JP5661202B2 - プレートフィンチューブ式熱交換器及びそれを備えた冷凍空調システム - Google Patents

Description

本発明は、伝熱管を、所定の間隔で配列された複数枚の板状フィンに挿入して構成されているプレートフィンチューブ式熱交換器及びそれを備えた冷凍空調システムに関するものである。

従来から、たとえば断面形状が扁平状の伝熱管（以下、扁平管と称する）を、板面長軸方向に扁平管と同数かつ同間隔の切欠きが形成され、所定の間隔で配列された板状フィンに挿入して構成されているプレートフィンチューブ式熱交換器が存在している。そして、板状フィンを波状にして、波状の山谷において扁平管をフィンに接触させるようにしたコルゲートフィンチューブ式の熱交換器が、たとえば自動車用途などに一般的に用いられている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００１−２９６０８８号公報（図１、図２等）

コルゲートフィンチューブ式の熱交換器は、冷凍サイクルの凝縮器での利用には適しているが、蒸発器としての利用には不向きな点がある。それは、コルゲートフィンチューブ式の熱交換器を蒸発器として利用した場合、空気と熱交換する際に扁平管内を流れる冷媒の温度が空気の露点を下回ると、空気中の水分が熱交換器表面で結露し、結露水（ドレン水）が発生してしまうということである。熱交換器表面で発生した結露水は、フィン端面や扁平管表面から速やかに排水されれば特に問題を起こすことはない。

しかしながら、コルゲートフィンチューブ式の熱交換器の場合、（１）波状フィンの谷部に結露水が溜まりやすい、（２）扁平管の上面（扁平管の長手方向における表面）に結露水が溜まりやすい、という２つの排水性悪化要因がある。排水性が悪く、結露水が溜まっていくと、熱交換器表面での通風抵抗が増大し、熱交換器を通過する風量が極端に低下し、熱交換器としての能力が著しく低下する。結果的に、蒸発温度もさらに低下することになり、結露水が霜へと変化成長し、さらに通風抵抗が増大、風量低下、能力低下の悪循環に陥る。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、フィンおよび扁平管における排水性を改善したプレートフィンチューブ式熱交換器及びそれを備えた冷凍空調システムを提供することを目的としている。

本発明に係るプレートフィンチューブ式熱交換器は、長辺側を直線とし、短辺側を半円状の曲線とした扁平形状を断面とする扁平管がフィンに形成されている切欠きに挿入されて構成されているプレートフィンチューブ式熱交換器であって、前記扁平管及び前記フィンの少なくとも一方の表面に、最低高さの山部と最低深さの谷部との高低差が１０μｍ以上となる複数の凹凸を形成、前記扁平管と前記フィンとを溶接するための溶接材に、該溶接材よりも融点の高い異物を予め添加しているものである。

本発明に係る冷凍空調システムは、上記のプレートフィンチューブ式熱交換器を蒸発器として利用しているものである。

本発明に係るプレートフィンチューブ式熱交換器によれば、フィン及び扁平管の少なくとも一方の表面に複数の凹凸を形成しているので、フィン及び扁平管の表面に親水性効果を持たせることができ、排水性を大きく向上できる。

本発明に係る冷凍空調システムによれば、上記のプレートフィンチューブ式熱交換器を備えているので、蒸発器としての利用でも結露水による通風抵抗増大を著しく低減し、熱交換能力を維持することができる。

本発明の実施の形態１に係る熱交換器の溶接工程を概略的に示した図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の扁平管やフィンとの溶接に使用される溶接材を説明するための説明図である。 従来から存在するコルゲートフィンチューブ方式熱交換器の一部を拡大して示した概略斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の扁平管及びフィンの表面の溶接前後における水分接触角と親水性との関係を示した図である。 水分接触角と親水性との関係を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の溶接前後の扁平管及びフィンの表面を模式的に示した観察図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の凹凸が形成されたフィン及び扁平管の断面形状の一部を概略的に示した概略断面図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の有する効果を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器の扁平管及びフィンとの溶接に使用される溶接材を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器のフィン及び扁平管の肉厚を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍空調システムの基本構成を模式的に示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器５０の溶接工程を概略的に示した図である。図１に基づいて、本発明の実施の形態１に係る熱交換器５０について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

図１に示すように、熱交換器５０は、断面が長辺部分が直線で、短辺部分が例えば半円状等の曲線とした扁平状の複数のアルミニウム等で形成された扁平管５１を有している。複数の扁平管５１は、管内に流す冷媒の流路方向とは直交する方向に、任意の間隔をおいて平行に配列される。また、熱交換器５０は、複数の平板状（矩形状）のアルミニウム等で形成されたフィン５２を有している。フィン５２は、冷媒の流路方向（扁平管５１の並び方向と直交する方向）で所定の任意間隔に平行に配列されている。なお、フィン５２は扁平管５１の幅方向（紙面左右方向）の長さよりも扁平管５１の並び方向の長さが長い矩形状であるため、以下の説明において、扁平管５１の幅方向を短手方向とし、扁平管５１の並び方向を長手方向とする。

扁平管５１内には、幅方向に複数の孔５３が並んで設けられている。この孔５３の内部には、たとえば熱交換器５０を通過する空気と熱交換させるための冷媒が流れる。また、フィン５２には、長手方向に複数のＵ字形状の切欠き５４が形成されている。各切欠き５４は、各扁平管５１に対応するため、たとえば扁平管５１と同数かつ任意の間隔（両端を除く）で形成されている。また、各切欠き５４は、フィン５２の長手方向の幅が扁平管５１と略同等の幅寸法に形成されている。この切欠き５４は、フィン５２の一端が開放されるように形成されている。つまり、切欠き５４は、フィン５２の長手方向に櫛歯状に並設されるように形成されている。

熱交換器５０の製造工程を説明する。
まず、空気流れの１次側（紙面左側）のフィン５２の端面と扁平管５１の端部（紙面左側の端部）とが所定のクリアランス５２Ａをもって、空気流れの２次側（紙面右側）から扁平管５１をフィン５２の切欠き５４へ挿入する。それから、フィン５２と扁平管５１とがロウ材等の溶接材で溶接される。こうすることで、熱交換器５０のコア部（主要部）が製作される。なお、図１には図示していないが、フィン５２には、各切欠き５４の間におけるフィン５２の一部を切り起こした門型（ブリッジ型）の切り起こしを形成してもよい。そうすれば、切り起こしによって、空気と冷媒との熱交換が促進されることになる。

図２は、扁平管５１及びフィン５２との溶接に使用される溶接材を説明するための説明図である。図２に基づいて、フィン５２と扁平管５１との溶接について簡単に説明する。フィン５２と扁平管５１とはロウ材等の溶接材で溶接されることになるが、溶接時に母材５５とは別個のものを溶接材として用いてもよい。あるいは、図２に示すように予めフィン５２及び扁平管５１を構成する母材５５の表面に溶接材をクラッド層５６として添加（クラッド）させておいてもよい。母材５５は、扁平管５１及びフィン５２の構成材料となるものである。

図３は、従来から存在するコルゲートフィンチューブ方式熱交換器（以下、熱交換器５０’と称する）の一部を拡大して示した概略斜視図である。図３に基づいて、熱交換器５０’について簡単に説明する。なお、図３には、結露水５９を併せて図示している。

図３に示すように、熱交換器５０’は、熱交換器５０と同様に扁平管（以下、扁平管５１’と称する）を有している。この扁平管５１’は、扁平管５１と同様に、扁平の外郭形状で複数の孔５３’を持つ、多穴状の伝熱管である。また、熱交換器５０’は、波状のフィン（以下、フィン５２’と称する）を有している。そして、熱交換器５０’は、フィン５２’の波の山谷で、扁平管５１’と接触させることで構成されている。この熱交換器５０は、自動車用途など一般的に用いられている。

しかしながら、熱交換器５０’には、上述したように、フィン５２’の谷部に結露水が溜まりやすい、扁平管５１’の上面（扁平管５１’の長手方向における表面）に結露水が溜まりやすい、という２つの排水性悪化要因がある。

それに対して、熱交換器５０は、フィン５２が平板状であるので、熱交換器５０’のようにフィン５２’の谷部に結露水が溜まることがない。加えて、熱交換器５０は、空気流れの１次側のフィン５２の端面と扁平管５１が所定のクリアランス（図１に示すクリアランス５２Ａ）を持ったことで、速やかにフィン５２の端面に沿って結露水が排水される。つまり、空気流れの１次側のフィン５２の端面が切欠き５４で分断されることがないので、結露水の流れを遮るものがなく、円滑な排水が実現できる。これにより、１つ目の排水性悪化要因が解決される。

次に、熱交換器５０の表面の親水性向上のメカニズムについて説明する。
図４は、扁平管５１及びフィン５２の表面の溶接前後における水分接触角と親水性との関係を示した図である。なお、図４では、扁平管５１及びフィン５２の表面の溶接前、溶接後、溶接後の信頼性試験後のそれぞれの水分接触角（°）に対する親水性を示している。

水分接触角とは、扁平管５１及びフィン５２の表面の「濡れ性」を表すための指標である。ここでは、扁平管５１及びフィン５２の表面に水分を落とし、付着した水滴の扁平管５１及びフィン５２の表面との接触部分端部における接線と扁平管５１及びフィン５２の表面とのなす角度θを水分接触角としている。この水分接触角は、気体、液体、固体のそれぞれの界面エネルギーの関係で決まる。一般的に、水分接触角が小さいと親水性が大きく、水分接触角が大きいと親水性が小さい。

図４に示すように、扁平管５１とフィン５２との溶接前では水分接触角が９０°に近くなっているのに対して、溶接後では水分接触角が４０〜５０°まで低下している。このことから、溶接後では親水性が向上していることがわかる。これは、溶接における熱にて、フィン５２及び扁平管５１の表面が酸化し、その酸化物にて表面に微小な凹凸が形成されるからである。フィン５２及び扁平管５１の表面に微小な凹凸が形成されると、表面における水分接触角が低下し、表面での水（たとえば、結露水やドレン水）の流動性が向上し、排水性が向上する。これにより、２つ目の排水性悪化要因が解決される。なお、水分接触角が６０°以下であれば、フィン５２及び扁平管５１の表面での水の流動性が向上する。

図５は、水分接触角と親水性との関係を説明するための模式図である。なお、図５では、（ａ）が水分接触角が大きい場合の水滴形状を、（ｂ）が水分接触角が小さい場合の水滴形状を、それぞれ示している。

図５（ａ）に示すように、水分接触角が大きい場合は、側面視した水滴の形状が球に近くなるために水滴の表面張力が大きくなる。つまり、水分接触角が大きいほど、親水性が小さくなる。一方、図５（ｂ）に示すように、水分接触角が小さい場合は、側面視した水滴の形状が扁平に近くなるために水滴の表面張力が小さくなる。そして、親水性が低くなるということは、排水性が悪くなるということを意味する。つまり、水分接触角が大きい場合は、図５（ａ）に示すように水滴がフィン上に残存しやすく、水分接触角が小さい場合は、図５（ｂ）に示すように水滴がフィン上に残りにくい。

また、親水性を確保するためにポストコートなどのコーティング材を塗布した場合は、コーティング材は経年的に劣化し、いずれその親水性効果は薄れていく。それは、ポストコーティング劣化によって親水性の低いアルミ素地が出てくることで親水性が悪化するためである。それに対し、実施の形態１に係る熱交換器５０の場合は、その経年的劣化を見るためのある加速試験後（図４に示す信頼性試験後）においても、その接触角は低下傾向を示し、親水性効果をさらに維持向上している。これは、加速試験により酸化が少しずつ進行し、表面の凹凸がより多く形成され、細かく密になっているためである。親水性の持続性という意味で優位性が高い。

図６は、溶接前後の扁平管５１及びフィン５２の表面を模式的に示した観察図である。なお、図６では、（ａ）が溶接前の扁平管５１及びフィン５２の表面を、（ｂ）が溶接後の扁平管５１及びフィン５２の表面を、（ｃ）が溶接後の信頼性試験後の扁平管５１及びフィン５２の表面を、それぞれ示している。

図６からも、溶接前、溶接後、加速試験後のいずれの場合においても表面の粗さに変化が生じていることがわかる。つまり、図６から、溶接前においては表面粗さが小さく、溶接後においては表面粗さが大きく、加速試験後において表面粗さが更に大きいことがわかる。これは、溶接前、溶接後、加速試験後になるにつれ、形成された凹凸が細かく密に変化しているということである。また、上述したように、予め母材の表面に溶接材を添加（クラッド）させておくことで、フィン５２及び扁平管５１の表面に均等に凹凸が形成されやすく、より親水性効果の均等化が促進される。

図７は、凹凸が形成されたフィン５２及び扁平管５１の断面形状の一部を概略的に示した概略断面図である。上述したような親水性効果を得るには、フィン５２及び扁平管５１に形成される凹凸の最低高さの山部と最低深さの谷部とを結んだ長さを１０μｍ以上とするとよい。この数値を最小値として凹凸を形成すれば、水分接触角が小さく、親水性が大きくできる。なお、凹凸は、均等に形成されることが望ましいが、最低高さの山部と最低深さの谷部とを結んだ距離が１０μｍ以上あれば、必ずしも均等である必要はない。

図８は、熱交換器５０の有する効果を説明するための説明図である。なお、図８では、（ａ）が熱交換器５０の斜視図を、（ｂ）が熱交換器５０の扁平管５１のフィン５２への挿入方向側から側面視した状態の側面図を、それぞれ示している。また、図８では、空気の流れを白抜き矢印で表している。さらに、図８では、水滴の流れを矢印（１）、矢印（２）で表している。なお、図８（ａ）、（ｂ）のいずれにおいても、扁平管５１についてはその断面形状を示している。

上述したように、熱交換器５０は、フィン５２が平板状であるので、熱交換器５０’のようにフィン５２’の谷部に結露水が溜まることがない。加えて、熱交換器５０は、空気流れの１次側のフィン５２の端面と扁平管５１が所定のクリアランス（図１に示すクリアランス５２Ａ）を持ったことで、速やかにフィン５２の端面に沿って結露水が排水される（矢印（１））。これにより、１つ目の排水性悪化要因が解決される。

また、熱交換器５０は、扁平管５１とフィン５２との溶接における熱にて、フィン５２及び扁平管５１の表面が酸化し、その酸化物にて表面に微小な凹凸が形成されている。そして、凹凸が形成されることで、フィン５２及び扁平管５１の表面の親水性が向上し、表面での水（たとえば、結露水やドレン水）の流動性が向上し、排水性が向上する（矢印（２））。これにより、２つ目の排水性悪化要因が解決される。

以上のように、熱交換器５０によれば、フィン５２及び扁平管５１の表面粗さが増大し、親水性効果をもたせることで、排水性を向上することができる。また、熱交換器５０によれば、溶接のみでフィン５２及び扁平管５１の表面の親水性を確保することができるため、ポストコートなどによる親水性処理が不要となり、生産性向上やコスト低減にも期待ができる。さらに、熱交換器５０によれば、ポストコートなどによる親水性処理が不要となるため、ポストコートのコーティング材の経年劣化などもなく、フィン５２及び扁平管５１の表面の親水性を、信頼性の高い状態で維持することができる。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器の扁平管及びフィンとの溶接に使用される溶接材を説明するための説明図である。図９に基づいて、本発明の実施の形態２に係る熱交換器の扁平管及びフィンとの溶接に使用される溶接材について説明する。なお、実施の形態２では実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。

実施の形態１では、溶接における熱にて、フィン５２及び扁平管５１の表面に形成される酸化物で表面粗さを変化させ、親水性効果を発揮させるようにしたものである。それに対して、実施の形態２では、溶接材の中に予め異物を添加しておくことで、溶接材によってフィン及び扁平管の表面粗さを促進し、フィン及び扁平管自体の酸化を抑制しつつ親水性効果を確保することができるようにしている。

実施の形態２においても、実施の形態１の図２で説明したように、フィンと扁平管とはロウ材等の溶接材で溶接されることになる。実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、母材５５とは別個の溶接材を用いたり、母材５５の表面に添加させておいた溶接材を用いたりすることで溶接すればよい。ただし、ここでは、図９に示すように予め異物５７が添加されている溶接材を添加（クラッド）させておいた状態で、フィンと扁平管とを溶接する場合について説明する。

図９に示すように、母材５５の表面には予め溶接材となるクラッド層５６Ａが形成されている。このクラッド層５６Ａには、クラッド層５６Ａを形成している溶接材の融点よりも高い融点を持っている異物５７が微粒子状態で添加されている。異物５７としては、クラッド層５６Ａを形成している溶接材の融点よりも高い材質、たとえばアルミナ等を選定するとよい。また、異物５７は、溶接後にフィン、扁平管の表面に凹凸を形成できるほどの粒径で選定するとよい。さらに、異物５７は、フィン、扁平管の材質よりも意図的に電位の低い材質を選定するとよい。そうすれば、経年的に熱交換器に水分が介在した場合であっても、フィン、扁平管の表面を電食にて酸化腐食させ、さらにフィン、扁平管の表面の凹凸形成を促進させることができる。

以上のように、実施の形態２に係る熱交換器によれば、フィン及び扁平管自体の酸化を抑制したままで、フィン及び扁平管の表面粗さを増大でき、親水性効果を確保することができる。よって、実施の形態２に係る熱交換器においては、その分フィン及び扁平管自体の肉厚を薄くすることができ、コスト低減することができる。また、フィン及び扁平管の材質よりも電位の低い異物５７を添加しておけば、経年的劣化に対しても親水性に対する信頼性が高い状態を維持することができる。

また、実施の形態２に係る熱交換器によれば、もともと必要な溶接材で酸化層を形成することができるため、ポストコートなどによる親水性処理が不要となり、生産性向上やコスト低減にも期待ができる。さらに、実施の形態２に係る熱交換器によれば、ポストコートなどによる親水性処理が不要となるため、ポストコートのコーティング材の経年劣化などもなく、フィン及び扁平管の表面の親水性を、信頼性の高い状態で維持することができる。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器５０Ｂを説明するための説明図である。図１０に基づいて、本発明の実施の形態３に係る熱交換器５０Ｂについて説明する。
図１０では、（ａ）が熱交換器５０Ｂの扁平管５１のフィン５２への挿入方向側から側面視した状態の側面図を、（ｂ）が熱交換器５０Ｂの上面図を、それぞれ示している。なお、実施の形態３では実施の形態１及び実施の形態２との相違点を中心に説明し、実施の形態１及び実施の形態２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。また、図１０（ａ）においては、扁平管５１についてはその断面形状を示している。

実施の形態２では、クラッド層５６Ａを形成している溶接材に異物５７を添加しておき、フィン及び扁平管自体の酸化を抑制した状態でフィン及び扁平管の表面粗さを増大させたものである。それに対し、実施の形態３では、母材５５の表面に用いられるフラックス５８に異物５７を添加しておき、フィン５２及び扁平管５１自体の酸化を抑制した状態でフィン５２及び扁平管５１の表面粗さを増大させたものである。フラックス５８は、母材５５の表面を保護するものである。異物５７は、実施の形態２で説明した通りである。

フィン５２となる母材５５の表面に異物５７を添加したフラックス５８を設けておけば、図１０（ａ）に示すようにフラックス５８がフィン５２の表面の全域へ拡散する（図１０（ａ）に示す矢印）。また、扁平管５１となる母材５５の表面に異物５７を添加したフラックス５８を設けておけば、図１０（ｂ）に示すようにフラックス５８が扁平管５１の表面の全域へ拡散する（図１０（ｂ）に示す矢印）。

図１１は、フィン５２及び扁平管５１の肉厚を説明するための説明図である。図１１に基づいて、フィン５２及び扁平管５１の肉厚について説明する。図１１では、横軸がフィン５２及び扁平管５１となる母材５５としての肉厚を、縦軸がフィン５２及び扁平管５１となる母材５５から酸化層を除いた残留肉厚を、それぞれ示している。

フィン５２及び扁平管５１となる母材５５は、親水性確保のために必要な凹凸を形成する酸化層を形成しつつ、伝熱性能、耐圧強度を確保するための最低肉厚を確保する必要がある。そこで、図１１に示すように、母材５５には、溶接温度、時間、酸素濃度が制御できる程度の肉厚から、最低肉厚を決めるとよい。この点については、実施の形態１、２にも共通する事項である。なお、母材となる材質、溶接材の材質、フラックスの材質、異物の材質によって、図１１に示すグラフは変化するものであり、溶接温度、時間及び酸素濃度の数値が所定の範囲で決まるものではない。

以上のように、熱交換器を製造することで、実施の形態３においては、フィン及び扁平管自体の酸化を抑制したままで、フィン及び扁平管の表面粗さを増大でき、親水性効果を確保することができる。よって、実施の形態３に係る熱交換器においては、その分フィン及び扁平管自体の肉厚を薄くすることができ、コスト低減することができる。また、フィン及び扁平管の材質よりも電位の低い異物５７を添加しておけば、経年的劣化に対しても親水性に対する信頼性が高い状態を維持することができる。

また、実施の形態３に係る熱交換器によれば、もともと必要なフラックスで酸化層を形成することができるため、ポストコートなどによる親水性処理が不要となり、生産性向上やコスト低減にも期待ができる。さらに、実施の形態３に係る熱交換器によれば、ポストコートなどによる親水性処理が不要となるため、ポストコートのコーティング材の経年劣化などもなく、フィン及び扁平管の表面の親水性を、信頼性の高い状態で維持することができる。

なお、上記のように、本発明について実施の形態を３つに分けて説明したが、各実施の形態の特徴事項を組み合わせることを否定するものではない。また、いずれの実施の形態においても、フィン５２及び扁平管５１双方の表面の凹凸について説明したが、いずれか一方の表面に凹凸を形成するだけでも効果を奏することは言うまでもない。

実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４に係る冷凍空調システム１００の基本構成を模式的に示す回路図である。図１２に基づいて、冷凍空調システム１００の構成及び動作について説明する。この冷凍空調システム１００は、冷凍サイクルを構成する要素機器に冷媒を循環させることで冷房運転または暖房運転を実行できるものである。なお、実施の形態４では、冷凍空調システム１００が実施の形態１〜３に係る熱交換器のいずれかを備えている。また、図１２では、実線が冷房時の冷媒の流れを示し、点線が暖房時の冷媒の流れを示している。

コルゲートフィンチューブ方式熱交換器は、凝縮器として利用されることには適しているが、蒸発器として利用されることには適していないことは上述した通りである。それに対して、実施の形態１〜３に係る熱交換器は、排水性に非常に優れているので、結露水による通風抵抗増大を著しく低減でき、熱交換能力を維持することができる。よって、実施の形態１〜３に係る熱交換器は、蒸発器としての利用にも適している。そこで、冷凍空調システム１００は、実施の形態１〜３に係る熱交換器のいずれかを凝縮器及び蒸発器の双方の機能が要求される熱源側熱交換器、負荷側熱交換器として利用することにしている。

冷凍空調システム１００は、要素機器としての圧縮機１、熱源側熱交換器３、絞り装置１０２及び負荷側熱交換器１０１が配管接続されて搭載されている。このうち圧縮機１及び熱源側熱交換器３が室外機に搭載され、絞り装置１０２及び負荷側熱交換器１０１が室内機に搭載される。なお、絞り装置１０２を室内機ではなく、室外機に搭載するようにしてもよい。また、圧縮機１の吐出側には、要求される運転に応じて冷媒の流れを切り替える四方弁２が設けられている。

圧縮機１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機などで構成される。熱源側熱交換器３は、図示省略のファンから強制的に供給される空気と冷媒との間で熱交換を行なうものである。この熱源側熱交換器３として、実施の形態１〜３に係る熱交換器のいずれかが適用されている。絞り装置１０２は、冷媒を減圧して膨張させるものであり、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成される。負荷側熱交換器１０１は、図示省略のファン等の送風機から強制的に供給される空気と冷媒との間で熱交換を行なうものである。この負荷側熱交換器１０１として、実施の形態１〜３に係る熱交換器のいずれかが適用されている。

冷凍空調システム１００の冷房運転時の動作及び暖房運転時の動作を簡単に説明する。
［冷房運転］
圧縮機１が駆動されると、圧縮機１で冷媒が、昇圧され、高温・高圧の状態となって吐出される。圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁２を介して熱源側熱交換器３に流入し、空気と熱交換することで冷却され、低温・高圧の液状態となって熱源側熱交換器３から流出する。この液冷媒は、絞り装置１０２で膨張減圧され、低温・低圧の二相冷媒となる。この二相冷媒は、負荷側熱交換器１０１に流入し、空気と熱交換することで蒸発し、低温・低圧のガス冷媒となる。このとき、室内機から冷房用の空気が供給され、空調対象空間の冷房を行う。そして、負荷側熱交換器１０１から流出した低圧ガス冷媒は、再び圧縮機１に戻る。

負荷側熱交換器１０１において、扁平管（扁平管５１）内を流れる冷媒の温度が空気の露点を下回ると、空気中の水分が熱交換器表面で結露し、結露水（ドレン水）が発生する。熱交換器表面で発生した結露水は、フィン端面や扁平管表面から速やかに排水されれば問題はないが、表面張力にてフィン間でブリッジしたり、扁平管の上面に溜まったりすることがある。結露水が溜まっていくと、熱交換器表面での通風抵抗が増大し、熱交換器を通過する風量が極端に低下し、熱交換器としての能力が著しく低下する。結果的に、蒸発温度もさらに低下することで結露水が霜へと変化成長し、さらに通風抵抗が増大、風量低下、能力低下の悪循環に陥る可能性がある。

このような問題に対して、冷凍空調システム１００では、実施の形態１〜３に係るいずれかの熱交換器を負荷側熱交換器１０１として利用しているので、熱交換器表面で水分が結露してしまったとしても、排水性がよく、結露水が溜まってしまうことを効率的に抑制することができる。よって、冷凍空調システム１００は、結露水が溜まっていくことによって発生する熱交換器表面での通風抵抗の増大、及び、熱交換器を通過する風量の低下という問題が発生せず、熱交換器としての能力の低下を抑制することができる。

［暖房運転］
圧縮機１が駆動されると、圧縮機１で冷媒が、昇圧され、高温・高圧の状態となって吐出される。圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁２を介して負荷側熱交換器１０１に流入し、空気と熱交換することで冷却され、低温・高圧の液状態となって負荷側熱交換器１０１から流出する。このとき、室内機から暖房用の空気が供給され、空調対象空間の暖房を行う。この液冷媒は、絞り装置１０２で膨張減圧され、低温・低圧の二相冷媒となる。この二相冷媒は、熱源側熱交換器３に流入し、空気と熱交換することで蒸発し、低温・低圧のガス冷媒となる。そして、熱源側熱交換器３から流出した低圧ガス冷媒は、再び圧縮機１に戻る。

熱源側熱交換器３において、扁平管（扁平管５１）内を流れる冷媒の温度が空気の露点を下回ると、空気中の水分が熱交換器表面で結露し、結露水（ドレン水）が発生する。熱交換器表面で発生した結露水は、フィン端面や扁平管表面から速やかに排水されれば問題はないが、表面張力にてフィン間でブリッジしたり、扁平管の上面に溜まったりすることがある。結露水が溜まっていくと、熱交換器表面での通風抵抗が増大し、熱交換器を通過する風量が極端に低下し、熱交換器としての能力が著しく低下する。結果的に、蒸発温度もさらに低下することで結露水が霜へと変化成長し、さらに通風抵抗が増大、風量低下、能力低下の悪循環に陥る可能性がある。

このような問題に対して、冷凍空調システム１００では、実施の形態１〜３に係るいずれかの熱交換器を熱源側熱交換器３として利用しているので、熱交換器表面で水分が結露してしまったとしても、排水性がよく、結露水が溜まってしまうことを効率的に抑制することができる。よって、冷凍空調システム１００は、結露水が溜まっていくことによって発生する熱交換器表面での通風抵抗の増大、及び、熱交換器を通過する風量の低下という問題が発生せず、熱交換器としての能力の低下を抑制することができる。

以上のように、冷凍空調システム１００は、実施の形態１〜３に係る熱交換器のいずれかを備えているので、この熱交換器を蒸発器として利用した場合でも結露水による通風抵抗増大を著しく低減し、熱交換能力を維持することができる。

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 熱源側熱交換器、５０ 熱交換器、５０’ 熱交換器、５０Ｂ 熱交換器、５１ 扁平管、５１’ 扁平管、５２ フィン、５２Ａ フィンと扁平管とのクリアランス、５２’ フィン、５３ 孔、５３’ 孔、５４ 切欠き、５５ 母材、５６ クラッド層、５６Ａ クラッド層、５７ 異物、５８ フラックス、５９ 結露水、１００ 冷凍空調システム、１０１ 負荷側熱交換器、１０２ 絞り装置。

Claims (5)

1. 長辺側を直線とし、短辺側を半円状の曲線とした扁平形状を断面とする扁平管がフィンに形成されている切欠きに挿入されて構成されているプレートフィンチューブ式熱交換器であって、
   前記扁平管及び前記フィンの少なくとも一方の表面に、
   最低高さの山部と最低深さの谷部との高低差が１０μｍ以上となる複数の凹凸を形成し、
   前記扁平管と前記フィンとを溶接するための溶接材に、該溶接材よりも融点の高い異物を予め添加している
   ことを特徴とするプレートフィンチューブ式熱交換器。
2. 長辺側を直線とし、短辺側を半円状の曲線とした扁平形状を断面とする扁平管がフィンに形成されている切欠きに挿入されて構成されているプレートフィンチューブ式熱交換器であって、
   前記扁平管及び前記フィンの少なくとも一方の表面に、
   最低高さの山部と最低深さの谷部との高低差が１０μｍ以上となる複数の凹凸を形成し、
   前記扁平管と前記フィンの表面に用いられるフラックスに、該フラックスよりも融点の高い異物を予め添加している
   ことを特徴とするプレートフィンチューブ式熱交換器。
3. 前記凹凸は、
   前記扁平管及び前記フィンの少なくとも一方の表面に付着する水滴の扁平管及び前記フィンの少なくとも一方の表面との接触部分端部における接線と、前記扁平管及び前記フィンの少なくとも一方の表面と、のなす角度が６０°以下となるように形成される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプレートフィンチューブ式熱交換器。
4. 前記凹凸は、
   前記扁平管と前記フィンとの溶接時に発生する熱で形成される酸化膜で形成される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプレートフィンチューブ式熱交換器。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のプレートフィンチューブ式熱交換器を蒸発器として利用している
   ことを特徴とする冷凍空調システム。

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