JPWO2018096666A1 - 熱交換器および冷凍サイクル装置並びに熱交換器の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[熱交換器の構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器10を示す概略図である。
図1に示す熱交換器10は、間隔を空けて並列に配置された複数の板状のフィン1を備えている。熱交換器10は、複数のフィン1と直交する方向にフィン1の貫通孔1aに挿通されて配置された伝熱管2を備えている。
図2は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器10の製造方法を示す工程図である。図2に示すように、熱交換器10の製造方法は、以下の工程を含む。
ステップS4では、図3Aに示すように、起点孔形成工程として、1枚のフィン1に対応するアルミ平板に起点孔4を打ち抜いて開けてフィン原型11を形成する。すなわち、起点孔形成工程では、1枚の状態のフィン1あるいは1枚のフィン1に対応するアルミ平板に、隣り合う貫通孔1aの間にフィン1の折り曲げ起点となり、図示右側の一方の縁部側である後縁部側の折り曲げ箇所3に劣角αの頂部4aを有する起点孔4を形成する。ここでは、フィン原型11の説明を簡略化するためにフィン1とも呼ぶ場合がある。
また同様に、位置ずれ許容幅8および浅深ずれ許容幅9を有する領域を区画する境界として、位置ずれ許容幅8となる境界4dの両端と境界4b、4cの前縁側端とをそれぞれ繋ぐ境界4e、4fを切込み5の延出方向に沿った直線にそれぞれ設けている。これら境界4e、4fの直線は、浅深ずれ許容幅9を確保する。
起点孔4は、たとえばホームベースに類似する五角形の形状などである。なお、起点孔4は、フィン1に形成された複数の貫通孔1aの配置によって他の形状を採用できる。
図4は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器原型20におけるフィン1に伝熱管2を固定した状態を示す説明図である。
図4に示すように、伝熱管2がフィン1の貫通孔1aに挿通されて拡管してかしめられる。これにより、拡管した伝熱管2がフィン1のフィンカラーとなる部位に接し、フィン1と伝熱管2とが相互に固定されている。
ステップS7では、図5に示すように、切込み形成工程として、熱交換器原型20の複数のフィン1に刃を通して切込み5を全てのフィン1に形成する。すなわち、切込み形成工程では、熱交換器原型20の複数のフィン1に、起点孔4の頂部4aと対向する側である境界4dとフィン1の図示左側の他方の縁部である前縁側とを繋ぐ切込み5を形成する。切込み5は、フィン1の短手方向に沿っている。なお、切込み5は、フィン1の短手方向に沿わず、斜め方向に入れられてもよい。
しかし、起点孔4は、フィン1の長手方向に位置ずれ許容幅8を有している。このため、切込み形成工程で切込み5を入れる位置がフィン1の長手方向で図示上下にばらついても、製造不良とはならずに歩留り良く製品化できる。
また、起点孔4は、フィン1の短手方向に浅深ずれ許容幅9を有している。このため、切込み形成工程で切込み5を入れる位置がフィン1の短手方向で図示左右に浅すぎたり深すぎたりしてばらついても、製造不良とはならずに歩留り良く製品化できる。
切込み5からフィン1を上半体7と下半体6とに分けることにより、熱交換器原型20が折り曲げられる。このとき、起点孔4の後縁側の先端の劣角αの境界4b、4cの頂部4aによって折り曲げ位置が定まり、折り曲げが安定して行える。このため、寸法精度の高い熱交換器10が形成される。
以上により、熱交換器10が完成する。
図6は、本発明の実施の形態1に係るフィン1の厚みとフィン1の折り曲げ強度との関係を示す図である。
フィン1は、厚みが90μm以上110μm以下に形成されている。ここで、フィン1の厚みは、厚みが小さい程フィン強度が低下し、フィン1の折り曲げの際にフィン1が破断し易くなる。図5に示すように、起点孔4を形成することにより、フィン1の厚みを90μmにしても折り曲げできる。また、フィン1の厚みが110μm以下であるので、フィン1の厚みが厚すぎてフィン強度が強すぎ、フィン1を折り曲げできない不具合がない。
図7は、本発明の実施の形態1に係る伝熱管2の管外径の範囲を示す図である。
熱交換器10は、伝熱促進のため、フィン1に貫通孔1aの間にスリットが立てられたり、伝熱管2が細径化されたりすることが実施される。
図7に示すように、伝熱管2は、高性能化のために管外径が3.5mm以上7.0mm以下である。
伝熱管2の管外径が3.5mm以上である。ここで、伝熱管2を細径化すると伝熱管面積が小さくなるため、伝熱管面積を確保するには隣り合う伝熱管2のピッチを小さくする必要があり、フィン1の長手方向に形成されるスリットの幅が小さくなる。よって、スリット面積を確保するため、フィン1の短手方向に立てるスリット本数が多くなる。これに対し、熱交換器10の量産の際にフィン1の折り曲げ位置が起点孔4および切込み5によって定まっているので、フィン1の折り曲げ時に立てて形成されているスリットが変形しない。このように、フィン1に形成するスリットを立てる位置の自由度が向上できる。また、伝熱管2の管外径が7.0mm以下である。このため、フィン1と大径化した伝熱管2内の冷媒との伝熱の悪化が抑制でき、フィン1と伝熱管2内の冷媒との伝熱効率が向上できる。
図8は、本発明の実施の形態1の変形例1に係る熱交換器原型20aに切込み5を形成した状態を示す概略図である。図9は、本発明の実施の形態1の変形例1に係る熱交換器10aを示す概略図である。図8、図9に基づいて、実施の形態1と異なる点について説明する。
図10は、本発明の実施の形態1の変形例2に係る熱交換器原型20bに切込み5を形成した状態を示す概略図である。図11は、本発明の実施の形態1の変形例2に係る熱交換器10bを示す概略図である。図10、図11に基づいて、実施の形態1と異なる点について説明する。
実施の形態1とは異なり、伝熱管2は、切込み5の延出方向であるフィン1の短手方向と直交するフィン1の長手方向に1列に配列されている。
実施の形態1によれば、熱交換器10、10a、10bは、間隔を空けて配置された複数の板状のフィン1を備えている。熱交換器10、10a、10bは、フィン1と直交する方向にフィン1の貫通孔1aに挿通されて配置された伝熱管2を備えている。フィン1には、隣り合う貫通孔1aの間にフィン1の折り曲げ起点となり、フィン1の図示右側の一方の縁部側である後縁部側の折り曲げ箇所3に頂部4aを有する起点孔4が形成されている。フィン1には、起点孔4の頂部4aと対向する側である境界4dとフィン1の図示左側の他方の縁部である前縁側とを繋ぐ切込み5が形成されている。フィン1は、起点孔4の頂部4aを先端として起点孔4から切込み5を開いて折り曲げられた形状である。
この構成によれば、フィン1を折り曲げる起点の位置が起点孔4の頂部4aを先端に定められ、フィン1が安定して折り曲げられる。したがって、フィン1を折り曲げた熱交換器10、10a、10bの寸法および角度の精度が良い。
この構成によれば、起点孔4に位置ずれ許容幅8が設けられており、切込み5を形成する際に切込み5の延出方向と直交する方向に切込み5の位置ずれが発生しても、位置ずれを許容して切込み5が形成できる。したがって、切込み5のバラツキが許容でき、熱交換器10、10a、10bの歩留りが向上できる。
この構成によれば、起点孔4に浅深ずれ許容幅9が設けられており、切込み5を形成する際に切込み5の延出方向に沿った方向に切込み5の浅深ずれが発生しても、浅深ずれを許容して切込み5が形成できる。したがって、切込み5のバラツキが許容でき、熱交換器10、10a、10bの歩留りが向上できる。
この構成によれば、起点孔4に位置ずれ許容幅8および浅深ずれ許容幅9を有する領域を区画する境界4d、4e、4fが設けられており、切込み5を形成する際に位置ずれあるいは浅深ずれが発生しても、位置ずれあるいは浅深ずれを許容して切込み5が形成できる。したがって、切込み5のバラツキが許容でき、熱交換器10、10a、10bの歩留りが向上できる。
この構成によれば、折り曲げ箇所3の折り曲げ幅が短くなり、フィン1の折り曲げが精度良く実施できる。また、折り曲げ箇所3でのフィン1の変形量が小さくなり、熱交換器10aの使用時に折り曲げ箇所3からの露垂れが低減できる。
この構成によれば、フィン1の厚みが90μm以上である。ここで、フィン1の厚みが小さい程フィン強度が低下し、フィン1の折り曲げの際にフィン1が破断し易くなる。しかし、フィン1の厚みが90μm以上であれば、フィン1が破断せずに折り曲げできる。また、フィン1の厚みが110μm以下であるので、フィン1の厚みが厚すぎてフィン強度が強すぎ、フィン1を折り曲げできない不具合がない。
この構成によれば、伝熱管2が切込みの延出方向と直交する方向に1列に配列される。伝熱管2が切込み5の延出方向と直交する方向に1列に配列されると、フィン強度が低下し、フィン1の折り曲げの際にフィン1が破断し易くなる。しかし、起点孔4および切込み5が形成されることにより、伝熱管2が切込み5の延出方向と直交する方向に1列に配列されても、フィン1が破断せずに折り曲げできる。
この構成によれば、伝熱管2の管外径が3.5mm以上である。ここで、伝熱管2を細径化すると伝熱管面積が小さくなるため、伝熱管面積を確保するには隣り合う伝熱管2のピッチを小さくする必要があり、フィン1の長手方向に形成されるスリットの幅が小さくなる。よって、スリット面積を確保するため、フィン1の短手方向に立てるスリット本数が多くなる。これに対し、熱交換器10、10a、10bの量産の際にフィン1の折り曲げ位置が起点孔4および切込み5によって定まっているので、フィン1の折り曲げ時に立てて形成されているスリットが変形しない。このように、フィン1に形成するスリットを立てる位置の自由度が向上できる。また、伝熱管2の管外径が7.0mm以下である。このため、フィン1と大径化した伝熱管2内の冷媒との伝熱の悪化が抑制でき、フィン1と伝熱管2内の冷媒との伝熱効率が向上できる。
この構成によれば、フィン1を折り曲げる起点の位置が起点孔4の頂部4aを先端に定められ、フィン1が安定して折り曲げられる。したがって、フィン1を折り曲げた熱交換器10、10a、10bの寸法および角度の精度が良い。
また、この構成によれば、切込み形成工程(ステップS7)が熱交換器原型20、20a、20bを形成する熱交換器原型形成工程(ステップS6)の後工程になる。このため、単体のフィンに切込みを形成した後に、フィンがプレス加工される場合あるいは複数のフィンに伝熱管をかしめ固定して熱交換器原型が形成される場合に生じるような、切込みを起因とする強度の低下した製造時のフィンの変形が防止できる。また、切込み形成工程(ステップS7)では、複数のフィン1の全部に1度に切込み5が入れられる。これにより、熱交換器10、10a、10bの製造が容易になり、製造効率が向上できる。
図12は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置100を示す概略構成図である。なお、図12では、冷房運転時の冷媒の流れが実線の矢印で示され、暖房運転時の冷媒の流れが点線の矢印で示される。
図12に示すように、空気調和装置100は、圧縮機101と、四方弁102と、熱源側熱交換器103と、絞り装置104と、負荷側熱交換器105と、を備えている。空気調和装置100は、熱源側熱交換器103に送風する熱源側ファン106と、負荷側熱交換器105に送風する負荷側ファン107と、を備えている。空気調和装置100は、室内機と室外機を接続する配管108、109を備えている。空気調和装置100は、空気調和装置100の各種可動部品を制御する制御装置110、111を備えている。
空気調和装置100には、圧縮機101と四方弁102と熱源側熱交換器103と絞り装置104と負荷側熱交換器105とが冷媒配管で接続されて、冷媒循環回路が形成される。
制御装置110、111によって、四方弁102の流路が切り替えられることにより、冷房運転と暖房運転とが切り替えられる。熱源側熱交換器103は、冷房運転時に凝縮器として作用し、暖房運転時に蒸発器として作用する。負荷側熱交換器105は、冷房運転時に蒸発器として作用し、暖房運転時に凝縮器として作用する。
圧縮機101から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁102を介して熱源側熱交換器103に流入する。熱源側熱交換器103に流入した冷媒は、熱源側ファン106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により、高圧の液状態の冷媒となり、熱源側熱交換器103から流出する。熱源側熱交換器103から流出した高圧の液状態の冷媒は、絞り装置104に流入し、低圧の気液二相状態の冷媒となる。絞り装置104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105に流入し、負荷側ファン107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105から流出する。負荷側熱交換器105から流出する低圧のガス状態の冷媒は、四方弁102を介して圧縮機101に吸入される。
圧縮機101から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁102を介して負荷側熱交換器105に流入する。負荷側熱交換器105に流入した冷媒は、負荷側ファン107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105から流出する。負荷側熱交換器105から流出した高圧の液状態の冷媒は、絞り装置104に流入し、低圧の気液二相状態の冷媒となる。絞り装置104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103に流入し、熱源側ファン106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103から流出する。熱源側熱交換器103から流出する低圧のガス状態の冷媒は、四方弁102を介して圧縮機101に吸入される。
実施の形態2によれば、空気調和装置100は、圧縮機101、凝縮器、絞り装置104、蒸発器が順次配管で接続された冷媒循環回路を備えている。実施の形態1の熱交換器10、10a、10bは、凝縮器または蒸発器として作用する負荷側熱交換器105に用いられている。
この構成によれば、折り曲げた熱交換器10、10a、10bの寸法および角度の精度が良い熱交換器が凝縮器または蒸発器に用いられる。これにより、製品の歩留まりが向上できる。また、高性能な空気調和装置100が提供できる。
Claims (10)
- 間隔を空けて配置された複数の板状のフィンと、
前記フィンと直交する方向に前記フィンの貫通孔に挿通されて配置された伝熱管と、
を備え、
前記フィンには、隣り合う前記貫通孔の間に前記フィンの折り曲げ起点となり、前記フィンの一方の縁部側の折り曲げ箇所に頂部を有する起点孔が形成され、
前記フィンには、前記起点孔の前記頂部と対向する側と前記フィンの他方の縁部とを繋ぐ切込みが形成され、
前記フィンは、前記起点孔の前記頂部を先端として前記起点孔から前記切込みを開いて折り曲げられた形状の熱交換器。 - 前記起点孔は、前記切込みの延出方向と直交する方向に前記切込みの位置ずれを許容する位置ずれ許容幅を有する請求項1に記載の熱交換器。
- 前記起点孔は、前記切込みの延出方向に沿った方向に前記切込みの浅深ずれを許容する浅深ずれ許容幅を有する請求項1または2に記載の熱交換器。
- 前記起点孔は、前記位置ずれ許容幅および前記浅深ずれ許容幅を有する領域を区画する境界として、前記頂部に対向する前記フィンの前記折り曲げ箇所とは反対側の境界を前記切込みの延出方向と直交する直線に設けると共に、前記位置ずれ許容幅の両端の境界を前記切込みの延出方向に沿った直線にそれぞれ設けた請求項3に記載の熱交換器。
- 前記頂部は、前記切込みの延出方向に直交する前記フィンの中心線より前記折り曲げ箇所側に位置した請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱交換器。
- 前記フィンは、厚みが90μm以上110μm以下に形成された請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱交換器。
- 前記伝熱管は、前記切込みの延出方向と直交する方向に1列に配列された請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱交換器。
- 前記伝熱管は、管外径が3.5mm以上7.0mm以下である請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱交換器。
- 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器が順次配管で接続された冷媒循環回路を備え、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の熱交換器は、前記凝縮器または前記蒸発器に用いられた冷凍サイクル装置。 - 間隔を空けて配置された複数の板状のフィンと、
前記フィンと直交する方向に前記フィンの貫通孔に挿通されて配置された伝熱管と、
を備えた熱交換器の製造方法であって、
1枚の状態の前記フィンに、隣り合う前記貫通孔の間に前記フィンの折り曲げ起点となり、前記フィンの一方の縁部側の折り曲げ箇所に劣角の頂部を有する起点孔を形成する起点孔形成工程と、
複数の前記フィンに前記伝熱管を固定した熱交換器原型を形成する熱交換器原型形成工程と、
前記熱交換器原型の前記フィンに、前記起点孔の前記頂部と対向する側と前記フィンの他方の縁部とを繋ぐ切込みを形成する切込み形成工程と、
前記切込みが形成された前記フィンを、前記起点孔の前記頂部を先端として前記起点孔から前記切込みを開いて折り曲げる折り曲げ工程と、
を含む熱交換器の製造方法。
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