WO2020230267A1 - 熱交換器及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

管軸方向の両端部で互いに接続されている複数の伝熱管を備える熱交換器において、変形を抑制することができる熱交換器及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。熱交換器は、互いに間隔をあけて第１方向に配列され、冷媒を流通させる複数の伝熱管と、複数の伝熱管のそれぞれの一端に接続された第１ヘッダと、複数の伝熱管のそれぞれの他端に接続された第２ヘッダと、第１ヘッダと第２ヘッダとに接続された複数の補強部材と、を有し、複数の伝熱管及び複数の補強部材は、第１ヘッダと第２ヘッダの間に配置され、第１ヘッダ及び第２ヘッダで接続され、側面同士を接続する部材を有さないものである。

Description

熱交換器及び冷凍サイクル装置

　本発明は、熱交換器及び当該熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関し、特に伝熱管の変形を抑制する構造に関するものである。

　近年、複数の伝熱管の間に形成される隙間に配置されるコルゲートフィンを廃止すると共に、伝熱管を細径化し、伝熱管同士の間隔を狭くした冷凍空調機器の熱交換器が知られている。このような熱交換器においては、複数の伝熱管が密に並べられ、その伝熱管の間を空気が通過するため、熱交換性能が向上し、冷凍サイクル装置の高性能化と軽量化とが図られている。また、近年では地球温暖化係数の高い冷媒の使用量の削減が重要な課題となっており、従来の熱交換器よりも更に伝熱管の管内の容積が小さく、高性能な熱交換器の開発が求められている。

　例えば、特許文献１に開示されている熱交換器は、従来の銅製の円管に換わってアルミ製の扁平管を有する。熱交換器は、間隔を空けて複数配列されている扁平管と、扁平管の管軸方向の両端に接続されている一対のヘッダと、を備えている。

　また、特許文献２に開示されている熱交換器は、通風方向に細径化した円管を複数並べ、その円管にフィンを接合し円管同士を接続した伝熱管を有する。熱交換器は、間隔を空けて通風方向と直交する方向に複数配列された複数の伝熱管と、伝熱管を構成する円管の両端に接続されている一対のヘッダと、を備えている。

国際公開第２０１５／００５３５２号 特開２０１８－１５５４７９号公報

　しかしながら、特許文献１及び特許文献２の熱交換器の伝熱管は、管軸方向に直交する断面の面積が従来より小さく、剛性及び強度が低い。また、熱交換器は、複数の伝熱管の間にコルゲートフィン等の伝熱促進部材が存在しないため、伝熱管の管軸方向の座屈、及び伝熱管の配列方向への反りを抑制することが困難であり、全体が変形する虞がある。

　本発明は、上述のような課題を解決するためのものであり、管軸方向の両端部で互いに接続されている複数の伝熱管を備える熱交換器において、変形を抑制することができる熱交換器及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る熱交換器は、互いに間隔をあけて第１方向に配列され、冷媒を流通させる複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管のそれぞれの一端に接続された第１ヘッダと、前記複数の伝熱管のそれぞれの他端に接続された第２ヘッダと、前記第１ヘッダと前記第２ヘッダとに接続された複数の補強部材と、を有し、前記複数の伝熱管及び前記複数の補強部材は、前記第１ヘッダと前記第２ヘッダの間に配置され、前記第１ヘッダ及び前記第２ヘッダで接続され、側面同士を接続する部材を有さないものである。

　本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の熱交換器を備えたものである。

　本発明によれば、熱交換器は、第１ヘッダ及び第２ヘッダに接続された補強部材により、熱交換器の複数の伝熱管の配列方向への変形を抑制することができる。

実施の形態１に係る熱交換器５０を備えた冷凍サイクル装置の構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態１に係る熱交換器５０の要部構成を示す正面図である。 図２の熱交換器５０の平面図である。 図２の熱交換器５０の側面図である。 図２の熱交換器５０の断面図である。 実施の形態１に係る熱交換器５０の比較例としての熱交換器１５０の正面図である。 実施の形態１に係る熱交換器５０の変形例である熱交換器５０Ａの断面図である。 実施の形態１に係る熱交換器５０の変形例である熱交換器５０Ｂの断面図である。 図８の補強部材３Ｂの単品斜視図である。 実施の形態１に係る熱交換器５０の変形例である熱交換器５０Ｃの断面図である。 実施の形態２に係る熱交換器２５０の断面図である。 実施の形態３に係る熱交換器３５０の断面図である。

　以下、実施の形態１に係る熱交換器及び冷凍サイクル装置について図面等を参照しながら説明する。なお、図１を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係及び形状等が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。また、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」など）を適宜用いるが、それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置あるいは部品の配置及び向きを限定するものではない。明細書中において、各構成部材同士の位置関係、各構成部材の延伸方向、及び各構成部材の配列方向は、原則として、熱交換器が使用可能な状態に設置されたときのものである。

　実施の形態１．
［冷凍サイクル装置１００］
　図１は、実施の形態１に係る熱交換器５０を備えた冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。なお、図１において、点線で示す矢印は、冷媒回路１１０において、冷房運転時における冷媒の流れる方向を示すものであり、実線で示す矢印は、暖房運転時における冷媒の流れる方向を示すものである。まず、図１を用いて熱交換器５０を備えた冷凍サイクル装置１００について説明する。実施の形態では、冷凍サイクル装置１００として空気調和装置を例示しているが、冷凍サイクル装置１００は、例えば、冷蔵庫又は冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器などの、冷凍用途または空調用途に使用される。なお、図示した冷媒回路１１０は一例であって、回路要素の構成等について実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、実施の形態に係る技術の範囲内で適宜変更が可能である。

　冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０１、流路切替装置１０２、室内熱交換器１０３、減圧装置１０４及び室外熱交換器１０５が冷媒配管を介して環状に接続された冷媒回路１１０を有している。室外熱交換器１０５及び室内熱交換器１０３の少なくとも一方には、後述する熱交換器５０が用いられている。冷凍サイクル装置１００は、室外機１０６及び室内機１０７を有している。室外機１０６には、圧縮機１０１、流路切替装置１０２、室外熱交換器１０５及び減圧装置１０４と、室外熱交換器１０５に室外空気を供給する室外送風機１０８と、が収容されている。室内機１０７には、室内熱交換器１０３と、室内熱交換器１０３に空気を供給する室内送風機１０９と、が収容されている。室外機１０６と室内機１０７との間は、冷媒配管の一部である２本の延長配管１１１及び延長配管１１２を介して接続されている。

　圧縮機１０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する流体機械である。流路切替装置１０２は、例えば四方弁であり、制御装置（図示は省略）の制御により、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流路を切り替える装置である。

　室内熱交換器１０３は、内部を流通する冷媒と、室内送風機１０９により供給される室内空気と、の熱交換を行う熱交換器である。室内熱交換器１０３は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。

　減圧装置１０４は、例えば膨張弁であり、冷媒を減圧させる装置である。減圧装置１０４としては、制御装置の制御により開度が調節される電子膨張弁を用いることができる。

　室外熱交換器１０５は、内部を流通する冷媒と、室外送風機１０８により供給される空気と、の熱交換を行う熱交換器である。室外熱交換器１０５は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。

［冷凍サイクル装置の動作］
　次に、図１を用いて冷凍サイクル装置１００の動作の一例について説明する。冷凍サイクル装置１００の暖房運転時には、圧縮機１０１から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、流路切替装置１０２を介して室内熱交換器１０３に流入し、室内送風機１０９によって供給される空気と熱交換を行い凝縮する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室内熱交換器１０３から流出し、減圧装置１０４によって、低圧の気液二相状態となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器１０５に流入し、室外送風機１０８によって供給される空気との熱交換によって蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、圧縮機１０１に吸入される。

　冷凍サイクル装置１００の冷房運転時には、冷媒回路１１０を流れる冷媒は暖房運転時とは逆方向に流れる。すなわち、冷凍サイクル装置１００の冷房運転時には、圧縮機１０１から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、流路切替装置１０２を介して室外熱交換器１０５に流入し、室外送風機１０８によって供給される空気と熱交換を行い凝縮する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室外熱交換器１０５から流出し、減圧装置１０４によって、低圧の気液二相状態となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器１０３に流入し、室内送風機１０９によって供給される空気との熱交換によって蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、圧縮機１０１に吸入される。

［熱交換器５０］
　図２は、実施の形態１に係る熱交換器５０の要部構成を示す正面図である。図３は、図２の熱交換器５０の平面図である。図４は、図２の熱交換器５０の側面図である。図５は、図２の熱交換器５０の断面図である。図５は、扁平管１の管軸に直交する断面であり、図２のＡ－Ａ部の断面を示している。図５に示される断面を第１断面と称する場合がある。なお、図２において、ハッチングで示した矢印ＲＦは、熱交換器５０に流入し、又は、熱交換器５０から流出する冷媒の流れを示すものである。図２～図５を用いて、実施の形態１に係る熱交換器５０について説明する。

　実施の形態１に係る熱交換器５０は、複数の扁平管１と、複数の扁平管１の端部に接続された第１ヘッダ２ａ、第２ヘッダ２ｂ、及び複数の扁平管１と並列に配置された複数の補強部材３を備える。扁平管１は、ｘ方向に複数並べられている。また、複数の扁平管１は、管軸をｙ方向に沿わせて配置されている。実施の形態１においては、ｙ方向は重力方向と平行である。ただし、熱交換器５０の配置は、これだけに限定されるものではなく、ｙ方向を重力方向に対して傾斜させて配置しても良い。また、複数の扁平管１の間隔は、それぞれ等間隔であって、ｘ方向に幅ｗ１の間隔を持って配置されている。

　複数の扁平管１の管軸方向の一方の端部１２には第１ヘッダ２ａが接続されている。また、複数の扁平管１の管軸方向の他方の端部１１には、第２ヘッダ２ｂが接続されている。第１ヘッダ２ａ及び第２ヘッダ２ｂは、複数の扁平管１の並列方向に長手方向を向けて配置されている。第１ヘッダ２ａ及び第２ヘッダ２ｂの長手方向は、互いに平行になっている。以下の説明において、第１ヘッダ２ａと第２ヘッダ２ｂとを総称してヘッダ２と称する場合がある。

　補強部材３は、ｘ方向に複数並べられた扁平管１の両端に位置する扁平管１よりも外側に配置されている。図２～図５に示された熱交換器５０においては、補強部材３は、２つ配置されており、一方の補強部材３は、第１ヘッダ２ａ及び第２ヘッダ２ｂのｘ方向の端部に配置されている。他方の補強部材３は、第１ヘッダ２ａ及び第２ヘッダ２ｂのｘ逆向き方向の端部に配置されている。

　複数の扁平管１は、端部１１及び１２がそれぞれヘッダ２に挿し込まれ、複数の補強部材３も、端部３１及び３２がそれぞれヘッダ２に挿し込まれ、ろう付け等の接合手段により接合されている。また、複数の扁平管１及び複数の補強部材３は、共にｘ方向に並列されている。複数の扁平管１は、端部１１及び１２以外の部分である伝熱部１３を第１ヘッダ２ａの下面と第２ヘッダ２ｂの上面との間に位置させている。補強部材３は、端部３１及び３２以外の部分である中央部３３を第１ヘッダ２ａの下面と第２ヘッダ２ｂの上面との間に位置させている。

（扁平管１）
　複数の扁平管１のそれぞれは、冷媒を内部に流通させる。複数の扁平管１のそれぞれは、第１ヘッダ２ａと第２ヘッダ２ｂとの間に延伸している。複数の扁平管１のそれぞれは、ｘ方向に互いに間隔ｗ１をあけて配列され、ヘッダ２の延伸方向に並列している。複数の扁平管１は、互いに対向するように配置されている。複数の扁平管１のうち隣り合う２つの扁平管１の間には、空気の流路となる隙間が形成されている。実施の形態１では、複数の扁平管１の配列方向及びヘッダ２の延伸方向、即ちｘ方向を第１方向と称する。

　熱交換器５０は、第１方向である複数の扁平管１の配列方向を水平方向としている。ただし、第１方向である複数の扁平管１の配列方向は、水平方向に限定されるものではなく、鉛直方向であってもよく、鉛直方向に対して傾いた方向であってもよい。同様に、熱交換器５０は、複数の扁平管１の延伸方向を鉛直方向としている。ただし、複数の扁平管１の延伸方向は、鉛直方向に限定されるものではなく、水平方向であってもよく、鉛直方向に対して傾いた方向であってもよい。

　複数の扁平管１の中で隣り合う扁平管１は、互いの扁平管１同士が伝熱促進部材１３０によって接続されていない。伝熱促進部材１３０とは、例えば、プレートフィン、あるいは、コルゲートフィン等である。つまり、複数の扁平管１は、それぞれが互いにヘッダ２のみにより接続されている。

　図５に示されるように、扁平管１は、長円形状等の一方向に扁平な断面形状を有している。扁平管１は、第１側端部６０ａ及び第２側端部６０ｂと一対の平坦面６０ｃ及び平坦面６０ｄとを有している。なお、図５に示す断面において、第１側端部６０ａは、平坦面６０ｃの一方の端部と平坦面６０ｄの一方の端部との間において外側に凸となるように形成されていても良い。同断面において、第２側端部６０ｂは、平坦面６０ｃの他方の端部と平坦面６０ｄの他方の端部との間において外側に凸となるように形成されていても良い。つまり、扁平管１は、断面の長軸方向の端部６０ａ及び６０ｂからｚ方向又はｚ逆向き方向に延設されるフィンを有していても良い。扁平管１の第１側端部６０ａ及び第２側端部６０ｂから設けられるフィンは、複数の扁平管１の間に伝熱促進部材１３０（図６参照）を有していない熱交換器５０において、扁平管１の熱交換性能を向上させる目的で設けられるものである。

　熱交換器５０が冷凍サイクル装置１００の蒸発器として機能する場合、複数の扁平管１のそれぞれでは、扁平管１の内部を延伸方向の一端から他端に向かって冷媒が流れる。また、熱交換器５０が冷凍サイクル装置１００の凝縮器として機能する場合、複数の扁平管１のそれぞれでは、扁平管１の内部を延伸方向の他端から一端に向かって冷媒が流れる。

（ヘッダ２）
　第１ヘッダ２ａ及び第２ヘッダ２ｂは、それぞれｘ方向に延伸しており、内部に冷媒が流通するように構成されている。図２に示される様に、例えば、第２ヘッダ２ｂの一端から冷媒が流入し、複数の扁平管１のそれぞれに冷媒が分配される。複数の扁平管１を通過した冷媒は、第１ヘッダ２ａにおいて合流し、第１ヘッダ２ａの一端から流出する。

　図２～図５において、ヘッダ２の外形は、直方体になっているが、形状は限定されるものではない。ヘッダ２の外形は、例えば、円柱、又は楕円柱等でも良く、断面形状も適宜変更することができる。また、ヘッダ２の構造も、例えば、両端が閉じられた筒状体、スリットが形成された板状体を積層させたもの等を採用することができる。第１ヘッダ２ａ及び第２ヘッダ２ｂは、それぞれ冷媒が流出入できる冷媒流入口が形成されている。

（補強部材３）
　図５に示される様に、熱交換器５０において、補強部材３は、複数の扁平管１に並列している。つまり、補強部材３は、長手方向を複数の扁平管１の管軸に平行にして配置されている。また、実施の形態１においては、補強部材３は、複数の扁平管１の配列の両端に配置されている。つまり、補強部材３は、熱交換器５０に２箇所設けられており、一方の補強部材３は、ｘ方向逆側の端に位置する扁平管１ａに隣合って配置されており、複数の扁平管１の配列の外側に位置している。また、他方の補強部材３は、ｘ方向の端に位置する扁平管１ｂに隣合って配置されており、複数の扁平管１の配列の外側に位置している。

　実施の形態１においては、補強部材３は、円柱体であり、２本を一組として、複数の扁平管１の配列の両端に配置されている。１箇所の補強部材３ａ又は３ｂに着目したとき、２本の円柱体は、ｚ方向に並べられている。２本の円柱体の間隔は、複数の扁平管１のｚ方向の幅と同等となるように配置されている。

　補強部材３は、扁平管１を構成する材料よりも強度の高い材料で構成されている。扁平管１がアルミニウムを材料としているため、補強部材３は、例えばステンレス等の剛性及び強度がアルミニウムよりも高い材料を用いると良い。

（補強部材３の作用）
　図６は、実施の形態１に係る熱交換器５０の比較例としての熱交換器１５０の正面図である。比較例に係る熱交換器１５０は、実施の形態１と同様な構造であるが、複数の扁平管１の間に伝熱促進部材１３０としてのコルゲートフィンを備えている点と、補強部材３が備えられていない点が異なる。また、伝熱促進部材１３０は、隣合う複数の扁平管１の側面を接続している。伝熱促進部材１３０は、複数の扁平管１ｘの側面にろう付け等の手段により接合されている。

　実施の形態１に係る熱交換器５０は、複数の扁平管１の間隔ｗ１を狭くし、配置する扁平管１の数を増加させている。これにより、複数の扁平管１の間に配置され扁平管１同士の側面を接続する伝熱促進部材１３０を設けることなく、熱交換器５０は、容積を減少させつつ、冷媒と熱交換器を通過する流体との熱交換性能を向上させることができる。また、実施の形態１に係る複数の扁平管１は、伝熱促進部材１３０が設置された比較例に係る熱交換器１５０の扁平管１ｘよりもｘ方向の幅寸法を小さくされている。そのため、実施の形態１に係る熱交換器５０の扁平管１は、例えば端部１１及び１２を固定端として伝熱部１３にｘ方向の荷重を加えた場合、比較例の扁平管１ｘよりも曲げに対する強度及び剛性が低い。一方、比較例の熱交換器１５０は、複数の扁平管１ｘの間に伝熱促進部材１３０が設置されているため、複数の扁平管１ｘの伝熱部１１３に荷重が加わったとしても、伝熱促進部材１３０及び隣の扁平管１ｘと接合されて変形しにくい構造になっている。

　ここで、実施の形態１に係る熱交換器５０に補強部材３が設けられておらず、補強部材３の位置に扁平管１が配置されている比較例としての熱交換器５０ｘを仮定する。すると、熱交換器５０ｘは、例えば第２ヘッダ２ｂを固定し、第１ヘッダ２ａにｘ方向の荷重を加えると、図２に二点鎖線で示されている当初の形状Ｆ０から形状Ｆ１のように変形し易い。なお、形状Ｆ０及びＦ１は、熱交換器５０ｘを正面から見たときにヘッダ２のｘ方向に沿った中心線と補強部材３のｙ方向に沿った中心線とを接続して構成された長方形であり、正面から見たときの熱交換器５０の概略の形状を示している。以上のように、熱交換器１５０の伝熱促進部材１３０を廃止した熱交換器５０ｘの場合、複数の扁平管１の配列方向に変形に対する強度が低下するという課題があった。

　つまり、上記のような補強部材３が設けられていない比較例の熱交換器５０ｘの場合、複数の扁平管１のそれぞれのｘ方向への曲げに対する強度が低く、第１ヘッダ２ａにｘ方向の荷重を加えた場合、複数の扁平管１が変形し易く、結果として熱交換器５０ｘの全体の形状が変形し易いという課題があった。また、熱交換器５０ｘにｙ方向に荷重が加わった場合も、複数の扁平管１のそれぞれが座屈変形し、第１ヘッダ２ａと第２ヘッダ２ｂとの距離が縮む方向に熱交換器５０ｘが変形し易いという課題があった。

　しかし、実施の形態１に係る熱交換器５０は、複数の扁平管１の配列の両端に補強部材３を備えている。従って、複数の扁平管１の配列に補強部材３が加わることにより、熱交換器５０に加わる荷重を補強部材３で分担できるため、熱交換器５０の強度が向上し、熱交換器５０が変形するのを抑制することができる。また、補強部材３は、更にｘ方向の曲げに対する強度及び剛性を扁平管１よりも高くすることにより、熱交換器５０の全体が変形するのを抑制する効果を高めることができる。また、補強部材３は、座屈に対する強度及び剛性も扁平管１より高いため、熱交換器５０がｙ方向において縮むような変形も抑えることができる。

　また、補強部材３は、複数の扁平管１の管軸に長手方向を沿わせて配置されているため、複数の扁平管１の結露又は着霜を融解により生じた水分を流下させるのを阻害することなく熱交換器５０の強度及び剛性を向上し、変形を抑制できる。

（補強部材３の変形例）
　以上の説明において、補強部材３は、円柱形であったが、この形態のみに限定されるものではない。以下に、補強部材３の変形例について説明する。

　図７は、実施の形態１に係る熱交換器５０の変形例である熱交換器５０Ａの断面図である。図７は、図２のＡ－Ａ断面を示している。熱交換器５０Ａは、熱交換器５０の補強部材３を断面形状が複数の扁平管１と同じ外形を有する補強部材３Ａに置換したものである。補強部材３Ａの断面形状は、図７に示される断面において扁平管１と同じ外形を有しており、内部が中実となっている。一方、扁平管１は、内部に冷媒流路が形成されている。そのため、図７に示される断面においてｚ方向に沿った中立軸Ｎを仮定したときに、補強部材３Ａの中立軸Ｎ周りの断面係数は、扁平管１の中立軸Ｎ周りの断面係数よりも大きい値となる。従って、仮に補強部材３Ａが扁平管１と同じ材料で構成されていたとしても、補強部材３Ａの強度及び剛性は、扁平管１の強度及び剛性よりも高い。また、実施の形態１においては、補強部材３Ａは、扁平管１よりも強度及び剛性の高い材料で構成されているため、扁平管１よりも更に強度及び剛性が高くなっている。

　また、変形例に係る熱交換器５０Ａは、ヘッダ２に接続される複数の扁平管１及び補強部材３Ａの断面形状の外形が全て同じである。そのため、製造時にヘッダ２と複数の扁平管１とをろう付けにより接合させるときに、補強部材３Ａも複数の扁平管１と共通の位置決め治具を用いて接合することができる。従って、製造時の補強部材３Ａ及び複数の扁平管１の位置決め治具を簡素化できる。また、ヘッダ２に複数の扁平管１及び補強部材３Ａの端部１１、１２、３１、３２が挿し込まれる挿入部が設けられるが、挿入部の形状も全て共通にすることができる。従って、ヘッダ２の製造コストも低減できる。

　図７に示される補強部材３Ａは、図７に示される断面において、平坦な側面３５を備えており、側面３５を扁平管１の扁平面１５に対向させて配置されている。これにより、補強部材３Ａは、複数の扁平管１と同様に、側面３５と扁平面１５との間に流体を流すことができ、流体の流れを阻害しない。

　図８は、実施の形態１に係る熱交換器５０の変形例である熱交換器５０Ｂの断面図である。図８は、図２のＡ－Ａ断面に相当する。熱交換器５０Ｂは、図８における断面形状がＩ字形状の補強部材３Ｂを備える。補強部材３Ｂは、ｚ方向の両端部にｘ方向及びｘ逆向き方向に延びるフランジ部を備えている。補強部材３Ｂは、フランジ部のｘ方向の幅を適宜設定することにより中立軸Ｎ周りの断面係数を扁平管１よりも大きくすることができる。

　図９は、図８の補強部材３Ｂの単品斜視図である。補強部材３Ｂの端部３１及び３２の断面形状の外形は、扁平管１の断面形状の外形と同じ形状になっている。このように構成されることにより、補強部材３Ｂの中央部３３の強度及び剛性は、扁平管１の伝熱部１３の強度及び剛性よりも高くなっている。しかし、補強部材３Ｂのヘッダ２の挿入部に挿し込まれる端部３１及び３２は、扁平管１と同じ形状になっている。従って、補強部材３Ｂが挿し込まれるヘッダ２の挿入部は、扁平管１が挿し込まれる挿入部と同じ形状にできる。従って、補強部材３Ｂは、扁平管１よりも強度及び剛性が高い形状を有しつつ、扁平管１と同様にヘッダ２に挿し込むことができるため、熱交換器５０Ａの製造が容易になる。

　また、補強部材３Ｂは、長手方向の両端に端面３４及び３５を備える。端面３４及び３５は、補強部材３Ｂの端部３１及び３２がヘッダ２に挿し込まれた状態において、第１ヘッダ２ａの下面及び第２ヘッダ２ｂの上面に当接する。従って、熱交換器５０Ｂの補強部材３ｂが曲げられる方向に荷重が加わったときに、第１ヘッダ２ａの下面及び第２ヘッダ２ｂの上面と補強部材３Ｂの端面３４及び３５とが当接し、荷重を受けることができるため、更に熱交換器５０Ｂの強度及び剛性が向上する。さらに、補強部材３Ｂの端面３４及び３５とヘッダ２とが接合されることにより、補強部材３Ｂとヘッダ２との接合面積が増加し、熱交換器５０Ｂの強度及び剛性を更に向上させることができる。

　図１０は、実施の形態１に係る熱交換器５０の変形例である熱交換器５０Ｃの断面図である。図１０は、図２のＡ－Ａ断面に相当する。熱交換器５０Ｃの補強部材３Ｃは、断面形状が中央部で折れ曲がった形状になっている。補強部材３Ｃのｚ方向の幅は、扁平管１と同等に設定されている。補強部材３Ｃのｘ方向の幅は、補強部材３Ｃのｚ方向の両端から屈曲している中央部までの幅となる。実施の形態１においては、補強部材３Ｃのｘ方向の幅は、扁平管１よりも大きくなっている。これにより、補強部材３Ｃは、中立軸Ｎ周りの断面係数を扁平管１よりも大きくすることができる。

　また、熱交換器５０Ｃのｘ方向の端に位置する補強部材３Ｃとｘ逆向き方向の端に位置する補強部材３Ｃとは、図１０における熱交換器５０Ｃの中央について対称に配置されている。このように構成されることにより、熱交換器５０Ｃは、ｘ方向に変形する強度及び剛性と、ｘ逆向き方向に変形する強度及び剛性とが等しくなり、安定した強度を持つことができる。

　さらに、補強部材３Ｃは、ｚ方向の中央から両端に向かうに従い熱交換器５０Ｃの複数の扁平管１の配列に対し外側に向かって開くように形成されているため、複数の扁平管１の配列の両端部に流体を導入し易い。

　実施の形態２．
　実施の形態２に係る熱交換器２５０について説明する。熱交換器２５０は、実施の形態１に係る熱交換器５０Ａの補強部材３Ａの位置を変更したものである。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

　図１１は、実施の形態２に係る熱交換器２５０の断面図である。図１１は、図２のＡ－Ａ断面に相当する。熱交換器２５０は、実施の形態１に係る熱交換器５０Ａと同じく複数の扁平管１の配列の両端に補強部材３Ａａ及び３Ａｂを備え、更に複数の扁平管１の配列の中に補強部材３Ａｃ及び３Ａｄを備える。つまり、補強部材３Ａｃ及び３Ａｄは、複数の扁平管１のうちの２つの扁平管１と隣合って配置されている。実施の形態２においては、補強部材３Ａａ、３Ａｂ、３Ａｃ、及び３Ａｄは、等間隔に配置されている。また、補強部材３Ａａと３Ａｂ、補強部材３Ａｃと３Ａｄは、それぞれ複数の扁平管１の配列の中央について対称に配置されている。なお、補強部材３Ａｃ及び３Ａｄを第１の補強部材と称し、補強部材３Ａａ及び３Ａｂを第２の補強部材と称する場合がある。

　実施の形態２に係る熱交換器２５０は、補強部材３Ａｃ及び３Ａｄを更に備えることにより、実施の形態１に係る熱交換器５０よりも強度及び剛性が更に向上する。また、熱交換器２５０は、ヘッダ２がｘ方向に長い場合、ｘ方向の中央部の強度が弱くなる。例えば、実施の形態１に係る熱交換器５０Ａのように、両端に補強部材３Ａが配置されている場合、第１ヘッダ２ａの中央部にｙ方向逆向きに荷重が加えられると、第１ヘッダ２ａが撓み、中央部に配置されている扁平管１は座屈する方向に力を受ける。よって、実施の形態２に係る熱交換器２５０は、複数の扁平管１の両端だけでなく配列の内部にも補強部材３Ａｃ及び３Ａｄを設置することにより、熱交換器２５０の中央部の強度を向上させることができる。そのため、熱交換器２５０は、ｘ方向に長い構造を有する場合に有利である。

　なお、補強部材３の配置は、図１１に示される形態のみに限定されるものではない。例えば、補強部材３を複数の扁平管１の配列の内部だけに配置しても良い。補強部材３の配置は、熱交換器２５０のｘ方向の長さに応じて適宜設定することができ、複数の扁平管１の配列の中央について対称な位置にあるのが好ましい。

　また、補強部材３の配置は、熱交換器２５０に流れ込む流体の流量分布に応じて設定しても良い。例えば、送風機により熱交換器２５０に空気が送り込まれる場合には、送風機の配置による熱交換器２５０の各位置での空気の流量を考慮し、空気の流量が少ない部位に補強部材３を配置すると良い。

　また、熱交換器２５０は、補強部材３の断面形状を変更しても良い。例えば、熱交換器２５０内の位置によって断面形状を変更しても良い。実施の形態２に係る熱交換器２５０の補強部材３Ａｃ及び３Ａｄは、隣合う扁平管１との間に伝熱促進部材１３０が配置されていない。従って、補強部材３Ａｃ及び３Ａｄは、断面形状を適宜変更できる。熱交換器２５０は、例えば、上述したＩ字形状の断面を有する補強部材３Ｂ又は折れ曲がった形状を有する補強部材３Ｃ等の断面係数が高く、側面の形状が平坦でない補強部材３を採用することができる。

　実施の形態３．
　実施の形態３に係る熱交換器３５０について説明する。熱交換器３５０は、実施の形態１に係る熱交換器５０の複数の扁平管１を異なる構造を有する伝熱管に変更したものである。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

　図１２は、実施の形態３に係る熱交換器３５０の断面図である。図１２は、図２のＡ－Ａ断面に相当する。熱交換器３５０は、複数の伝熱管１Ａを備える。複数の伝熱管１Ａは、２つの円管３０１を管軸を平行にして複数並べ、その間をフィン４で接続したものである。複数の伝熱管１Ａは、更に円管３０１の端部からｚ逆向き方向及びｚ方向に延設されているフィン５及び６を備える。実施の形態３においては、伝熱管１Ａは、２つの円管３０１を接続して構成されているが、更に多くの円管３０１を接続して構成されていても良い。また、円管３０１の内部には冷媒が流通するが、円管３０１の断面形状は、円だけでなく楕円、その他の形状であっても良い。

　熱交換器３５０は、複数の伝熱管１Ａの配列の中に補強部材３０３を備える。図１２に示される断面において、補強部材３０３の外形は、複数の伝熱管１Ａの外形と同じである。補強部材３０３は、円柱状の棒材３Ｄを２つ並べ、その間を板材３０４で接続している。また、補強部材３０３は、ｚ方向及びｚ逆向き方向の端部から板材３０５及び３０６が延設されている。補強部材３０３は、中実の棒材３Ｄを板材３０４で接続して形成されているため、ｚ方向に沿った中立軸Ｎ周りの断面係数が複数の伝熱管１Ａよりも大きい。

　熱交換器３５０は、補強部材３０３の配置を変更しても良い。例えば、実施の形態１に係る熱交換器５０のように、複数の伝熱管１Ａの配列の端に配置しても良い。また、熱交換器３５０は、補強部材３０３の数量を更に増やしても良い。

　実施の形態３に係る熱交換器３５０によれば、補強部材３０３の強度及び剛性は、伝熱管１Ａの強度及び剛性よりも高くなっている。また、補強部材３０３のヘッダ２の挿入部に挿し込まれる端部３１及び３２は、伝熱管１Ａと同じ形状になっている。従って、補強部材３０３が挿し込まれるヘッダ２の挿入部は、伝熱管１Ａが挿し込まれる挿入部と同じ形状にできる。従って、補強部材３０３は、強度及び剛性が伝熱管１Ａよりも高い形状を有しつつ、伝熱管１Ａと同様にヘッダ２に挿し込むことができる。そのため、熱交換器３５０の製造が容易になる。

　また、補強部材３０３は、棒材３Ｄだけでなく板材３０４、３０５、及び３０６もヘッダ２に接合することができる。よって、板材３０４、３０５、及び３０６も、熱交換器３５０の強度及び剛性に寄与することができる。

　以上に実施の形態について説明したが、上述した実施の形態のみに限定されるものではない。例えば、各実施の形態を組み合わせて構成されていても良い。要するに、いわゆる当業者が必要に応じてなす種々なる変更、応用、利用の範囲をも技術的範囲に含むことを念のため申し添える。なお、実施の形態１～２の扁平管１、１ａ、１ｂ、及び実施の形態３の伝熱管１Ａを全て含めて、伝熱管と称される場合がある。

　１　扁平管、１Ａ　伝熱管、１ａ　扁平管、１ｂ　扁平管、１ｘ　扁平管、２　ヘッダ、２ａ　第１ヘッダ、２ｂ　第２ヘッダ、３　補強部材、３Ａ　補強部材、３Ａａ　補強部材、３Ａｂ　補強部材、３Ａｃ　補強部材、３Ｂ　補強部材、３Ｃ　補強部材、３Ｄ　棒材、３ａ　補強部材、３ｂ　補強部材、４　フィン、５　フィン、１１　端部、１２　端部、１３　伝熱部、３１　端部、３２　端部、３３　中央部、３４　端面、５０　熱交換器、５０Ａ　熱交換器、５０Ｂ　熱交換器、５０Ｃ　熱交換器、５０ｘ　熱交換器、６０ａ　第１側端部、６０ｂ　第２側端部、６０ｃ　平坦面、６０ｄ　平坦面、１００　冷凍サイクル装置、１０１　圧縮機、１０２　流路切替装置、１０３　室内熱交換器、１０４　減圧装置、１０５　室外熱交換器、１０６　室外機、１０７　室内機、１０８　室外送風機、１０９　室内送風機、１１０　冷媒回路、１１１　延長配管、１１２　延長配管、１１３　中央部、１３０　伝熱促進部材、１５０　熱交換器、２５０　熱交換器、３０１　円管、３０３　補強部材、３０４　板材、３０５　板材、３５０　熱交換器、Ｆ０　形状、Ｆ１　形状、Ｎ　中立軸、ＲＦ　矢印。

Claims (11)

1. 　互いに間隔をあけて第１方向に配列され、冷媒を流通させる複数の伝熱管と、
   　前記複数の伝熱管のそれぞれの一端に接続された第１ヘッダと、
   　前記複数の伝熱管のそれぞれの他端に接続された第２ヘッダと、
   　前記第１ヘッダと前記第２ヘッダとに接続された複数の補強部材と、を有し、
   　前記複数の伝熱管及び前記複数の補強部材は、
   　前記第１ヘッダと前記第２ヘッダとの間に配置され、前記第１ヘッダ及び前記第２ヘッダで接続され、側面同士を接続する部材を有さない、熱交換器。
2. 　前記複数の補強部材は、
   　前記第１方向において前記複数の伝熱管のうちの２つの伝熱管と隣合って配置されている第１の補強部材を備える、請求項１に記載の熱交換器。
3. 　前記複数の補強部材は、
   　前記複数の伝熱管の前記第１方向の両端に位置する伝熱管の外側に配置されている第２の補強部材を備える、請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 　前記複数の補強部材は、
   　前記複数の伝熱管と共に前記第１方向に配列され、前記複数の伝熱管の配列の中央について対称な位置に配置される、請求項１～３の何れか１項に記載の熱交換器。
5. 　前記複数の補強部材と前記複数の伝熱管とは、
   　前記第１方向において等間隔で配置されている、請求項１～４の何れか１項に記載の熱交換器。
6. 　前記複数の補強部材のそれぞれは、
   　前記複数の伝熱管の管軸に直交する第１断面において、前記第１方向に交差する中立軸周りの断面係数が前記複数の伝熱管の断面係数よりも大きい、請求項１～５の何れか１項に記載の熱交換器。
7. 　前記複数の補強部材のそれぞれは、
   　両端に前記第１ヘッダ又は前記第２ヘッダに挿し込まれる２つの挿入部と、
   　前記２つの挿入部の間に位置する伝熱部と、を有し、
   　前記２つの挿入部は、
   　前記複数の伝熱管の管軸に直交する第１断面において、前記複数の伝熱管と同じ外形を有し、
   　前記伝熱部は、
   　前記第１断面において、前記２つの挿入部とは異なる外形を有する、請求項１～６の何れか１項に記載の熱交換器。
8. 　前記複数の補強部材のそれぞれの断面形状は、
   　前記複数の伝熱管の管軸に垂直な断面形状と同じ形状である、請求項１～７の何れか１項に記載の熱交換器。
9. 　前記複数の補強部材は、
   　前記複数の伝熱管よりも強度の高い材料で構成されている、請求項１～８の何れか１項に記載の熱交換器。
10. 　前記複数の伝熱管のそれぞれは、
    　扁平管であり、
    　前記複数の補強部材のそれぞれは、
    　平坦な側面を有し、前記扁平管の管軸に垂直な断面において、前記側面を前記扁平管の断面形状の長軸方向に沿った扁平面に対向させて配置される、請求項１～９の何れか１項に記載の熱交換器。
11. 　請求項１～１０のいずれか１項に記載の熱交換器を備えた冷凍サイクル装置。

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