JP6636110B1 - 熱交換器、拡管部材、および熱交換器を備えた空気調和機 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1には、扁平多孔伝熱管が板状フィンを貫通するように取り付けられ、流体によって扁平多孔伝熱管の内圧を高めて伝熱管を拡管することにより、伝熱管とフィンとを接合する方法が記載されている。特許文献1の扁平多孔伝熱管は、伝熱管内の隔壁は屈曲または湾曲した形状であり、隔壁が直線状に伸ばされることで伝熱管が拡管される。
しかしながら、扁平多孔伝熱管の形状によっては、拡管した際のフィンと伝熱管との接触面圧が不均一となり、フィンと扁平多孔伝熱管との接触熱抵抗が増加して、高い熱交換性能を実現できない問題がある。
本発明の目的は、上記の問題を解決し、高い熱交換性能を実現する熱交換器等を提供することにある。
また、本発明の空気調和機は、前記熱交換器を備えるようにした。
図1は、実施形態の熱交換器の要部を示す図である。実施形態の熱交換器は、空気調和機の凝縮器あるいは蒸発器として機能し、室内熱交換器あるいは室外熱交換器のいずれかとして使用される。
図2は、扁平多孔伝熱管1の長手方向の断面を示している。
扁平多孔伝熱管1は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から成り、管断面の長軸方向(管の幅方向)に設けられた複数の隔壁3により分割された複数の冷媒流路2が設けられている。詳細は後述するが、製造時に、扁平多孔伝熱管1は、屈曲あるいは湾曲した形状の隔壁3と管壁4で囲まれた冷媒流路2に高圧の圧縮流体を供給されて、隔壁3を伸ばすように変形することで、管断面の短軸方向(管の厚み方向)に拡管する。
なお、本実施形態の扁平多孔伝熱管1は、幅方向の央部の流路幅が、他部分の流路幅のいずれよりも狭くなるように隔壁を配置しているとともに、他部分の流路幅について、央部を挟んで一端側に位置する他部分についても他端側に位置する他部分についても、その最大と最小の流路幅の比が1.16以下のほぼ同じ幅になるように隔壁を配置している。
また、拡管して扁平多孔伝熱管1とする前の扁平多孔伝熱管1(すなわち拡管部材)としては、幅方向の央部の隔壁同士の間隔が、央部を挟んで一端側に位置する他部分と他端側に位置する他部分の隔壁同士の間隔のいずれよりも狭くなるように隔壁を配置しているとともに、一端側の他部分についても他端側の他部分についても、それぞれ該他部分における隔壁同士の間隔が、その最大と最小の間隔の比が1.16以下のほぼ同じ幅になるように隔壁を配置している。
図3は、板状フィン10の外観を示す図である。
板状フィン10は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から成り、外表面に親水性皮膜処理が施されている。
挿入孔11は、拡管前の扁平多孔伝熱管1を挿入するために、0〜150μm程度のクリアランスをもって形成する。
図4は、実施形態の熱交換器の製造フローを示す図である。
ステップS41で、アルミニウムまたはアルミニウム合金素材からなるアルミ板に親水性皮膜処理を施し、ステップS42で、所定の形状にプレス加工して板状フィン10を製造する。
そして、ステップS44で、複数の扁平多孔伝熱管1を所定の間隔で整列する。
ステップS47で、ヘッダを介して圧縮流体を扁平多孔伝熱管1に供給することで、冷媒流路2の内圧を高めて扁平多孔伝熱管1を加圧して、扁平多孔伝熱管1を拡管し、板状フィン10と扁平多孔伝熱管1とを接合する。
実施形態の熱交換器では、上記の製造方法により、後述する接触熱抵抗が小さくなるようした扁平多孔伝熱管1を拡管して機械的に板状フィン10と接合しているので、予め板状フィン10の親水性被膜処理を行うことができ、熱交換器の製造が容易になる。
図5は、扁平多孔伝熱管1の断面を示す図である。
扁平多孔伝熱管1の拡管では、山形に屈曲した隔壁3が直線に延ばされて、断面の短軸方向(管の厚み方向)の寸法が大きくなる。この断面の短軸方向(管の厚み方向)の寸法増加量が拡管量となる。
このため、隔壁3が均等間隔の場合には、拡管量は断面の長軸方向に分布をもつ。具体的には、扁平多孔伝熱管1の端部に向かって拡管量が小さくなる
上述のとおり、扁平多孔伝熱管1の端部は央部に比べて拡管しづらく、端部の隔壁3の間隔を広げることが望ましいが、挿入孔11の長さ方向の端部は剛性が高いため、均一な接触面圧を得るには拡管量に上限がある。つまり、扁平多孔伝熱管1の端部における隔壁3の間隔の長さには、上限がある。
なお、隔壁3はくの字形状が伸びるように変形するので、隔壁3の間隔は、拡管前後で変化することはない。
図6は、扁平多孔伝熱管1の管内に設けられた隔壁3の間隔(Lc、L1、L2、LT)が異なる例ごとの、端部と央部の隔壁3の間隔比(LT/Lc)、扁平多孔伝熱管1の平面度(ΔYmax−ΔYmin)並びに挿入孔11における扁平多孔伝熱管1の接合性を示している。
間隔Lcは、扁平多孔伝熱管1の中央に最も近い流路の隔壁間の距離(管壁4のおける長さ)を示している。
間隔LTは、扁平多孔伝熱管1の端部流路の隔壁と管端部の間における直線部の距離を示している。
間隔L1、L2、は、扁平多孔伝熱管1の中央流路に隣接する流路から端部に向かって隣接する流路の隔壁間の距離を示している。
本明細書では、隔壁3の間隔(Lc、L1、L2、LT)を流路幅と称することがある。
ΔYmax、ΔYminは、扁平多孔伝熱管1の片側の拡管幅の最大値と最小値を示し、その差分を平面度としている。平面度が小さい方が平坦であることを示している。
比較例1の扁平多孔伝熱管1は、拡管されたとき、央部流路の管壁4が大きく膨張して平面度は大きくなる。
扁平多孔伝熱管1を拡管して管壁4の外面とフィンカラー12とを密着させることで高熱交換性能が得られるため、拡管により管壁4の外面が波型あるいは凹凸に変化することは好ましくなく、扁平多孔伝熱管1とフィンカラー12との接合性は不十分(×印)となる。
この場合には、拡管後の中央流路の管壁4が大きく膨張して、平面度は大きくなり、扁平多孔伝熱管1とフィンカラー12との接合性は不十分(×印)となる。
この場合には、拡管後、冷媒流路2の管壁4は、およそ均等に膨張し、平面度は小さくなる。これにより、扁平多孔伝熱管1とフィンカラー12との接合性は優良(◎印)となり、熱交換性の高い熱交換器が得られる。
この場合にも、拡管後、冷媒流路2の管壁4は、およそ均等に膨張し、平面度は小さくなる。これにより、扁平多孔伝熱管1とフィンカラー12との接合性は優良(◎印)となり、熱交換性の高い熱交換器が得られる。
この場合にも、拡管後、冷媒流路2の管壁4は、およそ均等に膨張し、平面度は小さくなる。これにより、扁平多孔伝熱管1とフィンカラー12との接合性は優良(◎印)となり、熱交換性の高い熱交換器が得られる。
この場合には、拡管後の端部流路の管壁4が膨張する一方で、中央流路の管壁4は拡管せず、平面度は小さくなり、扁平多孔伝熱管1とフィンカラー12との接合性は良好(○印)となる。
詳細には、冷媒流路2の管内面における扁平部に、扁平多孔伝熱管1の長手方向に延在し放熱フィンとなる突起部13が形成され、冷媒との熱伝達率を向上して、扁平多孔伝熱管1の熱交換性能を高める。
なお、突起部13の断面形状は三角形に限定されず、円弧状の形態、四角形であってもよいことは言うまでもない。
2 冷媒流路
3 隔壁
4 管壁
10 板状フィン
11 挿入孔
12 フィンカラー
Claims (9)
- 少なくとも4つの隔壁により幅方向に管内が分割されて略平行な冷媒流路を有する扁平多孔伝熱管と、
前記扁平多孔伝熱管を拡管接合する挿入孔を有するフィンと、
前記扁平多孔伝熱管の端部のそれぞれで前記冷媒流路を連通するヘッダと、
を備える熱交換器であって、
前記扁平多孔伝熱管は、幅方向の央部の流路幅が、他部分の流路幅のいずれよりも狭くなるように前記隔壁を配置しているとともに、
前記他部分の流路幅について、前記央部を挟んで一端側に位置する前記他部分についても他端側に位置する前記他部分についても、その最大と最小の流路幅の比が1.16以下のほぼ同じ幅になるように前記隔壁を配置している
熱交換器。 - 請求項1に記載の熱交換器において、
前記扁平多孔伝熱管は、幅方向の両端の流路幅Ltと幅方向の央部の流路幅Lcとが、1.31≦(Lt/Lc)≦1.67になるように前記隔壁を配置している
熱交換器。 - 請求項1又は2に記載の熱交換器において、
前記隔壁は、前記扁平多孔伝熱管の幅方向の垂直軸に線対称に配置される
熱交換器。 - 請求項1から3のいずれかに記載の熱交換器において、
前記扁平多孔伝熱管の冷媒流路の内面には、管の長手方向に突起部が延在している
熱交換器。 - 請求項4に記載の熱交換器において、
前記突起部は、央部以外の冷媒流路に設けられている
熱交換器。 - 請求項1から5のいずれかに記載の熱交換器において、
前記挿入孔の孔幅は一定である
熱交換器。 - 請求項1から6のいずれかに記載の熱交換器において、
前記フィンは表面を親水性被膜処理したアルミニウムまたはアルミニウム合金から成り、
前記扁平多孔伝熱管はアルミニウムまたはアルミニウム合金から成る
熱交換器。 - 請求項1から7のいずれかに記載の熱交換器における前記扁平多孔伝熱管を形成するための拡管部材であって、
該拡管部材における隔壁は、屈曲または湾曲の断面形状を呈し、
幅方向の央部の前記隔壁同士の間隔が、前記央部を挟んで一端側に位置する他部分と他端側に位置する他部分の前記隔壁同士の間隔のいずれよりも狭くなるように前記隔壁を配置しているとともに、
前記一端側の他部分についても前記他端側の他部分についても、それぞれ該他部分における前記隔壁同士の間隔が、その最大と最小の間隔の比が1.16以下のほぼ同じ幅になるように前記隔壁を配置している
拡管部材。 - 請求項1から7のいずれかに記載の熱交換器を備えた
空気調和機。
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