(57)【要約】  熱交換器は、流体が通過する中空状の円管及び扁平管と、複数のフィンと、を有する熱交換器本体と、複数のフィンの両端に設けられ、円管が挿入されるサイド円状穴が形成されたサイドプレートと、を備え、円管は、サイドプレートのサイド円状穴に機械的に固定されている。
2019021461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が通過する中空状の円管及び扁平管と、複数のフィンと、を有する熱交換器本体と、
複数の前記フィンの両端に設けられ、前記円管が挿入されるサイド円状穴が形成されたサイドプレートと、を備え、
前記円管は、前記サイドプレートの前記サイド円状穴に機械的に固定されている
熱交換器。
【請求項２】
前記サイドプレートは、前記扁平管と接触していない
請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記サイドプレートには、
前記扁平管が挿入されるサイド扁平状穴が形成されており、
前記サイドプレートの前記サイド扁平状穴の大きさは、前記扁平管の大きさより大きい
請求項２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記円管は、拡管されることによって、前記サイドプレートの前記サイド円状穴に固定されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記サイドプレートには、
前記扁平管が挿入されるサイド扁平状穴が形成されており、
前記フィンには、
前記扁平管が挿入される扁平状挿入穴が形成されており、
前記扁平管の短軸方向の長さと前記扁平状挿入穴の短軸方向の長さとは、前記サイド扁平状穴の短軸方向の長さより短い
請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記円管及び前記扁平管は、
前記フィンと密着するろう付け部を有している
請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記扁平管は、
内部が複数の流路に区画された多穴管である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記熱交換器本体は、
前記円管と前記扁平管とが、前記一方向の直交方向に複数列設けられている
請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記円管は、
前記一方向の端部に設けられている
請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記サイドプレートは、
列毎に設けられている
請求項９記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記円管は、
楕円形状である
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記サイドプレートは、
アルミニウム又はステンレスからなる
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１３】
圧縮機、室外熱交換器、減圧器及び室内熱交換器が冷媒配管によって接続される冷媒回路を備え、
前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器として請求項１〜１２のいずれか１項に記載の熱交換器が用いられる
空気調和機。
【請求項１４】
流体が通過する中空状の円管及び扁平管と、複数のフィンと、を有する熱交換器本体と、
前記熱交換器本体を収納する収納ユニットに、前記熱交換器本体を固定するサイドプレートと、を備える熱交換器の製造方法であって、
複数の前記フィンの両端に前記サイドプレートをスタックする工程と、
前記フィンに形成された円状貫通穴及び前記サイドプレートに形成されたサイド円状穴に、前記円管を挿入して拡管する工程と、
前記フィンに形成された扁平状挿入穴及び前記サイドプレートに形成されたサイド扁平状穴に、前記扁平管を挿入してろう付けする工程と、
を備える熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が通過する中空状の円管と、流体が通過する中空状の扁平管とを備える熱交換器、空気調和機及び熱交換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器は、冷凍装置、空気調和装置又はヒートポンプ等の冷媒回路に用いられ、間隔を空けて配置された複数のフィンに伝熱管が貫通して構成されている。伝熱管は、空気の流れと交差する方向に複数段設けられ、複数段からなる伝熱管の列が、空気の流れ方向に沿って複数列配置されている。このような熱交換器として、特許文献１には、伝熱管の断面が扁平状の扁平管を用いた熱交換器が開示されている。特許文献１は、熱交換器を収容するユニットと熱交換器とを固定するサイドプレートは、ろう付けによって熱交換器の扁平管に固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５４０４７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のようにサイドプレートが、ろう付けによって扁平管に固定されている場合、サイドプレートの穴と扁平管との間に、ろう付けに必要なクリアランスを確保する必要がある。これは、クリアランスが小さいと、サイドプレートの取付けが困難となることによる。このため、サイドプレートと扁平管とをろう付けする際、高い寸法精度が必要である。【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、管列が形成された熱交換器本体にサイドプレートを低コストで容易に固定することができる熱交換器、空気調和機及び熱交換器の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る熱交換器は、流体が通過する中空状の円管及び扁平管と、複数のフィンと、を有する熱交換器本体と、複数のフィンの両端に設けられ、円管が挿入されるサイド円状穴が形成されたサイドプレートと、を備え、円管は、サイドプレートのサイド円状穴に機械的に固定されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、サイドプレートと円管とが機械的に固定されている。このため、熱交換器本体とサイドプレートとを固定する上で、ろう付けが不要である。従って、熱交換器が製造される際、高い寸法精度を必要としない。このため、追加の部品等を設けずに安価に熱交換器本体にサイドプレートを取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和機１００を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱交換器５０を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱交換器５０を示す正面図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるフィン１５を示す側面図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるサイドプレート１９を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における扁平管１４を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る熱交換器５０の製造方法を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る熱交換器５０の製造方法を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る熱交換器５０の製造方法を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る熱交換器５０の製造方法を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２におけるサイドプレート２６ａ，２６ｂを示す側面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３におけるサイドプレート１９を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、本発明に係る熱交換器、空気調和機及び熱交換器の製造方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機１００を示す回路図である。この図１に基づいて、空気調和機１００について説明する。図１に示すように、空気調和機１００は、室外機８と室内機７とを備えている。室外機８と室内機７に接続される部分には、ガス側内外接続バルブ９と液側内外接続バルブ１０とが設けられている。ガス側内外接続バルブ９は、主にガス冷媒が流れる冷媒配管６に設けられ、冷媒配管６に流れるガス冷媒の流量を調整する。液側内外接続バルブ１０は、主に液冷媒が流れる冷媒配管６に設けられ、冷媒配管６に流れる液冷媒の流量を調整する。なお、本実施の形態１では、冷媒配管６に流れる流体が冷媒である場合について例示しているが、流体は熱媒体でもよい。
【００１０】
室外機８は、室外に設置され、圧縮機１、流路切替部２、室外熱交換器３、室外送風機１１及び減圧器４を備えている。室内機７は、室内に設置され、室内熱交換器５及び室内送風機１２を備えている。ここで、圧縮機１、流路切替部２、室外熱交換器３、減圧器４及び室内熱交換器５が冷媒配管６により接続されて冷媒回路が構成されている。
【００１１】
圧縮機１は、低温低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温高圧の状態の冷媒にして吐出するものである。圧縮機１は、例えば容量を制御するインバータ圧縮機からなる。流路切替部２は、冷媒回路において冷媒が流れる方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。室外熱交換器３は、室外空気と冷媒との間で熱交換するものであって、例えばフィンアンドチューブ型の熱交換器からなる。室外熱交換器３は、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。室外送風機１１は、室外熱交換器３に室外空気を送る。減圧器４は、冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁である。減圧器４は、例えば開度が調整される電子式膨張弁である。
【００１２】
室内熱交換器５は、室内空気と冷媒との間で熱交換するものであって、例えばフィンアンドチューブ型の熱交換器からなる。室内熱交換器５は、冷房運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する。室内送風機１２は、室内熱交換器５の近傍に設けられ、室内熱交換器５に室内空気を送る機器である。
【００１３】
次に、空気調和機１００の運転モードについて説明する。先ず、冷房運転について説明する。冷房運転において、圧縮機１に吸入された冷媒は、圧縮機１によって圧縮されて高温高圧のガス状態で吐出する。圧縮機１から吐出された高温高圧のガス状態の冷媒は、流路切替部２を通過して、凝縮器として作用する室外熱交換器３に流入し、室外熱交換器３において、室外送風機１１によって送られる室外空気と熱交換されて凝縮して液化する。凝縮された液状態の冷媒は、減圧器４に流入し、減圧器４において膨張及び減圧されて低温低圧の気液二相状態の冷媒となる。
【００１４】
そして、気液二相状態の冷媒は、液側内外接続バルブ１０を通過して、蒸発器として作用する室内熱交換器５に流入し、室内熱交換器５において、室内空気と熱交換されて蒸発ガス化する。このとき、室内空気が冷やされ、室内において冷房が実施される。蒸発した低温低圧のガス状態の冷媒は、ガス側内外接続バルブ９及び流路切替部２を通過して、圧縮機１に吸入される。
【００１５】
次に、暖房運転について説明する。暖房運転において、圧縮機１に吸入された冷媒は、圧縮機１によって圧縮されて高温高圧のガス状態で吐出する。圧縮機１から吐出された高温高圧のガス状態の冷媒は、流路切替部２及びガス側内外接続バルブ９を通過して、凝縮器として作用する室内熱交換器５に流入し、室内熱交換器５において、室内送風機１２に送られる室内空気と熱交換されて凝縮して液化する。このとき、室内空気が暖められ、室内において暖房が実施される。
【００１６】
凝縮された液状態の冷媒は、液側内外接続バルブ１０を通過して、減圧器４に流入し、減圧器４において膨張及び減圧されて低温低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する室外熱交換器３に流入し、室外熱交換器３において、室外空気と熱交換されて蒸発ガス化する。蒸発した低温低圧のガス状態の冷媒は、流路切替部２を通過して、圧縮機１に吸入される。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器５０を示す斜視図であり、図３は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器５０を示す正面図である。次に、室外熱交換器３又は室内熱交換器５として用いられる熱交換器５０について詳細に説明する。図２及び図３に示すように、熱交換器５０は、熱交換器本体１６と、サイドプレート１９と、ベンド管１７と、ヘッダ配管１８ａ，１８ｂとを備えている。熱交換器本体１６は、円管１３と、扁平管１４と、フィン１５とを有する。ここで、円管１３及び扁平管１４は、ろう付けによってフィン１５と密着するろう付け部を有している。また、フィン１５における一列目の円管１３及び扁平管１４が挿入された部分を第１の熱交換コア１６ａと呼称し、フィン１５における二列目の円管１３及び扁平管１４が挿入された部分を第２の熱交換コア１６ｂと呼称する。熱交換器本体１６は、収納ユニット（図示せず）に収納されている。
【００１８】
熱交換器本体１６は、円管１３と扁平管１４とが一方向（段方向）に複数段設けられており、また、円管１３と扁平管１４とが、一方向の直交方向（列方向）に複数列設けられている。本実施の形態１では、円管１３はフィン１５の上端に二段設けられ、扁平管１４は円管１３の下方に八段設けられている。また、円管１３と扁平管１４とが、二列設けられており、列方向に対して千鳥状に配列されている。円管１３は、流体が通過する中空状且つ真円状の管であり、複数設けられている。扁平管１４は、流体が通過する中空状且つ扁平状の管であり、内部が複数の流路に区画された多穴管である。扁平管１４も、複数設けられている。
【００１９】
図４は、本発明の実施の形態１におけるフィン１５を示す側面図である。図２及び図４に示すように、フィン１５は、円管１３及び扁平管１４が挿入される板状の部材であり、それぞれ平行に複数配置されている。フィン１５は、円管１３及び扁平管１４と直交するように配置されている。フィン１５には、円状貫通穴２０と扁平状挿入穴２１とが形成されている。円状貫通穴２０は、円管１３が挿入される穴であり、フィン１５の上部に形成されている。扁平状挿入穴２１は、扁平管１４が挿入されるくし状の穴であり、フィン１５の下部に形成されている。
【００２０】
図５は、本発明の実施の形態１におけるサイドプレート１９を示す断面図であり、図３のＡ−Ａ断面図である。図２及び図５に示すように、サイドプレート１９は、熱交換器本体１６を収納する収納ユニット（図示せず）に、熱交換器本体１６を固定する板状の部材である。サイドプレート１９は、円管１３及び扁平管１４が挿入されたフィン１５のうち、熱交換器本体１６の両端のフィン１５の外側に配置され、第１の熱交換コア１６ａと第２の熱交換コア１６ｂとを連結している。サイドプレート１９は、例えばアルミニウムからなる。サイドプレート１９には、サイド円状穴２２と、サイド扁平状穴２３とが形成されている。サイド円状穴２２は、円管１３が挿入される穴であり、サイドプレート１９の上部に形成されている。サイド扁平状穴２３は、扁平管１４が挿入される穴であり、サイド円状穴２２の下部に形成されている。
【００２１】
ここで、円管１３は、サイド円状穴２２に挿入され、直接機械的に固定されている。例えば、円管１３は、サイド円状穴２２に挿入された状態で拡管されることによって、円管１３の外周部とサイド円状穴２２の内周部とが密着する。扁平管１４は、サイド扁平状穴２３に挿入されている。なお、扁平管１４は、サイドプレート１９にろう付けによって固定されてもよいし、ろう付けされなくてもよい。概して、扁平管１４は、拡管が困難であるため、扁平管１４とサイドプレート１９とは接触していない。即ち、サイドプレート１９のサイド扁平状穴２３の大きさは、扁平管１４の大きさより大きい。また、サイドプレート１９は、上端部及び下端部に固定部２４を有している。固定部２４は、収納ユニットに取り付けられる部分である。
【００２２】
図６は、本発明の実施の形態１における扁平管１４を示す図であり、図５の破線で囲った部分を積長方向からみた拡大図である。図６に示すように、扁平管１４の短軸方向の長さ１４ａは、扁平状挿入穴２１の短軸方向の長さ２１ａより短い。また、扁平状挿入穴２１の短軸方向の長さ２１ａは、サイド扁平状穴２３の短軸方向の長さ２３ａより短い。即ち、短軸方向の寸法は、１４ａ＜２３ａ及び２１ａ＜２３ａの関係を満たす。このように、サイドプレート１９と扁平管１４とは、離間しており、接触していない。なお、前述の如く、扁平管１４は、ろう付けによってフィン１５と密着している。
【００２３】
図２に示すように、ベンド管１７は、円管１３同士を接続する例えばＵ字状の部材である。ヘッダ配管１８ａ，１８ｂは、円管１３及び扁平管１４に接続され、円管１３及び扁平管１４に流れる流体を分配し、円管１３及び扁平管１４に流れた流体を合流する部材である。ヘッダ配管１８ａ，１８ｂは、第１の熱交換コア１６ａと第２の熱交換コア１６ｂとのそれぞれに一本ずつ接続されている。
【００２４】
図７〜図１０は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器５０の製造方法を示す図である。次に、熱交換器５０の製造方法について説明する。先ず、図７に示すように、プレス成型されたフィン１５が、サイドプレート１９で挟まれスタックされる。次に、図８に示すように、サイドプレート１９のサイド円状穴２２と、フィン１５の円状貫通穴２０とに、円管１３が挿入され、円管１３とサイドプレート１９とが機械的に密着される。具体的には、円管１３が機械的に拡管されることによって、円管１３の外周部とサイド円状穴２２及び円状貫通穴２０の内周部とが密着する。
【００２５】
そして、円管１３と密着して固定されたフィン１５の扁平状挿入穴２１と、サイドプレート１９のサイド扁平状穴２３とに、扁平管１４が挿入される。そして、炉中ろう付けされることによって、円管１３及び扁平管１４とフィン１５及びサイドプレート１９とがろう付けされる。その後、図１０に示すように、ベンド管１７及びヘッダ配管１８ａ，１８ｂが手ろう付けされることによって、熱交換器５０が完成する。
【００２６】
本実施の形態１によれば、サイドプレート１９と円管１３とが機械的に固定されている。このため、熱交換器本体１６とサイドプレート１９とを固定する上で、ろう付けが不要である。従って、熱交換器５０が製造される際、高い寸法精度を必要としない。即ち、扁平管１４の製造コストを削減することができる。また、円管１３とサイドプレート１９との間のクリアランスを広めにしておけば、サイドプレート１９の取付けが容易である。このように、熱交換器本体１６にサイドプレート１９を、追加部品等を設けずに低コストで容易に固定することができる。
【００２７】
更に、円管１３とサイドプレート１９とを機械的に密着しているため、別途部品等を用意することなく、熱交換器本体１６とサイドプレート１９とを固定することができる。なお、本実施の形態１では、円管１３が拡管されて、フィン１５とサイドプレート１９とに密着された後に、ろう付けされることによって、円管１３とフィン１５との密着性を向上させることができる。
【００２８】
なお、熱交換コアが３列以上配置されていてもよい。実施の形態１は、熱交換コアが２列配置されているが、熱交換コアの列数を適宜変更することによって、必要な熱交換性能に適合させつつ、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、熱交換コアが、段方向に複数配置されてもよい。この場合も、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００２９】
また、円管１３の数が、熱交換器本体１６の積長が長いほど多くなるように構成されてもよい。これにより、熱交換器本体１６の積長が長くなって重くなっても、その分増加する円管１３によって、サイドプレート１９にかかる荷重を分散することができる。従って、サイドプレート１９を薄肉化することができる。
【００３０】
なお、円管１３及び扁平管１４の配置位置は、適宜変更することができる。例えば、円管１３と扁平管１４とが、扁平管１４と送風機との距離が、円管１３と送風機との距離よりも短くなるように配置される。即ち、熱交換器５０において、相対的に風量が多い箇所に扁平管１４が配置され、相対的に風量が少ない箇所に円管１３が配置される。概して、扁平管１４は、円管１３よりも熱交換性能が高い。本実施の形態１のように、円管１３の数が増加して、相対的に扁平管１４の数が減少しても、風量が多い箇所に扁平管１４が配置されることによって、熱交換性能の低下を抑制することができる。
【００３１】
なお、実施の形態１は、サイドプレート１９の材質がアルミニウムである。なお、サイドプレート１９は、電位差による腐食が発生しない環境である場合、ステンレス等のほかの材質とすることができる。また、電位差による腐食が発生する環境である場合も、サイドプレート１９の表面を塗装等によって絶縁することによって、サイドプレート１９としてアルミニウム以外の材質を使用することができる。これにより、サイドプレート１９を薄肉化することができる。
【００３２】
また、円管１３及び扁平管１４とフィン１５との炉中ろう付け時に、ベンド管１７及びヘッダ配管１８ａ，１８ｂを併せてろう付けされてもよい。実施の形態１は、円管１３及び扁平管１４とフィン１５との炉中ろう付け後に、ベンド管１７及びヘッダ配管１８ａ，１８ｂを手ろう付けしている。円管１３及び扁平管１４とフィン１５との炉中ろう付け時に、ベンド管１７及びヘッダ配管１８ａ，１８ｂを併せてろう付けすることによって、加工コストを削減しつつ実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
更に、扁平管１４がフィン１５に挿入された後、円管１３がフィン１５に挿入されて拡管されてもよい。実施の形態１は、円管１３がフィン１５に挿入されて拡管された後、扁平管１４がフィン１５に挿入されて炉中ろう付けされる。これに対し、先に、扁平管１４がフィン１５に挿入され、その後、円管１３がフィン１５に挿入されて拡管され、炉中ろう付けされて円管１３とフィン１５とが密着する。このように、熱交換器５０の製造工程が変わっても、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００３４】
実施の形態２．
図１１は、本発明の実施の形態２におけるサイドプレート２６ａ，２６ｂを示す側面図である。本実施の形態２は、サイドプレート２６ａ，２６ｂが熱交換コアの列毎に設けられている点で、実施の形態１と相違する。実施の形態１は、一枚のサイドプレート１９が、二列の熱交換コアを連結している。本実施の形態２は、図１１に示すように、二つの熱交換コアにそれぞれサイドプレート２６ａ，２６ｂが配置されている。二枚のサイドプレート２６ａ，２６ｂは、連結部２５によって連結されている。連結部２５は、ネジ２７によって螺合されて、二枚のサイドプレート１９を連結している。このように、サイドプレート２６ａ，２６ｂが列毎に設けられていても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、二枚のサイドプレート２６ａ，２６ｂは、ネジ締結で連結されてもよく、カシメ等の他の機械的な接合で連結されてもよく、ろう付け等の治金接合で連結されてもよい。
【００３５】
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３におけるサイドプレート１９を示す側面図である。本実施の形態３は、図１２に示すように、円管２８が楕円形状である点で、実施の形態１と相違する。実施の形態１は、円管１３が真円状の管である。本実施の形態３のように、円管２８が楕円形状であることによって内部に流れる流体の量が増え、熱交換性能が向上しつつ、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００３６】
１  圧縮機、２  流路切替部、３  室外熱交換器、４  減圧器、５  室内熱交換器、６  冷媒配管、７  室内機、８  室外機、９  ガス側内外接続バルブ、１０  液側内外接続バルブ、１１  室外送風機、１２  室内送風機、１３  円管、１４  扁平管、１４ａ  長さ、１５  フィン、１６  熱交換器本体、１６ａ  第１の熱交換コア、１６ｂ  第２の熱交換コア、１７  ベンド管、１８ａ，１８ｂ  ヘッダ配管、１９  サイドプレート、２０  円状貫通穴、２１  扁平状挿入穴、２１ａ  長さ、２２  サイド円状穴、２３  サイド扁平状穴、２３ａ  長さ、２４  固定部、２５  連結部、２６ａ，２６ｂ  サイドプレート、２７  ネジ、２８  円管、５０  熱交換器、１００  空気調和機。
【図１】
2019021461.tif 000003
【図２】
2019021461.tif 000004
【図３】
2019021461.tif 000005
【図４】
2019021461.tif 000006
【図５】
2019021461.tif 000007
【図６】
2019021461.tif 000008
【図７】
2019021461.tif 000009
【図８】
2019021461.tif 000010
【図９】
2019021461.tif 000011
【図１０】
2019021461.tif 000012
【図１１】
2019021461.tif 000013
【図１２】
2019021461.tif 000014
【国際調査報告】
2019021461.tif 000015
2019021461.tif 000016
2019021461.tif 000017
2019021461.tif 000018
2019021461.tif 000019
2019021461.tif 000020