(57)【要約】【課題】  熱交換器のフィン表面に生成される結露水を積極的にフィンから排出し、伝熱性能の低下を抑制できる熱交換器およびそれを用いたヒートポンプシステムを得ることを目的とする。【解決手段】  上記目的を達成するために、本発明に係る熱交換器は、液冷媒が流入する入口配管が接続された第一ヘッダと、ガス冷媒が流出する出口配管が接続された第二ヘッダと、前記第一ヘッダと前記第二ヘッダの間に設けられた複数のフィンと、該フィンと接続され、前記第一ヘッダから前記第二ヘッダへの冷媒流路を形成する複数の伝熱管と、を具備した熱交換器であって、前記複数のフィンには、前記第一ヘッダの接続面に対して略垂直な垂直フィンと、該垂直フィンと隣接する傾斜フィンと、が含まれており、前記垂直フィンと前記傾斜フィンの間隔を、前記第一ヘッダ側と前記第二ヘッダ側で異ならせた。【選択図】図１
2018179325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液冷媒が流入する入口配管が接続された第一ヘッダと、
ガス冷媒が流出する出口配管が接続された第二ヘッダと、
前記第一ヘッダと前記第二ヘッダの間に設けられた複数のフィンと、
該フィンと接続され、前記第一ヘッダから前記第二ヘッダへの冷媒流路を形成する複数の伝熱管と、
を具備した熱交換器であって、
前記複数のフィンには、前記第一ヘッダの接続面に対して略垂直な垂直フィンと、該垂直フィンと隣接する傾斜フィンと、が含まれており、
前記垂直フィンと前記傾斜フィンの間隔を、前記第一ヘッダ側と前記第二ヘッダ側で異ならせたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換器において、
前記第一ヘッダまたは前記第二ヘッダに、溝または多孔質体を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱交換器において、
前記垂直フィンと前記傾斜フィンを一体構造としたことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の熱交換器において、
前記複数の伝熱管は、前記垂直フィンと、前記傾斜フィンの両方に設けられており、
前記第一ヘッダおよび前記第二ヘッダの接続面には、
前記垂直フィンの伝熱管を差し込むための垂直接続穴と、
前記傾斜フィンの伝熱管を差し込むための傾斜接続穴と、
が千鳥状に配置されることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の熱交換器において、
前記第一ヘッダと第二ヘッダの間には、前記複数のフィンを補強する補強材を設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の熱交換器において、
前記第一ヘッダと第二ヘッダの間には、中間ヘッダが設けられており、
前記第一ヘッダと前記中間ヘッダを接続する複数の上流側伝熱管から流入した冷媒は、
前記中間ヘッダ内で合流、撹拌された後、
前記中間ヘッダと前記第二ヘッダを接続する複数の下流側伝熱管に分配されて流出することを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の熱交換器において、
前記伝熱管の内径は、１．０ｍｍ以下であることを特徴とする熱交換器。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の熱交換器と、膨張弁と、圧縮機と、を備えることを特徴とするヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液二相流となる冷媒を用いる熱交換器、および、それを用いたヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヒートポンプシステムに用いられる熱交換器は、管外の通風抵抗低減および管内伝熱性能向上を目的として、伝熱管の細径化が進んでいる。細径化に伴って、伝熱管内の圧力損失が増加するため、複数の伝熱管を組み合わせて流路を並列に構成することで流路面積を拡大し、圧力損失を低減させている。
【０００３】
この種の従来の熱交換器としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１の例えば図３等には、冷媒の流れる冷媒孔が内部に形成された伝熱管と、外気が熱交換するためのフィンが示されており、フィンに凹凸をつけることで、フィン表面に付着する外気の結露水を凹部に沿って排出させる熱交換器が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５６３１４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
熱交換器を蒸発器として使用する場合、低温冷媒によって冷却された外気中の水分がフィン表面に結露する。このとき、特許文献１に記載されているような、伝熱管とフィンが垂直となる熱交換器では、結露水の排水が伝熱管とフィンとの接続部によって阻害される問題があった。
【０００６】
さらに、フィンに凹凸をつけることで結露水の排水を促進する構成であると、外気の温湿度が高い場合や、風量が少ない場合には、結露水の排出量よりも生成量が多くなり、排水が間に合わない。これにより、結露水が隣り合うフィン間を塞いでしまい、熱交換器の伝熱性能が低下する問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、フィンに付着した結露水を効率的に排水することで、伝熱性能の低下を抑制できる熱交換器、および、それを用いたヒートポンプシステムを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る熱交換器は、液冷媒が流入する入口配管が接続された第一ヘッダと、ガス冷媒が流出する出口配管が接続された第二ヘッダと、前記第一ヘッダと前記第二ヘッダの間に設けられた複数のフィンと、該フィンと接続され、前記第一ヘッダから前記第二ヘッダへの冷媒流路を形成する複数の伝熱管と、を具備した熱交換器であって、前記複数のフィンには、前記第一ヘッダの接続面に対して略垂直な垂直フィンと、該垂直フィンと隣接する傾斜フィンと、が含まれており、前記垂直フィンと前記傾斜フィンの間隔を、前記第一ヘッダ側と前記第二ヘッダ側で異ならせた。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、結露水を効率的に排出し熱交換性能が高い熱交換器、およびそれを用いたヒートポンプシステムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係る熱交換器の正面図。
【図２】実施例１に係るフィン１４の側面図。
【図３】実施例１に係るヒートポンプシステムの構成を示した図。
【図４Ａ】従来の平行フィンに付着した結露水に作用する力を示した図。
【図４Ｂ】実施例１の傾斜フィンに付着した結露水に作用する力を示した図。
【図５】実施例２に係る熱交換器の正面図。
【図６】実施例３に係る熱交換器の正面図。
【図７】実施例３に係るフィン１４の斜視図。
【図８】実施例４に係る熱交換器の第一ヘッダ１１の上面図。
【図９】実施例５に係る熱交換器の正面図。
【図１０】実施例６に係る熱交換器の正面図。
【図１１】実施例７に係るヒートポンプシステムの構成を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の熱交換器およびそれを用いたヒートポンプシステムにおける具体的実施例を、図面を用いて説明する。各図及び各実施例において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【実施例１】
【００１２】
実施例１に係る熱交換器１を、図１〜図４を用いて説明する。
【００１３】
まず、本実施例の熱交換器１の説明に先立ち、図３を用いて、熱交換器１を備えたヒートポンプシステム１０の冷凍サイクルとその動作を説明する。ここに示すように、ヒートポンプシステム１０は、主に、二つの熱交換器１、２、膨張弁３、圧縮機４から構成されている。なお、このヒートポンプシステム１０は、熱交換器に外気を供給するための送風機なども備えているが、それら周知の構成については図示を省略している。
【００１４】
このヒートポンプシステム１０の冷凍サイクルを圧縮機４を起点として説明する。圧縮機４で昇圧された高温のガス冷媒は、凝縮器として作用する第二熱交換器２で凝縮され、液冷媒となる。第二熱交換器２から流出した液冷媒は、膨張弁３で断熱膨張し、低温の気液二相流となる。膨張弁３から流出した気液二相流は、蒸発器として作用する熱交換器１に流入し、図示しないファンから送風された外気と熱交換して気化することで、ガス冷媒となる。熱交換器１から流出したガス冷媒は、再び圧縮機４で昇圧され、高温のガス冷媒となって凝縮器である第二熱交換器２に流入する。ここで、蒸発器として利用されている熱交換器１では、高温の外気と低温の冷媒の熱交換時にフィン表面が結露する。以下では、この結露を効率良く排水するための熱交換器１の構造を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本実施例の熱交換器１の正面図である。図１において、下向きの矢印ｇは重力方向を示しており、熱交換器１は、下側に配置された第一ヘッダ１１、上側に配置された第二ヘッダ１２、両ヘッダ間に設けられた複数のフィン１４、第一ヘッダ１１に接続された入口配管１６、第二ヘッダ１２に接続された出口配管１７を備えている。なお、図示しないファン等から供給される外気は、図１紙面垂直方向に流れ、フィン１４の表面に設けられた伝熱管内を流れる低温冷媒と熱交換することで、液冷媒を蒸発させる。
【００１６】
本実施例では、ヘッダに対して垂直な垂直フィン１４ａと、垂直フィン１４ａに対して傾斜した傾斜フィン１４ｂを交互に配置した構成としている。また、垂直フィン１４ａに伝熱管を設ける一方、傾斜フィン１４ｂに伝熱管を設けない構成としているが、垂直フィン１４ａと傾斜フィン１４ｂの両方に伝熱管１３を設ける構成としても良い。なお、垂直フィン１４ａは厳密に垂直配置される必要はなく、隣接するフィン同士が平行にならないのであれば、垂直フィン１４ａをやや傾斜させて設けても良い。
【００１７】
図１に示すように、入口配管１６から熱交換器１に侵入した低温冷媒は、第一ヘッダ１１にてフィン１４内の各伝熱管へ分配され、伝熱管内部で外気との熱交換により気化し、第二ヘッダ１２で合流した後にガス冷媒となって出口配管１７から排出される。本実施例では、液冷媒に比べて密度が小さいガス冷媒を効率よく第二ヘッダ１２に輸送するために重力に逆らって低温冷媒が流れる構成としているが、第一ヘッダ、第二ヘッダをともに垂直に配置する構成としても良い。その場合は、伝熱管が設けられた垂直フィン１４ａを第一ヘッダ１１側がやや低く、第二ヘッダ１２側がやや高くなるよう設置することで、密度が小さいガス冷媒が第二ヘッダ側へ流れるため、ガス冷媒を効率よく輸送することができる。
【００１８】
図２は、垂直フィン１４ａの平面図である。ここに示すように、垂直フィン１４ａの表面には、複数の伝熱管１３がその外周と垂直フィン１４ａが密着するように保持されており、これによって、伝熱管１３内を流れる低温冷媒とファンから供給される高温外気とを垂直フィン１４ａを介して熱交換させ、液冷媒を気化させる。この熱交換を促進させるため、伝熱管１３およびフィン１４には、熱伝導率の大きい材料、例えば銅やアルミを用いるのが好適である。傾斜フィン１４ｂに伝熱管１３を設ける場合も、これと同等の構成を採ればよい。
【００１９】
また、高温外気とフィン１４との熱伝達率を向上させるため、または結露水を表面張力により集め易くするために、フィン１４の表面に溝やスリット等を設けても良い。さらに、フィン１４と伝熱管１３の接触部では、熱を効率よく伝える必要があるため、両者の接触部分の隙間を埋めることが好ましい。例えば、フィン１４の表面から突出する上下方向に整列した穴を設けておき、その穴に伝熱管１３を挿入後、伝熱管１３を拡管することによりフィン１４と伝熱管１３との接触部分の面圧を大きくしたり、熱伝導性の高い接着剤やグリス等での接続部分の隙間を埋めたり、或いは、接続部分の溶接やロウ付け、はんだ付け等によりフィン１４と伝熱管１３とを一体化させたりすることにより、フィン１４と伝熱管１３の接続部分の隙間を埋め、熱伝達率を向上させることができる。
【００２０】
なお、本実施例の伝熱管１３は、円管により構成されているが、楕円形の管や四角形の管等、他の管形状としてもよい。また、伝熱管１３を細径化することで、外気がフィン１４を通る際の通風抵抗を削減させ、管内の熱伝達率を向上させることができ好適な構成とすることができる。このために、伝熱管１３の内径は、１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下にすることがより好ましい。また、円管以外の管断面形状場合には、その水力等価直径を１．０ｍｍ以下にすることが好ましく、０．５ｍｍ以下にすることがさらに好ましい。なお。管径を小さくするに伴い、冷媒の流動に伴う圧力損失の増加や、伝熱管１３が閉塞する可能性がある。したがって、管径の下限は使用する冷媒の物性からこれらの影響を考慮して決める必要がある。また、伝熱管１３は、内部を流れる冷媒の圧力損失等の違いから異なる形状、直径のものを組み合わせて用いても良い。なお、フィン１４の長手方向に複数の長孔を設け、それぞれの長孔を伝熱管としてフィン１４と伝熱管１３とを一体で構成させても良い。
【００２１】
次に、図１を用いて、熱交換器１内の冷媒流について説明する。低温冷媒が流入する第一ヘッダ１１は、フィン１４の下部に設けられ、伝熱管１３と入口配管１６が接続されている。本実施例では、内部が密閉された状態で入口配管１６から低温冷媒が流入し、その低温冷媒を複数の伝熱管１３へ分配して流すことができるように第一ヘッダ１１が構成されている。第一ヘッダ１１の材質は伝熱管１３との接続が容易であるものが良い。例えば、樹脂、ステンレスや、伝熱管１３と同じ素材の銅やアルミを用いることができる。
【００２２】
ガス冷媒を吐出する第二ヘッダ１２は、フィン１４の上部に設けられ、伝熱管１３と出口配管１７が接続されている。伝熱管１３内でガス化したガス冷媒は、第二ヘッダ１２内で合流し、出口配管１７へ流れる。第二ヘッダ１２の材質も第一ヘッダ１１の材質と同様に、樹脂、ステンレスまたは伝熱管１３と同じ素材が好適である。  第一ヘッダ１１、第二ヘッダ１２と伝熱管１３は、それぞれ内部が密閉された状態で接続されている。この接続は、伝熱管とヘッダの材質により接着剤やロウ付け、溶接等により行われる。
【００２３】
入口配管１６および出口配管１７は、熱交換器１と圧縮機４や膨張弁３等の他装置を接続するために設けられている。これらの材質は、無駄な熱侵入や熱放出がないよう、外部との熱交換のない断熱状態を維持できるものが好ましい。また、一般の空気調和機等においては装置の位置や配管の長さが設置場所により異なる。したがって、入口配管１６及び出口配管１７の位置は本実施例によらず、第一ヘッダ１１および第二ヘッダ１２それぞれで任意の位置に設けることができる。また入口配管１６及び出口配管１７の材質は、断熱維持に加えて加工しやすい材料であることが好ましい。例えば、配管を銅等の加工が容易な材料で構成し、配管の外周を断熱材で囲むことでより効率のよい熱交換器１とすることができる。
【００２４】
次に、図４Ａ、図４Ｂを用いて、本実施例のフィン１４の傾斜効果について説明する。これらの図は隣り合うフィン１４の間に結露水が付着した際の正面図を示す。なお、図１と同様に、外気は紙面垂直方向に流れる。
【００２５】
図４Ａに示す従来構造例では、隣り合うフィン同士が平行に設けられており、フィン間に結露水が付着した場合、その結露水は、外気流によって吹き飛ばされるか、重力によって下方に流れることで除去される。しかしながら、熱交換器１の性能向上を目的に、フィン間の間隔は数ｍｍから数１００μｍ程度まで狭く構成されているため、重力よりも表面張力の影響が大きくなり、外気流が弱い場合には、付着した結露水を除去することができない。フィン間に結露水が残っている部分では、低温冷媒と高温外気の熱交換に中間温度の結露水を介在するため、図４Ａの従来構造では、伝熱性能が低下してしまう。
【００２６】
それに対して、図４Ｂに示す本実施例では、垂直フィン１４ａの隣に傾斜フィン１４ｂを設け、垂直フィン１４ａと傾斜フィン１４ｂの間隔を、第一ヘッダ１１側と第二ヘッダ１２側で異ならせている。例えば、図４Ｂ（ａ）では下方に行くほどフィン間隔が狭くなり、図４Ｂ（ｂ）では上方に行くほどフィン間隔が狭くなっている。付着した結露水に働く表面張力はフィン間隔が狭いほど大きくなるため、図４Ｂ中の矢印に示すように、表面張力の作用によって、結露水はフィン１４の間隔が広い部分から狭い部分に向かって輸送される。これにより、外気の温湿度が高い場合や風量が少なくフィン間に結露水が残っている場合においても、表面張力によりフィン１４端部へ結露水が輸送され、フィン１４の長手方向中心部分から結露水を排出することができる。このように、図４Ｂの本実施例の構造では、フィン１４の中心部分から結露水を効率的に排水できるため、結露水の付着によるフィン１４の伝熱性能の劣化を回避することができる。
【００２７】
以上のように、本実施例に係る熱交換器１は、フィン１４の一部を傾斜させることにより、フィン１４に付着した結露水を第一ヘッダ１１または第二ヘッダ１２側に集めることができるので、フィン長手方向中心部分での伝熱性能低下を抑制することができる。また、伝熱管１３とフィン１４とが平行に設けられているために、伝熱管１３とフィン１４との接続部は結露水の流れ方向と平行となり、結露水の流れを阻害することなく結露水をフィン１４端部まで輸送することができ、排水性の高い熱交換器１とすることができる。さらに、結露水が集まる第一ヘッダ１１、第二ヘッダ１２は、高温外気と低温冷媒の熱交換を目的に設けられたものではなく、その表面積もフィン１４と比べて小さいため、第一ヘッダ１１、第二ヘッダ１２が結露水で覆われたとしても、フィン１４に結露水が付着する場合に比べて、伝熱性能の低下に与える影響は小さい。
【実施例２】
【００２８】
次に、図５を用いて、本発明の実施例２を説明する。実施例２の熱交換器１は、第一ヘッダ１１および第二ヘッダ１２の表面構造が実施例１と異なるものである。なお、実施例１と共通する点は重複説明を省略する。
【００２９】
図５は、実施例２に係る熱交換器１の正面図である。図５では、第一ヘッダ１１と第二ヘッダ１２の表面に点線で示した溝が設けられており、その他の構成は実施例１と同様である。第一ヘッダ１１と第二ヘッダ１２にある溝の幅は、隣り合うフィン１４間の間隔に比べて小さくなるよう構成されている。本実施例では、第一ヘッダ１１および第二ヘッダ１２のうち、フィン１４間の狭くなっている部分にのみ溝を設けているが、隣りあう溝を接続するように水平方向に追加で溝を設ける他、溝でなく多孔質体で第一ヘッダ１１および第二ヘッダ１２を構成しても良い。
【００３０】
このような構成とすることにより、フィン１４端部に集められた結露水は図５中に矢印で示したように溝を介して第一ヘッダ１１または第二ヘッダ側へ表面張力により輸送される。したがって、実施例１と比べて更に排水性を向上させることができる。なお、第一ヘッダ１１の下方に、第一ヘッダ１１の保水量を超えて溢れた結露水を蓄えるドレンパンを設けておき、このドレンパンを介して外部に結露水を排水できる構成としておくのが望ましい。
【００３１】
また、第一ヘッダ１１および第二ヘッダ１２を断熱性の高い、例えば樹脂材で構成することにより、第一ヘッダ１１および第二ヘッダ１２は外気温とほぼ同じ温度となる。したがって、溝または多孔質体により輸送された結露水は再び外気温まで温度が上昇するため、一部が外気中に蒸発する。したがって、結露水が大量に生じた場合においても、結露水の蒸発量だけ第一ヘッダ１１および第二ヘッダ１２側へ再度排水することができ、伝熱性能の低下を抑制することができる。
【実施例３】
【００３２】
次に、図６、図７を用いて、本発明の実施例３を説明する。実施例３の熱交換器１は、フィンの構造が前述の実施例と異なるものである。なお、前述の実施例と共通する点は重複説明を省略する。
【００３３】
図６は、実施例３の熱交換器１の正面図である。本実施例では、長手方向で２分割された傾斜フィン１４ｂが、垂直フィン１４ａと一体化された構造となっている。図に示すように、垂直フィン１４ａの一端にのみ傾斜フィン１４ｂを接続したＶ型フィン１４１は熱交換器１の両側面部に設けられており、垂直フィン１４ａの両端に傾斜フィン１４ｂを接続したＺ型フィン１４２は両側面部のＶ型フィン１４１の間に設けられている。
【００３４】
図７の斜視図を用いて、Ｚ型フィン１４２の構造を説明する。ここに示すように、伝熱管１３は垂直フィン１４ａにのみ設けられている。また、傾斜フィン１４ｂと垂直フィン１４ａの接合部分には、穴１４３が設けられている。なお、図示していないが、図７中上部側の傾斜フィンについても同様に穴１４３が設けられている。
【００３５】
傾斜フィン１４ｂに伝熱管１３を設けない場合、Ｚ型フィン１４２全体としては伝熱性能が低下するが、傾斜フィン１４ｂへの伝熱管１３の設置が不要となるため、熱交換器１をより簡易に製造することが可能となる。なお、フィン厚さを増加させることで伝熱性能の低下をある程度抑制することができる。
【００３６】
また、垂直フィン１４ａの端部に集められた結露水を穴１４３を介して第一ヘッダ１１、第二ヘッダ１２側へ輸送することができるため、実施例２と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施例を拡張して、全てのＶ型フィンおよびＺ型フィンを接続し一体成型させた構造とすることで、熱交換器１をさらに簡易に製造することができる。
【実施例４】
【００３７】
次に、図８を用いて、本発明の実施例４を説明する。実施例４の熱交換器１は、ヘッダと伝熱管の接続構造が実施例１と異なるものである。なお、実施例１と共通する点は重複説明を省略する。
【００３８】
図８は、実施例４の熱交換器１の第一ヘッダ１１の上面図である。なお、第二ヘッダ１２にも同等の構造が適用されるが、図示、および、重複説明は省略する。
【００３９】
実施例１にて、傾斜フィン１４ｂに伝熱管１３を設ける構成を採る場合、垂直フィン１４ａと傾斜フィン１４ｂの各々に設ける伝熱管１３の本数の関係については特に言及していないが、両者に同数の伝熱管１３を設ける場合、第一ヘッダ１１に設ける、垂直フィン１４ａの伝熱管１３用の垂直接続穴と、傾斜フィン１４ｂの伝熱管１３用の傾斜接続穴が干渉しないように、垂直フィン１４ａと傾斜フィン１４ｂをある程度離して設置する必要があった。これは、フィン間隔の増大、すなわち、設置フィン数の減少を招いており、熱交換器１の伝熱性能の劣化を招いていた。
【００４０】
これに対し、本実施例では、傾斜フィン１４ｂに伝熱管１３を設ける場合であっても、垂直フィン１４ａと傾斜フィン１４ｂの間隔をなるべく小さくし伝熱性能の向上を図るべく、以下に述べる構成を採った。
【００４１】
すなわち、本実施例では、取り付ける伝熱管１３の本数を、垂直フィン１４ａは３本（奇数）、傾斜フィン１４ｂは４本（偶数）と、異なる本数とした。また、伝熱管１３を第一ヘッダ１１へ差し込み、隙間を接着材またはロウ付けや溶接により塞ぐことにより第一ヘッダ１１と伝熱管１３とを接続する構成としている。
【００４２】
垂直フィン１４ａ側の伝熱管１３は、第一ヘッダ１１の接続面に垂直に差し込まれるのに対し、傾斜フィン１４ｂ側の伝熱管１３は、第一ヘッダ１１の接続面に対して傾斜させて差し込む必要がある。このため、接続穴同士が干渉しないように、図８中に点線で示した傾斜接続穴１１２を、垂直接続穴１１１からずらして千鳥状に配置する必要がある。
【００４３】
本実施例では、垂直フィン１４ａと傾斜フィン１４ｂで伝熱管１３の本数を異ならせることで、各々の接続穴を千鳥状に配置できるため、フィン間隔をより密にしても、垂直接続穴１１１と傾斜接続穴１１２の干渉を避けることができる。フィン間隔の縮小により、第一ヘッダ１１の長手方向の長さを短尺化し、より小型な熱交換器とした構成であっても、良好な伝熱性能を得ることができる。
【００４４】
なお、伝熱管１３の本数は、垂直フィン側と傾斜フィン側とで互い違いになるよう構成されれば良く、冷媒側の伝熱性能および流動抵抗と、外気側のフィン効率から例示した本数以外の組合せとしても良い。
【実施例５】
【００４５】
次に、図９を用いて、本発明の実施例５を説明する。実施例５の熱交換器１は、実施例１から４の熱交換器１の両側面に、複数のフィン１４を挟むように補強材１５を追加したものである。なお、上述の実施例と共通する点は重複説明を省略する。
【００４６】
実施例１から４の構成では、第二ヘッダ１２や出口配管１７からの重力方向にかかる力は、フィン１４と伝熱管１３で支持されている。しかし、熱交換器１の伝熱性能を更に向上させるために、フィン１４の薄板化や伝熱管１３の細径化を進めた場合、フィン１４と伝熱管１３では重力方向の力を支えることができなくなる。
【００４７】
そこで、本実施例では、図９の正面図に示すように、熱交換器１の両側面に機械的強度を高めるための補強材１５を追加し、重力方向の力を補強材１５で支持することで、フィン１４の薄板化や伝熱管１３の細径化を更に進めることができるようにした。
【００４８】
また、補強材１５の材質を多孔質体とすることで、第一ヘッダ１１や第二ヘッダ１２へ輸送された結露水を、補強材１５まで輸送し吸収できるようにした。このため、補強材１５の材質には、重力方向にかかる第二ヘッダ１２や出口配管１７からの力を支持できる強度を持った上で、第一ヘッダ１１および第二ヘッダ１２と比べて大きく毛細管力が働くよう、微細な多孔質体を用いるのが良い。これにより、フィン１４からの結露水の排水能力が更に高まるため、熱交換器１の伝熱性能を更に高めることができる。
【実施例６】
【００４９】
次に、図１０を用いて、本発明の実施例６を説明する。実施例６の熱交換器１は、実施例１から５の熱交換器１に中間ヘッダを加えたものである。なお、上述の実施例と共通する点は重複説明を省略する。
【００５０】
図１０の正面図は、実施例１に中間ヘッダを加えた実施例６の熱交換器１である。本実施例では、実施例１の第一ヘッダ１１と第二ヘッダ１２の間に第三ヘッダ１２１を追加し、下側（上流側）の伝熱管１３から流入した低温冷媒が、第三ヘッダ１２１で合流、撹拌された後、上側（下流側）の伝熱管１３へ再分配されて流出するようになっている。
【００５１】
実施例１の構成の場合、第一ヘッダ１１から伝熱管１３へ冷媒を分配する際に、各伝熱管１３へ同量の冷媒が分配されるとは限らず、液冷媒の量が少ない伝熱管１３では管内の液冷媒がすぐ気化し管内がドライアウトする。ドライアウトした伝熱管１３の温度は外気の温度に近づくため、熱交換器１全体としての伝熱性能が低下してしまう。
【００５２】
それに対して、本実施例のように第三ヘッダ１２１を設けると下側の伝熱管１３の何れかでドライアウトが生じた場合であっても、第三ヘッダにて上側の全ての伝熱管１３に液冷媒を分配することができ、ドライアウトを改善できるため、熱交換器１全体としての伝熱性能の低下を防ぐことができる。
【００５３】
さらに、第三ヘッダ１２１を設け、傾斜フィン１４ｂを短くすることで、垂直フィン１４ａの間隔を変えない場合には、図１０中にθで示したフィン１４の傾斜角をより大きく取ることができる。これによって、結露水の重量方向にかかる表面張力差がより大きくなり、更に効率的に結露水をフィン１４端部へ排水することができ、伝熱性能を更に高めた熱交換器１とすることができる。なお、本実施例では中間ヘッダを一つ設けた構成について示したが、複数の中間ヘッダを用いることで、さらに冷媒の分配性能を向上することができる。
【実施例７】
【００５４】
次に、図１１を用いて、本発明の実施例７を説明する。上述の各実施例のヒートポンプシステム１０は、図３等に示すように、冷媒流の方向が固定されており、結露対策が必要な蒸発器として作用するのは熱交換器１だけであった。これに対し、図１１に示す本実施例のヒートポンプシステム１０は、四方弁５によって冷媒流の方向を切り替えることができ、熱交換器１、第二熱交換器２ともに蒸発器として用いられる状況がある。なお、ここでは四方弁５によって冷媒流の方向を切り替える構成を例示しているが、冷媒流の方向を切り替える目的で他の構成の弁等を用いても良い。
【００５５】
図１１において、四方弁５を実線の通りに切り替えた場合、冷媒は実施例１と同様に、実線矢印の方向に流れる。すなわち、圧縮機４で昇圧されたガス冷媒は、凝縮器として働く第二熱交換器２に流れ、凝縮され液化する。その後、液冷媒は、膨張弁３で断熱膨張し、気液二相流となる。熱交換器１に流入した二相流は、熱交換器１にて気化し、熱交換器１から吐出されたガス冷媒は、再び圧縮機４で昇圧され、凝縮器である第二熱交換器２に送られる。
【００５６】
一方、四方弁５を図５の点線の通りに切り替えた場合、冷媒は点線矢印に示すように、圧縮機４、熱交換器１、膨張弁３、第二熱交換器２、圧縮機４の順に流れる。この場合、熱交換器１は空気を加熱する凝縮器となり、第二熱交換器２は空気から吸熱する蒸発器となる。蒸発器として動作する第二熱交換器２には結露水が付着するが、熱交換器１と同様に垂直フィン１４ａと傾斜フィン１４ｂを組み合わせて用いることで、排水性の高い熱交換器とすることができる。
【００５７】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例を含むものである。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、上述した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５８】
１：熱交換器、
２：第二熱交換器、
３：膨張弁、
４：圧縮機、
５：四方弁、
１０：ヒートポンプシステム、
１１：第一ヘッダ、
１１１：垂直接続穴、
１１２：傾斜接続孔、
１２：第二ヘッダ、
１２１：第三ヘッダ、
１３：伝熱管、
１４：フィン、
１４ａ：垂直フィン、
１４ｂ：傾斜フィン、
１４１：Ｖ型フィン、
１４２：Ｚ型フィン、
１４３：穴、
１５：補強材、
１６：入口配管、
１７：出口配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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