(57)【要約】【課題】前後ターン方式の熱交換器において、熱交換効率を向上させること。【解決手段】  熱交換器は、複数の隔壁で冷媒の流路が分割されている第１の伝熱管と、第１の伝熱管に接合されている第１の複数の冷却フィンと、第１差込み口、ねじり部および第２差込み口を有する単穴構造の第１の継手と、複数の隔壁で冷媒の流路が分割されている第２の伝熱管と、第２の伝熱管に接合されている第２の複数の冷却フィンと、第１差込み口、ねじり部および第２差込み口を有する単穴構造の第２の継手と、一端が第１の継手の第１差込み口に挿入され、別端は第２の継手の第１差込み口に挿入されている扁平ベンド配管と、を備えている。第１の継手の第２差込み口には第１の伝熱管の一端が挿入され、第２の継手の第２差込み口には第２の伝熱管の一端が挿入されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の隔壁で冷媒の流路が分割されている第１の伝熱管と、
前記第１の伝熱管に接合されている第１の複数の冷却フィンと、
第１差込み口、ねじり部および第２差込み口を有する単穴構造の第１の継手と、
複数の隔壁で冷媒の流路が分割されている第２の伝熱管と、
前記第２の伝熱管に接合されている第２の複数の冷却フィンと、
第１差込み口、ねじり部および第２差込み口を有する単穴構造の第２の継手と、
一端が前記第１の継手の第１差込み口に挿入され、別端は前記第２の継手の第１差込み口に挿入されている扁平ベンド配管と、を備え、
前記第１の継手の第２差込み口には前記第１の伝熱管の一端が挿入され、
前記第２の継手の第２差込み口には前記第２の伝熱管の一端が挿入されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記第１の継手と前記第２の継手は、前記ねじり部の内側に、溝が形成されてい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】
前記第１の継手と前記第２の継手は、前記第１差込み口または前記第２差込み口に、スカートが形成されてい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】
前記第１の継手と前記第２の継手は、前記第１差込み口または前記第２差込み口に、押圧部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第１の継手と前記第２の継手は、前記ねじり部の内側に、接合部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第１の継手に形成されている接合部は、前記第１の伝熱管の端部および前記扁平ベンド配管の一端に接触し、
前記第２の継手に形成されている接合部は、前記第２の伝熱管の端部および前記扁平ベンド配管の他端に接触に接触していることを特徴とする請求項５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、熱交換器に関し、特に、冷媒を前後ターン方式で流通させるようにした熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器を高性能化させる手段として、冷媒を対向流にする方式が考えられてきた。中でも冷却風の流入方向に対してコア部を前後に配置し、冷媒を一方のコアから他方のコアにターンさせることで対向流とする前後ターン方式のものが着目されている。このような前後ターン方式の熱交換器として、各伝熱管の中間部にねじり折曲部を設け、この部分をＵ字状に折曲成形することで連通する１本の伝熱管で冷媒を前後ターンさせるようにしたものが知られている（例えば特許文献１）。折曲成形の際に冷却風の風上側となる冷媒通路と、風下側となる冷媒通路とが同じ並び順となるように成形することで、冷却風との温度差が大きくなり、高い熱交換効率が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７-１９２４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
連通する複数の冷媒通路を備えた扁平形状の断面を有する伝熱管をＵ字状に折り曲げることで冷媒を前後ターンさせる方式の熱交換器では、各冷媒通路の間で温度差が発生する。特に最も風下側の冷媒と冷却風との間の温度差が減少することにより、熱交換効率が低下する。この発明の目的は、前後ターン方式の熱交換器において扁平形状の断面を有する伝熱管の各冷媒通路の間で発生する温度差を解消し、熱交換器の熱交換効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明における熱交換器は、複数の隔壁で冷媒の流路が分割されている第１の伝熱管と、第１の伝熱管に接合されている第１の複数の冷却フィンと、第１差込み口、ねじり部および第２差込み口を有する単穴構造の第１の継手と、複数の隔壁で冷媒の流路が分割されている第２の伝熱管と、第２の伝熱管に接合されている第２の複数の冷却フィンと、第１差込み口、ねじり部および第２差込み口を有する単穴構造の第２の継手と、一端が第１の継手の第１差込み口に挿入され、別端は第２の継手の第１差込み口に挿入されている扁平ベンド配管と、を備え、第１の継手の第２差込み口には第１の伝熱管の一端が挿入され、第２の継手の第２差込み口には第２の伝熱管の一端が挿入されている。
【発明の効果】
【０００６】
上記構成によれば、複数の冷媒通路を流通する冷媒が単穴の扁平形状断面を有する継手を通過する際に合流し、冷媒の温度が均一化されるので、熱交換器の熱交換効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施の形態による単穴の扁平形状断面を有する継手を含む熱交換器の組立斜視図である。
【図２】実施の形態１による単穴の扁平形状断面を有する継手を用いて冷媒を前後ターンさせ、対向流とする継手部分の組立斜視図である。
【図３】実施の形態１による単穴の扁平形状断面を有する継手の斜視図である。
【図４】実施の形態２による単穴の扁平形状断面を有する継手の横面図、及び断面図である。
【図５】実施の形態３による単穴の扁平形状断面を有する継手の斜視図である。
【図６】実施の形態４による単穴の扁平形状断面を有する継手の斜視図である。
【図７】実施の形態４による単穴の扁平形状断面を有する継手に伝熱管を挿入した部分の拡大断面図である。
【図８】実施の形態５による単穴の扁平形状断面を有する継手の断面図である。
【図９】実施の形態６による単穴の扁平形状断面を有する継手の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施の形態に係る熱交換器について、図を参照しながら以下に説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付しており、対応する各構成部のサイズや縮尺はそれぞれ独立している。例えば構成の一部を変更した断面図の間で、変更されていない同一構成部分を図示する際に、同一構成部分のサイズや縮尺が異なっている場合もある。また、熱交換器の構成は、実際にはさらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするため、説明に必要な部分のみを記載し、他の部分については省略している。
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による単穴の扁平形状断面を有する継手を含むフィンチューブ型の熱交換器を示す組立斜視図である。熱交換器１００は、コア部４、入口ヘッダ５及び出口ヘッダ６を備えている。伝熱管２は複数の冷媒通路を備えていて扁平形状の断面を有する。継手３（単穴継手）は単穴構造であり扁平形状断面を有する。伝熱管２及び継手３により接続されたコア部４は帯板状に成形された冷却フィン７が特定の間隔で複数積層されている。内部に複数の冷媒回路を持ち、扁平形状断面を有する伝熱管２は所定の間隔で冷却フィン７に挿通されている。入口ヘッダ５はコア部端部の扁平形状の断面を有する伝熱管２により連通接続されている。冷却フィン７と伝熱管２はろう付により接合されている。
【００１０】
コア部４には冷却風Ｗが流れている。風上側に設置されるコア部を第１コア部８、風下側に設置されるコアを第２コア部９とする。第１コア部と第２コア部とを接続して冷媒を前後ターンさせ対向流とする継手部分は、単穴の扁平形状断面を有した継手３と扁平形状断面を有しＵ字に成形された扁平ベンド配管１０からなる。単穴の扁平形状断面を有した継手３は中間部分でねじられている。入口ヘッダ５は冷媒Ｒが流入する入口パイプ１１と接続され、この入口パイプ１１から流入した冷媒Ｒを、連通する第１コア部８の各伝熱管に分配している。出口ヘッダ６は出口パイプ１２と接続され、連通する第２コア部９の各伝熱管を通過した冷媒Ｒを出口パイプ１２から外部に吐出している。
【００１１】
すなわち、冷媒Ｒは入口ヘッダ５から第１コア部８を通過し、継手３及び扁平ベンド配管１０で折り返して第２コア部９を通過し、さらに出口ヘッダ６から外部に吐出される。冷媒Ｒは、第１コア部８及び第２コア部９を通過する間に、冷却風Ｗとの間で熱交換して温度が下げられる。継手３を通過する際に、第１コア部８の複数の冷媒通路を通過した冷媒Ｒは合流する。また冷媒Ｒは第２コア部９のそれぞれの冷媒通路に分配される際に各冷媒通路間の温度差が解消されることで温度差が広がり、熱交換効率が向上する。第１コア部８（または伝熱管２Ａ）には複数の冷却フィン７Ａが接合されている。第２コア部９（または伝熱管２Ｂ）には複数の冷却フィン７Ｂが接合されている。 
【００１２】
熱交換器用の冷却フィン７の材料は主としてアルミニウムあるいはアルミニウム合金を原料とする厚さ0.09〜0.2mmの薄板であり、表面に防食や防汚や親水もしくは撥水を目的とした表面処理膜が施されていることが望ましい。冷却フィンと冷却フィンの間隔は熱交換器の特性により決定され、一般に1.0mm〜2.0mmである。冷却フィン７と伝熱管２は組み付け後にろう付により接合される。フィン材料はろう材層を有するクラッド材料であり、心材となるアルミニウム合金よりも融点が低いアルミニウム合金をろう材層としてクラッドし、伝熱管２と組み付けた後、加熱して接合する。また、フィン材料がベア材で、伝熱管側にろう材を塗装したものを用い、同様に加熱して接合してもよい。あるいは、フィン材料がベア材で、伝熱管側にもろう材を持たせず、冷却フィン７と伝熱管２を組み付け後、棒状のろう材を置きろうしたり、ペーストろうを塗布することによってろう材を供給し、同様に加熱して接合する方法もある。
【００１３】
図２は本発明の実施の形態１による継手部分を示す組立斜視図である。継手部分では、冷媒を前後ターンさせ、対向流とする。同図において、単穴の扁平形状断面を有した継手３と扁平形状断面を備えてＵ字に成形された扁平ベンド配管１０の構成を示す。扁平ベンド配管１０には継手３Ａ（第１の継手）と継手３Ｂ（第２の継手）が挿入されている。継手３Ａには伝熱管２Ａ（第１の伝熱管）の一端が挿入されている。継手３Ｂには伝熱管２Ｂ（第２の伝熱管）の一端が挿入されている。伝熱管２Ａには複数の冷却フィン（第１の複数の冷却フィン７Ａ）が接合される（図１参照）。伝熱管２Ｂには複数の冷却フィン（第２の複数の冷却フィン７Ｂ）が接合される（図１参照）。継手部分は、第１コア部８と第２コア部９とを単穴の扁平形状の断面を有する継手３を用いて接続して冷媒を前後ターンさせ、対向流とする。伝熱管２は長手方向に垂直な断面が略長円形の扁平形状であり、短辺となる円弧状Ｒ部２ａと、長辺となる平面部２ｂにより外形が構成される。
【００１４】
伝熱管２は複数の隔壁２ｃで冷媒の流路が分割されている多穴管となっている。伝熱管２に多穴管を用いることで伝熱管内面と冷媒との接触面積が増えるため熱交換効率が向上する。伝熱管２の材料は主としてアルミニウムあるいはアルミニウム合金であり、押し出し成形、引き抜き成形の加工方法により、成形される。伝熱管２の外側面には、孔食の発生に伴う管内冷媒の漏れを防止するために、亜鉛溶射を施すなどして、犠牲陽極層が形成されている。孔食は腐食の進展により生じる。Ｕ字に成形された扁平ベンド配管１０は折曲部を備えておらず、冷媒を前後ターンさせるＵ字構造を取っている。扁平形状断面を備えてＵ字に成形された扁平ベンド配管１０は必ずしも単穴である必要はない。
【００１５】
図３は、本発明の実施の形態１による単穴の扁平形状の断面を有する継手の斜視図である。単穴構造の扁平形状断面を有した継手３は、第１差込み口３ａ、ねじり部３ｂおよび第２差込み口３ｃから構成されている。継手３は単穴の扁平形状断面を有した直線状の継手の両端を固定し、ねじることにより成形される。継手３のねじり角度は冷却フィンの高さやＵ字に成形された扁平ベンド配管１０の寸法、周辺のスペースによって決定される。ねじり部３ｂのねじり角度は周辺の伝熱管２と接触しないような角度が望ましい。単穴の扁平形状断面を有した継手３の両端部は、複数の冷媒通路を持つ扁平形状の伝熱管２とＵ字に成形された扁平ベンド配管１０が適正なクリアランスを持って中に挿入可能な形状を取っている。
【００１６】
単穴の扁平形状断面を有する継手３、複数の冷媒通路を持つ扁平形状断面の伝熱管２、及び扁平形状断面を備えてＵ字に成形された扁平ベンド配管１０は、冷却フィン７と伝熱管２の接合と同様にろう付によって接合される。その際には継手内側、または伝熱管の外側にろう材層を備えたものを用いる。あるいは継手及び伝熱管が共にベア材で、継手と伝熱管の組付け後、棒状のろう材を置きろうしたり、ペーストろうを塗布することによってろう材を供給してろう付される手法もある。このろう付は冷却フィン７と伝熱管２のろう付と一括で行うことが可能である。
【００１７】
扁平ベンド配管１０は、一端が継手３Ａの第１差込み口３ａに挿入され、別端は継手３Ｂの第１差込み口３ａに挿入される。継手３Ａの第２差込み口３ｃには伝熱管２Ａの一端が挿入される。継手３Ｂの第２差込み口３ｃには伝熱管２Ｂの一端が挿入される。冷媒の流路は第１コア部８から第２コア部９で合流させている。冷媒を前後ターンさせる手法として、扁平断面形状の伝熱管２を継手で円管断面に変換し、Ｕベンドを用いることで取りまわし、最後に円管断面を継手で扁平断面に変換するといった手法も考えられている。しかし、この手法では、扁平断面形状と円管を変換させる複雑な形状の管継手が必要となり、本発明の単穴の扁平形状断面を有した継手３と比較してコストが高くなると考えられる。
【００１８】
本実施の形態による熱交換器は、複数の冷媒通路を備えた扁平形状断面を有する伝熱管の折曲部に単穴の扁平形状断面を有する配管継手を用いることで冷媒を一度合流させている。このため、冷媒の温度が均一化されて熱交換器の熱交換効率が向上する。さらに、省スペースという観点においても本発明の継手を用いる方法は有利である。
【００１９】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２による単穴の扁平形状継手の横面図（図４Ａ）及び断面図（図４Ｂ）である。継手３が単穴の扁平形状断面を有し、ねじり部を持つことは、実施の形態１と同様である。また、本発明の実施の形態による継手においても、搭載される熱交換器は実施の形態１にて述べた構成をとるものである。本発明の実施の形態による継手３はねじり部の内側に溝１３が形成されている。
【００２０】
先にも述べたとおり、単穴の扁平形状断面を有する継手３は複数の冷媒通路を通過して温度差が発生した伝熱管を流通する冷媒を合流させることで均温化して熱交換効率を向上させることが目的である。均温にするためには冷媒を十分に撹拌することが重要になる。継手３は、ねじり構造を取ることで撹拌は十分になされていると考えられる。本発明は積極的に撹拌を促進するため継手内部に溝１３を備えているものである。溝１３は冷媒が流通する方向に垂直に付けるだけではなく、らせん状に付けていくことで通過する冷媒が撹拌され、均温化がさらに促進される。
【００２１】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３による単穴の扁平形状継手を示す斜視図である。継手３が単穴の扁平形状断面を有し、ねじり部を持つことは、実施の形態１と同様である。また、本発明の実施の形態による継手においても、搭載される熱交換器は実施の形態１にて述べた構成をとるものである。本発明の実施の形態による継手３は第１差込み口３ａまたは第２差込み口３ｃにスカート部１４が形成されている。
【００２２】
連通する１本の伝熱管を折曲してターン構造を取っている前後ターン方式の熱交換器に比べると、本発明の継手を用いることで部品数増加による組み付け作業性の低下が懸念される。本発明では作業性向上のため、扁平形状の断面を有する伝熱管２を継手３に挿入しやすいように継手端部にスカート部１４を形成したものである。このスカート部１４により、扁平形状断面を持つ伝熱管２が組み付けの際に歪んで変形したとしても、組立においてある程度のバラつきを許容して組み付けを行うことが可能になる。
【００２３】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４による単穴の扁平形状継手の斜視図である。継手３が単穴の扁平形状断面を有し、ねじり部を持つことは、実施の形態１と同様である。また、本発明の実施の形態による継手においても、搭載される熱交換器は実施の形態１にて述べた構成をとるものである。本発明の実施の形態による継手３は第１差込み口３ａまたは第２差込み口３ｃに押圧部１５が溝加工されている。
【００２４】
実施の形態１で述べたとおり、本発明の継手端部において、扁平形状断面を有する伝熱管と継手のクリアランスはろう付の観点から厳密に定めるところである。継手３から伝熱管２が抜け落ちる可能性をはらんでいるため、継手端部を圧入構造とすることは作業性を考えれば困難である。本発明では、継手端部の直線箇所に押圧部１５（点でも可）を入れて、一定面積の圧入箇所を作成することで伝熱管の継手からの脱落を防止するものである。
【００２５】
図７は、本実施の形態に扁平形状の伝熱管を挿入した部分の全体図（図７Ａ）、断面図（図７Ｂ）、及び断面詳細図（図７Ｃ）である。断面詳細図（図７Ｃ）に示されるように、溝加工にて伝熱管が圧入される構造となっている。押圧部１５は第１差込み口３ａまたは第２差込み口３ｃに形成されているため、伝熱管だけではなく、扁平ベンド配管の脱落をも防止する。本実施の形態による熱交換器によれば、複数の冷媒通路を備えた扁平形状断面を有する伝熱管を継手に組付ける際に、継手端部に抜け防止構造が形成されることで組み付け作業性が向上する。
【００２６】
実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５による継手に関する、全体図（図８Ａ）と断面図（図８Ｂ〜図８Ｄ）である。継手３が単穴の扁平形状断面を有し、ねじり部を持つことは、実施の形態１と同様である。継手内側にろう材層を備えているものとする。また、本発明の実施の形態による継手においても、搭載される熱交換器は実施の形態１にて述べた構成をとるものである。本発明の実施の形態による継手３はねじり部３ｂの内側に接合部１６が形成されている。
【００２７】
本発明の継手３は冷媒を合流させるために単穴の継手構造を取るので、構造の耐圧性に関して複数の冷媒通路を持つ扁平形状の伝熱管に対して不利である。単純に継手の材料厚みを増やすことで耐圧の向上を見込めるが、継手のねじり加工の際の荷重が増大することや実装スペースの観点から望ましくない。本実施の形態は、継手の耐圧性を向上させるため、冷媒が通る一定の流路を残して、継手の内部空間を接合させるものである。接合部１６は継手３の中心でのみ形成されている。なお内部空間の接合はあらかじめ成形されているのではなく、継手をねじり加工する前に外部から圧力を加えて接触させてやり、継手と扁平形状断面を持つ伝熱管２とのろう付の際に同時に接合される。
【００２８】
実施の形態６．
図９は、本発明の実施の形態６による継手に関する、全体図（図９Ａ）と断面図（図９Ｂ〜図９Ｄ）である。継手３が単穴の扁平形状断面を有し、ねじり部を持つことは、実施の形態１と同様である。継手は内側にろう材層を備えているものとする。また、本発明の実施の形態による継手においても、搭載される熱交換器は実施の形態１にて述べた構成をとるものである。本発明の実施の形態による継手３はねじり部３ｂに接合部１６を備えている。継手３Ａに形成されている接合部１６は、第２差込み口３ｃに挿入される伝熱管２Ａの端部および第１差込み口３ａに挿入される扁平ベンド配管１０の一端に接触する。継手３Ｂに形成されている接合部１６は、第２差込み口３ｃに挿入される伝熱管２Ｂの端部および第１差込み口３ａに挿入される扁平ベンド配管１０の他端に接触する。
【００２９】
本発明の継手は実施の形態５で述べたとおり、複数の冷媒通路を持つ扁平形状の伝熱管と比べると、耐圧性という観点では不利であり、何らかの対策を取ることが望ましい。継手に伝熱管を差し込む際にはろう付の精度を向上させるために差込み長を一定にすることが一般的によく行われている。そこで、本発明では実施の形態５で述べた継手内側の接合部１６を伝熱管が挿入される長さまで延長させたものである。作成方法は実施の形態５で述べたとおり、継手をねじり加工する前に外部から圧力を加えることで継手内側を接触さ
せておき、継手と扁平形状断面を持つ伝熱管のろう付と同時に接合されるものである。
【００３０】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１００  熱交換器、２  伝熱管、２Ａ  伝熱管、２Ｂ  伝熱管、２ａ  円弧状Ｒ部、２ｂ  平面部、２ｃ  隔壁、３  継手、３Ａ  継手、３Ｂ  継手、３ａ  第１差込み口、３ｂ  ねじり部、３ｃ  第２差込み口、４  コア部、５  入口ヘッダ、６  出口ヘッダ、７  冷却フィン、７Ａ  冷却フィン、７Ｂ  冷却フィン、８  第１コア部、９  第２コア部、１０  扁平ベンド配管、１１  入口パイプ、１２  出口パイプ、１３  溝、１４  スカート部、１５  押圧部、１６  接合部、Ｒ  冷媒、Ｗ  冷却風
【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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