JP2021025718A - ヘッダを有する熱交換器 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)全体構成
図1は、空気調和機100の回路図である。空気調和機100は、室外ユニット10、室内ユニット20、連絡配管30を有する。後述するように、室外ユニット10は、第1実施形態に係る室外熱交換器13を有する。
(2−1)室外ユニット10
室外ユニット10は、熱源として機能する。室外ユニット10は、圧縮機11、四路切換弁12、室外熱交換器13、室外ファン14、膨張弁15、液閉鎖弁17、ガス閉鎖弁18、室外制御部19を有する。さらに、室外ユニットは、複数の内部配管を有する。
圧縮機11は、吸入した低圧ガス冷媒を圧縮することによって、高圧ガス冷媒を作る。圧縮機11は圧縮機モータ11aを有する。圧縮機モータ11aは、圧縮に必要な動力を発生する。
四路切換弁12は、内部配管の接続を切り替える。空気調和機100が冷房運転を行う場合には、四路切換弁12は、図1の実線で示す接続を実現する。空気調和機100が暖房運転を行う場合には、四路切換弁12は、図1の破線で示す接続を実現する。
室外熱交換器13は、冷媒と媒体との間で熱交換を行う。媒体は典型的には空気であるが、水又はブラインであってもよい。冷房運転の場合には、室外熱交換器13は、放熱器(又は凝縮器)として機能する。暖房運転の場合には、室外熱交換器13は、吸熱器(又は蒸発器)として機能する。
室外ファン14は、室外熱交換器13による熱交換を促進する。室外ファン14は、室外ファンモータ14aを有する。室外ファンモータ14aは、空気などの媒体を動かすのに必要な動力を発生する。
膨張弁15は、開度調整可能な弁である。膨張弁15は、冷媒を減圧させる。さらに、膨張弁15は、冷媒の流量を制御する。
液閉鎖弁17は、冷媒流路を遮断することができる。液閉鎖弁17は、例えば空気調和機100の設置などにおいて、設置作業者によって閉じられる。
ガス閉鎖弁18は、冷媒流路を遮断することができる。ガス閉鎖弁18は、例えば空気調和機100の設置などにおいて、設置作業者によって閉じられる。
内部配管は、吐出管16a、ガス側管16b、液側管16c、液側管16d、ガス側管16e、吸入管16fを含む。
室外制御部19は、マイクロコンピュータおよびメモリを有する。室外制御部19は、圧縮機モータ11a、四路切換弁12、室外ファンモータ14a、膨張弁15などを制御する。メモリは、これらの部品を制御するためのソフトウェアを記憶する。
室内ユニット20は、利用者のいる室内の空気を調和する。室内ユニット20は、室内熱交換器22、室内ファン23、室内制御部29を有する。さらに、室外ユニットは、複数の内部配管を有する。
室内熱交換器22は、冷媒と空気との間で熱交換を行う。冷房運転の場合には、室内熱交換器22は、吸熱器(又は蒸発器)として機能する。暖房運転の場合には、室内熱交換器22は、放熱器(又は凝縮器)として機能する。
室内ファン23は、室内熱交換器22による熱交換を促進する。室内ファン23は、室内ファンモータ23aを有する。室内ファンモータ23aは、空気を動かすのに必要な動力を発生する。
内部配管は、液側管26a、ガス側管26bを含む。液側管26aは、後述する液連絡配管31と室内熱交換器22を連絡する。ガス側管26bは、室内熱交換器22と後述するガス連絡配管32を連絡する。
室内制御部29は、マイクロコンピュータおよびメモリを有する。室内制御部29は、室内ファンモータ23aなどを制御する。メモリは、これらの部品を制御するためのソフトウェアを記憶する。
連絡配管30は、室外ユニット10と室内ユニット20の間を移動する冷媒を案内する。連絡配管30は、液連絡配管31と、ガス連絡配管32とを有する。
液連絡配管31は、主に液冷媒又は気液二相冷媒を案内する。液連絡配管31は、液閉鎖弁17と液側管26aを連絡する。
ガス連絡配管32は、主にガス冷媒を案内する。ガス連絡配管32は、ガス閉鎖弁18とガス側管26bを連絡する。
以下の説明において、冷媒は、室外熱交換器13及び室内熱交換器22において、凝縮又は蒸発などの相転移を伴う変化を生じるものとして扱う。しかし、代替的に、冷媒は、室外熱交換器13及び室内熱交換器22において、必ずしも相転移を生じなくともよい。
冷房運転の場合、冷媒は図1の矢印Cの方向に循環する。圧縮機11は、高圧ガス冷媒を図1の矢印Dの方向に吐出する。その後、高圧ガス冷媒は、吐出管16a、四路切換弁12、ガス側管16bを経由して、室外熱交換器13に到達する。室外熱交換器13において、高圧ガス冷媒は凝縮し、高圧液冷媒に変化する。その後、高圧液冷媒は、液側管16cを経由して、膨張弁15に到達する。膨張弁15において、高圧液冷媒は減圧され、低圧気液二相冷媒に変化する。その後、低圧気液二相冷媒は、液側管16d、液閉鎖弁17、液連絡配管31、液側管26aを経由して、室内熱交換器22へ到達する。室内熱交換器22において、低圧気液二相冷媒は蒸発し、低圧ガス冷媒に変化する。この過程で、利用者の室内の空気の温度が低下する。その後、低圧ガス冷媒は、ガス側管26b、ガス連絡配管32、ガス閉鎖弁18、ガス側管16e、四路切換弁12、吸入管16fを経由して、圧縮機11へ到達する。その後、圧縮機11は、低圧ガス冷媒を吸入する。
暖房運転の場合、冷媒は図1の矢印Hの方向に循環する。圧縮機11は、高圧ガス冷媒を図1の矢印Dの方向に吐出する。その後、高圧ガス冷媒は、吐出管16a、四路切換弁12、ガス側管16e、ガス閉鎖弁18、ガス連絡配管32、ガス側管26bを経由して、室内熱交換器22に到達する。室内熱交換器22において、高圧ガス冷媒は凝縮し、高圧液冷媒に変化する。この過程で、利用者の室内の空気の温度が上昇する。その後、高圧液冷媒は、液側管26a、液連絡配管31、液閉鎖弁17、液側管16dを経由して、膨張弁15へ到達する。膨張弁15において、高圧液冷媒は減圧され、低圧気液二相冷媒に変化する。その後、低圧気液二相冷媒は、液側管16cを経由して、室外熱交換器13へ到達する。室外熱交換器13において、低圧気液二相冷媒は蒸発し、低圧ガス冷媒に変化する。その後、低圧ガス冷媒は、ガス側管16b、四路切換弁12、吸入管16fを経由して、圧縮機11へ到達する。その後、圧縮機は、低圧ガス冷媒を吸入する。
(4−1)室外熱交換器13の全体構成
図2は室外熱交換器13の構成を示す。室外熱交換器13は、ガス側ヘッダ51、液側ヘッダ52、複数の伝熱管53、及び複数のフィン54を有する。
図3は、液側ヘッダ52の外観を示す。液側ヘッダ52には、伝熱管53を接続するために複数の穴61aが設けられている。
(4−3−1)板状体の準備
図5は、液側ヘッダ52の製造工程を示す断面図である。
ロウ材が設けられていない面(面621、面622、面631、面632、面641、面651、面652)には、フラックスが塗布される。
内部板材62、内部板材63、内部板材64、内部板材65、外部板材66が、外部板材61の中へ収容される。このとき、対向する面622と面631には、いずれもロウ材が設けられていない。さらに、対向する面632と面641には、いずれもロウ材が設けられていない。
積層された板状体は、炉中にて加熱される。これにより、ロウ材61x、ロウ材64x、ロウ材66xが融解するので、隣接する板状体が結合される。
(5−1)
炉中ロウ付けの前に、外部板材61の複数のカシメ爪61bが内側に曲げられることによって、複数の板状体が固定される。しかし、板状体の多くにロウ材が予め設けられている場合においては、ロウ材が融解することにより、複数の板状体の間に隙間ができる。そのため、炉中ロウ付けの前には板状体がカシメ爪61bによって固定されているにもかかわらず、炉中ロウ付け後の液側ヘッダ52から冷媒が漏洩するおそれがある。
面622と面631の間のロウ材60zの厚みは0.2mm以下である。したがって、内部板材62と内部板材63が相対的に動きにくい。
内部板材62と内部板材63にはロウ材が設けられない。したがって、ロウ材の塗布工程が不要であるので、室外熱交換器13のコストが低下する。
複数の板状体(外部板材61、内部板材62、内部板材63、内部板材64、内部板材65、外部板材66)のうち半数以上(内部板材62、内部板材63、内部板材65)にはロウ材が設けられない。したがって、炉中ロウ付けの工程において、板状体が動きにくい。
ロウ材を設けられない面622及び面631にはフラックスが塗布される。したがって、ロウ材を設けられない面622及び面631に生じた酸化皮膜が除去されるので、他の部材からロウ材を誘導しやすい。
内部板材62及び内部板材63は、C字形状を有する外部板材61に包囲される。したがって、液側ヘッダ52において冷媒の漏洩が起こりにくい。
(6−1)変形例1A
上述の実施形態に係る熱交換器は、室外熱交換器13である。これに代えて、上述の構成及び製造方法を室内熱交換器22に適用してもよい。
上述の実施形態に係る液側ヘッダ52においては、4つの内部板材(内部板材62、内部板材63、内部板材64、内部板材65)のうち3つ(内部板材62、内部板材63、内部板材65)が、ロウ材を設けられないベア材である。これに代えて、4つの内部板材(内部板材62、内部板材63、内部板材64、内部板材65)の全てがベア材であってもよい。
上述の実施形態に係る液側ヘッダ52においては、内部板材の数は4である。これに代えて、内部板材の数が4以外であってもよい。例えば内部板材の数は、2、3、又は5であってもよい。
(1)構成
図7は、図2の室外熱交換器13におけるガス側ヘッダ51の製造工程を示す断面図である。ガス側ヘッダ51もまた積層型ヘッダであり、積層された複数の板状体を有する。複数の板状体は、外部板材71、内部板材72、外部板材73を含む。
面722と面731aの間隙、及び、面722と面731bの間隙に予めロウ材を配置せずにこれらの面を接合できるので、内部板材72と外部板材73が相対的に動きにくく、ガス側ヘッダ51において冷媒漏洩が起こりにくい。
上述の実施形態に係る熱交換器は、室外熱交換器13である。これに代えて、上述の構成及び製造方法を室内熱交換器22に適用してもよい。
<むすび>
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。
13 :室外熱交換器(熱交換器)
20 :室内ユニット
22 :室内熱交換器
51 :ガス側ヘッダ
52 :液側ヘッダ(ヘッダ)
53 :伝熱管(伝熱部材)
54 :フィン(伝熱部材)
60z :ロウ材
61 :外部板材(第3部材)
61x :ロウ材
61y :ロウ材
61z :ロウ材
62 :内部板材(第1部材)
63 :内部板材(第2部材)
64 :内部板材
64x :ロウ材
64y :ロウ材
65 :内部板材
66 :外部板材(部材)
66x :ロウ材
66y :ロウ材
66z :ロウ材
71 :外部板材
71x :ロウ材
71y :ロウ材
72 :内部板材
73 :外部板材
73y :ロウ材
100 :空気調和機
611 :第1壁部外面
612 :第1壁部内面
613 :第2壁部外面
614 :第2壁部内面(第3面)
615 :第3壁部外面
616 :第3壁部内面(第3面)
621 :面(第4面)
622 :面(第1面)
631 :面(第2面)
632 :面(第5面)
711 :第1壁部外面
712 :第1壁部内面
713 :第2壁部外面
714 :第2壁部内面
715 :第3壁部外面
716 :第3壁部内面
T1 :第1厚(第1厚)
T2 :第2厚(第2厚、第3厚)
Claims (9)
- 冷媒を案内するヘッダ(52)と、
前記ヘッダに接続され、前記冷媒と媒体との熱交換を行う伝熱部材(53、54)と、
を備える熱交換器(13)であって、
前記ヘッダは、
第1面(622)を有する第1部材(62)と、
前記第1面と対向する第2面(631)を有する第2部材(63)と、
前記第1面及び前記第2面と交差するとともに前記第1部材及び前記第2部材と接合される第3面(614、616)を有する第3部材(61)と、
を有し、
前記第1面と前記第2面は第1厚(T1)のロウ材(60z)で接合され、
前記第3面と前記第1部材は第2厚(T2)のロウ材(61x)で接合され、
前記第3面と前記第2部材は第3厚(T2)のロウ材(61x)で接合され、
前記第1厚は前記第2厚よりも小さく、
前記第1厚は前記第3厚よりも小さく、
前記第1厚は0.2mm以下である、
熱交換器(13)。 - 冷媒を案内するヘッダ(52)と、
前記ヘッダに接続され、前記冷媒と媒体との熱交換を行う伝熱部材(53、54)と、
を備える熱交換器(13)であって、
前記ヘッダは、
ロウ材が塗布されていない第1面(622)を有する第1部材(62)と、
前記第1面と対向するとともにロウ材が塗布されていない第2面(631)を有する第2部材(63)と、
前記第1面及び前記第2面の両方と交差するとともにロウ材(61x)が塗布されている第3面(614、616)を有する第3部材(61)と、
を有し、
前記第3面に塗布されている前記ロウ材が前記第1面及び前記第2面の間に侵入することによって、前記第1面と前記第2面とを接合している、
熱交換器(13)。 - 前記第1面と前記第2面とを接合している前記ロウ材の厚みは、0.2mm以下である、
請求項2に記載の熱交換器。 - 前記第1部材は、前記第1面の裏側にロウ材が塗布されていない第4面(621)を有し、
前記第2部材は、前記第2面の裏側にロウ材が塗布されていない第5面(632)を有する、
請求項2又は請求項3に記載の熱交換器。 - 前記ヘッダは、前記第1部材、前記第2部材、及び前記第3部材を含む複数のヘッダ構成部材を有し、
複数の前記ヘッダ構成部材のうちの半数以上には、ロウ材が塗布されていない、
請求項2から4のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 複数の前記ヘッダ構成部材は、少なくとも2つのロウ材が塗布された部材(61、66)を有し、
前記少なくとも2つのロウ材が塗布された部材は、前記第1部材及び前記第2部材に対し、前記第1面及び前記第2面に交差する方向の両側に位置する、
請求項5に記載の熱交換器。 - 前記第1面及び前記第2面には、フラックスが塗布される、
請求項2から6のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記第3部材はC字形状の断面を有するとともに、前記第1部材及び前記第2部材を包囲している、
請求項1から7のいずれか1項に記載の熱交換器。 - ロウ材が塗布されていない第1面(622)を有する第1部材(62)と、ロウ材が塗布されていない第2面(631)を有する第2部材(63)と、ロウ材(61x)が塗布される第3面(614、616)を有する第3部材(61)と、を準備し、
前記第1面と前記第2面を対向させ、
前記第3面を、前記第1部材及び前記第2部材の両方と接触させ、
前記第1部材、前記第2部材、前記第3部材を、炉中において加熱することによって、前記第3面に塗布されている前記ロウ材を前記第1面及び前記第2面の間に侵入させる、
ヘッダ(52)の製造方法。
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