JP6877549B2 - 空気調和装置、熱交換器、及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

この発明は、伝熱管を有する熱交換器、及び熱交換器を有する冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、伝熱管の表面に付着した結露水を排出しやすくするために、伝熱管の管軸方向を鉛直方向と一致させて複数の伝熱管を配置し、伝熱管の側面から突出する凸部を伝熱管の管軸方向に沿って設けた熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２０２８９６号公報

しかし、特許文献１に示されている従来の熱交換器では、各伝熱管の表面から凸部が盛り上がっているだけなので、伝熱管の気流側の伝熱面積が不足してしまい、伝熱管内を流れる冷媒と気流との間での熱交換性能の向上を図ることができない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、熱交換性能の向上を図ることができる熱交換器、及び冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

この発明による熱交換器は、互いに間隔を置いて第１方向へ並んでいる複数の熱交換部材を備え、複数の熱交換部材のそれぞれは、第１方向に交差する第２方向へ延びる伝熱管を含む本体部と、第２方向に沿って本体部に設けられている延在部とを有し、延在部は、第１方向及び第２方向のそれぞれに交差する第３方向における本体部の端部から延びており、第３方向についての本体部の寸法をＬａ、第３方向についての延在部の寸法をＬｆ、伝熱管の肉厚の寸法をｔｐ、延在部の厚さ寸法をＴｆとすると、Ｌｆ／Ｌａ≧１、かつＴｆ≦ｔｐの関係を満たしている。

この発明による熱交換器及び冷凍サイクル装置によれば、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。これにより、熱交換器の熱交換性能の向上を図ることができる。

この発明の実施の形態１による熱交換器を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図２の熱交換器における比較例に対する各パラメータの比と幅寸法比Ｒ１との関係を示すグラフである。 図２の熱交換器において幅寸法比Ｒ１の第１の値ｖ１及び第２の値ｖ２のそれぞれと厚さ寸法比Ｒ２との関係を示すグラフである。 図２の熱交換器において幅寸法比Ｒ１の第１の値ｖ１及び第２の値ｖ２が互いに等しくなるときの厚さ寸法比Ｒ２と、複数の熱交換部材の配置ピッチＦＰとの関係を示すグラフである。 図２の熱交換器における各部分の寸法を示す表である。 この発明の実施の形態２による熱交換器の熱交換部材を示す断面図である。 この発明の実施の形態３による熱交換器の熱交換部材を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による冷凍サイクル装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態５による冷凍サイクル装置を示す構成図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．

図１は、この発明の実施の形態１による熱交換器を示す斜視図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図において、熱交換器１は、第１のヘッダタンク２と、第１のヘッダタンク２から離して配置されている第２のヘッダタンク３と、第１のヘッダタンク２及び第２のヘッダタンク３のそれぞれに連結されている複数の熱交換部材４とを有している。

第１のヘッダタンク２及び第２のヘッダタンク３は、第１方向ｚに沿って互いに平行に延びる中空の容器である。熱交換器１は、第１及び第２のヘッダタンク２，３の長手方向である第１方向ｚを水平方向にして配置される。また、第２のヘッダタンク３は、第１のヘッダタンク２の上方に配置される。

複数の熱交換部材４は、第１のヘッダタンク２と第２のヘッダタンク３との間に互いに間隔を置いて並んでいる。また、複数の熱交換部材４は、第１及び第２のヘッダタンク２，３の長手方向、即ち第１方向ｚへ並んでいる。互いに隣り合う２つの熱交換部材４の互いに対向する面は、熱交換器１の部品と接続されておらず、熱交換部材４の長手方向に沿ったガイド面になっている。これにより、例えば熱交換部材４のガイド面に水等の液体が付着した場合、液体が自重によりガイド面に沿って下方へ導かれやすくなっている。

複数の熱交換部材４のそれぞれは、第１のヘッダタンク２から第２のヘッダタンク３へ延びる本体部１１と、本体部１１に設けられている第１及び第２の延在部８，９とを有している。

本体部１１は、図２に示すように、伝熱管５と、伝熱管５の外周面に重なっている板状の重ね部１０とを有している。第１の延在部８及び第２の延在部９のそれぞれは、重ね部１０に繋がっている。この例では、第１の延在部８、第２の延在部９及び重ね部１０によって伝熱板６が構成されている。また、この例では、伝熱板６が単一材になっており、伝熱板６が伝熱管５とは別部材になっている。

伝熱管５は、第１方向ｚに交差する第２方向ｙに沿って延びている。即ち、伝熱管５の管軸は、第２方向ｙに沿っている。各伝熱管５は、互いに平行に配置されている。この例では、伝熱管５の長手方向である第２方向ｙが第１方向ｚに直交している。複数の熱交換部材４のそれぞれは、伝熱管５の長手方向を鉛直方向にして配置される。各伝熱管５の下端部は第１のヘッダタンク２内に挿入され、各伝熱管５の上端部は第２のヘッダタンク３内に挿入されている。

伝熱管５の長手方向に直交する平面で切断したときの伝熱管５の断面形状は、図２に示すように、長軸及び短軸を持つ扁平形状になっている。即ち、この例では、伝熱管５が扁平管になっている。伝熱管５の断面の長軸方向を伝熱管５の幅方向とし、伝熱管５の断面の短軸方向を伝熱管５の厚さ方向とすると、各伝熱管５の幅方向は、第１方向ｚ及び第２方向ｙのいずれにも交差する第３方向ｘと一致している。この例では、第３方向ｘが、第１方向ｚ及び第２方向ｙのいずれにも直交する方向になっている。これにより、この例では、各伝熱管５の厚さ方向が、第１及び第２のヘッダタンク２，３のそれぞれの長手方向、即ち第１方向ｚと一致している。また、この例では、複数の伝熱管５のそれぞれが、第１方向ｚに沿った直線上に配置されている。本体部１１の幅方向は伝熱管５の幅方向と一致し、本体部１１の厚さ方向は伝熱管５の厚さ方向と一致している。

伝熱管５内には、図２に示すように、冷媒を流す複数の冷媒流路７が設けられている。複数の冷媒流路７は、伝熱管５の幅方向一端部から幅方向他端部へ並んでいる。伝熱管５では、各冷媒流路７のそれぞれの内面と伝熱管５の外周面との間の部分が伝熱管５の肉厚部分となっている。

伝熱管５は、熱伝導性を持つ金属材料で構成されている。伝熱管５を構成する材料としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、又は銅合金が用いられている。伝熱管５は、加熱した材料をダイスの穴から押し出して伝熱管５の断面を成型する押し出し加工によって製造される。なお、ダイスの穴から材料を引き抜いて伝熱管５の断面を成型する引き抜き加工によって伝熱管５を製造してもよい。

熱交換器１では、図示しないファンの動作によって生じる空気の流れである気流Ａが複数の熱交換部材４の間を通過する。気流Ａは、第１の延在部８、第２の延在部９及び本体部１１のそれぞれに接触しながら流れる。これにより、複数の冷媒流路７を流れる冷媒と気流Ａとの間で熱交換が行われる。この例では、気流Ａが第３方向ｘに沿って複数の熱交換部材４の間を通過する。

伝熱板６は、熱伝導性を持つ金属材料で構成されている。伝熱板６を構成する材料としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、又は銅合金が用いられている。伝熱板６の厚さ寸法は、伝熱管５の厚さ寸法よりも小さくなっている。

重ね部１０は、伝熱管５の幅方向一端部から幅方向他端部へ伝熱管５の外周面に沿って配置されている。また、重ね部１０は、熱伝導性を持つろう材を介して伝熱管５に固定されている。これにより、第１の延在部８、第２の延在部９及び重ね部１０は、伝熱管５に熱的に接続されている。熱交換器１は、第１のヘッダタンク２、第２のヘッダタンク３、伝熱管５及び伝熱板６を組み合わせた物を炉内で加熱することにより製造される。伝熱管５及び伝熱板６のそれぞれの表面はろう材で予め被覆されており、伝熱管５、伝熱板６、第１のヘッダタンク２及び第２のヘッダタンク３は、炉内での加熱により融けたろう材によって互いに固定される。この例では、伝熱板６の表面のうち、ろう材で被覆される部分が、重ね部１０の伝熱管５と接する側の面のみになっている。

第１の延在部８及び第２の延在部９は、伝熱管５の幅方向、即ち第３方向ｘにおける本体部１１の端部からそれぞれ延びている。第１の延在部８は、本体部１１よりも気流Ａの上流側、即ち風上側に向かって本体部１１の幅方向一端部から延びている。第２の延在部９は、伝熱管５よりも気流Ａの下流側、即ち風下側に向かって本体部１１の幅方向他端部から延びている。この例では、第１の延在部８及び第２の延在部９のそれぞれが第３方向ｘに沿って本体部１１から延びている。第１及び第２の延在部８，９のそれぞれの形状は、伝熱管５の厚さ方向に直交する平板状になっている。また、この例では、伝熱管５の幅方向、即ち第３方向ｘに沿って熱交換部材４を見たとき、第１及び第２の延在部８，９のそれぞれが本体部１１の領域内に配置されている。

第３方向ｘについての第１及び第２の延在部８，９の寸法、即ち第１及び第２の延在部８，９の幅寸法をそれぞれＬｆ１，Ｌｆ２とすると、第３方向ｘについての延在部の全体の寸法Ｌｆは、第１及び第２の延在部８，９のそれぞれの幅寸法Ｌｆ１及びＬｆ２の合計値（Ｌｆ１＋Ｌｆ２）で表される。

また、伝熱管５の幅方向である第３方向ｘについての本体部１１の寸法、即ち本体部１１の幅寸法をＬａとすると、第３方向ｘについての延在部の全体の寸法Ｌｆ（＝Ｌｆ１＋Ｌｆ２）は、本体部１１の幅寸法Ｌａ以上の寸法になっている。即ち、第３方向ｘについての延在部の全体の寸法Ｌｆ（＝Ｌｆ１＋Ｌｆ２）と本体部１１の幅寸法Ｌａとの比である幅寸法比Ｒ１は、以下の式（１）を満たしている。

幅寸法比Ｒ１＝Ｌｆ／Ｌａ≧１ …（１）

さらに、第１及び第２の延在部８，９のそれぞれの厚さ寸法をＴｆとし、伝熱管５の外周面と各冷媒流路７の内面との間の寸法、即ち伝熱管５の肉厚の寸法をｔｐとすると、第１及び第２の延在部８，９のそれぞれの厚さ寸法Ｔｆは、伝熱管５の肉厚の寸法ｔｐ以下の寸法になっている。即ち、第１及び第２の延在部８，９のそれぞれの厚さ寸法Ｔｆと、伝熱管５の肉厚の寸法ｔｐとの関係は、以下の式（２）を満たしている。

Ｔｆ≦ｔｐ …（２）

さらにまた、第２方向ｙ及び第３方向ｘのいずれにも直交する方向である伝熱管５の厚さ方向についての本体部１１の寸法、即ち本体部１１の厚さ寸法をＴａとすると、本体部１１の厚さ寸法Ｔａと、第１及び第２の延在部８，９のそれぞれの厚さ寸法Ｔｆとの比である厚さ寸法比Ｒ２は、以下の式（３）で表される。本実施の形態では、本体部１１の厚さ寸法Ｔａが、第１及び第２の延在部８，９のそれぞれの厚さ寸法Ｔｆよりも大きくなっている。

厚さ寸法比Ｒ２＝Ｔａ／Ｔｆ …（３）

また、伝熱管５の幅方向である第３方向ｘに沿って複数の熱交換部材４を見たとき、互いに隣り合う２つの熱交換部材４の間の隙間においては、互いに隣り合う２つの本体部１１の間の隙間が、最も狭い最小隙間１２となっている。伝熱管５の厚さ方向についての最小隙間１２の寸法は、ｗとなっている。

第１のヘッダタンク２の長手方向端部には、図１に示すように、第１の冷媒口１３が設けられている。第２のヘッダタンク３の長手方向端部には、第２の冷媒口１４が設けられている。

次に、熱交換器１の動作について説明する。図示しないファンの動作によって生じた気流Ａは、第１の延在部８、本体部１１及び第２の延在部９の順に接触しながら、複数の熱交換部材４の間を流れる。

熱交換器１が蒸発器として機能する場合には、気液混合冷媒が第１の冷媒口１３から第１のヘッダタンク２内へ流入する。この後、気液混合冷媒は、第１のヘッダタンク２から各伝熱管５内の冷媒流路７に分配され、各冷媒流路７を第２のヘッダタンク３に向かって流れる。

気液混合冷媒が各冷媒流路７を流れると、複数の熱交換部材４の間を通過する気流Ａと冷媒との間で熱交換が行われ、気液混合冷媒が気流Ａから熱を取り込んで蒸発する。熱交換部材４に凝縮水が付着した場合、凝縮水は、自重によって、熱交換部材４のガイド面に沿って下方へ流れて熱交換部材４の表面から排出される。この後、各伝熱管５からの冷媒が第２のヘッダタンク３内で合流し、第２のヘッダタンク３から第２の冷媒口１４へ冷媒が流出する。

熱交換器１が凝縮器として機能する場合には、ガス冷媒が第２の冷媒口１４から第２のヘッダタンク３内へ流入する。この後、ガス冷媒は、第２のヘッダタンク３から各伝熱管５内の冷媒流路７に分配され、各冷媒流路７を第１のヘッダタンク２に向かって流れる。

ガス冷媒が各冷媒流路７を流れると、複数の熱交換部材４の間を通過する気流Ａと冷媒との間で熱交換が行われ、ガス冷媒が気流Ａに熱を放出して凝縮する。この後、各伝熱管５からの冷媒が第１のヘッダタンク２内で合流し、第１のヘッダタンク２から第１の冷媒口１３へ冷媒が流出する。

ここで、本実施の形態による熱交換器１の熱交換性能を確認するために、本実施の形態による熱交換器１における管外伝熱面積Ａｏ［ｍ²］、管外熱伝達係数αｏ［Ｗ／（ｍ²・Ｋ）］、通風抵抗ΔＰａｉｒ［Ｐａ］、冷媒の圧力損失ΔＰｒｅｆのそれぞれを、幅寸法比Ｒ１を変えながら求め、管外伝熱面積Ａｏ、管外熱伝達係数αｏ、通風抵抗ΔＰａｉｒから気流側熱交換効率η［Ｗ／（Ｋ・Ｐａ）］を求めた。

なお、管外伝熱面積Ａｏは、気流に対する複数の熱交換部材４の合計伝熱面積である。また、管外熱伝達係数αｏは、気流に対する熱交換部材４の熱伝達係数である。さらに、通風抵抗ΔＰａｉｒは、熱交換器を通過するときに気流が受ける抵抗である。気流側熱交換効率ηは、熱交換部材４と気流との間での熱交換効率であり、η＝Ａｏ・αｏ／ΔＰａｉｒで表される。また、冷媒の圧力損失ΔＰｒｅｆは、伝熱管５の冷媒流路７における冷媒の圧力損失である。

また、複数の円管を伝熱管として並べるとともに複数の伝熱管と交差するプレートフィンを配置した比較例の熱交換器についても、管外伝熱面積Ａｏ、管外熱伝達係数αｏ、通風抵抗ΔＰａｉｒ、冷媒の圧力損失ΔＰｒｅｆ、気流側熱交換効率ηをそれぞれ求めた。比較例の熱交換器では、円管の直径を７［ｍｍ］とした。また、比較例の熱交換器の奥行き寸法は２０［ｍｍ］とした。本実施の形態による熱交換器１及び比較例の熱交換器のそれぞれでは、気流が通過する気流通過面の面積を等しくしている。

さらに、管外伝熱面積Ａｏ、管外熱伝達係数αｏ、通風抵抗ΔＰａｉｒ、冷媒の圧力損失ΔＰｒｅｆ、気流側熱交換効率ηのそれぞれのパラメータについて、比較例の熱交換器に対する本実施の形態による熱交換器１の比を、比較例に対する各パラメータの比として求めた。従って、共通のパラメータで比較すると、本実施の形態による熱交換器１の値が比較例の熱交換器の値と同じ場合に、比較例に対するパラメータの比が１００％となる。また、共通のパラメータでは、本実施の形態による熱交換器１の値が比較例の熱交換器の値よりも低い場合に比較例に対するパラメータの比が１００％よりも低くなり、本実施の形態による熱交換器１の値が比較例の熱交換器の値よりも高い場合に比較例に対するパラメータの比が１００％よりも高くなる。

図３は、図２の熱交換器１における比較例に対する各パラメータの比と幅寸法比Ｒ１との関係を示すグラフである。なお、図３では、複数の熱交換部材４の配置ピッチＦＰを１．７［ｍｍ］とし、厚さ寸法比Ｒ２を１０として、熱交換器１の各パラメータを求めている。図３に示すように、本実施の形態による熱交換器１では、幅寸法比Ｒ１＝Ｌｆ／Ｌａを変化させても管外伝熱面積Ａｏは比較例の熱交換器に対して変化しないことが分かる。一方、本実施の形態による熱交換器１では、幅寸法比Ｒ１を大きくするにつれて管外熱伝達係数αｏが比較例の熱交換器に対して徐々に低下することが分かる。これに対して、本実施の形態による熱交換器１では、幅寸法比Ｒ１を大きくするにつれて通風抵抗ΔＰａｉｒが急激に低下することが分かる。従って、本実施の形態による熱交換器１では、通風抵抗ΔＰａｉｒの影響が大きくなり、幅寸法比Ｒ１を大きくするにつれて気流側熱交換効率ηが上昇する。

熱交換器では、気流側熱交換効率ηが高いほど、伝熱管内の冷媒流路を流れる冷媒と、伝熱管外の気流との間での熱交換効率が高まる。図３を見ると、本実施の形態による熱交換器１の気流側熱交換効率ηは、幅寸法比Ｒ１が第１の値ｖ１以上であるときに、比較例の熱交換器の気流側熱交換効率η以上になることが分かる。従って、本実施の形態による熱交換器１では、幅寸法比Ｒ１を第１の値ｖ１以上にすることにより熱交換性能の向上を図ることができる。

一方、図３を見ると、本実施の形態による熱交換器１では、幅寸法比Ｒ１が大きくなるにつれて冷媒の圧力損失ΔＰｒｅｆが上昇することが分かる。熱交換器では、冷媒の圧力損失ΔＰｒｅｆが低いほど、伝熱管内の冷媒流路を流れる冷媒の量が増加することから、冷媒と気流との間での熱交換効率が高まる。図３を見ると、本実施の形態による熱交換器１の冷媒の圧力損失ΔＰｒｅｆは、幅寸法比Ｒ１が第２の値ｖ２以下であるときに、比較例の熱交換器の冷媒の圧力損失ΔＰｒｅｆ以下になることが分かる。従って、本実施の形態による熱交換器１では、幅寸法比Ｒ１を第２の値ｖ２以下にすることにより熱交換性能の向上を図ることができる。

また、図３を見ると、本実施の形態による熱交換器１では、幅寸法比Ｒ１が大きくなるにつれて、気流側熱交換効率ηが上昇し、冷媒の圧力損失ΔＰｒｅｆも上昇することが分かる。従って、本実施の形態による熱交換器１の熱交換性能を比較例の熱交換器の熱交換性能以上に向上させるためには、第２の値ｖ２が第１の値ｖ１以上である必要がある。

従って、本実施の形態による熱交換器１では、幅寸法比Ｒ１が以下の式（４）を満たしていれば、比較例の熱交換器に対して、気流側熱交換効率ηを向上させながら冷媒の圧力損失ΔＰｒｅｆを抑制することができ、熱交換性能の向上を図ることができる。

ｖ１≦Ｒ１≦ｖ２ …（４）

また、図４は、図２の熱交換器１において幅寸法比Ｒ１の第１の値ｖ１及び第２の値ｖ２のそれぞれと厚さ寸法比Ｒ２との関係を示すグラフである。なお、図４では、複数の熱交換部材４の配置ピッチＦＰを１．７［ｍｍ］として、厚さ寸法比Ｒ２＝Ｔａ／Ｔｆを変化させながら、第１の値ｖ１及び第２の値ｖ２を求めている。図４を見ると、複数の熱交換部材４の配置ピッチＦＰを１．７［ｍｍ］とした場合、厚さ寸法比Ｒ２の値が１０．８であるときに、第１の値ｖ１と第２の値ｖ２とが等しくなることが分かる。また、図４を見ると、厚さ寸法比Ｒ２が１０．８よりも小さいときに、第２の値ｖ２が第１の値ｖ１よりも大きいことが分かる。従って、複数の熱交換部材４の配置ピッチＦＰを１．７［ｍｍ］とした場合、厚さ寸法比Ｒ２＝Ｔａ／Ｔｆの値を１０．８以下とすれば、熱交換器１の気流側熱交換効率ηを向上させながら冷媒の圧力損失ΔＰｒｅｆを抑制することができ、本実施の形態による熱交換器１の熱交換性能の向上を図ることができる。

図５は、図２の熱交換器１において幅寸法比Ｒ１の第１の値ｖ１及び第２の値ｖ２が互いに等しくなるときの厚さ寸法比Ｒ２と、複数の熱交換部材４の配置ピッチＦＰとの関係を示すグラフである。図４及び図５を見ると、本実施の形態による熱交換器１では、厚さ寸法比Ｒ２＝Ｔａ／Ｔｆと、複数の熱交換部材４の配置ピッチＦＰとの関係が以下の式（５）を満たすときに、第２の値ｖ２が第１の値ｖ１以上になることが分かる。

Ｒ２＝Ｔａ／Ｔｆ≦５．６×ＦＰ^1.3 …（５）

本実施の形態による熱交換器１において第２の値ｖ２が第１の値ｖ１以上になるときには、図３に示すように、比較例の熱交換器に対して、本実施の形態による熱交換器１の熱交換性能の向上を図ることができる。本実施の形態による熱交換器１では、厚さ寸法比Ｒ２＝Ｔａ／Ｔｆと、複数の熱交換部材４の配置ピッチＦＰとの関係が上記の式（５）を満たしている。これにより、本実施の形態による熱交換器１では、第２の値ｖ２が第１の値ｖ１以上になる。

この例では、図６に示すように、本体部１１の幅寸法Ｌａが５．２［ｍｍ］、第１の延在部８の幅寸法Ｌｆ１が７．４［ｍｍ］、第２の延在部９の幅寸法Ｌｆ２が７．４［ｍｍ］となっている。また、本体部１１の厚さ寸法Ｔａが０．７［ｍｍ］、第１の延在部８、第２の延在部９及び重ね部１０のそれぞれの厚さ寸法Ｔｆが０．１［ｍｍ］となっている。さらに、伝熱管５の幅寸法Ｌｔが５．０［ｍｍ］、伝熱管５の厚さ寸法Ｔｔが０．６［ｍｍ］、重ね部１０に嵌っている伝熱管５の部分の深さ寸法Ｔｂが０．４［ｍｍ］となっている。また、複数の熱交換部材４の配置ピッチＦＰが２．２［ｍｍ］、互いに隣り合う２つの熱交換部材４の間の最小隙間１２の寸法ｗが１．５［ｍｍ］となっている。伝熱管５の外周面と冷媒流路７の内面との間の寸法、即ち伝熱管５の肉厚の寸法ｔｐは、０．２［ｍｍ］となっており、第１の延在部８、第２の延在部９及び重ね部１０のそれぞれの厚さ寸法Ｔｆよりも大きくなっている。

このような熱交換器１では、第３方向ｘについての延在部の全体の寸法Ｌｆが本体部１１の幅寸法Ｌａ以上の寸法になっており、かつ、第１及び第２の延在部８，９のそれぞれの厚さ寸法Ｔｆが伝熱管５の肉厚の寸法ｔｐ以下の寸法になっているので、熱交換部材４における第１及び第２の延在部８，９の伝熱面積の割合を拡大させながら、第１及び第２の延在部８，９の厚さを薄くすることができる。これにより、複数の熱交換部材４の間の隙間を気流Ａが通過するときの通風抵抗を低減することができるとともに、第１及び第２の延在部８，９における熱伝導の促進を図ることができる。従って、熱交換器１の熱交換効率を向上させることができ、熱交換器１の熱交換性能の向上を図ることができる。また、第１及び第２の延在部８，９のそれぞれの厚さ寸法Ｔｆが伝熱管５の肉厚の寸法ｔｐ以下の寸法になっていることから、冷媒に対する伝熱管５の耐圧性能を維持することができるとともに、例えば押し出し成型による伝熱管５の製造を容易にすることができる。このようなことから、熱交換器１では、冷媒に対する伝熱管５の耐圧性能を維持しながら、熱交換器１の熱交換性能の向上を図ることができる。

また、厚さ寸法比Ｒ２＝Ｔａ／Ｔｆと、複数の熱交換部材４の配置ピッチＦＰとの関係が上記の式（５）を満たしているので、熱交換器１の気流側熱交換効率ηを向上させながら冷媒の圧力損失ΔＰｒｅｆを抑制することができる。これにより、熱交換器１の熱交換性能の向上をさらに図ることができる。

また、各伝熱管５は、扁平管であるので、伝熱管５における伝熱面積を拡大することができ、熱交換器１の熱交換性能の向上をさらに図ることができる。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２による熱交換器１の熱交換部材４を示す断面図である。なお、図７は、実施の形態１での図２に対応する図である。互いに隣り合う２つの熱交換部材４では、各本体部１１のそれぞれの位置が第３方向ｘについて互いにずれている。この例では、第１方向ｚに沿った２本の平行な列に交互に位置する千鳥状の位置に各本体部１１が配置されている。また、この例では、第１方向ｚに沿って熱交換部材４を見たとき、互いに隣り合う２つの熱交換部材４のそれぞれの伝熱管５のうち、一方の伝熱管５の領域の全体が他方の伝熱管５の領域から第３方向ｘへ外れている。

また、複数の熱交換部材４のそれぞれは、各第１の延在部８の端部の位置を第３方向ｘについて互いに揃え、各第２の延在部９の端部の位置も第３方向ｘについて互いに揃えた状態で、第１方向ｚへ並んでいる。互いに隣り合う２つの熱交換部材４の本体部１１のそれぞれの位置が第３方向ｘについて互いにずれていることから、各熱交換部材４では、第１の延在部８の幅寸法Ｌｆ１と第２の延在部９の幅寸法Ｌｆ２とが互いに異なっている。即ち、各熱交換部材４では、熱交換部材４の全体の幅寸法が複数の熱交換部材４で同じになるように、第３方向ｘについての伝熱管５の位置に応じて、第１の延在部８の幅寸法Ｌｆ１及び第２の延在部９の幅寸法Ｌｆ２のそれぞれが調整されている。これにより、この例では、互いに隣り合う２つの熱交換部材４のうち、一方の熱交換部材４の伝熱管５の領域は他方の熱交換部材４の第１の延在部８に対向し、他方の熱交換部材４の伝熱管５の領域は一方の熱交換部材４の第２の延在部９に対向している。他の構成は実施の形態１と同様である。

このような熱交換器１では、互いに隣り合う熱交換部材４のそれぞれの本体部１１の位置が第３方向ｘについて互いにずれているので、第１及び第２の延在部８，９よりも厚さ寸法の大きい本体部１１同士が隣り合うことを回避することができ、互いに隣り合う熱交換部材４の間の隙間の中で極端に狭くなる部分が生じることを回避することができる。これにより、複数の熱交換部材４の間の隙間を気流Ａが通過するときの通風抵抗をさらに低減することができ、熱交換器１の熱交換性能の向上をさらに図ることができる。

なお、上記の例では、第１方向ｚに沿って熱交換部材４を見たとき、互いに隣り合う２つの熱交換部材４のそれぞれの伝熱管５のうち、一方の伝熱管５の領域の全体が他方の伝熱管５の領域から第３方向ｘへ外れているが、第１方向ｚに沿って熱交換部材４を見たとき、互いに隣り合う２つの熱交換部材４のそれぞれの伝熱管５のうち、一方の伝熱管５の領域の一部のみが他方の伝熱管５の領域の一部に重なっていてもよい。このようにしても、互いに隣り合う熱交換部材４の間の隙間の大部分を広くすることができ、複数の熱交換部材４の間の隙間を気流Ａが通過するときの通風抵抗を低減することができる。これにより、熱交換器１の熱交換性能の向上を図ることができる。

また、実施の形態１及び２では、第１の延在部８及び第２の延在部９のそれぞれが本体部１１から出ているが、第１の延在部８がなくてもよいし、第２の延在部９がなくてもよい。第１の延在部８がない場合には、第２の延在部９の幅寸法Ｌｆ２が延在部の全体の寸法Ｌｆとなり、第２の延在部９がない場合には、第１の延在部８の幅寸法Ｌｆ１が延在部の全体の寸法Ｌｆとなる。このようにしても、熱交換器１の熱交換性能の向上を図ることができる。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３による熱交換器１の熱交換部材４を示す断面図である。複数の熱交換部材４のそれぞれは、複数の本体部１１と、複数の本体部１１にそれぞれ設けられている第１及び第２の延在部８，９とを有している。

複数の本体部１１は、第３方向ｘへ互いに間隔を置いて配置されている。複数の本体部１１のそれぞれの構成は、実施の形態１による本体部１１の構成と同様である。

伝熱管５の幅方向、即ち第３方向ｘについての各本体部１１の端部からは、第１の延在部８及び第２の延在部９がそれぞれ延びている。各第１の延在部８は、本体部１１よりも気流Ａの上流側、即ち風上側に向かって本体部１１の幅方向一端部から延びている。各第２の延在部９は、伝熱管５よりも気流Ａの下流側、即ち風下側に向かって本体部１１の幅方向他端部から延びている。この例では、各第１の延在部８及び各第２の延在部９が第３方向ｘに沿って配置されている。また、この例では、伝熱管５の幅方向、即ち第３方向ｘに沿って熱交換部材４を見たとき、すべての第１及び第２の延在部８，９が各本体部１１の領域内に配置されている。

各本体部１１の重ね部１０のそれぞれには、第１の延在部８及び第２の延在部９が繋がっている。第３方向ｘについて互いに隣り合う２つの本体部１１の間に配置されている第１の延在部８及び第２の延在部９は、互いに繋がることによって連結延在部２１を構成している。即ち、共通の熱交換部材４では、複数の本体部１１のそれぞれが連結延在部２１を介して連続して連結されている。この例では、各第１の延在部８、各第２の延在部９及び各重ね部１０によって伝熱板６が構成されている。また、この例では、伝熱板６が単一材になっており、伝熱板６が各伝熱管５とは別部材になっている。

本実施の形態では、第３方向ｘについての各第１の延在部８及び各第２の延在部９のそれぞれの寸法の合計値が、第３方向ｘについての延在部の寸法Ｌｆになっている。また、本実施の形態では、第３方向ｘについての各本体部１１のそれぞれの寸法の合計値が、第３方向ｘについての本体部１１の幅寸法Ｌａになっている。他の構成は実施の形態１と同様である。

このように、複数の本体部１１が第３方向ｘへ互いに間隔を置いて配置され、複数の本体部１１のそれぞれが第１及び第２の延在部８，９を介して連結されているので、各第１の延在部８のそれぞれの幅寸法及び各第２の延在部９のそれぞれの幅寸法を短くしながら、第３方向ｘについての延在部の全体の寸法Ｌｆを確保することができる。これにより、各第１の延在部８及び各第２の延在部９を曲がりにくくすることができる。

なお、上記の例では、第３方向ｘについての熱交換部材４の一端部に第１の延在部８が位置し、第３方向ｘについての熱交換部材４の他端部に第２の延在部９が位置しているが、熱交換部材４の一端部に位置する第１の延在部８がなくてもよいし、熱交換部材４の他端部に位置する第２の延在部９がなくてもよい。このようにしても、熱交換器１の熱交換性能の向上を図ることができる。

実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４による冷凍サイクル装置を示す構成図である。冷凍サイクル装置３１は、圧縮機３２、凝縮熱交換器３３、膨張弁３４、蒸発熱交換器３５を含む冷凍サイクル回路を備えている。冷凍サイクル装置３１では、圧縮機３２が駆動することにより、圧縮機３２、凝縮熱交換器３３、膨張弁３４及び蒸発熱交換器３５を冷媒が相変化しながら循環する冷凍サイクルが行われる。本実施の形態では、冷凍サイクル回路を循環する冷媒が図９の矢印の方向へ流れる。

冷凍サイクル装置３１には、凝縮熱交換器３３及び蒸発熱交換器３５のそれぞれに対して気流を個別に送るファン３６，３７と、各ファン３６，３７を個別に回転させる駆動モータ３８，３９とが設けられている。凝縮熱交換器３３は、ファン３６の動作によって生じた気流と冷媒との間で熱交換を行う。蒸発熱交換器３５は、ファン３７の動作によって生じた気流と冷媒との間で熱交換を行う。

冷媒は、圧縮機３２で圧縮されて凝縮熱交換器３３へ送られる。凝縮熱交換器３３では、冷媒が外部の空気へ熱を放出して凝縮される。この後、冷媒は、膨張弁３４へ送られ、膨張弁３４で減圧された後、蒸発熱交換器３５へ送られる。この後、冷媒は、蒸発熱交換器３５で外部の空気から熱を取り込んで蒸発した後、圧縮機３２へ戻る。

本実施の形態では、凝縮熱交換器３３及び蒸発熱交換器３５の一方又は双方に、実施の形態１〜３のいずれかの熱交換器１が用いられている。これにより、エネルギ効率の高い冷凍サイクル装置を実現することができる。また、本実施の形態では、凝縮熱交換器３３が室内熱交換器に用いられ、蒸発熱交換器３５が室外熱交換器に用いられている。なお、蒸発熱交換器３５を室内熱交換器に用い、凝縮熱交換器３３を室外熱交換器に用いてもよい。

実施の形態５．
図１０は、この発明の実施の形態５による冷凍サイクル装置を示す構成図である。冷凍サイクル装置４１は、圧縮機４２、室外熱交換器４３、膨張弁４４、室内熱交換器４５及び四方弁４６を含む冷凍サイクル回路を有している。冷凍サイクル装置４１では、圧縮機４２が駆動することにより、圧縮機４２、室外熱交換器４３、膨張弁４４及び室内熱交換器４５を冷媒が相変化しながら循環する冷凍サイクルが行われる。本実施の形態では、圧縮機４２、室外熱交換器４３、膨張弁４４及び四方弁４６が室外機に設けられ、室内熱交換器４５が室内機に設けられている。

室外機には、室外熱交換器４３に室外の空気を気流として強制的に通過させる室外ファン４７が設けられている。室外熱交換器４３は、室外ファン４７の動作によって生じた室外の気流と冷媒との間で熱交換を行う。室内機には、室内熱交換器４５に室内の空気を気流として強制的に通過させる室内ファン４８が設けられている。室内熱交換器４５は、室内ファン４８の動作によって生じた室内の気流と冷媒との間で熱交換を行う。

冷凍サイクル装置４１の運転は、冷房運転と暖房運転との間で切り替え可能になっている。四方弁４６は、冷凍サイクル装置４１の冷房運転及び暖房運転の切り替えに応じて冷媒流路を切り替える電磁弁である。四方弁４６は、冷房運転時に、圧縮機４２からの冷媒を室外熱交換器４３へ導くとともに室内熱交換器４５からの冷媒を圧縮機４２へ導き、暖房運転時に、圧縮機４２からの冷媒を室内熱交換器４５へ導くとともに室外熱交換器４３からの冷媒を圧縮機４２へ導く。図１０では、冷房運転時の冷媒の流れの方向を破線の矢印で示し、暖房運転時の冷媒の流れの方向を実線の矢印で示している。

冷凍サイクル装置４１の冷房運転時には、圧縮機４２で圧縮された冷媒が室外熱交換器４３へ送られる。室外熱交換器４３では、冷媒が室外の空気へ熱を放出して凝縮される。この後、冷媒は、膨張弁４４へ送られ、膨張弁４４で減圧された後、室内熱交換器４５へ送られる。この後、冷媒は、室内熱交換器４５で室内の空気から熱を取り込んで蒸発した後、圧縮機４２へ戻る。従って、冷凍サイクル装置４１の冷房運転時には、室外熱交換器４３が凝縮器として機能し、室内熱交換器４５が蒸発器として機能する。

冷凍サイクル装置４１の暖房運転時には、圧縮機４２で圧縮された冷媒が室内熱交換器４５へ送られる。室内熱交換器４５では、冷媒が室内の空気へ熱を放出して凝縮される。この後、冷媒は、膨張弁４４へ送られ、膨張弁４４で減圧された後、室外熱交換器４３へ送られる。この後、冷媒は、室外熱交換器４３で室外の空気から熱を取り込んで蒸発した後、圧縮機４２へ戻る。従って、冷凍サイクル装置４１の暖房運転時には、室外熱交換器４３が蒸発器として機能し、室内熱交換器４５が凝縮器として機能する。

本実施の形態では、室外熱交換器４３及び室内熱交換器４５の一方又は双方に、実施の形態１及び２のいずれかの熱交換器１が用いられている。これにより、エネルギ効率の高い冷凍サイクル装置を実現することができる。

なお、実施の形態４及び５における冷凍サイクル装置は、例えば空気調和装置又は冷凍装置等に適用される。

また、各上記実施の形態では、伝熱管５と伝熱板６とが別部材になっており、伝熱管５及び重ね部１０によって本体部１１が構成されているが、第１の延在部８、第２の延在部９及び本体部１１を有する熱交換部材４を一体成型の単一材で構成してもよい。この場合、本体部１１は、重ね部１０を有しておらず、伝熱管５自体となる。従って、この場合、伝熱管５には第１の延在部８及び第２の延在部９が直接接続される。この場合、伝熱管５の外周面に重ね部１０が重ならないことから、本体部１１の幅寸法Ｌａ及び厚さ寸法Ｔａは、伝熱管５自体の幅寸法Ｌｔ及び厚さ寸法Ｔｔと一致する。また、この場合、熱交換部材４は、加熱した材料をダイスの穴から押し出して第１の延在部８、第２の延在部９及び伝熱管５のそれぞれの断面を同時に成型する押し出し加工によって製造される。なお、ダイスの穴から材料を引き抜いて第１の延在部８、第２の延在部９及び伝熱管５のそれぞれの断面を成型する引き抜き加工によって熱交換部材４を製造してもよい。

また、各上記実施の形態では、扁平形状の断面を持つ扁平管が伝熱管５として用いられているが、円形状の断面を持つ円管を伝熱管５として用いてもよい。この場合、１つの伝熱管５内には、円形状の断面を持つ１つの冷媒流路７が設けられる。

また、各上記実施の形態による熱交換器１及び冷凍サイクル装置３１，４１では、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、ＨＦＯ１２３４ｙｆ等の冷媒を用いることにより、その効果を達成することができる。

また、各上記実施の形態では、作動流体として、空気及び冷媒の例を示したが、他の気体、液体、気液混合流体を用いても、同様の効果を得ることができる。

また、各上記実施の形態による熱交換器１及び冷凍サイクル装置３１，４１では、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系等、冷媒と油とが溶ける溶けないにかかわらず、どんな冷凍機油についても、その効果を得ることができる。

また、この発明は各上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

１ 熱交換器、４ 熱交換部材、５ 伝熱管、８ 第１の延在部、９ 第２の延在部、１１ 本体部、３１，４１ 冷凍サイクル装置。

Claims (6)

1. 互いに間隔を置いて第１方向へ並んでいる複数の熱交換部材
   を備え、
   前記複数の熱交換部材のそれぞれは、前記第１方向に交差する第２方向へ延びる伝熱管を含む本体部と、前記第２方向に沿って前記本体部に設けられている延在部とを有し、
   前記延在部は、前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに交差する第３方向における前記本体部の端部から延びており、
   前記本体部は、前記伝熱管の外周面に重なっている板状の重ね部を有しており、
   前記重ね部は、前記延在部に繋がっており、
   前記延在部及び前記重ね部によって伝熱板が構成されており、
   前記伝熱板は、前記伝熱管とは別部材になっており、
   前記第３方向についての前記本体部の寸法をＬａ[ｍｍ]、前記第３方向についての前記延在部の寸法をＬｆ［ｍｍ］、前記伝熱管の肉厚の寸法をｔｐ[ｍｍ]、前記延在部の厚さ寸法をＴｆ[ｍｍ]とすると、
   Ｔｆ≦ｔｐ
   の関係を満たしており、
   前記第２方向及び前記第３方向のいずれにも直交する方向についての前記本体部の寸法をＴａ[ｍｍ]、複数の前記熱交換部材の配置ピッチをＦＰ［ｍｍ］とすると、
   Ｔａ／Ｔｆ≦５．６×ＦＰ^１．３
   の関係を満たす熱交換器
   を備えている空気調和装置。
2. 互いに間隔を置いて第１方向へ並んでいる複数の熱交換部材
   を備え、
   前記複数の熱交換部材のそれぞれは、前記第１方向に交差する第２方向へ延びる伝熱管を含む本体部と、前記第２方向に沿って前記本体部に設けられている延在部とを有し、
   前記延在部は、前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに交差する第３方向における前記本体部の端部から延びており、
   前記本体部は、前記伝熱管の外周面に重なっている板状の重ね部を有しており、
   前記重ね部は、前記延在部に繋がっており、
   前記延在部及び前記重ね部によって伝熱板が構成されており、
   前記伝熱板は、前記伝熱管とは別部材になっており、
   前記第３方向についての前記本体部の寸法をＬａ[ｍｍ]、前記第３方向についての前記延在部の寸法をＬｆ［ｍｍ］、前記伝熱管の肉厚の寸法をｔｐ[ｍｍ]、前記延在部の厚さ寸法をＴｆ[ｍｍ]とすると、
   Ｔｆ≦ｔｐ
   の関係を満たしており、
   前記第２方向及び前記第３方向のいずれにも直交する方向についての前記本体部の寸法をＴａ[ｍｍ]、複数の前記熱交換部材の配置ピッチをＦＰ［ｍｍ］とすると、
   Ｔａ／Ｔｆ≦５．６×ＦＰ^１．３
   の関係を満たし、
   ＦＰは、５［ｍｍ］よりも小さく、
   ＦＰ＞Ｔａの関係を満たしている熱交換器。
3. Ｌｆ／Ｌａ≧１の関係を満たしている請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記複数の伝熱管のそれぞれは、扁平管であり、
   各前記扁平管の幅方向は、前記第３方向に一致している請求項２又は請求項３に記載の熱交換器。
5. 互いに隣り合う前記本体部のそれぞれの位置は、前記第３方向について互いにずれている請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器
   を備えている冷凍サイクル装置。

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