特許 6972346 熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6972346

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F28F 1/14 20060101AFI20211111BHJP

   F28F 1/32 20060101ALI20211111BHJP

   F28D 1/053 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   F28F1/14

   F28F1/32 F

   F28D1/053 A

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2020-529850(P2020-529850)

(86)(22)【出願日】2018年7月9日

(86)【国際出願番号】JP2018025850

(87)【国際公開番号】WO2020012524

(87)【国際公開日】20200116

【審査請求日】2020年10月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】特許業務法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】永田 龍一

(72)【発明者】

【氏名】前田 剛志

(72)【発明者】

【氏名】石橋 晃

(72)【発明者】

【氏名】東井上 真哉

(72)【発明者】

【氏名】中村 伸

【審査官】 田村 佳孝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０４９０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１１２７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３３６７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２０６３７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２０２８９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｆ １／１４

Ｆ２８Ｆ １／３２

Ｆ２８Ｄ １／０５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに並列して配置された複数の熱交換部を有する熱交換器と、
前記熱交換器に空気を供給するファンと、
を備え、
前記複数の熱交換部のそれぞれは、
伝熱管と、
前記伝熱管の風上側端部から風上側に延び、かつ前記伝熱管の延伸方向に沿って延びた風上側フィン、及び前記伝熱管の風下側端部から風下側に延び、かつ前記伝熱管の延伸方向に沿って延びた風下側フィンを有しており、
前記複数の熱交換部は、第１熱交換部と、第２熱交換部と、を有しており、
前記伝熱管の延伸方向と交差する前記熱交換器の断面において、前記第１熱交換部には第１風速で空気が供給され、前記第２熱交換部には前記第１風速よりも速い第２風速で空気が供給され、
前記断面において、空気の流れに沿う方向での前記第１熱交換部の長さは、空気の流れに沿う方向での前記第２熱交換部の長さよりも長く、
前記断面において、前記風下側フィンの長さは、前記第１熱交換部及び前記第２熱交換部で一定であり、前記第１熱交換部の前記風上側フィンの長さは、前記第２熱交換部の前記風上側フィンの長さより長い熱交換器ユニット。

【請求項2】

前記ファンは、前記熱交換器と対面して配置されたプロペラファンであり、
前記複数の熱交換部は、第３熱交換部と、第４熱交換部と、を有しており、
前記プロペラファンの回転軸を含み前記伝熱管の延伸方向と平行な基準面と、前記第３熱交換部と、の間の距離は、前記基準面と前記第４熱交換部との間の距離よりも遠くなっており、
前記断面において、空気の流れに沿う方向での前記第３熱交換部の長さは、空気の流れに沿う方向での前記第４熱交換部の長さよりも長い請求項１に記載の熱交換器ユニット。

【請求項3】

前記プロペラファンは、前記回転軸上に設けられたボスを有しており、
前記複数の熱交換部は、前記回転軸と平行に見たとき前記ボスと重なる第５熱交換部と、前記回転軸と平行に見たとき前記ボスと重ならない第６熱交換部と、を有しており、
前記断面において、空気の流れに沿う方向での前記第５熱交換部の長さは、空気の流れに沿う方向での前記第６熱交換部の長さよりも長い請求項２に記載の熱交換器ユニット。

【請求項4】

前記熱交換器は、前記伝熱管の延伸方向が重力方向と平行になるように設置されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器ユニット。

【請求項5】

前記複数の熱交換部のうち互いに隣り合う２つの熱交換部の間には、前記２つの熱交換部を接続する伝熱フィンが設けられていない請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器ユニット。

【請求項6】

請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器ユニットを備える冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換器及びファンを有する熱交換器ユニット、並びに熱交換器ユニットを備えた冷凍サイクル装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、複数の扁平管を備えた空気調和機用フィンレス熱交換器が記載されている。この空気調和機用フィンレス熱交換器において、複数の扁平管は、当該各扁平管の長径方向が空気の流れに対してほぼ平行となるように配置されている。また、複数の扁平管は、空気の流れの方向と交差する方向に一列に等間隔に並置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−１４５０１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

通常、熱交換器の各伝熱管に供給される空気の風速は必ずしも均一ではない。このため、遅い風速で空気が供給される伝熱管では、空気と内部流体との熱交換量が少なくなり、速い風速で空気が供給される伝熱管では、空気と内部流体との熱交換量が多くなる。したがって、各伝熱管での熱交換量が不均一になるため、熱交換器の熱交換器性能が低下してしまうという課題があった。特に、熱交換器が冷凍サイクルの蒸発器として機能する場合、各伝熱管での熱交換量が不均一になると、各伝熱管の出口での二相冷媒の乾き度が不均一になるため、各伝熱管での冷媒の圧力損失が不均一になる。これにより、各伝熱管への冷媒の分配量が不均一になるため、熱交換器性能の低下が特に生じやすい。

【0005】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、熱交換器の熱交換器性能を向上させることができる熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る熱交換器ユニットは、互いに並列して配置された複数の熱交換部を有する熱交換器と、前記熱交換器に空気を供給するファンと、を備え、前記複数の熱交換部のそれぞれは、伝熱管と、前記伝熱管の風上側端部から風上側に延び、かつ前記伝熱管の延伸方向に沿って延びた風上側フィン、及び前記伝熱管の風下側端部から風下側に延び、かつ前記伝熱管の延伸方向に沿って延びた風下側フィンを有しており、前記複数の熱交換部は、第１熱交換部と、第２熱交換部と、を有しており、前記伝熱管の延伸方向と交差する前記熱交換器の断面において、前記第１熱交換部には第１風速で空気が供給され、前記第２熱交換部には前記第１風速よりも速い第２風速で空気が供給され、前記断面において、空気の流れに沿う方向での前記第１熱交換部の長さは、空気の流れに沿う方向での前記第２熱交換部の長さよりも長く、前記断面において、前記風下側フィンの長さは、前記第１熱交換部及び前記第２熱交換部で一定であり、前記第１熱交換部の前記風上側フィンの長さは、前記第２熱交換部の前記風上側フィンの長さより長いものである。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、本発明に係る熱交換器ユニットを備えるものである。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、第１風速で空気が供給される第１熱交換部では、第１風速よりも速い第２風速で空気が供給される第２熱交換部と比較して、空気に対する伝熱面積が大きくなる。このため、第１熱交換部での熱交換量を第２熱交換部での熱交換量に近づけることができる。したがって、本発明によれば、複数の熱交換部のそれぞれでの熱交換量をより均一にすることができるため、熱交換器の熱交換器性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施の形態１に係る熱交換器ユニット１００の要部構成を示す断面図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係る熱交換器ユニット１００の要部構成の変形例を示す断面図である。

【図3】本発明の実施の形態２に係る熱交換器ユニット１００の要部構成を示す断面図である。

【図4】本発明の実施の形態２に係る熱交換器ユニット１００の要部構成の変形例を示す断面図である。

【図5】本発明の実施の形態３に係る熱交換器ユニット１００の要部構成を示す断面図である。

【図6】本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置２００の構成を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る熱交換器ユニットについて説明する。図１は、本実施の形態に係る熱交換器ユニット１００の要部構成を示す断面図である。図１及び後述する図２〜図５では、以下のような座標系が定義されている。すなわち、伝熱管３０の延伸方向と平行な方向にｚ軸をとり、ｚ軸と垂直な平面内で空気の流れに沿う方向にｘ軸をとり、風上側を＋ｘ方向とし、ｚ軸及びｘ軸のいずれとも直交する方向にｙ軸をとる。図１及び後述する図２〜図５では、ｘ軸及びｙ軸の双方と平行なｘ−ｙ平面で熱交換器２０を切断した断面構成を示している。また、図１及び後述する図２〜図５では、熱交換器２０に供給される空気の風速分布を併せて示している。熱交換器ユニット１００は、例えば、冷凍サイクル装置の室外機又は室内機として用いられる。

【0010】

図１に示すように、熱交換器ユニット１００は、熱交換器２０と、熱交換器２０に空気を供給するファン５０と、少なくとも熱交換器２０及びファン５０を収容する不図示の筐体と、を有している。ファン５０は、熱交換器２０と対面して配置されたプロペラファンである。ファン５０は、回転軸Ｏ上に設けられたボス５１と、ボス５１の外周側に設けられた複数の翼５２と、を有している。ファン５０は、回転軸Ｏがｘ軸と平行になるように配置されている。すなわち、図１に示す熱交換器ユニット１００は、サイドフロー型の構成を有している。

【0011】

熱交換器２０は、互いに並列して配置された複数の熱交換部３５を有している。図１では９個の熱交換部３５を示している。以下の説明では、９個の熱交換部３５を識別するために、各熱交換部３５を図１中の左方から順に熱交換部３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄ、３５Ｅ、３５Ｆ、３５Ｇ、３５Ｈ、３５Ｉという場合がある。複数の熱交換部３５のそれぞれは、１つの伝熱管３０と、伝熱管３０の風上側に設けられた１つの風上側フィン３１と、伝熱管３０の風下側に設けられた１つの風下側フィン３２と、を有している。熱交換器２０は、伝熱管３０を流れる内部流体と、空気と、の熱交換を行う空気熱交換器である。熱交換器２０が冷凍サイクル装置の一部を構成する場合、伝熱管３０を流れる内部流体としては冷媒が用いられる。

【0012】

複数の伝熱管３０は、互いに並列して配置されている。複数の伝熱管３０の並列方向は、例えば、伝熱管３０の延伸方向及び空気の流れ方向のいずれとも垂直となるｙ軸方向である。複数の伝熱管３０は、一対のヘッダ（図示せず）によって挟まれている。各伝熱管３０の一端は一方のヘッダに接続されており、各伝熱管３０の他端は他方のヘッダに接続されている。各ヘッダの長手方向は、複数の伝熱管３０の並列方向と同じ方向である。

【0013】

複数の熱交換部３５のそれぞれにおいて、伝熱管３０、風上側フィン３１及び風下側フィン３２は熱的及び物理的に接続されている。伝熱管３０、風上側フィン３１及び風下側フィン３２は、同一材料を用いて一体成形されていてもよいし、別部材として形成されていてもよい。伝熱管３０、風上側フィン３１及び風下側フィン３２はいずれも、アルミニウム、銅又は真鍮などの高い熱伝導性を有する金属材料を用いて形成されるのが望ましい。

【0014】

本実施の形態では、伝熱管３０として、一方向に扁平な断面形状を有する扁平管が用いられている。以下、扁平管の延伸方向と垂直な断面における扁平管の長径方向のことを、単に扁平管の長径方向という場合がある。伝熱管３０として扁平管が用いられる場合には、扁平管の長径方向のことを伝熱管３０の長径方向という場合がある。伝熱管３０は、伝熱管３０の長径方向が空気の流れ方向と平行になるように設けられている。すなわち、伝熱管３０の長径方向は、ｘ軸方向と平行になっている。各伝熱管３０の長径寸法は全て同一である。伝熱管３０の内部には、内部流体を流通させる複数の流体通路４０が形成されている。各伝熱管３０の複数の流体通路４０は、伝熱管３０の長径方向に沿って並列している。各流体通路４０は、伝熱管３０の延伸方向に沿って延伸している。

【0015】

伝熱管３０は、当該伝熱管３０の長径方向の端部として、風上側に位置する風上側端部３０ａと、風下側に位置する風下側端部３０ｂと、を有している。風上側フィン３１は、伝熱管３０の延伸方向と垂直な断面において、風上側端部３０ａから伝熱管３０の長径方向に沿って風上側に延びている。また、風上側フィン３１は、伝熱管３０の延伸方向に沿っても延びている。風上側フィン３１は、例えば、伝熱管３０の延伸方向に沿った長辺を有する長方形平板状の形状を有している。伝熱管３０として扁平管が用いられている場合、風上側フィン３１の板厚寸法は、当該扁平管の短径寸法よりも小さくなっている。伝熱管３０として円管が用いられている場合、風上側フィン３１の板厚寸法は、当該円管の外径寸法よりも小さくなっている。風上側フィン３１には、流体通路４０が形成されていない。

【0016】

風下側フィン３２は、伝熱管３０の延伸方向と垂直な断面において、風下側端部３０ｂから伝熱管３０の長径方向に沿って風下側に延びている。また、風下側フィン３２は、伝熱管３０の延伸方向に沿っても延びている。風下側フィン３２は、例えば、伝熱管３０の延伸方向に沿った長辺を有する長方形平板状の形状を有している。伝熱管３０として扁平管が用いられている場合、風下側フィン３２の板厚寸法は、当該扁平管の短径寸法よりも小さくなっている。伝熱管３０として円管が用いられている場合、風下側フィン３２の板厚寸法は、当該円管の外径寸法よりも小さくなっている。風下側フィン３２には、流体通路４０が形成されていない。

【0017】

熱交換部３５が風上側フィン３１及び風下側フィン３２を有することにより、熱交換部３５と空気との伝熱面積を増加させることができるため、熱交換器２０の熱交換器性能を向上させることができる。なお、本実施の形態において、風上側フィン３１又は風下側フィン３２の一方は省略することも可能である。

【0018】

複数の熱交換部３５のうち互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間には、空気が流通する風路となる間隙３３が形成されている。互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間には、当該２つの熱交換部３５を接続する伝熱フィンが設けられていない。すなわち、熱交換器２０は、いわゆるフィンレス型の熱交換器である。互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間に伝熱フィンが設けられていないことから、複数の熱交換部３５は、一対のヘッダを介してのみ、互いに機械的に接続されている。また、複数の熱交換部３５は、実質的に、一対のヘッダを介してのみ、互いに熱的に接続されている。

【0019】

複数の熱交換部３５は、伝熱管３０の並列方向に沿って概ね等間隔にかつ互いに平行に配置されている。これにより、伝熱管３０、風上側フィン３１及び風下側フィン３２のそれぞれも、伝熱管３０の並列方向に沿って概ね等間隔でかつ互いに平行に配置されている。

【0020】

複数の熱交換部３５のそれぞれの長さについて説明する。熱交換部３５の長さは、伝熱管３０の延伸方向と交差する断面において、空気の流れに沿う方向での熱交換部３５の風上側端部から風下側端部までの距離によって特定される。熱交換部３５の風上側端部とは、風上側フィン３１を備える熱交換部３５では風上側フィン３１の風上側端部３１ａのことであり、風上側フィン３１を備えない熱交換部３５では伝熱管３０の風上側端部３０ａのことである。また、熱交換部３５の風下側端部とは、風下側フィン３２を備える熱交換部３５では風下側フィン３２の風下側端部３２ａのことであり、風下側フィン３２を備えない熱交換部３５では伝熱管３０の風下側端部３０ｂのことである。風上側フィン３１及び風下側フィン３２の双方を備える熱交換部３５の長さは、伝熱管３０の長径寸法と、風上側フィン３１の長さと、風下側フィン３２の長さとの和になる。

【0021】

ここで、ファン５０の回転軸Ｏを含み伝熱管３０の延伸方向と平行な平面を基準面Ｐ０とする。基準面Ｐ０は、ｘ−ｚ平面と平行になる。サイドフロー型の熱交換器ユニット１００では、大まかには、図１に示すような風速分布で熱交換器２０に空気が供給される。すなわち、基準面Ｐ０に近い熱交換部３５ほど速い風速で空気が供給され、基準面Ｐ０から離れた熱交換部３５ほど遅い風速で空気が供給される。

【0022】

複数の熱交換部３５のうち、熱交換部３５Ｈ及び熱交換部３５Ｆに注目する。図１に示す断面において、熱交換部３５Ｈには風速ｖ１で空気が供給され、熱交換部３５Ｆには、風速ｖ１よりも速い風速ｖ２で空気が供給される（ｖ１＜ｖ２）。また、同断面において、熱交換部３５Ｈの長さＬ１は、熱交換部３５Ｆの長さＬ２よりも長くなっている（Ｌ１＞Ｌ２）。つまり、熱交換部３５の長さは、当該熱交換部３５に供給される空気の風速が速いほど短くなっており、当該熱交換部３５に供給される空気の風速が遅いほど長くなっている。

【0023】

次に、熱交換部３５Ｂ及び熱交換部３５Ｃに注目する。熱交換部３５Ｂと基準面Ｐ０との距離Ｄ１は、熱交換部３５Ｃと基準面Ｐ０との距離Ｄ２よりも遠くなっている（Ｄ１＞Ｄ２）。また、図１に示す断面において、熱交換部３５Ｂの長さＬ３は、熱交換部３５Ｃの長さＬ４よりも長くなっている（Ｌ３＞Ｌ４）。つまり、熱交換部３５の長さは、当該熱交換部３５と基準面Ｐ０との距離が近いほど短くなっており、当該熱交換部３５と基準面Ｐ０との距離が遠いほど長くなっている。熱交換部３５Ａ〜３５Ｉのうち基準面Ｐ０から最も離れた熱交換部３５Ａ及び３５Ｉの長さは、最も長くなっている。

【0024】

本実施の形態では、伝熱管３０の長径寸法及び風下側フィン３２の長さは、各熱交換部３５で一定になっている。このため、風上側フィン３１の長さのみが熱交換部３５毎に異なっている。熱交換部３５Ｈ及び熱交換部３５Ｆに注目すると、熱交換部３５Ｈの風上側フィン３１の長さは、熱交換部３５Ｆの風上側フィン３１の長さよりも長くなっている。つまり、熱交換部３５の風上側フィン３１の長さは、当該熱交換部３５に供給される空気の風速が速いほど短くなっており、当該熱交換部３５に供給される空気の風速が遅いほど長くなっている。また、熱交換部３５Ｂ及び熱交換部３５Ｃに注目すると、熱交換部３５Ｈの風上側フィン３１の長さは、熱交換部３５Ｆの風上側フィン３１の長さよりも長くなっている。つまり、熱交換部３５の風上側フィン３１の長さは、当該熱交換部３５と基準面Ｐ０との距離が近いほど短くなっており、当該熱交換部３５と基準面Ｐ０との距離が遠いほど長くなっている。本実施の形態では、全ての熱交換部３５において、風上側フィン３１の長さは、風下側フィン３２の長さよりも長くなっている。

【0025】

次に、本実施の形態に係る熱交換器ユニット１００の動作について説明する。ここでは、熱交換器２０が冷凍サイクル装置の室外熱交換器として用いられ、暖房運転が行われる場合を例に挙げて説明する。この場合、熱交換器２０では、伝熱管３０を流れる低圧の二相冷媒とファン５０によって供給される室外空気との熱交換が、伝熱管３０、風上側フィン３１及び風下側フィン３２を介して行われる。熱交換器２０は、室外空気から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。

【0026】

ファン５０によって熱交換器２０に供給される空気には、図１に示すように複数の伝熱管３０の並列方向で不均一な風速分布が生じる。このため、空気の流れに沿う方向における各熱交換部３５の長さが一定であると仮定した場合、遅い風速で空気が供給される熱交換部３５では空気と冷媒との熱交換量が少なくなり、速い風速で空気が供給される熱交換部３５では空気と冷媒との熱交換量が多くなる。したがって、各熱交換部３５での熱交換量が不均一になるため、熱交換器２０の熱交換器性能が低下してしまう。

【0027】

特に、熱交換器２０が蒸発器として機能する場合、各熱交換部３５での熱交換量が不均一になると、各伝熱管３０の出口での二相冷媒の乾き度が不均一になる。二相冷媒の配管内での圧力損失は、乾き度に応じて変化する。このため、各伝熱管３０の出口での二相冷媒の乾き度が不均一になると、各伝熱管３０での冷媒の圧力損失が不均一になることによって各伝熱管３０の圧力バランスが崩れ、各伝熱管３０への冷媒の分配量が不均一になってしまう。したがって、蒸発器として機能する熱交換器２０では、熱交換器性能の低下が特に生じやすかった。

【0028】

これに対し、本実施の形態では、相対的に遅い風速で空気が供給される熱交換部３５の長さは長くなっており、相対的に速い風速で空気が供給される熱交換部３５の長さは短くなっている。これにより、遅い風速で空気が供給される熱交換部３５では、速い風速で空気が供給される熱交換部３５と比較して、空気に対する伝熱面積が大きくなる。このため、遅い風速で空気が供給される熱交換部３５での熱交換量を、速い風速で空気が供給される熱交換部３５での熱交換量に近づけることができる。したがって、本実施の形態によれば、ファン５０によって熱交換器２０に供給される空気に不均一な風速分布が生じる場合であっても、各熱交換部３５での熱交換量をより均一にすることができるため、熱交換器２０の熱交換器性能を向上させることができる。

【0029】

ここでは、熱交換器２０が暖房運転時の蒸発器として機能する場合について説明したが、熱交換器２０が暖房運転時の凝縮器、冷房運転時の蒸発器又は冷房運転時の凝縮器として機能する場合であっても同様の効果が得られる。

【0030】

図２は、本実施の形態に係る熱交換器ユニット１００の要部構成の変形例を示す断面図である。図２に示すように、本変形例では、風上側フィン３１の長さだけでなく、風下側フィン３２の長さも熱交換部３５毎に異なっている。伝熱管３０の長径寸法は、各熱交換部３５で一定になっている。熱交換部３５Ｈ及び熱交換部３５Ｆに注目すると、図２に示す断面において、熱交換部３５Ｈの風下側フィン３２の長さは、熱交換部３５Ｆの風下側フィン３２の長さよりも長くなっている。つまり、熱交換部３５の風下側フィン３２の長さは、当該熱交換部３５に供給される空気の風速が速いほど短くなっており、当該熱交換部３５に供給される空気の風速が遅いほど長くなっている。また、熱交換部３５Ｂ及び熱交換部３５Ｃに注目すると、図２に示す断面において、熱交換部３５Ｂの風下側フィン３２の長さは、熱交換部３５Ｃの風下側フィン３２の長さよりも長くなっている。つまり、熱交換部３５の風下側フィン３２の長さは、当該熱交換部３５と基準面Ｐ０との距離が近いほど短くなっており、当該熱交換部３５と基準面Ｐ０との距離が遠いほど長くなっている。本変形例では、全ての熱交換部３５において、風上側フィン３１の長さと風下側フィン３２の長さとが等しい。

【0031】

以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換器ユニット１００は、互いに並列して配置された複数の熱交換部３５を有する熱交換器２０と、熱交換器２０に空気を供給するファン５０と、備えている。複数の熱交換部３５のそれぞれは、伝熱管３０と、伝熱管３０の風上側端部３０ａから風上側に延びた風上側フィン３１及び伝熱管３０の風下側端部３０ｂから風下側に延びた風下側フィン３２の少なくとも一方と、を有している。複数の熱交換部３５は、熱交換部３５Ｈと、熱交換部３５Ｆと、を有している。伝熱管３０の延伸方向と交差する熱交換器２０の断面において、熱交換部３５Ｈには風速ｖ１で空気が供給され、熱交換部３５Ｆには風速ｖ１よりも速い風速ｖ２で空気が供給される。上記断面において、空気の流れに沿う方向での熱交換部３５Ｈの長さＬ１は、空気の流れに沿う方向での熱交換部３５Ｆの長さＬ２よりも長い。ここで、風速ｖ１は第１風速の一例である。風速ｖ２は第２風速の一例である。熱交換部３５Ｈは第１熱交換部の一例である。熱交換部３５Ｆは第２熱交換部の一例である。

【0032】

この構成によれば、風速ｖ１で空気が供給される熱交換部３５Ｈでは、風速ｖ１よりも速い風速ｖ２で空気が供給される熱交換部３５Ｆと比較して、空気に対する伝熱面積が大きくなる。このため、風速ｖ１で空気が供給される熱交換部３５Ｈでの熱交換量を、風速ｖ２で空気が供給される熱交換部３５Ｆでの熱交換量に近づけることができる。したがって、本実施の形態によれば、ファン５０によって熱交換器２０に供給される空気に不均一な風速分布が生じる場合であっても、各熱交換部３５での熱交換量をより均一にすることができるため、熱交換器２０の熱交換器性能を向上させることができる。

【0033】

また、本実施の形態に係る熱交換器ユニット１００において、ファン５０は、熱交換器２０と対面して配置されたプロペラファンである。複数の熱交換部３５は、熱交換部３５Ｂと、熱交換部３５Ｃと、を有している。プロペラファンの回転軸Ｏを含み伝熱管３０の延伸方向と平行な基準面Ｐ０と、熱交換部３５Ｂと、の間の距離Ｄ１は、基準面Ｐ０と熱交換部３５Ｃとの間の距離Ｄ２よりも遠くなっている。上記断面において、空気の流れに沿う方向での熱交換部３５Ｂの長さＬ３は、空気の流れに沿う方向での熱交換部３５Ｃの長さＬ４よりも長い。ここで、熱交換部３５Ｂは第３熱交換部の一例である。熱交換部３５Ｃは第４熱交換部の一例である。

【0034】

熱交換器２０とプロペラファンであるファン５０とが対面して配置されたサイドフロー型の熱交換器ユニット１００では、通常、基準面Ｐ０に近いほど風速が速く、基準面Ｐ０から離れるほど風速が遅くなるような風速分布で、熱交換器２０に空気が供給される。このため、熱交換部３５Ｂに供給される空気の風速は、熱交換部３５Ｃに供給される空気の風速よりも遅くなる。上記構成によれば、熱交換部３５Ｂでは、熱交換部３５Ｃと比較して、空気に対する伝熱面積が大きくなる。このため、熱交換部３５Ｂでの熱交換量を、熱交換部３５Ｃでの熱交換量に近づけることができる。したがって、本実施の形態によれば、各熱交換部３５での熱交換量をより均一にすることができるため、熱交換器２０の熱交換器性能を向上させることができる。

【0035】

また、本実施の形態に係る熱交換器ユニット１００において、複数の熱交換部３５のうち互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間には、当該２つの熱交換部３５を接続する伝熱フィンが設けられていない。この構成によれば、熱交換部３５の表面に生じた結露水、又は除霜運転によって熱交換部３５の霜が融解した融解水は、伝熱フィンに妨げられることなく排水される。したがって、本実施の形態によれば、熱交換器２０の排水性を向上させることができる。また、この構成によれば、伝熱フィンによる制約を受けずに熱交換部３５の配置ピッチを決めることができるため、熱交換部３５の配置ピッチの自由度を高めることができる。

【0036】

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る熱交換器ユニットについて説明する。図３は、本実施の形態に係る熱交換器ユニット１００の要部構成を示す断面図である。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

【0037】

ファン５０のボス５１には、空気の搬送機能がない。このため、実際の風速分布では、図３に示すように、回転軸Ｏと平行に見たときボス５１と重なる熱交換部３５Ｅに供給される空気の風速ｖ３は、ボス５１と重ならない熱交換部３５Ｄに供給される空気の風速ｖ４よりも遅くなる場合がある。本実施の形態では、図３に示す断面において空気の流れに沿う方向での熱交換部３５Ｅの長さＬ５は、同断面において空気の流れに沿う方向での熱交換部３５Ｄの長さＬ６よりも長くなっている（Ｌ５＞Ｌ６）。ここで、熱交換部３５Ｅは、回転軸Ｏと平行に見たとき少なくとも一部でボス５１と重なる熱交換部３５であり、熱交換部３５Ｄは、回転軸Ｏと平行に見たときボス５１とは重ならずに翼５２の回転軌跡と重なる熱交換部３５である。

【0038】

本実施の形態では、伝熱管３０の長径寸法及び風下側フィン３２の長さは、各熱交換部３５で一定になっており、風上側フィン３１の長さのみが熱交換部３５毎に異なっている。すなわち、熱交換部３５Ｅの風上側フィン３１の長さは、熱交換部３５Ｄの風上側フィン３１の長さよりも長くなっている。また、本実施の形態では、全ての熱交換部３５において、風上側フィン３１の長さは、風下側フィン３２の長さよりも長くなっている。

【0039】

図４は、本実施の形態に係る熱交換器ユニット１００の要部構成の変形例を示す断面図である。図４に示すように、本変形例では、風上側フィン３１の長さだけでなく、風下側フィン３２の長さも熱交換部３５毎に異なっている。伝熱管３０の長径寸法は、各熱交換部３５で一定になっている。熱交換部３５Ｅ及び熱交換部３５Ｄに注目すると、熱交換部３５Ｅの風下側フィン３２の長さは、熱交換部３５Ｄの風下側フィン３２の長さよりも長くなっている。本変形例では、全ての熱交換部３５において、風上側フィン３１の長さと風下側フィン３２の長さとが等しい。

【0040】

以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換器ユニット１００において、プロペラファンであるファン５０は、回転軸Ｏ上に設けられたボス５１を有している。複数の熱交換部３５は、回転軸Ｏと平行に見たときボス５１と重なる熱交換部３５Ｅと、回転軸Ｏと平行に見たときボス５１と重ならない熱交換部３５Ｄと、を有している。上記断面において、空気の流れに沿う方向での熱交換部３５Ｅの長さＬ５は、空気の流れに沿う方向での熱交換部３５Ｄの長さＬ６よりも長い。ここで、熱交換部３５Ｅは第５熱交換部の一例である。熱交換部３５Ｄは第６熱交換部の一例である。

【0041】

この構成によれば、回転軸Ｏと平行に見たときボス５１と重なる熱交換部３５Ｅでは、回転軸Ｏと平行に見たときボス５１と重ならない熱交換部３５Ｄと比較して、空気に対する伝熱面積が大きくなる。このため、熱交換部３５Ｅに供給される空気の風速が熱交換部３５Ｄに供給される風速よりも遅い場合であっても、熱交換部３５Ｅでの熱交換量を熱交換部３５Ｄでの熱交換量に近づけることができる。したがって、本実施の形態によれば、実際の風速分布に対応して各熱交換部３５での熱交換量をより均一にすることができるため、熱交換器２０の熱交換器性能を向上させることができる。

【0042】

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る熱交換器ユニットについて説明する。図５は、本実施の形態に係る熱交換器ユニット１００の要部構成を示す断面図である。図５に示すように、本実施の形態では、伝熱管３０の延伸方向すなわちｚ軸方向が重力方向と平行になるように熱交換器２０が設置されている。すなわち、各熱交換部３５の伝熱管３０は、重力方向と平行に延伸している。伝熱管３０が重力方向と平行に延伸していることにより、風上側フィン３１及び風下側フィン３２も重力方向と平行に延伸している。本実施の形態のそれ以外の構成は、図１に示した熱交換器ユニット１００の構成と同様である。本実施の形態は、図２〜図４に示した熱交換器ユニット１００にも適用できる。

【0043】

以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換器ユニット１００では、熱交換器２０は、伝熱管３０の延伸方向が重力方向と平行になるように設置されている。この構成によれば、熱交換部３５の表面に生じた結露水、又は除霜運転によって熱交換部３５の霜が融解した融解水は、自重により熱交換部３５を伝って下方に流れ落ちる。したがって、本実施の形態によれば、熱交換器２０の排水性を向上させることができる。

【0044】

また、本実施の形態では、熱交換部３５の伝熱管３０、風上側フィン３１及び風下側フィン３２が重力方向と平行に延伸している。さらに、複数の熱交換部３５のうち互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間には、当該２つの熱交換部３５を接続する伝熱フィンが設けられていない。このため、熱交換部３５を伝って下方に流れ落ちる結露水又は融解水は、伝熱フィンに妨げられることなく排水される。したがって、本実施の形態によれば、熱交換器２０の排水性をさらに向上させることができる。

【0045】

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置について説明する。図６は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置２００の構成を示す回路図である。本実施の形態では、冷凍サイクル装置２００として、空気調和機を例示している。図６に示すように、冷凍サイクル装置２００は、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路１０を有している。冷凍サイクル回路１０は、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、膨張弁１４及び室内熱交換器１５が冷媒配管を介して環状に接続された構成を有している。また、冷凍サイクル装置２００は、室外熱交換器１３に空気を供給する室外ファン１６と、室内熱交換器１５に空気を供給する室内ファン１７と、を有している。冷凍サイクル装置２００では、圧縮機１１が駆動されることにより、冷媒が相変化しながら冷凍サイクル回路１０を循環する冷凍サイクルが実行される。室外熱交換器１３では、室外ファン１６により供給される空気と、内部流体である冷媒との熱交換が行われる。室内熱交換器１５では、室内ファン１７により供給される空気と、内部流体である冷媒との熱交換が行われる。

【0046】

冷凍サイクル回路１０に充填される冷媒としては、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２又はＨＦＯ−１２３４ｙｆ等の冷媒を用いることができる。圧縮機１１に使用される冷凍機油としては、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系又はフッ素油系など、冷媒との相溶性の有無に関わらず種々の冷凍機油を用いることができる。

【0047】

冷凍サイクル装置２００は、室外機１１０及び室内機１２０を有している。室外機１１０には、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、膨張弁１４及び室外ファン１６が収容されている。室内機１２０には、室内熱交換器１５及び室内ファン１７が収容されている。室外機１１０及び室内機１２０の少なくとも一方には、実施の形態１〜３のいずれかの熱交換器ユニット１００が用いられている。すなわち、室外熱交換器１３及び室内熱交換器１５の少なくとも一方は、実施の形態１〜３のいずれかの熱交換器２０であり、室外ファン１６及び室内ファン１７の少なくとも一方は、実施の形態１〜３のいずれかのファン５０である。

【0048】

冷凍サイクル装置２００の動作について、暖房運転を例に挙げて説明する。暖房運転時には、圧縮機１１から吐出された冷媒が室内熱交換器１５に流入するように、四方弁１２が切り替えられる。圧縮機１１から吐出された高圧のガス冷媒は、四方弁１２を経由し、室内熱交換器１５に流入する。暖房運転時には、室内熱交換器１５は凝縮器として機能する。すなわち、室内熱交換器１５では、内部を流通する冷媒と、室内ファン１７により供給される室内空気との熱交換が行われ、冷媒は室内空気に凝縮熱を放熱する。これにより、室内熱交換器１５に流入したガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒となる。室内熱交換器１５を通過する室内空気は、冷媒からの放熱によって加熱される。

【0049】

室内熱交換器１５から流出した液冷媒は、膨張弁１４で減圧されて低圧の二相冷媒となる。膨張弁１４から流出した二相冷媒は、室外熱交換器１３に流入する。暖房運転時には、室外熱交換器１３は蒸発器として機能する。すなわち、室外熱交換器１３では、内部を流通する冷媒と、室外ファン１６により供給される室外空気との熱交換が行われ、冷媒は室外空気から蒸発熱を吸熱する。これにより、室外熱交換器１３に流入した二相冷媒は、蒸発して低圧のガス冷媒となる。室外熱交換器１３から流出したガス冷媒は、四方弁１２を経由して圧縮機１１に吸入される。圧縮機１１に吸入されたガス冷媒は、圧縮されて高圧のガス冷媒となる。暖房運転時には、以上の冷凍サイクルが連続的に繰り返し実行される。説明を省略するが、冷房運転時には、四方弁１２によって冷媒の流れ方向が切り替えられ、室外熱交換器１３が凝縮器として機能し、室内熱交換器１５が蒸発器として機能する。

【0050】

以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置２００は、実施の形態１〜３のいずれかの熱交換器ユニット１００を備えている。この構成によれば、冷凍サイクル装置２００に用いられる熱交換器２０の熱交換器性能を向上させることができる。

【0051】

上記実施の形態１〜４では、熱交換器２０の伝熱管３０を流通する内部流体として冷媒を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。熱交換器２０の伝熱管３０を流通する内部流体としては、水又はブラインなどの液体を含む他の流体を用いることもできる。

【0052】

また、上記実施の形態１〜４では、互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間に伝熱フィンが設けられていないフィンレス型の熱交換器２０を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。本発明は、互いに隣り合う２つの熱交換部３５の間に当該２つの熱交換部３５を接続する伝熱フィンが設けられた熱交換器にも適用できる。

【0053】

また、上記実施の形態１〜４では、熱交換器２０とファン５０とが対面して配置されたサイドフロー型の熱交換器ユニット１００を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。本発明は、トップフロー型などの他の構成を有する熱交換器ユニットにも適用できる。

【0054】

また、上記実施の形態３では、伝熱管３０の延伸方向が重力方向に平行となる縦流れ式の熱交換器２０を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。本発明は、伝熱管３０の延伸方向が水平方向となる横流れ式の熱交換器、又は伝熱管３０の延伸方向が重力方向及び水平方向のいずれに対しても傾いた熱交換器にも適用できる。

【0055】

上記実施の形態１〜４や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

【符号の説明】

【0056】

１０ 冷凍サイクル回路、１１ 圧縮機、１２ 四方弁、１３ 室外熱交換器、１４ 膨張弁、１５ 室内熱交換器、１６ 室外ファン、１７ 室内ファン、２０ 熱交換器、３０ 伝熱管、３０ａ 風上側端部、３０ｂ 風下側端部、３１ 風上側フィン、３１ａ 風上側端部、３２ 風下側フィン、３２ａ 風下側端部、３３ 間隙、３５、３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄ、３５Ｅ、３５Ｆ、３５Ｇ、３５Ｈ、３５Ｉ 熱交換部、４０ 流体通路、５０ ファン、５１ ボス、５２ 翼、１００ 熱交換器ユニット、１１０ 室外機、１２０ 室内機、２００ 冷凍サイクル装置、Ｄ１、Ｄ２ 距離、Ｏ 回転軸、Ｐ０ 基準面、ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４ 風速。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】