(57)【要約】【課題】熱交換効率と温度検出精度の向上を両立させた熱交換器の提供。【解決手段】冷媒等の第１流体と空気等の第２流体とを熱交換させる板状の伝熱フィン２ａを複数積層した構造で、伝熱フィン２ａを横切るように第１流体の温度を検出する温度センサ１７を挿入し装着したことを特徴とする構成としてある。これにより、温度センサ１７は伝熱フィン２ａを横切る形で取付けられるため、フィンの間隔が狭い場合でも冷媒流路近くに取り付けることができ、流体温度の検出精度を向上させることができる。さらに、伝熱フィン２ａの間隔が温度センサにより制限されないため、伝熱フィン２ａの間隔をさらに狭いものとし、熱交換効率の高い熱交換器とすることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体と第２流体とを熱交換させる板状の伝熱フィンを複数積層した構造で、前記第１流体が流れる伝熱流路と、前記第２流体が通る隙間と、前記第１流体の温度を検出する温度センサと、を備え、前記伝熱フィンを横切るように前記温度センサを挿入し装着したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記伝熱流路は、前記第１流体が平行に流れる流路領域と、前記流路領域に連通するヘッダ流路領域と、を有し、前記温度センサは前記流路領域以外の部分に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記伝熱流路は前記伝熱フィンに凹条溝を設けて形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記伝熱フィンは孔を備え、前記孔に前記温度センサを挿入し装着したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記伝熱流路は、折り返すことで、入口側と出口側の前記ヘッダ流路が前記伝熱フィンの一端部側に纏めた構成とし、一対のエンドプレート間に前記伝熱フィンを挟み込み、前記ヘッダ流路領域を設けた一端部を連結手段で締結固定し、前記ヘッダ流路領域とは反対側の他端側に前記温度センサを取り付けたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器、特に、その温度センサ取付け構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に空気調和機や冷凍機等の熱交換器には熱交換器内を流れる冷媒等の流体の温度を検出する温度センサが設けてある。
【０００３】
従来では、この温度センサは熱交換器のフィン間に挿入するなどして取り付けてある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図９は特許文献１に記載された熱交換器の温度センサ取り付け部位を示し、この熱交換器１００ではフィン１０１の間に温度センサ１０２を突き刺すことによって取り付けてある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１４７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１記載の温度センサ取付け構成では、冷媒が流れる流路近くに温度センサ１０２を取り付けているため、温度検出精度が高いという利点がある。
【０００７】
しかしながら、上記温度センサ取付け構成では、フィン１０１の間隔を温度センサ１０２が突き刺せるだけ広げる必要があり、フィンの間隔が大きくなる。
【０００８】
ところが、最近の熱交換器は熱交換効率を向上させる必要に迫られており、熱交換効率を高めるためフィンの間隔を狭くすることが求められている。しかし、上記特許文献１の温度センサ取付け構成ではフィンの間隔の縮小に限界があるため、別のセンサ取付け構成を提案する必要がある。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、フィンの間隔を制限することなく温度センサを取り付けることができ、熱交換効率及び温度検出精度の向上を両立させた熱交換器の提供を目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するため、冷媒等の第１流体と空気等の第２流体とを熱交換させる板状の伝熱フィンを複数積層した構造で、前記第１流体が流れる伝熱流路と、前記第２流体が通る隙間と、前記第１流体の温度を検出する温度センサと、を備え、前記伝熱フィンを横切るように前記温度センサを挿入し装着したことを特徴とする構成としてある。
【００１１】
本発明において、温度センサは伝熱フィンを横切る形、すなわち温度センサと伝熱フィンの積層方向が略平行になるように取付けられる。これにより、フィン間隔は温度センサの大きさに依存することがないため、フィンの間隔が狭い場合でも伝熱流路近くに取り付けることができ、流体温度の検出精度を向上させることができる。また、フィンの間隔が温度センサにより制限されないため、伝熱フィンの間隔をさらに狭いものとし、熱交換効率の高い熱交換器とすることが流体温度の検出精度を向上させるとともに可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、上記構成により、熱交換効率及び温度検出精度を共に向上させた高性能な熱交換機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における伝熱フィン積層型熱交換器の外観を示す斜視図
【図２】同伝熱フィン積層型熱交換器を分離した状態で示す分解斜視図
【図３】同伝熱フィン積層型熱交換器の温度センサ取付け部を示す斜視図
【図４】同伝熱フィン積層体の温度センサ取付け前の状態を示す斜視図
【図５】同伝熱フィン積層型熱交換器の伝熱フィン積層体を構成する伝熱フィンの平面図
【図６】同伝熱フィンの構成の一部を拡大して示す分解図
【図７】同伝熱フィン積層型熱交換器における伝熱フィン積層体の伝熱流路群部分を切断して示す斜視図
【図８】同伝熱フィン積層型熱交換器における伝熱フィン積層体のヘッダ流路部分を切断して示す斜視図
【図９】従来の熱交換器の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明は、冷媒等の第１流体と空気等の第２流体とを熱交換させる板状の伝熱フィンを複数積層した構造で、前記第１流体が流れる伝熱流路と、前記第２流体が通る隙間と、前記第１流体の温度を検出する温度センサと、を備え、前記伝熱フィンを横切るように前記温度センサを挿入し装着したことを特徴とする構成としてある。
【００１５】
これにより、温度センサは伝熱フィンを横切る形で取付けられるため、フィンピッチの間隔が狭い場合でも伝熱流路近くに取り付けることができ、流体温度の検出精度を向上させて信頼性を高めることができる。さらに、フィンの間隔が温度センサにより制限されないため、伝熱フィンの間隔をさらに狭いものとし、熱交換効率の高い熱交換器とすることが流体温度の検出精度を向上させるとともに可能である。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、前記伝熱流路が、前記第１流体が平行に流れる流路領域と、前記流路領域に連通するヘッダ流路領域と、を有し、前記温度センサが前記流路領域以外の部分に設けられたことを特徴とする構成としてある。
【００１７】
これにより、温度センサは流路領域を流れる第１流体から受ける影響を最小限にすることができ、伝熱流路内の第１流体温度の検出精度を向上させることができる。
【００１８】
第３の発明は、第１の発明又は第２の発明において、前記伝熱流路が前記伝熱フィンに凹条溝を設けることにより形成されたことを特徴とする構成としてある。
【００１９】
これにより、伝熱流路を管で形成する場合に比べ大幅に細径化することができるので、フィンの間隔の狭小化と合わせ熱交換効率を大きく向上させることができる。また、温度検出精度が高まることにより、熱交換器の制御を適切に行うことができるため熱交換効率の精度も高い高性能な熱交換器とすることができる。
【００２０】
第４の発明は、第１〜第３の発明において、前記伝熱フィンが孔を備え、前記孔に温度センサを挿入し装着したことを特徴とする構成としてある。
【００２１】
これにより、温度センサ挿入用の孔を伝熱フィン積層時の位置決めピン孔として利用することができ、温度センサ装着とフィン位置決めを合理的に行い構成の簡素化を図ることができる。
【００２２】
第５の発明は、第２〜第４の発明において、前記伝熱流路を折り返すことで、入口側と出口側の前記ヘッダ流路が前記伝熱フィンの一端部側に纏めた構成とし、一対のエンドプレート間に前記伝熱フィンを挟み込み、前記ヘッダ流路領域を設けた一端部を連結手段で締結固定し、前記ヘッダ流路領域とは反対側の他端側に前記温度センサを取り付けたことを特徴とする構成としてある。
【００２３】
これにより、ヘッダ部分に第１流体が集中して大きな圧力が加わっても、連結手段による締結固定によってヘッダ部分が流体圧力で変形することを防止することができる。それと同時に、他端側は流体圧力がほとんどない状態であるため、連結手段による締結固定箇所を少なくすることができ、温度センサの取り付け位置を連結手段によって制約されることなく伝熱流路近くに設定することができる。すなわち、圧力変形がなく、かつ、第１流体の温度検出精度が高い熱交換器とすることができる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本発明の実施の形態では本発明の適用が最も効果的な伝熱フィン積層型熱交換器を例にして説明するが、これに限定されるものではなく、以下の実施形態において説明する技術的思想と同等の熱交換器の構成を含むものである。すなわち、例えばフィンアンドチューブ型の熱交換器であっても、チューブに温度センサを設けた場合よりも精度の高い温度センサを実現することができる。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態の伝熱フィン積層型熱交換器（以下、単に熱交換器と称する）の外観を示す斜視図、図２は伝熱フィン積層型熱交換器を分離した状態で示す分解斜視図、図３は伝熱フィン積層型熱交換器の温度センサ取付け部を示す斜視図、図４は伝熱フィン積層体の温度センサ取付け前の状態を示す斜視図、図５は伝熱フィン積層型熱交換器の伝熱フィン積層体を構成する伝熱フィンの平面図、図６は伝熱フィンの構成の一部を拡大して示す分解図、図７は伝熱フィン積層型熱交換器における伝熱フィン積層体の伝熱流路群部分を切断して示す斜視図、図８は伝熱フィン積層型熱交換器における伝熱フィン積層体のヘッダ流路部分を切断して示す斜視図ある。
【００２６】
図１〜図８に示すように、本実施の形態の熱交換器１は、長方形の板状である複数の伝熱フィン２ａを積層して構成された伝熱フィン積層体２と、蒸発器として用いる場合には入口となり凝縮器として用いる場合は出口となる管Ａ４及びその逆となる管Ｂ５とを有している。
【００２７】
また、伝熱フィン積層体２の積層方向の両側（図１では上側及び下側）には、伝熱フィン２ａと平面視が略同一形状のエンドプレート３ａ、３ｂが設けられている。エンドプレート３ａ、３ｂは、剛性を有する板材で形成されており、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスなどの金属材を研削により金属加工して形成されている。
【００２８】
なお、エンドプレート３ａ、３ｂ、複数の伝熱フィン２ａは積層された状態でロウ付け接合されて一体化している。
【００２９】
また、本実施の形態では、伝熱フィン積層体２の両側のエンドプレート３ａ、３ｂは、ボルト・ナット若しくはカシメピン軸等の連結手段９によってその長手方向両端部が連結固定されている。すなわち、伝熱フィン積層体両側のエンドプレート３ａ、３ｂは伝熱フィン積層体２を挟持した形で伝熱フィン積層体２を機械的に連結固定した形となっている。
【００３０】
また、伝熱フィン２ａは、後述するように、内部に第１流体である冷媒が流れる複数の並行した伝熱流路群を有しており、この伝熱流路群は略Ｕ字状に形成されていて、これと繋がる管Ａ４、管Ｂ５は、伝熱フィン積層体２の一方側（図１では左側）のエンドプレート３ａの一端部側に纏めて配置されている。
【００３１】
詳述すると、伝熱フィン２ａは、図５に示すように、複数の並行した伝熱流路（以下、冷媒流路と称す）１１とこれに繋がるヘッダ流路Ａ８およびヘッダ流路Ｂ１０を形成した一対の板状部材、第１板状部材６ａ及び第２板状部材６ｂ（図６参照）を向い合せにロウ付け接合して構成してあり、複数の冷媒流路１１は略Ｕ字状に形成されていて、冷媒流路１１にそれぞれ繋がるヘッダ流路Ａ８とヘッダ流路Ｂ１０とが一端部側に纏まった形となっている。
【００３２】
そして、上記構成の伝熱フィン２ａは、図７、図８に示すように多数積層して熱交換器の主体をなす伝熱フィン積層体２を構成しており、伝熱フィン２ａ同士の間には伝熱フィン２ａの長辺両端部及び冷媒流路１１間に適宜設けた複数の突起１２（図５参照）によって第２流体である空気が流れる隙間を形成している。
【００３３】
なお、冷媒流路１１は第１板状部材６ａ及び第２板状部材６ｂの凹条溝によって形成してあり、容易に細径化できるようになっている。
【００３４】
また、冷媒流路１１のうちヘッダ流路Ａ８に繋がるヘッダ流路Ａ側冷媒流路１１ａとヘッダ流路Ｂ１０に繋がるヘッダ流路Ｂ側冷媒流路１１ｂとの間には、これら両者間の熱移動を防止すべくスリット溝１５が設けられてある。
【００３５】
さらにこの例では、図５に示すようにヘッダ流路Ｂ側冷媒流路１１ｂは通路部１４により、伝熱フィン２ａの内側寄りに位置する流路群と外側寄りに位置する流路群に分かれている。冷媒流路１１は前述の伝熱フィン２ａの外側流路群より内側流路群を形成する流路の本数を多くし、図６に示すようにヘッダ流路Ｂ１０の通路部１４と対向する部分は冷媒流路のない無孔部１６を設けている。これは、熱交換器を凝縮器として使用した時に入口側となるヘッダ流路Ｂ１０からヘッダ流路Ｂ側冷媒流路１１ｂへと流れる冷媒が無孔部１６の壁部に衝突して前述の伝熱フィン２ａの外側流路と内側流路それぞれへ均等に流れるように構成してある。そのため、ヘッダ流路Ｂ側冷媒流路１１ｂ間で冷媒量が不均一になることがなく、熱交換効率の良い熱交換器を実現できる。
【００３６】
上記のように構成された本実施形態の熱交換器１は、冷媒が伝熱フィン積層体２の伝熱フィン２ａの内部の冷媒流路１１群を長手方向に並行に流れＵターンして折り返しヘッダ流路Ａ８或いはヘッダ流路Ｂ１０から管Ａ４あるいは管Ｂ５を通して排出される。一方、第２流体である空気は、伝熱フィン積層体２を構成する伝熱フィン２ａの積層間に形成された隙間を通り抜ける。このとき、第２流体である空気の熱が伝熱フィン２ａを介して第１流体である冷媒に伝わることにより第１流体と第２流体との熱交換が行われる。
【００３７】
ここで、上記構成の伝熱フィン積層体２を主体としたこの熱交換器は、図３、図４に示すように、伝熱フィン積層体２の一端部側に前記冷媒流路１１群を流れる冷媒の温度を検出する温度センサ１７が取り付けてある。
【００３８】
温度センサ１７は伝熱フィン積層体２のフィン積層方向にこれと交差するように挿入して装着してある。すなわち、伝熱フィン積層体２の伝熱フィン２ａには図５に示すように前記入口及び出口となるヘッダ流路Ａ８、ヘッダ流路Ｂ１０が設けられた側とは反対側の端部に孔１８が設けてある。この孔１８は冷媒流路１１が設けられた流路領域Ｐとは別の場所であって、冷媒流路１１の近く、この例では図５に示すように冷媒流路１１がＵターンするコーナ部に設けてある。そして、この孔１８と対向するようにエンドプレート３ｂにも同様の孔１８が設けてあり、このエンドプレート３ｂの孔１８より温度センサ１７を伝熱フィン２ａの積層方向と交差するように挿入して装着してある。これにより温度センサ１７は伝熱フィン２ａを横切るような形で伝熱フィン積層体２内に埋め込まれた形となる。
【００３９】
なお、エンドプレート３ｂに孔１８を設けたが、エンドプレート３のどちらに孔１８を設けても良い。
【００４０】
以上のように構成した熱交換器について、次にその作用効果を説明する。なお、作用効果は、熱交換器を蒸発器として使用している場合を例にして説明する。
【００４１】
熱交換器を蒸発器として使用している場合、冷媒は入口配管となる管Ａ４から流入し、ヘッダ流路Ａ８を介して伝熱フィン積層体２の伝熱フィン２ａの内部の冷媒流路１１群を長手方向に並行に流れＵターンして折り返しヘッダ流路Ｂ１０を介して出口配管となる管Ｂ５から排出される。一方、第２流体である空気は、伝熱フィン積層体２を構成する伝熱フィン２ａの積層間に形成された隙間を通り抜ける。このとき、空気の熱が伝熱フィン２ａを介して冷媒に伝わり、冷媒は温められ空気は冷やされることにより第１流体である冷媒と第２流体である空気との熱交換が行われる。
【００４２】
一方、伝熱フィン積層体２に設けられた温度センサ１７は冷媒流路１１群を流れる冷媒の温度を検出し、当該温度データは、例えば膨張弁（図示せず）や圧縮機の周波数を制御するための入力データとして使用される。
【００４３】
ここで、温度センサ１７は伝熱フィン２ａの積層方向を横切るように挿入され、伝熱フィン２ａを横切る形で取付けられるので、フィンの積層方向に突き刺して設ける場合のようにフィンの間隔を広くする必要がなく、伝熱フィン２ａのフィンの間隔が狭くても取り付けることができる。
【００４４】
また、温度センサ１７が伝熱フィン２ａに設けられている冷媒流路１１同士間に突き刺される形とならないので、これを傷つけるようなことがなくなるうえに、図５の孔１８位置から理解できるように冷媒流路１１近くに温度センサ１７を取り付けることができるので、流体温度の検出精度を向上させて信頼性を高めることができる。
【００４５】
また、前記熱交換器は、外部から流体を導入し排出するための出入り口を有する一対のヘッダ流路Ａ８およびヘッダ流路Ｂ１０と、ヘッダ流路Ａ８およびヘッダ流路Ｂ１０とをつなぐ冷媒流路１１とを備えていて、冷媒流路１１は伝熱フィン２ａに凹条溝を設けて形成してある。
【００４６】
これにより、冷媒流路１１はこれを管で形成する場合に比べ大幅に細径化することができる。よって、フィン間隔の狭小化と合わせ熱交換効率を大きく向上させることができ、温度検出精度が高くより熱交換効率の高い高性能な熱交換器とすることができる。
【００４７】
また、温度センサ１７は伝熱フィン２ａの第１流体が並行に流れる複数の冷媒流路１１を有する流路領域Ｐ以外の部分に設けてあるから、流路領域Ｐを流れる第２流体が温度センサ１７に触れるのを抑制することができる。したがって、第２流体から受ける影響を最小限にすることができ、冷媒流路１１内の冷媒温度の検出精度を向上させることができる。
【００４８】
更に、温度センサ１７を挿入装着する伝熱フィン２ａの孔１８は伝熱フィン積層時の位置決めピン孔として利用することができる。よって、伝熱フィン積層時の位置決めピン孔を別途設ける必要がなく、構成の簡素化を図りつつフィン積層ずれを防止することができる。
【００４９】
また、入口及び出口のヘッダ流路Ａ８、ヘッダ流路Ｂ１０を有するヘッダ領域Ｈと、このヘッダ領域Ｈのヘッダ流路Ａ８とヘッダ流路Ｂ１０との間をつなぐ複数の冷媒流路１１を有する流路領域Ｐと、を有する伝熱フィン２ａを積層して構成したこの種の伝熱フィン積層熱交換器は、ヘッダ流路Ａ８、ヘッダ流路Ｂ１０内の冷媒流量が多いため冷媒から大きな圧力を受け変形しやすくなる。
【００５０】
しかしながら、本実施の形態では冷媒流路１１を略Ｕ字状にＵターンさせて入り口側及び出口側のヘッダＡ８、ヘッダ流路Ｂ１０を伝熱フィン２ａの一端部側に纏めるとともに、ヘッダ流路Ａ８、ヘッダ流路Ｂ１０を一対のエンドプレート３ａ、３ｂで挟み込んで連結手段９で締結固定している。そのため、ヘッダ流路Ａ８、ヘッダ流路Ｂ１０部分に第１流体の大きな圧力が加わっても、連結手段９による締結固定によってヘッダ流路Ａ８、ヘッダ流路Ｂ１０部分が変形することを防止することができる。そして、冷媒の大きな圧力を受ける部分を伝熱フィン２ａの一端部側のみとすることができるので、他端側のフィン締結固定は一箇所もしくは廃止することができる。したがって、伝熱フィン２ａのヘッダ領域と反対側の端部は温度センサ１７を装着するに十分なスペースを確保することができる。そして、温度センサ１７は連結手段９によって邪魔されることなく、すなわち連結手段９の位置に制約されることなく、冷媒流路１１近くといったフィン端部の最適位置に設定することができ、圧力変形がなく、かつ、第１流体の温度検出精度が高い熱交換器とすることができる。これにより、冷媒流路１１の細径化とフィン間隔の狭小化による熱交換効率の向上を実現しつつ冷媒圧力による圧力変形もなく、しかも第１流体の温度検出精度が高い熱交換器とすることができる。
【００５１】
以上、本発明に係る熱交換器について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。つまり、今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５２】
例えば、熱交換器はこの実施の形態ではフィン積層型熱交換器としたが、どのような熱交換器であってもよく、例えばプレートフィンに冷媒流路となる管を貫設して構成したフィンチューブ型熱交換器、あるいは入り口側及び出口側のヘッダ流路管を冷媒流路となるチューブ管で接続したタイプの熱交換器等々種々のものに適用できる。
【００５３】
また、本実施の形態の熱交換器では冷媒流路１１群がＵターンするものを例示したが、これはＵターンさせることなく直線状のものとしてヘッダ流路Ａとヘッダ流路Ｂを伝熱フィンの左右端部に分けて設けたものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、交換効率及び温度検出精度を共に向上させて高性能な熱交換機とすることができる。よって、家庭用及び業務用エアコン等に用いる熱交換器や各種冷凍機器等に幅広く利用でき、その産業的価値は大なるものがある。
【符号の説明】
【００５５】
１  熱交換器
２  伝熱フィン積層体
２ａ  伝熱フィン
３、３ａ、３ｂ  エンドプレート
４  管Ａ
５  管Ｂ
６ａ  第１板状部材
６ｂ  第２板状部材
８  ヘッダ流路Ａ
９  連結手段
１０  ヘッダ流路Ｂ
１１  冷媒流路（伝熱流路）
１１ａ  ヘッダ流路Ａ側冷媒流路
１１ｂ  ヘッダ流路Ｂ側冷媒流路
１２  突起
１４  通路部
１５  スリット溝
１６  無孔部
１７  温度センサ
１８  孔
【図１】
2019152379.tif 000003
【図２】
2019152379.tif 000004
【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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