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図面 (11)

課題・解決手段

断面が扁平形状の複数の扁平管と、断面が扁平形状で外観U字形状の複数の扁平管Uベンドと、を有し、扁平管が一定方向に複数段設けられて成る扁平管列が、一定方向と交差する方向に複数列配置され、かつ、複数列の扁平管は互いに千鳥状に配置されており、扁平管の各列を跨ぐ連結部分に扁平管Uベンドが配置されており、扁平管Uベンドは、該Uベンドの両端部の扁平断面の長軸が、該両端部と接続されている扁平管の扁平断面の長軸の向きと同じ向きとなるようにられている熱交換器

概要

背景

冷凍装置空気調和装置、又はヒートポンプに用いる熱交換器は、一般に、間隔を有して複数並置されたフィン伝熱管が貫通して構成されている。伝熱管は、空気流れと交差する方向へ複数段並設され、その複数段からなる伝熱管の列が空気流れ方向に沿って複数列配置されている。伝熱管の内部には通常冷媒が流れ熱交換器は冷媒回路の一部となる。

上記のような熱交換器において、伝熱管として断面が扁平形状の扁平管を用い、複数列の扁平管の列を跨ぐ相互の連結部分、又は複数段の扁平管の相互の連結部分に、Uベンドを備えたものがある。例えば、一方の端部の断面が扁平形状であり、他方の端部の断面が円形状であるジョイントを使用し、扁平管相互の接続は、断面形状の変換を行うジョイントと、該ジョイントの円形状部相互を接続する別体の円管でなるUベンド(以下、「円管Uベンド」という)を介して行うようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。

また、上記のようなジョイントは使用せず、円管Uベンドの両端部を扁平形状に加工して、円管部と扁平形状部とを一体化した接続管を使用し、扁平管相互を接続するようにしたものがある(例えば、特許文献2参照)。

また、断面が一様に扁平管形状である接続用扁平管を用いて、異なる列の同じ高さの扁平管同士を接続したものもある(例えば、特許文献3参照)。

さらに、扁平管を用いた2列構造の熱交換ユニットの水平に配置された扁平管の列を跨ぐ相互の連結部分をU字型の接続管で連結したものにおいて、接続管は、U字状に曲げた円管の両端を扁平にして作成され、接続管の両端部は、内周面ロウ材を貼り合わせたクラッド材で構成され、接続管と扁平管とがロウ付けにより接合されたものがある(例えば、特許文献4参照)。

概要

断面が扁平形状の複数の扁平管と、断面が扁平形状で外観U字形状の複数の扁平管Uベンドと、を有し、扁平管が一定方向に複数段設けられて成る扁平管列が、一定方向と交差する方向に複数列配置され、かつ、複数列の扁平管は互いに千鳥状に配置されており、扁平管の各列を跨ぐ連結部分に扁平管Uベンドが配置されており、扁平管Uベンドは、該Uベンドの両端部の扁平断面の長軸が、該両端部と接続されている扁平管の扁平断面の長軸の向きと同じ向きとなるようにられている熱交換器。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

断面が扁平形状の複数の扁平管と、断面が扁平形状で外観U字形状の複数の扁平管Uベンドと、を有し、前記扁平管が一定方向に複数段設けられて成る扁平管列が、前記一定方向と交差する方向に複数列配置され、かつ、前記複数列の扁平管は前記一定方向において互いに千鳥状に配置されており、前記扁平管の各列を跨ぐ連結部分に前記扁平管Uベンドが配置されており、前記扁平管Uベンドは、該Uベンドの両端部の扁平断面の長軸が、該両端部と接続されている前記扁平管の扁平断面の長軸の向きと同じ向きとなるようにられている熱交換器

請求項2

前記扁平管Uベンドの前記両端部が他の部分に対して捻られている請求項1に記載の熱交換器。

請求項3

前記扁平管Uベンドと前記扁平管との接合部にロウ材が介在している請求項1または2に記載の熱交換器。

請求項4

前記扁平管が貫通した複数のフィンが平行に配置されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱交換器。

請求項5

前記扁平管の内部が複数の流路区画されている請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱交換器。

請求項6

少なくとも圧縮機、室外熱交換器減圧器、及び室内熱交換器を有し、これらが冷媒配管によってループ状に接続された空気調和機であって、前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器として請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱交換器を備えた空気調和機。

請求項7

断面が円形状の直管を、同一平面内でU字形状に折り曲げ、その後、管径方向に圧縮して断面を扁平形状とする工程と、断面が扁平形状とされたU字形状管の少なくとも両端部を、該両端部の扁平断面の長軸の向きが、接続対象である段差を有した2つの扁平管の各扁平断面の長軸の向きと一致するように捻る工程と、を有する扁平管Uベンドの製造方法。

請求項8

前記両端部の内側を拡径する請求項7に記載の扁平管Uベンドの製造方法。

請求項9

前記両端部の内側を拡径する時、同時に前記両端部の内壁溶接用リングロウをかしめる請求項8に記載の扁平管Uベンドの製造方法。

請求項10

前記リングロウを前記両端部から外側に突出させて前記リングロウをかしめる請求項9に記載の扁平管Uベンドの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、流体が内部を流れる扁平管の列を跨ぐ連結部に扁平管Uベンドを設けた熱交換器、これを備えた空気調和機、及び扁平管Uベンドの製造方法に関する。

背景技術

0002

冷凍装置空気調和装置、又はヒートポンプに用いる熱交換器は、一般に、間隔を有して複数並置されたフィン伝熱管が貫通して構成されている。伝熱管は、空気流れと交差する方向へ複数段並設され、その複数段からなる伝熱管の列が空気流れ方向に沿って複数列配置されている。伝熱管の内部には通常冷媒が流れ熱交換器は冷媒回路の一部となる。

0003

上記のような熱交換器において、伝熱管として断面が扁平形状の扁平管を用い、複数列の扁平管の列を跨ぐ相互の連結部分、又は複数段の扁平管の相互の連結部分に、Uベンドを備えたものがある。例えば、一方の端部の断面が扁平形状であり、他方の端部の断面が円形状であるジョイントを使用し、扁平管相互の接続は、断面形状の変換を行うジョイントと、該ジョイントの円形状部相互を接続する別体の円管でなるUベンド(以下、「円管Uベンド」という)を介して行うようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。

0004

また、上記のようなジョイントは使用せず、円管Uベンドの両端部を扁平形状に加工して、円管部と扁平形状部とを一体化した接続管を使用し、扁平管相互を接続するようにしたものがある(例えば、特許文献2参照)。

0005

また、断面が一様に扁平管形状である接続用扁平管を用いて、異なる列の同じ高さの扁平管同士を接続したものもある(例えば、特許文献3参照)。

0006

さらに、扁平管を用いた2列構造の熱交換ユニットの水平に配置された扁平管の列を跨ぐ相互の連結部分をU字型の接続管で連結したものにおいて、接続管は、U字状に曲げた円管の両端を扁平にして作成され、接続管の両端部は、内周面ロウ材を貼り合わせたクラッド材で構成され、接続管と扁平管とがロウ付けにより接合されたものがある(例えば、特許文献4参照)。

先行技術

0007

特開2012−32089号公報(段落[0011]、図2図4
特開2012−82986号公報(段落[0022]、図1図6
特開2015−55410号公報(段落[0142]、[0143]図13、図14)
特開2015−55413号公報(段落[0115]、[0116]、[0118]、図11、図12)

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、扁平管相互の連結部となる端部にそれぞれジョイントを接続し、ジョイントを介して円管Uベンドと接続するようにした特許文献1の技術においては、扁平管とジョイントの接合点数が増え、製造不良の発生確率が高くなる。更に、ジョイント部品材料費も必要となるため、コストが高くなるといった課題がある。

0009

また、特許文献2の技術においては、扁平管相互の接続部の接合点数を減らせるため、既述した特許文献1の技術と比べると製造不良の発生確率を低く抑えることができる。しかしながら、特許文献2の技術においては、扁平管相互の接続部に、断面が円形の流路が存在するため、流路形状の変化による圧損が生じ、性能が悪化する。このような流路形状の変化による圧損は、扁平形状部から円管部に至る変換部の長さを延長することで抑制できるが、接続部が長くなるため材料費の増加や他部品配置制約が生じるといった課題がある。

0010

また、特許文献3の技術においては、接続用扁平管を平面的に折りまげて作成すると、折り曲げ部の内Rと外Rの差が大きくなる。そのため、折り曲げ時に引張荷重がかかる外R部の肉厚が薄くなり、耐圧強度が低下する。また、曲げRも大きくなるといった課題がある。

0011

さらに、特許文献4の技術においては、接続管の両端部のクラッド層の内側に扁平管を挿入するため、母材と扁平管のクリアランスよりもクラッド層の体積は必ず小さくなる。クリアランスに対し、ロウ材量が少ないと、ロウ付け不良の原因や、接続管の外側にフィレットができず、ロウ付け状態を外観視認し難いといった課題がある。

0012

本発明は、前記のような課題の少なくとも1つを解決するためになされたもので、千鳥状に配置した複数列の扁平管の列を跨ぐ連結構造を備えるにあたり、使用部品を少なくでき、かつ流路での圧損を抑制できるようにすることを主目的としている。

課題を解決するための手段

0013

本発明に係る熱交換器の一態様は、断面が扁平形状の複数の扁平管と、断面が扁平形状で外観がU字形状の複数の扁平管Uベンドと、を有し、前記扁平管が一定方向に複数段設けられて成る扁平管列が、前記一定方向と交差する方向に複数列配置され、かつ、前記複数列の扁平管は前記一定方向において互いに千鳥状に配置されており、前記扁平管の各列を跨ぐ連結部分に前記扁平管Uベンドが配置されており、前記扁平管Uベンドは、該Uベンドの両端部の扁平断面の長軸が、該両端部と接続されている前記扁平管の扁平断面の長軸の向きと同じ向きとなるようにられているものである。

発明の効果

0014

本発明に一態様に係る熱交換器は、複数列の扁平管が千鳥状に配置され、扁平管の各列を跨ぐ連結部分に配置されている扁平管Uベンドは、少なくともその両端部の扁平断面の長軸の向きが、これと接続されている扁平管の扁平断面の長軸の向きと一致するよう捻られているので、流路の断面形状が一様に扁平形状となり、流路の断面形状を変換するジョイント部品が必要無くなる。また、扁平管Uベンドの両端部の向きが滑らかに転換しているので、流路での圧損を抑制できる。

図面の簡単な説明

0015

本発明の実施の形態1に係る熱交換器の全体構成を示す斜視図である。
本発明の実施の形態1に係る熱交換器の扁平管の断面図である。
本発明の実施の形態1に係る熱交換器の扁平管Uベンドの斜視図である。
図3の扁平管Uベンドの正面図である。
本発明の実施の形態1に係る熱交換器の扁平管Uベンドの製造方法を示す工程図である。
本発明の実施の形態2に係る熱交換器の扁平管Uベンドの端部内側のリングロウかしめ部の一例を示す模式図である。
本発明の実施の形態2に係る熱交換器の扁平管Uベンドの端部内側のリングロウかしめ部の一例を示す模式図である。
本発明の実施の形態3に係る熱交換器の扁平管Uベンドの製造方法を示す工程図である。
本発明の実施の形態4に係る空気調和機の冷媒回路図である。
本発明の実施の形態1に係る熱交換器の他の態様を示す斜視図である。

実施例

0016

実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る熱交換器の全体構成を示す斜視図である。図2は本発明の実施の形態1に係る熱交換器の扁平管の断面図である。
図1に示すように、実施の形態1の熱交換器20は、伝熱管である扁平管1と、熱交換効率を向上させるために扁平管1の周囲に配置したフィン2とを備えている。扁平管1は、図2に示すように、管軸と直交する方向の断面が扁平形状であって、内部が複数の流路1aに区画されている。扁平管1はこれによって整流効果が得られ、熱交換効率が更に向上する。フィン2は間隔を有して複数並置されており、扁平管1が貫通している。

0017

扁平管1は、空気流れに交差する一定の方向に沿って複数段並設されており、継手を接続しない側(図1の右側)の端部は、ヘアピン状に折り曲げられている。そして、その複数段からなる扁平管1の列が、空気流れ方向に沿って複数列配置されている。また、隣合う列の扁平管は、上記一定方向、すなわち段方向において千鳥状に配置されている。つまり、複数列の扁平管1は、その継手を要する側(図1の左側)の互いの端部の位置が、空気流れに交差する方向でずれるように千鳥状に配置されている。そして、複数列の扁平管1の列を跨ぐ相互の連結部分は、扁平管Uベンド3で接合されている。

0018

図3は本発明の実施の形態1に係る熱交換器の扁平管Uベンドを示す斜視図である。図4図3の扁平管Uベンドの正面図である。
扁平管Uベンド3は、図3及び図4に示すように、外観がU字形状の本体部6と、扁平管1との接合部となる端部5とを備えている。扁平管Uベンド3の断面は一様に扁平形状となっているが、接続対象の扁平管1が挿入される端部5は、拡管加工がされている。

0019

これを更に詳述すると、扁平管Uベンド3は、その扁平断面の長軸に沿う同一平面X内でU字形状に形成され、かつ扁平管Uベンド3の少なくとも両端部5の扁平断面の長軸の向きが、接続対象である扁平管1の扁平断面の長軸の向きと一致するように捻られている。捻り角度θは、接合対象の扁平管1の配置により決められる。
なお、扁平管Uベンド3と扁平管1との接合部は、ロウ付けにより強固に固定される。

0020

次に、実施の形態1における扁平管Uベンド3の製造方法について図5に基づき、図1図4を参照しながら説明する。図5は本発明の実施の形態1に係る熱交換器の扁平管Uベンドの製造方法を示す工程図である。扁平管Uベンド3は、千鳥状に配置された接続対象の扁平管1の間に架設できるように製造される。
まず、同一平面X内でU字状に折り曲げ、円管Uベンド30Aを作成する(図5(a))。次いで、円管Uベンド30Aの断面形状が扁平形状となるように、円管Uベンド30Aの全体を管径方向圧縮して、扁平管Uベンド3を作成する(図5(b))。その後、扁平管Uベンド3の両端部5を、その各扁平断面の長軸の向きが、接続対象の扁平管1の各扁平断面の長軸の向きと一致するように捻り、さらにその両端部5を拡管して、扁平管Uベンド3を製造する(図5(c))。
上記のようにして製造された扁平管Uベンド3は、扁平管Uベンド3の両端部5と千鳥状に配置された扁平管1とをロウ付けにより接合して、図1のような熱交換器を得る。

0021

このように、実施の形態1の熱交換器20は、扁平管Uベンド3における接合部となる両端部5の扁平断面の長軸の向きが、千鳥配置された接続すべき扁平管1の扁平断面の長軸の向きと一致するように捻られている。そのため、実施の形態1の熱交換器20は、流路の断面形状が一様に扁平形状となり、流路の断面形状を変換するジョイント部品が必要無くなる。また、扁平管Uベンド3の両端部の向きを滑らかに転換することができて、流路での圧損を抑制することができる。
なお、扁平断面の長軸を一致させるには、扁平管Uベンド3の両端部5を捻っても、またはU字形状の本体部6を捻ってもよい。

0022

また、実施の形態1の熱交換器20は、扁平管Uベンド3を、断面が円形状の円形管でなる直管を同一平面X内でU字状に折り曲げかつ円管Uベンド30A全体を径方向に圧縮して作成している。そのため、U字状に曲げる際の曲げRを小さくすることができ、かつ押し出し型を作成する必要が無くなる。

0023

以上ここでは、扁平管1の列が2列のものを例に挙げて説明した。しかし、互いに千鳥状に配置された扁平管1の列が3列以上となっている図10に示すような熱交換器でも、扁平管Uベンド3を利用して、同様の効果を得ることができる。

0024

実施の形態2.
図6は本発明の実施の形態2に係る熱交換器の扁平管Uベンドの端部内側のリングロウかしめ部の一例を示す模式図である。
実施の形態2の熱交換器20は、図6に示すように扁平管Uベンド3の端部5の拡管時に、端部5の内部にリングロウ4を配置し、一緒に拡管することで、両端部5の内壁面にリングロウ4をかしめ、その後、端部5内に接続対象の扁平管1を挿入し、その状態で炉に投入することで、扁平管1と扁平管Uベンド3とがロウ付け接合されるようにしたものである。

0025

このように、実施の形態2の熱交換器20においては、扁平管Uベンド3の端部5の拡管時に、端部5の内部にリングロウ4を配置し、それらを一緒に拡管することで、両端部の内部にリングロウ4をかしめている。このため、扁平管Uベンド3の両端部5に扁平管1を挿入する際に、これらの間にロウ材を挿入する工程を省略できる。

0026

図7は本発明の実施の形態2に係る熱交換器の扁平管Uベンドの端部内側のリングロウかしめ部の一例を示す模式図である。
ここでは、扁平管Uベンド3の端部5の内部にリングロウ4をかしめる際に、リングロウ4が先端部から外部に突出するようかしめたものである。

0027

このように、リングロウ4が端部5から外部に突出するようにかしめることで、リングロウ4の端部5からの突出部8によって、ロウ付け後に外フィレットを形成することができ、外観検査の作業性を向上することができる。

0028

実施の形態3.
次に、本発明の実施の形態3の熱交換器の製造方法を図8に基づき、図1図4を参照しながら説明する。図8は本発明の実施の形態3に係る交換器の扁平管Uベンドの製造方法を示す工程図である。なお、管内部の流路の図示は省略している。

0029

熱交換器20の製造は、まず、最終形状が拡管後の寸法となり得る断面を有する円形の直管を、千鳥状に配置された接続対象の扁平管1間に架設できるように、同一平面X内でU字状に折り曲げ、円管Uベンド30Aを作成する(図8(a))。次いで、円管Uベンド30Aの断面形状が扁平形状となるように、円管Uベンド30A全体を管径方向に圧縮して、扁平管Uベンド3を作成する(図8(b))。その後、接続対象の扁平管1と接合できるように、扁平管Uベンド3の両端部5aの各扁平断面の長軸の向きが、接続対象の扁平管1の各扁平断面の長軸の向きと一致するように、扁平管Uベンド3を全体的に捻り、扁平管Uベンド3を最終形状にする(図8(c))。その後、円管Uベンド30Aの端部5aと千鳥状に配置された扁平管1とをロウ付けにより接合して、図1のような熱交換器を得る。

0030

実施の形態3の熱交換器の製造方法によれば、最終形状が拡管後の寸法となり得る断面を有する円形状の円形管でなる直管を曲げ加工して円管Uベンド30Aを作成し、その後、円管Uベンド30A全体を径方向に圧縮して、扁平管Uベンド3を作成するので、U字状に曲げる際の曲げRを小さくすることができる。また、拡管工程を省略することもできる。

0031

捻り角度θにより扁平形状の断面が変形した場合は、例えば水圧拡管等により形状修正し、流路を確保するのが好ましい。

0032

実施の形態4.
図9は本発明の実施の形態4に係る空気調和機の冷媒回路図を示すもので、前述の実施の形態1で説明した熱交換器20を室外熱交換器又は室内熱交換器として用いたものである。
この空気調和機は、圧縮機61、四方弁62、室外熱交換器63、減圧器64、及び室内熱交換器65が、冷媒配管70によってループ状に接続され、室内機50と室外機60との間にバルブ68、69が配置されている。また、室外熱交換器63には室外送風機66が併設され、室内熱交換器65には室内送風機67が併設されている。

0033

実施の形態4の空気調和機において、冷房運転時には低圧低温ガス冷媒は室外機60の圧縮機61により高温高圧のガス冷媒に圧縮され、四方弁62に送られる。そして、四方弁62から冷媒配管70により室外熱交換器63に導かれる。室外熱交換器63は冷媒と空気との間で熱交換を行い、凝縮熱室外に放出する。すなわち、室外熱交換器63が凝縮器として作用する。室外熱交換器63から出た高圧液冷媒は、減圧器64により低圧低温の気液二相冷媒となり、バルブ69を介して室内機50の室内熱交換器65に導かれる。室内熱交換器65は、冷媒と空気との間で熱交換を行い、室内を冷やす冷房運転を行う。すなわち、室内熱交換器65が蒸発器として作用する。そして、低圧低温のガス冷媒は、バルブ68、四方弁62を経て圧縮機61に導かれ、冷媒サイクル運転を行う。

0034

暖房運転を行う場合は、四方弁62を切り換えて冷媒の流れを冷房運転の場合と逆方向にすることにより、室内熱交換器65が凝縮器、室外熱交換器63が蒸発器として作用する。それ以外は冷房運転の場合と同様である。

0035

実施の形態4の空気調和器によれば、室外熱交換器63又は室内熱交換器65として実施の形態1の熱交換器20を用いているので、製造が容易となり空気調和機の製造コストを削減することができる。

0036

1 扁平管、1a流路、2フィン、3 扁平管Uベンド、4リングロウ、5,5a 扁平管Uベンドの端部、6 扁平管Uベンドの本体部、8 リングロウの突出部、20熱交換器、30A円管Uベンド、50室内機、60室外機、61圧縮機、62四方弁、63室外熱交換器、64減圧器、65室内熱交換器、66室外送風機、67室内送風機、68バルブ、69 バルブ、70冷媒配管、X 同一平面、θ捻り角度

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