WO2019116413A1 - フィンレス熱交換器および冷凍サイクル装置 - Google Patents

フィンレス熱交換器および冷凍サイクル装置 Download PDF

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WO2019116413A1
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heat transfer
heat exchanger
finless
tube
transfer tube
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眞一郎 南
松本　崇
繁佳 松井
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a finless heat exchanger and a refrigeration cycle apparatus that do not use fins.
  • the finless heat exchanger of Patent Document 1 includes two headers spaced apart from each other, and arranged in parallel at intervals between the two headers, and both ends thereof are inserted and fixed in the two headers. And a plurality of heat transfer tubes.
  • the heat transfer tube is constituted by a flat tube, and the cross-sectional long axis direction of the flat tube is disposed in parallel along the air flow direction.
  • the same number of insertion holes as the heat transfer tubes are processed in each of the two headers. If the number of heat transfer tubes is increased to improve the heat exchange performance, the number of insertion holes processed in the header also increases.
  • the insertion holes are formed by various processing methods, but when cutting or pressing is used, there is a concern that distortion due to insufficient strength of the crosspieces may remain, and the workability of the header is reduced. Further, in the case of forming the insertion hole by wire cutting or electric discharge machining, there is a concern that the processing cost may become high.
  • Another problem in the case of increasing the number of heat transfer tubes is that it becomes difficult to handle a plurality of heat transfer tubes at the time of assembly and the assemblability is lowered.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and while maintaining heat exchange performance, the number of heat transfer tubes can be reduced to reduce the number of insertion holes in the header, resulting in productivity It is an object of the present invention to provide a finless heat exchanger and a refrigeration cycle apparatus capable of improving the
  • the finless heat exchanger according to the present invention comprises two headers and a plurality of heat transfer tubes arranged in parallel at intervals from each other, and a plurality of insertion holes formed in each of the two headers.
  • a finless heat exchanger in which both ends of a heat transfer tube are inserted and connected, and in each of the plurality of heat transfer tubes, straight portions and fold portions extending in a direction orthogonal to the parallel direction are alternately connected It has the following configuration.
  • the heat transfer tube has a configuration in which the straight portions extending in the direction orthogonal to the parallel direction and the turn-back portions are alternately connected, in other words, a plurality of straight portions arranged in parallel
  • the structure is one heat transfer tube. Therefore, the number of heat transfer tubes can be reduced while the heat exchange performance is maintained, and the number of insertion holes of the header can be reduced. As a result, the productivity can be improved.
  • FIG. 1 It is a figure showing roughly the refrigerant circuit composition of the frozen cycle device concerning Embodiment 1 of the present invention. It is a figure which shows typically the structure of the finless heat exchanger which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows the finless heat exchanger of a comparative example. It is the figure which described an example of the relationship between the heat exchange performance of a finless heat exchanger, and the short axis dimension of a heat exchanger tube on the conditions that ventilation resistance is constant. It is the figure which described the relationship between the short-axis dimension of a heat exchanger tube, and the range of tube pitch P from which the same ventilation resistance is obtained.
  • FIG. 6 It is a figure which shows typically the structure of the finless heat exchanger which concerns on Embodiment 2 of this invention, (a) is a front view, (b) is a bottom view. It is an enlarged view of the contact part of the return part of the heat exchanger tube of FIG. 6, and a header. It is a figure which shows the modification of the finless heat exchanger which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows the heat exchanger tube of the finless heat exchanger which concerns on Embodiment 3 of this invention. It is a figure which expands and shows the folding
  • FIG. 23 is a partial cross-sectional view of the position defining member of FIG. 22.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a refrigerant circuit configuration of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the air conditioner 1 includes a heat source side unit 1A and a use side unit 1B.
  • the heat source side unit 1A constitutes a refrigeration cycle in which the refrigerant is circulated together with the use side unit 1B, thereby waste heat or supply of heat of air conditioning.
  • the heat source side unit 1A is installed outdoors.
  • the heat source side unit 1 ⁇ / b> A includes a compressor 110, a flow path switching device 160, a heat source side heat exchanger 40, an expansion device 150, and an accumulator 170.
  • a fan 41 for blowing air to the heat source side heat exchanger 4 is disposed to face the heat source side heat exchanger 4.
  • the use side unit 1B is installed in a room to be air conditioned, and includes a use side heat exchanger 180 and a fan (not shown) for blowing air to the use side heat exchanger 180.
  • the air conditioning apparatus 1 has a refrigeration cycle provided with the compressor 110, the flow path switching device 160, the utilization side heat exchanger 180, the heat source side heat exchanger 40, and the expansion device 150.
  • the compressor 110 compresses the drawn refrigerant to a high temperature and high pressure state.
  • the compressor 110 is configured of a scroll compressor or a reciprocating compressor.
  • the flow path switching unit 160 switches between the heating flow path and the cooling flow path according to the switching of the operation mode of the cooling operation or the heating operation.
  • the flow path switching unit 160 is configured by a four-way valve.
  • the flow path switching unit 160 connects the discharge side of the compressor 110 and the use side heat exchanger 180, and also connects the heat source side heat exchanger 40 and the accumulator 170.
  • the flow path switching unit 160 connects the discharge side of the compressor 110 and the heat source side heat exchanger 40 and also connects the use side heat exchanger 180 and the accumulator 170.
  • the flow path switching device 160 may be configured by combining a plurality of two-way valves.
  • the heat source side heat exchanger 40 is a finless heat exchanger, and the structure of the finless heat exchanger will be described below with reference to the drawings.
  • FIG. 2 is a view schematically showing the structure of the finless heat exchanger according to Embodiment 1 of the present invention, wherein (a) is a front view and (b) is a bottom view.
  • the finless heat exchanger according to the first embodiment includes two headers 21 spaced apart from one another, and a plurality of heat transfer tubes 22 connected to two headers 21 at both ends, which are not shown. It has the structure accommodated in the housing
  • the plurality of heat transfer tubes 22 are disposed in parallel with each other at an interval, and the two headers 21 are spaced apart in a direction orthogonal to the parallel direction of the heat transfer tubes 22.
  • the heat transfer tube 22 is formed in a flat shape having a short axis and a long axis in cross section, and is formed of a flat tube having a plurality of refrigerant channels formed by through holes. Further, the heat transfer tube 22 is formed of an aluminum-based material. In addition, the cross-sectional shape of each through-hole which becomes a refrigerant
  • the heat transfer tube 22 has a configuration in which the linear portions 23 and the folding portions 24 are alternately connected, and the linear portions 23 are substantially parallel to each other.
  • the heat transfer tube 22 is an integrally formed article formed by bending a pipe material. Further, the connection points between one heat transfer pipe 22 and the two headers 21 are two places at both ends of the heat transfer pipe 22. Further, in FIG. 2, the air flows in a direction perpendicular to the paper surface, and the heat transfer tube 22 is disposed so that the major axis direction of the heat transfer tube 22 is parallel to the flow of air.
  • the header 21 has, for example, a structure in which one end of a cylindrical tube is completely closed and the other end is closed except for the refrigerant inlet / outlet portion 26. Further, the insertion hole 25 is formed in the header 21, and the end portion of the heat transfer tube 22 is inserted into the header 21 from the insertion hole 25 so that the heat transfer tube 22 and the header 21 are joined. The contact portion between heat transfer tube 22 and insertion hole 25 of header 21 is joined, for example, by brazing or the like.
  • FIG. 3 is a view showing a finless heat exchanger of a comparative example.
  • the finless heat exchanger 400 of the comparative example has the same heat exchanger size and heat exchange performance as the finless heat exchanger of the first embodiment.
  • the heat transfer tube 220 is formed of only the straight portion, and both ends of the straight portion 23 are connected to the header 210.
  • the heat transfer tubes 220 of the comparative example have the same minor axis dimensions and major axis dimensions as the heat transfer tubes 22 of the first embodiment, and the tube pitch P1 is the same as the tube pitch P shown in FIG.
  • the pipe pitch P is an interval between adjacent linear portions 23.
  • the heat transfer tube 22 of the finless heat exchanger of the first embodiment is similar to the heat transfer tube 220 of the comparative example. It is the structure connected by the return part 24. FIG. Therefore, the finless heat exchanger according to the first embodiment can reduce the number of heat transfer tubes 22 while maintaining the heat exchange performance equivalent to that of the comparative example.
  • the number of heat transfer tubes 22 decreases as the number of folded portions 24 increases.
  • the number of heat transfer tubes 22 can be reduced while maintaining the heat exchange performance, so the number of end portions of the heat transfer tubes 22 inserted into the header 21 is The number of insertion holes 25 of the header 21 is also reduced. Therefore, the intervals between the insertion holes 25 in the header 21 can be set sufficiently wide. Therefore, the thickness of the crosspiece can be secured, and processing defects such as deformation during processing are less likely to occur, and the processability of the header is improved. As a result, the header 21 can be manufactured relatively easily and inexpensively.
  • the heat transfer tubes 22 can be easily handled at the time of assembling the heat exchanger, and the assemblability can be greatly improved.
  • the refrigerant distribution performance to each heat transfer tube 22 in the header 21 can be improved, and the heat exchange performance can be enhanced.
  • a high performance finless heat exchanger can be provided relatively easily.
  • the finless heat exchanger having the same heat exchange performance can be made compact.
  • the number of heat transfer tubes 22 is reduced, the number of joints of the header 21 to the heat transfer tubes 22 is also reduced, so that the possibility of poor bonding can be reduced and the reliability of the finless heat exchanger can be improved.
  • the finless heat exchanger can reduce the material cost, the processing cost and the mold cost by not using the fins, and the cost of the heat exchanger can be significantly reduced.
  • the heat transfer tubes 22 are configured such that the linear portions 23 extending in the direction orthogonal to the parallel direction and the turn-back portions 24 are alternately connected, in other words, a plurality of heat transfer tubes 22 arranged in parallel
  • the straight portions 23 of the two are connected by a turn back portion 24 to form one heat transfer tube.
  • the number of heat transfer tubes in the entire finless heat exchanger can be reduced while maintaining the same heat exchange performance as the heat exchanger shown in FIG. 3. Therefore, the number of insertion holes 25 of the header 21 can be reduced, the processability of the header 21 and the overall assembling property can be improved, and the productivity can be improved. And, by improving the productivity, it can be configured inexpensively.
  • a flat tube has been described as an example of the heat transfer tube 22.
  • the heat transfer tube 22 is not limited to the flat tube, and may be a circular tube. The same effect can be obtained when the heat transfer tube 22 is a circular tube.
  • the heat transfer tube 22 is not limited to the flat tube, and the same applies to the later-described embodiment unless otherwise specified.
  • the material of the heat transfer tube 22 has been described taking aluminum as an example, the same effect can be obtained even with a copper or iron material. This point is the same as in the embodiment described later.
  • FIG. 4 is a diagram describing an example of the relationship between the heat exchange performance of the finless heat exchanger and the minor axis dimension of the heat transfer tube under the condition that the draft resistance is constant.
  • FIG. 5 is a diagram describing the relationship between the minor axis dimension of the heat transfer tube and the range of the tube pitch P, at which the same draft resistance can be obtained.
  • the pipe pitch P is the distance between the adjacent linear portions 23 as described above.
  • the shaded portions in FIG. 5 indicate the ranges where the same ventilation resistance can be obtained.
  • the minor axis dimension of the heat transfer tube 22 is 1.5 mm, and the tube pitch is 2.1 mm. It turns out that it is good if it sets in the range of-3.3 mm.
  • the target heat exchange performance X1 refers to the heat exchange performance in a so-called finned tube heat exchanger provided with a plurality of fins.
  • the short axis of the heat transfer tube 22 It can be seen that the dimensions should be set at 1.5 mm and the tube pitch in the range of 2.1 mm to 3.3 mm.
  • the minor axis dimension of heat transfer tube 22 is further reduced to 0.6 mm, and the tube pitch is further narrowed. It may be set in the range of 2 mm to 2.4 mm.
  • the dimension may be 1.5 mm or less, and more than 0.
  • the value obtained by subtracting the short axis dimension from the tube pitch may be 0.6 [mm] to 1.8 [mm].
  • the minor axis dimension of the heat transfer tubes 22 is reduced, it is necessary to reduce the tube pitch, that is, the number of heat transfer tubes 22 can be increased. Therefore, by setting the minor axis dimension of the heat transfer tube 22 small, the processability deterioration of the header 21 can be avoided, and the heat exchange performance of the finless heat exchanger can be improved.
  • the second embodiment relates to a technique for eliminating the problem that the distance between the straight portions 23 of the heat transfer tubes 22 varies during manufacturing.
  • the following description will be made focusing on the configuration different from that of the first embodiment, and the configuration not described in the second embodiment is the same as the first embodiment.
  • FIG. 6 is a view schematically showing a structure of a finless heat exchanger according to Embodiment 2 of the present invention, in which (a) is a front view and (b) is a bottom view.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the contact portion between the folded portion of the heat transfer tube of FIG. 6 and the header.
  • the finless heat exchanger of the second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the header 21.
  • the header 21 ⁇ / b> A of the second embodiment has a recess 30 for supporting the folded portion 24 at a position facing the folded portion 24 of the heat transfer tube 22.
  • the concave portion 30 is formed in a shape following the outer shape of the folded portion 24, and is used as a positioning structure for holding the space between the linear portions 23 by supporting the folded portion 24 at the time of manufacture.
  • channel provided in the structural member of the header 21A is shown in FIG. 6, you may curve and comprise the structural member of the header 21A.
  • the structure in which the recessed part 30 was formed in both of two headers is shown in FIG. 6, it is good also as a structure formed only in either one header.
  • the rigidity of the heat transfer tube 22 is reduced. For this reason, when joining the both ends of heat transfer tube 22 and header 21A by brazing, residual thermal stress may occur and heat transfer tube 22 may be bent. When the heat transfer tube 22 is bent, the distance between the adjacent folded portions 24 may vary.
  • both ends of the heat transfer tube 22 are inserted into the insertion holes 25 of the header 21A, and the folded portion 24 of the heat transfer tube 22 is positioned in the recess 30 to determine the position of the folded portion 24.
  • the header 21A are brazed.
  • the header 21A has the concave portion 30 for supporting the folded portion 24 of the heat transfer tube 22, whereby the following effects can be obtained. Is obtained. That is, the pitches of the adjacent linear portions 23 can be kept uniform, and the decrease in heat exchange performance due to the variation in the pitch can be suppressed.
  • the finless heat exchanger according to the second embodiment may be modified as follows. Also in this case, the same effect can be obtained.
  • FIG. 8 is a view showing a modified example of the finless heat exchanger according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the folded portion 24 of the heat transfer tube 22 is directly supported by the recess 30 of the header 21A.
  • heat insulation is provided between the folded portion 24 and the recess 30 of the heat transfer tube 22.
  • a structure in which the material 31 is interposed may be used.
  • the folded portion 24 of the heat transfer tube 22 is formed by bending the tube member, it is easier to process when the bending radius is large.
  • the third embodiment relates to the shape of the heat transfer tube in consideration of the processing of the folded portion 24. The following description will be made focusing on a configuration different from that of the first embodiment, and configurations not described in the third embodiment are the same as the first embodiment.
  • FIG. 9 is a view showing a heat transfer tube of a finless heat exchanger according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a folded portion of the heat transfer tube of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a view showing a heat transfer tube of the finless heat exchanger according to the first embodiment as a comparative example.
  • FIG. 12 is an enlarged view of a folded portion of the heat transfer tube of FIG.
  • the folded portion 24 includes a curved first portion 24a and a pair of second portions 24b extending toward each other from both ends of the first portion 24a. It is configured. And the linear part 23 is extended from the front-end
  • the tube pitch P which is the distance between adjacent linear portions 23, is the same for the heat transfer tube 22A of the third embodiment shown in FIG. 10 and the heat transfer tube 22 of the first embodiment shown in FIG.
  • the bending radii of the folded portion 24 are compared in the configuration described above.
  • the bending radius R of the folded portion 24 of the first embodiment shown in FIG. 12 is a dimension of (pipe pitch P ⁇ short axis dimension L) / 2.
  • the bending radius R of the first portion 24 a of the folded portion 24 of the third embodiment shown in FIG. 10 allows the bending radius to be increased to a size contacting the adjacent folded portion 24 (tube pitch P
  • the dimension can be increased to a dimension close to the minor axis dimension L) / 2 ⁇ 2.
  • the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the first portion 24a of the heat transfer tube 22A having a curved shape, and the first portion Since the shape is provided with a pair of second portions 24b extending toward each other from both ends of 24a, the following effects can be further obtained. That is, the bending radius R of the folded portion 24 can be increased without expanding the pipe pitch P, and the processability of the heat transfer tube 22A can be improved, and the productivity of the finless heat exchanger can be improved. In addition, it is possible to obtain a high-quality heat transfer tube in which the processability of the folded portion 24 is improved.
  • the heat transfer tubes 22A are not in contact with each other in order to suppress the decrease in heat exchange performance, even if the heat transfer tubes 22A are in contact with each other, the contact position is the first portion 24a of the folded portion 24. If they are only one another, the heat exchange performance is not significantly reduced because the contact area is small.
  • the dimension of the bending radius R of the folded portion 24 is increased, the residual strain due to the bending process of the heat transfer tube 22A is reduced, so that the strength reduction of the heat transfer tube 22A can be suppressed. As a result, it is possible to suppress the decrease in the safety factor of the internal pressure and to prevent the decrease in the quality of the heat transfer tube 22A.
  • the distance between the adjacent heat transfer tube 22A and the folded portion 24 becomes close or comes into contact.
  • the heat transfer tubes 22 vibrate or deform, and the heat transfer tubes 22A come in contact with each other, damage or fatigue is accumulated in the heat transfer tubes 22A, and breakage occurs. Therefore, in order to prevent this, it is good to join the part which mutually approaches or contacts in each adjacent heat transfer tube 22A.
  • the position of the heat transfer tube 22A can be stabilized and homogenized, and the heat exchange performance is improved.
  • the heat transfer tube 22A of the finless heat exchanger according to the third embodiment may be modified as follows in addition to the configurations shown in FIGS. 9 and 10. Similar effects can be obtained in this case as well.
  • FIG. 13 is a view showing a modification of the heat transfer tube of the finless heat exchanger according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 14 is an enlarged view of a folded portion of the heat transfer tube of FIG. 13.
  • the adjacent turn-back portions 24 are disposed alternately in the parallel direction of the heat transfer tubes 22A. With this configuration, it is possible to increase the bending radius R of the folded portion 24 to about (pipe pitch P ⁇ short axis dimension L) / 2 ⁇ 3.
  • r ⁇ R ⁇ 3r, r (tube pitch P-short axis size L It becomes a range which satisfies the relationship of) / 2.
  • this range is a range applicable when the heat transfer tube is a flat tube.
  • the present invention includes a configuration in which the bending radius R of at least one of the folded portions 24 of the heat transfer tube satisfies the above-mentioned relationship.
  • the fourth embodiment relates to a mode in which the header 21 is miniaturized.
  • the following description will be made focusing on a configuration different from that of the first embodiment, and the configuration not described in the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 15 is a view schematically showing a structure of a finless heat exchanger according to Embodiment 4 of the present invention, in which (a) is a front view and (b) is a bottom view.
  • the fourth embodiment is provided with a header 21 B in place of the header 21 of the first embodiment.
  • the space L1 between the insertion holes 25 of the header 21 is made narrower than the arrangement space P2 between the adjacent heat transfer tubes 22 to such an extent that the processability is not significantly deteriorated, thereby achieving the miniaturization of the header .
  • the length L2 of the header 21B in the parallel direction of the heat transfer tubes 22 is shorter than the length L3 in the same direction of the entire arrangement area of the plurality of heat transfer tubes.
  • the finless heat exchanger according to the fourth embodiment guides the end portion of the heat transfer tube 22 to the header 21 B thus reduced in size via the heat transfer tube 22 appropriately through the bent portion 32, and inserts it into the insertion hole 25. It has a bonded configuration.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and by using the header 21B which is miniaturized, the internal volume of the header 21B can be reduced, and the amount of refrigerant can be reduced. .
  • FIG. 15 shows a configuration in which both of the two headers 21 are miniaturized, at least one of the headers 21 may be miniaturized.
  • Embodiment 5 relates to a configuration for achieving the miniaturization of the entire finless heat exchanger in addition to the miniaturization of the header 21 described in the fourth embodiment.
  • the following description will be made focusing on a configuration different from that of the fourth embodiment, and the configuration not described in the fifth embodiment is the same as that of the fourth embodiment.
  • FIG. 16 is a view schematically showing a structure of a finless heat exchanger according to Embodiment 5 of the present invention, wherein (a) is a front view and (b) is a bottom view.
  • two headers 21B disposed at both ends of the heat transfer tube 22 in the fourth embodiment are disposed at one end of the heat transfer tube 22.
  • the configuration is shown in which the two headers 21B are disposed at the lower end, but may be disposed at the upper end.
  • the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained, and by arranging the two downsized headers 21B collectively on one end side of the heat transfer tube 22, the following can be achieved.
  • An effect is obtained. That is, compared with the case where the two headers 21B are separately arranged at both ends of the heat transfer tube 22, the size of the arrangement region in which the plurality of heat transfer tubes 22 are arranged can be enlarged in the housing. , The front area of the finless heat exchanger can be increased. Therefore, the heat transfer area can be increased, and the heat exchange performance can be improved.
  • the two headers 21B of the fifth embodiment are integrated.
  • the following description will be made focusing on a configuration different from that of the fifth embodiment, and configurations not described in the sixth embodiment are the same as the fifth embodiment.
  • FIG. 17 is a view schematically showing a structure of a finless heat exchanger according to Embodiment 6 of the present invention, in which (a) is a front view and (b) is a bottom view.
  • the sixth embodiment is provided with a header 21C having a configuration in which two headers 21B are integrated, instead of the two headers 21B arranged at one end of the heat transfer tube 22 in the fifth embodiment.
  • a space connected to one end of the heat transfer tube 22 and a space connected to the other end of the heat transfer tube 22 are separated by a partition plate 42.
  • the same effect as that of the fifth embodiment can be obtained, and since the header 21C has a structure in which two headers are integrated, the rigidity of the header 21C is increased, and the rigidity of the finless heat exchanger is obtained. Also improve. For this reason, the position of the heat transfer pipe 22 is stabilized, the pipe pitch P between the straight portions 23 is maintained at a predetermined pitch, and the heat exchange performance can be improved.
  • the heat transfer tube 22 is an integrally formed product formed by bending a pipe material.
  • a plurality of pipe materials are joined. The following description will be made focusing on the configuration different from that of the first embodiment, and the configuration not described in the seventh embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 18 is a front view schematically showing a structure of a finless heat exchanger according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a perspective view of an essential part of the heat transfer tube of FIG.
  • the heat transfer tube 22B of the seventh embodiment has a configuration in which the straight portion 23 and the folded portion 24 which are separate members are joined by, for example, brazing.
  • the folded back portion 24 is configured of a U-vent.
  • the eighth embodiment is different from the first embodiment in the direction of arrangement of the finless heat exchanger.
  • the following description will be made focusing on the configuration different from that of the first embodiment, and the configuration not described in the eighth embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 20 is a front view schematically showing a structure of a finless heat exchanger according to Embodiment 8 of the present invention.
  • the direction in which the plurality of heat transfer tubes 22 are juxtaposed is in the left-right direction.
  • the heat pipes 22 are arranged in the vertical direction.
  • Embodiment 9 In the first embodiment, the finless heat exchange portion is generally planar as a whole, but in the ninth embodiment, the finless heat exchange portion is generally L-shaped. The following description will be made focusing on a configuration different from that of the first embodiment, and the configuration not described in the ninth embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 21 is a schematic view schematically illustrating a finless heat exchanger according to a ninth embodiment of the present invention, in which (a) is a front view, (b) is a plan view, and (c) is a side view.
  • the finless heat exchanger according to the ninth embodiment has a bent portion 60 at the center of the plurality of heat transfer tubes 22 in the longitudinal direction, and is formed in an L shape as a whole. That is, each of the plurality of heat transfer tubes 22 has a shape bent at the same position in the longitudinal direction.
  • the finless heat exchanger according to the ninth embodiment is assumed to be used as a heat exchanger for an indoor unit.
  • the finless heat exchanger as a whole is L-shaped, so that a large front area can be obtained like the heat exchanger of the indoor unit. It is effective to use for indoor units that do not exist.
  • Embodiment 10 The tenth embodiment relates to a configuration in which even if the heat transfer tubes 22 vibrate during operation of the air conditioning apparatus 1, the tube pitch P of the straight portions 23 of the heat transfer tubes 22 is maintained at equal intervals.
  • the following description will be made focusing on a configuration different from that of the first embodiment, and configurations not described in the tenth embodiment are the same as the first embodiment.
  • FIG. 22 is a front view schematically showing a structure of a finless heat exchanger according to Embodiment 10 of the present invention.
  • FIG. 23 is a partial cross-sectional view of the position defining member of FIG.
  • the finless heat exchanger according to the tenth embodiment is provided with a position defining member 70 which is a positioning structure for keeping the tube pitch P of the straight portion 23 of the heat transfer tube 22 at equal intervals.
  • the position defining members 70 are disposed at two places at intervals in the longitudinal direction of the heat transfer tube 22.
  • the position defining member 70 is a rod-like member, and has a configuration in which a plurality of concave insertion portions 71 into which the straight portions 23 of the heat transfer tubes 22 are inserted are formed in the longitudinal direction.
  • the plurality of insertion portions 71 are formed at equal intervals in accordance with the distance between the adjacent linear portions 23. Then, by inserting the straight portions 23 into the insertion portions 71 of the position defining member 70, even if the heat transfer tubes 22 vibrate during operation of the air conditioner 1, the tube pitch P of the straight portions 23 is equally spaced. It is possible to keep.
  • the material of the position defining member 70 is preferably a resin or a heat insulating material having a low thermal conductivity.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and by installing the position defining member 70, the position of the heat transfer tube 22 is defined, and the tube pitch P is uniformly maintained. Therefore, the heat exchange performance is improved.
  • the diameter of the heat transfer tube tends to be reduced and the rigidity of the heat transfer tube tends to be reduced.
  • the straight portion 23 of the heat transfer tube 22 is inserted into and supported by the insertion portion 71 of the position defining member 70, thereby reducing the rigidity of the heat transfer tube 22.
  • the rigidity of the heat exchanger can be improved.
  • the position defining member 70 does not necessarily have to have the shape, the number, and the position shown in FIGS. 22 and 23, and can be appropriately changed without departing from the function of the position defining member 70.
  • the number of position defining members 70 is not limited to two, and may be one or three or more.
  • the present invention is not limited to the above-described first to tenth embodiments, and can be variously modified within the scope of the present invention. That is, the configuration of the above embodiment may be appropriately improved, and at least a part may be replaced with another configuration. Furthermore, the configuration requirements without particular limitation on the arrangement are not limited to the arrangements disclosed in the embodiments, and can be arranged at positions where the functions can be achieved.
  • the finless heat exchanger may be configured by appropriately combining the characteristic configurations of the embodiments.
  • the second embodiment may be combined with the fourth embodiment, and the recess 30 of the second embodiment may be provided in the header 21B of FIG.
  • the modification applied to the same component part is similarly applied to the other embodiments other than the embodiment in which the modification is described.
  • the finless heat exchanger of the present invention is applied to the heat source side heat exchanger.
  • the finless heat exchanger of the present invention is applied to the use side heat exchanger It is also good.
  • Reference Signs List 1 air conditioner, 1A heat source side unit, 1B utilization side unit, 4 heat source side heat exchanger, 21 header, 21A header, 21B header, 21C header, 22 heat transfer tube, 22A heat transfer tube, 22B heat transfer tube, 23 straight portion, 24 folded-back portion 24a first portion 24b second portion 25 insertion hole 26 refrigerant inlet / outlet portion 30 recessed portion 31 heat insulating material 32 bent portion 40 heat source side heat exchanger 41 fan 42 partition plate 60 Bending part, 70 position defining member, 71 inserting part, 110 compressor, 150 throttle device, 160 flow path switching device, 170 accumulator, 180 utilization side heat exchanger, 210 header, 220 heat transfer tube, 400 finless heat exchanger.

Abstract

フィンレス熱交換器は、２つのヘッダと、互いに間隔を空けて並列に配置された複数の伝熱管とを備え、２つのヘッダのそれぞれに形成された複数の挿し込み孔に複数の伝熱管のそれぞれの両端部が挿し込まれて接続されている。複数の伝熱管のそれぞれは、並列方向と直交する方向に延びる直線部と折り返し部とが交互に連なった構成を有する。

Description

フィンレス熱交換器および冷凍サイクル装置
　本発明は、フィンを用いないフィンレス熱交換器および冷凍サイクル装置に関する。
　熱交換性能とコンパクト性とを兼ね備える熱交換器として、フィンを用いないフィンレス熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のフィンレス熱交換器は、互いに間隔を空けて配置された２つのヘッダと、２つのヘッダ間に間隔を空けて並列に配置され且つ両端部が２つのヘッダに挿し込まれて固定された複数の伝熱管とを備えている。そして、伝熱管は扁平管で構成され、扁平管の断面長軸方向を、空気流れ方向に沿って並行に配置した構成としている。
　特許文献１に記載のフィンレス熱交換器は、短軸寸法を小さくした扁平管を狭ピッチに配列し、フィンアンドチューブ熱交換器と比較して、コンパクト性を確保しつつ、熱交換性能の向上を図ることを可能としている。
特開２００９－１４５０１０号公報
　特許文献１に記載のフィンレス熱交換器において、２つのヘッダのそれぞれには、伝熱管と同数の挿し込み孔が加工される。熱交換性能を上げようとして伝熱管の本数を多くすると、ヘッダに加工される挿し込み孔の数も多くなる。挿し込み孔は、各種の加工方法で形成されるが、切削加工またはプレス加工を用いる場合、桟部の強度不足によるひずみが残留する懸念があり、ヘッダの加工性が低下する。また、ワイヤーカットまたは放電加工で挿し込み孔を形成する場合は、加工コストが高くなる懸念がある。
　伝熱管の本数を多くした場合の他の問題点として、組立て時に複数の伝熱管を扱いにくくなり、組立て性が低下する点がある。
　このように、熱交換性能を上げようとして伝熱管の本数を多くすると、ヘッダの加工性および全体の組立て性が低下し、生産性の低下を招くという問題があった。
　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あり、熱交換性能を維持しながらも伝熱管の本数を減らしてヘッダの挿し込み孔の数を低減でき、結果として生産性を向上させることができるフィンレス熱交換器および冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
　本発明に係るフィンレス熱交換器は、２つのヘッダと、互いに間隔を空けて並列に配置された複数の伝熱管とを備え、２つのヘッダのそれぞれに形成された複数の挿し込み孔に複数の伝熱管のそれぞれの両端部が挿し込まれて接続されているフィンレス熱交換器であって、複数の伝熱管のそれぞれは、並列方向と直交する方向に延びる直線部と折り返し部とが交互に連なった構成を有するものである。
　本発明によれば、伝熱管が、並列方向と直交する方向に延びる直線部と折り返し部とを交互に連なった構成であり、言い換えれば、並列に配置された複数の直線部を折り返し部で繋いで１本の伝熱管とした構成である。このため、熱交換性能を維持しながらも伝熱管の本数を減らしてヘッダの挿し込み孔の数を低減でき、結果として生産性を向上させることができる。
本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態１に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図である。 比較例のフィンレス熱交換器を示す図である。 通風抵抗が一定であるという条件下における、フィンレス熱交換器の熱交換性能と伝熱管の短軸寸法との関係の一例を記載した図である。 同じ通風抵抗が得られる、伝熱管の短軸寸法と管ピッチＰの範囲との関係を記載した図である。 本発明の実施の形態２に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 図６の伝熱管の折り返し部とヘッダとの接触部分の拡大図である。 本発明の実施の形態２に係るフィンレス熱交換器の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態３に係るフィンレス熱交換器の伝熱管を示す図である。 図９の伝熱管の折り返し部を拡大して示す図である。 比較例として実施の形態１に係るフィンレス熱交換器の伝熱管を示す図である。 図１１の伝熱管の折り返し部を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態３に係るフィンレス熱交換器の伝熱管の変形例を示す図である。 図１３の伝熱管の折り返し部を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態４に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 本発明の実施の形態５に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 本発明の実施の形態６に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 本発明の実施の形態７に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す正面図である。 図１８の伝熱管の要部斜視図である。 本発明の実施の形態８に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す正面図である。 本発明の実施の形態９に係るフィンレス熱交換器を概略的に記載した模式図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。 本発明の実施の形態１０に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す正面図である。 図２２の位置規定部材の一部断面図である。
　以下に、本発明における熱交換器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付す。また、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面においては各構成部材の大きさは実際の装置とは異なる場合がある。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成を概略的に示す図である。ここでは、冷凍サイクル装置の一例として、空調対象である室内の空調を行う空気調和装置について説明する。
　空気調和装置１は、熱源側ユニット１Ａと利用側ユニット１Ｂとを備えている。熱源側ユニット１Ａは、利用側ユニット１Ｂと共に冷媒を循環させる冷凍サイクルを構成することで、空調の熱を廃熱または供給するものである。熱源側ユニット１Ａは、戸外に設置されるものである。熱源側ユニット１Ａは、圧縮機１１０と、流路切替器１６０と、熱源側熱交換器４０と、絞り装置１５０と、アキュムレータ１７０とを有している。また、熱源側ユニット１Ａには、熱源側熱交換器４に送風するファン４１が熱源側熱交換器４に対向して配置されている。
　利用側ユニット１Ｂは、空調対象である室内に設置されるものであり、利用側熱交換器１８０と、利用側熱交換器１８０に送風する図示省略のファンとを備えている。そして、空気調和装置１は、圧縮機１１０と、流路切替器１６０と、利用側熱交換器１８０と、熱源側熱交換器４０と、絞り装置１５０とを備える冷凍サイクルを有している。
　圧縮機１１０は、吸引した冷媒を圧縮して高温高圧の状態にするものである。圧縮機１１０は、スクロール型圧縮機またはレシプロ型圧縮機で構成されている。
　流路切替器１６０は、冷房運転または暖房運転の運転モードの切替に応じて、暖房流路と冷房流路との切替を行うものである。流路切替器１６０は、四方弁で構成されている。暖房運転時において、流路切替器１６０は、圧縮機１１０の吐出側と利用側熱交換器１８０とを接続すると共に、熱源側熱交換器４０とアキュムレータ１７０とを接続する。冷房運転時において、流路切替器１６０は、圧縮機１１０の吐出側と熱源側熱交換器４０とを接続すると共に、利用側熱交換器１８０とアキュムレータ１７０とを接続する。なお、図１では流路切替器１６０として四方弁を用いた場合について例示しているが、これに限らず、複数の二方弁を組み合わせて流路切替器１６０を構成してもよい。
　熱源側熱交換器４０はフィンレス熱交換器で構成され、以下、図を参照してフィンレス熱交換器の構造について説明する。
　図２は、本発明の実施の形態１に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
　実施の形態１のフィンレス熱交換器は、互いに間隔を空けて配置された２つのヘッダ２１と、両端部が２つのヘッダ２１に接続された複数の伝熱管２２とを有し、これらが図示しない筐体内に収納された構成を有する。複数の伝熱管２２は互いに間隔を空けて並列に配置され、２つのヘッダ２１は、伝熱管２２の並列方向と直交する方向に離間して配置されている。伝熱管２２は、ここでは断面形状が短軸と長軸とを有する扁平形状に形成され、貫通孔で形成された冷媒流路を複数有した扁平管で構成されている。また、伝熱管２２は、アルミニウム系の材料で形成されている。なお、伝熱管２２において冷媒流路となる各貫通孔の断面形状は、矩形形状、正方形、台形、三角形または円形などとされる。
　伝熱管２２は、直線部２３と折り返し部２４とが交互に連なり、且つ直線部２３同士が略平行な構成を有している。伝熱管２２は管材を折り曲げ加工することで形成された、一体成形品である。また、１本の伝熱管２２と２つのヘッダ２１との接続箇所は伝熱管２２の両端部の２箇所である。また、図２において、空気は紙面に垂直な方向に流れ、伝熱管２２は、空気の流れに対して伝熱管２２の長軸方向が平行となるように配置される。
　ヘッダ２１は、たとえば、円筒状の管の一方の端部が完全に閉塞され、他方の端部が冷媒出入口部２６を除いて閉塞された構造となっている。また、ヘッダ２１には、挿し込み孔２５が形成され、挿し込み孔２５から伝熱管２２の端部がヘッダ２１内に挿入されて伝熱管２２とヘッダ２１とが接合される。伝熱管２２とヘッダ２１の挿し込み孔２５との当接部は、たとえばロウ付け等により接合される。
　以上のように構成したフィンレス熱交換器の効果について説明する。本実施の形態１のフィンレス熱交換器の効果をより明確に説明するため、比較例として、次の図３に、伝熱管を直線部のみで構成したフィンレス熱交換器を挙げ、これと比較して説明する。図３は、比較例のフィンレス熱交換器を示す図である。
　比較例のフィンレス熱交換器４００は、実施の形態１のフィンレス熱交換器と熱交換器サイズおよび熱交換性能が同じである。また、伝熱管２２０が直線部のみで形成され、直線部２３の両端部がヘッダ２１０に接続された構成である。また、比較例の伝熱管２２０は、実施の形態１の伝熱管２２と短軸寸法および長軸寸法が同じで、更に管ピッチＰ１が、図２に示した管ピッチＰと同じとする。管ピッチＰは、隣り合う直線部２３間の間隔である。
　このような比較例のフィンレス熱交換器４００と実施の形態１のフィンレス熱交換器とを比較すると、本実施の形態１のフィンレス熱交換器の伝熱管２２は、いわば比較例の伝熱管２２０を折り返し部２４で繋げた構成である。このため、本実施の形態１のフィンレス熱交換器は、比較例と同等の熱交換性能を維持しつつ、伝熱管２２の本数を減らすことができる。伝熱管２２の本数は、折り返し部２４の数が多くなるほど、少なくなる。
　このように、本実施の形態１のフィンレス熱交換器は、熱交換性能を維持しつつ伝熱管２２の本数を減らすことができるため、ヘッダ２１に挿し込まれる伝熱管２２の端部の数が減り、ヘッダ２１の挿し込み孔２５の数も減る。このため、ヘッダ２１において各挿し込み孔２５の間隔を十分広く設定できる。よって、桟の肉厚を確保でき、加工時の変形などの加工不良が発生しにくく、ヘッダの加工性が向上する。その結果、比較的容易に安価にヘッダ２１を製作することができる。
　また、伝熱管２２の本数が減ることで、熱交換器の組立時の伝熱管２２の取り扱いが容易になり、組立て性を大きく改善することができる。
　また、ヘッダ２１に挿し込まれる伝熱管２２の端部の数が減ることで、ヘッダ２１から各伝熱管２２に冷媒を分配する際、伝熱管２２の本数が少ない分、理想分配に近い分配状態にすることができる。よって、ヘッダ２１における各伝熱管２２への冷媒分配性能が向上し、熱交換性能を高めることができる。その結果、高性能なフィンレス熱交換器を比較的容易に提供できる。また、熱交換性能を高めることができることで、同じ熱交換性能を有するフィンレス熱交換器をコンパクトに構成することができる。
　また、伝熱管２２の本数が減ることで、ヘッダ２１における伝熱管２２との接合箇所も少なくなるため、接合不良が生じる可能性を低くでき、フィンレス熱交換器の信頼性を向上することができる。
　また、フィンレス熱交換器は、フィンを使用しないことから材料費、加工費および金型費を削減でき、熱交換器のコストを大幅に低減することができる。
　以上より、本実施の形態１によれば、伝熱管２２を、並列方向と直交する方向に延びる直線部２３と折り返し部２４とが交互に連なった構成とし、言い換えれば、並列に配置された複数の直線部２３を折り返し部２４で繋いで１本の伝熱管とした。このため、図３に示した熱交換器と同等の熱交換性能を維持しながらも、フィンレス熱交換器全体としての伝熱管の本数を減らすことができる。よって、ヘッダ２１の挿し込み孔２５の数を低減でき、ヘッダ２１の加工性および全体の組立て性を向上でき、生産性を向上できる。そして、生産性が向上することで、安価に構成できる。
　このように、ヘッダ２１の挿し込み孔２５の数を低減できることで、安価で高性能且つ高品質であり、更にコンパクトなフィンレス熱交換器を提供することができる。
　なお、本実施の形態１では、伝熱管２２の一例として扁平管を例にとって説明したが、伝熱管２２は扁平管に限られたものではなく、円管であっても良い。伝熱管２２を円管とした場合も同様の効果を得ることができる。伝熱管２２が扁平管に限られない点は、特に言及がない限り後述の実施の形態でも同様である。また、伝熱管２２の材料については、アルミニウム系を例にとって説明したが、銅系または鉄系材料であっても、同様の効果を得ることができる。この点は後述の実施の形態でも同様である。
　ここで、伝熱管２２を扁平管とした場合におけるフィンレス熱交換器の具体的な寸法について検討する。
　図４は、通風抵抗が一定であるという条件下における、フィンレス熱交換器の熱交換性能と伝熱管の短軸寸法との関係の一例を記載した図である。図５は、同じ通風抵抗が得られる、伝熱管の短軸寸法と管ピッチＰの範囲との関係を記載した図である。管ピッチＰは上述したように隣り合う直線部２３間の間隔である。また、図５おいて網がけした部分は、同じ通風抵抗が得られる範囲を示している。
　図４より、通風抵抗が一定であるという条件下において、より大きな熱交換性能を得るには、伝熱管２２の短軸寸法を小さくすればよいことがわかる。そして、図５より、異なる短軸寸法で同じ通風抵抗を得るには、伝熱管２２の短軸寸法が小さい程、管ピッチを狭くする必要があることがわかる。つまり、通風抵抗が一定であるという条件下で熱交換性能を上げるには、伝熱管２２の短軸寸法を小さく且つ管ピッチを狭くする必要があることが分かる。
　図４および図５より、たとえば、目標の熱交換性能Ｘ１と同等の熱交換性能をフィンレス熱交換器で得るには、伝熱管２２の短軸寸法を１．５ｍｍ、且つ管ピッチを２．１ｍｍ～３．３ｍｍの範囲で設定すれば良いことがわかる。なお、目標の熱交換性能Ｘ１とは、複数のフィンを備えたいわゆるフィンチューブ熱交換器における熱交換性能を指している。よって、フィンチューブ熱交換器とフィンレス熱交換器とで通風抵抗を同一とする条件で、フィンチューブ熱交換器と同等の熱交換性能をフィンレス熱交換器で得るには、伝熱管２２の短軸寸法を１．５ｍｍ、且つ管ピッチを２．１ｍｍ～３．３ｍｍの範囲で設定すれば良いことがわかる。
　また、熱交換性能Ｘ１よりも高い熱交換性能Ｘ２をフィンレス熱交換器で得るには、伝熱管２２の短軸寸法を更に小さくして０．６ｍｍとし、且つ管ピッチも更に狭くして１．２ｍｍ～２．４ｍｍの範囲に設定すれば良い。
　図５の網がけ部分の範囲に基づき、通風抵抗が一定であるという条件下で、目標の熱交換性能Ｘ１と同等の熱交換性能をフィンレス熱交換器で得るには、伝熱管２２の短軸寸法を１．５ｍｍ以下、０超とすればよい。また、管ピッチから短軸寸法を減算した値が０．６［ｍｍ］～１．８［ｍｍ］とすればよい。なお、この範囲の下限の「０．６」は、１．８から０．６を減算して得られた値であり、上限の「１．８」は、３．３から１．５を減算して得られた値である。空気調和装置の性能を考えると、必ずしも通風抵抗をフィンチューブ熱交換器と同等にする必要はなく、圧縮機仕事と、室内機ファンまたは室外機ファンの仕事との総和が小さくなるような設計をすればよい。
　このように、通風抵抗を同一とする条件では、伝熱管２２の短軸寸法を小さくすると、管ピッチを小さくする必要があり、つまり伝熱管２２の本数を多くすることができる。そのため、伝熱管２２の短軸寸法を小さく設定することで、ヘッダ２１の加工性悪化を回避して、フィンレス熱交換器の熱交換性能を向上することができる。
実施の形態２．
　実施の形態２は、製造時に伝熱管２２の直線部２３同士の間隔がばらつく不都合を解消する技術に関する。以下、実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態２で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。
　図６は、本発明の実施の形態２に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。図７は、図６の伝熱管の折り返し部とヘッダとの接触部分の拡大図である。
　実施の形態２のフィンレス熱交換器は、ヘッダ２１の構成が実施の形態１と異なる。実施の形態２のヘッダ２１Ａは、伝熱管２２の折り返し部２４と対向する位置に、折り返し部２４を支持する凹部３０を有する。凹部３０は、折り返し部２４の外形形状に沿う形状に形成されており、製造時に折り返し部２４を支持することで直線部２３間の間隔を保持する位置決め構造として用いられるものである。なお、図６では、凹部３０が、ヘッダ２１Ａの構成部材に設けた溝で構成した例を示しているが、ヘッダ２１Ａの構成部材を湾曲させて構成してもよい。また、図６では、２つのヘッダの両方に凹部３０が形成された構成を示しているが、どちらか一方のヘッダのみに形成した構成としてもよい。
　熱交換性能を上げるために伝熱管２２を密に配置すべく、伝熱管２２の短軸寸法を小さくした場合、伝熱管２２の剛性が低下する。このため、伝熱管２２の両端部とヘッダ２１Ａとをロウ付けで接合する際に、残留熱応力が発生して伝熱管２２がたわむ可能性がある。伝熱管２２がたわむと、隣り合う折り返し部２４間の間隔にばらつきが生じる可能性がある。
　このため、伝熱管２２の両端部をヘッダ２１Ａの挿し込み孔２５に挿入すると共に、凹部３０に伝熱管２２の折り返し部２４を位置させて折り返し部２４の位置を定め、その状態で伝熱管２２の両端部とヘッダ２１Ａとをロウ付けする。これにより、製造時に隣り合う折り返し部２４間の間隔にばらつきが生じることを防止できる。よって、折り返し部２４の位置が安定し、隣り合う直線部２３間のピッチを均等に保つことができる。その結果、各直線部２３のピッチがばらつくことによる熱交換性能の低下を抑制できる。
　以上説明したように、本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共にヘッダ２１Ａが伝熱管２２の折り返し部２４を支持する凹部３０を有することで、以下の効果が得られる。すなわち、隣り合う直線部２３同士のピッチを均等に保つことができ、ピッチがばらつくことによる熱交換性能の低下を抑制できる。
　なお、実施の形態２のフィンレス熱交換器は、以下のような変形を加えても良い。この場合も同様の作用効果を得ることができる。
　図８は、本発明の実施の形態２に係るフィンレス熱交換器の変形例を示す図である。
　上記図７では、伝熱管２２の折り返し部２４を直接、ヘッダ２１Ａの凹部３０で支持する構造としたが、図８に示すように、伝熱管２２の折り返し部２４と凹部３０との間に断熱材３１を介在させて支持する構造としてもよい。このように断熱材３１を設けることで、伝熱管２２の折り返し部２４の熱がヘッダ２１Ａに伝達することを抑制できる。したがって、熱交換のロスを防ぐことができ、断熱材３１を設けない場合に比べて熱交換性能を向上できる。
実施の形態３．
　伝熱管２２の折り返し部２４は、管部材の折り曲げ加工で形成されるため、曲げ半径が大きい方が加工しやすい。実施の形態３は、折り返し部２４の加工を考慮した伝熱管の形状に関する。以下、実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態３で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。
　以下、実施の形態３の伝熱管２２Ａについて、実施の形態１の伝熱管２２と比較して説明する。図９は、本発明の実施の形態３に係るフィンレス熱交換器の伝熱管を示す図である。図１０は、図９の伝熱管の折り返し部を拡大して示す図である。図１１は、比較例として実施の形態１に係るフィンレス熱交換器の伝熱管を示す図である。図１２は、図１１の伝熱管の折り返し部を拡大して示す図である。
　実施の形態３の伝熱管２２Ａは、図１０に示すように、折り返し部２４が、湾曲した第１部２４ａと、第１部２４ａの両端から互いに近づく方に延びる一対の第２部２４ｂとで構成されている。そして、第２部２４ｂの先端から直線部２３が延びている。
　ここで、隣り合う直線部２３間の間隔である管ピッチＰを、図１０に示した実施の形態３の伝熱管２２Ａと、図１２に示した実施の形態１の伝熱管２２とで同じとした構成で、折り返し部２４の曲げ半径を比較する。図１２に示した実施の形態１の折り返し部２４の曲げ半径Ｒは、（管ピッチＰ－短軸寸法Ｌ）／２の寸法になる。一方、図１０に示した実施の形態３の折り返し部２４の第１部２４ａの曲げ半径Ｒは、隣り合う折り返し部２４に接触する大きさまで曲げ半径を大きくすることを許容すると、（管ピッチＰ－短軸寸法Ｌ）／２×２に近い寸法まで大きくすることができる。
　以上説明したように、本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、伝熱管２２Ａの折り返し部２４の形状を、湾曲した第１部２４ａと、第１部２４ａの両端から互いに近づく方に延びる一対の第２部２４ｂとを備えた形状としたので、更に以下の効果が得られる。すなわち、管ピッチＰを広げることなく、折り返し部２４の曲げ半径Ｒを大きくでき、伝熱管２２Ａの加工性の向上、引いてはフィンレス熱交換器の生産性の向上を図ることができる。また、折り返し部２４の加工性を改善した、高品質の伝熱管を得ることができる。
　なお、熱交換性能の低下を抑制するためには、伝熱管２２Ａ同士は接しない方が好ましいが、仮に、伝熱管２２Ａ同士が接触しても、その接触位置が折り返し部２４の第１部２４ａ同士のみであれば、接触面積が小さいため、大幅に熱交換性能が低下することはない。
　また、折り返し部２４の曲げ半径Ｒの寸法を大きくすると、伝熱管２２Ａの折り曲げ加工による残留ひずみが小さくなるため、伝熱管２２Ａの強度低下を抑制することができる。その結果、内圧の安全率の低下を抑制し、伝熱管２２Ａの品質の低下を防ぐことができる。
　また、折り返し部２４の曲げ半径Ｒの寸法を大きくすると、隣り合う伝熱管２２Ａの折り返し部２４との距離が近くなるまたは接触することになる。空気調和装置１の運転条件によっては、伝熱管２２が振動または変形することが考えられ、伝熱管２２Ａ同士が接触して伝熱管２２Ａに損傷または疲労が蓄積され、破断することが考えられる。よって、これを防ぐために、隣り合う各伝熱管２２Ａにおいて、互いに近接または接触する部分を接合しておくと良い。これにより、伝熱管２２Ａの品質を高めるだけでなく、伝熱管２２Ａの位置が安定し、均質化することができ、熱交換性能が向上する。
　なお、実施の形態３のフィンレス熱交換器の伝熱管２２Ａは、図９および図１０に示した構成に更に、以下のような変形を加えても良い。この場合も同様の効果を得ることができる。
　図１３は、本発明の実施の形態３に係るフィンレス熱交換器の伝熱管の変形例を示す図である。図１４は、図１３の伝熱管の折り返し部を拡大して示す図である。
　この変形例では、隣り合う折り返し部２４が、伝熱管２２Ａの並列方向に交互に段違いとなる配置としている。この構成とすると、折り返し部２４の曲げ半径Ｒを、（管ピッチＰ－短軸寸法Ｌ）／２×３程度まで大きくすることが可能である。
　以上の図９～図１４に示した伝熱管２２および伝熱管２２Ａのそれぞれの折り返し部２４の曲げ半径Ｒの範囲について整理すると、ｒ＜Ｒ≦３ｒ、ｒ＝（管ピッチＰ－短軸寸法Ｌ）／２、の関係を満たす範囲となる。なお、この範囲は、伝熱管が扁平管である場合に該当する範囲である。本発明は、伝熱管の少なくとも１箇所の折り返し部２４の曲げ半径Ｒが上記の関係を満たしている構成を含むものとする。
実施の形態４．
　実施の形態４は、ヘッダ２１を小型化した形態に関する。以下、実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態４で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。
　図１５は、本発明の実施の形態４に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
　実施の形態４は、実施の形態１のヘッダ２１に代えて、ヘッダ２１Ｂを備えたものである。ヘッダ２１Ｂは、ヘッダ２１の挿し込み孔２５の間隔Ｌ１を、加工性が大きく悪化しない程度に、隣り合う伝熱管２２間の配置間隔Ｐ２よりも狭くし、ヘッダの小型化を図ったものである。具体的には、ヘッダ２１Ｂの、伝熱管２２の並列方向の長さＬ２が、複数の伝熱管の配置領域全体の同方向の長さＬ３よりも短い構成となっている。そして、実施の形態４のフィンレス熱交換器は、このように小型化されたヘッダ２１Ｂに、伝熱管２２の端部を、伝熱管２２を適宜折り曲げ部３２を介して導き、挿し込み孔２５に接合した構成を有している。
　本実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、小型化されたヘッダ２１Ｂを用いることで、ヘッダ２１Ｂの内容積を小さくすることができ、冷媒量を削減できる。
　なお、図１５では、２つのヘッダ２１の両方を小型化した構成を示したが少なくとも一方のヘッダ２１が小型化されていればよい。
実施の形態５．
　実施の形態５は、実施の形態４で説明したヘッダ２１の小型化に加えて更に、フィンレス熱交換器全体の小型化を図る構成に関する。以下、実施の形態４と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態５で説明されていない構成は実施の形態４と同様である。
　図１６は、本発明の実施の形態５に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
　実施の形態５は、実施の形態４において伝熱管２２の両方の端部に配置していた２つのヘッダ２１Ｂを、伝熱管２２の片方の端部に配置した構成としたものである。ここでは、２つのヘッダ２１Ｂを下側の端部に配置した構成を示したが、上側の端部に配置した構成してもよい。
　本実施の形態５によれば、実施の形態４と同様の効果が得られると共に、小型化された２つのヘッダ２１Ｂを伝熱管２２の一方の端部側にまとめて配置することで、以下の効果が得られる。すなわち、２つのヘッダ２１Ｂを伝熱管２２の両方の端部のそれぞれに分けて配置する場合に比べて、筐体内において複数の伝熱管２２が配置される配置領域の大きさを拡大することができ、フィンレス熱交換器の前面面積を増やすことができる。よって、伝熱面積が増加し、熱交換性能を向上できる。
実施の形態６．
　実施の形態６は、実施の形態５の２つのヘッダ２１Ｂを一体構造としたものである。以下、実施の形態５と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態６で説明されていない構成は実施の形態５と同様である。
　図１７は、本発明の実施の形態６に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
　実施の形態６は、実施の形態５において伝熱管２２の片方の端部に配置した２つのヘッダ２１Ｂに代えて、２つのヘッダ２１Ｂを一体化した構成のヘッダ２１Ｃを備えたものである。なお、ヘッダ２１Ｃ内は、伝熱管２２の一端部側に接続される空間と、伝熱管２２の他端部側に接続される空間とが、仕切り板４２によって仕切られている。
　本実施の形態６によれば、実施の形態５と同様の効果が得られると共に、ヘッダ２１Ｃを２つのヘッダを一体化した構成としたので、ヘッダ２１Ｃの剛性が上がり、フィンレス熱交換器の剛性も向上する。このため、伝熱管２２の位置が安定し、直線部２３間の管ピッチＰが所定のピッチに保たれ、熱交換性能を向上できる。
実施の形態７．
　上記実施の形態１では、伝熱管２２が、管材を折り曲げ加工することで形成された一体成形品であったが、実施の形態７では、複数の管材を接合した構成としたものである。以下、実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態７で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。
　図１８は、本発明の実施の形態７に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す正面図である。図１９は、図１８の伝熱管の要部斜視図である。
　実施の形態７の伝熱管２２Ｂは、別体の部材で構成された、直線部２３と折り返し部２４とを、たとえばロウ付けにより接合された構成を有する。折り返し部２４は、具体的にはＵベントで構成されている。
　本実施の形態７によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
実施の形態８．
　実施の形態８は、フィンレス熱交換器の配置の向きを実施の形態１と変えたものである。以下、実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態８で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。
　図２０は、本発明の実施の形態８に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す正面図である。
　上記実施の形態１のフィンレス熱交換器は、複数の伝熱管２２の並設方向が左右方向であったが、実施の形態８のフィンレス熱交換器は、図２０に示すように、複数の伝熱管２２の並設方向が上下方向となっている。
　本実施の形態８によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
実施の形態９．
　上記実施の形態１では、フィンレス熱交換部が全体として平面状であったが、実施の形態９では、全体としてＬ字形状としたものである。以下、実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態９で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。
　図２１は、本発明の実施の形態９に係るフィンレス熱交換器を概略的に記載した模式図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
　図２１に示すように、実施の形態９のフィンレス熱交換器は、複数の伝熱管２２の長手方向の中心部に折り曲げ部６０を有し、全体としてＬ字形状に形成されている。つまり、複数の伝熱管２２のそれぞれが長手方向の同じ位置で折り曲げられた形状を有する。実施の形態９のフィンレス熱交換器は、室内機の熱交換器として利用することを想定している。
　本実施の形態９は、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、フィンレス熱交換器を全体としてＬ字形状としたことで、室内機の熱交換器のように、前面面積を大きく取れない室内ユニットに用いて有効である。
実施の形態１０．
　実施の形態１０は、空気調和装置１の運転時に伝熱管２２が振動しても、伝熱管２２の直線部２３の管ピッチＰを等間隔に保つ構成に関するものである。以下、実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態１０で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。
　図２２は、本発明の実施の形態１０に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す正面図である。図２３は、図２２の位置規定部材の一部断面図である。
　実施の形態１０のフィンレス熱交換器は、伝熱管２２の直線部２３の管ピッチＰを等間隔に保つ位置決め構造である位置規定部材７０を備えている。位置規定部材７０は、ここでは伝熱管２２の長手方向に間隔を空けて２箇所に配置されている。位置規定部材７０は、棒状部材で構成され、その長手方向に、伝熱管２２の直線部２３が挿入される凹状の挿入部７１が複数形成された構成を有する。複数の挿入部７１は、隣り合う直線部２３間の間隔に合わせて等間隔に形成されている。そして、位置規定部材７０の各挿入部７１に各直線部２３が挿入されることで、空気調和装置１の運転時に伝熱管２２が振動しても、直線部２３の管ピッチＰを等間隔に保つことを可能としている。なお、位置規定部材７０の材料は、熱伝導率が低い樹脂または断熱材などが望ましい。
　本実施の形態１０によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、位置規定部材７０を設置することで、伝熱管２２の位置が規定されて管ピッチＰが均等に維持されるため、熱交換性能が向上する。
　なお、フィンレス熱交換器は、フィンチューブ熱交換器と同等の熱交換性能を得るために伝熱管が細径化されて伝熱管の剛性が低下する傾向がある。しかし、位置規定部材７０を設置することで、伝熱管２２の直線部２３が位置規定部材７０の挿入部７１内に挿入されて支持されることで、伝熱管２２の剛性が低下する点をカバーでき、熱交換器の剛性を向上できる。
　位置規定部材７０は、必ずしも図２２および図２３に示す形状、個数および位置である必要はなく、位置規定部材７０の作用を逸脱しない範囲で適宜変更できる。例えば、位置規定部材７０の数は２つに限られず、１つでも良いし、３つ以上としてもよい。
　なお、本発明は、上記の実施の形態１～１０に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。すなわち、上記の実施の形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成に代替させてもよい。更に、その配置について特に限定のない構成要件は、実施の形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
　また、上記各実施の形態１～１０においてそれぞれ別の実施の形態として説明したが、各実施の形態の特徴的な構成を適宜組み合わせてフィンレス熱交換器を構成してもよい。たとえば、実施の形態２と実施の形態４とを組み合わせ、図１５のヘッダ２１Ｂに実施の形態２の凹部３０を設けた構成としてもよい。また、各実施の形態１～１０のそれぞれにおいて、同様の構成部分について適用される変形例はその変形例を説明した実施の形態以外の他の実施の形態においても同様に適用される。
　また、上記では、熱源側熱交換器に本発明のフィンレス熱交換器を適用した例についての説明を行ったが、利用側熱交換器に本発明のフィンレス熱交換器を適用した構成であってもよい。
　１　空気調和装置、１Ａ　熱源側ユニット、１Ｂ　利用側ユニット、４　熱源側熱交換器、２１　ヘッダ、２１Ａ　ヘッダ、２１Ｂ　ヘッダ、２１Ｃ　ヘッダ、２２　伝熱管、２２Ａ　伝熱管、２２Ｂ　伝熱管、２３　直線部、２４　折り返し部、２４ａ　第１部、２４ｂ　第２部、２５　挿し込み孔、２６　冷媒出入口部、３０　凹部、３１　断熱材、３２　折り曲げ部、４０　熱源側熱交換器、４１　ファン、４２　仕切り板、６０　折り曲げ部、７０　位置規定部材、７１　挿入部、１１０　圧縮機、１５０　絞り装置、１６０　流路切替器、１７０　アキュムレータ、１８０　利用側熱交換器、２１０　ヘッダ、２２０　伝熱管、４００　フィンレス熱交換器。

Claims (17)

  1. 　２つのヘッダと、互いに間隔を空けて並列に配置された複数の伝熱管とを備え、前記２つのヘッダのそれぞれに形成された複数の挿し込み孔に前記複数の伝熱管のそれぞれの両端部が挿し込まれて接続されているフィンレス熱交換器であって、
    　前記複数の伝熱管のそれぞれは、並列方向と直交する方向に延びる直線部と折り返し部とが交互に連なった構成を有するフィンレス熱交換器。
  2. 　前記直線部間の間隔を保持する位置決め構造を有する請求項１記載のフィンレス熱交換器。
  3. 　前記位置決め構造は、前記２つのヘッダの一方または両方に設けられた、前記折り返し部を支持する凹部である請求項２記載のフィンレス熱交換器。
  4. 　前記位置決め構造は、前記直線部が挿入される凹状の挿入部が、隣り合う前記直線部間の間隔に合わせて複数形成された位置規定部材である請求項２記載のフィンレス熱交換器。
  5. 　前記伝熱管の前記折り返し部は、湾曲した第１部と、前記第１部の両端から互いに近づく方に延びる一対の第２部とで構成されている請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
  6. 　前記伝熱管の前記折り返し部は、隣り合う前記伝熱管と接合されている請求項５記載のフィンレス熱交換器。
  7. 　前記２つのヘッダの少なくとも一方は、前記挿し込み孔を、隣り合う前記伝熱管の配置間隔よりも狭い間隔で有し、前記複数の伝熱管の並列方向に沿った前記ヘッダの長さが、前記複数の伝熱管の配置領域の全体の同方向の長さよりも短く形成されている請求項１～請求項６のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
  8. 　前記２つのヘッダの両方が、前記複数の伝熱管の一方の端部側に沿って配置されている請求項７記載のフィンレス熱交換器。
  9. 　前記２つのヘッダが一体構造となっている請求項８記載のフィンレス熱交換器。
  10. 　前記複数の伝熱管のそれぞれは、前記直線部と前記折り返し部とが別体で構成されて接合されたものである請求項１～請求項９のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
  11. 　前記複数の伝熱管が左右方向に並列に配置されている請求項１～請求項１０のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
  12. 　前記複数の伝熱管が上下方向に並列に配置されている請求項１～請求項１０のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
  13. 　前記複数の伝熱管のそれぞれは、長手方向の同じ位置で折り曲げられた形状を有する請求項１～請求項１２のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
  14. 　前記伝熱管は、断面形状が短軸と長軸とを有する扁平形状に形成され、貫通孔で形成された流路を複数有する扁平管である請求項１～請求項１３記載のフィンレス熱交換器。
  15. 　前記伝熱管の前記短軸の長さである短軸寸法が１．５［ｍｍ］以下、０超であり、隣り合う前記直線部間の間隔である管ピッチから前記短軸寸法を減算した値が０．６［ｍｍ］～１．８［ｍｍ］である請求項１４記載のフィンレス熱交換器。
  16. 　前記伝熱管の前記短軸の長さである短軸寸法と、隣り合う前記直線部の間隔である管ピッチとを用いて、ｒ＝（前記管ピッチ－前記短軸寸法）／２であるとき、前記伝熱管において少なくとも１箇所の前記折り返し部の曲げ半径Ｒ［ｍｍ］が、ｒ［ｍｍ］＜Ｒ≦３ｒ［ｍｍ］の関係を有する請求項１４または請求項１５記載のフィンレス熱交換器。
  17. 　請求項１～請求項１６のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器と、前記フィンレス熱交換器に空気を供給するファンとを有する冷凍サイクル装置。
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