JPWO2017010120A1 - 熱交換器および空気調和装置 - Google Patents

Abstract

性能と強度および腐食に対する信頼性の確保とを両立させる熱交換器および空気調和装置を得ることを目的とする。平板状の基板の上に短筒状のフィンカラーが穿設されたフィンを備え、フィンカラーを重ねて連接させて複数のフィンを重ね、連接されたフィンカラーを接合して管路およびフィンコアを構成すると共に管路の内面に樹脂層を形成する熱交換器であって、管路の一端から他端までの長さを有して管路の剛性を向上する補強部材を備えた。

Description

本発明は、ルームエアコン、パッケージエアコンなどの空気調和機に用いられるプレートフィン形熱交換器に関し、特にフィンカラーを重ねて連接させて複数のフィンを重ねた場合に接合部の強度を向上する熱交換器および空気調和装置に関する。

従来の熱交換器は、平板状の基板の上に複数の短筒状のフィンカラーが穿設されたフィンを備える。そして、フィンカラーを重ねて連接させて複数のフィンを重ねる。さらに、隣り合うフィンカラーを樹脂で接合して管路およびフィンコアを形成すると共に、管路の内面には樹脂層が形成される。
この熱交換器によれば、フィンコアを通過する流体と管路を通過する流体とが熱交換すると共に、樹脂が管路の内面に被覆されることにより、管路がシールされると共に管路の金属表面が防食されている（たとえば、特許文献１参照）。

特公昭６１−０１５３５９号公報

従来の熱交換器では、フィンカラーを重ねて連接させた接合部が樹脂のみで固定されていたため、熱交換器を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対して強度が低いという課題があった。
また、接合部の強度を増加させるために樹脂層を厚くすると、樹脂層が熱抵抗となり熱交換性能が低下するという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、性能と強度および腐食に対する信頼性の確保とを両立させる熱交換器および空気調和装置を得ることを目的とする。

本発明の熱交換器は、平板状の基板の上に短筒状のフィンカラーが穿設されたフィンを備え、前記フィンカラーを重ねて連接させて複数の前記フィンを重ね、連接された前記フィンカラーを接合して管路およびフィンコアを構成すると共に前記管路の内面に樹脂層を形成する熱交換器であって、前記管路の一端から他端までの長さを有して前記管路の剛性を向上する補強部材を備えたものである。

本発明に係る熱交換器によれば、管路の一端から他端までの長さを有して管路の剛性を向上する補強部材を備えているため、熱交換器を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。また、強度を上げるために樹脂層を厚くする必要がなく、樹脂層が熱抵抗になって熱交換性能が低下することもない。したがって、性能と強度および腐食に対する信頼性の確保とを両立することができる。

本発明の実施の形態１に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器のフィンコアを示す図１のＡ−Ａ断面の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の管路を示す図２のＢ−Ｂ断面の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器のフィンカラーを示す拡大斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器のフィンカラーを示す上面図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の管路内の樹脂膜厚さと性能および耐強度の関係を示す概念図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器のフィンコアを示す図７のＡ−Ａ断面の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器の管路を示す図８のＢ−Ｂ断面の断面図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器のフィンコアの端部を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器の管路を示す図１０のＢ−Ｂ断面の断面図である。 本発明の実施の形態４に係る熱交換器のフィンコアを示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る熱交換器の管路を示す図１２のＢ−Ｂ断面の断面図である。 本発明の実施の形態５に係る熱交換器のフィンコアを示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る熱交換器の管路を示す図１４のＢ−Ｂ断面の断面図である。 本発明の実施の形態６に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態６に係る熱交換器の管路を示す図１６のＡ−Ａ断面の断面図である。 本発明の実施の形態７に係る熱交換器のフィンコアを示す断面図である。 本発明の実施の形態７に係る熱交換器のフィンコアを示す断面図である。 本発明の実施の形態７に係る熱交換器のフィンコアを示す断面図である。 本発明の実施の形態８に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態８に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態８に係る熱交換器の管路を示す図２１のＡ−Ａ断面の断面図である。 本発明の実施の形態９に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態９に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態９に係る熱交換器の管路を示す図２４のＡ−Ａ断面の断面図である。 本発明の実施の形態１０に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１０に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１０に係る熱交換器の管路を示す図２７のＡ−Ａ断面の断面図である。 本発明の実施の形態１１に係る空気調和装置の概略構成を示す冷媒回路図である。

以下に、本発明に係る熱交換器の実施の形態について説明する。なお、図面の形態は一例であり、本発明を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまた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。さらに、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．
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１０を示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１０のフィンコア１４を示す図１のＡ−Ａ断面の断面図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１０の管路１３を示す図２のＢ−Ｂ断面の断面図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１０のフィンカラー１１を示す拡大斜視図である。図５は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１０のフィンカラー１１を示す上面図である。図６は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１０の管路１３内の樹脂膜厚さと性能および耐強度の関係を示す概念図である。
なお、図中矢印として、空気の流れ（ＷＦ）および冷媒の流れ（ＲＦ）が示されている。

図１〜図６に示すように、実施の形態１に係る熱交換器１０は、平板状の基板の上に複数の短筒状のフィンカラー１１が穿設されたフィン１を備えている。
複数のフィン１は、フィンカラー１１を重ねて連接されている。連接された隣接するフィンカラー１１が樹脂で接合されることで、複数の管路１３および空気が流れるフィンコア１４が構成されると共に、管路１３の内面を覆うように樹脂層１２が形成されている。

ここで構成される管路１３は、図２に示す形状は円筒型であるが、この形状に限らず対称な形状でなくてもよい。

管路１３は、フィン１が重ねられた両端に接続管４を備えている。また、管路１３は、フィン１の重なり方向と直交する方向において、空気の流れ（ＷＦ）方向（列方向）にたとえば図示２つのように複数配列され、かつ、列方向と直交する方向（段方向）にたとえば図示８つのように複数配列される。

列方向の複数の管路１３のうち、風下側に配置された複数の管路１３が一端にて入口ヘッダー２に接続される。一方、風上側に配置された複数の管路１３が一端にて出口ヘッダー３に接続される。複数の管路１３は、図示しない他端にて風下側の管路１３と風上側の管路１３とが連通するようにＵ字管などで接続されている。

複数の管路１３のうち一部の管路１３には、補強部材としての樹脂構造体１５が挿入され、フィンコア１４の両端と樹脂材で拘束されている。
樹脂構造体１５は、管路１３の内壁に９０度ごとに接触する断面十字状であり、１つの管路１３の一端から他端まで全域にわたって配置されている。樹脂構造体１５は、管路１３の一端から他端までの長さを有して管路１３の剛性を向上する。
補強部材としての樹脂構造体１５は、管路１３内に配置された樹脂構造材に相当する。

図３に示すように、フィンカラー１１は、重なり方向に向かって先端が小径となり基部が大径となるテーパー状に形成されている。
図４、図５に示すように、フィンカラー１１は、筒部２１と頂部２２とを備えている。フィンカラー１１は、筒部２１の内部に次のフィンカラー１１の頂部２２が挿入されることを連続する。このようにフィンカラー１１が連接されることで、フィン１同士が重ねられている。

次に、実施の形態１に係る熱交換器１０の動作について、冷媒と空気とを熱交換する空気調和装置の室内機に適用した場合を例に説明する。
図１の空気の流れ（ＷＦ）に示すように、たとえばファンなどにより、空気は、熱交換器１０に流入し、フィンコア１４の、具体的には隣り合うフィン１同士で形成されるフィン１間の隙間を流れ、管路１３を流れる水などの冷媒と熱交換して流出する。

次に、冷媒の流れを説明する。暖房運転の場合には、熱交換器１０にて管路１３を流れる冷媒である温水が空気を加熱する。熱交換器１０では、温水は、入口ヘッダー２から流入し、風下側の管路１３内をフィン１の重なり方向に流れ、Ｕ字管などを介して、風上側の管路１３内を流れ、出口ヘッダー３で集合後、流出する。温水は、いわゆる疑似対向流で熱交換される。
冷房運転の場合は、熱交換器１０にて管路１３を流れる冷媒である冷水が空気を冷却する以外、冷媒の流れは、暖房運転と同様である。

次に、実施の形態１に係る熱交換器１０の製造方法について、図２、図３を用いて説明する。
プレス加工などでテーパー筒状にフィンカラー１１を複数穿設させたフィン１を図３に示すように、フィンカラー１１を重ねて連接させ、フィン１を重ねる。
フィン１の筒部２１の内部に重ねられたフィン１の一端から樹脂を注入し、入口ヘッダー２、出口ヘッダー３および接続管４が取り付けられる。

フィンカラー１１の内部に樹脂層１２を作る工程は、予め樹脂が備えられているプレコートフィンを用いてもよい。その後、加熱処理して樹脂を流動化させ、フィンカラー１１の管路１３の内壁側の表面を樹脂で覆うと共に、隣接するフィンカラー１１同士の接合部に樹脂を浸透させて接合し、冷却固化して定着させる。
この際、樹脂の種類、加熱と冷却温度および時間を調整し、管路１３の内壁側の表面の樹脂膜となった樹脂層１２を薄膜に、望ましくは５０μｍ以下に形成する。

次に、所定の箇所の管路１３に補強部材として図２に示す樹脂構造体１５を挿入する。樹脂構造体１５は、管路１３の一端から他端までの長さを有し、管路１３に挿入され、フィンコア１４の両端において樹脂材で容易に拘束でき、製造し易い。この樹脂構造体１５の挿入箇所が多いほど熱交換器１０の強度が向上するが、コストの観点から最小限の箇所に抑えることが望ましい。

ここで、樹脂構造体１５は、図２に示す断面が十字状であるが、この形状に限らず、対称な形状でなくてもよい。また、樹脂構造体１５である補強部材の材質は、樹脂に限定することなく、耐腐食性を備える場合に限り金属でもよい。
なお、補強部材が樹脂製であれば樹脂層１２とこすれても、樹脂層１２を剥離する可能性が少ないので望ましい。

また、フィンカラー１１の管路１３の内壁側の表面を樹脂で覆う工程と、管路１３内に樹脂構造体１５を挿入固定する工程とは、樹脂構造体１５が樹脂流動に必要な加熱温度でも影響を受けない場合は実施順が逆であっても支障はない。
特に、補強部材として金属製のものを用いる場合は、樹脂層１２とこすれて樹脂層１２を剥離する可能性がある。そのため、補強部材を挿入した後に樹脂層１２を形成するとよい。そのように補強部材を挿入した後に樹脂層１２を形成する場合に、補強部材の表面の少なくとも一部、特に管路１３の内壁と接する部分が樹脂層１２で覆われるようになり、樹脂層１２が剥離し難くなる。また、補強部材が樹脂製の場合も同様に補強部材を挿入した後に樹脂層１２を形成しても、樹脂層が剥離し難くすることができる。このように、補強部材の少なくとも一部は、管路１３の内面と同じ樹脂層１２に覆われていてもよい。

以上、実施の形態１のように構成された熱交換器１０では、一部の管路１３に管路１３の一端から他端までの長さを有して管路１３の剛性を向上する樹脂構造体１５を備えている。このため、熱交換器１０の剛性が増加し、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける、フィンカラー１１を重ねて連接させた接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。また、接合部の強度を上げるために管路１３の樹脂層１２を厚くする必要がなく、フィンカラー１１の管路１３の内壁側の表面の樹脂層１２を薄膜で形成でき、樹脂層１２が熱抵抗になって熱交換性能が低下することもない。したがって、性能と強度および腐食に対する信頼性の確保とを両立させることができる。

なお、管路１３の列方向および段方向の配列数は、実施の形態１で示した数に限定されることなくいかなる数でもよい。また、空気と冷媒である水とを疑似対向流で熱交換させずに、空気の流れを反転させて疑似並行流で熱交換させてもよい。また、樹脂構造体１５の挿入された管路１３は冷媒を流すことで熱交換に使用してもよいし、使用しなくてもよい。つまり、樹脂構造体１５は、複数の管路１３のうち通液する一部の管路１３のみに設けられてもよい。

実施の形態２．
実施の形態２では、管路１３を樹脂で埋めることで補強部材の役割を果たす構成であり、実施の形態２で特に記述しない項目に関しては実施の形態１と同様である。

図７は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器１０を示す斜視図である。図８は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器１０のフィンコア１４を示す図７のＡ−Ａ断面の断面図である。図９は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器１０の管路１３を示す図８のＢ−Ｂ断面の断面図である。

図７〜図９に示すように、実施の形態２に係る熱交換器１０は、複数の管路１３のうち、一部の管路１３に補強部材として樹脂埋没部３１を備える熱交換器である。
図８に示すように、重なり方向に向かって重ねられたフィン１の複数の管路１３のうち、一部の管路１３の内部が樹脂接着剤で埋められて樹脂埋没部３１を構成している。

樹脂埋没部３１は、プレス加工などでテーパー筒状にフィンカラー１１を複数穿設させたフィン１が、フィンカラー１１を重ねて連接させて重ねられ、管路１３の重ねられたフィン１の一端に樹脂の漏洩がないような処置を施し、他端から樹脂が注入されることで作製される。樹脂埋没部３１は、管路１３の一端から他端まで全域にわたって樹脂で埋められて形成される。実施の形態１に記載の樹脂構造体１５と異なり、樹脂埋没部３１には熱交換に使用されることはないため、樹脂埋没部３１には入口ヘッダー、出口ヘッダー、接続管は接続される必要はない。
また、樹脂埋没部３１は、冷媒が流れない一部の管路１３を補強するため、冷媒が流れる他の管路１３の樹脂層１２が樹脂埋没部３１を設けたことに起因して剥離するなどの影響がない。

以上、実施の形態２のように構成された熱交換器１０では、複数の管路１３のうち、一部の管路１３が樹脂で埋められて補強部材として機能し、熱交換器１０の剛性が増加する。これにより、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。また、樹脂は軽量かつ安価であるので金属製補強部材に比べて軽量化およびコスト低減の効果がある。

実施の形態３．
実施の形態３では、管路１３に補強部材としてフィン拘束具４１、４３と支柱４２とが備えられた構成であり、実施の形態３で特に記述しない項目に関しては実施の形態１と同様である。

図１０は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器１０のフィンコア１４の端部を示す図である。図１１は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器１０の管路１３を示す図１０のＢ−Ｂ断面の断面図である。
図１０、図１１に示すように、重なり方向に向かう複数の管路１３のうち、一部の管路１３の内部に支柱４２が連通される。そして、支柱４２の両端部にそれぞれ設けられたフィン拘束具４１、４３は、フィンコア１４の両端面からフィンコア１４を拘束する。フィン拘束具４１は、重ねられたフィン１の端のフィンカラー１１の孔に十字状に係止される。フィン拘束具４３は、重ねられたフィン１の端に突出したフィンカラー１１を覆う。支柱４２は、フィン拘束具４１、４３を繋ぐ。管路１３の両端にフィン拘束具４１、４３が固定されることにより、管路１３が伸びる方向の力に対する剛性が高くなる。また、支柱４２は、フィン拘束具４１、４３が固定されることにより、管路１３の内壁と距離を空けるように保持されている。これにより、フィン拘束具４１、４３と支柱４２とは、管路１３の一端から他端までの全域を補強する。

なお、フィン拘束具４１、４３と支柱４２とは、フィンコア１４の拘束に必要な剛性が得られれば、材質は樹脂でも金属でも支障はない。なお、フィン拘束具４１、４３が樹脂層１２で覆われたフィン１に接触する場合は樹脂製であるとより望ましい。また、フィン拘束具４１、４３が管路１３と同様に樹脂層１２で覆われてもよい。フィン拘束具４１、４３、支柱４２のいずれかが弾性を有する材料からなり、管路１３が縮む方向に応力を付与するようにしてもよい。

以上、実施の形態３のように構成された熱交換器１０では、一部の管路１３にフィン拘束具４１、４３と支柱４２とから構成される補強部材を備えているため、熱交換器１０の剛性が増加し、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。
また、支柱４２は、管路１３の内壁と距離を空けるように保持されている。このため、支柱４２が管路１３の内壁の樹脂層１２と接触せず、樹脂層１２が剥離することがない。

実施の形態４．
実施の形態４では、管路１３の補強部材として金属構造体６１が備えられた構成であり、実施の形態４で特に記述しない項目に関しては実施の形態１と同様である。

図１２は、本発明の実施の形態４に係る熱交換器１０のフィンコア１４を示す断面図である。図１３は、本発明の実施の形態４に係る熱交換器１０の管路１３を示す図１２のＢ−Ｂ断面の断面図である。
図１２、１３に示すように、複数の管路１３のうち、一部の管路１３の内部に板状の金属構造体６１がフィン１およびフィンカラー１１に設ける切り込み部６２に嵌合される。板状の金属構造体６１は、管路１３の一端から他端までの全域にてフィン１およびフィンカラー１１に嵌合される。金属構造体６１は、フィンカラー１１に設けた切り込み部６２に嵌合され、管路１３内に端部を突出する金属構造材である。
フィン１およびフィンカラー１１と嵌合された金属構造体６１は、管路１３の内部に樹脂層１２を形成する工程にて、樹脂で覆われる。
なお、金属構造体６１は、先端６３が管路１３中の空間に突出していれば、形状が板状である必要はないし、複数箇所で嵌合していてもよい。

実施の形態４では、金属構造体６１が樹脂層１２を形成する工程にて樹脂で覆われる必要があるため、樹脂層１２を形成する工程の前に金属構造体６１がフィン１およびフィンカラー１１と嵌合される工程を有する。

以上、実施の形態４のように構成された熱交換器１０では、一部の管路１３に金属構造体６１が補強部材として備えられることで、熱交換器１０の剛性が増加する。これにより、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。また、金属構造体６１により冷媒側および空気側の伝熱面積が増加するため、熱交換効率が向上する。
また、金属構造体６１が挿入し固定された後に樹脂層１２が形成されるため、樹脂層１２は管路１３の内壁から金属構造体６１の表面まで連続した構造となる。このため、樹脂層１２が剥離し難くなる。

実施の形態５．
実施の形態５では、管路１３の補強部材として金属管７１が備えられた構成であり、実施の形態５で特に記述しない項目に関しては実施の形態１と同様である。

図１４は、本発明の実施の形態５に係る熱交換器１０のフィンコア１４を示す断面図である。図１５は、本発明の実施の形態５に係る熱交換器１０の管路１３を示す図１４のＢ−Ｂ断面の断面図である。

図１４、図１５に示すように、複数の管路１３のうち、一部の管路１３の内部に金属管７１が挿入固定される。図１４に示すように、管路１３に金属管７１を挿入し、拡管ビレットを用いて金属管７１の管径を拡大し、金属管７１とフィンカラー１１とをかしめることで固定が行われる。

以上、実施の形態５のように構成された熱交換器１０では、一部の管路１３に金属管７１を補強部材として備えることで、熱交換器１０の剛性が増加する。これにより、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。また金属管７１の管径を拡大するといった設備は熱交換器１０の製造設備として一般的なものであり、従来の設備を利用して製造可能である。
複数の管路１３はフィン１によって連続しているため、金属管７１が挿入された一部の管路１３を補強することで、金属管７１が挿入されない他の管路１３も実質的に補強される。複数の管路１３が補強されることにより、金属管７１が挿入されない管路１３の内面の樹脂層１２も剥離し難くなる。

実施の形態６．
実施の形態６では、管路１３の補強部材として金属管７１と側板８１とが備えられた構成であり、実施の形態６で特に記述しない項目に関しては実施の形態１、５と同様である。

図１６は、本発明の実施の形態６に係る熱交換器１０を示す斜視図である。図１７は、本発明の実施の形態６に係る熱交換器１０の管路１３を示す図１６のＡ−Ａ断面の断面図である。

図１６、図１７に示すように、複数の管路１３のうち、一部の管路１３の内部に金属管７１が側板８１と共に挿入固定されるような構成を備えている。図１７に示すように、側板８１は、複数の金属管７１と同時に固定されている。

以上、実施の形態６のように構成された熱交換器１０では、一部の管路１３に金属管７１を補強部材として備えることに加えて側板８１で固定を行うことで、熱交換器１０の重なり方向および水平方向への剛性を増加させ、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が大きく向上する。

実施の形態７．
実施の形態７では、補強部材を備えた管路１３の管径、位置および数に言及したものであり、実施の形態７で特に記述しない項目に関しては実施の形態１〜６と同様である。

図１８は、本発明の実施の形態７に係る熱交換器１０のフィンコア１４を示す断面図である。図１９は、本発明の実施の形態７に係る熱交換器１０のフィンコア１４を示す断面図である。図２０は、本発明の実施の形態７に係る熱交換器１０のフィンコア１４を示す断面図である。
図１８〜図２０に示すように、補強部材を備えた管路９１の管径が、樹脂層１２を備え熱交換が行われる管路１３の管径と異なっていてもよい。特に、熱交換器１０の高性能化、コスト削減の観点から、管路１３の細径化および補強部材を備えた管路９１の箇所の最小化を両立させるべく、補強部材を備えた管路９１を冷媒の管路１３よりも大きくすることが望ましい。

図１８〜図２０に示すように、補強部材を備えた管路９１は、フィン１の最外周部に設置される。特に補強部材を備えた管路９１が偶数の場合は対称性を意識して配置されるのが望ましい。

フィン１の管路１３は、ある一定のパターンで配置されている。しかし、補強部材を備えた管路９１は、前記の配置パターンに沿う必要はない。たとえば、図２０に示すように、フィン１の四隅といった最も熱交換器１０の剛性が高くなる位置に配置されるのが望ましい。

以上、実施の形態７のように構成された熱交換器１０では、補強部材を備えた管路９１の管径、位置、数によって、熱交換器１０の剛性を最大限まで高めることで熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。

実施の形態８．
実施の形態８では、補強部材のフィンコア１４との固定方法に関して言及したものであり、実施の形態８で特に記述しない項目に関しては実施の形態１〜７と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図２１は、本発明の実施の形態８に係る熱交換器１０を示す斜視図である。図２２は、本発明の実施の形態８に係る熱交換器１０を示す斜視図である。図２３は、本発明の実施の形態８に係る熱交換器１０の管路１３を示す図２１のＡ−Ａ断面の断面図である。

図２１〜図２３に示すように、補強部材は、フィンコア１４の両端に有する入口ヘッダー２または出口ヘッダー３に取り付けられたヘッダー拘束具４４と、管路１３を通過した冷媒を転向して異なる管路１３に通液するＵベンドなどの連通部材５の少なくとも一方を穿通した連通部材拘束具４５と、管路１３の一端から他端にわたって長くヘッダー拘束具４４および連通部材拘束具４５に接続される支柱４２と、によって管路１３を拘束する。

連通部材５は、フィンコア１４の端に接続されて２つの管路１３を連通していれば一体の材質で転向流路を形成してもよい。また、連通部材５は、フィンコア１４に凹面を備える部材を接合し、２つの管路１３の出口を連通して転向流路を形成してもよい。
連通部材５は、フィンコア１４との接合強度および水に対する耐腐食性を確保できれば、材質が金属でも樹脂でも支障がない。ヘッダー拘束具４４と連通部材拘束具４５と支柱４２とは、フィンコア１４の拘束に必要な剛性が得られれば、材質が樹脂でも金属でも支障がない。
連通部材５とフィンコア１４の接合部および連通部材５の補強部材挿入部の間隙は、連通部材拘束具４５で覆ってもよい。また、補強部材を挿入固定する工程は、フィンカラー１１の通液側の表面を樹脂で覆う工程の前に実施し、その後に樹脂で覆う工程を実施し、連通部材５とフィンコア１４との接合部および連通部材５の補強部材挿入部の間隙を樹脂で埋伏してもよい。

また、補強部材は、入口ヘッダー２または出口ヘッダー３と連通部材５とに接続していれば、図２３に示すように支柱である必要はなく、上述の実施の形態１〜７のどの補強部材の形状でもよい。特に、実施の形態２の補強部材を用いる場合には、連通部材５が他の通液する管路１３を２本以上連通すればよい。

以上、実施の形態８のように構成された熱交換器１０では、複数の管路１３は、積層したフィン１で構成するため、フィン１の端部に備える入口ヘッダー２または出口ヘッダー３あるいは連通部材５によりフィン１を積層方向に拘束することで、管路１３も実質的に補強される。また、連通部材５が補強されることにより、連通部材５の通液部における冷媒の転向により発生する連通部材５の外周方向の応力に対する接合強度が向上する。また、フィンコア１４と入口ヘッダー２または出口ヘッダー３あるいは連通部材５との接合部が補強され、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。

実施の形態９．
実施の形態９は、実施の形態８において補強部材の形状について言及したものであり、実施の形態９で特に言及しない項目に関しては実施の形態８と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図２４は、本発明の実施の形態９に係る熱交換器１０を示す斜視図である。図２５は、本発明の実施の形態９に係る熱交換器１０を示す斜視図である。図２６は、本発明の実施の形態９に係る熱交換器１０の管路１３を示す図２４のＡ−Ａ断面の断面図である。

図２４〜図２６に示すように、支柱４２は、フィンコア１４の一端の連通部材５と一体の材料から成形されており、管路１３である通液管を通して他端の入口ヘッダー２または出口ヘッダー３と接続されている。
複数の連通部材５は、フィン１と同形状のフィンコア１４の一端に配置される補強壁４６によって一体に成形されている。
入口ヘッダー２または出口ヘッダー３には、ヘッダー拘束具４４が設けられている。入口ヘッダー２または出口ヘッダー３は、複数の連通部材５側の補強壁４６との挟持力のバランスをとるために角柱状に補強されて板状部２ａ、３ａをフィンコア１４の他端に接触させている。板状部２ａ、３ａは、角柱状の入口ヘッダー２または出口ヘッダー３からフィン１の面に沿って広がっている。実施の形態９に係る熱交換器１０は、接続管４を有しない。

以上、実施の形態９のように構成された熱交換器１０では、補強壁４６に設けられた複数の連通部材５は一体に成形されているため、一部の連通部材５を補強することで、支柱４２が挿入されない連通部材５も実質的に補強される。複数の連通部材５が補強壁４６に一体に設けられることにより、複数の連通部材５の接合数を低減して冷媒漏洩の発生を防ぐことができる。また、連通部材拘束具などの部品点数を低減できるため、重量の軽減および製造コストの削減ができる。

実施の形態１０．
実施の形態１０は、実施の形態８において連通部材の形状について言及したものであり、実施の形態１１で特に言及しない項目に関しては実施の形態８と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図２７は、本発明の実施の形態１０に係る熱交換器１０を示す斜視図である。図２８は、本発明の実施の形態１０に係る熱交換器１０を示す斜視図である。図２９は、本発明の実施の形態１０に係る熱交換器１０の管路１３を示す図２７のＡ−Ａ断面の断面図である。

図２７〜図２９に示すように、一体の部材で複数のフィンコア１４の管路１３を接続する連通部材５を成形して設ける。そして、フィンコア１４の一部の管路１３を連通する補強部材により固定する。連通部材５は、管路１３を通過した冷媒を転向して異なる管路１３に通液するＵベンド状に内部を仕切り５ａで区切られている。連通部材５は、Ｕベンド状に仕切り５ａで区切られた複数の異なる通液路を構成している。連通部材５も補強部材の一部を構成する。
また、入口ヘッダーおよび出口ヘッダーを用いず、補強部材として一体の材料で形成されたヘッダー部４７が備えられている。ヘッダー部４７は、補強壁４６との挟持力のバランスをとるためにフィンコア１４の他端に設けられた補強壁４８に固定される。ヘッダー部４７は、入口ヘッダーおよび出口ヘッダーの機能を果たすために内部が縦方向に２つ並列となるように仕切り４７ａで区切られている。
また、他の補強部材としては、ヘッダー拘束具４４と連通部材拘束具４５と支柱４２とを有している。

以上、実施の形態１０のように構成された熱交換器１０では、一体の部材で形成される連通部材５により複数の異なる通液路を構成し、一部の通液路にフィンコア１４の管路１３に挿入される支柱４２でフィンコア１４に固定する。また、入口ヘッダーおよび出口ヘッダーの機能を一体の部材で形成されたヘッダー部４７が設けられている。これにより、通液路の数よりも少ない数の補強部材で連通部材５またはヘッダー部４７とフィンコア１４との接合に必要な強度が確保できる。このため、支柱４２と連通部材５またはヘッダー部４７との接合数を低減して冷媒漏洩の発生を防ぐ。また、接合数低減により、製造コストの削減ができ、補強部材を備える通液管の本数低減により熱交換器１０の性能を向上できる。
なお、連通部材５またはヘッダー部４７の材質は、特に金属より熱伝達率の低い樹脂構造材で成形することで、異なる通液路を流れる冷媒間の熱交換を抑制し、熱の損失を低減できる。

実施の形態１１．
図３０は、本発明の実施の形態１１に係る空気調和装置２００の概略構成を示す冷媒回路図である。
図３０に示すように、空気調和装置２００は、圧縮機２０１と、マフラー２０２と、四方弁２０３と、室外熱交換器２０４と、毛細管２０５と、ストレーナ２０６と、電子制御式膨張弁２０７と、ストップバルブ２０８ａ，２０８ｂと、室内熱交換器としての熱交換器１０と、補助マフラー２０９とを、冷媒配管２１０により接続して構成される冷媒回路を備える。

空気調和装置２００の熱交換器１０を有する室内機には、外気、室内、冷媒などの各温度に基づいて、圧縮機２０１、電子制御式膨張弁２０７などのアクチュエータ類の制御を司る制御部２１１が設けられる。四方弁２０３は、冷房と暖房の冷凍サイクルを切り替える弁であり、制御部２１１によって制御される。

次に、図３０を参照して空気調和装置２００の冷房運転時の動作例について説明する。制御部２１１によって四方弁２０３が冷房運転に切り替えられた場合には、冷媒が圧縮機２０１により圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、四方弁２０３を介して室外熱交換器２０４に流入する。室外熱交換器２０４に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２０４通過する室外空気と熱交換（放熱）され、高圧の液冷媒となって流出する。室外熱交換器２０４から流出した高圧の液冷媒は、毛細管２０５および電子制御式膨張弁２０７で減圧され、低圧の気液二相の冷媒となり、室内熱交換器である熱交換器１０に流入する。熱交換器１０に流入した気液二相の冷媒は、熱交換器１０を通過する室内空気と熱交換され、室内空気を冷却して低温低圧のガス冷媒となって圧縮機２０１に吸入される。

次に、図３０を参照して空気調和装置２００の暖房運転時の動作例について説明する。制御部２１１によって四方弁２０３が暖房運転に切り替えられた場合には、冷媒は、上記と同様に圧縮機２０１により圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、四方弁２０３を介して室内熱交換器としての熱交換器１０に流入する。熱交換器１０に流入した高温高圧のガス冷媒は、熱交換器１０を通過する室内空気と熱交換され、室内空気を暖めて高圧の液冷媒となる。熱交換器１０から流出した高圧の液冷媒は、電子制御式膨張弁２０７および毛細管２０５で減圧され、低圧の気液二相の冷媒となり、室外熱交換器２０４に流入する。室外熱交換器２０４に流入した低圧の気液二相の冷媒は、室外熱交換器２０４を通過する室外空気と熱交換され、低温低圧のガス冷媒となって圧縮機２０１に吸入される。

以上、実施の形態１１のように構成された空気調和装置２００では、熱交換器１０の一部の管路１３に樹脂構造体１５などの補強部材を備えているため、熱交換器１０の剛性が増加し、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける、フィンカラー１１を重ねて連接させた接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。また、接合部の強度を上げるために管路１３の樹脂層１２を厚くする必要がなく、フィンカラー１１の管路１３の内壁側の表面の樹脂層１２を薄膜で形成でき、樹脂層１２が熱抵抗になって熱交換性能が低下することもない。したがって、性能と強度および腐食に対する信頼性の確保とを両立させることができる。

＜効果＞
以上の実施の形態１〜１１では、熱交換器１０は、平板状の基板の上に短筒状のフィンカラー１１が穿設されたフィン１を備えている。フィンカラー１１を重ねて連接させて複数のフィン１を重ね、連接されたフィンカラー１１を接合して管路１３およびフィンコア１４を構成すると共に管路１３の内面に樹脂層１２を形成している。管路１３の一端から他端までの長さを有して管路１３の剛性を向上する補強部材を備えている。
この構成によれば、管路１３の一端から他端までの長さを有して管路１３の剛性を向上する補強部材を備えているため、熱交換器１０の剛性が増加する。これにより、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。また、強度を上げるために樹脂層１２を厚くする必要がなく、フィンカラー１１の管路１３の内壁側の表面の樹脂層１２を薄膜で形成でき、樹脂層１２が熱抵抗になって熱交換性能が低下することもないため、性能と強度および腐食に対する信頼性の確保とを両立させることができる。

補強部材は、複数の管路１３のうち通液する一部の管路１３のみに設けられている。
この構成によれば、補強部材は、冷媒の通液する一部の管路１３のみに設けられ、熱交換器１０の剛性が増加できる。

補強部材の少なくとも一部は、管路１３の内面と同じ樹脂層１２に覆われている。
この構成によれば、補強部材の表面の少なくとも一部が樹脂層１２で覆われるようになり、樹脂層１２が剥離し難くなる。

補強部材は、管路１３内に配置された樹脂構造体１５である。
この構成によれば、一部の管路１３が樹脂製の補強部材を備えているため、熱交換器１０の剛性が増加する。これにより、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。また、樹脂は軽量かつ安価であるので軽量化およびコスト低減の効果がある。

補強部材は、複数の管路１３のうち少なくとも１つの管路１３内を樹脂で埋めた樹脂埋没部３１である。
この構成によれば、一部の管路１３が樹脂で埋められることで補強部材として機能し、熱交換器１０の剛性が増加する。これにより、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。また、樹脂は軽量かつ安価であるので軽量化およびコスト低減の効果がある。
また、樹脂埋没部３１は、冷媒が流れない一部の管路１３を補強するため、冷媒が流れる他の管路１３の樹脂層１２が樹脂埋没部３１を設けたことに起因して剥離するなどの影響がない。

補強部材は、管路１３内に挿通した支柱４２を用いてフィンコア１４の両端面を拘束する。
この構成によれば、一部の管路１３の内部に支柱４２が挿通され、フィンコア１４を両端から拘束することで補強され、熱交換器１０の剛性が増加する。これにより、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。
また、支柱４２は、管路１３の内壁と距離を空けるように保持されている。このため、支柱４２が管路１３の内壁の樹脂層１２と接触せず、樹脂層１２が剥離することがない。

補強部材は、フィンカラー１１に設けた切り込み部６２に嵌合され、管路１３内に端部を突出する金属構造体６１である。
この構成によれば、一部の管路１３に金属構造体６１が補強部材として備えられることで、熱交換器１０の剛性が増加する。これにより、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。また、金属構造体６１を通して冷媒側および空気側の伝熱面積が増加するため、管路１３の内部を通過する冷媒と空気との間で熱伝導が行われることで熱交換効率が向上する。
また、金属構造体６１が挿入し固定された後に樹脂層１２が形成されるため、樹脂層１２は管路１３の内壁から金属構造体６１の表面まで連続した構造となる。このため、樹脂層１２が剥離し難くなる。

補強部材は、管路１３内に挿入固定された金属管７１である。
この構成によれば、一部の管路１３に金属管７１を補強部材として備えることで、熱交換器１０の剛性が増加する。これにより、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。また金属管７１の管径を拡大するといった設備は熱交換器１０の製造設備として一般的なものであり、従来の設備を利用して製造可能である。
複数の管路１３はフィン１によって連続しているため、金属管７１が挿入された一部の管路１３を補強することで、金属管７１が挿入されない他の管路１３も実質的に補強される。複数の管路１３が補強されることにより、金属管７１が挿入されない管路１３の内面の樹脂層１２も剥離し難くなる。

補強部材は、複数のフィン１の端面にて金属管７１を挿入固定する側板８１を有する。一部の管路１３に金属管７１を補強部材として備えることに加えて側板８１で固定を行って補強し、熱交換器１０の重なり方向および水平方向への剛性を増加させることで熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が大きく向上する。

複数の管路１３のうち補強部材を備えた管路９１は、他の管路１３とは管径が異なる。補強部材を備えた管路９１の管径によって、熱交換器１０の剛性を最大限まで高めることで熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。

補強部材を備えた管路９１は、フィン１の最外周部に配置された。補強部材を備えた管路９１の位置、数によって、熱交換器１０の剛性を最大限まで高めることで熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。

補強部材は、フィンコア１４の管路１３の端部に備える入口ヘッダー２または出口ヘッダー３あるいは異なる管路１３を通液する連通部材５を穿通して接続されている。
この構成によれば、フィンコア１４と連通部材５との接合強度を向上することで、冷媒の転向により発生する連通部の外周方向の応力に対する連通部材５の強度を向上できる。また、フィンコア１４と入口ヘッダー２または出口ヘッダー３あるいは連通部材５との接合部が補強され、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。

補強部材は、ヘッダー部４７あるいは連通部材５と一体の材料で形成されている。
この構成によれば、補強部材とヘッダー部４７あるいは連通部材５との接合数を低減して冷媒漏洩の発生を防ぐことができる。また連通部材拘束具等の部品点数を低減できるため、重量の軽減および製造コストの削減ができる。

連通部材５は、複数の通液部を一体で形成して管路１３を接続し、一部の通液する管路１３に補強部材を備えている。
この構成によれば、一体の部材で形成した連通部材５を一部の管路１３に備える補強部材がフィンコア１４に固定されることで、通液路の数よりも少ない数の補強部材で連通部材５とフィンコア１４との接合に必要な強度が確保できる。このため、補強部材と連通部材５の接合数を低減して冷媒漏洩の発生を防ぐことができる。また接合数低減により製造コストの削減ができ、また補強部材を備える通液管の本数低減により熱交換器１０の性能を向上できる。連通部材５の材質は、特に金属より熱伝達率の低い樹脂構造材で成形することで、異なる通液路を流れる冷媒間の熱交換を抑制し、熱の損失を低減できる。

水を含む冷媒を用いる場合には、フィンコア１４の金属が腐食されることを防止することが望ましい。本発明では、管路１３の内壁を薄膜の樹脂層１２で覆うことにより、フィンカラー１１の腐食を防止している。特にフィンコア１４として、アルミニウム、またはアルミニウムを含む合金などを用いる場合は、樹脂層１２にピンホール、クラックが生じないようにすることが望ましい。本発明では、管路１３を補強部材により補強し、連接したフィンカラー１１に機械的な変形が生じないようにしているため、樹脂層１２にクラックなどを生じ難くする効果がある。さらに、本発明では、補強部材として管路１３に挿入する補強部材として樹脂材料からなる部材を使用することができる。また、補強部材として管路１３の内壁と距離を隔てて管路１３の外部で固定することができる。補強部材として一部の管路１３のみを補強することで補強部材がない管路１３も補強することができる。管路１３の内壁に接触する補強部材は、内壁と伴に樹脂層１２で覆うことができる。これらの補強部材によって、樹脂層１２が剥離したりすることを防止している。このため、フィンコア１４の金属が腐食され難く、熱交換器１０の寿命を高めることができる。

圧縮機２０１と、室外熱交換器２０４と、電子制御式膨張弁２０７と、室内熱交換器と、を備え、室内熱交換器は、熱交換器１０である。
この構成によれば、空気調和装置２００では、熱交換器１０の一部の管路１３に樹脂構造体１５などの補強部材を備えているため、熱交換器１０の剛性が増加する。これにより、熱交換器１０を筐体内に設置したり搬送したりする際に受ける、フィンカラー１１を重ねて連接させた接合部の曲げ、捩り、剪断に対する強度が向上する。また、接合部の強度を上げるために管路１３の樹脂層１２を厚くする必要がなく、フィンカラー１１の管路１３の内壁側の表面の樹脂層１２を薄膜で形成でき、樹脂層１２が熱抵抗になって熱交換性能が低下することもない。したがって、性能と強度および腐食に対する信頼性の確保とを両立させることができる。

なお、上記の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ フィン、２ 入口ヘッダー、２ａ 板状部、３ 出口ヘッダー、３ａ 板状部、４ 接続管、５ 連通部材、５ａ 仕切り、１０ 熱交換器、１１ フィンカラー、１２ 樹脂層、１３ 管路、１４ フィンコア、１５ 樹脂構造体、２１ 筒部、２２ 頂部、３１ 樹脂埋没部、４１ フィン拘束具、４２ 支柱、４３ フィン拘束具、４４ ヘッダー拘束具、４５ 連通部材拘束具、４６ 補強壁、４７ ヘッダー部、４７ａ 仕切り、４８ 補強壁、６１ 金属構造体、６２ 切り込み部、６３ 先端、７１ 金属管、８１ 側板、９１ 管路、２００ 空気調和装置、２０１ 圧縮機、２０２ マフラー、２０３ 四方弁、２０４ 室外熱交換器、２０５ 毛細管、２０６ ストレーナ、２０７ 電子制御式膨張弁、２０８ａ ストップバルブ、２０８ｂ ストップバルブ、２０９ 補助マフラー、２１０ 冷媒配管、２１１ 制御部。

本発明の熱交換器は、平板状の基板の上に短筒状のフィンカラーが穿設されたフィンを備え、前記フィンカラーを重ねて連接させて複数の前記フィンを重ね、連接された前記フィンカラーを接合して複数の管路およびフィンコアを構成すると共に前記管路の内面に樹脂層を形成する熱交換器であって、前記複数の管路のうち一部の管路のみに前記管路の一端から他端までの長さを有して前記管路の剛性を向上する補強部材を備えたものである。

Claims (15)

1. 平板状の基板の上に短筒状のフィンカラーが穿設されたフィンを備え、
   前記フィンカラーを重ねて連接させて複数の前記フィンを重ね、連接された前記フィンカラーを接合して管路およびフィンコアを構成すると共に前記管路の内面に樹脂層を形成する熱交換器であって、
   前記管路の一端から他端までの長さを有して前記管路の剛性を向上する補強部材を備えた熱交換器。
2. 前記補強部材は、複数の前記管路のうち通液する一部の前記管路のみに設けられた請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記補強部材の少なくとも一部は、前記管路の内面と同じ前記樹脂層に覆われている請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記補強部材は、前記管路内に配置された樹脂構造材である請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記補強部材は、複数の前記管路のうち少なくとも１つの前記管路内を樹脂で埋めた樹脂埋没部である請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 前記補強部材は、前記管路内に挿通した支柱を用いて前記フィンコアの両端面を拘束する請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 前記補強部材は、前記フィンカラーに設けた切り込み部に嵌合され、前記管路内に端部を突出する金属構造材である請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. 前記補強部材は、前記管路内に挿入固定された金属管である請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
9. 前記補強部材は、複数の前記フィンの端面にて前記金属管を挿入固定する側板を有する請求項８に記載の熱交換器。
10. 複数の前記管路のうち前記補強部材を備えた前記管路は、他の前記管路とは管径が異なる請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱交換器。
11. 前記補強部材を備えた前記管路は、前記フィンの最外周部に配置された請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱交換器。
12. 前記補強部材は、前記フィンコアの前記管路の端部に備えるヘッダーまたは異なる前記管路を通液する連通部材を穿通して接続された請求項１〜１１に記載の熱交換器。
13. 前記補強部材は、前記ヘッダーまたは前記連通部材と一体の材料で形成された請求項１２に記載の熱交換器。
14. 前記連通部材は、複数の通液部を一体で形成して前記管路を接続し、一部の通液する前記管路に補強部材を備えた請求項１２または１３に記載の熱交換器。
15. 圧縮機と、室外熱交換器と、電子制御式膨張弁と、室内熱交換器と、を備え、
    前記室内熱交換器は、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の熱交換器である空気調和装置。

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