(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を作動流体が通過する扁平伝熱管と、切欠きが長手方向に櫛歯状に並設されたフィンとを有し、前記フィンは、隙間を置いて複数積層されており、前記切欠きには、前記扁平伝熱管が嵌入された熱交換器において、
フィン長手方向の中央部よりも両端側の前記切欠きの深さが深くなるようにしたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
フィン長手方向の中央部から両端側にいくにしたがって前記切欠きの深さが深くなっていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記切欠きは、それぞれの末端円弧を結んで形成される包絡線が、前記フィンの切欠き形成側が凸となる円弧を描くように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記包絡線が描く円弧の曲率は、各切欠きの深さが、フィン長手方向の前記中央部の切欠きの深さと同じである試験用フィンに扁平伝熱管を嵌入した時に当該試験用フィンに発生する反りの曲率に応じて設定されていることを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
【請求項５】
圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発器とを環状に接続した空気調和機において、
作動流体に冷媒を用い、前記蒸発器及び前記凝縮器の両者又はいずれか一方に、前記請求項１乃至請求項４のいずれかの熱交換器を用いたことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、扁平伝熱管が嵌入する切欠きが長手方向に櫛歯状に並設されたフィンを、空気が通過する隙間を置いて複数積層し、これらフィンの切欠きには扁平伝熱管を嵌入し、扁平伝熱管の内部を作動流体が通過する熱交換器が知られている。
【０００３】
このようなものにおいて、フィンの切欠きの幅は、これに嵌入される扁平伝熱管との密着性を考慮して、扁平伝熱管よりも狭くなるように設定されている。そのため、切欠きの末端円弧の半径も、切欠きに嵌入される扁平伝熱管の嵌入末端円弧の半径よりも小さくなっている。従って、フィンの切欠きに扁平伝熱管を嵌入する際、切欠きの開口側が扁平伝熱管により押し開かれてフィンに反りが発生する。この反りは、扁平伝熱管を切欠きの末端円弧に押し込んで行くに従って大きくなる。これは扁平伝熱管を押し込む際のくさび作用によるものと思われる。フィンに反りが発生すると、扁平伝熱管間の間隔が乱れ、接続するための配管のロウ付け及びユニット収納に支障が出る。さらに管とフィンとの密着性が悪化し、伝熱性能が低下する。
【０００４】
このような問題を、従来は、フィンにおける切欠きの無い側に強度を増すためのビードを設けてフィンの剛性を高めることで、対処している（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−００２７４６号公報（図３）
【特許文献２】実開平５−０９０１７３号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来の熱交換器は、フィンの剛性を高めることで、切欠きの開口側が扁平伝熱管により押し開かれることにより発生するフィンの反りに対処しており、反りの発生そのものを抑制するものではなかった。
【０００７】
本発明の技術的課題は、切欠きの開口側が扁平伝熱管により押し開かれることにより発生する反りそのものを抑制できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱交換器は、内部を作動流体が通過する扁平伝熱管と、切欠きが長手方向に櫛歯状に並設されたフィンとを有し、フィンは、隙間を置いて複数積層されており、切欠きには、扁平伝熱管が嵌入された熱交換器において、フィン長手方向の中央部よりも両端側の切欠きの深さが深くなるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る熱交換器においては、フィン長手方向の中央部よりも両端側の切欠きの深さが深くなるようにしているので、フィン長手方向の両端側の切欠きに嵌入される扁平伝熱管の嵌入先端と切欠きの末端円弧との間に遊びを設けることができ、その分、フィン長手方向の中央部よりも両端側の切欠きに対する扁平伝熱管の押し込み圧力を小さくすることができる。このため、各切欠きの開口側が扁平伝熱管により押し開かれることにより発生する反りそのものを抑制することができ、配管部品の取付性及び伝熱性能が向上し、ユニット収納時の変形分を考慮した無駄な空間を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る熱交換器の要部の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る熱交換器のフィンと扁平伝熱管との関係を示す断面図である。
【図３】比較例の熱交換器のフィンと扁平伝熱管との関係を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る空気調和機の冷凍サイクルの冷媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係る熱交換器の要部の外観を示す斜視図、図２はそのフィンと扁平伝熱管との関係を示す断面図である。
本発明の実施形態１に係る熱交換器１０は、図１及び図２のように空気が通過する隙間を置いて複数積層された矩形状のフィン２と、これらフィン２のそれぞれに直交し、内部を作動流体が通過する扁平伝熱管１とを備えている。
【００１２】
これを更に詳述すると、フィン２には、扁平伝熱管１が嵌入する切欠き２ａが長手方向に櫛歯状に並設されている。切欠き２ａの開口部２ｂの幅は、これに嵌入される扁平伝熱管１との密着性を考慮して、扁平伝熱管１よりも狭くなるように設定されている。また、図２のように切欠き２ａは、それぞれの末端円弧２ｃを結んで形成される包絡線Ａ１が、フィン２の切欠き形成側が凸となる円弧を描くように構成されている。これにより、切欠き２ａは、フィン長手方向の中央部から両端側にいくにしたがって深さが滑らかに深くなる。但し、中央部に存在する所定個数の切欠き２ａの深さが同じでもよい。
【００１３】
図３は比較例の熱交換器のフィンと扁平伝熱管との関係を示す断面図である。
この比較例の熱交換器のフィン（以下、これを「試験用フィン」という）３は、従来型のフィン（各切欠きの深さが、全てフィン長手方向の中央部の切欠きの深さと同じであるもの）である。このような試験用フィン３の各切欠き３ａに扁平伝熱管１を嵌入し、末端円弧３ｃまで差し込むと、既述したように各切欠き３ａの開口部３ｂ側が扁平伝熱管１により押し開かれて試験用フィン３に反りＡ２が発生する。前述の包絡線Ａ１が描く円弧の曲率は、この試験用フィン３に発生する反りＡ２の曲率に応じて設定されたものである。ここでは、包絡線Ａ１が描く円弧の反り量が試験用フィン３の反り量Ｂ２の半分の反り量Ｂ１となるように、包絡線Ａ１が描く円弧の曲率が設定されている。これにより、フィン２の反切欠き側つなぎ部の幅の確保が容易となっている。
【００１４】
次に、本発明の実施形態１に係る熱交換器のフィンの反り抑制原理について図２及び図３を用いて説明する。図３のように１枚目のフィンすなわち試験用フィン３に反りＡ２が発生している状態で、２枚目の試験用フィン３の各切欠き３ａに扁平伝熱管１を嵌入する（又は扁平伝熱管１に２枚目の試験用フィン３を嵌入する）場合、まず１枚目の試験用フィン３の反りによって高位置となった両端に位置する扁平伝熱管１が２枚目の試験用フィン３の両端に位置する切欠き３ａに嵌入する。そして、この状態から両端に位置する扁平伝熱管１を２枚目の試験用フィン３の両端に位置する切欠き３ａの末端円弧３ｃまで差し込むわけであるが、これら両端に位置する扁平伝熱管１を２枚目の試験用フィン３の両端に位置する切欠き３ａの末端円弧３ｃまで差し込んでも、２枚目の試験用フィン３の中央部の切欠き３ａに後から差し込まれた扁平伝熱管１は、下位位置にあるために２枚目の試験用フィン３の中央部の切欠き３ａの途中までしか嵌入しない。そのため、２枚目の試験用フィン３の長手方向の中央部を扁平伝熱管１側に無理に押し付けて、２枚目の試験用フィン３の中央部の切欠き３ａの末端円弧３ｃまで扁平伝熱管１を差し込まなければならず、反りが更に悪化していく。
【００１５】
次に、図３のように１枚目のフィンすなわち試験用フィン３に反りＡ２が発生している状態で、本発明の実施形態１に係る熱交換器のフィン２を２枚目のフィンとして用い、各切欠き２ａに扁平伝熱管１を差し込む（又は扁平伝熱管１に２枚目のフィン２を嵌入する）場合について考察する。この場合も、まず１枚目の試験用フィン３の反りによって高位置となった両端に位置する扁平伝熱管１が２枚目のフィン２の両端に位置する切欠き２ａに嵌入する。そして、この状態から両端に位置する扁平伝熱管１を２枚目のフィン２の両端に位置する切欠き２ａの末端円弧２ｃまで差し込む。この場合、２枚目のフィン２の各切欠き２ａは、それぞれの末端円弧２ｃを結んで形成される包絡線Ａ１が、フィン２の切欠き形成側が凸となる円弧を描くように構成され、これによって切欠き２ａの深さが、フィン長手方向の中央部から両端側にいくにしたがって滑らかに深くなるように構成されているので、これら扁平伝熱管１を２枚目のフィン２の両端に位置する切欠き２ａの末端円弧２ｃまで差し込めば、２枚目のフィン２の中央部の切欠き２ａに後から差し込まれた扁平伝熱管１も切欠き２ａの末端円弧２ｃまで差し込まれる。そのため、２枚目のフィン２を扁平伝熱管１側に無理に押し付ける必要がなくなって、反りの更なる悪化を防止することができる。
【００１６】
以上は本発明の実施形態１に係る熱交換器のフィン２を２枚目以降のフィンとして用いる場合の利点について述べたものであるが、１枚目のフィンに従来型の試験用フィン３（各切欠きの深さが、全てフィン長手方向の中央部の切欠きの深さと同じであるもの）を用いているので、反りＡ２の発生は抑制できないものである。
【００１７】
本発明の実施形態１に係る熱交換器のフィン２は、１枚目から用いることで、有効に作用し、反り発生を抑制できるものである。すなわち、フィン２は、フィン長手方向の中央部よりも両端側の切欠き２ａの深さが深くなるようにしているので、フィン長手方向の両端側の切欠き２ａに嵌入される扁平伝熱管１の嵌入先端と切欠きの末端円弧との間に遊びを設けることができ、その分、フィン長手方向の中央部よりも両端側の切欠き２ａに対する扁平伝熱管１の押し込み圧力を小さくすることができる。このため、各切欠き２ａの開口部２ｂが扁平伝熱管１により押し開かれることにより発生する反りそのものを抑制することができ、配管部品の取付性及び伝熱性能が向上し、ユニット収納時の変形分を考慮した無駄な空間を無くすことができる。
【００１８】
また、切欠き２ａは、それぞれの末端円弧２ｃを結んで形成される包絡線Ａ１が、フィン２の切欠き形成側が凸となる円弧を描くように構成し、これにより切欠き２ａの深さが、フィン長手方向の中央部から両端側にいくにしたがって深さが滑らかに深くなるようにすることで、フィン長手方向の両端側の切欠き２ａの深さの最適化が図れる。これにより、切欠き２ａの末端円弧２ｃと扁平伝熱管１の嵌入先端との間に隙間が発生することがあっても、これを極力小さなものとすることができて、伝熱性能を高めることができる。
【００１９】
実施形態２．
図４は前述の熱交換器を備えた本発明の実施形態２に係る空気調和機の冷凍サイクルの冷媒回路図である。
【００２０】
本発明の実施形態２に係る空気調和機は、図４のように圧縮機３３、凝縮器３４、絞り装置３５、蒸発器３６、凝縮器用送風機３７ａ及びその駆動用モーター３８ａ、蒸発器用送風機３７ｂ及びその駆動用モーター３８ｂにより構成され、圧縮機３３と、凝縮器３４と、絞り装置３５と、蒸発器３６とが環状に接続されている。前述の実施形態１に係る熱交換器を凝縮器３４または蒸発器３６、もしくは両方に用いることにより、エネルギー効率の高い空調冷凍装置を実現することができる。ここで、エネルギー効率は、次式（１）（２）で求められるものである。
暖房エネルギー効率＝室内熱交換器（凝縮器）能力／全入力‥‥‥‥‥‥（１）
冷房エネルギー効率＝室内熱交換器（蒸発器）能力／全入力‥‥‥‥‥‥（２）
【００２１】
なお、前述の実施形態１で述べた熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和機については、ＨＣＦＣ（Ｒ２２）やＨＦＣ（Ｒ１１６、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅａ、Ｒ２３、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ３２、Ｒ４１、ＲＣ３１８などや、これら冷媒の数種の混合冷媒Ｒ４０７Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｄ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ５０８Ａ、Ｒ５０８Ｂなど）、ＨＣ（ブタン、イソブタン、エタン、プロパン、プロピレンなどや、これら冷媒の数種混合冷媒）、自然冷媒（空気、炭酸ガス、アンモニアなどや、これら冷媒の数種の混合冷媒）、ＨＦＯ１２３４yf等の低ＧＷＰ冷媒、またこれら冷媒の数種の混合冷媒など、どんな種類の冷媒を用いても、その効果を達成することができる。
【００２２】
また、作動流体として、ここでは空気と冷媒の例を示したが、他の気体、液体、気液混合流体を用いても、同様の効果を奏する。
【００２３】
扁平伝熱管１とフィン２は、異なった材料を用いることが一般的である。しかし、扁平伝熱管１とフィン２の材料として、銅やアルミ等、同じ材料を用いることで、フィン２と扁平伝熱管１のロウ付けが可能となる。この場合には、フィン２と扁平伝熱管１の接触熱伝達率が飛躍的に向上し、熱交換能力が大幅に向上する。また、リサイクル性も向上させることができる。
【００２４】
また、扁平伝熱管１とフィン２を密着させる方法として、炉中ロウ付けを行う場合、炉中ロウ付けの後に、フィン２に親水材を塗布するようにすれば、親水材の焼け落ちを防ぐことができる。
【００２５】
また、前述の実施形態１で説明した熱交換器を室外機で用いた場合においても同様な効果を奏する。
【００２６】
なお、前述の実施形態１で述べた熱交換器及びそれを用いた実施形態２の空調冷凍装置については、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系など、冷媒と油が溶ける溶けないに拘わらず、どんな冷凍機油についても、その効果を達成することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  扁平伝熱管、２，３  フィン、２ａ，３ａ  切欠き、２ｂ，３ｂ  開口部、２ｃ，３ｃ  末端円弧、３  試験用フィン、１０  熱交換器、３３  圧縮機、３４  凝縮器、３５  絞り装置、３６  蒸発器、３７ａ  凝縮器用送風機、３７ｂ  蒸発器用送風機、３８ａ，３８ｂ  駆動用モーター、Ａ１  包絡線、Ａ２  反り、Ｂ１  包絡線が描く円弧の反り量、Ｂ２  従来型のフィンの反り量。
【図１】
0005523400.tif 000002
【図２】
0005523400.tif 000003
【図３】
0005523400.tif 000004
【図４】
0005523400.tif 000005