JP2019105406A - 熱交換器及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造工程及びコストを増加することなく、曲げ加工時の板状フィンの座屈を抑制する熱交換器及び冷凍サイクル装置を提供することである。【解決手段】間隔を有して配列される複数の扁平管と、扁平管の幅よりも長く形成され、扁平管が挿入される切欠き部と、切欠き部の底部側に設けられ、扁平管の配列方向に連続した所定幅の連通部とを有し、扁平管の延びる方向に配列される板状フィンと、を備える。扁平管の配列方向から見て少なくとも１つの直線部と、２つの直線部間に設けられた１つの曲げ部を有する。熱交換器は、風上側に板状フィンの連通部が位置する第１の部分と、風下側に板状フィンの連通部が位置する第２の部分と、を有し、曲げ部の少なくとも一部には第２の部分が配置される。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、熱交換器及び冷凍サイクル装置に関する。

従来、冷凍サイクル装置である空気調和機は、室外熱交換器と室内熱交換器を備えている。熱交換器は、複数の扁平管と、扁平管が挿入される複数の板状フィンから構成されるものがあり、さらに板状フィンの長辺の一方側には、熱交換器で発生する凝縮水を一方向へ流すための連通部が設けられる。また、連通部と対向する辺に、板状フィンの長手方向に垂直な方向に延びる複数の先端部が設けられ、板状フィンに扁平管が挿入されたとき、先端部は扁平管よりも突出しており、板状フィンの表面積を広げて熱交換効率を高めている。

ＷＯ２０１６−０６７９５７公報

熱交換器は、設置される空気調和機の室内機や室外機の筐体に沿って曲げられる。例えば、室外機に設置される室外熱交換器は、室外機の背面に剥き出しの状態で設置されることが多く、人が室外機の背面側を通行したり、室外機を移動させたりする際に、室外熱交換器に接触して板状フィンに座屈が生じる恐れがある。そこで、外部からの衝撃による板状フィンの座屈を抑制するために、剛性の低い先端部を室外機の背面に面しない側に位置するように配置している。しかし、こうした室外熱交換器では、曲げ加工時に曲げ加工装置の曲げ駒が板状フィンの先端部に当たり、先端部に座屈が生じてしまう。これにより空気が板状フィンの間を通りにくくなり、空気調和機の性能が低下するという問題があった。

特許文献１の熱交換器は、板状フィン自体の形状を加工して、剛性を高める方法である。しかし、剛性確保のために製造工程が増え、板状フィンを加工するためのコストがかかってしまう。

本発明が解決しようとする課題は、製造工程及びコストを増加することなく、曲げ加工時の板状フィンの座屈を抑制する熱交換器及び冷凍サイクル装置を提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態の熱交換器は、間隔を有して配列される複数の扁平管と、扁平管の幅よりも長く形成され、扁平管が挿入される切欠き部と、切欠き部の底部側に設けられ、扁平管の配列方向に連続した連通部とを有し、扁平管の延びる方向に配列される板状フィンと、を備える。扁平管の配列方向から見て少なくとも１つの直線部と、２つの直線部間に設けられた１つの曲げ部を有する。熱交換器は、風上側に板状フィンの連通部が位置する第１の部分と、風下側に板状フィンの連通部が位置する第２の部分と、を有し、曲げ部の少なくとも一部には第２の部分が配置される。

第１、第２の実施形態の熱交換器を含む空気調和機の冷凍サイクル構成図である。 第１の実施形態の室外熱交換器を備えた空気調和機の室外機の内部を示す室外機上方から見た概略断面図である。 第１、第２の実施形態の熱交換器の板状フィンの配列を示す拡大図である。 第１、第２の実施形態の熱交換器の板状フィンの配列を示す拡大図である。 第２の実施形態の室内熱交換器の平面図である。

以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態の熱交換器について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本実施形態の室外熱交換器を含む空気調和機の冷凍サイクル構成図である。

空気調和機は、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、膨張装置４と、室内熱交換器５を備え、これらが冷媒管Ｐで接続されるとともに冷媒が封入されて冷凍サイクルが構成されている。圧縮機１と四方弁２と室外熱交換機３と膨張装置４は室外機３０に設置され、室内熱交換器５は図示しない室内機に設置される。

室外機３０には図２に示すように、室外熱交換器３が室外機３０の背面及び一方の側面に沿って配置され、さらに送風機６を正面側に備える。送風機６が回転することにより、室外機３０の背面側及び一方の側面側から室外空気が吸い込まれ、室外熱交換器３を通って正面側に吹出される。

冷房運転時は、圧縮機１で圧縮されたガス冷媒が四方弁２を介して室外熱交換器３へ導かれる。室外熱交換器３内のガス冷媒は、室外熱交換器３を通過する室外空気と熱交換される。ガス冷媒は室外空気に放熱して凝縮し、液冷媒に変わる。室外熱交換器３を出た液冷媒は膨張装置４で減圧され、室内機の室内熱交換器５へ導かれる。室内機は送風機を備え、液冷媒は室内空気と熱交換される。室内熱交換器５内の液冷媒は室内空気から吸熱して蒸発し、冷却された室内空気が室内に送風される。その後、冷媒は四方弁２を介して圧縮機１に吸い込まれ、上記サイクルを繰り返す。

暖房運転時は、圧縮機１で圧縮されたガス冷媒が四方弁２を介して室内熱交換器５へ導かれ、室内空気と熱交換して放熱して凝縮し、加熱された空気が室内に送風される。室内熱交換器５を出た液冷媒は、膨張装置４で減圧され、室外熱交換器３へ導かれる。室外熱交換器３では、液冷媒が室外空気と熱交換して吸熱し、蒸発する。その後、冷媒が四方弁２を介して圧縮機１に吸い込まれ、上記サイクルを繰り返す。

室外熱交換機３について図３及び図４に基づいて説明する。室外熱交換器３は、複数の扁平管３１と複数の板状フィン３３を備えている。扁平管３１は所定の間隔で配列されている。扁平管３１には、冷媒が流れる複数の流体通路３２が扁平管３１の幅方向に１列に形成されている。
板状フィン３３は、長辺の一方側に沿って連続して形成される連通部３５と、連通部３５の反対側に位置する先端部３７と、連通部３５と先端部３７の間の中間板部３６から成る。連通部３５と先端部３７の幅はほぼ同じであり、中間板部３６の幅は連通部３５及び先端部３７の幅よりも大きい。先端部３７と中間板部３６は複数の切欠き部３４によって連通部３５からそれぞれ独立して突出した形状となっている。先端部３７はそれぞれが独立し、高さ寸法が短いため、連通部３５に比べて剛性が小さい。

扁平管３１の延びる方向に複数の板状フィン３３が配列され、板状フィン３３の切欠き部３４に扁平管３１がそれぞれ挿入される。板状フィン３３の切欠き部３４は、扁平管３１の幅よりも長く、扁平管３１の幅は、中間板部３６の幅とほぼ同じ長さに形成される。したがって、扁平管３１を切欠き部３４の底部３４ａまで挿入すると、扁平管３１は隣接する中間板部３６間に位置し、先端部３７が扁平管３１よりも突出する。
板状フィン３３の先端部３７と中間板部３６の高さ寸法を同一としても良いが、本実施形態の板状フィン３３の先端部３７は、中間板部３６よりも高さ寸法が小さく形成されている。さらに中間板部３６の先端部３７側は、先端部３７に向かうにしたがって高さ寸法が小さくなるようにテーパ―状に形成されている。これによって、扁平管３１を板状フィン３３の切欠き部に挿入しやすくなる。
なお、図３及び図４は室外熱交換器の一部分を示しており、板状フィン３３は図の上下方向に長く形成され、扁平管３１は板状フィン３３の切欠き部３４に対応して、複数配置されている。

複数の板状フィン３３は扁平管３１の側面３１ｒ，３１ｌのどちらかに切欠き部３４の底部３４ａ及び連通部３５が位置するように配列される。室外熱交換器３は、板状フィン３３が、扁平管３１の側面の一方３１rに切欠き部３４の底部３４ａ及び連通部３５が位置するように配列される部分と、扁平管３１の側面の他方３１ｌに切欠き３４の底部３４ａ及び連通部３５が位置するように配列される部分を有する。室外熱交換器３を室外機３０に設置したとき、室外熱交換器３の風上側に連通部３５が位置する部分を第１の部分Ａとし、風下側に連通部３５が位置する部分を第２の部分Ｂとする。図３及び図４に風向きを矢印で示す。図３は風下側に連通部３５が位置しているので、室外熱交換器３の第２の部分Ｂを示している。図４は風上側に連通部３５が位置する第１の部分Ａと風下側に連通部３５が位置する第２の部分Ｂが交互に配置されている。

本実施形態の室外熱交換器３は、図２に示すように上方から見て、すなわち、扁平管３１の配列方向から見て、Ｌ字状に曲げられて形成されており、２つの直線部ＬＩ、Ｌ２と、これら直線部ＬＩ、Ｌ２間に設けられた１つの曲げ部Ｒ１を有する。曲げ部Ｒ１の曲げ加工は、曲げ加工装置を使って行われる。室外熱交換機３の曲げ部Ｒ１を曲げ加工装置の曲げ駒に接触させ、室外熱交換器３の端部を、曲げ駒を軸にして回転させることにより、扁平管３１が曲げられる。

上記のように曲げ加工された室外熱交換器３は室外機３０の背面と一方の側面に沿って設置される。室外熱交換器３の曲げ部Ｒ１には、第２の部分Ｂが配置され、直線部Ｌ１，Ｌ２には第１の部分Ａが配置される。このとき、曲げ部Ｒ１では板状フィン３３の連通部３５が送風機６側（風下側）に位置し、直線部Ｌ１，Ｌ２では板状フィン３３の連通部３５が室外機３０の筐体側（風上側）に位置している。このような室外熱交換器３では、曲げ加工時に曲げ加工装置の曲げ駒が、剛性の高い連通部３５に接触する。このため板状フィン３３の座屈が生じにくくなる。

室外機３０の背面は、室外熱交換器３が剥き出しの状態で設置されることが多く、背面に沿って配置される室外熱交換器３の直線部Ｌ１は外部からの衝撃を受けやすい。本実施形態の室外熱交換器３は、直線部Ｌ１に第１の部分Ａが配置され、風上側に剛性の高い連通部３５が位置することで、外部からの衝撃による板状フィン３３の座屈を抑制することができる。
また、室外熱交換器３の第１の部分Ａは、風上側に先端部３７と比べて表面積の広い連通部３５が位置するため、空気に触れやすく熱交換効率が第２の部分Ｂに比べて高い。よって、直線部Ｌ１に第１の部分Ａを配置させることで、熱交換効率の高い室外熱交換器３とすることができる。こうした室外熱交換器３は第２の部分Ｂよりも第１の部分Ａが扁平管３１の延びる方向に長く形成される。

一方で、室外機３０の側面に配置される室外熱交換器３の直線部Ｌ２は、通風口を有する筐体で覆われているため、外部からの衝撃を受けにくい。そこで、室外熱交換器３の直線部Ｌ１に第１の部分Ａを配置させ、直線部Ｌ２と曲げ部Ｒ１に第２の部分Ｂを配置させても良い。この場合、室外熱交換器３の第１の部分Ａと第２の部分Ｂの切り替え部が１か所となる。これに対し、曲げ部Ｒ１のみに第２の部分Ｂが配置され、直線部Ｌ１，Ｌ２に第１部分が配置される場合は、第１の部分Ａと第２の部分Ｂの切り替え部が２か所である。第１の部分Ａと第２の部分Ｂの切り替え箇所を減らすことで製造性を向上させることができる。

また、室外熱交換器３の曲げ部Ｒ１に、図４に示すように、第１の部分Ａと第２の部分Ｂを交互に配置させても良い。板状フィン３３の連通部３５と先端部３７の幅寸法はほぼ同じのため、曲げ駒は連通部３５と先端部３７にあたるが、剛性の高い連通部３５により、先端部３７の座屈が生じにくくなる。なお、室外熱交換器３の第１の部分Ａと第２の部分Ｂのそれぞれは、１枚の板状フィン３３から成る第１の部分Ａと、１枚の板状フィン３３から成る第２の部分Ｂとが交互に配置されても良いし、複数の板状フィン３３から成る第１の部分Ａと、複数の板状フィン３３から成る第２の部分Ｂとが交互に配置されても良い。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の熱交換器について、説明する。第１の実施形態と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。本実施形態の熱交換器は、図１に示される空気調和機の冷凍サイクルに使用される室内熱交換器５０であり、図５は室内熱交換器５０の形状を示している。本実施形態の室内熱交換器５は、上方から見て、すなわち、扁平管３１の配列方向から見て、３つの直線部Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３と２つの曲げ部Ｒ１１，Ｒ１２を有するコの字型であり、コの字型の内側に図示しない送風機が設けられる。送風機が回転することにより、室内機の外部から室内熱交換器５０を通って送風機側へ吸い込まれ、室内熱交換器５０が配置されない吹き出し部から吹き出される。

室内熱交換器５０はコの字型であるため、２か所で曲げ加工を行う。曲げ部Ｒ１１，Ｒ１２には、第２の部分Ｂが配置される。このとき、曲げ部Ｒ１１，Ｒ１２には、板状フィン３３の連通部３５が曲げ部Ｒの内側（風下側）に位置している。このため、室内熱交換器５０の曲げ加工時には、曲げ加工装置の曲げ駒が、剛性の高い連通部３５に接触するので、板状フィン３３の座屈が生じにくくなる。直線部Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３は、第１の実施形態の室外熱交換器３の直線部Ｌ１とは異なり、外部からの衝撃を受けにくいため、第１の部分Ａと第２の部分Ｂのどちらを配置しても良く、曲げ部Ｒ１１，Ｒ１２に第１の部分と第２の部分を交互に配置しても良い。

また、直線部Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３に第１の部分を配置させ、曲げ部Ｒ１１，Ｒ１２に第２の部分Ｂを配置させても良い。これにより、熱交換効率を向上することができる。こうした室内熱交換器５０は、第２の部分Ｂより第１の部分Ａが扁平管３１の延びる方向に長く配置される。

以上説明した少なくとも一つの実施形態の熱交換器３，５０によれば、熱交換器３，５０の曲げ部Ｒ１，Ｒ１１，Ｒ１２の少なくとも一部に、風下側に板状フィン３３の連通部３５が位置する第２の部分Ｂを配置するので、曲げ加工時には曲げ加工装置の曲げ駒に剛性の強い連通部３５が接触するため、曲げ加工による板状フィン３３の座屈を防ぎ、熱交換効率の低下を抑えることが可能となる。

さらに、室外機３０に設置したときには、外部からの衝撃を受けやすい室外機３０の背面である風上側に板状フィン３３の連通部３５が位置する第１の部分Ａを配置すれば、外部からの衝撃による板状フィン３３の座屈を抑制することが可能である。

多くの場合、熱交換器の直線部は曲げ部よりも長い。そのため、直線部に第１の部分Ａを配置し、曲げ部に第２の部分Ｂを配置すると、第１の部分Ａが第２の部分Ｂよりも長く配置される。第１の部分Ａは風上側に板状フィン３３の先端部３７よりも表面積の広い連通部３５が位置し、板状フィン３３が空気に触れやすく、熱交換効率の高い熱交換器とすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…圧縮機、３…室外熱交換器、４…膨張装置、５，５０…室内熱交換器、６…送風機、３０…室外機、３１…扁平管、３３…板状フィン、３４…切欠き部、３４ａ…切欠き底部、３３…連通部、３６…中間板部、３７…先端部、Ｐ…冷媒管、Ａ…第１の部分、Ｂ…第２の部分、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３…直線部、Ｒ１，Ｒ１１，Ｒ１２…曲げ部

Claims (6)

1. 間隔を有して配列される複数の扁平管と、
   前記扁平管の幅よりも長く形成され、前記扁平管が挿入される切欠き部と、前記切欠き部の底部側に設けられ、扁平管の配列方向に連続した連通部とを有し、前記扁平管の延びる方向に配列される複数の板状フィンと、を備え、
   前記扁平管の配列方向から見て少なくとも２つの直線部と、前記２つの直線部間に設けられた１つの曲げ部を有する熱交換器であって、
   前記熱交換器は、風上側に前記板状フィンの前記連通部が位置する第１の部分と、風下側に前記板状フィンの前記連通部が位置する第２の部分と、を有し、
   前記曲げ部の少なくとも一部には前記第２の部分が配置される熱交換器。
2. 前記曲げ部には、前記第２の部分と、前記第１の部分が交互に配置される、
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記曲げ部に繋がる前記２つの直線部の少なくとも一方に、前記第２の部分が配置される
   請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記第１の部分は、前記第２の部分よりも長く配置される
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記扁平管が挿入された前記板状フィンは、前記扁平管よりも前記連通部の反対側に延びる先端部を有し、
   前記先端部と、前記連通部の通風方向の幅がほぼ同じである
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の熱交換器。
6. 圧縮機と、膨張装置と、複数の熱交換器を備え、前記熱交換器のうち少なくとも１つは請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の熱交換器で構成された冷凍サイクル装置。

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