JP6687967B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、表面温度が氷点を下回る可能性がある熱交換器に関するものである。

従来、車両空調装置の蒸発器は、冷媒が流通するチューブと、チューブに接合されてチューブ周りを流れる空気と冷媒との熱交換面積を増大させるフィンとを備えている（例えば、特許文献１参照）。

このような蒸発器において表面温度が氷点を下回ると、蒸発器の表面に付着した凝縮水が凍結することで体積が膨張して周辺のチューブおよびフィンが破壊されるという凍結割れが発生するおそれがある。

これに対し、従来の車両用空調装置では、サーミスタを用いて蒸発器の温度制御を行うことにより、蒸発器温度が基準温度以下になった際に、冷凍サイクルを停止または熱負荷を低下させている。これにより、蒸発器の表面に付着した凝縮水が凍結しない、もしくは凍結割れが発生しない程度までしか凝縮水が凍結しないようにできる。

特許第３４６９４１２号公報

しかしながら、近年、ヒートポンプサイクルにおける低圧冷媒を外気と熱交換させて蒸発させる蒸発器として機能する室外熱交換器のように、表面温度が氷点を下回るような環境下で熱交換器を使用するニーズが高まっている。この場合、上述したような蒸発器の温度制御では、凍結割れへの対応が困難となってくる。

本発明は上記点に鑑みて、表面温度が氷点を下回る可能性がある熱交換器において、凍結割れの発生を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内部に第１流体が流れる複数本積層されたチューブ（１）と、チューブ（１）に接合されてチューブ（１）周りを流れる第２流体との熱交換面積を増大させるフィン（２）とを備え、フィン（２）における第２流体の流れ方向に垂直な断面形状は、第２流体の流れ方向と略平行な複数の平面部（２１）と、隣り合う平面部（２１）間を繋ぐ頂部（２２）とを有する波形状であり、チューブ（１）およびフィン（２）の少なくとも一方の表面温度が氷点以下になる可能性のある熱交換器において、フィン（２）の平面部（２１）には、平面部（２１）を切り起こすことによりルーバ（２３）が一体形成されており、フィン（２）の平面部（２１）のうち第２流体の流れ方向の中央部におけるルーバ（２３）が形成されていない部位（２６）には、チューブ（１）またはフィン（２）に付着した水または水含有物が凍結する際に最終的に凍結する部位の凍結による体積膨張に伴う負荷を逃がすための空隙部（２７、２８）が設けられており、チューブ（１）の内部には、第１流体が流れる第１流体通路が形成されており、空隙部（２７、２８）の少なくとも一部は、チューブ（１）の積層方向から見たときに、第１流体通路と重なるように配置されており、平面部（２１）のうち空隙部（２７、２８）の外縁を構成する部位は、下方側に向けて突出する突出部が接続されていない平面状に形成されており、空隙部（２７、２８）に対して第２流体の流れ方向上流側および下流側に位置する平面部（２１）は、同一のフィン（２）により構成されており、フィン（２）のフィンピッチをＦｐ、空隙部（２７、２８）における第２流体の流れ方向の長さである空隙部巾をＷとしたとき、フィンピッチおよび空隙部巾が、Ｗ＞０．４１４×Ｆｐ＋０．０５７５の関係を満たしていることを特徴とする。

チューブ（１）およびフィン（２）の少なくとも一方の表面温度が氷点以下になる可能性のある熱交換器においては、チューブ（１）またはフィン（２）に付着した凝縮水等の液体（水または水含有物）が凍結する際に、液体の周縁部から凍結が進行して中央部が最終的に凍結する。このため、最終的に凍結が完了する部位（以下、最終凍結部という）が既に凍結が完了している凍結部内に内包されてしまい、凍結による体積膨張に伴い周辺のチューブ（１）やフィン（２）に負荷がかかる。これにより、チューブ（１）やフィン（２）に凍結割れが発生するおそれがある。

これに対し、フィン（２）の平面部（２１）に空隙部（２７、２８）を設けることで、当該空隙部（２７、２８）において、最終凍結部の凍結による体積膨張に伴う負荷（以下、凍結負荷という）を逃がすことができる。さらに、空隙部（２７、２８）を、フィン（２）の平面部（２１）におけるルーバ（２３）が形成されていない部位（２４、２５、２６）に設けることで、フィン（２）のうち凍結負荷が最大となる部位において、凍結負荷を逃がすことができるので、チューブ（１）やフィン（２）に凍結割れが発生することを抑制できる。
また、請求項２に記載の発明では、内部に第１流体が流れる複数本積層されたチューブ（１）と、チューブ（１）に接合されてチューブ（１）周りを流れる第２流体との熱交換面積を増大させるフィン（２）とを備え、フィン（２）における第２流体の流れ方向に垂直な断面形状は、第２流体流れ方向と略平行な複数の平面部（２１）と、隣り合う平面部（２１）間を繋ぐ頂部（２２）とを有する波形状であり、チューブ（１）およびフィン（２）の少なくとも一方の表面温度が氷点以下になる可能性のある熱交換器において、フィン（２）の平面部（２１）には、平面部（２１）を切り起こすことによりルーバ（２３）が一体形成されており、フィン（２）の平面部（２１）のうち第２流体の流れ方向の中央部におけるルーバ（２３）が形成されていない部位（２６）には、チューブ（１）またはフィン（２）に付着した水または水含有物が凍結する際に最終的に凍結する部位の凍結による体積膨張に伴う負荷を逃がすための空隙部（２７、２８）が設けられており、チューブ（１）の内部には、第１流体が流れる第１流体通路が複数形成されており、チューブ（１）は、複数の第１流体通路を挟んで対向する二つの扁平面（１０ａ、１０ｂ）を有しており、空隙部（２７、２８）の少なくとも一部は、チューブ（１）の積層方向から見たときに、チューブ（１）における複数の第１流体流路のうち少なくとも１つと重なるように配置されており、フィン（２）における、第２流体の流れ方向に対する空隙部（２７、２８）の上流側および下流側は、チューブ（１）の扁平面（１０ａ、１０ｂ）にそれぞれ接合されており、平面部（２１）のうち空隙部（２７、２８）の外縁を構成する部位は、下方側に向けて突出する突出部が接続されていない平面状に形成されており、空隙部（２７、２８）に対して第２流体の流れ方向上流側および下流側に位置する平面部（２１）は、同一のフィン（２）により構成されており、フィン（２）のフィンピッチをＦｐ、空隙部（２７、２８）における第２流体の流れ方向の長さである空隙部巾をＷとしたとき、フィンピッチおよび空隙部巾が、Ｗ＞０．４１４×Ｆｐ＋０．０５７５の関係を満たしていることを特徴とする。
これによれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係る室外熱交換器を示す正面図である。 本実施形態におけるフィンを示す正面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図３のＩＶ部拡大図である。 図３のＶ部拡大図である。 フィンの空気流れ上流側端部からの距離と最短距離Ｌとの関係を示す特性図である。 第１実施形態に係る室外熱交換器の要部を示す拡大斜視図である。 フィンピッチＦｐおよびスリット巾Ｗをそれぞれ変化させた場合における凍結状態の解析結果を示す特性図である。 スリット巾Ｗとチューブ変形量との関係を示す特性図である。 凍結時に閉塞が発生する場合の凍結順序の解析結果を示す説明図である。 凍結時に閉塞が発生しない場合の凍結順序の解析結果を示す説明図である。 第２実施形態に係る室外熱交換器の要部を示す拡大斜視図である。 第３実施形態に係る室外熱交換器の要部を示す拡大斜視図である。 第４実施形態に係る室外熱交換器の要部を示す拡大斜視図である。 第５実施形態に係る室外熱交換器の要部を示す拡大断面図である。 第６実施形態に係る室外熱交換器の要部を示す拡大断面図である。 第７実施形態に係る室外熱交換器の要部を示す拡大断面図である。 第８実施形態に係る室外熱交換器の要部を示す拡大斜視図である。 図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。以下に説明する実施形態のうち、第１〜第３、第５、第６、第８実施形態が特許請求の範囲に記載した発明の実施形態であり、第４、第７実施形態は、参考例として示す形態である。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図１１に基づいて説明する。本実施形態は、本発明に係る熱交換器を、ヒートポンプサイクルにおける低圧冷媒を外気と熱交換させて蒸発させる蒸発器として機能する室外熱交換器に適用したものである。

図１に示すように、室外熱交換器は、内部流体としての冷媒が鉛直方向に流れるダウンフロー型の熱交換器である。室外熱交換器は、冷媒が流れる管であるチューブ１を備えている。

チューブ１は、外部流体としての空気の流れ方向（以下、空気流れ方向Ｘ１という）が長径方向と一致するように、長手方向垂直断面の形状が扁平な長円形状（扁平形状）に形成されている。チューブ１は、その長手方向が鉛直方向に一致するように水平方向に複数本平行に配置されている。なお、本実施形態では、チューブ１として、押出加工による微細多穴チューブを採用している。

また、チューブ１は、チューブ１における冷媒が流通する流体通路を挟んで対向する二つの扁平面１０ａ、１０ｂを有している。チューブ１の両側の扁平面１０ａ、１０ｂには、波状に成形された伝熱部材としてのフィン２が接合されている。このフィン２により空気との伝熱面積を増大させて冷媒と空気との熱交換を促進している。このため、チューブ１は、本発明の熱交換対象物に相当している。なお、以下、チューブ１およびフィン２からなる略矩形状の熱交換部をコア部３と呼ぶ。

ヘッダタンク４は、チューブ１の長手方向（以下、チューブ長手方向Ｘ２という）の端部（本実施形態では、上下端）にてチューブ長手方向Ｘ２と直交する方向（本実施形態では、水平方向）に延びて複数のチューブ１と連通するものである。ヘッダタンク４は、チューブ１が挿入接合されたコアプレート４ａと、コアプレート４ａとともにタンク内空間を構成するタンク本体部４ｂとを有して構成されている。本実施形態では、コアプレート４ａおよびタンク本体部４ｂは、金属（例えば、アルミニウム合金）製である。また、コア部３の両端部には、チューブ長手方向Ｘ２と略平行に延びてコア部３を補強するインサート５が設けられている。

二つのヘッダタンク４のうち、上方側に配置されるとともに、チューブ１に冷媒を分流する入口側タンク４１のタンク本体部４ｂには、冷媒をタンク本体部４ｂ内に流入させる入口パイプ４ｃが設けられている。また、二つのヘッダタンク４のうち、下方側に配置されるとともに、チューブ１から流出する冷媒を集合する出口側タンク４２のタンク本体部４ｂには、空気との熱交換により冷却された冷媒を流出させる出口パイプ４ｄが設けられている。

図２に示すように、フィン２は、板状の板部２１、および隣り合う板部２１を所定距離離して位置づける頂部２２を有するように波状に形成されたコルゲートフィンである。板部２１は、空気流れ方向Ｘ１に沿って広がる面を提供している。板部２１は、平板によって提供されることができ、以下の説明では、平面部２１とも称される。

頂部２２は、狭い巾の平面を外側に面するように提供する平板状の頂板部を有する。頂板部と平面部２１との間には、ほぼ直角の曲げ部が設けられている。頂板部は、チューブ１に接合され、フィン２とチューブ１とが熱伝達可能に接合される。頂部２２は、その頂板部の巾が充分に狭く形成され、曲げ部が大きな半径をもって形成されると、全体として湾曲した湾曲部として見ることができる。よって、以下の説明では、頂部２２は湾曲部２２とも称される。

この波状のフィン２は本実施形態では、薄板金属材料にローラ成形法を施すことにより成形されている。フィン２の湾曲部２２はチューブ１の扁平面１０ａ、１０ｂにろう付けにより接合されている。

図３、図４および図５に示すように、フィン２の平面部２１には、平面部２１を切り起こすことにより鎧窓状のルーバ２３が一体形成されている。ルーバ２３は、チューブ１の積層方向（以下、チューブ積層方向Ｘ３という）から見たとき、平面部２１に対して予め定めた角度で切り起こされており、空気流れ方向Ｘ１に沿って平面部２１に複数設けられている。そして、隣り合うルーバ２３間には、空気が流通可能なルーバ間通路２３０が形成されている。

本実施形態では、図３に示すように、１つの平面部２１に形成された複数のルーバ２３は、空気流れ上流側に位置する複数のルーバ２３を含む上流ルーバ群と、空気流れ下流側に位置する複数のルーバ２３を含む下流ルーバ群に二分されている。そして、上流ルーバ群に属するルーバ２３の切り起こし方向と、下流ルーバ群に属するルーバ２３の切り起こし方向とが異なっている。つまり、上流ルーバ群と下流ルーバ群とは、それぞれに属するルーバ２３の切り起こし方向が逆に形成されている。

平面部２１の空気流れ上流側の端部は、ルーバ２３が形成されていない上流側平面部２４となっている。同様に、平面部２１の空気流れ下流側の端部は、ルーバ２３が形成されていない下流側平面部２５となっている。

平面部２１の空気流れ方向Ｘ１における略中央部、すなわち上流ルーバ群と下流ルーバ群との間は、ルーバ２３が形成されておらず、空気流れ方向が反転する転向部２６として構成されている。換言すると、上流ルーバ群と下流ルーバ群との間には、空気流れ方向Ｘ１と略平行に形成された転向部２６が設けられている。この転向部２６を介して、上流ルーバ群と下流ルーバ群とは、それぞれに属するルーバ２３の切り起こし方向が反転している。

複数のルーバ２３のうち空気流れ最上流側に配置される上流端ルーバ２３ａは、上流側平面部２４に接続されている。また、複数のルーバ２３のうち空気流れ最下流側に配置される下流端ルーバ２３ｂは、下流側平面部２５に接続されている。

ルーバ２３は、転向部２６の空気流れ上流側と下流側とに同枚数ずつ配設されている。本実施形態では、複数のルーバ２３は、平面部２１の空気流れ方向の中心線（仮想線）Ｃ１に対して対称に配置されている。

図３、図４および図５において、二点鎖線は、フィン２におけるチューブ積層方向Ｘ３に垂直な断面において、隣り合う平面部２１間の中心線（仮想線）Ｃ２を示している。また、図４および図５において、破線は、フィン２の板厚方向における中心線（仮想線）Ｃ３を示している。なお、図４および図５において、複数の一点鎖線は、チューブ長手方向Ｘ２に平行な仮想線である。

ここで、フィン２におけるチューブ積層方向Ｘ３に垂直な断面において、隣り合う平面部２１間の中心線Ｃ２からの最短距離をＬとしたとき、フィン２の空気流れ上流側端部からの距離と最短距離Ｌとの関係を図６に示す。なお、図６の縦軸に示すＬ比とは、フィン２のうち最短距離Ｌが最大となる場合の最短距離Ｌを１として表した最短距離Ｌの値のことである。

図６に示すように、フィン２の平面部２１における空気流れ上流側端部、空気流れ下流側端部および空気流れ方向の中央部において、最短距離Ｌが最大になっている。換言すると、平面部２１における上流側平面部２４、下流側平面部２５および転向部２６において、最短距離Ｌが最大になっている。したがって、本実施形態の上流側平面部２４、下流側平面部２５および転向部２６が、最遠部に相当している。

本実施形態では、平面部２１における最短距離Ｌが最大となる部位（上流側平面部２４、下流側平面部２５および転向部２６）のうち、転向部２６にスリット２７が形成されている。このとき、スリット２７は、チューブ１の空気流れ方向Ｘ１の上流側端部および下流側端部のそれぞれから最も離れている部位に設けられている。

スリット２７は、平面部２１を、当該平面部２１に隣接する一方の湾曲部２２から他方の湾曲部２２に向かって切り込むことにより形成されている。スリット２７は、平面視（チューブ長手方向Ｘ２から見た状態）において略矩形状となるように形成されている。スリット２７は、チューブ積層方向Ｘ３から見たときにチューブ１と重合している。本実施形態では、フィン２は、スリット２７を中心として、空気流れ方向Ｘ１の上流側と下流側とが対称形状となるように形成されている。

このスリット２７を設けることで、フィン２に空隙部が形成されている。したがって、本実施形態のスリット２７が、本発明の空隙部に相当している。以下、スリット２７の空気流れ方向Ｘ１の長さを、スリット巾（空隙部巾）Ｗという。本実施形態では、スリット巾Ｗは、チューブ１およびフィン２間の空間の内接円の直径よりも大きくなっている。

ここで、本発明者は、フィン２のフィンピッチＦｐ（図２参照）およびスリット巾Ｗをそれぞれ変化させた場合において、凍結状態の解析を行った。この解析結果を図８に示す。

具体的な解析条件としては、空気（外気）側の壁面境界の温度を１５℃、熱伝導率を５Ｗ／ｍ²Ｋ（自然対流相当）とするとともに、冷媒側の壁面境界の温度を−８℃、熱伝導率を∞Ｗ／ｍ²Ｋとした。そして、図９に示すように、フィンピッチＦＰを一定としてスリット巾Ｗを変化させて、凝縮水の凍結時におけるチューブ１の変形量を計測し、その結果を図８に示している。図８の太破線の左側の領域では、チューブ１に変形が生じたことを示しており、図８の太破線の右側の領域では、チューブ１に変形が生じていないことを示している。

また、図１０に、凍結時に後述する閉塞が発生する場合の凍結順序の解析結果を示している。なお、図１０および後述する図１１において、凍結部を点ハッチングで示し、未凍結部（未凍結の凝縮水が存在する領域）を網掛けハッチングで示している。

図１０に示すように、チューブ１に０℃以下（氷点以下）の低圧冷媒が流れると、大気中の水蒸気が凝縮し、フィン２の隣り合う平面部２１間で凍結する。凍結は伝熱部品であるフィン２から、フィン２の表面に沿って地図でいう等高線の如く徐々に膨らむように進行していく。本実施形態では、最短距離Ｌが短いルーバ２３のチューブ長手方向Ｘ２の端部（図６におけるＬ比が小さい部位）から凍結が進行していく。このように凍結が進行していくと、最短距離Ｌが最大となる部位である最遠部（本実施形態では転向部２６）に未凍結の凝縮水が残存し、この未凍結の凝縮水が内部に存在したまま外側が凍結した状態となる。

以下、未凍結の凝縮水が内部に存在する状態でその周りが凍結することを閉塞という。凍結時に閉塞が発生すると、内部に残存している未凍結の凝縮水が凍結する際の体積膨張により、フィン２およびチューブ１に負荷がかかり、その結果、フィン２やチューブ１を変形させて亀裂を生じさせ、ひいては冷媒漏れを引き起す。

一方、図１１に、凍結時に閉塞が発生しない場合の凍結順序の解析結果を示している。図１１に示すように、スリット巾Ｗが大きいと、凍結時に閉塞が起こらなくなる。この状態で未凍結の凝縮水が凍結して体積膨張したとしても、その負荷を大気解放側（大気側の外部）に逃がすことができる。このため、チューブ１の変形を抑制することができる。

図８において、太破線より左側の領域では、凍結時に閉塞が発生したが、太破線より右側の領域では、凍結時に閉塞が発生していない。したがって、フィンピッチＦｐおよびスリット巾Ｗを、図８における太破線の右側の領域内に位置する関係とすることで、凍結時の閉塞によるチューブ１の変形を抑制できる。

ところで、そもそも、チューブ１またはフィン２の表面温度が０℃以下（氷点以下）になった際にフィン２の表面に凝縮水が付着していなければ、凝縮水の凍結によるチューブ１およびフィン２の変形を防止することができる。

図８における太実線より右側の領域では、フィン２に設けたスリット２７のスリット巾Ｗが大きいので、凝縮水を鉛直方向下方側に排出することができる。一方、図８における太実線より左側の領域では、スリット２７のスリット巾Ｗが小さいので、凝縮水を排出することができない。

このため、本実施形態では、スリット巾Ｗは、図８における太実線より右側の領域となるように設定されている。具体的には、スリット巾Ｗ（単位：ｍｍ）およびフィンピッチＦｐ（単位：ｍｍ）は、Ｗ＞０．４１４×Ｆｐ＋０．０５７５の関係を満たすように設定されている。

より具体的には、スリット巾Ｗは、次の数式１を満たすように設定されている。

但し、α（単位：°）は、フィン２における１つの湾曲部２２に接続される２つの平面部２１同士がなす角度であるフィン角度を示しており、ＦＨ（単位：ｍｍ）は、フィン２のチューブ積層方向Ｘ３の長さであるフィン高さを示している。また、θ（単位：°）は、ルーバ２３の切り起こし角度を示しており、Ｌｐ（単位：ｍｍ）は、ルーバ２３の長さ、すなわちルーバ２３における当該ルーバ２３表面を流れる空気の流れ方向に沿った長さの平均値を示している。また、ａは次の数式２を、ｂは次の数式３をそれぞれ示している。

ここで、フィン２のうち、表面に凝縮水が溜まる可能性がある部位を保水部という。本実施形態の室外熱交換器はダウンフロー型の熱交換器であるため、凝縮水は重力によりフィン２のうち鉛直方向下方側に移動する。このため、保水部は、フィン２のうち鉛直方向下方側に位置している。そして、スリット２７は、フィン２の複数の平面部２１のうち、最下方側から保水部よりも上方側までのそれぞれの平面部２１に設けられている。

以上説明したように、フィン２の平面部２１にスリット２７を設けることで、当該スリット２７において凍結負荷を逃がすことができる。さらに本実施形態では、スリット２７を、フィン２におけるチューブ積層方向Ｘ３に垂直な断面において、隣り合う平面部２１間の中心線Ｃ２からの最短距離Ｌが最大となる部位に設けている。これによれば、フィン２のうち凍結負荷が最大となる部位において、凍結負荷を逃がすことができるので、チューブ１やフィン２に凍結割れが発生することを抑制できる。

ところで、凝縮水の凍結時、図１０および図１１に示すように、転向部２６には、未凍結の凝縮水が存在し易くなっている。このため、転向部２６は、平面部２１のうち凍結負荷が最大となる部位である。また、転向部２６は、コア部３における空気流れ方向Ｘ１の中央部に存在するが、コア部３の空気流れ方向Ｘ１の中央部は凍結負荷によるチューブ１の変形量が最大となる部位である。

これに対し、本実施形態では、スリット２７を、チューブ１の空気流れ方向Ｘ１の上流側端部および下流側端部のそれぞれから最も離れている部位、すなわち空気流れ方向Ｘ１の中央部である転向部２６に設けている。このため、平面部２１のうち凍結負荷がかかった際に最もチューブ１が破損し易い部位において、凍結負荷を逃がすことが可能となる。

また、本実施形態では、フィン２を、スリット２７を中心として、空気流れ方向Ｘ１の上流側と下流側とが対称形状となるように形成している。これによれば、フィン２の成形性を向上させることができる。

また、本実施形態では、室外熱交換器をダウンフロー型の熱交換器とするとともに、スリット２７を、フィン２の複数の平面部２１のうち、最下方側から保水部よりも上方側までのそれぞれの平面部２１に設けている。これによれば、フィン２のうち保水部、すなわち凝縮水が付着する可能性がある部位にスリット２７が設けられているので、チューブ１やフィン２に凍結割れが発生することを確実に抑制できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１２に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、スリット２７に代えて貫通孔２８を設けた点が異なるものである。

図１２に示すように、本実施形態では、平面部２１における最短距離Ｌが最大となる部位（上流側平面部２４、下流側平面部２５および転向部２６）のうち、転向部２６に円形状の貫通孔２８が形成されている。本実施形態の貫通孔２８が、本発明の空隙部に相当している。また、貫通孔２８の直径が、スリット巾Ｗに相当している。

本実施形態によれば、フィン２の平面部２１に貫通孔８を設けることで、当該貫通孔２８において凍結負荷を逃がすことができるので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１３に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第２実施形態と比較して、貫通孔２８を三角形状とした点が異なるものである。

図１３に示すように、本実施形態では、平面部２１における最短距離Ｌが最大となる部位（上流側平面部２４、下流側平面部２５および転向部２６）のうち、転向部２６に三角形状の貫通孔２８が形成されている。このとき、貫通孔２８の内接円の直径が、スリット巾Ｗに相当している。本実施形態によれば、フィン２の平面部２１に貫通孔８を設けることで、当該貫通孔２８において凍結負荷を逃がすことができるので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１４に基づいて説明する。本第４実施形態は、上記第１実施形態と比較して、本発明の空隙部を２つのフィン２の隙間２９により構成した点が異なるものである。

図１４に示すように、本実施形態では、フィン２は、空気流れ方向Ｘ１に２つ並んで設けられている。２つのフィン２は、互いに隙間２９を設けて配置されている。この２つのフィン２同士の隙間２９により、本発明の空隙部が構成されている。このとき、２つのフィン２同士の隙間２９における空気流れ方向Ｘ１の長さが、スリット巾Ｗに相当している。

本実施形態によれば、２つのフィン２同士の間に隙間２９を設けることで、当該隙間２９において凍結負荷を逃がすことができるので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図１５に基づいて説明する。本第５実施形態は、上記第１実施形態と比較して、フィン２の平面部２１に複数の転向部２６を設けた点が異なるものである。

図１５に示すように、本実施形態では、フィン２の平面部２１に複数（本例では３つ）の転向部２６が設けられている。転向部２６は、平面部２１に等間隔に配置されている。３つの転向部２６のうち、空気流れ最下流側の転向部２６には、スリット２７が形成されている。

複数の転向部２６のうち空気流れ最下流側の転向部２６は、空気の熱が伝わり難いので、凍結時に未凍結の凝縮水が存在し易くなり、凍結負荷が大きくなり易い。これに対し、本実施形態のように、複数の転向部２６のうち空気流れ最下流側の転向部２６にスリット２７を設けることで、当該スリット２７において凍結負荷を逃がすことができる。したがって、平面部２１のうち凍結負荷がかかった際にチューブ１が破損し易い部位において、凍結負荷を逃がすことが可能となる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について図１６に基づいて説明する。本第６実施形態は、上記第４実施形態と比較して、室外熱交換器を、冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる際に、蓄冷材を凝固させて冷熱を蓄え、蓄冷材が融解する際に蓄えられた冷熱を放冷する蓄冷熱交換器とした点が異なるものである。

図１６に示すように、本実施形態の室外熱交換器は、蓄冷材を収容する部屋を区画する蓄冷材容器６を有している。蓄冷材容器６は、チューブ１に接合されている。

具体的には、蓄冷材容器６は、チューブ長手方向Ｘ２から見た断面が略正方形状の３つの部屋部６１と、部屋部６１同士を接続する２つの通路部６２を備えている。部屋部６１は、通路部６２よりも体積が大きい。部屋部６１は、空気流れ方向Ｘ１に３つ並んで設けられている。

３つの部屋部６１は、互いに間隔を設けて配置されている。隣り合う２つの部屋部６１同士は、通路部６２により接続されている。したがって、３つの部屋部６１は、通路部６２を介して連通している。通路部６２はチューブ１に接合されているが、通路部６２とチューブ１との間には隙間が形成されている。

３つの部屋部６１のうち、２つの部屋部６１の間に配置された部屋部６１（以下、中央部屋部６１０という）は、チューブ１における空気流れ方向の中央部に接合されている。より詳細には、中央部屋部６１０は、チューブ積層方向Ｘ３から見たときに、２つのフィン２同士の隙間２９（空隙部）と重合している。

以上説明したように、本実施形態では、蓄冷材容器６（中央部屋部６１０）を、チューブ積層方向Ｘ３から見たときに、２つのフィン２同士の隙間２９と重合するように設けることで、２つのフィン２同士の隙間２９に、凍結時に熱負荷を加えることができる。これにより、凍結時に、コア部３の内方側に未凍結の凝縮水が残存することを抑制できるので、チューブ１やフィン２に凍結割れが発生することをより抑制できる。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について図１７に基づいて説明する。本第７実施形態は、上記第４実施形態と比較して、チューブ１に凹部１１を設けた点が異なるものである。

図１７に示すように、本実施形態では、チューブ１における空気流れ方向の中央部に、チューブ積層方向Ｘ３に凹んだ凹部１１が設けられている。凹部１１は、チューブ積層方向Ｘ３から見たときに、２つのフィン２同士の隙間２９（空隙部）と重合している。すなわち、凹部１１は、チューブ１における隙間２９と対向する部位に設けられている。

これによれば、２つのフィン２同士の間の隙間２９から凹部１１に向かって凍結負荷を逃がすことができるので、凍結負荷をより逃がし易くできる。このため、チューブ１やフィン２に凍結割れが発生することをより抑制できる。

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について図１８および図１９に基づいて説明する。本第８実施形態は、上記第１実施形態と比較して、フィン２の平面部２１に複数の転向部２６を設けた点が異なるものである。

図１８および図１９に示すように、本実施形態では、フィン２の平面部２１に複数（本例では３つ）の転向部２６が設けられている。ルーバ２３は、各転向部２６において、切り起こし方向が反転するように構成されている。以下、複数の転向部２６のうち、平面部２１の空気流れ方向Ｘ１の端部からの距離が最大となる部位に配置された転向部２６、すなわち、平面部２１における空気流れ方向Ｘ１の中央部に配置された転向部２６を、中央転向部２６０という。

中央転向部２６０は、他の転向部２６よりも、空気流れ方向Ｘ１の長さが長く形成されている。複数の転向部２６のうち、中央転向部２６にはスリット２７が設けられているが、その他の転向部２６にはスリット２７は設けられていない。

本実施形態によれば、フィン２の平面部２１、具体的には中央転向部２６０にスリット２７を設けることで、当該スリット２７において凍結負荷を逃がすことができるので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

（１）上記実施形態では、平面部２１における最短距離Ｌが最大となる部位である上流側平面部２４、下流側平面部２５および転向部２６のうち、転向部２６にスリット２７または貫通孔２８を形成した例について説明したが、スリット２７または貫通孔２８を設ける部位はこれに限定されない。

例えば、スリット２７または貫通孔２８を、上流側平面部２４および下流側平面部２５のいずれかに形成してもよいし、上流側平面部２４および下流側平面部２５の双方に形成してもよい。また、スリット２７または貫通孔２８を、上流側平面部２４、下流側平面部２５および転向部２６のうちの２箇所以上に形成してもよい。

さらに、スリット２７または貫通孔２８を、平面部２１における最短距離Ｌが最大となる部位である上流側平面部２４、下流側平面部２５および転向部２６のうちの少なくとも１箇所に形成するのに加えて、平面部２１における他の部位（平面部２１における最短距離Ｌが最大とならない部位）にも形成してもよい。

（２）上記第５実施形態では、スリット２７を、複数の転向部２６のうち、空気流れ最下流側の転向部２６に設けた例について説明した。また、上記第８実施形態では、スリット２７を、中央転向部２６０に設けた例について説明した。しかしながら、スリット２７を設ける部位はこれらに限定されない。例えば、スリット２７を、複数の転向部２６の全てに設けてもよいし、複数の転向部２６のうち任意の箇所に設けてもよい。

（３）上記実施形態では、上流ルーバ群と下流ルーバ群とは、それぞれに属するルーバ２３の切り起こし方向が反対（逆）になるように形成されているが、ルーバ２３の切り起こし方向はこれに限定されない。例えば、複数のルーバ２３を、平面部２１における空気流れ方向Ｘ１の中心線Ｃ１に対して左右対称となるように形成してもよい。この場合、上流側ルーバ群に属するルーバ２３と下流側ルーバ群に属するルーバ２３とが同一形状であっても、成形性を向上させることができる。

（４）上記実施形態では、本発明に係る熱交換器を、ヒートポンプサイクルにおける低圧冷媒を外気と熱交換させて蒸発させる蒸発器として機能する室外熱交換器に適用した例について説明したが、本発明に係る熱交換器の適用はこれに限定されない。例えば、不凍液（例えばＬＬＣ）の持つ熱を外気に放熱する放熱器に、本発明に係る熱交換器を適用してもよい。

１ チューブ
２ フィン
２１ 平面部
２２ 頂部
２６ 転向部（最遠部）
２７ スリット（空隙部）
２８ 貫通孔（空隙部）
２９ 隙間（空隙部）

Claims (6)

1. 内部に第１流体が流れる複数本積層されたチューブ（１）と、
   前記チューブ（１）に接合されて前記チューブ（１）周りを流れる第２流体との熱交換面積を増大させるフィン（２）とを備え、
   前記フィン（２）における前記第２流体の流れ方向に垂直な断面形状は、前記第２流体の流れ方向と略平行な複数の平面部（２１）と、隣り合う平面部（２１）間を繋ぐ頂部（２２）とを有する波形状であり、
   前記チューブ（１）および前記フィン（２）の少なくとも一方の表面温度が氷点以下になる可能性のある熱交換器であって、
   前記フィン（２）の前記平面部（２１）には、前記平面部（２１）を切り起こすことによりルーバ（２３）が一体形成されており、
   前記フィン（２）の前記平面部（２１）のうち前記第２流体の流れ方向の中央部における前記ルーバ（２３）が形成されていない部位（２６）には、前記チューブ（１）または前記フィン（２）に付着した水または水含有物が凍結する際に最終的に凍結する部位の凍結による体積膨張に伴う負荷を逃がすための空隙部（２７、２８）が設けられており、
   前記チューブ（１）の内部には、前記第１流体が流れる第１流体通路が形成されており、
   前記空隙部（２７、２８）の少なくとも一部は、前記チューブ（１）の積層方向から見たときに、前記第１流体通路と重なるように配置されており、
   前記平面部（２１）のうち前記空隙部（２７、２８）の外縁を構成する部位は、下方側に向けて突出する突出部が接続されていない平面状に形成されており、
   前記空隙部（２７、２８）に対して前記第２流体の流れ方向上流側および下流側に位置する前記平面部（２１）は、同一の前記フィン（２）により構成されており、
   前記フィン（２）のフィンピッチをＦｐ、前記空隙部（２７、２８）における前記第２流体の流れ方向の長さである空隙部巾をＷとしたとき、前記フィンピッチおよび前記空隙部巾が、Ｗ＞０．４１４×Ｆｐ＋０．０５７５の関係を満たしていることを特徴とする熱交換器。
2. 内部に第１流体が流れる複数本積層されたチューブ（１）と、
   前記チューブ（１）に接合されて前記チューブ（１）周りを流れる第２流体との熱交換面積を増大させるフィン（２）とを備え、
   前記フィン（２）における前記第２流体の流れ方向に垂直な断面形状は、前記第２流体の流れ方向と略平行な複数の平面部（２１）と、隣り合う平面部（２１）間を繋ぐ頂部（２２）とを有する波形状であり、
   前記チューブ（１）および前記フィン（２）の少なくとも一方の表面温度が氷点以下になる可能性のある熱交換器であって、
   前記フィン（２）の前記平面部（２１）には、前記平面部（２１）を切り起こすことによりルーバ（２３）が一体形成されており、
   前記フィン（２）の前記平面部（２１）のうち前記第２流体の流れ方向の中央部における前記ルーバ（２３）が形成されていない部位（２６）には、前記チューブ（１）または前記フィン（２）に付着した水または水含有物が凍結する際に最終的に凍結する部位の凍結による体積膨張に伴う負荷を逃がすための空隙部（２７、２８）が設けられており、
   前記チューブ（１）の内部には、前記第１流体が流れる第１流体通路が複数形成されており、
   前記チューブ（１）は、複数の前記第１流体通路を挟んで対向する二つの扁平面（１０ａ、１０ｂ）を有しており、
   前記空隙部（２７、２８）の少なくとも一部は、前記チューブ（１）の積層方向から見たときに、前記チューブ（１）における複数の前記第１流体流路のうち少なくとも１つと重なるように配置されており、
   前記フィン（２）における、前記第２流体の流れ方向に対する前記空隙部（２７、２８）の上流側および下流側は、前記チューブ（１）の前記扁平面（１０ａ、１０ｂ）にそれぞれ接合されており、
   前記平面部（２１）のうち前記空隙部（２７、２８）の外縁を構成する部位は、下方側に向けて突出する突出部が接続されていない平面状に形成されており、
   前記空隙部（２７、２８）に対して前記第２流体の流れ方向上流側および下流側に位置する前記平面部（２１）は、同一の前記フィン（２）により構成されており、
   前記フィン（２）のフィンピッチをＦｐ、前記空隙部（２７、２８）における前記第２流体の流れ方向の長さである空隙部巾をＷとしたとき、前記フィンピッチおよび前記空隙部巾が、Ｗ＞０．４１４×Ｆｐ＋０．０５７５の関係を満たしていることを特徴とする熱交換器。
3. 前記平面部（２１）には、前記平面部（２１）に対して予め定めた切り起こし角度で切り起こされた前記ルーバ（２３）が、前記第２流体の流れ方向に沿って複数設けられており、
   前記平面部（２１）における複数の前記ルーバ（２３）の間には、前記第２流体の流れ方向と略平行に形成された転向部（２６）が設けられており、
   前記空隙部（２７、２８）は、前記平面部（２１）における前記第２流体の流れ方向の中央部に配置された前記転向部（２６）に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記フィン（２）は、前記空隙部（２７、２８）を中心として、前記第２流体の流れ方向の上流側と下流側とが対称形状となるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。
5. 前記チューブ（１）は、前記第１流体が上下方向に流れるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器。
6. 前記チューブ（１）は、前記第１流体が鉛直方向に流れるように配置されていることを
   特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱交換器。

Images