蒸発器に用いられる熱交換器に関する。

たとえば冷蔵庫の断熱箱体内には、圧縮機、凝縮器および蒸発器を備えた冷凍サイクルが設置されている。このような冷凍サイクルの蒸発器に用いられる熱交換器として、並列状に配置された複数のプレートフィンと、プレートフィンを貫通した複数の直管部および隣り合う２つの直管部を接続する屈曲管部を有する熱交換管とからなり、並列状に配置された複数のプレートフィンからなるフィン群が、空気流れ方向に間隔をおいて複数設けられ、熱交換管の直管部の周囲にプレートフィンが固定され、熱交換管の屈曲管部が、熱交換管における空気の流れ方向に隣り合う２つの直管部の端部を接続しているものが広く知られている。

上述した熱交換器は、ヘアピン状フィン固定用管と、２つの管挿通用貫通穴が間隔をおいて形成された多数のプレートフィンとを用意し、フィン固定用管の両直管部をそれぞれ全てのプレートフィンの両管挿通用貫通穴に通すことにより、複数の並列状プレートフィンからなるフィン群を、直管部の長さ方向に間隔をおいて複数設けるとともにフィン固定用管の両直管部における隣り合う２つのフィン群間にそれぞれフィン無し部分を設けておき、この状態でフィン固定用管を拡管することにより、各フィン群のプレートフィンをフィン固定用管の直管部の周囲に固定してフィン付き管を形成した後、フィン付き管を、フィン付き管の直管部の長さ方向に関して同一位置にある２つのフィン無し部分において、引き曲げ法により曲げて屈曲管部を形成することを含み、フィン付き管の直管部の長さ方向に隣り合うフィン無し部分での曲げ方向を異なったものにすることにより、フィン固定用管から直管部および屈曲管部からなりかつ全体として蛇行状になった熱交換管を形成するという方法で製造されている（特許文献１参照）。

上述した熱交換器において、熱交換管の前記屈曲管部の曲げ半径を１０〜１５ｍｍにした場合、前記屈曲管部の曲げ頂部の横断面形状が、曲げ内側に存在し、かつ長径が前記直管部の外径よりも長くなっているとともに短径が前記直管部の外径よりも短くなっている略半長円形部と、曲げ外側に存在しかつ内方に凹となった少なくとも１つの凹部とを有する異形となる。また、前記屈曲管部の曲げ頂部の略半長円形部の肉厚が前記直管部の肉厚よりも大きくなり、前記屈曲管部の曲げ頂部における外周面の曲げ内側部と曲げ外側部とを結ぶ直線距離が、前記直管部の外径の７０％程度になる。

しかしながら、この場合、熱交換器内の圧力損失が比較的大きくなるという問題がある。特に、熱伝達効率を向上させることを目的として、フィン固定用管の内周面に、その長手方向にのびる複数のインナーフィンが周方向に間隔をおいて一体に設けられている場合、圧力損失が著しく増大する。

特許第４３０００１３号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、熱交換管内部の圧力損失の増大を抑制しうる熱交換器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)並列状に配置された複数のプレートフィンと、プレートフィンを貫通した複数の直管部および隣り合う２つの直管部を接続する屈曲管部を有する熱交換管とからなり、熱交換管の直管部の周囲にプレートフィンが固定されている熱交換器であって、
熱交換管の前記屈曲管部の曲げ半径が１０〜１５ｍｍであり、前記屈曲管部の曲げ頂部の横断面形状が、曲げ内側に存在する１つの半円形部、および曲げ外側に存在しかつ外方に凸となった複数の凸円弧部を有する形状であり、前記屈曲管部の曲げ頂部の半円形部の肉厚が前記直管部の肉厚と等しく、前記屈曲管部の曲げ頂部における外周面の曲げ内側部と曲げ外側部とを結ぶ直線距離が、前記直管部の外径の８０〜９５％となっている熱交換器。

2)並列状に配置された複数のプレートフィンからなるフィン群が、空気流れ方向に間隔をおいて複数設けられており、前記屈曲管部が、熱交換管における空気の流れ方向に隣り合う２つの直管部の端部を接続している上記1)記載の熱交換器。

3)前記屈曲管部の曲げ頂部に存在する半円形部の外周面の曲率半径が、前記直管部の外周面の曲率半径と等しくなっている上記1)または2)記載の熱交換器。

4)熱交換管の内周面に、その長手方向にのびる複数のインナーフィンが周方向に間隔をおいて一体に設けられている上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

上記1)〜4)の熱交換器によれば、熱交換管の前記屈曲管部の曲げ半径が１０〜１５ｍｍになっている場合であっても、前記屈曲管部の曲げ頂部の横断面形状が、曲げ内側に存在する１つの半円形部、および曲げ外側に存在しかつ外方に凸となった複数の凸円弧部を有する形状であり、前記屈曲管部の曲げ頂部の半円形部の肉厚が前記直管部の肉厚と等しく、前記屈曲管部の曲げ頂部における外周面の曲げ内側部と曲げ外側部とを結ぶ直線距離が、前記直管部の外径の８０〜９５％となっているので、熱交換管内での圧力損失の増大を抑制することができる。

上記2)の熱交換器によれば、フィン群が空気流れ方向に間隔をおいて複数設けられた熱交換器において上記効果が得られる。

上記3)の熱交換器によれば、特に圧力損失の増大を抑制する効果が大きい。

上記4)の熱交換器のように、熱交換管の内周面に、その長手方向にのびる複数のインナーフィンが周方向に間隔をおいて一体に設けられている場合であっても、熱交換管内の圧力損失の著しい増大を抑制することができる。

この発明による熱交換器を適用した冷却装置用蒸発器の全体構成を示す一部を省略した斜視図である。 図１の蒸発器の一部分を拡大して示す正面図である。 図２のＡ−Ａ線拡大断面図である。 図２のＢ−Ｂ線拡大断面図である。 図１の蒸発器を製造するフィン付き管を示す平面図である。 図５のフィン付き管を用いて図１の蒸発器を製造する方法を示す斜視図である。 図１の蒸発器に用いられる熱交換管の変形例を示す図３相当の図である。 図１の蒸発器に用いられる熱交換管の変形例を示す図４相当の図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１はこの発明による熱交換器からなる冷却装置用蒸発器の全体構成を示し、図２〜図４はその要部の構成を示す。また、図５は図１の冷却装置用蒸発器を製造するフィン付き管を示し、図６は図５のフィン付き管を用いて図１の冷却装置用蒸発器を製造する方法を示す。

以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

また、以下の説明において、図１の上下、左右を上下、左右といい、図に矢印Ｘで示す方向を前、これと反対側を後というものとする。

図１および図２において、冷却装置用蒸発器(1)は、左右方向に並列状に配置された複数のアルミニウム製プレートフィン(14)からなりかつ上下方向（通風方向）に間隔をおいて複数設けられたフィン群(12)と、各フィン群(12)のプレートフィン(14)に貫通状に固定された左右方向にのびる複数の直管部(2a)および上下方向に隣り合う２つの直管部(2a)を接続する屈曲管部(2b)を有するアルミニウム製熱交換管(2)とを備えており、空気が下から上に流れるようになっている。

プレートフィン(14)は、前後方向に長い方形の平板状であり、その高さ方向の中央部に２つの管挿通穴(図示略)が前後方向に間隔をおいて形成されている。

熱交換管(2)の複数の直管部(2a)は、前後方向に間隔をおいた２つの垂直面内において、それぞれ上下方向に間隔をおいて設けられており、屈曲管部(2b)は各垂直面内に位置しかつ上下に隣り合う直管部(2a)どうしを左右交互に接続している。熱交換管(2)の直管部(2a)は、各フィン群(12)のプレートフィン(14)の各貫通穴に通されてプレートフィン(14)に固定されている。また、上端の前後方向に隣り合う２つの直管部(2a)の右端部どうしは、直管部(2a)と一体に設けられたＵ字状連結管部(20)により連結されている。なお、図示の例では、連結管部(20)は直管部(2a)と一体に設けられているが、これに限定されるものではなく、直管部(2a)とは別個に設けられかつ上端の前後方向に隣り合う２つの直管部(2a)の右端部に接合されたＵ字状管により、当該２つの直管部(2a)の右端部どうしが連結されていてもよい。

図２に示すように、熱交換管(2)の屈曲管部(2b)の曲げ半径Ｒは１０〜１５ｍｍである。熱交換管(2)の直管部(2a)の横断面形状は、図３に示すように円形であり、たとえば直管部(2a)の外径は８．０〜８．５ｍｍであり、肉厚は０．６ｍｍである。また、熱交換管(2)の屈曲管部(2b)の曲げ頂部(21)の横断面形状は、図４に示すように、曲げ内側（図４左側）に存在する１つの半円形部(22)、および曲げ外側（図４右側）に存在しかつ外方に凸となった複数の凸円弧部(23)(24)(25)を有する形状である。屈曲管部(2b)の曲げ頂部(21)の半円形部(22)の肉厚は、直管部(2a)の肉厚と等しく、屈曲管部(2b)の曲げ頂部(21)における外周面の曲げ内側部と曲げ外側部とを結ぶ直線距離Ｌは、直管部(2a)の外径の８０〜９５％の長さとなっている。さらに、屈曲管部(2b)の曲げ頂部(21)に存在する半円形部(22)の外周面の曲率半径は、直管部(2a)の外周面の曲率半径と等しくなっている。

熱交換管(2)の内周面には、その長手方向にのびる複数のインナーフィン(26)が周方向に間隔をおいて一体に設けられている。直管部(2a)において、インナーフィン(26)のフィン高さは全て等しく、たとえば０．４〜１．２ｍｍであることが好ましい。屈曲管部(2b)の曲げ頂部(21)においては、屈曲管部(2b)の曲げ頂部(21)の半円形部(22)の内周面に存在するインナーフィン(26)の高さは全て等しく、そのフィン高さは、直管部(2a)の内周面に存在するインナーフィン(26)のフィン高さと同一である。

上述した蒸発器(1)は、図５に示すフィン付き管(10)を用いて製造される。

フィン付き管(10)は、ヘアピン状のアルミニウム製フィン固定用管(11)と、フィン固定用管(11)の直管部(11a)の長さ方向に間隔をおいて複数設けられたフィン群(12)とにより構成されている。フィン固定用管(11)の両直管部(11a)は連結管部(20)により一体に連結されている。フィン固定用管(11)の両直管部(11a)における隣り合う２つのフィン群(12)間にそれぞれフィン無し部分(13)が設けられている。フィン群(12)は、フィン固定用管(11)の２つの直管部(11a)にまたがって両直管部(11a)に固定された複数の並列状アルミニウム製プレートフィン(14)からなる。

フィン固定用管(11)の内周面には、その長さ方向に伸びかつ突出高さの等しいインナーフィン(26)が周方向に間隔をおいて一体に形成されている。インナーフィン(26)はフィン固定用管(11)の中心に向かって突出している。

各プレートフィン(14)には２つの管挿通用貫通穴が形成されており、フィン固定用管(11)の両直管部(11a)がそれぞれ全てのプレートフィン(14)の両管挿通用貫通穴に通され、フィン固定用管(11)を、水、油、空気などの流体を用いて拡管することにより、プレートフィン(14)が両直管部(11a)の周囲に固定されている。なお、フィン固定用管(11)の連結管部(20)は全体に拡管されている。

そして、図６に示すように、フィン付き管(10)を、隣り合うフィン群(12)間のフィン無し部(13)において、両直管部(11a)の長さ方向に隣り合うフィン無し部分(13)での曲げ方向が異なったものとなるように、引き曲げ法により曲げて、全体として蛇行状に形成することによって、蒸発器(1)が製造される。

前記蒸発器(1)は上述した屈曲管部(2b)の形状によって熱交換管内での圧力損失の増大を抑制することができる。また、本発明において曲げ頂部(21)の半円形部(22)の外周面の曲率半径が直管部(2a)の外周面の曲率半径と等しいことは必須要件ではないが、これらの曲率半径が等しい場合は特に圧力損失の増大を抑制する効果が大きい。

図７および図８は蒸発器(1)に用いられる熱交換管の変形例を示す。

図７に示す熱交換管(30)の直管部(30a)の内周面には、その長さ方向に伸びかつ突出高さの異なる高低２種類のインナーフィン(31)(32)が周方向に間隔をおいて交互に一体に形成されている。図７に示すように、インナーフィン(31)(32)は直管部(30a)の中心に向かって突出している。高いインナーフィン(31)の直管部(30a)内周面からの突出高さは１．０〜１．５ｍｍ、低いインナーフィン(32)の直管部(30a)内周面からの突出高さ内周面からの突出高さは０．３５〜０．８５ｍｍとなっている。

熱交換管(30)の屈曲管部(30)の構成は上述した熱交換管(2)の屈曲管部(2b)と同様である。すなわち、曲げ半径Ｒは１０〜１５ｍｍであり、熱交換管(30)の屈曲管部(30b)の曲げ頂部(21)の横断面形状は、図８に示すように、曲げ内側に存在する１つの半円形部(22)、および曲げ外側に存在しかつ外方に凸となった複数の凸円弧部(23)(24)(25)を有する形状である。屈曲管部(30b)の曲げ頂部(21)の半円形部(22)の肉厚は、直管部(30a)の肉厚と等しく、屈曲管部(30b)の曲げ頂部(21)における外周面の曲げ内側部と曲げ外側部とを結ぶ直線距離Ｌは、直管部(30a)の外径の８０〜９５％の長さとなっている。さらに、屈曲管部(30b)の曲げ頂部(21)に存在する半円形部(22)の外周面の曲率半径は、直管部(30a)の外周面の曲率半径と等しくなっている。

この発明による熱交換器は、冷蔵庫や冷蔵ショーケースなどの冷却装置の蒸発器として好適に用いられる。

(1)：冷却装置用蒸発器（熱交換器）
(2)(30)：熱交換管
(2a)(30a)：直管部
(2b)(30b)：屈曲管部
(12)：フィン群
(14)：プレートフィン
(21)：曲げ頂部
(22)：半円形部
(23)(24)(25)：凸円弧部
(26)(31)(32)：インナーフィン

Claims (4)

1. 並列状に配置された複数のプレートフィンと、プレートフィンを貫通した複数の直管部および隣り合う２つの直管部を接続する屈曲管部を有する熱交換管とからなり、熱交換管の直管部の周囲にプレートフィンが固定されている熱交換器であって、
   熱交換管の前記屈曲管部の曲げ半径が１０〜１５ｍｍであり、前記屈曲管部の曲げ頂部の横断面形状が、曲げ内側に存在する１つの半円形部、および曲げ外側に存在しかつ外方に凸となった複数の凸円弧部を有する形状であり、前記屈曲管部の曲げ頂部の半円形部の肉厚が前記直管部の肉厚と等しく、前記屈曲管部の曲げ頂部における外周面の曲げ内側部と曲げ外側部とを結ぶ直線距離が、前記直管部の外径の８０〜９５％となっている熱交換器。
2. 並列状に配置された複数のプレートフィンからなるフィン群が、空気流れ方向に間隔をおいて複数設けられており、前記屈曲管部が、熱交換管における空気の流れ方向に隣り合う２つの直管部の端部を接続している請求項１記載の熱交換器。
3. 前記屈曲管部の曲げ頂部に存在する半円形部の外周面の曲率半径が、前記直管部の外周面の曲率半径と等しくなっている請求項１または２記載の熱交換器。
4. 熱交換管の内周面に、その長手方向にのびる複数のインナーフィンが周方向に間隔をおいて一体に設けられている請求項１〜３のうちのいずれかに記載の熱交換器。
   

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