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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022163494
(43)【公開日】2022-10-26
(54)【発明の名称】熱交換器
(51)【国際特許分類】
   F28F 1/32 20060101AFI20221019BHJP
   F28F 1/30 20060101ALI20221019BHJP
   F28D 1/053 20060101ALI20221019BHJP
【FI】
F28F1/32 S
F28F1/30 D
F28D1/053 A
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021068450
(22)【出願日】2021-04-14
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-09-07
(71)【出願人】
【識別番号】000004765
【氏名又は名称】マレリ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002468
【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】秋元 亮哉
(72)【発明者】
【氏名】影林 和磨
(72)【発明者】
【氏名】辻本 直也
(72)【発明者】
【氏名】水上 彰久
(72)【発明者】
【氏名】川西 慶典
(72)【発明者】
【氏名】山崎 真
【テーマコード(参考)】
3L103
【Fターム(参考)】
3L103AA36
3L103BB38
3L103CC17
3L103CC18
3L103CC23
3L103DD08
3L103DD34
(57)【要約】
【課題】熱交換器の熱交換性能の低下を抑制する。
【解決手段】冷凍サイクルを循環する冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器100は、平行に並べて複数設けられ冷媒が流通するチューブ1と、隣り合うチューブ1の間に設けられ外気が通過するフィン3と、を備え、フィン3は、隣り合うチューブ1の一方と他方とに交互に当接する複数の接触部31と、隣り合うチューブ1の間を連結するように隣り合う接触部31どうしを連結する複数の壁部32と、接触部31及び壁部32が延長されてチューブ1から外気流れ方向の上流に突出する延長部35と、外気流れ方向に沿って連続するように壁部32に複数設けられるルーバ36と、を有し、外気流れ方向の最上流のルーバ36の下流端部36bは、チューブ1の外気流れ方向の先端12よりも上流に位置する。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷凍サイクルを循環する冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器であって、
平行に並べて複数設けられ冷媒が流通するチューブと、
隣り合う前記チューブの間に設けられ外気が通過するフィンと、を備え、
前記フィンは、
隣り合う前記チューブの一方と他方とに交互に当接する複数の接触部と、
隣り合う前記チューブの間を連結するように隣り合う前記接触部どうしを連結する複数の壁部と、
前記接触部及び前記壁部が延長されて前記チューブから外気流れ方向の上流に突出する延長部と、
前記外気流れ方向に沿って連続するように前記壁部に複数設けられるルーバと、を有し、
前記外気流れ方向の最上流の前記ルーバの下流端部は、前記チューブの前記外気流れ方向の先端よりも上流に位置する、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項2】
請求項1に記載の熱交換器であって、
前記外気流れ方向の最上流の前記ルーバは、前記下流端部のみが前記壁部の一方の側面に切り起こされる片ルーバであり、
前記片ルーバの下流に設けられる前記ルーバは、前記下流端部が前記壁部の一方の側面に切り起こされるとともに上流端部が前記壁部の他方の側面に切り起こされる両ルーバである、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の熱交換器であって、
前記延長部における前記ルーバが設けられない平面部の長さは、前記延長部における前記ルーバが設けられるルーバ形成部よりも短い、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項4】
請求項1から3のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
各々の前記壁部にて前記チューブの前記先端よりも上流に位置する前記ルーバの前記下流端部は一つである、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項5】
請求項1から4のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記チューブは前記フィンと当接する熱交換面が水平になるように配置される、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項6】
請求項1から5のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記壁部は、前記接触部に向かって円弧状に曲がる円弧部を有し、
前記ルーバは、前記円弧部には形成されない、
ことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱交換器に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、複数の扁平チューブと、隣り合う扁平チューブの間に設けられるコルゲートフィンと、を備え、コルゲートフィンのプレート部は複数のルーバを有し、プレート部は扁平チューブとの接合領域よりも風上側に張り出す延長部を有する車両用空調装置の室外熱交換器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第5563162号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1の室外熱交換器では、車両用空調装置が暖房運転を行っている際に、外気に含まれる水蒸気が冷却されて、延長部に着霜が発生するおそれがある。延長部に着霜が発生すると、外気が扁平チューブに直接接触しなくなるので、室外熱交換器の熱交換性能が低下する。
【0005】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、熱交換器の熱交換性能の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のある態様によれば、冷凍サイクルを循環する冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器は、平行に並べて複数設けられ冷媒が流通するチューブと、隣り合う前記チューブの間に設けられ外気が通過するフィンと、を備え、前記フィンは、隣り合う前記チューブの一方と他方とに交互に当接する複数の接触部と、隣り合う前記チューブの間を連結するように隣り合う前記接触部どうしを連結する複数の壁部と、前記接触部及び前記壁部が延長されて前記チューブから外気流れ方向の上流に突出する延長部と、前記外気流れ方向に沿って連続するように前記壁部に複数設けられるルーバと、を有し、前記外気流れ方向の最上流の前記ルーバの下流端部は、前記チューブの前記外気流れ方向の先端よりも上流に位置する。
【発明の効果】
【0007】
上記態様では、フィンは、チューブから外気流れ方向の上流に突出する延長部と、外気流れ方向に沿って連続するように壁部に複数設けられるルーバと、を有する。これにより、外気温度が低い中で暖房運転を行うと、外気に含まれる水蒸気が冷却されて、外気流れ方向の最上流のルーバに着霜が発生するおそれがある。しかしながら、最上流のルーバに集中して着霜が発生するので、それよりも下流には着霜が発生しにくくすることができる。また、最上流のルーバの下流端部は、チューブの外気流れ方向の先端よりも上流に位置するので、当該ルーバに着霜が発生しても、チューブとの間には隙間が残っている。よって、この隙間から入った外気がチューブの間を通過することで、冷媒と外気との間で熱交換を行うことができる。したがって、熱交換器の熱交換性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1図1は、本発明の実施形態に係る熱交換器の正面図である。
図2図2は、チューブとフィンとについて説明する正面の拡大図である。
図3図3は、チューブとフィンとについて説明する斜視図である。
図4図4は、図2におけるIV-IV断面図である。
図5図5は、図2におけるV-V断面図である。
図6図6は、熱交換器の作用について説明する図である。
図7図7は、熱交換器の作用について説明する図である。
図8図8は、比較例に係るフィンへの着霜の発生について説明する模式図である。
図9図9は、フィンへの着霜の発生について説明する模式図である。
図10図10は、フィンの変形例について説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る熱交換器100について説明する。
【0010】
まず、図1を参照して、熱交換器100の全体構成について説明する。図1は、熱交換器100の正面図である。
【0011】
熱交換器100は、車両(図示省略)に搭載される。熱交換器100は、空調装置(図示省略)の冷凍サイクルにおける室外熱交換器である。熱交換器100は、冷凍サイクルを循環する冷媒と外気との間で熱交換を行う。熱交換器100は、空調装置が冷房運転を行う際には凝縮器として機能し、空調装置が暖房運転を行う際には蒸発器として機能する。
【0012】
熱交換器100は、複数のチューブ1と、一対のタンク2a,2bと、複数のフィン3と、を備える。チューブ1,タンク2a,2b,及びフィン3は、アルミニウムなどの金属によって形成され、ろう付け等によって互いに接合されて一体になる。
【0013】
チューブ1は、平行に並べて設けられ、間隔を空けて積層される。チューブ1内には、冷媒が流通する流路が形成される。チューブ1は、フィン3と当接する熱交換面11が水平になるように配置される。
【0014】
タンク2a及びタンク2bは、チューブ1の長手方向の両端部と各々接続されるように配置される。タンク2a及びタンク2bは、複数のチューブ1に長手方向から接続されるようにそれぞれ配置される。タンク2a及びタンク2bは、冷媒を一時的に貯蔵する。
【0015】
タンク2aには、冷凍サイクルを循環して空調に用いられた後の冷媒が流入する。タンク2aに流入した冷媒は、複数のチューブ1内をそれぞれ流通する。冷媒は、チューブ1を流通する際に外気との間で熱交換を行う。
【0016】
タンク2bには、チューブ1内を流通した冷媒が流れ込む。タンク2bに流れ込んだ冷媒は、再び冷凍サイクルを循環して空調に用いられる。
【0017】
フィン3は、隣り合うチューブ1の間に設けられ、チューブ1と交互に積層される。フィン3は、チューブ1の長手方向に沿って波状に形成され、隣接する2つのチューブ1と接合される。複数のチューブ1とフィン3の周囲には、車両の走行又は室外ファン(図示省略)によって導入される外気が通過する。そのため、チューブ1の内部を流通する冷媒は、チューブ1の表面とフィン3とを介して、外気との間で熱交換を行うことができる。このように、フィン3は、冷媒と外気との間の熱交換を促進させる。
【0018】
熱交換器100の複数のチューブ1とフィン3とは、チューブ1内を流通する冷媒と周囲を通過する外気との間で熱交換を行うコア9として機能する。
【0019】
次に、図2から図5を参照して、フィン3について詳細に説明する。図2は、チューブ1とフィン3とについて説明する正面の拡大図である。図3は、チューブ1とフィン3とについて説明する斜視図である。図4は、図2におけるIV-IV断面図である。図5は、図2におけるV-V断面図である。
【0020】
図2及び図3に示すように、フィン3は、接触部31と、壁部32と、延長部35と、ルーバ36と、を有する。接触部31と壁部32とは、波状に連なっている。
【0021】
図2に示すように、接触部31は、複数設けられ、隣り合うチューブ1の一方と他方とに交互に当接する。接触部31は、平板状に形成される。接触部31は、ろう付け等によってチューブ1の熱交換面11と接合される。
【0022】
壁部32は、複数設けられ、隣り合うチューブ1の間を連結するように隣り合う接触部31どうしを連結する。壁部32は、平板部33と、円弧部34と、を有する。
【0023】
平板部33は、平板状に形成される。平板部33は、互い違いになるように反対方向に傾斜して並ぶ。平板部33には、ルーバ36が設けられる。
【0024】
円弧部34は、平板部33から接触部31に向かって円弧状に曲がる。円弧部34が設けられることで、平板部33と接触部31とは、滑らかな曲面によって連結される。
【0025】
図3に示すように、延長部35は、接触部31及び壁部32が延長されてチューブ1から外気流れ方向の上流に突出する。
【0026】
図4に示すように、延長部35におけるルーバ36が設けられない平面部35aの長さLP[mm]は、延長部35におけるルーバ36が設けられるルーバ形成部35bの長さLL[mm]よりも短い。これは、延長部35のうち平面部35aの長さが長いと熱交換性能が悪化するおそれがあるためである。
【0027】
図4及び図5に示すように、ルーバ36は、外気流れ方向に沿って連続するように平板部33に複数設けられる。外気流れ方向の最上流のルーバ36の下流端部36bは、チューブ1の外気流れ方向の先端12よりも上流に位置する。即ち、外気流れ方向の最上流のルーバ36は、その全体がチューブ1の外気流れ方向の先端12よりも上流に位置する。
【0028】
図5に示すように、外気流れ方向の最上流のルーバ36は、下流端部36bのみが壁部32の一方の側面に切り起こされる片ルーバ(片側開口ルーバ)361である。片ルーバ361の下流に連続して設けられる他のルーバ36は、下流端部36bが壁部32の一方の側面に切り起こされるとともに上流端部36aが壁部32の他方の側面に切り起こされる両ルーバ(両側開口ルーバ)362である。
【0029】
なお、ルーバ36は、円弧部34には形成されない。ルーバ36は、壁部32のうち平板部33の高さ方向全体にわたって形成される。これにより、ルーバ36を平板部33の全体にわたる高さH[mm](図2参照)まで大きく形成することができるので、外気がルーバ36をバイパスして下流に流れることを防止できる。したがって、外気流れ方向の下流に着霜が発生することを防止できる。
【0030】
各々の壁部32にてチューブ1の先端12よりも上流に位置するルーバ36の下流端部36bは一つである。即ち、チューブ1の先端12よりも上流に全体が突出しているルーバ36は一つである。チューブ1の先端12よりも上流に全体が突出しているルーバ36を二つ以上にしてもよいが、最上流のルーバ36に集中して着霜が発生するので、二つ目のルーバ36には大きな着霜は発生しない。そこで、熱交換器100では、チューブ1の先端12よりも上流に全体が突出しているルーバ36を一つにすることで、外気の流通抵抗の上昇を抑制しながら熱交換性能の低下を抑制している。
【0031】
次に、図6から図9を参照して、熱交換器100の作用について説明する。図6は、熱交換器100の作用について説明する図であり、着霜Fが発生する前の状態を示す図である。図7は、熱交換器100の作用について説明する図であり、着霜Fが発生した後の状態を示す図である。図8は、比較例に係るフィンへの着霜Fの発生について説明する模式図である。図9は、フィン3への着霜Fの発生について説明する模式図である。
【0032】
図6に示すように、フィン3は、チューブ1から外気流れ方向の上流に突出する延長部35と、外気流れ方向に沿って連続するように壁部32に複数設けられるルーバ36と、を有する。熱交換器100に着霜Fが発生していない通常の状態では、外気はチューブ10の間を通過する。そのため、チューブ1の内部を流通する冷媒は、チューブ1の表面とフィン3とを介して、外気との間で熱交換を行う。
【0033】
図7に示すように、外気温度が低い中で暖房運転を行うと、外気に含まれる水蒸気が冷却されて、外気流れ方向の最上流のルーバ36に着霜Fが発生するおそれがある。
【0034】
具体的に説明すると、図8に示す比較例では、チューブ1の先端12よりも上流に全体が突出しているルーバ36は一つもない。この場合、最上流のルーバ36に集中して発生した着霜Fがチューブ1の先端12に接触し、外気の流路を塞ぐおそれがある。
【0035】
これに対して、図9に示すように、熱交換器100では、最上流のルーバ36の下流端部36bは、チューブ1の外気流れ方向の先端12よりも上流に位置する。そのため、最上流のルーバ36に集中して着霜Fが発生するので、それよりも下流には着霜Fが発生しにくくすることができる。最上流のルーバ36に集中して着霜Fが発生しても、チューブ1の先端12との間には隙間が残っている。よって、この隙間から入った外気がチューブ1の間を通過することで、冷媒と外気との間で熱交換を行うことができる。したがって、熱交換器100の熱交換性能の低下を抑制することができる。
【0036】
その後、着霜Fが大きくなってチューブ10の先端12との間の隙間を塞いだとしても、隙間を塞ぐまでの時間は、熱交換器100によって冷媒と外気との間で熱交換を行うことができる。よって、熱交換器100を使用可能な時間を延長することができる。
【0037】
着霜Fが大きくなってチューブ10の先端12との間の隙間を塞いだ場合には、例えば冷凍サイクルのコンプレッサ(図示省略)にて圧縮された高温の冷媒をチューブ1内に流通させる除霜運転(ホットガス運転)を行う。これにより、外気流れ方向下流の比較的着霜Fが薄い位置では、除霜運転を行うと着霜Fがすぐに溶けて水になる。
【0038】
このとき、チューブ1は、フィン3と当接する熱交換面11が水平になるように配置されている。着霜Fは多孔質体であるため、外気流れ方向下流に付着した水は、熱交換面11を伝って外気流れ方向上流に移動し、毛細管現象によって最上流のルーバ36に発生した着霜Fに吸収される。その後、延長部35に発生した着霜Fが溶け落ちると、除霜が完了する。このように、最上流のルーバ36の下流端部36bは、チューブ1の外気流れ方向の先端12よりも上流に位置することで、除霜運転時の排水を行いやすくできる。
【0039】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【0040】
冷凍サイクルを循環する冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器100は、平行に並べて複数設けられ冷媒が流通するチューブ1と、隣り合うチューブ1の間に設けられ外気が通過するフィン3と、を備え、フィン3は、隣り合うチューブ1の一方と他方とに交互に当接する複数の接触部31と、隣り合うチューブ1の間を連結するように隣り合う接触部31どうしを連結する複数の壁部32と、接触部31及び壁部32が延長されてチューブ1から外気流れ方向の上流に突出する延長部35と、外気流れ方向に沿って連続するように壁部32に複数設けられるルーバ36と、を有し、外気流れ方向の最上流のルーバ36の下流端部36bは、チューブ1の外気流れ方向の先端12よりも上流に位置する。
【0041】
この構成では、フィン3は、チューブ1から外気流れ方向の上流に突出する延長部35と、外気流れ方向に沿って連続するように壁部32に複数設けられるルーバ36と、を有する。これにより、外気温度が低い中で暖房運転を行うと、外気に含まれる水蒸気が冷却されて、外気流れ方向の最上流のルーバ36に着霜Fが発生するおそれがある。しかしながら、最上流のルーバ36に集中して着霜Fが発生するので、それよりも下流には着霜Fが発生しにくくすることができる。また、最上流のルーバ36の下流端部36bは、チューブ1の外気流れ方向の先端12よりも上流に位置するので、当該ルーバ36に着霜Fが発生しても、チューブ1との間には隙間が残っている。よって、この隙間から入った外気がチューブ1の間を通過することで、冷媒と外気との間で熱交換を行うことができる。したがって、熱交換器100の熱交換性能の低下を抑制することができる。
【0042】
その後、着霜Fが大きくなってチューブ10の先端12との間の隙間を塞いだとしても、隙間を塞ぐまでの時間は、熱交換器100によって冷媒と外気との間で熱交換を行うことができる。よって、熱交換器100を使用可能な時間を延長することができる。
【0043】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【0044】
例えば、上記実施形態では、外気流れ方向の最上流のルーバ36は、片ルーバ361であり、片ルーバ361の下流に設けられる他のルーバ36は、両ルーバ362である。しかしながら、図10に示すように、外気流れ方向の最上流のルーバ36は、他のルーバ36と同様に両ルーバ362であってもよい。この場合にも上記実施形態と同様に、熱交換器100の熱交換性能の低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【0045】
100 熱交換器
1 チューブ
3 フィン
10 チューブ
11 熱交換面
12 先端
31 接触部
32 壁部
33 平板部
34 円弧部
35 延長部
35a 平面部
35b ルーバ形成部
36 ルーバ
36a 上流端部
36b 下流端部
361 片ルーバ
362 両ルーバ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
【手続補正書】
【提出日】2022-03-08
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷凍サイクルを循環する冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器であって、
平行に並べて複数設けられ冷媒が流通するチューブと、
隣り合う前記チューブの間に設けられ外気が通過するフィンと、を備え、
前記フィンは、
隣り合う前記チューブの一方と他方とに交互に当接する複数の接触部と、
隣り合う前記チューブの間を連結するように隣り合う前記接触部どうしを連結する複数の壁部と、
前記接触部及び前記壁部が延長されて前記チューブから外気流れ方向の上流に突出する延長部と、
前記外気流れ方向に沿って連続するように前記壁部に複数設けられるルーバと、を有し、
前記壁部は、平板状に形成される平板部と、前記平板部から前記接触部に向かって円弧状に曲がる円弧部とを有し、
前記ルーバは、前記延長部において、前記外気流れ方向の最上流に形成される第1のルーバと、前記チューブにおける前記外気流れ方向の上流端部よりも下流側において、前記第1のルーバよりも前記外気流れ方向の下流側に形成される第2のルーバとからなり、
前記第1のルーバと前記第2のルーバとは、前記平板部の高さ方向全体にわたる同一の高さに形成され、
前記第1のルーバの下流端部は、前記チューブの前記外気流れ方向の先端よりも上流に位置し、前記下流端部の高さ方向に渡って同一の切り起し高さに形成される、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項2】
請求項1に記載の熱交換器であって、
前記第1のルーバは、前記下流端部のみが前記壁部の一方の側面に切り起こされる片ルーバであり、
前記第2のルーバは、前記下流端部が前記壁部の一方の側面に切り起こされるとともに上流端部が前記壁部の他方の側面に切り起こされる両ルーバである、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の熱交換器であって、
前記延長部における前記第1のルーバが設けられない平面部の長さは、前記延長部における前記第1のルーバが設けられるルーバ形成部よりも短い、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項4】
請求項1から3のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
各々の前記壁部にて前記チューブの前記先端よりも上流に位置する前記第1のルーバの前記下流端部は一つである、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項5】
請求項1から4のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記チューブは前記フィンと当接する熱交換面が水平になるように配置される、
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項6】
請求項1から5のいずれか一つに記載の熱交換器であって、
前記壁部は、前記接触部に向かって円弧状に曲がる円弧部を有し、
前記ルーバは、前記円弧部には形成されない、
ことを特徴とする熱交換器。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0006】
本発明のある態様によれば、冷凍サイクルを循環する冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器は、平行に並べて複数設けられ冷媒が流通するチューブと、隣り合う前記チューブの間に設けられ外気が通過するフィンと、を備え、前記フィンは、隣り合う前記チューブの一方と他方とに交互に当接する複数の接触部と、隣り合う前記チューブの間を連結するように隣り合う前記接触部どうしを連結する複数の壁部と、前記接触部及び前記壁部が延長されて前記チューブから外気流れ方向の上流に突出する延長部と、前記外気流れ方向に沿って連続するように前記壁部に複数設けられるルーバと、を有し、前記壁部は、平板状に形成される平板部と、前記平板部から前記接触部に向かって円弧状に曲がる円弧部とを有し、前記ルーバは、前記延長部において、前記外気流れ方向の最上流に形成される第1のルーバと、前記チューブにおける前記外気流れ方向の上流端部よりも下流側において、前記第1のルーバよりも前記外気流れ方向の下流側に形成される第2のルーバとからなり、前記第1のルーバと前記第2のルーバとは、前記平板部の高さ方向全体にわたる同一の高さに形成され、前記第1のルーバの下流端部は、前記チューブの前記外気流れ方向の先端よりも上流に位置し、前記下流端部の高さ方向に渡って同一の切り起し高さに形成される