(57)【要約】【課題】気密圧力、冷媒封入圧力等の衝撃圧力が、熱伝達率を向上させるために伝熱管に挿入したスペーサに加わっても、伝熱管内面の損傷させることがなく、信頼性に優れた熱交換器を提供する。【解決手段】本熱交換器は伝熱管内の冷媒が液相となる部分に伝熱管内の空間容積を減少させる棒状のスペーサを挿入すると共に、伝熱管とスペーサ間にこのスペーサの移動による伝熱管のＵ字状折曲部及びリターンベンドの損傷を防止する損傷防止手段を設ける。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔を存して並設される多数枚のフィンと、このフィンを貫通する直状部とＵ字状折曲部からなるＵ字状管および前記Ｕ字状管の直状部の端部を相互に連通するリターンベンドを備え蛇行形成される伝熱管とからなる熱交換器において、上記伝熱管内の冷媒が液相となる部分に伝熱管内の空間容積を減少させる棒状のスペーサが挿入されると共に、前記伝熱管と前記スペーサ間にこのスペーサの移動による上記伝熱管のＵ字状管及びリターンベンドの損傷を防止する損傷防止手段が設けられたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記損傷防止手段は、前記スペーサの先端部に設けられた衝撃緩和材であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記損傷防止手段は、前記スペーサの先端近傍に設けられ、前記スペーサを移動不能に固定する固定手段であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
上記損傷防止手段は、前記スペーサの外周面に設けられ前記伝熱管の材質よりも硬い材質で形成され、前記伝熱管の内面に密着する突起部であることを特徴とする請求項１の熱交換器。
【請求項５】
前記伝熱管内に冷媒封入圧力等の衝撃圧力が生じたときに、前記スペーサは前記リターンベンド側に移動する位置に配置されかつ、前記スペーサの一端側は前記リターンベンドの端面に当接するようになっていることを特徴とする請求項１の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器に係り、特に伝熱管に熱伝達率を向上させるスペーサが挿入された熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機などに用いられる熱交換器は、細長Ｕ字形状管およびリターンベンドからなる伝熱管の熱伝達率を向上させるために伝熱管内にスペーサを挿入することが行なわれているが、このスペーサに気密圧力、冷媒封入圧力等の衝撃圧力が加わる場合、スペーサが容易に移動するとともに、この移動により伝熱管の内面に衝突し、スペーサの先端が損傷しあるいは、伝熱管内面およびリターンベンド内面を損傷し、熱交換器の信頼性を損ねていた。
【０００３】
また、スペーサが容易に動くことにより、伝熱管内面とスペーサの摺動力によりスペーサの摩耗、あるいは伝熱管内面が損傷するおそれがある（特許文献１）。
【特許文献１】特開２０００−３９２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、気密圧力、冷媒封入圧力等の衝撃圧力が、熱伝達率を向上させるために伝熱管に挿入されたスペーサに加わっても、伝熱管内面が損傷することがなく、信頼性に優れた熱交換器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】
【０００５】
上述した目的を達成するため、本発明に係る熱交換器は、所定間隔を存して並設される多数枚のフィンと、このフィンを貫通する直状部とＵ字状折曲部からなるＵ字状管および前記Ｕ字状管の直状部の端部を相互に連通するリターンベンドを備え蛇行形成される伝熱管とからなる熱交換器において、上記伝熱管内の冷媒が液相となる部分に伝熱管内の空間容積を減少させる棒状のスペーサが挿入されると共に、前記伝熱管と前記スペーサ間にこのスペーサの移動による上記伝熱管のＵ字状管及びリターンベンドの損傷を防止する損傷防止手段が設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る熱交換器によれば、気密圧力、冷媒封入圧力等の衝撃圧力が、熱伝達率を向上させるために伝熱管に挿入されたスペーサに加わっても、伝熱管内面が損傷することがなく、信頼性に優れ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】
【０００７】
以下、本発明に係る熱交換器の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は本発明に係る第１実施形態の熱交換器を用いた冷凍サイクルの概念図、図２は第１実施形態の熱交換器に用いられるスペーサおよび損傷防止手段を示す概念図である。
【０００９】
図１および図２に示すように、第１実施形態に係る熱交換器１は、例えば空気調和機の冷凍サイクル１０に組み込まれて室外機用熱交換器として用いられ、冷房サイクル（冷房運転）時、熱交換器１は、圧縮機１１から四方弁１２を介して送られてくる高温高圧の冷媒ガスを放熱して冷却して液化する。この液化された冷媒は、キャピラリチューブ１３、電子膨張弁１４、パックトバルブ１５を介して室内熱交換器１６に送り、室内熱交換器１６で蒸発して室内を冷やし、パックトバルブ１７、四方弁１２を介して圧縮機１１に戻るようになっている。なお、符号１８は封入管、１９は室外ファン、２０は室内ファンである。
【００１０】
上記熱交換器１は、例えば図１３に示すように、空気の流通方向に伝熱管を２列並べ、略Ｌ字状に折曲した２列熱交換器で構成されており、風上側に直径８ｍｍの伝熱管２を、風下側に直径９．５２ｍｍの伝熱管３を用いている。なお、図１では熱交換器１を模式的に表している。冷房サイクルでは、伝熱管２が下流になり、その出口部にスペーサ４が挿入されている。熱交換器１は、２列で２流路に構成されており、そのそれぞれの出口部分の伝熱管２にスペーサ４が２本ずつ挿入されており、１システムとしては、４本のスペーサ４を具備している。
【００１１】
本熱交換器１は、長方形状、薄い板状で複数の管嵌合孔が穿設され、所定間隔を存して並設された多数のフィン５と、このフィン５を貫通する直状部２ａ１とＵ字状折曲部２ａ２が一体に形成されてなる細長Ｕ字形状のＵ字状管２ａおよび前記直状部２ａ１の端部を相互に連通するリターンベンド２ｂを備え蛇行形成される伝熱管２とからなっている。
【００１２】
また、この伝熱管２内の冷媒が液相となる部分には、伝熱管２内の空間容積を減少させるための金属丸棒状のスペーサ４が挿入されており、例えばスペーサ４は伝熱管２の内面積の６０〜７０％の断面積を持っており、冷媒流路面積が減じられる。
【００１３】
さらに、このスペーサ４と伝熱管２間に、スペーサ４の移動により伝熱管２のＵ字状管２ａおよびリターンベンド２ｂが損傷するのを防止する損傷防止手段６が設けられている。
【００１４】
図３に示すように、損傷防止手段は、例えばスペーサ４の両先端部に設けられた衝撃緩和材６である。この損傷防止手段である衝撃緩和材６は、スペーサ４の先端部に巻着してもよいし、図４に示すように、衝撃緩和材６ａの一部がスペーサ４の先端部から突出するようにしてもよく、また、図５に示すように、衝撃緩和材６ｂとしてのスプリング等の弾性体をスペーサ４の先端部に取着してもよく、さらに、図６に示すように、衝撃緩和材６ｃは、樹脂、ゴム等のエラストマーをスペーサ４の先端部に取着してもよい。
【００１５】
また、衝撃緩和材６の外径とリターンベンド部２ｂの内径との関係を適切に設定することで、衝撃緩和材６がリターンベンド２ｂ側に衝突するとき、リターンベンド２ｂの端部によりスペーサ４の動きを止めるようにするのが好ましい。
【００１６】
なお、本第１実施形態では、衝撃緩和材をスペーサの両先端に設ける例で説明したが、常にスペーサの一側から圧力がかかる状態で用いる場合には、緩衝を必要とするスペーサの一方の先端部にのみ衝撃緩和材を設ければよい。
【００１７】
次に本第１実施形態の熱交換器におけるスペーサの働きについて説明する。
【００１８】
冷房サイクルでは、室外熱交換器としての熱交換器１の入口側はガス相で入り、下流に行くに従いガスと液の２相から液相へと変化する。熱交換器１（凝縮器）出口では、アンダークール量が大きくなっており、熱交換器１の出口部に伝熱管２の内面積の６０〜７０％の断面積を持つスペーサ４が挿入されることにより、この液相域での流速を増やして熱伝達率を２０％程度向上させることができる。
【００１９】
さらに、図７に示すように、例えば冷媒封入時、衝撃圧力が図１の封入管１８（図中矢印のように右側）から作用するとスペーサ４は、圧力方向に移動し、上段のＵ字状管２ａにおいては、スペーサ４がＬ字状折曲部（Ｌ字状折曲部がない場合はＵ字状折曲部２ａ２）の内面に衝突するが、スペーサ４の先端部に設けられた損傷防止手段としての衝撃緩和材６により、その衝突力は緩衝され、スペーサ４の先端の損傷およびＵ字状管のＬ字状折曲部またはＵ字状折曲部２ａ２内面の損傷を緩和させることができ、一方、下段のＵ字状管２ａにおいては、スペーサ４がリターンベンド２ｂ内面に衝突するが、スペーサ４の先端部に設けられた衝撃緩和材により、その衝突は緩衝され、スペーサ４の先端の損傷およびリターンベンド２ｂ内面の損傷を緩和することができる。
【００２０】
上記のように本第１実施形態に係る熱交換器１によれば、伝熱管に挿入されたスペーサにより熱伝達率の向上が図れ、また、封入冷媒量を５％以上低減でき、さらに、スペーサが気密圧力（製造工程における気密試験時に生じる圧力）、冷媒封入圧力等の衝撃圧力で移動しても、スペーサに設けられた衝撃緩和材により、スペーサ先端、伝熱管のＵ字管内面およびリターンベンド内面の損傷を緩和させることができ、信頼性に優れた熱交換器を提供することができる。
【００２１】
また、本発明に係る熱交換器の第２実施形態について説明する。
【００２２】
上記第１実施形態は前記損傷防止手段がスペーサの先端部に設けられた衝撃緩和材であるのに対して、本第２実施形態は損傷防止手段がスペーサの先端近傍に設けられスペーサを移動不能に固定する固定手段である。
【００２３】
例えば、図８に示すように、本第２実施形態の熱交換器の伝熱管２には、スペーサ４が挿入され、このスペーサ４には丸棒４ａの先端近傍の外周に損傷防止手段としての固定手段が設けられ、この固定手段はリング固定部６ｄ１によってスペーサ４に取り付けられたリング６ｄからなっている。また、図８の直状部２ａ１とリターンベンド２ｂを拡大した図９に示すように、このリング６ｄは、リターンベンド２ｂが嵌合される拡管部ｆ２が形成された直状部２ａ１の拡管部ｆ２の段部とリターンベンド２ｂの端面で位置が固定され、リターンベンド２ｂはフレア部ｆ３に例えばろう付によって固定されている。これにより、衝撃圧力がスペーサ４に作用しても、スペーサが移動不能に固定されているので、リターンベンド２ｂのパイプ内面と衝突して損傷することがなく、熱交換器の信頼性に優れる。なお、スペーサの固定は、予めリングおよびリターンベンドの先端部にろう材を付着させておき、リターンベンド２ｂのフレア部ｆ３へのろう付け時の加熱により、これをろう付するのが好ましい。
【００２４】
あるいは、図１０に示すように、直状部２ａ１に２段階の拡管部ｆ２、ｆ４を形成し、リング６ｄを１段目の拡管部の段部に配置するとともに、リターンベンド２ｂを２段目の拡管部ｆ４に嵌合し、フレア部ｆ３に例えばろう付によって固定するようにしても良い。
【００２５】
また、図１１に示すように、凸状に形成されているスペーサ４のリング固定部６ｅ１の両端を、直状部２ａ１に挿入されたリターンベンド２ｂの端部近傍をカシメることで固定するようにしてもよい。
【００２６】
また、図１２に示すように、上記図９、図１０におけるスペーサ４のリング６ｄに代えて、スペーサの一側端部に例えば十字状の突起６ｆを設け、この突起を拡管部ｆ２に配置するようにしても良い。これにより、冷媒の流れを妨げることなく、スペーサ４を固定できる。
【００２７】
また、本発明に係る熱交換器の第３実施形態について説明する。
【００２８】
上記第２実施形態は損傷防止手段がスペーサの先端近傍に設けられスペーサを移動不能に固定する固定手段であるのに対して、本第３実施形態は屈曲されたスペーサ自身が損傷防止手段の機能を果たす。
【００２９】
例えば、図１３に示すように、本第３実施形態の熱交換器３１の伝熱管２１には、この伝熱管２１のＬ字状屈曲に沿うように弾性率が大きく、表面に細かな凹凸が設けられた金属丸棒状のスペーサ４１がＵ字管部２ａの長状部２ａ１からＵ字状折曲部２ａ２に渡って挿入されており、このスペーサ４１は熱交換器３１の直状部２ａ１より長い。また、スペーサ４１の伝熱管２１への挿入は、熱交換器３１の曲げ加工を行なう前に、曲げ部分にあたる位置にある伝熱管２１にスペーサ４１を配置し、スペーサ４１ごと熱交換器３１を曲げることにより、図１４に示すように、Ｕ字管部２ａとスペーサ４１の形状により、あるいは図１５に示すように、スプリングバックによりスペーサ４１が保持される。
【００３０】
これにより、熱交換器３１の曲げ加工を行なう前にスペーサ４１を予め固定する必要がないため、挿入性、製造性を向上させることができる。また、スペーサ４１の端面に衝撃圧力が作用しても、スペーサ４１が曲がっていることにより、スペーサ４１自身がＵ字管部２ａと当接することで損傷防止手段の機能を果たし、図１４に示すように、形状による固定により、あるいは、スペーサ４１の有するバネ性による衝撃吸収によって、圧力を曲げ部分で吸収することができるため、スペーサ４１が確実に固定され熱交換器の信頼性が優れる。また、スペーサ４１を直状部３ａ１より長くできるため、このスペーサ４１により冷媒量低減、熱伝達率向上の効果、熱交換器の信頼性が向上する。また、スペーサ４１の弾性率が大きいので、スプリングバックにより、さらに、スペーサ４１の表面の細かな凹凸によりスペーサ４１の固定力が増加し、熱交換器の信頼性が向上する。
【００３１】
また、本発明に係る熱交換器の第４実施形態について説明する。
【００３２】
上記第２実施形態は損傷防止手段がスペーサの先端近傍に設けられスペーサを移動不能にするリングなどの固定手段であるのに対して、本第４実施形態は損傷防止手段が伝熱管の内面に密着するようにスペーサの外周面に設けられ伝熱管の材質よりも硬い材質で形成された突起部であり両者の摩擦力によって固定される。
【００３３】
例えば、図１６に示すように、本第４実施形態の熱交換器の伝熱管２の直状部２ａ１には、伝熱管２例えば銅管よりも硬い材質の鋼材、ステンレス材あるいは硬質プラスチックからなるスペーサ４が挿入され、スペーサ４には伝熱管２の内径よりもわずかに大きな外径を有する損傷防止手段としての突起部６ｇが一体に設けられている。スペーサ４は直状部２ａ１の拡管後に挿入されて固定され、挿入後リターンベンド２ｂがろう付けされて、熱交換器に形成され、その後にＬ字形状に曲げられる。
【００３４】
これにより、スペーサの伝熱管への挿入性がよく、通常運転中は伝熱管内面の摩擦力によって固定される効果があり、衝撃圧力が作用しても、スペーサの先端がリターンペンドの内面に当たらないので破損がなく熱交換器の信頼性が優れる。
【００３５】
また、本発明に係る熱交換器の第５実施形態について説明する。
【００３６】
上記第４実施形態は損傷防止手段がスペーサの外周面に設けられた突起部と伝熱管の摩擦力によって固定されるのに対して、本第５実施形態はスペーサの一端側がリターンベンドの端面に当接することで固定される。
【００３７】
例えば、図１７に示すように、本第５実施形態の熱交換器の伝熱管２の直状部２ａ１にはスペーサ４が挿入され、このスペーサ４には直状部２ａ１の内径よりもわずかに大きな外径を有する損傷防止手段としての突起部６ｈが一体に設けられており、この突起部６ｈはリターンペンド２ｂの端部に対向しており、また、スペーサ４は直状部２ａ１の拡管後に挿入され、固定される。
【００３８】
これにより、特に封入管からの冷媒封入時、衝撃圧力がスペーサ４にかかった場合、突起部６ｈとリターンペンド２ｂの端部との当接により、その移動が止められ、スペーサ４の先端がリターンペンド２ｂの内面に当たることがなく、スペーサ４の先端の損傷およびリターンペンド２ｂの内面の損傷を防止することができ、熱交換器の信頼性を向上させることができる。
【００３９】
本第５実施形態の熱交換器においては、図１８に示すように、封入管１８からの冷媒封入時等、衝撃圧力が発生した場合に、スペーサ４がリターンペンド２ｂ側に移動する、すなわち、衝撃圧力がスペーサ４に対してスペーサ４のＵ字状折曲部２ａ２側からリターンペンド２ｂ側に向かって作用する伝熱管の位置にのみスペーサ４設けるようにすると良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る熱交換器を用いた冷凍サイクル図の概念図。
【図２】本発明の第１実施形態の熱交換器に用いられるスペーサおよび損傷防止手段を示す概念図。
【図３】本発明の第１実施形態の熱交換器に用いられるスペーサの平面図。
【図４】本発明の第１実施形態の熱交換器に用いられるスペーサの変形例の平面図。
【図５】本発明の第１実施形態の熱交換器に用いられるスペーサの変形例の平面図。
【図６】本発明の第１実施形態の熱交換器に用いられるスペーサの変形例の平面図。
【図７】本発明の第１実施形態の熱交換器に用いられるスペーサの動作説明図。
【図８】本発明の第２実施形態の熱交換器に用いられるスペーサおよび損傷防止手段を示す概念図。
【図９】本発明の第２実施形態の熱交換器に用いられるスペーサおよび損傷防止手段近傍の拡大図。
【図１０】本発明の第２実施形態の熱交換器に用いられるスペーサおよび損傷防止手段の変形例近傍の拡大図。
【図１１】本発明の第２実施形態の熱交換器に用いられるスペーサおよび損傷防止手段の変形例近傍の拡大図。
【図１２】本発明の第２実施形態の熱交換器に用いられるスペーサおよび損傷防止手段の変形例近傍の拡大図。
【図１３】本発明の第３実施形態の熱交換器の概念図。
【図１４】本発明の第３実施形態の熱交換器に用いられるスペーサおよび損傷防止手段の近傍の拡大図。
【図１５】本発明の第３実施形態の熱交換器に用いられるスペーサおよび損傷防止手段の変形例近傍の拡大図。
【図１６】本発明の第４実施形態の熱交換器に用いられるスペーサおよび損傷防止手段を示す概念図。
【図１７】本発明の第５実施形態の熱交換器に用いられるスペーサおよび損傷防止手段を示す概念図。
【図１８】本発明の第５実施形態に係る熱交換器を用いた冷凍サイクル図の概念図。
【符号の説明】
【００４１】
１…熱交換器、２…伝熱管、２ａ…Ｕ字状管、２ａ１…直状部、２ａ２…Ｕ字状折曲部、２ｂ…リターンベンド、３…伝熱管、４…スペーサ、５…フィン、６…損傷防止手段。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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