JPWO2020012549A1 - 熱交換装置、熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

熱交換器は、第１伝熱管と、第１伝熱管の風上側端部から風上側に延びた風上側フィンと、第１伝熱管の風下側端部から風下側に延びた風下側フィンと、をそれぞれ有し、互いに並列して配置された複数の第１熱交換部を備え、第１伝熱管の延伸方向と交差する断面において、風上側フィンの長さＬ１と風下側フィンの長さＬ２とがＬ１＞Ｌ２の関係を満たすものである。

Description

本発明は、複数の伝熱管を有する熱交換器、熱交換装置、熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置に関するものである。

特許文献１には、複数の扁平管を備えた空気調和機用フィンレス熱交換器が記載されている。この空気調和機用フィンレス熱交換器において、複数の扁平管は、当該各扁平管の長径方向が空気の流れに対してほぼ平行となるように配置されている。また、複数の扁平管は、空気の流れの方向と交差する方向に一列に等間隔に並置されている。

特開２００９−１４５０１０号公報

特許文献１に記載されているようなフィンレス熱交換器では、空気との伝熱面積を確保するために、伝熱フィンを備えた熱交換器と比較して伝熱管が高密度で配置されることが多い。伝熱管が高密度で配置されていると、フィンレス熱交換器が蒸発器として動作する際、着霜による風路の閉塞が生じやすくなる。したがって、フィンレス熱交換器には、風路の閉塞により熱交換器性能が急激に低下してしまう場合があるという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、熱交換器性能の急激な低下を防ぐことができる熱交換器、熱交換装置、熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る熱交換器は、第１伝熱管と、前記第１伝熱管の風上側端部から風上側に延びた風上側フィンと、前記第１伝熱管の風下側端部から風下側に延びた風下側フィンと、をそれぞれ有し、互いに並列して配置された複数の第１熱交換部を備え、前記第１伝熱管の延伸方向と交差する断面において、前記風上側フィンの長さＬ１と前記風下側フィンの長さＬ２とがＬ１＞Ｌ２の関係を満たすものである。
本発明に係る熱交換装置は、第１熱交換器と、前記第１熱交換器の風下側に配置された第２熱交換器と、を備え、前記第１熱交換器は、本発明に係る熱交換器であり、前記第２熱交換器は、第２伝熱管をそれぞれ有し互いに並列して配置された複数の第２熱交換部を備えているものである。
本発明に係る熱交換器ユニットは、本発明に係る熱交換器と、前記熱交換器に空気を送風する送風機と、を備えるものである。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、本発明に係る熱交換器ユニットを備えるものである。

本発明によれば、風上側フィンの長さＬ１を長くすることができるため、風上側フィンの前縁の温度と熱交換器に流入する空気の温度との温度差を小さくすることができる。これにより、第１熱交換部の着霜量を減らすことができるため、第１熱交換部の表面に付着する霜の厚さを薄くすることができる。したがって、本発明によれば、着霜による風路の閉塞によって熱交換器の熱交換器性能が急激に低下するのを防ぐことができる。

本発明の実施の形態１に係る熱交換器２０の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器２０の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器２０の一部を分解した構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器２０の空気の流れ方向での位置と温度との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る熱交換装置５０の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換装置５０の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換装置５０の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換装置５０の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す回路図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る熱交換器について説明する。図１は、本実施の形態に係る熱交換器２０の構成を示す斜視図である。図２は、本実施の形態に係る熱交換器２０の構成を示す断面図である。図２では、熱交換器２０の上下方向の中間部を水平面で切断した構成を示している。図３は、本実施の形態に係る熱交換器２０の一部を分解した構成を示す分解斜視図である。図１〜図３及び後述する図５〜図８では、以下のような座標系を定義する。すなわち、重力方向と平行にｚ軸をとり、上方を＋ｚ方向とする。また、ｚ軸と直交しかつ空気の流れに沿う方向にｘ軸をとり、風上側を＋ｘ方向とする。さらに、ｚ軸及びｘ軸のいずれとも直交する方向にｙ軸をとる。ｘ軸及びｙ軸のいずれとも平行なｘ−ｙ平面は、水平面である。

図１〜図３に示すように、熱交換器２０は、互いに並列して配置された複数の熱交換部３５と、複数の熱交換部３５の一端側に配置されたヘッダ２１と、複数の熱交換部３５の他端側に配置されたヘッダ２２と、を有している。複数の熱交換部３５は、ヘッダ２１とヘッダ２２とによって上下から挟まれている。複数の熱交換部３５のそれぞれは、１つの伝熱管３０と、伝熱管３０の風上側に設けられた１つの風上側フィン３１と、伝熱管３０の風下側に設けられた１つの風下側フィン３２と、を有している。図１及び図３では１０個の熱交換部３５が示されており、図２では９個の熱交換部３５が示されている。熱交換器２０は、伝熱管３０を流れる内部流体と、空気と、の熱交換を行う空気熱交換器である。図１〜図３では、空気の流れ方向を白抜き矢印で示している。空気の流れ方向は、概ね−ｘ方向である。熱交換器２０が冷凍サイクル装置の一部を構成する場合、伝熱管３０を流れる内部流体としては冷媒が用いられる。

複数の熱交換部３５のそれぞれにおいて、伝熱管３０、風上側フィン３１及び風下側フィン３２は、同一材料を用いて一体成形されていてもよいし、別部材として形成されていてもよい。伝熱管３０、風上側フィン３１及び風下側フィン３２はいずれも、アルミニウム、銅又は真鍮などの高い熱伝導性を有する金属材料を用いて形成されるのが望ましい。

本実施の形態では縦流れ式の熱交換器２０を例示しているため、熱交換器２０は、複数の伝熱管３０のそれぞれがｚ軸方向すなわち重力方向に沿って上下方向に延伸するように設置されている。複数の伝熱管３０は、重力方向及び空気の流れ方向のいずれとも概ね垂直となるようにｙ軸方向に並列している。以下、複数の伝熱管３０のそれぞれが延伸する方向のことを、伝熱管３０の延伸方向という場合がある。また、複数の伝熱管３０が並列している方向のことを、複数の伝熱管３０の並列方向という場合がある。複数の伝熱管３０の並列方向は、通常、ヘッダ２１の長手方向及びヘッダ２２の長手方向と一致する。複数の伝熱管３０が上記のように配置されていることにより、複数の熱交換部３５のそれぞれは、ｚ軸方向に沿って上下方向に延伸している。また、複数の熱交換部３５は、ｙ軸方向に並列している。

本実施の形態では、伝熱管３０として、一方向に扁平な断面形状を有する扁平管が用いられている。以下、扁平管の延伸方向と垂直な断面における扁平管の長径方向のことを、単に扁平管の長径方向という場合がある。伝熱管３０として扁平管が用いられる場合には、扁平管の長径方向のことを伝熱管３０の長径方向という場合がある。伝熱管３０は、伝熱管３０の長径方向が空気の流れ方向に平行となるように設けられている。伝熱管３０の内部には、内部流体を流通させる複数の流体通路４０が形成されている。各伝熱管３０の複数の流体通路４０は、伝熱管３０の長径方向に沿って並列している。

伝熱管３０は、当該伝熱管３０の長径方向の端部として、風上側に位置する風上側端部３０ａと、風下側に位置する風下側端部３０ｂと、を有している。風上側フィン３１は、伝熱管３０の延伸方向と垂直な断面において、風上側端部３０ａから伝熱管３０の長径方向に沿って風上側に延びている。また、風上側フィン３１は、伝熱管３０の延伸方向に沿っても延びている。風上側フィン３１は、例えば、伝熱管３０の延伸方向に沿った長辺を有する長方形平板状の形状を有している。伝熱管３０として扁平管が用いられている場合、風上側フィン３１の板厚寸法は、当該扁平管の短径寸法よりも小さくなっている。伝熱管３０として円管が用いられている場合、風上側フィン３１の板厚寸法は、当該円管の外径寸法よりも小さくなっている。風上側フィン３１には、流体通路４０が形成されていない。

風下側フィン３２は、伝熱管３０の延伸方向と垂直な断面において、風下側端部３０ｂから伝熱管３０の長径方向に沿って風下側に延びている。また、風下側フィン３２は、伝熱管３０の延伸方向に沿っても延びている。風下側フィン３２は、例えば、伝熱管３０の延伸方向に沿った長辺を有する長方形平板状の形状を有している。伝熱管３０として扁平管が用いられている場合、風下側フィン３２の板厚寸法は、当該扁平管の短径寸法よりも小さくなっている。伝熱管３０として円管が用いられている場合、風下側フィン３２の板厚寸法は、当該円管の外径寸法よりも小さくなっている。風下側フィン３２には、流体通路４０が形成されていない。

熱交換部３５が風上側フィン３１及び風下側フィン３２を有することにより、熱交換部３５と空気との伝熱面積を増加させることができるため、熱交換器２０の熱交換器性能を向上させることができる。なお、本実施の形態において、風下側フィン３２は省略することも可能である。

図３に示すように、ヘッダ２２には、複数の伝熱管３０が差し込まれる複数の差込み穴２３が形成されている。複数の差込み穴２３は、ヘッダ２２の長手方向に沿って形成ピッチＰｈ１で概ね等間隔に形成されている。ここで、形成ピッチＰｈ１とは、互いに隣り合う２つの差込み穴２３の中心部同士の、伝熱管３０の延伸方向及び伝熱管３０の長径方向のいずれとも垂直な方向での距離のことである。図示していないが、ヘッダ２１にも、複数の伝熱管３０が差し込まれる複数の差込み穴が形成されている。ヘッダ２１の複数の差込み穴は、ヘッダ２１の長手方向に沿って形成ピッチＰｈ１で概ね等間隔に形成されている。

複数の伝熱管３０のそれぞれの上端は、ヘッダ２１の差込み穴に差し込まれるとともにヘッダ２１に接合されている。これにより、複数の熱交換部３５のそれぞれは、ヘッダ２１に接続されている。複数の伝熱管３０のそれぞれの下端は、ヘッダ２２の差込み穴２３に差し込まれるとともにヘッダ２２に接合されている。これにより、複数の熱交換部３５のそれぞれは、ヘッダ２２に接続されている。

複数の熱交換部３５のうち互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間には、空気が流通する風路となる間隙３３が形成されている。互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間には、当該２つの熱交換部３５を接続する伝熱フィンが設けられていない。すなわち、熱交換器２０は、いわゆるフィンレス型の熱交換器である。互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間に伝熱フィンが設けられていないことから、複数の熱交換部３５は、ヘッダ２１及びヘッダ２２を介してのみ、互いに機械的に接続されている。また、複数の熱交換部３５は、実質的に、ヘッダ２１及びヘッダ２２を介してのみ、互いに熱的に接続されている。

複数の熱交換部３５は、伝熱管３０の並列方向に沿って配置ピッチＰｆ１で概ね等間隔に配置されている。これにより、伝熱管３０、風上側フィン３１及び風下側フィン３２のそれぞれも、配置ピッチＰｆ１と同一の配置ピッチで概ね等間隔で配置されている。配置ピッチＰｆ１は、互いに隣り合う２つの風上側フィン３１の厚み方向中心部同士の、伝熱管３０の延伸方向及び伝熱管３０の長径方向のいずれとも垂直な方向での距離と等しい。熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１は、差込み穴２３の形成ピッチＰｈ１によって決められており、差込み穴２３の形成ピッチＰｈ１と等しくなっている（Ｐｆ１＝Ｐｈ１）。熱交換器２０を製造する際には、差込み穴２３の形成ピッチＰｈ１を調整することにより、熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１を容易に調整することができる。

伝熱管３０の延伸方向と垂直な断面において、風上側フィン３１の長さＬ１と風下側フィン３２の長さＬ２とは、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たしている。すなわち、風上側フィン３１の長さＬ１は、風下側フィン３２の長さＬ２よりも長くなっている。同断面において、風上側フィン３１の長さＬ１は、例えば、伝熱管３０の長径Ｌｐと同一又はそれより長くなっている（Ｌ１≧Ｌｐ）。また、同断面において、風下側フィン３２の長さＬ２は、伝熱管３０の長径Ｌｐよりも短くなっている（Ｌ２＜Ｌｐ）。

次に、本実施の形態に係る熱交換器２０の動作について説明する。ここでは、熱交換器２０が冷凍サイクル装置の室外熱交換器として用いられ、暖房運転が行われる場合を例に挙げて説明する。この場合、熱交換器２０では、伝熱管３０を流れる低圧冷媒と送風機によって送風される室外空気との熱交換が、伝熱管３０、風上側フィン３１及び風下側フィン３２を介して行われる。

伝熱管３０、風上側フィン３１及び風下側フィン３２等の熱交換部３５の表面温度が、流入する室外空気の露点温度よりも低い場合、熱交換部３５の表面で結露が生じる。結露によって生じた結露水が熱交換部３５の表面に滞留した場合、空気の圧力損失が増大する原因となる。空気の圧力損失が増大すると、空気の風量が減少するため熱交換器２０の熱交換器性能が低下してしまう。したがって、熱交換部３５の表面に生じた結露水は、熱交換器２０の外部に速やかに排水されるのが望ましい。

また、熱交換部３５の表面温度が０℃以下である場合、熱交換部３５の表面には霜が付着する。霜の付着は、熱交換部３５の風上側の前縁部から開始され、次第に熱交換部３５の風下側に進行していく。着霜が進行して着霜量が増加すると、霜によって熱交換器２０の風路が閉塞し、空気の圧力損失が増大する。このため、冷凍サイクル装置では、熱交換器２０に付着した霜を溶かすために除霜運転が行われる。除霜運転によって霜が溶けた融解水は、熱交換器性能の低下を防ぐため、熱交換器２０の外部に速やかに排水されるのが望ましい。

本実施の形態の熱交換器２０は、熱交換部３５の伝熱管３０、風上側フィン３１及び風下側フィン３２が重力方向と平行に延伸するように設置されている。また、本実施の形態では、互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間に伝熱フィンが設けられていない。このため、熱交換部３５の表面の結露水又は融解水は、自重により熱交換部３５を伝って下方に流れ落ち、伝熱フィンに妨げられることなく排水される。したがって、本実施の形態によれば、クロスフィンチューブ型などの従来の熱交換器と比較して、熱交換器２０の排水性を向上させることができるため、熱交換器２０の熱交換器性能の低下を防ぐことができる。

図４は、本実施の形態に係る熱交換器２０の空気の流れ方向での位置と温度との関係を示すグラフである。横軸は空気の流れ方向での一次元的な位置を表しており、縦軸は温度を表している。横軸上の位置は、横軸の下方に示す熱交換部３５の位置に対応している。横軸の下方に示す白抜き矢印は、空気の流れ方向を表している。位置Ｐ１は、熱交換部３５よりも風上側の位置に対応している。すなわち、位置Ｐ１の温度Ｔ１は、熱交換器２０に流入する前の空気の代表温度に相当する。位置Ｐ２は、風上側フィン３１の風上側端部の位置に対応している。すなわち、位置Ｐ２の温度Ｔ２は、風上側フィン３１の前縁温度に相当する。位置Ｐ３は、伝熱管３０の風上側端部３０ａの位置に対応している。すなわち、位置Ｐ３の温度Ｔ３は、伝熱管３０の風上側端部３０ａの温度に相当する。

図４に示すように、風上側フィン３１の前縁温度Ｔ２は、伝熱管３０の風上側端部３０ａの温度Ｔ３よりも高くなっている（Ｔ２＞Ｔ３）。このため、空気の代表温度Ｔ１と風上側フィン３１の前縁温度Ｔ２との温度差ΔＴ１は、空気の代表温度Ｔ１と伝熱管３０の風上側端部３０ａの温度Ｔ３との温度差ΔＴ２よりも小さくなる（ΔＴ１＜ΔＴ２）。このため、風上側フィン３１が設けられた熱交換部３５では、温度差ΔＴ１が小さくなるため、風上側フィン３１が設けられていない熱交換部３５よりも着霜が生じにくくなる。また、風上側フィン３１の長さが長くなるほど、フィン効率の低下により風上側フィン３１の前縁温度Ｔ２が空気の代表温度Ｔ１に近づいていく。すなわち、流入する空気の温度が一定である場合、風上側フィン３１の長さを長くすることにより、温度差ΔＴ１を小さくすることができるため、着霜量を減少させることができる。よって、風上側フィン３１の長さを長くすることにより、熱交換部３５の表面に付着する霜の、熱交換量当たりの厚さを薄くすることができる。本実施の形態では、風上側フィン３１の長さを長くすることができるため、着霜による風路の閉塞を防ぐことができ、熱交換器性能の急激な低下を防ぐことができる。風上側フィン３１の長さは、温度差ΔＴ１が温度差ΔＴ２の半分以下（ΔＴ１≦ΔＴ２／２）となるように設定されることが望ましい。

以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換器２０は、互いに並列して配置された複数の熱交換部３５を備えている。複数の熱交換部３５のそれぞれは、伝熱管３０と、伝熱管３０の風上側端部３０ａから風上側に延びた風上側フィン３１と、伝熱管３０の風下側端部３０ｂから風下側に延びた風下側フィン３２と、を有している。ここで、熱交換部３５は、第１熱交換部の一例である。伝熱管３０は、第１伝熱管の一例である。伝熱管３０の延伸方向と交差する断面において、風上側フィン３１の長さＬ１と風下側フィン３２の長さＬ２とは、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たしている。

この構成によれば、風上側フィン３１の長さＬ１を長くすることができるため、風上側フィン３１の前縁の温度Ｔ２と熱交換器２０に流入する空気の温度Ｔ１との温度差ΔＴ１を小さくすることができる。これにより、熱交換部３５の着霜量を減らすことができるため、熱交換部３５の表面に付着する霜の厚さを薄くすることができる。したがって、本実施の形態によれば、着霜による風路の閉塞によって熱交換器２０の熱交換器性能が急激に低下するのを防ぐことができる。

一方で、本実施の形態によれば、風下側フィン３２の長さＬ２を短くすることができるため、空気の流れに沿う方向での熱交換器２０の厚さ寸法を小さくすることができる。したがって、本実施の形態によれば、空気の流れに沿う方向での熱交換器２０の厚さ寸法の拡大を抑えつつ、熱交換器２０の熱交換器性能の急激な低下を防ぐことができる。

また、本実施の形態に係る熱交換器２０では、複数の熱交換部３５のうち互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間には、当該２つの熱交換部３５を接続する伝熱フィンが設けられていない。この構成によれば、熱交換部３５の表面の結露水又は融解水を伝熱フィンに妨げられることなく排水することができる。したがって、本実施の形態によれば、熱交換器２０の排水性を向上させることができるため、熱交換器２０の熱交換器性能の低下を防ぐことができる。

また、本実施の形態に係る熱交換器２０は、複数の熱交換部３５の少なくとも一端側に配置されたヘッダ２１及びヘッダ２２をさらに備えている。ヘッダ２１及びヘッダ２２には、複数の熱交換部３５がそれぞれ有する伝熱管３０の一端が差し込まれる複数の差込み穴２３が所定の形成ピッチＰｈ１で形成されている。複数の熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１は、形成ピッチＰｈ１によって決められている。この構成によれば、熱交換器２０を製造する際に、差込み穴２３の形成ピッチＰｈ１を調整することにより、熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１を容易に調整できる。したがって、熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１の自由度を高めることができる。

特許第４６２３０８３号公報には、クロスフィンチューブ型の熱交換器において、フィンカラーを用いてフィンピッチが決められる構成が記載されている。フィンカラーは、フィン材を曲げたり伸ばしたりすることにより、フィンピッチに相当する高さに形成される。このため、フィン材の板厚が薄いと、形成されたフィンカラーが割れてしまう場合がある。このため、フィンカラーを用いてフィンピッチが決められる場合、フィンピッチはフィン材の板厚によって制限される。

これに対し、本実施の形態では、熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１が差込み穴２３の形成ピッチＰｈ１によって決定される。このため、フィン材の板厚に関わらず、熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１すなわち風上側フィン３１及び風下側フィン３２の配置ピッチを、所望の値に調節することができる。

また、本実施の形態に係る熱交換器２０では、伝熱管３０として扁平管が用いられている。伝熱管３０の延伸方向と交差する断面において、風上側フィン３１の長さＬ１は、伝熱管３０の長径Ｌｐと同一又はそれより長くなっている。この構成によれば、温度差ΔＴ１をより小さくすることができるため、熱交換器２０の着霜量をさらに減少させることができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る熱交換装置について説明する。図５は、本実施の形態に係る熱交換装置５０の構成を示す斜視図である。図６は、本実施の形態に係る熱交換装置５０の構成を示す断面図である。図６では、熱交換装置５０の上下方向の中間部を水平面で切断した構成を示している。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。上記実施の形態１の熱交換器２０は単列構成であるのに対し、本実施の形態の熱交換装置５０は、空気の流れに沿って２列の熱交換器を備えている。熱交換装置５０は、空気の流れに沿って３列以上の熱交換器を備えていてもよい。

図５及び図６に示すように、熱交換装置５０は、最も風上側に配置される１列目の熱交換器として、上記実施の形態１の熱交換器２０を有している。既に述べたように、熱交換器２０は、互いに並列して配置された複数の熱交換部３５と、複数の熱交換部３５の一端側に配置されたヘッダ２１と、複数の熱交換部３５の他端側に配置されたヘッダ２２と、を備えている。複数の熱交換部３５は、ヘッダ２１とヘッダ２２とによって上下から挟まれている。複数の熱交換部３５のそれぞれは、伝熱管３０と、伝熱管３０の風上側端部３０ａから風上側に延びた風上側フィン３１と、伝熱管３０の風下側端部３０ｂから風下側に延びた風下側フィン３２と、を有している。伝熱管３０の延伸方向と交差する断面において、風上側フィン３１の長さＬ１と風下側フィン３２の長さＬ２とは、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たしている。複数の熱交換部３５は、配置ピッチＰｆ１で配置されている。配置ピッチＰｆ１は、ヘッダ２１及びヘッダ２２に形成された差込み穴の形成ピッチＰｈ１によって決められている。

また、熱交換装置５０は、熱交換器２０よりも風下側に配置される２列目の熱交換器として、熱交換器６０を有している。熱交換器６０は、互いに並列して配置された複数の熱交換部７５と、複数の熱交換部７５の一端側に配置されたヘッダ６１と、複数の熱交換部７５の他端側に配置されたヘッダ６２と、を備えている。複数の熱交換部７５は、ヘッダ６１とヘッダ６２とによって上下から挟まれている。複数の熱交換部７５のそれぞれは、伝熱管７０と、伝熱管７０の風上側端部７０ａから風上側に延びた風上側フィン７１と、伝熱管７０の風下側端部７０ｂから風下側に延びた風下側フィン７２と、を有している。伝熱管７０としては、扁平管又は円管が用いられる。伝熱管７０、風上側フィン７１及び風下側フィン７２は、一体成形されていてもよいし、別部材として形成されていてもよい。伝熱管７０の延伸方向は、伝熱管３０の延伸方向と平行である。

伝熱管３０及び伝熱管７０の延伸方向と交差する断面において、風上側フィン７１の長さＬ３及び風下側フィン７２の長さＬ４はいずれも、熱交換器２０の風上側フィン３１の長さＬ１よりも短くなっている（Ｌ３＜Ｌ１及びＬ４＜Ｌ１）。風上側フィン７１の長さＬ３及び風下側フィン７２の長さＬ４は、例えば、熱交換器２０の風下側フィン３２の長さＬ２と等しい（Ｌ３＝Ｌ４＝Ｌ２）。複数の熱交換部７５は、配置ピッチＰｆ２で配置されている。配置ピッチＰｆ２は、ヘッダ６１及びヘッダ６２に形成された差込み穴の形成ピッチによって決められている。

熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１と、熱交換部７５の配置ピッチＰｆ２とは等しい（Ｐｆ１＝Ｐｆ２）。空気の流れに沿って見ると、複数の熱交換部３５と複数の熱交換部７５とは、互いに半ピッチ分程度ずれて配置されている。

本実施の形態では、列毎のヘッダ２１及びヘッダ６１が別体として分離されているが、ヘッダ２１及びヘッダ６１は一体であってもよい。また、本実施の形態では、列毎のヘッダ２２及びヘッダ６２が別体として分離されているが、ヘッダ２２及びヘッダ６２は一体であってもよい。

熱交換部３５及び熱交換部７５の表面温度が０℃以下である場合、熱交換部３５及び熱交換部７５の表面には霜が付着する。霜の付着は、最も風上側に配置される１列目の熱交換器２０における熱交換部３５の風上側の前縁部から開始され、次第に熱交換部３５の風下側、及び２列目以降の熱交換器６０の熱交換部７５に順次進行していく。本実施の形態では、１列目の熱交換器２０における熱交換部３５の風上側フィン３１の長さＬ１を長くすることができるため、風上側フィン３１の前縁温度と熱交換器２０に流入する空気温度との温度差を小さくすることができる。これにより、熱交換部３５の着霜量を減らすことができるだけでなく、熱交換部７５の着霜量も減らすことができる。したがって、熱交換部３５及び熱交換部７５の表面に付着する霜の厚さを薄くすることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換装置５０は、熱交換器２０と、熱交換器２０の風下側に配置された熱交換器６０と、を備えている。熱交換器２０は、実施の形態１に係る熱交換器２０である。熱交換器６０は、伝熱管７０をそれぞれ有し互いに並列して配置された複数の熱交換部７５を備えている。ここで、熱交換器２０は、第１熱交換器の一例である。熱交換器６０は、第２熱交換器の一例である。熱交換部７５は、第２熱交換部の一例である。伝熱管７０は、第２伝熱管の一例である。

この構成によれば、熱交換装置５０のうち風上側に配置される熱交換器２０において、風上側フィン３１の長さＬ１を長くすることができるため、熱交換器２０及び熱交換器６０の着霜量を減らすことができる。したがって、本実施の形態によれば、風路の閉塞による熱交換装置５０の熱交換器性能の急激な低下を防ぐことができる。一方で、本実施の形態によれば、熱交換器２０の風下側フィン３２の長さＬ２を短くすることができるため、空気の流れに沿う方向での熱交換器２０及び熱交換装置５０の厚さ寸法を小さくすることができる。したがって、本実施の形態によれば、空気の流れに沿う方向での熱交換装置５０の厚さ寸法の拡大を抑えつつ、熱交換装置５０の熱交換器性能の急激な低下を防ぐことができる。

また、本実施の形態に係る熱交換装置５０では、複数の熱交換部３５のうち互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間には、当該２つの熱交換部３５を接続する伝熱フィンが設けられていない。複数の熱交換部７５のうち互いに隣り合う２つの熱交換部７５の間には、当該２つの熱交換部７５を接続する伝熱フィンが設けられていない。すなわち、熱交換器２０及び熱交換器６０はいずれも、いわゆるフィンレス型の熱交換器である。この構成によれば、熱交換部３５及び熱交換部７５のそれぞれ表面の結露水又は融解水を伝熱フィンに妨げられることなく排水することができる。したがって、本実施の形態によれば、熱交換装置５０の排水性を向上させることができるため、熱交換装置５０の熱交換器性能の低下を防ぐことができる。

また、本実施の形態に係る熱交換装置５０は、複数の熱交換部３５の少なくとも一端側に配置されたヘッダ２１及びヘッダ２２と、複数の熱交換部７５の少なくとも一端側に配置されたヘッダ６１及びヘッダ６２と、をさらに備えている。ヘッダ２１及びヘッダ２２には、複数の熱交換部３５がそれぞれ有する伝熱管３０の一端が差し込まれる複数の差込み穴２３が所定の形成ピッチで形成されている。ヘッダ６１及びヘッダ６２には、複数の熱交換部７５がそれぞれ有する伝熱管７０の一端が差し込まれる複数の差込み穴が所定の形成ピッチで形成されている。複数の熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１は、ヘッダ２１及びヘッダ２２に形成された差込み穴２３の形成ピッチによって決められている。複数の熱交換部７５の配置ピッチＰｆ２は、ヘッダ６１及びヘッダ６２に形成された差込み穴の形成ピッチによって決められている。この構成によれば、熱交換装置５０の熱交換器２０及び熱交換器６０を製造する際に、熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１及び熱交換部７５の配置ピッチＰｆ２を容易に調整できる。したがって、熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１及び熱交換部７５の配置ピッチＰｆ２の自由度を高めることができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る熱交換装置について説明する。図７は、本実施の形態に係る熱交換装置５０の構成を示す斜視図である。図８は、本実施の形態に係る熱交換装置５０の構成を示す断面図である。図８では、熱交換装置５０の上下方向の中間部を水平面で切断した構成を示している。なお、実施の形態１又は２と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態の熱交換装置５０は、１列目の熱交換器２０における熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１と、２列目の熱交換器６０における熱交換部７５の配置ピッチＰｆ２とが互いに異なる点で、実施の形態２の熱交換装置５０と異なっている。

図７及び図８に示すように、１列目の熱交換器２０における熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１は、２列目の熱交換器６０における熱交換部７５の配置ピッチＰｆ２よりも広くなっている（Ｐｆ１＞Ｐｆ２）。熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１は、ヘッダ２１及びヘッダ２２に形成された差込み穴の形成ピッチによって決められている。熱交換部７５の配置ピッチＰｆ２は、ヘッダ６１及びヘッダ６２に形成された差込み穴の形成ピッチによって決められている。複数の熱交換部３５と複数の熱交換部７５とは、空気の流れに沿って見たときにできるだけ互いに重ならないように配置されている。

以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換装置５０において、複数の熱交換部３５の配置ピッチＰｆ１と複数の熱交換部７５の配置ピッチＰｆ２とは、Ｐｆ１＞Ｐｆ２の関係を満たしている。この構成によれば、１列目の熱交換器２０の配置ピッチＰｆ１が２列目の熱交換器６０の配置ピッチＰｆ２よりも広くなるため、１列目の熱交換器２０での熱交換量を相対的に少なくすることができる。これにより、熱交換器２０の熱交換部３５の表面と熱交換器６０の熱交換部７５の表面とにおいて、霜をより均等に付着させることができる。このため、熱交換器２０及び熱交換器６０に付着する霜の厚さが局所的に厚くなってしまうのを抑えることができる。したがって、本実施の形態によれば、着霜による風路の閉塞を防ぐことができ、熱交換器性能の急激な低下を防ぐことができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置について説明する。図９は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す回路図である。本実施の形態では、冷凍サイクル装置１００として、空気調和機を例示している。図９に示すように、冷凍サイクル装置１００は、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路１０を有している。冷凍サイクル回路１０は、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、膨張弁１４及び室内熱交換器１５が冷媒配管を介して環状に接続された構成を有している。また、冷凍サイクル装置１００は、室外熱交換器１３に空気を送風する送風機１６と、室内熱交換器１５に空気を送風する送風機１７と、を有している。冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１１が駆動されることにより、冷媒が相変化しながら冷凍サイクル回路１０を循環する冷凍サイクルが実行される。室外熱交換器１３では、送風機１６により送風される空気と、内部流体である冷媒との熱交換が行われる。室内熱交換器１５では、送風機１７により送風される空気と、内部流体である冷媒との熱交換が行われる。

冷凍サイクル回路１０に充填される冷媒としては、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２又はＨＦＯ−１２３４ｙｆ等の冷媒を用いることができる。圧縮機１１に使用される冷凍機油としては、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系又はフッ素油系など、冷媒との相溶性の有無に関わらず種々の冷凍機油を用いることができる。

冷凍サイクル装置１００は、室外機１１０及び室内機１２０を有している。室外機１１０には、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、膨張弁１４及び送風機１６が収容されている。室内機１２０には、室内熱交換器１５及び送風機１７が収容されている。室外機１１０及び室内機１２０はいずれも、少なくとも熱交換器を収容する熱交換器ユニットである。

室内熱交換器１５には、実施の形態１の熱交換器２０又は実施の形態２若しくは３の熱交換装置５０が用いられている。室内熱交換器１５に実施の形態１の熱交換器２０が用いられる場合、室内熱交換器１５は、複数の伝熱管３０のそれぞれが上下方向に延伸するように、室内機１２０に設置される。また、室内熱交換器１５に実施の形態２又は３の熱交換装置５０が用いられる場合、室内熱交換器１５は、複数の伝熱管３０及び複数の伝熱管７０のそれぞれが上下方向に延伸するように、室内機１２０に設置される。室外熱交換器１３にも同様に、実施の形態１の熱交換器２０又は実施の形態２若しくは３の熱交換装置５０を用いることができる。

冷凍サイクル装置１００の動作について、冷房運転を例に挙げて説明する。圧縮機１１から吐出された高圧のガス冷媒は、四方弁１２を経由し、室外熱交換器１３に流入する。冷房運転時には、室外熱交換器１３は凝縮器として機能する。すなわち、室外熱交換器１３では、内部を流通する冷媒と、送風機１６により送風される室外空気との熱交換が行われ、冷媒の凝縮熱が室外空気に放熱される。これにより、室外熱交換器１３に流入したガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒となる。

室外熱交換器１３から流出した液冷媒は、膨張弁１４で減圧されて低圧の二相冷媒となる。膨張弁１４から流出した二相冷媒は、室内熱交換器１５に流入する。冷房運転時には、室内熱交換器１５は蒸発器として機能する。すなわち、室内熱交換器１５では、内部を流通する冷媒と、送風機１７により送風される室内空気との熱交換が行われ、冷媒の蒸発熱が室内空気から吸熱される。これにより、室内熱交換器１５に流入した二相冷媒は、蒸発して低圧のガス冷媒となる。室内熱交換器１５から流出したガス冷媒は、四方弁１２を経由して圧縮機１１に吸入される。圧縮機１１に吸入されたガス冷媒は、圧縮されて高圧のガス冷媒となる。冷房運転時には、以上の冷凍サイクルが連続的に繰り返し実行される。説明を省略するが、暖房運転時には、四方弁１２によって冷媒の流れ方向が切り替えられ、室外熱交換器１３が蒸発器として機能し、室内熱交換器１５が凝縮器として機能する。

以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換器ユニットは、実施の形態１の熱交換器２０と、熱交換器２０に空気を送風する送風機と、を備えている。熱交換器ユニットは、例えば、室内機１２０又は室外機１１０である。送風機は、例えば、送風機１７又は送風機１６である。この構成によれば、風路の閉塞による熱交換器性能の急激な低下を防止できる熱交換器２０を備えた熱交換器ユニットを実現することができる。

また、本実施の形態に係る熱交換器ユニットにおいて、熱交換器２０は、伝熱管３０が上下方向に延伸するように配置されている。伝熱管３０は、第１伝熱管の一例である。この構成によれば、熱交換器２０の熱交換部３５の表面に生じた結露水又は融解水は、自重により熱交換部３５を伝って下方に流れ落ちる。したがって、熱交換器ユニットにおいて熱交換器２０の排水性を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る熱交換器ユニットは、実施の形態２又は３の熱交換装置５０と、熱交換装置５０に空気を送風する送風機と、を備えている。熱交換器ユニットは、例えば、室内機１２０又は室外機１１０である。送風機は、例えば、送風機１７又は送風機１６である。この構成によれば、風路の閉塞による熱交換器性能の急激な低下を防止できる熱交換装置５０を備えた熱交換器ユニットを実現することができる。

また、本実施の形態に係る熱交換器ユニットにおいて、熱交換装置５０は、伝熱管３０及び伝熱管７０が上下方向に延伸するように配置されている。伝熱管３０は、第１伝熱管の一例である。伝熱管７０は、第２伝熱管の一例である。この構成によれば、熱交換器ユニットにおいて熱交換装置５０の排水性を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、本実施の形態に係る熱交換器ユニットを備えている。この構成によれば、風路の閉塞による熱交換器性能の急激な低下を防止できる熱交換器２０又は熱交換装置５０を備えた冷凍サイクル装置１００を実現することができる。

上記実施の形態１〜４では、伝熱管３０の延伸方向が重力方向に平行となる縦流れ式の熱交換器２０を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。本発明は、伝熱管３０の延伸方向が水平方向となる横流れ式の熱交換器、又は伝熱管３０の延伸方向が重力方向及び水平方向のいずれに対しても傾いた熱交換器にも適用できる。

また、上記実施の形態１〜４では、熱交換器２０の伝熱管３０を流通する内部流体として冷媒を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。熱交換器２０の伝熱管３０を流通する内部流体としては、水又はブラインなどの液体を含む他の流体を用いることもできる。

また、上記実施の形態１〜４では、互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間に伝熱フィンが設けられていないフィンレス型の熱交換器２０を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。本発明は、互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間に伝熱フィンが設けられた熱交換器にも適用できる。

上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１０ 冷凍サイクル回路、１１ 圧縮機、１２ 四方弁、１３ 室外熱交換器、１４ 膨張弁、１５ 室内熱交換器、１６、１７ 送風機、２０ 熱交換器、２１、２２ ヘッダ、２３ 差込み穴、３０ 伝熱管、３０ａ 風上側端部、３０ｂ 風下側端部、３１ 風上側フィン、３２ 風下側フィン、３３ 間隙、３５ 熱交換部、４０ 流体通路、５０ 熱交換装置、６０ 熱交換器、６１、６２ ヘッダ、７０ 伝熱管、７０ａ 風上側端部、７０ｂ 風下側端部、７１ 風上側フィン、７２ 風下側フィン、７５ 熱交換部、１００ 冷凍サイクル装置、１１０ 室外機、１２０ 室内機。

本発明は、複数の伝熱管を有する熱交換装置、熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置に関するものである。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、熱交換器性能の急激な低下を防ぐことができる熱交換装置、熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る熱交換装置は、第１伝熱管と、前記第１伝熱管の風上側端部から風上側に延びた第１風上側フィンと、前記第１伝熱管の風下側端部から風下側に延びた第１風下側フィンと、をそれぞれ有し、互いに並列して配置された複数の第１熱交換部と、第２伝熱管と、前記第２伝熱管の風上側端部から風上側に延びた第２風上側フィンと、前記第２伝熱管の風下側端部から風下側に延びた第２風下側フィンと、をそれぞれ有し、互いに並列して前記第１熱交換器の風下側に配置された複数の第２熱交換部と、を備え、前記第１伝熱管の延伸方向と交差する断面において、前記第１風上側フィンの長さＬ１と前記第１風下側フィンの長さＬ２とがＬ１＞Ｌ２の関係を満たし、前記第２伝熱管の延伸方向と交差する断面において、前記第２風上側フィンの長さＬ３及び前記第２風上側フィンの長さＬ４は、Ｌ３＜Ｌ１及びＬ４＜Ｌ１の関係を満たす。
本発明に係る熱交換器ユニットは、本発明に係る熱交換装置と、前記熱交換装置に空気を送風する送風機と、を備えるものである。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、本発明に係る熱交換器ユニットを備えるものである。

Claims (11)

1. 第１伝熱管と、前記第１伝熱管の風上側端部から風上側に延びた風上側フィンと、前記第１伝熱管の風下側端部から風下側に延びた風下側フィンと、をそれぞれ有し、互いに並列して配置された複数の第１熱交換部を備え、
   前記第１伝熱管の延伸方向と交差する断面において、前記風上側フィンの長さＬ１と前記風下側フィンの長さＬ２とがＬ１＞Ｌ２の関係を満たす熱交換器。
2. 前記複数の第１熱交換部のうち互いに隣り合う２つの第１熱交換部の間には、前記２つの第１熱交換部を接続する伝熱フィンが設けられていない請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記複数の第１熱交換部の少なくとも一端側に配置されたヘッダをさらに備え、
   前記ヘッダには、前記複数の第１熱交換部のそれぞれが有する前記第１伝熱管の一端が差し込まれる複数の差込み穴が所定の形成ピッチで形成されており、
   前記複数の第１熱交換部の配置ピッチは、前記形成ピッチによって決められている請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記第１伝熱管として扁平管が用いられており、
   前記第１伝熱管の延伸方向と交差する断面において、前記風上側フィンの長さＬ１は、前記第１伝熱管の長径と同一又はそれより長い請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 第１熱交換器と、前記第１熱交換器の風下側に配置された第２熱交換器と、を備え、
   前記第１熱交換器は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器であり、
   前記第２熱交換器は、第２伝熱管をそれぞれ有し互いに並列して配置された複数の第２熱交換部を備えている熱交換装置。
6. 前記複数の第１熱交換部の配置ピッチＰｆ１と前記複数の第２熱交換部の配置ピッチＰｆ２とがＰｆ１＞Ｐｆ２の関係を満たす請求項５に記載の熱交換装置。
7. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器と、
   前記熱交換器に空気を送風する送風機と、
   を備える熱交換器ユニット。
8. 前記熱交換器は、前記第１伝熱管が上下方向に延伸するように配置されている請求項７に記載の熱交換器ユニット。
9. 請求項５又は請求項６に記載の熱交換装置と、
   前記熱交換装置に空気を送風する送風機と、
   を備える熱交換器ユニット。
10. 前記熱交換装置は、前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管が上下方向に延伸するように配置されている請求項９に記載の熱交換器ユニット。
11. 請求項７〜請求項１０のいずれか一項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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