JP6330577B2

JP6330577B2 - フィン・アンド・チューブ型熱交換器

Info

Publication number: JP6330577B2
Application number: JP2014169851A
Authority: JP
Inventors: 吉田　健司; 健司吉田; 山崎　和彦; 和彦山崎; 智将平山
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2034-08-22
Also published as: WO2016027811A1; JP2016044895A

Description

この発明は、板状フィンと扁平チューブを組み合わせたフィン・アンド・チューブ型熱交換器に関するものである。

従来、空気調和機の熱交換器として、互いに平行に配列される複数の板状フィンと、板状フィンと直交する方向に互いに平行に配列される丸管と、を組み合わせたタイプのものが多く用いられている。

しかし、丸管を用いたフィン・アンド・チューブ型熱交換器では、丸管の管ピッチの縮小による高密度化に限界があるため、近年では、丸管に代えて多孔状の扁平管（以下に扁平チューブという）を用いたフィン・アンド・チューブ型熱交換器が実用化されている。

従来のこの種のフィン・アンド・チューブ型熱交換器として、上下方向に互いに平行に配列される複数の多孔状の扁平チューブと、隣り合う扁平チューブの間を空気が流れる複数の通風路に区画する互いに平行に配列される複数の板状フィンと、を備え、板状フィンには、扁平チューブを差し込むための切欠き部（管挿入部）が設けられ、扁平チューブは、板状フィンの管挿入部に差し込まれ、管挿入部の周縁部とろう付けによって接合した構造のものが知られている（例えば、特許文献１，２，３参照）。

特許文献１，２，３に記載の熱交換器は、板状フィンの通風路の側面を構成する伝熱部に上下に延びる複数のルーバーや、空気の通過方向と交わる方向に延びる膨出部、あるいは、上記膨出部とルーバーとを設けることで、特に空気調和機の屋外機用の熱交換器として、低温時に蒸発器として機能した場合に、空気中の水分が霜となって付着した際の除霜動作に要する時間の短縮を図っている。

また、特許文献１，２，３に記載の熱交換器は、板状フィンの風下側板部に上下方向に延びる表裏に凹凸状の導水用リブを設けることで排水経路を形成している。

特開２０１２−１５４５０１号公報（図１４，図１５）特開２０１２−１６３３１７号公報（図９）特開２０１２−１６３３２０号公報（図４）

しかしながら、特許文献１，２，３に記載のものは、板状フィンは、幅方向の一端が開口する複数の管挿入部を有するいわゆる櫛形形状であるため、排水経路が扁平チューブの一方の側面となり、排水経路が不足する。

したがって、扁平チューブの他方の側面側すなわち外部に露呈する管挿入部の開口側に付着した凝縮水（結露水）の排水が不十分もしくは時間を要し、通気抵抗の増大及び熱交換効率の低下の懸念がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、表面に付着した凝縮水（結露水）の排水性を十分にし、通気抵抗及び熱交換効率に与える悪影響を抑制するフィン・アンド・チューブ型熱交換器を提供することを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明のフィン・アンド・チューブ型熱交換器は、上下方向に互いに平行に配列される複数の扁平チューブと、上記扁平チューブと直交する方向に互いに平行に配列される複数の板状フィンと、を具備するフィン・アンド・チューブ型熱交換器であって、上記板状フィンは、該板状フィンの幅方向の一端が開口して幅方向に延びるチューブ挿入溝が設けられ、上記扁平チューブは、該扁平チューブの幅方向の少なくとも一端部に扁平チューブに沿って鍔部を延設すると共に、該鍔部に扁平チューブの長手方向に適宜ピッチをおいて設けられた切込みを介して切り起こされる複数の切起し片を形成してなり、上記扁平チューブを上記板状フィンのチューブ挿入溝内に挿入した状態で、上記切起し片は少なくとも一部が上記チューブ挿入溝内に位置して上記板状フィンに接触すると共に、板状フィンの外部に突出されている、ことを特徴とする（請求項１）。

このように構成することにより、板状フィンの表面に凝縮し、水滴となった水（凝縮水、結露水）が、扁平チューブの上側に位置する板状フィン間に保水された状態で、切起し片のエッジ部が保水に接触することで、流れ落ちる起点となり、水を切起し片間の排水用隙間に誘引して扁平チューブの下方側の板状フィンに順次排出することができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、切起し片の少なくとも一部をチューブ挿入溝内に位置させることで、板状フィン間に保水された水（凝縮水、結露水）と切起し片との接触を多くすることができ、水（凝縮水、結露水）の排出を高めることができる。

この発明において、上記複数の切起し片は互いに平行に配列されて、各切起し片間に流水路が形成されているのが好ましい（請求項２）。

このように構成することにより、全ての板状フィン間に保水された水（凝縮水、結露水）を切起し片間に形成された流水路内に誘引し、排出することができる。

また、この発明において、上記切起し片は傾斜状に切り起こされているのが好ましい（請求項３）。

このように構成することにより、鍔部に切込みを介して傾斜状に切り起こされる切起し片の端部に存在する角を有するエッジ部を形成することができる。これにより、角を有するエッジ部が保水に接触することで、水（凝縮水、結露水）は切起し片を挟んで隣接する切起し片間の排水用隙間例えば流水路に流れ落ちる。

また、この発明において、上記扁平チューブの幅方向の両端部に上記鍔部が延設されると共に、上記チューブ挿入溝内に位置する上記鍔部に上記切起し片が形成されているのが好ましい（請求項４）。
加えて、この発明において、上記板状フィンのチューブ挿入溝にカラー部を設け、上記扁平チューブを上記チューブ挿入溝及びカラー部内に挿入した状態で、上記板状フィンと扁平チューブがろう付けされているのが好ましい（請求項５）。

このように構成することにより、板状フィン間に保水される水（凝縮水、結露水）の排水部を、扁平チューブの幅方向の両端部に延設される鍔部に切込みを介して切り起こされる切起し片にて形成するので、扁平チューブの幅方向の両端部において板状フィン間に保水された水（凝縮水、結露水）を切起し片を挟んで隣接する切起し片間の排水用隙間例えば流水路に流すことができる。また、切起し片間の排水用隙間例えば流水路を、扁平チューブの幅方向の両端部に延設される鍔部に切込みを介して切り起こされる切起し片にて形成することができるので、簡単な工法で、反りのない切起し片（排水用隙間、流水路）を有する扁平チューブを量産することができる。
また、板状フィンのチューブ挿入溝にカラー部を設け、扁平チューブを上記チューブ挿入溝及びカラー部内に挿入した状態で、板状フィンと扁平チューブをろう付けすることにより、板状フィンと扁平チューブとを強固にろう付け接合することができる。

この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような効果が得られる。

（１）請求項１に記載の発明によれば、板状フィンの表面に凝縮し、水滴となった水（凝縮水、結露水）が、扁平チューブの上側に位置する板状フィン間に保水された状態で、切起し片のエッジ部が保水に接触することで、流れ落ちる起点となり、水を切起し片間の排水用隙間に誘引して扁平チューブの下方側の板状フィンに順次排出することができる。したがって、扁平チューブを水平配置した場合でも、表面に付着した凝縮水（結露水）の排水性を十分にし、通気抵抗及び熱交換効率に与える悪影響を抑制することができる。

（２）また、請求項１に記載の発明によれば、切起し片の少なくとも一部をチューブ挿入溝内に位置させることで、板状フィン間に保水された水（凝縮水、結露水）と切起し片との接触を多くすることができるので、上記（１）に加えて、更に水（凝縮水、結露水）の排水性を高めることができる。

（３）請求項２に記載の発明によれば、全ての板状フィン間に保水された水（凝縮水、結露水）を切起し片間に形成された流水路内に誘引し、排出することができるので、上記（１），（２）に加えて、更に水（凝縮水、結露水）の排水性を高めることができ、通気抵抗及び熱交換効率に与える悪影響を抑制することができる。

（４）請求項３に記載の発明によれば、角を有するエッジ部が保水に接触することで、水（凝縮水、結露水）は切起し片を挟んで隣接する切起し片間の排水用隙間例えば流水路に流れ落ちるので、上記（１）〜（３）に加えて、更に排水性の向上が図れる。

（５）請求項４に記載の発明によれば、扁平チューブの幅方向の両端部において板状フィン間に保水された水（凝縮水、結露水）を切起し片を挟んで隣接する切起し片間の排水用隙間例えば両流水路に流すことができるので、上記（１）〜（４）に加えて、更に排水性の向上が図れる。また、簡単な工法で、反りのない切起し片（切起し片間の排水用隙間、流水路）を有する扁平チューブを量産することができるので、熱交換器の組付けを容易にすることができる。
（６）請求項５に記載の発明によれば、板状フィンのチューブ挿入溝にカラー部を設け、扁平チューブを上記チューブ挿入溝及びカラー部内に挿入した状態で、板状フィンと扁平チューブをろう付けすることにより、上記（１）〜（５）に加えて、更に板状フィンと扁平チューブとを強固にろう付け接合することができる。

この発明に係るフィン・アンド・チューブ型熱交換器の一例を示す概略側面図である。この発明に係るフィン・アンド・チューブ型熱交換器の第１実施形態の要部を示す斜視図である。第１実施形態における扁平チューブと板状フィンの取付状態を示す正面図（ａ）及びその側面図（ｂ）である。この発明における切起し片を用いた排水の原理を示す概略側面図である。この発明における板状フィンのフィン挿入溝にカラー部を設けた状態を示す要部側面図である。第１実施形態における扁平チューブに切起し片を設ける前の状態を示す斜視図（ａ）及び切起し片を設けた状態を示す斜視図（ｂ）である。この発明に係るフィン・アンド・チューブ型熱交換器の第２実施形態における扁平チューブと板状フィンの取付状態を示す正面図である。第２実施形態における扁平チューブを示す斜視図である。

以下に、この発明に係るフィン・アンド・チューブ型熱交換器の実施するための形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、この発明に係るフィン・アンド・チューブ型熱交換器を空気調和機の屋外機に適用する場合について説明する。

上記フィン・アンド・チューブ型熱交換器１（以下に熱交換器１という）は、図１に示すように、それぞれアルミニウム（アルミニウム合金を含む）製部材からなる、一対のヘッダーパイプである第１のヘッダーパイプ１ａ，第２のヘッダーパイプ１ｂと、両ヘッダーパイプ１ａ，１ｂに接続する水平な上下方向に互いに平行に配列される複数のアルミニウム製の扁平チューブ３と、扁平チューブ３と直交する方向に互いに平行に配列される複数のアルミニウム製の板状フィン２と、を具備しており、ろう付けにより一体成形されている。この場合、扁平チューブ３は扁平楕円状に形成されており、扁平チューブ３の長手方向と直交する幅方向には複数の流体流路３ａが区画形成されている。

第１及び第２のヘッダーパイプ１ａ，１ｂは、アルミニウム製の押出形材もしくは電縫管にて形成されており、上下開口端は、それぞれアルミニウム製の端部キャップ１ｃがろう付けによって閉塞されている。

この実施形態では、第１のヘッダーパイプ１ａ内の中空部の上部と下部の２箇所に仕切板４が設けられており、この仕切板４によって上下に３つの上部空間１１ａ，中間部空間１１ｂ，下部空間１１ｃが区画されている。また、第１のヘッダーパイプ１ａの上部空間１１ａには第１の冷媒流通管５が連通され、下部空間１１ｃには第２の冷媒流通管６が連通されている。

一方、第２のヘッダーパイプ１ｂ内の中空部の中間に仕切板４が設けられており、この仕切板４によって上下に上部空間１１ｄ，下部空間１１ｅが区画されている。

上記のように構成することにより、第１のヘッダーパイプ１ａの上部空間１１ａと第２のヘッダーパイプ１ｂの上部空間１１ｄに連通する扁平チューブ３によって上部熱交換領域１２Ａが形成され、第１のヘッダーパイプ１ａの中間部空間１１ｂと第２のヘッダーパイプ１ｂの上部空間１１ｄ及び下部空間１１ｅを連通する扁平チューブ３によって中間熱交換領域１２Ｂが形成され、第１のヘッダーパイプ１ａの下部空間１１ｃと第２のヘッダーパイプ１ｂの下部空間１１ｅを連通する扁平チューブ３によって下部熱交換領域１２Ｃが形成される。

上記のように構成される熱交換器１において、蒸発器として用いた場合、液状又は気液状の冷媒が第２の冷媒流通管６から第１のヘッダーパイプ１ａの下部空間１１ｃ内に流入すると、冷媒は下部熱交換領域１２Ｃの各扁平チューブ３の流体流路３ａを流れて第２のヘッダーパイプ１ｂの下部空間１１ｅで合流する。下部空間１１ｅで合流した冷媒は、中間部熱交換領域１２Ｂの各扁平チューブ３の流体流路３ａを流れて第１のヘッダーパイプ１ａの中間部空間１１ｂで合流した後、中間部熱交換領域１２Ｂの各扁平チューブ３の流体流路３ａを流れて第２のヘッダーパイプ１ｂの上部空間１１ｄで合流する。上部空間１１ｄで合流した冷媒は上部熱交換領域１２Ａの各扁平チューブ３の流体流路３ａを流れて第１のヘッダーパイプ１ａの上部空間１１ａ」に合流する。そして、上部空間１１ａで合流した冷媒は第１の冷媒流通管５から流出する。

次に、この発明に係る熱交換器１の特徴部分である板状フィン２と扁平チューブ３の取付構造について説明する。

＜第１実施形態＞
図２及び図３に示すように、板状フィン２は、該板状フィン２の幅方向の一端が開口して幅方向に延びるチューブ挿入溝２ａが上下方向に等間隔をおいて設けられている。なお、板状フィン２の扁平チューブ３間に位置する側面には、熱交換効率の向上を図るために、上下方向に延在する複数のルーバー（図示せず）が設けられている。

扁平チューブ３は、図５（ａ）に示すように、扁平チューブ３の幅方向の一端部に扁平チューブ３に沿って薄肉の鍔部７を延設するアルミニウム製押出形材にて形成された後、図５（ｂ）に示すように、鍔部７に扁平チューブ３の長手方向に適宜ピッチをおいて設けられた切込みを介して切り起こされる互いに平行な複数の切起し片８によって隣接する切起し片８間に排水用隙間例えば流水路１０が形成される。この場合、切起し片８は傾斜状に形成されている。このように、鍔部７に切込みを介して切起し片８を傾斜状に切り起すことにより、切起し片８の端部に存在する角９ａを有するエッジ部９が形成される（図４参照）。

また、図２及び図３（ａ）に示すように、扁平チューブ３を板状フィン２のチューブ挿入溝２ａ内に挿入した状態では、切起し片８は少なくとも一部がチューブ挿入溝２ａ内に位置している。この場合、チューブ挿入溝２ａ内に位置する切起し片８の長さを長くすることにより、エッジ部９と板状フィン４間に保水された水（凝縮水、結露水）との接触を多くすることができ、排水性を高めることができる。

上記のように構成することにより、板状フィン２の表面に凝縮し、水滴となった水（凝縮水、結露水）が、扁平チューブ３の上側に位置する板状フィン２間に保水された状態で、切起し片８（流水路１０）のエッジ部９が保水に接触することで、流れ落ちる起点となり、水を流水路１０内に誘引して扁平チューブ３の下方側の板状フィン２に排出することができる。すなわち、図４に示すように、鍔部７に切込みを介して傾斜状に切り起こされる切起し片８の端部に存在する角９ａを有するエッジ部９が保水に接触することで、水（凝縮水、結露水）は切起し片８を挟んで隣接する両流水路１０に流れ落ちる。このようにして各切起し片８の両流水路１０を流れ落ちた水（凝縮水、結露水）は順次下側の扁平チューブ３に形成される切起し片８（流水路１０）を流れて熱交換器１の下部に排出される。

したがって、扁平チューブ３を水平配置した場合でも、十分な排水性を有することができ、通気抵抗を抑制して熱交換効率の向上が図れる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、扁平チューブ３の幅方向の両端部に排水機構を備えた場合である。

すなわち、第２実施形態に係る熱交換器１Ａは、図６及び図７に示すように、扁平チューブ３の幅方向の両端部に鍔部７が延設されると共に、両鍔部７に、上記と同様に、扁平チューブ３の長手方向に適宜ピッチをおいて設けられた切込みを介して切り起こされる複数の傾斜状の切起し片８によって隣接する切起し片８間に流水路１０が形成される。

このように構成することにより、扁平チューブ３の幅方向の両端部すなわち熱交換器１Ａの前面側及び後面側において、板状フィン２の表面に凝縮し、水滴となった水（凝縮水、結露水）が、扁平チューブ３の上側に位置する板状フィン２間に保水された状態で、切起し片８（流水路１０）のエッジ部９が保水に接触することで、流れ落ちる起点となり、水を誘引して扁平チューブ３の下方側の板状フィン２に排出することができる。すなわち、図４に示すように、鍔部７に切込みを介して傾斜状に切り起こされる切起し片８の端部に存在する角９ａを有するエッジ部９が保水に接触することで、水（凝縮水、結露水）は切起し片８を挟んで隣接する両流水路１０に流れ落ちる。このようにして扁平チューブ３の幅方向の両端側に設けられた各切起し片８の両流水路１０を流れ落ちた水（凝縮水、結露水）は、扁平チューブ３の幅方向の両端部すなわち熱交換器１Ａの前面側と後面側の２系統の排水経路より順次下側の扁平チューブ３に形成される切起し片８（流水路１０）を流れて熱交換器１Ａの下部に排出される。

したがって、扁平チューブ３を水平配置した場合でも、更に十分な排水性を有することができ、通気抵抗を抑制して熱交換効率の向上が図れる。

また、第２実施形態によれば、切起し片８間の流水路１０を、扁平チューブの幅方向の両端部に延設される鍔部７に切込みを介して切り起こされる切起し片８にて形成することができるので、鍔加工時に扁平チューブ３に反りが生じ難く、比較的簡単な工法で、反りのない切起し片８（流水路１０）を有する扁平チューブ３を量産することができるので、熱交換器の組付けを容易にすることができる。

＜その他の実施形態＞
上記実施形態では、切起し片８は少なくとも一部がチューブ挿入溝２ａ内に位置している場合について説明したが、切起し片８は少なくとも板状フィン２に接触して板状フィン２の外部に突出されているものであってもよい。

このように構成することにより、板状フィン２間に保水された水（凝縮水、結露水）が、板状フィン２に接触する切起し片８に伝って流れ、切起し片８（流水路１０）のエッジ部９が保水に接触することで、流れ落ちる起点となり、水を流水路１０内に誘引して扁平チューブ３の下方側の板状フィン２に排出することができる。

また、上記第１実施形態では、扁平チューブ３の幅方向の一端部に鍔部７を延設すると共に、扁平チューブ３の長手方向に適宜ピッチをおいて設けられた切込みを介して切り起こされる複数の傾斜状の切起し片８によって隣接する切起し片８間に流水路１０が形成される場合について説明したが、扁平チューブ３の幅方向の両端部に鍔部７を延設し、一方の鍔部７に切起し片８（流水路１０）を形成し、他方の鍔部７には切起し片８（流水路１０）を形成しない構造としてもよい。

また、上記実施形態では、板状フィン２に設けられたチューブ挿入溝２ａに扁平チューブ３を挿入する場合について説明したが、図４Ａに示すように、板状フィン２のチューブ挿入溝２ａにカラー部２ｂを設けて、扁平チューブ３をチューブ挿入溝２ａ及びカラー部２ｂ内に挿入してもよい。このようにすることにより、板状フィン２と扁平チューブ３とを強固にろう付け接合することができる。

１ａ第１のヘッダーパイプ
１ｂ第２のヘッダーパイプ
２板状フィン
２ａチューブ挿入溝
２ｂカラー部
３扁平チューブ
７鍔部
８切起し片
９エッジ部
９ａ角
１０流水路

Claims

上下方向に互いに平行に配列される複数の扁平チューブと、上記扁平チューブと直交する方向に互いに平行に配列される複数の板状フィンと、を具備するフィン・アンド・チューブ型熱交換器であって、
上記板状フィンは、該板状フィンの幅方向の一端が開口して幅方向に延びるチューブ挿入溝が設けられ、
上記扁平チューブは、該扁平チューブの幅方向の少なくとも一端部に扁平チューブに沿って鍔部を延設すると共に、該鍔部に扁平チューブの長手方向に適宜ピッチをおいて設けられた切込みを介して切り起こされる複数の切起し片を形成してなり、
上記扁平チューブを上記板状フィンのチューブ挿入溝内に挿入した状態で、上記切起し片は少なくとも一部が上記チューブ挿入溝内に位置して上記板状フィンに接触すると共に、板状フィンの外部に突出されている、
ことを特徴とするフィン・アンド・チューブ型熱交換器。
請求項１に記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器において、
上記複数の切起し片は互いに平行に配列されて、各切起し片間に流水路が形成されている、ことを特徴とするフィン・アンド・チューブ型熱交換器。
請求項１又は２に記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器において、
上記切起し片が傾斜状に切り起こされている、ことを特徴とするフィン・アンド・チューブ型熱交換器。
請求項１ないし３のいずれかに記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器において、
上記扁平チューブの幅方向の両端部に上記鍔部が延設されると共に、上記チューブ挿入溝内に位置する上記鍔部に上記切起し片が形成されている、ことを特徴とするフィン・アンド・チューブ型熱交換器。
請求項１ないし４のいずれかに記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器において、
上記板状フィンのチューブ挿入溝にカラー部を設け、上記扁平チューブを上記チューブ挿入溝及びカラー部内に挿入した状態で、上記板状フィンと扁平チューブがろう付けされている、ことを特徴とするフィン・アンド・チューブ型熱交換器。