JP2022045108A - 熱交換器、及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィンの開口に多穴管を挿入する際の抵抗を低減することができる熱交換器を提供する。【解決手段】複数の冷媒流路３０が並べて形成された多穴管２６と、多穴管２６が挿入される開口２８を有する板状のフィン２７とを備えている熱交換器であって、フィン２７は、開口２８の周縁を起点として延びるスリット３１，３２を有している。【選択図】図３

Description

本開示は、熱交換器、及び冷凍装置に関する。

従来、空気調和機の熱交換器として、熱交換効率が高く、小形化・軽量化が可能なマイクロチャネル式の熱交換器が知られている。このマイクロチャネル式の熱交換器は、内部に複数の流路が並べて形成された多穴管と、多穴管が取り付けられたフィンとを備え、各流路を流れる冷媒と、フィンと接触しながら流れる空気との間で熱交換が行われる。例えば、特許文献１に開示された熱交換器は、フィンに形成された開口に多穴管を挿入し、フィンと多穴管とをろう付けすることによって製造される。

特開平１０－７８２９６号公報

上記のような熱交換器においては、熱交換性能の向上のため、フィンと多穴管との接触面積を大きくすることが望まれるが、接触面積が大きくなるほどフィンの開口に多穴管を挿入する際の抵抗が大きくなってしまう。

本開示は、フィンの開口に多穴管を挿入する際の抵抗を低減することができる熱交換器、及び冷凍装置を提供することを目的とする。

（１）本開示は、複数の冷媒流路が並べて形成された多穴管と、前記多穴管が挿入される開口を有する板状のフィンと、を備えている熱交換器であって、
前記フィンは、前記開口の周縁を起点として延びるスリットを有している。

上記構成の熱交換器によれば、フィンの開口に多穴管を挿入するとき、スリットの近傍でフィンが弾性変形しやすくなり、多穴管の挿入抵抗を低減することができる。

（２）好ましくは、前記開口が、前記多穴管の前記複数の冷媒流路が並ぶ方向である第１方向に長手に形成され、
前記スリットは、前記開口の前記第１方向の端部に設けられた第１スリットを含む。
この構成によれば、フィンの開口に多穴管を挿入するとき、多穴管の第１方向の端部が開口の周縁に引っ掛かることによる挿入抵抗を低減することができる。

（３）好ましくは、前記フィンは、前記開口の周縁から前記フィンの板面に交差する方向へ屈曲された第１屈曲片及び第２屈曲片を有しており、
前記第１屈曲片と前記第２屈曲片とが、前記第１スリットを挟んで配置されている。
この構成によれば、屈曲片が形成されている部分であってもフィンを弾性変形しやすくすることができる。

（４）好ましくは、前記第１スリットは、前記開口の前記第１方向の両端部に設けられている。

（５）好ましくは、前記スリットは、前記第１スリットとは異なる方向に延びる第２スリットを含む。
この構成によれば、第１スリット及び第２スリットによって、フィンの開口に多穴管を挿入する際の抵抗をより低減することができる。

（６）好ましくは、前記開口の周縁が、前記開口の前記第１方向の端部において半円形状に形成された湾曲部を有しており、
前記冷媒流路が延びる方向を第２方向、前記第１方向及び前記第２方向に直交する方向を第３方向としたとき、
前記第１スリットが、前記第３方向における前記湾曲部の中央から延び、
前記第２スリットが、前記第３方向における前記湾曲部の端から延びる。
この構成によれば、第１スリットと第２スリットとの間においてフィンがより弾性変形しやすくなり、フィンの開口に多穴管を挿入する際の挿入抵抗をより低減することができる。

（７）本開示の冷凍装置は、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の熱交換器を備えている。

第１の実施形態に係る熱交換器を備えた冷凍装置の内部を上方から見た概略的な平面図である。 熱交換器の概略的な正面図である。 図２のＡ－Ａ矢視断面図である。 図３のＢ－Ｂ矢視図である。 フィンの一部を拡大して示す斜視図である。 フィンの一部を拡大して示す側面図である。 図６のＣ－Ｃ矢視断面図である。 第２の実施形態におけるフィンの一部を拡大して示す側面図である。 図８のＤ－Ｄ矢視断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態を詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る熱交換器を備えた冷凍装置の内部を上方から見た概略的な平面図である。
本実施形態の冷凍装置は、空気調和機１０である。この空気調和機１０は、室外機と室内機とに分離されたセパレートタイプであり、図１には室外機１１が示されている。室外機１１は、筐体１２を備えている。筐体１２は、直方体形状に形成され、平面視で矩形状に形成されている。筐体１２の内部は、区画壁１３によって機械室Ｓ１と、熱交換室Ｓ２とに区画されている。

筐体１２の機械室Ｓ１には、圧縮機１４等が収容されている。筐体１２の熱交換室Ｓ２には、熱交換器１５及びファン１６等が収容されている。

熱交換室Ｓ２側に配置された筐体１２の２つの隣接する側壁１２ａ，１２ｂには、空気取入口１２ａ１，１２ｂ１が形成されている。ファン１６は、空気取入口１２ｂ１が形成された一方の側壁１２ｂに隣接した他の側壁１２ｃに対向して配置されている。この側壁１２ｃには、空気吹出口１２ｃ１が形成されている。ファン１６が作動すると、空気取入口１２ａ１，１２ｂ１から筐体１２内に空気が取り入れられ、空気吹出口１２ｃ１から空気が排出される。なお、図１には、筐体１２に取り入れられる空気の流れの方向を符号「ａ」で示している。

本実施形態の熱交換器１５は、平面視でＬ字形状に形成されている。熱交換器１５は、空気取入口１２ａ１，１２ｂ１が形成された２つの側壁１２ａ，１２ｂの間の角部１２ｅの付近で屈曲し、２つの側壁１２ａ，１２ｂに沿って配置されている。ただし、熱交換器１５は、室内機の形式や構造に応じて適宜変更することができ、平面視でＵ字形状に形成されたものや一直線状に形成されたものであってもよい。

図２は、熱交換器１５の概略的な正面図である。
熱交換器１５は、マイクロチャネル型の熱交換器である。熱交換器１５は、一対のヘッダ２１，２２、伝熱管２６、及びフィン群２４を有している。これらはアルミニウム又はアルミニウム合金により形成されている。

ヘッダ２１，２２は、その長手方向を上下方向に向けた状態で配置されている。一対のヘッダ２１，２２は、ガス側ヘッダ２１及び液側ヘッダ２２からなる。ガス側ヘッダ２１には、ガス状の冷媒が流入する。液側ヘッダ２２には液状の冷媒が流入する。

伝熱管２６は、上下方向に並べて多数設けられている。伝熱管２６の一端はガス側ヘッダ２１に接続され、伝熱管２６の他端は液側ヘッダ２２に接続されている。フィン群２４は、伝熱管２６の長手方向に並べられた多数の板状のフィン２７（図３参照）からなる。

図３は、図２のＡ－Ａ矢視断面図である。図４は、図３のＢ－Ｂ矢視図である。
図３に示すように、伝熱管２６は、内部に複数の冷媒流路３０を有する多穴管により構成されている。以下、伝熱管２６のことを多穴管ともいう。複数の冷媒流路３０は、空気流方向ａに沿って一列に並べて形成されている。伝熱管２６の断面形状は、複数の冷媒流路３０が並ぶ方向である空気流方向ａに長手に形成されている。したがって、伝熱管２６は、上下方向の長さ（厚さ）Ｌ１よりも空気流方向ａの長さＬ２が大きい扁平管である。

以下の説明では、複数の冷媒流路３０が並ぶ方向を第１方向Ｘといい、冷媒流路３０が延びる方向を第２方向Ｙ（図２参照）といい、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに直交する方向を第３方向Ｚという。本実施形態では、第３方向Ｚが上下方向に向けられている。

図３に示すように、第３方向Ｚにおける多穴管２６の端面２６ｂ，２６ｃ、言い換えると、多穴管２６の上面２６ｂ及び下面２６ｃは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに沿った平坦面である。第１方向Ｘにおける多穴管２６の両端面２６ａは、断面が半円形状に湾曲した湾曲面である。

フィン２７は、多穴管２６よりも第１方向Ｘに長く形成され、上下方向に間隔をあけて配置された多数の開口２８を有している。各開口２８には多穴管２６が挿入されている。フィン２７と多穴管２６とはろう付けによって接合されている。なお、図４には、１枚のフィン２７のみが示されているが、実際には、図４に示すフィン２７が第２方向Ｙに多数並べられる。

（フィン２７の具体的構造）
図５は、フィン２７の一部を拡大して示す斜視図である。図６は、フィン２７の一部を拡大して示す側面図である。図７は、図６のＣ－Ｃ矢視断面図である。
フィン２７に形成された開口２８は、第１方向Ｘに長手に形成されている。開口２８は、図６に示すように、第１方向Ｘに沿った基準線Ｃ１を中心として第３方向Ｚに対称形状に形成されている。開口２８は、第３方向Ｚに沿った基準線Ｃ２を中心として、第１方向Ｘに対象形状に形成されている。したがって、基準線Ｃ１は、開口２８の第３方向Ｚにおける中心Ｃ１を示し、基準線Ｃ２は、開口２８の第１方向Ｘにおける中心Ｃ２を示す。

図３～図６に示すように、開口２８の周縁には、一対の湾曲部３３と、一対の直線部３６とが設けられている。一対の湾曲部３３は、開口２８の第１方向Ｘの両端に設けられている。一対の湾曲部３３は、多穴管２６の第１方向Ｘの両端面２６ａに対応して半円形状に形成されている。一対の湾曲部３３の曲率半径は、多穴管２６の両端面２６ａの曲率半径と同一又は当該両端面２６ａの曲率半径より僅かに大きい。また、開口２８の第１方向Ｘの長さは、多穴管２６の第１方向Ｘの長さＬ２と同一又は当該長さＬ２よりも僅かに大きい。

図５～図７に示すように、一対の直線部３６は、開口２８の第１方向Ｘの中間部であって第３方向Ｚの両側に設けられている。一対の直線部３６は、第１方向Ｘに沿って配置され、多穴管２６の第３方向Ｚにおける両端面（上面２６ｂ及び下面２６ｃ）に接触する（図４参照）。この直線部３６の詳細については後述する。

フィン２７には、開口２８の周縁を起点として延びる複数のスリット３１，３２が形成されている。具体的にスリット３１，３２は、互いに異なる方向に延びる第１スリット３１及び第２スリット３２を含む。

第１スリット３１は、開口２８の第１方向Ｘの両端部に設けられている。具体的に、第１スリット３１は、図６に示すように、開口２８の中心Ｃ１上において湾曲部３３を起点として第１方向Ｘに延びている。言い換えると、第１スリット３１は、第３方向Ｚにおける湾曲部３３の中央Ｐ１から第１方向Ｘに延びている。

第２スリット３２は、第３方向Ｚにおける湾曲部３３の両端Ｐ２から第３方向Ｚに延びている。したがって、第２スリット３２は、開口２８の周縁の４箇所に設けられている。第１スリット３１が延びる方向と第２スリット３２が延びる方向とは、互いに直交している。

直線部３６は、第１方向Ｘに並ぶ２つの第２スリット３２の間に形成されている。直線部３６は、フィン２７における２つの第２スリット３２の間の部分を、２つの第２スリット３２の終端Ｐ３を結ぶ線分３６ｂにおいて折り曲げることによって構成されている。以下、線分３６ｂを、「折曲部」ともいう。

図７に示すように、直線部３６は、フィン２７の板面に対して９０°未満の角度で立ち上がっている。直線部３６の先端部３６ａは、円弧状に湾曲されている。この先端部３６ａの湾曲された面が多穴管２６の上面２６ｂ及び下面２６ｃに接触する。

図６及び図７に示すように、開口２８に多穴管２６が挿入されていない状態では、第３方向Ｚにおける両側の直線部３６の間隔Ｌ３は、多穴管２６の第３方向Ｚの厚さＬ１よりも小さい。そのため、開口２８に多穴管２６が挿入されると、各直線部３６が折曲部３６ｂにおいて弾性変形し、第３方向Ｚの両側の直線部３６の間隔Ｌ３が多穴管２６の厚さＬ１にまで拡大する。これにより、直線部３６を多穴管２６に密着させながら、容易に開口２８に多穴管２６を挿入することができる。

開口２８の湾曲部３３には、フィン２７の板面に垂直な第２方向Ｙに折り曲げられた第１屈曲片３４及び第２屈曲片３５が設けられている。第１屈曲片３４及び第２屈曲片３５は、第１スリット３１を挟んで第３方向Ｚの両側に設けられている。言い換えると、第１屈曲片３４と第２屈曲片３５とは、第１スリット３１によって第３方向Ｚに分断されている。第１屈曲片３４と第２屈曲片３５とは、第２方向Ｙにおいて同じ方向に同じ高さで屈曲している。第１屈曲片３４及び第２屈曲片３５は、第２方向Ｙにおいてフィン２７の板面から直線部３６と同じ方向に突出している。第２方向Ｙにおいてフィン２７の板面からの第１屈曲片３４及び第２屈曲片３５の突出量は、フィン２７の板面からの直線部３６の突出量よりも小さい。第１屈曲片３４及び第２屈曲片３５は、開口２８に多穴管２６を挿入するときに、多穴管２６をガイドする機能を有する。

なお、図３に示すように、多穴管２６は、例えば、第１方向Ｘの長さＬ１を約１４．２ｍｍ、第３方向Ｚの長さを約２ｍｍとすることができる。フィン２７は、第１方向Ｘにおける開口２８の端部からフィン２７の端部までの長さＬ３を約２．３ｍｍ、第１スリット３１の長さＬ４を約１．０ｍｍとすることができる。長さＬ３と長さＬ４との関係は、例えば、Ｌ４≦Ｌ３／２とすることができる。

［本実施形態の作用効果］
（１）上記実施形態の熱交換器１５は、複数の冷媒流路３０が並べて形成された多穴管２６と、多穴管２６が挿入される開口２８を有する板状のフィン２７とを備えている。フィン２７は、開口２８の周縁を起点として延びるスリット３１，３２を有している。そのため、フィン２７の開口２８に多穴管２６を挿入するとき、多穴管２６が開口２８の周縁に接触することでフィン２７がスリット３１，３２の近傍（湾曲部３３）で弾性変形しやすくなる。そのため、多穴管２６の挿入抵抗を低減することができる。なお、開口２８の周縁に多穴管２６が接触することによるフィン２７の弾性変形は一時的であり、多穴管２６を挿入した後は、フィン２７は弾性復帰することによって元の形状に戻るようになっている。

（２）上記実施形態において、開口２８は、多穴管２６の複数の冷媒流路３０が並ぶ方向である第１方向Ｘに長手に形成され、スリットは、開口２８の第１方向Ｘの端部に設けられた第１スリット３１を含む。そのため、フィン２７の開口２８に多穴管２６を挿入するとき、多穴管２６の第１方向Ｘの端部における挿入抵抗を低減することができる。

なお、フィン２７の開口２８に多穴管２６を挿入する作業は、第１方向Ｘを上下方向に向けて行われることがあり、この場合、下側に位置する開口２８の端部（湾曲部）３３に多穴管２６が強く接触し、多穴管２６の挿入抵抗がより大きくなる。したがって、開口２８の第１方向Ｘの端部に第１スリット３１を設けることによって当該端部においてフィン２７を弾性変形しやすくし、多穴管２６の挿入抵抗を適切に低減することができる。

（３）上記実施形態において、フィン２７は、開口２８の周縁からフィン２７の板面に交差する方向へ屈曲された第１屈曲片３４及び第２屈曲片３５を有しており、第１屈曲片３４と第２屈曲片３５とは、第１スリット３１を挟んで配置されている。フィン２７に屈曲片が設けられる場合、当該屈曲片の近傍においてはフィン２７の強度が高くなり、多穴管２６を挿入するときのフィン２７の弾性変形が困難になる。上記実施形態においては、第１屈曲片３４と第２屈曲片３５との間に第１スリット３１が配置され、当該第１スリット３１によって第１屈曲片３４と第２屈曲片３５とが分断された状態となるので、フィン２７に屈曲片３４，３５が形成されていたとしてもフィン２７を弾性変形しやすくすることができる。

（４）上記実施形態において、第１スリット３１は、開口２８の第１方向Ｘの両端部に設けられている。そのため、フィン２７の開口２８に多穴管２６を挿入するとき、多穴管２６の第１方向Ｘのどちらの端部が開口２８に接触したとしても、フィン２７を弾性変形しやすくすることができる。

なお、上述したように、フィン２７の開口２８に多穴管２６を挿入する作業は、第１方向Ｘを上下方向に向けて行われることがあり、この場合、下側に位置する開口２８の端部（湾曲部）３３で多穴管２６が強く接触する。そのため、第１方向Ｘにおける開口２８の一方側の端部のみに第１スリット３１を形成し、当該スリット３１が形成された開口２８の一方側の端部を下側にした状態で多穴管２６を挿入することで、多穴管２６の挿入抵抗を効果的に低減することができる。

（５）上記実施形態において、スリットは、第１スリット３１とは異なる方向に延びる第２スリット３２を含む。そのため、第１スリット３１及び第２スリット３２の双方によって、フィン２７の開口２８に多穴管２６を挿入する際の挿入抵抗をより低減することができる。

（６）上記実施形態において、開口２８の周縁は、開口２８の第１方向Ｘの端部において半円形状に形成された湾曲部３３を有し、第１スリット３１が、第３方向Ｚにおける湾曲部３３の中央Ｐ１から延び、第２スリット３２が、第３方向Ｚにおける湾曲部３３の端Ｐ２から延びている。そのため、湾曲部３３の第１スリット３１と第２スリット３２とに挟まれた部分でフィン２７がより弾性変形しやすくなり、フィン２７の開口２８に多穴管２６を挿入するときの挿入抵抗をより低減することができる。

［第２の実施形態］
図８は、第２の実施形態におけるフィン２７の一部を拡大して示す側面図である。図９は、図８のＤ－Ｄ矢視断面図である。
本実施形態のフィン２７は、直線部３６の構成が第１の実施形態とは異なる。本実施形態の直線部３６は、第１方向Ｘに並ぶ２つの第２スリット３２の終端を結ぶ線分で折り曲げられていない。直線部３６には、フィン２７の板面に対して垂直に屈曲された第３屈曲片３８が設けられている。この第３屈曲片３８は、湾曲部３３に形成された第１屈曲片３４及び第２屈曲片３５と同じ方向に同じ高さで屈曲している。第３屈曲片３８は、湾曲部３３に形成された第１屈曲片３４及び第２屈曲片３５と同様に、開口２８に多穴管２６を挿入するときのガイドとして機能する。本実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

なお、本開示は、以上の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。
例えば、フィン２７の開口２８の周縁には、屈曲片３４，３５，３８が形成されていなくてもよい。フィン２７には、第１スリット３１、第２スリット３２の一方のみが形成されていてもよい。フィン２７には、開口２８の第１方向Ｘの一方の端部のみに第１スリット３１または第２スリット３２を形成してもよい。フィン２７には、第１スリット３１及び第２スリット３２以外のスリットが形成されていてもよい。

１０ ：空気調和機（冷凍装置）
１５ ：熱交換器
２６ ：多穴管
２７ ：フィン
２８ ：開口
３０ ：冷媒流路
３１ ：第１スリット
３２ ：第２スリット
３３ ：湾曲部
３４ ：第１屈曲片
３５ ：第２屈曲片
３８ ：第３屈曲片
Ｐ１ ：湾曲部の中央
Ｐ２ ：湾曲部の端
Ｘ ：第１方向
Ｙ ：第２方向
Ｚ ：第３方向

Claims (7)

1. 複数の冷媒流路（３０）が並べて形成された多穴管（２６）と、前記多穴管（２６）が挿入される開口（２８）を有する板状のフィン（２７）と、を備えている熱交換器であって、
   前記フィン（２７）は、前記開口（２８）の周縁を起点として延びるスリット（３１，３２）を有している、熱交換器。
2. 前記開口（２８）が、前記多穴管（２６）の前記複数の冷媒流路（３０）が並ぶ方向である第１方向（Ｘ）に長手に形成され、
   前記スリット（３１，３２）は、前記開口（２８）の前記第１方向（Ｘ）の端部に設けられた第１スリット（３１）を含む、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記フィン（２７）は、前記開口（２８）の周縁から前記フィン（２７）の板面に交差する方向へ屈曲された第１屈曲片（３４）及び第２屈曲片（３５）を有しており、
   前記第１屈曲片（３４）と前記第２屈曲片（３５）とが、前記第１スリット（３１）を挟んで配置されている、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記第１スリット（３１）は、前記開口（２８）の前記第１方向（Ｘ）の両端部に設けられている、請求項２又は３に記載の熱交換器。
5. 前記スリット（３１，３２）は、前記第１スリット（３１）とは異なる方向に延びる第２スリット（３２）を含む、請求項２～４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 前記開口（２８）の周縁が、前記開口（２８）の前記第１方向（Ｘ）の端部において半円形状に形成された湾曲部（３３）を有しており、
   前記冷媒流路（３０）が延びる方向を第２方向（Ｙ）、前記第１方向（Ｘ）及び前記第２方向（Ｙ）に直交する方向を第３方向（Ｚ）としたとき、
   前記第１スリット（３１）が、前記第３方向（Ｚ）における前記湾曲部（３３）の中央（Ｐ１）から延び、
   前記第２スリット（３２）が、前記第３方向（Ｚ）における前記湾曲部（３３）の端（Ｐ２）から延びる、請求項５に記載の熱交換器。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の熱交換器（１５）を備えている冷凍装置。
   

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