JP2012154499A - 熱交換器および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】フィン同士がロウ材を介して接触するのを防止すること。
【解決手段】扁平管（33）は、フィン（36）の切欠き部（45）に差し込まれロウ付けによって接合されている。フィン（36）は、表面にロウ材が被覆されていないものである。扁平管（33）およびフィン（36）のうち、扁平管（33）の表面にフラックスが塗布されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、扁平管とフィンとを備え、扁平管内を流れる流体を空気と熱交換させる熱交換器およびそれを備えた空気調和機に関する。

従来より、扁平管とフィンとを備えた熱交換器が知られている。例えば、特許文献１に記載された熱交換器は、左右方向に延びる複数の扁平管が互いに所定の間隔をおいて上下に並べられ、板状のフィンが互いに所定の間隔をおいて扁平管の伸長方向に並べられて構成されている。扁平管は、フィンに差し込まれロウ付けによって接合されている。そして、この熱交換器では、フィン間を流れる空気が扁平管内を流れる流体と熱交換する。

特開２０１０−５４０６０号公報

ところで、上述したような従来の熱交換器の場合、フィン同士の間隔が非常に狭いため、ロウ付けによる接合時において、フィン同士の間にロウ材が流れ込んでフィン同士がロウ材を介して接触しやすくなるという問題があった。その結果、フィン間における通風抵抗が増大して、熱交換効率が低下してしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、扁平管とフィンとをロウ付けによって接合する際、フィン同士がロウ材を介して接触する状態を回避することにある。

第１の発明は、側面が対向するように上下に配列された複数の扁平管（33）と、該扁平管（33）の配列方向に延びる板状に形成され、上記各扁平管（33）が直交方向に差し込まれる切欠き部（45）を有する複数のフィン（36）とを備えた熱交換器を前提としている。そして、上記フィン（36）は、その表面にロウ材が被覆されていないものであり、上記扁平管（33）は、上記フィン（36）の切欠き部（45）とロウ付けによって接合されている
ものである。

通常、扁平管とフィンとがロウ付けによって接合される熱交換器の場合、扁平管とフィンとをロウ材によって確実且つ容易に密着させるために、フィンには予め表面にロウ材が被覆された材料が用いられる。このような熱交換器の場合、扁平管とフィンとは密着するものの、場合によってはフィン表面のロウ材量が過剰となりロウ材がフィン間に流れ込んでしまう。そうすると、フィン同士の間隔が非常に狭いことから、フィン同士がロウ材を介して接触してしまい、フィン間の通風抵抗が増大してしまう。

そこで、上記第１の発明では、フィン（36）の表面にロウ材が被覆されていないため、ロウ付けによる接合時においてロウ材量が過剰となりロウ材がフィン（36）間に流れ込む状態が回避される。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記扁平管（33）およびフィン（36）のうち、扁平管（33）の表面にフラックスが塗布されているものである。

上記第２の発明では、扁平管（33）の表面にはフラックスが塗布されているが、フィン（36）の表面にはフラックスが塗布されていない。そのため、ロウ付けによる接合時において、ロウ材は、フィン（36）の表面よりも扁平管（33）の表面を流れやすくなる。つまり、ロウ材は扁平管（33）の表面を積極的に流れるためフィン（36）の表面を流れにくくなる。

第３の発明は、空気調和機（10）を対象とし、上記第１または第２の発明の熱交換器（30）が設けられた冷媒回路（20）を備え、上記冷媒回路（20）において冷媒を循環させて冷凍サイクルを行うものである。

上記第３の発明では、上記第１または第２の発明の熱交換器（30）が冷媒回路（20）に接続される。熱交換器（30）において、冷媒回路（20）を循環する冷媒は、扁平管（33）の内部を流れ、扁平管（33）の周囲を流れる空気と熱交換する。

以上説明したように、本発明によれば、フィン（36）には表面にロウ材が被覆されていない材料を用いるようにしたため、扁平管（33）とフィン（36）とのロウ付けによる接合時において、ロウ材がフィン（36）間に流れ込むのを回避することができる。これにより、フィン（36）同士がロウ材を介して接触する状態を回避できるので、フィン（36）間における通風抵抗が増大するのを防止することができる。その結果、熱交換器（30）の熱交換効率が低下するのを防止することができる。

第２の発明によれば、扁平管（33）とフィン（36）のうち、扁平管（33）の表面にのみフラックスを塗布するようにしたため、ロウ付けによる接合時において、ロウ材をフィン（36）の表面よりも扁平管（33）の表面を積極的に流動させることができる。そのため、ロウ材がフィン（36）間に流れ込むのを確実に回避することができる。その結果、通風抵抗の増大、ひいては熱交換効率の低下を確実に防止することができる。

そして、第３の発明によれば、熱交換効率が高く、成績係数（ＣＯＰ）の高い空気調和機（10）を提供することができる。

図１は、実施形態の空気調和機の概略構成を示す冷媒回路図である。 図２は、実施形態の熱交換器の概略斜視図である。 図３は、実施形態の熱交換器の正面を示す一部断面図である。 図４は、図３のＡ−Ａ断面の一部を示す熱交換器の断面図である。 図５は、実施形態の熱交換器のフィンの要部を示す図であって、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。 図６は、図５のＣ−Ｃ断面を示すフィンの断面図である。 図７は、実施形態の扁平管とフィンにロウ材を配置した状態を示す一部断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本実施形態の熱交換器（30）は、空気調和機（10）の室外熱交換器（23）を構成している。そこで、本実施形態の熱交換器（30）を備えた空気調和機（10）について、図１を参照しながら説明する。

〈空気調和機の構成〉
空気調和機（10）は、室外ユニット（11）および室内ユニット（12）を備えている。室外ユニット（11）と室内ユニット（12）は、液側連絡配管（13）およびガス側連絡配管（14）を介して接続されている。そして、室外ユニット（11）と室内ユニット（12）と液側連絡配管（13）とガス側連絡配管（14）とによって冷媒回路（20）が形成されている。

冷媒回路（20）は、圧縮機（21）と、四方切換弁（22）と、室外熱交換器（23）と、膨張弁（24）と、室内熱交換器（25）とを備えている。上記圧縮機（21）、四方切換弁（22）、室外熱交換器（23）および膨張弁（24）は、室外ユニット（11）に収容されている。室外ユニット（11）には、室外熱交換器（23）へ室外空気を供給する室外ファン（15）が設けられている。一方、室内熱交換器（25）は、室内ユニット（12）に収容されている。室内ユニット（12）には、室内熱交換器（25）へ室内空気を供給する室内ファン（16）が設けられている。

圧縮機（21）は、その吐出側が四方切換弁（22）の第１のポートに、その吸入側が四方切換弁（22）の第２のポートに、それぞれ接続されている。また、冷媒回路（20）において、四方切換弁（22）の第３のポートから第４のポートへ向かって順に、室外熱交換器（23）と、膨張弁（24）と、室内熱交換器（25）とが配置されている。

圧縮機（21）は、スクロール型またはロータリ型の全密閉型圧縮機である。四方切換弁（22）は、第１のポートが第３のポートと連通し且つ第２のポートが第４のポートと連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１のポートが第４のポートと連通し且つ第２のポートが第３のポートと連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わる。膨張弁（24）は、いわゆる電子膨張弁である。

室外熱交換器（23）は、室外空気を冷媒と熱交換させる。室外熱交換器（23）は、本実施形態の熱交換器（30）によって構成されている。一方、室内熱交換器（25）は、室内空気を冷媒と熱交換させる。室内熱交換器（25）は、円管である伝熱管を備えたいわゆるクロスフィン（36）型のフィン（36）・アンド・チューブ熱交換器によって構成されている。

〈冷房運転〉
空気調和機（10）は、冷房運転を行う。冷房運転中には、四方切換弁（22）が第１状態に設定される。また、冷房運転中には、室外ファン（15）および室内ファン（16）が運転される。

冷媒回路（20）では、冷凍サイクルが行われる。具体的に、圧縮機（21）から吐出された冷媒は、四方切換弁（22）を通って室外熱交換器（23）へ流入し、室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器（23）から流出した冷媒は、膨張弁（24）を通過する際に膨張してから室内熱交換器（25）へ流入し、室内空気から吸熱して蒸発する。室内熱交換器（25）から流出した冷媒は、四方切換弁（22）を通過後に圧縮機（21）へ吸入されて圧縮される。室内ユニット（12）は、室内熱交換器（25）において冷却された空気を室内へ供給する。

〈暖房運転〉
空気調和機（10）は、暖房運転を行う。暖房運転中には、四方切換弁（22）が第２状態に設定される。また、暖房運転中には、室外ファン（15）および室内ファン（16）が運転される。

冷媒回路（20）では、冷凍サイクルが行われる。具体的に、圧縮機（21）から吐出された冷媒は、四方切換弁（22）を通って室内熱交換器（25）へ流入し、室内空気へ放熱して凝縮する。室内熱交換器（25）から流出した冷媒は、膨張弁（24）を通過する際に膨張してから室外熱交換器（23）へ流入し、室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（23）から流出した冷媒は、四方切換弁（22）を通過後に圧縮機（21）へ吸入されて圧縮される。室内ユニット（12）は、室内熱交換器（25）において加熱された空気を室内へ供給する。

〈除霜動作〉
上述したように、暖房運転中には、室外熱交換器（23）が蒸発器として機能する。外気温が低い運転条件では、室外熱交換器（23）における冷媒の蒸発温度が０℃を下回る場合があり、この場合には、室外空気中の水分が霜となって室外熱交換器（23）に付着する。そこで、空気調和機（10）は、例えば暖房運転の継続時間が所定値（たとえは数十分）に達する行う毎に、除霜動作を行う。

除霜動作を開始する際には、四方切換弁（22）が第２状態から第１状態へ切り換わり、室外ファン（15）および室内ファン（16）が停止する。除霜動作中の冷媒回路（20）では、圧縮機（21）から吐出された高温の冷媒が室外熱交換器（23）へ供給される。室外熱交換器（23）では、その表面に付着した霜が冷媒によって暖められて融解する。室外熱交換器（23）において放熱した冷媒は、膨張弁（24）と室内熱交換器（25）を順に通過し、その後に圧縮機（21）へ吸入されて圧縮される。除霜動作が終了すると、暖房運転が再開される。つまり、四方切換弁（22）が第１状態から第２状態へ切り換わり、室外ファン（15）および室内ファン（16）の運転が再開される。

〈熱交換器の構成〉
空気調和機（10）の室外熱交換器（23）を構成する本実施形態の熱交換器（30）について、図２〜７を参照しながら説明する。

熱交換器（30）は、図２および図３に示すように、一つの第１ヘッダ集合管（31）と、一つの第２ヘッダ集合管（32）と、多数の扁平管（33）と、多数のフィン（36）とを備えている。第１ヘッダ集合管（31）、第２ヘッダ集合管（32）、扁平管（33）およびフィン（36）は、何れもアルミニウム合金製の部材であって、互いにロウ付けによって接合されている。

第１ヘッダ集合管（31）および第２ヘッダ集合管（32）は、共に縦長の円筒状に形成され、一方が熱交換器（30）の左端に、他方が熱交換器（30）の右端にそれぞれ配置されている。一方、扁平管（33）は、図４に示すように、扁平な断面形状の伝熱管であって、それぞれの平坦な側面が対向する状態で上下に並んで配置されている。各扁平管（33）には、複数の流体通路（34）が形成されている。上下に並んだ各扁平管（33）は、一端部が第１ヘッダ集合管（31）に挿入され、他端部が第２ヘッダ集合管（32）に挿入されている。

フィン（36）は、扁平管（33）の配列方向に延びる板状フィンであって、扁平管（33）の伸長方向に互いに一定の間隔をおいて配置されている。つまり、フィン（36）は、扁平管（33）の伸長方向と実質的に直交するように配置されている。

図４に示すように、フィン（36）は、金属板をプレス加工することによって形成された縦長の板状フィンである。フィン（36）には、フィン（36）の前縁（38）からフィン（36）の幅方向に延びる細長い切欠き部（45）が、多数形成されている。フィン（36）では、多数の切欠き部（45）が、フィン（36）の長手方向に一定の間隔で形成されている。切欠き部（45）の風下寄りの部分は、管挿入部（46）を構成している。管挿入部（46）は、上下方向の幅が扁平管（33）の厚さと実質的に等しく、長さが扁平管（33）の幅と実質的に等しい。扁平管（33）は、フィン（36）の管挿入部（46）に差し込まれ、管挿入部（46）の周縁部とロウ付けによって接合される。

そして、本実施形態のフィン（36）は、その表面にロウ材が被覆されていないものである。つまり、フィン（36）には、表面にロウ材が被覆されていないアルミニウム合金材料が用いられている。さらに、本実施形態では、扁平管（33）およびフィン（36）のうち、扁平管（33）の表面にのみフラックスが塗布されている。フラックスは、ロウ材が流れやすくするためのもの、即ちロウ材の流動性を高めるためのものである。

フィン（36）では、隣り合う切欠き部（45）の間の部分が伝熱部（37）を構成し、管挿入部（46）の風下側の部分が風下側板部（47）を構成している。つまり、フィン（36）には、扁平管（33）を挟んで上下に隣り合う複数の伝熱部（37）と、各伝熱部（37）の風下側の端部に連続する一つの風下側板部（47）とが設けられている。

図５に示すように、フィン（36）の伝熱部（37）および風下側板部（47）には、複数のルーバー（50）が形成されている。図６にも示すように、各ルーバー（50）は、伝熱部（37）および風下側板部（47）を切り起こすことによって形成されている。つまり、各ルーバー（50）は、伝熱部（37）および風下側板部（47）に複数のスリット状の切り込みを入れ、隣り合う切り込みの間の部分を捩るように塑性変形させることによって形成されている。

各ルーバー（50）の長手方向は、伝熱部（37）の前縁（38）と実質的に平行となっている。つまり、各ルーバー（50）の長手方向は、上下方向となっている。伝熱部（37）では、上下方向に延びる複数のルーバー（50）が、風上側から風下側へ向かって並んで形成されている。

フィン（36）の風下側板部（47）には、導水用リブ（71）が形成されている。導水用リブ（71）は、風下側板部（47）の風下側の端部に沿って上下に延びる細長い凹溝であって、風下側板部（47）の上端から下端に亘って形成されている。

また、フィン（36）には、隣のフィン（36）との間隔を保持するためのタブ（48）が形成されている。図５(Ｂ)に示すように、タブ（48）は、フィン（36）を切り起こすことによって形成された矩形の小片である。タブ（48）は、その突端が隣のフィン（36）に当接することによって、フィン（36）同士の間隔を保持する。

〈扁平管とフィンの接合〉
扁平管（33）とフィン（36）の管挿入部（46）とのロウ付けによる接合について説明する。

本実施形態では、図７に示すように、扁平管（33）がフィン（36）の管挿入部（46）に差し込まれた状態で、扁平管（33）と管挿入部（46）とのロウ付けによる接合が行われる。線材のロウ材が２本用意され、その２本のロウ材が扁平管（33）と管挿入部（46）との境目に配置されてロウ付けが行われる。このロウ付けでは、溶融したロウ材が扁平管（33）と管挿入部（46）の周縁部との境目を図７における上から下へ向かって次第に流下していき、扁平管（33）が管挿入部（46）の周縁部と接合される。

ここで、通常、扁平管とフィンとをロウ材によって確実且つ容易に密着させるために、フィンには予め表面にロウ材が被覆された材料が用いられる。その場合、扁平管とフィンとは密着するものの、場合によってはフィン表面のロウ材量が過剰となりロウ材がフィン間に流れ込んでしまう。そうすると、フィン同士の間隔が非常に狭いことから、フィン同士がロウ材を介して接触してしまい、フィン間の通風抵抗が増大してしまう。

ところが、本実施形態のフィン（36）は、上述したように、表面にロウ材が被覆されていないものであるため、ロウ付けによる接合時においてロウ材量が過剰となりロウ材がフィン（36）の表面を流動してフィン（36）間に流れ込む状態が回避される。

さらに、本実施形態では、上述したように、扁平管（33）の表面にはフラックスが塗布されているが、フィン（36）の表面にはフラックスが塗布されていない。そのため、ロウ付けによる接合時において、溶融したロウ材は、フィン（36）の表面よりも扁平管（33）の表面を流れやすく（流下しやすく）なる。つまり、ロウ材は、扁平管（33）の表面を積極的に流れる（流下する）ため、その分フィン（36）の表面を流れにくく（流下しにくく）なる。これにより、ロウ材がフィン（36）間に流れ込む状態が確実に回避される。

−実施形態の効果−
以上のように、本実施形態によれば、フィン（36）として表面にロウ材が被覆されていないものを用いるようにしたため、扁平管（33）とフィン（36）とのロウ付けによる接合時において、ロウ材がフィン（36）間に流れ込むのを回避することができる。これにより、フィン（36）同士がロウ材を介して接触する状態を回避できるので、フィン（36）間における通風抵抗が増大するのを防止することができる。その結果、熱交換器（30）の熱交換効率が低下するのを防止することができる。

さらに、本実施形態では、扁平管（33）とフィン（36）のうち、扁平管（33）の表面にのみフラックスを塗布するようにしたため、ロウ付けによる接合時において、ロウ材をフィン（36）の表面よりも扁平管（33）の表面を積極的に流動させることができる。そのため、ロウ材がフィン（36）の表面を流動してフィン（36）間に流れ込むのを確実に回避することができる。その結果、通風抵抗の増大、ひいては熱交換効率の低下を確実に防止することができる。特に、本実施形態のように、ロウ材を上から下へ流下させてロウ付けする場合、ロウ材の流れる範囲（流動範囲）がフィン（36）の表面まで及びやすくなるが、本実施形態ではそれを回避することができる。

なお、本実施形態では、室外熱交換器（23）が熱交換器（30）によって構成されたが、室内熱交換器（25）が熱交換器（30）によって構成されてもよい。

以上説明したように、本発明は、扁平管とフィンとを備えた熱交換器およびそれを備えた空気調和機について有用である。

10 空気調和機
20 冷媒回路
30 熱交換器
33 扁平管
36 フィン
45 切欠き部

Claims (3)

1. 側面が対向するように上下に配列された複数の扁平管（33）と、該扁平管（33）の配列方向に延びる板状に形成され、上記各扁平管（33）が直交方向に差し込まれる切欠き部（45）を有する複数のフィン（36）とを備えた熱交換器であって、
   上記フィン（36）は、その表面にロウ材が被覆されていないものであり、
   上記扁平管（33）は、上記フィン（36）の切欠き部（45）とロウ付けによって接合されている
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１において、
   上記扁平管（33）およびフィン（36）のうち、扁平管（33）の表面にフラックスが塗布されている
   ことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１または２に記載の熱交換器（30）が設けられた冷媒回路（20）を備え、
   上記冷媒回路（20）において冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う
   ことを特徴とする空気調和機。

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