JP5063765B2 - 熱交換器、熱交換器の製造方法、冷蔵庫、および空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、その製造方法、並びに熱交換器を備えた冷蔵庫および空気調和機に関するものである。

従来の冷蔵庫や空気調和機等を構成する熱交換器に、フィンチューブ型熱交換器と呼ばれるものがある。この熱交換器は、一定の間隔で配置されてその間を気体（空気）が流れる板状フィンと、この板状フィンに直交して挿入され、内部に冷媒が流れる多数の断面円形の伝熱管とにより構成されている。
このようなフィンチューブ型熱交換器の伝熱性能に影響を与える因子としては、冷媒と伝熱管との間の冷媒側熱伝達率、伝熱管と板状フィンとの間の接触熱伝達率、および空気と板状フィンとの間の空気側熱伝達率が知られている。
冷媒と伝熱管との間の冷媒側熱伝達率は、伝熱管内の面積に影響される。伝熱管と板状フィンとの間の接触熱伝達率は、伝熱管と板状フィンとの接触状態に影響される。空気と板状フィンとの間の空気側熱伝達率は、外面側を流通する空気の圧力損失に影響される。

そこで、伝熱管内の面積拡大と空気側の圧力損失を低減するため、以下に示すような検討がなされている。
例えば、「前記チューブ２が断面楕円に形成されると共に、その長軸ａ上およびその近傍の肉厚Ｔ１が短軸ｂ上およびその近傍の肉厚Ｔ２よりも厚く形成され、その長軸ａが前記空気の流通方向に向けて配置された熱交換器」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また例えば、「扁平断面の内部に作動流体が流通する複数の流路を設けたＵ字形状に曲げられた伝熱管」を備えたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また例えば、「前記伝熱管は、空気の流れ方向に沿って配置される外面が平坦で、断面がほぼ小判型状の外形形状を有し、内部には隔壁を間にして２つの対称な略Ｄ字状の貫通穴からなる第１および第２の冷媒流路を有し、前記第１および第２の冷媒流路を拡管ビュレット玉を用いて拡径することにより前記板状フィンに接合されている熱交換器」が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

また例えば、「銅または銅合金製帯状平板部材を、該平板部材の一側端部が片面中央部に当接するように曲げ成形して該一側端部を溶着するとともに、他側端部が他面中央部に当接するように曲げ成形して該他側端部を溶着し長手方向に略眼鏡状の断面形状が形成されるようにし、さらに外形を所定形状となるように成形して長手方向に２つの媒体通路が形成されるようにしたことを特徴とする伝熱管の製造方法」が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特開２０００−２８３６７７号公報（請求項１） 特許第４０５５４４９号公報（請求項１） 特開２０１０−００２０９３号公報（請求項１） 特許第３３１８０９６号公報（請求項１）

しかしながら、上述の従来技術には以下に示すような問題点がある。
特許文献１に記載の熱交換器においては、伝熱管は内部を冷媒が流れる１つの貫通穴を有する楕円形状にて形成されているため、伝熱管内圧力により伝熱管が変形し易く伝熱管と板状フィンとの密着性が悪化し、接触熱抵抗が増加し、接触熱伝達率が低下する、という問題点があった。

特許文献２に記載の熱交換器においては、伝熱管の製作や伝熱管と板状フィンとの取付が炉中ロウ付け溶着によるため、製造コストが上昇する、という問題点があった。

特許文献３および４に記載の熱交換器においては、伝熱管が扁平形状を有し、内部の隔壁付近の外面が平坦であるため、伝熱管内に拡管ビュレット玉を挿入して管を広げて板状フィンと密着させる拡管時に、伝熱管の隔壁付近で伝熱管と板状フィンとの間の密着性の悪化や非接触部が生じて、接触熱抵抗が増加し、接触熱伝達率が低下する、という問題点があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、伝熱管と板状フィンとの接触熱抵抗を低減することができ、伝熱性能を向上することができる熱交換器、熱交換器の製造方法、冷蔵庫、および空気調和機を提供することを目的としたものである。

本発明に係る熱交換器は、所定の間隔で並べて配置された複数の板状フィンと、前記板状フィンに直交する方向に挿通され、内部を冷媒が流れる複数の伝熱管とを備え、前記伝熱管は、断面が略楕円状の外形形状を有し、該楕円の長軸が空気の流れ方向に沿って配置され、内部には、前記楕円の短軸方向に沿って形成された隔壁を間にして、２つの対称な略Ｄ字状の貫通穴からなる第１および第２の冷媒流路を有し、前記楕円の長軸に対向する長軸壁の平均肉厚が、前記楕円の短軸に対向する短軸壁の内面円周部分の肉厚の１．０４〜１．２５倍に形成され、前記第１および第２の冷媒流路が拡管ビュレット玉を用いて拡径されることにより前記板状フィンに接合されたものである。

本発明は、伝熱管と板状フィンとの接触熱抵抗を低減することができ、伝熱性能を向上することができる。

実施の形態１に係る熱交換器の概要を示す正面図である。 実施の形態１に係る伝熱管の正面図である。 図２の伝熱管の拡管手段の説明図である。 図３の拡管手段のＡ−Ａ断面図である。 実施の形態２に係る伝熱管の正面図である。 拡管後の突条の高さと熱交換率との関係を示す図である。 実施の形態３に係る伝熱管の正面図である。 実施の形態４に係る伝熱管の正面図である。 実施の形態４に係る拡管された後の伝熱管の正面図である。 実施の形態５に係る伝熱管の正面図である。 実施の形態６に係る拡管ビュレット玉の拡大図である。 従来のフィンチューブ型熱交換器の説明図である。 実施の形態７に係る熱交換器の概要を示す正面図である。 実施の形態８に係る熱交換器の概要を示す正面図である。 従来の伝熱管の拡管前後の形状を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面では各構成部の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る熱交換器の概要を示す正面図である。
図１において、１は熱交換器で、所定の間隔で並べて配置された複数の板状フィン２と、板状フィン２に直交する方向に挿通され、拡管（拡径ともいう）することにより板状フィン２に接合される複数の楕円形状の伝熱管３とから構成されている。板状フィン２は、銅若しくは銅合金またはアルミニウム若しくはアルミニウム合金などの金属板からなり（他の実施の形態においても同様である）、空気の流れ方向Ａと平行に、かつ図の垂直方向（奥行方向）に所定の間隔で並設されている。また、この板状フィン２には、空気の流れ方向Ａに垂直な方向（図の上下方向）に後述の楕円形状の伝熱管３が複数段かつ１列以上で設けられている。さらに、各段の楕円形状の伝熱管３の間には切り起こしにより複数のスリット４が板状フィン２に設けられている。このスリット４は、スリット４の側端部が空気の流れ方向Ａに対して対向するように設けられており、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、熱交換能力が増大する効果がある。

ここで、従来の技術における伝熱管と板状フィンと密着させる拡管時に生じる密着性の悪化や非接触部の発生について説明する。
図１５（ａ）に示すように、従来の熱交換器においては、伝熱管３は、空気の流れ方向に沿って細長く上下の外面３ａ、３ｂが平坦で断面がほぼ小判型状（あるいは偏平長円形状）に形成されている。すなわち、上下の外面３ａ、３ｂはフラットで、風上側と風下側の側面３ｃ、３ｄは半円をなす偏平な外形形状となっている。そして、伝熱管３の内部には、図の左右方向（以下、幅方向という）の両側に隔壁３２を間にして２つの対称な略Ｄ字状の貫通穴からなる第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂが軸方向に平行に設けられている。
このような従来の伝熱管３において、第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂ内に拡管ビュレット玉（後述）を挿入して拡径し板状フィン２と密着させる場合、図１５（ｂ）に示すように、伝熱管３の外面３ａ、３ｂの隔壁３２付近では拡径によって平坦面に撓み（窪み）が生じ、伝熱管３と板状フィン２との間の密着性の悪化や非接触部が生じることがある。伝熱管３と板状フィン２との間の密着性の悪化や非接触部が生じると、伝熱管３と板状フィン２との間の接触熱抵抗が増加して接触熱伝達率が低下し、伝熱性能が低下することとなる。
次に、このような伝熱管３と板状フィン２との間の密着性の悪化や非接触部の発生を抑制する本実施の形態の伝熱管３について説明する。

図２は実施の形態１に係る伝熱管の正面図である。
図２に示すように、伝熱管３は、断面が略楕円状の外形形状を有し、この楕円の長軸が空気の流れ方向Ａに沿って配置されている。そして、伝熱管３の内部には、楕円の短軸方向に沿って形成された隔壁３２を間にして、図の左右方向（以下、幅方向という）の両側に、２つの対称な略Ｄ字状の貫通穴からなる第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂが軸方向に平行に設けられている。つまり、この伝熱管３は楕円状の２穴構造となっている。この楕円形状の伝熱管３は、銅若しくは銅合金またはアルミニウム若しくはアルミニウム合金などの金属材料からなり、押し出し材あるいは引抜き材にて形成されている（他の実施の形態においても同様である）。
また、楕円の短軸に対向する短軸壁３ｃ、３ｄは、内面が半径ｒの半円状に形成されている。また、楕円の長軸に対向する長軸壁３ａ、３ｂは、内面が直線状（隔壁３２との境界部は若干丸みを付けた形状となっている）に形成されている。そして、短軸壁３ｃ、３ｄの内面円周部分の肉厚Ｔｗ１より、長軸壁３ａ、３ｂの内面直線部分の平均肉厚Ｔｗ２が厚く形成されている。ここで、平均肉厚Ｔｗ２の定義は、長軸壁３ａ、３ｂの全肉厚の平均値である。

また、長軸壁３ａ、３ｂの平均肉厚Ｔｗ２は、短軸壁３ｃ、３ｄの肉厚Ｔｗ１の１．０４〜１．２５倍である。これは、長軸壁３ａ、３ｂの平均肉厚Ｔｗ２が短軸壁３ｃ、３ｄの肉厚Ｔｗ１の１．０４未満であると、隔壁３２付近の伝熱管３の外面と板状フィンとの密着性が低下して、結果として熱交換性能が低下するからである。また、長軸壁３ａ、３ｂの平均肉厚Ｔｗ２が短軸壁３ｃ、３ｄの肉厚Ｔｗ１の１．２５倍を超えると、短軸壁３ｃ、３ｄ部分での伝熱管３の外面と板状フィン２との密着性が低下して、結果として熱交換性能が低下するからである。よって、本実施の形態における長軸壁３ａ、３ｂの平均肉厚Ｔｗ２は、短軸壁の肉厚Ｔｗ１の１．０４〜１．２５倍とした。

なお、ここでは長軸壁３ａ、３ｂの肉厚の平均値を用いたが、本発明はこれに限るものではなく、短軸壁３ｃ、３ｄの肉厚Ｔｗ１より、長軸壁３ａ、３ｂの肉厚が厚く形成されていれば良い。例えば、長軸壁３ａ、３ｂの肉厚の最大値または最小値を短軸壁３ｃ、３ｄの肉厚Ｔｗ１より厚くするようにしても良い。

また、第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂ間の隔壁３２の肉厚Ｔｗ３は、短軸壁３ｃ、３ｄの肉厚Ｔｗ１の１．０〜１．４倍である。これは、隔壁３２の肉厚Ｔｗ３が短軸壁３ｃ、３ｄの肉厚Ｔｗ１の１．０未満であると、伝熱管３の耐圧強度が低下する。また、隔壁３２の肉厚Ｔｗ３が短軸壁３ｃ、３ｄの肉厚Ｔｗ１の１．４倍を超えると、隔壁３２の肉厚が厚くなり、隔壁３２付近の伝熱管３の外面と板状フィン２との密着性が低下して、結果として熱交換性能が低下するからである。よって、本実施の形態における第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂ間の隔壁３２の肉厚Ｔｗ３を、短軸壁３ｃ、３ｄの肉厚Ｔｗ１の１．０〜１．４倍とした。

次に、上記のような楕円形状の伝熱管３の第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂの拡径手順、および板状フィン２に設けられた取付穴（長穴）２２への取付手順の一例について説明する。
図３に示すように、プレス加工された板状フィン２のフィンカラー部２１には長穴の取付穴２２が設けられており、各板状フィン２はフィンカラー部２１を同じ向きに揃えて治具等で保持されている。そして、各板状フィン２の取付穴２２に、前述した楕円形状の伝熱管３を挿入し、その後、第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂと相似形の断面形状（略Ｄ字形状、図４参照）で超硬合金等の金属材料からなる１対の拡管ビュレット玉１００を用いた拡管装置で、１対の拡管ビュレット玉１００を機械的な方法または流体圧により第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂ内に押し込む。そうすると、第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂは同時に拡径し、伝熱管３は順次各板状フィン２に接合していき、一体的に固定される。

以上のように本実施の形態においては、伝熱管３は、断面が略楕円状の外形形状を有し、短軸壁３ｃ、３ｄの肉厚Ｔｗ１より、長軸壁３ａ、３ｂの平均肉厚Ｔｗ２が厚く形成され、第１および第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂが拡管ビュレット玉１００を用いて拡径されることにより板状フィン２に接合されている。このため、伝熱管３と板状フィン２との密着性を向上させることができ、伝熱管３と板状フィン２との接触熱抵抗を低減することができる。よって、伝熱管３と板状フィン２との間の接触熱伝達率を向上することができ、伝熱性能を向上することができる。
また、第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂ間に設けられた隔壁３２により楕円形状の伝熱管３の耐圧強度を保持することができるため、伝熱管内圧力により楕円形状の伝熱管３が変形することがなく板状フィン２との密着性を良好に保持することができる。そのため、伝熱性能に優れた伝熱管が得られる。
また、楕円形状の伝熱管３を拡管することによって板状フィン２と接合するものであるため、ロウ付けに比べてはるかに組み付けが容易である。従って、製造コストの低減が可能である。
さらに、各板状フィン２は同じ向きのフィンカラー部２１によって間隔を一定に保持することができるとともに、楕円形状の伝熱管３と板状フィン２との密着性が良好なため、伝熱管を楕円化・小型細径化しても、通風抵抗が減少し熱交換能力を増大することができる熱交換器が得られる。

実施の形態２．
図５は実施の形態２に係る伝熱管の正面図である。
本実施の形態の伝熱管３は、図２の場合と同様に、幅方向の両側には断面が略Ｄ字状の貫通穴からなる第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂが設けられている。そして、この第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂの内壁面にはそれぞれ、所定の高さと間隔で断面がほぼ四角形状（先端部は若干丸みを付けた形状となっている）の複数の突条３３が軸方向に設けられている。

このような楕円形状の伝熱管３は、前述の要領により、板状フィン２の取付穴２２に挿入され、第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂを前述と同じ断面形状（略Ｄ字状）の拡管ビュレット玉１００を用いて各突条３３を介して拡径することにより板状フィン２に固定する。
図６に示すように、本実施の形態の楕円形状の伝熱管３においては、拡管後の突条３３の高さｈ（突出長）が高い程、接触面積が増大するため熱伝達率も高くなる。しかしながら、拡管後の突条３３の高さｈが０．３ｍｍを超えると、熱伝達率の増加量よりも圧力損失の増加量の方が多くなり、結果として、熱交換率が低下する。一方、拡管後の突条３３の高さｈが０．１ｍｍ未満の場合、熱伝達率が向上しない。よって、本実施の形態の楕円形状の伝熱管３においては、拡管後の突条３３の高さｈ（突出長）は、０．１〜０．３ｍｍ程度とすることが望ましい。なお、突条３３の断面形状は四角形状に限定するものではなく、三角形状、台形状、半円形状等、適宜の断面形状とすることができる。

以上のように本実施の形態においては、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができ、さらに、第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂの内壁面に複数の突条３３を設けることで冷媒との接触面積が増大し、かつ突条３３の高さｈを０．１〜０．３ｍｍ程度としたので、流路内圧力が増大することなく、伝熱性能をより向上することができる。

実施の形態３．
図７は実施の形態３に係る伝熱管の正面図である。
本実施の形態の伝熱管３は、例えば、第１の冷媒流路３１ａを実施の形態１と同じ形状とし、第２の冷媒流路３１ｂを実施の形態２と同じ形状とするものである。もちろん、この逆の組み合わせであってもよい。

このような楕円形状の伝熱管３は、前述の要領により、板状フィン２の取付穴２２に挿入され、第１の冷媒流路３１ａを略Ｄ字状断面の拡管ビュレット玉１００を用い、第２の冷媒流路３１ｂを略Ｄ字状断面の拡管ビュレット玉１００を用いて拡径して板状フィン２に固定する。この場合、突条３３の高さｈ（突出長）は、０．１〜０．３ｍｍ程度とすることが望ましい。なお、突条３３の断面形状は四角形状に限定するものではなく、三角形状、台形状、半円形状等、適宜の断面形状とすることができる。

本実施の形態によれば、第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂについて実施の形態１と実施の形態２を組み合わせて適用したものであり、これらの実施の形態とほぼ同様の効果を得ることができる。すなわち、伝熱管３と板状フィン２との密着性を向上させることができ、伝熱管３と板状フィン２との接触熱抵抗を低減することができる。よって、伝熱管３と板状フィン２との間の接触熱伝達率を向上することができ、伝熱性能を向上することができる。
また、伝熱管内圧力により楕円形状の伝熱管３が変形することがなく板状フィン２との密着性を良好に保持することができる。そのため、伝熱性能に優れた伝熱管が得られる。
また、楕円形状の伝熱管３を拡管することによって板状フィン２と接合するものであるため、ロウ付けに比べてはるかに組み付けが容易である。従って、製造コストの低減が可能である。
さらに、各板状フィン２は同じ向きのフィンカラー部２１によって間隔を一定に保持することができるとともに、楕円形状の伝熱管３と板状フィン２との密着性が良好なため、伝熱管を楕円化・小型細径化しても、通風抵抗が減少し熱交換能力を増大することができる熱交換器が得られる。

また、どちらか一方の冷媒流路３１ｂの内壁面に複数の突条３３を設ける場合は、冷媒との接触面積が増大し、かつ突条３３の高さｈを０．１〜０．３ｍｍ程度としたので、流路内圧力が増大することなく、伝熱性能をより向上することができる。

実施の形態４．
図８は実施の形態４に係る伝熱管の正面図である。
図９は実施の形態４に係る拡管された後の伝熱管の正面図である。
本実施の形態の伝熱管３は、図２の場合と同様に、幅方向の両側には断面が略Ｄ字状の貫通穴からなる第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂが設けられている。そして、この第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂの内壁面には、所定の高さと間隔で断面が略四角形状（先端部は若干丸みを付けた形状となっている）の複数の突条３３、３４、３５が軸方向に設けられている。

長軸壁３ａ、３ｂの内壁面に設けられた突条３４、３５の高さｈ２、ｈ３は、短軸壁３ｃ、３ｄの内壁面に設けられた突条３３の高さｈ１よりも高く形成されている。また、長軸壁３ａ、３ｂの内壁面に設けられた突条３５の高さｈ３は、突条３４の高さｈ２より高く形成されている。すなわち、長軸壁３ａ、３ｂの内壁面に設けられた複数の突条３４、３５の高さは、隔壁３２に近いほど高さが高く形成されている。これら複数の突条３３、３４、３５の高さｈ１、ｈ２、ｈ３は、拡管ビュレット玉１００の略Ｄ字状の外周面（図４参照）に接するように所要の高さで設けられている。また、突条３３の高さｈ（突出長）は、０．１〜０．３ｍｍ程度とすることが望ましい。なお、突条３３、３４、３５の断面形状は四角形状に限定するものではなく、三角形状、台形状、半円形状等、適宜の断面形状とすることができる。

このような楕円形状の伝熱管３は、前述の要領により、板状フィン２の取付穴２２に挿入され、第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂをＤ字形状断面の拡管ビュレット玉１００を用いて突条３３、３４、３５を介して拡径することにより板状フィン２に固定する。
図９に示すように、本実施の形態の伝熱管３においては、複数の突条の高さが隔壁３２に近いほど高さが高く形成されているので、第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂの拡径量が隔壁３２に近いほど大きくなる。これにより、拡管後の伝熱管３の外面と板状フィン２との密着性を、より向上させることができ、伝熱管３と板状フィン２との接触熱抵抗を低減することができる。よって、伝熱管３と板状フィン２との間の接触熱伝達率を向上することができ、伝熱性能を向上することができる。

実施の形態５．
図１０は実施の形態５に係る伝熱管の正面図である。
本実施の形態の伝熱管３は、例えば、第１の冷媒流路３１ａを実施の形態１と同じ形状とし、第２の冷媒流路３１ｂを実施の形態４と同じ形状とするものである。もちろん、この逆の組み合わせであってもよい。

このような楕円形状の伝熱管３は、前述の要領により、板状フィン２の取付穴２２に挿入され、第１の冷媒流路３１ａを略Ｄ字状断面の拡管ビュレット玉１００を用い、第２の冷媒流路３１ｂを略Ｄ字状断面の拡管ビュレット玉１００を用いて拡径して板状フィン２に固定する。この場合、突条３３の高さｈ（突出長）は、０．１〜０．３ｍｍ程度とすることが望ましい。なお、突条３３の断面形状は四角形状に限定するものではなく、三角形状、台形状、半円形状等、適宜の断面形状とすることができる。

本実施の形態によれば、第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂについて実施の形態１と実施の形態４を組み合わせて適用したものであり、これらの実施の形態とほぼ同様の効果を得ることができる。すなわち、伝熱管３と板状フィン２との密着性を向上させることができ、伝熱管３と板状フィン２との接触熱抵抗を低減することができる。よって、伝熱管３と板状フィン２との間の接触熱伝達率を向上することができ、伝熱性能を向上することができる。
また、伝熱管内圧力により楕円形状の伝熱管３が変形することがなく板状フィン２との密着性を良好に保持することができる。そのため、伝熱性能に優れた伝熱管が得られる。
また、楕円形状の伝熱管３を拡管することによって板状フィン２と接合するものであるため、ロウ付けに比べてはるかに組み付けが容易である。従って、製造コストの低減が可能である。
さらに、各板状フィン２は同じ向きのフィンカラー部２１によって間隔を一定に保持することができるとともに、楕円形状の伝熱管３と板状フィン２との密着性が良好なため、伝熱管を楕円化・小型細径化しても、通風抵抗が減少し熱交換能力を増大することができる熱交換器が得られる。

また、どちらか一方の冷媒流路３１ｂの内壁面に複数の突条３３、３４、３５を設ける場合は、冷媒との接触面積が増大し、かつ突条３３の高さｈを０．１〜０．３ｍｍ程度としたので、流路内圧力が増大することなく、伝熱性能をより向上することができる。

実施の形態６．
図１１は実施の形態６に係る拡管ビュレット玉の拡大図である。
図１１に示すように、本実施の形態において第１および第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂが拡径に用いられる拡管ビュレット玉１００は、第１および第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂと相似の断面形状（２つの対称な略Ｄ字状）で、第１および第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂの内壁面に接する面部１０１が設けられている。また、面部１０１より外径が小さい挿入部１０２が先端側に設けられている。本実施の形態の伝熱管３は、このような拡管ビュレット玉１００を用いて、第１および第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂが拡径される。
この拡管ビュレット玉１００は、前述の要領により、機械的な方法または流体圧により第１および第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂに押し込まれる。このとき挿入部１０２が設けられた拡管ビュレット玉１００を用いることで、拡管ビュレット玉１００の位置決めが容易にできる。
また、この場合、第１および第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂの内壁面に接する面部１０１の軸方向の長さＬが、拡管ビュレット玉１００の外径Ｄの１．０〜１．０５倍程度とすることが望ましい。これは、拡管ビュレット玉１００の面部１０１の軸方向の長さＬが外径Ｄの１．０倍未満の場合、拡管する時、拡管ビュレット玉１００の回転移動により、伝熱管３の外面に段差が発生し、伝熱管３の外面と板状フィン２との密着性が低下するからである。また、拡管ビュレット玉１００の面部１０１の軸方向の長さＬが外径Ｄの１．０５倍以上の場合、拡管する時、拡管ビュレット玉１００と伝熱管３との内面接触面積が増加し、挿入力が増大し、設備コストが増大するからである。

実施の形態７．
図１２は従来のフィンチューブ型熱交換器の説明図であり、図１２（ａ）は正面側、図１２（ｂ）は背面側の伝熱管接続状態を示すものである。
図１３は実施の形態７に係る熱交換器の概要を示す正面図である。
まず、図１２について説明すると、伝熱管をその中間部で所定の曲げピッチでヘアピン状に曲げ加工して複数のヘアピン管５１を作製し、次に、複数のヘアピン管５１を、所定の間隔をおいて相互に平行に配置された板状フィン２に背面側から挿通する。そして、この伝熱管を機械方式あるいは液圧拡管方式で拡管して板状フィン２と伝熱管を接合する。次に、所定の長さおよびピッチで曲げ加工された複数のリターンベンド管５を用いて、隣接する拡管後のヘアピン管５１の管端に、その外面にロウのリングを付けたリターンベンド管５を装着し、バーナーにより、両者の管を加熱ロウ付けして熱交換器５０を製造する。

次に、この従来のフィンチューブ型熱交換器５０の冷媒の流れについて説明すると、冷媒は入口管５２から入り、正面側のａから背面側のｂへ流出し、ヘアピン管５１を通りｃから流入して正面側のｄへ流出し、正面側のリターンベンド管５を通り、次段のヘアピン管５１にｅから流入する。このように、冷媒はａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ｆ→ｇ・・・のように伝熱管内を下へ流動していき、最後に下段の流出管５３から冷媒は流出する。その間、板状フィン２間を通過する空気との間で熱交換が行われる。

一方、本実施の形態の熱交換器１は、図１３に示すように、例えば同図の右側の伝熱管３の配列について説明すると（なお、左右の伝熱管３の配列は中間の一部が示されているものとする）、伝熱管３を中間部で所定の曲げピッチで曲げ加工して複数のヘアピン管３０を作製し、次に、複数のヘアピン管３０を、所定の間隔をおいて相互に平行に配置された板状フィン２に背面側から挿通する。そして、この伝熱管３を前述したように機械方式あるいは液圧拡管方式で拡管して板状フィン２と伝熱管３を接合する。さらに、隣接するヘアピン管３０において、２段目の伝熱管３と３段目の伝熱管３の管端を、銅または銅合金、アルミまたはアルミ合金等の金属材料からなる２本のリターンベンド管５ａ、５ｂでクロス状に接続する。すなわち、２段目の伝熱管３の風上側の第１の冷媒流路３１ａと３段目の伝熱管３の風下側の第２の冷媒流路３１ｂとをリターンベンド管５ａで接続し、２段目の伝熱管３の風下側の第２の冷媒流路３１ｂと３段目の伝熱管３の風上側の第１の冷媒流路３１ａとをリターンベンド管５ｂで接続する。なお、３段目と図示しない４段目の伝熱管３はヘアピン管３０として構成されており、図示しない４段目と５段目の伝熱管は上記同様にリターンベンド管でクロス状に接続されている。本実施の形態の熱交換器１は、このようにして列方向に複数の冷媒回路が構成されている。

本実施の形態の熱交換器１では、冷媒は１段目の伝熱管３の第１、第２の冷媒流路３１ａ、３１ｂにそれぞれ別々に同時に流入する。１段目の伝熱管３の第１の冷媒流路３１ａに流入した冷媒はヘアピン管３０を経由して２段目の伝熱管３の第１の冷媒流路３１ａから流出し、さらにリターンベンド管５ａを経由して３段目の伝熱管３の第２の冷媒流路３１ｂに流入する。一方、１段目の伝熱管３の第２の冷媒流路３１ｂに流入した冷媒はヘアピン管３０を経由して２段目の伝熱管３の第２の冷媒流路３１ｂから流出し、さらにリターンベンド管５ｂを経由して３段目の伝熱管３の第１の冷媒流路３１ａに流入する。
従って、本実施の形態の熱交換器１によれば、リターンベンド管５ａ、５ｂにより冷媒が交互にクロス状に流動するので、風上側の熱交換能力と風下側の熱交換能力とのバランスをとることができるため、高効率の熱交換器を得ることができる。

実施の形態８．
図１４は実施の形態８に係る熱交換器の概要を示す正面図である。
本実施の形態は、隣接するヘアピン管３０における２段目と３段目の伝熱管３の管端を、冷媒が混合されるように１つの流路を有するリターンベンド管５ｃで接続した点だけが実施の形態７と相違するものである。
これにより、伝熱管の複数の冷媒回路の出口側における気相と液相との質量比率が同じになり、次段の伝熱管の冷媒入口部に入るので、風上側の熱交換能力と風下側の熱交換能力とのバランスをとることができるため、高効率の熱交換器を得ることができる。

なお、以上の各実施の形態の伝熱管３を用いて構成される熱交換器１は、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を順次配管で接続してなる冷凍サイクル回路において、作動流体として、ＨＣ単一冷媒またはＨＣを含む混合冷媒、あるいは、Ｒ３２、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、テトラフルオロプロペンと、このテトラフルオロプロペンよりも沸点の低いＨＦＣ系冷媒とからなる非共沸混合冷媒または二酸化炭素のいずれかの冷媒を使用し、上記凝縮器または蒸発器として使用することができる。
また、上記冷凍サイクル回路を備えた冷蔵庫において、以上の各実施の形態の伝熱管３を用いて構成される熱交換器１を、前記蒸発器および前記凝縮器の少なくとも一方として用いることができる。
また、上記冷凍サイクル回路を備えた空気調和機において、以上の各実施の形態の伝熱管３を用いて構成される熱交換器１を、前記蒸発器および前記凝縮器の少なくとも一方として用いることができる。

１ 熱交換器、２ 板状フィン、３ 伝熱管、３ａ 長軸壁、３ｂ 長軸壁、３ｃ 短軸壁、３ｄ 短軸壁、４ スリット、５ リターンベンド管、５ａ リターンベンド管、５ｂ リターンベンド管、５ｃ リターンベンド管、２１ フィンカラー部、２２ 取付穴、３０ ヘアピン管、３１ａ 第１の冷媒流路、３１ｂ 第２の冷媒流路、３２ 隔壁、３３ 突条、３４ 突条、３５ 突条、１００ 拡管ビュレット玉、１０１ 面部、１０２ 挿入部。

Claims (16)

1. 所定の間隔で並べて配置された複数の板状フィンと、
   前記板状フィンに直交する方向に挿通され、内部を冷媒が流れる複数の伝熱管とを備え、
   前記伝熱管は、
   断面が略楕円状の外形形状を有し、該楕円の長軸が空気の流れ方向に沿って配置され、
   内部には、前記楕円の短軸方向に沿って形成された隔壁を間にして、２つの対称な略Ｄ字状の貫通穴からなる第１および第２の冷媒流路を有し、
   前記楕円の長軸に対向する長軸壁の平均肉厚が、前記楕円の短軸に対向する短軸壁の内面円周部分の肉厚の１．０４〜１．２５倍に形成され、
   前記第１および第２の冷媒流路が拡管ビュレット玉を用いて拡径されることにより前記板状フィンに接合された
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 前記短軸壁の内面は半円状に形成され、
   前記長軸壁の内面は直線状に形成され、
   前記短軸壁の内面円周部分の肉厚より、前記長軸壁の内面直線部分の平均肉厚が厚く形成された
   ことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記隔壁の肉厚は、前記短軸壁の内面円周部分の肉厚の１．０〜１．４倍である
   ことを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
4. 前記第１および第２の冷媒流路の両方の流路が、内壁面に軸方向に延びる複数の突条を有する
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の熱交換器。
5. 前記第１および第２の冷媒流路のうち一方の流路が、内壁面に軸方向に延びる複数の突条を有する
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の熱交換器。
6. 拡径後の前記突条の高さは、０．１〜０．３ｍｍである
   ことを特徴とする請求項４または５記載の熱交換器。
7. 前記長軸壁の内壁面に設けられた前記突条の高さは、前記短軸壁の内壁面に設けられた前記突条の高さより高い
   ことを特徴とする請求項４〜６の何れか１項に記載の熱交換器。
8. 前記長軸壁の内壁面に設けられた複数の前記突条は、前記隔壁に近いほど高さが高い
   ことを特徴とする請求項４〜７の何れか１項に記載の熱交換器。
9. 前記伝熱管は、
   前記第１および第２の冷媒流路と相似の断面形状で、前記第１および第２の冷媒流路の内壁面に接する面部が設けられた拡管ビュレット玉を用いて、前記第１および第２の冷媒流路が拡径されることにより前記板状フィンに接合された
   ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の熱交換器。
10. 前記拡管ビュレット玉の前記面部は、軸方向の長さが外径の１．０〜１．０５倍である
    ことを特徴とする請求項９記載の熱交換器。
11. 中間部を曲げ加工された前記伝熱管を用いて列方向に複数の冷媒回路を構成するとともに、隣接する一方の伝熱管の前記第１および第２の冷媒流路の冷媒出口部と、他方の伝熱管の前記第１および第２の冷媒流路の冷媒入口部とを、２本のリターンベンド管でクロス状に接続してなる
    ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の熱交換器。
12. 中間部を曲げ加工された前記伝熱管を用いて列方向に複数の冷媒回路を構成するとともに、隣接する一方の伝熱管の前記第１および第２の冷媒流路の冷媒出口部と、他方の伝熱管の前記第１および第２の冷媒流路の冷媒入口部とを、冷媒が混合するように１本のリターンベンド管で接続してなる
    ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の熱交換器。
13. 所定の間隔で並べて配置された複数の板状フィンと、前記板状フィンに直交する方向に挿通され、内部を冷媒が流れる複数の伝熱管とを備えた熱交換器の製造方法であって、
    断面が略楕円状の外形形状を有し、内部には、前記楕円の短軸方向に沿って形成された隔壁を間にして、２つの対称な略Ｄ字状の貫通穴からなる第１および第２の冷媒流路を有し、前記楕円の長軸に対向する長軸壁の平均肉厚が、前記楕円の短軸に対向する短軸壁の内面円周部分の肉厚の１．０４〜１．２５倍に形成された前記伝熱管を、前記板状フィンに設けられた取付穴に、前記楕円の長軸が空気の流れ方向に沿うように配置する工程と、
    前記伝熱管の前記第１および第２の冷媒流路を拡管ビュレット玉を用いて拡径し、前記伝熱管を前記板状フィンに接合する工程と
    を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
14. 前記伝熱管の前記短軸壁の内面は半円状に形成され、
    前記伝熱管の前記長軸壁の内面は直線状に形成され、
    前記短軸壁の内面円周部分の肉厚より、前記長軸壁の内面直線部分の平均肉厚が厚く形成された
    ことを特徴とする請求項１３記載の熱交換器の製造方法。
15. 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を順次配管で接続した冷凍サイクルを備え、作動流体として冷媒を用いるとともに、請求項１〜１２の何れか１項に記載の熱交換器を、前記蒸発器および前記凝縮器の少なくとも一方として用いた
    ことを特徴とする冷蔵庫。
16. 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を順次配管で接続した冷凍サイクルを備え、作動流体として冷媒を用いるとともに、請求項１〜１２の何れか１項に記載の熱交換器を、前記蒸発器および前記凝縮器の少なくとも一方として用いた
    ことを特徴とする空気調和機。

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