JP6621922B2 - 熱交換器およびそれを備えた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器およびそれを備えた冷凍サイクル装置に関し、特に、フィンアンドチューブ型の熱交換器を備えた熱交換器と、その熱交換器を備えた冷凍サイクル装置とに関するものである。

従来、空気調和装置の熱交換器として、フィンアンドチューブ型の熱交換器が知られている。この種の室外熱交換器では、板状の複数のフィンを貫通するように、伝熱管が配置されている。その伝熱管として、たとえば、断面形状が扁平型の扁平管が使用されている。フィンとフィンとの間を流れる空気等の熱交換流体と、伝熱管を流れる冷媒等の被熱交換流体との間で熱交換が行われる。

扁平管を適用した熱交換器では、円管を適用した熱交換器と比較して、伝熱管内の伝熱面積を大きく確保することができる。これに加えて、扁平管を適用した熱交換器では、熱交換流体の通風抵抗を抑制することができる。このため、伝熱性能を向上することができる。

一方、扁平管を適用した熱交換器を蒸発器として機能させた場合には、円管を適用した熱交換器と比較して、排水性が劣ってしまう。すなわち、伝熱管の断面形状に起因して、扁平管の外壁面には、水滴が残留しやすい傾向にある。扁平管を適用した熱交換器を、たとえば、空気調和装置の室外熱交換器として用いた場合、暖房運転時には、室外熱交換器は蒸発器として機能することになる。

このとき、熱交換流体としての空気中に含まれる水分が、室外熱交換器の表面において結露し、霜となって付着する。たとえば、フィンとフィンとの間に霜が付着することによって、室外熱交換器を通り抜ける空気の通風抵抗が増加する。また、室外熱交換器に霜が付着することで、空気と冷媒との熱交換が効率的に行われず、伝熱性能が低下する。さらに、霜が成長することによって熱交換器が損傷することがある。

このような不具合を防止するために、空気調和装置には、運転モードとして、室外熱交換器に付着した霜を除去する除霜モードが設けられている。しかしながら、除霜モードによる運転を行っても、水滴が残留するような場合がある。このような場合には、残留した水滴は、再び凝固し、さらに大きな霜に成長してしまう。これを避けようとすると、除霜モードによる運転時間を長くする必要がある。その結果、暖房されている室内の温度が下がって室内の快適性が悪化したり、平均暖房能力が低下することになる。

このような不具合を解消するための対策が採られている。たとえば、特許文献１では、フィンの空気の流れの下流側に切欠きを設け、その切欠きに、空気の流れに対して上り傾斜となるように扁平管を挿入した熱交換器が提案されている。

特開平０７−９１８７３号公報

空気調和装置では、暖房運転時において、室外熱交換器に付着する霜を除去する際の排水性を良好にするため、従来より、さまざまな対策が提案されている。

本発明は、そのような開発の一環で行われたものであり、一つの目的は、排水性の向上が図られる熱交換器を提供することであり、他の目的は、そのような熱交換器を備えた冷凍サイクル装置を提供することである。

本発明に係る熱交換器は、幅を有する板状のフィンと伝熱管とを備えている。伝熱管は、フィンを貫通するように配置されている。フィンは、幅を隔てて対向する第１端部および第２端部を有する。フィンにおける幅方向には、第１領域と第２領域と第３領域とが位置する。第１領域には、伝熱管が挿通された貫通孔が位置する。第２領域は、第１領域よりも第１端部の側に配置されている。第３領域は、第１領域よりも第２端部の側に配置されている。伝熱管は、外壁下面と第１外壁上面と第２外壁上面と第１伝熱管端部と第２伝熱管端部と第３伝熱管端部とを備えている。外壁下面は幅方向に沿って位置する。第１外壁上面は、第１端部側から第２端部側へ向かって、外壁下面から離れる態様で傾斜する。第２外壁上面は、第１外壁上面から第２端部側へ向かって、外壁下面に近づく態様で傾斜して外壁下面に繋がる。第１伝熱管端部は、外壁下面と第１外壁上面とに繋がり、丸みを帯びている。第２伝熱管端部は、第１外壁上面と第２外壁上面とに繋がり、丸みを帯びている。第３伝熱管端部は、外壁下面と第２外壁上面とに繋がり、丸みを帯びている。第２外壁上面が第３領域に達する態様で傾斜している。第３伝熱管端部は、第２伝熱管端部よりも第３領域に近い位置にある。外壁下面に対して第１外壁上面が傾斜している第１傾斜角度は、外壁下面に対して第２外壁上面が傾斜している第２傾斜角度よりも小さい。

本発明に係る熱交換器によれば、フィンにおける第１端部側に第２領域が設けられ、第２端部側に第３領域が設けられている。また、伝熱管には、外壁下面に対して傾斜した第１外壁上面と第２外壁上面とを備えている。これにより、室外熱交換器に生じた水滴が、第１外壁上面等から第２領域等へ流れ込み、室外熱交換器の下部へ導かれる。その結果、排水性を向上させることができる。

各実施の形態に係る、室外熱交換器を備えた冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す図である。 実施の形態１に係る室外熱交換器の側面図である 同実施の形態において、室外熱交換器の正面図である。 同実施の形態において、室外熱交換器に適用されている伝熱管の構造を説明するための部分拡大断面斜視図である。 同実施の形態において、室外熱交換器に適用されているフィンの構造を説明するための部分拡大側面図である。 同実施の形態において、フィンに伝熱管が装着された状態を示す部分拡大側面図である。 同実施の形態において、冷凍サイクル装置の動作を説明するための、冷媒回路における冷媒の流れを示す図である。 同実施の形態において、室外熱交換器を通り抜ける外気の流れを説明するための部分拡大側面図である。 同実施の形態において、室外熱交換器に生じた水滴の流れを説明するための部分拡大側面図である。 同実施の形態において、伝熱管等における残水量と、伝熱管の第１外壁上面の傾斜角度との関係を示す図である。 実施の形態２に係る室外熱交換器の側面図である。 同実施の形態において、フィンに伝熱管が装着された状態を示す部分拡大側面図である。 同実施の形態において、室外熱交換器を通り抜ける外気の流れを説明するための部分拡大側面図である。 同実施の形態において、室外熱交換器に生じた水滴の流れを説明するための部分拡大側面図である。

実施の形態１．
はじめに、熱交換器を適用した冷凍サイクル装置としての空気調和装置の全体の構成（冷媒回路）について説明する。

図１に示すように、空気調和装置１は、圧縮機３、四方弁５、室内ユニット７、室内熱交換器９、室内ファン１１、絞り装置１３、室外ユニット１５、室外熱交換器１７および室外ファン１９を備えている。室内熱交換器９および室内ファン１１は、室内ユニット７内に配置されている。室外熱交換器１７および室外ファン１９は、室外ユニット１５内に配置されている。圧縮機３、四方弁５、室内熱交換器９、絞り装置１３および室外熱交換器１７が、冷媒配管によって繋がっている。

次に、室外ユニット１５に配置された室外熱交換器１７について説明する。図２および図３に示すように、室外熱交換器１７は、複数のフィン２１および複数の伝熱管３１から構成される。複数の伝熱管３１は、複数のフィン２１を貫通するように配置されている。複数のフィン２１は、フィン２１の長手方向が重力の向きＹＧと平行になるように配置されている。室外熱交換器１７に対向するように、室外ファン１９が配置されている。

次に、伝熱管３１の構造について説明する。図４に示すように、伝熱管は、Ｘ方向の長さ（幅）がＺ方向の長さ（幅）よりも長い断面形状を有する。伝熱管３１内には、冷媒が流れる流路として、複数の流路３９が設けられている。伝熱管３１は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金等から形成されている。伝熱管３１は、たとえば、アルミニウム等を、押し出し成型によって、断面形状が長円形状となるように成形した後、最終的な断面形状となるように、さらに加工を行って形成してもよい。なお、伝熱管３１としては、内壁面に溝が形成されたものでもよい。

伝熱管３１は、外壁下面３３、第１外壁上面３５および第２外壁上面３７を備えている。第１外壁上面３５は、外壁下面と繋がっている。第１外壁上面３５は、外壁下面３３に対して第１傾斜角度θ１をもって傾斜している、外壁下面３３と第１外壁上面３５とが繋がっている端部３４は丸みを帯びており、外壁下面３３と第１外壁上面３５とが滑らかに繋がっている。

第２外壁上面３７は、第１外壁上面３５と外壁下面３３とに繋がっている。第２外壁上面３７は、外壁下面３３に対して第２傾斜角度θ２をもって傾斜している。第１外壁上面３５と第２外壁上面３７とが繋がっている端部３６は丸みを帯びており、第１外壁上面３５と第２外壁上面３７とが滑らかに繋がっている。第２外壁上面３７と外壁下面３３とが繋がっている端部３８は丸みを帯びており、第２外壁上面３７と外壁下面３３とが滑らかに繋がっている。

端部３４の丸み（Ｒ）は、端部３６、３８の丸み（Ｒ）よりも小さい。端部３６の丸み（Ｒ）と端部３８の丸み（Ｒ）とは、ほぼ同じとされる。また、伝熱管３１の断面形状（輪郭）は、端部３４における第１傾斜角度θ１の二等分線に対して、ほぼ対称に形成されている。

次に、フィン２１について説明する。図５に示すように、フィン２１は、Ｘ方向に幅を有し、その幅をもってＺ方向に帯状に延在する。フィン２１は、たとえば、アルミニウム、またはアルミニウム合金等から形成されている。フィン２１には、伝熱管が挿通される貫通孔２３が形成されている。貫通孔２３は、伝熱管３１の断面形状（輪郭）に対応する形状に形成されている。伝熱管３１の外壁下面３３に接触することになるフィン２１の端は、Ｘ方向に延在する。貫通孔２３のコーナー部２３ａ、２３ｂ、２３ｃには、伝熱管３１の端部３４、３６、３８に対応する丸みが付けられている。貫通孔２３は、ピッチＤをもって、形成されている。

貫通孔２３のコーナー部２３ａは、フィン２１の幅方向の一方の端部２２ａ（第１端部）から距離（長さＡ）を隔てられている。貫通孔２３のコーナー部２３ｂは、フィンの２１の幅方向の他方の端部２２ｂ（第２端部）から距離（長さＢ）を隔てられている。このため、フィン２１の端部２２ａから長さＡまでの領域には、貫通孔２３が位置していない。端部２２ａの側では、Ｚ方向に沿って連続するように板状のフィン２１の部分が位置することになる。また、フィン２１の端部２２ｂから長さＢまでの領域には、貫通孔２３が位置していない。端部２２ｂの側では、Ｚ方向に沿って連続するように板状のフィン２１の部分が位置することになる。

端部２２ａの側に連続して位置する板状のフィン２１の部分が、第１排水領域２７（第２領域）となる。端部２２ｂの側に連続して位置する板状のフィン２１の部分が、第２排水領域２９（第３領域）となる。後述するように、第１排水領域２７および第２排水領域２９は、室外熱交換器１７に生じた水滴（結露）を排水するための領域になる。なお、第１排水領域２７と第２排水領域２９との間に、伝熱管３１が挿通される挿通領域２５（第１領域）が位置する。

次に、フィン２１に伝熱管３１が装着された状態について説明する。図６に示すように、伝熱管３１の外壁下面３３は、フィン２１の幅方向（Ｘ方向）に平行に位置する。すなわち、外壁下面３３は、ほぼ水平に位置する。伝熱管３１の第１外壁上面３５は、端部３６から第１排水領域２７へ向かって、第１傾斜角度θ１をもって下り勾配となっている。

また、伝熱管３１の第２外壁上面３７は、端部３６から第２排水領域２９へ向かって、第２傾斜角度θ２をもって下り勾配となっている。伝熱管３１の端部３６は、フィン２１の幅方向の中央よりも第２排水領域２９側に位置する。

上下方向に隣り合う一の伝熱管３１と、他の伝熱管３１との間に形成される空間では、一の伝熱管３１の外壁下面３３と、他の伝熱管３１の端部３６の距離Ｌ２は、一の伝熱管３１の端部３４と、他の伝熱管３１の端部３４の距離Ｌ１よりも短い。

次に、上述した室外熱交換器１７を有する室外ユニット１５（図１参照）を備えた空気調和装置１の動作として、まず、冷房運転の場合について説明する。

図７に示すように、圧縮機３を駆動させることによって、圧縮機３から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。以下、点線矢印にしたがって冷媒が流れる。吐出した高温高圧のガス冷媒（単相）は、四方弁５を介して室外ユニット１５の室外熱交換器１７に流れ込む。室外熱交換器１７では、流れ込んだ冷媒と、室外ファン１９によって供給される外気（空気）との間で熱交換が行われる。高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒（単相）になる。

室外熱交換器１７から送り出された高圧の液冷媒は、絞り装置１３によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との二相状態の冷媒になる。二相状態の冷媒は、室内ユニット７の室内熱交換器９に流れ込む。室内熱交換器９では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、室内ファン１１によって供給される空気との間で熱交換が行われる。二相状態の冷媒は、液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒（単相）になる。この熱交換によって、室内が冷却されることになる。室内熱交換器９から送り出された低圧のガス冷媒は、四方弁５を介して圧縮機３に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機３から吐出する。以下、このサイクルが繰り返される。

次に、暖房運転の場合について説明する。図７に示すように、圧縮機３を駆動させることによって、圧縮機３から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。以下、実線矢印にしたがって冷媒が流れる。吐出した高温高圧のガス冷媒（単相）は、四方弁５を介して室内熱交換器９に流れ込む。室内熱交換器９では、流れ込んだガス冷媒と、室内ファン１１によって供給される空気との間で熱交換が行われて、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒（単相）になる。この熱交換によって、室内が暖房されることになる。室内熱交換器９から送り出された高圧の液冷媒は、絞り装置１３によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との二相状態の冷媒になる。

二相状態の冷媒は、室外熱交換器１７に流れ込む。室外熱交換器１７では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、室外ファン１９によって供給される外気（空気）との間で熱交換が行われて、二相状態の冷媒は、液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒（単相）になる。室外熱交換器１７から送り出された低圧のガス冷媒は、四方弁５を介して圧縮機３に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機３から吐出する。以下、このサイクルが繰り返される。

次に、室外ユニット１５内に送り込まれた外気の流れ等について説明する。室外ユニット１５内では、フィン２１は、長手方向が重力の向き（矢印ＹＧ、Ｚ方向）になるように配置されている。室外ファン１９の回転軸は、重力の向きとほぼ直交する水平方向（Ｘ方向）に配置されている。

図８に示すように、室外ファン１９の回転に伴って、室外ユニット１５内に供給された外気は、フィン２１の端部２２ａの側から端部２２ｂの側へ向かって、ほぼ水平に室外熱交換器１７へ流れ込む。室外熱交換器１７を通り抜けた外気は、室外ユニット１５の外へ送り出される。このとき、伝熱管３１の端部３４に到達した外気（流線ＳＬ）は、外壁下面３３に沿って流れる外気と、第１外壁上面３５に沿って流れる外気とに二分される。

ここで、第１外壁上面３５における外気の流れについて説明する。第１外壁上面３５は、ほぼ水平に配置された外壁下面３３に対して、第１傾斜角度θ１をもって傾斜している（図４参照）。このため、ほぼ水平に室外熱交換器１７に流れ込んだ外気は、第１外壁上面３５から抗力を受けて、第１外壁上面３５に沿って流れることになる。また、第１外壁上面３５と外壁下面３３とが繋がっている端部３４では丸みが付けられているため、外気が大きく剥離するのを抑制することができる。これにより、第１外壁上面３５では、外気と伝熱管３１を流れる冷媒との熱交換を促進させることができる。

一方、外壁下面３３は、ほぼ水平に配置されているため、ほぼ水平に室外熱交換器１７に流れ込んだ外気は、外壁下面３３からほとんど抗力を受けることなく、外壁下面３３に沿って流れることになる。これにより、外壁下面３３では、通風抵抗を軽減しながら、外気と伝熱管３１を流れる冷媒との熱交換を促進させることができる。

また、上述したように、上下方向に隣り合う一の伝熱管３１と、他の伝熱管３１とでは、距離Ｌ２は距離Ｌ１よりも短い（図６参照）。このため、一の伝熱管３１と他の伝熱管３１との間に形成される空間は、外気が流れる方向に沿って、上下方向の距離が狭められることになる。これにより、外気が流れる領域が拡がることによって低風速領域（死水域）が発生するのを抑制することができ、外気と伝熱管３１を流れる冷媒との熱交換を促進させることができる。

次に、室外熱交換器１７に生じた水滴を排出する過程について説明する。上述したように、空気調和装置１を暖房運転させる際には、室外熱交換器１７は蒸発器として機能する。このとき、外気に含まれる水分が水滴となって、室外熱交換器１７のフィン２１等の表面に付着する。

伝熱管３１の周辺のフィン２１の部分に付着した水滴は成長し、重力によってフィン２１を伝って伝熱管３１の第１外壁上面３５または第２外壁上面３７に到達する。図９に示すように、第１外壁上面３５に到達した水滴は、重力により、第１外壁上面３５を流れ、その流れの慣性によって、大部分の水滴が第１排水領域２７に流れ込み、フィン２１を伝い、室外熱交換器１７の下部に到達する。

このとき、第１排水領域２７には、伝熱管３１が位置しておらず、板状のフィン２１の部分が連続的に位置する。これにより、第１排水領域２７に流れ込んだ水滴は、一気に室外熱交換器１７の下部に到達して排出される。

同様に、第２外壁上面３７に到達した水滴は、第２外壁上面３７を流れ、その流れの慣性によって、第２排水領域２９に流れ込み、フィン２１を伝い、室外熱交換器１７の下部に一気に到達する。フィン２１の両端（端部２２ａ、端部２２ｂ）に第１排水領域２７と第２排水領域２９とを設けたことで、一方にだけ排水領域が形成されている場合と比べて、排水性を高めることができる。

なお、第１外壁上面３５から第１排水領域２７に流れ込まなかった一部の水滴は、端部３４を伝って外壁下面３３に回り込む。また、第２外壁上面３７から第２排水領域２９に流れ込まなかった水滴は、端部３８を伝って外壁下面３３に回り込む。

外壁下面３３に回り込んだ水滴は、表面張力、重力および静止摩擦力等が釣り合った状態で、外壁下面３３に滞留して成長する。水滴は、成長するに伴って下方に膨らんでいき、重力の影響が大きくなる。さらに、水滴が成長して、水滴に作用する重力が、表面張力等の重力の向きとは反対向きの力よりも大きくなると、水滴は、外壁下面３３から離れる。

外壁下面３３から離れた水滴は、フィン２１を伝って下方に落下し、直下に位置する伝熱管３１の第１外壁上面３５または第２外壁上面３７に到達する。上述したように、第１外壁上面３５に到達した水滴は、第１外壁上面３５を流れた後、第１排水領域２７に流れ込み、フィン２１を伝って室外熱交換器１７の下部に一気に到達する。また、第２外壁上面３７に到達した水滴は、第２外壁上面３７を流れた後、第２排水領域２９に流れ込み、フィン２１を伝って室外熱交換器１７の下部に一気に到達する。以下、このような水滴の流れが繰り返されて、水滴は、最終的には、室外熱交換器１７の下方に排出されることになる。

ここで、第１外壁上面３５の第１傾斜角度θ１について説明する。第１傾斜角度θ１は、外壁下面３３とのなす角度であり、水平方向に対する傾斜角度を示す。伝熱管３１の外壁下面３３等における残水量と、第１傾斜角度θ１との関係を表すグラフを、図１０に示す。横軸は第１傾斜角度θ１であり、縦軸は残水量である。図１０に示すように、残水量は、第１傾斜角度θ１が０°〜２０°の範囲において、一気に減少することがわかる。

しかしながら、第１傾斜角度θ１が２０°を超えると、残水量は、大きくは変化せず、排水性の大幅な向上は見込めないことが考えられる。また、第１傾斜角度θ１を大きくすると、上下方向に隣り合う２つの伝熱管３１では、下に位置する伝熱管３１の第１外壁上面３５が、上に位置する伝熱管３１の外壁下面３３に接近することになる。このため、下に位置する伝熱管３１と上に位置する伝熱管３１との距離が縮まり、外気が流れる際の通風抵抗が増大することになる。したがって、第１傾斜角度θ１は、２０°以下に設定することが望ましい。なお、第２外壁上面３７と外壁下面３３とのなす第２傾斜角度θ２は、２０°よりも大きくなる。

こうして、上述した室外熱交換器では、伝熱管３１の外壁下面３３等に付着した水滴は、積極的に第１排水領域２７または第２排水領域２９を流れて、室外熱交換器１７の下方に排出される。その結果、排水性を向上させることができる。一方、従来、伝熱管として使用されている、断面形状が円形の伝熱管では、伝熱管の外壁面に付着した水滴は、伝熱管の外壁面の下部に向かって流れる傾向にある。このため、フィンの端を伝って流れる水滴の量は少なく、排水性が悪化しやすい。

また、上述した室外熱交換器１７では、第１排水領域２７が風上側に配置されることになる。第１排水領域２７には伝熱管３１は配置されておらず、第１排水領域２７は伝熱管３１から距離を隔てられている。このため、室外熱交換器１７が蒸発器として機能する場合には、第１排水領域２７は、伝熱管３１が配置されている挿通領域２５と比較して、温度が高くなる。これにより、室外熱交換器１７の風上側における部分に、霜が付着するのを抑制することができ、通風路が塞がれてしまうのを抑制することができる。その結果、冷媒と外気との熱交換率を高めることができる。

実施の形態２．
前述した室外熱交換器１７では、フィン２１の長手方向が重力の向きに平行になるように、フィン２１を配置させた場合について説明した。ここでは、フィンの長手方向を、重力の向きに対して傾斜させて、フィンを配置した室外熱交換器について説明する。

図１１および図１２に示すように、室外熱交換器１７では、フィン２１の長手方向が、重力の向きＹＧに対して角度φ（第３傾斜角度）だけ傾けられている。この場合、フィン２１は、長手方向の端部２２ｃ（第３端部）と端部２２ｄ（第４端部）のうち、端部２２ｃが、端部２２ａの側に向かって傾斜するように、配置されている。つまり、フィン２１は、端部２２ｃが風上側に向かって傾斜するように配置されている。

外壁下面３３と第１外壁上面３５とのなす角度（第１傾斜角度）はθ１である。第１外壁上面３５と水平方向とのなす角度はφ＋θ１である。外壁下面３３と水平方向とのなす角度はφである。角度φは、第１傾斜角度θ１よりも小さく設定されている。なお、これ以外の構成については、図２等に示す室外熱交換器１７と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。

次に、上述した室外熱交換器１７を有する室外ユニット１５（図１参照）を備えた空気調和装置１の動作について説明する。基本動作は、前述した空気調和装置１の動作と同様である。

まず、冷房運転の場合、特に、室外熱交換器１７では、流れ込んだ冷媒と、室外ファン１９によって供給される外気（空気）との間で熱交換が行われる。高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒（単相）になる。一方、暖房運転の場合、特に、室外熱交換器１７では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、室外ファン１９によって供給される外気（空気）との間で熱交換が行われて、二相状態の冷媒は、液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒（単相）になる。

次に、室外ユニット１５内に送り込まれた外気の流れ等について説明する。図１３に示すように、室外ファン１９の回転に伴って、室外ユニット１５内に供給された外気（矢印ＹＷ）は、フィン２１の端部２２ａの側から、ほぼ水平に室外熱交換器１７へ流れ込む。伝熱管３１の端部３４に到達した外気（流線ＳＬ）は、外壁下面３３に沿って流れる外気と、第１外壁上面３５に沿って流れる外気とに二分される。

ここで、第１外壁上面３５における外気の流れについて説明する。第１外壁上面３５は、水平方向に対して、角度θ１＋φをもって傾斜している（図１１参照）。このため、ほぼ水平に室外熱交換器１７に流れ込んだ外気は、第１外壁上面３５から抗力を受けて、第１外壁上面３５に沿って、大きな剥離を生じることなく流れることになる。これにより、外気と冷媒（伝熱管３１の第１外壁上面３５）との間の熱交換を促進させることができる。また、通風抵抗を軽減することができる。

一方、外壁下面３３は、水平方向に対して、角度φをもって傾斜している（図１１参照）。この場合、外壁下面３３は、水平に室外熱交換器１７に流れ込んだ外気が、外壁下面３３から抗力を受けない態様で傾斜している。しかしながら、その角度φは、比較的小さく、大きな剥離を生じることが抑制される。

また、上下方向に隣り合う一の伝熱管３１と他の伝熱管３１との間に形成される空間は、外気が流れる方向に沿って、上下方向の距離が狭められることになる。これにより、外気が流れる領域が拡がることによって低風速領域（死水域）が発生するのを抑制することができ、外気と伝熱管３１を流れる冷媒との熱交換を促進させることができる。

さらに、上述した、フィン２１を傾けた室外熱交換器１７では、フィン２１を傾けない室外熱交換器１７と比べて、室外熱交換器１７に送り込まれた外気の流れる方向が多少曲げられることになる。しかしながら、その角度φは比較的小さく設定されていることで、通風抵抗が大幅に高くなるのを回避することができる。

次に、室外熱交換器１７に生じた水滴を排出する過程について説明する。前述したように、空気調和装置を暖房運転させる際には、室外熱交換器１７は蒸発器として機能する。このとき、外気に含まれる水分が水滴となって、室外熱交換器１７のフィン２１の表面に付着する。

伝熱管３１の周辺のフィン２１の部分に付着した水滴は成長し、重力によってフィン２１を伝って伝熱管３１の第１外壁上面３５等に到達する。図１４に示すように、第１外壁上面３５に到達した水滴は、重力により、第１外壁上面３５を流れ、その流れの慣性によって、大部分の水滴が第１排水領域２７に流れ込み、フィン２１を伝い、室外熱交換器１７の下部に到達する。特に、第１外壁上面３５は、水平方向に対して角度θ１＋φをもって傾斜していることで、第１外壁上面３５に沿って水滴に作用する重力の成分が大きくなり、水滴は第１排水領域２７へ流れ込みやすくなる。

このとき、第１排水領域２７には、伝熱管３１が位置しておらず、板状のフィン２１の部分が連続的に位置する。これにより、第１排水領域２７に流れ込んだ水滴は、一気に室外熱交換器１７の下部に到達して排出される。

また、外壁下面３３は水平方向に対して角度φをもって傾斜しているため、第１外壁上面３５から第１排水領域２７に流れ込まなかった一部の水滴は、外壁下面３３に回り込まずに、端部３４に滞留しやすくなる。滞留した水滴は、表面張力、重力および静止摩擦力等が釣り合った状態で成長する。

水滴は、成長するに伴って下方に膨らんでいき、重力の影響が大きくなる。さらに、水滴が成長して、水滴に作用する重力が、表面張力等の重力の向きとは反対向きの力よりも大きくなると、水滴は、端部３４から離れる。端部３４から離れた水滴は、第１排水領域２７に流れ込み、フィン２１を伝って室外熱交換器１７の下部に一気に到達する。こうして、水滴が室外熱交換器１７の下方に排出されることになる。

また、上述した室外熱交換器１７と、外壁面を傾斜させずにフィンを傾斜させた室外熱交換器（室外熱交換器Ａ）とを比較した場合、同じ排水効果を得るには、上述した室外熱交換器では、室外熱交換器Ａの場合よりも、フィンを傾ける角度φは、より小さい角度でよい。

これにより、外壁下面３３の近傍に、死水域が生じるのを抑制することができ、伝熱性能を向上させることができる。また、室外ユニット１５に搭載する際の、室外熱交換器１７の奥行スペースを削減することができ、室外ユニット１５の小型化に寄与することができる。

なお、各実施の形態において説明した、フィンを備えた室外熱交換器については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。

今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、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、フィンアンドチューブ型の熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に有効に利用される。

１ 空気調和装置、３ 圧縮機、５ 四方弁、７ 室内ユニット、９ 室内熱交換器、１１ 室内ファン、１３ 絞り装置、１５ 室外ユニット、１７ 室外熱交換器、１９ 室外ファン、２１ フィン、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 端部、２３ 貫通孔、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ コーナー部、２５ 挿通領域、２７ 第１排水領域、２９ 第２排水領域、３１ 伝熱管、３３ 外壁下面、３５ 第１外壁上面、３７ 第２外壁上面、３４、３６、３８ 端部、３９ 流路、ＹＷ 矢印、ＹＧ 向き、ＳＬ 流線。

Claims (6)

1. 幅を有する板状のフィンと、
   前記フィンを貫通するように配置された伝熱管と
   を有し、
   前記フィンは、前記幅を隔てて対向する第１端部および第２端部を有し、
   前記フィンにおける前記幅方向には、
   前記伝熱管が挿通された貫通孔が位置する第１領域と、
   前記第１領域よりも前記第１端部の側に配置された第２領域と、
   前記第１領域よりも前記第２端部の側に配置された第３領域と
   が位置し、
   前記伝熱管は、
   前記幅方向に沿って位置する外壁下面と、
   前記第１端部側から前記第２端部側へ向かって、前記外壁下面から離れる態様で傾斜する第１外壁上面と、
   前記第１外壁上面から前記第２端部側へ向かって、前記外壁下面に近づく態様で傾斜して前記外壁下面に繋がる第２外壁上面と、
   前記外壁下面と前記第１外壁上面とに繋がり、丸みを帯びた第１伝熱管端部と、
   前記第１外壁上面と前記第２外壁上面とに繋がり、丸みを帯びた第２伝熱管端部と、
   前記外壁下面と前記第２外壁上面とに繋がり、丸みを帯びた第３伝熱管端部と
   を備え、
   前記第２外壁上面が前記第３領域に達する態様で傾斜し、
   前記第３伝熱管端部は、前記第２伝熱管端部よりも前記第３領域に近い位置にあり、
   前記外壁下面に対して前記第１外壁上面が傾斜している第１傾斜角度は、前記外壁下面に対して前記第２外壁上面が傾斜している第２傾斜角度よりも小さい、熱交換器。
2. 前記フィンは、前記幅方向と交差する方向が重力の向きに平行になるように配置された、請求項１記載の熱交換器。
3. 前記第１傾斜角度は２０°以下に設定された、請求項２記載の熱交換器。
4. 前記フィンは、前記幅方向と交差する方向に距離を隔てて対向する第３端部および第４端部のうち、重力の向きとは逆の方向に位置する前記第３端部が前記第１端部側に傾斜す
   るように、配置された、請求項１記載の熱交換器。
5. 前記第３端部が前記第１端部側に傾斜する第３傾斜角度は、前記第１傾斜角度よりも小さい角度に設定された、請求項４記載の熱交換器。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器を備えた冷凍サイクル装置であって、
   前記熱交換器は室外熱交換器として適用され、
   前記室外熱交換器には、外気が水平に送り込まれる、冷凍サイクル装置。

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