JP7675951B1 - 熱交換器及び空気調和装置 - Google Patents

Abstract

熱交換器は、内部に冷媒が流れる複数の扁平管と、扁平管同士の間に設けられ、扁平管に流れる冷媒の熱を伝達するものであり、複数のフィンと、を備え、フィンは、一部に開口が形成された平面部と、平面部の開口を開閉するルーバと、を有し、平面部には、ルーバの端部に接続される位置が切り欠かれたルーバ除去空間が形成されている。

Description

本開示は、扁平管とフィンとを備える熱交換器及び空気調和装置に関する。

従来、扁平管とフィンとを備える熱交換器が知られている。特許文献１には、複数の扁平管と、複数のルーバが設けられたコルゲートフィンとを備える熱交換器が開示されている。特許文献１は、コルゲートフィン熱交換器において、複数のスリットの排水穴が近接して形成されていることによって、伝熱性能及びフィン強度を向上させつつ、蒸発器として用いた場合にフィンの表面に付着する凝縮水を円滑に排出しようとするものである。また、特許文献１は、排水性を向上させることによって、熱交換効率を向上させようとするものである。

特開２０２０－１５３５４０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された熱交換器のように、複数列の扁平管にまたがってコルゲートフィンが設けられている場合、ルーバ群の端部は、フィンの平面からそのままルーバの傾斜部となって切り起こされている。このため、ルーバの傾斜部に沿って流れ落ちた液滴が平面上に溜まる。ルーバ群の端部においてフィンの平面からそのままルーバの傾斜部になっていなくても、平面とルーバとの間が狭いため、凝縮水が溜まる。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ルーバの端部に水が溜まることを抑制する熱交換器及び空気調和装置を提供するものである。

本開示に係る熱交換器は、内部に冷媒が流れる複数の扁平管と、前記扁平管同士の間に設けられ、前記扁平管に流れる冷媒の熱を伝達するものであり、複数のフィンと、を備え、前記フィンは、一部に開口が形成された平面部と、前記平面部の前記開口を開閉するルーバと、を有し、前記開口には、前記開口における前記扁平管の長軸方向の端部のうち前記扁平管の短軸方向のいずれかの方向にずれた一部が切り欠かれてルーバ除去空間が形成されており、前記ルーバ除去空間は前記扁平管の長軸方向の一方の一部が前記開口につながり、前記扁平管の長軸方向の他方が前記平面部につながる。

本開示によれば、平面部において、ルーバの端部に接続される位置が切り欠かれたルーバ除去空間が形成されている。このため、ルーバの端部に溜まった水は、ルーバ除去空間を通って排出される。従って、ルーバの端部に水が溜まることを抑制することができる。

実施の形態１に係る空気調和装置を示す回路図である。 実施の形態１に係る熱交換器を示す正面図である。 実施の形態１に係る熱交換器を示す斜視図である。 実施の形態１に係るフィンを示す模式図である。 実施の形態１に係る熱交換器を示す上面図である。 実施の形態１に係る熱交換器を示す側面図である。 実施の形態１の変形例に係る熱交換器を示す上面図である。 実施の形態２に係る熱交換器を示す斜視図である。 実施の形態３に係る熱交換器を示す上面図である。

以下、本開示の熱交換器及び空気調和装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本開示は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。また、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、以下の説明において、本開示の理解を容易にするために方向を表す用語を適宜用いるが、これは本開示を説明するためのものであって、これらの用語は本開示を限定するものではない。方向を表す用語としては、例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、「前」又は「後」等が挙げられる。なお、一部の図面において、断面図のハッチングを一部省略している。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空気調和装置１を示す回路図である。図１に示すように、空気調和装置１は、室内空間の空気を調整する装置であり、室外機２と、室外機２に接続された室内機３とを備えている。室外機２には、圧縮機６、流路切替装置７、熱交換器８、室外送風機９及び膨張部１０が設けられている。室内機３には、室内熱交換器１１及び室内送風機１２が設けられている。

圧縮機６、流路切替装置７、熱交換器８、膨張部１０及び室内熱交換器１１が冷媒配管５により接続されて、作動ガスである冷媒が流れる冷媒回路４が構成されている。圧縮機６は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出するものである。流路切替装置７は、冷媒回路４において冷媒が流れる方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。熱交換器８は、例えば室外空気と冷媒との間で熱交換するものである。熱交換器８は、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。

室外送風機９は、熱交換器８に室外空気を送る機器である。膨張部１０は、冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁である。膨張部１０は、例えば開度が調整される電子式膨張弁である。室内熱交換器１１は、例えば室内空気と冷媒との間で熱交換するものである。室内熱交換器１１は、冷房運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する。室内送風機１２は、室内熱交換器１１に室内空気を送る機器である。

（運転モード、冷房運転）
次に、空気調和装置１の運転モードについて説明する。先ず、冷房運転について説明する。冷房運転において、圧縮機６に吸入された冷媒は、圧縮機６によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機６から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置７を通過して、凝縮器として作用する熱交換器８に流入し、熱交換器８において、室外送風機９によって送られる室外空気と熱交換されて凝縮して液化する。凝縮された液状態の冷媒は、膨張部１０に流入し、膨張部１０において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する室内熱交換器１１に流入し、室内熱交換器１１において、室内送風機１２によって送られる室内空気と熱交換されて蒸発してガス化する。このとき、室内空気が冷やされ、室内において冷房が実施される。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置７を通過して、圧縮機６に吸入される。

（運転モード、暖房運転）
次に、暖房運転について説明する。暖房運転において、圧縮機６に吸入された冷媒は、圧縮機６によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機６から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置７を通過して、凝縮器として作用する室内熱交換器１１に流入し、室内熱交換器１１において、室内送風機１２によって送られる室内空気と熱交換されて凝縮して液化する。このとき、室内空気が暖められ、室内において暖房が実施される。凝縮された液状態の冷媒は、膨張部１０に流入し、膨張部１０において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する熱交換器８に流入し、熱交換器８において、室外送風機９によって送られる室外空気と熱交換されて蒸発してガス化する。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置７を通過して、圧縮機６に吸入される。

なお、空気調和装置１は、流路切替装置７を有していなくてもよい。この場合、空気調和装置１は、冷房専用機又は暖房専用機となる。

図２は、実施の形態１に係る熱交換器８を示す正面図である。次に、熱交換器８について詳細に説明する。図２に示すように、熱交換器８は、例えばパラレルフロー型の熱交換器である。なお、熱交換器８は、フィンチューブ型の熱交換器であってもよい。熱交換器８は、扁平管２０と、フィン３０と、ヘッダ４０とを備えている。

（扁平管２０）
扁平管２０は、内部に冷媒が流れるチューブであり、複数並べられており、例えばアルミニウム製又はアルミニウム合金製である。複数の扁平管２０は、長軸方向同士が対向するように、間隔を空けて配置されており、扁平管２０同士の間には、フィン３０が設けられている。また、扁平管２０は、アルミニウムを芯材とするクラッド材を用いたものでもよい。扁平管２０は、例えば冷媒が流れる流路が一列に複数形成されたものである。扁平管２０は、高さ方向を長手方向として延びている。

（フィン３０）
フィン３０は、扁平管２０に流れる冷媒の熱を伝達する部材であり、例えば扁平管２０と扁平管２０との間に折り曲げて配置されたコルゲートフィンである。フィン３０は、水平方向に対し傾斜する傾斜面を有し、交互に折り返されている。即ち、フィン３０は、帯状の部材が交互に折り返されて、高さ方向に複数並べられているといえる。フィン３０と扁平管２０との間は、空気が流れる通風路３１となっている。フィン３０は、例えばアルミニウム製である。なお、フィン３０は、プレートフィンでもよい。

（ヘッダ４０）
ヘッダ４０は、内部に冷媒が流れ、接続された複数の扁平管２０に冷媒を分流するものであり、例えばアルミニウム製である。このように、ヘッダ４０は、フィン３０及び扁平管２０と同じ材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。ヘッダ４０は、複数の扁平管２０の一端部を接続するヘッダ４０と、複数の扁平管２０の他端部を接続するヘッダ４０とを有している。なお、ヘッダ４０の内部は、１つ又は複数の仕切りによって、冷媒が流れる空間が仕切られるように構成されてもよい。一方のヘッダ４０には、冷媒配管５が接続されており、ヘッダ４０は冷媒配管５によって流路切替装置７と接続されている。他方のヘッダ４０には、冷媒配管５が接続されており、ヘッダ４０は冷媒配管５によって膨張部１０と接続されている。ヘッダ４０は、扁平管２０と同じ材料が用いられてもよい。

（平面部３２）
図３は、実施の形態１に係る熱交換器８を示す斜視図である。図３に示すように、フィン３０は、平面部３２と、複数のルーバ３３とを有している。平面部３２は、扁平管２０の長軸方向に沿って、傾斜して延びる板状の部材である。平面部３２には、扁平管２０に隣接する両端部を除いた中央部の一部に、扁平管２０の長軸方向に沿って延びる長方形状の開口３２ａが形成されている。

（ルーバ３３）
図４は、実施の形態１に係るフィン３０を示す模式図である。図４に示すように、ルーバ３３は、平面部３２に形成された開口３２ａを開閉するものである。ルーバ３３は、１つの開口３２ａに対して複数設けられている。ルーバ３３は、平面部３２の一部が切り起こされたものであり、側面視において傾斜している。ルーバ３３は、側面視において、平面部３２の高さに対して一端側が平面部３２よりも高く、他端側が平面部３２よりも低い。本実施の形態１では、平面部３２に接続されてそのままルーバ３３の傾斜部となる部分が存在しない。この部分は、ルーバ除去空間３４となっている。ルーバ除去空間３４がない場合、平面部３２に接続されてそのままルーバ３３となる部分が存在することになる。このルーバ３３は、それ以外のルーバ３３と高さ方向の位置を揃えるため、長さが半分となる（図４の破線参照）。なお、１つの開口３２ａを開閉する複数のルーバ３３を、ルーバ群３３ａと呼称する。

（ルーバ除去空間３４）
平面部３２には、ルーバ除去空間３４が形成されている。図３に示すように、ルーバ除去空間３４は、平面部３２において、複数のルーバ３３の端部に接続される位置が切り欠かれたものである。図３では、ルーバ除去空間３４が、平面部３２に形成された開口３２ａに対して、扁平管２０の短軸方向にずれている場合について例示しているが、ずれていなくてもよいし、ずれ方が変わってもよい。図４に示すように、ルーバ除去空間３４は、平面部３２に形成された開口３２ａにおける扁平管２０の長軸方向の端部に形成されている。即ち、ルーバ除去空間３４は、本来長さが半分となるルーバ３３が設けられる部分（図４の破線参照）が切り欠かれた空間といえる。

図５は、実施の形態１に係る熱交換器８を示す上面図である。次に、高さ方向に隣接する折り曲げられたフィン３０におけるルーバ除去空間３４の位置について説明する。図５において、左側のフィン３０は上段のフィン３０であり、中央のフィン３０は中段のフィン３０であり、右側のフィン３０は下段のフィン３０である。また、図５において、上側が風上側であり、下側が風下側である。図５に示すように、ルーバ除去空間３４は、高さ方向にそれぞれ位置がずれている。図５では、ルーバ除去空間３４における扁平管２０の短軸方向の長さが、それぞれ同じである場合について例示しているが、異なっていてもよい。また、ルーバ除去空間３４のずれは、周期的であってもよいし、非周期であってもよい。ルーバ除去空間３４が周期的であれば、製造工程が簡略化される。

図６は、実施の形態１に係る熱交換器８を示す側面図である。ルーバ除去空間３４が高さ方向にそれぞれ位置がずれている場合、図６に示すように、フィン３０に付着した水が、一か所に滞留せずに、下方に落下する。これにより、液滴５０がフィン３０に滞留し難くなる。なお、ルーバ除去空間３４がフィン３０と扁平管２０とが接合された部分であるフィン３０の傾斜部の最下部まで到達している方が、排水性がより向上する。

（変形例）
図７は、実施の形態１の変形例に係る熱交換器８を示す上面図である。図７では、フィン３０の長手方向の長さが、扁平管２０の長軸方向の長さよりもかなり長くなっており、フィン３０が、扁平管２０の両端部から外側に張り出している。図７に示すように、２つのルーバ除去空間３４のうち一方は扁平管２０の両端部から外側に張り出したフィン３０に形成されている。このように、ルーバ除去空間３４は、扁平管２０に対向していなくてもよい。

本実施の形態１によれば、平面部３２において、ルーバ３３の端部に接続される位置が切り欠かれたルーバ除去空間３４が形成されている。このため、ルーバ３３の端部に溜まった水は、ルーバ除去空間３４を通って排出される。従って、ルーバ３３の端部に水が溜まることを抑制することができる。

また、扁平管２０は、高さ方向を長手方向として延びており、フィン３０は、高さ方向に複数並べられており、高さ方向に並べられたフィン３０のルーバ除去空間３４は、高さ方向にそれぞれ位置がずれている。このため、フィン３０に付着した液滴が、上方に位置するルーバ除去空間３４を通って落下して、下方に位置する平面部３２に当たり、傾斜する平面部３２に沿って流れ、更にルーバ除去空間３４を通って落下していく。即ち、液滴がフィン３０に液滴が滞留し難い。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係る熱交換器８を示す斜視図である。本実施の形態２は、ルーバ除去空間３４の寸法を規定している。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図８に示すように、ルーバ除去空間３４における扁平管２０の長軸方向の幅Ｔは、ルーバ３３の幅Ｗの１／３～２／３である。これにより、熱交換能力を損なうことなく排水性を向上させることができる。即ち、熱交換能力と排水性とを両立させることができる。また、ルーバ除去空間３４における扁平管２０の長軸方向の幅Ｔは、ルーバ３３の幅Ｗの１／２であることが更に好ましい。これにより、本来長さが半分となるルーバ３３が設けられる部分を除去するのみで済むため、製造工程が簡略化される。

実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係る熱交換器８を示す上面図である。本実施の形態３は、フィン３０にスリット３５が形成されている点で、実施の形態１及び２と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１及び２と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１及び２との相違点を中心に説明する。

図９に示すように、フィン３０には、平面部３２に貯留する水を排出するスリット３５が形成されている。スリット３５は、ルーバ３３に隣接していない。図９では、スリット３５が複数形成されており、またルーバ除去空間３４と同様に、高さ方向にそれぞれ位置がずれている場合について例示している。なお、スリット３５は１つ形成されてもよいし、高さ方向において位置が一致していてもよい。このように、本実施の形態３は、ルーバ除去空間３４の他にスリット３５が形成されているため、排水性を更に向上させることができる。

１ 空気調和装置、２ 室外機、３ 室内機、４ 冷媒回路、５ 冷媒配管、６ 圧縮機、７ 流路切替装置、８ 熱交換器、９ 室外送風機、１０ 膨張部、１１ 室内熱交換器、１２ 室内送風機、２０ 扁平管、３０ フィン、３１ 通風路、３２ 平面部、３２ａ 開口、３３ ルーバ、３３ａ ルーバ群、３４ ルーバ除去空間、３５ スリット、４０ ヘッダ、５０ 液滴。

Claims (6)

1. 内部に冷媒が流れる複数の扁平管と、
   前記扁平管同士の間に設けられ、前記扁平管に流れる冷媒の熱を伝達するものであり、複数のフィンと、を備え、
   前記フィンは、
   一部に開口が形成された平面部と、
   前記平面部の前記開口を開閉するルーバと、を有し、
   前記開口には、前記開口における前記扁平管の長軸方向の端部のうち前記扁平管の短軸方向のいずれかの方向にずれた一部が切り欠かれてルーバ除去空間が形成されており、
   前記ルーバ除去空間は前記扁平管の長軸方向の一方の一部が前記開口につながり、前記扁平管の長軸方向の他方が前記平面部につながる
   熱交換器。
2. 内部に冷媒が流れる複数の扁平管と、
   前記扁平管同士の間に設けられ、前記扁平管に流れる冷媒の熱を伝達するものであり、複数のフィンと、を備え、
   前記フィンは、
   一部に開口が形成された平面部と、
   前記平面部の前記開口を開閉するルーバと、を有し、
   前記平面部には、前記ルーバの端部に接続される位置が切り欠かれたルーバ除去空間が形成されており、
   前記ルーバ除去空間は、
   前記扁平管の短軸方向において、前記ルーバの端部とずれており、
   前記扁平管は、高さ方向を長手方向として延びており、
   前記フィンは、高さ方向に複数並べられており、
   高さ方向に並べられた前記フィンの前記ルーバ除去空間は、高さ方向にそれぞれ位置がずれている
   熱交換器。
3. 前記ルーバ除去空間における前記扁平管の長軸方向の幅は、
   前記ルーバの幅の１／３～２／３である
   請求項１又は２記載の熱交換器。
4. 前記フィンには、
   前記平面部に貯留する水を排出するスリットが形成されている
   請求項１又は２記載の熱交換器。
5. 前記扁平管は、高さ方向を長手方向として延びており、
   前記フィンは、高さ方向に複数並べられており、
   高さ方向に並べられた前記フィンの前記スリットは、高さ方向にそれぞれ位置がずれている
   請求項４記載の熱交換器。
6. 請求項１又は２記載の熱交換器
   を備える空気調和装置。

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