JP5404729B2 - 熱交換器及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

この発明は、空気調和装置に用いられる熱交換器等に関するものである。

例えば、空気調和装置等の冷凍サイクル装置が有する熱交換器と、熱交換器を収容等するユニットを固定する板（以下、サイドプレートという）とを接合するにあたり、熱交換器における伝熱管を拡管することで板と熱交換器とを固定することを図ったものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−７５０８６号公報（第１図）

上記のような従来の接合方法は、例えば熱交換器の伝熱管が、扁平形状を有する扁平管である場合には、拡管することが困難であり、サイドプレートを固定することが困難であるという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、拡管によらず、熱交換器とサイドプレートとを固定等することができる熱交換器等を得ようとするものである。

本発明に係る熱交換器は、流体が通過する扁平管及び流体の熱交換を促すための板状のフィンを有する熱交換器であって、扁平管と円形配管とを接続するジョイントと、扁平管の形状に合わせて形成された挿入孔を有し、フィンとジョイントとの間で扁平管に取り付けられた熱交換器固定用のサイドプレートとを備える。

本発明によれば、サイドプレートが挿入孔を有し、フィンとジョイントとの間で扁平管を挿入孔に差し入れる等し、接合することで固定するようにしたので、伝熱管の拡管を行わずにサイドプレートを固定することができる。このため、扁平管へのフィンの積み長さを十分確保することができる。また、ロウ付け等によりサイドプレートとジョイントとを容易に固定することができる。このため、熱交換器性能を向上することができる。

この発明の実施の形態１に係る熱交換器の配管接続側の外観図である。 この発明の実施の形態１に係る主熱交換器６、ジョイント９、サイドプレート３との関係を示す外観図である。 この発明の実施の形態１に係る熱交換器に配管を接合した状態を示す外観図である。 この発明の実施の形態１の配管側熱交換器とユニットとの構成を表す外観図である。 この発明の実施の形態１の熱交換器の構成を表すヘアピン側の外観図である。 この発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、機器等について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合もある。また、以下で説明する温度、圧力の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、装置等における状態、動作等において相対的に定まる関係に基づいて表記しているものとする。

図１はこの発明の実施の形態１に係る熱交換器の構成を表す配管接続側の外観図である。図１は、配管接続側から見た熱交換器の外観を示している。実施の形態１の熱交換器は、伝熱管２に円管を用いた補助熱交換器５ａ、５ｂ及び５ｃと、伝熱管２として扁平管を用いた主熱交換器６ａ、６ｂ、６ｃ、７ａ、７ｂ及び７ｃとを有している。そして、本実施の形態の熱交換器は、３つのブロックを段方向に並べ、各ブロック間を冷媒が通過できるようにするために、Ｕベンド１９により直列接続している。各ブロックは、補助熱交換器５、主熱交換器６及び主熱交換器７が積層して３列に並んでいる。ここでは、空気流れ方向（列方向）の順に、補助熱交換器５が第１列、主熱交換器６が第２列、主熱交換器７が第３列であるものとする。また、主熱交換器６と主熱交換器７とは２列で並んでいるが、各主熱交換器の扁平管は列方向に対して千鳥状に配列されている。また、主熱交換器毎に、扁平管を挟み込んで接合するための挿入孔が扁平管の形状に合わせて形成されている複数の板状フィン１を有している（列毎に板状フィン１が独立している）。このため、板状フィン１はくし状となっている。

主熱交換器６、７の伝熱管２の管軸方向端部には、最終的にユニット筐体に熱交換器を固定するためのサイドプレート３及び４を有している。サイドプレート３及び４は、板状フィン１と同様に、扁平管の形状に合わせて形成された挿入孔を有し、くし状になっている板である。ここで、サイドプレート３及び４は、アルミニウム、アルミニウム合金等、アルミニウムを有する金属を材料として構成しているものとする。また、主熱交換器６とサイドプレート３とは、例えば主熱交換器６の伝熱管２（扁平管）の端部にリングロウを設置して、加熱炉内で炉中ロウ付けすることで固定する。そして、例えば、サイドプレート３がブレージングシート（ロウ付けのための金属）を表面等に有している場合には、リングロウを設置する工程を省略して固定することができる。主熱交換器７とサイドプレート４とを固定する場合についても同様である。また、補助熱交換器５と補助サイドプレート２３とは、例えば機械拡管により補助熱交換器５端部に補助サイドプレート２３を固定する。

そして、補助サイドプレート２３とサイドプレート３とにより、空気流れ方向の１列目にある補助熱交換器５と２列目にある主熱交換器６との列間固定をする。このとき、例えば補助サイドプレート２３に設けられた爪２１をサイドプレート３に設けられた穴に貫通させて折り曲げることで、補助熱交換器５と主熱交換器６とを固定する。

さらに、サイドプレート４が有する突起部２５をサイドプレート３に重ね、突起部２５に形成した穴にボルト８を貫通させることにより、サイドプレート３と４とを固定する。このように、列毎にサイドプレート（サイドプレート３、サイドプレート４）を分割することで、扁平管（伝熱管２）と板状フィン１とを接合させる炉中ロウ付け工程において、主熱交換器６、７とサイドプレート３、４の容積を小さくすることができる。このため、炉中ロウ付けを容易にすることができる。

図２はこの発明の実施の形態１に係る主熱交換器６、ジョイント９、サイドプレート３との関係を示す外観図である。ここでは主熱交換器６について説明するが主熱交換器７についても同様である。ジョイント９は主熱交換器６を構成する扁平管（伝熱管２）と円形状の配管を繋ぐための継ぎ手となり、それぞれの形状に合わせた開口部を有している。図２に示すように、ジョイント９と板状フィン１との間にサイドプレート３を設置することで、サイドプレート３を板状フィン１に隣接して設置することができる。例えばジョイント９の円管に合わせた開口部を機械拡管してサイドプレート３を固定する場合と比べて板状フィン１の扁平管軸方向の積み長さを十分大きくすることができる。このため、主熱交換器６の伝熱面積を拡大することができ、熱交換器能力の向上が期待できる。

また、サイドプレート３とジョイント９とを近接させて設置するようにしておくことで、リングロウを用いて、炉中において、サイドプレート３とジョイント９とを同時に伝熱管２（扁平管）とロウ付けすることができる。

さらに、サイドプレート３とジョイント９とを予めバーナ等でロウ付けしておき、炉中において、サイドプレート３及びジョイント９との接合体と伝熱管２（扁平管）とをロウ付けすることができる。また、サイドプレート３とジョイント９とを一体成型で製作しておき、伝熱管２（扁平管）とジョイント９とをロウ付けすることができる。以上のような製造を行うことができるため、製造工程を削減することができる。

図３はこの発明の実施の形態１に係る熱交換器に配管を接合した状態を示す外観図である。図３では、３つのブロックを固定プレート１２により固定し、配管を接合している。上記の製造工程により、１列目の補助熱交換器５、２列および３列目の主熱交換器６及び７の列間の固定がなされているが、更に段方向に分割している各ブロックを、サイドプレート４と固定プレート１２とがそれぞれ有する穴２０にボルト（図示せず）を貫通させて固定する。その上でＵベンド１９、再熱弁１５、ディストリビュータ１４、出入り口配管１３等をバーナロウ付けにて取り付ける。

図４はこの発明の実施の形態１の配管側熱交換器とユニットとの構成を表す外観図である。固定プレート１２に設けられた穴２２にユニット筐体の側壁板１８に設けられたプラスチック製の爪を挿入し、かしめることで熱交換器をユニット筐体に固定する。そして、配管カバー２４で覆う。

図５はこの発明の実施の形態１の熱交換器の構成を表すヘアピン側の外観図である。図５は、熱交換器において配管接続側と軸方向反対側のヘアピン側の状態を示している。補助熱交換器５の伝熱管２（円管）並びに主熱交換器６及び７の伝熱管２（扁平管）は、段方向にＵの字に折り曲げてヘアピン状にして配管接続側に折り返している。ここで、板状フィンに挿入されており、ヘアピン側の端部は伝熱管２が剥き出しの状態となっているが、プラスチック製のヘアピンホルダーを用いてヘアピンと熱交換器全体を覆い、ユニットに固定する。

以上のように、実施の形態１の熱交換器によれば、例えば、熱交換器を、熱交換器同士、ユニット筐体等と固定する板であるサイドプレート３、４が挿入孔を有し、板状フィン１とジョイント９との間で挿入孔に差し入れる等して伝熱管２（扁平管）に取り付け、接合して固定するようにしたので、伝熱管の拡管を行わずにサイドプレートを固定することができる。このため、扁平管と接合する板状フィン１の積み長さを十分確保することができる。また、ロウ付け等によりサイドプレートとジョイントとを容易に固定することができる。このため、熱交換器性能を向上することができる。

また、突起部２５を有することで、主熱交換器６、７毎にサイドプレート３、４を設け、熱交換器同士を容易に固定することができる。このため、主熱交換器６、７の製造においてロウ付け等を容易に行うことができ、容積を小さくすることができる。そして、サイドプレート３、４をアルミニウムを有する金属を材料とすることで、伝熱管２（扁平管）との接合を容易に行うことができる。

また、サイドプレート３、４にブレージングシートを有することで、リングロウの設置工程を省略してロウ付けを行うことができる。このとき、サイドプレート３、４とジョイント９とをバーナロウ付けした接合体を形成して接合体と伝熱管２（扁平管）とを接合することができる。また、サイドプレート３、４とジョイント９とを一体成形して、伝熱管２（扁平管）と接合することができる。このため、工程の簡略化等をはかることができる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図６の冷凍サイクル装置は、圧縮機３３、凝縮器３４、絞り装置３５及び蒸発器３６を配管接続して冷媒回路（冷媒循環回路）を構成している。また、送風機３７は、それぞれ送風機用モータ３８の駆動により、凝縮器３４、蒸発器３６を通過する冷媒と空気との熱交換を促すために空気の流れを形成する。

圧縮機３３は冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。ここで、例えばインバータ回路等により回転数を制御し、冷媒の吐出量を調整できるタイプの圧縮機で構成するとよい。熱交換器を有する凝縮器３４は、例えば送風機（図示せず）から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液状の冷媒にする（凝縮液化させる）ものである。

また、絞り装置３５は、冷媒を減圧して膨張させるものである。例えば電子式膨張弁等の流量制御手段で構成するが、例えば、感温筒を有する膨張弁、毛細管（キャピラリ）等の冷媒流量調節手段等で構成してもよい。蒸発器３６は、空気等との熱交換により冷媒を蒸発させて気体（ガス）状の冷媒にする（蒸発ガス化させる）ものである。

例えば、蒸発器３６、凝縮器３４の少なくとも一方に、実施の形態１において説明した熱交換器を用いることができる。これにより、実施の形態２の装置においては、伝熱性能を向上させることができる。伝熱性能が向上することにより、エネルギー効率がよく、省エネルギーの冷凍サイクル装置を得ることができる。

ここで、エネルギ効率は、次式（１）及び（２）で構成されるものである。
暖房エネルギ効率＝室内熱交換器（凝縮器）能力／全入力 …（１）
冷房エネルギ効率＝室内熱交換器（蒸発器）能力／全入力 …（２）

次に、冷凍サイクル装置の各構成機器における動作等を、冷媒回路を循環する冷媒の流れに基づいて説明する。まず、圧縮機３３は、冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。吐出した冷媒は凝縮器３４へ流入する。凝縮器３４は、送風機３７から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化させる。凝縮液化した冷媒は絞り装置３５を通過する。絞り装置３５は、通過する凝縮液化した冷媒を減圧する。減圧した冷媒は蒸発器３６に流入する。蒸発器３６は、送風機３７から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化する。蒸発ガス化した冷媒を圧縮機３３が吸入する。

ここで、上述の冷凍サイクル装置については、ＨＣＦＣ（Ｒ２２）やＨＦＣ（Ｒ１１６、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅａ、Ｒ２３、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ３２、Ｒ４１、ＲＣ３１８など、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、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、これら冷媒の数種の混合冷媒）、ＨＦＯ１２３４ｙｆ等の低ＧＷＰ冷媒、またこれら冷媒の数種の混合冷媒など、どん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、空気と冷媒とを例に示したが、他の気体、液体、気液混合流体を用いるようにしても、同様の効果を奏することができる。

さらに、通常、伝熱管２と板状フィン１とが異なった材料を用いていることが多いが、伝熱管２と板状フィン１に銅、アルミニウム等、同じ材料を用いて構成するようにしてもよい。例えば、板状フィン１と伝熱管２とをロウ付け等することが可能となり、板状フィン１と伝熱管２とにおける接触熱伝達率が飛躍的に向上することで、熱交換能力を大幅に向上させることができる。また、リサイクル性も向上させることができる。

さらに、伝熱管２と板状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ことで、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。

また、上述の実施の形態１で述べた熱交換器を室外機で用いた場合においても同様な効果を奏することができる。

なお、上述の実施の形態で述べた熱交換器およびそれを用いた空調冷凍装置については、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、どんな冷凍機油についても、その効果を達成することができる。

本発明の活用例として、露飛びしにくく、熱交換性能を向上し、省エネルギ性能を向上することが必要なヒートポンプ装置に使用することが出来る。

１ 板状フィン、２ 伝熱管（円管、扁平管）、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，４，４ａ，４ｂ，４ｃ サイドプレート、５，５ａ，５ｂ，５ｃ 補助熱交換器、６，６ａ，６ｂ，６ｃ，７，７ａ，７ｂ，７ｃ 主熱交換器、８ ボルト、９ ジョイント、１２ 固定プレート、１３ 出入り口配管、１４ ディストリビュータ、１５ 再熱弁、１８ 壁側板、１９ Ｕベンド、２０ 穴、２１ 爪、２２ 穴、２３ 補助サイドプレート、２４ 配管カバー、２５ 突起部、３３ 圧縮機、３４ 凝縮器、３５ 絞り装置、３６ 蒸発器、３７ 送風機、３８ 送風機用モータ。

Claims (7)

1. 流体が通過する扁平管及び前記流体の熱交換を促すための板状のフィンを有する熱交換器であって、
   前記扁平管と円形配管とを接続するジョイントと、
   前記扁平管の形状に合わせて形成された挿入孔を有し、前記フィンと前記ジョイントとの間で前記扁平管に取り付けられた熱交換器固定用のサイドプレートと
   を備えることを特徴とする熱交換器。
2. 前記サイドプレートは、ボルト又はスポット溶接により前記サイドプレート同士を固定するための突起を有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. アルミニウムを有する金属を材料として前記サイドプレートを構成することを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
4. 前記サイドプレートは、炉中ロウ付けにより前記扁平管と接合するブレージングシートを有する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. 前記サイドプレートと前記ジョイントとをバーナロウ付けした接合体を形成した後、前記炉内において前記接合体と前記扁平管とを接合することを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
6. 前記サイドプレートと前記ジョイントとを一体成形して、前記炉内において前記扁平管と前記サイドプレート及び前記ジョイントとを接合することを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
7. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮に係る冷媒を減圧する絞り装置と、熱交換により前記冷媒を蒸発させる凝縮器とを配管接続して冷媒回路を構成し、
   請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器を、前記蒸発器又は前記凝縮器とすることを特徴とする冷凍サイクル装置。