(57)【要約】  断面が扁平形状の複数の扁平管と、断面が扁平形状で外観がＵ字形状の複数の扁平管Ｕベンドと、を有し、扁平管が一定方向に複数段設けられて成る扁平管列が、一定方向と交差する方向に複数列配置され、かつ、複数列の扁平管は互いに千鳥状に配置されており、扁平管の各列を跨ぐ連結部分に扁平管Ｕベンドが配置されており、扁平管Ｕベンドは、該Ｕベンドの両端部の扁平断面の長軸が、該両端部と接続されている扁平管の扁平断面の長軸の向きと同じ向きとなるように捻られている熱交換器。
2017109933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が扁平形状の複数の扁平管と、断面が扁平形状で外観がＵ字形状の複数の扁平管Ｕベンドと、を有し、
前記扁平管が一定方向に複数段設けられて成る扁平管列が、前記一定方向と交差する方向に複数列配置され、かつ、前記複数列の扁平管は前記一定方向において互いに千鳥状に配置されており、
前記扁平管の各列を跨ぐ連結部分に前記扁平管Ｕベンドが配置されており、
前記扁平管Ｕベンドは、該Ｕベンドの両端部の扁平断面の長軸が、該両端部と接続されている前記扁平管の扁平断面の長軸の向きと同じ向きとなるように捻られている熱交換器。
【請求項２】
前記扁平管Ｕベンドの前記両端部が他の部分に対して捻られている請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記扁平管Ｕベンドと前記扁平管との接合部にロウ材が介在している請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記扁平管が貫通した複数のフィンが平行に配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記扁平管の内部が複数の流路に区画されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
少なくとも圧縮機、室外熱交換器、減圧器、及び室内熱交換器を有し、これらが冷媒配管によってループ状に接続された空気調和機であって、
前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器として請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換器を備えた空気調和機。
【請求項７】
断面が円形状の直管を、同一平面内でＵ字形状に折り曲げ、その後、管径方向に圧縮して断面を扁平形状とする工程と、
断面が扁平形状とされたＵ字形状管の少なくとも両端部を、該両端部の扁平断面の長軸の向きが、接続対象である段差を有した２つの扁平管の各扁平断面の長軸の向きと一致するように捻る工程と、を有する扁平管Ｕベンドの製造方法。
【請求項８】
前記両端部の内側を拡径する請求項７に記載の扁平管Ｕベンドの製造方法。
【請求項９】
前記両端部の内側を拡径する時、同時に前記両端部の内壁に溶接用のリングロウをかしめる請求項８に記載の扁平管Ｕベンドの製造方法。
【請求項１０】
前記リングロウを前記両端部から外側に突出させて前記リングロウをかしめる請求項９に記載の扁平管Ｕベンドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が内部を流れる扁平管の列を跨ぐ連結部に扁平管Ｕベンドを設けた熱交換器、これを備えた空気調和機、及び扁平管Ｕベンドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍装置、空気調和装置、又はヒートポンプに用いる熱交換器は、一般に、間隔を有して複数並置されたフィンに伝熱管が貫通して構成されている。伝熱管は、空気流れと交差する方向へ複数段並設され、その複数段からなる伝熱管の列が空気流れ方向に沿って複数列配置されている。伝熱管の内部には通常冷媒が流れ熱交換器は冷媒回路の一部となる。【０００３】
上記のような熱交換器において、伝熱管として断面が扁平形状の扁平管を用い、複数列の扁平管の列を跨ぐ相互の連結部分、又は複数段の扁平管の相互の連結部分に、Ｕベンドを備えたものがある。例えば、一方の端部の断面が扁平形状であり、他方の端部の断面が円形状であるジョイントを使用し、扁平管相互の接続は、断面形状の変換を行うジョイントと、該ジョイントの円形状部相互を接続する別体の円管でなるＵベンド（以下、「円管Ｕベンド」という）を介して行うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
また、上記のようなジョイントは使用せず、円管Ｕベンドの両端部を扁平形状に加工して、円管部と扁平形状部とを一体化した接続管を使用し、扁平管相互を接続するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。【０００５】
また、断面が一様に扁平管形状である接続用扁平管を用いて、異なる列の同じ高さの扁平管同士を接続したものもある（例えば、特許文献３参照）。【０００６】
さらに、扁平管を用いた２列構造の熱交換ユニットの水平に配置された扁平管の列を跨ぐ相互の連結部分をＵ字型の接続管で連結したものにおいて、接続管は、Ｕ字状に曲げた円管の両端を扁平にして作成され、接続管の両端部は、内周面にロウ材を貼り合わせたクラッド材で構成され、接続管と扁平管とがロウ付けにより接合されたものがある（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−３２０８９号公報（段落［００１１］、図２〜図４）
【特許文献２】特開２０１２−８２９８６号公報（段落［００２２］、図１、図６）
【特許文献３】特開２０１５−５５４１０号公報（段落［０１４２］、［０１４３］図１３、図１４）
【特許文献４】特開２０１５−５５４１３号公報（段落［０１１５］、［０１１６］、［０１１８］、図１１、図１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、扁平管相互の連結部となる端部にそれぞれジョイントを接続し、ジョイントを介して円管Ｕベンドと接続するようにした特許文献１の技術においては、扁平管とジョイントの接合点数が増え、製造不良の発生確率が高くなる。更に、ジョイント部品の材料費も必要となるため、コストが高くなるといった課題がある。【０００９】
また、特許文献２の技術においては、扁平管相互の接続部の接合点数を減らせるため、既述した特許文献１の技術と比べると製造不良の発生確率を低く抑えることができる。しかしながら、特許文献２の技術においては、扁平管相互の接続部に、断面が円形の流路が存在するため、流路形状の変化による圧損が生じ、性能が悪化する。このような流路形状の変化による圧損は、扁平形状部から円管部に至る変換部の長さを延長することで抑制できるが、接続部が長くなるため材料費の増加や他部品の配置制約が生じるといった課題がある。【００１０】
また、特許文献３の技術においては、接続用扁平管を平面的に折りまげて作成すると、折り曲げ部の内Ｒと外Ｒの差が大きくなる。そのため、折り曲げ時に引張荷重がかかる外Ｒ部の肉厚が薄くなり、耐圧強度が低下する。また、曲げＲも大きくなるといった課題がある。【００１１】
さらに、特許文献４の技術においては、接続管の両端部のクラッド層の内側に扁平管を挿入するため、母材と扁平管のクリアランスよりもクラッド層の体積は必ず小さくなる。クリアランスに対し、ロウ材量が少ないと、ロウ付け不良の原因や、接続管の外側にフィレットができず、ロウ付け状態を外観で視認し難いといった課題がある。【００１２】
本発明は、前記のような課題の少なくとも１つを解決するためになされたもので、千鳥状に配置した複数列の扁平管の列を跨ぐ連結構造を備えるにあたり、使用部品を少なくでき、かつ流路での圧損を抑制できるようにすることを主目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る熱交換器の一態様は、断面が扁平形状の複数の扁平管と、断面が扁平形状で外観がＵ字形状の複数の扁平管Ｕベンドと、を有し、前記扁平管が一定方向に複数段設けられて成る扁平管列が、前記一定方向と交差する方向に複数列配置され、かつ、前記複数列の扁平管は前記一定方向において互いに千鳥状に配置されており、前記扁平管の各列を跨ぐ連結部分に前記扁平管Ｕベンドが配置されており、前記扁平管Ｕベンドは、該Ｕベンドの両端部の扁平断面の長軸が、該両端部と接続されている前記扁平管の扁平断面の長軸の向きと同じ向きとなるように捻られているものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に一態様に係る熱交換器は、複数列の扁平管が千鳥状に配置され、扁平管の各列を跨ぐ連結部分に配置されている扁平管Ｕベンドは、少なくともその両端部の扁平断面の長軸の向きが、これと接続されている扁平管の扁平断面の長軸の向きと一致するよう捻られているので、流路の断面形状が一様に扁平形状となり、流路の断面形状を変換するジョイント部品が必要無くなる。また、扁平管Ｕベンドの両端部の向きが滑らかに転換しているので、流路での圧損を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の全体構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の扁平管の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の扁平管Ｕベンドの斜視図である。
【図４】図３の扁平管Ｕベンドの正面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の扁平管Ｕベンドの製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る熱交換器の扁平管Ｕベンドの端部内側のリングロウかしめ部の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る熱交換器の扁平管Ｕベンドの端部内側のリングロウかしめ部の一例を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る熱交換器の扁平管Ｕベンドの製造方法を示す工程図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る空気調和機の冷媒回路図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の他の態様を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る熱交換器の全体構成を示す斜視図である。図２は本発明の実施の形態１に係る熱交換器の扁平管の断面図である。
図１に示すように、実施の形態１の熱交換器２０は、伝熱管である扁平管１と、熱交換効率を向上させるために扁平管１の周囲に配置したフィン２とを備えている。扁平管１は、図２に示すように、管軸と直交する方向の断面が扁平形状であって、内部が複数の流路１ａに区画されている。扁平管１はこれによって整流効果が得られ、熱交換効率が更に向上する。フィン２は間隔を有して複数並置されており、扁平管１が貫通している。
【００１７】
扁平管１は、空気流れに交差する一定の方向に沿って複数段並設されており、継手を接続しない側（図１の右側）の端部は、ヘアピン状に折り曲げられている。そして、その複数段からなる扁平管１の列が、空気流れ方向に沿って複数列配置されている。また、隣合う列の扁平管は、上記一定方向、すなわち段方向において千鳥状に配置されている。つまり、複数列の扁平管１は、その継手を要する側（図１の左側）の互いの端部の位置が、空気流れに交差する方向でずれるように千鳥状に配置されている。そして、複数列の扁平管１の列を跨ぐ相互の連結部分は、扁平管Ｕベンド３で接合されている。
【００１８】
図３は本発明の実施の形態１に係る熱交換器の扁平管Ｕベンドを示す斜視図である。図４は図３の扁平管Ｕベンドの正面図である。
扁平管Ｕベンド３は、図３及び図４に示すように、外観がＵ字形状の本体部６と、扁平管１との接合部となる端部５とを備えている。扁平管Ｕベンド３の断面は一様に扁平形状となっているが、接続対象の扁平管１が挿入される端部５は、拡管加工がされている。
【００１９】
これを更に詳述すると、扁平管Ｕベンド３は、その扁平断面の長軸に沿う同一平面Ｘ内でＵ字形状に形成され、かつ扁平管Ｕベンド３の少なくとも両端部５の扁平断面の長軸の向きが、接続対象である扁平管１の扁平断面の長軸の向きと一致するように捻られている。捻り角度θは、接合対象の扁平管１の配置により決められる。
なお、扁平管Ｕベンド３と扁平管１との接合部は、ロウ付けにより強固に固定される。
【００２０】
次に、実施の形態１における扁平管Ｕベンド３の製造方法について図５に基づき、図１〜図４を参照しながら説明する。図５は本発明の実施の形態１に係る熱交換器の扁平管Ｕベンドの製造方法を示す工程図である。扁平管Ｕベンド３は、千鳥状に配置された接続対象の扁平管１の間に架設できるように製造される。
まず、同一平面Ｘ内でＵ字状に折り曲げ、円管Ｕベンド３０Ａを作成する（図５（ａ））。次いで、円管Ｕベンド３０Ａの断面形状が扁平形状となるように、円管Ｕベンド３０Ａの全体を管径方向に圧縮して、扁平管Ｕベンド３を作成する（図５（ｂ））。その後、扁平管Ｕベンド３の両端部５を、その各扁平断面の長軸の向きが、接続対象の扁平管１の各扁平断面の長軸の向きと一致するように捻り、さらにその両端部５を拡管して、扁平管Ｕベンド３を製造する（図５（ｃ））。
上記のようにして製造された扁平管Ｕベンド３は、扁平管Ｕベンド３の両端部５と千鳥状に配置された扁平管１とをロウ付けにより接合して、図１のような熱交換器を得る。
【００２１】
このように、実施の形態１の熱交換器２０は、扁平管Ｕベンド３における接合部となる両端部５の扁平断面の長軸の向きが、千鳥配置された接続すべき扁平管１の扁平断面の長軸の向きと一致するように捻られている。そのため、実施の形態１の熱交換器２０は、流路の断面形状が一様に扁平形状となり、流路の断面形状を変換するジョイント部品が必要無くなる。また、扁平管Ｕベンド３の両端部の向きを滑らかに転換することができて、流路での圧損を抑制することができる。
なお、扁平断面の長軸を一致させるには、扁平管Ｕベンド３の両端部５を捻っても、またはＵ字形状の本体部６を捻ってもよい。
【００２２】
また、実施の形態１の熱交換器２０は、扁平管Ｕベンド３を、断面が円形状の円形管でなる直管を同一平面Ｘ内でＵ字状に折り曲げかつ円管Ｕベンド３０Ａ全体を径方向に圧縮して作成している。そのため、Ｕ字状に曲げる際の曲げＲを小さくすることができ、かつ押し出し型を作成する必要が無くなる。
【００２３】
以上ここでは、扁平管１の列が２列のものを例に挙げて説明した。しかし、互いに千鳥状に配置された扁平管１の列が３列以上となっている図１０に示すような熱交換器でも、扁平管Ｕベンド３を利用して、同様の効果を得ることができる。
【００２４】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る熱交換器の扁平管Ｕベンドの端部内側のリングロウかしめ部の一例を示す模式図である。
実施の形態２の熱交換器２０は、図６に示すように扁平管Ｕベンド３の端部５の拡管時に、端部５の内部にリングロウ４を配置し、一緒に拡管することで、両端部５の内壁面にリングロウ４をかしめ、その後、端部５内に接続対象の扁平管１を挿入し、その状態で炉に投入することで、扁平管１と扁平管Ｕベンド３とがロウ付け接合されるようにしたものである。
【００２５】
このように、実施の形態２の熱交換器２０においては、扁平管Ｕベンド３の端部５の拡管時に、端部５の内部にリングロウ４を配置し、それらを一緒に拡管することで、両端部の内部にリングロウ４をかしめている。このため、扁平管Ｕベンド３の両端部５に扁平管１を挿入する際に、これらの間にロウ材を挿入する工程を省略できる。
【００２６】
図７は本発明の実施の形態２に係る熱交換器の扁平管Ｕベンドの端部内側のリングロウかしめ部の一例を示す模式図である。
ここでは、扁平管Ｕベンド３の端部５の内部にリングロウ４をかしめる際に、リングロウ４が先端部から外部に突出するようかしめたものである。
【００２７】
このように、リングロウ４が端部５から外部に突出するようにかしめることで、リングロウ４の端部５からの突出部８によって、ロウ付け後に外フィレットを形成することができ、外観検査の作業性を向上することができる。
【００２８】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３の熱交換器の製造方法を図８に基づき、図１〜図４を参照しながら説明する。図８は本発明の実施の形態３に係る交換器の扁平管Ｕベンドの製造方法を示す工程図である。なお、管内部の流路の図示は省略している。
【００２９】
熱交換器２０の製造は、まず、最終形状が拡管後の寸法となり得る断面を有する円形の直管を、千鳥状に配置された接続対象の扁平管１間に架設できるように、同一平面Ｘ内でＵ字状に折り曲げ、円管Ｕベンド３０Ａを作成する（図８（ａ））。次いで、円管Ｕベンド３０Ａの断面形状が扁平形状となるように、円管Ｕベンド３０Ａ全体を管径方向に圧縮して、扁平管Ｕベンド３を作成する（図８（ｂ））。その後、接続対象の扁平管１と接合できるように、扁平管Ｕベンド３の両端部５ａの各扁平断面の長軸の向きが、接続対象の扁平管１の各扁平断面の長軸の向きと一致するように、扁平管Ｕベンド３を全体的に捻り、扁平管Ｕベンド３を最終形状にする（図８（ｃ））。その後、円管Ｕベンド３０Ａの端部５ａと千鳥状に配置された扁平管１とをロウ付けにより接合して、図１のような熱交換器を得る。
【００３０】
実施の形態３の熱交換器の製造方法によれば、最終形状が拡管後の寸法となり得る断面を有する円形状の円形管でなる直管を曲げ加工して円管Ｕベンド３０Ａを作成し、その後、円管Ｕベンド３０Ａ全体を径方向に圧縮して、扁平管Ｕベンド３を作成するので、Ｕ字状に曲げる際の曲げＲを小さくすることができる。また、拡管工程を省略することもできる。
【００３１】
捻り角度θにより扁平形状の断面が変形した場合は、例えば水圧拡管等により形状修正し、流路を確保するのが好ましい。
【００３２】
実施の形態４.
図９は本発明の実施の形態４に係る空気調和機の冷媒回路図を示すもので、前述の実施の形態１で説明した熱交換器２０を室外熱交換器又は室内熱交換器として用いたものである。
この空気調和機は、圧縮機６１、四方弁６２、室外熱交換器６３、減圧器６４、及び室内熱交換器６５が、冷媒配管７０によってループ状に接続され、室内機５０と室外機６０との間にバルブ６８、６９が配置されている。また、室外熱交換器６３には室外送風機６６が併設され、室内熱交換器６５には室内送風機６７が併設されている。
【００３３】
実施の形態４の空気調和機において、冷房運転時には低圧低温のガス冷媒は室外機６０の圧縮機６１により高温高圧のガス冷媒に圧縮され、四方弁６２に送られる。そして、四方弁６２から冷媒配管７０により室外熱交換器６３に導かれる。室外熱交換器６３は冷媒と空気との間で熱交換を行い、凝縮熱を室外に放出する。すなわち、室外熱交換器６３が凝縮器として作用する。室外熱交換器６３から出た高圧の液冷媒は、減圧器６４により低圧低温の気液二相冷媒となり、バルブ６９を介して室内機５０の室内熱交換器６５に導かれる。室内熱交換器６５は、冷媒と空気との間で熱交換を行い、室内を冷やす冷房運転を行う。すなわち、室内熱交換器６５が蒸発器として作用する。そして、低圧低温のガス冷媒は、バルブ６８、四方弁６２を経て圧縮機６１に導かれ、冷媒サイクル運転を行う。
【００３４】
暖房運転を行う場合は、四方弁６２を切り換えて冷媒の流れを冷房運転の場合と逆方向にすることにより、室内熱交換器６５が凝縮器、室外熱交換器６３が蒸発器として作用する。それ以外は冷房運転の場合と同様である。
【００３５】
実施の形態４の空気調和器によれば、室外熱交換器６３又は室内熱交換器６５として実施の形態１の熱交換器２０を用いているので、製造が容易となり空気調和機の製造コストを削減することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  扁平管、１ａ  流路、２  フィン、３  扁平管Ｕベンド、４  リングロウ、５，５ａ  扁平管Ｕベンドの端部、６  扁平管Ｕベンドの本体部、８  リングロウの突出部、２０  熱交換器、３０Ａ  円管Ｕベンド、５０  室内機、６０  室外機、６１  圧縮機、６２  四方弁、６３  室外熱交換器、６４  減圧器、６５  室内熱交換器、６６  室外送風機、６７  室内送風機、６８  バルブ、６９  バルブ、７０  冷媒配管、Ｘ  同一平面、θ  捻り角度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
2017109933.tif 000013
2017109933.tif 000014
2017109933.tif 000015
2017109933.tif 000016