JP4449167B2 - 熱交換器 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷蔵庫などに用いられる熱交換器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のサーペンタイン式と呼ばれる熱交換器の製造方法の一例について、以下、図面を参照しながら説明する。
【0003】
図4は、実公昭59−23961号公報に示されたサーペンタイン式熱交換器の平板状フィン1である。平板状フィン1の板面に、互いに平行に伝熱管挿入用の長穴2を形成する。図5は、サーペンタイン式熱交換器の正面図である。図4に示す長穴2の中に図5に示すように、直管部3a、曲管部3bの連続するサーペンタイン状に折り曲げた伝熱管3を貫通して形成する。
【0004】
図6は、サーペンタイン式熱交換器の伝熱管挿入部を示したものである。図6に示すように、平板状フィン1に設ける長穴2は、直管部3aの外径Dよりも小さく、偏平加工された曲管部3bの外径dよりも大きい幅Wを有し、伝熱管3の曲げピッチと外径の和p+Dと同等の長さを有し、且つ両端部に直管部3aを受け入れるためのキャッチ穴4を設けている。この長穴2中に、伝熱管3を挿入して熱交換器を形成する。この種の従来のサーペンタイン式熱交換器は、伝熱管をサーペンタイン状に折り曲げて伝熱管3を形成しているので、伝熱管が一体成形され、接合部が極めて少なく、伝熱管3と平板状フィン1との組立が容易であるという利点を有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、伝熱管をサーペンタイン状に折り曲げて、曲管部を偏平させる際に、曲管部の形状が、伝熱管の曲げピッチと外径の和より大きくならないように成形する必要がある。したがって、曲管部を偏平させる際に、伝熱管を両側から押さえ込みながら偏平させる必要があり、偏平治具が複雑な構造を有し、偏平加工の工数も増大するという問題点を有していた。
【0006】
また、上記従来の構成では曲管部が、重ねられたフィンの挿入方向とほぼ平行に偏平加工されているため、ある程度以上の偏平率がないと、フィンの長穴に引っかかり、挿入しづらく、また逆に偏平率が大きくなると、伝熱管が潰れやすくなる。したがって、肉厚の厚い伝熱管が用いられることとなり、材料使用量が増大するという、問題点を有していた。
【0007】
また、上記従来の構成では、曲管部の偏平率が大きくなりがちなことから、冷媒の流動性を低下させ、冷却性能に悪影響を及ぼすという問題点を有していた。
【0008】
また、上記従来の構成では、内面溝付き伝熱管を用いた場合には、曲管部の偏平部での応力分布が複雑になるため、潰れやすいという問題点を有していた。
【0009】
本発明は、上記課題に鑑み、従来よりも低コストで、且つ高性能なサーペンタイン式熱交換器を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の熱交換器は、内部を冷媒が流動し、直管部と略180度曲げられた曲管部が連続するサーペンタイン形状を有する伝熱管と、前記伝熱管の前記直管部の管軸方向に互いに間隔をとりながら重ねられ、前記伝熱管挿入用の長穴を有し、前記伝熱管に貫通される形で固定される平板状フィンとからなり、前記曲管部の曲率中心Aから前記直管部の中心線に下ろした垂線との交点B1、B2を中心とし直径が伝熱管径と等しい円に接し、前記曲率中心Aを通る接線をL1、L2とし、前記伝熱管の前記直管部の最内側の延長線をM1、M2として、前記曲管部を偏平させる範囲を前記接線L1、L2と前記曲管部とで閉じられる範囲より小さく、前記延長線M1、M2と前記曲管部とで閉じられる範囲より大きくした構成を備えたものである。これにより、偏平治具の構造を簡素化することが可能で、偏平加工の工数も低くすることができる。
【0011】
また、本発明の熱交換器は、内部を冷媒が流動し、直管部と略180度曲げられた曲管部が連続するサーペンタイン形状を有する伝熱管と、前記伝熱管の前記直管部の管軸方向に互いに間隔をとりながら重ねられ、前記伝熱管挿入用の長穴を有し、前記伝熱管に貫通される形で固定される平板状フィンとからなり、前記曲管部の曲率中心Aから前記直管部の中心線に下ろした垂線との交点B1、B2を中心とし直径が伝熱管径と等しい円に接し、前記曲率中心Aを通る接線をL1、L2とし、前記伝熱管の前記直管部の最内側の延長線をM1、M2として、前記曲管部を偏平させる範囲を前記接線L1、L2と前記曲管部とで閉じられる範囲より小さく、前記延長線M1、M2と前記曲管部とで閉じられる範囲より大きくし、且つ偏平部にテーパを設けた構成を備えたものである。これにより、少ない偏平率で、伝熱管の挿入性を向上させることができ、伝熱管の薄肉化を図ることができ、冷媒の流動抵抗も減少させることができるため、熱交換器の高性能化も図ることができる。
【0012】
また、本発明の熱交換器は、内部を冷媒が流動し、直管部と略180度曲げられた曲管部が連続するサーペンタイン形状を有する伝熱管と、前記伝熱管の前記直管部の管軸方向に互いに間隔をとりながら重ねられ、前記伝熱管挿入用の長穴を有し、前記伝熱管に貫通される形で固定される平板状フィンとからなり、前記曲管部の曲率中心Aから前記直管部の中心線に下ろした垂線との交点B1、B2を中心とし直径が伝熱管径と等しい円に接し、前記曲率中心Aを通る接線をL1、L2とし、前記伝熱管の前記直管部の最内側の延長線をM1、M2として、前記曲管部を偏平させる範囲を前記接線L1、L2と前記曲管部とで閉じられる範囲より小さく、前記延長線M1、M2と前記曲管部とで閉じられる範囲より大きくし、且つ前記伝熱管に内面溝付き伝熱管を用いた構成を備えたものである。これにより、平滑管しか用いられなかった従来の熱交換器に対して、熱交換性能を大幅に向上させることができる。
【0013】
本発明の請求項1に記載の発明は、伝熱管を直管部と曲管部とが交互に連続するサーペンタイン形状に折り曲げる工程と、前記曲管部の曲率中心Aから前記直管部の中心線に下ろした垂線との交点B1、B2を中心とし直径が伝熱管径と等しい円に接し、前記曲率中心Aを通る接線をL1、L2とし、前記伝熱管の前記直管部の最内側の延長線をM1、M2として、前記曲管部において偏平加工部の一端をL1とM1との間とし、他端をL2とM2との間とするように偏平加工を施す工程と、加工を施された前記伝熱管を平板状フィンに貫通させる工程とを含むことを特徴とする熱交換器の製造方法であり、これにより、偏平冶具の構造を簡素化することが可能で、偏平加工の工数も低くすることができる。
【0014】
本発明の請求項2に記載の発明は、請求項1の熱交換器において、偏平部にテーパを設けたこと特徴とする熱交換器の製造方法であり、これにより、少ない偏平率で、伝熱管の挿入性を向上させることができ、伝熱管の薄肉化を図ることができ、冷媒の流動抵抗も減少させることができるため、熱交換器の高性能化も図ることができる。
【0015】
本発明の請求項3に記載の発明は、請求項1または2の熱交換器において、前記伝熱管に内面溝付き伝熱管を用いたこと特徴とする熱交換器の製造方法であり、これにより、平滑管しか用いられなかった従来の熱交換器に対して、熱交換性能を大幅に向上させることができる。
【0016】
【実施例】
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図3を用いて説明する。
【0017】
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1〜3による熱交換器の正面図、図2は、同実施例の熱交換器に用いる伝熱管の正面図である。図1において、5は熱交換器、6は平板状フィン、7は伝熱管である。図2において、7は伝熱管、7aは伝熱管7の直管部、7bは伝熱管7の曲管部、8は最小偏平部、9は最大偏平部である。また、図2において、最小偏平部8と、最大偏平部9とを定義するために用いている幾何学的点を以下に説明する。Aは曲管部7bの曲率中心、B1,B2は曲率中心Aから直管部7aの中心線に下ろした垂線との交点、L1、L2は、点B1、B2を中心とし、直径が伝熱管径と等しい円に接し、曲率中心Aを通る接線、M1,M2は、直管部7aの最内側の延長線である。以上のように構成された熱交換器の製造方法について説明する。まず、伝熱管7を、直管部7aと曲管部7bとが交互に連続するサーペンタイン状に折り曲げる。そして、挿入する側の曲管部7bに偏平加工を施す。このとき、図2に示す最小偏平部8より大きく、最大偏平部9より小さい範囲に偏平加工を施す。この範囲に限定することにより、四方向から挟み込む治具は必要なくなり、二方向から挟み込む偏平加工治具を用いることができる。以上のように形成された伝熱管7を、平板状フィン6に貫通させて、熱交換器5を形成する。
【0018】
(実施例2)
図3は、本発明の実施例2による熱交換器に用いる伝熱管の正面図と上面図を示したものである。図2において、10は伝熱管、10aは伝熱管10の直管部、10bは伝熱管10の曲管部、11は最小偏平部、12は最大偏平部である。以上のように構成された熱交換器の製造方法について説明する。まず、伝熱管10を、直管部10aと曲管部10bとが交互に連続するサーペンタイン状に折り曲げる。そして、挿入する側の曲管部10bに偏平加工を施す。このとき、図3に示す最小偏平部11より大きく、最大偏平部12より小さい範囲に偏平加工を施す。この範囲に限定することにより、四方向から挟み込む治具は必要なくなり、二方向から挟み込む偏平加工治具を用いることができる。そして図3に示すように偏平加工にテーパを与える。これにより、伝熱管10の平板状フィンへの挿入性が向上し、少ない偏平率でも容易に貫通できるようになる。これにより、従来のサーペンタイン式熱交換器の伝熱管よりも、曲管部10bは潰れにくく、したがって薄肉の伝熱管を用いることができる。また、偏平率が低いことにより、冷媒の流動抵抗も低減することができ、熱交換性能の向上を図ることができる。
【0019】
(実施例3)
図1、図2に示す実施例1において、熱交換器5に用いる伝熱管7に内面溝付き伝熱管を用いる。実施例1においては、従来のサーペンタイン式熱交換器の伝熱管よりも狭い範囲のみを偏平加工するため、偏平加工後の応力分布が複雑で変形しやすい内面溝付き伝熱管を用いても曲管部7bは潰れにくく、したがって内面溝付きの伝熱管を用いることができる。内面溝付き伝熱管の管内側熱伝達率は、通常の平滑な伝熱管に比べ2倍以上で、大幅な熱交換性能向上を図ることができる。
【0020】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項1に記載の熱交換器は、伝熱管を偏平させる範囲を請求項1に記載の範囲に限定した構成を備えたものである。これにより、偏平治具の構造を簡素化することが可能で、偏平加工の工数も低くすることができる。
【0021】
また、本発明の請求項2に記載の熱交換器は、伝熱管を偏平させる範囲を請求項1に記載の範囲に限定し、且つ偏平部にテーパを設けた構成を備えたものである。これにより、少ない偏平率で伝熱管の挿入性を向上させることができ、伝熱管の薄肉化を図ることができ、冷媒の流動抵抗を減少させることができるため、熱交換器の高性能化を図ることができる。
【0022】
また、本発明の請求項3に記載の熱交換器は、伝熱管を偏平させる範囲を請項1に記載の範囲に限定し、且つ伝熱管に内面溝付き伝熱管を用いた構成を備えたものである。これにより、平滑管しか用いられなかった従来の熱交換器に対して、熱交換性能を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1、3による熱交換器の正面図
【図2】本発明の実施例1、3による熱交換器に用いる伝熱管の正面図
【図3】本発明の実施例2による熱交換器に用いる伝熱管の正面図と上面図
【図4】従来のサーペンタイン式熱交換器の平板状フィンの平面図
【図5】従来のサーペンタイン式熱交換器の正面図
【図6】従来のサーペンタイン式熱交換器の伝熱管挿入部を示す図
【符号の説明】
5 熱交換器
6 平板状フィン
7 伝熱管
7a 直管部
7b 曲管部
8 最小偏平部
9 最大偏平部
10 伝熱管
10a 直管部
10b 曲管部
11 最小偏平部
12 最大偏平部

Claims (3)

  1. 伝熱管を直管部と曲管部とが交互に連続するサーペンタイン形状に折り曲げる工程と、前記曲管部の曲率中心Aから前記直管部の中心線に下ろした垂線との交点B1、B2を中心とし直径が伝熱管径と等しい円に接し、前記曲率中心Aを通る接線をL1、L2とし、前記伝熱管の前記直管部の最内側の延長線をM1、M2として、前記曲管部において偏平加工部の一端をL1とM1との間とし、他端をL2とM2との間とするように偏平加工を施す工程と、加工を施された前記伝熱管を平板状フィンに貫通させる工程とを含むことを特徴とする熱交換器の製造方法。
  2. 前記偏平加工を施す工程において、前記一端はL1とM1との間でテーパ形状とし、前記他端はL2とM2との間でテーパ形状とすることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器の製造方法。
  3. 前記伝熱管は内面溝付とすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の熱交換器の製造方法。
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