JP6302292B2

JP6302292B2 - 熱交換器およびそのプレートフィン

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Publication number: JP6302292B2
Application number: JP2014043879A
Authority: JP
Inventors: 雄太原田; 忍山内; 義和武正
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2034-03-06
Also published as: JP2015169364A

Description

この発明は、熱交換器に関し、より詳細には、たとえば、冷蔵庫における冷凍サイクルの一部を構成し、一般にサブコンデンサ（またはアウターコンデンサ）と称される凝縮器として好適に使用される熱交換器およびそのプレートフィンに関する。

たとえば、近年の冷蔵庫は、冷凍サイクルの一部としてサブコンデンサを備えたものが一般的になっている。
図６は、冷蔵庫の底部裏面側に設けられた機械室の様子を示したものであって、エバポレータ（図示略）から配管(P1)を通って流れてきた冷媒を圧縮するコンプレッサ(C)と、コンプレッサ(C)から配管(P2)を通って流れてきた冷媒を予備冷却するサブコンデンサ(100)とが備えられている。また、コンプレッサ(C)とサブコンデンサ(100)との間には、ファン(F)が設置されており、このファン(F)により、冷蔵庫外から導入された空気が、サブコンデンサ(100)およびコンプレッサ(C)に向かって順次流れるようになっている。
エバポレータから配管(P1)を通って流れてきた−２０℃程度の気相冷媒は、コンプレッサ(C)で圧縮され、約５０〜６０℃の高圧気相冷媒となる。コンプレッサ(C)から出た気相冷媒は、配管(P2)を流れる間に４０℃程度まで下がり、次いで、サブコンデンサ(100)で予備冷却されることにより、３０℃程度の気液２相冷媒となり、冷蔵庫側面に設置されたコンデンサ（図示略）へと送られる。
冷蔵庫の冷凍サイクルに上記のようなサブコンデンサ(100)を組み込むことによって、急冷時の省エネに寄与することができ、また、通常は銅製パイプを使用しているコンデンサのパイプ長さを軽減してコストダウンを図ることができ、さらには、コンデンサから冷蔵庫内部への熱量減少による省エネ効果が得られる。

図７および図８は、従来のサブコンデンサの構造を示したものである。図示のサブコンデンサ(100)は、蛇行状熱交換管(200)と、熱交換管(200)の隣り合う２つの直管部(201A)(201B)にまたがって両直管部(201A)(201B)に並列状に取り付けられた複数のプレートフィン(300)とを備えている。より詳しく言うと、熱交換管(200)は、前方に向かって垂直面内を蛇行状にのびる往路管部(200A)と、往路管部(200A)の前端に折返し管部(200C)を介して接続されかつ往路管部(200A)と左右に対をなすように後方に向かって垂直面内を蛇行状にのびる復路管部(200B)とを有している。そして、往路管部(200A)および復路管部(200B)の左右に隣り合う２つの直管部(201A)(201B)にまたがって両直管部(201A)(201B)に並列状に複数のプレートフィン(300)が取り付けられている。
なお、従来のサブコンデンサには、上記以外の構造のものも存在するが、設置スペースや配管の取り回しの関係上、冷媒入口と冷媒出口とが近くに位置する上記構造を採用したものが多く使用されている。

上記サブコンデンサ(100)の場合、所期の熱交換性能が得られないことがあった。そこで、サブコンデンサ(100)の熱交換性能を更に向上させるために、プレートフィン(300)のピッチを小さくすることが考えられるが、実際にはピッチを細かくしても性能はあまり上がらない。その原因としては、プレートフィン(300)の一端側フィン部分(301A)を貫通させられている往路管部(200A)の直管部(201A)の熱が、プレートフィン(300)の他端側フィン部分(301B)を貫通させられている復路管部(200B)の直管部(201B)に、プレートフィン(300)を介して伝わってしまうことが考えられる。このようなプレートフィン(300)を介した熱伝導は、内部を流れる冷媒どうしの温度差が最大となる、冷媒入口に最も近い往路管部(200A)の後端に位置する直管部(201A)と、冷媒出口に最も近い復路管部(200B)の後端に位置する直管部(201B)との間で、最も顕著に起こりうる。

従来のその他のサブコンデンサとして、下記の特許文献１記載のものが知られている。このサブコンデンサは、蛇行状熱交換管の複数の直管部にまたがって多数の放熱ワイヤをろう付けしてなるものである。
上記のサブコンデンサによれば、熱交換管の直管部どうしの間での熱伝導の問題は軽減されるかもしれないが、製造コストがかかる上、放熱ワイヤの伝熱面積はプレートフィンと比べて小さくなるため、熱交換性能の点でも十分とは言い難い。

特開２００２−３６４９４６号公報

この発明の目的は、蛇行状熱交換管の隣り合う２つの直管部どうしの間でプレートフィンを介して熱が伝わるのを阻止することによって、優れた熱交換性能が得られる熱交換器を提供することにある。

この発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)熱交換器における蛇行状熱交換管の隣り合う２つの直管部にまたがって取り付けられるプレートフィンであって、一方の直管部が通される孔を有する一端側フィン部分と、他方の直管部が通される孔を有する他端側フィン部分とを有しており、両フィン部分を連結部を残して分断するように熱伝導遮断用切り抜き部が形成されている、熱交換器用プレートフィン。

2)熱伝導遮断用切り抜き部が、プレートフィンの長さ中央部をプレートフィン横断方向にのびるスリットよりなり、スリットの両端側に連結部が残されている、上記1)記載の熱交換器用プレートフィン。

3)熱伝導遮断用切り抜き部が、プレートフィンの長さ中央部をプレートフィン横断方向にのびるスリットよりなり、スリットのいずれか一端側に連結部が残されている、上記1)記載の熱交換器用プレートフィン。

4)熱伝導遮断用切り抜き部が、プレートフィンの長さ中央部をプレートフィン横断方向にのびるスリットよりなり、スリットの長さ中央部に連結部が残されている、上記1)記載の熱交換器用プレートフィン。

5)蛇行状熱交換管と、熱交換管の隣り合う２つの直管部にまたがって両直管部に並列状に取り付けられた複数のプレートフィンとを備えており、少なくとも一部のプレートフィンが上記1)〜4)のいずれか１つに記載の熱交換器用プレートフィンによって構成されている、熱交換器。

6)熱交換管が、前方に向かって垂直面内を蛇行状にのびる往路管部と、往路管部の前端に折返し管部を介して接続されかつ往路管部と左右に対をなすように後方に向かって垂直面内を蛇行状にのびる復路管部とを有しており、往路管部および復路管部の左右に隣り合う２つの直管部にまたがって両直管部に並列状に複数のプレートフィンが取り付けられており、全てのプレートフィンのうち少なくとも往路管部および復路管部の後端に位置する２つの直管部にまたがって両直管部に並列状に取り付けられている複数のプレートフィンが、上記1)〜4)のいずれか１つに記載の熱交換器用プレートフィンによって構成されている、上記5)記載の熱交換器。

上記1)の熱交換器用プレートフィンによれば、これが取り付けられる熱交換管の隣り合う２つの直管部内を流れる流体に比較的大きな温度差が生じる場合であっても、一方の高温側の直管部の熱がプレートフィンを介して他方の低温側の直管部に伝わるのが、熱伝導遮断用切り抜き部によって遮断されるため、熱交換性能が損なわれない。
また、一方の直管部が通される孔を有する一端側フィン部分と、他方の直管部が通される孔を有する他端側フィン部分とが、切り抜き部によって完全に分断されてしまうと、分断されたそれぞれのフィン部分は、１つの直管部のみに支持固着された状態となるため、固着強度が不十分となって、直管部を中心にフィン部分が回転するおそれがある。これに対して、上記1)の熱交換器用プレートフィンの場合、一方の直管部が通される孔を有する一端側フィン部分と、他方の直管部が通される孔を有する他端側フィン部分とは、切り抜き部によって完全に分断されてはおらず、連結部によって連結されているので、固着強度が損なわれず、フィンが回転するおそれがない。

上記2)の熱交換器用プレートフィンによれば、切り抜き部がスリットよりなるので、フィン材料の打ち抜き加工等による成形が容易である。また、スリットの両端側に連結部が残されているため、外力によるプレートフィンの変形破損等のおそれが少ない。

上記3)の熱交換器用プレートフィンによれば、切り抜き部がスリットよりなるので、フィン材料の打ち抜き加工等による成形が容易である。また、スリットのいずれか一端側のみに連結部が残されているため、上記2)の熱交換器用プレートフィンと比べて、熱伝導を遮断する効果がより高くなる。

上記4)の熱交換器用プレートフィンによれば、切り抜き部がスリットよりなるので、フィン材料の打ち抜き加工等による成形が容易である。また、スリットの長さ中央部のみに連結部が残されているため、上記2)の熱交換器用プレートフィンと比べて、熱伝導を遮断する効果がより高くなる。

上記5)の熱交換器によれば、熱交換管の隣り合う２つの直管部内を流れる流体に比較的大きな温度差が生じる場合であっても、両直管部にまたがって取り付けられているプレートフィンとして、熱伝導遮断用切り抜き部を有するものを使用することにより、該プレートフィンを介して一方の高温側の直管部の熱が他方の低温側の直管部に伝わるのが効果的に抑制され、優れた熱交換性能が得られる。
また、上記5)の熱交換器において、熱伝導遮断用切り抜き部を有するプレートフィンは、一方の直管部が通される孔を有する一端側フィン部分と、他方の直管部が通される孔を有する他端側フィン部分とが連結部によって連結されているため、フィンが回転するおそれがなく、強度的にも優れている。

上記6)の熱交換器によれば、全てのプレートフィンのうち少なくとも往路管部および復路管部の後端に位置する２つの直管部、すなわち、内部を流れる流体の温度差が最大となる２つの直管部にまたがって両直管部に並列状に取り付けられている複数のプレートフィンが、熱伝導遮断用切り抜き部を有するプレートフィンによって構成されており、プレートフィンを介した熱伝導による熱交換性能の低下が効果的に抑制されるため、とりわけ、前述した冷蔵庫のサブコンデンサとして好適に使用することができる。

この発明の実施形態に係る冷蔵庫用サブコンデンサの全体構成を示す斜視図である。図１のII−II線に沿う断面図である。図１に示すサブコンデンサに使用されるプレートフィンの平面図である。プレートフィンの変形例を示す平面図である。プレートフィンのもう１つの変形例を示す平面図である。従来の冷蔵庫の機械室の概要を示す斜視図である。従来の冷蔵庫用サブコンデンサを示す側面図である。図７のVIII−VIII線に沿う断面図である。

この発明の実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。以下に例示する実施形態は、この発明を、冷蔵庫における冷凍サイクルの一部を構成するサブコンデンサに適用したものである。なお、サブコンデンサを組み込んだ冷凍サイクルの基本構成や作用については、図６を参照して先に説明した通りであるので、説明を省略する。

以下の説明において、図１の上下を「上下」、図１の右を「前」、図１の左を「後」といい、また「左右」は前から見た場合の左右をいうものとする。

図１および図２は、この発明の実施形態によるサブコンデンサの全体構成を示し、図３は、同サブコンデンサに用いられるプレートフィンを示し、図４および図５は、プレートフィンの変形例を示している。

図１および図２において、サブコンデンサ(1)は、アルミニウム製の蛇行状熱交換管(2)と、熱交換管(2)の隣り合う２つの直管部(21A)(21B)にまたがって両直管部(21A)(21B)に並列状に取り付けられた複数のアルミニウム製プレートフィン(3)とを備えている。

熱交換管(2)は、前方に向かって垂直面内を蛇行状にのびる往路管部(20A)と、往路管部(20A)の前端に折返し管部(20C)を介して接続されかつ往路管部(20A)と左右に対をなすように後方に向かって垂直面内を蛇行状にのびる復路管部(20B)とを有している。
往路管部(20A)および復路管部(20B)は、それぞれ、前後方向に所定間隔おきに配置された４つの垂直な直管部(21A)(21B)と、前後に隣り合う直管部(21A)(21A),(21B)(21B)の上端どうしまたは下端どうしを連結する上方または下方凸半円弧状の３つの曲管部(22A)(22B)とを備えている。また、往路管部(20A)の後端に位置する直管部(21A)の上端から後方に向かって冷媒入口管部(20D)がのびており、復路管部(20B)の後端に位置する直管部(21B)の上端から後方に向かって冷媒出口管部(20E)がのびている。
折返し管部(20C)は、往路管部(20A)および復路管部(20B)の前端に位置する直管部(21A)(21B)の上端どうしを連結するように上方凸半円弧状をなす曲管部(20C)によって構成されている。

プレートフィン(3)は、往路管部(20A)および復路管部(20B)における計４対の左右に隣り合う２つの直管部(21A)(21B)それぞれにまたがって両直管部(21A)(21B)に上下並列状に複数ずつ取り付けられており、前後方向に間隔をおいて並んだ４つのフィン群(3G)を構成している。
図１に矢印(X)で示すように、空気は、ファンにより、右から左に流れるようになっている。

４つのフィン群(3G)の上端に位置するプレートフィン(3)の上方に、アルミニウム製の上エンドプレート(4)が配置されている。上エンドプレート(4)には、直管部（21A)(21B)を２つずつ通すための長孔(41)が計４つあけられており、各長孔(41)の孔縁部が前後または左右２つの直管部(21A)(21B),(21A)(21A),(21B)(21B)の上端部分外面にろう付等によって固定されている。
また、４つのフィン群(3G)の下端に位置するプレートフィン(3)の下方に、アルミニウム製の下エンドプレート(5)が配置されている。下エンドプレート(5)は、水平部(51)と、水平部(51)の前端から上方に折れ曲がった垂直部(52)とを備えている。下エンドプレート(5)の水平部(51)には、直管部(21A)(21B)を２つずつ通すための長孔(53)が計４つあけられており、各長孔(53)の孔縁部が前後２つの直管部(21A)(21A),(21B)(21B)の下端部分外面にろう付等によって固定されている。下エンドプレート(5)の垂直部(52)は、その左縁上部から左方にのびる張出部(54)を一体に有しており、この張出部(54)に円形の孔(55)があけられている。

図３に示すように、各プレートフィン(3)は、平面より見て左右に長い方形をしており、往路管部(20A)の直管部(21A)が通される円形の孔(31A)を有する左端側フィン部分(30A)と、復路管部(20B)の直管部(21B)が通される円形の孔(31B)を有する右端側フィン部分(30B)とを有している。両直管部(21A)(21B)へのプレートフィン(3)の固定は、各プレートフィン(3)の孔(31A)(31B)に熱交換管(2)を通した状態で熱交換管(2)を拡管加工することによって行われる。
また、プレートフィン(3)には、両フィン部分(30A)(30B)を連結部(33)を残して分断するように、熱伝導遮断用切り抜き部(32)が形成されている。熱伝導遮断用切り抜き部(32)は、プレートフィン(3)の左右長さ中央部を、プレートフィン横断方向すなわち前後方向にのびるスリット(32)よりなり、スリット(32)の前後両端側に連結部(33)が残されている。

図４は、プレートフィン(3)の変形例を示すものであって、熱伝導遮断用切り抜き部(32X)は、プレートフィン(3)の左右長さ中央部をプレートフィン横断方向（前後方向）にのびるスリット(32X)よりなり、スリット(32X)の後端側のみに連結部(33)が残されている。スリット(32X)の前端は、プレートフィン(3)の前側縁に開口している。
図４のプレートフィン(3)の場合、図３に示すプレートフィン(3)と比べて、切り抜き部(32X)による両直管部(21A)(21B)間の熱伝導遮断効果がより高くなると考えられる。

図５は、プレートフィン(3)のもう１つの変形例を示すものであって、熱伝導遮断用切り抜き部(32Y)は、プレートフィン(3)の左右長さ中央部をプレートフィン横断方向（前後方向）にのびるスリット(32Y)よりなり、スリット(32Y)の前後長さ中央部に連結部(33)が残されている。スリット(32Y)の前後端は、プレートフィン(3)の前後側縁に開口している。
図５のプレートフィン(3)も、図３に示すプレートフィン(3)と比べて、切り抜き部(32Y)による両直管部(21A)(21B)間の熱伝導遮断効果がより高くなると考えられる。

上記サブコンデンサ(1)において、コンプレッサから配管を通して流れてきた冷媒は、熱交換管(2)内に、冷媒入口管部(20D)から流入して、往路管部(20A)、折返し管部(20C)および復路管部(20B)を順次流れ、この間に、右方から左方に流れる空気との間で熱交換が行われた後、冷媒出口管部(20E)を通して流出する。
ここで、往路管部(20A)および復路管部(20B)の後端に位置する直管部(21A)(21B)は、それぞれ冷媒入口管部(20D)および冷媒出口管部(20E)に隣接しており、両直管部(21A)(21B)の内部を流れる冷媒の温度差が最大となる。これら２つの直管部(21A)21B)にまたがって取り付けられた後端のフィン群(3G)を構成している各プレートフィン(3)は、その長さ中央部にスリットよりなる切り抜き部(32)が形成されているので、この切り抜き部(32)により、往路管部(20A)側の直管部(21A)の熱が、プレートフィン(3)を介して、復路管部(20B)側の直管部(21B)に伝わるのが阻止される。従って、往路管部(20A)および復路管部(20B)を流れる間に熱交換によって冷却された冷媒の温度が、冷媒出口管部(20E)の手前で再度上昇することがなく、所期の熱交換性能が得られる。
また、この実施形態のサブコンデンサ(1)では、往路管部(20A)および復路管部(20B)の後端に位置する２つの直管部(21A)(21B)にまたがって取り付けられたフィン群(3G)を構成している各プレートフィン(3)のみならず、残りの３対の隣り合う２つの直管部(21A)(21B)にまたがって取り付けられた３つのフィン群(3G)を構成している各プレートフィン(3)にも、スリットよりなる熱伝導遮断用切り抜き部(32)が形成されている。２つの直管部(21A)(21B)内を流れる冷媒の温度差は前端に近いものほど小さくなるものの、プレートフィン(3)を介した熱伝導は、少ないとは言え、切り抜き部(32)によって確実に遮断されるため、トータルな熱交換性能の向上に寄与すると考えられる。また、すべてのプレートフィン(3)が１種類で揃えられるため、部品管理の負担が軽減され、製造コストが抑えられる、という利点もある。
加えて、各プレートフィン(3)は、切り抜き部（スリット）(32)によって左端側フィン部分(30A)と右端側フィン部分(30B)とが完全に分断されておらず、連結部(33)によって一体性が保持されているので、両フィン部分(30A)(30B)が完全に分断される場合のように、直管部(21A)(21B)との固着強度不足による分断フィン部分の回転が生じるおそれがない。

上記実施形態においては、４つのフィン群(3G)を構成する全てのプレートフィン(3)に熱伝導遮断用切り抜き部(32)が形成されているが、これに限定されるものではなく、たとえば、往路管部(20A)および復路管部(20B)の後端に位置する２つの直管部(21A)(21B)にまたがって取り付けられたフィン群(3G)を構成している各プレートフィン(3)のみに、熱伝導遮断用切り抜き部(32)を形成してもよい。
また、上記実施形態で示したサブコンデンサ(1)の向きは一例にすぎず、設置箇所や配管の取り回し等を考慮して、例えば図１に示す状態から左右方向または前後方向に９０°回転させた状態で設置使用されることもあり得る。

この発明による熱交換器およびそのプレートフィンは、特に、冷蔵庫における冷凍サイクルの一部を構成するサブコンデンサおよびそのプレートフィンとして好適に使用される。

(1)：サブコンデンサ（熱交換器）
(2)：熱交換管
(20A)：往路管部
(20B)：復路管部
(20C)：折返し管部
(21A)(21B)：直管部
(3)：プレートフィン
(30A)：左端側フィン部分（一端側フィン部分）
(30B)：右端側フィン部分（他端側フィン部分）
(31A)(31B)：孔
(32)(32X)(32Y)：熱伝動遮断用切り抜き部（スリット）
(33)：連結部

Claims

熱交換器における蛇行状熱交換管の隣り合う２つの直管部にまたがって取り付けられるプレートフィンであって、一方の直管部が通される孔を有する一端側フィン部分と、他方の直管部が通される孔を有する他端側フィン部分とを有しており、両フィン部分を連結部を残して分断するように熱伝導遮断用切り抜き部が形成されており、
熱伝導遮断用切り抜き部が、プレートフィンの長さ中央部をプレートフィン横断方向にのびるスリットよりなり、スリットの長さ中央部に連結部が残されている、熱交換器用プレートフィン。
蛇行状熱交換管と、熱交換管の隣り合う２つの直管部にまたがって両直管部に並列状に取り付けられた複数のプレートフィンとを備えており、少なくとも一部のプレートフィンが請求項１に記載の熱交換器用プレートフィンによって構成されている、熱交換器。
熱交換管が、前方に向かって垂直面内を蛇行状にのびる往路管部と、往路管部の前端に折返し管部を介して接続されかつ往路管部と左右に対をなすように後方に向かって垂直面内を蛇行状にのびる復路管部とを有しており、往路管部および復路管部の左右に隣り合う２つの直管部にまたがって両直管部に並列状に複数のプレートフィンが取り付けられており、全てのプレートフィンのうち少なくとも往路管部および復路管部の後端に位置する２つの直管部にまたがって両直管部に並列状に取り付けられている複数のプレートフィンが、請求項１に記載の熱交換器用プレートフィンによって構成されている、熱交換器。