(57)【要約】  ヘッダの上面に霜の融解水が到達することを抑制し、熱交換性能及び信頼性が向上した熱交換器、熱交換器ユニット、及び冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。この発明は、並列に配置された複数の伝熱管と、複数の伝熱管の少なくとも１つの伝熱管に接続されたフィンと、複数の伝熱管の一方の端部に接続され、複数の伝熱管の並列する方向に沿った面であるヘッダ端面を有するヘッダと、を備える。フィンは、ヘッダ側の端縁を含む第１の部分と、第１の部分を除く第２の部分とを有し、複数の伝熱管の管軸に対し直交方向であって複数の伝熱管の並列する方向に対し交差する第１方向に向かって延設され、第１方向における第１の部分の先端部は、第１方向においてヘッダ端面よりもはみ出して位置しており、第１方向における第２の部分の先端部は、第１方向においてヘッダ端面よりも複数の伝熱管側に位置する。
2020012577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に配置された複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管の少なくとも１つの伝熱管に接続されたフィンと、
前記複数の伝熱管の一方の端部に接続され、前記複数の伝熱管の並列する方向に沿った面であるヘッダ端面を有するヘッダと、を備え、
前記フィンは、
前記ヘッダ側の端縁を含む第１の部分と、前記第１の部分を除く第２の部分とを有し、前記複数の伝熱管の管軸に対し直交方向であって前記複数の伝熱管の並列する方向に対し交差する第１方向に向かって延設され、
前記第１方向における前記第１の部分の先端部は、
前記第１方向において前記ヘッダ端面よりもはみ出して位置しており、
前記第１方向における前記第２の部分の先端部は、
前記第１方向において前記ヘッダ端面よりも前記複数の伝熱管側に位置する、熱交換器。
【請求項２】
前記複数の伝熱管のそれぞれの他方の端部側に位置する前記フィンの先端は、
前記ヘッダ端面よりも前記伝熱管側に位置し、
前記フィンの先端端縁は、
前記ヘッダ側に向かって前記第１方向に傾斜している、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記フィンは、
表面に導水形状が形成されている、請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記導水形状は、
前記第１方向に向かって前記ヘッダ側に傾斜している、請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記ヘッダ側の前記端縁は、
先端が前記複数の伝熱管側の端よりも前記ヘッダ側に位置する、請求項１〜４の何れか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記複数の伝熱管は、
扁平管であり、断面形状の長軸が前記第１方向に沿って配置される、請求項１〜５の何れか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記フィンは、
前記複数の伝熱管に接続された板状部材である、請求項１〜６の何れか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記フィンは、
前記複数の伝熱管の間に設けられたコルゲートフィンである、請求項１〜７の何れか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記コルゲートフィンは、
前記第１方向に向かって前記ヘッダ側に傾斜している、請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか１項に記載の熱交換器を備える、熱交換器ユニット。
【請求項１１】
前記熱交換器に空気を送る送風ファンを更に備え、
前記熱交換器は、
前記フィンが延設されている側を風上側に向けて設置される、請求項１０に記載の熱交換器ユニット。
【請求項１２】
前記熱交換器に空気を送る送風ファンを更に備え、
前記熱交換器は、
前記フィンが延設されている側を風下側に向けて設置される、請求項１１に記載の熱交換器ユニット。
【請求項１３】
前記熱交換器は、
前記複数の伝熱管の他方の端部よりも下方に前記ヘッダを位置させて設置される、請求項１０〜１２の何れか１項に記載の熱交換器ユニット。
【請求項１４】
請求項１０〜１３の何れか１項に記載の熱交換器ユニットを備える、冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、熱交換器を備えた熱交換器ユニット、及び冷凍サイクル装置に関し、特に伝熱管に取り付けられたフィンの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器において熱交換性能を向上させるために、断面が扁平多穴形状の伝熱管である扁平管を備えた熱交換器が知られている。扁平管の管軸を重力方向と一致させ複数並列配置した熱交換器は、扁平管の重力方向の下端部に被熱交換流体を分配又は集合させるヘッダを有する。このような熱交換器においては、扁平管又はフィンの表面に生じた霜の融解水が扁平管又はフィンに沿って重力方向に排出される。そのため、ヘッダの上面、特にヘッダと扁平管との接続部、及びヘッダの上面とフィンとの間に水が滞留しやすい。そこで、霜の融解水をヘッダの上面から排出し易くするために、ヘッダの上面を重力方向に傾斜させた熱交換器が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１８９９９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に示されている従来の熱交換器では、扁平管とヘッダとの接続部に存在する水や、フィンとヘッダとの間の空間に存在する水は、表面張力により滞留しやすい状態になっている。特に熱交換器が低温空気に晒される条件下においては、ヘッダの上面に滞留した水は凍結するため、熱交換器の上方から排水されてヘッダの上面に到達した水の排出が阻害され、凍結部の更なる拡大を招くという課題があった。凍結部の拡大により、熱交換器は、熱交換性能の低下、及び扁平管、フィン、又はヘッダタンクの破損により信頼性が低下するという課題があった。【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、ヘッダの上面に霜の融解水が到達することを抑制し、熱交換性能及び信頼性が向上した熱交換器、熱交換器ユニット、及び冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る熱交換器は、並列に配置された複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管の少なくとも１つの伝熱管に接続されたフィンと、前記複数の伝熱管の一方の端部に接続され、前記複数の伝熱管の並列する方向に沿った面であるヘッダ端面を有するヘッダと、を備え、前記フィンは、前記ヘッダ側の端縁を含む第１の部分と、前記第１の部分を除く第２の部分とを有し、前記複数の伝熱管の管軸に対し直交方向であって前記複数の伝熱管の並列する方向に対し交差する第１方向に向かって延設され、前記第１方向における前記第１の部分の先端部は、前記第１方向において前記ヘッダ端面よりもはみ出して位置しており、前記第１方向における前記第２の部分の先端部は、前記第１方向において前記ヘッダ端面よりも前記複数の伝熱管側に位置する。【０００７】
本発明に係る熱交換器ユニットは、上記熱交換器を備える。【０００８】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記熱交換器ユニットを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ヘッダの上面への水が流下する量を抑制し、凍結部の拡大を抑制することにより熱交換器の熱交換性能向上と信頼性向上との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１による熱交換器を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る熱交換器が適用された冷凍サイクル装置の説明図である。
【図３】図１の熱交換器の熱交換部の断面構造を示す説明図である。
【図４】図１の熱交換器の側面図である。
【図５】実施の形態１に係る熱交換器の比較例としての熱交換器を示す側面図である。
【図６】実施の形態１に係る熱交換器の変形例を示す側面図である。
【図７】実施の形態１に係る熱交換器の変形例を示す側面図である。
【図８】実施の形態１に係る熱交換器の変形例を示す側面図である。
【図９】実施の形態１に係る熱交換器の変形例を示す側面図である。
【図１０】実施の形態２に係る熱交換器の側面図である。
【図１１】実施の形態３に係る熱交換器の側面図である。
【図１２】実施の形態３に係る熱交換器の変形例である熱交換器の側面図である。
【図１３】実施の形態４に係る熱交換器の側面図である。
【図１４】実施の形態４に係る熱交換器の下端ヘッダ周辺の斜視図である。
【図１５】実施の形態４に係る熱交換器の変形例の熱交換器の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、熱交換器及び熱交換器ユニットの実施の形態について説明する。なお、図面の形態は一例であり、本発明を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による熱交換器１００を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係る熱交換器１００が適用された冷凍サイクル装置１の説明図である。図１に示された熱交換器１００は、空気調和装置又は冷蔵庫等の冷凍サイクル装置１に搭載されるものである。冷凍サイクル装置１は、圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器５、膨張装置６、及び室内熱交換器７を冷媒配管９０により接続し、冷媒回路を構成したものである。例えば冷凍サイクル装置１が空気調和装置である場合には、冷媒配管９０内には冷媒が流通し、四方弁４により冷媒の流れを切り換えることにより、暖房運転、冷凍運転、又は除霜運転に切り換えることができる。
【００１３】
室外機８に搭載された室外熱交換器５及び室内機９に搭載された室内熱交換器７は、近傍に送風ファン２を備える。室外機８において送風ファン２は、室外熱交換器５に外気を送り込み、外気と冷媒との間で熱交換を行う。また、室内機９において送風ファン２は、室内熱交換器７に室内の空気を送り込み、室内の空気と冷媒との間で熱交換を行い、室内の空気の温度を調和する。また、熱交換器１００は、冷凍サイクル装置１において室外機８に搭載された室外熱交換器５及び室内機９に搭載された室内熱交換器７として用いることができ、凝縮器又は蒸発器として機能する。なお、熱交換器１００が搭載された室外機８及び室内機９等の機器を、特に熱交換器ユニットと呼ぶ。
【００１４】
図１に示される熱交換器１００は、熱交換部１０と、熱交換部１０の一方の端部に配置されている下端ヘッダ５０と、熱交換部１０の他方の端部に配置されている上端ヘッダ６０とを備える。下端ヘッダ５０及び上端ヘッダ６０は、図２に示される冷凍サイクル装置１を構成する各機器を接続する冷媒配管９０に接続される。例えば、上端ヘッダ６０に冷媒が流入し、上端ヘッダ６０から熱交換部１０を構成する各伝熱管２１に冷媒が分配され、各伝熱管２１を経た冷媒が再び下端ヘッダ５０にて集合され、冷媒配管９０に流出する。
【００１５】
図３は、図１の熱交換器１００の熱交換部１０の断面構造を示す説明図である。図４は、図１の熱交換器１００の側面図である。なお、図３は、図１のｙ方向の中間部に位置する断面Ａにおける構造を上から見た図を示している。なお、各図に示されるｘ、ｙ、ｚの各方向は、各図において共通の方向を示している。熱交換部１０は、管軸をｙ方向に向けた複数の伝熱管２１をｚ方向に並列に並べて構成されている。実施の形態１において、伝熱管２１は、特に扁平管により構成されている。伝熱管２１の管軸に垂直な断面形状の長手方向を長軸と呼び、長軸に直交する方向を短軸と呼び、伝熱管２１は、長軸がｘ方向に向けられている。熱交換器１００は、扁平管により構成された伝熱管２１の長軸を平行にして複数並列に並べて構成される熱交換器である。そして、伝熱管２１の一端には下端ヘッダ５０が接続され、他端には上端ヘッダ６０が接続されている。下端ヘッダ５０と上端ヘッダ６０とは平行に配置されており、冷凍サイクル装置１を構成する室外機８のような熱交換器ユニットに搭載される際には、熱交換器１００は、上端ヘッダ６０が下端ヘッダ５０の上方に位置するように配置される。図３に示される点線は、下端ヘッダ５０の外形を示しており、下端ヘッダ５０は、ヘッダ端面５１を第１方向Ｄに向けて配置されている。実施の形態１においては、熱交換器１００は、伝熱管２１の管軸を重力方向に沿うように配置されている。しかし、伝熱管２１の管軸は、重力方向に沿った形態だけに限定されるものではなく、下端ヘッダ５０が上端ヘッダ６０の下方に位置していれば良い。例えば、熱交換器ユニットにおいて、熱交換器１００を伝熱管２１の管軸が重力方向に対して斜めになるように配置してもよい。
【００１６】
伝熱管２１は、管軸に垂直な断面形状が長軸及び短軸を持つ扁平形状で、内部に冷媒が流通する冷媒流路２２が複数設けられている。複数の冷媒流路２２は、伝熱管２１の長軸の一方の端部２３から他方の端部２４に向かって並べられている。また、伝熱管２１は、熱伝導性を持つ金属材料で構成されている。伝熱管２１を構成する材料としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、又は銅合金が用いられている。伝熱管２１は、加熱した材料をダイスの穴から押し出して図３に示される断面を成形する押し出し加工によって製造される。なお、伝熱管２１は、ダイスの穴から材料を引き抜いて図３に示される断面を成形する引き抜き加工によって製造されてもよい。伝熱管２１の製造方法は、伝熱管２１の断面形状に応じ適宜選択することができる。
【００１７】
伝熱管２１にはフィン３０及びフィン４０が接続されている。フィン３０は、扁平管である伝熱管２１の長軸の一方の端部２３から、ｘ方向に延設されている。つまり、伝熱管２１の管軸に対し直交する方向であり伝熱管２１の並列方向に対し交差する方向に向かって延設されている。ここで、フィン３０が伝熱管２１の端部２３から延設されている方向を第１方向Ｄと呼ぶ。実施の形態１においては、フィン３０は、扁平管である伝熱管２１の断面形状の長軸に沿って延設されている。フィン４０は、扁平管である伝熱管２１の他方の端部２４から、フィン３０と反対方向に向かって延設されている。なお、フィン３０及びフィン４０が延設される方向は、図３に示されるｘ方向のみに限定されるものでは無く、ｘ方向に対し傾斜していても良い。つまり、伝熱管２１の断面形状の長軸に対して傾斜する方向に傾斜して延設されていても良い。
【００１８】
図３に示される様に、フィン３０及びフィン４０は、一体の板状部材８０を折り曲げて形成されていても良い。実施の形態１において、板状部材８０は、伝熱管２１の断面形状に沿った形状に形成され、伝熱管２１がその形状に嵌るように構成されている。さらに、板状部材８０は、伝熱管２１が嵌る凹形状の端部からｘ方向にフィン３０及びフィン４０が延びるように形成されている。熱交換部１０は、断面形状の板状部材８０を伝熱管２１に取り付け、ロウ付け等の接合手段により接合して形成される。なお、板状部材８０の形状は、図３に示されるような形状のみに限定されず、例えば単純な平板形状であっても良い。
【００１９】
また、実施の形態１においては、伝熱管２１とフィン３０、４０（板状部材８０）とにより伝熱管ユニット２０が構成されている。図３に示される様に、複数の伝熱管ユニット２０がｚ方向に沿って間隔を空けて配置されている。隣合う伝熱管ユニット２０同士は、下端ヘッダ５０及び上端ヘッダ６０のみで接続されている。つまり、熱交換部１０は、下端ヘッダ５０の上面５３から上端ヘッダ６０の下面６３までの間において伝熱管ユニット２０同士を接続する部材を有さない。なお、伝熱管ユニット２０は、伝熱管２１とフィン３０で構成されていてもよい。つまり、伝熱管ユニット２０は、フィン４０が設けられていなくともよい。また、熱交換部１０における全ての伝熱管２１にフィン３０、４０が設けられていなくともよい。即ち、熱交換部１０は、少なくとも１つの伝熱管ユニット２０を有していればよい。
【００２０】
図４に示される様に、フィン３０は、下端ヘッダ５０の一方のヘッダ端面５１よりもｘ方向に先端がはみ出して位置している。実施の形態１において、ヘッダ端面５１は、下端ヘッダ５０のｘ方向を向いた端面であり、複数の伝熱管２１が並列するｚ方向に沿った端面である。フィン３０は、フィン３０の下端ヘッダ５０側の端縁３４を含むフィン３０の一部である第１の部分の先端部が、ヘッダ端面５１よりもｘ方向にはみ出ている状態になっている。特に、第１方向においてフィン３０の先端に位置する先端端縁３２は、下端ヘッダ５０側に位置する先端３１が下端ヘッダ５０の一方のヘッダ端面５１よりもｘ方向にはみ出して位置しており、上端ヘッダ６０側に位置する先端３３が下端ヘッダ５０の一方のヘッダ端面５１よりも伝熱管２１側に位置している。従って、フィン３０の先端３１の下方にはヘッダ５０が存在していない状態である。また、先端端縁３２は、上端ヘッダ６０側の先端３３から下端ヘッダ５０側の先端３１に向かって伝熱管２１の管軸に対し傾斜した直線で構成されている。つまり、先端端縁３２は、重力方向に対して傾斜している。図４に示される矢印ｇは、重力方向を意味している。
【００２１】
なお、実施の形態１に係る熱交換器１００は、フィン３０の先端端縁３２側が風上に向けられて配置されている。熱交換器１００には、図１、図３、及び図４に示される様に矢印Ｃの方向から空気が流れ込む。つまり、冷凍サイクル装置１において、例えば室外熱交換器５として熱交換器１００が設置された場合、外気が熱交換器１００のフィン３０側から複数の伝熱管ユニット２０により形成される隙間を通過するように、送風ファン２が動作する。
【００２２】
＜実施の形態１の効果＞
実施の形態１に係る熱交換器１００の効果について説明する。なお、実施の形態１に係る熱交換器１００における排水促進作用の理解を容易とするため、以下では、熱交換器１００が低温外気条件で蒸発器として運転する時の動作について説明する。その後、比較例の熱交換器１１００の構成について説明し、実施の形態１に係る熱交換器１００の排水促進作用を説明する。
【００２３】
なお、比較例を示す際、比較例の構成には、当該構成と対応する実施の形態１の構成の符号に「１０００」を加えた符号を付すものとする。例えば、比較例の熱交換器は、熱交換器１１００のように表示する。なお、比較例の熱交換器１１００において、実施の形態１に係る熱交換器１００と構成が共通するものは、共通の符号を付して説明する。
【００２４】
冷凍サイクル装置１を運転させたとき、熱交換器１００が蒸発器として動作する場合、伝熱管２１の冷媒流路２２には低温の冷媒が流通する。冷媒の温度が０℃以下の場合、熱交換器１００に送られた空気中の水分は、伝熱管ユニット２０の表面で霜となり付着する。このとき、冷凍サイクル装置１は、一般的に通常運転の後に除霜運転を行い伝熱管ユニット２０の表面に付着した霜を取り除く。除霜運転は、冷媒流路２２に高温の冷媒を流通させ、伝熱管ユニット２０に付着した霜を融解させる運転である。これにより、伝熱管ユニット２０の表面には霜の融解水が生じる。
【００２５】
図５は、実施の形態１に係る熱交換器１００の比較例としての熱交換器１１００を示す側面図である。比較例としての熱交換器１１００は、実施の形態１に係る熱交換器１００と異なり、フィン１０３０の先端端縁１０３２が、ｘ方向において下端ヘッダ５０のヘッダ端面５１よりも伝熱管２１側に位置する。一般的に、熱交換器においては、空気と伝熱管２１の内部を流通する冷媒との温度差が大きい風上側での着霜量が多い。実施の形態１に係る熱交換器１００のフィン３０と同様に、比較例の熱交換器１１００は、風上側に向かってフィン１０３０が延設されている。従って、フィン１０３０には着霜が多く発生し、比較例の熱交換器１１００においては、霜の融解水が重力を受けて下方に排水されると、その全量が下端ヘッダ５０の上面５３に到達し、その一部は伝熱管２１及びフィン１０３０の近傍で滞留する。特に、伝熱管２１と下端ヘッダ５０の上面との境界部及びフィン１０３０と下端ヘッダ５０の上面との隙間において、融解水の表面張力により融解水が滞留したままとなる。下端ヘッダ５０の上面に滞留した融解水は、低温外気条件下で凍結するため、その凍結した融解水を起点にして凍結部分が拡大する。そのため、比較例の熱交換器１１００は、フィン１０３０同士の隙間及び伝熱管２１同士の隙間が閉塞し、熱交換性能の低下及び伝熱管２１、フィン１０３０、及び下端ヘッダ５０が破損し、信頼性が低下する。
【００２６】
一方、実施の形態１に係る熱交換器１００は、着霜が集中する風上側において、フィン３０の下端ヘッダ５０側の先端３１が、下端ヘッダ５０のヘッダ端面５１よりも風上側に位置している。換言すると、フィン３０のヘッダ側の端縁３４を含む部分の先端部が、ｘ方向において、ヘッダ端面５１よりもはみ出している。フィン３０のヘッダ側の端縁３４を含む一部分を特に第１の部分と呼ぶ。第１の部分の先端部が、ヘッダ端面５１よりもｘ方向にはみ出しているため、図４に示される様に、融解水のうち大部分は、下端ヘッダ５０に到達せず熱交換器１００の外に排出される。特に、熱交換器１００において、着霜は風上側に位置するフィン３０に集中して発生する。よって、フィン３０の下端ヘッダ５０側の先端３１が下端ヘッダ５０のヘッダ端面５１よりもｘ方向にはみ出して位置していることにより、フィン３０に発生した着霜の融解水は、フィン３０を伝わってフィン３０のヘッダ側の端縁３４から落下する。そのため、フィン３０とヘッダ側の端縁３４との隙間に滞留する融解水及び伝熱管２１を伝わって下端ヘッダ５０の上面５３に到達する融解水が減少する。従って、下端ヘッダ５０の上面５３における凍結の進行及び拡大を抑制することができ、熱交換性能の低下を抑え、信頼性の向上も図ることができる。
【００２７】
＜実施の形態１の変形例＞
図６〜図９は、実施の形態１に係る熱交換器１００の変形例を示す側面図である。図６〜９も、図４と同じく、図１のｚ方向に熱交換器１００を見た状態の図を示している。実施の形態１の熱交換器１００のフィン３０の形状は、図４に示される形状に限定されるものではない。フィン３０は、ヘッダ側の端縁３４を含むフィン３０の一部分である第１の部分が下端ヘッダ５０のヘッダ端面５１よりもｘ方向にはみ出していれば良い。
【００２８】
図６に示される様に、熱交換器１００ａの伝熱管２１にはフィン３０ａ及びフィン４０が接続され伝熱管ユニット２０ａを構成している。熱交換器１００ａのフィン３０ａは、上端ヘッダ６０側の領域が下端ヘッダ５０のヘッダ端面５１よりも伝熱管２１側に位置しており、下端ヘッダ側の先端３１ａを含む下端ヘッダ５０側の一部分のみがヘッダ端面５１よりもｘ方向にはみ出している。フィン３０ａの先端端縁３２ａは、上端ヘッダ６０側が伝熱管２１の管軸と平行な直線で形成されており、途中から下端ヘッダ５０側の先端３１ａにかけてｘ方向に伝熱管２１から離れるように傾斜している。このように形成されていることにより、熱交換器１００ａにおいては、上端ヘッダ６０側で発生した着霜の融解水がフィン３０ａの先端端縁３２ａに沿って流れ落ち、下端ヘッダ５０の上面５３から外れた位置に誘導される。着霜の融解水がフィン３０ａの上部から流れ落ちてくるため、フィン３０ａの下端ヘッダ５０側の領域は、フィン３０ａに付着している水の量が多くなる。しかし、フィン３０ａは、下端ヘッダ５０側の領域が広くなっているため、フィン３０ａから伝熱管２１側に水が流れるのを抑制し、下端ヘッダ５０の上面５３に滞留するのを抑制できる。
【００２９】
図７に示される様に、熱交換器１００ｂの伝熱管２１にはフィン３０ｂ及びフィン４０が接続され伝熱管ユニット２０ｂを構成している。熱交換器１００ｂのフィン３０ｂは、下端ヘッダ５０側の先端３１ｂ、上端ヘッダ６０側の先端３３ｂ、及びフィン３０ｂの先端端縁３２ｂの中央部３５ｂが下端ヘッダ５０のヘッダ端面５１よりも突出している。そして、フィン３０ｂの先端端縁３２ｂのうち下端ヘッダ側の先端３１ｂと中央部３５ｂとの中間、及び上端ヘッダ側の先端３３ｂと中央部３５ｂとの中間において、先端端縁３２ｂが下端ヘッダ５０のヘッダ端面５１よりも伝熱管２１側に位置している。このように構成されることにより、フィン３０ｂの着霜量を上端ヘッダ６０側から下端ヘッダ５０側に至るまで平均化しつつ、下端ヘッダ５０側の先端３１ｂから着霜の融解水を排出できる。
【００３０】
例えば、熱交換器１００ｂが熱交換器ユニットに設置され、熱交換器１００ｂに空気を送る送風ファン２がプロペラファンである場合に、熱交換器１００ｂを通過する空気の流速が大きい部分はフィン３０ｂの伝熱管２１から突出する量を大きくする。そして、熱交換器１００ｂを通過する空気の流速が小さい部分は、フィン３０ｂの突出する量を比較的小さくしている。フィン３０ｂの伝熱管２１から突出する量が大きい部分は、突出する量が小さい部分と比較して伝熱管２１からの冷熱の伝導が悪いため、フィン３０ｂの先端端縁３２での着霜量が抑えられる。従って、熱交換器１００ｂに送り込まれる空気の量が多い部分、つまり通過する空気の流速が速い部分においては、フィン３０ｂの伝熱管２１からの突出量を大きくすることにより、フィン３０ｂの着霜量を調整することができる。
【００３１】
図８に示される様に、熱交換器１００ｃの伝熱管２１にはフィン３０ｃ及びフィン４０が接続され伝熱管ユニット２０ｃを構成している。熱交換器１００ｃのフィン３０ｃは、上端ヘッダ６０側の領域が下端ヘッダ５０のヘッダ端面５１よりも伝熱管２１側に位置している。そして、フィン３０ｃは、下端ヘッダ５０側の先端３１ｃを含む下端ヘッダ５０側の一部分のみがヘッダ端面５１よりもｘ方向にはみ出して位置している。図６に示される熱交換器１００ａと異なり、フィン３０ｃの下端ヘッダ５０側は、先端端縁３２ｃが傾斜しておらず、伝熱管２１の管軸と平行になっている。従って、着霜の融解水の付着量が多くなるフィン３０ｃの下端ヘッダ５０側においてフィン３０ｃが大きくなっているため、伝熱管２１側に水が流れることなく、融解水を効率的に排出させることができる。
【００３２】
なお、熱交換器１００、１００ａ〜１００ｃのフィン３０、３０ａ〜３０ｃの形状は、図４、６〜８に示されたものに限定されず、熱交換器１００、１００ａ〜１００ｃを通過する空気の流速に応じて適宜形状を変更することができる。即ち、熱交換器１００、１００ａ〜１００ｃのフィン３０、３０ａ〜３０ｃの形状は、フィン３０、３０ａ〜３０ｃの下端ヘッダ側の端に位置するヘッダ側の端縁３４を含む第１部分の先端部が、ヘッダ端面５１よりもｘ方向に向かってはみ出して位置している。そして、フィン３０、３０ａ〜３０ｃのうち第１の部分を除いた部分である第２の部分は、先端部がヘッダ端面５１よりも伝熱管２１側に位置するように構成される。
【００３３】
図９に示される様に、熱交換器１００ｄの伝熱管２１にはフィン３０ｄ及びフィン４０が接続され伝熱管ユニット２０ｄを構成している。熱交換器１００ｄは、伝熱管ユニット２０ｄに導水形状が設けられている。例えば、フィン３０及びフィン４０を形成している板状部材８０に導水形状７０を設けても良い。又は、伝熱管ユニット２０ｄを構成する伝熱管２１に導水形状７０を設けても良い。導水形状７０は、例えば平板形状の板状部材８０に設けたルーバーや、板状部材８０に設けられた凹凸の溝、又はディンプルであっても良い。熱交換器１００ｄにおいては、導水形状７０は、フィン３０の先端端縁３２に向かうに従い下端ヘッダ５０側に近づくように傾斜して設けられ、伝熱管２１側にある水滴をフィン３０の先端端縁３２側に導くことができる。従って、伝熱管２１側に付着した水滴をそのまま下端ヘッダ５０の上面に流すのではなく、フィン３０の先端端縁３２側に移動させてから下方に流すことができる。さらに、導水形状７０は、フィン３０の先端端縁３２に向かって下端ヘッダ５０側に近づくように傾斜させることにより排水性が向上している。これにより、下端ヘッダ５０の上面５３における凍結の進行及び拡大を抑制することができ、熱交換性能の低下を抑え、信頼性の向上も図ることができる。
【００３４】
また、実施の形態１において、伝熱管２１は、扁平管であるが、断面が円形の伝熱管であっても良い。ただし、伝熱管２１が扁平管である場合は、扁平管の表面に付着する水を流れ落ちやすくするために、伝熱管２１の管軸を重力方向に向けることが多く、実施の形態１に係る熱交換器１００、１００ａ〜１００ｄのような構成にすると有利である。
【００３５】
また、フィン３０は、熱伝導性を持つ板状の金属材料で構成されている。フィン３０を構成する材料としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、又は銅合金が用いられている。
【００３６】
実施の形態２．
実施の形態２に係る熱交換器２００は、実施の形態１に係る熱交換器１００に対し、フィン３０を下端ヘッダ５０からはみ出させる方向を変更したものである。換言すると、熱交換器ユニットにおいて、熱交換器１００と送風ファン２との位置関係が、実施の形態１とは反対になっている。実施の形態２に係る熱交換器２００においては、実施の形態１に対する変更点を中心に説明する。実施の形態２に係る熱交換器２００の各部については、各図面において同一の機能を有するものは実施の形態１の説明で使用した図面と同一の符号を付して表示するものとする。
【００３７】
図１０は、実施の形態２に係る熱交換器２００の側面図である。実施の形態２に係る熱交換器２００が、実施の形態１に係る熱交換器１００と異なる点は、以下である。熱交換器２００の伝熱管２１にはフィン２３０及びフィン２４０が接続され伝熱管ユニット２２０を構成している。風上側に配置されたフィン２３０が全域にわたってヘッダ端面５１よりも伝熱管２１側に位置している。そして、風下側に配置されたフィン２４０のヘッダ側の端縁２４４を含む一部が、先端２４１をヘッダ端面５２よりも突出している。つまり、実施の形態１に係る熱交換器１００のフィン３０の先端端縁３２を風下に向けたのと同様な構成になっている。
【００３８】
熱交換器２００のフィン２３０、２４０の表面には、凹凸形状又はルーバー等の導水形状２７０を有すよう形成されている。導水形状２７０は、その稜線がｘ方向に沿うように形成するか、又は風上側のフィン２４０から風下側のフィン２４０に向かって重力方向に傾斜するよう形成すると良い。
【００３９】
＜実施の形態２の効果＞
実施の形態２に係る熱交換器２００によれば、熱交換器２００を蒸発器として運用する時に、フィン２３０の風上側で集中的に生じる霜の融解水が、送風ファン２で送風された空気により、導水形状２７０を伝ってフィン２４０の先端端縁２４２側に導水される。導水形状２７０は、ｘ方向沿って形成されており、伝熱管２１のｙ方向に複数並べられている。また、導水形状２７０は、その端部と先端端縁２４２との間に間隔を持って設けられている。そのため、霜の融解水は、空気の流れによりフィン２４０側へ移動し、フィン２４０の先端端縁２４２付近で先端端縁２４２に沿って下方に流れ、ヘッダ側の端縁２４４の下方に排出される。従って、フィン２３０、２４０に付着した霜の融解水は、下端ヘッダ５０の上面５３に到達することなく熱交換器２００の外に排出される。なお、実施の形態２に係る熱交換器２００によれば、霜の融解水に限らず、フィン２３０、２４０の全域で生じる結露水ついても、風下側に排出することができる。これにより、下端ヘッダ５０の上面５３における凍結の進行及び拡大を抑制することができ、熱交換性能の低下を抑え、信頼性の向上も図ることができる。
【００４０】
実施の形態３．
実施の形態３に係る熱交換器３００は、実施の形態１に係る熱交換器１００に対し、フィン３０の下端部の形状を変更したものである。実施の形態３に係る熱交換器３００においては、実施の形態１に対する変更点を中心に説明する。実施の形態３に係る熱交換器３００の各部については、各図面において同一の機能を有するものは実施の形態１の説明で使用した図面と同一の符号を付して表示するものとする。
【００４１】
図１１は、実施の形態３に係る熱交換器３００の側面図である。熱交換器３００の伝熱管２１にはフィン３３０及びフィン３４０が接続され伝熱管ユニット３２０を構成している。熱交換器３００のフィン３３０は、ヘッダ側の端縁３３４を含む一部が下端ヘッダ５０のヘッダ端面５１よりもｘ方向にはみ出して位置している点で実施の形態１に係る熱交換器１００と同じである。しかし、熱交換器３００は、フィン３３０のヘッダ側の端縁３３４が下端ヘッダ５０側に向かって傾斜しており、先端３３１は、下端ヘッダ５０の上面５３よりも下方に位置している。つまり、ヘッダ側の端縁３３４は、先端３３１が伝熱管２１側の端よりもヘッダ５０側に位置している。
【００４２】
＜実施の形態３の効果＞
上記のように構成されているため、熱交換器３００は、伝熱管２１と下端ヘッダ５０の上面との境界部及びフィン３３０と下端ヘッダ５０の上面との隙間において滞留した水がヘッダ側の端縁３３４を伝わって先端３３１から落下する。ヘッダ側の端縁３３４は、伝熱管２１側から先端３３１側に向かうに従い、下端ヘッダ５０の上面５３の上方から下方に向かって傾斜している。上面５３の滞留水は、毛管現象によりヘッダ側の端縁３３４の傾斜に沿って流れる。従って、伝熱管２１及びフィン３３０を伝わって下端ヘッダ５０の上面５３に滞留した水が効率良く排出され、下端ヘッダ５０の上面５３における凍結の進行及び拡大を抑制することができ、熱交換性能の低下を抑え、信頼性の向上も図ることができる。
【００４３】
なお、実施の形態３において、フィン３３０のヘッダ側の端縁３３４は、伝熱管２１側から直線状に下方に傾斜しているが、先端３３１が下端ヘッダ５０の上面５３より下方にあればその他の形状であっても良い。例えば、ヘッダ側の端縁３３４は、円弧により形成されていても良く、下端ヘッダ５０の形状等に合わせて適宜変更することができる。
【００４４】
図１２は、実施の形態３に係る熱交換器３００の変形例である熱交換器３００ａの側面図である。熱交換器３００ａの伝熱管２１にはフィン３３０ａ及びフィン３４０ａが接続され伝熱管ユニット３２０ａを構成している。熱交換器３００ａは、熱交換器３００のフィン３３０の先端端縁３３２を風下に向けた状態と同様である。つまり、ヘッダ側の端縁３４４ａは、先端３４１ａが伝熱管２１側の端よりもヘッダ５０側に位置している。このように構成されることにより、熱交換器３００ａは、実施の形態２に係る熱交換器２００に対し、さらに下端ヘッダ５０の上面５３に滞留した水を効率良く排出し易くなっている。
【００４５】
実施の形態４．
実施の形態４に係る熱交換器４００は、実施の形態１に係る熱交換器１００に対し、フィン３０をコルゲートフィンに変更したものである。実施の形態４に係る熱交換器４００においては、実施の形態１に対する変更点を中心に説明する。実施の形態４に係る熱交換器４００の各部については、各図面において同一の機能を有するものは実施の形態１の説明で使用した図面と同一の符号を付して表示するものとする。
【００４６】
図１３は、実施の形態４に係る熱交換器４００の側面図である。図１４は、実施の形態４に係る熱交換器４００の下端ヘッダ５０周辺の斜視図である。熱交換器４００は、２つの伝熱管２１の間にコルゲートフィン４３０が設けられている。図１４においては、コルゲートフィン４３０は、平板を直角に折り曲げてつづら折りされているが、この形状に限定されるものではない。例えば、平板を波形に曲げて構成することもできる。
【００４７】
コルゲートフィン４３０は、ヘッダ側の端縁４３４を含む一部が下端ヘッダ５０のヘッダ端面５１から突出している点で実施の形態１に係る熱交換器１００と同じ構成になっている。コルゲートフィン４３０の波形は、ｙ方向に向かって並べられており、熱交換器４００に送り込まれた空気がコルゲートフィン４３０の波形の間を通過する様に構成されている。また、コルゲートフィン４３０は、空気が伝熱管２１の間を抜けるように構成されている。つまり、コルゲートフィン４３０の波形の同位相の部分は、ｘ方向に沿って配置されている。図１３に示されている視点においてコルゲートフィン４３０の表面には、ｘ方向に延びる複数の凸条４３６及び凹条４３７が形成されている。コルゲートフィン４３０は、穴及び切り欠きが設けられていても良く、穴及び切り欠きを伝って下方に着霜の融解水及び結露水を落下させることができる。
【００４８】
コルゲートフィン４３０は、２つの伝熱管２１の間に設置され、先端端縁４３２が伝熱管２１の長軸の一方の端部２３よりもｘ方向に突出している。コルゲートフィン４３０の下端ヘッダ５０側の端縁であるヘッダ側の端縁４３４を含むコルゲートフィン４３０の一部分である第１の部分は、ヘッダ端面５１よりもｘ方向にはみ出している。ヘッダ側の端縁４３４の先端４３１は、ヘッダ端面５１よりもｘ方向にはみ出して位置しており、先端４３１の下方には下端ヘッダ５０が存在していない状態である。コルゲートフィン４３０の先端端縁４３２は、下端ヘッダ５０側に位置する先端４３１が下端ヘッダ５０の一方のヘッダ端面５１よりもｘ方向にはみ出して位置しており、上端ヘッダ６０側に位置する先端４３３が下端ヘッダ５０の一方のヘッダ端面５１よりも伝熱管２１側に位置している。また、先端端縁４３２は、上端ヘッダ６０側の先端４３３から下端ヘッダ５０側の先端４３１に向かって伝熱管２１の管軸に対し傾斜した直線で構成されている。
【００４９】
図１５は、実施の形態４に係る熱交換器４００の変形例の熱交換器４００ａの側面図である。熱交換器４００ａは、コルゲートフィン４３０ａが波形を傾斜させて設置されている。コルゲートフィン４３０ａは、図１５に示されている視点において、表面に複数の凸条４３６ａ及び凹条４３７ａが形成されている。凸条４３６ａ及び凹条４３７ａは、ｘ方向に向かうに従い下端ヘッダ５０側に傾斜している。そして、熱交換器４００のコルゲートフィン４３０の下端ヘッダ５０側の先端４３１ａが上面５３よりも下方に位置するように構成されている。
【００５０】
なお、コルゲートフィン４３０、４３０ａの先端端縁４３２、４３２ａの形状は、例えば実施の形態１に示されるフィン３０ａ〜３０ｃの先端端縁３２ａ〜３２ｃのようにすることもできる。また、実施の形態２のように、コルゲートフィン４３０、４３０ａの先端端縁４３２、４３２ａを風下に向けても良い。
【００５１】
＜実施の形態４の効果＞
実施の形態４に係る熱交換器４００、４００ａは、コルゲートフィン４３０が設けられているため、熱交換性能が高いという利点がある。また、コルゲートフィン４３０は、着霜の融解水及び結露水が下方に移動すると共に下端ヘッダ５０の先端４３１から排出される。そのため、実施の形態１〜３と同様に熱交換器４００、４００ａは、下端ヘッダ５０の上面５３における凍結の進行及び拡大を抑制することができ、熱交換性能の低下を抑え、信頼性の向上も図ることができる。
【００５２】
また、熱交換器４００ａのようにコルゲートフィン４３０ａの波形を傾斜させて設置することにより、コルゲートフィン４３０ａに付着した水が先端端縁４３２側に移動し易い。先端端縁４３２に移動した水は、先端端縁４３２ａを伝って先端４３１ａに至り、下方に排出されるため、さらに水を効率良く排出することができる。また、先端４３１ａは、下端ヘッダ５０の上面５３よりも下方に位置するため、上面５３に滞留した水も毛管現象によりヘッダ側の端縁４３４ａを伝わって排出されやすい構成になっている。
【符号の説明】
【００５３】
１  冷凍サイクル装置、２  送風ファン、３  圧縮機、４  四方弁、５  室外熱交換器、６  膨張装置、７  室内熱交換器、８  室外機、９  室内機、１０  熱交換部、２０  伝熱管ユニット、２１  伝熱管、２２  冷媒流路、２３  端部、２４  端部、３０  フィン、３０ａ  フィン、３０ｂ  フィン、３０ｃ  フィン、３１  先端、３１ａ  先端、３１ｂ  先端、３１ｃ  先端、３２  先端端縁、３２ａ  先端端縁、３２ｂ  先端端縁、３２ｃ  先端端縁、３３  先端、３３ｂ  先端、３４  ヘッダ側稜線、３５ｂ  中央部、４０  フィン、５０  下端ヘッダ、５１  ヘッダ端面、５２  ヘッダ端面、５３  上面、６０  上端ヘッダ、７０  導水形状、８０  板状部材、９０  冷媒配管、１００  熱交換器、１００ａ  熱交換器、１００ｂ  熱交換器、１００ｃ  熱交換器、１００ｄ  熱交換器、２００  熱交換器、２３０  フィン、２４０  フィン、２４１  先端、２４２  先端端縁、２４４  ヘッダ側の端縁、２７０  導水形状、３００  熱交換器、３００ａ  熱交換器、３３０  フィン、３３１  先端、３３４  ヘッダ側の端縁、４００  熱交換器、４００ａ  熱交換器、４３０  コルゲートフィン、４３０ａ  コルゲートフィン、４３１  先端、４３１ａ  先端、４３２  先端端縁、４３２ａ  先端端縁、４３３  先端、４３４  ヘッダ側の端縁、４３４ａ  ヘッダ側の端縁、４３６  凸条、４３６ａ  凸条、４３７  凹条、４３７ａ  凹条、１０３０  フィン、１０３２  先端端縁、１１００  熱交換器、Ａ  断面、Ｂ  矢印、Ｃ  矢印、Ｄ  第１方向。
【図１】
2020012577.tif 000003
【図２】
2020012577.tif 000004
【図３】
2020012577.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020012577.tif 000009
【図８】
2020012577.tif 000010
【図９】
2020012577.tif 000011
【図１０】
2020012577.tif 000012
【図１１】
2020012577.tif 000013
【図１２】
2020012577.tif 000014
【図１３】
2020012577.tif 000015
【図１４】
2020012577.tif 000016
【図１５】
2020012577.tif 000017
【国際調査報告】
2020012577.tif 000018
2020012577.tif 000019
2020012577.tif 000020
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