(57)【要約】【課題】  フィンと複数の流路を有する伝熱管との密着性を良好にして、熱交換性能が高い熱交換器を得る。【解決手段】  所定の間隔で平行に配置された複数のフィン１と、フィン１に挿通され、内部を熱媒体が流通する伝熱管２とを備えた熱交換機において、伝熱管２は、拡管されることによりフィン１に固定された筒状をなす外管２０と、外管２０の内部に設けられ、拡管されることにより外管２０に固定された隔壁管９とを備えることを特徴とするものである。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔で平行に配置された複数のフィンと、前記フィンに挿通され、内部を熱媒体が流通する伝熱管とを備えた熱交換器において、
前記伝熱管は、拡管されることにより前記フィンに固定された筒状をなす外管と、
前記外管の内部に設けられ、拡管されることにより前記外管に固定された隔壁管とを備えることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記外管は、円筒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】
前記外管は、扁平円筒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】
前記外管は、その内周面に溝が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記隔壁管は、筒状をなした第一の隔壁部と、
この第一の隔壁部の外周面から突設され、前記外管の内周面に当接する第二の隔壁部とを有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第一の隔壁部は、円筒であること特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第一の隔壁部は、扁平円筒であること特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記第二の隔壁部は、等間隔をおいて配設されていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記第二の隔壁部は、放射状に形成されていることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記第二の隔壁部は、らせん状に形成されていることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記第一の隔壁部は、その内周面および外周面の少なくとも一方に溝が形成されていることを特徴とする請求項５ないし１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記第二の隔壁部は、その側面に溝が形成されていることを特徴とする請求項５ないし１１のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記外管は、拡管ビレットを用いて拡管されていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記隔壁管は、拡管ビレットを用いて拡管されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定の間隔で配置された複数のフィンと、このフィンに挿通され、内部を流体が流通する伝熱管とを備えたフィンチューブ型熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のフィンチューブ熱交換器のチューブとして、断面が扁平形状のチューブ内に冷媒が流通する複数の流路を設けるようにした扁平多穴管のものがある。このチューブとフィンとの接合方法としては、前記流路内に流体を充填させ、この流体の圧力を上昇させることで拡管する方法や、複数の流路のそれぞれにプラグを挿入して機械的に拡管する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９‐８５４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような扁平多穴管のチューブの拡管においては、各流路間に隔壁部分が存在するので、チューブ外周面の全面が均一に拡管されない。このため、フィンとチューブとが十分に密着されず、所望の熱交換性能が得られないという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、フィンと複数の流路を有する伝熱管との密着性を良好にして、熱交換性能が高い熱交換器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明における熱交換機は、所定の間隔で平行に配置された複数のフィンと、フィンに挿通され、内部を熱媒体が流通する伝熱管とを備えた熱交換機において、伝熱管は、拡管されることによりフィンに固定された筒状をなす外管と、外管の内部に設けられ、拡管されることにより外管に固定された隔壁管とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、フィンと複数の流路を有する伝熱管との密着性が良好となり、高い熱交換性能を有する熱交換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る熱交換器の概略を示す図である。
【図２】図１の要部のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】図１の要部のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法における外管の挿入工程を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法における外管の拡管工程を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法における隔壁管の挿入工程を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る熱交換器の製造方法における隔壁管の拡管工程を示す図である。
【図８】外管と隔壁管とが一体に形成された伝熱管が拡管された様子を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る伝熱管が拡管された様子を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る熱交換器の要部を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係る熱交換器の隔壁管を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態４に係る熱交換器の要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１ないし図３は、この発明を実施するための実施の形態１に係る熱交換器１００を示すものであって、図１は熱交換器の概略を示す図、図２は図１の要部のＢ−Ｂ断面図、図３は図１の要部のＣ−Ｃ断面図である。
【００１０】
熱交換器１００は、フィンチューブ型の熱交換器であって、図１に示すように、所定の間隔ＦＰで互いに平行になるように配置された複数のフィン１と、このフィン１に設けられた挿通孔４に所定の間隔ＤＰで固定され、内部に冷媒が流通される複数の伝熱管２と、この伝熱管２の両端部にろう付け等によってそれぞれ接続され、冷媒を伝熱管２に流通する分配管３とを備えて構成され、方向Ａから流れる空気との熱交換を行うものである。
【００１１】
フィン１は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金または銅もしくは銅合金等からなる厚さ０．０９〜０．２ｍｍの金属薄板であり、その表面に防食や防汚、親水を目的とした表面処理膜（図示せず）が形成されている。なお、熱交換器１００の用途によっては撥水を目的とした表面処理膜が形成される。そして、フィン１の挿通孔４の間には、空気の流れ方向Ａに対して対向するように、フィンベース面１ａから切り起こされたスリット７が設けられている。このスリット７は、その側端部において空気流の速度境界層および温度境界層を薄くすることにより、伝熱促進が行われ熱交換性能が増大する効果がある。また、スリット７の高さは、フィン１の積層間隔ＦＰの略半分である。
【００１２】
さらに、フィン１の挿通孔４の周囲には、図２に示すように、フィン１と伝熱管２とを密接させるためのフィンカラー５が設けられている。このようにフィンカラー５を設けることで、フィン１と伝熱管２との密着面積を広くでき、伝熱性能を良好にすることができる。また、フィンカラー５の先端周囲には、フィン１を折り曲げることによりフィンリフレア６が設けられており、これによってフィン１が所定の間隔ＦＰで積層されている。なお、間隔ＦＰは熱交換器の特性により適宜決定され、一般に１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。
【００１３】
伝熱管２は、図２および図３に示すように、拡管ビレットを挿入して拡管することによってフィン１の挿通孔４の内周部に密着され、フィン１に固定された円筒状の外管２０と、この外管２０の内部に設けられ、外管２０の内周面２０ｂに固定された隔壁管９とを備えている。
【００１４】
外管２０は、銅もしくは銅合金またはアルミニウムもしくはアルミニウム合金等からなる金属円筒であり、押し出し成形や、引き抜き成形等の加工方法により形成されたものである。そして、外管２０の内周面２０ｂには、外管２０の長手方向に向かって直線状に伸びた溝１０が設けられている。なお、この溝１０は外管２０の長手方向に一定角度に伸びたらせん状のものにしてもよい。
【００１５】
隔壁管９は、伝熱管２の中心部に位置する円筒状をなした第一の隔壁部１１と、この第一の隔壁部１１の外周面１１ａから等間隔で放射状に突設され、その端部１２ａが外管２０の内周面２０ｂに当接している６つの第二の隔壁部１２とから構成されている。ここで隔壁管９は、第一の隔壁部１１の円筒内部１１ｃに拡管ビレットを挿入して内周面１１ｂ側から拡管することにより、第二の隔壁部１２の端部１２ａが外管２０の内周面に密着され固定されている。
【００１６】
第一の隔壁部１１および第二の隔壁部１２は、銅もしくは銅合金またはアルミニウムもしくはアルミニウム合金等からなり、押し出し成型や引き抜き成形などの加工法によって一体に形成されたものであって、第一の隔壁部１１の肉厚および第二の隔壁部１２の厚みは０．２〜０．４ｍｍである。なお、第一の隔壁部１１と第二の隔壁部１２とを別部材とし、それらを溶接して一体に形成したものでもよい。
【００１７】
このように構成された熱交換器１００の伝熱管２の内部を流れる冷媒（図示せず）は、外管２０の内周面２０ｂと第一の隔壁部１１の外周面１１ａと第二の隔壁部１２の側面１２ｂとで隔たれた６つの流路３５と、第一の隔壁部１１の内部１１ｃとの合計７つの流路を流通する。
【００１８】
次に本実施の形態に係る熱交換器１００の製造方法を図４〜７を用いて説明する。ここで、図４は外管の挿入工程を示す図、図５は外管の拡管工程を示す図、図６は隔壁管の挿入工程を示す図、図７は隔壁管の拡管工程を示す図である。
【００１９】
まず、図４に示すように、所定の間隔ＦＰで互いに平行になるように積層された複数のフィン１の挿通孔４に円筒状の外管２０を挿通する。ここで、挿通孔４に対して外管２０の外径は小さく、容易に挿通できる寸法関係となっている。
【００２０】
次に、図５に示すように、挿通孔４に挿通した外管２０の内部に、拡管ビレット８を押し込んでいく。そうすると、外管２０は拡管され順次各フィン１に密着していき固定される。なお、この拡管ビレット８の材料としては、例えば、焼入れを施した鋼が用いられる。また、ビレット８による機械的な拡管方法は、外管２に対し、押し込む方向、引き抜く方向のどちらでもよい。また、外管２０の拡管率は５〜７％である。
【００２１】
次いで、図６に示すように、隔壁管９をフィン１に固定された外管２０の内部に挿入する。隔壁管９の外径は、外管２０の内径よりも小さく設定されており、容易に挿入できる寸法関係である。
【００２２】
そして、図７に示すように、隔壁部品９の第一の隔壁部１１の内部１１ｃに拡管ビレット１３を押しこんでいく。そうすると、第一の隔壁部１１は拡管され、第一の隔壁部１１から突設した第二の隔壁部１２の端部１２ａが順次外管２０の内周面２０ｂに密着していき固定される。なお、拡管ビレット１３の材料の材料としては、例えば、焼入れを施した鋼が用いられる。また、ビレット１３による機械的な拡管方法は、隔壁管９に対し、押し込む方向、引き抜く方向のどちらでもよい。
【００２３】
最後に、フィン１に固定された伝熱管２の両端部に分配管３をろう付けにより接続することで熱交換器１００が完成する。
【００２４】
なお、上記の外管２０および隔壁管９の拡管のように円筒状の管を拡管する際に用いられる断面が円形の拡管ビレットは従来から広く用いられているものであり、比較的安価に入手可能である。
また、拡管ビレットによる機械的な拡管が困難であるような多数の流路を有する伝熱管の拡管方法として、伝熱管内部に液体または気体などの流体を充填し、流体の圧力を上昇させて拡管する拡管方法も用いることができるが、流体圧を伝熱管全領域に亘って均一に制御することは困難であるので、流体圧による拡管方法ではフィンと伝熱管との密着性が小さい。一方、本実施の形態に係る熱交換器１００は、第二の隔壁部１２の数を増やすことで流路３５の数を増やすことができるので、多数の流路を形成する場合でも断面が円形の拡管ビレットを用いた機械的な拡管方法を用いることができる。
【００２５】
次に、本実施の形態における伝熱管２と、外管と隔壁管とが一体に形成された伝熱管５０との拡管後の比較を図８および図９を参照して以下に説明する。図８は、外管と隔壁管とが一体に形成された伝熱管５０が拡管された様子を示す図である。図９は、本実施の形態に係る伝熱管２が拡管された様子を示す図で、（ａ）は外管を拡管した様子を示す図、（ｂ）は隔壁管を拡管した様子を示す図である。
【００２６】
図８に示すように、伝熱管５０は、外管と隔壁管とが一体に形成されたものであって、内部が隔壁部５１、５２よって隔たれて流路５３、５４が設けられた円筒管である。そして、流路５３、５４にそれぞれ拡管ビレットを挿入して拡管し、フィン１に固定されている。ここで、壁体部５２は、流路５４に挿入した拡管ビレットによって伝熱管５０の動径方向へ変形されるが、伝熱管５０の外周面を押圧して拡径するまでには至らない。また、押圧する力を大きくして拡径しようとしても、壁体部５２が座屈して破損してしまう。これらにより、伝熱管５０は外周面の全面が均一に拡管されずに凹み５５が生じ、フィン１と伝熱管５０との確実な密着性が得られない。
一方、本実施の形態に係る伝熱管２は、まず、図９（ａ）に示すように、外管２０を拡管して固定し、次に、図９（ｂ）に示すように、隔壁管９を拡管して固定しているので、上述のように外周面の全面が均一に拡管され、フィン１と伝熱管２との確実な密着性が得られる。
【００２７】
本実施の形態によれば、伝熱管２は、拡管されることによりフィン１に固定された円筒をなす外管２０と、外管２０の内部に設けられ、拡管されることにより外管２０に固定された隔壁管９とを備えているので、フィン１と複数の流路を有する伝熱管２との密着性が良好となり、高い熱交換性能を有する熱交換器を得ることができる。
【００２８】
また、隔壁管９は、筒状をなした第一の隔壁部１１と、この第一の隔壁部１１の外周面１１ａから突設され、外管２０の内周面２０ｂに当接する第二の隔壁部１２とを有しているので、複数の流路が形成され伝熱管２内部の伝熱面積を増大させることができる。
【００２９】
また、多数の流路を形成する場合でも、断面が円形の拡管ビレットを用いた機械的な拡管方法を用いることができるので、フィン１と伝熱管２との良好な密着性を保持したまま、伝熱管２内部に設ける流路の数を増大させることができる。さらに、断面が円形の拡管ビレットは従来から広く用いられているものであり比較的安価に入手可能であるので、熱交換機を容易に低コストで製造することができる。
【００３０】
また、外管２０の内周面２０ｂに溝１０を設けているので、伝熱面積が増大してより高い熱交換性能を有する熱交換機を得ることができる。
【００３１】
また、外管２０は円筒状をなしているので、外周面の全面が均一に拡管され、フィン１との確実な密着性が得られる。
【００３２】
また、第一の隔壁部１１は円筒状をなしているので、外周面１１ａの全面が均一に拡管され、第二の隔壁部１２の端部１２ａは確実に外管２０の内周面２０ｂと密着する。
【００３３】
また、第二の隔壁部１２は、放射状に突設されているので、外管２０に確実に固定することができる。さらに、第二の隔壁部１２は、等間隔をおいて配設されているので、外管２０に、より確実に固定することができる。
【００３４】
実施の形態２．
図１０は、この発明を実施するための実施の形態２に係る熱交換器２００の要部の断面図を示すものである。実施の形態１では、円筒状の外管２０と、円筒状の第一の隔壁部１１を有する隔壁管９とで伝熱管２を構成するものを示したが、図１０に示すように、扁平円筒状の外管２２と、扁平円筒状の第一の隔壁部２１を有する隔壁管９とで構成するようにしてもよい。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３５】
本実施の形態によれば、扁平円筒状の外管２２を用いているので、実施の形態１と同様の効果に加え、空気流との抵抗を増加させずにフィン１と伝熱管２との伝熱面積を増大させてより高い熱交換性能を有する熱交換機を得ることができる。
【００３６】
また、扁平円筒状の第一の隔壁部２１を用いているので、実施の形態１と同様の効果に加え、伝熱管２の内部を流通する冷媒との伝熱面積を増大させてより高い熱交換性能を有する熱交換機を得ることができる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、外管２２および第一の隔壁部２１をいずれも扁平円筒状にする構成を示したが、いずれか一方を扁平円筒状にして他方を円筒状にする構成としてもよい。
【００３８】
実施の形態３．
図１１は、この発明を実施するための実施の形態３に係る熱交換器３００の隔壁管を示すものである。実施の形態１では、隔壁管９の第二の壁体部を放射状に形成する構成を示したが、図１１に示すように、らせん状に形成した第二の壁体部２４を用いてもよい。第二の隔壁部２４は、押し出し成形、引き抜き成形の加工法により成形され、型出口において回転運動を加えることでらせん状に形成する。また、第一の隔壁部１１と第二の隔壁部２４とを別部材とし、らせん状に形成した第二の隔壁部２４を第一の隔壁部１１に溶接して一体に形成するようにしてもよい。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３９】
本実施の形態によれば、らせん状に形成した第二の隔壁部２４を用いているので、実施の形態１の効果に加えて、伝熱管２の内部を流通する冷媒に旋回流が発生して伝熱が促進され、より高い熱交換性能を有する熱交換器を得ることができる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、第一の隔壁部１１が円筒状であるものを用いたが、実施の形態２に示した扁平円筒状のものを用いても同様の作用効果を奏する。
【００４１】
実施の形態４．
図１２は、この発明を実施するための実施の形態４に係る熱交換器４００の要部の断面図を示すものである。実施の形態１では外管２０の内周面２０ｂのみに溝１０を設ける構成を示したが、これに加えて、図１２に示すように、隔壁管９の第一の隔壁部１１の外周面１１ａおよび内周面１１ｂ並びに第二の隔壁部１２の側面１２ｂにも溝１０を設けるようにしてもよい。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００４２】
本実施の形態によれば、第一の隔壁部１１の外周面１１ａおよび内周面１１ｂ並びに第二の隔壁部１２の側面１２ｂにも溝１０を設けるようにしたので、実施の形態１に述べた効果に加え、伝熱管２内部を流通する冷媒との伝熱面積を増大させてより高い熱交換性能を有する熱交換器を得ることができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、第一の隔壁部１１が円筒状であるものを用いたが、実施の形態２に示した扁平円筒状のものを用いても同様の作用効果を奏する。また、放射状に形成した第二の隔壁部１２を用いて構成しているものを示したが、実施の形態２に示したらせん状に形成した第二の隔壁部２４で構成しているものでも同様の作用効果を奏する。
【００４４】
また、上記各実施形態では、６つの第二の隔壁部を設ける構成を示したが、第二の隔壁部の数は任意に設定することができる。好ましくは４ないし８個程度である。
【００４５】
また、複数の伝熱管がフィンに挿通されている構成を示したが、これに限定されることはなく、例えば一つの伝熱管を折り返して複数回フィンに挿通するようにして熱交換器を構成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１  フィン
２  伝熱管
８、１３  拡管ビレット
９  隔壁管
１０  溝
１１、２１  第一の隔壁部
１１ａ第一隔壁部外周面
１１ｂ第一隔壁部内周面
１２、２４  第二の隔壁部
１２ｂ  第二の隔壁部側面
２０、２２  外管
２０ｂ  外管内周面
１００、２００、３００、４００  熱交換器
【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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