(57)【要約】  フィンレス熱交換器は、２つのヘッダと、互いに間隔を空けて並列に配置された複数の伝熱管とを備え、２つのヘッダのそれぞれに形成された複数の挿し込み孔に複数の伝熱管のそれぞれの両端部が挿し込まれて接続されている。複数の伝熱管のそれぞれは、並列方向と直交する方向に延びる直線部と折り返し部とが交互に連なった構成を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのヘッダと、互いに間隔を空けて並列に配置された複数の伝熱管とを備え、前記２つのヘッダのそれぞれに形成された複数の挿し込み孔に前記複数の伝熱管のそれぞれの両端部が挿し込まれて接続されているフィンレス熱交換器であって、
前記複数の伝熱管のそれぞれは、並列方向と直交する方向に延びる直線部と折り返し部とが交互に連なった構成を有するフィンレス熱交換器。
【請求項２】
前記直線部間の間隔を保持する位置決め構造を有する請求項１記載のフィンレス熱交換器。
【請求項３】
前記位置決め構造は、前記２つのヘッダの一方または両方に設けられた、前記折り返し部を支持する凹部である請求項２記載のフィンレス熱交換器。
【請求項４】
前記位置決め構造は、前記直線部が挿入される凹状の挿入部が、隣り合う前記直線部間の間隔に合わせて複数形成された位置規定部材である請求項２記載のフィンレス熱交換器。
【請求項５】
前記伝熱管の前記折り返し部は、湾曲した第１部と、前記第１部の両端から互いに近づく方に延びる一対の第２部とで構成されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
【請求項６】
前記伝熱管の前記折り返し部は、隣り合う前記伝熱管と接合されている請求項５記載のフィンレス熱交換器。
【請求項７】
前記２つのヘッダの少なくとも一方は、前記挿し込み孔を、隣り合う前記伝熱管の配置間隔よりも狭い間隔で有し、前記複数の伝熱管の並列方向に沿った前記ヘッダの長さが、前記複数の伝熱管の配置領域の全体の同方向の長さよりも短く形成されている請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
【請求項８】
前記２つのヘッダの両方が、前記複数の伝熱管の一方の端部側に沿って配置されている請求項７記載のフィンレス熱交換器。
【請求項９】
前記２つのヘッダが一体構造となっている請求項８記載のフィンレス熱交換器。
【請求項１０】
前記複数の伝熱管のそれぞれは、前記直線部と前記折り返し部とが別体で構成されて接合されたものである請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
【請求項１１】
前記複数の伝熱管が左右方向に並列に配置されている請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
【請求項１２】
前記複数の伝熱管が上下方向に並列に配置されている請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
【請求項１３】
前記複数の伝熱管のそれぞれは、長手方向の同じ位置で折り曲げられた形状を有する請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
【請求項１４】
前記伝熱管は、断面形状が短軸と長軸とを有する扁平形状に形成され、貫通孔で形成された流路を複数有する扁平管である請求項１〜請求項１３記載のフィンレス熱交換器。
【請求項１５】
前記伝熱管の前記短軸の長さである短軸寸法が１．５［ｍｍ］以下、０超であり、隣り合う前記直線部間の間隔である管ピッチから前記短軸寸法を減算した値が０．６［ｍｍ］〜１．８［ｍｍ］である請求項１４記載のフィンレス熱交換器。
【請求項１６】
前記伝熱管の前記短軸の長さである短軸寸法と、隣り合う前記直線部の間隔である管ピッチとを用いて、ｒ＝（前記管ピッチ−前記短軸寸法）／２であるとき、前記伝熱管において少なくとも１箇所の前記折り返し部の曲げ半径Ｒ［ｍｍ］が、ｒ［ｍｍ］＜Ｒ≦３ｒ［ｍｍ］の関係を有する請求項１４または請求項１５記載のフィンレス熱交換器。
【請求項１７】
請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器と、前記フィンレス熱交換器に空気を供給するファンとを有する冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィンを用いないフィンレス熱交換器および冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換性能とコンパクト性とを兼ね備える熱交換器として、フィンを用いないフィンレス熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のフィンレス熱交換器は、互いに間隔を空けて配置された２つのヘッダと、２つのヘッダ間に間隔を空けて並列に配置され且つ両端部が２つのヘッダに挿し込まれて固定された複数の伝熱管とを備えている。そして、伝熱管は扁平管で構成され、扁平管の断面長軸方向を、空気流れ方向に沿って並行に配置した構成としている。【０００３】
特許文献１に記載のフィンレス熱交換器は、短軸寸法を小さくした扁平管を狭ピッチに配列し、フィンアンドチューブ熱交換器と比較して、コンパクト性を確保しつつ、熱交換性能の向上を図ることを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４５０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のフィンレス熱交換器において、２つのヘッダのそれぞれには、伝熱管と同数の挿し込み孔が加工される。熱交換性能を上げようとして伝熱管の本数を多くすると、ヘッダに加工される挿し込み孔の数も多くなる。挿し込み孔は、各種の加工方法で形成されるが、切削加工またはプレス加工を用いる場合、桟部の強度不足によるひずみが残留する懸念があり、ヘッダの加工性が低下する。また、ワイヤーカットまたは放電加工で挿し込み孔を形成する場合は、加工コストが高くなる懸念がある。【０００６】
伝熱管の本数を多くした場合の他の問題点として、組立て時に複数の伝熱管を扱いにくくなり、組立て性が低下する点がある。【０００７】
このように、熱交換性能を上げようとして伝熱管の本数を多くすると、ヘッダの加工性および全体の組立て性が低下し、生産性の低下を招くという問題があった。【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、熱交換性能を維持しながらも伝熱管の本数を減らしてヘッダの挿し込み孔の数を低減でき、結果として生産性を向上させることができるフィンレス熱交換器および冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るフィンレス熱交換器は、２つのヘッダと、互いに間隔を空けて並列に配置された複数の伝熱管とを備え、２つのヘッダのそれぞれに形成された複数の挿し込み孔に複数の伝熱管のそれぞれの両端部が挿し込まれて接続されているフィンレス熱交換器であって、複数の伝熱管のそれぞれは、並列方向と直交する方向に延びる直線部と折り返し部とが交互に連なった構成を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、伝熱管が、並列方向と直交する方向に延びる直線部と折り返し部とを交互に連なった構成であり、言い換えれば、並列に配置された複数の直線部を折り返し部で繋いで１本の伝熱管とした構成である。このため、熱交換性能を維持しながらも伝熱管の本数を減らしてヘッダの挿し込み孔の数を低減でき、結果として生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図である。
【図３】比較例のフィンレス熱交換器を示す図である。
【図４】通風抵抗が一定であるという条件下における、フィンレス熱交換器の熱交換性能と伝熱管の短軸寸法との関係の一例を記載した図である。
【図５】同じ通風抵抗が得られる、伝熱管の短軸寸法と管ピッチＰの範囲との関係を記載した図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図７】図６の伝熱管の折り返し部とヘッダとの接触部分の拡大図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るフィンレス熱交換器の変形例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係るフィンレス熱交換器の伝熱管を示す図である。
【図１０】図９の伝熱管の折り返し部を拡大して示す図である。
【図１１】比較例として実施の形態１に係るフィンレス熱交換器の伝熱管を示す図である。
【図１２】図１１の伝熱管の折り返し部を拡大して示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係るフィンレス熱交換器の伝熱管の変形例を示す図である。
【図１４】図１３の伝熱管の折り返し部を拡大して示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図１６】本発明の実施の形態５に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図１７】本発明の実施の形態６に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
【図１８】本発明の実施の形態７に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す正面図である。
【図１９】図１８の伝熱管の要部斜視図である。
【図２０】本発明の実施の形態８に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す正面図である。
【図２１】本発明の実施の形態９に係るフィンレス熱交換器を概略的に記載した模式図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【図２２】本発明の実施の形態１０に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す正面図である。
【図２３】図２２の位置規定部材の一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明における熱交換器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付す。また、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面においては各構成部材の大きさは実際の装置とは異なる場合がある。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成を概略的に示す図である。ここでは、冷凍サイクル装置の一例として、空調対象である室内の空調を行う空気調和装置について説明する。
空気調和装置１は、熱源側ユニット１Ａと利用側ユニット１Ｂとを備えている。熱源側ユニット１Ａは、利用側ユニット１Ｂと共に冷媒を循環させる冷凍サイクルを構成することで、空調の熱を廃熱または供給するものである。熱源側ユニット１Ａは、戸外に設置されるものである。熱源側ユニット１Ａは、圧縮機１１０と、流路切替器１６０と、熱源側熱交換器４０と、絞り装置１５０と、アキュムレータ１７０とを有している。また、熱源側ユニット１Ａには、熱源側熱交換器４に送風するファン４１が熱源側熱交換器４に対向して配置されている。
【００１４】
利用側ユニット１Ｂは、空調対象である室内に設置されるものであり、利用側熱交換器１８０と、利用側熱交換器１８０に送風する図示省略のファンとを備えている。そして、空気調和装置１は、圧縮機１１０と、流路切替器１６０と、利用側熱交換器１８０と、熱源側熱交換器４０と、絞り装置１５０とを備える冷凍サイクルを有している。
【００１５】
圧縮機１１０は、吸引した冷媒を圧縮して高温高圧の状態にするものである。圧縮機１１０は、スクロール型圧縮機またはレシプロ型圧縮機で構成されている。
【００１６】
流路切替器１６０は、冷房運転または暖房運転の運転モードの切替に応じて、暖房流路と冷房流路との切替を行うものである。流路切替器１６０は、四方弁で構成されている。暖房運転時において、流路切替器１６０は、圧縮機１１０の吐出側と利用側熱交換器１８０とを接続すると共に、熱源側熱交換器４０とアキュムレータ１７０とを接続する。冷房運転時において、流路切替器１６０は、圧縮機１１０の吐出側と熱源側熱交換器４０とを接続すると共に、利用側熱交換器１８０とアキュムレータ１７０とを接続する。なお、図１では流路切替器１６０として四方弁を用いた場合について例示しているが、これに限らず、複数の二方弁を組み合わせて流路切替器１６０を構成してもよい。
【００１７】
熱源側熱交換器４０はフィンレス熱交換器で構成され、以下、図を参照してフィンレス熱交換器の構造について説明する。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態１に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
実施の形態１のフィンレス熱交換器は、互いに間隔を空けて配置された２つのヘッダ２１と、両端部が２つのヘッダ２１に接続された複数の伝熱管２２とを有し、これらが図示しない筐体内に収納された構成を有する。複数の伝熱管２２は互いに間隔を空けて並列に配置され、２つのヘッダ２１は、伝熱管２２の並列方向と直交する方向に離間して配置されている。伝熱管２２は、ここでは断面形状が短軸と長軸とを有する扁平形状に形成され、貫通孔で形成された冷媒流路を複数有した扁平管で構成されている。また、伝熱管２２は、アルミニウム系の材料で形成されている。なお、伝熱管２２において冷媒流路となる各貫通孔の断面形状は、矩形形状、正方形、台形、三角形または円形などとされる。
【００１９】
伝熱管２２は、直線部２３と折り返し部２４とが交互に連なり、且つ直線部２３同士が略平行な構成を有している。伝熱管２２は管材を折り曲げ加工することで形成された、一体成形品である。また、１本の伝熱管２２と２つのヘッダ２１との接続箇所は伝熱管２２の両端部の２箇所である。また、図２において、空気は紙面に垂直な方向に流れ、伝熱管２２は、空気の流れに対して伝熱管２２の長軸方向が平行となるように配置される。
【００２０】
ヘッダ２１は、たとえば、円筒状の管の一方の端部が完全に閉塞され、他方の端部が冷媒出入口部２６を除いて閉塞された構造となっている。また、ヘッダ２１には、挿し込み孔２５が形成され、挿し込み孔２５から伝熱管２２の端部がヘッダ２１内に挿入されて伝熱管２２とヘッダ２１とが接合される。伝熱管２２とヘッダ２１の挿し込み孔２５との当接部は、たとえばロウ付け等により接合される。
【００２１】
以上のように構成したフィンレス熱交換器の効果について説明する。本実施の形態１のフィンレス熱交換器の効果をより明確に説明するため、比較例として、次の図３に、伝熱管を直線部のみで構成したフィンレス熱交換器を挙げ、これと比較して説明する。図３は、比較例のフィンレス熱交換器を示す図である。
比較例のフィンレス熱交換器４００は、実施の形態１のフィンレス熱交換器と熱交換器サイズおよび熱交換性能が同じである。また、伝熱管２２０が直線部のみで形成され、直線部２３の両端部がヘッダ２１０に接続された構成である。また、比較例の伝熱管２２０は、実施の形態１の伝熱管２２と短軸寸法および長軸寸法が同じで、更に管ピッチＰ１が、図２に示した管ピッチＰと同じとする。管ピッチＰは、隣り合う直線部２３間の間隔である。
【００２２】
このような比較例のフィンレス熱交換器４００と実施の形態１のフィンレス熱交換器とを比較すると、本実施の形態１のフィンレス熱交換器の伝熱管２２は、いわば比較例の伝熱管２２０を折り返し部２４で繋げた構成である。このため、本実施の形態１のフィンレス熱交換器は、比較例と同等の熱交換性能を維持しつつ、伝熱管２２の本数を減らすことができる。伝熱管２２の本数は、折り返し部２４の数が多くなるほど、少なくなる。
【００２３】
このように、本実施の形態１のフィンレス熱交換器は、熱交換性能を維持しつつ伝熱管２２の本数を減らすことができるため、ヘッダ２１に挿し込まれる伝熱管２２の端部の数が減り、ヘッダ２１の挿し込み孔２５の数も減る。このため、ヘッダ２１において各挿し込み孔２５の間隔を十分広く設定できる。よって、桟の肉厚を確保でき、加工時の変形などの加工不良が発生しにくく、ヘッダの加工性が向上する。その結果、比較的容易に安価にヘッダ２１を製作することができる。
【００２４】
また、伝熱管２２の本数が減ることで、熱交換器の組立時の伝熱管２２の取り扱いが容易になり、組立て性を大きく改善することができる。
【００２５】
また、ヘッダ２１に挿し込まれる伝熱管２２の端部の数が減ることで、ヘッダ２１から各伝熱管２２に冷媒を分配する際、伝熱管２２の本数が少ない分、理想分配に近い分配状態にすることができる。よって、ヘッダ２１における各伝熱管２２への冷媒分配性能が向上し、熱交換性能を高めることができる。その結果、高性能なフィンレス熱交換器を比較的容易に提供できる。また、熱交換性能を高めることができることで、同じ熱交換性能を有するフィンレス熱交換器をコンパクトに構成することができる。
【００２６】
また、伝熱管２２の本数が減ることで、ヘッダ２１における伝熱管２２との接合箇所も少なくなるため、接合不良が生じる可能性を低くでき、フィンレス熱交換器の信頼性を向上することができる。
【００２７】
また、フィンレス熱交換器は、フィンを使用しないことから材料費、加工費および金型費を削減でき、熱交換器のコストを大幅に低減することができる。
【００２８】
以上より、本実施の形態１によれば、伝熱管２２を、並列方向と直交する方向に延びる直線部２３と折り返し部２４とが交互に連なった構成とし、言い換えれば、並列に配置された複数の直線部２３を折り返し部２４で繋いで１本の伝熱管とした。このため、図３に示した熱交換器と同等の熱交換性能を維持しながらも、フィンレス熱交換器全体としての伝熱管の本数を減らすことができる。よって、ヘッダ２１の挿し込み孔２５の数を低減でき、ヘッダ２１の加工性および全体の組立て性を向上でき、生産性を向上できる。そして、生産性が向上することで、安価に構成できる。
【００２９】
このように、ヘッダ２１の挿し込み孔２５の数を低減できることで、安価で高性能且つ高品質であり、更にコンパクトなフィンレス熱交換器を提供することができる。
【００３０】
なお、本実施の形態１では、伝熱管２２の一例として扁平管を例にとって説明したが、伝熱管２２は扁平管に限られたものではなく、円管であっても良い。伝熱管２２を円管とした場合も同様の効果を得ることができる。伝熱管２２が扁平管に限られない点は、特に言及がない限り後述の実施の形態でも同様である。また、伝熱管２２の材料については、アルミニウム系を例にとって説明したが、銅系または鉄系材料であっても、同様の効果を得ることができる。この点は後述の実施の形態でも同様である。
【００３１】
ここで、伝熱管２２を扁平管とした場合におけるフィンレス熱交換器の具体的な寸法について検討する。
図４は、通風抵抗が一定であるという条件下における、フィンレス熱交換器の熱交換性能と伝熱管の短軸寸法との関係の一例を記載した図である。図５は、同じ通風抵抗が得られる、伝熱管の短軸寸法と管ピッチＰの範囲との関係を記載した図である。管ピッチＰは上述したように隣り合う直線部２３間の間隔である。また、図５おいて網がけした部分は、同じ通風抵抗が得られる範囲を示している。
【００３２】
図４より、通風抵抗が一定であるという条件下において、より大きな熱交換性能を得るには、伝熱管２２の短軸寸法を小さくすればよいことがわかる。そして、図５より、異なる短軸寸法で同じ通風抵抗を得るには、伝熱管２２の短軸寸法が小さい程、管ピッチを狭くする必要があることがわかる。つまり、通風抵抗が一定であるという条件下で熱交換性能を上げるには、伝熱管２２の短軸寸法を小さく且つ管ピッチを狭くする必要があることが分かる。
【００３３】
図４および図５より、たとえば、目標の熱交換性能Ｘ１と同等の熱交換性能をフィンレス熱交換器で得るには、伝熱管２２の短軸寸法を１．５ｍｍ、且つ管ピッチを２．１ｍｍ〜３．３ｍｍの範囲で設定すれば良いことがわかる。なお、目標の熱交換性能Ｘ１とは、複数のフィンを備えたいわゆるフィンチューブ熱交換器における熱交換性能を指している。よって、フィンチューブ熱交換器とフィンレス熱交換器とで通風抵抗を同一とする条件で、フィンチューブ熱交換器と同等の熱交換性能をフィンレス熱交換器で得るには、伝熱管２２の短軸寸法を１．５ｍｍ、且つ管ピッチを２．１ｍｍ〜３．３ｍｍの範囲で設定すれば良いことがわかる。
【００３４】
また、熱交換性能Ｘ１よりも高い熱交換性能Ｘ２をフィンレス熱交換器で得るには、伝熱管２２の短軸寸法を更に小さくして０．６ｍｍとし、且つ管ピッチも更に狭くして１．２ｍｍ〜２．４ｍｍの範囲に設定すれば良い。
【００３５】
図５の網がけ部分の範囲に基づき、通風抵抗が一定であるという条件下で、目標の熱交換性能Ｘ１と同等の熱交換性能をフィンレス熱交換器で得るには、伝熱管２２の短軸寸法を１．５ｍｍ以下、０超とすればよい。また、管ピッチから短軸寸法を減算した値が０．６［ｍｍ］〜１．８［ｍｍ］とすればよい。なお、この範囲の下限の「０．６」は、１．８から０．６を減算して得られた値であり、上限の「１．８」は、３．３から１．５を減算して得られた値である。空気調和装置の性能を考えると、必ずしも通風抵抗をフィンチューブ熱交換器と同等にする必要はなく、圧縮機仕事と、室内機ファンまたは室外機ファンの仕事との総和が小さくなるような設計をすればよい。
【００３６】
このように、通風抵抗を同一とする条件では、伝熱管２２の短軸寸法を小さくすると、管ピッチを小さくする必要があり、つまり伝熱管２２の本数を多くすることができる。そのため、伝熱管２２の短軸寸法を小さく設定することで、ヘッダ２１の加工性悪化を回避して、フィンレス熱交換器の熱交換性能を向上することができる。
【００３７】
実施の形態２．
実施の形態２は、製造時に伝熱管２２の直線部２３同士の間隔がばらつく不都合を解消する技術に関する。以下、実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態２で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。
【００３８】
図６は、本発明の実施の形態２に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。図７は、図６の伝熱管の折り返し部とヘッダとの接触部分の拡大図である。
実施の形態２のフィンレス熱交換器は、ヘッダ２１の構成が実施の形態１と異なる。実施の形態２のヘッダ２１Ａは、伝熱管２２の折り返し部２４と対向する位置に、折り返し部２４を支持する凹部３０を有する。凹部３０は、折り返し部２４の外形形状に沿う形状に形成されており、製造時に折り返し部２４を支持することで直線部２３間の間隔を保持する位置決め構造として用いられるものである。なお、図６では、凹部３０が、ヘッダ２１Ａの構成部材に設けた溝で構成した例を示しているが、ヘッダ２１Ａの構成部材を湾曲させて構成してもよい。また、図６では、２つのヘッダの両方に凹部３０が形成された構成を示しているが、どちらか一方のヘッダのみに形成した構成としてもよい。
【００３９】
熱交換性能を上げるために伝熱管２２を密に配置すべく、伝熱管２２の短軸寸法を小さくした場合、伝熱管２２の剛性が低下する。このため、伝熱管２２の両端部とヘッダ２１Ａとをロウ付けで接合する際に、残留熱応力が発生して伝熱管２２がたわむ可能性がある。伝熱管２２がたわむと、隣り合う折り返し部２４間の間隔にばらつきが生じる可能性がある。
【００４０】
このため、伝熱管２２の両端部をヘッダ２１Ａの挿し込み孔２５に挿入すると共に、凹部３０に伝熱管２２の折り返し部２４を位置させて折り返し部２４の位置を定め、その状態で伝熱管２２の両端部とヘッダ２１Ａとをロウ付けする。これにより、製造時に隣り合う折り返し部２４間の間隔にばらつきが生じることを防止できる。よって、折り返し部２４の位置が安定し、隣り合う直線部２３間のピッチを均等に保つことができる。その結果、各直線部２３のピッチがばらつくことによる熱交換性能の低下を抑制できる。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共にヘッダ２１Ａが伝熱管２２の折り返し部２４を支持する凹部３０を有することで、以下の効果が得られる。すなわち、隣り合う直線部２３同士のピッチを均等に保つことができ、ピッチがばらつくことによる熱交換性能の低下を抑制できる。
【００４２】
なお、実施の形態２のフィンレス熱交換器は、以下のような変形を加えても良い。この場合も同様の作用効果を得ることができる。
【００４３】
図８は、本発明の実施の形態２に係るフィンレス熱交換器の変形例を示す図である。
上記図７では、伝熱管２２の折り返し部２４を直接、ヘッダ２１Ａの凹部３０で支持する構造としたが、図８に示すように、伝熱管２２の折り返し部２４と凹部３０との間に断熱材３１を介在させて支持する構造としてもよい。このように断熱材３１を設けることで、伝熱管２２の折り返し部２４の熱がヘッダ２１Ａに伝達することを抑制できる。したがって、熱交換のロスを防ぐことができ、断熱材３１を設けない場合に比べて熱交換性能を向上できる。
【００４４】
実施の形態３．
伝熱管２２の折り返し部２４は、管部材の折り曲げ加工で形成されるため、曲げ半径が大きい方が加工しやすい。実施の形態３は、折り返し部２４の加工を考慮した伝熱管の形状に関する。以下、実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態３で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。
【００４５】
以下、実施の形態３の伝熱管２２Ａについて、実施の形態１の伝熱管２２と比較して説明する。図９は、本発明の実施の形態３に係るフィンレス熱交換器の伝熱管を示す図である。図１０は、図９の伝熱管の折り返し部を拡大して示す図である。図１１は、比較例として実施の形態１に係るフィンレス熱交換器の伝熱管を示す図である。図１２は、図１１の伝熱管の折り返し部を拡大して示す図である。
【００４６】
実施の形態３の伝熱管２２Ａは、図１０に示すように、折り返し部２４が、湾曲した第１部２４ａと、第１部２４ａの両端から互いに近づく方に延びる一対の第２部２４ｂとで構成されている。そして、第２部２４ｂの先端から直線部２３が延びている。
【００４７】
ここで、隣り合う直線部２３間の間隔である管ピッチＰを、図１０に示した実施の形態３の伝熱管２２Ａと、図１２に示した実施の形態１の伝熱管２２とで同じとした構成で、折り返し部２４の曲げ半径を比較する。図１２に示した実施の形態１の折り返し部２４の曲げ半径Ｒは、（管ピッチＰ−短軸寸法Ｌ）／２の寸法になる。一方、図１０に示した実施の形態３の折り返し部２４の第１部２４ａの曲げ半径Ｒは、隣り合う折り返し部２４に接触する大きさまで曲げ半径を大きくすることを許容すると、（管ピッチＰ−短軸寸法Ｌ）／２×２に近い寸法まで大きくすることができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、伝熱管２２Ａの折り返し部２４の形状を、湾曲した第１部２４ａと、第１部２４ａの両端から互いに近づく方に延びる一対の第２部２４ｂとを備えた形状としたので、更に以下の効果が得られる。すなわち、管ピッチＰを広げることなく、折り返し部２４の曲げ半径Ｒを大きくでき、伝熱管２２Ａの加工性の向上、引いてはフィンレス熱交換器の生産性の向上を図ることができる。また、折り返し部２４の加工性を改善した、高品質の伝熱管を得ることができる。
【００４９】
なお、熱交換性能の低下を抑制するためには、伝熱管２２Ａ同士は接しない方が好ましいが、仮に、伝熱管２２Ａ同士が接触しても、その接触位置が折り返し部２４の第１部２４ａ同士のみであれば、接触面積が小さいため、大幅に熱交換性能が低下することはない。
【００５０】
また、折り返し部２４の曲げ半径Ｒの寸法を大きくすると、伝熱管２２Ａの折り曲げ加工による残留ひずみが小さくなるため、伝熱管２２Ａの強度低下を抑制することができる。その結果、内圧の安全率の低下を抑制し、伝熱管２２Ａの品質の低下を防ぐことができる。
【００５１】
また、折り返し部２４の曲げ半径Ｒの寸法を大きくすると、隣り合う伝熱管２２Ａの折り返し部２４との距離が近くなるまたは接触することになる。空気調和装置１の運転条件によっては、伝熱管２２が振動または変形することが考えられ、伝熱管２２Ａ同士が接触して伝熱管２２Ａに損傷または疲労が蓄積され、破断することが考えられる。よって、これを防ぐために、隣り合う各伝熱管２２Ａにおいて、互いに近接または接触する部分を接合しておくと良い。これにより、伝熱管２２Ａの品質を高めるだけでなく、伝熱管２２Ａの位置が安定し、均質化することができ、熱交換性能が向上する。
【００５２】
なお、実施の形態３のフィンレス熱交換器の伝熱管２２Ａは、図９および図１０に示した構成に更に、以下のような変形を加えても良い。この場合も同様の効果を得ることができる。
【００５３】
図１３は、本発明の実施の形態３に係るフィンレス熱交換器の伝熱管の変形例を示す図である。図１４は、図１３の伝熱管の折り返し部を拡大して示す図である。
この変形例では、隣り合う折り返し部２４が、伝熱管２２Ａの並列方向に交互に段違いとなる配置としている。この構成とすると、折り返し部２４の曲げ半径Ｒを、（管ピッチＰ−短軸寸法Ｌ）／２×３程度まで大きくすることが可能である。
【００５４】
以上の図９〜図１４に示した伝熱管２２および伝熱管２２Ａのそれぞれの折り返し部２４の曲げ半径Ｒの範囲について整理すると、ｒ＜Ｒ≦３ｒ、ｒ＝（管ピッチＰ−短軸寸法Ｌ）／２、の関係を満たす範囲となる。なお、この範囲は、伝熱管が扁平管である場合に該当する範囲である。本発明は、伝熱管の少なくとも１箇所の折り返し部２４の曲げ半径Ｒが上記の関係を満たしている構成を含むものとする。
【００５５】
実施の形態４．
実施の形態４は、ヘッダ２１を小型化した形態に関する。以下、実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態４で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。
【００５６】
図１５は、本発明の実施の形態４に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
実施の形態４は、実施の形態１のヘッダ２１に代えて、ヘッダ２１Ｂを備えたものである。ヘッダ２１Ｂは、ヘッダ２１の挿し込み孔２５の間隔Ｌ１を、加工性が大きく悪化しない程度に、隣り合う伝熱管２２間の配置間隔Ｐ２よりも狭くし、ヘッダの小型化を図ったものである。具体的には、ヘッダ２１Ｂの、伝熱管２２の並列方向の長さＬ２が、複数の伝熱管の配置領域全体の同方向の長さＬ３よりも短い構成となっている。そして、実施の形態４のフィンレス熱交換器は、このように小型化されたヘッダ２１Ｂに、伝熱管２２の端部を、伝熱管２２を適宜折り曲げ部３２を介して導き、挿し込み孔２５に接合した構成を有している。
【００５７】
本実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、小型化されたヘッダ２１Ｂを用いることで、ヘッダ２１Ｂの内容積を小さくすることができ、冷媒量を削減できる。
【００５８】
なお、図１５では、２つのヘッダ２１の両方を小型化した構成を示したが少なくとも一方のヘッダ２１が小型化されていればよい。
【００５９】
実施の形態５．
実施の形態５は、実施の形態４で説明したヘッダ２１の小型化に加えて更に、フィンレス熱交換器全体の小型化を図る構成に関する。以下、実施の形態４と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態５で説明されていない構成は実施の形態４と同様である。
【００６０】
図１６は、本発明の実施の形態５に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
実施の形態５は、実施の形態４において伝熱管２２の両方の端部に配置していた２つのヘッダ２１Ｂを、伝熱管２２の片方の端部に配置した構成としたものである。ここでは、２つのヘッダ２１Ｂを下側の端部に配置した構成を示したが、上側の端部に配置した構成してもよい。
【００６１】
本実施の形態５によれば、実施の形態４と同様の効果が得られると共に、小型化された２つのヘッダ２１Ｂを伝熱管２２の一方の端部側にまとめて配置することで、以下の効果が得られる。すなわち、２つのヘッダ２１Ｂを伝熱管２２の両方の端部のそれぞれに分けて配置する場合に比べて、筐体内において複数の伝熱管２２が配置される配置領域の大きさを拡大することができ、フィンレス熱交換器の前面面積を増やすことができる。よって、伝熱面積が増加し、熱交換性能を向上できる。
【００６２】
実施の形態６．
実施の形態６は、実施の形態５の２つのヘッダ２１Ｂを一体構造としたものである。以下、実施の形態５と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態６で説明されていない構成は実施の形態５と同様である。
【００６３】
図１７は、本発明の実施の形態６に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。
実施の形態６は、実施の形態５において伝熱管２２の片方の端部に配置した２つのヘッダ２１Ｂに代えて、２つのヘッダ２１Ｂを一体化した構成のヘッダ２１Ｃを備えたものである。なお、ヘッダ２１Ｃ内は、伝熱管２２の一端部側に接続される空間と、伝熱管２２の他端部側に接続される空間とが、仕切り板４２によって仕切られている。
【００６４】
本実施の形態６によれば、実施の形態５と同様の効果が得られると共に、ヘッダ２１Ｃを２つのヘッダを一体化した構成としたので、ヘッダ２１Ｃの剛性が上がり、フィンレス熱交換器の剛性も向上する。このため、伝熱管２２の位置が安定し、直線部２３間の管ピッチＰが所定のピッチに保たれ、熱交換性能を向上できる。
【００６５】
実施の形態７．
上記実施の形態１では、伝熱管２２が、管材を折り曲げ加工することで形成された一体成形品であったが、実施の形態７では、複数の管材を接合した構成としたものである。以下、実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態７で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。
【００６６】
図１８は、本発明の実施の形態７に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す正面図である。図１９は、図１８の伝熱管の要部斜視図である。
実施の形態７の伝熱管２２Ｂは、別体の部材で構成された、直線部２３と折り返し部２４とを、たとえばロウ付けにより接合された構成を有する。折り返し部２４は、具体的にはＵベントで構成されている。
【００６７】
本実施の形態７によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
実施の形態８．
実施の形態８は、フィンレス熱交換器の配置の向きを実施の形態１と変えたものである。以下、実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態８で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。
【００６９】
図２０は、本発明の実施の形態８に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す正面図である。
上記実施の形態１のフィンレス熱交換器は、複数の伝熱管２２の並設方向が左右方向であったが、実施の形態８のフィンレス熱交換器は、図２０に示すように、複数の伝熱管２２の並設方向が上下方向となっている。
【００７０】
本実施の形態８によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
実施の形態９．
上記実施の形態１では、フィンレス熱交換部が全体として平面状であったが、実施の形態９では、全体としてＬ字形状としたものである。以下、実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態９で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。
【００７２】
図２１は、本発明の実施の形態９に係るフィンレス熱交換器を概略的に記載した模式図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
図２１に示すように、実施の形態９のフィンレス熱交換器は、複数の伝熱管２２の長手方向の中心部に折り曲げ部６０を有し、全体としてＬ字形状に形成されている。つまり、複数の伝熱管２２のそれぞれが長手方向の同じ位置で折り曲げられた形状を有する。実施の形態９のフィンレス熱交換器は、室内機の熱交換器として利用することを想定している。
【００７３】
本実施の形態９は、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、フィンレス熱交換器を全体としてＬ字形状としたことで、室内機の熱交換器のように、前面面積を大きく取れない室内ユニットに用いて有効である。
【００７４】
実施の形態１０．
実施の形態１０は、空気調和装置１の運転時に伝熱管２２が振動しても、伝熱管２２の直線部２３の管ピッチＰを等間隔に保つ構成に関するものである。以下、実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、本実施の形態１０で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。
【００７５】
図２２は、本発明の実施の形態１０に係るフィンレス熱交換器の構造を模式的に示す正面図である。図２３は、図２２の位置規定部材の一部断面図である。
実施の形態１０のフィンレス熱交換器は、伝熱管２２の直線部２３の管ピッチＰを等間隔に保つ位置決め構造である位置規定部材７０を備えている。位置規定部材７０は、ここでは伝熱管２２の長手方向に間隔を空けて２箇所に配置されている。位置規定部材７０は、棒状部材で構成され、その長手方向に、伝熱管２２の直線部２３が挿入される凹状の挿入部７１が複数形成された構成を有する。複数の挿入部７１は、隣り合う直線部２３間の間隔に合わせて等間隔に形成されている。そして、位置規定部材７０の各挿入部７１に各直線部２３が挿入されることで、空気調和装置１の運転時に伝熱管２２が振動しても、直線部２３の管ピッチＰを等間隔に保つことを可能としている。なお、位置規定部材７０の材料は、熱伝導率が低い樹脂または断熱材などが望ましい。
【００７６】
本実施の形態１０によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、位置規定部材７０を設置することで、伝熱管２２の位置が規定されて管ピッチＰが均等に維持されるため、熱交換性能が向上する。
【００７７】
なお、フィンレス熱交換器は、フィンチューブ熱交換器と同等の熱交換性能を得るために伝熱管が細径化されて伝熱管の剛性が低下する傾向がある。しかし、位置規定部材７０を設置することで、伝熱管２２の直線部２３が位置規定部材７０の挿入部７１内に挿入されて支持されることで、伝熱管２２の剛性が低下する点をカバーでき、熱交換器の剛性を向上できる。
【００７８】
位置規定部材７０は、必ずしも図２２および図２３に示す形状、個数および位置である必要はなく、位置規定部材７０の作用を逸脱しない範囲で適宜変更できる。例えば、位置規定部材７０の数は２つに限られず、１つでも良いし、３つ以上としてもよい。
【００７９】
なお、本発明は、上記の実施の形態１〜１０に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。すなわち、上記の実施の形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成に代替させてもよい。更に、その配置について特に限定のない構成要件は、実施の形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
【００８０】
また、上記各実施の形態１〜１０においてそれぞれ別の実施の形態として説明したが、各実施の形態の特徴的な構成を適宜組み合わせてフィンレス熱交換器を構成してもよい。たとえば、実施の形態２と実施の形態４とを組み合わせ、図１５のヘッダ２１Ｂに実施の形態２の凹部３０を設けた構成としてもよい。また、各実施の形態１〜１０のそれぞれにおいて、同様の構成部分について適用される変形例はその変形例を説明した実施の形態以外の他の実施の形態においても同様に適用される。
【００８１】
また、上記では、熱源側熱交換器に本発明のフィンレス熱交換器を適用した例についての説明を行ったが、利用側熱交換器に本発明のフィンレス熱交換器を適用した構成であってもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１  空気調和装置、１Ａ  熱源側ユニット、１Ｂ  利用側ユニット、４  熱源側熱交換器、２１  ヘッダ、２１Ａ  ヘッダ、２１Ｂ  ヘッダ、２１Ｃ  ヘッダ、２２  伝熱管、２２Ａ  伝熱管、２２Ｂ  伝熱管、２３  直線部、２４  折り返し部、２４ａ  第１部、２４ｂ  第２部、２５  挿し込み孔、２６  冷媒出入口部、３０  凹部、３１  断熱材、３２  折り曲げ部、４０  熱源側熱交換器、４１  ファン、４２  仕切り板、６０  折り曲げ部、７０  位置規定部材、７１  挿入部、１１０  圧縮機、１５０  絞り装置、１６０  流路切替器、１７０  アキュムレータ、１８０  利用側熱交換器、２１０  ヘッダ、２２０  伝熱管、４００  フィンレス熱交換器。
【図１】
2019116413.tif 000003
【図２】
2019116413.tif 000004
【図３】
2019116413.tif 000005
【図４】
2019116413.tif 000006
【図５】
2019116413.tif 000007
【図６】
2019116413.tif 000008
【図７】
2019116413.tif 000009
【図８】
2019116413.tif 000010
【図９】
2019116413.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2019116413.tif 000017
【図１６】
2019116413.tif 000018
【図１７】
2019116413.tif 000019
【図１８】
2019116413.tif 000020
【図１９】
2019116413.tif 000021
【図２０】
2019116413.tif 000022
【図２１】
2019116413.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年2月6日(2020.2.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明に係るフィンレス熱交換器は、２つのヘッダと、互いに間隔を空けて並列に配置された複数の伝熱管とを備え、２つのヘッダのそれぞれに形成された複数の挿し込み孔に複数の伝熱管のそれぞれの両端部が挿し込まれて接続されているフィンレス熱交換器であって、複数の伝熱管のそれぞれは、並列方向と直交する方向に延びる直線部と折り返し部とが交互に連なった構成を有し、２つのヘッダの一方または両方に、直線部間の間隔を保持する位置決め構造として、折り返し部を支持する凹部を有するのである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのヘッダと、互いに間隔を空けて並列に配置された複数の伝熱管とを備え、前記２つのヘッダのそれぞれに形成された複数の挿し込み孔に前記複数の伝熱管のそれぞれの両端部が挿し込まれて接続されているフィンレス熱交換器であって、
前記複数の伝熱管のそれぞれは、並列方向と直交する方向に延びる直線部と折り返し部とが交互に連なった構成を有し、
前記２つのヘッダの一方または両方に、前記直線部間の間隔を保持する位置決め構造として、前記折り返し部を支持する凹部を有するフィンレス熱交換器。
【請求項２】
前記伝熱管の前記折り返し部は、湾曲した第１部と、前記第１部の両端から互いに近づく方に延びる一対の第２部とで構成されている請求項１記載のフィンレス熱交換器。
【請求項３】
前記伝熱管の前記折り返し部は、隣り合う前記伝熱管と接合されている請求項２記載のフィンレス熱交換器。
【請求項４】
前記２つのヘッダの少なくとも一方は、前記挿し込み孔を、隣り合う前記伝熱管の配置間隔よりも狭い間隔で有し、前記複数の伝熱管の並列方向に沿った前記ヘッダの長さが、前記複数の伝熱管の配置領域の全体の同方向の長さよりも短く形成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
【請求項５】
前記２つのヘッダの両方が、前記複数の伝熱管の一方の端部側に沿って配置されている請求項４記載のフィンレス熱交換器。
【請求項６】
２つのヘッダと、互いに間隔を空けて並列に配置された複数の伝熱管とを備え、前記２つのヘッダのそれぞれに形成された複数の挿し込み孔に前記複数の伝熱管のそれぞれの両端部が挿し込まれて接続されているフィンレス熱交換器であって、
前記複数の伝熱管のそれぞれは、並列方向と直交する方向に延びる直線部と折り返し部とが交互に連なった構成を有し、
前記２つのヘッダの少なくとも一方は、前記挿し込み孔を、隣り合う前記伝熱管の配置間隔よりも狭い間隔で有し、前記複数の伝熱管の並列方向に沿った前記ヘッダの長さが、前記複数の伝熱管の配置領域の全体の同方向の長さよりも短く形成されており、
前記２つのヘッダが一体構造となって、前記複数の伝熱管の一方の端部側に沿って配置されているフィンレス熱交換器。
【請求項７】
前記複数の伝熱管のそれぞれは、前記直線部と前記折り返し部とが別体で構成されて接合されたものである請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
【請求項８】
前記複数の伝熱管が左右方向に並列に配置されている請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
【請求項９】
前記複数の伝熱管が上下方向に並列に配置されている請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
【請求項１０】
前記複数の伝熱管のそれぞれは、長手方向の同じ位置で折り曲げられた形状を有する請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
【請求項１１】
前記伝熱管は、断面形状が短軸と長軸とを有する扁平形状に形成され、貫通孔で形成された流路を複数有する扁平管である請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器。
【請求項１２】
前記伝熱管の前記短軸の長さである短軸寸法が１．５［ｍｍ］以下、０超であり、隣り合う前記直線部間の間隔である管ピッチから前記短軸寸法を減算した値が０．６［ｍｍ］〜１．８［ｍｍ］である請求項１１記載のフィンレス熱交換器。
【請求項１３】
前記伝熱管の前記短軸の長さである短軸寸法と、隣り合う前記直線部の間隔である管ピッチとを用いて、ｒ＝（前記管ピッチ−前記短軸寸法）／２であるとき、前記伝熱管において少なくとも１箇所の前記折り返し部の曲げ半径Ｒ［ｍｍ］が、ｒ［ｍｍ］＜Ｒ≦３ｒ［ｍｍ］の関係を有する請求項１１または請求項１２記載のフィンレス熱交換器。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載のフィンレス熱交換器と、前記フィンレス熱交換器に空気を供給するファンとを有する冷凍サイクル装置。
【国際調査報告】
2019116413.tif 000026
2019116413.tif 000027
2019116413.tif 000028
2019116413.tif 000029