(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１伝熱管と、
前記第１伝熱管と並列して配置された第２伝熱管と、
前記第１伝熱管と前記第２伝熱管との間に配置され、前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管のいずれとも間隙を介して隣り合う第３伝熱管と、
を含み互いに並列して配置された複数の伝熱管を備え、
前記第１伝熱管と前記第３伝熱管との間には、前記第１伝熱管と前記第３伝熱管とを接続する伝熱フィンが設けられておらず、
前記第２伝熱管と前記第３伝熱管との間には、前記第２伝熱管と前記第３伝熱管とを接続する伝熱フィンが設けられておらず、
前記第１伝熱管、前記第２伝熱管及び前記第３伝熱管は、空気の流れで上流側に第１端部、第２端部及び第３端部をそれぞれ有しており、
前記第１端部と前記第３端部とは、第１間隔で離れており、
前記第２端部と前記第３端部とは、第２間隔で離れており、
前記第１間隔は、前記第２間隔よりも広くなっており、
前記複数の伝熱管のうち互いに隣り合う２つの伝熱管同士は、前記第１間隔又は前記第２間隔で離れており、
前記複数の伝熱管は、前記第１間隔と前記第２間隔とが前記複数の伝熱管の並列方向で交互に繰り返されるように配列している熱交換器。
【請求項２】
前記第１伝熱管、前記第２伝熱管及び前記第３伝熱管は、空気の流れで下流側に第４端部、第５端部及び第６端部をそれぞれ有しており、
前記第４端部と前記第６端部とは、第３間隔で離れており、
前記第５端部と前記第６端部とは、第４間隔で離れており、
前記第３間隔は、前記第１間隔よりも狭く、
前記第４間隔は、前記第２間隔よりも広い請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第２伝熱管と前記第３伝熱管とが互いに対向するそれぞれの対向面には、伝熱を促進する伝熱促進部が設けられており、
前記第１伝熱管と前記第３伝熱管とが互いに対向するそれぞれの対向面には、前記伝熱促進部が設けられていない請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１伝熱管、前記第２伝熱管及び前記第３伝熱管のそれぞれは、空気の流れで上流側に延びた板状のフィン部を有する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器と、
前記熱交換器に空気を送風する送風機と、
を備える熱交換器ユニット。
【請求項６】
前記熱交換器は、前記第１伝熱管、前記第２伝熱管及び前記第３伝熱管のそれぞれが上下方向に延伸するように配置されている請求項５に記載の熱交換器ユニット。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の熱交換器ユニットを備える冷凍サイクル装置。
【請求項８】
第１伝熱管と、
前記第１伝熱管と並列して配置された第２伝熱管と、
前記第１伝熱管と前記第２伝熱管との間に配置され、前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管のいずれとも間隙を介して隣り合う第３伝熱管と、
を備え、
前記第１伝熱管と前記第３伝熱管との間には、前記第１伝熱管と前記第３伝熱管とを接続する伝熱フィンが設けられておらず、
前記第２伝熱管と前記第３伝熱管との間には、前記第２伝熱管と前記第３伝熱管とを接続する伝熱フィンが設けられておらず、
前記第１伝熱管、前記第２伝熱管及び前記第３伝熱管は、空気の流れで上流側に第１端部、第２端部及び第３端部をそれぞれ有しており、
前記第１端部と前記第３端部とは、第１間隔で離れており、
前記第２端部と前記第３端部とは、第２間隔で離れており、
前記第１間隔は、前記第２間隔よりも広くなっており、
前記第２伝熱管と前記第３伝熱管とが互いに対向するそれぞれの対向面には、伝熱を促進する伝熱促進部が設けられており、
前記第１伝熱管と前記第３伝熱管とが互いに対向するそれぞれの対向面には、前記伝熱促進部が設けられていない熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の伝熱管を有する熱交換器、熱交換器を備えた熱交換器ユニット、及び熱交換器ユニットを備えた冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の扁平管を備えた空気調和機用フィンレス熱交換器が記載されている。この空気調和機用フィンレス熱交換器において、複数の扁平管は、当該各扁平管の長径方向が空気の流れに対してほぼ平行となるように配置されている。また、複数の扁平管は、空気の流れの方向と交差する方向に一列に等間隔に並置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４５０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されているようなフィンレス熱交換器では、空気との伝熱面積を確保するために、伝熱フィンを備えた熱交換器と比較して伝熱管が高密度で配置されることが多い。伝熱管が高密度で配置されていると、フィンレス熱交換器が蒸発器として動作する際、着霜による風路の閉塞が生じやすくなる。したがって、フィンレス熱交換器には、風路の閉塞により熱交換性能が急激に低下してしまう場合があるという課題があった。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、熱交換性能の急激な低下を防ぐことができる熱交換器、熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置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】
【０００６】
本発明に係る熱交換器は、第１伝熱管と、前記第１伝熱管と並列して配置された第２伝熱管と、前記第１伝熱管と前記第２伝熱管との間に配置され、前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管のいずれとも間隙を介して隣り合う第３伝熱管と、を含み互いに並列して配置された複数の伝熱管を備え、前記第１伝熱管と前記第３伝熱管との間には、前記第１伝熱管と前記第３伝熱管とを接続する伝熱フィンが設けられておらず、前記第２伝熱管と前記第３伝熱管との間には、前記第２伝熱管と前記第３伝熱管とを接続する伝熱フィンが設けられておらず、前記第１伝熱管、前記第２伝熱管及び前記第３伝熱管は、空気の流れで上流側に第１端部、第２端部及び第３端部をそれぞれ有しており、前記第１端部と前記第３端部とは、第１間隔で離れており、前記第２端部と前記第３端部とは、第２間隔で離れており、前記第１間隔は、前記第２間隔よりも広くなっており、前記複数の伝熱管のうち互いに隣り合う２つの伝熱管同士は、前記第１間隔又は前記第２間隔で離れており、前記複数の伝熱管は、前記第１間隔と前記第２間隔とが前記複数の伝熱管の並列方向で交互に繰り返されるように配列しているものである。
また、本発明に係る熱交換器ユニットは、本発明に係る熱交換器と、前記熱交換器に空気を送風する送風機と、を備えるものである。
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、本発明に係る熱交換器ユニットを備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、間隔が相対的に狭い第２端部と第３端部との間では、間隔が相対的に広い第１端部と第３端部との間よりも先に、霜による閉塞が生じる。これにより、第２伝熱管と第３伝熱管との間の風路が霜により閉塞されたとしても、第１伝熱管と第３伝熱管との間の風路が確保される。したがって、本発明によれば、熱交換器の熱交換性能の急激な低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器２０の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱交換器２０の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る熱交換器２０の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る熱交換器２０の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る熱交換器２０の空気の流れ方向での位置と温度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態３に係る熱交換器２０の構成の変形例１を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る熱交換器２０の構成の変形例２を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る熱交換器２０の構成を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る熱交換器について説明する。図１は、本実施の形態に係る熱交換器２０の概略構成を示す斜視図である。図１の上下方向は、重力方向に平行な方向を表している。図１に示すように、熱交換器２０は、第１分配器２１と、第１分配器２１と対向して配置された第２分配器２２と、第１分配器２１と第２分配器２２との間に配置された複数の伝熱管３０と、を有している。熱交換器２０は、伝熱管３０を流れる内部流体と、空気と、の熱交換を行う空気熱交換器である。図１では、空気の流れ方向を白抜き矢印で示している。熱交換器２０が冷凍サイクル装置の一部を構成する場合、伝熱管３０を流れる内部流体としては冷媒が用いられる。伝熱管３０は、アルミニウム、銅又は真鍮などの高い熱伝導性を有する金属材料を用いて形成されている。
【００１０】
本実施の形態では縦流れ式の熱交換器２０を例示しているため、熱交換器２０は、複数の伝熱管３０のそれぞれが重力方向に沿って上下方向に延伸するように設置されている。複数の伝熱管３０は、重力方向及び空気の流れ方向のいずれとも概ね垂直となる水平方向に並列している。以下、複数の伝熱管３０のそれぞれが延伸する方向のことを、伝熱管３０の延伸方向という場合がある。伝熱管３０の延伸方向は、図１の上下方向、すなわち重力方向に平行な方向である。また、複数の伝熱管３０が並列している方向のことを、複数の伝熱管３０の並列方向という場合がある。複数の伝熱管３０の並列方向は、後述する図２の左右方向であり、通常、第１分配器２１の長手方向及び第２分配器２２の長手方向と一致する。
【００１１】
複数の伝熱管３０のそれぞれの上端は、第１分配器２１に接続されている。複数の伝熱管３０のそれぞれの下端は、第２分配器２２に接続されている。複数の伝熱管３０のうち互いに隣り合う２つの伝熱管３０の間には、空気が流通する風路となる間隙が形成されている。互いに隣り合う２つの伝熱管３０の間には、伝熱フィンが設けられていない。すなわち、熱交換器２０はフィンレス型の熱交換器である。互いに隣り合う２つの伝熱管３０の間に伝熱フィンが設けられていないことから、複数の伝熱管３０は、第１分配器２１及び第２分配器２２を介してのみ、互いに機械的に接続されている。また、複数の伝熱管３０は、実質的に、第１分配器２１及び第２分配器２２を介してのみ、互いに熱的に接続されている。
【００１２】
本実施の形態では、伝熱管３０として、一方向に扁平な断面形状を有する扁平管が用いられている。以下、扁平管の延伸方向と垂直な断面における扁平管の長径方向のことを、単に扁平管の長径方向という場合がある。伝熱管３０として扁平管が用いられる場合には、扁平管の長径方向のことを伝熱管３０の長径方向という場合がある。伝熱管３０は、伝熱管３０の長径方向が空気の流れ方向に平行となるように設けられている。伝熱管３０の内部には、伝熱管３０の長径方向に沿って並列した複数の流体通路４０が形成されている（図２参照）。
【００１３】
図２は、本実施の形態に係る熱交換器２０の構成を示す断面図である。図２では、熱交換器２０の上下方向の中間部を水平面で切断した構成を示している。図２において、空気の流れ方向は下向きである。図２中の複数の下向き矢印は、空気の流れ方向及び空気の流速の大小を模式的に表している。図２に示すように、複数の伝熱管３０は、各伝熱管３０の長径方向が互いに平行になるように配置されている。複数の伝熱管３０の配置間隔は、少なくとも一部で異なっている。言い換えれば、複数の伝熱管３０の配置間隔は、少なくとも一部で相対的に狭くなっており、かつ、少なくとも一部で相対的に広くなっている。図２に示す構成では、複数の伝熱管３０は、相対的に広い配置間隔と相対的に狭い配置間隔とが複数の伝熱管３０の並列方向で交互に繰り返されるように配列している。
【００１４】
複数の伝熱管３０の配置間隔について、複数の伝熱管３０の一部である第１伝熱管３０ａ、第２伝熱管３０ｂ及び第３伝熱管３０ｃに注目して説明する。第１伝熱管３０ａは、複数の伝熱管３０のうちの１つである。第２伝熱管３０ｂは、第１伝熱管３０ａと並列して配置された伝熱管３０である。第３伝熱管３０ｃは、第１伝熱管３０ａと第２伝熱管３０ｂとの間に配置され、間隙４１を介して第１伝熱管３０ａと隣り合い、かつ間隙４２を介して第２伝熱管３０ｂとも隣り合う伝熱管３０である。つまり、複数の伝熱管３０の並列方向において、第１伝熱管３０ａ、第３伝熱管３０ｃ及び第２伝熱管３０ｂはこの順に配列している。間隙４１は、第１伝熱管３０ａと第３伝熱管３０ｃとの間の風路となる。間隙４２は、第２伝熱管３０ｂと第３伝熱管３０ｃとの間の風路となる。
【００１５】
第１伝熱管３０ａと第３伝熱管３０ｃとの間には、少なくとも、第１伝熱管３０ａと第３伝熱管３０ｃとを接続する伝熱フィンが設けられていない。第３伝熱管３０ｃと第２伝熱管３０ｂとの間には、少なくとも、第３伝熱管３０ｃと第２伝熱管３０ｂとを接続する伝熱フィンが設けられていない。
【００１６】
第１伝熱管３０ａは、第１伝熱管３０ａの長径方向の端部として、空気の流れで上流側すなわち風上側に位置する第１端部３１ａを有している。第２伝熱管３０ｂは、第２伝熱管３０ｂの長径方向の端部として、風上側に位置する第２端部３１ｂを有している。第３伝熱管３０ｃは、第３伝熱管３０ｃの長径方向の端部として、風上側に位置する第３端部３１ｃを有している。複数の伝熱管３０の並列方向において、第１端部３１ａ、第３端部３１ｃ及び第２端部３１ｂはこの順に配列している。第１端部３１ａと第３端部３１ｃとは、第１間隔Ｄ１で離れている。第２端部３１ｂと第３端部３１ｃとは、第２間隔Ｄ２で離れている。第１間隔Ｄ１は、第２間隔Ｄ２よりも広くなっている（Ｄ１＞Ｄ２）。ここで、第１間隔Ｄ１及び第２間隔Ｄ２はいずれも、複数の伝熱管３０の並列方向と平行に測定されるものとする。
【００１７】
また、第１伝熱管３０ａは、第１伝熱管３０ａの長径方向の端部として、空気の流れで下流側すなわち風下側に位置する第４端部３２ａを有している。第２伝熱管３０ｂは、第２伝熱管３０ｂの長径方向の端部として、風下側に位置する第５端部３２ｂを有している。第３伝熱管３０ｃは、第３伝熱管３０ｃの長径方向の端部として、風下側に位置する第６端部３２ｃを有している。複数の伝熱管３０の並列方向において、第４端部３２ａ、第６端部３２ｃ及び第５端部３２ｂはこの順に配列している。第１伝熱管３０ａ、第２伝熱管３０ｂ及び第３伝熱管３０ｃのそれぞれの長径方向は互いに平行であるため、第４端部３２ａと第６端部３２ｃとの間隔は第１間隔Ｄ１と等しく、第５端部３２ｂと第６端部３２ｃとの間隔は第２間隔Ｄ２と等しい。
【００１８】
熱交換器２０に着霜が生じ得る条件にある場合、複数の伝熱管３０の風上側に霜５０が付着しやすい。本実施の形態では、第１伝熱管３０ａの第１端部３１ａと第３伝熱管３０ｃの第３端部３１ｃとの間の第１間隔Ｄ１と、第２伝熱管３０ｂの第２端部３１ｂと第３伝熱管３０ｃの第３端部３１ｃとの間の第２間隔Ｄ２とは、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たしている。伝熱管３０に付着した霜５０は、隣り合う伝熱管３０同士の間隔に関わらず、略一定の成長速度で成長する。これにより、間隔が相対的に狭い第２端部３１ｂと第３端部３１ｃとの間では、間隔が相対的に広い第１端部３１ａと第３端部３１ｃとの間よりも先に霜５０による閉塞が生じる。第２端部３１ｂと第３端部３１ｃとの間が霜５０により閉塞された時点では、第１端部３１ａと第３端部３１ｃとの間には霜５０による閉塞が生じていない。このため、第２伝熱管３０ｂと第３伝熱管３０ｃとの間の風路が霜５０により閉塞されたとしても、第１伝熱管３０ａと第３伝熱管３０ｃとの間の風路が確保される。すなわち、本実施の形態では、熱交換器２０の一部の風路が霜５０により閉塞されたとしても、他の風路が確保される。したがって、本実施の形態では、熱交換器２０の全ての風路が閉塞してしまうのを防止できるため、風路の閉塞により熱交換器２０の熱交換性能が急激に低下するのを防ぐことができる。
【００１９】
また、図２に示す例では、複数の伝熱管３０は、相対的に広い第１間隔Ｄ１と相対的に狭い第２間隔Ｄ２とが複数の伝熱管３０の並列方向で交互に繰り返されるように配列している。このため、複数の伝熱管３０の並列方向において、霜５０による閉塞が先に生じる部分と風路が確保される部分とを均等に分散させることができる。したがって、熱交換器２０の一部の風路が閉塞したとしても、熱交換性能の低下を抑えることができる。
【００２０】
本実施の形態では、複数の伝熱管３０が上下方向に延伸している。また、本実施の形態では、互いに隣り合う２つの伝熱管３０の間に伝熱フィンが設けられていない。このため、冷凍サイクル装置の除霜運転などによって霜５０が融解した場合、融解水は、自重により伝熱管３０を伝って下方に流れ落ち、伝熱フィンに妨げられることなく排水される。同様に、熱交換器２０が冷凍サイクル装置の蒸発器として機能するときに伝熱管３０の表面に生じた凝縮水も、自重により伝熱管３０を伝って下方に流れ落ち、伝熱フィンに妨げられることなく排水される。したがって、本実施の形態によれば、熱交換器２０の排水性を向上させることができる。
【００２１】
以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換器２０は、第１伝熱管３０ａと、第１伝熱管３０ａと並列して配置された第２伝熱管３０ｂと、第１伝熱管３０ａと第２伝熱管３０ｂとの間に配置され、第１伝熱管３０ａ及び第２伝熱管３０ｂのいずれとも間隙４１、４２を介して隣り合う第３伝熱管３０ｃと、を備えている。第１伝熱管３０ａと第３伝熱管３０ｃとの間には、第１伝熱管３０ａと第３伝熱管３０ｃとを接続する伝熱フィンが設けられていない。第２伝熱管３０ｂと第３伝熱管３０ｃとの間には、第２伝熱管３０ｂと第３伝熱管３０ｃとを接続する伝熱フィンが設けられていない。第１伝熱管３０ａ、第２伝熱管３０ｂ及び第３伝熱管３０ｃは、空気の流れで上流側に第１端部３１ａ、第２端部３１ｂ及び第３端部３１ｃをそれぞれ有している。第１端部３１ａと第３端部３１ｃとは、第１間隔Ｄ１で離れている。第２端部３１ｂと第３端部３１ｃとは、第２間隔Ｄ２で離れている。第１間隔Ｄ１は、第２間隔Ｄ２よりも広くなっている。
【００２２】
この構成によれば、間隔が相対的に狭い第２端部３１ｂと第３端部３１ｃとの間では、間隔が相対的に広い第１端部３１ａと第３端部３１ｃとの間よりも先に霜５０による閉塞が生じる。このため、第２伝熱管３０ｂと第３伝熱管３０ｃとの間の風路が霜５０により閉塞されたとしても、第１伝熱管３０ａと第３伝熱管３０ｃとの間の風路が確保される。したがって、風路の閉塞により熱交換器２０の熱交換性能が急激に低下するのを防ぐことができる。
【００２３】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る熱交換器について説明する。図３は、本実施の形態に係る熱交換器２０の構成を示す断面図である。図３では、図２と対応する断面を示している。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。図３に示すように、本実施の形態では、複数の伝熱管３０の風上側の端部の配置間隔は、少なくとも一部で相対的に狭くなっており、かつ、少なくとも一部で相対的に広くなっている。したがって、実施の形態１と同様に、一部の風路が霜５０により閉塞されたとしても他の風路が確保されるため、風路の閉塞により熱交換器２０の熱交換性能が急激に低下するのを防ぐことができる。
【００２４】
本実施の形態では、互いに隣り合う２つの伝熱管３０の長径方向は、空気の流れ方向に対して互いに逆方向に傾斜している。これにより、伝熱管３０の延伸方向に沿って見たとき、互いに隣り合う２つの伝熱管３０の長径方向は、Ｖ字状又は逆Ｖ字状をなしている。
【００２５】
第１伝熱管３０ａの風上側の第１端部３１ａと、第３伝熱管３０ｃの風上側の第３端部３１ｃとは、第１間隔Ｄ１で離れている。第２伝熱管３０ｂの風上側の第２端部３１ｂと、第３伝熱管３０ｃの風上側の第３端部３１ｃとは、第２間隔Ｄ２で離れている。第１間隔Ｄ１及び第２間隔Ｄ２がＤ１＞Ｄ２の関係を満たす点は、実施の形態１と同様である。
【００２６】
第１伝熱管３０ａの風下側の第４端部３２ａと、第３伝熱管３０ｃの風下側の第６端部３２ｃとは、第３間隔Ｄ３で離れている。本実施の形態では、第３間隔Ｄ３は第１間隔Ｄ１よりも狭くなっている（Ｄ３＜Ｄ１）。つまり、第１伝熱管３０ａと第３伝熱管３０ｃとの間の風路は、風上側よりも風下側の方が狭くなるように形成されている。
【００２７】
第２伝熱管３０ｂの風下側の第５端部３２ｂと、第３伝熱管３０ｃの風下側の第６端部３２ｃとは、第４間隔Ｄ４で離れている。本実施の形態では、第４間隔Ｄ４は第２間隔Ｄ２よりも広くなっている（Ｄ４＞Ｄ２）。つまり、第２伝熱管３０ｂと第３伝熱管３０ｃとの間の風路は、風上側よりも風下側の方が広くなるように形成されている。
【００２８】
第３間隔Ｄ３と第４間隔Ｄ４とを比較すると、第４間隔Ｄ４は、例えば第３間隔Ｄ３と同一又はそれより広くなっている（Ｄ４≧Ｄ３）。ここで、第３間隔Ｄ３及び第４間隔Ｄ４はいずれも、第１間隔Ｄ１及び第２間隔Ｄ２と同様に、複数の伝熱管３０の並列方向と平行に測定されるものとする。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換器２０において、第１伝熱管３０ａ、第２伝熱管３０ｂ及び第３伝熱管３０ｃは、空気の流れで下流側に第４端部３２ａ、第５端部３２ｂ及び第６端部３２ｃをそれぞれ有している。第４端部３２ａと第６端部３２ｃとは、第３間隔Ｄ３で離れている。第５端部３２ｂと第６端部３２ｃとは、第４間隔Ｄ４で離れている。第３間隔Ｄ３は、第１間隔Ｄ１よりも狭くなっている。第４間隔Ｄ４は、第２間隔Ｄ２よりも広くなっている。
【００３０】
この構成によれば、着霜による閉塞が生じにくい第１伝熱管３０ａと第３伝熱管３０ｃとの間の風路は、風上側よりも風下側の方が狭くなるように形成される。これにより、第１伝熱管３０ａと第３伝熱管３０ｃとの間の風路を流れる空気の風速が上昇するため、当該風路での熱交換効率を上昇させることができる。したがって、本実施の形態によれば、熱交換器２０の熱交換性能をより高めることができる。
【００３１】
また、本実施の形態では、複数の伝熱管３０は、第１間隔Ｄ１と第１間隔Ｄ１よりも狭い第２間隔Ｄ２とが複数の伝熱管３０の並列方向で交互に繰り返されるように配列している。このため、複数の伝熱管３０の並列方向において、霜５０による閉塞が先に生じる部分と風路が確保される部分とを均等に分散させることができる。したがって、熱交換器２０の一部の風路が閉塞したとしても、熱交換性能の低下を抑えることができる。
【００３２】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る熱交換器について説明する。図４は、本実施の形態に係る熱交換器２０の構成を示す断面図である。図４では、図２と対応する断面を示している。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。図４に示すように、本実施の形態の伝熱管３０は、管部３３と、管部３３の風上側に形成された板状のフィン部３４と、管部３３の風下側に形成された板状のフィン部３５と、を有している。管部３３は、扁平管によって形成されている。
【００３３】
伝熱管３０の延伸方向と垂直な断面において、フィン部３４は、管部３３の風上側の端部から風上側に向かって延びている。フィン部３４は、図４の紙面に垂直な伝熱管３０の延伸方向に沿っても延びている。フィン部３４は、例えば、伝熱管３０の延伸方向に沿った長辺を有する長方形平板状の形状を有している。管部３３が扁平管によって形成されている場合、フィン部３４は、当該扁平管の短径寸法よりも小さい板厚寸法を有している。フィン部３４には、流体通路４０が形成されていない。
【００３４】
また、伝熱管３０の延伸方向と垂直な断面において、フィン部３５は、管部３３の風下側の端部から風下側に向かって延びている。フィン部３５は、図４の紙面に垂直な伝熱管３０の延伸方向に沿っても延びている。フィン部３５は、例えば、伝熱管３０の延伸方向に沿った長辺を有する長方形平板状の形状を有している。管部３３が扁平管によって形成されている場合、フィン部３５は、当該扁平管の短径寸法よりも小さい板厚寸法を有している。フィン部３５には、流体通路４０が形成されていない。
【００３５】
図４に示す断面では、扁平管である管部３３の長径方向と、フィン部３４の延びる方向と、フィン部３５の延びる方向とは平行である。また、複数の伝熱管３０は、それぞれの管部３３の長径方向が平行になるように、かつ、それぞれの管部３３の長径方向が空気の流れ方向と平行になるように配置されている。複数の伝熱管３０の配置間隔は、少なくとも一部で相対的に狭くなっており、かつ、少なくとも一部で相対的に広くなっている。
【００３６】
管部３３は、扁平管ではなく円管によって形成されていてもよい。フィン部３４及びフィン部３５は伝熱管３０の一部であるため、管部３３が円管によって形成されている場合であっても、伝熱管３０は一方向に扁平な断面形状を有する。このため、管部３３が円管によって形成されている場合であっても、伝熱管３０は全体として扁平管であると見なすことができる。管部３３が円管によって形成されている場合、フィン部３４及びフィン部３５は、例えば、当該円管の外径寸法よりも小さい板厚寸法を有する。
【００３７】
伝熱管３０がフィン部３４、３５を有することにより、伝熱管３０と空気との伝熱面積を増加させることができるため、熱交換器２０の熱交換性能をさらに向上させることができる。なお、本実施の形態において、風下側のフィン部３５は省略することも可能である。
【００３８】
各伝熱管３０の管部３３、フィン部３４及びフィン部３５は、同一材料を用いて一体成形されていてもよいし、別部材として形成されていてもよい。フィン部３４及びフィン部３５は、アルミニウム、銅又は真鍮などの高い熱伝導性を有する金属材料を用いて形成されるのが望ましい。
【００３９】
図５は、本実施の形態に係る熱交換器２０の空気の流れ方向での位置と温度との関係を示すグラフである。横軸は空気の流れ方向での位置を表しており、縦軸は温度を表している。横軸上の位置は、横軸の下方に示す２種類の伝熱管３０のそれぞれの位置に対応している。横軸の下方に示す白抜き矢印は、空気の流れ方向を表している。位置Ｐ１は、伝熱管３０よりも風上側の位置に対応している。すなわち、位置Ｐ１の温度Ｔ１は、熱交換器２０に流入する前の空気の代表温度に相当する。位置Ｐ２は、フィン部３４を備える伝熱管３０の風上側端部の位置に対応している。すなわち、位置Ｐ２の温度Ｔ２は、フィン部３４の前縁の温度に相当する。位置Ｐ３は、フィン部３４を備えない伝熱管３０の風上側端部の位置、及び、フィン部３４を備える伝熱管３０における管部３３の風上側端部の位置に対応している。すなわち、位置Ｐ３の温度Ｔ３は、フィン部３４を備えない伝熱管３０では伝熱管３０の前縁の温度に相当し、フィン部３４を備える伝熱管３０では管部３３の風上側端部の温度に相当する。ここで、伝熱管３０を流通する内部流体の温度が等しければ、フィン部３４を備えない伝熱管３０の温度Ｔ３と、フィン部３４を備える伝熱管３０の温度Ｔ３とは等しくなる。
【００４０】
図５に示すように、フィン部３４の前縁温度Ｔ２は、フィン部３４を備えない伝熱管３０の前縁温度Ｔ３よりも高くなっている。このため、空気の代表温度Ｔ１とフィン部３４の前縁温度Ｔ２との温度差ΔＴ１は、空気の代表温度Ｔ１とフィン部３４を備えない伝熱管３０の前縁温度Ｔ３との温度差ΔＴ２よりも小さくなる。したがって、フィン部３４を備える伝熱管３０では、温度差ΔＴ１が小さくなるため、フィン部３４を備えない伝熱管３０よりも着霜が生じにくくなる。また、フィン部３４を備える伝熱管３０では、空気の流れ方向での伝熱部の長さを長くすることができるため、フィン部３４の風上側端部で着霜が生じたとしても、着霜部分よりも風下側の伝熱部を有効に利用することができる。したがって、伝熱管３０がフィン部３４を有することにより、熱交換器２０に着霜を生じにくくすることができるとともに、熱交換器２０の熱交換性能を向上させることができる。
【００４１】
図４に戻り、伝熱管３０がフィン部３４を有する場合、第１伝熱管３０ａの第１端部３１ａ、第２伝熱管３０ｂの第２端部３１ｂ、及び第３伝熱管３０ｃの第３端部３１ｃはいずれも、フィン部３４の風上側の端部に位置する。本実施の形態では、実施の形態１と同様に、第１端部３１ａと第３端部３１ｃとの間の第１間隔Ｄ１と、第２端部３１ｂと第３端部３１ｃとの間の第２間隔Ｄ２とは、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たしている。これにより、間隔が相対的に狭い第２端部３１ｂと第３端部３１ｃとの間では、間隔が相対的に広い第１端部３１ａと第３端部３１ｃとの間よりも先に霜５０による閉塞が生じる。したがって、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４２】
図６は、本実施の形態に係る熱交換器２０の構成の変形例１を示す断面図である。図６に示すように、本変形例では、互いに隣り合う２つの伝熱管３０の長径方向が、空気の流れ方向に対して互いに逆方向に傾斜している。第１端部３１ａと第３端部３１ｃとの間の第１間隔Ｄ１と、第２端部３１ｂと第３端部３１ｃとの間の第２間隔Ｄ２とは、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たしている。したがって、本変形例によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４３】
伝熱管３０がフィン部３５を有する場合、第１伝熱管３０ａの第４端部３２ａ、第２伝熱管３０ｂの第５端部３２ｂ、及び第３伝熱管３０ｃの第６端部３２ｃはいずれも、フィン部３５の風下側の端部に位置する。本変形例では、実施の形態２と同様に、第４端部３２ａと第６端部３２ｃとの間の第３間隔Ｄ３は、第１間隔Ｄ１よりも狭くなっている（Ｄ３＜Ｄ１）。また、第５端部３２ｂと第６端部３２ｃとの間の第４間隔Ｄ４は、第２間隔Ｄ２よりも広くなっている（Ｄ４＞Ｄ２）。したがって、本変形例によれば、実施の形態２と同様の効果も得られる。
【００４４】
図７は、本実施の形態に係る熱交換器２０の構成の変形例２を示す断面図である。図７に示すように、本変形例では、複数の伝熱管３０は、管部３３の長径方向が空気の流れ方向と平行になるように配置されている。すなわち、複数の伝熱管３０の管部３３は、互いに平行に配置されている。また、複数の伝熱管３０は、管部３３が等間隔で配列するように配置されている。互いに隣り合う２つの伝熱管３０の風上側のフィン部３４は、空気の流れ方向に対して互いに逆方向に傾斜している。これにより、伝熱管３０の延伸方向に沿って見たとき、互いに隣り合う２つの伝熱管３０のフィン部３４は、Ｖ字状又は逆Ｖ字状をなしている。伝熱管３０の風下側のフィン部３５は、管部３３の長径方向と平行に延びている。
【００４５】
第１伝熱管３０ａの第１端部３１ａと第３伝熱管３０ｃの第３端部３１ｃとの間の第１間隔Ｄ１と、第２伝熱管３０ｂの第２端部３１ｂと第３伝熱管３０ｃの第３端部３１ｃとの間の第２間隔Ｄ２とは、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たしている。これにより、間隔が相対的に狭い第２端部３１ｂと第３端部３１ｃとの間では、間隔が相対的に広い第１端部３１ａと第３端部３１ｃとの間よりも先に霜５０による閉塞が生じる。したがって、本変形例によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４６】
第１伝熱管３０ａの第４端部３２ａと第６端部３２ｃとの間の第３間隔Ｄ３は、第１間隔Ｄ１よりも狭くなっている（Ｄ３＜Ｄ１）。また、第５端部３２ｂと第６端部３２ｃとの間の第４間隔Ｄ４は、第２間隔Ｄ２よりも広くなっている（Ｄ４＞Ｄ２）。したがって、本変形例によれば、実施の形態２と同様の効果も得られる。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換器２０では、第１伝熱管３０ａ、第２伝熱管３０ｂ及び第３伝熱管３０ｃのそれぞれは、空気の流れで上流側に延びた板状のフィン部３４を有する。この構成によれば、熱交換器２０に流入する空気の温度Ｔ１とフィン部３４の前縁の温度Ｔ２との温度差ΔＴ１を小さくすることができるため、熱交換器２０に着霜を生じにくくすることができる。
【００４８】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る熱交換器について説明する。図８は、本実施の形態に係る熱交換器２０の構成を示す断面図である。図８では、図２と対応する断面を示している。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。図８に示すように、複数の伝熱管３０のうち、相対的に狭い間隔を介して隣り合う２つの伝熱管３０のそれぞれの対向面には、伝熱を促進する伝熱促進部３６が設けられている。例えば、第２伝熱管３０ｂ及び第３伝熱管３０ｃのそれぞれの対向面には、伝熱促進部３６が設けられている。一方、相対的に広い間隔を介して隣り合う２つの伝熱管３０のそれぞれの対向面には、伝熱促進部３６が設けられていない。例えば、第１伝熱管３０ａ及び第３伝熱管３０ｃのそれぞれの対向面には、伝熱促進部３６が設けられていない。伝熱促進部３６は、例えば、伝熱管３０の延伸方向に沿って延びる溝状の凹部、又は伝熱管３０の延伸方向に沿って延びる線状の凸部などによって形成されている。伝熱管３０が管部３３、フィン部３４及びフィン部３５を有する場合には、伝熱促進部３６は、管部３３、フィン部３４及びフィン部３５のそれぞれに設けられるようにしてもよい。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換器２０において、第２伝熱管３０ｂと第３伝熱管３０ｃとが互いに対向するそれぞれの対向面には、伝熱を促進する伝熱促進部３６が設けられている。第１伝熱管３０ａと第３伝熱管３０ｃとが互いに対向するそれぞれの対向面には、伝熱促進部３６が設けられていない。この構成によれば、第２伝熱管３０ｂと第３伝熱管３０ｃとの間の風路では空気と内部流体との熱交換がより促進される。したがって、第２端部３１ｂと第３端部３１ｃとの間では、より積極的に着霜を生じさせるとともに霜５０の成長を促進することができるため、第１端部３１ａと第３端部３１ｃとの間では、着霜及び霜５０の成長を相対的に抑制することができる。
【００５０】
本実施の形態では、相対的に広い間隔を介して隣り合う２つの伝熱管３０のそれぞれの対向面には、伝熱促進部３６が設けられていないが、これらの対向面にも伝熱促進部３６が設けられていてもよい。例えば、第１伝熱管３０ａと第３伝熱管３０ｃとが互いに対向するそれぞれの対向面にも、伝熱促進部３６が設けられていてもよい。これらの対向面にも伝熱促進部３６が設けられることにより、熱交換器２０の熱交換性能をさらに向上させることができる。
【００５１】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置について説明する。図９は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す回路図である。本実施の形態では、冷凍サイクル装置１００として、空気調和機を例示している。図９に示すように、冷凍サイクル装置１００は、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路１０を有している。冷凍サイクル回路１０は、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、膨張弁１４及び室内熱交換器１５が冷媒配管を介して環状に接続された構成を有している。また、冷凍サイクル装置１００は、室外熱交換器１３に空気を送風する送風機１６と、室内熱交換器１５に空気を送風する送風機１７と、を有している。冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１１が駆動されることにより、冷媒が相変化しながら冷凍サイクル回路１０を循環する冷凍サイクルが実行される。室外熱交換器１３では、送風機１６により送風される空気と、内部流体である冷媒との熱交換が行われる。室内熱交換器１５では、送風機１７により送風される空気と、内部流体である冷媒との熱交換が行われる。
【００５２】
冷凍サイクル回路１０に充填される冷媒としては、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２又はＨＦＯ−１２３４ｙｆ等の冷媒を用いることができる。圧縮機１１に使用される冷凍機油としては、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系又はフッ素油系など、冷媒との相溶性の有無に関わらず種々の冷凍機油を用いることができる。
【００５３】
室外熱交換器１３には、実施の形態１〜４のいずれかの熱交換器２０が用いられている。室外熱交換器１３は、複数の伝熱管３０のそれぞれが上下方向に延伸するように、室外機１１０に設置されている。また、室内熱交換器１５にも、実施の形態１〜４のいずれかの熱交換器２０を用いることができる。この場合、室内熱交換器１５は、複数の伝熱管３０のそれぞれが上下方向に延伸するように、室内機１２０に設置される。
【００５４】
冷凍サイクル装置１００は、室外機１１０及び室内機１２０を有している。室外機１１０には、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、膨張弁１４及び送風機１６が収容されている。室内機１２０には、室内熱交換器１５及び送風機１７が収容されている。室外機１１０及び室内機１２０はいずれも、少なくとも熱交換器を収容する熱交換器ユニットである。
【００５５】
冷凍サイクル装置１００の動作について、冷房運転を例に挙げて説明する。圧縮機１１から吐出された高圧のガス冷媒は、四方弁１２を経由し、室外熱交換器１３に流入する。冷房運転時には、室外熱交換器１３は凝縮器として機能する。すなわち、室外熱交換器１３では、内部を流通する冷媒と、送風機１６により送風される室外空気との熱交換が行われ、冷媒の凝縮熱が室外空気に放熱される。これにより、室外熱交換器１３に流入したガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒となる。
【００５６】
室外熱交換器１３から流出した液冷媒は、膨張弁１４で減圧されて低圧の二相冷媒となる。膨張弁１４から流出した二相冷媒は、室内熱交換器１５に流入する。冷房運転時には、室内熱交換器１５は蒸発器として機能する。すなわち、室内熱交換器１５では、内部を流通する冷媒と、送風機１７により送風される室内空気との熱交換が行われ、冷媒の蒸発熱が室内空気から吸熱される。これにより、室内熱交換器１５に流入した二相冷媒は、蒸発して低圧のガス冷媒となる。室内熱交換器１５から流出したガス冷媒は、四方弁１２を経由して圧縮機１１に吸入される。圧縮機１１に吸入されたガス冷媒は、圧縮されて高圧のガス冷媒となる。冷房運転時には、以上の冷凍サイクルが連続的に繰り返し実行される。説明を省略するが、暖房運転時には、四方弁１２によって冷媒の流れ方向が切り替えられ、室外熱交換器１３が蒸発器として機能し、室内熱交換器１５が凝縮器として機能する。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換器ユニットは、熱交換器２０と、熱交換器２０に空気を送風する送風機と、を備えている。熱交換器ユニットは、例えば、室外機１１０又は室内機１２０である。この構成によれば、風路の閉塞による熱交換性能の急激な低下を防止できる熱交換器２０を備えた熱交換器ユニットを実現することができる。
【００５８】
また、本実施の形態に係る熱交換器ユニットにおいて、熱交換器２０は、第１伝熱管３０ａ、第２伝熱管３０ｂ及び第３伝熱管３０ｃのそれぞれが上下方向に延伸するように配置されている。この構成によれば、熱交換器ユニットにおいて熱交換器２０の排水性を向上させることができる。
【００５９】
また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、本実施の形態に係る熱交換器ユニットを備えている。この構成によれば、風路の閉塞による熱交換性能の急激な低下を防止できる熱交換器２０を備えた冷凍サイクル装置１００を実現することができる。
【００６０】
上記実施の形態１〜５では、伝熱管３０の延伸方向が重力方向に平行となる縦流れ式の熱交換器２０を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。本発明は、伝熱管３０の延伸方向が水平方向となる横流れ式の熱交換器、又は伝熱管３０の延伸方向が重力方向及び水平方向のいずれに対しても傾いた熱交換器にも適用できる。
【００６１】
また、上記実施の形態１〜５では、熱交換器２０の伝熱管３０を流通する内部流体として冷媒を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。熱交換器２０の伝熱管３０を流通する内部流体としては、水又はブラインなどの液体を含む他の流体を用いることもできる。
【００６２】
上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  冷凍サイクル回路、１１  圧縮機、１２  四方弁、１３  室外熱交換器、１４  膨張弁、１５  室内熱交換器、１６、１７  送風機、２０  熱交換器、２１  第１分配器、２２  第２分配器、３０  伝熱管、３０ａ  第１伝熱管、３０ｂ  第２伝熱管、３０ｃ  第３伝熱管、３１ａ  第１端部、３１ｂ  第２端部、３１ｃ  第３端部、３２ａ  第４端部、３２ｂ  第５端部、３２ｃ  第６端部、３３  管部、３４、３５  フィン部、３６  伝熱促進部、４０  流体通路、４１、４２  間隙、５０  霜、１００  冷凍サイクル装置、１１０  室外機、１２０  室内機、Ｄ１  第１間隔、Ｄ２  第２間隔、Ｄ３  第３間隔、Ｄ４  第４間隔。
【図１】
0006937915.tif 000002
【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】
0006937915.tif 000008
【図８】
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【図９】
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