(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平形状の長軸の向きが気流の流通方向を向き、該扁平形状の短軸の方向に間隔を空けて複数配置された扁平管と、
所定の間隔で複数配置されその間を気流が流通する板状形状を有し、前記複数の扁平管をそれぞれ挿入するための切り欠きが形成され、該切り欠きに前記扁平管の気流上流側が挿入され、前記複数の扁平管と接合された第１の板状フィンと、
所定の間隔で複数配置されその間を気流が流通する板状形状を有し、前記複数の扁平管をそれぞれ挿入するための切り欠きが形成され、該切り欠きに前記扁平管の気流下流側が挿入され、前記複数の扁平管と接合された第２の板状フィンと、
を備え、
前記第２の板状フィンの配置間隔を、前記第１の板状フィンの配置間隔より短くした
ことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
圧縮機、凝縮器、膨張手段、および蒸発器を順次配管で接続し冷媒を循環させる冷媒回路を備え、
前記凝縮器および前記蒸発器の少なくとも一方として、請求項１に記載の熱交換器を用い、
前記熱交換器は、前記複数の扁平管の配列方向が重力方向を向くように設置された
ことを特徴とするヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、およびこの熱交換器を用いたヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、扁平管の平面部を水平に配置し、平面部と平面部との間にフィンを配置したフィンチューブ型熱交換器が広く普及している。このようなフィンチューブ型熱交換器において、通過する空気に含まれる水分が凝縮した凝縮水の排水性を向上するため、コルゲートフィン端部を風下側へ突出させ、この突出部に切り欠きを設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、凝縮水の排水性を向上させるために、コルゲートフィンを平面部と平面部との間からはみ出させ、そのはみ出し部分を介して結露水が下方へ流れる熱交換器が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、凝縮水の排水性を向上するために、「互いに狭小の間隙を存して並設される複数枚のフィン１…と、これらフィンに互いに平行に、かつ貫通して設けられ、それぞれ断面偏平状である複数本の熱交換パイプ２…と、これら熱交換パイプの上記フィンから突出する両側端部にそれぞれ連結される第１のヘッダパイプ３Ａおよび第２のヘッダパイプ３Ｂとからなり、上記フィンは、アルミニューム・ブレージングシートからなり、熱交換パイプの貫通部間に、互いに平行に、かつ細長い矩形状の多数の打ち抜き孔１１および、これら打ち抜き孔相互間に形成される細線フィン１２を具備した」熱交換器が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実公昭６３−６６３２号公報（第３頁、第３図）
【特許文献２】特開２００８−１０１８４７号公報（第６頁、第１図）
【特許文献３】特開平６−３０７７８５号公報（要約）
【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に記載の技術では、結露した水滴（凝縮水）が空気流の下流側に集まり、切り欠きから下方へ落下する。しかしながら、凝縮水が切り欠きから落下するのは、凝縮水が自重で落下できる程度の大きさまで成長したときであって、しばらく凝縮水が熱交換器に滞留することがあり、その結露水が通風抵抗となって熱交換性能を低下させる課題があった。
【０００７】
上記特許文献２に記載の技術では、排水性を向上させるために、フィンを平面部と平面部との間からはみ出させ、そのはみ出し部分を介して結露水が下方へ流れるようにしている。しかしながら、熱交換器の小型化がさらに進む状況下において、熱交換器の小型化は、凝縮水に対する熱交換器の排水性を低下させる可能性が高く、さらなる排水性の向上が求められている。
【０００８】
上記特許文献３に記載の技術では、打ち抜き孔がないフィン部分により凝縮水の排水性を向上させている。しかしながら、打ち抜き孔を有したフィンの剛性が弱い場合、熱交パイプとフィンの間にクリアランスが生じてしまい、ロウ付け接合する時に不良がでるという課題があった。
【０００９】
さらに、フィンチューブ型熱交換器に着霜が生じる環境下で使用する場合（例えば、外気温が約２度以下となり、冷媒の蒸発温度がゼロ度以下の環境下で室外熱交換器として使用する場合）、空気中の絶対湿度量が多い風上側のフィンおよび扁平管に着霜が生じ易く、通風抵抗が増大し、風量が低下して熱交換性能が低下する課題があった。
また、霜を溶かす除霜運転においても、フィン上に凝縮水が滞留して、滞留した凝縮水が基点となり霜が生じ易くなる課題があった。
【００１０】
コルゲートフィンが扁平管にロウ付け接合されるフィンチューブ型熱交換器では、ロウ付けによってコルゲートフィンが焼きなまされることにより、コルゲートフィンの耐力が大幅に低下して、フィン座屈強度が低下し、フィンが倒れ易くなることがあった。フィン倒れが生じると、空気の通風抵抗が増大して風量が低下して熱交換性能が低下する課題があった。
【００１１】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、凝縮水の排水性を向上することができる熱交換器およびこれを用いたヒートポンプ装置を得るものである。
また、伝熱性能を向上することができる熱交換器およびこれを用いたヒートポンプ装置を得るものである。
また、フィンの剛性の低減を抑制することができる熱交換器およびこれを用いたヒートポンプ装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る熱交換器は、扁平形状の長軸の向きが気流の流通方向を向き、該扁平形状の短軸の方向に間隔を空けて複数配置された扁平管と、所定の間隔で複数配置されその間を気流が流通する板状形状を有し、前記複数の扁平管をそれぞれ挿入するための切り欠きが形成され、該切り欠きに前記扁平管の気流上流側が挿入され、前記複数の扁平管と接合された第１の板状フィンと、所定の間隔で複数配置されその間を気流が流通する板状形状を有し、前記複数の扁平管をそれぞれ挿入するための切り欠きが形成され、該切り欠きに前記扁平管の気流下流側が挿入され、前記複数の扁平管と接合された第２の板状フィンと、を備え、前記第２の板状フィンの配置間隔を、前記第１の板状フィンの配置間隔より短くしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、切り欠きが形成された第１の板状フィンに扁平管の気流上流側を挿入して接合し、切り欠きが形成された第２の板状フィンに扁平管の気流下流側を挿入して接合したので、第１および第２の板状フィンの切り欠きがない側の両側を凝縮水の排水経路とすることができ、凝縮水の排水性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の組立を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構成図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の凝縮水の排水挙動を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る熱交換器の構成図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る熱交換器の構成図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る熱交換器の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器の構成図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器の斜視図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器の組立を説明する図である。なお、図１〜図３においては、熱交換器の要部を模式的に示している。
図１〜図３に示すように、実施の形態１に係るフィンチューブ型の熱交換器は、板状フィン１、板状フィン２、扁平管３とを備えている。このフィンチューブ型の熱交換器は、例えば、空気調和機等のヒートポンプ装置に搭載され、熱交換器を通過する空気と扁平管３内を流通する冷媒とを熱交換するものである。
【００１６】
扁平管３は、例えばアルミニウムにより形成され、断面外形が扁平形状または楔型形状の伝熱管である。扁平管３は、扁平形状の長軸の向きが気流の流通方向（紙面左右方向）を向き、扁平形状の短軸の方向（紙面上下方向）に間隔を空けて複数配置されている。この扁平管３の両端部にはヘッダがそれぞれ接続され、複数の扁平管３に冷媒がそれぞれ分配される。なお、扁平管３内には隔壁によって区分された複数の冷媒流路が形成されている。
【００１７】
板状フィン１および板状フィン２は、例えばアルミニウムにより形成され、板状形状を有している。板状フィン１および板状フィン２は、所定の間隔で複数配置されその間を気流が流通する。
また、板状フィン１には、複数の扁平管３をそれぞれ挿入するための切り欠き１ａが形成され、この切り欠き１ａに扁平管３の気流上流側が挿入されて複数の扁平管３と接合されている。
また、板状フィン２には、複数の扁平管３をそれぞれ挿入するための切り欠き２ａが形成され、この切り欠き２ａに扁平管３の気流下流側が挿入されて複数の扁平管３と接合されている。
【００１８】
なお、板状フィン１は、本発明における「第１の板状フィン」に相当し、板状フィン２は、本発明における「第２の板状フィン」に相当する。
【００１９】
本実施の形態１において、板状フィン１に形成された切り欠き１ａの長さＬｐ１と、板状フィン２に形成された切り欠きの長さＬｐ２を加えた長さが、扁平管３の長軸の長さと等しくなるように形成されている。例えば、長さＬｐ１とＬｐ２を共に、扁平管３の長軸の長さ半分の長さに設定する。
また、板状フィン１と板状フィン２の配置方向のピッチＦｐを同じとし、板状フィン１の切り欠き１ａ側の端面と、板状フィン２の切り欠き２ａ側の端面とを当接するように配置されている。
例えば、この実施の形態１において、板状フィン１および２の配置方向のピッチＦｐはＦｐ＝０．００１６ｍであり、フィン厚みＦｔはＦｔ＝０．０００１ｍ、空気の流れ通過方向のフィン幅Ｆｄは０．０１８ｍ、熱交換器の段方向に隣接する扁平管３の中心の距離ＤｐはＤｐ＝０．０１５ｍである。なお、これらの値は具体例であって、異なった値であっても問題ない。
【００２０】
ここで、本実施の形態におけるフィンチューブ型の熱交換器の組み立て工程について説明する。
例えば金型プレス機で板状フィン１および２を成型するフィン抜き工程を実施する。その後、各扁平管３を、板状フィン１の切り欠き１ａおよび板状フィン２の切り欠き２ａに挿入し、板状フィン１および２と、扁平管３とを密着させる。
扁平管３の断面形状は扁平形状または楔形形状としているので、扁平管３に板状フィン１および２とが隙間なく挿入され、板状フィン１および２と扁平管３との密着が良好となる。
【００２１】
次に、板状フィン１および２に、扁平管３をロウ付け接合する。
ロウ材は扁平管３の幅より短い棒状のものを扁平管３の端部に１本、あるいは２本配置する。その後、ノコロック連続炉に投入し加熱接合を実施し、さらに板状フィン１および２の表面に親水処理コーティング材を塗布して完成する。もしくは、ロウ材を扁平管３に事前に塗布して、ロウ付け接合することも可能である。ロウ材を扁平管３に事前に塗布することにより、棒状のロウ材を扁平管３の上に配置する作業時間が短くなり生産効率が向上する。なお、予めロウ材を板状フィン１および２の両側または片側にクラッドされたクラッドフィンを用いてもよい。
【００２２】
次に、上記のような熱交換器を有するヒートポンプ装置の一例を説明する。
【００２３】
図４は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構成図である。
図４に示すように、ヒートポンプ装置としての空気調和機は、圧縮機１０と、四方弁１１と、室外機に搭載された室外側熱交換器１２と、膨張手段である膨張弁１３と、室内機に搭載された室内側熱交換器１４とが順次冷媒配管で接続され、冷媒を循環させる冷媒回路を備えている。
四方弁１１は、冷媒回路内の冷媒の流れる方向を切り替えることで、暖房運転、冷房運転の切り替えを行う。なお、冷房専用または暖房専用の空気調和機とする場合には四方弁１１を省略しても良い。
室外側熱交換器１２は、上述したフィンチューブ型の熱交換器に相当するものであり、冷房運転時には、冷媒の熱により空気等を加熱する凝縮器として機能し、暖房運転時には、冷媒を蒸発させその際の気化熱により空気等を冷却する蒸発器として機能する。
室内側熱交換器１４は、上述したフィンチューブ型の熱交換器に相当するものであり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能する。
圧縮機１０は、蒸発器から排出された冷媒を圧縮し、高温にして凝縮器に供給する。
膨張弁１３は、凝縮器から排出された冷媒を膨張させ、低温にして蒸発器に供給する。
【００２４】
次に、熱交換器に発生した凝縮水の排水挙動について説明する。
図５は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器の凝縮水の排水挙動を説明する図である。
図５に示すように、熱交換器は、複数の扁平管３の配列方向（段方向）が重力方向を向くように、例えば空気調和機等のヒートポンプ装置に搭載される。
熱交換器が、当該熱交換器を流通する空気と扁平管３内を流通する冷媒とが熱交換を行う場合、板状フィン１および２、並びに扁平管３の表面には、空気中に含まれる水蒸気が結露し、水滴（凝縮水）が発生する。
本実施の形態における熱交換器は、板状フィン１の気流上流側（切り欠き１ａが無い側）が、凝縮水が流通する排水部１ｂとして機能し、板状フィン２の気流下流側（切り欠き２ａが無い側）が、凝縮水が流通する排水部２ｂとして機能する。
【００２５】
以上のように本実施の形態においては、切り欠き１ａが形成された板状フィン１に扁平管３の気流上流側を挿入して接合し、切り欠き２ａが形成された板状フィン２に扁平管３の気流下流側を挿入して接合した。このため、板状フィン１および２の切り欠きがない側の両側を凝縮水の排水経路とすることができ、例えば扁平管の間にコルゲートフィンを設ける場合や板状フィンを扁平管の片側のみに設ける場合と比較して、凝縮水の排水性を向上することができる。
【００２６】
また本実施の形態においては、切り欠きの長さＬｐ１とＬｐ２とを加えた長さが、扁平管３の長軸の長さと等しくなるようにし、板状フィン１の端面と板状フィン２の端面とを当接させている。このため、扁平管３の全周に亘って、板状フィン１および２がロウ付け接合され、扁平管３の全周から熱が板上フィンに伝達される。よって、伝熱性能を向上することができる。例えば扁平管の間にコルゲートフィンを設ける場合には、コルゲートフィンのロウ付け接合箇所は扁平管の側面部のみであり、板状フィンを扁平管の片側のみに設ける場合には、板状フィンのロウ付け接合箇所は扁平管の側面部と片側の曲面部のみであり、これらと比較して、伝熱性能を向上することができる。
【００２７】
また本実施の形態においては、板状フィンを扁平管の片側のみに設ける場合と比較して、１つの板状フィンに形成する切り欠きの長さＬｐを短くすることができ、板状フィンの剛性の低減を抑制することができる。これにより、板状フィン１、２の切り欠き１ａ、２ａに、扁平管３を挿入する工程で、板状フィン１、２に乱れなく、扁平管３を挿入することができ、ロウ付け不良なく接合できる。例えばフィンの剛性が弱いと、板状フィンの切り欠き部に扁平管を挿入する工程でフィンに乱れが生じ、フィンカラーと扁平管間のクリアランスが大きくなり、ロウ付け不良が生じる。
また、熱交換器の伝熱性能を向上させるため、扁平管３の中心の距離Ｄｐを小さくして扁平管３を高密度実装する場合においても、例えば板状フィンを扁平管の片側のみに設ける場合と比較して、切り欠きの長さＬｐを短くすることができフィン剛性を確保することが可能となる。
【００２８】
また本実施の形態においては、扁平管３の気流上流側と下流側の両側（扁平形状の曲面部の両側）に、凝縮水の排水経路となる板状フィン１、２が設けられているので、扁平管３を複数列配置する場合に列間に無駄な隙間が無くコンパクトに設置できる。例えば扁平管３の端部に接続されるヘッダの耐圧を確保するために、ヘッダの肉厚を大きくした場合、扁平管３の列間に隙間が生じるが、この場合においても、扁平管３の両側板状フィン１、２が設けられているので、列間に無駄な隙間が無くコンパクトに設置でき、複数列のヘッダ設計が容易である。
【００２９】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器の構成図である。
図６に示すように、本実施の形態２においては、気流の流通方向において、板状フィン１と板状フィン２とが重ならないように配置している。例えば、板状フィン１のピッチＦｐの半分の位置に、板状フィン２を設置している。
なお、その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。
【００３０】
本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また本実施の形態においては、板状フィン１と板状フィン２とが重ならないように配置しているので、板状フィン２の先端の前縁効果で伝熱性能をさらに向上させることができる。
【００３１】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器の構成図である。
図７に示すように、本実施の形態３においては、板状フィン２の配置方向のピッチＦｐ２（配置間隔）を、板状フィン１の配置方向のピッチＦｐ１より短くしている。例えば、板状フィン２のピッチＦｐ２を、板状フィン１のピッチＦｐ１の半分としている。また、板状フィン２を一つ置きに板状フィン１の端面と当接するように配置している。
なお、その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。
【００３２】
本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また本実施の形態においては、気流の上流に位置する板状フィン１のピッチＦｐ１がＦｐ２より大きいので、空気中の絶対湿度量が多い風上側の板状フィン１への着霜が多くなる場合であっても、通風抵抗の増加を抑制することができ、熱交換性能の低下を抑制し、着霜耐力を向上することができる。
【００３３】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係る熱交換器の構成図である。
図８に示すように、本実施の形態４においては、板状フィン１に形成された切り欠き１ａの長さＬｐ１と、板状フィン２に形成された切り欠き２ａの長さＬｐ２を加えた長さが、扁平管３の長軸の長さより長くなるように形成されている。例えば、長さＬｐ１とＬｐ２を共に、扁平管３の長軸の長さの半分より長く、扁平管３の長軸の長さより短い長さに設定する。
また、板状フィン１と板状フィン２の配置方向のピッチＦｐを同じとし、配置方向において、板状フィン１の一部と板状フィン２の一部とが重なるように配置している。
さらに、気流の流通方向において、板状フィン１と板状フィン２とが重ならないように、板状フィン１のピッチＦｐの半分の位置に、板状フィン２を設置している。
なお、その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。
【００３４】
本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、板状フィン１と板状フィン２との端部を当接させる場合、製造時に板状フィン１と板状フィン２との当接面に隙間が出来る可能性があり、この隙間を少なく製造する必要が生じるが、本実施の形態においては、板状フィン１の一部と板状フィン２の一部とが重なるようにオーバーラップさせるので、板状フィン１と板状フィン２との間の当接面の隙間を管理する必要がなく、製造性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の活用例として、熱交換性能を向上し、性能を向上することが必要なヒートポンプ装置の熱交換器に使用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  板状フィン、１ａ  切り欠き、１ｂ  排水部、２  板状フィン、２ａ  切り欠き、２ｂ  排水部、３  扁平管、１０  圧縮機、１１  四方弁、１２  室外側熱交換器、１３  膨張弁、１４  室内側熱交換器。
【図１】
0005627632.tif 000002
【図２】
0005627632.tif 000003
【図３】
0005627632.tif 000004
【図４】
0005627632.tif 000005
【図５】
0005627632.tif 000006
【図６】
0005627632.tif 000007
【図７】
0005627632.tif 000008
【図８】
0005627632.tif 000009