(57)【要約】【課題】熱交換器を積層方向横向けにしてロウ付けしてもヘッダ流路管を確実かつ強固に接合固定できる熱交換器とそれを用いた冷凍システムの提供。【解決手段】一対のヘッダ流路８，９と、前記一対のヘッダ流路間を繋ぐ複数の伝熱流路１０と、前記ヘッダ流路の出入口となるヘッダ流路用開口１１，１２と、前記ヘッダ流路用開口に接合したヘッダ流路管５，６と、を備え、前記ヘッダ流路管はその外周にビード１５を設けて前記ヘッダ流路用開口に嵌合するとともに、前記ヘッダ流路用開口の口縁とヘッダ流路管のビードとの間にロウ材１４を溶融させてエンドフレートとヘッダ流路管とを接合した構成としている。これにより、ロウ付接合時、ロウ材は重表面張力によってヘッダ流路管のビードとエンドプレートのヘッダ流路用開口の端縁との間に均一に回り、管外周全域を確実かつ強固に接続固定することができる。【選択図】図５
2020176768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のヘッダ流路と、前記一対のヘッダ流路間を繋ぐ複数の伝熱流路と、前記ヘッダ流路の出入口となるヘッダ流路用開口と、前記ヘッダ流路用開口に接合したヘッダ流路管と、を備え、前記ヘッダ流路管はその外周にビードを設けて前記ヘッダ流路用開口に嵌合するとともに、前記ヘッダ流路用開口の口縁とヘッダ流路管のビードとの間にロウ材を溶融固化させてエンドフレートとヘッダ流路管とを接合した熱交換器。
【請求項２】
前記ヘッダ流路及び前記伝熱流路は前記ヘッダ流路となる前記開口及び前記伝熱流路となる内部流路を有するプレートフィンを前記エンドプレート間に複数積層して構成し、且つ、前記ヘッダ流路の出入口となる前記ヘッダ流路用開口は前記エンドプレートに設け、前記エンドプレートの前記ヘッダ流路用開口に前記ヘッダ流路管を挿入して接合した請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
冷凍サイクルを構成する熱交換器を前記第１または第２に記載の前記熱交換器とした冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器およびそれを用いた冷凍システムに関し、特に、プレートフィンを積層して構成したプレートフィン積層型の熱交換器とそれを用いた冷凍システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に空気調和機や冷凍機等の冷凍システムは、圧縮機によって圧縮した冷媒を凝縮器や蒸発器等の熱交換器に循環させ空気等の第２流体と熱交換させて冷房もしくは暖房を行うが、前記熱交換器の熱交換効率によってシステムとしての性能や省エネ性が大きく左右される。従って、熱交換器は高効率化が強く求められている。
【０００３】
このような中にあって、冷凍システムの熱交換器は、一般的には、フィン群に伝熱管を貫通させて構成したフィンチューブ型熱交換器が用いられており、その伝熱管の細径化を図って熱交換効率の向上及び小型化が進められている。
【０００４】
しかしながら、上記伝熱管の細径化には限度があるため、熱交換効率の向上及び小型化は限界に近づきつつある。
【０００５】
そこで出願人は、上記フィンチューブ型熱交換器をプレートフィン積層型熱交換器に代えて使用することを提案している（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図１２は特許文献１記載のプレートフィン積層型熱交換器を示し、このプレートフィン積層型熱交換器は、複数の凹状溝１０１ａによって伝熱流路１０１を形成したプレートフィ１０２をエンドプレート１０３間に多数積層して構成してあり、前記伝熱流路１０１はプレートフィン１０２の他端部側でＵターンする形状として冷媒の入口あるいは出口となるヘッダ流路Ａ１０４及びヘッダ流路Ｂ１０５をプレートフィン１０２の一端部側に纏めた形としている。そして、上記ヘッダ流路Ａ１０４及びヘッダ流路Ｂ１０５にヘッダ流路管Ａ１０６、ヘッダ流路管Ｂ１０７を接続して構成している。
【０００７】
図１３は上記ヘッダ流路管Ａ１０６、ヘッダ流路管Ｂ１０７の接続構成を示し、上記ヘッダ流路管Ａ１０６、ヘッダ流路管Ｂ１０７は、エンドプレート１０３に設けたヘッダ流路用開口Ａ１０８、ヘッダ流路用開口Ｂ１０９の外周部に環状溝１１０を設け、この環状溝１１０にヘッダ流路管Ａ１０６、ヘッダ流路管Ｂ１０７の端部を嵌合させ、ロウ付けして接合している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１８−６６５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記構成からなる特許文献１記載のプレートフィン積層型熱交換器は、伝熱流路１０１となる凹状溝１０１ａをプレスによって形成できるので、この凹状溝１０１ａによって形成した伝熱流路１０１の断面積は従来のフィンチューブ型熱交換器のチューブに比べ極端に小さくすることができ、熱交換効率を向上させ、且つ熱交換器全体を小型化できる利点がある。
【００１０】
しかしながら、上記構成ではプレートフィン１０２のヘッダ流路用開口Ａ１０８、ヘッダ流路用開口Ｂ１０９に対するヘッダ流路管Ａ１０６、ヘッダ流路管Ｂ１０７の接合強度が不十分なものとなったり、冷媒漏れが発生したりする等の課題があった。
【００１１】
即ち、上記構成のプレートフィン積層型熱交換器は、熱交換器を積層方向横向けにしてヘッダ流路管Ａ１０６、ヘッダ流路管Ｂ１０７を炉中ロウ付けし、エンドプレート１０３、プレートフィン１０２の接合一体化とともに、ヘッダ流路管Ａ１０６、ヘッダ流路管Ｂ１０７も接合一体化する。
【００１２】
しかしながら、前記した構成では熱交換器を積層方向横向けにしてロウ付けすると、ロウ材１１１が重力の影響により鉛直下方に流れてしまい、ヘッダ流路管Ａ１０６、ヘッダ流路管Ｂ１０７の管外周に均一にロウ材を回して接合することができず、接合強度が不十分なものとなるのであった。
【００１３】
また、ヘッダ流路管Ａ１０６、ヘッダ流路管Ｂ１０７は、ヘッダ流路用開口Ａ１０８、ヘッダ流路用開口Ｂ１０９の外周部に設けてある環状溝１１０に嵌合させているため、嵌合代を大きくとることができず、その結果シール面積が少なくなって冷媒漏れが発生する恐れがある。
【００１４】
本発明はこのような点に鑑みてなしたもので熱交換器を積層方向横向けにしてロウ付けしてもヘッダ流路管を確実かつ強固に接合固定できる熱交換器とそれを用いた冷凍システムを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記目的を達成するため、ヘッダ流路管はその外周にビードを設けて前記ヘッダ流路用開口に嵌合するとともに、前記ヘッダ流路用開口の口縁とヘッダ流路管のビードとの間にロウ材を溶融固化させてエンドフレートとヘッダ流路管とを接合した構成としている。
【００１６】
これにより、ヘッダ流路管の炉中ロウ付接合時、ロウ材は溶融して前記ヘッダ流路用開口の口縁とヘッダ流路管のビードとの間の隙間を表面張力によって均一に広がり管外周全域を確実かつ強固に接続固定することができる。また、管外周のビードがヘッダ流路用開口への挿入時の位置決めの役割を果たすので、ヘッダ流路管はヘッダ流路用開口内への嵌合代を大きくすることができ、これによって流体漏れも防止でき、かつ、接合強度も更に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、上記構成により、熱交換器を積層方向横向けにしてロウ付けしてもヘッダ流路管を確実かつ強固に接合固定でき、流体漏れがない熱交換器とそれを用いた信頼性の高い冷凍システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるプレートフィン積層型熱交換器の外観を示す斜視図
【図２】同プレートフィン積層型熱交換器を上下に分離した状態で示す分解斜視図
【図３】同プレートフィン積層型熱交換器の側面図
【図４】図１のＡ−Ａ断面図
【図５】同プレートフィン積層型熱交換器のヘッダ流路管の接続構成を示す拡大断面図
【図６】同プレートフィン積層型熱交換器のヘッダ流路管接続後の構成を示す拡大断面図
【図７】同プレートフィン積層型熱交換器を構成するプレートフィンの平面図
【図８】同プレートフィン積層型熱交換器を構成するプレートフィンの分解斜視図
【図９】本発明の実施の形態１におけるプレートフィン積層型熱交換器の変形例を示す分解斜視図
【図１０】本発明の実施の形態２における空気調和機の冷凍サイクル図
【図１１】同空気調和機の室内機を示す概略断面図
【図１２】本出願人が提案した従来のプレートフィン積層型熱交換器の分解斜視図
【図１３】同プレートフィン積層型熱交換器のヘッダ流路管の接続構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明は、熱交換機であり、この熱交換器は、一対のヘッダ流路と、前記一対のヘッダ流路間を繋ぐ複数の伝熱流路と、前記ヘッダ流路の出入口となるヘッダ流路用開口と、前記ヘッダ流路用開口に接合したヘッダ流路管と、を備え、前記ヘッダ流路管はその外周にビードを設けて前記ヘッダ流路用開口に嵌合するとともに、前記ヘッダ流路用開口の口縁とヘッダ流路管のビードとの間にロウ材を溶融固化させてエンドフレートとヘッダ流路管とを接合した構成としている。
【００２０】
これにより、ヘッダ流路管の炉中ロウ付接合時、ロウ材は溶融して前記ヘッダ流路用開口の口縁とヘッダ流路管のビードとの間の隙間を表面張力によって均一に広がり、管外周全域を確実かつ強固に接続固定することができる。また、管外周のビードがヘッダ流路用開口への挿入時の位置決めの役割を果たすので、ヘッダ流路管はヘッダ流路用開口内への嵌合代を大きくすることができ、これによって流体漏れも防止でき、かつ、接合強度も更に向上させることができる。
【００２１】
第２の発明は、第１の発明において、前記ヘッダ流路及び伝熱流路はヘッダ流路となる開口及び伝熱流路となる内部流路を有するプレートフィンをエンドプレート間に複数積層して構成し、且つ、前記ヘッダ流路の出入口となるヘッダ流路用開口は前記エンドプレートに設け、前記エンドプレートのヘッダ流路用開口にヘッダ流路管を嵌合して接合した構成としている。
【００２２】
これにより、この熱交換器はプレートフィンを積層することによって構成でき、しかも上記プレートフィンはヘッダ流路となる開口及び内部流路となる凹状溝を有する二枚のプレートを接合することによって形成でき、その伝熱流路となる内部流路用の凹状溝はプレス成形することによって形成できるので、伝熱流路をパイプ等で形成する場合に比べ大きく細径化できる。これによって熱交換効率を向上させ、高効率かつ信頼性の高い熱交換器とすることができる。
【００２３】
第３の発明は冷凍システムであり、この冷凍システムは冷凍サイクルを構成する熱交換器を前記第１または第２の発明に記載の熱交換器としたものである。
【００２４】
これにより、この冷凍システムは、熱交換器の信頼性が高いから、冷凍システムの信頼性を高いものとすることができる。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態ではプレートフィンを積層して構成した熱交換器を例にして説明するが、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１のプレートフィン積層型熱交換器の外観を示す斜視図、図２は同プレートフィン積層型熱交換器を上下に分離した状態で示す分解斜視図、図３は同プレートフィン積層型熱交換器の要部側面図、図４は図１のＡ−Ａ断面図、図５はプレートフィン積層型熱交換器のヘッダ流路管の接続構成を示す拡大断面図、図６は同プレートフィン積層型熱交換器を構成するプレートフィンの平面図、図７は同プレートフィン積層型熱交換器を構成するプレートフィンの分解斜視図である。
【００２７】
本実施の形態のプレートフィン積層型熱交換器（以下、単に熱交換器と称す）１は、図１、図２に示すように、略長方形状のプレートフィン２をエンドプレート３間に複数積層してロウ材により接合一体化し熱交換コア部４を形成している。そして、蒸発器として用いる場合には入口となり凝縮器として用いる場合は出口となるヘッダ流路管Ａ５及びその逆となるヘッダ流路管Ｂ６が接続している。
【００２８】
上記熱交換コア部４の両側のエンドプレート３、３は、プレートフィン積層体を挟持した形でロウ付けされ、ボルト・ナット若しくはカシメピン軸等の締結手段７によりその長手方向両端部を連結固定し、熱交換器としての剛性を保持している。
【００２９】
また、上記熱交換コア部４を構成するプレートフィン２は、図８に示すように、前記ヘッダ流路管Ａ５及びヘッダ流路管Ｂ６に繋がる一対のヘッダ流路８、９を形成する開口Ａ８ａ、開口Ｂ９ａ、及び上記Ａ８ａと開口Ｂ９ａとの間を繋ぎ伝熱流路１０となる凹状溝１０ａを設けた一対のプレート２ａ、２ｂ（図８参照）を貼り合わせて形成している。
【００３０】
なお、上記前記伝熱流路１０は、本実施の形態では、略Ｕ字状に折り返して形成することにより、図１、図２、図７、図８に示すように、プレートフィン２に設けたヘッダ流路８、９を一端部側に纏め、これに接続するヘッダ流路管Ａ５及びヘッダ流路管Ｂ６が隣接する形となっている。
【００３１】
次に、上記ヘッダ流路管Ａ５及びヘッダ流路管Ｂ６の接続構成を図４〜図６を用いて説明する。なお、ヘッダ流路管Ａ５及びヘッダ流路管Ｂ６の接続構成は両者とも同じ構成なので、蒸発器と使用されるときに冷媒の入口側となるヘッダ流路管Ａ５の接続構成を中心に説明していく。
【００３２】
図４〜図６において、熱交換コア部のエンドプレート３にはプレートフィン２のヘッダ流路８、９と対向する位置にヘッダ流路用開口１１、１２が形成している。そして、ヘッダ流路管Ａ５とヘッダ流路管Ｂ６は上記ヘッダ流路用開口１１、１２に嵌合し、リング状のロウ材１４を溶かしてヘッダ流路用開口１１、１２に接続固定している。
【００３３】
ここで、上記ヘッダ流路管Ａ５とヘッダ流路管Ｂ６は、図５に拡大して示すように、管外周部にビード加工を施して環状のビード１５が形成してあり、ロウ材１４は上記ビード１５とヘッダ流路用開口１１、１２の口縁との間に設置して溶融固化し、ヘッダ流路管Ａ５とヘッダ流路管Ｂ６をヘッダ流路用開口１１、１２に固定している。
【００３４】
すなわち、上記のように構成した熱交換器は、積層方向横向けにしてヘッダ流路管Ａ５、ヘッダ流路管Ｂ６を炉中ロウ付けすると、図６のように、ロウ材１４はヘッダ流路管Ａ５とヘッダ流路管Ｂ６のビード１５とエンドプレート３のヘッダ流路用開口１１、１２の口縁との間で溶融した際、その表面張力によって管外周に略均等に回り込み固形化する。
【００３５】
したがって、ヘッダ流路管Ａ５とヘッダ流路管Ｂ６は管外周を均一にロウ材でエンドプレートのヘッダ流路用開口１１、１２に接合でき、その接合は確実かつ強固なものとなる。
【００３６】
また、前記ヘッダ流路管Ａ５とヘッダ流路管Ｂ６はエンドプレート３のヘッダ流路用開口１１、１２にロウ付けされる際、ロウ材１４が溶融し、ヘッダ流路管Ａ５及びヘッダ流路管Ｂ６とヘッダ流路用開口１１、１２との隙間に回り込むと同時に、エンドプレート３にビード１５が引き寄せられて位置決めされることになる。
【００３７】
したがって、ヘッダ流路管Ａ５とヘッダ流路管Ｂ６はヘッダ流路用開口１１、１２にエンドプレート３の厚み全てを嵌合代とすることができる。よって、ヘッダ流路管とヘッダ流路用開口との間のシール面積を大きくすることができ、ヘッダ流路管Ａ５とヘッダ流路管Ｂ６の接続部からの冷媒の漏れを防止できるとともに、接合強度も高め、信頼性を向上させることができる。加えて、環状溝を形成する必要がなくなるので、加工性も向上する。
【００３８】
また、本実施の形態の熱交換器は、ヘッダ流路となる開口及び凹状溝によって形成され伝熱流路となる内部流路を有するプレートフィン２をエンドプレート３間に複数積層して熱交換コア部４を構成しているので、交換効率を向上させて高効率かつ信頼性の高い熱交換器とすることができる。
【００３９】
すなわち、熱交換器はプレートフィン２を積層することによって構成でき、しかも上記プレートフィン２はヘッダ流路となる開口及び内部流路となる凹状溝を有する二枚のプレートを接合することによって形成でき、しかもその伝熱流路１０となる内部流路用の凹状溝１０ａはプレス成形することによって形成できるので、伝熱流路１０をパイプ等で形成する場合に比べ大きく細径化できる。これによって熱交換効率を向上させ、小型高効率かつ信頼性の高い熱交換器とすることができる。
【００４０】
また、前記ヘッダ流路管Ａ５とヘッダ流路管Ｂ６をヘッダ流路用開口１１、１２に直接嵌合して接合するようにしているから、従来のヘッダ流路用開口１１、１２の外周に設けた環状溝に嵌合させて接続する場合に比べヘッダ流路管Ａ５とヘッダ流路管Ｂ６の管径を小さくすることができる。よって、伝熱流路１０をＵターンさせて冷媒のヘッダ流路用開口１１、１２をプレートフィン２の一端部側に纏め、これに接続するヘッダ流路管Ａ５とヘッダ流路管Ｂ６が隣接する形となっても、当該二つの管を合わせた外寸は小さく維持でき、プレートフィンの幅寸法を小さなものとすることができる。
【００４１】
また、本実施の形態の熱交換器は、伝熱流路１０をＵターンさせたことによって、伝熱流路長を長く確保して熱交換性能を高めつつプレートフィン２の長さを短くすることもできる。
【００４２】
したがって、上記ヘッダ流路管Ａ５とヘッダ流路管Ｂ６の直接嵌合による効果と伝熱流路１０のＵターン化効果が合わさって熱交換器１は大幅に小型化することができる。
【００４３】
なお、上記熱交換器１は伝熱流路１０がＵターンする形態のもので説明したが、これは図９に示すようにプレートフィン２の一端側にヘッダ流路管Ａ５、反対側にヘッダ流路管Ｂ６を設けてこれらの間を繋ぐ伝熱流路１０は一方向のみのものであってもよく、この場合もヘッダ流路管Ａ５、ヘッダ流路管Ｂ６の接続構成は、前記した構成とすればよい。これにより、ヘッダ流路管Ａ５、ヘッダ流路管Ｂ６の接合を確実かつ強固なものとすることができ、且つ接合部から冷媒が漏れるようなことがなくなって信頼性の高い熱交換器とすることができる。
【００４４】
（実施の形態２）
この実施の形態２は、前記実施形態の熱交換器を用いて構成した冷凍システムである。
【００４５】
本実施の形態では冷凍システムの一例として空気調和機を説明する。図１０は空気調和機の冷凍サイクル図、図１１は同空気調和機の室内機を示す概略断面図である。
【００４６】
図１０、図１１において、この空気調和装置は、室外機５１と、室外機５１に接続された室内機５２から構成されている。室外機５１には、冷媒を圧縮する圧縮機５３、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁５４、冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器５５、冷媒を減圧する減圧器５６が配設されている。また、室内機５２には、冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器５７と、室内送風機５８とが配設されている。そして、前記圧縮機５３、四方弁５４、室内熱交換器５７、減圧器５６、室外熱交換器５５を冷媒回路で連結してヒートポンプ式冷凍サイクルを形成している。
【００４７】
本実施形態による冷媒回路には、テトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンをベース成分とし、ジフルオロメタンまたはペンタフルオロエタンまたはテトラフルオロエタンを、地球温暖化係数が５以上、７５０以下となるように、望ましくは３５０以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を使用している。
【００４８】
上記空気調和機は、冷房運転時には、四方弁５４を圧縮機５３の吐出側と室外熱交換器５５とが連通するように切り換える。これにより、圧縮機５３によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁５４を通って室外熱交換器５５に送られる。そして、外気と熱交換して放熱し、高圧の液冷媒となり、減圧器５６に送られる。減圧器５６では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室内機５２に送られる。室内機５２では、冷媒は室内熱交換器５７に入り室内空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となる。この時室内空気は冷却されて室内を冷房する。さらに冷媒は室外機５１に戻り、四方弁５４を経由して圧縮機５３に戻される。
【００４９】
暖房運転時には、四方弁５４を圧縮機５３の吐出側と室内機５２とが連通するように切り換える。これにより、圧縮機５３によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁５４を通り、室内機５２に送られる。高温高圧の冷媒は室内熱交換器５７に入り、室内空気と熱交換して放熱し、冷却され高圧の液冷媒となる。この時、室内空気は加熱されて室内を暖房する。その後、冷媒は減圧器５６に送られ、減圧器５６において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器５５に送られて外気と熱交換して蒸発気化し、四方弁５４を経由して圧縮機５３へ戻される。
【００５０】
上記のように構成された空気調和機は、その室外熱交換器５５或いは室内熱交換器５７に前記各実施の形態で示した冷媒漏れ等のない熱交換器を使用することにより、信頼性の高い冷凍システムとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、上記実施の形態の説明から明らかなように、熱交換器を積層方向横向けにしてロウ付けしてもヘッダ流路管を確実かつ強固に接合固定でき、流体漏れがない熱交換器とそれを用いた信頼性の高い冷凍システムとすることができる。よって、家庭用及び業務用エアコン等に用いる熱交換器や各種冷凍機器等に幅広く利用でき、その産業的価値は大なるものがある。
【符号の説明】
【００５２】
１  熱交換器
２  プレートフィン
２ａ、２ｂ  プレート
３  エンドプレート
４  熱交換コア部
５  ヘッダ流路管Ａ
６  ヘッダ流路管Ｂ
７  締結手段
８  ヘッダ流路
９  ヘッダ流路
１０  伝熱流路
１０ａ  凹状溝
１１  ヘッダ流路用開口
１２  ヘッダ流路用開口
１４  ロウ材
１５  ビード
５１  室外機
５２  室内機
５３  圧縮機
５４  四方弁
５５  室外熱交換器
５６  減圧器
５７  室内熱交換器
【図１】
2020176768.tif 000003
【図２】
2020176768.tif 000004
【図３】
2020176768.tif 000005
【図４】
2020176768.tif 000006
【図５】
2020176768.tif 000007
【図６】
2020176768.tif 000008
【図７】
2020176768.tif 000009
【図８】
2020176768.tif 000010
【図９】
2020176768.tif 000011
【図１０】
2020176768.tif 000012
【図１１】
2020176768.tif 000013
【図１２】
2020176768.tif 000014
【図１３】
2020176768.tif 000015