JP2009281693A - 熱交換器、その製造方法及びこの熱交換器を用いた空調冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱管の後流側の死水域を減少させ、通風抵抗の低減及び熱交換効率の向上が得られ、その上製造が容易でコストを低減できる熱交換器、その製造方法及びこの熱交換器を用いた空調冷凍装置を提供する。
【解決手段】所定の間隔で積層されその間を空気が流れる板状の複数のフィン１１と、これらフィン１１に空気の流れ方向に沿って挿入され内部に冷媒が流れる扁平な複数の伝熱管１５と、伝熱管１５の両端部に取付けたヘッダとを備えた熱交換器を有し、扁平な伝熱管１５は、その短軸方向が空気の流れ方向の下流側に向って徐々に幅狭に形成され、内部の長軸方向には下流側に向って凸となるほぼく字状の複数の隔壁１７がほぼ等間隔で設けられ、この隔壁１７によって複数の冷媒流路１８が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷媒と気体等の流体との間で熱交換を行うためのフィンチューブ型の熱交換器、その製造方法及びこの熱交換器を用いた空調冷凍装置に関するものである。

従来の熱交換器に、板状のフィンを多数平行に配置して治具で固定し、これら各フィンに設けたフィンカラーに翼形状の扁平管からなる伝熱管を挿入し、各フィンと伝熱管とを密着させてロウ材や接着剤により固定したものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、伝熱管に偏平管を用い、主熱交換器部分と補助熱交換器部分とのパス数を変化させることにより、凝縮器の伝熱性能の向上をはかったものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−１３９２８２号公報（第４−６頁、図３） 特開２００５−２６５２６３号公報（第９−１０頁、図９）

特許文献１の熱交換器は、伝熱管に翼形状の扁平管を用いたので、円管の伝熱管に比べて通風抵抗を小さくでき、また、フィンへの挿入性も向上する。しかし、伝熱管が翼形状のため製造が面倒であり、さらに、フィンに切り起こしによる多数のスリットが設けられてるため、熱交換器全体としての通風抵抗が大きくなるという問題があった。

また、特許文献２の熱交換器は、均質に空気を冷却しかつ除湿することができるが、凝縮器として用いた場合、冷媒が過冷却になると補助熱交換器において十分に液を保持できないという問題があった。また、蒸発器として用いた場合、補助熱交換器における管内圧損が大きく、性能低下を引き起こすという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、伝熱管を扁平に形成したことによりその後流側の死水域を減少させ、通風抵抗の低減及び熱交換効率の向上が得られ、その上製造が容易でコストを低減することのできる熱交換器、その製造方法及びこの熱交換器を用いた空調冷凍装置を提供することを目的としたものである。

本発明に係る熱交換器は、所定の間隔で積層されその間を空気が流れる板状の複数のフィンと、これらフィンに空気の流れ方向に沿って挿入され内部に冷媒が流れる扁平な複数の伝熱管と、該伝熱管の両端部に取付けたヘッダとを備えた熱交換器を有し、前記扁平な伝熱管は、その短軸方向が空気の流れ方向の下流側に向って徐々に幅狭に形成され、内部の長軸方向には下流側に向って凸となるほぼく字状の複数の隔壁がほぼ等間隔で設けられ、該隔壁によって複数の冷媒流路を形成したものである。

また、本発明に係る熱交換器の製造方法は、扁平な複数の伝熱管の両端部にヘッダを装着する工程と、所定の間隔で積層され治具によって固定されたフィンのフィンカラーに前記伝熱管を挿入する工程と、前記ヘッダに蓋を装着して該蓋に冷媒配管を接続する工程と、前記伝熱管と前記フィンとを炉中でロウ付けする工程とを少なくとも有するものである。

また、本発明に係る空調冷凍装置は、上記の熱交換器を室内ユニット及び室外ユニットの両者又はいずれか一方に用いたものである。

本発明によれば、伝熱管の後流部の死水域が減少し、熱交換効率が高く、製造が容易でコストを低減できる熱交換器を得ることができる。
また、室内ユニット及び室外ユニットの両者又はいずれか一方に上記の熱交換器を用いることにより、熱交換率が優れた信頼性の高い空調冷凍装置を得ることができる。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る熱交換器を用いた空調冷凍装置の室内ユニットの模式的説明図である。なお、以下の説明では、図の左側を前面、右側を背面という。
室内ユニット１のケーシング２と前面パネル３と間の上部には、空気の吸込み口５を有する天面パネル４が設けられており、天面パネル４の内側（下流側）にはフィルタ６が設置されている。７ａ，７ｂは後述の熱交換器のドレンパン、８は吸込み口５の下流側に配置された送風機で、その下流側には吹出し口９が設けられている。

１０ａ，１０ｂは室内ユニット１の前面側上部（フィルタ６と送風機８との間）において、空気の流れ方向（矢印で示す）に対して２列に設置されたフィンチューブ型の第１の主熱交換器、１０ｃ，１０ｄは第１の熱交換器１０ａ，１０ｂの下部において、空気の流れ方向に対して２列に配設されたフィンチューブ型の第２の主熱交換器、１０ｅ，１０ｆは室内ユニット１の背面側上部において、空気の流れ方向に対して２列に配設されたフィンチューブ型の第３の主熱交換器である。そして、これら一列目と２列目の主熱交換器１０ａと１０ｂ、１０ｃと１０ｄ、１０ｅと１０ｆは、その伝熱管１５が千鳥状になるように配置されている。なお、以下の説明では、これら第１〜第３の主熱交換器１０ａ〜１０ｆを、単に主熱交換器１０と記すことがある。

２０ａ，２０ｂ，２０ｃは第１〜第３の主熱交換器１０ａ，１０ｂ、１０ｃ，１０ｄ、１０ｅ，１０ｆの上流側にそれぞれ配設された、フィン２１に円管からなる伝熱管２２を取付けた補助熱交換器である。なお、以下の説明では、第１〜第３の主熱交換器１０ａ〜１０ｆと、その上流側に配設された補助熱交換器２０ａ，２０ｂ，２０ｃとのそれぞれの組合わせを、第１の熱交換器集合体Ｈ₁、第２の熱交換器集合体Ｈ₂、第３の熱交換器集合体Ｈ₃という（以下の説明では、これら第１〜第３の熱交換器集合体Ｈ₁〜Ｈ₃を一括してＨで表わすことがある）。

図２は主熱交換器１０の要部の模式的説明図、図３は図２の一部の平面図で、矢印は空気の流れ方向を示す。なお、図２は説明を容易にするため、誇張して示してある。
所定の間隔（ピッチ）で積層され、その間を空気が流れる複数の板状のフィン１１の長手方向には、所定の間隔（ピッチ）で、空気の流れ方向に沿って扁平管１６からなる伝熱管１５が、フィン１１に設けたフィンカラー１２に前面側（空気の流れ方向の上流側）から挿入され、ロウ付けにより一体に接合されている。そして、伝熱管１５の長軸方向には、耐圧を保持するために、空気の流れ方向に対して凸（く字状）となる複数の隔壁１７が設けられており、この隔壁１７により複数の冷媒流路１８が形成されている。なお、図示してないが、伝熱管１５の上下にはヘッダが設けられている。

上記のように構成した主熱交換器１０において、実施例では各部の寸法を次の通り設定した（図２参照）。
先ず、第１の熱交換器集合体Ｈ₁の主熱交換器１０ａ，１０ｂにおいては、フィン１１の積層方向のピッチＦｐは１．１ｍｍ、フィン１１の板厚Ｆｔは０．１ｍｍであり、フィン１１の空気の流れ方向の幅Ｗは１４．２ｍｍ、伝熱管１２のピッチＤｐは１０．２ｍｍであった。また、第２の熱交換器集合体Ｈ₂の主熱交換器１０ｃ，１０ｄは、フィン１１の積層方向のピッチＦｐは１．１ｍｍ、フィン１１の板厚Ｆｔは０．１ｍｍ、フィン１１の空気の流れ方向の幅Ｗは１３．７ｍｍ、伝熱管１２のピッチＤｐは９．５ｍｍであり、さらに、第３の熱交換器集合体Ｈ₃の主熱交換器１０ｅ，１０ｆは、フィン１１の積層方向のピッチＦｐは１．１ｍｍ、フィン１１の板厚Ｆｔは０．１ｍｍ、フィン１１の空気の流れ方向の幅Ｗは１３．７ｍｍ、伝熱管１５のピッチＤｐは９ｍｍであった。なお、伝熱管１５の長軸方向の長さｄａは１０．５ｍｍ、短軸方向の上流側の端部の幅ｄｂは２．２ｍｍ、下流側端部の幅ｄｃは１．９ｍｍであった。

補助熱交換器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ（以下単に補助交換器２０と記すことがある）は、所定の間隔（ピッチ）で積層され、その間を空気が通る複数の板状のフィン２１の長手方向に、所定のピッチで円管からなる伝熱管２２を、機械式又は液圧式拡管によりフィン２１に圧接合して一体に設けたもので、実施例では、伝熱管２２の外径は７ｍｍ、フィン２１の積層方向のピッチＦｐは１．３ｍｍ、フィン２１の板厚Ｆｃは０．１ｍｍ、空気の流れ方向のフィン２１の幅Ｗは１２．７ｍｍであり、伝熱管２２のピッチＤｐは２０．４ｍｍであった。

上記のような扁平管１６によって形成された伝熱管１５を有する主熱交換器１０及び円管からなる伝熱管２２を有する補助熱交換器２０において、伝熱管１５，２２はアルミニウム又はアルミニウム合金（以下、これらを総称してアルミニウム合金という）の押し出し形材によって形成され、フィン１１は板状のアルミニウム合金によって形成されている。このように、主熱交換器１０及び補助熱交換器２０をすべて同じ材料で構成することにより、耐腐食性が向上し、また、コストを低減することができる。

図４は主熱交換器１０に用いられる扁平管１６からなる伝熱管１５の、押し出し加工直後の断面形状を示すもので、扁平管１６内には長軸方向に、空気の流れ方向の下流側に向って凸となるく字状の複数の隔壁１７が設けられており、この隔壁１７により複数個（図には８個の場合が示してある）の冷媒流路１８が形成されている。押し出し加工後は両側壁は平行であり、長軸方向と直交する短軸方向と、隔壁１７との角度β₁は各隔壁１７とも同じであって、このように隔壁１７の形状（角度）を同一にすることで、押し出し成形の安定性を向上することができる。

押し出し加工によって形成された複数の冷媒流路１８を有する扁平管１６は、フィン１１に取付ける前にプレス加工を施し、図５に示すように、その両側壁の長軸方向がテーパに形成され、短軸方向の幅が空気の流れ方向の下流側に向って徐々に狭く、ｄｂ＞ｄｃになるように形成される（実施例では、前述のように、ｄｂ：２．２ｍｍ、ｄｃ：１．９ｍｍ）。これにより、長軸方向と直交する短軸方向と隔壁１７とのなす角度βが、長軸方向の下流側（図の右側）になるにしたがって徐々に大きくなり、冷媒流路１８の流体相当直径（４×流路断面積／流路内周長さ）は、下流側になるほど小さくなる。

このように伝熱管１５の隔壁１７をく字状とすることで、プレス加工により両側壁をテーパ状に形成する際に、隔壁１７が空気の流れ方向に安定して曲げられ、伝熱管１５の外形上の製作寸法誤差を小さく抑えることができる。
また、図３に示すように、空気の流れ方向の上流側では伝熱管１５内における熱交換量が大きく、下流側では小さいが、熱交換量に対応して、冷媒流路１８の径（流体相当直径）を変化させることにより、伝熱管１５内の流路圧損を変化させることができる。

これにより、伝熱管１５内の冷媒流量を、熱交換量の大きい箇所（空気の流れ方向の上流側）で大きく、小さい箇所（下流側）で小さくできるため、各冷媒流路１８において常に一定の冷媒乾き度（蒸気質量流量／全質量流量）を保つことができる。よって、空気の流れ方向の前縁のみが飽和状態で終り、蒸発器で過熱又は凝縮器で過冷となって、熱交換性能が悪化するのを防止することができる。

図６は伝熱管１５の長手方向における各部の断面形状を示す説明図、図７は伝熱管１５の端部に設けた角ヘッダ２５、フィン１１及び伝熱管１５の状態を模式的に示した説明図である。
伝熱管１５のフィン１１に装着される部位１５ａのＢ−Ｂ断面は、扁平管１６の両側壁にプレス加工によりテーパ部が設けられ（図５参照）、フィン１１のフィンカラー１２への挿入性をよくし、挿入後はフィン１１に完全に接するように配置される。そして、両端部側のフィン１１にも角ヘッダ２５にも挿入されない部分は、Ａ−Ａ断面、Ｃ−Ｃ断面に示すように、押し出し加工のままでなんら加工されていない（図４参照）。

一方、形状冷媒流路を構成する角ヘッダ２５へ挿入される両端部１５ｂは、Ｄ−Ｄ断面及びＥ−Ｅ断面に示すように、縮管が施されて長軸方向及び短軸方向の長さが縮小され、角ヘッダ２５への挿入性を高めている。
各断面部における長軸方向の長さＨは、Ｈ₁（Ｄ−Ｄ断面、Ｅ−Ｅ断面）＜Ｈ₂（Ａ−Ａ断面、Ｃ−Ｃ断面）＝Ｈ₃（Ｂ−Ｂ断面）となっている。このように、扁平管１６からなる伝熱管１５の外形を長手方向で変化させることにより、フィン１１及び角ヘッダ２５への挿入性及び組立性を大幅に向上することができる。また、伝熱管１５を扁平管で形成したので、後流部の死水域を小さくすることができる。

図８は上記のように構成した熱交換器の製造工程の一例を示すフローチャートである。
主熱交換器１０において、押し出し加工で成形され、ついでプレス加工により両側壁がテーパ状に加工された扁平管１６からなる伝熱管１５の両端部が、図７に示すように、流路を構成する角ヘッダ２５に挿入され（ステップＳ₁）、図３に示すように積層されて治具で固定されたフィン１１のフィンカラー１２に挿入される（ステップＳ₂）。そして、隣接する角ヘッダ２５ａ，２５ｂに蓋３２ａ，３２ｂをそれぞれ取付けてこの蓋３２ａ，３２ｂを接続管３４（ともに図１５参照）で接続する（ステップＳ₃）。

ついで、ロウ材を伝熱管１５の前縁部、角状ヘッダ２５と伝熱管１５との間、角状ヘッダ２５と蓋３２との間、蓋３２と接続管３４との間、角ヘッダ２５と接続管３４との間に配置し（ステップＳ₄）、接続管３４により接続されて２列ごとに組合わされた第１〜第３の主熱交換器１０ａ，１０ｂ、１０ｃ，１０ｄ、１０ｅ，１０ｆの組み立体をそれぞれ炉中でロウ付けする（ステップＳ₅）。

そして、それぞれ組立てられた主熱交換器１０ａと１０ｂ、１０ｃと１０ｄ、１０ｅと１０ｆの組み立体を洗浄（ステップＳ₆）したのち、親水処理材を塗布し（ステップＳ₇）、乾燥したのち組立てられた各主熱交換器１０ａ〜１０ｆの組み立体と分配器２６及び絞り弁２７（ともに図１３参照）をバーナロウ付けにより接合する（ステップＳ₈）。
次に、拡管してフィン２１に固定された円管の伝熱管２２からなる補助熱交換器２０ａ〜２０ｃに設けた接続管を、主熱交換器１０ａ，１０ｃ，１０ｅにそれぞれバーナロウ付けして接合し（ステップＳ₉）、主熱交換器１０及び補助熱交換器２０からなる熱交換器集合体Ｈを製造する。

このように、それぞれ２列からなる第１〜第３の熱交換器集合体Ｈ₁〜Ｈ₃の主熱交換器１０を炉中でロウ付けして組立てることにより、１列ごとに主熱交換器１０を組立てる場合よりもバーナロウ付けの点数が減り、加工時間及びコストを低減することができる。この場合、全体の主熱交換器１０ａ〜１０ｆの組立てを親水処理を施す前に行うと、主熱交換器１０ａ〜１０ｆの容積が大きくなって乾燥工程で時間を要するため、２列程度の主熱交換器１０の組立が熱交換器容積の上限と考えられる。

図９〜図１２は図８のフローチャートで説明した熱交換器の製造工程のうち、ステップＳ₄の伝熱管１５の前縁部に配置するロウ材１９の例を示すもので、図には、フィン１１を立設して上縁部（空気の流れ方向の上流側）が開口されたフィンカラー１２に上方から伝熱管１５を挿入する場合が示してある。なお、１３はフィンカラー１２の開口部の両側に設けた円弧状の切欠き部である。

図９はフィンカラー１２に挿入された伝熱管１５の前縁部と切欠き部１３に沿って、フィン１１の積層方向に２本の棒状のロウ材１９を配置し、炉中でフィン１１と伝熱管１５を一体に接合するようにしたものである。このようにロウ材１９を、フィン１１と伝熱管１５が接する重力方向の上部に配置することで、ロウ材１９は伝熱管１５の前縁部から左右に行き渡り、伝熱管１５を確実にフィン１１に接合することができる。

図１０は棒状の２本のロウ材を接合した断面亜鈴状のロウ材１９を、伝熱管１５の前縁部に沿ってフィン１１の積層方向に配置したものである。
また、図１１は断面ほぼ円弧状のロウ材１９を、伝熱管１５の前縁部を覆ってフィン１１の積層方向に配置したものであり、図１２は断面ほぼ逆Ｖ字状のロウ材１９を、伝熱管１５の前縁部を覆ってフィン１１の積層方向に配置したものである。
これらによれば、ロウ材１９の配置時における位置安定性が向上し、また、ロウ材１９が伝熱管１５の前縁部から左右方向に行き渡って、伝熱管１５をフィン１１に確実に接合することができる。

図１３は本実施の形態に係る熱交換器を蒸発器として用いた場合の冷媒流路を模式的に示した説明図、図１４は室内ユニットにおける冷媒流路を示す説明図である。
両図において、冷房運転時に熱交換器集合体Ｈが蒸発器として用いられる場合、冷媒は２パスの各補助熱交換器２０ａ〜２０ｃを通り、合流後３分岐する第１の分配器２６ａを通過し、前面側上部に配設された第１の熱交換器集合体Ｈ₁の主熱交換器１０ａ，１０ｂに設けた角ヘッダ２５ａでさらに２分岐され、伝熱管１５に送られる。

第１の熱交換器集合体Ｈ₁の主熱交換器１０ａ，１０ｂを通過した冷媒は、角ヘッダ２５ｂを介して第２の分配器２６ｂで再び合流し、絞り弁２７を通過したのち６分岐する分配器２８（以下、第３の分配器ということがある）で分岐し、前面側下部に設置された第２の熱交換器集合体Ｈ₂の主熱交換器１０ｃと、背面側上部に設置された第３の熱交換器集合体Ｈ₃の主熱交換器１０ｅとに設けた角ヘッダ２５ｃ内でさらに後述の冷媒分岐手段により２分岐され、第２、第３の熱交換器集合体Ｈ₂，Ｈ₃の主熱交換器１０ｃ，１０ｄ、１０ｅ，１０ｆを通過して、角ヘッダ２５ｄを経て円柱状ヘッダを通過し、外部へ送られる。

この間、送風機８により吸込み口５から吸引された外気は、矢印で示すように、各熱交換器集合体Ｈ₁〜Ｈ₃のフィン２１，１１の間を通り、伝熱管２２，１５を流れる冷媒により熱交換され、冷却されて冷風となり、吹出し口９から室内に吹き出される。

本実施の形態においては、熱交換器が蒸発器として用いられる場合、冷媒は絞り弁２７の前に前面上部の第１の主熱交換器１０ａ，１０ｂを流れるため、重力方向に対する傾斜が大きく凝縮水が垂れ易い第１の主熱交換器１０ａ，１０ｂには熱交換器出口が配設されていないので、信頼性の高い熱交換器を得ることができる。

また、本実施の形態では、主熱交換器１０の伝熱管１５の両端部に角ヘッダ２５が設けられており、これにより冷媒入口で２分岐され、分配器２６ａ，２８による分配数の２倍の分岐数で主熱交換器１０を冷媒が通過する。また、図１５に示すように、角ヘッダ２５ａの冷媒入口には、後述する冷媒分岐手段を構成する冷媒衝突部３０が設けられており、ここで冷媒の分岐及び気液の混合がなされ、冷媒分岐のばらつきが抑制される。

図１６は図１５の角ヘッダ２５ａの平面図、図１７は角ヘッダ２５ａに蓋３２ａを取付けた状態の図１６のＡ−Ａ断面図で、冷媒分岐手段を説明するためのものである。
一端が第１の分配器２６ａに接続された冷媒配管３５の他端が接続される第１の熱交換器集合体Ｈ₁の上流側の主熱交換器１０ａにおいて、角ヘッダ２５ａの隣接する各一対の伝熱管１５ａ，１５ｂの間の底部には、ほぼ半球状の凹部からなる冷媒衝突部３０が設けられており、また、これら伝熱管１５ａ，１５ｂの両側には、流路を遮断する隔壁３１がそれぞれ設けられている。そして、角ヘッダ２５ａの開口部を気密に覆う蓋３２ａの各冷媒衝突部３０と対向する位置には、冷媒配管３５が接続される接続口３３がそれぞれ設けられている。

上記のように構成した冷媒分岐手段において、図１７に示すように、冷媒配管３５から角ヘッダ２５ａ内に送られた冷媒は、矢印で示すように冷媒衝突部３０に衝突し、２方向に分岐して伝熱管１５ａ，１５ｂへ流入する。また、このとき気液の混合がなされ、冷媒分岐のばらつきが抑制される。

上記の説明では、第１の熱交換器集合体Ｈ₁の主熱交換器１０ａの蓋３２ａに冷媒分岐手段を設けた場合を示したが、第２、第３の熱交換器集合体Ｈ₂，Ｈ₃の上流側の主熱交換器１０ｃ，１０ｅの角ヘッダ２５にも同様に冷媒分岐手段が設けられている。
このように、主熱交換器１０の角ヘッダ２５に冷媒分岐手段を設けたので、第１〜第３の分配器２６ａ，２６ｂ，２８の分岐、分岐数を減らすことができ、分配器のコンパクト化、低コスト化を実現することができる。

また、本実施の形態によれば、図１４に示すように、前面側下部と背面側に設置された第２、第３の熱交換器集合体Ｈ₂，Ｈ₃において、主熱交換器１０ｃと１０ｄ、１０ｅと１０ｆの空気の流れ方向に対して、風速の大きい部位と小さい部位の冷媒回路を、列ごとに冷媒配管によりたすき掛け状に接続して入れ替えており、これにより、出口冷媒乾き度を均一に保つことができ、風速が大きく熱負荷の大きい箇所で冷媒が加熱し、熱交換性能が低下するのを防止することができる。

また、各熱交換器集合体Ｈ₁〜Ｈ₃において、空気の流れ方向の２列目と３列目の主熱交換器１０のフィン１１を分割したので、室内ユニット１内における熱交換器集合体Ｈの配置を種々設定することができ、さらに、３列目の主熱交換器１０ｂ，１０ｄ，１０ｆのフィン１１における前縁効果（空気境界層分断効果）により、熱伝達率を向上することができる。
また、２列目と３列目の主熱交換器１０を、伝熱管１５が千鳥状になるように配置することにより、伝熱管１５の前縁における熱伝達率が向上し、熱交換性能を高めることができる。

また、図１に示すように、前面側上部の熱交換器集合体Ｈ₁の主熱交換器１０ａと１０ｂのフィン１１の合計幅２Ｗ₁を、前面側下部及び背面側の第２、第３の熱交換器集合体Ｈ₂，Ｈ₃の主熱交換器１０ｃと１０ｄ、１０ｅと１０ｆのフィン１１のそれぞれの合計幅２Ｗ₂，２Ｗ₃より大きくすることで、風速の大きい前面側上部の第１の熱交換器集合体Ｈ₁の主熱交換器１０ａ，１０ｂの出口空気温度を入口空気温度に接近させ、温度効率ε＝（熱交換器出口空気温度−熱交換器入口空気温度）／（冷媒飽和温度−熱交換器入口空気温度）を、主熱交換器１０全体で一様に近づけることができる（温度効率εは、伝熱性能が増加すると向上し、風速が増加すると低下する特性がある）。

さらに、重力方向に対して傾斜の大きい前面側上部の第１の熱交換器集合体Ｈ₁の主熱交換器１０ａ，１０ｂのフィン１１の合計幅２Ｗ₁を大きくすることで、伝熱管１５とフィン１１の後端部（下流側）との距離が拡大し、蒸発器として用いたときの露たれを防止することができる。

［実施の形態２］
本実施の形態は、分配器２８（図１３、図１４）と、第２の熱交換器集合体Ｈ₂の主熱交換器１０ｃ，１０ｄ及び第３の熱交換器集合体Ｈ₃の主熱交換器１０ｅ，１０ｆとを接続する複数の冷媒配管３５（図１４）のうち、流入する空気の風速の大きい側（上流側）に接続された冷媒配管と、風速の小さい側（下流側）に接続された冷媒配管との出口冷媒乾き度を、均一に保つようにしたものである。

図１８は本実施の形態に係る主熱交換器の要部を示すもので、実施の形態１における角ヘッダ２５ａ，２５ｂを含む第２の熱交換器集合体Ｈ₂の主熱交換器１０ｃ，１０ｄ（図１３、図１４）、及び角ヘッダ２５ａ，２５ｂの蓋３２ａ，３２ｂの斜視図である。

本実施の形態においては、空気の流入方向（矢印で示す）の上流側の主熱交換器１０ｃの角ヘッダ２５ａの蓋３２ａに設けた複数の接続口３３と、これに接続される複数の冷媒配管３５（図には、細い矢印で示してある）との間に、リング状の流量調整板３６を介装し、この流量調整板３６の穴径を、風速の大きい側に接続される冷媒配管３５は大きく、風速が小さくなる側に接続される冷媒配管３５を順次小さくしたものである。
これにより、風速が大で熱負荷の大きい側の冷媒配管３５については冷媒流量を大きく、風速が小さく熱負荷の小さい側の冷媒配管３５については冷媒流量を小さくできるので、出口冷媒乾き度を均一に保つことができる。

図１９は本実施の形態の他の例を示す室内ユニットの配管説明図である。
本例は、分配器２８と、第２、第３の熱交換器集合体Ｈ₂，Ｈ₃の主熱交換器１０ｃと１０ｅとを接続する冷媒配管３５を、風速の大きい側に接続される冷媒配管３５ａは大径に、風速が小さくなる側に接続される冷媒配管３５は順次小径に形成したものである。
本例においても、図１８の場合とほぼ同様の効果を得ることができる。

［実施の形態３］
図２０は本発明に係る熱交換器を用いた実施の形態３の空調冷凍装置の冷媒回路図である。
この冷媒回路は、圧縮機４０、凝縮熱交換器４１、絞り装置４２、蒸発熱交換器４３、送風機４４及びこれを駆動するモータ４５により構成されている。
このように構成した冷媒回路において、冷媒は圧縮機４０から高温高圧の状態で吐出され、凝縮熱交換器４１で凝縮されて放熱し、絞り装置４２で膨張して低圧になり、蒸発熱交換器４３で蒸発して吸熱し、圧縮機４０に吸入される。なお、４４は送風機、４５は送風機４４の駆動モータである。

本実施の形態に係る空調冷凍装置においては、前述の主熱交換器１０及び補助熱交換器２０からなる熱交換器集合体Ｈを、凝縮熱交換器４１及び蒸発熱交換器４３の両者又はいずれか一方に用いることにより、エネルギ効率の高い空調冷凍装置を実現することができる。
ここでエネルギ効率は、空気調和機においては、次式で構成される。
暖房エネルギ効率＝室内熱交換器（凝縮器）能力／全入力
冷房エネルギ効率＝室内熱交換器（蒸発器）能力／全入力

上述の主熱交換器１０、熱交換器集合体Ｈ及びこれらを用いた空調冷凍装置においては、ＨＣＦＣ（Ｒ２２）やＨＦＣ（Ｒ１１６、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅａ、Ｒ２３、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ３２、Ｒ４１、ＲＣ３１８など、あるいはこれら冷媒の数種の混合冷媒Ｒ４０７Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｄ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ５０８Ａ、Ｒ５０８Ｂなど）、ＨＣ（ブタン、イソブタン、エタン、プロパン、プロピレンなど、あるいはこれら冷媒の数種混合冷媒）、自然冷媒（空気、炭酸ガス、アンモニアなど、あるいはこれら冷媒の数種の混合冷媒）、またこれら冷媒の数種の混合冷媒など、どのような種類の冷媒を用いても、その効果を達成することができる。

また、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ことができる。

さらに、伝熱管とフィンは一般に異なった材料を用いていることが多いが、伝熱管とフィンに銅、あるいはアルミニウム材など、同じ材料を用いることで、フィンと伝熱管のロウ付けが可能となり、フィンと伝熱管の接触熱伝達率が飛躍的に向上し、熱交換能力が大幅に向上する。また、リサイクル性も向上させることができる。

また、伝熱管とフィンを密着させる方法として、炉中ロウ付けを行う場合、フィンに親水材を塗布するのに後処理で行うようにしたので、前処理の場合のロウ付け中の親水材の焼け落ちを防ぐことができる。

さらに、上述の熱交換器及びこれを用いた空調冷凍装置においては、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系など、冷媒と油が溶ける溶けないにかかわらず、どのような冷凍機油によっても、その効果を達成することができる。

また、上記の説明では、図示の空調冷凍装置に本発明に係る熱交換器又は熱交換器集合体を用いた場合を示したが、これに限定するものではなく、他の構成の空調冷凍装置においても、本発明に係る熱交換器を用いることができる。

本発明の実施の形態１に係る熱交換器を用いた空調冷凍装置の室内ユニットの模式的説明図である。 図１の主熱交換器の要部の模式的説明図である。 図２の一部の平面図である。 図２の伝熱管の押し出し加工直後の断面図である。 図４の伝熱管のプレス加工後の断面図である。 図２の伝熱管の長手方向の各部の断面形状を示す説明図である。 伝熱管の端部におけるフィン及び角ヘッダとの状態を示す説明図である。 本実施の形態に係る熱交換器の製造工程の一例を示すフローチャートである。 図８の製造工程において伝熱管の前縁部に配置するロウ材の説明図である。 図８の製造工程において伝熱管の前縁部に配置するロウ材の説明図である。 図８の製造工程において伝熱管の前縁部に配置するロウ材の説明図である。 図８の製造工程において伝熱管の前縁部に配置するロウ材の説明図である。 本実施の形態に係る熱交換器を蒸発器として用いた場合の冷媒流路の模式的説明図である。 室内ユニットにおける冷媒流路の説明図である。 図１３の角ヘッダ部分の斜視説明図である。 図１５の冷媒分岐手段を説明するための角ヘッダの平面図である。 角ヘッダに蓋を取付けた状態の図１６のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態２に係る角ヘッダ部分の斜視説明図である。 同じく実施の形態２に係る室内ユニットの冷媒流路の説明図である。 本発明に係る熱交換器を用いた実施の形態３の空調冷凍装置の冷媒回路図である。

符号の説明

１ 室内ユニット、２ ハウジング、３ 前面パネル、４ 天面パネル、５ 吸込み口、６ フィルタ、８ 送風機、９ 吹出し口、１０ 主熱交換器、１１ フィン、１２ フィンカラー、１５ 伝熱管、１６ 扁平管、１７ 隔壁、１８ 冷媒流路、１９ ロウ材、２０ 補助熱交換器、２１ フィン、２２ 伝熱管、２５ 角ヘッダ、２６，２８ 分配器、２９ 円柱状のヘッダ、３０ 冷媒衝突部、３２ 蓋、３３ 接続口、３５ 冷媒配管、３６ 流量調整板、Ｈ 熱交換器集合体、４０ 圧縮機、４１ 凝縮熱交換器、４２ 絞り装置、４３ 蒸発熱交換器。

Claims (20)

1. 所定の間隔で積層されその間を空気が流れる板状の複数のフィンと、これらフィンに空気の流れ方向に沿って挿入され内部に冷媒が流れる扁平な複数の伝熱管と、該伝熱管の両端部に取付けたヘッダとを備えた熱交換器を有し、
   前記扁平な伝熱管は、その短軸方向が空気の流れ方向の下流側に向って徐々に幅狭に形成され、内部の長軸方向には下流側に向って凸となるほぼく字状の複数の隔壁がほぼ等間隔で設けられ、該隔壁によって複数の冷媒流路が形成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記熱交換器を２列に配設し、これら熱交換器の上流側に、所定の間隔で積層されたフィンに円筒状の複数の伝熱管が挿入された補助熱交換器を配設して熱交換器集合体を構成したことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記熱交換器集合体を構成する熱交換器を、その伝熱管が千鳥状になるように２列に配設したことを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
4. 前記板状のフィンと扁平な伝熱管からなる熱交換器、及び板状のフィンと円筒状の伝熱管からなる補助熱交換器をアルミニウム合金で構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記扁平な伝熱管の内部に設けたほぼく字状の隔壁は、空気の流れ方向の下流側になるにしたがって角度が深く、それによって形成された冷媒流路の断面積が小さくなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
6. 前記扁平な伝熱管は、その長手方向のフィンに挿入する範囲のみ短軸方向を下流側に向けて幅狭に形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器。
7. 前記扁平な伝熱管は、その長手方向の両端部を縮管し、長軸方向及び短軸方向を短かく形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器。
8. 扁平な複数の伝熱管の両端部にヘッダを装着する工程と、所定の間隔で積層され治具によって固定されたフィンのフィンカラーに前記伝熱管を挿入する工程と、前記ヘッダに蓋を装着して該蓋に接続管を接続する工程と、前記伝熱管と前記フィンとを炉中でロウ付けする工程とを少なくとも有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
9. 扁平な複数の伝熱管の両端部にヘッダを装着する工程と、所定の間隔で積層され治具によって固定されたフィンカラーに前記伝熱管を挿入する工程と、前記ヘッダに蓋を装着して該蓋に接続管を接続する工程と、上記によって組立てられた熱交換器を２列に組合わせて炉中でロウ付けする工程と、ロウ付けされた２列の熱交換器を洗浄して親水処理する工程と、親水処理された２列の熱交換器に分配器及び絞り弁をバーナロウ付けする工程と、組合わされた２列の熱交換器に補助熱交換器の配管をバーナロウ付けする工程とを少なくとも有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
10. 前記伝熱管を、内部の長軸方向に複数のく字状の隔壁を有する扁平管を押し出し加工によって形成し、該扁平管の短軸方向をプレス加工により上流側から下流側に向って徐々に幅狭に形成したことを特徴とする請求項８又は９記載の熱交換器の製造方法。
11. 前記熱交換器のフィンのフィンカラーの前縁部の伝熱管が接する部分に円弧状の切欠き部を設けたことを特徴とする請求項８又は９記載の熱交換器の製造方法。
12. 前記フィンカラーに挿入した伝熱管の前縁部とフィンの切欠き部との間に、フィンの積層方向に沿って棒状の２本のロウ材を配置したことを特徴とする請求項１１記載の熱交換器の製造方法。
13. 前記フィンカラーに挿入した伝熱管の前縁部に沿って、フィンの積層方向に断面亜鈴状、円弧状又は逆Ｖ字状のロウ材を配置したことを特徴とする請求項１１記載の熱交換器の製造方法。
14. 前記請求項１〜７のいずれかに記載の熱交換器を、室内ユニット及び室外ユニットの両者又はいずれか一方に用いたことを特徴とする空調冷凍装置。
15. 前記室内ユニットの前面側上部に請求項２に記載の第１の熱交換器集合体を、該第１の熱交換器集合体の下部に第２の熱交換器集合体を、背面側上部に第３の熱交換器集合体をそれぞれ設置したことを特徴とする請求項１４記載の空調冷凍装置。
16. 前記第１の熱交換器集合体の２列の熱交換器のフィンの合計幅を、前記第２、第３の熱交換器集合体のそれぞれの２列のフィンの合計幅より大きく形成したことを特徴とする請求項１５記載の空調冷凍装置。
17. 前記第１〜第３の熱交換器集合体の補助熱交換器を通過した冷媒が合流して複数に分岐する第１の分配器と、該第１の分配器から角ヘッダを介して前記第１の熱交換器集合体の熱交換器を通過した冷媒が角ヘッダを介して合流する第２の分配器と、該第２の分配器の下流側に接続された絞り弁と、該絞り弁を経た冷媒を複数に分岐する第３の分配器と、該第３の分配器で分岐され前記第２、第３の熱交換器集合体の熱交換器を通過した冷媒がそれぞれ角ヘッダを介して外部へ取出される円筒状のヘッダとを備えたことを特徴とする請求項１５又は１６記載の空調冷凍装置。
18. 前記第１〜第３の熱交換器集合体の全部又は一部の熱交換器の冷媒の流入側に設けた角ヘッダの伝熱管の間に、冷媒を分岐する手段を設けたことを特徴とする請求項１７記載の空調冷凍装置。
19. 前記第２、第３の熱交換器集合体の熱交換器の前記第３の分配器と接続する複数の冷媒配管の接続口にそれぞれリング状の流量調整板を設け、該流量調整板の穴径を、風速の大きい側に対しては大径に、風速の小さい側に対しては小径に形成したことを特徴とする請求項１７記載の空調冷凍装置。
20. 前記第２、第３の熱交換器集合体の熱交換器と前記第３の分配器とを接続する複数の冷媒配管を、風速の大きい側には大径の冷媒配管を用い、風速の小さい側には小径の冷媒配管を用いたことを特徴とする請求項１７記載の空調冷凍装置。

Images