JPWO2015004719A1 - 積層型ヘッダー、熱交換器、空気調和装置、及び、積層型ヘッダーの板状体と管とを接合する方法 - Google Patents
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Abstract
本発明に係る積層型ヘッダー2は、第1流路が形成され、ロウ材が塗布されないベア材12_1〜12_6と、第2流路が形成され、少なくとも表裏面にロウ材が塗布されたクラッド材13_1〜13_5と、が、第1流路及び第2流路を連通させるように、交互に積層され、管が、第1流路及び第2流路のうちの少なくともいずれか一方の流路に端部を挿入させた状態で接合される板状体11を備え、板状体11の積層方向の最も外側に、ベア材12_1、12_6が積層されたものである。
Description
本発明は、積層型ヘッダーと、熱交換器と、空気調和装置と、積層型ヘッダーの板状体と管とを接合する方法と、に関するものである。
従来の積層型ヘッダーとして、第1流路が形成され、ロウ材が塗布されないベア材と、第2流路が形成され、表裏面にロウ材が塗布されたクラッド材と、が、第1流路及び第2流路を連通させるように、交互に積層された板状体を備えたものがある。板状体には、管が、第1流路に端部を挿入させた状態で接合される(例えば、特許文献1参照)。
このような積層型ヘッダーでは、板状体の積層方向の最も外側にクラッド材が積層されている、つまり、板状体の積層方向の最も外側の面にロウ材が塗布されているため、ロウ材の使用量が多いという問題点があった。また、板状体の積層方向の最も外側の面に塗布されたロウ材が、加熱時に、管と第1流路の隙間及び管と第2流路との隙間に染み込んで管の端部に達して、流体の流路に流入してしまうため、流路を流れる流体の圧力損失が増大するという問題点があった。
本発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、ロウ材の使用量が削減され、流路を流れる流体の圧力損失の増大が抑制された積層型ヘッダーを得ることを目的とする。また、本発明は、そのような積層型ヘッダーを備えた熱交換器を得ることを目的とする。また、本発明は、そのような熱交換器を備えた空気調和装置を得ることを目的とする。また、本発明は、ロウ材の使用量を削減し、流路を流れる流体の圧力損失の増大を抑制することができる積層型ヘッダーの板状体と管とを接合する方法を得ることを目的とする。
本発明に係る積層型ヘッダーは、第1流路が形成され、ロウ材が塗布されないベア材と、第2流路が形成され、少なくとも表裏面にロウ材が塗布されたクラッド材と、が、該第1流路及び該第2流路を連通させるように、交互に積層され、管が、該第1流路及び該第2流路のうちの少なくともいずれか一方の流路に端部を挿入させた状態で接合される板状体を備え、前記板状体の積層方向の最も外側に、前記ベア材が積層されたものである。
本発明に係る積層型ヘッダーは、板状体の積層方向の最も外側にベア材が積層されている、つまり、板状体の積層方向の最も外側の面にロウ材が塗布されないため、ロウ材の使用量が削減される。また、板状体の積層方向の最も外側の面にロウ材が塗布されないため、加熱時に、ロウ材が流体の流路に流入してしまうことが抑制されて、流路を流れる流体の圧力損失の増大が抑制される。
以下、本発明に係る積層型ヘッダーについて、図面を用いて説明する。
なお、以下では、本発明に係る積層型ヘッダーが、冷媒が流入する熱交換器に適用される場合を説明しているが、本発明に係る積層型ヘッダーが、他の流体が流入する他の機器に適用されてもよい。また、以下で説明する構成、動作等は、一例にすぎず、そのような構成、動作等に限定されない。また、各図において、同一又は類似するものには、同一の符号を付すか、又は、符号を付すことを省略している。また、細かい構造については、適宜図示を簡略化又は省略している。また、重複又は類似する説明については、適宜簡略化又は省略している。
なお、以下では、本発明に係る積層型ヘッダーが、冷媒が流入する熱交換器に適用される場合を説明しているが、本発明に係る積層型ヘッダーが、他の流体が流入する他の機器に適用されてもよい。また、以下で説明する構成、動作等は、一例にすぎず、そのような構成、動作等に限定されない。また、各図において、同一又は類似するものには、同一の符号を付すか、又は、符号を付すことを省略している。また、細かい構造については、適宜図示を簡略化又は省略している。また、重複又は類似する説明については、適宜簡略化又は省略している。
実施の形態1.
実施の形態1に係る熱交換器について説明する。
<熱交換器の構成>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の構成について説明する。
図1は、実施の形態1に係る熱交換器の、構成を示す図である。なお、図1以下では、冷媒の流れ方向を墨付き矢印で示している。
図1に示されるように、熱交換器1は、積層型ヘッダー2と、ヘッダー3と、複数の第1伝熱管4と、複数のフィン5と、を有する。なお、ヘッダー3は、積層型ヘッダー2と同様の積層型ヘッダーであってもよく、また、異なるタイプのヘッダーであってもよい。
実施の形態1に係る熱交換器について説明する。
<熱交換器の構成>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の構成について説明する。
図1は、実施の形態1に係る熱交換器の、構成を示す図である。なお、図1以下では、冷媒の流れ方向を墨付き矢印で示している。
図1に示されるように、熱交換器1は、積層型ヘッダー2と、ヘッダー3と、複数の第1伝熱管4と、複数のフィン5と、を有する。なお、ヘッダー3は、積層型ヘッダー2と同様の積層型ヘッダーであってもよく、また、異なるタイプのヘッダーであってもよい。
積層型ヘッダー2の内部には、分配流路2aが形成される。分配流路2aの流入側には、冷媒配管が接続される。分配流路2aの流出側には複数の第1伝熱管4が接続される。ヘッダー3の内部には、合流流路3aが形成される。合流流路3aの流入側には、複数の第1伝熱管4が接続される。合流流路3aの流出側には冷媒配管が接続される。
第1伝熱管4は、複数の流路が形成された扁平管である。第1伝熱管4は、例えば、アルミニウム製である。第1伝熱管4には、複数のフィン5が接合される。フィン5は、例えば、アルミニウム製である。第1伝熱管4とフィン5との接合は、ロウ付け接合であるとよい。なお、図1では、第1伝熱管4が8本である場合を示しているが、そのような場合に限定されない。また、第1伝熱管4は、扁平管でなくてもよい。
<熱交換器における冷媒の流れ>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器における冷媒の流れについて説明する。
冷媒配管を流れる冷媒は、積層型ヘッダー2に流入して分配流路2aで分配され、複数の第1伝熱管4に流出する。冷媒は、複数の第1伝熱管4において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。複数の第1伝熱管4を流れる冷媒は、ヘッダー3の合流流路3aに流入して合流し、冷媒配管に流出する。冷媒は、逆流することができる。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器における冷媒の流れについて説明する。
冷媒配管を流れる冷媒は、積層型ヘッダー2に流入して分配流路2aで分配され、複数の第1伝熱管4に流出する。冷媒は、複数の第1伝熱管4において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。複数の第1伝熱管4を流れる冷媒は、ヘッダー3の合流流路3aに流入して合流し、冷媒配管に流出する。冷媒は、逆流することができる。
<積層型ヘッダーの構成>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の積層型ヘッダーの構成について説明する。
図2及び図3は、実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。図3は、図2におけるA部を拡大した斜視図である。
図2に示されるように、積層型ヘッダー2は、板状体11を有する。板状体11は、ベア材12_1〜12_6と、クラッド材13_1〜13_5と、が交互に積層されて形成される。板状体11の積層方向の最も外側には、ベア材12_1、12_6が積層される。以下では、ベア材12_1〜12_6を総称して、ベア材12と記載する場合がある。以下では、クラッド材13_1〜13_5を総称して、クラッド材13と記載する場合がある。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の積層型ヘッダーの構成について説明する。
図2及び図3は、実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。図3は、図2におけるA部を拡大した斜視図である。
図2に示されるように、積層型ヘッダー2は、板状体11を有する。板状体11は、ベア材12_1〜12_6と、クラッド材13_1〜13_5と、が交互に積層されて形成される。板状体11の積層方向の最も外側には、ベア材12_1、12_6が積層される。以下では、ベア材12_1〜12_6を総称して、ベア材12と記載する場合がある。以下では、クラッド材13_1〜13_5を総称して、クラッド材13と記載する場合がある。
ベア材12は、例えば、アルミニウム製である。ベア材12には、ロウ材が塗布されない。ベア材12のそれぞれには、分配用第1流路12a_1〜12a_6が形成される。分配用第1流路12a_1〜12a_6は、ベア材12の表裏面を貫通する貫通穴である。ベア材12とクラッド材13とが積層されると、分配用第1流路12a_1〜12a_6は、分配流路2aの一部として機能する。以下では、分配用第1流路12a_1〜12a_6を総称して、分配用第1流路12aと記載する場合がある。
クラッド材13は、例えば、アルミニウム製であり、ベア材12と比較して薄い。クラッド材13の少なくとも表裏面には、ロウ材が塗布される。クラッド材13のそれぞれには、分配用第2流路13a_1〜13a_5が形成される。分配用第2流路13a_1〜13a_5は、クラッド材13の表裏面を貫通する貫通穴である。ベア材12とクラッド材13とが積層されると、分配用第2流路13a_1〜13a_5は、分配流路2aの一部として機能する。以下では、分配用第2流路13a_1〜13a_5を総称して、分配用第2流路13aと記載する場合がある。
ベア材12_1に形成される分配用第1流路12a_1、及び、クラッド材13_1〜13_4に形成される分配用第2流路13a_1〜13a_4は、円形状の貫通穴である。分配用第1流路12a_1には、冷媒配管が接続される。例えば、ベア材12_1の冷媒の流入側の面に口金等が設けられ、その口金等を介して冷媒配管が接続されてもよく、また、分配用第1流路12a_1の内周面が、冷媒配管の外周面と嵌合する形状であり、口金等を用いずに、分配用第1流路12a_1に冷媒配管が直接接続されてもよい。
ベア材12_2〜12_4に形成される分配用第1流路12a_2〜12a_4は、例えば、Z字状の貫通穴である。ベア材12_2〜12_4の冷媒が流入する側に積層されるクラッド材13_1〜13_3の分配用第2流路13a_1〜13a_3は、分配用第1流路12a_2〜12a_4の中心と対向する位置に形成される。ベア材12_2〜12_4の冷媒が流出する側に積層されるクラッド材13_2〜13_4の分配用第2流路13a_2〜13a_4は、分配用第1流路12a_2〜12a_4の端部と対向する位置に形成される。
ベア材12_2〜12_4とクラッド材13_1〜13_4とが積層されると、分配用第1流路12a_2〜12a_4の中心の分配用第2流路13a_1〜13a_3に連通する領域(つまり冷媒が流入する領域)、及び、分配用第1流路12a_2〜12a_4の分配用第2流路13a_2〜13a_4に連通する領域(つまり冷媒が流出する領域)以外が閉塞されて、分岐流路が形成される。なお、図2では、分配流路2aが、流入する冷媒を2つに分岐して流出する分岐流路を複数有する場合を示しているが、そのような場合に限定されない。
図3に示されるように、ベア材12_5、12_6に形成される分配用第1流路12a_5、12a_6、及び、クラッド材13_5に形成される分配用第2流路13a_5は、第1伝熱管4の外周面に沿う形状の貫通穴である。分配用第1流路12a_5、12a_6の内周面及び分配用第2流路13a_5の内周面は、第1伝熱管4の外周面に嵌合される。その嵌合は、加熱されたロウ材が毛細管現象によって染み込む程度の隙間を有するとよい。ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4が接合された状態において、第1伝熱管4の端部4aは、ベア材12_5の分配用第1流路12a_5の内側に位置する。板状体11と第1伝熱管4との接合部の構成、及び、板状体11と第1伝熱管4との接合の方法については、後述する。
<積層型ヘッダーにおける冷媒の流れ>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の積層型ヘッダーにおける冷媒の流れについて説明する。
図4は、実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。
図2及び図4に示されるように、ベア材12_1の分配用第1流路12a_1からクラッド材13_1の分配用第2流路13a_1に流入した冷媒は、ベア材12_2の分配用第1流路12a_2の中心に流入する。ベア材12_2の分配用第1流路12a_2の中心に流入した冷媒は、隣接して積層されるクラッド材13_2の表面に当たって分岐し、ベア材12_2の分配用第1流路12a_2の端部に流入する。ベア材12_2の分配用第1流路12a_2の端部から流出した冷媒は、クラッド材13_2の分配用第2流路13a_2を通過して、ベア材12_3の分配用第1流路12a_3の中心に流入する。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の積層型ヘッダーにおける冷媒の流れについて説明する。
図4は、実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。
図2及び図4に示されるように、ベア材12_1の分配用第1流路12a_1からクラッド材13_1の分配用第2流路13a_1に流入した冷媒は、ベア材12_2の分配用第1流路12a_2の中心に流入する。ベア材12_2の分配用第1流路12a_2の中心に流入した冷媒は、隣接して積層されるクラッド材13_2の表面に当たって分岐し、ベア材12_2の分配用第1流路12a_2の端部に流入する。ベア材12_2の分配用第1流路12a_2の端部から流出した冷媒は、クラッド材13_2の分配用第2流路13a_2を通過して、ベア材12_3の分配用第1流路12a_3の中心に流入する。
同様に、ベア材12_3の分配用第1流路12a_3の中心に流入した冷媒は、隣接して積層されるクラッド材13_3の表面に当たって分岐し、ベア材12_3の分配用第1流路12a_3の端部に流入する。ベア材12_3の分配用第1流路12a_3の端部から流出した冷媒は、クラッド材13_3の分配用第2流路13a_3を通過して、ベア材12_4の分配用第1流路12a_4の中心に流入する。
同様に、ベア材12_4の分配用第1流路12a_4の中心に流入した冷媒は、隣接して積層されるクラッド材13_4の表面に当たって分岐し、ベア材12_4の分配用第1流路12a_4の端部に流入する。ベア材12_4の分配用第1流路12a_4の端部から流出した冷媒は、クラッド材13_4の分配用第2流路13a_4を通過して、ベア材12_5の分配用第1流路12a_5に流入する。
ベア材12_5の分配用第1流路12a_5に流入した冷媒は、分配用第1流路12a_5内に位置する第1伝熱管4の端部4aから第1伝熱管4内に流入する。第1伝熱管4内に流入した冷媒は、第1伝熱管4の、クラッド材13_5の分配用第2流路13a_5内及びベア材12_6の分配用第1流路12a_6内に位置する領域を通過して、第1伝熱管4の、フィン5が接合された領域に流入する。
<板状体と第1伝熱管との接合部の構成>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管との接合部の構成について説明する。
図5は、実施の形態1に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管との接合部の構成を示す図である。図5(a)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4が接合された状態での、図3におけるB−B線での断面図である。図5(b)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4が接合された状態での、図5(a)におけるC−C線での断面図である。なお、図5(a)では、分配用第2流路13aの内周面にロウ材が塗布されていない状態を示しているが、分配用第2流路13aの内周面にロウ材が塗布されていてもよい。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管との接合部の構成について説明する。
図5は、実施の形態1に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管との接合部の構成を示す図である。図5(a)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4が接合された状態での、図3におけるB−B線での断面図である。図5(b)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4が接合された状態での、図5(a)におけるC−C線での断面図である。なお、図5(a)では、分配用第2流路13aの内周面にロウ材が塗布されていない状態を示しているが、分配用第2流路13aの内周面にロウ材が塗布されていてもよい。
図5に示されるように、ベア材12_5の分配用第1流路12a_5の内周面には、突起14aが形成される。第1伝熱管4は、端部4aを突起14aに突き当てた状態で接合される。なお、図5では、突起14aが、分配用第1流路12a_5の長手方向の両端部に形成される場合を示しているが、そのような場合に限定されず、突起14aが、分配用第1流路12a_5の短手方向の両端部に形成されてもよく、また、突起14aが、分配用第1流路12a_5の長手方向の両端部及び短手方向の両端部に形成されてもよい。また、図5では、突起14aが、2個である場合を示しているが、そのような場合に限定されず、他の個数であってもよい。また、図5では、突起14aが半球状である場合を示しているが、そのような場合に限定されず、他の形状であってもよい。
突起14aは、分配用第1流路12a_5の内周面の両端部の間に形成される。つまり、突起14aは、ベア材12_5の表面及び裏面から離れた位置に形成される。また、突起14aの高さは、第1伝熱管4の肉厚と比較して低い。つまり、突起14aの先端は、第1伝熱管4の内側から第1伝熱管4の端部4aを見た状態において、第1伝熱管4の内周面の内側に突出しない。
<板状体と第1伝熱管との接合の方法>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管との接合の方法について説明する。
図5に示されるように、第1伝熱管4が、端部4aを突起14aに突き当てるように位置決めされた状態で、板状体11及び第1伝熱管4が加熱される。その結果、クラッド材13に塗布されたロウ材の温度が融点以上となって、ロウ材が溶融する。溶融したロウ材は、毛細管現象によって、第1伝熱管4の外周面と分配用第1流路12a_5、12a_6の内周面との隙間、及び、第1伝熱管4の外周面と分配用第2流路13a_5との隙間に流入する。板状体11及び第1伝熱管4の加熱が終了して、ロウ材が冷却されると、板状体11と第1伝熱管4とが接合される。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管との接合の方法について説明する。
図5に示されるように、第1伝熱管4が、端部4aを突起14aに突き当てるように位置決めされた状態で、板状体11及び第1伝熱管4が加熱される。その結果、クラッド材13に塗布されたロウ材の温度が融点以上となって、ロウ材が溶融する。溶融したロウ材は、毛細管現象によって、第1伝熱管4の外周面と分配用第1流路12a_5、12a_6の内周面との隙間、及び、第1伝熱管4の外周面と分配用第2流路13a_5との隙間に流入する。板状体11及び第1伝熱管4の加熱が終了して、ロウ材が冷却されると、板状体11と第1伝熱管4とが接合される。
板状体11及び第1伝熱管4の加熱の際に、図5に白抜き矢印で示されるように、第1伝熱管4の内側から第1伝熱管4の端部4aに向かって流体が供給されるとよい。流体の温度が、ロウ材の融点と比較して高いとよく、そのような場合には、ロウ材の溶融を妨げることが抑制される。また、流体は、空気であるとよく、そのような場合には、汎用の設備機器を流用して工程を簡略化することが可能となる。
なお、ベア材12、クラッド材13、第1伝熱管4、及びフィン5を含む全てのロウ付け接合される部材が、同一の材質(例えば、アルミニウム製)であるような場合には、纏めてロウ付け接合することが可能となり、生産性が向上される。以上では、第1伝熱管4と全てのベア材12と全てのクラッド材13とが、纏めてロウ付け接合される場合を説明しているが、そのような場合に限定されない。例えば、第1伝熱管4とベア材12_6とが、先にロウ付け接合され、又は、他の方法によって接合され、残りのベア材12_1〜12_5と全てのクラッド材13とが、後からロウ付け接合されてもよい。また、第1伝熱管4とベア材12_5、12_6とクラッド材13_5とが、先にロウ付け接合され、残りのベア材12_1〜12_4と残りのクラッド材13_1〜13_4とが、後からロウ付け接合されてもよい。
<熱交換器の使用態様>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の使用態様の一例について説明する。
なお、以下では、実施の形態1に係る熱交換器が空気調和装置に使用される場合を説明しているが、そのような場合に限定されず、例えば、冷媒循環回路を有する他の冷凍サイクル装置に使用されてもよい。また、空気調和装置が、冷房運転と暖房運転とを切り替えるものである場合を説明しているが、そのような場合に限定されず、冷房運転又は暖房運転のみを行うものであってもよい。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の使用態様の一例について説明する。
なお、以下では、実施の形態1に係る熱交換器が空気調和装置に使用される場合を説明しているが、そのような場合に限定されず、例えば、冷媒循環回路を有する他の冷凍サイクル装置に使用されてもよい。また、空気調和装置が、冷房運転と暖房運転とを切り替えるものである場合を説明しているが、そのような場合に限定されず、冷房運転又は暖房運転のみを行うものであってもよい。
図6は、実施の形態1に係る熱交換器が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。なお、図6では、冷房運転時の冷媒の流れ方向が実線の矢印で示され、暖房運転時の冷媒の流れ方向が点線の矢印で示される。
図6に示されるように、空気調和装置51は、圧縮機52と、四方弁53と、熱源側熱交換器54と、絞り装置55と、負荷側熱交換器56と、熱源側ファン57、負荷側ファン58、制御装置59と、を有する。圧縮機52と四方弁53と熱源側熱交換器54と絞り装置55と負荷側熱交換器56とが冷媒配管で接続されて、冷媒循環回路が形成される。
図6に示されるように、空気調和装置51は、圧縮機52と、四方弁53と、熱源側熱交換器54と、絞り装置55と、負荷側熱交換器56と、熱源側ファン57、負荷側ファン58、制御装置59と、を有する。圧縮機52と四方弁53と熱源側熱交換器54と絞り装置55と負荷側熱交換器56とが冷媒配管で接続されて、冷媒循環回路が形成される。
制御装置59には、例えば、圧縮機52、四方弁53、絞り装置55、熱源側ファン57、負荷側ファン58、各種センサ等が接続される。制御装置59によって、四方弁53の流路が切り替えられることで、冷房運転と暖房運転とが切り替えられる。熱源側熱交換器54は、冷房運転時に凝縮器として作用し、暖房運転時に蒸発器として作用する。負荷側熱交換器56は、冷房運転時に蒸発器として作用し、暖房運転時に凝縮器として作用する。
冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。
圧縮機52から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して熱源側熱交換器54に流入し、熱源側ファン57によって供給される外気との熱交換によって凝縮することで高圧の液状態の冷媒となり、熱源側熱交換器54から流出する。熱源側熱交換器54から流出した高圧の液状態の冷媒は、絞り装置55に流入し、低圧の気液二相状態の冷媒となる。絞り装置55から流出する低圧の気液二相状態の冷媒は、負荷側熱交換器56に流入し、負荷側ファン58によって供給される室内空気との熱交換によって蒸発することで低圧のガス状態の冷媒となり、負荷側熱交換器56から流出する。負荷側熱交換器56から流出する低圧のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して圧縮機52に吸入される。
圧縮機52から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して熱源側熱交換器54に流入し、熱源側ファン57によって供給される外気との熱交換によって凝縮することで高圧の液状態の冷媒となり、熱源側熱交換器54から流出する。熱源側熱交換器54から流出した高圧の液状態の冷媒は、絞り装置55に流入し、低圧の気液二相状態の冷媒となる。絞り装置55から流出する低圧の気液二相状態の冷媒は、負荷側熱交換器56に流入し、負荷側ファン58によって供給される室内空気との熱交換によって蒸発することで低圧のガス状態の冷媒となり、負荷側熱交換器56から流出する。負荷側熱交換器56から流出する低圧のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して圧縮機52に吸入される。
暖房運転時の冷媒の流れについて説明する。
圧縮機52から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して負荷側熱交換器56に流入し、負荷側ファン58によって供給される室内空気との熱交換によって凝縮することで高圧の液状態の冷媒となり、負荷側熱交換器56から流出する。負荷側熱交換器56から流出した高圧の液状態の冷媒は、絞り装置55に流入し、低圧の気液二相状態の冷媒となる。絞り装置55から流出する低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源側熱交換器54に流入し、熱源側ファン57によって供給される外気との熱交換によって蒸発することで低圧のガス状態の冷媒となり、熱源側熱交換器54から流出する。熱源側熱交換器54から流出する低圧のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して圧縮機52に吸入される。
圧縮機52から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して負荷側熱交換器56に流入し、負荷側ファン58によって供給される室内空気との熱交換によって凝縮することで高圧の液状態の冷媒となり、負荷側熱交換器56から流出する。負荷側熱交換器56から流出した高圧の液状態の冷媒は、絞り装置55に流入し、低圧の気液二相状態の冷媒となる。絞り装置55から流出する低圧の気液二相状態の冷媒は、熱源側熱交換器54に流入し、熱源側ファン57によって供給される外気との熱交換によって蒸発することで低圧のガス状態の冷媒となり、熱源側熱交換器54から流出する。熱源側熱交換器54から流出する低圧のガス状態の冷媒は、四方弁53を介して圧縮機52に吸入される。
熱源側熱交換器54及び負荷側熱交換器56の少なくともいずれか一方に、熱交換器1が用いられる。熱交換器1は、熱交換器1が蒸発器として作用する際に、積層型ヘッダー2から冷媒が流入し、ヘッダー3から冷媒が流出するように接続される。つまり、熱交換器1が蒸発器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー2に気液二相状態の冷媒が流入し、第1伝熱管4からヘッダー3にガス状態の冷媒が流入する。また、熱交換器1が凝縮器として作用する際は、冷媒配管からヘッダー3にガス状態の冷媒が流入し、第1伝熱管4から積層型ヘッダー2に液状態の冷媒が流入する。
積層型ヘッダー2は、複数の分岐流路によって冷媒を分配するため、気液二相状態の冷媒が流入したとしても、複数の第1伝熱管4のそれぞれに流入する冷媒の流量及び乾き度を均一にすることが可能である。つまり、積層型ヘッダー2は、空気調和装置51のような冷凍サイクル装置に好適である。
<熱交換器の作用>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の作用について説明する。
積層型ヘッダー2では、板状体11の積層方向の最も外側に、ロウ材が塗布されないベア材12_1、12_6が積層されている、つまり、板状体11の積層方向の最も外側の面にロウ材が塗布されない。そのため、ロウ材の使用量が削減される。また、板状体11の積層方向の最も外側の面にロウ材が塗布されないため、ロウ材が、加熱時に、第1伝熱管4と分配用第1流路12aとの隙間及び第1伝熱管4と分配用第2流路13aとの隙間に染み込んで、第1伝熱管4の端部4aに達して、冷媒の流路に流入してしまうことが抑制され、冷媒の圧力損失の増大が抑制される。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の作用について説明する。
積層型ヘッダー2では、板状体11の積層方向の最も外側に、ロウ材が塗布されないベア材12_1、12_6が積層されている、つまり、板状体11の積層方向の最も外側の面にロウ材が塗布されない。そのため、ロウ材の使用量が削減される。また、板状体11の積層方向の最も外側の面にロウ材が塗布されないため、ロウ材が、加熱時に、第1伝熱管4と分配用第1流路12aとの隙間及び第1伝熱管4と分配用第2流路13aとの隙間に染み込んで、第1伝熱管4の端部4aに達して、冷媒の流路に流入してしまうことが抑制され、冷媒の圧力損失の増大が抑制される。
また、積層型ヘッダー2では、ベア材12が、クラッド材13と比較して厚く、第1伝熱管4は、ベア材12_5の表面と裏面との間に端部4aが位置決めされた状態で接合される。そのため、クラッド材13の表裏面と端部4aとの間の距離を長くすることができ、溶融したロウ材が、第1伝熱管4内に流入して、冷媒の圧力損失が増大することが抑制される。また、第1伝熱管4の外周面とベア材12_5の分配用第1流路12a_5の内周面とが対向する距離を長くすることができ、加熱前における、第1伝熱管4の端部4a周辺の位置決め及び保持を確実化することができる。なお、積層型ヘッダー2が、板状体11の積層方向の最も外側に、ロウ材が塗布されたクラッド材13が積層されている、つまり、板状体11の積層方向の最も外側の面にロウ材が塗布されているものであっても、同様の作用が奏される。
また、積層型ヘッダー2では、分配用第1流路12a_5の内周面に、突起14aが形成される。そのため、第1伝熱管4の必要以上の挿入によって、フィン5と積層型ヘッダー2との間の隙間が狭くなり、熱交換効率が低下してしまうことが抑制される。また、第1伝熱管4の必要以上の挿入に備えて、第1伝熱管4を必要以上に長くする必要がないため、熱交換器1を小型化することができる。
また、積層型ヘッダー2では、第1伝熱管4が、端部4aを突起14aに突き当て、且つ、端部4aの外周面を分配用第1流路12a_5の内周面に嵌合させた状態で接合される。従来の積層型ヘッダーでは、第1伝熱管の端部の外周面と第1流路の内周面との間に、ロウ材の流入を抑制するための隙間が形成されているが、その隙間に冷媒が流入してしまい、管路の入口における冷媒の圧力損失が増大してしまう。積層型ヘッダー2では、端部4aの外周面と分配用第1流路12a_5の内周面との間に、ロウ材が毛細管現象によって流入する程度の隙間しか形成されないため、その隙間に冷媒が流入してしまって、冷媒の圧力損失が増大することが抑制される。また、加熱前における、第1伝熱管4の端部4a周辺の位置決め及び保持を確実化することができる。なお、積層型ヘッダー2が、板状体11の積層方向の最も外側に、ロウ材が塗布されたクラッド材13が積層されている、つまり、板状体11の積層方向の最も外側の面にロウ材が塗布されているものであっても、同様の作用が奏される。
また、積層型ヘッダー2では、突起14aの先端が、第1伝熱管4の内側から第1伝熱管4の端部4aを見た状態において、第1伝熱管4の内周面の内側に突出しない。そのため、突起14aによって、冷媒の圧力損失が増大することが抑制される。
また、積層型ヘッダー2では、板状体11と第1伝熱管4とが、第1伝熱管4の内側から第1伝熱管4の端部4aに向かって流体が供給された状態で接合される。そのため、溶融したロウ材が、第1伝熱管4内に流入して、冷媒の圧力損失が増大することが抑制される。なお、積層型ヘッダー2が、板状体11の積層方向の最も外側に、ロウ材が塗布されたクラッド材13が積層されている、つまり、板状体11の積層方向の最も外側の面にロウ材が塗布されているものであっても、同様の作用が奏される。
<変形例>
図7は、実施の形態1に係る熱交換器の変形例の、板状体と第1伝熱管との接合部の構成を示す図である。なお、図7(a)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4が接合された状態での、図3におけるB−B線での断面図である。図7(b)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4が接合された状態での、図7(a)におけるD−D線での断面図である。
図7は、実施の形態1に係る熱交換器の変形例の、板状体と第1伝熱管との接合部の構成を示す図である。なお、図7(a)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4が接合された状態での、図3におけるB−B線での断面図である。図7(b)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4が接合された状態での、図7(a)におけるD−D線での断面図である。
図7に示されるように、ベア材12_5の分配用第1流路12a_5の内周面には、その内周面の全ての周方向に亘る突起14bが形成される。なお、図7では、突起14bの断面が半円状である場合を示しているが、そのような場合に限定されず、他の形状であってもよい。
突起14bは、分配用第1流路12a_5の内周面の両端部の間に形成される。つまり、突起14bは、ベア材12_5の表面及び裏面から離れた位置に形成される。また、突起14bの高さは、第1伝熱管4の肉厚と比較して低い。つまり、突起14bの先端は、第1伝熱管4の内側から第1伝熱管4の端部4aを見た状態において、第1伝熱管4の内周面の内側に突出しない。
突起14bは、突起14aと比較して、第1伝熱管4が突き当てられた時に生じる負荷を分散することができる。そのため、第1伝熱管4の位置決めの信頼性が向上される。また、突起14bは、突起14aと比較して、加工が容易であり、また、鋳造等での成型も容易である。そのため、ベア材12_5の製造コストが削減される。
実施の形態2.
実施の形態2に係る熱交換器について説明する。
なお、実施の形態1と重複又は類似する説明は、適宜簡略化又は省略している。
<熱交換器の構成>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の構成について説明する。
図8は、実施の形態2に係る熱交換器の、構成を示す図である。
図8に示されるように、熱交換器1は、積層型ヘッダー2と、複数の第1伝熱管4と、複数のフィン5と、を有する。
実施の形態2に係る熱交換器について説明する。
なお、実施の形態1と重複又は類似する説明は、適宜簡略化又は省略している。
<熱交換器の構成>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の構成について説明する。
図8は、実施の形態2に係る熱交換器の、構成を示す図である。
図8に示されるように、熱交換器1は、積層型ヘッダー2と、複数の第1伝熱管4と、複数のフィン5と、を有する。
積層型ヘッダー2の内部には、分配流路2aと、合流流路2bと、が形成される。合流流路2bの流入側には、複数の第1伝熱管4が接続される。合流流路2bの流出側には冷媒配管が接続される。第1伝熱管4は、ヘアピン曲げ加工が施された扁平管である。分配流路2aの流出側と合流流路2bの流入側との間に、複数の第1伝熱管4が接続される。
<熱交換器における冷媒の流れ>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器における冷媒の流れについて説明する。
冷媒配管を流れる冷媒は、積層型ヘッダー2に流入して分配流路2aで分配され、複数の第1伝熱管4に流出する。冷媒は、複数の第1伝熱管4において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。複数の第1伝熱管4を流れる冷媒は、積層型ヘッダー2の合流流路2bに流入して合流し、冷媒配管に流出する。冷媒は、逆流することができる。
以下に、実施の形態2に係る熱交換器における冷媒の流れについて説明する。
冷媒配管を流れる冷媒は、積層型ヘッダー2に流入して分配流路2aで分配され、複数の第1伝熱管4に流出する。冷媒は、複数の第1伝熱管4において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。複数の第1伝熱管4を流れる冷媒は、積層型ヘッダー2の合流流路2bに流入して合流し、冷媒配管に流出する。冷媒は、逆流することができる。
<積層型ヘッダーの構成>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の積層型ヘッダーの構成について説明する。
図9は、実施の形態2に係る熱交換器の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。
図9に示されるように、ベア材12のそれぞれには、合流用第1流路12b_1〜12b_6が形成される。合流用第1流路12b_1〜12b_6は、ベア材12の表裏面を貫通する貫通穴である。ベア材12とクラッド材13とが積層されると、合流用第1流路12b_1〜12b_6は、合流流路2bの一部として機能する。以下では、合流用第1流路12b_1〜12b_6を総称して、合流用第1流路12bと記載する場合がある。
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の積層型ヘッダーの構成について説明する。
図9は、実施の形態2に係る熱交換器の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。
図9に示されるように、ベア材12のそれぞれには、合流用第1流路12b_1〜12b_6が形成される。合流用第1流路12b_1〜12b_6は、ベア材12の表裏面を貫通する貫通穴である。ベア材12とクラッド材13とが積層されると、合流用第1流路12b_1〜12b_6は、合流流路2bの一部として機能する。以下では、合流用第1流路12b_1〜12b_6を総称して、合流用第1流路12bと記載する場合がある。
また、クラッド材13のそれぞれには、合流用第2流路13b_1〜13b_5が形成される。合流用第2流路13b_1〜13b_5は、クラッド材13の表裏面を貫通する貫通穴である。ベア材12とクラッド材13とが積層されると、合流用第2流路13b_1〜13b_5は、合流流路2bの一部として機能する。以下では、合流用第2流路13b_1〜13b_5を総称して、合流用第2流路13bと記載する場合がある。
ベア材12_1に形成される合流用第1流路12b_1、及び、クラッド材13_4に形成される合流用第2流路13b_4は、円形状の貫通穴である。合流用第1流路12b_1には、冷媒配管が接続される。例えば、ベア材12_1の冷媒の流出側の面に口金等が設けられ、その口金等を介して冷媒配管が接続されてもよく、また、合流用第1流路12b_1の内周面が、冷媒配管の外周面と嵌合する形状であり、口金等を用いずに、合流用第1流路12b_1に冷媒配管が直接接続されてもよい。
ベア材12_2〜12_4に形成される合流用第1流路12b_2〜12b_4、及び、クラッド材13_1〜13_3に形成される合流用第2流路13b_1〜13b_3は、例えば、ベア材12及びクラッド材13の高さ方向のほぼ全域を貫通する矩形状の貫通穴である。なお、図9では、合流流路2bが、流入する冷媒を1つに合流して流出する場合を示しているが、そのような場合に限定されない。
ベア材12_5、12_6に形成される合流用第1流路12b_5、12b_6、及び、クラッド材13_5に形成される合流用第2流路13b_5は、第1伝熱管4の外周面に沿う形状の貫通穴である。合流用第1流路12b_5、12b_6の内周面及び合流用第2流路13b_5の内周面は、第1伝熱管4の外周面に嵌合される。その嵌合は、加熱されたロウ材が毛細管現象によって染み込む程度の隙間を有するとよい。ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4が接合された状態において、第1伝熱管4の端部4aは、ベア材12_5の合流用第1流路12b_5の内側に位置する。板状体11と第1伝熱管4との接合部の構成、及び、板状体11と第1伝熱管4との接合の方法については、後述する。
<積層型ヘッダーにおける冷媒の流れ>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の積層型ヘッダーにおける冷媒の流れについて説明する。
図10は、実施の形態2に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。なお、図10では、クラッド材13の図示が省略されている。
図9及び図10に示されるように、第1伝熱管4に流入した冷媒は、第1伝熱管4の、ベア材12_6の合流用第1流路12b_6内及びクラッド材13_5の合流用第2流路13b_5内に位置する領域を通過して、ベア材12_5の合流用第1流路12b_5に流入する。ベア材12_5の合流用第1流路12b_5に流入した冷媒は、ベア材12_2〜12_4の合流用第1流路12b_2〜12b_4及びクラッド材13_1〜13_4の合流用第2流路13b_1〜13b_4を通過して合流され、冷媒配管に流出する。
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の積層型ヘッダーにおける冷媒の流れについて説明する。
図10は、実施の形態2に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。なお、図10では、クラッド材13の図示が省略されている。
図9及び図10に示されるように、第1伝熱管4に流入した冷媒は、第1伝熱管4の、ベア材12_6の合流用第1流路12b_6内及びクラッド材13_5の合流用第2流路13b_5内に位置する領域を通過して、ベア材12_5の合流用第1流路12b_5に流入する。ベア材12_5の合流用第1流路12b_5に流入した冷媒は、ベア材12_2〜12_4の合流用第1流路12b_2〜12b_4及びクラッド材13_1〜13_4の合流用第2流路13b_1〜13b_4を通過して合流され、冷媒配管に流出する。
<板状体と第1伝熱管との接合部の構成>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管との接合部の構成について説明する。
図5又は図7と同様に、ベア材12_5の合流用第1流路12b_5の内周面に、突起14a又は突起14bが形成され、第1伝熱管4は、端部4aを突起14a又は突起14bに突き当てた状態で接合される。
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管との接合部の構成について説明する。
図5又は図7と同様に、ベア材12_5の合流用第1流路12b_5の内周面に、突起14a又は突起14bが形成され、第1伝熱管4は、端部4aを突起14a又は突起14bに突き当てた状態で接合される。
<板状体と第1伝熱管との接合の方法>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管との接合の方法について説明する。
図5又は図7と同様に、第1伝熱管4が、端部4aを突起14a又は突起14bに突き当てるように位置決めされた状態で、板状体11及び第1伝熱管4が加熱される。
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管との接合の方法について説明する。
図5又は図7と同様に、第1伝熱管4が、端部4aを突起14a又は突起14bに突き当てるように位置決めされた状態で、板状体11及び第1伝熱管4が加熱される。
板状体11及び第1伝熱管4の加熱の際に、図5の白抜き矢印と同様に、第1伝熱管4の内側から第1伝熱管4の端部4aに向かって流体が供給されるとよい。実施の形態1で説明した積層型ヘッダー2と異なり、第1伝熱管4の両側の端部4aが1つのベア材12_5に接合されるため、ベア材12、クラッド材13、第1伝熱管4、及びフィン5を含む全てのロウ付け接合される部材が、纏めてロウ付け接合されるような場合には、第1伝熱管4の内側から第1伝熱管4の両側の端部4aに向かって流体を供給することができず、分配用第1流路12a_5及び合流用第1流路12b_5のうちのいずれか一方の流路のみに、第1伝熱管4の内側から第1伝熱管4の端部4aに向かう流体を供給することになる。そのような場合でも、冷媒が、その一方の流路を通過する際に生じる圧力損失を低減することができる。
また、第1伝熱管4とベア材12_5、12_6とクラッド材13_5とが、先にロウ付け接合され、残りのベア材12_1〜12_4と残りのクラッド材13_1〜13_4とが、後からロウ付け接合されるような場合には、第1伝熱管4の両側の端部4aが露出した状態で接合される。そのような場合には、第1伝熱管4の複数の流路のうちの一部の流路を、第1伝熱管4の内側から第1伝熱管4の分配用第1流路12a_5の内側に位置する端部4aに向かう流体を供給する流路として機能させ、第1伝熱管4の複数の流路のうちの残りの流路を、第1伝熱管4の内側から第1伝熱管4の合流用第1流路12b_5の内側に位置する端部4aに向かう流体を供給する流路として機能させることで、分配用第1流路12a_5と合流用第1流路12b_5との両方に第1伝熱管4の内側から第1伝熱管4の端部4aに向かう流体を供給することができる。
<熱交換器の使用態様>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の使用態様の一例について説明する。
図11は、実施の形態2に係る熱交換器が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。
図11に示されるように、熱源側熱交換器54及び負荷側熱交換器56の少なくともいずれか一方に、熱交換器1が用いられる。熱交換器1は、熱交換器1が蒸発器として作用する際に、積層型ヘッダー2の分配流路2aから第1伝熱管4に冷媒が流入し、第1伝熱管4から積層型ヘッダー2の合流流路2bに冷媒が流入するように接続される。つまり、熱交換器1が蒸発器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー2の分配流路2aに気液二相状態の冷媒が流入し、第1伝熱管4から積層型ヘッダー2の合流流路2bにガス状態の冷媒が流入する。また、熱交換器1が凝縮器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー2の合流流路2bにガス状態の冷媒が流入し、第1伝熱管4から積層型ヘッダー2の分配流路2aに液状態の冷媒が流入する。
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の使用態様の一例について説明する。
図11は、実施の形態2に係る熱交換器が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。
図11に示されるように、熱源側熱交換器54及び負荷側熱交換器56の少なくともいずれか一方に、熱交換器1が用いられる。熱交換器1は、熱交換器1が蒸発器として作用する際に、積層型ヘッダー2の分配流路2aから第1伝熱管4に冷媒が流入し、第1伝熱管4から積層型ヘッダー2の合流流路2bに冷媒が流入するように接続される。つまり、熱交換器1が蒸発器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー2の分配流路2aに気液二相状態の冷媒が流入し、第1伝熱管4から積層型ヘッダー2の合流流路2bにガス状態の冷媒が流入する。また、熱交換器1が凝縮器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー2の合流流路2bにガス状態の冷媒が流入し、第1伝熱管4から積層型ヘッダー2の分配流路2aに液状態の冷媒が流入する。
<熱交換器の作用>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の作用について説明する。
積層型ヘッダー2では、板状体11に合流流路2bが形成される。そのため、ヘッダー3が不要となって、熱交換器1の部品費等が削減される。また、ヘッダー3が不要となる分、第1伝熱管4を延長してフィン5の実装体積を増加することができる。
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の作用について説明する。
積層型ヘッダー2では、板状体11に合流流路2bが形成される。そのため、ヘッダー3が不要となって、熱交換器1の部品費等が削減される。また、ヘッダー3が不要となる分、第1伝熱管4を延長してフィン5の実装体積を増加することができる。
実施の形態3.
実施の形態3に係る熱交換器について説明する。
なお、実施の形態1及び実施の形態2と重複又は類似する説明は、適宜簡略化又は省略している。
<熱交換器の構成>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の構成について説明する。
図12は、実施の形態3に係る熱交換器の、構成を示す図である。
図12に示されるように、熱交換器1は、積層型ヘッダー2と、複数の第1伝熱管4と、複数の第2伝熱管6と、複数のフィン5と、を有する。
実施の形態3に係る熱交換器について説明する。
なお、実施の形態1及び実施の形態2と重複又は類似する説明は、適宜簡略化又は省略している。
<熱交換器の構成>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の構成について説明する。
図12は、実施の形態3に係る熱交換器の、構成を示す図である。
図12に示されるように、熱交換器1は、積層型ヘッダー2と、複数の第1伝熱管4と、複数の第2伝熱管6と、複数のフィン5と、を有する。
積層型ヘッダー2の内部には、分配流路2aと、合流流路2bと、折返流路2cと、が形成される。折返流路2cの流入側には、複数の第1伝熱管4が接続される。折返流路2cの流出側には、複数の第2伝熱管6が接続される。合流流路2bの流入側には複数の第2伝熱管6が接続される。合流流路2bの流出側には冷媒配管が接続される。第1伝熱管4及び第2伝熱管6は、ヘアピン曲げ加工が施された扁平管である。分配流路2aの流出側と折返流路2cの流入側との間に、複数の第1伝熱管4が接続される。折返流路2cの流出側と合流流路2bの流入側との間に、複数の第2伝熱管6が接続される。
<熱交換器における冷媒の流れ>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器における冷媒の流れについて説明する。
冷媒配管を流れる冷媒は、積層型ヘッダー2に流入して分配流路2aで分配され、複数の第1伝熱管4に流出する。冷媒は、複数の第1伝熱管4において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。複数の第1伝熱管4を流れる冷媒は、折返流路2cに流入して折り返され、複数の第2伝熱管6に流出する。冷媒は、複数の第2伝熱管6において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。複数の第2伝熱管6を流れる冷媒は、積層型ヘッダー2の合流流路2bに流入して合流し、冷媒配管に流出する。冷媒は、逆流することができる。
以下に、実施の形態3に係る熱交換器における冷媒の流れについて説明する。
冷媒配管を流れる冷媒は、積層型ヘッダー2に流入して分配流路2aで分配され、複数の第1伝熱管4に流出する。冷媒は、複数の第1伝熱管4において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。複数の第1伝熱管4を流れる冷媒は、折返流路2cに流入して折り返され、複数の第2伝熱管6に流出する。冷媒は、複数の第2伝熱管6において、例えば、ファンによって供給される空気等と熱交換する。複数の第2伝熱管6を流れる冷媒は、積層型ヘッダー2の合流流路2bに流入して合流し、冷媒配管に流出する。冷媒は、逆流することができる。
<積層型ヘッダーの構成>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の積層型ヘッダーの構成について説明する。
図13及び図14は、実施の形態3に係る熱交換器の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。図14は、図13におけるE部を拡大した斜視図である。
図13及び図14に示されるように、ベア材12_5、12_6には、折返用第1流路12c_5、12c_6_1、12c_6_2が形成される。折返用第1流路12c_5は、第1伝熱管4の外周面と第2伝熱管6の外周面とを囲む形状の貫通穴である。折返用第1流路12c_6_1は、第1伝熱管4の外周面に沿う形状の貫通穴である。折返用第1流路12c_6_2は、第2伝熱管6の外周面に沿う形状の貫通穴である。ベア材12とクラッド材13とが積層されると、折返用第1流路12c_5、12c_6_1、12c_6_2は、折返流路2cの一部として機能する。以下では、折返用第1流路12c_5、12c_6_1、12c_6_2を総称して、折返用第1流路12cと記載する場合がある。
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の積層型ヘッダーの構成について説明する。
図13及び図14は、実施の形態3に係る熱交換器の、積層型ヘッダーを分解した状態での斜視図である。図14は、図13におけるE部を拡大した斜視図である。
図13及び図14に示されるように、ベア材12_5、12_6には、折返用第1流路12c_5、12c_6_1、12c_6_2が形成される。折返用第1流路12c_5は、第1伝熱管4の外周面と第2伝熱管6の外周面とを囲む形状の貫通穴である。折返用第1流路12c_6_1は、第1伝熱管4の外周面に沿う形状の貫通穴である。折返用第1流路12c_6_2は、第2伝熱管6の外周面に沿う形状の貫通穴である。ベア材12とクラッド材13とが積層されると、折返用第1流路12c_5、12c_6_1、12c_6_2は、折返流路2cの一部として機能する。以下では、折返用第1流路12c_5、12c_6_1、12c_6_2を総称して、折返用第1流路12cと記載する場合がある。
また、クラッド材13_5には、折返用第2流路13c_5が形成される。折返用第2流路13c_5は、第1伝熱管4の外周面と第2伝熱管6の外周面とを囲む形状の貫通穴である。ベア材12とクラッド材13とが積層されると、折返用第2流路13c_5は、折返流路2cの一部として機能する。以下では、折返用第2流路13c_5を、折返用第2流路13cと記載する場合がある。
折返用第1流路12c_5の内周面と、第1伝熱管4の外周面の一部及び第2伝熱管6の外周面の一部と、の間には、加熱されたロウ材が毛細管現象によって染み込む程度の隙間が形成される。折返用第2流路13c_5の内周面と、第1伝熱管4の外周面の一部及び第2伝熱管6の外周面の一部と、の間には、加熱されたロウ材が毛細管現象によって染み込む程度の隙間が形成される。折返用第1流路12c_6_1の内周面は、第1伝熱管4の外周面に嵌合される。折返用第1流路12c_6_2の内周面は、第2伝熱管6の外周面に嵌合される。その嵌合は、加熱されたロウ材が毛細管現象によって染み込む程度の隙間を有するとよい。ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4及び第2伝熱管6が接合された状態において、第1伝熱管4の端部4a及び第2伝熱管6の端部6aは、ベア材12_5の折返用第1流路12c_5の内側に位置する。板状体11と第1伝熱管4及び第2伝熱管6との接合部の構成、及び、板状体11と第1伝熱管4及び第2伝熱管6との接合の方法については、後述する。
<積層型ヘッダーにおける冷媒の流れ>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の積層型ヘッダーにおける冷媒の流れについて説明する。
図15は、実施の形態3に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。なお、図15では、クラッド材13の図示が省略されている。
図13及び図15に示されるように、第1伝熱管4に流入した冷媒は、第1伝熱管4の、ベア材12_6の折返用第1流路12c_6_1内に位置する領域を通過して、ベア材12_5の折返用第1流路12c_5及びクラッド材13_5の折返用第2流路13c_5に流入して、折り返され、第2伝熱管6の、ベア材12_6の折返用第1流路12c_6_2内に位置する領域を通過して、第2伝熱管6に流入する。
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の積層型ヘッダーにおける冷媒の流れについて説明する。
図15は、実施の形態3に係る熱交換器の、積層型ヘッダーの展開図である。なお、図15では、クラッド材13の図示が省略されている。
図13及び図15に示されるように、第1伝熱管4に流入した冷媒は、第1伝熱管4の、ベア材12_6の折返用第1流路12c_6_1内に位置する領域を通過して、ベア材12_5の折返用第1流路12c_5及びクラッド材13_5の折返用第2流路13c_5に流入して、折り返され、第2伝熱管6の、ベア材12_6の折返用第1流路12c_6_2内に位置する領域を通過して、第2伝熱管6に流入する。
<板状体と第1伝熱管及び第2伝熱管との接合部の構成>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管及び第2伝熱管との接合部の構成について説明する。
図16は、実施の形態3に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管及び第2伝熱管との接合部の構成を示す図である。図16(a)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4及び第2伝熱管6が接合された状態での、図14におけるF−F線での断面図である。図16(b)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4及び第2伝熱管6が接合された状態での、図16(a)におけるG−G線での断面図である。なお、図16(a)では、折返用第2流路13cの内周面にロウ材が塗布されていない状態を示しているが、折返用第2流路13cの内周面にロウ材が塗布されていてもよい。
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管及び第2伝熱管との接合部の構成について説明する。
図16は、実施の形態3に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管及び第2伝熱管との接合部の構成を示す図である。図16(a)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4及び第2伝熱管6が接合された状態での、図14におけるF−F線での断面図である。図16(b)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4及び第2伝熱管6が接合された状態での、図16(a)におけるG−G線での断面図である。なお、図16(a)では、折返用第2流路13cの内周面にロウ材が塗布されていない状態を示しているが、折返用第2流路13cの内周面にロウ材が塗布されていてもよい。
図16に示されるように、ベア材12_5の折返用第1流路12c_5の内周面には、突起14aが形成される。第2伝熱管6は、端部6aを突起14aに突き当てた状態で接合される。
<板状体と第1伝熱管及び第2伝熱管との接合の方法>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管及び第2伝熱管との接合の方法について説明する。
第1伝熱管4が、端部4aを突起14aに突き当てるように位置決めされた状態で、且つ、第2伝熱管6が、端部6aを突起14aに突き当てるように位置決めされた状態で、板状体11と第1伝熱管4及び第2伝熱管6とが加熱される。
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の、板状体と第1伝熱管及び第2伝熱管との接合の方法について説明する。
第1伝熱管4が、端部4aを突起14aに突き当てるように位置決めされた状態で、且つ、第2伝熱管6が、端部6aを突起14aに突き当てるように位置決めされた状態で、板状体11と第1伝熱管4及び第2伝熱管6とが加熱される。
<熱交換器の使用態様>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の使用態様の一例について説明する。
図17は、実施の形態3に係る熱交換器が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。
図17に示されるように、熱源側熱交換器54及び負荷側熱交換器56の少なくともいずれか一方に、熱交換器1が用いられる。熱交換器1は、熱交換器1が蒸発器として作用する際に、積層型ヘッダー2の分配流路2aから第1伝熱管4に冷媒が流入し、第2伝熱管6から積層型ヘッダー2の合流流路2bに冷媒が流入するように接続される。つまり、熱交換器1が蒸発器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー2の分配流路2aに気液二相状態の冷媒が流入し、第2伝熱管6から積層型ヘッダー2の合流流路2bにガス状態の冷媒が流入する。また、熱交換器1が凝縮器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー2の合流流路2bにガス状態の冷媒が流入し、第1伝熱管4から積層型ヘッダー2の分配流路2aに液状態の冷媒が流入する。
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の使用態様の一例について説明する。
図17は、実施の形態3に係る熱交換器が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。
図17に示されるように、熱源側熱交換器54及び負荷側熱交換器56の少なくともいずれか一方に、熱交換器1が用いられる。熱交換器1は、熱交換器1が蒸発器として作用する際に、積層型ヘッダー2の分配流路2aから第1伝熱管4に冷媒が流入し、第2伝熱管6から積層型ヘッダー2の合流流路2bに冷媒が流入するように接続される。つまり、熱交換器1が蒸発器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー2の分配流路2aに気液二相状態の冷媒が流入し、第2伝熱管6から積層型ヘッダー2の合流流路2bにガス状態の冷媒が流入する。また、熱交換器1が凝縮器として作用する際は、冷媒配管から積層型ヘッダー2の合流流路2bにガス状態の冷媒が流入し、第1伝熱管4から積層型ヘッダー2の分配流路2aに液状態の冷媒が流入する。
<熱交換器の作用>
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の作用について説明する。
熱交換器1では、板状体11に折返流路2cが形成され、複数の第1伝熱管4に加えて、複数の第2伝熱管6が接続される。つまり、熱交換器1の熱交換部が、ファンによって供給される空気等の通過方向に2列形成される。そのため、熱交換器1の正面視した状態での面積等を変えることなく、熱交換量を増加させることが可能である。
以下に、実施の形態3に係る熱交換器の作用について説明する。
熱交換器1では、板状体11に折返流路2cが形成され、複数の第1伝熱管4に加えて、複数の第2伝熱管6が接続される。つまり、熱交換器1の熱交換部が、ファンによって供給される空気等の通過方向に2列形成される。そのため、熱交換器1の正面視した状態での面積等を変えることなく、熱交換量を増加させることが可能である。
また、積層型ヘッダー2では、1つの折返流路2cに、2つの管の端部、つまり第1伝熱管4の端部4a及び第2伝熱管6の端部6aが挿入された状態で、板状体11と第1伝熱管4及び第2伝熱管6とが、接合される。そのため、熱交換器1の熱交換部を、ファンによって供給される空気等の通過方向に2列形成することを、板状体11の構造を複雑化することなく、実現することができる。また、板状体11に、第1伝熱管4と第2伝熱管6とを纏めて接合することが可能であり、積層型ヘッダー2の生産効率が向上される。なお、積層型ヘッダー2が、板状体11の積層方向の最も外側に、ロウ材が塗布されたクラッド材13が積層されている、つまり、板状体11の積層方向の最も外側の面にロウ材が塗布されているものであっても、同様の作用が奏される。
<変形例>
図18は、実施の形態3に係る熱交換器の変形例の、板状体と第1伝熱管及び第2伝熱管との接合部の構成を示す図である。なお、図18(a)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4及び第2伝熱管6が接合された状態での、図14におけるF−F線での断面図である。図18(b)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4及び第2伝熱管6が接合された状態での、図18(a)におけるH−H線での断面図である。
図18は、実施の形態3に係る熱交換器の変形例の、板状体と第1伝熱管及び第2伝熱管との接合部の構成を示す図である。なお、図18(a)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4及び第2伝熱管6が接合された状態での、図14におけるF−F線での断面図である。図18(b)は、ベア材12とクラッド材13とが積層され、板状体11に第1伝熱管4及び第2伝熱管6が接合された状態での、図18(a)におけるH−H線での断面図である。
図18に示されるように、ベア材12_5の折返用第1流路12c_5の内周面には、その内周面の全ての周方向に亘る突起14bが形成される。
以上、実施の形態1〜実施の形態3について説明したが、本発明は各実施の形態の説明に限定されない。例えば、各実施の形態の全部又は一部、各変形例等を組み合わせることも可能である。
1 熱交換器、2 積層型ヘッダー、2a 分配流路、2b 合流流路、2c 折返流路、3 ヘッダー、3a 合流流路、4 第1伝熱管、4a 端部、5 フィン、6 第2伝熱管、6a 端部、11 板状体、12、12_1〜12_6 ベア材、12a、12a_1〜12a_6 分配用第1流路、12b、12b_1〜12b_6 合流用第1流路、12c、12c_5、12c_6_1、12c_6_2 折返用第1流路、13、13_1〜13_5 クラッド材、13a、13a_1〜13a_5 分配用第2流路、13b、13b_1〜13b_5 合流用第2流路、13c、13c_5 折返用第2流路、14a、14b 突起、51 空気調和装置、52 圧縮機、53 四方弁、54 熱源側熱交換器、55 絞り装置、56 負荷側熱交換器、57 熱源側ファン、58 負荷側ファン、59 制御装置。
本発明に係る積層型ヘッダーは、第1流路が形成され、ロウ材が塗布されないベア材と、第2流路が形成され、少なくとも表裏面にロウ材が塗布されたクラッド材と、が、該第1流路及び該第2流路を連通させるように、交互に積層され、管が、該第1流路及び該第2流路のうちの少なくともいずれか一方の流路に端部を挿入させた状態で接合される板状体を備え、前記板状体の積層方向の最も外側に、前記ベア材が積層され、前記一方の流路の内周面の両端部の間に、突起が形成されているものである。
Claims (14)
- 第1流路が形成され、ロウ材が塗布されないベア材と、第2流路が形成され、少なくとも表裏面にロウ材が塗布されたクラッド材と、が、該第1流路及び該第2流路を連通させるように、交互に積層され、管が、該第1流路及び該第2流路のうちの少なくともいずれか一方の流路に端部を挿入させた状態で接合される板状体を備え、
前記板状体の積層方向の最も外側に、前記ベア材が積層された、
ことを特徴とする積層型ヘッダー。 - 前記ベア材は、前記クラッド材と比較して厚く、
前記管は、前記ベア材の表面と裏面との間に前記端部を挿入させた状態で接合される、
ことを特徴とする請求項1に記載の積層型ヘッダー。 - 前記一方の流路の内周面に、突起が形成され、
前記管は、前記端部を前記突起に突き当て、且つ、該端部の外周面を前記一方の流路の内周面に嵌合させた状態で接合される、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の積層型ヘッダー。 - 前記突起の先端は、前記管の内側から該管の前記端部を見た状態において、該管の内周面の内側に突出しない、
ことを特徴とする請求項3に記載の積層型ヘッダー。 - 前記突起は、前記一方の流路の内周面の一部の周方向に形成された、
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の積層型ヘッダー。 - 前記突起は、前記一方の流路の内周面の全ての周方向に亘って形成された、
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の積層型ヘッダー。 - 前記管は、前記管の内側から前記端部に向かって流体が供給された状態で接合される、
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の積層型ヘッダー。 - 前記流体の温度は、前記ロウ材の融点以上の温度である、
ことを特徴とする請求項7に記載の積層型ヘッダー。 - 前記流体は、空気である、
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の積層型ヘッダー。 - 前記管は、複数であり、
前記板状体は、複数の前記管が、1つの前記一方の流路に前記端部を挿入させた状態で接合される、
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の積層型ヘッダー。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載の積層型ヘッダーと、
前記板状体に接合された前記管と、
を備えたことを特徴とする熱交換器。 - 前記管は、扁平管である、
ことを特徴とする請求項11に記載の熱交換器。 - 請求項11又は12に記載の熱交換器を備えた、
ことを特徴とする空気調和装置。 - 第1流路が形成され、ロウ材が塗布されないベア材と、第2流路が形成され、少なくとも表裏面にロウ材が塗布されたクラッド材と、が、該第1流路及び該第2流路を連通させ、且つ、積層方向の最も外側に該ベア材を積層させるように、交互に積層される積層型ヘッダーの板状体と、管と、を接合する方法であって、
前記管を、前記第1流路及び前記第2流路のうちの少なくともいずれか一方の流路に端部が挿入された状態で、位置決めするステップと、
前記管の内側から前記端部に向かって流体を供給しつつ、前記ロウ材を加熱するステップと、
を備えたことを特徴する積層型ヘッダーの板状体と管とを接合する方法。
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