JP6017047B2 - 熱交換器、空調機、冷凍サイクル装置及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

熱交換器、空調機、冷凍サイクル装置及び熱交換器の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、熱交換器、空調機、冷凍サイクル装置及び熱交換器の製造方法に関するものである。
従来より、複数のフィン及び複数の伝熱管から構成される熱交換部を空気通過方向である列方向に複数配置し、更なる熱交換効率の向上を図った技術がある(例えば特許文献1参照)。
特許文献1において2つの熱交換部で構成される熱交換部群の両端のそれぞれには両熱交換部に共通にヘッダが設けられており、各ヘッダに全伝熱管の端部が連結されている。
また、空調機の室内ユニットの筐体の大きさに合わせて熱交換部をL字状又はコ字状等に曲げ、熱交換部が筐体内に収まるようにして省スペース化を図るようにした熱交換器がある(例えば、特許文献2参照)。
特開2003−75024号公報(要約、第1図) 特開2003−161589号公報(第6頁、第6図)
一般的に、熱交換器の各伝熱管に冷媒を分配する分配器として、特許文献1のように構造が簡単なヘッダが用いられる。しかし、この種のヘッダを用いた熱交換器において、特許文献2のように省スペース化を図ろうとして複数列構成の熱交換部群を曲げようとした場合、曲げ半径が内側列は小さく外側列は大きくなる。このため、熱交換部群の両端にヘッダを配置し、これらを一体ロウ付けした後に曲げ部を形成しようとすると、熱交換部群の両端位置がヘッダで拘束された状態であるため、曲げることができない。
これに対する対策として、伝熱管とフィンとをロウ付けして熱交換部群を形成し、その熱交換部群に曲げ部を形成した後にヘッダを接合する方法が考えられる。しかし、この方法とすると、一旦、熱交換部群全体のロウ付けを行った後に、ヘッダのみ再ロウ付けする必要があり、ロウ付け回数が増加して生産性低下を招き、コスト高となる。また、ヘッダの再ロウ付けは、ヘッダと各伝熱管との部分ロウ付けであり、各伝熱管毎に個別に実施する必要があり、ロウ付け箇所が多くなり、非効率である。また、再ロウ付けする方法では、1回目の全体ロウ付け時にロウ付けした箇所が2回目のロウ付けで溶出してロウ付け不良の誘発を招き、また、熱変化により材料の受けるダメージによって信頼性が低下する課題が生じる。
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、熱交換部群及びヘッダの一体ロウ付け後に熱交換器を曲げて曲げ部を構成することができ、生産性向上に伴う製造コスト低減を図ることが可能な、熱交換器、空調機、冷凍サイクル装置及び熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る熱交換器は、内部を冷媒が通過し、空気流れ方向に対して直交方向の段方向へ複数段設けられた複数の伝熱管と、空気流れ方向に空気が通過するように並設された複数のフィンとを有する熱交換部が、空気流れ方向である列方向に複数列配置されて構成された熱交換部群と、熱交換部群の両端に配置され、複数の伝熱管の端部が接続されるヘッダとを備え、熱交換部群は、列方向に曲げられた1つ以上の曲げ部を有し、熱交換部群の一端側のヘッダは、複数列の熱交換部に共通に設けられた1つのヘッダで構成され、熱交換部群の他端側のヘッダは、各熱交換部毎に独立して設けられた複数の個別ヘッダで構成されており、複数の個別ヘッダの位置は、隣接する熱交換部同士で複数のフィンの並設方向に異なり、複数の個別ヘッダ及び複数の個別ヘッダそれぞれに接続された複数の伝熱管の端部は、複数のフィンの間を流れる空気が流れる方向の下流側から上流側に向かうに連れて複数のフィンの並設方向に突出しており、複数のフィンは、複数の伝熱管の突出部も含めて一端側のヘッダと個別ヘッダとの間に並設されているものである。
本発明によれば、熱交換部群の一端側のヘッダが、複数列の熱交換部に共通に設けられた1つのヘッダで構成され、熱交換部群の他端側のヘッダが、各熱交換部毎に独立して設けられた複数の個別ヘッダで構成されているので、熱交換部群及びヘッダの一体ロウ付け後に曲げ部を構成することができ、生産性向上に伴う製造コスト低減を図ることが可能な熱交換器を得ることができる。
本発明の実施の形態1に係る熱交換器の構成を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る熱交換器の伝熱管を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る熱交換器における冷媒の流れ方向の説明図である。 本発明の実施の形態1に係る熱交換器の変形例1を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る熱交換器の要部である個別ヘッダ周辺を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る熱交換器の変形例1を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る熱交換器の変形例2を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る熱交換器の変形例3を示す図である。 本発明の実施の形態3に係る熱交換器の要部である個別ヘッダ周辺の平面図である。 本発明の実施の形態4に係る熱交換器の要部である個別ヘッダ周辺の平面図である。 本発明の実施の形態5に係る空調機の室内ユニットの内部を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態5に係る空調機の室内ユニットに備えられた2台の熱交換器を示す図である。 本発明の実施の形態6に係る空調機の室内ユニットに備えられた2台の熱交換器を示す図である。 本発明の実施の形態7に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下に示す図面の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。
実施の形態1.
<熱交換器の構成>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の構成について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器の構成を示す図である。図1の白抜き矢印は空気の流れを示している。また、図1には、互いに直交する列方向、並設方向、段方向の3軸を示している。また、図1の点線矢印は熱交換器に冷媒を対向流で流す場合の冷媒の流れ方向を示している。図2は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器の伝熱管を示す図である。
図1に示されるように、熱交換器1は、熱交換部群10と、熱交換部群10の両端に配置されたヘッダ20及びヘッダ30とを有する。熱交換部群10は空気流れ方向である列方向に配置された複数の熱交換部11a〜11d(総称するときは単に熱交換部11という)で構成されている。なお、図1では熱交換部11を4列を例としているが、所望の熱交換量に応じて列数は変更しても良い。また、熱交換部群10は列方向に曲げられて曲げ部15が構成されている。この曲げ部15の数は、図1では一箇所のみとなっているが、更に複数箇所あってもよい。
熱交換部11a〜11dは、複数のフィン12a〜12d(総称するときは単にフィン12という)と、複数の伝熱管13a〜13d(総称するときは単に伝熱管13という)とを有している。複数のフィン12は、互いに間隔を空けて並設され、その間を空気が列方向に通過するように配置されている。伝熱管13は、複数のフィン12を並設方向に貫通し、内部を冷媒が通過し、空気流れ方向に対して直交方向である段方向へ複数段設けられている。フィン12の形状は例えば板状フィン、段方向に伝熱管13と交互に積層して配置される波形状のフィン等でもよく、要は列方向に空気が通過するように配置されたフィンであればよい。また、伝熱管13は、ここでは図2に示すように冷媒流路となる貫通孔13eを複数有した扁平管で構成されている。
ヘッダ30は、熱交換部群10の一端側に配置され、複数列の熱交換部11に共通に設けられており、各熱交換部11の各伝熱管の一端側がヘッダ30に連結されている。すなわち、ヘッダ30は複数列の熱交換部11を跨ぐように構成されている。
ヘッダ20は、熱交換部群10の他端側に配置され、各熱交換部毎に独立した個別ヘッダ20a〜20dで構成されている。個別ヘッダ20a〜20dにはそれぞれ対応の熱交換部11の伝熱管13の他端側が連結されている。また、個別ヘッダ20a〜20dには、流出入口21a〜21dが設けられている。
以上のように構成された熱交換器1を製造する際には、直線状に構成された熱交換部群10の両端にヘッダ20及びヘッダ30を配置し、全体をロウ付けして熱交換部群10のフィン12、伝熱管13、ヘッダ20及びヘッダ30を接合した後、熱交換部群10を列方向に曲げて曲げ部15を形成する。この曲げ部15を形成する際には、ヘッダ30側の位置を固定した状態で曲げ加工を行う。
従来では、熱交換部群の両端のヘッダの両方が、各熱交換部に共通に設けられていたため、全体をロウ付けした状態では熱交換部群の両端がヘッダで拘束された状態となっている。よって、全体をロウ付け後に曲げ部を形成しようとしても熱交換器を曲げられない。
これに対し、本実施の形態1では熱交換部群10の両端のヘッダのうちの一方(ヘッダ20)を、熱交換部11毎に独立した構成としたため、熱交換部群10を列方向に曲げた際の最内側列と最外側列のそれぞれの曲げ半径が異なっても、熱交換部群10を曲げることが可能である。これにより、上述したように従来の2回ロウ付けによる方法を行わなくても1回のロウ付けで曲げ部15のある熱交換器1を製造することができる。よって、低コストで信頼性の高い熱交換器1を提供できる。
図3は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器における冷媒の流れ方向の説明図である。図3(a)〜(d)は、熱交換部11の列数が図1に対応して4列の場合を示しており、図3(e)、(f)は、熱交換部11の列数が2列の場合を示している。
熱交換器1を凝縮器として用いる場合は、図3(a)、(c)、(e)に示すように空気の流れ方向に対して下流側から上流側に折り返すようにして冷媒を流す(以下、この流れを対向流という)。図3には対向流として大きく分けて2パターンを示しており、図3(a)に示すパターンでは、複数列の熱交換部11a〜11dのうち空気の流れ方向の下流側(熱交換部11c、11d)が冷媒流入側、上流側(熱交換部11a、11b)が冷媒流出側となるパターンである。具体的には、個別ヘッダ20c、20dから流入した冷媒が熱交換部11c、11dに流入し、ヘッダ30側に向けて流れる。そして、熱交換部11c、11dから流出した各冷媒が、ヘッダ30で合流した後、ヘッダ30内で折り返され、熱交換部11a、11bに流入する流れとなる。
対向流のもう一つのパターンとしては、図3(c)に示すように複数列の熱交換部11a〜11dのうち空気の流れ方向の最下流側(熱交換部11d)から順に冷媒流入側と冷媒流出側とが交互となるパターンである。具体的には、個別ヘッダ20b、20dから流入した冷媒が熱交換部11b、11dに流入し、ヘッダ30側に向けて流れる。そして、熱交換部11b、11dから流出した各冷媒はヘッダ30内で折り返され、熱交換部11a、11cに流入する流れとなる。
図3(e)は、熱交換部11が2列構成であるため、どちらのパターンでも同じ流れとなり、個別ヘッダ20bから流入した冷媒が熱交換部11bに流入し、ヘッダ30側に向けて流れる。そして、熱交換部11bから流出した各冷媒がヘッダ30内で折り返され、熱交換部11aに流入する流れとなる。
なお、この対向流に対し、図3(b)、(d)、(f)に示すように空気の流れ方向に対して上流側から下流側に折り返すようにして冷媒を流す平行流もある。図3には平行流として大きく分けて2パターンを示しており、図3(b)に示すパターンでは、複数列の熱交換部11a〜11dのうち空気の流れ方向の上流側(熱交換部11a、11b)が冷媒流入側、下流側(熱交換部11c、11d)が冷媒流出側となるパターンである。具体的には、個別ヘッダ20a、20bから流入した冷媒が熱交換部11a、11bに流入し、ヘッダ30側に向けて流れる。そして、熱交換部11a、11bから流出した各冷媒が、ヘッダ30で合流した後、ヘッダ30内で折り返され、熱交換部11c、11dに流入する流れとなる。
平行流のもう一つのパターンとしては、図3(d)に示すように複数列の熱交換部11a〜11dのうち空気の流れ方向の最上流側(熱交換部11a)から順に冷媒流入側と冷媒流出側とが交互となるパターンである。具体的には、個別ヘッダ20a、20cから流入した冷媒が熱交換部11a、11cに流入し、ヘッダ30側に向けて流れる。そして、熱交換部11a、11cから流出した各冷媒はヘッダ30内で折り返され、熱交換部11b、11dに流入する流れとなる。
図3(f)は、熱交換部11が2列構成であるため、どちらのパターンでも同じ流れとなり、個別ヘッダ20aから流入した冷媒が熱交換部11aに流入し、ヘッダ30側に向けて流れる。そして、熱交換部11aから流出した各冷媒がヘッダ30内で折り返され、熱交換部11bに流入する流れとなる。
次に、熱交換器1を凝縮器として用いる場合に冷媒を対向流で流すことによる効果について説明する。冷媒を対向流で流すことによる効果は、冷媒流路の入口から出口までの冷媒温度分布が関係している。
凝縮器では、サブクールを例えば10℃程度付けることが求められるため、入口から出口にわたる冷媒流路の後半においても、空気との熱交換量を十分に確保する必要がある。
凝縮器において仮に平行流とすると、具体的には例えば図3(b)の平行流とすると、熱交換部11a、11b側で熱交換して温度が上昇した空気が熱交換部11c、11dを通過することになる。一方、冷媒流路の後半(熱交換部11c、11d)は前半(熱交換部11a、11b)よりも冷媒温度が下がり、空気温度に近づく。このため、平行流とすると、冷媒流路の後半の冷媒と空気との温度差を十分に取れず、所望のサブクールをつけることができない可能性がある。これに対し、対向流とした場合は、冷媒流れの後半の冷媒が、熱交換前の空気と熱交換することになるため、温度差を十分に確保でき、安定してサブクールをつけることができる。
このように、対向流化により熱交換効率が向上するため、必要伝熱面積を低減でき熱交換器容量を低減できる。これにより、熱交換器のコスト低減や冷媒量削減が可能となる。冷媒量を低減すると、GWP(地球温暖化係数)×冷媒量も大幅に低減できる。
一方、熱交換器1を蒸発器として用いる場合は対向流及び平行流のどちらとしてもよい。また、熱交換器1を蒸発器で使用する場合、熱交換器1の冷媒出口では冷媒は蒸気となる。冷媒蒸発時、伝熱管13内の冷媒の流出口側では、冷媒が蒸気となり伝熱管13が露点温度以上となり、冷媒の流入口側の伝熱管の温度よりも高くなる。同一列で冷媒の入口と出口部が混在すると、露点温度以下である冷媒の入口部に近い伝熱管13のみに露が付き、伝熱管13での露の保持量が多くなる。このため、露が伝熱管13から剥離し易くなり、露が機外へ飛び出す露飛びを生じ易くなる。
しかし、本実施の形態1では、例えば露点温度以下である伝熱管13を風上側、露点温度より高い蒸気である冷媒の出口を風下側に配置すると、各列の段方向の温度分布を均一にできるため、風上側の列に均一に露を保持でき露飛びを防止できる。
以上説明したように、本実施の形態1によれば、熱交換部群10を構成する各熱交換部11の他端側のヘッダ20を、各熱交換部11毎に個別に設けた複数の個別ヘッダ20a〜20dで構成した。これにより、熱交換部群10に1つ以上の曲げ部15があり、且つ熱交換部11の列数が複数であっても、伝熱管13、フィン12及びヘッダ20、30の一体ロウ付け後に熱交換器1を曲げることが可能となる。このため、生産性向上に伴う製造コスト低減を図ることが可能である。
また、伝熱管13が扁平管であるため、空気の圧力損失低減と流路の細径化による熱交換性能向上が可能である。扁平形状で流路を細径にすると、円管で流路を細径化した場合に比べ、伝熱管後流の死水域が低減でき熱交換効率の高い熱交換器1となる。また空気の剥離の少ない扁平形状により、空気の圧力損失を低減でき、熱交換器1に空気を送風するファン(図示せず)の入力も低減できる。このため、本実施の形態1の熱交換器1を備えることで、省エネ性の高い空調機を提供できる。
一般的な扁平管は流路が小さいが、これに加え本実施の形態1の扁平管は曲げ部15で曲がっており、冷媒の圧力損失が大きくなるため、通常であればパス数の増加や熱交換器の分割が必須である。しかし、本実施の形態1の構造によれば、以下の理由から圧力損失の大きい扁平管でも使用可能となる。すなわち、熱交換器1に曲げ部15を設けているにも関わらず、冷媒の出入口が個別ヘッダ20a〜20dにより独立している。このため、冷媒の出入口をヘアピン構造とする場合に比べ、ヘッダ化することによりパス数(冷媒が流れる経路数であり、図1の例では40パス)を段数(図1の例では20段)と同等以上に配置できる。このため、圧力損失の大きい扁平管でも使用可能となる。これにより、流路の細径化で大幅に冷媒量を低減した熱交換器1を提供できる。
なお、本発明の熱交換器は、図1に示した構造に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で例えば以下のように種々変形実施可能である。この場合も同様の作用効果を得ることができる。
(変形例1)
図4は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器の変形例1を示す図である。
図1では、熱交換部群10が全体略L字状の例を示したが、図4(a)に示すようにI字状の熱交換部群10を2箇所で略直角に曲げて構成した形状、(b)のU字状、(c)に示すように3箇所で折り曲げた四角形状としてもよい。
実施の形態2.
以上の実施の形態1では、個別ヘッダ20a〜20dの位置が列方向に揃っていたが、実施の形態2では、複数の個別ヘッダ20a〜20dの位置を、隣接する列同士でフィン12の並設方向に異ならせた構成としたものである。なお、ヘッダ30側は、隣接する列同士で共通の構成であるため、ヘッダ30の位置は、ある意味、隣接する列同士で並設方向に同じであり、並設方向に異なる構成ではない。よって、実施の形態2では、いわば、2つのヘッダ20、30のうち、複数の個別ヘッダ20a〜20d側の位置のみを、隣接する列同士でフィン12の並設方向に異なった構成としている。それ以外の構成については実施の形態1と同様であり、以下では、実施の形態2が実施の形態1と相違する部分を中心に説明する。
図5は、本発明の実施の形態2に係る熱交換器の要部である個別ヘッダ周辺を示す図で、(a)は斜視図、(b)は平面図である。図5(b)において一点鎖線は伝熱管13の中心軸を示している。
図5のように、実施の形態2では、個別ヘッダ20a〜20dの位置が、隣接する列同士で異なっている。具体的には、伝熱管13のヘッダ20側のフィン12a〜12dからの突出部14a〜14d(総称するときは単に突出部14という)の突出長さが、隣接する列同士で異なることで、個別ヘッダ20a〜20dの位置が、隣接する列同士で異なっている。そして、実施の形態2では、このように複数の個別ヘッダ20a〜20dの位置を、隣接する列同士で異ならせる構成することで空いたスペースを使用して、個別ヘッダ20a〜20dのヘッダ容量の増大化を図っている。
つまり、図1に示したように各個別ヘッダ20a〜20dの位置が列方向に揃っている場合、隣り合う個別ヘッダ20a〜20d同士が干渉しないことを考慮すると、個別ヘッダ20a〜20dの列方向の長さl1は、最大で大きくしてもフィン12の列方向幅の長さl2となる。しかし、各個別ヘッダ20a〜20dの位置を、隣接する列同士でフィン12の並設方向に異ならせることで、個別ヘッダ20a〜20dを拡大可能なスペースができる。よって、このスペースを使用して個別ヘッダ20a〜20dの列方向の長さl1をフィン12の列方向の長さよりも長くできる。これにより、ヘッダ20(個別ヘッダ20a〜20d)を大きくできる。なお、図5には、伝熱管13の中心軸上に個別ヘッダ20a〜20dのそれぞれの列方向(図5の上下方向)の中心が一致した状態で、個別ヘッダ20a〜20dの容量を増大化した例を示している。
以上説明したように、本実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果が得られると共に、個別ヘッダ20a〜20dの位置を、隣接する列同士で異ならせることにより、列方向に位置を揃える場合に比べて、ヘッダ20を大きくできる。
なお、本発明の熱交換器は、図5に示した構造に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で例えば以下のように種々変形実施可能である。この場合も同様の作用効果を得ることができる。
(変形例1)
図6は、本発明の実施の形態2に係る熱交換器の変形例1を示す図である。
図5では、突出部14部分にフィン12が設置されていなかったが、図6では、フィン12(12a〜12d)を配置している。このように構成した場合、図5の構成に比べて伝熱面積を増大できる。
(変形例2)
図7は、本発明の実施の形態2に係る熱交換器の変形例2を示す図である。
図5では、熱交換部群10の最内側列(図5の最上側列)から最外側列(図5の最下側列)に向かうに連れて、順に個別ヘッダ20a〜20dの位置がフィン12の並設方向に突出する配置としていた。これに対し、図7では、曲げ部15の最内側列(図7の最上側列)から最外側列(図7の最下側列)に向かうに連れて交互に突出又は引込む配置としている。この構造は、冷媒の流れが例えば図3の(c)、(d)の場合に用いられる。
(変形例3)
図8は、本発明の実施の形態2に係る熱交換器の変形例3を示す図である。
図5では、上述したように、熱交換部群10の最内側列(図5の最上側列)から最外側列(図5の最下側列)に向かうに連れて、順に個別ヘッダ20a〜20dの位置がフィン12の並設方向に突出する配置としていた。これに対し、図8では、個別ヘッダ20a〜20dの位置が、熱交換部群10の最内側列(図8の最上側列)から最外側列(図8の最下側列)に向かうに連れて順にフィン12の並設方向に引込む配置とした。
実施の形態3.
実施の形態2では、個別ヘッダ20a〜20dの配置スペースをコンパクト化する点について特に考慮していなかったが、実施の形態3は、個別ヘッダ20a〜20dの配置スペースをコンパクト化しつつ、個別ヘッダ20a〜20の容量増大を図るものである。
図9は、本発明の実施の形態3に係る熱交換器の要部である個別ヘッダ周辺の平面図である。
図5に示した実施の形態2では、個別ヘッダ20a〜20dのそれぞれの配置位置を、円筒状の個別ヘッダ20a〜20dのそれぞれの列方向の中心が、伝熱管13の中心軸(図中の一点鎖線)に一致するようにしていた。これに対し、図9では、個別ヘッダ20a〜20dのそれぞれの列方向の中心が列間側に偏り、個別ヘッダ20a〜20dがフィン12全体の列方向の両端(フィン幅)aより内側に収まる構成としている。
以上説明したように、本実施の形態3によれば、実施の形態1、2と同様の効果が得られると共に、以下の効果が得られる。すなわち、個別ヘッダ20a〜20dがフィン幅aより内側に収まり、ヘッダ20の配置スペースをコンパクトにしつつ、個別ヘッダ20a〜20dの容量を図1の配置の場合(個別ヘッダ20a〜20dの位置を列方向に揃えた場合)よりも大きくできる。
実施の形態4.
以上の実施の形態1〜3では、各個別ヘッダ20a〜20dの容積を全て同じとしたが、実施の形態3では、各個別ヘッダ20a〜20dの容積が異なるものである。それ以外の構成については実施の形態3と同様であり、以下では、実施の形態4が実施の形態3と相違する部分を中心に説明する。
蒸気冷媒は、密度が小さく流速が大きいために圧力損失が大きくなる。一方、液冷媒は、密度が大きく流速が小さいために圧力損失が小さい。よって、蒸気冷媒が通過する蒸気側の個別ヘッダの容量を液側の個別ヘッダの容量よりも小さくする。
図10は、本発明の実施の形態4に係る熱交換器の要部である個別ヘッダ周辺の平面図である。
図1の熱交換器を凝縮器として用いる場合、図1の点線矢印で示したように流出入口21c、21dが冷媒入口となり蒸気冷媒が流入し、流出入口21a、21bが冷媒出口となり液冷媒が流出する。よって、この場合、図10に示したように個別ヘッダ20c、20d側の容量を大きくし、個別ヘッダ20a、20b側の容量を小さくする。また、図10においては、図9に示した実施の形態3と同様に、個別ヘッダ20a〜20dがフィン幅aより内側に収まる構成としている。
以上の構成とすることにより、実施の形態1〜3と同様の効果が得られると共に、冷媒の密度に合わせて個別ヘッダ20a〜20dの容量を決めることにより、ヘッダ20部分での圧力損失を小さくできる。また、効率よくヘッダ20を配置できる。
実施の形態5.
以上の実施の形態1〜4では、熱交換器1の構造について説明したが、実施の形態5では、実施の形態1〜4の熱交換器1を備えた空調機について説明する。以下、実施の形態5が、実施の形態1〜4と相違する構成及び動作を中心に説明する。
図11は、本発明の実施の形態5に係る空調機の室内ユニットの内部を示す縦断面図である。図11において点線矢印は空気の流れ方向を示している。
室内ユニットの本体51内には、2台の熱交換器52と、熱交換器52で生成されて滴下したドレン水を受け止めて溜めるドレンパン53と、ファン54と、ファン54を駆動するファンモータ55と、電気品箱56とが設けられている。本体51の下方には略四角形状の化粧パネル57が取付けられている。化粧パネル57の中央付近には室内の空気を本体51内に吸い込むための吸込口58が設けられ、吸込口58の周囲には熱交換器52により冷却又は加熱されて温度調整された空気を室内へと吹出すための吹出口59が設けられている。
このように構成された天井埋込形空調機では、吸込口58より本体51内に吸込まれた空気が、各熱交換器52を通って熱交換され、温度調整されて吹出口59より吹出される。そして、熱交換器52に、上記各実施の形態1〜4の何れかの熱交換器1が用いられている。
図12は、本発明の実施の形態5に係る空調機の室内ユニットに備えられた2台の熱交換器を示す図である。図12において白抜き矢印は空気の流れ方向を示している。
図12に示すように、2台の熱交換器52は、一方が図示点線で示すように他方に対して上下反転した状態で対向配置している。2台の熱交換器52は、ヘッダ20、30、フィン12の間隔(並設幅)、伝熱管13が同仕様であり、このように同一仕様の2台の熱交換器52を用いることで、室内ユニットの製造にあたり、熱交換器部分の製造コストを低減できる。
また、熱交換器52を凝縮器として用いる際に、冷媒の流れ方向を対向流とし、且つ、熱交換器1の構造を例えば図10に示したように各個別ヘッダ20a〜20dの容積を蒸気冷媒側と液冷媒側で異なる構成としている場合、2台の熱交換器52の両方が同じ条件で用いられることが望ましい。ここでは、同一構成の熱交換器52の一方を他方に対して上下反転した状態で対向配置しているため、空気流れ方向に対して容積小の個別ヘッダと容積大の個別ヘッダの並び順が変わらず、同一条件で用いることができる。
また、円形のファン54の外周を囲うように熱交換器52を配置しているので、ファン54と熱交換器52との距離が均等になるため、熱交換器52の風速分布が均一化され、熱交換効率の高いファン54と熱交換器52の配置形態となる。熱交換性能が上がると、所望の冷房又は暖房能力に対する必要冷媒量も低減できる。また、冷媒の出入口配管が1箇所に集約されるため、冷媒の出入口配管が2箇所以上になる場合に比べ、周囲配管が短くなりコストを低減できる。
以上説明したように、本実施の形態5によれば、実施の形態1〜4と同様の効果が得られる空調機を得ることができる。
実施の形態6.
以上の実施の形態5では、ヘッダ20、30、フィン12の間隔(並設幅)、伝熱管13が同仕様の2台の熱交換器52のうちの一方を他方に対して上下反転させた状態で対向配置した構成であった。実施の形態6では、ヘッダ20、30、フィン12の間隔、伝熱管13が同仕様の2台の熱交換器52を、互いに逆方向に曲げて曲げ部15を構成し、その2台の熱交換器52を対向配置した構成としたものである。それ以外の構成については実施の形態5と同様であり、以下では、実施の形態6が実施の形態5と相違する部分を中心に説明する。
図13は、本発明の実施の形態6に係る空調機の室内ユニットに備えられた2台の熱交換器を示す図である。図13において白抜き矢印は空気の流れ方向を示している。
図13に示すように、2台の熱交換器52(1a、1b)のうち、左側の熱交換器1aはヘッダ30側を点線矢印に示すように図13の右側に曲げ、右側の熱交換器1bはヘッダ30側を点線矢印に示すように左側に曲げている。2台の熱交換器52は、曲げ部15の向きが互いに逆方向となっている以外、ヘッダ20、30、フィン12の間隔、伝熱管13が同仕様である。よって、本体51(図11参照)内に組み込む熱交換器52(1a、1b)を製造するにあたり、熱交換器52(1a、1b)の曲げ方向を変えるのみであり、曲げ工程までを同手法で一貫してできる。このため、生産効率が上がり製造コストを低減できる。
なお、上記では説明していなかったが、ヘッダ20、30の内部は段方向に全体が連通する構成としてもよいし、段方向に1又は複数の仕切りを設けた構成としてもよい。そして、段方向に仕切りを設ける場合、仕切りを等間隔で設ける場合に限らず、仕切り同士の間隔が異なっていても良い。また、段方向に隣接する伝熱管13同士の間隔が段方向に異なる場合もある。このようにヘッダ20、30の仕様、伝熱管13の配置が段方向で異なる場合、実施の形態5のように一方の熱交換器52を上下反転させると、上下反転していない他方の熱交換器52とで、ヘッダ20、30の仕様、伝熱管13の配置が段方向の上下で逆向きとなる。このため、ヘッダ20、30の仕様、伝熱管13が段方向で異なる熱交換器52を用いる場合には、実施の形態6の構造が適切である。
以上説明したように、本実施の形態6によれば、実施の形態1〜4と同様の効果が得られる空調機を得ることができる。また、本実施の形態6によれば、実施の形態5と同様に熱交換性能や耐露付き性の高い熱交換器を提供できる。
実施の形態7.
以上の実施の形態5、6では、実施の形態1〜4の熱交換器1を備えた空調機について説明したが、実施の形態7は、実施の形態1〜4の熱交換器1を備えた冷凍サイクル装置に関する。
図14は、本発明の実施の形態7に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す図である。
冷凍サイクル装置60は、圧縮機61と、凝縮器(ガスクーラー含む)62と、減圧装置としての膨張弁63と、蒸発器64とが冷媒配管によって順次連結された冷媒回路を備えている。凝縮器62と蒸発器64の少なくとも一方に、熱交換器1が用いられる。
このように構成された冷凍サイクル装置60では、圧縮機61から吐出された冷媒が凝縮器62に流入し、凝縮器62を通過する空気と熱交換して高圧液冷媒となって流出する。凝縮器62を流出した高圧液冷媒は膨張弁63で減圧されて低圧二相冷媒となり、蒸発器64に流入する。蒸発器64に流入した低圧二相冷媒は、蒸発器64を通過する空気と熱交換して低圧蒸気冷媒となり、再び圧縮機61に吸入される。
本実施の形態7によれば、上記実施の形態1〜4と同様の効果が得られると共に、省エネ性、高信頼性、低冷媒量(低GWP)、低コストな冷凍サイクル装置60を得ることができる。
なお、冷媒回路の構成は、図14に示した構成に限られたものではなく、圧縮機61から吐出された冷媒の流れ方向を切り替える四方弁等を備えた構成でもよい。
なお、上記各実施の形態では、ヘッダ20、30の内部構造について具体的に説明しなかったが、熱交換器1を凝縮器として用いる際に冷媒入口側となるヘッダ20には、冷媒を均等に分配するための手段を適用する。冷媒を均等に分配するための手段としては、任意の技術を適宜採用できる。
また、上記各実施の形態では伝熱管13を扁平管としたが、必ずしも扁平管でなくてもよく、円管としてもよい。
また、上記各実施の形態ではヘッダ20、30を円筒状としたが、必ずしも円筒状でなくてもよく、直方体状としてもよい。
なお、上記各実施の形態1〜7においてそれぞれ別の実施の形態として説明したが、各実施の形態の特徴的な構成及び処理を適宜組み合わせて熱交換器、冷凍サイクル装置及び空調機を構成してもよい。また、各実施の形態1〜7のそれぞれにおいて、同様の構成部分について適用される変形例はその変形例を説明した実施の形態以外の他の実施の形態においても同様に適用される。
本発明の活用例として、空調機器等の熱交換器を搭載した多くの産業、家庭用機器に利用可能である。
1 熱交換器、1a 熱交換器、1b 熱交換器、10 熱交換部群、11 熱交換部、11a〜11d 熱交換部、12 フィン、12a〜12d フィン、13 伝熱管、13a〜13d 伝熱管、13e 貫通孔、14 突出部、14a〜14d 突出部、15 曲げ部、20 ヘッダ、20a〜20d 個別ヘッダ、21a〜21d 流出入口、30 ヘッダ、51 本体、52 熱交換器、53 ドレンパン、54 ファン、55 ファンモータ、56 電気品箱、57 化粧パネル、58 吸込口、59 吹出口、60 冷凍サイクル装置、61 圧縮機、62 凝縮器、63 膨張弁、64 蒸発器。

Claims (12)

  1. 内部を冷媒が通過し、空気流れ方向に対して直交方向の段方向へ複数段設けられた複数の伝熱管と、前記空気流れ方向に空気が通過するように並設された複数のフィンとを有する熱交換部が、前記空気流れ方向である列方向に複数列配置されて構成された熱交換部群と、
    前記熱交換部群の両端に配置され、前記複数の伝熱管の端部が接続されるヘッダとを備え、
    前記熱交換部群は、前記列方向に曲げられた1つ以上の曲げ部を有し、
    前記熱交換部群の一端側の前記ヘッダは、前記複数列の前記熱交換部に共通に設けられた1つのヘッダで構成され、前記熱交換部群の他端側の前記ヘッダは、各熱交換部毎に独立して設けられた複数の個別ヘッダで構成されており、
    前記複数の個別ヘッダの位置は、隣接する熱交換部同士で前記複数のフィンの並設方向に異なり、前記複数の個別ヘッダ及び前記複数の個別ヘッダそれぞれに接続された前記複数の伝熱管の端部は、前記複数のフィンの間を流れる空気が流れる方向の下流側から上流側に向かうに連れて前記複数のフィンの並設方向に突出しており、
    前記複数のフィンは、前記複数の伝熱管の突出部も含めて前記一端側のヘッダと前記個別ヘッダとの間に並設されている熱交換器。
  2. 前記複数の個別ヘッダは、前記複数の個別ヘッダの位置を隣接する列同士で並設方向に異ならせることで空いたスペースを使用して容量の増大化が図られている
    請求項記載の熱交換器。
  3. 前記複数の個別ヘッダは、前記複数のフィン全体の列方向の両端よりも内側に収まるように構成されている
    求項記載の熱交換器。
  4. 前記複数の個別ヘッダのうちの一部の容量と、前記複数の個別ヘッダのうちの残りの容量とが異なる
    請求項1〜請求項の何れか一項に記載の熱交換器。
  5. 前記複数の個別ヘッダのうちの前記一部は蒸気冷媒の出入口となり、前記複数の個別ヘッダのうちの残りは液冷媒の出入口となり、蒸気冷媒側となる前記一部の前記個別ヘッダの容量が、液冷媒側となる前記残りの前記個別ヘッダの容量よりも大きい
    請求項記載の熱交換器。
  6. 前記伝熱管が扁平管である
    請求項1〜請求項の何れか一項に記載の熱交換器。
  7. 請求項1〜請求項の何れか一項に記載の熱交換器を2つ備え、前記2つの前記熱交換器は、一方が他方に対して上下反転した状態で対向配置されている
    空調機。
  8. 前記曲げ部の向きが互いに逆方向である請求項1〜請求項の何れか一項に記載の熱交換器を2つ備え、前記2つの前記熱交換器が対向配置されている
    空調機。
  9. 前記2つの熱交換器は、前記熱交換部群の両端に配置された前記ヘッダ、前記複数のフィンの並設幅及び前記複数の伝熱管が同仕様である
    請求項又は請求項記載の空調機。
  10. 請求項1〜請求項の何れか一項に記載の熱交換器を備えた
    冷凍サイクル装置。
  11. 請求項1〜請求項の何れか一項に記載の熱交換器の製造方法であって、
    前記熱交換部群の前記フィンと、前記複数の伝熱管と、前記熱交換部群の両端に配置された前記ヘッダとをロウ付けした後、前記列方向に1回以上の曲げ加工を行って曲げ部を形成する工程を含む熱交換器の製造方法。
  12. 前記曲げ加工は前記一端側のヘッダ側の位置を固定した状態で行う請求項1記載の熱交換器の製造方法。
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