JP2017194264A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】性能低下を抑制する熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器21では、隣り合う伝熱管50及び隣り合う伝熱フィン60で形成される熱交換空間SPを通過する空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が行われる。各伝熱フィン60は、各熱交換空間SPにおいて空気流れ方向dr1に並べられる複数の突出部70を有する。複数の突出部70は、風下側に位置する第5突出部75と、風上側に位置する一端側突出部80と、を含む。空気流れ方向視v1によると、各熱交換空間SPにおいて、基準面積A2(空気流れ方向視v1において、フィン表側面611のうち一端側突出部80の縁70aと縁70aから最も近い伝熱管50の主面52との間に位置する部分を第1辺L1とし、フィンピッチP1を第2辺L2とする基準四角形R1の面積)に占める第5突出部75の面積の割合が0.2以上である。【選択図】図6
Description
本発明は、熱交換器に関する。
従来、複数の扁平管と、扁平管に交差して延びる複数の伝熱フィンと、を有し、隣り合う扁平管及び隣り合う伝熱フィンで形成される熱交換空間を通過する空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換器がある。係る熱交換器には、熱伝達率を向上させるべく、伝熱フィンに空気流の流れ方向(空気流れ方向)に交差して突出する突出部が設けられたものがある。
例えば、特許文献1(特許4845943号公報)には、複数の突出部が切り起こされた伝熱フィンを有する空調室内機の熱交換器が開示されている。特許文献1では、風上側に位置する風上側突出部と風下側に位置する風下側突出部との形状(具体的には、空気流に対する迎え角度及び切り起こし角度)が異なるように切り起こされることで、死水域の抑制と通風抵抗の抑制を図っている。
しかし、特許文献1のように、空気流れ方向から見た場合に熱交換空間において各突出部と扁平管の主面との間に隙間が大きく形成される熱交換器においては、熱交換空間を通過する空気流に関し、係る隙間を通過する空気流の流速が突出部の周囲を通過する空気流の流速と比較して著しく大きくなる偏流現象が生じやすくなることを、本願の発明者は鋭意検討の上に発見した。係る偏流現象が生じた場合には空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換が良好に行われにくくなり、熱交換器の性能低下を招く。
そこで、本発明の課題は、性能低下を抑制する熱交換器を提供することである。
本発明の第1観点に係る熱交換器は、複数の扁平管と複数の伝熱フィンとを有し、熱交換空間を通過する空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換器である。扁平管は、第1方向と交差する第2方向に延びる。第1方向は、空気流の流れ方向である。複数の扁平管は、第3方向に間隔を置いて並べられる。第3方向は、第1方向及び第2方向に対して交差する方向である。伝熱フィンは、板状に構成される。伝熱フィンは、第3方向に沿って延びる。伝熱フィンは、第2方向に沿って間隔を置いて並べられる。熱交換空間は、隣り合う扁平管及び隣り合う伝熱フィンで形成される空間である。各伝熱フィンは、伝熱フィン表側面と伝熱フィン裏側面とを含む。伝熱フィン表側面は、伝熱フィンの一方の主面である。伝熱フィン裏側面は、伝熱フィンの他方の主面である。各伝熱フィンは、複数の突出部を有する。突出部は、伝熱フィン表側面又は伝熱フィン裏側面から第2方向に沿って突出する膨出部又は切り起こし部である。複数の突出部は、各熱交換空間において第1方向に並べられる。複数の突出部には、風下側突出部と、風上側突出部と、が含まれる。風下側突出部は、風下側に位置する突出部である。風上側突出部は、風下側突出部よりも風上側に位置する突出部である。空気流れ方向視によると、各熱交換空間において、基準面積に占める他方突出部の面積の割合が0.2以上である。空気流れ方向視は、第1方向の風上側から風下側を見た視点である。基準面積は、空気流れ方向視において、一方突出部が突出する伝熱フィン表側面又は伝熱フィン裏側面のうち一方突出部の縁と一方突出部の縁から最も近い扁平管の主面との間に位置する部分を横辺及び縦辺の一方とし、伝熱フィンのピッチを横辺及び縦辺の他方とする四角形の面積である。一方突出部は、風上側突出部及び風下側突出部の一方である。他方突出部は、風上側突出部及び風下側突出部の他方である。
本発明の第1観点に係る熱交換器では、空気流れ方向視によると、各熱交換空間において、基準面積(空気流れ方向視において、伝熱フィン表側面又は伝熱フィン裏側面のうち一方突出部の縁と一方突出部の縁から最も近い扁平管の主面との間に位置する部分を横辺及び縦辺の一方とし、伝熱フィンのピッチを横辺及び縦辺の他方とする四角形の面積)に占める他方突出部の面積の割合が0.2以上である。これにより、空気流れ方向から見た場合に、各熱交換空間において、他方突出部と扁平管の主面との間に隙間が大きく形成されることが抑制される。その結果、熱交換空間を通過する空気流に関し、係る隙間を通過する空気流の流速が突出部の周囲を通過する空気流の流速と比較して著しく大きくなる偏流現象が生じにくくなる。これに関連して、空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換が良好に行われやすくなり、性能低下が抑制される。
本発明の第2観点に係る熱交換器は、第1観点に係る熱交換器であって、他方突出部は、熱交換空間を第3方向から見た場合に、風上側及び風下側の縁のうち扁平管に近いほうと、扁平管の風上側及び風下側の端部のうち他方突出部に近いほうと、の距離が0よりも大きくなる位置に配置される。
これにより、他方突出部のサイズを大きく構成することが可能となる。すなわち、第3方向から見た場合に他方突出部の風上側及び風下側の縁のうち扁平管に近いほうと、扁平管の風上側及び風下側の端部のうち他方突出部に近いほうと、の距離が0以下となる(すなわち、重畳する)ように他方突出部を構成した場合、他方突出部の風上側及び風下側の縁のうち扁平管に近いほうを空気流れ方向視において扁平管と重畳するように設ける(切り起こす又は膨出させる)ことが難しい。これに関連して、各熱交換空間を空気流れ方向から見た場合に他方突出部と扁平管の主面との間に隙間が大きく形成されることが抑制される程度に、他方突出部を大きく構成することが難しい。
この点、第3方向から見た場合に、他方突出部の風上側及び風下側の縁のうち扁平管に近いほうと、扁平管の風上側及び風下側の端部のうち他方突出部に近いほうと、の距離が0よりも大きくなる位置に他方突出部が配置されることで、他方突出部の風上側及び風下側の縁のうち扁平管に近いほうを空気流れ方向視において扁平管と重畳するように構成しやすくなる。よって、各熱交換空間を空気流れ方向から見た場合に他方突出部と扁平管の主面との間に隙間が大きく形成されることが抑制される程度に、他方突出部を大きく構成しやすくなる。すなわち、基準面積に占める他方突出部の面積の割合を0.2以上としやすくなる。したがって、性能低下をさらに抑制しうる。
本発明の第3観点に係る熱交換器は、第1観点又は第2観点に係る熱交換器であって、空気流れ方向視において、他方突出部が突出する長さは、一方突出部が突出する長さ以上である。これにより、他方突出部をさらに大きく構成しやすくなる。すなわち、基準面積に占める他方突出部の面積の割合を0.2以上としやすくなる。したがって、性能低下をさらに抑制しうる。
本発明の第4観点に係る熱交換器は、第1観点から第3観点のいずれかに係る熱交換器であって、他方突出部は、複数の突出部のうち最も風上側又は風下側に配置される。これにより、他方突出部をさらに大きく構成しやすくなる。すなわち、基準面積に占める他方突出部の面積の割合を0.2以上としやすくなる。したがって、性能低下をさらに抑制しうる。
本発明の第5観点に係る熱交換器は、第1観点から第4観点のいずれかに係る熱交換器であって、基準面積に占める他方突出部の面積の割合が、0.5以上である。これにより、空気流れ方向から見た場合に、各熱交換空間において、他方突出部と扁平管の主面との間に隙間が大きく形成されることがさらに抑制される。その結果、熱交換空間を通過する空気流に関し、係る隙間を通過する空気流の流速が突出部の周囲を通過する空気流の流速と比較して著しく大きくなる偏流現象がさらに生じにくくなる。これに関連して、熱交換空間において空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換がさらに良好に行われやすくなり、性能低下がさらに抑制される。
本発明の第6観点に係る熱交換器は、第1観点から第5観点のいずれかに係る熱交換器であって、複数の突出部には、強度向上突出部がさらに含まれる。強度向上突出部は、伝熱フィンの第1方向の一端側から他端側に向かって延びる。強度向上突出部は、伝熱フィンの強度を増加させる。
これにより、伝熱フィンに対して荷重が加わる場合(特に第1方向又はその逆方向に沿って荷重が加わる場合)に、伝熱フィンの変形及び座屈が抑制される。その結果、伝熱フィンの変形及び座屈に伴う熱交換器の性能低下が抑制される。よって、性能低下がさらに抑制される。
本発明の第7観点に係る熱交換器は、第6観点に係る熱交換器であって、伝熱フィンには、複数の扁平管差込孔が形成される。扁平管差込孔は、伝熱フィンの第1方向の一端側から他端側に向かって延びる。扁平管差込孔は、扁平管を差し込まれる孔である。強度向上突出部は、第3方向から見た場合に、その末端が、扁平管差込孔よりも伝熱フィンの第1方向の一端側に位置する。
これにより、伝熱フィンに対して、特に扁平管を差し込まれる側とは反対側から荷重が加わる場合に、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制される。その結果、例えば曲げ加工等の熱交換器の製造工程や運搬時等において、伝熱フィンの扁平管を差し込まれる側とは反対側から荷重が加わる場合にも、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制され熱交換器の性能低下が抑制される。
本発明の第8観点に係る熱交換器は、第6観点に係る熱交換器であって、伝熱フィンには、複数の扁平管差込孔が形成される。扁平管差込孔は、伝熱フィンの第1方向の一端側から他端側に向かって延びる。扁平管差込孔は、扁平管を差し込まれる孔である。強度向上突出部は、第3方向から見た場合に、その先端が、扁平管差込孔よりも伝熱フィンの第1方向の他端側に位置する。
これにより、伝熱フィンに対して、特に扁平管を差し込まれる側とは反対側から荷重が加わる場合に、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制される。その結果、例えば曲げ加工等の熱交換器の製造工程や運搬時等において、伝熱フィンの扁平管を差し込まれる側とは反対側から荷重が加わる場合にも、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制され熱交換器の性能低下が抑制される。
本発明の第9観点に係る熱交換器は、第6観点から第8観点のいずれかに係る熱交換器であって、伝熱フィンには、フィン本体部が含まれる。フィン本体部は、伝熱フィンの第3方向の一端から他端まで連続的に延びる部分である。強度向上突出部は、一部又は全部が、フィン本体部に配置される。
これにより、伝熱フィンの特にフィン本体部に荷重が加わる場合に、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制される。その結果、例えば曲げ加工等の熱交換器の製造工程や運搬時等において、フィン本体部に荷重が加わる場合にも、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制され熱交換器の性能低下が抑制される。
本発明の第10観点に係る熱交換器は、第6観点から第9観点のいずれかに係る熱交換器であって、強度向上突出部は、第3方向から見た場合に、一部又は全部が、一方突出部と他方突出部との間に配置される。これにより、一方突出部と他方突出部との間に形成されるスペースに、強度向上突出部を配置することが可能となる。その結果、狭小な熱交換空間において、強度向上突出部を他の突出部と共存させることが可能となる。
本発明の第11観点に係る熱交換器は、第6観点から第10観点のいずれかに係る熱交換器であって、強度向上突出部は、他方突出部と一体に構成される。これにより、強度向上突出部を他方突出部と一体に構成されることにより、狭小な熱交換空間において、強度向上突出部と他方突出部とを共存させることが可能となる。
本発明の第1観点に係る熱交換器では、空気流れ方向から見た場合に、各熱交換空間において、他方突出部と扁平管の主面との間に隙間が大きく形成されることが抑制される。その結果、熱交換空間を通過する空気流に関し、係る隙間を通過する空気流の流速が、突出部の周囲を通過する空気流の流速と比較して著しく大きくなる偏流現象が生じにくくなる。これに関連して、空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換が良好に行われやすくなり、性能低下が抑制される。
本発明の第2観点から第4観点に係る熱交換器では、基準面積に占める他方突出部の面積の割合を0.2以上としやすくなる。したがって、性能低下をさらに抑制しうる。
本発明の第5観点に係る熱交換器では、空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換がさらに良好に行われやすくなり、性能低下がさらに抑制される。
本発明の第6観点に係る熱交換器では、伝熱フィンに対して荷重が加わる場合(特に第1方向又はその逆方向に沿って荷重が加わる場合)に、伝熱フィンの変形及び座屈が抑制される。その結果、伝熱フィンの変形及び座屈に伴う熱交換器の性能低下が抑制される。よって、性能低下がさらに抑制される。
本発明の第7観点又は第8観点に係る熱交換器では、特に扁平管を差し込まれる側とは反対側から荷重が加わる場合に、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制される。その結果、例えば曲げ加工等の熱交換器の製造工程や運搬時等において、伝熱フィンの扁平管を差し込まれる側とは反対側から荷重が加わる場合にも、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制され熱交換器の性能低下が抑制される。
本発明の第9観点に係る熱交換器では、伝熱フィンの特にフィン本体部に荷重が加わる場合に、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制される。その結果、例えば曲げ加工等の熱交換器の製造工程や運搬時等において、フィン本体部に荷重が加わる場合にも、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制され熱交換器の性能低下が抑制される。
本発明の第10観点又は第11観点に係る熱交換器では、狭小な熱交換空間において、強度向上突出部を他の突出部と共存させることが可能となる。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る熱交換器21について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、以下の実施形態において、図1から図10、図12から図17、及び図19から図21に示すx方向は左右方向に対応し、y方向は前後方向に対応し、z方向は上下方向に対応する。また、空気流AFが熱交換器21(より具体的には後述する熱交換空間SP)を通過する際に流れる方向を「空気流れ方向dr1」と称する。本実施形態において、空気流れ方向dr1(特許請求の範囲記載の「第1方向」に相当)は、x方向(すなわち左右方向)又はy方向(すなわち前後方向)に対応する。また、空気流れ方向dr1の風上側から風下側に向かって見た視点を「空気流れ方向視v1」と称する。
(1)熱交換器21
(1−1)熱交換部40
熱交換器21は、空気流AFと冷媒とを熱交換させる熱交換部40を複数(ここでは4つ)有している。各熱交換部40は、空気流AFの進行方向(すなわち空気流れ方向dr1)に対して交差する方向に広がる領域であり、平面視においてx方向又はy方向に沿って延びるとともに、側面視においてz方向に延びている(図1及び図2参照)。本実施形態では、各熱交換部40が、他のいずれかの熱交換部40と連結されることで、熱交換器21が一体に構成されている。
(1−1)熱交換部40
熱交換器21は、空気流AFと冷媒とを熱交換させる熱交換部40を複数(ここでは4つ)有している。各熱交換部40は、空気流AFの進行方向(すなわち空気流れ方向dr1)に対して交差する方向に広がる領域であり、平面視においてx方向又はy方向に沿って延びるとともに、側面視においてz方向に延びている(図1及び図2参照)。本実施形態では、各熱交換部40が、他のいずれかの熱交換部40と連結されることで、熱交換器21が一体に構成されている。
各熱交換部40は、図1から図6に示すように、冷媒が流れる複数の伝熱管50と、伝熱管50内の冷媒と空気流AFとの熱交換を促進させる複数の伝熱フィン60と、を含んでいる。
ここで、以下の説明においては、熱交換部40が平面視において(すなわち、z方向から見た場合に)延びる方向を「伝熱管延伸方向dr2」と称し、熱交換部40が側面視において(すなわち、x方向又はy方向から見た場合に)延びる方向を「伝熱フィン延伸方向dr3」と称する(図4−図6等参照)。ここでは、伝熱管延伸方向dr2(特許請求の範囲記載の「第2方向」に相当)は、空気流れ方向dr1及び伝熱フィン延伸方向dr3に交差する方向であり、y方向又はx方向に対応する。また、伝熱フィン延伸方向dr3(特許請求の範囲記載の「第3方向」に相当)は、空気流れ方向dr1に交差する方向であり、z方向に対応する。
(1−2)伝熱管50
伝熱管50は、内部に複数の冷媒流路51を形成されたいわゆる扁平多穴管である。伝熱管50は、薄板状を呈し、2つの主面52(具体的には、伝熱管表側面521及び伝熱管裏側面522)を含んでいる(図2等参照)。伝熱管50は、アルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。伝熱管50は、伝熱管延伸方向dr2に沿って延びている。すなわち、各伝熱管50内において、冷媒流路51は伝熱管延伸方向dr2に沿って延びており、冷媒が伝熱管延伸方向dr2に沿って流れるようになっている。
伝熱管50は、内部に複数の冷媒流路51を形成されたいわゆる扁平多穴管である。伝熱管50は、薄板状を呈し、2つの主面52(具体的には、伝熱管表側面521及び伝熱管裏側面522)を含んでいる(図2等参照)。伝熱管50は、アルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。伝熱管50は、伝熱管延伸方向dr2に沿って延びている。すなわち、各伝熱管50内において、冷媒流路51は伝熱管延伸方向dr2に沿って延びており、冷媒が伝熱管延伸方向dr2に沿って流れるようになっている。
各伝熱管50は、熱交換部40において、他の伝熱管50とともに伝熱フィン延伸方向dr3に沿って間隔を空けて並べられている(図1−図3等参照)。また、各伝熱管50は、他の伝熱管50と空気流れ方向dr1に沿って間隔を空けて2列に並べられている(図1及び図2参照)。すなわち、熱交換部40においては、伝熱管延伸方向dr2に沿って延びる伝熱管50が空気流れ方向dr1に沿って2列に並べられ、空気流れ方向dr1に沿って2列に並べられた一組の伝熱管50が伝熱フィン延伸方向dr3に沿って複数並べられるように配置されている。なお、熱交換部40に含まれる伝熱管50の列や本数については、設計仕様に応じて適宜変更が可能である。
ここでは、2列に並べられた伝熱管50のうち、空気流AFの風上側に位置する伝熱管50を風上側伝熱管50aと称し、空気流AFの風下側に位置する伝熱管50を風下側伝熱管50bと称する。
(1−3)伝熱フィン60
伝熱フィン60は、伝熱管50と空気流AFとの伝熱面積を増大させる平板状の部材である。伝熱フィン60は、アルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。伝熱フィン60は、2つの主面(具体的には、フィン表側面611及びフィン裏側面612)を含んでいる(図4−図6参照)。伝熱フィン60は、熱交換部40において、伝熱管50に交差するように伝熱フィン延伸方向dr3(ここではz方向)に沿って延びている(図1−図3等参照)。伝熱フィン60には、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って複数のスリット62が間隔を空けて並べて形成されており、各スリット62に伝熱管50が挿入されている(図2参照)。換言すると、スリット62は、伝熱管50を差し込まれる孔であり、伝熱フィン60の空気流れ方向dr1の一端側から他端側に向かって延びている。
伝熱フィン60は、伝熱管50と空気流AFとの伝熱面積を増大させる平板状の部材である。伝熱フィン60は、アルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。伝熱フィン60は、2つの主面(具体的には、フィン表側面611及びフィン裏側面612)を含んでいる(図4−図6参照)。伝熱フィン60は、熱交換部40において、伝熱管50に交差するように伝熱フィン延伸方向dr3(ここではz方向)に沿って延びている(図1−図3等参照)。伝熱フィン60には、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って複数のスリット62が間隔を空けて並べて形成されており、各スリット62に伝熱管50が挿入されている(図2参照)。換言すると、スリット62は、伝熱管50を差し込まれる孔であり、伝熱フィン60の空気流れ方向dr1の一端側から他端側に向かって延びている。
各伝熱フィン60は、熱交換部40において、他の伝熱フィン60とともに伝熱管延伸方向dr2に沿って間隔(以下、「フィンピッチP1」と称する)を空けて並べられている(図1−図6を参照)。また、各伝熱フィン60は、他の伝熱フィン60と空気流れ方向dr1に沿って間隔を空けて2列に並べられている(図2参照)。すなわち、熱交換部40においては、伝熱管50が延びる方向(伝熱管延伸方向dr2)に交差する方向(伝熱フィン延伸方向dr3)に沿って延びる伝熱フィン60が、空気流れ方向(空気流れ方向dr1)に沿って2列に並べられ、空気流れ方向dr1に沿って2列に並べられた一組の伝熱フィン60が伝熱管延伸方向dr2に沿って多数並ぶように配置されている。なお、熱交換部40に含まれる伝熱フィン60の数については、伝熱管50の伝熱管延伸方向dr2の長さ寸法に応じて選択され、設計仕様に応じて適宜選択、変更が可能である。
各伝熱フィン60は、図2等に示すように、フィン本体部63と、フィン本体部63から空気流れ方向dr1の風下側から風上側に向かって延びる複数の伝熱促進部65と、を含んでいる。
(1−3−1)フィン本体部63
フィン本体部63は、伝熱フィン60の伝熱フィン延伸方向dr3の一端から他端まで連続的に延びる部分である。フィン本体部63は、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って連続的に延びている。フィン本体部63の伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法は、熱交換部40に含まれる伝熱管50の本数に応じた大きさに選択され、熱交換部40の伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法に相当する。
フィン本体部63は、伝熱フィン60の伝熱フィン延伸方向dr3の一端から他端まで連続的に延びる部分である。フィン本体部63は、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って連続的に延びている。フィン本体部63の伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法は、熱交換部40に含まれる伝熱管50の本数に応じた大きさに選択され、熱交換部40の伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法に相当する。
フィン本体部63においては、熱交換部40に含まれる伝熱管50の本数に対応する数の伝熱促進部65が、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って間隔を置いて配置されている。
(1−3−2)伝熱促進部65
伝熱促進部65は、隣り合う2つのスリット62間(すなわち、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って隣接する2つの伝熱管50間)において広がる面部分である。伝熱促進部65は、伝熱管延伸方向dr2から見て、伝熱フィン延伸方向dr3に隣接する2つの伝熱管50の主面52(すなわち、一方の伝熱管50の伝熱管表側面521と、他方の伝熱管50の伝熱管裏側面522)間において、空気流れ方向dr1及び伝熱フィン延伸方向dr3に沿って連続的に延びている。伝熱促進部65は、スリット62との境界部分(縁部分)において、伝熱管50の主面52に当接している。伝熱促進部65には、図2や図4−図6に示すように、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との熱交換を促進させる複数(ここでは5つ)の突出部70が設けられている。
伝熱促進部65は、隣り合う2つのスリット62間(すなわち、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って隣接する2つの伝熱管50間)において広がる面部分である。伝熱促進部65は、伝熱管延伸方向dr2から見て、伝熱フィン延伸方向dr3に隣接する2つの伝熱管50の主面52(すなわち、一方の伝熱管50の伝熱管表側面521と、他方の伝熱管50の伝熱管裏側面522)間において、空気流れ方向dr1及び伝熱フィン延伸方向dr3に沿って連続的に延びている。伝熱促進部65は、スリット62との境界部分(縁部分)において、伝熱管50の主面52に当接している。伝熱促進部65には、図2や図4−図6に示すように、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との熱交換を促進させる複数(ここでは5つ)の突出部70が設けられている。
各突出部70は、フィン表側面611から、当該フィン表側面611に対向する他の伝熱フィン60のフィン裏側面612に向かって(すなわち、伝熱管延伸方向dr2に向かって)突出している。各突出部70は、伝熱管延伸方向dr2(すなわち、空気流れ方向dr1に交差する方向)に沿って、伝熱促進部65の一部が切り起こされることで構成されている。
具体的に、伝熱促進部65においては、突出部70として、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、第4突出部74、及び第5突出部75が、空気流れ方向dr1の風上側から風下側に向かって順に設けられている(図5参照)。各突出部70は、空気流れ方向視v1によると台形状を呈している(図6参照)。
第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74(以下、これらを「一端側突出部80」と称する)は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合、伝熱フィン延伸方向dr3の寸法を長辺701とし空気流れ方向dr1の寸法を短辺702とする長方形状を呈している(図5参照)。各一端側突出部80の、長辺701の長さ寸法S1(図5及び図6参照)、及び短辺702の長さ寸法は、それぞれ略同一である。このため、伝熱管延伸方向dr2から見た場合、各一端側突出部80の大きさ(または、各一端側突出部80が設けられることで形成されるスリットSL1の大きさ)は、それぞれ略同一である。また、各一端側突出部80が伝熱管延伸方向dr2に向かって突出する長さ寸法H1(図6参照)は、それぞれ略同一である。
なお、本実施形態において、一端側突出部80(第1突出部71−第4突出部74)は、特許請求の範囲記載の「一方突出部」に相当する。
第5突出部75(特許請求の範囲記載の「風下側突出部」に相当)は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って延びる上辺751(短辺)、及び下辺752(長辺)を含み、空気流れ方向dr1の風上側に上辺751が位置し風下側に下辺752が位置する台形状を呈している(図5参照)。これに関連して、空気流れ方向視v1によると、第5突出部75は、伝熱フィン延伸方向dr3の両端付近に、空気流AFの風上側方向に面する2つの斜面753を有するように伝熱管延伸方向dr2に向かって突出している。
伝熱管延伸方向dr2から見た場合、第5突出部75の大きさ(または、第5突出部75が設けられることで形成されるスリットSL2の大きさ)は、各一端側突出部80の大きさ(またはスリットSL1の大きさ)よりも大きい。すなわち、第5突出部75は、空気流れ方向視v1において、各一端側突出部80よりも伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法が大きくなるように切り起こされている。
また、これに関連して、第5突出部75が伝熱管延伸方向dr2に向かって突出する長さ寸法H2(図6参照)は、長さ寸法H1よりも大きい。すなわち、第5突出部75は、突出する長さ寸法(H2)が各一端側突出部80と比較して大きくなるように、フィン表側面611から伝熱管延伸方向dr2に沿って高く切り起こされている。
また、図5に示すように、第5突出部75の長辺(下辺752)の長さ寸法S2は、各一端側突出部80の長辺701の長さ寸法S1よりも大きい。これに関連して、第5突出部75の幅は、空気流れ方向dr1から見た場合に、各一端側突出部80の幅よりも大きい(図6参照)。
なお、本実施形態において、第5突出部75は、特許請求の範囲記載の「他方突出部」に相当する。
(1−4)熱交換空間SP
各熱交換部40では、熱交換空間SPが多数形成されている(図3−図6等参照)。熱交換空間SPは、空気流れ方向dr1に沿って流れてきた空気流AFが通過する空間であり、空気流AFと伝熱管50内の冷媒とが熱交換を行う空間である。各熱交換空間SPは、伝熱フィン延伸方向dr3に隣り合う伝熱管50と、伝熱管延伸方向dr2に隣り合う伝熱フィン60と、によって形成されている。
各熱交換部40では、熱交換空間SPが多数形成されている(図3−図6等参照)。熱交換空間SPは、空気流れ方向dr1に沿って流れてきた空気流AFが通過する空間であり、空気流AFと伝熱管50内の冷媒とが熱交換を行う空間である。各熱交換空間SPは、伝熱フィン延伸方向dr3に隣り合う伝熱管50と、伝熱管延伸方向dr2に隣り合う伝熱フィン60と、によって形成されている。
各熱交換空間SPにおいては、伝熱促進部65がそれぞれ空気流れ方向dr1及び伝熱フィン延伸方向dr3に沿って延びており、伝熱促進部65の各突出部70がフィン表側面611から伝熱管延伸方向dr2(空気流れ方向dr1と交差する方向)に沿って突出している。各突出部70は、空気流AFが熱交換空間SPを通過する際、伝熱面積を増大させて空気流AFと伝熱管50内の冷媒との熱交換を促進させる役割を担っている。
熱交換空間SPにおいて、各伝熱フィン60の各突出部70は、フィン表側面611から当該フィン表側面611と対向する他の伝熱フィン60のフィン裏側面612に向かって(すなわち、空気流れ方向dr1に交差する伝熱管延伸方向dr2方向に向かって)突出している(図6参照)。
上述のように、各一端側突出部80(第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74)が突出する長さ寸法H1はそれぞれ略同一であることから、空気流れ方向視v1によると、熱交換空間SPにおいて第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74は最も風上側に位置する第1突出部71に重畳している。また、第5突出部75が突出する長さ寸法H2は、各一端側突出部80が突出する長さ寸法H1よりも大きいことから、空気流れ方向視v1によると、熱交換空間SPにおいて、第5突出部75は、各一端側突出部80よりも伝熱管延伸方向dr2に向かって大きく突出している。
また、伝熱管延伸方向dr2から見た場合、第5突出部75の風下側の縁(下辺752の両端の縁)75bは、第5突出部75の風上側の縁(上辺751のの両端の縁)75aよりも外側に位置している。これに関連して、空気流れ方向視v1によると、熱交換空間SPにおいては、第5突出部75の2つの斜面753が、一端側突出部80の外側で空気流AFの風上側方向に面するように突出している。
このような態様で、熱交換空間SPにおいて各突出部70(特に第5突出部75)が配置されることから、空気流れ方向視v1によると、各熱交換空間SPにおける第5突出部75(特に斜面753)が占める面積(以下、「突出面積A1」と称する)の割合が大きくなっている。具体的には、熱交換空間SPにおいて形成される仮想の基準四角形R1(図6参照)の面積(以下、「基準面積A2」と称する)内に占める突出面積A1の割合は、0.5以上(すなわち、0.2以上)となっている。
ここで、基準四角形R1は、熱交換空間SPにおいて、フィン表側面611のうち一端側突出部80の一方の縁(長辺701の一端の縁)70aと、当該縁70aから最も近い伝熱管50の主面52と、の間に位置する部分(図6の符号「61a」参照)の長さ寸法を第1辺L1(縦辺又は横辺の一方)とし、フィンピッチP1の長さ寸法を第2辺L2(縦辺又は横辺の他方)として構成される四角形である。係る基準四角形R1は、空気流AFが熱交換空間SPを通過する際、流速が特に大きくなりやすい部分(すなわち、偏流現象を生じさせやすい部分)として想定される領域である。
また、熱交換空間SPを伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合、第5突出部75の風上側の縁75aと、伝熱管50の最も風下側の端部501(すなわち、伝熱フィン60のスリット62の風下側の縁)と、の距離D1が0よりも大きくなっている。これに関連して、空気流れ方向視v1によると、熱交換空間SPにおいて第5突出部75の風下側の縁75bが、伝熱管50よりも風下側に回り込む(すなわち、伝熱管50と重畳する)ように位置するように設けられている(図5及び図6参照)。
熱交換空間SPにおいてこのような態様で第5突出部75が配置されているのは、基準面積A2における突出面積A1が大きくなるように(具体的には0.2以上となるように)、第5突出部75を大きく構成するためである。すなわち、熱交換空間SPを伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、第5突出部75の風上側の縁75aと、伝熱管50の端部501(すなわちスリット62の風下側の縁)と、の距離D1が0以下である場合には、基準面積A2における突出面積A1が大きくなるように第5突出部75を大きく構成することが困難となる。このため、第5突出部75を大きく構成しやすいように(すなわち、基準面積A2における突出面積A1が大きくなりやすいように)、上述のような態様で第5突出部75が構成されている。
(2)熱交換器21の伝熱促進機能について
ここで、熱交換器21の伝熱促進機能について、熱交換空間SPにおける空気流AFの偏流現象の発生原理とともに、図7から図11を用いて説明する。なお、図7から図11に示される解析結果やデータは、本願発明者が鋭意検討の上に解明したものである。
ここで、熱交換器21の伝熱促進機能について、熱交換空間SPにおける空気流AFの偏流現象の発生原理とともに、図7から図11を用いて説明する。なお、図7から図11に示される解析結果やデータは、本願発明者が鋭意検討の上に解明したものである。
図7は、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2未満である場合の空気流AFの流速分布の一例について示した模式図である。図8は、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2(より具体的には0.5)以上である場合の空気流AFの流速分布の一例について示した模式図である。図7及び図8においては、空気流AFの流速の度合いに応じて、主にF1−F8の領域に分けられており、F1>F2>F3>F4>F5>F6>F7>F8の順に黒色の濃度(密度)が大きく示されて空気流AFの流速が大きいことが示されている。
図9は、(風下側伝熱管50bにより構成される)熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2未満である場合において、熱交換空間SPにおける各領域の伝熱量の度合いの一例について示した模式図である。図10は、(風下側伝熱管50bにより構成される)熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2(より具体的には0.5)以上である場合において、熱交換空間SPにおける各領域の伝熱量の度合いの一例について示した模式図である。図9及び図10においては、伝熱量の度合いに応じて主にE1−E4の領域に分けられており、E1>E2>E3>E4の順に黒色の濃度(密度)が大きく示されて伝熱量の度合いが大きいことが示されている。
図7に示すように、熱交換空間SPにおいて基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2未満である場合には、風上側に位置する熱交換空間SP及び風下側に位置する熱交換空間SPのいずれにおいても、空気流AFの流速が大きい部分F1の占める割合が大きくなりやすい。これは、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2未満である場合には、熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た状態で第5突出部75と伝熱管50の主面52との間(特に基準四角形R1に相当する位置)に隙間が大きく形成されることに関連して、係る隙間(より詳細には、各突出部71−75と、伝熱管50の主面52と、の間に形成される隙間)を通過する空気流AFの流速が特に大きくなるためである(図7において一点鎖線で示す領域t1を参照)。
すなわち、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2未満である場合には、熱交換空間SPにおいて空気流AFの流速が他の部分と比較して著しく速い部分が生じる偏流現象が生じやすくなる。係る偏流現象が生じると、熱交換空間SP(特に風下側の熱交換空間SP)においては、図9に示すように、各突出部71−75と伝熱管50の主面52との間の部分における伝熱量が他の部分と比較して顕著に大きくなる(図9の1点鎖線で示す領域t1´を参照)。つまり、熱交換空間SPにおいて伝熱量の大きい部分が一部分に偏って形成されることとなる。その結果、熱交換空間SPにおいて、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が良好に行われず、熱交換器21の性能が低下しうる。
一方、図8に示すように、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2以上である場合には、風上側に位置する熱交換空間SP及び風下側に位置する熱交換空間SPのいずれにおいても、空気流AFの流速が大きい部分F1の占める割合が大きくなることが抑制される。これは、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2以上である場合には、熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た状態で第5突出部75と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが抑制されることに関連して、係る隙間(より詳細には、各突出部71−75と、伝熱管50の主面52と、の間に形成される隙間)を通過する空気流AFの流速が大きくなることが抑制されるためである(図8において一点鎖線で示す領域t1を参照)。
すなわち、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2以上である場合には、熱交換空間SPにおいて、空気流AFの流速が他の部分と比較して著しく速い部分が生じる偏流現象が抑制されている。このため、図10に示すように、各突出部71−75と伝熱管50の主面52との間の部分における伝熱量が他の部分と比較して顕著に大きくなることが抑制されている(図10の1点鎖線で示す領域t1´を参照)。
つまり、図10では、最も伝熱量が大きい領域E1の占める割合が減少しているものの、次に伝熱量が大きい領域E2の占める割合が増大しており、熱交換空間SP全体において、伝熱量が大きい領域と小さい領域とがそれぞれ偏って形成されることが抑制されている。換言すると、図10では、熱交換空間SPにおいて、伝熱量が最も小さい領域E4の占める割合が図9の場合よりも減少しており、伝熱量の大きい部分が一部分に偏って形成されることが抑制されている。その結果、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が良好に行われない事態が抑制されている。
また、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2以上である場合には、熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た状態で第5突出部75と伝熱管50の主面52との間(特に基準四角形R1に相当する位置)に隙間が大きく形成されることが抑制されることに関連して、図10に示すように、第5突出部75の斜面753における伝熱量(すなわち最も風下側の突出部70と空気流との伝熱量)が増大している。その結果、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間の熱交換が促進されている。
このように、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2以上である場合には、熱交換器21の性能低下が抑制されている。
ここで、図11は、熱交換空間SPにおいて基準面積A2内に占める突出面積A1の割合と、熱交換空間SPにおける熱伝達率と、の相関関係の一例について表わしたグラフである。図11に示すように、熱交換空間SPにおいて基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2未満の場合においては、熱伝達率が100パーセント付近で停滞している(すなわち、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との熱交換が良好に行われていない)。一方、熱交換空間SPにおいて基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2以上(特に0.2以上0.6未満)の場合においては、係る割合が増大するにしたがって熱伝達率が飛躍的に向上している。
熱交換器21では、上記原理に基づき、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合は0.5以上(すなわち、0.2以上)に構成されている。これにより、熱交換器21では、空気流AFが各熱交換空間SPを通過する際に、空気流AFの偏流現象が抑制され、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との熱交換が促進されるようになっており、ひいては熱交換器21の性能低下が抑制されている。
(3)特徴
(3−1)
上記実施形態に係る熱交換器21では、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が良好に行われやすくなっており、性能低下が抑制されている。
(3−1)
上記実施形態に係る熱交換器21では、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が良好に行われやすくなっており、性能低下が抑制されている。
すなわち、従来の熱交換器のように、空気流れ方向から見た場合に熱交換空間において風下側突出部と扁平管(伝熱管)の主面との間に隙間が大きく形成される熱交換器においては、熱交換空間を通過する空気流に関し、係る隙間を通過する空気流の流速が突出部の周囲を通過する空気流の流速と比較して著しく大きくなる偏流現象が生じやすくなることが、本願の発明者によって鋭意検討の上に発見された。
熱交換器21では、係る発見に基づき、空気流れ方向視v1によると、各熱交換空間SPにおける基準面積A2(空気流れ方向視v1において、一端側突出部80(一方突出部)が突出するフィン表側面611のうち一端側突出部80の縁70aと一端側突出部80の縁70aから最も近い伝熱管50の主面52との間に位置する部分を第1辺L1とし、フィンピッチP1を第2辺L2とする基準四角形R1の面積)に占める第5突出部75(他方突出部)の面積の割合が0.2以上に構成されている。
これにより、空気流れ方向dr1から見た場合に、各熱交換空間SPにおいて、第5突出部75と伝熱管50の主面52との間(特に基準四角形R1に相当する位置)に隙間が大きく形成されることが抑制されている。その結果、熱交換空間SPを通過する空気流AFに関し、係る隙間を通過する空気流AFの流速が、突出部70の周囲を通過する空気流AFの流速と比較して著しく大きくなる偏流現象が生じにくくなっている。これに関連して、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が良好に行われやすくなっており、性能低下が抑制されている。
(3−2)
上記実施形態に係る熱交換器21では、第5突出部75(他方突出部)は、熱交換空間SPを伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、第5突出部75の風上側の縁75a(風上側及び風下側の縁75a、75bのうち伝熱管50に近いほう)と、伝熱管50の風下側の端部501(伝熱管50の風上側及び風下側の端部のうち第5突出部75に近いほう)と、の距離D1が0よりも大きくなる位置に配置されている。これにより、第5突出部75のサイズを大きく構成しやすくなっている。
上記実施形態に係る熱交換器21では、第5突出部75(他方突出部)は、熱交換空間SPを伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、第5突出部75の風上側の縁75a(風上側及び風下側の縁75a、75bのうち伝熱管50に近いほう)と、伝熱管50の風下側の端部501(伝熱管50の風上側及び風下側の端部のうち第5突出部75に近いほう)と、の距離D1が0よりも大きくなる位置に配置されている。これにより、第5突出部75のサイズを大きく構成しやすくなっている。
すなわち、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合の距離D1が0以下となる(すなわち、重畳する)ように第5突出部75を構成した場合、第5突出部75の風下側の縁75bを空気流れ方向視v1において伝熱管50と重畳するように設けることが難しい。これに関連して、各熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た場合に第5突出部75と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが抑制される程度に、第5突出部75を大きく構成することが難しい。
この点、熱交換器21では、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、第5突出部75の風上側の縁75aと、伝熱管50の風下側の端部501と、の距離D1が0よりも大きくなる位置に第5突出部75が配置されていることで、第5突出部75の風下側の縁75bを空気流れ方向視v1において伝熱管50と重畳するように設けやすくなっている。よって、各熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た場合に第5突出部75と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが抑制される程度に、第5突出部75を大きく構成しやすくなっている。すなわち、基準面積A2に占める第5突出部75の面積の割合を0.2以上としやすくなっている。
(3−3)
上記実施形態に係る熱交換器21では、空気流れ方向視v1において、第5突出部75(他方突出部)がフィン表側面611から突出する長さ寸法H2は、一端側突出部80(一方突出部)がフィン表側面611から突出する長さ寸法H1以上である。これにより、第5突出部75をさらに大きく構成しやすくなっている。すなわち、基準面積A2に占める第5突出部75の面積の割合を0.2以上としやすくなっている。
上記実施形態に係る熱交換器21では、空気流れ方向視v1において、第5突出部75(他方突出部)がフィン表側面611から突出する長さ寸法H2は、一端側突出部80(一方突出部)がフィン表側面611から突出する長さ寸法H1以上である。これにより、第5突出部75をさらに大きく構成しやすくなっている。すなわち、基準面積A2に占める第5突出部75の面積の割合を0.2以上としやすくなっている。
(3−4)
上記実施形態に係る熱交換器21では、第5突出部75(他方突出部)は、複数の突出部70のうち最も風下側に配置されている。これにより、第5突出部75をさらに大きく構成しやすくなっている。すなわち、基準面積A2に占める第5突出部75の面積の割合を0.2以上としやすくなっている。
上記実施形態に係る熱交換器21では、第5突出部75(他方突出部)は、複数の突出部70のうち最も風下側に配置されている。これにより、第5突出部75をさらに大きく構成しやすくなっている。すなわち、基準面積A2に占める第5突出部75の面積の割合を0.2以上としやすくなっている。
(3−5)
上記実施形態に係る熱交換器21では、基準面積A2に占める第5突出部75(他方突出部)の面積の割合が、0.5以上である。これにより、空気流れ方向dr1から見た場合に、各熱交換空間SPにおいて、第5突出部75と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが特に抑制されている。その結果、熱交換空間SPを通過する空気流AFに関し、係る隙間を通過する空気流AFの流速が、突出部70の周囲を通過する空気流AFの流速と比較して著しく大きくなる偏流現象が特に生じにくくなっている。
上記実施形態に係る熱交換器21では、基準面積A2に占める第5突出部75(他方突出部)の面積の割合が、0.5以上である。これにより、空気流れ方向dr1から見た場合に、各熱交換空間SPにおいて、第5突出部75と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが特に抑制されている。その結果、熱交換空間SPを通過する空気流AFに関し、係る隙間を通過する空気流AFの流速が、突出部70の周囲を通過する空気流AFの流速と比較して著しく大きくなる偏流現象が特に生じにくくなっている。
(4)変形例
上記実施形態は、以下の変形例に示すように適宜変形が可能である。なお、各変形例は、矛盾が生じない範囲で他の変形例と組み合わせて適用されてもよい。
上記実施形態は、以下の変形例に示すように適宜変形が可能である。なお、各変形例は、矛盾が生じない範囲で他の変形例と組み合わせて適用されてもよい。
(4−1)変形例A
上記実施形態では、熱交換空間SPにおいては、突出部70として、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、第4突出部74、及び第5突出部75が、空気流れ方向dr1の風上側から風下側に向かって順に設けられていた。すなわち、第5突出部75(他方突出部)は、熱交換空間SPにおいて最も風下側に配置されていた。しかし、第5突出部の配置位置は、必ずしも係る態様には限定されず、適宜変更が可能である。
上記実施形態では、熱交換空間SPにおいては、突出部70として、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、第4突出部74、及び第5突出部75が、空気流れ方向dr1の風上側から風下側に向かって順に設けられていた。すなわち、第5突出部75(他方突出部)は、熱交換空間SPにおいて最も風下側に配置されていた。しかし、第5突出部の配置位置は、必ずしも係る態様には限定されず、適宜変更が可能である。
例えば、第5突出部75は、熱交換空間SPにおいて、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73及び第4突出部74のうち、いずれかの一端側突出部80(一方突出部)よりも空気流れ方向dr1の風上側に配置されてもよい。
また、例えば、第5突出部75は、熱交換空間SPにおいて、各突出部70のうち、空気流れ方向dr1の最も風上側に配置されてもよい。係る場合には、第5突出部75が特許請求の範囲記載の「風上側突出部」に相当し、各一端側突出部80が特許請求の範囲記載の「風下側突出部」に相当する。
このように、熱交換空間SPにおいて第5突出部75が最も風下側に配置される突出部70に該当しない場合でも、各熱交換空間SPにおける基準面積A2(空気流れ方向視v1において、一端側突出部80が突出するフィン表側面611のうち一端側突出部80の縁70aと一端側突出部80の縁70aから最も近い伝熱管50の主面52との間に位置する部分を第1辺L1とし、フィンピッチP1を第2辺L2とする基準四角形R1の面積)に占める突出面積A1(第5突出部75の面積)の割合が0.2以上に構成されうる。例えば図12及び図13に示すように、空気流AFの流れる空気流れ方向dr1が上記実施形態と反対となるように熱交換器21が設置される場合にも、基準面積A2における突出面積A1の割合を、0.2以上に構成することが可能となる。
よって、係る態様で、第5突出部75が配置される場合であっても、上記実施形態と同様の作用効果が実現されうる。
(4−2)変形例B
上記実施形態では、熱交換空間SPにおいて第5突出部75(他方突出部)は、熱交換空間SPを伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、その風上側の縁75aと、伝熱管50の最も風下側の端部501(伝熱管50の風上側及び風下側の端部のうち第5突出部75に近いほう)と、の距離D1が0よりも大きくなる位置に配置されていた。各熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た場合に第5突出部75と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが抑制される程度に、第5突出部75を大きく構成する、という観点上、第5突出部75は係る態様で配置されることが好ましい。しかし、上記(6−1)に記載の作用効果を実現するうえで、第5突出部75は、必ずしも係る態様で配置される必要はない。
上記実施形態では、熱交換空間SPにおいて第5突出部75(他方突出部)は、熱交換空間SPを伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、その風上側の縁75aと、伝熱管50の最も風下側の端部501(伝熱管50の風上側及び風下側の端部のうち第5突出部75に近いほう)と、の距離D1が0よりも大きくなる位置に配置されていた。各熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た場合に第5突出部75と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが抑制される程度に、第5突出部75を大きく構成する、という観点上、第5突出部75は係る態様で配置されることが好ましい。しかし、上記(6−1)に記載の作用効果を実現するうえで、第5突出部75は、必ずしも係る態様で配置される必要はない。
例えば、熱交換空間SPにおいて第5突出部75は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合の距離D1が0以下の位置に配置されてもよい(すなわち、第5突出部75の風上側の縁75aが伝熱管50の端部501よりも風上側に位置するように配置されてもよい)。なお、その際には、第5突出部75を大きく構成する(すなわち、基準面積A2に占める第5突出部75の面積の割合を0.2以上とする)うえで、風下側の縁75bが伝熱管50の端部501よりも風下側に位置するように配置されることが好ましい。
また、第5突出部75が一端側突出部80よりも風上側に配置される場合には、同様の観点から、熱交換空間SPにおいて第5突出部75は、熱交換空間SPを伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、その風下側の縁75aと、伝熱管50の最も風上側の端部501(伝熱管50の風上側及び風下側の端部のうち第5突出部75に近いほう)と、の距離D1が0よりも大きくなる位置に配置されることが好ましい。しかし、上記(6−1)に記載の作用効果を実現するうえで、第5突出部75は、必ずしも係る態様で配置される必要はない。
すなわち、熱交換空間SPにおいて第5突出部75は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合の距離D1が0以下の位置に配置されてもよい(つまり、第5突出部75の風下側の縁75aが伝熱管50の風上側の端部501よりも風下側に位置するように配置されてもよい)。なお、その際には、第5突出部75を大きく構成する(すなわち、基準面積A2に占める第5突出部75の面積の割合を0.2以上とする)うえで、風上側の縁75bが伝熱管50の端部501よりも風上側に位置するように配置されることが好ましい。
(4−3)変形例C
上記実施形態では、空気流れ方向視v1によると、各熱交換空間SPにおける基準面積A2(空気流れ方向視v1において、フィン表側面611のうち一端側突出部80(一方突出部)の縁70aと一端側突出部80の縁70aから最も近い伝熱管50の主面52との間に位置する部分を第1辺L1とし、フィンピッチP1を第2辺L2とする基準四角形R1の面積)に占める第5突出部75(他方突出部)の面積の割合が0.5以上に構成されていた。この点、熱交換空間SPにおける偏流現象を抑制して熱交換を促進するという観点によれば、図11に示すように、係る割合が0.5以上であるように構成することが好ましい。
上記実施形態では、空気流れ方向視v1によると、各熱交換空間SPにおける基準面積A2(空気流れ方向視v1において、フィン表側面611のうち一端側突出部80(一方突出部)の縁70aと一端側突出部80の縁70aから最も近い伝熱管50の主面52との間に位置する部分を第1辺L1とし、フィンピッチP1を第2辺L2とする基準四角形R1の面積)に占める第5突出部75(他方突出部)の面積の割合が0.5以上に構成されていた。この点、熱交換空間SPにおける偏流現象を抑制して熱交換を促進するという観点によれば、図11に示すように、係る割合が0.5以上であるように構成することが好ましい。
しかし、熱交換器21は、必ずしも係る割合が0.5以上となるように構成される必要はなく、係る割合の値については適宜変更が可能である。すなわち、設計上の制約等により、係る割合を0.5以上とすることが困難な場合には、係る割合を0.2≦0.5の範囲で適宜選択してもよい。
つまり、図11に示すように、熱交換空間SPにおいて基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2未満の場合においては、熱伝達率が100パーセント付近で停滞し、係る割合が0.2以上の場合においては係る割合が増大するにしたがって熱伝達率が飛躍的に向上する。このことから、本発明の効果を実現するうえで、必ずしも係る割合が0.5以上である必要はなく、係る割合の値については0.2≦0.5の範囲で適宜変更が可能である。
(4−4)変形例D
上記実施形態では、各一端側突出部80(第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74)は、長辺701の長さ寸法S1及び短辺702の長さ寸法は、略同一に構成された。しかし、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74のいずれか/全ては、他の一端側突出部80との関係で、長辺701の長さ寸法S1及び/又は短辺702の長さ寸法を必ずしも略同一に構成される必要はない。係る場合、基準四角形R1の第1辺L1は、熱交換空間SPにおいて、フィン表側面611のうち、長辺701の長さ寸法S1が最大となる一端側突出部80の縁70aと、当該縁70aから最も近い伝熱管50の主面52と、の間に位置する部分(図6の「61a」に対応する部分)の長さ寸法とすることが好ましい。
上記実施形態では、各一端側突出部80(第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74)は、長辺701の長さ寸法S1及び短辺702の長さ寸法は、略同一に構成された。しかし、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74のいずれか/全ては、他の一端側突出部80との関係で、長辺701の長さ寸法S1及び/又は短辺702の長さ寸法を必ずしも略同一に構成される必要はない。係る場合、基準四角形R1の第1辺L1は、熱交換空間SPにおいて、フィン表側面611のうち、長辺701の長さ寸法S1が最大となる一端側突出部80の縁70aと、当該縁70aから最も近い伝熱管50の主面52と、の間に位置する部分(図6の「61a」に対応する部分)の長さ寸法とすることが好ましい。
(4−5)変形例E
上記実施形態では、各突出部70は、空気流れ方向視v1によると台形状を呈するように構成されていた。しかし、各突出部70の構成態様については適宜変更が可能である。例えば、各突出部70は、空気流れ方向視v1において四角形や五角形を呈するように構成されてもよい。
上記実施形態では、各突出部70は、空気流れ方向視v1によると台形状を呈するように構成されていた。しかし、各突出部70の構成態様については適宜変更が可能である。例えば、各突出部70は、空気流れ方向視v1において四角形や五角形を呈するように構成されてもよい。
また、例えば、図14に示すように、第5突出部75は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合に、下辺752(風下側の辺)よりも上辺751(風上側の辺)のほうが大きい台形状に構成されてもよい。すなわち、第5突出部75は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合に、風下側の縁(下辺752の両端の縁)75bが、風上側の縁(上辺751のの両端の縁)75aよりも内側に位置するように構成されてもよい。係る態様で第5突出部75が構成される場合でも、上記実施形態と同様の作用効果を実現しうる。
(4−6)変形例F
上記実施形態では、各突出部70は、伝熱フィン60(伝熱促進部65)が切り起こされることで構成されていた。しかし、各突出部70は、必ずしも切り起こされることで構成される必要はなく、他の方法により伝熱管延伸方向dr2に沿って突出するように構成されてもよい。
上記実施形態では、各突出部70は、伝熱フィン60(伝熱促進部65)が切り起こされることで構成されていた。しかし、各突出部70は、必ずしも切り起こされることで構成される必要はなく、他の方法により伝熱管延伸方向dr2に沿って突出するように構成されてもよい。
例えば、いずれか/全ての突出部70は、フィン裏側面612をフィン表側面611に向かって膨出させることで伝熱管延伸方向dr2に沿って突出する(すなわち、突出部70の周縁がフィン表側面611から連続的に延びて突出する)ように構成されてもよい。
また、例えば、いずれか/全ての突出部70は、フィン表側面611が切り曲げられてルーバ状に構成されることで、伝熱管延伸方向dr2に沿って突出するように構成されてもよい。
また、例えば、いずれか/全ての突出部70は、フィン表側面611に伝熱フィン60以外の別部材(邪魔板等)を付着させることで設けられてもよい。
(4−7)変形例G
上記実施形態では、第5突出部75の風上側には、一端側突出部80として4つの突出部70(第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73及び第4突出部74)が設けられた。係る一端側突出部80の数や構成態様については特に限定されず、設計仕様に応じて適宜変更が可能である。
上記実施形態では、第5突出部75の風上側には、一端側突出部80として4つの突出部70(第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73及び第4突出部74)が設けられた。係る一端側突出部80の数や構成態様については特に限定されず、設計仕様に応じて適宜変更が可能である。
例えば、一端側突出部80のうち、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74のいずれかについては適宜省略が可能である。また、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74のうちいずれかを組み合わせて一体に構成してもよい。また、例えば、伝熱促進部65においては、最も風下側の突出部70(第5突出部75)の風上側に、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74とは別に更なる一端側突出部80が設けられてもよい。
(4−8)変形例H
上記実施形態では、熱交換空間SPにおいて、各突出部70(71−75)は、フィン表側面611から、当該フィン表側面611に対向する他の伝熱フィン60のフィン裏側面612に向かって(すなわち、伝熱管延伸方向dr2に向かって)突出していた。つまり、上記実施形態では、熱交換空間SPにおいて、各突出部70は、フィン表側面611から同一方向に向かって突出するように構成されていた。
上記実施形態では、熱交換空間SPにおいて、各突出部70(71−75)は、フィン表側面611から、当該フィン表側面611に対向する他の伝熱フィン60のフィン裏側面612に向かって(すなわち、伝熱管延伸方向dr2に向かって)突出していた。つまり、上記実施形態では、熱交換空間SPにおいて、各突出部70は、フィン表側面611から同一方向に向かって突出するように構成されていた。
しかし、熱交換空間SPにおいて、各突出部70は、必ずしも係る態様で構成される必要はない。すなわち、熱交換空間SPにおいて、各突出部70(71−75)は、他の突出部70と異なる方向に向かって突出するように構成されてもよい。すなわち、各突出部70は、熱交換空間SPにおいて、いずれか又は全ての一端側突出部80(一方突出部)と、第5突出部75(他方突出部)と、が反対方向に向かって突出するように構成されてもよい。
例えば、各突出部70は、図15に示すように構成されてもよい。図15においては、熱交換空間SPにおいて、各一端側突出部80がフィン裏側面612から、当該フィン裏側面612に対向する他の伝熱フィン60のフィン表側面611に向かって突出するように構成されている。一方で、第5突出部75がフィン表側面611から、当該フィン表側面611に対向する他の伝熱フィン60のフィン裏側面612に向かって突出するように構成されている。すなわち、図15では、熱交換空間SPにおいて、一端側突出部80と、第5突出部75と、が異なる方向に向かって突出するように構成されている。より詳細には、図15では、熱交換空間SPにおいて、当該熱交換空間SPを構成する2つの伝熱フィン60のうち、一方の伝熱フィン60から突出する一端側突出部80と、他方の伝熱フィン60から突出する第5突出部75と、が空気流れ方向dr1に交差するように互いに反対方向に突出している。
係る態様で各突出部70が構成される場合であっても、各熱交換空間SPにおける基準面積A2(空気流れ方向視v1において、一端側突出部80が突出するフィン表側面611のうち一端側突出部80の縁70aと一端側突出部80の縁70aから最も近い伝熱管50の主面52との間に位置する部分を第1辺L1とし、フィンピッチP1を第2辺L2とする基準四角形R1の面積)に占める突出面積A1(第5突出部75の面積)の割合が0.2以上に構成されうる。よって、係る態様で、第5突出部75が配置される場合であっても、上記実施形態と同様の作用効果が実現されうる。
なお、図15に示す態様とは異なり、熱交換空間SPにおいて、いずれか又は全ての一端側突出部80がフィン表側面611から突出するように構成されるとともに、第5突出部75がフィン裏側面612から突出するように構成される場合であっても同様である。
(4−9)変形例I
上記実施形態における伝熱フィン60は、図16に示すような伝熱フィン60aのように構成されてもよい。図16は、伝熱フィン60aによって構成される熱交換空間SPを伝熱管延伸方向dr2から見た模式図である。図17は、図16を空気流れ方向dr1から見た模式図である。なお、図17において、突出面積A1´は、空気流れ方向視v1において各熱交換空間SPにおける第7突出部77(後述)が占める面積である。
上記実施形態における伝熱フィン60は、図16に示すような伝熱フィン60aのように構成されてもよい。図16は、伝熱フィン60aによって構成される熱交換空間SPを伝熱管延伸方向dr2から見た模式図である。図17は、図16を空気流れ方向dr1から見た模式図である。なお、図17において、突出面積A1´は、空気流れ方向視v1において各熱交換空間SPにおける第7突出部77(後述)が占める面積である。
伝熱フィン60aにおいては、伝熱フィン60と同様に、伝熱促進部65において、一端側突出部80(71−74)が設けられている。一方、伝熱フィン60aでは、第5突出部75に代えて、第6突出部76、複数(ここでは2つ)の第7突出部77、及び複数(ここでは2つ)の第8突出部78が、各伝熱促進部65に対応して設けられている。
第6突出部76は、第5突出部75と同様の態様で、一端側突出部80の風下側において、フィン表側面611から伝熱管延伸方向dr2に沿って切り起こされている。第6突出部76は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合には略長方形状を呈し(図16参照)、空気流れ方向視v1によると略台形状を呈している(図17参照)。
第6突出部76は、第5突出部75とは異なり、伝熱管延伸方向dr2から見た場合の大きさが、各一端側突出部80の大きさよりも小さい。具体的に、第6突出部76は、空気流れ方向視v1において、各一端側突出部80よりも伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法が小さい。このため、第6突出部76の幅は、空気流れ方向dr1から見た場合に、各一端側突出部80の幅よりも小さい(図17参照)。
第7突出部77(特許請求の範囲記載の「風下側突出部」及び「他方突出部」に相当)は、一端側突出部80及び第6突出部76よりも風下側において、フィン表側面611から伝熱管延伸方向dr2に沿って膨出している。第7突出部77は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合には略台形状を呈し(図16参照)、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合には略三角形状を呈し、空気流れ方向視v1によると略台形状を呈している。
伝熱管延伸方向dr2から見た場合、第7突出部77の大きさは、各一端側突出部80の大きさよりも小さい。すなわち、第7突出部77は、空気流れ方向視v1において、各一端側突出部80よりも伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法が小さい。このため、第7突出部77の幅は、空気流れ方向dr1から見た場合に、各一端側突出部80の幅よりも小さい。
第7突出部77は、各突出部70のうち最も風下側に位置している。第7突出部77は、フィン本体部63に配置されている。空気流れ方向視V1において、第7突出部77は、一端側突出部80と各伝熱管50の主面52との間に位置している。伝熱フィン60aでは、伝熱管延伸方向dr2から見た場合、熱交換空間SPにおいて、一対の第7突出部77が、第6突出部76を挟んで、一端側突出部80の縁70aよりも外側方向に向かって伝熱フィン延伸方向dr3に沿って延びるように配置されている。
第7突出部77が伝熱管延伸方向dr2に向かって突出する長さ寸法H3(図17参照)は、長さ寸法H1よりも大きい。すなわち、第7突出部77は、突出する長さ寸法(H3)が各一端側突出部80と比較して大きくなるように、フィン表側面611から伝熱管延伸方向dr2に沿って膨出している。
係る態様の第7突出部77が配置されることによって、空気流れ方向視V1において、一端側突出部80と各伝熱管50の主面52との間の隙間が増大することが抑制されている。具体的に、空気流れ方向視V1で熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´(第7突出部77の面積)の割合は、0.2(より具体的には0.5)以上となっている。
第8突出部78(特許請求の範囲記載の「強度向上突出部」に相当)は、伝熱フィン60aの強度を増加させる。第8突出部78は、一端側突出部80よりも風下側において、フィン表側面611から伝熱管延伸方向dr2に沿って膨出している。第8突出部78は、伝熱管延伸方向dr2から見て、一端側突出部80と第7突出部77との間に配置されており、その大部分が第7突出部77よりも風上側に位置している。
第8突出部78は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合には略台形状を呈し(図16参照)、空気流れ方向視v1によると略三角形状を呈している。第8突出部78は、空気流れ方向視v1において、各一端側突出部80よりも伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法が小さい。このため、第8突出部78の幅は、空気流れ方向dr1から見た場合に、各一端側突出部80の幅よりも小さい。
第8突出部78は、各一端側突出部80の風下側において、伝熱フィン60aの空気流れ方向dr1の一端側から他端側に向かって延びている。第8突出部78は、フィン本体部63に配置されている。すなわち、第8突出部78は、フィン本体部63において、空気流れ方向dr1に沿って延びている。
第8突出部78は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、その末端782が、スリット62(すなわち、伝熱管50の端部501)よりも、空気流れ方向dr1の風上側(伝熱フィン60aの一端側)に位置する。また、第8突出部78は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、その先端781が、スリット62(すなわち、伝熱管50の端部501)よりも、空気流れ方向dr1の風下側(伝熱フィン60aの他端側)に位置する。また、第8突出部78は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、大部分が、一端側突出部80(一方突出部)と第7突出部77(他方突出部)との間に位置している。また、第8突出部78は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合に、第6突出部76の外側に位置している。伝熱フィン60aでは、伝熱管延伸方向dr2から見た場合、熱交換空間SPにおいて、一対の第8突出部78が、第6突出部76を挟んで、風下方向に向かって空気流れ方向dr1に沿って延びるように配置されている。
このような態様の第8突出部78が配置されることにより、伝熱フィン60aに対して荷重が加わる場合(特に空気流れ方向dr1又はその逆方向に沿って荷重が加わる場合)に、伝熱フィン60aの変形及び座屈が抑制されるようになっている。より詳細には、第8突出部78が設けられない場合には、曲げ加工等によってかかる力により、スリット62を構成する縁のうち伝熱管50の端部501との間の部分で座屈が生じやすい。係る部分の座屈耐力を向上させるために、伝熱フィン60aをヤング率の大きい材料で構成することや、断面二次モーメントの大きい肉厚とすることも考えられるが、これらの方法を採用した場合にはコスト増大や製造性低下を招く。そこで、伝熱フィン60aでは、コスト増大・製造性低下を抑制しつつ、座屈耐力向上を図るべく、第8突出部78が設けられている。ひいては、伝熱フィン60aの変形又は座屈に伴う熱交換器21の性能低下が抑制されている。
特に、伝熱フィン60aにおいては、第8突出部78がフィン本体部63に配置されており、フィン本体部63に対して、伝熱管50を差し込まれる側とは反対側(ここでは風下側)から荷重が加わる場合に、伝熱フィン60aの変形及び座屈が抑制されるようになっている。その結果、例えば曲げ加工等の熱交換器の製造工程や運搬時等において、伝熱フィン60aの扁平管を差し込まれる側とは反対側から、フィン本体部63に対して荷重が加わる場合にも、伝熱フィン60aの変形及び座屈が抑制され熱交換器21の性能低下が抑制されるようになっている。
また、図16に示されるように、第8突出部78は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、一部が伝熱管50(スリット62の縁部分)と重畳しており、その末端782がスリット62(伝熱管50の端部501)よりも長さd1に相当する長さ分、空気流れ方向dr1の風上側(伝熱フィン60aの一端側)に位置している。これにより、上記効果が特に促進されている。すなわち、伝熱フィン60aの座屈耐力(特にスリット62を構成する縁のうち伝熱管50の端部501に対向する部分)は、長さd1が大きくなるに従って大きくなる。つまり、当該部分の断面二次モーメントの向上効果は、第8突出部78が伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に伝熱管50と重畳するように配置されることにより大きくなり、伝熱フィン60aの座屈耐力がさらに向上することとなる。
図18は、伝熱フィン60aの座屈耐力と長さd1との関係を模式的に示したグラフである。図18に示されるように、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合における第8突出部78のスリット62(伝熱管50の端部501)よりも風上側(伝熱フィン60aの一端側)に延びる長さd1が大きくなるに応じて、伝熱フィン60aの座屈耐力が向上する。特に、図18では、第8突出部78に関して長さd1が1mm以上確保される場合の伝熱フィン60aの座屈耐力は、長さd1が0mmである場合と比較して、2倍以上向上することが示されている。このようなデータに基づき、伝熱フィン60aでは、第8突出部78に関して長さd1が大きく確保されるように設けられている。
また、第8突出部78は、伝熱フィン60aにおいて、一端側突出部80と第7突出部77(他方突出部)との間に形成されるスペースに配置されていることから、狭小な熱交換空間SPにおいて、強度向上用の第8突出部78を、偏流抑制用の第7突出部77や、一端側突出部80と共存させることが可能となっている。
また、伝熱フィン60aにおいては、第8突出部78は、第7突出部77(他方突出部)と一体に構成されており、伝熱管延伸方向dr2から見て先端781(風下側の端部)が第7突出部77と繋がっている。このように、第8突出部78が第7突出部77(他方突出部)と一体に構成されることにより、狭小な熱交換空間SPにおいて、強度向上用の第8突出部78と偏流抑制用の第7突出部77(他方突出部)とを共存させることが可能となっている。
また、熱交換器21が伝熱フィン60aを有する場合においても、上記実施形態と同様の作用効果を実現可能である。ここで、伝熱フィン60aを有する場合の熱交換器21の伝熱促進機能について、図19及び図20を用いて説明する。なお、図19及び図20に示される解析結果やデータは、本願発明者が鋭意検討の上に解明したものである。
図19は、第7突出部77が設けられない場合(すなわち熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2未満である場合)の空気流AFの流速分布の一例について示した模式図である。図20は、第7突出部77が設けられる場合(熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2(より具体的には0.5)以上である場合)の空気流AFの流速分布の一例について示した模式図である。図19及び図20においては、空気流AFの流速の度合いに応じて、黒色の濃度(密度)が大きく示されて空気流AFの流速が大きいことが示されている。
図19に示すように、第7突出部77が設けられない場合には、風上側に位置する熱交換空間SP及び風下側に位置する熱交換空間SPのいずれにおいても、空気流AFの流速が大きい部分の占める割合が大きくなりやすい。これは、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2未満である場合には、熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た状態で各突出部70と伝熱管50の主面52との間(特に基準四角形R1に相当する位置)に隙間が大きく形成されることに関連して、係る隙間(より詳細には、各突出部70と、伝熱管50の主面52と、の間に形成される隙間)を通過する空気流AFの流速が特に大きくなるためである(図19において一点鎖線t2で示す領域を参照)。
すなわち、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2未満である場合には、熱交換空間SPにおいて空気流AFの流速が他の部分と比較して著しく速い部分が生じる偏流現象が生じやすくなる。係る偏流現象が生じると、熱交換空間SP(特に風下側の熱交換空間SP)においては、各突出部70と伝熱管50の主面52との間の部分における伝熱量が他の部分と比較して顕著に大きくなる。つまり、熱交換空間SPにおいて伝熱量の大きい部分が一部分に偏って形成されることとなる。その結果、熱交換空間SPにおいて、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が良好に行われず、熱交換器21の性能が低下しうる。
一方、図20に示すように、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2以上である場合には、風上側に位置する熱交換空間SP及び風下側に位置する熱交換空間SPのいずれにおいても、空気流AFの流速が大きい部分の占める割合が大きくなることが抑制される。これは、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2以上である場合には、熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た状態で第7突出部77と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが抑制されることに関連して、係る隙間(より詳細には、各突出部70と、伝熱管50の主面52と、の間に形成される隙間)を通過する空気流AFの流速が大きくなることが抑制されるためである(図20において一点鎖線で示す領域t1を参照)。
すなわち、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2以上である場合には、熱交換空間SPにおいて、空気流AFの流速が他の部分と比較して著しく速い部分が生じる偏流現象が抑制されている。このため、各突出部70と伝熱管50の主面52との間の部分における伝熱量が他の部分と比較して顕著に大きくなることが抑制されている。
つまり、熱交換空間SP全体において、伝熱量が大きい領域と小さい領域とがそれぞれ偏って形成されることが抑制されている。その結果、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が良好に行われない事態が抑制されている。
また、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2以上である場合には、熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た状態で第7突出部77と伝熱管50の主面52との間(特に基準四角形R1に相当する位置)に隙間が大きく形成されることが抑制されることに関連して、第7突出部77における伝熱量(すなわち最も風下側の突出部70と空気流との伝熱量)が増大する。その結果、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間の熱交換が促進されている。
このように、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2以上である場合には、上記実施形態におけるのと同様に、熱交換器21の性能低下が抑制されている。
なお、強度向上用の第8突出部78の形状、寸法、形成態様や配置位置については、設計仕様や環境に応じて適宜変更が可能である。
具体的には、第8突出部78は、フィン本体部63から外れるように構成されてもよい。例えば、第8突出部78は、その一部又は全部が、伝熱促進部65に配置されてもよい。また、第8突出部78は、その一部又は全部が伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合にその先端781がスリット62(伝熱管50の端部501)よりも伝熱フィン60aの風上側に位置するように構成されてもよい。
また、第8突出部78は、必ずしも第7突出部77(他方突出部)よりも風上側に配置される必要はなく、その一部又は全部が第7突出部77よりも風下側に配置されてもよい。
また、狭小な熱交換空間SPにおいて、第8突出部78を第7突出部77や一端側突出部80と共存させるという観点によれば、第8突出部78は、伝熱フィン60aにおいて配置されるように、一端側突出部80と第7突出部77(他方突出部)との間に形成されるスペースに配置されることが好ましい。しかし、熱交換空間SPにおいて各突出部70を配置可能である限り、第8突出部78は、必ずしも一端側突出部80と第7突出部77(他方突出部)との間に形成されるスペースに配置される必要はなく、他の位置に配置されてもよい。
また、狭小な熱交換空間SPにおいて、第8突出部78と第7突出部77(他方突出部)とを共存させるという観点によれば、第8突出部78と第7突出部77とは、伝熱フィン60aにおいて配置されるように、一体に構成されることが好ましい。しかし、熱交換空間SPにおいて配置可能である限り、第8突出部78と第7突出部77とは必ずしも一体に構成される必要はなく、別体に構成されてもよい。すなわち、第8突出部78と第7突出部77とは離間していてもよい。
また、図16に示す方向とは逆に空気流AFが流れる場合(すなわち、図12、図13と同様の態様で空気流AFが流れる場合)には、第8突出部78は、一端側突出部80よりも風上側に配置されることとなり、その大部分が第7突出部77よりも風下側に配置されることとなる。また、長さd1は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合における第8突出部78のスリット62(伝熱管50の端部501)よりも風下側(伝熱フィン60aの一端側)に延びる長さとなる。
また、第6突出部76については、適宜省略されてもよい。
また、伝熱フィン60aの座屈耐力の向上をより促進するという観点によれば、第8突出部78は、長さd1が大きく確保される態様で設けられることが好ましい。しかし、図18に示されるように、長さd1が0以下である場合であっても、伝熱フィン60aの座屈耐力向上という効果がある程度は実現されることから、第8突出部78は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に一部がスリット62又は伝熱管50と重畳する態様で設けられる必要は必ずしもない。すなわち、第8突出部78は、図21に示されるように、長さd1が確保されないように(すなわち伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に一部がスリット62又は伝熱管50と重畳しないように)設けられてもよい。
(4−10)変形例J
上記実施形態では、熱交換器21が複数(4つ)の熱交換部40を含む場合について説明した。しかし、熱交換器21に含まれる熱交換部40の数については、特に限定されず、設計仕様に応じて適宜変更が可能であり、単数であってもよいし、4つ未満の複数であってもよいし、5つ以上であってもよい。
上記実施形態では、熱交換器21が複数(4つ)の熱交換部40を含む場合について説明した。しかし、熱交換器21に含まれる熱交換部40の数については、特に限定されず、設計仕様に応じて適宜変更が可能であり、単数であってもよいし、4つ未満の複数であってもよいし、5つ以上であってもよい。
(4−11)変形例K
上記実施形態では、空気流れ方向dr1がx方向(左右方向)又はy方向(前後方向)に対応し、伝熱管延伸方向dr2がy方向又はx方向に対応し、伝熱フィン延伸方向dr3がz方向(上下方向)に対応するように、熱交換器21が構成されていた。しかし、各方向の対応関係については、設計仕様に応じて適宜変更が可能である。
上記実施形態では、空気流れ方向dr1がx方向(左右方向)又はy方向(前後方向)に対応し、伝熱管延伸方向dr2がy方向又はx方向に対応し、伝熱フィン延伸方向dr3がz方向(上下方向)に対応するように、熱交換器21が構成されていた。しかし、各方向の対応関係については、設計仕様に応じて適宜変更が可能である。
例えば、空気流れ方向dr1又は伝熱管延伸方向dr2がz方向(上下方向)に対応するように、熱交換器21が構成されてもよい。また、伝熱フィン延伸方向dr3がx方向又はy方向に対応するように、熱交換器21が構成されてもよい。
(4−12)変形例L
上記実施形態では、熱交換部40において風上側伝熱管50a及び風下側伝熱管50bが含まれていた。すなわち、熱交換部40は、2列の伝熱管50により構成される段を複数含むように配置されていた。しかし、熱交換部40に含まれる伝熱管50の配置態様については適宜変更が可能である。
上記実施形態では、熱交換部40において風上側伝熱管50a及び風下側伝熱管50bが含まれていた。すなわち、熱交換部40は、2列の伝熱管50により構成される段を複数含むように配置されていた。しかし、熱交換部40に含まれる伝熱管50の配置態様については適宜変更が可能である。
例えば、熱交換部40においては、風上側伝熱管50a及び風下側伝熱管50bの一方のみを有するように伝熱管50が配置されてもよい。すなわち、熱交換部40においては、1列の伝熱管50が複数段に並べられるように配置されてもよい。
また、例えば、熱交換部40においては、風上側伝熱管50a及び風下側伝熱管50bとは別に、更なる伝熱管50を有するように伝熱管50が配置されてもよい。すなわち、熱交換器21は、熱交換部40において、3列以上の伝熱管50が複数段に並べられるように構成されてもよい。
(4−13)変形例M
上記実施形態では、伝熱管50は、内部に複数の冷媒流路51を形成された扁平多穴管であった。しかし、伝熱管50の構成態様については適宜変更が可能である。例えば、内部に1つの冷媒流路が形成された扁平管を伝熱管50として採用してもよい。
上記実施形態では、伝熱管50は、内部に複数の冷媒流路51を形成された扁平多穴管であった。しかし、伝熱管50の構成態様については適宜変更が可能である。例えば、内部に1つの冷媒流路が形成された扁平管を伝熱管50として採用してもよい。
(4−14)変形例N
本発明は、空気調和機の室外機内に配置される室外熱交換器又は室内機内に配置される室内熱交換器に適用されてもよい。係る場合、同じく室外機内に配置される室外ファン、又は室内機内に配置される室内ファンによって生成される空気流が上記実施形態における空気流AFに相当する。また、本発明は、空気調和機(エアコン)以外の他の冷凍装置(例えば冷媒回路及び送風機を含む給湯器、製氷機、冷水機、又は除湿機等)の熱交換器として適用されてもよい。
本発明は、空気調和機の室外機内に配置される室外熱交換器又は室内機内に配置される室内熱交換器に適用されてもよい。係る場合、同じく室外機内に配置される室外ファン、又は室内機内に配置される室内ファンによって生成される空気流が上記実施形態における空気流AFに相当する。また、本発明は、空気調和機(エアコン)以外の他の冷凍装置(例えば冷媒回路及び送風機を含む給湯器、製氷機、冷水機、又は除湿機等)の熱交換器として適用されてもよい。
本発明は、熱交換器に利用可能である。
21 :熱交換器
40 :熱交換部
50 :伝熱管
50a :風上側伝熱管
50b :風下側伝熱管
51 :冷媒流路
52 :主面
60、60a:伝熱フィン
62 :スリット(扁平管差込孔)
63 :フィン本体部
65 :伝熱促進部
70 :突出部
70a :縁(一方突出部の縁)
71 :第1突出部
72 :第2突出部
73 :第3突出部
74 :第4突出部
75 :第5突出部(風下側突出部/風上側突出部、他方突出部)
75a :縁
75b :縁
76 :第6突出部
77 :第7突出部(風下側突出部/風上側突出部、他方突出部)
78 :第8突出部(強度向上突出部)
80 :一端側突出部(風上側突出部/風下側突出部、一方突出部)
501 :端部(扁平管の風下側の端部)
521 :伝熱管表側面
522 :伝熱管裏側面
611 :フィン表側面(伝熱フィン表側面)
612 :フィン裏側面(伝熱フィン裏側面)
701 :長辺
702 :短辺
751 :上辺
752 :下辺
753 :斜面
781 :第8突出部の先端
782 :第8突出部の末端
A1、A1´:突出面積
A2 :基準面積
AF :空気流
D1 :距離
H1 :寸法(一方突出部が伝熱フィンから突出する長さ)
H2、H3:寸法(他方突出部が伝熱フィンから突出する長さ)
L1 :第1辺(横辺及び縦辺の一方)
L2 :第2辺(横辺及び縦辺の他方)
P1 :フィンピッチ
R1 :基準四角形(四角形)
SP :熱交換空間
dr1 :空気流れ方向(第1方向)
dr2 :伝熱管延伸方向(第2方向)
dr3 :伝熱フィン延伸方向(第3方向)
v1 :空気流れ方向視
40 :熱交換部
50 :伝熱管
50a :風上側伝熱管
50b :風下側伝熱管
51 :冷媒流路
52 :主面
60、60a:伝熱フィン
62 :スリット(扁平管差込孔)
63 :フィン本体部
65 :伝熱促進部
70 :突出部
70a :縁(一方突出部の縁)
71 :第1突出部
72 :第2突出部
73 :第3突出部
74 :第4突出部
75 :第5突出部(風下側突出部/風上側突出部、他方突出部)
75a :縁
75b :縁
76 :第6突出部
77 :第7突出部(風下側突出部/風上側突出部、他方突出部)
78 :第8突出部(強度向上突出部)
80 :一端側突出部(風上側突出部/風下側突出部、一方突出部)
501 :端部(扁平管の風下側の端部)
521 :伝熱管表側面
522 :伝熱管裏側面
611 :フィン表側面(伝熱フィン表側面)
612 :フィン裏側面(伝熱フィン裏側面)
701 :長辺
702 :短辺
751 :上辺
752 :下辺
753 :斜面
781 :第8突出部の先端
782 :第8突出部の末端
A1、A1´:突出面積
A2 :基準面積
AF :空気流
D1 :距離
H1 :寸法(一方突出部が伝熱フィンから突出する長さ)
H2、H3:寸法(他方突出部が伝熱フィンから突出する長さ)
L1 :第1辺(横辺及び縦辺の一方)
L2 :第2辺(横辺及び縦辺の他方)
P1 :フィンピッチ
R1 :基準四角形(四角形)
SP :熱交換空間
dr1 :空気流れ方向(第1方向)
dr2 :伝熱管延伸方向(第2方向)
dr3 :伝熱フィン延伸方向(第3方向)
v1 :空気流れ方向視
本発明は、熱交換器に関する。
従来、複数の扁平管と、扁平管に交差して延びる複数の伝熱フィンと、を有し、隣り合う扁平管及び隣り合う伝熱フィンで形成される熱交換空間を通過する空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換器がある。係る熱交換器には、熱伝達率を向上させるべく、伝熱フィンに空気流の流れ方向(空気流れ方向)に交差して突出する突出部が設けられたものがある。
例えば、特許文献1(特許4845943号公報)には、複数の突出部が切り起こされた伝熱フィンを有する空調室内機の熱交換器が開示されている。特許文献1では、風上側に位置する風上側突出部と風下側に位置する風下側突出部との形状(具体的には、空気流に対する迎え角度及び切り起こし角度)が異なるように切り起こされることで、死水域の抑制と通風抵抗の抑制を図っている。
しかし、特許文献1のように、空気流れ方向から見た場合に熱交換空間において各突出部と扁平管の主面との間に隙間が大きく形成される熱交換器においては、熱交換空間を通過する空気流に関し、係る隙間を通過する空気流の流速が突出部の周囲を通過する空気流の流速と比較して著しく大きくなる偏流現象が生じやすくなることを、本願の発明者は鋭意検討の上に発見した。係る偏流現象が生じた場合には空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換が良好に行われにくくなり、熱交換器の性能低下を招く。
そこで、本発明の課題は、性能低下を抑制する熱交換器を提供することである。
本発明の第1観点に係る熱交換器は、複数の扁平管と複数の伝熱フィンとを有し、熱交換空間を通過する空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換器である。扁平管は、第1方向と交差する第2方向に延びる。第1方向は、空気流の流れ方向である。複数の扁平管は、第3方向に間隔を置いて並べられる。第3方向は、第1方向及び第2方向に対して交差する方向である。伝熱フィンは、板状に構成される。伝熱フィンは、第3方向に沿って延びる。伝熱フィンは、第2方向に沿って間隔を置いて並べられる。熱交換空間は、第1方向から見た場合に隣り合う扁平管及び隣り合う伝熱フィンで形成される空間である。各伝熱フィンは、伝熱フィン表側面と伝熱フィン裏側面とを含む。伝熱フィン表側面は、伝熱フィンの一方の主面である。伝熱フィン裏側面は、伝熱フィンの他方の主面である。各伝熱フィンは、複数の突出部を有する。突出部は、伝熱フィン表側面又は伝熱フィン裏側面から第2方向に沿って突出する膨出部又は切り起こし部である。複数の突出部は、各熱交換空間において第1方向に並べられる。複数の突出部には、風下側突出部と、風上側突出部と、が含まれる。風下側突出部は、風下側に位置する突出部である。風上側突出部は、風下側突出部よりも風上側に位置する突出部である。空気流れ方向視によると、各熱交換空間において、基準面積に占める他方突出部の面積の割合が0.2以上である。空気流れ方向視は、第1方向の風上側から風下側を見た視点である。基準面積は、空気流れ方向視において、一方突出部が突出する伝熱フィン表側面又は伝熱フィン裏側面のうち一方突出部の縁と一方突出部の縁から最も近い扁平管の主面との間に位置する部分を横辺及び縦辺の一方とし、伝熱フィンのピッチを横辺及び縦辺の他方とする四角形の面積である。一方突出部は、風上側突出部及び風下側突出部の一方である。他方突出部は、風上側突出部及び風下側突出部の他方である。
本発明の第1観点に係る熱交換器では、空気流れ方向視によると、各熱交換空間において、基準面積(空気流れ方向視において、伝熱フィン表側面又は伝熱フィン裏側面のうち一方突出部の縁と一方突出部の縁から最も近い扁平管の主面との間に位置する部分を横辺及び縦辺の一方とし、伝熱フィンのピッチを横辺及び縦辺の他方とする四角形の面積)に占める他方突出部の面積の割合が0.2以上である。これにより、空気流れ方向から見た場合に、各熱交換空間において、他方突出部と扁平管の主面との間に隙間が大きく形成されることが抑制される。その結果、熱交換空間を通過する空気流に関し、係る隙間を通過する空気流の流速が突出部の周囲を通過する空気流の流速と比較して著しく大きくなる偏流現象が生じにくくなる。これに関連して、空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換が良好に行われやすくなり、性能低下が抑制される。
本発明の第2観点に係る熱交換器は、第1観点に係る熱交換器であって、他方突出部は、熱交換空間を第3方向から見た場合に、風上側及び風下側の縁のうち扁平管に近いほうと、扁平管の風上側及び風下側の端部のうち他方突出部に近いほうと、の距離が0よりも大きくなる位置に配置される。
これにより、他方突出部のサイズを大きく構成することが可能となる。すなわち、第3方向から見た場合に他方突出部の風上側及び風下側の縁のうち扁平管に近いほうと、扁平管の風上側及び風下側の端部のうち他方突出部に近いほうと、の距離が0以下となる(すなわち、重畳する)ように他方突出部を構成した場合、他方突出部の風上側及び風下側の縁のうち扁平管に近いほうを空気流れ方向視において扁平管と重畳するように設ける(切り起こす又は膨出させる)ことが難しい。これに関連して、各熱交換空間を空気流れ方向から見た場合に他方突出部と扁平管の主面との間に隙間が大きく形成されることが抑制される程度に、他方突出部を大きく構成することが難しい。
この点、第3方向から見た場合に、他方突出部の風上側及び風下側の縁のうち扁平管に近いほうと、扁平管の風上側及び風下側の端部のうち他方突出部に近いほうと、の距離が0よりも大きくなる位置に他方突出部が配置されることで、他方突出部の風上側及び風下側の縁のうち扁平管に近いほうを空気流れ方向視において扁平管と重畳するように構成しやすくなる。よって、各熱交換空間を空気流れ方向から見た場合に他方突出部と扁平管の主面との間に隙間が大きく形成されることが抑制される程度に、他方突出部を大きく構成しやすくなる。すなわち、基準面積に占める他方突出部の面積の割合を0.2以上としやすくなる。したがって、性能低下をさらに抑制しうる。
本発明の第3観点に係る熱交換器は、第1観点又は第2観点に係る熱交換器であって、空気流れ方向視において、他方突出部が突出する長さは、一方突出部が突出する長さ以上である。これにより、他方突出部をさらに大きく構成しやすくなる。すなわち、基準面積に占める他方突出部の面積の割合を0.2以上としやすくなる。したがって、性能低下をさらに抑制しうる。
本発明の第4観点に係る熱交換器は、第1観点から第3観点のいずれかに係る熱交換器であって、他方突出部は、複数の突出部のうち最も風上側又は風下側に配置される。これにより、他方突出部をさらに大きく構成しやすくなる。すなわち、基準面積に占める他方突出部の面積の割合を0.2以上としやすくなる。したがって、性能低下をさらに抑制しうる。
本発明の第5観点に係る熱交換器は、第1観点から第4観点のいずれかに係る熱交換器であって、基準面積に占める他方突出部の面積の割合が、0.5以上である。これにより、空気流れ方向から見た場合に、各熱交換空間において、他方突出部と扁平管の主面との間に隙間が大きく形成されることがさらに抑制される。その結果、熱交換空間を通過する空気流に関し、係る隙間を通過する空気流の流速が突出部の周囲を通過する空気流の流速と比較して著しく大きくなる偏流現象がさらに生じにくくなる。これに関連して、熱交換空間において空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換がさらに良好に行われやすくなり、性能低下がさらに抑制される。
本発明の第6観点に係る熱交換器は、第1観点から第5観点のいずれかに係る熱交換器であって、複数の突出部には、強度向上突出部がさらに含まれる。強度向上突出部は、伝熱フィンの第1方向の一端側から他端側に向かって延びる。強度向上突出部は、伝熱フィンの強度を増加させる。
これにより、伝熱フィンに対して荷重が加わる場合(特に第1方向又はその逆方向に沿って荷重が加わる場合)に、伝熱フィンの変形及び座屈が抑制される。その結果、伝熱フィンの変形及び座屈に伴う熱交換器の性能低下が抑制される。よって、性能低下がさらに抑制される。
本発明の第7観点に係る熱交換器は、第6観点に係る熱交換器であって、伝熱フィンには、複数の扁平管差込孔が形成される。扁平管差込孔は、伝熱フィンの第1方向の一端側から他端側に向かって延びる。扁平管差込孔は、扁平管を差し込まれる孔である。強度向上突出部は、第3方向から見た場合に、その末端が、扁平管差込孔の伝熱フィンの第1方向の他端側の縁よりも、伝熱フィンの第1方向の一端側に位置する。
これにより、伝熱フィンに対して、特に扁平管を差し込まれる側とは反対側から荷重が加わる場合に、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制される。その結果、例えば曲げ加工等の熱交換器の製造工程や運搬時等において、伝熱フィンの扁平管を差し込まれる側とは反対側から荷重が加わる場合にも、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制され熱交換器の性能低下が抑制される。
本発明の第8観点に係る熱交換器は、第6観点に係る熱交換器であって、伝熱フィンには、複数の扁平管差込孔が形成される。扁平管差込孔は、伝熱フィンの第1方向の一端側から他端側に向かって延びる。扁平管差込孔は、扁平管を差し込まれる孔である。強度向上突出部は、第3方向から見た場合に、その先端が、扁平管差込孔の伝熱フィンの第1方向の他端側の縁よりも、伝熱フィンの第1方向の他端側に位置する。
これにより、伝熱フィンに対して、特に扁平管を差し込まれる側とは反対側から荷重が加わる場合に、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制される。その結果、例えば曲げ加工等の熱交換器の製造工程や運搬時等において、伝熱フィンの扁平管を差し込まれる側とは反対側から荷重が加わる場合にも、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制され熱交換器の性能低下が抑制される。
本発明の第9観点に係る熱交換器は、第6観点から第8観点のいずれかに係る熱交換器であって、伝熱フィンには、フィン本体部が含まれる。フィン本体部は、伝熱フィンの第3方向の一端から他端まで連続的に延びる部分である。強度向上突出部は、一部又は全部が、フィン本体部に配置される。
これにより、伝熱フィンの特にフィン本体部に荷重が加わる場合に、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制される。その結果、例えば曲げ加工等の熱交換器の製造工程や運搬時等において、フィン本体部に荷重が加わる場合にも、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制され熱交換器の性能低下が抑制される。
本発明の第10観点に係る熱交換器は、第6観点から第9観点のいずれかに係る熱交換器であって、強度向上突出部は、第3方向から見た場合に、一部又は全部が、一方突出部と他方突出部との間に配置される。これにより、一方突出部と他方突出部との間に形成されるスペースに、強度向上突出部を配置することが可能となる。その結果、狭小な熱交換空間において、強度向上突出部を他の突出部と共存させることが可能となる。
本発明の第11観点に係る熱交換器は、第6観点から第10観点のいずれかに係る熱交換器であって、強度向上突出部は、他方突出部と一体に構成される。これにより、強度向上突出部を他方突出部と一体に構成されることにより、狭小な熱交換空間において、強度向上突出部と他方突出部とを共存させることが可能となる。
本発明の第1観点に係る熱交換器では、空気流れ方向から見た場合に、各熱交換空間において、他方突出部と扁平管の主面との間に隙間が大きく形成されることが抑制される。その結果、熱交換空間を通過する空気流に関し、係る隙間を通過する空気流の流速が、突出部の周囲を通過する空気流の流速と比較して著しく大きくなる偏流現象が生じにくくなる。これに関連して、空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換が良好に行われやすくなり、性能低下が抑制される。
本発明の第2観点から第4観点に係る熱交換器では、基準面積に占める他方突出部の面積の割合を0.2以上としやすくなる。したがって、性能低下をさらに抑制しうる。
本発明の第5観点に係る熱交換器では、空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換がさらに良好に行われやすくなり、性能低下がさらに抑制される。
本発明の第6観点に係る熱交換器では、伝熱フィンに対して荷重が加わる場合(特に第1方向又はその逆方向に沿って荷重が加わる場合)に、伝熱フィンの変形及び座屈が抑制される。その結果、伝熱フィンの変形及び座屈に伴う熱交換器の性能低下が抑制される。よって、性能低下がさらに抑制される。
本発明の第7観点又は第8観点に係る熱交換器では、特に扁平管を差し込まれる側とは反対側から荷重が加わる場合に、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制される。その結果、例えば曲げ加工等の熱交換器の製造工程や運搬時等において、伝熱フィンの扁平管を差し込まれる側とは反対側から荷重が加わる場合にも、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制され熱交換器の性能低下が抑制される。
本発明の第9観点に係る熱交換器では、伝熱フィンの特にフィン本体部に荷重が加わる場合に、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制される。その結果、例えば曲げ加工等の熱交換器の製造工程や運搬時等において、フィン本体部に荷重が加わる場合にも、伝熱フィンの変形又は座屈が抑制され熱交換器の性能低下が抑制される。
本発明の第10観点又は第11観点に係る熱交換器では、狭小な熱交換空間において、強度向上突出部を他の突出部と共存させることが可能となる。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る熱交換器21について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、以下の実施形態において、図1から図10、図12から図17、及び図19から図21に示すx方向は左右方向に対応し、y方向は前後方向に対応し、z方向は上下方向に対応する。また、空気流AFが熱交換器21(より具体的には後述する熱交換空間SP)を通過する際に流れる方向を「空気流れ方向dr1」と称する。本実施形態において、空気流れ方向dr1(特許請求の範囲記載の「第1方向」に相当)は、x方向(すなわち左右方向)又はy方向(すなわち前後方向)に対応する。また、空気流れ方向dr1の風上側から風下側に向かって見た視点を「空気流れ方向視v1」と称する。
(1)熱交換器21
(1−1)熱交換部40
熱交換器21は、空気流AFと冷媒とを熱交換させる熱交換部40を複数(ここでは4つ)有している。各熱交換部40は、空気流AFの進行方向(すなわち空気流れ方向dr1)に対して交差する方向に広がる領域であり、平面視においてx方向又はy方向に沿って延びるとともに、側面視においてz方向に延びている(図1及び図2参照)。本実施形態では、各熱交換部40が、他のいずれかの熱交換部40と連結されることで、熱交換器21が一体に構成されている。
(1−1)熱交換部40
熱交換器21は、空気流AFと冷媒とを熱交換させる熱交換部40を複数(ここでは4つ)有している。各熱交換部40は、空気流AFの進行方向(すなわち空気流れ方向dr1)に対して交差する方向に広がる領域であり、平面視においてx方向又はy方向に沿って延びるとともに、側面視においてz方向に延びている(図1及び図2参照)。本実施形態では、各熱交換部40が、他のいずれかの熱交換部40と連結されることで、熱交換器21が一体に構成されている。
各熱交換部40は、図1から図6に示すように、冷媒が流れる複数の伝熱管50と、伝熱管50内の冷媒と空気流AFとの熱交換を促進させる複数の伝熱フィン60と、を含んでいる。
ここで、以下の説明においては、熱交換部40が平面視において(すなわち、z方向から見た場合に)延びる方向を「伝熱管延伸方向dr2」と称し、熱交換部40が側面視において(すなわち、x方向又はy方向から見た場合に)延びる方向を「伝熱フィン延伸方向dr3」と称する(図4−図6等参照)。ここでは、伝熱管延伸方向dr2(特許請求の範囲記載の「第2方向」に相当)は、空気流れ方向dr1及び伝熱フィン延伸方向dr3に交差する方向であり、y方向又はx方向に対応する。また、伝熱フィン延伸方向dr3(特許請求の範囲記載の「第3方向」に相当)は、空気流れ方向dr1に交差する方向であり、z方向に対応する。
(1−2)伝熱管50
伝熱管50は、内部に複数の冷媒流路51を形成されたいわゆる扁平多穴管である。伝熱管50は、薄板状を呈し、2つの主面52(具体的には、伝熱管表側面521及び伝熱管裏側面522)を含んでいる(図2等参照)。伝熱管50は、アルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。伝熱管50は、伝熱管延伸方向dr2に沿って延びている。すなわち、各伝熱管50内において、冷媒流路51は伝熱管延伸方向dr2に沿って延びており、冷媒が伝熱管延伸方向dr2に沿って流れるようになっている。
伝熱管50は、内部に複数の冷媒流路51を形成されたいわゆる扁平多穴管である。伝熱管50は、薄板状を呈し、2つの主面52(具体的には、伝熱管表側面521及び伝熱管裏側面522)を含んでいる(図2等参照)。伝熱管50は、アルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。伝熱管50は、伝熱管延伸方向dr2に沿って延びている。すなわち、各伝熱管50内において、冷媒流路51は伝熱管延伸方向dr2に沿って延びており、冷媒が伝熱管延伸方向dr2に沿って流れるようになっている。
各伝熱管50は、熱交換部40において、他の伝熱管50とともに伝熱フィン延伸方向dr3に沿って間隔を空けて並べられている(図1−図3等参照)。また、各伝熱管50は、他の伝熱管50と空気流れ方向dr1に沿って間隔を空けて2列に並べられている(図1及び図2参照)。すなわち、熱交換部40においては、伝熱管延伸方向dr2に沿って延びる伝熱管50が空気流れ方向dr1に沿って2列に並べられ、空気流れ方向dr1に沿って2列に並べられた一組の伝熱管50が伝熱フィン延伸方向dr3に沿って複数並べられるように配置されている。なお、熱交換部40に含まれる伝熱管50の列や本数については、設計仕様に応じて適宜変更が可能である。
ここでは、2列に並べられた伝熱管50のうち、空気流AFの風上側に位置する伝熱管50を風上側伝熱管50aと称し、空気流AFの風下側に位置する伝熱管50を風下側伝熱管50bと称する。
(1−3)伝熱フィン60
伝熱フィン60は、伝熱管50と空気流AFとの伝熱面積を増大させる平板状の部材である。伝熱フィン60は、アルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。伝熱フィン60は、2つの主面(具体的には、フィン表側面611及びフィン裏側面612)を含んでいる(図4−図6参照)。伝熱フィン60は、熱交換部40において、伝熱管50に交差するように伝熱フィン延伸方向dr3(ここではz方向)に沿って延びている(図1−図3等参照)。伝熱フィン60には、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って複数のスリット62が間隔を空けて並べて形成されており、各スリット62に伝熱管50が挿入されている(図2参照)。換言すると、スリット62は、伝熱管50を差し込まれる孔であり、伝熱フィン60の空気流れ方向dr1の一端側から他端側に向かって延びている。
伝熱フィン60は、伝熱管50と空気流AFとの伝熱面積を増大させる平板状の部材である。伝熱フィン60は、アルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。伝熱フィン60は、2つの主面(具体的には、フィン表側面611及びフィン裏側面612)を含んでいる(図4−図6参照)。伝熱フィン60は、熱交換部40において、伝熱管50に交差するように伝熱フィン延伸方向dr3(ここではz方向)に沿って延びている(図1−図3等参照)。伝熱フィン60には、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って複数のスリット62が間隔を空けて並べて形成されており、各スリット62に伝熱管50が挿入されている(図2参照)。換言すると、スリット62は、伝熱管50を差し込まれる孔であり、伝熱フィン60の空気流れ方向dr1の一端側から他端側に向かって延びている。
各伝熱フィン60は、熱交換部40において、他の伝熱フィン60とともに伝熱管延伸方向dr2に沿って間隔(以下、「フィンピッチP1」と称する)を空けて並べられている(図1−図6を参照)。また、各伝熱フィン60は、他の伝熱フィン60と空気流れ方向dr1に沿って間隔を空けて2列に並べられている(図2参照)。すなわち、熱交換部40においては、伝熱管50が延びる方向(伝熱管延伸方向dr2)に交差する方向(伝熱フィン延伸方向dr3)に沿って延びる伝熱フィン60が、空気流れ方向(空気流れ方向dr1)に沿って2列に並べられ、空気流れ方向dr1に沿って2列に並べられた一組の伝熱フィン60が伝熱管延伸方向dr2に沿って多数並ぶように配置されている。なお、熱交換部40に含まれる伝熱フィン60の数については、伝熱管50の伝熱管延伸方向dr2の長さ寸法に応じて選択され、設計仕様に応じて適宜選択、変更が可能である。
各伝熱フィン60は、図2等に示すように、フィン本体部63と、フィン本体部63から空気流れ方向dr1の風下側から風上側に向かって延びる複数の伝熱促進部65と、を含んでいる。
(1−3−1)フィン本体部63
フィン本体部63は、伝熱フィン60の伝熱フィン延伸方向dr3の一端から他端まで連続的に延びる部分である。フィン本体部63は、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って連続的に延びている。フィン本体部63の伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法は、熱交換部40に含まれる伝熱管50の本数に応じた大きさに選択され、熱交換部40の伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法に相当する。
フィン本体部63は、伝熱フィン60の伝熱フィン延伸方向dr3の一端から他端まで連続的に延びる部分である。フィン本体部63は、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って連続的に延びている。フィン本体部63の伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法は、熱交換部40に含まれる伝熱管50の本数に応じた大きさに選択され、熱交換部40の伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法に相当する。
フィン本体部63においては、熱交換部40に含まれる伝熱管50の本数に対応する数の伝熱促進部65が、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って間隔を置いて配置されている。
(1−3−2)伝熱促進部65
伝熱促進部65は、隣り合う2つのスリット62間(すなわち、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って隣接する2つの伝熱管50間)において広がる面部分である。伝熱促進部65は、伝熱管延伸方向dr2から見て、伝熱フィン延伸方向dr3に隣接する2つの伝熱管50の主面52(すなわち、一方の伝熱管50の伝熱管表側面521と、他方の伝熱管50の伝熱管裏側面522)間において、空気流れ方向dr1及び伝熱フィン延伸方向dr3に沿って連続的に延びている。伝熱促進部65は、スリット62との境界部分(縁部分)において、伝熱管50の主面52に当接している。伝熱促進部65には、図2や図4−図6に示すように、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との熱交換を促進させる複数(ここでは5つ)の突出部70が設けられている。
伝熱促進部65は、隣り合う2つのスリット62間(すなわち、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って隣接する2つの伝熱管50間)において広がる面部分である。伝熱促進部65は、伝熱管延伸方向dr2から見て、伝熱フィン延伸方向dr3に隣接する2つの伝熱管50の主面52(すなわち、一方の伝熱管50の伝熱管表側面521と、他方の伝熱管50の伝熱管裏側面522)間において、空気流れ方向dr1及び伝熱フィン延伸方向dr3に沿って連続的に延びている。伝熱促進部65は、スリット62との境界部分(縁部分)において、伝熱管50の主面52に当接している。伝熱促進部65には、図2や図4−図6に示すように、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との熱交換を促進させる複数(ここでは5つ)の突出部70が設けられている。
各突出部70は、フィン表側面611から、当該フィン表側面611に対向する他の伝熱フィン60のフィン裏側面612に向かって(すなわち、伝熱管延伸方向dr2に向かって)突出している。各突出部70は、伝熱管延伸方向dr2(すなわち、空気流れ方向dr1に交差する方向)に沿って、伝熱促進部65の一部が切り起こされることで構成されている。
具体的に、伝熱促進部65においては、突出部70として、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、第4突出部74、及び第5突出部75が、空気流れ方向dr1の風上側から風下側に向かって順に設けられている(図5参照)。各突出部70は、空気流れ方向視v1によると台形状を呈している(図6参照)。
第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74(以下、これらを「一端側突出部80」と称する)は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合、伝熱フィン延伸方向dr3の寸法を長辺701とし空気流れ方向dr1の寸法を短辺702とする長方形状を呈している(図5参照)。各一端側突出部80の、長辺701の長さ寸法S1(図5及び図6参照)、及び短辺702の長さ寸法は、それぞれ略同一である。このため、伝熱管延伸方向dr2から見た場合、各一端側突出部80の大きさ(または、各一端側突出部80が設けられることで形成されるスリットSL1の大きさ)は、それぞれ略同一である。また、各一端側突出部80が伝熱管延伸方向dr2に向かって突出する長さ寸法H1(図6参照)は、それぞれ略同一である。
なお、本実施形態において、一端側突出部80(第1突出部71−第4突出部74)は、特許請求の範囲記載の「一方突出部」に相当する。
第5突出部75(特許請求の範囲記載の「風下側突出部」に相当)は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合、伝熱フィン延伸方向dr3に沿って延びる上辺751(短辺)、及び下辺752(長辺)を含み、空気流れ方向dr1の風上側に上辺751が位置し風下側に下辺752が位置する台形状を呈している(図5参照)。これに関連して、空気流れ方向視v1によると、第5突出部75は、伝熱フィン延伸方向dr3の両端付近に、空気流AFの風上側方向に面する2つの斜面753を有するように伝熱管延伸方向dr2に向かって突出している。
伝熱管延伸方向dr2から見た場合、第5突出部75の大きさ(または、第5突出部75が設けられることで形成されるスリットSL2の大きさ)は、各一端側突出部80の大きさ(またはスリットSL1の大きさ)よりも大きい。すなわち、第5突出部75は、空気流れ方向視v1において、各一端側突出部80よりも伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法が大きくなるように切り起こされている。
また、これに関連して、第5突出部75が伝熱管延伸方向dr2に向かって突出する長さ寸法H2(図6参照)は、長さ寸法H1よりも大きい。すなわち、第5突出部75は、突出する長さ寸法(H2)が各一端側突出部80と比較して大きくなるように、フィン表側面611から伝熱管延伸方向dr2に沿って高く切り起こされている。
また、図5に示すように、第5突出部75の長辺(下辺752)の長さ寸法S2は、各一端側突出部80の長辺701の長さ寸法S1よりも大きい。これに関連して、第5突出部75の幅は、空気流れ方向dr1から見た場合に、各一端側突出部80の幅よりも大きい(図6参照)。
なお、本実施形態において、第5突出部75は、特許請求の範囲記載の「他方突出部」に相当する。
(1−4)熱交換空間SP
各熱交換部40では、熱交換空間SPが多数形成されている(図3−図6等参照)。熱交換空間SPは、空気流れ方向dr1に沿って流れてきた空気流AFが通過する空間であり、空気流AFと伝熱管50内の冷媒とが熱交換を行う空間である。各熱交換空間SPは、伝熱フィン延伸方向dr3に隣り合う伝熱管50と、伝熱管延伸方向dr2に隣り合う伝熱フィン60と、によって形成されている。
各熱交換部40では、熱交換空間SPが多数形成されている(図3−図6等参照)。熱交換空間SPは、空気流れ方向dr1に沿って流れてきた空気流AFが通過する空間であり、空気流AFと伝熱管50内の冷媒とが熱交換を行う空間である。各熱交換空間SPは、伝熱フィン延伸方向dr3に隣り合う伝熱管50と、伝熱管延伸方向dr2に隣り合う伝熱フィン60と、によって形成されている。
各熱交換空間SPにおいては、伝熱促進部65がそれぞれ空気流れ方向dr1及び伝熱フィン延伸方向dr3に沿って延びており、伝熱促進部65の各突出部70がフィン表側面611から伝熱管延伸方向dr2(空気流れ方向dr1と交差する方向)に沿って突出している。各突出部70は、空気流AFが熱交換空間SPを通過する際、伝熱面積を増大させて空気流AFと伝熱管50内の冷媒との熱交換を促進させる役割を担っている。
熱交換空間SPにおいて、各伝熱フィン60の各突出部70は、フィン表側面611から当該フィン表側面611と対向する他の伝熱フィン60のフィン裏側面612に向かって(すなわち、空気流れ方向dr1に交差する伝熱管延伸方向dr2方向に向かって)突出している(図6参照)。
上述のように、各一端側突出部80(第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74)が突出する長さ寸法H1はそれぞれ略同一であることから、空気流れ方向視v1によると、熱交換空間SPにおいて第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74は最も風上側に位置する第1突出部71に重畳している。また、第5突出部75が突出する長さ寸法H2は、各一端側突出部80が突出する長さ寸法H1よりも大きいことから、空気流れ方向視v1によると、熱交換空間SPにおいて、第5突出部75は、各一端側突出部80よりも伝熱管延伸方向dr2に向かって大きく突出している。
また、伝熱管延伸方向dr2から見た場合、第5突出部75の風下側の縁(下辺752の両端の縁)75bは、第5突出部75の風上側の縁(上辺751のの両端の縁)75aよりも外側に位置している。これに関連して、空気流れ方向視v1によると、熱交換空間SPにおいては、第5突出部75の2つの斜面753が、一端側突出部80の外側で空気流AFの風上側方向に面するように突出している。
このような態様で、熱交換空間SPにおいて各突出部70(特に第5突出部75)が配置されることから、空気流れ方向視v1によると、各熱交換空間SPにおける第5突出部75(特に斜面753)が占める面積(以下、「突出面積A1」と称する)の割合が大きくなっている。具体的には、熱交換空間SPにおいて形成される仮想の基準四角形R1(図6参照)の面積(以下、「基準面積A2」と称する)内に占める突出面積A1の割合は、0.5以上(すなわち、0.2以上)となっている。
ここで、基準四角形R1は、熱交換空間SPにおいて、フィン表側面611のうち一端側突出部80の一方の縁(長辺701の一端の縁)70aと、当該縁70aから最も近い伝熱管50の主面52と、の間に位置する部分(図6の符号「61a」参照)の長さ寸法を第1辺L1(縦辺又は横辺の一方)とし、フィンピッチP1の長さ寸法を第2辺L2(縦辺又は横辺の他方)として構成される四角形である。係る基準四角形R1は、空気流AFが熱交換空間SPを通過する際、流速が特に大きくなりやすい部分(すなわち、偏流現象を生じさせやすい部分)として想定される領域である。
また、熱交換空間SPを伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合、第5突出部75の風上側の縁75aと、伝熱管50の最も風下側の端部501(すなわち、伝熱フィン60のスリット62の風下側の縁)と、の距離D1が0よりも大きくなっている。これに関連して、空気流れ方向視v1によると、熱交換空間SPにおいて第5突出部75の風下側の縁75bが、伝熱管50よりも風下側に回り込む(すなわち、伝熱管50と重畳する)ように位置するように設けられている(図5及び図6参照)。
熱交換空間SPにおいてこのような態様で第5突出部75が配置されているのは、基準面積A2における突出面積A1が大きくなるように(具体的には0.2以上となるように)、第5突出部75を大きく構成するためである。すなわち、熱交換空間SPを伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、第5突出部75の風上側の縁75aと、伝熱管50の端部501(すなわちスリット62の風下側の縁)と、の距離D1が0以下である場合には、基準面積A2における突出面積A1が大きくなるように第5突出部75を大きく構成することが困難となる。このため、第5突出部75を大きく構成しやすいように(すなわち、基準面積A2における突出面積A1が大きくなりやすいように)、上述のような態様で第5突出部75が構成されている。
(2)熱交換器21の伝熱促進機能について
ここで、熱交換器21の伝熱促進機能について、熱交換空間SPにおける空気流AFの偏流現象の発生原理とともに、図7から図11を用いて説明する。なお、図7から図11に示される解析結果やデータは、本願発明者が鋭意検討の上に解明したものである。
ここで、熱交換器21の伝熱促進機能について、熱交換空間SPにおける空気流AFの偏流現象の発生原理とともに、図7から図11を用いて説明する。なお、図7から図11に示される解析結果やデータは、本願発明者が鋭意検討の上に解明したものである。
図7は、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2未満である場合の空気流AFの流速分布の一例について示した模式図である。図8は、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2(より具体的には0.5)以上である場合の空気流AFの流速分布の一例について示した模式図である。図7及び図8においては、空気流AFの流速の度合いに応じて、主にF1−F8の領域に分けられており、F1>F2>F3>F4>F5>F6>F7>F8の順に黒色の濃度(密度)が大きく示されて空気流AFの流速が大きいことが示されている。
図9は、(風下側伝熱管50bにより構成される)熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2未満である場合において、熱交換空間SPにおける各領域の伝熱量の度合いの一例について示した模式図である。図10は、(風下側伝熱管50bにより構成される)熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2(より具体的には0.5)以上である場合において、熱交換空間SPにおける各領域の伝熱量の度合いの一例について示した模式図である。図9及び図10においては、伝熱量の度合いに応じて主にE1−E4の領域に分けられており、E1>E2>E3>E4の順に黒色の濃度(密度)が大きく示されて伝熱量の度合いが大きいことが示されている。
図7に示すように、熱交換空間SPにおいて基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2未満である場合には、風上側に位置する熱交換空間SP及び風下側に位置する熱交換空間SPのいずれにおいても、空気流AFの流速が大きい部分F1の占める割合が大きくなりやすい。これは、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2未満である場合には、熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た状態で第5突出部75と伝熱管50の主面52との間(特に基準四角形R1に相当する位置)に隙間が大きく形成されることに関連して、係る隙間(より詳細には、各突出部71−75と、伝熱管50の主面52と、の間に形成される隙間)を通過する空気流AFの流速が特に大きくなるためである(図7において一点鎖線で示す領域t1を参照)。
すなわち、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2未満である場合には、熱交換空間SPにおいて空気流AFの流速が他の部分と比較して著しく速い部分が生じる偏流現象が生じやすくなる。係る偏流現象が生じると、熱交換空間SP(特に風下側の熱交換空間SP)においては、図9に示すように、各突出部71−75と伝熱管50の主面52との間の部分における伝熱量が他の部分と比較して顕著に大きくなる(図9の1点鎖線で示す領域t1´を参照)。つまり、熱交換空間SPにおいて伝熱量の大きい部分が一部分に偏って形成されることとなる。その結果、熱交換空間SPにおいて、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が良好に行われず、熱交換器21の性能が低下しうる。
一方、図8に示すように、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2以上である場合には、風上側に位置する熱交換空間SP及び風下側に位置する熱交換空間SPのいずれにおいても、空気流AFの流速が大きい部分F1の占める割合が大きくなることが抑制される。これは、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2以上である場合には、熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た状態で第5突出部75と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが抑制されることに関連して、係る隙間(より詳細には、各突出部71−75と、伝熱管50の主面52と、の間に形成される隙間)を通過する空気流AFの流速が大きくなることが抑制されるためである(図8において一点鎖線で示す領域t1を参照)。
すなわち、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2以上である場合には、熱交換空間SPにおいて、空気流AFの流速が他の部分と比較して著しく速い部分が生じる偏流現象が抑制されている。このため、図10に示すように、各突出部71−75と伝熱管50の主面52との間の部分における伝熱量が他の部分と比較して顕著に大きくなることが抑制されている(図10の1点鎖線で示す領域t1´を参照)。
つまり、図10では、最も伝熱量が大きい領域E1の占める割合が減少しているものの、次に伝熱量が大きい領域E2の占める割合が増大しており、熱交換空間SP全体において、伝熱量が大きい領域と小さい領域とがそれぞれ偏って形成されることが抑制されている。換言すると、図10では、熱交換空間SPにおいて、伝熱量が最も小さい領域E4の占める割合が図9の場合よりも減少しており、伝熱量の大きい部分が一部分に偏って形成されることが抑制されている。その結果、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が良好に行われない事態が抑制されている。
また、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2以上である場合には、熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た状態で第5突出部75と伝熱管50の主面52との間(特に基準四角形R1に相当する位置)に隙間が大きく形成されることが抑制されることに関連して、図10に示すように、第5突出部75の斜面753における伝熱量(すなわち最も風下側の突出部70と空気流との伝熱量)が増大している。その結果、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間の熱交換が促進されている。
このように、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2以上である場合には、熱交換器21の性能低下が抑制されている。
ここで、図11は、熱交換空間SPにおいて基準面積A2内に占める突出面積A1の割合と、熱交換空間SPにおける熱伝達率と、の相関関係の一例について表わしたグラフである。図11に示すように、熱交換空間SPにおいて基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2未満の場合においては、熱伝達率が100パーセント付近で停滞している(すなわち、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との熱交換が良好に行われていない)。一方、熱交換空間SPにおいて基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2以上(特に0.2以上0.6未満)の場合においては、係る割合が増大するにしたがって熱伝達率が飛躍的に向上している。
熱交換器21では、上記原理に基づき、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1の割合は0.5以上(すなわち、0.2以上)に構成されている。これにより、熱交換器21では、空気流AFが各熱交換空間SPを通過する際に、空気流AFの偏流現象が抑制され、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との熱交換が促進されるようになっており、ひいては熱交換器21の性能低下が抑制されている。
(3)特徴
(3−1)
上記実施形態に係る熱交換器21では、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が良好に行われやすくなっており、性能低下が抑制されている。
(3−1)
上記実施形態に係る熱交換器21では、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が良好に行われやすくなっており、性能低下が抑制されている。
すなわち、従来の熱交換器のように、空気流れ方向から見た場合に熱交換空間において風下側突出部と扁平管(伝熱管)の主面との間に隙間が大きく形成される熱交換器においては、熱交換空間を通過する空気流に関し、係る隙間を通過する空気流の流速が突出部の周囲を通過する空気流の流速と比較して著しく大きくなる偏流現象が生じやすくなることが、本願の発明者によって鋭意検討の上に発見された。
熱交換器21では、係る発見に基づき、空気流れ方向視v1によると、各熱交換空間SPにおける基準面積A2(空気流れ方向視v1において、一端側突出部80(一方突出部)が突出するフィン表側面611のうち一端側突出部80の縁70aと一端側突出部80の縁70aから最も近い伝熱管50の主面52との間に位置する部分を第1辺L1とし、フィンピッチP1を第2辺L2とする基準四角形R1の面積)に占める第5突出部75(他方突出部)の面積の割合が0.2以上に構成されている。
これにより、空気流れ方向dr1から見た場合に、各熱交換空間SPにおいて、第5突出部75と伝熱管50の主面52との間(特に基準四角形R1に相当する位置)に隙間が大きく形成されることが抑制されている。その結果、熱交換空間SPを通過する空気流AFに関し、係る隙間を通過する空気流AFの流速が、突出部70の周囲を通過する空気流AFの流速と比較して著しく大きくなる偏流現象が生じにくくなっている。これに関連して、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が良好に行われやすくなっており、性能低下が抑制されている。
(3−2)
上記実施形態に係る熱交換器21では、第5突出部75(他方突出部)は、熱交換空間SPを伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、第5突出部75の風上側の縁75a(風上側及び風下側の縁75a、75bのうち伝熱管50に近いほう)と、伝熱管50の風下側の端部501(伝熱管50の風上側及び風下側の端部のうち第5突出部75に近いほう)と、の距離D1が0よりも大きくなる位置に配置されている。これにより、第5突出部75のサイズを大きく構成しやすくなっている。
上記実施形態に係る熱交換器21では、第5突出部75(他方突出部)は、熱交換空間SPを伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、第5突出部75の風上側の縁75a(風上側及び風下側の縁75a、75bのうち伝熱管50に近いほう)と、伝熱管50の風下側の端部501(伝熱管50の風上側及び風下側の端部のうち第5突出部75に近いほう)と、の距離D1が0よりも大きくなる位置に配置されている。これにより、第5突出部75のサイズを大きく構成しやすくなっている。
すなわち、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合の距離D1が0以下となる(すなわち、重畳する)ように第5突出部75を構成した場合、第5突出部75の風下側の縁75bを空気流れ方向視v1において伝熱管50と重畳するように設けることが難しい。これに関連して、各熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た場合に第5突出部75と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが抑制される程度に、第5突出部75を大きく構成することが難しい。
この点、熱交換器21では、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、第5突出部75の風上側の縁75aと、伝熱管50の風下側の端部501と、の距離D1が0よりも大きくなる位置に第5突出部75が配置されていることで、第5突出部75の風下側の縁75bを空気流れ方向視v1において伝熱管50と重畳するように設けやすくなっている。よって、各熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た場合に第5突出部75と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが抑制される程度に、第5突出部75を大きく構成しやすくなっている。すなわち、基準面積A2に占める第5突出部75の面積の割合を0.2以上としやすくなっている。
(3−3)
上記実施形態に係る熱交換器21では、空気流れ方向視v1において、第5突出部75(他方突出部)がフィン表側面611から突出する長さ寸法H2は、一端側突出部80(一方突出部)がフィン表側面611から突出する長さ寸法H1以上である。これにより、第5突出部75をさらに大きく構成しやすくなっている。すなわち、基準面積A2に占める第5突出部75の面積の割合を0.2以上としやすくなっている。
上記実施形態に係る熱交換器21では、空気流れ方向視v1において、第5突出部75(他方突出部)がフィン表側面611から突出する長さ寸法H2は、一端側突出部80(一方突出部)がフィン表側面611から突出する長さ寸法H1以上である。これにより、第5突出部75をさらに大きく構成しやすくなっている。すなわち、基準面積A2に占める第5突出部75の面積の割合を0.2以上としやすくなっている。
(3−4)
上記実施形態に係る熱交換器21では、第5突出部75(他方突出部)は、複数の突出部70のうち最も風下側に配置されている。これにより、第5突出部75をさらに大きく構成しやすくなっている。すなわち、基準面積A2に占める第5突出部75の面積の割合を0.2以上としやすくなっている。
上記実施形態に係る熱交換器21では、第5突出部75(他方突出部)は、複数の突出部70のうち最も風下側に配置されている。これにより、第5突出部75をさらに大きく構成しやすくなっている。すなわち、基準面積A2に占める第5突出部75の面積の割合を0.2以上としやすくなっている。
(3−5)
上記実施形態に係る熱交換器21では、基準面積A2に占める第5突出部75(他方突出部)の面積の割合が、0.5以上である。これにより、空気流れ方向dr1から見た場合に、各熱交換空間SPにおいて、第5突出部75と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが特に抑制されている。その結果、熱交換空間SPを通過する空気流AFに関し、係る隙間を通過する空気流AFの流速が、突出部70の周囲を通過する空気流AFの流速と比較して著しく大きくなる偏流現象が特に生じにくくなっている。
上記実施形態に係る熱交換器21では、基準面積A2に占める第5突出部75(他方突出部)の面積の割合が、0.5以上である。これにより、空気流れ方向dr1から見た場合に、各熱交換空間SPにおいて、第5突出部75と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが特に抑制されている。その結果、熱交換空間SPを通過する空気流AFに関し、係る隙間を通過する空気流AFの流速が、突出部70の周囲を通過する空気流AFの流速と比較して著しく大きくなる偏流現象が特に生じにくくなっている。
(4)変形例
上記実施形態は、以下の変形例に示すように適宜変形が可能である。なお、各変形例は、矛盾が生じない範囲で他の変形例と組み合わせて適用されてもよい。
上記実施形態は、以下の変形例に示すように適宜変形が可能である。なお、各変形例は、矛盾が生じない範囲で他の変形例と組み合わせて適用されてもよい。
(4−1)変形例A
上記実施形態では、熱交換空間SPにおいては、突出部70として、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、第4突出部74、及び第5突出部75が、空気流れ方向dr1の風上側から風下側に向かって順に設けられていた。すなわち、第5突出部75(他方突出部)は、熱交換空間SPにおいて最も風下側に配置されていた。しかし、第5突出部の配置位置は、必ずしも係る態様には限定されず、適宜変更が可能である。
上記実施形態では、熱交換空間SPにおいては、突出部70として、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、第4突出部74、及び第5突出部75が、空気流れ方向dr1の風上側から風下側に向かって順に設けられていた。すなわち、第5突出部75(他方突出部)は、熱交換空間SPにおいて最も風下側に配置されていた。しかし、第5突出部の配置位置は、必ずしも係る態様には限定されず、適宜変更が可能である。
例えば、第5突出部75は、熱交換空間SPにおいて、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73及び第4突出部74のうち、いずれかの一端側突出部80(一方突出部)よりも空気流れ方向dr1の風上側に配置されてもよい。
また、例えば、第5突出部75は、熱交換空間SPにおいて、各突出部70のうち、空気流れ方向dr1の最も風上側に配置されてもよい。係る場合には、第5突出部75が特許請求の範囲記載の「風上側突出部」に相当し、各一端側突出部80が特許請求の範囲記載の「風下側突出部」に相当する。
このように、熱交換空間SPにおいて第5突出部75が最も風下側に配置される突出部70に該当しない場合でも、各熱交換空間SPにおける基準面積A2(空気流れ方向視v1において、一端側突出部80が突出するフィン表側面611のうち一端側突出部80の縁70aと一端側突出部80の縁70aから最も近い伝熱管50の主面52との間に位置する部分を第1辺L1とし、フィンピッチP1を第2辺L2とする基準四角形R1の面積)に占める突出面積A1(第5突出部75の面積)の割合が0.2以上に構成されうる。例えば図12及び図13に示すように、空気流AFの流れる空気流れ方向dr1が上記実施形態と反対となるように熱交換器21が設置される場合にも、基準面積A2における突出面積A1の割合を、0.2以上に構成することが可能となる。
よって、係る態様で、第5突出部75が配置される場合であっても、上記実施形態と同様の作用効果が実現されうる。
(4−2)変形例B
上記実施形態では、熱交換空間SPにおいて第5突出部75(他方突出部)は、熱交換空間SPを伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、その風上側の縁75aと、伝熱管50の最も風下側の端部501(伝熱管50の風上側及び風下側の端部のうち第5突出部75に近いほう)と、の距離D1が0よりも大きくなる位置に配置されていた。各熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た場合に第5突出部75と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが抑制される程度に、第5突出部75を大きく構成する、という観点上、第5突出部75は係る態様で配置されることが好ましい。しかし、上記(6−1)に記載の作用効果を実現するうえで、第5突出部75は、必ずしも係る態様で配置される必要はない。
上記実施形態では、熱交換空間SPにおいて第5突出部75(他方突出部)は、熱交換空間SPを伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、その風上側の縁75aと、伝熱管50の最も風下側の端部501(伝熱管50の風上側及び風下側の端部のうち第5突出部75に近いほう)と、の距離D1が0よりも大きくなる位置に配置されていた。各熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た場合に第5突出部75と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが抑制される程度に、第5突出部75を大きく構成する、という観点上、第5突出部75は係る態様で配置されることが好ましい。しかし、上記(6−1)に記載の作用効果を実現するうえで、第5突出部75は、必ずしも係る態様で配置される必要はない。
例えば、熱交換空間SPにおいて第5突出部75は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合の距離D1が0以下の位置に配置されてもよい(すなわち、第5突出部75の風上側の縁75aが伝熱管50の端部501よりも風上側に位置するように配置されてもよい)。なお、その際には、第5突出部75を大きく構成する(すなわち、基準面積A2に占める第5突出部75の面積の割合を0.2以上とする)うえで、風下側の縁75bが伝熱管50の端部501よりも風下側に位置するように配置されることが好ましい。
また、第5突出部75が一端側突出部80よりも風上側に配置される場合には、同様の観点から、熱交換空間SPにおいて第5突出部75は、熱交換空間SPを伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、その風下側の縁75aと、伝熱管50の最も風上側の端部501(伝熱管50の風上側及び風下側の端部のうち第5突出部75に近いほう)と、の距離D1が0よりも大きくなる位置に配置されることが好ましい。しかし、上記(6−1)に記載の作用効果を実現するうえで、第5突出部75は、必ずしも係る態様で配置される必要はない。
すなわち、熱交換空間SPにおいて第5突出部75は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合の距離D1が0以下の位置に配置されてもよい(つまり、第5突出部75の風下側の縁75aが伝熱管50の風上側の端部501よりも風下側に位置するように配置されてもよい)。なお、その際には、第5突出部75を大きく構成する(すなわち、基準面積A2に占める第5突出部75の面積の割合を0.2以上とする)うえで、風上側の縁75bが伝熱管50の端部501よりも風上側に位置するように配置されることが好ましい。
(4−3)変形例C
上記実施形態では、空気流れ方向視v1によると、各熱交換空間SPにおける基準面積A2(空気流れ方向視v1において、フィン表側面611のうち一端側突出部80(一方突出部)の縁70aと一端側突出部80の縁70aから最も近い伝熱管50の主面52との間に位置する部分を第1辺L1とし、フィンピッチP1を第2辺L2とする基準四角形R1の面積)に占める第5突出部75(他方突出部)の面積の割合が0.5以上に構成されていた。この点、熱交換空間SPにおける偏流現象を抑制して熱交換を促進するという観点によれば、図11に示すように、係る割合が0.5以上であるように構成することが好ましい。
上記実施形態では、空気流れ方向視v1によると、各熱交換空間SPにおける基準面積A2(空気流れ方向視v1において、フィン表側面611のうち一端側突出部80(一方突出部)の縁70aと一端側突出部80の縁70aから最も近い伝熱管50の主面52との間に位置する部分を第1辺L1とし、フィンピッチP1を第2辺L2とする基準四角形R1の面積)に占める第5突出部75(他方突出部)の面積の割合が0.5以上に構成されていた。この点、熱交換空間SPにおける偏流現象を抑制して熱交換を促進するという観点によれば、図11に示すように、係る割合が0.5以上であるように構成することが好ましい。
しかし、熱交換器21は、必ずしも係る割合が0.5以上となるように構成される必要はなく、係る割合の値については適宜変更が可能である。すなわち、設計上の制約等により、係る割合を0.5以上とすることが困難な場合には、係る割合を0.2≦0.5の範囲で適宜選択してもよい。
つまり、図11に示すように、熱交換空間SPにおいて基準面積A2内に占める突出面積A1の割合が0.2未満の場合においては、熱伝達率が100パーセント付近で停滞し、係る割合が0.2以上の場合においては係る割合が増大するにしたがって熱伝達率が飛躍的に向上する。このことから、本発明の効果を実現するうえで、必ずしも係る割合が0.5以上である必要はなく、係る割合の値については0.2≦0.5の範囲で適宜変更が可能である。
(4−4)変形例D
上記実施形態では、各一端側突出部80(第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74)は、長辺701の長さ寸法S1及び短辺702の長さ寸法は、略同一に構成された。しかし、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74のいずれか/全ては、他の一端側突出部80との関係で、長辺701の長さ寸法S1及び/又は短辺702の長さ寸法を必ずしも略同一に構成される必要はない。係る場合、基準四角形R1の第1辺L1は、熱交換空間SPにおいて、フィン表側面611のうち、長辺701の長さ寸法S1が最大となる一端側突出部80の縁70aと、当該縁70aから最も近い伝熱管50の主面52と、の間に位置する部分(図6の「61a」に対応する部分)の長さ寸法とすることが好ましい。
上記実施形態では、各一端側突出部80(第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74)は、長辺701の長さ寸法S1及び短辺702の長さ寸法は、略同一に構成された。しかし、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74のいずれか/全ては、他の一端側突出部80との関係で、長辺701の長さ寸法S1及び/又は短辺702の長さ寸法を必ずしも略同一に構成される必要はない。係る場合、基準四角形R1の第1辺L1は、熱交換空間SPにおいて、フィン表側面611のうち、長辺701の長さ寸法S1が最大となる一端側突出部80の縁70aと、当該縁70aから最も近い伝熱管50の主面52と、の間に位置する部分(図6の「61a」に対応する部分)の長さ寸法とすることが好ましい。
(4−5)変形例E
上記実施形態では、各突出部70は、空気流れ方向視v1によると台形状を呈するように構成されていた。しかし、各突出部70の構成態様については適宜変更が可能である。例えば、各突出部70は、空気流れ方向視v1において四角形や五角形を呈するように構成されてもよい。
上記実施形態では、各突出部70は、空気流れ方向視v1によると台形状を呈するように構成されていた。しかし、各突出部70の構成態様については適宜変更が可能である。例えば、各突出部70は、空気流れ方向視v1において四角形や五角形を呈するように構成されてもよい。
また、例えば、図14に示すように、第5突出部75は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合に、下辺752(風下側の辺)よりも上辺751(風上側の辺)のほうが大きい台形状に構成されてもよい。すなわち、第5突出部75は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合に、風下側の縁(下辺752の両端の縁)75bが、風上側の縁(上辺751のの両端の縁)75aよりも内側に位置するように構成されてもよい。係る態様で第5突出部75が構成される場合でも、上記実施形態と同様の作用効果を実現しうる。
(4−6)変形例F
上記実施形態では、各突出部70は、伝熱フィン60(伝熱促進部65)が切り起こされることで構成されていた。しかし、各突出部70は、必ずしも切り起こされることで構成される必要はなく、他の方法により伝熱管延伸方向dr2に沿って突出するように構成されてもよい。
上記実施形態では、各突出部70は、伝熱フィン60(伝熱促進部65)が切り起こされることで構成されていた。しかし、各突出部70は、必ずしも切り起こされることで構成される必要はなく、他の方法により伝熱管延伸方向dr2に沿って突出するように構成されてもよい。
例えば、いずれか/全ての突出部70は、フィン裏側面612をフィン表側面611に向かって膨出させることで伝熱管延伸方向dr2に沿って突出する(すなわち、突出部70の周縁がフィン表側面611から連続的に延びて突出する)ように構成されてもよい。
また、例えば、いずれか/全ての突出部70は、フィン表側面611が切り曲げられてルーバ状に構成されることで、伝熱管延伸方向dr2に沿って突出するように構成されてもよい。
また、例えば、いずれか/全ての突出部70は、フィン表側面611に伝熱フィン60以外の別部材(邪魔板等)を付着させることで設けられてもよい。
(4−7)変形例G
上記実施形態では、第5突出部75の風上側には、一端側突出部80として4つの突出部70(第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73及び第4突出部74)が設けられた。係る一端側突出部80の数や構成態様については特に限定されず、設計仕様に応じて適宜変更が可能である。
上記実施形態では、第5突出部75の風上側には、一端側突出部80として4つの突出部70(第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73及び第4突出部74)が設けられた。係る一端側突出部80の数や構成態様については特に限定されず、設計仕様に応じて適宜変更が可能である。
例えば、一端側突出部80のうち、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74のいずれかについては適宜省略が可能である。また、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74のうちいずれかを組み合わせて一体に構成してもよい。また、例えば、伝熱促進部65においては、最も風下側の突出部70(第5突出部75)の風上側に、第1突出部71、第2突出部72、第3突出部73、及び第4突出部74とは別に更なる一端側突出部80が設けられてもよい。
(4−8)変形例H
上記実施形態では、熱交換空間SPにおいて、各突出部70(71−75)は、フィン表側面611から、当該フィン表側面611に対向する他の伝熱フィン60のフィン裏側面612に向かって(すなわち、伝熱管延伸方向dr2に向かって)突出していた。つまり、上記実施形態では、熱交換空間SPにおいて、各突出部70は、フィン表側面611から同一方向に向かって突出するように構成されていた。
上記実施形態では、熱交換空間SPにおいて、各突出部70(71−75)は、フィン表側面611から、当該フィン表側面611に対向する他の伝熱フィン60のフィン裏側面612に向かって(すなわち、伝熱管延伸方向dr2に向かって)突出していた。つまり、上記実施形態では、熱交換空間SPにおいて、各突出部70は、フィン表側面611から同一方向に向かって突出するように構成されていた。
しかし、熱交換空間SPにおいて、各突出部70は、必ずしも係る態様で構成される必要はない。すなわち、熱交換空間SPにおいて、各突出部70(71−75)は、他の突出部70と異なる方向に向かって突出するように構成されてもよい。すなわち、各突出部70は、熱交換空間SPにおいて、いずれか又は全ての一端側突出部80(一方突出部)と、第5突出部75(他方突出部)と、が反対方向に向かって突出するように構成されてもよい。
例えば、各突出部70は、図15に示すように構成されてもよい。図15においては、熱交換空間SPにおいて、各一端側突出部80がフィン裏側面612から、当該フィン裏側面612に対向する他の伝熱フィン60のフィン表側面611に向かって突出するように構成されている。一方で、第5突出部75がフィン表側面611から、当該フィン表側面611に対向する他の伝熱フィン60のフィン裏側面612に向かって突出するように構成されている。すなわち、図15では、熱交換空間SPにおいて、一端側突出部80と、第5突出部75と、が異なる方向に向かって突出するように構成されている。より詳細には、図15では、熱交換空間SPにおいて、当該熱交換空間SPを構成する2つの伝熱フィン60のうち、一方の伝熱フィン60から突出する一端側突出部80と、他方の伝熱フィン60から突出する第5突出部75と、が空気流れ方向dr1に交差するように互いに反対方向に突出している。
係る態様で各突出部70が構成される場合であっても、各熱交換空間SPにおける基準面積A2(空気流れ方向視v1において、一端側突出部80が突出するフィン表側面611のうち一端側突出部80の縁70aと一端側突出部80の縁70aから最も近い伝熱管50の主面52との間に位置する部分を第1辺L1とし、フィンピッチP1を第2辺L2とする基準四角形R1の面積)に占める突出面積A1(第5突出部75の面積)の割合が0.2以上に構成されうる。よって、係る態様で、第5突出部75が配置される場合であっても、上記実施形態と同様の作用効果が実現されうる。
なお、図15に示す態様とは異なり、熱交換空間SPにおいて、いずれか又は全ての一端側突出部80がフィン表側面611から突出するように構成されるとともに、第5突出部75がフィン裏側面612から突出するように構成される場合であっても同様である。
(4−9)変形例I
上記実施形態における伝熱フィン60は、図16に示すような伝熱フィン60aのように構成されてもよい。図16は、伝熱フィン60aによって構成される熱交換空間SPを伝熱管延伸方向dr2から見た模式図である。図17は、図16を空気流れ方向dr1から見た模式図である。なお、図17において、突出面積A1´は、空気流れ方向視v1において各熱交換空間SPにおける第7突出部77(後述)が占める面積である。
上記実施形態における伝熱フィン60は、図16に示すような伝熱フィン60aのように構成されてもよい。図16は、伝熱フィン60aによって構成される熱交換空間SPを伝熱管延伸方向dr2から見た模式図である。図17は、図16を空気流れ方向dr1から見た模式図である。なお、図17において、突出面積A1´は、空気流れ方向視v1において各熱交換空間SPにおける第7突出部77(後述)が占める面積である。
伝熱フィン60aにおいては、伝熱フィン60と同様に、伝熱促進部65において、一端側突出部80(71−74)が設けられている。一方、伝熱フィン60aでは、第5突出部75に代えて、第6突出部76、複数(ここでは2つ)の第7突出部77、及び複数(ここでは2つ)の第8突出部78が、各伝熱促進部65に対応して設けられている。
第6突出部76は、第5突出部75と同様の態様で、一端側突出部80の風下側において、フィン表側面611から伝熱管延伸方向dr2に沿って切り起こされている。第6突出部76は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合には略長方形状を呈し(図16参照)、空気流れ方向視v1によると略台形状を呈している(図17参照)。
第6突出部76は、第5突出部75とは異なり、伝熱管延伸方向dr2から見た場合の大きさが、各一端側突出部80の大きさよりも小さい。具体的に、第6突出部76は、空気流れ方向視v1において、各一端側突出部80よりも伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法が小さい。このため、第6突出部76の幅は、空気流れ方向dr1から見た場合に、各一端側突出部80の幅よりも小さい(図17参照)。
第7突出部77(特許請求の範囲記載の「風下側突出部」及び「他方突出部」に相当)は、一端側突出部80及び第6突出部76よりも風下側において、フィン表側面611から伝熱管延伸方向dr2に沿って膨出している。第7突出部77は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合には略台形状を呈し(図16参照)、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合には略三角形状を呈し、空気流れ方向視v1によると略台形状を呈している。
伝熱管延伸方向dr2から見た場合、第7突出部77の大きさは、各一端側突出部80の大きさよりも小さい。すなわち、第7突出部77は、空気流れ方向視v1において、各一端側突出部80よりも伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法が小さい。このため、第7突出部77の幅は、空気流れ方向dr1から見た場合に、各一端側突出部80の幅よりも小さい。
第7突出部77は、各突出部70のうち最も風下側に位置している。第7突出部77は、フィン本体部63に配置されている。空気流れ方向視V1において、第7突出部77は、一端側突出部80と各伝熱管50の主面52との間に位置している。伝熱フィン60aでは、伝熱管延伸方向dr2から見た場合、熱交換空間SPにおいて、一対の第7突出部77が、第6突出部76を挟んで、一端側突出部80の縁70aよりも外側方向に向かって伝熱フィン延伸方向dr3に沿って延びるように配置されている。
第7突出部77が伝熱管延伸方向dr2に向かって突出する長さ寸法H3(図17参照)は、長さ寸法H1よりも大きい。すなわち、第7突出部77は、突出する長さ寸法(H3)が各一端側突出部80と比較して大きくなるように、フィン表側面611から伝熱管延伸方向dr2に沿って膨出している。
係る態様の第7突出部77が配置されることによって、空気流れ方向視V1において、一端側突出部80と各伝熱管50の主面52との間の隙間が増大することが抑制されている。具体的に、空気流れ方向視V1で熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´(第7突出部77の面積)の割合は、0.2(より具体的には0.5)以上となっている。
第8突出部78(特許請求の範囲記載の「強度向上突出部」に相当)は、伝熱フィン60aの強度を増加させる。第8突出部78は、一端側突出部80よりも風下側において、フィン表側面611から伝熱管延伸方向dr2に沿って膨出している。第8突出部78は、伝熱管延伸方向dr2から見て、一端側突出部80と第7突出部77との間に配置されており、その大部分が第7突出部77よりも風上側に位置している。
第8突出部78は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合には略台形状を呈し(図16参照)、空気流れ方向視v1によると略三角形状を呈している。第8突出部78は、空気流れ方向視v1において、各一端側突出部80よりも伝熱フィン延伸方向dr3の長さ寸法が小さい。このため、第8突出部78の幅は、空気流れ方向dr1から見た場合に、各一端側突出部80の幅よりも小さい。
第8突出部78は、各一端側突出部80の風下側において、伝熱フィン60aの空気流れ方向dr1の一端側から他端側に向かって延びている。第8突出部78は、フィン本体部63に配置されている。すなわち、第8突出部78は、フィン本体部63において、空気流れ方向dr1に沿って延びている。
第8突出部78は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、その末端782が、スリット62(すなわち、伝熱管50の端部501)よりも、空気流れ方向dr1の風上側(伝熱フィン60aの一端側)に位置する。また、第8突出部78は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、その先端781が、スリット62(すなわち、伝熱管50の端部501)よりも、空気流れ方向dr1の風下側(伝熱フィン60aの他端側)に位置する。また、第8突出部78は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、大部分が、一端側突出部80(一方突出部)と第7突出部77(他方突出部)との間に位置している。また、第8突出部78は、伝熱管延伸方向dr2から見た場合に、第6突出部76の外側に位置している。伝熱フィン60aでは、伝熱管延伸方向dr2から見た場合、熱交換空間SPにおいて、一対の第8突出部78が、第6突出部76を挟んで、風下方向に向かって空気流れ方向dr1に沿って延びるように配置されている。
このような態様の第8突出部78が配置されることにより、伝熱フィン60aに対して荷重が加わる場合(特に空気流れ方向dr1又はその逆方向に沿って荷重が加わる場合)に、伝熱フィン60aの変形及び座屈が抑制されるようになっている。より詳細には、第8突出部78が設けられない場合には、曲げ加工等によってかかる力により、スリット62を構成する縁のうち伝熱管50の端部501との間の部分で座屈が生じやすい。係る部分の座屈耐力を向上させるために、伝熱フィン60aをヤング率の大きい材料で構成することや、断面二次モーメントの大きい肉厚とすることも考えられるが、これらの方法を採用した場合にはコスト増大や製造性低下を招く。そこで、伝熱フィン60aでは、コスト増大・製造性低下を抑制しつつ、座屈耐力向上を図るべく、第8突出部78が設けられている。ひいては、伝熱フィン60aの変形又は座屈に伴う熱交換器21の性能低下が抑制されている。
特に、伝熱フィン60aにおいては、第8突出部78がフィン本体部63に配置されており、フィン本体部63に対して、伝熱管50を差し込まれる側とは反対側(ここでは風下側)から荷重が加わる場合に、伝熱フィン60aの変形及び座屈が抑制されるようになっている。その結果、例えば曲げ加工等の熱交換器の製造工程や運搬時等において、伝熱フィン60aの扁平管を差し込まれる側とは反対側から、フィン本体部63に対して荷重が加わる場合にも、伝熱フィン60aの変形及び座屈が抑制され熱交換器21の性能低下が抑制されるようになっている。
また、図16に示されるように、第8突出部78は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に、一部が伝熱管50(スリット62の縁部分)と重畳しており、その末端782がスリット62(伝熱管50の端部501)よりも長さd1に相当する長さ分、空気流れ方向dr1の風上側(伝熱フィン60aの一端側)に位置している。これにより、上記効果が特に促進されている。すなわち、伝熱フィン60aの座屈耐力(特にスリット62を構成する縁のうち伝熱管50の端部501に対向する部分)は、長さd1が大きくなるに従って大きくなる。つまり、当該部分の断面二次モーメントの向上効果は、第8突出部78が伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に伝熱管50と重畳するように配置されることにより大きくなり、伝熱フィン60aの座屈耐力がさらに向上することとなる。
図18は、伝熱フィン60aの座屈耐力と長さd1との関係を模式的に示したグラフである。図18に示されるように、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合における第8突出部78のスリット62(伝熱管50の端部501)よりも風上側(伝熱フィン60aの一端側)に延びる長さd1が大きくなるに応じて、伝熱フィン60aの座屈耐力が向上する。特に、図18では、第8突出部78に関して長さd1が1mm以上確保される場合の伝熱フィン60aの座屈耐力は、長さd1が0mmである場合と比較して、2倍以上向上することが示されている。このようなデータに基づき、伝熱フィン60aでは、第8突出部78に関して長さd1が大きく確保されるように設けられている。
また、第8突出部78は、伝熱フィン60aにおいて、一端側突出部80と第7突出部77(他方突出部)との間に形成されるスペースに配置されていることから、狭小な熱交換空間SPにおいて、強度向上用の第8突出部78を、偏流抑制用の第7突出部77や、一端側突出部80と共存させることが可能となっている。
また、伝熱フィン60aにおいては、第8突出部78は、第7突出部77(他方突出部)と一体に構成されており、伝熱管延伸方向dr2から見て先端781(風下側の端部)が第7突出部77と繋がっている。このように、第8突出部78が第7突出部77(他方突出部)と一体に構成されることにより、狭小な熱交換空間SPにおいて、強度向上用の第8突出部78と偏流抑制用の第7突出部77(他方突出部)とを共存させることが可能となっている。
また、熱交換器21が伝熱フィン60aを有する場合においても、上記実施形態と同様の作用効果を実現可能である。ここで、伝熱フィン60aを有する場合の熱交換器21の伝熱促進機能について、図19及び図20を用いて説明する。なお、図19及び図20に示される解析結果やデータは、本願発明者が鋭意検討の上に解明したものである。
図19は、第7突出部77が設けられない場合(すなわち熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2未満である場合)の空気流AFの流速分布の一例について示した模式図である。図20は、第7突出部77が設けられる場合(熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2(より具体的には0.5)以上である場合)の空気流AFの流速分布の一例について示した模式図である。図19及び図20においては、空気流AFの流速の度合いに応じて、黒色の濃度(密度)が大きく示されて空気流AFの流速が大きいことが示されている。
図19に示すように、第7突出部77が設けられない場合には、風上側に位置する熱交換空間SP及び風下側に位置する熱交換空間SPのいずれにおいても、空気流AFの流速が大きい部分の占める割合が大きくなりやすい。これは、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2未満である場合には、熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た状態で各突出部70と伝熱管50の主面52との間(特に基準四角形R1に相当する位置)に隙間が大きく形成されることに関連して、係る隙間(より詳細には、各突出部70と、伝熱管50の主面52と、の間に形成される隙間)を通過する空気流AFの流速が特に大きくなるためである(図19において一点鎖線t2で示す領域を参照)。
すなわち、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2未満である場合には、熱交換空間SPにおいて空気流AFの流速が他の部分と比較して著しく速い部分が生じる偏流現象が生じやすくなる。係る偏流現象が生じると、熱交換空間SP(特に風下側の熱交換空間SP)においては、各突出部70と伝熱管50の主面52との間の部分における伝熱量が他の部分と比較して顕著に大きくなる。つまり、熱交換空間SPにおいて伝熱量の大きい部分が一部分に偏って形成されることとなる。その結果、熱交換空間SPにおいて、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が良好に行われず、熱交換器21の性能が低下しうる。
一方、図20に示すように、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2以上である場合には、風上側に位置する熱交換空間SP及び風下側に位置する熱交換空間SPのいずれにおいても、空気流AFの流速が大きい部分の占める割合が大きくなることが抑制される。これは、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2以上である場合には、熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た状態で第7突出部77と伝熱管50の主面52との間に隙間が大きく形成されることが抑制されることに関連して、係る隙間(より詳細には、各突出部70と、伝熱管50の主面52と、の間に形成される隙間)を通過する空気流AFの流速が大きくなることが抑制されるためである(図20において一点鎖線で示す領域t1を参照)。
すなわち、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2以上である場合には、熱交換空間SPにおいて、空気流AFの流速が他の部分と比較して著しく速い部分が生じる偏流現象が抑制されている。このため、各突出部70と伝熱管50の主面52との間の部分における伝熱量が他の部分と比較して顕著に大きくなることが抑制されている。
つまり、熱交換空間SP全体において、伝熱量が大きい領域と小さい領域とがそれぞれ偏って形成されることが抑制されている。その結果、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間で熱交換が良好に行われない事態が抑制されている。
また、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2以上である場合には、熱交換空間SPを空気流れ方向dr1から見た状態で第7突出部77と伝熱管50の主面52との間(特に基準四角形R1に相当する位置)に隙間が大きく形成されることが抑制されることに関連して、第7突出部77における伝熱量(すなわち最も風下側の突出部70と空気流との伝熱量)が増大する。その結果、空気流AFと伝熱管50内の冷媒との間の熱交換が促進されている。
このように、熱交換空間SPにおける基準面積A2内に占める突出面積A1´の割合が0.2以上である場合には、上記実施形態におけるのと同様に、熱交換器21の性能低下が抑制されている。
なお、強度向上用の第8突出部78の形状、寸法、形成態様や配置位置については、設計仕様や環境に応じて適宜変更が可能である。
具体的には、第8突出部78は、フィン本体部63から外れるように構成されてもよい。例えば、第8突出部78は、その一部又は全部が、伝熱促進部65に配置されてもよい。また、第8突出部78は、その一部又は全部が伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合にその先端781がスリット62(伝熱管50の端部501)よりも伝熱フィン60aの風上側に位置するように構成されてもよい。
また、第8突出部78は、必ずしも第7突出部77(他方突出部)よりも風上側に配置される必要はなく、その一部又は全部が第7突出部77よりも風下側に配置されてもよい。
また、狭小な熱交換空間SPにおいて、第8突出部78を第7突出部77や一端側突出部80と共存させるという観点によれば、第8突出部78は、伝熱フィン60aにおいて配置されるように、一端側突出部80と第7突出部77(他方突出部)との間に形成されるスペースに配置されることが好ましい。しかし、熱交換空間SPにおいて各突出部70を配置可能である限り、第8突出部78は、必ずしも一端側突出部80と第7突出部77(他方突出部)との間に形成されるスペースに配置される必要はなく、他の位置に配置されてもよい。
また、狭小な熱交換空間SPにおいて、第8突出部78と第7突出部77(他方突出部)とを共存させるという観点によれば、第8突出部78と第7突出部77とは、伝熱フィン60aにおいて配置されるように、一体に構成されることが好ましい。しかし、熱交換空間SPにおいて配置可能である限り、第8突出部78と第7突出部77とは必ずしも一体に構成される必要はなく、別体に構成されてもよい。すなわち、第8突出部78と第7突出部77とは離間していてもよい。
また、図16に示す方向とは逆に空気流AFが流れる場合(すなわち、図12、図13と同様の態様で空気流AFが流れる場合)には、第8突出部78は、一端側突出部80よりも風上側に配置されることとなり、その大部分が第7突出部77よりも風下側に配置されることとなる。また、長さd1は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合における第8突出部78のスリット62(伝熱管50の端部501)よりも風下側(伝熱フィン60aの一端側)に延びる長さとなる。
また、第6突出部76については、適宜省略されてもよい。
また、伝熱フィン60aの座屈耐力の向上をより促進するという観点によれば、第8突出部78は、長さd1が大きく確保される態様で設けられることが好ましい。しかし、図18に示されるように、長さd1が0以下である場合であっても、伝熱フィン60aの座屈耐力向上という効果がある程度は実現されることから、第8突出部78は、伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に一部がスリット62又は伝熱管50と重畳する態様で設けられる必要は必ずしもない。すなわち、第8突出部78は、図21に示されるように、長さd1が確保されないように(すなわち伝熱フィン延伸方向dr3から見た場合に一部がスリット62又は伝熱管50と重畳しないように)設けられてもよい。
(4−10)変形例J
上記実施形態では、熱交換器21が複数(4つ)の熱交換部40を含む場合について説明した。しかし、熱交換器21に含まれる熱交換部40の数については、特に限定されず、設計仕様に応じて適宜変更が可能であり、単数であってもよいし、4つ未満の複数であってもよいし、5つ以上であってもよい。
上記実施形態では、熱交換器21が複数(4つ)の熱交換部40を含む場合について説明した。しかし、熱交換器21に含まれる熱交換部40の数については、特に限定されず、設計仕様に応じて適宜変更が可能であり、単数であってもよいし、4つ未満の複数であってもよいし、5つ以上であってもよい。
(4−11)変形例K
上記実施形態では、空気流れ方向dr1がx方向(左右方向)又はy方向(前後方向)に対応し、伝熱管延伸方向dr2がy方向又はx方向に対応し、伝熱フィン延伸方向dr3がz方向(上下方向)に対応するように、熱交換器21が構成されていた。しかし、各方向の対応関係については、設計仕様に応じて適宜変更が可能である。
上記実施形態では、空気流れ方向dr1がx方向(左右方向)又はy方向(前後方向)に対応し、伝熱管延伸方向dr2がy方向又はx方向に対応し、伝熱フィン延伸方向dr3がz方向(上下方向)に対応するように、熱交換器21が構成されていた。しかし、各方向の対応関係については、設計仕様に応じて適宜変更が可能である。
例えば、空気流れ方向dr1又は伝熱管延伸方向dr2がz方向(上下方向)に対応するように、熱交換器21が構成されてもよい。また、伝熱フィン延伸方向dr3がx方向又はy方向に対応するように、熱交換器21が構成されてもよい。
(4−12)変形例L
上記実施形態では、熱交換部40において風上側伝熱管50a及び風下側伝熱管50bが含まれていた。すなわち、熱交換部40は、2列の伝熱管50により構成される段を複数含むように配置されていた。しかし、熱交換部40に含まれる伝熱管50の配置態様については適宜変更が可能である。
上記実施形態では、熱交換部40において風上側伝熱管50a及び風下側伝熱管50bが含まれていた。すなわち、熱交換部40は、2列の伝熱管50により構成される段を複数含むように配置されていた。しかし、熱交換部40に含まれる伝熱管50の配置態様については適宜変更が可能である。
例えば、熱交換部40においては、風上側伝熱管50a及び風下側伝熱管50bの一方のみを有するように伝熱管50が配置されてもよい。すなわち、熱交換部40においては、1列の伝熱管50が複数段に並べられるように配置されてもよい。
また、例えば、熱交換部40においては、風上側伝熱管50a及び風下側伝熱管50bとは別に、更なる伝熱管50を有するように伝熱管50が配置されてもよい。すなわち、熱交換器21は、熱交換部40において、3列以上の伝熱管50が複数段に並べられるように構成されてもよい。
(4−13)変形例M
上記実施形態では、伝熱管50は、内部に複数の冷媒流路51を形成された扁平多穴管であった。しかし、伝熱管50の構成態様については適宜変更が可能である。例えば、内部に1つの冷媒流路が形成された扁平管を伝熱管50として採用してもよい。
上記実施形態では、伝熱管50は、内部に複数の冷媒流路51を形成された扁平多穴管であった。しかし、伝熱管50の構成態様については適宜変更が可能である。例えば、内部に1つの冷媒流路が形成された扁平管を伝熱管50として採用してもよい。
(4−14)変形例N
本発明は、空気調和機の室外機内に配置される室外熱交換器又は室内機内に配置される室内熱交換器に適用されてもよい。係る場合、同じく室外機内に配置される室外ファン、又は室内機内に配置される室内ファンによって生成される空気流が上記実施形態における空気流AFに相当する。また、本発明は、空気調和機(エアコン)以外の他の冷凍装置(例えば冷媒回路及び送風機を含む給湯器、製氷機、冷水機、又は除湿機等)の熱交換器として適用されてもよい。
本発明は、空気調和機の室外機内に配置される室外熱交換器又は室内機内に配置される室内熱交換器に適用されてもよい。係る場合、同じく室外機内に配置される室外ファン、又は室内機内に配置される室内ファンによって生成される空気流が上記実施形態における空気流AFに相当する。また、本発明は、空気調和機(エアコン)以外の他の冷凍装置(例えば冷媒回路及び送風機を含む給湯器、製氷機、冷水機、又は除湿機等)の熱交換器として適用されてもよい。
本発明は、熱交換器に利用可能である。
21 :熱交換器
40 :熱交換部
50 :伝熱管
50a :風上側伝熱管
50b :風下側伝熱管
51 :冷媒流路
52 :主面
60、60a:伝熱フィン
62 :スリット(扁平管差込孔)
63 :フィン本体部
65 :伝熱促進部
70 :突出部
70a :縁(一方突出部の縁)
71 :第1突出部
72 :第2突出部
73 :第3突出部
74 :第4突出部
75 :第5突出部(風下側突出部/風上側突出部、他方突出部)
75a :縁
75b :縁
76 :第6突出部
77 :第7突出部(風下側突出部/風上側突出部、他方突出部)
78 :第8突出部(強度向上突出部)
80 :一端側突出部(風上側突出部/風下側突出部、一方突出部)
501 :端部(扁平管の風下側の端部)
521 :伝熱管表側面
522 :伝熱管裏側面
611 :フィン表側面(伝熱フィン表側面)
612 :フィン裏側面(伝熱フィン裏側面)
701 :長辺
702 :短辺
751 :上辺
752 :下辺
753 :斜面
781 :第8突出部の先端
782 :第8突出部の末端
A1、A1´:突出面積
A2 :基準面積
AF :空気流
D1 :距離
H1 :寸法(一方突出部が伝熱フィンから突出する長さ)
H2、H3:寸法(他方突出部が伝熱フィンから突出する長さ)
L1 :第1辺(横辺及び縦辺の一方)
L2 :第2辺(横辺及び縦辺の他方)
P1 :フィンピッチ
R1 :基準四角形(四角形)
SP :熱交換空間
dr1 :空気流れ方向(第1方向)
dr2 :伝熱管延伸方向(第2方向)
dr3 :伝熱フィン延伸方向(第3方向)
v1 :空気流れ方向視
40 :熱交換部
50 :伝熱管
50a :風上側伝熱管
50b :風下側伝熱管
51 :冷媒流路
52 :主面
60、60a:伝熱フィン
62 :スリット(扁平管差込孔)
63 :フィン本体部
65 :伝熱促進部
70 :突出部
70a :縁(一方突出部の縁)
71 :第1突出部
72 :第2突出部
73 :第3突出部
74 :第4突出部
75 :第5突出部(風下側突出部/風上側突出部、他方突出部)
75a :縁
75b :縁
76 :第6突出部
77 :第7突出部(風下側突出部/風上側突出部、他方突出部)
78 :第8突出部(強度向上突出部)
80 :一端側突出部(風上側突出部/風下側突出部、一方突出部)
501 :端部(扁平管の風下側の端部)
521 :伝熱管表側面
522 :伝熱管裏側面
611 :フィン表側面(伝熱フィン表側面)
612 :フィン裏側面(伝熱フィン裏側面)
701 :長辺
702 :短辺
751 :上辺
752 :下辺
753 :斜面
781 :第8突出部の先端
782 :第8突出部の末端
A1、A1´:突出面積
A2 :基準面積
AF :空気流
D1 :距離
H1 :寸法(一方突出部が伝熱フィンから突出する長さ)
H2、H3:寸法(他方突出部が伝熱フィンから突出する長さ)
L1 :第1辺(横辺及び縦辺の一方)
L2 :第2辺(横辺及び縦辺の他方)
P1 :フィンピッチ
R1 :基準四角形(四角形)
SP :熱交換空間
dr1 :空気流れ方向(第1方向)
dr2 :伝熱管延伸方向(第2方向)
dr3 :伝熱フィン延伸方向(第3方向)
v1 :空気流れ方向視
Claims (11)
- 空気流(AF)の流れ方向である第1方向(dr1)と交差する第2方向(dr2)に延び前記第1方向及び前記第2方向に対して交差する第3方向(dr3)に間隔を置いて並べられた複数の扁平管(50)と、前記第3方向に沿って延び前記第2方向に沿って間隔を置いて並べられた複数の板状の伝熱フィン(60、60a)と、を有し、隣り合う前記扁平管及び隣り合う前記伝熱フィンで形成される熱交換空間(SP)を通過する前記空気流と前記扁平管内の冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換器(21)であって、
各前記伝熱フィンは、一方の主面である伝熱フィン表側面(611)と他方の主面である伝熱フィン裏側面(612)とを含み、前記伝熱フィン表側面又は前記伝熱フィン裏側面から前記第2方向に沿って突出する膨出部又は切り起こし部である複数の突出部(70)を有し、
複数の前記突出部は、各前記熱交換空間において前記第1方向に並べられ、風下側に位置する風下側突出部(75・77、/80)と、前記風下側突出部よりも風上側に位置する風上側突出部(80、/75・77)と、を含み、
前記第1方向の風上側から風下側を見た空気流れ方向視(v1)によると、各前記熱交換空間において、前記風上側突出部及び前記風下側突出部の一方である一方突出部(80)が突出する前記伝熱フィン表側面又は前記伝熱フィン裏側面のうち前記一方突出部の縁(70a)と前記一方突出部の縁から最も近い前記扁平管の主面(52)との間に位置する部分(61a)を横辺及び縦辺の一方(L1)とし前記伝熱フィンのピッチ(P1)を横辺及び縦辺の他方(L2)とする四角形(R1)、の面積である基準面積(A2)に占める前記風上側突出部及び前記風下側突出部の他方である他方突出部の面積(A1、A1´)の割合が0.2以上である、
熱交換器(21)。 - 前記他方突出部は、前記熱交換空間を前記第3方向から見た場合に、風上側及び風下側の縁(75a、75b)のうち前記扁平管に近いほうと、前記扁平管の風上側及び風下側の端部(501)のうち前記他方突出部に近いほうと、の距離(D1)が0よりも大きくなる位置に配置される、
請求項1に記載の熱交換器(21)。 - 前記空気流れ方向視において、前記他方突出部が突出する長さ(H2、H3)は、前記一方突出部が突出する長さ(H1)以上である、
請求項1又は2に記載の熱交換器(21)。 - 前記他方突出部は、複数の前記突出部のうち最も風上側又は風下側に配置される、
請求項1から3のいずれか1項に記載の熱交換器(21)。 - 前記基準面積に占める前記他方突出部の面積の割合が0.5以上である、
請求項1から4のいずれか1項に記載の熱交換器(21)。 - 複数の前記突出部には、前記伝熱フィン(60a)の前記第1方向の一端側から他端側に向かって延び、前記伝熱フィンの強度を増加させる強度向上突出部(78)がさらに含まれる、
請求項1から5のいずれか1項に記載の熱交換器(21)。 - 前記伝熱フィンには、前記伝熱フィンの前記第1方向の一端側から他端側に向かって延び、前記扁平管を差し込まれる複数の扁平管差込孔(62)が形成され、
前記強度向上突出部は、前記第3方向から見た場合にその末端(782)が前記扁平管差込孔よりも前記伝熱フィンの前記第1方向の一端側に位置する、
請求項6に記載の熱交換器(21)。 - 前記伝熱フィンには、前記伝熱フィンの前記第1方向の一端側から他端側に向かって延び、前記扁平管を差し込まれる複数の扁平管差込孔(62)が形成され、
前記強度向上突出部は、前記第3方向から見た場合にその先端(781)が前記扁平管差込孔よりも前記伝熱フィンの前記第1方向の他端側に位置する、
請求項6に記載の熱交換器(21)。 - 前記伝熱フィンには、前記伝熱フィンの前記第3方向の一端から他端まで連続的に延びる部分であるフィン本体部(63)が含まれ、
前記強度向上突出部は、一部又は全部が、前記フィン本体部に配置される、
請求項6から8のいずれか1項に記載の熱交換器(21)。 - 前記強度向上突出部は、前記第3方向から見た場合に、一部又は全部が、前記一方突出部と前記他方突出部との間に配置される、
請求項6から9のいずれか1項に記載の熱交換器(21)。 - 前記強度向上突出部は、前記他方突出部と一体に構成される、
請求項6から10のいずれか1項に記載の熱交換器(21)。
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