JP7228632B2 - 熱交換器及びそれを備える空調機 - Google Patents

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Description

本発明は、空気温度調整の技術分野に関し、特に熱交換器及びそれを備える空調機に関する。
現在、熱交換器は多くの設備で使用されており、特に積層型フィン熱交換器は、家庭用エアコン、カーエアコン、コンピュータや各種の電気設備に広く使用されている。従来の積層型フィン熱交換器では、フィンのピッチを維持するための突起が設けられ、即ち、隣り合うフィンに突起を設け、次に隣り合うフィンの突起を積層して接続することにより、上記のフィンピッチを達成させる。しかし、隣り合うフィンの突起が加工や組み立てなどの偏差により予想のとおり重なるのが困難であり、それにより、生産効率が低下し、生産コストが増加する。
本発明は、少なくとも従来技術に存在する技術的課題の1つを解決することを目的とする。このため、本発明は、取り付けやすく、かつコストを削減できる熱交換器を提案する。
本発明はさらに、上記熱交換器を備える空調機を提案する。
本発明の第1の態様の実施例に係る熱交換器は、第1のフィンユニットと、第2のフィンユニットとを含み、前記第2のフィンユニットは前記第1のフィンユニットと積層して設置され、前記第1のフィンユニットの前記第2のフィンユニットに隣り合う面には、前記第2のフィンユニットに当接する少なくとも1つの第1の突起が形成され、前記第2のフィンユニットの前記第1のフィンユニットに隣り合う面には、前記第1のフィンユニットに当接する少なくとも1つの第2の突起が形成され、前記第1の突起と前記第2の突起は間隔を空けて配置され、それにより前記第1のフィンユニットと前記第2のフィンユニットとの間に第1の流体が流通する積層隙間が形成される。
本発明の第1の態様の実施例の熱交換器によれば、少なくとも下記の有益な効果を有する。前記第1のフィンユニットの前記第2のフィンユニットに隣り合う表面に前記第2のフィンユニットに当接する少なくとも1つの第1の突起が設けられ、前記第2のフィンユニットの前記第1のフィンユニットに隣り合う面に前記第1のフィンユニットに当接する少なくとも1つの第2の突起が設けられ、前記第1の突起と前記第2の突起が間隔を空けて配置されることにより、隣り合うフィンユニットの突起を揃えて積層して接続しなくてもよく、加工効率を向上させるとともに、第1の突起及び第2の突起の数を減少させ、コストダウンに有利である。
本発明のいくつかの実施例によれば、前記第1のフィンユニットには、前記熱交換器の長手方向に沿って第2の流体が流通する複数の第1の熱交換管路が形成され、前記第2のフィンユニットには、前記熱交換器の長手方向に沿って前記第2の流体が流通する複数の第2の熱交換管路が形成され、前記第1の突起は、隣り合う2つの前記第1の熱交換管路の間に形成され、前記第2の突起は、隣り合う2つの前記第2の熱交換管路の間に形成される。
本発明のいくつかの実施例によれば、前記熱交換器の長手方向に沿って、前記第1のフィンユニットには複数の前記第1の突起が形成され、前記第2のフィンユニットには複数の前記第2の突起が形成され、前記第1の突起と前記第2の突起は交互に設けられる。
本発明のいくつかの実施例によれば、前記第1の突起及び/又は前記第2の突起の縦断面が台形をしている。
本発明のいくつかの実施例によれば、前記第1の突起には、前記熱交換器の短手方向に沿って貫通溝が形成され、及び/又は前記第2の突起には、前記熱交換器の短手方向に沿って貫通溝が形成される。
本発明のいくつかの実施例によれば、前記第1のフィンユニットの前記第2のフィンユニットから離れた面に、少なくとも1つの第3の突起が形成され、前記第2のフィンユニットの前記第1のフィンユニットから離れた面に、少なくとも1つの第4の突起が形成される。
本発明のいくつかの実施例によれば、前記第1のフィンユニットは積層設置された第1のフィンと第2のフィンを含み、前記第2のフィンユニットは積層設置された第3のフィンと第4のフィンを含み、前記第1のフィンと前記第3のフィンが隣り合って設けられ、前記第1の突起は前記第1のフィンへのプレス加工により形成され、前記第2の突起は前記第3のフィンへのプレス加工により形成される。
本発明のいくつかの実施例によれば、前記第2のフィンに第3の突起がプレス成形され、前記第4のフィンに第4の突起がプレス成形される。
本発明のいくつかの実施例によれば、前記第1のフィンと前記第2のフィンの間では、前記熱交換器の長手方向に沿って第2の流体が流通する複数の第1の熱交換管路が形成され、前記第3のフィンと前記第4のフィンの間では、前記熱交換器の長手方向に沿って前記第2の流体が流通する複数の第2の熱交換管路が形成され、前記第1の突起は隣り合う2つの前記第1の熱交換管路の間に形成され、前記第2の突起は隣り合う2つの前記第2の熱交換管路の間に形成される。
本発明の第2の態様の実施例に係る空調機は、本発明の第1の態様の実施例に記載の熱交換器を含む。
本発明の第2の態様の実施例に係る空調機は、少なくとも下記の有益な効果を有する。本発明の第1の態様の実施例の熱交換器を使用することにより、隣り合うフィンユニットの突起を揃えて積層して接続しなくてもよく、加工効率を向上させるとともに、第1の突起及び第2の突起の数を減少させ、コストダウンに有利である。
本発明の別の態様及び利点は、以下の説明において部分的に記載され、これらの一部は以下の説明から明らかになるか、本発明を実施することを通じて把握される。
本発明の別の態様及び利点は、以下の図面を参照して行う実施例の説明から明らかになり且つ容易に理解される。
本発明の実施例の熱交換器の部分構造の概略図である。 本発明の実施例の熱交換器の部分構造の不等角投影図である。 本発明の実施例の熱交換器を解体した後の第1のフィンユニットの底面図である。 本発明の実施例の熱交換器を解体した後の第2のフィンユニットの平面図である。 本発明の実施例の熱交換器の部分構造の側面図である。 図4の分解側面図である。 図4の分解不等角投影図である。 本発明の実施例の熱交換器の分解図である。 本発明の実施例の第1のフィンユニットの分解側面図である。 図8のB部の部分拡大図である。 図2のA-Aに沿う立体断面図である。 図10のC部の部分拡大図である。 本発明の実施例の熱交換器の構造概略図である。
以下、本発明の実施例を詳しく説明し、前記実施例の例は図面に示され、図面を通じて、同一又は類似の符号は同一もしくは類似の構成要素又は同一もしくは類似の機能を有する構成要素を表す。以下、図面を参照して説明する実施例は例示的なものに過ぎず、本発明を解釈することにのみ使用され、本発明を限定するものとして理解すべきではない。
なお、本発明の説明において、係る方位の説明、例えば、前、後、頂、底、左、右、内、外などにより示される方位又は位置関係は図面に示される方位又は位置関係に基づくものであり、本発明の説明の便宜及び簡素化のために過ぎず、かかる装置又は構成要素が必ずしも特定の方位を有したり、特定の方位で構成、操作されたりすることを指示又は示唆するとは限らず、このため、本発明を限定するものとして理解すべきではない。
本発明の説明において、第1、第2、第3、第4は技術的特徴を区別する目的に過ぎず、相対重要性を指示又は示唆するか、又は示される技術的特徴の数を暗黙的に示すか、又は示される技術的特徴の優先順位を暗黙的に示すものとして理解すべきではない。
本発明の説明において、別に明示的に限定しない限り、「設置」、「設けられる」、「取り付ける」、「接続」、「組み立てる」、「嵌合」などの用語は広義で理解すべきであり、当業者は技術案の具体的な内容に基づいて、上記用語の本発明での具体的な定義を適切に判断できる。
いくつかの実施例では、図1に示すように、本発明の第1の態様の実施例の熱交換器は第1のフィンユニット101と第2のフィンユニット102を含み、第2のフィンユニット102と第1のフィンユニット101は積層設置され、第1のフィンユニット101の第2のフィンユニット102に隣り合う面には、第2のフィンユニット102に当接する第1の突起103が形成され、第2のフィンユニット102の第1のフィンユニット101に隣り合う面には、第1のフィンユニット101に当接する第2の突起104が形成され、第1の突起103と第2の突起104が間隔を空けて配置され、それにより第1のフィンユニット101と第2のフィンユニット102の間に第1の流体が流通する積層隙間105が形成される。また、図1は一実施例の熱交換器の部分構造模式図であり、本発明が特許請求する熱交換器は少なくとも上記技術的特徴を有し、また、熱交換器は、例えば3個、4個、5個又はそれ以上など、複数の第1のフィンユニット101と第2のフィンユニット102(図12参照)を含み、複数のフィンユニットは全て積層して配置される。さらに、第1の流体は空気や液体物質であり、当業者が理解できるように、第1の流体は第1のフィン702と第1のフィン702の間で熱交換を行うものである。さらに、第1の突起103と第2の突起104はいずれも少なくとも1つ設けられ、通常、安定的な支持力を提供するために、第1の突起103と第2の突起104はいずれも複数設けられる。
いくつかの実施例では、第1のフィン702と第2のフィン701は溶接により固定して接続され、溶接方式としてステッチ溶接が利用可能であり、ここで、第1の突起103と第2のフィンユニット102との接触部位及び第2の突起104と第1のフィンユニット101との接触部位のいずれもステッチ溶接により固定して接続され得る。
いくつかの実施例では、図7、図8、図9に示すように、第1のフィンユニット101は第1のフィン702と第2のフィン701から構成され、第1のフィン702と第1のフィン702は積層設置され、例えば第1のフィン702と第1のフィン702はステッチ溶接などの方式により固定され、第1のフィン702の下側には凹溝705(図示せず)が形成され、第2のフィン701の上側には凹溝705が形成され、第1のフィン702と第2のフィン701の凹溝705は対向して設けられ、第1のフィン702と第2のフィン701が溶接により固定されると、第1のフィン702と第2のフィン701の凹溝705により第1の熱交換管路201が画定される。第2のフィンユニット102は第3のフィン703と第4のフィン704から構成され、第3のフィン703と第4のフィン704は積層設置され、例えば第3のフィン703と第4のフィン704はステッチ溶接などの方式により固定され、第3のフィン703の下側には凹溝705(図示せず)が形成され、第4のフィン704の上側には凹溝705が形成され、第3のフィン703と第4のフィン704の凹溝705が対向して設けられ、第3のフィン703と第4のフィン704が溶接により固定されると、第3のフィン703と第4のフィン704の凹溝705により第2の熱交換管路301が画定される。なお、各フィンユニットの熱交換管路が任意の数であってもよい。なお、第1の熱交換管路201と第2の熱交換管路301はプレハブされておき、次に溶接などの方式で第1のフィンユニット101と第2のフィンユニット102にそれぞれ固定されてもよい。
いくつかの実施例では、図2、図6に示すように、熱交換器は、入口集流孔203と出口集流孔202を含み、入口集流孔203と出口集流孔202はそれぞれフィンユニットの両端に位置し、複数のフィンユニットが積層されると、入口集流孔203と出口集流孔202は貫通して管状管路となり、また、各フィンユニットの熱交換管路の両端はそれぞれ入口集流孔203と出口集流孔202に接続され、例えば第1のフィンユニット101の第1の熱交換管路201の両端はそれぞれ入口集流孔203と出口集流孔202に接続され、それにより、第2の流体は熱交換管路、入口集流孔203及び出口集流孔202を介して循環的に流通できる。なお、第2の流体は冷媒、例えば水、フロン、油などとされる。第2の流体が熱交換器に絶えずに循環することにより、第2の流体と第1の流体の間で熱交換が行われて、冷凍又は加熱の効果が達成される。当業者が理解できるように、各フィンユニットの端部の入口集流孔203と出口集流孔202はいずれも複数設けられてもよく、複数の入口集流孔203の間又は複数の出口集流孔202の間はスロットルチャンネル204を介して連通する。
従来技術では、図1に示す積層隙間105を得るために、熱交換器の隣り合うフィンユニットのそれぞれに突起構造が設けられ、上部と下部のフィンユニットの突起構造が対応して設けられ、このように、上部と下部のフィンユニットが固定して接続されると、上部と下部のフィンユニットの突起の対向面が重なって当接し、上部と下部のユニットの突起はステッチ溶接により接続される。従来技術によれば、溶接中、上部と下部のフィンユニットの突起を揃える必要があり、時間がかかり、揃えずに溶接すると、フィンユニットの間の接続強度に悪影響を与え、熱交換器の品質を損なう。したがって、揃えるために、長い作業時間がかかり、また、従来技術では、溶接すると熱交換器の表面の平坦性が悪い。
本発明の実施例における熱交換器では、隣り合うフィンユニットの突起は間隔を空けて配置され、即ち、第1のフィンユニット101には、第2のフィンユニット102に当接する第1の突起103が形成され、第2のフィンユニット102には、第1のフィンユニット101に当接する第2の突起104が形成されており、上部と下部のフィンユニットの突起を突き合わせて接続する必要がなくなり、それにより、溶接ツーリングを簡素化させる一方、第1の突起103が第2のフィンユニット102に直接当接し、第2の突起104が第1のフィンユニット101に直接当接するため、熱交換器の表面の平坦性が高まり、また、第1の突起103及び第2の突起104の数が少なくなり、コストダウンに有利である。
また、従来技術では、上部と下部のフィンユニットの対称位置に突起が設けられる場合、突起の高さは上部と下部のフィンユニットのピッチの1/2である。フィンユニットが重なるときに、上部と下部のフィンユニットの突起の位置がずれると、上部と下部のフィンユニットの突起を揃えて重なり合わせるには、上部フィンユニット又は下部フィンユニットを適切に持ち上げて位置ズレを校正する必要があり、一方、本発明の実施例における熱交換器によれば、上部と下部のフィンユニットの突起に位置ズレが発生した場合、フィンユニットに適切な振動を加えて突起を元の位置に回復させることができ、したがって、生産効率が大幅に高まる。
第1のフィンユニット101と第2のフィンユニット102の結合をより明確に説明するために、図3(A)及び図3(B)を参照し、図3(A)は、第1のフィンユニット101と第2のフィンユニット102を水平に置き、第1のフィンユニット101と第2のフィンユニット102を分離したときの第1のフィンユニット101の底面図(即ち、上の図)を示し、図3(B)は、第1のフィンユニット101と第2のフィンユニット102を水平に置き、第1のフィンユニット101と第2のフィンユニット102を分離したときの第2のフィンユニット102の平面図を示す。図において、点線は第1のフィンユニット101と第2のフィンユニット102との対応関係を示し、第1のフィンユニット101では、熱交換器の長手方向に沿って4本の第1の熱交換管路201が形成され、第2のフィンユニット102では、熱交換器の長手方向に沿って4本の第2の熱交換管路301が形成され、複数の第1の突起103は隣り合う2本の第1の熱交換管路201の間に位置し、複数の第2の突起104は隣り合う2本の第2の熱交換管路301の間に位置する。このように設けることにより、第1の突起103又は第2の突起104が熱交換管路の放熱能力に悪影響を及ぼすことを回避できる。なお、1つのフィンユニット内に形成される熱交換管路は2本、3本又は5本以上としてもよく、複数の熱交換管路が設けられることにより、冷媒などの第2の流体はフィンユニットにおいてより均一に分布し、熱交換器の熱交換性能の向上に有利である。
いくつかの実施例では、熱交換管路の横断面が円形(図10、図11参照)又は多角形であるが、必要に応じて適切な形状としてもよい。例えば、熱交換管路の横断面が円形である場合、加工されやすく、そして、横断面の外周の周長が一定である場合、円形の横断面の面積が最大であり、大きな冷媒流量を有し、熱交換能力が良好である。
いくつかの実施例では、図1、図3(A)、図3(B)に示すように、第1のフィンユニット101と第2のフィンユニット102が接続されると、熱交換器の長手方向において、第1の突起103と第2の突起104は交互に設けられる。このように設けることにより、第1のフィンユニット101と第2のフィンユニット102の間の接続強度を向上させ、熱交換器の表面の平坦性を向上できる。
いくつかの実施例では、第1のフィンユニット101において、第1の突起103は第1のフィン702をプレスすることにより形成され、第2のフィンユニット102において、第2の突起104は第3のフィン703をプレスすることにより形成される。プレス成形により突起構造を製造することによって、生産効率を高め、生産コストを削減させるとともに、製品の品質を高く維持できる。なお、第1の突起103又は第2の突起104は他の常法により形成されてもよく、例えば、プレハブブロックをフィンユニットの対応する位置に直接固定して接続してもよい。
いくつかの実施例では、図4、図5、図9に示すように、第1の突起103及び第2の突起104の縦断面が台形をしている。一方、台形はプレス成形により容易に実現されるプレス形状であり、他方、台形体構造の上部に平面を有するため、対向するフィンユニットに突起が安定的に接続され得る。当業者にとって自明なように、突起はキューブや円錐台などの構造であってもよい。また、必要に応じて、第1の突起103及び第2の突起104を異なる形状としてもよい。
いくつかの実施例では、図4、図5、図11に示すように、第1の突起103には、第1のフィン702の短手方向に沿って貫通溝401が形成され、第2の突起104には、第2のフィン701の短手方向に沿って貫通溝401が形成される。貫通溝401構造を設けることにより、第2の流体の流通が容易になり、熱交換効率が高まる。一般的には、第2の流体は主にフィンユニットの短手方向に沿って流通し、貫通溝401が設けられないと、第2の突起104の側部が抵抗となり、第2の流体の流通に悪影響を与える。プレス成形により突起を製造する過程において、貫通溝401の構造を形成するために、まずプレス箇所に平行なスリットを2本開け、次に2本のスリットの間の領域に力を加えてプレス、このようにして、貫通溝401を備える突起構造が形成される。なお、必要に応じて、例えば一定の構造強度を確保するために、第1の突起103又は第2の突起104にのみ貫通溝401を開けてもよい。
いくつかの実施例では、第1のフィン702、第2のフィン701、第3のフィン703及び第4のフィン704はいずれも一体成形構造である。フィンの入口集流孔203、出口集流孔202、凹溝705及び突起が全てプレスにより形成可能であるので、フィンは一体としてプレス成形により得られ、このように、生産効率が高まり、高いプロセス品質が確保される。
いくつかの実施例では、第1のフィン702、第2のフィン701、第3のフィン703及び第4のフィン704は構造が同じで、同一金型を用いるプレス成形が可能である。なお、複数のフィンユニットを固定して接続するために、隣り合う2つのフィンユニットの隣り合う面に突起構造が設けられているに加えて、2つのフィンユニットの反対する面にも突起構造が設けられている。図4、図5、図7に示すように、第2のフィン701には第3の突起205が設けられ、第4のフィン704には第4の突起402が設けられる。図7から分かるように、第2のフィン701及び第3のフィン703の形状が同じであり、第1のフィン702と第4のフィン704の形状が同じであり、また、第1のフィン702と第3のフィン703の形状も同じであり、図3(A)を参照してこの技術案をより明確に説明することができ、図3(B)は、第1のフィン702と第3のフィン703の形状を示し、第1のフィン702を時計回り又は反時計回りで180度回転させると第3のフィン703の形状が得られ、このことから分かるように、第1のフィン702、第2のフィン701、第3のフィン703、及び第4のフィン704は全て同じ形状に設けられてもよく、このような場合、第1のフィン702、第2のフィン701、第3のフィン703、及び第4のフィン704は、同一の金型によりプレス成形される。上記の構成によれば、熱交換器の生産効率をさらに向上させ、フィンの汎用性や精度を向上させ、熱交換器全体の品質を高めることができる。
いくつかの実施例では、図12に示すように、第1のフィンユニット101及び第2のフィンユニット102はいずれも複数設けられ、複数の第1のフィンユニット101及び第2のフィンユニット102は積層設置される。対応する積層隙間105内の突起構造の配置位置が同じであり、それにより、熱交換器の構造全体の強度が向上する。
本発明の第2の態様の実施例に係る空調機は、本発明の第1の態様の実施例に係る熱交換器を含む。なお、空調機は一体式空調機であってもよく、分離式空調機であってもよく、他のタイプの空調機であってもよい。
本発明の第2の態様の実施例に係る空調機は、本発明の第1の態様の実施例に係る熱交換器を用いることにより、隣り合うフィンユニットの突起を接続する前に揃えて積層する必要がなく、それにより、加工効率が高まり、第1の突起103及び第2の突起104の数が少なくなり、コストダウンに有利である。さらに、フィンユニットを重なり合わせるときに、上部と下部のフィンユニットの突起に位置ズレが発生した場合、フィンユニットに適切な振動を加えて突起を元の位置に回復させることができ、上部フィンを適切に持ち上げて改めて配置する必要がなくなり、生産効率が大幅に向上する。
以上、図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、当業者が有する知識範囲内で、本発明の趣旨を逸脱することなく様々な変化を行うことができる。
101 第1のフィンユニット
102 第2のフィンユニット
103 第1の突起
104 第2の突起
105 積層隙間
201 第1の熱交換管路
202 出口集流孔
203 入口集流孔
204 スロットルチャンネル
205 第3の突起
301 第2の熱交換管路
401 貫通溝
402 第4の突起
701 第2のフィン
702 第1のフィン
703 第3のフィン
704 第4のフィン
705 凹溝

Claims (7)

  1. 熱交換器であって、
    第1のフィンユニットと、第2のフィンユニットとを含み、
    前記第2のフィンユニットは前記第1のフィンユニットと積層して設置され、
    前記第1のフィンユニットの前記第2のフィンユニットに隣り合う面には、前記第2のフィンユニットに当接する少なくとも1つの第1の突起が形成され、前記第2のフィンユニットの前記第1のフィンユニットに隣り合う面には、前記第1のフィンユニットに当接する少なくとも1つの第2の突起が形成され、前記第1の突起と前記第2の突起は間隔を空けて配置され、それにより前記第1のフィンユニットと前記第2のフィンユニットとの間に第1の流体が流通する積層隙間が形成され
    前記第1のフィンユニットは積層設置された第1のフィンと第2のフィンを含み、前記第2のフィンユニットは積層設置された第3のフィンと第4のフィンを含み、前記第1のフィンと前記第3のフィンが隣り合って設けられ、前記第1の突起は前記第1のフィンへのプレス加工により形成され、前記第2の突起は前記第3のフィンへのプレス加工により形成され、
    前記第1のフィンユニットの前記第2のフィンユニットから離れた面に、少なくとも1つの第3の突起が形成され、前記第2のフィンユニットの前記第1のフィンユニットから離れた面に、少なくとも1つの第4の突起が形成され、
    前記第2のフィンに第3の突起がプレス成形され、前記第4のフィンに第4の突起がプレス成形される、
    前記第1のフィンと、前記第2のフィンと、前記第3のフィンと、前記第4のフィンとは、同じ構造である、ことを特徴とする熱交換器。
  2. 前記第1のフィンユニットには、前記熱交換器の長手方向に沿って第2の流体が流通する複数の第1の熱交換管路が形成され、前記第2のフィンユニットには、前記熱交換器の長手方向に沿って前記第2の流体が流通する複数の第2の熱交換管路が形成され、前記第1の突起は、隣り合う2つの前記第1の熱交換管路の間に形成され、前記第2の突起は、隣り合う2つの前記第2の熱交換管路の間に形成される、ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
  3. 前記熱交換器の長手方向に沿って、前記第1のフィンユニットには複数の前記第1の突起が形成され、前記第2のフィンユニットには複数の前記第2の突起が形成され、前記第1の突起と前記第2の突起は交互に設けられる、ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
  4. 前記第1の突起及び/又は前記第2の突起の縦断面が台形をしている、ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
  5. 前記第1の突起には、前記熱交換器の短手方向に沿って貫通溝が形成され、及び/又は前記第2の突起には、前記熱交換器の短手方向に沿って貫通溝が形成される、ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
  6. 前記第1のフィンと前記第2のフィンの間では、前記熱交換器の長手方向に沿って第2の流体が流通する複数の第1の熱交換管路が形成され、前記第3のフィンと前記第4のフィンの間では、前記熱交換器の長手方向に沿って前記第2の流体が流通する複数の第2の熱交換管路が形成され、前記第1の突起は隣り合う2つの前記第1の熱交換管路の間に形成され、前記第2の突起は隣り合う2つの前記第2の熱交換管路の間に形成される、ことを特徴とする請求項に記載の熱交換器。
  7. 請求項1~のいずれか1項に記載の熱交換器を備える、ことを特徴とする空調機。
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