JP3947158B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に係るもので、詳しくは、冷媒管を屈曲する時、冷媒管の屈曲部位が歪む現象を防止することで、熱交換性能を向上し得る熱交換器に関するものである。

一般に、熱交換器は、相互異なる二つの流体を直接又は間接的に接触させて熱交換を行う装置をいい、主に加熱器、冷却器、蒸発器及び凝縮器に使用されている。
図６は従来の冷凍装置に主に使用されるフィンチューブ型熱交換器を示した斜視図で、図示されたように、従来の熱交換器は、冷媒が通過しながら熱交換作用を行う各冷媒管１０２と、それら冷媒管１０２の外側壁面に所定間隔を有してそれぞれ拡大装着されて、熱伝逹性能を向上するために前記各冷媒管１０２間を通過する空気の接触面積を拡張させる複数の冷却フィン１０４と、前記各冷媒管１０２の両方側端に装着されて、それら各冷媒管１０２を支持する各支持ホルダー１０６と、を含んで構成されている。

又、前記各冷媒管１０２は、図７〜図９に示したように、側断面環状のチューブ部１１０と、該チューブ部１１０がＵ字状に屈曲された屈曲部１１２と、から構成されるが、このとき、前記屈曲部１１２は、屈曲作業の際、断面積が屈曲方向に急激に歪むことで、屈曲方向の内径が縮小されて狭くなっている。

然るに、このような従来の熱交換器は、冷媒管１０２の屈曲作業時、冷媒管の屈曲部１１２が歪むため、該屈曲部１１２を通過する冷媒の流動が妨害されることで、熱伝逹効率が低下するという不都合な点があった。
又、前記冷媒管の屈曲部１１２の歪む現象は、生産速度が速くなるほど激しくなるため、生産性が低下するという不都合な点があった。
又、このような従来の熱交換器が冷凍装置に適用される場合、冷媒管を通過する冷媒の流動が円滑でないため、熱交換器の熱伝逹性能が低下することで、冷凍装置の冷却性能も急激に低下するという不都合な点があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、熱交換器の製造時、冷媒管の屈曲部が歪む現象を防止することで、冷媒の流動が円滑に行われ、熱交換性能を向上し得る熱交換器を提供することを目的とする。
又、熱交換器の製造工程における生産速度が速い場合にも、冷媒管の屈曲部の歪むことがないようにして、生産性を向上し得る熱交換器を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る熱交換器は、楕円状断面を有する素材を複数回屈曲して形成された各冷媒管と、該冷媒管の外側壁面に配置されることで、前記各冷媒管の間を通過する空気との接触面積を拡張させる冷却フィンと、を含み、前記冷媒管の積層方向における前記楕円の径が長軸となるように前記屈曲がなされていることを特徴とする。

又、本発明に係る熱交換器は、前記楕円の長軸と短軸との長さ比は、１．４〜２．１：１であることを特徴とする。

又、本発明に係る熱交換器は、前記冷媒管の内側壁面には、軸心方向に複数のグルーブが形成されることを特徴とする。

以下に説明するように、本発明に係る熱交換器及びその製造方法においては、冷媒管の屈曲方向が長軸になるように断面楕円状に形成し、冷媒管の屈曲加工時に、屈曲部を断面円状に形成することで、冷媒の流動抵抗を著しく減少し、熱交換性能を向上し得るという効果がある。
又、熱交換器の製造工程における作業速度を速くしても、屈曲部の歪む現象を防止することで、生産性を向上し得るという効果がある。

以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る熱交換器を示した斜視図で、図示されたように、本発明に係る熱交換器は、冷媒が通過する各冷媒管１０が所定間隔を有して配列され、前記各冷媒管１０間には、それら冷媒管１０間を通過する空気との接触面積を大きくして、熱伝逹性能を向上する各冷却フィン１２がそれぞれ装着されて構成されている。又、前記各冷媒管１０の両方側面には、熱交換器を支持するための支持ホルダー１４がそれぞれ配置される。

又、前記各冷媒管１０は、冷媒が通過するようにチューブ型に所定間隔を有して複数配列され、前記各冷媒管１０間には各冷却フィン１２がそれぞれ一体に成形される。即ち、水平に配列された二つの冷媒管１０間に各冷却フィン１２が一体に形成される。

このとき、前記各冷媒管１０は、図２に示したように、冷却フィン１２を間に有して直線状に形成された直線部１８と、該直線部１８が所定間隔を有してＵ字状に複数回屈曲され、冷却フィン１２なしに前記支持ホルダー１４に固定された屈曲部２０と、から構成される。又、前記冷媒管１０の内側壁面には、長さ方向に複数のグルーブ３０がそれぞれ形成されることで、前記冷媒管１０の屈曲加工時に、屈曲部２０の歪む現象を低減させる。

且つ、前記冷媒管１０の直線部１８は、図３に示したように、断面が縦長の楕円状に形成されることで、冷媒管の積層される方向の直径が長軸Ｐになり、冷媒管の積層される方向の直角方向の直径が短軸Ｑになるように形成される。
即ち、前記冷媒管１０の屈曲方向が長軸Ｐになり、冷媒管１０の屈曲方向と直角をなす方向が短軸Ｑになるように形成されるが、このとき、前記冷媒管１０の直線部１８の長軸Ｐと短軸Ｑとの長さ比は、１．４〜２．１：１程度であることが好ましい。

このように、前記冷媒管１０の直線部１８を断面楕円状に形成することで、図４に示したように、該直線部１８を屈曲加工すると、自然に断面円状の屈曲部２０に形成される。よって、屈曲部２０の歪む現象が防止され、冷媒の流動抵抗が減少される。
又、前記冷媒管の直線部１８は、断面直四角形状に形成することもできる。
又、相互対向する前記各冷媒管１０間の横手方向の外側壁面に所定間隔を有して前記冷却フィン１２がそれぞれ所定角傾斜して配列されることで、凝縮水の排出を円滑にすると共に、空気との接触をより円滑にさせる。
又、前記各支持ホルダー１４には、前記各冷媒管１０の屈曲部２０が挿合される複数のスロット２６が穿孔形成される。

以下、このように構成された本発明に係る熱交換器の製造方法に対して説明する。
まず、圧出成形機を利用して二つの冷媒管１０と所定厚さを有する平板状の冷却フィン１２形成部をそれぞれ圧出成形する。このとき、前記各冷媒管１０は、断面楕円状に圧出成形する。次いで、噛合された二つのルーバリング（ｌｏｕｖｅｒｉｎｇ）ギヤー間に冷却フィン１２成形部をそれぞれ通過させると、前記各ルーバリングギヤーにより前記冷却フィン１２成形部が所定間隔を有してパンチングされることで、各冷却フィン１２がそれぞれ形成される。

次いで、前記冷却フィン１２が形成された冷媒管１０を所定間隔を有して複数回屈曲することで屈曲部を形成する。このとき、冷媒管１０の直線部１８が断面楕円状に形成されているため、前記冷却管１０の屈曲部２０は断面円状に形成される。
次いで、冷媒管１０の屈曲部２０に形成された冷却フィン１２を除去して、屈曲部２０を支持ホルダー１４のスロット２６に挿合することで組立が終了される。

図５（Ａ）〜（Ｂ）は本発明に係る熱交換器及び従来熱交換器の流体流動による圧力を比較したグラフで、図５（Ａ）は流体が冷媒管を通過しながら発生する各区間別流動圧力、図５（Ｂ）は各区間別累積圧力をそれぞれ示したもので、断面円状の冷媒管を通過する冷媒の各区間別圧力Ｓに比べて、断面楕円状の冷媒管を通過する冷媒の各区間別流動圧力Ｔ及び累積圧力が著しく低いことが分かる。よって、本発明に係る冷媒管による熱交換器は、従来冷媒管による熱交換器に比べて冷媒流動抵抗が著しく低下するため、熱交換性能を向上することができる。

本発明に係る熱交換器を示した斜視図である。 本発明に係る熱交換器の冷媒管を示した一部側面図である。 図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 （Ａ）（Ｂ）は、本発明に係る熱交換器及び従来の熱交換器の冷媒流動を示したグラフである。 従来の熱交換器を示した斜視図である。 従来の熱交換器の冷媒管を示した一部側面図である。 図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図８のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

符号の説明

１０…冷媒管
１２…冷却フィン
１４…支持ホルダー
１８…直線部
２０…屈曲部
２６…スロット
３０…グルーブ

Claims (4)

1. 楕円状断面を有する素材を複数回屈曲して形成された各冷媒管と、該冷媒管の外側壁面に配置されることで、前記各冷媒管の間を通過する空気との接触面積を拡張させる冷却フィンと、を含み、前記冷媒管の積層方向における前記楕円の径が長軸となるように前記屈曲がなされている熱交換器において、
   前記楕円の長軸と短軸との長さ比は、１．４〜２．１：１であることを特徴とする熱交換器。
2. 前記冷媒管の内側壁面には、軸心方向に複数のグルーブが形成されることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 楕円状断面を有する素材を複数回屈曲して形成された各冷媒管と、該各冷媒管の間に一体に形成されて、前記冷媒管を通過する空気との接触面積を拡張させる冷却フィンと、を含み、
   前記冷媒管の積層方向における前記楕円の径が長軸となるように前記屈曲がなされており、
   前記楕円の長軸と短軸との長さ比は、１．４〜２．１：１であることを特徴とする熱交換器。
4. 前記冷媒管の内側壁面には、軸心方向に複数のグルーブが形成されることを特徴とする請求項３記載の熱交換器。

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