JP4952553B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、冷蔵庫等の冷凍機器において、冷却器等として用いられる熱交換器に関するものである。

近年、例えば冷蔵庫においては本体の外寸を固定して庫内容量を大きくする傾向にあり、これに起因して冷却システム関連部品は、年々コンパクト化が要求されている。

この中で、熱交換器もコンパクト化が要求され、薄型熱交換器の要求が高まっている。

一方で、原材料高騰により部品材料の合理化の要求も高まり、熱交換器性能を高めることと併せて、材料の薄肉合理化が求められている。

その一例として、冷凍機器等に用いられる熱交換器において、性能の向上をはかるべく、プレートフィンに加工を施した熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１６乃至図１９は、上記特許文献１に記載された従来の熱交換器を示すものである。

上記従来の熱交換器１０１の構成は、冷媒パイプ１０２を蛇行状に屈曲させ、この屈曲した冷媒パイプ１０２を、プレートフィン１０３に設けた長孔１０４に挿嵌したサーペンタイプの熱交換器であり、長孔１０４の縁を切り起こしてプレートフィン１０３に対して角度を持ったバーリング部１０５を設けたものである。
特許第２８１１６０１号公報

しかしながら、上記従来の構成では、例えば冷蔵庫の場合であると、運転時に熱交換器のプレートフィン１０３に着霜する際に、長孔１０４に設けたバーリング１０５部に霜が集中し、相互のプレートフィン１０３間において霜が目詰まりし、風量が低下するという課題を有していた。

また、上記従来の構成では、除霜時に長孔１０４に設けたバーリング１０５部にドレン水が残留し易く、その結果、冷蔵庫の運転後ドレン水が氷化し、その上から霜が集中して相互のプレートフィン１０３での霜による目詰まりが加速し、これに起因して風量の低下が早くなるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、冷却器の運転時に、プレートフィンに霜が集中することなく風量が低下しない高効率の熱交換器を提供することを目的とするものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、直管部と曲管部が交互に連続する蛇行状に加工された冷媒パイプを、プレートフィンに設けた長穴状の貫通孔に圧入して構成する熱交換器において、前記プレートフィンの表面から前記貫通孔の長辺に向けて、該長辺の中心部が最も高い位置になるように突出する偏流部を設けたものである。

前記偏流部の形成により、プレートフィン表面方向の引張り強度が向上し、冷媒パイプとプレートフィンとの密着力が向上し、伝熱性能を向上することができ、また、プレートフィンの薄肉材料合理化にも対応し得ることができる。

また、前記偏流部の形成により、気流が乱流して止水域が減少し、隣り合うフィンへ気流が流れ易くなることで空気側の熱伝達率が向上し、熱交換器の性能を向上することができる。

本発明の熱交換器は、プレートフィン表面方向の引張り強度を向上して熱交換性能を向上し、さらに材料薄肉合理化に対応した熱交換器を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、直管部と曲管部が交互に連続する蛇行状に加工された冷媒パイプと、前記冷媒パイプが貫通する長穴状の貫通孔が形成された複数のプレートフィンを具備し、前記貫通孔を前記冷媒パイプの曲管部が貫通することにより、前記直管部がプレートフィンと密着した熱交換器であって、前記貫通孔を、矩形部と円部を有し、該矩形部の両側短辺に前記円部がそれぞれ連続して形成された長穴状とし、前記プレートフィンにおいて、その表面から前記前記貫通孔における矩形部の長辺に向けて、該長辺の中心部が最も高い位置になるように突出する偏流部を設け、前記偏流部を、同一面において前記貫通孔を挟んで設け、前記偏流部を、表裏面にそれぞれ設けたものである。

かかる構成とすることにより、前記偏流部の形成に伴ってプレートフィン表面方向の引張り強度が向上し、冷媒パイプとプレートフィンとの密着力を向上することができる。その結果、伝熱性能を向上することができ、プレートフィンのさらなる薄肉化が可能となり、材料合理化にも対応し得ることができる。

また、前記偏流部の形成により、プレートフィン間を通過する気流に乱流が生じ、その結果、プレートフィンにおける止水域が減少し、さらに、隣り合うフィンへ気流が流れ易くなることで空気側の熱伝達率が向上し、熱交換器性能を向上することができるものである。
また、かかることにより、プレートフィンにおける止水域をさらに減少し、また、貫通孔を挟む両側の表面方向の引張り強度が向上し、冷媒パイプとの密着性をより高めることができ、その結果、伝熱性能をより向上することができる。
また、隣り合うフィンへの気流の流れも、より広範囲となり、空気側の熱伝達率をより向上することができる。
また、かかる構成とすることにより、プレートフィン間を通過する気流により複雑な乱流が生じ、その結果、プレートフィンにおける止水域をさらに減少し、また、隣り合うフィンへ流れる気流もより広範囲に亘って流れやすくなり、その結果、空気側の熱伝達率をさらに向上し、熱交換器性能をさらに向上することができるものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器前記冷媒パイプの直管部が、風の流れに対して重ならないように、前記貫通穴を、その中心軸が風の流れに対して傾斜するように設けたものである。

かかる構成とすることにより、プレートフィン間を流れる気流をより広範囲に亘って通過させることができ、熱交換器の性能をより向上することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の正面図である。図２は、同実施の形態１における熱交換器の左側面図である。図３は、同実施の形態１における熱交換器の右側面図である。図４は、同熱交換器におけるプレートフィンの正面図である。図５は、同熱交換器におけるプレートフィンの側面図である。図６は、同熱交換器のプレートフィンを流れる気流の状態を示す正面からの模式図である。図７は、同熱交換器のプレートフィンを流れる気流の状態を示す側面からの模式図である。

図１、図２および図３において、熱交換器１は、例えば冷蔵庫の冷凍システム内で冷却器として使用されるもので、直管部２と曲管部３が交互に連続する蛇行状に加工された冷媒パイプ４と、冷媒パイプ４が貫通する長穴状の貫通孔５が形成された複数のプレートフィン６を具備している。

そして、貫通孔５を冷媒パイプ４の曲管部３が貫通することにより、冷媒パイプ４の直管部２がプレートフィン６と密着した構成となっている。

貫通孔５は、矩形部５ａと円部５ｂを有し、該矩形部５ａの両側短辺に円部５ｂがそれぞれ連続して形成された長穴状に形成されている。

また、プレートフィン６には、その表面から貫通孔５における矩形部５ａの長辺に向けて、該長辺の中心部が最も高い位置になるように突出する偏流部７が、貫通孔５を挟んで対向して設けられている。

それぞれの偏流部７は、その稜線が直線となるように形成されているため、本実施の形態１においては略三角錐となるように形成されている。この偏流部７は、貫通孔５を形成した後において、金型加工により形成される。

以上のように構成された熱交換器１において、各プレートフィン６間を通過する風の流れについて説明する。

図６、図７に示す如く、熱交換のための気流は、プレートフィン６の下方から上方に向かって通過する。この流れは、図１においても矢印で示す如く同じである。

図６に示す如く、図中左側を流れる気流において、冷媒パイプ４から離れた部位を通過する気流Ａは、平面的に見て略直進し、偏流部７に近い部位を通過する気流Ｂは、前段の冷媒パイプ４を通過した後、該冷媒パイプ４通過直後の空間に発生する誘引作用により偏流部７側を通過するように向きを変え、そして該偏流部７を乗り上げる。そして偏流部７を通過する際に、偏流部７の稜線が傾斜していることから、若干外側に偏流し、プレートフィン６を通過する。

また、同図中右側を流れる気流において、冷媒パイプ４から離れた部位を通過する気流Ｃは、平面的に見て略直進し、偏流部７を通過する気流Ｄは、該偏流部７を乗り上げ、後段の冷媒パイプ４を通過する際に、該冷媒パイプ４を境に分流し、図中右側の気流は、冷媒パイプ４の右側を迂回してプレートフィン６を通過し、図中左側の気流は、該冷媒パイプ４の左側を迂回する。

特に、気流Ｄの左側を迂回する気流は、立体的に見ると図７に示す如く、相互のプレートフィン６間を通過する気流と、相互のプレートフィン６間から隣接するプレートフィン６の貫通孔５を通過し（破線部分）、該隣接するプレートフィン６の表面を流れる気流と合流する気流に大別される。

合流する気流は、偏流部７を乗り越える気流の影響を受けて貫通孔５を通過するもので、かかる気流により、貫通孔５周辺には、空気が澱むことがない。

その結果、プレートフィン６における止水域が減少し、空気の流れが複雑となって、空気側の熱伝達率が向上し、熱交換作用も活性化され、熱交換性能を向上することができる。

上記気流は、図１に示す熱交換器１において、最前段のフィンピッチが大きい部分では、該プレートフィン６間を流れる風速が速く、通風圧損も小さいことから、上述の乱流作用は小さいが、フィンピッチが小さい部分では、風速が低下し、通風圧損も大きくなり、大きな乱流作用が期待できる。

したがって、フィンピッチが小さい部分では、より大きな熱交換作用が期待でき、熱交換能力の向上が期待できる。

さらに、偏流部７は、貫通孔５周囲において略三角錐状で立体的に突出しているため、曲げ強度が増すとともに、プレートフィン６の表面方向の引張り強度が向上し、冷媒パイプ４とプレートフィン６との密着力が向上し、伝熱性能を維持向上することができる。しかも、プレートフィン６の薄肉化に対しても密着力を維持することができるため、薄肉化に伴う材料費の合理化にも対応し得ることができる。

さらに、貫通孔５周辺に生じる気流の澱みが抑制されるため、従来のバーリング形状のように、部分的に集中した着霜が抑制され、プレートフィン６上に略均一に着霜させることができる。その結果、除霜後のドレン水の残留も抑制でき、安定した熱交換性能を確保することができる。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２における熱交換器のプレートフィンの正面図である。図９は、同熱交換器におけるプレートフィンの側面図である。なお、先の実施の形態１と同様の構成要件については、同一の符号を付して説明する。

図８、図９に示すプレートフィン１６は、先の実施の形態１におけるプレートフィン６と同様に、冷媒パイプ４に取付けられるもので、偏流部７を貫通孔５の片側のみに設けた点で実施の形態１と相違する。

したがって、かかるプレートフィン１６によっても、偏流部７によってプレートフィン１６間を通過する気流に乱流を生じさせることができ、貫通孔５を通過して隣接するプレートフィン１６の表面へ分流する気流を生じさせることができる。

その結果、実施の形態１と同様に、プレートフィン１６における止水域を減少することができ、空気の流れが複雑となって、空気側の熱伝達率が向上し、熱交換作用も活性化され、熱交換性能を向上することができる。

さらに、偏流部７の立体的な突出により、プレートフィン１６の表面方向の引張り強度が向上し、冷媒パイプ４とプレートフィン１６との密着力を向上し、伝熱性能の維持向上とプレートフィン１６の薄肉化に伴う材料費の合理化にも対応し得ることができる。

また、実施の形態１と同様に、貫通孔５周辺に生じる気流の澱みが抑制されるため、プレートフィン１６上に略均一に着霜させることができ、除霜後のドレン水の残留を抑制して安定した熱交換性能を確保することができる。

（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３における熱交換器のプレートフィンの正面図である。図１１は、同熱交換器におけるプレートフィンの側面図である。なお、先の実施の形態１と同様の構成要件については、同一の符号を付して説明する。

図１０、図１１に示すプレートフィン２６は、先の実施の形態１におけるプレートフィン６と同様に、冷媒パイプ４に取付けられるもので、偏流部７ａ、７ｂを、貫通孔５を挟んで両側に位置する点は同じであるが、一方の偏流部７ａを表面側に、他方の偏流部７ｂを裏面側にそれぞれ突出して設けた点で実施の形態１と相違する。

したがって、かかるプレートフィン２６によっても、偏流部７によってプレートフィン２６間を通過する気流に乱流を生じさせることができ、貫通孔５を通過して隣接するプレートフィン２６の表面へ分流する気流を生じさせることができる。

特に、各偏流部７ａ、７ｂは、突出方向が表面側、裏面側と異なっているため、隣接するプレートフィン２６の貫通孔５を通過する気流により複雑さが増した状態となり、その結果、実施の形態１以上にプレートフィン２６における止水域を減少することが期待でき、空気の流れが一層複雑となって、熱交換作用もさらに活性化され、熱交換性能を一層向上することができる。

さらに、偏流部７ａ、７ｂの立体的な突出により、実施の形態１と同様にプレートフィン２６の表面方向の引張り強度が向上し、冷媒パイプ４とプレートフィン２６との密着力を向上し、伝熱性能の維持向上とプレートフィン２６の薄肉化に伴う材料費の合理化にも対応し得ることができる。

また、実施の形態１と同様に、貫通孔５周辺に生じる気流の澱みが抑制されるため、プレートフィン２６上に略均一に着霜させることができ、除霜後のドレン水の残留を抑制して安定した熱交換性能を確保することができる。

（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４における熱交換器のプレートフィンの正面図である。図１３は、同熱交換器におけるプレートフィンの側面図である。なお、先の実施の形態１と同様の構成要件については、同一の符号を付して説明する。

図１２、図１３に示すプレートフィン３６は、先の実施の形態１におけるプレートフィン６と同様に、冷媒パイプ４に取付けられるもので、偏流部１７を、貫通孔５を挟んで両側に位置し、表面側から突出している点は同じであるが、図１２に示す如く、偏流部１７を、平面から見て略台形となるように形成した点で実施の形態１と相違する。

したがって、かかるプレートフィン３６によっても、偏流部１７によってプレートフィン３６間を通過する気流に乱流を生じさせることができ、貫通孔５を通過して隣接するプレートフィン３６の表面へ分流する気流を生じさせることができる。

その結果、実施の形態１と同様に、プレートフィン３６における止水域を減少することが期待でき、空気側の熱伝達率が向上する。また、空気の流れが複雑となって熱交換作用も活性化され、熱交換性能を向上することができる。

さらに、偏流部１７の立体的な突出により、実施の形態１と同様にプレートフィン３６の表面方向の引張り強度が向上し、冷媒パイプ４とプレートフィン３６との密着力を向上し、伝熱性能の維持向上とプレートフィン３６の薄肉化に伴う材料費の合理化にも対応し得ることができる。

また、実施の形態１と同様に、貫通孔５周辺に生じる気流の澱みが抑制されるため、プレートフィン３６上に略均一に着霜させることができ、除霜後のドレン水の残留を抑制して安定した熱交換性能を確保することができる。

なお、偏流部１７を、実施の形態３と同様に、一方はプレートフィン３６の表面側に、他方を裏面側に突出するように構成してもよいことはいうまでもなく、かかる構成とすることにより、熱交換性能を一層向上することが期待できるものである。

（実施の形態５）
図１４は、本発明の実施の形態５における熱交換器のプレートフィンの正面図である。図１５は、同熱交換器におけるプレートフィンの側面図である。なお、先の実施の形態１と同様の構成要件については、同一の符号を付して説明する。

図１４、図１５に示すプレートフィン４６は、先の実施の形態１におけるプレートフィン６と同様に、冷媒パイプ４に取付けられるもので、偏流部２７を、貫通孔５を挟んで両側に位置し、表面側から突出している点は同じであるが、図１４、図１５に示す如く、偏流部２７を、半球面の一部を形成するように湾曲して突出形成した点で実施の形態１と相違する。

したがって、かかるプレートフィン４６によっても、偏流部２７によってプレートフィン４６間を通過する気流に乱流を生じさせることができ、貫通孔５を通過して隣接するプレートフィン４６の表面へ分流する気流を生じさせることができる。

その結果、実施の形態１と同様に、プレートフィン４６における止水域を減少することが期待でき、空気側の熱伝達率が向上し、また、空気の流れが複雑となって熱交換作用も活性化され、熱交換性能を向上することができる。

さらに、偏流部２７の立体的な突出により、実施の形態１と同様にプレートフィン４６の表面方向の引張り強度が向上し、冷媒パイプ４とプレートフィン４６との密着力を向上し、伝熱性能の維持向上とプレートフィン４６の薄肉化に伴う材料費の合理化にも対応し得ることができる。

また、実施の形態１と同様に、貫通孔５周辺に生じる気流の澱みが抑制されるため、プレートフィン４６上に略均一に着霜させることができ、除霜後のドレン水の残留を抑制して安定した熱交換性能を確保することができる。

なお、偏流部２７を、実施の形態３と同様に、一方はプレートフィン４６の表面側に、他方を裏面側に突出するように構成してもよいことはいうまでもなく、かかる構成とすることにより、熱交換性能を一層向上することが期待できるものである。

本発明にかかる熱交換器は、安定した熱交換器性能を確保できるので、冷蔵庫、自販機等のように家庭用から産業用に亘る冷凍機器の冷却器、あるいは放熱器として幅広く利用することができるものである。

本発明の実施の形態１における熱交換器の正面図 同実施の形態の熱交換器の左側面図 同実施の形態の熱交換器の右側面図 同実施の形態の熱交換器におけるプレートフィンの正面図 同実施の形態の熱交換器におけるプレートフィンの側面図 同実施の形態の熱交換器におけるプレートフィンを流れる気流の状態を示す正面からの模式図 同実施の形態の熱交換器におけるプレートフィンを流れる気流の状態を示す側面からの模式図 本発明の実施の形態２における熱交換器のプレートフィンの正面図 同実施の形態の熱交換器におけるプレートフィンの側面図 本発明の実施の形態３における熱交換器のプレートフィンの正面図 同実施の形態の熱交換器におけるプレートフィンの側面図 本発明の実施の形態４における熱交換器のプレートフィンの正面図 同実施の形態の熱交換器におけるプレートフィンの側面図 本発明の実施の形態５における熱交換器のプレートフィンの正面図 同実施の形態の熱交換器におけるプレートフィンの側面図 従来の熱交換器の正面図 同従来の熱交換器の側面図 同従来の熱交換器におけるプレートフィンの要部を拡大した正面図 同従来の熱交換器におけるプレートフィンの要部を拡大した側面図

符号の説明

１ 熱交換器
２ 直管部
３ 曲管部
４ 冷媒パイプ
５ 貫通孔
５ａ 矩形部
５ｂ 円部
６ プレートフン
７ 偏流部
７ａ 偏流部
７ｂ 偏流部
１６ プレートフィン
１７ 偏流部
２６ プレートフィン
２７ 偏流部
３６ プレートフィン
４６ プレートフィン

Claims (2)

1. 直管部と曲管部が交互に連続する蛇行状に加工された冷媒パイプと、前記冷媒パイプが貫通する長穴状の貫通孔が形成された複数のプレートフィンを具備し、前記貫通孔を前記冷媒パイプの曲管部が貫通することにより、前記直管部がプレートフィンと密着した熱交換器であって、前記貫通孔を、矩形部と円部を有し、該矩形部の両側短辺に前記円部がそれぞれ連続して形成された長穴状とし、前記プレートフィンにおいて、その表面から前記前記貫通孔における矩形部の長辺に向けて、該長辺の中心部が最も高い位置になるように突出する偏流部を設け、前記偏流部を、同一面において前記貫通孔を挟んで設け、前記偏流部を、表裏面にそれぞれ設けた熱交換器。
2. 前記冷媒パイプの直管部が、風の流れに対して重ならないように、前記貫通穴を、その中心軸が風の流れに対して傾斜するように設けた請求項１に記載の熱交換器。

Images