特開 2024-107475 熱交換器及び空気調和機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024107475

(43)【公開日】2024-08-08

(54)【発明の名称】熱交換器及び空気調和機

(51)【国際特許分類】

   F28F 9/013 20060101AFI20240801BHJP

   F28F 1/32 20060101ALI20240801BHJP

   F28F 21/08 20060101ALI20240801BHJP

   F24F 1/0067 20190101ALI20240801BHJP

【ＦＩ】

F28F9/013 B

F28F1/32 D

F28F21/08 A

F24F1/0067

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024097785

(22)【出願日】2024-06-18

(62)【分割の表示】P 2021159143の分割

【原出願日】2021-09-29

(71)【出願人】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000280

【氏名又は名称】弁理士法人サンクレスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂巻 智彦

(72)【発明者】

【氏名】大宮 彰

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 友哉

(72)【発明者】

【氏名】仙石 尚人

(57)【要約】

【課題】熱交換器を構成する伝熱管について、出代部分の強度を向上させる。
【解決手段】熱交換器１０は、軸方向に延びる複数の伝熱管２０と、軸方向におけるピッチを規定する第１バーリング部４２を有し、伝熱管２０に接続される複数のフィン４０と、前記軸方向においてフィン４０の一端側に配置されて伝熱管２０を支持し、前記一端側に延びる伝熱管２０の外周面に沿って前記一端側に延びる第２バーリング部３４を有する板材３０と、を備え、第２バーリング部３４の立上げ量Ｌ２が、第１バーリング部４２の立上げ量Ｌ１の２倍以上である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に延びる複数の伝熱管（２０）と、
前記軸方向におけるピッチを規定する第１バーリング部（４２）を有し、前記伝熱管（２０）に接続される複数のフィン（４０）と、
前記軸方向において前記フィン（４０）の一端側に配置されて前記伝熱管（２０）を支持し、前記一端側に延びる前記伝熱管（２０）の外周面に沿って前記一端側に延びる第２バーリング部（３４）を有する板材（３０）と、を備え、
前記第２バーリング部（３４）の立上げ量（Ｌ２）が、前記第１バーリング部（４２）の立上げ量（Ｌ１）の２倍以上である、熱交換器（１０）。

【請求項2】

前記第２バーリング部（３４）の板厚（Ｄ２）が、前記板材（３０）の前記第２バーリング部（３４）以外の部分（４１）の板厚（Ｄ１）の１／２以下である、請求項１に記載の熱交換器（１０）。

【請求項3】

前記第２バーリング部（３４）の立上げ量（Ｌ２）が３ｍｍ以上である、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器（１０）。

【請求項4】

前記伝熱管（２０）の材質がアルミニウムを主体とするアルミニウム合金である、請求項１～３の何れか一項に記載の熱交換器（１０）。

【請求項5】

利用側熱交換器（５１ａ）を有する利用側ユニット（５１）と、熱源側熱交換器（５２ａ）を有する熱源側ユニット（５２）と、前記利用側熱交換器（５１ａ）及び前記熱源側熱交換器（５２ａ）を接続する冷媒配管（５３）と、を含む冷媒回路（５４）で冷媒を循環させて、前記利用側ユニット（５１）が配置される対象空間（Ｓ１）の空気調和を行う空気調和機（５０）であって、
前記利用側熱交換器（５１ａ）が、請求項１～４の何れか一項に記載の前記熱交換器（１０）である、空気調和機（５０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱交換器及び空気調和機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数の伝熱管、及び伝熱管の表面部分に設けられた複数のフィンを有する熱交換器について、伝熱管の軸方向におけるフィンの外側で伝熱管を支持するための板材（以下、管板と称する）を備えた構成が知られている（特許文献１参照）。前記熱交換器の伝熱管は、管板から外側に延びている部分（以下、出代部分とも称する）を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－２３２０７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１記載の前記熱交換器は、伝熱管の出代部分で破損することが多い。

【0005】

本開示は、熱交換器を構成する伝熱管について、出代部分の強度を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本開示の熱交換器は、軸方向に延びる複数の伝熱管と、前記軸方向におけるピッチを規定する第１バーリング部を有し、前記伝熱管に接続される複数のフィンと、前記軸方向において前記フィンの一端側に配置されて前記伝熱管を支持し、前記一端側に延びる前記伝熱管の外周面に沿って前記一端側に延びる第２バーリング部を有する板材と、を備え、前記第２バーリング部の立上げ量が、前記第１バーリング部の立上げ量の２倍以上である。

【0007】

本開示の熱交換器では、熱交換器を構成する伝熱管について、出代部分の外周面に沿って、第１バーリング部の２倍以上の立上げ量を有する第２バーリング部を設けることによって、出代部分の強度を向上させることができる。

【0008】

（２）本開示の熱交換器は、前記第２バーリング部の板厚が、前記板材の前記第２バーリング部以外の部分の板厚の１／２以下であると好ましい。

【0009】

この場合、第２バーリング部の立上げ量を確保することができる。

【0010】

（３）本開示の熱交換器は、前記第２バーリング部の立上げ量が３ｍｍ以上であると好ましい。

【0011】

この場合、出代部分の強度を確実に向上させることができる。

【0012】

（４）本開示の熱交換器は、前記伝熱管の材質がアルミニウムを主体とするアルミニウム合金であると好ましい。

【0013】

本開示の熱交換器では、伝熱管の材質がアルミニウム合金である場合に、出代部分の強度を向上させることができる。

【0014】

（５）本開示の空気調和機は、利用側熱交換器を有する利用側ユニットと、熱源側熱交換器を有する熱源側ユニットと、前記利用側熱交換器及び前記熱源側熱交換器を接続する冷媒配管と、を含む冷媒回路で冷媒を循環させて、前記利用側ユニットが配置される対象空間の空気調和を行う空気調和機であって、前記利用側熱交換器が、前記熱交換器である。

【0015】

この場合、空気調和機の利用側ユニットに用いられる熱交換器について、出代部分の強度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本開示の熱交換器（正面側）の概略的な構成図。

【図2】本開示の熱交換器（上面側）の概略的な構成図。

【図3】板材による伝熱管の支持部を示した部分断面図。

【図4】出代部分の長さと伝熱管の破壊圧力比との関係を示した図。

【図5】本開示の空気調和機の概略的な構成図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

（熱交換器の構成）
図１は、本開示の熱交換器（正面側）の概略的な構成図である。図２は、本開示の熱交換器（上面側）の概略的な構成図である。図１及び図２に示す熱交換器１０は、本開示の熱交換器の一実施形態であり、例えば蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路を構成する熱交換器として用いることができる。図１及び図２に示すように、熱交換器１０は、フィンアンドチューブ型の熱交換器であり、伝熱管２０、板材３０、及びフィン４０を備えている。

【0018】

伝熱管２０は、複数の直管２１及び複数の曲管２２が組み合わせて構成されている。本実施形態の熱交換器１０では、複数の直管２１が、同一平面上において互いに平行で等間隔となるように配置されている。なお、以下の説明では、複数の直管２１が列置されている方向を上下方向と称し、複数の直管２１が配置されている同一平面に直交する方向を前後方向と称し、複数の直管２１が延びている方向を左右方向と称する。なお、本実施形態では、複数の直管２１が同一平面上に配置されている場合を例示しているが、本開示の熱交換器における複数の直管の配置位置はこれにされず、例えば、上下方向に隣接する直管同士の配置位置が前後方向にずれていてもよい。

【0019】

直管２１の左右方向の端部には、拡径部２３が形成されている。伝熱管２０では、上下方向に隣接する拡径部２３同士が曲管２２によって接続されている。伝熱管２０は、上下方向に隣接する直管２１の拡径部２３同士を曲管２２で接続することによって一連とされ、図１における右上方から右下方まで繋がる流路を形成している。

【0020】

熱交換器１０は、互いに平行に配置された一対の板材３０によって、相互に平行な姿勢で間隔を保ちつつ複数の直管２１が支持されると共に、各直管２１にろう付けされたフィン４０を主体として構成されている。伝熱管２０及びフィン４０は、後述するアルミニウム合金により構成されている。

【0021】

本実施形態では、伝熱管２０の材質をアルミニウム合金としている。具体的には、伝熱管２０は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｕ等を含むアルミニウム合金を材料として、製造されている。熱交換器１０では、直管２１の材質がアルミニウム合金である場合に、出代部分２４の強度を向上させることができる。なお、本実施形態の伝熱管２０は、アルミニウム合金を材料として製造されているが、本開示の熱交換器における伝熱管は、純粋なアルミニウム製であってもよい。

【0022】

熱交換器１０では、複数の直管２１を板材３０によって支持している。板材３０は、前後方向及び上下方向に延びる第１部分３１と、左右方向及び上下方向に延びる第２部分３２と、を備えたアングル状の板部材である。第１部分３１には、直管２１を挿通するための孔部３３が複数形成されている。第１部分３１には、孔部３３に挿通された直管２１の外周面に沿う円筒状の立ち上がり部分（バーリング部３４）が形成されている。バーリング部３４は、孔部３３に対応する位置に下孔を形成し、当該下孔に型を挿通すると共にプレス加工（バーリング加工）することによって形成される。以下の説明では、説明の便宜上、バーリング部３４を第２バーリング部３４と称する。円筒状である第２バーリング部３４の内孔は、孔部３３に連通している。

【0023】

図３は、板材による伝熱管の支持部を示した部分断面図である。図１～図３に示すように、フィン４０は、上下方向及び前後方向に延びる板状の部材であり、左右方向に平行に複数並べて配置されている。フィン４０は、アルミニウム材あるいはアルミニウム合金材で構成されているフィン本体４１を有している。フィン４０では、フィン本体４１の前後方向の中央付近において、上下方向に沿って、伝熱管２０の直管２１を挿通するための複数の孔部４３が形成されている。フィン４０には、孔部４３に挿通された直管２１の外周面に沿う円筒状のバーリング部４２が形成されている。バーリング部４２は、孔部４３に対応する位置に下孔を形成し、当該下孔に型を挿通すると共にプレス加工（バーリング加工）することによって形成される。以下の説明では、説明の便宜上、バーリング部４２を第１バーリング部４２と称する。円筒状である第１バーリング部４２の内孔は、孔部４３に連通している。第１バーリング部４２は、左右方向に複数配置されるフィン４０の左右方向のピッチを規定することができる。換言すると、第１バーリング部４２の立上げ量Ｌ１（図３参照）が、熱交換器１０におけるフィン４０のフィンピッチとなる。

【0024】

熱交換器１０では、直管２１が、当該直管２１の軸方向について、板材３０より外側に延びている。以下の説明では、直管２１の板材３０より外側に延びている部分を出代部分２４と称する。なお、本実施形態の熱交換器１０では、左右一対の板材３０を有しており、板材３０の左右外側に出代部分２４を備えている、本開示の熱交換器における板材（直管を支持する部材）は少なくとも左右何れか一方に１個以上備えていればよい。

【0025】

（第２バーリング部の立上げ量について）
図４は、出代部分の長さと伝熱管の破壊圧力比との関係を示した図である。図３に示すように、熱交換器１０では、第２バーリング部３４の立上げ量Ｌ２を、第１バーリング部４２の立上げ量Ｌ１の２倍以上としている。このような構成の熱交換器１０では、第２バーリング部３４の立上げ量Ｌ２が、従来の熱交換器に比べて増大されている。このような熱交換器１０では、出代部分２４の外周面に沿って第２バーリング部３４を設けることによって、出代部分２４の長さを縮小させることができ、これにより、出代部分２４の強度を向上させることができる。

【0026】

図３に示すように、熱交換器１０では、第２バーリング部３４の板厚Ｄ２を、板材３０の第２バーリング部３４以外の部分の板厚Ｄ１の１／２以下としている。熱交換器１０では、第２バーリング部３４の板厚Ｄ２が、板材３０の第２バーリング部３４以外の部分（具体的には、フィン本体４１）の板厚Ｄ１の１／２以下となるようにバーリング加工を施すことによって、第２バーリング部３４の立上げ量Ｌ２を確保することができ、これにより、立上げ量Ｌ２を立上げ量Ｌ１の２倍以上とすることができる。

【0027】

具体的には、本開示の熱交換器１０では、第２バーリング部３４の立上げ量Ｌ２を３ｍｍ以上としている。図４に示す「破壊圧力比」とは、出代部分２４が「０」である場合に、伝熱管２０が破壊に至る圧力を基準圧力（１００％）とし、伝熱管２０が基準圧力の何％の圧力で破壊に至るかを示したグラフである。図４によれば、例えば、出代部分２４の長さが１０ｍｍであれば、基準圧力の９３～９４％程度の圧力で伝熱管２０が破壊に至ることがわかる。図４からは、伝熱管２０は、出代部分２４の長さが長いほど、破壊圧力比が小さくなる（より小さい圧力で破壊が生じる）という性質を有していることが判る。換言すると、出代部分２４の長さを短くすれば、伝熱管２０の破壊圧力比を大きくすることができる（換言すれば、伝熱管２０が破壊されにくくなる）ことが判る。

【0028】

図４に示すように、出代部分の長さと伝熱管の破壊圧力比との関係は、直線状の近似式で表すことができる。具体的には、伝熱管２０では、出代部分２４の長さを３ｍｍ短くした場合、伝熱管２０の破壊圧力比を５％程度向上することができる。熱交換器１０では、第２バーリング部３４の立上げ量Ｌ２を３ｍｍ以上とすることによって、出代部分２４の長さを３ｍｍ以上短くした場合と同じ効果を得ることができる。このため、熱交換器１０では、第２バーリング部３４の立上げ量Ｌ２を３ｍｍ以上としており、これにより、伝熱管２０の破壊圧力比を５％程度向上させることができる。

【0029】

（空気調和機の構成について）
図５は、本開示の空気調和機の概略的な構成図である。図５に示す空気調和機５０は、ビルや工場等の建物Ｂに設置されて空調対象空間（屋内Ｓ１）の空気調和を実現する。空気調和機５０は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことで空調対象空間を冷暖房する装置であり、利用側ユニット（室内機）５１、熱源側ユニット（室外機）５２及び冷媒配管５３を備えている。利用側ユニット５１は、利用側熱交換器５１ａ及び室内ファン５１ｂを備えている。熱源側ユニット５２は、熱源側熱交換器５２ａ及び室外ファン５２ｂを備えている。

【0030】

空気調和機５０では、利用側熱交換器５１ａと熱源側熱交換器５２ａとを冷媒配管５３で接続して、冷媒回路５４を構成している。なお、冷媒回路５４は、図示しない圧縮機、四路切換弁、室外膨張弁を含んでいる。冷媒回路５４は、利用側熱交換器５１ａと熱源側熱交換器５２ａとの間で冷媒を循環させる。

【0031】

空気調和機５０では、利用側熱交換器５１ａとして前述した熱交換器１０を採用している。このような構成の空気調和機５０では、利用側ユニット５１に用いられる利用側熱交換器５１ａについて、出代部分２４の強度を向上させることができる。このため、空気調和機５０では、利用側熱交換器５１ａがより破壊されにくくなっており、利用側ユニット５１（利用側熱交換器５１ａ）の寿命を延ばすことができる。なお、本実施形態では、利用側熱交換器５１ａに熱交換器１０を採用した場合を例示しているが、熱源側熱交換器５２ａについて熱交換器１０を採用してもよい。

【0032】

［実施形態の作用効果］
（１）上記実施形態で示した熱交換器１０は、軸方向に延びる複数の直管２１と、軸方向におけるピッチを規定する第１バーリング部４２を有し、直管２１に接続される複数のフィン４０と、軸方向においてフィン４０の一端側に配置されて直管２１を支持し、前記一端側に延びる直管２１の外周面に沿って前記一端側に延びる第２バーリング部３４を有する板材３０と、を備え、第２バーリング部３４の立上げ量Ｌ２が、第１バーリング部４２の立上げ量Ｌ１の２倍以上である。

【0033】

このような熱交換器１０によれば、熱交換器１０を構成する伝熱管２０について、出代部分の外周面に沿って、第１バーリング部４２の２倍以上の立上げ量を有する第２バーリング部３４を設けることによって、出代部分２４の強度を向上させることができる。

【0034】

（２）上記実施形態で示した熱交換器１０では、第２バーリング部３４の板厚Ｄ２が、板材３０の第２バーリング部３４以外の部分の板厚Ｄ１の１／２以下となっている。

【0035】

この場合、第２バーリング部３４の立上げ量Ｌ２を確保することができる。

【0036】

（３）上記実施形態で示した熱交換器１０では、第２バーリング部３４の立上げ量Ｌ２が３ｍｍ以上となっている。

【0037】

この場合、出代部分２４の強度を確実に向上させることができる。

【0038】

（４）上記実施形態で示した熱交換器１０では、直管２１の材質がアルミニウムを主体とするアルミニウム合金である。

【0039】

熱交換器１０では、直管２１の材質がアルミニウム合金である場合に、出代部分２４の強度を向上させることができる。

【0040】

（５）上記実施形態で示した空気調和機５０は、利用側熱交換器５１ａを有する利用側ユニット５１と、熱源側熱交換器５２ａを有する熱源側ユニット５２と、利用側熱交換器５１ａ及び熱源側熱交換器５２ａを接続する冷媒配管５３と、を含む冷媒回路５４で冷媒を循環させて、利用側ユニット５１が配置される屋内Ｓ１の空気調和を行う。空気調和機５０では、利用側熱交換器５１ａが、熱交換器１０である。

【0041】

この場合、空気調和機５０の利用側ユニット５１に用いられる利用側熱交換器５１ａについて、出代部分２４の強度を向上させることができる。

【0042】

なお、本開示は、以上の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0043】

１０ ：熱交換器
１１ ：室内機
２０ ：伝熱管
２１ ：直管（伝熱管）
２３ ：出代部分
３０ ：板材
３４ ：第２バーリング部
４０ ：フィン
４２ ：第１バーリング部
５０ ：空気調和機
５１ ：利用側ユニット
５１ａ ：利用側熱交換器
５２ ：熱源側ユニット
５２ａ ：熱源側熱交換器
５３ ：冷媒配管
５４ ：冷媒回路
Ｓ１ ：（空気調和を行う）対象空間
Ｌ１ ：（第１バーリング部の）立上げ量
Ｌ２ ：（第２バーリング部の）立上げ量
Ｄ１ ：（板材の）板厚
Ｄ２ ：（第２バーリング部の）板厚

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】