JP2003222495A - 熱交換用フィン部材およびこれを用いた熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ビル空調用のコンデンサーとして最適で、施工
性、熱交換効率に優れる熱交換装置を提供する。 【解決手段】第１方向に沿って熱交換を行うメインフィ
ン部と、第２方向から熱交換媒体等を供給するヘッダー
と、熱交換媒体等を分配するディストリビュータフィン
部とを備えた熱交換装置で用いられ、メインフィン31の
一部とディストリビュータフィン21が一体で構成される
熱交換用フィン部材４、およびそれを用いた熱交換装置
である。前記の一体構成されたメインフィンとディスト
リビュータフィンとの境界部にスリット41を設けるよう
にするのが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換媒体と外部
流体の流路に、熱交換を行うメインフィン部と分配また
は集合するディストリビュータフィン部とを設け、これ
らを構成するメインフィンの一部とディストリビュータ
フィンが一体で構成された熱交換用フィン部材およびこ
れを用いた熱交換装置に関し、さらに、ビル空調用のコ
ンデンサーとして最適であり、熱交換媒体の均一な流れ
が確保でき、熱交換効率に優れた熱交換用フィン部材お
よび熱交換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年において、ビル空調用の熱交換装置
の改善が著しく、施工時の組み立てが容易であるととも
に、稼働時に優れた熱交換効率を発揮するコンデンサー
（凝縮器）の開発が要請され、これに対応した機種が幾
つか適用されている。通常、ビル空調に用いられる熱交
換媒体には冷媒が使用され、外部流体として冷水が使用
されている。

【０００３】図１は、ビル空調用熱交換装置として用い
られるコンデンサーの外観構成例を示す図であり、同
(a)は冷水の入出側を観察した正面図であり、同(b)はそ
の側面図である。図１に示す熱交換装置10では、上端お
よび下部にヘッダー１が設けられ、冷媒と冷水による熱
交換を装置本体部で冷水と冷媒との流れを上下方向で互
いに対向させる向流方式で行う構造である。

【０００４】下部のヘッダー1bから供給される冷水は、
上下に向流する方向と直交する方向から供給され、入側
で分配されて上昇流となった後、再び、出側で上下方向
と直交する方向に集合されて排出される。一方、上端の
ヘッダー1aから供給される冷媒は、熱交換装置の本体部
の上下方向と直交する方向から供給され、入側で分配さ
れて下降流となり、装置本体部で熱交換の後、そのまま
の流れで出側から排出される。

【０００５】図２は、冷媒と冷水との流路を示す平面図
であり、同(a)は冷媒流路を、同(b)は冷水流路をそれぞ
れ示している。図２に示すように、冷媒流路では上部の
入側にはディストリビュータフィン部２が設けられ、こ
こを通過した冷媒は、ディストリビュータフィン部２と
直交するメインフィン部３に分配されるようになってい
る。

【０００６】一方、冷水流路では、入側および出側にデ
ィストリビュータフィン部２が設けられ、下方のヘッダ
ーから供給された冷媒は、入側ディストリビュータフィ
ン部２によって直交するメインフィン部３に分配され、
その後、出側ディストリビュータフィン部２によって、
メインフィン部３から集合されるようになっている。

【０００７】図３は、熱交換装置内に設けられる冷媒と
冷水との流路構成を示す断面図である。同図において、
Ａは冷媒流路を示し、Ｂは冷水流路を示しており、これ
らは積層して組み立てられて、冷媒と冷水の流路を構成
する。それぞれの流路は、フィン部材４にセパレートプ
レート５をろう付した構造になっている。

【０００８】熱交換装置内で冷媒流路および冷水流路が
交互に積層されるため、フィン部材４をろう付すること
によって、構造的な強度を確保するとともに、熱交換面
積を増加して、交換効率の向上を図っている。通常、冷
媒流路および冷水流路が積層される段数は、熱交換装置
に要求される冷却能力に応じて設計される。

【０００９】前記図２に示すように、冷媒と冷水の供給
流路と熱交換を行う流路とが直交する熱交換装置では、
ディストリビュータフィン部による冷媒と冷水の分配状
況が、熱交換の性能に影響を及ぼすことになる。すなわ
ち、熱交換効率を向上させるには、ディストリビュータ
フィン部からメインフィン部への分流を均一にする必要
がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】通常、メインフィンや
ディストリビュータフィン等の熱交換用フィン部材は、
波形に成形加工される。そして、従来におけるディスト
リビュータフィンの製造は、矩形状のメインフィンを成
形加工した後、得られたメインフィンを斜め切断して仕
上げ加工することによって行われる。

【００１１】ところが、フィン部材を冶具を用いて斜め
切断すると、ディストリビュータフィン側およびメイン
フィン側ともに変形が著しく、変形の修正、修復に多大
な工数を要することになる。一方、切断による変形の修
正等が充分でない場合には、ディストリビュータフィン
による冷媒と冷水の分配状況が不均一となり、熱交換装
置の効率を低下させる要因となる。

【００１２】本発明は、上述した従来の熱交換用フィン
部材の製造における問題点に鑑みてなされたものであ
り、ディストリビュータフィンの製造に際し、矩形状の
メインフィンからの切断加工、およびそれに伴う切断変
形部の修正等の工数をなくし、さらに優れた熱交換効率
を発揮する熱交換用フィン部材およびこれを用いた熱交
換装置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】発明者は、上述した従来
のディストリビュータフィン製造における問題点を解消
するために、種々の検討を加えた結果、メインフィンの
一部とディストリビュータフィンとをプレス成形で一体
加工するのが有効であることに着目した。

【００１４】しかしながら、冷媒と冷水との流路の流れ
方向が直交するメインフィンとディストリビュータフィ
ンとを一体で成形加工する場合に、成形加工後の寸法精
度が低下し、歪み変形が大きく発生するという問題があ
る。そこで、更なる検討を加えることによって、フィン
部材の素材選択や寸法設計を適切に行うことによって、
これらの問題は解消できることを知見した。

【００１５】本発明は、上記知見に基づいて完成された
ものであり、後述する図４に示すように、下記(1)の熱
交換用フィン部材および(2)の熱交換装置を要旨として
いる。 (1) 熱交換媒体と外部流体との間で第１方向に沿って熱
交換を行うメインフィン部と、この第１方向と直交する
第２方向から熱交換媒体または外部流体を供給するヘッ
ダーと、第２方向から供給された熱交換媒体または外部
流体を前記メインフィン部に分配し、またはメインフィ
ン部から集合した熱交換媒体または外部流体を第２方向
に排出するディストリビュータフィン部とを備えた熱交
換装置で用いられ、前記メインフィン部を構成するメイ
ンフィン31の一部と前記ディストリビュータフィン部を
構成するディストリビュータフィン21が一体で構成され
ていることを特徴とする熱交換用フィン部材４である。

【００１６】この熱交換用フィン部材では、一体で構成
されたメインフィンとディストリビュータフィンとの境
界部に１箇所または２箇所以上の複数のスリット41を設
けるようにするのが望ましい。 (2) 上記(1)に記載の熱交換用フィン部材４を積層し
て、熱交換媒体と外部流体との間で第１方向に沿って熱
交換を行うメインフィン部と、このメインフィン部に第
１方向と直交する第２方向から熱交換媒体または外部流
体を分配し、またはメインフィン部から第２方向に熱交
換媒体または外部流体を集合するディストリビュータフ
ィン部を構成することを特徴とする熱交換装置である。

【００１７】本発明で規定する「第１方向」とは、前記
図１に示す熱交換装置のように、熱交換媒体と外部流体
との間で熱交換を行う方向とこれらが供給される方向が
直交する場合に、熱交換を行う方向を意味し、また「第
２方向」とは、これと直交する方向を意味する。

【００１８】

【発明の実施の形態】下記の説明では、本発明の内容を
空調用のコンデンサー（凝縮器）の構成に基づいて詳述
するが、本発明はこれに限定されるものではなく、工業
用として各分野で汎用されている熱交換装置を想定して
いる。さらに、説明を具体的に行うため、熱交換媒体と
して冷媒を使用し、外部流体として冷水を用いた場合と
する。

【００１９】図４は、本発明の熱交換用フィン部材の構
成例を示す外観斜視図である。図４に示すように、本発
明の熱交換用フィン部材４は、冷媒と冷水との間で熱交
換を行う方向と冷媒と冷水とが供給される方向が直交す
る状態で、メインフィン31の一部とディストリビュータ
フィン21とを一体で成形加工している。そして、本発明
で規定する「第１方向」と「第２方向」は、図示する通
りである。

【００２０】図４に示す熱交換用フィン部材４の成形加
工に際し、ディストリビュータフィン21では「第２方
向」に平行して一定ピッチのフィンが加工され、メイン
フィン31には「第１方向」に平行して一定ピッチのフィ
ンが加工される。このため、プレス加工による残留歪み
が均一とはならず、プレス加工後において、ディストリ
ビュータフィン21側とメインフィン31側で歪み変形量が
異なる。

【００２１】加工後の歪み変形量が異なることから、一
体成形された熱交換用フィン部材に捻れが生じ、ろう付
作業に不具合が生ずる恐れもある。さらに、フィン部材
の素材が不適切であると、成形加工時に肉厚の減少が著
しく、フィンのコーナー部で破断したり、フィン高さに
大きなバラツキが発生して、ろう付状態が不良になるこ
とがある。しかしながら、本発明者の検討によれば、こ
れらの問題は、フィン部材の素材選択やフィン形状の設
計を最適に行うことにより、解消することができる。例
えば、フィン部材の素材としては、JIS H4000 A3003 の
アルミニウム合金で、板厚が0.6mm程度が望ましい。

【００２２】熱交換用フィン部材の全体に発生する捻れ
を低減するには、一体構成されたメインフィン31の一部
とディストリビュータフィン21との境界部に単独または
複数のスリット41を設けるのが望ましい。図４では、ス
リット41を両者の交点に沿って設けているが、この単独
または複数のスリットにより、プレス加工後の歪み変形
量を削減することが可能になる。

【００２３】本発明の熱交換装置では、上記の熱交換用
フィン部材を積層することによって、このメインフィン
部とディストリビュータフィン部を構成するものであ
る。このような構成により、ビル空調用の熱交換装置と
して用いる場合であっても、施工時の組み立てが容易で
あり、稼働時に優れた熱交換効率を発揮することができ
る。さらに、本発明の熱交換装置では、冷却能力によっ
て積層段数を設計すればよく、一般的には、15段〜43段
の積層が採用されている。

【００２４】

【実施例】本発明の熱交換用フィン部材の効果を確認す
るため、ビル空調用のコンデンサーに用いられるフィン
部材を作製した。図５にフィン部材の寸法諸元を示す
が、フィンの加工ピッチは５mmとし、ディストリビュー
タフィン21側で12列にフィンを成形し、メインフィン31
側で34列のフィンを成形した。また、フィン高さは3.2m
m±0.03mmとした。スリットはメインフィン31とディス
トリビュータフィン21との境界部に４カ所設け、その幅
は加工後において４〜８mmの設計とした。

【００２５】使用した素材は、JIS H4000 A3003 のアル
ミニウム板で、寸法は80mm×191mm×肉厚0.61mmとし
た。

【００２６】成形加工されたフィン部材の肉厚分布状況
を調査すると、最小肉厚部分はフィンコーナー部に発生
しており、減肉率は30％程度であったが、フィン破断は
観察されず、良好な結果であった。

【００２７】得られたフィン部材を用いて、試験コアを
作製した。セパレートプレートにブレージングシート
（例えば、JIS Z3263 BAS231P）を敷き、フィン部材を
装着して焼成することにより、フィンプレートとフィン
部材とをろう付けして試験コアを作製した。

【００２８】試験コアの性能を確認するため、耐圧試験
（22.5kg/cm^２Ｇ）、気密試験（16.5kg/cm^２Ｇ）を実施
したがいずれも合格し、ろう付状態も良好であった。さ
らに、冷媒および冷水の流路内での分流状態を観察した
が、良好であり、優れた熱交換効率を発揮することが分
かる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の熱交換用フィン部材によれば、
ディストリビュータフィンの製造に際し、矩形状のメイ
ンフィンからの切断加工、それに伴う切断変形部の修正
等の工数をなくし、しかも加工後の変形も少なく、寸法
精度も確保できるので、優れた熱交換効率を発揮するこ
とができる。さらに、本発明の熱交換装置では、ビル空
調用のコンデンサーとして最適であり、施工時の組み立
てが容易で、熱交換媒体の均一な流れが確保できること
から、装置効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ビル空調用熱交換装置として用いられるコンデ
ンサーの外観構成例を示す図であり、同(a)は冷水の入
出側を観察した正面図であり、同(b)はその側面図であ
る。

【図２】冷媒と冷水との流路を示す平面図であり、同
(a)は冷媒流路を、同(b)は冷水流路をそれぞれ示してい
る。

【図３】熱交換装置内に設けられる冷媒と冷水との流路
構成を示す断面図である。

【図４】本発明の熱交換用フィン部材の構成例を示す外
観斜視図である。

【図５】実施例で作製したフィン部材の寸法諸元を示す
図である。

【符号の説明】

１：ヘッダー、 ２：ディストリビュータフィン部 ３：メインフィン部、 ４：熱交換用フィン部材 ５：セパレートプレート、 10：熱交換装置 21：ディストリビュータフィン、 31：メインフイン 41：スリット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱交換媒体と外部流体との間で第１方向に
   沿って熱交換を行うメインフィン部と、この第１方向と
   直交する第２方向から熱交換媒体または外部流体を供給
   するヘッダーと、第２方向から供給された熱交換媒体ま
   たは外部流体を前記メインフィン部に分配し、またはメ
   インフィン部から集合した熱交換媒体または外部流体を
   第２方向に排出するディストリビュータフィン部とを備
   えた熱交換装置で用いられ、前記メインフィン部を構成
   するメインフィンの一部と前記ディストリビュータフィ
   ン部を構成するディストリビュータフィンが一体で構成
   されていることを特徴とする熱交換用フィン部材。
2. 【請求項２】一体で構成されたメインフィンとディスト
   リビュータフィンとの境界部に１箇所または２箇所以上
   のスリットを設けたことを特徴とする請求項１に記載の
   熱交換用フィン部材。
3. 【請求項３】請求項１および２に記載のフィン部材を積
   層して、熱交換媒体と外部流体との間で第１方向に沿っ
   て熱交換を行うメインフィン部と、このメインフィン部
   に第１方向と直交する第２方向から熱交換媒体または外
   部流体を分配し、またはメインフィン部から第２方向に
   熱交換媒体または外部流体を集合するディストリビュー
   タフィン部を構成することを特徴とする熱交換装置。