JP2021124273A - 熱交換器およびそれを用いた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率かつ安価な熱交換器の提供。【解決手段】フィン８群に伝熱管１０を挿通させて熱交換器を構成し、前記熱交換器のフィン８は、略くの字形状に形成されていて、伝熱管１０が、略くの字形状の風上前縁の２本の直線部の延長線の交点と風下後縁の２本の直線部の延長線の交点とを結ぶ線ＦＬに平行に、所定のピッチＦＰで少なくとも２列以上配置され、各列の段方向のピッチＳＰ、線ＦＬと風上前縁の２本の直線部とが成す角度をそれぞれα、βとしたとき、ＦＰ・ｃｏｓαおよびＦＰ・ｃｏｓβがＳＰ・１／４からＳＰ・３／４の範囲内に収まる配置構成としてある。これにより、穿孔ピンが１列の穿孔金型を用いて製造でき、しかも伝熱管１０は空気の流れ方向に略千鳥配置状態となるので、製造コストを下げると同時に熱交換効率を向上させて、安価で高効率な熱交換器とすることができる。【選択図】図３

Description

本発明はフィンチューブ型の熱交換器とそれを用いた空気調和機に関する。

一般に空気調和機は、圧縮機によって圧縮した冷媒を凝縮器や蒸発器等の熱交換器に循環させて空気と熱交換させ冷房もしくは暖房を行うが、前記熱交換器の熱交換効率によって空気調和機としての性能や省エネ性が大きく左右される。従って、熱交換器は高効率化が強く求められている。

この空気調和機に用いる熱交換器は、一般的には、フィン群に伝熱管を複数列挿通させて構成したフィンチューブ型の熱交換器が用いられており、送風機の前面側と背面側を覆うようにして設けられている（例えば、特許文献１参照）。

図１３は特許文献１の空気調和機を示し、この空気調和機は貫流型の送風機１０１により調和機本体１０２の吸込口１０３より空気を吸込み熱交換器１０４で熱交換した後、吹出口１０５より吹き出して空調を行うが、上記熱交換器１０４は送風機１０１を囲むように略くの字形状に屈曲形成した前面側熱交換器１０４Ａと直線状の背面側熱交換器１０４Ｂをその上部で突き合わせて構成してある。そして、上記熱交換器１０４は図１４に示すようにフィン１０６に伝熱管１０７を挿通させて構成してある。

ここで、上記空気調和機に使用される熱交換器１０４は、高い熱交換効率を要求される場合、複数の伝熱管列の各伝熱管１０７が空気の流れ方向に互いに重ならないよう千鳥配置されているとともに、場合によっては更に伝熱管１０７を流れる冷媒の状態、すなわち液相と気相の状態に応じて最も高い熱交換性能を発揮するように伝熱管１０７の管径を変える等して高効率化を図っている。なお、このような熱交換器を便宜上ハイブリット型熱交換器と称す。

上記構成の熱交換器を用いた空気調和機は、貫流型の送風機１０１を用い前面側熱交換器１０４Ａを略くの字形状に屈曲させているので、貫流型の送風機１０１の中心に向かって吸引される空気が前記前面側熱交換器１０４Ａの各辺からこれと略交差する形で流入し通過するが、各列の複数の伝熱管１０７がこの空気の流れ方向に重ならないように並ぶ形となっているので、各伝熱管１０７と空気との熱交換率が高く、しかも伝熱管１０７の管径を異ならせているので、冷媒の気液状態に応じて高い熱交換性能を発揮し、熱交換器は高効率化する。よって、空気調和機としての性能や省エネ性が良好なものとなる。

特開２００４−１９９９９号公報

しかしながら、上記特許文献１記載のハイブリッド型熱交換器は、製造コストが高くつき、大幅にコストアップして非常に高価なものとなる。

すなわち、上記ハイブリッド型熱交換器は、伝熱管挿通用の孔列を穿孔金型でプレス形成する際、複数の伝熱管列の各伝熱管１０７が空気の流れ方向に互いに重ならないようするために、孔形成位置が互いにずれた形の穿孔金型、例えば２列並びの場合は２列専用の穿孔金型、３列並びの場合は３列専用の穿孔金型を必要とする。

また、穿孔金型の孔形成用ピン軸径も伝熱管１０７の管径を変えるために異なるものとする必要がある。

そして、２列並びの伝熱管挿通用の孔列を持つフィン、３列並びの伝熱管挿通用の孔列を持つフィンを形成するたびにそれに応じた穿孔金型に交換する必要があるなど製造工程も複雑化する。

その結果、熱交換器の製造コストが大幅にアップし、非常に高価なものとなるのである。

本発明はこのような点に鑑み、特に複数の金型を必要とすることによって生じるコストアップ課題に焦点を当ててなしたもので、単一金型による単純な工程で複数の伝熱管列の各伝熱管が空気の流れ方向に互いに重ならないように形成できる高効率かつ安価な熱交換器とそれを用いた安価で高性能な空気調和機を提供することを目的としたものである。

本発明は上記目的を達成するため、その熱交換器は、多数のフィン群に伝熱管を挿通して構成され、フィンは略くの字形状に形成され、熱交換器の風上となる前縁の２本の直線部の延長線の交差部分の角度および風下となる後縁の２本の直線部の延長線の交差部分の角度が同じ鈍角をなし、２本の直線の間を結ぶ１本の同じ形状の湾曲部が形成されていて、伝熱管が、風上前縁の２本の直線部の延長線の交点と風下後縁の２本の直線部の延長線の交点とを結ぶ線ＦＬに平行に、所定のピッチＦＰで少なくとも２列以上配置され、各列の段方向のピッチをＳＰ、線ＦＬと風上前縁の２本の直線部とが成す角度をそれぞれα、βとしたとき、ＦＰ・ｃｏｓαおよびＦＰ・ｃｏｓβがＳＰ・１／４からＳＰ・３／４の範囲内に収まる構成としてある。

また、空気調和機は、吸込み口と吹出し口とを有する本体に収納された貫流型の送風機を備え、上記送風機の前面側に前記熱交換器を配置した構成としてある。

これにより、この熱交換器は、穿孔ピンが１列の穿孔金型を用いてフィン素材板を順送りしながら伝熱管挿通用の孔を穿孔した後、所要孔列を持つ形状にフィン素材板を切り離してフィンを製造すれば、そのフィンの直線部に穿孔された伝熱管挿通用の孔、つまりこの孔に挿通させる伝熱管は、風上から風下側に向かって重なることなく順次位置ずれして略千鳥配置状態となる。

したがって、伝熱管挿通用の孔を穿孔する穿孔金型はフィンの伝熱管列が２列、３列以上と複数列であっても穿孔用ピンが１列の穿孔金型一つでよく、しかもフィン素材板は金型交換等することなく単純に順送りするだけで伝熱管挿通用の孔を連続的にプレス穿孔することができる。そして、伝熱管は風上から風下側に向かって重なることなく順次位置ずれして略千鳥配置状態となるので、各伝熱管に対する空気の接触度合が高まり、伝熱性能が向上して熱交換効率の高いものとすることができる。

つまり、製造コストを下げると同時に熱交換効率を向上させて、安価で高効率な熱交換器とすることができる。そしてこの熱交換器を用いた空気調和機もその性能を向上させつつコストダウンすることができる。

本発明は上記構成により、単一の金型で空気の流れ方向に重ならない伝熱管配列とすることができ、しかも金型交換等が不要となるので製造工程も単純化でき、高効率かつ安価な熱交換器とそれを用いた安価で高性能な空気調和機を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る熱交換器とそれを用いた空気調和機の室内機を示す断面図 同熱交換器のフィンを示す平面図 同フィンの要部を示す拡大平面図 同熱交換器のフィン製造例を示す説明図 本発明の実施の形態２に係る熱交換器のフィンを示す平面図 同熱交換器を空気調和機に用いた状態を示すフィンの平面図 本発明の実施の形態３に係る熱交換器のフィンを示す平面図 同熱交換器を用いた空気調和機の室内機を示す断面図 本発明の実施の形態４に係る熱交換器のフィンを示す平面図 本発明の実施の形態５に係る熱交換器とそれを用いた空気調和機の室内機を示す断面図 本発明の実施の形態６に係る熱交換器とそれを用いた空気調和機の室内機を示す断面図 本発明の実施の形態７に係る熱交換器とそれを用いた空気調和機の室内機を示す断面図 従来の熱交換器とそれを用いた空気調和機の室内機を示す断面図 同従来の熱交換器のフィンを示す平面図

第１の発明は、多数のフィン群に伝熱管を挿通して構成した熱交換器であって、フィンは略くの字形状に形成され、熱交換器の風上となる前縁の２本の直線部の延長線の交差部分の角度および風下となる後縁の２本の直線部の延長線の交差部分の角度が同じ鈍角をなし、２本の直線の間を結ぶ１本の同じ形状の湾曲部が形成されていて、伝熱管が、風上前縁の２本の直線部の延長線の交点と風下後縁の２本の直線部の延長線の交点とを結ぶ線ＦＬに平行に、所定のピッチＦＰで少なくとも２列以上配置され、各列の段方向のピッチをＳＰ、線ＦＬと風上前縁の２本の直線部とが成す角度をそれぞれα、βとしたとき、ＦＰ・ｃｏｓαおよびＦＰ・ｃｏｓβがＳＰ・１／４からＳＰ・３／４の範囲内に収まる構成としてある。

これにより、この熱交換器は、穿孔ピンが１列の穿孔金型を用いてフィン素材板を順送りしながら伝熱管挿通用の孔を穿孔した後、所要孔列を持つ形状に切り離してフィンを製造すれば、そのフィンの直線部に穿孔された伝熱管挿通用の孔、つまりこの孔に挿通させる伝熱管は、風上から風下側に向かって重なることなく順次位置ずれして略千鳥配置状態となる。

したがって、伝熱管挿通用の孔を穿孔する穿孔金型はフィンの伝熱管列が２列、３列以上と複数列であっても穿孔用ピンが１列の穿孔金型一つでよく、しかもフィン素材板は金型交換等することなく単純に順送りするだけで伝熱管挿通用の孔を連続的にプレス穿孔することができる。そして、伝熱管は風上から風下側に向かって重なることなく順次位置ずれして略千鳥配置状態となるので、各伝熱管に対する空気の接触度合が高まり伝熱性能が向上して熱交換効率の高いものとすることができる。

つまり、製造コストを下げると同時に熱交換効率を向上させて、安価で高効率な熱交換器とすることができる。

第２の発明は、多数のフィン群に伝熱管を挿通して構成した熱交換器であって、フィンは略くの字形状に形成され、熱交換器の風上となる前縁の２本の直線部の延長線の交差部分の角度および風下となる後縁の２本の直線部の延長線の交差部分の角度が同じ鈍角をなし、２本の直線の間を結ぶ１本の同じ形状の湾曲部が形成されていて、伝熱管が１列に配置されおり、伝熱管が１列配置されたフィンを風上側から風下側に複数並設して、並設した各フィンの伝熱管が、風上前縁の２本の直線部の延長線の交点と風下後縁の２本の直線部の延長線の交点とを結ぶ線ＦＬに平行に、所定のピッチＦＰで少なくとも２列以上になるとともに、各列の段方向のピッチをＳＰ、線ＦＬと風上前縁の２本の直線部とが成す角度をそれぞれα、βとしたとき、ＦＰ・ｃｏｓαおよびＦＰ・ｃｏｓβがＳＰ・１／４からＳＰ・３／４の範囲内に収まる構成としてある。

これにより、フィン素材板を順送りしながら単一の穿孔金型によって伝熱管挿通用の孔列をプレス形成する、という、単一金型を用いた単純工程によって１列孔のフィンを製造してこれを並べれば、空気の流れ方向、換言すると２列以上の複数の列方向に並ぶ伝熱管挿通用の孔、つまり伝熱管が、互いに重なることなく略千鳥配置状態となるようにすることができる。

したがって、第１の発明と同様、伝熱管挿通用の孔をプレス形成する穿孔金型は一つでよく、しかもフィン素材板は金型交換等することなく単純に順送りするだけで伝熱管挿通用の孔を連続的にプレス形成でき、工程も簡素化する。よって、伝熱管と空気との熱交換率を高めて熱交換効率を向上させつつ大幅なコストダウンを図ることが可能となり、安価で高効率な熱交換器とすることができる。加えて、各フィンは独立しているから断熱を確実なものとして、熱交換器の性能を一段と向上させることができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、伝熱管は、段方向のピッチＳＰが少なくとも２種類以上の組み合わせからなる構成としてある。

これにより、熱交換器を通過する空気の流速が早い部分は伝熱管の段方向のピッチＳＰが短い部分を位置させ、遅い部分はピッチＳＰが長い部分を位置させることによって、熱交換器を通過する空気の速度分布を調整し、熱交換器全域における伝熱性能を向上させて、より高性能な熱交換器とすることができる。

第４の発明は、第１〜第３の発明において、フィンは、フィン表面に複数の第１切起こし及び第１切起こしと交差する方向の第２切り起こしを設け、第１切起こし及び第２切り起こしはそれぞれ空気の流れ方向に開口する構成としてある。

これにより、貫流型の送風機の前面側に配置した際、送風機の前面側から吸引される空気に対しては第１切り起こし、上方から吸引される空気に対しては第２切り起こしがその流路に位置する形となって熱交換器を通過する空気流れに抵抗をつけ、熱交換器を通過する空気の速度分布を調整して熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。

第５の発明は第１〜第４の発明において、伝熱管は、その外形状を大小２種類以上とした構成としてある。

これにより、冷媒の気液混合状態に応じ伝熱管と冷媒との熱交換を最適化して高い熱伝達率を発揮させることができ、熱交換器を更に高効率化することができるとともに、伝熱管の材料費を下げて一段と安価な熱交換器とすることができる。

第６の発明は第１〜第５の発明において、フィンは、風上前縁の２本の直線部の延長線の交差部分がなす角度と風下後縁の２本の直線部の延長線の交差部分がなす角度を同一とした構成としてある。

これにより、略くの字形状のフィンの風上前縁と風下後縁との間の全域の巾寸法を等しくして十分な熱交換面積を持たせることができ、更に熱交換効率の高い高効率な熱交換器とすることができる。そして、フィン素材板をフィン形状に切断する際、一つ目のフィンの風下側縁部と二つ目の風上側縁部との間に無駄な廃材が発生することもなくなり、効率的に生産することができる。

第７の発明は第１〜第６の発明において、フィンは、略くの字形状のフィンの端部に切り離し可能な第２フィン部を備えた構成としてある。

これにより、第２フィン部を切り離せば略くの字形状のフィンによって形成する熱交換器と第２フィン部によって形成する熱交換器とを一つの金型で製造することができ、大幅なコストダウンを実現することができる。

第８の発明は第１〜第７の発明において、フィンは、切り離した第２フィン部で構成した熱交ブロックを最外方に位置するフィンの風上側の前面もしくは背面に移載した構成としてある。

これにより、熱交換器の幅方向寸法を小さくしながら熱交換器の伝熱面積を確保することができ、空気調和機の室内機に設置した際、室内機の奥行きサイズの大型化を抑えるとともに、第２フィン部をカットして生じたフィン残部を利用して熱交換器の伝熱面積を確保することができるので、材料取りの無駄がない高性能な空気調和機とすることができる。

第９の発明は第１〜第７の発明の熱交換器の背面側に別体構成の第２熱交換器を組み合わせて構成した熱交換器としてある。

これにより、汎用性の高い既存の熱交換器を第２熱交換器として組合せて、コストおよび適用能力に応じた最適な複数の熱交換器をより低コストで提供することができる。

第１０の発明は空気調和機であり、この空気調和機は、吸込み口と吹出し口とを有する本体に収納された貫流型の送風機を備え、送風機の前面側に前記第１〜第９の発明のいずれかに記載の熱交換器を配置した構成としてある。

これにより、熱交換器が安価で高効率な熱交換器であるから、この熱交換器を搭載した空気調和機もその性能を向上させ、且つ、コストダウンすることができる。

第１１の発明は、第１０の発明において、吸込み口は本体の上面部に設け、熱交換器は本体上面の吸込み口と対向する上部の伝熱管の段方向のピッチＳＰを他の部分の伝熱管の段方向のピッチＳＰより短くした構成としてある。

これにより、本体上面の吸込み口から吸い込まれる空気の流れが最も速くなるフィン上部は伝熱管の段方向のピッチＳＰが短く抵抗が大きくなるので当該部分の流速が低下し、ピッチＳＰが長い部分を流れる空気の流速に近似するようになって流速分布の均一化が図られることになり、熱交換器全体にわたって伝熱性能を向上させ高性能な熱交換器とすることができる。

第１２の発明は、第１０〜第１１の発明において、吸込み口は本体の上面部に設け、熱交換器は本体上面の吸込み口と対向するフィン上部に第２切り起こしを設けた構成としてある。

これにより、貫流型の送風機の前面側に配置した際、送風機前面側から伝熱管の段の間を通過する空気に対しては第１切り起こしがその流路に位置する形となって熱交換器を通過する空気流れに抵抗をつけるとともに、本体上部吸込み口から伝熱管の列の間を通過する空気に対しては第２切り起こしがその流路に位置する形となって熱交換器を通過する空気流れに抵抗をつけ、熱交換器を通過する空気の速度分布を効果的に調整して熱交換器の熱交換効率をより向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る熱交換器は、例えば冷媒配管で互いに接続した室外機と室内機とで構成したセパレート型の空気調和機に組み込んで使用され、以下、その構成を空気調和機の構成とともに説明する。

図１は実施の形態１に係る熱交換器とそれを用いた空気調和機の室内機を示す断面図、図２は同熱交換器のフィンを示す平面図、図３は同フィンの要部を示す拡大平面図、図４は同熱交換器のフィン製造例を示す説明図である。

図１に示すように、本実施の形態の空気調和機はその室内機１の本体２上面に吸込み口３が設けられ、下面に吹出し口４が設けられている。そして、上記本体２内には、貫流型の送風機５とフィンチューブ型の熱交換器６とが収納されている。

上記熱交換器６は、本体２内の前面側に配置された前面側熱交換器６Ａと、本体２内の背面側に配置された背面側熱交換器６Ｂとから構成されている。そして、前面側熱交換器６Ａおよび背面側熱交換器６Ｂにより貫流型の送風機５を風上側から取り囲むような形態に配置されている。

前記前面側熱交換器６Ａおよび背面側熱交換器６Ｂは、所定の間隔で平行に並べられ、その間を空気が流動する多数のフィン８、９と、これらのフィン８、９に略直角に挿入され、内部を冷媒が流動する多数の伝熱管１０とを有し、前面側熱交換器６Ａと背面側熱交換器６Ｂとは、そのフィン８、９同士は分離されているが、伝熱管１０が連通されることにより一つの熱交換器として作用する。

以下、本発明の対象となる前面側熱交換器６Ａの構成について説明する。

本実施の形態で示す前面側熱交換器６Ａは、図２に示すように、そのフィン８が、略くの字形状に形成されている。すなわち、フィン８の風上側縁部および風下側縁部のそれぞれは、互いにその延長線の交差部分の角度が同じ鈍角をなす２本の直線部１１ａ、１１ｂおよび１２ａ、１２ｂと、これら２本の直線部１１ａ、１１ｂと１２ａ、１２ｂとの間をそれぞれ結ぶ各１本の湾曲部１３、１４とからなる略くの字形状に形成されている。

上記湾曲部１３、１４の形状は、楕円曲線、双曲線、スプライン、近似直線で結ぶ形状、略くの字を面取りした形状などがあるが、本実施の形態では、図２に示すように円弧形状としてある。そして、上記風上側縁部の円弧形状の湾曲部１３と、風下側縁部の円弧形状の湾曲部１４との曲率半径が同じで、同じ寸法形状としてあり、前記直線部１１ａ、１１ｂからなる風上側縁部と直線部１２ａ、１２ｂからなる風下側縁部とは平行状態となってフィン幅が上部及び下部の全域にわたって同じ幅となる形状となっている。

また各フィン８には所定の間隔で伝熱管挿通用の円形の孔１５が多数バーリング加工され、この孔１５に、図１に示すように、伝熱管１０が挿入固定されている。

まず、前記伝熱管１０が挿通固定される孔１５は、図２に示すように、フィン８の風上前縁の２本の直線部１１ａ、１１ｂの延長線の交点と風下後縁の２本の直線部１２ａ、１２ｂの延長線の交点とを結ぶ線ＦＬに平行に、所定のピッチＦＰで少なくとも２列以上配置されている。そして、各列、すなわちフィン８の略くの字状の外縁と平行な方向となる段方向の段のピッチをＳＰ、前記線ＦＬと風上前縁の２本の直線部とが成す角度をそれぞれα、βとしたとき、ＦＰ・ｃｏｓαおよびＦＰ・ｃｏｓβがＳＰ・１／４からＳＰ・３／４の範囲内に収まる構成としてある。

また、フィン１列分の幅方向の長さである列ピッチをＲＰとすると、ＲＰ＝ＦＰ・ｓｉｎαおよびＲＰ＝ＦＰ・ｓｉｎβ、の関係式が成り立つので、列ピッチＲＰおよび角度α、βを設定すれば、所定のピッチＦＰは一義的に決まる。

なお、上記線ＦＬに平行に所定のピッチＦＰで少なくとも２列以上配置された各孔１５は同一外形状であるが、本実施の形態では、熱交換器の出入り口部分に位置することになる孔１５の外形状、この実施の形態では円形孔の直径は、伝熱管１０内を流れる冷媒の気液状態に応じ冷媒と伝熱管１０との間で最も高い熱交換がなされるよう少なくとも大小２種類の異なる大きさ形状としてある。例えば、空気調和機を暖房運転し、室内機１の熱交換器６を凝縮器またはガスクーラーとして使用する際の冷媒出口寄りの伝熱管１０の直径は他の何れの箇所よりも細く形成されている。なお、この細い伝熱管１０を用いる領域は、空気調和機を冷房運転するときには、室内機１の熱交換器６が蒸発器として使用され、伝熱管１０内の冷媒は逆にながれるので、入口寄りの領域となる。

また、図２、図３に示すように、フィン８の孔１５の段方向の間のフィン面には、複数、この例では３つの切り起こし１６、１７、１８が風上から順に設けられている。上記複数の切り起こし１６、１７、１８は夫々が略平行状態に並び、その立ち上がり部は、伝熱管１０の円周に概略沿うように形成されている。尚、この切り起こし１６、１７、１８の巾及び切り起こし高さ等は空気との熱交換性能を考慮して適宜設定されている。

次に上記のように構成した空気調和機の作用効果について説明する。

上記熱交換器は、伝熱管１０が挿通固定される各列の孔１５が、図２、図３に示すように、風上前縁の２本の直線部１１ａ、１１ｂの延長線の交点と風下後縁の２本の直線部１２ａ、１２ｂの延長線の交点とを結ぶ線ＦＬに平行に所定のピッチＦＰで配置されているので、図４に示すように、フィン素材板１９を前記ピッチＦＰで矢印Ｘ方向に順送りしながら１列の穿孔ピンを持つ穿孔金型（図示せず）を用いて伝熱管挿通用の孔１５を穿孔し、その後、所要孔列、例えばこの場合は３列の孔列を持つ形状に切り離せばフィン８を製造することかできる。

そして、上記１列の穿孔金型一つで穿孔したフィン８の３列の各列の孔１５は、段方向のピッチをＳＰ、前記線ＦＬと風上前縁の２本の直線部１１ａ、１１ｂとが成す角度をそれぞれα、βとしたとき、ＦＰ・ｃｏｓαおよびＦＰ・ｃｏｓβがＳＰ・１／４からＳＰ・３／４の範囲内に収まる配置構成としてあるから、貫流型の送風機５の中心に向かって流れる空気の流れ方向（図２、図３の矢印Ｙ参照）に対しその風上から風下側に向かって重なることなく順次位置ずれした略千鳥配置状態となる。

例えば、ＦＰ・ｃｏｓαおよびＦＰ・ｃｏｓβをＳＰ・１／２になるようにすれば、列方向に隣り合う各伝熱管との距離が等間隔な千鳥配置状態となる。

したがって、伝熱管挿通用の孔１５を穿孔する穿孔金型はフィン８の伝熱管列が２列、３列と複数列であっても穿孔用ピンが１列の穿孔金型一つでよく、しかもフィン素材板１９は金型交換等することなく単純に順送りするだけで伝熱管挿通用の孔１５を連続的にプレス穿孔することができる。よって、その製造コストを下げることができる。

そして、上記１列の穿孔金型一つで穿孔していても、フィン８の各列の孔１５は空気の流れ方向に順次位置ずれして略千鳥配置状態となるから、孔１５に挿通される伝熱管１０は空気との接触度合が高まり、伝熱性能が向上して熱交換効率の高いものとすることができる。つまり、１列の穿孔金型一つで伝熱管挿通用の孔１５を穿孔しても、その孔１５は風上から風下側に向かって略千鳥配置状態とすることができ、高効率な熱交換器とすることができる。

このように、本実施形態の熱交換器は、金型交換等することなく１列の穿孔金型一つで製造して製造コストを下げると同時に熱交換効率を向上させて、安価で高効率な熱交換器とすることができる。

また、本実施の形態では、前記伝熱管１０は、その外形状、この例では管径を大小異ならせているので、冷媒の気液状態に応じ伝熱管１０と冷媒との熱交換を最適化して高い熱伝達率を発揮させることができる。例えば、熱交換器を凝縮器またはガスクーラーとして使用する際の冷媒出口寄りの伝熱管１０あるいは蒸発器として使用する際の入口寄りの伝熱管１０の管径（直径）を他の何れの箇所よりも細くすることにより、この伝熱管１０内の冷媒の熱伝達率を向上させて、熱交換能力を増大させることができる。また、この領域の冷媒は液相状態で密度が大きいので冷媒流通抵抗はあまり増大することがなく、熱交換能力の増大を妨げることはない。

このように、熱交換器を更に高効率化することができるとともに、管径を小さくした分高価な銅からなる伝熱管１０の材料使用量を抑えて安価な熱交換器とすることができる。

加えて、伝熱管１０を挿通させたフィン８は、風上前縁の２本の直線部１１ａ、１１ｂの延長線の交差部分がなす角度と風下後縁の２本の直線部１２ａ、１２ｂの延長線の交差部分がなす角度を同一としているから、略くの字形状のフィンの風上前縁と風下後縁との間の全域の巾寸法を等しくすることができる。

よって、略くの字形状のフィン全域にわたって十分な熱交換面積を持たせることができ、大きな熱交換能力を発揮して更に熱交換効率の高い高効率な熱交換器とすることができる。また、フィン素材板１９をフィン形状に切断する際、一つ目のフィンの風下側縁部と二つ目のフィンの風上側縁部との切断間に無駄な廃材が発生することもなくなり、効率的に生産することができる。

（実施の形態２）
図５は実施の形態２に係る熱交換器のフィンを示す平面図、図６は同熱交換器を空気調和機に用いた状態を示すフィンの平面図である。

本実施の形態の熱交換器は、その伝熱管挿通用の孔１５（伝熱管１０）の段方向のピッチＳＰを少なくとも２種類以上とした構成としてある。この例では、空気調和機の本体上面の吸込み口３と対向する上部段方向の伝熱管挿通用の孔１５ａ（伝熱管１０）のピッチＳＰ１を他の部分の伝熱管挿通用の孔１５ｂ（伝熱管１０）のピッチＳＰ２より短くした構成としてある。

これにより、本体上面の吸込み口３から吸い込まれる空気の流れが最も速くなるフィン上部は伝熱管１０の段方向のピッチＳＰ１が短く抵抗が大きくなるので当該部分の流速が低下し、ピッチＳＰ２が長い部分を流れる空気の流速に近似するようになって流速分布の均一化が図られることになり、前面側熱交換器６Ａの伝熱性能を向上させて高性能な熱交換器とすることができる。

すなわち、前面側熱交換器６Ａを通過する空気の流速が早い部分は伝熱管のピッチＳＰ１が短い部分を位置させ、遅い部分はピッチＳＰ２が長い部分を位置させることによって、前面側熱交換器６Ａを通過する空気の速度分布を調整し、熱交換器全域における伝熱性能を向上させて、より高性能な熱交換器とすることができる。

特に、本実施の形態のように空気調和機の吸込み口３が本体２の上面１箇所の場合は、フィン上部の抵抗が大きくなる分吸込み口３部分からフィン前縁側に回り込む空気の量が多くなって流速分布の調整が進むので、その流速分布がより均一化し、より高性能な熱交換器とすることができる。

その他の構成及び作用効果は実施の形態１と同じであり、説明は省略する。

（実施の形態３）
図７は実施の形態３に係る熱交換器のフィンを示す平面図、図８は同熱交換器を用いた空気調和機の室内機を示す断面図である。

本実施の形態の熱交換器は、実施の形態１で示した複数の切り起こし１６、１７、１８が、実施の形態１の図３にも図示しているが図７に示す通り空気の流れ方向に開口する形に形成してある。例えば、フィン８の長辺部分には風上前縁に向かって開口するように設け（以下、この切り起こしを第１切り起こしフィン１６ａ、１７ａ、１８ａと称す）、フィン８の上端となる短辺部分には前記第１切り起こし１６ａ、１７ａ、１８ａと略交差する略９０度方向に向きを変えて設けてある（以下、この切り起こしを第２切り起こし１６ｂ、１７ｂ、１８ｂと称す）。

なお、上記、各複数の第１切り起こし１６ａ、１７ａ、１８ａは風上前縁の２本の直線部１１ａ、１１ｂの延長線の交点と風下後縁の２本の直線部１２ａ、１２ｂの延長線の交点とを結ぶ線ＦＬに平行に列方向へピッチＦＰで同一形状に形成してある。

これにより、上記前面側熱交換器６Ａを貫流型の送風機５の前面側に配置した際、送風機前面側から伝熱管１０の段の間を通過する空気に対しては第１切り起こし１６ａ、１７ａ、１８ａがその流路に位置する形となって前面側熱交換器６Ａを通過する空気流れに抵抗をつけるとともに、本体上部の吸込み口３から伝熱管１０の列の間を通過する流速の速い空気に対しては第２切り起こし１６ｂ、１７ｂ、１８ｂがその流路に位置する形となって前面側熱交換器６Ａを通過する空気流れに抵抗をつけ、前面側熱交換器６Ａを通過する空気の速度分布を効果的に調整して熱交換器の熱交換効率をより向上させることができる。

また、本実施の形態においても前記実施の形態２で説明したように、フィン上部の抵抗が大きくなる分フィン前縁側に回り込む空気の量が多くなって流速分布の調整が進むので、その流速分布がより均一化し、より高性能な熱交換器とすることができる。

その他の構成及び作用効果は実施の形態１と同じであり、説明は省略する。

（実施の形態４）
図９は実施の形態４に係る熱交換器のフィンを示す平面図である。

本実施の形態の熱交換器は、実施の形態１〜３の図２にも図示している通り略くの字形状のフィン８の端部に切り離し可能にフィン９を一体形成した構成としてある。

これにより、略くの字形状のフィン８によって形成する前面側熱交換器６Ａとフィン９によって形成する背面側熱交換器６Ｂとのフィン８、９を一つの金型で一気にプレス加工して製造することができ、更にコストダウンを進めることができる。

また、フィン９には、フィン９の端部に切り離し可能に第２フィン部２０を一体形成した構成としてある。
これにより、略くの字形状のフィン８によって形成する前面側熱交換器６Ａとフィン９によって形成する背面側熱交換器６Ｂと第２フィン部２０によって形成する熱交ブロック２１とのフィン８、９、２０を一つの金型で一気にプレス加工して製造することができ、更にコストダウンを進めることができる。

その他の構成及び作用効果は実施の形態１と同じであり、説明は省略する。

（実施の形態５）
図１０は実施の形態５に係る熱交換器とそれを用いた空気調和機の室内機を示す断面図である。

本実施の形態の熱交換器は、略くの字形状のフィン８と一体形成したフィン９の第２フィン部（図９の２０で示す）をカットして前記カットした第２フィン部２０で熱交ブロック２１を形成し、この熱交ブロック２１を背面側熱交換器６Ｂの最外方に位置するフィン９の風上側の前面もしくは背面に移載した構成としてある。

これにより、略くの字形状に屈曲したフィン８と一体のフィン９で形成する背面側熱交換器６Ｂの前後幅方向寸法Ｌを小さくしながら当該背面側熱交換器６Ｂの伝熱面積を確保することができる。よって、空気調和機の室内機に設置した際、室内機の奥行きサイズの大型化を抑えるとともに、カットして生じた第２フィン部２０を利用して熱交換器全体の伝熱面積を確保することができるので、材料取りの無駄がない高性能な空気調和機とすることができる。

その他の構成及び作用効果は実施の形態１と同じであり、説明は省略する。

（実施の形態６）
図１１は実施の形態６に係る熱交換器とそれを用いた空気調和機の室内機を示す断面図である。

本実施の形態の熱交換器は、実施の形態１で説明した前面側熱交換器６Ａの背面側に別金型で形成した別体構成の第２熱交換器２２を組み合わせて構成した熱交換器としてある。

これにより、別金型で形成した汎用性の高い既存の熱交換器を第２熱交換器２２として組合せて、コストおよび適用能力に応じた最適な複数の熱交換器をより低コストで提供することができる。

その他の構成及び作用効果は実施の形態１と同じであり、説明は省略する。

（実施の形態７）
図１２は実施の形態７に係る熱交換器とそれを用いた空気調和機の室内機を示す断面図である。

本実施の形態は、実施の形態１で説明した１列の穿孔ピンを持つ穿孔金型（図示せず）を用いてピッチＦＰで伝熱管挿通用の孔１５を穿孔したフィン素材板１９を、１列の孔列を持つ形状に切り離して一つ孔列のフィン（以下、一つ孔列フィンと称す）８０を製造し、この一つ孔列フィン８０を風上側から風下側に複数、この例では二つ並設して熱交換器を構成してある。

これにより風上側から風下側に並設した複数の一つ孔列フィン８０の各孔１５、つまり伝熱管１０は、実施の形態１と同様、風上前縁の２本の直線部１１ａ、１１ｂの延長線の交点と風下後縁の２本の直線部１２ａ、１２ｂの延長線の交点とを結ぶ線ＦＬに平行に所定のピッチＦＰでの配置となり、かつ、伝熱管１０の段方向のピッチをＳＰ、前記線ＦＬと風上前縁の２本の直線部１１ａ、１１ｂとが成す角度をそれぞれα、βとしたとき、ＦＰ・ｃｏｓαおよびＦＰ・ｃｏｓβがＳＰ・１／４からＳＰ・３／４の範囲内に収まる配置構成となる。

つまり、この熱交換器は一つ孔列フィン８０を風上側から風下側に複数並設することによって、実施の形態１の場合と同様、伝熱管１０が、風上前縁の２本の直線部１１ａ、１１ｂの延長線の交点と風下後縁の２本の直線部１２ａ、１２ｂの延長線の交点とを結ぶ線ＦＬに平行に、所定のピッチＦＰで少なくとも２列以上配置されるとともに、各列の段方向のピッチをＳＰ、前記線ＦＬと風上前縁の２本の直線部とが成す角度をそれぞれα、βとしたとき、ＦＰ・ｃｏｓαおよびＦＰ・ｃｏｓβがＳＰ・１／４からＳＰ・３／４の範囲内に収まる配置構成となる。

よって、実施の形態１と同様、フィン素材板１９をピッチＦＰで順送りしながら単一の穿孔金型によって伝熱管挿通用の孔列をプレス形成する、という、単一金具を用いた単純工程による製造によって、空気の流れ方向、換言すると２列以上の複数の列方向に並ぶ伝熱管挿通用の孔１５、つまり伝熱管１０が、互いに重なることなく、略千鳥配置状態とすることができる。したがって、伝熱管挿通用の孔１５をプレス形成する穿孔金型は一つでよく、しかもフィン素材板１９は金型交換等することなく単純に順送りするだけで伝熱管挿通用の孔１５を連続的にプレス形成でき、工程も簡素化する。よって、伝熱管１０と空気との熱交換率を高めて熱交換効率を向上させつつ大幅なコストダウンを図ることが可能となり、安価で高効率な熱交換器とすることができる。

加えて、各一つ孔列フィン８０がそれぞれ独立しているので、一つ孔列フィン８０間での断熱が行われ、熱交換器の性能を効果的に向上させることができる。

以上、本発明に係る熱交換器と空気調和機について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれるものである。

例えば、熱交換器として、本実施の形態１〜６ではフィン８に形成する孔列を３列としたが、この孔１５は２列もしくは３列以上の複数列であってもよいものである。

また、本実施の形態２で説明した伝熱管１０のピッチＳＰは大小２種類としたが、前面側熱交換器６Ａに流入する空気の流速分布に応じて大中小等としてもよく、また、短いピッチＳＰ１での配列部分はフィン８の上部としたが、本体２の吸込み口３が前面側にも設けてあればこの前面側部分と上部の２箇所に設けてもよいものである。

また、本実施の形態７で説明した熱交換器の一つ孔列フィン８０は２つ並設した場合を例示したが、これは必要とされる熱交換器の能力に応じて適宜増やせばよいものである。

また、前記一つ孔列フィン８０で構成した本実施の形態７の熱交換器は、その前の実施の形態２〜６で説明した構成の一つもしくは複数を組み合わせて構成してもよく、これによって更に高効率かつ安価な熱交換器とすることができる。

また、空気調和機としては、本実施の形態では室内機と室外機が分離されているセパレート型の空気調和機で説明したが、これは一体型の空気調和機であってもよく、同様の効果が得られるものである。

以上説明したように、本発明にかかる熱交換器は、単一の金型で空気の流れ方向に重ならない伝熱管配列とすることができ、しかも金型交換等が不要となるので製造工程も単純化でき、高効率かつ安価な熱交換器とすることができる。そして、この熱交換器を用いた空気調和機は、安価で高性能な空気調和機とすることができる。よって、一般家庭で使用される空気調和機をはじめとして様々な空気調和機に広く適用できる。

１ 室内機
２ 本体
３ 吸込み口
４ 吹出し口
５ 送風機
６ 熱交換器
６Ａ 前面側熱交換器
６Ｂ 背面側熱交換器
８、９ フィン
１０ 伝熱管
１１ａ、１１ｂ 直線部
１２ａ、１２ｂ 直線部
１３、１４ 湾曲部
１５、１５ａ、１５ｂ 孔
１６、１７、１８ 切り起こし
１６ａ、１７ａ、１８ａ 第１切り起こし
１６ｂ、１７ｂ、１８ｂ 第２切り起こし
１９ フィン素材板
２０ 第２フィン部
２１ 熱交ブロック
２２ 第２熱交換器
８０ 一つ孔列フィン

Claims (12)

1. 多数のフィン群に伝熱管を挿通して構成した熱交換器であって、前記フィンは略くの字形状に形成され、前記熱交換器の風上となる前縁の２本の直線部の延長線の交差部分の角度および風下となる後縁の２本の直線部の延長線の交差部分の角度が同じ鈍角をなし、前記２本の直線の間を結ぶ１本の同じ形状の湾曲部が形成されていて、前記伝熱管が、風上前縁の２本の直線部の延長線の交点と風下後縁の２本の直線部の延長線の交点とを結ぶ線ＦＬに平行に、所定のピッチＦＰで少なくとも２列以上配置されるとともに、各列の段方向のピッチをＳＰ、前記線ＦＬと前記風上前縁の２本の直線部とが成す角度をそれぞれα、βとしたとき、ＦＰ・ｃｏｓαおよびＦＰ・ｃｏｓβがＳＰ・１／４からＳＰ・３／４の範囲内に収まる構成とした熱交換器。
2. 多数のフィン群に伝熱管を挿通して構成した熱交換器であって、前記フィンは略くの字形状に形成され、前記熱交換器の風上となる前縁の２本の直線部の延長線の交差部分の角度および風下となる後縁の２本の直線部の延長線の交差部分の角度が同じ鈍角をなし、前記２本の直線の間を結ぶ１本の同じ形状の湾曲部が形成されていて、前記伝熱管が１列に配置されおり、前記伝熱管が１列配置されたフィンを風上側から風下側に複数並設して、前記並設した各フィンの伝熱管が、風上前縁の２本の直線部の延長線の交点と風下後縁の２本の直線部の延長線の交点とを結ぶ線ＦＬに平行に、所定のピッチＦＰで少なくとも２列以上になるとともに、各列の段方向のピッチをＳＰ、前記線ＦＬと前記風上前縁の２本の直線部とが成す角度をそれぞれα、βとしたとき、ＦＰ・ｃｏｓαおよびＦＰ・ｃｏｓβがＳＰ・１／４からＳＰ・３／４の範囲内に収まる構成とした熱交換器。
3. 伝熱管は、段方向のピッチＳＰが少なくとも２種類以上の組み合わせからなる構成とした請求項１または２記載の熱交換器。
4. フィンは、フィン表面に複数の第１切起こし及び前記第１切起こしと交差する方向の第２切り起こしを設け、前記第１切起こし及び前記第２切り起こしはそれぞれ空気の流れ方向に開口する構成とした請求項１〜３のいずれか１項記載の熱交換器。
5. 伝熱管は、その外形状を大小２種類以上とした請求項１〜４のいずれか１項記載の熱交換器。
6. フィンは、風上前縁の２本の直線部の延長線の交差部分がなす角度と風下後縁の２本の直線部の延長線の交差部分がなす角度を同一とした請求項１〜５のいずれか１項記載の熱交換器。
7. フィンは、略くの字形状のフィンの端部に切り離し可能な第２フィン部を備えた構成とした請求項１〜６のいずれか１項記載の熱交換器。
8. フィンは、切り離した第２フィン部で構成した熱交ブロックを最外方に位置するフィンの風上側の前面もしくは背面に移載した請求項１〜７のいずれか１項記載の熱交換器。
9. 熱交換器の背面側に別体構成の第２熱交換器を組み合わせて構成した請求項１〜７のいずれか１項記載の熱交換器。
10. 吸込み口と吹出し口とを有する本体に収納された貫流型の送風機を備え、送風機の前面側に請求項１〜９のいずれか１項記載の熱交換器を配置した空気調和機。
11. 吸込み口は本体の上面部に設け、熱交換器は前記本体上面の吸込み口と対向する上部の伝熱管の段方向のピッチＳＰを他の部分の伝熱管の段方向のピッチＳＰより短い構成とした請求項１０記載の空気調和機。
12. 吸込み口は本体の上面部に設け、熱交換器は前記本体上面の吸込み口と対向するフィン上部に第２切り起こしを備えた構成とした請求項１０〜１１のいずれか１項記載の空気調和機。

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