JP7118238B2 - 熱交換器、熱交換器ユニット、及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、熱交換器を備えた熱交換器ユニット、及び冷凍サイクル装置に関し、特に扁平管に取り付けられたフィンの構造に関する。

従来、内部に冷媒を循環させ、冷媒を蒸発又は凝縮させて空気等の流体と熱交換を行う熱交換器は、空気調和機及び冷蔵庫をはじめとして様々な分野において幅広く利用されている。発熱機器の冷却や作動流体への加熱など様々な用途で活躍する熱交換器であるが、どの分野においても熱交換性能及びコンパクト性の向上は常に求められており、これらの両立は、熱交換器が搭載される機器そのものにとって優位に働くことは言うまでもない。

現在、代表的な熱交換器の一つとして、フィンアンドチューブ熱交換器がある。このフィンアンドチューブ熱交換器は、複数の薄板状のフィンに、フィン表面に垂直な方向に複数の管を通し、これらの管を拡管させてフィンを管に取り付けて製造される。フィンアンドチューブ熱交換器は、管内部に冷媒を流し、管外壁に密着する伝熱面積の広いフィンを伝熱媒体として空気との熱交換を行うことを特徴としており、熱交換性能及びコンパクト性の向上を目指してこれまでに様々な模索がなされてきた。例えば、伝熱面積を増やすために、フィンを薄くしてフィン枚数を多くする、またはフィン表面にスリットを入れる、といったフィンについての改良、同じく伝熱面積を増やすために管内壁に凹凸を付ける、といった管についての改良がなされてきている。

一方、更なる熱交換性能及びコンパクト性の向上を追求するためには、フィンアンドチューブ熱交換器という範疇内での部分的改良の積み重ねのみでは、大きな効果を期待することが難しい状況になっている。このような背景から、従来のフィンアンドチューブ熱交換器に代わる新しい形態の熱交換器の研究が数多くなされている。その中で、多数の管を密に並べることにより伝熱面積を増やし、多数の管同士を繋ぐフィンを用いずに構成される熱交換器であるフィンレス熱交換器が注目を浴びている。このフィンレス熱交換器の形態としては、円管を規則正しく並べたものから、矩形や楕円形あるいは流線形といった断面を持つ管を不規則に並べた複雑なものまで、用途に応じて様々な形態のものが考案されている。

フィンレス熱交換器は、熱交換性能では、フィンを無くした事による熱交換性能の低下が非常に大きくなってしまうおそれがある。例えば、家庭用空気調和機の室内熱交換器のように管の直径が７ｍｍ程度、フィン間のピッチが１ｍｍ程度、ファンにより送り込まれる空気の風速が１ｍ／ｓ程度のフィンアンドチューブ熱交換器を、熱交換器サイズとファン入力を変えずに、扁平管を用いたフィンレス熱交換器に変更しようとすると、扁平管の断面の短軸寸法である管短径を２～３ｍｍ程度まで小さくし、扁平管の配列ピッチを小さくしても伝熱面積が不足し、熱交換性能が大幅に低下してしまう。

そこで、特許文献１では、圧力損失の増大を招くことなく、コンパクト性を確保しつつ、熱交換性能の向上を図ることができる空気調和機用熱交換器を提供するため、フィンアンドチューブ熱交換器の管の断面の短軸寸法である管短径Ａを０．３１～１．４０ｍｍの範囲で形成し、管短径Ａと各扁平管のピッチＢとを、一定の数値範囲内となるように各扁平管を配置するものが提案されている。

特許第３２６４５２５号公報

しかし、特許文献１に示されているようなフィンアンドチューブ型の熱交換器は、蒸発器として作動させた際に、空気中の水分を凝縮させることで発生する結露水が、隣り合うフィン間を跨がって滞留することがある。フィンレス熱交換器の各扁平管のピッチＢを特許文献１に示されているような従来のフィンアンドチューブ型の熱交換器のフィンピッチと同程度で配列した場合、フィンレス熱交換器においても上述した結露水が滞留する現象は発生し得る。このようなフィンレス熱交換器は、各扁平管のピッチＢが小さいため伝熱性能を確保できるが、隣り合う扁平管の間に結露水が跨がって滞留する。これによりフィンレス熱交換器は、蒸発器として運転される時に伝熱性能及び通風性能を損なうという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、扁平管同士の間隔が狭いフィンレス熱交換器においても扁平管同士の隙間に水が滞留しにくく、排水性を向上させた熱交換器、熱交換器ユニット、及び冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

本発明に係る熱交換器は、管軸を並列された第１の扁平管及び第２の扁平管を備え、前記第１の扁平管は、前記第２の扁平管に対向する第１の側面を有し、前記第２の扁平管は、前記第１の扁平管に対向する第２の側面を有し、前記第１の側面の少なくとも一部分である親水領域は、前記第２の側面よりも親水性が高く、前記第１の側面の前記親水領域の転落角は、前記第２の側面のうち前記親水領域に対向する領域の転落角よりも大きい。

本発明に係る熱交換器ユニットは、上記熱交換器を備える。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記熱交換器ユニットを備える。

本発明によれば、第１の扁平管と第２の扁平管との対向する２つの側面が親水性を異なるように構成されているため、結露水が２つの側面に跨がったときに親水性が低い方の側面から高い方の側面に移動する。結露水が移動することにより、２つの扁平管の間に結露水が滞留するのを抑えることができ、排水性が向上する。これにより、扁平管の間隔が狭い熱交換器においても、通風性能及び伝熱性能の低下を抑えることができる。

実施の形態１に係る熱交換器ユニットを示す斜視図である。 実施の形態１に係る熱交換器を示す正面図である。 実施の形態１に係る熱交換器が適用された冷凍サイクル装置１の説明図である。 図２の熱交換器の断面構造の説明図である。 実施の形態１の熱交換器の複数の扁平管の表面の親水性状を示す図である。 実施の形態１の熱交換器の複数の扁平管の表面に水滴が付着した場合の説明図である。 実施の形態１の熱交換器の比較例である熱交換器の模式図である。 実施の形態１の熱交換器の比較例である熱交換器の模式図である。 実施の形態１の室外熱交換器の水の挙動を示す模式図である。 実施の形態１の室外熱交換器の水の挙動を示す模式図である。 実施の形態１の室外熱交換器の水の挙動を示す模式図である。 実施の形態１の熱交換器の複数の扁平管の表面に水滴が付着した場合の説明図である。 実施の形態１に係る熱交換器の変形例である熱交換器の断面構造の説明図である。 実施の形態２に係る熱交換器の断面構造の説明図である。 実施の形態２に係る熱交換器の複数の扁平管の表面の親水性状を示す図である。 実施の形態２に係る熱交換器の変形例である熱交換器の複数の扁平管の表面の親水性状を示す図である。 実施の形態３に係る熱交換器の複数の扁平管の表面の親水性状を示す図である。 実施の形態４に係る熱交換器の複数の扁平管の表面の親水性状を示す図である。 実施の形態５に係る熱交換器の複数の扁平管の表面の親水性状を示す図である。 実施の形態６に係る熱交換器の断面構造の説明図である。 実施の形態６に係る熱交換器の変形例である熱交換器の断面構造の説明図である。

以下に、熱交換器、熱交換器ユニット、及び冷凍サイクル装置の実施の形態について説明する。なお、図面の形態は一例であり、本発明を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る熱交換器ユニット１０１を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係る熱交換器１００を示す正面図である。図３は、実施の形態１に係る熱交換器１００が適用された冷凍サイクル装置１の説明図である。図１に示された熱交換器ユニット１０１は、一例であり、ここでは空気調和装置の室外機８に相当する。また、図２に示された熱交換器１００は、図１の熱交換器ユニット１０１の内部に搭載されるものであり、正面から見た構造を模式的に表している。熱交換器１００は、空気調和装置又は冷蔵庫等の冷凍サイクル装置１に搭載されるものであり、冷凍サイクル装置１において室外熱交換器５又は室内熱交換器７として用いることができる。図３に示される様に、冷凍サイクル装置１は、圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器５、膨張装置６、及び室内熱交換器７を冷媒配管９０により接続し、冷媒回路を構成したものである。例えば、冷凍サイクル装置１が空気調和装置である場合には、冷媒配管９０内には冷媒が流通し、四方弁４により冷媒の流れを切り換えることにより、暖房運転、冷凍運転、又は除霜運転に切り換えることができる。

室外機８に搭載された室外熱交換器５及び室内機９に搭載された室内熱交換器７は、近傍に送風機２を備える。室外機８において送風機２は室外熱交換器５に外気を送り込む。室外熱交換器５は外気と冷媒との間で熱交換を行う。また、室内機９において送風機２は、室内熱交換器７に室内の空気を送り込む。室内熱交換器７は室内の空気と冷媒との間で熱交換を行い、室内の空気の温度を調和する。また、実施の形態１に係る熱交換器１００は、冷凍サイクル装置１において室外機８に搭載された室外熱交換器５及び室内機９に搭載された室内熱交換器７として用いることができ、凝縮器又は蒸発器として機能する。なお、熱交換器１００が搭載された室外機８及び室内機９等の機器を、特に熱交換器ユニット１０１と呼ぶ。図１に示される熱交換器ユニット１０１は、熱交換器１００が搭載された室外機８の一例である。図１に示される矢印は気流の流れ方向を示している。熱交換器ユニット１０１は、背面から外気を筐体内部に取り込み、熱交換器１００で外気と冷媒との熱交換を行い、正面から熱交換された空気を吹き出す。

図２に示される熱交換器１００は、複数の扁平管２０を備える。複数の扁平管２０は、Ｘ方向に並列されており、複数の扁平管２０のうち隣合った一方を第１の扁平管２０ａと称し、他方を第２の扁平管２０ｂと称する。複数の扁平管２０は、それぞれの管軸をＺ方向に沿って配置されており、Ｘ方向に沿って並列して配置されている。実施の形態１においては、Ｚ方向逆向きが重力方向に一致しているが、熱交換器１００は、Ｚ軸を重力方向に傾斜させて配置されていても良い。

複数の扁平管２０は、Ｚ方向の下側の端部において下端ヘッダ８０と接続されており、Ｚ方向の上側の端部において上端ヘッダ８１と接続されている。下端ヘッダ８０及び上端ヘッダ８１は、冷凍サイクル装置１の冷媒配管９０と接続されており、冷媒回路を流れる冷媒が、下端ヘッダ８０及び上端ヘッダ８１のうち一方に流入し、複数の扁平管２０を通過し、他方から冷媒配管９０に流出する。複数の扁平管２０は、下端ヘッダ８０及び上端ヘッダ８１以外に複数の扁平管２０のそれぞれの間を接続するフィンは設けられていないいわゆるフィンレス熱交換器である。さらに言うと、隣り合った複数の扁平管２０は、対向する第１の側面２５ａと第２の側面２５ｂとの間を接続する部材が設けられていない。

図４は、図２の熱交換器１００の断面構造の説明図である。図４は、複数の扁平管２０の管軸に垂直な断面を示しており、図２のＡ－Ａ断面に対応する断面の構造の説明図である。なお、図４においては、複数の扁平管２０のうち一部を表示している。複数の扁平管２０は、管軸に垂直な断面形状が長軸と短軸とを有する扁平形状に形成されている。そして、複数の扁平管２０は、それぞれ長軸をＹ方向に向け、短軸をＸ方向に向けて配置されている。つまり、Ｙ方向が扁平管２０の長軸方向であり、Ｘ方向が扁平管２０の短軸方向である。熱交換器１００を通過する気流の流れ方向はＹ方向に概ね一致している。また、複数の扁平管２０は、気流の流れ方向における風上側に位置する端部である第１端部２１と風下側に位置する端部である第２端部２２を有する。

複数の扁平管２０は、第１の扁平管２０ａと、第１の扁平管２０ａに隣り合って配置されている第２の扁平管２０ｂと、を有する。ここで、第１の扁平管２０ａにおいて、Ｘ方向を向いた側面を第１の側面２５ａと称し、Ｘ方向逆向きを向いた側面を第２の側面２５ｂと称する。また、第２の扁平管２０ｂにおいて、Ｘ方向を向いた側面を第１の側面２５ａと称し、Ｘ方向逆向きを向いた側面を第２の側面２５ｂと称する。つまり、第１の扁平管２０ａ及び第２の扁平管２０ｂは、長軸方向に沿った側面である第１の側面２５ａと、第１の側面２５ａの反対側に位置する第２の側面２５ｂとを有する。第１の扁平管２０ａ及び第２の扁平管２０ｂは、短軸方向を向いた側面である第１の側面２５ａと、第１の側面２５ａの反対側に位置する第２の側面２５ｂとを有する。第１の扁平管２０ａと第２の扁平管２０ｂとは、隣合って配置されており、第１の側面２５ａと第２の側面２５ｂとを対向させて配置されている。なお、複数の扁平管２０は、第１の扁平管２０ａ及び第２の扁平管２０ｂの２種類のみで構成されていても良いし、他の異なる構成の扁平管が含まれていても良い。

複数の扁平管２０は、それぞれが熱伝導性を持つ金属材料で構成されている。複数の扁平管２０のそれぞれ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。複数の扁平管２０のそれぞれは、加熱した材料をダイスの穴から押し出し、図４に示される複数の冷媒流路２４を形成して製造される。なお、複数の扁平管２０のそれぞれは、ダイスの穴から材料を引き抜いて図４に示される断面が成形される引き抜き加工によって製造されてもよい。複数の扁平管２０のそれぞれの製造方法は、断面形状に応じ適宜選択することができる。

図５は、実施の形態１の熱交換器１００の複数の扁平管２０の表面の親水性状を示す図である。図５は、図４と同じ断面を示しており、複数の扁平管２０の表面の親水性の異なる領域をそれぞれ異なるパターンで模式的に表している。複数の扁平管２０は、第１の扁平管２０ａと第２の扁平管２０ｂとを隣り合わせて配置して構成されている。第１の扁平管２０ａと第２の扁平管２０ｂとは、長軸方向に沿った２つの側面の親水性がそれぞれ異なる。図５において、第１の側面２５ａは親水性が高く、第２の側面２５ｂは親水性が低くなっている。なお、実施の形態１において、第１の扁平管２０ａと第２の扁平管２０ｂとは、第１の側面２５ａ及び第２の側面２５ｂのそれぞれの全体が同一の親水性となっているが、これだけに限定されるものではない。第１の側面２５ａ及び第２の側面２５ｂは、それぞれ親水性が異なる領域を有していても良い。ただし、第１の側面２５ａ及び第２の側面２５ｂは、少なくとも一部分において対向する面の親水性が異なるように構成される。

図６は、実施の形態１の熱交換器１００の複数の扁平管２０の表面に水滴が付着した場合の説明図である。図６は、複数の扁平管２０の第１の側面２５ａ又は第２の側面２５ｂに付着した水滴の状態の一例を示している。複数の扁平管２０の表面に結露水などの水滴が付着した場合、表面の親水性の程度により、水滴の形状が変わる。物体の表面と水との親和性を示す指標としては、一般に接触角θが用いられる。接触角θは、物体の表面に滴下された水滴と表面との成す角度である。物体の表面の親水性が高い場合は接触角θが小さくなり、物体の表面の親水性が低い場合は、接触角θが大きくなる。親水性が高い場合は、複数の扁平管２０の表面に水滴が薄く広がり易く、親水性が低い場合は、水滴が表面張力により丸くなる。親水性が低い場合を、撥水性が高い、ともいう。一般的に固体の表面と水との親和性を示す指標として、接触角θが用いられる。接触角θは固体の表面に水滴を滴下した際に、固体の表面と水滴との接触面が成す角度として定義される。

水が部材の表面に滴下された場合、水は自らの表面張力γｗで丸くなる。固体の表面に滴下した水と表面との間には、固体の表面張力をγｓ、固体の表面と水の表面との界面張力をγｓｗとしたときに、γｓ＝γｗ・ｃｏｓθ＋γｓｗの関係が成り立つ。つまり、固体の表面張力γｓは、水の表面張力γｗの固体の表面方向成分及び固体の表面と水との界面張力γｓｗの合力と釣り合い、このとき水の表面と固体表面との成す角度が接触角θとなる。

図７は、実施の形態１の熱交換器１００の比較例である熱交換器１１００の模式図である。図７は、熱交換器１１００の一部を表示しており、複数の扁平管１０２０の第１の側面１０２５ａ及び第２の側面１０２５ｂに水滴が付着した状態を模式的に表している。複数の扁平管１０２０は、第１の扁平管１０２０ａと第２の扁平管１０２０ｂとを隣り合わせて配置して構成されている。比較例である熱交換器１１００の複数の扁平管１０２０は、第１の側面１０２５ａ及び第２の側面１０２５ｂとも親水性状が同じであり、撥水性が高い状態になっている。つまり、複数の扁平管１０２０の表面は、接触角θが大きく、特に接触角θ≧９０°となっている。また、比較例の熱交換器１１００において第１の側面１０２５ａの接触角θ１と第２の側面１０２５ｂの接触角θ２との関係は、θ１＝θ２となっている。

比較例の熱交換器１１００のように親水性の低い、即ち撥水性の高い複数の扁平管１０２０の表面に水が付着する場合、第１の側面１０２５ａ又は第２の側面１０２５ｂの何れかに水滴として滞留しやすい。また、特に双方の側面１０２５ａ、１０２５ｂに付着した水滴同士が接触した場合、対向する２つの扁平管の側面１０２５ａ、１０２５ｂから水滴に同様な力が働くため、水滴がどちらかの側面１０２５ａ、１０２５ｂに偏ることがない。ここで、双方の側面１０２５ａ、１０２５ｂの表面から受ける力に打ち勝つ程度の十分な水の量が無い場合には、水が第１の側面１０２５ａと第２の側面１０２５ｂとの間にブリッジした状態のまま流下することなく保持され、水が滞留しやすいという課題がある。複数の扁平管１０２０の間に水が滞留することにより、複数の扁平管２０の間を通過する空気の流れに対する抵抗が増加する。そして、送風機２の負荷が増加したり、熱交換器１１００を通過する空気の流量が低減する。また、複数の扁平管１０２０の間の隙間にある水滴は、隙間を流れる空気と複数の扁平管１０２０内を流れる冷媒との間の伝熱にとって熱抵抗となり、熱交換効率が低下する。

図８は、実施の形態１の熱交換器１００の比較例である熱交換器２１００の模式図である。図８は、熱交換器２１００の一部を表示しており、複数の扁平管２０２０の第１の側面２０２５ａ及び第２の側面２０２５ｂに水滴が付着した状態を模式的に表している。複数の扁平管２０２０は、第１の扁平管２０２０ａと第２の扁平管２０２０ｂとを隣り合わせて配置して構成されている。比較例である熱交換器２１００の複数の扁平管２０２０は、第１の側面２０２５ａ及び第２の側面２０２５ｂとも親水性状が同じであり、親水性が高い状態になっている。つまり、複数の扁平管２０２０の表面は、接触角θが小さく、特に接触角θ＜９０°となっている。また、比較例の熱交換器１１００において第１の側面２０２５ａの接触角θ１と第２の側面２０２５ｂの接触角θ２との関係は、θ１＝θ２となっている。

親水性が高い状態の複数の扁平管２０２０の表面に水が付着する場合、水は表面に膜状になって滞留しやすい。第１の側面２０２５ａ又は第２の側面２０２５ｂに付着する水は、撥水性の高い側面１０２５ａ、１０２５ｂに滞留する水滴に比べ、薄く広がるため、複数の扁平管２０２０の隙間をブリッジすることはなく、熱交換器２１００を通過する通風抵抗は増加しにくい。しかし、水は第１の側面２０２５ａ又は第２の側面２０２５ｂの表面を部分的に覆うように付着し、隙間を流れる空気と複数の扁平管２０２０内を流れる冷媒との間の伝熱にとって熱抵抗となり、熱交換効率が低下する。

比較例に係る熱交換器１１００、２１００は、外気温が低い条件で使用する際に、着霜及び除霜を伴う運転を行う必要がある。熱交換器１１００、２１００に着霜する状態で運転する場合、複数の扁平管１０２０、２０２０に付着した水が氷結する。よって、熱交換器１１００、２１００を除霜する際には氷結した水を融解させる必要があり、除霜運転時に熱交換器１１００、２１００に投入する熱量が増加するため、除霜を行う時間が増加してしまう。除霜運転中の空気調和装置は、暖房運転を停止させるのが一般的である。従って、比較例に係る熱交換器１１００、２１００は、除霜運転の頻度が多くなるため、室内の快適性の低下、及び室内を暖房するにあたり冷凍サイクル装置１の運転効率の低下が課題となる。

実施の形態１に係る熱交換器１００においては、少なくとも第１の側面２５ａの接触角をθ１、第２の側面２５ｂの接触角θ２としたときに、θ１＜θ２の関係を満たしている。すなわち、小さい接触角θ１の面を持つ第１の側面２５ａの方が、第２の側面２５ｂに比べ、親水性が高いと言える。また、大きい接触角θ２の面を持つ第２の側面２５ｂの方が、第１の側面２５ａに比べ、撥水性が高いと言える。

図９～図１１は、実施の形態１の室外熱交換器１０の水の挙動を示す模式図である。図９～１１は、熱交換器１００を通過する気流の上流側から見た図を示している。実施の形態１の熱交換器１００における、第１の側面２５ａの接触角θ１と第２の側面２５ｂの接触角θ２とは、θ１＜θ２の関係を満たしている。図９～１１に示されるように、複数の扁平管２０の隙間を形成する側面２５ａ、２５ｂのそれぞれの接触角θが異なる場合、隙間を形成する２つの面に付着した水滴７０ａ、７０ｂが接触すると、撥水性が高い第２の側面２５ｂに滞留した水滴７０ｂが親水性の高い第１の側面２５ａ側へ移動し易い。そのため、第１の側面２５ａに付着する水量が増加し、重力Ｇにより水滴７０に掛かる下向きの力も増加する。第２の側面２５ｂから第１の側面２５ａに完全に水が移動した場合は、さらに重量が増加する。

一方、図７に示される様に、比較例の熱交換器１１００においては、水滴１０７０は、隙間を形成する２つの側面１０２５ａ、１０２５ｂの両方に付着しているため、２つの側面１０２５ａ、１０２５ｂから固体と水との界面張力γｓｗ、固体の表面張力γｓ、及び水の表面張力γｗを受ける。ここで、水滴１０７０に掛かる重力Ｇが、側面１０２５ａ、１０２５ｂから受ける力の合力を上回ると、水が落下する。しかし、実施の形態１に係る熱交換器１００、及び比較例に係る熱交換器１１００、２１００においては、第１の扁平管２０ａ、１０２０ａ、２０２０ａと第２の扁平管２０ｂ、１０２０ｂ、２０２０ｂとの間隔が狭い。そのため、重力Ｇにより水滴７０、１０７０、２０７０に掛かる下向きの力は小さい。従って、第１の扁平管２０ａ、１０２０ａ、２０２０ａと第２の扁平管２０ｂ、１０２０ｂ、２０２０ｂとから水滴７０、１０７０、２０７０が受ける力が強い場合には、水滴７０、１０７０、２０７０が複数の扁平管２０、１０２０、２０２０の間に滞留し易くなる。よって、図７に示される比較例の熱交換器１１００においては、水滴１０７０は、隙間を形成する２つの側面１０２５ａ、１０２５ｂの両方から力を受けるため、隙間に滞留し易い。

実施の形態１に係る熱交換器１００においては、図１１に示される様に、水滴７０に掛かる上向きの力は、親水性が高い第１の側面２５ａのみから働く。そのため、熱交換器１００の複数の扁平管２０の間に滞留する水滴７０の量は、図７に示される比較例の熱交換器１１００よりも減少する。また、実施の形態１に係る熱交換器１００においては、第２の側面２５ｂの水滴７０ｂが、第１の側面２５ａに移動し、親水性の高い第１の側面２５ａに付着する水滴７０の量が増える。そのため、水滴７０に掛かる下向きの力が強くなり、比較例の熱交換器２１００の複数の扁平管２０２０の隙間に存在する水滴２０７０よりも下方向に移動し易い。よって、熱交換器１００の複数の扁平管２０の間に滞留する水滴７０の量は、図８に示される比較例の熱交換器２１００よりも減少する。

以上に説明したように、実施の形態１に係る熱交換器１００は、管軸を上下方向に向け並列された第１の扁平管２０ａ及び第２の扁平管２０ｂを備える。そして、第１の扁平管２０ａ及び第２の扁平管２０ｂは、管軸に垂直な断面における長軸方向に沿った側面である第１の側面２５ａと、第１の側面２５ａの反対側に位置する第２の側面２５ｂと、を備える。第１の扁平管２０ａの第１の側面２５ａは、第２の扁平管２０ｂの第２の側面２５ｂに対向して配置されている。第１の側面２５ａの少なくとも一部分である親水領域は、第２の側面２５ｂよりも親水性が高い。このように構成されることにより、複数の扁平管２０の隙間にある結露水等の水滴７０は、第２の側面２５ｂから対向する第１の側面２５ａに移動し易く、複数の扁平管２０の間に滞留する水量が低減される。よって、実施の形態１に係る熱交換器１００は、比較例の熱交換器１１００、２１００に対し、排水性が向上し、通風抵抗及び空気と冷媒との間の熱抵抗が減少し、ひいては除霜運転時間を減少させることができる。具体的には、第１の側面２５ａの親水領域の接触角θ１は、第２の側面２５ｂのうち親水領域に対向する領域の接触角θ２よりも小さくなっている。

望ましくは、第１の側面２５ａの親水領域の接触角θ１は、９０°よりも低く、第２の側面２５ｂのうち親水領域に対向する領域の接触角θ２は、９０°以上である。対向する面の一方の面が親水性が低い、即ち撥水性を高くすることにより、より親水性が高い第１の側面２５ａに第２の側面２５ｂの水滴７０ｂが移動し易いためである。

図１２は、実施の形態１の熱交換器１００の複数の扁平管２０の表面に水滴が付着した場合の説明図である。図１２においては、複数の扁平管２０の表面は、傾斜させた状態になっている。物体の表面の水滴を水平な状態から徐々に傾斜させるとき、水滴が滑落し始める時の傾斜角αを転落角という。転落角が小さい物体の表面は、水滴との付着性が弱く、物体の表面から水滴が除去されやすいと言える。従って、同じ水量が付着した物体の表面は、転落角が小さい方が水の離脱性が高い。よって、実施の形態１において、第２の側面２５ｂは、第１の側面２５ａの親水領域よりも転落角が小さくなるように構成しても良い。言い換えると、第１の側面２５ａの親水領域の転落角は、第２の側面２５ｂのうち親水領域に対向する領域の転落角よりも大きくなるように構成しても良い。これにより、水の離脱性が高い第２の側面２５ｂから、比較的水の離脱性が低い第１の側面２５ａに水が集中し易くなる。第１の側面２５ａに水が集中すると、第１の側面２５ａに水が拡がり、かつ水の自重により複数の扁平管２０に付着した水が流下し易くなる。これにより実施の形態１に係る熱交換器１００は、複数の扁平管２０の間に滞留する水量をさらに低減させることができる。

図１３は、実施の形態１に係る熱交換器１００の変形例である熱交換器１００Ａの断面構造の説明図である。図１３に示されるように、複数の扁平管１２０の断面形状は、管軸に垂直な断面において中央部で折れ曲がった形状になっており、２つの直線状に伸びる２つの部分を所定の角度を持って繋げた形状になっている。つまり、複数の扁平管１２０は、管軸に垂直な断面において長軸方向に直線状に延びた形状ではなく、一方の端部２１から他方の端部２２へ向かう途中で折れ曲がった形状となっている。なお、複数の扁平管１２０において長軸方向とは、端部２１と端部２２とを結ぶ直線が延びる方向を意味する。複数の扁平管１２０は、図１３に示された形態に限定されるものではない。例えば、複数の扁平管１２０の途中で複数箇所が折れ曲がっている形状でも良く、また折れ曲がりの角度も適宜設定することができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る熱交換器２００は、実施の形態１に係る熱交換器１００に対し、複数の扁平管２０の構造を変更したものである。実施の形態２においては、実施の形態１に対する変更点を中心に説明する。

図１４は、実施の形態２に係る熱交換器２００の断面構造の説明図である。図１４は、複数の扁平管２０の管軸に垂直な断面を示している。複数の扁平管２０のそれぞれは、内部に冷媒が流通する複数の冷媒流路２４が設けられた冷媒流通部５０と、冷媒流通部５０の長軸方向の端部２１からＹ方向に向かって延設されたフィン部５１と、を備える。フィン部５１は、端部２１からＹ方向に突出し複数の扁平管２０の管軸に沿って設置された板状の部分である。なお、実施の形態２においてフィン部５１は、冷媒流通部５０の長軸方向、即ちＹ方向に平行に延びているが、この形態のみに限定されるものではない。例えば、フィン部５１は、Ｙ方向に対し所定の角度を持って端部２１から延設されていても良い。

図１５は、実施の形態２に係る熱交換器２００の複数の扁平管２０の表面の親水性状を示す図である。複数の扁平管２０を構成する第１の扁平管２０ａ及び第２の扁平管２０ｂは、それぞれ第１の側面２５ａ及び第２の側面２５ｂを備える。第１の扁平管２０ａの第１の側面２５ａと第２の扁平管２０ｂの第２の側面２５ｂとは、それぞれ全域が同じ親水性状となっているのではない。第１の側面２５ａは、冷媒流通部５０の表面及びフィン部５１の表面の全域が親水性の高い領域となっている。第２の側面２５ｂは、冷媒流通部５０の表面が第１の側面２５ａよりも親水性が低くなるように構成されており、フィン部５１が第１の側面２５ａと同様に親水性の高い領域となっている。このように構成されることにより、間隔が狭い複数の扁平管２０の冷媒流通部５０同士の隙間において、水滴の滞留を抑制することができる。

なお、熱交換器２００において、フィン部５１同士が対向している部分の隙間の間隔が比較的広いため、フィン部５１は親水性が高くても低くても通風抵抗に大きな影響を与えることがない。ただし、図１５に示される様に、フィン部５１は親水性の高い領域とすることにより、風上側に位置するフィン部５１から風下側に位置する親水性の低い冷媒流通部５０に水滴が移動しにくくなる。そのため、間隔の狭い冷媒流通部５０同士の隙間に水滴が滞留するのを抑制することができる。

図１６は、実施の形態２に係る熱交換器２００の変形例である熱交換器２００ａの複数の扁平管２０の表面の親水性状を示す図である。図１６に示される様に、複数の扁平管２０のフィン部５１も冷媒流通部５０と同様に、第１の側面２５ａの親水性が高く、第２の側面２５ｂの親水性が低くされていても良い。このように構成されることにより、熱交換器２００の複数の扁平管２０は、冷媒流通部５０とフィン部５１との厚みの差が少ない、又は同じ厚みとした場合に実施の形態１と同様に水滴の滞留を抑制することができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る熱交換器３００は、実施の形態１に係る熱交換器１００に対し、複数の扁平管２０の構造を変更したものである。実施の形態３においては、実施の形態１に対する変更点を中心に説明する。

図１７は、実施の形態３に係る熱交換器３００の複数の扁平管２０の表面の親水性状を示す図である。熱交換器２００ｂの複数の扁平管２０は、別部材として製造された冷媒流通部５０とフィン部５１とを接合して構成されている。フィン部５１を形成する板状部材６０は、例えば金属の板材を折り曲げて形成されており、冷媒流通部５０の端部２１にろう付け等の接合手段を持って接合されている。フィン部５１を形成する板状部材６０は、表面全体の親水性が冷媒流通部５０の表面よりも低い。このように構成されることにより、複数の扁平管２０の第２の側面２５ｂのうち板状部材６０と冷媒流通部５０とが対向している領域Ｆのみが異なる親水性状の面と対向している。よって、領域Ｆと板状部材６０とにより形成される隙間は、異なる親水性状の面が対向しており、実施の形態１の複数の扁平管２０の隙間と同様に水滴の滞留を抑制することができる。

実施の形態３において、複数の扁平管２０は、異なる親水性状の面が対向しているのが、第１の側面２５ａ及び第２の側面２５ｂの一部分のみである。しかし、熱交換器３００が蒸発器として使用される場合、最も結露が生じ易い風上側において水滴の滞留を抑制することができるため、比較例の熱交換器１１００、２１００に対し有利である。また、領域Ｆを風下側に配置した場合であっても、空気の流れにより風下側に移動した水滴が領域Ｆで排出され易くなるため、比較例の熱交換器１１００、２１００に対し有利である。

なお、実施の形態３において、冷媒流通部５０は、全体が親水性の低い領域となっているが、実施の形態１と同様に第１の側面２５ａ側と第２の側面２５ｂ側とで異なる親水性状となるように構成しても良い。ただし、実施の形態３に係る熱交換器３００の複数の扁平管２０のように、冷媒流通部５０の表面全体を親水性の低い表面とし、フィン部５１の表面全体を親水性の高い表面とすることにより、冷媒流通部５０及びフィン部５１を形成する板状部材６０のそれぞれの製造が容易になるという利点がある。

実施の形態４．
実施の形態４に係る熱交換器４００は、実施の形態１に係る熱交換器１００に対し、複数の扁平管２０の構造を変更したものである。実施の形態４においては、実施の形態１に対する変更点を中心に説明する。

図１８は、実施の形態４に係る熱交換器４００の複数の扁平管２０の表面の親水性状を示す図である。熱交換器４００の複数の扁平管２０は、内部に冷媒が流通する複数の冷媒流路２４が設けられた冷媒流通部５０と、冷媒流通部５０の長軸方向の端部２１からＹ方向に向かって延設されたフィン部５１及び端部２２からＹ方向逆向きに延設されたフィン部５２と、を備える。フィン部５２は、端部２２からＹ方向逆向きに突出し複数の扁平管２０の管軸に沿って設置された板状の部分である。

熱交換器４００の複数の扁平管２０は、別部材として製造された冷媒流通部５０と板状部材４６０とを接合して構成されている。フィン部５１及びフィン部５２を形成する板状部材４６０は、例えば金属の板材を折り曲げて形成されており、冷媒流通部５０の片側の側面を覆う様に取り付けられ、ろう付け等の接合手段を持って冷媒流通部５０に接合されている。フィン部５１及びフィン部５２を形成する板状部材４６０は、表面全体の親水性が冷媒流通部５０の表面よりも低い。一方、冷媒流通部５０の表面全体の親水性は、板状部材４６０の表面よりも高くなっている。望ましくは、板状部材４６０の表面は、接触角θ１＜９０°で、冷媒流通部５０の表面は接触角θ２≧９０°で構成されると良い。板状部材４６０と冷媒流通部５０とは、それぞれの表面の全体が同一の親水性状に構成されることにより、製造が容易になるという利点がある。

熱交換器４００は、第１の扁平管２０ａと第２の扁平管２０ｂとは、内部に冷媒を通す冷媒流路２４を備える少なくとも１つの冷媒流通部５０と、冷媒流通部５０の端部２１、２２から長軸方向に延設する２つのフィン部５１、５２と、を備える。従って、冷媒流通部５０の両端からフィン部５１及びフィン部５２が延設されていることにより、複数の扁平管２０の間を通過する空気との接触面積が多くなり、熱交換効率が高くなる。そして、フィン部５１、５２を形成する板状部材４６０が第１の扁平管２０ａの第１の側面２５ａを形成し、第２の扁平管２０ｂの第２の側面２５ｂの一部を構成する冷媒流通部５０と対向している。このように構成されることにより、熱交換器４００は、親水性が高い第１の側面２５ａと親水性の低い第２の側面２５ｂとが対向して配置され、最も間隔の狭い冷媒流通部５０同士の隙間において、実施の形態１と同様に水滴の滞留を抑制することができる。

なお、熱交換器４００の複数の扁平管２０は、冷媒流通部５０と別体の板状部材４６０とを接合して形成されているが、冷媒流通部５０とフィン部５１、５２とを一体に製造しても良い。この場合、複数の扁平管２０は、例えば押し出し加工又は引き抜き加工により製造される。ただし、熱交換器４００の複数の扁平管２０において冷媒流通部５０とフィン部５１、５２とを一体にした場合は、少なくとも冷媒流通部５０の第１の側面２５ａ側と第２の側面２５ｂ側とで表面の親水性状を異なる様に形成する必要がある。

実施の形態５．
実施の形態５に係る熱交換器５００は、実施の形態２に係る熱交換器２００に対し、複数の扁平管２０の配列を変更したものである。実施の形態５においては、実施の形態２に対する変更点を中心に説明する。

図１９は、実施の形態５に係る熱交換器５００の複数の扁平管５２０の表面の親水性状を示す図である。熱交換器５００の複数の扁平管５２０を構成する第１の扁平管５２０ａは、冷媒流通部５０の端部２１からフィン部５１がＹ方向逆向きに延設されている。また、複数の扁平管５２０を構成する第２の扁平管５２０ｂは、冷媒流通部５０の端部２２からフィン部５２がＹ方向に延設されている。第１の扁平管５２０ａと第２の扁平管５２０ｂとは、冷媒流通部５０がＸ方向に並列しておらず、第２の扁平管５２０ｂの冷媒流通部５０は、Ｙ方向にずれた位置に配置されている。つまり、第１の扁平管５２０ａのフィン部５１と第２の扁平管５２０ｂの冷媒流通部５０とが対向し、第１の扁平管５２０ａの冷媒流通部５０と第２の扁平管５２０ｂのフィン部５２とが対向するように配置されている。言い換えると、第１の扁平管５２０ａと第２の扁平管５２０ｂとは、一方の冷媒流通部５０と他方のフィン部５１、５２とを対向させて配置されている。

熱交換器５００の複数の扁平管５２０は、フィン部５１、５２の親水性が高く、冷媒流通部５０の親水性が低く構成されている。これにより、隣合う第１の扁平管５２０ａと第２の扁平管５２０ｂとにより形成される隙間において、対向する面が異なる親水性状を有するため、熱交換器５００は、実施の形態１と同様に水滴の滞留を抑制することができる。

実施の形態６．
実施の形態６に係る熱交換器６００は、実施の形態１に係る熱交換器１００に対し、複数の扁平管２０の構造及び配列を変更したものである。実施の形態６においては、実施の形態１に対する変更点を中心に説明する。

図２０は、実施の形態６に係る熱交換器６００の断面構造の説明図である。図２０は、複数の扁平管２０の管軸に垂直な断面を示している。複数の扁平管６２０は、第１の扁平管６２０ａと第２の扁平管６２０ｂとから構成されている。複数の扁平管６２０は、それぞれ冷媒流通部５０を複数備え、一方の冷媒流通部５０の端部２１と他方の冷媒流通部５０の端部２２との間をフィン部５３により接続して形成されている。また、複数の扁平管６２０は、他の冷媒流通部５０と接続されていない端部２１、２２からフィン部５１、５２が延設されている。

他の実施の形態と同様に、複数の扁平管６２０は、第１の側面２５ａと第２の側面２５ｂとが対向している。そして、少なくとも間隔の狭い冷媒流通部５０同士の隙間において、第１の側面２５ａは親水性が高く、第２の側面２５ｂは親水性が低くなるように構成されている。このように構成されることにより、熱交換器６００は、大きな熱交換容量を有しつつ、実施の形態１と同様に水滴の滞留を抑制することができる。

図２１は、実施の形態６に係る熱交換器６００の変形例である熱交換器６００ａの断面構造の説明図である。熱交換器６００ａの複数の扁平管６２０は、熱交換器６００と同様に、複数の冷媒流通部５０がフィン部５３により接続されて構成されている。そして、熱交換器６００ａは、第２の扁平管６２０ｂの冷媒流通部５０が第１の扁平管６２０ａの冷媒流通部５０に対しＹ方向にずれて位置している。つまり、第１の扁平管６２０ａのフィン部５１及びフィン部５３と第２の扁平管６２０ｂの冷媒流通部５０とが対向し、第１の扁平管６２０ａの冷媒流通部５０と第２の扁平管６２０ｂのフィン部５２とが対向するように配置されている。言い換えると、第１の扁平管６２０ａと第２の扁平管６２０ｂとは、一方の冷媒流通部５０と他方のフィン部５１、５２、５３とを対向させて配置されている。

熱交換器６００ａの複数の扁平管６２０は、フィン部５１、５２、５３の表面の親水性が高く、冷媒流通部５０の表面の親水性が低くなるように構成されている。このように構成されることにより、隣合う第１の扁平管５２０ａと第２の扁平管５２０ｂとにより形成される隙間において、対向する面が異なる親水性状を有する。そのため、熱交換器６００ａは、大きな熱交換容量を有しつつ、実施の形態１と同様に水滴の滞留を抑制することができる。

また、実施の形態６においては、複数の扁平管６２０は、冷媒流通部５０とフィン部５１、５２、５３とが一体に成形されているが、別部材同士を接合させて構成されていても良い。例えば、実施の形態４に示したように、複数の扁平管６２０は、フィン部５１、５２、５３を形成する板状部材と冷媒流通部５０とを接合して構成することにより、製造が容易になるという利点がある。

以上に本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施の形態の構成のみに限定されるものではない。例えば、複数の扁平管６２０は、２つの冷媒流通部５０を有するが、さらに多くの冷媒流通部５０を有していても良い。また、熱交換器１００、２００、２００ａ、３００、４００、５００、６００、６００ａは、さらに異なる親水性状を有する扁平管を有していても良い。また、以上の説明において、親水性の指標については、水滴と表面との接触角が大きい場合を親水性が低い、接触角が小さい場合を親水性が高い、と表現して説明しているが、接触角の大小の代わりに転落角の大小を用いても良い。つまり、転落角が小さい場合を親水性が低い（水の離脱性が高い）、転落角が大きい場合を親水性が高い（水の離脱性が低い）として、複数の扁平管の表面を構成しても良い。さらに、本発明は各実施の形態を組み合わせて構成されていても良い。例えば、実施の形態１に係る熱交換器１００の変形例である熱交換器１００Ａの複数の扁平管１２０の折れ曲がった断面形状を、他の実施の形態に適用しても良い。要するに、いわゆる当業者が必要に応じてなす種々なる変更、応用、利用の範囲をも本発明の要旨（技術的範囲）に含むことを念のため申し添える。

１ 冷凍サイクル装置、２ 送風機、３ 圧縮機、４ 四方弁、５ 室外熱交換器、６ 膨張装置、７ 室内熱交換器、８ 室外機、９ 室内機、１０ 室外熱交換器、２０ 扁平管、２０ａ 第１の扁平管、２０ｂ 第２の扁平管、２１ （第１）端部、２２ （第２）端部、２４ 冷媒流路、２５ａ （第１の）側面、２５ｂ （第２の）側面、５０ 冷媒流通部、５１ フィン部、５２ フィン部、５３ フィン部、６０ 板状部材、７０ 水滴、７０ａ 水滴、７０ｂ 水滴、８０ 下端ヘッダ、８１ 上端ヘッダ、９０ 冷媒配管、１００ 熱交換器、１０１ 熱交換器ユニット、２００ 熱交換器、２００ａ 熱交換器、２００ｂ 熱交換器、３００ 熱交換器、４００ 熱交換器、４６０ 板状部材、５００ 熱交換器、５２０ 扁平管、５２０ａ 第１の扁平管、５２０ｂ 第２の扁平管、６００ 熱交換器、６００ａ 熱交換器、６２０ 扁平管、６２０ａ 第１の扁平管、６２０ｂ 第２の扁平管、１０２０ 扁平管、１０２０ａ 第１の扁平管、１０２０ｂ 第２の扁平管、１０２５ａ （第１の）側面、１０２５ｂ （第２の）側面、１０７０ 水滴、１１００ 熱交換器、２０２０ 扁平管、２０２０ａ 第１の扁平管、２０２０ｂ 第２の扁平管、２０２５ａ 第１の側面、２０２５ｂ 第２の側面、２０７０ 水滴、２１００ 熱交換器、Ａ 管短径、Ｂ ピッチ、Ｆ 領域、Ｇ 重力、γｓ 表面張力、γｓｗ 界面張力、γｗ 表面張力、θ 接触角、θ１ 接触角、θ２ 接触角。

Claims (15)

1. 管軸を並列された第１の扁平管及び第２の扁平管を備え、
   前記第１の扁平管は、前記第２の扁平管に対向する第１の側面を有し、
   前記第２の扁平管は、前記第１の扁平管に対向する第２の側面を有し、
   前記第１の側面の少なくとも一部分である親水領域は、
   前記第２の側面よりも親水性が高く、
   前記第１の側面の前記親水領域の転落角は、
   前記第２の側面のうち前記親水領域に対向する領域の転落角よりも大きい、熱交換器。
2. 前記第１の側面の前記親水領域の接触角は、
   前記第２の側面のうち前記親水領域に対向する領域の接触角よりも小さい、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第１の側面の前記親水領域の接触角は、
   ９０°未満であり、
   前記第２の側面のうち前記親水領域に対向する領域の接触角は、
   ９０°以上である、請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記第１の扁平管と前記第２の扁平管とは、
   内部に冷媒を通す冷媒流路を備える少なくとも１つの冷媒流通部と、
   前記冷媒流通部の端部から前記管軸に垂直な断面における長軸方向に延設する少なくとも１つのフィン部と、を備える、請求項１～３の何れか１項に記載の熱交換器。
5. 前記第１の扁平管と前記第２の扁平管とは、
   一方の前記冷媒流通部と他方の前記フィン部とを対向させて配置される、請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記第１の扁平管と前記第２の扁平管とは、
   互いの前記冷媒流通部及び前記フィン部を対向させて配置される、請求項４に記載の熱交換器。
7. 前記第１の扁平管と前記第２の扁平管とは、
   前記フィン部と前記冷媒流通部とを接合させて形成され、
   前記フィン部は、
   前記冷媒流通部の前記長軸方向に沿った２つの側面のうち一方の側面に接合されて形成されている、請求項５又は６に記載の熱交換器。
8. 前記フィン部の表面は、
   前記冷媒流通部の表面と親水性が異なる、請求項７に記載の熱交換器。
9. 前記フィン部は、
   複数のフィン部を有し、
   前記冷媒流通部の前記長軸方向の両方の端部から前記長軸方向に延設される、請求項４～８の何れか１項に記載の熱交換器。
10. 前記冷媒流通部は、
    複数の冷媒流通部を有し、
    前記複数の冷媒流通部のうち隣合う２つの前記冷媒流通部の端部は、
    前記フィン部により接続されている、請求項４～９の何れか１項に記載の熱交換器。
11. 前記第１の扁平管と前記第２の扁平管とは、
    前記第１の側面と前記第２の側面との間を接続する部材が設けられていない、請求項１～１０の何れか１項に記載の熱交換器。
12. 管軸を並列された第１の扁平管及び第２の扁平管を備え、
    前記第１の扁平管は、前記第２の扁平管に対向する第１の側面を有し、
    前記第２の扁平管は、前記第１の扁平管に対向する第２の側面を有し、
    前記第１の側面及び前記第２の側面は平面であり、
    前記第１の側面の少なくとも一部分である親水領域は、
    前記第２の側面よりも親水性が高く、
    前記第１の側面の前記親水領域の接触角は、
    ９０°未満であり、
    前記第２の側面のうち前記親水領域に対向する領域の接触角は、
    ９０°以上である、熱交換器。
13. 管軸を並列された第１の扁平管及び第２の扁平管を備え、
    前記第１の扁平管は、前記第２の扁平管に対向する第１の側面を有し、
    前記第２の扁平管は、前記第１の扁平管に対向する第２の側面を有し、
    前記第１の側面の少なくとも一部分である親水領域は、
    前記第２の側面よりも親水性が高く、
    前記第１の扁平管と前記第２の扁平管とは、
    内部に冷媒を通す冷媒流路を備える少なくとも１つの冷媒流通部と、
    前記冷媒流通部の端部から前記管軸に垂直な断面における長軸方向に延設する少なくとも１つのフィン部と、を備え、
    一方の前記冷媒流通部と他方の前記フィン部とを対向させて配置される、熱交換器。
14. 請求項１～１３の何れか１項に記載の熱交換器を備える、熱交換器ユニット。
15. 請求項１４に記載の熱交換器ユニットを備える、冷凍サイクル装置。

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