JP7023404B1 - 熱交換器および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを増大させずに、端板の立ち上がり部がロウ付けの妨げとなることを抑制する。【解決手段】複数のフィン１６と、前記フィン１６に接合された複数列の伝熱管１５と、前記複数列の伝熱管１５同士をロウ付けにより接続する接続配管１７と、前記フィン１６の端部に前記複数列の伝熱管１５のうちの少なくとも一列の伝熱管１５を筐体に固定する端板１９とを備え、前記伝熱管１５および前記接続配管１７はアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成され、前記端板１９は、一体成形された平板部２０と立ち上がり部２１とを含み、前記立ち上がり部２１の最頂部２５は、同列の隣り合う伝熱管１５の間に位置している。【選択図】図４

Description

本発明は、熱交換器および空気調和機に関する。

従来、空気調和機の室外機や室内機には、熱交換器が搭載されている。その熱交換器は、例えば特許文献１に記載されているように、複数の伝熱管と、複数の伝熱管に接合されたフィンと、複数の伝熱管の端部同士を接続するパス配管とから構成される。また、特許文献１に記載された熱交換器には、フィンの端部に熱交換器を筐体に固定するための端板（プレート）が設けられている。端板は、平板部と立ち上がり部とを備え、それら平板部と立ち上がり部とは分割された構造である。そして、立ち上がり部は、伝熱管の端部にパス配管がロウ付けされた後に平板部に接合される。

特開２０１４－１１９１５８号公報

上述の端板における平板部と立ち上がり部とを分割して構成した場合には、伝熱管とパス配管とをロウ付けした後に平板部と立ち上がり部とを接合することになり、製造コストが増大する。一方、平板部と立ち上がり部とを一体成形した場合には、伝熱管の端部にパス配管をロウ付けする際に、立ち上がり部がロウ付けの妨げとなって入熱量が不安定になるおそれがあり、ひいてはロウ付け不良が生じる場合がある。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、製造コストを増大させずに、端板の立ち上がり部がロウ付けの妨げとなることを抑制できる熱交換器および空気調和機を提供することを目的とする。

本発明は、複数のフィンと、前記フィンに接合された複数列の伝熱管と、前記複数列の伝熱管同士をロウ付けにより接続する接続配管と、前記フィンの端部に前記複数列の伝熱管のうちの少なくとも一列の伝熱管を筐体に固定する端板とを備え、前記伝熱管および前記接続配管はアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成され、前記端板は、一体成形された平板部と立ち上がり部とを含み、前記立ち上がり部の最頂部は、同列の隣り合う伝熱管の間に位置し、前記立ち上がり部は、前記端板を前記筐体に固定するための締結部が形成された第１の立ち上がり部と、前記締結部が形成されていない第２の立ち上がり部とを含み、前記第２の立ち上がり部の高さは、前記第１の立ち上がり部の高さより低く、前記端板は、アルミニウム、アルミニウム合金、または、樹脂により形成されているものである。

本発明によれば、製造コストを増大させずに、端板の立ち上がり部がロウ付けの妨げとなることを抑制できる。

空気調和機を示す外観構成図である。 空気調和機の冷媒回路を示す図である。 室外熱交換器を説明するための図である。 本実施形態における端板の立ち上がり部と伝熱管との位置関係を説明するための図である。 締結部のない範囲に立ち上がり部を形成した変形例を示す図である。 締結部のない範囲に立ち上がり部を形成した変形例を示す図である。 締結部が形成された立ち上がり部の変形例を示す図である。 締結部が形成された立ち上がり部の変形例を示す図である。 締結部が形成された立ち上がり部の変形例を示す図である。 立ち上がり部全体の変形例を示す図である。 立ち上がり部全体の変形例を示す図である。 一列の伝熱管に対して立ち上がり部を形成した変形例を示す図である。

図１は、本実施形態に係る空気調和機１を示す外観構成図である。空気調和機１は、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）で冷媒を循環させることによって、空調を行う。図１に示すように、空気調和機１は、室内（被空調空間）に設置される室内機２と、屋外（室外）に設置される室外機３と、ユーザによって操作されるリモコン４とを備えている。

室内機２は、リモコン通信部５を備えている。リモコン通信部５は、赤外線通信等によって、リモコン４との間で所定の信号を送受信する。例えば、リモコン通信部５は、運転指令、停止指令、設定温度の変更、運転モードの変更、もしくは、タイマの設定等の信号をリモコン４から受信する。また、リモコン通信部５は、室内温度の検出値等をリモコン４に送信する。なお、図１では省略しているが、室内機２と室外機３とは、冷媒配管を介して接続されるとともに、通信線を介して接続されている。

図２は、実施形態に係る空気調和機１の冷媒回路Ｑを示す図である。なお、図２に示す実線の矢印は、暖房運転時における冷媒の流れを示している。また、図２に示す破線の矢印は、冷房運転時における冷媒の流れを示している。

室内機２は、リモコン通信部５の他に、室内熱交換器６と、室内ファン７とを備えている。室内熱交換器６においては、伝熱管を通流する冷媒と、室内ファン７から送り込まれる室内空気との間で熱交換が行われる。室内熱交換器６は、後述の四方弁１３の切り替えにより凝縮器または蒸発器として動作する。室内ファン７は、室内熱交換器６の付近に設置されている。室内ファン７は、室内ファンモータ８の駆動によって、室内熱交換器６に室内空気を送り込む。

室外機３は、圧縮機９と、室外熱交換器１０と、室外ファン１１と、室外膨張弁（膨張弁）１２と、四方弁１３とを備えている。圧縮機９は、圧縮機モータ１４の駆動によって、低温低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出する。室外熱交換器１０においては、後述する伝熱管１５を通流する冷媒と、室外ファン１１から送り込まれる外気との間で熱交換が行われる。室外熱交換器１０は、四方弁１３の切り替えにより凝縮器または蒸発器として動作する。

室外ファン１１は、図１に示すように、室外熱交換器１０の付近に設置されている。室外ファン１１は、室外ファンモータ１１ａの駆動によって、室外熱交換器１０に外気を送り込む。室外膨張弁１２は、「凝縮器」（室外熱交換器１０および室内熱交換器６の一方）で凝縮した冷媒を減圧する機能を有している。なお、室外膨張弁１２において減圧された冷媒は、「蒸発器」（室外熱交換器１０および室内熱交換器６の他方）に導かれる。

四方弁１３は、空気調和機１の運転モードに応じて、冷媒の流路を切り替える弁である。四方弁１３の切り替えにより、冷房運転時には、破線矢印で示すように、圧縮機９、室外熱交換器（凝縮器）１０、室外膨張弁１２、および室内熱交換器（蒸発器）６の順に冷媒が循環する冷凍サイクルとなる。また、四方弁１３の切り替えにより、暖房運転時には、実線矢印で示すように、圧縮機９、室内熱交換器（凝縮器）６、室外膨張弁１２、および室外熱交換器（蒸発器）１０の順に冷媒が循環する冷凍サイクルとなる。すなわち、圧縮機９、「凝縮器」、室外膨張弁１２、および「蒸発器」を順次に介して冷媒が循環する冷媒回路Ｑにおいて、前記した「凝縮器」および「蒸発器」の一方は室外熱交換器１０であり、他方は室内熱交換器６である。

図３は、室外熱交換器１０を説明するための図である。室外熱交換器１０は、伝熱管１５と、フィン１６と、接続配管１７とを備えたフィンチューブ型の熱交換器である。これら伝熱管１５、フィン１６、および、接続配管１７を含む室外熱交換器１０の各構成部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として形成されている。図３には、伝熱管１５の長手方向に直交した方向から見た状態の伝熱管１５、フィン１６および接続配管１７を示している。さらに、本実施形態の室外熱交換器１０においては、図３に示す紙面右側の伝熱管１５を一方の端の伝熱管とし、紙面の奥行き方向に沿って複数の伝熱管１５が配置された伝熱管１５の列が形成されている。同様に、紙面左側の伝熱管１５を他方の端の伝熱管とし、紙面の奥行き方向に沿って複数の伝熱管１５が配置された伝熱管１５の列が形成されている。このように、本実施形態の室外熱交換器１０においては、２列の伝熱管１５が形成されている。なお、伝熱管１５は、２列に限られず２列以上の複数列でもよい。

伝熱管１５は、冷媒を通流させる管であり、円管状または扁平管状に形成されている。フィン１６は、空気と伝熱管１５との伝熱面積を増大させて空気と冷媒との熱交換を促進する伝熱促進部材であって、本実施形態では、薄板状のフィン１６が伝熱管１５の長手方向（紙面の上下方向）に沿って複数積層されている。そして、上述の各伝熱管１５は、フィン１６に対して掛け渡されるように（あるいは直交するように）フィン１６の貫通孔に挿入されて、フィン１６と伝熱管１５とが互いに密着している。接続配管１７は、複数の伝熱管１５の端部同士を接続する管であり、本実施形態では、Ｕ字状に形成されている。図３に示す符号１８は、接続配管１７と伝熱管１５とを接続する接続部１８である。接続部１８は、伝熱管１５の端部に相当する。

また、室外熱交換器１０には、室外熱交換器１０を室外機３の筐体などに固定するための端板１９が設けられている。具体的には、端板１９は、フィン１６の端部に、フィン１６と伝熱管１５との間に設けられている。すなわち、伝熱管１５とフィン１６とは、端板１９を介して接合されている。また端板１９は、平板部２０と立ち上がり部２１とを含み、これら平板部２０と立ち上がり部２１とが一体成形されている。端板１９の材料は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金である。このように、端板１９が伝熱管１５やフィン１６と同様の部材で形成されることにより、腐食による劣化を防ぐことができる。他の例としては、端板１９は腐食の問題のない樹脂（例えばＡＢＳ樹脂）で形成されてもよい。これにより、伝熱管１５と端板１９とにおいて、腐食が生じることを抑制できる。また、同様に、フィン１６と端板１９とにおいて、腐食が生じることを抑制できる。

また、本実施形態における端板１９は、上述のように平板部２０と立ち上がり部２１とが一体成形されている。

端板１９における立ち上がり部２１は、室外熱交換器１０を室外機３に固定する際の位置決めまたは強度を確保するための出っ張り（リブやフランジ）である。この立ち上がり部２１には、端板１９を室外機３に固定するための締結部２２が形成され、その締結部２２には、ネジ止めするための締結孔２３が形成されている。なお、端板１９と室外機３などの筐体への固定方法は、上述のネジ止めの他、リベット加工、カシメ加工、溶接（例えばスポット溶接）、爪による引っ掛けなど適宜の固定方法であってよい。

このように構成された室外熱交換器１０は、従来知られているように、異種金属腐食の対策のために、例えばアルミニウム製の伝熱管１５に触れる部品は、同じアルミニウム製であることが好ましい。本実施形態では、伝熱管１５同士を接続配管１７により接続する際に、接続部１８にロウ付けを行う。しかしながら、ロウ材と伝熱管１５および接続配管１７との融点が近いと、ロウ付け不良が生じることがある。

特に、アルミニウムまたはアルミニウム合金のロウ付けは、アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点が約５８０℃であるのに対して、ロウ材（アルミロウ材Ａ４０４７）の融点が約５３０℃と融点差が約５０℃と比較的近いため、ロウ付け部分の温度が均一に上昇するように入熱しないと、ロウ材が溶け終わる前にロウ付け部分（伝熱管１５や接続配管１７）のアルミニウムまたはアルミニウム合金が局部的に融点に達してしまい、その結果、ロウ材より先に伝熱管１５や接続配管１７が溶融してしまう。それと反対に、ロウ付け部分のアルミニウムまたはアルミニウム合金が局部的に融点に到達する前に入熱を止めると、ロウ材の溶け残りが発生してしまう。

なお、従来知られている熱交換器のように、銅または銅合金で伝熱管および接続配管が形成された銅製の熱交換器においては、銅または銅合金の融点が約１０８０℃であるのに対して、ロウ材（リン銅ロウ）の融点が約８００℃と融点差が約２８０℃あるため、不均一にロウ付け部分の温度が上昇してもロウ材が溶け終わる前にロウ付け部分の銅または銅合金が融点に達して先に溶融してしまう可能性は低い。

本実施形態の室外熱交換器１０のように、アルミニウムまたはアルミニウム合金のロウ付けを行う場合には、ロウ付け部分の温度が均一に上昇するように入熱することが要求される。一方、本実施形態では、フィン１６の端部に立ち上がり部２１を有する端板１９が設けられており、立ち上がり部２１は、伝熱管１５と接続配管１７との接続部１８の近傍に位置する。ロウ付けは、接続部１８に火炎２４を当てて行うことになるため、伝熱管１５と接続配管１７とをロウ付けする際に端板１９の立ち上がり部２１によって火炎２４が遮られると、伝熱管１５と接続配管１７との接続部１８への入熱量が不安定になり、ひいてはロウ付け不良が発生することがある。そこで、本実施形態では、立ち上がり部２１は、ロウ付けの妨げとならないように配置されている。

図４は、本実施形態における端板１９の立ち上がり部２１と伝熱管１５との位置関係を説明するための図である。図４から把握できるように、本実施形態では、立ち上がり部２１が、隣合う伝熱管１５同士の間に位置している。具体的には、伝熱管１５が並んでいる長手方向（以下、単に長手方向とも記す）に、端板１９が延びて設けられており、その端板１９の任意の位置に形成された立ち上がり部２１が隣り合う伝熱管１５同士の間に位置している。なお、前記長手方向に加えて、図示しないものの短手方向（図４の紙面奥側）にも伝熱管１５が並んでいる。つまり、立ち上がり部２１は、長手方向で同列に配置された隣り合う伝熱管１５の間に位置している。この立ち上がり部２１は、図４に示すように立ち上がり部２１の全体が隣り合う伝熱管１５同士の間に位置することに限られず、立ち上がり部２１の少なくとも最頂部２５が隣り合う伝熱管１５同士の間にあればよい。したがって、後述する図５から図８の例のように立ち上がり部２１の一部が、長手方向で伝熱管１５と同じ位置に形成されていてもよい。上記の立ち上がり部２１の最頂部２５は、伝熱管１５の長手方向にほぼ垂直な端部をいう。

また、立ち上がり部２１における平板部２０を基準とした接続部１８の方向に突出した長さは、伝熱管１５と接続配管（図４では省略）との接続部１８までの長さより短くなっている。言い換えれば、立ち上がり部２１の最頂部２５の高さは、接続部１８より低くなっている。つまり、本実施形態では、立ち上がり部２１は、ロウ付けによる火炎２４が当たる接続部１８に干渉しない（あるいは干渉しにくい）位置に形成されている。なお、これ以降の説明では、便宜上、立ち上がり部２１の接続部１８の方向に突出した長さを、「立ち上がり部２１の高さ」、あるいは、「立ち上がり部２１の最頂部２５の高さ」と記す。

このように、本実施形態では、端板１９の立ち上がり部２１が、隣合う伝熱管１５同士の間に位置している。そのため、伝熱管１５と接続配管１７とを接続するために接続部１８にロウ付けをする際に、立ち上がり部２１によって火炎２４が遮られることを抑制できる。すなわち、接続部１８への入熱量が不安定になることを抑制できる。言い換えれば、立ち上がり部２１がロウ付けを阻害することを抑制できる。したがって、ロウ付け不良が生じることを抑制もしくは回避できる。

また、本実施形態では、立ち上がり部２１の最頂部２５の高さが、接続部１８の高さより低くなっている。そのため、仮に、伝熱管１５同士の間に火炎２４が当たることがあった場合でも、火炎２４が当たる箇所より低い位置に立ち上がり部２１の最頂部２５が位置することになるため、立ち上がり部２１がロウ付けの妨げとなることを更に抑制できる。

また、本実施形態では、端板１９の材料が、伝熱管１５と同じ材料であるアルミニウムまたはアルミニウム合金、もしくは、伝熱管１５の材料と腐食反応が生じにくい樹脂材料によって形成されている。そのため、伝熱管１５と端板１９との間で腐食が生じることを抑制できる。また、伝熱管１５と端板１９とが同じ材料であることにより融点が近い場合であっても、上述のように立ち上がり部２１は火炎２４が当たる接続部１８の近傍に位置しないので、ロウ材より先に立ち上がり部２１が溶融してしまうことを抑制できる。

さらに、本実施形態では、端板１９の平板部２０と立ち上がり部２１とが一体成形されている。つまり、前掲の特許文献１に記載された端板１９のように平板部２０と立ち上がり部２１とが分割されておらず、平板部２０と立ち上がり部２１とを接合する際のコストを要しない。したがって、本実施形態では、熱交換器（および空気調和機）の製造コストを増大させずに、端板１９の立ち上がり部２１がロウ付けの妨げとなることを抑制できる。

つぎに、本実施形態における変形例について説明する。上述のように、本実施形態は、端板１９の立ち上がり部２１が接続部１８へのロウ付けの妨げとなることを抑制できればよく、したがって、立ち上がり部２１の構成は適宜変更されてよい。図５から図８は、変形例の一例をそれぞれ示す図である。

図５Ａ，図５Ｂは、第１の変形例を示す図である。具体的には、図５Ａ，図５Ｂに示す例は、立ち上がり部２１が締結部２２のない範囲にも形成されている。例えば、図５Ａに示すように、伝熱管１５が並んだ長手方向において、立ち上がり部２１が端板１９の全体に形成されている。図５Ａに示す例では、締結部２２が形成されていない部分の立ち上がり部２１ｂの高さは、締結部２２が形成された立ち上がり部２１ａより低くなっている。また、締結部２２が形成されていない立ち上がり部２１ｂは、前記長手方向において、端板１９の全体に拘わらず、図５Ｂに示すように、一部の箇所に形成されてもよい。つまり、立ち上がり部２１は、室外熱交換器１０を室外機３に固定する際の強度部材であるから、前記長手方向において、端板１９の任意の箇所に形成されてよい。そして、締結部２２が形成されてない立ち上がり部２１ｂは、締結部２２が形成された立ち上がり部２１ａより、高さが低くなっていればよい。このように、締結部２２が形成されていない立ち上がり部２１ｂを形成することにより、立ち上がり部２１のロウ付けへの影響（すなわち火炎２４を遮ること）を抑制しつつ、立ち上がり部２１全体の強度をより確実なものとすることができる。なお、締結部２２が形成された立ち上がり部２１ａが、「第１の立ち上がり部」に相当し、締結部２２が形成されていない立ち上がり部２１ｂが、「第２の立ち上がり部」に相当する。

図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃは、第２の変形例を示す図である。具体的には、図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃに示す例は、締結部２２が形成された立ち上がり部２１の部分の形状が任意の形状となっている例である。上述の図４で示した本実施形態では、立ち上がり部２１の形状が矩形状とされていたものの、例えば図６Ａに示すように、立ち上がり部２１の最頂部２５の上部の形状が円形状であってもよい。この場合、最も位置が高い円形状の端部が最頂部２５に相当する。あるいは、図６Ｂに示すように、最頂部２５の一部が欠けた形状であってもよい。あるいは、図６Ｃに示すように、立ち上がり部２１全体が接続部１８の方向に向けて先細りの形状であってもよい。つまり、図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃに示す例は、締結部２２が形成された立ち上がり部２１の最頂部２５の幅（長手方向における幅）が、締結部２２が形成された立ち上がり部２１の他の部分の幅より狭ければよい。なお、締結部２２が形成された立ち上がり部２１の他の部分の幅が、「第１の立ち上がり部の最頂部より低い所定の立ち上がり部」に相当する。

図７Ａ，図７Ｂは、第３の変形例を示す図である。具体的には、図７Ａ，図７Ｂに示す例は、図５Ａの例と図６Ｃの例とを組み合わせた例、および、その変形例を示している。例えば図７Ａに示す例は、締結部２２が形成された立ち上がり部２１ａの形状が、接続部１８に向けて先細りとなっており、かつ、長手方向において端板１９の全体に締結部２２が形成されていない立ち上がり部２１ｂが形成されている。また図７Ｂに示す例では、図７Ａを更に変形して、締結部２２が形成された立ち上がり部２１ａの最頂部２５の幅の一部が同じ幅となっている。

このように、立ち上がり部２１の形状を任意の形状にすることにより、締結部２２を形成する箇所や大きさの自由度が増大し、言い換えれば室外熱交換器１０を構成する上での設計の自由度が増大させることができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。例えば、上述の実施形態や各変形例では、複数列の伝熱管１５を支持するように端板１９に立ち上がり部２１が形成されていたものの、図８に示すように、一列（単列）毎の伝熱管１５を支持するように立ち上がり部２１が形成されていてもよい。また、上述の実施形態や各変形例では、立ち上がり部２１が、端板１９の短手方向の一方のみに形成されていたものの、短手方向の両端に形成されていてもよい（図示省略）。さらに、上述の実施形態や変形例では、熱交換器として室外熱交換器１０を例として説明したものの、熱交換器は室内熱交換器６であってもよい。室内熱交換器６に本発明を適用した場合には、室内熱交換器６は端板１９によって室内機２の筐体などに固定されることになる。また、その他、上述の実施形態や変形例の一部を適宜組み合わせてもよい。

１ 空気調和機
２ 室内機
３ 室外機
４ リモコン
５ リモコン通信部
６ 室内熱交換器
７ 室内ファン
８ 室内ファンモータ
９ 圧縮機
１０ 室外熱交換器
１１ 室外ファン
１１ａ 室外ファンモータ
１２ 室外膨張弁
１３ 四方弁
１４ 圧縮機モータ
１５ 伝熱管
１６ フィン
１７ 接続配管
１８ 接続部
１９ 端板
２０ 平板部
２１ 立ち上がり部
２１ａ 第１の立ち上がり部
２１ｂ 第２の立ち上がり部
２２ 締結部
２３ 締結孔
２４ 火炎
２５ 最頂部

Claims (4)

1. 複数のフィンと、
   前記フィンに接合された複数列の伝熱管と、
   前記複数列の伝熱管同士をロウ付けにより接続する接続配管と、
   前記フィンの端部に前記複数列の伝熱管のうちの少なくとも一列の伝熱管を筐体に固定する端板とを備え、
   前記伝熱管および前記接続配管はアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成され、
   前記端板は、一体成形された平板部と立ち上がり部とを含み、
   前記立ち上がり部の最頂部は、同列の隣り合う伝熱管の間に位置し、
   前記立ち上がり部は、前記端板を前記筐体に固定するための締結部が形成された第１の立ち上がり部と、前記締結部が形成されていない第２の立ち上がり部とを含み、
   前記第２の立ち上がり部の高さは、前記第１の立ち上がり部の高さより低く、
   前記端板は、アルミニウム、アルミニウム合金、または、樹脂により形成されている、
   熱交換器。
2. 前記立ち上がり部の最頂部の高さは、前記伝熱管と前記接続配管との接続部の高さより低い、
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第１の立ち上がり部の最頂部の幅は、前記第１の立ち上がり部の最頂部より低い所定の立ち上がり部の幅より狭い、
   請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器を搭載した空気調和機。

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