(57)【要約】【課題】除霜制御の実行頻度を低減することができる熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器は、内部流路を冷媒が通り、外部を流れる空気から熱を回収する複数のチューブ２００と、互いに隣り合うチューブの間に配置され、一方側のチューブに接合される接合部３１０，３１０Ａと他方側のチューブに接合される接合部３１０，３１０Ａとが連結部３２０，３２０Ａで繋がれ、チューブとの間で空気流路を形成しているフィン３００，３００Ａ，３００Ｂと、を備え、フィンに付着する霜によって空気流路が閉塞されることを抑制するための着霜抑制部３５０として、フィンの空気流路に沿った上流端に、第１端部３３０，３３０Ａと、第１端部よりも更に上流側に突出する第２端部３４０，３４０Ａと、が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器であって、
内部流路を冷媒が通り、外部を流れる空気から熱を回収する複数のチューブ（２００）と、
互いに隣り合う前記チューブの間に配置され、一方側の前記チューブに接合される接合部（３１０，３１０Ａ）と他方側の前記チューブに接合される接合部（３１０，３１０Ａ）とが連結部（３２０，３２０Ａ）で繋がれ、前記チューブとの間で空気流路を形成しているフィン（３００，３００Ａ，３００Ｂ）と、を備え、
前記フィンに付着する霜によって前記空気流路が閉塞されることを抑制するための着霜抑制部（３５０）として、前記フィンの空気流路に沿った上流端に、第１端部（３３０，３３０Ａ）と、前記第１端部よりも更に上流側に突出する第２端部（３４０，３４０Ａ）と、が設けられている熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器であって、
少なくとも前記第２端部は、前記チューブから離れて突出するように設けられている、熱交換器。
【請求項３】
請求項２に記載の熱交換器であって、
前記第１端部は前記接合部に設けられ、前記第２端部は前記連結部に設けられている、熱交換器。
【請求項４】
請求項３に記載の熱交換器であって、
前記接合部は、前記空気流路の上流側において、隣接する前記空気流路に突出しないように前記チューブに沿って折り曲げられた折曲部（３６０）を有する、熱交換器。
【請求項５】
請求項３に記載の熱交換器であって、
前記連結部は、前記空気流路の上流側において、隣接する空気流路に突出しないように前記チューブに沿って伸びる延伸部（３７０）を有する、熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばヒートポンプシステムに設けられる蒸発器のように、空気から熱を回収する熱交換器では、チューブの内側を通る低温の冷媒と、チューブの外側を通る空気との間で熱交換が行われる。
【０００３】
熱交換器を通過する空気には水蒸気が含まれている。このため、当該空気がチューブの外側を通る際に急激に冷却されると、水蒸気の一部が結露してそのまま凍結し、霜となってチューブやフィンの表面に付着する。チューブ等の表面に付着した霜が成長して大きくなると、最終的には、空気の通る流路が霜によって塞がれてしまう。この場合、例えば循環する冷媒の温度を一時的に上昇させる等の除霜制御を行うことにより、付着した霜を融解させて除去する必要がある。
【０００４】
このような除霜制御の実行頻度は、可能な限り少ない方が好ましい。そこで、下記特許文献１に記載の熱交換器では、フィンのうち空気の流れ方向における上流側端部を、チューブの上流側端部よりも更に上流側に向けて突出させている。このような構成においては、チューブの上流側端部に霜が付着して成長した後も、しばらくの間は、フィンのうち突出部分の側部を通る空気の流れが確保されるので、除霜制御の実行頻度を従来よりも少なくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１３９９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載された熱交換器では、フィンの全体が一様に上流側に向けて突出している。このような構成においては、フィンに形成された複数の隙間のうち、突出部分の側部を除く隙間、すなわち空気が通るべき隙間の大部分が、突出部分の先端に付着した霜によって比較的短時間のうちに塞がれてしまう。このため、熱交換器を通過する空気の流量を十分に確保することが難しく、除霜制御の実行頻度を十分に低減することができない。
【０００７】
本開示は、除霜制御の実行頻度を低減することができる熱交換器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】
【０００８】
本開示に係る熱交換器は、内部流路を冷媒が通り、外部を流れる空気から熱を回収する複数のチューブ（２００）と、互いに隣り合うチューブの間に配置され、一方側のチューブに接合される接合部（３１０，３１０Ａ）と他方側のチューブに接合される接合部（３１０，３１０Ａ）とが連結部（３２０，３２０Ａ）で繋がれ、チューブとの間で空気流路を形成しているフィン（３００，３００Ａ，３００Ｂ）と、を備え、フィンに付着する霜によって空気流路が閉塞されることを抑制するための着霜抑制部（３５０）として、フィンの空気流路に沿った上流端に、第１端部（３３０，３３０Ａ）と、第１端部よりも更に上流側に突出する第２端部（３４０，３４０Ａ）と、が設けられている。
【０００９】
本開示では、着霜抑制部を設けることで、熱交換器を例えば冷媒との熱交換によって空気から熱を回収するものとして用いた場合であっても、フィンに付着する霜によって空気流路が閉塞されることを抑制することができ、除霜制御の実行頻度を低減することができる。着霜抑制部として、第１端部と第２端部を設け、空気の流れ方向において前後差をつけることで、より下流側の第１端部への着霜を抑制することができる。第１端部の着霜が進行した場合であっても、第２端部との間に前後差を設けているので、第１端部に付着した霜と第２端部に付着した霜とが繋がって空気流路を閉塞するような事態の発生を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、除霜制御の実行頻度を低減することができる熱交換器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係る熱交換器の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、図１の熱交換器が備えるフィンの形状を示す図である。
【図３】図３は、本開示の比較例に係る熱交換器において、フィンに付着する霜について説明するための図である。
【図４】図４は、図１の熱交換器において、フィンに付着する霜について説明するための図である。
【図５】図５は、本開示の一実施形態の第１変形例に係る熱交換器が備えるフィンの形状を示す図である。
【図６】図６は、本開示の一実施形態の第２変形例に係る熱交換器が備えるフィンの形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１を参照して、一実施形態に係る熱交換器について説明する。本実施形態に係る熱交換器１０は、車両用空調装置が有するヒートポンプシステム（全体構成は不図示）の室外機として構成されている。
【００１４】
例えば車室の暖房時には、熱交換器１０が蒸発器（エバポレータ）として機能するようにヒートポンプシステムの状態が切り替えられる。この場合、熱交換器１０は、内部を通る冷媒と車外から導入された空気との間で熱交換を行い、外気から熱を回収する。他方、冷房時においては、熱交換器１０が凝縮器として機能するようにヒートポンプシステムの状態が切り替えられる。この場合、熱交換器１０は、車室内から回収された熱を外気へと放出する。
【００１５】
なお、このような構成に替えて、熱交換器１０は、常に蒸発器として機能する構成であってもよい。以下に説明する熱交換器１０の構成上の工夫点は、主に熱交換器１０が蒸発器として機能する場合を考慮したものであるので、以下では熱交換器１０が蒸発器として機能することを前提として説明する。
【００１６】
図１に示されるように、熱交換器１０は、第１タンク１００と、第２タンク１１０と、チューブ２００と、フィン３００と、を備えている。
【００１７】
第１タンク１００は、熱交換器１０に対して外部から供給される冷媒を貯留し、冷媒をチューブ２００に供給するための容器である。第１タンク１００は、断面が略楕円形であり、細長い棒状の容器として形成されている。第１タンク１００には、供給ポート１２０が設けられている。供給ポート１２０は、熱交換器１０の外部から供給される冷媒の入口となる部分であって、第１タンク１００のうち長手方向の一端側に形成されている。
【００１８】
第２タンク１１０は、第１タンク１００と略同一形状の容器である。第１タンク１００と第２タンク１１０は、互いに平行な状態で、熱交換器１０の両端側に配置されている。第２タンク１１０には、排出ポート１３０が設けられている。排出ポート１３０は、熱交換器１０から外部に排出される冷媒の出口となる部分であって、第２タンク１１０のうち長手方向の一端側に形成されている。
【００１９】
なお、以下では説明の便宜上、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸による直交座標系を用いることがある。当該直交座標系は、図１に示されるように、紙面奥側から紙面手前側に向かう方向がＸ方向となっており、同方向に沿ってＸ軸が設定されている。Ｘ方向に直交する方向であって、第１タンク１００から第２タンク１１０に向かう方向、すなわちチューブ２００の長手方向がＹ方向となっており、同方向に沿ってＹ軸が設定されている。Ｘ方向及びＹ方向の各々に直交する方向であって、排出ポート１３０から供給ポート１２０に向かう方向がＺ方向となっており、同方向に沿ってＺ軸が設定されている。
【００２０】
チューブ２００は、冷媒が流れる流路が内部に形成された金属製の細長い配管であって、扁平形状の断面を有する。熱交換器１０は、複数のチューブ２００を備えている。それぞれのチューブ２００は、その長手方向がＹ軸方向に沿うとともに、互いに平行な状態でＺ軸方向に沿って並ぶように配置されている。
【００２１】
それぞれのチューブ２００は、その一端が第１タンク１００に接続されており、その他端が第２タンク１１０に接続されている。第１タンク１００の内部空間と、第２タンク１１０の内部空間とは、それぞれのチューブ２００によって連通されている。
【００２２】
フィン３００は、金属板を波状に折り曲げることにより形成されたコルゲートフィンである。フィン３００は、互いに隣り合うチューブ２００の間において、波状がＹ軸方向に沿って続くように配置されている。それぞれのチューブ２００とそれぞれのフィン３００は、Ｚ軸方向に沿って交互に積層され、ろう接により固定されている。これにより、互いに隣り合うチューブ２００の間に空気流路が形成される。フィン３００の具体的な形状については後述する。
【００２３】
積層されたチューブ２００及びフィン３００が配置された部分は、空気と冷媒との間で熱交換が行われる領域であって、いわゆる熱交換コア部と称される領域である。熱交換コア部のＺ軸方向の両端には、サイドプレート１４０，１５０がそれぞれ設けられている。サイドプレート１４０,１５０は、熱交換コア部を両側から挟み込むことにより、熱交換コア部を補強してその形状を維持するためのものである。
【００２４】
ヒートポンプシステムの動作中、冷媒は、ヒートポンプシステムのうち熱交換器１０よりも上流側において不図示の膨張弁を通り、その温度及び圧力を低下させた状態で熱交換器１０に供給される。このとき、冷媒はそのほぼ全体が液相の状態となっている。当該冷媒は、供給ポート１２０から第１タンク１００の内部に流入し、第１タンク１００の内部に一時的に貯えられる。その後、冷媒はそれぞれのチューブ２００の内部流路を通って第２タンク１１０に向かって流れる。
【００２５】
冷媒は、それぞれのチューブ２００の内部流路を流れる際に、熱交換コア部を通過する外部の空気から熱を回収する。これにより、冷媒の温度が上昇し、その一部又は全部が液相から気相へと変化する。なお、空気に含まれる熱はフィン３００を介しても冷媒に伝達される。熱交換コア部を通過する空気との接触面積がフィン３００によって広くなることで、冷媒と空気との熱交換の効率が向上する。熱交換コア部を通過する空気は冷却され、その温度を低下させる。
【００２６】
冷媒は、上記のような熱交換に供された後、第２タンク１１０の内部に一時的に貯えられる。その後、冷媒は排出ポート１３０から排出され、ヒートポンプシステムにおいて熱交換器１０よりも下流側に配置された圧縮機（不図示）に向かって流れる。
【００２７】
なお、第２タンク１１０等の内部がセパレータで仕切られ、冷媒が第１タンク１００と第２タンク１１０との間を１回又は複数回にわたって往復するような経路で流れる構成としてもよい。
【００２８】
次に、図２を参照して、フィン３００の具体的な形状について説明する。図２は、図１に示される１つのフィン３００及びその近傍の構成を拡大して示すものである。図２においては、１つのフィン３００と、これを挟む一対のチューブ２００とが示されている。
【００２９】
波状のフィン３００は、一方側であるＺ軸正方向側のチューブ２００に接合された一方の接合部３１０と、他方側であるＺ軸負方向側のチューブ２００に接合された他方の接合部３１０と、これらの接合部３１０同士を繋ぐ連結部３２０と、を有する。一方の接合部３１０は、Ｚ軸正方向に向かって折り曲げられ、他方の接合部３１０は、Ｚ軸負方向に向かって折り曲げられている。接合部３１０及び連結部３２０は、いずれも、チューブ２００の長手方向（すなわちＹ軸方向）に沿って並ぶように形成されている。
【００３０】
フィン３００において、互いに隣り合う連結部３２０、接合部３１０、及びチューブ２００によって挟まれた空間は、熱交換器１０に供給される空気が通る空気流路を構成する。本実施形態では、空気は、Ｘ軸正方向側から負方向側に向かって流れるものとして説明する。
【００３１】
本実施形態における接合部３１０は、それぞれ、空気流路に沿った上流側（すなわちＸ軸正方向側）の端部の位置が、同方向に沿ったチューブ２００の端部の位置と概ね一致している。接合部３１０の同方向における端部を、以下では「第１端部３３０」とも称する。他方、連結部３２０は、空気流路に沿った上流側の端部が、同方向に沿った接合部３１０の端部よりも更に上流側に突出している。連結部３２０の同方向における端部を、以下では「第２端部３４０」とも称する。このように、フィン３００の上流端は、第１端部３３０と、第１端部３３０よりもＸ軸正方向側に突出した第２端部３４０とが、Ｙ方向に沿って交互に並ぶように配置されている。
【００３２】
フィン３００を通過する空気には水蒸気が含まれている。このため、当該空気がフィン３００によって形成された空気流路を通る際に急激に冷却されると、水蒸気の一部が結露してそのまま凍結し、霜となってフィン３００等の表面に付着する。特に、空気流路の上流側には湿度の高い空気が供給されるので、霜はフィン３００における空気流路の上流側に付着しやすい。
【００３３】
フィン３００等の表面に付着した霜が成長して大きくなると、最終的には空気の通る流路が霜によって塞がれてしまう。この霜によるフィンの閉塞を防ぐため、例えば循環する冷媒の温度を一時的に上昇させる等の除霜制御を行うにより、付着した霜を融解させて除去する必要があるが、このような除霜制御の実行頻度は、可能な限り少ない方が好ましい。除霜制御の実行頻度を低下させるためには、フィン３００への着霜量を減少させる必要がある。
【００３４】
この点、本実施形態では、第１端部３３０及び第２端部３４０が、フィン３００への着霜を抑制するための着霜抑制部３５０を構成している。この点について、図３及び図４を参照して説明する。
【００３５】
図３は、本開示の比較例に係る熱交換器におけるフィンの端部の一部を示した図である。図３に示されるように、仮にフィン４００の上流側の端部が一様であった場合、霜５００はフィン４００の接合部４１０及び連結部４２０のいずれにも付着する。接合部４１０及び連結部４２０に付着した霜は互いに繋がるので、フィン４００の空気流路を閉塞する方向へと成長しやすい。
【００３６】
他方、図４は、本実施形態に係る熱交換器１０におけるフィン３００の端部の一部を示した図である。本実施形態では、接合部３１０の第１端部３３０が連結部３２０の第２端部３４０より下流側に後退しているので、接合部３１０への着霜を抑制することができる。接合部３１０と連結部３２０との間に空気の流れ方向（すなわち、Ｘ軸方向）における前後差が設けられるので、接合部３１０に付着した霜５００ａと連結部３２０に付着した霜５００ｂ，５００ｃが繋がりにくくなる。これにより、図３に示される比較例に比べて、空気流路が閉塞しにくくなる。
【００３７】
以上説明したとおり、本実施形態に係る熱交換器１０では、着霜抑制部３５０として第１端部３３０と第２端部３４０を設け、空気の流れ方向において前後差をつけることで、より下流側の第１端部３３０への着霜を抑制することができる。第１端部３３０の着霜が進行した場合であっても、第２端部３４０との間に前後差を設けているので、第１端部３３０に付着した霜と第２端部３４０に付着した霜とが繋がって空気流路を閉塞するような事態の発生を防ぐことができる。このように、本開示では、着霜抑制部３５０を設けることで、フィン３００に付着する霜によって空気流路が閉塞されることを抑制することができ、除霜制御の実行頻度を低減することができる。
【００３８】
本実施形態において、少なくとも第２端部３４０は、チューブ２００から離れて突出するように設けられている。
【００３９】
この好ましい態様によれば、第２端部３４０に着霜したとしても、第２端部３４０はチューブ２００から離れて突出しているので、着霜した部分とチューブ２００との間に空間を確保することができ、空気流路における空気の流通を促進することができる。
【００４０】
本実施形態において、第１端部３３０は接合部３１０に設けられ、第２端部３４０は連結部３２０に設けられている。
【００４１】
この好ましい態様によれば、連結部３２０は一方側のチューブ２００に接合する接合部３１０と他方側のチューブに接合する接合部３１０とを繋ぐように設けられているので、隣接する連結部３２０は互いに隔てられている。このように隔てられた連結部３２０に第２端部３４０が設けられることで、隣接する第２端部３４０も各々隔てられることとなり、霜の形成が抑制されやすくなる。
【００４２】
例えば複数のチューブ２００が水平方向に沿って延び、複数のチューブ２００とフィン３００が鉛直方向に沿って並ぶように熱交換器１０が配置された場合、除霜運転時に連結部３２０に設けられた第２端部３４０に付着した霜が重力によって下方の接合部３１０に向かって落下する。接合部３１０には第１端部３３０が設けられ、第２端部３４０より空気流路の下流方向に後退しているので、霜や溶融した水がそのまま落下し、排水性が向上する。
【００４３】
次に、図５及び図６を参照して、本開示の一実施形態の変形例に係る熱交換器について説明する。図５は、第１変形例に係る熱交換器におけるフィンの形状を示す図である。図６は、第２変形例に係る熱交換器におけるフィンの形状を示す図である。
【００４４】
図５に示されるように、第１変形例に係るフィン３００Ａは、図１に示されるフィン３００に比べて、接合部３１０に替えて接合部３１０Ａを備える。接合部３１０Ａは、空気流路の上流側において、チューブに沿って折り曲げられた折曲部３６０を有する。折曲部３６０は、Ｚ軸方向において隣接する空気流路に突出しないように設けられている。すなわち、折曲部３６０のＺ軸方向の高さは、チューブ２００のＺ軸方向の厚みを超えない。本変形例では、折曲部３６０が接合部３１０Ａの第１端部３３０Ａに相当する。折曲部３６０は、第２端部３４０よりも空気流路の下流側に後退している。
【００４５】
本変形例によれば、隣接する空気流路における空気の流れへの影響を与えずに第１端部３３０Ａを第２端部３４０よりも後退させることができ、第１端部３３０Ａにおける着霜量を抑制することができる。
【００４６】
図６に示されるように、第２変形例に係るフィン３００Ｂは、図１に示されるフィン３００に比べて、連結部３２０に替えて連結部３２０Ａを備える。連結部３２０Ａは、空気流路の上流側において、チューブ２００に沿ってＺ軸方向に伸びる延伸部３７０を有する。延伸部３７０は、Ｚ軸方向において隣接する空気流路に突出しないように設けられている。すなわち、延伸部３７０のＺ軸方向の高さは、チューブ２００のＺ軸方向の厚みを超えない。本変形例では、延伸部３７０を含む連結部３２０Ａの端部が第２端部３４０Ａに相当する。第２端部３４０Ａは、第１端部３３０よりも空気流路の上流側に突出している。
【００４７】
本変形例によれば、隣接する空気流路における空気の流れへの影響を与えずに第２端部３４０Ａを延伸することができ、着霜する部分を空気流路外に広げることができるので、着霜による空気流路の閉塞を抑制することができる。
【００４８】
以上説明した変形例に示されるとおり、フィン３００，３００Ａ，３００Ｂにおいて第１端部及び第２端部の形状は特に限定されず、第２端部が第１端部よりも空気流路の上流側に突出していればよい。
【００４９】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０：熱交換器
２００：チューブ
３００，３００Ａ，３００Ｂ：フィン
３１０，３１０Ａ：接合部
３２０，３２０Ａ：連結部
３３０，３３０Ａ：第１端部
３４０，３４０Ａ：第２端部
３５０：着霜抑制部
３６０：折曲部
３７０：延伸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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