JP4515346B2

JP4515346B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP4515346B2
Application number: JP2005209061A
Authority: JP
Inventors: 收柿沼; 旬一郎柿沼
Original assignee: 柿沼金属精機株式会社
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2025-07-19
Also published as: JP2007024426A

Description

本発明は熱交換器に係り、特に冷凍機、冷蔵庫等の冷凍機器に用いるのに適するフィンピッチ間隔の大きな熱交換器に関する。

一般に冷凍機、冷蔵庫等の熱交換器は、冷媒の蒸発によってその外表面が０℃以下となるため、着霜、凍結することが多く、これにより、伝熱特性が著しく低下し易い。

これを防ぐための一つの具体的手段として、フィン間のフィンピッチを粗く（大きく）した熱交換器が用いられている。

従来、このフィンピッチを粗くした熱交換器を製造する場合には、フィンピッチを粗くするために下記のような幾つかの特殊な方法が採用されてきた。

即ち、（１）パイプ嵌合孔の周囲に設けられた嵌合用カラーの高さを一部分のみ高くしてフィンピッチ間隔と同じにする（特許文献１、２）、（２）スペーサをフィンピッチ毎に一枚ずつ挿入してフィンピッチを大きく設定する（特許文献３、４）、（３）フィン端部を折り曲げてスペーサとしフィンピッチを設定する（特許文献５）、（４）嵌合用カラー同士を当接させこのカラー高さの２倍のフィンピッチとする（特許文献４）等の提案がなされ実施されてきている。

しかしながら、これらの提案は夫々欠点がある。即ち、（１）特許文献１、２のものは、嵌合用カラーの高さを一部分のみ高くするもので、これでは先端に割れが多数発生しパイプとの密着性が劣化するため、細径パイプを用いる場合、粗いフィンピッチが得られない（パイプ直径が７ｍｍの場合、０．１ｍｍ板厚のアルミフィンでフィンピッチは１．８ｍｍ程度が限度である）、それではかえってカール状切起しの先端に集中応力がかかりカール先端のフィン割れが激しくなり実用化は困難であった。嵌合用カラー強度アップのためフィン板厚を増す必要があるとともに嵌合用カラー部分が通風の邪魔となり性能が劣化する等の問題が生じ、コスト、製造性、品質、性能等に問題であった。また、（２）特許文献３、４のものは、スペーサを挿入する方法であり、挿入に手間がかかり製造性を悪化させ、さらに、（３）特許文献５のものは、フィン全体の面積を拡大できず大きな熱交換器はできない、（４）特許文献４のものは、嵌合用カラー同士を当接させ２倍のフィンピッチとするので、フィンピッチを嵌合用カラーの高さの２倍までしか大きくすることができないばかりか、フィンを１枚おきに反転させて伝熱パイプに挿入しなければならず、組立て時の生産性が悪い。
特開昭５８−１２７０９２号公報特開平６−３０４５４号公報特開２００１−２９６０９５号公報特開平１０−２３８９８１号公報特開２００３−１２１０８９号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、性能、品質及びコストの向上を図ることができフィンピッチの粗い熱交換器を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る熱交換器は、周囲に嵌合用カラーを備えた多数のパイプ貫通孔が穿設されかつ、所定ピッチで並設され、互いの隙間に熱交換空気を流通させる複数枚のフィンと、前記パイプ貫通孔に嵌合して設けられ、内部に熱交換媒体を導通させる伝熱管を具備する熱交換器に於いて、前記フィンには前記嵌合用カラーと別個にこの嵌合用カラーの高さよりも高い切起スペーサが設けられ、前記切起スペーサの高さは、前記嵌合用カラーの高さの２倍以上であり、前記切起スペーサの垂直部は断面形状が略ヘ字状をなすことを特徴とする。

また、本発明に係る熱交換器は、周囲に嵌合用カラーを備えた多数のパイプ貫通孔が穿設されかつ、所定ピッチで並設され、互いの隙間に熱交換空気を流通させる複数枚のフィンと、前記パイプ貫通孔に嵌合して設けられ、内部に熱交換媒体を導通させる伝熱管を具備する熱交換器に於いて、前記フィンには前記嵌合用カラーと別個にこの嵌合用カラーの高さよりも高い切起スペーサが設けられ、前記切起スペーサは、前記フィンから垂直に立上る垂直部とこの垂直部から水平に延びる水平部からなり略Ｌ字形状をなし、前記垂直部は断面形状が略ヘ字状をなす
ことを特徴とする。

また、好適には、前記水平部は平面視ハ字状または略台形状をなす。

また、本発明に係る熱交換器は、周囲に嵌合用カラーを備えた多数のパイプ貫通孔が穿設されかつ、所定ピッチで並設され、互いの隙間に熱交換空気を流通させる複数枚のフィンと、前記パイプ貫通孔に嵌合して設けられ、内部に熱交換媒体を導通させる伝熱管を具備する熱交換器に於いて、前記フィンには前記嵌合用カラーと別個にこの嵌合用カラーの高さよりも高い切起スペーサが設けられ、前記切起スペーサは、前記フィンから垂直に伸び側面視略ヘ字状をなし、前記切起スペーサは、前記フィンの略ヘ字状の頂部に切欠きが設けられ、頂部の両外周に切込みが設けられたことを特徴とする。

本発明に係る熱交換器によれば、性能、品質及びコストの向上を図ることができフィンピッチの粗い熱交換器を提供することができる。

以下、本発明の第１実施形態に係る熱交換器について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る熱交換器の概念図である。

図１に示すように、本第１実施形態に係る熱交換器１は、所定ピッチＰを有して並設され、互いの隙間に熱交換空気を流通させる複数枚の放熱フィン２と、これら放熱フィン２を貫通して設けられ、内部に熱交換媒体を導通させる伝熱管３とを具備している。

伝熱管３は例えば直径７ｍｍの銅管であり、複数本からなりパイプ間ピッチが２３ｍｍのパイプ列が１列配列されている。また、伝熱管３はＵ字状をなし、放熱フィン２を貫通する２本の直管部３ａとこの直管部３ａを連通するＵ字状の折曲部３ｂと開放端３ｃを有し、この開放端３ｃに取付けられたＵ字状の接続管３ｄによって蛇行状に連続するように接続されている。

図２乃至図４に示すように、放熱フィン２は例えばアルミニウム薄板で長さが２５０ｍｍ、幅が５０ｍｍの短冊状をなし、伝熱管３が貫通する複数のパイプ貫通孔２ａが設けられ、このパイプ貫通孔２ａの周縁にはバーリングによって例えば高さが１．５ｍｍのカラー２ｂが形成されている。さらに、各放熱フィン２のパイプ貫通孔２には、カラー２ｂの高さよりも高く、ピッチＰと同じ高さ例えば高さ４ｍｍ、幅２ｍｍの切起スペーサ２ｃが１個あるいは複数個設けられている。

この切起スペーサ２ｃは放熱フィン２及び伝熱管３の中心線上をフィン長手方向に切断されて切起されており、切起スペーサ２ｃは、フィン２から垂直に立上り、図５に示すように、補強を目的として断面が略ヘ字形状をなすように折曲された垂直部２ｃ１とこの垂直部２ｃ１から水平に延びる水平部２ｃ２からなり略Ｌ字形状をなしている。

水平部２ｃ２は平面視ハ字状をなすのが好ましく、また、図６に示すような略台形状をなすのが好ましい。

この水平部２ｃ２は、隣接する（図中上方）フィン２の反切起スペーサ側（裏面）と当接しており、熱交換器製造時、切起スペーサ２ｃが所定ピッチＰを形成するためのスペーサとして作用し、また、水平部２ｃ２により、垂直部２ｃ１が隣接する放熱フィン２のスリット切起孔２ｄに嵌り込むのを防止でき、確実に所定ピッチを維持できる。なお、水平部はフィンの厚さやスリット切起孔の幅等によっては、必ずしも設ける必要はなく、図７に示すように、切起スペーサを垂直部のみで形成してもよい。また、熱交換器１の両端には支持板４が設けられている。

なお、放熱フィン２を貫通する伝熱管３の列は、図２に示すように２列あるいはそれ以上の複数列でもよく、また、後述の各図に例示するように１列であってもよい。

上記構造を有する熱交換器は、フィンピッチ間隔が大きいので、低温になる凝縮器として使用しても、着霜によるフィン間の目詰まりがなく、また、除霜時にも残霜がなく確実な除霜を行うことができる。さらに、切起スペーサは薄い板状であり、フィン間を通過する熱交換空気流を妨げることがない。

次に本発明の第１実施形態に係る熱交換器の製造方法について説明する。

本フィンチューブ型熱交換器の製造方法は、フィンプレスによりフィン材料からフィンを成形するフィン成形工程と、フィンに設けられたパイプ貫通孔に伝熱パイプを挿入するパイプ挿入工程と、伝熱パイプを拡管する拡管工程と、伝熱パイプの端部を連通する端部連通工程とを有している。

例えば、フィン成形工程は、孔明け工程ではフィン材料に図２に示すような多数のパイプ貫通孔２ａが打抜かれ、フィンカラー部形成工程ではカラー部２ｂが形成され、切起スペーサ形成工程では切起スペーサ２ｃの立上げと折曲げが行われ後順次送られてくるフィン材料Ｍが順次所定幅に切断される。切断されたフィン２は、２本立設された作業棒に、長手方向両端のパイプ貫通孔２ａを貫通させて、フィン２を積重ねていく。

図８（ａ）に示すように、管挿入工程では、所定の枚数積重ねられたフィン２を作業棒ごと取出し、管挿入装置の設置場所に移動させ、作業棒を抜き、さらに、両端に支持板４を位置させ、Ｕ字形状の伝熱管３を挿入する。このとき各フィン２間には切起スペーサ２ｃが介在するので、各フィン２間は所定ピッチが保たれる。

図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、拡管工程では、支持板４を利用して、この支持板４に設けられたパイプ貫通孔２ｄ１より伝熱管３の端部拡径部３ａを支持し、この端部拡径部３ａ側からマンドレルＭを押し込み、マンドレルＭの先端に設けられた拡管用ポンチｐによって伝熱管３を拡管し、伝熱管３をカラー２ｂに圧接させる。この拡管工程において、伝熱管３が支持板４で支えられ、開放端３ｃが自由端になるので、伝熱管３が縮むことがなく、切起スペーサ２ｃにより、管挿入工程で保たれた所定ピッチＰが保たれる。このとき、水平部２ｃ２は、隣接するフィン２の反切起スペーサ側と当接し、熱交換器製造時、切起スペーサ２ｃが所定ピッチＰを形成するためのスペーサとして作用し、また、図３に示すように水平部２ｃ２により、垂直部２ｃ１が隣接する放熱フィン２のスリット切起孔２ｄに嵌まり込むことがなく、多数のフィンをフィンピッチを保った状態で重ね合わせて加工する工程も簡単であり、量産性が高い、さらに、水平部２ｃ２の折曲げ位置を変えることで、垂直部２ｃ１の高さを変え、フィンピッチを容易に変えることができる。なお、従来の方法では、フィンピッチはカラーの高さで決定されていたため、十分な高さが得られず、フィン間に所定厚さの櫛歯状のスペーサを挿入することで決められていた。

端部連通工程では、拡管工程後、伝熱管３の開放端部にＵ字形状の接続管３ｄを溶着して、各伝熱管３が蛇行状に連続するように接続される。

上記のような各工程を経て本第１実施形態に係るフィンチューブ型熱交換器は製造される。

本第１実施形態の熱交換器は、上述のようにして製造されるので、通常のフィン成形、さらに、熱交換器組立ての工程と材料及びその使用量を殆ど変えずにフィンピッチの大きな熱交換器を容易に製造することが可能となり、また、熱交換器の品質を完全に維持した状態で製造できる。従って設備、量産性を変えることなくフィンピッチが狭い通常のフィンチューブ熱交換器と同レベルの品質、コストでフィンピッチが粗い熱交換器を製造できる。これにより、別スペーサを挿入し加工後取去るような従来のフィンピッチの粗いフィンチューブ熱交換機の製造方式に比べ、製造性が高く、新たな設備投資なしで、高品質のものを低コストで製造できる。

また、本第１実施形態の熱交換器を用いた冷凍機器について説明する。

図９及び図１０に示すように、本発明に係る熱交換器を用い定期的除霜が必要となる冷凍機器例えば冷蔵庫１１には冷凍サイクル１２が組込まれ、この冷凍サイクル１２は、圧縮機１３、凝縮器１４、流路切換弁１５、冷凍用キャピラリチューブ１６、−１８℃〜２０℃の範囲に制御される冷凍室１３用として本発明の蒸発器１ｆ、圧縮機１３が順次接続され、さらに、流路切換弁１５から分岐し冷凍用キャピラリチューブ１６と並列に冷蔵用キャピラリチューブ、１℃〜５℃の範囲で制御される冷蔵室１７用としての本発明の蒸発器１ｒが接続されている。さらに、冷凍室１３用の蒸発器１の上方には近接して冷凍室１３用の送風機１８、下方には近接して冷凍室１３用の除霜ヒータ１９が設けられ、冷蔵室１７用の蒸発器１ｒの上方には近接して冷蔵室１７用の送風機２０、下方には近接して冷蔵室１７用の除霜ヒータ２１が設けられている。

なお、比較的高温域で使用される冷蔵室用の蒸発器には、本発明の熱交換器のようなピッチの粗い熱交換器を用いず、通常ピッチの熱交換器を用いてもよい。

このような冷蔵庫１１は、蒸発器としての熱交換器１ｆ、１ｒにより冷却された冷却空気によって、冷凍室１６及び冷蔵室１７が冷却される。

一方、熱交換器は、冷媒の蒸発によってその外表面が０℃以下となるため、着霜、凍結するため、除霜ヒータ２０、２２を付勢して定期的除霜が行われる。

このような除霜過程において、熱交換器１ｆ、１ｒはフィンピッチ間隔が大きいので、低温になる凝縮器として使用しても、着霜によるフィン間の目詰まりがなく、また、除霜時にも残霜がなく確実な除霜を行うことができ、除霜特性に優れる。

また、本発明の第２実施形態に係る熱交換器について説明する。

本第２実施形態は、第１実施形態の切起スペーサが略Ｌ字状であるのに対して、フィンから垂直に伸び側面視略ヘ字状をなす切起スペーサである。

例えば、図１１及び図１２に示すように、本第２実施形態に熱交換器３１は切起スペーサ３２ｃがフィン３２からカラー３２ｂの高さの２倍以上の高さで垂直に伸び、側面視略ヘ字状をなし、１パイプピッチおきに形成されている。切起スペーサは同一幅のものであってもよく、また、図１３に示すように、切起スペーサ３２ｃはフィンの略ヘ字状の頂部に切欠き３２ｃ１が設けられ、頂部の両外周に切込み３２ｃ２が設けられた形状のものであってもよい。

これにより、確実かつ強固に嵌合用カラーの高さの２倍よりも大きいフィンピッチが形成された熱交換器が実現される。

なお、他の構成は図３に示す熱交換器と異ならないので、同一符号を付して説明は省略する。

また、本発明の第３実施形態に係る熱交換器について説明する。

本第３実施形態は、第１実施形態がフィンから垂直に伸びる略Ｌ字状の切起スペーサであるのに対して、フィンに設けられた第１の切起スペーサと、隣接するフィンに設けられた第２の切起スペーサの組合せによりなる。

例えば、図１４及び図１５に示すように、本第３実施形態の熱交換器４１は、第１のフィン４２に第１の切起スペーサ４２ｃ１が設けられ、このフィン４２に隣接する第２のフィン４３には、第１の切起スペーサ４２ｃ１と反対方向に立上る第２の切起スペーサ４３ｃ１が設けられ、第１の切起スペーサ４２ｃ１と第２の切起スペーサ４３ｃ１の組合せにより、嵌合用カラー２ｂの高さよりも高くなる位置決め用組合せスペーサが形成されている。

第１の切起スペーサ４２ｃ１はフィン４２から垂直に立上る垂直部４２ｃ２この垂直部２ｃ２から水平に延びる水平部２ｃ３からなって略Ｌ字形状をなし、第２の切起スペーサ４３ｃ１は側面視略台形状である。第１の切起スペーサ４２ｃ１と第２の切起スペーサ４３ｃ１が、伝熱管３間に交互に設けられるのが好ましい。

これにより、強固かつ十分な大きいフィンピッチが形成された熱交換器が実現される。

また、本発明の第４実施形態に係る熱交換器について説明する。

本第４実施形態は、第３実施形態がフィンから垂直に立上る略Ｌ字形状の切起スペーサと、隣接するフィンから立上る側面視略台形状の切起スペーサとの組合せであるのに対して、フィンに設けられた嵌合用カラーと、隣接するフィンに設けられた切起スペーサの組合せである。

例えば、図１６乃至図１８に示すように、本第４実施形態の熱交換器５１は、カラー２ｂが設けられたフィン２に隣接するフィン５２には、カラー５２ｂに近接し、このカラー５２ｂと反対面に立上る側面視レ字状の切起スペーサ５２ｃが設けられており、カラー２ｂと切起スペーサ５２ｃの組合せによりフィンスペース５３ｃが形成される。

また、図１９に示すように、切起スペーサ５２ｃを側面視略Ｊ字状、あるいは、図２０及び図２１に示すように、フィン５２に形成された切起スペーサ５２ｃとフィン５４に形成された略Ｌ字状切起スペーサ５４ｃのものを交互に形成することも可能であり、また、図２２及び図２３に示すように、フィン６２に形成される切起スペーサ６２ｃを側面視略つ字ループ状にフィンから一体立ち上げることも可能である。これにより、強固かつ十分な大きいフィンピッチが形成された熱交換器が実現される。

また、本発明の第５実施形態に係る熱交換器について説明する。

本第５実施形態は、第４実施形態がフィンに設けられた嵌合用カラーと、隣接するフィンに設けられた切起スペーサの組合せであるのに対して、パイプ貫通位置に断面台形状に膨出された膨出スペーサと、この膨出スペーサの頂辺部に設けられた嵌合前記用カラーの組合せからなる。

例えば、図２４及び図２５に示すように、本第５実施形態の熱交換器７１は、フィン７２には略長方形状に膨出する膨出スペーサ７２ｃ１が形成され、さらに、この膨出スペーサ７２ｃ１の頂辺部７２ｃ２には嵌合用カラー７２ｂが設けられている。

なお、本発明の第２〜５実施形態に係る熱交換器も、上記第１実施形態に係る熱交換器の製造と同様の方法により製造される。但し第３実施形態に係る熱交換器の製造は第１のフィンと第２のフィンを交互に積載する。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器の平面図。本発明の第１実施形態に係る熱交換器に用いられるフィンの平面図。本発明の第１実施形態に係る熱交換器の一部を拡大して示す縦断面図。本発明の第１実施形態に係る熱交換器の一部を拡大して示す平面図。本発明の第１実施形態に係る熱交換器の切起スペーサの断面図。本発明の第１実施形態に係る熱交換器の切起スペーサの第１変形例の平面図。本発明の第１実施形態に係る熱交換器の切起スペーサの第２変形例の縦断面図。本発明の第１実施形態に係る熱交換器の製造方法の概念図で、（ａ）は管挿入工程図、（ｂ）、（ｃ）は拡管工程図である。本発明の第１実施形態に係る熱交換器を用いた冷蔵庫の概念図。本発明の第１実施形態に係る熱交換器を用いた冷凍サイクルの概念図。本発明の第２実施形態に係る熱交換器の一部を拡大して示す縦断面図。本発明の第２実施形態に係る熱交換器の一部を拡大して示す平面図。本発明の第２実施形態に係る熱交換器の切起スペーサの第１変形例の平面図。本発明の第３実施形態に係る熱交換器の一部を拡大して示す縦断面図。本発明の第３実施形態に係る熱交換器の一部を拡大して示す平面図。本発明の第４実施形態に係る熱交換器の一部を拡大して示す縦断面図。本発明の第４実施形態に係る熱交換器の一部を拡大して示す平面図。本発明の第４実施形態に係る熱交換器の切起スペーサ立上部を拡大して示す平面図。本発明の第４実施形態に係る熱交換器の切起スペーサの第１変形例の縦断面図。本発明の第４実施形態に係る熱交換器の切起スペーサの第２変形例の縦断面図。本発明の第４実施形態に係る熱交換器の切起スペーサの第２変形例の平面図。本発明の第４実施形態に係る熱交換器の切起スペーサの第３変形例の縦断面図。本発明の第４実施形態に係る熱交換器の切起スペーサの第３変形例の平面図。本発明の第５実施形態に係る熱交換器の一部を拡大して示す縦断面図。本発明の第５実施形態に係る熱交換器の一部を拡大して示す平面図。

符号の説明

１熱交換器
２放熱フィン
２ａ貫通孔
２ｂカラー
２ｃ切起スペーサ
２ｃ１垂直部
２ｃ１垂直部
２ｃ２水平部
２ｄスリット切起孔
３伝熱管
３ａ直管部
３ｂ折曲部
３ｃ開放端
３ｄ接続管
４支持板
Ｐピッチ

Claims

周囲に嵌合用カラーを備えた多数のパイプ貫通孔が穿設されかつ、所定ピッチで並設され、互いの隙間に熱交換空気を流通させる複数枚のフィンと、前記パイプ貫通孔に嵌合して設けられ、内部に熱交換媒体を導通させる伝熱管を具備する熱交換器に於いて、前記フィンには前記嵌合用カラーと別個にこの嵌合用カラーの高さよりも高い切起スペーサが設けられ、
前記切起スペーサの高さは、前記嵌合用カラーの高さの２倍以上であり、
前記切起スペーサの垂直部は断面形状が略ヘ字状をなす
ことを特徴とする熱交換器。
周囲に嵌合用カラーを備えた多数のパイプ貫通孔が穿設されかつ、所定ピッチで並設され、互いの隙間に熱交換空気を流通させる複数枚のフィンと、前記パイプ貫通孔に嵌合して設けられ、内部に熱交換媒体を導通させる伝熱管を具備する熱交換器に於いて、前記フィンには前記嵌合用カラーと別個にこの嵌合用カラーの高さよりも高い切起スペーサが設けられ、
前記切起スペーサは、前記フィンから垂直に立上る垂直部とこの垂直部から水平に延びる水平部からなり略Ｌ字形状をなし、
前記垂直部は断面形状が略ヘ字状をなす
ことを特徴とする熱交換器。
前記水平部は平面視ハ字状または略台形状をなすことを特徴とすることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
周囲に嵌合用カラーを備えた多数のパイプ貫通孔が穿設されかつ、所定ピッチで並設され、互いの隙間に熱交換空気を流通させる複数枚のフィンと、前記パイプ貫通孔に嵌合して設けられ、内部に熱交換媒体を導通させる伝熱管を具備する熱交換器に於いて、前記フィンには前記嵌合用カラーと別個にこの嵌合用カラーの高さよりも高い切起スペーサが設けられ、
前記切起スペーサは、前記フィンから垂直に伸び側面視略ヘ字状をなし、
前記切起スペーサは、前記フィンの略ヘ字状の頂部に切欠きが設けられ、頂部の両外周に切込みが設けられたことを特徴とする熱交換器。