WO2012098913A1

WO2012098913A1 - 熱交換器及び空気調和機

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Publication number: WO2012098913A1
Application number: PCT/JP2012/000369
Authority: WO
Inventors: 正憲神藤; 好男織谷; 山本　善貴; 筒井　正浩
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2012-07-26
Also published as: JP2012154491A

Abstract

熱交換器（30）は、複数の扁平管（33）を備えたものを対象とし、各フィン（36）は、上下方向に一体に延びる板状に形成されるフィン本体部（36a）と、フィン本体部（36a）の側面部が切り欠かれて扁平管（33）が配置される複数の切り欠き部（45）とを備える一方、各フィン（36）のフィン上端部（41）及びフィン下端部（42）が、切り欠き部（45）の高さ位置においてフィン本体部（36a）を切断して形成されている。

Description

熱交換器及び空気調和機

　　本発明は、扁平管とフィンとを備え、扁平管内を流れる流体を空気と熱交換させる熱交換器及び熱交換器を備えた空気調和機に関する。

　　従来より、扁平管とフィンとを備えた熱交換器が知られている。例えば、特許文献１に記載された熱交換器では、左右方向に延びる複数の扁平管が互いに所定の間隔をおいて上下に並べられ、板状のフィンが互いに所定の間隔をおいて扁平管の伸長方向に並べられている。

特開２００３－２６２４８５号公報

　　ところで、従来の熱交換器においては、金属板を切断してフィンを形成し、該フィンの側部を切り欠くことで扁平管を並べていた。そして、フィン上下の端部は、熱交換器の大きさ等に応じた任意の位置で切断されていた。ところが、このように切断されると、フィンの端部幅が狭くなり、フィン端部が、ばたつき易くなる。これにより、フィンの端部と扁平管が分離してしまうという問題があった。

　　本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、フィンの端部と扁平管とを確実に密着させることを目的とする。

　　第１の発明は、側面が対向するように上下に配列され、内部に流体の通路（34）が形成される複数の扁平管（33）と、隣り合う上記扁平管（33）の間を空気が流れる複数の通風路（40）に区画する複数のフィン（36）とを備えた熱交換器であって、上記各フィン（36）は、上下方向に一体に延びて板状に形成されるフィン本体部（36a）と、該フィン本体部（36a）の側面部が切り欠かれて上記扁平管（33）が配置される複数の切り欠き部（45）とを備える一方、上記各フィン（36）の上下方向の少なくとも一端部（41,42）が、上記切り欠き部（45）の高さ位置において上記フィン本体部（36a）を切断することで形成されている。

　　上記第１の発明では、複数の扁平管（33）は、側面が対向するように上下に配列している。複数のフィン（36）は、上下に隣り合う扁平管（33）の間を複数の通風路（40）に区画している。熱交換器（30）では、上下に並んだ扁平管（33）の間を空気が通過し、この空気が扁平管（33）内の流体と熱交換する。

　　各フィン（36）は、上下方向（すなわち、扁平管（33）の伸張方向と直交する方向）に一体で延びる板状に形成されたフィン本体部（36a）と、フィン本体部（36a）の側面部が切り欠かれて形成され、且つ扁平管（33）が配置される切り欠き部（45）とを備えている。

　　各フィン（36）の上下方向の少なくとも一端部（41,42）は、上記切り欠き部（45）の高さ位置においてフィン本体部（36a）が切断されることで形成されている。

　　第２の発明は、上記第１の発明において、上記各フィン（36）の上下方向の少なくとも一端部（41,42）は、上記切り欠き部（45）の上下の中心の高さ位置において上記フィン本体部（36a）が切断されて形成されている。

　　上記第２の発明では、各フィン（36）の上下方向の少なくとも一端部は、切り欠き部（45）の上下の中心となる高さ位置でフィン本体部（36a）が切断されて形成されている。こうすることで、切断した複数のフィン本体部（36a）を同寸法に形成することができる。

　　第３の発明は、空気調和機（10）を対象とし、上記第１又は第２の発明の熱交換器（30）が設けられた冷媒回路（20）を備え、上記冷媒回路（20）において冷媒を循環させて冷凍サイクルを行うものである。

　　上記第３の発明では、上記第１又は第２の発明の熱交換器（30）が冷媒回路（20）に接続される。熱交換器（30）において、冷媒回路（20）を循環する冷媒は、扁平管（33）の通路（34）を流れ、通風路（40）を流れる空気と熱交換する。

　　上記第１の発明によれば、切り欠き部（45）の高さ位置においてフィン本体部（36a）を切断して各フィン（36）の上下方向の一端部（41,42）を形成するようにしたため、各フィン（36）の端部幅を大きくすることができる。このため、フィン（36）の一端部（41,42）が、ばたつくのを防止することができる。これにより、フィン（36）の一端部（41,42）と扁平管（33）とが分離するのを防止することができる。この結果、フィン（36）の一端部（41,42）と扁平管（33）との密着性を向上させることができる。

　　また、フィン本体部（36a）を切断して各フィン（36）の上下方向の一端部（41,42）を形成するようにしたため、フィン（36）の材料となる板材を余すことなく使用することができる。つまり、従来は、フィンの端部を熱交換器の大きさ等に応じて任意の位置で切断していたため、フィンの材料となる板材に余る部分が発生していた。ところが、本発明では、切り欠き部（45）においてフィン本体部（36a）を切断したため、フィン（36）の形成において半端な長さの一端部（41,42）となることがない。このため、板材を余すことなく使用することができる。これにより、フィン（36）の製造において廃棄する板材を減らすことができる。

　　上記第２の発明によれば、切り欠き部（45）の上下の中心となる高さ位置でフィン本体部（36a）を切断するようにしたため、切り出した各フィン（36）のフィン本体部（36a）を同寸法に形成することができる。

実施形態の熱交換器を備える空気調和装置の概略構成を示す冷媒回路図である。実施形態の熱交換器の概略斜視図である。実施形態の熱交換器の正面を示す一部断面図である。図３のＡ－Ａ断面の一部を示す熱交換器の断面図である。実施形態の変形例を示す熱交換器の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

　　本発明の実施形態について説明する。実施形態の熱交換器（30）は、後述する空気調和機（10）の室外熱交換器（23）を構成している。

　　　　－空気調和機－
　　本実施形態の熱交換器（30）を備えた空気調和機（10）について、図１を参照しながら説明する。

　　　〈空気調和機の構成〉
　　空気調和機（10）は、室外ユニット（11）及び室内ユニット（12）を備えている。室外ユニット（11）と室内ユニット（12）は、液側連絡配管（13）及びガス側連絡配管（14）を介して互いに接続されている。空気調和機（10）では、室外ユニット（11）、室内ユニット（12）、液側連絡配管（13）、及びガス側連絡配管（14）によって、冷媒回路（20）が形成されている。

　　冷媒回路（20）には、圧縮機（21）と、四方切換弁（22）と、室外熱交換器（23）と、膨張弁（24）と、室内熱交換器（25）とが設けられている。圧縮機（21）、四方切換弁（22）、室外熱交換器（23）、及び膨張弁（24）は、室外ユニット（11）に収容されている。室外ユニット（11）には、室外熱交換器（23）へ室外空気を供給するための室外ファン（15）が設けられている。一方、室内熱交換器（25）は、室内ユニット（12）に収容されている。室内ユニット（12）には、室内熱交換器（25）へ室内空気を供給するための室内ファン（16）が設けられている。

　　冷媒回路（20）は、冷媒が充填された閉回路である。冷媒回路（20）において、圧縮機（21）は、その吐出側が四方切換弁（22）の第１のポートに、その吸入側が四方切換弁（22）の第２のポートに、それぞれ接続されている。また、冷媒回路（20）では、四方切換弁（22）の第３のポートから第４のポートへ向かって順に、室外熱交換器（23）と、膨張弁（24）と、室内熱交換器（25）とが配置されている。

　　圧縮機（21）は、スクロール型またはロータリ型の全密閉型圧縮機である。四方切換弁（22）は、第１のポートが第３のポートと連通し且つ第２のポートが第４のポートと連通する第１状態（図１に破線で示す状態）と、第１のポートが第４のポートと連通し且つ第２のポートが第３のポートと連通する第２状態（図１に実線で示す状態）とに切り換わる。膨張弁（24）は、いわゆる電子膨張弁である。

　　室外熱交換器（23）は、室外空気を冷媒と熱交換させる。室外熱交換器（23）は、本実施形態の熱交換器（30）によって構成されている。一方、室内熱交換器（25）は、室内空気を冷媒と熱交換させる。室内熱交換器（25）は、円管である伝熱管を備えたいわゆるクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器によって構成されている。

　　　　〈冷房運転〉
　　空気調和機（10）は、冷房運転を行う。冷房運転中には、四方切換弁（22）が第１状態に設定される。また、冷房運転中には、室外ファン（15）及び室内ファン（16）が運転される。

　　冷媒回路（20）では、冷凍サイクルが行われる。具体的に、圧縮機（21）から吐出された冷媒は、四方切換弁（22）を通って室外熱交換器（23）へ流入し、室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器（23）から流出した冷媒は、膨張弁（24）を通過する際に膨張してから室内熱交換器（25）へ流入し、室内空気から吸熱して蒸発する。室内熱交換器（25）から流出した冷媒は、四方切換弁（22）を通過後に圧縮機（21）へ吸入されて圧縮される。室内ユニット（12）は、室内熱交換器（25）において冷却された空気を室内へ供給する。

　　　　〈暖房運転〉
　　空気調和機（10）は、暖房運転を行う。暖房運転中には、四方切換弁（22）が第２状態に設定される。また、暖房運転中には、室外ファン（15）及び室内ファン（16）が運転される。

　　冷媒回路（20）では、冷凍サイクルが行われる。具体的に、圧縮機（21）から吐出された冷媒は、四方切換弁（22）を通って室内熱交換器（25）へ流入し、室内空気へ放熱して凝縮する。室内熱交換器（25）から流出した冷媒は、膨張弁（24）を通過する際に膨張してから室外熱交換器（23）へ流入し、室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（23）から流出した冷媒は、四方切換弁（22）を通過後に圧縮機（21）へ吸入されて圧縮される。室内ユニット（12）は、室内熱交換器（25）において加熱された空気を室内へ供給する。

　　　　〈除霜動作〉
　　上述したように、暖房運転中には、室外熱交換器（23）が蒸発器として機能する。外気温が低い運転条件では、室外熱交換器（23）における冷媒の蒸発温度が０℃を下回る場合があり、この場合には、室外空気中の水分が霜となって室外熱交換器（23）に付着する。そこで、空気調和機（10）は、例えば暖房運転の継続時間が所定値（たとえば数十分）に達する毎に、除霜動作を行う。

　　除霜動作を開始する際には、四方切換弁（22）が第２状態から第１状態へ切り換わり、室外ファン（15）及び室内ファン（16）が停止する。除霜動作中の冷媒回路（20）では、圧縮機（21）から吐出された高温の冷媒が室外熱交換器（23）へ供給される。室外熱交換器（23）では、その表面に付着した霜が冷媒によって暖められて融解する。室外熱交換器（23）において放熱した冷媒は、膨張弁（24）と室内熱交換器（25）を順に通過し、その後に圧縮機（21）へ吸入されて圧縮される。除霜動作が終了すると、暖房運転が再開される。つまり、四方切換弁（22）が第１状態から第２状態へ切り換わり、室外ファン（15）及び室内ファン（16）の運転が再開される。

　　　－実施形態の熱交換器－
　　空気調和機（10）の室外熱交換器（23）を構成する本実施形態の熱交換器（30）について、図２～４を適宜参照しながら説明する。

　　　　〈熱交換器の全体構成〉
　　図２及び図３に示すように、本実施形態の熱交換器（30）は、一つの第１ヘッダ集合管（31）と、一つの第２ヘッダ集合管（32）と、多数の扁平管（33）と、多数のフィン（36）とを備えている。第１ヘッダ集合管（31）、第２ヘッダ集合管（32）、扁平管（33）、及びフィン（36）は、何れもアルミニウム合金製の部材であって、互いにロウ付けによって接合されている。

　　第１ヘッダ集合管（31）と第２ヘッダ集合管（32）は、何れも両端が閉塞された細長い中空円筒状に形成されている。図３では、熱交換器（30）の左端に第１ヘッダ集合管（31）が立設され、熱交換器（30）の右端に第２ヘッダ集合管（32）が立設されている。つまり、第１ヘッダ集合管（31）と第２ヘッダ集合管（32）は、それぞれの軸方向が上下方向となる姿勢で設置されている。

　　図４にも示すように、扁平管（33）は、その断面形状が扁平な長円形あるいは角の丸い矩形となった伝熱管である。熱交換器（30）において、複数の扁平管（33）は、その伸長方向が左右方向となり、且つそれぞれの平坦な側面が互いに向かい合う姿勢で配置されている。また、複数の扁平管（33）は、互いに一定の間隔をおいて上下に並んで配置されている。各扁平管（33）は、その一端部が第１ヘッダ集合管（31）に挿入され、その他端部が第２ヘッダ集合管（32）に挿入されている。

　　フィン（36）は、板状フィンであって、扁平管（33）の伸長方向に互いに一定の間隔をおいて配置されている。つまり、フィン（36）は、扁平管（33）の伸長方向と実質的に直交するように配置されている。各フィン（36）では、上下に隣り合う扁平管（33）の間に位置する部分が、伝熱部（70）を構成している。

　　図３に示すように、熱交換器（30）では、上下に隣り合う扁平管（33）の間の空間が、フィン（36）の伝熱部（70）によって複数の通風路（40）に区画される。熱交換器（30）は、扁平管（33）の流体通路（34）を流れる冷媒を、通風路（40）を流れる空気と熱交換させる。

　　上述したように、熱交換器（30）は、平坦な側面が対向するように上下に並んだ複数の扁平管（33）と、隣り合う扁平管（33）の一方から他方に亘る板状の伝熱部（70）を有する複数のフィン（36）とを備える。隣り合う扁平管（33）の間には、複数の伝熱部（70）が扁平管（33）の伸長方向に並んでいる。そして、この熱交換器（30）では、隣り合う伝熱部（70）の間を流れる空気が、各扁平管（33）内を流れる冷媒と熱交換する。

　　　　〈フィンの構成〉
　　図４に示すように、フィン（36）は、金属板をプレス加工することによって一体に形成された縦長で板状のフィン本体部（36a）を備えている。

　　フィン本体部（36a）には、フィン本体部（36a）の側面部である前縁（38）からフィン（36）の幅方向（即ち、空気の通過方向）に延びる細長い切り欠き部（45）が、多数切り欠かれて形成されている。フィン本体部（36a）では、多数の切り欠き部（45）が、フィン（36）の長手方向（上下方向）に一定の間隔で形成されている。切り欠き部（45）は、扁平管（33）を挿入するための切り欠きであって、本発明に係る切り欠き部を構成している。切り欠き部（45）の風下寄りの部分は、管挿入部（46）を構成している。管挿入部（46）は、上下方向の幅が扁平管（33）の厚さと実質的に等しく、長さが扁平管（33）の幅と実質的に等しい。

　　扁平管（33）は、フィン本体部（36a）の管挿入部（46）に挿入され、管挿入部（46）の周縁部とロウ付けによって接合される。つまり、扁平管（33）は、切り欠き部（45）の一部分である管挿入部（46）の周縁部に挟まれる。

　　フィン本体部（36a）では、上下に隣り合う切り欠き部（45）の間の部分が伝熱部（70）を構成している。つまり、一枚のフィン本体部（36a）は、扁平管（33）を挟んで上下に隣り合う複数の伝熱部（70）を備えている。本実施形態の熱交換器（30）では、フィン本体部（36a）の伝熱部（70）が上下に並んだ扁平管（33）の間に配置されている。

　　フィン本体部（36a）の各伝熱部（70）は、中間部（71）と、風上端部（72）と、風下端部（73）とを備えている。各伝熱部（70）では、上下に隣り合う扁平管（33）とオーバーラップする部分（即ち、上下に隣り合う扁平管（33）の真上または真下に位置する部分）が中間部（71）となっている。また、各伝熱部（70）では、中間部（71）よりも風上に位置する部分（即ち、扁平管（33）よりも風上側に突き出た部分）が風上端部（72）となり、中間部（71）よりも風下に位置する部分（即ち、扁平管（33）よりも風下側に突き出た部分）が風下端部（73）となっている。

　　フィン本体部（36a）において、上下に隣り合う伝熱部（70）の風下端部（73）は、連結板部（75）を介して互いに繋がっている。また、フィン本体部（36a）には、導水用リブ（49）が形成されている。導水用リブ（49）は、フィン本体部（36a）の後縁（39）に沿って上下に延びる細長い凹溝である。導水用リブ（49）は、フィン本体部（36a）の上端から下端に亘って形成されている。

　　フィン本体部（36a）の各伝熱部（70）には、膨出部（81～85）とルーバー（50）とが設けられている。各伝熱部（70）では、風上寄りに複数の膨出部（81～83）が設けられ、風下寄りに複数の膨出部（84,85）が設けられ、これらの間にルーバー（50）が設けられている。つまり、各伝熱部（70）では、風下及び風上寄りの部分に膨出部（81～85）が設けられ、膨出部（81～85）の間にルーバー（50）が設けられている。なお、以下に示す膨出部（81～85）とルーバー（50）の数は、何れも単なる一例である。

　　フィン本体部（36a）の各伝熱部（70）では、風上端部（72）から中間部（71）の風上寄りの領域に亘る部分に、三つの膨出部（81～83）が設けられている。三つの膨出部（81～83）は、空気の通過方向（即ち、フィン本体部（36a）の前縁（38）から後縁（39）へ向かう方向）に並んでいる。各膨出部（81～83）は、伝熱部（70）を通風路（40）へ向かって膨出させることによって、山型に形成されている。また、フィン本体部（36a）の各伝熱部（70）では、中間部（71）の風下寄りの領域から風下端部（73）に亘る部分に、膨出部（84,85）が設けられている。この膨出部（84,85）のうち、風上側の膨出部（84）は、中間部（71）の風下寄りの部分から風下端部（73）に亘って設けられている。また、風下側の膨出部（85）は、風下端部（73）に設けられ、連結板部（75）の上下に跨るように設けられている。各膨出部（81～85）は、フィン（36）の伝熱部（70）をプレス加工等で塑性変形させることで形成されている。

　　フィン本体部（36a）の各伝熱部（70）では、中間部（71）の風下寄りの部分に、上下方向に延びるルーバー（50）が設けられている。ルーバー（50）は、伝熱部（70）に複数のスリット状の切り込みを入れ、隣り合う切り込みの間の部分を捩るように塑性変形させることによって形成されている。

　　フィン本体部（36a）には、隣のフィン（36）との間隔を保持するためのタブ（48）が形成されている。タブ（48）は、フィン本体部（36a）を切り起こすことによって形成された矩形の小片である。タブ（48）は、その突端が隣のフィン本体部（36a）に当接することによって、フィン本体部（36a）同士の間隔を保持する。タブ（48）は、伝熱部（70）の風上端部（72）の上側の縁部と下側の縁部との間に設けられると共に、風下端部（73）の上側の縁部と下側の縁部との間に設けられている。

　　　　〈フィン端部の構成〉
　　図４に示すように、各フィン（36）には、上端側にフィン上端部（41）が形成され、下端側にフィン下端部（42）が形成されている。

　　フィン上端部（41）は、フィン本体部（36a）の最上部（最も上側に設けられる扁平管（33）が挿入される管挿入部（46）よりも上側部分）に形成された中間部（71）、風上端部（72）、及び風下端部（73）によって構成されている。フィン上端部（41）は、上端の管挿入部（46）の軸中心線の高さ位置（すなわち、管挿入部（46）の上端の縁部と下端の縁部との間）において、フィン本体部（36a）の連結板部（75）を切断することで形成されている。

　　フィン下端部（42）は、フィン本体部（36a）の最上部（最も下側に設けられる扁平管（33）が挿入される管挿入部（46）よりも下側部分）に形成された中間部（71）、風上端部（72）、及び風下端部（73）によって構成されている。フィン下端部（42）は、下端の管挿入部（46）の軸中心線の高さ位置（すなわち、管挿入部（46）の上端の縁部と下端の縁部との間）において、フィン本体部（36a）の連結板部（75）を切断することで形成されている。尚、フィン上端部（41）及びフィン下端部（42）は、本発明に係る一端部を構成している。

　　　　－実施形態の効果－
　　本実施形態によれば、切り欠き部（45）の高さ位置においてフィン本体部（36a）の連結板部（75）を切断してフィン上端部（41）及びフィン下端部（42）を形成するようにしたため、フィン上端部（41）及びフィン下端部（42）の幅を大きくすることができる。このため、フィン上端部（41）及びフィン下端部（42）が、ばたつくのを防止することができる。これにより、フィン上端部（41）と扁平管（33）、又はフィン下端部（42）と扁平管（33）が分離するのを防止することができる。この結果、フィン上端部（41）及びフィン下端部（42）と扁平管（33）との密着性を向上させることができる。

　　また、フィン本体部（36a）の連結板部（75）を管挿入部（46）の軸中心線の高さ位置において切断するようにしたため、フィン（36）の材料となる金属板を余すことなく使用することができる。つまり、従来は、フィンの端部を熱交換器の大きさ等に応じて任意の位置で切断していたため、フィンの材料である金属板に余る部分が発生していた。ところが、上記実施形態では、管挿入部（46）においてフィン本体部（36a）を切断したため、フィン（36）の形成において半端な長さのフィン上端部（41）、又はフィン下端部（42）となることがない。このため、金属板を余すことなく使用することができる。これにより、フィン（36）の製造における廃棄する金属板を減らすことができる。

　　また、切り欠き部（45）の軸中心位置をフィン（36）の上端又は下端として切断するようにしたため、切り出した各フィン（36）を同寸法に形成することができる。

　　　　－実施形態の変形例－
　　次に上記実施形態の変形例について説明する。図５に示すように、本変形例では、上記実施形態とは、フィン（36）の構造が異なっている。

　　具体的には、本変形例に係るフィン（36）では、上記実施形態に係る膨出部（85）の代わりにルーバー（60）が設けられている。すなわち、ルーバー（60）は、風下端部（73）に設けられ、且つ連結板部（75）の上下に跨るように設けられている。その他の構成、作用・効果は実施形態と同様である。

　　尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

　　以上説明したように、本発明は、上下に並んだ扁平管とフィンとを有する熱交換器、及びこの熱交換器を備えた空気調和機について有用である。

２０　　　　　冷媒回路
３０　　　　　熱交換器
３３　　　　　扁平管
３４　　　　　流体通路
３６　　　　　フィン
３６ａ　　　　フィン本体部
４０　　　　　通風路
４１　　　　　フィン上端部
４２　　　　　フィン下端部
４５　　　　　切り欠き部

Claims

　　側面が対向するように上下に配列され、内部に流体の通路（34）が形成される複数の扁平管（33）と、隣り合う上記扁平管（33）の間を空気が流れる複数の通風路（40）に区画する複数のフィン（36）とを備えた熱交換器であって、
　　上記各フィン（36）は、上下方向に一体に延びて板状に形成されるフィン本体部（36a）と、該フィン本体部（36a）の側面部が切り欠かれて上記扁平管（33）が配置される複数の切り欠き部（45）とを備える一方、
　　上記各フィン（36）の上下方向の少なくとも一端部（41,42）が、上記切り欠き部（45）の高さ位置において上記フィン本体部（36a）を切断して形成されている
ことを特徴とする熱交換器。
　　請求項１において、
　　上記各フィン（36）の上下方向の少なくとも一端部（41,42）は、上記切り欠き部（45）の上下の中心の高さ位置において上記フィン本体部（36a）が切断されて形成されている
ことを特徴とする熱交換器。
　　上記請求項１に記載の熱交換器（30）が設けられた冷媒回路（20）を備え、
　　上記冷媒回路（20）において冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う
ことを特徴とする空気調和機。