(57)【要約】【課題】熱伝達性能の低下を抑制しつつ、フィン間閉塞を遅らせて１除霜サイクル期間を長くして暖房運転時間を長くできる熱交換器を提供する。【解決手段】空気が通過する隙間を置いて複数積層されたフィン（３３、３４）と、これらフィン（３３、３４）と直交し、内部を作動流体（冷媒）が通過する伝熱管（１０）とを備え、フィン（３３、３４）は、隙間の空気導入部となる側の積層面が空気流れ方向（１３）に直交する向きに配置されるとともに、伝熱管（１０）を通すための伝熱管通し穴（１１）がフィン（３３、３４）の長手方向を段方向として複数段設けられた熱交換器において、フィン（３３、３４）は、空気を通す穴（１２）が設けられ、該空気を通す穴（１２）は、積層方向に隣り合うフィン（３３、３４）で対応しない位置に設けられ、かつ伝熱管通し穴（１１）よりも空気流れ方向（１３）の上流側に設けられる。【選択図】  図１
2015045465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気が通過する隙間を置いて複数積層されたフィン（３３、３４）と、
これらフィン（３３、３４）と直交し、内部を作動流体（冷媒）が通過する伝熱管（１０）とを備え、
前記フィン（３３、３４）は、前記隙間の空気導入部となる側の積層面が空気流れ方向（１３）に直交する向きに配置されるとともに、前記伝熱管（１０）を通すための伝熱管通し穴（１１）が前記フィン（３３、３４）の長手方向を段方向として複数段設けられた熱交換器において、
前記フィン（３３、３４）は、空気を通す穴（１２）が設けられ、該空気を通す穴（１２）は、積層方向に隣り合うフィン（３３、３４）で対応しない位置に設けられ、かつ前記伝熱管通し穴（１１）よりも前記空気流れ方向（１３）の上流側に設けられる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、
積層方向に隣り合う前記フィン（３３、３４）は、前記フィン（３３、３４）の長手方向に向かって所定の間隔で交互に前記空気を通す穴（１２）が設けられる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、
前記空気を通す穴（１２）は前記伝熱管通し穴（１１）と前記フィン（３３、３４）の前記空気流れ方向（１３）の上流側端部との中心よりも前記上流側端部側に形成されることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器において、
前記空気を通す穴（１２）の形状は前記フィン（３３、３４）の端部に沿うように略四角形状で形成されることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器において、
前記複数積層されたフィン（３３、３４）はそれぞれ、前記空気流れ方向（１３）の上流側から下流側に凸となる湾曲部が前記フィン（３３、３４）の長手方向に複数形成されることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数枚のフィンと複数の伝熱管から成る熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機の室外機にフィンと伝熱管で構成される熱交換器が使用されているが、この熱交換器に暖房運転時に霜が生成され暖房運転経過に伴い霜が発達していくと隣り合うフィン間で成長した霜によりフィン隙間が閉塞されて暖房性能が低下してしまう現象がある。フィン間閉塞による暖房性能劣化を防止するために、ホットガスを流して霜を融解させるホットガスデフロスト方式や冷却器の冷却管の配列の一部にチューブ状の電気ヒータを組込み通電することで霜を融かす電気ヒータ方式等がある。
【０００３】
除霜中は暖房機能が停止するので、暖房運転開始から暖房機能停止して除霜を行い終了するまでを１除霜サイクルとすると、１除霜サイクル期間が短いと頻繁に暖房機能を停止して除霜を行う必要があるので暖房性能が低下するが、暖房運転中に生じるフィン間が霜で閉塞するまでの時間を延長して１除霜サイクル期間を長くするために、フィンに切り抜き部を設ける方法が多数提案されている。
【０００４】
本技術分野の背景技術として、特公平７−６５８６２号公報（特許文献１）がある。この公報には、「本発明は上記した構成によって、フィン前縁部および伝熱管周囲のフィン部の霜の発達を防止し、フィン表面の霜の着霜を均一化することによって、フィン間の霜の目詰りによる閉塞時間を延長し、ヒートポンプの運転時間を大幅に延長できる。」と記載されている（作用参照）。また、特開昭６１−１５３４９３号公報（特許文献２）がある。この公報には、「フィン前縁部での霜の発達を防止してフィン表面での霜の着霜を平均化して、フィン間の霜の目詰りによる閉塞時間を大巾に延長し、しかも、熱交換量も減少しないフィン付熱交換器を提供する。」と記載されている（要約参照）。
【０００５】
しかし、着霜によるフィン間閉塞までの時間を遅らせるためにフィンに切り抜き部を設けると前記熱交換器の熱伝達性能が低下する問題点がある。例えば、特公平７−６５８６２号公報では、切り抜き部分面積に相当する熱交換量の減少を熱伝達率の向上で補えるとしているが、伝熱管に近い部分に円弧状の切り抜き部を設けるため、フィン前縁部への熱伝導が阻害されて熱伝達性能が低下する問題点がある。また、特開昭６１−１５３４９３号公報では、切り抜き部を断続して多数配置するという構成を備えている為にフィン端部への伝熱性が悪くなり熱伝達性能が低下する問題点がある。
【０００６】
また、前記特許文献では、切抜き部を設けることで霜が均一に着くとしているが、切抜き部を設けると切り抜き部分が新たな風の通り道になり霜の原因となる水蒸気という物質の移動が活発になる為霜の発達が速くなるという現象が考慮されておらず、この点に着目すると切り抜き部の風下側にあるフィンが新しいフィン端部になりこの部分に霜が生成されることによって、前記特許文献の切抜き部配置の場合、切抜き部の風下側にあるフィン部分でフィン間が閉塞されるという点で１除霜サイクル期間の延長があまり改善されない問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平７−６５８６２号広報
【特許文献２】特開昭６１−１５３４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
熱伝達性能の低下を抑制しつつ、フィン間閉塞を遅らせて１除霜サイクル期間を長くして暖房運転時間を長くできる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。  
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、  
「  空気が通過する隙間を置いて複数積層されたフィン（３３、３４）と、
これらフィン（３３、３４）と直交し、内部を作動流体（冷媒）が通過する伝熱管（１０）とを備え、
前記フィン（３３、３４）は、前記隙間の空気導入部となる側の積層面が空気流れ方向（１３）に直交する向きに配置されるとともに、前記伝熱管（１０）を通すための伝熱管通し穴（１１）が前記フィン（３３、３４）の長手方向を段方向として複数段設けられた熱交換器において、
前記フィン（３３、３４）は、空気を通す穴（１２）が設けられ、該空気を通す穴（１２）は、積層方向に隣り合うフィン（３３、３４）で対応しない位置に設けられ、かつ前記伝熱管通し穴（１１）よりも前記空気流れ方向（１３）の上流側に設けられること」を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱伝達性能の低下を抑制しつつ、フィン間閉塞を遅らせて１除霜サイクル期間を長くして暖房運転時間を長くできる熱交換器を提供することが可能となる。  
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】
【００１１】
【図１】空気を通す穴を持つ熱交換器の構成図の例である。
【図２】空気を通す穴を交互に持つ熱交換器の構成図の例である。
【図３】着霜した時のフィンの断面図である。
【図４】空気を通す穴を流れていく空気流の動きを示した図である。
【図５】空気を通す穴の位置を示す図である。
【図６】空気を通す穴の位置を示す図である。
【図７】空気を通す穴の形状を示す図である。
【図８】空気を通す穴の形状を示す図である。
【図９】空気を通す穴を持ち、かつ空気の流れる方向に湾曲部を持つ折れ形状の熱交換器の構成図の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
本実施例では、フィン間閉塞を遅らせることのできる、フィン（３３、３４）が複数積層されて構成される積層フィン１と伝熱管１０からなる熱交換器１００の例を説明する。なお、フィン（３３、３４）は図３、４に示す１枚のフィンのことでおり、図１に符号は付していない。
【００１４】
本実施例の熱交換器１００は、空気が通過する隙間を置いて複数積層されたフィン（３３、３４）と、これらフィン（３３、３４）と直交し、内部を作動流体（冷媒）が通過する伝熱管１０とを備え、フィン（３３、３４）は、上記した隙間の空気導入部となる側の積層面が空気流れ方向１３に直交する向きに配置されている。また伝熱管１０は、フィン（３３、３４）の長手方向を段方向として複数段設けられるとともに、空気流れ方向１３を列方向として複数列設けられる。伝熱管通し穴１１は伝熱管１０を通すためにフィン（３３、３４）に設けられた穴であり、フィン（３３、３４）の長手方向を段方向として複数段設けられる。
【００１５】
ここで本実施例においては、フィン（３３、３４）に空気を通す穴１２を設けており、この空気を通す穴１２は、積層フィン１の積層方向に隣り合うフィン（３３、３４）で対応しない位置に設けられ、かつ伝熱管通し穴１１よりも空気流れ方向１３の上流側に設けられる。
【００１６】
フィン（３３、３４）に空気を通す穴を設けなかった場合、風上側のフィン（３３、３４）の端部に最も多くの着霜が生じる。この着霜現象については空気側とフィン（３３、３４）側の間で熱伝達と物質伝達が行われることで説明することができる。空気側とフィン（３３、３４）側で温度差があり熱伝達が行われる環境で着霜は進むが、風上側のフィン（３３、３４）の端部に最も多くの着霜が生じる現象については空気に含まれる水蒸気という物質の伝達で説明することができる。
【００１７】
フィン（３３、３４）間に流れる空気流には水蒸気が含まれており、水蒸気がフィン（３３、３４）に付着した霜内部に拡散していくことで霜が成長する。空気の湿度が高いほど物質伝達できる水蒸気量が多いので着霜量も増加する。空気流はフィン（３３、３４）に付着した霜に対して物質伝達を行いながら熱交換器を通過していく。風上側の空気には含まれる水蒸気量が多く風下側になるにつれて失われた水蒸気の分だけ空気の湿度は低下する。湿度が低下した空気が流れる部分では物質伝達があまり行われず成長する霜の量が低下する。故に、最も風上側にあるフィン（３３、３４）の端部に多く霜が成長して着霜量が多くなる。
【００１８】
隣り合うフィン（３３、３４）で空気を通す穴を各フィン（３３、３４）ともに設けなかった場合、フィン（３３、３４）の端部に成長したそれぞれのフィン（３３、３４）に付着した霜が互いにくっつきあって閉塞する現象が起きる。
【００１９】
そこで本実施例では、フィン（３３、３４）に空気を通す穴１２を設けており、この空気を通す穴１２を積層フィン１の積層方向に隣り合うフィン（３３、３４）で対応しない位置に設けられ、かつ伝熱管通し穴１１よりも空気流れ方向１３の上流側に設けられるようにすることで、着霜する位置をずらすことができ、これにより着霜によるフィン間閉塞を遅らせることができる。
【００２０】
図３は、着霜した時の状態を図１のＡ−Ａ’で伝熱管１０の挿入方向、つまり積層フィン１の積層方向に切断した断面である。３３、３４はフィンを示しており、３０、３１、３２はフィンに付着した霜を示している。切断面にある伝熱管通し穴の位置に対して、フィン３３は空気を通す穴１２が形成されておらず、フィン３４は３５の部分に空気を通す穴１２が形成されている。
【００２１】
図３に示すように、空気を通す穴１２を設けないフィン３３にはフィン端部に最も着霜し、空気を通す穴１２を設けたフィン３４においては空気を通す穴１２の風下側（図３、４の下側方向）に最も多く着霜する。つまり、フィン３３においてはフィン端部に霜３０が着霜し、これに対してフィン３４においてはフィン端部よりも空気を通す穴１２の風下側に霜３２が着霜する。このように伝熱管通し穴１１から最も着霜する部分までの距離が積層方向に隣り合うフィン（３３、３４）で異なるため、隣り合うフィン（３３、３４）で着霜する位置がずれるものである。伝熱管通し穴１１から最も着霜する部分までの距離が隣り合うフィン（３３、３４）で異なることで、霜がくっつき合うのを防ぎ閉塞を遅らせることが可能となる。
【００２２】
空気を通す穴３５の風下側にあるフィンに霜が多く付着する原因について図４を用いて説明する。図４のフィンに付着する霜の断面図のうち、既に説明した図３に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。図４において、４は空気を通す穴３５を通る空気の流れを示している。
【００２３】
フィン（３３、３４）間に流れる空気流とフィン（３３、３４）側の温度差が大きいほど拡散していく水蒸気の質量流束は大きくなるが、空気を通す穴３５を設けることでフィン端部があまり冷却されなくなりフィン端部で空気側とフィン側の間で温度差があまり生じない為物質伝達があまり行われずに空気が通過して湿度をほぼ保持した状態で空気を通る穴に４のように空気が分流する。すると、ここで空気側とフィン側の間で温度差が生じ物質移動がフィン３３の端部と同様に活発に行われる。よって、３２のように空気を通す穴の風下側にあるフィンに多く霜が発達して付着する。
【実施例２】
【００２４】
本実施例では、空気を通す穴を交互に配置することでフィン端部への熱伝導を確保して熱交換全体としての熱伝達性能低下を抑制する熱交換器の例を説明する。  
図２は図１の熱交換器１００において空気を通す穴１２を交互に配置した場合の構成図の例である。つまり、積層方向に隣り合うフィン（３３、３４）は、前記フィン（３３、３４）の長手方向に向かって所定の間隔で交互に空気を通す穴１２が設けられる。図２においては、この所定の間隔として１段ずつ交互に配置された例を示しているが、２段ずつなどの複数段ずつに配置するようにしても良い。空気を通す穴１２が隣り合うフィンで対応しない位置に配置しているので、図１と着霜に対する効果は同じである。さらに、隣り合うフィン同士で空気を通す穴１２を図２のように交互に配置することで、空気を通す穴を断続的に多数配置するよりも熱伝達に有効に使える面積を確保して熱交換器全体としては熱伝達性低下を抑制することができる。
【実施例３】
【００２５】
本実施例では、空気を通す穴を伝熱管通し穴とフィン端部との中心よりもフィン端部側に設けることで前記熱交換器の熱伝達性能低下を抑制する熱交換器の例を説明する。  
図５および図６の熱交換器部分図のうち、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００２６】
図５および図６は、実施例３における熱交換器の伝熱管通し穴１１と空気を通す穴１２からなるフィンの構成図の例である。空気を通す穴１２が図６のように伝熱管通し穴とフィン端部の中心よりもフィン端部側に形成されるようにしたものである。つまり、空気を通す穴１２は伝熱管通し穴１１とフィン（３３、３４）の空気流れ方向１３の上流側端部との中心よりも上流側端部側に形成される。
【００２７】
これにより、空気を通す穴１２が図５のように伝熱管通し穴１１付近に設けられるよりも、伝熱管通し穴１１から空気を通す穴１２で熱伝導が遮られるまでの距離が長くなり、有効に熱伝達できる面積が増大する。よって空気を通す穴１２をフィン（３３、３４）の上流側端部側近くに設けることで伝熱性能低下を抑制することができる。
【実施例４】
【００２８】
本実施例では、空気を通す穴１２の形状が略四角形であることでフィン端部に霜が付着することを抑制する前記熱交換器の例を説明する。  
図７および図８は、実施例１における空気を通す穴１２を隣り合うフィン同士で対応しないように配置する熱交換器１００の一部の構成図の例である。図７および図８の熱交換器フィンのうち、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００２９】
図７における７０は空気を通す穴１２を二つに分断した近傍穴を示し、７１、７２は伝熱管通し穴に配置される伝熱管からの熱の伝わりを示す。空気を通す穴１２を例えば二つに分断して間に隙間を設けると、伝熱管通し穴１１に配置される伝熱管１０からの熱が７２のようにフィン端部に伝わり、熱の伝わり方が７１のように空気を通す穴７０を迂回してフィン端部に熱が伝わる場合よりも速く伝わる。空気を通す穴７０の形状をフィン端部の形状に沿うように略四角形状にして分断させずに設けることによって、伝熱管通し穴１１に挿入される伝熱管１０からフィン端部への熱の伝わりを阻害してフィン端部での空気側とフィン側との間の温度差を小さくして物質伝達を鈍くすることで霜の生成を抑制する効果がある。
【実施例５】
【００３０】
本実施例では、フィンを湾曲させた折れ形状にすることで伝熱面積の向上を図り、熱交換性能低下を抑制する前記熱交換器の例を説明する。  
図９は、実施例５における空気を通す穴１２を隣り合うフィン同士で対応しないように配置して、かつ伝熱管通し穴１１を通る伝熱管１０の長手方向に垂直な方向に湾曲部を複数持つ熱交換器９００の構成図の例である。図９の熱交換器９００のうち、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００３１】
図９の９は、伝熱管通し穴１１に配置される伝熱管１０の長手方向に垂直方向に湾曲部を複数持つフィンが積層されている積層フィンを示す。図１の熱交換器１００において、空気を通す穴１２を持つことで伝熱性能が低下するが、図９に示す熱交換器９００に示すようにフィンを伝熱管の長手方向に垂直な方向に湾曲させる。つまり、前記複数積層されたフィン（３３、３４）はそれぞれ、空気流れ方向１３の上流側から下流側に凸となる湾曲部がフィン（３３、３４）の長手方向に複数形成されるものである。これにより、フィン（３３、３４）の伝熱面積が増加し熱交換性能が向上するので、空気を通す穴１２の総面積に相当する熱交換器の性能低下を補うことができる。
【符号の説明】
【００３２】
１００、９００…熱交換器
１、９…積層フィン
１０…伝熱管
１１…伝熱管通し穴
１２、３５…空気を通す穴
１３…空気流れ方向
３０、３１、３２…霜
３３、３４…フィン
４…フィン間の空気の流れる方向
７０…近傍穴
７１、７２…熱の伝わり方
【図１】
2015045465.tif 000003
【図２】
2015045465.tif 000004
【図３】
2015045465.tif 000005
【図４】
2015045465.tif 000006
【図５】
2015045465.tif 000007
【図６】
2015045465.tif 000008
【図７】
2015045465.tif 000009
【図８】
2015045465.tif 000010
【図９】
2015045465.tif 000011