JPWO2020213023A1 - 熱交換器及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

熱交換器は、冷媒が流れる伝熱管と、前記伝熱管の端部が挿入された挿入孔が形成され、前記伝熱管に流入する冷媒及び前記伝熱管から流出する冷媒のうちの少なくとも一方が流れるヘッダと、前記伝熱管の外周部に取り付けられたフィンと、を備え、前記伝熱管と前記ヘッダとがロウ付けにより接合され、前記伝熱管と前記フィンとがロウ付けにより接合された熱交換器であって、前記伝熱管には、前記ヘッダと前記フィンとの間となる位置に、前記ヘッダから前記フィンに向かって延びる少なくとも１つの溝が形成されている。

Description

本発明は、耐食性の向上を図った熱交換器、及び該熱交換器が用いられた空気調和機に関する。

熱交換器は、例えば、空気調和機の室外熱交換器及び室内熱交換器として用いられる。室外熱交換器は、屋外で使用されるため、水分が付着する。室内熱交換器は、室内で使用されるが、蒸発器として機能する際には結露によって水分が付着する。熱交換器に水分が付着し、金属材料で形成された熱交換器が腐食すると、冷媒漏れによって熱交換性能が低下する。このため、熱交換器には、防食対策が施されることが多い。防食対策としては、例えば、熱交換器の伝熱管の表面等に、該伝熱管よりも酸化還元電位が卑である材料が設けられる。また例えば、防食対策として、熱交換器の伝熱管に接触する材料には、伝熱管よりも酸化還元電位が卑である材料が用いられる。以下、伝熱管よりも酸化還元電位が卑である材料を、単に、酸化還元電位が卑である材料と称する。

伝熱管と、該伝熱管と接触する部品とは、ロウ付けにより接合される。伝熱管と接触する部品とは、例えば、ヘッダ及びフィン等である。ロウ付け時、溶けて液状となったロウ材は、伝熱管の表面を流れて広がっていく。この際、酸化還元電位が卑である材料によって伝熱管と接触する部品が形成されている場合には、酸化還元電位が卑である材料は、溶けたロウ材中に含まれて、伝熱管の表面に拡散していく。また、ロウ材には、該ロウ材を構成する材料として、酸化還元電位が卑である材料が含まれている場合もある。ロウ材を構成する酸化還元電位が卑である材料もまた、溶けたロウ材中に含まれて、伝熱管の表面に拡散していく。ロウ付け時に、伝熱管の表面に拡散した酸化還元電位が卑である材料は、伝熱管を防食する効果を有する。

伝熱管の表面に凹凸又は析出物がある場合等、伝熱管の表面には、溶けたロウ材が流れやすい場所及び溶けたロウ材が流れにくい場所が存在することがある。このような場合、伝熱管の表面では、ロウ材が流れやすい場所に酸化還元電位が卑である材料が多く拡散し、ロウ材が流れにくい場所には酸化還元電位が卑である材料があまり拡散しない状態となる。その結果、伝熱管の表面には、酸化還元電位が卑である材料の濃い部分と、酸化還元電位が卑である材料の薄い部分とができることになる。すなわち、伝熱管の表面において、酸化還元電位が卑である材料の分布ムラが生じてしまう。このような場合、酸化還元電位が卑である材料の濃い部分が腐食し易くなり、結局は伝熱管の耐食性を低下させる可能性がある。

このような課題を解決する方法として、伝熱管に、特許文献１に記載の構成を採用することが考えられる。特許文献１に記載の熱交換器は、扁平管である伝熱管と、該伝熱管とロウ付け接合されたヘッダとを備えている。具体的には、ヘッダの側面部には、伝熱管が挿入される挿入孔が形成されている。また、挿入孔に伝熱管が挿入され、挿入孔周縁において、伝熱管とヘッダとがロウ付け接合されている。そして、伝熱管の表面には、挿入孔への伝熱管の挿入方向と略垂直な方向に延びる溝が形成されている。特許文献１に記載の熱交換器においては、ロウ付け時に溶けたロウ材が伝熱管の表面を流れる際、溝まで流れてきたロウ材が溝に留まる。これにより、特許文献１に記載の熱交換器は、ロウ材の留まる場所の制御を図っている。

特開２０１６−２１７５８７号公報

特許文献１に記載の熱交換器は、ロウ付け時、伝熱管とヘッダとのロウ付け部から溝までの範囲において、溶けたロウ材の流れを制御できない。このため、特許文献１に記載の熱交換器は、伝熱管とヘッダとのロウ付け部から溝までの範囲において、依然として、酸化還元電位が卑である材料の濃い部分と、酸化還元電位が卑である材料の薄い部分とができることになる。したがって、従来の熱交換器は、伝熱管の表面において、酸化還元電位が卑である材料の分布ムラを抑制できないという課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、ロウ付け時に伝熱管の表面において発生する酸化還元電位が卑である材料の分布ムラを従来よりも抑制できる熱交換器を得ることを第１の目的とする。また、本発明は、このような熱交換器を備えた空気調和機を得ることを第２の目的とする。

本発明に係る熱交換器は、冷媒が流れる伝熱管と、前記伝熱管の端部が挿入された挿入孔が形成され、前記伝熱管に流入する冷媒及び前記伝熱管から流出する冷媒のうちの少なくとも一方が流れるヘッダと、前記伝熱管の外周部に取り付けられたフィンと、を備え、前記伝熱管と前記ヘッダとがロウ付けにより接合され、前記伝熱管と前記フィンとがロウ付けにより接合された熱交換器であって、前記伝熱管には、前記ヘッダと前記フィンとの間となる位置に、前記ヘッダから前記フィンに向かって延びる少なくとも１つの溝が形成されている。

また、本発明に係る空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び室内熱交換器を有する冷凍サイクル回路を備え、前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器のうちの少なくとも一方に、本発明に係る熱交換器が用いられている。

本発明に係る熱交換器は、ロウ付け時、伝熱管に形成された溝によって、伝熱管表面での溶けたロウ材の流れを制御することができる。このため、本発明に係る熱交換器は、ロウ付け時に伝熱管の表面において発生する酸化還元電位が卑である材料の分布ムラを従来よりも抑制できる。

実施の形態１に係る空気調和機を示す図である。 実施の形態１に係る室外熱交換器を示す正面図である。 実施の形態１に係る室外熱交換器におけるヘッダと伝熱管との接合部近傍を示す縦断面図である。 実施の形態１に係る室外熱交換器におけるヘッダと伝熱管との接合部近傍を示す分解斜視図である。 実施の形態１に係る室外熱交換器の伝熱管の別の一例を示す斜視図である。 実施の形態２に係る室外熱交換器のヘッダの挿入孔近傍を示す図である。 実施の形態３に係る室外熱交換器のヘッダの挿入孔近傍を示す図である。

以下の各実施の形態において、図面を参照しながら、熱交換器の一例及び空気調和機の一例について説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空気調和機を示す図である。
空気調和機１は、冷媒が循環する冷凍サイクル回路１０を備えている。また、冷凍サイクル回路１０は、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器２０、膨張弁１３、及び室内熱交換器１４を備えている。すなわち、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器２０、膨張弁１３、及び室内熱交換器１４が冷媒配管で接続されて、冷凍サイクル回路１０が構成されている。冷凍サイクル回路１０のこれらの構成要素は、室外機２又は室内機３に収納されている。本実施の形態１では、室外機２には、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器２０及び膨張弁１３が収納されている。室内機３には、室内熱交換器１４が収納されている。

空気調和機１の基本的な動作について説明する。まず暖房運転の場合、圧縮機１１により圧縮された気体状態の冷媒は、四方弁１２を通って室内熱交換器１４に流入する。室内熱交換器１４に流入した気体状態の冷媒は、室内熱交換器１４の周囲の空気と熱交換を行うことで気体状態から凝縮して液体状態となり、その際の熱交換により周囲の空気を暖めることとなる。室内熱交換器１４で液体状態となった冷媒は、膨張弁１３で膨張されて気液二相状態となり、室外熱交換器２０に流入する。室外熱交換器２０に流入した気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２０の周囲の空気と熱交換を行うことで蒸発して気体状態となり、その際の熱交換により周囲の空気を冷やすこととなる。室外熱交換器２０で気体状態となった冷媒は、圧縮機１１に吸入されて圧縮される。

冷房運転の場合は、四方弁１２を切り替えることで冷媒の流れが暖房運転の場合と逆となる。詳しくは、圧縮機１１により圧縮された気体状態の冷媒は、四方弁１２を通って室外熱交換器２０に流入する。室外熱交換器２０に流入した気体状態の冷媒は、室外熱交換器２０の周囲の空気と熱交換を行うことで気体状態から凝縮して液体状態となり、その際の熱交管により周囲の空気を暖めることとなる。室外熱交換器２０で液体状態となった冷媒は、膨張弁１３で膨張されて気液二相状態となり、室内熱交換器１４に流入する。室内熱交換器１４に流入した気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器１４の周囲の空気と熱交換を行うことで蒸発して気体状態となり、その際の熱交換により周囲の空気を冷やすこととなる。室内熱交換器１４で気体状態となった冷媒は、圧縮機１１に吸入されて圧縮される。

なお、空気調和機１を冷房専用機又は暖房専用機とする場合、四方弁１２を設ける必要はない。また、圧縮機１１の圧縮方式及び運転方式は特に限定しないが、例えば容量制御可能なインバータ圧縮機を圧縮機１１として用いることができる。

次に、室外熱交換器２０についてより詳しく説明する。
図２は、実施の形態１に係る室外熱交換器を示す正面図である。図３は、実施の形態１に係る室外熱交換器におけるヘッダと伝熱管との接合部近傍を示す縦断面図である。図４は、実施の形態１に係る室外熱交換器におけるヘッダと伝熱管との接合部近傍を示す分解斜視図である。

室外熱交換器２０は、伝熱管３０、ヘッダ４０及びフィン５０を備えている。伝熱管３０、ヘッダ４０及びフィン５０は、金属製である。

本実施の形態１では、伝熱管３０として、扁平管を用いている。詳しくは、扁平管である伝熱管３０の外周部は、平面部３１、平面部３１と平行な平面部３２、及び、平面部３１と平面部とを接続する一対の端部３３を備えている。そして、扁平管である伝熱管３０には、冷媒の流れる冷媒流路３４が、複数形成されている。また、本実施の形態１では、伝熱管３０が水平方向に延びるように、室外熱交換器２０が設置される。また、本実施の形態１では、複数の伝熱管３０を備えている。これら複数の伝熱管３０は、上下方向に規定の間隔を空けて配置されている。各伝熱管３０の管軸方向の端部は、後述のように、ヘッダ４０の側面部に形成された挿入孔４１に挿入されている。

なお、以下では、室外熱交換器２０の各構成の方向を説明する際、挿入方向Ｘ、第１方向Ｙ、及び第２方向Ｚを用いて説明する場合がある。挿入方向Ｘは、伝熱管３０がヘッダ４０の挿入孔４１に挿入される方向である。本実施の形態１では、挿入方向Ｘは、水平方向となっている。第１方向Ｙは、挿入方向Ｘと垂直で、伝熱管３０の平面部３１と平行な方向である。本実施の形態１では、第１方向Ｙは、挿入方向Ｘに対して垂直な水平方向となっている。第２方向Ｚは、挿入方向Ｘと垂直で、第１方向Ｙと垂直な方向である。本実施の形態１では、第２方向Ｚは、垂直方向となっている。

ヘッダ４０は、例えば円筒形状をしている。ヘッダ４０は、伝熱管３０に流入する冷媒及び伝熱管３０から流出する冷媒のうちの少なくとも一方が流れるものである。ヘッダ４０の側面部には、伝熱管３０の端部が挿入される挿入孔４１が形成されている。上述のように、本実施の形態１では、複数の伝熱管３０が上下方向に規定の間隔を空けて配置されている。このため、ヘッダ４０の側面部にも、上下方向に規定の間隔を空けて、複数の挿入孔４１が形成されている。ヘッダ４０と伝熱管３０とは、ヘッダ４０の挿入孔４１に伝熱管３０の端部が挿入された状態で、挿入孔４１の周縁と伝熱管３０の外周部とがロウ付け接合されている。なお、上述のように、本実施の形態１に係る室外熱交換器２０は、一対のヘッダ４０を備えている。以下では、これらのヘッダ４０を区別して示したい場合、一方のヘッダ４０をヘッダ４０ａと称し、他方のヘッダ４０をヘッダ４０ｂと称することとする。

ヘッダ４０ａには、配管４２及び配管４３が設けられている。配管４２には、図１に示す冷媒配管１５が接続される。冷媒配管１５は、四方弁１２と室外熱交換器２０とを接続する冷媒配管である。また、配管４３には、図１に示す冷媒配管１６が接続される。冷媒配管１６は、膨張弁１３と室外熱交換器２０とを接続する冷媒配管である。このため、本実施の形態１に係るヘッダ４０ａの内部は、冷媒配管１５と連通する流路と、冷媒配管１６と連通する流路と、に仕切られている。

そして、本実施の形態１に係る室外熱交換器２０においては、冷媒配管１５及び冷媒配管１６のうちの一方からヘッダ４０ａに流入した冷媒は、複数の伝熱管３０のうちの一部を流れた後、ヘッダ４０ｂへ流入する。ヘッダ４０ｂへ流入した冷媒は、複数の伝熱管３０のうちの残りの一部を流れた後、ヘッダ４０ａを通り、冷媒配管１５及び冷媒配管１６のうちの他方へ流出する。すなわち、本実施の形態１に係る室外熱交換器２０は、パラレルフロー型の熱交換器となっている。

本実施の形態１では、フィン５０として、コルゲート型のフィンを用いている。フィン５０は、上下方向に隣接する伝熱管３０の間に配置され、これら伝熱管３０の外周部に取り付けられている。フィン５０と伝熱管３０とは、フィン５０と伝熱管３０とが対向する箇所でロウ付け接合されている。例えば、フィン５０は、端部が折り曲げられ、伝熱管３０と対向するロウ付け部５１が形成されている。フィン５０の端部では、伝熱管３０とロウ付け部５１とがロウ付け接合されている。

伝熱管３０又はヘッダ４０に腐食によって孔が空くと、その孔から冷媒が漏れ、室外熱交換器２０の熱交換性能が低下してしまう。ここで、一般的に、室外熱交換器には多くの伝熱管が設けられる。また、一般的に、伝熱管は、冷媒と周囲の空気とを熱交換させるため、ヘッダと比べて肉厚が薄い。このため、室外熱交換器２０の熱交換性能の低下を抑制するためには、伝熱管３０の腐食を抑制することが重要である。このため、本実施の形態１では、次のように、伝熱管３０の腐食を抑制している。

伝熱管３０に接触するヘッダ４０及びフィン５０の材料には、伝熱管３０よりも酸化還元電位が卑である材料が用いられる。以下、伝熱管３０よりも酸化還元電位が卑である材料を、単に、酸化還元電位が卑である材料と称する場合がある。ヘッダ４０及びフィン５０は酸化還元電位が卑である材料であるため、伝熱管３０より優先的に腐食する。その結果、伝熱管３０の腐食が抑制されることとなる。

ただし、この防食方法が作用するためには、伝熱管３０への水滴の付着形態が限定される。具体的には、伝熱管３０とヘッダ４０とに水滴が接触する状態で、あるいは、伝熱管３０とフィン５０とに水滴が接触する状態で、伝熱管３０へ水滴が付着する必要がある。伝熱管３０のみに接触する状態で水滴が付着した場合、この防食方法は作用せず、伝熱管３０の腐食を抑制できない。ここで、上述のように、本実施の形態１では、伝熱管３０として扁平管を用いている。このため、平面部３１上に水滴が滞留しやすく、伝熱管３０のみに接触する状態で水滴が付着しやすい。

したがって、本実施の形態１に係る室外熱交換器２０では、伝熱管３０の表面を酸化還元電位が卑である材料で覆い、伝熱管３０の腐食のさらなる抑制を図っている。伝熱管３０の表面は、伝熱管３０、ヘッダ４０及びフィン５０をロウ付けにより接合する際、酸化還元電位が卑である材料で覆われる。

具体的には、ロウ付け時、溶けて液状となったロウ材は、伝熱管３０の表面を流れて広がっていく。この際、ヘッダ４０及びフィン５０を形成する酸化還元電位が卑である材料は、溶けたロウ材中に含まれて、伝熱管３０の表面に拡散していく。また、ロウ材には、該ロウ材を構成する材料として、酸化還元電位が卑である材料が含まれている場合もある。ロウ材を構成する酸化還元電位が卑である材料もまた、溶けたロウ材中に含まれて、伝熱管３０の表面に拡散していく。これにより、伝熱管３０の表面は、酸化還元電位が卑である材料で覆われる。

この防食方法は、酸化還元電位が卑である材料が伝熱管３０の表面を均一に覆っていれば、伝熱管３０への水滴の付着形態に影響されることなく、伝熱管３０の腐食を抑制できる。室外熱交換器２０が収納された室外機２の設置環境は様々であり、室外機２の設置後に室外熱交換器２０への水滴の付着形態を制御することは困難である。このため、酸化還元電位が卑である材料が伝熱管３０の表面を覆う防食方法は、伝熱管３０の防食に有効な方法である。

しかしながら、伝熱管３０の表面に凹凸又は析出物がある場合等、伝熱管３０の表面には、溶けたロウ材が流れやすい場所及び溶けたロウ材が流れにくい場所が存在することがある。このような場合、伝熱管３０の表面では、ロウ材が流れやすい場所に酸化還元電位が卑である材料が多く拡散し、ロウ材が流れにくい場所には酸化還元電位が卑である材料があまり拡散しない状態となる。その結果、伝熱管３０の表面には、酸化還元電位が卑である材料の濃い部分と、酸化還元電位が卑である材料の薄い部分とができることになる。すなわち、伝熱管３０の表面において、酸化還元電位が卑である材料の分布ムラが生じてしまう。このような場合、酸化還元電位が卑である材料の濃い部分が腐食し易くなり、結局は伝熱管３０の耐食性を低下させる可能性がある。

そこで、本実施の形態１に係る室外熱交換器２０においては、伝熱管３０には、ヘッダ４０とフィン５０との間となる位置に、ヘッダ４０からフィン５０に向かって延びる少なくとも１つの溝３５が形成されている。詳しくは、本実施の形態１では、伝熱管３０の平面部３１に、少なくとも１つの溝３５が形成されている。また、本実施の形態１では、伝熱管３０の平面部３１に、２つの溝３５が形成されている。ヘッダ４０からフィン５０に向かって延びる少なくとも１つの溝３５が伝熱管３０に形成されていることにより、ロウ付け時に溶けたロウ材は、溝３５に沿って流れる。これにより、伝熱管３０の表面におけるロウ材の流れを制御することができ、伝熱管３０の表面において発生する酸化還元電位が卑である材料の分布ムラを従来よりも抑制できる。このため、伝熱管３０の腐食を抑制でき、室外熱交換器２０の耐食性を向上させることができる。

なお、本実施の形態１では、伝熱管３０に２つの溝３５が形成されていたが、溝３５の数は２つに限定されない。例えば、伝熱管３０に１つの溝３５が形成されていてもよい。ロウ付け時に溶けたロウ材がこの溝３５に沿って流れることにより、伝熱管３０の表面におけるロウ材の流れを制御することができ、伝熱管３０の表面において発生する酸化還元電位が卑である材料の分布ムラを従来よりも抑制できる。ただし、溝３５にロウ材が溜まり過ぎると、ロウ材と伝熱管３０の形成材料とが混ざり合うことで、伝熱管３０の形成材料の融点が低下し、融点が低下した箇所で孔が空いてしまうという可能性もある。このため、伝熱管３０に形成される溝３５は、複数であることが好ましい。

また、伝熱管３０に複数の溝３５を形成する場合、３つ以上の溝３５を形成してもよい。溝３５の数が多い方が、伝熱管３０の表面に溶けたロウ材がより均等に流れていくことができる。すなわち、溝３５の数が多い方が、酸化還元電位が卑である材料が伝熱管３０の表面に均等に拡散でき、伝熱管３０の表面において発生する酸化還元電位が卑である材料の分布ムラをより抑制できる。

また、伝熱管３０の平面部３１に複数の溝３５を形成する場合、これらの溝３５を図５のように配置するのが好ましい。

図５は、実施の形態１に係る室外熱交換器の伝熱管の別の一例を示す斜視図である。
図５に示す室外熱交換器２０の伝熱管３０は、平面部３１に、複数の溝３５が形成されている。これら複数の溝３５は、第１方向Ｙに間隔を空けて配置されている。ここで、平面部３１において、第１方向Ｙの中央位置を含む範囲を第１範囲３８とする。また、平面部３１において、第１方向Ｙにおいて第１範囲３８よりも端部３３側となる範囲を第２範囲３９とする。この場合、第１範囲３８には、第２範囲３９と比べ、溝３５が密に配置されている。

伝熱管３０として扁平管を用いる場合、ロウ付け時に溶けたロウ材は、扁平管の外周部を構成する平面部に供給されやすい。すなわち、図５に示す平面部３１においては、第２範囲３９と比べ、第１範囲３８に溶けたロウ材が供給されやすい。このため、図５のように複数の溝３５を配置することにより、ロウ材が多く供給される平面部３１の第１範囲３８のロウ材を溝３５に沿って流れやすくすることができる。したがって、伝熱管３０として扁平管を用いる場合、図５のように複数の溝３５を配置することにより、伝熱管３０の表面において発生する酸化還元電位が卑である材料の分布ムラをより抑制できる。

また、本実施の形態１では、伝熱管３０の平面部３１にのみ溝３５を形成しているが、平面部３２に溝３５を形成してもよいし、端部３３に溝３５を形成してもよい。溝３５には、溶けたロウ材が流れるため、酸化還元電位が卑である材料が多くなる。このため、伝熱管３０の表面において腐食が発生しやすい箇所がある場合、当該箇所に溝３５を設け、当該箇所の耐食性を向上させることも可能である。

また、本実施の形態１では、溝３５の断面形状について特に言及しなかったが、溝３５の断面形状は特に限定されない。なお、ここでいう断面形状とは、溝３５が延びる方向と垂直な断面で該溝３５を切断した際の断面形状である。例えば、溝３５の断面形状は、半円形状であってもよいし、三角形状であってもよいし、四角形状であってもよいし、五角形以上の多角形状であってもよい。また、溝３５の内部に突起があってもよいし、溝３５の内部にさらに溝が形成されていてもよい。また、本実施の形態１では、溝３５は挿入方向Ｘと平行に延びているが、溝３５の延びる方向は、挿入方向Ｘと平行である必要はない。溝３５は、ヘッダ４０からフィン５０に向かって延びていればよく、挿入方向Ｘに対して傾いていてもよい。

なお、溝３５の断面積は、次の条件を満たしていることが好ましい。なお、溝３５の断面積とは、溝３５が延びる方向と垂直な断面で該溝３５を切断した際の断面形状の面積である。また、溝３５を複数有る場合、溝３５の断面積は、各溝３５の断面積の平均を示すものとする。ここで、挿入孔４１の周縁と伝熱管３０の外周部とのロウ付けに必要なロウ材の体積を、Ｖ１とする。挿入孔４１の周縁と伝熱管３０の外周部とのロウ付けに供給されるロウ材の体積を、Ｖ２とする。伝熱管３０に形成されている溝３５の本数を、Ｎとする。伝熱管３０に形成されている溝３５の長さの平均を、Ｌとする。このように定義した場合、溝３５の断面積は、（Ｖ２−Ｖ１）／ＮＬより小さいことが好ましい。このように溝３５の断面積を規定することにより、挿入孔４１の周縁と伝熱管３０の外周部とのロウ付け時、ロウ材が不足して接合不良となることを防止できる。なお、溝３５の断面形状が正方形状の場合、断面の各辺を（Ｖ２−Ｖ１）／ＮＬの平方根よりも小さくすれば、溝３５の断面積が（Ｖ２−Ｖ１）／ＮＬよりも小さくなる。

また、溝３５のヘッダ４０側の端部３６の位置も、図３に示す位置に限定されない。具体的には、図３に示すように、溝３５のヘッダ４０側の端部３６は、ヘッダ４０の挿入孔４１の周壁と対向する位置に配置されている。換言すると、溝３５は、挿入孔４１の周壁と対向する位置まで延びている。しかしながら、挿入孔４１の周縁と伝熱管３０の外周部とがロウ付け接合される際、溝３５にロウ材が流れ込むことができれば、溝３５のヘッダ４０側の端部３６は、ヘッダ４０の外周面よりもフィン５０側に配置されていてもよい。ただし、溝３５が挿入孔４１の周壁と対向する位置まで延びているほうが、ロウ材が溝３５に流れ込みやすい。すなわち、溝３５が挿入孔４１の周壁と対向する位置まで延びているほうが、伝熱管３０の表面において発生する酸化還元電位が卑である材料の分布ムラを抑制しやすい。このため、少なくとも１つの溝３５は、挿入孔４１の周壁と対向する位置まで延びているのが好ましい。

また、溝３５のフィン５０側の端部３７の位置も、図３に示す位置に限定されない。具体的には、図３に示すように、溝３５のフィン５０側の端部３７は、フィン５０のロウ付け部５１と対向する位置に配置されている。換言すると、溝３５は、フィン５０と対向する位置まで延びている。しかしながら、フィン５０と伝熱管３０の外周部とがロウ付け接合される際、溝３５にロウ材が流れ込むことができれば、溝３５のフィン５０側の端部３７は、フィン５０よりもヘッダ４０側に配置されていてもよい。ただし、溝３５がフィン５０と対向する位置まで延びているほうが、ロウ材が溝３５に流れ込みやすい。すなわち、溝３５がフィン５０と対向する位置まで延びているほうが、伝熱管３０の表面において発生する酸化還元電位が卑である材料の分布ムラを抑制しやすい。このため、少なくとも１つの溝３５は、フィン５０と対向する位置まで延びているのが好ましい。

また、本実施の形態１では伝熱管３０として扁平管を用いたが、伝熱管３０は扁平管に限定されるものではない。例えば、円管の伝熱管、楕円形状の伝熱管、多角形状の伝熱管、凹凸のある伝熱管等、種々の伝熱管を伝熱管３０として用いることができる。

また、本実施の形態１では円筒形状のヘッダ４０を用いたが、ヘッダ４０はこのような構成に限定されない。例えば、ヘッダ４０を直方体形状としてもよい。また例えば、板状部材を積層して内部に流路を形成した積層ヘッダを、ヘッダ４０として用いてもよい。

また、フィン５０も、上述の構成に限定されない。例えば、フィン５０に、ロウ付け部５１を設けなくてもよい。フィン５０と伝熱管３０との対向箇所をロウ付け接合すればよい。例えば、フィン５０がコルゲートフィンの場合、折り返し部が伝熱管３０との対向箇所となる。このため、当該折り返し部で、フィン５０と伝熱管３０とをロウ付け接合すればよい。また例えば、開口部に伝熱管３０が挿入される板状フィンを、フィン５０として用いてもよい。

また、本実施の形態１では、伝熱管３０、ヘッダ４０、フィン５０及びロウ材の具体的な材料について特に限定しなかった。伝熱管３０、ヘッダ４０、フィン５０及びロウ材の具体的な材料として、例えば以下の材料を用いることができる。例えば、伝熱管３０の材料として、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いることができる。この場合、伝熱管３０よりも酸化還元電位が卑である材料でヘッダ４０及びフィン５０を形成する場合、ヘッダ４０及びフィン５０の材料として、例えば、酸化還元電位を卑にする材料を純アルミニウムに添加したアルミニウム合金、亜鉛、亜鉛合金、マグネシウム、マグネシウム合金、リチウム、リチウム合金、シリコン、及び、シリコンにシリコン以外の材料を添加した材料等を用いることができる。ヘッダ４０及びフィン５０の材料として、これらの材料を組み合わせた材料を用いてもよい。また、ロウ材材料としては、例えば、シリコンを含むアルミニウム合金を用いることができる。ロウ材材料として、シリコンを含むアルミニウム合金以外の、伝熱管３０よりも酸化還元電位が卑である材料を用いてもよい。また、伝熱管３０、ヘッダ４０及びフィン５０のうちの少なくとも１つを、表面にロウ材が設けられたクラッド材料で形成してもよい。また、伝熱管３０として、アルミニウム又はアルミニウム合金を母材とし、該母材の表面に該母材よりも酸化還元電位が卑である材料が設けられた伝熱管を用いてもよい。このような伝熱管３０は、例えば、母材の表面に、該母材よりも酸化還元電位が卑である材料を溶射することにより得られる。また例えば、このような伝熱管３０は、母材の表面に該母材よりも酸化還元電位が卑である材料が設けられたクラッド材料で形成することができる。なお、このような伝熱管３０を用いる場合、伝熱管３０よりも酸化還元電位が卑である材料とは、母材よりも酸化還元電位が卑である材料となる。

また、本実施の形態１では、伝熱管３０が水平方向に設けられた室外熱交換器２０を例示したが、室外熱交換器２０の構成は当該構成に限定しない。例えば、室外熱交換器２０は、伝熱管３０を垂直に設けた構成としてもよい。また例えば、室外熱交換器２０は、伝熱管３０のそれぞれが異なる角度に設けられた構成であってもよい。また例えば、本実施の形態１では室外熱交換器２０はパラレルフロー型の熱交換器となっていたが、室外熱交換器２０は、伝熱管３０のそれぞれを冷媒が直列に流れる熱交換器であってもよい。

また、本実施の形態１では、室外熱交換器２０の伝熱管３０に溝３５を形成したが、室内熱交換器１４を室外熱交換器２０と同じ構成にしてもよい。室内熱交換器１４の耐食性を向上させることができる。

以上、本実施の形態１に係る熱交換器は、冷媒が流れる伝熱管３０と、伝熱管３０の端部が挿入された挿入孔４１が形成され、伝熱管３０に流入する冷媒及び伝熱管３０から流出する冷媒のうちの少なくとも一方が流れるヘッダ４０と、伝熱管３０の外周部に取り付けられたフィン５０と、を備えている。また、本実施の形態１に係る熱交換器は、伝熱管３０とヘッダ４０とがロウ付けにより接合され、伝熱管３０とフィン５０とがロウ付けにより接合されている。そして、伝熱管３０には、ヘッダ４０とフィン５０との間となる位置に、ヘッダ４０からフィン５０に向かって延びる少なくとも１つの溝３５が形成されている。

本実施の形態１に係る熱交換器は、ロウ付け時、伝熱管３０に形成された溝３５によって、伝熱管３０の表面での溶けたロウ材の流れを制御することができる。このため、本実施の形態１に係る熱交換器は、ロウ付け時に伝熱管３０の表面において発生する酸化還元電位が卑である材料の分布ムラを従来よりも抑制できる。

実施の形態２．
伝熱管３０として扁平管を用いる場合、ヘッダ４０の挿入孔４１を例えば以下のような形状に形成してもよい。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、実施の形態１と同一の機能及び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６は、実施の形態２に係る室外熱交換器のヘッダの挿入孔近傍を示す図である。この図６は、ヘッダ４０の挿入孔４１を挿入方向Ｘに観察した図となっている。
本実施の形態２に係るヘッダ４０においては、挿入孔４１の第２方向Ｚの開口幅Ｗを第１方向Ｙに見ていった際、端部から中央へ向かうにしたがって広くなっている。このため、本実施の形態２に係る室外熱交換器２０においては、扁平管である伝熱管３０と挿入孔４１とを第１方向Ｙに見ていった際、伝熱管３０の外周部と挿入孔４１の周壁との間の距離が端部から中央へ向かうにしたがって広くなっている。したがって、挿入孔４１の周縁と伝熱管３０とをロウ付け接合する際、伝熱管３０の第１方向Ｙ側の端部近傍と比べ、伝熱管３０の第１方向Ｙの中央付近で用いられるロウ材の量が多くなる。

例えば円筒形状のヘッダ４０を用いた場合等には、ヘッダ４０とフィン５０との間の距離は、第１方向Ｙの中央位置に行くほど小さくなる。このような場合、伝熱管３０として扁平管を用いると、ロウ付け時に溶けたロウ材は、伝熱管３０の第１方向Ｙの中央付近に多く供給されやすい。すなわち、伝熱管３０の第１方向Ｙの中央付近に、酸化還元電位が卑である材料が拡散しやすい。しかしながら、本実施の形態２のように挿入孔４１を形成することにより、伝熱管３０の第１方向Ｙの中央付近と挿入孔４１の周縁とのロウ付けに必要なロウ材の量が多くなるため、溶けたロウ材が伝熱管３０の第１方向Ｙの中央付近に流れることを抑制できる。すなわち、伝熱管３０の第１方向Ｙの中央付近に酸化還元電位が卑である材料が拡散することを抑制できる。

このため、ロウ付け時に溶けたロウ材が伝熱管３０の第１方向Ｙの中央付近に供給されやすい条件において、伝熱管３０として扁平管を用いた場合であっても、本実施の形態２のように挿入孔４１を形成することにより、伝熱管３０の表面において発生する酸化還元電位が卑である材料の分布ムラを抑制できる。すなわち、ロウ付け時に溶けたロウ材が伝熱管３０の第１方向Ｙの中央付近に供給されやすい条件において、伝熱管３０として扁平管を用いた場合であっても、本実施の形態２のように挿入孔４１を形成することにより、伝熱管３０の腐食を抑制でき、室外熱交換器２０の耐食性を向上させることができる。

ここで、本実施の形態２のように挿入孔４１を形成することにより、伝熱管３０の外周部への酸化還元電位が卑である材料の拡散量が不足し、伝熱管３０の耐食性が低下すると考えられるかもしれない。しかしながら、伝熱管３０の表面において酸化還元電位が卑である材料の分布ムラが顕著な場合は、酸化還元電位が卑である材料の濃い部分で局所的に腐食が発生する可能性が高い。また、局所的な腐食は、一旦発生すると、その箇所が腐食し続けることも多い。このため、伝熱管３０の表面において酸化還元電位が卑である材料の分布ムラが顕著になりやすい場合は、伝熱管３０の外周部への酸化還元電位が卑である材料の拡散量を本実施の形態２のように抑制することで、伝熱管３０の腐食を抑制でき、室外熱交換器２０の耐食性を向上させることができる。

また、酸化還元電位が卑である材料が多く溜まる箇所では、伝熱管３０の形成材料の融点が低下し、融点が低下した箇所で孔が空いてしまうという可能性もある。この局所的な溶解を抑制する点でも、伝熱管３０の外周部への酸化還元電位が卑である材料の拡散量を本実施の形態２のように抑制する構成は有効である。

なお、図６で示した挿入孔４１の形状は、一例である。開口幅Ｗを第１方向Ｙに見ていった際に端部から中央へ向かうにしたがって広くなっていれば、挿入孔４１の形状は任意である。例えば、図６で示した挿入孔４１においては、第１方向Ｙの中央付近では、開口幅Ｗが一定となっている。しかしながら、第１方向Ｙの中央付近でも、開口幅Ｗの大きさを異ならせてもよい。また、図６で示した挿入孔４１においては、第１方向Ｙの端部の開口幅Ｗはゼロとなっていないが、第１方向Ｙの端部の開口幅Ｗをゼロとしてもよい。また、図６で示した挿入孔４１の外周縁は直線を組み合わせた構成となっているが、挿入孔４１の外周縁の少なくとも一部が曲線であってもよい。

実施の形態３．
伝熱管３０として扁平管を用いる場合、ヘッダ４０の挿入孔４１を例えば以下のような形状に形成してもよい。なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、実施の形態１又は実施の形態２と同一の機能及び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７は、実施の形態３に係る室外熱交換器のヘッダの挿入孔近傍を示す図である。この図７は、ヘッダ４０の挿入孔４１を挿入方向Ｘに観察した図となっている。
本実施の形態３に係るヘッダ４０においては、挿入孔４１の第２方向Ｚの開口幅Ｗを第１方向Ｙに見ていった際、中央から端部へ向かうにしたがって広くなっている。このため、本実施の形態３に係る室外熱交換器２０においては、扁平管である伝熱管３０と挿入孔４１とを第１方向Ｙに見ていった際、伝熱管３０の外周部と挿入孔４１の周壁との間の距離が中央から端部へ向かうにしたがって広くなっている。したがって、挿入孔４１の周縁と伝熱管３０とをロウ付け接合する際、伝熱管３０の第１方向Ｙ側の中央近傍と比べ、伝熱管３０の第１方向Ｙの端部付近で用いられるロウ材の量が多くなる。

例えば、ヘッダ４０とフィン５０との間の距離が第１方向において変化しない直方体形状のヘッダ４０を用いた場合、ヘッダ４０とフィン５０との間の距離が第１方向の中央位置から端部側に向かうにしたがって小さくなるヘッダ４０を用いた場合等には、伝熱管３０として扁平管を用いると、ロウ付け時に溶けたロウ材は、伝熱管３０の第１方向Ｙの端部付近に多く供給されやすい。すなわち、伝熱管３０の第１方向Ｙの端部付近に、酸化還元電位が卑である材料が拡散しやすい。しかしながら、本実施の形態３のように挿入孔４１を形成することにより、伝熱管３０の第１方向Ｙの端部付近と挿入孔４１の周縁とのロウ付けに必要なロウ材の量が多くなるため、溶けたロウ材が伝熱管３０の第１方向Ｙの端部付近に流れることを抑制できる。すなわち、伝熱管３０の第１方向Ｙの端部付近に酸化還元電位が卑である材料が拡散することを抑制できる。

このため、ロウ付け時に溶けたロウ材が伝熱管３０の第１方向Ｙの端部付近に供給されやすい条件において、伝熱管３０として扁平管を用いた場合であっても、本実施の形態３のように挿入孔４１を形成することにより、伝熱管３０の表面において発生する酸化還元電位が卑である材料の分布ムラを抑制できる。すなわち、ロウ付け時に溶けたロウ材が伝熱管３０の第１方向Ｙの端部付近に供給されやすい条件において、伝熱管３０として扁平管を用いた場合であっても、本実施の形態３のように挿入孔４１を形成することにより、伝熱管３０の腐食を抑制でき、室外熱交換器２０の耐食性を向上させることができる。

なお、図７で示した挿入孔４１の形状は、一例である。開口幅Ｗを第１方向Ｙに見ていった際に中央から端部へ向かうにしたがって広くなっていれば、挿入孔４１の形状は任意である。例えば、図７で示した挿入孔４１においては、第１方向Ｙの中央付近では、開口幅Ｗが一定となっている。しかしながら、第１方向Ｙの中央付近でも、開口幅Ｗの大きさを異ならせてもよい。また、図６で示した挿入孔４１の外周縁は直線を組み合わせた構成となっているが、挿入孔４１の外周縁の少なくとも一部が曲線であってもよい。

１ 空気調和機、２ 室外機、３ 室内機、１０ 冷凍サイクル回路、１１ 圧縮機、１２ 四方弁、１３ 膨張弁、１４ 室内熱交換器、１５ 冷媒配管、１６ 冷媒配管、２０ 室外熱交換器、３０ 伝熱管、３１ 平面部、３２ 平面部、３３ 端部、３４ 冷媒流路、３５ 溝、３６ 端部、３７ 端部、３８ 第１範囲、３９ 第２範囲、４０ ヘッダ、４０ａ ヘッダ、４０ｂ ヘッダ、４１ 挿入孔、４２ 配管、４３ 配管、５０ フィン、５１ ロウ付け部、Ｘ 挿入方向、Ｙ 第１方向、Ｚ 第２方向。

本発明に係る熱交換器は、冷媒が流れる伝熱管と、前記伝熱管の端部が挿入された挿入孔が形成され、前記伝熱管に流入する冷媒及び前記伝熱管から流出する冷媒のうちの少なくとも一方が流れるヘッダと、前記伝熱管の外周部に取り付けられたフィンと、を備え、前記伝熱管と前記ヘッダとがロウ付けにより接合され、前記伝熱管と前記フィンとがロウ付けにより接合された熱交換器であって、前記伝熱管には、前記ヘッダと前記フィンとの間となる位置に、前記ヘッダから前記フィンに向かって延びる少なくとも１つの溝が形成され、前記伝熱管は、少なくとも１つの前記溝が形成された平面部を前記外周部に有する扁平管であり、前記平面部には、複数の前記溝が形成されており、前記挿入孔への前記伝熱管の挿入方向と垂直で、前記平面部と平行な方向を第１方向とした場合、複数の前記溝は、前記第１方向に間隔を空けて配置されており、複数の前記溝を前記第１方向に見ていった際、前記平面部における前記第１方向の中央位置を含む第１範囲には、前記第１方向において該第１範囲よりも端部側となる第２範囲と比べ、前記溝が密に配置されている。

Claims (9)

1. 冷媒が流れる伝熱管と、
   前記伝熱管の端部が挿入された挿入孔が形成され、前記伝熱管に流入する冷媒及び前記伝熱管から流出する冷媒のうちの少なくとも一方が流れるヘッダと、
   前記伝熱管の外周部に取り付けられたフィンと、
   を備え、
   前記伝熱管と前記ヘッダとがロウ付けにより接合され、前記伝熱管と前記フィンとがロウ付けにより接合された熱交換器であって、
   前記伝熱管には、前記ヘッダと前記フィンとの間となる位置に、前記ヘッダから前記フィンに向かって延びる少なくとも１つの溝が形成されている
   熱交換器。
2. 少なくとも１つの前記溝は、前記挿入孔の周壁と対向する位置まで延びている
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 少なくとも１つの前記溝は、前記フィンと対向する位置まで延びている
   請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記伝熱管には、複数の前記溝が形成されている
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 前記伝熱管は、少なくとも１つの前記溝が形成された平面部を前記外周部に有する扁平管である
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 前記平面部には、複数の前記溝が形成されており、
   前記挿入孔への前記伝熱管の挿入方向と垂直で、前記平面部と平行な方向を第１方向とした場合、
   複数の前記溝は、前記第１方向に間隔を空けて配置されており、
   複数の前記溝を前記第１方向に見ていった際、
   前記平面部における前記第１方向の中央位置を含む第１範囲には、前記第１方向において該第１範囲よりも端部側となる第２範囲と比べ、前記溝が密に配置されている
   請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記挿入孔への前記伝熱管の挿入方向と垂直で、前記平面部と平行な方向を第１方向とし、
   前記挿入孔への前記伝熱管の挿入方向と垂直で、前記第１方向と垂直な方向を第２方向とした場合、
   前記挿入孔の前記第２方向の開口幅を前記第１方向に見ていった際、端部から中央へ向かうにしたがって広くなっている
   請求項５又は請求項６に記載の熱交換器。
8. 前記挿入孔への前記伝熱管の挿入方向と垂直で、前記平面部と平行な方向を第１方向とし、
   前記挿入孔への前記伝熱管の挿入方向と垂直で、前記第１方向と垂直な方向を第２方向とした場合、
   前記挿入孔の前記第２方向の開口幅を前記第１方向に見ていった際、中央から端部へ向かうにしたがって広くなっている
   請求項５又は請求項６に記載の熱交換器。
9. 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁及び室内熱交換器を有する冷凍サイクル回路を備え、
   前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器のうちの少なくとも一方に、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の熱交換器が用いられている
   空気調和機。

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