JP6494623B2 - 冷媒分配器、及びその冷媒分配器を有するヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒分配器、及びその冷媒分配器を有するヒートポンプ装置に関するものである。

空気調和機や冷凍装置などの冷凍サイクル装置の凝縮器または蒸発器として作用する熱交換器において、内部の冷媒流路を複数パスに分割した場合に、熱交換器の入口には各パスへ冷媒を分割する冷媒分配器が必要である。
また、例えば、複数台の室外機や室内機を並列に接続してなるマルチ型空気調和装置では、メインの冷媒流路から各ユニットへ冷媒を分配するために、冷媒分配器が必要である。
このような冷媒分配器では、複数パスへの分配をより均等に、かつ、ばらつきを小さく行うことが空気調和機のさらなる性能向上の観点から望まれている。また、近年、製品の軽量化や素材加工性に基づく価格、性能比向上の観点から、空調部品にアルミの普及率が高まっている。

熱交換器の伝熱管が銅管の場合は、冷媒分配器の分配部は銅もしくは黄銅を削り出し加工にて成形されたものが使用され、流出管および流入管は銅が使用される。流出管と分配部、および流入管と分配部はそれぞれろう付け接合され、その流出管は熱交換器の伝熱管にろう付け接合される。
従来の冷媒分配器１においては、図８に示すように流出管２の熱容量は小さく、分配部３の熱容量は大きいため熱容量差が大きくなり、バーナろう付けで両部材を接合する場合に、温度管理が難しく、ろう付け性が安定しない。このバーナろう付けの課題に対し、入熱の再現性向上という観点から、ろう付け加熱手段として高周波誘導加熱コイルが冷媒分配器（特に銅または黄銅製の場合）の生産現場でよく用いられている。

また、伝熱管がアルミの場合は、冷媒分配器１の分配部３はアルミを削り出し加工にて成形されたものが使用され、分配部３と流出管２および流入管４にもアルミが使用される。そして、流出管２と分配部３、および流入管４と分配部３とはろう付け接合される。
このときアルミろう付けは、ろう材の融点が約５８０℃であるのに対して母材の融点が約６５０℃と、ろう材の融点と母材の融点との差、すなわち許容温度範囲、が約７０℃と銅ろう付けの数分の一と小さいので、バーナろう付けで接合する場合に、円柱構造の分配部３の熱容量が大きく内外径間に温度むらが生じやすく、部分的に許容温度範囲を超え、母材が溶けてしまう一方で、ろう材未溶融の領域が生じるなど、温度管理が難しく、ろう付け性が悪化する。また、高周波誘導加熱コイルを用いた場合は、入熱の再現性は向上するが、高周波電流が表皮効果でワーク表面主体に流れるので、加熱が局所的となり、アルミでは母材が溶けやすい。

つまり、アルミの冷媒分配器の分配部３と流出管２との接合は、流出管２の本数が多い上、ろう材と母材の融点の差が小さく、さらに流出管２と分配部３との熱容量差が大きいので、信頼性の高いろう付接合の確保が難しい問題があった。
そこで、従来は特に熱容量の異なる流出管２と分配部３との接合を炉中ろう付け接合で行い、温度管理の煩雑さを解消していた（例えば特許文献１を参照）。
また冷媒分配器１の分配部３は、削り出し加工で成形されるため、アルミの場合は銅もしくは黄銅に比べて切削性が悪く、機械加工に時間を要するため加工費が高いという問題もあった。

特許第５３２８７２４号公報

このように従来、アルミ製の冷媒分配器の製作は、特許文献１に記載があるように熱容量の異なる部材同士を炉中ろう付けで実現していたが、炉の寸法や組み付け作業性等の観点から、全ての部材を炉中ろう付けすることができず、例えば炉に入らない流出管の端部を別部材として部分的にバーナーろう付けしていた。よって、部材点数が多くなるとともに、ろう付けの箇所も多くなり製作工程が煩雑になる。炉は比較的大きなコストやスペースを要するので、汎用的に製品に広く展開するのが難しい、という問題があった。
また、全ての接合部分をバーナーろう付けで製作すると、分配部と流出管のように熱容量差が大きい部材同士を接合する場合に温度管理が難しく、ろう付け性が安定しない問題があった。特にアルミ製では、熱容量の大きな分配部をバーナや高周波誘導で加熱すると許容温度を超えるような温度むらが出来やすく、部分的に許容温度範囲を超え、母材が溶けてしまう一方で、ろう材未溶融の領域が生じるなど、温度管理が難しかった。
加えて、冷媒分配器の分配部は、削り出し加工で成形されるため、アルミの場合は銅もしくは黄銅に比べて切削性が悪く、機械加工に時間を要するため加工費が高いという問題もあった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、分配部と複数の流出管とのろう付接合が良好でかつ、製作工数の少ない生産性に優れた冷媒分配器、及びその冷媒分配器を有するヒートポンプ装置を得ることを目的とする。

本発明に係る冷媒分配器は、流入管から冷媒が流入する流入部と、流入した冷媒を複数の流出管に分配する分配部とを有する冷媒分配器であって、分配部は、流入部と接続される本体部と、流出管に接続される複数の流出部と、により構成され、流出部は、本体部から突設され、本体部と一体に形成されており、流入部は、本体部とろう付けされる円板部と、流入管に接続される円筒部と、円板部の外周側に設けられた外周筒部とを有し、円筒部は、円板部から突設されて、該円板部と一体に形成され、外周筒部と円筒部との間に、円環状の切欠部を有する。

本発明に係る冷媒分配器によれば、分配部の流出部は本体部から突設され、本体部と一体に成形されているので、流出管と流出部との熱容量差が小さくなり、さらに接合部に局所的にバーナー入熱を与えることができるため、バーナー入熱の温度管理が容易となる。したがって、分配部と流出管とを良好にろう付け接合することができる。

実施の形態１に係る冷媒分配器１を用いた熱交換器の構成図である。 実施の形態１に係る冷媒分配器１の縦断面図である。 実施の形態１に係る冷媒分配器１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 実施の形態１に係る冷媒分配器１の他の例１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 実施の形態１に係る冷媒分配器１の他の例２のＡ−Ａ線矢視断面図である。 実施の形態１に係る冷媒分配器１の他の例３のＡ−Ａ線矢視断面図である。 実施の形態２に係る冷媒分配器１の縦断面図である。 従来の冷媒分配器の縦断面図である。 実施の形態３に係る冷媒分配器１の縦断面図である。 実施の形態３に係る分配部３の寸法関係を示す平面図である。 実施の形態３に係る分配部３の寸法関係を示す縦断面図である。 実施の形態３に係る冷媒分配器１と流出管２とのろう付け接合前の状態を示した斜視図である。 実施の形態３に係る冷媒分配器１と流出管２とのろう付け接合前の状態を示した断面斜視図である。 実施の形態４に係る分配部３の根元部３ｆに、リングろう材Ｂ１７とリングろう材Ｃ１８を配置したろう付け接合前の状態を示した縦断面図である。 実施の形態４に係る分配部３の根元部３ｆに、リングろう材Ｂ１７とリングろう材Ｃ１８を配置したろう付け接合前の状態を示した斜視図である。 実施の形態４に係る分配部３の根元部３ｆに、リングろう材Ｂ１７とリングろう材Ｃ１８を配置したろう付け接合前の状態を示した斜視断面図である。 実施の形態４に係る分配部３の根元部３ｆに、リングろう材Ｂ１７とリングろう材Ｃ１８を配置したろう付け接合前の状態を示した断面詳細図である。 実施の形態５に係る分配数Ｎ＝７の製品において、分配部３と、流出管２及びプラグ２０とのろう付け接合前の状態を示した斜視図である。 実施の形態５に係る分配数Ｎ＝６の製品において、分配部３と、流出管２及びバイパス管２１とのろう付け接合前の状態を示した斜視図である。 実施の形態５に係る分配数Ｎ＝６の製品において、分配部３と、流出管２及びバイパス管２１とのろう付け接合前の状態を示した断面図である。

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、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
はじめに、本実施の形態１の冷媒分配器１を用いたフィンアンドチューブ型の熱交換器１００の構成について説明する。
図１は、実施の形態１に係る冷媒分配器を用いた熱交換器の構成図である。
本実施の形態１に係る冷媒分配器１は、例えば熱交換器１００が蒸発器として機能するときに伝熱管５０とフィン５１で構成されるフィンアンドチューブ型の熱交換器１００に流入する二相冷媒を分配するものであり、詳細については後述する。流入管４から冷媒分配器１に流入した二相冷媒は、分配部３の本体部３ｂ内で各流出部３ａに分岐し、流出管２を通って熱交換器１００の各パスを構成する伝熱管５０に流入する。

熱交換器１００の伝熱管５０に流入した二相冷媒は、伝熱管５０と一体化したフィン５１を介して、熱交換器１００を通過する空気と熱交換し、蒸発してガス冷媒となる。ガス冷媒は、ガスヘッダー５２で合流し、圧縮機（図示しない）の吸引側に向かって流出するようになっている。
伝熱管５０とフィン５１は、いずれもアルミまたはアルミ合金で構成されている。なお、伝熱管５０は、円管、扁平管、その他どのような形状であっても採用可能である。

次に、冷媒分配器１の構成について説明する。
図２は、実施の形態１に係る冷媒分配器１の縦断面図である。
図３は、実施の形態１に係る冷媒分配器１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
本実施の形態の冷媒分配器１は、アルミ製の流入部５とアルミ製の分配部３から構成されている。分配部３は、プレス加工により複数の流出部３ａを含めて一体に成形されており、円筒形状の本体部３ｂと、円管形状で例えば４箇所の流出部３ａと、を有している。分配部３の本体部３ｂの上面には図２に示すように流出管２に連通する流出孔３ｄが開口している。流入部５は、円形の円板部５ａと、この円板部５ａの中心軸に同軸に配置された円筒部５ｂとにより構成されている。

流出管２には、図１における下端が流出部３ａに外側から嵌合するように拡開した拡開部２ａが設けられ、基部２ｂに比べて大きい口径になっている。よって、流出管２を流出部３ａに嵌合する際には拡開部２ａを流出部３ａに挿入し、流出管２の基部２ｂと拡開部２ａとの段差を流出部３ａの上端部に当接させて位置決めをする。
流出管２の基部２ｂの外径と肉厚の寸法は、分配部３の流出部３ａの外径と肉厚の寸法と同一であることが望ましい。

分配部３と流入部５とを接合する際には、本体部３ｂの下端の円周面に形成された円形の切欠部３ｃに流入部５の円板部５ａの外周を嵌合する。そして、流入管４と流入部５とを接合する際には、流入部５の円筒部５ｂの下端内周面に形成された円形の切欠部５ｃに円筒形状の流入管４の外周面を嵌合する。
その後、分配部３と流入部５とをバーナーろう付けにより接合し、さらに流入管４と流入部５、および流出管２と流出部３ａとを、それぞれバーナーろう付けにより接合する。

バーナーろう付け法は、炉中ろう付けのノコロックろう付け法と同様にフッ化物フラックスを接合部に塗布してろう材を接合部に設置した後に、バーナーでろう材を融点５９０℃まで上昇させ、ろう材を溶かして接合する接合方法である。ガスバーナーは、都市ガス、プロパン、アセチレンと酸素の混合ガス等を用いる。

バーナーろう付けは、大気中で行い、バーナーで接合部を直接、温度上昇させるので、温度調節が難しい。特に、アルミ相互のろう付けの場合は、融点近くになった時のアルミの色に変化がなく、ろう材と母材の融点差が小さいので、ろう付け性が悪い。ろう付けがうまくいかず、未接合部ができた場合は、中を流れる冷媒が外気に流出してしまう。

しかし、実施の形態１に係る冷媒分配器１は、流出管２の基部２ｂの外径と肉厚の寸法が、分配部３の流出部３ａの外径と肉厚の寸法と同一となるように構成されているので、接合部６における流出部３ａと流出管２との熱容量差を小さくすることができる上、接合部６にも局所的にバーナー入熱を与えることができるため、バーナー入熱の温度管理が容易となり、分配部３と流出管２とを良好にろう付け接合することができる。

また、分配部３および流入部５は、プレス加工により成形しているので、削り出し加工が不要となり、加工工数を削減でき、生産性を向上することができる。

また、分配部３の上部に設けている流出部３ａの熱容量は小さいので、接合部６の一箇所あたりのバーナーろう付け時間を削減することができ、生産性を向上することができる。

さらに、分配部３上部に流出部３ａを設け、プレス加工により一体に成形しているので、図８に示す従来の冷媒分配器で一流路につき二箇所ろう付けしていた流出管２のろう付点数を一箇所に集約することができ、生産性を向上することができる。

ここで図４〜６に実施の形態１に係る冷媒分配器１の分配部３の変形例を示す。
図４は、実施の形態１に係る冷媒分配器１の他の例１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
図５は、実施の形態１に係る冷媒分配器１の他の例２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
図６は、実施の形態１に係る冷媒分配器１の他の例３のＡ−Ａ線矢視断面図である。
図４〜６において、分配部３の流出孔３ｄの数を、２個、６個、８個とした例を示しているが、これ以外に何個の流出孔３ｄ有していてもよい。

実施の形態２．
実施の形態２に係る冷媒分配器１は、流入管４と流入部５、分配部３と流入部５、および流出管２と流出部３ａとを接合する各接合部分の構成以外は実施の形態１に係る冷媒分配器と共通である。このため実施の形態１に係る冷媒分配器１との相違点を主に説明する。

図７は、実施の形態２に係る冷媒分配器１の縦断面図である。
流出部３ａは、図７における上端が流出管２に外側から嵌合するように拡開した拡開部３ｅが設けられ、流出部３ａに比べて大きい口径になっている。よって、流出管２を拡開部３ｅに嵌合する際には流出管２を拡開部３ｅに挿入し、流出部３ａと拡開部３ｅとの段差に流出管２の下端が当接して位置決めされる。
流出管２の外径と肉厚の寸法は、分配部３の流出部３ａの外径と肉厚の寸法と同一であることが望ましい。

分配部３と流入部５とを接合する際には、本体部３ｂの下端を流入部５の円板部５ａの外周に立設された円筒状のリブ５ｄの内周面に嵌合する。そして、流入管４と流入部５とを接合する際には、流入部５の円筒部５ｂの下端外周面に形成された切欠部５ｅに円筒形状の流入管４の内周面を嵌合する。
その後、分配部３と流入部５とをバーナーろう付けにより接合し、さらに流入管４と流入部５、および流出管２と流出部３ａとを、それぞれバーナーろう付けにより接合する。

実施の形態２に係る冷媒分配器１は、流出管２と流出部３ａとの接合部６、分配部３と流入部５との接合部７、および流入管４と流入部５との接合部８が全て、下方の部材が外側となって上方の部材を受ける姿勢で接合されているので、流出管２、分配部３、流入管４、および流入部５をろう付け姿勢を変えずに一括でろう付け接合することができる。このため、ろう付け工数を削減することができ、生産性を向上することができる。

また、ろう付け姿勢を変えずに一括でろう付け接合することができるので、バーナーろう付け以外に自動ろう付けや炉中ろう付けも採用可能であり、作業方法による入熱のバラツキを抑制でき、ろう付けの温度管理を容易にすることができる。

なお、本実施の形態２に係る冷媒分配器１の一括で作業を行うろう付け工程は、実施の形態１に係る冷媒分配器１の上下を反転させた状態でも採用することが可能である。

また、実施の形態１と同様に流出管２の外径と肉厚の寸法が、分配部３の流出部３ａの外径と肉厚の寸法と同一となるように構成されているので、接合部６における流出部３ａと流出管２との熱容量差を小さくすることができる上、接合部６にも局所的にバーナー入熱を与えることができるため、バーナー入熱の温度管理が容易となり、分配部３と流出管２とを良好にろう付け接合することができる。

また、分配部３および流入部５は、プレス加工により成形しているので、削り出し加工が不要となり、加工工数を削減でき、生産性を向上することができる。

さらに、分配部３の上部に設けている流出部３ａの熱容量は小さいので、接合部６の一箇所あたりのバーナーろう付け時間を削減することができ、生産性を向上することができる。

そして、分配部３上部に流出部３ａを設け、プレス加工により一体に成形しているので、図８に示す従来の冷媒分配器で一流路につき二箇所ろう付けしていた流出管２のろう付け点数を一箇所に集約することができ、生産性を向上することができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る冷媒分配器１は、流出管２と流出部３ａとを接合する各接合部分の構成以外は実施の形態１に係る冷媒分配器の構成とほぼ共通である。このため実施の形態１に係る冷媒分配器１との相違点を主に説明する。

図９は、実施の形態３に係る冷媒分配器１の縦断面図である。
図１０は、実施の形態３に係る分配部３の寸法関係を示す平面図である。
図１１は、実施の形態３に係る分配部３の寸法関係を示す縦断面図である。
分配部３の本体部３ｂは、冷間鍛造プレス的な厚板の絞り加工（鍛造絞り）により成形される。本体部３ｂは、天板部３ｇと、円筒空間３ｊを内部に有する円筒形状の胴体部３ｈにより構成されている。天板部３ｇの下面部３ｉと胴体部３ｈとが交わる角部分には、応力緩和のためＲ形状を有する隅部１６が設けられている。

流入部５は、円板部５ａの外周側に設けられた外周筒部５ｆと、流入管４が接続する円筒部５ｂとを有し、外周筒部５ｆと円筒部５ｂとの間には円環状の切欠部１０が形成されている。切欠部１０は、流入部５を分配部３にろう付けする際の温度むらの抑制、及び熱容量の低減のために形成されている。また、胴体部３ｈの内周側には、外周筒部５ｆとのろう付け隙間の均等設定用に、同芯出し突起（ディンプル）がプレス加工の一環で、数カ所（３〜４カ所）均等間隔で設けられており（図示せず）、信頼性の高いアルミろう付けを実現しやすくしている。

天板部３ｇにおいて、耐圧強度を確保するための必要天板板厚としては、材料力学での円板の曲げ応力の関係式を用いれば、図１０、図１１に示す天板部３ｇの厚みＴ［ｍｍ］、胴体部３ｈの内径Ｄ［ｍｍ］ 、設計圧力Ｐ［Ｍｐａ］、材料の許容引張応力σ［Ｎ／ｍｍ２]として、
Ｔ≧Ｄ√（０．１９Ｐ／σ） ・・・・（式１）
で表わされる。ここで対象の冷媒分配器１の仕様として、Ｐ＝４．１５［ＭＰａ］、σ＝８[ＭＰａ]（アルミ厚板Ａ１０７０材の１２５℃温度補正の引張応力）の場合は、
Ｔ≧０．３１Ｄ
となる。

一方、内径Ｄの寸法関係に関しては、流出部３ａの外径ｄ［ｍｍ］、流出部３ａの肉厚ｔ［ｍｍ］、隣接する流出部３ａのピッチ間距離ｐ［ｍｍ］、分配部３の分配数Ｎ［本］、流出部３ａ群のピッチ円直径Ｄｍ［ｍｍ］とすれば、
Ｄｍπ≧ｐ×Ｎ＞ｄ×Ｎ ・・・・（式２）
Ｄ＝Ｄｍ＋（ｄ−２ｔ） ・・・・（式３）
であり、式２、式３から、
Ｄ≧ｄ×Ｎ／π＋（ｄ−２ｔ） ・・・・（式４）
という関係がある。

ここで高圧ガス保安法、冷凍保安規則に準じた配管肉厚例として、外径ｄ＝φ７ｍｍ、肉厚ｔ＝１ｍｍの値を用いれば、式４より
Ｄ≧２．２３Ｎ＋５
となる。ここで、式１に式４を代入すれば、
Ｔ≧０．６９Ｎ＋１．５５ ・・・・（式５）
という関係がある。ここで、本例での分配数Ｎ＝８の場合、これを式５に代入すれば、
Ｔ≧７［ｍｍ］
となり、設計圧力に対して必要強度を確保するためには、天板部３ｇの厚みＴは７ｍｍ（流出部３ａ肉厚の７倍）以上となる。これを適用対象全般の分配数Ｎ≧３にあてはめれば、天板部３ｇの厚みＴは、流出部３ａ肉厚の３倍以上必要となる。

流出部３ａの肉厚は、流出管２の肉厚の１〜２倍（たとえば、流出部３ａの外径φ７ｍｍ、肉厚１ｍｍと、流出管２の外径φ５ｍｍ、肉厚０．７ｍｍ等）となるように設定されている。流出部３ａの根元部３ｆは、製造工程等での過大な外力付与時の応力緩和を目的として、Ｒ形状になるようプレス加工の一環で成形されている。

流出部３ａの内径側には、流出管２が嵌合され、ろう付け接合される。この際、流出管２の下端は、流出孔３ｄ内に配置された配管止め部９に当接して位置決めされる。配管止め部９は、流出部３ａのプレス加工の一環により、流出孔３ｄの内径よりわずかに小さい内径になるよう設けられた段差である。この段差は、半径方向でたとえば０．３ｍｍ程度もあればよく、それ自体が圧損にならないよう、流出管２の内径より大きな内径という制約と、プレス加工上で各部が問題なく成形できるという加工制約を満たせば、流出孔３ｄの内径が配管止め部９を挟んで僅かに異径であってもよい（図示はしていないが、配管止め部９より内径が大きい部分が流出部３ａ側だけでもよい）。
流出孔３ｄの軸方向における流出部３ａの上端から配管止め部９までの深さＬは、ろう付け継手に必要な嵌まり込み深さ（流出部３ａと流出管２との軸方向におけるろう付け接合長さ）として、流出管２の外径φ７ｍｍのときに、Ｌ≧６ｍｍと設定される。すると、流出部３ａの軸方向長さ（高さｈ）は、本実施の形態での効果を発揮させるために、ろう付け深さとなるＬの半分以上の寸法を確保することが望ましいと考えられるので、この例では、たとえばｈ＝４ｍｍと設定される。

この例からわかるように、冷媒分配器１では、耐圧上、流出部３ａの肉厚ｔ(＝１ｍｍ)と天板部３ｇの厚みＴ（＝７ｍｍ以上）との肉厚比Ｔ／ｔは、上記例では７倍、Ｎ＝３以上の適用対象全般では３倍以上と非常に大きい。そのため、従来技術（特許第２７７６６２６号公報や特許第３３９６７７０号公報を参照）のような同一肉厚レベルの薄板加工である、単純な絞り加工やバーリング加工では本発明の流出部３ａを成形することはできない（なお、先行技術文献「プレス順送金型の設計」（日刊工業新聞社）によれば、バーリング加工では、板厚減少の制約から、アルミでＴ／ｔ≦１／√０．２９＝最大１．９倍と規定されている）。

また、本実施例では、Ｎ本の流出部３ａの肉厚中央径φｄｍ（＝ｄ―ｔ＝６ｍｍ）と流出部長さＬ（＝４ｍｍ以上）の比ｈ／ｄｍは、０．６７倍以上と比較的大きい。そのため、単純な絞り加工では外縁全周に渡る一定領域の円板面積を縮小する必要があるので複数の流出部形成が困難という制約がある。よって、バーリング加工では、加工前の内径側の円環分体積しか加工後の流出部３ａの円筒部体積に充てられないため、高さに限界があり実現が困難である（上記同文献によれば、ｈ／ｄｍ≦０．２５倍以下）。

そこで、このような大きな肉厚差があっても、薄く高い流出部３ａを形成するため、冷間鍛造的なプレス加工を用いて、厚板の一定領域をプレス加圧し、部分的に板厚を減少させる必要がある。流出部３ａの立上げに必要な材料体積の肉を確保し、適切なパンチ・ダイの組合せによる複数工程を経ることにより、その肉を移動、成形し、所望高さの流出部３ａを形成する。

本実施例は、このような体積一定の原理に基づく冷間鍛造的なプレス加工を用いるため、厚板から薄肉、背高の流出部３ａを実現することを可能としている。ここで、板厚を減少させる領域は、最終的には流出部３ａの直下であるが、流出部３ａを形成する過程では、これに限らず、必要な領域をプレス押圧し、適宜複数工程にて肉の出し入れを行えばよい。

このようにプレス加工で形成されたアルミ製の分配部３と流出管２とを接合する前に、予め、分配部３と流入部５、および、流入管４と流入部５とがそれぞれ別々または同時に、バーナまたは炉中でのろう付けにより接合される。

図１２は、実施の形態３に係る冷媒分配器１と流出管２とのろう付け接合前の状態を示した斜視図である。
図１３は、実施の形態３に係る冷媒分配器１と流出管２とのろう付け接合前の状態を示した断面斜視図である。
流出部３ａの上端には、予めリングろう材Ａ１３が配置され、流出管２との隙間に流入しやすいよう、流出部３ａのプレス加工の一環により、流出部３ａの外方に拡開するフレア部１２が設けられている。フレア部１２の外径は、リングろう材Ａ１３が溢れにくいよう、流出部３ａの外径よりも大きな寸法となっている。

この状態で、分配部３の本体部３ｂの外周に複数本のバーナを配置し、固定または回転（ワークの自転またはバーナの公転）させて本体部３ｂ外周側を加熱する。本体部３ｂは耐圧上必要な天板部３ｇの厚み分の熱容量を持つため、径方向で内外の温度勾配や周方向の温度むらを生じやすい。一方、流出部３ａは薄肉、小熱容量で、かつ、本体部３ｂ外周側に配置されているので、主に本体部３ｂ外周側に蓄熱されたバーナ入熱は、熱伝導により流出部３ａ全周に渡り、流出部３ａは均熱化されやすい。このように流出部３ａが本体部３ｂに比べて、熱伝導により温度むらが小さく、均熱化されやすい現象は、伝熱解析シミュレーション、および、赤外線サーモグラフィ測定により確認することができる。

このように均熱化され昇温した流出部３ａから、リングろう材Ａ１３、および、流出管２に、熱伝達が行われると、リングろう材Ａ１３が溶融し、本体部３ｂと流出管２とのろう付け接合が行われる。このとき、流出部３ａは分配部３に比べ、小熱容量で均熱化されているので、部分的な母材溶融や溶け残りや、ろう回り不足等の少ない、信頼性の高いろう付け接合が行われる。

このように組立、接合された冷媒分配器１における冷媒の流れを説明する。流入部５の上端には、流入管４から流れてきた冷媒を適切な流速にするため、冷媒流路の流路断面積を小さくした絞り部１４が設けられており、絞り部１４を通過した冷媒は、天板部３ｇの下面部３ｉに衝突する。下面部３ｉは、従来の分配器における円錐面と異なり平面形状であるため、冷媒が絞り部１４からの流れの密度が軸対称でない偏流であっても、下面部３ｉに衝突後、外周側放射状にほぼ均等に分散しやすい。

流出孔３ｄは、その内周が円筒空間３ｊの内周とほぼ接するように配置されているので、下面部３ｉに沿って放射状に分散した冷媒流れ１５は、径方向終端の円筒空間３ｊの外壁に当った場合も、他へ飛散することなくそのまま流出孔３ｄに流入しやすく、分配効率の高い、ほぼ均等な冷媒の分配、流出が行われる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る冷媒分配器１は、流入管４と流入部５、分配部３と流入部５、および流出管２と流出部３ａ、これら各接合部分の基本構成は実施の形態３に係る冷媒分配器１と共通である。このため実施の形態３に係る冷媒分配器１との相違点を主に説明する。

アルミは腐食しやすい金属なので、アルミ配管部品では一般に使用環境等に応じた防食設計を施している。円管自体の防食材としては、素材メーカから、管材を押出しする際に、外表面側に犠牲防食材を同時に押し出す防食層クラッド管や、押出し後に周囲から亜鉛を溶射する亜鉛溶射管等、板材の防食材としては、犠牲防食材を同時に圧延することで防食層を一体形成される防食層クラッド板が提供されている。このような材料に関しては、板厚の比較的薄い板厚材は、広いニーズがあり市場投入されているが、肉厚材はニーズ少なく量産効果が期待できないため、あまり製品化されていない。そこで肉厚の部品の一般的な防食対策としては、板厚をより肉厚にしたり、亜鉛のような犠牲防食材料を対象部位の近傍や表面に配置したりすることにより、腐食進行を遅らせる方法を取ることがある。

実施の形態４におけるアルミ製の分配部３は、上記のとおり、厚板からの冷間鍛造的な絞り加工（あるいは機械加工）およびプレス加工で形成され、本体部３ｂは板厚３ｍｍ以上の厚板として残っているので肉厚維持が防食対策たり得るが、肉薄の流出部３ａについては、亜鉛含有材を近傍に配置する等の対策を追加している。
図１４は、実施の形態４に係る分配部３の根元部３ｆに、リングろう材Ｂ１７とリングろう材Ｃ１８を配置したろう付け接合前の状態を示した縦断面図である。
図１５は、実施の形態４に係る分配部３の根元部３ｆに、リングろう材Ｂ１７とリングろう材Ｃ１８を配置したろう付け接合前の状態を示した斜視図である。
図１６は、実施の形態４に係る分配部３の根元部３ｆに、リングろう材Ｂ１７とリングろう材Ｃ１８を配置したろう付け接合前の状態を示した斜視断面図である。
図１７は、実施の形態４に係る分配部３の根元部３ｆに、リングろう材Ｂ１７とリングろう材Ｃ１８を配置したろう付け接合前の状態を示した断面詳細図である。

図１４〜１７に示すように、分配部３の上面にはＮ本の流出部３ａの根元部３ｆに対して、内接円の直径以下の径に成形された内周リングろう材Ｂ１７と、外接円の直径以上の径に成形された外周リングろう材Ｃ１８が各１個配置されている。すなわち、複数の流出部３ａの外接円の外側に配置された外周リングろう材Ｃ１８と、複数の流出部３ａの内接円の内側に配置された内周リングろう材Ｂ１７とを有している。外周リングろう材Ｃ１８は、アルミろう付け用のアルミを主体としたろう材に比べて、亜鉛（Ｚｎ）を多めに含有した材料である。

流出管２と流出部３ａとのバーナろう付け時に分配部３を加熱すると、実施の形態４に係る通常のリングろう材Ａ１３と同時に、その入熱が根元部３ｆに配置された内周リングろう材Ｂ１７と外周リングろう材Ｃ１８にも伝達し、これらリングろう材が融解することにより、溶け出した亜鉛(Ｚｎ)が流出部３ａの根元部３ｆの周囲や天板部３ｇ上面に拡散、配置され、腐食寿命を満足する犠牲防食効果を得ることができる。

本実施の形態４によれば、亜鉛溶射や亜鉛塗料などの特別な防食処理工程を別途要することなく、一般的なリングろうと同時に亜鉛入りのリングろう材を供給して、通常のバーナ等のろう付け加熱を施すだけで、本実施例における厚肉の本体部３ｂと薄肉の流出部３ａからなる分配部３の防食対策を簡易に実現することができる。

なお、上記実施の形態では、流出部３ａの根元部３ｆに対して内接円の直径以下の径の内周リングろう材Ｂ１７と、外接円の直径以上の径の外周リングろう材Ｃ１８の各１個を根元部３ｆに配置する例を示したが、流出部３ａの外径より少し大きめの亜鉛含有のリングろう（図示せず）Ｎ個を根元部３ｆに配置する方法を用いても類似の効果が得られる。また、亜鉛含有量や、流出部３ａの根元部３ｆに対する内接円、外接円からの距離等は、腐食環境条件に応じてあらかじめ決定すればよい。また、上記の亜鉛含有材料は、ろう材以外で、たとえば亜鉛フープ材そのものも一見よさそうだが、実際にはエロージョンを起こしやすく注意を要するので、使用量とろう付け性をもとにその適用可否を決定することができる。

実施の形態５．
実施の形態５に係る冷媒分配器１は、流入管４と流入部５、分配部３と流入部５、および流出管２と流出部３ａ、これら各接合部の基本構成は実施の形態３に係る冷媒分配器１と共通である。このため実施の形態３に係る冷媒分配器１との相違点を主に説明する。

本実施の形態５でのプレス加工という作業性のよい工法で、多岐の分配数Ｎの用途に対応するために以下の方法を用いる。
図１８は、実施の形態５に係る分配数Ｎ＝７の製品において、分配部３と、流出管２及びプラグ２０とのろう付け接合前の状態を示した斜視図である。

分配部３の流出部３ａの１か所にプラグ２０にて栓をした状態で通常のバーナろう付けを行うことにより、プレス加工、ろう付けの作業性、標準化という分配部３の利点を活かし、プラグ２０とセットで安価な分配部３を適用しながら、プレス加工段階（Ｎ＝８）とは異なる分配数（たとえばＮ＝７）に容易に対応することができる。また、プラグ２０は流出管２とのアルミろう付けを行いやすくするため、流入部５側端面を中抜き形状とすることにより、熱容量を小さくすることができる。

図１９は、実施の形態５に係る分配数Ｎ＝６の製品において、分配部３と、流出管２及びバイパス管２１とのろう付け接合前の状態を示した斜視図である。
図２０は、実施の形態５に係る分配数Ｎ＝６の製品において、分配部３と、流出管２及びバイパス管２１とのろう付け接合前の状態を示した断面図である。
分配部３の流出部３ａの２か所に、バイパス管２１にてバイパスした状態で通常のバーナろう付けを行うことにより、上記同様にプレス加工、ろう付けの作業性、標準化という分配部３の利点を活かし、バイパス管２１とセットで安価な分配部３を適用しながら、プレス加工段階（Ｎ＝８）とは異なる分配数（たとえばＮ＝６）に容易に対応することができる。

上記実施例では、プレス加工で形成したＮ＝８の分配部３を、Ｎ＝７、および、Ｎ＝６の製品に適用する例を示した。製品の分配数がプレス加工段階での分配数Ｎの約数、すなわち、本例ではＮ＝２、または、Ｎ＝４の場合は、それらを均等配置するように残りを上記方法で閉栓すれば、その構成で容易にほぼ均等な分配が得られる。約数以外の場合は、均等な分配を確保するため、閉栓状態で得られる各流出部３ａでの圧損に応じて、流出管２長をあらかじめ調整設計したり、また、バイパス管２１でバイパスする位置を対角線上等にすることで偏流の影響を最小化したりすることにより、所望の分配性能設計が可能となる。

なお、上記全ての実施例では、ろう付け加熱の方法として、バーナの例を示したが、本発明の分配部３の特長を活かせるのであればこれに限るものではなく、熱風、ヒータ（シーズ、ハロゲン）、高周波誘導加熱、電気炉等、適切な加熱方法を組み合せればよい。

また、上記実施の形態１〜５と５通りの組立構造例を示したが、本発明による分配部３の特長を活かせるのであれば、無論、これに限るものではなく、流出管２、流入部５、流入管４ほか、多岐の配管部品との組合せ構造に適用しても、類似の効果が期待できる。

また、上記実施例では、冷間鍛造的なプレスを用いたが、分配部３の肉厚な天板部３ｇと肉薄の流出部３ａとを一体で形成し、本例の特長を活かせるのであれば、必ずしもこの工法に限るものではなく、対象製品に応じて機械加工や他の加工法と組み合せればよい。

なお、本実施の形態１〜５に係る冷媒分配器１は、熱交換器１００が蒸発器として機能する時を例に説明したが、熱交換器１００が凝縮器として機能する時に適用してもよい。この時は、熱交換器１００に流入するガス冷媒を各伝熱管５０に分配する役割を果たすものである。

なお、本実施の形態１〜５に係る冷媒分配器１は、アルミ製の例を示したが、従来の空調機器で多用されてきた、黄銅製や銅製のものであっても、より信頼性の高いろう付接合を行うためには、本体部３ｂの小熱容量化、および流出部３ａと流出管２との熱容量差の低減は望ましいので、アルミ製と同様のプレス金型で成形することが可能であり、類似の効果を発揮する。

なお、近年、省エネを追及する目的やオゾン層破壊を防止する目的、また地球温暖化防止の目的からＲ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ３２やＣＯ_２のように高圧で作動する冷媒が採用される傾向にある。従来のＨＣＦＣ冷媒に比べ高圧が高く、又低圧は低くなる場合があるため、ろう付け精度の向上がガス漏れ防止に大きく影響を及ぼす。本発明は、適正な部材への入熱により、熟練の作業者でなくても安定的なろう付けを実施することができ、冷媒漏洩がなく品質の高い冷媒分配器を提供することが可能になる。

１ 冷媒分配器、２ 流出管、２ａ 拡開部、２ｂ 基部、３ 分配部、３ａ 流出部、３ｂ 本体部、３ｃ 切欠部、３ｄ 流出孔、３ｅ 拡開部、３ｆ 根元部、３ｇ 天板、３ｈ 胴体部、３ｉ 下面部、３ｊ 円筒空間、４ 流入管、５ 流入部、５ａ 円板部、５ｂ 円筒部、５ｃ 切欠部、５ｄ リブ、５ｅ 切欠部、５ｆ 外周筒部、６ 接合部、７ 接合部、８ 接合部、９ 配管止め部、１０ 切欠部、１２ フレア部、１３ リングろう材Ａ、１４ 絞り部、１５ 冷媒流れ、１６ 隅部、１７ 内周リングろう材Ｂ、１８ 外周リングろう材Ｃ、２０ プラグ、２１ バイパス管、５０ 伝熱管、５１ フィン、５２ ガスヘッダー、１００ 熱交換器。

Claims (10)

1. 流入管から冷媒が流入する流入部と、流入した冷媒を複数の流出管に分配する分配部とを有する冷媒分配器であって、
   前記分配部は、前記流入部と接続される本体部と、前記流出管に接続される複数の流出部と、により構成され、
   前記流出部は、前記本体部から突設され、該本体部と一体に形成されており、
   前記流入部は、前記本体部とろう付けされる円板部と、前記流入管に接続される円筒部と、前記円板部の外周側に設けられた外周筒部とを有し、
   前記円筒部は、前記円板部から突設されて、該円板部と一体に形成され、
   前記外周筒部と前記円筒部との間に、円環状の切欠部を有する冷媒分配器。
2. 前記円筒部の内面側には、前記流入管が挿入されており、
   前記本体部の内面側には、前記円板部が挿入されている請求項１に記載の冷媒分配器。
3. 前記本体部の天板を構成する天板部において、前記流入部から流入した冷媒が衝突する部分となる下面部が平面形状である請求項１または２に記載の冷媒分配器。
4. 前記流入部は、冷媒流路の流路断面積を小さくした絞り部を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
5. 前記本体部の上面に、亜鉛を含有する犠牲防食層が形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
6. 複数の前記流出部の一部には、プラグまたはバイパス配管が取り付けられ、前記流出部の一部が閉栓された請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
7. 前記流出部は円管形状であり、該流出部の外径と肉厚の寸法は、前記流出管の外径と肉厚の寸法と同一である請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
8. 前記分配部、前記流入部、前記流出管及び前記流入管はアルミ製であり、
   前記流出部と前記流出管、前記本体部と前記流入部、前記流入部と前記流入管、がそれぞれろう付けで接合されたろう付け接合部を有している請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷媒分配器。
9. 前記流出部の軸方向長さは、前記流出部と前記流出管との軸方向における前記ろう付け接合部の長さの半分以上の寸法として構成された請求項８に記載の冷媒分配器。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷媒分配器を有するヒートポンプ装置。

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