JP7330294B2 - 熱交換器、熱交換器ユニット、及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

熱交換器、熱交換器ユニット、及び冷凍サイクル装置 Download PDF

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Description

本発明は、熱交換器、当該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、特に熱交換部材のヘッダに挿し込まれる部分の構造に関するものである。
フィン及び伝熱管を備える熱交換部材であって、伝熱管の管軸方向に沿ってフィンが延びる様に設けられている熱交換部材を備える熱交換器が知られている。このような熱交換器は、熱交換部材の端部がヘッダに挿し込まれており、フィンの端面全体がヘッダに当接しているか、フィンの端面全体がヘッダに対して離間して配置されている(例えば、特許文献1を参照)。
特開2018-155479号公報
しかし、特許文献1の熱交換部材は、フィンとヘッダとが接触または接合されている長さが長い。フィンとヘッダとは、毛管力によりろう材がフィンとヘッダとの隙間に流れ込むようになっている。そのため、フィンとヘッダとが接触または接合されている長さが長い場合、フィンとヘッダとの間に供給するろう材の量を増大させる必要がある。これにより、熱交換器は、エロージョンなどによる熱交換部材の損傷が生じるという課題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためのものであり、熱交換部材とヘッダとの接合による伝熱管の損傷を抑制できる熱交換器、熱交換器ユニット、及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
本発明に係る熱交換器は、第1方向に延伸する熱交換部材と、前記熱交換部材が接続されたヘッダと、を備え、前記熱交換部材は、前記第1方向に延びる少なくとも1つの伝熱管と、前記第1方向に交差する第2方向における前記少なくとも1つの伝熱管の端縁の一部に形成されたフィンと、を備え、前記熱交換部材の前記第1方向の端部は、前記ヘッダの内部に挿入される挿入部と、前記挿入部以外の部分において前記ヘッダと当接する当接部と、前記挿入部以外の部分において前記ヘッダと離間している離間部と、を備え、前記当接部は、前記第1方向において、前記離間部よりも前記ヘッダの近くに位置し、前記第2方向において、前記挿入部と前記離間部との間に位置し、前記フィンの前記第1方向の端面の少なくとも一部であり、前記ヘッダは、前記熱交換部材が挿入される側の表面に前記第2方向に並列されている凹凸形状を備え、前記表面は、前記当接部と当接されている
また、本発明に係る熱交換器は、第1方向に延伸する熱交換部材と、前記熱交換部材が接続されたヘッダと、を備え、前記熱交換部材は、前記第1方向に延びる少なくとも1つの伝熱管と、前記第1方向に交差する第2方向における前記少なくとも1つの伝熱管の端縁の一部に形成されたフィンと、を備え、前記熱交換部材の前記第1方向の端部は、前記ヘッダの内部に挿入される挿入部と、前記挿入部以外の部分において前記ヘッダと当接する当接部と、前記挿入部以外の部分において前記ヘッダと離間している離間部と、を備え、前記離間部は、前記第2方向において、前記挿入部と前記当接部との間に位置し、前記ヘッダは、前記熱交換部材が挿入される側の表面に前記第2方向に並列されている凹凸形状を備え、前記表面は、前記当接部と当接され、前記当接部は、前記フィンの前記第1方向の端面の少なくとも一部である。
本発明に係る熱交換器ユニットは、上記の熱交換器を備えるものである。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の熱交換器ユニットを備えるものである。
本発明によれば、熱交換部材のフィンとヘッダとが適正な接合長さを持って接合される。これにより、熱交換器は、熱交換部材とヘッダとを接合するにあたりろう材の使用量を抑制し、適正な接合が行えるため、熱交換部材の損傷を抑制できる。
実施の形態1に係る熱交換器100を備えた冷凍サイクル装置50の構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態1に係る熱交換器100の要部構成を示す三面図である。 実施の形態1に係る熱交換部材10の三面図である。 実施の形態1に係る熱交換器100の第1ヘッダ30の三面図である。 実施の形態1に係る熱交換器100の熱交換部材10と第1ヘッダ30との接続部の拡大図である。 実施の形態1に係る熱交換部材10のフィン12の構造の変形例を示す天面図である。 実施の形態1に係る熱交換部材10のフィン12の構造の変形例を示す天面図である。 実施の形態1に係る熱交換部材10の変形例である熱交換部材10Aの三面図である。 図8の熱交換部材10Aと第1ヘッダ30との接続部の拡大図である。 実施の形態1に係る熱交換部材10の変形例である熱交換部材10Bの三面図である。 図10の熱交換部材10Bと第1ヘッダ30との接続部の拡大図である。 実施の形態2に係る熱交換部材210Aの三面図である。 実施の形態2に係る熱交換器200の熱交換部材210Aと第1ヘッダ30との接続部の拡大図である。 実施の形態2に係る熱交換部材210Bの三面図である。 実施の形態2に係る熱交換器200の熱交換部材210Bと第1ヘッダ30との接続部の拡大図である。 実施の形態3に係る熱交換器300のヘッダ302の三面図である。 実施の形態3に係る熱交換器300の熱交換部材310と第1ヘッダ330との接続部の拡大図である。 実施の形態3に係る熱交換器300の熱交換部材310と第1ヘッダ330の変形例である第1ヘッダ330Bとの接続部の拡大図である。 実施の形態3に係る熱交換器300の熱交換部材310と第1ヘッダ330の変形例である第1ヘッダ330Cとの接続部の拡大図である。 実施の形態3に係る熱交換器300の熱交換部材310の変形例である熱交換部材310Aと第1ヘッダ330の変形例である第1ヘッダ330Aとの接続部の拡大図である。 実施の形態3に係る熱交換器300の熱交換部材310の変形例である熱交換部材310Aと第1ヘッダ330の変形例である第1ヘッダ330Bとの接続部の拡大図である。 実施の形態3に係る熱交換器300の熱交換部材310の変形例である熱交換部材310Aと第1ヘッダ330の変形例である第1ヘッダ330Cとの接続部の拡大図である。 実施の形態3に係る熱交換器300の熱交換部材310の変形例である熱交換部材310Bと第1ヘッダ330の変形例である第1ヘッダ330Aとの接続部の拡大図である。 実施の形態4に係る熱交換部材410の三面図である。 実施の形態5に係る熱交換部材510の熱交換部材510の三面図である。
以下、実施の形態1に係る熱交換器、熱交換器ユニット、及び冷凍サイクル装置について図面等を参照しながら説明する。なお、図1を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係及び形状等が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。また、理解を容易にするために方向を表す用語(例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」など)を適宜用いるが、それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置あるいは部品の配置及び向きを限定するものではない。明細書中において、各構成部材同士の位置関係、各構成部材の延伸方向、及び各構成部材の配列方向は、原則として、熱交換器が使用可能な状態に設置されたときのものである。
実施の形態1.
(冷凍サイクル装置50)
図1は、実施の形態1に係る熱交換器100を備えた冷凍サイクル装置50の構成を示す冷媒回路図である。なお、図1において、点線で示す矢印は、冷媒回路110において、冷房運転時における冷媒の流れる方向を示すものであり、実線で示す矢印は、暖房運転時における冷媒の流れる方向を示すものである。まず、図1を用いて熱交換器100を備えた冷凍サイクル装置50について説明する。実施の形態では、冷凍サイクル装置50として空気調和装置を例示しているが、冷凍サイクル装置50は、例えば、冷蔵庫又は冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器などの、冷凍用途または空調用途に使用される。なお、図示した冷媒回路110は一例であって、回路要素の構成等について実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、実施の形態に係る技術の範囲内で適宜変更が可能である。
冷凍サイクル装置50は、圧縮機101、流路切替装置102、室内熱交換器103、減圧装置104及び室外熱交換器105が冷媒配管を介して環状に接続された冷媒回路110を有している。室外熱交換器105及び室内熱交換器103の少なくとも一方には、後述する熱交換器100が用いられている。冷凍サイクル装置50は、室外機106及び室内機107を有している。室外機106及び室内機107のように内部に熱交換器を備えた機器を熱交換器ユニットと称する場合がある。室外機106には、圧縮機101、流路切替装置102、室外熱交換器105及び減圧装置104と、室外熱交換器105に室外空気を供給する室外送風機108と、が収容されている。室内機107には、室内熱交換器103と、室内熱交換器103に空気を供給する室内送風機109と、が収容されている。室外機106と室内機107との間は、冷媒配管の一部である2本の延長配管111及び延長配管112を介して接続されている。
圧縮機101は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する流体機械である。流路切替装置102は、例えば四方弁であり、制御装置(図示は省略)の制御により、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流路を切り替える装置である。
室内熱交換器103は、内部を流通する冷媒と、室内送風機109により供給される室内空気と、の熱交換を行う熱交換器である。室内熱交換器103は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。
減圧装置104は、例えば膨張弁であり、冷媒を減圧させる装置である。減圧装置104としては、制御装置の制御により開度が調節される電子膨張弁を用いることができる。
室外熱交換器105は、内部を流通する冷媒と、室外送風機108により供給される空気と、の熱交換を行う熱交換器である。室外熱交換器105は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。
(冷凍サイクル装置50の動作)
次に、図1を用いて冷凍サイクル装置50の動作の一例について説明する。冷凍サイクル装置50の暖房運転時には、圧縮機101から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、流路切替装置102を介して室内熱交換器103に流入し、室内送風機109によって供給される空気と熱交換を行い凝縮する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室内熱交換器103から流出し、減圧装置104によって、低圧の気液二相状態となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器105に流入し、室外送風機108によって供給される空気との熱交換によって蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、圧縮機101に吸入される。
冷凍サイクル装置50の冷房運転時には、冷媒回路110を流れる冷媒は暖房運転時とは逆方向に流れる。すなわち、冷凍サイクル装置50の冷房運転時には、圧縮機101から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、流路切替装置102を介して室外熱交換器105に流入し、室外送風機108によって供給される空気と熱交換を行い凝縮する。凝縮した冷媒は、高圧の液状態となり、室外熱交換器105から流出し、減圧装置104によって、低圧の気液二相状態となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器103に流入し、室内送風機109によって供給される空気との熱交換によって蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧のガス状態となり、圧縮機101に吸入される。
(熱交換器100)
図2は、実施の形態1に係る熱交換器100の要部構成を示す三面図である。図2(a)は、熱交換器100の正面図、図2(b)は、熱交換器100の側面図、図2(c)は、熱交換器100の底面図である。図2において、矢印RFは、熱交換器100に流入し、又は熱交換器100から流出する冷媒の流れを示すものである。図2を用いて、実施の形態1に係る熱交換器100について説明する。
実施の形態1に係る熱交換器100は、複数の熱交換部材10と、複数の熱交換部材10のy方向の両端部に接続された第1ヘッダ30及び第2ヘッダ40とを備える。熱交換部材10は、x方向に複数並べられている。また、複数の熱交換部材10は、y方向に延伸しており、管軸をy方向に沿わせて配置されている。実施の形態1においては、y方向は重力方向と平行である。ただし、熱交換器100の配置は、これだけに限定されるものではなく、y方向を重力方向に対して傾斜させて配置しても良い。また、複数の熱交換部材10の間隔は、それぞれ等間隔であって、x方向に所定の間隔を持って配置されている。なお、複数の熱交換部材10の管軸方向、即ちy方向を第1方向、複数の熱交換部材10の幅方向、即ちz方向を第2方向、複数の熱交換部材10が並べられている方向、即ちx方向を第3方向と称する場合がある。
複数の熱交換部材10の管軸方向の一方の端部13aは、第1ヘッダ30に接続されている。また、複数の熱交換部材10の管軸方向の他方の端部13bは、第2ヘッダ40に接続されている。第1ヘッダ30及び第2ヘッダ40は、複数の熱交換部材10の並列方向に長手方向を向けて配置されている。第1ヘッダ30及び第2ヘッダ40の長手方向は、互いに平行になっている。以下の説明において、第1ヘッダ30と第2ヘッダ40とを総称してヘッダ2と称する場合がある。
複数の熱交換部材10は、端部13a及び13bのうちの一部分がそれぞれヘッダ2の内部に挿し込まれ、ろう付け又は接着剤等の接合手段により接合されている。熱交換部材10のヘッダ2内に挿入されている部分以外の部分を熱交換部10fと称する。複数の熱交換部材10は、熱交換部10fを第1ヘッダ30の下面と第2ヘッダ40の上面との間に位置させている。
熱交換器100は、複数の熱交換部材10のそれぞれの間に熱交換部材10の伝熱管11の側面11a同士を接続するコルゲートフィンなどを有さない、いわゆるフィンレス熱交換器である。つまり、複数の熱交換部材10同士は、ヘッダ2のみにより接続されており、隣合う複数の熱交換部材10の側面同士の間には空間が形成されている。複数の熱交換部材10は、熱交換効率を高めるため側面同士の間隔が狭く設定されている。
(熱交換部材10)
図3は、実施の形態1に係る熱交換部材10の三面図である。図3(a)は、熱交換部材10の正面図、図3(b)は、熱交換部材10の側面図、図3(c)は、熱交換部材10の天面図である。実施の形態1において複数の熱交換部材10のそれぞれは、y方向に延びる扁平管である伝熱管11と、伝熱管11の端縁14の一部からz方向に延びる様にフィン12とを備える。伝熱管11は、冷媒流路18が形成されており冷媒を内部に流通させる。複数の熱交換部材10のそれぞれは、第1ヘッダ30と第2ヘッダ40との間に延伸している。複数の熱交換部材10は、互いに側面11aを対向するように配置されている。複数の熱交換部材10のうち隣り合う2つの熱交換部材10の間には、空気の流路である隙間が形成される。
熱交換器100は、複数の熱交換部材10の並列方向を水平方向としている。ただし、複数の熱交換部材10の並列方向は、水平方向に限定されるものではなく、鉛直方向であってもよく、鉛直方向に対して傾いた方向であってもよい。同様に、熱交換器100は、複数の熱交換部材10の管軸方向を鉛直方向としている。ただし、複数の熱交換部材10の延伸方向は、鉛直方向に限定されるものではなく、水平方向であってもよく、鉛直方向に対して傾いた方向であってもよい。
熱交換器100が冷凍サイクル装置50の蒸発器として機能する場合、複数の熱交換部材10のそれぞれでは、熱交換部材10の内部をy方向の一方の端面19aから他方の端面19bに向かって冷媒が流れる。また、熱交換器100が冷凍サイクル装置50の凝縮器として機能する場合、複数の熱交換部材10のそれぞれでは、熱交換部材10の内部をy方向の他方の端面19bから一方の端面19aに向かって冷媒が流れる。
図3に示されるように、熱交換部材10は、伝熱管11とフィン12とを備える。熱交換部材10の伝熱管11は、長円形状等の一方向に扁平な断面形状を有している扁平多穴管である。熱交換部材10は、y方向に垂直な断面において伝熱管11の長軸方向の端縁14の一部からフィン12が延びている。
熱交換部材10は、伝熱管11の端縁14にフィン12が設置されていない部分がある。熱交換部材10の伝熱管11の端縁14にフィン12が設置されていない部分は、第1ヘッダ30及び第2ヘッダ40の内部に挿入される。熱交換部材10は、端部13a及び13bのそれぞれの一部分を第1ヘッダ30及び第2ヘッダ40に挿入することにより、第1ヘッダ30と第2ヘッダ40とを連通する。
熱交換部材10の端部13a及び13bは、z方向において区切られて定義される複数の部分から構成される。複数の部分は、熱交換部材10の管軸に沿った仮想線により区切って定義される非挿入部10a及び挿入部10bである。また、非挿入部10aと挿入部10bとの境界を切り替わり部10cと称する。図3に示される熱交換部材10の端部13a及び13bにおいては、伝熱管11の部分が挿入部10bに相当し、フィン12の部分が非挿入部10aに相当する。挿入部10bは、熱交換部材10のy方向の端部のうちヘッダ2の内部に挿入される部位である。
非挿入部10aは、熱交換部材10のy方向の端部のうち挿入部10b以外の部分を指す。実施の形態1においては、非挿入部10aであるフィン12は、y方向の端面に離間部10dと当接部10eとを備える。当接部10eは、挿入部10b以外の部分においてヘッダ2と当接する。離間部10dは、挿入部10b以外の部分において、ヘッダ2と離間している。離間部10dと当接部10eとは、フィン12のy方向の端面を形成しているが、当接部10eは、離間部10dよりも熱交換部材10の端面19a及び19b側に位置している。つまり、当接部10eは、離間部10dよりもヘッダ2の近くに位置しており、z方向において挿入部10bと離間部10dとの間に位置している。
(ヘッダ2)
図4は、実施の形態1に係る熱交換器100の第1ヘッダ30の三面図である。図4(a)は、第1ヘッダ30の正面図であり、図4(b)は、第1ヘッダ30の側面図であり、図4(c)は、第1ヘッダ30の上面図である。第1ヘッダ30及び第2ヘッダ40は、それぞれx方向に延伸しており、内部に冷媒が流通するように構成され、熱交換部材10が接続されている。図2に示される様に、例えば、第1ヘッダ30の一端から矢印RF方向に冷媒が流入し、複数の熱交換部材10のそれぞれに冷媒が分配される。複数の熱交換部材10を通過した冷媒は、第2ヘッダ40において合流し、第2ヘッダ40の一端から流出する。
図2及び図4において、ヘッダ2の外形は、直方体になっているが、形状は限定されるものではない。ヘッダ2の外形は、例えば、円柱、又は楕円柱等でも良く、断面形状も適宜変更することができる。また、ヘッダ2の構造も、例えば、両端が閉じられた筒状体、スリットが形成された板状体を積層させたもの等を採用することができる。第1ヘッダ30は、冷媒が流出入できる冷媒流通口33が形成され、第2ヘッダ40は、冷媒が流出入できる冷媒流通口43が形成されている。
図4に示される様に、第1ヘッダ30は、ヘッダ上面34aを形成する第1外郭部材31と底部を形成する第2外郭部材32を組み合わせて直方体形状に形成されている。第2外郭部材32のx逆向き方向の端部には冷媒流通口33が設けられている。第1ヘッダ30のヘッダ上面34aには複数の挿入穴31aが形成されている。複数の挿入穴31aは、複数の熱交換部材10に対応して、x方向に並列している。複数の挿入穴31aは、複数の熱交換部材10のそれぞれの挿入部10bが挿入される穴であり、第1外郭部材31を面方向に貫通している。なお、第2ヘッダ40は、第1ヘッダ30と同じ構造になっている。
(熱交換部材10とヘッダ2との接続部の構造)
図5は、実施の形態1に係る熱交換器100の熱交換部材10と第1ヘッダ30との接続部の拡大図である。熱交換部材10の端部13a及び13bの挿入部10bである伝熱管11は、第1ヘッダ30の挿入穴31aに挿入される。挿入穴31aは、挿入部10bの外周面の形状に沿った形状となっている。挿入部10bと挿入穴31aとは、例えばろう付けにより接合され、熱交換器100の内部を流通する冷媒が流出しないようになっている。また、非挿入部10aであるフィン12の当接部10eは、第1ヘッダ30のヘッダ上面34aに当接しており、非挿入部10aであるフィン12の離間部10dは、第1ヘッダ30のヘッダ上面34aから離れて位置している。なお、当接部10eは、第1ヘッダ30のヘッダ上面34aと対向している面のうち少なくとも一部が第1ヘッダ30のヘッダ上面34aと接触していれば良い。また、離間部10dは、y方向において第1ヘッダ30のヘッダ上面34aと対向している面の一部に形成されていればよい。なお、図5においては、フィン12の先端がヘッダ2の端面35に揃った位置にあるが、仮にフィン12の先端がヘッダ2の端面35から突出した位置にあるような構造を有する場合であっても、離間部10dは、第1ヘッダ30とy方向において対向する位置に形成される。
このように構成されることにより、熱交換器100は、熱交換部材10とヘッダ2との位置関係が一意に決まり、ヘッダ2に対する熱交換部材10の位置決めが容易になる。これにより、熱交換器100の製造時において、熱交換部材10とヘッダ2とを位置決めする工程及び治具を特に設けることなく、熱交換部材10とヘッダ2とを組み合わせるだけで容易に位置が決まり、製造が容易になる。そのため熱交換部材10とヘッダ2とが接触する長さ、つまり熱交換部材10のフィン12とヘッダ2のヘッダ上面34aとが接触する長さが短くなることにより、熱交換部材10とヘッダ2とのろう付け接合をする際にろう材の量を低減させることができる。ひいては、熱交換器100は、熱交換部材10とヘッダ2との接合部の密封性及び強度を確保しつつ、製造コストを抑制することができる。また、熱交換器100は、熱交換部材10とヘッダ2とを接合するろう材を低減させることにより、エロージョンによる伝熱管の損傷を抑えることができる。
実施の形態1においては、非挿入部10aはフィン12の一部で構成されている。当接部10eは、フィン12のy方向の端面であり、離間部10dよりもヘッダ2側に位置している。このように構成されることにより、熱交換部材10は、離間部10dを形成するにあたり、切断加工が容易なフィン12に切り欠きを形成するため、成形が容易である。
図6及び図7は、実施の形態1に係る熱交換部材10のフィン12の構造の変形例を示す天面図である。図6は、図3(c)に相当する図である。熱交換部材10のフィン12は、伝熱管11と一体に成形されたものに限定されず、例えば扁平多穴管に板状の部材を曲げて成形したフィン12を後から接合された構造であっても良い。図6に示されている熱交換部材10は、扁平多穴管である伝熱管11を、伝熱管11の両側の側面11aから板状の部材で挟んで構成されている。板状の部材は、伝熱管11の外周面に沿って配置されている。そして、板状の部材は、伝熱管11からz方向にはみ出した部分同士が接合され、フィン12を形成している。
図7に示されている熱交換部材10は、伝熱管11の片側の側面11aに板状の部材を接合して形成されている。板状の部材は、伝熱管11の片側の側面11a及び伝熱管11のz方向の端部にある円弧形状に沿って曲げられており、伝熱管11の形状に沿って接合されている。そして、板状の部材の伝熱管11からz方向にはみ出した部分が、フィン12を形成している。なお、板状の部材は、伝熱管11の形状に沿って曲げられたものだけに限定されるものではなく、平板を伝熱管11の側面11aに接合した形態などであっても良い。
(熱交換部材10の変形例)
図8は、実施の形態1に係る熱交換部材10の変形例である熱交換部材10Aの三面図である。変形例に係る熱交換部材10Aは、熱交換部材10に対して、非挿入部10aであるフィン12の形状が変更されている。熱交換部材10Aは、z方向において、当接部10eが熱交換部材10と同じくフィン12の伝熱管11側に設けられており、離間部10dがフィン12の先端側に設けられている、即ち当接部がz方向において挿入部10bと離間部10dとの間に位置している点で、熱交換部材10と共通する。ただし、離間部10dは、フィン12の先端側に向かってヘッダ2から離れるように傾斜している傾斜面となっている。
図9は、図8の熱交換部材10Aと第1ヘッダ30との接続部の拡大図である。熱交換部材10と同様に、熱交換部材10Aの端部13a及び13bの挿入部10bである伝熱管11は、第1ヘッダ30の挿入穴31aに挿入される。非挿入部10aであるフィン12の当接部10eは、第1ヘッダ30のヘッダ上面34aに当接している。なお、当接部10eは、第1ヘッダ30のヘッダ上面34aと対向している面のうち少なくとも一部が第1ヘッダ30のヘッダ上面34aと接触していれば良い。非挿入部10aであるフィン12の離間部10dは、当接部10eの伝熱管11から遠い側の端から傾斜して延びている。離間部10dは、伝熱管11から離れるに従い第1ヘッダ30のヘッダ上面34aから離れるように傾斜しており、第1ヘッダ30のヘッダ上面34aから離れて位置している。このように構成されることにより、熱交換部材10Aを有する熱交換器100は、熱交換部材10を用いた場合と同様の効果を得られる。また、熱交換部材10Aは、フィン12のy方向の端部の先端12cの形状を鈍角に形成することができるため、熱交換部材10と比較してフィン12の形状が簡素で強度も高くすることができる。
図10は、実施の形態1に係る熱交換部材10の変形例である熱交換部材10Bの三面図である。図11は、図10の熱交換部材10Bと第1ヘッダ30との接続部の拡大図である。熱交換部材10と同様に、熱交換部材10Bの端部13a及び13bの挿入部10bである伝熱管11は、第1ヘッダ30の挿入穴31aに挿入される。熱交換部材10Bにおいて、非挿入部10aであるフィン12の当接部10eは、第1ヘッダ30のヘッダ上面34aに当接している。当接部10eは、z方向において離間部10dよりも伝熱管11から遠い側に配置されている。つまり、離間部10dは、z方向において挿入部10bと当接部10eとの間に位置している。また、離間部10dは、z方向において伝熱管11に隣接して設けられている。つまり、非挿入部10aは、フィン12の端面の伝熱管11側の一部において第1ヘッダ30と離間している離間部10dを備えている。フィン12は伝熱管11のz方向の2つの端縁14からそれぞれ延びており、当接部10eは、その2つのフィン12の先端側、即ち伝熱管11から離れた側に配置されている。なお、当接部10eは、第1ヘッダ30の上面34と対向している面のうち少なくとも一部が第1ヘッダ30の上面34と接触していれば良い。このように構成されることにより、熱交換部材10Bを有する熱交換器100は、熱交換部材10を用いた場合と同様の効果を得られる。また、熱交換部材10Bは、フィン12のy方向の端部の先端12c側に当接部10eを備えている。そのため、熱交換部材10Bは、第1ヘッダ30のヘッダ上面34aと接触する2つの当接部10eの間の距離が、熱交換部材10よりもz方向に長い。よって、熱交換器100は、製造時において熱交換部材10Bとヘッダ2との位置決め精度が向上するという利点がある。
実施の形態2.
実施の形態2に係る熱交換器200について説明する。熱交換器200は、実施の形態1に係る熱交換器100の熱交換部材10の代わりに形状を変更した熱交換部材210Aを適用したものである。なお、実施の形態1と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
(熱交換部材210A)
図12は、実施の形態2に係る熱交換部材210Aの三面図である。図12(a)は、熱交換部材210Aの正面図、図12(b)は、熱交換部材210Aの側面図、図12(c)は、熱交換部材210Aの天面図である。実施の形態2において複数の熱交換部材210Aのそれぞれは、扁平管である伝熱管11の端縁14の一部からz方向に延びる様にフィン12が設けられている。伝熱管11は、冷媒流路18が形成されており冷媒を内部に流通させる。複数の熱交換部材210Aのそれぞれは、第1ヘッダ30と第2ヘッダ40との間に延伸している。複数の熱交換部材210Aは、互いに側面11aを対向するように配置されている。複数の熱交換部材210Aのうち隣り合う2つの熱交換部材210Aの間には、空気の流路である隙間が形成される。
図12に示されるように、熱交換部材210Aは、伝熱管11の端縁14にフィン12が設置されていない部分がある。熱交換部材210Aの伝熱管11の端縁14にフィン12が設置されていない部分のうち一部分は、第1ヘッダ30及び第2ヘッダ40の内部に挿入される。熱交換部材210Aは、端部13a及び13bのそれぞれの一部分を第1ヘッダ30及び第2ヘッダ40に挿入することにより、第1ヘッダ30と第2ヘッダ40とを連通する。熱交換部材210Aの端部13aの伝熱管11のうち端縁14にフィン12が設置されていない部分は、伝熱管11の端面19aに向かって伝熱管11のz方向の幅が狭まるように傾斜した傾斜部14aが形成されている。換言すると、挿入部10bは、熱交換部材210Aの伝熱管11のy方向の端面に向かって細くなるテーパ形状を備えている。また、熱交換部材210Aの端部13bは、端部13aと同じ構造となっている。
図13は、実施の形態2に係る熱交換器200の熱交換部材210Aと第1ヘッダ30との接続部の拡大図である。熱交換部材210Aの端部13a及び13bは、z方向において区切られて定義される複数の部分から構成される。複数の部分は、熱交換部材210Aの管軸に沿った仮想線により区切って定義される非挿入部10a及び挿入部10bである。また、非挿入部10aと挿入部10bとの境界を切り替わり部10cと称する。図12に示される熱交換部材210Aの端部13a及び13bにおいては、伝熱管11の中央部分が挿入部10bであり、伝熱管11のz方向の端部及びフィン12の部分が非挿入部10aである。挿入部10bは、傾斜部14aのうちフィン12側から端面19aへ向かう途中の部分を境界として中央側の部分である。
図13に示される様に、熱交換部材210Aは、傾斜部14aの途中に当接部10eが形成されており、傾斜部14aのフィン12側の部分及びフィン12の端面が離間部10dとなっている。つまり、当接部10eは、z方向において挿入部10bと離間部10dとの間に位置している。実施の形態2に係る熱交換部材210Aは、実施の形態1に係る熱交換部材10と異なり、当接部10eが伝熱管11に形成されている。そして、熱交換器200は、ヘッダ2と伝熱管11とが当接して位置決めされる構造となっている。このように構成されることにより、実施の形態2に係る熱交換器200は、実施の形態1に係る熱交換器100と同様の効果を奏する。また、熱交換器200は、熱交換部材210Aのうち比較的剛性の高い伝熱管11と、ヘッダ2とを接触させて熱交換部材210Aの位置決めが行われる。そのため、熱交換器200は、熱交換部材210Aを強固に位置決めできるため位置決め精度がさらに向上する。さらに、熱交換部材210Aは、挿入部10bのz方向の端縁14が傾斜部14aになっているため、ヘッダ2の挿入穴31aに挿入しやすく、熱交換器200の製造性を向上させることができる。
(熱交換部材210の変形例)
図14は、実施の形態2に係る熱交換部材210Bの三面図である。図14(a)は、熱交換部材210Bの正面図、図14(b)は、熱交換部材210Bの側面図、図14(c)は、熱交換部材210Bの天面図である。熱交換部材210Bは、実施の形態2の熱交換部材210Aの変形例であり、熱交換部材210Aの非挿入部10a及び挿入部10bの形状を変更したものである。熱交換部材210Bは、伝熱管11の端縁14にフィン12が設置されていない部分がある。熱交換部材210Bの伝熱管11の端縁14にフィン12が設置されていない部分のうち一部分は、第1ヘッダ30及び第2ヘッダ40の内部に挿入される。熱交換部材210Bは、端部13a及び13bのそれぞれの一部分を第1ヘッダ30及び第2ヘッダ40に挿入することにより、第1ヘッダ30と第2ヘッダ40とを連通する。
熱交換部材210Bの端部13aの伝熱管11のうち端縁14にフィン12が設置されていない部分は、伝熱管11の端面19aからフィン12向かう途中において段差が形成され、ヘッダ2側に向いた段差面である当接部10eが形成されている。伝熱管11は、端面19a側の部分がフィン12が設置されている側の部分よりも細くなっている。つまり、熱交換部材10の端部13aのうちフィン12が設置されていない部分は、下記のようになっている。すなわち、フィン12の端面に形成されている離間部10dから伝熱管11の端面19aに至る途中までの伝熱管11のz方向の幅は、伝熱管11のフィン12が設置されている部分の伝熱管11のz方向の幅と同じに形成されている。そして、伝熱管11の端面19a側の部分は、伝熱管11のフィン12が設置されている部分の伝熱管11のz方向の幅よりも細くなっている。なお、熱交換部材210Bの端部13bは、端部13aと同じ構造となっている。
図15は、実施の形態2に係る熱交換器200の熱交換部材210Bと第1ヘッダ30との接続部の拡大図である。熱交換部材210Bの端部13a及び13bも、z方向において区切られて定義される複数の部分から構成される。複数の部分は、熱交換部材210Bの管軸に沿った仮想線により区切って定義される非挿入部10a及び挿入部10bである。また、非挿入部10aと挿入部10bとの境界を切り替わり部10cと称する。図14に示される熱交換部材210Bの端部13a及び13bにおいては、伝熱管11の中央部分が挿入部10bに相当し、伝熱管11のz方向の端部及びフィン12の部分が非挿入部10aに相当する。挿入部10bは、伝熱管11の細くなっている部分を含む。そして、伝熱管11の細くなった部分のz方向の端縁14は、z方向を向いた端部端面15となっている。端部端面15は、端面19aから所定の範囲に形成されており、ヘッダ2の挿入穴31aと嵌合する。
図15に示される様に、熱交換部材210Bは、端部13a及び13bに当接部10eが形成されており、傾斜部14aのフィン12側の部分及びフィン12の端面が離間部10dとなっている。実施の形態2に係る熱交換部材210Bは、実施の形態1に係る熱交換部材10と異なり、当接部10eが伝熱管11に形成されている。そして、熱交換器200は、ヘッダ2と伝熱管11とが当接して位置決めされる構造となっている。このように構成されることにより、実施の形態2に係る熱交換器200は、実施の形態1に係る熱交換器100と同様の効果を奏する。また、熱交換器200は、熱交換部材210Bのうち比較的剛性の高い伝熱管11と、ヘッダ2とを接触させて熱交換部材210Bの位置決めが行われる。そのため、熱交換器200は、熱交換部材210を強固に位置決めできるため位置決め精度がさらに向上する。
なお、熱交換部材210Bは、端部端面15を端面19a及び19bに向かって細くなる様に傾斜させても良い。このように構成することにより、熱交換部材210Bは、挿入部10bの端部端面15が端面19a及び19bに向かうに従い細くなる様に傾斜するため、ヘッダ2の挿入穴31aに挿入しやすく、熱交換器200の製造性を向上させることができる。
実施の形態3.
実施の形態3に係る熱交換器300について説明する。熱交換器300は、実施の形態1に係る熱交換器100のヘッダ2の代わりに形状を変更したヘッダ302を適用したものである。なお、実施の形態1と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
(ヘッダ2)
図16は、実施の形態3に係る熱交換器300のヘッダ302の三面図である。図16(a)は、ヘッダ302の正面図であり、図16(b)は、ヘッダ302の側面図であり、図16(c)は、ヘッダ302の上面図である。ヘッダ302は、熱交換器300において、第1ヘッダ330又は第2ヘッダ340として用いられるものである。第1ヘッダ330及び第2ヘッダ340は、それぞれx方向に延伸しており、内部に冷媒が流通するように構成されている。ヘッダ302は、図2に示される第1ヘッダ30又は第2ヘッダ40と置換して用いられるものであり、例えば、第1ヘッダ330の一端から矢印RF方向に冷媒が流入し、複数の熱交換部材310のそれぞれに冷媒が分配される。複数の熱交換部材310を通過した冷媒は、第2ヘッダ340において合流し、第2ヘッダ340の一端から流出する。
実施の形態1において、ヘッダ2の外形は直方体になっているが、形状は限定されるものではない。図16に示されているヘッダ302の外形は、熱交換部材310が挿入される挿入穴31aが設けられている側のヘッダ上面34aのz方向の両端の角部に傾斜面36が設けられている。傾斜面36は、図16(b)に示される様に、z方向又はz方向逆向きに向かうに従い、熱交換部材310から離れるように傾斜する面である。
図17は、実施の形態3に係る熱交換器300の熱交換部材310と第1ヘッダ330との接続部の拡大図である。図16に示される様に、第1ヘッダ330は、ヘッダ上面34aのz方向の両端に傾斜面36が形成されている。そのため、例えば図8に示される熱交換部材10Aのようにフィン12のヘッダ2側の端部にヘッダ2から離れるように傾斜した部分を設けることなく、フィン12とヘッダ2との離間距離を確保することができる。従って、熱交換部材310は、x方向から見たときのフィン12の切り欠き量を小さくすることにより、伝熱面積の低下を抑制できる。
(ヘッダ302の変形例)
図18は、実施の形態3に係る熱交換器300の熱交換部材310と第1ヘッダ330の変形例である第1ヘッダ330Bとの接続部の拡大図である。ヘッダ上面34aは、図16及び図17に示されているヘッダ302のヘッダ上面34aの形状に限定されるものではない。図18に示される様に、第1ヘッダ330Bは、ヘッダ上面34aに複数の凹凸形状が形成されている。熱交換部材310の当接部10eは、z方向において、最も伝熱管11側に位置する凸部37aに当接している。凸部37aよりも伝熱管11から離れている位置に形成された凸部37bは、フィン12の端面の一部である離間部10dから離れて位置している。つまり、ヘッダ302のヘッダ上面34aに形成された凹凸形状は、離間部10dとの間に空間を形成している。
図19は、実施の形態3に係る熱交換器300の熱交換部材310と第1ヘッダ330の変形例である第1ヘッダ330Cとの接続部の拡大図である。第1ヘッダ330Cは、ヘッダ上面34aに細かな凹凸形状が形成されている。熱交換部材310の当接部10eは、ヘッダ上面34aに形成された凹凸形状の凸部の頂点に当接している。離間部10dは、凹凸形状の凸部の頂点から離れた位置にある。変形例に係る第1ヘッダ330B及び330Cも、x方向から見たときのフィン12の切り欠き量を小さくすることにより伝熱面積の低下を抑制できるとともに、フィン12とヘッダ上面34aとの接合面積を必要に応じて変更できるため、熱交換部材310とヘッダ320との接合強度を確保することができる。
図20は、実施の形態3に係る熱交換器300の熱交換部材310の変形例である熱交換部材310Aと第1ヘッダ330の変形例である第1ヘッダ330Aとの接続部の拡大図である。変形例である熱交換部材310Aは、熱交換部材310のフィン12の切り欠きをなくしたものである。熱交換部材310Aのフィン12は、ヘッダ上面34aと対向している部分が当接部10eとなり、ヘッダ330Aの傾斜面36のy方向において対向する部分が離間部10dとなる。つまり、熱交換部材310Aのようにフィン12のヘッダ2側の端部に切り欠きを設けなくとも、ヘッダ330Aのように傾斜面36を設けることにより離間部10dを形成することができる。このように構成されることにより、熱交換器300は、フィン12の伝熱面積を最大限に確保しつつ、フィン12とヘッダ2との離間部10dを確保し、フィン12とヘッダ上面34aとの接合面積及び熱交換部材310Aの位置決め精度も確保することができる。なお、当接部10eは、全ての部分がヘッダ上面34aに接している必要はなく、各部材の寸法精度及び位置精度に応じて当該当接部10eの一部が当接するものであっても良い。
図21は、実施の形態3に係る熱交換器300の熱交換部材310の変形例である熱交換部材310Aと第1ヘッダ330の変形例である第1ヘッダ330Bとの接続部の拡大図である。第1ヘッダ330Bは、ヘッダ上面34aに複数の凹凸形状が形成されているため、熱交換部材310Aのフィン12は、ヘッダ上面34aに形成された凸部37aに対しy方向において対向する部分が当接部10eとなり、ヘッダ上面34aの凹部に対しy方向において対向する部分が離間部10dとなる。このような熱交換部材310Aと第1ヘッダ330Bとの組み合わせにおいても、図20に示された組み合わせと同様の効果を得ることができる。
図22は、実施の形態3に係る熱交換器300の熱交換部材310の変形例である熱交換部材310Aと第1ヘッダ330の変形例である第1ヘッダ330Cとの接続部の拡大図である。第1ヘッダ330Bは、ヘッダ上面34aに細かな凹凸形状が形成されているため、熱交換部材310Aのフィン12は、ヘッダ上面34aに形成された凸部の頂点に対しy方向において対向する部分が当接部10eとなり、ヘッダ上面34aの凹部に対しy方向において対向する部分が離間部10dとなる。このような熱交換部材310Aと第1ヘッダ330Bとの組み合わせにおいても、図20に示された組み合わせと同様の効果を得ることができる。図20~図22に示された熱交換器300によれば、フィン12とヘッダ上面34aとの接合面積を必要に応じて変更できるため、熱交換器300は、熱交換部材310とヘッダ320との接合強度を十分に確保することができる。
図23は、実施の形態3に係る熱交換器300の熱交換部材310の変形例である熱交換部材310Bと第1ヘッダ330の変形例である第1ヘッダ330Aとの接続部の拡大図である。変形例である熱交換部材310Bは、図20に示されている熱交換部材310Aと形状が異なりフィン12とともに伝熱管11もプレス加工等により除去加工がされている。熱交換部材310Bは、挿入部10bのz方向の両端部に端部端面15がそれぞれ形成されている。また、熱交換部材310Bの当接部10eは、フィン12の端面と伝熱管11に形成された段差面11bとにより構成される。このように構成されることにより、熱交換器300は、フィン12の伝熱面積を最大限に確保しつつ、フィン12とヘッダ2との離間部10dを確保し、フィン12とヘッダ上面34aとの接合面積も確保することができる。また、当接部10eは、フィン12だけでなく伝熱管11の段差面11dにより構成されるため、当該当接部10eの剛性が向上し位置決めの精度も向上する。
実施の形態4.
実施の形態4に係る熱交換器400について説明する。熱交換器400の熱交換部材410は、実施の形態1に係る熱交換器100の熱交換部材10の伝熱管11の数量と形状とを変更した複数の伝熱管411を備え、複数の伝熱管411の間をフィン412で接続したものである。なお、実施の形態1と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図24は、実施の形態4に係る熱交換部材410の三面図である。図24(a)は、熱交換部材410の正面図、図24(b)は、熱交換部材410の側面図、図24(c)は、熱交換部材410の天面図である。熱交換部材410は、z方向に平行に並べられた3本の伝熱管411を備える。伝熱管411は、y方向のいずれの断面においても断面形状が円形である。また、熱交換部材410は、隣合う伝熱管411の間にフィン412が設けられている。
熱交換部材410は、伝熱管411が挿入部10bになっており、フィン12及びフィン412が非挿入部10aとなっている。非挿入部10aであるフィン12及びフィン412のヘッダ2側の端面は、実施の形態1に係る熱交換部材10のフィン12の端面と同様に、離間部10dと当接部10eとが設けられている。このように、熱交換部材410は、扁平多穴管である伝熱管11の代わりに断面円形の伝熱管411を用いることもできる。熱交換器400に用いられるヘッダ2は、挿入穴31aが伝熱管411に合わせて円形になっている。実施の形態4に係る熱交換器400のように、熱交換器400は、伝熱管411が扁平多穴管に限定されず、様々な形状の伝熱管でも実施の形態1に係る熱交換器100と同様の効果を得ることができる。
実施の形態5.
実施の形態5に係る熱交換器500について説明する。熱交換器500の熱交換部材510は、実施の形態2に係る熱交換器200の熱交換部材210の伝熱管11の数量と形状とを変更した複数の伝熱管511を備え、複数の伝熱管511の間をフィン512で接続したものである。なお、実施の形態2と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図25は、実施の形態5に係る熱交換部材510の熱交換部材510の三面図である。図25(a)は、熱交換部材510の正面図、図25(b)は、熱交換部材510の側面図、図25(c)は、熱交換部材510の天面図である。熱交換部材510は、実施の形態4に係る熱交換部材410と同様に断面円形であるが、伝熱管511の端部に段差が形成されている。つまり、実施の形態2に係る熱交換部材210と同様に、熱交換部材510の非挿入部10aは、フィン12及び512と伝熱管511の一部とを含む構成になっている。実施の形態5に係る熱交換器500は、この構成を備えることにより、比較的剛性の高い伝熱管511とヘッダ2とを当接させることができる。よって、熱交換器500は、実施の形態2に係る熱交換器200と同様に熱交換部材510とヘッダ2とを強固に位置決めでき、位置決め精度の向上及び製造性の向上を図ることができる。
以上に実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではない。例えば、各実施の形態を組み合わせて構成されていても良い。要するに、いわゆる当業者が必要に応じてなす種々なる変更、応用、利用の範囲をも技術的範囲に含む。
2 ヘッダ、10 熱交換部材、10A 熱交換部材、10B 熱交換部材、10a 非挿入部、10b 挿入部、10c 切り替わり部、10d 離間部、10e 当接部、10f 熱交換部、11 伝熱管、11a 側面、12 フィン、12c 先端、13a 端部、13b 端部、14 端縁、14a 傾斜部、15 端部端面、18 冷媒流路、19a 端面、19b 端面、30 第1ヘッダ、31 第1外郭部材、31a 挿入穴、32 第2外郭部材、33 冷媒流通口、34 上面、34a ヘッダ上面、36 傾斜面、37a 凸部、37b 凸部、40 第2ヘッダ、50 冷凍サイクル装置、100 熱交換器、101 圧縮機、102 流路切替装置、103 室内熱交換器、104 減圧装置、105 室外熱交換器、106 室外機、107 室内機、108 室外送風機、109 室内送風機、110 冷媒回路、111 延長配管、112 延長配管、200 熱交換器、210 熱交換部材、210A 熱交換部材、210B 熱交換部材、300 熱交換器、302 ヘッダ、310 熱交換部材、310A 熱交換部材、310B 熱交換部材、320 ヘッダ、330 第1ヘッダ、330B 第1ヘッダ、330C 第1ヘッダ、340 第2ヘッダ、400 熱交換器、410 熱交換部材、411 伝熱管、412 フィン、500 熱交換器、510 熱交換部材、511 伝熱管、512 フィン、RF 矢印。

Claims (5)

  1. 第1方向に延伸する熱交換部材と、
    前記熱交換部材が接続されたヘッダと、を備え、
    前記熱交換部材は、
    前記第1方向に延びる少なくとも1つの伝熱管と、
    前記第1方向に交差する第2方向における前記少なくとも1つの伝熱管の端縁の一部に形成されたフィンと、を備え、
    前記熱交換部材の前記第1方向の端部は、
    前記ヘッダの内部に挿入される挿入部と、
    前記挿入部以外の部分において前記ヘッダと当接する当接部と、
    前記挿入部以外の部分において前記ヘッダと離間している離間部と、を備え、
    前記当接部は、
    前記第1方向において、前記離間部よりも前記ヘッダの近くに位置し、
    前記第2方向において、前記挿入部と前記離間部との間に位置し
    記フィンの前記第1方向の端面の少なくとも一部であ
    前記ヘッダは、
    前記熱交換部材が挿入される側の表面に前記第2方向に並列されている凹凸形状を備え、
    前記表面は、
    前記当接部と当接されている、熱交換器。
  2. 第1方向に延伸する熱交換部材と、
    前記熱交換部材が接続されたヘッダと、を備え、
    前記熱交換部材は、
    前記第1方向に延びる少なくとも1つの伝熱管と、
    前記第1方向に交差する第2方向における前記少なくとも1つの伝熱管の端縁の一部に形成されたフィンと、を備え、
    前記熱交換部材の前記第1方向の端部は、
    前記ヘッダの内部に挿入される挿入部と、
    前記挿入部以外の部分において前記ヘッダと当接する当接部と、
    前記挿入部以外の部分において前記ヘッダと離間している離間部と、を備え、
    前記離間部は、
    前記第2方向において、前記挿入部と前記当接部との間に位置し、
    前記ヘッダは、
    前記熱交換部材が挿入される側の表面に前記第2方向に並列されている凹凸形状を備え、
    前記表面は、
    前記当接部と当接され、
    前記当接部は、
    前記フィンの前記第1方向の端面の少なくとも一部である、熱交換器。
  3. 前記少なくとも1つの伝熱管は、
    扁平多穴管である、請求項1又は2に記載の熱交換器。
  4. 請求項1~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。
  5. 請求項に記載の熱交換器ユニットを備える、冷凍サイクル装置。
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