JP6768834B2 - 熱交換器およびその製造方法ならびに冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器およびその製造方法ならびに冷凍サイクル装置に関し、特に、伝熱管にフィンが接合された熱交換器と、その熱交換器の製造方法と、そのような熱交換器を備えた冷凍サイクル装置とに関するものである。

空気調和機の一つとして、たとえば、カーエアコン等においては、扁平管とコルゲートフィンとを組み合わせた熱交換器が使用されている。扁平管は、冷媒が流れる伝熱管の一形態であり、熱交換が効率的に行われるように、断面形状が扁平型とされた伝熱管である。コルゲートフィンは、板状のフィンを蛇腹状に屈曲させたフィンである。

扁平管は、扁平管の短径方向に互いに間隔を隔てて複数配置されている。複数の扁平管のそれぞれは、扁平管の長径が、空気の通風方向に沿うように配置されている。間隔を隔てて隣り合う一の扁平管と他の扁平管との間のそれぞれに、コルゲートフィンが配置されている。

一の扁平管に対向する蛇腹状のフィンの山の部分と一の扁平管とが接合されている。他の扁平管に対向する蛇腹状のフィンの山の部分と他の扁平管とが接合されている。扁平管と蛇腹状のフィンとの接合は、従来、ロウ付けによって行われる。ロウ付けは、たとえば、約６００℃程度の比較的高い温度条件のもとで行われる。

特開２０１６−１３０６０３号公報 特開２０１２−７３０１４号公報 特開２００３−１４０９号公報 特開２００５−２０７７２８号公報

熱交換器では、フィンに露が付着した場合に、その露を飛散させることなく露を拡げて熱交換器の外へ排出させることが求められる。特に、室内熱交換器のフィンには、室内に露を飛散させないことが強く求められる。また、フィンの表面を汚染させないことが求められる。そのため、コルゲートフィンを含むフィンの表面は、少なくとも親水性と防汚性とを有するコーティング材によって被覆されている。

しかしながら、フィンの表面を被覆するコーティング材は、ロウ付けをする際の熱（約６００℃程度）によって、融けてしまう。このため、コーティング材が融けないように、扁平管にフィンを接合させる種々の手法が提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４）。

本発明は、そのような熱交換器の開発の一環でなされたものであり、一つの目的は、フィンを被覆するコーティング材を融かすことなく、扁平管とフィンとを接合させた熱交換器を提供することであり、他の目的は、そのような熱交換器の製造方法を提供することであり、さらに他の目的は、そのような熱交換器を備えた冷凍サイクル装置を提供することである。

本発明に係る熱交換器は、扁平管とフィンとを備えている。扁平管は断面形状が扁平型であり、防食層によって被覆されている。フィンは、防食層における第１表面に接合剤を介在させて扁平管に接合され、コーティング材によって被覆されている。防食層における第１表面は、粗面化されている。接合剤は、粗面化された第１表面に固着している。防食層の第１表面は、算術平均による表面粗さが０．７μｍ以上１００μｍ以下をもって粗面化されている。粗面化された防食層の第１表面における頂部から接合剤の上面までの接合剤の厚さは、０．１μｍ以上５．０μｍ以下である。

本発明に係る熱交換器の製造方法は、以下の工程を備えている。断面形状が扁平型であり、防食層によって被覆された扁平管を用意する。コーティング材によって被覆されたフィンを用意する。扁平管の防食層における第１表面に粗面化処理を行う。粗面化処理が行われた防食層の第１表面に接合剤を固着する。フィンを接合剤に当接する。フィンを扁平管の側へ向けて押圧するとともに、扁平管をフィンの側へ向けて押圧する。扁平管とフィンとが押圧された状態で熱処理を行う。粗面化処理を行う工程では、第１表面は、算術平均による表面粗さが０．７μｍ以上１００μｍ以下になるように粗面化される。接合剤を固着する工程では、粗面化された防食層の第１表面における頂部から接合剤の上面までの接合剤の厚さは、０．１μｍ以上５．０μｍ以下である。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記熱交換器を備えた冷凍サイクル装置である。

本発明に係る熱交換器によれば、フィンは、防食層における第１表面に接合剤を介在させて扁平管に接合されていることで、フィンに被覆されたコーティング材が融けていない熱交換器が得られる。

本発明に係る熱交換器の製造方法によれば、フィンに被覆されたコーティング材を融かすことなく、フィンを扁平管に接合することができる。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、上記熱交換器を備えていることで、水滴または汚れ等を室内に飛散させることを抑制することができる。

各実施の形態に係る、熱交換器を備えた空気調和機の冷媒回路を示す図である。 実施の形態１に係る熱交換器の斜視図である。 同実施の形態において、コルゲートフィンと扁平管とが接合されている部分を示す部分拡大斜視図である。 同実施の形態において、図３に示す断面線ＩＶ−ＩＶにおけるコルゲートフィンの部分断面図である。 同実施の形態において、コルゲートフィンと扁平管とが接合されている部分を示す、一部断面を含む側面図である。 同実施の形態において、図５に示す丸印内の部分拡大断面図である。 同実施の形態において、図２に示す熱交換器の製造方法の一工程を示す、一部断面を含む部分斜視図である。 同実施の形態において、図７に示す丸印内の部分拡大断面図である。 同実施の形態において、図７に示す工程の後に行われる工程を示す、一部断面を含む部分斜視図である。 同実施の形態において、図９に示す丸印内の部分拡大断面図である。 同実施の形態において、図９に示す工程の後に行われる工程を示す、一部断面を含む部分斜視図である。 同実施の形態において、図１１に示す丸印内の部分拡大断面図である。 同実施の形態において、図１１に示す工程の後に行われる工程を示す、一部断面を含む部分斜視図である。 同実施の形態において、図１３に示す工程の、一部断面を含む部分拡大側面図である。 同実施の形態において、図１３に示す工程の後に行われる工程を示す、一部断面を含む部分斜視図である。 同実施の形態において、図２に示される熱交換器を複数配置させた熱交換器の一例を示す斜視図である。 実施の形態２に係る熱交換器の部分拡大正面図である。 同実施の形態において、コルゲートフィンと扁平管とが接合されている部分を示す、一部断面を含む側面図である。 同実施の形態において、コルゲートフィンと扁平管とが接合されている領域を説明するための部分平面図である。 実施の形態３に係る熱交換器の部分拡大正面図である。 同実施の形態において、コルゲートフィンと扁平管とが接合されている領域を説明するための部分平面図である。 同実施の形態において、せん断応力と接合面積比との関係を示すグラフである。 実施の形態４に係る熱交換器において、コルゲートフィンと扁平管とが接合されている部分を示す、一部断面を含む側面図である。 同実施の形態において、変形例に係る熱交換器のコルゲートフィンと扁平管とが接合されている部分を示す、一部断面を含む側面図である。 実施の形態５に係る熱交換器において、コルゲートフィンと扁平管とが接合されている部分を示す、一部断面を含む側面図である。 同実施の形態において、図２５に示す断面線ＸＸＶＩ−ＸＸＶＩにおけるコルゲートフィンの部分断面図である。

実施の形態１．
はじめに、各実施の形態に係る熱交換器を備えた冷凍サイクル装置の一例として、空気調和機（冷媒回路）について説明する。図１に示すように、空気調和機８１は、圧縮機８３、四方弁９１、室内機８９、膨張弁８７および室外機８５を備えている。圧縮機８３、四方弁９１、室内機８９、膨張弁８７および室外機８５が、冷媒配管９７によって繋がっている。

室外機８５内には、熱交換器１が配置されている。また、室外機８５内には、室外の空気を熱交換器１へ強制的に送り込む室外ファン９３が設けられている。熱交換器１へ強制的に送り込まれて熱交換器１を通過する室外の空気と、熱交換器１（扁平管）内を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。

室内機８９内には、熱交換器１が配置されている。また、室内機８９内には、室内の空気を熱交換器１へ強制的に送り込む室内ファン９５が設けられている。熱交換器１へ強制的に送り込まれて熱交換器１を通過する室内の空気と、熱交換器１（扁平管）内を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。

空気調和機８１の運転には、冷房運転と暖房運転と除霜運転とがある。冷房運転は、室内の空気を冷やす運転である。暖房運転は、室内の空気を暖める運転である。除霜運転は、室外機８５の熱交換器１に付着した霜等を融かす運転である。

空気調和機８１では、冷房運転、暖房運転および除霜運転に応じて、冷媒流路が四方弁９１によって切り替えられることになる。冷房運転および除霜運転では、圧縮機８３から吐出する冷媒が室外機８５（熱交換器１）へ送り込まれ、室内機８９（熱交換器１）を流れた冷媒が圧縮機８３へ戻される（点線矢印参照）。一方、暖房運転では、圧縮機８３から吐出冷媒が室内機８９（熱交換器１）へ送り込まれ、室外機８５（熱交換器１）を流れた冷媒が圧縮機８３へ戻される（実線矢印参照）。

各運転について、もう少し詳しく説明する。まず、冷房運転では、室外機８５の熱交換器１が凝縮器として機能し、室内機８９の熱交換器１が蒸発器として機能する。圧縮機８３を駆動させることによって、圧縮機８３から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。吐出した高温高圧のガス冷媒（単相）は、四方弁９１を介して室外機８５の熱交換器１に流れ込む。その熱交換器１では、流れ込んだ冷媒と室外機８５内に送り込まれた空気との間で熱交換が行われて、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒（単相）になる。

室外機８５（熱交換器１）から送り出された高圧の液冷媒は、膨張弁８７によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との二相状態の冷媒になる。二相状態の冷媒は、室内機８９の熱交換器１に流れ込む。その熱交換器１では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、室内機８９内に送り込まれた空気との間で熱交換が行われて、二相状態の冷媒は、液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒（単相）になる。この熱交換によって、室内が冷却されることになる。室内機８９（熱交換器１）から送り出された低圧のガス冷媒は、四方弁９１を介して圧縮機８３に流れ込む。流れ込んだ低圧のガス冷媒は、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機８３から吐出する。以下、このサイクルが繰り返される。

次に、暖房運転では、室外機８５の熱交換器１が蒸発器として機能し、室内機８９の熱交換器１が凝縮器として機能する。圧縮機８３を駆動させることによって、圧縮機８３から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。吐出した高温高圧のガス冷媒（単相）は、四方弁９１を介して室内機８９の熱交換器１に流れ込む。その熱交換器１では、流れ込んだガス冷媒と、室内機８９内に送り込まれる空気との間で熱交換が行われて、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒（単相）になる。この熱交換によって、室内が暖房されることになる。

室内機８９（熱交換器１）から送り出された高圧の液冷媒は、膨張弁８７によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との二相状態の冷媒になる。二相状態の冷媒は、室外機８５の熱交換器１に流れ込む。その熱交換器１では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、室外機８５内に送り込まれた空気との間で熱交換が行われて、二相状態の冷媒は、液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒（単相）になる。室外機８５（熱交換器１）から送り出された低圧のガス冷媒は、四方弁９１を介して圧縮機８３に流れ込む。流れ込んだ低圧のガス冷媒は、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機８３から吐出する。以下、このサイクルが繰り返される。

この暖房運転では、室外機８５の熱交換器１が蒸発器として機能するため、室外の空気に含まれる水分が霜となって熱交換器１に付着することがある。室外機８５の熱交換器１に霜が付着すると、その熱交換器１を通過しようとする室外の空気の流れが阻害されてしまい、室外の空気と熱交換器１を流れる冷媒との熱交換が良好に行われなくなり、空気調和機８１の暖房効率が低下することになる。これを回避するため、空気調和機８１では、室外機８５の熱交換器１に一定以上の霜が付着すると、暖房運転が一旦停止されて、熱交換器１に付着した霜を融かす除霜運転が行われることになる。

除霜運転では、室外ファン９３および室内ファン９５のそれぞれの動作が停止される。また、除霜運転の冷媒の流れは、冷房運転の冷媒の流れと同じ流れになる。除霜運転が開始されると、圧縮機８３から吐出した高温高圧のガス状態の冷媒が、四方弁９１を介して室外機８５の熱交換器１に送り込まれる。その熱交換器１では、ガス状の冷媒の熱が放熱されて、熱交換器１に付着した霜が融けることになる。その後、冷媒は、室外機８５から膨張弁８７、室内機８９を流れて、圧縮機８３へ戻される。以下、このサイクルが、熱交換器１に付着した霜が除去されるまで繰り返される。

次に、室内機８９および室外機８５のそれぞれに配置された熱交換器１の構造について、説明する。

図２および図３に示すように、熱交換器１は、複数の扁平管３（伝熱管）、複数のコルゲートフィン２１（フィン）、入口側ヘッダ５１および出口側ヘッダ５３を備えている。複数の扁平管３のそれぞれは、ほぼ水平方向に配置され、上下方向に互いに間隔を隔てて配置されている。扁平管３には、外壁平面部７と外壁曲面部９が設けられている。扁平管３の内部には、冷媒が流れる複数の冷媒流路５が互いに距離を隔てて形成されている。

複数の扁平管３の長手方向の一端側に入口側ヘッダ５１が配置され、長手方向の他端側に出口側ヘッダ５３が配置されている。入口側ヘッダ５１には、冷媒出入口５５が形成されている。出口側ヘッダ５３には、冷媒出入口５５が形成されている。たとえば、入口側ヘッダ５１の冷媒出入口５５から流入した冷媒は、扁平管３を流れて出口側ヘッダ５３へ送られる。一方、出口側ヘッダ５３の冷媒出入口５５から流入した冷媒は、扁平管３を流れて入口側ヘッダ５１へ送られる。

上下方向に隣り合う一の扁平管３と他の扁平管３との間に、コルゲートフィン２１が配置されている。コルゲートフィン２１は、板状のフィンを蛇腹状に屈曲させたフィンである。ここでは、コルゲートフィン２１は、曲面部２５と平面部２３とを有する。また、図４に示すように、コルゲートフィン２１の表面は、少なくとも親水性と防汚性とを有するコーティング材２７によって被覆されている。

図３および図５に示すように、一の扁平管３に対向するコルゲートフィン２１の山の部分（曲面部２５）と一の扁平管３の外壁平面部７とが、接着剤４１によって接合されている。他の扁平管３に対向するコルゲートフィン２１の山の部分（曲面部２５）と他の扁平管３の外壁平面部７とが、接着剤４１によって接合されている。ここでは、接着剤４１として、たとえば、エポキシ系の接着剤が適用されている。

図６に示すように、扁平管３は、たとえば、アルミニウムと亜鉛との合金層からなる防食層１１によって被覆されている。防食層１１の表面には、粗面化処理が施されている。粗面化された防食層１１の算術平均粗さは、０．７μｍ以上１００μｍ以下とされる。算術平均粗さが０．７μｍよりも低い場合には、接着剤４１と扁平管３（防食層１１）との十分な接合強度が得られない。一方、防食層１１の当初の厚さは約１００μｍ程度とされるため、算術平均粗さが１００μｍを超えると、防食層１１を貫通してしまい、扁平管３が腐食する可能性が高くなる。

また、粗面化された防食層１１の表面の頂部１３から接着剤４１の上面までの距離ＴＨ（接着剤４１の厚さ）は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下とされる。接着剤４１の厚さが０．１μｍよりも薄いと、扁平管３に塗布される接着剤４１の分布（厚さ）の管理が難しくなり、接合後の接合状態にばらつきが生じるおそれがある。一方、接着剤４１の厚さが５．０μｍを超えると、扁平管３とコルゲートフィン２１との間の熱伝導が阻害される可能性が高くなる。また、接合する際に、接着剤が流れ出してしまうおそれがある。実施の形態１に係る熱交換器１は、上記のように構成される。

次に、上述した熱交換器１の製造方法の一例について説明する。まず、図７および図８に示すように、扁平管３が用意される。扁平管３の表面は、防食層１１によって被覆されている。防食層１１の厚さは、約１００μｍ程度とされる。この時点で、防食層表面１２の算術平均による表面粗さは、０．２μｍ〜０．５μｍ程度とされる。

次に、扁平管３にブラスト処理が行われる。図９および図１０に示すように、扁平管３に細かい砂を吹き付けることにより、外壁平面部７に位置する防食層表面１２が粗面化される。このとき、防食層表面１２は、算術平均による表面粗さが、０．７μｍ以上１００μｍ以下になるように粗面化される。

次に、図１１および図１２に示すように、ブラスト処理が行われた扁平管３の表面（外壁平面部７）に、接着剤４１が塗布される（クラッド化）。このとき、粗面化された防食層表面１２の頂部１３から接着剤４１の上面までの距離（接着剤４１の厚さ）が、約５μｍ程度になるように塗布される。接着剤は、たとえば、扁平管３に接着剤４１を吹き付けることによって塗布される。また、接着剤４１をロール（図示せず）によって扁平管３に塗布してもよい。

次に、扁平管３とコルゲートフィン２１とが接合される。図１３および図１４に示すように、間隔を隔てて隣り合う一の扁平管３と他の扁平管３との間にコルゲートフィン２１を挟み込む態様で、複数の扁平管３と複数のコルゲートフィン２１とが配置される。次に、その状態で、複数の扁平管３および複数のコルゲートフィン２１の周囲を、たとえば、ワイヤー（図示せず）によって縛ることで、一の扁平管３と他の扁平管３との間にコルゲートフィン２１が挟み込まれる方向（矢印参照）に加圧される。

次に、複数の扁平管３および複数のコルゲートフィン２１を加圧した状態で、約２００℃の温度条件のもとで熱処理（波線矢印参照）が行われる。これにより、コルゲートフィン２１と扁平管３とを密着させながら、コルゲートフィン２１と扁平管３とが接着剤４１によって接合される。このとき、熱処理の温度が約２００℃程度であることで、コルゲートフィン２１を被覆するコーティング材２７が融けてしまうことはなく、コルゲートフィン２１の親水性および防汚性等が保たれることになる。

その後、ワイヤー（図示せず）が解かれて、扁平管３とコルゲートフィン２１とが接着剤４１によって接合された熱交換器１（図２参照）が完成する。

上述した熱交換器１では、まず、扁平管３の防食層１１に粗面化処理を行った後に、その粗面化された防食層１１の表面に、接着剤４１を吹き付けるか、または、接着剤４１を塗布することによって、接着剤４１が扁平管３に固着される（クラッド化）。このとき、接着剤４１の厚さ（粗面化された防食層１１の表面の頂部１３から接着剤４１の上面までの距離ＴＨ）は、薄くても０．１μｍ以上とされる。これにより、扁平管３に塗布される接着剤４１の分布（厚さ）を均一化することができる。

次に、一の扁平管３と他の扁平管３とでコルゲートフィン２１を挟み込むように加圧しながら熱処理を行うことで、コルゲートフィン２１が接着剤４１に確実に接触した状態で、扁平管３とコルゲートフィン２１とが接合される。これにより、扁平管３とコルゲートフィン２１との接合率を向上させることができる。なお、接合率とは、全接合部の数に対する実際の接合部の数の比をいう。

接着剤４１は、扁平管３およびコルゲートフィン２１のそれぞれの母材よりも融点は低い。また、接着剤４１は、その母材に拡散せず金属結合が生じないため、一般的なロウ付けに比べると、接合力が弱い傾向にある。

上述した手法では、粗面化された扁平管３の表面に接着剤４１を確実に固着させ、そして、扁平管３に確実に固着した接着剤４１に接合されるコルゲートフィン２１の接合率を向上させることで、コルゲートフィン２１と扁平管３との接合強度を向上させることができる。また、熱交換器１を製造する際の接合不良が抑制されることで、生産性の改善を図ることができ、生産コストの低減に寄与することができる。

また、上述したように、一般に、空気調和機の熱交換器のフィンには、親水性および防汚性が求められる。コルゲートフィン２１の表面は、親水性および防汚性等を有するコーティング材２７によって被覆されている。コーティング材２７は、コルゲートフィンと扁平管とをロウ付けによって接合する際の温度条件（約６００℃）では、融けてしまうことになる。

一方、コルゲートフィン２１と扁平管３とを接着剤４１によって接合する際の熱処理温度は、約２００℃程度である。これにより、コーティング材２７が融けることはなく、コルゲートフィン２１の親水性および防汚性等を保持することができる。

なお、コルゲートフィンと扁平管とをロウ付けによって接合する場合に、ロウ付け後にコルゲートフィンにコーティング材を被覆する処理がある。

この場合には、コルゲートフィンが扁平管に接合された状態で、コルゲートフィンにコーティング材を均一に塗布させる必要があるところ、コーティング材の粘性が限られているため、コルゲートフィンにコーティング材を均一に塗布することが難しく、接合前にコーティング材が被覆されたコルゲートフィンの場合と比較して、親水性および防汚性等の機能が劣ってしまう。

特に、室内機の熱交換器の場合、コルゲートフィンの表面の親水性が劣化すると、除湿を行う際に生じる水滴がコルゲートフィンから剥離して、室内に水滴が滴下することがある。特に、コルゲートフィンの場合には、熱交換器では、高密度に蛇腹状にフィンが配列されているため、表面張力の増大により水滴の保持量が増えることになる。このため、コルゲートフィンに付着した水滴が室内に滴下しやすくなる。

一方、室外機の熱交換器の場合、コルゲートフィンの表面の親水性が劣化すると、除霜運転を行う際に排水性が悪化することがある。このため、除霜運転から暖房運転へ切り替わっても、暖房性能を十分に発揮させることができないことがある。また、コルゲートフィンに残留する水滴が凍結し氷として成長することがあり、その場合には、熱交換器が損傷を受けることがある。実施の形態１に係る製造方法では、このような問題を回避することができる。

なお、上述した熱交換器１では、熱交換器１が１列分だけ配置された場合を示したが、図１６に示すように、熱交換器１ａ、１ｂ、１ｃ等を含む２列以上配置された多列の熱交換器１であってもよい。このような熱交換器１においても、各熱交換器１ａ、１ｂ、１ｃ等の製造方法を変更することなく、熱交換器１を製造することができる。

実施の形態２．
ここでは、熱交換器のコルゲートフィンの変形例の一例について説明する。図１７および図１８に示すように、熱交換器１における蛇腹状のコルゲートフィン２１では、平面部２３と平面部２６とが交互に形成されるように折り曲げられている。コルゲートフィン２１の平面部２６が、接着剤４１によって扁平管３に接合されている。なお、これ以外の構成については、図３〜図６に示す熱交換器と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。

上述した熱交換器のコルゲートフィン２１では、平面部２６が扁平管３に接合されることで、接合強度をより高めることができる。このことについて説明する。

図１９に、平面部２６が扁平管３と対向している領域を示す。ここで、平面部２６が扁平管３と対向している領域について、扁平管３が延在する方向の長さを長さＡ１とし、扁平管３が延在する方向と直交する方向の長さを長さＢ１とする。そうすると、平面部２６が扁平管３に接合されている領域では、扁平管３が延在する方向の長さは、長さＡ１と同じ長さＡ１になる。一方、扁平管３が延在する方向と直交する方向の長さは、扁平管３の外壁曲面部が位置していることで、長さＢ１よりも短い長さＢ２になる。

これに対して、実施の形態１に係る熱交換器１では、コルゲートフィン２１の曲面部２５が扁平管３に接合されている（図３参照）。このため、曲面部２５が扁平管３に接合されている領域では、扁平管３が延在する方向の長さは、長さＡ１よりも短い長さＡ２になる。一方、扁平管３が延在する方向と直交する方向の長さは、長さＢ２と同じ長さＢ２になる。

そうすると、実施の形態２に係る熱交換器１では、コルゲートフィン２１と扁平管３との接合面積Ｓ１は、Ａ１×Ｂ２になる。一方、実施の形態１に係る熱交換器１では、コルゲートフィン２１と扁平管３との接合面積Ｓ２は、Ａ２×Ｂ２（Ａ２＜Ａ１）になる。その結果、接合面積Ｓ１は接合面積Ｓ２よりも大きくなり、接合強度を向上させることができる。

実施の形態３．
ここでは、熱交換器のコルゲートフィンの変形例の他の例として、コルゲートフィンと扁平管との接合強度を向上させることができるコルゲートフィンについて説明する。

図２０に示すように、熱交換器における蛇腹状のコルゲートフィン２１では、平面部２３と平面部２６とが交互に形成されるように折り曲げられている。特に、コルゲートフィン２１における隣り合う平面部２６を最も接近させる態様で、平面部２６が、接着剤４１によって扁平管３に接合されている。なお、これ以外の構成については、図３〜図６に示す熱交換器と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。

次に、コルゲートフィン２１と扁平管３との接合強度について説明する。図２１に、平面部２６が扁平管３と対向している領域を示す。ここで、平面部２６が扁平管３と対向している領域について、扁平管３が延在する方向の長さを長さＡ１とし、扁平管３が延在する方向と直交する方向の長さを長さＢ１とする。

そうすると、平面部２６が扁平管３に接合されている領域では、扁平管３が延在する方向の長さＡ２は、長さＡ１と同じ長さになる。一方、扁平管３が延在する方向と直交する方向の長さは、扁平管３の外壁曲面部が位置していることで、長さＢ１よりも短い長さＢ２になる。

平面部２６が扁平管３と対向している領域の面積は、Ａ１×Ｂ１になる。平面部２６と扁平管３との接合している領域の接合面積は、Ａ１×Ｂ２になる。平面部２６が扁平管３と対向している領域の面積に対する、平面部２６と扁平管３との接合している領域の接合面積の比を接合面積比とすると、接合面積比は（Ａ１×Ｂ２）／（Ａ１×Ｂ１）＝Ｂ２／Ｂ１になる。

ここで、接合面積比と、接着剤とコルゲートフィンとの接合面に作用するせん断応力との関係（グラフ）を、図２２に示す。アルミニウムから形成されたフィンが破壊されるせん断応力は、１１０（Ｎ／ｍｍ^２）であることが知られている。発明者らの評価によれば、接合面積比が約０．８以上であれば、１１０（Ｎ／ｍｍ^２）のせん断応力が、空気の流れる方向に生じたとしても、接着剤４１に作用するせん断応力は、一般に、接着剤のせん断応力とされる６．９（Ｎ／ｍｍ^２）よりも低い値になることがわかり、コルゲートフィン２１は接着剤４１から剥離しないことが判明した。

また、上述した熱交換器１のコルゲートフィン２１では、隣り合う平面部２６を最も接近させる態様で、平面部２６が、接着剤４１によって扁平管３に接合されている。このため、長さＡ１は、コルゲートフィン２１のフィンピッチをｆｐとすると、長さＡ１＝２・ｆｐになる。

これにより、実施の形態２（図１７参照）において説明した熱交換器と比べると、コルゲートフィン２１と扁平管３との接合面積を増やすことができ、接合強度をさらに向上させることができる。また、熱抵抗を低減することができる。さらに、接着剤４１の厚さを薄くすることが可能になり、接着剤の厚さ方向の熱抵抗を小さくすることができる。また、接着剤４１の使用量も低減することができる。

実施の形態４．
ここでは、コルゲートフィンと扁平管の変形例について説明する。図２３に示すように、扁平管３には、冷媒流路５が延在する方向と交差する方向に凸部１５が設けられている。一方、コルゲートフィン２１には、扁平管３の凸部１５が嵌合する凹部２９が設けられている。なお、これ以外の構成については、図３〜図６に示す熱交換器と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。なお、凸部１５および凹部２９は、説明の便宜上、誇張して示されている。

上述した熱交換器では、扁平管３に凸部１５が設けられ、コルゲートフィン２１に凹部２９が設けられている。これにより、このような凸部と凹部とが形成されていない熱交換器と比べると、コルゲートフィン２１と扁平管３との接合距離（面積）を長くすることができ、接合強度を向上させることができる。

この手法は、特に、接着剤４１として、空気の流れ方向の剥離に弱い接着剤４１を使用する場合に有効とされる。凸部１５と凹部２９とは、空気が流れる方向に少なくとも１組あれば、所望の効果を得ることができる。また、凸部１５の突出する長さ（凹部２９の深さ）は、１ｍｍ以下であっても、コルゲートフィン２１が剥離するのを抑制する効果がある。

なお、上述した熱交換器では、扁平管３の幅方向の途中に凸部１５を設けた場合について説明した。凸部の位置としては、このような配置に限られるものではなく、たとえば、図２４に示すように、扁平管３の幅方向の一端側と他端側とのそれぞれに凸部１５を設けるようにしてもよい。この場合も、コルゲートフィン２１が剥離するのを抑制する効果がある。

実施の形態５．
ここでは、コルゲートフィンの変形例について説明する。図２５および図２６に示すように、コルゲートフィン２１には、ルーバ３１が設けられている。なお、二重線の矢印は空気の流れる方向を示す。ルーバ３１は、風下側に配置され、風上側に向かって開口している。なお、これ以外の構成については、図３〜図６に示す熱交換器と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。

一般的に、空気調和機の室外機では、室外機の筐体内に送り込まれる外気（空気）が熱交換器を通過する際に熱交換が行われる。外気が熱交換器を通過する際には、外気の流れの方向と同じ方向の外力が、コルゲートフィンに作用しやすくなる。コルゲートフィンの風上側にルーバが配置されていると、その外力によってルーバの開口が潰されて、ルーバが閉塞されるおそれがあり、熱交換性能が低下することが想定される。

これに対して、ルーバ３１を風下側に配置することで、ルーバ３１が風上側に配置されている場合と比べて、外力が作用する風上側の剥離強度が強くなって、ルーバ３１が閉塞されるのを抑制することができる。これにより、外気がルーバ３１を流れることで乱流が発生しやすくなり、外気と冷媒との熱交換をより促進させることができる。

なお、各実施の形態では、接合剤として、エポキシ樹脂系の接着剤４１を例に挙げて説明した。エポキシ樹脂系の接着剤４１は、耐熱性、耐水性、化学物質に対する安定性に優れている。また、シックハウス症候群の要因とされるホルムアルデヒド等の揮発性の有機化学物質を含まない。このため、室内機に使用される熱交換器に適した接着剤である。さらに、エポキシ樹脂系の接着剤４１は、耐油性にも優れるため、調理場等の油を多用する場所においても適用することができる。

エポキシ樹脂系の接着剤としては、１液性の接着剤と２液性の接着剤とがある。２液性の接着剤では、エポキシ樹脂と硬化剤との混合比が変わってしまうおそれがあるが、１液性の接着剤では、硬化剤があらかじめエポキシ樹脂に添加されているため、成分のばらつきがなく、安定した接合強度を得ることができる。

また、エポキシ樹脂系の接着剤４１の熱伝導率（０．６Ｗ／ｍ・ｋ）は、ナイロン系の接着剤、あるいは、ポリエステル系の接着剤等の他の接着剤の熱伝導率（０．２〜０．３Ｗ／ｍ・ｋ）と比べて高い。このことからも、エポキシ樹脂系の接着剤４１は、熱交換器に適した接着剤であることがいえる。

また、接合剤としては、エポキシ樹脂系の接着剤４１の他に、はんだでもよい。はんだの場合には、扁平管３の表面にめっきによってはんだを形成すればよい。はんだの場合、２００数十℃の温度条件にてコルゲートフィン２１をはんだによって扁平管３に接合することができ、コルゲートフィン２１を被覆するコーティング材２７（図４参照）が融けることもない。

さらに、コルゲートフィン２１（フィン）を被覆するコーティング材２７を融かすことなく、コルゲートフィン２１（フィン）と扁平管３（伝熱管）とを接合することができる接合剤であれば、接着剤およびはんだ以外のものでもよい。

また、フィンとして、コルゲートフィン２１を例に挙げて説明したが、板状のフィンにも適用することができる。この場合には、接着剤が厚くなることに伴って熱伝導性が悪くなるのを抑えるために、扁平管とフィンとのクリアランスを最小値（５μｍ）にすることが望ましい。

各実施の形態において説明した熱交換器については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。

今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、フィンと扁平管とを備えた熱交換器に有効に利用される。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ 熱交換器、３ 扁平管、５ 冷媒流路、７ 外壁平面部、９ 外壁曲面部、１１ 防食層、１２ 防食層表面、１３ 頂部、１５ 凸部、２１ コルゲートフィン、２３ 平面部、２５ 曲面部、２６ 平面部、２７ コーティング材、２９
凹部、３１ ルーバ、４１ 接着剤、５１ 入口側ヘッダ、５３ 出口側ヘッダ、５５
冷媒出入口、８１ 空気調和機、８３ 圧縮機、８５ 室外機、８７ 膨張弁、８９ 室内機、９１ 四方弁、９３ 室外ファン、９５ 室内ファン、９７ 冷媒配管、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２ 長さ、ｆｐ フィンピッチ。

Claims (14)

1. 断面形状が扁平型であり、防食層によって被覆された扁平管と、
   前記防食層における第１表面に接合剤を介在させて前記扁平管に接合され、コーティング材によって被覆されたフィンと
   を備え、
   前記防食層における前記第１表面は、粗面化されており、
   前記接合剤は、前記粗面化された前記第１表面に固着し、
   前記防食層の前記第１表面は、算術平均による表面粗さが０．７μｍ以上１００μｍ以下をもって粗面化され、
   前記粗面化された前記防食層の前記第１表面における頂部から前記接合剤の上面までの前記接合剤の厚さは、０．１μｍ以上５．０μｍ以下である、熱交換器。
2. 前記フィンは、前記扁平管に沿って平板状に延在する部分を含み、
   前記平板状に延在する部分が前記扁平管に接合された、請求項１記載の熱交換器。
3. 前記扁平管は、
   第１方向に幅を有し、
   前記第１方向と交差する第２方向に延在し、
   前記フィンと前記扁平管とが接触している前記第２方向の長さを長さＡ１とし、
   前記フィンと前記扁平管とが前記接合剤によって接合されている部分の前記第２方向の長さを長さＡ２とし、
   前記フィンと前記扁平管とが接触している前記第１方向の長さを長さＢ１とし、
   前記フィンと前記扁平管とが前記接合剤によって接合されている部分の前記第１方向の長さを長さＢ２とし、
   接合面積比を、（Ａ２×Ｂ２）／（Ａ１×Ｂ１）とすると、
   前記接合面積比は、０．８よりも大きい、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記扁平管には第１凹凸部が設けられ、
   前記フィンには、前記第１凹凸部が嵌合する第２凹凸部が形成された、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記フィンには、風下側に対応する位置にルーバが設けられた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 前記接合剤は、接着剤を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 前記接着剤はエポキシ樹脂系の接着剤を含む、請求項６記載の熱交換器。
8. 前記接合剤は、はんだを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
9. 断面形状が扁平型であり、防食層によって被覆された扁平管を用意する工程と、
   コーティング材によって被覆されたフィンを用意する工程と、
   前記扁平管の前記防食層における第１表面に粗面化処理を行う工程と、
   前記粗面化処理が行われた前記防食層の前記第１表面に接合剤を固着する工程と、
   前記フィンを前記接合剤に当接する工程と、
   前記フィンを前記扁平管の側へ向けて押圧するとともに、前記扁平管を前記フィンの側へ向けて押圧する工程と、
   前記扁平管と前記フィンとが押圧された状態で熱処理を行う工程と
   を備え、
   前記粗面化処理を行う工程では、前記第１表面は、算術平均による表面粗さが０．７μｍ以上１００μｍ以下になるように粗面化され、
   前記接合剤を固着する工程では、前記粗面化された前記防食層の前記第１表面における頂部から前記接合剤の上面までの前記接合剤の厚さは、０．１μｍ以上５．０μｍ以下である、熱交換器の製造方法。
10. 前記熱処理を行う工程では、前記熱処理は、前記コーティング材が溶解する温度よりも低い温度条件のもとで行われる、請求項９記載の熱交換器の製造方法。
11. 前記接合剤を固着する工程では、前記接合剤として接着剤が使用される、請求項９または１０に記載の熱交換器の製造方法。
12. 前記接合剤を固着する工程では、前記接着剤としてエポキシ樹脂系の接着剤が使用される、請求項１１記載の熱交換器の製造方法。
13. 前記接合剤を固着する工程では、前記接合剤としてはんだが使用され、
    前記はんだは、めっきによって前記扁平管に固着される、請求項９〜１０のいずれか１項に記載の熱交換器の製造方法。
14. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器を備えた、冷凍サイクル装置。

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