(57)【要約】【課題】平板状の放熱フィンの平板面が平行になるように並置され、前記平板面が平行になるよう並置された方向である列方向に対して垂直な方向である段方向に、複数の管材が、前記放熱フィンに形成された孔に、各々挿入されて組み付けられた熱交換器において、そのヘアピン管の拡管時に、管材のわずかな偏肉に起因して生じる管材および熱交換器の反りを防止する熱交換器の構造を提供する。【解決手段】偏肉が生じている中空の管材の厚肉部が、隣接する管材間で段方向に互い違いに配置するか、あるいは段方向に揃うように配置した管材で熱交換器を構成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の放熱フィンの平板面が平行になるように並置され、前記平板面が平行になるよう並置された方向である列方向に対して垂直な方向である段方向に、複数の管材が、前記放熱フィンに形成された孔に、各々挿入されて組み付けられた熱交換器において、
前記管材が前記放熱フィンに形成された孔の内径よりも小さい外径を有する中空であって、偏肉が生じている厚肉部が、隣接する管材間で前記段方向に互い違いになるように配置されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
平板状の放熱フィンの平板面が平行になるように並置され、前記平板面が平行になるよう並置された方向である列方向に対して垂直な方向である段方向に、複数の管材が、前記放熱フィンに形成された孔に、各々挿入されて組み付けられた熱交換器において、
前記管材が前記放熱フィンに形成された孔の内径よりも小さい外径を有する中空であって、偏肉が生じている厚肉部が、前記段方向に揃えて配置されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記管材の軸方向の始端と終端を相対的に３６０度以上ねじったことを特徴とする請求項１または請求項２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、ルームエアコン等の空調機に用いられる熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ルームエアコン等の空調機に用いられている熱交換器は、互いに平行に並べられた多数の平板状の伝熱フィンと、それらの伝熱フィンの穴に挿入させられ、その穴の内径よりも小さい外径を有する中空でＵの字形状に曲げられた管材(以下、ヘアピン管という)で構成されている。
【０００３】
伝熱フィンとヘアピン管の組立時における、放熱フィンとヘアピン管の固定は、伝熱フィンの穴に、その穴の内径よりも小さい外径を有する中空のヘアピン管を挿入し、例えば、ヘアピン管の穴に該管材の内径より大径のマンドレルを挿入しながらヘアピン管を広げ(以下、拡径という)、放熱フィンの穴に管材の外周面を密着させることにより行われる（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１０／１１９８１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、熱交換器に使用する管の冷媒流路用の穴の中心位置は管の形状中心位置から偏っている。そのため、管の肉厚は、円周方向で差異、つまり偏肉がある。該管を有する熱交換器を拡管すると、該管材のわずかな偏肉に起因して管材が反り、複数の管材を伝熱フィンに挿入した熱交換器の該管材の並び方により、熱交換器にも反りが発生するという問題が生じている。
【０００６】
熱交換器に反りが生じた場合、熱交換器の製造ラインにおいて、運搬装置や製造装置と接触して熱交換器が損傷する、熱交換器が筐体や他の部品と干渉し組立てられなくなるなどの問題が生じていた。
【０００７】
例えば、熱交換器が運搬装置と干渉する問題について、図９及び図１０を用いて具体的に説明する。図９に熱交換器用の運搬装置に用いられる運搬治具の一例を示す。図９（ａ）はこの運搬治具の正面図、図９（ｂ）は平面図である。図９（ｂ）において、運搬治具５０には熱交換器（図示せず）が挿入される穴部５１が設けられている。この運搬治具の穴部５１は熱交換器のＵ字形状部が嵌る形状であり、次の図１０（ａ）に示すように、熱交換器１０のＵ字形状部が図１０（ｂ）に示す運搬治具５０の穴部５１に挿入され運搬される。本治具の場合には、熱交換器２台が納まるようになっている。この場合において、熱交換器が反っていると、自動ラインで熱交換器を把持し、該治具の穴部に挿入できず、熱交換器のＵ字形状部が運搬治具に接触し、変形してしまう。
【０００８】
また、熱交換器が筐体や他の部品と干渉し組立てられなくなる問題について、図１１を用いて説明する。図において、空調機７０内で、空調機の筐体６０に沿うように組み付けられた熱交換器１０（影を付けて示す）が反ると、その反り量によっては、熱交換器について想定外の寸法（熱交換器が実質占有する空間が想定外）となる結果、他の部品が筐体内で収まるべき位置に設置できなくなり、極端な場合には空調機の組み立てができなくなる恐れがある。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、簡易的な構造の工夫により、拡管工程において熱交換器の反りを防止し、安定した状態で製造できる熱交換器を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る熱交換器は、平板状の放熱フィンの平板面が平行になるように並置され、前記平板面が平行になるよう並置された方向である列方向に対して垂直な方向である段方向に、複数の管材が、前記放熱フィンに形成された孔に、各々挿入されて組み付けられた熱交換器において、前記管材が前記放熱フィンに形成された孔の内径よりも小さい外径を有する中空であって、偏肉が生じている厚肉部が、隣接する管材間で前記段方向に互い違いになるように配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る熱交換器は、平板状の放熱フィンの平板面が平行になるように並置され、前記平板面が平行になるよう並置された方向である列方向に対して垂直な方向である段方向に、複数の管材が、前記放熱フィンに形成された孔に、各々挿入されて組み付けられた熱交換器において、前記管材が前記放熱フィンに形成された孔の内径よりも小さい外径を有する中空であって、偏肉が生じている厚肉部が、前記段方向に揃えて配置されていることを特徴とするものである。
【００１２】
なお、偏肉が生じている中空の管材の厚肉部の向きを熱交換器の段方向にする場合においては、管材をコイル状に巻きつけているコイルから管材を引出し、U字形状に曲げる製造段階で、厚肉部が螺旋的に少しずつ変化していることもあるが、変化量はヘアピン管１本で数度程度であり、上記で述べたように厚肉部の方向を熱交換器の段方向に並べれば、反りに影響を与えるほどではない。なお、直管材をＵ字形状に曲げる時には、ヘアピン管の厚肉部の向きを熱交換器の長手方向(段方向)に合わせるように施した管材で構成する。
【００１３】
拡管により、管材は偏肉で生じた、厚肉部の方向（軸方向に厚肉部が揃っている場合）で、かつ管材の軸方向と垂直な方向に凹状になるように反る（具体的には、図11に示す熱交換器の場合には、反った管材の中央部分が筐体に近づく方向に反る。以下同様。反り方の詳細については、後に説明する図８を参照）。この発明によれば、放熱フィンの孔に挿入したU字形状の管材の片側の管は、熱交換器の短手方向の片側に凹状になるように反ろうとする力がかかり、且つU字形状の反対側の管は、短手方向の反対側に凹状になるように反ろうとする力がかかる。
【００１４】
よって、片側に凹状になるように反ろうとする力と反対側に凹状になるように反ろうとする力がほぼ等しい場合、揃おうとする力が等しければ打ち消しあうため、反りを抑制できる。揃おうとする力が等しくない場合は、どちらかにそろうとする力が働くが、厚肉の向きが、隣接するヘアピン管で同じ方向に揃っている場合よりも、反りは大きく抑制できる。従って、熱交換器の短手方向に凹状に反ろうとする力は打ち消され、且つ熱交換器の長手方向（段方向）に反る力がかからないため、熱交換器が長手方向および短手方向に反ることは無い。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように、熱交換器の短手方向に凹状に反ろうとする力は打ち消され、且つ熱交換器の長手方向（段方向）に反る力がかからないため、熱交換器が長手方向および短手方向に反ることは無い。よって、全体として熱交換器の反りを抑制することができるため、自動ラインでの搬送不良、運搬装置や製造装置と接触して熱交換器の損傷、筐体への組立工程での筐体との干渉などによる組付け不良などを事前に防ぐことができ、そのため組立工程で、従来、手作業で実施していた工程、すなわち熱交換器の反っている方向と逆向きに熱交換器を変形させ熱交換器の反りをなくすという工程、を省くことができ、安定した状態で製造できるという効果を奏する。
【００１６】
なお、人手による手直し作業では、人件費の問題と、手直しで金属を複数回塑性変形させることにより、管の肉厚などの減少を招く恐れがあり、熱交換器の品質に悪影響を与える可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１に係る熱交換器の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る熱交換器の構成部品である直管、ヘアピン管および直管を曲げてヘアピン管にする時の曲げ方向を示す図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る熱交換器の構成部品である直管、ヘアピン管および直管を曲げてヘアピン管にする時の曲げ方向を示す図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る熱交換器の構成部品である直管、ヘアピン管および直管を曲げてヘアピン管にする時の曲げ方向を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る熱交換器を示す図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る熱交換器を示す図である。
【図７】本発明の実施形態３に係る熱交換器の構成部品である直管、ヘアピン管および直管を曲げてヘアピン管にする時の曲げ方向を示す図である。
【図８】従来例に係る熱交換器の一例を示す図である。
【図９】熱交換器用の運搬装置に用いられる運搬治具の一例を示す図である。
【図１０】運搬治具に熱交換器を挿入する場合の説明図である。
【図１１】熱交換器が筐体や他の部品と干渉する場合の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明の内容について図面に基づいて説明する。なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものであることを表す。
【００１９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施形態１に係る熱交換器を示す図、図２は本発明の実施形態１に係る熱交換器の構成部品である直管、ヘアピン管および直管を曲げて（曲げ加工して）ヘアピン管にする時の曲げ方向を示す図である。なお、図８は従来例に係る熱交換器の一例を示す図である。
図１、図２、図８において、熱交換器１０は、相互間隔をおいて互いに平行に配設される平板状の伝熱フィン３０、これら伝熱フィン３０の穴に交差するように挿通させられる、冷媒通過用の管をＵの字形状に曲げたヘアピン管２０で構成される。ヘアピン管２０の穴の内径より大きい卵形状の工具を挿入し、ヘアピン管２０を拡管することで、ヘアピン管の外周面と伝熱フィン３０の穴内周面を密着させる。なお、図１、図８において、中央部分の左側のヘアピン管２０と伝熱フィン３０が交差した図が熱交換器の正面図、その右側の図がその右側面図、正面図の上側に示した図がその上面図、正面図の下側に示した図がその下面図で、以下に示す図５、図６でも同様である。
【００２０】
ヘアピン管２０は、図２に示すように、直管４０をＵの字形状に曲げる(曲げ加工する)ことで作られる。直管４０は、主に押出し加工、引き抜き加工により成形される。一般的に、直管４０は成形加工時に穴が偏り、管の肉厚に差が生じ(以下、偏肉という)、直管４０には、薄肉部２１および厚肉部２２が生じる。
【００２１】
ここで、上記図１の上面図において、円状の黒く塗りつぶした部分が管の中空部分であり、例えば、この上面図で一番左側の２つ１組で示した円（一連の１つの管材に相当）では、図の上側に厚肉部２２が配置されており、左から二番目の２つ１組で示した円（上記一連の１つの管材に隣接する別の管材）では図の下側に厚肉部２２が配置されている。このように隣接する管材間で厚肉部が、列方向（平板状の放熱フィンが平行に並置された方向）に対して垂直な方向である段方向に交互に配置されている。
【００２２】
該管のように、偏肉が生じたヘアピン管２０を拡管すると、ヘアピン管２０は円周方向に拡大しようとする。このとき、力のつりあいより、円周方向の力はヘアピン管２０の円周部分のどの位置でも同じ大きさになる。よって、円周方向成分の応力は、薄肉部２１側では、厚肉部２２側と比較して断面積の関係（応力σ＝Ｆ（力）／Ａ（断面積）の考え方を用いると、この場合には断面積が小さくなる関係）から相対的に応力が大きくなる。したがって、ヘアピン管２０の薄肉部２１側では、厚肉部２２側と比較して、管の円周方向の伸び量も大きくなる。
【００２３】
従って、ポアソン比（＝−横歪／縦歪の関係で表される）から、縦方向の伸び量が大きくなると、その分横方向の縮み量が大きくなるという材料の特性から、偏肉が生じた該ヘアピン管２０の薄肉部２１側では、厚肉部２２側と比較して、管の円周方向の伸び量が大きくなる分、管の軸方向の縮み量が大きくなる。このことから、薄肉部２１側では、厚肉部２２側と比較して、より縮もうとする力がかかるため、薄肉部２１側において、管の長手方向と垂直な方向に凹形状となる反りを生じる。
【００２４】
例えば、図８に示すように熱交換器に挿入したヘアピン管２０の薄肉部の向きが揃った場合、熱交換器は拡管後、ヘアピン管２０の薄肉側で、管の長手方向と垂直な方向に凹形状となる反りを生じる。ヘアピン管２０の薄肉部２１の方向を、熱交換器の端部より３本そろえて挿入し拡管した場合でも、熱交換器の端部において、反りが生じることを実際に確認した。
【００２５】
本発明の熱交換器では、隣り合うヘアピン管２０の薄肉部２１(または厚肉部２２)の向きを、図１に示すように、列方向に交互に反転させて挿入する。この構成によれば、熱交換器１０を拡管した時、挿入したヘアピン管２０は、隣接したヘアピン管２０と逆方向に反ろうとする力が働き、互いに打ち消しあうことになり、熱交換器１０の反りを防止できる。
【００２６】
また、熱交換器１０が反ることがないので、自動化された製造ラインで熱交換器１０を運搬する時に、運搬治具との接触による損傷、組立時での筐体や部品などとの干渉による組立不具合を抑制することができるという利点がある。
【００２７】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を用いて説明する。
図３は本発明の実施の形態２に係る熱交換器の構成部品である直管、ヘアピン管および直管を曲げてヘアピン管にする時の曲げ方向を示す図、図４は本発明の実施形態２に係る熱交換器の構成部品である直管、ヘアピン管および直管を曲げてヘアピン管にする時の曲げ方向を示す図、図５は本発明の実施形態２に係る熱交換器を示す図、図６は本発明の実施形態２に係る熱交換器を示す図である。
【００２８】
実施の形態１では、ヘアピン管２０の薄肉部２１が列方向になるように曲げたが、図３および図４に示すように、ヘアピン管２０の薄肉部２１の方向が熱交換器の段方向になるように曲げても良い。該ヘアピン管２０を伝熱フィン３０に挿入した熱交換器１０を、図５、及び図６に示す。ヘアピン管２０は左右の管が互いに逆向きに反ろうとする力が働き、互いに打ち消しあうので、反ることがない。
【００２９】
ここで、図５の上面図においては、円状の黒く塗りつぶした部分が管の中空部分であり、例えば、この上面図で一番左側の２つ１組で示した円（一連の１つの管材に相当）では、図１とは異なり、左側の円の右側、及び右側の円の左側に厚肉部が配置されている。すなわち熱交換器の段方向（上述の列方向に垂直な方向）に厚肉部が揃えられて配置されている。
【００３０】
また、図６の上面図においては、円状の黒く塗りつぶした部分が管の中空部分であり、例えば、この上面図で一番左側の２つ１組で示した円（一連の１つの管材に相当）では、図１とは異なり、左側の円の左側、及び右側の円の右側に厚肉部が配置されている。すなわち熱交換器の段方向（上述の列方向に垂直な方向）に厚肉部が揃えられて配置されている。
【００３１】
この構成によれば、ヘアピン管２０を伝熱フィン３０の穴に挿入する工程において、ヘアピン管２０の薄肉部２１（または厚肉部２２）の方向を確認する作業が不要になり、作業工程、作業時間を短縮することができるという利点がある。
【００３２】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図を用いて説明する。
図７は本発明の実施形態３に係る熱交換器の構成部品である直管、ヘアピン管および直管を曲げてヘアピン管にする時の曲げ方向を示す図である。
【００３３】
図７に示すように、始端と終端を３６０°以上捻ったヘアピン管２０を用いても良い。３６０°以上捻ることにより、図７の直管４０は、薄肉部２１および厚肉部２２の位置が円周方向で回転する。該直管４０を曲げたヘアピン管２０の薄肉部２１、厚肉部２２の向きも回転し、薄肉部２１が偏ることがない。よって、ヘアピン管２０の長手方向の縮み量は、円周方向で偏ることがない。該管で構成される熱交換器も、拡管で反ることはなくなる。
【００３４】
この構成によれば、直管４０を曲げてヘアピン管２０に加工する工程において、薄肉部２１（または厚肉部２２）の向きを確認する作業が不要になり、作業工程、作業時間を短縮できるという利点がある。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  熱交換器、２０  ヘアピン管、２１  薄肉部、２２  厚肉部、３０  伝熱フィン、４０  直管、５０  運搬治具、６０  筐体、７０  空調機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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