JP5257485B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、特に、空冷式かつ通風式の熱交換器に関する。

空気調和装置の室外ユニットや給湯装置の熱源ユニット等には、空気を加熱したり冷却したりするための熱交換器が用いられている。熱交換器の種類としては、断面が円形状の伝熱管をフィンに挿入するタイプの他、例えば特許文献１（特開２０１０−２１３８号公報）に示されるような積層型の熱交換器が挙げられる。積層型の熱交換器は、水平面状に広がっている平面部を鉛直方向に向けた状態で扁平伝熱管が複数段配置されており、隣接する扁平伝熱管に挟まれた通風空間にはフィンが配置された構成を有する。

また、熱交換器には、特許文献２（特開２００５−３３５０号公報）に示されるものがある。特許文献２に係る熱交換器のフィンには、空気の流れ方向に沿って所定間隔毎に複数のルーバが設けられている。特に、特許文献２では、ルーバ幅の異なる数種類のルーバが混合配置されている。

室外ユニットや熱源ユニットは屋外に設置されるため、冬等の低外気時には、これらユニット内の熱交換器には霜が付着してしまう。そのため、空気調和装置や給湯装置は、霜を取り除くためのデフロスト運転を行うことが可能となっている。

しかしながら、特許文献２の熱交換器においては、デフロスト運転によって霜は解けて水滴となるものの、隣接するルーバ同士の間には、この水滴が表面張力等によって溜まってしまう。水滴が溜まった状態のままで暖房等の運転が行われると、ルーバ間に水滴が溜まった熱交換器の部分には空気が通過しにくくなるため、熱交換器の熱交換効率が悪化してしまう。また、ルーバ間に溜まった水滴は、低外気によって再度氷となることもあり、更なる熱交換効率の悪化を招いてしまう。

そこで、本発明の課題は、ルーバ間における水はけ性を改善することにある。

本発明の第１観点に係る熱交換器は、冷凍装置の室外ユニットの内部に設けられ、空冷式かつ通風式の熱交換器であって、フィンと、複数の伝熱管とを備える。フィンは、板状部及び突出部を有する。板状部は、板厚方向が通風により生じる空気流れ方向に交差するようにして配置されていると共に、平面が概ね鉛直方向となるように立設されている。複数の突出部は、板状部の一部から切り起こして形成されることで、板状部から板厚方向に突出している。複数の伝熱管は、空気流れ方向に交差するようにして、フィンに挿入されている。複数の突出部は、第１突出部及び第２突出部を有する。第１突出部は、板状部に対する傾斜角度が第１角度である。第２突出部は、板状部に対する傾斜角度が第１角度とは異なる第２角度であって、第１突出部と交互に配置される。第１突出部及び第２突出部は、その傾斜方向が、板状部の同一面上において同じであって、第２角度は、第１角度よりも大きい。冷凍装置が熱交換器に着霜した霜を取り除く除霜運転を行った際、第１突出部及び第２突出部の間における水滴が下方へと落下する。

この熱交換器のフィンは、板状部に対する傾斜角度が互いに異なる第１突出部と第２突出部とが交互に配列している構造を有する構造となっている。これにより、デフロスト運転によって霜が解けて水滴となったとしても、第１突出部と第２突出部との間においては、水滴にかかる力（例えば、表面張力、摩擦力等）のつりあいが保たれなくなる。そのため、各突出部間に水滴が溜まることを防ぐことができ、突出部間における水はけ性が改善される。従って、熱交換器の効率が悪化するのを防ぐことができる。また、突出部が板状部と一体形成されている。従って、突出部を板状部とは別の部材にて形成する必要がなく、突出部を含むフィンを金型等によって簡単に形成することができる。熱交換器が用いられた冷凍装置がデフロスト運転を行うことで、熱交換器の各突出部間の霜は解けて水滴となる。そして、この水滴は、上記第１観点に係るフィンの構造によって、突出部間に残ることがないため、熱交換器の熱交換換率が下がるのを防ぐことができる。

本発明の第１観点に係る熱交換器によると、各突出部間に水滴が溜まることを防ぐことができ、突出部間における水はけ性が改善される。従って、熱交換器の効率が悪化するのを防ぐことができる。突出部を板状部とは別の部材にて形成する必要がなく、突出部を含むフィンを金型等によって簡単に形成することができる。デフロスト運転によって、熱交換器の各突出部間の霜は解けて水となる。そして、この水滴は、上記第１観点に係るフィンの構造によって、突出部間に残ることがないため、熱交換器の熱交換換率が下がるのを防ぐことができる。

第１実施形態に係る熱交換器の外観図。 図１においてＡで示す部分の拡大図。 第１実施形態に係る熱交換器の概略斜視図。 図２においてＩＶ−ＩＶで示す面で切断した場合の横断面であって、図３の熱交換器を右側から見た場合の側面図。 図４においてＶ−Ｖで示す面で切断した場合の、フィンの横断面図。 ルーバが切り起こし形成される工程を説明するための図。 （ａ）従来の熱交換器にあるように、隣接するルーバの傾斜角度が平行である場合において、隣接するルーバ間に溜まった水滴にかかる力を説明するための図。（ｂ）本実施形態の熱交換器において、第１ルーバ及び第２ルーバ間に溜まった水滴にかかる力を説明するための図。 第２実施形態に係る熱交換器の概略斜視図。 図８の熱交換器を右側から見た場合の側面図。 図９においてＸ−Ｘで示す面で切断した場合の、フィンの横断面図。 図１０における、隣接した第３ルーバ及び板状部の拡大図。

以下、本発明に係る熱交換器について、図面を参照しつつ詳述する。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い。

＜第１実施形態＞
（１）概要
図１は、本発明の一実施形態に係る熱交換器１０の外観図である。本実施形態に係る熱交換器１０は、空気調和装置の室外ユニットの内部に設けられており、冷媒の蒸発器、または冷媒の放熱器として機能することができるものである。

なお、図示してはいないが、本実施形態では、上記空気調和装置が、屋外に設置される室外ユニットと室内に設置される室内ユニットとに分かれて構成されるセパレートタイプである場合を例に取る。空気調和装置の運転種類としては、冷房運転、暖房運転の他、室外機における熱交換器１０に付着した霜を取り除くデフロスト運転等が挙げられる。

本実施形態に係る熱交換器１０は、空冷式かつ通風式の熱交換器である。このため、空気調和装置には、当該熱交換器１０に対して空気流れを供給する送風機（図示せず）が備えられている。以下では、図面にて、空気流れ方向「Ｆ」として示している。

ここで、送風機は、自己が生じさせる空気流れ方向Ｆに対して、熱交換器１０の下流側に配置されていてもよいし、上流側に配置されていてもよい。また、送風機が形成する空気流れは、送風流路を形成する他の部材等によって、自在に空気流れ方向Ｆを変更できる。自在に向きが変更された後の空気が熱交換器１０を通過する際には、熱交換器は、空気が略水平方向に通過するようにして配置される。

そして、冷媒の蒸発器として機能している熱交換器１０に、送風機からの空気が供給される状態においては、熱交換器１０は、送風機によって供給される空気を利用して熱交換を行う。この場合の冷媒と空気との間の熱交換においては、扁平伝熱管（後述）の内部を流れる冷媒は、送風機によって供給される空気の熱によって暖められて蒸発する。他方、熱交換器１０を通過した空気は、扁平伝熱管の内部を流れる冷媒の熱によって冷やされ、温度が低下する。この際、熱交換器１０の表面温度が、供給される空気の温度よりも低い状態となっていることから、供給される空気が冷やされる際に、熱交換器１０の表面に結露水が生じることがある。結露水は、低外気時には霜となり、主に熱交換器１０の表面に付着してしまう。

本実施形態に係る熱交換器１０は、熱交換器１０の表面に付着した霜がデフロスト運転によって解けて水滴となった場合に、この水滴を排水させる構造を有する。

（２）熱交換器の構成
次に、本実施形態に係る熱交換器１０の構造について詳述する。図１に示すように、熱交換器１０は、主として、分流ヘッダ２０、合流ヘッダ３０、扁平伝熱管群４０、及びフィン５０を備えている。

尚、以下の説明においては、「上」「下」「右」、「鉛直」、「水平」等の方向を示す表現を適宜用いているが、これらは、熱交換器１０が図１の状態で設置された状態での各方向を表す。また、図１に示されるように、熱交換器１０が見える側を「正面側」とし、「上面側」および「下面側」は、正面側を基準として把握されるものとする。

（２−１）分流ヘッダ及び合流ヘッダ
図１に示すように、分流ヘッダ２０及び合流ヘッダ３０は、その長手方向が共に鉛直方向となっている。分流ヘッダ２０及び合流ヘッダ３０には、扁平伝熱管群４０が連結されている。具体的には、分流ヘッダ２０及び合流ヘッダ３０は、互いに所定距離離れて並列に延びており、その長手方向に沿って扁平伝熱管群４０における各扁平伝熱管４１，４２，４３・・・が配列するようにして連結されている。

分流ヘッダ２０には、図１における方向Ｒ１から、液状態の冷媒や気液二相状態の冷媒が送り込まれる。分流ヘッダ２０に供給された冷媒は、各扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・が有する複数の流路に別れて、合流ヘッダ３０まで流れる。

合流ヘッダ３０は、空気流れ方向Ｆの成分において分流ヘッダ２０と同様の位置に設けられており、複数の扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・が有する複数の流路から流れてきた冷媒を合流させ、図１における方向Ｒ２（具体的には、方向Ｒ１とは逆）に冷媒を送り出す。

（２−２）扁平伝熱管群
扁平伝熱管群４０は、複数の扁平伝熱管（伝熱管に相当）４１，４２，４３，・・・によって構成されている。

扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・は、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されており、通風により生じる空気流れ方向Ｆに交差（具体的には、略直交）するようにしてフィン５０に挿入されている。より具体的には、扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・は、図３及び図４に示すように、それぞれ鉛直方向に所定距離離れて並んで配置されており、図３に示すように、通風によって水平方向に生じる空気流れ方向Ｆに対して略平行な水平面状に広がっている扁平面４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ・・・を有している。扁平面４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ・・・は、鉛直上側及び鉛直下側において水平方向に広がっている。このように、扁平面４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ・・・が水平に広がっているため、扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・は、当該管が水平方向から傾斜して配置される場合に比して、水平方向に沿って流れている空気流れＦに対する通風抵抗を小さく抑えることができる。

また、各扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・は、図４に示すように、空気流れ方向Ｆに略直交する方向に冷媒を流す複数の冷媒流路Ｐを有しており、いわゆる多穴管と呼ばれる伝熱管となっている。複数の冷媒流路Ｐは、扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・を扁平形状に形成させるために、扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・内において空気流れ方向Ｆに沿って並んで設けられている。各冷媒流路Ｐの管径は、非常に小さく、１つが、約２５０μｍ×約２５０μｍの正方形状となっており、いわゆるマイクロチャンネル熱交換器となっている。

（２−３）フィン
フィン５０は、図２〜４に示すように、少なくとも隣接する扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・の間において、隣接する扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・の少なくともいずれかに接合されて配置されている。

より具体的に、フィン５０は、隣接する扁平伝熱管４１，４２の間、隣接する扁平伝熱管４２，４３の間のように、それぞれ隣接する扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・の間において、互いに分離して設けられている第１フィン５１及び第２フィン５２等を有する。第１フィン５１及び第２フィン５２は、それぞれ、図１における熱交換器１０の正面視において山部分と谷部分とが繰り返して形成された、いわゆる波形状を有しており、アルミニウム製またはアルミニウム合金によって形成されている。

第１フィン５１は、扁平伝熱管４１，４２に挟まれるようにして配置されており、扁平伝熱管４１の下面側である扁平面４１ｂに対して山部分の上面側が、扁平伝熱管４２の上面側である扁平面４２ａに対して谷部分の下面側が、それぞれ接している。第２フィン５２は、扁平伝熱管４２，４３に挟まれるようにして配置されており、扁平伝熱管４２の下面側である扁平面４２ｂに対して山部分の上面側が、扁平伝熱管４３の上面側である扁平面４３ａに対して谷部分の下面側が、それぞれ接している。そして、扁平伝熱管群４０とフィン５０とが上述のようにして接している各部分は、ロウ付け溶接によって固着されている。これにより、扁平伝熱管群４０内を流れる冷媒の熱は、扁平伝熱管群４０の表面だけではなく、フィン５０の表面にも伝熱されるようになる。従って、熱交換器１０の伝熱面積を増大させ、熱交換効率を向上させて、熱交換器１０自体をコンパクト化させることができている。また、本実施形態にかかる熱交換器１０は、扁平伝熱管群４０とフィン５０とが鉛直方向に交互に積み重ねられた、いわゆる積層型の熱交換器である。そのため、各扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・の間隔は、介在するフィン５０によって容易に確保することができ、熱交換器１０の組立作業性を向上させることができる。

（２−４）板状部及びルーバ
上述した構成を有するフィン５０は、板状部６０と、複数のルーバ６１（突出部に相当）とを有している。板状部６０は、図３，４に示すように、板厚方向が空気流れ方向Ｆに交差するようにして配置されており、フィン５０のうち、フィン５０形状の山部分から谷部分までにかけて平らに広がっている部分を言う。板状部６０は、その平面が空気流れ方向Ｆに概ね沿った状態となっている。このような板状部６０の構成により、フィン５０を設けることによる通風抵抗を小さく抑えることができている。ここで、本実施形態に係るフィン５０の板厚は、約０．１ｍｍであって、板状部６０間の距離Ｙ１（図５）は、約１．５ｍｍである。

複数のルーバ６１は、図５に示すように、板状部６０から板厚方向に突出している。そして、ルーバ６１は、図４に示すように、隣接する扁平伝熱管４１，４２，４３の配列方向、つまりは鉛直方向に沿って、細長い矩形状の形状を有している。

このようなルーバ６１は、板状部６０の一部から切り起こして形成されている。具体的には、ルーバ６１は、板状のアルミニウムまたはアルミニウム合金において、図６の実線に沿って切り込みを入れられ、図６の点線に沿って山折り、一点鎖線に沿って谷折りをすることで、板状部６０と一体形成される。尚、ルーバ６１の部分６１ａが板状部６０に対して傾斜する角度と、ルーバ６１の部分６１ｂが板状部６０に対して傾斜する角度とが等しくなるように、折り曲げられる。従って、板状部６０の一部分６０ａを介して隣り合うルーバ６１の部分６１ａ，６１ｂは、板状部６０に対して互いに逆方向に突出することとなるが、板状部６０に対する傾斜角度は同じである。即ち、板状部６０は、板状のアルミニウムまたはアルミニウム合金のうち、ルーバ６１を除いた位置において板厚方向に突出していない略平坦な部分であると言うことができる。そして、ルーバ６１は、板状部６０の両面において、空気流れ方向Ｆに向かって並ぶ切り起こし部であると言うことができる。尚、本実施形態では、説明の便宜上、一対の部分６１ａ，６１ｂが、１つのルーバ６１に相当するものとして説明を行う。

そして、一対の部分６１ａ，６１ｂ毎に、水平方向に所定の間隔Ｔ１があけられており、この間隔は、板状部６０の一部分６０ａの水平方向の幅Ｔ２よりも大きい。また、ルーバ６１の部分６１ａの図６における水平方向の幅は、部分６１ｂの図６における水平方向の幅と等しい。

特に、本実施形態に係る複数のルーバ６１は、全てが板状部６０に対して同じ傾斜角度を有しているのではなく、互いに異なる傾斜角度を有する第１ルーバ６２（第１突出部に相当）及び第２ルーバ６３（第２突出部に相当）を有している。つまり、図５に示すように、第１ルーバ６２は、板状部６０に対して第１角度θ１傾斜し、第２ルーバ６３は、板状部６０に対して第１角度θ１とは異なる第２角度θ２傾斜している。第２ルーバ６３の第２角度θ２は、第１ルーバ６２の第１角度θ１よりも大きく、第１ルーバ６２と第２ルーバ６３とは、交互に配置されている。

第１角度θ１及び第２角度θ２の実際の値は、フィン５０における空気の流れやすさや、ルーバ６２，６３間における水滴の下方への流れやすさ等のバランスを考慮して、机上計算やシミュレーション、実験等によって適宜決定される。例えば、第１角度θ１の範囲としては、約１０度〜約２５度が挙げられ、第２角度θ２の範囲としては、約３０度〜約４５度が挙げられる。一例として、第１角度θ１と第２角度θ２との組み合わせとしては、第１角度θ１が約２０度かつ第２角度θ２が約４０度、第１角度θ１が約２５度かつ第２角度θ２が約３５度、などが挙げられる。特に、第２ルーバ６３の突出方向の長さは、第２角度θ２が約３０度である場合に、第２ルーバ６３の突出方向先端部から板状部６０までの高さが約０．４ｍｍとなるような長さを有する。

なお、本実施形態においては、図５に示すように、第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３が、空気流れ方向Ｆの上流側に傾くようにして傾斜している。

ここで、第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３が交互に配列されている本実施形態の場合と、ルーバ全てが板状部６０に対して同じ傾斜角度を有する従来の場合との違いについて、図７を用いて詳述する。図７（ａ）は、全てのルーバが板状部６０に対して同じ傾斜角度θ３を有する従来の場合において、隣接するルーバ間に溜まった水滴にかかる力を矢印Ａ，Ｂとして表している。図７（ｂ）は、複数のルーバ６１が、本実施形態に係る第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３を有している場合において、隣接する第１及び第２ルーバ６２，６３間に溜まった水滴にかかる力を矢印Ｃ，Ｄ，Ｅとして表している。なお、図７（ａ）におけるルーバの幅と、図７（ｂ）におけるルーバの幅は、同一である。また、図７（ａ）における傾斜角度θ３としては、約２０度〜約３０度等が挙げられる。

空気調和装置がデフロスト運転を行うことによって、熱交換器に付着していた霜が解け、当該霜は水滴へと変化する。隣接するルーバ８２，８３の傾斜角度θ３が等しい場合、図７（ａ）に示すように、各ルーバ８２，８３は互いに平行となっており、ルーバ８２，８３の互いに向き合う面８２ａ，８３ａには、デフロスト運転による水滴が接触して、ルーバ８２，８３間において水滴が保持された状態となる。この場合、水滴には、ルーバ８２，８３の各面８２ａ，８３ａ上において、毛細管現象による表面張力が矢印Ａの方向に働く。更に、水滴には、ルーバ８２，８３の各面８２ａ，８３ａ上において、表面張力（矢印Ａ）の抗力としての摩擦力が矢印Ｂの方向に働く。これらの表面張力及び摩擦力は、向きは異なるものの同じ面８２ａ，８３ａ上に作用しており、面８２ａ側の表面張力と面８３ａ側の表面張力同士は大きさが等しく、かつ面８２ａ側の摩擦力と面８３ａ側の摩擦力同士も、大きさが等しい。従って、図７（ａ）では、水滴にかかる力の釣り合いが取れており、よって水滴は下方へ流れずにルーバ８２，８３間に保持された状態となってしまう。

これに対し、互いに傾斜角度が異なる第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３が交互に配置された場合、各ルーバ６２，６３のうち互いに向き合う面６２ａ，６３ａには、図７（ｂ）に示すようにデフロスト運転による水滴が接触して、瞬間的にはルーバ６２，６３間に保持される。この水滴には、ルーバ６２，６３の各面６２ａ，６３ａ上において、毛細管現象による表面張力が矢印Ｃの方向に働く。更に、水滴には、ルーバ６２，６３の各面６２ａ，６３ａ上において、表面張力（矢印Ｃ）の抗力としての摩擦力が矢印Ｄの方向に働く。しかし、隣接するルーバ６２，６３の傾斜角度θ１，θ２が互いに異なっているため、水滴にかかる表面張力及び摩擦力は、方向が異なるだけではなく、たとえ面６２ａ側の表面張力と面６３ａ側の表面張力同士、及び面６２ａ側の摩擦力と面６３ａ側の摩擦力同士の大きさが等しいとしても、ルーバ６２，６３同士が平行でない以上、水滴にかかる力が釣り合わない。すると、水滴を下方へと流すポテンシャルが発生する。このポテンシャルによって水滴は縦に延びるが、その際に水滴には更に自重により下向きの力が発生し、水滴はルーバ６２，６３間に保持されずに下方へと流れていく。

即ち、本実施形態に係る第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３によると、隣接する第１及び第２ルーバ６２，６３間での水滴の接触面積を、図７（ａ）に係る従来のルーバに比して減らすことができる。そのため、水はけ性が従来に比して向上する。

特に、本実施形態においては、第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３が、同じ板状部６０上において交互に配置されている。そのため、隣接するルーバ６１同士は、常に平行ではない状態となり、隣接するルーバ６１間それぞれにおいて上述した作用が生じる。

（３）冷媒の流れ
以上の構成を有する熱交換器１０に対して冷媒が流れ込み、熱交換器１０から冷媒が流れ出る態様を簡単に説明する。ここでは、空気調和装置が暖房運転を行う場合、つまりは熱交換器１０が蒸発器として機能する場合について説明する。

まず、分流ヘッダ２０に対して液冷媒もしくは気液二相状態の冷媒が流入する。この冷媒は、扁平伝熱管群４０における各扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・の各冷媒流路Ｐに、概ね均等に分流される。

扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・の各冷媒流路Ｐを冷媒が流れる間に、送風機（図示せず）によって供給された空気によってフィン５０および扁平伝熱管群４０自体が暖められ、冷媒流路Ｐの内部を流れている冷媒も暖められる。このようにして冷媒に熱が加わることで、冷媒は、冷媒流路Ｐ内を通過する過程で、徐々に蒸発して気相状態となっていく。なお、この過程において、熱交換器１０の表面には、冷媒の熱によって冷やされた空気中の水分が結露水となって付着している。

その後、気相状態となった冷媒は、扁平伝熱管４２，４３等の各冷媒流路Ｐを通過した後、合流ヘッダ３０によって合流され、１つの冷媒流れとなって、熱交換器１０から流出していく。

（４）特徴
（４−１）
本実施形態に係る熱交換器１０のフィン５０は、板状部６０に対する傾斜角度θ１，θ２が互いに異なる第１ルーバ６２と第２ルーバ６３とが交互に配列している構造を有している。これにより、デフロスト運転によって霜が解けて水滴となったとしても、図７（ｂ）に示すように、第１ルーバ６２と第２ルーバ６３との間においては、表面張力や摩擦力等の水滴にかかる力のつりあいが保たれなくなり、矢印Ｅの方向へと水滴を導くポテンシャルが発生する。そのため、水滴は、自重により、第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３間には溜まらずに下方へと落下し、第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３間には保持されない。従って、第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３間における水はけ性が改善され、第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３間に水滴が保持されることによって熱交換器１０の熱交換効率が悪化するのを防ぐことができる。

（４−２）
また、本実施形態に係る熱交換器１０では、第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３を含む複数のルーバ６１は、板状部６０の一部から切り起こして形成されている。つまり、ルーバ６１は、板状部６０と一体形成されている。従って、ルーバ６１を別の部材にて板状部６０上に形成する必要がなく、ルーバ６１を含むフィン５０を金型等によって簡単に形成することができる。

（４−３）
また、本実施形態に係る熱交換器１０は、熱交換器１０に着霜した霜を取り除くデフロスト運転を行うことが可能な空気調和装置の室外ユニットに用いられる。空気調和装置がデフロスト運転を行うことで、熱交換器１０の各ルーバ６１（具体的には、第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３）間の霜は解け、水滴となる。そして、この水滴は、互いに傾斜角度が異なる第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３が交互に配置された構造のフィン５０によって、隣接するルーバ６２，６３間に残ることがないため、熱交換器１０の熱交換換率が下がるのを防ぐことができる。

（５）変形例
（５−１）変形例Ａ
第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３は、板状部６０の一面に形成されてもよいし、板状部６０の一部分にて形成されていてもよい。例えば、フィン５０のうち、空気流れ方向Ｆの上流側部分は着霜し易いことから、当該上流側部分において、第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３が交互に配列された構造が採用されてもよい。

（５−２）変形例Ｂ
図６における所定の間隔Ｔ１及び幅Ｔ２は、全ての第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３において同じであってもよく、また各ルーバ６２，６３毎に異なっていても良い。

（５−３）変形例Ｃ
第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３の数は、波形状のフィン５０における板状部６０毎に同じであってもよいし、異なっていても良い。

（５−４）変形例Ｄ
本実施形態では、扁平伝熱管４１，４２，４３，・・・に挟まれて位置しているフィン５０を、第１フィン５１及び第２フィン５２として説明した。しかし、フィンは、必ずしも扁平伝熱管の間に位置せずともよく、いずれか一方の扁平伝熱管に接している部分のフィン５０においても、上述した本実施形態に係る第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３を形成することができる。

（５−５）変形例Ｅ
本実施形態では、熱交換器１０が空気調和装置の室外ユニットに適用される場合について説明した。しかし、この熱交換器１０は、例えば給湯装置の熱源ユニット等のように、空気調和装置以外の冷凍装置の室外ユニットにおける熱交換器として適用することも可能である。

また、本実施形態に係る熱交換器１０は、冷媒の蒸発器または放熱器として機能するものではなく、少なくとも冷媒の蒸発器として用いることができるものであってもよい。

（５−６）変形例Ｆ
本実施形態では、熱交換器１０がいわゆる積層型のマイクロチャンネル熱交換器である場合について説明した。しかし、第１ルーバの板状部に対する傾斜角度が第２ルーバにおけるそれとは異なっており、かつ第１ルーバと第２ルーバとが交互配置される構成が採用されるのであれば、熱交換器の種類はどのようなものであってもよい。熱交換器のその他の種類としては、板状のフィンに設けられた挿通管に扁平伝熱管を挿入するタイプの熱交換器、断面が円形状の伝熱管をフィンに挿入するタイプの熱交換器、複数のフィンが扁平伝熱管の一部分に位置する熱交換器等が挙げられる。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、熱交換器のフィンが、上記第１実施形態とは異なるルーバを有する場合について説明する。なお、本実施形態に係る熱交換器１１０は、上記第１実施形態と同様、デフロスト運転が可能な空気調和装置の室外ユニット内部に設けられている場合につして説明する。そして、熱交換器１１０は、上記第１実施形態と同様、空冷式かつ通風式の熱交換器である。

（１）熱交換器の構成
本実施形態に係る熱交換器１１０は、ルーバ以外の構成については上記第１実施形態にて示した熱交換器１０の構造と同じである。つまり、熱交換器１１０は、主として、分流ヘッダ（図示せず）、合流ヘッダ（図示せず）、扁平伝熱管群１４０、及びフィン１５０を備えており（図８，９参照）、いわゆるマイクロチャンネル熱交換器である。

なお、分流ヘッダ、合流ヘッダ及び扁平伝熱管群１４０は、第１実施形態に係る分流ヘッダ２０、合流ヘッダ３０及び扁平伝熱管群４０と同様であるため、以下では、フィン１５０について説明する。

（１−１）フィン
フィン１５０は、図８，９に示すように、少なくとも隣接する扁平伝熱管１４１，１４２，１４３，・・・の間において、隣接する扁平伝熱管１４１，１４２，１４３，・・・の少なくともいずれかに接合されて配置されている。そして、フィン１５０は、隣接する扁平伝熱管１４１，１４２，１４３，・・・の間において、互いに分離して設けられている第１フィン１５１及び第２フィン１５２等を有する。第１フィン１５１及び第２フィン１５２は、上記第１実施形態に係る第１フィン５１及び第２フィン５２と同様、波形状を有しており、アルミニウム製またはアルミニウム合金によって形成されている。

第１フィン１５１は、扁平伝熱管１４１，１４２に挟まれるようにして配置されており、扁平伝熱管１４１の下面である扁平面に対して山部分の上面側が、扁平伝熱管１４２の上面である扁平面に対して谷部分の下面側が、それぞれロウ付け溶接によって固着されている。第２フィン１５２は、扁平伝熱管１４２，１４３に挟まれるようにして配置されており、扁平伝熱管１４２の下面である扁平面に対して山部分の上面側が、扁平伝熱管１４３の上面である扁平面に対して谷部分の下面側が、それぞれロウ付け溶接によって固着されている。

このように、本実施形態では、熱交換器１１０は、上記第１実施形態に係る熱交換器１０と同様、扁平伝熱管群１４０とフィン１５０とが鉛直方向に交互に積み重ねられた、いわゆる積層型のマイクロチャンネル熱交換器となっている。

（１−２）板状部及びルーバ
フィン１５０は、板状部１６０と、複数のルーバ１６１（突出部に相当）とを有している。板状部１６０は、上記第１実施形態に係る板状部６０と同様、図８，９に示すように、フィン１５０の板厚方向が空気流れ方向Ｆに交差するようにして配置されており、フィン１５０のうち、フィン１５０形状の山部分から谷部分までにかけて平らに広がっている部分を言う。ここで、本実施形態に係るフィン１５０の板厚は、約０．１ｍｍであって、板状部１６０間の距離Ｙ２（図１０）は、約１．５ｍｍである。

複数のルーバ１６１は、図１０に示すように、板状部１６０から板厚方向に突出している。そして、ルーバ１６１は、図９に示すように、鉛直方向に沿って、細長い矩形状の形状を有している。このようなルーバ１６１は、上記第１実施形態と同様、板状部１６０の一部から切り起こして形成されている。

特に、本実施形態に係るルーバ１６１は、異なる傾斜角度を有するルーバが交互に配置されているのではなく、図１０に示すように、その突出方向の先端側の部分である先端側部分１６２ａと板状部１６０側の部分である板状側部分１６２ｂとで傾斜角度が異なっている第３ルーバ（第３突出部に相当）１６２を複数有している。つまり、図１１に示すように、第３ルーバ１６２の先端側部分１６２ａは、板状部１６０に対して第５角度θ５傾斜し、板状側部分１６２ｂは、板状部１６０に対して第５角度θ５とは異なる第６角度θ６傾斜している。１つのルーバ１６２は、先端側部分１６２ａを２つ、板状側部分１６２ｂを１つ有する構成であって、先端側部分１６２ａが板状側部分１６２ｂから折り曲げられることによって、先端側部分１６２ａ及び板状側部分１６２ｂは一体形成されている。図１０，１１では、第３ルーバ１６２の板状側部分１６２ｂは、空気流れ方向Ｆの上流側に傾くようにして傾斜しており、先端側部分１６２ａは、板状側部分１６２ｂの延びる方向よりも板状部１６０側へと傾くように傾斜している。一例として、各先端側部分１６２ａの長さは、板状側部分１６２ｂよりも短く、例えば板状側部分１６２ｂの１／３程度である。そして、第６角度θ６は、第５角度θ５よりも大きく、このような形状を有する第３ルーバ１６２は、板状部１６０上において、空気流れ方向Ｆに沿って並んで複数配列されている（図９）。このような形状を有する第３ルーバ１６２は、図１０，１１に示すように、空気流れ方向Ｆに沿って連続して配置されている。

第５角度θ５及び第６角度θ６の実際の値は、フィン１５０における空気の流れやすさや、水滴の下方への流れやすさ等のバランスを考慮して、机上計算やシミュレーション、実験等によって適宜決定される。具体的に、第５角度θ５の範囲としては、約１０度〜約２５度が挙げられ、第６角度θ６の範囲としては、約３０度〜約４５度が挙げられる。一例として、第５角度θ５と第６角度θ６との組み合わせとしては、第５角度θ５が約２０度かつ第６角度θ６が約４０度、第５角度θ５が約１０度かつ第６角度θ６が約３０度、等が挙げられる。第５角度θ５が約１０度、第６角度θ６が約３０度とした場合、隣接する第３ルーバ１６２の、板状部１６０を挟んで対称的に位置する先端側部分１６２ａ同士の距離Ｔ３は、例えば約０．９ｍｍである。

また、任意の第３ルーバ１６２が板状部１６０と接触する接点と、当該ルーバ１６２に隣接する他の第３ルーバ１６２が板状部１６０と接触する接点との間の距離Ｄ１（以下、接点間距離Ｄ１という）は、上記第１実施形態において、第１ルーバ６２の板状部６０との接点と当該ルーバ６２に隣接する第２ルーバ６３の板状部６０との接点との間の接点間距離Ｄ２（図５）よりも大きい。一例としては、本実施形態に係る接点間距離Ｄ１は、上記第１実施形態に係る接点間距離Ｄ２の約１．５倍〜約２．０倍であることが挙げられる。このように、隣接する第３ルーバ１６２同士の間隔を広げることにより、特に先端側部分１６２ａの角度によって空気の流れが阻害されるのを防いでいる。

上述した構成を有する第３ルーバ１６２であれば、隣接する第３ルーバ１６２の互いに向き合う面には、水滴が一時的に接触する。しかし、先端側部分１６２ａと板状側部分１６２ｂとでは傾斜角度が異なるため、この水滴に作用する表面張力及び摩擦力は、上記第１実施形態に係る図７（ｂ）で示した第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３と同様、釣り合わなくなる。そのため、水滴を下方へと流すポテンシャルが発生して水滴は縦に延びるが、その際に水滴には自重により下向きの力が発生し、水滴は第３ルーバ１６２間に保持されずに下方へと流れていく。

（２）特徴
（２−１）
本実施形態に係る熱交換器１１０のフィン１５０は、第３ルーバ１６２を有している。第３ルーバ１６２は、その先端側部分１６２ａの板状部１６０に対する傾斜角度（第５角度θ５）と、板状側部分１６２ｂの板状部１６０に対する傾斜角度（第６角度θ６）とが、異なっている。これにより、デフロスト運転によって霜が解けて水滴となったとしても、互いに隣り合う第３ルーバ１６２の間においては、表面張力や摩擦力等の水滴にかかる力のつりあいが保たれなくなる。そのため、第３ルーバ１６２間に水滴が溜まることを防ぐことができ、第３ルーバ１６２間における水はけ性が改善される。従って、熱交換器１１０の熱交換効率が悪化するのを防ぐことができる。

（２−２）
また、本実施形態では、第３ルーバ１６２が板状部１６０上に複数配列されている。そして、互いに隣接する第３ルーバ１６２それぞれの板状部１６０との接点間距離Ｄ１は、上記第１実施形態に係る第１ルーバ６２と第２ルーバ６３との接点間距離Ｄ２よりも大きい。従って、第３ルーバ１６２における先端側部分１６２ａの傾斜角度（第５角度θ５）と板状側部分１６２ｂの傾斜角度（第６角度θ６）とが異なっていることが、空気の流れを妨げてしまうのを抑制でき、空気はルーバ１６２間を通過することができる。

（２−３）
また、本実施形態では、第３ルーバ１６２は、先端側部分１６２ａが板状側部分１６２ｂから折り曲げられることによって形成されている。これにより、第３ルーバ１６２の先端側部分１６２ａ及び板状側部分１６２ｂは一体形成されているので、先端側部分１６２ａを板状側部分１６２ｂとは異なる部材にて形成する必要がなく、第３ルーバ１６２を含むフィン１５０を金型等によって簡単に形成することができる。

（２−４）
また、本実施形態に係る熱交換器１１０の第３ルーバ１６２は、上記第１実施形態と同様、板状部１６０の一部から切り起こして形成されることで、板状部１６０と一体形成されている。従って、第３ルーバ１６２を別の部材にて板状部１６０上に形成する必要がなく、第３ルーバ１６２を含むフィン１５０を金型等によって簡単に形成することができる。

（２−５）
更に、本実施形態に係る熱交換器１１０は、上記第１実施形態と同様、熱交換器１１０に着霜した霜を取り除くデフロスト運転を行うことが可能な空気調和装置の室外ユニットに用いられる。これにより、デフロスト運転によって解けた霜が水滴となり、各ルーバに接触したとしても、この水滴は、折り曲げ形状を有する第３ルーバ１６２が複数配列されていることによって、互いに隣接する第３ルーバ１６２間に残ることがない。そのため、熱交換器１１０の熱交換換率が下がるのを防ぐことができる。

（３）変形例
（３−１）変形例Ａ
本実施形態に係るルーバ１６１は、第３ルーバ１６２に加えて、更に上記第１実施形態に係る第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３を有していてもよい。例えば、１つの板状部６０上に、空気流れ方向の上流側には第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３の組み合わせが５つ程配列した後に、第３ルーバが複数配列することもできる。これらの配列は、霜の付着し易さや空気の流れる量などを考慮して、適宜決定されるとよい。

（３−２）変形例Ｂ
第３ルーバ１６２は、上記第１実施形態に係る第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３と同様、板状部１６０の一面に形成されてもよいし、板状部１６０の一部分にて形成されていてもよい。

（３−３）変形例Ｃ
第３ルーバ１６２の配列される数は、上記第１実施形態に係る第１ルーバ６２及び第２ルーバ６３と同様、波形状のフィン１５０における板状部１６０毎に同じであってもよいし、異なっていても良い。

（３−４）変形例Ｄ
本実施形態では、扁平伝熱管１４１，１４２，１４３，・・・に挟まれて位置しているフィンを第１フィン１５１及び第２フィン１５２として説明した。しかし、本発明に係るフィンは、必ずしも扁平伝熱管の間に位置せずともよく、いずれか一方の扁平伝熱管に接している部分のフィンにおいても、上述した本実施形態に係る第３ルーバ１６２を形成することができる。

（３−５）変形例Ｅ
本実施形態に係る熱交換器１１０は、上記第１実施形態に係る熱交換器１０と同様、例えば給湯装置の熱源ユニット等のように、空気調和装置以外の冷凍装置の室外ユニットにおける熱交換器として適用することも可能である。

また、本実施形態に係る熱交換器１１０は、冷媒の蒸発器または放熱器として機能するものではなく、少なくとも冷媒の蒸発器として用いることができるものであってもよい。

（３−６）変形例Ｆ
本実施形態でも、上記第１実施形態と同様、熱交換器１１０がいわゆる積層型のマイクロチャンネル熱交換器である場合について説明した。しかし、先端側部分の板状部に対する傾斜角度が板状側部分のそれとは異なっている第３ルーバの構成が採用されるのであれば、熱交換器の種類はどのようなものであってもよい。熱交換器のその他の種類としては、板状のフィンに設けられた挿通管に扁平伝熱管を挿入するタイプの熱交換器、断面が円形状の伝熱管をフィンに挿入するタイプの熱交換器、複数のフィンが扁平伝熱管の一部分に位置する熱交換器等が挙げられる。

本発明に係る熱交換器によると、各ルーバ間に水滴が溜まることを防ぐことができ、ルーバ間における水はけ性が改善される。本発明に係る熱交換器は、デフロスト運転を行うことが可能な冷凍装置において、屋外に設置される室外ユニットや熱源ユニット等に搭載することができる。

１０ 熱交換器
２０ 分流ヘッダ
３０ 合流ヘッダ
４０ 扁平伝熱管群
４１，４２，４３，１４１，１４２，１４３ 扁平伝熱管
４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ 扁平面
５０，１５０ フィン
５１，１５１ 第１フィン
５２，１５２ 第２フィン
６０，１６０ 板状部
６１，１６１ ルーバ
６１ａ，６１ｂ ルーバの部分
６２ 第１ルーバ
６３ 第２ルーバ
１６２ 第３ルーバ
θ１ 第１角度
θ２ 第２角度
θ５ 第５角度
θ６ 第６角度
Ａ，Ｃ 表面張力
Ｂ，Ｄ 摩擦力
Ｅ 水滴にかかる下向きの力
Ｄ１，Ｄ２ 接点間距離

特開２０１０−２１３８号公報 特開２００５−３３５０号公報

Claims (1)

1. 冷凍装置の室外ユニットの内部に設けられ、空冷式かつ通風式の熱交換器であって、
   板厚方向が前記通風により生じる空気流れ方向（Ｆ）に交差するようにして配置されると共に平面が概ね鉛直方向となるように立設された板状部（６０）と、前記板状部の一部から切り起こして形成されることで前記板状部から前記板厚方向に突出した複数の突出部（６１）とを有するフィン（５０）と、
   前記空気流れ方向に交差するようにして前記フィンに挿入された複数の伝熱管（４１，４２，４３，・・・）と、
   を備え、
   複数の前記突出部（６１）は、
   前記板状部に対する傾斜角度が第１角度である第１突出部（６２）と、前記板状部に対する傾斜角度が前記第１角度とは異なる第２角度であって前記第１突出部と交互に配置される第２突出部（６３）とを有し、
   前記第１突出部（６２）及び前記第２突出部（６３）は、その傾斜方向が、前記板状部（６０）の同一面上において同じであり、
   前記第２角度は、前記第１角度よりも大きく、
   前記冷凍装置が前記熱交換器に着霜した霜を取り除く除霜運転を行った際、前記第１突出部及び前記第２突出部の間における水滴が下方へと落下する、
   熱交換器（１０）。

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