JPWO2020084786A1 - 熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<冷凍サイクル装置1の構成>
はじめに、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置1について説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の一例を示す冷媒回路図である。なお、図1では、冷房運転時の冷媒の流れを破線矢印で示し、暖房運転時の冷媒の流れを実線矢印で示している。
室外ファン7は、室外熱交換器10に付設されており、室外熱交換器10に熱交換流体である空気を供給するものである。
次に、冷凍サイクル装置1の動作について、冷媒の流れと共に説明する。まず、冷凍サイクル装置1が実行する冷房運転について説明する。なお、冷房運転時の冷媒の流れは、図1に破線矢印で示している。ここでは、熱交換流体が空気であり、被熱交換流体が冷媒である場合を例に、冷凍サイクル装置1の動作について説明する。
図2は、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置における室外熱交換器の一例を示す斜視図である。図3は、図2の室外熱交換器における要部拡大図である。図4は、図3のA−A断面を示す断面図である。図5は、図2の室外熱交換器における要部であり、伝熱管とフィンを挿入する工程の説明に供する斜視図である。
なお、図2以降において、x方向は室外熱交換器10の奥行方向であり、室外熱交換器10のフィン11において短手となる幅方向を示している。また、y方向は室外熱交換器10の幅方向であり、同フィン11において奥行(厚み)方向となるフィン11が並列される方向を示している。さらに、z方向は室外熱交換器10の長手方向(上下方向)であり、同フィン11における高さ方向を表している。そして、白抜き矢印Kは、室外ファン7から室外熱交換器10へと供給される空気の通風方向を表している。図2からわかるように、本実施の形態1に係る室外熱交換器10は、図1に示す室外ファン7から通風方向K(フィン11のx方向)に空気が供給される。また、図3は、y方向に室外熱交換器10を観察した際の、要部を示している。また、図4は、図3のフィン11におけるA−A断面を示している。
続いて、本実施の形態1に係る熱交換器13の着霜作用及び排水作用について説明する。なお、本実施の形態1に係る熱交換器13の効果の理解を容易とするため、以下では、まず比較例1、比較例2及び本実施の形態1を用いた実施例1の順に、本実施の形態1に係る室外熱交換器10の着霜作用及び排水作用を説明する。
図6は、比較例1に係る熱交換器100の要部拡大図である。比較例1のフィン101及び伝熱管102の表面の接触角は、約80°である。熱交換器100が、本実施の形態1に係る熱交換器13と異なる点は、図3に示されているフィン11の表面に形成された溝部15を有していない点、及び、表面が親水性ではない点である。図7は、比較例1に係る熱交換器100の表面の水滴を示す要部拡大図である。比較例1の熱交換器100においては、図7に示すように、凝縮水又は除霜運転で溶融した水滴Hが挿入孔104における伝熱管102の上下面に保持され、さらにフィン101の表面にも水滴Hとして残り、完全に排水できない。
図8は、比較例2に係る熱交換器110の要部拡大図である。図9は、比較例2に係る熱交換器110の表面の水滴の排水を示す要部拡大図である。比較例2のフィン111及び伝熱管112の表面の接触角は、約10°である。熱交換器110が本実施の形態1に係る熱交換器13と異なる点は、図3に示されているフィン11の表面に形成された溝部15を有していない点である。比較例2の熱交換器110においては、図9に示すように、フィン111及び伝熱管112の表面が親水性であるため、挿入孔114における伝熱管112の上面に排水された水滴Hは伝熱管112の上面に溜まることなく伝熱管112の外周面に沿って濡れ広がる。伝熱管112の上面の水滴Hは、伝熱管112の外周面に沿って伝熱管112の下面へと流れ、親水性のフィン111に導かれて下方の伝熱管112の上面へと排水される。そして、水滴Hは、伝熱管112の外周面に沿って伝熱管112の下面へと流れる排水工程を繰り返し、熱交換器110の下方へと排水される(図9)。そのため、時間は要するものの、熱交換器110内の残水は比較例1よりも少なくすることが可能である。但し、伝熱管112上面の水滴Hは伝熱管112の外周面に沿って伝熱管112下面「全域」へと濡れ広がり、さらに伝熱管112の上面「全域」へと排水される。このため、排水経路が後述する本実施の形態1の熱交換器13と比較して長く、熱交換器110の下方へと排水されるまでに時間を要する。
図3及び図4に示すように、実施例1に係る熱交換器13において、フィン11及び伝熱管12における表面の接触角は約10°であり、凹凸間隔RSmは0.5mmであり、凹凸高さRaは0.3mm(FP=1.0mm)である。実施例1の場合、フィン11の長手方向において挿入孔14が存在しない第一領域Pにおいて、除霜運転で融解された水滴Hが、フィン11の表面に形成された溝部15に集められ、この溝部15に沿って速やかに排水されることが確認できた。
以上のように、本実施の形態1に係る冷凍サイクル装置1では、フィン11表面に付着した水滴Hを溝部15に集合させ、熱交換器13の長手方向における下方へと速やかに排水させることができる。また、伝熱管12の上面に溜まった水滴Hを濡れ広がらせることで、扁平形状の伝熱管12であっても当該伝熱管12の上面に水滴Hが溜まることなく、当該水滴Hを長手方向下方へと導いて排水させることができる。このとき、伝熱管12の上面に溜まった水滴Hを、フィン11の長手方向において挿入孔14が存在することなく排水が容易な第一領域Pにて主に排水させることができる。このため、熱交換器13全体の凝縮水または除霜運転による溶解水等の水滴Hの排水を格段と速やかに実施することができる。従って、扁平形状の伝熱管12を用いた熱交換器13においても、フィン11表面の水滴Hを速やかに且つ確実に排水させることができ、かくして排水性を確保しつつ、熱交換性能の向上を図ることができる。
次に、本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置1(図1)について説明する。具体的に、上述した実施の形態1では、フィン11の表面におけるx方向全域に溝部15を設けた場合について述べた(図3〜図5及び図10等参照)。これに対し、本実施の形態2に係る冷凍サイクル装置1では、後述する図11に示すように、熱交換器20のフィン21における長手方向に延在した溝部25を設ける領域が異なっており、その他の構成については同様である。このため、本実施の形態2では、熱交換器20の具体的な構成について説明し、その他の重複する説明は割愛するものとする。
このように、本実施の形態2に係る熱交換器20では、第一領域P及び第二領域Qのみに長手方向に延在する溝部25を設けるだけで、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施の形態2に係る熱交換器20では、フィン21表面及び伝熱管22の上面に溜まった水滴Hを、第一領域P及び第二領域Qの溝部25を介して長手方向の下方へと速やかに且つ確実に排水させることができる。よって、熱交換器20における排水性を確保しつつ、熱交換性能の向上を図ることができるばかりか、フィン21における溝部25の形成領域を低減して構成を簡易化できる。
なお、本実施の形態2に係る熱交換器20としては、上述した構成に限ることはない。図14は、本発明の実施の形態2に係る熱交換器20の変形例1における要部拡大図である。図14に示すように、第二領域Qよりも短手方向の中心側であって、フィン21の長手方向において挿入孔24が存在する平坦面からなる第三領域Rに、当該平坦面から突出する切起こし部26もしくは突出部27、またはその両方を設けるようにしてもよい。
この場合、フィン21における熱交換用の表面積を増やすことで熱交換性能を更に向上させることが可能となる。
次に、本発明の実施の形態3に係る冷凍サイクル装置1(図1)について説明する。具体的に、上述した実施の形態1では、フィン11の表面における溝部15の延在方向が、長手方向における上下と平行である場合について述べた(図3〜図5及び図10等参照)。これに対し、本実施の形態3に係る冷凍サイクル装置1では、後述する図16〜図19に示すように、熱交換器30のフィン31における溝部35の延在する方向が、フィン31の長手方向に対して傾斜している点が異なる以外、その他は同様に構成されている。このため、本実施の形態3では、熱交換器30の具体的な構成について説明し、その他の重複する説明は割愛するものとする。なお、前述した実施の形態1における第一領域Pに対応する領域が第一領域Pa、挿入孔14における第一領域P側の端部14aに対応するのが挿入孔34における第一領域Pa側の端部34aである。
以上のように、本実施の形態3に係る熱交換器30では、フィン31表面に設けられた溝部35の延在する方向を、z方向においてフィン31の間を流通する空気の通風方向Kとは逆向きの下り方向に傾斜させる。これにより、排水の容易な第一領域Paでの排水をさらに促すことが可能となり、前述した実施の形態1よりも一段と速やかに排水できる。
Claims (6)
- 予め設定された間隔で表裏方向に並んで配置された板状の複数のフィンと、
前記フィンに形成された挿入孔に挿入され、当該フィンに対して予め設定された間隔で前記フィンの長手方向に並んで配置された断面が扁平形状の複数の伝熱管と、を備え、
前記伝熱管は、外周面に親水性を保持する表面処理が施されており、
前記フィンは、
前記長手方向と直交する短手方向に隣接して設けられる凹凸形状からなり、前記長手方向に延在する溝部を有し、親水性を保持する表面処理が施されてなる熱交換器。 - 前記フィンは、
前記溝部を有する領域として、
前記フィンの長手方向において前記挿入孔が存在しない第一領域と、
前記フィンの長手方向において前記第一領域より前記短手方向の中心側であって、前記挿入孔の前記短手方向における前記第一領域側の端部を含む第二領域と、
を有する請求項1に記載の熱交換器。 - 前記フィンは、
前記第二領域よりも前記短手方向の中心側であって、前記長手方向において前記挿入孔が存在する平坦面からなる第三領域に、前記平坦面から突出する切起こし部または突出部が設けられている請求項2に記載の熱交換器。 - 前記フィンは、
前記溝部の延在する方向が、前記長手方向に対して傾斜している請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 前記フィンは、
前記長手方向を重力方向における上下に向けて配置した際、
前記溝部の傾斜する方向が、前記第一領域に向かって下り方向に傾斜している請求項4に記載の熱交換器。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱交換器を備え、前記熱交換器を蒸発器として使用する冷凍サイクル装置。
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