JP2015090219A - 熱交換器の拡管方法及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、伝熱管の後流でのよどみが抑えることで、熱交換性能を高めるとともに通風抵抗損失を抑えた熱交換器の拡管方法を提供することを目的とする。
【解決手段】孔を有する複数の板状のフィンと、複数の冷媒流路を有し、一方の端部の厚みが他方の端部の厚みよりも厚い伝熱管とを備えた熱交換器を拡管する方法であって、一方の端部に位置する冷媒流路を拡管する熱交換器の拡管方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器の拡管方法及び空気調和機に関する。

特許文献１には、熱交換器に用いられる熱交換器用チューブの内部に複数の流路が形成された熱交換器用多穴チューブ、およびこのような熱交換器用多穴チューブの拡管方方法に関して、多穴チューブの中央部の管径を大きくし、これを拡管することが記載されている。

特開２００５−１６４２２１公報

しかしながら、中央部の管を拡管して多穴チューブを全体的に広げることにより多穴チューブを拡管する方法では、広がりに偏りが生じる可能性があり、チューブ外周とフィンの孔内周の密着が劣り、接触熱抵抗が大きく、熱交換性能が低くなる。

そこで、本発明は、熱交換性能を高めた熱交換器の拡管方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る熱交換器の拡管方法は、孔を有する複数の板状のフィンと、複数の冷媒流路を有し、一方の端部の厚みが他方の端部の厚みよりも厚い伝熱管とを備えた熱交換器を拡管する方法であって、一方の端部に位置する冷媒流路を拡管する。

本発明によれば、熱交換性能を高めた熱交換器の拡管方法を提供することができる。

実施例１に係る空気調和機のサイクル構成図である。 実施例１に係る熱交換器の断面図である。 実施例１に係る熱交換器のフィンの孔を示す図である。 実施例１に係る熱交換器のくさび形扁平管を示す図である。 実施例１に係る熱交換器の円管を示す図である。 実施例１に係る熱交換器のフィンの孔にくさび形扁平管を挿入した図である。 実施例１に係る熱交換器のフィンの孔にくさび形扁平管を挿入した後に円管を挿入した図である。 実施例１に係る円管の拡管方法の説明図である。 実施例２に係る熱交換器の伝熱管を示す図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は本実施例に係る空気調和機のサイクル構成図である。冷房運転時は、圧縮機３より吐出された高温且つ高圧の冷媒は、四方弁５を介して室外熱交換器２に流入する。室外熱交換器２に流入した冷媒は、室外送風ファン７によって送られる室外の空気と熱交換することで、凝縮されて液冷媒となる。液冷媒は、膨張弁４を通過することで低温低圧の二相冷媒になり、室内熱交換器１に流入する。室内熱交換器１に流入した低温低圧の二相冷媒は、室内送風ファン６によって送られる室内の空気と熱交換する。このとき、室内熱交換器１に送られた室内の空気は、室内熱交換器１に流入した低温低圧の二相冷媒によって冷却され、吹出口から室内に吐出される。吹出口から室内に吐出される空気は、吸込口における空気の温度よりも低いため、室内の温度を下げることができる。室内熱交換器１で熱交換された冷媒は四方弁５を介して再び圧縮機３に戻る。圧縮機３と室外熱交換器２と室外送風ファン７と膨張弁４は室外機に配置され、室内熱交換器１と室内送風ファン６は室内機に配置されている。

図２は、本実施例に係る室内熱交換器の断面図である。室内熱交換器１は所定の間隔で並べた複数の板状のフィン２０と、フィン２０に直交する方向に、フィン２０の孔２１に挿入された複数のくさび形扁平管３０と円管４０とから構成されている。くさび形扁平管３０と円管４０をフィン２０の孔２１に挿入した後、円管４０を拡管することにより、くさび形扁平管３０と円管４０の外周部がフィン２０のフィンカラー部２２の内周と密着して接触（接合）する。くさび形扁平管３０及び円管４０とフィン２０との密着度を高めることで、伝熱管外周とフィンの孔内周との接触熱抵抗を低減させている。

くさび形扁平管３０と円管４０（以下「伝熱管」という。）は上下方向に等間隔に配置され、フィン２０は空気の流れ方向Ｆに対して２列に配置され、１列目と２列目の伝熱管は同じ高さに配置されている。さらに、また、空気の流れ方向Ｆに対して、下流ほど、くさび形偏平管３０の厚みが薄くなるように配置されている。下流ほど、くさび形偏平管３０の厚みが薄くなるように配置されているので、伝熱管の後流でのよどみが抑えられ、熱交換性能が向上するとともに通風抵抗損失が抑えられる。また、１列目の伝熱管のよどみが抑えられているため、１列目と２列目の伝熱管を同じ高さ位置に配置することにより、２列目の熱交換性能を維持しながら、１列目の伝熱管の後流に配置することにより、通風抵抗損失を抑えることができる。

以下、室内熱交換器２の各構成要素であるフィン２０、くさび形扁平管３０、円管４０及びその組み立て方法について、詳細に説明する。なお、室外熱交換器２も室内熱交換器１と同様の構成であるため、説明を省略する。

図３は、本実施例に係る熱交換器のフィンの孔を示す図である。フィン２０はアルミニウムなどの金属板を材料としている。孔２１（フィンカラー部２２の内周）の形状は、フィン２０の長手方向（図において上下方向）に直角方向にくさび形に細長い。孔２１は上面２１ａ、下面２１ｂ、左側面２１ｃ及び右側面２１ｄから構成されている。上面２１ａ及び下面２１ｂは直線形状であり、左側面２１ｃ及び右側面２１ｄは半円形状であり、左側面２１ｃの半円部が右側面２１ｄの半円部より大きい。

孔２１の大きさは、拡管前の伝熱管（くさび形扁平管３０と円管４０）の外周より若干大きく、円管４０の拡管により、伝熱管外周と接合する大きさである。

図４は、本実施例に係る熱交換器のくさび形扁平管を示す図である。くさび形扁平管３０はアルミニウムなどの金属材料からなり、押し出し成形される。くさび形扁平管３０の形状は、上面３０ａ及び下面３０ｂが直線形状であり、右側ほど厚みが薄い。左側面３０ｃは半円の凹形状であり、右側面３０ｄは半円の凸形状である。

左側面３０ｃの半円の凹形状は右側面３０ｄの半円の凸形状より径が大きく、くさび形扁平管３０の厚みは、空気の流れ方向Ｆに対して下流ほど薄くなるように配置されている。すなわち、本実施例の空気調和機は、孔２１を有する複数の板状のフィン２０と複数の冷媒流路を有する伝熱管（くさび形扁平管３０及び円管４０）とを有する熱交換器（室内熱交換器１又は室外熱交換器２）と、熱交換器に空気を流すファン（室内送風ファン６又は室外送風ファン７）とを備え、伝熱管は、一方の端部（左側面３０ｃ）の厚みが他方の端部（右側面３０ｄ）の厚みよりも厚く、且つ、一方の端部（左側面３０ｃ）が他方の端部（右側面３０ｄ）よりも空気の流れに対して上流側に位置する。

このような本実施例によれば、空気の流れに対して下流ほど厚みが薄くなるので、伝熱管の後流でのよどみが抑えられ、熱交換性能が向上するとともに通風抵抗損失を抑えることができる。

なお、一方の端部とは伝熱管の長手方向（図において左右方向）の上流側端部をいい、他方の端部とは伝熱管の長手方向（図において左右方向）の下流側端部をいう。

空気側上流の冷媒流路ほど空気と冷媒との温度が大きいため、熱交換量が大きくなる。本実施例の空気調和機は、一方の端部（左側面３０ｃ）における伝熱管と孔２１との間の密着度（局所の接触部面積/局所の孔内周長さ）は、他方の端部（右側面３０ｄ）における伝熱管と孔２１との間の密着度（局所の接触部面積/局所の孔内周長さ）より大きく、且つ、一方の端部（左側面３０ｃ）が他方の端部（右側面３０ｄ）よりも空気の流れに対して上流側に位置する。このような本実施例によれば、空気側上流における伝熱管とフィン２０との密着度を高め、熱交換性能の向上を図ることができる。

また、後述の図７に示すように、左側面３０ｃの半円の凹形状は組み立ての際に隣り合う円管４０の外径より若干大きくし、組み立て作業性を向上させている。

上面３０ａ及び下面３０ｂと左側面３０ｃとの接続部分である角部３１に切欠きを設けている。すなわち、長手方向（図において左右方向）におけるくさび形扁平管３０の長さと孔２１の長さの差は、短手方向（図において上下方向）におけるくさび形扁平管３０の長さと孔２１の長さとの差よりも大きくしている。本実施例によれば、くさび形扁平管３０をフィン２０の孔２１へ挿入する際、挿入を容易にすることができる。

くさび形扁平管３０には、その内部に冷媒が流れる冷媒孔３２を複数（５個）有している。本実施例では、冷媒孔３２がくさび形扁平管３０の長手方向に等間隔に設けられている。複数設けることにより、冷媒側伝熱面積を増加することができる。

図５は、本実施例に係る熱交換器の円管を示す図である。円管４０はアルミニウムなどの金属材料からなり、押し出し成形される。円管４０には、中心に冷媒が流れる冷媒孔４１が設けられている。

冷媒流路の断面積が大きい円管４０を空気の流れ方向Ｆに対して上流に配置されている。言い換えると、円管４０の冷媒孔４１の流路断面積は、くさび形扁平管３０の冷媒孔３２の１個の流路断面積より大きい。すなわち、本実施例の空気調和機は、伝熱管の一方の端部（左側面３０ｃ）に位置する冷媒流路の断面積は、他の冷媒流路の断面積より大きい。

通常の扁平管では、複数の冷媒流路のうち、空気側上流の冷媒流路ほど空気と冷媒との温度が大きいため、熱交換量が大きくなる。本実施例によれば、冷媒流量の多い円管を空気側上流に配置したため、熱交換性能の向上を図ることができる。

次に、室内熱交換器１の組み立て方法について説明する。図６は、本実施例に係る熱交換器のフィン２０の孔２１にくさび形扁平管３０を挿入した図である。図７は、本実施例に係る熱交換器のフィン２０の孔２１にくさび形扁平管３０を挿入した後に円管４０を挿入した図である。図８は、本実施例に係る円管４０の拡管方法の説明図である。

まず、図６に示すように、複数枚のフィン２０の孔２１の中央部分にくさび形扁平管３０を挿入する。このとき、くさび形扁平管３０の角部３１に切欠きを設けることにより、挿入しやすくなっている。

次に、図７に示すように、挿入されたくさび形扁平管３０を孔２１の右側にずらして、円管４０をフィン２０の孔２１の左側面半円部２１ｃとくさび形扁平管３０の左側面半円凹部３０ｃからなる略円形隙間に挿入する。

そして、図８に示すように、拡管ビュレット５０を円管４０に挿入し、拡管する。すると、図７に示す円管４０は径が拡大し、円管４０に隣り合ったくさび形扁平管３０は左側面３０ｂから力を受け、フィン２０の孔２１内を右側に移動する。なお、拡管ビュレット５０の代わりに、液圧で円管４０を拡管する方法を用いてもよい。

くさび形扁平管３０及びフィン２０の孔２１は右側ほど厚みが薄くなる形状である。円管４０が拡管されると、円管４０に押されて、くさび形扁平管３０が右側に移動し、孔２１の厚みが薄い部分にくさび形扁平管３０が押し込まれることになる。すると、円管４０及びくさび形扁平管３０とフィン２０との密着度が高まり、熱交換性能を向上させるともに、通風抵抗損失を低減することができる。

言い換えると、円管４０が拡管すると、フィンカラー部２２は円管４０及びくさび形扁平管３０の外周から力を受け、塑性変形し、伝熱管（円管４０及びくさび形扁平管３０）の外周と密着して接触（接合）される。

このように、本実施例の熱交換器の拡管方法は、孔２１を有する複数の板状のフィン２０と、複数の冷媒流路を有し、一方の端部（左側面３０ｃ）の厚みが他方の端部（右側面３０ｄ）の厚みよりも厚い伝熱管とを備えた熱交換器を拡管する方法であって、一方の端部（左側面３０ｃ）に位置する冷媒流路を拡管する。本実施例の拡管方法は、伝熱管全体を変形させるのではなく、伝熱管の一部、すなわち、伝熱管の一方の端部である円管４０のみを拡管し変形させているので、過大な力を必要とせず、設備のコスト低減を図ることができる。

伝熱管（円管４０及びくさび形扁平管３０）とフィン２０の接合にロウ付けでなく、拡管で接合できるため、大掛かりなロウ付けの設備が不要で、また、フィン２０がロウ付けによる高温にさらされることがないので、高温による材料劣化を防止できる。

本実施例の熱交換器の拡管方法は、伝熱管は円管４０と扁平管３０とから構成され、円管４０は一方の端部（左側面３０ｃ）に位置する冷媒流路を有し、扁平管３０は一方の端部（左側面３０ｃ）に位置する冷媒流路以外の冷媒流路を有する熱交換器を拡管する方法であって、円管４０の冷媒流路を拡管する。本実施例によれば、拡管する冷媒流路とその以外の冷媒流路を分けて、拡管に必要な力を低減し、且つ、拡管する冷媒流路以外の伝熱管の変形を抑制することができる。

第１実施例と異なる部分について説明し、第１実施例と重複する部分については説明を省略する。図９は、実施例２に係る熱交換器の伝熱管を示す図である。

実施例１では円管４０とくさび形扁平管３０を別体で構成したが、本実施例では伝熱管を複数の孔を有する１つの扁平管３０で構成し、扁平管３０の端部の冷媒孔４１を拡管する。本実施例によれば、拡管に必要な力は実施例１に比べて増大するが、作業性を向上させることができる。

なお、本発明は、実施形態の個々に限定されることはなく、また、上述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

くさび形扁平管３０を下流側の端部ほど厚みが薄くなる形状について説明したが、上流側の端部ほど厚みが薄くなる形状にしてもよい。

また、本実施例では、くさび形扁平管３０の上面３０ａ及び下面３０ｂ、並びに、孔２１の上面２１ａ及び下面２１ｂが直線形状である場合について説明したが、曲線であってもよい。曲線にすることにより。孔２１の厚みが薄い部分にくさび形扁平管３０が押し込む際の押し込みやすさを調整することができる。

１ 室内熱交換器
２ 室外熱交換器
２０ フィン
２１ 孔
２２ フィンカラー部
３０ 扁平管
３１ 角部
３２ 冷媒孔
４０ 円管
４１ 冷媒孔

Claims (5)

1. 孔を有する複数の板状のフィンと、
   複数の冷媒流路を有し、一方の端部の厚みが他方の端部の厚みよりも厚い伝熱管とを備えた熱交換器を拡管する方法であって、
   前記一方の端部に位置する冷媒流路を拡管する熱交換器の拡管方法。
2. 前記伝熱管は円管と扁平管とから構成され、
   前記円管は前記一方の端部に位置する冷媒流路を有し、
   前記扁平管は前記一方の端部に位置する冷媒流路以外の冷媒流路を有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の拡管方法。
3. 孔を有する複数の板状のフィンと複数の冷媒流路を有する伝熱管とを有する熱交換器と、
   前記熱交換器に空気を流すファンとを備え、
   前記伝熱管は、一方の端部の厚みが他方の端部の厚みよりも厚く、且つ、前記一方の端部が前記他方の端部よりも空気の流れに対して上流側に位置する空気調和機。
4. 前記一方の端部における前記伝熱管と前記孔との間の密着度（局所の接触部面積/孔内周長さ）は、前記他方の端部における前記伝熱管と前記孔との間の密着度（局所の接触部面積/孔内周長さ）より大きいことを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。
5. 前記伝熱管の一方の端部に位置する冷媒流路の断面積は、他の冷媒流路の断面積より大きいことを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。