JP2018035992A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数及び組立工数の増加や、凝縮水の排水性の低下を回避しつつ、下端部の開口を通過する空気の通風量を低減し、熱交換性能を向上できる熱交換器を提供すること。【解決手段】室外熱交換器５であって、側面が対向するように上下方向に配列された複数の扁平管１１と、複数の扁平管１１の端部が接続されたヘッダ１２と、複数の扁平管１１に交差する方向に接合された複数のフィン１３と、を備え、複数のフィン１３は、複数の扁平管１１が差し込まれた複数の嵌合部１３ａと、複数の嵌合部１３ａのうち最下の嵌合部１３ａ’の下方に複数の嵌合部１３ａと同じ配列ピッチで設けられ、複数の扁平管１１が差し込まれていない少なくとも一つのサブ嵌合部１３ｃとを有する、【選択図】図３

Description

本発明は、空気調和機等に用いられる熱交換器に関する。

図６に示すように、空気調和機等に用いられる熱交換器１００は、通常、側面（幅広面）が対向するように上下方向に配列された複数の扁平管１０１と、扁平管１０１の両端部が接続される左右一対のヘッダ１０２と、複数の扁平管１０１と交差する方向に接合された複数のフィン１０３と、を備えており、扁平管１０１及びフィン１０３の間に形成された空間を通る空気と扁平間１０１内を流れる冷媒との間で熱交換を行う。

この種の熱交換器１００では、ヘッダ１０２における扁平管１０１の接続不可範囲Ｈや、扁平管１０１の配列ピッチとの関係から、ヘッダ１０２の下端部とフィン１０３の下端部とを揃えることが困難であり、ヘッダ１０２の下端部とフィン１０３の下端部との間の段差Ｄによって熱交換器１００の下端部に左右方向に連続する開口領域Ｓ２（破線枠内）が生じる。この開口領域Ｓ２は、開口領域Ｓ２と同じ開口面積であって左右のヘッダ１０２間において複数の扁平管１０１と複数のフィン１０３が存在する熱交換領域Ｓ１（破線枠内）と比較して通風抵抗が小さいため空気と冷媒の熱交換に寄与しない開口領域Ｓ２に空気が流れ易く、相対的に熱交換領域Ｓ１の通風量を減らし、熱交換性能を低下させる。

そこで、熱交換器の下端部に生じる開口領域Ｓ２を別部材で埋めることが提案されている。例えば、特許文献１に記載される熱交換器では、下端部の開口領域Ｓ２にスペーサを配置している。

特開２０１３−１３９９１８号公報

しかしながら、熱交換器の下端部に生じる隙間を別部材で埋めるものでは、部品点数（種類）及び組立工数が増加するだけでなく、別部材によって熱交換器で発生した凝縮水の排水性が低下するおそれがあった。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、部品点数及び組立工数の増加や、凝縮水の排水性の低下を回避しつつ、下端部の開口領域Ｓ２に流れる空気の通風量を低減し、熱交換性能を向上できる熱交換器の提供を目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載の発明は、側面が対向するように上下方向に配列された複数の扁平管と、前記複数の扁平管の左右の端部が接続された一対のヘッダと、前記複数の扁平管に交差する方向に接合された複数のフィンと、を備え、前記ヘッダは円筒部と、前記円筒部の上下端部に形成された閉塞部とを有し、前記複数のフィンは、前記複数の扁平管が差し込まれた複数の嵌合部と、前記複数の嵌合部のうち最下の嵌合部の下方に前記複数の嵌合部の配列方向に前記複数の嵌合部と同じ配列ピッチで設けられた少なくとも一つのサブ嵌合部とを有し、前記サブ嵌合部の少なくとも一部が前記閉塞部が前記扁平管の延伸方向に投影された投影面上に位置するか、若しくは、前記投影面よりも下方に位置することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記複数のフィンの前記サブ嵌合部の少なくとも一部において、端部が前記ヘッダに接続されていないダミー管が差し込まれていることを特徴とする。

本発明によれば、部品点数及び組立工数の増加や、凝縮水の排水性の低下を回避しつつ、熱交換性能を向上できる熱交換器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る熱交換器が適用される空気調和機の構成を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る熱交換器を示す図であり、（ａ）は第１実施形態に係る熱交換器の平面図、（ｂ）は第１実施形態に係る熱交換器の正面図である。 本発明の第１実施形態に係る熱交換器の下部を示す図であり、（ａ）は第１実施形態に係る熱交換器の下部を示す要部正面図、（ｂ）は第１実施形態に係る熱交換器の下部を示す要部斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る熱交換器の下部を示す図であり、（ａ）は第２実施形態に係る熱交換器の下部を示す要部正面図、（ｂ）は第３実施形態に係る熱交換器の下部を示す要部正面図である。 本発明の第１実施形態に係る熱交換器を示す図であり、（ａ）は第１実施形態に係る熱交換器のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）は第１実施形態に係る熱交換器のＢ−Ｂ’断面図である。 従来例に係る熱交換器を示す図であり、（ａ）は従来例に係る熱交換器の正面図、（ｂ）は従来例に係る熱交換器の下部を示す要部正面図である。

以下、本発明に係る好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通じて同じ要素には同じ符号を付して説明する。

［空気調和機］
図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器が適用される空気調和機の構成を示す説明図である。図１に示すように、空気調和機１は、室内機２と室外機３とを備えている。室内機２には、室内機用の室内熱交換器４が設けられ、室外機３には、室外熱交換器５の他に、圧縮機６、膨張弁７、四方弁８等が設けられている。

暖房運転時には、室外機３の圧縮機６から吐出した高温高圧のガス冷媒が四方弁８を介して室内機２の室内熱交換器４に流入する。室内熱交換器４（凝縮器）で空気と熱交換した冷媒は凝縮して液化する。その後、高圧の液冷媒は、室外機３の膨張弁７を通過することによって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり室外熱交換器５へ流入する。室外熱交換器５（蒸発器）で外気と熱交換した冷媒は蒸発してガス化する。その後、低圧のガス冷媒は、四方弁８を介して圧縮機６に吸入される。

冷房運転時には、室外機３の圧縮機６から吐出した高温高圧のガス冷媒が四方弁８を介して室外熱交換器５に流入する。室外熱交換器５（凝縮器）で外気と熱交換した冷媒は凝縮して液化する。その後、高圧の液冷媒は、室外機３の膨張弁７を通過することによって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、室内機２の室内熱交換器４へ流入する。室内熱交換器４（蒸発器）で空気と熱交換した冷媒は蒸発してガス化する。その後、低圧のガス冷媒は、四方弁８を介して圧縮機６に吸入される。

［熱交換器］
本発明の熱交換器は、室内機２の室内熱交換器４及び室外機３の室外熱交換器５のどちらにも適用可能であり、以下の説明では、室外機３の室外熱交換器５に適用するものとして説明する。なお、室外機３の室外熱交換器５は、通常、平面視Ｌ字型であり、平型に形成された熱交換器を曲げ加工することで得られる。具体的には、表面にロウ材が塗布された部材で平型の室外熱交換器５を組み立てる組立工程と、組み立てられた平型の室外熱交換器５を炉に入れてロウ付けするロウ付け工程と、ロウ付けされた平型の室外熱交換器５をＬ字型に曲げ加工する曲げ工程と、を経てＬ字型の室外熱交換器５が製造される。以下、本発明の熱交換器は曲げ加工前の平型の室外熱交換器５として説明する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る熱交換器を示す図であり、（ａ）は第１実施形態に係る熱交換器の平面図、（ｂ）は第１実施形態に係る熱交換器の正面図、図３は、本発明の第１実施形態に係る熱交換器の下部を示す図であり、（ａ）は第１実施形態に係る熱交換器の下部を示す要部正面図、（ｂ）は第１実施形態に係る熱交換器の下部を示す要部斜視図である。図２及び図３に示すように、室外熱交換器５は、側面１１ｂ（幅広面）が対向するように上下方向に配列された複数の扁平管１１と、扁平管１１の左右の端部に接続される一対のヘッダ１２と、扁平管１１と交差する方向に接合された複数のフィン１３と、を備えている。

扁平管１１は、空気流通方向に延びた扁平な形状を有し、その内部には、空気流通方向に並ぶ複数の冷媒流路１１ａが並んで形成されている。扁平管１１は、空気が通過するための所定の間隔（配列ピッチＰ）を介して上下方向に並んでに配置され、その左右の端部が一対のヘッダ１２に接続される。

ヘッダ１２は、円筒形状の円筒部１２ｃを有しており、その内部には、室外熱交換器５に供給された冷媒を複数の扁平管１１に分岐して流入させたり、複数の扁平管１１から流出した冷媒を合流させたりする冷媒流路（図示せず）が形成されている。ヘッダ１２は、円筒部１２ｃの上下端部にキャップ１２ａが嵌め込まれ、ろう付けされることで閉塞部１２ｄ（破線枠内）が形成される。ヘッダ１２は冷媒の溜まり込み量を低減させるため、ヘッダ１２内部の底面１２ｂの位置は出来るだけ高くすることが好ましい。そのため、通常、キャップ１２ａはヘッダ１２の内側に向かって凸形状となっている。ヘッダ１２の下端からキャップ１２ａの高さの範囲（扁平管１１との接続不可範囲Ｈ）は内部に冷媒流路が存在しない為、該接続不可範囲Ｈで扁平管１１を接続することが困難である。

フィン１３は、正面視において扁平管１１と交差する方向に延在する平板形状を有しており、空気が通過するための所定の間隔を介して並列に配置されている。ここで、左右のヘッダ１２間において複数の扁平管１１と複数のフィン１３が存在する領域を熱交換領域Ｓ１としている。

フィン１３には、扁平管１１と嵌合される複数の嵌合部１３ａが形成されており、これらの嵌合部１３ａには扁平管１１が差し込まれており、扁平管１１と嵌合させた状態でロウ付けすることにより、フィン１３と扁平管１１とが一体的に接合される。なお、本実施形態の嵌合部１３ａは、風上側が開口した切り欠き溝形状であるが、打ち抜き孔形状であってもよい。

嵌合部１３ａは、扁平管１１の配列ピッチＰをもってフィン１３に形成される。フィン１３は最下の嵌合部１３ａ’（固定部）より下側を長くすると折れ易くなる。そのため、嵌合部１３ａ’からフィン１３の下端までの長さは、最小限の長さとなっている。このため、図６に示すように、従来の熱交換器１００では、ヘッダ１０２における扁平管１０１の接続不可範囲Ｈや、扁平管１０１の配列ピッチＰとの関係から、ヘッダ１０２の下端部とフィン１０３の下端部とを揃えることが困難であり、ヘッダ１０２の下端部とフィン１０３の下端部との間の段差Ｄによって熱交換器１００の下端部に左右方向に連続する開口領域Ｓ２（破線枠内）が生じる。この開口領域Ｓ２は、開口領域Ｓ２と同じ開口面積であって左右のヘッダ１０２間において複数の扁平管１０１と複数のフィン１０３が存在する熱交換領域Ｓ１（破線枠内）と比較して通風抵抗が小さいため、空気と冷媒の熱交換に寄与しない開口領域Ｓ２に空気が流れ易く、相対的に熱交換領域Ｓ１の通風量を減らし、熱交換性能を低下させる。この開口領域Ｓ２を別部材で埋める場合、部品点数（種類）及び組立工数が増加するだけでなく、熱交換器で発生した凝縮水の排水を別部材が阻害してしまうおそれがあった。

そこで、本発明の実施形態に係る室外熱交換器５では、別部材を用いることなく、開口領域Ｓ２の通風量を低減し、熱交換性能を向上させる。具体的には、複数のフィン１３は、最下の嵌合部１３ａ’の下方に複数の嵌合部１３ａの配列方向に複数の嵌合部１３ａと同じ配列ピッチで設けられ、扁平管１１が差し込まれない少なくとも一つのサブ嵌合部１３ｃを有している。更に、サブ嵌合部１３ｃの少なくとも一部がキャップ１２ａの扁平管１１の延伸方向の投影面上に位置するか、若しくは、投影面よりも下方に位置するようにしている。図５（ａ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図であって、図５（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図である。図５（ｂ）のＸは、キャップ１２ａの扁平管１１の延伸方向の投影面を示す。図５に（ｂ）示す熱交換器５は、キャップ１２ａが投影面Ｘ内に位置している。このようにすることで、従来技術のような別部材を用いることなく、開口領域Ｓ２の位置にフィン１３が配置され通風抵抗を大きくすることができ、室外熱交換器５の熱交換性能の低下を防止できる。更に、別部材を設けることに起因する部品点数及び組立工数の増加や、凝縮水の排水性の低下を回避できる。

また、サブ嵌合部１３ｃには端部がヘッダ１２に接続されないダミー管１４を任意に設けることができ、延長部１３ｂの強度確保の必要があるときは設けることが望ましい。例えば、本実施形態の室外熱交換器５では、図３の（ｂ）に示すように、扁平管１１と同一材料で、かつ扁平管１１よりも短い管材をダミー管１４とし、これを延長部１３ｂのサブ嵌合部１３ｃに嵌合させている。

ここで、延長部１３ｂの配置の態様をサブ嵌合部１３ｃについてみると、サブ嵌合部１３ｃは、扁平管１１が差し込まれている複数の嵌合部１３ａのうち最下の嵌合部１３ａ’の下方に複数の嵌合部１３ａと同じ配列ピッチＰで設けられることとなる。このように構成すると、延長部１３ｂもフィン１３の他の部分と同じ形状となるため、所望のフィン１３を容易に製造することができ、部品点数及び組立工数の増加や、凝縮水の排水性の低下を回避しつつ、下端部の開口領域Ｓ２に流れる空気の通風量を低減し、熱交換性能を向上できる室外熱交換器５を提供することができる。

また、ダミー管１４をサブ嵌合部１３ｃに設けると、延長部１３ｂの強度を確保できるだけでなく、ヘッダ１２間においてダミー管１４と複数のフィン１３が存在する領域（図示せず）の通風抵抗を熱交換領域Ｓ１（破線枠内）の通風抵抗に近似させ、通風量の偏りを抑えて熱交換性能をさらに向上させることが可能になる。

以上に述べた本発明の実施形態の室外熱交換器５は、側面１１ｂが対向するように上下方向に配列された複数の扁平管１１と、複数の扁平管１１の左右の端部が接続された一対のヘッダ１２と、複数の扁平管１１に交差する方向に接合された複数のフィン１３と、を備え、ヘッダ１２は円筒部１２ｃと、円筒部１２ｃの上下端部に形成された閉塞部１２ｄとを有し、複数のフィン１３は、複数の扁平管１１が差し込まれた複数の嵌合部１３ａと、複数の嵌合部１３ａのうち最下の嵌合部１３ａ’の下方に複数の嵌合部１３ａの配列方向に複数の嵌合部１３ａと同じ配列ピッチＰで設けられた少なくとも一つのサブ嵌合部１３ｃとを有し、サブ嵌合部１３ｃの少なくとも一部が閉塞部１２ｄが扁平管１１の延伸方向に投影された投影面Ｘ上に位置するか、若しくは、投影面Ｘよりも下方に位置するので、部品点数及び組立工数の増加や、凝縮水の排水性の低下を回避しつつ、下端部の開口領域Ｓ２に流れる空気の通風量を低減し、通風量の偏りを抑えて熱交換性能を向上できる。

また、複数のフィン１３のサブ嵌合部１３ｃの少なくとも一部において、端部がヘッダ１２に接続されないダミー管１４が設けられているので、延長部１３ｂの強度を確保できるだけでなく、ヘッダ１２間においてダミー管１４と複数のフィン１３が存在する領域（図示せず）の通風抵抗を熱交換領域Ｓ１の通風抵抗に近似させ、通風量の偏りを抑えて熱交換性能をさらに向上させることが可能になる。

［他の実施形態］
つぎに、本発明の第２〜第３実施形態に係る室外熱交換器５Ｂ〜５Ｇについて、図４及び図５を参照して説明する。ただし、前記実施形態と共通の構成は、前記実施形態と同じ符号を用いることにより、前記実施形態の説明を援用する。

図４の（ａ）に示すように、第２実施形態の室外熱交換器５Ｂは、ヘッダ１２の下端部を覆う固定部材１５を備えており、フィン１３の延長部１３ｂが、ヘッダ１２の下端部を超え、固定部材１５の下端部と同じ高さまで延在している。このようにすると、ヘッダ１２の固定部材１５を備える室外熱交換器５Ｂであっても、固定部材１５の下端部とフィン１３の下端部との間の段差をなくし、室外熱交換器５Ｂの下端部に生じる開口領域Ｓ２の通風量を低減できる。

室外熱交換器５は、ヘッダ１２下端に設けられた固定手段（図示せず）によって室外機３のベース（図示せず）に固定されるが、ベースの延長部１３ｂに対向する箇所がヘッダ下端よりも低い場合は延長部１３ｂの延在長さをヘッダ下端よりも長くする必要がある。この場合、図４の（ｂ）に示すように、第３実施形態の室外熱交換器５Ｃは、フィン１３の延長部１３ｂをヘッダ１２の下端部と同じ高さ又はそれより下方に延在させるにあたり、延長部１３ｂに上下方向に並ぶ複数のサブ嵌合部１３ｃを設けてそれぞれにダミー管１４が差し込まれている。これにより、複数のダミー管１４によって延長部１３ｂの強度を確保できるだけでなく、熱交換領域Ｓ１と同等の通風抵抗に調整することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。例えば、上述した熱交換器は、ダミー管に扁平管と同一材料のものを用いているが、フィンのサブ嵌合部に差し込める形状であって、サブ嵌合部に固定されることでフィンの強度を確保できる程度の剛性があれば本発明に含まれる。

１ 空気調和機
２ 室内機
３ 室外機
４ 熱交換器（室内）
５、５Ｂ、５Ｃ 熱交換器（室外）
６ 圧縮機
１１ 扁平管
１１ａ 冷媒流路
１２ ヘッダ
１３ フィン
１３ａ 嵌合部
１３ａ’ 最下の嵌合部
１３ｂ 延長部
１３ｃ サブ嵌合部
１４ ダミー管
１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇ ダミー管
１５ キャップ

Claims (2)

1. 側面が対向するように上下方向に配列された複数の扁平管と、
   前記複数の扁平管の左右の端部が接続された一対のヘッダと、
   前記複数の扁平管に交差する方向に接合された複数のフィンと、を備え、
   前記ヘッダは円筒部と、前記円筒部の上下端部に形成された閉塞部とを有し、
   前記複数のフィンは、
   前記複数の扁平管が差し込まれた複数の嵌合部と、
   前記複数の嵌合部のうち最下の嵌合部の下方に前記複数の嵌合部の配列方向に前記複数の嵌合部と同じ配列ピッチで設けられた少なくとも一つのサブ嵌合部とを有し、
   前記サブ嵌合部の少なくとも一部が前記閉塞部が前記扁平管の延伸方向に投影された投影面上に位置するか、若しくは、前記投影面よりも下方に位置する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
2. 前記複数のフィンの前記サブ嵌合部の少なくとも一部において、端部が前記ヘッダに接続されていないダミー管が差し込まれていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。

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