JP7191247B2 - 熱交換器、冷凍サイクル装置およびコルゲートフィンの製造装置並びにコルゲートフィンの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、熱交換器、冷凍サイクル装置およびコルゲートフィンの製造装置並びにコルゲートフィンの製造方法に係るものである。特に、コルゲートフィンの加工精度に関するものである。

空調冷熱機器、冷凍機またはラジエータなどに用いられている熱交換器において、省冷媒および高性能化を目的に、冷媒が流れる伝熱管を、円管から多穴扁平伝熱管に変更した扁平管熱交換器が開発されている。

そして、通風方向と直交する方向に配置された複数の扁平伝熱管、扁平伝熱管間で奥行き方向に向かって上方に傾斜させたコルゲートフィンおよびコルゲートフィンに対して水平に設けられた複数のルーバーを有する熱交換器がある（たとえば、特許文献１参照）。

特開平０７－０６０３６９号公報

ここで、コルゲートフィンを製造する際、特許文献１のように、ローラー成形工程を行う。ローラー成形工程では、歯車状のローラー金型を用いて、板材を波形状に加工するコルゲート加工およびルーバーなどとなる切り込みを板材に入れる切り込み加工を行う。

しかしながら、ローラー成形工程を行う際、コルゲートフィンとなる板材は、油の塗布状態およびコルゲート加工における曲げなどによる張力変化などによる影響を受ける。このため、波の間隔が異なるなど、加工精度が低くなるという問題があった。特に、フィンの水を排出する排水穴などが板材に形成されていれば、ローラー成形工程で形成される波形状および切り込みと排水穴との間に位置ズレが生じる場合がある。

この発明は、上述した課題を解決するため、高い加工精度のコルゲートフィンを有する熱交換器、冷凍サイクル装置およびコルゲートフィンの製造装置並びにコルゲートフィンの製造方法を得ることを目的とする。

このため、この発明に係る熱交換器は、断面が扁平形状を有し、平面状の外側面がそれぞれ対向して配置され、管内が流体が流れる流路となる複数の扁平伝熱管と、波形状を有し、対向する扁平伝熱管の間に配置され、扁平伝熱管と接合される複数のコルゲートフィンとを備える熱交換器であって、コルゲートフィンは、波形状の頂部分が他の部分よりも弱い曲げ剛性を有し、曲げ剛性が弱い部分におけるコルゲートフィンの端部となる位置に切り欠きを有するものである。

また、この発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の熱交換器を有するものである。
さらに、コルゲートフィンの製造装置は、熱交換器における波形状を有するコルゲートフィンの製造装置であって、山形状の歯を有し、コルゲートフィンとなる板材を波形状に形成する歯車状のローラー金型を備え、歯は、板材の位置決めを行う突起を有するものである。

そして、この発明に係るコルゲートフィンの製造方法は、熱交換器における波形状のコルゲートフィンの製造方法であって、コルゲートフィンとなる板材に対し、貫通穴により曲げ剛性が他の部分より弱い部分を形成する予備加工を行う工程と、板材の曲げ剛性が弱い部分を折り曲げて波形状にするコルゲート加工を行う工程とを有し、板材を波形状にする歯車状のローラーの歯に突起を設け、コルゲート加工を行う工程のときに、貫通穴に突起を引っ掛けて、ローラーと板材とを位置決めするものである。

この発明によれば、熱交換器のコルゲートフィンにおいて、曲げ剛性が異なる部分を有するようにした。そして、波形状の頂部分が曲げ剛性が弱く、折り曲がりやすいコルゲートフィンを有する。したがって、波の間隔など高精度の波形状のコルゲートフィンを有する熱交換器を得ることができる。

実施の形態１に係る熱交換器の構成を説明する図である。 実施の形態１に係る多穴扁平伝熱管の内部構成を説明する図である。 実施の形態１の熱交換器に係るコルゲートフィンについて説明する図である。 実施の形態１の熱交換器に係るコルゲートフィンの別の一例について説明する図である。 実施の形態１に係るコルゲートフィンの切り欠きの例を示す図である。 実施の形態１に係るコルゲートフィンの予備加工について説明する図である。 実施の形態１の熱交換器に係るコルゲートフィンの予備加工における別の一例を説明する図である。 実施の形態１の熱交換器に係るコルゲートフィンの予備加工における他の一例を説明する図である。 実施の形態２に係るコルゲートフィンの製造方法について説明する図である。 実施の形態２に係るローラー金型の歯について説明する図である。 実施の形態２に係るローラー金型の突起の形状について説明する図である。 実施の形態２に係る突起と板材との抜けの違いについて説明する図である。 実施の形態２の熱交換器に係るコルゲートフィンの製造の別の一例について説明する図である。 実施の形態２の熱交換器に係るコルゲート加工における位置決めの別の例について説明する図である。 実施の形態３に係るコルゲートフィンにおける排水穴の位置について説明する図である。 実施の形態３に係るコルゲートフィンの排水について説明する図である。 実施の形態５に係る空気調和装置の構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、説明する。ここで、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適宜、適用することができる。そして、特許請求の範囲に記載した発明の技術思想の記載の限りにおいて、自由に変形、変更あるいは改良することができる。また、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字などを省略して記載する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る熱交換器の構成を説明する図である。図１に示すように、実施の形態１の熱交換器１０は、パラレル配管形となるコルゲートフィンチューブ型の熱交換器である。熱交換器１０は、複数の多穴扁平伝熱管１、複数のコルゲートフィン２および一対のヘッダー３（ヘッダー３Ａおよびヘッダー３Ｂ）を有する。

ヘッダー３は、それぞれ、外部装置と配管接続され、熱交換媒体となる流体である冷媒が流入出し、冷媒を分岐または合流させる管である。２本のヘッダー３の間には、複数の多穴扁平伝熱管１が、各ヘッダー３に対して垂直となるように、平行に配置されている。ここで、図１に示すように、実施の形態１の熱交換器１０においては、２本のヘッダー３は、鉛直方向となる上下方向に分かれて配置され、液状の冷媒が通過するヘッダー３Ａが下側となり、ガス状の冷媒が通過するヘッダー３Ｂが上側に位置する。

また、多穴扁平伝熱管１は、後述する図２に示すように、断面が扁平形状を有し、空気の流通方向となる扁平形状の長手側における外側面が平面状となり、長手方向に直交する短手側における外側面が曲面状となる扁平伝熱管である。多穴扁平伝熱管１は、管の内部において、冷媒の流路となる複数の穴を有する。実施の形態１において、多穴扁平伝熱管１の穴はヘッダー３間の流路となるため、上下方向を向いている。そして、各多穴扁平伝熱管１は、長手側における外側面が対向して、水平方向に等間隔に配列される。後述するように、各多穴扁平伝熱管１は、各ヘッダー３とろう材によってろう付けされ、接合される。多穴扁平伝熱管１については、後に詳細に説明する。

ここで、熱交換器１０が、凝縮器として使用される場合は、高温および高圧の冷媒が多穴扁平伝熱管１の管内の冷媒流路を流れる。また、熱交換器１０が、蒸発器として使用される場合は、低温および低圧の冷媒が多穴扁平伝熱管１の管内の冷媒流路を流れる。冷媒は、外部装置（図示せず）から熱交換器１０に冷媒を供給する配管（図示せず）を介して、一方のヘッダー３に流入する。一方のヘッダー３に流入した冷媒は、分配されて各多穴扁平伝熱管１を通過する。多穴扁平伝熱管１は、管内を通過する冷媒と管外を通過する外部の大気である外気との間で熱交換を行う。このとき、冷媒は、多穴扁平伝熱管１を通過する間に、大気に対して放熱または大気から吸熱する。冷媒の温度が外気の温度より高い場合には、冷媒は自身が持つ熱を外気に放出する。冷媒の温度が外気の温度より低い場合には、冷媒は、大気から熱を吸収する。多穴扁平伝熱管１を通過して熱交換された冷媒は、他方のヘッダー３に流入し、合流する。そして、冷媒は、他方のヘッダー３に接続された配管（図示せず）を通って、外部装置（図示せず）に還流される。

また、配列された多穴扁平伝熱管１の間には、コルゲートフィン２が配列されている。コルゲートフィン２は、冷媒と外気との伝熱面積を広げるために配列されたフィンである。コルゲートフィン２は、板状部材に対して山折りおよび谷折りを繰返すつづら折りにより、波形状に蛇腹となって形成される。ここで、波形状に形成されてできた凹凸は山部となる。実施の形態１において、コルゲートフィン２の山部は、上下方向にわたって並んでいる。多穴扁平伝熱管１の扁平面とコルゲートフィン２の波形状において山部の頂部分とが面接触しており、接触部分は、ろう材によってろう付けされ、接合される。コルゲートフィン２については、後に詳細に説明する。

図２は、実施の形態１に係る多穴扁平伝熱管の内部構成を説明する図である。多穴扁平伝熱管１は、たとえば、アルミニウム合金を押し出し成形して形成される管材である。多穴扁平伝熱管１は、扁平な外管１Ａと外管内部を仕切り、２つ以上の流路に分割する内部隔壁１Ｂとを有する。外管１Ａと内部隔壁１Ｂとは同一材料で構成される。多穴扁平伝熱管１において、外管１Ａの短手方向の長さは、１ｍｍ～５ｍｍである。また、外管１Ａの長手方向の長さは、１０ｍｍ～４０ｍｍである。ここで、外管１Ａおよび内部隔壁１Ｂは、耐圧と耐食性の観点から、それぞれ０．２ｍｍ以上の厚さを有することが望ましい。また、外管１Ａと内部隔壁１Ｂの板厚および内部隔壁１Ｂは、全ての部位で同じとなる。

実施の形態１の熱交換器１０を製造する際、多穴扁平伝熱管１は、ヘッダー３が有する挿入穴（図示せず）に挿し込まれ、ろう付けされる。ろう付けのろう材は、たとえばアルミニウムを含むろう材が使用される。ろう付け方法には、バーナー、高周波誘導加熱または電気炉などでろう材を加熱してろう付けを行う。ろう付けを行うことができれば、ろう材の加熱方法は問わない。また、ろう材は、手挿しまたは置きろうなどで供給することができる。ろう材は、ワイヤろう、ペーストろう、クラッド材または箔ろうなどを用いることができる。ヘッダー３が有する挿入穴と多穴扁平伝熱管１との隙間は、多穴扁平伝熱管１が挿入しやすく、ろう付け性を保つ必要がある。そこで、隙間は０．１ｍｍ～０．４ｍｍ程度となる場合が多い。

また、コルゲートフィン２の板材は、たとえば、アルミニウム合金を材質とする。そして、板材表面には、ろう材層がクラッドされる。クラッドされたろう材層は、たとえば、アルミシリコン系のアルミニウムを含むろう材を基本とする。ここで、板材の板厚は、５０μｍ～２００μｍ程度である。ここで、実施の形態１の熱交換器１０において、後述する図３に示すように、コルゲートフィン２は、フィン上などに発生した凝縮水を排水する排水穴２Ｂを有する。排水穴２Ｂの形状は、たとえば、正方形または長方形など、形状は問わない。また、排水穴２Ｂの一辺の長さは、０．７ｍｍ以上有することが望ましい。

図３は、実施の形態１の熱交換器に係るコルゲートフィンについて説明する図である。図３では、コルゲートフィン２について、コルゲート加工を行っていない板材の状態を示している。図３に示すように、実施の形態１の熱交換器１０が有するコルゲートフィン２は、切り欠き２Ａ、排水穴２Ｂおよびルーバー２Ｃを有する。ルーバー２Ｃは、フィンを通過する空気の流れを変化させる。ルーバー２Ｃは、空気を通過させる貫通穴となるスリットおよびスリットを通過する空気を導く板部を有する。ルーバー２Ｃは、切り込み加工によって板部を切り起こして形成される。また、排水穴２Ｂは、フィン上の凝縮水を排出する貫通穴である。さらに、実施の形態１のコルゲートフィン２は、各山部の頂部分となる位置に切り欠き２Ａを有する。実施の形態１では、波形状の頂部分となる位置に切り欠き２Ａを設けることで、板材の一部における曲げ剛性を弱くしておく。板材を波形状にするコルゲート加工において、曲げ剛性の弱い箇所は、折れ曲がり易い曲げ部分となり、山折りおよび谷折りを行う際の各頂部分の位置決めの基準となる。このため、実施の形態１のコルゲートフィン２を製造する際には、板材に予備加工を施して、板材に切り欠き２Ａを形成し、曲げ剛性が弱い箇所を意図的に作り出す。

図４は、実施の形態１の熱交換器に係るコルゲートフィンの別の一例について説明する図である。たとえば、図４のように、２つの切り欠き２Ａを有し、山部の頂部分となる位置が平坦となるように形成されたコルゲートフィン２においても、曲げ剛性が弱い箇所を意図的に作り出すことができ、同等の効果を得ることができる。

図５は、実施の形態１に係るコルゲートフィンの切り欠きの例を示す図である。図５（ａ）は、矩形状の切り欠き２Ａを示す。また、図５（ｂ）は、半円状の切り欠き２Ａを示す。さらに、図５（ｃ）は、三角形状の切り欠き２Ａを示す。そして、図５（ｄ）は、複数形成した切り欠き２Ａを示す。図５では、４種類の切り欠き２Ａについて説明したが、曲げ部分の剛性を弱くする構造であれば、切り欠き２Ａの形状または数などは問わない。ここで、切り欠き２Ａの形状などは、排水性能および伝熱性能を考慮した形状などにしてもよい。

図６は、実施の形態１に係るコルゲートフィンの予備加工について説明する図である。前述したように、実施の形態１の熱交換器１０はコルゲートフィン２に切り欠き２Ａを有する。このため、板材に切り欠き２Ａを形成する予備加工を行う。予備加工を行う際、切り欠き２Ａを形成するだけでなく、切り欠き２Ａに合わせて、様々な加工を行うことができる。

たとえば、図６（ａ）は、切り欠き２Ａとともに、貫通穴２Ｄを形成した予備加工を行った板材である。図６（ｂ）は、切り欠き２Ａとともに、板厚方向に対し、板厚の半分程度の切り込み溝２Ｅを形成した予備加工を行った板材である。図６（ｃ）は、切り欠き２Ａとともに、板材を折り曲げて、曲げぐせをつけた曲げぐせ部２Ｆを形成した予備加工を行った板材である。図６（ｄ）は、切り欠き２Ａとともに、複数個の打痕２Ｇをつけた予備加工を行った板材である。いずれも、切り欠き２Ａとともに、板材の曲げ剛性をさらに弱くすることができる。図６では、予備加工において、切り欠き２Ａの形成とともに行う４種類の加工について説明したが、他の加工を行うようにしてもよい。また、図６（ａ）～図６（ｄ）の形状を組み合わせた加工を行ってもよい。

以上のように、実施の形態１の熱交換器１０によれば、コルゲートフィン２の波形状の頂部分となる位置に切り欠き２Ａを有することで、切り欠き２Ａを有する部分における曲げ剛性が他の部分とは異なるようにする。切り欠き２Ａを有する部分は、曲げ剛性が弱くなり、折り曲がりやすくなる。あらかじめ波形状の頂部分となる位置に切り欠き２Ａを形成しておくことで、コルゲート加工において所望する位置に、波形状の頂部分を高精度に形成することができる。また、切り込み加工においても、所望する位置に高精度に切り込みを入れることができる。

ここで、実施の形態１の熱交換器１０では、コルゲートフィン２の切り欠き２Ａは、予備加工を行って形成する。特に、コルゲートフィン２が排水穴２Ｂを有する場合には、排水穴２Ｂを形成する穿孔工程とともに、予備加工の工程を行うことで、波の形状およびルーバー２Ｃなどの切り込みと排水穴２Ｂとの位置関係のズレを防止することができる。

ここで、上述した図６（ａ）のように、切り欠き２Ａとともに、位置決め用となる貫通穴２Ｄだけを設けた予備加工を行う場合、加工時における材料張力が高いときに穴部分が変形してしまい、貫通穴２Ｄによる位置決めの効果が弱まるという短所がある。

図７は、実施の形態１の熱交換器に係るコルゲートフィンの予備加工における別の一例を説明する図である。上述したコルゲートフィン２においては、切り欠き２Ａを有することで、切り欠き２Ａを有する部分における曲げ剛性が他の部分とは異なるようにした。図７は、切り欠き２Ａを形成する以外の予備加工により、曲げ剛性を異ならせるようにした。図７（ａ）は、図６において説明した切り込み溝２Ｅを形成して曲げ剛性を異ならせた板材である。また、図７（ｂ）は、図６において説明した曲げぐせ部２Ｆを形成して曲げ剛性を異ならせた板材である。そして、また、図７（ｃ）は、図６において説明した打痕２Ｇを形成して曲げ剛性を異ならせた板材である。

図７に示すコルゲートフィン２となる板材は、切り欠き２Ａによらずに、所望の位置における曲げ剛性を弱める効果がある。したがって、切り欠き２Ａを形成する加工を行う際に生じる抜きカスを処理する必要がなくなる。このため、板材を加工してコルゲートフィン２を製造する際、抜きカスを巻き込むことによる金型摩耗、故障および設備不具合などがなくなる。

図８は、実施の形態１の熱交換器に係るコルゲートフィンの予備加工における他の一例を説明する図である。図８のコルゲートフィン２は、コルゲート加工によって曲げ方向に沿ってできる波形状において、山部の頂部分とは直交する方向に対し、蛇腹状の折り曲げ部２Ｈを有する。折り曲げ部２Ｈは、コルゲートフィン２の山部において、頂部分以外の腹部分となる位置に、排水穴２Ｂなどと平行となるように、板材の長手方向に沿って形成される。したがって、折り曲げ部２Ｈは、波形状が成す方向に沿って形成される。

コルゲートフィン２の予備加工において折り曲げ部２Ｈを形成することで、板材を波形状に加工するコルゲート加工の曲げ方向に対し、通常よりも曲げ剛性を高めることができる。コルゲート加工において、板材が曲げられる方向は、山部の頂部分が連なる方向となる。このため、切り欠き２Ａを有することで曲げ剛性が弱くなった頂部分と折り曲げ部２Ｈを有する部分との曲げ剛性差が大きくなる。したがって、曲げ剛性が弱い部分と曲げ剛性が強い部分とが区別され、コルゲート加工において、所望する位置を曲げる曲げ精度が、より向上する。

また、折り曲げ部２Ｈが形成された部分は、折り曲げ部２Ｈがない場合に比べて、表面積が広くなる。このため、コルゲートフィン２の山部の腹部分において、通過する空気を受ける受風面積を増やすことができる。したがって、コルゲートフィン２が備える折り曲げ部２Ｈは、加工時だけでなく加工後においても熱交換器の性能向上に寄与する。

ここで、折り曲げ部２Ｈは、前述した切り込み溝２Ｅ、曲げぐせ部２Ｆまたは打痕２Ｇなどを有するコルゲートフィン２に対して適用することができる。そして、折り曲げ部２Ｈは、切り欠き２Ａ、切り込み溝２Ｅ、曲げぐせ部２Ｆまたは打痕２Ｇなどを形成する予備加工において、ともに形成することができる。

また、図８では、切り欠き２Ａとともに折り曲げ部２Ｈを有するコルゲートフィン２を示しているが、折り曲げ部２Ｈを有するだけでもよい。この場合、切り欠き２Ａを形成することによる抜きカスが発生せず、抜きカスを巻き込んだ金型摩耗および破損などを防止することができる。また、折り曲げ位置での予備加工と比べ、ろう付け後の熱交換器としての剛性および強度などを高めることができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、熱交換器の製造方法について、実施の形態１におけるコルゲートフィン２を中心に説明する。ここでは、コルゲートフィン２を有する熱交換器１０の製造方法について説明する。まず、多穴扁平伝熱管１とコルゲートフィン２とを交互に並べ、多穴扁平伝熱管１の間にコルゲートフィン２が挟み込まれたコルゲートフィン列を構成する。そして、多穴扁平伝熱管１とコルゲートフィン２とを並べられている向きで圧縮する圧縮工程を行う。これにより、多穴扁平伝熱管１とコルゲートフィン２の頂部分とが密着し、多穴扁平伝熱管１とコルゲートフィン２の頂部分とが面接触する。圧縮工程により、多穴扁平伝熱管１の間隔が一定に保持され、ヘッダー３が有する多穴扁平伝熱管１の挿入穴（図示せず）の間隔と一致する。多穴扁平伝熱管１は、ヘッダー３の挿入穴に挿入されることで、圧縮を解除しても、ヘッダー３の挿入穴に拘束される。このため、ろう付け工程が行われる前でも熱交換器１０の形状が保たれる。上記の工程を経て、コルゲートフィン列を形成する。その後、多穴扁平伝熱管１、コルゲートフィン２およびヘッダー３のろう付け工程を行って、熱交換器１０を製造する。

図９は、実施の形態２に係るコルゲートフィンの製造方法について説明する図である。ここでは、実施の形態１において説明したコルゲートフィン２の製造方法について、さらに詳しく説明する。コルゲートフィン２は、ローラー成形工程を行うことにより製造される。ローラー成形工程では、ルーバー２Ｃとなる切り込みを板材に入れる切り込み加工と板材を波形状に加工するコルゲート加工とを行う。コルゲート加工は、図９（ａ）に示すように、山形状の歯を備えた歯車状のローラー金型２０を用いて加工する。ここで、ローラー成形工程では、板材の板厚のムラ、加工張力、加工速度および油の塗布状態などの加工条件が最適な値で一致していない限り、穿孔工程を行った場合に形成される排水穴２Ｂとコルゲート加工における位置とが完全に一致しない。

実施の形態１の熱交換器１０は、板材の一部を曲げ剛性を弱い部分として、コルゲートフィン２の波形状における頂部分とするものであった。一方、実施の形態２では、曲げ剛性を弱い部分に対する位置決めが、より正確に行われるようにする。このため、図９（ｂ）に示すように、実施の形態２においては、ローラー金型２０の歯となる山の部分に、位置決め用に使用する突起２１を設置する。

図１０は、実施の形態２に係るローラー金型の歯について説明する図である。コルゲート加工を行う際、図１０（ａ）に示すように、実施の形態１において説明した剛性を弱めるための切り欠き２Ａに、突起２１を引っ掛けてローラー金型２０と板材の位置決めを行う。また、切り欠き２Ａとともに貫通穴２Ｄが形成されている場合には、図１０（ｂ）に示すように、貫通穴２Ｄに突起２１を通して引っ掛けて、ローラー金型２０とコルゲートフィン２となる板材との位置決めを行ってもよい。ここで、突起２１が板材からの抜けをよくするため、突起２１の高さを低くするまたは歯車径を大きくして突起２１が貫通穴２Ｄを通る角度を小さくするなどの対策を行う。

コルゲート加工において、板材は、突起２１が引っ掛かった部分を起点として折り曲がり、山部が形成される。ここで、突起２１の高さは、板材の板厚＋約０．２ｍｍ～０．５ｍｍの高さであることが望ましい。また、突起２１のサイズについては、切り欠き２Ａまたは貫通穴２Ｄのサイズよりも約０．０１ｍｍ～０．２ｍｍ小さいサイズとする。突起２１のサイズを小さくすることで、切り欠き２Ａまたは貫通穴２Ｄと突起２１との間でのあそびが少なくなり、精度よくコルゲート加工を行うことができる。

図１１は、実施の形態２に係るローラー金型の突起の形状について説明する図である。図１１（ａ）は、角部を残した突起２１である。また、図１１（ｂ）は、角部を糸面取りしてまたは角部のアールを０．１以上にして丸みを有して、角を取った突起２１である。そして、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）は、歯の角部において、片面を大きく面取りするなどして、各角部における面取りおよび丸みの大きさを異ならせた突起２１である。

図１２は、実施の形態２に係る突起と板材との抜けの違いについて説明する図である。たとえば、図１１（ａ）に示す突起２１のように、歯の角部に角を有していると、図１２（ａ）に示すように、角が邪魔をして、突起２１が板材にうまく引っ掛からないことがある。また、突起２１が板材からうまく抜けないことがある。そこで、実施の形態２では、図１１（ｂ）に示す突起２１のように、歯の角部を糸面取りなどして角を取る。突起２１の角を取ることで、図１２（ｂ）に示すように、コルゲート加工中において、突起２１の引っ掛けおよび抜けを滑らかに行うことができる。また、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）のように、突起２１の片面における面取りを大きくすることで、コルゲートフィン２となる板材の抜けがよくなる。板材をコルゲート加工してコルゲートフィン２を製造した後は、コルゲートフィン２を圧縮するなどして、山部の角度およびピッチの大きさを調整する。

図１３は、実施の形態２の熱交換器に係るコルゲートフィンの製造の別の一例について説明する図である。前述した図５（ｄ）では、曲げ剛性を弱くするための切り欠き２Ａを複数形成した。図１３は、ローラー金型２０の山の部分に設置する突起２１を、各切り欠き２Ａに対応して設置したものである。図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、ここでは、コルゲート加工において、１つの波において、曲げ剛性が弱い部分である切り欠き２Ａと突起２１とが２箇所で引っ掛かって板材の折り曲げが行われる。このため、コルゲートフィン２の山部の角を、より鋭利な状態に加工することができる。コルゲートフィン２の山部の角が鋭利になることで、図１３（ｃ）に示すように、山部の頂部分において平面が形成され、平面部分の面積が広くなる。このため、多穴扁平伝熱管１とコルゲートフィン２との密着率およびろう付け面積が上がり、性能向上につながる。そして、２箇所で位置決めを行うことができるので、コルゲートフィン２の寸法精度がさらに高くなり、組み立て性を向上させることができる。

図１４は、実施の形態２の熱交換器に係るコルゲート加工における位置決めの別の例について説明する図である。たとえば、図１４（ａ）に示すように、穿孔工程において形成された排水穴２Ｂを利用し、排水穴２Ｂに突起２１を通して位置決めを行ってもよい。たとえば、位置決め機能を行う貫通穴２Ｄを空けると、貫通穴間の間隔が著しく狭くなる場合など、穴あけ加工に不利な条件の場合には、貫通穴２Ｄを増やさずまたは空けずに、コルゲート加工を行うことができる。

このとき、図１４（ｂ）に示すように、予備加工における切り欠き２Ａを省略してもよい。たとえば、切り欠き２Ａおよび貫通穴２Ｄを省略することで、多穴扁平伝熱管１とコルゲートフィン２の頂部との接触面積が減少しない。このため、ろう付け面積を大きくすることができ、熱交換性能を向上させることができる。また、切り欠き２Ａおよび貫通穴２Ｄを省略することで、切り欠き２Ａおよび貫通穴２Ｄによってできる空間にろう材が浸透することでろう材が不足するろう切れが起こりにくくなる。このため、製造に使用するろう材の量を減らすことができる。このため、経済的に熱交換器を製造することができる。

ここでは、ローラー金型２０の歯の頂上部分に突起２１を有するものとしたが、これに限定するものではない。たとえば、歯の斜面部分に設けても同様の位置決め効果を得ることができる。

以上のように、実施の形態２の熱交換器１０によれば、コルゲート加工を行うローラー金型２０の歯に突起２１を設け、予備加工で形成した切り欠き２Ａを引っ掛けるまたは貫通穴２Ｄを通すことにより、板材の位置決めを行うようにした。このため、穿孔工程においてあらかじめ板材に形成された排水穴２Ｂと山部との位置合わせが高精度に行われたコルゲートフィン２を有する熱交換器１０を製造することができる。

実施の形態３．
図１５は、実施の形態３に係るコルゲートフィンにおける排水穴の位置について説明する図である。たとえば、図１５（ａ）に示すコルゲートフィン２では、コルゲート加工方向に対する穴の位置を周期的にずらした排水穴２Ｂが設けられている。このため、コルゲートフィン２の上下方向において排水穴２Ｂの位置が異なる。また、図１５（ｂ）に示すコルゲートフィン２では、擬似ランダムに配置された排水穴２Ｂが設けられている。このため、空気の通過方向において排水穴２Ｂの位置が異なる。

図１６は、実施の形態３に係るコルゲートフィンの排水について説明する図である。ここでは、図１５（ｂ）に示す排水穴２Ｂが形成されたコルゲートフィン２における凝縮水の排出について説明する。

図１６（ａ）に示す（１）、（２）および（３）の３箇所におけるコルゲートフィン２を、図１６（ｂ）に示す。図１６（ｂ）に示すように、（１）、（２）および（３）の３箇所におけるコルゲートフィン２は、上下方向における排水穴２Ｂの位置が異なる。このため、コルゲートフィン２は、排水穴２Ｂの開口部分によって、いわゆる吹き抜け状態にならず、上下方向で穴が連通しない部分がある。したがって、図１６（ｃ）に示すように、上側のフィンから流下した凝縮水が、下側のフィン上に落ち、下側のフィンに発生した凝縮水と合流することで水量が多くなって、流下しやすくなる。このため、実施の形態３の熱交換器１０のように、排水穴２Ｂの位置が異なるコルゲートフィン２を有することで、排水性能を向上させることができる。

実施の形態４．
上述した実施の形態２において、コルゲートフィン２をローラー成形で製造する方法を例に示したが、成形方法について限定するものではない。たとえば、プレス加工によりコルゲートフィン２を製造する場合でも、実施の形態２で示した切り欠き２Ａおよび貫通穴２Ｄなどを用いた位置決めを行うことができる。

また、実施の形態２において、コルゲートフィン２の排水穴２Ｂを形成する穿孔工程と、曲げ剛性を弱くする予備加工との手順については、特に言及しなかった。たとえば、排水穴２Ｂを行う穿孔工程において、予備加工を同時に行うようにしてもよい。また、予備加工を穿孔工程とは別の工程で行ってもよい。

実施の形態２において、熱交換器１０を製造する際、多穴扁平伝熱管１とコルゲートフィン２とを並べて配置し、圧縮した後に、ヘッダー３を挿入してろう付けする例を示したが、この手順に限定するものではない。多穴扁平伝熱管１とコルゲートフィン２とをろう付けした後に、ヘッダー３を取り付けるようにしてもよい。また、一体部品のヘッダー３に限らず、ヘッダー３を分割したりするなどして、熱交換器１０内の冷媒の流れを設定することができる。

また、実施の形態１では、伝熱管として、多穴扁平伝熱管１を例として示したが、伝熱管として機能を果たしていれば、この限りではない。たとえば、管内において、内部隔壁１Ｂを有さず、１つの流路を備えるものであってもよい。また、伝熱管の断面形状についても特に限定するものではない。

また、実施の形態１において、ヘッダー３と多穴扁平伝熱管１とは、アルミニウムを含む金属を材料とするものとして説明したが、これに限定するものではない。ヘッダー３と多穴扁平伝熱管１の材料は、熱交換器１０の使用目的、設置場所の環境または熱交換媒体の性状などに応じて、選択することができる。また、ろう材の種類についても限定するものではない。ろう材は、ヘッダー３および多穴扁平伝熱管１の材料と相性が良い種類を選択すればよい。

実施の形態１および実施の形態２において示されたコルゲートフィン２の具体的な形状と構造、材料および加工方法は例示であって、これによって限定されない。特に、位置決め用の予備加工によって形成される切り欠き２Ａおよび貫通穴２Ｄの形状などは、例示されたものに限定しない。

また、実施の形態１において示した多穴扁平伝熱管１およびヘッダー３の具体的な形状、構造、材料および加工方法は例示である。特に、多穴扁平伝熱管１が備える内部隔壁１Ｂの数および形状は、例示されたものに限定されない。また、実施の形態１において示された熱交換器１０の具体的な形状、構造、機器に搭載する際の姿勢などは例示である。

実施の形態１において示された熱交換器１０の用途については、特に限定するものではない。たとえば、熱交換器１０を、蒸発器または凝縮器として使用してもよい。また、熱交換器１０を、冷却器または加熱器として使用してもよい。

実施の形態２において示された熱交換器１０のろう付け時における姿勢および実際に設置される向きについては、特に限定しない。たとえば、ろう付け時に上向きとなっていた面が、設置される際に下向きになってもよいし、横向きまたは縦向きになってもよい。

実施の形態５．
図１７は、実施の形態５に係る空気調和装置の構成を示す図である。実施の形態５においては、冷凍サイクル装置の一例として、空気調和装置について説明する。実施の形態５における空気調和装置では、実施の形態１～実施の形態４において説明した熱交換器１０を、室外熱交換器２３０として用いる。

図１７に示すように、空気調和装置は、室外機２００と室内機１００とを、ガス冷媒配管３００、液冷媒配管４００により配管接続することで、冷媒回路が構成される。室外機２００は、圧縮機２１０、四方弁２２０および室外熱交換器２３０を有している。実施の形態５の空気調和装置は、１台の室外機２００と１台の室内機１００が配管接続されているものとする。

圧縮機２１０は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。特に限定するものではないが、圧縮機２１０は、たとえばインバータ回路などにより、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機２１０の容量を変化させることができる。四方弁２２０は、たとえば冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える弁である。

室外熱交換器２３０は、冷媒と室外の空気との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。

室内熱交換器１１０は、たとえば空調対象となる室内の空気と冷媒との熱交換を行う。暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。

一方、室内機１００は、室内熱交換器１１０、膨張弁１２０および室内ファン１３０を有している。絞り装置などの膨張弁１２０は、冷媒を減圧して膨張させる。たとえば電子式膨張弁などで構成した場合には、制御装置（図示せず）などの指示に基づいて開度調整を行う。また、室内熱交換器１１０は、空調対象空間である室内の空気と冷媒との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。室内ファン１３０は、室内の空気を、室内熱交換器１１０に通過させ、室内熱交換器１１０を通過させた空気を室内に供給する。

以上のように、実施の形態５の空気調和装置によれば、実施の形態１～実施の形態４において説明した熱交換器１０を室外熱交換器２３０として用いる。加工精度の高い室外熱交換器２３０により、熱交換性能の向上をはかることができ、空気調和装置の運転効率を高めることができる。

１ 多穴扁平伝熱管、１Ａ 外管、１Ｂ 内部隔壁、２ コルゲートフィン、２Ａ 切り欠き、２Ｂ 排水穴、２Ｃ ルーバー、２Ｄ 貫通穴、２Ｅ 切り込み溝、２Ｆ 曲げぐせ部、２Ｇ 打痕、２Ｈ 折り曲げ部、３，３Ａ，３Ｂ ヘッダー、１０ 熱交換器、２０ ローラー金型、２１ 突起、１００ 室内機、１１０ 室内熱交換器、１２０ 膨張弁、１３０ 室内ファン、２００ 室外機、２１０ 圧縮機、２２０ 四方弁、２３０ 室外熱交換器、３００ ガス冷媒配管、４００ 液冷媒配管。

Claims (20)

1. 断面が扁平形状を有し、平面状の外側面がそれぞれ対向して配置され、管内が流体が流れる流路となる複数の扁平伝熱管と、
   波形状を有し、対向する前記扁平伝熱管の間に配置され、前記扁平伝熱管と接合される複数のコルゲートフィンと
   を備える熱交換器であって、
   前記コルゲートフィンは、前記波形状の頂部分が他の部分よりも弱い曲げ剛性を有し、前記曲げ剛性が弱い部分における前記コルゲートフィンの端部となる位置に切り欠きを有する熱交換器。
2. 前記コルゲートフィンは、水を排出する排水穴を備える請求項１に記載の熱交換器。
3. 空気の通過方向における複数の前記排水穴の位置が互いに異なる請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記コルゲートフィンは、前記曲げ剛性が弱い部分に切り込み溝を有する請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 前記コルゲートフィンは、前記曲げ剛性が弱い部分に曲げぐせ部を有する請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 前記コルゲートフィンは、前記曲げ剛性が弱い部分に複数の打痕を有する請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
7. 前記コルゲートフィンは、前記波形状の前記頂部分が連なる方向に沿って蛇腹状を成して、前記頂部分が連なる方向とは直交する方向に設けられた折り曲げ部を備える請求項１～請求項６のいずれか一項に記載の熱交換器。
8. 前記扁平伝熱管は、隔壁で仕切られた複数の流路を有する多穴扁平伝熱管であって、それぞれの前記扁平伝熱管が水平方向に配置される請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の熱交換器。
9. 請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の熱交換器を有する冷凍サイクル装置。
10. 熱交換器における波形状を有するコルゲートフィンの製造装置であって、
    山形状の歯を有し、前記コルゲートフィンとなる板材を前記波形状に形成する歯車状のローラー金型を備え、
    前記歯は、前記板材の位置決めを行う突起を有するコルゲートフィンの製造装置。
11. 熱交換器における波形状のコルゲートフィンの製造方法であって、
    前記コルゲートフィンとなる板材に対し、貫通穴により曲げ剛性が他の部分より弱い部分を形成する予備加工を行う工程と、
    前記板材の前記曲げ剛性が弱い部分を折り曲げて前記波形状にするコルゲート加工を行う工程とを有し、
    前記板材を前記波形状にする歯車状のローラーの歯に突起を設け、前記コルゲート加工を行う工程のときに、前記貫通穴に前記突起を引っ掛けて、前記ローラーと前記板材とを位置決めするコルゲートフィンの製造方法。
12. 前記予備加工を行う工程において、前記弱い部分となる位置に切り欠きを形成し、前記コルゲート加工を行う工程のときに、前記貫通穴および前記切り欠きの少なくとも一方に前記突起を引っ掛けて、前記ローラーと前記板材とを位置決めする請求項１１に記載のコルゲートフィンの製造方法。
13. 熱交換器における波形状のコルゲートフィンの製造方法であって、
    前記コルゲートフィンとなる板材に対し、曲げ剛性が他の部分より弱い部分を形成する予備加工を行う工程と、
    前記板材の前記曲げ剛性が弱い部分を折り曲げて前記波形状にするコルゲート加工を行う工程とを有し、
    前記板材を前記波形状にする歯車状のローラーの歯に突起を設け、前記曲げ剛性が他の部分より弱い部分となる位置に形成した切り欠きに前記突起を引っ掛けて、前記ローラーと前記板材とを位置決めするコルゲートフィンの製造方法。
14. １つの波に対して、２つの前記曲げ剛性が弱い部分を形成し、前記波形状の頂部分を平面に形成する請求項１１～請求項１３のいずれか一項に記載のコルゲートフィンの製造方法。
15. 前記突起は、角部が面取りされているまたは丸みを有する請求項１１～請求項１４のいずれか一項に記載のコルゲートフィンの製造方法。
16. 前記突起のそれぞれの角部で、前記面取りまたは前記丸みの大きさが異なる請求項１５に記載のコルゲートフィンの製造方法。
17. 前記曲げ剛性が弱い部分となる位置に、切り込み溝を形成する請求項１１～請求項１６のいずれか一項に記載のコルゲートフィンの製造方法。
18. 前記曲げ剛性が弱い部分となる位置に、曲げぐせ部を形成する請求項１１～請求項１６のいずれか一項に記載のコルゲートフィンの製造方法。
19. 前記曲げ剛性が弱い部分となる位置に、打痕を形成する請求項１１～請求項１６のいずれか一項に記載のコルゲートフィンの製造方法。
20. 前記曲げ剛性が弱い部分以外の部分に曲げ加工を行って、前記波形状の方向に沿った蛇腹状の折り曲げ部を形成する請求項１１～請求項１９のいずれか一項に記載のコルゲートフィンの製造方法。

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