JP6628879B2 - 熱交換器およびこの熱交換器を備えたヒートポンプ装置 - Google Patents
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Description
また、本発明に係る熱交換器は、重力方向に複数の開口部が一側部を開放して並んで形成されたフィンと、前記複数の開口部に挿入された扁平形状の第1伝熱管と、前記第1伝熱管が挿入された前記複数の開口部の隣の開口部に挿入された扁平形状の第2伝熱管と、を備えた熱交換器であって、前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管は、それぞれが、構成材料で一体的に成形され、内部に複数の流路が形成されており、前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管の下面に排水促進部を設け、前記排水促進部は、前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管の前記一側部とは反対側の端部をつないだ第1の仮想線と、前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管の中心をつないだ第2の仮想線と、の間に位置しており、前記排水促進部は、前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管の上面を凹ませず前記下面を上方に向かって突出させて前記下面を凹ませた形状である。
また、本発明に係るヒートポンプ装置によれば、排水促進部を設けた熱交換器を室外熱交換器として備えているので、排水性能が向上したものになる。
はじめに、本発明の実施の形態1に係る熱交換器を備えた空気調和装置31について説明する。図1は、空気調和装置31の冷媒回路構成の一例を示す概略構成図である。なお、図1では、冷房運転時の冷媒の流れを破線矢印で示し、暖房運転時の冷媒の流れを実線矢印で示している。また、空気調和装置31は、ヒートポンプ装置の一例である。
図1に示すように、空気調和装置31は、圧縮機32、室内熱交換器33、室内ファン34、絞り装置35、室外熱交換器1、室外ファン36、および、四方弁37を備えている。圧縮機32、室内熱交換器33、絞り装置35、室外熱交換器1、および、四方弁37が、冷媒配管によって接続され、冷媒回路が形成されている。
室外ファン36は、室外熱交換器1に付設されており、室外熱交換器1に熱交換流体である空気を供給するものである。
次に、空気調和装置31の動作について、冷媒の流れとともに説明する。まず、空気調和装置31が実行する冷房運転について説明する。なお、冷房運転時の冷媒の流れは、図1の破線矢印で示している。ここでは、熱交換流体が空気であり、被熱交換流体が冷媒である場合を例に、空気調和装置31の動作について説明する。
図2は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器の外観構成の一例を示す斜視概要図である。図3は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器の構成の一例を示す概略図である。図4は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器の構成の一例を示す概略側面図である。図2〜図4に基づいて、本発明の実施の形態1に係る熱交換器について説明する。ここでは、本発明の実施の形態1に係る熱交換器が室外熱交換器1として適用されている場合を例に説明する。
例えば、伝熱管21が本発明の「第1伝熱管」、伝熱管22が本発明の「第2伝熱管」に相当する。
図3および図4で示した記号については、以下の図面でも同様に使用する。
管領域50に付着した水滴は、管領域50上において落下する(図8A)。そして、落下する水滴は、伝熱管20の上面20bに到達する。伝熱管20の上面20bに到達した水滴は、伝熱管20の上面20bに滞留し、成長する(図8B)。成長した水滴は、一定以上の大きさになると、伝熱管20の半円状の排水領域側端部20eを伝って伝熱管20の下面20aに回り込む(図8C)。
このように、管領域50に付着した水滴は、下方に障害物である伝熱管20があるため、伝熱管20によって落下が阻害され、熱交換器200の下端部に至るまでに時間がかかる。
排水領域60に付着した水滴は、排水領域60上において落下する(図9A)。そして、落下する水滴は、排水に対する抵抗体となるような障害物がないため、重力によって落下速度を維持したまま、下方に排出される(図9B〜図9E)。このように、排水領域60に付着した水滴は、下方に障害物である伝熱管20がないため、伝熱管20によって落下が阻害されず、熱交換器200の下端部に至るまでの時間が短い。
図11Aは、本発明の実施の形態1に係る熱交換器の第1変形例を示す概略図である。図11Bは、本発明の実施の形態1に係る熱交換器の第2変形例を示す概略図である。図11Cは、本発明の実施の形態1に係る熱交換器の第3変形例を示す概略図である。図11A〜図11Cに基づいて、本発明の実施の形態1に係る熱交換器の第1〜第3変形例について説明する。なお、第1変形例に係る熱交換器を室外熱交換器1b、第2変形例に係る熱交換器を室外熱交換器1c、第3変形例に係る熱交換器を室外熱交換器1dとして図示している。
図11Aでは、伝熱管凸部を伝熱管凸部21bとして図示している。図3に示す伝熱管凸部21aは、断面視が長方形状に構成されているが、図11Aに示す伝熱管凸部21bは、断面視が三角形状に構成されている。つまり、伝熱管凸部21bを、斜体形状としてもよい。斜体形状とは、伝熱管凸部21bを断面視した状態において、重力方向Zの下側に頂点を有し、頂点に向かう辺のうちの少なくとも一つが傾斜しているような形状である。
したがって、第1〜第3変形例のような形状で伝熱管凸部を構成しても、伝熱管凸部21aと同様に水滴が伝熱管2の下面2aに広がることを防止でき、室外熱交換器1と同様の効果を奏することになる。
図11Dは、本発明の実施の形態1に係る熱交換器の第4変形例を示す概略図である。図11Dに基づいて、本発明の実施の形態1に係る熱交換器の第4変形例について説明する。なお、第4変形例に係る熱交換器を室外熱交換器1eとして図示している。
ここで、本発明の実施の形態1に係る熱交換器を室外熱交換器1として空気調和装置31に搭載し、空気調和装置31を運転させる際の状態における第1実施例について説明する。上述したように、室外熱交換器1においては、空気調和装置31を運転させる際に、室外ファン36を回転させることで、空気を流動させ、この空気を熱交換流体として、伝熱管2の内部を流動する被熱交換流体(例えば、冷媒)と熱交換させる。
次に、本発明の実施の形態1に係る熱交換器を室外熱交換器1として空気調和装置31に搭載し、空気調和装置31を運転させる際の状態における第2実施例について説明する。
図13は、第2実施例に係る室外熱交換器1を説明するための説明図である。図13に基づいて、第2実施例について説明する。第2実施例では、図13の白抜き矢印で示すように、空気を排水領域6側より流入させている。なお、第2実施例では、第1実施例との相違点について説明する。なお、排水促進部の代表例として伝熱管凸部21aを挙げて説明するが、排水促進部を伝熱管凸部21b〜伝熱管凸部21eのいずれかとしてもよい。
図14は、本発明の実施の形態2に係る熱交換器の構成の一例を示す概略図である。図15は、本発明の実施の形態2に係る熱交換器を構成しているフィンの構成の一例を示す概略図である。図14および図15に基づいて、本発明の実施の形態2に係る熱交換器について説明する。ここでは、本発明の実施の形態2に係る熱交換器が室外熱交換器300として適用されている場合を例に説明する。なお、本実施の形態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。
具体的には、伝熱管2の下面2aには、フィン3の開口部4に設けられたフィン凸部32aと噛み合うように、伝熱管凹部22aを形成する。なお、伝熱管凹部22aは、第1の仮想面41と、第2の仮想面42との間に位置する。また、伝熱管2は、例えばアルミニウム製又はアルミニウム合金製である。伝熱管凹部22aは、伝熱管2の下面2aの一部を上方に向かって突出させて下面2aを凹ませた形状である。
図17Aは、本発明の実施の形態2に係る熱交換器の第1変形例を示す概略図である。図17Bは、本発明の実施の形態2に係る熱交換器の第2変形例を示す概略図である。図17Cは、本発明の実施の形態2に係る熱交換器の第3変形例を示す概略図である。図17A〜図17Cに基づいて、本発明の実施の形態2に係る熱交換器の第1〜第3変形例について説明する。なお、第1変形例に係る熱交換器を室外熱交換器300b、第2変形例に係る熱交換器を室外熱交換器300c、第3変形例に係る熱交換器を室外熱交換器300dとして図示している。
図17Aでは、伝熱管凹部を伝熱管凹部22bとして図示している。図14に示す伝熱管凹部22aは、断面視が長方形状に構成されているが、図17Aに示す伝熱管凹部22bは、断面視が三角形状に構成されている。つまり、伝熱管凹部22bを、斜体形状としてもよい。斜体形状とは、伝熱管凹部22bを断面視した状態において、重力方向Zの上側に頂点を有し、頂点に向かう辺のうちの少なくとも一つが傾斜しているような形状である。
したがって、第1〜第3変形例のような形状で伝熱管凹部を構成しても、伝熱管凹部22aと同様に水滴が伝熱管2の下面2aに広がることを防止でき、室外熱交換器300と同様の効果を奏することになる。
図17Dは、本発明の実施の形態2に係る熱交換器の第4変形例を示す概略図である。図17Dに基づいて、本発明の実施の形態2に係る熱交換器の第4変形例について説明する。なお、第4変形例に係る熱交換器を室外熱交換器300eとして図示している。
図18は、本発明の実施の形態3に係る熱交換器の構成の一例を示す概略図である。図19は、本発明の実施の形態3に係る熱交換器を構成しているフィンの構成の一例を示す概略図である。図20は、本発明の実施の形態3に係る熱交換器の構成の一例を示す概略側面図である。図18〜図20に基づいて、本発明の実施の形態3に係る熱交換器について説明する。ここでは、本発明の実施の形態3に係る熱交換器が室外熱交換器400として適用されている場合を例に説明する。なお、本実施の形態3では実施の形態1、2との相違点を中心に説明し、実施の形態1、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。
切起こし片8は、空気の流れ方向に発達した温度境界層を分断し、新たに更新する作用を有する。換言すると、切起こし片8は、温度境界層が薄くなるため、伝熱に伴う抵抗を低減する作用を有する。これにより、フィン3間の通風路を流れる空気とフィン3との間の熱伝達を促進させている。
管領域50に付着した水滴は、管領域5上において落下する(図21A)。そして、落下する水滴は、伝熱管20の上面20bに到達する。伝熱管20の上面20bに到達した水滴は、伝熱管20の上面20bに滞留し、成長する(図21B)。成長した水滴は、一定以上の大きさになると、伝熱管20の半円状の排水領域側端部20eを伝って伝熱管20の下面20aに回り込む(図21C)。
このように、管領域50に付着した水滴は、下方に障害物である伝熱管20があるため、伝熱管20によって落下が阻害され、熱交換器500の下端部に至るまでに時間がかかる。
フィン3の管領域5に付着した水滴は、管領域5上において落下する(図22A)。そして、落下する水滴は、伝熱管21の上面2bに到達する。伝熱管21の上面2bに到達した水滴は、伝熱管21の上面2bに滞留し、成長する(図22B)。成長した水滴は、一定以上の大きさになると、伝熱管21の半円状の排水領域側端部2eを伝って伝熱管21の下面2aに回り込む(図22C)。
そのため、本発明に係る熱交換器によれば、第1の仮想面41と第2の仮想面42との間に排水促進部を形成することによって、水滴が伝熱管2の円弧形状を回り込むこと、および伝熱管2の下面2aに滞留することなく、水滴を速やかに熱交換器の下方へ排出することができるので、信頼性を確保しつつ、排水性の向上に寄与する。
そのため、本発明に係る熱交換器によれば、排水促進部が第1の仮想面41と第2の仮想面42との間であって、その一部が第1の仮想面41と接していたとしても、上記と同様に、信頼性の確保および排水性の向上に寄与する。
そのため、本発明に係る熱交換器によれば、第1の領域に付着した水滴が、伝熱管2の下面2aに広がることなく、排水促進部に捕捉され、一段下の伝熱管2の上面2bに落下することになる。
そのため、本発明に係る熱交換器によれば、伝熱管凸部(伝熱管凸部21a〜伝熱管凸部21e)を形成したものと同様の効果を得ることができる。
そのため、本発明に係る熱交換器によれば、排水促進部の下方に集中する水滴が、切起こし片8の毛管力により、より早い周期で下方へ排出されることになる。
そのため、本発明に係るヒートポンプ装置によれば、室外熱交換器1の排水性能を向上させることができ、信頼性が向上することになる。
そのため、本発明に係るヒートポンプ装置によれば、融解して落下する水滴は、排水に対する抵抗体となるような障害物がないため、重力によって、落下速度を維持したまま、下方に排出されることになるため、排水性能の向上という効果がより大きいものとなる。
Claims (6)
- 重力方向に複数の開口部が一側部を開放して並んで形成されたフィンと、前記複数の開口部に挿入された扁平形状の第1伝熱管と、前記第1伝熱管が挿入された前記複数の開口部の隣の開口部に挿入された扁平形状の第2伝熱管と、を備えた熱交換器であって、
前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管は、それぞれが、構成材料で一体的に成形され、内部に複数の流路が形成されており、
前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管の下面に排水促進部を設け、
前記排水促進部は、
前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管の前記一側部とは反対側の端部をつないだ第1の仮想線と、
前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管の中心をつないだ第2の仮想線と、の間に位置しており、
前記排水促進部は、前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管の下面を下方に向かって突出させた形状である
熱交換器。 - 重力方向に複数の開口部が一側部を開放して並んで形成されたフィンと、前記複数の開口部に挿入された扁平形状の第1伝熱管と、前記第1伝熱管が挿入された前記複数の開口部の隣の開口部に挿入された扁平形状の第2伝熱管と、を備えた熱交換器であって、
前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管は、それぞれが、構成材料で一体的に成形され、内部に複数の流路が形成されており、
前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管の下面に排水促進部を設け、
前記排水促進部は、
前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管の前記一側部とは反対側の端部をつないだ第1の仮想線と、
前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管の中心をつないだ第2の仮想線と、の間に位置しており、
前記排水促進部は、前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管の上面を凹ませず前記下面を上方に向かって突出させて前記下面を凹ませた形状である
熱交換器。 - 前記排水促進部の一部が前記第1の仮想線と接している
請求項1又は2に記載の熱交換器。 - 前記フィンの前記排水促進部の重力方向下方に切起こし片を形成している
請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱交換器を、室外熱交換器として備えている
ヒートポンプ装置。 - 前記室外熱交換器に空気を供給する室外ファンを設け、
前記室外ファンによって前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管の前記一側部とは反対側から前記室外熱交換器に空気を供給する
請求項5に記載のヒートポンプ装置。
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