特開 2024-176931 熱交換器およびそれを備える空気調和機に関する。

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024176931

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】熱交換器およびそれを備える空気調和機に関する。

(51)【国際特許分類】

   F28F 3/08 20060101AFI20241212BHJP

   F28D 1/03 20060101ALI20241212BHJP

   F28D 9/00 20060101ALI20241212BHJP

   F28F 3/04 20060101ALI20241212BHJP

   F24F 1/0067 20190101ALI20241212BHJP

   B60H 1/32 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

F28F3/08 311

F28D1/03

F28D9/00

F28F3/04 A

F24F1/0067

B60H1/32 613C

B60H1/32 613E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023095823

(22)【出願日】2023-06-09

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100183265

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 剣一

(72)【発明者】

【氏名】奥村 拓也

【テーマコード（参考）】

3L051

3L103

3L211

【Ｆターム（参考）】

3L051BE06

3L103AA50

3L103BB38

3L103BB42

3L103CC18

3L103CC22

3L103DD13

3L103DD58

3L211BA60

3L211DA22

3L211DA24

(57)【要約】

【課題】プレート積層型の熱交換器において、熱交換器から水滴が飛び出ることを抑制する。
【解決手段】熱交換器１８は、互いに接触し、第１の流体が流れる第１の流路Ｐ１を備える複数のフィン４６を形成する複数の第１および第２のプレート５０、５２を有する。複数のフィン４６は、第２の流体Ａが流れる第２の流路Ｐ２を間に形成するように間隔をあけて積層されている。複数のフィン４６それぞれにおいて、第１および第２のプレート５０、５２それぞれにおける第２の流体Ａの流れ方向の上流側の端面５０ｊ、５２ｊが、互いに対して第２の流体Ａの流れ方向にずれている。
【選択図】図１２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに接触し、第１の流体が流れる第１の流路を備える複数のフィンを形成する複数の第１および第２のプレートを有し、
前記複数のフィンが、第２の流体が流れる第２の流路を間に形成するように間隔をあけて積層され、
前記複数のフィンそれぞれにおいて、前記第１および第２のプレートそれぞれにおける前記第２の流体の流れ方向の上流側の端面が、互いに対して前記第２の流体の流れ方向にずれている、熱交換器。

【請求項2】

前記第１のプレートが、第１の貫通穴を備え、
前記第２のプレートが、前記第１の貫通穴に接続する第２の貫通穴を備え、
前記複数のフィンそれぞれにおいて、前記第１および第２の貫通穴それぞれにおける前記第２の流体の流れ方向の下流側の内周面の部分が、互いに対して第２の流体の流れ方向にずれている、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記第１の流路が、前記複数のフィンの積層方向視でミアンダ状であって、
前記第１および第２の貫通穴が、間隔をあけて対向する第１の流路の２つの部分の間に形成されている、請求項２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記第１のプレートと前記第２のプレートが、前記複数のフィンの積層方向視で、同一の輪郭形状を備える、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項5】

冷媒を送出する圧縮機と、
冷媒が流れる熱交換器と、
前記熱交換器を通過する空気の流れを発生させるファンと、を備え、
前記熱交換器が、互いに接触し、冷媒が流れる第１の流路を備える複数のフィンを形成する複数の第１および第２のプレートを有し、
前記複数のフィンが、空気が流れる第２の流路を間に形成するように間隔をあけて積層され、
前記複数のフィンそれぞれにおいて、前記第１および第２のプレートそれぞれにおける空気の流れ方向の上流側の端面が、互いに対して空気の流れ方向にずれている、空気調和機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱交換器と、その熱交換器を備える空気調和機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、例えば、特許文献１に記載するように、第１および第２のプレートを接合することによってそれぞれ形成されている複数のフィンを備えるプレート積層型の熱交換器が知られている。複数のフィンそれぞれにおいて、第１および第２のプレートの間には、冷媒が流れる流路が形成されている。複数のフィンの間を流れる空気と、フィンそれぞれの内部を流れる冷媒との間で、熱交換が行われる。

【0003】

このようなプレート積層型の熱交換器における複数のフィンの積層体（フィン積層体）は、第１および第２のプレートを交互に重ねた後、積層方向に押圧しつつ加熱することによって作製される。そのために、第１および第２のプレートそれぞれは、例えば、両面にロウ材層が設けられた金属薄板（ブレージングプレート）をプレス成型することによって作製されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－６３６３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、プレート積層型の熱交換器の場合、フィンは、２枚のプレートによって構成されているので、１枚のプレートによって構成されるフィンチューブ型熱交換器のフィンに比べて厚さが大きい。そのため、フィンの間を流れる空気の流れ方向の上流側のフィンのエッジに大きな水滴が発生し、その水滴が熱交換器の外部に飛び出すことがある。

【0006】

具体的には、熱交換器によって空気を冷却するとき、湿った空気がフィンの上流側の分厚いエッジにあたって結露し、それにより、そのエッジ上に大きな水滴が発生する。これにより、空気が流れるフィン間の隙間（流路）の通風抵抗が増加し、空気の流速が増加する。この流速が増加した空気が、エッジ上の大きな水滴を熱交換器の外部に吹き飛ばす。熱交換器と熱交換された空気が室内に供給される場合、大きな水滴が室内に吹き出される。

【0007】

そこで、本開示は、プレート積層型の熱交換器において、熱交換器から水滴が飛び出ることを抑制することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述の課題を解決するために、本開示の一態様によれば、
互いに接触し、第１の流体が流れる第１の流路を備える複数のフィンを形成する複数の第１および第２のプレートを有し、
前記複数のフィンが、第２の流体が流れる第２の流路を間に形成するように間隔をあけて積層され、
前記複数のフィンそれぞれにおいて、前記第１および第２のプレートそれぞれにおける前記第２の流体の流れ方向の上流側の端面が、互いに対して前記第２の流体の流れ方向にずれている、熱交換器が提供される。

【0009】

また、本開示の別態様によれば、
冷媒を送出する圧縮機と、
冷媒が流れる熱交換器と、
前記熱交換器を通過する空気の流れを発生させるファンと、を備え、
前記熱交換器が、互いに接触し、冷媒が流れる第１の流路を備える複数のフィンを形成する複数の第１および第２のプレートを有し、
前記複数のフィンが、空気が流れる第２の流路を間に形成するように間隔をあけて積層され、
前記複数のフィンそれぞれにおいて、前記第１および第２のプレートそれぞれにおける空気の流れ方向の上流側の端面が、互いに対して空気の流れ方向にずれている、空気調和機が提供される。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、プレート積層型の熱交換器において、熱交換器から水滴が飛び出ることを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の一実施の形態に係る空気調和機の概略図

【図2】空気調和機における室内機の概略的断面図

【図3】本開示の一実施の形態に係る熱交換器の斜視図

【図4】熱交換器におけるフィン積層体の一部の斜視図

【図5】フィン積層体の一部の正面図

【図6】フィン積層体の一部の断面図

【図7】フィンの上方斜視図

【図8】フィンの下方斜視図

【図9】フィンの上方分解斜視図

【図10A】フィンの短手方向に変形した比較例の熱交換器の斜視図

【図10B】フィンの長手方向に変形した比較例の熱交器の斜視図

【図11】一例の姿勢で配置された状態の熱交換器におけるフィンの上面図

【図12A】実施の形態に係る熱交換器において、水滴が発生した状態のフィン積層体の断面図

【図12B】比較例に係る熱交換器において、水滴が発生した状態のフィン積層体の断面図

【図13】本開示の異なる実施の形態に係る熱交換器において、水滴が発生した状態のフィン積層体の断面図

【発明を実施するための形態】

【0012】

本開示の一態様の熱交換器は、互いに接触し、第１の流体が流れる第１の流路を備える複数のフィンを形成する複数の第１および第２のプレートを有し、前記複数のフィンが、第２の流体が流れる第２の流路を間に形成するように間隔をあけて積層され、前記複数のフィンそれぞれにおいて、前記第１および第２のプレートそれぞれにおける前記第２の流体の流れ方向の上流側の端面が、互いに対して前記第２の流体の流れ方向にずれている。

【0013】

このような一態様によれば、プレート積層型の熱交換器において、熱交換器から水滴が飛び出ることを抑制することができる。

【0014】

例えば、前記第１のプレートが、第１の貫通穴を備え、前記第２のプレートが、前記第１の貫通穴に接続する第２の貫通穴を備えてもよい。この場合、前記複数のフィンそれぞれにおいて、前記第１および第２の貫通穴それぞれにおける前記第２の流体の流れ方向の下流側の内周面の部分が、互いに対して第２の流体の流れ方向にずれている。

【0015】

例えば、前記第１の流路が、前記複数のフィンの積層方向視でミアンダ状であってもよい。この場合、前記第１および第２の貫通穴が、間隔をあけて対向する第１の流路の２つの部分の間に形成されている。

【0016】

例えば、前記第１のプレートと前記第２のプレートが、前記複数のフィンの積層方向視で、同一の輪郭形状を備えてもよい。

【0017】

本開示の別態様の空気調和機は、冷媒を送出する圧縮機と、冷媒が流れる熱交換器と、 前記熱交換器を通過する空気の流れを発生させるファンと、を備え、前記熱交換器が、互いに接触し、冷媒が流れる第１の流路を備える複数のフィンを形成する複数の第１および第２のプレートを有し、前記複数のフィンが、空気が流れる第２の流路を間に形成するように間隔をあけて積層され、前記複数のフィンそれぞれにおいて、前記第１および第２のプレートそれぞれにおける空気の流れ方向の上流側の端面が、互いに対して空気の流れ方向にずれている。

【0018】

このような別態様によれば、熱交換器から水滴が飛び出ることを抑制することができる。

【0019】

以下、本開示の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【0020】

図１は、本開示の一実施の形態に係る空気調和機の概略図である。また、図２は、空気調和機における室内機の概略的断面図である。

【0021】

図１に示すように、本実施の形態に係る空気調和機１０は、室内に配置される室内機１２と、室外に配置される室外機１４とを有する。

【0022】

図１および図２に示すように、室内機１２は、室内に設置される筺体１６と、筺体１６内に配置されて室内の空気と熱交換する熱交換器１８と、熱交換器１８を室内空気が通過するように室内空気の流れを発生させるクロスフローファン２０とが搭載されている。筺体１６には、上方に開いた吸気口１６ａと、前方に開いた吸気口１６ｂと、斜め下方向に向いた吹き出し口１６ｃが形成されている。クロスフローファン２０が回転すると、室内空気が、吸気口１６ａ、１６ｂを介して筺体１６内に流入し、熱交換器１８を通過する。熱交換器１８を通過した空気は、吹き出し口１６ｃを介して筺体１６から室外に吹き出される。なお、熱交換器１８の下方には、熱交換器１８の表面で結露した空気中の水分を貯えるドレンパン２２が設けられている。

【0023】

図１に示すように、室外機１４には、室外空気と熱交換する熱交換器２４と、熱交換器２４を室外空気が通過するように室外空気の流れを発生させる軸流ファン２６と、熱交換器１８、２４内を通過する冷媒（第１の流体）を送出する圧縮機２８とが搭載されている。熱交換器１８、熱交換器２４、および圧縮機２８は、冷媒配管３０を介して接続されている。その冷媒配管３０上には、冷媒を減圧する膨張弁３２と、冷媒の流れ方向を変更する四方弁３４とが配置されている。

【0024】

冷房運転時、冷媒は、圧縮機２８から送出され、四方弁３４、室外機１４の熱交換器２４、膨張弁３２、室内機１２の熱交換器１８を順に経て、圧縮機２８に戻る。暖房運転時、冷媒は、圧縮機２８から送出され、四方弁３４、室内機１２の熱交換器１８、膨張弁３２、室外機１４の熱交換器２４を順に経て、圧縮機２８に戻る。冷房運転時の冷媒の流れと暖房運転時の冷媒の流れは、四方弁３４によって切り替えられる。なお、冷房運転時、熱交換器１８の表面での室内空気の結露によって発生した水滴は、熱交換器１８の表面に沿って流れ、ドレンパン２２に落ちる。

【0025】

図３は、本開示の一実施の形態に係る熱交換器の斜視図である。また、図４は、熱交換器におけるフィン積層体の一部の斜視図である。さらに、図５は、フィン積層体の一部の正面図である。そして、図６は、フィン積層体の一部の断面図である。

【0026】

なお、図面に示すＸ－Ｙ－Ｚ直交座標系は、実施の形態の理解を容易にするためのものであって、実施の形態を限定するものではない。Ｘ軸方向は熱交換器におけるフィン構造体を構成するフィンの短手方向を示し、Ｙ軸方向はフィンの長手方向を示し、Ｚ軸方向はフィンの積層方向を示している。また、図中において、白抜き矢印は、熱交換器１８に流入する空気Ａ（第２の流体）の流れ方向を示している。本実施の形態の場合、熱交換器１８を通過する空気Ａは、Ｘ軸方向に流れる。

【0027】

図３および図４に示すように、熱交換器１８は、フィン積層体４０を含んでいる。フィン積層体４０は、２つのエンドプレート４２、４４の間に配置されている。一方のエンドプレート４２には、冷媒配管３０に接続されて冷媒が流入する流入側接続管４２ａと、冷媒配管３０に接続されて冷媒が流出する流出側接続管４２ｂが設けられている。

【0028】

図４～図６に示すように、フィン積層体４０は、複数のフィン４６を積層することによって形成されている。多数のフィン４６が積層されることにより、熱交換器１８は、図３に示すように、フィン４６の積層方向（Ｚ軸方向）に長い平板状になる。なお、本実施の形態の場合、複数のフィン４６は、室内機１２の左右方向に積層されている。

【0029】

図６に示すように、複数のフィン４６それぞれの内部には、冷媒が流れる第１の流路Ｐ１が設けられている。

【0030】

図７は、フィンの上方斜視図である。また、図８は、フィンの下方斜視図である。さらに、図９は、フィンの上方分解斜視図である。

【0031】

図９に示すように、複数のフィン４６それぞれは、第１のプレート５０と第２のプレート５２を、フィン積層体４０の積層方向（Ｚ軸方向）に、互いに接合することによって形成されている。図６に示すように、第１のプレート５０と第２のプレート５２の間に、第１の流路Ｐ１が形成されている。

【0032】

本実施の形態の場合、第１のプレート５０と第２のプレート５２は、両面にロウ材層が設けられた金属薄板、いわゆるブレージングプレートを加工、例えばプレス加工することによって作製されている。ブレージングプレートは、例えば、アルミニウム合金から作製された薄板の両面に、ロウ材としてのアルミシリコン合金層を形成することによって作製されている。第１のプレート５０と第２のプレート５２は、ロウ材層が加熱によって一度溶けて再び固化することによって接合される。

【0033】

第１のプレート５０と第２のプレート５２は、互いに接合することにより、その間に冷媒が流れる第１の流路Ｐ１を形成する。本実施の形態の場合、第２のプレート５２における第１のプレート５０に対向する内側表面５２ａには、ミアンダ状の凹部５２ｂが形成されている。一方、第１のプレート５０における第２のプレート５２に対向する内側表面５０ａには、ミアンダ状の凹部５２ｂに蓋をする凸部５０ｂが形成されている。この凹部５２ｂと凸部５０ｂが、複数のフィン４６の積層方向（Ｚ軸方向）視でミアンダ状であって、冷媒が流れる第１の流路Ｐ１を画定する。その結果、内部に第１の流路Ｐ１を備えるフィン４６が形成される。また、本実施の形態の場合、第１の流路Ｐ１は、積層方向視で、フィン４６の長手方向（Ｙ軸方向）の中央部分に形成されている。

【0034】

また、第１の流路Ｐ１は、図７および図８に示すように、フィン４６の長手方向（Ｙ軸方向）の両端に設けられた管状の第１および第２のヘッダ４６ａ、４６ｂの内部に連通している。すなわち、第１および第２のヘッダ４６ａ、４６ｂの間に、第１の流路Ｐ１が配置されている。また、これらの第１および第２のヘッダ４６ａ、４６ｂそれぞれは、第１のプレート５０の筒状部５０ｃ、５０ｄと第２のプレート５２の筒状部５２ｃ、５２ｄとが接合することによって形成されている。

【0035】

複数のフィン４６それぞれの第１のヘッダ４６ａが連結して接合することにより、図４に示すように、第１のマニホールド４０ａが構成されている。第１のマニホールド４０ａは、エンドプレート４２の流入側接続管４２ａと接続し、流入側接続管４２ａを通過した冷媒をフィン４６それぞれの第１の流路Ｐ１に案内する。

【0036】

また、複数のフィン４６それぞれの第２のヘッダ４６ｂが連結して接合することにより、図４に示すように、第２のマニホールド４０ｂが構成されている。第２のマニホールド４０ｂは、エンドプレート４２の流出側接続管４２ｂと接続し、フィン４６それぞれの第１の流路Ｐ１から流出した冷媒を、流出側接続管４２ｂに案内する。

【0037】

なお、本実施の形態の場合、図６～図９に示すように、第１および第２のプレート５０、５２それぞれに、フィン４６の長手方向（Ｙ軸方向）に延在する第１および第２の貫通穴５０ｅ、５２ｅが形成されている。第１および第２の貫通穴５０ｅ、５２ｅは互いに接続し、複数のフィン４６の積層方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通穴状の断熱部４６ｃをフィン４６に形成する。図７および図８に示すように、断熱部４６ｃは、間隔をあけてフィン４６の短手方向（Ｘ軸方向）に対向する、すなわち空気Ａの流れ方向に対向する第１の流路Ｐ１の２つの部分の間に形成されている。この断熱部４６ｃにより、第１の流路Ｐ１の一部分を流れる冷媒から第１の流路Ｐ１の他の部分を流れる冷媒への第１および第２のプレート５０、５２を介する熱の移動（熱のショートカット）が抑制されている。

【0038】

また、図７および図９に示すように、第１のプレート５０の外側表面５０ｆには、複数の切り起こし部５０ｇが設けられている。

【0039】

具体的には、切り起こし部５０ｇは、図７に示すように、空気Ａの流れ方向（Ｘ軸方向）視で、角括弧形状であって、第１のプレート５０をプレス成型することきに形成されている。具体的には、まず２本の平行なスリットが形成され、そのスリット間の部分が押されて延伸することにより、第１の切り起こし部５０ｇが外側表面５０ｆに形成されている。

【0040】

フィン４６それぞれの切り起こし部５０ｇは、隣接する他のフィン４６との間に空間を確保しつつ、その隣接する他のフィン４６を支持するスペーサとして機能する。隣接する他のフィン４６における第２のプレート５２の外側表面５２ｆが、切り起こし部５０ｇの頂部に接合する。これにより、図５および図６に示すように、複数のフィン４６が間隔をあけて積層され、２つのフィン４６の間に空気Ａが流れる第２の流路Ｐ２が形成されている。

【0041】

図７および図８に示すように、第１および第２のプレート５０、５２それぞれの外側表面５０ｆ、５２ｆには、複数の第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈが設けられている。図５に示すように、複数の第１のリブ部５０ｈは、一方に隣接する他のフィン４６における第２のプレート５２に向かって突出している。また、複数の第２のリブ部５２ｈは、他方に隣接する他のフィン４６における第２のプレート５２に向かって突出している。隣接する２つのフィン４６の一方における第１のリブ部５０ｈと他方のフィン４６における第２のリブ部５２ｈが、それらの頂面を介して互いに接合する。

【0042】

また、図７および図８に示すように、理由は後述するが、第１のリブ部５０ｈは、第１および第２のヘッダ４６ａ、４６ｂ（筒状部５０ｃ、５０ｄ）の周囲に、すなわち囲むように、フィン４６（第１のプレート５０）に設けられている。同様に、第２のリブ部５２ｈは、第１および第２のヘッダ４６ａ、４６ｂ（筒状部５２ｃ、５２ｄ）の周囲に、すなわち囲むように、フィン４６（第２のプレート５２）に設けられている。その結果、本実施の形態の場合、複数の第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈは、第１および第２のヘッダ４６ａ、４６ｂとともに、フィン４６の長手方向（Ｙ軸方向）の両端それぞれに設けられている。

【0043】

このような第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈが互いに接合することにより、フィン積層体４０の剛性が向上する。特に、複数のフィン４６の積層方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向への変形に対する剛性が向上する。その理由を説明するために、フィンが第１および第２のリブ部を備えていない比較例の熱交換器について説明する。なお、第１および第２のリブ部を備えていない点を除いて、比較例の熱交換器は、本実施の形態の熱交換器１８と実質的に同一である。

【0044】

図１０Ａは、フィンの短手方向に変形した比較例の熱交換器の斜視図である。また、図１０Ｂは、フィンの長手方向に変形した比較例の熱交器の斜視図である。

【0045】

図１０Ａは、フィンが第１および第２のリブ部を備えていない比較例の熱交換器１１８におけるフィン積層体１４０の積層方向（Ｚ軸方向）の中央部分に対して、フィンの短手方向（Ｘ軸方向）に外力Ｆ１が加わった状態を示している。この外力Ｆ１により、比較例のフィン積層体１４０は、フィンの短手方向にたわみ変形している。

【0046】

また、図１０Ｂは、フィンが第１および第２のリブ部を備えていない比較例の熱交換器１１８におけるフィン積層体１４０の積層方向（Ｚ軸方向）の中央部分に対して、フィンの長手方向（Ｙ軸方向）に外力Ｆ２が加わった状態を示している。この外力Ｆ２により、比較例のフィン積層体１４０は、フィンの長手方向にたわみ変形している。

【0047】

当然ながら、このような外力Ｆ１、Ｆ２が大きくなると、フィン積層体１４０は塑性変形し、元の形状に戻ることができなくなる可能性がある。

【0048】

比較例のフィン積層体１４０の場合、複数のフィンそれぞれは、第１および第２のヘッダと切り起こし部とを介して、隣接する他のフィンに接合されている。そのため、外力Ｆ１、Ｆ２がフィン積層体１４０に加わると、フィンそれぞれは、隣接する他のフィンに対して大きく変位しやすい。

【0049】

これに対して、本実施の形態のフィン積層体４０の場合、複数のフィン４６それぞれは、第１および第２のヘッダ４６ａ、４６ｂと切り起こし部５０ｇとに加えて、第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈを介して、隣接する他のフィン４６に接合されている。第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈの接合により、フィン積層体４０は、比較例のフィン積層体１４０に比べて、剛性が向上している。そのため、同一の外力Ｆ１、Ｆ２が加わった場合のたわみ量について、フィン積層体４０は、比較例のフィン積層体１４０に比べて小さい。すなわち、実施の形態のフィン積層体４０においては、外力Ｆ１、Ｆ２が加わった場合のフィン４６の隣接する他のフィン４６に対する変位量が、比較例のフィン積層体１４０に比べて小さい。

【0050】

特に、本実施の形態の場合、図７および図８に示すように、フィン４６の長手方向（Ｙ軸方向）の両端に設けられた第１および第２のヘッダ４６ａ、４６ｂの周囲に、第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈが設けられている。その結果、フィン４６は、実質的にその両端で、隣接する他のフィン４６に対して接合する。その結果、図１０Ｂに示すようなフィン４６の長手方向（Ｙ軸方向）に作用する外力Ｆ２に対して、フィン積層体４０は高い剛性を備える。また、このような第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈのフィン４６の長手方向の両端への配置により、長手方向の中央に配置された第１の流路Ｐ１に沿ってフィン４６の短手方向（Ｘ軸方向）に流れる空気Ａを第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈが妨害することが抑制されている。

【0051】

また、本実施の形態の場合、図７および図８に示すように、第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈは、フィン４６の短手方向（Ｘ軸方向）のサイズが、長手方向（Ｙ軸方向）のサイズに比べて大きくなるように構成されている、これにより、図１０Ａに示すようなフィン４６の短手方向（Ｘ軸方向）に作用する外力Ｆ１に対して剛性が向上する（第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈにおけるフィン４６の短手方向のサイズが長手方向のサイズに比べて小さい場合に比べて）。またこのような形状により、第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈによる空気Ａに対する通風抵抗が減少する。

【0052】

なお、空気Ａに対する通風抵抗を小さくするためには、相対的に大きな第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈを少数個設けるよりは、相対的に小さい第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈを多数設ける方が好ましい。

【0053】

また、複数の第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈは、第１および第２のヘッダ４６ａ、４６ｂとの間に隙間をあけて設けられるのが好ましい。その理由を図１１を用いて説明する。

【0054】

図１１は、一例の姿勢で配置された状態の熱交換器におけるフィンの上面図である。

【0055】

図１１に示すように、熱交換器１８は、場合によっては、フィン４６の長手方向（Ｙ軸方向）が鉛直方向Ｖに概ね一致した状態で使用されることがある。このような場合、熱交換器１８が湿った空気Ａを冷却するとき、その湿った空気Ａがフィン４６の表面で結露して発生した水滴は、フィン４６の表面に沿って下方に移動する。すなわち、図１１に示す例では、下方に位置する第１のヘッダ４６ａに向かって水滴が移動する。

【0056】

このとき、第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈが第１のヘッダ４６ａに接続していると、水滴が、第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈと第１のヘッダ４６ａとによって形成されたコーナー部に溜まる可能性がある。その結果、水滴が、熱交換器１８の下方に位置するドレンパン２２に落ちることができない可能性がある。

【0057】

そのため、本実施の形態においては、熱交換器１８がどのような姿勢で使用されても、結露によってフィン４６の表面に発生した水滴がドレンパン２２に落下できるように、図７および図１１に示すように、第１および第２のヘッダ４６ａ、４６ｂと第１のリブ部５０ｈとの間に隙間が設けられている。同様に、図８に示すように、第１および第２のヘッダ４６ａ、４６ｂと第２のリブ部５２ｈとの間にも、隙間が設けられている。

【0058】

なお、第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈによる効果を検証するために、発明者は、本実施の形態のフィン積層体４０と比較例のフィン積層体１４０の落下による変形をシミュレーションしている。具体的には、発明者は、同一高さ位置からフィンの短手方向にフィン積層体を落下させ、その短手方向のフィン積層体の最大変位量をシミュレーションによって算出した。その結果、実施の形態のフィン積層体４０の最大変位量は、比較例のフィン積層体１４０の最大変位量に比べて２５．２％低い値であった。このシミュレーション結果から、第１および第２のリブ部５０ｈ、５２ｈにより、フィン積層体の剛性が向上することが実証されている。

【0059】

湿った空気Ａの熱交換器１８での結露によって発生する水滴に関して、本実施の形態に係る熱交換器はさらなる特徴を備えている。

【0060】

図１２Ａは、本実施の形態に係る熱交換器において、水滴が発生した状態のフィン積層体の断面図である。また、図１２Ｂは、比較例に係る熱交換器において、水滴が発生した状態のフィン積層体の断面図である。

【0061】

図１２Ａに示すように、熱交換器１８の姿勢によっては、フィン４６のそれぞれの空気Ａの流れ方向の上流側のエッジ４６ｄに水滴Ｗが発生しうる。具体的には、空気調和機１０が熱交換器１８によって空気Ａを冷却する冷房運転中に、湿った空気Ａがフィン４６の上流側エッジ４６ｄに当たって結露すると、そのエッジ４６ｄ上に水滴Ｗが発生する。この水滴Ｗが大きく成長しないように、本実施の形態のフィン４６は構成されている。

【0062】

具体的には、図６、図７、図１１、および図１２Ａに示すように、フィン４６それぞれにおいて、エッジ４６ｄを構成する第１のプレート５０における空気Ａの流れ方向の上流側端面５０ｊと第２のプレート５２における上流側端面５２ｊは、互いに対して空気Ａの流れ方向にずれている。本実施の形態の場合、第２のプレート５２の上流側端面５２ｊが、第１のプレート５０の上流側端面５０ｊに対して、空気Ａの流れ方向の上流側に位置する。また、本実施の形態の場合、上流側端面５０ｊ、５２ｊは、例えば、０．２～２．０ｍｍずれている。

【0063】

このように第１および第２のプレート５０、５２の上流側端面５０ｊ、５２ｊが互いに対してずれることにより、フィン４６のエッジ４６ｄに発生する水滴Ｗが小さくなる。

【0064】

これと異なり、図１２Ｂに示す比較例の熱交換器１１８のフィン積層体１４０のように、第１および第２のプレート１５０、１５２の上流側端面１５０ｊ、１５２ｊがずれておらず、空気Ａの流れ方向の位置が一致している場合、フィン１４６のエッジ１４６ｄ上に大きな水滴Ｗが発生しうる。

【0065】

具体的に説明すると、図１２Ａに示すように、本実施の形態の場合、湿った空気Ａが当たるフィン４６のエッジ４６ｄは、第２のプレート５２の上流側端面５２ｊのみで構成されているので小さい。したがって、エッジ４６ｄ上で発生した水滴Ｗは、そのエッジ４６ｄ上で大きく成長できない。大きく成長することなく、最終的には、水滴Ｗは、空気Ａの流れに押されてエッジ４６ｄから離れ、ドレンパン２２に向かって下方向にフィン４６の表面上を移動する。

【0066】

一方、図１２Ｂに示すように、比較例の場合、湿った空気Ａが当たるフィン１４６のエッジ１４６ｄは、第１のプレート１５０の上流側端面１５０ｊと第２のプレート１５２の上流側端面１５２ｊから構成されているので大きい。したがって、エッジ１４６ｄ上で発生した水滴Ｗは、湿った空気Ａから水分を奪い続けてそのエッジ１４６ｄで大きく成長する。

【0067】

図１２Ｂに示すように、水滴Ｗが大きく成長すると、フィン１４６間の第１の流路Ｐ１を流れる空気Ａの流速が増加する。具合的には、第２の流路Ｐ２の入り口の開口面積が大きな水滴Ｗによって実質的に減少し、それにより、第２の流路Ｐ２に流入するときに、空気Ａは、その流速が増加する。

【0068】

第２の流路Ｐ２を流れる空気Ａの流速が増加すると、大きく成長した水滴Ｗが、高速の空気Ａに吹き飛ばされ、熱交換器１１８の外部に飛び出すことがある。すなわち、大きく成長した水滴Ｗが、フィン１４６の表面上をドレンパンに向かって移動しない場合がある。熱交換器１１８を飛び出した大きな水滴Ｗは、ファンに吸い込まれ、最終的にファンから室内に吹き出される可能性がある。

【0069】

したがって、図１２Ａに示すように、フィン４６のエッジ４６ｄ上で発生した水滴Ｗが熱交換器１８の外部に飛び出さないように、第１および第２のプレート５０、５２の上流側端面５０ｊ、５２ｊが互いに対してずれている。

【0070】

なお、図６に示すように、本実施の形態の場合、第１のプレート５０の下流側端面５０ｋと第２のプレート５２の下流側端面５２ｋも、空気Ａの流れ方向にずれている。これは、第１および第２のプレート５０、５２が、フィン４６の積層方向（Ｚ軸方向）視で、同一の輪郭形状を備えるからである。すなわち、第１および第２のプレート５０、５２が、同一の輪郭形状を備える材料プレートをプレス成型して形成されているからである。同一の材料プレートから第１および第２のプレート５０、５２を作成することにより、フィン積層体４０の作製コストが減少するとともに、作製時間が短縮化される。また、そのために、第１および第２のプレート５０、５２は、実質的に同一の熱容量を備えることができる。それにより、第１および第２のプレート５０、５２それぞれは、その間を流れる空気Ａに対して、実質的に同一の伝熱効率で熱交換を行うことができる。その結果、熱交換器１８の熱交換率が向上する。

【0071】

また、発明者は、第１および第２のプレート５０、５２の上流側端面５０ｊ、５２ｊが互いに対してずれている効果を確かめるために、実験を行っている。湿った空気を１ｍ／ｓの流速で図１２Ａに示す本実施の形態の熱交換器１８と図１２Ｂに示す比較例の熱交換器１１８それぞれに流入させた結果、本実施の形態の通風抵抗が、比較例の通風抵抗の９３％であった。この通風抵抗の低下は、フィンのエッジに大きな水滴が発生していないことを示している。

【0072】

なお、このような水滴Ｗは、第１および第２のプレート５０、５２の上流側端面５０ｊ、５２ｊ以外の部分にも発生しうる。

【0073】

図１３は、本開示の異なる実施の形態に係る熱交換器において、水滴が発生した状態のフィン積層体の断面図である。

【0074】

図１３に示すように、本開示の異なる実施の形態に係る熱交換器２１８のフィン積層体２４０において、フィン２４６の貫通穴状の断熱部２４６ｃは、空気Ａの流れ方向（Ｘ軸方向）のサイズが大きい。そのため、貫通穴状の断熱部２４６ｃの内周面における空気Ａの流れ方向の下流側の部分に、水滴Ｗが発生する可能性がある。この水滴Ｗが大きく成長しないように、フィン２４６それぞれにおいて、第１および第２の貫通穴２５０ｅ、２５２ｅそれぞれにおける空気Ａの流れ方向の下流側の内周面の部分が、互いに対して空気Ａの流れ方向にずれている。その結果、フィン２４６の貫通穴状の断熱部２４６ｃで大きな水滴Ｗが発生し、その大きな水滴Ｗが熱交換器２１８の外部に飛び出すことが抑制されている。

【0075】

以上のような本実施の形態によれば、プレート積層型の熱交換器において、熱交換器から水滴が飛び出ることを抑制することができる。

【0076】

以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されない。

【0077】

例えば、上述の実施の形態の場合、第１および第２のプレート５０、５２は、両面にロウ材層が設けられた金属薄板から作製されている。このロウ材層により、第１のプレート５０と第２のプレート５２とが互いに接合されている。しかしながら、本開示の実施の形態はこれに限らない。第１～第３のプレートを互いに接触し、その接触状態を維持できるのであれば、第１のおよび第２のプレートは、ロウ材層が両面に設けられていない金属薄板から作製されてもよい。

【0078】

さらに、上述の実施の形態の熱交換器は、室内空調を行う空気調和機に設けられている。しかしながら、本開示の実施の形態はこれに限らない。本開示の実施の形態に係る熱交換器は、第１の流体と第２の流体との間で熱交換を行う必要がある装置に使用可能である。

【0079】

すなわち、本開示の実施の形態に係る熱交換器は、広義には、互いに接触し、第１の流体が流れる第１の流路を備える複数のフィンを形成する複数の第１および第２のプレートを有し、前記複数のフィンが、第２の流体が流れる第２の流路を間に形成するように間隔をあけて積層され、前記複数のフィンそれぞれにおいて、前記第１および第２のプレートそれぞれにおける前記第２の流体の流れ方向の上流側の端面が、互いに対して前記第２の流体の流れ方向にずれている、熱交換器である。

【産業上の利用可能性】

【0080】

本開示は、第１の流体と第２の流体との間で熱交換を行う熱交換器に適用可能である。

【符号の説明】

【0081】

１８ 熱交換器
４６ フィン
５０ 第１のプレート
５０ｊ 上流側端面
５２ 第２のプレート
５２ｊ 上流側端面
Ａ 第２の流体（空気）
Ｐ１ 第１の流路
Ｐ２ 第２の流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】