JP2010038439A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】パラレルフロー型熱交換器のコルゲートフィンの端がヘッダパイプよりもはみ出していたとしても、そのはみ出し部分同士の接触を避けられるようにする。
【解決手段】熱交換器１は、間隔を置いて平行に配置された２本のヘッダパイプ２、３と、ヘッダパイプ２、３の間にパイプ長さ方向に間隔を置いて並ぶ形で複数配置され、内部に設けた垂直な冷媒通路５をヘッダパイプの内部に連通させた偏平チューブ４と、偏平チューブ４間に配置されたコルゲートフィン６を備える。コルゲートフィン６の風上側端部６ａＵと風下側端部６ａＤの少なくとも一方は、ヘッダパイプ２、３に同時に接する接線からはみ出す。このはみ出し端部同士が接触するのを防ぐスペーサ１０Ｕ、１０Ｄ、１１Ｕ、１１Ｄがヘッダパイプ２、３の側面に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明はパラレルフロー型の熱交換器に関する。

複数のヘッダパイプの間に複数の偏平チューブを配置して偏平チューブ内部の冷媒通路をヘッダパイプの内部に連通させるとともに、偏平チューブ間にコルゲートフィン等のフィンを配置したパラレルフロー型の熱交換器はカーエアコンや建物用空気調和機の室外側ユニットなどに広く利用されている。その例を特許文献１に見ることができる。

従来のパラレルフロー型熱交換器の一例を図１４に示す。熱交換器１は、２本の水平なヘッダパイプ２、３を上下に間隔を置いて平行に配置し、ヘッダパイプ２、３の間に垂直な偏平チューブ４を、パイプ長さ方向に間隔を置いて並ぶ形で複数配置する。偏平チューブ４はアルミニウム等熱伝導の良い金属を押出成型した細長い成型品であり、内部には冷媒を流通させる冷媒通路５が形成されている。偏平チューブ４は押出成型方向を垂直にする形で配置されるので、冷媒通路５の冷媒流通方向も垂直になる。各冷媒通路５はヘッダパイプ２、３の内部に連通する。なお図１４において紙面上側が垂直方向の上側、紙面下側が垂直方向の下側であり、上側のヘッダパイプ２と下側のヘッダパイプ３の間に複数の偏平チューブ４が長手方向を垂直にして所定ピッチで配置された構成となっている。

ヘッダパイプ２、３と偏平チューブ４は溶着、ロウ付けなどにより固定される。冷媒通路５は図１４の奥行き方向に複数個並び、そのため偏平チューブ４はハーモニカのような断面を呈している。偏平チューブ４同士の間にはコルゲートフィン６が配置される。偏平チューブ４とコルゲートフィン６は溶着、ロウ付けなどにより固定される。偏平チューブ４の他、ヘッダパイプ２、３及びコルゲートフィン６も熱伝導の良い金属からなる。

ヘッダパイプ２、３の間に多数の偏平チューブ４を設け、偏平チューブ４間にコルゲートフィン６を設けた構造であるから、熱交換器１の放熱（吸熱）面積は大きく、効率的に熱交換を行うことができる。下側のヘッダパイプ（下部ヘッダパイプと称することもある）３の一端には冷媒流入口７が設けられ、上側のヘッダパイプ（上部ヘッダパイプと称することもある）２の一端には、冷媒流入口７と対角をなす位置に冷媒流出口８が設けられている。
特開２００４−１７７０８２号公報

パラレルフロー型熱交換器では、コルゲートフィンの面積を大きくとるため、風の流れ方向におけるコルゲートフィンの長さを大きくすることがある（特許文献１にもそのような例が記載されている）。その結果、風の流れ方向におけるコルゲートフィンのどちらか一方の端、あるいは両方の端が、ヘッダパイプよりもはみ出す、正確に言えば、上下のヘッダパイプ（上下１本ずつのヘッダパイプが設けられている構成の場合）に同時に接する接線からはみ出すことがある。

パラレルフロー型熱交換器を工業的に量産する場合、製造過程あるいは完成品の梱包過程で、パラレルフロー型熱交換器同士を空気出入面同士が向かい合う形で重ねることがあるが、そのようにすると、ヘッダパイプよりもはみ出したコルゲートフィンの端同士が接触し、接触部分が折れ曲がったりつぶれたりして空気流通路が閉じられてしまうということが発生し得る。この問題は、ヘッダパイプの直径を大きくしてコルゲートフィンがはみ出さないようにすれば解決できるが、ヘッダパイプの直径を大きくすると、各偏平チューブへの冷媒の分流が不均衡になる、あるいは熱交換器の寸法がそれだけ大きくなり、熱交換器の小型化の障害になるなど、別の問題が発生する。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、パラレルフロー型熱交換器のコルゲートフィンの端がヘッダパイプよりもはみ出していたとしても、そのはみ出し部分同士の接触を避けられるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、間隔を置いて平行に配置された複数のヘッダパイプと、前記複数のヘッダパイプの間にパイプ長さ方向に間隔を置いて並ぶ形で複数配置され、内部に設けた冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた偏平チューブと、前記偏平チューブ間に配置されたコルゲートフィンとを備えた熱交換器において、前記コルゲートフィンの風上側端部と風下側端部の少なくとも一方は前記複数のヘッダパイプに同時に接する接線からはみ出しており、前記ヘッダパイプの側面には、熱交換器同士を空気出入面同士が向かい合う形で重ねたときに前記コルゲートフィンのはみ出し端部同士が接触するのを防ぐスペーサが形成されていることを特徴としている。

この構成によると、パラレルフロー型熱交換器同士を空気出入面同士が向かい合う形で重ねたとき、双方の熱交換器のコルゲートフィンのはみ出し端部同士はヘッダパイプに形成したスペーサにより接触を阻止されるから、コルゲートフィンが折れ曲がったりつぶれたりして空気流通路が閉じられてしまうということを気に掛けることなく、安心して熱交換器を積み重ねることができる。

上記構成の熱交換器において、２個の熱交換器を空気出入面同士が向かい合う形で重ねたとき、一方の熱交換器の前記スペーサと他方の熱交換器の前記スペーサとの間に凹凸係合が生じ、前記空気出入面と平行する方向における熱交換器同士の相対移動が阻止されることが好ましい。

このような構成にすれば、スペーサ同士の係合が外れて熱交換器同士が接近し、コルゲートフィンのはみ出し端部同士が衝突して変形が生じるという事故を防止できる。

本発明によると、コルゲートフィンの端がヘッダパイプよりもはみ出しているパラレルフロー型熱交換器同士を空気出入面同士が向かい合う形で重ねたとしても、コルゲートフィンのはみ出し端部同士が接触することはないから、コルゲートフィンが折れ曲がったりつぶれたりして空気流通路が閉じられてしまうということを気にしないで熱交換器を積み重ねることができる。

以下本発明の第１実施形態を図１から図３に基づき説明する。図１はパラレルフロー型熱交換器の正面図、図２はパラレルフロー型熱交換器の垂直断面図、図３は２個のパラレルフロー型熱交換器を空気出入面同士が向かい合う形で重ねた状態を示す垂直断面図である。図２、３の断面方向は図１４の断面方向と直角である。なお、図１４に示した従来構造の熱交換器と機能的に共通する要素には図１４で用いたのと同じ符号を付し、説明は省略する。第２実施形態以下の実施形態についても同様とする。

熱交換器１のコルゲートフィン６は、それを通過する気流（図２に矢印で気流方向を示す）の風上側端部６ａＵが、ヘッダパイプ２、３の風上側側面同士に同時に接する接線Ｌ１からはみ出している。また風下側端部６ａＤが、ヘッダパイプ２、３の風下側側面同士に同時に接する接線Ｌ２からはみ出している。以後、風上側端部６ａＵを「はみ出し端部６ａＵ」と称し、風下側端部６ａＤを「はみ出し端部６ａＤ」と称することもある。

ヘッダパイプ２、３には、それぞれ風上側側面にスペーサ１０Ｕ、１１Ｕが形成され、風下側側面にスペーサ１０Ｄ、１１Ｄが形成されている。図１にはスペーサ１０Ｕ、１１Ｕのみ示すが、それらはほぼ直方体形状の部材であって、偏平チューブ４の列の左端から右端までをカバーする長さとなっている。スペーサ１０Ｄ、１１Ｄも同様の形状である。

スペーサ１０Ｕ、１１Ｕのヘッダパイプ２、３からの突出長さは、コルゲートフィン６のはみ出し端部６ａＵが接線Ｌ１からはみ出している長さよりも長い。スペーサ１０Ｄ、１１Ｄのヘッダパイプ２、３からの突出長さは、コルゲートフィン６のはみ出し端部６ａＤが接線Ｌ２からはみ出している長さよりも長い。スペーサ１０Ｕ、１０Ｄ、１１Ｕ、１１Ｄは、ヘッダパイプ２、３に別体の部品を溶接またはロウ付けで取り付けてもよく、ヘッダパイプ２、３に一体成型してもよい。一体成型することとすれば、別部品であるスペーサをヘッダパイプに溶接やロウ付けで取り付ける手間が不要となり、取り付け時に位置ずれが生じることもなくなり、好ましい。

２個の熱交換器１を、空気出入面（熱交換器１の中で、気流が流入する面または気流が流出する面をこのように称する。コルゲートフィン６のはみ出し端部６ａＵに接し、はみ出し端部６ａＵによって領域を定められる平面、またははみ出し端部６ａＤに接し、はみ出し端部６ａＤによって境界を定められる平面にほぼ等しい）同士が向かい合う形で重ねた状態を示すのが図３である。図３において左側に位置する熱交換器１のスペーサ１０Ｄ、１１Ｄと、右側に位置する熱交換器１のスペーサ１０Ｕ、１１Ｕが接触しているが、コルゲートフィン６同士は接触していない。従って、コルゲートフィン６同士の接触でコルゲートフィン６が折れ曲がったりつぶれたりし、フィンとフィンの隙間の空気流通路が閉じられてしまうという事態を招くことがない。

図３において、例えば右側に位置する熱交換器１の向きを反転し、左側の熱交換器１のスペーサ１０Ｄ、１１Ｄに右側の熱交換器１のスペーサ１０Ｄ、１１Ｄが接触する形にしたとしても支障はない。また熱交換器１の重ね合わせ個数は２個に限定されない。何個重ねてもよい。空気出入面を水平にして、縦方向に積み重ねることもできる。

続いて本発明の第２実施形態を図４から図６に基づき説明する。図４はパラレルフロー型熱交換器の正面図、図５はパラレルフロー型熱交換器の垂直断面図、図６は２個のパラレルフロー型熱交換器を空気出入面同士が向かい合う形で重ねた状態を示す垂直断面図である。

第２実施形態では、スペーサ１０Ｕ、１１Ｕのそれぞれ両端近くに計４個の凹部１２が形成されている。スペーサ１０Ｄ、１１Ｄには、凹部１２に対応する箇所に凸部１３が形成されている。凹部１２は円筒形であり、凸部１３も凹部１２に嵌合する大きさの円筒形となっている。

２個の熱交換器１を、空気出入面同士が向かい合う形で、且つ一方の熱交換器１の凹部１２と他方の熱交換器１の凸部１３が対をなすようにして重ねると、図６に示すように凹部１２に凸部１３が嵌合する。これにより、図６において左側に位置する熱交換器１のスペーサ１０Ｄ、１１Ｄと、右側に位置する熱交換器１のスペーサ１０Ｕ、１１Ｕとの間に凹凸係合が生じることになる。その結果、空気出入面と平行する方向における熱交換器１同士の相対移動が阻止されるから、スペーサ同士の係合が外れて熱交換器１同士が接近し、コルゲートフィン６のはみ出し端部同士が衝突して変形が生じるという事故を防止できる。

続いて本発明の第３実施形態を図７から図９に基づき説明する。図７はパラレルフロー型熱交換器の正面図、図８はパラレルフロー型熱交換器の垂直断面図、図９は２個のパラレルフロー型熱交換器を空気出入面同士が向かい合う形で重ねた状態を示す垂直断面図である。

第３実施形態は、スペーサ同士の間に凹凸係合を生じさせる点では第２実施形態と同じであるが、それを実現する構造が異なる。すなわち第３実施形態では、偏平チューブ４の列の左端から右端までカバーする長いスペーサの代わりに、偏平チューブ４の列の左端近くと右端近くにそれぞれ短いスペーサを形成する。図７に示す通り、ヘッダパイプ２の風上側側面の両端近くに２個のスペーサ１０Ｕが形成され、ヘッダパイプ３の風上側側面の両端近くに２個のスペーサ１１Ｕが形成されている。ヘッダパイプ２、３の風下側側面には、スペーサ１０Ｕ、１１Ｕに対応する位置に、やはり長さの短いスペーサ１０Ｄ、１１Ｄが形成されている。

スペーサ１０Ｕ、１１Ｕには凹部１２が形成され、スペーサ１０Ｄ、１１Ｄには凹部１２に対応する箇所に凸部１３が形成されている。凹部１２も凸部１３も正面形状は矩形である。

図７において左側に位置するスペーサ１０Ｕには左上の角に凹部１２が形成され、右側に位置するスペーサ１０Ｕには右上の角に凹部１２が形成される。左側に位置するスペーサ１１Ｕには左下の角に凹部１２が形成され、右側に位置するスペーサ１１Ｕには右下の角に凹部１２が形成される。すなわちスペーサ１０Ｕ同士の対とスペーサ１１Ｕ同士の対は左右対称形状となっており、スペーサ１０Ｕとスペーサ１１Ｕの組み合わせでは上下対称形状となっている。凸部１３の配置もこれと同じことになる。

凹部１２と凸部１３の配置が上記の通りなので、スペーサの２辺が開放部となる形で凹部１２が設けられているにもかかわらず、図９に示すように凹部１２に凸部１３を係合させてしまえば、空気出入面と平行する方向における熱交換器１同士の相対移動は、いかなる方向に対しても阻止されることになる。

続いて本発明の第４実施形態を図１０から図１２に基づき説明する。図１０はパラレルフロー型熱交換器の垂直断面図、図１１は２個のパラレルフロー型熱交換器を空気出入面同士が向かい合う形で重ねた状態を示す垂直断面図、図１２は２個のパラレルフロー型熱交換器を図１１とは異なる態様で重ねた状態を示す垂直断面図である。

第４実施形態の熱交換器１は、第１実施形態から第３実施形態までの熱交換器１と異なり、コルゲートフィン６の風上側端部６ａＵと風下側端部６ａＤの一方のみが接線Ｌ１またはＬ２からはみ出すはみ出し端部となっている。ここでは風上側端部６ａＵをはみ出し端部としている。そしてスペーサは、はみ出し端部と同じ側にのみ形成する。従ってヘッダパイプ２、３の風上側側面にはスペーサ１０Ｕ、１１Ｕが存在するが、風下側側面にはスペーサは存在しない。

第４実施形態の熱交換器１は、図１１に示すようにスペーサ１０Ｕ、１１Ｕ同士を向かい合わせる形で重ねることもできるし、図１２に示すようにスペーサ１０Ｕ、１１Ｕを同じ方向に向けて重ねることもできる。いずれの場合でもコルゲートファン６同士の接触は生じない。なお図１１のようにスペーサ同士を向かい合わせることとした場合には、第２、第３実施形態のようにスペーサ同士の間に凹凸係合を設けることが可能となる。

続いて本発明の第５実施形態を図１３に基づき説明する。図１３はパラレルフロー型熱交換器の垂直断面図である。

第５実施形態がこれまでの実施形態と異なるのは、コルゲートフィンが偏平チューブ４の中央で分割され、風上側コルゲートフィン６Ｕと風下側コルゲートフィン６Ｄになっているという点である。風上側コルゲートフィン６Ｕのフィン表面は風下側に向かい下り勾配となっており、風下側コルゲートフィン６Ｄのフィン表面は風下側に向かい上り勾配になっている。風上側コルゲートフィン６Ｕと風下側コルゲートフィン６Ｄの間には間隙１４が形成される。間隙１４は、風上側コルゲートフィン６Ｕの風下側端部に付着した水滴と風下側コルゲートフィン６Ｄの風上側端部に付着した水滴の合体が生じ得る大きさに設定されている。

風上側コルゲートフィン６Ｕの風上側端部６ａＵは接線Ｌ１からはみ出し、風下側コルゲートフィン６Ｄの風下側端部６ａＤは接線Ｌ２からはみ出している。複数の熱交換器１を重ねたときにはみ出し端部６ａＵとはみ出し端部６ａＤの接触（はみ出し端部６ａＵ同士やはみ出し端部６ａＤ同士の接触もあり得る）が生じないように、ヘッダパイプ２、３の側面にスペーサ１０Ｕ、１０Ｄ、１１Ｕ、１１Ｄを形成する。スペーサの構造は第１実施形態から第３実施形態までのいずれであってもよい。図１３には第１実施形態のスペーサが描かれている。また第４実施形態のように、風上側端部６ａＵと風下側端部６ａＤの一方だけがはみ出し端部となり、そちらの側だけにスペーサを形成するという構成も可能である。

第１実施形態から第５実施形態までのパラレルフロー型熱交換器は、空気調和機の室内機や室外機、除湿機などに使用することができる。スペーサにネジ穴を設けておき、これを利用して機器の筐体に熱交換器を固定できるようにしてもよい。このようにすれば、熱交換器の生産時と機器筐体への取付時の両方の場面でスペーサを役立てることができる。

以上、本発明の各実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。例えば、本発明の適用対象は２本のヘッダパイプの間に偏平チューブを配置する形式のパラレルフロー型熱交換器に限られない。２本を超える数のヘッダパイプを備えるパラレルフロー型熱交換器、例えば、上部ヘッダパイプ、中間ヘッダパイプ、下部ヘッダパイプの３本のヘッダパイプを備え、側面形状が「く」の字になっているパラレルフロー型熱交換器にも本発明を適用できる。またヘッダパイプが垂直で偏平チューブが水平なパラレルフロー型熱交換器にも本発明を適用できる。

本発明はパラレルフロー型熱交換器に広く利用可能である。

第１実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の正面図 第１実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の垂直断面図 第１実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器を２個、空気出入面同士が向かい合う形で重ねた状態を示す垂直断面図 第２実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の正面図 第２実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の垂直断面図 第２実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器を２個、空気出入面同士が向かい合う形で重ねた状態を示す垂直断面図 第３実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の正面図 第３実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の垂直断面図 第３実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器を２個、空気出入面同士が向かい合う形で重ねた状態を示す垂直断面図 第４実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の垂直断面図 第４実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器を２個、空気出入面同士が向かい合う形で重ねた状態を示す垂直断面図 第４実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器を図１１とは異なる態様で重ねた状態を示す垂直断面図 第４実施形態に係るパラレルフロー型熱交換器の垂直断面図 従来のパラレルフロー型熱交換器の概略構造を示す模型的垂直断面図

符号の説明

１ 熱交換器
２、３ ヘッダパイプ
４ 偏平チューブ
５ 冷媒通路
６ コルゲートフィン
６Ｕ 風上側コルゲートフィン
６Ｄ 風下側コルゲートフィン
６ａＵ 風上側端部
６ａＤ 風下側端部
７ 冷媒流入口
８ 冷媒流出口
１０Ｕ、１０Ｄ、１１Ｕ、１１Ｄ スペーサ
１２ 凹部
１３ 凸部

Claims (2)

1. 間隔を置いて平行に配置された複数のヘッダパイプと、前記複数のヘッダパイプの間にパイプ長さ方向に間隔を置いて並ぶ形で複数配置され、内部に設けた冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた偏平チューブと、前記偏平チューブ間に配置されたコルゲートフィンとを備えた熱交換器において、
   前記コルゲートフィンの風上側端部と風下側端部の少なくとも一方は前記複数のヘッダパイプに同時に接する接線からはみ出しており、前記ヘッダパイプの側面には、熱交換器同士を空気出入面同士が向かい合う形で重ねたときに前記コルゲートフィンのはみ出し端部同士が接触するのを防ぐスペーサが形成されていることを特徴とする熱交換器。
2. ２個の熱交換器を空気出入面同士が向かい合う形で重ねたとき、一方の熱交換器の前記スペーサと他方の熱交換器の前記スペーサとの間に凹凸係合が生じ、前記空気出入面と平行する方向における熱交換器同士の相対移動が阻止されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。

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