WO2014112217A1

WO2014112217A1 - 空気調和装置の熱交換器

Info

Publication number: WO2014112217A1
Application number: PCT/JP2013/081917
Authority: WO
Inventors: 長澤　敦氏
Original assignee: 株式会社東芝; 東芝コンシューマエレクトロニクス・ホールディングス株式会社; 東芝ホームアプライアンス株式会社
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2014-07-24
Also published as: EP2947411A4; CN104919266A; JP2014139493A; EP2947411A1

Abstract

　空気調和装置の熱交換器は、複数のマイクロチャネル部と複数のフィン部とを備える。各マイクロチャネル部は、板状に構成され内部に冷媒が流れる複数の流路を有し、相互に離間するとともに外部から供給される空気が流れる方向に対して上流側が高く下流側が低くなるように傾斜して設けられている。各フィン部は、隣り合う二つのマイクロチャネル部の間にあって各マイクロチャネル部に接触して設けられている。空気が流れる方向における上流側又は下流側の少なくともいずれか一方において、フィン部の端部が、各マイクロチャネル部の端部を繋いだ線上に位置している。

Description

空気調和装置の熱交換器

　本発明の実施形態は、空気調和装置の熱交換器に関する。

　空気調和装置の熱交換器として、いわゆるマイクロチャネル型の熱交換器がある。マイクロチャネル型の熱交換器は、冷媒が流れる複数の流路を内部に有するマイクロチャネル部と、そのマイクロチャネル部に接触して設けられたフィン部とを備えている。このような熱交換器においては、熱交換によって生じた結露水を除去するために、マイクロチャネル部を傾斜させることがある。これによれば、結露水を重力によりマイクロチャネル部の傾斜に沿って落下させることができ、その結果、結露水を効率よく除去することができる。

　このようなマイクロチャネル型の熱交換器の組立は、別体に製造された複数のマイクロチャネル部及びフィン部を所定の形態となるように配置した後、ろう付けなどによりマイクロチャネル部とフィン部と接合することで行われる。そのため、マイクロチャネル部を傾斜させるものでは、傾斜したマイクロチャネル部に沿ってフィン部を配置することは難しく、製造性が良くないという事情がある。

特開２０１１－２３７０６２号公報

　そこで、マイクロチャネル部を傾斜させたものにおいて、マイクロチャネル部とフィン部との組立を容易にして製造性の向上を図った空気調和装置の熱交換器を提供する。

　本実施形態による空気調和装置の熱交換器は、板状に構成され内部に冷媒が流れる複数の流路を有し、相互に離間するとともに外部から供給される空気が流れる方向に対して上流側が高く下流側が低くなるように傾斜して設けられた複数のマイクロチャネル部と、隣り合う二つの前記マイクロチャネル部の間にあって前記各マイクロチャネル部に接触して設けられた複数のフィン部と、を備える。前記空気が流れる方向における上流側又は下流側の少なくともいずれか一方において、前記フィン部の端部が、前記各マイクロチャネル部の端部を繋いだ線上に位置している。

第一実施形態による熱交換器を示す斜視図熱交換器の正面図熱交換器の縦断側面図マイクロチャネル部とフィン部の位置関係を示す図切り起こし部の周辺部分を示すフィン部の横断面図熱交換器を備える空気調和装置の室内機について内部構成を概略的に示す図熱交換器の組み立てに用いる治具を示す図熱交換器の組み立て手順を（ａ）～（ｄ）の順に概略的に示す図第二実施形態による図４相当図第三実施形態による図４相当図

　以下、複数の実施形態による空気調和装置の熱交換器について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

　（第一実施形態）
　まず、第一実施形態について、図１から図８を参照して説明する。
　本実施形態による熱交換器１０は、マイクロチャネル型であって、図１及び図２に示すように全体として矩形板状に構成されている。熱交換器１０は、冷媒流入部２０、冷媒流出部３０、複数のマイクロチャネル部４０、及び複数のフィン部５０を備えている。なお、本実施形態では、冷媒流入部２０及び冷媒流出部３０の長手方向を熱交換器の縦方向とし、これに直交する方向すなわちマイクロチャネル部４０の長手方向を熱交換器１０の横方向とする。また、熱交換器１０の縦方向及び横方向に直交する方向を、熱交換器１０の厚み方向とする。図１では、熱交換器１０の縦方向を矢印Ｘ、横方向を矢印Ｙ、厚み方向を矢印Ｚで示している。

　熱交換器１０は、外部から供給される空気を該熱交換器１０の厚み方向へ通過させることにより、その空気と該熱交換器１０内に流れる冷媒との熱交換を行う。なお、図中において示す矢印Ａは、外部から供給される空気が流れる方向を示している。この場合、図１では、熱交換器１０に対して紙面左奥側を空気が流れる方向の上流側とし、紙面右手前側を下流側としている。また、図３～図６では、熱交換器１０に対して紙面左側を空気が流れる方向の上流側とし、紙面右側を下流側としている。

　図１及び図２に示すように、冷媒流入部２０及び冷媒流出部３０は、熱交換器１０の縦方向へ延びる管状に構成されている。複数のマイクロチャネル部４０及び複数のフィン部５０は、冷媒流入部２０と冷媒流出部３０との間に挟まれて設けられている。冷媒流入部２０及び冷媒流出部３０には、それぞれ冷凍サイクルの冷媒管路６０が接続される。冷媒管路６０を流れる冷媒は、図１及び図２に矢印Ｂに示すように、冷媒流入部２０によって各マイクロチャネル部４０へ分配され、その後、各マイクロチャネル部４０を通り、冷媒流出部３０で収集されて冷媒管路６０へ流出する。

　マイクロチャネル部４０は、熱交換器１０の横方向へ延びる扁平な板状の部材であって、例えばアルミニウムなど熱伝導率が比較的大きい部材で構成されている。各マイクロチャネル部４０は、熱交換器１０の縦方向に沿って相互に離間して設けられている。マイクロチャネル部４０は、図１及び図３に示すように、外部から供給される空気が流れる方向に対して上流側が高く下流側が低くなるように傾斜して設けられている。すなわち、マイクロチャネル部４０は、空気が流れる方向へ向って下流側へ行くに従って低くなるように下降傾斜している。この場合、図３に示すように、マイクロチャネル部４０の熱交換器１０の厚み方向に対する傾斜角度をα°としている。

　マイクロチャネル部４０は、ある程度の厚さを有しており、その内部に、マイクロチャネル部４０の長手方向すなわち熱交換器１０の横方向へ延びる複数の冷媒流路４１を有している。冷媒流路４１は、冷媒流入部２０と冷媒流出部３０とを繋いでいる。冷媒流入部２０側の冷媒は、各冷媒流路４１を通って冷媒流出部３０側へ流れる。

　フィン部５０は、例えばアルミニウムなど熱伝導率が比較的大きい部材で構成されている。フィン部５０は、図１及び図２に示すように、例えば薄い帯状のアルミニウム板を蛇腹状に交互に折り曲げて構成されている。フィン部５０は、全体としてマイクロチャネル部４０の長手方向つまり熱交換器１０の横方向へ延びるように構成されている。フィン部５０は、熱交換器１０の縦方向へ隣り合う二つのマイクロチャネル部４０の間にあって、該マイクロチャネル部４０に沿って傾斜して設けられている。フィン部５０の山折り形状となった上部５１及び谷折り形状となった下部５２は、それぞれマイクロチャネル部４０に接触している。

　図４では、各マイクロチャネル部４０の下流側の端部４３を繋いだ線を、マイクロチャネル部４０の前端線Ｃとして仮想的に示している。また、各マイクロチャネル部４０の上流側の端部４４を繋いだ線を、マイクロチャネル部４０の後端線Ｄとして仮想的に示している。フィン部５０は、空気が流れる方向つまり熱交換器１０の厚み方向に対し、上流側又は下流側の少なくともいずれか一方において、該フィン部５０の端部５３、５４が、各マイクロチャネル部４０の端部４３、４４を繋いだ線上に位置している。この場合、フィン部５０の下流側の端部５３が、各マイクロチャネル部４０の下流側の端部４３を繋いだ前端線Ｃ上に位置している。つまり、熱交換器１０は、該熱交換器１０の厚み方向において、マイクロチャネル部４０の最も風下側の端部４３とフィン部５０の最も風下側の端部５３との位置が、前端線Ｃ上に揃えられている。

　フィン部５０は、複数の切り起こし部５５を有している。切り起こし部５５は、図５に示すように、フィン部５０を構成する板部材の一部を切り起こすことにより形成されている。そのため、切り起こし部５５は、外部から供給される空気が流れる方向つまり矢印Ａに示す方向に対して直交する方向へ突出している。この場合、切り起こし部５５は、熱交換器１０を通過する空気の流れに対して上流側が開口するように形成されている。

　また、切り起こし部５５の形成に伴ってスリット部５６が形成されている。切り起こし部５５及びスリット部５６は、図４などに示すように、熱交換器１０の縦方向この場合略垂直方向へ延びている。切り起こし部５５は、熱交換器１０を通過する空気の流れを部分的に阻害することで、該切り起こし部５５周辺に乱流を生じさせる。これにより、フィン部５０における熱交換性能が向上する。

　熱交換器１０は、例えば図６に示すように、空気調和装置の室内機１００の内部に配置される。そして、熱交換器１０は、図６に矢印Ａで示すように送風機１０１の送風作用により外部から供給される空気を熱交換する。なお詳細は図示しないが、熱交換器１０を空気調和装置の室外機の内部に配置することもできる。

　次に、熱交換器１０の組み立て手順について図７及び図８を参照して説明する。熱交換器１０の組み立ては、例えば図７に示す治具１１０を用いて行われる。なお、図７及び図８において紙面上下方向が熱交換器１０の厚み方向となる。この場合、図７及び図８において紙面下側が空気の流れの上流側となり、紙面上側が空気の流れの下流側となる。

　治具１１０は、基台部１１１と側壁部１１２とを有して構成されている。基台部１１１は、矩形の板状に構成されている。側壁部１１２は、基台部１１１において熱交換器１０の横方向における両端側にあって、熱交換器１０の縦方向へ延びるように設けられている。側壁部１１２は、基台部１１１に対して直角となるように設けられている。なお、基台部１１１において、側壁部１１２が設けられている側の面を該基台部１１１の前面とし、側壁部１１２と反対側の面を該基台部１１１の背面とする。

　側壁部１１２には、該側壁部１１２を溝状に切り欠いて複数の溝部１１３が形成されている。溝部１１３は、基台部１１１の面に直角な方向すなわち熱交換器１０の厚み方向に対してα°傾斜している。マイクロチャネル部４０の傾斜角度は、この溝部１１３の傾斜角度α°によって決定される。溝部１１３の底部１１４は、基台部１１１の前面と同一面であるか、又は基台部１１１の前面によりも該基台部１１１の背面側に位置している。

　熱交換器１０は、次のようにして組み立てられる。まず、図８の（ａ）に示すように、別体に構成された複数のマイクロチャネル部４０が、それぞれ治具１１０に配置される。この場合、まず、マイクロチャネル部４０の長手方向における両端部が、治具１１０の溝部１１３に嵌め込まれる。そして、マイクロチャネル部４０は、その下流側の端部４３が基台部１１１の前面に突き当たるまで押し込まれる。これにより、各マイクロチャネル部４０は、熱交換器１０の厚み方向に対してα°傾斜する姿勢であって、相互に離間した形態で配置される。

　その後、図８の（ｂ）に示すように、別体に構成された複数のフィン部５０が、隣り合う二個のマイクロチャネル部４０の間にそれぞれ挿入される。フィン部５０は、その下流側の端部５３が基台部１１１の前面に突き当たるまで押し込まれる。これにより、マイクロチャネル部４０の下流側の端部４３と、フィン部５０の下流側の端部５３とは、熱交換器１０の厚み方向において一致する。すなわち、マイクロチャネル部４０及びフィン部５０は、該マイクロチャネル部４０の下流側の端部４３と該フィン部５０の下流側の端部５３とが熱交換器１０の縦方向に揃うように配置される。

　その後、図８の（ｃ）に示すように、マイクロチャネル部４０とフィン部５０との組立体から治具１１０が取り外される。そして、この組立体は、熱交換器１０の縦方向へ圧縮され、フィン部５０の上部５１と下部５２とがそれぞれマイクロチャネル部４０に強固に接触される。次に、図８の（ｄ）に示すように、各マイクロチャネル部４０には、その長手方向の両端部にそれぞれ冷媒流入部２０と冷媒流出部３０とが取り付けられる。その後、詳細は図示しないが、これら冷媒流入部２０と冷媒流出部３０とマイクロチャネル部４０とフィン部５０との組立体を、図示しない炉内でろう付けすることにより各部材を接合する。このようにして熱交換器１０が組み立てられる。

　これによれば、マイクロチャネル部４０は、外部から供給される空気が流れる方向に対して上流側が高く下流側が低くなるように傾斜して設けられている。そのため、マイクロチャネル部４０に発生した結露水は、重力によって落下するのみならず、外部から供給される空気の流れに沿っても落下する。したがって、マイクロチャネル部４０に発生した結露水を効率よく除去することができる。

　そして、マイクロチャネル部４０は、外部から供給される空気が流れる方向に対し少なくとも上流側又は下流側のいずれか一方において、各フィン部５０の端部５３、５４が、各マイクロチャネル部４０の端部４３、４４を繋いだ線上に位置している。本実施形態の場合、各フィン部５０の下流側の端部５３は、各マイクロチャネル部４０の下流側の端部４３を繋いだ前端線Ｃ上に位置している。すなわち、マイクロチャネル部４０の下流側の端部４３と、フィン部５０の下流側の端部５３とは、熱交換器１０の縦方向において揃っている。そのため、熱交換器１０は、マイクロチャネル部４０が傾斜したものであっても、例えば上述の簡単な構成の治具１１０を用いることで、傾斜したマイクロチャネル部４０に沿ってフィン部５０を容易に配置することができ、その結果、熱交換器１０の製造性を向上させることができる。

　（第二実施形態）
　次に、第二実施形態について、図９を参照して説明する。図９では、上述した第一実施形態と同様に、各マイクロチャネル部４０の下流側の端部４３を繋いだ線をマイクロチャネル部４０の前端線Ｃとして仮想的に示している。また、各マイクロチャネル部４０の上流側の端部４４を繋いだ線をマイクロチャネル部４０の後端線Ｄとして仮想的に示している。

　この第二実施形態において、フィン部５０の下流側の端部５３は、前端線Ｃよりも下流側に位置している。すなわち、フィン部５０は、マイクロチャネル部４０の下流側の端部４３よりも下流側へ延び出ている。一方、フィン部５０の上流側の端部５４は、後端線Ｄ上に位置している。つまり、熱交換器１０は、該熱交換器１０の厚み方向において、マイクロチャネル部４０の最も風上側の端部４４とフィン部５０の最も風上側の端部５４との位置が、後端線Ｄ上に揃えられている。換言すれば、マイクロチャネル部４０の上流側の端部４４とフィン部５０の上流側の端部５４とは、熱交換器１０の縦方向に揃えられている。この場合、熱交換器１０の組み立てにおいては、マイクロチャネル部４０の上流側の端部４４及びフィン部５０の上流側の端部５４が、それぞれ治具１１０の基台部１１１側となるように該治具１１０に配置する。

　これによれば、フィン部５０の下流側の端部５３は、マイクロチャネル部４０の下流側の端部４３よりも下流側へ突出している。したがって、マイクロチャネル部４０に発生した結露水は、フィン部５０を伝って該フィン部５０の下流側へ流れた後、下流側の端部５３近傍から落下する。そして、フィン部５０の下流側の端部５３近傍から落下した結露水は、下方にある他のマイクロチャネル部４０上に落下することなく下方へ落下する。そのため、フィン部５０から落下した結露水が、下方にある他のマイクロチャネル部４０に付着することを回避でき、その結果、マイクロチャネル部４０に発生した結露水をより効率よく除去することができる。

　そして、マイクロチャネル部４０の上流側の端部４４とフィン部５０の上流側の端部５４とは、熱交換器１０の縦方向すなわち後端線Ｄ上に揃えられている。これによれば、マイクロチャネル部４０が傾斜したものであっても、上述した第一実施形態と同様に、その傾斜したマイクロチャネル部４０に沿ってフィン部５０を容易に配置することができ、その結果、熱交換器１０の製造性を向上させることができる。

　（第三実施形態）
　次に、第三実施形態について、図１０を参照して説明する。この第三実施形態では、切り起こし部５５の構成が、上述した第二実施形態と異なる。図１０には、フィン部５０に形成された複数の切り起こし部５５のうち、マイクロチャネル部４０の下流側の端部４３の下方にある切り起こし部５５のみを示している。このマイクロチャネル部４０の下流側の端部４３の下方にある切り起こし部５５において、重力方向に対する上側の端部５７は、前端線Ｃ上又は前端線Ｃよりも上流側に位置している。この場合、この切り起こし部５５の上端部５７は、前端線Ｃよりも上流側に位置している。一方、重力方向に対する下側の端部５８は、前端線Ｃ上又は前端線Ｃよりも下流側に位置している。この場合、この切り起こし部５５の下端部５８は、前端線Ｃよりも下流側に位置している。すなわち、マイクロチャネル部４０の下流側の端部４３の下方には、フィン部５０にあって、前端線Ｃを跨ぐようにして風下側へ向って下降傾斜した切り起こし部５５が設けられている。

　これによれば、マイクロチャネル部４０に結露水が発生し、その結露水が、空気の流れによってマイクロチャネル部４０の下流側の端部４３へ押しやられ、その後該端部４３からフィン部５０へ移動した際、その結露水は該端部４３の下方にある切り起こし部５５によって受けられる。そして、その結露水は、切り起こし部５５を伝って、下方にある他のマイクロチャネル部４０の下流側の端部４３よりもさらに下流側へ導かれ、その後フィン部５０から落下する。したがって、切り起こし部５５を伝ってフィン部５０から落下した結露水が、下方にある他のマイクロチャネル部４０に付着することをより効果的に回避できる。その結果、マイクロチャネル部４０に発生した結露水をさらに効率よく除去することができる。

　そして、第二実施形態と同様に、マイクロチャネル部４０の上流側の端部４４とフィン部５０の上流側の端部５４とは、熱交換器１０の縦方向すなわち後端線Ｄ上に揃えられている。これによれば、熱交換器１０を組み立てる際、上述の治具１１０などを用いることによって、複数のマイクロチャネル部４０と複数のフィン部５０との相対的な位置関係を容易に決定することができる。すなわち、フィン部５０に設けた切り起こし部５５を、精度よくマイクロチャネル部４０の下流側の端部４３の下方に位置させることができ、その結果、熱交換器１０の製造性を向上させることができる。

　以上説明した実施形態によれば、複数のマイクロチャネル部は、相互に離間し、外部から供給される空気が流れる方向に対して上流側が高く下流側が低くなるように傾斜している。複数のフィン部は、隣り合う二つのマイクロチャネル部の間にあってマイクロチャネル部に接触して設けられている。そして、外部から供給される空気が流れる方向における上流側又は下流側の少なくともいずれか一方において、フィン部の端部が、各マイクロチャネル部の端部を繋いだ線上に位置している。

　これによれば、マイクロチャネル部を傾斜させて結露水の除去性能を向上させたものであっても、傾斜したマイクロチャネル部に沿ってフィン部を容易に配置することができ、これにより熱交換器の製造性を向上させることができる。

　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変更は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims

　板状に構成され内部に冷媒が流れる複数の流路を有し、相互に離間するとともに外部から供給される空気が流れる方向に対して上流側が高く下流側が低くなるように傾斜して設けられた複数のマイクロチャネル部と、
　隣り合う二つの前記マイクロチャネル部の間にあって前記各マイクロチャネル部に接触して設けられた複数のフィン部と、を備え、
　前記空気が流れる方向における上流側又は下流側の少なくともいずれか一方において、前記フィン部の端部が、前記各マイクロチャネル部の端部を繋いだ線上に位置している空気調和装置の熱交換器。
　前記フィン部の下流側の端部は、前記各マイクロチャネル部の下流側の端部を繋いだ前端線よりも下流側にあって、
　前記フィン部の上流側の端部は、前記各マイクロチャネル部の上流側の端部を繋いだ後端線上に位置している請求項１に記載の空気調和装置の熱交換器。
　前記フィン部は、前記空気が流れる方向に対して直交する方向へ突出した切り起こし部を有し、
　前記切り起こし部の重力方向に対する上側の端部は、前記前端線上又は前記前端線よりも上流側に位置し、前記切り起こし部の重力方向に対する下側の端部は、前記前端線上又は前記前端線よりも下流側に位置している請求項２に記載の空気調和装置の熱交換器。