JPWO2020084786A1 - 熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

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、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、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、フィンは、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、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。これにより、伝熱管が扁平形状であっても、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。

Description

本発明は、熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクル装置に関する。

この種の熱交換器としては、予め設定された間隔で積層するように配置される板状の複数のフィンと、これらフィンを並列させた方向に沿って貫通して配置される複数の伝熱管と、を備えたフィンアンドチューブ型の熱交換器が知られている。

このような熱交換器に用いられる伝熱管は、例えば、断面が真円形状をなしているか、又は楕円形状もしくは長円形状等の扁平形状をなしている。これに対し、複数のフィンには伝熱管の形状に対応した貫通孔又は切り欠き等の開口部が複数形成され、これらの開口部に伝熱管が挿入される。これにより、複数の伝熱管は、複数のフィンが並列する方向に沿ってこれらフィンを貫通した状態で組み付けられる。

また、フィンには伝熱管に対して垂直に切り起こされたフィンカラーが形成されており、このフィンカラーが炉中ロウ付け又は接着剤を用いて伝熱管に接着されることにより、伝熱管とフィンとの密着性を向上させることができる。

また、各伝熱管の端部は、伝熱管と共に冷媒流路を形成する分配管又はヘッダに接続されている。そして、熱交換器において、フィンの間を流動する空気又はガス等の熱交換流体と、伝熱管内を流動する水又は冷媒等の被熱交換流体との間で熱が交換される。

また、空気が主に流れる方向に向けて開口したスリットもしくはルーバー等と呼称される切起こし部が形成されている熱交換器、又は、空気が主に流れる方向に対し突出したスクラッチもしくはワッフル等と呼称される突出部が形成されている熱交換器が知られている。このような熱交換器では、切起こし部又は突出部を設けることにより、熱交換のための表面積を増やすことで、熱交換性能の向上を図っている。

さらに、伝熱管の内部に複数の流路が形成された熱交換器、又は、伝熱管の内面に溝が形成された熱交換器等が知られている。このような熱交換器においても、複数の流路又は溝を設けることにより、熱交換のための表面積を増やすことで、熱交換性能の向上を図っている。

ところで、熱交換器を蒸発器として用いる場合、空気中の水分が凝縮水として熱交換器に付着する。そのため、熱交換器に付着した凝縮水は、フィン及び伝熱管の表面を伝って長手方向へ垂下し、熱交換器の下方にて排出される。このとき、フィンに凝縮水が付着することで、通風抵抗が増大して熱交換性能が低下するため、フィンに付着した凝縮水を長手方向へと速やかに排水させる必要がある。

また、熱交換器を室外機に設置して蒸発器として用いる場合、空気中の水分が霜となって熱交換器に付着する。そのため、熱交換器を備える空気調和機又は冷凍機等では、除霜運転を行うことで熱交換器に付着した霜を溶かし、融解されて水滴となった霜を、フィン及び伝熱管の表面を伝って長手方向へ垂下させ、熱交換器の下方にて排出させる。

なお、除霜運転が終了し、暖房運転が開始された後も水滴が残留している場合、水滴は再び氷結して成長し、前述したような通風抵抗の増大及び熱交換性能の悪化を招くため、これらの水滴は確実に除去しなければならない。その反面、かかる熱交換器では、水滴を確実に排水するべく除霜運転の時間を延長することで、当該除霜運転を行う一定時間において平均暖房能力の低下を招くため、排水時間の短縮を図る必要がある。

そこで、例えば特許文献１では、伝熱管を挿通する挿通孔の周囲に形成された環状部を除くフィン全域を上下方向に延在する山及び谷から成る波形状とする熱交換器が提案されている。

特開平６−８２１８９号公報

しかしながら、特許文献１の熱交換器では、扁平形状の伝熱管を用いた場合、当該伝熱管の上部及び下部で排水が停滞し、速やか且つ確実に排水を行うことが困難となる問題があった。

すなわち、特許文献１の熱交換器に扁平形状の伝熱管を用いた場合、フィンに付着した凝縮水又は融解した霜等の水滴は、扁平形状の伝熱管の上面に落下し、伝熱管の外周に沿って伝熱管の下面に回り込んだ後、下方に配置された伝熱管上面へと垂下する。このように、扁平形状の伝熱管では、真円形状の伝熱管には存在しない平らな部分が伝熱管外周に存在する分、当該伝熱管外周に付着する水滴を長手方向に移動させる際に妨げとなる領域を有することとなる。このため、扁平形状の伝熱管では、伝熱管外周に付着した水滴の排水速度が低下するばかりか、排水されずに伝熱管の上面及び下面に停滞する水滴の量も増加し、結果として熱交換性能が低下するという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、伝熱管が扁平形状であっても、排水性を確保しつつ、熱交換性能の向上を図ることが可能な熱交換器及びそれを用いた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及びそれを用いた冷凍サイクル装置は、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。

本発明に係る熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクル装置によれば、フィン表面に付着した水滴をフィンの溝部に集めることで、この水滴を速やかに長手方向下方へと導いて排水させることができる。また、伝熱管上面に溜まった水滴が濡れ広がることで、扁平形状の伝熱管であっても当該伝熱管上面に水滴が溜まることなく、当該水滴を長手方向下方へと導いて排水させることが可能となる。従って、扁平形状の伝熱管を用いた熱交換器においても、フィン表面の水滴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。

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。 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２の室外熱交換器における要部拡大図である。 図３のＡ−Ａ断面を示す断面図である。 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。 比較例１に係る熱交換器の要部拡大図である。 比較例１に係る熱交換器の表面の水滴を示す要部拡大図である。 比較例２に係る熱交換器の要部拡大図である。 比較例２に係る熱交換器の表面の水滴の排水を示す要部拡大図である。 実施例１に係る熱交換器の表面の水滴の排水を示す要部拡大図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器の要部拡大図である。 図１１のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。 図１１の熱交換器における要部拡大図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器の変形例１における要部拡大図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器の変形例２における要部拡大図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器における要部拡大図である。 図１６のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器における表面の水滴の排水を示す要部拡大図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器における表面の水滴の排水を示す要部拡大図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又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。また、断面図においては、視認性に鑑みて適宜ハッチングを省略している。さらに、明細書全文に示す構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。また、室外機としては、空気調和装置、低温機器、又は、給湯機器等に配備される室外機を広く適用できる。

実施の形態１．
＜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。

図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、圧縮機２、四方弁３、室内熱交換器４、室内ファン５、絞り装置６、室外ファン７、及び室外熱交換器１０を備えている。圧縮機２、四方弁３、室内熱交換器４、絞り装置６、及び室外熱交換器１０が冷媒配管によって接続され、冷媒回路が形成されている。

圧縮機２は、冷媒を圧縮するものである。圧縮機２で圧縮された冷媒は、吐出されて四方弁３へ送られる。圧縮機２は、例えば、ロータリー圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、又は往復圧縮機等で構成することができる。

室内熱交換器４は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能するものである。室内熱交換器４は、例えば、フィンアンドチューブ型熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、二重管式熱交換器、又はプレート熱交換器等で構成することができる。

絞り装置６は、室内熱交換器４又は室外熱交換器１０を経由した冷媒を膨張させて減圧するものである。絞り装置６は、例えば冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁で構成することができる。なお、絞り装置６としては、電動膨張弁だけでなく、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、又はキャピラリーチューブ等を適用することも可能である。

室外熱交換器１０は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能するものである。室外熱交換器１０については、後段で詳細に説明する。

四方弁３は、暖房運転と冷房運転とにおいて冷媒の流れを切り替えるものである。つまり、四方弁３は、暖房運転時、圧縮機２の吐出口と室内熱交換器４とを接続すると共に、圧縮機２の吸入口と室外熱交換器１０とを接続するように冷媒の流れを切り替える。また、四方弁３は、冷房運転時、圧縮機２の吐出口と室外熱交換器１０とを接続すると共に、圧縮機２の吸入口と室内熱交換器４とを接続するように冷媒の流れを切り替える。

室内ファン５は、室内熱交換器４に付設されており、室内熱交換器４に熱交換流体である空気を供給するものである。
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。

＜冷凍サイクル装置１の動作＞
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１に示すように、圧縮機２を駆動させることによって、圧縮機２から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。以下、破線矢印にしたがって冷媒が流れる。圧縮機２から吐出した高温高圧のガス冷媒（単相）は、四方弁３を介して凝縮器として機能する室外熱交換器１０に流れ込む。室外熱交換器１０では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、室外ファン７によって供給される空気との間で熱交換が行われて、高温高圧のガス冷媒が凝縮して高圧の液冷媒（単相）になる。

室外熱交換器１０から送り出された高圧の液冷媒は、絞り装置６によって低圧のガス冷媒と液冷媒との二相状態の冷媒になる。二相状態の冷媒は、蒸発器として機能する室内熱交換器４に流れ込む。室内熱交換器４では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、室内ファン５によって供給される空気との間で熱交換が行われ、二相状態の冷媒のうち液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒（単相）になる。この熱交換によって、室内が冷却されることになる。室内熱交換器４から送り出された低圧のガス冷媒は、四方弁３を介して圧縮機２に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機２から吐出する。以下、このサイクルが繰り返される。

次に、冷凍サイクル装置１が実行する暖房運転について説明する。なお、暖房運転時の冷媒の流れは、図１に実線矢印で示している。

図１に示すように、圧縮機２を駆動させることによって圧縮機２から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。以下、実線矢印にしたがって冷媒が流れる。

圧縮機２から吐出した高温高圧のガス冷媒（単相）は、四方弁３を介して凝縮器として機能する室内熱交換器４に流れ込む。室内熱交換器４では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、室内ファン５によって供給される空気との間で熱交換が行われ、高温高圧のガス冷媒が凝縮して高圧の液冷媒（単相）になる。この熱交換によって、室内が暖房されることになる。

室内熱交換器４から送り出された高圧の液冷媒は、絞り装置６によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との二相状態の冷媒になる。二相状態の冷媒は、蒸発器として機能する室外熱交換器１０に流れ込む。室外熱交換器１０では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、室外ファン７によって供給される空気との間で熱交換が行われ、二相状態の冷媒のうち液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒（単相）になる。

室外熱交換器１０から送り出された低圧のガス冷媒は、四方弁３を介して圧縮機２に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機２から吐出する。以下、このサイクルが繰り返される。

上述した冷房運転及び暖房運転の際、圧縮機２に冷媒が液状態で流入すると、液圧縮を起こし、圧縮機２の故障の原因となってしまう。そのため、冷房運転時の室内熱交換器４、又は、暖房運転時の室外熱交換器１０から流出する冷媒は、ガス冷媒（単相）となっていることが望ましい。

ここで、蒸発器では、ファンから供給される空気と、蒸発器を構成している伝熱管の内部を流動する冷媒との間で熱交換が行われる際に空気中の水分が凝縮し、蒸発器の表面に水滴が生ずる。蒸発器の表面に生じた水滴は、フィン及び伝熱管の表面を伝って下方に滴下し、ドレン水として蒸発器の下方にて排出される。

また、室外熱交換器１０は、低外気温状態となっている暖房運転時、蒸発器として機能するため、空気中の水分が室外熱交換器１０に着霜することがある。そのため、冷凍サイクル装置１では、外気が一定温度（例えば、０℃）以下となったときに霜を除去するための「除霜運転」を行う。

「除霜運転」とは、蒸発器として機能する室外熱交換器１０に霜が付着するのを防ぐために、圧縮機２から室外熱交換器１０にホットガス（高温高圧のガス冷媒）を供給する運転のことである。なお、除霜運転を、暖房運転の継続時間が所定値（例えば、３０分）に達した場合に実行するようにしてもよい。また、除霜運転を、室外熱交換器１０が一定温度（例えば、マイナス６℃）以下の場合に、暖房運転を行う前に実行するようにしてもよい。室外熱交換器１０に付着した霜及び氷は、除霜運転時に室外熱交換器１０に供給されるホットガスによって融解される。

例えば、除霜運転時に圧縮機２から室外熱交換器１０にホットガスを直接的に供給できるように、圧縮機２の吐出口と室外熱交換器１０との間をバイパス冷媒配管（図示せず）で接続するようにしてもよい。また、圧縮機２から室外熱交換器１０にホットガスを供給できるように、圧縮機２の吐出口を、冷媒流路切替装置（例えば、四方弁３）を介して室外熱交換器１０に接続する構成としてもよい。

＜室外熱交換器１０について＞
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。

室外熱交換器１０は、例えば二列構造の熱交換器であり、風上側熱交換器１０Ａ及び風下側熱交換器１０Ｂを備えている。これら風上側熱交換器１０Ａ及び風下側熱交換器１０Ｂは、フィンアンドチューブ型熱交換器であり、図１に示す室外ファン７から供給される空気の流れる通風方向Ｋ、すなわち室外熱交換器１０の奥行ｘ方向に沿って並設されている。風上側熱交換器１０Ａは、室外ファン７から供給される空気の通風方向Ｋにおいて風上側に配置され、風下側熱交換器１０Ｂは、室外ファン７から供給される空気の通風方向Ｋにおいて風下側に配置されている。風上側熱交換器１０Ａの伝熱管１２の一端は、風上側ヘッダ集合管１０Ｃに接続されている。風下側熱交換器１０Ｂの伝熱管１２の一端は、風下側ヘッダ集合管１０Ｄに接続されている。また、風上側熱交換器１０Ａの伝熱管１２の他端と、風下側熱交換器１０Ｂの伝熱管１２の他端とは、列間接続部材１０Ｅに接続されている。

つまり、本実施の形態１に係る室外熱交換器１０は、風上側ヘッダ集合管１０Ｃ又は風下側ヘッダ集合管１０Ｄの一方から、風上側熱交換器１０Ａ又は風下側熱交換器１０Ｂの一方の伝熱管１２に冷媒が分配される。そして、風上側熱交換器１０Ａ又は風下側熱交換器１０Ｂの一方の伝熱管１２に分配された冷媒は、列間接続部材１０Ｅを介して、風下側熱交換器１０Ｂ又は風上側熱交換器１０Ａの他方の伝熱管１２に流入する。その後、風下側熱交換器１０Ｂ又は風上側熱交換器１０Ａの他方の伝熱管１２に流入した冷媒は、風下側ヘッダ集合管１０Ｄ又は風上側ヘッダ集合管１０Ｃの他方で合流し、圧縮機２の吸入口又は絞り装置６の方へ流れていく。

なお、本実施の形態１では、風上側熱交換器１０Ａ及び風下側熱交換器１０Ｂが同様の構成を有している。このため、以下では、双方を代表して、風上側熱交換器１０Ａについて説明する。以下、風上側熱交換器１０Ａ及び風下側熱交換器１０Ｂを、単に熱交換器１３と称する。なお、風上側熱交換器１０Ａ又は風下側熱交換器１０Ｂの一方で室外熱交換器１０の熱交換負荷を賄える場合、風上側熱交換器１０Ａ又は風下側熱交換器１０Ｂの一方のみで室外熱交換器１０を構成してもよい。

図３、図４及び図５に示すように、熱交換器１３は、複数のフィン１１及び複数の伝熱管１２を備えている。フィン１１は、長手方向（ｚ方向）に延在した矩形状の板状部材からなり、図５に示されるように、同一の室外熱交換器１０において予め設定された間隔で表裏方向に並んで配置されている。本実施の形態１の場合、フィン１１は、同一の室外熱交換器１０において規定のフィンピッチ間隔ＦＰでｙ方向に並んで配置されている。

また、フィン１１には伝熱管１２が挿入される挿入孔１４が、当該フィン１１の長手方向の上下に予め設定された間隔で複数形成されている。そして、フィン１１は、これら挿入孔１４を除く領域において、室外ファン７からの空気の通風方向Ｋに沿って隣接して設けられる複数の凹凸形状からなり、長手方向に延在する溝部１５を有する。本実施の形態１の場合、フィン１１の挿入孔１４を除く領域とは、長手方向において挿入孔１４が存在しない第一領域Ｐを含み、当該挿入孔１４を除く全域である。また、室外ファン７からの空気の通風方向Ｋとは、長手方向としてのｚ方向と直交する短手方向としてのｘ方向と同一の方向を示す。

このとき、凹凸形状の延在方向は長手方向に対して平行であり、図４に示すように凹凸間隔ＲＳｍは、５ｍｍ以下であることが望ましい。これは、水滴が直径５ｍｍ程度になれば、自重で長手方向へ滴下することが検討の結果明らかとなり、凹凸形状による水滴を凝集させる効果が期待できるのは、５ｍｍ以下と考えられるためである。また、凹凸高さＲａは、フィン同士の接触を防ぐために、フィンピッチ間隔ＦＰ（図５）の１／３程度であることが望ましい。このような凹凸形状は、プレス加工又は圧延加工のロールに凹凸形状を持たせ転写する方式で形成できる。なお、ここでは図示省略するが、フィン１１表面に凹凸形状を形成した後、熱交換される表面積を増やし、熱交換性能を向上するために、切起こし部又は突出部を更に形成しても良い。

複数の伝熱管について、図３及び図５では、ｚ方向上方と下方とに位置する２つの伝熱管１２を代表して図示している。図３に示されるように、上方の伝熱管１２及び下方の伝熱管１２は、フィン１１に形成された挿入孔１４に挿入され、当該フィン１１に対して予め設定された間隔でフィン１１の長手方向に並んで配置されている。

図５に示されるように、伝熱管１２は、それぞれ複数のフィン１１の並設方向であるｙ方向に向けて延在した状態で、当該複数のフィン１１に形成された挿入孔１４の端部１４ａに向けてｘ方向に挿入されている。これにより、複数のフィン１１は、伝熱管１２を挿入孔１４に貫通させた状態で保持している。なお、伝熱管１２は、長手方向と直交する断面が扁平形状をなす扁平管である。

さらに、本実施の形態１に係るフィン１１及び伝熱管１２は、表面に親水性を保持するための処理が施されている。これらフィン１１及び伝熱管１２の表面の接触角は、特に３０°以下であることが望ましい。また、フィン１１の方が伝熱管１２よりも親水性能が高いことが望ましい。フィン１１及び伝熱管１２の表面における親水性を保つため、フィン１１と伝熱管１２をロウ付けする際に使用するフラックス又は親水剤をポストコートする方法によって、フィン１１及び伝熱管１２の表面に親水性被膜を形成することができる。

＜室外熱交換器１０の着霜作用及び排水作用＞
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。

＜比較例１＞
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。

＜比較例２＞
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。

＜実施例１＞
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。

また、フィン１１及び伝熱管１２の表面がそれぞれ親水性であるため、伝熱管１２の上面に集合した水滴Ｈは、伝熱管１２の上面に溜まることなく伝熱管１２の外周面に沿って濡れ広がる。そして、水滴Ｈはフィン１１の親水性能によって溝部１５に導かれた後、当該溝部１５に沿って長手方向の下方へと排水される。

このとき、伝熱管１２の上面から排水された水滴Ｈの殆どは、図１０に示すように、フィン１１の複数の溝部１５のうち、伝熱管１２上の水滴Ｈが長手方向の下方へと排水される排水経路において最初に交わる溝部１５Ａに沿って排水される。図１０は、実施例１に係る熱交換器の表面の水滴の排水を示す要部拡大図である。フィン１１において長手方向に伝熱管１２が存在する領域では、挿入孔１４が形成されているため、この挿入孔１４の部位において溝部１５が断絶されることとなる。よって、伝熱管１２の下面及び下方の伝熱管１２の上面へは水滴Ｈが直接的に伝わり難く、ｚ方向に向かって挿入孔１４（つまり、伝熱管１２）の存在しない第一領域Ｐの溝部１５Ａにて主に排水が行われる。従って、扁平形状の伝熱管１２を用いた熱交換器１３の排水において特に懸念される伝熱管１２の上面及び下面での水滴Ｈの滞留状態を最小限に抑え、排水の容易な第一領域Ｐにて排水を積極的に実施することが可能となる。

＜実施の形態１の効果＞
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。

実施の形態２.
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。

図１１は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器２０の要部拡大図である。図１２は、図１１のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。図１３は、図１１の熱交換器２０における要部拡大図である。図１１に示すように、本実施の形態２における熱交換器２０では、フィン２１の表面におけるｚ方向において、伝熱管２２（挿入孔２４）が存在しない領域に溝部２５が設けられている。

具体的に、このフィン２１は、長手方向において挿入孔２４が存在しない第一領域Ｐと、当該長手方向において第一領域Ｐより短手方向の中心側であって、挿入孔２４の短手方向における第一領域Ｐ側の端部２４ａを含む第二領域Ｑとに溝部２５が設けられている。ここで、第二領域Ｑとは、挿入孔２４における伝熱管２２の第一領域Ｐ側の端部２４ａと溝部２５との境界近傍を含んでいる。

より具体的に、図１１と図１３とに示すように、第二領域Ｑは、挿入孔２４の第一領域Ｐ側の端部２４ａから挿入孔２４の短手方向の中心側へ向かうＲＳｍの２倍の幅の領域であることが望ましい。ここで、第二領域Ｑを挿入孔２４の第一領域Ｐ側の端部２４ａから挿入孔２４の短手方向の中心側へ向かうＲＳｍの２倍の幅の領域としたのは、伝熱管２２の上面に付着する水滴Ｈの排水経路として機能させる溝部２５を確保するためである。すなわち、１つ分のＲＳｍの幅であると、溝部２５を形成する凹凸のうちの凹部または凸部のいずれかに相当し、伝熱管２２の上面に付着する水滴Ｈの排水経路として機能させる溝部２５を必ずしも確保できるとは限らない。従って、ＲＳｍの２倍の幅の領域とすることで、溝部２５を形成する凹凸形状の両方を備え、前記水滴Ｈの排水経路として機能させる溝部２５を確実に保持することができる。

＜実施の形態２の効果＞
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。

＜実施の形態２の変形例＞
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。

また、本実施の形態２に係る熱交換器２０では、図１１に示すように、挿入孔２４における前述した第一領域Ｐ側の端部２４ａの反対側端部が切欠き状態で形成されている場合について図示したが、本発明はこれに限ることはない。

図１５は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器２０の変形例２における要部拡大図である。例えば、図１５に示す熱交換器２００のように、フィン２１０に形成される挿入孔２４０の第一領域Ｐ側の端部２４ａの反対側端部が、切欠き状態でなくてもよい。この場合、熱交換器２００のフィン２１０には、伝熱管２２０に対応した挿入孔２４０がフィン２１０の中心に開口されてなる。この挿入孔２４０は、空気の通風方向Ｋの上流側に位置する第一領域Ｔ側の端部２４０ａと、これとは反対の空気の通風方向Ｋの下流側に位置する反対側端部２４０ｂとが切欠くことなく、伝熱管２２０に対応した扁平形状をなしている。このとき、第一領域Ｐに対応する領域が第一領域Ｔであり、第二領域Ｑに対応する領域が第二領域Ｕ、第三領域Ｒに対応する領域が第三領域Ｖであり、挿入孔２４０を中心とする短手方向に左右対称で形成されている。

このような熱交換器２００では、前述した熱交換器２０と同様に、フィン２１０表面及び伝熱管２２０の上面に溜まった水滴（図示せず）を、第一領域Ｔ及び第二領域Ｕの溝部２５０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。しかも、溝部２５０をフィン２１０の表面におけるｘ方向全域に設けることなく、必要最低限、第一領域Ｔ及び第二領域Ｕに設けることで、フィン２１０における溝部２５０の形成領域を低減して構成を簡易化できる。さらに、挿入孔２４０が、反対側端部２４０ｂを切欠くことなく、伝熱管２２０に対応した扁平形状でフィン２１０の中心に開口されているので、切欠きを有する場合と比較して、格段と安定して伝熱管２２０を保持することができる。

実施の形態３.
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。

図１６は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器３０における要部拡大図である。図１７は、図１６のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。図１６及び図１７に示すように、本実施の形態３の熱交換器３０では、フィン３１の表面におけるｚ方向において、溝部３５が、長手方向を重力方向の上下に向けて配置した際、溝部３５の傾斜する方向が、第一領域Ｐａに向かって下り方向に傾斜している。換言すれば、本実施の形態３に係る熱交換器３０において、溝部３５は、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した状態で延在している。

図１８は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器３０における表面の水滴の排水を示す要部拡大図である。図１９は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器３０における表面の水滴の排水を示す要部拡大図である。この場合、本実施の形態３の熱交換器３０において、挿入孔３４における伝熱管３２の上面に溜まった水滴Ｈは、親水性である伝熱管３２の外周面に沿って濡れ広がり、伝熱管３２上の排水経路で最初に交わるフィン３１表面の溝部３５Ａに沿って排水される。このとき、溝部３５Ａが、第一領域Ｐａ側のフィン３１の端部に向けて伸びているため、排水された水滴Ｈは下方の伝熱管３２と触れることなく、排水の容易な第一領域Ｐａまで導かれる。

また、本実施の形態３の熱交換器３０において、溝部３５Ｂ上の凝縮水は伝熱管３２の上面に溜まることなく、第一領域Ｐａまで導かれる。このとき、フィン３１表面の１つの溝部３５における、伝熱管３２の存在しない第一領域Ｐａ側の高さ位置が、伝熱管３２の挿入側の高さ位置よりも低くなるように、各溝部３５が延在している。

＜実施の形態３の効果＞
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。

１ 冷凍サイクル装置、２ 圧縮機、３ 四方弁、４ 室内熱交換器、５ 室内ファン、６ 絞り装置、７ 室外ファン、１０ 室内熱交換器、１０Ａ 風上側熱交換器、１０Ｂ 風下側熱交換器、１０Ｃ 風上側ヘッダ集合管、１０Ｄ 風下側ヘッダ集合管、１０Ｅ 列間接続部材、１１、２１、３１、１０１、１１１、２１０ フィン、１２、２２、３２、１０２、１１２、２２０ 伝熱管、１３、２０、３０、１００、１１０、２００ 熱交換器、１４、２４、３４、１０４、１１４、２４０ 挿入孔、１４ａ、２４ａ、３４ａ、２４０ａ、２４０ｂ 端部、１５、１５Ａ、２５、３５、３５Ａ、３５Ｂ、２５０ 溝部、２６ 切起こし部、２７ 突出部、Ｈ 水滴、Ｋ 空気の通風方向、Ｐ、Ｐａ、Ｔ 第一領域、Ｑ、Ｕ 第二領域、Ｒ、Ｖ 第三領域。

本発明に係る熱交換器は、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、扁平な上下面のうち、少なくとも前記フィンの長手方向の上方に位置する上面が、当該長手方向に直交する水平な外周面をなし、当該外周面に親水性を保持する表面処理が施されており、前記挿入孔は、少なくとも前記伝熱管の前記上面と対向する部位が、水平な内周面をなし、前記フィンの長手方向に直交して設けられており、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して前記挿入孔に達する溝部を有し、親水性を保持する表面処理が施されてなる。

Claims (6)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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