JP4388994B1 - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】パラレルフロー型熱交換器の複数の偏平チューブの中で最も外側に位置する偏平チューブの、外側に向いた偏平面にコルゲートフィンを取り付けるに際し、その外側に保護用のサイドプレートやサイドシートを設けなくて済むようにする。
【解決手段】熱交換器１Ａは、間隔を置いて平行に配置された２本のヘッダパイプ２、３と、ヘッダパイプ２、３の間に複数配置され、内部に設けた冷媒通路５をヘッダパイプ２、３の内部に連通させた偏平チューブ４と、偏平チューブ４同士の間に配置されたコルゲートフィン６を備える。複数の偏平チューブ４の中で最も外側に位置する偏平チューブ４の、外側に向いた偏平面には、襞が鎧戸状に重なる形状の最外側コルゲートフィン６ａが取り付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明はパラレルフロー型の熱交換器に関する。

複数のヘッダパイプの間に複数の偏平チューブを配置して偏平チューブ内部の複数の冷媒通路をヘッダパイプの内部に連通させるとともに、偏平チューブ間にコルゲートフィン等のフィンを配置したパラレルフロー型の熱交換器はカーエアコンや建物用空気調和機の室外側ユニットなどに広く利用されている。

従来のパラレルフロー型熱交換器の一例を図１０に示す。図１０では紙面上側が垂直方向の上側、紙面下側が垂直方向の下側となる。熱交換器１は、２本の水平なヘッダパイプ２、３を垂直方向に間隔を置いて平行に配置し、ヘッダパイプ２、３の間に複数の垂直な偏平チューブ４を水平方向に所定ピッチで配置する。偏平チューブ４は金属を押出成型した細長い成型品であり、内部には冷媒を流通させる冷媒通路５が形成されている。偏平チューブ４は長手方向である押出成型方向を垂直にする形で配置されるので、冷媒通路５の冷媒流通方向も垂直になる。冷媒通路５は断面形状及び断面面積の等しいものが図９の奥行き方向に複数個並び、そのため偏平チューブ４の水平断面はハーモニカ状を呈している。各冷媒通路５はヘッダパイプ２、３の内部に連通する。隣り合う偏平チューブ４同士の間にはコルゲートフィン６が配置される。

ヘッダパイプ２と３、偏平チューブ４、及びコルゲートフィン６はいずれもアルミニウム等熱伝導の良い金属からなり、偏平チューブ４はヘッダパイプ２、３に対し、コルゲートフィン６は偏平チューブ４に対し、それぞれロウ付けまたは溶着で固定される。

図１０に示す熱交換器１は、いわゆるダウンフローのパラレルフロー型熱交換器である。上下のヘッダパイプ２、３の間に長手方向を上下方向とする多数の偏平チューブ４を設け、偏平チューブ４間にコルゲートフィン６を設けた構造であるから、熱交換器１の放熱（吸熱）面積は大きく、効率的に熱交換を行うことができる。下側のヘッダパイプ３には一端に冷媒出入口７が設けられ、上側のヘッダパイプ２には冷媒出入口７と対角をなす一端に冷媒出入口８が設けられている。なお、ここに示した冷媒出入口７と冷媒出入口８の位置関係は一例であって、これに限定されるものではない。例えば、ヘッダパイプ２が両端２箇所に冷媒出入口８を備える構成も可能である。

図１０の実線矢印は熱交換器１を蒸発器として使用する場合を示しており、冷媒は下側のヘッダパイプ３の冷媒出入口７から流入し、上側のヘッダパイプ２の冷媒出入口８から流出する。すなわち冷媒は下から上に流れる。熱交換器１を凝縮器として使用する場合には冷媒の流れが逆になり、冷媒は、図１０に点線矢印で示すように、上側のヘッダパイプ２の冷媒出入口８から流入し、下側のヘッダパイプ３の冷媒出入口７から流出する。すなわち冷媒は上から下に流れる。

図１０の熱交換器１は、コルゲートフィンの設置箇所を偏平チューブ４同士の間に限っており、複数の偏平チューブ４の中で、最も外側に位置する偏平チューブ４の、外側に向いた面にはコルゲートフィンは取り付けられていない。しかしながら、この面にコルゲートフィンを取り付けることもしばしば行われる。特許文献１〜３にその例を見ることができる。

特許文献１記載の熱交換器は、偏平チューブを水平にしたパラレルフロー型熱交換器であって、最外側の偏平チューブの外側に向いた偏平面にもコルゲートフィンが取り付けられており、この最外側のコルゲートフィンの外側にはフィン保護用のサイドプレートが配置されている。

特許文献２記載の熱交換器も偏平チューブを水平にしたパラレルフロー型熱交換器であって、最外側の偏平チューブの外側に向いた偏平面にコルゲートフィンが取り付けられ、この最外側のコルゲートフィンの外側に、偏平チューブとコルゲートフィンを交互に積層して構成したコア部を補強するためのサイドプレートが配置されている。

特許文献３記載の熱交換器も偏平チューブを水平にしたパラレルフロー型熱交換器であって、両端におけるコルゲートフィンの外部にサイドシートがロウ付けされている。
特開平５−７９７８８号公報 特開２００６−６４１９４号公報 特開２００７−１３９３７６号公報

パラレルフロー型熱交換器において、複数の偏平チューブの中で最も外側に位置する偏平チューブの、外側に向いた偏平面にコルゲートフィンを取り付けると、放熱（吸熱）面積が増大し、熱交換器の性能が向上する。ところで、そのコルゲートフィンの谷部、すなわち偏平チューブに固定されている箇所に先端の尖った物体が当たると、コルゲートフィンのみならず、偏平チューブにも傷がつき、冷媒洩れが起きる可能性がある。このため、従来この箇所にコルゲートフィンを配置したものは、いずれもその外側に保護板（上記特許文献のサイドプレートやサイドシート）を配置したり、保護フィルムを貼り付けたりして、偏平チューブの保護を図っていた。しかしながら保護板や保護フィルムを設けるとそれだけ部品点数が増え、コストアップとなる。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、パラレルフロー型熱交換器の複数の偏平チューブの中で最も外側に位置する偏平チューブの、外側に向いた偏平面にコルゲートフィンを取り付けるに際し、その外側に保護板や保護フィルムを設けなくて済むようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、間隔を置いて平行に配置された複数のヘッダパイプと、前記複数のヘッダパイプの間に複数配置され、内部に設けた冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた偏平チューブと、前記偏平チューブ同士の間に配置されたコルゲートフィンと、前記複数の偏平チューブの中で最も外側に位置する偏平チューブの、外側に向いた偏平面に取り付けられる最外側コルゲートフィンとを備えた熱交換器において、前記最外側コルゲートフィンを、襞同士が鎧戸状に重なる形状としたことを特徴としている。

この構成によると、最外側コルゲートフィンに先端の尖った物体が接近しても、鎧戸状に重なった襞のため、最外側コルゲートフィンを突き抜けることは困難である。そのため、保護板（サイドプレートやサイドシート）や保護フィルムを設けなくても偏平チューブを十分に保護することができる。

上記構成の熱交換器において、前記複数の偏平チューブが長手方向を上下方向として配置されている場合には、前記最外側コルゲートフィンは襞が斜め下方向に延びていることが好ましい。

このような構成にすれば、最外側コルゲートフィンに付着した結露水や除霜水は傾斜した襞の表面を襞先端まで流下し、そこから滴り落ちるから、最外側コルゲートフィンの襞の間に水が滞留して空気の流通を妨げることが少ない。

上記構成の熱交換器において、前記複数の偏平チューブは長手方向を水平方向として配置され、前記最外側コルゲートフィンのうち、少なくとも最下側コルゲートフィンを襞同士が鎧戸状に重なる形状とされていることが好ましい。

このような構成にすれば、パラレルフロー型熱交換器をサイドフローの配置で用いるとき、最下側コルゲートフィンに先端の尖った物体が接近しても、鎧戸状に重なった襞のため、最下側コルゲートフィンを突き抜けることは困難である。そのため、保護板（サイドプレートやサイドシート）や保護フィルムを廃止しても偏平チューブを十分に保護することができる。また、最下側コルゲートフィンに付着した結露水や除霜水は、傾斜した襞の表面を襞先端まで流下し、そこから滴り落ちるものであり、保護板や保護フィルムにせき止められることがないから、排水性が改善される。

本発明によると、最外側コルゲートフィンを鎧戸状としたことにより、それが取り付けられた偏平チューブを保護板や保護フィルムに頼ることなく保護することができる。その結果、保護板や保護フィルムを省いて部品コストを低減することが可能となる。

以下本発明の第１実施形態を図１に基づき説明する。図１はパラレルフロー型熱交換器の概略構造を示す垂直断面図である。なお図９に示した従来構造と共通する構成要素には図９で用いたのと同じ符号を付し、説明は省略する。

第１実施形態の熱交換器１Ａは、ダウンフローで用いられており、ヘッダパイプ２、３は水平にされ、偏平チューブ４は長手方向を上下方向として配置されている。複数が１列に並んだ偏平チューブ４の中で、最も外側に位置する偏平チューブ４の、外側に向いた偏平面には、最外側コルゲートフィン６ａが取り付けられる。最外側コルゲートフィン６ａはアルミニウム等熱伝導の良い金属からなり、偏平チューブ４に対しロウ付けまたは溶着で固定される。

図１の実線矢印は熱交換器１を蒸発器として使用する場合を示しており、冷媒は下側のヘッダパイプ３の冷媒出入口７から流入し、上側のヘッダパイプ２の冷媒出入口８から流出する。すなわち冷媒は下から上に流れる。熱交換器１を凝縮器として使用する場合には冷媒の流れが逆になり、冷媒は、図１に点線矢印で示すように、上側のヘッダパイプ２の冷媒出入口８から流入し、下側のヘッダパイプ３の冷媒出入口７から流出する。すなわち冷媒は上から下に流れる。

最外側コルゲートフィン６ａは、襞が偏平チューブ４の長手方向において同じ方向に寝かせられ、襞同士が重なり合っている。すなわち、襞同士が鎧戸状に重なり合っている。
襞を寝かせない場合、最外側コルゲートフィン６ａの厚さは、最も薄い部分でコルゲートフィンの素材板１枚分の厚さしかない。襞を寝かせて重なり合わせることにより、素材板１枚分の厚さしかない箇所を極力減らすことができる。このようにしておけば、先端の尖った物体が最外側コルゲートフィン６ａに横から接近しても、襞が重なり合った部分に接触する可能性が高くなる。そして襞が重なり合った部分に接触した、先端の尖った物体は、襞の重なりにより阻止され、最外側コルゲートフィン６ａを突き抜けにくくなる。このため、従来最外側の偏平チューブ４を保護するために必要であったサイドプレートやサイドシートといった部品は必要でなくなり、部品コストを低減することができる。

最外側コルゲートフィン６ａを鎧戸状にすることについては、あらかじめその形にしたものを偏平チューブ４に取り付けてもよく、あるいは偏平チューブ４間のコルゲートフィン６と同じ形状のものを偏平チューブ４に取り付け、その後襞をドミノ倒しのように一方向になぎ倒して寝かせてもよい。

前述の通り、第１実施形態の熱交換器１Ａはダウンフローで用いられ、偏平チューブ４は長手方向を上下方向として配置されている。そして最外側コルゲートフィン６ａは、襞が斜め下方向に延びるように取り付けられている。このようにしておけば、最外側コルゲートフィン６ａに付着した結露水や除霜水は傾斜した襞の表面を襞先端まで流下し、そこから滴り落ちるから、最外側コルゲートフィン６ａの襞の間に水が滞留して空気の流通を妨げることが少ない。

続いて本発明の第２実施形態を図２から図９に基づき説明する。図２はパラレルフロー型熱交換器の概略構造を示す垂直断面図、図３はパラレルフロー型熱交換器を含む空気調和機室外機の構成要素の分解斜視図、図４はパラレルフロー型熱交換器の取り付けに用いられる第１取付部材の斜視図、図５は第１取付部材を異なる方向から見た斜視図、図６はパラレルフロー型熱交換器の取り付けに用いられる第２取付部材の斜視図、図７は第２取付部材を異なる方向から見た斜視図、図８はパラレルフロー型熱交換器の取り付けに用いられる第３取付部材の斜視図、図９は第３取付部材を異なる方向から見た斜視図である。

第２実施形態の熱交換器１Ｂは、サイドフローで用いられており、ヘッダパイプ２、３は垂直にされ、偏平チューブ４は長手方向を水平にして配置されている。冷媒出入口７、８はヘッダパイプ３の側にのみ設けられている。ヘッダパイプ３の内部には上下方向に間隔を置いて２枚の仕切板９ａ、９ｃが設けられており、ヘッダパイプ２の内部には仕切板９ａ、９ｃの中間の高さのところに仕切板９ｂが設けられている。

熱交換器１Ｂを蒸発器として使用する場合、冷媒は図２に実線矢印で示すように下側の冷媒出入口７から流入する。冷媒出入口７から入った冷媒は、仕切板９ａでせき止められて偏平チューブ４経由でヘッダパイプ２に向かう。この冷媒の流れが左向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ２に入った冷媒は仕切板９ｂでせき止められて別の偏平チューブ４経由でヘッダパイプ３に向かう。この冷媒の流れが右向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ３に入った冷媒は仕切板９ｃでせき止められてさらに別の偏平チューブ４経由で再びヘッダパイプ２に向かう。この冷媒の流れが左向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ２に入った冷媒は折り返してさらに別の偏平チューブ４経由で再びヘッダパイプ３に向かう。この冷媒の流れが右向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ３に入った冷媒は冷媒出入口８から流出する。このように、冷媒はジグザグの経路を辿って下から上に流れる。ここでは仕切板の数が３の場合を示したが、これは一例であり、仕切板の数と、その結果としてもたらされる冷媒流れの折り返し回数は、必要に応じ任意の数を設定することができる。

熱交換器１Ｂを凝縮器として使用する場合は、冷媒の流れが逆になる。すなわち冷媒は図２に点線矢印で示すように冷媒出入口８からヘッダパイプ３に入り、仕切板９ｃでせき止められて偏平チューブ４経由でヘッダパイプ２に向かい、ヘッダパイプ２では仕切板９ｂでせき止められて別の偏平チューブ４経由でヘッダパイプ３に向かい、ヘッダパイプ３では仕切板９ａでせき止められてさらに別の偏平チューブ４経由で再びヘッダパイプ２に向かい、ヘッダパイプ２で折り返してさらに別の偏平チューブ４経由で再びヘッダパイプ３に向かい、冷媒出入口７から点線矢印のように流出するという、ジグザグの経路を辿って上から下に流れる。

複数の偏平チューブ４の中で、最上位に位置するものと最下位に位置するものが、最も外側に位置する偏平チューブ４ということになり、その外側に向いた偏平面、すなわち最上位の偏平チューブ４にあっては上面、最下位の偏平チューブ４にあっては下面に、最外側コルゲートフィン６ａが取り付けられている。

上下２個の最外側コルゲートフィン６ａの中で、少なくとも下側のもの（最下側コルゲートフィン）は、襞同士が鎧戸状に重なる状態とされる。これにより、最下側コルゲートフィンに先端の尖った物体（例えば、ネジ）が接近しても、鎧戸状に重なった襞のため、最下側コルゲートフィンを突き抜けることは困難となる。そのため、保護板（サイドプレートやサイドシート）や保護フィルムを廃止しても偏平チューブ４を十分に保護することができる。また、最下側コルゲートフィンに付着した結露水や除霜水は、傾斜した襞の表面を襞先端まで流下し、そこから滴り落ちるものであり、保護板や保護フィルムにせき止められることがないから、排水性が改善される。

最下側コルゲートフィンばかりでなく、上側の最外側コルゲートフィン６ａ（最上側コルゲートフィン）も襞同士を鎧戸状に重ならせておくとよい。これにより、最上側コルゲートフィンに先端の尖った物体が接近しても、鎧戸状に重なった襞のため、最上側コルゲートフィンを突き抜けることは困難となる。そのため、保護板（サイドプレートやサイドシート）や保護フィルムを廃止しても偏平チューブ４を十分に保護することができる。図２では最上側コルゲートフィンも襞同士が鎧戸状に重なっているものとして描かれている。

図３から図９に示すのは第２実施形態の熱交換器１Ｂを空気調和機の室外機に組み込んだ例である。ここでは偏平チューブ４、コルゲートフィン６、及び最外側コルゲートフィン６ａからなる熱交換器１Ｂのコア部分は平面形状Ｌ字形に曲げられている。

図３には、熱交換器１Ｂの他、空気調和機の室外機のハウジングを構成する部品の一部と、そのハウジングに熱交換器１Ｂを取り付ける取付部材が図示されている。すなわち１０はハウジングの底板、１１はハウジングの一方の側板で、これらは鋼板をプレス加工して、あるいは鋼板のプレス加工品を組み合わせて構成される。

熱交換器１Ｂは、いずれも合成樹脂成型部品である３種類の取付部材と、取付部材同士を結合し、あるいは取付部材をハウジングに結合する複数のビスによってハウジングに取り付けられる。取付部材はヘッダパイプ２、３に組み合わせられる。

ヘッダパイプ３の上部は、図４及び図５に示す形状の第１取付部材１２と、図６及び図７に示す形状の第２取付部材１３で挟まれる。第１取付部材１２と第２取付部材１３はビス１４で締め付けられ、一体化される。この第１取付部材１２と第２取付部材１３は冷媒出入管８を囲んでおり、冷媒出入管８の接続部を保護する役割も果たす。

ヘッダパイプ３の下部は、もう１組の第１取付部材１２と第２取付部材１３で挟まれる。こちら側の第１取付部材１２と第２取付部材１３は、ヘッダパイプ３の上部を挟んだ第１取付部材１２と第２取付部材１３と姿勢が上下逆転している。こちら側の第１取付部材１２と第２取付部材１３もビス１４で締め付けられ、一体化される。この第１取付部材１２と第２取付部材１３は冷媒出入管７を囲んでおり、冷媒出入管７の接続部を保護する役割も果たす。

上記のようにヘッダパイプ３の上部と下部に取り付けられた第１取付部材１２と第２取付部材１３（その一体化したもの）を別のビス１４でハウジングに固定する。これによりヘッダパイプ３の側の取り付けが完成する。

ヘッダパイプ２の側の取り付けには２個の第３取付部材１５を用いる。図８及び図９に示す形状の第３取付部材１５をヘッダパイプ２の上端と下端に嵌合し、その上で第３取付部１５をビス１４でハウジングに固定する。これによりヘッダパイプ２の側の取り付けが完成する。

上記のように合成樹脂成型部品である第１取付部材１２、第２取付部材１３、及び第３取付部材１５を用いて熱交換器１Ｂをハウジングに取り付けることにより、熱交換器１Ｂとハウジングの直接接触を避けることができる。その結果、熱交換器１Ｂとハウジングが異種金属からなるものであっても、電食を防ぐことができる。

パラレルフロー型熱交換器を実施形態１あるいは実施形態の構成とすることで、生産時・輸送時の最外側コルゲートフィンの変形（フィン歪み）を防止することができる。これにより、製品の美観が損なわれることを防止できる。

サイドプレートやサイドシートを廃止しても、一番外側にコルゲートフィンを配置できるため、サイドプレートやサイドシートを廃止した上、一番外側のコルゲートフィンも廃止するといったケースに比べて放熱面積を大きくすることができる。

パラレルフロー型熱交換器をサイドフローで用いる場合、保護板（サイドプレートやサイドシート）が最下部にあると、コルゲートフィンから排水されにくくなり、徐々に水が溜まって熱交換器の通風が妨害される。最下側コルゲートフィンの襞同士を鎧戸状に重ならせ、その外側に保護板を設けない構成とすれば、除霜水や結露水は保護板でせき止められることなく流下し、熱交換器の通風を妨害しない。

以上、本発明の各実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。例えば、偏平チューブ内の冷媒通路の数が複数というのは必須条件ではない。冷媒通路の数が
１であっても構わない。

本発明はパラレルフロー型熱交換器に広く利用可能である。

第１実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の概略構造を示す垂直断面図 第２実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の概略構造を示す垂直断面図 第２実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器を含む空気調和機室外機の構成要素の分解斜視図 第２実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の取り付けに用いられる第１取付部材の斜視図 第１取付部材を異なる方向から見た斜視図 第２実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の取り付けに用いられる第２取付部材の斜視図 第２取付部材を異なる方向から見た斜視図 第２実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の取り付けに用いられる第３取付部材の斜視図 第３取付部材を異なる方向から見た斜視図 従来のパラレルフロー型熱交換器の概略構造を示す垂直断面図

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 熱交換器
２、３ ヘッダパイプ
４ 偏平チューブ
５ 冷媒通路
６ コルゲートフィン
６ａ 最外側コルゲートフィン
７、８ 冷媒出入口

Claims (3)

1. 間隔を置いて平行に配置された複数のヘッダパイプと、前記複数のヘッダパイプの間に複数配置され、内部に設けた冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた偏平チューブと、前記偏平チューブ同士の間に配置されたコルゲートフィンと、前記複数の偏平チューブの中で最も外側に位置する偏平チューブの、外側に向いた偏平面に取り付けられる最外側コルゲートフィンとを備えた熱交換器において、
   前記最外側コルゲートフィンを、襞同士が鎧戸状に重なる形状としたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記複数の偏平チューブは長手方向を上下方向として配置され、前記最外側コルゲートフィンは襞が斜め下方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記複数の偏平チューブは長手方向を水平方向として配置され、前記最外側コルゲートフィンのうち、少なくとも最下側コルゲートフィンを襞同士が鎧戸状に重なる形状としたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。

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