熱交換器及びそれを用いた冷却システム

【課題】独立フィンタイプのドッグボーン型熱交換器におけるフィンの反りや、ねじれを改善し、熱交換効率を向上させ、且つ着霜及び除霜性に優れた経済的な熱交換器を提供する。
【解決手段】プレートフィン３の表面に、稜線が列方向に平行になるようにコルゲート加工を施し、蛇行状に曲げ加工された冷媒チューブ２が貫通する長孔４周縁部にフラット座を形成し、且つ段方向に細長くフラット溝を形成することで、通風抵抗を低減し、熱交換効率を飛躍的に向上させることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭用あるいは業務用冷蔵庫、さらにはショーケース等において、冷却器（蒸発器）として用いられる所謂ドッグボーン型フィンアンドチューブ式熱交換器及びそれを用いた冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用冷蔵庫においては、本体の外寸を固定し、庫内容量を大きくする傾向にあり、これに起因して冷却システム関連部品は、年々コンパクト化が要求されている。また、業務用冷蔵庫においては、省エネルギーモデルの発売が本格化し、これに起因して冷却システム関連部品のさらなる高効率化が要求されている。
【０００３】
そのような中で、熱交換器もコンパクト化や高効率化の要求が高まっている。
【０００４】
一方で、原材料高騰により部品材料の合理化の要求も高まり、熱交換器性能を高めることと併せて、材料の薄肉合理化が求められている。
【０００５】
その一例として、プレートフィンに加工された、所謂ドッグボーン型の長孔に、サーペンタイン状の冷媒チューブを挿入してなり、且つ、経済的なアルミニウムパイプを用いることが可能で、高効率化要素を備えた、ドックボーン型熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
以下、図１３乃至図１７を参照しながら、上記特許文献１に開示された従来の熱交換器を説明する。
【０００７】
図１３は従来の熱交換器の正面図、図１４は図１３のＡ−Ａ線断面図、図１５は図１３のＢ−Ｂ線断面図である。また、図１６と図１７は、それぞれ従来の熱交換器に用いたプレートフィンを示す平面図である。
【０００８】
上記特許文献１に開示された従来の熱交換器１０１の構成は、直管部及び曲管部が交互に繰り返すように連続して複数の列および段が千鳥状に形成されるよう所定のピッチで蛇行状に曲げ加工された冷媒チューブ１０２と、矩形部１０４ａおよび矩形部１０４ａの両側短辺に設けた円弧部１０４ｂからなる長孔１０４を板面に複数設け、且つ、少なくとも２列ごとに独立したプレートフィン１０３を具備し、プレートフィン１０３を複数相互に間隔を有して配置し、長孔１０４に冷媒チューブ１０２を貫通させたものである。
【０００９】
以上のように構成された従来の熱交換器１０１について、以下その動作を説明する。
【００１０】
まず、プレートフィン１０３を複数相互に間隔を有して配置し、冷媒チューブ１０２を長孔１０４に貫通させるに際し、冷媒チューブ１０２の曲管部を頭にして長孔１０４の周縁にバーリング形成されたカラーの根元側から挿入する。
【００１１】
一般的に冷媒チューブ１０２とプレートフィン１０３の密着性を高めるために、冷媒チューブ１０２の外径と長孔１０４の円弧部１０４ｂの内径は略同径になっている。
【００１２】
また、冷媒チューブ１０２の直管部の製直性、または千鳥状に形成された冷媒チューブの角度や曲げピッチなどの精度の問題で、挿入抵抗が少なからずある。
【００１３】
また、プレートフィン１０３は、少なくとも２列ごとに独立しているため、冷媒チューブ１０２が貫通していくにあたり、プレートフィン１０３の端部周縁だけしか保持できない。
【００１４】
これらのことから、実際には、図１３および図１５に示すように、プレートフィン１０３には、反りやねじれが発生し易くなっている。
【００１５】
なお、プレートフィン１０３の材料薄肉化によるコスト合理化も、この現象に拍車を掛けている。
【００１６】
また、材料の薄肉化を行っても、プレートフィン１０３の強度を確保し、熱交換性能を高める手段の一例として、プレートフィン１０３の表面に波形のコルゲート成形を施した熱交換器が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
【００１７】
これら従来の熱交換器（図示せず）のプレートフィン１０３に施されたコルゲート形状は、風向きに対し稜線が略垂直になるよう且つ、コルゲートの山高さを比較的高くして、熱交換する空気の乱流促進を狙ったものである。また円穴周辺に成形されたフラット座により、プレートフィン１０３の強度が高くなり、熱交換器の曲げ加工に対する強度向上に寄与している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平４−８６４９１号公報
【特許文献２】実公平７−１７９５５号公報
【特許文献３】特許第４６０７４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、従来の熱交換器１０１の構成では、プレートフィン１０３には反りやねじれが発生し易くなっている。特に、プレートフィン１０３の材料を薄肉化すればする程、プレートフィン１０３に反りやねじれはより発生し易くなる。
【００２０】
プレートフィン１０３が反ったりねじれたりすることで、熱交換器１０１の通風抵抗は高くなり、強制通風させる送風機の特性に依るが、一般的に風量が低下し、熱交換量が低くなるという課題を有していた。
【００２１】
また、プレートフィン１０３の強度アップには、プレートフィン１０３の表面にコルゲート成形を施し円穴周辺にフラット座を成形するのが良いが、反りやねじれを改善するものではなく、従来例のような風向きに対し稜線が略垂直になるようにコルゲート成形すると、通風抵抗が高くなってしまい、やはり熱交換量が低くなるという課題を有していた。
【００２２】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ドッグボーン型熱交換器におけるプレートフィンの反りやねじれを改善し、通風抵抗を低減することで、着霜・除霜の信頼性をも考慮した高効率且つ経済的な熱交換器と、それを用いた冷却システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明の熱交換器は、直管部及び曲管部が連続して複数の列および段が千鳥状に形成されるよう所定のピッチで蛇行状に曲げ加工された冷媒チューブと、矩形部および前記矩形部の両側短辺に設けた円弧部からなる長孔を板面に複数設け
、且つ、少なくとも２列ごとに独立したプレートフィンを具備し、前記プレートフィンを複数相互に間隔を有して配置し、前記長孔に前記冷媒チューブを貫通させたものであって、前記プレートフィンの表面には、稜線が列数方向に平行になるように、段方向に波形のコルゲート成形を施し、且つ、前記長孔周縁部には、平らなフラット座を形成し、且つ、段方向に細長く平らなフラット溝を形成したものである。
【００２４】
これにより、コルゲート成形による通風抵抗の増加はなく、プレートフィンの反りやねじれが改善され、着霜による通風抵抗の増加も軽減できるとともに、除霜時に融解した水滴の落下を阻害しないので、着霜・除霜の信頼性をも考慮した高効率且つ経済的な熱交換器となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の熱交換器は、ドッグボーン型熱交換器におけるプレートフィンの反りやねじれを改善し、通風抵抗を低減することで、着霜・除霜の信頼性をも考慮した高効率且つ経済的な熱交換器となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の正面図
【図２】図１のＣ−Ｃ線断面図
【図３】図１のＤ−Ｄ線断面図
【図４】同実施の形態の熱交換器に用いた２列プレートフィンの一例を示す平面図
【図５】同実施の形態の熱交換器に用いた３列プレートフィンの一例を示す平面図
【図６】同実施の形態の熱交換器に用いた２列プレートフィンの別の例を示す平面図
【図７】同実施の形態の熱交換器に用いた３列プレートフィンの別の例を示す平面図
【図８】本発明の実施の形態２の熱交換器に用いた２列プレートフィンの平面図
【図９】同実施の形態の熱交換器に用いた３列プレートフィンの平面図
【図１０】本発明の実施の形態３の熱交換器に用いた２列プレートフィンの平面図
【図１１】同実施の形態の熱交換器に用いた３列プレートフィンの平面図
【図１２】本発明の実施の形態４における冷却システムの模式図
【図１３】従来の熱交換器の正面図
【図１４】図１３のＡ−Ａ線断面図
【図１５】図１３のＢ−Ｂ線断面図
【図１６】従来の熱交換器に用いた２列プレートフィンの平面図
【図１７】従来の熱交換器に用いた３列プレートフィンの平面図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
第１の発明は、直管部及び曲管部が連続して複数の列および段が千鳥状に形成されるよう所定のピッチで蛇行状に曲げ加工された冷媒チューブと、矩形部および前記矩形部の両側短辺に設けた円弧部からなる長孔を板面に複数設け、且つ、少なくとも２列ごとに独立したプレートフィンを具備し、前記プレートフィンを複数相互に間隔を有して配置し、前記長孔に前記冷媒チューブを貫通させた熱交換器であって、前記プレートフィンの表面には、稜線が列数方向に平行になるように、段方向に波形のコルゲート成形を施し、且つ、前記長孔周縁部には、平らなフラット座を形成し、且つ、段方向に細長く平らなフラット溝を形成したものである。
【００２８】
かかる構成とすることにより、コルゲート成形による通風抵抗の増加はなく、プレートフィンの反りやねじれが改善され、着霜による通風抵抗の増加も軽減できるとともに、除霜時に融解した水滴の落下を阻害しないので、着霜・除霜の信頼性をも考慮した高効率且つ経済的な熱交換器となる。
【００２９】
第２の発明は、第１の発明において、フラット溝を、コルゲートの稜線と略垂直になるよう形成したものである。
【００３０】
かかる構成とすることにより、通風抵抗の増加をさせることなく且つ、プレートフィンの反りやねじれは略消滅し、隣接するフィンに接触するなどの問題は解決されるので、偏着霜などの発生がなくなり、除霜信頼性も向上し、高効率且つ経済的な熱交換器となる。
【００３１】
第３の発明は、第２の発明において、フラット溝を、プレートフィンの端部に形成したものである。
【００３２】
かかる構成とすることにより、プレートフィンの端部にフラット溝を形成すると、水滴落下の妨げになり難い構成であるため、着霜時に風路閉塞し難くなり、冷却能力の低下が遅くなる。また、着霜目詰まりの回避、除霜後の冷却性能の維持も可能となり、高い信頼性を実現し、高効率且つ経済的な熱交換器となる。
【００３３】
第４の発明は、第１の発明において、フラット溝を、千鳥状に配列された長孔と略垂直になるよう形成したものである。
【００３４】
かかる構成とすることにより、フラット溝を長孔と垂直にすることで、プレートフィンのねじれ防止と水滴落下性も同時に解決できる。
【００３５】
第５の発明は、圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器と、前記蒸発器に強制通風させる送風機とを備えている冷却システムにおいて、第１から第４のいずれかの発明の熱交換器を蒸発器として用いた冷却システムである。
【００３６】
かかる構成とすることにより、冷却システムとして、省エネ特性に優れたものとなり、高効率且つ経済的な冷却システムとなる。
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の正面図であり、図２は、図１のＣ−Ｃ線断面図であり、図３は、図１のＤ−Ｄ線断面図であり、図４は、同実施の形態の熱交換器に用いた２列プレートフィンの一例を示す平面図であり、図５は、同実施の形態の熱交換器に用いた３列プレートフィンの一例を示す平面図である。
【００３９】
また、図６は、同実施の形態の熱交換器に用いた２列プレートフィンの別の例を示す平面図であり、図７は、同実施の形態の熱交換器に用いた３列プレートフィンの別の例を示す平面図である。
【００４０】
図１、図２及び図３に示すように、本実施の形態の熱交換器１は、内部を冷媒が流動する冷媒チューブ２と、所定間隔あけて平行に配置された複数のプレートフィン３を具備している。
【００４１】
冷媒チューブ２は、アルミ製あるいはアルミ合金製の一本の管体を、直管部と曲管部が交互に繰り返すように連続し、段（左右）方向Ｘおよび列（上下）方向Ｙにおいて千鳥状に複数となるよう蛇行状に曲げ加工されたサーペンタインチューブであり、曲管部を形成する接続管を用いることなく一本の冷媒流路を形成している。
【００４２】
そして、少なくとも２列ごとに独立したプレートフィン３に形成された長孔４を冷媒チューブ２の曲管部が貫通することにより、冷媒チューブ２の直管部がプレートフィン３と密着した構成となっている。
【００４３】
図４、図５、図６及図７に示すように、プレートフィン３には、列数２列分で独立した２列プレートフィン３ａと、列数３列分で独立した３列プレートフィン３ｂがある。それらプレートフィン３に加工された長孔４は、矩形部４ａと円弧部４ｂを有し、該矩形部４ａの両側短辺に円弧部４ｂがそれぞれ連続して長穴状に形成されている。
【００４４】
また、プレートフィン３の表面には、稜線５ａが列数方向に平行になるように、段方向に波形のコルゲート５が加工されており、且つ、長孔４の周縁部には、平らなフラット座６が形成され、且つ、段方向に細長く平らなフラット溝７も形成されている。
【００４５】
以上のように構成された本実施の形態の熱交換器１について、以下その動作、作用を説明する。
【００４６】
まず、プレートフィン３の表面に加工されたコルゲート５は、稜線５ａが列数方向に平行であり、すなわち風向き（Ｙ方向）対しても平行となっているので、コルゲート加工によって通風抵抗を増加させてはいない。
【００４７】
また、プレートフィン３を複数相互に間隔をあけて平行に配置し、冷媒チューブ２を長孔４に貫通させるに際し、冷媒チューブ２の曲管部を頭にして長孔４の周縁にバーリング形成されたカラーの根元側から挿入する。
【００４８】
一般的に冷媒チューブ２とプレートフィン３の密着性を高めるために、冷媒チューブ２の外径と長孔４の円弧部４ｂの内径は略同径になっている。
【００４９】
また、冷媒チューブ２の直管部の製直性、または千鳥状に形成された冷媒チューブ２の角度や曲げピッチなどの精度の問題で、挿入抵抗が少なからずある。
【００５０】
また、プレートフィン３は、列数が２列ごとに独立した２列プレートフィン３ａや、列数が３列ごとに独立した３列プレートフィン３ｂであるため、冷媒チューブ２が貫通していくにあたり、プレートフィン３の端部周縁だけしか保持できない。
【００５１】
これらのことから、熱交換器１は、プレートフィン３に反りやねじれが発生し易い構成となっている。
【００５２】
なお、プレートフィン３の板厚を薄くしていくとより、一層反りやねじれが発生し易い構成になってしまう。
【００５３】
そこで、プレートフィン３の表面にコルゲート５を加工し、且つ千鳥配列の長孔４の周縁部に平らなフラット座６を形成し、フラット座６と連結した形で、段方向に細長く平らなフラット溝７も形成していることで、プレートフィン３の反りやねじれが改善される。
【００５４】
なお、図４、図５では、フラット溝７は、フラット座６と連結して一直線上に整列し２列プレートフィン３ａや３列プレートフィン３ｂの端部まで加工されているが、フラット溝７は一直線上に並ぶ必要はなく、図４に示す２列プレートフィン３ａの代わりに図６に示すような２列プレートフィン３ａを用いてもよく、同様に図５に示す３列プレートフィン３ｂの代わりに図７に示すような３列プレートフィン３ｂを用いても構わない。
【００５５】
以上のように、コルゲート成形による通風抵抗の増加はなく、プレートフィン３の反りやねじれが改善され、着霜による通風抵抗の増加も軽減できるとともに、除霜時に融解した水滴の落下を阻害しないので、着霜・除霜の信頼性をも考慮した高効率且つ経済的な熱交換器となる。
【００５６】
また、フラット溝７を、コルゲート５の稜線５ａと略垂直になるよう形成することにより、通風抵抗を増加させることなく且つ、プレートフィンの反りやねじれは略消滅し、隣接するフィンに接触するなどの問題は解決されるので、偏着霜などの発生がなくなり、除霜信頼性も向上し、高効率且つ経済的な熱交換器を提供することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２の熱交換器に用いた２列プレートフィンの平面図であり、図９は、同実施の形態の熱交換器に用いた３列プレートフィンの平面図である。なお、本実施の形態において、先に説明した実施の形態１と同様の構成要件については、同一の符号を付して説明する。
【００５８】
本実施の形態の熱交換器１の構成、動作、作用を、以下に説明する。
【００５９】
まず、フラット溝７を、コルゲート５の稜線５ａと略垂直になるようし、且つフラット溝７を、２列プレートフィン３ａ、３列プレートフィン３ｂのそれぞれ端部に形成する。
【００６０】
２列プレートフィン３ａと３列プレートフィン３ｂのそれぞれ表面にコルゲート５を加工すると、２列プレートフィン３ａと３列プレートフィン３ｂの反りが一定方向に限定される。
【００６１】
そして同時にフラット座６及びフラット溝７を形成することで、その反りは略なくなり、隣接するプレートフィンに接触するなどの問題が解決される。
【００６２】
さらに、２列プレートフィン３ａと３列プレートフィン３ｂの端部にフラット溝７を形成すると、水滴落下の妨げになり難い構成であるため、着霜時に風路閉塞し難くなり、冷却能力の低下が遅くなる。
【００６３】
また、着霜目詰まりの回避、除霜後の冷却性能の維持も可能となり、高い信頼性を実現し、高効率且つ経済的な熱交換器を提供することができる。
【００６４】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３の熱交換器に用いた２列プレートフィンの平面図であり、図１１は、同実施の形態の熱交換器に用いた３列プレートフィンの平面図である。なお、本実施の形態において、先に説明した実施の形態１と同様の構成要件については、同一の符号を付して説明する。
【００６５】
本実施の形態の熱交換器１の構成、動作、作用を、以下に説明する。
【００６６】
まず、フラット溝７を、千鳥状に配列された長孔４と略垂直になるよう形成する。すると、長孔４は、２列プレートフィン３ａ及び３列プレートフィン３ｂに対して、一定の角度で斜めに配置されており、且つコルゲート５の稜線５ａに対しても同様に斜めに配置されている。
【００６７】
したがって、長孔４と２列プレートフィン３ａ及び３列プレートフィン３ｂには斜めに応力が発生し易くなっている状態を打ち消す方向の応力を２列プレートフィン３ａ及び３
列プレートフィン３ｂに加えることができる。
【００６８】
よって、フラット溝７を長孔４と垂直にすることで、プレートフィンのねじれ防止と水滴落下性も同時に解決できる。
【００６９】
（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４における冷却システムの模式図である。本冷却システムは、圧縮機８と、凝縮器９と、減圧装置１０と、蒸発器１１と、蒸発器１１に強制通風させる送風機１２とを備えている。そして、蒸発器１１には、実施の形態１から３の熱交換器を用いている。
【００７０】
前述の熱交換器１は高いコストパフォーマンスを持つものであり、本冷却システムに搭載することにより、省エネ特性に優れたものとなり、高効率且つ経済的な冷却システムを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の熱交換器は、着霜・除霜の信頼性を考慮したコストパフォーマンスの高いものなので、冷蔵庫、自販機等のように家庭用から産業用に亘る冷凍機器の冷却器、あるいは放熱器として幅広く利用することができるものである。
【符号の説明】
【００７２】
１熱交換器
２冷媒チューブ
３プレートフィン
４長孔
４ａ矩形部
４ｂ円弧部
５コルゲート
５ａ稜線
６フラット座
７フラット溝
８圧縮機
９凝縮器
１０減圧装置
１１蒸発器
１２送風機

【特許請求の範囲】
【請求項１】
直管部及び曲管部が連続して複数の列および段が千鳥状に形成されるよう所定のピッチで蛇行状に曲げ加工された冷媒チューブと、矩形部および前記矩形部の両側短辺に設けた円弧部からなる長孔を板面に複数設け、且つ、少なくとも２列ごとに独立したプレートフィンを具備し、前記プレートフィンを複数相互に間隔を有して配置し、前記長孔に前記冷媒チューブを貫通させた熱交換器であって、前記プレートフィンの表面には、稜線が列数方向に平行になるように、段方向に波形のコルゲート成形を施し、且つ、前記長孔周縁部には、平らなフラット座を形成し、且つ、段方向に細長く平らなフラット溝を形成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記フラット溝は、前記コルゲートの稜線と略垂直になるよう形成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記フラット溝を、プレートフィンの端部に形成したことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記フラット溝は、前記千鳥状に配列された長孔と略垂直になるよう形成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器と、前記蒸発器に強制通風させる送風機とを備えている冷却システムにおいて、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載した熱交換器を蒸発器として用いたことを特徴とする冷却システム。

【図１】