(57)【要約】【課題】独立フィンタイプのドッグボーン型熱交換器における側板の強度アップを図り、熱交換効率を向上させ、且つ着霜及び除霜性に優れた経済的な熱交換器を提供する。【解決手段】側板５の表面に、稜線が列方向に平行になるようにコルゲート加工を施し、且つ長孔４の周縁部にフラット座７を形成し、且つ段方向に細長くフラット溝８を形成することにより、通風抵抗を低減し、熱交換効率を飛躍的に向上させることができるとともに、側板の強度アップを図ることで、折れ曲がりや引きちぎれを無くし、熱交換器としての剛性を高めることができる。【選択図】図２
2013120007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直管部及び曲管部が連続して複数の列および段が千鳥状に形成されるよう所定のピッチで蛇行状に曲げ加工された冷媒チューブと、矩形部および前記矩形部の両側短辺に設けた円弧部からなる長孔を板面に複数設け、且つ、少なくとも２列ごとに独立したプレートフィンと、前記長孔を板面に複数設けた、少なくとも４列分以上のプレート幅を有する側板を具備し、前記プレートフィンを複数相互に間隔を有して配置し、前記側板を両端または片端に複数配置し、前記長孔に前記冷媒チューブを貫通させた熱交換器であって、前記プレートフィンと側板の表面には、稜線が列数方向に平行になるように、段方向に波形のコルゲート成形を施し、且つ、前記長孔周縁部には、平らなフラット座を形成し、且つ、段方向に細長く平らなフラット溝を形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記フラット溝は、前記コルゲートの稜線と略垂直になるよう形成さ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】
前記フラット溝を、前記側板の端部に形成したことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記フラット溝は、前記千鳥状に配列された長孔と略垂直になるよう形成さ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５】
圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器と、前記蒸発器に強制通風させる送風機とを備えている冷却システムにおいて、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載した熱交換器を蒸発器として用いたことを特徴とする冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭用あるいは業務用冷蔵庫、さらにはショーケース等において、冷却器（蒸発器）として用いられる所謂ドッグボーン型フィンアンドチューブ式熱交換器及びそれを用いた冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば家庭用冷蔵庫においては本体の外寸を固定し、庫内容量を大きくする傾向にあり、これに起因して冷却システム関連部品は、年々コンパクト化が要求されている。また、業務用冷蔵庫においては、省エネルギーモデルの発売が本格化し、これに起因して冷却システム関連部品のさらなる高効率化が要求されている。
【０００３】
そのような中で、熱交換器もコンパクト化や高効率化の要求が高まっている。
【０００４】
一方で、原材料高騰により部品材料の合理化の要求も高まり、熱交換器性能を高めることと併せて、材料の薄肉合理化が求められている。
【０００５】
その一例として、プレートフィンに加工された、所謂ドッグボーン型の長孔に、サーペンタイン状の冷媒チューブを挿入してなり、且つ、経済的なアルミニウムパイプを用いることが可能で、高効率化要素を備えた、ドックボーン型熱交換器が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００６】
図９から図１２は、上記特許文献１及び特許文献２に記載された従来の熱交換器を示すものである。
【０００７】
図９は従来の熱交換器の正面図、図１０はＡ−Ａ断面を表す側面断面図、図１１はＢ−Ｂ断面を表す平面断面図であり、図１２は、従来の側板を表す正面図である。
【０００８】
上記従来の熱交換器１０１の構成は、直管部及び曲管部が連続して複数の列および段が千鳥状に形成されるよう所定のピッチで蛇行状に曲げ加工された冷媒チューブ１０２と、矩形部１０４ａおよび矩形部１０４ａの両側短辺に設けた円弧部１０４ｂからなる長孔１０４を板面に複数設け、且つ、少なくとも２列ごとに独立したプレートフィン１０３と、少なくとも４列分以上のプレート幅を有する側板１０５を具備し、プレートフィン１０３を複数相互に間隔を有して配置し、側板１０５を両端または片端に複数配置し、長孔１０４に冷媒チューブ１０２を貫通させた熱交換器である。
【０００９】
以上のように構成された熱交換器１０１について、以下その動作を説明する。
【００１０】
まず、プレートフィン１０３を複数相互に間隔を有して配置し、冷媒チューブ１０２を長孔１０４に貫通させるに際し、冷媒チューブ１０２の曲管部を頭にして長孔１０４の周縁にバーリング形成されたカラーの根元側から挿入するが、一般的に冷媒チューブ１０２とプレートフィン１０３の密着性を高めるために、冷媒チューブ１０２の外径と長孔１０４の円弧部１０４ｂの内径は略同径になっていることと、冷媒チューブ１０２の直管部の製直性、または千鳥状に形成された冷媒チューブの角度や曲げピッチなどの精度の問題で、挿入抵抗が少なからずあることや、プレートフィン１０３は、少なくとも２列ごとに独立しているため、冷媒チューブ１０２が貫通していくにあたり、プレートフィン１０３の端部周縁だけしか保持できないので、実際には、図９および図１１に示すようにプレートフィン１０３には反りやねじれが発生し易くなっている。なお、プレートフィン１０３の
材料薄肉化によるコスト合理化もこの現象に拍車を掛けている。
【００１１】
また、上記熱交換器１０１の両端または片端に側板１０５を複数配置することで、プレートフィン１０３は、少なくとも２列ごとに独立し、間隔を有して複数配置しているので、冷媒チューブ１０２を複数のプレートフィン１０３に貫通後密着固定させても、プレートフィン１０３の配置部分では、熱交換器１０１は２列ごとに分断している。よって、端部に配置した側板１０５により、本来境界層前縁効果を狙って間隔を置いて配置していた形状を固定させる効果がある。しかしながら、近年進む材料薄肉化により、プレートフィン１０３と略同じ板厚の側板１０５では、図９に示すように、２列ごとに分断配置したプレートフィン１０３が接近・接触するようになっている。側板１０５の強度不足により、図９の左端では、折れ曲がったり、右端では引きちぎれたりしており、熱交換器１０１として全体が変形するようになっており、複数枚を配置することで強度アップを図っているのが現状である。
【００１２】
また、材料の薄肉化を行っても、プレートフィンの強度を確保し、熱交換性能を高める手段の一例として、プレートフィンの表面に波形のコルゲート成形を施した熱交換器が知られている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。
【００１３】
これら従来の熱交換器（図示せず）のプレートフィンに施されたコルゲート形状は、風向きに対し稜線が略垂直になるよう且つ、コルゲートの山高さを比較的高くして、熱交換する空気の乱流促進を狙ったものである。また円穴周辺に成形されたフラット座により、プレートフィンの強度が高くなり、熱交換器の曲げ加工に対する強度向上に寄与している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平４−８６４９１号公報
【特許文献２】特開平１１−３３３５３９号公報
【特許文献３】実公平０７−１７９５５号公報
【特許文献４】特許第４６０７４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来の熱交換器１０１の構成では、側板１０５が強度不足であるために、２列ごとに分断配置したプレートフィン１０３が接近・接触したり、側板１０５が折れ曲がったり、引きちぎれたりしており、熱交換器１０１として全体が変形するようになっている。
【００１６】
したがって、プレートフィン１０３を、少なくとも２列ごとに分断した状態で配置構成することで、熱交換器１０１として境界層前縁効果により熱交換性能を向上させることに寄与していたものが、プレートフィン１０３の接近・接触により熱交換器性能の低下や、冷却運転時の偏着霜を引き起こすという課題を有していた。
【００１７】
また、熱交換器１０１の変形により筐体への取り付け誤差が生じるという課題も有していた。
【００１８】
また、側板１０５には反りやねじれが発生し易くなっている。特に、側板１０５の材料を薄肉化すればする程、反りやねじれはより発生し易くなる。側板１０５が反ったりねじれたりすることで、少なからず熱交換器１０１の通風抵抗は高くなり、強制通風させる送風機の特性に依るが一般的に風量が低下し、熱交換量が低くなるという課題を有していた
。
【００１９】
また、側板１０５の強度アップには、側板１０５の表面にコルゲート成形を施し円穴周辺にフラット座を成形するのがよいが、反りやねじれを改善するものではなく、従来例のような風向きに対し稜線が略垂直になるようにコルゲート成形すると、通風抵抗が高くなってしまい、やはり熱交換量が低くなるという課題を有していた。
【００２０】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、ドッグボーン型熱交換器における側板の反りやねじれを改善し、通風抵抗を低減することと、側板の強度アップを図ることで、折れ曲がりや引きちぎれを無くし、熱交換器としての剛性を高めることで、変形の改善を行い、着霜・除霜の信頼性をも考慮した高効率且つ経済的な熱交換器とそれを用いた冷却システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、直管部及び曲管部が連続して複数の列および段が千鳥状に形成されるよう所定のピッチで蛇行状に曲げ加工された冷媒チューブと、矩形部および前記矩形部の両側短辺に設けた円弧部からなる長孔を板面に複数設け、且つ、少なくとも２列ごとに独立したプレートフィンと、前記長孔を板面に複数設けた、少なくとも４列分以上のプレート幅を有する側板を具備し、前記プレートフィンを複数相互に間隔を有して配置し、前記側板を両端または片端に複数配置し、前記長孔に前記冷媒チューブを貫通させたものであって、前記プレートフィンと側板の表面には、稜線が列数方向に平行になるように、段方向に波形のコルゲート成形を施し、且つ、前記長孔周縁部には、平らなフラット座を形成し、且つ、段方向に細長く平らなフラット溝を形成したものである。
【００２２】
これにより、ドッグボーン型熱交換器における側板の反りやねじれを改善し、通風抵抗を低減することと、側板の強度アップを図ることで、折れ曲がりや引きちぎれを無くし、熱交換器としての剛性を高めることで、変形の改善を行い、着霜・除霜の信頼性をも考慮した高効率且つ経済的な熱交換器とそれを用いた冷却システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の熱交換器とそれを用いた冷却システムは、ドッグボーン型熱交換器における側板の反りやねじれを改善し、通風抵抗を低減することと、側板の強度アップを図ることで、折れ曲がりや引きちぎれを無くし、熱交換器としての剛性を高めることで、変形の改善を行い、着霜・除霜の信頼性をも考慮した高効率且つ経済的な熱交換器とそれを用いた冷却システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の正面図
【図２】同実施の形態１における熱交換器の側面Ａ−Ａ線断面図
【図３】同実施の形態１における熱交換器の平面Ｂ−Ｂ線断面図
【図４】同実施の形態１における側板の正面図
【図５】同実施の形態１における他の側板の正面図
【図６】本発明の実施の形態２における側板の正面図
【図７】本発明の実施の形態３における側板の正面図
【図８】本発明の実施の形態４における冷却システムの模式図
【図９】従来の熱交換器の正面図
【図１０】同熱交換器の側面Ａ−Ａ線断面図
【図１１】同熱交換器の平面Ｂ−Ｂ線断面図
【図１２】従来の側板の正面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
請求項１に記載の発明は、直管部及び曲管部が連続して複数の列および段が千鳥状に形成されるよう所定のピッチで蛇行状に曲げ加工された冷媒チューブと、矩形部および前記矩形部の両側短辺に設けた円弧部からなる長孔を板面に複数設け、且つ、少なくとも２列ごとに独立したプレートフィンと、前記長孔を板面に複数設けた、少なくとも４列分以上のプレート幅を有する側板を具備し、前記プレートフィンを複数相互に間隔を有して配置し、前記側板を両端または片端に複数配置し、前記長孔に前記冷媒チューブを貫通させたものであって、前記プレートフィンと側板の表面には、稜線が列数方向に平行になるように、段方向に波形のコルゲート成形を施し、且つ、前記長孔周縁部には、平らなフラット座を形成し、且つ、段方向に細長く平らなフラット溝を形成したものである。
【００２６】
かかる構成とすることにより、ドッグボーン型熱交換器における側板の反りやねじれを改善し、通風抵抗を低減することと、側板の強度アップを図ることで、折れ曲がりや引きちぎれを無くし、熱交換器としての剛性を高めることで、変形の改善を行い、着霜・除霜の信頼性をも考慮した高効率且つ経済的な熱交換器とそれを用いた冷却システムを提供することができる。
【００２７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器において、フラット溝を、コルゲートの稜線と略垂直になるよう形成したものである。
【００２８】
かかる構成とすることにより、通風抵抗の増加をさせることなく且つ、側板の反りやねじれは略消滅し、隣接するフィンに接触するなどの問題は解決されるので、偏着霜などの発生がなくなり、除霜信頼性も向上し、高効率且つ経済的な熱交換器を提供することができる。
【００２９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の熱交換器において、フラット溝を、側板の端部に形成したものである。
【００３０】
かかる構成とすることにより、側板の端部にフラット溝を形成すると、水滴落下の妨げになり難い構成であるため、着霜時に風路閉塞し難くなり、冷却能力の低下が遅くなる。また、着霜目詰まりの回避、除霜後の冷却性能の維持も可能となり、高い信頼性を実現し、高効率且つ経済的な熱交換器を提供することができる。
【００３１】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器において、フラット溝を、千鳥状に配列された長孔と略垂直になるよう形成したものである。
【００３２】
かかる構成とすることにより、フラット溝を長孔と垂直にすることで、側板のねじれ防止と水滴落下性も同時に解決できる。
【００３３】
請求項５に記載の発明は、圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器と、前記蒸発器に強制通風させる送風機とを備えている冷却システムにおいて、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載した熱交換器を蒸発器として用いた冷却システムである。
【００３４】
かかる構成とすることにより、冷却システムとして、省エネ特性に優れたものとなり、高効率且つ経済的な冷却システムを提供することができる。
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の正面図、図２は、図１のＡ−Ａ線による同熱交換器の側面からの断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ線による同熱交換器の平面側からの断面図である。図４は、同実施の形態１における側板の正面図、図５は、同実施の形態１における別の側板の正面図である。
【００３７】
図１、図２及び図３において、熱交換器１は、内部を冷媒が流動する冷媒チューブ２と、所定間隔毎に配置された複数のプレートフィン３と、両端に配置された側板５を具備している。
【００３８】
冷媒チューブ２は、アルミ製あるいはアルミ合金製の一本の管体を、直管部と曲管部が連続し、段（左右）方向Ｘおよび列（上下）方向Ｙにおいて千鳥状に複数となるよう蛇行状に曲げ加工されたサーペンタインチューブであり、曲管部を形成する接続管を用いることなく一本の冷媒流路を形成している。
【００３９】
そして、２列ごとに独立した複数のプレートフィン３に形成された複数の長孔４と、熱交換器１の全幅分のプレート幅を有する側板５に形成された複数の長孔４とを、冷媒チューブ２の曲管部が貫通することにより、冷媒チューブ２の直管部がプレートフィン３と密着した構成となっている。
【００４０】
図４及び図５において、側板５に加工された長孔４は、矩形部４ａと円弧部４ｂを有し、矩形部４ａの両側短辺に円弧部４ｂがそれぞれ連続して長穴状に形成されている。  また、側板５の表面には、稜線６ａが列数方向に平行になるように、段方向に波形のコルゲート６が加工されており、且つ、長孔４の周縁部には、平らなフラット座７が形成され、且つ、段方向に細長く平らなフラット溝８も形成されている。
【００４１】
以上のように構成された熱交換器１について、以下その動作、作用を説明する。
【００４２】
まず、側板５の表面に加工されたコルゲート６は、稜線６ａが列数方向に平行であり、すなわち風向き（Ｙ方向）対しても平行となっているので、コルゲート加工によって通風抵抗を増加させてはいない。
【００４３】
また、側板５を両端に配置し、冷媒チューブ２を長孔４に貫通させるに際し、冷媒チューブ２の曲管部を頭にして長孔４の周縁にバーリング形成されたカラーの根元側から挿入するが、一般的に冷媒チューブ２とプレートフィン３の密着性を高めるために、冷媒チューブ２の外径と長孔４の円弧部４ｂの内径は略同径になっていることと、冷媒チューブ２の直管部の製直性、または千鳥状に形成された冷媒チューブ２の角度や曲げピッチなどの精度の問題で、挿入抵抗が少なからずあることにより、熱交換器１は、側板５に反りやねじれが発生し易い構成となっている。なお、側板５の板厚を薄くしていくとより一層反りやねじれが発生し易い構成になってしまう。そこで、側板５の表面にコルゲート６を加工し、且つ千鳥配列の長孔４の周縁部に平らなフラット座７を形成し、フラット座７と連結した形で、段方向に細長く平らなフラット溝８も形成していることで、側板５の反りやねじれが改善され、また、折れ曲がりや引きちぎれが無くなる。さらに、熱交換器１としての剛性が高まることで、変形の改善がなされ、着霜・除霜の信頼性をも考慮した高効率且つ経済的な熱交換器とそれを用いた冷却システムを提供することができる。
【００４４】
つまり、側板５の強度が低いと、前述のように反りやねじれ、折れ曲がりや引きちぎれが発生し、熱交換器１としても変形してしまうので、通風抵抗が増加したり、２列ごとに独立したプレートフィン３の列方向間隔が狭くなったりする。よって、熱交換性能の低下や偏着霜が起こり、除霜不足などの問題が起こるので、側板５の強度を増すために、枚数
を増やしたり、板厚を厚くしたりする必要がある。したがって、着霜・除霜の信頼性をも考慮した高効率且つ経済的な熱交換器とそれを用いた冷却システムを提供できないこととなる。
【００４５】
なお、図４に示すように、フラット溝８は、フラット座７と連結して一直線上に整列し側板５の端部まで加工されているが、図５に示すように、フラット溝８は一直線上に並ぶ必要はなく、他の形態の側板５であってもよい。
【００４６】
以上のように、ドッグボーン型熱交換器における側板の反りやねじれを改善し、通風抵抗を低減することと、側板の強度アップを図ることで、折れ曲がりや引きちぎれを無くし、熱交換器としての剛性を高めることで、変形の改善を行い、着霜・除霜の信頼性をも考慮した高効率且つ経済的な熱交換器とそれを用いた冷却システムを提供することができる。
【００４７】
（実施の形態２）
図６は、実施の形態２における側板の正面図である。なお、先の実施の形態１と同様の構成要件については、同一の符号を付して説明する。
【００４８】
以上のように構成された側板５を使った熱交換器１の動作、作用を、以下に説明する。
【００４９】
まず、フラット溝８を、コルゲート６の稜線６ａと略垂直になるようし、且つフラット溝８を、側板５の端部に形成する。
【００５０】
側板５の表面にコルゲート６を加工すると、側板５の反りが一定方向に限定される。そして同時にフラット座７及びフラット溝８を形成することで、その反りは略なくなり、隣接するプレートフィン３に接触するなどの問題が解決される。さらに、側板５の端部にフラット溝８を形成すると、水滴落下の妨げになり難い構成であるため、着霜時に風路閉塞し難くなり、冷却能力の低下が遅くなる。また、着霜目詰まりの回避、除霜後の冷却性能の維持も可能となり、高い信頼性を実現し、高効率且つ経済的な熱交換器を提供することができる。
【００５１】
（実施の形態３）
図７は、実施の形態３における側板の正面図である。なお、先の実施の形態１と同様の構成要件については、同一の符号を付して説明する。
【００５２】
以上のように構成された側板５を使った熱交換器１の動作、作用を、以下に説明する。
【００５３】
まず、フラット溝８を、千鳥状に配列された長孔４と略垂直になるよう形成する。すると、長孔４は、側板５に対して、一定の角度で斜めに配置されており、且つコルゲート６の稜線６ａに対しても同様に斜めに配置されている。したがって、長孔４と側板５には斜めに応力が発生し易くなっている状態を打ち消す方向の応力を側板５に加えることができる。よって、フラット溝８を長孔４と垂直にすることで、プレートフィンのねじれ防止と水滴落下性も同時に解決できる。
【００５４】
（実施の形態４）
図８は、実施の形態４における冷却システムの模式図である。本冷却システムは、圧縮機９と、凝縮器１０と、減圧装置１１と、蒸発器１２と、蒸発器１２に強制通風させる送風機１３とを備えている。さらに、実施の形態１から実施の形態３のいずれかに記載した熱交換器を蒸発器１２として用いた冷却システムである。
【００５５】
前述の熱交換器１は高いコストパフォーマンスを持つものであり、本冷却システムに搭載することにより、省エネ特性に優れたものとなり、高効率且つ経済的な冷却システムを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明にかかる熱交換器とそれを用いた冷却システムは、着霜・除霜の信頼性を考慮したコストパフォーマンスの高いものなので、冷蔵庫、自販機等のように家庭用から産業用に亘る冷凍機器の冷却器、あるいは放熱器として幅広く利用することができるものである。
【符号の説明】
【００５７】
１  熱交換器
２  冷媒チューブ
３  プレートフィン
４  長孔
４ａ  矩形部
４ｂ  円弧部
５  側板
６  コルゲート
６ａ  稜線
７  フラット座
８  フラット溝
９  圧縮機
１０  凝縮器
１１  減圧装置
１２  蒸発器
１３  送風機
【図１】
2013120007.tif 000003
【図２】
2013120007.tif 000004
【図３】
2013120007.tif 000005
【図４】
2013120007.tif 000006
【図５】
2013120007.tif 000007
【図６】
2013120007.tif 000008
【図７】
2013120007.tif 000009
【図８】
2013120007.tif 000010
【図９】
2013120007.tif 000011
【図１０】
2013120007.tif 000012
【図１１】
2013120007.tif 000013
【図１２】
2013120007.tif 000014