JP7345648B2 - 熱交換器、及び熱交換器の製造方法 - Google Patents
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Description
以下、実施の形態1に係る熱交換器7が設けられる空気調和機1について、図面を参照しながら説明する。また、熱交換器7は、空気調和機1以外の機器に設けられてもよい。図1は、実施の形態1に係る空気調和機1を示す回路図である。図1に示すように、空気調和機1は、室外機2、室内機3及び冷媒配管4を有している。なお、図1では、1台の室内機3を例示しているが、室内機3の台数は、2台以上でもよい。
室外機2は、圧縮機5、流路切替装置6、熱交換器7、室外送風機8及び膨張部9を有している。室内機3は、室内熱交換器11及び室内送風機12を有している。冷媒配管4は、圧縮機5、流路切替装置6、熱交換器7、膨張部9及び室内熱交換器11を接続すると共に、内部に冷媒が流れることで冷媒回路を構成するものである。
圧縮機5は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出するものである。流路切替装置6は、冷媒回路において、冷媒の流通方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。熱交換器7は、冷媒と室外空気との間で熱交換を行うものである。熱交換器7は、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。室外送風機8は、熱交換器7に室外空気を送る機器である。膨張部9は、冷媒を減圧して膨張させる減圧弁又は膨張弁である。
室内熱交換器11は、室内空気と冷媒との間で熱交換を行うものである。室内熱交換器11は、冷房運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する。室内送風機12は、室内熱交換器11に室内空気を送る機器である。
ここで、空気調和機1の動作について説明する。先ず、冷房運転について説明する。冷房運転において、圧縮機5に吸入された冷媒は、圧縮機5によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出される。圧縮機5から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置6を通過して、凝縮器として作用する熱交換器7に流入する。熱交換器7に流入した冷媒は、室外送風機8によって送られる室外空気と熱交換されて凝縮し、液化する。液状態の冷媒は、膨張部9に流入し、減圧及び膨張されて、低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する室内熱交換器11に流入する。室内熱交換器11に流入した冷媒は、室内送風機12によって送られる室内空気と熱交換されて蒸発し、ガス化する。その際、室内空気が冷却されて室内における冷房が実施される。その後、蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置6を通過して、圧縮機5に吸入される。
次に、暖房運転について説明する。暖房運転において、圧縮機5に吸入された冷媒は、圧縮機5によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出される。圧縮機5から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置6を通過して、凝縮器として作用する室内熱交換器11に流入する。室内熱交換器11に流入した冷媒は、室内送風機12によって送られる室内空気と熱交換されて凝縮し、液化する。その際、室内空気が温められて、室内における暖房が実施される。液状態の冷媒は、膨張部9に流入し、減圧及び膨張されて、低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する熱交換器7に流入する。熱交換器7に流入した冷媒は、室外送風機8によって送られる室外空気と熱交換されて蒸発し、ガス化する。その後、蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置6を通過して、圧縮機5に吸入される。
図2は、実施の形態1に係る熱交換器7を示す斜視図である。ここで、熱交換器7の構成について、詳細に説明する。熱交換器7は、伝熱管群20、フィン22、第1下部ヘッダ23、列渡しヘッダ24及び第2下部ヘッダ25を有している。なお、熱交換器7と同等の構成を室内熱交換器11に適用させてもよい。
伝熱管群20は、短手方向に並ぶ複数の伝熱管21が複数の列を形成するように長手方向に並んだものである。伝熱管21は、例えば、扁平管であり、内部に冷媒が流れる流路(図示せず)が複数形成されている。本実施の形態1において、伝熱管21は、上下方向に延びている。なお、伝熱管21は、上下方向以外に延びていてもよい。この場合、熱交換器7の他の部材も、伝熱管21の延びる方向に合わせて組み立てられる。また、本実施の形態1において、伝熱管21は、第1の列及び第2の列として2列に並行している。なお、伝熱管21は、3列以上であってもよい。フィン22は、例えば、コルゲートフィンであり、伝熱管21に設けられ、伝熱管21の内部を流れる冷媒と空気との熱交換を促進する。
第1下部ヘッダ23は、第1の列として並んだそれぞれの伝熱管21の一端部が挿入されたヘッダである。第1下部ヘッダ23には、冷媒配管4が接続されている。第1下部ヘッダ23は、冷媒配管4から流入した冷媒を第1の列として並んだ伝熱管21に分配する。また、第1下部ヘッダ23は、第1の列として並んだ伝熱管21から合流した冷媒を冷媒配管4に流出させる。
列渡しヘッダ24は、第1下部ヘッダ23及び第2下部ヘッダ25に対向して設けられ、第1の列及び第2の列として並んだそれぞれの伝熱管21の他端部が挿入されたヘッダである。列渡しヘッダ24は、第1の列として並んだ伝熱管21から合流した冷媒を、第2の列として並び伝熱管21に分配する。また、列渡しヘッダ24は、第2の列として並んだ伝熱管21から合流した冷媒を第1の列として並び、短手方向に対向する伝熱管21に分配する。
図6は、実施の形態1に係るベース31を示す斜視図である。図7は、実施の形態1に係るベース31を示す斜視図である。図6及び図7に示すように、ベース31は、伝熱管21が挿入される平板状の部材である。ベース31は、底面ベース41及び側面ベース42からなる。底面ベース41は、ベース31の底面を構成し、複数の挿入孔51及びプレート孔52が形成された板状の部材である。挿入孔51は、伝熱管21のそれぞれの端部が挿入される開口である。本実施の形態1において、挿入孔51は、短手方向に2つ並び、一組を形成している。また、挿入孔51は、長手方向に2列に並んでいる。プレート孔52は、エンドプレート33が嵌め込まれる開口である。プレート孔52は、底面ベース41の短手方向の略全幅に開口している。側面ベース42は、ベース31の側面を構成し、底面ベース41の縁部分から波板32の長手方向に延びる縁に沿うように延びる板状の部材である。側面ベース42は、熱交換器7の長手方向に2つ設けられている。側面ベース42は、複数の爪部61及び複数の突出係止部62を有している。
図5および図8に示すように、波板32は、山部71と谷部72とが連続してなる波状に形成された板である。山部71は、波板32の上部でアーチ状をなす部材である。谷部72は、波板32の下部でアーチ状をなす部材である。山部71のそれぞれは、伝熱管群20の短手方向に並ぶ挿入孔51の一組を覆うように設けられる。即ち、山部71は、ベース31との間に冷媒が流れるヘッダ流路74を伝熱管群20の短手方向に並ぶ伝熱管21ごとに形成する。また、山部71の最上部は、カバー板34に接している。谷部72の最下部は、列渡しヘッダ24の長手方向において、挿入孔51の両側でベース31に接している。また、波板32における平面部分、即ち山部71及び谷部72における頂点付近のアール形状に形成された部分を除いた部分を平面部75と称する。波板32は、山部71及び谷部72における頂点付近のアール形状に区切られた複数の平面部75を有する。
エンドプレート33は、波板32の側方に設けられた平板状の部材である。エンドプレート33は、ベース31に形成されたプレート孔52に嵌め込まれることで、ベース31に固定される。エンドプレート33は、カバー板34の側部を支持する。エンドプレート33には、係合突部81が形成されている。係合突部81は、エンドプレート33の上端面から上方に突出する部分である。係合突部81は、後述するカバー板34の係合孔93に係合される。なお、エンドプレート33は、係合突部81を有していなくてもよい。
カバー板34は、波板32を覆う平板状の部材である。カバー板34は、列渡しヘッダ24の上部において、2つの側面ベース42の間に設けられている。また、カバー板34は、波板32をベース31側に押圧する。更に、カバー板34は、波板32との間にカバー空間94を形成する。カバー板34の側部には、係合孔93が形成されている。係合孔93は、エンドプレート33の係合突部81が挿入される開口である。
第2下部ヘッダ25は、第1下部ヘッダ23に並行して設けられ、第2の列として並んだそれぞれの伝熱管21の一端部が挿入されたヘッダである。第2下部ヘッダ25には、冷媒配管4が接続されている。第2下部ヘッダ25は、冷媒配管4から流入した冷媒を第2の列として並んだ伝熱管21に分配する。また、第2下部ヘッダ25は、第2の列として並んだ伝熱管21から合流した冷媒を冷媒配管4に流出させる。なお、熱交換器7は、第1下部ヘッダ23と第2下部ヘッダ25とが一体的に成型され、中央部に内部の空間を区画する区画部(図示せず)を有する構成であってもよい。
図12は、実施の形態2に係る列渡しヘッダ124を示す斜視図である。なお、図12において、カバー板134は、説明のために透過されている。本実施の形態2は、図12に示すように、波板132に波板孔173が形成されている点で、実施の形態1と相違する。本実施の形態2では、実施の形態1と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
図13は、実施の形態2に係る列渡しヘッダ124を示す斜視図である。図14は、実施の形態2に係る列渡しヘッダ124を示す斜視図である。図12~図14に示すように、列渡しヘッダ124は、ベース131、波板132及びカバー板134を有している。また、列渡しヘッダ124は、エンドプレートを有していない。なお、列渡しヘッダ124は、エンドプレート33を有していてもよい。
図15は、実施の形態2に係る列渡しヘッダ124を示す構成図である。図15は、図8及び図11と同様に、列渡しヘッダ124の長手方向の断面を示している。図12及び図15に示すように、波板132の平面部75のそれぞれには、波板孔173が形成されている。波板孔173は、ヘッダ流路74とカバー空間94とで冷媒が流通する開口である。これにより、カバー空間94は、ヘッダ流路74から波板孔173を通って流出した冷媒で満たされる。また、ヘッダ流路74は、短手方向に対向する伝熱管21の間を流れる冷媒で満たされている。即ち、波板孔173は、ヘッダ流路74とカバー空間94とで、冷媒の圧力を均一にする。なお、波板孔173の大きさは、熱交換器107をロウ付け固定する際に、融解した金属によって閉塞しない範囲に設定される。
カバー板134は、上部カバー板191及び側部カバー板192からなる。上部カバー板191は、波板132の上方を覆う板である。上部カバー板191は、波板132をベース131側に押圧する。側部カバー板192は、波板132の側方を覆う板である。側部カバー板192は、ベース131に形成されたプレート孔52に嵌め込まれることで、ベース131に固定される。即ち、側部カバー板192は、実施の形態1におけるエンドプレート33と同様の機能を有する。なお、列渡しヘッダ124がエンドプレート33を有する場合は、カバー板134は、上部カバー板191のみからなるものであってもよい。
図18は、実施の形態3に係る波板232を示す斜視図である。本実施の形態3は、図18に示すように、波板孔273が波板232の短手方向の端部に形成されている点で、実施の形態1と相違する。本実施の形態3では、実施の形態1と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
波板孔273は、波板232の短手方向の両端部において、半円形状に形成されている。このため、例えば、ヘッダ流路74を流れる冷媒の一部が一方の波板孔273からカバー空間94に流出し、カバー空間94を流れる冷媒の一部が他方の波板孔273からヘッダ流路74に流出する。即ち、冷媒は、ヘッダ流路74とカバー空間94とを循環する。したがって、ヘッダ流路74とカバー空間94とでは、冷媒の圧力が更に均一になっている。
図23は、実施の形態4に係る熱交換器307の製造方法を説明するための図である。図23は、列渡しヘッダ324を長手方向から視た図である。実施の形態4の熱交換器307の製造方法は、図23に示すように、波板332に矩形状の加熱前孔380が形成されている点で、実施の形態3と相違する。本実施の形態4では、実施の形態3と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態3との相違点を中心に説明する。
図24は、実施の形態5に係る列渡しヘッダ424を示す斜視図である。図25は、実施の形態5に係る列渡しヘッダ424を示す斜視図である。なお、図25において、カバー板434が透過され、波板32が半透過されて示されている。そして、図26は、実施の形態5に係るベース431を示す斜視図である。本実施の形態5は、図24~図26に示すように、ベース431に切り欠き463が形成されている点で、実施の形態1と相違する。本実施の形態5では、実施の形態1と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
Claims (19)
- 内部に冷媒が流れる流路が形成された複数の伝熱管からなり、短手方向に並ぶ複数の前記伝熱管が複数の列を形成するように長手方向に並ぶ伝熱管群と、
前記伝熱管に設けられ、前記伝熱管の内部を流れる冷媒と空気との熱交換を促進するフィンと、
前記伝熱管の端部が挿入され、前記伝熱管群の短手方向に並ぶ前記伝熱管との間で冷媒を流通させる列渡しヘッダと、を備え、
前記列渡しヘッダは、
前記伝熱管のそれぞれの端部が挿入される挿入孔が形成された平板状のベースと、
山部と谷部とが連続してなる波状に形成された板であると共に、前記山部のそれぞれが短手方向に並ぶ前記挿入孔の一組を覆うように設けられ、前記谷部のそれぞれが前記ベースの長手方向において、前記挿入孔の両側で前記ベースに接触し、前記ベースとの間に冷媒が流れるヘッダ流路を前記伝熱管群の短手方向に並ぶ前記伝熱管ごとに形成する波板と、
前記波板を覆い、前記波板を前記ベース側に押圧するカバー板と、を有し、
前記波板には、
前記山部のそれぞれに、前記ヘッダ流路と、前記波板と前記カバー板との間のカバー空間とで冷媒が流通する波板孔が形成されている
熱交換器。 - 前記波板孔は、
前記波板の短手方向の両端部に形成されている
請求項1に記載の熱交換器。 - 前記波板孔は、前記波板に形成された加熱前孔が、前記列渡しヘッダのロウ付けによって変形したものであり、
前記加熱前孔は、幅が1mm以上、且つ前記波板の平面部の長さと加工公差との差以下の半円形状で形成される
請求項1又は2に記載の熱交換器。 - 前記加熱前孔は、前記波板の短手方向の両側に、それぞれの幅が異なるようにして形成される
請求項3に記載の熱交換器。 - 前記波板孔は、前記波板に形成された加熱前孔が、前記列渡しヘッダのロウ付けによって変形したものであり、
前記加熱前孔は、矩形状に形成される
請求項1又は2に記載の熱交換器。 - 前記ベースは、
前記伝熱管が挿入される底面ベースと、
前記底面ベースの縁部分から前記波板の長手方向に延びる縁に沿うように延びる側面ベースと、を有する請求項1~5のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記側面ベースは、
前記カバー板における前記波板と対向する面に接触し、前記カバー板を前記波板側に押圧する爪部を有する
請求項6に記載の熱交換器。 - 前記側面ベースは、
前記爪部の両側に切り欠きを有する
請求項7に記載の熱交換器。 - 前記切り欠きの下端部は、前記カバー板の上面より下に位置している
請求項8に記載の熱交換器。 - 前記側面ベースは、
内壁面から突出し、それぞれの前記山部の短手方向の端部が係止される、複数の突出係止部を有する
請求項6~9のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 内部に冷媒が流れる流路が形成された複数の伝熱管からなり、短手方向に並ぶ複数の前記伝熱管が複数の列を形成するように長手方向に並ぶ伝熱管群と、
前記伝熱管に設けられ、前記伝熱管の内部を流れる冷媒と空気との熱交換を促進するフィンと、
前記伝熱管の端部が挿入され、前記伝熱管群の短手方向に並ぶ前記伝熱管との間で冷媒を流通させる列渡しヘッダと、を組み立てる工程と、
前記伝熱管群と、前記フィンと、前記列渡しヘッダとをロウ付けする工程と、を備え、
前記組み立てる工程は、
前記伝熱管のそれぞれの端部が挿入される挿入孔が形成された、前記列渡しヘッダのベースに、山部と谷部とが連続してなる波状に形成された波板の前記山部のそれぞれが短手方向に並ぶ前記挿入孔の一組を覆うように設けられ、前記波板の前記谷部のそれぞれが前記ベースの長手方向において、前記挿入孔の両側で前記ベースに接触し、前記ベースとの間に冷媒が流れるヘッダ流路を前記伝熱管群の短手方向に並ぶ前記伝熱管ごとに形成するように、前記列渡しヘッダの前記波板を嵌め込む工程と、
前記波板を覆うようにカバー板を取り付ける工程と、を含み、
前記ロウ付けする工程後の前記波板には、
前記山部のそれぞれに、前記ヘッダ流路と、前記波板と前記カバー板との間のカバー空間とで冷媒が流通する波板孔が形成されている
熱交換器の製造方法。 - 前記ロウ付けする工程におけるロウ付けの上限温度は、580℃以上、且つ630℃以下である
請求項11に記載の熱交換器の製造方法。 - 前記ロウ付けする工程の前に、前記波板に加熱前孔を形成する工程と、を更に備え、
前記加熱前孔は、幅が1mm以上、且つ前記波板の平面部の長さと加工公差との差以下の半円形状である
請求項11又は12に記載の熱交換器の製造方法。 - 前記加熱前孔を形成する工程において、前記波板の短手方向の両端部に前記加熱前孔が形成され、
前記ロウ付けする工程において、前記列渡しヘッダは、側面ベースが前記波板を挟んで上下に位置するように配置され、
前記波板に前記加熱前孔を形成する工程において、上側に位置する前記加熱前孔は、下側に位置する前記加熱前孔よりも幅が小さく形成される
請求項13に記載の熱交換器の製造方法。 - 前記ロウ付けする工程の前に、前記波板に加熱前孔を形成する工程を更に備え、
前記加熱前孔は、矩形状に形成されている
請求項11又は12に記載の熱交換器の製造方法。 - 内部に冷媒が流れる流路が形成された複数の伝熱管からなり、短手方向に並ぶ複数の前記伝熱管が複数の列を形成するように長手方向に並ぶ伝熱管群と、
前記伝熱管に設けられ、前記伝熱管の内部を流れる冷媒と空気との熱交換を促進するフィンと、
前記伝熱管の端部が挿入され、前記伝熱管群の短手方向に並ぶ前記伝熱管との間で冷媒を流通させる列渡しヘッダと、を備え、
前記列渡しヘッダは、
前記伝熱管のそれぞれの端部が挿入される挿入孔が形成された平板状のベースと、
山部と谷部とが連続してなる波状に形成された板であると共に、前記山部のそれぞれが短手方向に並ぶ前記挿入孔の一組を覆うように設けられ、前記谷部のそれぞれが前記ベースの長手方向において、前記挿入孔の両側で前記ベースに接触し、前記ベースとの間に冷媒が流れるヘッダ流路を前記伝熱管群の短手方向に並ぶ前記伝熱管ごとに形成する波板と、
前記波板を覆い、前記波板を前記ベース側に押圧するカバー板と、を有し、
前記ベースは、
前記伝熱管が挿入される底面ベースと、
前記底面ベースの縁部分から前記波板の長手方向に延びる縁に沿うように延びる側面ベースと、
前記カバー板における前記波板と対向する面に接触し、前記カバー板を前記波板側に押圧する爪部と、を有し、
前記側面ベースは、
前記爪部の両側に切り欠きを有する
熱交換器。 - 内部に冷媒が流れる流路が形成された複数の伝熱管からなり、短手方向に並ぶ複数の前記伝熱管が複数の列を形成するように長手方向に並ぶ伝熱管群と、
前記伝熱管に設けられ、前記伝熱管の内部を流れる冷媒と空気との熱交換を促進するフィンと、
前記伝熱管の端部が挿入され、前記伝熱管群の短手方向に並ぶ前記伝熱管との間で冷媒を流通させる列渡しヘッダと、を備え、
前記列渡しヘッダは、
前記伝熱管のそれぞれの端部が挿入される挿入孔が形成された平板状のベースと、
山部と谷部とが連続してなる波状に形成された板であると共に、前記山部のそれぞれが短手方向に並ぶ前記挿入孔の一組を覆うように設けられ、前記谷部のそれぞれが前記ベースの長手方向において、前記挿入孔の両側で前記ベースに接触し、前記ベースとの間に冷媒が流れるヘッダ流路を前記伝熱管群の短手方向に並ぶ前記伝熱管ごとに形成する波板と、
前記波板を覆い、前記波板を前記ベース側に押圧するカバー板と、を有し、
前記ベースは、
前記伝熱管が挿入される底面ベースと、
前記底面ベースの縁部分から前記波板の長手方向に延びる縁に沿うように延びる側面ベースと、を有し、
前記側面ベースは、
内壁面から突出し、それぞれの前記山部の短手方向の端部が係止される、複数の突出係止部を有する
熱交換器。 - 内部に冷媒が流れる流路が形成された複数の伝熱管からなり、短手方向に並ぶ複数の前記伝熱管が複数の列を形成するように長手方向に並ぶ伝熱管群と、
前記伝熱管に設けられ、前記伝熱管の内部を流れる冷媒と空気との熱交換を促進するフィンと、
前記伝熱管の端部が挿入され、前記伝熱管群の短手方向に並ぶ前記伝熱管との間で冷媒を流通させる列渡しヘッダと、を組み立てる工程と、
前記伝熱管群と、前記フィンと、前記列渡しヘッダとをロウ付けする工程と、を備え、
前記組み立てる工程は、
前記伝熱管のそれぞれの端部が挿入される挿入孔が形成された、前記列渡しヘッダのベースに、山部と谷部とが連続してなる波状に形成された波板の前記山部のそれぞれが短手方向に並ぶ前記挿入孔の一組を覆うように設けられ、前記波板の前記谷部のそれぞれが前記ベースの長手方向において、前記挿入孔の両側で前記ベースに接触するように、前記列渡しヘッダの前記波板を嵌め込む工程と、
前記波板を覆うようにカバー板を取り付ける工程と、を含み、
前記ロウ付けする工程の前に、前記波板に加熱前孔を形成する工程と、を更に備え、
前記加熱前孔は、幅が1mm以上、且つ前記波板の平面部の長さと加工公差との差以下の半円形状である
熱交換器の製造方法。 - 内部に冷媒が流れる流路が形成された複数の伝熱管からなり、短手方向に並ぶ複数の前記伝熱管が複数の列を形成するように長手方向に並ぶ伝熱管群と、
前記伝熱管に設けられ、前記伝熱管の内部を流れる冷媒と空気との熱交換を促進するフィンと、
前記伝熱管の端部が挿入され、前記伝熱管群の短手方向に並ぶ前記伝熱管との間で冷媒を流通させる列渡しヘッダと、を組み立てる工程と、
前記伝熱管群と、前記フィンと、前記列渡しヘッダとをロウ付けする工程と、を備え、
前記組み立てる工程は、
前記伝熱管のそれぞれの端部が挿入される挿入孔が形成された、前記列渡しヘッダのベースに、山部と谷部とが連続してなる波状に形成された波板の前記山部のそれぞれが短手方向に並ぶ前記挿入孔の一組を覆うように設けられ、前記波板の前記谷部のそれぞれが前記ベースの長手方向において、前記挿入孔の両側で前記ベースに接触するように、前記列渡しヘッダの前記波板を嵌め込む工程と、
前記波板を覆うようにカバー板を取り付ける工程と、を含み、
前記ロウ付けする工程の前に、前記波板に加熱前孔を形成する工程を更に備え、
前記加熱前孔は、矩形状に形成されている
熱交換器の製造方法。
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