JP6590948B2 - 熱交換器および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器および冷凍サイクル装置に関する。

従来、上下で水平に対峙する一対のヘッダと、これらヘッダに一定の間隔を保って平行に連通接続される複数の扁平伝熱管と、扁平伝熱管同士の隙間に密着介入されたコルゲートフィンを備える熱交換器が知られている。当該熱交換器では、熱交換媒体である冷媒を複数の扁平伝熱管に対して同時にパラレル流通させる。

このような熱交換器は、ヒートポンプ型の冷暖兼用の空調用室外機として寒冷時に暖房運転された場合、フィンや伝熱管表面に着霜し、熱交換効率が低下する。

特開平９−２８０７５４号公報（特許文献１）には、このような着霜対策として、コルゲートフィンを扁平伝熱管から風上側に突出した構造となるように配置し、かつ風下部分にのみルーバーを形成した熱交換器が開示されている。

特開平９−２８０７５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の熱交換器では、冷媒流通路（扁平チューブ）よりも風上側にフィンが突出しているため、当該風上側に位置するフィン上の着霜を抑えることができるが、当該フィン上の霜の除霜効率が悪いという問題があった。

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ある。本発明の主たる目的は、フィン上の着霜を抑制することができ、かつ除霜効率の高い熱交換器を提供することにある。

本発明に係る熱交換器は、第１方向に互いに間隔を隔てて配置され、かつ第１端部および第２端部を有する複数の第１伝熱管と、第１方向に交差する第２方向において複数の第１伝熱管と互いに間隔を隔てて対向配置され、複数の第１伝熱管よりも風下側に配置され、かつ第３端部および第４端部を有する複数の第２伝熱管と、隣り合う第１伝熱管を接続するとともに、隣り合う第２伝熱管を接続する複数のフィンと、複数の第１伝熱管の第１端部と複数の第２伝熱管の第３端部とを接続する第１分配部と、複数の第１伝熱管の第２端部と複数の第２伝熱管の第４端部とを接続する第２分配部とを備える。第１分配部は、第１状態と第２状態とを切り替え可能である流量制御部を含む。第１状態では、冷媒が複数の第１伝熱管および複数の第２伝熱管に流れる。第２状態では、複数の第１伝熱管のみにおいて、冷媒の流量が第１状態における冷媒の流量よりも少ない。

本発明によれば、フィン上の着霜を抑制することができ、かつ除霜効率の高い熱交換器を提供することができる。

実施の形態１に係る熱交換器および冷凍サイクル装置を示す図である。 実施の形態１に係る熱交換器を示す概略図である。 図２に示す熱交換器の部分拡大図である。 図３に示す熱交換器のフィンを説明するための断面図である。 （ａ）は、図３に示す熱交換器において、１つのフィンと当該フィンを挟んで隣り合う２つの第１および第２伝熱管とを示す平面図である。（ｂ）は、暖房運転時における（ａ）に示すフィンの表面の温度分布、および当該表面上を通る空気の温度分布を示すグラフである。（ｃ）は、暖房運転時における（ａ）に示すフィン上でのフィンと空気との熱交換量分布を示すグラフである。 図５（ａ）に示す熱交換器において、除霜運転時における熱交換状態を示す平面図である。 図６中の線分ＶＩＩ−ＶＩＩにおける端面図である。 図６中の線分ＶＩＩＩ‐ＶＩＩＩにおける端面図である。 実施の形態２に係る熱交換器および冷凍サイクル装置を示す図である。 実施の形態３に係る熱交換器および冷凍サイクル装置を示す図である。 実施の形態１〜３に係る熱交換器の変形例を示す部分拡大図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
＜冷凍サイクル装置＞

はじめに、図１を参照して、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００について説明する。冷凍サイクル装置２００は、室外熱交換器１００と、圧縮機３と、四方弁４と、室内熱交換器５と、膨張弁６と、室外ファン７と、室内ファン８とを備える。室外熱交換器１００、圧縮機３、四方弁４、室内熱交換器５、および膨張弁６は、互いに接続されており、冷媒が循環する冷媒回路を構成している。

室外熱交換器１００は、熱交換器本体部１と、流量制御部としてのＬＥＶ（リニア電子膨張弁）２とを含む（詳細は後述する）。室外熱交換器１００は、冷凍サイクル装置２００において暖房または冷房運転により気温が制御される空間（室内）の外部（室外）に配置される熱交換器である。室外熱交換器１００は、室外に配置され、冷媒と室外の空気との熱交換を行う。室内熱交換器５は、室内に配置され、冷媒と室内の空気との熱交換を行う。室外熱交換器１００と室内熱交換器５とは、一方の側において圧縮機３および四方弁４を介して接続されているとともに、他方の側において膨張弁６を介して接続されている。

圧縮機３は、吸入側および吐出側が四方弁４と接続されている。四方弁４は、冷房運転時および除霜運転時と、暖房運転時とで、冷媒流路を切り替え可能に設けられている。図１において、実線および矢印Ｆ１が暖房運転時における冷媒流路を示し、破線および矢印Ｆ２が冷房運転時および除霜運転時における冷媒流路を示す。四方弁４は、暖房運転時に圧縮機３から吐出された冷媒（高温高圧）を室内熱交換器５に流出可能に設けられている。四方弁４は、冷房運転時および除霜運転時に圧縮機３から吐出された高温高圧の冷媒を室外熱交換器１００に流出可能に設けられている。膨張弁６は、暖房運転時において、室内熱交換器５から室外熱交換器１００へ流れる冷媒を膨張させる。膨張弁６は、冷房運転時および除霜運転時において、室外熱交換器１００から室内熱交換器５へ流れる冷媒を膨張させる。ファン７は、室外熱交換器１００に対し、後述する第２方向Ｂに沿って送風可能に設けられている。ファン８は、室内熱交換器５に対して送風可能に設けられている。
＜室外熱交換器＞

次に、図１および図２を参照して、室外熱交換器１００について説明する。室外熱交換器１００は、熱交換器本体部１と、ＬＥＶ２を有する第１分配部２０と、第２分配部２４，２５，２６とを備える。熱交換器本体部１は、複数の第１伝熱管１１と、複数の第２伝熱管１２と、複数のフィン１３とを含む（詳細は後述する）。複数の第１伝熱管１１は、第１方向Ａに互いに間隔を隔てて配置されている。複数の第１伝熱管１１は、それぞれ第１端部と、第１端部とは反対側に位置する第２端部とを有している。複数の第２伝熱管１２は、第１方向Ａに互いに間隔を隔てて配置されている。複数の第２伝熱管１２は、第１方向Ａに交差する第２方向Ｂにおいて第１伝熱管１１と互いに間隔を隔てて対向配置されている。複数の第２伝熱管１２は、複数の第１伝熱管１１よりも風下側に配置される。複数の第２伝熱管１２は、それぞれ第３端部と、第３端部とは反対側に位置する第４端部とを有している。第１端部および第３端部は、第１方向Ａおよび第２方向Ｂと交差する第３方向Ｃ（例えば鉛直方向）における一端であり、例えば複数の第１伝熱管１１および複数の第２伝熱管１２の下端である。第２端部および第４端部は、上記第３方向Ｃにおける他端であり、例えば複数の第１伝熱管１１および複数の第２伝熱管１２の上端である。

図２に示されるように、第１分配部２０は、複数の第１伝熱管１１の各第１端部と複数の第２伝熱管１２の各第３端部とを接続する。第１分配部２０は、第１分配器２１と、第２分配器２２と、出入口部２３とを含む。

図２に示されるように、第１分配器２１は、複数の第１伝熱管１１の各第１端部と接続されている。第１分配器２１は、第１方向Ａに沿って延びるように設けられている。複数の第１伝熱管１１は、第１分配器２１に対して互いに並列に接続されており、第１分配器２１は複数の第１伝熱管１１に冷媒を分配可能に設けられている。

図２に示されるように、第２分配器２２は、複数の第２伝熱管１２の各第３端部と接続されている。第２分配器２２は、上記第１方向Ａに沿って延びるように設けられている。複数の第２伝熱管１２は、第２分配器２２に対して互いに並列に接続されており、第２分配器２２は複数の第２伝熱管１２に冷媒を分配可能に設けられている。

出入口部２３は、第１分配器２１と複数の第１伝熱管１１との接続部（第１接続部）と、第２分配器２２と複数の第２伝熱管１２との接続部（第２接続部）との間に位置し、第１分配器２１および第２分配器２２との間で冷媒が出入可能に設けられている。

第１分配部２０は、暖房運転時において、冷凍サイクル装置２００を流通する冷媒を、室外熱交換器１００において第１分配器２１と第２分配器２２とに分配する２分岐管として作用するとともに、第１分配器２１および第２分配器２２に分配された冷媒をそれぞれ複数の第１伝熱管１１および複数の第２伝熱管１２に分配する分配器として作用する。

ＬＥＶ２は、第１分配部２０において、第１分配器２１と複数の第１伝熱管１１との第１接続部と出入口部２３との間に設けられている。ＬＥＶ２は、複数の第１伝熱管１１に流れる冷媒の流量を制御可能に設けられている。ＬＥＶ２は、制御装置（図示しない）と接続されており、制御装置からの制御信号によってその開度を変更可能に設けられている。

第２分配部２４，２５，２６は、複数の第１伝熱管１１の各第２端部と複数の第２伝熱管１２の各第４端部とを接続する。第２分配部２４，２５，２６は、第３分配器２４と、第４分配器２５と、出入口部２６とを含む。第１分配部２０と第２分配部２４，２５，２６とは、方向Ｃにおいて熱交換器本体部１を挟んで対向するように設けられている。第１分配部２０は、冷凍サイクル装置２００において第２分配部２４，２５，２６よりも鉛直方向下方に配置されている。

第３分配器２４は、複数の第１伝熱管１１の各第２端部と接続されている。第３分配器２４は、上記第１方向Ａに沿って延びるように設けられている。複数の第１伝熱管１１は、第３分配器２４に対して互いに並列に接続されており、第３分配器２４は複数の第１伝熱管１１に冷媒を分配可能に設けられている。

第４分配器２５は、複数の第２伝熱管１２の各第４端部と接続されている。第４分配器２５は、上記第１方向Ａに沿って延びるように設けられている。複数の第２伝熱管１２は、第４分配器２５に対して互いに並列に接続されており、第４分配器２５は複数の第２伝熱管１２に冷媒を分配可能に設けられている。

出入口部２６は、第３分配器２４と複数の第１伝熱管１１との接続部と、第４分配器２５と複数の第２伝熱管１２との接続部との間に位置し、第３分配器２４および第４分配器２５との間で冷媒が出入可能に設けられている。

第２分配部２４，２５，２６は、冷房運転時および除霜運転時において、冷凍サイクル装置２００を流通する冷媒を、室外熱交換器１００において第３分配器２４と第４分配器２５とに分配する２分岐管として作用するとともに、第３分配器２４および第４分配器２５に分配された冷媒をそれぞれ複数の第１伝熱管１１および複数の第２伝熱管１２に分配する分配器として作用する。

次に、図３を参照して、熱交換器本体部１について説明する。熱交換器本体部１は、上述のように、複数の第１伝熱管１１と、複数の第２伝熱管１２と、複数のフィン１３とを含む。複数の第１伝熱管１１は、上記第１方向Ａにおいて隣り合う２つの第１伝熱管１１が、１つのフィン１３を挟んで互いに対向するように設けられている。複数の第２伝熱管１２は、上記第１方向Ａにおいて隣り合う２つの第２伝熱管１２が、上記第１方向Ａにおいて１つのフィン１３を挟んで互いに対向するように設けられている。各第１伝熱管１１と各第２伝熱管１２とは、第１方向Ａに交差する第２方向Ｂに沿って、互いに間隔を隔てて配置されている。複数の第１伝熱管１１は、冷凍サイクル装置２００において複数の第２伝熱管１２よりも風上側に配置されている。

複数の第１伝熱管１１は、たとえば各々同一の構造を有している。複数の第２伝熱管１２は、たとえば各々同一の構造を有している。複数のフィン１３は、たとえば各々同一の構造を有している。第１伝熱管１１および第２伝熱管１２は、方向Ｃに沿って延びるように形成されている。第１伝熱管１１および第２伝熱管１２は、フィン１３を平面視したときの外形（方向Ｃに直交する断面の外形）が扁平状に設けられている。上記第１方向Ａにおいて、第１伝熱管１１の幅と第２伝熱管１２の幅とは等しい。上記第２方向Ｂにおいて、第１伝熱管１１の幅は、第２伝熱管１２の幅よりも狭い。上記第２方向Ｂにおいて、第１伝熱管１１の幅はフィン１３の幅の半分以下であり、第２伝熱管１２の幅はフィン１３の幅の半分以上である。フィン１３は、たとえば金属などからなる薄板が波状に成形されたコルゲートフィンとして構成されている。

図３に示されるように、上記第２方向Ｂにおいて外側に位置する第１伝熱管１１の側端部１１Ａと、上記第２方向Ｂにおいて外側に位置するフィン１３の側端部１３Ａとは、たとえば上記第１方向Ａにおいて同一平面上に連なるように設けられている。上記第２方向Ｂにおいて外側に位置する第２伝熱管１２の側端部１２Ｂと、上記第２方向Ｂにおいて外側に位置するフィン１３の側端部１３Ｂとは、たとえば上記第１方向Ａにおいて同一平面上に連なるように設けられている。上記第２方向Ｂにおいて側端部１２Ｂの反対側に位置し、かつ第１伝熱管１１と間隔を隔てて対向する第２伝熱管１２の側端部１２Ａは、上記第２方向Ｂにおけるフィン１３の中央よりもフィン１３の側端部１３Ａ側に位置するように設けられている。

図３に示されるように、複数の第１伝熱管１１には、上記第１端部から上記第２端部まで延びる貫通孔１４が複数形成されている。複数の第２伝熱管１２には、上記第３端部から上記第４端部まで延びる貫通孔１５が複数形成されている。貫通孔１４は、たとえば２つの貫通孔１４ａ，１４ｂにより構成されている。貫通孔１５は、たとえば６つの貫通孔１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆにより構成されている。

図３に示されるように、貫通孔１４ａ，１４ｂおよび貫通孔１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの第１方向Ａにおける幅は、たとえば等しい。複数の貫通孔１４ａ，１４ｂおよび貫通孔１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの第２方向Ｂにおける幅は、たとえば等しい。貫通孔１４ａ，１４ｂは、上記第２方向Ｂにおいて互いに間隔を隔てて配置されている。貫通孔１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは、上記第２方向Ｂにおいて互いに間隔を隔てて配置されている。貫通孔１４ａ，１４ｂおよび貫通孔１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの方向Ｃに直交する断面の形状は、任意の形状であればよいが、たとえば矩形状である。複数の貫通孔１４ａ，１４ｂは、いずれも第１分配器２１および第３分配器２４と接続されており、冷媒を流通可能に設けられている。複数の貫通孔１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆは、いずれも第２分配器２２および第４分配器２５と接続されており、冷媒を流通可能に設けられている。

図３に示されるように、複数の第１伝熱管１１の内部に形成された複数の貫通孔１４ａ，１４ｂの方向Ｃに直交する断面の面積の総和Ｓ１は、複数の第２伝熱管１２の内部に形成された複数の貫通孔１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの方向Ｃに直交する断面の面積の総和Ｓ２以下である。複数の第１伝熱管１１の内部に形成された複数の貫通孔１４ａ，１４ｂの第２方向Ｂにおける幅の総和Ｗ１は、複数の第２伝熱管１２の内部に形成された複数の貫通孔１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの第２方向Ｂにおける幅の総和Ｗ２以下である。

図３に示されるように、１つのフィン１３を挟んで対向する２つの第１伝熱管１１の内部に形成された貫通孔１４ａ，１４ｂの方向Ｃに直交する断面の面積の和は、第２方向Ｂにおいて当該２つの第１伝熱管１１とそれぞれ間隔を隔てて設けられている２つの第２伝熱管１２の内部に形成された貫通孔１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの方向Ｃに直交する断面の面積の和以下である。１つのフィン１３を挟んで対向する２つの第１伝熱管１１の内部に形成された貫通孔１４ａ，１４ｂの第２方向Ｂにおける幅の和は、第２方向Ｂにおいて当該２つの第１伝熱管１１とそれぞれ間隔を隔てて設けられている２つの第２伝熱管１２の内部に形成された貫通孔１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆの第２方向Ｂにおける幅の和以下である。各フィン１３を挟んで対向する２つの第１伝熱管１１および２つの第２伝熱管１２は、いずれも上記関係を満たすように設けられているのが好ましい。

図３に示されるように、フィン１３は、第１伝熱管１１および第２伝熱管１２とそれぞれ接続されている。フィン１３は、たとえばろう付けにより第１伝熱管１１および第２伝熱管１２に固定されている。フィン１３において、第１伝熱管１１との接続部と第２伝熱管１２との接続部との間に位置する部分には、ルーバー１６が複数形成されている。複数のルーバー１６は、たとえば第１方向Ａに沿って延びるように形成されており、かつ、第２方向Ｂにおいて互いに間隔を隔てて形成されている。図３および図４を参照して、ルーバー１６は、たとえば第２方向Ｂにおいて中央より側端部１３Ａ側に位置する部分と中央より側端部１３Ｂ側に位置する部分とが線対称となるように設けられている。
＜冷凍サイクル装置の動作＞

次に、図１を参照して、冷凍サイクル装置２００および室外熱交換器１００の動作について説明する。はじめに、暖房運転時における冷凍サイクル装置２００および室外熱交換器１００の動作について説明する。冷凍サイクル装置２００は、暖房運転時に、図１における実線および矢印Ｆ１により示される冷媒流路を構成する。室内熱交換器５により凝縮され膨張弁６により膨張された気液二相状態の冷媒が室外熱交換器１００の第１分配部２０に供給される。室外熱交換器１００には、第１分配部２０から熱交換器本体部１を通って第２分配部２４，２５，２６に至る冷媒流路が形成される。

このとき、ＬＥＶ２は、全閉とされ、第１分配器２１と出入口部２３との間を閉止する。そのため、暖房運転時には、室外熱交換器１００において第１分配器２１、複数の第１伝熱管１１、および第３分配器２４を通る冷媒の流れが、ＬＥＶ２により閉止される。ＬＥＶ２により、暖房運転時における室外熱交換器１００内には、第２分配器２２、複数の第２伝熱管１２、および第４分配器２５を通る冷媒流路のみが形成される。これにより、熱交換器本体部１において、第２伝熱管１２の貫通孔１５内を流通する冷媒は、第２伝熱管１２およびフィン１３を介してファン７により第１伝熱管１１側から第２伝熱管１２側に向かって送られる室外の空気と熱交換される。

図５（ａ）および（ｂ）を参照して、暖房運転時では、隣り合う第２伝熱管１２に挟まれているフィン１３の一部領域Ｒ１は、第２伝熱管１２の貫通孔１５内を流通する冷媒により当該冷媒の温度と同等程度にまで冷やされる。そのため、フィン１３の表面温度は当該一部領域上において均一の温度分布を示す。なお、フィン１３の当該一部領域とは、第２伝熱管１２の第１伝熱管１１側（風上側）に位置する側端部１２Ａと第１方向Ａ（図３参照）において重なる部分と、上記側端部１２Ｂと第１方向Ａにおいて重なる部分との間に位置する領域である。一方、隣り合う第１伝熱管１１に挟まれており、かつ上記一部領域よりも第１伝熱管１１側（風上側）に位置するフィン１３の他の領域は、第１伝熱管１１内の貫通孔１４内を冷媒が流通せず、かつ冷媒が流通している第２伝熱管１２に対し上記一部領域と比べて離れている。そのため、フィン１３の表面温度は当該他の領域において第２伝熱管１２からの距離に応じた温度分布を示す。つまり、フィン１３の表面温度は、第２伝熱管１２の上記側端部１２Ａから最も離れた位置にあるフィン１３の側端部１３Ａにおいて最も高く、第２伝熱管１２の側端部１２Ａと第１方向Ａにおいて重なる位置まで近づくにつれて徐々に低くなる温度分布を示す。

図５（ｂ）を参照して、暖房運転時では、上記のような温度分布を示すフィン１３の表面上を流通する空気の温度は、フィン１３の表面温度よりも高いが、フィン１３の側端部１３Ａ側（風上側）から側端部１３Ｂ側（風下側）に向かって徐々に低くなるような温度分布を示す。なお、図５（ｂ）の縦軸はフィン１３の表面または当該表面上を流通する空気の温度を示し、横軸はフィン１３の表面上における位置（フィン１３の側端部１３Ａ（第１伝熱管１１の側端部１１Ａ）からの第２方向Ｂ（図３参照）における距離）を示す。図５（ｃ）の縦軸はフィン１３を介した冷媒と空気との熱交換量を示し、横軸はフィン１３の表面上における位置（フィン１３の側端部１３Ａ（第１伝熱管１１の側端部１１Ａ）からの第２方向Ｂ（図３参照）における距離）を示す。

フィン１３の表面温度およびフィン１３の表面上を流通する空気の温度が図５（ｂ）に示される温度分布を示すことにより、フィン１３を介した冷媒と室外の空気との間の熱交換量は、図５（ｃ）に示されるように、フィン１３の側端部１３Ａから側端部１３Ｂまでほぼ均一な分布を示す。これにより、図４に示されるように、暖房運転時において、フィン１３上の着霜量をフィン１３の側端部１３Ａから側端部１３Ｂまでほぼ均一化することができる。

次に、除霜運転時（冷房運転時）における冷凍サイクル装置２００および室外熱交換器１００の動作について説明する。冷凍サイクル装置２００は、冷房運転時および除霜運転時に、図１における破線および矢印Ｆ２により示される冷媒流路を構成する。室内熱交換器５により蒸発され圧縮機３により圧縮されたガス単相状態の高温高圧の冷媒が室外熱交換器１００の第２分配部２４，２５，２６に供給される。室外熱交換器１００には、第２分配部２４，２５，２６から熱交換器本体部１を通って第１分配部２０に至る冷媒流路が形成される。

このとき、ＬＥＶ２は、全開とされる。そのため、除霜運転時（冷房運転時）において、室外熱交換器１００には、第３分配器２４、複数の第１伝熱管１１、および第１分配器２１を通る冷媒流路と、第４分配器２５、複数の第２伝熱管１２、および第２分配器２２を通る冷媒流路とが同時に形成される。図６を参照して、フィン１３は、第２方向Ｂにおける側端部１３Ａおよび側端部１３Ｂが、それぞれ第１伝熱管１１の側端部１１Ａおよび第２伝熱管１２の側端部１２Ｂと第１方向Ａにおいて連なるように設けられている。そのため、除霜運転時において、第１伝熱管１１の貫通孔１４および第２伝熱管１２の貫通孔１５内を流通する冷媒の熱は、フィン１３の側端部１３Ａおよび側端部１３Ｂの近傍にも効果的に伝えられる。つまり、除霜運転時において、第１伝熱管１１の貫通孔１４および第２伝熱管１２の貫通孔１５内を流通する冷媒の熱は、フィン１３の全体領域Ｒ２に効果的に伝えられる。

また、フィン１３は、第２方向Ｂにおいて中央よりも側端部１３Ａ側に位置する一部領域が、第１伝熱管１１および第２伝熱管１２のいずれとも接していない。しかし、当該一部領域は、第２方向Ｂにおいて第１伝熱管１１の貫通孔１４ｂに隣接している領域と第２伝熱管１２の貫通孔１５ａと隣接している領域とに挟まれている。そのため、除霜運転時において、第１伝熱管１１の貫通孔１４および第２伝熱管１２の貫通孔１５内を流通する冷媒の熱は、第１伝熱管１１および第２伝熱管１２と接していないフィン１３の上記一部領域にも効果的に伝えられる。

図７および図８を参照して、上述した除霜運転により融解された霜は、水Ｗとなって排水され室外熱交換器１００から除かれる。室外熱交換器１００は、除霜された霜の排水経路を２つ有している。１つの排水経路は、フィン１３の表面およびルーバー１６を通って鉛直方向の上方から下方へ向かう排水経路である。もう１つの排水経路は、第１伝熱管１１および第２伝熱管１２の第２方向Ｂにおける側端部１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂを通って鉛直方向の上方から下方へ向かう排水経路である。

＜作用効果＞

次に、室外熱交換器１００および冷凍サイクル装置２００の作用効果について説明する。室外熱交換器１００は、第１方向Ａに互いに間隔を隔てて配置された複数の第１伝熱管１１と、第１方向Ａに交差する第２方向Ｂにおいて複数の第１伝熱管１１と互いに間隔を隔てて対向配置され、かつ、複数の第１伝熱管１１よりも風下側に配置される複数の第２伝熱管１２と、隣り合う第１伝熱管１１の間を接続するとともに、隣り合う第２伝熱管１２の間を接続する複数のフィン１３と、複数の第１伝熱管１１の各第１端部と複数の第２伝熱管１２の各第３端部とを接続する第１分配部２０と、複数の第１伝熱管１１の各第２端部と複数の第２伝熱管１２の各第４端部とを接続する第２分配部２４，２５，２６とを備える。第１分配部２０は、複数の第１伝熱管１１に流れる冷媒の流量を制御するためのＬＥＶ２を含む。

従来の室外熱交換器では、２つの伝熱管のみが１つのコルゲートフィンを挟んで対向配置され、かつ、空気の流通方向において各伝熱管の両端部が当該フィンの両端部と重なるように設けられている。そのため、暖房運転時には、フィン全体の表面温度が冷媒によって一定温度に冷やされ、風上側に向かって空気とフィンの表面温度との温度差が大きくなる。その結果、従来の室外熱交換器では、フィンを介した冷媒と空気との間の熱交換量は風上側で風下側よりも多くなり、風上側において特に着霜量が多くなる。また、このような従来の室外熱交換器では、風上側において特に着霜量が多いため、除霜運転時の霜の融解速度が風上側において風下側よりも低くなる。その結果、従来の室外熱交換器は、除霜運転時のエネルギー効率が悪い。また、上記特許文献１に記載の熱交換器では、風上側に位置するコルゲートフィン上の霜を効率良く除霜することができない。

これに対し、室外熱交換器１００によれば、冷凍サイクル装置２００の暖房運転時において、冷媒が複数の第１伝熱管１１には流れず複数の第２伝熱管１２にのみ流れる状態をＬＥＶ２により実現することができる。これにより、暖房運転時において、フィン１３を介した冷媒と室外の空気との間の熱交換量はフィン１３の側端部１３Ａから側端部１３Ｂまでほぼ均一な分布を示す（図５（ｃ）参照）。その結果、風上側におけるフィン１３上の着霜を抑制することができ、フィン１３上の着霜量をフィン１３の側端部１３Ａから側端部１３Ｂまでほぼ均一化することができる。

さらに、室外熱交換器１００によれば、冷凍サイクル装置２００の除霜運転時および冷房運転時において、冷媒が第１伝熱管１１および第２伝熱管１２のいずれにも流れる状態を実現することができる。その結果、除霜運転時において、上述した暖房運転時に風上側から風下側までフィン１３上にほぼ均一に着いた霜に対し、第１伝熱管１１および第２伝熱管１２内を流通する冷媒の熱をフィン１３の全体を介して効果的に伝えることができる。そのため、室外熱交換器１００は、霜の融解速度が風上側および風下側において同等であり、除霜効率が高い。また、室外熱交換器１００は、冷房運転時における熱交換効率が高い。

また、上述した従来の室外熱交換器では、除霜運転により融解された霜の排水経路が限られているため、排水効率が悪い。たとえば、２つの伝熱管のみが１つのコルゲートフィンを挟んで対向配置され、かつ、空気の流通方向において各伝熱管の両端部が当該フィンの両端部と重なるように設けられている従来の熱交換器では、風上側および風下側の端部以外の領域において、フィンの折り返し部およびルーバーを通って鉛直方向の上方から下方へ向かう排水経路のみが形成されている。さらに当該領域は２つの伝熱管に挟まれているため、当該排水経路に含まれるフィンと伝熱管との接続部には水が停滞しやすい。また、上記特許文献１に記載の熱交換器では、伝熱管に対し風上側に突出しているコルゲートフィンにおいて、ルーバーを通って鉛直方向の上方から下方へ向かう排水経路と、フィンの表面を伝って鉛直方向の上方から下方へ向かう排水経路の２つが形成されている。しかし、２つの排水経路ともフィン上に形成されており、水が停滞しやすい。

これに対し、室外熱交換器１００によれば、少なくとも３つの排水経路が形成されている。すなわち、フィン１３のルーバー１６を通って鉛直方向の上方から下方へ向かう排水経路と、第１伝熱管１１の側端部１１Ａおよび第２伝熱管１２の側端部１２Ｂを伝って鉛直方向の上方から下方へ向かう排水経路と、第１伝熱管１１の側端部１１Ｂおよび第２伝熱管１２の側端部１２Ａを伝って鉛直方向の上方から下方に向かう排水経路とが形成されている。第１伝熱管１１および第２伝熱管１２の第２方向Ｂにおける両側端部１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂを伝って鉛直方向の上方から下方へ向かう排水経路は、フィン１３上に形成される排水経路と比べて距離が短く、かつ水が停滞しにくいため、多くの水を短時間に排水可能である。その結果、室外熱交換器１００は、上述した従来の熱交換器と比べて除霜効率が高い。また、室外熱交換器１００は、上述した従来の熱交換器と比べて除霜に要する時間を短くすることができる。そのため、室外熱交換器１００によれば、除霜運転後に暖房運転が再開される場合にも除霜運転時に排水されずにフィン上に停滞していた水が再び着霜することを抑制でき、上述した従来の熱交換器と比べて暖房運転再開後の熱交換効率を高めることができる。

冷凍サイクル装置２００は、室外熱交換器１００と、第２方向Ｂに沿って室外熱交換器１００に対し気体を吹付けるファン７とを備える。冷凍サイクル装置２００において、室外熱交換器１００は、第１伝熱管１１がファン７により生じる空気の流通方向の風上側に位置し、かつ第２伝熱管１２が風下側に位置するように配置されている。そのため、冷凍サイクル装置２００は、上述のように暖房運転時において着霜が抑制されている室外熱交換器１００を備えるため、暖房運転時の熱交換効率が高い。また、冷凍サイクル装置２００は、上述のように除霜効率が高い室外熱交換器１００を備えるため、除霜運転時間を短縮することができ、また暖房運転再開後の熱交換効率が高い。

（実施の形態２）

次に、図９を参照して、実施の形態２に係る室外熱交換器１０１および冷凍サイクル装置２０１について説明する。実施の形態２に係る室外熱交換器１０１は、基本的には実施の形態１に係る室外熱交換器１００（図１参照）と同様の構成を備えるが、流量制御部がＬＥＶではなく、電磁弁９である点で異なる。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２０１は、基本的には実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００（図１参照）と同様の構成を備えるが、室外熱交換器１００（図１参照）に代えて室外熱交換器１０１を備える点で異なる。

このようにしても、電磁弁９は、複数の第１伝熱管１１に流れる冷媒の流量を制御可能に設けられている。そのため、室外熱交換器１０１よれば、冷凍サイクル装置２０１の暖房運転時において、冷媒が複数の第１伝熱管１１には流れず複数の第２伝熱管１２にのみ流れる状態を電磁弁９により実現することができる。その結果、室外熱交換器１０１は、室外熱交換器１００と同様の効果を奏することができる。また、冷凍サイクル装置２０１は、冷凍サイクル装置２００と同様の効果を奏することができる。

また、電磁弁９によれば、第１伝熱管１１に流れる冷媒の流量を電気信号のＯＮ／ＯＦＦ（電磁弁９の開閉）により制御することができる。つまり、電磁弁９は、実施の形態１に係る室外熱交換器１００のＬＥＶ２の開度を制御するために必要であった制御装置よりも簡易な構造を有する制御装置により制御され得る。そのため、室外熱交換器１０１は、室外熱交換器１００と比べて製造コストが低減されている。

（実施の形態３）

次に、図１０を参照して、実施の形態３に係る室外熱交換器１０２および冷凍サイクル装置２０２について説明する。実施の形態３に係る室外熱交換器１０２は、基本的には実施の形態１に係る室外熱交換器１００（図１参照）と同様の構成を備えるが、流量制御部がＬＥＶではなく、逆止弁１０である点で異なる。実施の形態３に係る冷凍サイクル装置２０２は、基本的には実施の形態１に係る冷凍サイクル装置２００（図１参照）と同様の構成を備えるが、室外熱交換器１００（図１参照）に代えて室外熱交換器１０２を備える点で異なる。

このようにしても、逆止弁１０は、複数の第１伝熱管１１に流れる冷媒の流量を制御可能に設けられている。そのため、室外熱交換器１０２によれば、冷凍サイクル装置２０２の暖房運転時において、冷媒が複数の第１伝熱管１１には流れず複数の第２伝熱管１２にのみ流れる状態を逆止弁１０により実現することができる。その結果、室外熱交換器１０２は、室外熱交換器１００と同様の効果を奏することができる。また、冷凍サイクル装置２０２は、冷凍サイクル装置２００と同様の効果を奏することができる。

また、逆止弁１０によれば、第１伝熱管１１に流れる冷媒の流通方向を、制御信号や電気信号などによらず、一方向にのみに制限することができる。具体的には、逆止弁１０は、暖房運転時において出入口部２３から第１分配器２１を経て第１伝熱管１１へ向かう冷媒の流れを閉止するとともに、除霜運転時および冷房運転時において第１伝熱管１１から第１分配器２１を経て出入口部２３へ向かう冷媒の流れを妨げない。そのため、室外熱交換器１０２は室外熱交換器１００および室外熱交換器１０１と比べて製造コストが低減されている。さらに、逆止弁１０はＬＥＶ２または電磁弁９と比べてより小さいスペースに取付可能であるため、室外熱交換器１０２は室外熱交換器１００および室外熱交換器１０１と比べて小型化することができる。

なお、実施の形態１〜３に係る室外熱交換器１００，１０１，１０２では、図３に示されるように第１伝熱管１１の側端部１１Ａとフィン１３の側端部１３Ａとが上記第１方向Ａにおいて同一平面上に連なるように設けられているが、これに限られるものでは無い。図１１を参照して、フィン１３の側端部１３Ａは、第１伝熱管１１の側端部１１Ａに対して上記第２方向Ｂに突出していてもよい。第２方向Ｂにおける、第１伝熱管１１の側端部１１Ａとフィン１３の側端部１３Ａとの間の距離は、除霜運転時に第１伝熱管１１の貫通孔１４内を流通する冷媒の熱によって側端部１３Ａ上の霜を融解可能な限りにおいて、任意の値としてもよいが、短いほど好ましい。

このような熱交換器本体部１であっても、暖房運転時のフィン１３の表面温度は、第２伝熱管１２の上記側端部１２Ａから最も離れた位置にあるフィン１３の側端部１３Ａにおいて最も高く、第２伝熱管１２の側端部１２Ａと第１方向Ａにおいて重なる位置まで近づくにつれて徐々に低くなる温度分布を示す。また、暖房運転時にフィン１３の表面上を流通する空気の温度は、フィン１３の側端部１３Ａ側から側端部１３Ｂ側に向かって徐々に低くなるような温度分布を示す。そのため、暖房運転時のフィン１３上の着霜量をフィン１３の側端部１３Ａから側端部１３Ｂまでほぼ均一化することができる。

また、除霜運転時には、第２伝熱管１２の貫通孔１５内を流通する冷媒の熱はフィン１３の側端部１３Ｂの近傍に効果的に伝えられる。また、第１伝熱管１１の側端部１１Ａとフィン１３の側端部１３Ａとの距離が短ければ、第１伝熱管１１の貫通孔１４内を流通する冷媒の熱はフィン１３の側端部１３Ａの近傍に効果的に伝えられる。その結果、図１１に示される熱交換器本体部１を備える室外熱交換器は、上述した室外熱交換器１００，１０１，１０２と同様の効果を奏することができる。

また、実施の形態１〜３に係る室外熱交換器１００，１０１，１０２において、流量制御部としてのＬＥＶ２，電磁弁９または逆止弁１０は、冷媒が複数の第１伝熱管１１および複数の第２伝熱管１２に流れる状態（第１状態）と、冷媒が複数の第１伝熱管１１には流れず複数の第２伝熱管１２にのみ流れる状態とを切り替え可能に設けられているが、これに限られるものでは無い。流量制御部は、上記第１状態と、複数の第１伝熱管１１のみにおいて、冷媒の流量が第１状態と比べて少ない第２状態とを切り替え可能に設けられていればよい。すなわち、流量制御部により実現され得る第２状態は、第１状態と比べて、複数の第２伝熱管１２を流れる冷媒の流量は少なくなっておらず、複数の第１伝熱管１１を流れる冷媒の流量のみが少なくなっている状態であればよい。

流量制御部は、例えば、第１伝熱管１１に流れる冷媒の流量と第２伝熱管１２に流れる冷媒の流量とが同等である第１状態と、第１伝熱管１１に流れる冷媒の流量が第２伝熱管１２に流れる冷媒の流量よりも相対的に少ない第２状態とを切り替え可能である。このような室外熱交換器であっても、従来の室外熱交換器と比べて、暖房運転時に第１伝熱管１１を流れる冷媒流量を少なくすることができるため、風上側におけるフィン１３上の着霜を抑制することができ、除霜効率を高めることができる。なお、第２状態として最も好適な状態が、冷媒が複数の第１伝熱管１１には流れず複数の第２伝熱管１２にのみ流れる状態である。また、第１状態と第２状態とで複数の第１伝熱管１１および複数の第２伝熱管１２に流れる冷媒の総流量が一定の場合、流量制御部により実現され得る第２状態は、第１状態と比べて、複数の第１伝熱管１１を流れる冷媒の流量は少なくなっているが、複数の第２伝熱管１２を流れる流量が多くなっている状態である。

今回開示された実施の形態はすべての点において例示であって制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、寒冷時に暖房運転される冷凍サイクル装置および該冷凍サイクル装置に用いられる熱交換器に特に有利に適用される。

１ 熱交換器本体部、２ ＬＥＶ（流量制御部）、３ 圧縮機、４ 四方弁、５ 室内熱交換器、６ 膨張弁、７，８ ファン、９ 電磁弁、１０ 逆止弁、１１ 第１伝熱管、１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ 端部、１２ 第２伝熱管、１３ フィン、１４，１４ａ，１４ｂ，１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ 貫通孔、１６ ルーバー、２０ 第１分配部、２１ 第１分配器、２２ 第２分配器、２３，２６ 出入口部、２４ 第３分配器、２５ 第４分配器、１００，１０１，１０２ 室外熱交換器、２００，２０１，２０２ 冷凍サイクル装置。

Claims (8)

1. 第１方向に互いに間隔を隔てて配置され、かつ第１端部および第２端部を有する複数の第１伝熱管と、
   前記第１方向に交差する第２方向において前記複数の第１伝熱管と互いに間隔を隔てて対向配置され、前記複数の第１伝熱管よりも風下側に配置され、かつ第３端部および第４端部を有する複数の第２伝熱管と、
   隣り合う前記第１伝熱管を接続するとともに、隣り合う前記第２伝熱管を接続する複数のフィンとを備え、
   前記複数の第１伝熱管の前記第１端部と前記複数の第２伝熱管の前記第３端部とを接続する第１分配部と、
   前記複数の第１伝熱管の前記第２端部と前記複数の第２伝熱管の前記第４端部とを接続する第２分配部とをさらに備え、
   前記第１分配部は、第１状態と第２状態とを切り替え可能である流量制御部を含み、
   前記第１状態では、冷媒が前記複数の第１伝熱管および前記複数の第２伝熱管に流れ、
   前記第２状態では、前記複数の第１伝熱管のみにおいて、前記冷媒の流量が前記第１状態における前記冷媒の流量よりも少なく、
   前記第１状態では凝縮器として作用し、前記第２状態では蒸発器として作用する、熱交換器。
2. 前記第２状態は、前記冷媒が前記複数の第１伝熱管には流れずに前記複数の第２伝熱管にのみ流れる状態である、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第１分配部は、複数の前記第１伝熱管の前記第１端部と接続されている第１分配器と、複数の前記第２伝熱管の前記第３端部と接続されている第２分配器と、複数の前記第１伝熱管と前記第１分配器との第１接続部と複数の前記第２伝熱管と前記第２分配器との第２接続部との間に位置し、前記第１分配器および前記第２分配器との間で前記冷媒が出入可能に設けられている出入口部とを含み、
   前記流量制御部は、前記第１接続部と前記出入口部との間に設けられている、請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記流量制御部は、電磁弁である、請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記流量制御部は、膨張弁である、請求項３に記載の熱交換器。
6. 前記流量制御部は、逆止弁である、請求項３に記載の熱交換器。
7. 複数の前記第１伝熱管の内部に形成された冷媒流路の総断面積Ｓ１は、複数の前記第２伝熱管の内部に形成された冷媒流路の総断面積Ｓ２以下である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の熱交換器と、
   前記熱交換器が凝縮器として作用する状態と、前記熱交換器が蒸発器として作用する状態とを切り換える切替部と、
   前記第２方向に沿って前記熱交換器に対し気体を吹付けるファンとを備え、
   前記熱交換器が凝縮器として作用する状態では、前記熱交換器が前記第１状態とされ、
   前記熱交換器が蒸発器として作用する状態では、前記熱交換器が前記第２状態とされる、冷凍サイクル装置。

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