JP2010014330A - 熱交換器、及びその熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】扁平管とフィンとの接触状態が良好で、結露水に対する水はけ性を向上させた熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器１０では、導水フィン１３が、一つの板状素材から波形フィン１２と一体成形され、通風空間の外側で且つ通風空間を通る空気流の下流側に配置されている。上下に隣接する導水フィン１３のうち、上側の導水フィン１３の下部が、下側の導水フィン１３の上部と近接又は接触している。扁平管１１及び波形フィン１２で発生した結露水は、空気流に押されて波形フィン１２と一体の導水フィン１３へ伝わり、そこから下方へ流れる。
【選択図】図５

Description

本発明は、扁平管とフィンとを備えた熱交換器、及びその熱交換器の製造方法に関する。

従来、扁平管の平面部を水平にし、平面部と平面部との間にフィンが波形に折り曲げられた状態で配置されている熱交換器が広く普及している。このような熱交換器では、フィンが扁平管によって分断されているので、結露水が滞留して通風抵抗となる。この結露水の滞留を解消するために、フィンの端部から突出部を空気流の下流側へ突出させ、その突出部に切り欠きを設けた熱交換器が提供されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示されている熱交換器によれば、発生した結露水は、空気流に押されて下流側に集まり、切り欠きを通って下方へ落下する。

しかしながら、特許文献１に記載の熱交換器では、結露水が切り欠きから落下するのは、結露水が自重で落下できる程度の大きさまで成長したときであって、周期的に結露水が熱交換器に滞留することがあり、結露水に対する水はけ性は低い。また、熱交換器の小型化がさらに進む状況下において、熱交換器の小型化は結露水に対する熱交換器の水はけ性を低下させる可能性が高いので、さらなる水はけ性の向上が求められている。

他方、水はけ性を向上させるために、扁平管が水平面に対して傾斜した状態でフィンに貫通する熱交換器も提供されている（特許文献２参照）。特許文献２に開示されている熱交換器によれば、発生した結露水は、傾斜した扁平管の表面を流れるので、滞留して空気抵抗となることはない。

しかしながら、特許文献２に記載の熱交換器では、扁平管がフィンに嵌め込まれるという構成であるので、ロウ付け溶接時にフィンが扁平管の長手方向に逃げ易く、ロウ付け溶接後の扁平管とフィンとの接触状態が不完全となり、熱交換性能が低下する。
実公昭６３−６６３２号公報 特開２００５−１２１３１８号公報

本発明の課題は、扁平管とフィンとの接触状態が良好で、結露水に対する水はけ性を向上させた熱交換器を提供することにある。

第１発明に係る熱交換器は、扁平管と、波形フィンと、導水フィンとを備えている。扁平管は、平面部を上下方向に向けた状態で複数段配列されている。波形フィンは、上下に隣接する扁平管に挟まれた通風空間に波形に折り曲げられた状態で配置されている。導水フィンは、一つの板状素材から波形フィンと一体成形され、通風空間の外側で且つ通風空間を通る空気流の上流側及び／又は下流側に配置されている。

この熱交換器では、扁平管及び波形フィンで発生した結露水は、空気流に押されて波形フィンと一体の導水フィンへ伝わり下方へ流れる。その結果、熱交換器の水はけがよくなる。また、波形フィンは、扁平管の長手方向にそって波形に延びているので、ロウ付け溶接時に、扁平管の長手方向に逃げ難く、ロウ付け溶接後の扁平管と波形フィンとの接触状態がよい。

第２発明に係る熱交換器は、第１発明に係る熱交換器であって、上下に隣接する導水フィンの上側の導水フィンが、下側の導水フィンと近接又は接触している。

この熱交換器では、上側の導水フィンから降下してきた結露水は、降下時の勢い、又は結露水同士の結合によって下側の導水フィンへ移動し下方へ流れるので、熱交換器の水はけがさらによくなる。

第３発明に係る熱交換器の製造方法は、第１発明又は第２発明に係る熱交換器の製造方法であって、波形フィンが、波形に折り曲げられる前の板状素材のとき、波形フィンとなる予定の第１領域と、導水フィンとなる予定の第２領域とを有している。第１領域と第２領域との境界線のうち、波形フィンの谷と隣接する予定の範囲を除いた部分に切り込み線が設けられている。第１領域が波形に折り曲げられるときに、第２領域が第１領域の折り曲げ方向と反対方向に折り曲げられる。

この熱交換器の製造方法では、波形フィン及び導水フィンが折り曲げ後にせん断加工を必要としないので、製造コストの増大が抑制される。また、波形フィンと導水フィンとの一体化により部品点数が削減される。

第４発明に係る熱交換器の製造方法は、第１発明又は第２発明に係る熱交換器の製造方法であって、波形フィンが、波形に折り曲げられる前の板状素材のとき、波形フィンとなる予定の第１領域と、導水フィンとなる予定の第２領域とを有している。第１領域と第２領域との境界線のうち、波形フィンの谷と隣接する予定の範囲を除いた部分に切り込み線が設けられている。第２領域のうち、波形フィンの山と隣接する予定の部分に切り欠きが設けられている。第１領域が波形に折り曲げられるときに、第２領域が第１領域の折り曲げ方向と反対方向に折り曲げられる。

この熱交換器の製造方法では、波形フィン及び導水フィンが折り曲げ後にせん断加工を必要としないので、製造コストの増大が抑制される。また、波形フィンと導水フィンとの一体化により部品点数が削減される。さらに、本来、導水フィンの谷となる部分が切り欠かれているので、結露水が導水フィンに溜まることがない。

第１発明に係る熱交換器では、扁平管及び波形フィンで発生した結露水は、空気流に押されて波形フィンと一体の導水フィンへ伝わり下方へ流れるので、熱交換器の水はけがよくなる。また、波形フィンは、扁平管の長手方向にそって波形に延びているので、ロウ付け溶接時に、扁平管の長手方向に逃げ難く、ロウ付け溶接後の扁平管と波形フィンとの接触状態がよい。

第２発明に係る熱交換器では、上側の導水フィンから降下してきた結露水は、降下時の勢い、又は結露水同士の結合によって下側の導水フィンへ移動し下方へ流れるので、熱交換器の水はけがさらによくなる。

第３発明に係る熱交換器の製造方法では、波形フィン及び導水フィンが折り曲げ後にせん断加工を必要としないので、製造コストの増大が抑制される。また、波形フィンと導水フィンとの一体化により部品点数が削減される。

第４発明に係る熱交換器の製造方法では、本来、導水フィンの谷となる部分が切り欠かれているので、結露水が導水フィンに溜まることがない。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜熱交換器１０の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る熱交換器の正面図であり、図２は、図１のＡ部の拡大斜視図である。図１において、熱交換器１０は、扁平管１１、波形フィン１２、導水フィン１３及びヘッダ１５を備えている。

（扁平管１１）
図２において、扁平管１１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から成形されており、伝熱面となる平面部１１ａと、冷媒が流れる複数の冷媒流路１１ｂを有している。扁平管１１は、平面部１１ａを上下に向けた状態で複数段配列されている。

（波形フィン１２）
図２において、波形フィン１２は、波形に折り曲げられたアルミニウム製またはアルミニウム合金製のフィンである。波形フィン１２は、上下に隣接する扁平管１１に挟まれた通風空間に配置され、谷部１２ｇ及び山部１２ｈとなる折り曲げ部が扁平管１１の平面部１１ａと接触している。なお、谷部１２ｇと山部１２ｈと平面部１１ａとはロウ付け溶接されている。

伝熱面１２ａは、通風空間を通過する空気流Ｂと熱交換する部分であり、効率よく熱交換を行うためのルーバー１２ｃが形成されている。ルーバー１２ｃは、伝熱面１２ａの一方の面から他方の面へ貫通する開口を形成している。説明の便宜上、図２正面視において、伝熱面１２ａの正面側を「第１面」、背面側を「第２面」と呼ぶ。伝熱面１２ａの中央から上流側に位置するルーバー１２ｃ群は、空気流が第２面からから第１面へ流れるように傾いており、伝熱面１２ａの中央から下流側に位置するルーバー１２ｃ群は、空気流が第１面からから第２面へ流れるように傾いている。

（導水フィン１３）
図２において、導水フィン１３は、通風空間の外側に位置し、通風空間から空気流Ｂの下流側へはみ出ている。上下に隣接する導水フィン１３のうち、上側の導水フィン１３の下部は、下側の導水フィン１３の上部に近接又は接触している。

図３は、波形フィン及び導水フィンの斜視図である。図３において、波形フィン１２の谷部１２ｇと導水フィンの山部１３ｈとは隣接しており、本実施形態では、波形フィン１２と導水フィン１３とは同一板状素材から一体成形されているので、波形フィン１２の谷部１２ｇと導水フィンの山部１３ｈとがなめらかに繋がっている。

（波形フィン１２と導水フィン１３の製造方法）
図４は、波形フィン及び導水フィンの折り曲げ前の板状素材の平面図である。なお、図４では、波形フィン１２のルーバー１２ｃの記載が省略されている。図４において、波形フィン１２及び導水フィン１３の折り曲げ前の板状素材は、波形フィン１２となる予定の第１領域１２１と、導水フィン１３となる予定の第２領域とを有している。この状態では、波形フィン１２の谷部１２ｇとなる第１谷予定域１２１ｇと、導水フィン１３の山部１３ｈとなる予定の第２山予定域１２２ｈとが隣接し、波形フィン１２の山部１２ｈとなる第１山予定域１２１ｈと、導水フィン１３の谷部１３ｇとなる予定の第２谷予定域１２２ｇとが隣接している。第１領域１２１と第２領域１２２との境界線上には、切り込み線１２３が設けられている。但し、第１谷予定域１２１ｇと第２山予定域１２２ｈとの境界線上には、切り込み線１２３は設けられていない。

上記の板状素材の折り曲げは、第１谷予定域１２１ｇの両側が上方に向って折れ、第２山予定域１２２ｈの両側が下方に向って折れるように行われる。このとき、第１山予定域１２１ｈが上方に向って移動し、第２谷予定域１２２ｇは下方に向って移動する。これによって、波形フィン１２の谷部１２ｇと導水フィン１３の山部１３ｈとが繋がった一体物が完成する。なお、図４の破線Ｘは、折り曲げ予定位置を示している。

（ヘッダ１５）
図１において、ヘッダ１５は、上下方向に複数段配列された扁平管１１の両端に連結されている。説明の便宜上、図１の正面視右側のヘッダを「第１ヘッダ１５１」と呼び、左側のヘッダを「第２ヘッダ１５２」と呼ぶ。第１ヘッダ１５１及び第２ヘッダ１５２は、扁平管１１を支持する機能と、冷媒を扁平管１１の冷媒流路１１ｂに導く機能と、冷媒流路１１ｂから出てきた冷媒を集合させる機能とを有している。

（冷媒の流れ）
図１、図２において、第１ヘッダ１５１の入口１５１ａから流入した冷媒は、最上段の扁平管１１の各冷媒流路１１ｂへほぼ均等に分配され第２ヘッダ１５２に向って流れる。第２ヘッダ１５２に達した冷媒は、２段目の扁平管１１の各冷媒流路１１ｂへ均等に分配され第１ヘッダ１５１へ向って流れる。以降、奇数段目の扁平管１１内の冷媒は、第２ヘッダ１５２へ向って流れ、偶数段目の扁平管１１内の冷媒は、第１ヘッダ１５１に向って流れる。そして、最下段で且つ偶数段目の扁平管１１内の冷媒は、第１ヘッダ１５１に向って流れ、第１ヘッダ１５１で集合し出口１５１ｂから流出する。

なお、冷媒の流れ方は、用途又は冷媒の圧力損失の程度に応じて変更される。例えば、冷媒が複数の扁平管１１内を同時に同方向へ流れるようにして冷媒の圧力損失を抑えてもよい。以下、再度、図１を参照しながら、冷媒の他の流れ方を説明する。

先ず、第１ヘッダ１５１の入口１５１ａから流入した冷媒は、最上段及び第２段目の扁平管１１の各冷媒流路１１ｂへほぼ均等に分配され第２ヘッダ１５２に向って流れる。第２ヘッダ１５２に達した冷媒は、第３段目及び第４段目の扁平管１１の各冷媒流路１１ｂへ均等に分配され第１ヘッダ１５１に向って流れる。第１ヘッダ１５１に達した冷媒は第５段目及び第６段目の扁平管１１の各冷媒流路１１ｂへほぼ均等に分配され第２ヘッダ１５２に向って流れる。第２ヘッダ１５２に達した冷媒は、第７段目及び第８段目の扁平管１１の各冷媒流路１１ｂへほぼ均等に分配されヘッダ１５１に向って流れる。そして、第１ヘッダ１５１で集合した冷媒は出口１５１ｂから流出する。これによって、１つに冷媒流路１１ｂを通る冷媒の流速が低くなり、冷媒の圧力損失が軽減される。

熱交換器１０が蒸発器として機能するとき、冷媒流路１１ｂを流れる冷媒は、波形フィン１２を介して通風空間を流れる空気流から吸熱する。熱交換器１０が凝縮器として機能するときは、冷媒流路１１ｂを流れる冷媒は、波形フィン１２を介して通風空間を流れる空気流へ放熱する。

（結露水の流れ）
一般に、扁平管１１が平面部１１ａを上下に向けて配列されているとき、熱交換器表面の水はけが悪く、蒸発器として利用した場合、滞留した結露水が空気流の抵抗となり熱交換性能が低下することがある。しかし、本実施形態の熱交換器１０では、導水フィン１３があるので結露水は滞留することがない。以下、結露水の流れについて図面を用いて説明する。

図５は、図１の熱交換器を扁平管の長手方向と垂直な平面で切断したときの部分断面図である。図５において、波形フィン１２の伝熱面１２ａで発生した結露水Ｗは、重力によって伝熱面１２ａを降下しながら、空気流Ｂに押されて下流側へ移動する。途中で扁平管１１の平面部１１ａへ落ちた結露水および平面部１１ａで発生した結露水も、空気流Ｂに押され平面部１１ａに沿って下流側へ移動する。また、波形フィン１２の谷部１２ｇ（図３参照）へ降下した結露水も、空気流Ｂに押され谷部１２ｇに沿って下流側へ移動する。また、波形フィン１２の谷部１２ｇと扁平管１１の平面部１１ａとの隙間に侵入した結露水は、その隙間による毛細管現象によって隙間に沿って下流側へ移動する。

波形フィン１２の下流側に達した結露水は、空気流Ｂに押されて導水フィン１３の山部１３ｈ（図３参照）へ移動し、導水フィン１３の鉛直面に沿って下方に移動する。その結果、導水フィン１３がないものに比べて水はけがよくなる。

＜特徴＞
（１）
熱交換器１０では、導水フィン１３が、一つの板状素材から波形フィン１２と一体成形され、通風空間の外側で且つ通風空間を通る空気流の下流側に配置されている。上下に隣接する導水フィン１３のうち、上側の導水フィン１３の下部が、下側の導水フィン１３の上部と近接又は接触している。扁平管１１及び波形フィン１２で発生した結露水は、空気流に押されて波形フィン１２と一体の導水フィン１３へ伝わり、そこから下方へ流れる。したがって、水はけがよい。また、波形フィン１２は、扁平管１１の長手方向にそって波形に延びているので、ロウ付け溶接時に、扁平管１１の長手方向に逃げ難く、ロウ付け溶接後の扁平管１１と波形フィン１２との接触状態がよい。

（２）
熱交換器１０では、波形フィン１２が、波形に折り曲げられる前の板状素材のとき、波形フィン１２となる予定の第１領域１２１と、導水フィン１３となる予定の第２領域１２２とを有している。第１領域１２１と第２領域１２２との境界線のうち、波形フィン１２の谷部１２ｇと隣接する予定の範囲を除いた部分に切り込み線１２３が設けられている。第１領域１２１が波形に折り曲げられるときに、第２領域１２２が第１領域１２１の折り曲げ方向と反対方向に折り曲げられる。その結果、波形フィン１２の谷部１２ｇと導水フィン１３の山部１３ｈとが繋がった状態となり、波形フィン１２で発生した結露水が導水フィン１３へ移動し易くなる。また、波形フィン１２及び導水フィン１３は折り曲げ後にせん断加工を必要としないので、製造コストの増大が抑制される。

＜変形例＞
図６は、変形例に係る波形フィン及び導水フィンの斜視図であり、図７は、変形例に係る波形フィン及び導水フィンの折り曲げ前の板状素材の平面図である。なお、上記実施形態と同一の部分には同一符号を付与して説明を省略する。図６、図７において、導水フィン１３の谷部、即ち上記実施形態の谷部１３ｇ（図３参照）に相当する部分が切断されている。

図７に示すように、変形例に係る波形フィン及び導水フィンの折り曲げ前の板状素材では、第１領域１２１と第２領域１２２との境界線上には、切り込み線１２３が設けられている。但し、第１谷予定域１２１ｇと第２山予定域１２２ｈとの境界線上には、切り込み線１２３は設けられていない。さらに、導水フィン１３の谷部となる予定の領域、即ち、上記実施形態の第２谷予定域１２２ｇ（図４参照）に相当する領域に切り欠き１２４が設けられている。

上記の板状素材の折り曲げは、第１谷予定域１２１ｇの両側が上方に向って折れ、第２山予定域１２２ｈの両側が下方に向って折れるように行われる。このとき、第１山予定域１２１ｈが上方に向って、切り欠き１２４は下方に向って移動する。これによって、谷部が切断された導水フィン１３が形成され、波形フィン１２の谷部１２ｇと導水フィン１３の山部１３ｈとが繋がった一体物が完成する。

＜変形例の特徴＞
変形例に係る熱交換器１０では、導水フィン１３の鉛直面に沿って降下してきた結露水が、塞き止められることがなく容易に下方の導水フィン１３へ移動することができる。

＜他の実施形態＞
上記実施形態及び変形例では、導水フィン１３が、上下に隣接する扁平管１１に挟まれた通風空間から空気流Ｂの下流側にはみ出ているが、これに限定されるものではなく、通風空間から空気流Ｂの上流側にはみ出てもよい。

図８は、空気流の上流側及び下流側に導水フィンを備えた熱交換器の部分断面図である。図８において、導水フィン１３は、結露水を下方に流すだけでなく、熱交換用フィンとしての機能が高まる。

図９は、扁平管を空気流の方向に複数列で複数段配列した熱交換器の部分断面図である。図９において、扁平管１１は空気流Ｂの方向に２列あり、上下方向に複数段配列されている。導水フィン１３は、１列目の上下に隣接する扁平管１１に挟まれた通風空間の上流側、２列目の上下に隣接する扁平管１１に挟まれた通風空間の下流側、及び１列目の通風空間と２列目の通風空間との間に配置されている。

この熱交換器１０では、導水フィン１３が、１列目の通風空間と２列目の通風空間との間に配置されているので、１列目の扁平管１１及び波形フィン１２で発生した結露水は、空気流Ｂに押されて下流側へ進む途中で導水フィン１３に到達して下方へ流れる。その結果、結露水が熱交換器１０の中央部分で滞留することがない。

以上のように、本発明に係る熱交換器は、扁平管が上下方向に複数段配列された場合でも結露水に対して水はけがよいので、空調機の熱交換器及び自動車のラジエターに有用である。

本発明の一実施形態に係る熱交換器の正面図。 図１のＡ部の拡大斜視図。 波形フィン及び導水フィンの斜視図。 波形フィン及び導水フィンの折り曲げ前の板状素材の平面図。 図１の熱交換器を扁平管の長手方向と垂直な平面で切断したときの部分断面図。 変形例に係る波形フィン及び導水フィンの斜視図。 変形例に係る波形フィン及び導水フィンの折り曲げ前の板状素材の平面図。 空気流の上流側及び下流側に導水フィンを備えた熱交換器の部分断面図。 扁平管を空気流の方向に複数列で複数段配列した熱交換器の部分断面図。

符号の説明

１０ 熱交換器
１１ 扁平管
１１ａ 平面部
１２ 波形フィン
１２ｇ 波形フィンの谷部
１２ｈ 波形フィンの山部
１３ 導水フィン
１２１ 第１領域
１２２ 第２領域
１２３ 切り込み線
１２４ 切り欠き

Claims (4)

1. 平面部（１１ａ）を上下方向に向けた状態で複数段配列される扁平管（１１）と、
   上下に隣接する前記扁平管（１１）に挟まれた通風空間に、波形に折り曲げられた状態で配置される波形フィン（１２）と、
   一つの板状素材から前記波形フィン（１２）と一体成形され、前記通風空間の外側で且つ前記通風空間を通る空気流の上流側及び／又は下流側に配置される導水フィン（１３）と、
   を備えた、
   熱交換器（１０）。
2. 上下に隣接する前記導水フィン（１３）の上側の前記導水フィン（１３）が、下側の前記導水フィン（１３）と近接又は接触している、
   請求項１に記載の熱交換器（１０）。
3. 請求項１又は請求項２に記載の熱交換器（１０）の製造方法であって、
   前記波形フィン（１２）は、前記波形に折り曲げられる前の前記板状素材のとき、
   前記波形フィン（１２）となる予定の第１領域（１２１）と、
   前記導水フィン（１３）となる予定の第２領域（１２２）と、
   を有し、
   前記第１領域（１２１）と前記第２領域（１２２）との境界線のうち、前記波形フィン（１２）の谷（１２ｇ）と隣接する予定の範囲を除いた部分に切り込み線（１２３）が設けられ、
   前記第１領域（１２１）が前記波形に折り曲げられるときに、前記第２領域（１２２）が前記第１領域（１２１）の折り曲げ方向と反対方向に折り曲げられる、
   熱交換器（１０）の製造方法。
4. 請求項１又は請求項２に記載の熱交換器（１０）の製造方法であって、
   前記波形フィン（１２）は、前記波形に折り曲げられる前の前記板状素材のとき、
   前記波形フィン（１２）となる予定の第１領域（１２１）と、
   前記導水フィン（１３）となる予定の第２領域（１２２）と、
   を有し、
   前記第１領域（１２１）と前記第２領域（１２２）との境界線のうち、前記波形フィン（１２）の谷（１２ｇ）と隣接する予定の範囲を除いた部分に切り込み線（１２３）が設けられ、
   前記第２領域（１２２）のうち、前記波形フィン（１２）の山（１２ｈ）と隣接する予定の部分に切り欠き（１２４）が設けられ、
   前記第１領域（１２１）が前記波形に折り曲げられるときに、前記第２領域（１２２）が前記第１領域（１２１）の折り曲げ方向と反対方向に折り曲げられる、
   熱交換器（１０）の製造方法。
   

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