熱交換器、熱交換器の製造方法及びこの熱交換器を備えた空気調和機
【課題】高性能かつ生産性の高い熱交換器及びその製造方法を提供する。
【解決手段】並列に配設され、内部を熱交換媒体が流通する複数の扁平状の伝熱管と、伝熱管に直交する方向に所定の間隔をおいて積層状態に挿入され、切欠き状の挿入部を有する複数の平板状のフィンとを備えた熱交換器の製造方法において、挿入部にフィンカラー部を立ち上げない状態で形成したカラー未成形フィン10Aを形成する工程と、カラー未成形フィンのカラー未成形挿入部14を、伝熱管20に治具30を用いて押し込むことにより、フィンカラー部13をカラー未成形フィン10Aに対して垂直に立ち上げて伝熱管20に密着させる工程と、密着させたフィンカラー部13を伝熱管20に接着接合する工程と、を有する。
【解決手段】並列に配設され、内部を熱交換媒体が流通する複数の扁平状の伝熱管と、伝熱管に直交する方向に所定の間隔をおいて積層状態に挿入され、切欠き状の挿入部を有する複数の平板状のフィンとを備えた熱交換器の製造方法において、挿入部にフィンカラー部を立ち上げない状態で形成したカラー未成形フィン10Aを形成する工程と、カラー未成形フィンのカラー未成形挿入部14を、伝熱管20に治具30を用いて押し込むことにより、フィンカラー部13をカラー未成形フィン10Aに対して垂直に立ち上げて伝熱管20に密着させる工程と、密着させたフィンカラー部13を伝熱管20に接着接合する工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フィンアンドチューブ式の熱交換器、熱交換器の製造方法及びこの熱交換器を備えた空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
室内空調用として用いられる空気調和機は、その本体の内部の熱交換器に、フィンアンドチューブ式熱交換器が用いられている。
【0003】
かかるフィンアンドチューブ式熱交換器は、複数枚の平板状の熱交換フィンが所定の間隔をおいて積層され、これらフィンを貫通する冷媒配管(伝熱管)とから構成され、冷凍サイクルの凝縮器や蒸発器として使用されている。
【0004】
例えば、空気調和機における熱交換器の全体を占める割合は大きく、近年、空気調和機の高性能化、コンパクト化が進むなかで、熱交換器の小型化は非常に重要となっている。
空気調和機に用いられるフィンアンドチューブ式熱交換器に、複数枚の平板状の熱交換用フィンが積層され、これらのフィンを貫通して円管からなる冷媒配管が設けられ、例えば冷凍サイクルの凝縮器として使用されているものがある(例えば、特許文献1参照)。
また、フィンアンドチューブ式熱交換器の冷媒配管として扁平状の熱交換パイプを用いたものがある(例えば、特許文献2、3参照)。
【0005】
前記扁平形熱交換パイプ(伝熱管)は、扁平形状であるので、通風抵抗を増大させることなく冷媒量を多くすることができる。それにより、従来の熱交換器よりも小型に構成した場合においても十分な熱交換器の性能を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平10−238981号公報(図1、図4、図5)
【特許文献2】特開平9−324995号公報(図1、図4、図6、図11)
【特許文献3】特開平10−78296号公報(図1〜3)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、上述した熱交換器は、以下のような方法で製作することができる。上記扁平形状を有する管は、その管形状より一般的に円管熱交換器の製造に用いられているような拡管が困難である。そのため、伝熱管とフィンの密着性を確保する必要があることから、図9に示すような回動挿入治具30等を用いて、フィン10Bを1枚ずつ伝熱管20の上部より回動して、フィンピッチを保ちながら伝熱管20に挿入する。このため、例えば特許文献2に示されるように、フィン10Bには、伝熱管20に挿入するための略U字状の切欠き部と、切欠き部より起立したフィンカラー部がプレス加工によりあらかじめ形成されている。なお、図9については後で詳しく説明する。
【0008】
そして、フィンと伝熱管を接合するにあたって、ロウ付けにより接合した場合は、ロウ材や接合部等の管理・運用面から生産コストが増大してしまい、安価な熱交換器を製造することが困難となる。
【0009】
そこで、生産コストを低減するために、フィンと伝熱管との接合を接着によって行うことが考えられる。しかし、接着剤は熱伝導率が低いため、フィンと伝熱管との密着性を確保しておくことが重要になる。
【0010】
また、製造される機種によっては室内機形状が小さいものがあるため、そのような室内機に対しては、熱交換器の両端のフィンを内側に倒すことで対処している。そのため、伝熱管とフィンとが結合された熱交換器は、そのフィン両端部を、後工程で例えば図10に示すようなフィン端倒し治具35を用いて、挿入方向へ倒すことで製作している。なお、図10についても後で詳しく説明する。
【0011】
しかし、この方法では、フィンを倒す際に熱交換器を傷つけたり、変形させたりする可能性がある。そのため、熱交換器に傷や変形を生じさせないように配慮しながら、フィン両端部を倒す必要がある。したがって、その工程には必然的に所定の時間を要することとなり、タクトタイム、製造コストの増加を招くこととなる。
【0012】
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あり、その目的とするところは、熱交換器に傷や変形を生じさせることなく、かつ工程を増やすことなしに、フィン両端部が倒れた生産性の高い熱交換器を得ること、及びそのような熱交換器を安価に製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明に係る熱交換器は、並列に配設され、内部を熱交換媒体が流通する複数の扁平状の伝熱管と、前記伝熱管に直交する方向に所定の間隔をおいて積層状態に挿入され、切欠き状の挿入部を有する複数の平板状のフィンと、を備えた熱交換器であって、
前記フィンは、前記挿入部に前記伝熱管と密着するフィンカラー部を有し、
前記フィンカラー部が前記伝熱管に接着接合されているものである。
【0014】
また、本発明に係る熱交換器の製造方法は、並列に配設され、内部を熱交換媒体が流通する複数の扁平状の伝熱管と、前記伝熱管に直交する方向に所定の間隔をおいて積層状態に挿入され、切欠き状の挿入部を有する複数の平板状のフィンと、を備えた熱交換器の製造方法において、
前記挿入部にフィンカラー部を立ち上げない状態で形成したカラー未成形フィンを形成する工程と、
前記カラー未成形フィンのカラー未成形挿入部を、前記伝熱管に治具を用いて押し込むことにより、フィンカラー部を前記カラー未成形フィンに対して垂直に立ち上げて前記伝熱管に密着させる工程と、
前記密着させたフィンカラー部を前記伝熱管に接着接合する工程と、
を有するものである。
【発明の効果】
【0015】
本発明の熱交換器は、フィンカラー部を伝熱管に密着させた上で接着接合するものであるので、接着剤による伝熱性を損なうことなく、容易かつ簡単にフィンの接合を行うことができる。
【0016】
また、切欠き状の挿入部にフィンカラー部を立ち上げずに形成したカラー未成形フィンを伝熱管に挿入すると同時に、熱交換器幅方向の端部に当たるフィンの両端部をフィン挿入方向へ倒すことができる。よって、フィン挿入完了後に行っていた熱交換器両端のフィンを倒す工程を省くことができる。
【0017】
さらに、フィン製作時にフィンカラー部を立ち上げる工程を省くことができるため、フィンの金型のカラー立上げ工程を省くことができ、パンチなどの設備費削減や、工程削減による生産性向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施の形態1に係る熱交換器が搭載された空気調和機の断面図である。
【図2】実施の形態1に係る熱交換器の一部分を示す斜視図である。
【図3】図2の熱交換器の正面図である。
【図4】熱交換器の端部(図3のD部)の断面を示す拡大図である。
【図5】カラー成形した従来のフィン形状を示す平面図である。
【図6】図5のX−X線断面図である。
【図7】カラー成形しないフィン形状を示す平面図である。
【図8】図7のY−Y線断面図である。
【図9】伝熱管へのフィン挿入方法を示す説明図である。
【図10】伝熱管へフィン挿入後に、フィン両端部を倒す従来方法を示す説明図である。
【図11】伝熱管へのフィン挿入過程を示す説明図である。
【図12】伝熱管へのフィン挿入過程における一方のフィン端部の詳細図である。
【図13】実施の形態2におけるフィンの伝熱管への挿入過程を示す説明図である。
【図14】図13の一方のフィン端部の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【0020】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る熱交換器を搭載した空気調和機1の断面図である。
図1に示すように、空気調和機1は、本体2と、本体2の内部に空気調和手段として設置された、熱交換器3および送風機4とを備えており、本体2の上部に設けられた吸込口5から室内空気をフィルター6を介して吸い込み、吸い込まれた空気が熱交換器3を通過する過程で、この熱交換器3の伝熱管内を流通する熱交換媒体と熱交換され、冷風または温風となって本体2下部の吹出口7より室内へ吹き出すことで、冷房または暖房等を行うようになっている。
【0021】
このような空気調和機1に搭載されるフィンアンドチューブ式の熱交換器3を図2〜図4に示す。図2はその熱交換器の一部分を示す斜視図で、図2では図3に示すヘアピン部は省略してある。図3は図2の熱交換器の正面図である。また、図4は熱交換器の端部(図3のD部)の断面を示す拡大図である。
【0022】
この熱交換器3は、並列に配設され、内部を水や冷媒等の流体である熱交換媒体が流通する複数の扁平状の伝熱管20と、伝熱管20に直交する方向に所定の間隔をおいて積層状態に挿入され、略U字状に切り欠かれた挿入部(切欠き部)11を有する複数の平板状のフィン10とを備えている。また、各フィン10には、隣接する挿入部11間の面に同じ向きに向けてそれぞれスリット12がプレスによる切り起こしにより形成されている。このような平板状のフィン10が略U字状の挿入部11を介して、並列に配設された扁平状の伝熱管20に対し積層されて挿入される。そして、フィン挿入の際、後述するようにフィン10と伝熱管20とがフィンカラー部13を介して密着するように接合される。図3、図4において、Cはフィン10と伝熱管20の接合部を示している。
【0023】
伝熱管20は、断面形状が両端の半円と半円を直線でつなぐ扁平状の長円形状をなす中空管であり、内部は上記熱交換媒体が流通する1つ又は区画された複数の流路を有するものである。この扁平状の伝熱管20は、その平坦面が気流方向(図2に矢印aで示す方向)に平行になるようにフィン10の挿入部11に挿入される。
また、伝熱管20の端部には、例えば図3に示すように、ヘアピン部21が接続されている。なお、図3の他端側も同様のヘアピン部で接続されており、熱交換媒体が蛇行するように伝熱管20内を流通するようになっている。
【0024】
また、図3及び図4に示すように、隣接する伝熱管20の中心軸間の距離Aと当該伝熱管20の幅(厚さ)Bとの比率をB:Aを1:3.56乃至3.75となすと共に、各フィン10のフィンピッチEを1.15mmとしたものである。これらの値は、シミュレーションにより、熱伝達率と空力圧損の影響を考慮する中で、熱交換器の性能において最適であると判断した値である。
【0025】
図4は熱交換器3の端部(図3のD部)の断面を示す拡大図である。以下においては、熱交換器3の幅方向(伝熱管配列方向)の端部3a、3bに当たるフィン10の端部を符号10a、10bで示すものとする。図4においては、一方(図3の下側)のフィン端部10bを示している。また、図4に示すように、フィン10の同一面側には、それぞれの挿入部(切欠き部)11の縁部の全周に渡って伝熱管20とフィン10とを密着させて接合するためのフィンカラー部13がフィン挿入の際に垂直に立ち上がるように形成される。なお、このフィンカラー部13の高さFは、その伝熱管と接する面積を最大にするため、フィン10間のフィンピッチEと同じにしている。
【0026】
ここで、従来のフィン形状と本実施の形態におけるフィン形状について説明する。
図5は従来のフィン形状を示す平面図で、図6は図5のX−X線断面図である。図7は本実施の形態におけるフィン形状を示す平面図で、図8は図7のY−Y線断面図である。
従来のフィン10Bは、図5及び図6に示すように、フィンカラー部13Bが予めそれぞれの切欠き状の挿入部11Bの縁部に沿って垂直に起立して形成されている。
一方、本実施の形態では、図7及び図8に示すように、フィンとしてカラー未成形フィン10Aを使用するものである。すなわち、上記のようなフィンカラー部を形成することなく、つまり、切欠き状のカラー未成形挿入部14がカラー未成形フィン10Aに形成された状態となっているものである。カラー未成形挿入部14は、カラー高さFに相当する分だけ切欠き開口幅Gを小さくする形で、挿入部11となる面と同一面に平らに形成されている。また、このカラー未成形フィン10Aは、例えば、材質がアルミニウムで、板厚は約0.1mmとなっている。
【0027】
次に、フィン10Bを用いた従来の熱交換器3の製造手順について説明する。図9は伝熱管20へのフィン挿入方法を示す説明図である。
熱交換器3を製造するには、図9に示すように、フィン10Bを回動挿入治具30のフィン吸着固定部31に吸着させ、1枚ずつP方向に回動させて、フィン10Bの切欠き状の挿入部11Bを伝熱管20に挿入する。そのあと、伝熱管20をQ方向にフィンピッチEずつ、移動させ、さらに次のフィン10Bを同様の方法で挿入していくことで、フィンピッチEを確保しながら、熱交換器3を製作することができる。
【0028】
また、熱交換器3の幅(伝熱管整列方向)を狭めるために、フィン端部10a、10bを倒す必要がある場合は、図10に示すような方法で実施していた。
上述した方法で、熱交換器3を製作したあと、図10に示すローラーからなるフィン端倒し治具35を用いて、当該治具35をR方向に回転させながらS方向へ移動させることで、熱交換器3のフィン端部10a、10bをフィンカラー部の向きとは反対のフィン挿入方向へ倒していく。
【0029】
これに対して、本実施の形態では、図11及び図12に示すような方法で熱交換器3を製作するものである。図11は伝熱管へのフィン挿入過程を示す説明図で、図12は伝熱管へのフィン挿入過程における一方のフィン端部の詳細図である。
【0030】
まず、プレス加工により、図7及び図8に示したようなカラー未成形フィン(フィンカラー部を立ち上げない形で成形したフィン)10Aを形成する。
次に、このカラー未成形フィン10Aを、上記の回動挿入治具30のフィン吸着固定部31に吸着させ、1枚ずつP方向に回動させて、伝熱管20に挿入していく。その際、図11及び図12に示すように、カラー未成形フィン10Aのカラー未成形挿入部14間の区画部分を回動挿入治具30で押しながら挿入する。カラー未成形挿入部14は、切欠き開口幅Gが伝熱管20の厚さBより小さくなっているので、該挿入部14を伝熱管20に押し込むことで、フィン両端部10a、10b以外の箇所では、該挿入部14が伝熱管20に当たり、かつその伝熱管20に沿いながら、フィンカラー部13が折れ曲がっていき、最後には垂直に立ち上がって伝熱管20に密着する。それと同時に、フィン端部10a、10bのカラー未成形挿入部14は立ち上がることなく、カラー未成形挿入部14を中心にフィン挿入方向へ回転し倒れていく。
【0031】
そして、このようにして立ち上げたフィンカラー部13に、例えばエポキシ系の接着剤を塗布し、その熱交換器3を加熱することで、伝熱管20とフィンカラー部13とが密着した状態で接着接合された熱交換器3を製造することができる。
【0032】
以上のように、この実施の形態によれば、カラー未成形フィン10Aを回動挿入治具30で伝熱管20に挿入する過程で、フィン両端部10a、10bをフィン挿入方向へ倒すと同時に、フィン端部10a、10b以外の箇所のフィンカラー部13を垂直に立ち上げるように形成したので、従来のようなフィンカラー部を立ち上げる工程を省くことができるため、熱交換器を安価に製造することができる。
また、同じ回動挿入治具30を使用してフィン端部10a、10bをフィン挿入方向へ倒すことができるので、熱交換器3の他の部分に傷や変形を生じさせることなく、タクトタイムの減少、製造コストの低減などの効果を得ることができる。
さらに、フィン10のフィンカラー部13が伝熱管20に密着した上で伝熱管20に接着接合されているので、接着剤による伝熱性が損なわれることはなく、フィン10と伝熱管20の接合を容易かつ確実に行うことができる。
【0033】
実施の形態2.
図13は実施の形態2におけるフィンの伝熱管への挿入過程を示す説明図で、図14は図13の一方のフィン端部の詳細図である。
上記の実施の形態1では、カラー未成形フィン10Aを伝熱管20に挿入する際に、図11、図12のようにフィン端部10a、10bをフィン挿入方向に倒しながら挿入していたが、本実施の形態2では、図13に示すようにフィン端押さえ治具36を使用することで、所定の位置でフィンカラー部13を新たに形成し、フィン端部10a、10bを倒さずに挿入するようにしたものである。フィン端押さえ治具36は、フィン端部10a、10b側に壁を設けた治具であり、このような治具36の中にカラー未成形フィン10Aのカラー未成形挿入部14を伝熱管20に押し込みながら挿入することで、すべてのカラー未成形挿入部14のフィンカラー部13が垂直に立ち上がって伝熱管20に密着する。
【0034】
その後は、実施の形態1と同様に、接着剤をフィンカラー部13に塗布した後、フィン端部10a、10bをフィン端押さえ治具36に固定したまま、熱交換器3を加熱することで、伝熱管20とフィンカラー部13とが密着した状態で熱交換器3を製造することができる。
【0035】
この実施の形態2によれば、実施の形態1による効果に加えて、フィン端押さえ治具36を用いることで、簡単な段取り操作でフィン端部10a、10bを倒すことなくすべてのフィンカラー部13を垂直に立ち上げることができるので、所定の幅の熱交換器や機種の変更等に速やかに対応できるという効果がある。
【符号の説明】
【0036】
1 空気調和機、2 本体、3 熱交換器、3a、3b 熱交換器の端部、4 送風機、5 吸込口、6 フィルター、7 吹出口、10 フィン、10a、10b フィン端部、10A カラー未成形フィン、11 挿入部(切欠き部)、12 スリット、13 フィンカラー部、14 カラー未成形挿入部、20 伝熱管、21 ヘアピン部、30 回動挿入治具、31 フィン吸着固定部、35 フィン端倒し治具、36 フィン端押さえ治具。
【技術分野】
【0001】
本発明は、フィンアンドチューブ式の熱交換器、熱交換器の製造方法及びこの熱交換器を備えた空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
室内空調用として用いられる空気調和機は、その本体の内部の熱交換器に、フィンアンドチューブ式熱交換器が用いられている。
【0003】
かかるフィンアンドチューブ式熱交換器は、複数枚の平板状の熱交換フィンが所定の間隔をおいて積層され、これらフィンを貫通する冷媒配管(伝熱管)とから構成され、冷凍サイクルの凝縮器や蒸発器として使用されている。
【0004】
例えば、空気調和機における熱交換器の全体を占める割合は大きく、近年、空気調和機の高性能化、コンパクト化が進むなかで、熱交換器の小型化は非常に重要となっている。
空気調和機に用いられるフィンアンドチューブ式熱交換器に、複数枚の平板状の熱交換用フィンが積層され、これらのフィンを貫通して円管からなる冷媒配管が設けられ、例えば冷凍サイクルの凝縮器として使用されているものがある(例えば、特許文献1参照)。
また、フィンアンドチューブ式熱交換器の冷媒配管として扁平状の熱交換パイプを用いたものがある(例えば、特許文献2、3参照)。
【0005】
前記扁平形熱交換パイプ(伝熱管)は、扁平形状であるので、通風抵抗を増大させることなく冷媒量を多くすることができる。それにより、従来の熱交換器よりも小型に構成した場合においても十分な熱交換器の性能を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平10−238981号公報(図1、図4、図5)
【特許文献2】特開平9−324995号公報(図1、図4、図6、図11)
【特許文献3】特開平10−78296号公報(図1〜3)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、上述した熱交換器は、以下のような方法で製作することができる。上記扁平形状を有する管は、その管形状より一般的に円管熱交換器の製造に用いられているような拡管が困難である。そのため、伝熱管とフィンの密着性を確保する必要があることから、図9に示すような回動挿入治具30等を用いて、フィン10Bを1枚ずつ伝熱管20の上部より回動して、フィンピッチを保ちながら伝熱管20に挿入する。このため、例えば特許文献2に示されるように、フィン10Bには、伝熱管20に挿入するための略U字状の切欠き部と、切欠き部より起立したフィンカラー部がプレス加工によりあらかじめ形成されている。なお、図9については後で詳しく説明する。
【0008】
そして、フィンと伝熱管を接合するにあたって、ロウ付けにより接合した場合は、ロウ材や接合部等の管理・運用面から生産コストが増大してしまい、安価な熱交換器を製造することが困難となる。
【0009】
そこで、生産コストを低減するために、フィンと伝熱管との接合を接着によって行うことが考えられる。しかし、接着剤は熱伝導率が低いため、フィンと伝熱管との密着性を確保しておくことが重要になる。
【0010】
また、製造される機種によっては室内機形状が小さいものがあるため、そのような室内機に対しては、熱交換器の両端のフィンを内側に倒すことで対処している。そのため、伝熱管とフィンとが結合された熱交換器は、そのフィン両端部を、後工程で例えば図10に示すようなフィン端倒し治具35を用いて、挿入方向へ倒すことで製作している。なお、図10についても後で詳しく説明する。
【0011】
しかし、この方法では、フィンを倒す際に熱交換器を傷つけたり、変形させたりする可能性がある。そのため、熱交換器に傷や変形を生じさせないように配慮しながら、フィン両端部を倒す必要がある。したがって、その工程には必然的に所定の時間を要することとなり、タクトタイム、製造コストの増加を招くこととなる。
【0012】
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あり、その目的とするところは、熱交換器に傷や変形を生じさせることなく、かつ工程を増やすことなしに、フィン両端部が倒れた生産性の高い熱交換器を得ること、及びそのような熱交換器を安価に製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明に係る熱交換器は、並列に配設され、内部を熱交換媒体が流通する複数の扁平状の伝熱管と、前記伝熱管に直交する方向に所定の間隔をおいて積層状態に挿入され、切欠き状の挿入部を有する複数の平板状のフィンと、を備えた熱交換器であって、
前記フィンは、前記挿入部に前記伝熱管と密着するフィンカラー部を有し、
前記フィンカラー部が前記伝熱管に接着接合されているものである。
【0014】
また、本発明に係る熱交換器の製造方法は、並列に配設され、内部を熱交換媒体が流通する複数の扁平状の伝熱管と、前記伝熱管に直交する方向に所定の間隔をおいて積層状態に挿入され、切欠き状の挿入部を有する複数の平板状のフィンと、を備えた熱交換器の製造方法において、
前記挿入部にフィンカラー部を立ち上げない状態で形成したカラー未成形フィンを形成する工程と、
前記カラー未成形フィンのカラー未成形挿入部を、前記伝熱管に治具を用いて押し込むことにより、フィンカラー部を前記カラー未成形フィンに対して垂直に立ち上げて前記伝熱管に密着させる工程と、
前記密着させたフィンカラー部を前記伝熱管に接着接合する工程と、
を有するものである。
【発明の効果】
【0015】
本発明の熱交換器は、フィンカラー部を伝熱管に密着させた上で接着接合するものであるので、接着剤による伝熱性を損なうことなく、容易かつ簡単にフィンの接合を行うことができる。
【0016】
また、切欠き状の挿入部にフィンカラー部を立ち上げずに形成したカラー未成形フィンを伝熱管に挿入すると同時に、熱交換器幅方向の端部に当たるフィンの両端部をフィン挿入方向へ倒すことができる。よって、フィン挿入完了後に行っていた熱交換器両端のフィンを倒す工程を省くことができる。
【0017】
さらに、フィン製作時にフィンカラー部を立ち上げる工程を省くことができるため、フィンの金型のカラー立上げ工程を省くことができ、パンチなどの設備費削減や、工程削減による生産性向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施の形態1に係る熱交換器が搭載された空気調和機の断面図である。
【図2】実施の形態1に係る熱交換器の一部分を示す斜視図である。
【図3】図2の熱交換器の正面図である。
【図4】熱交換器の端部(図3のD部)の断面を示す拡大図である。
【図5】カラー成形した従来のフィン形状を示す平面図である。
【図6】図5のX−X線断面図である。
【図7】カラー成形しないフィン形状を示す平面図である。
【図8】図7のY−Y線断面図である。
【図9】伝熱管へのフィン挿入方法を示す説明図である。
【図10】伝熱管へフィン挿入後に、フィン両端部を倒す従来方法を示す説明図である。
【図11】伝熱管へのフィン挿入過程を示す説明図である。
【図12】伝熱管へのフィン挿入過程における一方のフィン端部の詳細図である。
【図13】実施の形態2におけるフィンの伝熱管への挿入過程を示す説明図である。
【図14】図13の一方のフィン端部の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【0020】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る熱交換器を搭載した空気調和機1の断面図である。
図1に示すように、空気調和機1は、本体2と、本体2の内部に空気調和手段として設置された、熱交換器3および送風機4とを備えており、本体2の上部に設けられた吸込口5から室内空気をフィルター6を介して吸い込み、吸い込まれた空気が熱交換器3を通過する過程で、この熱交換器3の伝熱管内を流通する熱交換媒体と熱交換され、冷風または温風となって本体2下部の吹出口7より室内へ吹き出すことで、冷房または暖房等を行うようになっている。
【0021】
このような空気調和機1に搭載されるフィンアンドチューブ式の熱交換器3を図2〜図4に示す。図2はその熱交換器の一部分を示す斜視図で、図2では図3に示すヘアピン部は省略してある。図3は図2の熱交換器の正面図である。また、図4は熱交換器の端部(図3のD部)の断面を示す拡大図である。
【0022】
この熱交換器3は、並列に配設され、内部を水や冷媒等の流体である熱交換媒体が流通する複数の扁平状の伝熱管20と、伝熱管20に直交する方向に所定の間隔をおいて積層状態に挿入され、略U字状に切り欠かれた挿入部(切欠き部)11を有する複数の平板状のフィン10とを備えている。また、各フィン10には、隣接する挿入部11間の面に同じ向きに向けてそれぞれスリット12がプレスによる切り起こしにより形成されている。このような平板状のフィン10が略U字状の挿入部11を介して、並列に配設された扁平状の伝熱管20に対し積層されて挿入される。そして、フィン挿入の際、後述するようにフィン10と伝熱管20とがフィンカラー部13を介して密着するように接合される。図3、図4において、Cはフィン10と伝熱管20の接合部を示している。
【0023】
伝熱管20は、断面形状が両端の半円と半円を直線でつなぐ扁平状の長円形状をなす中空管であり、内部は上記熱交換媒体が流通する1つ又は区画された複数の流路を有するものである。この扁平状の伝熱管20は、その平坦面が気流方向(図2に矢印aで示す方向)に平行になるようにフィン10の挿入部11に挿入される。
また、伝熱管20の端部には、例えば図3に示すように、ヘアピン部21が接続されている。なお、図3の他端側も同様のヘアピン部で接続されており、熱交換媒体が蛇行するように伝熱管20内を流通するようになっている。
【0024】
また、図3及び図4に示すように、隣接する伝熱管20の中心軸間の距離Aと当該伝熱管20の幅(厚さ)Bとの比率をB:Aを1:3.56乃至3.75となすと共に、各フィン10のフィンピッチEを1.15mmとしたものである。これらの値は、シミュレーションにより、熱伝達率と空力圧損の影響を考慮する中で、熱交換器の性能において最適であると判断した値である。
【0025】
図4は熱交換器3の端部(図3のD部)の断面を示す拡大図である。以下においては、熱交換器3の幅方向(伝熱管配列方向)の端部3a、3bに当たるフィン10の端部を符号10a、10bで示すものとする。図4においては、一方(図3の下側)のフィン端部10bを示している。また、図4に示すように、フィン10の同一面側には、それぞれの挿入部(切欠き部)11の縁部の全周に渡って伝熱管20とフィン10とを密着させて接合するためのフィンカラー部13がフィン挿入の際に垂直に立ち上がるように形成される。なお、このフィンカラー部13の高さFは、その伝熱管と接する面積を最大にするため、フィン10間のフィンピッチEと同じにしている。
【0026】
ここで、従来のフィン形状と本実施の形態におけるフィン形状について説明する。
図5は従来のフィン形状を示す平面図で、図6は図5のX−X線断面図である。図7は本実施の形態におけるフィン形状を示す平面図で、図8は図7のY−Y線断面図である。
従来のフィン10Bは、図5及び図6に示すように、フィンカラー部13Bが予めそれぞれの切欠き状の挿入部11Bの縁部に沿って垂直に起立して形成されている。
一方、本実施の形態では、図7及び図8に示すように、フィンとしてカラー未成形フィン10Aを使用するものである。すなわち、上記のようなフィンカラー部を形成することなく、つまり、切欠き状のカラー未成形挿入部14がカラー未成形フィン10Aに形成された状態となっているものである。カラー未成形挿入部14は、カラー高さFに相当する分だけ切欠き開口幅Gを小さくする形で、挿入部11となる面と同一面に平らに形成されている。また、このカラー未成形フィン10Aは、例えば、材質がアルミニウムで、板厚は約0.1mmとなっている。
【0027】
次に、フィン10Bを用いた従来の熱交換器3の製造手順について説明する。図9は伝熱管20へのフィン挿入方法を示す説明図である。
熱交換器3を製造するには、図9に示すように、フィン10Bを回動挿入治具30のフィン吸着固定部31に吸着させ、1枚ずつP方向に回動させて、フィン10Bの切欠き状の挿入部11Bを伝熱管20に挿入する。そのあと、伝熱管20をQ方向にフィンピッチEずつ、移動させ、さらに次のフィン10Bを同様の方法で挿入していくことで、フィンピッチEを確保しながら、熱交換器3を製作することができる。
【0028】
また、熱交換器3の幅(伝熱管整列方向)を狭めるために、フィン端部10a、10bを倒す必要がある場合は、図10に示すような方法で実施していた。
上述した方法で、熱交換器3を製作したあと、図10に示すローラーからなるフィン端倒し治具35を用いて、当該治具35をR方向に回転させながらS方向へ移動させることで、熱交換器3のフィン端部10a、10bをフィンカラー部の向きとは反対のフィン挿入方向へ倒していく。
【0029】
これに対して、本実施の形態では、図11及び図12に示すような方法で熱交換器3を製作するものである。図11は伝熱管へのフィン挿入過程を示す説明図で、図12は伝熱管へのフィン挿入過程における一方のフィン端部の詳細図である。
【0030】
まず、プレス加工により、図7及び図8に示したようなカラー未成形フィン(フィンカラー部を立ち上げない形で成形したフィン)10Aを形成する。
次に、このカラー未成形フィン10Aを、上記の回動挿入治具30のフィン吸着固定部31に吸着させ、1枚ずつP方向に回動させて、伝熱管20に挿入していく。その際、図11及び図12に示すように、カラー未成形フィン10Aのカラー未成形挿入部14間の区画部分を回動挿入治具30で押しながら挿入する。カラー未成形挿入部14は、切欠き開口幅Gが伝熱管20の厚さBより小さくなっているので、該挿入部14を伝熱管20に押し込むことで、フィン両端部10a、10b以外の箇所では、該挿入部14が伝熱管20に当たり、かつその伝熱管20に沿いながら、フィンカラー部13が折れ曲がっていき、最後には垂直に立ち上がって伝熱管20に密着する。それと同時に、フィン端部10a、10bのカラー未成形挿入部14は立ち上がることなく、カラー未成形挿入部14を中心にフィン挿入方向へ回転し倒れていく。
【0031】
そして、このようにして立ち上げたフィンカラー部13に、例えばエポキシ系の接着剤を塗布し、その熱交換器3を加熱することで、伝熱管20とフィンカラー部13とが密着した状態で接着接合された熱交換器3を製造することができる。
【0032】
以上のように、この実施の形態によれば、カラー未成形フィン10Aを回動挿入治具30で伝熱管20に挿入する過程で、フィン両端部10a、10bをフィン挿入方向へ倒すと同時に、フィン端部10a、10b以外の箇所のフィンカラー部13を垂直に立ち上げるように形成したので、従来のようなフィンカラー部を立ち上げる工程を省くことができるため、熱交換器を安価に製造することができる。
また、同じ回動挿入治具30を使用してフィン端部10a、10bをフィン挿入方向へ倒すことができるので、熱交換器3の他の部分に傷や変形を生じさせることなく、タクトタイムの減少、製造コストの低減などの効果を得ることができる。
さらに、フィン10のフィンカラー部13が伝熱管20に密着した上で伝熱管20に接着接合されているので、接着剤による伝熱性が損なわれることはなく、フィン10と伝熱管20の接合を容易かつ確実に行うことができる。
【0033】
実施の形態2.
図13は実施の形態2におけるフィンの伝熱管への挿入過程を示す説明図で、図14は図13の一方のフィン端部の詳細図である。
上記の実施の形態1では、カラー未成形フィン10Aを伝熱管20に挿入する際に、図11、図12のようにフィン端部10a、10bをフィン挿入方向に倒しながら挿入していたが、本実施の形態2では、図13に示すようにフィン端押さえ治具36を使用することで、所定の位置でフィンカラー部13を新たに形成し、フィン端部10a、10bを倒さずに挿入するようにしたものである。フィン端押さえ治具36は、フィン端部10a、10b側に壁を設けた治具であり、このような治具36の中にカラー未成形フィン10Aのカラー未成形挿入部14を伝熱管20に押し込みながら挿入することで、すべてのカラー未成形挿入部14のフィンカラー部13が垂直に立ち上がって伝熱管20に密着する。
【0034】
その後は、実施の形態1と同様に、接着剤をフィンカラー部13に塗布した後、フィン端部10a、10bをフィン端押さえ治具36に固定したまま、熱交換器3を加熱することで、伝熱管20とフィンカラー部13とが密着した状態で熱交換器3を製造することができる。
【0035】
この実施の形態2によれば、実施の形態1による効果に加えて、フィン端押さえ治具36を用いることで、簡単な段取り操作でフィン端部10a、10bを倒すことなくすべてのフィンカラー部13を垂直に立ち上げることができるので、所定の幅の熱交換器や機種の変更等に速やかに対応できるという効果がある。
【符号の説明】
【0036】
1 空気調和機、2 本体、3 熱交換器、3a、3b 熱交換器の端部、4 送風機、5 吸込口、6 フィルター、7 吹出口、10 フィン、10a、10b フィン端部、10A カラー未成形フィン、11 挿入部(切欠き部)、12 スリット、13 フィンカラー部、14 カラー未成形挿入部、20 伝熱管、21 ヘアピン部、30 回動挿入治具、31 フィン吸着固定部、35 フィン端倒し治具、36 フィン端押さえ治具。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
並列に配設され、内部を熱交換媒体が流通する複数の扁平状の伝熱管と、
前記伝熱管に直交する方向に所定の間隔をおいて積層状態に挿入され、切欠き状の挿入部を有する複数の平板状のフィンと、
を備えた熱交換器であって、
前記フィンは、前記挿入部に前記伝熱管と密着するフィンカラー部を有し、
前記フィンカラー部が前記伝熱管に接着接合されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項2】
前記フィンは、前記切欠き状の挿入部が形成された状態で、該挿入部を前記伝熱管に押し込みながら挿入することで、当該フィンに対して垂直に立ち上がるフィンカラー部が形成される
ことを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
【請求項3】
熱交換器の幅方向端部に当たるフィン両端部は、前記伝熱管に挿入する過程で挿入方向に倒れ、
前記フィン両端部以外の箇所のフィンは、当該フィンに対し垂直に立ち上がるフィンカラー部が形成される
ことを特徴とする請求項2記載の熱交換器。
【請求項4】
吸込口及び吹出口を有する本体と、前記本体内部に空気調和手段として熱交換器及び送風機とを備えた空気調和機において、
前記熱交換器として、請求項1〜3のいずれかに記載の熱交換器を用いることを特徴とする空気調和機。
【請求項5】
並列に配設され、内部を熱交換媒体が流通する複数の扁平状の伝熱管と、
前記伝熱管に直交する方向に所定の間隔をおいて積層状態に挿入され、切欠き状の挿入部を有する複数の平板状のフィンと、
を備えた熱交換器の製造方法において、
前記挿入部にフィンカラー部を立ち上げない状態で形成したカラー未成形フィンを形成する工程と、
前記カラー未成形フィンのカラー未成形挿入部を、前記伝熱管に治具を用いて押し込むことにより、フィンカラー部を前記カラー未成形フィンに対して垂直に立ち上げて前記伝熱管に密着させる工程と、
前記密着させたフィンカラー部を前記伝熱管に接着接合する工程と、
を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項6】
前記伝熱管に直交する方向に所定の間隔をおいて積層状態に挿入され、切欠き状の挿入部を有する複数の平板状のフィンと、
を備えた熱交換器の製造方法において、
前記挿入部にフィンカラー部を立ち上げない状態で形成したカラー未成形フィンを形成する工程と、
前記カラー未成形フィンのカラー未成形挿入部を、前記伝熱管に治具を用いて押し込むことにより、前記熱交換器の幅方向端部に当たるフィン両端部以外の箇所のフィンカラー部を前記カラー未成形フィンに対して垂直に立ち上げて前記伝熱管に密着させるとともに、前記フィン両端部をフィン挿入方向へ倒す工程と、
前記密着させたフィンカラー部を前記伝熱管に接着接合する工程と、
を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項1】
並列に配設され、内部を熱交換媒体が流通する複数の扁平状の伝熱管と、
前記伝熱管に直交する方向に所定の間隔をおいて積層状態に挿入され、切欠き状の挿入部を有する複数の平板状のフィンと、
を備えた熱交換器であって、
前記フィンは、前記挿入部に前記伝熱管と密着するフィンカラー部を有し、
前記フィンカラー部が前記伝熱管に接着接合されている
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項2】
前記フィンは、前記切欠き状の挿入部が形成された状態で、該挿入部を前記伝熱管に押し込みながら挿入することで、当該フィンに対して垂直に立ち上がるフィンカラー部が形成される
ことを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
【請求項3】
熱交換器の幅方向端部に当たるフィン両端部は、前記伝熱管に挿入する過程で挿入方向に倒れ、
前記フィン両端部以外の箇所のフィンは、当該フィンに対し垂直に立ち上がるフィンカラー部が形成される
ことを特徴とする請求項2記載の熱交換器。
【請求項4】
吸込口及び吹出口を有する本体と、前記本体内部に空気調和手段として熱交換器及び送風機とを備えた空気調和機において、
前記熱交換器として、請求項1〜3のいずれかに記載の熱交換器を用いることを特徴とする空気調和機。
【請求項5】
並列に配設され、内部を熱交換媒体が流通する複数の扁平状の伝熱管と、
前記伝熱管に直交する方向に所定の間隔をおいて積層状態に挿入され、切欠き状の挿入部を有する複数の平板状のフィンと、
を備えた熱交換器の製造方法において、
前記挿入部にフィンカラー部を立ち上げない状態で形成したカラー未成形フィンを形成する工程と、
前記カラー未成形フィンのカラー未成形挿入部を、前記伝熱管に治具を用いて押し込むことにより、フィンカラー部を前記カラー未成形フィンに対して垂直に立ち上げて前記伝熱管に密着させる工程と、
前記密着させたフィンカラー部を前記伝熱管に接着接合する工程と、
を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項6】
前記伝熱管に直交する方向に所定の間隔をおいて積層状態に挿入され、切欠き状の挿入部を有する複数の平板状のフィンと、
を備えた熱交換器の製造方法において、
前記挿入部にフィンカラー部を立ち上げない状態で形成したカラー未成形フィンを形成する工程と、
前記カラー未成形フィンのカラー未成形挿入部を、前記伝熱管に治具を用いて押し込むことにより、前記熱交換器の幅方向端部に当たるフィン両端部以外の箇所のフィンカラー部を前記カラー未成形フィンに対して垂直に立ち上げて前記伝熱管に密着させるとともに、前記フィン両端部をフィン挿入方向へ倒す工程と、
前記密着させたフィンカラー部を前記伝熱管に接着接合する工程と、
を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2012−184907(P2012−184907A)
【公開日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−50040(P2011−50040)
【出願日】平成23年3月8日(2011.3.8)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【公開日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年3月8日(2011.3.8)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
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