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

熱交換器、ヒートポンプ装置および熱交換器の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】複数の部材で構成されるヘッダのロウ付け不良を抑制させることが可能な熱交換器、ヒートポンプ装置および熱交換器の製造方法を提供する。【解決手段】ガスヘッダと、ガスヘッダに接続された複数の扁平管と、を備えた室外熱交換器であって、ガスヘッダは、互いにロウ付けされる第1部材71と第2部材72と第3部材73を含む複数の部材を有しており、第2部材72と第3部材73との間のクラッド層C3の所定温度における融液に割合が、第1部材71と第2部材72との間のクラッド層C2および/または第1部材71と第3部材73との間のクラッド層C2の所定温度における融液の割合よりも大きい。【選択図】図15

Description

本開示は、熱交換器、ヒートポンプ装置および熱交換器の製造方法に関する。
従来より、空気調和装置等の冷媒サイクル装置では、内部を冷媒が流れる伝熱管がヘッダに対して接続されることで構成された熱交換器が用いられている。
例えば、特許文献1(国際公開第2015/004719号)に記載の熱交換器では、複数の板状部材を積層させて構成したヘッダが用いられている。このヘッダは、ロウ材が塗布されないベア材と、表裏面にロウ材が塗布されたクラッド材と、を交互に積層させた状態でこれらの各部材をロウ付けにより接合させている。
上述のような複数の部材をロウ付け接合する場合には、例えば、入熱に用いる熱源の近くに位置するロウ材に比べて、熱源から遠く離れて位置するロウ材は融けにくく、ロウ付け不良が生じるおそれがある。
本開示の内容は、複数の部材で構成されるヘッダのロウ付け不良を抑制させることが可能な熱交換器、ヒートポンプ装置および熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
第1観点に係る熱交換器は、ヘッダと、ヘッダに接続された複数の伝熱管と、を備えている。ヘッダは、ロウ付けされる第1部材と第2部材と第3部材を含む複数の部材を有している。第2部材と第3部材との間のロウ層の所定温度における融液の割合が、第1部材と第2部材との間のロウ層および/または第1部材と第3部材との間のロウ層の所定温度における融液の割合よりも大きい。
なお、第1部材と第2部材との間のロウ層と、第1部材と第3部材との間のロウ層と、は、いずれかのみが存在していてもよいし、両方が存在していてもよい。
ここでいう所定温度は、特に限定されないが、例えば、第2部材と第3部材との間のロウ層と第1部材と第2部材との間のロウ層のいずれにおいても融液が生じる温度であってもよいし、第2部材と第3部材との間のロウ層と第1部材と第3部材との間のロウ層のいずれにおいても融液が生じる温度であってもよいし、第2部材と第3部材との間のロウ層と第1部材と第2部材との間のロウ層と第1部材と第3部材との間のロウ層のいずれにおいても融液が生じる温度であってもよい。このような温度としては、例えば、580℃以上であってよく、590℃以上であってもよい。また、所定温度の上限は、特に限定されないが、例えば、660℃以下であってよく、630℃以下とすることができる。これらの炉中の雰囲気温度としては、特に限定されないが、例えば、1000℃以上1300℃以下であってよい。
また、特に限定されないが、熱交換器の施工状態において、ヘッダの長手方向は鉛直方向であってもよいし、水平方向であってもよい。
この熱交換器は、ロウ付け時の第2部材と第3部材との間のロウ層の温度が、第1部材と第2部材との間のロウ層および/または第1部材と第3部材との間のロウ層の温度よりも低い場合であっても、第2部材と第3部材とのロウ付けの接合状態を良好にすることが可能になる。
第2観点に係る熱交換器は、ヘッダと、ヘッダに接続された複数の伝熱管と、を備えている。ヘッダは、ロウ付けされる第1部材と第2部材と第3部材を含む複数の部材を有している。第2部材と第3部材との間のロウ層におけるシリコンの含有量が、第1部材と第2部材との間のロウ層および/または第1部材と第3部材との間のロウ層におけるシリコンの含有量よりも多い。
なお、第2部材と第3部材との間のロウ層におけるシリコン合金のシリコン含有量が、第1部材と第2部材との間のロウ層および/または第1部材と第3部材との間のロウ層におけるシリコン合金のシリコン含有量よりも多いことが好ましい。
ここでいう所定温度は、特に限定されないが、例えば、第2部材と第3部材との間のロウ層と第1部材と第2部材との間のロウ層のいずれにおいても融液が生じる温度であってもよいし、第2部材と第3部材との間のロウ層と第1部材と第3部材との間のロウ層のいずれにおいても融液が生じる温度であってもよいし、第2部材と第3部材との間のロウ層と第1部材と第2部材との間のロウ層と第1部材と第3部材との間のロウ層のいずれにおいても融液が生じる温度であってもよい。このような温度としては、例えば、580℃以上であってよく、590℃以上であってもよい。また、所定温度の上限は、特に限定されないが、例えば、660℃以下であってよく、630℃以下とすることができる。これらの炉中の雰囲気温度としては、特に限定されないが、例えば、1000℃以上1300℃以下であってよい。
この熱交換器は、ロウ付け時の第2部材と第3部材との間のロウ層の温度が、第1部材と第2部材との間のロウ層および/または第1部材と第3部材との間のロウ層の温度よりも低い場合であっても、第2部材と第3部材とのロウ付けの接合状態を良好にすることが可能になる。
第3観点に係る熱交換器は、第2観点の熱交換器であって、第2部材と第3部材との間のロウ層の所定温度における融液の割合が、第1部材と第2部材との間のロウ層および/または第1部材と第3部材との間のロウ層の所定温度における融液の割合よりも大きい。
この熱交換器は、ロウ付け時の第2部材と第3部材との間のロウ層の温度が、第1部材と第2部材との間のロウ層および/または第1部材と第3部材との間のロウ層の温度よりも低い場合であっても、第2部材と第3部材とのロウ付けの接合状態を良好にすることが可能になる。
第4観点に係る熱交換器は、第1観点から第3観点のいずれかの熱交換器であって、第2部材と第3部材との間のロウ層は、第1部材と第2部材との間のロウ層および/または第1部材と第3部材との間のロウ層の内側に配置される。
この熱交換器は、第2部材と第3部材との間のロウ層は、第1部材と第2部材との間のロウ層および/または第1部材と第3部材との間のロウ層の内側に配置されることで、ロウ付け時の第2部材と第3部材との間のロウ層への入熱が第1部材と第2部材との間のロウ層および/または第1部材と第3部材との間のロウ層よりも少ない場合であっても、第2部材と第3部材とのロウ付けの接合状態を良好にすることが可能になる。
第5観点に係る熱交換器は、第1観点から第4観点のいずれかの熱交換器であって、第1部材は、板状の第1部分を有している。第1部分は、伝熱管が挿入される第1開口を複数有している。第3部材は、伝熱管が挿入される第2開口を複数有する板状部材である。第1部分と第3部材とは板厚方向に積層されている。
この熱交換器は、第1部材の第1部分が有する第1開口において、挿入された伝熱管をロウ付けにより接合することが可能になる。ここで、第1部材と第3部材が板厚方向に積層して配置されることにより、合計の厚みが確保されるため、ヘッダの強度を高めることができている。このため、ヘッダの強度を確保しつつ第1部材を薄く形成することが可能になるため、伝熱管を挿入する際に生じうる伝熱管周囲面と第1開口との間の摩擦を低減させることが可能になる。
第6観点に係る熱交換器は、第5観点の熱交換器であって、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。
この熱交換器は、ロウ付け時において、伝熱管端部近傍において余剰となりうるロウ材を、伝熱管の外側であって第3部材の第2開口の内側の領域に移動させることが可能となる。このため、伝熱管の流路がロウ材で閉塞されることを抑制できる。
第7観点に係る熱交換器は、第1観点から第6観点のいずれかの熱交換器であって、第1部材と第2部材と第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。
第8観点に係る熱交換器は、第1観点から第7観点のいずれかの熱交換器であって、第1部材と第2部材と第3部材は、いずれも厚みが3mm以下である。
この熱交換器は、第1部材と第2部材と第3部材の厚みが3mm以下であるため、各部材を特定の形状に加工しやすい。
第9観点に係るヒートポンプ装置は、第1観点から第8観点のいずれかの熱交換器が搭載されている。
第10観点に係る熱交換器の製造方法は、ヘッダと、ヘッダに接続された複数の伝熱管と、を備える熱交換器の製造方法であって、積層する工程と、ロウ付けする工程と、を備えている。ヘッダは、第1部材と、第2部材と、第3部材と、を有している。第1部材は、クラッド層を有している。第3部材は、クラッド層を有している。積層する工程では、第1部材のクラッド層を第2部材側とし、第3部材のクラッド層を第2部材側として、第1部材と第2部材と第3部材とを積層する。ロウ付けする工程では、第1部材と第2部材と第3部材を加熱し、第1部材と第2部材をロウ付けしつつ、第2部材と第3部材とをロウ付けする。第3部材のクラッド層の所定温度における融液の割合は、第1部材のクラッド層の所定温度における融液の割合よりも多い。
なお、第1部材と第3部材だけでなく、第2部材においても、クラッド層が設けられていてもよい。
ここでいう所定温度は、特に限定されないが、例えば、第1部材のクラッド層と第3部材のクラッド層のいずれにおいても融液が生じる温度であってよく、例えば、580℃以上であってよく、590℃以上であってもよい。また、所定温度の上限は、特に限定されないが、例えば、660℃以下であってよく、630℃以下とすることができる。これらの炉中の雰囲気温度としては、特に限定されないが、例えば、1000℃以上1300℃以下であってよい。
この熱交換器の製造方法によれば、第1部材と第2部材と第3部材を加熱してロウ付けする際の、第3部材のクラッド層の温度が第1部材のクラッド層の温度よりも低い場合であっても、第2部材と第3部材とのロウ付けの接合状態が良好な熱交換器を得ることが可能になる。
第11観点に係る熱交換器の製造方法は、ヘッダと、ヘッダに接続された複数の伝熱管と、を備える熱交換器の製造方法であって、積層する工程と、ロウ付けする工程と、を備えている。ヘッダは、第5部材と、第6部材と、第7部材と、を有している。第7部材は、第1クラッド層および第2クラッド層を有している。積層する工程では、第1クラッド層を第5部材側とし、第2クラッド層を第6部材側として、第5部材と第6部材と第7部材とを積層する。ロウ付けする工程では、第5部材と第6部材と第7部材を加熱し、第5部材と第7部材をロウ付けしつつ、第2クラッド層を介して第6部材と第7部材とをロウ付けする。第2クラッド層の所定温度における融液の割合は、第1クラッド層の所定温度における融液の割合よりも多い。
なお、第7部材だけでなく、第5、6部材においても、クラッド層が設けられていてもよい。
ここでいう所定温度は、特に限定されないが、例えば、第1クラッド層と第2クラッド層のいずれにおいても融液が生じる温度であってよく、例えば、580℃以上であってよく、590℃以上であってもよい。また、所定温度の上限は、特に限定されないが、例えば、660℃以下であってよく、630℃以下とすることができる。これらの炉中の雰囲気温度としては、特に限定されないが、例えば、1000℃以上1300℃以下であってよい。
この熱交換器の製造方法によれば、第5部材と第6部材と第7部材を加熱してロウ付けする際の、第2クラッド層の温度が第1クラッド層の温度よりも低い場合であっても、第6部材と第7部材とのロウ付けの接合状態が良好な熱交換器を得ることが可能になる。
空気調和装置の概略構成図である。 室外熱交換器の概略斜視図である。 室外熱交換器の熱交換部の部分拡大図である。 熱交換部における伝熱フィンの扁平管に対する取付状態を示す概略図である。 冷媒の蒸発器として機能する室外熱交換器における冷媒流れの様子を示す説明図である。 ガスヘッダに対して主ガス冷媒管接続部が接続されている様子を示す側面視外観構成図である。 ガスヘッダの平面視断面図である。 ガスヘッダに対して主ガス冷媒管接続部および扁平管が接続されている様子を示す平面視断面図である。 第1部材を後ろ側から見た概略図である。 第3部材を後ろ側から見た概略図である。 第2部材を後ろ側から見た概略図である。 第2部材の外観斜視図である。 第4部材を後ろ側から見た概略図である。 第1部材を後ろ側から見た場合の各開口の位置関係を示す投影図である。 ガスヘッダの各部材のクラッド層を示す平面視分解断面図である。 変形例Aにおける、ガスヘッダに対して主ガス冷媒管接続部および扁平管が接続されている様子を示す平面視断面図である。 変形例Aにおける、第2部材を後ろ側から見た場合の各開口の位置関係を示す投影図である。 変形例Bにおけるガスヘッダの平面視断面図である。 変形例Cにおけるヘッダの概略分解斜視図である。
以下、本開示の熱交換器が採用された空気調和装置の実施形態について説明する。
(1)空気調和装置の構成
空気調和装置1について図面を参照しながら説明する。
図1は、本開示の一実施形態に係る熱交換器を室外熱交換器11として有する空気調和装置1の概略構成図である。
空気調和装置1(ヒートポンプ装置の一例)は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことにより、空調対象空間の冷房および暖房を行う装置である。空調対象空間は、例えば、オフィスビル、商業施設、住居等の建物内の空間である。なお、空気調和装置は、冷媒サイクル装置の一例に過ぎず、本開示の熱交換器は、他の冷媒サイクル装置、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、給湯器、床暖房装置等に使用されるものであってもよい。
空気調和装置1は、図1のように、主として、室外ユニット2と、室内ユニット9と、液冷媒連絡管4およびガス冷媒連絡管5と、室外ユニット2および室内ユニット9を構成する機器を制御する制御部3と、を有する。液冷媒連絡管4およびガス冷媒連絡管5は、室外ユニット2と室内ユニット9とを接続する冷媒連絡管である。空気調和装置1では、室外ユニット2と室内ユニット9とが、液冷媒連絡管4およびガス冷媒連絡管5を介して接続されることで、冷媒回路6が構成される。
なお、図1では、空気調和装置1は室内ユニット9を1台有するが、空気調和装置1は、液冷媒連絡管4およびガス冷媒連絡管5によって室外ユニット2に対して互いに並列に接続される複数の室内ユニット9を有してもよい。また、空気調和装置1は複数の室外ユニット2を有してもよい。また、空気調和装置1は、室外ユニット2と室内ユニット9とが一体に形成されている、一体型の空気調和装置であってもよい。
(1−1)室外ユニット
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。
室外ユニット2は、主として、アキュムレータ7、圧縮機8、四路切換弁10、室外熱交換器11、膨張機構12、液側閉鎖弁13およびガス側閉鎖弁14、および室外ファン16を有している(図1参照)。
室外ユニット2は、冷媒回路6を構成する各種機器を接続する冷媒管として、吸入管17、吐出管18、第1ガス冷媒管19、液冷媒管20、および第2ガス冷媒管21を主に有する(図1参照)。吸入管17は、四路切換弁10と圧縮機8の吸入側とを接続する。吸入管17には、アキュムレータ7が設けられている。吐出管18は、圧縮機8の吐出側と四路切換弁10とを接続する。第1ガス冷媒管19は、四路切換弁10と室外熱交換器11のガス側とを接続する。液冷媒管20は、室外熱交換器11の液側と液側閉鎖弁13とを接続する。液冷媒管20には、膨張機構12が設けられている。第2ガス冷媒管21は、四路切換弁10とガス側閉鎖弁14とを接続する。
圧縮機8は、吸入管17から冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を吸入し、図示しない圧縮機構で冷媒を圧縮して、圧縮した冷媒を吐出管18へと吐出する機器である。
四路切換弁10は、冷媒の流向を切り換えることで、冷媒回路6の状態を、冷房運転の状態と、暖房運転の状態との間で変更する機構である。冷媒回路6が冷房運転の状態にある時には、室外熱交換器11が冷媒の放熱器(凝縮器)として機能し、室内熱交換器91が冷媒の蒸発器として機能する。冷媒回路6が暖房運転の状態にある時には、室外熱交換器11が冷媒の蒸発器として機能し、室内熱交換器91が冷媒の凝縮器として機能する。四路切換弁10が冷媒回路6の状態を冷房運転の状態とする場合には、四路切換弁10は、吸入管17を第2ガス冷媒管21と連通させ、吐出管18を第1ガス冷媒管19と連通させる(図1の四路切換弁10内の実線参照)。四路切換弁10が冷媒回路6の状態を暖房運転の状態とする場合には、四路切換弁10は、吸入管17を第1ガス冷媒管19と連通させ、吐出管18を第2ガス冷媒管21と連通させる(図1中の四路切換弁10内の破線参照)。
室外熱交換器11(熱交換器の一例)は、内部を流れる冷媒と室外ユニット2の設置場所の空気(熱源空気)との間で熱交換を行わせる機器である。室外熱交換器11の詳細については後述する。
膨張機構12は、冷媒回路6において室外熱交換器11と室内熱交換器91との間に配置される。本実施形態では、膨張機構12は、室外熱交換器11と液側閉鎖弁13との間の液冷媒管20に配置されている。なお、本空気調和装置1では、膨張機構12が室外ユニット2に設けられているが、これに代えて、膨張機構12は後述する室内ユニット9に設けられていてもよい。膨張機構12は、液冷媒管20を流れる冷媒の圧力や流量の調節を行う機構である。本実施形態では、膨張機構12は開度可変の電子膨張弁であるが、膨張機構12は感温筒式の膨張弁やキャピラリチューブであってもよい。
アキュムレータ7は、流入する冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する気液分離機能を有する容器である。また、アキュムレータ7は、運転負荷の変動等に応じて発生する余剰冷媒の貯留機能を有する容器である。
液側閉鎖弁13は、液冷媒管20と液冷媒連絡管4との接続部に設けられている弁である。ガス側閉鎖弁14は、第2ガス冷媒管21とガス冷媒連絡管5との接続部に設けられている弁である。液側閉鎖弁13およびガス側閉鎖弁14は、空気調和装置1の運転時には開かれている。
室外ファン16は、図示しない室外ユニット2のケーシング内に外部の熱源空気を吸入して室外熱交換器11に供給し、室外熱交換器11において冷媒と熱交換した空気を室外ユニット2のケーシング外に排出するためのファンである。室外ファン16は、例えばプロペラファンである。
(1−2)室内ユニット
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。
室内ユニット9は、室内熱交換器91および室内ファン92を主に有する(図1参照)。
室内熱交換器91では、室内熱交換器91を流れる冷媒と、空調対象空間の空気との間で熱交換が行われる。室内熱交換器91は、タイプを限定するものではないが、例えば、図示しない複数の伝熱管とフィンとを有するフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室内熱交換器91の一端は、冷媒配管を介して液冷媒連絡管4と接続される。室内熱交換器91の他端は、冷媒配管を介してガス冷媒連絡管5と接続される。
室内ファン92は、室内ユニット9のケーシング(図示せず)内に空調対象空間内の空気を吸入して室内熱交換器91に供給し、室内熱交換器91において冷媒と熱交換した空気を空調対象空間へと吹き出す機構である。室内ファン92は、例えばターボファンである。ただし、室内ファン92のタイプは、ターボファンに限定されるものではなく適宜選択されればよい。
(1−3)制御部
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。
制御部3は、例えば、室外ユニット2の室外制御ユニット(図示せず)と、室内ユニット9の室内制御ユニット(図示せず)とが、伝送線(図示せず)を介して通信可能に接続されて構成されている。室外制御ユニットおよび室内制御ユニットは、例えば、マイクロコンピュータや、マイクロコンピュータが実施可能な、空気調和装置1の制御用の各種プログラムが記憶されているメモリ等を有するユニットである。なお、図1では、便宜上、室外ユニット2および室内ユニット9とは離れた位置に制御部3を描画している。
なお、制御部3の機能は、室外制御ユニットおよび室内制御ユニットが協働することで実現される必要はない。例えば、制御部3の機能は、室外制御ユニットおよび室内制御ユニットのいずれか一方により実現されてもよいし、室外制御ユニットおよび室内制御ユニットとは異なる図示しない制御装置が制御部3の機能の一部または全部を実現してもよい。
制御部3は、図1に示されるように、圧縮機8、四路切換弁10、膨張機構12、室外ファン16および室内ファン92を含む、室外ユニット2および室内ユニット9の各種機器と電気的に接続されている。また、制御部3は、室外ユニット2および室内ユニット9に設けられた図示しない各種センサと電気的に接続されている。また、制御部3は、空気調和装置1のユーザが操作する図示しないリモコンと通信可能に構成されている。
制御部3は、各種センサの計測信号や、図示しないリモコンから受信する指令等に基づいて、空気調和装置1の運転および停止や、空気調和装置1を構成する各種機器の動作を制御する。
(2)室外熱交換器の構成
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。
図2は、室外熱交換器11の概略斜視図である。図3は、室外熱交換器11の、後述する熱交換部27の部分拡大図である。図4は、熱交換部27における後述するフィン29の扁平管28に対する取付状態を示す概略図である。図5は、室外熱交換器11の概略構成図である。図5に示した熱交換部27の矢印は、暖房運転時(室外熱交換器11が蒸発器として機能する時)の冷媒の流れを示している。
なお、以下の説明において、向きや位置を説明するために、「上」、「下」、「左」、「右」、「前(前面)」、「後(背面)」等の表現を用いる場合がある。これらの表現は、特に断りの無い限り、図2中に描画した矢印の方向に従う。なお、これらの方向や位置を表す表現は、説明の便宜上用いられるものであって、特記無き場合、室外熱交換器11全体や室外熱交換器11の各構成の向きや位置を記載の表現の向きや位置に特定するものではない。
室外熱交換器11は、内部を流れる冷媒と空気との間で熱交換を行わせる機器である。
室外熱交換器11は、分流器22と、複数の扁平管28を含む扁平管群28Gと、複数のフィン29と、液ヘッダ40と、ガスヘッダ70(ヘッダの一例)と、を主に有している(図4および図5参照)。本実施形態では、分流器22、扁平管28、フィン29、液ヘッダ40およびガスヘッダ70は、全て、アルミニウム製、または、アルミニウム合金製である。
後述するように扁平管28と扁平管28に固定されるフィン29とは、熱交換部27を形成する(図2および図3参照)。室外熱交換器11は、1列の熱交換部27を有するものであり、空気流れ方向に複数の扁平管28が並んだものではない。室外熱交換器11では、熱交換部27の扁平管28とフィン29とにより形成される通風路を空気が流れることで、扁平管28を流れる冷媒と、通風路を流れる空気との間で熱交換が行われる。熱交換部27は、上下方向に並んだ、第1熱交換部27aと、第2熱交換部27bと、第3熱交換部27cと、第4熱交換部27dと、第5熱交換部27eと、に区画される(図2参照)。
(2−1)分流器
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。
(2−2)扁平管群
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。
室外熱交換器11では、図5のように、液ヘッダ40側とガスヘッダ70側との間を水平方向に延びる扁平管28が、上下に並べて複数段配置されている。なお、本実施形態では、液ヘッダ40側とガスヘッダ70側との間を延びる扁平管28は、2箇所で曲げられて、扁平管28により構成される熱交換部27は平面視において略U字状に形成されている(図2参照)。また、扁平管28は、ガスヘッダ70との接続箇所において前後方向(第1方向の一例)に延びており、液ヘッダ40との接続箇所において前後方向に延びている。本実施形態では、複数の扁平管28は、上下に一定の間隔をあけて配置されている。
(2−3)フィン
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。
各フィン29には、複数の扁平管28を差し込めるように、図4のように、扁平管28の差し込み方向に沿って延びる切り欠き29aが複数形成されている。切り欠き29aは、フィン29の延びる方向、および、フィン29の厚み方向と直交する方向に延びる。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に形成された切り欠き29aは水平方向に延びる。フィン29の切り欠き29aの形状は、扁平管28の断面の外形の形状にほぼ一致している。切り欠き29aは、フィン29に、扁平管28の配列間隔に対応する間隔を開けて形成されている。室外熱交換器11において、複数のフィン29は、扁平管28の延びる方向に沿って並べて配置される。複数のフィン29の、複数の切り欠き29aのそれぞれに扁平管28が差し込まれることで、隣り合う扁平管28の間が、空気が流れる複数の通風路に区画される。
各フィン29は、扁平管28に対して空気流れ方向の上流側または下流側において、上下方向に連通した連通部29bを有している。本実施形態では、扁平管28に対して風上側にフィン29の連通部29bが位置している。
(2−4)ガスヘッダおよび液ヘッダ
液ヘッダ40およびガスヘッダ70は、中空の部材である。
図5に示すように、液ヘッダ40には各扁平管28の一方側の端部が接続され、ガスヘッダ70には各扁平管28の他方側の端部が接続される。室外熱交換器11は、略円柱状の液ヘッダ40およびガスヘッダ70の軸方向が鉛直方向と概ね一致するように室外ユニット2の図示しないケーシング内に配置される。本実施形態では、室外熱交換器11の熱交換部27は、図2のように平面視U字形状に形成されている。液ヘッダ40は、室外ユニット2の図示しないケーシングの左前方角の近傍に配置される(図2参照)。ガスヘッダ70は、室外ユニット2の図示しないケーシングの右前方角の近傍に配置される(図2参照)。
(2−4−1)液ヘッダ
液ヘッダ40の長手方向は、上下方向である。
液ヘッダ40の液側内部空間23は、複数の仕切板24によって、複数のサブ空間23a〜23eに区画されている(図5参照)。
これらの複数のサブ空間23a〜23eは、上下方向に並んでいる。各サブ空間23a〜23eは、それぞれ仕切板24によって仕切られることにより、液ヘッダ40の液側内部空間23においては非連通状態となっている。
各サブ空間23a〜23eには、分流器22が有する各分流管22a〜22eが、1対1に接続されている。これにより、冷房運転状態では、各サブ空間23a〜23eに到達した冷媒は、各分流管22a〜22eを流れることで分流器22において合流する。また、暖房運転状態では、分流器22において分流された冷媒は、各サブ空間23a〜23eに供給されることになる。
(2−4−2)ガスヘッダ
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。
ガスヘッダ70の内部には単一空間が形成される。液ヘッダ40に設けられていたような上下に並ぶ空間を仕切る仕切板は、ガスヘッダ70のガス側内部空間25には設けられていない。
ガスヘッダ70には、第1ガス冷媒管19におけるガスヘッダ70側の端部を構成する主ガス冷媒管接続部19aおよび分岐ガス冷媒管接続部19bが接続されている(図5参照)。なお、特に限定されないが、主ガス冷媒管接続部19aの外径は、例えば、分岐ガス冷媒管接続部19bの外径の3倍以上であってよく、5倍以上であってもよい。
主ガス冷媒管接続部19aの一端は、ガスヘッダ70の高さ方向における中間位置においてガス側内部空間25と連通するように、ガスヘッダ70に接続されている。
分岐ガス冷媒管接続部19bの一端は、ガスヘッダ70の高さ方向における下端近傍においてガス側内部空間25と連通するように、ガスヘッダ70に接続されている。分岐ガス冷媒管接続部19bの他端は、主ガス冷媒管接続部19aに接続されている。分岐ガス冷媒管接続部19bは、主ガス冷媒管接続部19aよりも細い内径で、主ガス冷媒管接続部19aよりも下方においてガスヘッダ70に接続されることで、ガスヘッダ70の下端近傍に滞留している冷凍機油を、主ガス冷媒管接続部19aに引き込むことが可能であり、圧縮機8に戻すことが可能になっている。
(3)室外熱交換器における冷媒の流れ
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。
空気調和装置1が冷房運転またはデフロスト運転を行う際には、冷媒回路6を暖房運転時とは逆向きに冷媒が流れる。具体的には、第1ガス冷媒管19の主ガス冷媒管接続部19aおよび分岐ガス冷媒管接続部19bを介してガスヘッダ70のガス側内部空間25に高温の気相の冷媒が流入する。ガスヘッダ70のガス側内部空間25に流入した冷媒は、分流されて各扁平管28に流入する。各扁平管28に流入した冷媒は、各扁平管28を通過して、液ヘッダ40の液側内部空間23のサブ空間23a〜23eに流入する。液側内部空間23のサブ空間23a〜23eに流入した冷媒は、分流器22で合流し、液冷媒管20へと流出する。
(4)ガスヘッダの詳細
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。
また、図9に、第1部材71を後ろ側から見た概略図を示す。図10に、第3部材73を後ろ側から見た概略図を示す。図11に、第2部材72を後ろ側から見た概略図を示す。図13に、第4部材74を後ろ側から見た概略図を示す。図14に、第1部材71を後ろ側から見た場合の各開口の位置関係を示す投影図を示す。
さらに、図15に、ガスヘッダ70を構成する第1部材71、第3部材、第4部材の各クラッド層を示す平面視断面図を示す。
ガスヘッダ70は、第1部材71と、第2部材72と、第3部材73と、第4部材74と、図示しない上端蓋部材と下端蓋部材と、を有している。ガスヘッダ70は、第1部材71と第2部材72と第3部材73と第4部材74と上端蓋部材と下端蓋部材とが互いにロウ付けにより接合されて構成されている。
ガスヘッダ70は、平面視における外形が、扁平管28の接続箇所を1つの辺として有する略四角形状となるように構成されている。
(4−1)第1部材
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1部材71は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の心材に対して、ガスヘッダ70の外周を構成する側の表面(外表面)にロウ材を含有するクラッド層C1が形成されている。また、第1部材71は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の心材に対して、ガスヘッダ70の外周を構成する側とは反対側の表面(内表面)にロウ材を含有するクラッド層C2(第1部材と第2部材との間のロウ層の一例、第1部材と第3部材との間のロウ層の一例)が形成されている。なお、特に限定されないが、例えば、クラッド層が形成された部材(以下同様)は、心材に対して板状のクラッド層を熱間圧延により接合して製造してもよい。なお、本実施形態の第1部材71は、例えば、圧延により得られる1枚の板金をガスヘッダ70の長手方向を折り目とした折り曲げ加工により形成することができる。この場合、第1部材71の各部分の板厚は、一様であり、第1厚みを有している。第1厚みとしては、第2部材72の最大厚みや第4部材74よりも薄いことが好ましく、第3部材73の厚みと同じであってよい。第1厚みは、例えば、1.0mm以上2.0mm以下とすることができ、1.5mmであることが好ましい。
クラッド層C1は、ガスヘッダ70の外表面を構成するものであるため、ロウ材と共に、耐食性を有する犠牲陽極材料が含まれている。このような犠牲陽極材としては、例えば、亜鉛または亜鉛を含む合金が挙げられる。クラッド層C1におけるシリコンの含有量は、例えば、6.8重量%以上8.2重量%以下とすることができる。また、クラッド層C1におけるAl−Si合金の含有量は、例えば、6.8重量%以上8.2重量%以下とすることができる。このようなクラッド層C1としては、例えば、アルミのJIS規格にて規定された合金番号がA4N43のものを用いることができる。
クラッド層C2は、ガスヘッダ70の内表面を構成するものであるため、耐食性は求められない。クラッド層C2におけるシリコンの含有量は、クラッド層C1と同じであっても異なっていてもよく、例えば、6.8重量%以上8.2重量%以下とすることができる。また、クラッド層C2におけるAl−Si合金の含有量は、例えば、6.8重量%以上8.2重量%以下とすることができる。このようなクラッド層C2としては、例えば、アルミのJIS規格にて規定された合金番号がA4343のものを用いることができる。
第1部材71は、扁平管接続板71aと、第1外壁71bと、第2外壁71cと、第1爪部71dと、第2爪部71eと、を有している。
扁平管接続板71a(第1部分の一例)は、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。扁平管接続板71aには、上下方向に並んで配置された複数の扁平管接続開口71x(開口の一例)が形成されている。各扁平管接続開口71xは、扁平管接続板71aの厚み方向に貫通した開口である。この扁平管接続開口71xには、扁平管28の一端が完全に通過するように扁平管28が挿入された状態で、扁平管28がロウ付けにより接合される。ロウ付け接合された状態では、扁平管接続開口71xの内周面の全体と扁平管28の外周面の全体とは互いに接した状態となる。ここで、扁平管接続板71aを含む第1部材71の厚みである第1厚みは、例えば、1.0mm以上2.0mm以下程度に比較的薄く形成されているため、扁平管接続開口71xの内周面の板厚方向における長さを短くすることができている。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。
第1外壁71bは、扁平管接続板71aの左側(室外ユニット2の内側、液ヘッダ40側)の端部の前側の面から、後述する第1内壁72bに沿って前側に向けて延び出した平面形状部分である。
第2外壁71cは、扁平管接続板71aの右側(室外ユニット2の外側、液ヘッダ40側とは反対側)の端部の前側の面から、後述する第2内壁72cに沿って前側に向けて延び出した平面形状部分である。
第1爪部71dは、第1外壁71bの前側端部から、右側に向けて延びだした部分である。第2爪部71eは、第2外壁71cの前側端部から、左側に向けて延びだした部分である。
第1爪部71dと第2爪部71eとは、平面視における第1部材71の内側に第2部材72、第3部材73、第4部材74を配置させる前の状態では、それぞれ第1外壁71bと第2外壁71cの延長上に延びた状態となっている。そして、平面視における第1部材71の内側に第2部材72、第3部材73、第4部材74を配置させた状態で、第1爪部71dと第2爪部71eとを互いに近づくように折り曲げることで、第2部材72と第3部材73と第4部材74とが第1部材71によってカシメられることで、互いに固定される。そして、この状態で、炉中等でロウ付けが行われることで、互いの部材がロウ付けによる接合されて完全に固定される。
(4−2)第3部材
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3部材73は、ガスヘッダ70の外周部を構成する部分は無く、ガスヘッダ70の内部を構成しており、第1部材71の内側に位置している。
第3部材73は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の心材に対して、第1部材71の扁平管接続板71aと対向する側の面とは反対側の面(第2部材72側の面)にロウ材を含有するクラッド層C3(第2部材と第3部材との間のロウ層の一例)が形成されている。
第3部材73の厚みは一様であり、第3厚みを有している。第3厚みは、第2部材72の最大厚みや第4部材74よりも薄いことが好ましく、第1部材71の厚みと同じであってよい。第3厚みは、例えば、1.0mm以上2.0mm以下とすることができ、1.5mmであることが好ましい。
クラッド層C3におけるシリコンの含有量は、例えば、9.0重量%以上11.0重量%以下とすることができる。また、クラッド層C3におけるAl−Si合金の含有量は、例えば、9.0重量%以上11.0重量%以下とすることができる。このようなクラッド層C3としては、例えば、アルミのJIS規格にて規定された合金番号がA4045のものを用いることができる。
なお、特に限定されないが、第3部材73のうちクラッド層C3が形成されている側とは反対側の面には、クラッド層を形成されなくてよく、例えば、表面の酸化皮膜を除去するためのフラックス層が形成されていることが好ましい。
第3部材73は、内部板73aと、複数の内部開口73xと、を有している。
内部板73aは、上下方向でかつ左右方向に広がった平板形状を有している。
複数の内部開口73x(第2開口の一例)は、上下方向に並んで配置されており、内部板73aの板厚方向に貫通した開口である。
第3部材73の各内部開口73xは、第1部材71の扁平管接続板71aに形成された各扁平管接続開口71xよりも大きな開口である。第3部材73が第1部材71の扁平管接続板71aに積層された状態では、第3部材73の各内部開口73xの外縁は、各部材の積層方向において、より具体的には前後方向において、第1部材71の扁平管接続板71aに形成された各扁平管接続開口71xの外縁の外側に位置するように構成されている。これにより、ロウ付け接合時にロウ材が毛細管現象により移動して扁平管28の冷媒通路28bを塞いでしまうことを抑制することができている。この観点から、第3部材73の各内部開口73xの外縁の上下の部分は、扁平管接続板71aの各扁平管接続開口71xの外縁の上下の部分から、2mm以上離れていてよく、3mm以上離れていることが好ましい。
なお、第3部材73が有するクラッド層C3は、ガスヘッダ70においては、第1部材71が有するクラッド層C2の内側に位置している。
(4−3)第2部材
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2部材72の内側において、より具体的には第2部材72と第3部材73と扁平管28の端部とで囲まれた空間において、上述のガス側内部空間25が形成される。
第2部材72の最大厚みは、第1部材71の厚みよりも大きいことが好ましい。第2部材72の最大厚みは、プレス加工やパンチ孔あけ加工の容易性の観点から、例えば、4.0mm以下であることが好ましく、3.0mmであることがより好ましい。
なお、第2部材72は、特に限定されないが、ガスヘッダ70の長手方向を押し出し方向とする押し出し成形の工程を経て得られるものであることが好ましい。押し出し成形によれば、厚みが異なる箇所を容易に構成することができる。また、板厚の大きな板金は比較的高価であることから、押し出し成形により分厚い第2部材72を形成することで、コストを抑えることが可能になる。なお、本実施形態の押し出し成形により得られる第2部材72は、ロウ材を有するクラッド層が設けられていないものである。
第2部材72は、第1内壁72bと、第2内壁72cと、連結部72aと、第1凸部72dと、第2凸部72eと、第1縁部72fと、第2縁部72gと、を有している。
連結部72aは、第3部材73の主ガス冷媒管接続部19a側の面と対向しており、上下方向かつ左右方向に広がった板状部分である。連結部72aは、ガスヘッダ70のうち主ガス冷媒管接続部19a側に位置している。連結部72aには、主ガス冷媒管接続部19aの端部が接続される開口であって、連結部72aの板厚方向に貫通した開口である内部ガス管接続開口72xが形成されている。また、連結部72aには、分岐ガス冷媒管接続部19bの端部が接続される開口であって、連結部72aの板厚方向に貫通した開口(図示せず)が形成されている。
第1内壁72bは、連結部72aの左側(室外ユニット2の内側、液ヘッダ40側)の端部から、扁平管28が延びだしている後ろ側に向けて延び出した平面形状部分である。第1内壁72bの左側の面は、第1部材71の第1外壁71bの右側の面と、面接触するように配置される。
第2内壁72cは、連結部72aの右側(室外ユニット2の外側、液ヘッダ40側とは反対側)の端部から、扁平管28が延びだしている後ろ側に向けて延び出した平面形状部分である。第2内壁72cの右側の面は、第1部材71の第2外壁71cの左側の面と、面接触するように配置されている。
なお、第1内壁72bと第2内壁72cとは、互いに対向している。特に、第1内壁72bの前側端部と第2内壁72cの前側端部とも、互いに対向している。
連結部72aと第1内壁72bと第2内壁72cの各厚みは、いずれも、第1部材71の厚みよりも大きく、1.5倍以上であってよく、2倍以上であることが好ましい。
また、特に限定されないが、第1内壁72bと第2内壁72cの扁平管28が伸び出す方向(前後方向)の長さが、連結部72aの扁平管28が伸び出す方向(前後方向)の長さの3倍以上であってよく、5倍以上であることが好ましい。
連結部72aは、第1内壁72bと第2内壁72cとを連結している。具体的には、連結部72aは、第1内壁72bの前側端部(主ガス冷媒管接続部19a側の端部)と第2内壁72cの前側端部(主ガス冷媒管接続部19a側の端部)とを連結している。また、連結部72aは、ガスヘッダ70の平面視において左右方向(第3方向の一例であり、第3方向は第1方向と第2方向の双方に直交する方向であることが好ましく、第1方向と第2方向と第3方向とは互いに直交する方向であることがより好ましい。)に延びている。
なお、第2部材72では、第1内壁72bと第2内壁72cを延ばすだけで、他の部材を追加することなく、ガス側内部空間25を広く確保することが可能になっている。これにより、ガス側内部空間25を通過するガス冷媒が、通過時に圧力損失を受けにくいようにすることが可能になっている。そして、ガス側内部空間25を広く確保するために第1内壁72bと第2内壁72cが扁平管28が延びだしている方向に延ばして構成されているものの、第1内壁72bと第2内壁72cとは連結部72aを介して連結されており、連結部72aと第1内壁72bと第2内壁72cとが一体化されている。これにより、第2部材72の強度を高め、ガスヘッダ70の耐圧強度を高めることが可能になっている。
第1縁部72fは、第1内壁72bよりも後ろ側(扁平管28側)に設けられている。第1縁部72fの左側の面は、第1内壁72bの左側の面と同一面上に形成されており、第1部材71の第1外壁71bの右側面と面接触している。第1縁部72fの後ろ側の端部は、第3部材73の前側の面に接している。第1縁部72fの厚み(左右方向の幅)は、第1内壁72bの厚み(左右方向の幅)よりも小さい。第1縁部72fと第3部材73の前側の面との接触箇所は、扁平管28よりも左側に位置し、第3部材73の内部開口73xの左側端部よりも左側に位置している。
第2縁部72gは、第2内壁72cよりも後ろ側(扁平管28側)に設けられている。第2縁部72gの右側の面は、第2内壁72cの右側の面と同一面上に形成されており、第1部材71の第2外壁71cの左側面と面接触している。第2縁部72gの後ろ側の端部は、第3部材73の前側の面に接している。第2縁部72gの厚み(左右方向の幅)は、第2内壁72cの厚み(左右方向の幅)よりも小さい。第2縁部72gと第3部材73の前側の面との接触箇所は、扁平管28よりも右側に位置し、第3部材73の内部開口73xの右側端部よりも右側に位置している。
平面視において、第1縁部72fと第2縁部72gとの間の長さは、扁平管28の幅よりも広く、第1部材71の扁平管接続開口71xの幅よりも広く、第3部材73の内部開口73xの幅よりも広い。なお、第1縁部72fと第2縁部72gは、いずれもガスヘッダ70の上端から下端まで延びている。
第1凸部72dは、第1内壁72bの後ろ側端部であって第1縁部72fよりも前側の部分から右側(第2内壁72c側)に向けて伸び出した凸部である。この第1凸部72dは、ガスヘッダ70の上端から下端まで延びている。第1凸部72dの右側の端部は、第3部材73の内部開口73xの左側端部よりも右側に位置しており、扁平管28の左側端部よりも右側に位置している。なお、第1凸部72dは、第2部材72の前後方向における中心に対して、扁平管28側に位置している。
第2凸部72eは、第2内壁72cの後ろ側端部であって第2縁部72gよりも前側の部分から左側(第1内壁72b側)に向けて伸び出した凸部である。この第2凸部72eは、ガスヘッダ70の上端から下端まで延びている。第2凸部72eの左側の端部は、第3部材73の内部開口73xの右側端部よりも左側に位置しており、扁平管28の右側端部よりも左側に位置している。なお、第2凸部72eは、第2部材72の前後方向における中心に対して、扁平管28側に位置している。
第1凸部72dと第2凸部72eとの最短距離(左右方向の距離)は、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。これにより、扁平管28をガスヘッダ70に挿入する場合において、第1凸部72dと第2凸部72eが、扁平管28の差し込み程度を規定することができる。これにより、扁平管28の差し込み程度が大きくなりすぎることでガス側内部空間25が小さくなることが抑制される。また、ガスヘッダ70内における複数の扁平管28の各端部の位置を、第1凸部72dと第2凸部72eにおいて揃えることができる。
(4−4)第4部材
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。
第4部材74は、ガスヘッダ70の外周を構成する側の表面(外表面)にロウ材を含有するクラッド層C4が形成されている。また、第4部材74は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の心材に対して、ガスヘッダ70の外周を構成する側とは反対側の表面(内表面)にロウ材を含有するクラッド層C5が形成されている。
第4部材74の厚みは一様であり、第4厚みを有している。第4厚みは、第1厚みや第3厚みよりも厚いことが好ましく、第1部材71の厚みと同じであってよい。第4厚みは、プレス加工やパンチ孔あけ加工の容易性の観点から4.0mm以下であることが好ましく、耐圧強度を向上させる観点から2.0mm以上であることが好ましく、例えば、3.0mmであることがより好ましい。
クラッド層C4は、ガスヘッダ70の外表面を構成するものであるため、ロウ材と共に、耐食性を有する犠牲陽極材料が含まれている。このような犠牲陽極材としては、例えば、亜鉛または亜鉛を含む合金が挙げられる。クラッド層C4におけるシリコンの含有量は、例えば、6.8重量%以上8.2重量%以下とすることができる。また、クラッド層C4におけるAl−Si合金の含有量は、例えば、6.8重量%以上8.2重量%以下とすることができる。このようなクラッド層C4としては、例えば、アルミのJIS規格にて規定された合金番号がA4N43のものを用いることができる。
クラッド層C5は、ガスヘッダ70の内表面を構成するものであるため、耐食性は求められない。クラッド層C5におけるシリコンの含有量は、クラッド層C4と同じであっても異なっていてもよく、例えば、6.8重量%以上8.2重量%以下とすることができる。また、クラッド層C5におけるAl−Si合金の含有量は、例えば、6.8重量%以上8.2重量%以下とすることがでる。このようなクラッド層C5としては、例えば、アルミのJIS規格にて規定された合金番号がA4343のものを用いることができる。
なお、第4部材74は、板状部材であるため、ロウ材を有するクラッド層を表面に設けることは容易である。このため、例えば、上述した第2部材72が押し出し成形により得られる場合のように、第2部材72においてロウ材を有するクラッド層が設けられていない場合であっても、第4部材74に設けられたロウ材によって第2部材72を他の部材とロウ付けにより接合させることが可能となる。
第4部材74は、外部板74aと、外部ガス管接続開口74xと、を有している。
外部板74aは、上下方向でかつ左右方向に広がった平板形状を有している。
外部ガス管接続開口74xは、主ガス冷媒管接続部19aの端部が接続される開口であって、外部板74aの板厚方向に貫通した開口である。
また、外部板74aの下方には、分岐ガス冷媒管接続部19bの端部が接続される開口であって、外部板74aの板厚方向に貫通した開口(図示せず)が形成されている。
これにより、主ガス冷媒管接続部19aおよび分岐ガス冷媒管接続部19bは、外部ガス管接続開口74xと内部ガス管接続開口72xと第1内壁72bと第2内壁72cとで挟まれているガス側内部空間25とを介して、第1部材71の扁平管接続板71aの内側面と連通した状態となっている。
第4部材74は、前側の面が、第1部材71の第1爪部71dおよび第2爪部71eと接してカシメられている。
(4−5)ロウ付け
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。
ガスヘッダ70の仮組みでは、第1部材71のクラッド層C2のうち扁平管接続板71aに形成されている部分は、第3部材73のクラッド層C3が形成されていない部分と接触し、第1部材71のクラッド層C2のうち第1外壁71bや第2外壁71cの内側に形成されている部分は、第2部材72の第1内壁72bや第2内壁72cと接触する状態にする。また、第3部材73のクラッド層C3は、第2部材72の第1縁部72fや第2縁部72gの後ろ側の面と接触する状態にする。そして、第4部材74のうちクラッド層C5が形成されている部分は、第2部材72の連結部72aの前側の面と接触し、第4部材74のうちクラッド層C4が形成されている部分の左右の両端は、それぞれ、第1爪部71dおよび第2爪部71eによりカシメられることで、第1爪部71dおよび第2爪部71eの後ろ側の面に接触する状態にする。
以上の仮組みの状態で室外熱交換器11を炉中で加熱することで、各クラッド層C1〜C5が融解し、第1部材71と第2部材72と第3部材73と第4部材74が互いにロウ付けされる。なお、炉中の室外熱交換器11の周囲温度としては、例えば、1000℃以上1300℃以下である。
(5)実施形態の特徴
(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。
これにより、ガスヘッダ70を構成する各部材を炉中等でロウ付けする場合において、より内部に位置する第3部材73の温度が、より外側に位置する第1部材71の温度よりも高くならない場合であっても、第3部材73のクラッド層C3のシリコン含有量を第1部材71のクラッド層C1やクラッド層C2のシリコン含有量と同じにしている場合よりも、第3部材73が有するクラッド層C3のロウ材が融解して生じる融液を多くすることが可能になっている。
これにより、ガスヘッダ70の内部に位置する部材においても、ロウ付けによる接合を良好に行わせることが可能になる。また、ガスヘッダ70の内部に位置するクラッド層を用いたロウ付けについても、良好な接合状態とすることが可能になる。
また、特にガスヘッダ70のガス側内部空間25を広く確保して容量を大きくする場合には、ロウ付けのための加熱時に内部の部材や内部のクラッド層まで熱が届きにくい問題が顕著になるが、この場合であっても、熱が届きにくい部材や内部のクラッド層においてシリコン含有量を増大させ、融液の割合を増大させることで、ロウ付け接合を良好にすることが可能になる。
(5−2)
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。
これに対して、本実施形態の室外熱交換器11のガスヘッダ70では、第1部材71の扁平管接続板71aや第3部材73が板状に形成されている。そして、扁平管28が第1部材71の扁平管接続板71aや第3部材73に対して垂直に挿入されている。そして、第1部材71の扁平管接続板71aの左右の両端からは第1外壁71bと第2外壁71cが垂直に伸び出しており、第3部材73の左右の両端には第2部材72の第1内壁72bと第2内壁72cが垂直に接合されている。
これにより、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28の端部の周囲において、冷媒が滞留してしまう無駄なスペースを小さくすることが可能になっている。これにより、ガスヘッダ70内を流れるガス冷媒の圧力損失を低減させることが可能になっている。
(5−3)
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。
そして、扁平管接続板71aを含む第1部材71を薄く形成した場合であっても、扁平管接続板71aには板厚方向にさらに第3部材73が積層されている。このため、ガスヘッダ70の扁平管28が接続される側の部分の耐圧強度を高めることが可能になっている。
さらに、第3部材73の各内部開口73xの外縁が、第1部材71の扁平管接続板71aに形成された各扁平管接続開口71xの外縁の外側に位置するように構成されている。このため、ロウ付け時において、扁平管接続板71aの扁平管接続開口71xと扁平管28との間に介在するロウ材が、扁平管28の端部側に向けて溢れ出すことがあっても、溢れ出したロウ材は、扁平管28の外側であって第3部材73の各内部開口73xの内側の空間に送られる。このため、扁平管28の冷媒通路28bがロウ材によって埋められてしまうことを抑制することが可能になっている。
(5−4)
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。
そして、扁平管28の差し込み程度を規定する第1凸部72dと第2凸部72eは、いずれも、第2部材72の前後方向における中心に対して扁平管28側に位置している。このため、ガス側内部空間25を十分に広く確保することが可能になっている。
(6)変形例
(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。
これに対して、室外熱交換器11のガスヘッダ70が有する第2部材としては、例えば、図16、図17に示す形態の第2部材172を用いてもよい。図16は、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である。図17は、第2部材172を後ろ側から見た場合の各開口の位置関係を示す投影図である。
第2部材172は、上記実施形態の第2部材72の連結部72aの代わりに、連結部172aを有している。連結部172aは、第1内壁72bの前後方向(扁平管28が延びだしている方向)における両端の間の部分と、第2内壁72cの前後方向(扁平管28が延びだしている方向)における両端の間の部分との端部と、を連結する。このように、連結部172aは、第1内壁72bと第2内壁72cとを、端部以外の箇所で連結しているため、第2部材172の構造強度を高めることが可能になっている。
連結部172aは、上下方向および左右方向に広がった板状部分である。連結部172aには、上下方向に並んだ複数の内部ガス管接続開口172xを有している。各内部ガス管接続開口172xは、各扁平管28に対応するように設けられている。各内部ガス管接続開口172xの上下方向の大きさは、各扁平管28や第1部材71の各扁平管接続開口71xの上下方向の大きさよりも大きいが、各内部ガス管接続開口172xの幅方向(左右方向)の大きさは、各扁平管28や第1部材71の各扁平管接続開口71xの幅方向(左右方向)の大きさよりも小さい。これにより、扁平管28の挿入程度を規定することが可能になっている。なお、内部ガス管接続開口172xの縁により扁平管28の挿入程度を規定することができるため、上記実施形態の第2部材72のような第1凸部72dや第2凸部72eが不要になっている。
(6−2)変形例B
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。
これに対して、例えば、図18に示すガスヘッダ70のように、上記実施形態における第3部材73および/または第4部材74を省略してもよい。
この場合には、第1部材71の扁平管接続板71aの厚みを増大させることで、耐圧強度を確保することが可能になる。
(6−3)変形例C
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。
これに対して、熱交換器のガスヘッダおよび/または液ヘッダとしては、例えば、図19に示す各部材のロウ付け接合により得られたヘッダ270であってもよい。
ヘッダ270は、第1外側部材271、第1内側部材272、第2内側部材273、第3内側部材274、第2外側部材275を有している。
第1外側部材271、第1内側部材272、第2内側部材273、第3内側部材274、第2外側部材275は、いずれも板状部材である。第1外側部材271、第1内側部材272、第2内側部材273、第3内側部材274、第2外側部材275は、この順に並んで互いにロウ付けにより接合される。
第1外側部材271(第1部材の一例、第5部材の一例)は、上記実施形態で説明した扁平管28等の伝熱管が複数接続される伝熱管接続開口271xを複数有している。伝熱管接続開口271xは、板厚方向に貫通した穴である。複数の伝熱管接続開口271xは、第1外側部材271の長手方向に並んで設けられている。
第1内側部材272(第3部材の一例、第7部材の一例)は、第1外側部材271に対してロウ付けにより接合される部材である。第1内側部材272は、複数の伝熱管接続開口271xと連通するように開口した第1内部開口272xを有している。
第2内側部材273(第2部材の一例、第6部材の一例)は、一方の面が第1内側部材272に、他方の面が第3内側部材274に対してロウ付けにより接合される部材である。第2内側部材273は、第1内側部材272の第1内部開口272xと同程度の大きさの第2内部開口273xを有している。
第3内側部材274(第3部材の一例、第7部材の一例)は、第2外側部材275に対してロウ付けにより接合される部材である。第3内側部材274は、第2内側部材273の第2内部開口273xと同程度の大きさの第3内部開口274xを有している。
第2外側部材275(第1部材の一例、第5部材の一例)は、上記実施形態で説明した主ガス冷媒管接続部19a等または液冷媒管の冷媒管が接続される外部冷媒管接続開口275xを有している。外部冷媒管接続開口275xは、板厚方向に貫通した穴である。外部冷媒管接続開口275xは、第3内側部材274の第3内部開口274xと連通する。
以上の構成において、少なくとも第1内側部材272の両面と第3内側部材274の両面には、それぞれクラッド層が設けられている。具体的には、第1内側部材272の第1外側部材271側にはクラッド層C6(第1部材と第2部材との間のロウ層の一例、第1部材と第3部材との間のロウ層の一例、第1クラッド層の一例)が設けられている。第1内側部材272の第2内側部材273側にはクラッド層C7(第2部材と第3部材との間のロウ層の一例、第2クラッド層の一例)が設けられている。第3内側部材274の第2外側部材275側にはクラッド層C8(第1部材と第2部材との間のロウ層の一例、第1部材と第3部材との間のロウ層の一例、第1クラッド層の一例)が設けられている。第3内側部材274の第2内側部材273側にはクラッド層C9(第2部材と第3部材との間のロウ層の一例、第2クラッド層の一例)が設けられている。
クラッド層C6〜C9は、いずれもシリコンを含有しており、例えば、Al−Si合金を含有している。クラッド層C7のシリコン含有量は、クラッド層C6のシリコン含有量よりも多い。クラッド層C9のシリコン含有量は、クラッド層C8のシリコン含有量よりも多い。
以上の構成において、第1外側部材271、第1内側部材272、第2内側部材273、第3内側部材274、第2外側部材275を積層させた状態で、第1外側部材271側および/または第2外側部材275側に加熱源を配置して、ロウ付け接合する場合には、第2内側部材273には、熱が到達しにくい。しかし、クラッド層C7のシリコン含有量は、クラッド層C6のシリコン含有量よりも多く、クラッド層C9のシリコン含有量は、クラッド層C8のシリコン含有量よりも多い。このため、加熱源から遠いクラッド層C7およびクラッド層C9についても、融液の割合を増大させることが可能になり、ロウ付け接合を良好にすることが可能になる。
(6−4)変形例D
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。
これに対して、加熱源からの距離が異なる各部材間を接合させるクラッド層が3つ以上存在し、加熱源から遠いほどクラッド層におけるシリコン含有量が高くなるように順に配置して、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行うようにしてもよい。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
1 空気調和装置(ヒートポンプ装置)
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)
国際公開第2015/004719号

Claims (11)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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)。
  10. 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。
  11. 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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