JP2014119158A - 熱交換器及びこの熱交換器が搭載された空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】端板に設けられたパス配管接続部側の立ち上がり部がロウ付け火炎を遮り、ロウ付け部への入熱量が不安定になることにより発生するロウ付け不良を抑制できるアルミニウム製熱交換器及びこの熱交換器が搭載された空気調和機を提供する。
【解決手段】積層された複数のフィン１１と、フィン１１とフィン１１の端部に設置された端板６とを貫通し拡管、または挿入しロウ付けされてフィン１１及び端板６に接合される伝熱管１２と、伝熱管１２の端部にロウ付けされるパス配管２０とを含み、フィン１１、伝熱管１２、端板６及びパス配管２０のうち少なくともフィン１１、伝熱管１２、パス配管２０がアルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として形成された熱交換器であって、端板６は、平板部６ａと立ち上がり部７とに分割されており、パス配管２０のロウ付け後に、平板部６ａに立ち上がり部７を接合して端板６を形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、熱交換器及びこの熱交換器が搭載された空気調和機に関し、特に、アルミニウムまたはアルミニウム合金で伝熱管が形成された熱交換器及びこの熱交換器が搭載された空気調和機に関する。

アルミニウムまたはアルミニウム合金で伝熱管が形成された熱交換器（以下、アルミニウム製熱交換器という）が、従来より知られている。ここで、アルミニウム製熱交換器というのは、以下に説明するフィン、伝熱管、パス管がいずれもアルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として形成されているものである。このような熱交換器は、複数に積層されたフィンとこれに直交するＵ字型伝熱管をフィンの貫通孔に挿入してＵ字型伝熱管を拡管することにより形成される。また、アルミニウム製熱交換器にはアルミニウム製熱交換器を空気調和機に固定するための端板（アルミニウムまたはアルミニウム合金製）が設けられている。また、冷媒回路を形成するためのパス配管をロウ付けするにあたり、端板に設けられたパス配管接続部側の立ち上がり部がロウ付け火炎を遮るため、ロウ付け部への入熱量が不安定になり、ロウ付け不良が発生してしまうという問題点があった。

アルミニウムまたはアルミニウム合金のロウ付けは、アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点が約５８０℃であるのに対して、ロウ材（Ａ４０４７）の融点が約５３０℃と融点差が約５０℃であるため、ロウ付け部の温度が均一に上昇するように入熱しないとロウ材が溶け終わる前にロウ付け部のアルミニウムまたはアルミニウム合金が局部的に融点に達してしまい、ロウ材よりも先に溶融してしまう。逆に、ロウ付け部のアルミニウムまたはアルミニウム合金が局部的に融点に到達する前に入熱を止めると、ロウ材の溶け残りが発生してしまう。

一方、銅または銅合金で伝熱管が形成された熱交換器（以下、銅製熱交換器という）においては、銅または銅合金の融点が約１０８０℃であるのに対して、ロウ材（リン銅ロウ）の融点が約８００℃と融点差が約２８０℃あるため、不均一にロウ付け部の温度が上昇してもロウ材が溶け終わる前にロウ付け部の銅または銅合金が融点に達して先に溶融してしまう可能性は低い。そのため、アルミニウムまたはアルミニウム合金のロウ付けは、ロウ付け部の温度が均一に上昇するように入熱することが必要である。

伝熱管とパス配管のロウ付けにおいて、従来より端板に設けられたパス配管接続部側の立ち上がり部がロウ付け火炎を遮り、ロウ付けへ悪影響を及ぼしていることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−７５０５６号公報

従来のアルミニウム製熱交換器が搭載された空気調和機（例えば室内機）は、アルミニウム製熱交換器を空気調和機に固定するための端板がアルミニウム製熱交換器に設けられており、端板には位置決めまたは強度の確保のために立ち上がり部が設けられている。この立ち上がり部が伝熱管とパス配管のロウ付け部の高さ付近に存在するとロウ付け火炎が立ち上がり部により遮られ、ロウ付け部への入熱量が不安定になり、ロウ付け不良が発生してしまう。また、伝熱管とパス配管のロウ付け部の高さを立ち上がり部より火炎へ影響のない高さまで伸ばすと、空気調和機の全長を伸ばさなければならないという問題点があった。また、特許文献１のように、立ち上がり部の高さをロウ付けに悪影響がないように低くすることにも限界があり、立ち上がり部がある限りロウ付け不良を抑制するには十分とはいえなかった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、端板に設けられたパス配管接続部側の立ち上がり部がロウ付け火炎を遮り、ロウ付け部への入熱量が不安定になることにより発生するロウ付け不良を抑制できるアルミニウム製熱交換器及びこの熱交換器が搭載された空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る熱交換器は、積層された複数のフィンと、フィンとフィンの端部に設置された端板とを貫通し拡管、または挿入しロウ付けされてフィン及び端板に接合される伝熱管と、伝熱管の端部にロウ付けされるパス配管とを含み、フィン、伝熱管、端板及びパス配管のうち少なくともフィン、伝熱管、パス配管がアルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として形成された熱交換器であって、端板は、平板部と立ち上がり部とに分割されており、パス配管のロウ付け後に、平板部に立ち上がり部を接合して端板を形成するものである。

本発明に係る熱交換器では、端板は、平板部と立ち上がり部とに分割されており、パス配管のロウ付け後に、平板部に立ち上がり部を接合して端板を形成するので、ロウ付け時に端板に立ち上がり部がないため、立ち上がり部がロウ付け火炎を遮ることがなく、またロウ付け部の高さを立ち上がり部より火炎へ影響のない高さまで伸ばすことなく、入熱を安定して行うことが可能となり、ロウ付け不良を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る空気調和機の室内機を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換器の要部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和機に固定した熱交換器の要部を示す斜視図である。 従来の熱交換器のパス配管接続部におけるロウ付け状況を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換器のパス配管接続部におけるロウ付け状況を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る熱交換器のパス配管接続部におけるロウ付け入熱量の比較を示す説明図である。

以下、本発明に係る熱交換器の実施の形態について図面に基づいて説明する。また、以下の実施の形態では、本発明に係る熱交換器を空気調和機の室内機に搭載した場合について説明する。また、以下の説明では、壁掛け型の室内機を用いた例について説明するが、本発明はこれに限らず、床設置型の室内機にも適用できるものである。なお、図１を含め、以下の図面は模式的に表したものであり、各構成部材の大きさの関係についても実際のものとは異なる場合がある。

図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和機の室内機１００を示す概略図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る空気調和機の室内機１００は、空調空間１１０の壁１１１に設置されている。

室内機１００は、筐体１と、筐体１内に送風機５及び室内熱交換器１０を備えている。筐体１は、例えば略直方体の箱形状をしており、筐体１の上部には吸込口２が形成され、下部には吹出口３が形成されている。吸込口２には、筐体１内に吸い込まれる室内空気から塵埃等を除去するためのフィルター２ａが設けられている。吹出口３には、吹出口３から吹き出される空調空気（空気調和された空気）の吹き出し方向を調整する風向調整機構４が設けられている。

送風機５は、例えばクロスフローファンであり、筐体１内に設けられている。また、この送風機５の前面部、上面部及び後面部上方（図１では後面部上方の熱交換器は省略されている）を覆うように、室内熱交換器１０が配置されている。

本実施の形態に係る室内熱交換器１０は、各構成部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として形成された熱交換器であり、フィン１１及び伝熱管１２を含むフィンチューブ型熱交換器である。また、本実施の形態では、円管状の伝熱管１２を用いた複数の熱交換器により室内熱交換器１０を構成している。室内熱交換器１０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として形成された複数のフィン１１と、アルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として形成された複数の円管状の伝熱管１２とを備えている。フィン１１は所定の間隔を設けて積層され、伝熱管１２はこれらフィン１１を貫通して設けられている。

送風機５が駆動されると、空調空間１１０の室内空気は、吸込口２を通じて筐体１内に吸い込まれる。この室内空気は、室内熱交換器１０を通過する際に加熱または冷却され、空調空気となる。この空調空気は吹出口３から吹き出される。

伝熱管１２の内部を流れる作動冷媒としてＲ３２を用いた場合は、Ｒ４１０Ａを冷媒として使用する場合に比べて、同一温度において蒸発潜熱が大きく、より少ない冷媒循環量で同一能力を発揮することが可能である。アルミ円管を伝熱管１２として用いた場合には、耐圧強度を確保するために冷媒流路が銅円管よりも狭くなるため、同一冷媒循環量では冷媒の圧力損失が大きくなるが、Ｒ３２を使用すれば同一能力を出すための冷媒循環量が少なくて済む。そのため、熱交換効率が高いという利点を十分に活かしつつ、冷媒の圧力損失の増大を緩和することができるという点で、アルミ円管を伝熱管１２として用いた室内熱交換器１０とＲ３２冷媒との組合せは相性が良いものである。

また、Ｒ３２の微燃性により冷媒充填量に制限が設けられるが、冷媒流路の狭いアルミ円管を伝熱管１２とすることにより、室内熱交換器１０の内容積を小さく抑えることができるため、冷媒量削減の方向にも対応しやすい。また、環境規制により使用する冷媒の種類が制限され、微燃性を有するＲ３２のような冷媒を選択せざるを得なくなった場合に、冷媒量削減の規制をクリアしつつ、熱交換性能を落とさない空気調和機を提供するためには、アルミ円管を伝熱管１２として熱交換器を構成することが、有力な手段の一つである。

図２は、本発明の実施の形態に係る熱交換器（室内熱交換器１０）の要部を示す斜視図である。
図２に示すように、この室内熱交換器１０は、複数に積層したフィン１１とこれに直交するＵ字型の伝熱管１２を、フィン１１に設けられた貫通孔に挿入して伝熱管１２を拡管することにより密着され形成される。また、室内熱交換器１０には、室内熱交換器１０を筐体１へ固定するための取付部材である端板６（アルミニウムまたはアルミニウム合金製）が設けられている。端板６はフィン１１の端部に設置され、フィン１１と共に伝熱管１２が拡管されることにより密着固定される。

拡管により伝熱管１２とフィン１１及び端板６とを密着固定した後に、伝熱管１２の端部を２次拡管して広げることにより、冷媒回路を形成するためのパス配管２０を接続するための接続部９（パス配管接続部）を形成する。なお、伝熱管１２とフィン１１及び端板６との接合方法は伝熱管１２を拡管する方法に限らずロウ付けでもよいものである。

図３は、本発明の実施の形態に係る空気調和機に固定した熱交換器（室内熱交換器１０）の要部を示す斜視図である。
図３に示すように、端板６には筐体１へ室内熱交換器１０を固定する際の位置決めまたは強度の確保のために立ち上がり部７が形成されている。

端板６と接続部９の距離は筐体１をコンパクトにするために極力短くする必要がある。

図４は、従来の熱交換器のパス配管接続部９におけるロウ付け状況を示す側面図である。
図４に示すように、パス配管接続部９における立ち上がり部７は、端板６の片側（パス配管接続部９側）に設けられており、逆Ｌ字状に折れ曲がった突起部で形成されている。伝熱管１２とパス配管２０とは両側から火炎８を当ててロウ付けするため、端板６とパス配管接続部９の距離を短くすると、伝熱管１２とパス配管２０をロウ付けする際に片側の立ち上がり部７のために火炎８が遮られ、パス配管接続部９への入熱量が不安定になり、ロウ付け不良が発生する。

特にアルミニウムまたはアルミニウム合金のロウ付けは、アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点が約５８０℃であるのに対して、ロウ材２１（アルミロウ材Ａ４０４７）の融点が約５３０℃と融点差が約５０℃であるため、ロウ付け部の温度が均一に上昇するように入熱しないと、ロウ材２１が溶け終わる前にロウ付け部のアルミニウムまたはアルミニウム合金が局部的に融点に達してしまい、ロウ材２１より先に溶融してしまう。逆に、ロウ付け部のアルミニウムまたはアルミニウム合金が局部的に融点に到達する前に入熱を止めると、ロウ材２１の溶け残りが発生してしまう。

一方、銅または銅合金で伝熱管１２及びパス配管２０が形成された銅製熱交換器においては、銅または銅合金の融点が約１０８０℃であるのに対してロウ材（リン銅ロウ）の融点が約８００℃と融点差が約２８０℃あるため、不均一にロウ付け部の温度が上昇してもロウ材が溶け終わる前にロウ付け部の銅または銅合金が融点に達して先に溶融してしまう可能性は低い。そのため、アルミニウムまたはアルミニウム合金のロウ付けは、ロウ付け部の温度が均一に上昇するように入熱することが必要である。

図５は、本発明の実施の形態に係る熱交換器のパス配管接続部９におけるロウ付け状況を示す側面図である。
図５に示すように、本実施の形態では、端板６を平板部６ａと逆Z字状の立ち上がり部７に分割する。そして、パス配管２０をロウ付けする時は平板部６ａのみのままでロウ付けを行い、ロウ付け後に立ち上がり部７を平板部６ａに接合して一体化し、この一体化された端板６を筐体１に固定する。これによって室内熱交換器１０が筐体１の所定の位置に確実に固定される。

端板６の平板部６ａに立ち上がり部７を接合する方法は、本実施の形態ではネジ止めとしているが、これに限らずロウ付け、溶接、リベット加工、カシメ加工等のいずれを用いてもよい。また、端板６はアルミニウムまたはアルミニウム合金製としているが、アルミニウムまたはアルミニウム合金以外の金属（例えば、銅、ステンレス等）を用いてもよい。

以上のように、本実施の形態では、パス配管２０のロウ付け時に、端板６に立ち上がり部７がないため、パス配管接続部９の高さを立ち上がり部７より火炎８へ影響のない高さまで伸ばすことなく入熱を安定して行うことが可能となり、ロウ付け不良を抑制することができる。

また、図６は、本発明の実施の形態に係る熱交換器のパス配管接続部９におけるロウ付け入熱量の比較を示す説明図で、図６（ａ）は従来例、図６（ｂ）は本実施の形態の場合である。
図６（ａ）に示すように、従来のように立ち上がり部７が分割されていない端板６においては、パス配管２０をロウ付けする際に火炎８でパス配管接続部９に入熱した熱が熱伝導により端板６に伝わった時に、複数あるロウ付け部の各所で端板６の熱容量の差が大きい。すなわち、端板６におけるパス配管２０の中心線から左側部分と右側部分（立ち上がり部７がある部分）とでは右側部分の方が熱容量が大きい。そのため、各所でロウ付け部の温度上昇に差が生じ、ロウ付け不良の原因となっている。
これに対して、本実施の形態では、ロウ付け後に立ち上がり部７を平板部６ａに接合するため、端板６の形状が単純化されている。そのため、図６（ｂ）に示すように、パス配管２０をロウ付けする際に火炎８でパス配管接続部９に入熱した熱が熱伝導により平板部６ａに伝わった時に、複数あるロウ付け部の各所で平板部６ａの熱容量の差が少なくなる。すなわち、端板６におけるパス配管２０の中心線から左側部分と右側部分（立ち上がり部７を接合する部分）とでは熱容量がほぼ等しくなる。そのため、各所のロウ付け部の温度上昇が均一になり（各所のロウ付け条件が均一化）、ロウ付け不良が低減する。

なお、本実施の形態では、本発明に係る熱交換器を室内機１００に搭載した例について説明したが、本発明に係る熱交換器を室外熱交換器に搭載しても勿論よい。つまり、本実施の形態では、本発明に係る熱交換器を室内熱交換器１０として用いた例について説明したが、本発明に係る熱交換器を室外熱交換器として用いても勿論よい。

また、本実施の形態では、室内熱交換器１０に円管状の伝熱管１２を用いたが、扁平管状の伝熱管を用いたものでもよい。また、本実施の形態ではフィンチューブ型熱交換器（室内熱交換器１０）を例に本発明を説明したが、種々の熱交換器に本発明を実施できることは言うまでもない。つまり、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された伝熱管を備えた熱交換器に本実施の形態で説明した端板６を用いることにより、本発明を実施することができる。

１ 筐体、２ 吸込口、２ａ フィルター、３ 吹出口、４ 風向調整機構、５ 送風機、６ 端板、６ａ 平板部、７ 立ち上がり部、８ 火炎、９ パス配管接続部（接続部）、１０ 室内熱交換器、１１ フィン、１２ 伝熱管、２０ パス配管、２１ ロウ材、１００ 室内機、１１０ 空調空間、１１１ 壁。

Claims (3)

1. 積層された複数のフィンと、前記フィンと前記フィンの端部に設置された端板とを貫通し拡管、または挿入しロウ付けされて前記フィン及び前記端板に接合される伝熱管と、前記伝熱管の端部にロウ付けされるパス配管とを含み、前記フィン、前記伝熱管、前記端板及び前記パス配管のうち少なくとも前記フィン、前記伝熱管、前記パス配管がアルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として形成された熱交換器であって、
   前記端板は、平板部と立ち上がり部とに分割されており、
   前記パス配管のロウ付け後に、前記平板部に前記立ち上がり部を接合して前記端板を形成する
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 前記伝熱管の内部を流れる作動冷媒としてＲ３２を使用することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 請求項１または２記載の熱交換器を搭載したことを特徴とする空気調和機。

Images