JP3720177B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱交換器に係り、特に、縦置きタイプの強制対流型のフィン式熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフィン式熱交換器（以下、熱交換器という）としては、図１３に示すようなものが知られている。
【０００３】
図１３に示す熱交換器１は、スパイラルフィン式と呼ばれるもので、銅材または鉄材よりなり蛇行させた管材２の直管部３の周面にアルミニウム材または鉄材のフィン４をフィン巻き機によりフィン４の外周が円形となるように所定のピッチで巻き付けたのち、管材２とフィン４とをろう付けしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の熱交換器１は、フィン４の巻き付け作業が簡単ではなく、量産性に劣り、また、フィン巻き機の制約によりフィン４の外径は小さくできず、また、フィン４のピッチを細かくするのに限度がある。したがって、大きさのわりには放熱面積が小さい等の課題があった。
【０００５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、量産性に優れ、放熱面積が大きく、しかも、コンパクトであり熱交換効率のよい熱交換器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記従来の技術の課題を解決するため本発明の熱交換器は、蛇行状管材で形成される仮想平面が水平面に対して上下方向の成分をもつ方向をなすように蛇行状管材を設置し、フィンは、管材の直径よりも広幅で薄板細長帯形状のフィン部材で構成し、このフィン部材の管材との固着部には管材の外周面に対応する形状の半円筒形凹部をフィン部材の長手方向に形成するとともに、半円筒形凹部の両側は平板フィンとし、半円筒形凹部の長手方向に間隔をおいて切込んだ切込み片を半円筒形凹部のほぼ半径方向外側に立ち上げて立ち上げフィンを形成し、この立ち上げフィンが形成された第１のフィン部材と第２のフィン部材のうちの第１のフィン部材の半円筒形凹部内に管材の直管部を嵌合させるとともに、第２のフィン部材の半円筒形凹部を第１のフィン部材と反対の側で前記管材の直管部に嵌合させ、立ち上げフィン及び平板フィンの形成されたフィン部材を、平板フィンが蛇行状管材の前記仮想平面に角度をなすようにして管材に固着し、一方、前記仮想平面に対し角度をなしかつ前記平板フィン及び立ち上げフィンの面に沿った方向に第２の流体を送る流体送り手段を設けている。
【０００７】
前記平板フィンが前記蛇行状管材の仮想平面に対してなす角度、及び前記第２の流体の送り方向が前記仮想平面に対してなす角度はほぼ９０゜とすることができる。
【０００８】
また、前記平板フィンが前記蛇行状管材の仮想平面に対してなす角度、及び前記第２の流体の送り方向が前記仮想平面に対してなす角度は９０゜以外の角度とすることもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の熱交換器の一つの実施の形態を冷蔵庫に適用した場合について図１〜図１０を参照して説明する。
【００１０】
図１は、冷蔵庫用の熱交換器とその熱交換器のフィンに流体を送る流体送り手段としての送風機との関係を示す側面図、図２は、冷蔵庫用の熱交換器の全体を示す正面図、図３は図２の部分側面図、図４は図３の側面断面図であって、熱交換器１０は、管材１１と、フィン部材１２と、コネクター１３と、連結板１４と、流体送り手段としての送風機１５とを備えている。そして、管材１１の内部には図示しないコンプレッサによって第１の流体としての冷媒が管材入口Ｑから管材出口Ｒへ送られるとともに、第２の流体としての空気は、図１及び図４に矢印Ｓで示す方向（図２及び図３では紙面に対して垂直で裏面側から表面側への方向）から送風機１５により流入され、フィン部材１２を介して冷媒と熱交換するようになっている。
【００１１】
管材１１は、鋼管からなる複数、例えば、３つのユニットで構成されており、それぞれのユニットは、直管部１６を並列とし、それらを曲管部１７を介して連結し、蛇行するようにした蛇行状管材１１で構成されている。なお、各、蛇行状管材１１は、全体として平面状であって仮想平面１９（図１）を有している。この仮想平面１９は水平面に対して上下方向の成分をもつ方向、例えば縦方向（垂直方向）をなしている。また、管材１１の直管部１６は水平方向に延び、この直管部１６の外周には後述のフィン部材１２が固着されている。そして、３つの各ユニットは、図５に示すように直管部１６の両端にはめた縦方向の連結板１４により間隔をおいてそれらの仮想平面１９が平行をなすように連結されている。
【００１２】
連結板１４は、管材１１の装着部となる凹部２０を両縁部に沿ってピッチＰを１／２ずつずらして形成したもので、例えば鋼板からなり導風板として機能する。また、３つのユニットの端部間は後述のコネクター１３により連結されて連通させられている。
【００１３】
フィン部材１２は、図７に示すように第１のフィン部材２１と第２のフィン部材２２の２枚を対向させて構成されている。そして、第１のフィン部材２１及び第２のフィン部材２２共、例えば、鉄板よりなる。ここで、第１のフィン部材２１及び第２のフィン部材２２は、管材１１の直管部１６の直径よりも広幅の薄板細長帯形状で、その長さは管材１１の直管部１６の長さにほぼ相当する長さとされている。そして、フィン部材１２の幅の中央には長手方向に直管部１６の円筒形周面に対応する形状の半円筒形凹部２３が形成されており、この半円筒形凹部２３の両側からは平板フィン２４が張り出している。そして、半円筒形凹部２３を形成する半円筒部には、図３及び図６に示すように長手方向に、例えば、７ｍｍピッチでＵ字形状の切込み２５によって長方形状の切込み片が形成され、この切込み片を半円筒形凹部２３からほぼ半径方向外方へ立ち上げて立ち上げフィン２６が形成されている。
【００１４】
なお、立ち上げフィン２６の基端縁２７は、直管部１６の外形に相当する円弧状をなすため、立ち上げフィン２６は、図４及び図７に示すように、これに対応してフィンの幅方向に関して分割（本実施の形態では３分割）されている。そして、この立ち上げフィン２６は、図８及び図９に示すように空気流に対する接触をよくし、熱交換器１０の熱交換をよくするために、３分割された立ち上げフィン２６の管材１１の表面に対して立ち上がる角度（折り曲げ角度）をそれぞれ異なるようにして立設されている。また、平板フィン２４が管材１１と接触する部分には、図１０に示すように管材１１の表面に沿うように折曲された折曲部２８が形成されており、このようにしたことによりフィン部材１２と直管部１６の接触面積をより大きくすることができる。
【００１５】
なお、これらの立ち上げフィン２６及び折曲部２８の形成等は、すべてプレス加工により自動的に行なわれ、打ち抜き、切断、立設、そして、折曲等の工程が一つの工程で行なわれる。
【００１６】
以上のようにして形成された第１のフィン部材２１は、その半円筒形凹部２３内に管材１１の直管部１６を嵌合させ、この直管部１６に第１のフィン部材２１と全く同一の第２のフィン部材２２の半円筒形凹部２３を第１のフィン部材２１と反対の側から被せて、第１のフィン部材２１と第２のフィン部材２２で直管部１６を挟持し、２枚の重なった平板フィン２４の部分をスポット溶接（あるいはかしめ等）するか、または、各半円筒形凹部２３と直管部１６を直接スポット溶接することにより直管部１６とフィン部材１２とが固着される。
【００１７】
図４に示すように、各フィン部材１２の直管部１６に対する取り付けは、フィン部材の平板フィン２４が水平をなし、しかも蛇行状管材１１がもつ仮想平面１９に対して所定の角度（図４の場合にはほぼ９０゜）をなすようになされている。
【００１８】
なお、平板フィン２４の空気の流入側は、図１１に示すように、２つの蛇行状管材１１のユニットの平板フィン２４が互いに離れるように空気の流入方向Ｓに向かって開く方向に折曲してもよい。
【００１９】
コネクター１３は２つの蛇行状管材１１の端部を図４に示すように斜め方向に連結するものであって、鋼材をプレスし圧力損失をできるだけ少なくする滑らかなカーブ面を有するように形成されている。そして、このコネクター１３と連結板１４の管材１１嵌合用凹部２０のピッチＰと幅Ｔ（図５）を変えることにより蛇行状管材１１で構成される熱交換器１０の幅及び厚さを調整することができる。なお、コネクター１３はＵベンドの連結管により構成してもよい。
【００２０】
なお、蛇行状管材１１の仮想平面１９は、図１２に示すように、上下方向の成分をもつ方向の一例として、水平面に対して傾斜させるとともに各管材ユニットを互いに平行とすることにより熱交換器１０の高さを低くすることができる。この場合、空気は、図１２に矢印Ｓで示す方向から送られ、空気は仮想平面１９に対しては斜めに、平板フィン２４及び立ち上げフィン２６の面に対しては平行な方向に送られる。
【００２１】
熱交換器１０は、以上のように構成されているので、フィン部材１２，１２の直管部１６に対する組み付けが容易で量産性がよく、また、フィンのピッチは細かく、かつ、放熱面積は大きく（従来のフィン式熱交換器に比べ、同一仕様で約１．５倍増）とれるので、熱交換器は小型となる。
【００２２】
なお、本実施の形態では管材１１及びフィン部材１２は鋼材としたが、銅、アルミニウム等の伝熱性に優れた材質で構成してもよい。また、熱交換は空気によるものとしたが、水等の液体でもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フィン部材に半円筒形凹部と平板フィンを形成し、半円筒形凹部に切込んだ切込み片を立ち上げた立ち上げフィンを形成して、半円筒形凹部内に管材を嵌合させ、対向するフィン部材で管材を挟持して管材とフィン部材を固着するので、立ち上げフィンのピッチを細かくでき、したがって、放熱面積が多くとれ、熱交換性能のよい省エネルギーに適した熱交換器を提供することができる。そして、大きさも立ち上げフィンの数を多くすることで小型でコンパクトにできるので冷蔵庫の機械室の隅等の発熱の影響がない処に単体で設置することができる。
【００２４】
そして、各ユニットの蛇行状管材の仮想平面は水平面に対して上下方向の成分をもつ方向とされ、第２の流体は仮想平面に対し角度をなす方向で、かつ、平板フィン及び立ち上げフィンの面に沿って流れるので、第２流体に対する過大な抵抗がなく、機械室のコンプレッサ等も冷却することができる。
【００２５】
また、フィン部材で管材を挟持し、このフィン部材には平板フィンと立ち上げフィンを一工程のプレス加工で形成することができるので、生産性に優れるとともに組立てが容易で量産性に優れ、低コストの熱交換器とすることができる。さらに、蛇行状管材間のピッチ及び幅を自在に設定することができるとともに、蛇行状管材の段数も自在に設定することができる。
【００２６】
なお、仮想平面を第２の流体の送り方向に対して傾斜させることにより熱交換器の高さを低くすることができる。その上、熱交換器を単体で設置することによりリサイクル時の取外しが容易になる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態を示す熱交換器と流体供給手段との関係を示す側面図。
【図２】本発明の熱交換器の一つの実施の形態を示す正面図。
【図３】図２の部分拡大図。
【図４】図３のＡ−Ａ視部分側面断面図。
【図５】連結板の拡大平面図。
【図６】立ち上げフィン部分の拡大平面図。
【図７】立ち上げフィン部分の拡大正面図。
【図８】立ち上げフィンの立ち上がり角度を示す平面図。
【図９】図８のＢ視側面図。
【図１０】立ち上げフィンの管材との固着部分の拡大断面図。
【図１１】平板フィンの他の実施の形態を示す拡大側面断面図。
【図１２】蛇行状管材で形成される仮想平面を送風方向に対し斜めとした実施の形態を示す側面図。
【図１３】従来のスパイラルフィン式熱交換器の斜視図。
【符号の説明】
１０ 熱交換器
１１ 管材
１２ フィン部材
１３ コネクター
１４ 連結板
１５ 流体送り手段（送風機）
１６ 直管部
１７ 曲管部
１８ 蛇行状管材
１９ 仮想平面
２１ 第１のフィン部材
２２ 第２のフィン部材
２４ 平板フィン
２５ 切り込み
２６ 立ち上げフィン

Claims (3)

1. 複数の直管部を配列し、これらの直管部の隣接する端部間に直管部に対して横方向に連結される曲管部を有する蛇行状管材と、この蛇行状管材のそれぞれの直管部の表面に軸線方向にほぼ直交する方向に設けられるフィンとを備え、内部に第１の流体を流通させる熱交換器において、前記蛇行状管材で形成される仮想平面が、水平面に対して上下方向の成分をもつ方向をなすように蛇行状管材を設置し、フィンは、管材の直径よりも広幅で薄板細長帯形状のフィン部材で構成し、このフィン部材の管材との固着部には管材の外周面に対応する形状の半円筒形凹部をフィン部材の長手方向に形成するとともに、半円筒形凹部の両側は平板フィンとし、半円筒形凹部の長手方向に間隔をおいて切込んだ切込み片を半円筒形凹部のほぼ半径方向外側に立ち上げて立ち上げフィンを形成し、この立ち上げフィンが形成された第１のフィン部材と第２のフィン部材のうちの第１のフィン部材の半円筒形凹部内に管材の直管部を嵌合させるとともに、第２のフィン部材の半円筒形凹部を第１のフィン部材と反対の側で前記管材の直管部に嵌合させ、立ち上げフィン及び平板フィンの形成されたフィン部材を、平板フィンが蛇行状管材の前記仮想平面に角度をなすようにして管材に固着し、一方、前記仮想平面に対し角度をなしかつ前記平板フィン及び立ち上げフィンの面に沿った方向に第２の流体を送る流体送り手段を設けたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記平板フィンが前記蛇行状管材の仮想平面に対してなす角度、及び前記第２の流体の送り方向が前記仮想平面に対してなす角度がほぼ９０゜である請求項１記載の熱交換器。
3. 前記平板フィンが前記蛇行状管材の仮想平面に対してなす角度、及び前記第２の流体の送り方向が前記仮想平面に対してなす角度が９０゜以外の角度である請求項１記載の熱交換器。

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