(57)【要約】【課題】冷媒配管に加えられる熱応力を十分に緩和できるフィンを備える熱交換器及び空気調和器を提供する。【解決手段】熱交換器１００は、互いに並列に配置された複数のフィン１１０と、フィン１１０に貫通した状態で固定され、互いに平行に配置された複数の冷媒配管１２０と、冷媒配管１２０に接続され、冷媒配管１２０に冷媒を供給するガスヘッダ１３０と、を備え、フィン１１０は、冷媒配管１２０の間に設けられたスリット部１１３と、スリット部１１３に隣接して設けられ、フィン１１０の長さ方向に延びている弾性変形可能な変形部１１４と、を備える。【選択図】図３
2018071820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列に配置された複数のフィンと、
前記フィンに貫通した状態で固定され、互いに平行に配置された複数の冷媒配管と、
前記冷媒配管に接続され、前記冷媒配管に冷媒を供給するガスヘッダと、を備え、
前記フィンは、前記冷媒配管の間に設けられたスリット部と、前記スリット部に隣接して設けられ、前記フィンの長さ方向に延びている弾性変形可能な変形部と、
を備える熱交換器。
【請求項２】
前記スリット部は、
前記フィンの幅方向に延びている第１のスリットと、
前記第１のスリットの一端に接続し、前記フィンの長さ方向に延びている第２のスリットと、
前記第１のスリットの他端に接続し、前記フィンの長さ方向に延びている第３のスリットと、
を備える請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第１のスリットは、前記第２のスリット及び前記第３のスリットの長さ方向の中間部に接続している、
請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記フィンは、前記第１のスリット、前記第２スリット、及び前記第３のスリットによって囲まれた部分を前記フィンの厚さ方向に折り曲げて形成した切りおこし部を備える、
請求項２又は３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記変形部は、前記フィンの厚さ方向に突出する向きに屈曲又は湾曲している、
請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記スリット部及び前記変形部は、前記フィンの上部及び下部に部分的に設けられている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記冷媒配管は、横断面が扁平形状に形成されている、
請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記冷媒配管は、
前記ガスヘッダに接続され、横断面が円形に形成されている第１の冷媒配管と、
前記フィンに接続され、横断面が扁平形状に形成されている第２の冷媒配管と、
前記第１の冷媒配管と前記第２の冷媒配管とを連結する連結部材と、
を備える請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記冷媒配管を貫通させた状態で固定され、スリットを有していない第２のフィンをさらに備え、
前記フィンは、前記ガスヘッダ側に配置され、前記第２のフィンは、前記ガスヘッダと反対側に配置されている、
請求項１から８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の熱交換器を備える空気調和器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及び空気調和器に関する。
【背景技術】
【０００２】
外気温が低下している場合に空気調和器の暖房運転を行うことにより、室外機に設けられた熱交換器のフィンに霜が付着することが知られている。フィンに付着した霜は熱交換器の熱交換性能を低下させる。このため、空気調和器においては、熱交換器のガスヘッダに高温冷媒を流し、フィンに付着した霜を取り除く霜取り運転が行われている。
【０００３】
霜取り運転時にガスヘッダに流入した高温冷媒は、ガスヘッダを長さ方向に膨張させる。このため、ガスヘッダに接続された冷媒配管はガスヘッダの膨張に伴い変形しようとする。一方で、冷媒配管はフィンにも固定されており、フィンは冷媒配管の変形を妨げようとする。このため、ガスヘッダとフィンとの間に接続された冷媒配管に熱応力が加えられる。霜取り運転が繰り返されるたびに、ガスヘッダとフィンとの間に接続された冷媒配管に熱応力が加えられるため、冷媒配管に疲労破壊が生じるおそれがある。
【０００４】
そこで、冷媒配管で加えられた熱応力を緩和するために、冷媒配管に固定されたフィンが熱応力により変形する熱交換器が知られている。例えば、特許文献１には、フィンの幅方向に延びており、互いに平行な複数のスリットが冷媒配管の間に形成されたフィンを備える熱交換器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１４９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の熱交換器においては、互いに平行な複数のスリットが冷媒配管の間に形成されているにすぎないため、冷媒配管に熱応力が加えられたとしても、スリットの開口がわずかに歪んで変形するだけである。このため、特許文献１の熱交換器は、冷媒配管に加えられる熱応力を十分に緩和できないという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような背景に基づいてなされたものであり、冷媒配管に加えられる熱応力を十分に緩和できるフィンを備える熱交換器及び空気調和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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る熱交換器は、
互いに並列に配置された複数のフィンと、
前記フィンに貫通した状態で固定され、互いに平行に配置された複数の冷媒配管と、
前記冷媒配管に接続され、前記冷媒配管に冷媒を供給するガスヘッダと、を備え、
前記フィンは、前記冷媒配管の間に設けられたスリット部と、前記スリット部に隣接して設けられ、前記フィンの長さ方向に延びている弾性変形可能な変形部と、
を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フィンは、冷媒配管の間に設けられたスリット部と、スリット部に隣接して設けられ、フィンの長さ方向に延びている弾性変形可能な変形部と、を備えている。このため、冷媒配管に加えられる熱応力を十分に緩和できるフィンを備える熱交換器及び空気調和器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の正面図
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の斜視図
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の一部を拡大した拡大図
【図４】図３に示す熱交換器をＡ−Ａ線で矢視した断面図
【図５】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の熱応力による変形前と変形後を示す拡大図
【図６】本発明の実施の形態２に係る熱交換器の一部を拡大した拡大図
【図７】図６に示す熱交換器をＢ−Ｂ線で矢視した断面図
【図８】本発明の実施の形態３に係る熱交換器を図４と同様に図３のＡ−Ａ線で矢視    した断面図
【図９】本発明の実施の形態４に係る熱交換器の一部を拡大した拡大図
【図１０】本発明の実施の形態５に係る熱交換器を図４と同様に図３のＡ−Ａ線で矢視した断面図
【図１１】本発明の変形例に係る熱交換器を図４と同様に図３のＡ−Ａ線で矢視した断面図
【図１２】本発明の変形例に係る熱交換器を図４と同様に図３のＡ−Ａ線で矢視した断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る熱交換器の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面においては、同一または同等の部分に同一の符号を付す。また、各実施の形態においては、フィンの厚さ方向をＸ軸、フィンの幅方向をＹ軸、フィンの長さ方向すなわちＸ軸及びＹ軸に垂直な方向をＺ軸とする直交座標系を使用する。 
【００１２】
（実施の形態１）
図１〜５を参照して、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１００について説明する。
【００１３】
図１は、空気調和器の室外機に設置された熱交換器１００を示す図である。図１に示すように、熱交換器１００は、互いに並列に配置された複数のフィン１１０と、複数のフィン１１０に固定され、それぞれが複数のフィン１１０を貫通する複数の冷媒配管１２０と、複数の冷媒配管１２０に接続されたガスヘッダ１３０と、を備えている。複数のフィン１１０は、それぞれ異なるＹＺ平面上に配置され、Ｘ軸方向に並べて配列されている。また、複数の冷媒配管１２０は、互いに平行に配列され、それぞれ複数のフィン１１０を貫通して、フィン１１０の平面に対して垂直な方向すなわちＸ軸方向に延びている。
【００１４】
図２は、フィン１１０と冷媒配管１２０とが組み合わされた様子を示している。図２は、理解を容易にするための概略図であって、フィン１１０の詳細な構造やガスヘッダ１３０については図示を省略している。フィン１１０は、冷房運転時に冷媒配管１２０内の冷媒の熱を吸収して外部に放熱する。図２に示すように、フィン１１０は、プレート状の本体部１１１と、本体部１１１に設けられ、冷媒配管１２０が内部に挿通された状態で固定される複数の貫通孔１１２と、を備えている。
【００１５】
複数の貫通孔１１２は、本体部１１１に等しい間隔で一列に形成されている。貫通孔１１２は、扁平形状の冷媒配管１２０を受け入れるために、横断面が冷媒配管１２０の断面形状に相補的な扁平形状に形成されている。貫通孔１１２は、フィン１１０がＹＺ平面に対して平行に配置されたとき、冷媒配管１２０が貫通孔１１２の内部をＸ軸方向に向かって延びる向きに形成されている。フィン１１０は、例えばアルミニウム、銅といった熱伝導性の良好な金属材料を用いて形成されている。
【００１６】
図１に戻り、フィン１１０は、ガスヘッダ１３０側に配置される複数のフィン１１０Ａと、ガスヘッダ１３０と反対側に配置される複数のフィン１１０Ｂと、を備える。フィン１１０Ａは、ガスヘッダ１３０が長さ方向に膨張して冷媒配管１２０に熱応力が加わった場合に、熱応力による弾性変形が可能なフィンである。フィン１１０Ｂは、ガスヘッダ１３０が長さ方向に膨張して、冷媒配管１２０に熱応力が加わったとしても、弾性的に変形しないフィンである。フィン１１０Ｂは、フィン１１０Ａとは異なる第２のフィンであって、スリット、切欠き等の伝熱性能を低下させる構造を有しておらず、単純な平板状に形成されている。以下の説明中、フィン１１０は、フィン１１０Ａとフィン１１０Ｂの両方を指すものとする。
【００１７】
冷媒配管１２０は、内部に冷媒が流れる配管である。冷媒配管１２０は、互いに平行に延び、フィン１１０の貫通孔１１２を貫通している。隣り合う冷媒配管１２０は、その端部がＵ字管で接続されており、全体としてＵ字型に形成されている。このため、冷媒配管１２０は、ガスヘッダ１３０からＸ軸方向に延びて複数のフィン１１０の貫通孔１１２を貫通し、ガスヘッダ１３０から最も離れたフィン１１０の貫通孔１１２を貫通した後、Ｕ字管にてＵターンしてＸ軸方向に延び、再び複数のフィン１１０の貫通孔１１２をガスヘッダ１３０に向かって貫通し、図示しない集合管へ接続される構成を備えている。
【００１８】
冷媒配管１２０は、厚さ方向に潰された扁平形状を有しているため、同一断面積である円形の冷媒配管に比べて、表面積を大きくすることができる。このため、冷媒配管１２０の表面からの放熱を促進することができる。また、冷媒配管１２０は、厚さ方向に弾性的に変形し易いため、冷媒配管１２０に加えられた熱応力を緩和できる。さらに、冷媒配管１２０のＺ軸方向の厚みが小さく、フィン１１０の冷媒配管１２０の間の間隔を広く取ることができるため、フィン１１０が弾性的に変形し易くなり、冷媒配管１２０に加えられた熱応力を緩和できる。
【００１９】
ガスヘッダ１３０は、複数の冷媒配管１２０に冷媒を分配し、供給する装置である。図示されていないが、ガスヘッダ１３０は、本体部と、本体部の側面部からＸ軸方向に延びる複数の枝管と、を備えている。本体部は、熱交換器１００において上下方向すなわちＺ軸方向に延びている。ガスヘッダ１３０の枝管は、横断面が円形であり、それぞれジョイントを介して、横断面が扁平形状の冷媒配管１２０に接続されている。本体部は、図示しない圧縮機に接続された配管に接続されており、配管を介して圧縮機から供給される冷媒を受け取る。そして、本体部は冷媒を各枝管に分配し、各枝管はそれぞれ対応する冷媒配管１２０に冷媒を供給する。
【００２０】
次に、図３、４を参照して、冷媒配管１２０に加えられた熱応力を緩和するフィン１１０Ａの構造について説明する。
【００２１】
図３は、熱交換器１００の正面図の一部を拡大した様子を示し、図４は、フィン１１０Ａを正面から観察した様子を示す。図３に示すように、フィン１１０Ａは、貫通孔１１２の間に設けられたスリット部１１３と、スリット部１１３の両側に設けられている変形部１１４と、を備えている。スリット部１１３及び変形部１１４は、最も上側にある貫通孔１１２の上部、最も下側にある貫通孔１１２の下部にも設けられている。
【００２２】
図４に示すように、スリット部１１３は、フィン１１０Ａの本体部１１１に形成された切れ込みである。スリット部１１３は、フィン１１０Ａの幅方向の中心部に形成されており、フィン１１０Ａの実質的な幅寸法を小さくしている。スリット部１１３は、第１のスリット１１３ａと、第２のスリット１１３ｂと、第３のスリット１１３ｃと、を備えており、全体としてＨ字型に形成されている。
【００２３】
より詳細に説明すると、第１のスリット１１３ａは、フィン１１０Ａの幅方向の中心部に設けられ、フィン１１０Ａの幅方向に直線状に形成されたスリットである。第２のスリット１１３ｂは、フィン１１０Ａの長さ方向に延びており、その中間部に第１のスリット１１３ａの一端が接続されている。第３のスリット１１３ｃは、フィン１１０Ａの長さ方向に延びており、その中間部に第１のスリット１１３ａの他端が接続されている。
【００２４】
フィン１１０Ａにおいて熱応力を緩和できる弾性と、全体の形状を維持できる剛性とを共に確保するため、第１のスリット１１３ａは、フィン１１０Ａの幅の１／２〜３／４の長さであることが好ましい。また、第２のスリット１１３ｂ、第３のスリット１１３ｃは、冷媒配管１２０の間隔の１／３〜２／３の長さであることが好ましい。さらに、第１のスリット１１３ａ、第２のスリット１１３ｂ、第３のスリット１１３ｃの幅は、フィン１１０Ａの厚さの１／２〜２倍の長さであることが好ましい。
【００２５】
変形部１１４は、フィン１１０Ａの厚さ方向に弾性変形可能であり、Ｈ字型のスリット部１１３の幅方向の両端側に形成されている。より詳細に説明すると、変形部１１４は、第２のスリット１１３ｂ、第３のスリット１１３ｃの外側に隣接して配置され、フィン１１０Ａの長さ方向すなわちＺ軸方向に延びている。スリット部１１３は、２つの変形部１１４の間に挟まれる位置に形成されているため、２つの変形部１１４の幅寸法の和は、フィン１１０Ａの本体部１１１の幅寸法よりも小さい。このため、ガスヘッダ１３０の長さ方向の膨張により冷媒配管１２０に熱応力が加えられたとしても、変形部１１４は、厚さ方向に変形し易くなっているため、冷媒配管１２０の熱応力を緩和できる。
【００２６】
図４には、扁平形状を有する冷媒配管１２０の断面が示されている。冷媒配管１２０は、外管１２１と、外管１２１の内部を長さ方向に延び、互いに平行に配置された複数の内管１２２と、を備える。図４の断面図においては、理解を容易にするために、外管１２１と内管１２２とが互いに接触しないように描かれているが、実際には外管１２１と内管１２２とは互いに接触している。
【００２７】
外管１２１は、フィン１１０Ａの長さ方向すなわちＺ軸方向に潰れた扁平形状の管である。内管１２２は、内部に冷媒が流れる管である。外管１２１内において左右両端にある内管１２２は、横断面が台形状に、その他の内管１２２は、横断面が長方形に形成されている。内管１２２は、外管１２１の内部でフィン１１０Ａの幅方向すなわちＹ軸方向に並べて配置されている。このため、内管１２２を流れる冷媒の熱は、まず内管１２２から外管１２１に伝達され、その後フィン１１０Ａに伝達される。
【００２８】
図３に戻って、変形部１１４は、長さ方向の中間部がフィン１１０Ａの厚さ方向に湾曲してバネ状に形成されている。より詳細に説明すると、変形部１１４に形成された湾曲部は、フィン１１０ＡをＹ軸方向から観察した場合、Ｘ軸方向に緩やかな凸状に形成されている。変形部１１４は、外力が加えられたときフィン１１０Ａの厚さ方向に弾性変形するため、ガスヘッダ１３０の長さ方向の膨張により冷媒配管１２０に熱応力が加えられたとしても、冷媒配管１２０の熱応力を緩和できる。
【００２９】
冷媒配管１２０はフィン１１０Ａとガスヘッダ１３０に接続されている。このため、ガスヘッダ１３０が長さ方向に膨張した場合、フィン１１０Ａと冷媒配管１２０の接続部１４０、ガスヘッダ１３０と冷媒配管１２０の接続部１５０に応力が集中する。しかし、フィン１１０Ａは、弾性的な変形を可能にするスリット部１１３及び変形部１１４を備えているため、冷媒配管１２０に加えられた熱応力、とりわけフィン１１０Ａと冷媒配管１２０の接続部１４０に加えられた熱応力を十分に緩和できる。
【００３０】
フィン１１０は、ガスヘッダ１３０側に配置され、スリット部１１３及び変形部１１４を有するフィン１１０Ａと、ガスヘッダ１３０と反対側に配置され、スリット及び変形部を有しないフィン１１０Ｂと、を備えている。フィン１１０Ａは、スリット部１１３及び変形部１１４を備えているため、フィン１１０Ｂと比べて製造コストを要する。また、フィン１１０Ａは、スリット部１１３及び変形部１１４がフィン１１０Ａの間を流れる気流の流れを乱したり、フィン１１０Ａの表面積を小さくしたりするため、フィン１１０Ｂと比べて僅かではあるが伝熱性能が低下する。このため、フィン１１０Ａを設ける必要がない部分には、フィン１１０Ｂを設けることにより、フィン１１０をすべてフィン１１０Ａとした場合に比べて、熱交換器１００全体の製造コストを抑制しつつ、熱交換器１００の熱交換性能を向上できる。
【００３１】
次に、熱交換器１００の作成方法について説明する。まず、金属材料からなる平板状のプレートを準備する。次いで、準備したプレートをプレス加工機にセットして、プレス加工により複数の貫通孔１１２を設ける。これによりフィン１１０Ｂの準備が完成する。また、フィン１１０Ｂにさらなるプレス加工を施して、貫通孔１１２の間にＨ字型のスリット部１１３を形成しつつ、スリット部１１３の両端部を湾曲させて変形部１１４を形成する。これによりフィン１１０Ａの準備が完了する。
【００３２】
そして、ガスヘッダ１３０側にフィン１１０Ａ、ガスヘッダ１３０と反対側にフィン１１０Ｂを配置して、多数のフィン１１０を互いに平行な向きで並列に配置する。その後、並列に配置されたフィン１１０の貫通孔１１２に冷媒配管１２０を挿通し、フィン１１０の貫通孔１１２に冷媒配管１２０を蝋付け、溶接、接着等により固定する。さらに、冷媒配管１２０をガスヘッダ１３０の枝管にジョイントを介して接続し、固定する。以上の手順により、熱交換器１００の作成が完了する。
【００３３】
次に、図５を参照して、熱交換器１００の動作について説明する。図５は、熱交換器１００の熱応力による変形前と変形後の様子を示す。図５においては、理解を容易にするために、フィン１１０Ａの構造を簡略化して図示している。
【００３４】
通常運転時、図示しないファンの送風により、フィン１１０の間を気流が通過する。気流がフィン１１０の表面から熱を奪うことにより、冷媒と気流の間で熱交換が行われる。
【００３５】
寒冷地等で外気温が低下し、フィン１１０に外気に含まれる水分が付着して霜が発生した場合、熱交換器１００はフィン１１０の霜を取り除くため霜取り運転を行う。熱交換器１００の霜取り運転時、ガスヘッダ１３０に８０℃の冷媒が供給される。このため、図５の点線で示すように、ガスヘッダ１３０が長さ方向すなわちＺ軸方向に膨張する。これに伴いガスヘッダ１３０に接続された冷媒配管１２０は互いに間隔を広げる方向に移動する。
【００３６】
一方で、フィン１１０は、気流に接触することにより一定の温度に維持されるため、長さ方向すなわちＺ軸方向に膨張しない。このため、複数の冷媒配管１２０は互いに元の間隔を維持するため、複数の冷媒配管１２０は、図５の点線で示すように、全体としてフィン１１０側からガスヘッダ１３０側に向けて末広がりに変形する。結果として、ガスヘッダ１３０の長さ方向の膨張により複数の冷媒配管１２０には熱応力が加えられる。とりわけ、フィン１１０Ａと冷媒配管１２０の接続部１４０と、ガスヘッダ１３０と冷媒配管１２０の接続部１５０とに最も大きな応力が加えられる。
【００３７】
このとき、フィン１１０Ａは、スリット部１１３の両端部に設けられた変形部１１４にて弾性変形可能であるため、冷媒配管１２０の熱応力を緩和する形状に変形する。このため、フィン１１０Ａは、霜取り運転時において冷媒配管１２０に加えられた熱応力、とりわけフィン１１０Ａと冷媒配管１２０の接続部１４０に加えられた熱応力を緩和できる。
【００３８】
霜取り運転は、フィン１１０に霜が付着するたびに繰り返し実施され、霜取り運転のたびに冷媒配管１２０には熱応力が加えられる。しかし、熱交換器１００においては、冷媒配管１２０の応力が集中する部分にフィン１１０Ａが設けられており、フィン１１０Ａは弾性変形可能に構成されているため、冷媒配管１２０に加えられた熱応力を緩和できる。したがって、繰り返し霜取り運転を実施したとしても冷媒配管１２０に疲労破壊が発生しない。
【００３９】
フィン１１０Ａを弾性変形可能に構成して冷媒配管１２０に加えられた熱応力を緩和するために、冷媒配管１２０の間に開口部を設けることも考えられる。しかし、冷媒配管１２０の間にスリットではなく開口部を設けた場合、フィンの表面積が小さくなるため、熱交換器１００の熱交換性能が低下する。一方、フィン１１０Ａは、冷媒配管１２０の間にＨ字型のスリット部１１３を形成しているだけであるため、熱交換器１００の熱交換性能を維持できる。
【００４０】
なお、実施の形態１においては、冷房運転時における熱交換器１００の動作を中心に説明しているが、暖房運転時における熱交換器１００の動作についても同様である。ただし、暖房運転時において、フィン１１０は、気流から熱を吸収し、冷媒配管１２０内の冷媒に熱を伝達している。
【００４１】
以上説明したように、実施の形態１に係る熱交換器１００においては、フィン１１０Ａの弾性変形を可能にするスリット部１１３及び変形部１１４が設けられている。このため、熱交換器１００の熱交換性能を低下させることなく、霜取り運転時等に冷媒配管１２０に加えられた熱応力、とりわけフィン１１０Ａと冷媒配管１２０の接続部１４０に加えられた熱応力を緩和できる。
【００４２】
実施の形態１に係る熱交換器１００においては、フィン１１０ＡにＨ字型のスリット部１１３が形成されている。Ｈ字型のスリット部１１３は、フィン１１０Ａの気流への伝熱に必要な表面積を減らすことなくフィン１１０Ａのバネ状の弾性変形を可能にする。このため、霜取り運転時等に冷媒配管１２０に加えられた熱応力、とりわけフィン１１０Ａと冷媒配管１２０の接続部１４０に加えられた熱応力を緩和できる。
【００４３】
実施の形態１に係る熱交換器１００においては、変形部１１４がフィン１１０Ａの厚さ方向に突出する向きに屈曲又は湾曲している。このため、変形部１１４がフィン１１０Ａのさらなる弾性変形を可能にするため、冷媒配管１２０に加えられた熱応力をさらに緩和できる。
【００４４】
実施の形態１に係る熱交換器１００においては、ガスヘッダ１３０側に配置され、スリット部１１３及び変形部１１４を有するフィン１１０Ａと、ガスヘッダ１３０と反対側に配置され、スリット部１１３及び変形部１１４を有していないフィン１１０Ｂと、を備えている。このため、実施の形態１に係る熱交換器１００においては、熱交換器１００の製造コストを抑制できると共に、熱交換器１００の熱交換性能の向上を実現できる。
【００４５】
（実施の形態２）
図６、７を参照して、本発明の実施の形態２に係る熱交換器２００について説明する。実施の形態１においては、フィン１１０Ａの貫通孔１１２の間の全てにスリット部１１３及び変形部１１４を設けていたが、フィン１１０Ａのうち曲げ変形の相対的に大きな部分にのみスリット部１１３及び変形部１１４を設けてもよい。例えば、実施の形態２に係る熱交換器２００のように、フィン１１０Ａの長手方向の中心部と、ガスヘッダ１３０の長手方向の中心部とが、冷媒配管１２０により互いに支持されている場合、曲げ変形の相対的に大きな部分であるフィン１１０Ａの上部及び下部に部分的にスリット部１１３及び変形部１１４を設けてもよい。実施の形態２に係る熱交換器２００の基本的な構成は、実施の形態１に係る熱交換器１００と同一であるため、以下、両者の異なる部分を中心に説明する。
【００４６】
図６に示すように、熱交換器２００は、フィン１１０Ａの最も上側の貫通孔１１２の上方と、フィン１１０Ａの最も上側にある２つの貫通孔１１２の間に、それぞれスリット部１１３及び変形部１１４を備えている。また、図示していないが、熱交換器２００は、フィン１１０Ａの最も下側の貫通孔１１２の下方と、フィン１１０Ａの最も下側にある２つの貫通孔１１２の間にも、それぞれスリット部１１３及び変形部１１４を備えている。フィン１１０Ａのうち上記４つの部分以外には、スリット部１１３及び変形部１１４が形成されておらず、本体部１１１が平板状に形成されたままである。
【００４７】
霜取り運転時、ガスヘッダ１３０に高温冷媒が供給されることにより、ガスヘッダ１３０は長さ方向に膨張する。このため、ガスヘッダ１３０の上部及び下部から延びている複数の冷媒配管１２０は、それぞれ上方向、下方向に向けて移動し、熱応力が加えられる。しかし、ガスヘッダ１３０の長さ方向の中心部から延びている冷媒配管１２０は、ガスヘッダ１３０の長さ方向の膨張の影響を受けないため、ほとんど変形しない。このため、フィン１１０Ａの上部及び下部にスリット部１１３及び変形部１１４を設けるだけで、冷媒配管１２０で加えられた熱応力を十分に緩和できる。
【００４８】
実施の形態２に係る熱交換器２００においては、フィン１１０Ａの上部及び下部に部分的にスリット部１１３と変形部１１４を設けている。このため、冷媒配管１２０の間すべてにスリット部１１３及び変形部１１４を設ける場合と比べて、熱交換器２００の製造コストを抑制でき、熱交換性能の向上を実現できる。
【００４９】
（実施の形態３）
図８を参照して、本発明の実施の形態３に係る熱交換器３００について説明する。実施の形態１、２においては、冷媒配管１２０の横断面は扁平形状としていたが、実施の形態３に係る熱交換器３００のように冷媒配管１２０の横断面は円形であってもよい。実施の形態３に係る熱交換器３００の基本的な構成は、実施の形態１に係る熱交換器１００と同一であるため、以下、両者の異なる部分を中心に説明する。
【００５０】
図８に示すように、フィン１１０Ａの貫通孔１１２は円形に形成されており、貫通孔１１２には横断面が円形の冷媒配管１２０が挿通され、固定されている。冷媒配管１２０は、その内部に冷媒が流れており、実施の形態１の冷媒配管１２０のように内部に内管等を設ける必要はない。
【００５１】
実施の形態３に係る熱交換器３００においては、冷媒配管１２０の横断面が円形であるため、冷媒配管１２０の強度を確保しやすい。また、冷媒配管１２０の内部にさらに内管を設ける必要がないため、冷媒配管１２０の製造に伴うコストを抑制できると共に、冷媒配管１２０の保守点検が容易である。
【００５２】
（実施の形態４）
図９を参照して、本発明の実施の形態４に係る熱交換器４００について説明する。実施の形態１〜３においては、冷媒配管１２０は同一形状の管により構成されていたが、実施の形態４に係る熱交換器４００のように冷媒配管１２０が異なる横断面の管を組み合わせてもよい。実施の形態４に係る熱交換器４００の基本的な構成は、実施の形態１に係る熱交換器１００と同一であるため、以下、両者の異なる部分を中心に説明する。
【００５３】
図９に示すように、熱交換器４００では、冷媒配管１２０は、ガスヘッダ１３０側に配置される第１の冷媒配管１２０Ａと、フィン１１０側に配置される第２の冷媒配管１２０Ｂと、第１の冷媒配管１２０Ａと第２の冷媒配管１２０Ｂとを連結する連結部材１２０Ｃと、を備える。
【００５４】
第１の冷媒配管１２０Ａは、横断面が円形に形成され、端部がガスヘッダ１３０の側面部に接続されている。第２の冷媒配管１２０Ｂは、横断面が扁平形状に形成され、フィン１１０の貫通孔１１２に挿通され、固定されている。第２の冷媒配管１２０Ｂは、横断面が扁平形状の外管と、外管の内部に幅方向に並列して配置され、内部に冷媒が流れる内管と、を備えている。
【００５５】
連結部材１２０Ｃは、第１の冷媒配管１２０Ａと、第２の冷媒配管１２０Ｂの内管とを連結する。連結部材１２０Ｃは、ガスヘッダ１３０側の横断面が第１の冷媒配管１２０Ａの断面形状に合わせて円形であり、フィン１１０側の横断面が第２の冷媒配管１２０Ｂの断面形状に合わせて扁平形状である。
【００５６】
実施の形態４に係る熱交換器４００においては、ガスヘッダ１３０に接続される第１の冷媒配管１２０Ａが円形の横断面であるのに対し、フィン１１０に固定される第２の冷媒配管１２０Ｂが扁平形状の横断面である。このため、冷媒配管１２０は、ガスヘッダ１３０の長さ方向の膨張に対抗する強度を確保できると共に、気流との熱交換のための表面積を確保でき、横断面が円形の冷媒配管と比べて熱交換性能の向上を実現できる。
【００５７】
（実施の形態５）
図１０を参照して、本発明の実施の形態５に係る熱交換器５００について説明する。実施の形態５に係る熱交換器５００のように、実施の形態１に係るスリット部１１３を用いてフィン１１０Ａの一部を折り曲げてもよい。実施の形態５に係る熱交換器５００の基本的な構成は、実施の形態１に係る熱交換器１００と同一であるため、以下、両者の異なる部分を中心に説明する。
【００５８】
図１０に示すように、切りおこし部１１５は、本体部１１１からフィン１１０Ａの厚さ方向すなわちＸ軸方向に延びている。フィン１１０Ａには、上下に２つの切りおこし部１１５が設けられている。変形部１１４と切りおこし部１１５とに囲まれた部分には、開口部１１６が形成されている。切りおこし部１１５は、フィン１１０Ａの間を流れる気流と接触し、冷媒の熱を気流に伝達する。
【００５９】
切りおこし部１１５は、図４に示す第１のスリット１１３ａ、第２のスリット１１３ｂ、第３のスリット１１３ｃで囲まれた部分を折り曲げることにより形成されている。より詳細に説明すると、切りおこし部１１５は、第１のスリット１１３ａの間隔を徐々に広げ、第２のスリット１１３ｂ、第３のスリット１１３ｃの端部を含むフィン１１０Ａの幅方向に延びる直線部に沿って折り曲げることにより形成されている。第１のスリット１１３ａ、第２のスリット１１３ｂ、第３のスリット１１３ｃは、全体としてＨ字型であるため、フィン１１０Ａには上下に２つの切りおこし部１１５が形成される。折り曲げられる前の切りおこし部１１５が存在していた空間には、開口部１１６が形成される。
【００６０】
実施の形態５に係る熱交換器５００においては、切りおこし部１１５がフィン１１０Ａの厚さ方向に延びているため、フィン１１０Ａに単純に開口部を設ける場合に比べてフィン１１０Ａの表面積が増加し、熱交換器５００の熱交換性能が向上する。また、変形部１１４に挟まれる位置に開口部１１６が設けられているため、変形部１１４がさらに変形しやすくなり、冷媒配管１２０に加えられた熱応力をより効果的に緩和できる。
【００６１】
そして、本発明はこれに限られず、以下に述べる変形も可能である。
【００６２】
（変形例）
上記実施の形態においては、スリット部１１３は全体としてＨ字型に形成されていたが、本発明はこれに限定されない。フィン１１０Ａの幅方向の中心部にスリット部１１３が形成され、スリット部１１３の幅方向の両端部にフィン１１０Ａの長さ方向に延びる変形部１１４が形成されていれば、スリット部１１３はいかなる形状であってもよい。例えば、図１１に示すように、熱変換器６００においては、スリット部１１３を全体としてコの字型に形成してもよい。スリット部１１３をコの字型に形成する場合、第２のスリット１１３ｂは、フィン１１０の長さ方向に延びており、上端部に第１のスリット１１３ａの一端が接続される。また、第３のスリット１１３ｃは、フィン１１０の長さ方向に延びており、その上端部に第１のスリット１１３ａの他端が接続される。
【００６３】
上記実施の形態においては、スリット部１１３は直線状のスリットを組み合わせて形成されていたが、本発明はこれに限定されない。スリット部１１３は、いかなる形状のスリットを組み合わせて用いてもよく、例えば、円弧状、波線状、鋸歯状のスリットを含んでいてもよい。
【００６４】
上記実施の形態においては、変形部１１４はフィン１１０Ａの厚さ方向に凸状に湾曲していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、変形部１１４は、フィン１１０Ａの厚さ方向に凸状に屈曲していてもよい。また、変形部１１４は、膨らみを有しない平板状に形成されてもよく、全体として凹凸状、波形状に形成されていてもよい。
【００６５】
上記実施の形態においては、スリット部１１３はフィン１１０Ａの幅方向の中心部に設けられていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、スリット部１１３は、フィン１１０Ａの幅方向の左右いずれかに偏った位置に形成されていてもよく、貫通孔１１２の間ごとに千鳥状にずらして形成してもよい。
【００６６】
上記各実施の形態においては、２つの変形部１１４はスリット部１１３を挟む位置に形成されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、フィン１１０Ａの幅方向の一方の側にスリット部１１３を設け、他方の側に変形部１１４を設けてもよい。また、図１２に示すように、熱変換器７００においては、フィン１１０Ａの幅方向の中心部に変形部１１４を設け、変形部１１４の両端側にそれぞれＴ字型のスリット部１１３を設けてもよい。
【００６７】
上記実施の形態においては、ガスヘッダ１３０側の４枚のフィン１１０をフィン１１０Ａとし、その他のフィン１１０はフィン１１０Ｂとしていたが、本発明はこれに限定されない。フィン１１０Ａの枚数は、ガスヘッダ１３０の膨張の程度、冷媒配管１２０の強度等に応じて決定でき、例えば１〜３枚であってもよく、５枚以上であってもよい。
【００６８】
上記実施の形態においては、冷媒配管１２０の横断面が扁平形状又は円形に形成されていたが、本発明はこれに限られない。冷媒配管１２０の横断面はいかなる形状であってもよく、例えば、楕円形、多角形であってもよい。
【００６９】
上記実施の形態においては、フィン１１０は、例えばアルミニウム、銅といった熱伝導性の良好な金属材料を用いて形成されているが、本発明はこれに限られない。例えば、フィン１１０は、ステンレスの上に銅、ニッケルといった熱伝導性の良好な金属材料をめっき等により被覆して形成してもよい。
【００７０】
上記実施の形態２においては、フィン１１０Ａの最も上側の貫通孔１１２の上方、フィン１１０Ａの最も上側にある２つの貫通孔１１２の間、フィン１１０Ａの最も下側の貫通孔１１２の下方、フィン１１０Ａの最も下側にある２つの貫通孔１１２の間の４つの部分にスリット部１１３及び変形部１１４を設けていたが、本発明はこれに限定されない。どの貫通孔１１２の間にスリット部１１３及び変形部１１４を設けるかは、ガスヘッダ１３０の膨張の程度、フィン１１０及び冷媒配管１２０の強度、冷媒配管１２０の間隔等に応じて決定できる。
【００７１】
上記実施の形態においては、熱交換器１００が空気調和器に適用される場合について述べたが、本発明はこれに限られない。本発明の熱交換器１００は、熱応力が加えられることを想定されるいかなる装置に適用してもよく、例えば、燃料電池、自動車のラジエータ等に適用してもよい。
【００７２】
上記実施の形態は例示であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の趣旨を逸脱しない範囲でさまざまな実施の形態が可能である。各実施の形態や変形例で記載した構成要素は自由に組み合わせることが可能である。また、特許請求の範囲に記載した発明と均等な発明も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００…熱交換器、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ…フィン、１１１…本体部、１１２…貫通孔、１１３…スリット部、１１３ａ…第１のスリット、１１３ｂ…第２のスリット、１１３ｃ…第３のスリット、１１４…変形部、１１５…切りおこし部、１１６…開口部、１２０…冷媒配管、１２０Ａ…第１の冷媒配管、１２０Ｂ…第２の冷媒配管、１２０Ｃ…連結部材、１２１…外管、１２２…内管、１３０…ガスヘッダ、１４０，１５０…接続部
【図１】
2018071820.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018071820.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018071820.tif 000009
【図８】
2018071820.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2018071820.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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