JP2020186831A - 熱交換器、ヒートポンプ装置および熱交換器の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
空気調和装置1について図面を参照しながら説明する。
室外ユニット2は、空調対象空間外、例えば、建物の屋上や建物の壁面近傍等に設置される。
室内ユニット9は、空調対象空間に設置されるユニットである。室内ユニット9は、例えば天井埋込式のユニットであるが、天井吊下式、壁掛式、または床置式のユニットであってもよい。また、室内ユニット9は、空調対象空間の外に設置されてもよい。例えば、室内ユニット9は、屋根裏、機械室、ガレージ等に設置されてもよい。この場合、室内熱交換器91において冷媒と熱交換した空気を、室内ユニット9から空調対象空間へと供給する空気通路が設置される。空気通路は、例えばダクトである。
制御部3は、空気調和装置1を構成する各種機器の動作を制御する機能部である。
図面を参照しながら、室外熱交換器11の構成について説明する。
分流器22は、冷媒を分流させる機構である。また、分流器22は、冷媒を合流させる機構でもある。分流器22には、液冷媒管20が接続される。分流器22は、複数の分流管22a〜22eを有する。分流器22は、液冷媒管20から分流器22流入した冷媒を複数の分流管22a〜22eに分流させて、液ヘッダ40内に形成されている複数の空間に導く機能を有する。また、分流器22は、液ヘッダ40から分流管22a〜22eを介して流入した冷媒を合流させて液冷媒管20へと導く機能を有する。
扁平管群28Gは、伝熱管群の例である。扁平管群28Gは、複数の伝熱管として、複数の扁平管28(伝熱管の一例)を含む。扁平管28は、図3のように伝熱面となる扁平面28aを上下に有する扁平な伝熱管である。扁平管28には、図3のように、冷媒が流れる冷媒通路28bが複数形成されている。例えば、扁平管28は、冷媒が流れる通路断面積が小さな冷媒通路28bが多数形成されている扁平多穴管である。これらの複数の冷媒通路28bは、本実施形態では空気流れ方向に並んで設けられている。なお、扁平管28の冷媒通路28bに垂直な断面における最大幅は、主ガス冷媒管接続部19aの外径の70%以上であってよく、85%以上であってもよい。
複数のフィン29は、室外熱交換器11の伝熱面積を増大するための部材である。各フィン29は、扁平管28の並べられている段方向に延びる板状の部材である。室外熱交換器11は、複数の水平方向に延びる扁平管28が上下方向に並べて配置される態様で使用される。したがって、室外熱交換器11が室外ユニット2に設置された状態では、各フィン29は上下方向に延びる。
液ヘッダ40およびガスヘッダ70は、中空の部材である。
液ヘッダ40の長手方向は、上下方向である。
ガスヘッダ70の長手方向は、上下方向(第2方向の一例)である。
空気調和装置1が暖房運転を行うことで室外熱交換器11が冷媒の蒸発器として機能する場合には、液冷媒管20から分流器22に到達した気液二相状態の冷媒は、分流管22a〜22eを経て、液ヘッダ40の液側内部空間23を構成する各サブ空間23a〜23eに流入する。具体的には、分流管22aを流れた冷媒はサブ空間23aに、分流管22b流れた冷媒はサブ空間23bに、分流管22cを流れた冷媒はサブ空間23cに、分流管22dを流れた冷媒はサブ空間23dに、分流管22eを流れた冷媒はサブ空間23eに、それぞれ流れる。液側内部空間23のサブ空間23a〜23eに流入した冷媒は、各サブ空間23a〜23eに接続されている各扁平管28を流れる。各扁平管28を流れる冷媒は、空気と熱交換することで蒸発し、気相の冷媒となってガスヘッダ70のガス側内部空間25に流入することで、合流する。
図6に、ガスヘッダ70に対して主ガス冷媒管接続部19aが接続されている様子を示す側面視外観構成図を示す。図7に、ガスヘッダ70の平面視断面図を示す。図8に、ガスヘッダ70に対して主ガス冷媒管接続部19aおよび扁平管28が接続されている様子を示す平面視断面図を示す。
第1部材71は、主に、後述する第4部材74と共にガスヘッダ70の外形の周囲を構成する部材である。
第3部材73は、第1部材71の扁平管接続板71aの第1ガス冷媒管19が接続されている側の面に面して接するように積層され、上下方向でかつ左右方向に広がった平板形状の部分である。この第3部材73の左右の長さは、第1部材71の扁平管接続板71aのうち両端部を除いた部分の左右の長さと同様である。
第2部材72は、第1部材71の扁平管接続板71aと主ガス冷媒管接続部19aとの前後方向における間に配置されている。第2部材72は、平面視において略U字形状の部材である。
第4部材74は、第2部材72の連結部72aの前側の面に対して面して接するように積層され、上下方向でかつ左右方向に広がった平板形状の部分である。この第4部材74の左右の長さは、第3部材73の左右の長さと同様であり、第1部材71の扁平管接続板71aのうち両端部を除いた部分の左右の長さと同様である。
室外熱交換器11は、液ヘッダ40およびガスヘッダ70に対して複数の扁平管28と分流器22と第1ガス冷媒管19等が仮組みされた状態で、炉中において加熱され、ロウ付けされる。
(5−1)
本実施形態の室外熱交換器11のガスヘッダ70では、外周に位置する第1部材71が有するクラッド層C1やクラッド層C2のシリコン含有量よりも、第1部材71の内側に位置する第3部材73が有するクラッド層C3のシリコン含有量の方が多くなるように構成されている。
従来の円筒形状のガスヘッダでは、扁平形状の伝熱管である扁平管を挿入させる場合には、扁平管の端部の全体が円筒形状のガスヘッダの内部に位置させるために、扁平管をガスヘッダ内に大きく挿入させることが必要である。このため、円筒形状のガスヘッダ内部では、扁平管の端部の上下において、冷媒が滞留してしまう無駄なスペースが生じている。この傾向は、扁平管幅を大きくするほど顕著になってしまう。
本実施形態の室外熱交換器11のガスヘッダ70では、扁平管接続板71aを含む第1部材71が比較的薄く形成されている。このため、ロウ付けによる接合の前段階において、扁平管28を扁平管接続開口71xに挿入する作業を行う際に、扁平管接続開口71xの内周面と扁平管28の外周面との間で生じる摩擦を小さく抑え、挿入作業を容易にすることが可能となっている。
本実施形態の室外熱交換器11のガスヘッダ70では、第2部材72が有する第1凸部72dと第2凸部72eとの最短距離(左右方向の距離)が、扁平管28の各冷媒通路28bに垂直な断面における最大幅よりも小さくなっている。このため、ガスヘッダ70における扁平管28の差し込み程度を規定することができている。
(6−1)変形例A
上記実施形態では、室外熱交換器11のガスヘッダ70が有する第2部材72について、連結部72aが第1内壁72bの端部と第2内壁72cの端部とを連結させる形態を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、ガスヘッダ70が第3部材73と第4部材74を有している場合について例に挙げて説明した。
上記実施形態では、ガスヘッダ70の外側に位置する第1部材71が有するクラッド層C1やクラッド層C2のシリコン含有量よりも、ガスヘッダ70の内部に位置する第3部材73が有するクラッド層C3のシリコン含有量を多くする形態を例に挙げて説明した。
なお、上記実施形態および各変形例では、各部材間を接合させる2つのクラッド層について、加熱源から遠い箇所のクラッド層の方が、加熱源から近い位置のクラッド層よりも、シリコン含有量を高くし、融液の割合を高めることで、ロウ付けによる接合を良好に似行う場合を例に挙げて説明した。
11 室外熱交換器(熱交換器)
28 扁平管(伝熱管)
70 ガスヘッダ(ヘッダ)
71 第1部材
71a 扁平管接続板(第1部分)
71x 扁平管接続開口(開口)
72 第2部材
73 第3部材
73x 内部開口(第2開口)
C1 クラッド層
C2 クラッド層(第1部材と第2部材との間のロウ層、第1部材と第3部材との間のロウ層、第1部材のクラッド層)
C3 クラッド層(第2部材と第3部材との間のロウ層、第3部材のクラッド層)
C6 クラッド層(第1部材と第2部材との間のロウ層、第1部材と第3部材との間のロウ層、第1クラッド層)
C7 クラッド層(第2部材と第3部材との間のロウ層、第2クラッド層)
C8 クラッド層(第1部材と第2部材との間のロウ層、第1部材と第3部材との間のロウ層、第1クラッド層)
C9 クラッド層(第2部材と第3部材との間のロウ層、第2クラッド層)
270 ヘッダ
271 第1外側部材(第1部材、第5部材)
272 第1内側部材(第3部材、第7部材)
273 第2内側部材(第2部材、第6部材)
274 第3内側部材(第3部材、第7部材)
275 第2外側部材(第1部材、第5部材)
271x 伝熱管接続開口(開口)
Claims (11)
- ヘッダ(70、270)と、前記ヘッダに接続された複数の伝熱管(28)と、を備えた熱交換器(11)であって、
前記ヘッダは、ロウ付けされる第1部材(71、271、275)と第2部材(72、273)と第3部材(73、272、274)を含む複数の部材を有しており、
前記第2部材と前記第3部材との間のロウ層(C3、C7、C9)の所定温度における融液の割合が、前記第1部材と前記第2部材との間のロウ層(C2、C6、C8)および/または前記第1部材と前記第3部材との間のロウ層(C2)の前記所定温度における融液の割合よりも大きい、
熱交換器。 - ヘッダ(70、270)と、前記ヘッダに接続された複数の伝熱管(28)と、を備えた熱交換器(11)であって、
前記ヘッダは、ロウ付けされる第1部材(71、271、275)と第2部材(72、273)と第3部材(73、272、274)を含む複数の部材を有しており、
前記第2部材と前記第3部材との間のロウ層(C3、C7、C9)におけるシリコンの含有量が、前記第1部材と前記第2部材との間のロウ層(C2、C6、C8)および/または前記第1部材と前記第3部材との間のロウ層(C2)におけるシリコンの含有量よりも多い、
熱交換器。 - 前記第2部材と前記第3部材との間のロウ層(C3、C7、C9)の所定温度における融液の割合が、前記第1部材と前記第2部材との間のロウ層(C2、C6、C8)および/または前記第1部材と前記第3部材との間のロウ層(C2)の前記所定温度における融液の割合よりも大きい、
請求項2に記載の熱交換器。 - 前記第2部材と前記第3部材との間のロウ層(C3、C7、C9)は、前記第1部材と前記第2部材との間のロウ層(C2、C6、C8)および/または前記第1部材と前記第3部材との間のロウ層(C2)の内側に配置される、
請求項1から3のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記第1部材は、前記伝熱管が挿入される第1開口(71x)を複数有する板状の第1部分(71a)を有しており、
前記第3部材は、前記伝熱管が挿入される第2開口(73x)を複数有する板状部材であり、
前記第1部分と前記第3部材とは板厚方向に積層されている、
請求項1から4のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記伝熱管が延びる方向視において、各第1開口の輪郭は、各第2開口の輪郭の内側に位置している、
請求項5に記載の熱交換器。 - 前記第1部材と前記第2部材と前記第3部材は、いずれもアルミニウムまたはアルミニウム合金を含んでいる、
請求項1から6のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記第1部材と前記第2部材と前記第3部材は、いずれも厚みが3mm以下である、
請求項1から7のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の熱交換器が搭載されたヒートポンプ装置(1)。
- クラッド層(C2)を有する第1部材(71)と、第2部材(72)と、クラッド層(C3)を有する第3部材(73)と、を有するヘッダ(70)と、前記ヘッダに接続された複数の伝熱管(28)と、を備える熱交換器(11)の製造方法であって、
前記第1部材(71)の前記クラッド層(C2)を前記第2部材側とし、前記第3部材(73)の前記クラッド層(C3)を前記第2部材側として、前記第1部材と前記第2部材と前記第3部材とを積層する工程と、
前記第1部材と前記第2部材と前記第3部材を加熱し、前記第1部材(71)と前記第2部材(72)をロウ付けしつつ、前記第2部材(72)と前記第3部材(73)とをロウ付けする工程と、
を備え、
前記第3部材(73)の前記クラッド層(C3)の所定温度における融液の割合が、前記第1部材(71)の第3部材(73)の前記クラッド層(C2)の前記所定温度における融液の割合よりも多い、
熱交換器の製造方法。 - 第5部材(271、275)と、第6部材(273)と、第1クラッド層(C6、C8)および第2クラッド層(C7、C9)を有する第7部材(272、274)と、を有するヘッダ(270)と、前記ヘッダに接続された複数の伝熱管(28)と、を備える熱交換器(11)の製造方法であって、
前記第1クラッド層(C6、C8)を前記第5部材側とし、前記第2クラッド層(C7、C9)を前記第6部材側として、前記第5部材と前記第6部材と前記第7部材とを積層する工程と、
前記第5部材と前記第6部材と前記第7部材を加熱し、前記第5部材(271、275)と前記第7部材(272、274)をロウ付けしつつ、前記第2クラッド層(C7、C9)を介して前記第6部材(273)と前記第7部材(272、274)とをロウ付けする工程と、
を備え、
前記第2クラッド層(C7、C9)の所定温度における融液の割合が、前記第1クラッド層(C6、C8)の前記所定温度における融液の割合よりも多い、
熱交換器の製造方法。
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