JPWO2019175973A1 - 熱交換器およびこれを備えた空気調和機 - Google Patents

Abstract

扁平管上部に滞留した水を迅速に排出し、通風抵抗を低減することができる熱交換器およびこれを備えた空気調和機を提供する。熱交換器（１０）は、複数の扁平管（２）と、複数の扁平管（２）の間において熱交換面を有するフィン（１）と、を備え、複数の扁平管（２）は、扁平管（２）の扁平部（２ａ）が対向するように並べて配置され、フィン（１）は、気流方向における一端および他端と、扁平部（２ａ）の鉛直上方に形成される第１リブ（３）と、を有し、第１リブ（３）は、扁平部（２ａ）に沿って扁平管後縁２ｂ付近まで延伸する延伸部（３ａ）と、延伸部（３ａ）から一端側の方向に扁平部（２ａ）との距離が徐々に大きくなる拡大部（３ｂ）と、を有する。空気調和機（１００）は、熱交換器（１０）と、膨張装置と、圧縮機（１０２）と、が配管で接続され冷凍サイクルを構成する。

Description

本発明は、空気調和機およびこれを備えた空気調和機に関する。

特許文献１には、重力方向となる長手方向に間隔を置いて複数の切欠部が形成された第１の領域と、前記長手方向に前記複数の切欠部が形成されていない第２の領域と、を有する板状のフィンと、前記複数の切欠部に装着され、前記フィンと交差する扁平管と、を備え、前記フィンには、当該フィンの平面部から突出した突出部（以下では「リブ」ともいう）が形成され、前記突出部は、第１の端部が前記第１の領域に位置し、第２の端部が前記第２の領域に位置すると共に当該第１の端部よりも下方に位置する熱交換器が記載されている。
上記突出部（「リブ」）は、フィンをプレス加工で製造する際に、折れ曲がるのを防止するための補強用リブである。

パラレルフロー型熱交換器は、平行に積層した多数のフィンを扁平形状の伝熱管（以下、扁平管と称する）が貫いて構成される。熱交換器の性能は、空気が熱交換器を通過する時の通風抵抗や伝熱管内を流れる冷媒と空気との熱交換効率等によって決定される。空気の流れ方向で見た時の投影面積で比べた場合、扁平管は、円管に比べて投影面積が小さいため、通風抵抗を低減できる。そのため、熱交換器の通風抵抗低減を目的として扁平管を採用することがある。

一般的な空気調和機の熱交換器の構成について述べる。空気調和機用の熱交換器は、主に周囲の空気温度を低下させるための蒸発器と、周囲の空気温度を上昇させるための凝縮器と、から構成される。この時、蒸発器として使用した熱交換器のフィンおよび伝熱管表面温度が空気の露点温度以下となったとき、結露が生じる。結露による凝縮水は、重力によってフィンを伝って落下するが、フィン同士の間隔が狭いことや、フィンピッチを規定するための切起しといった突起物に付着することで滞留することがある。フィン間に滞留した凝縮水は、空気が流れるための流路を塞いでしまうため通風抵抗増大の要因となる。

また、フィン表面温度が氷点下となると、滞留した凝縮水の氷結や、フィン表面に霜が生じる。氷結した凝縮水や霜は、空気の流路を塞ぐことによる通風抵抗の増大だけでなく、熱交換効率を著しく低下させる要因である。そのため、定期的な除霜運転によって霜を溶かす必要があるが、除霜運転中は、空気調和機としての機能を一部または全部停止することになるため、空気調和機全体の性能が低下する。除霜運転後は、溶けた凝縮水や霜が液滴となってフィン表面に付着する。その後、フィン表面温度が再び氷点下となると除霜運転によって生じた液滴や結露によって新たに生じた凝縮水が氷結してしまう。
以上の理由から、フィンおよび伝熱管表面に付着した水については、熱交換器の性能を維持するために、迅速な排水処理が必要となる。

国際出願第２０１６／１９４０４３号公報

しかしながら、特許文献１記載の熱交換器では、扁平管上部に滞留した水を排水することは困難であり、フィン間の流路を塞ぐことによる通風抵抗の増大を抑制することができないという課題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、扁平管上部に滞留した水を迅速に排出し、通風抵抗を低減することができる熱交換器およびこれを備えた空気調和機を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の空気調和機は、空気と熱交換をするための冷媒が内部を流れる扁平状の複数の伝熱管と、複数の前記伝熱管の間において熱交換面を有するフィンと、を備え、複数の前記伝熱管は、当該伝熱管の扁平部が対向するように並べて配置され、前記フィンは、気流方向における一端および他端と、前記扁平部の鉛直上方に形成される第１リブを有し、前記第１リブは、前記扁平部に沿って延伸する延伸部と、前記延伸部から前記一端側の方向に前記扁平部との距離が徐々に大きくなる拡大部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、扁平管上部に滞留した水を迅速に排出し、通風抵抗を低減することができる熱交換器およびこれを備えた空気調和機を提供する。

本発明の第１の実施形態に係る空気調和機の概略図である。 上記第１の実施形態に係る空気調和機の熱交換器の外観を示す斜視図である。 上記第１の実施形態に係る空気調和機の熱交換器の扁平管にロウ付けされたフィンの要部を示す斜視図である。 図３のＡ−Ａ矢視断面図である。 上記第１の実施形態に係る空気調和機の熱交換器のフィンの要部を示す図である。 図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。 図５のＣ−Ｃ矢視断面図である。 比較例１の一般的なパラレルフロー型熱交換器のフィンの表面に付着した水滴の挙動を示す概略図である。 比較例２のフィンの表面に付着した水滴の挙動を示す概略図である。 上記第１の実施形態に係る空気調和機の熱交換器の作用効果を説明する図である。 上記第１の実施形態に係る空気調和機の熱交換器の第１リブの変形例１を示す図である。 上記第１の実施形態に係る空気調和機の熱交換器の第１リブの変形例２を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る空気調和機の熱交換器のフィンの要部を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る空気調和機の熱交換器のフィンの要部を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る空気調和機の熱交換器のフィンの要部を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る空気調和機の冷凍サイクルの構成図である。
図１に示すように、空気調和機１００は、熱源側で室外（非空調空間）に設置される室外機１０１と、利用側で室内（空調空間）に設置される室内機１０８とから構成され、接続配管１１２ａ，１１２ｂによって接続されている。

［空気調和機１００］
室外機１０１は、圧縮機１０２と、四方弁１０３と、室外熱交換器１０４と、室外ファンモータ１０５と、室外ファン１０６と、絞り装置１０７を備え、室内機１０８は、室内熱交換器１０９と、室内ファンモータ１１０と、室内ファン１１１を備えている。

次に、冷房運転中の動作を例に、空気調和機１００の各要素の作用を説明する。
冷房運転時には、冷媒は図１中の実線矢印の向きに流れる。まず、圧縮機１０２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１０３を経由したのちに室外熱交換器１０４に流れ、室外熱交換器１０４で外気に放熱することで凝縮し、高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、絞り装置１０７の作用で減圧され、低温低圧の気液二相状態となり、接続配管１１２ａを通じて室内機１０８へ流れる。室内機１０８に入った気液二相冷媒は、室内熱交換器１０９で室内空気の熱を吸熱することで蒸発し、これにより室内冷房が実現される。室内機１０８で蒸発したガス冷媒は、接続配管１１２ｂを通じて、室外機１０１へ戻り、四方弁１０３を通って再び圧縮機１０２で圧縮されることになる。これが冷房運転中の冷凍サイクルである。

一方、暖房運転時は、四方弁１０３により冷媒流路が切り替えられ、図１中の破線矢印の方向に冷媒が流れる。まず、圧縮機１０２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１０３および接続配管１１２ｂを通って室内機１０８に流れる。室内機１０８に入った高温のガス冷媒は、室内熱交換器１０９で室内空気に放熱することで室内暖房が実現される。このとき、ガス冷媒は凝縮し、高圧の液冷媒となる。その後、高圧の液冷媒は、接続配管１１２ａを通って室外機１０１に流れる。室外機１０１に入った高圧の液冷媒は、絞り装置１０７の作用で減圧され、低温低圧の気液二相状態となり、室外熱交換器１０４に流れ、室外空気の熱を吸熱することで蒸発し、ガス冷媒となる。このガス冷媒は、四方弁１０３を通った後、圧縮機１０２で再び圧縮される。これが暖房運転中の冷凍サイクルである。
このように、室外熱交換器１０４、及び、室内熱交換器１０９内の冷媒の流れの向きは、冷房運転時と暖房運転時で逆向きになる。なお、冷媒としてはＲ３２を用いているが、Ｒ４１０Ａ等の別の冷媒を用いてもよい。

［熱交換器１０］
図２は、空気調和機１００の熱交換器１０の外観を示す斜視図であり、パラレルフロー型熱交換器を蒸発器として用いた場合の例である。
熱交換器１０は、図１に示す空気調和機１００の室外熱交換器１０４や室内熱交換器１０９に対応する。
図２に示すように、熱交換器１０は、冷媒を分配する図中左側の流入側ヘッダと冷媒を合流させる図中右側の流出側ヘッダからなる二本のヘッダ５０と、これらのヘッダ５０間を接続するとともに、空気と熱交換をするための冷媒が内部を流れる複数の扁平管２（伝熱管）と、扁平管２にロウ付けされその伝熱面積を拡大する複数のフィン１と、を備える。

図２に示すように、冷媒の流れ方向（破線矢印参照）と、空気の流れ方向（白抜き矢印参照）とは直交しており、扁平管２内を流れる冷媒と扁平管２間を流れる空気が、フィン１を介して熱交換することで、効率の良い熱交換が実現される。

図３は、熱交換器１０の扁平管２にロウ付けされたフィン１の要部を示す斜視図である。
図４は、図３のＡ−Ａ矢視断面図である。図５は、熱交換器１０のフィン１の要部を示す図である。
図２および図４に示すように、複数の扁平管２は、扁平管２の扁平部２ａが対向するように並べて配置される。
図３および図４に示すように、フィン１は、平板状で、かつ扁平管２が挿入される挿入孔１ｅを有し、扁平管２は、扁平管２の延伸方向に並べて複数配置され、扁平管２は挿入孔１ｅに挿し込まれることによって構成される。

図３〜図５に示すように、フィン１は、気流方向における縁部である一端部（フィン前縁）１ａおよび他端部１ｂと、扁平管２に挟まれたフィン１の平面部１ｃと、扁平管２の扁平部２ａの鉛直上方に形成される第１リブ３と、を有する。
図３に示すように、第１リブ３は、扁平管２の扁平部２ａに沿って延伸する延伸部３ａと、延伸部３ａから一端部１ａ側の方向に扁平部２ａとの距離が徐々に大きくなる拡大部３ｂと、拡大部３ｂから一端部１ｂ側の方向に徐々に扁平部２ａとの距離が小さくなる縮小部３ｃと、を有する。
延伸部３２ａは、扁平管後縁２ｂ付近の上方まで延伸させて構成されている。
図５に示すように、縮小部３ｃは、扁平管２の扁平部２ａとなす角度θで徐々に縮小する。
上記延伸部３ａ、拡大部３ｂ、および縮小部３ｃの作用効果については、後記する。

図６は、図５のＢ−Ｂ矢視断面図であり、第１リブ３の延伸部３ａが延伸する方向に対して垂直な面におけるフィン１の断面図である。
図６に示すように、同じ形状の第１リブ３が設けられたフィン１が、フィンピッチＰ１の間隔で複数並べて配置すると、フィン１の平面部１ａから第１リブ３の頂点に向かう湾曲部３ｄ同士の間隔Ｐ２は、フィンピッチＰ１よりも小さくなる。

図７は、図５のＣ−Ｃ矢視断面図であり、第１リブ３の縮小部３ｃが延伸する方向に対して垂直な面におけるフィン１の断面図である。
図７に示すように、延伸部３ａのリブ高さよりも縮小部３ｃのリブ高さを小さくすることで、フィン１同士で最接近するリブの湾曲部３ｄの距離Ｐ３が、延伸部３ａにおける距離Ｐ２よりも大きくなる。

以下、上述のように構成された空気調和機１００の熱交換器１０の作用効果について説明する。
［比較例１］
まず、比較例１について説明する。
図８は、比較例１の一般的なパラレルフロー型熱交換器のフィン２０１の表面に付着した水滴の挙動を示す概略図である。空気が流入する側を前方とすると、熱伝達率の大きいフィン前縁２０１ａで結露する。そのため、結露によってフィン２０１の表面に付着した水滴２１１は、扁平管前縁２ａとフィン前縁２０１ａの間のフィン２０１の表面を伝って落下する。しかし、気流による影響や、水滴２１１が落下する過程で、他の水滴との合体を繰り返すことで水滴２１１が徐々に後側へ移動する。その際、扁平管前縁２ａに付着すると、表面張力の影響によって扁平管前縁２ａを伝って下方に回り込む水滴２１２や、そのまま扁平管２上部に滞留する水滴２１０が生じる。下方に回り込んだ水滴２１３は扁平管２上部に向かって落下することとなり、扁平管２上部に滞留する水滴２１０の液量はさらに増えることとなる。

一方、フィン２０１の表面温度が氷点下となると、結露と同様に熱伝達率の大きいフィン前縁２０１ａで霜が生じる。着霜による熱抵抗の上昇により、空気中に含まれる水蒸気がフィン前縁２０１ａで昇華しづらくなり、徐々に後方に向かって着霜部分が拡大していく。着霜部分が扁平管２に挟まれた領域にまで達した状態で除霜運転を行うと、霜が溶けて生じた水滴２１３は扁平管２上部に落下することとなる。
扁平管２上部に滞留した水滴２１０は、落下してきた水滴２１１と合体しながら拡大していくこととなるが、表面張力によって液面の表面積が最小となるようドーム状になる。水滴２１２が落下するためには、扁平管２の端部（扁平管前縁２ａ）に移動しなければならない。しかし、水滴２１０の液量が増加しても前述のようにドーム状となって滞留するため、上方にも向かうこととなり、水滴２１０が扁平管２の長手方向端部に至るには多量の水滴２１０が必要となり、水滴２１０が排出されるまでの時間が長くなってしまう。
水滴２１０がフィン２０１間に滞留すると空気が流れるための流路が塞がれてしまうため、通風抵抗が増大し、熱交換器１０（図２参照）の性能を低下させる要因となる。

［比較例２］
次に、比較例２について説明する。
図９は、比較例２のリブ３０３を備えるフィン３０１の表面に付着した水滴の挙動を示す概略図である。
図９に示すように、比較例２のリブ３０３は、図５に示す第１リブ３のような拡大部３ｂを備えず、延伸部３０３ｂのみを備える。
液量が少ない状態では、水滴２１０はリブ３０３に沿って形成されるため、扁平管２の長手方向両端に向かって水滴２１０が移動する。水滴２１０の液量がさらに増加すると、水滴２１０は、重力方向上方に向かってドーム状に形成される。
水滴２１０の液量がさらに増加しても延伸部３０３ｂによってドーム状に形成するのを抑制した水滴２１０の余剰分は、扁平管２の長手方向両端に移動することとなり、どちらか一方の扁平管２の長手方向端部に水滴２１０の液量が偏らなくなってしまう。
また、図５に示す第１リブ３のような拡大部３ｂを備えないので、液量が増えてもリブ３０３と扁平管２の距離が近く、表面張力によって水滴２１０を保持するような力が作用する。その結果、リブ３０３を乗り越えて上方に向かって水滴２１０が成長することとなり、リブ３０３による排水効果が期待できない。

［本実施形態］
図１０は、空気調和機１００の熱交換器１０の作用効果を説明する図である。
図１０に示すように、熱交換器１０の第１リブ３は、扁平管２の扁平部２ｃに沿って扁平管後縁２ｂ付近まで延伸する延伸部３ａと、延伸部３ａから扁平管２との距離が徐々に大きくなる拡大部３ｂと、拡大部３ｂから扁平管前縁２ａに向かって第１リブ３と扁平管２の距離が徐々に小さくなる縮小部３ｃと、を有する。

<延伸部３ａの作用効果>
延伸部３ａは、水滴２１０が重力方向上方に向かってドーム状となって滞留することを抑制する。
延伸部３２ａを扁平管後縁２ｂ付近の上方まで延伸させることで、扁平管２の後方に滞留した水滴２１０を前方へ移動させ、排出することが可能となる。

<拡大部３ｂの作用効果>
図１０に示すように、上方に向かうことを抑制することで生じる水滴２１０の余剰分は、扁平管２の長手方向両端に移動する。ここでは、延伸部３ａは、一方のみが拡大部３ｂに繋がっているので、延伸部３０３ｂの水滴２１０は拡大部３ｂに向かって移動する。すなわち、水滴２１０の余剰分を、一方の扁平管２の長手方向端部に偏らせることができる。
このため、前記図９の比較例２のように、水滴２１０が重力方向上方に向かってドーム状となって滞留することを抑制することができる。

また、図１０に示す拡大部３ｂを設けないと、液量が増えても第１リブ３と扁平管２の距離が近く、表面張力によって水滴２１０を保持するような力が作用する。その結果、前記図９の比較例２のように、リブを乗り越えて上方に向かって水滴２１０が成長することとなり、第１リブ３による排水効果が期待できない。
このように、拡大部３ｂによって扁平管前縁２ａに多量の水滴２１０を移動させることで、少量の水であっても排水を促す効果が得られ、水滴２１０の滞留による通風抵抗の増加を抑制することが可能である。

<縮小部３ｃの作用効果>
図１０に示すように、拡大部３ｂによって、余剰分の水滴２１０は、延伸部３ａから拡大部３ｂに向かって移動する。これによって、扁平管前縁２ａに多量の水滴２１０が移動することとなる。さらに水滴２１０の液量が増えると、水滴２１３は扁平管前縁２ａを伝って落下することとなる。

縮小部３ｃは、水滴２１０の液面をより前方に移動させることが可能となる。図１０に示すように、縮小部３ｃの前縁を扁平管前縁２ａよりも前側に位置させることで、液面に重力が作用し、水滴２１３を落下させやすくなる。このため、排水効果を高めることができる。

<角度θの作用効果>
図５に示すように、扁平管２の扁平部２ｃと縮小部３ｃと、がなす角度θを４５度以下とする。上記角度θを４５度よりも大きくすると、ドーム状となった水滴２１０（図８の比較例１参照）の液面の方向と一致し、水滴２１０（図８参照）がドーム状に形成することを促してしまい、排水効果が得られなくなってしまう知見を得た。水滴２１０（図８参照）がドーム状に形成することを阻害するために、角度θを４５度よりも小さくする必要がある。望ましくは、扁平管２の扁平部２ｃと縮小部３ｃと、がなす角度θを３０度以下とすることでより排水効果を高めることができる。
このように、扁平管２の扁平部２ｃと縮小部３ｃと、がなす角度θを４５度以下とすることで、効率よく排水することができる。

<湾曲部３ｃの作用効果>
図６に示すように、フィン１は、平面部１ａから第１リブ３の頂点に向かう湾曲部３ｃ同士の間隔Ｐ２は、フィンピッチＰ１よりも小さくなるように構成されている。
水滴の液面は、表面張力によって表面積が最小となるように形成されることから、隣り合うフィン１の両面に接触する水滴が第１リブ３に接触すると、液面の表面積がより小さくなる第１リブ３の湾曲部３ｃに液面が形成される。つまり、水滴の形状は、第１リブ３に沿って形成されることとなる。
このように、平面部１ａから第１リブ３の頂点に向かう湾曲部３ｃ同士の間隔Ｐ２は、フィンピッチＰ１よりも小さくなるように構成することで、第１リブ３に沿って水滴を形成することができる。

図７に示すように、延伸部３ａのリブ高さよりも縮小部３ｃのリブ高さを小さくなるように構成されている。このため、フィン１同士で最接近する第１リブ３の湾曲部３ｃの距離Ｐ３が、延伸部３ａにおける距離Ｐ２よりも大きくなる。これによって、表面張力が弱くなり、縮小部３ｃ（図５参照）まで移動した水滴２１０（図１０参照）は、より落下しやすくなる。
このように、延伸部３ａのリブ高さよりも縮小部３ｃのリブ高さを小さくなるように構成することで、縮小部３ｃ（図５参照）まで移動した水滴をより落下しやすくすることができる。

以上説明したように、本実施形態の熱交換器１０は、複数の扁平管２と、複数の扁平管２の間において熱交換面を有するフィン１と、を備え、複数の扁平管２は、扁平管２の扁平部２ａが対向するように並べて配置され、フィン１は、気流方向における一端および他端と、扁平部２ａの鉛直上方に形成される第１リブ３と、を有し、第１リブ３は、扁平部２ａに沿って扁平管後縁２ｂ付近まで延伸する延伸部３ａと、延伸部３ａから一端側の方向に扁平部２ａとの距離が徐々に大きくなる拡大部３ｂと、を有する。

この構成により、扁平管２の上部に滞留した水滴（結露水など）を、第１リブ３によって効率よく排出することができる。扁平管２の上部に滞留した水滴が迅速に排出されるので、通風抵抗を低減することができ、熱交換効率を向上させた熱交換器１０を提供することができる。
特に、拡大部３ｂによって扁平管前縁２ａに多量の水滴を移動させることで、水滴の滞留による通風抵抗の増加を抑制することができる。

本実施形態では、第１リブ３は、縮小部３ｃを備えることで、水滴の液面をより前方に移動させて水滴を落下させやすくすることができ、排水効果を高めることができる。

本実施形態では、延伸部３２ａを扁平管後縁２ｂ付近の上方まで延伸させることで、扁平管２の後方に滞留した水滴を前方へ移動させ、排出することが可能となる。

本実施形態では、扁平管２の扁平部２ｃと縮小部３ｃと、がなす角度θを４５度以下とすることで、扁平部２ｃ上で、水滴がドーム状に形成することを阻害させることでき、排水効果を高めることができる。

<本実施形態と従来技術との比較>
特許文献１記載の熱交換器の突出部は、フィンをプレス加工で製造する際に、折れ曲がるのを防止するための補強用リブである。この目的のため、特許文献１記載の熱交換器の補強用リブは、扁平管上部まで延出する構成ではない。また、扁平管の端部から落下する凝縮水しか考慮していない。

フィン１の気流上流側が最も熱伝達率の高い領域となり前方から氷結するため、融解させた際も前方に水が集中することになる。しかし、実際にはフィンの中央付近まで氷結することもあり、扁平管２上部に水が滞留する。また、扁平管２上部に滞留してしまった水は基本的には自ら動くことはない。水量が増え、扁平管端部にまで達すれば落下する。ところが、図８に示すように、水滴２１０は、扁平管２上部にドーム状に対流する。このため、ドーム状の水滴２１０が風路を塞いでしまい、空気の圧力損失が増加してしまう。
本実施形態の熱交換器１０は、第１リブ３を備えることで、扁平管２上部に水滴２１０がドーム状に滞留することを抑制し、かつ、水滴２１０を扁平管端部に移動させることで排水を促すことができる。すなわち、延伸部３ａが、水滴２１０がドーム状となって滞留することを抑制する。そして、延伸部３ａに繋がる拡大部３ｂが、扁平管前縁２ａに水滴２１０を移動させる。さらに、縮小部３ｃが、水滴２１０の液面をより前方に移動させ、水滴２１３を落下させやすくする。

［変形例１］
次に、本実施形態の変形例１について説明する。
図１１は、空気調和機１００の熱交換器１０の第１リブ３１の変形例１を示す図である。
図１１に示すように、熱交換器１０の第１リブ３１は、扁平管２の扁平部２ｃに沿って延伸する延伸部３ａと、延伸部３ａから扁平管２との距離が徐々に大きくなると、を有している。
変形例１の第１リブ３１は、前記図５に示す第１リブ３から縮小部３ｃを取り去り、延伸部３ａおよび拡大部３ｂを前方に移動させるとともに、拡大部３ｂの前縁を扁平管前縁２ａまで移動させた構成を採る。

第１リブ３１は、延伸部３ａによって、水滴２１０が重力方向上方に向かってドーム状となって滞留することを抑制する。このとき、上方に向かうことを抑制することで生じる余剰分の水滴２１０は、拡大部３ｂに向かって移動する。これによって、扁平管前縁２ａに多量の水滴２１０が移動することとなる。
拡大部３ｂによって扁平管前縁２ａに多量の水滴２１０を移動させることで、水滴２１０の滞留による通風抵抗の増加を抑制することができる。

［変形例２］
図１２は、空気調和機１００の熱交換器１０の第１リブ３２の変形例２を示す図である。
図１２に示すように、熱交換器１０の第１リブ３２は、扁平管２の扁平部２ｃに沿って延伸する延伸部３２ａと、延伸部３２ａから扁平管２との距離が徐々に大きくなる拡大部３ｂと、拡大部３ｂから扁平管前縁２ａに向かって第１リブ３２と扁平管２の距離が徐々に小さくなる縮小部３ｃと、を有している。
延伸部３２ａは、水滴２１０が重力方向上方に向かってドーム状となって滞留することを抑制することができる。

（第２の実施形態）
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る空気調和機の熱交換器１０のフィン１１の要部を示す図である。図１３に示すフィン１１は、図２に示す空気調和機１００の熱交換器１０のフィン１に代えて適用することができる。
図１３に示すように、フィン１１は、気流方向における縁部である一端部（フィン前縁）１１ａおよび他端部１１ｂと、扁平管２に挟まれたフィン１１の平面部１１ｃと、親水性領域部１１ｄと、扁平管２の扁平部２ａの鉛直上方に形成される第１リブ３と、を有している。

図１３の網掛けに示すように、親水性領域部１１ｄは、第１リブ３の縮小部３ｃの扁平管前縁２ａに向かう下面で、かつ扁平管前縁２ａ付近に形成される。
親水性領域部１１ｄは、フィン１の表面が、他の表面よりも高い親水性となる領域である。親水性領域部１１ｄは、フィン１１の表面上に、親水性コーティング剤を塗布することにより形成される。

このように、本実施形態では、フィン１１は、親水性領域部１２ｄを備え、親水性領域部１２ｄにより扁平管前縁２ａ付近のフィン１１の表面を他の表面よりも親水性とする。これにより、拡大部３２ｂによって前方に移動した水滴をさらに前方に移動させることが可能となる。親水性領域部１２ｄを扁平管前縁２ａよりも前方にまで拡大させることで、重力によって落下しやすくなり、排水効果をより一層高めることができる。

（第３の実施形態）
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る空気調和機の熱交換器１０のフィン１１の要部を示す図である。図１４に示すフィン１２は、図２に示す空気調和機１００の熱交換器１０のフィン１に代えて適用することができる。
図１４に示すように、フィン１２は、気流方向における縁部である一端部（フィン前縁）１２ａおよび他端部１２ｂと、扁平管２に挟まれたフィン１２の平面部１２ｃと、扁平管２の扁平部２ａの鉛直上方に形成される第１リブ３と、第１リブ３の上方に、フィン１２の気流方向後方から第１リブ３の拡大部３ｂに向かって延伸する第２リブ４と、を有する。

このように、本実施形態では、フィン１２は、第２リブ４を備えることで、上方から落下してくる水滴２１４を第１リブ３の拡大部３ｂの上方に移動させることができ、より一層効率よく排水することが可能となる。

（第４の実施形態）
図１５は、本発明の第４の実施形態に係る空気調和機の熱交換器１０のフィン１３の要部を示す図である。図１５に示すフィン１３は、図２に示す空気調和機１００の熱交換器１０のフィン１に代えて適用することができる。
図１５に示すように、フィン１３は、気流方向における縁部である一端部（フィン前縁）１３ａおよび他端部１３ｂと、扁平管２に挟まれたフィン１２の平面部１３ｃと、扁平管２の扁平部２ａの鉛直上方に形成される第１リブ３と、フィン前縁１３ａと扁平管前縁２ａとの間にあるフィン１３の平面部１３に、重力方向に延伸する第３リブ５と、を有する。

このように、本実施形態では、フィン１３は、第３リブ５を備えることで、扁平管２から落下した水滴２１５が再び扁平管２の上方に向かうことを抑制することができ、効率よく排水することが可能となる。
なお、図１５では、第１リブ３と第３リブ５とが離れているが、第１リブ３の縮小部３ｃと第３リブ５とを接続することも可能である。この場合、縮小部３ｃに沿って形成された水滴２１５がそのまま第３リブ５に移動することとなり、さらに効果的に排水することが可能となる。

また、本発明は、上記各実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜その構成を変更することができる。

各実施形態および変形例１，２に記載の構成は、蛇腹状に折り曲げた一枚のフィンを扁平管２同士で上下から挟んで結合するコルゲート式の熱交換器であっても適用できる。一般的なコルゲート式熱交換器は、扁平管２によって上下のフィン同士が隔てられているため、フィン前縁１ａ（例えば図３参照）と扁平管前縁２ａ（例えば図３参照）の間のフィン表面は、上下のフィン同士で連続していない。
このようなコルゲート式熱交換器では、前方へ移動してきた水滴は、フィン前縁１ａを伝って落下することとなる。このとき、水滴は、落下途中に表面張力によってフィン前縁１ａよりも後方に引き込まれ、扁平管２の上部に落下することがある。その場合、再度リブ３によって水滴を前方に移動することとなる。
一方で、フィン１（例えば図３参照）が、伝熱管２が挿入される挿入孔を有した平板状ある場合、フィン前縁１ａと扁平管前２ａの間のフィン表面が上下方向に連続することとなり、扁平管前縁２ａから落下した水滴は、そのまま落下することとなる。そのため、各実施形態および変形例１，２に記載の構成は、フィン１が平板状であるとより効果を発揮することとなる。

上記した実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。例えば、第３の実施形態の第２リブ４と、第４の実施形態の第３リブ５とを両方備える構成でもよい。

１，１１，１２，１３ フィン
１ａ 一端部（フィン前縁）
１ｂ 他端部
１ｃ 平面部
１ｅ 挿入孔
２ 扁平管（伝熱管）
２ａ 扁平部
３，３１ 第１リブ
３ａ 延伸部
３ｂ 拡大部
３ｃ 縮小部
３ｄ 湾曲部
４ 第２リブ
５ 第３リブ
１０ 熱交換器
５０ ヘッダ
１００ 空気調和機
１０１ 室外機
１０２ 圧縮機
１０３ 四方弁
１０４ 室外熱交換器
１０５ 室外ファンモータ
１０６ 室外ファン
１０７ 絞り装置
１０８ 室内機
１０９ 室内熱交換器
１１０ 室内ファンモータ
１１１ 室内ファン
１１２ａ，１１２ｂ 接続配管

本発明は、熱交換器およびこれを備えた空気調和機に関する。

特許文献１には、重力方向となる長手方向に間隔を置いて複数の切欠部が形成された第１の領域と、前記長手方向に前記複数の切欠部が形成されていない第２の領域と、を有する板状のフィンと、前記複数の切欠部に装着され、前記フィンと交差する扁平管と、を備え、前記フィンには、当該フィンの平面部から突出した突出部（以下では「リブ」ともいう）が形成され、前記突出部は、第１の端部が前記第１の領域に位置し、第２の端部が前記第２の領域に位置すると共に当該第１の端部よりも下方に位置する熱交換器が記載されている。
上記突出部（「リブ」）は、フィンをプレス加工で製造する際に、折れ曲がるのを防止するための補強用リブである。

パラレルフロー型熱交換器は、平行に積層した多数のフィンを扁平形状の伝熱管（以下、扁平管と称する）が貫いて構成される。熱交換器の性能は、空気が熱交換器を通過する時の通風抵抗や伝熱管内を流れる冷媒と空気との熱交換効率等によって決定される。空気の流れ方向で見た時の投影面積で比べた場合、扁平管は、円管に比べて投影面積が小さいため、通風抵抗を低減できる。そのため、熱交換器の通風抵抗低減を目的として扁平管を採用することがある。

一般的な空気調和機の熱交換器の構成について述べる。空気調和機用の熱交換器は、主に周囲の空気温度を低下させるための蒸発器と、周囲の空気温度を上昇させるための凝縮器と、から構成される。この時、蒸発器として使用した熱交換器のフィンおよび伝熱管表面温度が空気の露点温度以下となったとき、結露が生じる。結露による凝縮水は、重力によってフィンを伝って落下するが、フィン同士の間隔が狭いことや、フィンピッチを規定するための切起しといった突起物に付着することで滞留することがある。フィン間に滞留した凝縮水は、空気が流れるための流路を塞いでしまうため通風抵抗増大の要因となる。

また、フィン表面温度が氷点下となると、滞留した凝縮水の氷結や、フィン表面に霜が生じる。氷結した凝縮水や霜は、空気の流路を塞ぐことによる通風抵抗の増大だけでなく、熱交換効率を著しく低下させる要因である。そのため、定期的な除霜運転によって霜を溶かす必要があるが、除霜運転中は、空気調和機としての機能を一部または全部停止することになるため、空気調和機全体の性能が低下する。除霜運転後は、溶けた凝縮水や霜が液滴となってフィン表面に付着する。その後、フィン表面温度が再び氷点下となると除霜運転によって生じた液滴や結露によって新たに生じた凝縮水が氷結してしまう。
以上の理由から、フィンおよび伝熱管表面に付着した水については、熱交換器の性能を維持するために、迅速な排水処理が必要となる。

国際出願第２０１６／１９４０４３号公報

しかしながら、特許文献１記載の熱交換器では、扁平管上部に滞留した水を排水することは困難であり、フィン間の流路を塞ぐことによる通風抵抗の増大を抑制することができないという課題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、扁平管上部に滞留した水を迅速に排出し、通風抵抗を低減することができる熱交換器およびこれを備えた空気調和機を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の空気調和機は、空気と熱交換をするための冷媒が内部を流れる扁平状の複数の伝熱管と、複数の前記伝熱管の間において熱交換面を有するフィンと、を備え、複数の前記伝熱管は、当該伝熱管の扁平部が対向するように並べて配置され、前記フィンは、気流方向における一端および他端と、前記扁平部の鉛直上方に形成される第１リブを有し、前記第１リブは、前記扁平部に沿って延伸する延伸部と、前記延伸部から前記一端側の方向に前記扁平部との距離が徐々に大きくなる拡大部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、扁平管上部に滞留した水を迅速に排出し、通風抵抗を低減することができる熱交換器およびこれを備えた空気調和機を提供する。

本発明の第１の実施形態に係る空気調和機の概略図である。 上記第１の実施形態に係る空気調和機の熱交換器の外観を示す斜視図である。 上記第１の実施形態に係る空気調和機の熱交換器の扁平管にロウ付けされたフィンの要部を示す斜視図である。 図３のＡ−Ａ矢視断面図である。 上記第１の実施形態に係る空気調和機の熱交換器のフィンの要部を示す図である。 図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。 図５のＣ−Ｃ矢視断面図である。 比較例１の一般的なパラレルフロー型熱交換器のフィンの表面に付着した水滴の挙動を示す概略図である。 比較例２のフィンの表面に付着した水滴の挙動を示す概略図である。 上記第１の実施形態に係る空気調和機の熱交換器の作用効果を説明する図である。 上記第１の実施形態に係る空気調和機の熱交換器の第１リブの変形例１を示す図である。 上記第１の実施形態に係る空気調和機の熱交換器の第１リブの変形例２を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る空気調和機の熱交換器のフィンの要部を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る空気調和機の熱交換器のフィンの要部を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る空気調和機の熱交換器のフィンの要部を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る空気調和機の冷凍サイクルの構成図である。
図１に示すように、空気調和機１００は、熱源側で室外（非空調空間）に設置される室外機１０１と、利用側で室内（空調空間）に設置される室内機１０８とから構成され、接続配管１１２ａ，１１２ｂによって接続されている。

［空気調和機１００］
室外機１０１は、圧縮機１０２と、四方弁１０３と、室外熱交換器１０４と、室外ファンモータ１０５と、室外ファン１０６と、絞り装置１０７を備え、室内機１０８は、室内熱交換器１０９と、室内ファンモータ１１０と、室内ファン１１１を備えている。

次に、冷房運転中の動作を例に、空気調和機１００の各要素の作用を説明する。
冷房運転時には、冷媒は図１中の実線矢印の向きに流れる。まず、圧縮機１０２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１０３を経由したのちに室外熱交換器１０４に流れ、室外熱交換器１０４で外気に放熱することで凝縮し、高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、絞り装置１０７の作用で減圧され、低温低圧の気液二相状態となり、接続配管１１２ａを通じて室内機１０８へ流れる。室内機１０８に入った気液二相冷媒は、室内熱交換器１０９で室内空気の熱を吸熱することで蒸発し、これにより室内冷房が実現される。室内機１０８で蒸発したガス冷媒は、接続配管１１２ｂを通じて、室外機１０１へ戻り、四方弁１０３を通って再び圧縮機１０２で圧縮されることになる。これが冷房運転中の冷凍サイクルである。

一方、暖房運転時は、四方弁１０３により冷媒流路が切り替えられ、図１中の破線矢印の方向に冷媒が流れる。まず、圧縮機１０２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１０３および接続配管１１２ｂを通って室内機１０８に流れる。室内機１０８に入った高温のガス冷媒は、室内熱交換器１０９で室内空気に放熱することで室内暖房が実現される。このとき、ガス冷媒は凝縮し、高圧の液冷媒となる。その後、高圧の液冷媒は、接続配管１１２ａを通って室外機１０１に流れる。室外機１０１に入った高圧の液冷媒は、絞り装置１０７の作用で減圧され、低温低圧の気液二相状態となり、室外熱交換器１０４に流れ、室外空気の熱を吸熱することで蒸発し、ガス冷媒となる。このガス冷媒は、四方弁１０３を通った後、圧縮機１０２で再び圧縮される。これが暖房運転中の冷凍サイクルである。
このように、室外熱交換器１０４、及び、室内熱交換器１０９内の冷媒の流れの向きは、冷房運転時と暖房運転時で逆向きになる。なお、冷媒としてはＲ３２を用いているが、Ｒ４１０Ａ等の別の冷媒を用いてもよい。

［熱交換器１０］
図２は、空気調和機１００の熱交換器１０の外観を示す斜視図であり、パラレルフロー型熱交換器を蒸発器として用いた場合の例である。
熱交換器１０は、図１に示す空気調和機１００の室外熱交換器１０４や室内熱交換器１０９に対応する。
図２に示すように、熱交換器１０は、冷媒を分配する図中左側の流入側ヘッダと冷媒を合流させる図中右側の流出側ヘッダからなる二本のヘッダ５０と、これらのヘッダ５０間を接続するとともに、空気と熱交換をするための冷媒が内部を流れる複数の扁平管２（伝熱管）と、扁平管２にロウ付けされその伝熱面積を拡大する複数のフィン１と、を備える。

図２に示すように、冷媒の流れ方向（破線矢印参照）と、空気の流れ方向（白抜き矢印参照）とは直交しており、扁平管２内を流れる冷媒と扁平管２間を流れる空気が、フィン１を介して熱交換することで、効率の良い熱交換が実現される。

図３は、熱交換器１０の扁平管２にロウ付けされたフィン１の要部を示す斜視図である。図４は、図３のＡ−Ａ矢視断面図である。図５は、熱交換器１０のフィン１の要部を示す図である。
図２および図４に示すように、複数の扁平管２は、扁平管２の扁平部２ｃが対向するように並べて配置される。
図３および図４に示すように、フィン１は、平板状で、かつ扁平管２が挿入される挿入孔１ｅを有し、扁平管２は、扁平管２の延伸方向に並べて複数配置され、扁平管２は挿入孔１ｅに挿し込まれることによって構成される。

図３〜図５に示すように、フィン１は、気流方向における縁部である一端部（フィン前縁）１ａおよび他端部１ｂと、扁平管２に挟まれたフィン１の平面部１ｃと、扁平管２の扁平部２ｃの鉛直上方に形成される第１リブ３と、を有する。
図３に示すように、第１リブ３は、扁平管２の扁平部２ｃに沿って延伸する延伸部３ａと、延伸部３ａから一端部１ａ側の方向に扁平部２ｃとの距離が徐々に大きくなる拡大部３ｂと、拡大部３ｂから一端部１ａ側の方向に徐々に扁平部２ｃとの距離が小さくなる縮小部３ｃと、を有する。
延伸部３ａは、扁平管後縁２ｂ付近の上方まで延伸させて構成されている。
図５に示すように、縮小部３ｃは、扁平管２の扁平部２ｃとなす角度θで徐々に縮小する。
上記延伸部３ａ、拡大部３ｂ、および縮小部３ｃの作用効果については、後記する。

図６は、図５のＢ−Ｂ矢視断面図であり、第１リブ３の延伸部３ａが延伸する方向に対して垂直な面におけるフィン１の断面図である。
図６に示すように、同じ形状の第１リブ３が設けられたフィン１が、フィンピッチＰ１の間隔で複数並べて配置すると、フィン１の平面部１ｃから第１リブ３の頂点３ｄに向かう湾曲部同士の間隔Ｐ２は、フィンピッチＰ１よりも小さくなる。

図７は、図５のＣ−Ｃ矢視断面図であり、第１リブ３の縮小部３ｃが延伸する方向に対して垂直な面におけるフィン１の断面図である。
図７に示すように、延伸部３ａのリブ高さ（頂点３ｄの部分における平面部１ｃからの高さ）よりも縮小部３ｃのリブ高さ（頂点３ｄの部分における平面部１ｃからの高さ）を小さくすることで、フィン１同士（第１リブ３同士）で最接近するリブの湾曲部の距離Ｐ３が、延伸部３ａにおける距離Ｐ２よりも大きくなる。

以下、上述のように構成された空気調和機１００の熱交換器１０の作用効果について説明する。
［比較例１］
まず、比較例１について説明する。
図８は、比較例１の一般的なパラレルフロー型熱交換器のフィン２０１の表面に付着した水滴の挙動を示す概略図である。空気が流入する側を前方とすると、熱伝達率の大きいフィン前縁２０１ａで結露する。そのため、結露によってフィン２０１の表面に付着した水滴２１１は、扁平管前縁２ａとフィン前縁２０１ａの間のフィン２０１の表面を伝って落下する。しかし、気流による影響や、水滴２１１が落下する過程で、他の水滴との合体を繰り返すことで水滴２１１が徐々に後側へ移動する。その際、扁平管前縁２ａに付着すると、表面張力の影響によって扁平管前縁２ａを伝って下方に回り込む水滴２１２や、そのまま扁平管２の上部（扁平部２ｃ）に滞留する水滴２１０が生じる。下方に回り込んだ水滴２１３は下方に位置する別の扁平管２の上部（扁平部２ｃ）に向かって落下することとなり、下方に位置する別の扁平管２の上部（扁平部２ｃ）に滞留する水滴２１０の液量はさらに増えることとなる。

一方、フィン２０１の表面温度が氷点下となると、結露と同様に熱伝達率の大きいフィン前縁２０１ａで霜が生じる。着霜による熱抵抗の上昇により、空気中に含まれる水蒸気がフィン前縁２０１ａで昇華しづらくなり、徐々に後方に向かって着霜部分が拡大していく。着霜部分が扁平管２に挟まれた領域にまで達した状態で除霜運転を行うと、霜が溶けて生じた水滴２１３は下方に位置する別の扁平管２の上部（扁平部２ｃ）に落下することとなる。
扁平管２の上部（扁平部２ｃ）に滞留した水滴２１０は、落下してきた水滴２１１と合体しながら拡大していくこととなるが、表面張力によって液面の表面積が最小となるようドーム状になる。水滴２１２が落下するためには、扁平管２の端部（扁平管前縁２ａ）に移動しなければならない。しかし、水滴２１０の液量が増加しても前述のようにドーム状となって滞留するため、水滴２１０は、上方にも向かう（高さを増す）こととなり、水滴２１０が扁平管２の長手方向端部に至るには多量の水滴２１０が必要となり、水滴２１０が排出されるまでの時間が長くなってしまう。
水滴２１０がフィン２０１間に滞留すると空気が流れるための流路が塞がれてしまうため、通風抵抗が増大し、熱交換器１０（図２参照）の性能を低下させる要因となる。

［比較例２］
次に、比較例２について説明する。
図９は、比較例２のリブ３０３を備えるフィン３０１の表面に付着した水滴の挙動を示す概略図である。
図９に示すように、比較例２のリブ３０３は、図５に示す第１リブ３のような拡大部３ｂを備えず、延伸部３０３ｂのみを備える。
液量が少ない状態では、水滴２１０はリブ３０３に沿って形成されるため、扁平管２の長手方向両端（符号２ａ、２ｂ）に向かって水滴２１０が移動する。水滴２１０の液量がさらに増加すると、水滴２１０は、重力方向上方に向かってドーム状に形成される。
水滴２１０の液量がさらに増加しても延伸部３０３ｂによってドーム状に形成するのを抑制した水滴２１０の余剰分は、扁平管２の長手方向両端（符号２ａ、２ｂ）に移動することとなり、どちらか一方の扁平管２の長手方向端部（符号２ａ側のみ、符号２ｂ側のみ）に水滴２１０の液量が偏らなくなってしまう。
また、図５に示す第１リブ３のような拡大部３ｂを備えないので、液量が増えてもリブ３０３と扁平管２の距離が近く、表面張力によって水滴２１０を保持するような力が作用する。その結果、リブ３０３を乗り越えて上方に向かって水滴２１０が成長することとなり、リブ３０３による排水効果が期待できない。

［本実施形態］
図１０は、空気調和機１００の熱交換器１０の作用効果を説明する図である。
図１０に示すように、熱交換器１０の第１リブ３は、扁平管２の扁平部２ｃに沿って扁平管後縁２ｂ付近まで延伸する延伸部３ａと、延伸部３ａから扁平管２（扁平部２ｃ）との距離が徐々に大きくなる拡大部３ｂと、拡大部３ｂから扁平管前縁２ａに向かって第１リブ３と扁平管２（扁平部２ｃ）との距離が徐々に小さくなる縮小部３ｃと、を有する。

<延伸部３ａの作用効果>
延伸部３ａは、水滴２１０が重力方向上方に向かってドーム状となって滞留することを抑制する。
延伸部３ａを扁平管後縁２ｂ付近の上方まで延伸させることで、扁平管２の後方に滞留した水滴２１０を前方（扁平管前縁２ａ側）へ移動させ、排出することが可能となる。

<拡大部３ｂの作用効果>
図１０に示すように、上方に向かうことを抑制することで生じる水滴２１０の余剰分は、扁平管２の長手方向両端（２ａ、２ｂ）に移動する。ここでは、延伸部３ａは、一方のみが拡大部３ｂに繋がっているので、延伸部３ａの水滴２１０は拡大部３ｂに向かって移動する。すなわち、水滴２１０の余剰分を、一方の側、即ち扁平管２の長手方向端部（扁平管前縁２ａ側）に偏らせることができる。
このため、前記図９の比較例２のように、水滴２１０が重力方向上方に向かってドーム状となって滞留することを抑制することができる。

また、図１０に示す拡大部３ｂを設けないと、液量が増えても第１リブ３と扁平管２の距離が近く、表面張力によって水滴２１０を保持するような力が作用する。その結果、前記図９の比較例２のように、リブを乗り越えて上方に向かって水滴２１０が成長することとなり、第１リブ３による排水効果が期待できない。
このように、拡大部３ｂによって扁平管前縁２ａに多量の水滴２１０を移動させることで、少量の水であっても排水を促す効果が得られ、水滴２１０の滞留による通風抵抗の増加を抑制することが可能である。

<縮小部３ｃの作用効果>
図１０に示すように、拡大部３ｂによって、余剰分の水滴２１０は、延伸部３ａから拡大部３ｂに向かって移動する。これによって、扁平管前縁２ａに多量の水滴２１０が移動することとなる。さらに水滴２１０の液量が増えると、水滴２１３は扁平管前縁２ａを伝って落下することとなる。

縮小部３ｃは、水滴２１０の液面をより前方（扁平管前縁２ａ側）に移動させることが可能となる。図１０に示すように、縮小部３ｃの前縁を扁平管前縁２ａよりも前側に位置させることで、液面に重力が作用し、水滴２１０を水滴２１３として落下させやすくなる。このため、排水効果を高めることができる。

<角度θの作用効果>
図５に示すように、扁平管２の扁平部２ｃと縮小部３ｃと、がなす角度θを４５度以下とする。上記角度θを４５度よりも大きくすると、ドーム状となった水滴２１０（図８の比較例１参照）の液面の方向と一致し、水滴２１０（図８参照）がドーム状に形成することを促してしまい、排水効果が得られなくなってしまう知見を得た。水滴２１０（図８参照）がドーム状に形成することを阻害するために、角度θを４５度よりも小さくする必要がある。望ましくは、扁平管２の扁平部２ｃと縮小部３ｃと、がなす角度θを３０度以下とすることでより排水効果を高めることができる。
このように、扁平管２の扁平部２ｃと縮小部３ｃと、がなす角度θを４５度以下とすることで、効率よく排水することができる。

<湾曲部の作用効果>
図６（図５のＢ−Ｂ矢視断面図）に示すように、フィン１は、平面部１ｃから第１リブ３の頂点３ｄに向かって湾曲する湾曲部同士の間隔Ｐ２が、フィンピッチＰ１よりも小さくなるように構成されている。
水滴の液面は、表面張力によって表面積が最小となるように形成されることから、隣り合うフィン１の両面に接触する水滴が第１リブ３に接触すると、液面の表面積がより小さくなることができる第１リブ３の湾曲部に液面が形成される。つまり、水滴の形状は、第１リブ３に沿って形成されることとなる。
このように、平面部１ｃから第１リブ３の頂点３ｄに向かう湾曲部同士の間隔Ｐ２は、フィンピッチＰ１よりも小さくなるように構成されることで、第１リブ３に沿って水滴を形成することができる。

図７（図５のＣ−Ｃ矢視断面図）に示すように、延伸部３ａのリブ高さよりも縮小部３ｃのリブ高さを小さくなるように、即ち、縮小部３ｃでの湾曲部の曲率が延伸部３ａでの湾曲部の曲率よりも緩やかになるように構成されている。このため、フィン１同士で最接近する第１リブ３の縮小部３ｃの湾曲部における距離Ｐ３が、延伸部３ａの湾曲部における距離Ｐ２よりも大きくなる。これによって、水滴２１０の縮小部３ｃでの表面張力が延伸部３ａでの表面張力よりも弱くなり、縮小部３ｃ（図５参照）まで移動した水滴２１０（図１０参照）は、より落下しやすくなる。
このように、延伸部３ａのリブ高さよりも縮小部３ｃのリブ高さを小さくなるように構成することで、縮小部３ｃ（図５参照）まで移動した水滴をより落下しやすくすることができる。

以上説明したように、本実施形態の熱交換器１０は、複数の扁平管２と、複数の扁平管２の間において熱交換面を有するフィン１と、を備え、複数の扁平管２は、扁平管２の扁平部２ｃが対向するように並べて配置され、フィン１は、気流方向における一端および他端と、扁平部２ｃの鉛直上方に形成される第１リブ３と、を有し、第１リブ３は、扁平部２ｃに沿って扁平管後縁２ｂ付近まで延伸する延伸部３ａと、延伸部３ａから一端側（扁平管前縁２ａ）の方向に扁平部２ｃとの距離が徐々に大きくなる拡大部３ｂと、を有する。

この構成により、扁平管２の上部に滞留した水滴（結露水など）を、第１リブ３によって効率よく排出することができる。扁平管２の上部（扁平部２ｃ）に滞留した水滴が迅速に排出されるので、通風抵抗を低減することができ、熱交換効率を向上させた熱交換器１０を提供することができる。
特に、拡大部３ｂによって扁平管前縁２ａに多量の水滴を移動させることで、水滴の滞留による通風抵抗の増加を抑制することができる。

本実施形態では、第１リブ３は、縮小部３ｃを備えることで、水滴の液面をより前方に移動させて水滴を落下させやすくすることができ、排水効果を高めることができる。

本実施形態では、延伸部３ａを扁平管後縁２ｂ付近の上方まで延伸させることで、扁平管２の後方に滞留した水滴を前方（扁平管前縁２ａ側）へ移動させ、排出することが可能となる。

本実施形態では、扁平管２の扁平部２ｃと縮小部３ｃと、がなす角度θを４５度以下とすることで、扁平部２ｃ上で、水滴がドーム状に形成することを阻害させることでき、排水効果を高めることができる。

<本実施形態と従来技術との比較>
特許文献１記載の熱交換器の突出部は、フィンをプレス加工で製造する際に、折れ曲がるのを防止するための補強用リブである。この目的のため、特許文献１記載の熱交換器の補強用リブは、扁平管上部まで延出する構成ではない。また、扁平管の端部から落下する凝縮水しか考慮していない。

フィン１の気流上流側が最も熱伝達率の高い領域となり前方から氷結するため、融解させた際も前方に水が集中することになる。しかし、実際にはフィンの中央付近まで氷結することもあり、扁平管２上部に水が滞留する。また、扁平管２上部に滞留してしまった水は基本的には自ら動くことはない。水量が増え、扁平管端部にまで達すれば落下する。ところが、図８に示すように、水滴２１０は、扁平管２上部にドーム状に滞留する。このため、ドーム状の水滴２１０が風路を塞いでしまい、空気の圧力損失が増加してしまう。
本実施形態の熱交換器１０は、第１リブ３を備えることで、扁平管２上部に水滴２１０がドーム状に滞留することを抑制し、かつ、水滴２１０を扁平管端部に移動させることで排水を促すことができる。すなわち、延伸部３ａが、水滴２１０がドーム状となって滞留することを抑制する。そして、延伸部３ａに繋がる拡大部３ｂが、扁平管前縁２ａに水滴２１０を移動させる。さらに、縮小部３ｃが、水滴２１０の液面をより前方に移動させ、水滴２１３を落下させやすくする。

［変形例１］
次に、本実施形態の変形例１について説明する。
図１１は、空気調和機１００の熱交換器１０の第１リブ３の変形例１を示す図である。
図１１に示すように、熱交換器１０の第１リブ３１は、扁平管２の扁平部２ｃに沿って延伸する延伸部３ａと、延伸部３ａから扁平管２（扁平部２ｃ）との距離が徐々に大きくなる（拡大部３ｂ）と、を有している。
変形例１の第１リブ３１は、前記図５に示す第１リブ３から縮小部３ｃを取り去り、延伸部３ａおよび拡大部３ｂを前方に移動させるとともに、拡大部３ｂの前縁を扁平管前縁２ａまで移動させた構成を採る。

第１リブ３１は、延伸部３ａによって、水滴２１０が重力方向上方に向かってドーム状となって滞留することを抑制する。このとき、上方に向かうことを抑制することで生じる余剰分の水滴２１０は、拡大部３ｂに向かって移動する。これによって、扁平管前縁２ａに多量の水滴２１０が移動することとなる。
拡大部３ｂによって扁平管前縁２ａに多量の水滴２１０を移動させることで、水滴２１０の滞留による通風抵抗の増加を抑制することができる。

［変形例２］
図１２は、空気調和機１００の熱交換器１０の第１リブ３２の変形例２を示す図である。
図１２に示すように、熱交換器１０の第１リブ３２は、扁平管２の扁平部２ｃに沿って延伸する延伸部３２ａと、延伸部３２ａから扁平管２との距離が徐々に大きくなる拡大部３ｂと、拡大部３ｂから扁平管前縁２ａに向かって第１リブ３２と扁平管２の距離が徐々に小さくなる縮小部３ｃと、を有している。
延伸部３２ａは、水滴２１０が重力方向上方に向かってドーム状となって滞留することを抑制することができる。

（第２の実施形態）
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る空気調和機の熱交換器１０のフィン１１の要部を示す図である。図１３に示すフィン１１は、図２に示す空気調和機１００の熱交換器１０のフィン１に代えて適用することができる。
図１３に示すように、フィン１１は、気流方向における縁部である一端部（フィン前縁）１１ａおよび他端部１１ｂと、扁平管２に挟まれたフィン１１の平面部１１ｃと、親水性領域部１１ｄと、扁平管２の扁平部２ｃの鉛直上方に形成される第１リブ３と、を有している。

図１３の網掛けに示すように、親水性領域部１１ｄは、第１リブ３の縮小部３ｃの扁平管前縁２ａに向かう下面で、かつ扁平管前縁２ａ付近に形成される。
親水性領域部１１ｄは、フィン１１の表面が、他の表面よりも高い親水性となる領域である。親水性領域部１１ｄは、フィン１１の表面上に、親水性コーティング剤を塗布することにより形成される。

このように、本実施形態では、フィン１１は、親水性領域部１１ｄを備え、親水性領域部１１ｄにより扁平管前縁２ａ付近のフィン１１の表面を他の表面よりも親水性とする。これにより、拡大部３ｂによって前方に移動した水滴をさらに前方に移動させることが可能となる。親水性領域部１１ｄを扁平管前縁２ａよりも前方にまで拡大させることで、重力によって落下しやすくなり、排水効果をより一層高めることができる。

（第３の実施形態）
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る空気調和機の熱交換器１０のフィン１１の要部を示す図である。図１４に示すフィン１１は、図２に示す空気調和機１００の熱交換器１０のフィン１に代えて適用することができる。
図１４に示すように、フィン１２は、気流方向における縁部である一端部（フィン前縁）１２ａおよび他端部１２ｂと、扁平管２に挟まれたフィン１２の平面部１２ｃと、扁平管２の扁平部２ｃの鉛直上方に形成される第１リブ３と、第１リブ３の上方に、フィン１２の気流方向後方から第１リブ３の拡大部３ｂに向かって延伸する第２リブ４と、を有する。

このように、本実施形態では、フィン１２は、第２リブ４を備えることで、上方から落下してくる水滴２１４を第１リブ３の拡大部３ｂの上方に移動させることができ、より一層効率よく排水することが可能となる。

（第４の実施形態）
図１５は、本発明の第４の実施形態に係る空気調和機の熱交換器１０のフィン１３の要部を示す図である。図１５に示すフィン１３は、図２に示す空気調和機１００の熱交換器１０のフィン１に代えて適用することができる。
図１５に示すように、フィン１３は、気流方向における縁部である一端部（フィン前縁）１３ａおよび他端部１３ｂと、扁平管２に挟まれたフィン１３の平面部１３ｃと、扁平管２の扁平部２ｃの鉛直上方に形成される第１リブ３と、フィン前縁１３ａと扁平管前縁２ａとの間にあるフィン１３の平面部１３ｃに、重力方向に延伸する第３リブ５と、を有する。

このように、本実施形態では、フィン１３は、第３リブ５を備えることで、扁平管２から落下した水滴２１５が再び扁平管２の上方に向かうことを抑制することができ、効率よく排水することが可能となる。
なお、図１５では、第１リブ３と第３リブ５とが離れているが、第１リブ３の縮小部３ｃと第３リブ５とを接続することも可能である。この場合、縮小部３ｃに沿って形成された水滴２１５がそのまま第３リブ５に移動することとなり、さらに効果的に排水することが可能となる。

また、本発明は、上記各実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜その構成を変更することができる。

各実施形態および変形例１，２に記載の構成は、蛇腹状に折り曲げた一枚のフィンを扁平管２同士で上下から挟んで結合するコルゲート式の熱交換器であっても適用できる。一般的なコルゲート式熱交換器は、扁平管２によって上下のフィン同士が隔てられているため、フィン前縁１ａ（例えば図３参照）と扁平管前縁２ａ（例えば図３参照）の間のフィン表面は、上下のフィン同士で連続していない。
このようなコルゲート式熱交換器では、前方へ移動してきた水滴は、フィン前縁１ａを伝って落下することとなる。このとき、水滴は、落下途中に表面張力によってフィン前縁１ａよりも後方に引き込まれ、扁平管２の上部に落下することがある。その場合、再度リブ３によって水滴を前方に移動することとなる。
一方で、フィン１（例えば図３参照）が、伝熱管（扁平管）２が挿入される挿入孔１ｅを有した平板状ある場合、フィン前縁１ａと扁平管前縁２ａの間のフィン表面が上下方向に連続することとなり、扁平管前縁２ａから落下した水滴は、そのまま落下することとなる。そのため、各実施形態および変形例１，２に記載の構成は、フィン１が平板状であるとより効果を発揮することとなる。

上記した実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。例えば、第３の実施形態の第２リブ４と、第４の実施形態の第３リブ５とを両方備える構成でもよい。

１，１１，１２，１３ フィン
１ａ 一端部（フィン前縁）
１ｂ 他端部
１ｃ 平面部
１ｅ 挿入孔
２ 扁平管（伝熱管）
２ｃ 扁平部
３，３１ 第１リブ
３ａ 延伸部
３ｂ 拡大部
３ｃ 縮小部
３ｄ 頂点
４ 第２リブ
５ 第３リブ
１０ 熱交換器
５０ ヘッダ
１００ 空気調和機
１０１ 室外機
１０２ 圧縮機
１０３ 四方弁
１０４ 室外熱交換器
１０５ 室外ファンモータ
１０６ 室外ファン
１０７ 絞り装置
１０８ 室内機
１０９ 室内熱交換器
１１０ 室内ファンモータ
１１１ 室内ファン
１１２ａ，１１２ｂ 接続配管

Claims (10)

1. 空気と熱交換をするための冷媒が内部を流れる扁平状の複数の伝熱管と、
   複数の前記伝熱管の間において熱交換面を有するフィンと、を備え、
   複数の前記伝熱管は、当該伝熱管の扁平部が対向するように並べて配置され、
   前記フィンは、気流方向における一端および他端と、前記扁平部の鉛直上方に形成される第１リブを有し、
   前記第１リブは、前記扁平部に沿って延伸する延伸部と、前記延伸部から前記一端側の方向に前記扁平部との距離が徐々に大きくなる拡大部と、を有する
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 前記第１リブは、前記拡大部から前記一端側の方向に徐々に前記扁平部との距離が小さくなる縮小部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記延伸部は、前記他端側の方向に前記伝熱管の端部の上方まで延伸している
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記伝熱管に挟まれた前記フィンの平面部において、
   前記延伸部の鉛直上方に位置し、前記フィンの気流方向後方から前記拡大部に向かって延伸する第２リブを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記フィンの気流方向前縁と、前記伝熱管の気流方向前縁と、の間にある前記フィンの平面部に、重力方向に延伸する第３リブを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
6. 前記伝熱管の気流方向前縁において、
   前記フィンの表面が、他の表面よりも高い親水性となる親水性領域部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
7. 前記縮小部と、前記扁平部と、がなす角度が４５度以下である
   ことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
8. 前記縮小部は、前記フィンの表面からのリブ高さが、他のリブ高さよりも小さい
   ことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
9. 前記フィンは、平板状で、かつ、前記伝熱管が挿入される挿入孔を有し、
   前記伝熱管は、延伸方向に並べて複数配置され、
   前記挿入孔に挿し込まれることによって構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の熱交換器と、膨張装置と、圧縮機と、が配管で接続され冷凍サイクルを構成する空気調和機。