JPWO2017208419A1 - フィンチューブ型熱交換器、および、このフィンチューブ型熱交換器を備えたヒートポンプ装置 - Google Patents

フィンチューブ型熱交換器、および、このフィンチューブ型熱交換器を備えたヒートポンプ装置 Download PDF

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Abstract

フィンチューブ型熱交換器は、扁平管が、重力方向に対して第１の角度で配置された第１部分と、重力方向に対して第１の角度と異なる第２の角度で配置された第２部分と、第１部分と第２部分とに接続され、第１部分と第２部分の両方よりも重力方向で高い位置に配置された接続部と、を備えたものである。

Description

本発明は、排水性を向上させたフィンチューブ型熱交換器、このフィンチューブ型熱交換器を備えたヒートポンプ装置、および、フィンチューブ型熱交換器の製造方法に関するものである。
従来、所定のフィンピッチ間隔を空けて配置された板状の複数のフィンと、扁平形状の複数の伝熱管（以下、扁平管と称する）と、を備えるフィンチューブ型熱交換器が知られている。
たとえば特許文献１には、扁平管内に設けた隔壁を断面視くの字形状（横向きのＶ字形状）で成形し、扁平管内に圧縮流体を供給して拡管し、断面視くの字の隔壁を変形させることでフィンカラーと扁平管とを密着させるようにした熱交換器の製造方法が開示されている。つまり、特許文献１には、上部及び下部がフラットな形状の扁平管の内部に断面視くの字形状の隔壁を設け、扁平管を拡管させるという内容が開示されている。
特開２００３−１４８８８９号公報
熱交換器を蒸発器として用いる場合、熱交換器に凝縮水が発生することがある。そして、特許文献１に開示されている製造方法で製造された熱交換器では、拡管後にフィンカラーと扁平管との間が圧接されているのみであり、蒸発器として用いる場合、接触熱抵抗が増大するだけでなく、凝縮水が扁平管の上部および下部に滞留しやすい。つまり、特許文献１に開示されている製造方法では、製造された熱交換器の排水性が悪化してしまう。排水性が悪化すると、熱交換器能力が低下してしまうということになってしまう。
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、排水性を向上させつつ熱交換器能力を向上させたフィンチューブ型熱交換器、このフィンチューブ型熱交換器を備えたヒートポンプ装置、および、フィンチューブ型熱交換器の製造方法を提供するものである。
本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、フィンと、前記フィンに挿入される扁平管と、を備えたフィンチューブ型熱交換器であって、前記扁平管は、重力方向に対して第１の角度で配置された第１部分と、重力方向に対して前記第１の角度と異なる第２の角度で配置された第２部分と、前記第１部分と前記第２部分とに接続され、前記第１部分と前記第２部分の両方よりも重力方向で高い位置に配置された接続部と、を備えたものである。
本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機、凝縮熱交換器、絞り装置、および、蒸発熱交換器により冷媒回路が形成され、前記凝縮熱交換器及び前記蒸発熱交換器のうち少なくともいずれか１つに上記のフィンチューブ型熱交換器を備えたものである。
本発明に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、フィンと前記フィンに挿入される扁平管とを備えたフィンチューブ型熱交換器の製造方法であって、重力方向に対して第１の角度で配置された第１部分と、重力方向に対して前記第１の角度と異なる第２の角度で配置された第２部分と、前記第１部分と前記第２部分とに接続され、前記第１部分と前記第２部分の両方よりも重力方向で高い位置に配置された接続部と、を備えた扁平管を、前記フィンに予め形成された開口部に軸方向に挿入する第１工程と、前記扁平管の両端部をカシメ治具により封止して流体の圧力により前記扁平管を拡管し、前記フィンの前記開口部の周囲に形成されているフィンカラーと前記扁平管とを密着させる第２工程と、前記扁平管の両端部から前記カシメ治具を取り外し、前記扁平管の両端部をヘッダに挿入する第３工程と、炉中ロウ付けを行い、リークチェックする第４工程と、有するものである。
本発明に係るフィンチューブ型熱交換器によれば、扁平管が、重力方向に対して角度の異なる第１部分及び第２部分と、これらに接続され第１部分及び第２部分よりも重力方向で高い位置に配置された接続部と、を備えているので、発生した凝縮水が流れ易くなっているため、排水性が高く、熱交換器能力が大きいものとなる。
また、本発明に係るヒートポンプ装置によれば、上記のフィンチューブ型熱交換器を備えているので、エネルギ効率の高いものとなる。
また、本発明に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法は、屈曲した扁平管を容易にフィンに挿入することができ、流体の圧力で拡管することにより扁平管とフィンとを密着させた状態でヘッダに挿入することができる。そのため、本発明に係るフィンチューブ型熱交換器の製造方法によれば、熱交換器能力が高く、冷媒漏洩が少ないフィンチューブ型熱交換器を、製造性が高い状態で成形することができる。
本発明の実施の形態１に係るフィンチューブ型熱交換器の構成例の一部を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器を蒸発器として用いた場合の凝縮水の流れを説明するための概略説明図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の排水速度を説明するためのグラフである。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の熱交換器能力を説明するためのグラフである。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造工程を概略的に示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器におけるフィンカラーと扁平管との隙間を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器を構成する扁平管の別の構成例を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置の冷媒回路構成の一例を概略的に示す回路構成図である。
以下、図面を適宜参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るフィンチューブ型熱交換器の構成例の一部を概略的に示す断面図である。図１では、本発明の実施の形態１に係るフィンチューブ型熱交換器を構成する扁平管の拡管前の状態を図示している。図１に基づいて、本発明の実施の形態１に係るフィンチューブ型熱交換器（以下、熱交換器５０と称するものとする）について説明する。なお、図１では、空気の流れを矢印Ａで、フィン１の幅方向を矢印Ｄで、それぞれ示している。また、図１では、４本の扁平管２がフィン１に挿入されている部分を拡大して示している。
熱交換器５０は、複数枚が所定の間隔で配置され、その間を空気などの流体が流れる板状のフィン１と、フィン１に軸方向に挿入された複数の扁平管２と、を備えている。フィン１には、扁平管２が挿入される開口部１Ａが形成されている。開口部１Ａの周囲には、フィンカラー３がフィン１の一方の面に突出するように形成されている。また、フィン１には、風向に対する風上側および風下側にスリット４が形成されている。なお、風上側のスリット４をスリット４Ａと称し、風下側のスリット４をスリット４Ｂと称するものとする。
スリット４Ａが本発明の「第１スリット」に相当し、スリット４Ｂが本発明の「第２スリット」に相当する。
扁平管２は、扁平形状の伝熱管であり、図１の断面における扁平形状の長軸の向きがフィン１の間を流れる流体の流通方向とされ、流通方向に対して直交する段方向（紙面上下方向）に間隔を空けて複数配置される。そして、たとえば、熱交換器５０は、図１に示すフィン１と扁平管２の組み合わせを、流体の流通方向に対して並行な方向に間隔を空けて２列並べることで構成される。なお、以下の説明において、扁平管２の扁平形状の長軸（断面長手方向）、つまりフィン１の幅方向に伸びる部分を、扁平管２の幅と称する場合がある。
扁平管２は、水平方向に屈曲し、断面形状がへの字形状、つまり断面視逆向きのＶ字形状となっている。図１に示すように、扁平管２は、扁平管２の中央部を中心に両側を下側に屈曲させて、中央部を上方に突出させた形状となっている。つまり、扁平管２は、重力方向に対して第１の角度θ１で配置された第１部分２０Ｘと、重力方向に対して第１の角度θ１と異なる第２の角度θ２で配置された第２部分２０Ｙと、第１部分２０Ｘと第２部分２０Ｙとに接続され、第１部分２０Ｘと第２部分２０Ｙの両方よりも重力方向で高い位置に配置された接続部２０Ｗと、を備えている。第１部分２０Ｘは扁平管２の接続部２０Ｗよりも左側に配置されているものとし、第２部分２０Ｙは扁平管２の接続部２０Ｗよりも右側に配置されているものとする。そして、扁平管２の屈曲させている中間部、つまり第１部分と第２部分との接続部２０Ｗに屈曲点Ｘが存在するものとして図示している。また、断面視逆向きのＶ字形状とは、扁平管２を冷媒などの媒体の流通方向と直交する方向で切断したときの扁平管２の断面に現れる形状のことをいう。
具体的には、扁平管２は、図１の断面において、扁平管２の上面を含む上部２０Ａ、扁平管２の下面を含む下部２０Ｂ、幅方向の一方の端部（図１では風上側の端部）を構成する前縁部２０Ｃ、及び、幅方向の他方の端部（図１では風下側の端部）を構成する後縁部２０Ｄを有している。つまり、第１部分２０Ｘは、中央部よりも左側の上部２０Ａ、前縁部２０Ｃ、及び、中央部よりも左側の下部２０Ｂで構成されている。また、第２部分２０Ｙは、中央部よりも右側の上部２０Ａ、後縁部２０Ｄ、及び、中央部よりも右側の下部２０Ｂで構成されている。
第１部分２０Ｘが、フィン１の幅方向の一方、つまり空気の流れ上流側に向かって重力方向下側に傾斜している。また、第２部分２０Ｙが、フィン１の幅方向の他方、つまり空気の流れ下流側に向かって重力方向下側に傾斜している。つまり、第１部分２０Ｘの重力方向に対しての角度である第１の角度θ１と、第２部分２０Ｙの重力方向に対しての角度である第２の角度θ２とは、異なっている。ただし、第１部分２０Ｘと第２部分２０Ｙとが接続部２０Ｗを中心とした対称形状となっていてもよい。なお、上部２０Ａ及び下部２０Ｂは、図１の断面において直線形状となっていてもよく、曲線形状になっていてもよい。
扁平管２の第１部分２０Ｘを構成している前縁部２０Ｃ、および、扁平管２の第２部分２０Ｙを構成している後縁部２０Ｄのそれぞれの断面形状が、円弧形状、つまりＲ部となっている。
第１部分２０Ｘの前縁部２０Ｃが本発明の「第１前縁部」に相当し、第２部分２０Ｙの後縁部２０Ｄが本発明の「第１後縁部」に相当する。
扁平管２の内部には複数の隔壁２Ａが形成され、隔壁２Ａによって扁平管２の内部に複数の流路２Ｂが形成されている。扁平管２に形成される隔壁２Ａは、くの字形状、つまり断面視横向きのＶ字形状となっている。具体的には、隔壁２Ａは、扁平管２の中央部に向かって隔壁２Ａの中央部が突出する形状で形成されている。つまり、図１に示すように、第１部分２０Ｘに形成される隔壁２Ａは、隔壁２Ａの中央部を中心に両側を紙面左側に屈曲させて、中央部を右側に突出させた形状となっている。同様に、第２部分２０Ｙに形成される隔壁２Ａは、隔壁２Ａの中央部を中心に両側を紙面右側に屈曲させて、中央部を左側に突出させた形状となっている。
なお、隔壁２Ａの屈曲角度を特に限定するものではない。また、隔壁２Ａの全部を同じ角度で屈曲させてもよく、異なる角度で屈曲させてもよい。さらに、隔壁２Ａの断面視横向きのＶ字形状とは、扁平管２を冷媒の流通方向と垂直な方向で切断したときの隔壁２Ａの断面に現れる形状のことをいう。
スリット４は、伝熱に伴う抵抗を低減することにより、フィン１間の通風路を流れる空気とフィン１との間の熱伝達を促進させる機能を果たすものである。スリット４Ａおよびスリット４Ｂは、フィン１の一部を切り欠いて形成する。スリット４Ａは、段方向に並んで配置されている扁平管２の前縁部２０Ｃの間に形成されている。スリット４Ｂは、段方向に並んで配置されている扁平管２の後縁部２０Ｄの間に形成されている。なお、段方向に並んでいる２つの扁平管２が、本発明の「一対の扁平管」に相当する。
スリット４Ａおよびスリット４Ｂは、それぞれ前縁部および後縁部を有しており、スリット４Ａの前縁部を前縁部４ａと称し、スリット４Ｂの後縁部を後縁部４ｂと称するものとする。
スリット４Ａの前縁部４ａが本発明の「第２前縁部」に相当し、スリット４Ｂの後縁部４ｂが本発明の「第２後縁部」に相当する。
スリット４Ａは、前縁部４ａが、扁平管２の前縁部２０Ｃの２本の重力方向延長線内に配置されるように形成される。前縁部２０Ｃの２本の重力方向延長線のうち１本は、上下に並んで配置される２本の扁平管２の前縁部２０Ｃの最上流側に位置する頂点を結んだものである（図１に示す仮想線Ｌ１）。前縁部２０Ｃの２本の重力方向延長線のうちもう１本は、上下に並んで配置される２本の扁平管２の前縁部２０Ｃの開始部分に位置する点のうち紙面上側に位置する点を結んだものである（図１に示す仮想線Ｌ２）。つまり、スリット４Ａは、前縁部４ａが仮想線Ｌ１と仮想線Ｌ２との間に位置するように形成される。
スリット４Ｂは、後縁部４ｂが、扁平管２の後縁部２０Ｄの２本の重力方向延長線内に配置されるように形成される。後縁部２０Ｄの２本の重力方向延長線のうち１本は、上下に並んで配置される２本の扁平管２の後縁部２０Ｄの最下流側に位置する頂点を結んだものである（図１に示す仮想線Ｌ３）。後縁部２０Ｄの２本の重力方向延長線のうちもう１本は、上下に並んで配置される２本の扁平管２の後縁部２０Ｄの開始部分に位置する点のうち紙面上側に位置する点を結んだものである（図１に示す仮想線Ｌ４）。つまり、スリット４Ｂは、後縁部４ｂが仮想線Ｌ３と仮想線Ｌ４との間に位置するように形成される。
また、フィン１の開口部１Ａの周囲にはフィンカラー３が形成されている。フィンカラー３と扁平管２との間には隙間１５が設けられる。つまり、扁平管２のサイズ（外径）は、フィンカラー３が形成される開口部１Ａのサイズ（内径）よりも小さく形成されている。熱交換器５０を製造するためには、外形が逆Ｖ字形状に構成された扁平管２をフィン１の開口部１Ａに管軸方向に挿入する必要があるが、隙間１５が設けられていることにより扁平管２が容易に開口部１Ａに挿入可能となる。
図２は、熱交換器５０を蒸発器として用いた場合の凝縮水の流れを説明するための概略説明図である。図２に基づいて、熱交換器５０を蒸発器として用いた場合の凝縮水の流れについて説明する。なお、図２では、空気の流れを矢印Ａで示すとともに、重力方向を矢印Ｂで示している。また、熱交換器５０で発生した凝縮水を凝縮水６として図示している。さらに、凝縮水６の流れを矢印Ｃで図示している。さらに、図２では、熱交換器５０の完成後の状態を図示している。
図１では、隔壁２Ａが断面視横向きのＶ字形状となっており熱交換器５０の完成前の状態を図示したが、扁平管２はフィン１に挿入された後、ガス又は液などの流体により拡管され、隔壁２Ａがまっすぐとなる方向に変形する。これにより、扁平管２とフィンカラー３との密着性が向上する。そこで、図２では、扁平管２の拡管後であって、扁平管２がフィンカラー３に密着している状態を図示している。ただし、図２では、隔壁２Ａの全部がそろってまっすぐになっている状態を図示しているが、隔壁２Ａの全部がまっすぐとなっている必要はない。
また、図２では、扁平管２の拡管後であって、扁平管２がフィンカラー３に密着している状態を図示しているので、隙間１５がなくなっている。
熱交換器５０が蒸発器として用いられた場合、熱交換器５０では凝縮水６が発生することがある。発生した凝縮水６は、扁平管２の形状により、扁平管２の前縁部２０Ｃ、後縁部２０Ｄの方向に導かれる。そして、凝縮水６は、扁平管２の前縁部２０Ｃ、後縁部２０Ｄの付近に滞留し、スリット４Ａ、スリット４Ｂを介し、重力方向下方に流れ、排水される。そして、スリット４Ａ、スリット４Ｂの下方から排水された凝縮水６は、流れ出たスリット４Ａ、スリット４Ｂよりも下方に位置する扁平管２の前縁部２０Ｃ、後縁部２０Ｄの付近に滞留することになる。つまり、凝縮水６は、上方から下方に向かって同様の挙動を繰り返し、排水される。
このように、熱交換器５０によれば、フィン１の風上側の排水路１６Ａ、風下側の排水路１６Ｂに近い位置に凝縮水６を導くことができる。なお、排水路１６Ａとは、フィン１の風上側に位置し、重力方向にフィン１が連通している部分である。つまり、排水路１６Ａとは、フィン１の仮想線Ｌ１よりも上流側であって、フィン１の開口部１Ａが形成されていない部分である。また、排水路１６Ｂは、フィン１の風下側に位置し、重力方向にフィン１が連通している部分である。つまり、排水路１６Ｂとは、フィン１の仮想線Ｌ４よりも下流側であって、フィン１の開口部１Ａが形成されていない部分である。
加えて、フィン１では、排水路１６Ａ側にスリット４Ａを配置し、排水路１６Ｂ側にスリット４Ｂを配置している。こうすることで、熱交換器５０によれば、凝縮水６の排水速度が向上し、通風抵抗が低く保たれる。また、熱交換器５０が室外熱交換器として用いられる場合の着霜運転後の除霜運転時の排水性を向上させ、除霜時間を短縮することが可能となる。
また、図２において、扁平管２の水平方向に対する傾斜角θを前縁側と後縁側で等しくし、傾斜角θを２°＜θ＜８°の範囲としている。また、扁平管２の屈曲点Ｘから風上側の端部までの距離Ｌ５と、扁平管２の屈曲点Ｘから風下側の端部までの距離Ｌ６と、を等しくしている。つまり、扁平管２は、屈曲点Ｘを扁平管２の長軸方向の中間としており、屈曲点Ｘを結んだ仮想線Ｘ１を中心として左右対称の形状になっている。
図３は、熱交換器５０の排水速度を説明するためのグラフである。図３は、傾斜角θが０°のフラットな扁平管から傾斜角θを段階的に大きくしていった扁平管を用いて、それぞれの排水速度を計測して表したものである。排水速度は、フラットな扁平管に対する割合として求めている。なお、図３では、横軸が傾斜角θ（°）を、縦軸が対フラット扁平管排水速度（％）を、それぞれ示している。
図３に示すように、傾斜角θが大きくなるにつれ、凝縮水は扁平管２の前縁、後縁ともに排水されやすくなり、排水速度は増加する。つまり、傾斜角θが大きくなるということは、勾配が大きくなるということであり、凝縮水が重力方向に流れ易くなるため、排水速度が増加することになると考えられる。
図４は、熱交換器５０の熱交換器能力を説明するためのグラフである。図４は、傾斜角θが０°のフラットな扁平管から傾斜角θを段階的に大きくしていった扁平管を用いて、それぞれの熱交換器能力を計測して表したものである。熱交換器能力は、フラットな扁平管に対する割合として求めている。なお、図４では、横軸が傾斜角θ（°）を、縦軸が対フラット扁平管熱交換器能力（％）を、それぞれ示している。なお、熱交換器能力（Ｇａε）は、風量（Ｇａ）と、エンタルピ効率（ε）との積で測定している。風量（Ｇａ）は送風機の特性と熱交換器の風通抵抗によって決定され、エンタルピ効率（ε）は熱交換器の吹き出し空気と熱交換器の蒸発温度によって決定される。
図４から、傾斜角θが０°＜θ＜２°の範囲では、傾斜角θが大きくなるにつれて排水速度が向上して通風抵抗が低下するため、風量が増加することになる。そのため、この範囲では、熱交換器能力がより増加することがわかる。
また、傾斜角θが２°＜θ＜８°の範囲では、熱交換器能力がフラットな扁平管に対し１０３％以上１０６％以下となり十分に高い熱交換器能力であることがわかる。
また、傾斜角θが８°＜θの範囲では、扁平管の屈曲の影響で通風抵抗が増加して風量Ｇａが低下するため、熱交換器能力が低下することがわかる。
また、扁平管２では距離Ｌ５と距離Ｌ６とを等しくしているため、扁平管２が左右対称形状となり、扁平管２の押し出し成形時において、金属材料の押し出し時の力の釣り合いがとれることになる。そのため、扁平管２の押し出し成形が容易となるという効果を奏することになる。
図５は、熱交換器５０の製造工程を概略的に示す説明図である。図５に基づいて、熱交換器５０の製造方法について説明する。図５では、扁平管２の挿入方向を矢印Ｄで示し、カシメ治具７への流体の供給方向を矢印Ｅで示している。
まず、第１工程においては、フィン１に予め形成された開口部１Ａに扁平管２を軸方向に挿入する。このとき、扁平管２とフィンカラー３との間には隙間１５が設けられるようになっているので、扁平管２が容易に開口部１Ａに挿入できる。なお、隙間１５については、図６で詳細に説明するものとする。
次の第２工程においては、扁平管２の両端部をカシメ治具７により封止して流体の圧力（ガス圧もしくは液圧）を利用する拡管機により扁平管２を拡管し、フィンカラー３と扁平管２とを密着させる。ここで、隙間１５が小さく又はなくなることになる。また、隔壁２Ａがまっすぐとなるように変形する。
第３工程においては、扁平管２の両端部からカシメ治具７を取り外し、扁平管２の両端部をヘッダ８に挿入する。
その後の第４工程においては、炉中ロウ付けを行い、リークチェックし、熱交換器５０が完成する。
このように、熱交換器５０を製造するので、屈曲した扁平管２を容易にフィン１に挿入することができ、流体の圧力で拡管することにより扁平管２とフィン１とを密着させた状態でヘッダ８に挿入することができる。そのため、このような熱交換器５０の製造方法によれば、熱交換器能力が高く、冷媒漏洩が少ない熱交換器５０を、製造性が高い状態で成形できることになる。
図６は、熱交換器５０におけるフィンカラー３と扁平管２との隙間１５を説明するための説明図である。図６に基づいて、隙間１５について詳しく説明する。なお、以下の説明において、扁平管２の前縁部２０Ｃと後縁部２０Ｄとを、まとめて扁平管２の縁部と称する場合がある。
上述したように、フィンカラー３と扁平管２との間には隙間１５が設けられる。扁平管２の平坦部とフィンカラー３との間の隙間１５を隙間１５Ａと称し、扁平管２の縁部とフィンカラー３との間の隙間１５を隙間１５Ｂと称するものとする。そして、隙間１５Ａの距離ｔ１と、隙間１５Ｂの距離ｔ２とは、ｔ１＞ｔ２の関係を有している。
扁平管２は、拡管時に内部の隔壁２Ａが変形し、外壁が平坦部のフィンカラー３の方向に移動してフィンカラー３と密着する。一方、縁部の外壁は、拡管時に変形し、フィンカラー３の方向に移動するが、移動量は、平坦部の外壁より小さい。このため、ｔ１＞ｔ２とすることで、扁平管２のフィン１への挿入性と、扁平管２とフィン１との密着性を同時に確保することが可能になる。
図７は、熱交換器５０を構成する扁平管２の別の構成例を概略的に示す断面図である。図７に基づいて、扁平管２の別の構成例について説明する。なお、説明の便宜上、図７に示す扁平管２を、扁平管２Ｘと称するものとする。なお、図７では、隔壁２Ａがまっすぐとなっている状態を図示している。
図１〜図６で示した扁平管２においては、中央に位置する流路２Ｂの断面形状における重力方向上部の隅部が鋭角となっている。
一方、図７に示すように、扁平管２Ｘでは、中央に位置する流路２Ｂの断面形状における重力方向上部の隅部２Ｘ１をＲ部としている。このように重力方向上部の隅部２Ｘ１にＲ部を設けることで、冷媒充填時の耐圧が向上することになる。
したがって、冷媒充填時の耐圧を向上させるために扁平管２を図７に示すような扁平管２Ｘとしてもよい。
以上のように、熱交換器５０によれば、媒体の流通方向と直交する方向で断面視したときに上部２０Ａ及び下部２０Ｂが両側に向かって重力方向下側に傾斜している扁平管２を備えているため、発生した凝縮水が流れ易く、排水性が高いものとなり、熱交換器能力が大きいものとなる。
また、熱交換器５０は、フィン１の流体の流れ方向に対する風上側であって段方向に並んで配置される扁平管２の前縁部２０Ｃの間にスリット４Ａを設け、フィン１の流体の流れ方向に対する風下側であって段方向に並んで配置される扁平管２の後縁部２０Ｄの間にスリット４Ｂを設け、スリット４Ａの前縁部４ａが、扁平管２の前縁部２０Ｃの２本の重力方向延長線内に配置され、スリット４Ｂの後縁部４ｂが、扁平管２の後縁部２０Ｄの２本の重力方向延長線内に配置される。そのため、熱交換器５０によれば、凝縮水６が、上方から下方に向かって効率よく排水されることになる。
また、熱交換器５０によれば、扁平管２が、扁平管２の水平方向に対する傾斜角θを２°＜θ＜８°の範囲として形成されているので、排水性を向上させつつ、高い熱交換器能力を有することになる。
また、熱交換器５０によれば、扁平管２の前縁側の傾斜角θと扁平管２の後縁側の傾斜角θとを等しくしているので、扁平管２の前縁側及び後縁側の排水性能を同等とすることができる。
また、熱交換器５０によれば、扁平管２の屈曲点Ｘは、扁平管２の長軸方向の中間としているので、扁平管２が左右対称形状となり、扁平管２の押し出し成形時において、金属材料の押し出し時の力の釣り合いがとれ、扁平管２の押し出し成形が容易となる。
また、熱交換器５０によれば、扁平管２は、扁平管２の中央に位置する流路２Ｂの断面形状における重力方向上部の隅部２Ｘ１をＲ部としているので、冷媒充填時の耐圧が向上することになる。
また、熱交換器５０の製造方法は、内部を流れる媒体の流通方向と直交する方向で断面視したときに逆向きのＶ字形状に構成されている扁平管２を、フィン１に予め形成された開口部１Ａに軸方向に挿入する第１工程と、扁平管２の両端部をカシメ治具７により封止して流体の圧力により扁平管２を拡管し、フィン１の開口部１Ａの周囲に形成されているフィンカラー３と扁平管２とを密着させる第２工程と、扁平管２の両端部からカシメ治具７を取り外し、扁平管２の両端部をヘッダ８に挿入する第３工程と、炉中ロウ付けを行い、リークチェックする第４工程と、を有する。そのため、熱交換器５０の製造方法によれば、流体の圧力で拡管することにより扁平管２とフィン１とを密着させた状態でヘッダ８に挿入することができるので、熱交換器能力が高く、冷媒漏洩が少ない熱交換器５０を、製造性が高い状態で成形できる。
また、熱交換器５０の製造方法によれば、扁平管２は内部に複数の流路２Ｂを形成する複数の隔壁２Ａを有し、隔壁２Ａは媒体の流通方向と直交する方向で断面視したときに横向きのＶ字形状に構成されているので、拡管時に内部の隔壁２Ａがまっすぐとなるように変形し、扁平管２とフィンカラー３との密着性が向上する。
また、熱交換器５０の製造方法によれば、隔壁２Ａは、断面視したときに扁平管２の中央部に向かって突出する形状となっているので、複雑な形状にすることなく、扁平管２を拡管することが可能になる。
また、熱交換器５０の製造方法は、第１工程において、フィン１に挿入された扁平管２とフィンカラー３との間には隙間１５が形成されており、隙間１５のうち扁平管２の平坦部とフィンカラー３との間の隙間１５Ａの距離ｔ１が、隙間１５のうち扁平管２の縁部とフィンカラー３との間の隙間１５Ｂの距離ｔ２よりも大きい。そのため、熱交換器５０の製造方法によれば、扁平管２のフィン１への挿入性を、扁平管２とフィン１との密着性と同時に確保することが可能になる。
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００の冷媒回路構成の一例を概略的に示す回路構成図である。図８に基づいて、ヒートポンプ装置１００について説明する。なお、本実施の形態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。また、図８では、ヒートポンプ装置１００の一例として空気調和装置を例に説明するものとする。
図８に示すように、ヒートポンプ装置１００は、圧縮機３３、凝縮熱交換器３４、絞り装置３５、蒸発熱交換器３６、および、送風機３７を備えている。そして、圧縮機３３、凝縮熱交換器３４、絞り装置３５、および、蒸発熱交換器３６が、冷媒配管４０によって接続され、冷媒回路が形成されている。送風機３７は、凝縮熱交換器３４および蒸発熱交換器３６に付設され、凝縮熱交換器３４および蒸発熱交換器３６に空気を供給するようになっている。なお、送風機３７は、送風機用モータ３８により回転される。
圧縮機３３は、冷媒を圧縮するものである。圧縮機３３で圧縮された冷媒は、吐出されて凝縮熱交換器３４へ送られる。圧縮機３３は、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、往復圧縮機等で構成することができる。
凝縮熱交換器３４は、圧縮機３３から吐出された高温高圧の冷媒と送風機３７により供給される空気とが熱交換し、高温高圧のガス冷媒が凝縮するものである。
絞り装置３５は、凝縮熱交換器３４を経由した冷媒を膨張させて減圧するものである。絞り装置３５は、例えば冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁等で構成するとよい。なお、絞り装置３５としては、電動膨張弁だけでなく、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、または、キャピラリーチューブ等を適用することも可能である。
蒸発熱交換器３６は、絞り装置３５から流出された低温低圧の冷媒と送風機３７により供給される空気とが熱交換し、低温低圧の液冷媒または二相冷媒が蒸発するものである。
ここで、実施の形態１に係る熱交換器５０を、凝縮熱交換器３４または蒸発熱交換器３６、もしくは、凝縮熱交換器３４および蒸発熱交換器３６の両方に用いることができる。つまり、ヒートポンプ装置１００は、実施の形態１に係る熱交換器５０を、凝縮熱交換器３４および蒸発熱交換器３６のうち少なくともいずれか１つとして備えている。そのため、ヒートポンプ装置１００は、エネルギ効率の高いものとなる。
ここで、ヒートポンプ装置１００のエネルギ効率は、次式で構成されるものである。
暖房エネルギ効率＝室内熱交換器（凝縮熱交換器）能力／全入力
冷房エネルギ効率＝室内熱交換器（蒸発熱交換器）能力／全入力
なお、ヒートポンプ装置１００に使用する冷媒を特に限定するものではなく、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、ＨＦＯ１２３４ｙｆ等の冷媒を使用しても効果を発揮することができる。
また、作動流体としては空気および冷媒の例を示したが、これに限定するものではなく、他の気体、液体、気液混合流体を用いても、同様の効果を発揮する。つまり、ヒートポンプ装置１００の用途に応じて、作動流体は変化するものであり、どの場合であっても効果を奏することになる。
さらに、熱交換器５０を室内熱交換器として用いた場合においても同様な効果を奏することができる。
また、ヒートポンプ装置１００については、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系など、冷媒に油が溶ける、溶けないにかかわらず、どんな冷凍機油についても用いることができ、熱交換器５０としての効果を発揮することができる。
さらに、ヒートポンプ装置１００のその他の例としては、給湯器や冷凍機、空調給湯複合機などがあり、いずれの場合も製造が容易で、熱交換性能を向上し、エネルギ効率を向上させることができる。
以上のように、ヒートポンプ装置１００によれば、圧縮機３３、凝縮熱交換器３４、絞り装置３５、および、蒸発熱交換器３６により冷媒回路が形成され、凝縮熱交換器３４及び蒸発熱交換器３６のうち少なくともいずれか１つに実施の形態１に係る熱交換器５０を適用しているので、製造が容易で、熱交換性能を向上し、エネルギ効率が向上したものとなる。
１ フィン、１Ａ 開口部、２ 扁平管、２Ａ 隔壁、２Ｂ 流路、２Ｘ 扁平管、２Ｘ１ 隅部、３ フィンカラー、４ スリット、４Ａ スリット、４Ｂ スリット、４ａ 前縁部、４ｂ 後縁部、６ 凝縮水、７ カシメ治具、８ ヘッダ、１５ 隙間、１５Ａ 隙間、１５Ｂ 隙間、１６Ａ 排水路、１６Ｂ 排水路、２０Ａ 上部、２０Ｂ 下部、２０Ｃ 前縁部、２０Ｄ 後縁部、２０Ｘ 第１部分、２０Ｙ 第２部分、２０Ｗ 接続部、３３ 圧縮機、３４ 凝縮熱交換器、３５ 絞り装置、３６ 蒸発熱交換器、３７ 送風機、３８ 送風機用モータ、４０ 冷媒配管、５０ 熱交換器、１００ ヒートポンプ装置、Ａ 空気の流れ、Ｂ 重力方向、Ｃ 凝縮水の流れ、Ｄ フィンの幅方向、Ｅ 流体の供給方向、Ｌ１ 仮想線、Ｌ２ 仮想線、Ｌ３ 仮想線、Ｌ４ 仮想線、Ｌ５ 距離、Ｌ６ 距離、Ｘ 屈曲点、Ｘ１ 仮想線、ｔ１ 距離、ｔ２ 距離、θ 傾斜角、θ１ 第１の角度、θ２ 第２の角度。
本発明は、排水性を向上させたフィンチューブ型熱交換器、および、このフィンチューブ型熱交換器を備えたヒートポンプ装置に関するものである。
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、排水性を向上させつつ熱交換器能力を向上させたフィンチューブ型熱交換器、および、このフィンチューブ型熱交換器を備えたヒートポンプ装置を提供するものである。
本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、フィンと、前記フィンに挿入される扁平管と、を備えたフィンチューブ型熱交換器であって、前記扁平管は、重力方向に対して第１の角度で配置された第１部分と、重力方向に対して前記第１の角度と異なる第２の角度で配置された第２部分と、前記第１部分と前記第２部分とに接続され、前記第１部分と前記第２部分の両方よりも重力方向で高い位置に配置された接続部と、を備え、前記第１部分及び前記第２部分の水平方向に対する傾斜角θが２°＜θ＜８°の範囲である。
本発明に係るフィンチューブ型熱交換器は、フィンと、前記フィンに挿入される扁平管と、を備えたフィンチューブ型熱交換器であって、前記扁平管は、重力方向に対して第１の角度で配置された第１部分と、重力方向に対して前記第１の角度と異なる第２の角度で配置された第２部分と、前記第１部分と前記第２部分とに接続され、前記第１部分と前記第２部分の両方よりも重力方向で高い位置に配置された接続部と、前記扁平管と同一の構成を有し、当該扁平管の下方に配置された扁平管と、を備え、前記フィンは、上下に並んで配置された一対の前記扁平管の内、前記フィンの幅方向の一方の側の端部同士の間に設けられた第１スリットと、上下に並んで配置された一対の前記扁平管の内、前記フィンの幅方向の他方の側の端部同士の間に設けられた第２スリットと、を備え、一対の前記扁平管の端部は、該扁平管を流れる媒体の流通方向と直交する方向で断面視したときに円弧形状に形成されており、前記第１スリットの一方の側の端部は、一対の前記扁平管の端部の頂点を結んだ重力方向延長線と、一対の前記扁平管の端部の開始部分のうち上側に位置する点を結んだ重力方向延長線との間に位置し、前記第２スリットの他方の側の端部は、一対の前記扁平管の端部の頂点を結んだ重力方向延長線と、一対の前記扁平管の端部の開始部分のうち上側に位置する点を結んだ重力方向延長線との間に位置しているものである。
本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機、凝縮熱交換器、絞り装置、および、蒸発熱交換器により冷媒回路が形成され、前記凝縮熱交換器及び前記蒸発熱交換器のうち少なくともいずれか１つに上記のフィンチューブ型熱交換器を備えたものである。

Claims (11)

  1. フィンと、前記フィンに挿入される扁平管と、を備えたフィンチューブ型熱交換器であって、
    前記扁平管は、
    重力方向に対して第１の角度で配置された第１部分と、
    重力方向に対して前記第１の角度と異なる第２の角度で配置された第２部分と、
    前記第１部分と前記第２部分とに接続され、前記第１部分と前記第２部分の両方よりも重力方向で高い位置に配置された接続部と、
    を備えた
    フィンチューブ型熱交換器。
  2. 前記接続部は、
    前記扁平管の断面長手方向の中間部である
    請求項１に記載のフィンチューブ型熱交換器。
  3. 前記扁平管は、
    前記第１部分及び前記第２部分の水平方向に対する傾斜角θを等しくしている
    請求項１又は２に記載のフィンチューブ型熱交換器。
  4. 前記第１部分及び前記第２部分の水平方向に対する傾斜角θが２°＜θ＜８°の範囲である
    請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィンチューブ型熱交換器。
  5. 前記扁平管と同一の構成を有し、当該扁平管の下方に配置された扁平官を更に備え、
    前記フィンは、
    上下に並んで配置された一対の前記扁平管の内、前記フィンの幅方向の一方の側の端部同士の間に設けられた第１スリットと、
    上下に並んで配置された一対の前記扁平管の内、前記フィンの幅方向の他方の側の端部同士の間に設けられた第２スリットと、
    を備えた
    請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィンチューブ型熱交換器。
  6. 一対の前記扁平管の端部は、
    該扁平管を流れる媒体の流通方向と直交する方向で断面視したときに円弧形状に形成されており、
    前記第１スリットの一方の側の端部は、
    一対の前記扁平管の端部の頂点を結んだ重力方向延長線と、一対の前記扁平管の端部の開始部分のうち上側に位置する点を結んだ重力方向延長線との間に位置し、
    前記第２スリットの他方の側の端部は、
    一対の前記扁平管の端部の頂点を結んだ重力方向延長線と、一対の前記扁平管の端部の開始部分のうち上側に位置する点を結んだ重力方向延長線との間に位置している
    請求項５に記載のフィンチューブ型熱交換器。
  7. 前記扁平管は、
    内部に複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、
    前記扁平管の中央に位置する流路の断面形状における重力方向上部の隅部をＲ部としている
    請求項１〜６のいずれか一項に記載のフィンチューブ型熱交換器。
  8. 圧縮機、凝縮熱交換器、絞り装置、および、蒸発熱交換器により冷媒回路が形成され、
    前記凝縮熱交換器及び前記蒸発熱交換器のうち少なくともいずれか１つに請求項１〜７のいずれか一項に記載のフィンチューブ型熱交換器を備えた
    ヒートポンプ装置。
  9. フィンと前記フィンに挿入される扁平管とを備えたフィンチューブ型熱交換器の製造方法であって、
    重力方向に対して第１の角度で配置された第１部分と、重力方向に対して前記第１の角度と異なる第２の角度で配置された第２部分と、前記第１部分と前記第２部分とに接続され、前記第１部分と前記第２部分の両方よりも重力方向で高い位置に配置された接続部と、を備えた扁平管を、前記フィンに予め形成された開口部に軸方向に挿入する第１工程と、
    前記扁平管の両端部をカシメ治具により封止して流体の圧力により前記扁平管を拡管し、前記フィンの前記開口部の周囲に形成されているフィンカラーと前記扁平管とを密着させる第２工程と、
    前記扁平管の両端部から前記カシメ治具を取り外し、前記扁平管の両端部をヘッダに挿入する第３工程と、
    炉中ロウ付けを行い、リークチェックする第４工程と、有する
    フィンチューブ型熱交換器の製造方法。
  10. 前記扁平管は、
    内部に複数の流路を形成する複数の隔壁を有し、
    前記隔壁は、
    該扁平管を流れる媒体の流通方向と直交する方向で断面視したときに該扁平管の中央部に向かって中央部が突出する形状に構成されており、
    前記第２工程において、前記隔壁がまっすぐとなるように変形することで、前記フィンカラーと前記扁平管とが密着する
    請求項９に記載のフィンチューブ型熱交換器の製造方法。
  11. 前記第１工程において、
    前記フィンに挿入された前記扁平管と前記フィンカラーとの間には隙間が形成されており、
    前記隙間のうち前記扁平管の平坦部と前記フィンカラーとの間の隙間の距離ｔ１が、前記隙間のうち前記扁平管の縁部と前記フィンカラーとの間の隙間の距離ｔ２よりも大きい
    請求項９又は１０に記載のフィンチューブ型熱交換器の製造方法。
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