JP7044969B2

JP7044969B2 - 熱交換器

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Publication number: JP7044969B2
Application number: JP2018036980A
Authority: JP
Inventors: 透安東; 寛之中野; 俊吉岡
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2038-03-01
Also published as: CN111788447A; EP3760960A1; US20210010727A1; WO2019167840A1; CN111788447B; JP2019152361A; EP3760960B1; EP3760960A4; US11874034B2

Description

熱交換器に関する。

空気調和装置などに用いられる熱交換器の中には、伝熱フィンプレートが貼りあわされて形成された細径伝熱管ユニットを有するものがある（例えば、特許文献１（特開２００６－９０６３６号公報）等）。

低い温度環境で熱交換器を蒸発器として使用した場合、内部の熱流束分布により、一部分に集中的に着霜が生じることがある。そして、着霜が集中した箇所で風路閉塞が生じ、熱交換器の性能が低下することがある。

第１観点の熱交換器は、第１方向に延びる伝熱流路部及び伝熱補助部が前記第１方向に対して傾斜又は直交する第２方向に並んで形成される伝熱ユニットを有する。伝熱ユニットには、第１方向視で、第２方向における端部に、伝熱補助部の一つである第１伝熱補助部が形成される。そして、第１伝熱補助部における、第２方向で隣接する伝熱流路部までの第１長さが、伝熱ユニットに複数の伝熱流路部が存在する場合の第２方向で隣接する伝熱流路部間の距離より長い、又は、伝熱ユニットが第１方向及び第２方向のいずれとも異なる第３方向に複数配置される場合の第３方向で隣接する伝熱ユニット間の距離より長い、ものである。このような構成により、熱交換器全体としての熱交換性能を最適化することができる。

第２観点の熱交換器は、第１観点の熱交換器であって、アルミニウムの押し出し加工により伝熱流路部及び伝熱補助部が一体成形されたものである。このような熱交換器であれば、容易に製造することができる。

第３観点の熱交換器は、第２観点の熱交換器であって、第１方向視で、伝熱補助部の厚さが、伝熱流路部の厚さの２倍未満である。このような熱交換器であれば、小型に設計することができる。

第４観点の熱交換器は、第１観点から第３観点の熱交換器であって、第１方向視における第１伝熱補助部の厚みｔに対し、第１長さＳが下式（１）の条件を満たすものである。このような条件を満たす場合には、熱交換性能を最適化することができる。

第５観点の熱交換器は、第１観点から第４観点の熱交換器であって、伝熱ユニットが第３方向に複数配置される場合、第１方向視で、一の伝熱ユニットの伝熱流路部の第２方向における位置と、隣接する伝熱ユニットの伝熱補助部の第２方向における位置とが重複するように配置される。このような構成により、熱交換器全体における熱交換性能を高めることができる。

第６観点の熱交換器は、第１観点から第５観点の熱交換器であって、第１方向視における第１伝熱補助部の厚みｔが、伝熱流路部の仮想外径Ｄの１／２より小さいものである。そして、伝熱ユニットが第３方向に複数配置される場合の隣接する伝熱ユニット間の第３方向における距離ＦＰが、下式（２）の条件を満たすものである。このような条件を満たす場合には、熱交換性能を最適化することができる。

第７観点の熱交換器は、第１観点から第６観点の熱交換器であって、伝熱流路部が、第２方向に沿って端部側から風上部、中央部、及び風下部を有する。また、風上部から中央部に向かうにつれて厚みが増加し、中央部から風下部に向かうにつれて厚みが減少する。このような構成により、伝熱ユニット内を通過する空気の熱流速分布を均一化することができる。

第８観点の熱交換器は、第７観点の熱交換器であって、伝熱流路部が、複数の管路を有する。このような構成でれば、最適な流路断面積の流路を容易に形成できる。

第９観点の熱交換器は、第８観点の熱交換器であって、伝熱流路部において、中央部に形成される管路の断面積よりも、風上部及び／又は風下部に形成される管路の断面積の方が小さいものである。

第１０観点の熱交換器は、第７観点から第９観点の熱交換器であって、第２方向における、風上部の長さが、風下部の長さより短いものである。このような構成により、死水域を減らすことができる。

第１１観点の熱交換器は、第１観点から第１１観点の熱交換器であって、伝熱ユニットが第３方向に複数配置される場合、一の伝熱ユニットの第２方向における端部の位置と、他の伝熱ユニットの第２方向における端部の位置との間の距離が、第３方向における伝熱ユニット間の距離ＦＰに対して、ＦＰ／４以上の離間しているものである。このような構成により、伝熱ユニット内を通過する空気の熱流速分布を均一化することができる。

第１２観点の空気調和装置は第１観点から第１１観点の熱交換器が搭載されたものである。

一実施形態に係る熱交換器１０の概念を示す模式図である。同実施形態に係る熱交換器１０の構成を示す模式図である。同実施形態に係る第１ヘッダ２１の断面形状を示す模式図である。同実施形態に係る第２ヘッダ２２の断面形状を示す模式図である。同実施形態に係る伝熱ユニット３０の構成を示す模式図である。同実施形態に係る伝熱ユニット３０の構成を説明するための模式図である。同実施形態に係る伝熱ユニット群１５の構成を説明するための模式図である。同実施形態に係る熱交換器１０の断面形状を示す模式図である。同実施形態に係る伝熱ユニット３０の構成を説明するための模式図である（図７の一部拡大図）。同実施形態に係る伝熱ユニット３０の構成を説明するための模式図である（図９の一部拡大図）。同実施形態に係る熱交換器１０の冷媒流路を説明するための図である。比較のための伝熱ユニット群１５Ｘの構成を示す模式図である。変形例Ｂに係る熱交換器１０のシミュレーション結果を示す図である。変形例Ｄに係る伝熱ユニット３０の構成を説明するための模式図である。変形例Ｄに係る伝熱ユニット３０の構成を説明するための模式図である（図１４の一部拡大図）。変形例Ｅに係る熱交換器１０の冷媒流路を説明するための模式図である。変形例Ｆに係る伝熱ユニット３０を説明するための模式図である。変形例Ｆに係る伝熱ユニット群１５を説明するための模式図である。変形例Ｈに係る伝熱ユニット群１５の構成を説明するための模式図である。変形例Ｈに係る伝熱ユニット群１５の構成を説明するための模式図である（図１９の一部拡大図）。変形例Ｉに係る伝熱ユニット群１５の構成を説明するための模式図である。変形例Ｉに係る伝熱ユニット群１５の構成を説明するための模式図である（図２１の一部拡大図）。変形例Ｊに係る伝熱ユニット群１５の構成を説明するための模式図である。

以下、図面に基づいて、本開示に係る電力変換装置及び空気調和装置の実施形態について説明する。

（１）熱交換器の概要
熱交換器１０は、内部を流れる流体と外部を流れる空気との間で熱交換を行なうものである。具体的には、図１に概念を示すように、熱交換器１０には、冷媒が流入出するための第１配管４１及び第２配管４２が取り付けられる。また、熱交換器１０の近傍には、熱交換器１０に風を送るためのファン６が配置される。ファン６は熱交換器１０に向かう空気流を発生させ、その空気流が熱交換器１０を通過する際に、熱交換器１０と空気との間で熱交換が行なわれる。なお、熱交換器１０は、空気から熱を奪う蒸発器としても、空気に熱を放出する凝縮器（放熱器）としても機能し、空気調和装置等に搭載できるものである。

（２）熱交換器の詳細
（２－１）全体構成
熱交換器１０は、図２に示すように、伝熱ユニット群１５、第１ヘッダ２１及び第２ヘッダ２２を有する。

伝熱ユニット群１５は、複数の伝熱ユニット３０から構成される。また、伝熱ユニット群１５は、ファン６により生じる空気流の方向が各伝熱ユニット３０の間を通過するように配置される。各部材の配置についての詳細は後述する。

（２－２）ヘッダ
第１ヘッダ２１は、図３に示すように、中空の部材で構成されており、ガス・液・気液二相の状態の冷媒が内部を流通可能に構成されている。そして、第１ヘッダ２１は、伝熱ユニット３０の上方で第１配管４１と伝熱ユニット３０とに接続する。また、第１ヘッダ２１の下面には、伝熱ユニット３０と接続するための接続面２１Ｓが形成される。接続面２１Ｓには、後述する伝熱流路部３１の端部３１ｅが挿入される連結孔が形成される。なお、図３は第３方向Ｄ３から見たときの第１ヘッダ２１の断面状態を示している。第３方向Ｄ３の定義については後述する。

第２ヘッダ２２は、図４に示すように、第１ヘッダ２１と同様に中空の部材で構成されており、ガス・液・気液二相の状態の冷媒が内部を流通可能に構成されている。そして、第２ヘッダ２２は、伝熱ユニット３０の下方で第２配管４２と伝熱ユニット３０とに接続する。また、第２ヘッダ２２の上面には、伝熱ユニット３０と接続するための接続面２２Ｓが形成される。接続面２２Ｓには、後述する伝熱流路部３１の端部３１ｅが挿入される連結孔が形成される。なお、図４は第３方向Ｄ３から見たときの第２ヘッダ２２の断面状態を示している。第３方向Ｄ３の定義については後述する。

（２－３）伝熱ユニット
（２－３－１）
伝熱ユニット３０は、図５に示すように、「第１方向Ｄ１」に延びる複数の伝熱流路部３１及び複数の伝熱補助部３２が、第１方向Ｄ１に対して傾斜又は直交する「第２方向Ｄ２」に並んで形成されるものである。ここでは、伝熱流路部３１は略円筒形状であり、伝熱補助部３２は略平板形状である。また、伝熱流路部３１は、図６に示すように、第２方向Ｄ２に所定のピッチＰＰで並ぶように形成される。そして、このような伝熱ユニット３０が、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２のいずれとも異なる「第３方向Ｄ３」に複数配置されることで、図７に示すような伝熱ユニット群１５が形成される。ここでは、伝熱ユニット群１５は、少なくとも３以上の伝熱ユニット３０が積層状に配置される。

なお、説明の便宜上、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、第３方向Ｄ３は互いに直交するものとする。ただし、これらの方向Ｄ１～Ｄ３は完全に直交するものでなくても、互いに傾斜するものであれば、本実施形態に係る熱交換器１０を実現することは可能である。

伝熱ユニット３０は、第１ヘッダ２１及び第２ヘッダ２２の接続面２１Ｓ，２２Ｓで、第１ヘッダ２１及び第２ヘッダ２２に接続する。具体的には、伝熱ユニット３０の第１方向Ｄ１の端部は、図５に示すように、伝熱流路部３１の端部３１ｅが伝熱補助部３２の端部３２ｅから突出している。伝熱流路部３１の端部３１ｅは、第１ヘッダ２１及び第２ヘッダ２２の接続面２１Ｓ，２２Ｓに設けられた連結孔に挿入される。そして、この接続箇所がロウ付け等されることで、伝熱ユニット３０が第１ヘッダ２１及び第２ヘッダ２２の間に固定される（図８参照）。

伝熱流路部３１は、第１ヘッダ２１及び第２ヘッダ２２の間の冷媒の移動を可能にするものである。具体的には、伝熱流路部３１の内部には略円筒形状の通路が形成されており、この通路内を冷媒が移動する。なお、本実施形態に係る伝熱流路部３１は第１方向Ｄ１に沿って直線状に形成される。

伝熱補助部３２は、隣接する伝熱流路部３１の内部を流れる冷媒と周囲の空気との間の熱交換を促進するものである。ここでは、伝熱補助部３２は、伝熱流路部３１と同様に第１方向Ｄ１に延びるように形成され、隣接する伝熱流路部３１に接するように配置される。伝熱補助部３２は、伝熱流路部３１と一体的に形成されるものでもよいし、別個に形成されるものでもよい。

（２－３－２）
本実施形態に係る伝熱ユニット３０の具体的な形態について図９を用いて説明する。なお、図９は図７の一部拡大図である（図７の点線部に相当）。

本実施形態に係る伝熱ユニット３０には、第１方向Ｄ１からみたときに、第２方向Ｄ２における端部に、伝熱補助部３２の一つである第１伝熱補助部３２ｇ（３２ａｇ，３２ｂｇを含む）が形成される。また、第１伝熱補助部３２ｇは、第２方向Ｄ２で隣接する伝熱流路部３１ｇ（３１ａｇ，３１ｂｇを含む）までの第１長さＳが、伝熱ユニット３０の第２方向Ｄ２で隣接する他の伝熱流路部３１間の距離ＰＰより長くなるように構成されている（図６，９参照）。

また、一の伝熱ユニット３０ａにおける第１長さＳが、第３方向Ｄ３で隣接する伝熱ユニット３０ａ，３０ｂ間の距離ＦＰより長くなるように構成されている。

また、第１方向Ｄ１から見たときに、一の伝熱ユニット３０ａの伝熱流路部３１ａの第２方向における位置と、隣接する伝熱ユニット３０ｂの伝熱補助部３２ｂの第２方向Ｄ２における位置とが重複するように配置される。換言すると、図９に示すように、隣接する伝熱ユニット３０ａ，３０ｂ同士で、伝熱流路部３１が千鳥状に配置される。

また、図９に示すように、一の伝熱ユニット３０ａの第２方向Ｄ２における端部の位置と、他の伝熱ユニット３０ｂの第２方向Ｄ２における端部の位置との間の距離ｙが、第３方向Ｄ３における伝熱ユニット３０ａ，３０ｂ間の距離ＦＰに対して、ＦＰ／４以上の離間している。

また、第１方向Ｄ１から見たときに、伝熱補助部３２の厚さｔ１が、伝熱流路部３１の外壁部材ｗの厚さの２倍未満になるように構成されている（図１０参照）。なお、図１０は図９の一部拡大図である（図９の点線部に相当）。

（２－４）冷媒流路
熱交換器１０が蒸発器として用いられるときには、ファン６により生じた空気流Ｗが図１１に示すように第２方向Ｄ２に沿って流れる。この状態で、熱交換器１０に、第２配管４２から液相の冷媒Ｆが流入する。続いて、冷媒Ｆは、第２配管４２から第２ヘッダ２２に流入する。そして、冷媒Ｆは、第２ヘッダ２２に接続された伝熱流路部３１を経由して下方から上方に向けて流れる。冷媒Ｆは、伝熱流路部３１を流れている間に空気流Ｗと熱交換を行う。これにより冷媒Ｆは蒸発して気相に変化する。そして、気相の冷媒Ｆが第１配管４１から流出する。

熱交換器１０が凝縮器として用いられるときには、蒸発器のときとは逆向きに冷媒Ｆが流れる。すなわち、第１配管４１から気相の冷媒Ｆが流入し、第２配管４２から液相の冷媒Ｆが流出する。

（３）熱交換器１０の製造方法
伝熱ユニット３０は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属材料から製造される。具体的には、まず、図５の断面形状に相当する型を用いて金属材料の押出成形が行なわれ、伝熱流路部３１及び伝熱補助部３２が一体的に形成される。続いて、伝熱補助部３２の一部を切除して切欠部３３が設けられる。切欠部３３は、例えば、伝熱補助部３２の複数箇所を打ち抜きによって切除して形成される。

第１ヘッダ２１及び第２ヘッダ２２は、金属材料を管状に加工することによって製造される。第１ヘッダ２１及び第２ヘッダ２２には、伝熱流路部３１の端部３１ｅを挿入するための連結孔が設けられる。連結孔は、例えばドリルによって形成される円形の貫通孔である。

熱交換器１０の組み立ては、第１ヘッダ２１及び第２ヘッダ２２の連結孔に、伝熱ユニット３０の伝熱流路部３１の端部３１ｅが挿入される。これにより、伝熱補助部３２の端部３２ｅが第１ヘッダ２１及び第２ヘッダ２２の接続面２１Ｓ，２２Ｓに接触する状態になる。この接触箇所において、伝熱ユニット３０と第１ヘッダ２１及び第２ヘッダ２２がロウ付け等されて固定される。

（４）特徴
（４－１）
以上説明したように、本実施形態に係る熱交換器１０は、第１方向Ｄ１に延びる伝熱流路部３１及び伝熱補助部３２が第１方向Ｄ１に対して傾斜又は直交する第２方向Ｄ２に並んで形成される伝熱ユニット３０を有する。ここで、伝熱ユニット３０は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２のいずれとも異なる第３方向Ｄ３に複数配置され、伝熱ユニット群１５を形成する。

伝熱ユニット３０には、第１方向Ｄ１から見たときに、第２方向Ｄ２における端部に、伝熱補助部３２の一つである第１伝熱補助部３２ｇが形成されている。そして、第１伝熱補助部３２ｇは、第２方向Ｄ２で隣接する伝熱流路部３１ｇまでの第１長さＳが、第２方向Ｄ２で隣接する伝熱流路部３１間の距離ＰＰより長くなるように構成されている。また、伝熱ユニット３０は、第１長さＳが、第３方向Ｄ３で隣接する伝熱ユニット３０間の距離ＦＰより長くなるように構成されている。

このような熱交換器１０では、最風上側の伝熱流路部３１ｇにおける、隣接する伝熱補助部３２ｇまでの距離（第１長さＳ）が長いので、最風上側の伝熱流路部３１ｇから伝熱補助部３２ｇへの伝熱量を下げることができる。これにより、伝熱ユニット３０表面上の熱流束分布を均一化することができる。結果として、熱交換器１０を低い温度環境（例えば摂氏７度以下）で蒸発器として用いたときに、風路の入口部に着霜が局所的に発生するのを抑制又は回避することができる。

なお、本実施形態に係る熱交換器１０は、ここで述べる形態に限定されるものではない。例えば、熱交換器は１０、後述の変形例に示すような形態を採り得るものである。

（４－２）
また、本実施形態に係る熱交換器１０は、第１方向Ｄ１から見たときに、一の伝熱ユニット３０ａの伝熱流路部３１ａの第２方向Ｄ２における位置と、隣接する伝熱ユニット３０ｂの伝熱補助部３２ｂの第２方向Ｄ２における位置とが重複するように配置される。要するに、このような構成の熱交換器１０では、図７に示すように、第１方向Ｄ１から見て、伝熱流路部３１と伝熱補助部３２とが千鳥状に配置される。これにより、熱交換器全体における熱交換性能を高めることができる。

補足すると、図７に示すような構成の伝熱ユニット群１５は、図１２に示すような構成の伝熱ユニット群１５Ｘに比して、風路の流路断面積を大きくすることができる。すなわち、図１２に示す伝熱ユニット群１５Ｘでは、第１方向Ｄ１から見たときに、一の伝熱ユニット３０ａの伝熱流路部３１ａの第２方向Ｄ２における位置と、隣接する伝熱ユニット３０ｂの伝熱流路部３１ｂの第２方向Ｄ２における位置とが重複している。そのため、図１２に示す伝熱ユニット群１５Ｘでは、伝熱流路部３１ａ，３１ｂの膨出した部分が、第３方向Ｄ３で互いに対向するように配置されることになり、図７に示す伝熱ユニット群１５に比して風路の流路断面積が小さくなる。換言すると、図７に示す伝熱ユニット群１５は、図１２に示す伝熱ユニット群１５Ｘよりも風路の流路断面積が大きいので、熱交換器全体における熱交換性能を高めることができる。

ただし、本実施形態に係る熱交換器１０は、図１２に示すような構成の伝熱ユニット群１５Ｘを排除するものではない。

（４－３）
また、本実施形態に係る熱交換器１０は、図９に示すように、一の伝熱ユニット３０ａの第２方向Ｄ２における端部の位置と、他の伝熱ユニット３０ｂの第２方向Ｄ２における端部の位置との間の距離ｙが、第３方向Ｄ３における伝熱ユニット３０ａ，３０ｂ間の距離ＦＰに対して、ＦＰ／４以上の離間しているものである。

このような構成により、伝熱ユニット群１５の内部を通過する空気の熱流束分布を均一化することができる。また、第１伝熱補助部３２ｇの端部が千鳥状に配置されることで、風路の入口部に断面積の広い部分が形成される。したがって、このような熱交換器１０を蒸発器として用いた場合には、着霜の発生量を抑制することができる。結果として、着霜による風路閉塞を回避できる。

（４－４）
また、本実施形態に係る熱交換器１０は、第１方向Ｄ１に沿って上下から伝熱ユニット３０に接続し、冷媒流路の一部を形成する第１ヘッダ２１（上側ヘッダ）及び第２ヘッダ２２（下側ヘッダ）をさらに備える。このような構成により、伝熱ユニット３０の長手方向を鉛直方向に向けることができ、付着した水（結露水等）を容易に排出できる。また、組立性・加工性を高めることもできる。

ただし、本実施形態に係る熱交換器１０は、第１ヘッダ２１及び第２ヘッダ２２を上下方向に代えて左右方向に設ける構成を排除するものではない。

（４－５）
また、本実施形態に係る熱交換器１０は、各伝熱ユニット３０を、金属材料の押出成形によって単一の部材から形成することができる。また、打ち抜きにより複数の切欠部３３を一度に形成することができる。したがって、組立性・加工性の高い熱交換器１０を提供できる。例えば、このような伝熱ユニット３０として、アルミニウムの押し出し加工により伝熱流路部３１及び伝熱補助部３２が一体成形されたものを採用することができる。

（４－６）
また、本実施形態に係る伝熱ユニット３０は、第１方向Ｄ１から見たときに、伝熱補助部３２の厚さｔ１が、伝熱流路部３１の厚さｗの２倍未満である。例えば、伝熱ユニット３０を押し出し加工により形成することで、このような構成を実現できる。そして、伝熱補助部３２の厚さｔ１が伝熱流路部３１の厚さｗの２倍未満であれば、そうでない構成に比して、第１伝熱補助部３１ｇの第１長さＳを短くすることができる。結果として、熱交換器１０を小型化することができる。

補足すると、板厚が略均一の２枚のフィンプレートを貼り合わせて形成する伝熱ユニットでは、伝熱補助部３２の板厚ｗが伝熱流路部３１の板厚ｔ１の２倍になる。そのため、伝熱流路部３１の耐圧性を確保しようとすると、伝熱補助部３２の板厚ｔ１が厚くなる。板厚ｔ１が厚くなると、風上側の伝熱補助部３２（第１伝熱補助部３２ｇ）の先端部が着霜し易くなる。着霜を回避するためには、第１伝熱補助部３２の第１長さＳを長くする必要が生じる。一方、伝熱ユニット３０を押し出し加工により形成した場合には、伝熱流路部３１の厚さを薄くしても耐圧性を確保できる。結果として、第１長さＳを短くすることができ、熱交換器を小型化することができる。

（５）変形例
（５－１）変形例Ａ
本実施形態に係る熱交換器１０は、上述した構成の伝熱ユニット群１５を有するとしたが、熱交換器１０は、このような形態に限定されるものではない。

本実施形態に係る熱交換器１０は、第１伝熱補助部３２ｇにおける、第２方向Ｄ２で隣接する伝熱流路部３１ｇまでの第１長さＳが、伝熱ユニット３０に複数の伝熱流路部３１が存在する場合の第２方向Ｄ２で隣接する伝熱流路部３２間の距離ＰＰより長い任意の構成を採用することができる。換言すると、本実施形態に係る熱交換器１０は、伝熱ユニット３０が必ずしも第３方向Ｄ３に配置されていなくてもよいものである。このような構成であっても、最風上側の伝熱流路部３１ｇの第１長さＳが長いので、最風上側の伝熱流路部３１ｇから伝熱補助部３２ｇへの伝熱量を下げることができる。

また、本実施形態に係る熱交換器１０は、第１伝熱補助部３２ｇの第１長さＳが、伝熱ユニット３０が第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２のいずれとも異なる第３方向Ｄ３に複数配置される場合の第３方向Ｄ３で隣接する伝熱ユニット３０ａ，３０ｂ間の距離ＦＰより長い任意の構成を採用することができる。換言すると、本実施形態に係る熱交換器１０は、必ずしも伝熱ユニット３０に複数の伝熱流路部３１が存在していなくてもよいものである。このような構成であっても、最風上側の伝熱流路部３１ｇと隣接する伝熱補助部３２ｇとの間の距離（第１長さＳ）が長いので、最風上側の伝熱流路部３１ｇから伝熱補助部３２ｇへの伝熱量を下げることができる。

（５－２）変形例Ｂ
また、本実施形態に係る熱交換機１０は、第１方向Ｄ１から見たときの第１伝熱補助部３２ｇの厚みｔに対して、第１長さＳが下式（１）の条件を満たすものでもよい。なお、下式（１）の条件を満たす熱交換器１０であれば、熱交換性能を最適化できる。特に、熱交換器１０を蒸発器として用いたときには、着霜を抑えるとともに、風路抵抗を最適化することができる。

補足すると、本発明者は、式（１）の条件を満たすときに、第１伝熱補助部３２ｇの先端の熱流束が伝熱流路部３１ｇの頂部と同等以下になるとの知見を得た。そして、式（１）の条件を満たすときには、熱交換器１０を低い温度環境（例えば摂氏７度以下）で蒸発器として用いたとしても、第１伝熱補助部３２ｇの先端への着霜集中を回避できるとの知見を得た。

例えば、本発明者らは、隣接する伝熱ユニット３０ａ，３０ｂの間の距離ＦＰ＝２．０５ｍｍ、隣接する伝熱流路部３１間の距離ＰＰ＝１．７ｍｍ、伝熱流路部の仮想外径Ｄ＝１．０ｍｍ、伝熱ユニット３０の第２方向Ｄ２における長さＷ＝３８ｍｍ、第１伝熱補助部３２ｇの厚さｔ＝０．２ｍｍの値を有する熱交換器１０を想定し、シミュレーションを行った。シミュレーションの条件は、空気温度が７℃、風速が１．８ｍ／ｓ、冷媒温度が０℃、伝熱流路部３１内の熱伝達率が６４０７Ｗ／ｍ２・Ｋとした。そして、このような条件では、図１３に示すように、第１長さＳ＝５．２ｍｍ以上のときに、第１伝熱補助部３２ｇの先端の熱流束が伝熱流路部３１ｇの頂部と同等以下になるとの結果が得られた。ここで、第１伝熱補助部３２ｇの効率ηは、実際の伝熱補助部３２ｇの熱交換量を、伝熱補助部３２ｇ面全体が根元温度に等しい場合の熱交換量で割った値で定義される。ここでは、この効率ηは第１長さＳを厚さｔの平方根で割った値により決定される。

（５－３）変形例Ｃ
また、本実施形態に係る熱交換器１０は、第１方向Ｄ１から見たときの第１伝熱補助部３２ｇの厚みｔが、伝熱流路部３１の仮想外径Ｄの１／２より小さいものでもよい。ここで、「仮想外径Ｄ」は、伝熱流路部３２と同一の冷媒流量を流通させることが可能な円管の外径で定義される。また、伝熱ユニット３０が第３方向Ｄ３に複数配置される場合の隣接する伝熱ユニット３０ａ，３０ｂ間の第３方向Ｄ３における距離ＦＰが、下式（２）の条件を満たすものでもよい。

本発明者らの検討によれば、式（２）の条件を満たす場合には、熱交換性能を最適化できるとの知見が得られた。特に、本実施形態に係る熱交換器１０を蒸発器として用いた場合、着霜を抑えるとともに、風路抵抗を最適化できるとの知見が得られた。

（５－４）変形例Ｄ
また、伝熱流路部３１は、図１４，１５に示すように、第２方向Ｄ２に沿って端部側から風上部３１Ｒ、中央部３１Ｓ、及び風下部３１Ｔを有するものでもよい。ここで、伝熱流路部３１では、風上部３１Ｒから中央部３１Ｓに向かうにつれて厚みが増加するものである。また、中央部３１Ｓから風下部３１Ｔに向かうにつれて厚みが減少するものである。

このような構成の熱交換器１０では、第１伝熱補助部３２ｇから風が流れてきた場合に、中央部３２Ｓの前後に存在する風上部３１Ｒ及び風下部３１Ｔにより風の流れが誘導され、死水域を減らすことができる。結果として、伝熱ユニット３０内を通過する空気の熱流束分布を均一化することができる。なお、ここでいう「死水域」とは、空気の動きが不活発である領域のことをいう。死水域が存在すると、空気と伝熱ユニットとの間での熱の移動が阻害され、熱交換器１０の伝熱性能が低下することになる。

また、伝熱流路部３１は、複数の管路Ｐを有するものでもよい。このような構成でれば、最適な流路断面積の流路を容易に形成できる。さらに、複数の管路Ｐを有する伝熱流路部３１においては、中央部３１Ｓに形成される管路Ｐｓの断面積よりも、風上部３１Ｒ及び／又は風下部３１Ｔに形成される管路Ｐｒ，Ｐｔの断面積が小さいものでもよい。これにより、膜厚の大きい中央部３１Ｓを有する伝熱流路部３２を容易に形成することができる。さらに、第２方向Ｄ２における、風上部３１Ｒの長さが、風下部３１Ｔの長さより短いものでもよい。このような構成であれば、さらに死水域を減らすことができる。

（５－５）変形例Ｅ
また、本実施形態に係る熱交換器１０では、空気流Ｗが生じる第２方向Ｄ２に少なくとも１回は冷媒流路が折り返されるものでもよい。例えば、図１６に示すような冷媒流路を採るものであってもよい。なお、ここでは、第２ヘッダ２２の内部が風上側の風上第２ヘッダ２２Ｕと風下側の風下第２ヘッダ２２Ｌとに区切られ、第２配管４２が風上第２ヘッダ２２Ｕに接続され、第１配管４１が風下第２ヘッダ２２Ｌに接続される。

このような構成では、圧力損失に起因して、風上側に存在する伝熱流路部３１（以下、風上伝熱流路部ともいう）における冷媒温度が高くなる。そのため、熱交換器１０を蒸発器として用いたときに、風上伝熱流路部での熱交換量が抑制される。これにより、伝熱ユニット群１５内での位置に応じた熱流束の変動を抑えることができる。結果として、熱交換器１０を低い温度環境（例えば摂氏７度以下）で蒸発器として用いたときに、局所的に着霜が生じることを回避することができ、熱交換性能の優れた熱交換器を提供することができる。

また、このような構成では、第２配管４２から流入する冷媒Ｆの全てを一旦、風上伝熱流路部に流すので、風上伝熱流路部で冷媒が蒸発しきってしまう事態を回避できる。結果として、熱交換器１０の熱交換性能を最適化できる。

（５－６）変形例Ｆ
また、本実施形態に係る熱交換器１０は、第１方向Ｄ１からみたときに、伝熱ユニット３０の第２方向Ｄ２の風上側の端部（ここでは伝熱補助部３２ｇ）に断熱材Ｉが塗布されるものであってもよい（図１７，１８参照）。これにより、当該端部における温度の低下を抑えることができる。結果として、熱交換器１０を低い温度環境（例えば摂氏７度以下）で蒸発器として用いたときに、着霜を抑制でき、風路閉塞を回避又は遅らせることができる。

なお、図１７，１８に示す例では、伝熱ユニット３０の上記端部が伝熱補助部３２ｇである。さらに、この最風上側の伝熱補助部３２ｇ（第１伝熱補助部）は閉塞された形状である。ここで、「閉塞された形状」とは、穴や切込み等がなくフラットな形状のことをいう。これにより、除霜運転時の排水性をさらに高めることができる。

補足すると、伝熱補助部３２ｇに穴や切り込み等が形成されていると、その穴や切り込み等に、霜が解けて生じた水が保水されることがある。そして、その場合には、保水した箇所が次の着霜の起点となることがある。これに対し、変形例Ｆに係る熱交換器１０では、伝熱補助部３２ｇが穴や切込み等がない形状であるので、除霜運転後に生じる着霜を抑制できる。

（５－７）変形例Ｇ
また、本実施形態に係る伝熱流路部３１は、上述したものに限られず、他の形態であってもよい。例えば、伝熱流路部３１を第１方向Ｄ１からみたときの断面形状が、半円形状、楕円形状、扁平形状、翼型の上半分形状、及び／又は翼型の下半分形状のいずれか一つ又は任意の組み合わせであってもよい。要するに、熱交換器１０は、熱交換性能を最適化する形状を採用することができる。

（５－８）変形例Ｈ
また、本実施形態に係る伝熱ユニット群１５は、図１９，２０に示すような形態のものでもよい。なお、図２０は図１９の一部拡大図である（図１９の点線部に相当）。

図１９，２０に示す例では、伝熱ユニット３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃを含む）は、第２方向Ｄ２における第１位置Ｌ１（Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃを含む）で膨出して伝熱流路部３１を形成する第１膨出部３１ｐ（３１ｐａ，３１ｐｂ，３１ｐｃを含む）と、第１膨出部３１ｐが形成される向きとは反対向きで第１位置Ｌ１に形成される第１平面部３１ｑ（３１ｑａ，３１ｑｂ，３１ｑｃを含む）とを有する。なお、変形例Ｈでは、「第１位置」は伝熱ユニット毎に定義されており、伝熱ユニット３０ａの第１位置Ｌ１ａと、伝熱ユニット３０ｂ，３０ｃの第１位置Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃとは異なる位置を意味する。

また、少なくとも一の伝熱ユニット３０ａが、一方の側で隣接する伝熱ユニット３０ｂとは、第１膨出部３１ｐａが形成される面と、隣接する伝熱ユニット３０ｂの第１膨出部３１ｐｂが形成される面とが対向する向きに配置される。また、その伝熱ユニット３０ａは、他方の側で隣接する他の伝熱ユニット３０ｃとは、第１平面部３１ｑａが形成される面と、他の伝熱ユニット３０ｃの第１平面部３１ｑｃが形成される面とが対向する向きに配置される。

このような構成により、熱交換器１０が蒸発器として用いられた場合、第１平面部３１ｑａ，３１ｑｃ同士等が対向する風路において、空気流が素通りするので、着霜の発生量を抑制することができる。これにより、使用環境によっては熱交換性能を高めることができる。

なお、第１膨出部３１ｐａ，３１ｐｂ同士が対向する風路では、空気流の縮流が発生し、その風路に着霜が集中的に発生し易くなる。しかし、そのような着霜が生じた場合であったとしても、使用環境によっては、図１２に示すような略同一の膨出部が伝熱ユニットの両面に形成される熱交換器に比して、熱交換器全体における熱交換性能を高めることができる。

また、変形例Ｈに係る熱交換器１０は、図２０に示すように、第１方向Ｄ１からみたときに、隣接する伝熱ユニット３０ａ，３０ｂにおける第１位置Ｌ１ａ，Ｌ１ｂが重複しないように配置されている。換言すると、隣接する伝熱ユニット３０ａ，３０ｂ間の風路で、第１膨出部３１ｐａ，３０ｐｂが千鳥状に配置されている。そのため、図１２に示すように膨出部同士が近接する構成に比して、隣接する伝熱ユニット３１ａ，３１ｂ間の風路の流路断面積を増加させることができる。したがって、熱交換器１０を低い温度環境（例えば摂氏７度以下）で蒸発器として用いたときに、着霜による風路閉塞をさらに抑制することができる。

さらに、伝熱ユニット３０は、第１平面部３１ｑに代えて、第１膨出部３１ｐより小さく膨出する第２膨出部を有するものでもよい。この場合でも、上記と同様の議論が成立する。

（５－９）変形例Ｉ
また、本実施形態に係る伝熱ユニット群１５は、図２１，２２に示すような形態のものでもよい。なお、図２２は図２１の一部拡大図である（図２１の点線部に相当）。

図２１，２２に示す例では、伝熱ユニット３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃを含む）は、第２方向Ｄ２における第１位置Ｌ１（Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃを含む）で膨出して伝熱流路部３１を形成する第１膨出部３１ｐ（３１ｐａ，３１ｐｂ，３１ｐｃを含む）と、第１膨出部３１ｐが形成される向きとは反対向きで第１位置Ｌ１に形成される第１平面部３１ｑ（３１ｑａ，３１ｑｂ，３１ｑｃ）と、第１膨出部３１ｐが形成される向きとは反対向きで、第２方向Ｄ２における第２位置Ｌ２（Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃを含む）で膨出して伝熱流路部３１を形成する第３膨出部３１ｒ（３１ｒａ，３１ｒｂ，３１ｒｃを含む）と、第３膨出部３１ｒが形成される向きとは反対向きで第２位置Ｌ２に形成される第２平面部３１ｓ（３１ｓａ，３１ｓｂ，３１ｓｃを含む）とを有する。ここでは、第１膨出部３１ｐと第３膨出部３１ｒとは同一形状である。また、第１膨出部３１ｐと第３膨出部３１ｒとは第２方向Ｄ２で隣接する。

また、少なくとも一の伝熱ユニット３０ａが、一方の側で隣接する伝熱ユニット３０ｂとは、第１膨出部３１ｐａが形成される面と、隣接する伝熱ユニット３０ｂの第１平面部３１ｑｂが形成される面とが対向する向きに配置される。また、その伝熱ユニット３０ａは、他方の側で隣接する他の伝熱ユニット３０ｃとは、第３膨出部３１ｒａが形成される面と、他の隣接する伝熱ユニット３０ｃの第２平面部３０ｓｃが形成される面とが対向する向きに配置される。

また、隣接する伝熱ユニット３０ａ，３０ｂ（又は３０ａ，３０ｃ）における第１位置Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ（又はＬ１ａ，Ｌ１ｃ）同士が第１方向Ｄ１から見たときに重複するように配置される。また、第２位置同士Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ（又はＬ２ａ，Ｌ２ｃ）も第１方向Ｄ１から見たときに重複するように配置される。補足すると、「第１位置Ｌ１」「第２位置Ｌ２」は伝熱ユニット毎に定義されるものであるが、ここでは、各伝熱ユニット３０ａ，３０ｂ，３０ｃにおいて同じ位置になるようにしている。

要するに、変形例Ｉに係る熱交換器１０は、隣接する伝熱ユニット３０ａ，３０ｂの間で第１膨出部３１ｐａ，３１ｐｂ同士等が対向せずに、反対向きに形成される。そのため、第１膨出部３１ｐａ，３１ｐｂ同士等が対向する構成に比して、縮流の発生を抑えることができる。結果して、通風抵抗の増大を抑制することができ、最適な熱交換性能を実現することが可能となる。また、上記構成の熱交換器１０であれば、（例えば摂氏７度以下）蒸発器として用いたときに、図１２に示すような略同一の膨出部が伝熱ユニットの両面に形成される熱交換器に比して局所的な着霜を抑制することができる。

なお、伝熱ユニット３０は、第１平面部３１ｑに代えて第１膨出部３１ｐより小さく膨出する第２膨出部を有するものでもよい。さらに、第２平面部３１ｓに代えて第３膨出部３１ｒより小さく膨出する第４膨出部を有するものでもよい。これらの場合でも、上記と同様の議論が成立する。

（５－１０）変形例Ｊ
また、本実施形態に係る熱交換器１０は、図２３に示すように、第１方向Ｄ１からみたときに、伝熱ユニット３０が直線状だけでなく波形状に加工されるものでもよい。伝熱ユニット３０が直線状の場合は風路抵抗を抑えることができる。一方、伝熱ユニット３０が波形状の場合は空気流と冷媒との熱交換量を増やすことができる。要するに、使用環境に応じて、熱交換性能が最適な熱交換器を提供できる。

（５－１１）変形例Ｋ
本実施形態に係る熱交換器１０は、伝熱管とフィンとが一方向に並ぶベッセル型熱交換器（細径多管式熱交換器）への適用が可能であるが、これに限られるものではない。例えば、マイクロチャネル型熱交換器（扁平多穴管式熱交換器）への適用も可能である。

＜他の実施形態＞
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

すなわち、本開示は、上記各実施形態そのままに限定されるものではない。本開示は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。また、本開示は、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の開示を形成できるものである。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素は削除してもよいものである。さらに、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよいものである。

１０熱交換器
２１第１ヘッダ（上側ヘッダ）
２２第２ヘッダ（下側ヘッダ）
３０伝熱ユニット
３０ａ伝熱ユニット（一の伝熱ユニット）
３０ｂ伝熱ユニット（一方の側で隣接する伝熱ユニット）
３０ｃ伝熱ユニット（他方の側で隣接する伝熱ユニット）
３１伝熱流路部
３１ｐ第１膨出部
３１ｑ第１平面部
３１ｒ第３膨出部
３１ｓ第２平面部
３１Ｒ風上部
３１Ｓ中央部
３１Ｔ風下部
３２伝熱補助部
３２ｇ第２方向端部の伝熱補助部（第１伝熱補助部）
Ｄ１第１方向
Ｄ２第２方向
Ｄ３第３方向
Ｉ断熱材
Ｌ１第１位置
Ｌ２第２位置
Ｓ第１長さ

特開２００６－９０６３６号公報

Claims

第１方向（Ｄ１）に延びる伝熱流路部（３１）及び伝熱補助部（３２）が前記第１方向に対して傾斜又は直交する第２方向（Ｄ２）に並んで形成される複数の伝熱ユニット（３０）が積層状に配置された熱交換器（１０）であって、
複数の前記伝熱ユニットのそれぞれには、前記第１方向視で、前記第２方向における端部に、前記伝熱補助部の一つである第１伝熱補助部（３２ｇ）が形成されており、
前記第１伝熱補助部の端部から前記第２方向で隣接する伝熱流路部（３１ｇ）までの長さは第１長さ（Ｓ）であり、
前記伝熱ユニットに複数の伝熱流路部が存在する場合の前記第２方向で隣接する伝熱流路部間の距離は、伝熱流路部間隔（ＰＰ）であり、
複数の前記伝熱ユニット（３０）は、第１伝熱ユニット（３０）と、前記第１伝熱ユニット（３０）に隣接する第２伝熱ユニット（３０）と、を有し、
前記第１伝熱ユニット（３０）及び前記第２伝熱ユニット（３０）のそれぞれの第１長さ（Ｓ）は、前記伝熱流路部間隔（ＰＰ）よりも長い、
熱交換器。
前記伝熱ユニットは、アルミニウムの押し出し加工により前記伝熱流路部及び前記伝熱補助部が一体成形されたものである、
請求項１に記載の熱交換器。
前記第１方向視で、前記伝熱補助部の厚さが、前記伝熱流路部の厚さの２倍未満である、
請求項２に記載の熱交換器。
前記第１方向視における前記第１伝熱補助部の厚みｔに対し、前記第１長さＳが、下式（１）の条件を満たす、
請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記伝熱ユニットが前記第３方向に複数配置される場合、前記第１方向視で、一の伝熱ユニットの伝熱流路部の第２方向における位置と、隣接する伝熱ユニットの伝熱補助部の第２方向における位置とが重複するように配置される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記第１方向視における前記第１伝熱補助部の厚みｔが、前記伝熱流路部の仮想外径Ｄの１／２より小さいものであり、
前記伝熱ユニットが前記第３方向に複数配置される場合の隣接する伝熱ユニット間の前記第３方向における距離ＦＰが、下式（２）の条件を満たす、
請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記伝熱流路部が、前記第２方向に沿って前記端部側から風上部（３１Ｒ）、中央部（３１Ｓ）、及び風下部（３１Ｔ）を有し、前記風上部から前記中央部に向かうにつれて厚みが増加し、前記中央部から前記風下部に向かうにつれて厚みが減少する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記伝熱流路部は、複数の管路を有する、
請求項７に記載の熱交換器。
前記伝熱流路部において、前記中央部に形成される管路の断面積よりも、前記風上部及び／又は前記風下部に形成される管路の断面積の方が小さい、
請求項８に記載の熱交換器。
前記第２方向における、前記風上部の長さが、前記風下部の長さより短い、
請求項７から９のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記伝熱ユニットが前記第３方向に複数配置される場合、一の伝熱ユニットの前記第２方向における端部の位置と、他の伝熱ユニットの前記第２方向における端部の位置との間の距離（ｙ）が、前記第３方向における伝熱ユニット間の距離ＦＰに対して、ＦＰ／４以上の離間している、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の熱交換器。
請求項１から１１のいずれか１項に記載の熱交換器が搭載された空気調和装置。