(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管軸を平行にして並列された複数の扁平管を備える第１扁平管群と、
前記第１扁平管群に隣合って配置され、前記管軸を平行にして並列された前記複数の扁平管を備える、第２扁平管群と、
前記第１扁平管群が備える前記複数の扁平管のうちの１つである第１の扁平管と、前記第２扁平管群が備える前記複数の扁平管のうちの１つである第２の扁平管と、
前記第１の扁平管と前記第２の扁平管とに設置されるフィンと、を備え、
前記フィンは、
前記第１の扁平管の前記管軸に垂直な断面における長軸の端部と、前記第２の扁平管の前記管軸に垂直な断面における前記長軸の端部と、を接続する第１の部分と、
前記第１の扁平管の側壁と接合される第２の部分と、
前記第２の扁平管の側壁と接合される第３の部分と、を備え、
前記第２の部分は、
前記第１の扁平管と当該フィンの板面の一方の面側で接合され、
前記第３の部分は、
前記第２の扁平管と前記板面の他方の面側で接合される、熱交換器。
【請求項２】
前記第１扁平管群の前記複数の扁平管と前記第２扁平管群の前記複数の扁平管とは、
千鳥状に配置される、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
隣合う前記複数の扁平管群の間に位置する前記フィンの前記第１の部分は、
前記複数の扁平管の前記長軸に対し傾斜している、請求項１又２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１の部分は、
前記板面から前記管軸に交わる方向に延設されるルーバーと、
前記ルーバーの前記板面側の根元部に形成される前記板面を貫通する開口部と、を備える、請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記ルーバーは、
前記複数の扁平管の前記長軸と平行である、請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記フィンは、
前記第１の扁平管の前記長軸の端部のうち、前記第１の部分が延設される端部と反対側の端部から延設される第４の部分と、
前記第２の扁平管の前記長軸の端部のうち、前記第１の部分が延設される端部と反対側の端部から延設される第５の部分と、を備え、
前記第４の部分及び前記第５の部分の少なくとも一方は、
前記板面にスリットが形成されている、請求項１〜５の何れか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の熱交換器を備える、熱交換器ユニット。
【請求項８】
請求項７に記載の熱交換器ユニットを備える、冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、熱交換器を備えた熱交換器ユニット、及び冷凍サイクル装置に関し、特に扁平管に取り付けられたフィンの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器において熱交換性能を向上させるために、２枚の板を貼り合わせ、細径の管体部を千鳥構造に配列し、管体部の間を伝熱フィンにより接続した多列管熱交換器が知られている。（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０８４０７８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、特許文献１に示されている従来の熱交換器においては、２枚の板を貼り合わせて管体部を構成しているため、管体部の耐圧性能を確保するために伝熱フィンも肉厚になり重量が増加するという課題があった。また、２枚の板を貼り合わせ、接合するロウ材が管体部の内部の冷媒流路に浸入してしまうという課題があった。【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、冷媒が流通する管の耐圧性能を向上させ、伝熱フィンの重量も低減させ、かつ製造も容易な熱交換器、熱交換器ユニット、及び冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る熱交換器は、管軸を平行にして並列された複数の扁平管を備える第１扁平管群と、前記第１扁平管群に隣合って配置され、前記管軸を平行にして並列された前記複数の扁平管を備える、第２扁平管群と、前記第１扁平管群が備える前記複数の扁平管のうちの１つである第１の扁平管と、前記第２扁平管群が備える前記複数の扁平管のうちの１つである第２の扁平管と、前記第１の扁平管と前記第２の扁平管とに設置されるフィンと、を備え、前記フィンは、前記第１の扁平管の前記管軸に垂直な断面における長軸の端部と、前記第２の扁平管の前記管軸に垂直な断面における前記長軸の端部と、を接続する第１の部分と、前記第１の扁平管の側壁と接合される第２の部分と、前記第２の扁平管の側壁と接合される第３の部分と、を備え、前記第２の部分は、前記第１の扁平管と当該フィンの板面の一方の面側で接合され、前記第３の部分は、前記第２の扁平管と前記板面の他方の面側で接合される。
【０００７】
本発明に係る熱交換器ユニットは、上記熱交換器を備える。【０００８】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記熱交換器ユニットを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の扁平管により構成された複数の扁平管群をフィンにより接続したため、冷媒を流通させる管の耐圧性能が向上し、かつ、フィンを肉薄に形成できるためフィンの重量も低減させることができる。また、熱交換性能が高く製造も容易な熱交換器、熱交換器ユニット、及び冷凍サイクル装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る熱交換器を示す正面図である。
【図２】実施の形態１に係る熱交換器を示す側面図である。
【図３】実施の形態１に係る熱交換器が適用された冷凍サイクル装置の説明図である。
【図４】図２の熱交換器の断面構造の説明図である。
【図５】実施の形態１に係る熱交換器の変形例の熱交換器の側面図である。
【図６】実施の形態１に係る熱交換器の変形例の熱交換器の断面構造の説明図である。
【図７】スリットのｘ方向から見た拡大図である。
【図８】実施の形態１に係る熱交換器の変形例の熱交換器の断面構造の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、熱交換器及び熱交換器ユニットの実施の形態について説明する。なお、図面の形態は一例であり、本発明を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る熱交換器１００を示す正面図である。図２は、実施の形態１に係る熱交換器１００を示す側面図である。図３は、実施の形態１に係る熱交換器１００が適用された冷凍サイクル装置１の説明図である。図１及び図２に示された熱交換器１００は、空気調和装置又は冷蔵庫等の冷凍サイクル装置１に搭載されるものである。図３に示される様に冷凍サイクル装置１は、圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器５、膨張装置６、及び室内熱交換器７を冷媒配管９０により接続し、冷媒回路を構成したものである。例えば冷凍サイクル装置１が空気調和装置である場合には、冷媒配管９０内には冷媒が流通し、四方弁４により冷媒の流れを切り換えることにより、暖房運転、冷凍運転、又は除霜運転に切り換えることができる。
【００１３】
室外機８に搭載された室外熱交換器５及び室内機９に搭載された室内熱交換器７は、近傍に送風機２を備える。室外機８において送風機２は、室外熱交換器５に外気を送り込み、外気と冷媒との間で熱交換を行う。また、室内機９において送風機２は、室内熱交換器７に室内の空気を送り込み、室内の空気と冷媒との間で熱交換を行い、室内の空気の温度を調和する。また、熱交換器１００は、冷凍サイクル装置１において室外機８に搭載された室外熱交換器５及び室内機９に搭載された室内熱交換器７として用いることができ、凝縮器又は蒸発器として機能する。なお、熱交換器１００が搭載された室外機８及び室内機９等の機器を、特に熱交換器ユニットと呼ぶ。
【００１４】
図１に示される熱交換器１００は、２つの扁平管群１０を備える。２つの扁平管群１０のうち、一方を第１扁平管群１０ａと呼び、他方を第２扁平管群１０ｂと呼ぶ。また、各扁平管群１０ａ、１０ｂを総称して扁平管群１０と呼ぶ場合がある。第１扁平管群１０ａと第２扁平管群１０ｂとは、ｘ方向に並列されている。扁平管群１０は、複数の扁平管２０を備える。複数の扁平管２０は、図１及び図２においては２０ａ及び２０ｂとして示されるものである。各扁平管群１０の複数の扁平管２０は、それぞれの管軸を互いに平行にしてｙ方向に並列されている。実施の形態１において、複数の扁平管２０の管軸は、ｚ方向に向けられている。実施の形態１においては、ｚ方向逆向きが重力方向に一致しているが、熱交換器１００は、ｚ軸を重力方向に傾斜させて配置されていても良い。第１扁平管群１０ａの複数の扁平管２０ａは、管軸方向の下側の端部において下端ヘッダ５０ａと接続されており、管軸方向の上側の端部において上端ヘッダ５１ａと接続されている。また、第２扁平管群１０ｂの複数の扁平管２０ｂも同様に、管軸方向の下側の端部において下端ヘッダ５０ｂと接続されており、管軸方向の上側の端部において上端ヘッダ５１ｂと接続されている。なお、実施の形態１においては、熱交換器１００は、２つの扁平管群１０ａ、１０ｂを備えるが、さらに多くの扁平管群１０を備えていても良い。
【００１５】
図４は、図２の熱交換器１００の断面構造の説明図である。図４は、複数の扁平管群１０のそれぞれが備える複数の扁平管２０の管軸に垂直な断面を示しており、図２のＡ−Ａ断面に対応する断面の構造の説明図である。なお、図４においては、各扁平管群１０を構成する複数の扁平管２０のうち一部を表示している。第１扁平管群１０ａの複数の扁平管２０ａ及び第２扁平管群１０ｂの複数の扁平管２０ｂは、管軸に垂直な断面において長軸をｘ方向に、短軸をｙ方向に沿って配置されている。また、第１扁平管群１０ａの複数の扁平管２０ａと第２扁平管群１０ｂの複数の扁平管２０ｂとは、千鳥に配置されている。つまり、第２扁平管群１０ｂを構成する第２の扁平管２０ｂは、第１扁平管群１０ａを構成する第１の扁平管２０ａの長軸の延長線上からｙ方向にずれた位置に配置されており、ｘ方向から見た時に、隣合う２つの第１の扁平管２０ａの間の隙間の延長線上に第２の扁平管２０ｂが配置されている。以下、第１の扁平管２０ａ及び第２の扁平管２０ｂを総称して扁平管２０と呼ぶ場合がある。
【００１６】
図４に示される様に、第１扁平管群１０ａの第１の扁平管２０ａ及び第２扁平管群１０ｂの第２の扁平管２０ｂには、フィン３０が設置されている。フィン３０は、１枚の板状部材を曲げて形成され、板面を第１の扁平管２０ａ及び第２の扁平管２０ｂに沿わせて設置されている。実施の形態１においては、第１の扁平管２０ａ及び第２の扁平管２０ｂの管軸が重力方向と一致しているため、フィン３０は、板面が重力方向に沿って配置されている。そのため、熱交換器１００は、蒸発器として機能する場合に結露によりフィン３０に付着した凝縮水や着霜した場合にデフロスト運転による霜の融解水を、フィン３０から滞りなく排出することができる。これにより、熱交換器１００は、熱交換性能が高く維持される。
【００１７】
フィン３０は、第１の扁平管２０ａと第２の扁平管２０ｂとの間に配置される第１の部分３１、第１の扁平管２０ａと接合されている第２の部分３２、第２の扁平管２０ｂと接合されている第３の部分３３、第１の扁平管２０ａの端部２１ａからｘ方向逆向きに延設されている第４の部分３４、及び第２の扁平管２０ｂの端部２２ｂからｘ方向に延設されている第５の部分３５を備える。
【００１８】
フィン３０と第１の扁平管２０ａとは、第２の部分３２において接しており、ロウ付け等により接合されている。第２の部分３２は、板状部材を曲げることにより第１の扁平管２０ａの側面形状に沿うように凹形状が形成されており、その凹形状に第１の扁平管２０ａが嵌る。また、フィン３０と第２の扁平管２０ｂとは、第３の部分３３において接しており、ロウ付け等により接合されている。第３の部分３３も板状部材を曲げることにより第２の扁平管２０ｂの側面形状に沿うように凹形状が形成されており、その凹形状に第２の扁平管２０ｂが嵌る。フィン３０の第２の部分３２と第３の部分３３とは、凹形状が異なる方向を向いている。第２の部分３２の凹形状は、ｙ方向に凹形状が開いており、第３の部分３３の凹形状はｙ方向逆向きに凹形状が開いている。つまり、フィン３０のｙ方向を向いた一方の板面３８に第１の扁平管２０ａが取り付けられており、フィン３０のｙ方向逆向きを向いた他方の板面３９に第２の扁平管２０ｂが取り付けられている。
【００１９】
図４に示される様に、第１の扁平管２０ａと第２の扁平管２０ｂとは、１つのフィン３０の凹形状に嵌っている。このような形態により、製造時においてフィン３０と第１の扁平管２０ａと第２の扁平管２０ｂとは、一体の部品として取り扱うことができる。つまり、下端ヘッダ５０ａ、５０ｂ及び上端ヘッダ５１ａ、５１ｂとの接合前に、２つの扁平管２０を１つのフィン３０の凹形状に嵌め込み一体にすることができるため、接合前に２つの扁平管２０の互いの位置決めが容易になり、組立作業性を向上させることができる。
【００２０】
フィン３０は、第１扁平管群１０ａと第２扁平管群１０ｂとの間に位置する第１の部分３１を備える。第１の部分３１は、第１の扁平管２０ａが嵌っている凹形状の端部と第２の扁平管２０ｂが嵌っている凹形状の端部とを接続するように配置されている。言い換えると、第１の部分３１は、第１の扁平管２０ａの端部のうち第２扁平管群１０ｂ側に位置する端部２２ａと第２の扁平管２０ｂの端部のうち第１扁平管群１０ａ側に位置する端部２１ｂとを接続するように配置されている。また、実施の形態１において、第１の部分３１は、第１の扁平管２０ａ及び第２の扁平管２０ｂの長軸に対し傾斜して配置されている。
【００２１】
図４に示される様に、実施の形態１において空気は熱交換器１００に対しｘ方向に流入する。上述したように、フィン３０の第１の部分３１が傾斜して配置されていることにより、第１の扁平管２０ａ、第２の扁平管２０ｂ、及びフィン３０の間の隙間を空気が蛇行して流れる。そのため、熱交換器１００は、伝熱面積が拡大すると共に伝熱性能が向上する。また、フィン３０の第１の部分３１において、風が曲げられることで第２の扁平管２０ｂの側壁２３ｂに流れる空気が衝突する。空気の衝突により第２の扁平管２０ｂの間の空気の流れが乱れるため、第２の扁平管２０ｂの各部に接触する空気の温度が平均化されやすくなり、第２の扁平管２０ｂ内を流れる冷媒の乾き度が均一化される。これにより、熱交換器１００は、熱交換性能が向上する。
【００２２】
また、フィン３０は、第１の扁平管２０ａの端部のうちｘ方向逆向きを向いた端部２１ａから延設される平板状の第４の部分３４を備える。つまり、第４の部分３４は、第１の扁平管２０ａの端部のうち第１の部分３１が延設されている端部２２ａと反対側の端部２１ａから延設されている。さらに、フィン３０は、第２の扁平管２０ｂの端部のうちｘ方向を向いた端部２２ｂから延設される平板状の第５の部分３５を備える。つまり、第５の部分３５は、第２の扁平管２０ｂの端部のうち第１の部分３１が延設されている端部２１ｂと反対側の端部２２ｂから延設されている。フィン３０が第４の部分３４及び第５の部分３５を備えることにより、熱交換器１００は、伝熱面積が拡大すると共に伝熱性能が向上する。
【００２３】
図５は、実施の形態１に係る熱交換器１００の変形例の熱交換器１００ａの側面図である。図６は、実施の形態１に係る熱交換器１００の変形例の熱交換器１００ａの断面構造の説明図である。図７は、スリット４１のｘ方向から見た拡大図である。図６は、図５のＢ−Ｂ断面に対応する断面構造の説明図である。熱交換器１００ａは、フィン３０の最も風上側にあり、第１の扁平管２０ａの端部２１ａから延設される第４の部分３４にスリット４１が設けられている。スリット４１は、第４の部分３４の一部を板面に垂直な方向に切り起こして形成される。図７に示される様に、板状の第４の部分３４は、一部が切り起こされ、第４の部分３４に略平行に位置する平行部４５と、平行部４５の両端から第４の部分３４の板面を繋ぐ部分である立ち上がり部４４とが形成されている。フィン３０の第４の部分３４の板面と平行に平行部４５を設けることにより、第４の部分３４の表面に対し平行に流れる空気の流れの境界層を小さくすることができ、伝熱性能を向上させつつ通風抵抗の増加を抑制できる。
【００２４】
また、熱交換器１００ａは、フィン３０の最も風下側にあり、第２の扁平管２０ｂの端部２１ｂから延設される第５の部分３５にもスリット４１が設けられている。第５の部分３５においても、スリット４１は第４の部分３４と同様な構造で設置されている。そのため、第５の部分３５の表面に対し平行に流れる空気の流れの境界層が小さくなり、伝熱性能を向上させつつ通風抵抗の増加を抑えることができる。
【００２５】
さらに、熱交換器１００ａは、第１の扁平管２０ａと第２の扁平管２０ｂとの間に位置する第１の部分３１にルーバー４０を備える。ルーバー４０は、板状の第１の部分３１の一部を切り起して形成され、第１の扁平管２０ａ及び第２の扁平管２０ｂの長軸と平行にしてｘ方向に延設される舌状片である。また、ルーバー４０の根元部には、第１の部分３１の板面を貫通する開口部が形成されている。ルーバー４０は、第１の扁平管２０ａの間を通過する空気の流れと平行に延設されている。そのため、ルーバー４０が設けられている部分の第１の部分３１の板面に形成された穴を空気が通過する。これにより、第１の扁平管２０ａに対して傾斜している第１の部分３１が設けられている部位においても、扁平管２０の長軸と平行な空気の流れを形成できる。従って、ルーバー４０により伝熱性能を向上させつつ熱交換器１００ａの通風抵抗の増加を抑制できる。
【００２６】
熱交換器１００、１００ａは、以下のような工程で製造される。まず、複数のフィン３０と第１扁平管群１０ａ及び第２扁平管群１０ｂとを組み合わせる。各扁平管２０は、フィン３０の凹形状に嵌め込まれる。第１の扁平管２０ａ、第２の扁平管２０ｂ、及びフィン３０が一体になった状態で第１の扁平管２０ａと第２の扁平管２０ｂとは、管軸方向の端部を下端ヘッダ５０ａ、５０ｂ又は上端ヘッダ５１ａ、５１ｂに差し込まれる。その後、フィン３０は図４及び図６のｘ方向の両端に位置する第４の部分３４及び第５の部分３５から引っ張られる。これにより、フィン３０は、第１の扁平管２０ａに第２の部分３２が押し付けられ、第２の扁平管２０ｂに第３の部分３３が押し付けられる。これにより、フィン３０と複数の扁平管２０とがより接触するため、フィン３０の扁平管２０に対する取り付け精度が向上する。この状態のまま、複数の扁平管２０ａ、２０ｂは、下端ヘッダ５０ａ、５０ｂ及び上端ヘッダ５１ａ、５１ｂに挿入される。そして複数の扁平管２０ａ、２０ｂと下端ヘッダ５０ａ、５０ｂ及び上端ヘッダ５１ａ、５１ｂとの接合部、及び複数の扁平管２０ａ、２０ｂとフィン３０との接合部にロウ材が配置され、炉中に入れられロウ付けが行われる。熱交換器１００、１００ａは、複数のフィン３０により第１扁平管群１０ａ及び第２扁平管群１０ｂとを一体にして取り扱うことができるため、組立が容易で、製造が容易になるという利点がある。
【００２７】
なお、実施の形態１においては、第１の扁平管２０ａと第２の扁平管２０ｂとは、長軸を平行にして千鳥状に配置されているため、第１の部分３１が第１の扁平管２０ａ及び第２の扁平管２０ｂに対し傾斜して配置されているが、この形態だけに限定されるものではない。また、実施の形態１に係る熱交換器１００の変形例として、ルーバー４０とスリット４１の両方が形成された熱交換器１００ａを説明したが、ルーバー４０とスリット４１のいずれか一方が形成された熱交換器であってもよい。
【００２８】
図８は、実施の形態１に係る熱交換器１００の変形例の熱交換器１００ｂの断面構造の説明図である。図８は、図２のＡ−Ａ断面に相当する断面の説明図である。変形例の熱交換器１００ｂは、フィン３０の第１の部分３１、第１の扁平管２０ａが嵌る第２の部分３２、及び第２の扁平管２０ｂが嵌る第３の部分３３が平行になっている。フィン３０のうち、最も風上側に位置する第４の部分３４及び最も風下側に位置する第５の部分３５が、第１の部分３１、第１の扁平管２０ａが嵌る第２の部分３２、及び第２の扁平管２０ｂが嵌る第３の部分３３に対し傾斜している。そのため、熱交換器１００に対しｘ方向に向かって流入した空気は、第１の扁平管２０ａの側壁２３ａに衝突する。空気の衝突により第１の扁平管２０ａの間の空気の流れが乱れるため、第１の扁平管２０ａの各部に接触する空気の温度が平均化されやすくなり、第１の扁平管２０ａ内を流れる冷媒の乾き度が均一化される。これにより、熱交換器１００ｂは、熱交換性能が向上する。
【００２９】
実施の形態１に係る熱交換器１００、１００ａ、１００ｂは、図３に示される冷凍サイクル装置１の室外熱交換器５及び室内熱交換器７の少なくとも一方に用いられることにより、エネルギ効率の高い冷凍サイクル装置１を提供することができる。ここで、エネルギ効率は、「暖房エネルギ効率＝室内熱交換器（凝縮器）能力／全入力」、及び「冷房エネルギ効率＝室内熱交換器（蒸発器）能力／全入力」で定義されるものである。
【００３０】
また、上述の実施の形態１で述べた熱交換器１００、１００ａ、１００ｂ、熱交換器ユニット、及びそれを用いた冷凍サイクル装置１については、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、ＨＦＯ１２３４ｙｆ等の冷媒においてその効果を達成することが出来る。さらに、実施の形態１においては、作動流体として、空気と冷媒の例を示したが、他の気体、液体、気液混合流体を用いても、同様の効果を奏する。
【００３１】
実施の形態１に係る熱交換器１００、１００ａ、１００ｂのそれぞれの構造は、適宜組み合わせることも出来る。例えば、熱交換器１００ａのルーバー４０およびスリット４１の両方又はどちらか一方を熱交換器１００ｂに適用することも可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  冷凍サイクル装置、２  送風機、３  圧縮機、４  四方弁、５  室外熱交換器、６  膨張装置、７  室内熱交換器、８  室外機、９  室内機、１０  扁平管群、１０ａ  （第１）扁平管群、１０ｂ  （第２）扁平管群、２０  扁平管、２０ａ  （第１の）扁平管、２０ｂ  （第２の）扁平管、２１ａ  端部、２１ｂ  端部、２２ａ  端部、２２ｂ  端部、２３ａ  側壁、２３ｂ  側壁、３０  フィン、３１  第１の部分、３２  第２の部分、３３  第３の部分、３４  第４の部分、３５  第５の部分、３８  板面、３９  板面、４０  ルーバー、４１  スリット、４４  立ち上がり部、４５  平行部、５０  下端ヘッダ、５０ａ  下端ヘッダ、５０ｂ  下端ヘッダ、５１  上端ヘッダ、５１ａ  上端ヘッダ、５１ｂ  上端ヘッダ、９０  冷媒配管、１００  熱交換器、１００ａ  熱交換器、１００ｂ  熱交換器。
【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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