WO2018078800A1

WO2018078800A1 - 熱交換器及び冷凍サイクル装置

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Publication number: WO2018078800A1
Application number: PCT/JP2016/082072
Authority: WO
Inventors: 中村　伸; 前田　剛志; 石橋　晃
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-05-03
Also published as: EP3534103B1; JP6701371B2; EP3534103A4; JPWO2018078800A1; EP3534103A1

Abstract

ファンから空気が供給される熱交換器は、板状のフィンと、フィンに挿入された扁平形状の第１の伝熱管と、フィンに挿入され、第１の伝熱管と間隔をおいて重力方向に並んで配置された扁平形状の第２の伝熱管とを備える。第１の伝熱管の風上側の端部である第１の風上端部と、第２の伝熱管の風上側の端部である第２の風上端部とを結ぶ線を第１の仮想線とし、第１の伝熱管の風下側の端部である第１の風下端部と、第２の伝熱管の風下側の端部である第２の風下端部とを結ぶ線を第２の仮想線としたとき、フィンの風上側の端部と第１の仮想線とで画定される風上フィン領域の、ファンからの空気の通風方向に沿った長さは、第２の仮想線とフィンの風下側の端部とで画定される風下フィン領域の通風方向に沿った長さより長い。

Description

熱交換器及び冷凍サイクル装置

　本発明は、フィンアンドチューブ型の熱交換器、及びフィンアンドチューブ型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並設された板状の複数のフィンと、フィンの並設方向に沿ってフィンを貫通す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。

　複数のフィンには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、フィンの並設方向に沿ってフィンを貫通した状態となっている。各伝熱管の端部は、伝熱管ととも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、従来、空気が主に流れる方向に向けて開口したスリット又はルーバーと呼称される切り起こし片が形成されている熱交換器が知られている。さらに、従来、空気が主に流れる方向に対し突出したスクラッチ又はワッフル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においては、切り起こし片又は突出部によって、熱交換される表面積を増やし、熱交換性能を向上させている。

　さらには、従来、伝熱管の内部に複数の流路が形成された熱交換器、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も、複数の流路又は溝によって、熱交換される表面積を増やし、熱交換性能を向上させている。

　このような熱交換器に用いられる伝熱管には、断面が略楕円形状又は略長円形状等の扁平形状となっているものがある。ところで、例えば外気温度が氷点下となる環境で熱交換器が蒸発器として動作する場合、空気の絶対湿度が大きく、かつ助走区間となり温度境界層の薄くなる通風方向の風上側に、着霜が生じやすくなる。特に、熱交換器の外表面においては、扁平形状の伝熱管内を流れる冷媒に最も近接した伝熱管周囲の部位の温度が低下し、空気との温度差が大きくなるため、この部位に多く着霜する。そこで、風上側に十分なフィン領域を設け、着霜しても伝熱管同士の間隔の閉塞を抑制するよう構成したものが提案されている（例えば、特許文献１）。

　一方で、霜は除霜運転によって融解されて水滴となる。除霜運転が終了すると、再び着霜運転が開始され、熱交換器を空気が通風し始める。そのため、除霜運転で発生した水滴が後方へ移動し、扁平形状の伝熱管の上部又は下部に滞留し、適切に排出されないという問題がある。そこで、通風方向の風下側にフィン領域を設け、通風開始後の水滴滞留の抑制を図ったものも提案されている（例えば、特許文献２）。

特許第３２６４５２５号公報特許第５７３６７９４号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の熱交換器は、先述の通り、着霜運転が開始されると、扁平形状の伝熱管の上部及び下部に滞留し、適切に排出されないという問題があり、熱交換器の排水性が十分ではない。また特許文献２に記載の熱交換器は、風上側の伝熱管が剥き出しになっており、当部を起点に着霜が広がることで、風路が閉塞しやすくなるという問題があった。

　ここで、除霜運転が終了して暖房運転が開始された際、伝熱管領域に水滴が残っていると、該水滴は再び氷結して成長することになる。従って、除霜運転終了後、暖房運転開始時の伝熱管領域における水滴の残留は、伝熱管の損傷等による信頼性の低下につながる。また、再氷結により伝熱管の周囲が霜で塞がれるため、通風抵抗の増加に影響すると共に、着霜に対する性能維持力である着霜耐力の低下を招く。また、次回の除霜運転時においては、暖房運転時に熱交換器に付着した霜だけではなく、氷結した水滴も溶かす必要がある。このため、除霜時間の増加による快適性の低下、及び、暖房運転と除霜運転とを繰り返すことによる一定時間における平均暖房能力の低下を招く。また着霜により風路が閉塞されると、風量が低下することで、暖房運転中の能力の低下を招く。

　すなわち、特許文献１又は２に記載の扁平形状の伝熱管を有する熱交換器は、排水性能と着霜耐力を共に満たすことができず、上述のような課題を有していた。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、扁平形状の伝熱管を有する熱交換器であって、従来よりも排水性能及び着霜耐力を両立して向上させた熱交換器、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、ファンから空気が供給される熱交換器であって、板状のフィンと、前記フィンに挿入され、断面が扁平形状の第１の伝熱管と、前記フィンに挿入され、前記第１の伝熱管と間隔をおいて重力方向に並んで配置され、断面が扁平形状の第２の伝熱管とを備え、前記第１の伝熱管の前記空気の通風方向における風上側の端部である第１の風上端部と、前記第２の伝熱管の前記通風方向における風上側の端部である第２の風上端部とを結ぶ線を第１の仮想線とし、前記第１の伝熱管の前記通風方向における風下側の端部である第１の風下端部と、前記第２の伝熱管の前記通風方向における風下側の端部である第２の風下端部とを結ぶ線を第２の仮想線としたとき、前記フィンは、前記フィンの前記通風方向における風上側の端部と前記第１の仮想線とで画定される風上フィン領域と、前記第１の仮想線と前記第２の仮想線とで画定される伝熱管領域と、前記第２の仮想線と前記フィンの前記通風方向における風下側の端部とで画定される風下フィン領域とを有しており、前記通風方向に沿った前記風上フィン領域の長さは、前記通風方向に沿った前記風下フィン領域の長さより長いものである。

　熱交換器を冷凍サイクルの室外熱交換器として搭載し暖房運転を行うと、送風ファンから送られてくる外気中の水分が熱交換器に着霜し、その後、除霜運転を行うと霜は融解する。本発明によれば、熱交換器のフィンにおいて、ファンから供給される空気の通風方向に沿った風上フィン領域の長さは、風下フィン領域の長さよりも長くなっている。すなわち、送風ファンからの空気が最初にあたる風上側の領域が相対的に長く設けられている。従って、暖房運転時に比較的多く着霜するフィンの風上側において、伝熱管同士の間隔が閉塞することが抑制される。そして、除霜運転中に融解した霜、すなわち水滴は、風上フィン領域から速やかに下方へ排出される。また、本発明よれば、フィンに風下フィン領域が設けられているため、ファンより空気が供給されると、除霜運転中に融解した水滴は伝熱管上下を流動し、風下フィン領域から速やかに下方へ排出される。

　以上のように、本発明によれば、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おいて、着霜耐力及び排水性能を共に向上させることができる。

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に示す室外熱交換器における要部拡大図である。図２に示す室外熱交換器における要部拡大図である。伝熱管とフィンを挿入する工程を示す斜視図である。比較例１に係る室外熱交換器の要部拡大図である。比較例２に係る室外熱交換器の要部拡大図である。比較例３に係る室外熱交換器の要部拡大図である。本発明の実施の形態２に係る室外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３に係る室外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４に係る室外熱交換器における要部拡大図である。

　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．
　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５０１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。また、冷凍サイクル装置５０１は、本発明に係る冷凍サイクル装置の一例である。

［冷凍サイクル装置５０１の構成］
　図１に示すように、冷凍サイクル装置５０１は、圧縮機５０２、室内熱交換器５０３、室内ファン５０４、絞り装置５０５、室外熱交換器１０、室外ファン５０６、及び、四方弁５０７を備えている。圧縮機５０２、室内熱交換器５０３、絞り装置５０５、室外熱交換器１０及び四方弁５０７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５０２は、冷媒を圧縮するものである。圧縮機５０２で圧縮された冷媒は、吐出されて四方弁５０７へ送られる。圧縮機５０２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、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５０３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５０３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５０５は、室内熱交換器５０３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５０５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５０５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。また、室外熱交換器１０は、室外機に搭載する際の実装効率を向上させるため、伝熱管の延長方向に対し、熱交換器を曲げた構成も存在する。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５０７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５０７は、暖房運転時、圧縮機５０２の吐出口と室内熱交換器５０３とを接続し、圧縮機５０２の吸入口と室外熱交換器１０とを接続するように切り替えられる。また、四方弁５０７は、冷房運転時、圧縮機５０２の吐出口と室外熱交換器１０とを接続し、圧縮機５０２の吸入口と室内熱交換器５０３とを接続するように切り替えられる。

　室内ファン５０４は、室内熱交換器５０３に付設されており、室内熱交換器５０３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５０６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５０１の動作］
　次に、冷凍サイクル装置５０１の動作について、冷媒の流れとともに説明する。まず、冷凍サイクル装置５０１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５０１の動作について説明する。

　図１に示すように、圧縮機５０２を駆動させることによって、圧縮機５０２から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。以下、破線矢印に従って冷媒が流れる。圧縮機５０２から吐出した単相の高温高圧のガス冷媒は、四方弁５０７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５０６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、凝縮して単相の高圧の液冷媒になる。

　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５０５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５０３に流れ込む。室内熱交換器５０３では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、室内ファン５０４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単相の低圧のガス冷媒になる。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５０３から送り出された低圧のガス冷媒は、四方弁５０７を介して圧縮機５０２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５０２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５０１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５０２を駆動させることによって、圧縮機５０２から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。以下、実線矢印に従って冷媒が流れる。圧縮機５０２から吐出した単相の高温高圧のガス冷媒は、四方弁５０７を介して凝縮器として機能する室内熱交換器５０３に流れ込む。室内熱交換器５０３では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、室内ファン５０４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、凝縮して単相の高圧の液冷媒になる。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５０３から送り出された高圧の液冷媒は、絞り装置５０５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５０６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単相の低圧のガス冷媒になる。

　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５０７を介して圧縮機５０２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５０２から吐出する。以下、このサイクルが繰り返される。

　上記の冷房運転及び暖房運転の際、圧縮機５０２に冷媒が液状態で流入すると、液圧縮を起こし、圧縮機５０２の故障の原因となってしまう。そのため、蒸発器から流出する冷媒は単相のガス冷媒となっていることが望ましい。冷房運転時では、室内熱交換器５０３が蒸発器として機能し、暖房運転時では、室外熱交換器１０が蒸発器として機能している。

　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落下していき、ドレン水として蒸発器の下方に排出される。

　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。このため、暖房運転時、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、暖房運転が可能な冷凍サイクル装置等では、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室外熱交換器１０に霜が付着するのを防ぐために、圧縮機５０２から室外熱交換器１０に高温高圧のガス冷媒であるホットガス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５０２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５０２の吐出口と室外熱交換器１０との間を不図示のバイパス冷媒配管で接続する構成にできる。また、圧縮機５０２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５０２の吐出口を、例えば四方弁５０７等の冷媒流路切替装置を介して、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の詳細］
　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及び図４は、図２に示す室外熱交換器における要部拡大図である。図５は、伝熱管とフィンを挿入する工程を示す斜視図である。なお、図２以降において、Ｘ方向は横方向であり、室外熱交換器１０のフィン３０の短手方向、すなわち幅方向となる方向を表している。Ｙ方向は横方向であり、同一の熱交換部を構成するフィン３０の並設方向となる方向を表している。Ｚ方向は上下方向、すなわち重力方向であり、フィン３０の長手方向となる方向を表している。白抜き矢印は、室外ファン５０６から室外熱交換器１０へ供給される空気の流れ方向を表している。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５０６から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、Ｘ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。

　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６０１及び風下側熱交換器６０２を備えている。これら風上側熱交換器６０１及び風下側熱交換器６０２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５０６から供給される空気の流れ方向、すなわち通風方向であるＸ方向に沿って並設されている。風上側熱交換器６０１は、室外ファン５０６から供給される空気の通風方向において風上側に配置され、風下側熱交換器６０２は、室外ファン５０６から供給される空気の通風方向において風下側に配置されている。風上側熱交換器６０１の伝熱管の一端は、風上側ヘッダ集合管６０３に接続されている。風下側熱交換器６０２の伝熱管の一端は、風下側ヘッダ集合管６０４に接続されている。また、風上側熱交換器６０１の伝熱管の他端と、風下側熱交換器６０２の伝熱管の他端とは、列間接続部材６０５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６０３及び風下側ヘッダ集合管６０４の一方から、風上側熱交換器６０１及び風下側熱交換器６０２の一方の伝熱管に冷媒が分配される。そして、風上側熱交換器６０１及び風下側熱交換器６０２の一方の伝熱管に分配された冷媒は、列間接続部材６０５を介して、風上側熱交換器６０１及び風下側熱交換器６０２の他方の伝熱管に流入する。その後、風上側熱交換器６０１及び風下側熱交換器６０２の他方の伝熱管に流入した冷媒は、風上側ヘッダ集合管６０３及び風下側ヘッダ集合管６０４の他方で合流し、圧縮機５０２の吸入口又は絞り装置５０５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６０１及び風下側熱交換器６０２は、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６０１について説明する。ここで、風上側熱交換器６０１及び風下側熱交換器６０２が、本発明の熱交換器に相当する。なお、風上側熱交換器６０１又は風下側熱交換器６０２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６０１又は風下側熱交換器６０２の一方のみで室外熱交換器１０を構成しても勿論よい。

　図３、図４及び図５に示すように、室外熱交換器１０は、複数のフィン３０及び複数の伝熱管を備えている。詳しくは、フィン３０は、上下方向に長い板状の部材であり、例えば、上下方向に長い矩形状に形成されている。図４に示されるように、同一の熱交換部において、これらフィン３０は、規定のフィンピッチ間隔ＦＰを空けて並設されている。

　複数の伝熱管について、図３～図５では、代表して２本の伝熱管を記載している。ここでは、Ｚ方向上部に位置するものを第１の伝熱管２１、またＺ方向下部に位置するものを第２の伝熱管２２とそれぞれ定義する。図３及び図４に示されるように、第１の伝熱管２１及び第２の伝熱管２２は、上下方向に規定の間隔を空けて並設されている。また、図５に示されるように、第１の伝熱管２１及び第２の伝熱管２２は、それぞれ、複数のフィン３０の並設方向であるＹ方向に対し挿入されており、第１の伝熱管２１及び第２の伝熱管２２はこれらフィン３０を貫通している。第１の伝熱管２１及び第２の伝熱管２２は、長手方向と直交する面で切断した断面が扁平形状となっている扁平管である。

　また、本実施の形態１では、室外熱交換器１０のフィン３０は、該フィン３０の短手方向であるＸ方向の端部として、風上側フィン端部１３１と、風下側フィン端部１３２を有している。また、フィン３０を貫通している伝熱管に関して、該フィン３０の短手方向であるＸ方向の端部として、第１の伝熱管２１は風上側端部１４１と風下側端部１４２と有し、第２の伝熱管２２は風上側端部２４１と風下側端部２４２とを有している。第１の伝熱管２１の風上側端部１４１及び第２の伝熱管２２の風上側端部２４１は、室外ファン５０６から供給される空気の通風方向における風上側の端部である。第１の伝熱管２１の風下側端部１４２及び第２の伝熱管２２の風下側端部２４２は、室外ファン５０６から供給される空気の通風方向における風下側の端部である。

　なお、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ため、以下のように定義する。

　各伝熱管の室外ファン５０６から供給される空気の通風方向における風上側の端部である風上側端部同士を直線で結ぶ第１の仮想線１５１、各伝熱管の室外ファン５０６から供給される空気の通風方向における風下側の端部である風下側端部同士を直線で結ぶ第２の仮想線１５２を定義し、それぞれ一点鎖線にて示す。図３では、第１の伝熱管２１の風上側端部１４１と第２の伝熱管２２の風上側端部２４１とが第１の仮想線１５１で結ばれ、第１の伝熱管２１の風下側端部１４２と第２の伝熱管２２の風下側端部２４２とが第２の仮想線１５２で結ばれている。また、風上側フィン端部１３１と第１の仮想線１５１により画定される領域を風上フィン領域１６１、風下側フィン端部１３２と第２の仮想線１５２により画定される領域を風下フィン領域１６２、また第１の仮想線１５１と第２の仮想線１５２により画定される領域を伝熱管領域１６３と定義する。伝熱管領域１６３は、Ｚ方向の一部に伝熱管が存在する領域である。図３では、伝熱管領域１６３に、第１の伝熱管２１及び第２の伝熱管２２が存在している。また、風上フィン領域１６１のＸ方向の長さ、すなわち通風方向の長さをＡとし、風下フィン領域１６２のＸ方向の長さ、すなわち通風方向の長さをＢとすると、長さＢに比べ、長さＡが長くなっている。

［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に係る室外熱交換器１０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に係る室外熱交換器１０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、及び比較例３の室外熱交換器の構成について説明する。その後、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。

　なお、比較例１～３を示す際、比較例の構成には、当該構成と対応する本実施の形態１の構成の符号にそれぞれ「１０００」、「２０００」、「３０００」を加えた符号を付すものとする。例えば、比較例１の室外熱交換器は、室外熱交換器１０１０、比較例２の室外熱交換器は、室外熱交換器２０１０、比較例３の室外熱交換器は、室外熱交換器３０１０とそれぞれ示す。

［比較例１］
　図６は、比較例１に係る室外熱交換器の要部拡大図である。この図６は、Ｙ方向に比較例１の室外熱交換器１０１０を観察した際の要部を示している。室外熱交換器１０１０が本実施の形態１に係る室外熱交換器１０と異なる点は、図３に示されている風下フィン領域１６２を有していない点である。このため、比較例１の室外熱交換器１０１０においては、第１の伝熱管１０２１の風下側端部１１４２、第２の伝熱管１０２２の風下側端部１２４２、及び風下側フィン端部１１３２が、Ｘ方向において同一位置に位置している。また、風上フィン領域１１６１のＸ方向の長さＡ１が、図３に示す、本実施の形態１の風上フィン領域１６１のＸ方向の長さＡより長くなっている。

　比較例１の室外熱交換器１０１０は、風上フィン領域１１６１のＸ方向の長さが長いため、着霜耐力は優れている。しかしながら、室外熱交換器１０１０は風下フィン領域を有していない。そのため、除霜運転で霜を融解した後に、再度ファンが稼働し着霜運転が始まると、風下側フィン端部１１３２の近傍において第１の伝熱管１０２１及び第２の伝熱管２０２２の上部及び下部に融解した水滴が滞留し、適切に排出されない。すなわち、比較例１の室外熱交換器１０１０は排水性が十分ではない。そのため、滞留した水滴が再び氷結することで、通風路に対する抵抗体となり、着霜耐力も低減してしまい、さらに除霜に必要な熱量が増加することで、除霜時間の増加にも影響してしまう。

［比較例２］
　図７は、比較例２に係る室外熱交換器の要部拡大図である。この図７は、Ｙ方向に比較例２の室外熱交換器２０１０を観察した際の要部を示している。室外熱交換器２０１０が本実施の形態１に係る室外熱交換器１０と異なる点は、図３に示されている風上フィン領域１６１を有していない点である。このため、比較例２の室外熱交換器２０１０においては、第１の伝熱管２０２１の風上側端部２１４１、第２の伝熱管２０２２の風上側端部２２４１、及び風上側フィン端部２１３１が、Ｘ方向において同一位置に位置している。また、風下フィン領域２１６２のＸ方向の長さＢ２が、図３に示す、本実施の形態１の風下フィン領域１６２のＸ方向の長さＢより長くなっている。

　比較例２の室外熱交換器２０１０は、風下フィン領域２１６２のＸ方向の長さが長いため、除霜運転で霜を融解した後に、再度ファンが稼働し着霜運転が始まる場合にも、融解した水滴は、気流によりフィン後方へ排出されるため、排水性は比較的良好である。しかしながら、風上側において第１の伝熱管２０２１及び第２の伝熱管２０２２が剥き出しになっている。その結果、この剥き出している部分を起点に着霜が広がることで、風路を閉塞しやすくなるという問題があり、熱交換器としての着霜耐力は十分ではない。

［比較例３］
　図８は、比較例３に係る室外熱交換器の要部拡大図である。この図８は、Ｙ方向に比較例３の室外熱交換器３０１０を観察した際の要部を示している。室外熱交換器３０１０が本実施の形態１に係る室外熱交換器１０と異なる点は、風上フィン領域３１６１のＸ方向の長さＡ３が、風下フィン領域３１６２のＸ方向の長さＢ３と等しい点である。このため、除霜運転で霜を融解した後に、再度ファンが稼働し着霜運転が始まる場合にも、融解した水滴は、気流によりフィン後方へ排出されるため、排水性は比較的良好となる。しかしながら、風上側において、第１の伝熱管３０２１及び第２の伝熱管３０２２は風上フィン端部３１３１と近接しており、熱交換器としての着霜耐力は十分ではない。

　一方、本実施の形態１に係る室外熱交換器１０は、図３に示されるように、比較例３と同様、風下フィン領域１６２を有している。従って、除霜運転で霜を融解した後に、再度ファンが稼働し着霜運転が始まる場合にも、融解した水滴は、気流によりフィン後方へ排出されるため、排水性は比較的良好である。さらに、着霜運転時には、風上フィン領域１６１のＸ方向の長さＡが、風下フィン領域１６２のＸ方向の長さＢより長いため、着霜耐力も良好となる。

　すなわち、本実施の形態１によれば、風上側熱交換器６０１の除霜運転における排水性と着霜運転における着想耐力とを共に向上させることができる。なお、上述のように、風下側熱交換器６０２も風上側熱交換器６０１と同様の構成を有している。従って、風下側熱交換器６０２においても、同様の効果が得られる。

　さらに、風上側熱交換器６０１と風下側熱交換器６０２とが並列されている二列構造の室外熱交換器１０を備える冷凍サイクル装置５０１においては、除霜運転にかかる時間が短縮され、除霜運転に必要な熱量を減らすことができる。また、本実施の形態１に係る冷凍サイクル装置５０１は、着霜運転時における室外熱交換器１０の残水を減少させ、さらに着霜運転時における室外熱交換器１０の風路の閉塞を遅らせることで、信頼性の向上、通風抵抗の減少、着霜耐力の向上を実現することができる。すなわち、本実施の形態１によれば、冷凍サイクル装置５０１の除着霜サイクルにおける平均暖房能力の向上を実現することが可能となる。

実施の形態２．
　実施の形態１では、第１の伝熱管２１及び第２の伝熱管２２は、室外ファン５０６から供給される空気の流れ方向において平行となり、かつ重力方向であるＺ方向に対して垂直に延びるように配置されている。しかしながら、第１の伝熱管２１及び第２の伝熱管の２２の角度は、実施の形態１の構成に限定されるものではない。例えば、以下に説明するように、本実施の形態２で示す配置でもよい。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

　図９は、本発明の実施の形態２に係る室外熱交換器における要部拡大図である。図９は、図３と同様に、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。本実施の形態２に係る室外熱交換器１０が実施の形態１と異なる点は、フィン３１において、伝熱管が、風上側端部から風下側端部に向かって重力方向の下向きに傾斜している点である。図９に示されるように、第１の伝熱管２１は、重力方向において、風下側端部１４２が風上側端部１４１よりも下側に位置するよう傾斜していている。同様に、第２の伝熱管２２は、重力方向において、風下側端部２４２が風上側端部２４１よりも下側に位置するよう傾斜していている。すなわち、第１の伝熱管２１は、風上側端部１４１から風下側端部１４２に向かって重力方向の下向きに傾斜し、第２の伝熱管２２は、風上側端部２４１から風下側端部２４２に向かって重力方向の下向きに傾斜している。

　そのため、本実施の形態２に係る室外熱交換器１０は、図１に示す室外ファン５０６から空気が供給されない状態、例えば除霜運転時においても、伝熱管領域１６３上で融解する水滴を、重力と第１の伝熱管２１及び第２の伝熱管２２の傾斜の効果とで風下側に導出し、風下フィン領域１６２を介して排出することが可能となる。さらに、室外ファン５０６から空気が供給される状態、すなわち除霜運転後の着霜運転時においても、気流の風向に沿って重力方向下方に傾斜して第１の伝熱管２１及び第２の伝熱管２２が配置されているため、水滴を風下側に導出し、排水を促進することが可能となる。以上のように、本実施の形態２によれば、室外熱交換器１０の排水性を向上させることができる。

実施の形態３．
　実施の形態１及び実施の形態２では、室外熱交換器１０を２列構成の熱交換器とし、室外熱交換器１０を構成する風上側熱交換器６０１及び風下側熱交換器６０２は、同様の構成を有している。しかしながら、本発明に用いられる熱交換器は、列によって構成を変更しても良い。なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

　図１０は、本発明の実施の形態３に係る室外熱交換器における要部拡大図である。図１０は、室外熱交換器１０を構成する風上側熱交換器６０１及び風下側熱交換器６０２をＹ方向に観察した際の要部を示している。

　本実施の形態３に係る室外熱交換器１０の風上側熱交換器６０１のフィン３１は、実施の形態２のフィン３１と同様の構成を有している。本実施の形態３に係る室外熱交換器１０が実施の形態２と異なる点は、風下側熱交換器６０２のフィン３２における風上フィン領域１６１’のＸ方向の長さＡ＿２が、風上側熱交換器６０１のフィン３１における風上フィン領域１６１のＸ方向の長さＡ＿１より短い点である。

　室外熱交換器１０は、室外機に搭載する際の実装効率を向上させるために、曲げた構成を採用する場合がある。風上側熱交換器６０１のフィン３１の風下フィン領域１６２及び、風下側熱交換器６０２のフィン３２の風上フィン領域１６１’は、対向している領域である。従って、室外熱交換器１０を曲げると、風下フィン領域１６２及び風上フィン領域１６１’には互いの方向からの荷重がかかりやすく、フィン３１及びフィン３２が座屈してしまう懸念がある。

　図１０に示すように、本実施の形態３に係る室外熱交換器１０は、風下側熱交換器６０２のフィン３２における風上フィン領域１６１’のＸ方向の長さＡ＿２を、風上側熱交換器６０１のフィン３１における風上フィン領域１６１のＸ方向の長さＡ＿１より短く構成している。従って、風下側熱交換器６０２のフィン３２における風上フィン領域１６１’の座屈強度を高められる。また、実施の形態２と同様、風上側熱交換器６０１のフィン３１において、風下フィン領域１６２のＸ方向の長さＢ＿１は風上フィン領域１６１のＸ方向の長さＡ＿１より短いため、座屈強度は相対的に高い。以上の構成により、室外熱交換器１０を曲げて室外機に搭載する場合、フィン３１及びフィン３２が座屈しにくい室外熱交換器１０を提供することができる。

　ここで、実施の形態３に係る室外熱交換器１０の着霜耐力について説明する。暖房運転時、室外熱交換器１０を流動する空気は、まず風上側熱交換器６０１に当たる。そして、空気に含まれている水分が風上側熱交換器６０１に着霜し、続いて、空気は風下側熱交換器６０２に当たる。この時点で、空気はある程度除湿された状態にあるため、風下側熱交換器６０２に着霜する量は、風上側熱交換器６０１に着霜する量に比べ少量である。従って、風下側熱交換器６０２において、フィン３２の風上フィン領域１６１’のＸ方向の長さＡ＿２のみを短くしても、室外熱交換器１０の着霜耐力に与える影響は小さい。

　以上のように、本実施の形態３によれば、室外熱交換器１０の着霜耐力を確保しつつ、従来よりも座屈強度等の製造性を向上させることができる。

　なお、図１０では各伝熱管が傾斜した例を示しているがこれに限るものではない。風下側熱交換器６０２のフィン３２の風上フィン領域１６１’のＸ方向の長さＡ＿２が、風上側熱交換器６０１のフィン３１の風上フィン領域１６１のＸ方向の長さＡ＿１より短く構成されていれば、各伝熱管は傾斜していなくてもよい。

実施の形態４．
　図１１は、本発明の実施の形態４に係る室外熱交換器における要部拡大図である。実施の形態１～実施の形態３と同様、本実施の形態４の風上側熱交換器６０１のフィン３１において、風上フィン領域１６１のＸ方向の長さＡ＿１は、風下フィン領域１６２のＸ方向の長さＢ＿１よりも長い。さらに、風下側熱交換器６０２のフィン３３における風下フィン領域１６２’のＸ方向の長さＢ＿２は、風上側熱交換器６０１のフィン３１における風上フィン領域１６１のＸ方向の長さＡ＿１と同一であり、かつ風下側熱交換器６０２のフィン３３における風上フィン領域１６１’のＸ方向の長さＡ＿２は、風上側熱交換器６０１のフィン３１における風下フィン領域１６２のＸ方向の長さＢ＿１と同一である。すなわち、風下側熱交換器６０２は、風上側熱交換器６０１を上下左右に反転させた構成を有している。換言すると、二列構造の室外熱交換器１０を製造するにあたり、風上側熱交換器６０１を上下左右に反転させて配置することにより、風下側熱交換器６０２として使用できる。従って、風上側熱交換器６０１を製造するための設備の他に風下側熱交換器６０２を製造するための設備を用意する必要がなく、製造コストの高騰を抑制することができる。

　なお、図１１では各伝熱管が傾斜した例を示しているがこれに限るものではない。風上側熱交換器６０１のフィン３１において、風上フィン領域１６１のＸ方向の長さＡ＿１が、風下フィン領域１６２のＸ方向の長さＢ＿１よりも長く、風下側熱交換器６０２が、風上側熱交換器６０１を上下左右に反転させた構成を有していれば、各伝熱管は傾斜していなくてもよい。

　以上、上記の実施の形態１～実施の形態４では、各実施の形態に係る熱交換器を室外熱交換器１０として用いたがこれに限るものではない。実施の形態１～実施の形態４の熱交換器を図１に示す室内熱交換器５０３として用いてよい。その場合、室内熱交換器５０３に滞留する水分を減らすことで、室内ファン５０４の入力を削減させることができ、冷凍サイクル装置５０１の消費エネルギーを削減することができる。

　１０　室外熱交換器、２１　第１の伝熱管、２２　第２の伝熱管、３０　フィン、３１　フィン、３２　フィン、３３　フィン、１３１　風上側フィン端部、１３２　風下側フィン端部、１４１　風上側端部、１４２　風下側端部、１５１　第１の仮想線、１５２　第２の仮想線、１６１　風上フィン領域、１６１'　風上フィン領域、１６２　風下フィン領域、１６２'　風下フィン領域、１６３　伝熱管領域、１６３’　伝熱管領域、２４１　風上側端部、２４２　風下側端部、５０１　冷凍サイクル装置、５０２　圧縮機、５０３　室内熱交換器、５０４　室内ファン、５０５　絞り装置、５０６　室外ファン、５０７　四方弁、６０１　風上側熱交換器、６０２　風下側熱交換器、６０３　風上側ヘッダ集合管、６０４　風下側ヘッダ集合管、６０５　列間接続部材、１０１０　室外熱交換器、１０２１　第１の伝熱管、１０２２　第２の伝熱管、１１３２　風下側フィン端部、１１４２　風下側端部、１１６１　風上フィン領域、１２４２　風下側端部、２０１０　室外熱交換器、２０２１　第１の伝熱管、２０２２　第２の伝熱管、２１３１　風上側フィン端部、２１４１　風上側端部、２１６２　風下フィン領域、２２４１　風上側端部、３０１０　室外熱交換器、３０２１　第１の伝熱管、３０２２　第２の伝熱管、３１３１　風上フィン端部、３１６１　風上フィン領域、３１６２　風下フィン領域、ＦＰ　フィンピッチ間隔。

Claims

　ファンから空気が供給される熱交換器であって、
　板状のフィンと、
　前記フィンに挿入され、断面が扁平形状の第１の伝熱管と、
　前記フィンに挿入され、前記第１の伝熱管と間隔をおいて重力方向に並んで配置され、断面が扁平形状の第２の伝熱管とを備え、
　前記第１の伝熱管の前記空気の通風方向における風上側の端部である第１の風上端部と、前記第２の伝熱管の前記通風方向における風上側の端部である第２の風上端部とを結ぶ線を第１の仮想線とし、
　前記第１の伝熱管の前記通風方向における風下側の端部である第１の風下端部と、前記第２の伝熱管の前記通風方向における風下側の端部である第２の風下端部とを結ぶ線を第２の仮想線としたとき、
　前記フィンは、前記フィンの前記通風方向における風上側の端部と前記第１の仮想線とで画定される風上フィン領域と、前記第１の仮想線と前記第２の仮想線とで画定される伝熱管領域と、前記第２の仮想線と前記フィンの前記通風方向における風下側の端部とで画定される風下フィン領域とを有しており、前記通風方向に沿った前記風上フィン領域の長さは、前記通風方向に沿った前記風下フィン領域の長さより長い熱交換器。
　前記熱交換器は、前記通風方向において風上側に配置され、請求項１に記載の構成を有する風上側熱交換器と、前記通風方向において風下側に配置され、請求項１に記載の構成を有する風下側熱交換器とを有する二列構造の熱交換器であり、前記風下側熱交換器における前記風上フィン領域の前記通風方向に沿った長さは、前記風上側熱交換器における前記風上フィン領域の前記通風方向に沿った長さより短い熱交換器。
　ファンから空気が供給される熱交換器であって、
　板状のフィンと、
　前記フィンに挿入され、断面が扁平形状の第１の伝熱管と、
　前記フィンに挿入され、前記第１の伝熱管と間隔をおいて重力方向に並んで配置され、断面が扁平形状の第２の伝熱管とを備え、
　前記第１の伝熱管の前記空気の通風方向における風上側の端部である第１の風上端部と、前記第２の伝熱管の前記通風方向における風上側の端部である第２の風上端部とを結ぶ線を第１の仮想線とし、
　前記第１の伝熱管の前記通風方向における風下側の端部である第１の風下端部と、前記第２の伝熱管の前記通風方向における風下側の端部である第２の風下端部とを結ぶ線を第２の仮想線としたとき、
　前記フィンは、前記フィンの前記通風方向における風上側の端部と前記第１の仮想線とで画定される風上フィン領域と、前記第１の仮想線と前記第２の仮想線とで画定される伝熱管領域と、前記第２の仮想線と前記フィンの前記通風方向における風下側の端部とで画定される風下フィン領域とを有しており、
　前記熱交換器は、前記通風方向において風上側に配置されている風上側熱交換器と、前記通風方向において風下側に配置されている風下側熱交換器とを有する二列構造の熱交換器であり、
　前記風上側熱交換器において、前記通風方向に沿った前記風上フィン領域の長さは、前記通風方向に沿った前記風下フィン領域の長さより長く、
　前記風下側熱交換器における前記風上フィン領域の前記通風方向に沿った長さと、前記風上側熱交換器における前記風下フィン領域の前記通風方向に沿った長さは等しく、
　前記風下側熱交換器における前記風下フィン領域の前記通風方向に沿った長さと、前記風上側熱交換器における前記風上フィン領域の前記通風方向に沿った長さとは等しい熱交換器。
　前記第１の伝熱管は、前記第１の風上端部から前記第１の風下端部に向かって、重力方向の下向きに傾斜し、前記第２の伝熱管は、前記第２の風上端部から前記第２の風下端部に向かって、重力方向の下向きに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。
　請求項１～４のいずれか一項に記載の熱交換器と、前記熱交換器へ空気を供給する送風ファンとを備えている冷凍サイクル装置。