(57)【要約】【課題】コンパクト化されたパラレルフロー熱交換器において、結露水の排水性を高めること。【解決手段】略Ｃの字に曲げられたパラレルフロー熱交換器において、鉛直方向に設けられた複数の偏平管５と、複数の偏平管５の間に設けられたフィン６とが設けられた風上側熱交換部２１と、風上側熱交換部２１の下流側に設けられた風下側熱交換部２２とを備え、風上側熱交換部２１は、前面側に突出する突出部の下方に位置する偏平管５を、フィン６より上流側へ突出させた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に設けられた複数の偏平管と、前記複数の偏平管の間に設けられたフィンとが設けられた風上側熱交換部と、
前記風上側熱交換部のフィンの間を流れる流体の流れ方向に対して下流側に設けられた風下側熱交換部とを備え、
前記風上側熱交換部は、前面側に突出する突出部の下方に位置する前記偏平管が、前記フィンより上流側へ突出したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記風下側熱交換部は、鉛直方向に設けられた複数の偏平管と、前記複数の偏平管の間に設けられたフィンとを備え、
上面側に突出する突出部の背面側に位置する前記偏平管が、前記フィンより下流側へ突出したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記上面側に突出する突出部の頂部に位置する前記偏平管を、水平としたことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパラレルフロー型熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にパラレルフロー型熱交換器は、間隔を置いて平行に並べられた２本のヘッダと、２本のヘッダ間に配置され、内部に複数の冷媒流路を設けた複数の偏平管と、偏平管の扁平面に配置された複数のフィンとから構成されている。空気は、フィンとフィンとの間を流れて偏平管の中の流体（冷媒）と熱交換する。
【０００３】
パラレルフロー型熱交換器は、フィン＆チューブ型熱交換器よりも、冷媒と空気の熱交換効率が高いとされている。これは、パラレルフロー型熱交換器が、偏平管内に複数の冷媒流路を設けることができ、偏平管内の伝熱面積を増大させることができるためである。しかし、パラレルフロー熱交換器は、フィン＆チューブ型熱交換器と比較して、結露水を保持しやすいため、特許文献１、特許文献２のように風下側のマイクロチューブを、フィンよりも突出させることで、熱交換器の排水性を高める技術が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５６−７２１６０号公報
【特許文献２】実開昭５７−２００８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２の技術は、熱交換器を縦置きに配置（直線状の偏平管を鉛直方向に配置）することを前提としたものであり、例えば、一般家庭に広く販売されているルームエアコン等の空気調和機の室内熱交換器のように、コンパクト化のために熱交換器が曲げられている形状では、風下側のみにおいて、フィンよりもチューブを突出させるだけでは、排水性が不十分であった。
【０００６】
また、フィンが設けられている本来の目的は、空気と冷媒との伝熱面積を増やすことにあるので、フィンよりも偏平管が突出している箇所の熱交換効率は低くなってしまう。このため、フィンよりも偏平管を突出させた箇所を、熱交換器全体に設けた構成では、熱交換器の能力が低下してしまう。
【０００７】
そこで、本発明では、空気調和機の室内熱交換器等に、パラレルフロー型熱交換器を採用した場合であっても、必要箇所のみにおいて排水性を高め、かつ能力低下を防ぐことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、鉛直方向に設けられた複数の偏平管と、前記複数の偏平管の間に設けられたフィンとが設けられた風上側熱交換部と、前記風上側熱交換部のフィンの間を流れる流体の流れ方向に対して下流側に設けられた風下側熱交換部とを備え、前記風上側熱交換部は、前面側に突出する突出部の下方に位置する前記偏平管が、前記フィンより上流側へ突出させたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、結露水の排水性と、熱交換器性能とを両立できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態の熱交換器を備えた室内機の横断面図
【図２】本発明の実施の形態の熱交換器の曲げ加工前の正面断面図
【図３】本発明の実施の形態の熱交換器の偏平管の断面図
【図４】本発明の実施の形態の熱交換器の要部斜視図
【図５】本発明の実施の形態の熱交換器の要部斜視図
【図６】本発明の実施の形態の熱交換器の曲げ加工の手順を示す説明図
【図７】本発明の実施の形態の熱交換器を備えたヒートポンプ空気調和機の冷凍サイクル図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、鉛直方向に設けられた複数の偏平管と、前記複数の偏平管の間に設けられたフィンとが設けられた風上側熱交換部と、前記風上側熱交換部のフィンの間を流れる流体の流れ方向に対して下流側に設けられた風下側熱交換部とを備え、前記風上側熱交換部は、前面側に突出する突出部の下方に位置する前記偏平管が、前記フィンより上流側へ突出させたものである。
【００１２】
この構成により、風上側熱交換部の前面下段側の結露水を水受け皿に誘導することができる。特に、風上側熱交換部の前面下段側は、ファンが風を引き込む力と、ドレン水の重力がつりあってしまうと、熱交換器から排水できずに残留してしまうため、空気と冷媒との熱交換器を阻害し、熱交能力の低下を引き起こすが、この構成を採用することで、熱交換器の能力低下を防ぐことができる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明の風下側熱交換部は、鉛直方向に設けられた複数の偏平管と、前記複数の偏平管の間に設けられたフィンとを備え、上面側に突出する突出部の背面側に位置する前記偏平管が、前記フィンより下流側へ突出させたものである。
【００１４】
この構成により、風下側熱交換部の背面下段側の結露水を水受け皿に誘導することができる。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、前記上面側に突出する突出部の頂部に位置する前記偏平管を、水平としたものである。
【００１６】
この構成により、風下側熱交換部の天面下段側の結露水を水受け皿に誘導することができる。特に、風下側熱交換部の天面下段側は、ほぼ水平に近い状態であるため、熱交換器から落下した結露水が、ファンを通過して、室内に飛び出してしまうが、この構成を採用することで、結露水が室内に飛び出してしまうことを防止できる。
【００１７】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施形態の熱交換器の適用例として、一般家庭で使用されている空気調和機の室内機で説明を行う。図１は本発明の実施の形態１の熱交換器を備えた室内機の横断面図である。なお、以下の説明では、室内機において、室内の壁にとりつける側を背面とし、背面に対向する側を前面として説明する。
【００１８】
室内機は外殻を形成するケーシング２６を備え、その内部に熱交換器２０を備えている。ケーシング２６には、熱交換器２０の前面側に位置する前面開口部（図示せず）と、熱交換器２０の上面側に位置する上面開口部（図示せず）とが設けられている。
【００１９】
また、室内機は、前面開口部及び上面開口部から取り入れられた室内の空気を熱交換器
２０で熱交換して室内に吹き出すためのファン２３と、熱交換した空気を室内に吹き出す吹出口（図示せず）とを備えている。ファン２３は、クロスフローファンであり、回転軸が室内機の幅方向と平行となるように配置されている。
【００２０】
空気調和機が運転を開始すると、ファン２３が駆動されることで、室内空気は前面開口部及び上面開口部を介して室内機の内部に取り入れられる。取り入れられた室内空気は熱交換器２０で熱交換を行い、ファン２３を通過して、ファン２３の下流側に形成された通風路（図示せず）を通過し吹出口より吹き出される。
【００２１】
また、ケーシング２６には、熱交換器２０からの結露水を受け、排水するための水受け皿２４が設けられている。
【００２２】
ここで、熱交換器２０について詳しく説明する。熱交換器２０はパラレルフロー熱交換器であり、室内機の側方から見て、略Ｃの字に曲げられ、ファン２３を覆うように配置されている。
【００２３】
熱交換器２０は、複数の偏平管５と、偏平管５の長手方向の両端部に設けられたヘッダ２、３と、複数の偏平管５の間に設けられたフィン６とを備えている。
【００２４】
熱交換器２０は、偏平管５を、フィン６の間を流れる流体（室内空気）の流れ方向に対して並列に、２列で設けられている。そして、それぞれの列で、複数の偏平管５と、偏平管５の長手方向の両端部に設けられたヘッダとを備える風上側熱交換部２１と風下側熱交換部２２を構成している。
【００２５】
図２は、本実施の形態に係わる熱交換器２０を折り曲げ前の状態を示している。図２に示すように、熱交換器２０は間隔を置いて水平方向に並べられたヘッダ２、３との間に、複数の偏平管５を設けている。
【００２６】
偏平管５は、内部に冷媒流路４を備えた細長い平板状の伝熱管であり、その外表面は、対向する二面の平坦部５ａと、二面の平坦部５ａをつなぐ二面の側部５ｂとから構成されている（図３参照）。冷媒流路４は、ヘッダ２、３の内部空間に連通している。
【００２７】
複数の偏平管５の間にはフィン６が設けられている。フィン６は、例えば、コルゲートフィンである。
【００２８】
熱交換器２０は、後述する曲げ加工によって、偏平管５の平坦部５ａの水平方向に曲げられている。つまり、偏平管５は、平坦部５ａが略直線状となる直線部５Ｓと、平坦部５ａの水平方向に曲げられた曲げ部５Ｃとを備えている。図１に示すように、偏平管５は、４つの直線部５Ｓと３つの曲げ部５Ｃを有し、略Ｃ字状に形成されている。
【００２９】
熱交換器２０は、偏平管５を鉛直方向に配置した、いわゆるバーティカルフロー方式のパラレルフロー型熱交換器である。つまり、熱交換器２０は、ヘッダ２、３の長手方向が、室内機の幅方向と平行となるように配置され、また、偏平管５の平坦部５ａが室内機の奥行き方向と平行となるように配置される。そして、熱交換器２０は、ヘッダ２、３が、それぞれ水受け皿２４の上方に配置され、略Ｃ字状に形成された偏平管５が、ファン２３の上方を囲うように配置される。
【００３０】
さらに、熱交換器２０のうちファン２３の前方に配置された箇所は、略くの字状に前方へ突出するように、２つの直線部５Ｓ（図１中の５Ｓ１と５Ｓ２）と１つの曲げ部５Ｃ（図１中の５Ｃ１）とから構成されている。また、この突出部を構成する曲げ部５Ｃにおけ
る偏平管５の中心線は、ヘッダ２より前方となる位置に設けられている。
【００３１】
また、熱交換器２０のうちファン２３の上方に配置された箇所は、上方へ突出するように、３つの直線部５Ｓ（図１中の５Ｓ２〜５Ｓ４）と２つの曲げ部５Ｃ（図１中の５Ｃ２と５Ｃ３）とから構成されている。そして、２つの曲げ部５Ｃ（図１中の５Ｃ２と５Ｃ３）の間に位置する直線部５Ｓ（図１中の５Ｓ３）は、側部５ｂが水平となるように設けられている。なお、図１中の５Ｃ２と５Ｓ３を省略し、熱交換器２０のうちファン２３の上方に配置された箇所が、２つの直線部５Ｓ（５Ｓ２と５Ｓ４）と１つの曲げ部５Ｃ（５Ｃ３）とから構成されていてもよい。
【００３２】
このように構成することで、限られたスペース内で熱交換器の有効面積を増加することができる。
【００３３】
熱交換器２０において、後述するオフセット箇所以外に部分については、図３に示すように、偏平管５の端面（側部５ｂ）とフィン６の端部とは、上流側、下流側とも一致している。一方、オフセット箇所では、図４に示すように、偏平管５の端面（側部５ｂ）が、フィン６よりも突出するように設けている。
【００３４】
以下、オフセット箇所について説明する。まず、風上側熱交換部２１について説明する。風上側熱交換部２１では、前面側に突出する突出部、つまり、図１中の直線部５Ｓ１、５Ｓ２と曲げ部Ｃ１とで構成される突出部のうち、下方に位置する領域（図１中の２５１で示す領域）をオフセット箇所とし、偏平管５をフィン６より上流側へ突出するように構成している。つまり、図１中の直線部５Ｓ１の偏平管５をフィン６より上流側へ突出するように構成している。
【００３５】
まず、風下側熱交換部２２について説明する。風下側熱交換部２２では、上面側に突出する突出部、つまり、図１中の直線部５Ｓ２〜５Ｓ４と曲げ部Ｃ２、Ｃ３とで構成される突出部のうち、背面側に位置する領域（図１中の２５２で示す領域）をオフセット箇所とし、偏平管５をフィン６より下流側へ突出するように構成している。つまり、図１中の直線部５Ｓ３、５Ｓ４の偏平管５をフィン６より上流側へ突出するように構成している。なお、直線部５Ｓ３と５Ｓ４の間に位置する曲げ部５Ｃ３の偏平管５もフィン６より上流側へ突出するように構成してもよい。
【００３６】
以下、熱交換器２０の風上側熱交換部２１、風下側熱交換部２２のそれぞれに曲げ部を設けるため曲げ加工の手順について、図４を用いて説明する。曲げ加工前の状態では、図２のＢ矢視図である図４（ａ）に示すように、熱交換器２０を構成する風上側熱交換部２１、風下側熱交換部２２は平板状の熱交換器１となっている。熱交換器１に曲げ部を設けるためには、図４（ｂ）に示す様に、偏平管５の長手方向がほぼ直角になるように、偏平管５の側部５ｂに曲げ型８を当接する。
【００３７】
次に、図４（ｃ）に示す様に、ヘッダ２を固定冶具（図示しない）で固定保持し、他方のヘッダ３を曲げ装置の曲げ駆動部（図示しない）により、クランプした状態で曲げ型８に向かって押圧する。これによって、熱交換器１に所定の角度の曲げを行うことができる。
【００３８】
さらに、図４（ｄ）に示すように、曲げ型８とは異なる曲率の曲げ型９を用いて熱交換器１の別の部位を、同様にして曲げる。このように、１つの熱交換器２０に対して２箇所以上の所定の曲げを行うことになる。
【００３９】
以上のような曲げ加工の手順においては、偏平管５とフィン６は、偏平管５の長手方向
が平坦部５ａの水平方向に、一体に曲げられ、偏平管５とフィン６は略同等の曲げ角度で曲げることになる。
【００４０】
前述の様に構成された熱交換器２０を備えた室内機をヒートポンプ空気調和機に搭載して冷暖房運転を行う時の動作につて説明する。
【００４１】
まず、ヒートポンプ空気調和機の構成について説明する。冷媒を圧縮する圧縮機３１、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁３２、冷房時には凝縮器となり暖房時には蒸発器となる冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器３３、室外熱交換器３３内を流れる冷媒と外気の熱交換を促進する室外ファン３８、冷媒を減圧する絞り装置３４、冷媒と室内空気の熱を交換し冷房時には蒸発器となり暖房時には凝縮器となる熱交換器２０、熱交換器２０内を流れる冷媒と室内空気の熱交換を促進するファン２３、圧縮機３１の吸い込み側に設けられたアキュムレータ３６を備えている。
【００４２】
室外機４２は圧縮機３１、四方弁３２、室外熱交換器３３、絞り装置３４、アキュムレータ３６、室外ファン３８を備え、室内機１０とは、液側接続管４３とガス側接続管４４で接続されている。
【００４３】
この様に構成された、ヒートポンプ空気調和機について動作を説明する。
【００４４】
先ず、冷房運転時には、圧縮機３１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁３２を通って室外熱交換器３３に送られる。そして、室外ファン３８によって外気と熱交換を促進して放熱し、高圧の液冷媒となり絞り装置３４に送られる。絞り装置３４では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、液側接続管４３を通って、熱交換器２０に送られる。
【００４５】
ファン２３によって吸い込まれた室内空気は熱交換器２０を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気の熱を吸熱し蒸発気化して低温のガス冷媒となる。このとき冷媒によって吸熱された室内空気は温度湿度が低下してファン２３によって室内に吹き出され室内を冷房する。またこの時、運転条件によっては、熱交換器２０の偏平管５やフィン６に結露水が発生する。この結露水は、偏平管５やフィン６に沿って水受け２４に到達する。水受け皿２４に到達した結露水は室内機の外に導かれ室外に排水される（図示しない）。
【００４６】
また、ガス冷媒は、ガス側接続管４４を通過して四方弁３２に入り、アキュムレータ３６を経て圧縮機３１に戻る。
【００４７】
一方、暖房運転の運転時には、圧縮機３１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁３２を通り、ガス側接続管４４に送られる。ファン２３によって吸い込まれた室内空気は熱交換器２０を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気へ熱を放熱し凝縮して高圧の液冷媒となる。このとき室内空気は冷媒の熱を吸熱し温度が上昇した状態でファン２３によって室内に吹き出され室内を暖房する。その後、冷媒は液側接続管４３を通って絞り装置３４に送られ、絞り装置３４において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器３３に送られて、室外ファン３８によって外気と熱交換を促進して蒸発気化し、四方弁３２を経てアキュムレータ３６を通って圧縮機３１へ戻される。
【００４８】
この様にして、冷暖房運転がなされる。
【００４９】
本実施の形態では、上述の冷房運転時のように、熱交換器２０を蒸発器として作動させたときに、発生した結露水を、速やかに前面側および背面側の水受け皿２４に導くことができる。
【００５０】
つまり、風下側熱交換部２２の天面側（上面部、図１中の直線部５Ｓ３）は、ほぼ水平に近い状態であるため、オフセット箇所２５２を設けない場合、結露水は、熱交換器２０から落下し、ファン２３を通過して、室内に飛び出してしまう。しかし、本実施の形態では、当該箇所をオフセット箇所２５２とし、風下側に偏平管５を突出させているので、天面側（上面部、図１中の直線部５Ｓ３）に発生した結露水を、背面側の傾斜部（図１中の直線部５Ｓ４）を介して、背面側の水受け皿２４に導くことができるので、ファン２３を通過して、室内に飛び出してしまうことを防止できる。
【００５１】
また、風上側熱交換部２１の前面下段側（図１中の直線部５Ｓ１）においては、オフセット箇所２５１を設けない場合、ファン２３が空気を引き込む方向に対し、結露水が流れ落ちようとする方向が反対方向であるため、ファン２３の空気を引き込む力と、結露水の重力がつりあってしまうと、結露水が熱交換器２０に残留してしまうため、空気と冷媒との熱交換が阻害され、熱交換器の能力が低下してしまう。しかし、本実施の形態では、当該箇所をオフセット箇所２５１とし、風上側に偏平管５を突出させているので、前面側に突出する突出部の下方に発生した結露水を速やかに水受け皿２４に導くことができるので、熱交換器の能力低下を防ぐことができる。
【００５２】
また、本実施の熱交換器２０では、オフセット箇所を限定して設けることで、他の箇所は偏平管５とフィン６の上流端、下流端が揃っており、フィン６の伝熱面積拡大効果を損なわず、熱交換器の能力が大幅に低下するのを防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、パラレルフロー熱交換器において、結露水の排水性と、熱交換器性能とを両立できる。このため、本発明の熱交換器は、家庭用の空気調和機のみならず、業務用の空気調和機等に適用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１、２０  熱交換器
２、３  ヘッダ
４  冷媒流路
５  偏平管
５ａ  平坦部
５ｂ  側部
６  フィン
２１  風上側熱交換部
２２  風下側熱交換部
２３  ファン
２４  水受け皿
２６  ケーシング
３１  圧縮機
３２  四方弁
３３  室外熱交換器
３４  絞り装置
３６  アキュムレータ
３８  室外ファン
４２  室外機
４３  液側接続管
４４  ガス側接続管
２５１、２５２  オフセット箇所
【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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