WO2018003123A1 - 熱交換器及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

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WO2018003123A1
WO2018003123A1 PCT/JP2016/069707 JP2016069707W WO2018003123A1 WO 2018003123 A1 WO2018003123 A1 WO 2018003123A1 JP 2016069707 W JP2016069707 W JP 2016069707W WO 2018003123 A1 WO2018003123 A1 WO 2018003123A1
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heat exchanger
water
drainage
fin
heat transfer
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PCT/JP2016/069707
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前田 剛志
暁 八柳
中村 伸
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三菱電機株式会社
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    • F28F2265/22Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for draining

Definitions

  • the present invention relates to a fin tube type heat exchanger and a refrigeration cycle apparatus including the heat exchanger.
  • a fin tube comprising a plurality of plate-like fins arranged with a predetermined fin pitch interval and a plurality of flat heat transfer tubes (hereinafter referred to as flat tubes) having a horizontal width larger than a vertical width.
  • a type of heat exchanger is known.
  • a fin tube type heat exchanger using a flat tube is referred to as a flat tube heat exchanger.
  • the flat tube heat exchanger can secure a large heat transfer area in the tube and can suppress the ventilation resistance of the heat exchange fluid. Can be improved.
  • drainage when a heat exchanger using a flat tube is used as an evaporator due to its cross-sectional shape, water drops tend to remain on the tube surface (flat surface) of the flat tube. It is inferior compared.
  • a flat tube heat exchanger is used as a heat source side heat exchanger mounted on an outdoor unit of an air conditioner that is an example of a refrigeration cycle apparatus
  • moisture in the air that is a heat exchange fluid is condensed during heating operation. Then, it adheres to the heat source side heat exchanger and becomes frost.
  • an air conditioner In order to prevent an increase in ventilation resistance due to frost formation, a decrease in heat transfer performance, and damage to a heat exchanger, an air conditioner generally has a defrosting operation mode.
  • water droplets remain in the heat source side heat exchanger, the water droplets freeze again and grow into larger frosts. Therefore, when the drainage property of the heat source side heat exchanger is poor, it is necessary to lengthen the time for the defrosting operation, resulting in a decrease in comfort and a decrease in average heating capacity.
  • Patent Document 1 states that in a fin-and-tube heat exchanger in which a flat tube is inserted into a vertical flat fin having a plurality of notches from the side, the flat tube is inserted from the downstream direction of the air flow.
  • a fin-and-tube heat exchanger is disclosed in which notches are provided on the fin surface so that the cross section of the flat tube is inclined upward with respect to the air flow.
  • the flat tube is inclined with respect to the air flow, so that the condensed water staying on the upper surface of the flat tube is easily discharged by the action of gravity. Therefore, according to the heat exchanger disclosed in Patent Document 1, it is possible to suppress the dew jumping and to reduce the defrosting time. On the other hand, in order to obtain such an effect sufficiently, it is necessary to increase the inclination angle of the flat tube. When the inclination angle of the flat tube is increased, the air flowing into the heat exchanger is peeled off at the front edge of the flat tube, thereby impairing the heat transfer performance, which is an advantage of the flat tube.
  • the dew condensation water tends to stay on the upper and lower surfaces of the flat tube. If the drainage of the condensed water is poor, the condensed water staying on the upper and lower surfaces of the flat tube causes corrosion of the fins and tubes. Corrosion of the fins and tubes leads to a decrease in the reliability of the heat exchanger.
  • the present invention has been made against the background of the above problems, and provides a heat exchanger that achieves both improved drainage and secures heat transfer performance, and a refrigeration cycle apparatus including the heat exchanger.
  • the purpose is to do.
  • the heat exchanger according to the present invention includes fins extending in the direction of gravity and a plurality of heat transfer tubes mounted so as to intersect the fins, and the plurality of heat transfer tubes are arranged in parallel in the direction of gravity.
  • the fin has a water transfer region disposed above and below each of the plurality of heat transfer tubes, and a drain region disposed on one side of each of the plurality of heat transfer tubes,
  • the water conveyance area has a water conveyance structure for guiding water to the drainage area, and the drainage area has a drainage structure for guiding water in the direction of gravity.
  • the refrigeration cycle apparatus includes a refrigerant circuit in which a compressor, a first heat exchanger, a throttling device, and a second heat exchanger are connected by a refrigerant pipe, and the heat exchanger is connected to the first heat exchange. And at least one of the second heat exchanger.
  • the fin water guiding region has a water guiding structure that guides water to the draining region, and the fin draining region has a draining structure that guides water in the direction of gravity.
  • the drained water can easily flow downward from the drainage area, the drainage performance is improved, and the air ventilation path is not blocked by water icing or the like, so that heat transfer performance can be secured.
  • the refrigeration cycle apparatus according to the present invention uses the above-described heat exchanger, the drainage of water droplets generated by the heat exchanger is greatly improved, so that heat transfer performance can be secured in the same manner.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows schematically a part of structural example of the finned-tube type heat exchanger which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is the schematic diagram which looked at a part of example of composition of a fin tube type heat exchanger concerning Embodiment 1 of the present invention from three directions. It is a side view which shows roughly the structural example of the fin which comprises the finned-tube type heat exchanger which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is sectional drawing which shows roughly the structural example of the heat exchanger tube which comprises the finned-tube type heat exchanger which concerns on Embodiment 1 of this invention. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating an example of an overall appearance configuration of a finned tube heat exchanger according to Embodiment 1 of the present invention. It is a block diagram which shows an example of the specific structural example of the fin which comprises the finned-tube type heat exchanger which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a block diagram which shows another example of the specific structural example of the fin which comprises the finned-tube type heat exchanger which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a block diagram which shows another example of the specific structural example of the fin which comprises the finned-tube type heat exchanger which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a part of a configuration example of a finned tube heat exchanger (hereinafter referred to as a heat exchanger 500) according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of a part of the configuration example of the heat exchanger 500 as viewed from three directions.
  • FIG. 3 is a side view schematically showing a configuration example of the fin 1 constituting the heat exchanger 500.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of the heat transfer tube 2 constituting the heat exchanger 500.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view showing an example of the overall appearance configuration of the heat exchanger 500. The heat exchanger 500 will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 1 also shows a schematic view of the fin 1 in a top view and a side view.
  • (a) is a side view of the heat exchanger 500 as viewed from the air flow direction
  • (b) is a side view of the heat exchanger 500 as viewed from the extending direction of the heat transfer tube 2.
  • c) is a top view of the heat exchanger 500 as viewed from above.
  • the flow of air is indicated by white arrows.
  • the heat exchanger 500 includes a plurality of plate-like fins 1 that are arranged at a predetermined interval and through which a fluid such as air flows, and a plurality of heat transfer tubes 2 that are inserted into the fins 1 in the axial direction. Yes.
  • the plurality of fins 1 are formed of a plate-like member that is extended so that the direction of gravity is long.
  • the plurality of fins 1 are arranged with a predetermined fin pitch Fp in a direction (arrow Y direction) perpendicular to the air flow direction and perpendicular to the gravity direction.
  • the plurality of heat transfer tubes 2 are arranged so as to extend in the arrow Y direction and cross the plurality of fins 1.
  • the plurality of fins 1 and the plurality of heat transfer tubes 2 are in close contact with each other by brazing.
  • the fin 1 has a water guide region 1 a disposed above and below the heat transfer tube 2 and a drain region 1 b disposed on a side portion of the heat transfer tube 2.
  • the water guide region 1a is a region in which a plurality of notches 10 are arranged in the longitudinal direction of the fin 1 that is the direction of gravity, and is a region where the heat transfer tube 2 is inserted and adhered. That is, the water conveyance area
  • the fin 1 has a notch 10 cut out in a shape along the outer diameter of the heat transfer tube 2 from one side (the left side in FIG. 3) to the other side (the right side in FIG. 3). Have. An end on the other side of the notch 10 is referred to as a back portion 10a, and an end on one side of the notch 10 is referred to as an insertion portion 10b.
  • the back portion 10a has a fillet shape as shown in FIG.
  • the shape of the back portion 10a is not limited to the fillet shape, and may be an elliptical shape. That is, the inner portion 10 a only needs to be formed according to the shape of the heat transfer tube 2.
  • a straight line in the direction of gravity passing through the extreme end of the back portion 10a is a boundary line between the water guide region 1a and the drainage region 1b (a chain line A shown in FIG. 3).
  • the insertion portion 10b has a shape that widens from the other side of the fin 1 toward the one side. By making the insertion part 10b into such a shape, the heat transfer tube 2 can be easily inserted into the notch part 10.
  • the distance in the gravity direction between the notches 10 adjacent to each other in the vertical direction is constant at the step pitch Dp.
  • the fin 1 is made of, for example, aluminum or aluminum alloy.
  • the plurality of heat transfer tubes 2 are attached to the plurality of notches 10 of the fin 1 and intersect the fin 1. Since the plurality of heat transfer tubes 2 are attached to the notches 10 of the fins 1, they are arranged in parallel in the direction of gravity. As shown in FIG. 1, the heat transfer tube 2 is configured in a shape in which the horizontal width (cross-sectional major axis direction) is larger than the vertical width (cross-sectional minor axis direction). That is, the plurality of heat transfer tubes 2 are arranged such that the direction of the long axis is the flow direction of the fluid flowing between the fins 1 and spaced in the step direction (vertical direction in the drawing) perpendicular to the flow direction.
  • the long axis of the heat transfer tube 2 that is, the portion extending in the width direction of the fin 1 may be referred to as the width of the heat transfer tube 2.
  • the heat transfer tube 2 is a flat tube will be described as an example.
  • the heat transfer tube 2 does not have to be strictly configured in a flat shape, and the heat transfer tube 2 has a width that is greater than the vertical width. If it is.
  • the heat transfer tube 2 includes an upper surface 2a including a flat upper portion, a lower surface 2c including a flat lower portion, and one end in the width direction (the left end in FIG. 4).
  • the side portion 2d and the other side portion 2b including the other end portion in the width direction (the end portion on the right side in FIG. 4) are included.
  • 4 shows an example of the heat transfer tube 2 in which the upper surface 2a and the lower surface 2c are parallel, but the upper surface 2a or the lower surface 2c is inclined so that the upper surface 2a and the lower surface 2c are not parallel. Also good.
  • each of the one side portion 2d and the other side portion 2b is an arc shape, that is, a fillet shape.
  • the other side 2 b is located on the back 10 a side of the notch 10 formed in the fin 1, and the one side 2 d is formed on the fin 1.
  • the notch 10 is located on the insertion portion 10b side.
  • the distance in the gravity direction between the heat transfer tubes 2 adjacent in the vertical direction is constant at the step pitch Dp.
  • the heat transfer tube 2 is made of, for example, aluminum or aluminum alloy.
  • a plurality of partition walls 2A are formed inside the heat transfer tube 2, and a plurality of refrigerant channels 20 are formed inside the heat transfer tube 2 by the partition walls 2A.
  • a groove or a slit may be formed on the surface of the partition wall 2 ⁇ / b> A and the inner wall surface of the heat transfer tube 2.
  • the heat transfer tube 2 is formed so that the upper surface 2a and the lower surface 2c are substantially symmetric with respect to a vertical line passing through the center portion in the width direction. Thereby, it becomes easy to ensure the manufacturability when the heat transfer tube 2 is extruded.
  • FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of a specific configuration example of the fins 1 constituting the heat exchanger 500.
  • One specific example of the configuration of the fin 1 will be described in detail with reference to FIGS.
  • the air circulation direction is indicated by an arrow X
  • the direction in which the fins 1 are arranged is indicated by an arrow Y
  • the direction of gravity is indicated by an arrow Z.
  • the part into which the four heat exchanger tubes 2 are inserted in the fin 1 is expanded and shown.
  • the fin 1 has a water introduction region 1a and a drainage region 1b. And the fin 1 has the water guide structure which guide
  • the water guide structure is formed in at least a part of the water guide region 1a. Specifically, the water guide structure is formed by forming a part of the members constituting the fin 1 into a corrugated shape in which the ridge line is parallel to the X-axis direction.
  • the corrugated water guide structure is referred to as a corrugated water guide structure 1a-1.
  • the number of corrugated water conveyance structures 1a-1 is not particularly limited.
  • the peaks of the corrugated peaks and troughs of the corrugated water guiding structure 1a-1 may be configured with an angle, or may be configured with curved surfaces as the R portion.
  • the corrugated ridgeline of the corrugated water guiding structure 1a-1 does not have to be strictly parallel to the X-axis direction, and may be inclined with respect to the X-axis direction. If the corrugated ridgeline of the corrugated water guiding structure 1a-1 is inclined downward toward the drainage region 1b, it becomes easier to guide water to the drainage region 1b (see FIG. 9).
  • the drainage structure is formed in at least a part of the drainage region 1b. Specifically, the drainage structure is formed by making a part of the members constituting the fin 1 corrugated so that the ridge line is parallel to the Z-axis direction.
  • the corrugated drainage structure is referred to as corrugated drainage structure 1b-1.
  • the number of corrugated corrugated drainage structures 1b-1 is not particularly limited. Further, the tops of the corrugated peaks and troughs of the corrugated drainage structure 1b-1 may be configured with an angle, or may be configured with curved surfaces as the R portion. 1 and 6 show an example in which the corrugated drainage structure 1b-1 is separated at the position where the notch 10 is formed, but as shown in FIG. 2, the corrugated drainage structure 1b- All of 1 may be connected.
  • FIG. 1 and 6 show an example in which the wave-type water conveyance structure 1a-1 and the wave-type drainage structure 1b-1 are separated from each other.
  • the present invention is not limited to this, and FIG. As shown, the wave-type water guiding structure 1a-1 and the wave-type drainage structure 1b-1 may be connected. In the case where the corrugated water guiding structure 1a-1 and the corrugated drainage structure 1b-1 are separated from each other, the distance between them is not particularly limited.
  • a slit in which a part of the fin 1 is cut and raised may be formed in the fin 1.
  • the slit functions to promote heat transfer between the air flowing through the ventilation path between the fins 1 and the fins 1 by reducing resistance associated with heat transfer.
  • the formation position is not particularly limited.
  • the slit is formed in at least a part of the water conveyance region 1a (that is, the wave-type water conveyance structure 1a-1) or the drainage region 1b (that is, the wave-type drainage structure 1b -1) can be formed at least in part, or can be formed in at least part of each of both.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing another example of a specific configuration example of the fins 1 constituting the heat exchanger 500. Based on FIG. 7, one specific configuration example of the fin 1 will be described in detail.
  • the air flow direction is indicated by an arrow X
  • the direction in which the fins 1 are arranged is indicated by an arrow Y
  • the direction of gravity is indicated by an arrow Z.
  • the part into which the four heat exchanger tubes 2 are inserted in the fin 1 is shown expanding.
  • the water guide structure may be formed by forming a part of the members constituting the fin 1 into a dimple shape.
  • the dimple-shaped water guide structure is referred to as a dimple water guide structure 1a-2.
  • the number of dimples in the dimple water guiding structure 1a-2 is not particularly limited. Further, the dimple depth of the dimple water guide structure 1a-2 and the distance between the dimples are not particularly limited. Further, the top of the dimple of the dimple water guiding structure 1a-2 may be configured with an angle, or may be configured with a curved surface as the R portion. Further, the size of each dimple constituting the dimple water guiding structure 1a-2 does not need to be uniform, and may be all different or may be partially different.
  • the drainage structure may be formed by forming a part of the members constituting the fin 1 into a dimple shape.
  • the dimple-shaped drainage structure is referred to as a dimple drainage structure 1b-2.
  • the number of dimples in the dimple drainage structure 1b-2 is not particularly limited. Further, the dimple depth of the dimple drainage structure 1b-2 and the distance between the dimples are not particularly limited. In addition, the top of the dimple of the dimple drainage structure 1b-2 may be configured with an angle, or may be configured with a curved surface as the R portion. Further, the size of each dimple constituting the dimple drainage structure 1b-2 does not have to be uniform, and may be all different or partially different.
  • the dimples of the dimple water conveyance structure 1a-2 and the dimples of the dimple drainage structure 1b-2 may be the same, or the density state may be changed.
  • the density By changing the density, the surface tension can be adjusted, and it is easy to create a flow of water from the water guiding region 1a toward the drainage region 1b. That is, by making a shape difference between the shape of the water conveyance region 1a and the shape of the drainage region 1b, a water flow from the water conveyance region 1a toward the drainage region 1b is easily formed.
  • the density state can be changed by adjusting the distance between the dimples in the dimple water guide structure 1a-2 and the distance between the dimples in the dimple drainage structure 1b-2.
  • the density state may be changed by adjusting the height of each dimple in the dimple water guiding structure 1a-2 and the height of each dimple in the dimple drainage structure 1b-2.
  • the dimple height refers to the height from the fin 1 to the top of the dimple when the fin 1 is viewed as the bottom surface.
  • FIG. 1 and 7 show an example in which the dimple water guiding structure 1a-2 and the dimple draining structure 1b-2 are separated from each other, but the present invention is not limited to this, and the dimple water guiding structure 1a- 2 and the dimple drainage structure 1b-2 may be connected.
  • the distance between the two is not particularly limited.
  • a slit in which a part of the fin 1 is cut and raised may be formed in the fin 1.
  • the slit functions to promote heat transfer between the air flowing through the ventilation path between the fins 1 and the fins 1.
  • the formation position is not particularly limited.
  • the slit is formed in at least a part of the water conveyance region 1a (that is, the dimple water conveyance structure 1a-2) or the drainage region 1b (that is, the dimple drainage structure 1b-2). It is possible to form at least a part of each of them or at least a part of each of both.
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing still another example of a specific configuration example of the fin 1 constituting the heat exchanger 500. Based on FIG. 8, one specific configuration example of the fin 1 will be described in detail.
  • the air flow direction is indicated by an arrow X
  • the direction in which the fins 1 are arranged is indicated by an arrow Y
  • the direction of gravity is indicated by an arrow Z.
  • the part into which the four heat exchanger tubes 2 are inserted in the fin 1 is expanded and shown.
  • a water guide structure may be configured by forming a slit in a part of the members constituting the fin 1.
  • the water guide structure in which the slit is formed is referred to as a slit water guide structure 1a-3.
  • the number of slits in the slit water guiding structure 1a-3 is not particularly limited. Further, the size and shape of the slit of the slit water guiding structure 1a-3 are not particularly limited. Further, the size of each slit of the slit water guiding structure 1a-3 does not have to be uniform, and may be all different or may be partially different. Furthermore, although the case where the slit water guiding structure 1a-3 is inclined with respect to the X-axis direction is shown as an example, the present invention is not limited to this, and the slit water guiding structure 1a-3 may not be inclined with respect to the X-axis direction.
  • the drainage structure may be configured by forming a slit in a part of the members constituting the fin 1.
  • the drainage structure in which the slit is formed is referred to as a slit drainage structure 1b-3.
  • the number of slits in the slit drainage structure 1b-3 is not particularly limited. Further, the size and shape of the slit of the slit drainage structure 1b-3 are not particularly limited. Further, the sizes of the slits of the slit drainage structure 1b-3 do not have to be uniform, and may be all different or may be partially different.
  • Specific examples of the combination of the water conveyance structure and the drainage structure include a wave-type water conveyance structure 1a-1, a wave-type drainage structure 1b-1, a dimple conveyance structure 1a-2, a dimple drainage structure 1b-2, and a slit conveyance structure 1a-3.
  • the slit drainage structure 1b-3 has been described above, the combination of these can be changed as appropriate.
  • the corrugated water conveyance structure 1a-1 and the dimple drainage structure 1b-2 can be combined, or the dimple water conveyance structure 1a-2 and the corrugated drainage structure 1b-1 can be combined. Further, these combinations may include the slit water guiding structure 1a-3 and the slit drainage structure 1b-3.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing still another example of a specific configuration example of the fin 1 constituting the heat exchanger 500.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the inclination angle ⁇ of the heat transfer tube 2 of the heat exchanger 500, the heat transfer performance, and the drainage performance.
  • One specific configuration example of the fin 1 will be described in detail with reference to FIGS. 9 and 10.
  • the air flow direction is indicated by an arrow X
  • the direction in which the fins 1 are arranged is indicated by an arrow Y
  • the direction of gravity is indicated by an arrow Z.
  • the portion where the four heat transfer tubes 2 are inserted into the fins 1 is shown in an enlarged manner.
  • the vertical axis indicates the heat transfer performance and the drainage performance
  • the horizontal axis indicates the inclination angle ⁇ .
  • FIG. 6 illustrates an example in which the major axis of the notch 10 and the ridgeline of the wave-type water conveyance structure 1a-1 are parallel to the X-axis direction.
  • An example in which the ridgeline of the wave-type water guiding structure 1a-1 is inclined with respect to the X-axis direction is shown. That is, the heat transfer tube 2 is attached to the fin 1 with the long axis inclined downward toward the drainage region 1b. By doing so, the water staying on the upper surface 2a of the heat transfer tube 2 and the water adhering to the wave-type water guiding structure 1a-1 can be more easily moved to the drainage region 1b, and the drainage performance is further improved.
  • the inclined wave-type water conveyance structure is illustrated as the gradient wave-type water conveyance structure 1a-4.
  • the heat exchanger 500 is configured, for example, by arranging two combinations of the fins 1 shown in FIG. 3 and the heat transfer tubes 2 shown in FIG. 4 at intervals in a direction parallel to the fluid flow direction.
  • the combination of the fins 1 shown in FIG. 3 and the heat transfer tubes 2 shown in FIG. 4 may be arranged in two rows as an upwind heat exchanger 500A and a downwind heat exchanger 500B as shown in FIG. That is, the windward side heat exchanger 500A and the leeward side heat exchanger 500B are similarly configured by a combination of the fins 1 shown in FIG. 3 and the heat transfer tubes 2 shown in FIG.
  • the combination of the fin 1 shown in any of FIGS. 6 to 9 and the heat transfer tube 2 shown in FIG. 4 is arranged in two rows as an upwind heat exchanger 500A and a leeward heat exchanger 500B as shown in FIG.
  • the heat exchanger 500 may be configured.
  • the windward side heat exchanger 500A is configured by a combination of the fin 1 shown in FIG. 7 and the heat transfer tube 2 shown in FIG. 4, and the leeward side heat exchanger 500B is shown in FIG. 8 and the fin 1 shown in FIG. A combination with the heat transfer tube 2 may be used.
  • the heat exchanger 500 includes, for example, an upwind header collecting pipe 503, a leeward header collecting pipe 504, and an inter-column connection member 505 in addition to the upwind heat exchanger 500A and the leeward heat exchanger 500B. .
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the flow of water generated in the heat exchanger 500. Based on FIG. 11, the operation of the heat exchanger 500 will be described. In FIG. 11, water generated in the heat exchanger 500 is illustrated as a water droplet W.
  • FIG. 11 shows an example of a heat exchanger 500 that employs a wave-type water-conducting structure 1a-1 as a water-conducting structure and a wave-type water-draining structure 1b-1 as a drainage structure.
  • the air blowing means is composed of, for example, a propeller fan, a motor, and a control device, and is arranged on the upstream side or the downstream side of the heat exchanger 500 so that the rotation shaft of the propeller fan is substantially horizontal.
  • the air flow direction may flow into the heat exchanger 500 from the water conveyance region 1a side, or may flow into the heat exchanger 500 from the drainage region 1b side.
  • the air flows between the plurality of fins 1 from the water conveyance area 1a side or the drainage area 1b side.
  • the air that flows in from the water conveyance area 1a flows out from the drainage area 1b side.
  • the air that flows in from the drainage area 1b flows out from the water conveyance area 1a side.
  • the air that has reached the front edge of the heat transfer tube 2 is divided into two hands, an upper surface 2a and a lower surface 2c.
  • the one side portion 2 d becomes the front edge of the heat transfer tube 2.
  • the other side portion 2 b becomes the front edge of the heat transfer tube 2.
  • the flow of air on the upper surface 2a will be described. Since the upper surface 2a is parallel to the air flow direction, air can flow along the upper surface 2a in almost the entire width direction of the heat transfer tube 2, and the air and the heat transfer tube 2 can be formed without causing large separation. Heat exchange with the surface can be facilitated. Moreover, ventilation resistance can be reduced.
  • the water droplets W that have reached the upper surface 2a of the heat transfer tube 2 stay on the upper surface 2a of the heat transfer tube 2 and grow.
  • the grown water droplets W are guided in the direction of the other side portion 2b and the one side portion 2d due to the shape of the heat transfer tube 2 when the size becomes a certain size or more.
  • region 1b is discharged
  • the water droplet W swells downward as it grows, and the influence of gravity increases. Then, when the gravity applied to the water drop W exceeds the force above the gravitational direction (arrow Z direction) such as the surface tension, the water drop W is not affected by the surface tension and detached from the lower surface 2c of the heat transfer tube 2, Fall down.
  • the water droplet W separated from the lower surface 2c of the heat transfer tube 2 again flows downward along the water guide region 1a and reaches the upper surface 2a of the lower heat transfer tube 2.
  • the water droplet W separated from the lower surface 2c of the heat transfer tube 2 flows to the other side 2b side, is guided to the drainage region 1b, is discharged to the lower side of the heat exchanger 500 through the drainage region 1b. That is, the water droplet W repeats the same behavior from the top to the bottom, and is finally drained from the bottom of the heat exchanger 500.
  • the “water conveyance structure” is formed in the water conveyance area 1a, and the “drainage structure” is formed in the drainage area 1b. Therefore, the water droplet W adhering to the water guide region 1a is easily moved to the drainage region 1b side, and drainage performance is improved. Specifically, the water droplets W adhering to the water guide region 1a flow along the ridge line direction of the water guide structure formed in a corrugated shape, and therefore easily reach the drainage region 1b.
  • the “water conveyance structure” is formed in the water conveyance area 1a and the “drainage structure” is formed in the drainage area 1b, so that the drainage performance is improved. Accordingly, in the heat exchanger 500, a portion serving as an air ventilation path is not blocked by icing or the like of the water droplets W, and the heat transfer performance can be significantly suppressed from being deteriorated. Moreover, according to the heat exchanger 500, since the “water conveyance structure” is formed in the water conveyance area 1a and the “drainage structure” is formed in the drainage area 1b, the surface areas of the water conveyance area 1a and the drainage area 1b are increased. Also, the heat transfer performance will be improved.
  • the heat transfer tube 2 has been described as an example of a flat shape having a horizontal width larger than the vertical width.
  • the heat transfer tube 2 is not limited to this, and a circular tube is adopted as the heat transfer tube 2. May be.
  • the heat exchanger provided with the several fin 1 was demonstrated to the example, it is not limited to this, The fin 1 may be one.
  • FIG. FIG. 12 is a circuit configuration diagram schematically showing an example of a refrigerant circuit configuration of the refrigeration cycle apparatus 100 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 will be described based on FIG. In the second embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and the same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
  • an air conditioner will be described as an example of the refrigeration cycle apparatus 100.
  • cooling operation is shown by the broken line arrow
  • coolant flow at the time of heating operation is shown by the solid line arrow.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 includes a compressor 33, a flow path switching device 39, a first heat exchanger 34, a throttling device 35, a second heat exchanger 36, and a blower 37.
  • the compressor 33, the 1st heat exchanger 34, the expansion apparatus 35, and the 2nd heat exchanger 36 are connected by the refrigerant
  • the blower 37 is attached to the first heat exchanger 34 and the second heat exchanger 36 and supplies air to the first heat exchanger 34 and the second heat exchanger 36.
  • the blower 37 is rotated by a blower motor 38.
  • the compressor 33 compresses the refrigerant.
  • the refrigerant compressed by the compressor 33 is discharged and sent to the first heat exchanger 34.
  • the compressor 33 can be comprised by a rotary compressor, a scroll compressor, a screw compressor, a reciprocating compressor etc., for example.
  • the first heat exchanger 34 functions as a condenser during heating operation and functions as an evaporator during cooling operation. That is, when functioning as a condenser, the first heat exchanger 34 exchanges heat between the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 33 and the air supplied by the blower 37, and the high-temperature and high-pressure gas refrigerant condenses. . On the other hand, when functioning as an evaporator, the first heat exchanger 34 exchanges heat between the low-temperature and low-pressure refrigerant that has flowed out of the expansion device 35 and the air supplied by the blower 37, and the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant or two-phase The refrigerant evaporates.
  • the expansion device 35 expands and depressurizes the refrigerant that has flowed out of the first heat exchanger 34 or the second heat exchanger 36.
  • the throttling device 35 may be constituted by, for example, an electric expansion valve that can adjust the flow rate of the refrigerant.
  • an electric expansion valve that can adjust the flow rate of the refrigerant.
  • the expansion device 35 not only an electric expansion valve but also a mechanical expansion valve employing a diaphragm for a pressure receiving portion, a capillary tube, or the like can be applied.
  • the second heat exchanger 36 functions as an evaporator during heating operation and functions as a condenser during cooling operation. That is, when functioning as an evaporator, the second heat exchanger 36 exchanges heat between the low-temperature and low-pressure refrigerant that has flowed out of the expansion device 35 and the air supplied by the blower 37, and the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant or two-phase The refrigerant evaporates. On the other hand, when functioning as a condenser, the second heat exchanger 36 exchanges heat between the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 33 and the air supplied by the blower 37, and the high-temperature and high-pressure gas refrigerant condenses. .
  • the flow path switching device 39 switches the refrigerant flow between the heating operation and the cooling operation. That is, the flow path switching device 39 is switched so as to connect the compressor 33 and the first heat exchanger 34 during the heating operation, and switched so as to connect the compressor and the second heat exchanger 36 during the cooling operation. It is done.
  • the flow path switching device 39 may be constituted by a four-way valve, for example. However, a combination of a two-way valve or a three-way valve may be adopted as the flow path switching device 39.
  • the heat exchanger 500 according to Embodiment 1 is used for the first heat exchanger 34 or the second heat exchanger 36, or both the first heat exchanger 34 and the second heat exchanger 36. it can. That is, the refrigeration cycle apparatus 100 includes the heat exchanger 500 according to Embodiment 1 as at least one of the first heat exchanger 34 and the second heat exchanger 36. However, as described in the first embodiment, it is desirable to use the heat exchanger 500 as the second heat exchanger 36.
  • a high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant is discharged from the compressor 33.
  • the refrigerant flows according to the broken line arrows.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant (single phase) discharged from the compressor 33 flows into the second heat exchanger 36 functioning as a condenser via the flow path switching device 39.
  • the second heat exchanger 36 heat exchange is performed between the flowing high-temperature and high-pressure gas refrigerant and the air supplied by the blower 37, and the high-temperature and high-pressure gas refrigerant is condensed to a high-pressure liquid refrigerant ( Single phase).
  • the high-pressure liquid refrigerant sent out from the second heat exchanger 36 becomes a two-phase refrigerant of low-pressure gas refrigerant and liquid refrigerant by the expansion device 35.
  • the two-phase refrigerant flows into the first heat exchanger 34 that functions as an evaporator.
  • heat exchange is performed between the refrigerant flowing in the two-phase state and the air supplied by the blower 37, and the liquid refrigerant evaporates out of the two-phase state refrigerant to reduce the pressure.
  • the low-pressure gas refrigerant sent out from the first heat exchanger 34 flows into the compressor 33 via the flow path switching device 39, is compressed to become a high-temperature and high-pressure gas refrigerant, and is discharged from the compressor 33 again. Thereafter, this cycle is repeated.
  • a high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant is discharged from the compressor 33.
  • the refrigerant flows according to solid arrows.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant (single phase) discharged from the compressor 33 flows into the first heat exchanger 34 functioning as a condenser via the flow path switching device 39.
  • the first heat exchanger 34 heat exchange is performed between the flowing high-temperature and high-pressure gas refrigerant and the air supplied by the blower 37, and the high-temperature and high-pressure gas refrigerant is condensed to a high-pressure liquid refrigerant ( Single phase).
  • the high-pressure liquid refrigerant sent out from the first heat exchanger 34 is converted into a two-phase refrigerant consisting of a low-pressure gas refrigerant and a liquid refrigerant by the expansion device 35.
  • the two-phase refrigerant flows into the second heat exchanger 36 that functions as an evaporator.
  • heat exchange is performed between the refrigerant flowing in the two-phase state and the air supplied by the blower 37, and the liquid refrigerant evaporates out of the two-phase state refrigerant to reduce the pressure.
  • the low-pressure gas refrigerant sent out from the second heat exchanger 36 flows into the compressor 33 via the flow path switching device 39, is compressed to become a high-temperature high-pressure gas refrigerant, and is discharged from the compressor 33 again. Thereafter, this cycle is repeated.
  • the second heat exchanger 36 functions as an evaporator. Therefore, in the second heat exchanger 36, when heat is exchanged between the air supplied from the blower 37 and the refrigerant flowing inside the heat transfer tubes constituting the second heat exchanger 36, Moisture in the air is condensed, and water droplets are generated on the surface of the second heat exchanger 36. Water droplets generated in the second heat exchanger 36 flow downward and are discharged through a drainage channel (the drainage region 1b described in the first embodiment) configured with fins and heat transfer tubes.
  • a drainage channel the drainage region 1b described in the first embodiment
  • the second heat exchanger 36 when the second heat exchanger 36 is accommodated in an outdoor unit (not shown) of the refrigeration cycle apparatus 100 and functions as an evaporator by heating operation of the refrigeration cycle apparatus 100, moisture in the air is converted into the second heat exchanger. 36 may frost. Therefore, in an air conditioner or the like capable of heating operation, the “defrosting operation” for removing frost is usually performed when the outside air becomes a certain temperature (for example, 0 ° C.) or less.
  • Defrosting operation refers to supplying hot gas (high-temperature high-pressure gas refrigerant) from the compressor 33 to the second heat exchanger 36 in order to prevent frost from adhering to the second heat exchanger 36 functioning as an evaporator. It is driving to do.
  • the defrosting operation may be executed when the duration time of the heating operation reaches a predetermined value (for example, 30 minutes).
  • the defrosting operation may be performed before the heating operation when the second heat exchanger 36 is at a certain temperature (for example, minus 6 ° C.) or less. The frost and ice adhering to the second heat exchanger 36 are melted by the hot gas supplied to the second heat exchanger 36 during the defrosting operation.
  • the heat exchanger 500 according to Embodiment 1 is used as the second heat exchanger 36
  • the flow direction of the air flowing into the heat exchanger 500 is not particularly limited.
  • the heat exchanger 500 is directed from the water introduction region 1a side to the drainage region 1b side. It is assumed that air flows. That is, in FIG. 9, it is assumed that air flows from the left side to the right side of the drawing.
  • the blower 37 may be installed on either the upstream side or the downstream side of the heat exchanger 500.
  • the heat exchanger 500 includes the water conveyance area 1a in which the “water conveyance structure” is formed and the drainage area 1b in which the “drainage structure” is formed. For this reason, in the 2nd heat exchanger 36, the water droplet adhering to the fin 1 moves easily from the water conveyance area
  • the amount of water remaining in the entire second heat exchanger 36 is likely to be reduced.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 since the heat exchanger 500 according to Embodiment 1 is adopted as the second heat exchanger 36, the drainage of water droplets generated in the second heat exchanger 36 is improved. Greatly improved.
  • coolant used for the refrigerating-cycle apparatus 100 is not specifically limited, Even if it uses refrigerant
  • coolants such as R410A, R32, HFO1234yf
  • coolants such as R410A, R32, HFO1234yf
  • an effect can be exhibited.
  • coolants such as R410A, R32, HFO1234yf
  • coolants such as R410A, R32, HFO1234yf
  • the refrigeration cycle apparatus 100 can be used for any refrigerating machine oil, regardless of whether the oil dissolves in the refrigerant, such as mineral oil, alkylbenzene oil, ester oil, ether oil, fluorine oil, etc.
  • the effect as the heat exchanger 500 can be exhibited.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 there are a water heater, a refrigerator, an air-conditioning hot water supply complex machine, etc., which are easy to manufacture, improve heat exchange performance, and improve energy efficiency. it can.
  • a refrigerant circuit is formed by the compressor 33, the first heat exchanger 34, the expansion device 35, and the second heat exchanger 36, and the first heat exchanger 34 and Since the heat exchanger 500 according to the first embodiment is applied to at least one of the second heat exchangers 36, both improvement of drainage and securing of heat transfer performance are achieved.

Abstract

 本発明に係る熱交換器は、重力方向に延設されたフィンと、フィンに交差するように装着された複数の伝熱管と、を備え、複数の伝熱管を重力方向に並設した熱交換器であって、フィンは、複数の伝熱管のそれぞれの上下に配した導水領域と、数の伝熱管のそれぞれの一方の側部に配した排水領域と、を有し、導水領域は、排水領域に水を導く導水構造を有し、排水領域は、重力方向に水を導く排水構造を有するものである。

Description

熱交換器及び冷凍サイクル装置
 本発明は、フィンチューブ型の熱交換器、及び、この熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。
 従来、所定のフィンピッチ間隔を空けて配置された板状の複数のフィンと、縦幅よりも横幅を大きくした扁平形状の複数の伝熱管(以下、扁平管と称する)と、を備えるフィンチューブ型の熱交換器が知られている。以下の説明において、扁平管を用いたフィンチューブ型の熱交換器を、扁平管熱交換器と称する。
 扁平管熱交換器では、円管を用いた熱交換器と比較して、管内の伝熱面積を大きく確保できることに加え、熱交換流体の通風抵抗を抑制することができるため、伝熱性能を向上することができる。一方で、扁平管を用いた熱交換器を蒸発器として用いたときの排水性については、その断面形状が原因で、扁平管の管面(扁平面)に水滴が残留しやすく、円管と比較して劣る。
 たとえば扁平管熱交換器を冷凍サイクル装置の一例である空気調和機の室外機に搭載される熱源側熱交換器として用いた場合、暖房運転時に、熱交換流体である空気中の水分が結露して、熱源側熱交換器に付着して霜となる。着霜による通風抵抗の増加、伝熱性能の低下、さらには熱交換器の損傷を防ぐことを目的に、空気調和装置は一般的に除霜運転モードを備えている。しかしながら、水滴が熱源側熱交換器に残留した場合には、この水滴は再び氷結して、さらに大きな霜に成長してしまうことになる。したがって、熱源側熱交換器の排水性が悪い場合には、除霜運転の時間を長くする必要があり、その結果、快適性の低下及び平均暖房能力の低下を招くこととなる。
 そこで、排水性を向上させることを目的とした熱交換器が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。特許文献1には、「複数の切り欠きを有する垂直な平板フィンに、偏平管を側面から挿入してなるフィンアンドチューブ形熱交換器において、該偏平管を空気流れの下流方向から挿入するとともに、偏平管の断面が空気流れに対して上り傾斜となるようにフィン面上に切り欠きを設けた」フィンアンドチューブ形熱交換器が開示されている。
特開平7-91873号公報
 特許文献1に開示された熱交換器では、偏平管を空気流れに対して傾斜させることにより、扁平管上面に滞留する結露水を、重力の作用により排出し易くしている。そのため、特許文献1に開示された熱交換器によれば、露飛びを抑制することができ、また除霜時間を低減することができる。その一方で、そのような効果を十分に得るには、扁平管の傾斜角度を大きくする必要がある。扁平管の傾斜角度を大きくした場合、熱交換器内部に流入した空気は、扁平管の前縁において剥離してしまい、扁平管の長所である伝熱性能を阻害してしまう。
 また、傾斜角度を小さくすると、結露水が扁平管の上面および下部面に滞留し易くなってしまう。結露水の排水性が悪いと、扁平管の上面及び下面に滞留した結露水が、フィン及びチューブの腐食の原因となる。フィン及びチューブが腐食すると、熱交換器の信頼性の低下につながってしまう。
 本発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、排水性の向上及び伝熱性能の確保を両立させた熱交換器、及び、この熱交換器を備え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は、重力方向に延設されたフィンと、前記フィンに交差するように装着された複数の伝熱管と、を備え、前記複数の伝熱管を重力方向に並設した熱交換器であって、前記フィンは、前記複数の伝熱管のそれぞれの上下に配した導水領域と、前記複数の伝熱管のそれぞれの一方の側部に配した排水領域と、を有し、前記導水領域は、前記排水領域に水を導く導水構造を有し、前記排水領域は、重力方向に水を導く排水構造を有するものである。
 本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、第1熱交換器、絞り装置、第2熱交換器を冷媒配管によって接続した冷媒回路を有し、上記の熱交換器を、前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器の少なくとも1つとして用いているものである。
 本発明に係る熱交換器によれば、フィンの導水領域が、排水領域に水を導く導水構造を有し、フィンの排水領域が、重力方向に水を導く排水構造を有するので、フィンに付着した水が排水領域から下方に流れやすく、排水性が向上し、空気の通風路が水の氷結等によって閉塞されず伝熱性能が確保できることになる。
 本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記の熱交換器を用いているので、熱交換器で発生した水滴の排水性が大幅に向上されるため、同様に伝熱性能も確保できることになる。
本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器の構成例の一部を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器の構成例の一部を三方向から見た模式図である。 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を構成するフィンの構成例を概略的に示す側面図である。 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を構成する伝熱管の構成例を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器の全体外観構成の一例を示す斜視概要図である。 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を構成するフィンの具体的な構成例の一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を構成するフィンの具体的な構成例の他の一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を構成するフィンの具体的な構成例の更に他の一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器を構成するフィンの具体的な構成例の更に他の一例を示す構成図である。 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器の伝熱管の傾斜角度と伝熱性能及び排水性能との関係を示す図である。 本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器で発生した水の流れを説明するための模式図である。 本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成の一例を概略的に示す回路構成図である。
 以下、図面を適宜参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、図1を含め、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。また、図1を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
実施の形態1.
 図1は、本発明の実施の形態1に係るフィンチューブ型熱交換器(以下、熱交換器500と称する)の構成例の一部を概略的に示す断面図である。図2は、熱交換器500の構成例の一部を三方向から見た模式図である。図3は、熱交換器500を構成するフィン1の構成例を概略的に示す側面図である。図4は、熱交換器500を構成する伝熱管2の構成例を概略的に示す断面図である。図5は、熱交換器500の全体外観構成の一例を示す斜視概要図である。図1~図5に基づいて、熱交換器500について説明する。
 なお、図1及び図2では、空気の流通方向を矢印Xで、フィン1の並んでいる方向を矢印Yで、重力方向を矢印Zで、それぞれ示している。また、図1及び図2では、4本の伝熱管2がフィン1に挿入されている部分を拡大して示している。さらに、図1には、フィン1を上面視及び側面視した模式図を併せて図示している。図2では、(a)が空気の流通方向から見た熱交換器500の側面図であり、(b)が伝熱管2の延設方向から見た熱交換器500の側面図であり、(c)が熱交換器500を上から見た上面図である。さらに、図5では、空気の流れを白抜き矢印で示している。
 熱交換器500は、複数枚が所定の間隔で配置され、その間を空気などの流体が流れる板状のフィン1と、フィン1に軸方向に挿入された複数の伝熱管2と、を備えている。複数枚のフィン1は、重力方向が長手となるように延設された板状部材で形成されている。複数枚のフィン1は、空気の流れ方向に対して垂直で、かつ重力方向に対して垂直な方向(矢印Y方向)に、所定のフィンピッチFpを空けて配置されている。複数の伝熱管2は、矢印Y方向に延び、複数のフィン1を横切るように配置される。複数のフィン1と複数の伝熱管2とは、ろう付けにより一体的に密着されている。
(フィン1の概略構成)
 フィン1は、伝熱管2の上下に配した導水領域1aと、伝熱管2の側部に配した排水領域1bと、を有している。
 具体的には、導水領域1aは、重力方向となるフィン1の長手方向に複数の切欠部10が配置された領域であり、伝熱管2が挿入密着される領域である。つまり、導水領域1aは、上下に隣り合う伝熱管2の間に付着した水(たとえば結露水)を排水領域1bに導く領域である。
 また、排水領域1bは、重力方向となるフィン1の長手方向に複数の切欠部10が形成されていない領域である。つまり、排水領域1bは、フィン1に付着した水(導水領域1aから導かれた水を含む)を重力方向に導く領域である。
 フィン1は、一側部側(図3の紙面左側)から他側部側(図3の紙面右側)に向かって、伝熱管2の外径に沿った形状で切り欠かれた切欠部10を有している。切欠部10の他側部側の端部を奥部10aと称し、切欠部10の一側部側の端部を挿入部10bと称する。奥部10aは、図3に示すようにフィレット状となっている。ただし、奥部10aの形状をフィレット状に限定するものではなく、楕円状となっていてもよい。つまり、奥部10aは、伝熱管2の形状に応じて形成されていればよい。奥部10aの最端部を通る重力方向の直線が、導水領域1aと排水領域1bとの境界線となっている(図3に示す一点鎖線A)。
 挿入部10bは、フィン1の他側部側から一側部側に向かって広がった形状を有している。挿入部10bをこのような形状とすることにより、切欠部10への伝熱管2の挿入を容易にしている。
 上下に隣り合う切欠部10の重力方向の距離は、段ピッチDpで一定としている。
 また、フィン1は、例えばアルミニウム製又はアルミニウム合金製である。
(伝熱管2の概略構成)
 複数の伝熱管2は、フィン1の複数の切欠部10に装着され、フィン1と交差するものである。複数の伝熱管2は、フィン1の切欠部10に装着されるため、重力方向に並設したものとなっている。また、伝熱管2は、図1に示すように、縦幅(断面短軸方向)よりも横幅(断面長軸方向)を大きくした形状に構成されている。つまり、複数の伝熱管2は、長軸の向きがフィン1の間を流れる流体の流通方向とされ、流通方向に対して直交する段方向(紙面上下方向)に間隔を空けて配置される。
 なお、以下の説明において、伝熱管2の長軸、つまりフィン1の幅方向に伸びる部分を、伝熱管2の幅と称する場合がある。また、ここでは、伝熱管2が扁平管である場合を例に説明するが、伝熱管2が厳密に扁平形状に構成されている必要はなく、伝熱管2は縦幅よりも横幅が大きい形状であればよい。
 伝熱管2は、図4に示すように、扁平形状の上部を含む上面2a、扁平形状の下部を含む下面2c、幅方向の一方の端部(図4では紙面左側の端部)を含む一側部2d、及び、幅方向の他方の端部(図4では紙面右側の端部)を含む他側部2bを有している。なお、図4では上面2aと下面2cとが平行になっている伝熱管2を例に示しているが、上面2a又は下面2cを傾斜させて上面2aと下面2cとが平行になっていなくてもよい。
 一側部2d、および、他側部2bのそれぞれの断面形状は、円弧形状、つまりフィレット状となっている。伝熱管2がフィン1の切欠部10に装着された状態において、他側部2bはフィン1に形成された切欠部10の奥部10a側に位置し、一側部2dはフィン1に形成された切欠部10の挿入部10b側に位置している。
 上下に隣り合う伝熱管2の重力方向の距離は、段ピッチDpで一定としている。
 また、伝熱管2は、例えばアルミニウム製又はアルミニウム合金製である。
 伝熱管2の内部には複数の隔壁2Aが形成され、隔壁2Aによって伝熱管2の内部に複数の冷媒流路20が形成されている。なお、隔壁2Aの表面、及び、伝熱管2の内壁面に溝又はスリットを形成してもよい。これにより、冷媒流路20を流れる冷媒との接触面積が増えることになり、熱交換効率が向上する。
 伝熱管2は、上面2a及び下面2cを幅方向の中心部を通る鉛直線に対して略対称となるように形成される。これにより、伝熱管2を押出成形する場合の製造性を確保し易くなる。
 なお、伝熱管2は、例えば、押出成形により断面が長円形状となるように作製した後に、追加工により最終形状を形成してもよい。
(フィン1の詳細な構成その1)
 図6は、熱交換器500を構成するフィン1の具体的な構成例の一例を示す構成図である。図1、図2及び図6に基づいて、フィン1の具体的な構成例の1つについて詳細に説明する。なお、図6では、空気の流通方向を矢印Xで、フィン1の並んでいる方向を矢印Yで、重力方向を矢印Zで、それぞれ示している。また、図6では、4本の伝熱管2がフィン1に挿入されている部分を拡大して示している。
 図1、図2及び図6に示すように、フィン1は、導水領域1aと排水領域1bを有している。そして、フィン1は、導水領域1aの少なくとも一部に形成された、排水領域1bの方向に向かって水を導出する導水構造を有している。また、フィン1は、排水領域1bの少なくとも一部に形成された、重力方向に向かって水を排出する排水構造を有している。
「導水構造」
 導水構造は、導水領域1aの少なくとも一部に形成されている。具体的には、フィン1を構成する部材の一部を、稜線がX軸方向と平行となる波型にすることで導水構造を形成している。以下、波型形状の導水構造を波型導水構造1a-1と称する。導水領域1aを波型導水構造1a-1とすることにより、導水領域1aに付着した水を波型導水構造1a-1の稜線に沿って流すことができ、排水領域1bに導きやすくなる。そのため、熱交換器500としての排水性が向上することになる。
 波型導水構造1a-1の波型の本数については、特に限定するものではない。また、波型導水構造1a-1の波型の山部及び谷部の頂点を、角度を持って構成してもよく、R部として曲面で構成してもよい。さらに、波型導水構造1a-1の波型の稜線が、X軸方向と厳密に平行である必要はなく、X軸方向に対して傾斜していてもよい。波型導水構造1a-1の波型の稜線が排水領域1bに向かって下方に傾斜した波型であれば、排水領域1bに水をより案内しやすくなる(図9参照)。
「排水構造」
 排水構造は、排水領域1bの少なくとも一部に形成されている。具体的には、フィン1を構成する部材の一部を、稜線がZ軸方向と平行となる波型にすることで排水構造を形成している。以下、波型形状の排水構造を波型排水構造1b-1と称する。排水領域1bを波型排水構造1b-1とすることにより、排水領域1bに付着した水(導水領域1aから導かれた水を含む)を波型排水構造1b-1の稜線に沿って流すことができ、熱交換器500の下方に排出しやすくなる。そのため、熱交換器500としての排水性が向上することになる。
 波型排水構造1b-1の波型の本数については、特に限定するものではない。また、波型排水構造1b-1の波型の山部及び谷部の頂点を、角度を持って構成してもよく、R部として曲面で構成してもよい。さらに、図1及び図6では、波型排水構造1b-1が、切欠部10の形成位置で離隔されている状態を例に示しているが、図2に示すように波型排水構造1b-1の全部を繋げて構成してもよい。
 なお、図1及び図6では、波型導水構造1a-1と波型排水構造1b-1とが離隔されている状態を例に示しているが、これに限定するものではなく、図2に示すように波型導水構造1a-1と波型排水構造1b-1とを繋げてもよい。波型導水構造1a-1と波型排水構造1b-1とが離隔されている場合において、両者の離隔距離を特に限定するものではない。
 また、フィン1に、フィン1の一部を切り起こしたスリットを形成してもよい。スリットは、伝熱に伴う抵抗を低減することにより、フィン1間の通風路を流れる空気とフィン1との間の熱伝達を促進させる機能を果たす。スリットを形成する場合、形成位置を特に限定するものではないが、導水領域1a(つまり、波型導水構造1a-1)の少なくとも一部に形成したり、排水領域1b(つまり波型排水構造1b-1)の少なくも一部に形成したり、双方のそれぞれの少なくとも一部に形成したりすることができる。
(フィン1の詳細な構成その2)
 図7は、熱交換器500を構成するフィン1の具体的な構成例の他の一例を示す構成図である。図7に基づいて、フィン1の具体的な構成例の1つについて詳細に説明する。なお、図7では、空気の流通方向を矢印Xで、フィン1の並んでいる方向を矢印Yで、重力方向を矢印Zで、それぞれ示している。また、図7では、4本の伝熱管2がフィン1に挿入されている部分を拡大して示している。
「導水構造」
 図7に示すように、フィン1を構成する部材の一部をディンプル状とすることで導水構造を形成してもよい。以下、ディンプル状の導水構造をディンプル導水構造1a-2と称する。導水領域1aをディンプル導水構造1a-2とすることにより、導水領域1aに付着した水をディンプルの表面張力を利用して排水領域1bに導きやすくなる。そのため、熱交換器500としての排水性が向上することになる。
 ディンプル導水構造1a-2のディンプルの個数については、特に限定するものではない。また、ディンプル導水構造1a-2のディンプルの深さ、ディンプル同士の間隔を、特に限定するものではない。また、ディンプル導水構造1a-2のディンプルの頂部を、角度を持って構成してもよく、R部として曲面で構成してもよい。さらに、ディンプル導水構造1a-2のディンプルを構成している1つ1つの大きさが、そろっている必要はなく、全部が異なっていてもよいし、一部が異なっていてもよい。
「排水構造」
 図7に示すように、フィン1を構成する部材の一部をディンプル状とすることで排水構造を形成してもよい。以下、ディンプル状の排水構造をディンプル排水構造1b-2と称する。ディンプル排水構造1b-2とすることにより、排水領域1bに付着した水(導水領域1aから導かれた水を含む)をディンプルの表面張力を利用して重力方向に沿って流すことができ、熱交換器500の下方に排出しやすくなる。そのため、熱交換器500としての排水性が向上することになる。
 ディンプル排水構造1b-2のディンプルの個数については、特に限定するものではない。また、ディンプル排水構造1b-2のディンプルの深さ、ディンプル同士の間隔を、特に限定するものではない。また、ディンプル排水構造1b-2のディンプルの頂部を、角度を持って構成してもよく、R部として曲面で構成してもよい。さらに、ディンプル排水構造1b-2のディンプルを構成している1つ1つの大きさが、そろっている必要はなく、全部が異なっていてもよいし、一部が異なっていてもよい。
 ディンプル導水構造1a-2のディンプルと、ディンプル排水構造1b-2のディンプルと、の疎密状態を同じとしてもよいが、疎密状態を変化させてもよい。疎密を変化させることで表面張力を調整することができ、導水領域1aから排水領域1bに向かっての水の流れを作りやすい。つまり、導水領域1aの形状と排水領域1bの形状とに形状差をつけることで、導水領域1aから排水領域1bに向かっての水の流れが形成されやすくなる。
 なお、ディンプル導水構造1a-2の各ディンプルの間隔と、ディンプル排水構造1b-2の各ディンプルの間隔とを調整することにより、疎密状態を変化させることができる。あるいは、ディンプル導水構造1a-2の各ディンプルの高さと、ディンプル排水構造1b-2の各ディンプルの高さとを調整することにより、疎密状態を変化させるとよい。ディンプルの高さとは、フィン1を底面と見たときのフィン1からディンプルの頂点までの高さのことをいう。
 なお、図1及び図7では、ディンプル導水構造1a-2とディンプル排水構造1b-2とが離隔されている状態を例に示しているが、これに限定するものではなく、ディンプル導水構造1a-2とディンプル排水構造1b-2とがつながっていてもよい。ディンプル導水構造1a-2とディンプル排水構造1b-2とが離隔されている場合において、両者の離隔距離を特に限定するものではない。
 また、フィン1に、フィン1の一部を切り起こしたスリットを形成してもよい。スリットは、上述したように、フィン1間の通風路を流れる空気とフィン1との間の熱伝達を促進させる機能を果たす。スリットを形成する場合、形成位置を特に限定するものではないが、導水領域1a(つまりディンプル導水構造1a-2)の少なくとも一部に形成したり、排水領域1b(つまりディンプル排水構造1b-2)の少なくも一部に形成したり、双方のそれぞれの少なくとも一部に形成したりすることができる。
(フィン1の詳細な構成その3)
 図8は、熱交換器500を構成するフィン1の具体的な構成例の更に他の一例を示す構成図である。図8に基づいて、フィン1の具体的な構成例の1つについて詳細に説明する。なお、図8では、空気の流通方向を矢印Xで、フィン1の並んでいる方向を矢印Yで、重力方向を矢印Zで、それぞれ示している。また、図8では、4本の伝熱管2がフィン1に挿入されている部分を拡大して示している。
 図8に示すように、フィン1を構成する部材の一部にスリットを形成して導水構造を構成してもよい。以下、スリットを形成した導水構造をスリット導水構造1a-3と称する。スリット導水構造1a-3とすることにより、導水領域1aに付着した水を形状の相違を利用して排水領域1bに導きやすくなる。そのため、熱交換器500としての排水性が向上することになる。
 スリット導水構造1a-3のスリットの個数については、特に限定するものではない。また、スリット導水構造1a-3のスリットの大きさ、形状を、特に限定するものではない。また、スリット導水構造1a-3のスリットの1つ1つの大きさが、そろっている必要はなく、全部が異なっていてもよいし、一部が異なっていてもよい。さらに、スリット導水構造1a-3をX軸方向に対して傾斜させた場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、X軸方向に対して傾斜していなくてもよい。
「排水構造」
 図8に示すように、フィン1を構成する部材の一部にスリットを形成して排水構造を構成してもよい。以下、スリットを形成した排水構造をスリット排水構造1b-3と称する。スリット排水構造1b-3とすることにより、排水領域1bに付着した水(導水領域1aから導かれた水を含む)を形状の相違を利用して重力方向に沿って流すことができ、熱交換器500の下方に排出しやすくなる。そのため、熱交換器500としての排水性が向上することになる。
 スリット排水構造1b-3のスリットの個数については、特に限定するものではない。また、スリット排水構造1b-3のスリットの大きさ、形状を、特に限定するものではない。また、スリット排水構造1b-3のスリットの1つ1つの大きさが、そろっている必要はなく、全部が異なっていてもよいし、一部が異なっていてもよい。
(フィン1の詳細な構成その4)
 導水構造と排水構造の具体的な組み合わせ例として、波型導水構造1a-1と波型排水構造1b-1、ディンプル導水構造1a-2とディンプル排水構造1b-2、スリット導水構造1a-3とスリット排水構造1b-3を挙げて説明したが、これらは適宜組み合わせを変更することが可能なものとする。たとえば、波型導水構造1a-1とディンプル排水構造1b-2を組み合わせたり、ディンプル導水構造1a-2と波型排水構造1b-1を組み合わせたりすることができる。また、これらの組み合わせについても、スリット導水構造1a-3とスリット排水構造1b-3を含めるようにしてもよい。
(フィン1の詳細な構成その5)
 図9は、熱交換器500を構成するフィン1の具体的な構成例の更に他の一例を示す構成図である。図10は、熱交換器500の伝熱管2の傾斜角度θと伝熱性能及び排水性能との関係を示す図である。図9及び図10に基づいて、フィン1の具体的な構成例の1つについて詳細に説明する。なお、図9では、空気の流通方向を矢印Xで、フィン1の並んでいる方向を矢印Yで、重力方向を矢印Zで、それぞれ示している。また、図9では、4本の伝熱管2がフィン1に挿入されている部分を拡大して示している。さらに図10では、縦軸が伝熱性能及び排水性能を、横軸が傾斜角度θを、それぞれ示している。
 図6では、切欠部10の長軸及び波型導水構造1a-1の稜線が、X軸方向と平行となっている状態を例に説明したが、図9では、切欠部10の長軸及び波型導水構造1a-1の稜線をX軸方向に対して傾斜させた例を示している。つまり、伝熱管2は、長軸が排水領域1bに向かって下向きに傾斜してフィン1に装着されている。このようにしておけば、伝熱管2の上面2aに滞留する水及び波型導水構造1a-1に付着した水が、より排水領域1bに移動しやすくなり、排水性が更に向上することになる。なお、図9では、傾斜させた波型導水構造を傾斜波型導水構造1a-4として図示している。
 図10から、排水性能が、傾斜角度θが0~20度の範囲で一気に向上するが、20度以上になると飽和傾向となり、排水性の大幅な向上は見込めないということがわかる。一方で、傾斜角度θを大きくするに従い伝熱性能が低下していくということがわかる。これは、傾斜角度θを大きくすると、上段の伝熱管2と下段の伝熱管2との距離が狭まり、空気が流れるときの通風抵抗が増大してしまうからだと考えられる。したがって、傾斜角度θとしては、X軸に対して20度以下とすることが望ましい。
 なお、切欠部10の長軸及び傾斜波型導水構造1a-4の稜線の全部をX軸方向に対して傾斜させる必要はなく、切欠部10の長軸及び傾斜波型導水構造1a-4の稜線の少なくとも一部がX軸方向に対して傾斜していればよい。また、切欠部10の長軸及び傾斜波型導水構造1a-4の稜線のうち少なくともいずれかだけをX軸方向に対して傾斜させてもよい。
 さらに、ここでは、傾斜波型導水構造1a-4を例に説明したが、ディンプル導水構造1a-2、スリット導水構造1a-3であっても同様の考え方で、傾斜させてもよい。
(熱交換器500の概略構成)
 熱交換器500は、たとえば図3に示すフィン1と図4に示す伝熱管2の組み合わせを、流体の流通方向に対して並行な方向に間隔を空けて2列並べることで構成される。図3に示すフィン1と図4に示す伝熱管2の組み合わせを、図5に示すように風上側熱交換器500A、風下側熱交換器500Bとして2列並べて熱交換器500を構成するとよい。つまり、風上側熱交換器500A及び風下側熱交換器500Bは、図3に示すフィン1と図4に示す伝熱管2の組み合わせで同様に構成されている。
 なお、図6~図9のいずれかに示すフィン1と図4に示す伝熱管2との組み合わせを、図5に示すように風上側熱交換器500A、風下側熱交換器500Bとして2列並べて熱交換器500を構成してもよい。また、たとえば、風上側熱交換器500Aを図7に示すフィン1と図4に示す伝熱管2との組み合わせで構成し、風下側熱交換器500Bを図8に示すフィン1と図5に示す伝熱管2との組み合わせで構成してもよい。
 なお、熱交換器500は、風上側熱交換器500A及び風下側熱交換器500Bの他に、たとえば、風上側ヘッダ集合管503、風下側ヘッダ集合管504、列間接続部材505を備えている。
(熱交換器500の作用)
 図11は、熱交換器500で発生した水の流れを説明するための模式図である。図11に基づいて、熱交換器500の作用について説明する。なお、図11には、熱交換器500で発生した水を水滴Wとして図示している。また、図11では、導水構造として波型導水構造1a-1を、排水構造として波型排水構造1b-1を、それぞれ採用した熱交換器500を例に示している。
 まず、送風手段から供給される空気と、伝熱管2の内部を流れる冷媒との間で熱交換を行うときについて説明する。
 送風手段は、例えば、プロペラファン、モータ、および、制御機器等から構成され、熱交換器500の上流側又は下流側に、プロペラファンの回転軸が略水平となるように配置されている。なお、空気の流れ方向は、導水領域1a側から熱交換器500に流入してもよいし、排水領域1b側から熱交換器500に流入してもよい。
 空気は、導水領域1a側又は排水領域1b側から、複数枚のフィン1の間に流入する。導水領域1a側から流入した空気は、排水領域1b側から流出する。排水領域1b側から流入した空気は、導水領域1a側から流出する。いずれの経路においても、伝熱管2の前縁に到達した空気は、上面2aと下面2cの二手に分かれることになる。導水領域1a側から空気が流入する場合、一側部2dが伝熱管2の前縁となる。排水領域1b側から空気が流入する場合、他側部2bが伝熱管2の前縁となる。
 上面2aでの空気の流れについて説明する。
 上面2aは、空気の流れ方向と平行であるため、伝熱管2の幅方向のほぼ全域において、空気は上面2aに沿って流れことができ、大きな剥離を発生させることなく空気と伝熱管2の表面との間の熱交換を促進することができる。また、通風抵抗を軽減することができる。
 下面2cでの空気の流れについて説明する。
 下面2cも、空気の流れ方向と平行であるため、伝熱管2の幅方向のほぼ全域において、空気は下面2cに沿って流れことができ、大きな剥離を発生させることなく空気と伝熱管2の表面との間の熱交換を促進することができる。また、通風抵抗を軽減することができる。
 次に、熱交換器500の導水領域1aに付着した水滴の排出過程について説明する。
 たとえば、熱交換器500を蒸発器として用いた場合、熱交換器500では凝縮水が発生する。この凝縮主が水滴Wとなり、フィン1の導水領域1aに付着する。導水領域1aに付着した水滴Wは、導水領域1aに沿って下方に流れる。導水領域1aを下方に流れた水滴Wは、その導水領域1aの下方に位置する伝熱管2の上面2aに到達する。
 伝熱管2の上面2aに到達した水滴Wは、伝熱管2の上面2aに滞留し、成長する。成長した水滴Wは、一定以上の大きさになると、伝熱管2の形状により、他側部2b、一側部2dの方向に導かれる。そして、他側部2b側に流れ、排水領域1bに至った水滴Wは、排水領域1bを伝って、熱交換器500の下方に排出される。排水領域1bには、伝熱管2が存在しないため、水滴Wは、フィン1の表面を伝って一気に熱交換器500の下部に流れ、排出される。
 導水領域1aから排水領域1bに伝っていかなかった水滴Wは、伝熱管2の他側部2b、一側部2dを伝って下面2cに回り込む。伝熱管2の下面2cに回り込んだ水滴Wは、表面張力、重力及び静止摩擦力等が釣り合った状態で、伝熱管2の下面2cに滞留して成長する。水滴Wは、成長に伴って下方に膨らんでいき、重力の影響が大きくなる。そして、水滴Wにかかる重力が、表面張力等の重力方向上方(矢印Z方向)の力に勝ると、水滴Wは、表面張力の影響を受けなくなり、伝熱管2の下面2cから離脱して、下方に落下する。
 伝熱管2の下面2cから離脱した水滴Wは、再び導水領域1aに沿って下方に流れ、下段の伝熱管2の上面2aに到達する。あるいは、伝熱管2の下面2cから離脱した水滴Wは、他側部2b側に流れ、排水領域1bに導かれ、排水領域1bを伝って熱交換器500の下方に排出される。すなわち、水滴Wは、上方から下方に向かって同様の挙動を繰り返し、最終的には熱交換器500の下方から排水される。
 ここで、熱交換器500では、導水領域1aに「導水構造」が形成され、排水領域1bに「排水構造」が形成されている。そのため、導水領域1aに付着した水滴Wが排水領域1b側に移動しやすくなっており、排水性が向上する。具体的には、導水領域1aに付着した水滴Wは、波型に形成された導水構造の稜線方向に沿って流れるので、排水領域1bに到達しやすくなっている。
 以上のように、熱交換器500では、導水領域1aに「導水構造」を形成し、排水領域1bに「排水構造」を形成したので、排水性が向上することになる。それに伴い、熱交換器500では、空気の通風路となる部分が水滴Wの氷結等によって閉塞されることがなくなり、伝熱性能が低下してしまうのを大幅に抑制できる。また、熱交換器500によれば、導水領域1aに「導水構造」を形成し、排水領域1bに「排水構造」を形成したので、導水領域1a及び排水領域1bの表面積が増加することになり、伝熱性能が向上することにもなる。
 なお、実施の形態1では、伝熱管2として縦幅よりも横幅を大きくした扁平形状のものを例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、伝熱管2として円管を採用してもよい。また、複数枚のフィン1を備えた熱交換器を例に説明したが、これに限定するものではなく、フィン1は1枚であってもよい。
実施の形態2.
 図12は、本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置100の冷媒回路構成の一例を概略的に示す回路構成図である。図12に基づいて、冷凍サイクル装置100について説明する。なお、本実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。また、図12では、冷凍サイクル装置100の一例として空気調和装置を例に説明するものとする。さらに、図12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12に示すように、冷凍サイクル装置100は、圧縮機33、流路切替装置39、第1熱交換器34、絞り装置35、第2熱交換器36、及び、送風機37を備えている。そして、圧縮機33、第1熱交換器34、絞り装置35、及び、第2熱交換器36が、冷媒配管40によって接続され、冷媒回路が形成されている。送風機37は、第1熱交換器34および第2熱交換器36に付設され、第1熱交換器34及び第2熱交換器36に空気を供給するようになっている。なお、送風機37はいずれも送風機用モータ38により回転される。
 圧縮機33は、冷媒を圧縮するものである。圧縮機33で圧縮された冷媒は、吐出されて第1熱交換器34へ送られる。圧縮機33は、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、往復圧縮機等で構成することができる。
 第1熱交換器34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。つまり、凝縮器として機能する場合、第1熱交換器34は、圧縮機33から吐出された高温高圧の冷媒と送風機37により供給される空気とが熱交換し、高温高圧のガス冷媒が凝縮する。一方、蒸発器として機能する場合、第1熱交換器34は、絞り装置35から流出された低温低圧の冷媒と送風機37により供給される空気とが熱交換し、低温低圧の液冷媒または二相冷媒が蒸発する。
 絞り装置35は、第1熱交換器34又は第2熱交換器36から流出した冷媒を膨張させて減圧するものである。絞り装置35は、例えば冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁等で構成するとよい。なお、絞り装置35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、または、キャピラリーチューブ等を適用することも可能である。
 第2熱交換器36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。つまり、蒸発器として機能する場合、第2熱交換器36は、絞り装置35から流出された低温低圧の冷媒と送風機37により供給される空気とが熱交換し、低温低圧の液冷媒または二相冷媒が蒸発する。一方、凝縮器として機能する場合、第2熱交換器36は、圧縮機33から吐出された高温高圧の冷媒と送風機37により供給される空気とが熱交換し、高温高圧のガス冷媒が凝縮する。
 流路切替装置39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、流路切替装置39は、暖房運転時には圧縮機33と第1熱交換器34とを接続するように切り替えられ、冷房運転時には圧縮機と第2熱交換器36とを接続するように切り替えられる。なお、流路切替装置39は、たとえば四方弁で構成するとよい。ただし、二方弁又は三方弁の組み合わせを流路切替装置39として採用してもよい。
 ここで、実施の形態1に係る熱交換器500を、第1熱交換器34又は第2熱交換器36、もしくは、第1熱交換器34及び第2熱交換器36の両方に用いることができる。つまり、冷凍サイクル装置100は、実施の形態1に係る熱交換器500を、第1熱交換器34及び第2熱交換器36のうち少なくともいずれか1つとして備えている。ただし、実施の形態1で説明したように、熱交換器500を第2熱交換器36として用いることが望ましい。
<冷凍サイクル装置100の動作>
 次に、冷凍サイクル装置100の動作について、冷媒の流れとともに説明する。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100の動作について説明する。
 まず、冷凍サイクル装置100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12の破線矢印で示している。
 図12に示すように、圧縮機33を駆動させることによって、圧縮機33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33から吐出した高温高圧のガス冷媒(単相)は、流路切替装置39を介して凝縮器として機能する第2熱交換器36に流れ込む。第2熱交換器36では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、送風機37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は、凝縮して高圧の液冷媒(単相)になる。
 第2熱交換器36から送り出された高圧の液冷媒は、絞り装置35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第1熱交換器34に流れ込む。第1熱交換器34では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、送風機37によって供給される空気との間で熱交換が行われて、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。第1熱交換器34から送り出された低圧のガス冷媒は、流路切替装置39を介して圧縮機33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33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100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12の実線矢印で示している。
 図12に示すように、圧縮機33を駆動させることによって、圧縮機33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33から吐出した高温高圧のガス冷媒(単相)は、流路切替装置39を介して凝縮器として機能する第1熱交換器34に流れ込む。第1熱交換器34では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、送風機37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は、凝縮して高圧の液冷媒(単相)になる。
 第1熱交換器34から送り出された高圧の液冷媒は、絞り装置35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第2熱交換器36に流れ込む。第2熱交換器36では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、送風機37によって供給される空気との間で熱交換が行われて、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。第2熱交換器36から送り出された低圧のガス冷媒は、流路切替装置39を介して圧縮機33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33から吐出する。以下、このサイクルが繰り返される。
 なお、冷凍サイクル装置100の暖房運転時においては、第2熱交換器36が蒸発器として機能している。そのため、第2熱交換器36では、送風機37から供給される空気と、第2熱交換器36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、第2熱交換器36の表面に水滴が生ずる。第2熱交換器36で生じた水滴は、フィンと伝熱管で構成された排水路(実施の形態1で説明した排水領域1b)を通じて、下方へ流下して排出される。
 例えば、第2熱交換器36が冷凍サイクル装置100の室外機(図示せず)に収容され、冷凍サイクル装置100の暖房運転によって蒸発器として機能する場合、空気中の水分が第2熱交換器36に着霜することがある。そのため、暖房運転が可能な空気調和装置等では、通常、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」を行うようになっている。
 「除霜運転」とは、蒸発器として機能する第2熱交換器36に霜が付着するのを防ぐために圧縮機33から第2熱交換器36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、第2熱交換器36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。第2熱交換器36に付着した霜および氷は、除霜運転時に第2熱交換器36に供給されるホットガスによって融解される。
 ここで、実施の形態1に係る熱交換器500を、第2熱交換器36として用いた場合について説明する。実施の形態1では、熱交換器500に流入させる空気の流れ方向について、特段の限定を行わなかったが、実施の形態2では、熱交換器500の導水領域1a側から排水領域1b側に向けて空気が流れるものとして説明する。つまり、図9で言うと、紙面左側から右側に空気が流れるものとする。なお、送風機37は、熱交換器500の上流側又は下流側のいずれに設置されていてもよい。
 実施の形態1で説明したように、熱交換器500は、「導水構造」が形成されている導水領域1aと、「排水構造」が形成されている排水領域1bとを有している。このため、第2熱交換器36においては、フィン1に付着した水滴が、導水領域1aから排水領域1bに移動しやすくなっている。加えて、導水領域1a側から排水領域1b側に向けて空気が流れるようになっているので、空気の流れを利用して、フィン1に付着した水滴が、さらに移動しやすくなっている。また、フィン1の重力方向下側になるに従い同様の作用を繰り返すため、フィン1の重力方向下側になるに伴い導水領域1aに付着した水滴Wの多くが排水領域1bに導かれることになる。
 これにより、第2熱交換器36の全体における水の滞留量も減少しやすい。このように、冷凍サイクル装置100によれば、第2熱交換器36として実施の形態1に係る熱交換器500を採用しているので、第2熱交換器36で発生した水滴の排水性が大幅に向上される。
 また、除霜運転によって、第2熱交換器36に付着した霜が融解し始めた直後、多量の水滴が第2熱交換器36から排出されることにもなる。このため、冷凍サイクル装置100によれば、除霜運転に要する除霜時間が短くなる。したがって、除霜運転に必要な熱量を減らし、且つ、除霜時間を低減することができるので、冷凍サイクル装置100は高効率なものとなる。さらに、冷凍サイクル装置100によれば、暖房運転時の残水を減少させることができるので、信頼性の向上、通風抵抗の減少、着霜耐力の向上が実現される。
 なお、冷凍サイクル装置100に使用する冷媒を特に限定するものではなく、R410A、R32、HFO1234yf等の冷媒を使用しても効果を発揮することができる。
 また、作動流体としては空気および冷媒の例を示したが、これに限定するものではなく、他の気体、液体、気液混合流体を用いても、同様の効果を発揮する。つまり、冷凍サイクル装置100の用途に応じて、作動流体は変化するものであり、どの場合であっても効果を奏することになる。
 さらに、熱交換器500を第1熱交換器34として用いた場合においても同様な効果を奏することができる。
 また、冷凍サイクル装置100については、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、フッ素油系など、冷媒に油が溶ける、溶けないにかかわらず、どんな冷凍機油について用いることができ、熱交換器500としての効果を発揮することができる。
 さらに、冷凍サイクル装置100のその他の例としては、給湯器や冷凍機、空調給湯複合機などがあり、いずれの場合も製造が容易で、熱交換性能を向上し、エネルギ効率を向上させることができる。
 以上のように、冷凍サイクル装置100によれば、圧縮機33、第1熱交換器34、絞り装置35、および、第2熱交換器36により冷媒回路が形成され、第1熱交換器34及び第2熱交換器36のうち少なくともいずれか1つに実施の形態1に係る熱交換器500を適用しているので、排水性の向上及び伝熱性能の確保を両立することになる。
 1 フィン、1a 導水領域、1a-1 波型導水構造、1a-2 ディンプル導水構造、1a-3 スリット導水構造、1a-4 傾斜波型導水構造、1b 排水領域、1b-1 波型排水構造、1b-2 ディンプル排水構造、1b-3 スリット排水構造、2 伝熱管、2A 隔壁、2a 上面、2b 他側部、2c 下面、2d 一側部、10 切欠部、10a 奥部、10b 挿入部、20 冷媒流路、33 圧縮機、34 第1熱交換器、35 絞り装置、36 第2熱交換器、37 送風機、38 送風機用モータ、39 流路切替装置、40 冷媒配管、100 冷凍サイクル装置、500 熱交換器、500A 風上側熱交換器、500B 風下側熱交換器、503 風上側ヘッダ集合管、504 風下側ヘッダ集合管、505 列間接続部材、W 水滴、X 空気の流通方向、Y フィンの並んでいる方向、Z 重力方向。

Claims (12)

  1.  重力方向に延設されたフィンと、前記フィンに交差するように装着された複数の伝熱管と、を備え、前記複数の伝熱管を重力方向に並設した熱交換器であって、
     前記フィンは、
     前記複数の伝熱管のそれぞれの上下に配した導水領域と、
     前記複数の伝熱管のそれぞれの一方の側部に配した排水領域と、を有し、
     前記導水領域は、前記排水領域に水を導く導水構造を有し、
     前記排水領域は、重力方向に水を導く排水構造を有する
     熱交換器。
  2.  前記導水構造は、
     前記フィンの一部を波型に形成して構成された
     請求項1に記載の熱交換器。
  3.  前記導水構造は、
     前記フィンの一部をディンプル状に形成して構成された
     請求項1に記載の熱交換器。
  4.  前記導水構造は、
     前記フィンの一部を切り起こして形成したスリットを有している
     請求項2又は3に記載の熱交換器。
  5.  前記排水構造は、
     前記フィンの一部を波型に形成して構成された
     請求項1~4のいずれか一項に記載の熱交換器。
  6.  前記排水構造は、
     前記フィンの一部をディンプル状に形成して構成された
     請求項1~4のいずれか一項に記載の熱交換器。
  7.  前記排水構造は、
     前記フィンの一部を切り起こして形成したスリットを有している
     請求項5又は6に記載の熱交換器。
  8.  前記複数の伝熱管は、
     断面短軸方向よりも断面長軸方向を大きくした形状である
     請求項1~7のいずれか一項に記載の熱交換器。
  9.  前記複数の伝熱管のそれぞれの断面長軸方向が、
     前記排水領域に向かって下向きに傾斜している
     請求項8に記載の熱交換器。
  10.  傾斜させた前記複数の伝熱管のそれぞれの傾斜角度を20度以下とした
     請求項9に記載の熱交換器。
  11.  圧縮機、第1熱交換器、絞り装置、第2熱交換器を冷媒配管によって接続した冷媒回路を有し、
     請求項1~10のいずれか一項に記載の熱交換器を、前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器の少なくとも1つとして用いている
     冷凍サイクル装置。
  12.  請求項1~10のいずれか一項に記載の熱交換器を前記第2熱交換器として用いているものにおいて、
     前記第2熱交換器に空気を供給する送風機を設け、
     前記送風機によって供給される空気を前記第2熱交換器の前記導水領域側から流入させる
     請求項11に記載の冷凍サイクル装置。
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