WO2022137562A1 - 熱交換器およびその製造方法ならびに冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to a heat exchanger, a manufacturing method thereof, and a refrigeration cycle device.
- a heat exchanger composed of a plurality of plate-shaped fins and a flat heat transfer tube.
- a heat transfer tube is inserted into the fin so as to penetrate the fin.
- the plate-shaped fin may be bent due to the friction between the heat transfer tube and the fin.
- Patent Document 1 proposes an assembly method in which a flat heat transfer tube is fitted into a notch formed in a fin.
- the notch is formed so as to gradually become narrower from one end side facing the width direction of the fin to the other end side.
- the heat transfer tube is formed so that the cross-sectional shape of the heat transfer tube fits into the shape of the notch thereof.
- the flat heat transfer tube is formed in a tapered shape so that the cross-sectional shape of the heat transfer tube fits into the shape of the notch that gradually becomes narrower formed in the fin. For this reason, the cross-sectional shape of the flat heat transfer tube cannot ensure line symmetry, and when the heat transfer tube is manufactured by extrusion molding, for example, the wall thickness of the heat transfer tube tends to vary, resulting in a flat shape. There is a risk that the manufacturability of the heat transfer tube will be impaired.
- the present disclosure has been made to solve such a problem, one purpose is to provide a heat exchanger capable of improving manufacturability and efficiently manufacturing, and another purpose is to provide a heat exchanger. Is to provide a method of manufacturing such a heat exchanger, yet another object is to provide a refrigeration cycle apparatus equipped with such a heat exchanger.
- the heat exchanger has a flat heat transfer tube and plate-shaped fins.
- the flat heat transfer tube has a first width in the first direction and extends in the second direction intersecting the first direction.
- the plate-shaped fin has a first end and a second end located in the first direction with a second width longer than the first width, and intersects the first direction and the second direction, respectively. It extends in three directions.
- the heat transfer tube includes an outer wall lower surface, an outer wall upper surface, a first outer wall end surface, and a second outer wall end surface.
- the lower surface of the outer wall has a first plane.
- the upper surface of the outer wall is located at a distance from the lower surface of the outer wall in the third direction.
- the first outer wall end surface connects the lower surface of the outer wall and the upper surface of the outer wall.
- the second outer wall end face is located at a distance from the first outer wall end face in the first direction, and connects the lower surface of the outer wall and the upper surface of the outer wall.
- the upper surface of the outer wall of the heat transfer tube is inclined with respect to the first plane and includes a first inclined surface connected to the end surface of the first outer wall.
- the first inclined surface is such that the distance between the first inclined surface and the first plane in the third direction becomes shorter from the side of the end surface of the second outer wall toward the end surface of the first outer wall with respect to the first plane. Tilt.
- the heat transfer tube is fitted into a fitting groove formed so that the fitting width is narrowed from the first end portion to the second end portion of the fin so that the end surface of the first outer wall is located on the side of the second end portion.
- Either the first outer wall end face or the second outer wall end face has a second plane.
- the virtual plane in contact with the first plane is referred to as the first virtual plane
- the virtual plane in contact with the second plane is referred to as the second virtual plane.
- the first virtual plane and the second virtual plane are orthogonal to each other.
- the heat exchanger manufacturing method is a heat exchanger manufacturing method using a heat transfer tube, and includes the following steps.
- the material is put into the extruder.
- an extrusion molded body to be a heat transfer tube is extruded.
- a heat transfer tube is formed by cutting the extruded body.
- a strip-shaped fin having a first end and a second end facing each other and extending in one direction is prepared. From the first end to the second end of the fin, a fitting groove for fitting the heat transfer tube is formed. Fit the heat transfer tube into the fitting groove in the fin. Join the heat transfer tube and fins.
- an extruded body in which two heat transfer tubes are integrated so that the cross-sectional shape along the direction intersecting the extrusion direction is linearly symmetric is extruded.
- the heat transfer tube is formed by cutting the extruded body along the extrusion direction at a position corresponding to the axis of symmetry in the extruded body.
- the refrigeration cycle device is a refrigeration cycle device provided with the heat exchanger described above.
- the first virtual plane in contact with the first plane of the lower surface of the outer wall and the second virtual plane in contact with the second plane of either the first outer wall end face or the second outer wall end face are defined as each other.
- Orthogonal This structure is formed by cutting an extruded body having a cross-sectional shape in which two heat transfer tubes are integrated along an axis of symmetry so that the cross-sectional shape is line-symmetrical. According to this structure, it is possible to suppress variations in the wall thickness of the extruded body to be the heat transfer tube, ensure the manufacturability of the heat transfer tube, and contribute to the efficient manufacture of the heat exchanger. Can be done.
- the heat transfer tube is formed by cutting the extruded body along the extrusion direction at a position corresponding to the axis of symmetry in the extruded body.
- the provision of the heat exchanger can contribute to the efficient production of the heat exchanger and, by extension, the refrigeration cycle apparatus.
- FIG. 3 is a perspective view showing an example of a heat exchanger provided with a heat transfer tube and fins in the same embodiment.
- it is a side view including a partial cross section which shows an example of the arrangement composition of the heat transfer tube and fin which concerns on 1st example.
- it is another side view which shows an example of the arrangement composition of the heat transfer tube and fin which concerns on 1st example.
- it is a partial cross-sectional perspective view which shows the structure of the heat transfer tube which concerns on 1st example.
- it is a side view including a partial cross section which shows an example of the arrangement composition of the heat transfer tube and fin which concerns on 2nd example.
- it is a partial cross-sectional perspective view which shows the structure of the heat transfer tube which concerns on 2nd example.
- it is a partial cross-sectional perspective view showing one process in the step shown in step S3 shown in FIG.
- it is a partial side view showing one process in the step shown in step S6 shown in FIG.
- it is a side view including a partial cross section which shows an example of the arrangement composition of the heat transfer tube and fin which concerns on 3rd example.
- it is a partial cross-sectional perspective view which shows the structure of the heat transfer tube which concerns on 3rd example.
- it is a partial cross-sectional perspective view showing one process in the step shown in step S3 shown in FIG.
- it is a side view including a partial cross section which shows an example of the arrangement composition of the heat transfer tube and fin which concerns on 4th example.
- it is a partial cross-sectional perspective view which shows the structure of the heat transfer tube which concerns on 4th example.
- it is a partial cross-sectional perspective view showing one process in the step shown in step S3 shown in FIG.
- it is a partial cross-sectional perspective view showing one process in the step shown in step S3 shown in FIG.
- it is a side view including a partial cross section which shows an example of the arrangement composition of the heat transfer tube and fin which concerns on 6th example.
- it is a partial cross-sectional perspective view which shows the structure of the heat transfer tube which concerns on 6th example.
- it is a partial cross-sectional perspective view showing one process in the step shown in step S3 shown in FIG.
- it is a partial side view showing one process in the step shown in step S6 shown in FIG.
- it is a partial cross-sectional perspective view which shows the extruded body which becomes the heat transfer tube which concerns on 7th example.
- it is a partial cross-sectional perspective view which shows the structure of the heat transfer tube which concerns on 7th example.
- the refrigeration cycle device 1 includes a compressor 3, an indoor heat exchanger 5, an indoor fan 7, a throttle device 9, an outdoor heat exchanger 11, an outdoor fan 13, and a four-way valve 15.
- the compressor 3, the indoor heat exchanger 5, the throttle device 9, the outdoor heat exchanger 11, and the four-way valve 15 are connected by a refrigerant pipe 17.
- the compressor 3 compresses the refrigerant.
- the compressor 3 is, for example, a rotary compressor, a scroll compressor, a screw compressor, a reciprocating compressor, or the like.
- the indoor heat exchanger 5 functions as a condenser during the heating operation and as an evaporator during the cooling operation.
- the indoor heat exchanger 5 is, for example, a fin-and-tube heat exchanger, a microchannel heat exchanger, a shell-and-tube heat exchanger, a heat pipe heat exchanger, a double-tube heat exchanger or a plate heat exchanger. And so on.
- the indoor fan 7 is attached to the indoor heat exchanger 5. The indoor fan 7 supplies air in the living room as a heat exchange fluid to the indoor heat exchanger 5.
- the throttle device 9 has a function of expanding the refrigerant to reduce the pressure of the refrigerant.
- the throttle device 9 is, for example, an electric expansion valve, a mechanical expansion valve, a capillary tube, or the like that can adjust the flow rate of the refrigerant.
- the mechanical expansion valve is an expansion valve that employs a diaphragm in the pressure receiving section.
- the outdoor heat exchanger 11 functions as an evaporator during the heating operation and as a condenser during the cooling operation.
- the outdoor heat exchanger 11 is a fin-and-tube heat exchanger. The specific structure of the outdoor heat exchanger 11 will be described later.
- the outdoor fan 13 is attached to the outdoor heat exchanger 11. The outdoor fan 13 supplies the outdoor air to the outdoor heat exchanger 11.
- the four-way valve 15 has a function of switching the flow path of the refrigerant in the refrigeration cycle device 1.
- the discharge port of the compressor 3 and the indoor heat exchanger 5 are connected by the four-way valve 15, and the suction port of the compressor 3 and the outdoor heat exchanger 11 are connected.
- the discharge port of the compressor 3 and the outdoor heat exchanger 11 are connected by the four-way valve 15, and the suction port of the compressor 3 and the indoor heat exchanger 5 are connected.
- a high-temperature and high-pressure gas refrigerant is discharged from the compressor 3.
- the discharged high-temperature and high-pressure gas refrigerant flows into the indoor heat exchanger 5 via the four-way valve 15.
- heat exchange is performed between the gas refrigerant that has flowed in and the air supplied by the indoor fan 7.
- the high-temperature and high-pressure gas refrigerant condenses into a high-pressure liquid refrigerant (single-phase). This heat exchange heats the room.
- the high-pressure liquid refrigerant sent out from the indoor heat exchanger 5 becomes a two-phase state refrigerant of a low-pressure gas refrigerant and a liquid refrigerant by the throttle device 9.
- the two-phase refrigerant flows into the outdoor heat exchanger 11.
- the outdoor heat exchanger 11 functions as an evaporator. In the outdoor heat exchanger 11, heat exchange is performed between the flowing two-phase state refrigerant and the air supplied by the outdoor fan 13. Of the two-phase refrigerants, the liquid refrigerant evaporates to become a low-pressure gas refrigerant (single-phase).
- the low-pressure gas refrigerant sent out from the outdoor heat exchanger 11 flows into the compressor 3 via the four-way valve 15.
- the low-pressure gas refrigerant that has flowed into the compressor 3 is compressed to become a high-temperature and high-pressure gas refrigerant, and is discharged from the compressor 3 again. Hereinafter, this cycle is repeated.
- a high-temperature and high-pressure gas refrigerant is discharged from the compressor 3.
- the discharged high-temperature and high-pressure gas refrigerant flows into the outdoor heat exchanger 11 via the four-way valve 15.
- the outdoor heat exchanger 11 functions as a condenser.
- heat exchange is performed between the flowing refrigerant and the air supplied by the outdoor fan 13.
- the high-temperature and high-pressure gas refrigerant condenses into a high-pressure liquid refrigerant (single-phase).
- the high-pressure liquid refrigerant sent out from the outdoor heat exchanger 11 becomes a two-phase state refrigerant of a low-pressure gas refrigerant and a liquid refrigerant by the throttle device 9.
- the two-phase refrigerant flows into the indoor heat exchanger 5.
- the indoor heat exchanger 5 heat exchange is performed between the flowing two-phase state refrigerant and the air supplied by the indoor fan 7.
- the liquid refrigerant evaporates to become a low-pressure gas refrigerant (single-phase). This heat exchange cools the room.
- the low-pressure gas refrigerant sent out from the indoor heat exchanger 5 flows into the compressor 3 via the four-way valve 15.
- the low-pressure gas refrigerant that has flowed into the compressor 3 is compressed to become a high-temperature and high-pressure gas refrigerant, and is discharged from the compressor 3 again.
- this cycle is repeated.
- the heat exchanger according to the first example of the embodiment will be described.
- the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction that are orthogonal to each other are used.
- the X-axis direction as the first direction is a direction substantially parallel to the ventilation direction.
- the Y-axis direction as the second direction is a direction substantially orthogonal to the ventilation direction.
- the Z-axis direction as the third direction is a direction substantially parallel to the direction of gravity.
- the heat exchanger 21 is a heat exchanger 21 having a two-row structure.
- the heat exchanger 21 includes a first heat exchanger 21a and a second heat exchanger 21b.
- the first heat exchanger 21a is arranged on the windward side.
- the second heat exchanger 21b is arranged on the leeward side.
- Each of the first heat exchanger 21a and the second heat exchanger 21b is configured as a fin-and-tube heat exchanger.
- the heat exchanger 21 is not limited to the two-row structure, and may be, for example, a one-row structure or a three-row structure depending on the heat exchange load.
- Each of the first heat exchanger 21a and the second heat exchanger 21b includes a plurality of plate-shaped fins 41 and a plurality of flat heat transfer tubes 23.
- the plate-shaped fin 41 has a width in the X-axis direction and extends in the Z-axis direction.
- the plurality of fins 41 are arranged so as to be spaced apart from each other in the Y-axis direction.
- the flat heat transfer tube 23 extends in the Y-axis direction.
- the plurality of heat transfer tubes 23 are attached to the fins 41 at intervals in the Z-axis direction.
- first heat exchanger 21a one end side of the heat transfer tube 23 is connected to the first header portion 61.
- the other end of the heat transfer tube 23 is connected to the inter-row connection member 65.
- second heat exchanger 21b one end side of the heat transfer tube 23 is connected to the second header portion 63.
- the other end of the heat transfer tube 23 is connected to the inter-row connection member 65.
- the other end side of the heat transfer tube 23 of the first heat exchanger 21a and the other end side of the heat transfer tube 23 of the second heat exchanger 21b are connected via an inter-row connection member 65.
- the refrigerant flowing through the refrigerant pipe 17 is distributed to each heat transfer tube 23 of the first heat exchanger 21a via the first header portion 61.
- the refrigerant that has flowed from the first heat exchanger 21a through the row-to-row connecting member 65 and through each heat transfer tube 23 of the second heat exchanger 21b is sent out to the refrigerant pipe 17 via the second header portion 63.
- the structure of the heat exchanger 21 will be described in detail. Since the first heat exchanger 21a and the second heat exchanger 21b have substantially the same structure, the structure of the first heat exchanger 21a (21) will be described on behalf of both. ..
- the fin 41 has a width in the X-axis direction and extends in a band shape in the Z-axis direction.
- the fin 41 has a first end 41a and a second end 41b located across the width.
- the fin 41 is defined with a heat transfer tube arrangement region 49a in which the heat transfer tube 23 is arranged and a drainage region 49b for discharging water due to dew condensation or the like.
- the air flows from the first end portion 41a toward the second end portion 41b.
- the air flows from the second outer wall end surface 31 side toward the first outer wall end surface 29 side with respect to the heat transfer tube 23 (see FIG. 5).
- a fitting groove 43 into which the heat transfer tube 23 is fitted is formed in the fin 41 (heat transfer tube arrangement region 49a).
- the fitting groove 43 is formed so as to correspond to the cross-sectional shape of the heat transfer tube 23.
- the fitting groove 43 is formed so that the fitting width gradually narrows from the first end portion 41a toward the side of the second end portion 41b.
- the flat heat transfer tube 23 is fitted in the fitting groove 43.
- the heat transfer tube 23 is formed with a plurality of refrigerant flow paths 24 through which the refrigerant flows.
- the refrigerant flow path 24 is formed so that the cross-sectional area of the flow path becomes smaller from the windward side to the leeward side.
- the heat transfer tube 23 is joined to the fin 41 by, for example, a brazing material.
- the flat heat transfer tube 23 has an outer wall lower surface 25, an outer wall upper surface 27, a first outer wall end surface 29, and a second outer wall end surface 31.
- the outer wall lower surface 25 includes a first plane 25a.
- the outer wall upper surface 27 is located at a distance from the outer wall lower surface 25 in the Z-axis direction.
- the outer wall upper surface 27 includes a first inclined surface 27a.
- the first inclined surface 27a is inclined with respect to the first flat surface 25a so as to correspond to the shape of the fitting groove 43 formed in the fin 41.
- the distance L1 between the first inclined surface 27a and the first plane 25a in the Z-axis direction with respect to the first plane 25a is from the side of the second outer wall end surface 31 to the side of the first outer wall end surface 29. It is tilted in a manner that shortens toward.
- the first outer wall end surface 29 connects the outer wall lower surface 25 and the outer wall upper surface 27.
- the first outer wall end face 29 includes a second plane 33.
- the second outer wall end surface 31 is located at a distance from the first outer wall end surface 29 in the X-axis direction, and connects the outer wall lower surface 25 and the outer wall upper surface 27.
- the second outer wall end surface 31 is formed so as to be rounded.
- the virtual plane in contact with the first virtual plane 25a is defined as the first virtual plane 35a.
- the virtual plane in contact with the second plane 33 is referred to as the second virtual plane 35b.
- the heat transfer tube 23 is formed so that the first virtual plane 35a and the second virtual plane 35b are orthogonal to each other. It should be noted that “orthogonal” does not specify that it is geometrically (mathematical) orthogonal, and includes a manufacturing error (for example, about ⁇ 5 °). The same applies to the heat transfer tube 23 according to each of the following examples.
- the heat exchanger 21 according to the embodiment is configured as described above.
- the heat transfer tube 23 is formed by extrusion molding.
- extrusion molding a heat transfer tube 23 is molded by applying a strong pressure to a columnar metal block (billet) by an extrusion molding machine and extruding the metal from a hole provided in a mold.
- the mold is called a die and can be used for various shapes. As a result, a hollow product or a product having a complicated cross-sectional shape, which is difficult to manufacture by other processing methods, can be easily manufactured by one extrusion step.
- a mold having a hole in which two heat transfer tubes are integrated is used so that the cross-sectional shape of the extruded body to be the heat transfer tube is line-symmetrical.
- step S1 the material of the heat transfer tube is prepared.
- the material for example, a lump of metal such as aluminum is applied.
- step S2 a metal block serving as a heat transfer tube is charged into the extruder.
- step S3 the metal is extruded by an extruder.
- a mold of the extrusion molding machine a mold having a hole in which two heat transfer tubes are integrated is applied so that the cross-sectional shape of the heat transfer tube is line-symmetrical.
- the extrusion molding machine 123 molds the extrusion molded body 123 having a cross-sectional shape in which the two heat transfer tubes 23 are integrated.
- the extruded body 123 has an upper surface and a lower surface.
- the extruded body 123 is axisymmetrically molded with the portion of the heat transfer tube 23 that becomes the end surface of the first outer wall as the axis of symmetry SL (line of symmetry).
- the upper surface of the extruded body 123 is inclined with respect to the lower surface so as to be separated from the symmetry axis SL in the directions orthogonal to the symmetry axis SL (the X-axis positive direction and the negative direction).
- step S4 the extruded body is cut. As shown in FIG. 7, the extruded body 123 is cut along the axis of symmetry SL of the extruded body 123. As a result, the heat transfer tube 23 is manufactured (step S5).
- a cut 45 and a crease 47 are defined from the first end portion 41a of the fin 41 toward the second end portion, and the fin 41 is cut along the cut 45.
- the portion of the fin 41 cut along the cut 45 is bent along the crease 47 to stand upright.
- a fitting groove 43 into which the heat transfer tube is fitted is formed.
- the fitting groove 43 is formed so that the fitting width gradually narrows from the first end portion 41a toward the side of the second end portion 41b.
- the upright portion is not shown.
- the heat transfer tube 23 is fitted into the fitting groove 43 from the end surface 29 side of the first outer wall.
- the upright portion has a sufficient height, it can have a positioning function of maintaining the distance between the adjacent heat transfer tubes 23 at a constant distance.
- the raised portion is joined to the heat transfer tube 23 by brazing or adhesive. In this way, as shown in FIG. 3, the work of attaching the heat transfer tube 23 to the fin 41 is completed, and the main part of the heat exchanger 21 is completed.
- the heat exchanger 21 According to the heat exchanger 21 described above, the following effects can be obtained.
- an extrusion molded body 123 having a cross-sectional shape in which two heat transfer tubes 23 are integrated is molded so that the cross-sectional shape is line-symmetrical.
- the heat exchanger 21 can be efficiently manufactured.
- the lower surface of the extruded body 123 extruded from the extruder becomes the lower surface of the outer wall of the heat transfer tube.
- the upper surface of the extruded body 123 becomes the upper surface of the outer wall of the heat transfer tube.
- the lower surface of the extruded body 123 becomes substantially orthogonal to the direction of gravity, and the extruded extruded body 123 can be effectively conveyed.
- the cut surface becomes substantially orthogonal to the lower surface of the extruded body 123.
- the lower surface of the extruded body 123 becomes the outer wall lower surface 25 of the heat transfer tube 23 as the first plane 25a
- the cut surface is located on the first outer wall end surface 29 of the heat transfer tube 23 as the second plane 33. It will be.
- the first virtual plane 35a in contact with the first plane 25a and the second virtual plane 35b in contact with the second plane 33 are substantially orthogonal to each other.
- the distance between the upper surface and the lower surface of the extruded body 123 is shortened from one side and the other side in the width direction toward the axis of symmetry SL of the extruded body 123, respectively. It is extruded (see FIG. 7). As a result, when the extruded body 123 is cut on the axis of symmetry SL, the thickness to be cut can be reduced, which can contribute to the efficient production of the heat exchanger 21.
- the first inclined surface 27a corresponding to the upper surface of the extruded body 123 has a distance between the first inclined surface 27a and the first plane 25a in the Z-axis direction with respect to the first plane 25a. , It is inclined in such a manner that it becomes shorter from the side of the second outer wall end surface 31 toward the side of the first outer wall end surface 29.
- the length of the first outer wall end face 29 in the Z-axis direction is shorter than the length of the second outer wall end face 31 in the Z-axis direction. That is, in the heat transfer tube 23, the first inclined surface 27a is tapered with respect to the first plane 25a so as to correspond to the shape of the fitting groove 43 of the fin 41.
- the fitting groove 43 into which the heat transfer tube 23 is fitted is formed so that the fitting width gradually narrows from the first end portion 41a toward the second end portion 41b.
- the fitting groove 43 is fitted into the fitting groove 43 of the fin 41 from the side of the first outer wall end surface 29 having a short length in the Z-axis direction.
- the first inclined surface 27a is inclined downward. Therefore, when the heat exchanger 21 is operated as an evaporator, the moisture in the air condenses and the moisture condensed on the heat transfer tube 23 and the like easily flows on the first inclined surface 27a. As a result, the water flows through the drainage region 49b where the heat transfer tube 23 is not arranged and is drained. As a result, it is possible to suppress the accumulation of water in the heat transfer tube arrangement region 49a in which the heat transfer tube 23 is arranged and obstruct the air flow, and it is possible to suppress the decrease in heat exchange efficiency. ..
- the flat heat transfer tube 23 in the heat exchanger 21 has an outer wall lower surface 25, an outer wall upper surface 27, a first outer wall end surface 29, and a second outer wall end surface 31.
- the outer wall lower surface 25 includes a first plane 25a.
- the outer wall upper surface 27 includes a first inclined surface 27a. In the first inclined surface 27a, the distance L1 between the first inclined surface 27a and the first plane 25a in the Z-axis direction with respect to the first plane 25a is from the side of the second outer wall end surface 31 to the side of the first outer wall end surface 29. It is tilted in a manner that shortens toward.
- the first outer wall end face 29 includes the second plane 33.
- the first outer wall end surface 29 has a rounded curved surface 29a at a portion where the second plane 33 and the outer wall lower surface 25 are connected. Further, the first outer wall end surface 29 has a rounded curved surface 29a at a portion where the second plane 33 and the outer wall upper surface 27 are connected.
- the heat transfer tube 23 is formed so that the first virtual plane 35a in contact with the first plane 25a and the second virtual plane 35b in contact with the second plane 33 are orthogonal to each other.
- a fitting groove 43 into which the heat transfer tube 23 is fitted is formed in the fin 41 (heat transfer tube arrangement region 49a).
- the fitting groove 43 is formed so that the fitting width gradually narrows from the first end portion 41a toward the side of the second end portion 41b. Since the other configurations are the same as the configurations of the heat exchanger 21 shown in FIGS. 3 and 5, the same members are designated by the same reference numerals, and the description thereof shall not be repeated unless necessary. do.
- step S3 the extruded body is molded from the extruder.
- an extrusion molded body 123 having a cross-sectional shape in which two heat transfer tubes 23 are integrated is molded.
- the extruded body 123 is formed so that the portion whose cross-sectional shape is the end surface of the first outer wall of the heat transfer tube 23 is axisymmetric with the axis of symmetry SL (line of symmetry).
- step S4 the extruded body 123 is cut.
- the extruded body 123 is cut along the axis of symmetry SL (see FIG. 13) of the extruded body 123.
- the heat transfer tube 23 is manufactured (step S5).
- a fitting groove 43 into which the heat transfer tube is fitted is formed in the fin 41.
- the fitting groove 43 is formed so that the fitting width gradually narrows from the first end portion 41a toward the side of the second end portion 41b.
- the upright portion is not shown.
- the heat transfer tube 23 is fitted into the fitting groove 43 from the end surface 29 side of the first outer wall. Then, the raised portion is joined to the heat transfer tube 23 by brazing or adhesive. In this way, as shown in FIG. 11, the work of attaching the heat transfer tube 23 to the fin 41 is completed, and the main part of the heat exchanger 21 is completed.
- the heat transfer tube is formed by making the cross-sectional shape of the extruded body 123, which is the heat transfer tube 23, linearly symmetric, in the same manner as described for the heat exchanger 21 according to the first example. It is possible to suppress the variation in the wall thickness of the extruded body 123 to be 23, and it is possible to secure the manufacturability of the heat transfer tube 23. As a result, the heat exchanger 21 can be efficiently manufactured.
- the first outer wall end surface 29 of the heat transfer tube 23 has a rounded curved surface 29a at a portion where the second flat surface 33 and the outer wall lower surface 25 are connected and a portion where the second flat surface 33 and the outer wall upper surface 27 are connected. Have. This makes it easier to fit the heat transfer tube 23 into the fitting groove 43 formed in the fin 41. Further, the adhesion between the heat transfer tube 23 and the fin 41 can be improved.
- the curved surface 29a is formed on the first outer wall end surface 29 of the heat transfer tube 23 formed by cutting the extruded body 123, the length in the Z-axis direction for cutting the extruded body 123 becomes shorter. It can contribute to the efficient production of the heat exchanger 21.
- the flat heat transfer tube 23 in the heat exchanger 21 has an outer wall lower surface 25, an outer wall upper surface 27, a first outer wall end surface 29, and a second outer wall end surface 31.
- the outer wall lower surface 25 includes a first plane 25a.
- the outer wall upper surface 27 includes a first inclined surface 27a. In the first inclined surface 27a, the distance L1 between the first inclined surface 27a and the first plane 25a in the Z-axis direction with respect to the first plane 25a is from the side of the second outer wall end surface 31 to the side of the first outer wall end surface 29. It is tilted in a manner that shortens toward.
- the second outer wall end surface 31 includes the second plane 33.
- the end face of the first outer wall is composed of a rounded curved surface.
- the heat transfer tube 23 is formed so that the first virtual plane 35a in contact with the first plane 25a and the second virtual plane 35b in contact with the second plane 33 are orthogonal to each other.
- a fitting groove 43 into which the heat transfer tube 23 is fitted is formed in the fin 41 (heat transfer tube arrangement region 49a).
- the fitting groove 43 is formed so that the fitting width gradually narrows from the first end portion 41a toward the side of the second end portion 41b. Since the other configurations are the same as the configurations of the heat exchanger 21 shown in FIGS. 3 and 5, the same members are designated by the same reference numerals, and the description thereof shall not be repeated unless necessary. do.
- step S3 the extruded body is molded from the extruder.
- an extrusion molded body 123 having a cross-sectional shape in which two heat transfer tubes 23 are integrated is molded.
- the extruded body 123 is formed so that the portion whose cross-sectional shape is the end face of the second outer wall of the heat transfer tube 23 is axisymmetric with the axis of symmetry SL (line of symmetry).
- the extruded body 123 has an upper surface and a lower surface.
- the upper surface of the extruded body 123 is inclined so as to approach the lower surface so as to be separated from the lower surface in the directions orthogonal to the axis of symmetry SL (positive and negative directions of the X-axis).
- step S4 the extruded body is cut.
- the extruded body 123 is cut along the axis of symmetry SL (see FIG. 17) of the extruded body 123.
- the heat transfer tube 23 is manufactured (step S5).
- a fitting groove 43 into which a heat transfer tube is fitted is formed in the fin 41.
- the fitting groove 43 is formed so that the fitting width gradually narrows from the first end portion 41a toward the side of the second end portion 41b.
- the upright portion is not shown.
- the heat transfer tube 23 is fitted into the fitting groove 43 from the end surface 29 side of the first outer wall. Then, the raised portion is joined to the heat transfer tube 23 by brazing or adhesive. In this way, as shown in FIG. 15, the work of attaching the heat transfer tube 23 to the fin 41 is completed, and the main part of the heat exchanger 21 is completed.
- the heat exchanger 21 is the heat transfer tube 23 because the cross-sectional shape of the extruded body 123, which is the heat transfer tube 23, is line-symmetrical, as described for the heat exchanger 21 according to the first example. It is possible to suppress the variation in the wall thickness of the extruded body 123 to be 23, and it is possible to secure the manufacturability of the heat transfer tube 23. As a result, the heat exchanger 21 can be efficiently manufactured.
- the heat transfer tube 23 In the manufacture of the heat exchanger 21, when the heat transfer tube 23 is fitted into the fitting groove 43 formed in the fin 41, it is fitted from the first outer wall end surface 29 side.
- the first outer wall end surface 29 of the heat transfer tube 23 is formed of a rounded curved surface. This makes it easier to fit the heat transfer tube 23 into the fitting groove 43 formed in the fin 41. Further, the adhesion between the heat transfer tube 23 and the fin 41 can be further improved.
- the flat heat transfer tube 23 in the heat exchanger 21 has an outer wall lower surface 25, an outer wall upper surface 27, a first outer wall end surface 29, and a second outer wall end surface 31.
- the outer wall lower surface 25 includes a first plane 25a.
- the outer wall upper surface 27 includes a first inclined surface 27a and a third plane 27c.
- the distance L1 between the first inclined surface 27a and the first plane 25a in the Z-axis direction with respect to the first plane 25a is from the side of the second outer wall end surface 31 to the side of the first outer wall end surface 29. It is tilted in a manner that shortens toward.
- the third plane 27c is arranged in parallel with the first plane 25a.
- the virtual plane in contact with the third plane 27c is referred to as the third virtual plane 35c.
- the first virtual plane 35a in contact with the first plane 25a and the second virtual plane 35b in contact with the second plane 33 are orthogonal to each other, and the third virtual plane 35c and the third virtual plane 35c in contact with the third plane 27c are orthogonal to each other.
- the second virtual plane 35b in contact with the two planes 33 is formed so as to be orthogonal to each other.
- a fitting groove 43 into which the heat transfer tube 23 is fitted is formed in the fin 41 (heat transfer tube arrangement region 49a).
- the fitting groove 43 has a portion in which a constant fitting width is formed and a portion in which the fitting width is gradually narrowed from the first end portion 41a toward the side of the second end portion 41b. be. Since the other configurations are the same as the configurations of the heat exchanger 21 shown in FIGS. 3 and 5, the same members are designated by the same reference numerals, and the description thereof shall not be repeated unless necessary. do.
- step S3 the extruded body is molded from the extruder.
- an extrusion molding body 123 having a cross-sectional shape in which two heat transfer tubes 23 are integrated is molded from an extrusion molding machine.
- the extruded body 123 is formed so that the portion whose cross-sectional shape is the end face of the second outer wall of the heat transfer tube 23 is axisymmetric with the axis of symmetry SL (line of symmetry).
- step S4 the extruded body 123 is cut.
- the extruded body 123 is cut along the axis of symmetry SL (see FIG. 21) of the extruded body 123.
- the heat transfer tube 23 is manufactured (step S5).
- a fitting groove 43 into which the heat transfer tube is fitted is formed in the fin 41.
- the fitting groove 43 is formed with a portion having a constant fitting width and a portion having a gradually narrowing fitting width from the first end portion 41a toward the side of the second end portion 41b. Note that FIG. 22 does not show the upright portion for the sake of simplification of the drawing.
- the heat transfer tube 23 is fitted into the fitting groove 43 from the end surface 29 side of the first outer wall. Then, the raised portion is joined to the heat transfer tube 23 by brazing or adhesive. In this way, as shown in FIG. 19, the work of attaching the heat transfer tube 23 to the fin 41 is completed, and the main part of the heat exchanger 21 is completed.
- the heat transfer tube is formed by making the cross-sectional shape of the extruded body 123, which is the heat transfer tube 23, linearly symmetric, in the same manner as described for the heat exchanger 21 according to the first example. It is possible to suppress the variation in the wall thickness of the extruded body 123 to be 23, and it is possible to secure the manufacturability of the heat transfer tube 23. As a result, the heat exchanger 21 can be efficiently manufactured.
- the outer wall upper surface 27 of the heat transfer tube 23 includes a first inclined surface 27a and a third plane 27c, and the third plane 27c is arranged in parallel with the first plane 25a. This makes it possible to improve the rollability of the extruded body extruded from the extruder.
- the flat heat transfer tube 23 in the heat exchanger 21 has an outer wall lower surface 25, an outer wall upper surface 27, a first outer wall end surface 29, and a second outer wall end surface 31.
- the outer wall lower surface 25 includes a first plane 25a.
- the outer wall upper surface 27 includes a first inclined surface 27a and a second inclined surface 27b.
- the second outer wall end surface 31 includes the second plane 33.
- the first outer wall end surface 29 is formed of a rounded curved surface.
- the distance L1 between the first inclined surface 27a and the first plane 25a in the Z-axis direction with respect to the first plane 25a is from the side of the second outer wall end surface 31 to the side of the first outer wall end surface 29. It is tilted in a manner that shortens toward.
- the virtual plane in contact with the first virtual plane 25a is referred to as the first virtual plane 35a.
- the virtual plane in contact with the first inclined surface 27a is defined as the fourth virtual plane 35d.
- the angle ⁇ 1 at which the first virtual plane 35a and the fourth virtual plane 35d intersect is smaller than 90 °.
- the distance L2 between the second inclined surface 27b and the first plane 25a in the Z-axis direction with respect to the first plane 25a is from the side of the first outer wall end surface 29 to the side of the second outer wall end surface 31. It is tilted in a manner that shortens toward.
- the virtual plane in contact with the second inclined surface 27b is defined as the fifth virtual plane 35e.
- the angle ⁇ 2 at which the first virtual plane 35a and the fifth virtual plane 35e intersect is smaller than 90 °.
- a fitting groove 43 into which the heat transfer tube 23 is fitted is formed in the fin 41 (heat transfer tube arrangement region 49a).
- the fitting groove 43 is formed so that the fitting width gradually narrows from the first end portion 41a toward the side of the second end portion 41b. Since the other configurations are the same as the configurations of the heat exchanger 21 shown in FIGS. 3 and 5, the same members are designated by the same reference numerals, and the description thereof shall not be repeated unless necessary. do.
- step S3 the extruded body is molded from the extruder.
- an extruded body 123 having a cross-sectional shape in which two heat transfer tubes 23 are integrated is molded from the extruder.
- the extruded body 123 is formed so that the portion whose cross-sectional shape is the end face of the second outer wall of the heat transfer tube 23 is axisymmetric with the axis of symmetry SL (line of symmetry).
- the extruded body 123 has an upper surface and a lower surface.
- the upper surface of the extruded body 123 includes a portion inclined so as to approach the lower surface so as to be separated from the lower surface in the directions orthogonal to the axis of symmetry SL (positive and negative directions of the X-axis). Further, the upper surface of the extruded body 123 is inclined so as to be separated from the lower surface in the directions orthogonal to the axis of symmetry SL (positive and negative directions of the X-axis). include.
- step S4 the extruded body is cut.
- the extruded body 123 is cut along the axis of symmetry SL (see FIG. 25) of the extruded body 123.
- the heat transfer tube 23 is manufactured (step S5).
- a fitting groove 43 into which the heat transfer tube is fitted is formed in the fin 41.
- the fitting groove 43 is formed so that the fitting width gradually narrows from the first end portion 41a toward the side of the second end portion 41b.
- the upright portion is not shown for the sake of simplification of the drawing.
- the heat transfer tube 23 is fitted into the fitting groove 43 from the end surface 29 side of the first outer wall. Then, the raised portion is joined to the heat transfer tube 23 by brazing or adhesive. In this way, as shown in FIG. 23, the work of attaching the heat transfer tube 23 to the fin 41 is completed, and the main part of the heat exchanger 21 is completed.
- the heat transfer tube is formed by making the cross-sectional shape of the extruded body 123, which is the heat transfer tube 23, linearly symmetric, in the same manner as described for the heat exchanger 21 according to the first example. It is possible to suppress the variation in the wall thickness of the extruded body 123 to be 23, and it is possible to secure the manufacturability of the heat transfer tube 23. As a result, the heat exchanger 21 can be efficiently manufactured.
- the axis of symmetry SL is at the position of the valley of the extruded body. This makes it possible to easily align the cutting tool.
- the cutting length in the Z-axis direction is shortened because the cutting portion is a valley. As a result, the work of cutting the extruded body 123 to manufacture the heat transfer tube 23 can be efficiently performed.
- the heat transfer tube 23 can be easily fitted into the fitting groove 43 formed in the fin 41. Further, the adhesion between the heat transfer tube 23 and the fin 41 can be improved.
- the flat heat transfer tube 23 in the heat exchanger 21 has an outer wall lower surface 25, an outer wall upper surface 27, a first outer wall end surface 29, and a second outer wall end surface 31.
- the outer wall lower surface 25 includes a first plane 25a.
- the outer wall upper surface 27 includes a first inclined surface 27a, a third plane 27c, and a second inclined surface 27b.
- the third plane 27c is connected to the first inclined surface 27a and the second inclined surface 27b.
- the third plane 27c is arranged so as to be parallel to the first plane 25a.
- the second outer wall end surface 31 includes the second plane 33.
- the end face of the first outer wall is composed of a rounded curved surface.
- the distance L1 between the first inclined surface 27a and the first plane 25a in the Z-axis direction with respect to the first plane 25a is from the side of the second outer wall end surface 31 to the side of the first outer wall end surface 29. It is tilted in a manner that shortens toward.
- the angle ⁇ 1 at which the first virtual plane 35a in contact with the first plane 25a and the fourth virtual plane 35d in contact with the first inclined surface 27a intersect is smaller than 90 °.
- the distance L2 between the second inclined surface 27b and the first plane 25a in the Z-axis direction with respect to the first plane 25a is from the side of the first outer wall end surface 29 to the side of the second outer wall end surface 31. It is tilted in a manner that shortens toward.
- the angle ⁇ 2 at which the first virtual plane 35a in contact with the first plane 25a and the fifth virtual plane 35e in contact with the second inclined surface 27b intersect is smaller than 90 °.
- a fitting groove 43 into which the heat transfer tube 23 is fitted is formed in the fin 41 (heat transfer tube arrangement region 49a).
- the fitting groove 43 has a portion in which a constant fitting width is formed and a portion in which the fitting width is gradually narrowed from the first end portion 41a toward the side of the second end portion 41b. be. Since the other configurations are the same as the configurations of the heat exchanger 21 shown in FIGS. 3 and 5, the same members are designated by the same reference numerals, and the description thereof shall not be repeated unless necessary. do.
- step S3 the extruded body is molded from the extruder.
- an extrusion molded body 123 having a cross-sectional shape in which two heat transfer tubes 23 are integrated is molded from the extrusion molding machine.
- the extruded body 123 is formed so that the portion whose cross-sectional shape is the end face of the second outer wall of the heat transfer tube 23 is axisymmetric with the axis of symmetry SL (line of symmetry).
- step S4 the extruded body 123 is cut.
- the extruded body 123 is cut along the axis of symmetry SL (see FIG. 29) of the extruded body 123.
- the heat transfer tube 23 is manufactured (step S5).
- the heat transfer tube 23 is fitted into the fitting groove 43 from the end surface 29 side of the first outer wall. Then, the raised portion is joined to the heat transfer tube 23 by brazing or adhesive. In this way, as shown in FIG. 27, the work of attaching the heat transfer tube 23 to the fin 41 is completed, and the main part of the heat exchanger 21 is completed.
- the outer wall upper surface 27 in the heat transfer tube 23 includes the first inclined surface 27a and the third plane 27c, and the third plane 27c is parallel to the first plane 25a. Is located in. This makes it possible to improve the rollability of the extruded body 123 (see FIG. 29) extruded from the extruder.
- the axis of symmetry SL is located at the valley position of the extruded body 123. be. This makes it possible to easily align the cutting tool.
- the cutting length in the Z-axis direction is shortened because the cutting portion is a valley. As a result, the work of cutting the extruded body 123 to manufacture the heat transfer tube 23 can be efficiently performed.
- a plurality of refrigerant flow paths 24 are formed in the heat transfer tube 23 cut along the axis of symmetry SL.
- the refrigerant flow path 24 closest to the first outer wall end surface 29 where the second plane 33 is located is designated as the refrigerant flow path 24a, and the refrigerant flow path 24 closest to the second outer wall end surface 31 is used.
- the refrigerant flow path 24b is used.
- the wall thickness T1 of the heat transfer tube 23 between the refrigerant flow path 24a and the first outer wall end face 29 is the wall thickness of the heat transfer tube 23 between the refrigerant flow path 24b and the second outer wall end face 31. It is formed to be thicker than T2.
- the same configurations as those of the heat transfer tube 23 shown in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated unless necessary.
- the wall thickness T1 of the portion of the heat transfer tube 23 on the first outer wall end surface 29 side where the axis of symmetry SL is located is set to the thickness T1 of the portion of the heat transfer tube 23 on the second outer wall end surface 31 side.
- the second outer wall is formed.
- the thickness of the portion of the heat transfer tube 23 on the side where the end surface 31 is located is thicker than the thickness of the portion of the heat transfer tube 23 on the side where the first outer wall end surface 29 is located.
- the heat exchangers including the heat transfer tubes described in each example of the embodiment can be combined in various ways as needed.
- the heat exchanger 21 in which air flows from the second outer wall end surface 31 side of the heat transfer tube 23 toward the first outer wall end surface 29 side is given as an example, but the first outer wall end surface of the heat transfer tube 23 is mentioned. It may be a heat exchanger in which air flows from the 29 side toward the end surface 31 side of the second outer wall.
- the heat exchanger 21 may be a heat exchanger in which the heat transfer tube 23 is inclined downward (in the direction of gravity) and fitted into the fin 41 in such a manner that the leeward side of the lower surface 25 of the outer wall is lower than the leeward side. .. In this case, the drainage property of the condensed water can be further improved.
- This disclosure is effectively used for heat exchangers to which a flat heat exchanger is applied.
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Abstract
熱交換器(21)における扁平状の伝熱管(23)は、外壁下面(25)、外壁上面(27)、第1外壁端面(29)および第2外壁端面(31)を有している。外壁下面(25)は、第1平面(25a)を含む。外壁上面(27)は、第1傾斜面(27a)を含む。第1外壁端面(29)は、外壁下面(25)と外壁上面(27)とを繋いでいる。第1外壁端面(29)は、第2平面(33)を含む。第1平面(25a)に接する仮想平面を第1仮想平面(35a)とし、第2平面(33)に接する仮想平面を第2仮想平面(35b)とする。伝熱管(23)は、第1仮想平面(35a)と第2仮想平面(35b)とが直交するように形成されている。
Description
本開示は、熱交換器およびその製造方法ならびに冷凍サイクル装置に関する。
従来、複数の板状フィンと扁平状の伝熱管とによって構成された熱交換器がある。このような熱交換器の組立方法の一つとして、フィンを貫通するように伝熱管をフィンに差し込む組立方法がある。この組立方法では、フィンに形成された貫通孔に伝熱管を挿通させる際に、伝熱管とフィンとの摩擦によって、板状のフィンが屈曲するおそれがある。
フィンが屈曲すると、板状のフィンとフィンとの間隔が不均一となって、熱交換器における熱交換率が低下するおそれが生じる。このような不具合を解消するために、たとえば、特許文献1では、フィンに形成された切り欠きに、扁平状の伝熱管を嵌め込む組立方法が提案されている。
切り欠きは、フィンの幅方向に対向する一端側から他端側に向かって、漸次狭小となるように形成される。伝熱管は、伝熱管の断面形状が、その切り欠きの形状に嵌合するように形成される。
従来の熱交換器では、扁平状の伝熱管は、伝熱管の断面形状が、フィンに形成される、漸次狭小となる切り欠きの形状に嵌合するように、テーパ状に形成される。このため、扁平状の伝熱管の断面形状は線対称性を確保することができず、押出成形によって伝熱管を製造する際に、たとえば、伝熱管の肉厚にばらつきが生じやすくなり、扁平状の伝熱管の製造性が損なわれるおそれがある。
本開示は、そのような課題を解決するためになされたものであり、一つの目的は製造性を改善し、効率的に製造することができる熱交換器を提供することであり、他の目的は、そのような熱交換器の製造方法を提供することであり、さらに他の目的は、そのような熱交換器を備えた冷凍サイクル装置を提供することである。
本開示に係る熱交換器は、扁平状の伝熱管と板状のフィンとを有する。扁平状の伝熱管は、第1方向に第1幅を有し、第1方向と交差する第2方向に延在する。板状のフィンは、第1方向に第1幅よりも長い第2幅を隔てて位置する第1端部および第2端部を有し、第1方向および第2方向のそれぞれと交差する第3方向に延在する。伝熱管は、外壁下面と外壁上面と第1外壁端面と第2外壁端面とを備えている。外壁下面は、第1平面を有する。外壁上面は、外壁下面と第3方向に距離を隔てて位置する。第1外壁端面は、外壁下面と外壁上面とを繋ぐ。第2外壁端面は、第1外壁端面と第1方向に距離を隔てて位置し、外壁下面と外壁上面とを繋ぐ。伝熱管における外壁上面は、第1平面に対して傾斜し、第1外壁端面に繋がる第1傾斜面を含む。第1傾斜面は、第1平面に対して、第1傾斜面と第1平面との第3方向の距離が、第2外壁端面の側から第1外壁端面の側へ向かって短くなる態様で傾斜する。伝熱管は、フィンにおける第1端部から第2端部に向かって嵌め込み幅が狭められるように形成された嵌め込み溝に、第1外壁端面が第2端部の側に位置する態様で嵌め込まれている。第1外壁端面および第2外壁端面のいずれかは、第2平面を有する。第1平面に接する仮想平面を第1仮想平面とし、第2平面に接する仮想平面を第2仮想平面とする。第1仮想平面と第2仮想平面とは直交する。
本開示に係る熱交換器の製造方法は、伝熱管を使用した熱交換器の製造方法であって、以下の工程を備えている。伝熱管となる材料を用意する。材料を押出成型機に投入する。押出成型機によって材料を押し出すことにより、伝熱管となる押出成型体を押出成型する。押し出された押出成型体を切断することにより、伝熱管を形成する。対向する第1端部および第2端部を有し、一方向に延在する帯状のフィンを用意する。フィンにおける第1端部から第2端部へ向かって、伝熱管を嵌め込むための嵌め込み溝を形成する。伝熱管をフィンにおける嵌め込み溝に嵌め込む。伝熱管とフィンとを接合する。押出成型体を押出成型する工程では、押出方向と交差する方向に沿った断面形状が線対称となるように2つの伝熱管を一体化した態様の押出成型体が押出成型される。押出成型体を切断する工程では、押出成型体における対称軸に対応する位置において、押出方向に沿って押出成型体を切断することにより、伝熱管が形成される。
本開示に係る冷凍サイクル装置は、上記記載の熱交換器を備えた冷凍サイクル装置である。
本開示に係る熱交換器によれば、外壁下面の第1平面に接する第1仮想平面と、第1外壁端面および第2外壁端面のいずれかが有する第2平面に接する第2仮想平面とは直交する。この構造は、断面形状が線対称となるように、2つの伝熱管を一体化した断面形状を有する押出成型体を、対称軸に沿って切断することによって形成されることになる。この構造によれば、伝熱管となる押出成型体の肉厚にばらつきが生じるのを抑制することができ、伝熱管の製造性が確保されて、熱交換器の効率的な製造に寄与することができる。
本開示に係る熱交換器の製造方法によれば、押出成型体を押出成型する工程では、押出方向と交差する方向に沿った断面形状が線対称となるように2つの伝熱管を一体化した態様の押出成型体が押出成型される。押出成型体を切断する工程では、押出成型体における対称軸に対応する位置において、押出方向に沿って押出成型体を切断することにより、伝熱管が形成される。これにより、伝熱管となる押出成型体の肉厚にばらつきが生じるのを抑制することができ、伝熱管の製造性を確保することができる。その結果、熱交換器を効率的に製造することができる。
本開示に係る冷凍サイクル装置によれば、上記熱交換器を備えていることで、熱交換器、ひいては、冷凍サイクル装置の効率的な製造に寄与することができる。
はじめに、実施の形態において説明する熱交換器が適用される冷凍サイクル装置の一例について説明する。図1に示すように、冷凍サイクル装置1は、圧縮機3、室内熱交換器5、室内ファン7、絞り装置9、室外熱交換器11、室外ファン13および四方弁15を備えている。圧縮機3、室内熱交換器5、絞り装置9、室外熱交換器11および四方弁15は、冷媒配管17によって繋がっている。
圧縮機3は、冷媒を圧縮する。圧縮機3は、たとえば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機または往復圧縮機等である。室内熱交換器5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。
室内熱交換器5は、たとえば、フィンアンドチューブ型熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、二重管式熱交換器またはプレート熱交換器等である。室内ファン7は、室内熱交換器5に付設されている。室内ファン7によって、熱交換流体としての居室内の空気が、室内熱交換器5に供給されることになる。
絞り装置9は、冷媒を膨張させて冷媒の圧力を減圧する機能を有する。絞り装置9は、たとえば、冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁、機械式膨張弁またはキャピラリーチューブ等である。機械式膨張弁は、受圧部にダイアフラムを採用した膨張弁である。
室外熱交換器11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。室外熱交換器11は、フィンアンドチューブ型熱交換器である。室外熱交換器11の具体的な構造については、後述する。室外ファン13は、室外熱交換器11に付設されている。室外ファン13によって、室外の空気が室外熱交換器11に供給されることになる。
四方弁15は、冷凍サイクル装置1において、冷媒の流路を切り替える機能を有する。暖房運転時には、四方弁15によって、圧縮機3の吐出口と室内熱交換器5とが接続され、圧縮機3の吸入口と室外熱交換器11とが接続される。冷房運転時と除霜運転時には、四方弁15によって、圧縮機3の吐出口と室外熱交換器11とが接続され、圧縮機3の吸入口と室内熱交換器5とが接続される。
次に、上述した冷凍サイクル装置1の動作として、まず、暖房運転の場合について説明する。圧縮機3を駆動させることによって、圧縮機3から高温高圧のガス冷媒が吐出する。吐出した高温高圧のガス冷媒(単相)は、四方弁15を介して室内熱交換器5に流れ込む。室内熱交換器5では、流れ込んだガス冷媒と、室内ファン7によって供給される空気との間で熱交換が行われる。高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒(単相)になる。この熱交換によって、室内が暖房されることになる。室内熱交換器5から送り出された高圧の液冷媒は、絞り装置9によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との二相状態の冷媒になる。
二相状態の冷媒は、室外熱交換器11に流れ込む。室外熱交換器11は、蒸発器として機能する。室外熱交換器11では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、室外ファン13によって供給される空気との間で熱交換が行われる。二相状態の冷媒のうち、液冷媒が蒸発して、低圧のガス冷媒(単相)になる。室外熱交換器11から送り出された低圧のガス冷媒は、四方弁15を介して圧縮機3に流れ込む。圧縮機3に流れ込んだ低圧のガス冷媒は、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機3から吐出する。以下、このサイクルが繰り返される。
次に、冷房運転の場合について説明する。圧縮機3を駆動させることによって、圧縮機3から高温高圧のガス冷媒が吐出する。吐出した高温高圧のガス冷媒(単相)は、四方弁15を介して室外熱交換器11へ流れ込む。室外熱交換器11は、凝縮器として機能する。室外熱交換器11では、流れ込んだ冷媒と、室外ファン13によって供給される空気との間で熱交換が行われる。高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒(単相)になる。室外熱交換器11から送り出された高圧の液冷媒は、絞り装置9によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との二相状態の冷媒になる。
二相状態の冷媒は、室内熱交換器5に流れ込む。室内熱交換器5では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、室内ファン7によって供給される空気との間で熱交換が行われる。二相状態の冷媒は、液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒(単相)になる。この熱交換によって、室内が冷却されることになる。室内熱交換器5から送り出された低圧のガス冷媒は、四方弁15を介して圧縮機3に流れ込む。圧縮機3に流れ込んだ低圧のガス冷媒は、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機3から吐出する。以下、このサイクルが繰り返される。
次に、実施の形態に係る熱交換器として、室外熱交換器11に適用される熱交換器について具体的に説明する。
(第1例)
実施の形態の第1例に係る熱交換器について説明する。説明の便宜上、互いに直交するX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向を用いる。第1方向としてのX軸方向は、通風方向と略平行な方向とする。第2方向としてのY軸方向は、通風方向と略直交する方向とする。第3方向としてのZ軸方向は、重力方向と略平行な方向とする。
実施の形態の第1例に係る熱交換器について説明する。説明の便宜上、互いに直交するX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向を用いる。第1方向としてのX軸方向は、通風方向と略平行な方向とする。第2方向としてのY軸方向は、通風方向と略直交する方向とする。第3方向としてのZ軸方向は、重力方向と略平行な方向とする。
図2に示すように、熱交換器21は、2列構造の熱交換器21である。熱交換器21は、第1熱交換器21aと第2熱交換器21bとを備えている。第1熱交換器21aは、風上側に配置されている。第2熱交換器21bは、風下側に配置されている。第1熱交換器21aおよび第2熱交換器21bのそれぞれは、フィンアンドチューブ型熱交換器として構成される。なお、熱交換器21としては、2列構造に限られたものではなく、熱交換負荷に応じて、たとえば、1列構造または3列構造としてもよい。空気は、一例として、矢印Y1に示すようにX軸方向(正方向)に流れる。
第1熱交換器21aおよび第2熱交換器21bのそれぞれは、板状の複数のフィン41と扁平状の複数の伝熱管23とを備えている。板状のフィン41は、X軸方向に幅を有し、Z軸方向に延在する。複数のフィン41は、Y軸方向に互いに間隔を開けて配置されている。扁平状の伝熱管23は、Y軸方向に延在する。複数の伝熱管23は、Z軸方向に互いに間隔を開けてフィン41に取り付けられている。
第1熱交換器21aでは、伝熱管23の一端側は第1ヘッダ部61に接続されている。伝熱管23の他端側は列間接続部材65に接続されている。第2熱交換器21bでは、伝熱管23の一端側は第2ヘッダ部63に接続されている。伝熱管23の他端側は列間接続部材65に接続されている。第1熱交換器21aの伝熱管23の他端側と第2熱交換器21bの伝熱管23の他端側とは、列間接続部材65を介して繋がっている。
一動作態様では、冷媒配管17を流れた冷媒は、第1ヘッダ部61を介して第1熱交換器21aの各伝熱管23に分配される。第1熱交換器21aから列間接続部材65を経て、第2熱交換器21bの各伝熱管23を流れた冷媒は、第2ヘッダ部63を介して、冷媒配管17に送り出される。
次に、熱交換器21の構造について、詳しく説明する。なお、第1熱交換器21aと第2熱交換器21bとは、実質的に同じ構造を有しているため、双方を代表して、第1熱交換器21a(21)の構造について説明する。
図3および図4に示すように、フィン41は、X軸方向に幅を有し、Z軸方向に帯状に延在する。フィン41は、幅を隔てて位置する第1端部41aと第2端部41bとを有する。フィン41には、伝熱管23が配置される伝熱管配置領域49aと、結露等に伴う水分を排出する排水領域49bとが規定されている。なお、この場合、空気は、第1端部41aから第2端部41bへ向かって流れる。空気は、伝熱管23に対しては、第2外壁端面31側から第1外壁端面29側へ向かって流れることになる(図5参照)。
フィン41(伝熱管配置領域49a)には、伝熱管23が嵌め込まれる嵌め込み溝43が形成されている。嵌め込み溝43は、伝熱管23の断面形状に対応するように形成されている。嵌め込み溝43は、第1端部41aから第2端部41bの側に向かって、嵌め込み幅が徐々に狭くなるように形成されている。
扁平状の伝熱管23は、嵌め込み溝43に嵌め込まれている。伝熱管23には、冷媒が流れる複数の冷媒流路24が形成されている。冷媒流路24は、風上側から風下側に向かって、流路断面積が小さくなるように形成されている。伝熱管23は、たとえば、ろう材によってフィン41に接合されている。
図5に示すように、扁平状の伝熱管23は、外壁下面25、外壁上面27、第1外壁端面29および第2外壁端面31を有している。外壁下面25は、第1平面25aを含む。外壁上面27は、外壁下面25とZ軸方向に距離を隔てて位置する。外壁上面27は、第1傾斜面27aを含む。
第1傾斜面27aは、第1平面25aに対して、フィン41に形成された嵌め込み溝43の形状に対応するように傾斜している。第1傾斜面27aは、第1平面25aに対して、第1傾斜面27aと第1平面25aとのZ軸方向の距離L1が、第2外壁端面31の側から第1外壁端面29の側へ向かって短くなる態様で傾斜している。
第1外壁端面29は、外壁下面25と外壁上面27とを繋いでいる。第1外壁端面29は、第2平面33を含む。第2外壁端面31は、第1外壁端面29とX軸方向に距離を隔てて位置し、外壁下面25と外壁上面27とを繋いでいる。第2外壁端面31は、丸みを帯びるように形成されている。
第1平面25aに接する仮想平面を第1仮想平面35aとする。第2平面33に接する仮想平面を第2仮想平面35bとする。伝熱管23は、第1仮想平面35aと第2仮想平面35bとが直交するように形成されている。なお、直交するとは、幾何学的(数学的)に直交していることを特定するものではなく、製造上の誤差(たとえば、±5°程度)を含む。以下の各例に係る伝熱管23についても、同様である。実施の形態に係る熱交換器21は、上記のように構成される。
次に、上述した熱交換器21の製造方法の一例について、フローチャートにしたがって説明する。伝熱管23は、押出成型によって形成される。押出成型では、押出成型機によって円柱状の金属の塊(ビレット)に強い圧力を加えて、金型に設けられた穴からその金属を押し出すことで伝熱管23が成型される。
金型はダイスと呼ばれ、各種の形状に対応することができる。これにより、他の加工法では製造が難しい中空品または複雑な断面形状を有する製品を、1回の押出工程によって容易に製造することができる。ここでは、伝熱管となる押出成型体の断面形状が線対称となるように、2つの伝熱管を一体化した態様の穴が形成された金型を用いる。
図6に示すように、ステップS1では、伝熱管の材料を用意する。材料としては、たとえば、アルミニウム等の金属の塊が適用される。次に、ステップS2では、押出成型機へ、伝熱管となる金属の塊を投入する。
次に、ステップS3では、押出成型機によって金属を押し出す。このとき、押出成型機の金型として、伝熱管の断面形状が線対称となるように、2つの伝熱管を一体化した態様の穴が形成された金型が適用される。これにより、図7に示すように、押出成型機からは、2つの伝熱管23を一体化した断面形状を有する押出成型体123が成型される。押出成型体123は、上面と下面とを有する。
押出成型体123は、伝熱管23の第1外壁端面となる部分を対称軸SL(対称線)として、線対称に成型される。押出成型体123の上面は、下面に対して、対称軸SLから対称軸SLと直交する方向(X軸正方向と負方向)にそれぞれ離れるにしたがい、遠ざかるように傾斜している。
押出成型体123の断面形状を線対称とすることで、たとえば、押出成型体123(伝熱管23)の肉厚にばらつきが生じるのを抑制することができ、伝熱管23の製造性を確保することができる。次に、ステップS4では、押出成型体の切断を行う。図7に示すように、押出成型体123の対称軸SLに沿って押出成型体123を切断する。これにより、伝熱管23が製造される(ステップS5)。
次に、完成した伝熱管23をフィン41に取り付ける処理を行う。図8に示すように、フィン41の第1端部41aから第2端部へ向かって切れ目45と折り目47とを規定し、切れ目45に沿ってフィン41を切断する。次に、図9に示すように、切れ目45に沿って切断されたフィン41の部分を、折り目47に沿って折り曲げて起立させる。
こうして、図10に示すように、伝熱管が嵌め込まれる嵌め込み溝43が形成される。嵌め込み溝43は、第1端部41aから第2端部41bの側に向かって、嵌め込み幅が徐々に狭くなるように形成される。なお、図10では、図面の簡略化のために、起立させた部分は示されていない。
次に、伝熱管23を、第1外壁端面29側から嵌め込み溝43に嵌め込む。このとき、起立させた部分が十分な高さを有していれば、隣り合う伝熱管23の間隔を一定の間隔に維持する位置決めの機能を有することができる。その後、ろう付けまたは接着剤によって、起立させた部分を伝熱管23に接合する。こうして、図3に示すように、伝熱管23のフィン41への取り付け作業が完了し、熱交換器21の主要部分が完成する。
上述した熱交換器21によれば、次のような効果が得られる。まず、押出成型機によって伝熱管23を製造する際に、断面形状が線対称となるように、2つの伝熱管23を一体化した断面形状を有する押出成型体123が成型される。これにより、伝熱管23となる押出成型体123の肉厚にばらつきが生じるのを抑制することができ、伝熱管23の製造性を確保することができる。その結果、熱交換器21を効率的に製造することができる。
また、このとき、押出成型機から押し出される押出成型体123の下面が、伝熱管の外壁下面となる。押出成型体123の上面が、伝熱管の外壁上面になる。これにより、押出成型体123の下面が、重力の向きに対してほぼ直交することになり、押し出された押出成型体123を効果的に搬送することができる。
さらに、押出成型体123の対称軸SL(図7参照)に沿って押出成型体123を切断することによって、切断面は、押出成型体123の下面に対して、ほぼ直交することになる。こうして、伝熱管23では、押出成型体123の下面が、第1平面25aとして伝熱管23の外壁下面25となり、切断面は、第2平面33として伝熱管23の第1外壁端面29に位置することになる。第1平面25aに接する第1仮想平面35aと、第2平面33に接する第2仮想平面35bとは、ほぼ直交することになる。
また、押出成型体123は、幅方向の一方側と他方側とから、それぞれ押出成型体123の対称軸SLに向かって、押出成型体123の上面と下面との間の距離が短くなるように押出成型される(図7参照)。これにより、押出成型体123を対称軸SLにおいて切断する際に、切断する厚さを薄くすることができ、熱交換器21の効率的な製造に寄与することができる。
切断された伝熱管23では、押出成型体123の上面に対応する第1傾斜面27aは、第1平面25aに対して、第1傾斜面27aと第1平面25aとのZ軸方向の距離が、第2外壁端面31の側から第1外壁端面29の側へ向かって短くなる態様で傾斜する。第1外壁端面29のZ軸方向の長さは、第2外壁端面31のZ軸方向の長さよりも短い。すなわち、伝熱管23では、第1傾斜面27aが第1平面25aに対して、フィン41の嵌め込み溝43の形状に対応するようにテーパ状に傾斜する。
一方、フィン41では、伝熱管23が嵌め込まれる嵌め込み溝43は、第1端部41aから第2端部41bの側に向かって、嵌め込み幅が徐々に狭くなるように形成されている。その嵌め込み溝43に対して、Z軸方向の長さが短い第1外壁端面29の側から、フィン41の嵌め込み溝43に嵌め込まれることになる。これにより、伝熱管23を、フィン41の嵌め込み溝43に効率よく嵌め込むことができ、熱交換器21の製造性の改善に寄与することができる。
フィン41に接合された伝熱管23では、第1傾斜面27aは下方に向かって傾斜することになる。このため、熱交換器21を蒸発器として運転する場合に、空気中の水分が凝結し伝熱管23等に結露した水分が、第1傾斜面27aを流れやすくなる。これにより、水分は、伝熱管23が配置されていない排水領域49bを流れて排水されることになる。その結果、伝熱管23が配置されている伝熱管配置領域49aに水分が溜まってしまい、空気の流れが阻害されるのを抑えることができ、熱交換効率が低下するのを抑制することができる。
(第2例)
実施の形態の第2例に係る熱交換器について説明する。図11および図12に示すように、熱交換器21における扁平状の伝熱管23は、外壁下面25、外壁上面27、第1外壁端面29および第2外壁端面31を有している。外壁下面25は、第1平面25aを含む。外壁上面27は、第1傾斜面27aを含む。第1傾斜面27aは、第1平面25aに対して、第1傾斜面27aと第1平面25aとのZ軸方向の距離L1が、第2外壁端面31の側から第1外壁端面29の側へ向かって短くなる態様で傾斜している。
実施の形態の第2例に係る熱交換器について説明する。図11および図12に示すように、熱交換器21における扁平状の伝熱管23は、外壁下面25、外壁上面27、第1外壁端面29および第2外壁端面31を有している。外壁下面25は、第1平面25aを含む。外壁上面27は、第1傾斜面27aを含む。第1傾斜面27aは、第1平面25aに対して、第1傾斜面27aと第1平面25aとのZ軸方向の距離L1が、第2外壁端面31の側から第1外壁端面29の側へ向かって短くなる態様で傾斜している。
第1外壁端面29は、第2平面33を含む。第1外壁端面29は、第2平面33と外壁下面25とが繋がる部分では、丸みを帯びた曲面29aを有する。また、第1外壁端面29は、第2平面33と外壁上面27とが繋がる部分では、丸みを帯びた曲面29aを有する。伝熱管23は、第1平面25aに接する第1仮想平面35aと、第2平面33に接する第2仮想平面35bとが、直交するように形成されている。
フィン41(伝熱管配置領域49a)には、伝熱管23が嵌め込まれる嵌め込み溝43が形成されている。嵌め込み溝43は、第1端部41aから第2端部41bの側に向かって、嵌め込み幅が徐々に狭くなるように形成されている。なお、これ以外の構成については、図3および図5等に示す熱交換器21の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
次に、上述した熱交換器21の製造方法について説明する。前述した図6に示されるステップS1およびステップS2を経た後、ステップS3では、押出成型機から押出成型体を成型する。図13に示すように、押出成型機からは、2つの伝熱管23を一体化した断面形状を有する押出成型体123が成型される。押出成型体123は、断面形状が伝熱管23の第1外壁端面になる部分を対称軸SL(対称線)として線対称となるように、形成されている。
次に、ステップS4では、押出成型体123の切断を行う。押出成型体123の対称軸SL(図13参照)に沿って押出成型体123を切断する。これにより、伝熱管23が製造される(ステップS5)。
次に、図8および図9に示す工程と実質的に同様の工程を経て、図14に示すように、フィン41に、伝熱管が嵌め込まれる嵌め込み溝43が形成される。嵌め込み溝43は、第1端部41aから第2端部41bの側に向かって、嵌め込み幅が徐々に狭くなるように形成される。なお、図14では、図面の簡略化のために、起立させた部分は示されていない。
次に、伝熱管23を、第1外壁端面29側から嵌め込み溝43に嵌め込む。その後、ろう付けまたは接着剤によって、起立させた部分を伝熱管23に接合する。こうして、図11に示すように、伝熱管23のフィン41への取付作業が完了し、熱交換器21の主要部分が完成する。
上述した熱交換器21によれば、第1例に係る熱交換器21について説明したのと同様に、伝熱管23となる押出成型体123の断面形状が線対称とされることで、伝熱管23となる押出成型体123の肉厚にばらつきが生じるのを抑制することができ、伝熱管23の製造性を確保することができる。その結果、熱交換器21を効率的に製造することができる。
さらに、上述した熱交換器21では、第1例に係る熱交換器21について説明した効果に加えて、次のような効果が得られる。
熱交換器21の製造において、フィン41に形成された嵌め込み溝43に伝熱管23を嵌め込む際には、第1外壁端面29側から嵌め込まれる。その伝熱管23の第1外壁端面29は、第2平面33と外壁下面25とが繋がる部分と、第2平面33と外壁上面27とが繋がる部分とのそれぞれに、丸みを帯びた曲面29aを有する。これにより、フィン41に形成された嵌め込み溝43へ伝熱管23をより嵌め込みやすくなる。また、伝熱管23とフィン41との密着性を向上させることができる。
また、押出成型体123を切断することによって形成される伝熱管23の第1外壁端面29に曲面29aが形成されている分、押出成型体123を切断するZ軸方向の長さが短くなり、熱交換器21の効率的な製造に寄与することができる。
(第3例)
実施の形態の第3例に係る熱交換器について説明する。図15および図16に示すように、熱交換器21における扁平状の伝熱管23は、外壁下面25、外壁上面27、第1外壁端面29および第2外壁端面31を有している。外壁下面25は、第1平面25aを含む。外壁上面27は、第1傾斜面27aを含む。第1傾斜面27aは、第1平面25aに対して、第1傾斜面27aと第1平面25aとのZ軸方向の距離L1が、第2外壁端面31の側から第1外壁端面29の側へ向かって短くなる態様で傾斜している。
実施の形態の第3例に係る熱交換器について説明する。図15および図16に示すように、熱交換器21における扁平状の伝熱管23は、外壁下面25、外壁上面27、第1外壁端面29および第2外壁端面31を有している。外壁下面25は、第1平面25aを含む。外壁上面27は、第1傾斜面27aを含む。第1傾斜面27aは、第1平面25aに対して、第1傾斜面27aと第1平面25aとのZ軸方向の距離L1が、第2外壁端面31の側から第1外壁端面29の側へ向かって短くなる態様で傾斜している。
第2外壁端面31は、第2平面33を含む。第1外壁端面は、丸みを帯びた曲面からなる。伝熱管23は、第1平面25aに接する第1仮想平面35aと、第2平面33に接する第2仮想平面35bとが、直交するように形成されている。
フィン41(伝熱管配置領域49a)には、伝熱管23が嵌め込まれる嵌め込み溝43が形成されている。嵌め込み溝43は、第1端部41aから第2端部41bの側に向かって、嵌め込み幅が徐々に狭くなるように形成されている。なお、これ以外の構成については、図3および図5等に示す熱交換器21の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
次に、上述した熱交換器21の製造方法について説明する。前述した図6に示されるステップS1およびステップS2を経た後、ステップS3では、押出成型機から押出成型体を成型する。図17に示すように、押出成型機からは、2つの伝熱管23を一体化した断面形状を有する押出成型体123が成型される。
押出成型体123は、断面形状が伝熱管23の第2外壁端面になる部分を対称軸SL(対称線)として線対称となるように、形成されている。押出成型体123は、上面と下面とを有する。押出成型体123の上面は、下面に対して、対称軸SLから対称軸SLと直交する方向(X軸正方向と負方向)にそれぞれ離れるにしたがい、近づくように傾斜している。
次に、ステップS4では、押出成型体の切断を行う。押出成型体123の対称軸SL(図17参照)に沿って押出成型体123を切断する。これにより、伝熱管23が製造される(ステップS5)。
次に、図8および図9に示す工程と実質的に同様の工程を経て、図18に示すように、フィン41に、伝熱管が嵌め込まれる嵌め込み溝43が形成される。嵌め込み溝43は、第1端部41aから第2端部41bの側に向かって、嵌め込み幅が徐々に狭くなるように形成される。なお、図18では、図面の簡略化のために、起立させた部分は示されていない。
次に、伝熱管23を、第1外壁端面29側から嵌め込み溝43に嵌め込む。その後、ろう付けまたは接着剤によって、起立させた部分を伝熱管23に接合する。こうして、図15に示すように、伝熱管23のフィン41への取付作業が完了し、熱交換器21の主要部分が完成する。
上述した熱交換器21によれば、第1例に係る熱交換器21について説明したのと同様に、伝熱管23となる押出成型体123の断面形状が線対称とされることで、伝熱管23となる押出成型体123の肉厚にばらつきが生じるのを抑制することができ、伝熱管23の製造性を確保することができる。その結果、熱交換器21を効率的に製造することができる。
さらに、上述した熱交換器21では、第1例に係る熱交換器21について説明した効果に加えて、次のような効果が得られる。
熱交換器21の製造において、フィン41に形成された嵌め込み溝43に伝熱管23を嵌め込む際には、第1外壁端面29側から嵌め込まれる。その伝熱管23の第1外壁端面29は、丸みを帯びた曲面からなる。これにより、フィン41に形成された嵌め込み溝43へ伝熱管23をさらに嵌め込みやすくなる。また、伝熱管23とフィン41との密着性をさらに向上させることができる。
(第4例)
実施の形態の第4例に係る熱交換器について説明する。図19および図20に示すように、熱交換器21における扁平状の伝熱管23は、外壁下面25、外壁上面27、第1外壁端面29および第2外壁端面31を有している。外壁下面25は、第1平面25aを含む。外壁上面27は、第1傾斜面27aと第3平面27cとを含む。第1傾斜面27aは、第1平面25aに対して、第1傾斜面27aと第1平面25aとのZ軸方向の距離L1が、第2外壁端面31の側から第1外壁端面29の側へ向かって短くなる態様で傾斜している。
実施の形態の第4例に係る熱交換器について説明する。図19および図20に示すように、熱交換器21における扁平状の伝熱管23は、外壁下面25、外壁上面27、第1外壁端面29および第2外壁端面31を有している。外壁下面25は、第1平面25aを含む。外壁上面27は、第1傾斜面27aと第3平面27cとを含む。第1傾斜面27aは、第1平面25aに対して、第1傾斜面27aと第1平面25aとのZ軸方向の距離L1が、第2外壁端面31の側から第1外壁端面29の側へ向かって短くなる態様で傾斜している。
第3平面27cは、第1平面25aと平行に配置されている。第3平面27cに接する仮想平面を第3仮想平面35cとする。伝熱管23は、第1平面25aに接する第1仮想平面35aと、第2平面33に接する第2仮想平面35bとが、直交するとともに、第3平面27cに接する第3仮想平面35cと、第2平面33に接する第2仮想平面35bとが、直交するように形成されている。
フィン41(伝熱管配置領域49a)には、伝熱管23が嵌め込まれる嵌め込み溝43が形成されている。嵌め込み溝43は、第1端部41aから第2端部41bの側に向かって、一定の嵌め込み幅が形成されている部分と、嵌め込み幅が徐々に狭くなるように形成されている部分とがある。なお、これ以外の構成については、図3および図5等に示す熱交換器21の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
次に、上述した熱交換器21の製造方法について説明する。前述した図6に示されるステップS1およびステップS2を経た後、ステップS3では、押出成型機から押出成型体を成型する。図21に示すように、押出成型機からは、2つの伝熱管23を一体化した断面形状を有する押出成型体123が成型される。押出成型体123は、断面形状が伝熱管23の第2外壁端面になる部分を対称軸SL(対称線)として線対称となるように、形成されている。
次に、ステップS4では、押出成型体123の切断を行う。押出成型体123の対称軸SL(図21参照)に沿って押出成型体123を切断する。これにより、伝熱管23が製造される(ステップS5)。
次に、図8および図9に示す工程と実質的に同様の工程を経て、図22に示すように、フィン41に、伝熱管が嵌め込まれる嵌め込み溝43が形成される。嵌め込み溝43は、第1端部41aから第2端部41bの側に向かって、嵌め込み幅が一定の部分と、嵌め込み幅が徐々に狭くなる部分とが形成される。なお、図22では、図面の簡略化のために、起立させた部分は示されていない。
次に、伝熱管23を、第1外壁端面29側から嵌め込み溝43に嵌め込む。その後、ろう付けまたは接着剤によって、起立させた部分を伝熱管23に接合する。こうして、図19に示すように、伝熱管23のフィン41への取付作業が完了し、熱交換器21の主要部分が完成する。
上述した熱交換器21によれば、第1例に係る熱交換器21について説明したのと同様に、伝熱管23となる押出成型体123の断面形状が線対称とされることで、伝熱管23となる押出成型体123の肉厚にばらつきが生じるのを抑制することができ、伝熱管23の製造性を確保することができる。その結果、熱交換器21を効率的に製造することができる。
さらに、上述した熱交換器21では、第1例に係る熱交換器21について説明した効果に加えて、次のような効果が得られる。
伝熱管23における外壁上面27は、第1傾斜面27aと第3平面27cとを含み、第3平面27cは、第1平面25aと平行に配置されている。これにより、押出成型機から押し出された押出成型体のロール性を向上させることができる。
(第5例)
実施の形態の第5例に係る熱交換器について説明する。図23および図24に示すように、熱交換器21における扁平状の伝熱管23は、外壁下面25、外壁上面27、第1外壁端面29および第2外壁端面31を有している。外壁下面25は、第1平面25aを含む。外壁上面27は、第1傾斜面27aと第2傾斜面27bとを含む。第2外壁端面31が第2平面33を含む。第1外壁端面29は、丸みを帯びた曲面からなる。
実施の形態の第5例に係る熱交換器について説明する。図23および図24に示すように、熱交換器21における扁平状の伝熱管23は、外壁下面25、外壁上面27、第1外壁端面29および第2外壁端面31を有している。外壁下面25は、第1平面25aを含む。外壁上面27は、第1傾斜面27aと第2傾斜面27bとを含む。第2外壁端面31が第2平面33を含む。第1外壁端面29は、丸みを帯びた曲面からなる。
第1傾斜面27aは、第1平面25aに対して、第1傾斜面27aと第1平面25aとのZ軸方向の距離L1が、第2外壁端面31の側から第1外壁端面29の側へ向かって短くなる態様で傾斜している。第1平面25aに接する仮想平面を第1仮想平面35aとする。第1傾斜面27aに接する仮想平面を第4仮想平面35dとする。第1仮想平面35aと第4仮想平面35dとが交差する角度θ1は、90°よりも小さい。
第2傾斜面27bは、第1平面25aに対して、第2傾斜面27bと第1平面25aとのZ軸方向の距離L2が、第1外壁端面29の側から第2外壁端面31の側へ向かって短くなる態様で傾斜している。第2傾斜面27bに接する仮想平面を第5仮想平面35eとする。第1仮想平面35aと第5仮想平面35eとが交差する角度θ2は、90°よりも小さい。
フィン41(伝熱管配置領域49a)には、伝熱管23が嵌め込まれる嵌め込み溝43が形成されている。嵌め込み溝43は、第1端部41aから第2端部41bの側に向かって、嵌め込み幅が徐々に狭くなるように形成されている。なお、これ以外の構成については、図3および図5等に示す熱交換器21の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
次に、上述した熱交換器21の製造方法について説明する。前述した図6に示されるステップS1およびステップS2を経た後、ステップS3では、押出成型機から押出成型体を成型する。図25に示すように、押出成型機からは、2つの伝熱管23を一体化した断面形状を有する押出成型体123が成型される。押出成型体123は、断面形状が伝熱管23の第2外壁端面になる部分を対称軸SL(対称線)として線対称となるように、形成されている。
押出成型体123は、上面と下面とを有する。押出成型体123の上面は、下面に対して、対称軸SLから対称軸SLと直交する方向(X軸正方向と負方向)にそれぞれ離れるにしたがい、近づくように傾斜している部分を含む。また、押出成型体123の上面は、下面に対して、対称軸SLから対称軸SLと直交する方向(X軸正方向と負方向)にそれぞれ離れるにしたがい、遠ざかるように傾斜している部分を含む。
次に、ステップS4では、押出成型体の切断を行う。押出成型体123の対称軸SL(図25参照)に沿って押出成型体123を切断する。これにより、伝熱管23が製造される(ステップS5)。
次に、図8および図9に示す工程と実質的に同様の工程を経て、図26に示すように、フィン41に、伝熱管が嵌め込まれる嵌め込み溝43が形成される。嵌め込み溝43は、第1端部41aから第2端部41bの側に向かって、嵌め込み幅が徐々に狭くなるように形成される。なお、図26では、図面の簡略化のために、起立させた部分は示されていない。
次に、伝熱管23を、第1外壁端面29側から嵌め込み溝43に嵌め込む。その後、ろう付けまたは接着剤によって、起立させた部分を伝熱管23に接合する。こうして、図23に示すように、伝熱管23のフィン41への取付作業が完了し、熱交換器21の主要部分が完成する。
上述した熱交換器21によれば、第1例に係る熱交換器21について説明したのと同様に、伝熱管23となる押出成型体123の断面形状が線対称とされることで、伝熱管23となる押出成型体123の肉厚にばらつきが生じるのを抑制することができ、伝熱管23の製造性を確保することができる。その結果、熱交換器21を効率的に製造することができる。
さらに、上述した熱交換器21では、第1例に係る熱交換器21について説明した効果に加えて、次のような効果が得られる。
押出成型体123を対称軸SLにおいて切断する際に、対称軸SLは、押出成型体の谷の位置にある。これにより、切断用具の位置合わせを容易に行うことができる。また、切断する箇所が谷になっている分、Z軸方向の切断長さが短くなる。これにより、押出成型体123を切断して伝熱管23を製造する作業を効率的に行うことができる。
また、伝熱管23の第1外壁端面29は、丸みを帯びた曲面からなることで、フィン41に形成された嵌め込み溝43へ伝熱管23を嵌め込みやすくなる。さらに、伝熱管23とフィン41との密着性を向上させることができる。
(第6例)
実施の形態の第6例に係る熱交換器について説明する。図27および図28に示すように、熱交換器21における扁平状の伝熱管23は、外壁下面25、外壁上面27、第1外壁端面29および第2外壁端面31を有している。外壁下面25は、第1平面25aを含む。外壁上面27は、第1傾斜面27a、第3平面27cおよび第2傾斜面27bを含む。第3平面27cは、第1傾斜面27aと第2傾斜面27bとに繋がる。第3平面27cは、第1平面25aと平行になるように配置されている。第2外壁端面31が第2平面33を含む。第1外壁端面は、丸みを帯びた曲面からなる。
実施の形態の第6例に係る熱交換器について説明する。図27および図28に示すように、熱交換器21における扁平状の伝熱管23は、外壁下面25、外壁上面27、第1外壁端面29および第2外壁端面31を有している。外壁下面25は、第1平面25aを含む。外壁上面27は、第1傾斜面27a、第3平面27cおよび第2傾斜面27bを含む。第3平面27cは、第1傾斜面27aと第2傾斜面27bとに繋がる。第3平面27cは、第1平面25aと平行になるように配置されている。第2外壁端面31が第2平面33を含む。第1外壁端面は、丸みを帯びた曲面からなる。
第1傾斜面27aは、第1平面25aに対して、第1傾斜面27aと第1平面25aとのZ軸方向の距離L1が、第2外壁端面31の側から第1外壁端面29の側へ向かって短くなる態様で傾斜している。第1平面25aに接する第1仮想平面35aと、第1傾斜面27aに接する第4仮想平面35dとが交差する角度θ1は、90°よりも小さい。
第2傾斜面27bは、第1平面25aに対して、第2傾斜面27bと第1平面25aとのZ軸方向の距離L2が、第1外壁端面29の側から第2外壁端面31の側へ向かって短くなる態様で傾斜している。第1平面25aに接する第1仮想平面35aと、第2傾斜面27bに接する第5仮想平面35eとが交差する角度θ2は、90°よりも小さい。
フィン41(伝熱管配置領域49a)には、伝熱管23が嵌め込まれる嵌め込み溝43が形成されている。嵌め込み溝43は、第1端部41aから第2端部41bの側に向かって、一定の嵌め込み幅が形成されている部分と、嵌め込み幅が徐々に狭くなるように形成されている部分とがある。なお、これ以外の構成については、図3および図5等に示す熱交換器21の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
次に、上述した熱交換器21の製造方法について説明する。前述した図6に示されるステップS1およびステップS2を経た後、ステップS3では、押出成型機から押出成型体を成型する。図29に示すように、押出成型機からは、2つの伝熱管23を一体化した断面形状を有する押出成型体123が成型される。押出成型体123は、断面形状が伝熱管23の第2外壁端面になる部分を対称軸SL(対称線)として線対称となるように、形成されている。
次に、ステップS4では、押出成型体123の切断を行う。押出成型体123の対称軸SL(図29参照)に沿って押出成型体123を切断する。これにより、伝熱管23が製造される(ステップS5)。
次に、図8および図9に示す工程と実質的に同様の工程を経て、図30に示すように、フィン41に、伝熱管が嵌め込まれる嵌め込み溝43が形成される。嵌め込み溝43は、第1端部41aから第2端部41bの側に向かって、嵌め込み幅が一定の部分と、嵌め込み幅が徐々に狭くなる部分とが形成される。なお、図30では、図面の簡略化のために、起立させた部分は示されていない。
次に、伝熱管23を、第1外壁端面29側から嵌め込み溝43に嵌め込む。その後、ろう付けまたは接着剤によって、起立させた部分を伝熱管23に接合する。こうして、図27に示すように、伝熱管23のフィン41への取付作業が完了し、熱交換器21の主要部分が完成する。
上述した熱交換器21では、第4例に係る熱交換器21について説明した効果と、第5例に係る熱交換器21について説明した効果との双方の効果が得られる。
第4例に係る熱交換器21について説明したように、伝熱管23における外壁上面27は、第1傾斜面27aと第3平面27cとを含み、第3平面27cは、第1平面25aと平行に配置されている。これにより、押出成型機から押し出された押出成型体123(図29参照)のロール性を向上させることができる。
また、第5例に係る熱交換器21ついて説明したように、押出成型体123(図29参照)を対称軸SLにおいて切断する際に、対称軸SLは、押出成型体123の谷の位置にある。これにより、切断用具の位置合わせを容易に行うことができる。また、切断する箇所が谷になっている分、Z軸方向の切断長さが短くなる。これにより、押出成型体123を切断して伝熱管23を製造する作業を効率的に行うことができる。
(第7例)
実施の形態の第7例に係る熱交換器について説明する。各例において説明したように、伝熱管23となる押出成型体123(図31参照)を形成する際には、対称軸SLに対して線対称の断面形状となる押出成型体123が成型される。図31に示すように、伝熱管23における第1外壁端面29となる部分を対称軸SLとして、線対称となる押出成型体123が成型される場合を想定する。
実施の形態の第7例に係る熱交換器について説明する。各例において説明したように、伝熱管23となる押出成型体123(図31参照)を形成する際には、対称軸SLに対して線対称の断面形状となる押出成型体123が成型される。図31に示すように、伝熱管23における第1外壁端面29となる部分を対称軸SLとして、線対称となる押出成型体123が成型される場合を想定する。
図32に示すように、対称軸SLにおいて切断した伝熱管23では、複数の冷媒流路24が形成されている。複数の冷媒流路24のうち、第2平面33が位置する第1外壁端面29に一番近い冷媒流路24を冷媒流路24aとし、第2外壁端面31に一番近い冷媒流路24を冷媒流路24bとする。
そうすると、伝熱管23では、冷媒流路24aと第1外壁端面29との間の伝熱管23の肉厚T1は、冷媒流路24bと第2外壁端面31との間の伝熱管23の肉厚T2よりも厚くなるように形成されている。なお、これ以外の構成については、図5に示す伝熱管23の構成と同じ構成については同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
このような伝熱管23によれば、対称軸SLが位置することになる第1外壁端面29側の伝熱管23の部分の肉厚T1を、第2外壁端面31側の伝熱管23の部分の肉厚T2よりも厚く形成することで、押出成型体123を対称軸SLにおいて切断する際の位置ずれに対する許容範囲を大きく設定することができる。その結果、熱交換器における伝熱管を製造性の改善に寄与することができる。
一方、図16および図17等に示すように、伝熱管23における第2外壁端面31となる部分を対称軸SLとして、線対称となる押出成型体123が成型される場合については、第2外壁端面31が位置する側の伝熱管23の部分の厚さが、第1外壁端面29が位置する側の伝熱管23の部分の厚さよりも厚くなる。
なお、実施の形態の各例において説明した伝熱管を含む熱交換器については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。また、熱交換器21として、伝熱管23における第2外壁端面31側から第1外壁端面29側へ向って空気が流れる熱交換器21を例に挙げたが、伝熱管23における第1外壁端面29側から第2外壁端面31側へ向かって空気が流れる熱交換器であってもよい。さらに、熱交換器21として、外壁下面25における風下側が風上側よりも低くなる態様で、伝熱管23を下方(重力方向)に傾斜させてフィン41に嵌め込んだ熱交換器であってもよい。この場合には、凝縮した水の排水性をさらに向上させることができる。
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本開示は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
本開示は、扁平状の熱交換器を適用した熱交換器に有効に利用される。
1 冷凍サイクル装置、3 圧縮機、5 室内熱交換器、7 室内ファン、9 膨張弁、11 室外熱交換器、13 室外ファン、15 四方弁、17 冷媒配管、21 熱交換器、21a 第1熱交換器、21b 第2熱交換器、23 伝熱管、24 冷媒流路、25 外壁下面、25a 第1平面、27 外壁上面、27a 第1傾斜面、27b 第2傾斜面、27c 第3平面、29 第1外壁端面、29a 曲面、31 第2外壁端面、33 第2平面、35a 第1仮想平面、35b 第2仮想平面、35c 第3仮想平面、35d 第4仮想平面、35e 第5仮想平面、41 フィン、41a 第1端部、41b 第2端部、43 嵌め込み溝、45 切れ目、47 折り目、48a、48b 切り起こし部、49a 伝熱管配置領域、49b 排水領域、61 第1ヘッダ部、63 第2ヘッダ部、65 列間接続部材、Y1 矢印、SL 対称軸、L1、L2 距離、T1、T2 厚さ、123 押出成型体。
Claims (12)
- 第1方向に第1幅を有し、前記第1方向と交差する第2方向に延在する扁平状の伝熱管と、
前記第1方向に前記第1幅よりも長い第2幅を隔てて位置する第1端部および第2端部を有し、前記第1方向および前記第2方向のそれぞれと交差する第3方向に延在する板状のフィンと
を有し、
前記伝熱管は、
第1平面を有する外壁下面と、
前記外壁下面と前記第3方向に距離を隔てて位置する外壁上面と、
前記外壁下面と前記外壁上面とを繋ぐ第1外壁端面と、
前記第1外壁端面と前記第1方向に距離を隔てて位置し、前記外壁下面と前記外壁上面とを繋ぐ第2外壁端面と
を備え、
前記伝熱管における前記外壁上面は、前記第1平面に対して傾斜し、前記第1外壁端面に繋がる第1傾斜面を含み、
前記第1傾斜面は、前記第1平面に対して、前記第1傾斜面と前記第1平面との前記第3方向の距離が、前記第2外壁端面の側から前記第1外壁端面の側へ向かって短くなる態様で傾斜し、
前記伝熱管は、前記フィンにおける前記第1端部から前記第2端部に向かって嵌め込み幅が狭められるように形成された嵌め込み溝に、前記第1外壁端面が前記第2端部の側に位置する態様で嵌め込まれ、
前記第1外壁端面および前記第2外壁端面のいずれかは、第2平面を有し、
前記第1平面に接する仮想平面を第1仮想平面とし、
前記第2平面に接する仮想平面を第2仮想平面とすると、
前記第1仮想平面と前記第2仮想平面とは直交する、熱交換器。 - 前記第1外壁端面に、前記第2平面が位置し、
前記第2外壁端面は、丸みを帯びている、請求項1記載の熱交換器。 - 前記第1外壁端面では、前記第2平面と前記外壁下面とを繋ぐ部分と、前記第2平面と前記外壁上面とを繋ぐ部分とは、丸みを帯びている、請求項2記載の熱交換器。
- 前記第2外壁端面に、前記第2平面が位置し、
前記第1外壁端面は、丸みを帯びている、請求項1記載の熱交換器。 - 前記外壁上面は、前記第2平面と前記第1傾斜面とに繋がる第2傾斜面を含み、
前記第2傾斜面は、前記第1平面に対して、前記第1傾斜面と前記第1平面との前記第3方向の距離が、前記第1外壁端面の側から前記第2外壁端面の側へ向かって短くなる態様で傾斜している、請求項4記載の熱交換器。 - 前記第2外壁端面に、前記第2平面が位置し、
前記伝熱管における前記外壁上面は、前記第1傾斜面に繋がり、前記第1平面と平行な第3平面を含み、
前記第2平面に接する仮想平面を第3仮想平面とすると、
前記第2仮想平面と前記第3仮想平面とは直交する、請求項1記載の熱交換器。 - 前記伝熱管における前記外壁上面は、前記第2外壁端面と前記第3平面とを繋ぐ第3傾斜面を含み、
前記第3傾斜面は、前記第1平面に対して、前記第3傾斜面と前記第1平面との前記第3方向の距離が、前記第1外壁端面の側から前記第2外壁端面の側へ向かって短くなる態様で傾斜している、請求項6記載の熱交換器。 - 前記伝熱管には、前記第1方向に沿って、複数の冷媒流路が形成され、
第2平面が位置する前記第1外壁端面および前記第2外壁端面のいずれか一方と、複数の前記冷媒流路のうち、前記第1外壁端面および前記第2外壁端面の前記いずれか一方に一番近い冷媒流路との間の前記伝熱管の部分の肉厚は、前記第2平面が位置していない前記第1外壁端面および前記第2外壁端面のいずれか他方と、複数の前記冷媒流路のうち、前記第1外壁端面および前記第2外壁端面の前記いずれか他方に一番近い冷媒流路との間の前記伝熱管の部分の肉厚よりも厚い、請求項1~7のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 伝熱管を使用した熱交換器の製造方法であって、
前記伝熱管となる材料を用意する工程と、
前記材料を押出成型機に投入する工程と、
前記押出成型機によって前記材料を押し出すことにより、前記伝熱管となる押出成型体を押出成型する工程と、
押し出された前記押出成型体を切断することにより、前記伝熱管を形成する工程と、
対向する第1端部および第2端部を有し、一方向に延在する帯状のフィンを用意する工程と、
前記フィンにおける前記第1端部から前記第2端部へ向かって、前記伝熱管を嵌め込むための嵌め込み溝を形成する工程と、
前記伝熱管を前記フィンにおける前記嵌め込み溝に嵌め込む工程と、
前記伝熱管と前記フィンとを接合する工程と
を備え、
前記押出成型体を押出成型する工程では、押出方向と交差する方向に沿った断面形状が線対称となるように、2つの前記伝熱管を一体化した態様の前記押出成型体が押出成型され、
前記押出成型体を切断する工程では、前記押出成型体における対称軸に対応する位置において前記押出成型体を切断することにより、前記伝熱管が形成される、熱交換器の製造方法。 - 前記押出成型体を形成する工程では、
対向する下面と上面とが形成され、
前記上面は、前記下面に対して、前記対称軸から前記対称軸と直交する方向にそれぞれ離れるにしたがい、遠ざかるように傾斜する第1態様、および、前記上面が前記下面から近づくように傾斜する第2態様の少なくともいずれかの態様で傾斜するように、前記押出成型体が成型され、
前記嵌め込み溝を形成する工程では、前記嵌め込み溝は、前記フィンにおける前記第1端部から前記第2端部へ向かって細くなる態様で形成され、
前記伝熱管を前記フィンにおける前記嵌め込み溝に嵌め込む工程では、切断された前記伝熱管は、前記上面が前記下面に近づいている側から嵌め込まれる、請求項9記載の熱交換器の製造方法。 - 前記嵌め込み溝を形成する工程では、
前記フィンに切れ込みを形成するための切れ目と折れ目とを規定し、
前記切れ目で切断した後、前記折れ目で折り返すことで切り起こしを設け、
前記伝熱管と前記フィンとを接合する工程では、前記切り起こしを前記伝熱管に接合する、請求項9または10に記載の熱交換器の製造方法。 - 請求項1~8のいずれか1項に記載の熱交換器を備えた、冷凍サイクル装置。
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