(57)【要約】【課題】伝熱管に霜が付着することを抑制することができる熱交換器、室外機、冷凍サイクル装置及び熱交換器の製造方法を提供する。【解決手段】冷媒が流通する複数本の扁平伝熱管５１と、扁平伝熱管５１と接合されたコルゲートフィン５２と、扁平伝熱管５１及びコルゲートフィン５２に接合され、その板幅方向がコルゲートフィン５２の板幅方向と略等しくなるように、且つコルゲートフィン５２に対して送風方向における風上側に配置される複数枚の板状フィン５３とを備える。コルゲートフィン５２のフィンピッチと板状フィン５３のフィンピッチとは略等しく、各板状フィン５３は、コルゲートフィン５２の波板形状の最下端部５２ａに接合又は接触している。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流通する複数本の伝熱管と、
前記伝熱管と接合されたコルゲートフィンと、
前記伝熱管及び前記コルゲートフィンのうち少なくとも一方に接合され、その板幅方向が前記コルゲートフィンの板幅方向と略等しくなるように、且つ、前記コルゲートフィンに対して送風方向における風上側に配置される複数枚の板状フィンとを備える熱交換器。
【請求項２】
前記コルゲートフィンのフィンピッチと前記板状フィンのフィンピッチとは略等しく、
前記各板状フィンは、前記コルゲートフィンの波板形状の最下端部に接合又は接触される請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記板状フィンは、前記伝熱管の曲げ部分以外の部分に配置される請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記各伝熱管に接合され、長手方向を略水平方向とするヘッダを備え、
前記伝熱管は、その長手方向が略垂直方向である請求項１乃至請求項３の何れかの一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記板状フィンの前記伝熱管及び前記コルゲートフィンのうち少なくとも一方への接合は、ロウ付けにより行われる請求項１乃至請求項４の何れかの一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
側部に吸気口が形成された筺体と、
前記筺体内に収納されている請求項１乃至請求項５の何れかの一項に記載の熱交換器と、
前記吸気口を介して外気を取り入れて前記熱交換器に吹き付ける送風機とを備える室外機。
【請求項７】
室内機と、
前記室内機と冷媒配管で接続されている請求項６に記載の室外機と、
前記冷媒配管に接続され冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒配管に接続され冷媒を減圧する膨張弁とを備える冷凍サイクル装置。
【請求項８】
冷媒が流通する複数本の伝熱管と、前記伝熱管と接合されたコルゲートフィンと、複数枚の板状フィンとを準備する準備工程と、
前記伝熱管及び前記コルゲートフィンのうち少なくとも一方に前記各板状フィンをロウ付け接合することにより、前記各板状フィンをその板幅方向が前記コルゲートフィンの板幅方向と略等しくなるように、且つ、前記コルゲートフィンに対して送風方向における風上側に配置する接合工程とを備える熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、室外機、冷凍サイクル装置及び熱交換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、国際公開２０１４−２０７７８５号公報（特許文献１）がある。この公報には、「熱交換器の風上側に着霜したとしても通風路を確保することで、風下側のフィンにおける熱交換を持続できることに加え、融解水の排水性をより向上できる熱交換器を提供する。本発明の熱交換器は、冷媒が流れる冷媒流路が形成される複数のチューブと、隣り合うチューブの一方から他方に亘る伝熱壁が、チューブの延設方向に複数配列される、チューブと熱交換可能なコルゲート型のフィンと、を備える。そして、各々の伝熱壁は、通過する空気流の風上側に位置する前縁部に連なる伝熱片と、前縁部よりも空気流の向きの風下側に後退する前縁部とを有し、第１伝熱片が、隣り合う一方のチューブの側と他方のチューブの側に、配列の一層おきに、交互に配置される。」と記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２０１４−２０７７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１の熱交換器には、風上の方向にフィンを延ばして、熱交換効率の向上等を図った技術が記載されている。しかし、特許文献１の技術では、伝熱管に霜が付着することを抑制することができないという不具合があった。
そこで、本発明は、伝熱管に霜が付着することを抑制することができる熱交換器、室外機、冷凍サイクル装置及び熱交換器の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の熱交換器の一形態は、冷媒が流通する複数本の伝熱管と、前記伝熱管と接合されたコルゲートフィンと、前記伝熱管及び前記コルゲートフィンのうち少なくとも一方に接合され、その板幅方向が前記コルゲートフィンの板幅方向と略等しくなるように、且つ、前記コルゲートフィンに対して送風方向における風上側に配置される複数枚の板状フィンとを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、伝熱管に霜が付着することを抑制することができる熱交換器、室外機、冷凍サイクル装置及び熱交換器の製造方法を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施例である冷凍サイクル装置を示す冷凍サイクル系統図である。
【図２】本発明の一実施例である冷凍サイクル装置における天板を外した状態の室外機の内部を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施例である冷凍サイクル装置における室外側熱交換器の一部分を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施例である冷凍サイクル装置における室外側熱交換器から板状フィンを取り外した状態の斜視図である。
【図５】図４の室外側熱交換器の正面図である。
【図６】本発明の一実施例である冷凍サイクル装置における室外側熱交換器の一例の全体斜視図である。
【図７】本発明の一実施例の変形例である冷凍サイクル装置における室外側熱交換器の変形例を示す斜視図である。
【図８】図７から板状フィンを取り外した状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、以下の説明で前後左右上下方向は、各図中に示す矢印に従う。
図１は本実施例の冷凍サイクル装置１００を示す冷凍サイクル系統図である。この冷凍サイクル装置１００は、空気調和機の例であり、室外機１と室内機２とを備えていて、室外機１と室内機２は冷媒配管（液側接続配管３とガス側接続配管４）により接続されている。
【０００９】
室外機１には、アキュムレータ５、圧縮機６、四方弁７、室外側熱交換器８及び第１膨張弁９などが液側接続配管３及びガス側接続配管４等の配管に接続されて設けられている。また、液側接続配管３と接続される液阻止弁１０及びガス側接続配管４と接続されるガス阻止弁１１が設けられている。
室内機２には、室内側熱交換器１２及び第２膨張弁１３などが設けられている。
【００１０】
冷凍サイクル装置１００で冷房運転を行う場合の動作について説明する。圧縮機６で圧縮された高温高圧のガス冷媒は冷凍機油とともに圧縮機６から吐出され、その後、四方弁７を経て、室外側熱交換器８へと流入して、ここで室外空気等と熱交換して凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は全開とされた第１膨張弁９を通り、液阻止弁１０及び液側接続配管３を経て、室内機２へ送られる。室内機２に流入した液冷媒は、第２膨張弁１３で減圧されて膨張して、低温・低圧の気液二相流となって、室内側熱交換器１２に入り、ここで室内空気等の利用側媒体と熱交換して利用側媒体を冷却するとともに、自らは蒸発気化する。その後、ガス冷媒はガス側接続配管４を通り、ガス阻止弁１１、四方弁７、アキュムレータ５を経て圧縮機６へ戻るという冷凍サイクルを構成する。冷凍サイクルの余剰冷媒はアキュムレータ５に貯留され、冷凍サイクルの運転圧力、温度が正常な状態に保たれるように構成されている。
【００１１】
冷凍サイクル装置１００は、暖房運転を行う場合には次のように動作する。圧縮機６で圧縮された高温高圧のガス冷媒は冷凍機油とともに圧縮機６から吐出され、四方弁７、ガス阻止弁１１、ガス側接続配管４を経て室内機２の室内側熱交換器１２へ流入して、ここで室内空気等の利用側媒体と熱交換して利用側媒体を加熱し、自らは凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は、液側接続配管３、液阻止弁１０を経て、第１膨張弁９で減圧され、室外側熱交換器８で室外空気等の熱源媒体と熱交換して蒸発気化する。蒸発気化した冷媒は四方弁７、アキュムレータ５を経て圧縮機６へ戻るという冷凍サイクルを構成する。
【００１２】
図１に示す室外機１に設けられている室外側熱交換器８（熱交換器）などは、通常、筺体内部に設置されている。図２は、天板を外した状態の室外機１の内部を示す平面図である。室外機１の筺体２０は、天板（図示せず）と、底板２１と、側板２２〜２５を備えており、その内部空間は仕切り板２６により、熱交換室３１と機械室３２に区画されている。熱交換室３１には室外側熱交換器８と送風機３０が配置され、機械室３２にはアキュムレータ５や圧縮機６などが配置されている。側板２２〜２５は、機械室側前側板２２、機械室側後側板２３、熱交換室側前側板２４及び熱交換室側後側板２５である。機械室３２は機械室側前側板２２、機械室側後側板２３及び仕切り板２６で構成されている。一方、熱交換室３１は、熱交換室側前側板２４と熱交換室側後側板２５とを備え、さらに、機械室側後側板２３と熱交換室側後側板２５の間、及び熱交換室側前側板２４と熱交換室側後側板２５の間にそれぞれ設けた吸気口２７，２８を備えている。吸気口２７，２８は空気の吸い込み口である。さらに、熱交換室側前側板２４には、室外側熱交換器８により熱交換された空気を室外機１の前面から排出させるための排気口２９が設けられている。このような構造により、送風機３０によって、室外機１の背面及び側面に設けられた吸気口２７，２８から吸い込んだ空気と冷媒とを室外側熱交換器８により熱交換した後、室外機前面に設けられた排気口２９から室外機１の外に排出させることができる。
【００１３】
ところで、前記の特許文献１の技術では、寒い日等に伝熱管に霜が付着することを抑制することができなかった。そこで、室外側熱交換器８の後述の扁平伝熱管５１に対する霜の付着を抑制するようにしたい。
また、熱交換器には水滴（除霜運転で霜が融解してできたものも含む）が付着することもあるが、特許文献１の技術では、当該水滴を効果的に除去することもできなかった。
【００１４】
そこで、以下では、後述の扁平伝熱管５１における霜の付着を抑制でき、また、付着する水滴を効果的に除去することができる室外側熱交換器８について詳細に説明する。
図３は、室外側熱交換器８の一部分を示す斜視図であり、図４は、図３の室外側熱交換器８から後述の板状フィン５３を取り外した状態の斜視図である。
【００１５】
室外側熱交換器８は、冷媒が流通する複数本の扁平伝熱管（伝熱管）５１と、扁平伝熱管５１と接合されたコルゲートフィン５２とを備えている。図３、図４の例では、扁平に延びた方向及び軸方向を水平方向としたアルミやアルミ合金等で形成された扁平伝熱管５１が上下に３段設けられている。そして上下に隣接する扁平伝熱管５１同士の間にはそれぞれコルゲートフィン５２が介装されている。これは、図３、図４の例で２段である。コルゲートフィン５２はアルミやアルミ合金等で形成された薄い金属板をつづら織り状に折り曲げて形成されている。この折り曲げられたコルゲートフィン５２の各折曲げ部分が当該コルゲートフィン５２の上端又は下端になる。
【００１６】
図３、図４に示すように、室外側熱交換器８には、矢印ａで示すように、前方側から空気が流入する。そして、図４に示すように、室外側熱交換器８を通過する空気の上流側（前方側）には、複数枚の板状フィン５３が設けられている。板状フィン５３は、細長い矩形状の薄い板材であり、アルミやアルミ合金等で形成されている。各板状フィン５３は、扁平伝熱管５１及びコルゲートフィン５２のうち少なくとも一方に接合されている。強度等を考えれば、各板状フィン５３は、扁平伝熱管５１及びコルゲートフィン５２の両方に接合されていることが望ましい。また、板状フィン５３は、扁平伝熱管５１又はコルゲートフィン５２と接合していない場合も、接触はしている。
【００１７】
図５は、図４の室外側熱交換器８の正面図である。板状フィン５３の板幅方向は、コルゲートフィン５２の板幅方向と略等しい（前後方向、上下方向）。そのため、図５においては、板状フィン５３もコルゲートフィン５２も線状に見える。板状フィン５３の上下方向の長さは、最上部の扁平伝熱管５１から最下部の扁平伝熱管５１まで達している。そのため、図３の状態に比較して、図４の状態では、板状フィン５３は、コルゲートフィン５２に対して送風方向（矢印ａ方向）における風上側に配置されている。
【００１８】
図５に示すように、コルゲートフィン５２のフィンピッチと板状フィン５３のフィンピッチとは略等しい。そして、各板状フィン５３は、コルゲートフィン５２の波板形状の最下端部５２ａに接合又は接触している。
室外側熱交換器８における扁平伝熱管５１、コルゲートフィン５２及び板状フィン５３からなる構造は以上のようなものである。
【００１９】
図６は、このような構造を連続させて形成した室外側熱交換器８の一例の全体斜視図である。この室外側熱交換器８は、扁平伝熱管５１が上下６段で、扁平伝熱管５１によって上下から挟まれたコルゲートフィン５２が上下５段で構成されている例を示している。室外側熱交換器８は、図６に示すように、水平方向に略Ｌ字状に屈曲している。そして、外気と冷媒との熱交換性能を向上させるため、図２に示すように吸気口２７，２８に沿って配置されている。なお、室外側熱交換器８の屈曲形状はＬ字状に限定されるものではなく、略コ字状に屈曲させて、さらに多方面から流入する空気と熱交換できるようにしてもよい。各扁平伝熱管５１の両端部に接続されているのは、一対のヘッダ５４，５５である。ヘッダ５４，５５は、各扁平伝熱管５１に適切に冷媒を分配する機能を有する。
【００２０】
図６に示すように、板状フィン５３は、室外側熱交換器８における扁平伝熱管５１の曲げ部分５７には形成されていない。さらに、曲げ部分５７からヘッダ５４に延びている直線部分５８にも形成されていない。
このような、扁平伝熱管５１、コルゲートフィン５２、板状フィン５３並びにヘッダ５４，５５で構成される室外側熱交換器８の各部の接合はロウ付けで行われるのが望ましい。
【００２１】
次に、室外側熱交換器８の製造方法について説明する。この製造方法では、下記の各工程を行う。
（準備工程）
まず、扁平伝熱管５１、コルゲートフィン５２、板状フィン５３並びにヘッダ５４，５５を準備する。
【００２２】
（接合工程）
次に、板状フィン５３等、前記各部材のうち、各部のロウ付け接合に必要な部位には予めロウ材が被覆されている。そして、各部材を前記した形状となるように互いに組み付け、必要個所には支持部材や仮留め部材（図示せず）を配して、当該各部材の位置関係が変動しないようにする。この状態で組み付けた部材を、ベルトコンベアに載置し、ベルトコンベアで運んで炉に入れて加熱してロウ付けする。これにより、各板状フィン５３をその板幅方向がコルゲートフィン５２の板幅方向と略等しくなるように、且つコルゲートフィン５２に対して送風方向における風上側に位置するように配置した室外側熱交換器８が製造できる。
【００２３】
（折曲げ工程）
次に、接合工程で製造された室外側熱交換器８の曲げ部分５７となる部分にローラ（図示せず）をあてがい、直線部分５８に力をかけるなどして、室外側熱交換器８に曲げ部分５７を形成する。この場合、室外側熱交換器８を前記のように略Ｌ字状に曲げてもよいし、略コ字状に曲げてもよい。
【００２４】
次に、本実施例の作用効果について説明する。
室外側熱交換器８は、図４、図５に示すように、各板状フィン５３が、その板幅方向がコルゲートフィン５２の板幅方向と略等しくなるように、また、扁平伝熱管５１の軸方向と略直交するように配置されている。これにより、各板状フィン５３がコルゲートフィン５２に対して送風方向における風上側に配置されている。
従って、本実施例の室外側熱交換器８によれば、従来に比べて、コルゲートフィン５２の空気抵抗を抑制しつつ、扁平伝熱管５１に霜が付着することを抑制することができる。
また、板状フィン５３の扁平伝熱管５１やコルゲートフィン５２への接合をロウ付けにより行っているので、多数枚の板状フィン５３を室外側熱交換器８に接合する作業も比較的容易に行うことができる。
【００２５】
さらに、コルゲートフィン５２のフィンピッチと板状フィン５３のフィンピッチとは略等しい。そして、各板状フィン５３は、コルゲートフィン５２の波板形状の最下端部５２ａに接合又は接触している。扁平伝熱管５１やコルゲートフィン５２に付着している水滴は、自重により下側に流れやすく、よって、断面が略Ｕ形状又はＶ字形状をしているコルゲートフィン５２の波板形状の最下端部５２ａに溜まり易い。そして、この最下端部５２ａには、板状フィン５３が接合又は接触しているので、当該水滴は、当該板状フィン５３を伝って流れて、下方に流出し易い。よって、本実施例の室外側熱交換器８によれば、室外側熱交換器８の排水性を向上させることができる。
その上、本実施例の室外側熱交換器８はコルゲートフィン５２の他に板状フィン５３を増やしたので、フィンの増大により、冷媒と空気の熱交換性能を向上させることができる。
【００２６】
また、室外側熱交換器８の曲げ部分５７及び直線部分５８には、板状フィン５３を設けていない。これは、前記の折曲げ工程のとおり、室外側熱交換器８の曲げ部分５７となる部分にローラをあてがい、直線部分５８に力をかけるなどして、室外側熱交換器８に曲げ部分５７を形成しているためである。すなわち、かかる工程により、もし曲げ部分５７のなる部分や直線部分５８に板状フィン５３を設けていたとすると、当該工程で曲げ部分５７や直線部分５８に板状フィン５３が形成されていた板状フィン５３が曲がる。よって、このようにして形成された室外側熱交換器８では、曲がった板状フィン５３によって遮られてコルゲートフィン５２を空気が通過しにくくなる。これに対して、本実施例の室外側熱交換器８によれば、曲げ部分５７や直線部分５８に板状フィン５３を形成せず、よって当該部分で板状フィン５３の曲がりが生じないため、コルゲートフィン５２への空気の通過を阻害しにくくすることができる。
【００２７】
なお、曲げ部分５７を形成するために室外側熱交換器８にどのような形態で力を加えるかは、様々考えられる。よって、その力の加え方によって、板状フィン５３に曲がりが生じないのであれば、曲げ部分５７に板状フィン５３を設けてもよいし、直線部分５８に板状フィン５３を設けてもよい。
【００２８】
図７は、前記実施例の室外側熱交換器８の変形例を示す斜視図である。図８は、図７から板状フィン５３を取り外した状態を示す斜視図である。本変形例が前記実施例と異なるのは、室外側熱交換器８の配置の向きが異なることである。すなわち、本変形例は、前記実施例とは室外側熱交換器８の縦横の向きが９０°異なる。すなわち、本変形例では、一対のヘッダ５４，５５の長手方向が略水平方向であり、各扁平伝熱管５１の長手方向が略垂直方向である。よって、コルゲートフィン５２の正面から視た向きも前記実施例とは９０°異なり、板状フィン５３の長手方向も略水平方向になる。このように前記実施例と９０°異なる向きにして、室外側熱交換器８を筺体２０内に装着するようにしてもよい。なお、本変形例では、室外側熱交換器８は前記実施例と異なり、前記の曲げ部分５７を有しておらず、全体に直線状をした例を示している。もちろん、前記の実施例同様に、Ｌ字状やコ字状に屈曲させてもよい。
【００２９】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記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。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、また、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。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【００３０】
例えば、前記各実施例では本発明の熱交換器を室外側熱交換器８に適用する例で説明したが、室内側熱交換器１２に適用してもよい。
また、前記の各実施例は、空気調和機である冷凍サイクル装置１００の例で説明したが、本発明は、自然冷媒ヒートポンプ給湯機等の他種類の冷凍サイクル装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１      室外機
２      室内機
６      圧縮機
８      室外側熱交換器（熱交換器）
９      第１膨張弁（膨張弁）
１３    第２膨張弁（膨張弁）
２０    筺体
１００  冷凍サイクル装置（空気調和機）
５１    扁平伝熱管
５２    コルゲートフィン
５２ａ  最下端部
５３    板状フィン
５４，５５  ヘッダ
３０    送風機
【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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【図７】
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【図８】
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