JP2023016546A - 熱交換器の製造方法および熱交換器の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率の低下を抑制することができる熱交換器の製造方法および熱交換器の製造装置を提供することである。
【解決手段】実施形態の熱交換器の製造方法は、ガイド部材を配置する第１工程と、複数の熱交換部の第１方向の内側に隙間を設ける第２工程と、熱交換器を曲げる第３工程と、を持つ。熱交換器は、第１方向に並んで配置された複数の熱交換部を有する。ガイド部材は、第１方向および第２方向に直交する第３方向に伸びる。第１工程では、熱交換器の第２方向の中間部において、複数の熱交換部の第１方向の外側に、ガイド部材を配置する。第２工程では、熱交換器の第２方向の第２端部において、複数の熱交換部の第１方向の内側に隙間を設ける。第３工程では、隙間を減少させながら、ガイド部材の周りに熱交換器を曲げる。
【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、熱交換器の製造方法および熱交換器の製造装置に関する。

第１方向に並んで配置された一対の熱交換部を有する熱交換器が利用されている。熱交換部は、熱交換チューブと、フィンと、を有する。熱交換チューブは、第２方向に伸び、第３方向に並んで配置される。フィンは、熱交換チューブに装着され、第２方向に並んで配置される。熱交換器は、一対の熱交換部を第３方向の周りに曲げて利用される場合がある。熱交換器には、熱交換効率の低下を抑制することが求められる。

特開２０１３－１２７３４１号公報

本発明が解決しようとする課題は、熱交換効率の低下を抑制することができる熱交換器の製造方法および熱交換器の製造装置を提供することである。

実施形態の熱交換器の製造方法は、ガイド部材を配置する第１工程と、複数の熱交換部の第１方向の内側に隙間を設ける第２工程と、熱交換器を曲げる第３工程と、を持つ。熱交換器は、第１方向に並んで配置された複数の熱交換部を有する。第１方向に直交する第２方向の第１端部において複数の熱交換部の相対位置が固定される。ガイド部材は、第１方向および第２方向に直交する第３方向に伸びる。第１工程では、熱交換器の第２方向の中間部において、複数の熱交換部の第１方向の外側に、ガイド部材を配置する。第２工程では、熱交換器の第２方向の第２端部において、複数の熱交換部の第１方向の内側に隙間を設ける。第３工程では、隙間を減少させながら、ガイド部材の周りに熱交換器を曲げる。

熱交換器を含む室外機の平面図。 図１のＩＩ－ＩＩ線における断面図。 実施形態の熱交換器の製造装置に含まれる端部支持装置の側面図。 実施形態の熱交換器の製造方法の第１説明図。 実施形態の熱交換器の製造方法の第２説明図。 実施形態の熱交換器の製造方法の第３説明図。 実施形態の熱交換器の製造方法の第４説明図。

以下、実施形態の熱交換器の製造方法および熱交換器の製造装置を、図面を参照して説明する。
図１は、熱交換器１０を含む室外機１の平面図である。図１には、室外機１の天板を取り外した状態が記載されている。本願において、直交座標系のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向が以下のように定義される。Ｘ方向（第１方向）は、第２熱交換部１２の第２ヘッダ１７と第１熱交換部１１の第１ヘッダ１６とが並ぶ方向である。＋Ｘ方向は、第２ヘッダ１７から第１ヘッダ１６に向かう方向である。Ｙ方向（第２方向）は、第２ヘッダ１７への熱交換チューブ２０の接続部分において、熱交換チューブ２０が伸びる方向である。－Ｙ方向は、当該接続部分において熱交換チューブ２０から第２ヘッダ１７に向かう方向である。Ｚ方向（第３方向）は、第２ヘッダ１７が伸びる方向である。＋Ｚ方向は、室外機１の上方向である。

室外機１は、室内熱交換器を有する室内機（不図示）とともに、冷凍サイクル装置である空気調和装置を構成する。室外機１は、ケーシング２と、機器ユニット４と、ファン６と、熱交換器（室外熱交換器）１０と、を有する。機器ユニット４、ファン６および熱交換器１０は、ケーシング２の内部に配置される。

ケーシング２は、直方体の箱状である。ケーシング２は、例えばＸ方向に短く、Ｙ方向に長い。ケーシング２のＸ方向の面には、通風孔（不図示）が形成される。
機器ユニット４は、ケーシング２の内部において、例えば－Ｙ方向に配置される。機器ユニット４は、圧縮機５のほか、四方弁や膨張弁など（いずれも不図示）を含む。
ファン６は、ケーシング２の内部において、例えばＹ方向の中央部に配置される。ファン６は、ケーシング２の通風孔を通して、ケーシング２の内部に風を導入する。

熱交換器１０は、ケーシング２の内部において、中央部から＋Ｙ方向にかけて配置される。熱交換器１０は、Ｚ方向から見て、Ｌ字状に折れ曲がった形状である。熱交換器１０は、一対の熱交換部１１，１２を有する。一対の熱交換部１１，１２は、第１熱交換部１１および第２熱交換部１２である。第１熱交換部１１は、折れ曲がった熱交換器１０の内側に配置される。第２熱交換部１２は、折れ曲がった熱交換器１０の外側に配置される。

熱交換器１０は、共通ヘッダ１５、第１ヘッダ１６および第２ヘッダ１７を有する。共通ヘッダ１５は、熱交換器１０の第１端部Ａに配置される。第１ヘッダ１６および第２ヘッダ１７は、熱交換器１０の第２端部Ｂに配置される。第１ヘッダ１６は、第１熱交換部１１の－Ｙ方向の端部に配置される。第２ヘッダ１７は、第２熱交換部１２の－Ｙ方向の端部に配置される。共通ヘッダ１５、第１ヘッダ１６および第２ヘッダ１７の内部には、冷媒が流通する冷媒空間（不図示）が形成される。

図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線における断面図である。一対の熱交換部１１，１２は、熱交換チューブ２０およびフィン２５を有する。熱交換チューブ２０およびフィン２５は、アルミニウムやアルミニウム合金等の、熱伝導率が高く比重が小さい材料で形成される。

熱交換チューブ２０は、偏平管状である。熱交換チューブ２０の延伸方向に直交する断面の形状は長円形状である。熱交換チューブ２０の内部には、冷媒流路２２が形成される。冷媒流路２２は、熱交換チューブ２０の全長にわたって形成される。複数の冷媒流路２２が、熱交換チューブ２０の断面の長手方向に並んで配置される。複数の熱交換チューブ２０が、Ｚ方向に並んで配置される。熱交換チューブ２０の一方端部は、共通ヘッダ１５の内部の冷媒空間に開口する。熱交換チューブ２０の他方端部は、第１ヘッダ１６および第２ヘッダ１７の内部の冷媒空間に開口する。

フィン２５は、Ｚ方向に伸びる長方形の平板状である。フィン２５の長辺に複数の切欠き２７が形成される。複数の切欠き２７は、折れ曲がった熱交換器１０の内側に形成される。複数の切欠き２７に複数の熱交換チューブ２０が配置される。フィン２５は、熱交換チューブ２０から、折れ曲がった熱交換器１０の外側に伸びる。複数のフィン２５が、熱交換チューブ２０の延伸方向に並んで配置される。

室外機１の熱交換器１０は、冷房運転時に凝縮器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能する。冷房運転および暖房運転の一方において、冷媒は、以下のように熱交換器１０を流通する。冷媒は、第１ヘッダ１６から熱交換器１０の内部に流入する。冷媒は、第１熱交換部１１の熱交換チューブ２０を流通し、共通ヘッダ１５に流入する。冷媒は、共通ヘッダ１５で折り返し、第２熱交換部１２の熱交換チューブ２０を流通する。冷媒は、第２ヘッダ１７から熱交換器１０の外部に流出する。冷房運転および暖房運転の他方において、冷媒は、以上とは逆に熱交換器１０を流通する。

ファン６によりケーシング２の内部に導入された風は、熱交換器１０のフィン２５の間を流通する。ケーシング２の内部に導入された風と、熱交換チューブ２０を流通する冷媒との間で、熱交換が行われる。

熱交換器１０の製造装置４０について説明する。
図４は、熱交換器１０の製造方法の第１説明図である。図４に示されるように、製造装置４０は、ＹＺ面と平行に形成された熱交換器１０を、Ｌ字状に折り曲げる。以下、熱交換器１０を折り曲げる前の状態の製造装置４０について説明する。

製造装置４０は、テーブル４５と、第１クランパ４１と、第２クランパ４２と、ガイド部材４３と、制御部４９と、端部支持装置３０と、を有する。
テーブル４５の＋Ｘ面は、ＹＺ面と平行である。テーブル４５の＋Ｘ面に、熱交換器１０が配置される。テーブル４５は、熱交換器１０のＹ方向の中央部から－Ｙ方向にかけて、熱交換器１０を支持する。

第１クランパ４１の－Ｘ面および第２クランパ４２の＋Ｘ面は、ＹＺ面と平行である。第２クランパ４２の＋Ｘ面に、熱交換器１０が配置される。第２クランパ４２は、熱交換器１０のＹ方向の中央部から＋Ｙ方向にかけて、熱交換器１０を支持する。第１クランパ４１および第２クランパ４２は、熱交換器１０を柔らかにＸ方向に挟む。第１クランパ４１および第２クランパ４２と熱交換器１０とのＹ方向の相対移動が許容される。

ガイド部材４３は、Ｚ方向に伸びる円筒状または円柱状である。ガイド部材４３の中心軸Ｃは、Ｚ方向と平行である。ガイド部材４３は、一対の熱交換部１１，１２の＋Ｘ方向（Ｘ方向の外側）に配置される。ガイド部材４３は、熱交換器１０のＹ方向の中間部に配置される。ガイド部材４３および第１クランパ４１は、相互に接続されている。

ガイド部材４３は、中心軸Ｃの周りに回転可能である。第１クランパ４１および第２クランパ４２は、ガイド部材４３と同位相で回転する。駆動機構（不図示）は、ガイド部材４３、第１クランパ４１および第２クランパ４２を回転させる。駆動機構は、第２クランパ４２の回転に伴って、第２クランパ４２を熱交換器１０と平行に移動させる。これにより、第２クランパ４２は、熱交換器１０の中央部から第１端部Ａを継続的に支持する。
制御部４９は、駆動機構の動作を制御する。

図３は、端部支持装置３０の拡大図である。端部支持装置３０は、ベース部材３１と、舌部材３４と、を有する。ベース部材３１は、ベース板３２と、支柱３３と、を有する。

ベース板３２は、ＹＺ面と平行である。図４に示されるように、ベース板３２は、テーブル４５に収容される。ベース板３２の＋Ｘ面およびテーブル４５の＋Ｘ面は、同一平面に含まれる。ベース板３２の＋Ｘ面に、枕部材３７が装着される。枕部材３７は、第２熱交換部１２の第２ヘッダ１７をＸ方向に支持する。これにより、第２熱交換部１２のフィン２５とベース板３２との接触圧力が減少する。枕部材３７は、Ｙ方向に移動自在（自由に移動可能）である。これにより、第２熱交換部１２の第２端部Ｂは、Ｙ方向に自由に移動可能である。
支柱３３は、図３に示されるように、ベース板３２から＋Ｘ方向に伸びる。支柱３３は、舌部材３４を移動可能に支持する。

舌部材３４は、ＹＺ面と平行である。舌部材３４は、移動機構（不図示）によりＸ方向に移動可能である。移動機構は、例えばラック・アンド・ピニオン機構である。制御部４９は、移動機構の動作を制御する。
舌部材３４は、Ｙ方向に移動自在（自由に移動可能）である。図４に示されるように、舌部材３４は、第１熱交換部１１の第１ヘッダ１６をＸ方向に支持する。舌部材の＋Ｘ面には、押圧部材３６および係合部材３５が装着される。係合部材３５は、第１ヘッダ１６の＋Ｙ方向に配置される。押圧部材３６は、第１ヘッダ１６の－Ｙ方向に配置される。第１ヘッダ１６がＹ方向に移動すると、第１ヘッダ１６により係合部材３５または押圧部材３６が押されて、舌部材３４がＹ方向に移動する。これにより、第１熱交換部１１の第２端部Ｂは、Ｙ方向に自由に移動可能である。

熱交換器１０の製造方法について説明する。
図４は、熱交換器１０の製造方法の第１説明図である。図５は第２説明図であり、図６は第３説明図であり、図７は第４説明図である。この製造方法は、ＹＺ面と平行に形成された熱交換器１０を、製造装置４０によりＬ字状に折り曲げる。

図４に示されるように、熱交換器１０の一対の熱交換部１１，１２が、ＹＺ面と平行に形成されている。一対の熱交換部１１，１２が、Ｘ方向に並んで配置される。第１熱交換部１１が＋Ｘ方向に配置され、第２熱交換部１２が－Ｘ方向に配置される。第１熱交換部１１のＹ方向の長さは、第２熱交換部１２のＹ方向の長さより短い。第１ヘッダ１６は、第２ヘッダ１７の＋Ｙ方向に配置される。＋Ｙ方向の第１端部Ａにおいて、一対の熱交換部１１，１２の相対位置が、共通ヘッダ１５により固定されている。

第２クランパ４２、テーブル４５およびベース板３２の＋Ｘ面に、熱交換器１０が配置される。共通ヘッダ１５が、第２クランパ４２により支持される。第２熱交換部１２の第２ヘッダ１７が、ベース板３２の枕部材３７により支持される。第２熱交換部１２のフィン２５は、第２クランパ４２、テーブル４５およびベース板３２の＋Ｘ面に軽く当たっている。

熱交換器１０のＹ方向の中間部において、一対の熱交換部１１，１２の＋Ｘ方向（Ｘ方向の外側）に、Ｚ方向に伸びるガイド部材４３および第１クランパ４１が配置される（第１工程）。ガイド部材４３および第１クランパ４１は、第１熱交換部１１の熱交換チューブ２０およびフィン２５に軽く当たっている。

舌部材３４が、一対の熱交換部１１，１２のＸ方向の内側に挿入される。第１熱交換部１１の第１ヘッダ１６が、舌部材３４により支持される。係合部材３５と押圧部材３６との間に、第１ヘッダ１６が配置される。舌部材３４とベース板３２とのＸ方向の間隔はＳ１である。

図５に示されるように、熱交換器１０の－Ｙ方向の第２端部Ｂにおいて、一対の熱交換部１１，１２のＸ方向の内側に、隙間Ｇが設けられる（第２工程）。制御部４９が舌部材３４を＋Ｘ方向に移動させることにより、隙間Ｇが形成される。舌部材３４とベース板３２とのＸ方向の間隔はＳ２（＞Ｓ１）である。

図６に示されるように、制御部４９は、熱交換器１０を折り曲げる（第３工程）。制御部４９は、ガイド部材４３、第１クランパ４１および第２クランパ４２を、中心軸Ｃの周りに回転させる。第２クランパ４２は、熱交換器１０の＋Ｙ方向の部分を立ち上げる。熱交換器１０は、ガイド部材４３の外周に沿って、ガイド部材の周りに折れ曲がる。舌部材３４はＹ方向に移動自在なので、第１熱交換部１１の第２端部ＢのＹ方向への移動が拘束されない。折れ曲がる熱交換器１０の内側にある第１熱交換部１１の－Ｙ方向への伸長が許容される。枕部材３７はＹ方向に移動自在なので、第２熱交換部１２の第２端部ＢのＹ方向への移動が拘束されない。折れ曲がる熱交換器１０の外側にある第２熱交換部１２の＋Ｙ方向への収縮が許容される。

熱交換器１０が折れ曲がるとき、ガイド部材４３の周りで、一対の熱交換部１１，１２の間に押圧力が作用する。この押圧力が、第１熱交換部１１のフィン２５を変形させる可能性がある。一対の熱交換部１１，１２の内側に設けられた隙間Ｇは、一対の熱交換部１１，１２の間に作用する押圧力を減少させる。これにより、第１熱交換部１１のフィン２５の変形が抑制される。

制御部４９は、隙間Ｇを減少させながら、熱交換器１０を折り曲げる。制御部４９が舌部材３４を－Ｘ方向に移動させることにより、隙間Ｇが減少する。熱交換器１０を折り曲げる途中での、舌部材３４とベース板３２とのＸ方向の間隔をＳ３とする。Ｓ２＞Ｓ３＞Ｓ１が成立する。折れ曲がる前の熱交換器１０と折れ曲がる途中の熱交換器１０との角度（立ち上がり角度）をθ（°）とする。以下の数式１が成立する。
θ／９０＝１－（Ｓ３－Ｓ１）／（Ｓ２－Ｓ１） ・・・（１）

図７に示されるように、制御部４９は、θ＝９０°まで熱交換器１０を立ち上げる。制御部４９は、舌部材３４とベース板３２とのＸ方向の間隔Ｓ４がＳ１になるまで、隙間Ｇを減少させる。隙間Ｇが最小になり、熱交換器１０が所定の形状になる。以上により、熱交換器１０の折り曲げが完了する。

以上に詳述されたように、実施形態の熱交換器１０の製造方法は、ガイド部材４３を配置する第１工程と、一対の熱交換部１１，１２のＸ方向の内側に隙間Ｇを設ける第２工程と、熱交換器１０を曲げる第３工程と、を持つ。熱交換器１０は、Ｘ方向に並んで配置された一対の熱交換部１１，１２を有する。Ｘ方向に直交するＹ方向の第１端部Ａにおいて一対の熱交換部１１，１２の相対位置が固定される。第１工程では、熱交換器１０のＹ方向の中間部において、一対の熱交換部１１，１２のＸ方向の外側に、Ｚ方向に伸びるガイド部材４３を配置する。第２工程では、熱交換器１０のＹ方向の第２端部において、一対の熱交換部１１，１２のＸ方向の内側に隙間Ｇを設ける。第３工程では、隙間Ｇを減少させながら、ガイド部材４３の周りに熱交換器１０を曲げる。

熱交換器１０が折れ曲がるとき、ガイド部材４３の周りで、一対の熱交換部１１，１２の間に押圧力が作用する。一対の熱交換部１１，１２の内側に隙間Ｇを設けることにより、この押圧力が減少する。第１熱交換部１１のフィン２５の変形が抑制される。フィン２５の間に風が流通して、風と冷媒との間の熱交換が促進される。したがって、熱交換効率の低下を抑制することができる。隙間Ｇを減少させながら熱交換器１０を曲げることにより、所定形状の熱交換器１０が完成する。

第３工程では、熱交換器１０の第２端部ＢのＹ方向への移動を拘束しない。
熱交換器１０の折れ曲がりに伴う一対の熱交換部１１，１２の伸長および収縮が許容される。一対の熱交換部１１，１２のフィン２５の変形が抑制される。したがって、熱交換効率の低下を抑制することができる。

実施形態の熱交換器１０の製造装置は、ベース部材３１と、舌部材３４と、を持つ。舌部材３４は、ベース部材３１に支持され、熱交換器１０のＹ方向の第２端部Ｂにおいて一対の熱交換部１１，１２のＸ方向の内側に挿入可能である。舌部材３４は、ベース部材３１に対してＸ方向に移動可能である。

舌部材３４をＸ方向に移動させることにより、一対の熱交換部１１，１２のＸ方向の内側に隙間Ｇが設けられる。第１熱交換部１１のフィン２５の変形が抑制され、熱交換効率の低下を抑制することができる。隙間Ｇを減少させながら熱交換器１０を曲げることにより、所定形状の熱交換器１０が完成する。

舌部材３４は、Ｙ方向に自由に移動可能である。
折れ曲がる熱交換器１０の内側にある第１熱交換部１１の伸長が許容される。第１熱交換部１１のフィン２５の変形が抑制され、熱交換効率の低下を抑制することができる。

実施形態の熱交換器１０は、複数の熱交換部として、一対の熱交換部１１，１２を有する。熱交換器１０は、３個以上の熱交換部を有してもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、一対の熱交換部１１，１２のＸ方向の内側に隙間Ｇを設け、隙間Ｇを減少させながら熱交換器１０を曲げる。これにより、フィン２５の変形が抑制され、熱交換効率の低下を抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Ａ…第１端部、Ｂ…第２端部、Ｇ…隙間、Ｘ…第１方向、Ｙ…第２方向、Ｚ…第３方向、１０…熱交換器、１１…第１熱交換部（熱交換部）、１２…第２熱交換部（熱交換部）、３１…ベース部材、３４…舌部材、４０…製造装置、４３…ガイド部材。

Claims (4)

1. 第１方向に並んで配置された複数の熱交換部を有し、前記第１方向に直交する第２方向の第１端部において前記複数の熱交換部の相対位置が固定された熱交換器の製造方法であって、
   前記熱交換器の前記第２方向の中間部において、前記複数の熱交換部の前記第１方向の外側に、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に伸びるガイド部材を配置する第１工程と、
   前記熱交換器の前記第２方向の第２端部において、前記複数の熱交換部の前記第１方向の内側に隙間を設ける第２工程と、
   前記隙間を減少させながら、前記ガイド部材の周りに前記熱交換器を曲げる第３工程と、を有する、
   熱交換器の製造方法。
2. 前記熱交換器を曲げる工程では、前記熱交換器の前記第２端部の前記第２方向への移動を拘束しない、
   請求項１に記載の熱交換器の製造方法。
3. 第１方向に並んで配置された複数の熱交換部を有し、前記第１方向に直交する第２方向の第１端部において前記複数の熱交換部の相対位置が固定された熱交換器の製造装置であって、
   ベース部材と、
   前記ベース部材に支持され、前記熱交換器の前記第２方向の第２端部において前記複数の熱交換部の前記第１方向の内側に挿入可能な舌部材と、を有し、
   前記舌部材は、前記ベース部材に対して前記第１方向に移動可能である、
   熱交換器の製造装置。
4. 前記舌部材は、前記第２方向に自由に移動可能である、
   請求項３に記載の熱交換器の製造装置。

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