JP2023007707A - 熱交換器、熱交換器の製造方法、ヘッダモジュール、並びに空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、熱交換器、熱交換器の製造方法、ヘッダモジュール、並びに空気調和装置に関する。
空気調和装置は、室内機が備える熱交換器と室外機が備える熱交換器との間で冷媒を循環させる冷媒回路を備える装置である。空気調和装置は、空気調和対象の室内空間の空気を冷却する冷房機、あるいは、空気調和対象の室内空間の空気を加温する暖房機として運転される。
空気調和装置が備える熱交換器は、例えば、特許文献1に示すように、一対のヘッダと複数本の伝熱管を備えている。一方のヘッダには外部から冷媒が流入し、当該ヘッダに流入した冷媒は伝熱管を通って、他方のヘッダに流入する。他方のヘッダに流入した冷媒は外部に送出される。
特許文献1に記載の空気調和装置が備える熱交換器が備えるヘッダは、右側外郭部材と左側外郭部材と中央鉛直部材及びその他の部材を接合して構成されている。
空気調和装置メーカにおいては、市場の要求に答えるために、冷暖房能力の異なる様々なタイプの空気調和装置を製造する必要がある。そして、空気調和装置には、空気調和装置の冷暖房能力と釣り合う熱交換器を備える必要がある。そのため、冷暖房能力の異なる様々なタイプの空気調和装置を製造する場合には、空気調和装置の冷暖房能力に見合った様々なタイプの熱交換器を製造する必要がある。具体的には、伝熱管の本数が異なる様々なタイプの熱交換器を製造する必要がある。そのため、冷暖房能力の異なる様々なタイプの空気調和装置を製造する場合には、接続される伝熱管の本数が異なる様々なタイプのヘッダを製造する必要がある。
特許文献1に記載の空気調和装置が備える熱交換器において、ヘッダの設計を変更してヘッダに接続される伝熱管の本数を変更する場合には、ヘッダの長さを変更する必要がある。また、特許文献1に記載の熱交換器が備えるヘッダを構成する前述の構成部品は、ヘッダの長さ方向に延びている。ヘッダの設計を変更してヘッダに接続される伝熱管の本数を変更する場合には、ヘッダを構成する前述の構成部品の全てについて、その長さを変更する必要がある。そして、前述の構成部品の製造には金型を必要とする。
そのため、特許文献1に記載の空気調和装置に設計変更を加えて、冷暖房能力の異なる様々なタイプの空気調和装置を製造する場合には、空気調和装置のタイプ毎に、専用のヘッダ製造用金型を製造する必要がある。そのため、冷暖房能力の異なる様々なタイプの空気調和装置を製造する場合に、熱交換器のヘッダの製造コストが嵩むという問題がある。
本開示は、冷暖房能力の異なる空気調和装置に適合する様々なタイプの熱交換器を製造する場合において、ヘッダを安価に製造できる熱交換器を提供するものである。また、該熱交換器の製造方法と熱交換器を構成するヘッダモジュール、並びに該熱交換器を備える空気調和装置を提供するものである。
上記の目的を達成するために、本開示に係る熱交換器は、一対のヘッダと、一対のヘッダの間に架け渡されるとともに、一対のヘッダの長手方向において、間隔を空けて互いに平行に配列される複数本の伝熱管と、を備え、複数本の伝熱管を経由して、一対のヘッダの間で冷媒が流通する。そして、ヘッダは、ヘッダの長手方向に配列されて互いに気密に接合された複数個のヘッダモジュールを備える。
本開示によれば、複数個のヘッダモジュールを互いに接合してヘッダが構成されるので、接合されるヘッダモジュールの数あるいは形式を変更することによって、ヘッダに接続される伝熱管の本数が異なる熱交換器を製造することができる。そのため、ヘッダに接続される伝熱管の本数が異なる様々なタイプの熱交換器を製造する場合に、熱交換器のタイプ毎に専用のヘッダ製造用金型を製造する必要がないので、ヘッダの製造コストが削減される。その結果、熱交換器の製造コストが削減され、さらには空気調和装置の製造コストが削減される。
以下、本開示の実施の形態に係る空気調和装置と該空気調和装置が備える熱交換器の構成と作用を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面においては、同一または同等の部分に同一の符号を付している。
(空気調和装置)
図1は、本開示の実施の形態に係る空気調和装置100の構成を示す構成図である。空気調和装置100は、冷凍サイクルを利用して、室内空間の冷暖房を行う装置である。図1に示すように、空気調和装置100は、室外機110と、室内機120と、を有している。室外機110と室内機120は、ガス冷媒連絡配管GPと液冷媒連絡配管LPとで連絡されていて、室外機110と室内機120の間で冷媒が循環する冷媒回路が構成されている。
図1は、本開示の実施の形態に係る空気調和装置100の構成を示す構成図である。空気調和装置100は、冷凍サイクルを利用して、室内空間の冷暖房を行う装置である。図1に示すように、空気調和装置100は、室外機110と、室内機120と、を有している。室外機110と室内機120は、ガス冷媒連絡配管GPと液冷媒連絡配管LPとで連絡されていて、室外機110と室内機120の間で冷媒が循環する冷媒回路が構成されている。
(室外機)
室外機110は図示しない筐体を備えていて、図1に示すように、その筐体の内部に、圧縮機111と四方弁112と室外熱交換器113と膨張弁114と室外ファン115と室外機制御部116とを備えている。また、圧縮機111と四方弁112と室外熱交換器113と膨張弁114との間は、冷媒配管で連絡されている。そのため、冷媒が、冷媒配管を通って、これらの間を移動する。
室外機110は図示しない筐体を備えていて、図1に示すように、その筐体の内部に、圧縮機111と四方弁112と室外熱交換器113と膨張弁114と室外ファン115と室外機制御部116とを備えている。また、圧縮機111と四方弁112と室外熱交換器113と膨張弁114との間は、冷媒配管で連絡されている。そのため、冷媒が、冷媒配管を通って、これらの間を移動する。
圧縮機111は、低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮して吐出する機構であって、図示しないインバータモータによって駆動される。インバータモータの回転数は、空気調和装置100の運転状況に応じて、室外機制御部116によって調整される。そして、圧縮機111の容量、つまり単位時間内に圧縮機111から吐出される冷媒の量は、インバータモータの回転数を変化させることによって変化する。
四方弁112は、冷房運転と暖房運転との切換時に、冷媒の流れる方向を切り換える切換弁である。四方弁112は室外機制御部116によって制御されて動作する。
室外熱交換器113は、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する熱交換器であって、本開示に係る熱交換器の例示である。なお、室外熱交換器113の基本的な構成は、1対のヘッダと、該1対のヘッダの間を連絡する複数本の伝熱管と、該複数本の伝熱管と交叉する多数の伝熱フィンを備える点において、従来の熱交換器と変わりはない。室外熱交換器113の詳細な構成と作用については後述する。
膨張弁114は、膨張弁114に流入する高圧の冷媒を減圧して、排出する電動弁である。膨張弁114の開度は、空気調和装置100の運転状況に応じて、室外機制御部116によって調整される。
室外ファン115は、室外機110の図示しない筐体の外部から外気を導入して、室外熱交換器113に吹き付ける電動ファンである。室外熱交換器113に吹き付けられた外気は、室外熱交換器113を通過する冷媒によって、冷却あるいは加温され、その後、筐体の外部に排出される。なお、室外ファン115の回転数は、空気調和装置100の運転状況に応じて、室外機制御部116によって調整される。
室外機制御部116は、マイクロコンピュータを備える制御装置である。前述したように、室外機制御部116は、空気調和装置100の運転状況に応じて、圧縮機111、四方弁112、膨張弁114及び室外ファン115を制御する。また、室外機制御部116による制御は、マイクロコンピュータにインストールされたプログラムに記載された処理を実行することによって実現される。
(室内機)
室内機120は空気調和の対象である室内に配置されて、空気調和装置100が冷房運転される場合には当該室内に冷気を、空気調和装置100が暖房運転される場合には当該室内に暖気を、それぞれ供給する装置である。室内機120は、図示しない筐体を備えていて、図1に示すように、その筐体の内部に、室内熱交換器121、室内ファン122及び室内機制御部123を備えている。
室内機120は空気調和の対象である室内に配置されて、空気調和装置100が冷房運転される場合には当該室内に冷気を、空気調和装置100が暖房運転される場合には当該室内に暖気を、それぞれ供給する装置である。室内機120は、図示しない筐体を備えていて、図1に示すように、その筐体の内部に、室内熱交換器121、室内ファン122及び室内機制御部123を備えている。
室内熱交換器121は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能する熱交換器であって、本開示に係る熱交換器の例示である。室内熱交換器121の基本的な構成も、1対のヘッダと、該1対のヘッダの間を連絡する複数本の伝熱管と、該複数本の伝熱管と交叉する多数の伝熱フィンを備える点において、従来の熱交換器と変わりはない。なお、室内熱交換器121の具体的な構成と作用は、室外熱交換器113と変わりがない。
室内ファン122は、室内機120の図示しない筐体の外部から外気を導入して、室内熱交換器121に吹き付ける電動ファンである。室内熱交換器121に吹き付けられた外気は、室内熱交換器121を通過する冷媒によって、冷却あるいは加温され、その後、筐体の外部に排出される。なお、室内ファン122の回転数は、空気調和装置100の運転状況に応じて、室内機制御部123によって調整される。
室内機制御部123は、マイクロコンピュータを備える制御装置であって、前述したように、空気調和装置100の運転状況に応じて、室内ファン123を制御する。また、室内機制御部123による制御は、マイクロコンピュータにインストールされたプログラムに記載された処理を実行することによって実現される。また、室内機制御部123は、図示しないケーブルを介して室外機制御部116と接続されていて、必要に応じて、相互に信号の送受信を行う。
(冷房運転)
空気調和装置100が冷房運転される場合に、四方弁112の状態は室外機制御部116によって切り替えられて、図1において実線で示す状態になる。この状態において、圧縮機111で圧縮されて高温高圧になったガス冷媒は四方弁112を通って室外熱交換器113に流入する。室外熱交換器113においては、ガス冷媒が担持する熱が外気に放出され、ガス冷媒は低温高圧の液冷媒に変化する。室外熱交換器113においてガス冷媒が担持する熱を吸収した外気は室外ファン115によって筐体の外に排出される。室外熱交換器113を通過した低温高圧の液冷媒は膨張弁114に流入して、そこで減圧されて低温低圧の液冷媒に変化する。そして、膨張弁114から吐出された低温低圧の液冷媒は、液冷媒連絡配管LPを通って室内熱交換器121に流入する。室内熱交換器121において、低温低圧の液冷媒は、外気の熱を吸収してガス冷媒に変化する。そして、室内熱交換器121を通過したガス冷媒は、ガス冷媒連絡配管GPと四方弁112を通って、圧縮機111に帰還する。一方、室内熱交換器121で熱を奪われた外気は、つまり冷却された外気は、室内ファン122によって、室内機120の図示しない筐体の外に送出されて、空気調和対象の室内空間を冷房する。
空気調和装置100が冷房運転される場合に、四方弁112の状態は室外機制御部116によって切り替えられて、図1において実線で示す状態になる。この状態において、圧縮機111で圧縮されて高温高圧になったガス冷媒は四方弁112を通って室外熱交換器113に流入する。室外熱交換器113においては、ガス冷媒が担持する熱が外気に放出され、ガス冷媒は低温高圧の液冷媒に変化する。室外熱交換器113においてガス冷媒が担持する熱を吸収した外気は室外ファン115によって筐体の外に排出される。室外熱交換器113を通過した低温高圧の液冷媒は膨張弁114に流入して、そこで減圧されて低温低圧の液冷媒に変化する。そして、膨張弁114から吐出された低温低圧の液冷媒は、液冷媒連絡配管LPを通って室内熱交換器121に流入する。室内熱交換器121において、低温低圧の液冷媒は、外気の熱を吸収してガス冷媒に変化する。そして、室内熱交換器121を通過したガス冷媒は、ガス冷媒連絡配管GPと四方弁112を通って、圧縮機111に帰還する。一方、室内熱交換器121で熱を奪われた外気は、つまり冷却された外気は、室内ファン122によって、室内機120の図示しない筐体の外に送出されて、空気調和対象の室内空間を冷房する。
(暖房運転)
空気調和装置100が暖房運転される場合に、四方弁112の状態は室外機制御部116によって切り替えられて、図1において破線で示す状態になる。この状態において、圧縮機111で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、四方弁112とガス冷媒連絡配管GPを通って、室内熱交換器121に流入する。室内熱交換器121において、高温高圧のガス冷媒は、そこで熱を放出して、高圧の液冷媒に変化する。室内熱交換器121においてガス冷媒の熱を吸収して昇温した外気は室内ファン122によって筐体の外に送出されて、空気調和対象の室内空間を暖房する。一方、室内熱交換器121を通過した高圧の液冷媒は、液冷媒連絡配管LPを通って、膨張弁114に流入して、そこで膨張して低温低圧の液冷媒に変化する。そして、膨張弁114から吐出された低温低圧の液冷媒は、室外熱交換器113に流入して、そこで外気から熱を吸収してガス冷媒に変化する。室外交換器113を通過したガス冷媒は、四方弁112を通って圧縮機111に帰還する。一方、冷媒に熱を奪われた外気、つまり冷却された外気は室外ファン115によって筐体の外に排出される。
空気調和装置100が暖房運転される場合に、四方弁112の状態は室外機制御部116によって切り替えられて、図1において破線で示す状態になる。この状態において、圧縮機111で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、四方弁112とガス冷媒連絡配管GPを通って、室内熱交換器121に流入する。室内熱交換器121において、高温高圧のガス冷媒は、そこで熱を放出して、高圧の液冷媒に変化する。室内熱交換器121においてガス冷媒の熱を吸収して昇温した外気は室内ファン122によって筐体の外に送出されて、空気調和対象の室内空間を暖房する。一方、室内熱交換器121を通過した高圧の液冷媒は、液冷媒連絡配管LPを通って、膨張弁114に流入して、そこで膨張して低温低圧の液冷媒に変化する。そして、膨張弁114から吐出された低温低圧の液冷媒は、室外熱交換器113に流入して、そこで外気から熱を吸収してガス冷媒に変化する。室外交換器113を通過したガス冷媒は、四方弁112を通って圧縮機111に帰還する。一方、冷媒に熱を奪われた外気、つまり冷却された外気は室外ファン115によって筐体の外に排出される。
(熱交換器)
空気調和装置100は、上記のように作用するので、空気調和装置100の冷暖房能力は、主として、圧縮機111と室外熱交換器113と室内熱交換器121の能力によって変動する。圧縮機111には、空気調和装置100に要求される冷暖房能力に見合った出力が要求される。室外熱交換器113と室内熱交換器121には、空気調和装置100に要求される冷暖房能力に見合った伝熱性能が要求される。
空気調和装置100は、上記のように作用するので、空気調和装置100の冷暖房能力は、主として、圧縮機111と室外熱交換器113と室内熱交換器121の能力によって変動する。圧縮機111には、空気調和装置100に要求される冷暖房能力に見合った出力が要求される。室外熱交換器113と室内熱交換器121には、空気調和装置100に要求される冷暖房能力に見合った伝熱性能が要求される。
室外熱交換器113と室内熱交換器121は、設計変更を容易にして、空気調和装置100に要求される冷暖房能力に見合った伝熱性能が、容易に得られる構造上の工夫がなされている。以下において、室外熱交換器113と室内熱交換器121の構造上の特徴について説明する。なお、前述したように、室内熱交換器121の具体的な構成は、室外熱交換器113と変わりがないので、以下においては、主として、室外熱交換器113について説明する。
図2は、室外熱交換器113の外形を示す斜視図である。図2に示すように、室外熱交換器113は、2本のヘッダ1,2と複数本の伝熱管3を備えている。また、複数本の伝熱管3は互いに平行に配列されて、ヘッダ1とヘッダ2の間に架け渡されている。前述したように、室外熱交換器113は、空気調和装置100において、放熱器あるいは吸熱器として機能する。
また、図2に示すように、室外熱交換器113は複数枚のフィン4を備えている。フィン4は伝熱管3と交叉する金属製の薄板であって、伝熱管3にロウ付けされている。フィン4は伝熱管3にロウ付けされることによって、伝熱管3に伝熱的に接続されている。そのため、室外熱交換器113の伝熱面積が大きくなるので、室外熱交換器113の伝熱性能が向上する。
図3は、伝熱管3の形状を示す斜視図である。図3に示すように、伝熱管3は扁平な管材であって、その内部には複数枚の隔壁3aがあって、その間に複数の流路3bが形成されている。冷媒は流路3bを通ってヘッダ1とヘッダ2の間を移動する。また、隔壁3aを備えることによって、伝熱管3の耐圧性が向上するので、伝熱管3に高圧の冷媒を通すことが可能になる。また、伝熱管3の前縁3cと後縁3dは断面形において滑らかな円弧状の輪郭を有している。そのため、伝熱管3の間を流れる空気の流路抵抗が軽減される。
図4(A)は、室外熱交換器113を図2に示した平面Pで切断して示す断面図である。図4(A)に示すように、室外熱交換器113のヘッダ1,2は、複数個のヘッダモジュール5,6を相互に接続して構成されている。
(ヘッダモジュール)
図4(B)は、ヘッダモジュール5を拡大して示す断面図である。ヘッダモジュール5は本開示の閉塞型ヘッダモジュールの例示であって、金属製の円筒状の本体部5aを備えている。そして、本体部5aの下端は、底板5bによって完全に閉塞されている。一方、本体部5aの上端は開放されている。また、本体部5aの側面には、4個の貫通穴5cが穿設されている。貫通穴5cは上下方向に等間隔に配列されていて、貫通穴5cには伝熱管3の先端が差し込まれる。
図4(B)は、ヘッダモジュール5を拡大して示す断面図である。ヘッダモジュール5は本開示の閉塞型ヘッダモジュールの例示であって、金属製の円筒状の本体部5aを備えている。そして、本体部5aの下端は、底板5bによって完全に閉塞されている。一方、本体部5aの上端は開放されている。また、本体部5aの側面には、4個の貫通穴5cが穿設されている。貫通穴5cは上下方向に等間隔に配列されていて、貫通穴5cには伝熱管3の先端が差し込まれる。
図4(C)は、ヘッダモジュール6を拡大して示す断面図である。ヘッダモジュール6は本開示のオリフィス型ヘッダモジュールの例示であって、金属製の円筒状の本体部6aを備えている。図4(C)に示すように、本体部6aの上端は開放されている。また、本体部6aの側面には、4個の貫通穴6cが穿設されていて、貫通穴6cには伝熱管3の先端が差し込まれる。
図4(C)に示すように、ヘッダモジュール6の本体部6aの下端は、底板6bを備えている。底板6bには平面形において円形をなす連通穴6dが穿設されている。連通穴6dの内径は本体部6aの内径より小さくされているので、連通穴6dを通ってヘッダモジュール6に出入りする流体の流れは連通穴6dで絞られる。そのため、底板6bはオリフィス板として機能する。このように、ヘッダモジュール6は、本体部6aの下端にオリフィス板を備えている。
(ヘッダ)
図4(A)に戻って、ヘッダ1とヘッダ2の詳細な構成を説明する。図4(A)に示すように、ヘッダ1は、底板5bを下方にして配置されたヘッダモジュール5の上に、やはり、底板5bを下方にして配置された別のヘッダモジュール5を載置して結合すると共に、当該別のヘッダモジュール5の上に、底板6bを下方にして配置されたヘッダモジュール6を載置及び結合して構成されている。また、ヘッダ1の最上部に置かれたヘッダモジュール6の上端には、蓋材7が宛がわれている。
図4(A)に戻って、ヘッダ1とヘッダ2の詳細な構成を説明する。図4(A)に示すように、ヘッダ1は、底板5bを下方にして配置されたヘッダモジュール5の上に、やはり、底板5bを下方にして配置された別のヘッダモジュール5を載置して結合すると共に、当該別のヘッダモジュール5の上に、底板6bを下方にして配置されたヘッダモジュール6を載置及び結合して構成されている。また、ヘッダ1の最上部に置かれたヘッダモジュール6の上端には、蓋材7が宛がわれている。
ヘッダモジュール5と別のヘッダモジュール5の間の結合部、当該別のヘッダモジュール5とヘッダモジュール6の間の結合部、およびヘッダモジュール6と蓋材7の間の結合部は、ロウ材8によって接合されている。また、ヘッダ1と伝熱管3との間の接合部もロウ付け接合されている。
ヘッダ1の最下部に配置されたヘッダモジュール5には、冷媒を出入りさせる接続管9が取り付けられていて、ロウ付けによって接合されている。したがって、冷媒は接続管9を通ってヘッダ1に出入りする。
図4(A)に示すように、ヘッダ2は、底板5bを下方にして配置されたヘッダモジュール5の上に、底板6bを下方にして配置されたヘッダモジュール6を載置して結合すると共に、ヘッダモジュール6の上に底板5bを下方にして配置された別のヘッダモジュール5を載置及び結合して構成されている。また、当該別のヘッダモジュール5の上端には、蓋材7が宛がわれている。また、ヘッダ2の最下部に配置されたヘッダモジュール5とヘッダモジュール6の間の結合部、当該ヘッダモジュール6と別のヘッダモジュール5の間の結合部、および当該別のヘッダモジュール5と蓋材7の間の結合部は、ロウ材8によって接合されている。また、ヘッダ2と伝熱管3との間の接合部もロウ付けされている。また、当該別のヘッダモジュール5には、冷媒を出入りさせる接続管10が取り付けられていて、ロウ付けによって接合されている。したがって、冷媒は接続管10を通ってヘッダ2に出入りする。
室外熱交換器113は、上記のように構成されているので、室外熱交換器113が吸熱器として機能する場合は、膨張弁114から送出される低温低圧の液冷媒が接続管9を通って、ヘッダ1の下端に配置されたヘッダモジュール5の内部に流入する。つまり、冷媒が第1の区画C1に流入する。第1の区画C1に流入した冷媒は、ヘッダモジュール5に接続された4本の伝熱管3に分配されて、当該4本の伝熱管3を通って、ヘッダ2の下端に配置されたヘッダモジュール5の内部に流入する。つまり、冷媒は第2の区画C2に流入する。第2の区画C2に流入した冷媒は、ヘッダモジュール5の上方に配置されたヘッダモジュール6が備える連通穴6dを通って、ヘッダモジュール6に流入する。つまり、冷媒は第3の区画C3に流入する。第3の区画C3に流入した冷媒は、当該ヘッダモジュール6に接続された4本の伝熱管3に分配されて、当該4本の伝熱管3を通って、ヘッダ1の中段に配置されたヘッダモジュール5の内部に流入する。つまり、冷媒は第4の区画C4に流入する。第4の区画C4に流入した冷媒は、ヘッダモジュール5の上方、つまりヘッダ1の上端に配置されたヘッダモジュール6が備える連通穴6dを通って、ヘッダモジュール6に流入する。つまり、冷媒は第5の区画C5に流入する。第5の区画C5に流入した冷媒は、ヘッダモジュール6に接続された4本の伝熱管3に分配されて、当該4本の伝熱管3を通って、ヘッダ2の上端に配置されたヘッダモジュール5の内部に流入する。つまり、冷媒は第6の区画C6に流入する。第6の区画C6に流入した冷媒は、そこで集約されて、接続管10を通って、圧縮機111に向けて送出される。なお、この場合、冷媒が伝熱管3を通る間に、冷媒は伝熱管3の外表面に接する空気から熱を吸収して気化する。そのため、接続管10からはガス冷媒が送出される。
また、室外熱交換器113が放熱器として機能する場合は、冷媒が、上記とは逆方向に流れる。すなわち、圧縮機111から吐出される高温高圧のガス冷媒が、接続管10を通って、ヘッダ2の上端に配置されたヘッダモジュール5の内部に流入する。つまり、冷媒が第6の区画C6に流入する。第6の区画C6に流入した冷媒は、上記とは逆の経路を辿って、ヘッダ1の下端に配置されたヘッダモジュール5に辿り着く。つまり、冷媒は第1の区画C1に辿り着く。第1の区画C1に辿り着いた冷媒は、そこで集約されて、接続管9を通って、膨張弁114に流入する。なお、この場合、冷媒が伝熱管3を通る間に、冷媒は伝熱管3の外表面に接する空気に熱を放出して凝縮する。そのため、接続管9からは液冷媒が送出される。
(熱交換器の設計変更1)
さて、前述したように、要求される冷暖房能力に合わせて空気調和装置100を設計変更する場合には、要求される冷暖房能力に見合った伝熱性能が得られるように、室外熱交換器113と室内熱交換器121の設計を変更する必要がある。本実施の形態においては、室外熱交換器113と室内熱交換器121が備える伝熱管3の数を増減して、室外熱交換器113と室内熱交換器121の伝熱性能を変更する。以下において、室外熱交換器113の設計を変更して、伝熱管3の数を増減する例を説明する。
さて、前述したように、要求される冷暖房能力に合わせて空気調和装置100を設計変更する場合には、要求される冷暖房能力に見合った伝熱性能が得られるように、室外熱交換器113と室内熱交換器121の設計を変更する必要がある。本実施の形態においては、室外熱交換器113と室内熱交換器121が備える伝熱管3の数を増減して、室外熱交換器113と室内熱交換器121の伝熱性能を変更する。以下において、室外熱交換器113の設計を変更して、伝熱管3の数を増減する例を説明する。
図5(A)は、室外熱交換器113の設計を変更して伝熱管3の数を減らした例を図4(A)に倣って示す断面図である。図5(A)に示すように、この設計変更に係る室外熱交換器113Aは、室外熱交換器113と同様に、ヘッダ1,2と伝熱管3とフィン4を備えている。
図5(A)に示すように、室外熱交換器113Aが備えるヘッダ1は、底板5bを下方にして配置されたヘッダモジュール5の上方に、やはり底板5bを下方にして配置された別のヘッダモジュール5を載置及び結合して構成されている。また、ヘッダ1の上部に配置されたヘッダモジュール5の上端には、蓋材7が宛がわれている。また、ヘッダ1の下部に配置されたヘッダモジュール5には接続管9が接続され、ヘッダ1の上部に配置されたヘッダモジュール5には接続管10が接続されている。ヘッダ2は、底板5bを下方にして配置された、ヘッダモジュール5の上方に、底板6bを下方にして配置されたヘッダモジュール6を載置及び結合して構成されている。また、ヘッダ2の上部に配置されたヘッダモジュール6の上端には、蓋材7が宛がわれている。
このように、室外熱交換器113Aにおいては、ヘッダ1,2が、それぞれ2本のヘッダモジュール5,6を備えている。そして、室外熱交換器113Aは、合計8本の伝熱管3を備えている。なお、室外熱交換器113においては、ヘッダ1,2が、それぞれ3本のヘッダモジュール5,6を備えている。室外熱交換器113は、合計12本の伝熱管3を備えている。
室外熱交換器113Aは上記の通りに構成されているので、図示しない外部装置から送出された冷媒は、接続管9を通って、ヘッダ1の下部に配置されたヘッダモジュール5に流入する。ヘッダモジュール5に流入した冷媒は、ヘッダモジュール5に接続された4本の伝熱管3に分配されて、伝熱管3を通って、ヘッダ2の下部に配置されたヘッダモジュール5に流入する。ヘッダモジュール5に流入した冷媒は、ヘッダ2の上部に配置されたヘッダモジュール6に流入する。ヘッダモジュール6に流入した冷媒は、ヘッダモジュール6に接続された4本の伝熱管3に分配されて、伝熱管3を通って、ヘッダ1の上部に配置されたヘッダモジュール5に流入する。ヘッダモジュール5に流入した冷媒は、そこで集約されて、接続管10を通って、図示しない別の外部装置に向かって流れる。
このように、図示しない外部装置から送出された冷媒が室外熱交換器113Aのヘッダ1に流入すると、冷媒は伝熱管3を通って、ヘッダ1とヘッダ2の間を交互に移動する。その後、冷媒はヘッダ1から、図示しない別の外部装置に向けて送出される。そして、冷媒が伝熱管3を通る間に、室外熱交換器113Aの周囲の空気と冷媒との間で、熱交換がなされる。
(熱交換器の設計変更2)
図5(B)は、熱交換器113の設計を変更して伝熱管3の数を増やした例を図4(A)に倣って示す断面図である。図5(B)に示すように、この設計変更に係る室外熱交換器113Bは、室外熱交換器113,113Aと同様に、ヘッダ1,2と伝熱管3とフィン4を備えている。
図5(B)は、熱交換器113の設計を変更して伝熱管3の数を増やした例を図4(A)に倣って示す断面図である。図5(B)に示すように、この設計変更に係る室外熱交換器113Bは、室外熱交換器113,113Aと同様に、ヘッダ1,2と伝熱管3とフィン4を備えている。
室外熱交換器113Bのヘッダ1は、底板5bを下方にして配置されたヘッダモジュール5の上方に、やはり底板5bを下方にして配置された別のヘッダモジュール5を、当該別のヘッダモジュール5の上方に、底板6bを下方にして配置されたヘッダモジュール6を、当該ヘッダモジュール6の上方に、底板5bを下方にして配置された更に別のヘッダモジュール5を、それぞれ載置及び結合して構成されている。また、ヘッダ1の最上部に配置されたヘッダモジュール5の上端には、蓋材7が宛がわれている。また、ヘッダ1の最下部に配置されたヘッダモジュール5には接続管9が接続され、ヘッダ1の最上部に配置されたヘッダモジュール5には接続管10が接続されている。
図5(B)に示すように、室外熱交換器113Bのヘッダ2は、底板5bを下方にして配置されたヘッダモジュール5の上方に、底板6bを下方にして配置されたヘッダモジュール6を、当該ヘッダモジュール6の上方に、底板5bを下方にして配置された別のヘッダモジュール5を、当該別のヘッダモジュール5の上方に、底板6bを下方にして配置された別のヘッダモジュール6を、それぞれ載置及び結合して構成されている。また、ヘッダ2の最上部に配置されたヘッダモジュール6の上端には、蓋材7が宛がわれている。
このように、室外熱交換器113Bにおいては、ヘッダ1,2が、それぞれ4本のヘッダモジュール5,6を備えている。そして、室外熱交換器113Bは合計16本の伝熱管3を備えている。
室外熱交換器113Bは上記の通りに構成されているので、図示しない外部装置から送出された冷媒は、接続管9を通って、ヘッダ1の最下部に配置されたヘッダモジュール5に流入する。ヘッダモジュール5に流入した冷媒は、ヘッダモジュール5に接続された4本の伝熱管3を通って、ヘッダ2の最下部に配置されたヘッダモジュール5に流入する。ヘッダモジュール5に流入した冷媒は、ヘッダモジュール5の上方にあって、ヘッダモジュール5に結合されたヘッダモジュール6に流入する。ヘッダモジュール6に流入した冷媒は、ヘッダモジュール6に接続された4本の伝熱管3を通って、ヘッダ1の下から2段目に配置されたヘッダモジュール5に流入する。ヘッダモジュール5に流入した冷媒は、ヘッダモジュール5の上方にあって、ヘッダモジュール5に結合されたヘッダモジュール6、つまり、ヘッダ1の下から3段目に配置されたヘッダモジュール6に流入する。ヘッダモジュール6に流入した冷媒は、ヘッダモジュール6に接続された4本の伝熱管3を通って、ヘッダ2の下から3段目に配置されたヘッダモジュール5に流入する。ヘッダモジュール5に流入した冷媒は、ヘッダモジュール5の上方にあって、ヘッダモジュール5に結合されたヘッダモジュール6、つまり、ヘッダ2の最上段に配置されたヘッダモジュール6に流入する。ヘッダモジュール6に流入した冷媒は、ヘッダモジュール6に接続された4本の伝熱管3を通って、ヘッダ1の最上段に配置されたヘッダモジュール5に流入する。ヘッダモジュール5に流入した冷媒は、そこで集約されて、接続管10を通って、図示しない別の外部装置に向かって流れる。
このように、図示しない外部装置から送出された冷媒が室外熱交換器113Bのヘッダ1に流入すると、冷媒は伝熱管3を通って、ヘッダ1とヘッダ2の間を交互に移動する。その後、冷媒はヘッダ1から、図示しない別の外部装置に向けて送出される。そして、冷媒が伝熱管3を通る間に、室外熱交換器113Bの周囲の空気と冷媒との間で、熱交換がなされる。
前述したように、室外熱交換器113,113A,113Bは、それぞれ設計が異なり、それぞれ12本、8本、16本の伝熱管3を備えている。室外熱交換器113,113A,113Bを構成するヘッダ1,2も、それぞれ設計が異なる。しかしながら、室外熱交換器113,113A,113Bを構成するヘッダ1,2は、いずれも同一のヘッダモジュール5,6を互いに結合して構成されている。室外熱交換器113,113A,113Bを構成するヘッダ1,2は、それぞれを構成するヘッダモジュール5,6の数と結合順序だけが相違する。つまり、室外熱交換器113,113A,113Bは、同一のヘッダモジュール5,6を共通の部品として備えている。そのため、互いに設計が異なる室外熱交換器113,113A,113Bを構成するヘッダ1,2を製造する場合に、それぞれについて、専用のヘッダ製造用金型を準備する必要がない。そのため、室外熱交換器113,113A,113Bを平行して製造する場合に、金型の設計及び製造に掛かるコストが削減される。
(変形例1)
図6は、本開示の変形例1に係る室外熱交換器113が備えるヘッダ1,2を構成するヘッダモジュール11を図4(B)に倣って示す断面図である。
図6は、本開示の変形例1に係る室外熱交換器113が備えるヘッダ1,2を構成するヘッダモジュール11を図4(B)に倣って示す断面図である。
上記実施の形態において、ヘッダモジュール5,6を互いに結合してヘッダ1,2を構成する例を示したが、ヘッダ1,2はヘッダモジュール5,6を互いに結合して構成されるものには限定されない。ヘッダ1,2は、図6に示すヘッダモジュール11を互いに結合して構成されても良い。ヘッダモジュール11とヘッダモジュール5あるいはヘッダモジュール6とを組み合わせて、ヘッダ1,2を構成しても良い。
ヘッダモジュール11は本開示の開放型ヘッダモジュールの例示である。図6に示すように、ヘッダモジュール11は金属製の円筒状の本体部11aを備えて、本体部11aの側面に、4個の貫通穴11cが穿設されている点において、ヘッダモジュール5,6と共通する。貫通穴11cが上下方向に等間隔に配列されていて、貫通穴11cに伝熱管3の先端が差し込まれることも、ヘッダモジュール5,6と共通する。しかしながら、ヘッダモジュール11は、本体部11aの上下の両端が完全に開放されている点で、ヘッダモジュール5,6と相違する。つまり、ヘッダモジュール11は本体部11aの端部に、ヘッダモジュール5,6の底板5b,6bに相当する部材を備えない点で、ヘッダモジュール5,6と相違する。
図7は、ヘッダモジュール11を備える室外熱交換器113Cを図4(A)に倣って示す断面図である。図7に示すように、室外熱交換器113Cが備えるヘッダ1,2は、それぞれヘッダモジュール5とヘッダモジュール11を結合して構成される。前述したように、ヘッダモジュール11は、ヘッダモジュール5,6の底板5b,6bに相当する部材を備えないので、ヘッダ1,2の内部には冷媒の移動を妨げる部材が存在しない。そのため、室外熱交換器113Cにおいて、接続管9を通ってヘッダ1の内部に流入した冷媒は、12本の伝熱管3のそれぞれに分配されて、ヘッダ2に向かって流れる。12本の伝熱管3を通ってヘッダ2に流入した冷媒は、そこで集約されて、接続管10を通って、外部に送出される。
なお、前述したように、ヘッダモジュール11を備えるヘッダ1,2は、図7に示したもの、つまり、ヘッダモジュール11とヘッダモジュール5を組み合せて構成されるものには限定されない。ヘッダ1,2は、ヘッダモジュール11とヘッダモジュール6を組み合せて、あるいはヘッダモジュール11とヘッダモジュール5とヘッダモジュール6を組み合せて、構成されても良い。このように、ヘッダモジュール11とヘッダモジュール5とヘッダモジュール6の組み合わせを可能にすることによって、室外熱交換器113の設計変更の自由度が高くなる。
また、ヘッダモジュール5の底板5b、あるいはヘッダモジュール6の底板6bに相当する仕切板を、別途、準備して、ヘッダモジュール11に接合すれば、ヘッダモジュール11にヘッダモジュール5あるいはヘッダモジュール6と同等の機能を付与することができる。そのため、かかる仕切板を備えれば、室外熱交換器113の設計変更の自由度が更に高くなる。
(変形例2)
図8(A),(B),(C)は、本開示の変形例2に係る室外熱交換器113が備えるヘッダモジュール5を図4(B)に倣って示す断面図である。図8(A),(B),(C)に示すように、変形例2に係るヘッダモジュール5は、本体部5aに継手部材12を備えることを特徴としている。継手部材12は、他のヘッダモジュール5,6,11の端部が差し込まれて、嵌合される凹部である。継手部材12は、図8(A)に示すように、本体部5aの下端にあっても良いし、図8(B)に示すように、本体部5aの上端にあっても良い。あるいは、図8(C)に示すように、継手部材12は、本体部5aの上下両端にあっても良い。
図8(A),(B),(C)は、本開示の変形例2に係る室外熱交換器113が備えるヘッダモジュール5を図4(B)に倣って示す断面図である。図8(A),(B),(C)に示すように、変形例2に係るヘッダモジュール5は、本体部5aに継手部材12を備えることを特徴としている。継手部材12は、他のヘッダモジュール5,6,11の端部が差し込まれて、嵌合される凹部である。継手部材12は、図8(A)に示すように、本体部5aの下端にあっても良いし、図8(B)に示すように、本体部5aの上端にあっても良い。あるいは、図8(C)に示すように、継手部材12は、本体部5aの上下両端にあっても良い。
図9(A),(B),(C)は、本開示の変形例2の別例に係る室外熱交換器113が備えるヘッダモジュール5を図4(B)に倣って示す断面図である。図9(A),(B),(C)に示すように、変形例2の別例に係るヘッダモジュール5は、本体部5aに継手部材13を備えることを特徴としている。継手部材13は、他のヘッダモジュール5,6,11の端部に差し込まれて、嵌合する凸部である。継手部材13は、図9(A)に示すように、本体部5aの下端にあっても良いし、図9(B)に示すように、本体部5aの上端にあっても良い。あるいは、図9(C)に示すように、継手部材13は、本体部5aの上下両端にあっても良い。
このように、ヘッダモジュール5に継手部材12あるいは継手部材13を備えれば、ヘッダモジュール5,6,11の相互の位置決めと結合が容易になるので、ヘッダ1,2の組立て精度が向上し、工作が容易になる。
なお、上記において、ヘッダモジュール5の本体部5aの端部に、継手部材12あるいは継手部材13を備える例を示したが、継手部材12あるいは継手部材13は、ヘッダモジュール6あるいはヘッダモジュール11に取り付けられても良い。
(変形例3)
図10は、変形例3に係るヘッダモジュール5の横断面図である。図10に示すように、ヘッダモジュール5の内部には、貫通穴5cを通ってヘッダモジュール5の内部に差し込まれる伝熱管3の先端が当接する2本のリブ14が形成されている。ヘッダモジュール5においてリブ14が形成される位置は、熱交換器113を設計する際に定められた、伝熱管3のヘッダモジュール5に対する差し込み深さに合せて定められている。つまり、設計された深さまで伝熱管3をヘッダモジュール5に差し込むと、伝熱管3の先端がリブ14に当接する。そのため、伝熱管3をヘッダモジュール5に取り付ける際に、伝熱管3をヘッダモジュール5に過不足なく差し込むことが容易になる。
図10は、変形例3に係るヘッダモジュール5の横断面図である。図10に示すように、ヘッダモジュール5の内部には、貫通穴5cを通ってヘッダモジュール5の内部に差し込まれる伝熱管3の先端が当接する2本のリブ14が形成されている。ヘッダモジュール5においてリブ14が形成される位置は、熱交換器113を設計する際に定められた、伝熱管3のヘッダモジュール5に対する差し込み深さに合せて定められている。つまり、設計された深さまで伝熱管3をヘッダモジュール5に差し込むと、伝熱管3の先端がリブ14に当接する。そのため、伝熱管3をヘッダモジュール5に取り付ける際に、伝熱管3をヘッダモジュール5に過不足なく差し込むことが容易になる。
なお、リブ14は本開示に係る当接片の例示である。また、リブ14は、ヘッダモジュール5に形成されるものには限定されない。ヘッダモジュール6、あるいはヘッダモジュール11にリブ14が形成されていても良い。
(製造方法)
室外熱交換器113の製造方法は、特に限定されないが、下記の方法で製造することができる。すなわち、まず、ヘッダモジュール5、ヘッダモジュール6、あるいはヘッダモジュール11、及び蓋材7を互いに結合して、ロウ付によって接合して、ヘッダ1,2を製造する。次に、ヘッダ1,2に接続管9と接続管10を取り付けて、ロウ付によって接合する。そして、ヘッダ1とヘッダ2の間に複数本の伝熱管3を取りつけて、ロウ付によって接合する。最後に複数枚のフィン4を複数本の伝熱管3に交叉させて取り付けて、ロウ付によって接合すれば、室外熱交換器113が完成する。
室外熱交換器113の製造方法は、特に限定されないが、下記の方法で製造することができる。すなわち、まず、ヘッダモジュール5、ヘッダモジュール6、あるいはヘッダモジュール11、及び蓋材7を互いに結合して、ロウ付によって接合して、ヘッダ1,2を製造する。次に、ヘッダ1,2に接続管9と接続管10を取り付けて、ロウ付によって接合する。そして、ヘッダ1とヘッダ2の間に複数本の伝熱管3を取りつけて、ロウ付によって接合する。最後に複数枚のフィン4を複数本の伝熱管3に交叉させて取り付けて、ロウ付によって接合すれば、室外熱交換器113が完成する。
上記においては、室外熱交換器113の構成部品を個々にロウ付けする例を示したが、室外熱交換器113を構成する部品の一部又は全部を、母材の表面をロウ材で被覆したクラッド材で構成すれば、室外熱交換器113を仮組みした後で、加熱炉に入れて加熱して、一挙にロウ付することができる。
(ヘッダモジュールの製造方法)
ヘッダモジュール5,6,11を製造する方法も特に限定されないが、ヘッダモジュール5,6,11をインパクト成形によって製造することもできる。インパクト成形は、図11(A)に示す専用のダイ21とパンチ22を使用して行う。ダイ21はキャビティ23を備えていて、キャビティ23の中に、スラグ24、つまりヘッダモジュール5の素材となる金属塊が入れられる。そして、図示しないプレス装置を動作させて、パンチ22をスラグ24に衝突させる。パンチ22がスラグ24に衝突すると、スラグ24はキャビティ23の中で塑性変形する。そして、スラグ24のキャビティ23からはみ出した部分はパンチ22に沿って、伸び上がる。その結果、図11(B)に示すように、ヘッダモジュール5の外形が完成する。その後、図11(C)に示すように、図示しないプレス装置を動作させて、パンチ22を引き上げて、ヘッダモジュール5をダイ21から取り出す。以上で、インパクト成形は完了する。更に、その後に、必要な機械加工を加えて、貫通穴5cを形成すれば、ヘッダモジュール5が完成する。なお、ヘッダモジュール6,11も、同様のプロセスを経て製造することができる。
ヘッダモジュール5,6,11を製造する方法も特に限定されないが、ヘッダモジュール5,6,11をインパクト成形によって製造することもできる。インパクト成形は、図11(A)に示す専用のダイ21とパンチ22を使用して行う。ダイ21はキャビティ23を備えていて、キャビティ23の中に、スラグ24、つまりヘッダモジュール5の素材となる金属塊が入れられる。そして、図示しないプレス装置を動作させて、パンチ22をスラグ24に衝突させる。パンチ22がスラグ24に衝突すると、スラグ24はキャビティ23の中で塑性変形する。そして、スラグ24のキャビティ23からはみ出した部分はパンチ22に沿って、伸び上がる。その結果、図11(B)に示すように、ヘッダモジュール5の外形が完成する。その後、図11(C)に示すように、図示しないプレス装置を動作させて、パンチ22を引き上げて、ヘッダモジュール5をダイ21から取り出す。以上で、インパクト成形は完了する。更に、その後に、必要な機械加工を加えて、貫通穴5cを形成すれば、ヘッダモジュール5が完成する。なお、ヘッダモジュール6,11も、同様のプロセスを経て製造することができる。
通常のプレス加工においては、複数の金型と複数回のプレス工程を必要とするのに対して、インパクト成形によれば、1組のダイ21とパンチ22を使用する1回の打撃工程で、ヘッダモジュール5,6,11の外形を完成させることができる。そのため、インパクト成形によれば、効率良く、かつ安価にヘッダモジュール5,6,11を製造することができる。
なお、インパクト加工後にヘッダモジュール5,6,11の外表面となる側のスラグ24の端面、つまり外気に接する表面を形成する側の端面をロウ材で被覆するとともに、内表面となる側の端面、つまり冷媒に接する表面を形成する端面を犠牲電極となる金属材料、例えば亜鉛を含む合金で被覆して構成される三層クラッド材をスラグ24として使用しても良い。この三層クラッド材をスラグ24に使用すれば、外表面にロウ材層を内表面に犠牲電極層をそれぞれ備えるヘッダモジュール5,6,11がインパクト加工後に形成される。
以上において、本開示の具体的な実施態様を、室外熱交換器113を例にして説明したが、前述したように、本開示は室内熱交換器121にも適用される。つまり、室内熱交換器121もヘッダ1,2を備えて、そのヘッダ1,2を、ヘッダモジュール5,6,11を結合して構成することができる。
以上説明したように、上記の実施の形態と変形例によれば、室外熱交換器113及び室内熱交換器121が備えるヘッダ1,2が、ヘッダモジュール5,6,11を結合して構成される。また、ヘッダ1,2を構成するヘッダモジュール5,6,11の数量と種類の組み合わせを任意に選択することができる。そのため、室外熱交換器113及び室内熱交換器121に設計変更を加える場合に、ヘッダモジュール5,6,11自体の形状と形態に変更を加える必要がない。
また、ヘッダモジュール5,6,11自体の形状と形態に変更を加える必要がないので、空気調和装置100に要求される冷暖房能力の変更に伴って、室外熱交換器113及び室内熱交換器121の設計が変更される場合に、当該設計に対応するヘッダ1,2を製造するための専用の金型を必要としない。そのため、室外熱交換器113及び室内熱交換器121の設計変更に係るコストを圧縮することができる。また、その結果、冷暖房能力の異なる様々なタイプの空気調和装置を安価に製造できる。
しかしながら、本開示の技術的範囲は上記の実施の形態と変形例によっては限定されない。本開示は特許請求の範囲に記載された技術的思想の限りにおいて、自由に、応用、変形、あるいは改良して実施することができる。
上記の実施の形態に記載の空気調和装置100の機械的構成は、本開示に係る空気調和装置の機械的構成の例示であって、本開示の技術的範囲は空気調和装置100の機械的構成によっては限定されない。また、上記の実施の形態に記載の室外熱交換器113と室内熱交換器121の機械的構成も、本開示に係る熱交換器の機械的構成の例示であって、本開示の技術的範囲は、室外熱交換器113と室内熱交換器121の機械的構成によっては限定されない。
上記の実施の形態において、空気調和装置100が備える室外熱交換器113と室内熱交換器121の両方を本開示に係る熱交換器とする例を示したが、本開示に係る空気調和装置は室外熱交換器と室内熱交換器の両方を本開示に係る熱交換器とするものには限定されない。本開示に係る空気調和装置には、室外熱交換器あるいは室内熱交換器のいずれか一方を本開示に係る熱交換器とするものが含まれる。
また、本開示に係る空気調和装置を構成する冷媒の種類は限定されない。各種の冷媒を任意に選択して、本開示に係る空気調和装置を構成することができる。
上記の実施の形態と変形例において、ヘッダ1,2がそれぞれ、2個、3個あるいは4個のヘッダモジュール5,6,11を結合して構成される例を示したが、ヘッダ1,2を構成するヘッダモジュール5,6,11の数はこれらには限定されない。ヘッダ1,2を構成するヘッダモジュール5,6,11の数は任意に選択できる。
上記の実施の形態と変形例において、1個のヘッダモジュール5,6,11のそれぞれに4本の伝熱管3が接続される例を示したが、ヘッダモジュールに5,6,11に接続される伝熱管3の本数は4本には限定されない。ヘッダモジュールに5,6,11接続される伝熱管3の本数は任意に選択できる。
上記の実施の形態と変形例において、ヘッダモジュール5,6,11の機械的構成を例示したが、本開示において、ヘッダモジュールの機械的構成はヘッダモジュール5,6,11の機械的構成によっては限定されない。ヘッダモジュールは伝熱管が接続される機械部品であって、互いに結合されてヘッダを構成する機械部品であり、この限りにおいて、自由に設計できる。
ヘッダを含む熱交換器は、一般的には、アルミニウム系の合金で構成されるが、本開示に係る熱交換器はアルミニウム系の合金を素材とするものには限定されない。熱交換器の素材は任意に選択できる。また、熱交換器を構成する部品の全てを同一の部品で構成すれば、熱ひずみあるいは熱応力に起因する不具合の発生を抑制できることが知られているが、本開示に係る熱交換器は全ての部品が同一の素材で構成されるものには限定されない。本開示に係る熱交換器を構成する部品の素材の組み合わせは任意に選択できる。
上記において、インパクト成形によって、ヘッダモジュール5,6,11を成形する例を示したが、本開示に係るヘッダモジュールはインパクト成形によって成形されるものには限定されない。本開示に係るヘッダモジュールは、他のプロセス、例えば、押し出し成形あるいは鋳造によって成形されても良い。
ヘッダモジュール5,6,11は、貫通穴5c、6c、11cを備えるが、本開示に係るヘッダモジュールにおいて、貫通穴を形成する手段は限定されない。貫通穴は切削加工によって形成されても良いし、プレス加工によって形成されても良い。また、プレス加工によって貫通穴を形成する場合に、バーリング加工を加えても良い。バーリング加工を加えることによって、貫通穴の周りに立ち上がり部が形成されるので、伝熱管がより強固に、ヘッダモジュールに結合される。
上記において、クラッド材を加工して、ヘッダモジュール5,6,11を成形する例を示したが、本開示において、ヘッダモジュールはクラッド材を加工して成形されるものには限定されない。
本開示において、ヘッダモジュールを相互に接合する手段は、ロウ付けには限定されない。ヘッダモジュールは他の方法、例えば、アーク溶接、電子ビーム溶接、プラズマ溶接、レーザ溶接等で接合されても良い。要するに、ヘッダモジュールを相互に接合する手段は、ヘッダモジュールを気密に接合できる手段であれば、十分であり、その限りにおいて任意に選択できる。
なお、上記の実施の形態において、ヘッダ1,2を構成するヘッダモジュール5,6,11の種類あるいは数量を変更して、室外熱交換器113あるいは室内熱交換器121の伝熱性能の変更を目的とする設計変更を行う例を示した。しかしながら、室外熱交換器113あるいは室内熱交換器121の伝熱性能を変更する手段は、これらには限定されない。ヘッダモジュール5,6,11の種類あるいは数量の変更に加えて、伝熱管3の長さ、あるいはフィン4の寸法あるいはフィン4の枚数を変更する設計変更を行って、室外熱交換器113あるいは室内熱交換器121の伝熱性能の変更することもできる。この場合も、ヘッダモジュール5,6,11そのものの形状と形態に変更を加える必要がない。
また、上記の実施の形態において、室外熱交換器113あるいは室内熱交換器121の伝熱性能の変更を目的とする設計変更が容易である旨を説明したが、本開示によれば、既存の熱交換器の改造も容易になる。すなわち、既存の室外熱交換器113あるいは室内熱交換器121のヘッダ1,2に、ヘッダモジュール5,6,11を追加あるいは除去する改造を加えることによって、熱交換器113あるいは室内熱交換器121の伝熱性能が容易に変更される。
1,2 ヘッダ、3 伝熱管、3a 隔壁、3b 流路、3c 前縁、3d 後縁、4 フィン、5,6,11 ヘッダモジュール、5a,6a,11a 本体部、5b,6b 底板、5c,6c、11c 貫通穴、6d 連通穴、7 蓋材、8 ロウ材、9,10 接続管、12,13 継手部材、14 リブ、21 ダイ、22 パンチ、23 キャビティ、24 スラグ、100 空気調和装置、110 室外機、111 圧縮機、112 四方弁、113,113A,113B,113C 室外熱交換器、114 膨張弁、115 室外ファン、116 室外機制御部、120 室内機、121 室内熱交換器、122 室内ファン、123 室内機制御部、C1~C6 第1~6の区画、GP ガス冷媒連絡配管、LP 液冷媒連絡配管。
Claims (15)
- 一対のヘッダと、
前記一対のヘッダの間に架け渡されるとともに、前記一対のヘッダの長手方向において、間隔を空けて互いに平行に配列される複数本の伝熱管と、を備え、
前記複数本の伝熱管を経由して、前記一対のヘッダの間で冷媒が流通する熱交換器であって、
前記ヘッダは、前記ヘッダの長手方向に配列されて、互いに気密に接合された複数個のヘッダモジュールを備える、
熱交換器。 - 前記ヘッダモジュールは、
前記ヘッダの長手方向に延びる筒状の本体部を備え、
前記本体部に、前記伝熱管の端部が差し込まれる貫通穴を備える、
請求項1に記載の熱交換器。 - 前記ヘッダを構成する前記複数個のヘッダモジュールに、
前記本体部の長手方向の一方端が完全に閉塞されて、他方端が開放されている閉塞型ヘッダモジュールが含まれる、
請求項2に記載の熱交換器。 - 前記ヘッダを構成する前記複数個のヘッダモジュールに、
前記本体部の長手方向の一方端がオリフィス板で閉塞されて、他方端が開放されているオリフィス型ヘッダモジュールが含まれる、
請求項2又は請求項3に記載の熱交換器。 - 前記ヘッダを構成する前記複数個のヘッダモジュールに、
前記本体部の長手方向の両端が開放されている開放型ヘッダモジュールが含まれる、
請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 前記ヘッダモジュールの前記本体部の長手方向の端部に、他の前記ヘッダモジュールの端部と嵌合する継手部材を備える、
請求項2から請求項5のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 前記ヘッダモジュールの内部に、前記貫通穴に差し込まれる前記伝熱管の端部に当接して、前記伝熱管の差し込み深さを制限する当接片を備える、
請求項2から請求項5のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の熱交換器を製造する方法であって、
複数個の前記ヘッダモジュールを互いに接合して、一対の前記ヘッダを製造するとともに、
一対の前記ヘッダの間に複数本の伝熱管を取りつけて、一対の前記ヘッダに接合し、
複数枚のフィンを、前記ヘッダに接合された複数本の前記伝熱管に交叉させて取り付けて、複数枚の前記フィンを前記伝熱管に接合する、
熱交換器の製造方法。 - 請求項1に記載の熱交換器を構成するヘッダモジュールであって、
前記ヘッダの長手方向に延びる筒状の本体部を備え、
前記本体部に、前記伝熱管の端部が差し込まれる貫通穴を備える、
ヘッダモジュール。 - 前記本体部の長手方向の一方端が完全に閉塞されて、他方端が開放されている、
請求項9に記載のヘッダモジュール。 - 前記本体部の長手方向の一方端がオリフィス板で閉塞されて、他方端が開放されている、
請求項9に記載のヘッダモジュール。 - 前記本体部の長手方向の両端が開放されている
請求項9に記載のヘッダモジュール。 - 前記本体部の長手方向の端部に、他の前記ヘッダモジュールの端部と嵌合する継手部材を備える、
請求項9から請求項12のいずれか一項に記載のヘッダモジュール。 - 前記本体部の内部に、前記貫通穴に差し込まれる前記伝熱管の端部に当接して、前記伝熱管の差し込み深さを制限する当接片を備える、
請求項9から請求項13のいずれか一項に記載のヘッダモジュール。 - 蒸発器と圧縮機と凝縮器と膨張弁との間で冷媒が循環する冷媒回路を備える空気調和装置であって、
前記蒸発器あるいは前記凝縮器に、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の熱交換器を備える。
空気調和装置。
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