JPWO2015037641A1 - 積層型ヘッダー、熱交換器、及び、ヒートポンプ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明は、そのような積層型ヘッダーを備えた熱交換器を得ることを目的とする。
また、本発明は、そのような熱交換器を備えたヒートポンプ装置を得ることを目的とする。
なお、以下では、本発明の実施の形態に係る積層型ヘッダーが、冷媒が流入する熱交換器に適用される場合を説明しているが、本発明の実施の形態に係る積層型ヘッダーが、他の流体が流入する他の機器に適用されてもよい。また、以下で説明する構成、動作等は、一例にすぎず、そのような構成、動作等に限定されない。また、各図において、同一又は類似するものには、同一の符号を付すか、又は、符号を付すことを省略している。また、細かい構造については、適宜図示を簡略化又は省略している。また、重複又は類似する説明については、適宜簡略化又は省略している。
まず、本発明の実施の形態1に係る積層型ヘッダー10が適用される熱交換器1について説明する。
<熱交換器1の構成>
以下に、熱交換器1の構成について説明する。
図1は、積層型ヘッダー10が適用される熱交換器1の構成を示す図である。なお、図1では、冷媒の流れ方向を墨付き矢印で示している。
図1に示されるように、熱交換器1は、積層型ヘッダー10と、ヘッダー3と、複数の扁平管20と、複数のフィン5と、を有する。なお、ヘッダー3は、積層型ヘッダー10と同様の積層型ヘッダーであってもよく、また、異なるタイプのヘッダーであってもよい。
以下に、熱交換器1における冷媒の流れについて説明する。
冷媒配管を流れる冷媒は、積層型ヘッダー10に流入して熱媒体流路10aで分配され、複数の扁平管20に流出する。冷媒は、複数の扁平管20において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。複数の扁平管20を流れる冷媒は、ヘッダー3の合流流路3aに流入して合流し、冷媒配管に流出する。なお、冷媒は、逆流することもできる。
次に、積層型ヘッダー10の構成について説明する。
図2は、積層型ヘッダー10を分解した状態を概略的に示す部分分解斜視図である。図3は、積層型ヘッダー10に接合される扁平管20の断面構成を概略的に示す概略断面図である。
図2に示すように、積層型ヘッダー10は、クラッド材11と、ベア材12と、を備えている。後述するが、ベア材12には、扁平管20が挿入される開口部12A、及び扁平管20の先端部20Aが当接するストッパー12Bが設けられ、ベア材12の開口部12Aに挿入された扁平管20の先端部20Aがストッパー12Bに突き当たる構造になっている。また、クラッド材11は、少なくとも一枚設けられ、ベア材12の扁平管20が挿入される側に設けられている。扁平管20の先端部20Aとは、扁平管20のベア材12側の端部を意味し、先端及び先端の周囲外周面を含む。
開口部12Aは、扁平管20が挿入される側の穴高さが穴高さ24(以下、H24と称する)、穴幅が穴幅25(以下、L25と称する)として形成されている。
また、開口部12Aは、扁平管20が挿入される側の反対側であるストッパー側の穴高さが穴高さ26(以下、H26と称する)、穴幅が穴幅27(以下、L27と称する)として形成されている。
第2空間30bは、ベア材12とクラッド材11との接触境界面近傍に、少なくとも第1空間30aよりも狭く形成される。また、第2空間30bは、ベア材12とクラッド材11との接触境界面から扁平管20に近づくにつれて大きくなるよう形成される。
第3空間30cは、ベア材12と扁平管20との接触境界面近傍に、少なくとも第1空間30aよりも狭く形成される。また、第3空間30cは、ベア材12と扁平管20との接触境界面からベア材12に近づくにつれて大きくなるよう形成されている。
ここで、積層型ヘッダー10と扁平管20との接合方法の一例について、ロウ材の挙動とともに説明する。まず、従来の積層型ヘッダーと扁平管と接合方法の一例について説明する。
図8は、従来の積層型ヘッダー49と扁平管40との接合方法の一例を示す概略図である。図8では、クラッド材41とベア材42の接触境界面から扁平管40の先端に向かって形成されている開口部の空間断面積が小さくならないものを例に示している。また、図8には、ロウ材45の挙動を併せて示している。なお、図8では、重力方向を実線矢印で示している。また、図8(a)には、フィレットを形成したい目的の接合箇所を破線の円で示している。
図9は、積層型ヘッダー10と扁平管20との接合方法の一例を示す概略図である。図9では、上述したように、クラッド材11とベア材12の接触境界面から扁平管40の先端に向かって形成されている開口部12Aの空間断面積が小さくなるものを例に示している。また、図9には、ロウ材の挙動を併せて示している。なお、図9では、重力方向を実線矢印で示している。また、図9(a)には、フィレットを形成したい目的の接合箇所を破線の円で示している。
次に、積層型ヘッダー10の動作について、一実施例に基づき説明する。
積層型ヘッダー10の効果について説明する。
図10は、本発明の実施の形態2に係る積層型ヘッダー10Aの扁平管20と、クラッド材11と、ベア材12と、の接続状態を概略的に拡大して示す概略構成図である。図10に基づいて、積層型ヘッダー10Aについて説明する。なお、図10には、空間30の2つの構成例を示している。実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と重複又は類似する部分には、同一符号を付して説明を省略又は適宜簡略化している。
また、図10(b)に示すように、第1空間30a及び第2空間30bを確保した上で、第1空間30aと第2空間30bとを繋ぐ空間30の壁面を平面状に構成した段形状にしてもよい。ただし、第1空間30aと第2空間30bとを繋ぐ空間30の壁面が完全に平面となっていなくてもよく、一部に曲面が含まれていてもよい。また、第1空間30aと第2空間30bとを繋ぐ空間30の壁面を曲面状にしてもよい。
積層型ヘッダー10Aの効果について説明する。積層型ヘッダー10Aは、実施の形態1に係る積層型ヘッダー10と同様の効果を奏するとともに、以下のような効果を奏する。
図11は、本発明の実施の形態3に係るヒートポンプ装置51の概略構成を示す概略回路図である。図11に基づいて、ヒートポンプ装置51について説明する。このヒートポンプ装置51は、実施の形態1又は2に係る積層型ヘッダーが適用された熱交換器が搭載され、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器等として利用されるものである。なお、実施の形態3では、実施の形態1に係る積層型ヘッダー10を用いた場合を代表として説明するものとする。
なお、以下では、ヒートポンプ装置51が、冷房運転と暖房運転とが切り替えられるように構成された空気調和装置である場合を説明する。また、図11では、冷房運転時の冷媒の流れ方向が実線の矢印で示され、暖房運転時の冷媒の流れ方向が点線の矢印で示される。
圧縮機52から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して熱源側熱交換器54に流入し、熱源側ファン57によって供給される外気との熱交換によって凝縮することで高圧の液状態の冷媒となり、熱源側熱交換器54から流出する。熱源側熱交換器54から流出した高圧の液状態の冷媒は、絞り装置55に流入し、低圧の気液二相状態の冷媒となる。絞り装置55から流出する低圧の気液二相状態の冷媒は、負荷側熱交換器56に流入し、負荷側ファン58によって供給される室内空気との熱交換によって蒸発することで低圧のガス状態の冷媒となり、負荷側熱交換器56から流出する。負荷側熱交換器56から流出する低圧のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して圧縮機52に吸入される。
圧縮機52から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して負荷側熱交換器56に流入し、負荷側ファン58によって供給される室内空気との熱交換によって凝縮することで高圧の液状態の冷媒となり、負荷側熱交換器56から流出する。負荷側熱交換器56から流出した高圧の液状態の冷媒は、絞り装置55に流入し、低圧の気液二相状態の冷媒となる。絞り装置55から流出する低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源側熱交換器54に流入し、熱源側ファン57によって供給される外気との熱交換によって蒸発することで低圧のガス状態の冷媒となり、熱源側熱交換器54から流出する。熱源側熱交換器54から流出する低圧のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して圧縮機52に吸入される。
積層型ヘッダー10では、ベア材12が、クラッド材11と比較して厚く、扁平管20は、先端部20aがストッパー12Bにより位置決めされた状態で接合される。そのため、溶融したロウ材が、扁平管20内に流入することがなく、これによって冷媒の圧力損失が増大することがない。
Claims (9)
- ロウ材が塗布され、扁平管が挿入される側に設けられるクラッド材と、
前記クラッド材に積層され、前記扁平管が挿入される開口部、及び、挿入された前記扁平管の先端部が当接するストッパーを前記開口部内に有するベア材と、を備え、
前記扁平管が前記ベア材の前記開口部に挿入され、前記扁平管の前記先端部が前記ストッパーに当接された状態において、前記扁平管と、前記クラッド材と、前記ベア材と、の間には空間が形成され、
前記空間は、
前記扁平管と前記クラッド材との接触境界面近傍に形成される第1空間と、
前記第1空間よりも狭く、前記ベア材と前記クラッド材との接触境界面近傍に前記第1空間に連続して形成される第2空間と、
前記第1空間よりも狭く、前記ベア材と前記扁平管との接触境界面近傍に前記第1空間に連続して形成される第3空間と、で構成されている
積層型ヘッダー。 - 前記第2空間は、
前記ベア材と前記クラッド材との接触境界面から前記扁平管に近づくにつれて大きくなるよう形成されている
請求項1に記載の積層型ヘッダー。 - 前記第3空間は、
前記ベア材と前記扁平管との接触境界面から前記ベア材に近づくにつれて大きくなるよう形成されている
請求項1又は2に記載の積層型ヘッダー。 - 前記開口部は前記ベア材の表裏面を貫通するように形成されており、
前記開口部の前記ストッパー側の穴サイズは、
前記扁平管の管高さ≧前記開口部の前記ストッパー側の穴高さ≧(前記扁平管の管高さ−2×前記扁平管の管肉厚)、
かつ、
前記扁平管の管幅≧前記開口部の前記ストッパー側の穴幅≧(前記扁平管の管幅−2×前記扁平管の管肉厚)、の関係を満たすように設定されている
請求項1〜3のいずれか一項に記載の積層型ヘッダー。 - 前記扁平管が挿入される側の穴サイズは、
前記扁平管の管高さ≦前記開口部の前記扁平管が挿入される側の穴高さ、
かつ、
前記扁平管の管幅≦前記開口部の前記扁平管が挿入される側の穴幅、の関係を満たすように設定されている
請求項4に記載の積層型ヘッダー。 - 前記第2空間及び前記第3空間では、
それぞれの空間を形成する部材間の間隔及び距離によって、毛細管現象の発生を調整している
請求項1〜5のいずれか一項に記載の積層型ヘッダー。 - 前記開口部による前記ベア材の内部壁面を、挿入される側からストッパー側にかけて、丸み付き形状、面取り形状、又は、段形状になるように形成している
請求項6に記載の積層型ヘッダー。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の積層型ヘッダーと、
前記扁平管と、を備えた
熱交換器。 - 請求項8に記載の熱交換器を備えた
ヒートポンプ装置。
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