JPWO2013160951A1 - 熱交換器、熱交換器の製造方法、及び、空気調和機 - Google Patents

Abstract

板状フィンと扁平管とのロウ付け時に棒状のロウ材を用いる場合に、ロウ材を容易に固定することができ、また、板状フィンの強度を向上することができ、さらに、フィンカラーの先端部にリフレアを設けることなく、板状フィンを所定の間隔で積層することができる熱交換器及びその製造方法、並びに熱交換器を用いた空気調和機を得る。板状フィン１は、切り欠き３の長さがこの切り欠き３に挿入される扁平管２の長軸の長さより大きく形成され、扁平管２の端部よりも端縁部側に突出した出っ張り部１０に、当該板状フィン１の一部を折り曲げて該板状フィン１の積層方向に立設し、隣接する板状フィン１と当接する折り曲げ部１１を有し、折り曲げ部１１の積層方向の長さが、所定の間隔の長さであるものとした。

Description

本発明は、熱交換器、及びその製造方法、並びに、熱交換器を用いた空気調和機に関する。

従来の熱交換器においては、「板状フィン−扁平伝熱管のロウ付け時、扁平伝熱管２の短軸長さが小さい部分が重力方向に対し下方となるため、ロウ材４が固定され、十分にロウ材４が回り熱交換能力の高い熱交換器となる。」ものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、熱交換器用フィンにおいて、「フィンカラーの先端部の少なくとも一部分に、伝熱管と接する側とは反対側に折り曲げ成形されたリフレア部を形成し、リフレア部の上面とフィンベース面とのなす高さは積層されるフィンのピッチ間隔と等しい高さにする」ものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−２４１０５７号公報（段落［００２０］、図８） 特開２０１１−６４４０３号公報（段落［００１１］）

複数積層した板状フィンに複数の扁平管を挿入したフィンチューブ型の熱交換器において、板状フィンと扁平管とロウ付け時に棒状のロウ材を用いる場合、ロウ材を固定するのが困難となる。
特許文献１の技術では、板状フィンの切り欠きの長さを扁平管の長さより長くし、扁平管の端部よりも端縁部側の出っ張り部分の間に、棒状のロウ材を配置している。
しかしながら、板状フィンにおける扁平管の端部よりも端縁部側の出っ張り部分は、扁平管とのロウ付けがなされないため強度が弱く、フィンが倒れ易くなるという課題があった。特に、扁平管及びフィンを複数列設ける場合には、曲げ加工等により隣接するフィンが接触し、フィンが変形し易いという課題があった。このようなフィンの倒れ（変形）が生じると、空気の通風抵抗が増大して風量が低下し、熱交換性能が低下するという課題があった。

特許文献２の技術では、フィンカラーの先端部にリフレアを形成し、このリフレアが隣接するフィンと当接することで、積層されるフィンのピッチ間隔を規定している。
しかしながら、板状フィンの切り欠きに、扁平管の形状に合わせた扁平形状のフィンカラーを形成し、更にフィンカラーの先端にリフレアを形成するのは、加工が困難であるという課題があった。特に、扁平管の短軸の幅が短い細径の場合など、切り欠きの幅がフィンのピッチ間隔と比較して短い場合には、フィンカラーが短くなり、加工が困難であ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、板状フィンと扁平管とのロウ付け時に棒状のロウ材を用いる場合に、ロウ材を容易に固定することができる熱交換器及びその製造方法、並びに熱交換器を用いた空気調和機を得るものである。
また、板状フィンの強度を向上することができる熱交換器及びその製造方法、並びに熱交換器を用いた空気調和機を得るものである。
また、フィンカラーの先端部にリフレアを設けることなく、板状フィンを所定の間隔で積層することができる熱交換器及びその製造方法、並びに熱交換器を用いた空気調和機を得るものである。

本発明に係る熱交換器は、端縁部に開口する切り欠きが複数形成され、所定の間隔毎に配置され、その間を流体が流れる複数の板状フィンと、前記板状フィンの前記切り欠きに挿入され、前記流体と熱交換をする媒体が流れる複数の扁平管と、を備え、前記板状フィンは、前記切り欠きの長さが前記扁平管の長軸の長さより大きく形成され、前記扁平管の端部よりも前記端縁部側に突出した出っ張り部に、当該板状フィンの一部を折り曲げて該板状フィンの積層方向に立設し、隣接する前記板状フィンと当接する折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部の積層方向の長さが、前記板状フィンの積層間隔の長さであることを特徴とする。

本発明は、板状フィンにおける扁平管の端部よりも端縁部側に突出した出っ張り部に、隣接する板状フィンと当接する折り曲げ部を設けたので、板状フィンの出っ張り部の強度を向上することができる。また、フィンカラーの先端部にリフレアを設けることなく、板状フィンを所定の間隔で積層することができる。

本発明の実施の形態１に係る熱交換器の構成図である。 図１のＡ−Ａ断面を示した図である。 図１のＢ−Ｂ断面を示した図である。 本発明の実施の形態１に係るバーリングを示す拡大図である。 本発明の実施の形態１に係る折り曲げ部の他の形状を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器の構成図である。 図９のＡ−Ａ断面を示した図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器の配置を説明する図である。 図１１のＣ−Ｃ断面を示した図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和機の構成図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器の構成図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面を示した図である。図３は、図１のＢ−Ｂ断面を示した図である。なお、各図においては、熱交換器の要部を模式的に示している。
図に示すように、実施の形態１に係る熱交換器は、板状フィン１と、扁平管２とを備えている。この熱交換器は、例えば空気調和機に搭載され、熱交換器を通過する空気等の流体（以下、気流ともいう）と扁平管２内を流通する冷媒（媒体）とを熱交換するものである。

扁平管２は、断面外形が扁平形状または楔型形状の伝熱管である。扁平管２は、扁平形状の長軸の向きが流体の流通方向（紙面左右方向）を向き、扁平形状の短軸の方向（紙面上下方向）に間隔を空けて複数配置されている。この扁平管２の両端部にはヘッダがそれぞれ接続され、複数の扁平管２に冷媒がそれぞれ分配される。なお、扁平管２内を隔壁によって区分して複数の冷媒流路を形成するようにしても良い。

板状フィン１は、板状形状を有している。板状フィン１は、所定の間隔毎に配置され、その間を流体が流通する。
板状フィン１には、複数の扁平管２をそれぞれ挿入するための切り欠き３が形成されている。切り欠き３は、板状フィン１の端縁部に開口するように形成されている。この切り欠き３に扁平管２の挿入され、複数の扁平管２と接合されている。なお、本実施の形態１においては、気流の上流側の端縁部に切り欠き３を形成している。なお、本発明はこれに限るものではなく、気流の下流側の縁端部に切り欠き３を設けても良い。
切り欠き３は、扁平管２の挿入方向の長さが扁平管２の長軸の長さより長く形成されている。扁平管２が切り欠き３の端部まで挿入されると、板状フィン１には、扁平管２の端部よりも端縁部側に突出した出っ張り部１０が形成される。

板状フィン１の出っ張り部１０には、当該板状フィン１の一部を折り曲げて板状フィン１の積層方向に立設し、隣接する板状フィン１と当接する折り曲げ部１１が設けられている。
折り曲げ部１１は、出っ張り部１０における切り欠き３の周縁の一部に、隣接する出っ張り部１０に向けて延出した爪部１３（図６参照）が形成され、この爪部１３が折り曲げられることで構成される。
また、折り曲げ部１１は、折り曲げ線が扁平管２の長軸と略平行となるように形成されている。これにより、折り曲げ部１１における通風抵抗の増大を抑制することが可能となる。

図２に示すように、折り曲げ部１１の積層方向の長さ（高さ）は、板状フィン１のピッチ間隔Ｈとなるように形成されている。これにより、折り曲げ部１１が隣接する板状フィン１と当接することにより、積層される複数の板状フィン１の所定の間隔が容易に保持される。
また、板状フィン１の切り欠き３の周縁の少なくとも一部には、周縁から概略垂直に立ち上がったフィンカラー１２が成形されており、扁平管２との密着を向上させるようにしている。このフィンカラー１２の長さ（高さ）は、板状フィン１のピッチ間隔Ｈより短くすることができる。

板状フィン１の切り欠き３の下流側には、当該板状フィン１の積層方向に突出し、隣接する板状フィン１と当接するバーリング２０を有している。なお、本実施の形態１においては、バーリング２０を切り欠き３の下流側に設ける場合を説明するが、本発明はこれに限るものではなく、任意の位置に設けても良い。

図３に示すように、このバーリング２０の積層方向の長さ（高さ）は、板状フィン１のピッチ間隔Ｈとなるように形成されている。これにより、バーリング２０が隣接する板状フィン１と当接することにより、積層される複数の板状フィン１の所定の間隔が容易に保持される。

図４は、本発明の実施の形態１に係るバーリングを示す拡大図である。
図３、図４に示すように、バーリング２０は、開口幅Ｄが扁平管２の短軸の長さより小さく形成されている。バーリング２０を板状フィン１の切り欠き３の下流側に設け、開口幅Ｄを扁平管２の短軸の長さより小さくすることで、扁平管２の下流で発生する死水域（扁平管２の後流部に生じる速度欠損領域）に、バーリング２０の突出部分を配置することができ、バーリング２０における通風抵抗の増大を抑制することが可能となる。

なお、板状フィン１の一部を切り起こしてスリット形状３０を形成しても良い。このようなスリット形状３０を設けることにより、前縁効果により温度境界層が形成されて、板状フィン１と気流との熱交換を促進することができる。

以上のように本実施の形態においては、板状フィン１は、切り欠き３の長さが扁平管２の長軸の長さより大きく形成され、扁平管２の端部よりも端縁部側の出っ張り部１０に折り曲げ部１１を有している。
このため、板状フィン１における出っ張り部１０の強度を向上することができる。よって、熱交換器を曲げ加工する際（例えばＬ曲げ時）など、板状フィン１にフィン倒れが生じやすい場合であっても、フィン倒れを抑制することができ、フィン倒れによる気流の通風抵抗の増大を抑制し、熱交換性能の低下を抑制できる。

また、折り曲げ部１１は、積層方向の長さが所定のピッチ間隔Ｈの高さであり、隣接する板状フィン１と当接する。
このため、フィンカラー１２の先端部にリフレアを設けることなく、板状フィン１を所定のピッチ間隔Ｈで積層することができる。

また本実施の形態においては、板状フィン１は、当該板状フィン１の積層方向に突出し、隣接する板状フィン１と当接するバーリング２０を有している。
このため、フィンカラー１２の先端部にリフレアを設けることなく、板状フィン１を所定のピッチ間隔Ｈで積層することができる。

なお、本実施の形態においては、折り曲げ部１１とバーリング２０を設ける構成を説明するが、本発明はこれに限るものではなく、バーリング２０を設けない構成としても良い。このような構成であっても、板状フィン１の出っ張り部１０の強度を向上することができる、フィンカラー１２の先端部にリフレアを設けることなく、板状フィン１を所定のピッチ間隔Ｈで積層することができる。

なお、折り曲げ部１１の形状は、図１及び図２に示した形状に限定されるものではない。例えば図５（ａ）に示すように、折り曲げ部１１の先端部１１ａを、隣接する板状フィン１の当接部分と平行となるように折り曲げても良い。これにより、折り曲げ部１１と隣接する板状フィン１との当接部分の面積を大きくすることができ、より安定的に板状フィン１を積層することができる。
また例えば図５（ｂ）に示すように、折り曲げ部１１を略垂直に立設するようにしても良い。これにより、爪部１３（後述）を折り曲げて折り曲げ部１１を形成する際の加工が容易となる。

次に、本実施の形態１における熱交換器の製造工程について説明する。
図６〜図８は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造工程を説明する図である。なお、各図においては、熱交換器の要部を模式的に示している。
まず、板状フィン１を成型するフィン抜き工程を実施する。この工程では図６に示すように、板状フィン１に、複数の切り欠き３と、出っ張り部１０における切り欠き３の周縁の一部に、隣接する出っ張り部１０に向けて延出した爪部１３と、バーリング２０とを、例えば金型プレス機で形成する。また、必要によりスリット形状３０を形成する。
板状フィン１の爪部１３を折り曲げて、折り曲げ部１１を形成する工程を実施する。この工程では図６に示すように、爪部１３を折り曲げる際の折り曲げ線１３ａが、扁平管２の長軸方向（気流方向）と略平行となるように、爪部１３を折り曲げる。
次に、成型した板状フィン１を複数積層し、折り曲げ部１１及びバーリング２０を隣接する板状フィン１と当接させて、所定のピッチ間隔Ｈを保持する工程を実施する。
その後、図７に示すように、複数積層された板状フィン１の切り欠き３に、扁平管２を挿入する工程を実施する。

次に、図８に示すように、切り欠き３の開口を重力方向に対し上方に向け、棒状のロウ材４を扁平管２の上方に配置する工程を実施する。これにより、ロウ材４が、板状フィン１の出っ張り部１０の間に固定される。
その後、板状フィン１と扁平管２とをロウ付けする工程を実施する。この工程では、例えば、ロウ材４を設置した板状フィン１及び扁平管２を、ノコロック連続炉に投入し加熱接合を実施する。なお、さらに板状フィン１の表面に親水処理コーティング材を塗布しても良い。

以上のように、成型した板状フィン１を複数積層することで、折り曲げ部１１が隣接する板状フィン１と当接することにより、積層される複数の板状フィン１の所定の間隔Ｈが容易に保持される。また、板状フィン１を複数積層した後に扁平管２の挿入することが可能となる。
また、ロウ材４は板状フィン１の出っ張り部１０の間に固定されるので、ロウ材４の脱落を抑制することができる。例えば炉中でロウ材４が外れる可能性を低減することができる。よって、板状フィン１と扁平管２とのロウ付け時に棒状のロウ材４を用いる場合に、ロウ材４を容易に固定することができる。
また、予めロウ材を板状フィン１の両側または片側にクラッドしたクラッドフィンと比べて、棒状のロウ材４により板状フィン１と扁平管２との隙間を、ロウ材４により十分に満たすことができ、伝熱性能を向上することができる。従って、製造が容易で高い熱交換性能を得ることが出来る。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器の構成図である。図１０は、図９のＡ−Ａ断面を示した図である。なお、各図においては、熱交換器の要部を模式的に示している。
図９及び図１０に示すように、本実施の形態２における板状フィン１は、出っ張り部１０にリブ形状４０を有している。このリブ形状４０は、板状フィン１の一部を折り曲げて板状フィン１の積層方向に突出した断面山形状に形成され、山形の稜線が扁平管２の長軸と略平行となるように形成されている。このリブ形状４０は、出っ張り部１０から、隣接する扁平管２の間の位置まで延ばして設けている。
その他の構成は、実施の形態１と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。

なお、本実施の形態３では、リブ形状４０が断面三角形の場合を図示するが、本発明はこれに限るものではない。例えば断面半円形の山形でも良いし、断面台形の山形でも良い。

このようなリブ形状４０を設けることで、板状フィン１の出っ張り部１０の強度を、更に向上することができる。また、リブ形状４０は、山形の稜線が扁平管２の長軸と略平行となるように形成されており、リブ形状４０における通風抵抗の増大を抑制することが可能となる。

実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器の配置を説明する図である。図１２は、図１１のＣ−Ｃ断面を示した図である。なお、各図においては、熱交換器の要部を模式的に示している。
図１１に示すように、本実施の形態３における熱交換器は、板状フィン１及び扁平管２を、気流の流れ方向に２列設けている。
また、本実施の形態３における熱交換器は、扁平管２の長手方向の少なくとも１箇所が曲げ加工（例えばＬ曲げ）されている。
その他の構成は、実施の形態１又は２と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。

なお、本実施の形態３では２列の場合を説明するが、本発明はこれに限らず、任意の列数としても良い。

図１２に示すように、板状フィン１及び扁平管２を複数列設ける場合、１列目の板状フィン１の下流側端部と、２列目の板状フィン１の出っ張り部１０とが隣接配置される。
このような配置において、曲げ加工が行われると板状フィン１の出っ張り部１０が変形し易くなる。
本実施の形態３における板状フィン１の出っ張り部１０は、上述したように折り曲げ部１１を有しているので、熱交換器を曲げ加工する際（例えばＬ曲げ時）など、板状フィン１にフィン倒れが生じやすい場合であっても、フィン倒れを抑制することができ、フィン倒れによる気流の通風抵抗の増大を抑制し、熱交換性能の低下を抑制できる。

実施の形態４．
本実施の形態４では、上記実施の形態１〜３の何れかの熱交換器を有する空気調和機の一例を説明する。

図１３は、本発明の実施の形態４に係る空気調和機の構成図である。
図１３に示すように、空気調和機は、圧縮機１００と、四方弁１０１と、室外機に搭載された室外側熱交換器１０２と、膨張手段である膨張弁１０３と、室内機に搭載された室内側熱交換器１０４とが順次冷媒配管で接続され、冷媒を循環させる冷媒回路を備えている。
四方弁１０１は、冷媒回路内の冷媒の流れる方向を切り替えることで、暖房運転、冷房運転の切り替えを行う。なお、冷房専用または暖房専用の空気調和機とする場合には四方弁１０１を省略しても良い。
室外側熱交換器１０２は、上述した実施の形態１〜３の何れかの熱交換器に相当するものであり、冷房運転時には、冷媒の熱により空気等を加熱する凝縮器として機能し、暖房運転時には、冷媒を蒸発させその際の気化熱により空気等を冷却する蒸発器として機能する。
室内側熱交換器１０４は、上述した実施の形態１〜３の何れかの熱交換器に相当するものであり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能する。
圧縮機１００は、蒸発器から排出された冷媒を圧縮し、高温にして凝縮器に供給する。
膨張弁１０３は、凝縮器から排出された冷媒を膨張させ、低温にして蒸発器に供給する。
なお、室外側熱交換器１０２及び室内側熱交換器１０４の少なくとも一方に、上述した熱交換器を用いるようにしても良い。

本実施の形態４において、熱交換器が蒸発器として機能する場合、扁平管２内には低温の冷媒（例えば０℃以下）の冷媒が流通する。このとき、積層された板状フィン１の間を通過する空気中の水分（水蒸気）が凝縮して霜として付着（着霜）する。
上述したように、板状フィン１の切り欠き３は、気流の上流側に設けており、出っ張り部１０が扁平管２よりも気流の上流に配置される。このため、空気中の絶対湿度量が多く着霜が生じ易い上流側では、出っ張り部１０により空気中の水分の一部が着霜する。また、出っ張り部１０の着霜により絶対湿度量が低下した空気が、扁平管２の間を通過するので、出っ張り部１０を設けない場合と比較して、扁平管２の間の着霜量を少なくすることができる。従って、積層された板状フィン１の間を通過する空気中の水分が、出っ張り部１０と扁平管２の間とに分散して着霜することとなり、着霜による板状フィン１の間の通風抵抗の増大を抑制でき、着霜耐力を向上することができる。

１ 板状フィン、２ 扁平管、３ 切り欠き、４ ロウ材、１０ 出っ張り部、１１ 折り曲げ部、１１ａ 先端部、１２ フィンカラー、１３ 爪部、１３ａ 折り曲げ線、２０ バーリング、３０ スリット形状、４０ リブ形状、１００ 圧縮機、１０１ 四方弁、１０２ 室外側熱交換器、１０３ 膨張弁、１０４ 室内側熱交換器。

本発明に係る熱交換器は、端縁部に開口する切り欠きが複数形成され、間隔を空けて配置され、その間を流体が流れる複数の板状フィンと、前記板状フィンの前記切り欠きに挿入され、前記流体と熱交換をする媒体が流れる複数の扁平管と、を備え、前記板状フィンは、前記切り欠きの長さが前記扁平管の長軸の長さより大きく形成され、前記扁平管の端部よりも前記端縁部側に突出した出っ張り部に、当該板状フィンの一部を折り曲げて該板状フィンの積層方向に立設し、隣接する前記板状フィンと当接する折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部の積層方向の長さが、前記板状フィンの積層間隔の長さであり、前記切り欠きの周縁の少なくとも一部に、前記周縁から垂直に立ち上がったフィンカラーが成形され、前記フィンカラーの積層方向の長さが、前記板状フィンの積層間隔の長さより短いことを特徴とする。

Claims (9)

1. 端縁部に開口する切り欠きが複数形成され、所定の間隔毎に配置され、その間を流体が流れる複数の板状フィンと、
   前記板状フィンの前記切り欠きに挿入され、前記流体と熱交換をする媒体が流れる複数の扁平管と、を備え、
   前記板状フィンは、
   前記切り欠きの長さが前記扁平管の長軸の長さより大きく形成され、
   前記扁平管の端部よりも前記端縁部側に突出した出っ張り部に、当該板状フィンの一部を折り曲げて該板状フィンの積層方向に立設し、隣接する前記板状フィンと当接する折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部の積層方向の長さが、前記板状フィンの積層間隔の長さである
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 前記板状フィンは、
   前記出っ張り部における前記切り欠きの周縁の一部に、隣接する前記出っ張り部に向けて延出した爪部が形成され、該爪部が折り曲げられて前記折り曲げ部を構成し、
   前記折り曲げ部の折り曲げ線が、前記扁平管の長軸と略平行である
   ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記板状フィンは、
   該板状フィンの積層方向に突出し、隣接する前記板状フィンと当接するバーリングを有し、前記バーリングの積層方向の長さが、前記板状フィンの積層間隔の長さである
   ことを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
4. 前記板状フィンの前記切り欠きは、前記流体の上流側の端縁部に形成され、
   前記バーリングは、
   開口幅が前記扁平管の短軸の長さより小さく形成され、前記切り欠きの下流側に配置された
   ことを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
5. 前記板状フィンは、
   前記出っ張り部における当該板状フィンの一部を折り曲げて該板状フィンの積層方向に突出した断面山形状に形成され、該山形の稜線が前記扁平管の長軸と略平行となるリブ形状を有する
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の熱交換器。
6. 前記板状フィンの前記リブ形状を、隣接する前記扁平管の間の位置まで延ばして設けた
   ことを特徴とする請求項５記載の熱交換器。
7. 前記板状フィン及び前記扁平管は、前記流体の流れ方向に複数列設けられた
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の熱交換器。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の熱交換器の製造方法であって、
   板状フィンに複数の切り欠きを形成する工程と、
   前記板状フィンの一部を折り曲げて、折り曲げ部を形成する工程と、
   前記板状フィンを複数積層し、前記折り曲げ部を隣接する板状フィンと当接させて、所定の間隔を保持する工程と、
   前記所定の間隔で積層された前記複数の板状フィンの前記複数の切り欠きに、扁平管を挿入する工程と、
   前記切り欠きの開口を重力方向に対し上方に向け、棒状のロウ材を前記扁平管の上方に配置する工程と、
   前記板状フィンと前記扁平管とをロウ付けする工程と
   を有する
   ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
9. 圧縮機、凝縮器、膨張手段、および蒸発器を順次配管で接続し冷媒を循環させる冷媒回路を備え、
   前記凝縮器および前記蒸発器の少なくとも一方に、請求項１〜７の何れか一項に記載の熱交換器を用いた
   ことを特徴とする空気調和機。

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