JP2006105415A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】コルゲートフィンの表面に結露により生じた凝縮水を空気流によって飛散させることなく良好にドレーン回収することができる熱交換器を提供する。
【解決手段】上下方向に配設される扁平伝熱管１４，１４の間に、斜状部１５ａと、湾曲部１５ｂよりなるコルゲートフィン１５をロウ付け部２１によって接合する。前記湾曲部１５ｂに対し上下方向に貫通するスリット１５ｃを複数箇所に形成する。扁平伝熱管１４及びコルゲートフィン１５の表面に結露により生じた凝縮水は前記スリット１５ｃによって形成される通路２３から下方に導かれるので、凝縮水が空気流によって飛散されることを抑制できる。前記斜状部１５ａにはルーバーが形成されていないので、熱交換内を吹き抜ける空気流の流速が速くなっても、その圧力損失及び騒音を低減することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、扁平伝熱管及びコルゲートフィンを備えた積層型の熱交換器に関する。

従来、扁平伝熱管及びコルゲートフィンを備えた所謂積層型の熱交換器は、例えば空調装置等の熱交換器として採用されている。このような熱交換器として、特許文献１に開示されたものがある。この熱交換器は、自動車の空調装置においてエバポレータ等の気体の冷却に使用され、平行した扁平伝熱管の間にコルゲートフィンを接合して構成されている。そして、前記コルゲートフィンにおいて扁平伝熱管との接合部位となる湾曲部以外の部分には、送風ファンによって送られた空気流との熱交換効率を増大させるため、空気流と交差する方向の切り起こし列（ルーバー）が設けられている。
特開２００４−１０１０７４号公報

上記従来の熱交換器においては、前記コルゲートフィンに設けたルーバーの隙間が、熱交換器をエバポレータとして用いるときに、コルゲートフィンの表面に結露される凝縮水の排水通路になっていた。そのため、凝縮水は、各ルーバーの隙間から下方へ落下することになるが、その落下空間は送風ファンによって送られた空気流が吹き抜ける通路でもあることから、その落下空間内を落下する途中で該落下空間内を吹き抜ける空気流によって飛散させられてしまい、ドレーン回収できない場合があり得た。

又、上記従来の熱交換器においては、ルーバーが設けられていないコルゲートフィンと比較して、空気流に作用するルーバーによる抵抗が大きくなって圧力損失が増大するという問題もある。特に、自動車内の空調装置の設置スペースを低減するためには、熱交換器の小型化が望まれるが、小型化すればするほど、該熱交換器を流れる空気流の速度が速くなり、その圧力損失は、同じ熱交換性能をもつルーバー無しのコルゲートフィンに比べて遥かに大きくなり、又、騒音も大きくなっていた。

本発明の第１の目的は、コルゲートフィンの表面に結露により生じた凝縮水を空気流によって飛散させることなく良好にドレーン回収することができる熱交換器を提供することにある。

本発明の第２の目的は、上記第１の目的に加えて、熱交換内を流れる空気流の流速が速くなっても、圧力損失及び騒音を低減することができる熱交換器を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、熱交換用媒体の通路を内部に有し、かつ水平方向に所定の間隔を保って並設された上下方向に指向する複数本の扁平伝熱管と、該各扁平伝熱管の間に湾曲部の外周円弧面を偏平伝熱管の伝熱面に接合させて配設されたコルゲートフィンとを備えた熱交換器において、前記扁平伝熱管の伝熱面に接合される前記コルゲートフィンの湾曲部に対し、該扁平伝熱管及びコルゲートフィンの表面に生じる凝縮水の通路となるスリットを形成したことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記コルゲートフィンにおける前記湾曲部以外の部分の表面をフラットに形成したことを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記スリットは、コルゲートフィンの湾曲部に対し上下方向に、かつ幅方向に所定の間隔をおいて切り込み形成された二条の溝の間に形成された帯状円弧部を前記湾曲部の内側に押圧して変形することにより形成されていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記扁平伝熱管の伝熱面には、前記スリットと対向するように溝部が上下方向に指向するように形成されていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記スリットは複数箇所に形成されていることを要旨とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項において、前記コルゲートフィンにおける前記湾曲部以外の部分は、表面がフラットな斜状部に形成されていることを要旨とする。

請求項１〜６に記載の発明によれば、熱交換器を例えば空気調和機等のエバポレータとして採用した場合に、コルゲートフィンの表面に結露により生じた凝縮水を湾曲部に形成されたスリットから扁平伝熱管の伝熱面に沿うようにして落下させることができ、熱交換器内を流れる空気流によって飛散させることなく良好にドレーン回収することができる。

又、請求項２記載の発明によれば、コルゲートフィンにおける湾曲部以外の部分が、その表面をフラットに形成されているので、熱交換内を流れる空気流の流速が速くなっても、圧力損失及び騒音を低減することができる。

以下、本発明を自動車の空調装置に用いられる熱交換器として具体化した一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
熱交換器熱１１を構成する上ヘッダ１２と下ヘッダ１３は横円筒状に形成され、上下両ヘッダ１２，１３の間には、熱伝導率の高い例えば銅又はアルミニウム等の材料よりなる複数の扁平伝熱管１４が上下方向に、かつ互いに平行に連通状態で連結されている。前記各扁平伝熱管１４の間には、同じく熱伝導率の高い例えば銅又はアルミニウム等の材料よりなるコルゲートフィン１５がそれぞれ介在されている。前記上ヘッダ１２の一端部には、外部冷媒配管１６が接続され、前記下ヘッダ１３の一端部にも外部冷媒配管１７が接続されている。

図２に示すように前記扁平伝熱管１４は、扁平チューブ状のチューブ本体１４ａと、このチューブ本体１４ａの内部に区画板１４ｂによって区画形成された複数の冷媒通路１４ｃとによって構成されている。

前記コルゲートフィン１５は、表面がフラットに形成された傾斜状態の複数の斜状部１５ａと、各斜状部１５ａを互いに連結する複数の湾曲部１５ｂとによって構成されている。前記各湾曲部１５ｂには複数箇所（この実施形態では３箇所）にスリット１５ｃが形成されている。このスリット１５ｃは、図４（ａ）に示すように、湾曲部１５ｂに対して、水平方向に所定の小さい間隔となるように一対の溝１５ｄ，１５ｅを上下方向に、かつ互いに平行に形成すると共に、両溝１５ｄ，１５ｅによって形成された一つの帯状円弧部１５ｆを、先端が円弧状をなす冶具（図示しない）を用いて、斜状部１５ａの内側に押圧して、図４（ｂ）に示すようには円弧状に変形することによって形成されている。

前記コルゲートフィン１５の最上端縁の湾曲部１５ｂは、図３に示すように、横断面がそれぞれ四半円弧状に形成され、それらの複数箇所に前記スリット１５ｃと対応するようにスリット１５ｃ´が形成されている。前記コルゲートフィン１５の最下端縁の湾曲部１５ｂも図３に示すように最上端縁の湾曲部１５ｂと同様に形成されている。

図２及び図３に示すように、前記コルゲートフィン１５の湾曲部１５ｂの外周円弧面は、前記扁平伝熱管１４のチューブ本体１４ａの伝熱面に対して前記スリット１５ｃ，１５ｃ´を除くようにして形成されたロウ付け部２１によって接合されている。

前記扁平伝熱管１４及びコルゲートフィン１５によって形成される空間は、図示しない送風ファンによって、コルゲートフィン１５に供給された熱交換される空気流の通路２２となっている。又、前記スリット１５ｃ，１５ｃ´と前記扁平伝熱管１４の扁平な伝熱面とによって上下方向に貫通するように形成された通路２３は、前記扁平伝熱管１４及びコルゲートフィン１５の表面に結露によって生じた凝縮水を下方に導く通路としての機能を有している。

次に、前記のように構成した熱交換器熱１１についてその動作を説明する。
上記熱交換器熱１１は、凝縮器として用いられる場合には、前記外部冷媒配管１６を介して上ヘッダ１２に導かれた蒸発された熱交換用媒体としての冷媒ガスは、前記各扁平伝熱管１４の冷媒通路１４ｃによって可及的に均等に分流されて上方から下方に導かれ、前記コルゲートフィン１５の通路２２を通る冷却空気によって冷媒ガスが凝縮されて、下ヘッダ１３内に流入して外部冷媒配管１７から外部に凝縮冷媒として導出される。

反対に、前記熱交換器熱１１をエバポレータとして用いる場合には、凝縮器の場合と逆方向に熱交換用媒体としての凝縮冷媒が流される。この凝縮冷媒の蒸発による冷却行程において、各扁平伝熱管１４は外部から熱を奪うので、扁平伝熱管１４間に介在されたコルゲートフィン１５の温度が低下され、前記通路２２を通る空気流が冷却され、熱交換が行われる。

上記実施形態の熱交換器によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、前記コルゲートフィン１５の湾曲部１５ｂに対し扁平伝熱管１４の伝熱面との間に通路２３を形成するスリット１５ｃを設けた。このため、熱交換器熱１１をエバポレータとして用いる場合に、その熱交換動作中に扁平伝熱管１４及びコルゲートフィン１５の表面に結露によって生じる凝縮水が前記スリット１５ｃにより形成された通路２３から扁平伝熱管１４の伝熱面に沿って下方に導かれ、熱交換器熱１１の下部に設けられたドレーン（図示しない）内に回収される。このため、前記通路２２を吹き抜ける空気流によって凝縮水が微細な水滴として空気流の下流側へ飛散されるのを防止することができる。

（２）上記実施形態では、コルゲートフィン１５の湾曲部１５ｂ以外の部分をルーバーの無いフラットな表面の斜状部１５ａとしたので、ルーバーを設けたコルゲートフィンと比較して、熱交換に用いられる空気流の流速が速くなっても、前記通路２２内を通る空気流の圧力損失を低減することができ、熱交換器の小型化を図ることができる。

図５に示すように、従来のルーバー付のコルゲートフィンを用いた熱交換器と本発明のルーバーが無いフラットな表面の斜状部１５ａを有するコルゲートフィン１５を用いた熱交換器とを実験によって比較したところ、空気流の速度が上昇するほど、両者の圧力損失の格差が増大することが分かった。

（３）上記実施形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、前記コルゲートフィン１５の湾曲部１５ｂに一対の溝１５ｄ，１５ｅを形成して、その間に形成された帯状円弧部１５ｆを、湾曲部１５ｂの内側へ押し込むようにして変形させて、スリット１５ｃを形成した。このため、コルゲートフィン１５の湾曲部１５ｂから、スリット１５ｃの加工時にスクラップが排出されるのを防止することができる。

（４）上記実施形態では、前記スリット１５ｃを複数箇所に設けたので、凝縮水を複数箇所の通路２３から下方へ効率的に排出することができる。
（５）上記実施形態では、前記コルゲートフィン１５における前記湾曲部１５ｂ以外の部分が表面をフラットにした斜状部１５ａに形成されているので、前記凝縮水が斜状部１５ａの表面に沿って前記湾曲部１５ｂのスリット１５ｃに向かって流動し易くなり、通路２２を吹き抜ける空気流によって斜状部１５ａの表面から飛散される凝縮水の量を低減することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○熱交換器の縦断面を表す図６に示すように、上部に設けられたヘッダを、複数の分割ヘッダ２５，２６，２７，２８により構成し、各分割ヘッダの間に前記扁平伝熱管１４の上端部を介在し、前記各扁平伝熱管１４の内部に分割ヘッダ２５〜２８から冷媒を下方に導いた後、下端部から上方向へ迂回させて、全体として、冷媒の蛇行する流路を形成するようにした熱交換器に適用してもよい。この実施形態では、前記コルゲートフィン１５は、水平部１５ａ´と湾曲部１５ｂにより形成されている。その他の構成は前述した実施形態と同様である。

○熱交換器の平断面を表す図７に示すように、前記扁平伝熱管１４の中間部に冷媒通路１４ｃを形成しない接合部１４ｄを設け、この接合部１４ｄによって形成される溝部１４ｅを前記コルゲートフィン１５のスリット１５ｃと対応するように上下方向に形成してもよい。

この別例では、凝縮水を溝部１４ｅ及びスリット１５ｃによって形成される通路２３から溝部１４ｅに沿って円滑に下方に導くことができる。
○前記コルゲートフィン１５の湾曲部１５ｂを溶断したり、切削したり、あるいは凹部を絞り成形したりすることによって前記スリット１５ｃ，１５ｃ´を形成するようにしてもよい。

○前記扁平伝熱管１４の溝部１４ｅを、前記コルゲートフィン１５のスリット１５ｃ，１５ｃ´と対応しない位置に形成してもよい。
○前記スリット１５ｃを、１箇所又は２箇所あるいは４箇所以上に形成してもよい。しかし、あまり多く形成すると、伝熱効果が損なわれるので、３〜６箇所が望ましい。

○扁平伝熱管を上下方向に蛇行させる構成の熱交換器に具体化してもよい。
○ルーバーを有するコルゲートフィン１５を用いてもよい。この場合には、前記凝縮水の一部がルーバーの隙間から落下されるが、前記湾曲部に形成したスリットからも落下されるので、凝縮水が空気流によって飛散されて室内に侵入する量を低減することができる。

○前記実施形態では、空調装置の熱交換器に具体化したが、その他の熱交換器として具体化してもよい。

この発明の熱交換器の一実施形態を示す斜視図。 熱交換器の扁平伝熱管及びコルゲートフィンを示す拡大斜視図。 熱交換器のコルゲートフィンのスリットを通る縦断面図。 （ａ），（ｂ）はスリットの形成工程を示す部分斜視図。 熱交換に用いられる空気流の速度と圧力損失の関係を示すグラフ。 この発明の別例を示す縦断面図。 この発明の別例を示す平断面図。

符号の説明

１４…扁平伝熱管、１４ｅ…溝部、１５…コルゲートフィン、１５ａ…斜状部、１５ｂ…湾曲部、１５ｃ…スリット、１５ｄ，１５ｅ…溝、１５ｆ…帯状円弧部、２２，２３…通路。

Claims (6)

1. 熱交換用媒体の通路を内部に有し、かつ水平方向に所定の間隔を保って並設された上下方向に指向する複数本の扁平伝熱管と、該各扁平伝熱管の間に湾曲部の外周円弧面を偏平伝熱管の伝熱面に接合させて配設されたコルゲートフィンとを備えた熱交換器において、
   前記扁平伝熱管の伝熱面に接合される前記コルゲートフィンの湾曲部に対し、該扁平伝熱管及びコルゲートフィンの表面に生じる凝縮水の通路となるスリットを形成したことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１において、前記コルゲートフィンにおける前記湾曲部以外の部分は表面がフラットに形成されていることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１又は２において、前記スリットは、コルゲートフィンの湾曲部に対し上下方向に、かつ幅方向に所定の間隔をおいて切り込み形成された二条の溝の間に形成された帯状円弧部を前記湾曲部の内側に押圧して変形することにより形成されていることを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、前記扁平伝熱管の伝熱面には、前記スリットと対向するように溝部が上下方向に指向するように形成されていることを特徴とする熱交換器。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、前記スリットは複数箇所に形成されていることを特徴とする熱交換器。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、前記コルゲートフィンにおける前記湾曲部以外の部分は、表面がフラットな斜状部に形成されていることを特徴とする熱交換器。

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