| 【発明の名称】 |
熱交換器とその製造方法およびその熱交換器を用いた冷凍機器 |
| 【発明者】 |
【氏名】朴木 秀行
【氏名】松岡 康博
【氏名】宇野 正人
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| 【要約】 |
【課題】伝熱管とフィンとの間の熱伝達効率を向上させ、かつ、製造が容易な熱交換器を提供する。
【解決手段】複数の伝熱管２を、前記伝熱管２の外径より小さな穴が形成され所定の間隔で配列されたフィン３に圧入して形成される熱交換器１において、前記フィン３に前記伝熱管２を圧入した際に前記フィン３に形成されるバーリング部３ｂをかしめ治具８によりかしめ、前記フィン３を前記伝熱管２に接触させる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】複数の伝熱管を、前記伝熱管の外径より小さな穴が形成され所定の間隔で配列されたフィンに圧入して形成される熱交換器において、前記フィンに前記伝熱管を圧入した際に前記フィンに形成されるバーリング部をかしめ、前記フィンを前記伝熱管に接触させたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】前記フィンは、前記伝熱管を圧入する穴の周囲に前記穴と同心円状のリブ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】前記伝熱管の前記フィン取付け部の断面形状が、かしめにより楕円形に成形されていることを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】複数の伝熱管を、前記伝熱管の外径より小さな穴が形成され所定の間隔で配列されたフィンに圧入してなる熱交換器の製造方法において、前記フィンに前記伝熱管を圧入し、前記伝熱管の圧入によって形成された前記フィンのバーリング部をかしめることを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項５】複数の伝熱管を、前記伝熱管の外径より小さな穴が形成され所定の間隔で配列されたフィンに圧入した後、前記フィンに形成されたバーリング部をかしめることにより、前記伝熱管の前記フィン取付け部の断面形状が楕円状に成形された熱交換器を、前記伝熱管の長径が熱交換器を通る空気の流れ方向に対し平行もしくは直交するように配置したことを特徴とする冷凍機器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、伝熱管の直線部分に複数のフィンを設けた熱交換器およびその製造方法とそれを用いた、たとえば、冷蔵庫、空気調和機などの冷凍機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱交換器およびその製造方法として、たとえば、特開平５−８７４８０号公報、特公平６−６３７１０号公報、特開平７−１９７７８号公報などに開示された技術が提案されている。
【０００３】これらの技術は、圧入すべき伝熱管の外径より小さな開口部を持つバーリング加工を施したフィンを所定の間隔で配置してパイプを圧入して熱交換器を製造するものである。
【０００４】これらの技術においては、伝熱管を圧入したとき、バーリング加工部を押し広げることになるため、伝熱管にフィンが支持され、伝熱管の拡径を行なうことなく効率よく熱交換器を製造することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の各従来技術では、フィンに予めバーリング加工を施すため、その製造工程が煩雑になる。また、バーリング加工により加工硬化した穴に伝熱管を圧入するため、大きな挿入力が必要になる。
【０００６】また、伝熱管の圧入によりバーリング加工部の根本が緩やかな曲面となり、伝熱管とフィンとの間に数１０μｍの隙間が発生し、伝熱管とフィンとの間の熱伝達効率を低下させている。
【０００７】また、予めフィンにバーリング加工部が形成されているため、フィン単体を製造すると、製造されたフィンを積み重ねて保管することができず、専用の治具や箱にフィンを収納、保管することが必要になり、フィンの管理が煩雑になる。また、その保管のために、広いスペースが必要になる。
【０００８】上記の事情に鑑み、本発明の目的は、伝熱管とフィンとの間の熱伝達効率を向上させ、かつ、製造が容易な熱交換器を提供することにある。また、本発明の他の目的は、前記熱交換器の製造方法を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、前記熱交換器を用いた空気調和機、冷蔵庫などの冷凍機器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するため、本出願の請求項１に記載の発明においては、複数の伝熱管を、前記伝熱管の外径より小さな穴が形成され所定の間隔で配列されたフィンに圧入した熱交換器において、前記フィンに前記伝熱管を圧入した際に前記フィンに形成されるバーリング部をかしめ、前記フィンを前記伝熱管に接触させた。
【００１０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記フィンは、前記伝熱管を圧入する穴の周囲に前記穴と同心円状のリブを形成した。
【００１１】また、請求項３に記載の発明は、請求項１もしくは請求項２に記載の発明において、前記伝熱管の前記フィン取付け部の断面形状を、かしめにより楕円形に成形した。
【００１２】また、請求項４に記載の発明は、複数の伝熱管を、前記伝熱管の外径より小さな穴が形成され所定の間隔で配列されたフィンに圧入してなる熱交換器の製造方法において、前記フィンに前記伝熱管を圧入し、前記伝熱管の圧入によって形成された前記フィンのバーリング部をかしめるようにした。
【００１３】さらに、請求項５に記載の発明は、冷凍機器において、複数の伝熱管を、前記伝熱管の外径より小さな穴が形成され所定の間隔で配列されたフィンに圧入した後、前記フィンに形成されたバーリング部をかしめることにより、前記伝熱管の前記フィン取付け部の断面形状が楕円状に成形された熱交換器を、前記伝熱管の長径が熱交換器を通る空気の流れ方向に対し平行もしくは直交するように配置した。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】図１ないし図４は、本発明による熱交換器の一形態を示すもので、図１は、本発明による熱交換器の斜視図、図２は、図１における熱交換器の側面断面図、図３は、図１における熱交換器の伝熱管とフィンの結合状態を示す拡大断面図、図４は、熱交換器の熱交換特性を示す特性図である。
【００１６】同図において、熱交換器１は、ヘアピン状に形成された伝熱管２と、フィン３およびベントパイプ４で構成されている。前記フィン３には、伝熱管２を圧入する穴と同心円状にリブ３ａが形成されている。そして、伝熱管２の圧入によって形成されたバーリング部３ｂは、その周囲からかしめられ、伝熱管２に接触している。なお、１００は熱交換器１に対する空気の流れ方向を示す。
【００１７】このような構成とすることにより、伝熱管２とフィン３のバーリング部３ｂの隙間は、板厚が０．２ｍｍのアルミニウム材のフィン３を使用した場合、１μｍ以下となり、伝熱管２とフィン３の接触面積が増加する。
【００１８】フィンに伝熱管を圧入した従来の熱交換器と、圧入後かしめを行った本願発明の熱交換器１に当てる空気の流速を変化させ、熱交換器の相当熱伝達率αと通風抵抗ΔＰを測定した結果を図４に示す。
【００１９】同図からも明らかなように、本願発明の熱交換器１は、相当熱伝達効率が約２０％向上し、通風抵抗が約１５％低下した。これは、伝熱管との接触が不十分であるとともに、空気の通路に突出するように広がったバーリング部を、かしめにより伝熱管に接触するように成形したためである。
【００２０】なお、バーリング部３ｂのかしめにおいて、伝熱管２を変形させないようにかしめてもよいし、伝熱管２をその内部に形成された微細な溝が潰ない程度に（直径の数％程度）変形させて、断面を楕円形に成形してもよい。
【００２１】また、リブ３ａは、バーリング部３ｂのかしめ時にフィン３が座屈するのを防止するためのものであるから、使用するフィンは、図３に示すように、リブ３ａを形成したものだけでなく、リブ３ａの無い平板状のものであってもよい。また、図２に示すように、スリット３ｃを形成したものであってもよい。
【００２２】図５ないし図１１は、本発明による熱交換器の製造方法を示すもので、図５は、伝熱管の圧入工程を示す側面断面図、図６は、伝熱管の圧入工程を示す正面図、図７は、圧入された伝熱管とフィンとの接触状態を示す拡大図、図８は、かしめ工程を示す側面断面図、図９は、かしめ工程を示す正面図、図１０は、伝熱管を楕円に成形する場合のかしめ工程を示す正面図、図１１は、かしめ後の伝熱管とフィンとの接触状態を示す拡大図である。
【００２３】図５、図６に示すように、伝熱管圧入用の穴３ｄと、この穴３ｄと同心円状にリブ３ａが形成され、所定の間隔で配列されたフィン３に、伝熱管２をその軸心が穴３ｄの軸心と一致するように位置決めして圧入する。
【００２４】伝熱管２が圧入されると、フィン３の穴３ｄの周囲が押し出され、バーリング部３ｂが形成される。この時、バーリング部３ｂは、たとえば、図７に示すように、その根本部が緩やかな曲面となり、その先端がわずかに伝熱管２と接している形状となる。
【００２５】伝熱管２の圧入終了後、図８、図９に示すように、隣接するフィン３の間に挿入されたかしめ治具８によりバーリング部３ｂをかしめる。この時、図９に示すように、加圧部が円形のバーリング治具８を用いると、伝熱管２は断面が円形の状態でバーリング部３ｂのかしめを行うことができる。また、図１０に示すように、加圧部が楕円形のかしめ治具８を用いると、伝熱管２の断面を楕円形に成形することができる。
【００２６】バーリングブ３ｂのかしめを行うと、図１１に示すように、フィン３のバーリング部３ｂは、その根本から伝熱管２と接触する。
【００２７】なお、バーリング部３ｂのかしめを行うと、バーリング部３ｂの根本においてフィン３が引っ張られるが、リブ３ａが形成されたフィン３では、リブ３ａが変形してフィン３の座屈を防止する。したがって、かしめにより座屈が発生しない強度をもつフィンの場合にはリブを形成しなくてもよい。
【００２８】図１２は、本発明による熱交換器を用いた空気調和機を示すもので、図１２は、空気調和機の構成図である。
【００２９】同図において、１０は空気調和機の室内機。１１は貫流ファンで、室内機１０に回転可能に配置され、図示しない駆動源により回転駆動される。１２は熱交換器で、伝熱管が楕円形に成形され、還流ファン１１の周囲に配置されている。
【００３０】なお、前記熱交換器１２は、空気の流れ１００に対して伝熱管の長径が平行になるように配置されている。
【００３１】したがって、熱交換器１２を通過する空気の通風抵抗が小さくなり、還流ファン１１を運転するための動力を小さくすることができるため、還流ファン１１を駆動するモータなどの機器を小型化し、省電力化を図るとともに、室内機１０の小型化を図ることができる。
【００３２】図１３ないし図１５は、本発明による熱交換器を用いた冷蔵庫を示すもので、図１３は、冷蔵庫の構成図、図１４は、冷蔵庫に使用する熱交換器の斜視図、図１５は、図１４における熱交換器の伝熱管とフィンの結合状態を示す拡大図である。
【００３３】図１３において、１９は冷蔵庫。２０は冷蔵庫１０の筐体で、冷蔵室２１と冷凍室２２、冷凍室２１に向けて冷気を送り出す吹出口２３、冷凍室２２から冷蔵室２１へ冷気を循環させる冷気連絡穴２４、冷凍室２２内の冷気を吸い込む戻り穴２５、冷蔵室２１内の冷気を吸い込む戻り穴２６、各戻り穴２５、２６から吸い込まれた冷気を導く通路２７が形成されている。
【００３４】２８は扉で、冷蔵室２１の開口部に揺動可能に支持されている。２９は扉で、冷凍室２２の開口部に揺動可能に支持されている。３０は圧縮機で、前記筐体２０の下部に配置されている。３１はファンで、前記吹出口２３と対向するように前記筐体２０の上部に配置されている３２は熱交換器で、前記通路２７内に配置されている。この熱交換器３２は、図１４に示すように、伝熱管２にフィン３が冷蔵庫内の空気の流れ１００の上流側から下流側に向けて間隔が狭くなるように配置され、かつ、図１５に示すように、伝熱管２が、その長径が空気の流れ１００に対して直交するように成形されている。
【００３５】このような熱交換器３２は、予め所定の間隔で配置された複数群のフィン３に伝熱管２を圧入し、フィン３に形成されたバーリング部３ｂをかしめた後、伝熱管２を蛇行曲げすることにより形成することができる。
【００３６】このような熱交換器３２では、伝熱管２が楕円化されているため、伝熱管２の下流側に乱流が発生しやすくなるため、断面が円形の場合に比べて熱伝達効率が約２０％向上する。一方、乱流の発生により熱交換器３２における通風抵抗が約１０％増加するが、前記戻り穴２５、２６および通路２７とで構成される冷蔵庫１９全体の通風抵抗では数％の増加になる。
【００３７】したがって、冷却効率を向上させ、冷蔵庫１９の省電力化を図ることができる。また、ファン３１を小型化して冷蔵庫１９内の収納スペースを拡張することができる。
【００３８】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の熱交換器によれば、伝熱管とフィンとの接触面積を増加させ、熱伝達効率を向上させ高性能の熱交換器を提供することができる。
【００３９】また、本発明の熱交換器の製造方法によれば、簡単なかしめ治具を用いるだけで熱交換効率の高い熱交換器を製造することができる。
【００４０】さらに、本発明による熱交換器を用いた冷凍機器においては、熱交換器の熱交換効率が向上するので省電力化が可能になる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月２６日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】秋本 正実
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２４８３８４ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月１４日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−４５８８２ |
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