(57)【要約】  【課題】碁盤目管配列の欠点と長孔の欠点を同時に解決し、熱交換効率を向上させ、かつ、着霜および除霜性に優れた経済的な熱交換器を提供する。  【解決手段】矩形部６ａとこの矩形部６ａの両端に連続して設けられた円部６ｂからなる長孔６を、プレートフィン４に碁盤目配列で設け、この長孔６を冷媒チューブ２が貫通した、碁盤目管配列のドッグボーン型熱交換器１において、長孔６の矩形部６ａの長辺部のみに、立体的に突出する偏流部７を設けたことにより、熱交換効率が向上し、かつ着霜および除霜性に優れ、かつ材料薄肉合理化に対応できるようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直管部及び曲管部が連続して複数の列および段が碁盤目状に形成されるよう所定のピッチで蛇行状に曲げ加工された冷媒チューブと、矩形部と該矩形部の両端に連続して形成した円部より形成されたドッグボーン形状の長孔を、その長辺が気流方向となるように板面に複数設けたプレートフィンを具備し、前記プレートフィンを複数相互に間隔を有して配置し、前記長孔に前記冷媒チューブを貫通させた熱交換器であって、前記プレートフィンにおいて、その表面から前記長孔における矩形部の長辺に向けて、該長辺の中心部が最も高い位置になるように突出する偏流部を設けた熱交換器。
【請求項２】
前記偏流部を、同一面において前記長孔を挟んで設けた請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記偏流部を、前記プレートフィンの表裏面にそれぞれ設けた請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記気流方向と直角に交差する方向の最外側の長孔の長辺を除いて前記偏流部を設けた請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭用あるいは業務用冷蔵庫等の冷凍機器において、冷却器等として用いられる熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば家庭用冷蔵庫においては本体の外寸を固定し、庫内容量を大きくする傾向にあり、これに起因して冷却システム関連部品は、年々コンパクト化が要求されている。また、業務用冷蔵庫においては、省エネルギーモデルの発売が本格化し、これに起因して冷却システム関連部品のさらなる高効率化が要求されている。
【０００３】
この中で、熱交換器もコンパクト化や高効率化の要求が高まっている。
【０００４】
一方で、原材料の高騰により部品材料の合理化の要求も高まり、熱交換器の性能を高めることと併せて、材料の薄肉合理化が求められている。
【０００５】
その一例として、冷凍機器等に用いられる熱交換器において、性能の向上をはかるべく、プレートフィンに加工を施した熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図８乃至図１０は、上記特許文献１に記載された従来の熱交換器を示すものである。
【０００７】
上記従来の熱交換器１０１の構成は、左右に平行部を有して上下に複数段に折り曲げられたパイプ１０２に、フィン１０３が各段パイプ１０２毎に分離して取り付けられ、空気を下部から上部に向かって流す冷却風路１０４において、下部パイプ１０２に取り付けたフィン１０３の間隔を粗く、上部に向かって順次密に配置し、当該フィン１０３には、細巾のスリット状の切り起こし部１０５がフィン１０３に対し切り起こし部１０５の長手部が平行に設けられたものである。
【０００８】
以上のように構成された熱交換器について、以下その動作を説明する。
【０００９】
まず、冷却風路１０４の方向に空気が流れ、フィン１０３が各段パイプ１０２毎に分離して取り付けられているので、境界層前縁効果により熱伝達率の向上を図ることができる。さらに、当該フィン１０３は、細巾のスリット状の切り起こし部１０５を、フィン１０３に対し切り起こし部１０５の長手部が平行となるように設けていることにより、境界層前縁効果でより熱伝達率を向上する構成となっている。これは、あくまでも、無着霜時の熱伝達率を向上させるものであり、着霜時の熱伝達率を向上させるものではない。また、パイプ１０２は連続的に折り曲げられた冷媒チューブであり、接合に不利であるがコストの安いアルミニウムを使用することが可能となっている。
【００１０】
さらに、冷却風路方向に分離していない一体形のフィンを有し、かつ、経済的なアルミニウムパイプを用いることが可能な熱交換器が求められている。その一例として、いわゆるドックボーン方式の熱交換器が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
図１１および図１２は、上記特許文献２に記載された従来の熱交換器の断面図である。
【００１２】
一般的に、この熱交換器は、直管部と曲管部が連続して複数の列および段が碁盤目状に形成されるよう所定のピッチで蛇行状に曲げ加工された冷媒チューブ１０２と、ドッグボーン形状の長孔１０６を板面に複数設けたプレートフィン１０３を具備し、プレートフィン１０３を複数相互に間隔を有して配置し、長孔１０６に冷媒チューブ１０２を貫通させた構造である。
【特許文献１】特開平１０−２９２９９４号公報
【特許文献２】実公昭５９−０２３９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記前者の構成では、冷凍機器の運転時に、熱交換器１０１のフィン１０３に着霜する際、切り起こし部１０５に付着した霜が切り起こし部１０５内で目詰りし、無着霜時のような境界層前縁効果が得られず、急激な冷却性能の低下が起こってしまうという課題を有していた。
【００１４】
また、熱交換器１０１を図９のような縦設置ではなく、横に設置した場合等では、除霜時のドレン水が落下しにくく、ドレン水が切り起こし部１０５内にブリッジして溜まる現象となり、同様に、無着霜時のような境界層前縁効果が得られず、急激な冷却性能の低下が起こってしまうという課題を有していた。さらに、繰返し運転する中で、ドレン水が氷化し、その上から霜が集中して相互のフィン１０３での霜による目詰まりが加速し、これに起因して風量の低下が早くなるという課題も有していた。
【００１５】
一方で、フィン１０３が冷却風路１０４方向に分離し、配設されていることで、除霜効率が悪く、特に縦設置ではなく、横に設置した場合等では、分離したフィン１０３それぞれに、除霜ヒータを配置する等の工夫が必要で、コストおよび除霜バランス的にも不利であるという課題を有していた。
【００１６】
さらに、後者の構成は、長孔１０６に冷媒チューブ１０２を貫通させた構造であるため、プレートフィン１０３と冷媒チューブ１０２の密着性は、円穴のものと比べて劣ることが知られている。特に近年、経済性を考慮し、プレートフィンの板厚を薄くする必要があり、本構造は密着性がより低下する傾向にある。よって、冷却性能が低くなるという課題を有していた。
【００１７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、冷却器の運転時に、プレートフィンに霜が集中することなく風量が低下し難い構成で、かつ、除霜運転時に、ドレン水が、ブリッジし、溜まる現象を起こし難く、さらに、プレートフィンと冷媒チューブの密着性を向上して、高効率でかつ経済的な熱交換器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、直管部および曲管部が連続して複数の列および段が碁盤目状に形成されるよう所定のピッチで蛇行状に曲げ加工された冷媒チューブと、矩形部と該矩形部の両端に連続して形成した円部より形成されたドッグボーン形状の長孔を、その長辺が気流方向となるように板面に複数設けたプレートフィンを具備し、前記プレートフィンを複数相互に間隔を有して配置し、前記長孔に前記冷媒チューブを貫通させた熱交換器であって、前記プレートフィンにおいて、その表面から前記長孔における矩形部の長辺に向けて、該長辺の中心部が最も高い位置になるように突出する偏流部を設けたものである。
【００１９】
前記偏流部の形成により、プレートフィン表面方向の引張り強度が向上し、また、冷媒チューブとプレートフィンとの密着力が向上することに伴い、伝熱性能を向上することができ、プレートフィンの薄肉材料合理化にも対応し得ることができる。
【００２０】
また、前記偏流部の形成により、気流が乱流して止水域が減少し、隣り合うフィンへ気流が流れ易くなることで空気側の熱伝達率が向上し、熱交換器の性能を向上することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の熱交換器は、プレートフィン表面方向の引張り強度を向上して熱交換性能を向上し、さらに材料薄肉合理化に対応した熱交換器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
請求項１に記載の発明は、直管部及び曲管部が連続して複数の列および段が碁盤目状に形成されるよう所定のピッチで蛇行状に曲げ加工された冷媒チューブと、矩形部と該矩形部の両端に連続して形成した円部より形成されたドッグボーン形状の長孔を、その長辺が気流方向となるように板面に複数設けたプレートフィンを具備し、前記プレートフィンを複数相互に間隔を有して配置し、前記長孔に前記冷媒チューブを貫通させた熱交換器であって、前記プレートフィンにおいて、その表面から前記長孔における矩形部の長辺に向けて、該長辺の中心部が最も高い位置になるように突出する偏流部を設けたものである。
【００２３】
かかる構成とすることにより、前記偏流部の形成に伴ってプレートフィン表面方向の引張り強度が向上し、前記長孔周辺の変形に対する強度を高めることができ、前記冷媒チューブの長孔への貫通時には、プレートフィンの変形が抑制でき、また、冷媒チューブの貫通状態においては、前記冷媒チューブとプレートフィンとの密着力を向上することができる。その結果、伝熱性能を向上することができ、プレートフィンのさらなる薄肉化が可能となり、材料合理化にも対応し得ることができる。
【００２４】
また、前記偏流部の形成により、プレートフィン間を通過する気流に乱流が生じ、その結果、プレートフィンにおける止水域が減少し、さらに、隣り合うフィンへ気流が流れ易くなることで空気側の熱伝達率が向上し、熱交換器性能を向上することができるものである。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記偏流部を、同一面において前記長孔を挟んで設けたものである。
【００２６】
かかることにより、プレートフィンにおける止水域をさらに減少し、また、長孔を挟む両側の表面方向の引張り強度が向上するため、前記冷媒チューブの貫通時における前記長孔の変形の偏りが抑制でき、冷媒チューブとの密着性を安定、かつ、より高めることができる。その結果、プレートフィンと冷媒チューブ間の伝熱性能をより向上することができ、熱交換器の性能をさらに高めることができる。
【００２７】
また、隣り合うフィンへの気流の流れも、より広範囲となり、空気側の熱伝達率をより向上することができる。
【００２８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記偏流部を、前記プレートフィンの表裏面にそれぞれ設けたものである。
【００２９】
かかる構成とすることにより、プレートフィン間を通過する気流に、より複雑な乱流が生じ、その結果、プレートフィンにおける止水域をさらに減少し、また、隣り合うフィンへ流れる気流もより広範囲に亘って流れやすくなり、その結果、空気側の熱伝達率をさらに向上し、熱交換器の性能をさらに向上することができるものである。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、前記気流方向と直角に交差する方向の最外側の長孔の長辺を除いて前記偏流部を設けたものである。
【００３１】
かかる構成とすることにより、熱交換器を風路内に配置した構成において、風路壁側に偏流部が形成されていないことに伴い、風路壁側の空気抵抗を小さくすることができ、その結果、風速バランスの均一化をはかることができる。したがって、熱交換器の持つ能力を十分発揮することが可能となり、熱交換器の性能を向上することができるものである。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ線による同熱交換器の断面図である。図３は、同熱交換器における図２のＢ−Ｂ線による断面図である。図４は、同熱交換器のプレートフィンを流れる気流の状態を示すプレートフィン正面からの模式図である。図５は、同熱交換器のプレートフィンを流れる気流の状態を示すプレートフィン側面からの模式図である。
【００３４】
図１、図２および図３において、熱交換器１は、内部を冷媒が流動する冷媒チューブ２と、所定間隔あけて配置された一対の端板３と、端板３の間に所定間隔毎に配置された複数のプレートフィン４と、端板３の下辺に所定の間隔で形成された凹部３ａに配置された除霜用パイプヒータ（以下、ヒータと称す）５を具備している。
【００３５】
冷媒チューブ２は、アルミ製あるいはアルミ合金製の一本の管体を、直管部と曲管部が連続し、列（左右）方向Ｘおよび段（上下）方向Ｙにおいて複数となるよう蛇行状に曲げ加工されたサーペンタインチューブであり、曲管部を形成する接続管を用いることなく一本の冷媒流路を形成している。必要に応じて、一方の曲管部を別体とし、Ｕ字形のパイプを接続することによって一本の管路を形成することもできる。
【００３６】
そして、プレートフィン４に形成された長孔６を冷媒チューブ２の曲管部が貫通することにより、冷媒チューブ２の直管部がプレートフィン４と密着した構成となっている。
【００３７】
長孔６は、直線で形成される矩形部６ａと、冷媒チューブ２の管径と近似する直径の円部６ｂを有し、該矩形部６ａの両側短辺に円部６ｂがそれぞれ連続して形成された長穴状に形成されている。この長穴６は、その長径（長辺）が矢印ｚで示す気流方向と平行となるように配置形成されている。
【００３８】
また、プレートフィン４には、その表面から長孔６における矩形部６ａの長辺に向けて、該長辺の中心部が最も高い位置になるように突出する偏流部７が、長孔６を挟んで対向して設けられている。
【００３９】
それぞれの偏流部７は、金型プレス加工によって形成されるもので、その稜線が直線となるように形成されているため、本実施の形態１においては略三角錐となるように形成され、また長孔６の矩形部６ａは、金型プレス加工に伴い、平面（図２）から見ると、中央部が広がった形状をしている。
【００４０】
以上のように構成された熱交換器１について、各プレートフィン４間を通過する風の流れについて説明する。ここでは、熱交換のための気流が、図４、図５に示す如く、プレートフィン４の左方から右方に向かって通過する構成として説明する。
【００４１】
図４に示す如く、冷媒チューブ２から離れた部位を通過する気流Ａは、平面的に見て略直進し、偏流部７に近い部位を通過する気流Ｂは、前段の冷媒チューブ２を通過した後、該偏流部７を乗り上げ、偏流部７を通過する際に、偏流部７の稜線が傾斜していることから、冷媒チューブ２よりも若干外側に偏流し、順次同様に、冷媒チューブ２、偏流部７を通過し、プレートフィン４を通過する。
【００４２】
したがって、偏流部７を挟んで、前流側に位置する冷媒チューブＦ２ａで熱交換された気流が、後流側に位置する冷媒チューブＲ２ｂに向かって流れず迂回していることで、本来、冷媒チューブＦ２ａの後流にできる止水域が、冷媒チューブＲ２ｂに掛からないので、冷媒チューブＲ２ｂとの空気側の熱伝達率が向上し、熱交換作用も活性化され、熱交換性能を向上することができる。
【００４３】
また、図４、図５に記載の気流Ｃは、立体的に見て、気流Ａや気流Ｂから分岐し、隣接するプレートフィン４の長孔６の矩形部６ａ内を通過してプレートフィン４の裏面から表面側へと流れる流れ成分を有し、これは、特に、後流側の冷媒チューブＲ２ｂと熱交換するように、冷媒チューブＲ２ｂの近傍を通過する流れとなる。
【００４４】
したがって、本来冷媒チューブＦ２ａの後流にできる止水域が偏流部７の影響で冷媒チューブＲ２ｂを迂回する流れに変わり、一方でその誘引作用により、隣接するプレートフィン４側から、長孔６の矩形部６ａを通過し、フレッシュエアーが流れ込むことで、冷媒チューブＲ２ｂとの空気側の熱伝達率が向上し、熱交換作用も活性化され、熱交換性能を向上することができる。
【００４５】
さらに、偏流部７は、長孔６周囲において立体的に突出しているため、プレートフィン４の表面方向の引張り強度が向上する形状となっている。その結果、冷媒チューブ２が貫通する時においての変形が抑制され、冷媒チューブ２とプレートフィン４との密着力を規定値に維持することができ、伝熱性能を維持、向上することができる。しかも、偏流部７を、長孔６を挟んで対向して設けていることにより、冷媒チューブ２の貫通時における長孔６の変形の偏りが抑制でき、冷媒チューブ２との密着性を安定させ、かつ、より高めることができる。その結果、プレートフィン４と冷媒チューブ２間の伝熱性能をより向上することができ、熱交換器１の性能をさらに高めることができる。
【００４６】
また、偏流部７の形成に伴う引張り強度の向上により、プレートフィン４の薄肉化に対応が可能で、薄肉化に対しても密着力を維持することができるため、薄肉化に伴う材料費の合理化にも対応し得ることができる。
【００４７】
さらに、長孔６の周辺に生じる気流の澱みが抑制されるため、従来のスリット形状のように、部分的に集中した着霜が抑制され、プレートフィン４上に略均一に着霜させることができる。その結果、除霜後のドレン水の残留も抑制でき、安定した熱交換性能を確保することができる。
【００４８】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における熱交換器のプレートフィン側面側から見た断面図で、実施の形態１の図３相当図である。なお、先の実施の形態１と同様の構成要件については、同一の符号を付して説明する。また、気流の方向を矢印ｘで示している。
【００４９】
図６に示すプレートフィン２４は、先の実施の形態１におけるプレートフィン４と同様に、冷媒チューブ２に取付けられるもので、偏流部７ａ、７ｂを、長孔６を挟んで両側に位置する点は同じであるが、一方の偏流部７ａを表面側に、他方の偏流部７ｂを裏面側にそれぞれ突出して設けた点で実施の形態１と相違する。
【００５０】
したがって、かかるプレートフィン２４によっても、偏流部７ａ、７ｂによってプレートフィン２４間を通過する気流に乱流を生じさせることができ、長孔６を通過して隣接するプレートフィン２４の裏面から表面へ、あるいは表面から裏面へ分流する気流を生じさせることができる。
【００５１】
特に、各偏流部７ａ、７ｂは、突出方向が表面側、裏面側と異なっているため、隣接するプレートフィン２４の長孔６を通過する気流により複雑さが増した状態となり、その結果、実施の形態１以上にプレートフィン２４における止水域を減少することが期待でき、空気の流れが一層複雑となって、熱交換作用もさらに活性化され、熱交換性能を一層向上することが期待できる。
【００５２】
さらに、偏流部７ａ、７ｂの立体的な突出により、実施の形態１と同様にプレートフィン２４の表面方向の引張り強度が向上し、冷媒チューブ２とプレートフィン２４との密着力を向上することができ、伝熱性能の維持向上とプレートフィン２４の薄肉化に伴う材料費の合理化にも対応し得ることができる。
【００５３】
また、実施の形態１と同様に、長孔６周辺に生じる気流の澱みが抑制されるため、プレートフィン２４上に略均一に着霜させることができ、除霜後のドレン水の残留を抑制して安定した熱交換性能を確保することができる。
【００５４】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における熱交換器を風路内に配置した状態を示すプレートフィン平面側から見た断面図で、実施の形態１の図２相当図である。本実施の形態は、熱交換器１を風路８内に配置した場合を説明するもので、先の実施の形態１と同様の構成要件については、同一の符号を付して説明する。
【００５５】
図７に示すプレートフィン３４は、先の実施の形態１におけるプレートフィン４と同様に、冷媒チューブ２に取付けられるもので、ダクト状の風路８を形成する風路壁８ａに対して中央寄りに位置する長孔６については、実施の形態１と同様に偏流部７がこの長孔６を挟むように形成されている。
【００５６】
一方、矢印ｙで示す気流方向に対して直角に交差する方向の風路壁８ａ側にある最外側の長孔６については、偏流部７を反風路壁８ａ側のみに設け、風路壁８ａ側には偏流部７を設けない構造とした点で実施の形態１と相違する。
【００５７】
したがって、ダクト状の風路８に熱交換器１を配置した場合に発生し易い現象、すなわち、矢印ｙで示す方向に気流が流れた場合、風路壁８ａ側の風速が遅くなり、熱交換器中央寄りの風速が速くなる現象を、風路壁８ａ側に偏流部７を設けなくしたことにより、風路壁８ａ側の空気抵抗が低下し、風速のバランスが均一化傾向となる。その結果、熱交換器１の持つ能力を十分発揮することが可能となり、熱交換器の性能を向上することができるものである。
【００５８】
なお、実施の形態２と同様のプレートフィン（表裏に偏流部を設けた構成）を用いる場合についても、風路壁８ａに近い最外則に位置する偏流部を削除した構成とすることにより、同様の作用効果が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明にかかる熱交換器は、安定した熱交換器の性能を確保することができるので、冷蔵庫、自販機等のように家庭用から産業用にわたる冷凍機器の冷却器、あるいは放熱器として幅広く利用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の斜視図
【図２】同実施の形態１における熱交換器の図１のＡ−Ａ線による断面図
【図３】同実施の形態１における熱交換器の図２のＢ−Ｂ線による断面図
【図４】同実施の形態１における熱交換器のプレートフィンを流れる気流の状態を示すプレートフィン正面からの模式図
【図５】同実施の形態１における熱交換器のプレートフィンを流れる気流の状態を示すプレートフィン側面からの模式図
【図６】本発明の実施の形態２における熱交換器のプレートフィン側面側からの断面図
【図７】本発明の実施の形態３における熱交換器を風路内に配置した状態を示すプレートフィン平面側からの断面図
【図８】従来例を示す熱交換器の斜視図
【図９】同熱交換器におけるプレートフィンの正面図
【図１０】同熱交換器におけるプレートフィンの断面図
【図１１】異なる従来例を示す熱交換器のプレートフィン平面側からの断面図
【図１２】同熱交換器のプレートフィンの側面側からの断面図
【符号の説明】
【００６１】
１    熱交換器
２    冷媒チューブ
３    端板
４    プレートフィン
５    除霜用パイプヒータ
６    長孔
６ａ  矩形部
６ｂ  円部
７    偏流部
７ａ  偏流部
７ｂ  偏流部
８    風路
８ａ  風路壁
２４  プレートフィン
３４  プレートフィン
【図１】
2010078283.tif 000003
【図２】
2010078283.tif 000004
【図５】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図３】
2010078283.tif 000009
【図４】
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【図６】
2010078283.tif 000011
【図８】
2010078283.tif 000012
【図１１】
2010078283.tif 000013
【図１２】
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