JP6785868B2 - 熱交換器及び熱交換器を備えた空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は熱交換器、及びそれを備えた空気調和機に関するものである。

熱交換器は、積層された平板状フィンに伝熱管が挿入された熱交換器コアを備え、この熱交換器コアで伝熱管内部を流れる冷媒と外気との間の熱交換を効率的に行うものである。伝熱管の形状としては、断面形状が円形状の円形管または、断面形状が長方形を角取りした扁平状の扁平管などがある。ここで、円形管を使用した熱交換器を「円形管熱交換器」といい、扁平管を使用した熱交換器を「扁平管熱交換器」というものとする。

扁平管熱交換器の熱交換器コアの製造方法では、平板状フィンの一辺から幅方向に形成されたＵ字状の切欠きに、伝熱管を圧入するものが知られている。また、扁平管熱交換器には、上記のような熱交換器コアを平板状フィンの短手方向に複数の層に重ね合せることで、一体化した１枚の熱交換器が形成されるものがある（例えば特許文献１）。

特許第４８４５９４３号公報

上記のような熱交換器では、複数枚の熱交換器コアをフィンの短手方向に重ね合わせて１枚の熱交換器を成しているが、各列の熱交換器コアの位置が合わず、ズレが発生するという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の熱交換器コア同士のずれを抑制することを目的とする。

本発明に係る熱交換器は、内部に冷媒流路を有する第１の伝熱管と、１辺に離間して形成された第１の切欠きに前記第１の伝熱管が挿入され、前記第１の伝熱管の流路方向に積層された、複数枚の第１の平板状フィンと、を有し、前記第１の平板状フィンの少なくとも一部には、前記第１の切欠きが形成された１辺と相対する他方の辺に凹部または凸部が形成された、第１の熱交換器コアと、内部に冷媒流路を有する第２の伝熱管と、１辺に離間して形成された第２の切欠きに前記第２の伝熱管が挿入され、前記第２の伝熱管の流路方向に積層された、複数枚の第２の平板状フィンと、を有し、前記第２の平板状フィンの少なくとも一部には、前記第２の切欠きが形成された１辺に、前記第１の平板状フィンに形成された前記凹部と嵌合する凸部、または前記第１の平板状フィンに形成された前記凸部と嵌合する凹部が形成された第２の熱交換器コアと、を備え、前記第１の平板状フィンに形成された前記凹部または前記凸部と前記第２の平板状フィンとは互いに接合されておらず、前記第１の熱交換器コアと前記第２の熱交換器コアとは、前記第１の伝熱管と前記第２の伝熱管との間にズレが発生する方向にコの字型またはＬ字型に曲げ加工されている。

本発明に係る熱交換器によれば、熱交換器コアの凹部と他の熱交換器コアの凸部とが嵌合することで、熱交換器コア同士のずれを抑制することができる。

本発明に係る空気調和機の室外機の斜視図 本発明に係る室外機の内部を示す斜視図 本発明に係る熱交換器の上面図 実施の形態１に係る熱交換器の一部を示す断面図 実施の形態１に係る熱交換器の平板状フィンの一部を拡大して示す断面図 伝熱管と平板状フィンとの接触長さの比に対する熱通過率の特性図 実施の形態２に係る熱交換器の一部を示す断面図 実施の形態３に係る熱交換器の一部を示す断面図 実施の形態４に係る熱交換器の一部を示す断面図 実施の形態５に係る熱交換器の一部を示す断面図 実施の形態６に係る熱交換器の一部を示す断面図

実施の形態１．
本発明による熱交換器は、複数の熱交換器コアを積層して構成するものであり、複数の熱交換器コアを積層する際の熱交換器コア同士のずれを抑制する構成となっている。
以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態では、伝熱管として扁平管を使用した熱交換器及びそれを備えた空気調和機の室外機について説明する。

まず、空気調和機の室外機１の構成を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る熱交換器２を有する室外機１の斜視図、図２は室外機１の内部を示す斜視図である。図１及び図２に示すように、室外機１は、内部に熱交換器２等を備え、その周囲を複数のパネルで構成される外郭に覆われている。ここで、室外機１の奥行方向、幅方向、高さ方向を図１及び２に記載のＸ、Ｙ、Ｚとする。
室外機１の外郭は、前面を構成する前面パネル１０と側面を構成するサイドパネル１１と室外機１の上部に設けられるファンガード１２を備える。サイドパネル１１には、空気が室外機１内部に吸い込まれる空気吸込口１３が設けられ、ファンガード１２には室外機１内部の空気が室外機１外部に吹出される空気吹出口１４が設けられる。
室外機１の上部のファンガード１２内部にはファンが設けられる。ファンは、空気を空気吸込口１３から室外機１内部に吸いこみ、吸い込んだ空気を空気吹出口１４から室外機１外部へ吹出すための送風を行うものであり、ファンガード１２に囲まれて設けられている。この構成により、空気吸込口１３から室外機１内部へ吸い込まれた空気は熱交換器２を経た後にファンを介して空気吹出口１４から室外機１外部に吹出される。

室外機１の内部には、熱交換器２と、熱交換器２等を支持するベースパネル２０と、冷媒を圧縮するコンプレッサ２１と、余剰冷媒を貯留するアキュムレータ２２とが設けられている。
ベースパネル２０は、室外機１の底面側の外郭を構成するものであり、室外機１内部の部品がベースパネル２０にネジ止めされることで支持される。コンプレッサ２１は、冷媒を圧縮して吐出するものであり、ベースパネル２０上に設置される。コンプレッサ２１は、冷媒の吐出側が、冷房運転時には熱交換器２に接続され、暖房運転時には図示省略の室内機に搭載される熱交換器に接続される。アキュムレータ２２は余剰の液冷媒を貯留するものであり、コンプレッサ２１の冷媒の吸入側に接続される。

図３は熱交換器２の上面図である。熱交換器２は、冷媒流路を有して冷媒が通る伝熱管と、伝熱管と接して設けられたフィンを備えており、伝熱管に供給される冷媒と、フィンの間を通過する空気との間で熱交換を行うものであり、冷房運転時には凝縮器（放熱器）として機能して冷媒を凝縮液化し、暖房運転時には蒸発器として機能し冷媒を蒸発気化させるものである。熱交換器２は、サイドパネル１１に対向して設けられ、サイドパネル１１に固定される。
本発明の実施の形態に係る熱交換器２は、複数の平板状フィンに扁平管が挿入された複数の熱交換器コア３及び熱交換器コア４を平板状フィンの短手方向に重ね合わせて一体化した熱交換器２を形成する。扁平管はＵ字曲げされており、一端がＵ字状のヘアピン部、他端が扁平管の断面形状を成す切断部である。
扁平管は、例えば複数の冷媒流路を内部に備えた多孔扁平管である。扁平管の材質は、伝熱性がよく、腐食の少ない金属製であることが望ましく、例えばアルミニウム製や銅製などが考えられる。また、扁平管は、内部に冷媒等の流体が流されるが、断面を扁平形状とすることで、通風抵抗を増大させることなく冷媒と伝熱管の接触面積を増大させることができ、それにより、小型化した場合であっても十分な熱交換器としての性能を得ることができる。
なお、図２には複数列の扁平管が配列されて一体化された熱交換器２を室外機１の上下方向に３段積層されたものが示されているが、熱交換器２の積層はこの限りでなく、積層されない構成または複数段積層された構成としてもよい。

図４は図３の熱交換器２の一部（以下、図４の熱交換器を熱交換器１００と称する）をＡ−Ａ切断面でみた断面図である。ここで、図のＸ方向は熱交換器コアの列方向、Ｚ方向は熱交換器コアの段方向である。熱交換器１００は、凹部を有する第１の熱交換器コアとしての熱交換器コア３０ａと凸部を有する第２の熱交換器コアとしての熱交換器コア４０ａとを重ね合せて構成されている。

凹部を有する熱交換器コア３０ａは平板状フィン３１ａが複数枚積層されたフィン体３２ａと伝熱管３３ａとを有する。平板状フィン３１ａは長手方向に延びる１辺に、一定の間隔をもち離間して並んで形成された複数の切欠き３４ａを有し、当該１辺と相対する辺に形成された凹部３５ａを有する。複数の切欠き３４ａは、扁平状に形成されており、それぞれの切欠き３４ａには伝熱管３３ａが挿入されるものである。凹部３５ａは、切欠き３４ａが並ぶ方向において、切欠き３４ａ同士のピッチＰと半ピッチ１／２Ｐだけ切欠き３４ａとずれた位置に設けられており半円弧形状である。この平板状フィン３１ａが伝熱管３３ａの流路方向（図４の紙面奥行方向）に複数枚積層されることでフィン体３２ａが形成されている。さらに、フィン体３２ａの切欠き３４ａに伝熱管３３ａが挿入されることで凹部を有する熱交換器コア３０ａが形成される。ここで、図４に示すように伝熱管３３ａは、切欠き３４ａの最深部３６ａに伝熱管３３ａの一端部が接触した状態で挿入されているとともに、伝熱管３３ａの他端部である円弧状部３８ａは切欠き３４ａから突出して半円弧形状の突出部３７ａを形成しており、この突出部３７ａは熱交換器コア３０ａの凸部を構成している。

一方、凸部４５ａを有する熱交換器コア４０ａは熱交換器コア３０ａと長辺方向の両端部の構造を除いて同様の構造であり、平板状フィン４１ａが複数枚積層されたフィン体４２ａと伝熱管４３ａとを有する。伝熱管４３ａの他端部は切欠き４４ａから突出しており、この半円弧形状の突出部分である突出部４７ａにより熱交換器コア３０ａの凹部３５ａと嵌合する凸部４５ａが構成される。

以上のような構成の熱交換器１００においては、熱交換器コア３０ａに設けられた半円弧形状の凹部３５ａと熱交換器コア４０ａの伝熱管４３ａの突出部で形成された半円弧形状の凸部４５ａとが嵌合されることにより、熱交換器コア３０ａと熱交換器コア４０ａが所望の位置関係をもって重ね合せられる。
このとき、熱交換器コア３０ａの凹部３５ａは、切欠き３４ａが並ぶ方向において、切欠き３４ａ同士のピッチＰと半ピッチ１／２Ｐだけ切欠き３４ａとずれた位置に設けられており、この凹部３５ａに熱交換器コア４０ａの凸部４５ａが嵌合しているため、熱交換器コア３０ａの伝熱管３３ａと熱交換器コア４０ａの伝熱管４３ａとの位置関係は互い違いに配置された千鳥配列となる。

それぞれの熱交換器コアにおける伝熱管と平板状フィンは、例えばろう付接合や接着などにより接合される。伝熱管と平板状フィンは、伝熱管または平板状フィン、もしくは伝熱管と平板状フィンの両方にろう材層を有するクラッド材を使用することにより、ろう付接合される。ろう材層を有しない材料を使用する場合、伝熱管と平板状フィンは、ろう材や接着剤を供給することにより、ろう付接合、もしくは接着される。ろう付接合の場合、伝熱管と平板状フィンのろう付は、高温雰囲気炉内に投入する炉中ろう付で行う。

平板状フィンの伝熱管が接触する接触部は、平板状フィンが平板面から立ち上がり、フィンカラーもしくはバーリングと呼ばれる切起こしが形成される。これにより、伝熱管と平板状フィンのろう付性、接着性を向上させることができる。

次に、熱交換器１００の組立方法について説明する。熱交換器１００は複数の熱交換器コア同士を図４に示す列方向又に積層することで組み立てられる。この組立は、上記方法によりそれぞれの熱交換器コアにおいて伝熱管と平板状フィンとをろう付け等により接合させる前に行っても、接合させた後に行ってもよい。熱交換器コアの組立の後に図３に示すような略コの字または略Ｌ字などの所望の形状に曲げることで、熱交換器１００の形状を形成することがある。

伝熱管３３ａと平板状フィン３１ａ、伝熱管４３ａと平板状フィン４１ａをそれぞれ接合させる際に、熱交換器コア３０ａと熱交換器コア４０ａとがろう材や接着剤により接合されてしまうことがある。熱交換器コア３０ａと熱交換器コア４０ａとが互いに接合されると、熱交換器コア同士の間に部品を取り付けることができなくなる。また、組立後の熱交換器１００を略コの字曲げ、略Ｌ字曲げするときに、各熱交換器コアの曲げ半径が異なるため、熱交換器コア間でフィン積層方向にズレが発生するが、この際、熱交換器コア３０ａと熱交換器コア４０ａとが互いに接合されていると、熱交換器コア間のズレが抑制されるため、略コの字曲げ、略Ｌ字曲げを実施するのが困難になる。

そこで、熱交換器コア３０ａと熱交換器コア４０ａとが互いに接合されることを防ぐためには、例えば熱交換器コア間に接合防止のシートを挿入する方法がある。炉中ろう付で行う場合は、接合防止のシートに炭素繊維を用いたもの等を使用することにより、炉中ろう付後にシートを外すことが出来る。接合防止のシートを用いることにより、熱交換器コア３０ａと熱交換器コア４０ａとが互いに接合されない状態で組立てられたものになる。

熱交換器１００の組立は、作業台や台車の上で実施される。熱交換器コア３０ａと熱交換器コア４０ａとを連結する際には、伝熱管３３ａと伝熱管４３ａとの切断部に伝熱管同士を連結する部品を取り付けることにより接続される。接続方法には、１対の伝熱管を接続するＵベンド接続や、主流路から各々の伝熱管に接続するヘッダー接続、ディストリビュータ接続などがある。扁平管の切断部からヘッダーやディストリビュータ、円形管等への接続時には、円形管から扁平管へ流路を変換するジョイントと呼ばれる部材を使用する場合がある。
これら伝熱管同士を連結する部品は、炉中ろう付、火炎で母材とろう材を炙るバーナーろう付、高周波ろう付で取り付けられる。

従来の熱交換器では、複数の熱交換器コア同士を組み立てる際に、それぞれの熱交換器コアの平板状フィンの短手方向に延びる辺同士を合わせることや、伝熱管のヘアピン部および切断部を合わせることで、熱交換器コア同士を精度よく位置決めする必要があった。そのため、位置決めプレートや治具を用いて組み立てを行っていた。
また、複数の熱交換器コア同士を組み立て、位置が決まった状態であっても、ろう付する場合にズレが発生するので、やはり、組み立て時と同じ位置決め治具、もしくは違う位置決め治具や連結部品によりズレを抑制する必要があった。

実施の形態１の熱交換器１００によれば、平板状フィン３１ａの１辺に伝熱管３３ａが挿入される複数の切欠き３４ａを有し他辺に凹部３５ａを有する熱交換器コア３０ａと、平板状フィン４１ａの１辺に凹部３５ａと嵌合する凸部４５ａを有する熱交換器コア４０ａとを備えるので、凹部３５ａと凸部４５ａとが嵌合することで、熱交換器コア同士のずれを抑制することができ、容易に位置決めされた熱交換器１００を得ることができる。したがって、位置決めプレートや治具の使用を削減しつつ容易に位置決めして熱交換器１００を組み立てることができる。
また、凹部３５ａは平板状フィン３１ａの一部を切り欠くことで形成され、凸部４５ａは伝熱管４３ａの突出部４７ａで形成されるため、熱交換器コア同士あるいは熱交換器と筐体とを連結するための部品を削減することができる。したがって、組立作業を容易にし、組立作業時間を削減するとともにコストを抑えることができる。
さらに、組立後の熱交換器コア同士のずれを抑制することができるため、組立後の熱交換器コア同士を連結するための部品の削減となる。また、伝熱管の千鳥配列が崩れることがなく、熱交換器１００の性能低下を抑制することができる。伝熱管を千鳥配列とすることで、熱交換器１００内部において伝熱管外側を通過する空気が撹拌され乱流となるため、熱交換器１００の熱伝達率を向上することができる。

さらに、実施の形態１において伝熱管４３ａの突出部４７ａにより形成される凸部４５ａの突出量について説明する。図５は平板状フィン４１ａの一部を拡大した断面図、図６は伝熱管４３ａと平板状フィン４１ａとの接触長さの比に対する熱通過率Ｋの特性図である。伝熱管４３ａと平板状フィン４１ａとの接触長さの比は、伝熱管４３ａの突出量を表す指標であり、伝熱管４３ａの断面における外周長さをＬ、平板状フィン４１ａと伝熱管４３ａとの接触長さｌとしたときｌ／Ｌで表される。また、熱通過率は熱交換器の性能を表す指標である。

円形管を用いた場合、扁平管と異なり外周に直線部がないため、複数枚の熱交換器コアを嵌合させるには、ｌ／Ｌ≧０．５となる。扁平管を用いた場合、外周に直線部があるため、ｌ／Ｌ＜０．５での製造が可能となる。

図６の特性図に示すように、ｌ／Ｌが０．４未満のとき熱通過率が１０％以上低下する。したがって、熱交換器の性能低下を１０％以内におさめるためには、ｌ／Ｌ≧０．４とする必要がある。つまり、熱交換器の性能を十分に発揮させるためには、上記凸部を形成する際、伝熱管４３ａの断面図における外周長さのうち４割以上が平板状フィン４１ａの切欠き４４ａに挿入されることが望ましい。
上記構成とすることで、熱交換器１００の性能を保ちつつ熱交換器コア同士の位置決めが容易な構成とすることができる。

実施の形態２．
図７は実施の形態２に係る熱交換器２００の一部における断面図である。実施の形態２では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には同一符号を付して説明を省略するものとする。

実施の形態１では、熱交換器コア３０ａ、４０ａの伝熱管３３ａ、４３ａ全てが平板状フィンから突出した構成を示したが、実施の形態２では、一部の伝熱管のみが平板状フィンから突出して凸部を形成する構成を示す。

凹部を有する熱交換器コア３０ｂは、切欠き３４ｂの間隔毎に凹部３５ｂが設けられるのではなく、間欠的に凹部３５ｂが切欠き３４ｂが並ぶ方向において、切欠き３４ｂ同士のピッチＰと半ピッチ１／２Ｐだけ切欠き３４ｂとずれた位置に設けられる構成である。また、凸部を有する熱交換器コア４０ｂは、凹部３５ｂに対向する位置に凹部３５ｂと嵌合する凸部４５ｂが形成される構成である。ここで、熱交換器コア３０ｂ及び熱交換器コア４０ｂにおいて、切欠きの深さと伝熱管の断面の長径は同じであり、伝熱管３３ｂ、４３ｂは切欠き３４ｂ、４４ｂの最深部３６ｂ、４６ｂに伝熱管３３ｂ、４３ｂの一端部が接触した状態で円弧状部３８ｂ、４８ｂが切欠き３４ｂ、４４ｂから突出せず、切欠き３４ｂ、４４ｂ内部に挿入されている。ただし、凸部４５ｂが設けられる位置に形成された切欠きは他の切欠きよりも浅く形成され、伝熱管４３ｂは切欠き４４ｂから突出した状態で挿入されている。
なお、ここでは凸部４５ｂが設けられる切欠き以外の切欠きについて、その深さと伝熱管の断面の長径を同じにして円弧状部３８ｂ、４８ｂが切欠き３４ｂ、４４ｂから突出しないようにしたものを示したが、切欠きの深さ≧伝熱管の断面の長径という関係にして、円弧状部３８ｂ、４８ｂが切欠き３４ｂ、４４ｂから突出しないようにしてもよい。
また、凸部４５ｂが設けられる位置に形成された切欠きを他の切欠きよりも浅く形成することで、伝熱管４３ｂが切欠き４４ｂから突出した状態になるものを示したが、凸部４５ｂが設けられる切欠きの深さを他と同じにしておき、伝熱管４３ｂを一端部が切欠き４４ｂの最深部４６ｂから離れるように挿入することで、他端部である円弧状部４８ｂが切欠き４４ｂから突出した状態にしてもよい。

以上のような構成の熱交換器２００においては、熱交換器コア３０ｂに間欠的に設けられた半円弧形状の凹部３５ｂと熱交換器コア４０ｂの伝熱管４３ｂの突出部で形成された半円弧形状の凸部４５ｂとが嵌合されることにより、熱交換器コア３０ｂと熱交換器コア４０ｂが所望の位置関係をもって重ね合せられる。
このとき、熱交換器コア３０ｂの凹部３５ｂは、切欠き３４ｂが並ぶ方向において、切欠き３４ｂ同士のピッチＰと半ピッチ１／２Ｐだけ切欠き３４ｂとずれた位置に設けられており、この凹部３５ｂに熱交換器コア４０ｂの凸部４５ｂが嵌合しているため、熱交換器コア３０ｂの伝熱管３３ｂと熱交換器コア４０ｂの伝熱管４３ｂとの位置関係は互い違いに配置された千鳥配列となる。

実施の形態２の熱交換器２００によれば、切欠き３４ｂ、４４ｂの深さと伝熱管３３ｂ、４３ｂの断面の長径はそれぞれ同じであり、伝熱管３３ｂ、４３ｂは切欠き３４ｂ、４４ｂの最深部３６ｂ、４６ｂに伝熱管３３ｂ、４３ｂの一端部が接触した状態で円弧状部３８ｂ、４８ｂが切欠き３４ｂ、４４ｂから突出せず、切欠き３４ｂ、４４ｂ内部に挿入されているため、伝熱管３３ｂ、４３ｂと平板状フィン３１ｂ、４１ｂとの接触長さｌは伝熱管３３ｂ、４３ｂが平板状フィン３１ｂ、４１ｂから突出していた上記実施の形態１の構成に比べて長くなる。したがって、伝熱管３３ｂ、４３ｂから平板状フィン３１ｂ、４１ｂへの伝熱量が増加し、熱交換器２００の熱交換性能を向上することができる。

また、熱交換器コア同士は熱交換器コア３０ｂに間欠的に設けられた半円弧形状の凹部３５ｂと熱交換器コア４０ｂの伝熱管４３ｂの突出部で形成された半円弧形状の凸部４５ｂとが嵌合され組み立てられる。組み立て時に凹部３５ｂと凸部４５ｂとがずれた位置にある場合は嵌合しないため、熱交換器コア同士の組み付け位置の間違いを防止することができる。

実施の形態３．
図８は実施の形態３に係る熱交換器３００の一部における断面図である。実施の形態３では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には同一符号を付して説明を省略するものとする。

実施の形態１では、２つの熱交換器コアはどちらも凹部を有する構造であったが、実施の形態３では、さらに重ねるものがない熱交換器コアには凹部を形成しない構成のものを示す。

凹部を有する熱交換器コア３０ｃは切欠き３４ｃの間隔毎に凹部３５ｃが切欠き３４ｃが並ぶ方向において、切欠き３４ｃ同士のピッチＰと半ピッチ１／２Ｐだけ切欠き３４ｃとずれた位置に設けられる。切欠き３４ｃの深さと伝熱管３３ｃの断面の長径は同じであり、伝熱管３３ｃは切欠き３４ｃの最深部３６ｃに伝熱管３３ｃの一端部が接触した状態で円弧状部３８ｃが切欠き３４ｃから突出せず、切欠き３４ｃ内部に挿入されている。一方、凸部を有する熱交換器コア４０ｃは切欠き４４ｃが設けられる辺と相対する辺に凹部が形成されていない構成である。つまり、熱交換器コア４０ｃの一辺は直線状に形成される。伝熱管４３ｃは切欠き４４ｃの最深部４６ｃに伝熱管４３ｃの一端部が接触した状態で円弧状部４８ｃが切欠き４４ｃから突出し、熱交換器コア４０ｃの凸部４５ｃを形成する。

以上のような構成の熱交換器３００においては、熱交換器コア３０ｃに切欠き３４ｃの間隔毎に設けられた半円弧形状の凹部３５ｃと熱交換器コア４０ｃの伝熱管４３ｃの突出部で形成された半円弧形状の凸部４５ｃとが嵌合されることにより、熱交換器コア３０ｃと熱交換器コア４０ｃが所望の位置関係をもって重ね合せられる。
このとき、熱交換器コア３０ｃの凹部３５ｃは、切欠き３４ｃが並ぶ方向において、切欠き３４ｃ同士のピッチＰと半ピッチ１／２Ｐだけ切欠き３４ｃとずれた位置に設けられており、この凹部３５ｃに熱交換器コア４０ｃの凸部４５ｃが嵌合しているため、熱交換器コア３０ｃの伝熱管３３ｃと熱交換器コア４０ｃの伝熱管４３ｃとの位置関係は互い違いに配置された千鳥配列となる。

実施の形態３の熱交換器３００によれば、熱交換器コア４０ｃは切欠き４４ｃが設けられる辺と相対する辺に凹部が形成されていない構成であるため、平板状フィン４１ｃの切欠き４４ｃが設けられる辺と相対する辺にかかる圧力に対して耐力が大きく、平板状フィン３１ｃ、４１ｃの変形や倒れを抑制することができる。
また、切欠き３４ｃの深さと伝熱管３３ｃの断面の長径はそれぞれ同じであり、伝熱管３３ｃは切欠き３４ｃの最深部３６ｃに伝熱管３３ｃの一端部が接触した状態で円弧状部３８ｃが切欠き３４ｃから突出せず、切欠き３４ｃ内部に挿入されているため、伝熱管３３ｃと平板状フィン３１ｃとの接触長さｌは伝熱管３３ｃが平板状フィン３１ｃから突出した場合に比べて長くなる。したがって、伝熱管３３ｃから平板状フィン３１ｃへの伝熱量が増加し、熱交換器３００の熱交換性能を向上することができる。

なお、実施の形態１から３では凹部の形状を半円弧形状としたが、凹部の形状はこれに限らず、矩形やＶ字にしてもよい。

また、凸部は伝熱管の突出部で形成されるものを説明したが、平板状フィン自体に一体に凸部を形成してもよい。

また、凹部を有する熱交換器コアに設けられた凹部の数及び凸部の有無、並びに、凸部を有する熱交換器コアの凹部の有無は上記の構成に限定されるものではなく、各構成を組み合わせたものであってもよい。

実施の形態４．
図９は実施の形態４に係る熱交換器４００の一部における断面図である。実施の形態４では、実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には同一符号を付して説明を省略するものとする。

実施の形態１の熱交換器１００は、凹部を有する第１の熱交換器コアとしての熱交換器コア３０ａと凸部を有する第２の熱交換器コアとしての熱交換器コア４０ａとを重ね合せて構成されたが、実施の形態４の熱交換器４００は、凸部を有する第３の熱交換器コアとしての熱交換器コア５０ａと凹部を有する第４の熱交換器コアとしての熱交換器コア６０ａとを重ね合せて構成される。

凸部を有する熱交換器コア５０ａは平板状フィン５１ａが複数枚積層されたフィン体５２ａと伝熱管５３ａとを有する。平板状フィン５１ａは長手方向に延びる１辺に、一定の間隔をもち離間して並んで形成された複数の切欠き５４ａを有し、当該１辺と相対する辺に形成された矩形状の凸部５５ａを有する。複数の切欠き５４ａは、扁平状に形成されており、それぞれの切欠き５４ａには伝熱管５３ａが挿入されるものである。凸部５５ａは、切欠き５４ａが並ぶ方向において、切欠き５４ａ同士のピッチＰと半ピッチ１／２Ｐだけ切欠き５４ａとずれた位置に設けられており矩形形状である。この平板状フィン５１ａが伝熱管５３ａの流路方向（図９の紙面奥行方向）に複数枚積層されることでフィン体５２ａが形成されている。そして、フィン体５２ａの切欠き５４ａに伝熱管５３ａが挿入されることで熱交換器コア５０ａが形成される。ここで、図９に示すように、切欠き５４ａの深さは伝熱管５３ａの断面の長径よりも深く形成されており、伝熱管５３ａは切欠き５４ａの最深部５６ａに伝熱管５３ａの一端部が接触した状態で挿入されている。このため伝熱管５３ａの他端部である円弧状部５８ａは切欠き５４ａから突出せず、フィン体５２ａの１辺よりも奥に挿入された状態となっており、切欠き５４ａのうち、伝熱管５３ａの円弧状部５８ａからフィン体５２ａの１辺までの間に、凹部６５ａが形成されている。

一方、凹部を有する熱交換器コア６０ａは熱交換器コア５０ａと長辺方向の両端部の構造を除いて同様の構造であり、平板状フィン６１ａが複数枚積層されたフィン体６２ａと伝熱管６３ａとを有する。切欠き６４ａの深さは伝熱管６３ａの断面の長径よりも深く形成されており、熱交換器コア５０ａと同様に、切欠き６４ａのうち、伝熱管６３ａの円弧状部６８ａからフィン体６２ａの１辺までの間に、凹部６５ａが形成されている。

以上のような構成の熱交換器４００においては、熱交換器コア５０ａに設けられた凸部５５ａと熱交換器コア６０ａの凹部６５ａとが嵌合されることにより、熱交換器コア５０ａと熱交換器コア６０ａが所望の位置関係をもって重ね合せられる。
このとき、熱交換器コア５０ａの凸部５５ａは、切欠き５４ａが並ぶ方向において、切欠き５４ａ同士のピッチＰと半ピッチ１／２Ｐだけ切欠き５４ａとずれた位置に設けられており、この凸部５５ａに熱交換器コア６０ａの凹部６５ａが嵌合しているため、熱交換器コア５０ａの伝熱管５３ａと熱交換器コア６０ａの伝熱管６３ａとの位置関係は互い違いに配置された千鳥配列となる

実施の形態４の熱交換器４００によれば、平板状フィン５１ａの１辺に伝熱管５３ａが挿入される複数の切欠き５４ａを有し他辺に矩形の凸部５５ａを有する熱交換器コア５０ａと、平板状フィン６１ａの１辺に凸部５５ａと嵌合する凹部６５ａを有する熱交換器コア６０ａとを備えるので、凸部５５ａと凹部６５ａとが嵌合することで、熱交換器コア同士が容易に位置決めされた熱交換器４００を得ることができる。したがって、位置決めプレートや治具の使用を削減しつつ容易に所望の位置関係を保った熱交換器４００を組み立てることができる。
また、凸部５５ａが平板状フィン５１ａと一体に形成され、凹部６５ａが切欠き６４ａのうちの伝熱管６３ａの円弧状部６８ａからフィン体６２ａの１辺までの間に形成されるため、熱交換器コア同士あるいは熱交換器と筐体とを連結するための部品を削減することができる。したがって、組立作業を容易にし、組立作業時間を削減するとともにコストを抑えることができる。
さらに、切欠き５４ａの深さは伝熱管５３ａの断面の長径よりも深く形成されており、伝熱管５３ｃは切欠き５４ｃから突出せず、切欠き５４ｃ内部に挿入されているため、伝熱管５３ｃと平板状フィン５１ｃとの接触長さｌは伝熱管５３ｃが平板状フィン５１ｃから突出した場合に比べて長くなる。したがって、伝熱管５３ｃから平板状フィン５１ｃへの伝熱量が増加し、熱交換器４００の熱交換性能を向上することができる。また、平板状フィン５１ｃ及び平板状フィン６１ａにはそれぞれ矩形状の凸部が形成されるため、有効伝熱面積が増加し、熱交換器４００の熱交換性能を向上することができる。

実施の形態５．
図１０は実施の形態５に係る熱交換器５００の一部における断面図である。実施の形態５では、実施の形態４との相違点を中心に説明し、実施の形態４と同一部分には同一符号を付して説明を省略するものとする。

実施の形態４では、２つの熱交換器コアはどちらも凸部を有する構造であったが、実施の形態５では、さらに重ねるものがない熱交換器コア６０ｂには、凹部６５ｂが設けられる辺と相対する辺に凸部が形成されていない構成であるのものを示す。

凸部を有する熱交換器コア５０ｂは切欠き５４ｂの間隔毎に凸部５５ｂが切欠き５４ｂが並ぶ方向において、切欠き５４ｂ同士のピッチＰと半ピッチ１／２Ｐだけ切欠き５４ｂとずれた位置に設けられる。一方、凹部を有する熱交換器コア６０ｂは切欠き６４ｂが設けられる辺と相対する辺に凸部が形成されていない構成である。つまり、熱交換器コア６０ｂの一辺は直線状に形成される。熱交換器コア５０ｂ及び熱交換器コア６０ｂは切欠きの深さは伝熱管の断面の長径よりも深く形成されており、伝熱管は切欠きの最深部に伝熱管の一端部が接触した状態で挿入されている。このため伝熱管の他端部である円弧状部は切欠きから突出せず、フィン体の１辺よりも奥に挿入された状態となっており、切欠きのうち、伝熱管円弧状部からフィン体１辺までの間に、凹部が形成されている。

以上のような構成の熱交換器５００においては、熱交換器コア５０ｂに設けられた凸部５５ｂと熱交換器コア６０ｂの凹部６５ｂとが嵌合されることにより、熱交換器コア５０ｂと熱交換器コア６０ｂが所望の位置関係をもって重ね合せられる。

実施の形態５の熱交換器５００によれば、熱交換器コア６０ｂは切欠き６４ｂが設けられる辺と相対する辺に凸部が形成されていない構成であるため、平板状フィン６１ｂの切欠き６４ｂが設けられる辺と相対する辺にかかる圧力に対して耐力が大きく、平板状フィン５１ｂ、６１ｂの変形や倒れを抑制することができる。

なお、実施の形態４及び５では凸部５５ａ、５５ｂの形状を矩形状としたが、凸部の形状はこれに限らず、半円弧形状やＶ字にしてもよい。

また、熱交換器コアの切欠きの深さは伝熱管の断面の長径よりも深く形成されているとしたが、凸部を有する熱交換器コア５０ａ、５０ｂにおいては、切欠き５４ａ、５４ｂのうち、伝熱管円弧状部からフィン体１辺までの間に、凹部が形成されていなくてもよく、切欠き５４ａ、５４ｂの深さは伝熱管５３ａ、５３ｂの断面の長径と同じ又はそれ以上でもよい。

実施の形態６．
以上の実施の形態では平板状フィンに設けられた凹部、凸部は単に平板状フィンの一部を切り欠いて形成したものを示したが、この実施の形態６では平板状フィンに設けられた凹部において、フィンの平面から立ち上がったフィンカラーを備える構成を示す。

図１１は実施の形態６に係る熱交換器６００の一部における断面図であり、下に、熱交換器６００の平板状フィンをＢ−Ｂ切断面でみた断面図を示している。実施の形態６では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には同一符号を付して説明を省略するものとする。

半円弧形状の凹部３５ａが形成された熱交換器コアにおいて、この凹部３５ａの周縁には、フィンの平面から立ち上がったフィンカラー７０が設けられている。

凹部を有する第１の熱交換器コアとしての熱交換器コア３０ａと凸部を有する第２の熱交換器コアとしての熱交換器コア４０ａとを重ね合せる際に、フィンカラー７０が設けられた凹部３５ａに伝熱管４３ａの突出部４７ａで形成された凸部４５ａが嵌め込まれる。これにより、フィンカラー７０が伝熱管４３ａに接触する。

フィンカラー７０が伝熱管４３ａに接触した状態で炉中ろう付することにより、フィンカラー７０が設けられた凹部３５ａと伝熱管４３ａの突出部４７ａで形成された凸部４５ａとがろう付される。

フィンカラー７０が伝熱管４３ａに接触することで、平板状フィン３１ａと伝熱管４３ａとの接触面積が大きくなるため、伝熱面が大きくなり伝熱量が増加する。よって、熱交換器６００の熱交換性能を向上することができる。
また、凹部３５ａと凸部４５ａとがろう付されることで、熱交換性能を向上することができる。
なお、実施の形態６では、実施の形態１に係る熱交換器１００に基づいて説明したが、この限りでなく、熱交換器コアに設けられた凹部にフィンカラーを備えるものである。

なお、本発明におけるいずれの実施の形態においても、伝熱管同士を、切欠きが並ぶ方向に対して切欠き同士の間隔の半分の距離だけずれた位置に設ける、いわゆる千鳥配列となるように配置したものを説明したが、ずれの距離は切欠きの間隔の半分の距離でなくてもよく、また伝熱管同士が重なる位置に設けてもよい。
さらに、扁平管を使用した熱交換器及びそれを備えた空気調和機の室外機を説明したが、伝熱管は扁平管に限るものではなく、円形管を使用した熱交換器、または扁平管と円形管を組み合わせた熱交換器としてもよい。このとき、切欠きの形状は円形管が平板状フィンと接触する面積が大きくなるように形成することが好ましい。
また、熱交換器コア２枚のみ示して説明したが、本発明は熱交換器コアを３枚以上重ねる場合でも適用できることは言うまでもない。

本発明に係る熱交換器は、家庭用、業務用等の空調装置の熱交換器として広く利用することが可能である。

１ 室外機、２ 熱交換器、３、４ 熱交換器コア、１０ 前面パネル、１１ サイドパネル、１２ ファンガード、１３ 空気吸込口、１４ 空気吹出口、２０ ベースパネル、２１ コンプレッサ、２２ アキュムレータ、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、５０ａ、５０ｂ、６０ａ、６０ｂ 熱交換器コア、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、５１ａ、５１ｂ、６１ａ、６１ｂ 平板状フィン、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、５２ａ、５２ｂ、６２ａ、６２ｂ フィン体、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、５３ａ、５３ｂ、６３ａ、６３ｂ 伝熱管、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、５４ａ、５４ｂ、６４ａ、６４ｂ 切欠き、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、６５ａ、６５ｂ 凹部、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、５６ａ、５６ｂ、６６ａ、６６ｂ 最深部、３７ａ、３７ｂ、４７ａ、４７ｂ 突出部、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、５８ａ、５８ｂ、６８ａ、６８ｂ 円弧状部、４５ａ、４５ｂ、５５ａ、５５ｂ 凸部、７０ フィンカラー、１００、２００、３００、４００、５００、６００ 熱交換器

Claims (7)

1. 内部に冷媒流路を有する第１の伝熱管と、
   １辺に離間して形成された第１の切欠きに前記第１の伝熱管が挿入され、前記第１の伝熱管の流路方向に積層された、複数枚の第１の平板状フィンと、を有し、
   前記第１の平板状フィンの少なくとも一部には、前記第１の切欠きが形成された１辺と相対する他方の辺に凹部または凸部が形成された、第１の熱交換器コアと、
   内部に冷媒流路を有する第２の伝熱管と、
   １辺に離間して形成された第２の切欠きに前記第２の伝熱管が挿入され、前記第２の伝熱管の流路方向に積層された、複数枚の第２の平板状フィンと、を有し、
   前記第２の平板状フィンの少なくとも一部には、前記第２の切欠きが形成された１辺に、前記第１の平板状フィンに形成された前記凹部と嵌合する凸部、または前記第１の平板状フィンに形成された前記凸部と嵌合する凹部が形成された第２の熱交換器コアと、を備え、
   前記第１の平板状フィンに形成された前記凹部または前記凸部と前記第２の平板状フィンとは互いに接合されておらず、
   前記第１の熱交換器コアと前記第２の熱交換器コアとは、前記第１の伝熱管と前記第２の伝熱管との間にズレが発生する方向にコの字型またはＬ字型に曲げ加工されている、
   熱交換器。
2. 前記第２の平板状フィンに形成された前記凸部は、前記第２の伝熱管の前記第２の切欠きからの突出部分である請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第２の平板状フィンに形成された前記凹部は、前記第２の切欠きの一部である請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記第１の切欠きと前記第２の切欠きとは、前記第１の平板状フィン及び前記第２の平板状フィンの長手方向にずれた位置に配置される請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記第２の伝熱管の前記第２の切欠きからの前記突出部分と嵌合する前記第１の平板状フィンに形成された前記凹部の周縁には、前記第１の平板状フィンの平面から立ち上がったフィンカラーを備える請求項２に記載の熱交換器。
6. 前記第２の伝熱管は扁平管であり、
   前記第２の伝熱管の断面における外周長さをＬ、前記第２の平板状フィンと前記第２の伝熱管との接触長さをｌとしたとき、ｌ／Ｌは、０．５＞ｌ／Ｌ≧０．４の関係を満たす、
   請求項２に記載の熱交換器。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の熱交換器を備える空気調和機。

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