(57)【要約】【課題】蒸発器の着霜と通風抵抗を抑制することができる蒸発器を提供する。【解決手段】入口部１２ａと出口部１２ｂを有するとともに内部に冷媒が流通する伝熱管１２と、伝熱管１２が挿通されるとともに周囲を空気が流通する複数のフィン１４とを備え、フィン１４は、入口部１２ａから所定距離に対応する範囲にわたって撥水処理が施された撥水領域１４ａと、親水処理が施された親水領域１４ｂとを有し、撥水領域１４ａは、伝熱管１２を流通する冷媒が０℃以下となる範囲に応じて設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口部と出口部を有するとともに内部に冷媒が流通する伝熱管と、
前記伝熱管が挿通されるとともに周囲を空気が流通する複数のフィンと、
を備え、
前記フィンは、前記入口部又は前記出口部から所定距離に対応する範囲にわたって撥水処理が施された撥水領域と、撥水処理が施されていない非撥水領域とを有し、
前記撥水領域は、前記伝熱管を流通する冷媒が０℃以下となる範囲に応じて設けられている蒸発器。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸発器と、
前記蒸発器から導かれた冷媒を吸入して圧縮する圧縮機と、
を備え、
前記冷媒は、等圧での蒸発時に温度が変化する温度すべりを有する冷媒とされ、
前記撥水領域は、前記入口部から所定距離に対応する範囲にわたって設けられている室外機。
【請求項３】
請求項１に記載の蒸発器と、
前記蒸発器から導かれた冷媒を吸入して圧縮する圧縮機と、
を備え、
前記冷媒は、等圧での蒸発時に温度が変化する温度すべりがない冷媒とされ、
前記撥水領域は、前記出口部から所定距離に対応する範囲にわたって設けられている室外機。
【請求項４】
前記撥水領域は、前記圧縮機の最小回転数に基づいて決定されている請求項２又は３に記載の室外機。
【請求項５】
前記非撥水領域には、親水処理が施されている請求項２から４のいずれかに記載の室外機。
【請求項６】
請求項２から５のいずれかに記載の室外機と、
前記室外機と冷媒配管で接続された室内機と、
を備えている空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸発器及びこれを備えた室外機並びに空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和装置の室外機には、空気と熱交換する室外熱交換器が開示されている。特許文献１には、室外熱交換器を蒸発器として動作させた場合に、フィンに生じた結露を円滑に排水するために、フィンの上部に親水処理を施し、フィンの下部に撥水処理を施すことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２０６３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フィンに親水処理を施すと、結露水がフィンの表面上を濡らして一様に流れるが、低外気温時における暖房運転では、フィン表面上で結露水が凍結・着霜し、空気の通風抵抗となるおそれがある。
フィンに撥水処理を施すと、フィンの表面上に水滴が形成されて転がるので凍結を抑制することができるが、水滴が空気の通風抵抗となるおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、蒸発器の着霜と通風抵抗を抑制することができる蒸発器及びこれを備えた室外機並びに空気調和装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る蒸発器は、入口部と出口部を有するとともに内部に冷媒が流通する伝熱管と、前記伝熱管が挿通されるとともに周囲を空気が流通する複数のフィンと、を備え、前記フィンは、前記入口部又は前記出口部から所定距離に対応する範囲にわたって撥水処理が施された撥水領域と、撥水処理が施されていない非撥水領域とを有し、前記撥水領域は、前記伝熱管を流通する冷媒が０℃以下となる範囲に応じて設けられている。
【０００７】
蒸発器の伝熱管を流通する冷媒が０℃以下となると、伝熱管及びフィンに凍結が生じる。そこで、冷媒が０℃以下となる領域に応じて撥水領域をフィンに施すこととした。これにより、撥水領域を施されたフィン上では付着した水分が水滴となり転がるので、着霜を抑制することができる。よって、フィン上で生じた着霜が通風抵抗を増大させることがない。
非撥水領域には、例えば、親水処理を施すことができる。
【０００８】
本発明の一態様に係る室外機は、上記の蒸発器と、前記蒸発器から導かれた冷媒を吸入して圧縮する圧縮機と、を備え、前記冷媒は、等圧での蒸発時に温度が変化する温度すべりを有する冷媒とされ、前記撥水領域は、前記入口部から所定距離に対応する範囲にわたって設けられている。
【０００９】
非共沸混合冷媒のように、等圧での蒸発時に温度が変化する温度すべりを有する冷媒を用いた場合には、伝熱管の入口部側が０℃以下となる傾向にある。このため、温度すべりを有する冷媒を用いる場合には、伝熱管の入口部から所定距離に対応する範囲にわたってフィンに撥水領域を設けることとした。
【００１０】
本発明の一態様に係る室外機は、上記の蒸発器と、前記蒸発器から導かれた冷媒を吸入して圧縮する圧縮機と、を備え、前記冷媒は、等圧での蒸発時に温度が変化する温度すべりがない冷媒とされ、前記撥水領域は、前記出口部から所定距離に対応する範囲にわたって設けられている。
【００１１】
単一冷媒や共沸混合冷媒のように、等圧での蒸発時に温度が変化する温度すべりがない冷媒を用いた場合には、蒸発器の出口部が０℃以下となる傾向にある。このため、温度すべりがない冷媒を用いる場合には、伝熱管の出口部から所定距離に対応する範囲にわたって撥水領域を設けることとした。
【００１２】
さらに、本発明の一態様に係る室外機では、前記撥水領域は、前記圧縮機の最小回転数に基づいて決定されている。
【００１３】
圧縮機が最小回転数で運転されている状態は、暖房運転時において室内温度が設定温度に到達している状態といえる。このときに着霜してデフロスト運転が行われると、デフロスト運転による逆サイクル運転によって室内熱交換器が蒸発器となりユーザに不快感を与えるおそれがある。そこで、圧縮機の最小回転数に基づいて撥水領域を定めることとした。これにより、着霜を抑制する必要な範囲にのみ撥水領域を施すことができる。
一方、圧縮機が最小回転数よりも大きい回転数で運転している場合は、設定温度に到達するように暖房負荷をかけている状態を意味するので、仮にデフロスト運転となり室内熱交換器が蒸発器として動作しても、ユーザにとってデフロスト運転することは予測可能と言えるのでそれほどユーザに不快感を与えることはない。
非共沸混合冷媒のように温度すべりがある冷媒を用いた場合には、圧縮機の回転数を上げると圧力損失が増大して伝熱管の出口側が入口側よりも出口側が０℃以下となるおそれがある。このような場合であっても、圧縮機の回転数が大きいのでユーザに大きな不快感を与えることはない。
圧縮機の最小回転数は、圧縮機の仕様によって定めることができ、また、暖房運転時に設定温度に到達した後に設定温度を維持するように指令する回転数を意味する。
【００１４】
さらに、本発明の一態様に係る室外機では、前記非撥水領域には、親水処理が施されている。
【００１５】
非撥水領域は、着霜のおそれがないので親水処理を施してフィン上に生じた結露水をフィンの表面を一様に濡らすようにして円滑に排出することとした。これにより、通風抵抗を減少させることができる。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る空気調和装置は、上記のいずれかに記載の室外機と、前記室外機と冷媒配管で接続された室内機と、を備えている。
【発明の効果】
【００１７】
フィンに形成した撥水領域を所定範囲に限定することで、蒸発器の着霜と通風抵抗を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路を示した概略構成図である。
【図２】図１の室外熱交換器を示した正面図である。
【図３】撥水領域を示した部分拡大正面図である。
【図４】親水領域を示した部分拡大正面図である。
【図５】非共沸混合冷媒を用いた場合のｐ−ｈ線図である。
【図６】蒸発器温度の変化を示したグラフである。
【図７】温度すべりがない冷媒を用いた場合のｐ−ｈ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１には、本実施形態の空気調和装置１の冷媒回路構成が示されている。空気調和装置１は、圧縮機３の吐出側に設けた四方弁４を切り替えることによって、暖房運転と冷房運転を行うことができる。図１において、実線の矢印Ａ１で示した方向が暖房運転時の冷媒流れ方向を示し、破線の矢印Ａ２で示した方向が冷房運転時やデフロスト運転時の冷媒流れ方向を示している。
【００２０】
空気調和装置１は、冷媒として、Ｒ３２とＲ１２３４ｙｆとが混合された非共沸混合冷媒であるＲ４５４Ｃを用いている。Ｒ３２は、Ｒ１２３ｙｆに対して低い沸点を有した低沸点冷媒とされている。Ｒ１２３４ｙｆは、Ｒ３２に対して高い沸点を有した高沸点冷媒とされている。なお、Ｒ４５４Ｃに変えて、Ｒ４５４Ｂや他のＲ４００番台の非共沸混合冷媒を用いても良い。
【００２１】
空気調和装置１は、非共沸混合冷媒（以下、単に「冷媒」という場合もある。）を圧縮する圧縮機３と、四方弁４と、室外熱交換器５と、膨張弁７と、室内熱交換器９とを備えている。これら圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器５、膨張弁７及び室内熱交換器９を冷媒配管によって接続することで冷凍サイクルを行う冷媒回路が構成される。
【００２２】
圧縮機３と、四方弁４と、室外熱交換器５と、膨張弁７とは、室外機２内に設置されている。室内熱交換器９は、室内機１０内に設置されている。なお、膨張弁７を室内機１０内に設置する構成としても良い。
【００２３】
圧縮機３は、例えばスクロール圧縮機やロータリー圧縮機とされており、図示しない電動モータによって駆動される。電動モータは、インバータ装置を備えており、図示しない制御部からの指令によって回転数が任意に変更されるようになっている。
【００２４】
四方弁４は、暖房運転時には圧縮機３から吐出された冷媒が室内熱交換器９へ導かれるように切り換えられ、冷房運転時やデフロスト運転時には圧縮機３から吐出された冷媒が室外熱交換器５へ導かれるように切り換えられる。四方弁４の制御は、図示しない制御部によって行われる。
【００２５】
室外熱交換器５は、暖房運転時には蒸発器として動作し、冷房運転時やデフロスト運転時には凝縮器として動作する。室外熱交換器５に対して、室外ファン６から空気（外気）が送られるようになっている。
【００２６】
室内熱交換器９は、暖房運転時には凝縮器として動作し、冷房運転時やデフロスト運転時には蒸発器として動作する。
【００２７】
膨張弁７は、凝縮器として動作する熱交換器５，９にて凝縮液化された冷媒を膨張させる。膨張弁７の開度は、制御部によって制御される。
【００２８】
図２には、室外熱交換器５の概略構成が示されている。室外熱交換器５は、フィンチューブ型熱交換器とされ、内部に冷媒が流通する伝熱管１２と、複数のフィン１４から構成されるフィン群１４Ａとを備えている。
【００２９】
伝熱管１２は、入口部１２ａと出口部１２ｂとを備えている。入口部１２ａは下方に位置しており、出口部１２ｂは上方に位置している。伝熱管１２は、入口部１２ａと出口部１２ｂとの間で蛇行するように設けられている。なお、入口部１２ａと出口部１２ｂの上下方向の位置は、図２に示した本実施形態に限定されるものではなく、上下が逆になっていても良く、また高さ方向の中間位置に入口部１２ａや出口部１２ｂが存在していても良い。
【００３０】
フィン群１４Ａは、図２において上下方向に延在する板状のフィン１４が所定ピッチで積層方向（図２において左右方向）に整列した状態で構成されている。したがって、図２に示したフィン群１４Ａは、積層した状態のフィン１４を正面視した場合の外形状を示している。各フィン１４は、金属製とされており、例えばアルミ合金製である。各フィン１４に複数の貫通孔が形成されており、これら貫通孔を挿通するように伝熱管１２が配置される。各フィン１４と伝熱管１２とは、物理的に接触しており、良好な熱伝導が行われるようになっている。
【００３１】
伝熱管１２の入口部１２ａ側に位置するフィン群１４Ａすなわちハッチングで示したフィン群１４Ａの下部には、各フィン１４の下部に撥水処理を施した撥水領域１４ａが形成されている。撥水処理としては、例えば撥水材料をフィン１４の母材（金属部分）にコーティングすることによって行われる。
【００３２】
撥水領域１４ａの上方すなわち伝熱管１２の出口部１２ｂ側に位置するフィン群１４Ａには、親水処理が施された親水領域（非撥水領域）１４ｂが形成されている。親水処理としては、例えば親水材料をフィン１４の母材（金属部分）にコーティングすることによって行われる。このように、フィン群１４Ａは、撥水領域１４ａと親水領域１４ｂとの２領域に分けられている。
【００３３】
図３には、撥水領域１４ａにおける結露水の状態が示されている。フィン１４の表面上が撥水処理されている撥水領域１４ａでは、同図に示すように、結露水は液滴Ｄとなり、重力によって転がるように下方へと移動する。このように撥水領域１４ａでは液滴Ｄが転がり移動するので凍結しにくくなっている。しかし、液滴Ｄの大きさによってはフィン１４間を通過する空気の通風抵抗となる。
【００３４】
図４には、親水領域１４ｂにおける結露水の状態が示されている。フィン１４の表面上が親水処理されている親水領域１４ｂでは、同図に示すように、結露水はフィン１４の表面を濡らすように水膜Ｆとなり一様に広がって重力により下方へと流れる。このように親水領域１４ｂでは水膜Ｆが一様に広がり薄い膜となって流れるので、フィン１４間を通過する空気の通風抵抗が液滴Ｄの場合（図３参照）に比べて小さくなる。しかし、水膜Ｆがフィン１４の表面上に付着し続けるので凍結し着霜するおそれがある。
【００３５】
図３及び図４に示したように、撥水領域１４ａ及び親水領域１４ｂのそれぞれの結露水の流れ状態に応じて、撥水領域１４ａと親水領域１４ｂが適切に定められている。すなわち、結露水が凍結するおそれがある領域には撥水領域１４ａを採用し、結露水の凍結を抑制する。結露水が凍結するおそれがない領域には親水領域１４ｂを採用し、通風抵抗の増大を図る。
【００３６】
撥水領域１４ａと親水領域１４ｂとの境界は、伝熱管１２を流れる冷媒温度に応じて決定される。すなわち、伝熱管１２を流れる冷媒温度が０℃以下となる範囲に対応する領域は撥水領域１４ａとし、伝熱管１２を流れる冷媒温度が０℃を超える範囲に対応する領域は親水領域１４ｂとする。
なお、撥水領域１４ａと親水領域１４ｂの境界を定める冷媒温度は、厳密に０℃とする必要はなく、例えば０℃〜３℃や−３℃〜０℃といった範囲で境界を定めても良い。但し、０℃以下となる冷媒温度で境界を定めると親水領域１４ｂで凍結するおそれがあるので、０℃以上に境界を定める方が好ましい。
【００３７】
非共沸混合冷媒では、伝熱管１２の入口部１２ａ側から所定範囲にわたって冷媒温度が０℃以下となる領域が存在する。したがって、撥水領域１４ａは、図２に示したように、入口部１２ａから所定領域すなわち下方から上方に向けて形成される所定領域に撥水領域１４ａが規定される。
【００３８】
図５には、非共沸混合冷媒を用いる場合に伝熱管１２の入口部１２ａ側で冷媒温度が０℃以下となる理由が示されている。図５は、非共沸混合冷媒を用いた場合のｐ−ｈ線図である。すなわち、横軸がエンタルピｈを示し、縦軸が圧力ｐを示す。太実線は、飽和液線Ｓ１及び飽和蒸気線Ｓ２を示し、細実線は冷凍サイクルＣを示し、破線は０℃における等温線Ｔを示す。同図から分かるように、非共沸混合冷媒は、等圧での蒸発時に温度が変化する温度すべりを有するので、飽和液線Ｓ１と飽和蒸気線Ｓ２との間の湿り蒸気領域では、等温線Ｔが右下がりとなる。一方、暖房運転時の室外熱交換器５を示す冷凍サイクルＣの蒸発過程では、略平行な直線となっている。冷凍サイクルＣの蒸発過程は僅かに右下がりとなっているが、これは伝熱管１２内を流れる冷媒の圧力損失である。
【００３９】
図５から分かるように、非共沸混合冷媒を用いる場合には、温度すべりが生じるので、０℃における等温線Ｔを下回る領域は、伝熱管１２の入口部１２ａ側（図５において左側）となる。したがって、伝熱管１２の入口部１２ａ側に撥水領域１４ａを形成することになり、図２に示したように、伝熱管１２内の冷媒が０℃以下となる所定範囲に対応する領域となるように下方から上方に向けて所定範囲に撥水領域１４ａを形成する。
【００４０】
図６には、圧縮機３の回転数による冷媒温度の影響が示されている。同図において、横軸は蒸発器面積［％］を示し、縦軸は蒸発器温度［℃］を示す。ここで、蒸発器とは、暖房運転時の室外熱交換器５を意味する。横軸の蒸発器面積は、伝熱管１２の入口部１２ａから積算したフィン１４の伝熱面積である。したがって、０％が入口部１２ａを示し、１００％が出口部１２ｂを示す。蒸発器温度は、伝熱管１２を流れる冷媒温度である。
【００４１】
図６に示されているように、圧縮機３の回転数が最小運転の場合は、入口部１２ａ側から所定範囲にわたって蒸発器温度が０℃以下となる。同図に示された場合では、蒸発器面積が０％以上３４．５％以下の範囲にわたって撥水領域１４ａを形成する。
【００４２】
圧縮機３の回転数が最小運転よりも増大して中間運転となると、入口部１２ａから出口部１２ｂにわたって蒸発器温度は０℃を上回る。これは、圧縮機３の回転数の増大に伴い伝熱管１２における圧力損失が増大し、図５に示したｐ―ｈ線図における冷凍サイクルＣの蒸発過程を示す直線が左上がりとなるからである。
【００４３】
さらに圧縮機３の回転数が増加して最大運転となると、出口部１２ｂ側から所定範囲にわたって蒸発器温度が０℃以下となる。これは、さらに伝熱管１２における圧力損失が増大し、冷凍サイクルＣの蒸発過程を示す直線がさらに左上がりとなり、かつ圧縮機３の吸入圧力が低下するからである。このように圧縮機３の回転数が最大運転となると出口部１２ｂ側が０℃以下となるが、本実施形態では親水領域１４ｂとなっており撥水領域１４ａとされていない。したがって、圧縮機３の回転数が大きい場合は出口部１２ｂ側で凍結するおそれがある。しかし、親水領域１４ｂで凍結し着霜してデフロスト運転を行う場合であっても、圧縮機３の回転数が大きい場合は設定温度に到達するように暖房負荷をかけている状態を意味するので、仮にデフロスト運転となり室内熱交換器９が蒸発器として動作しても、ユーザにとってデフロスト運転することは予測可能と言えるのでそれほどユーザに不快感を与えることはない。
【００４４】
最小運転における圧縮機３の最小回転数は、圧縮機３の仕様によって定めることができる。または、圧縮機３の最小回転数は、暖房運転時に設定温度に到達した後に設定温度を維持するように制御部が指令する回転数として定めることができる。
【００４５】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
暖房運転時に蒸発器として動作する室外熱交換器５の伝熱管１２を流通する冷媒が０℃以下となると、伝熱管１２及びフィン１４に凍結が生じる。そこで、冷媒が０℃以下となる領域に応じて撥水領域１４ａをフィン１４に施すこととした。これにより、撥水領域１４ａを施されたフィン１４上では付着した水分が水滴となり転がるので、着霜を抑制することができる。よって、フィン１４上で生じた着霜が通風抵抗を増大させることがない。
【００４６】
非共沸混合冷媒のように、等圧での蒸発時に温度が変化する温度すべりを有する冷媒を用いた場合には、伝熱管１２の入口部１２ａ側が０℃以下となる傾向にある。このため、温度すべりを有する冷媒を用いる場合には、伝熱管１２の入口部１２ａから所定距離に対応する範囲にわたってフィン１４に撥水領域１４ａを設けることとした。これにより、着霜を抑制するのに必要な範囲にのみ撥水領域を施すことができる。
【００４７】
圧縮機３が最小回転数で運転されている状態は、暖房運転時において室内温度が設定温度に到達している状態といえる。このときに着霜してデフロスト運転が行われると、デフロスト運転による逆サイクル運転によって室内熱交換器９が蒸発器となりユーザに不快感を与えるおそれがある。そこで、圧縮機３の最小回転数に基づいて撥水領域を定めることとした。これにより、ユーザのフィーリングを改善することができる。
【００４８】
撥水領域１４ａ以外の非撥水領域は、着霜のおそれがないので親水領域１４ｂとした。これにより、フィン１４上に生じた結露水をフィン１４の表面を一様に濡らすようにして円滑に排出することで、通風抵抗を減少させることができる。
【００４９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図７を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、用いる冷媒が異なり、これに応じて撥水領域の範囲が異なる。その他の構成については第１実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００５０】
単一冷媒や共沸混合冷媒のように、等圧での蒸発時に温度が変化する温度すべりがない冷媒を用いた場合には、伝熱管１２の出口部１２ｂが０℃以下となる傾向にある。具体的には、図７に示すように、温度すべりがない冷媒では、飽和液線Ｓ１’と飽和蒸気線Ｓ２’との間の湿り蒸気領域における０℃の等温線Ｔ’は、圧力一定である。一方、冷凍サイクルＣ’の蒸発過程における直線は、圧力損失のため僅かに右下がりとなる。これにより、出口部１２ｂ側が０℃以下となることになる。
このため、温度すべりがない冷媒を用いる場合には、伝熱管１２の出口部１２ｂから所定距離に対応する範囲にわたって撥水領域１４ａ’が設けられる。したがって、親水領域１４ｂ’は、伝熱管１２の入口部１２ａ側に設けられる。
【００５１】
なお、上述した各実施形態において、親水領域１４ｂ，１４ｂには親水コーティングを施すことを一例としたが、例えば熱水処理等のコーティングによらない処理によって親水領域を形成することとしても良い。また、親水処理を施さずに撥水処理を施さない非撥水領域としても良い。この場合であっても、撥水領域にて着霜を抑制できるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００５２】
１  空気調和装置
２  室外機
３  圧縮機
４  四方弁
５  室外熱交換器（蒸発器）
６  室外ファン
７  膨張弁
９  室内熱交換器
１０  室内機
１２  伝熱管
１２ａ  入口部
１２ｂ  出口部
１４  フィン
１４Ａ  フィン群
１４ａ  撥水領域
１４ｂ  親水領域（非撥水領域）
Ｄ  液滴
Ｆ  水膜
【図１】
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【図２】
2020143801.tif 000004
【図３】
2020143801.tif 000005
【図４】
2020143801.tif 000006
【図５】
2020143801.tif 000007
【図６】
2020143801.tif 000008
【図７】
2020143801.tif 000009