特許 7668878 熱交換器、冷凍サイクル装置および熱交換器の製造方法

(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】

(24)【登録日】2025-04-17

(45)【発行日】2025-04-25

(54)【発明の名称】熱交換器、冷凍サイクル装置および熱交換器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F28F 1/30 20060101AFI20250418BHJP

【ＦＩ】

F28F1/30 E

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2023531187

(86)(22)【出願日】2021-06-29

(86)【国際出願番号】 JP2021024516

(87)【国際公開番号】W WO2023275978

(87)【国際公開日】2023-01-05

【審査請求日】2023-08-31

(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】弁理士法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】尾中 洋次

(72)【発明者】

【氏名】足立 理人

(72)【発明者】

【氏名】岸田 七海

(72)【発明者】

【氏名】五明 泰作

(72)【発明者】

【氏名】七種 哲二

(72)【発明者】

【氏名】中島 崇志

【審査官】小川 悟史

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１０１０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－０６６６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４５０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０８５１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／０９５５３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－２４５８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２５００１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０４５４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４６１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２２７９４５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２８１５０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｆ １／３０

Ｆ２５Ｂ ３９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外側面をそれぞれ対向させて並列された複数の扁平伝熱管と、
波形状を有し、対向する前記複数の扁平伝熱管の間に配置されるコルゲートフィンと、を備え、
前記コルゲートフィンは、
前記波形状の頂部が前記複数の扁平伝熱管の前記外側面に接合され、
前記頂部の間を接続するフィンが前記複数の扁平伝熱管の軸方向に並列して配置され、
前記複数の扁平伝熱管が並列する方向を並列方向とし、前記複数の扁平伝熱管の断面形状の長軸方向を奥行方向としたとき、前記フィンは、
奥行方向に複数並べられた複数の伝熱促進部を有し、
前記複数の伝熱促進部のそれぞれは、
前記フィンの表面から突き出して形成された伝熱促進凸部と、
前記フィンの表面に開口された開口部分と、を備え、
前記複数の伝熱促進部の間には、
奥行方向に幅を有する霜成長領域を備え、
前記霜成長領域は、
前記複数の伝熱促進部のそれぞれの前記開口部分と連続して形成された貫通孔を備え、
前記貫通孔は、前記コルゲートフィンが打ち抜かれて形成された孔である、熱交換器。

【請求項2】

前記複数の伝熱促進部は、
前記フィンの表面から突出する方向の先端に位置する先端面を備え、
前記先端面は、
奥行方向において中央部が凸となるように形成されている湾曲面を有する、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記複数の伝熱促進部は、
前記フィンの表面から突出する方向の先端に位置する先端面を備え、
前記先端面は、
前記フィンの表面に対し傾斜している、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記複数の伝熱促進部の１つに前記霜成長領域を挟んで隣り合って配置されている平坦部を備え、
前記平坦部は、
前記複数の伝熱促進部の前記先端面と同じ角度及び向きに傾斜している傾斜部を備える、請求項３に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記複数の伝熱促進部のうち隣り合って配置されている２つの伝熱促進部は、
互いに並列方向にずれて配置されている、請求項１～４の何れか１項に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記フィンは、
奥行方向において前記霜成長領域の長さをＬ_Ｓ、前記伝熱促進部の長さをＬ_Ｌとしたときに、Ｌ_Ｌ／７＜Ｌ_Ｓの関係を満たす、請求項１～５の何れか１項に記載の熱交換器。

【請求項7】

複数の伝熱促進部のうち隣り合って配置されている２つの伝熱促進部の間に、平坦部を有する、請求項１～６の何れか１項に記載の熱交換器。

【請求項8】

前記フィンは、
奥行方向において前記霜成長領域の長さをＬ_Ｓ、前記伝熱促進部の長さをＬ_Ｌ、前記平坦部の長さをＬ_Ｆとしたときに、Ｌ_Ｌ／７＜Ｌ_Ｓ≦Ｌ_Ｆの関係を満たす、請求項７に記載の熱交換器。

【請求項9】

請求項１～８の何れか１項に記載の熱交換器を備える、冷凍サイクル装置。

【請求項10】

熱交換器の製造方法であって、
前記熱交換器は、
外側面をそれぞれ対向させて並列された複数の扁平伝熱管と、
波形状を有し、対向する前記複数の扁平伝熱管の間に配置されるコルゲートフィンと、を備え、
前記コルゲートフィンは、
前記波形状の頂部が前記複数の扁平伝熱管の前記外側面に接合され、
前記頂部の間を接続するフィンが前記複数の扁平伝熱管の軸方向に並列して配置され、
前記複数の扁平伝熱管が並列する方向を並列方向とし、前記複数の扁平伝熱管の断面形状の長軸方向を奥行方向としたとき、前記フィンは、
奥行方向に複数並べられた複数の伝熱促進部を有し、
前記複数の伝熱促進部のそれぞれは、
前記フィンの表面から突き出して形成された伝熱促進凸部と、
前記フィンの表面に開口された開口部分と、を備え、
前記複数の伝熱促進部の間には、
奥行方向に幅を有する霜成長領域を備え、
前記霜成長領域は、
前記複数の伝熱促進部のそれぞれの前記開口部分と連続して形成された貫通孔を備えるものであり、
前記製造方法は、
平坦な板材から前記コルゲートフィンを形成する工程と、
前記コルゲートフィンの前記頂部を前記扁平伝熱管に接合する工程と、を有し、
前記コルゲートフィンを形成する工程は、
前記板材に前記貫通孔を形成する穴開け工程と、前記貫通孔の縁の少なくとも一方の平坦部分を前記板材の表面に対して垂直方向に移動させるように変形して前記伝熱促進部を形成する伝熱促進部形成工程と、
前記貫通孔及び前記伝熱促進部が形成された前記板材を波形に折り曲げる折り曲げ工程と、
前記折り曲げ工程の後に所定の長さに前記板材を切断する工程と、を備える、熱交換器の製造方法。

【請求項11】

前記穴開け工程は、
カッターを備え平行な回転軸を備える２つのローラーカッターの間に前記板材を通して行われ、
前記伝熱促進部形成工程は、
前記穴開け工程の後に行われ、平行な回転軸を備える２つのローラーの間に前記板材を通すことにより行われる、請求項１０に記載の熱交換器の製造方法。

【請求項12】

撮像装置により撮影された前記板材の表面の画像に基づき前記穴開け工程における前記貫通孔の位置精度を監視し、前記画像から得られた前記貫通孔の位置精度データに基づき、前記ローラーカッターの回転速度及び前記板材の送り速度を含む加工条件を変動させる、請求項１１に記載の熱交換器の製造方法。

【請求項13】

外側面をそれぞれ対向させて並列された複数の扁平伝熱管と、
波形状を有し、対向する前記複数の扁平伝熱管の間に配置されるコルゲートフィンと、を備え、
前記コルゲートフィンは、
前記波形状の頂部が前記複数の扁平伝熱管の前記外側面に接合され、
前記頂部の間を接続するフィンが前記複数の扁平伝熱管の軸方向に並列して配置され、
前記複数の扁平伝熱管が並列する方向を並列方向とし、前記複数の扁平伝熱管の断面形状の長軸方向を奥行方向としたとき、前記フィンは、
奥行方向に複数並べられた複数の伝熱促進部を有し、
前記複数の伝熱促進部のそれぞれは、
前記フィンの表面から突き出して形成された伝熱促進凸部と、
前記フィンの表面に開口された開口部分と、を備え、
前記複数の伝熱促進部の間には、
奥行方向に幅を有する霜成長領域を備え、
前記霜成長領域は、
前記複数の伝熱促進部のそれぞれの前記開口部分と連続して形成された貫通孔を備え、
前記複数の伝熱促進部は、
前記フィンの表面から突出する方向の先端に位置する先端面を備え、
前記先端面は、
前記フィンの表面に対し傾斜しており、
前記複数の伝熱促進部の１つに前記霜成長領域を挟んで隣り合って配置されている平坦部を備え、
前記平坦部は、
前記複数の伝熱促進部の前記先端面と同じ角度及び向きに傾斜している傾斜部を備える熱交換器。

【請求項14】

前記複数の伝熱促進部のうち隣り合って配置されている２つの伝熱促進部の間に、平坦部を有し、
前記霜成長領域は、
前記伝熱促進部と前記平坦部とに挟まれて、前記伝熱促進部と前記平坦部とに隣合って配置されている請求項１に記載の熱交換器。

【請求項15】

前記霜成長領域は、
前記伝熱促進部の奥行方向の両側又は空気の流れの上流側のみに配置されている請求項１に記載の熱交換器。

【請求項16】

前記霜成長領域の並列方向の幅寸法は、前記伝熱促進部の並列方向の幅寸法以上である請求項１に記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、コルゲートフィンと扁平伝熱管とを組み合わせて構成する熱交換器、冷凍サイクル装置および熱交換器の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来技術として、例えば冷媒が通過する一対のヘッダー間に接続された複数の扁平伝熱管の平面部と平面部との間に、コルゲートフィンを配置したコルゲートフィンチューブ型の熱交換器が普及している。そして、コルゲートフィンが配置された扁平伝熱管の間には、気体が気流として通過する。このような熱交換器は、扁平伝熱管とコルゲートフィンとの少なくとも一方の表面温度が氷点以下になる可能性がある。表面温度が低下すると、表面近くの空気中の水分が析出して水となり、さらに、氷点以下になると、水が凍結する。そこで、熱交換器は、排水をはかるため、フィンとなる部分に空隙となるスリットを設け、表面に析出した水を、スリットを介して排出する（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１８３９０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の熱交換器は、コルゲートフィン表面に析出する水を排出する構造であるスリットを有する。スリットは、コルゲートフィンを構成する板材を部分的に切断して板材を貫通する切り込みを形成して形成される。そのため、スリットは、幅が小さく、スリットの間に水又は霜が滞留してしまうと、排出するのが困難であった。滞留した水又は霜は、熱交換器を通過する空気の抵抗となり、コルゲートフィンの伝熱性能を低下させてしまうという課題があった。

【0005】

本開示は、上記のような課題を解決するため、コルゲートフィンの排水性及び着霜耐力を向上した熱交換器、冷凍サイクル装置および熱交換器の製造方法を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の熱交換器は、外側面をそれぞれ対向させて並列された複数の扁平伝熱管と、波形状を有し、対向する前記複数の扁平伝熱管の間に配置されるコルゲートフィンと、を備え、前記コルゲートフィンは、前記波形状の頂部が前記複数の扁平伝熱管の前記外側面に接合され、前記頂部の間を接続するフィンが前記複数の扁平伝熱管の軸方向に並列して配置され、前記複数の扁平伝熱管が並列する方向を並列方向とし、前記複数の扁平伝熱管の断面形状の長軸方向を奥行方向としたとき、前記フィンは、奥行方向に複数並べられた複数の伝熱促進部を有し、前記複数の伝熱促進部のそれぞれは、前記フィンの表面から突き出して形成された伝熱促進凸部と、前記フィンの表面に開口された開口部分と、を備え、前記複数の伝熱促進部の間には、奥行方向に幅を有する霜成長領域を備え、前記霜成長領域は、前記複数の伝熱促進部のそれぞれの前記開口部分と連続して形成された貫通孔を備え、前記貫通孔は、前記コルゲートフィンが打ち抜かれて形成された孔である。

【0007】

また、本開示の冷凍サイクル装置は、上記の熱交換器を備えるものである。

【0008】

また、本開示の熱交換器の製造方法は、外側面をそれぞれ対向させて並列された複数の扁平伝熱管と、波形状を有し、対向する前記複数の扁平伝熱管の間に配置されるコルゲートフィンと、を備え、前記コルゲートフィンは、前記波形状の頂部が前記複数の扁平伝熱管の前記外側面に接合され、前記頂部の間を接続するフィンが前記複数の扁平伝熱管の軸方向に並列して配置され、前記複数の扁平伝熱管が並列する方向を並列方向とし、前記複数の扁平伝熱管の断面形状の長軸方向を奥行方向としたとき、前記フィンは、奥行方向に複数並べられた複数の伝熱促進部を有し、前記複数の伝熱促進部のそれぞれは、前記フィンの表面から突き出して形成された伝熱促進凸部と、前記フィンの表面に開口された開口部分と、を備え、前記複数の伝熱促進部の間には、奥行方向に幅を有する霜成長領域を備え、前記霜成長領域は、前記複数の伝熱促進部のそれぞれの前記開口部分と連続して形成された貫通孔を備える熱交換器の製造方法であって、平坦な板材から前記コルゲートフィンを形成する工程と、前記コルゲートフィンの前記頂部を前記扁平伝熱管に接合する工程と、を有し、前記コルゲートフィンを形成する工程は、前記板材に前記貫通孔を形成する穴開け工程と、前記貫通孔の縁の少なくとも一方の平坦部分を前記板材の表面に対して垂直方向に移動させるように変形して前記伝熱促進部を形成する伝熱促進部形成工程と、前記貫通孔及び前記伝熱促進部が形成された前記板材を波形に折り曲げる折り曲げ工程と、前記折り曲げ工程の後に所定の長さに前記板材を切断する工程と、を備えるものである。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、熱交換器のコルゲートフィンの上側に位置するフィンが伝熱促進部に隣り合う霜成長領域を通過して水を下側のフィンに排水できるように構成されている。従って、フィン上の水の滞留を抑え、凍結を防ぐことができ、コルゲートフィンの伝熱性能をさらに向上させることができる。また、霜着霜空間が設けられていることにより、霜成長時のフィン間の風路の閉塞時間を延ばすことができ、着霜耐力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１に係る熱交換器１０の構造を説明する正面図である。

【図2】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。

【図3】実施の形態１に係る熱交換器１０の複数の扁平伝熱管１及びコルゲートフィン２の構造を説明する拡大斜視図である。

【図4】実施の形態１に係るコルゲートフィン２の上面図である。

【図5】実施の形態１に係るコルゲートフィン２のフィン２１の変形例を示す上面図である。

【図6】実施の形態１に係るコルゲートフィン２の変形例を示す上面図である。

【図7】実施の形態１に係るコルゲートフィン２のフィン２１の変形例を示す上面図である。

【図8】実施の形態１に係るフィン２１の断面構造の説明図である。

【図9】実施の形態１に係るフィン２１の比較例であるフィン１２１の断面構造の説明図である。

【図10】実施の形態１に係る熱交換器１０における霜成長領域の幅と排水性の関係を示す図である。

【図11】実施の形態２に係るフィン２１の構造の一例を示したものである。

【図12】実施の形態３に係るフィン２１の一例を示したものである。

【図13】実施の形態４に係るフィン２１の断面形状の一例を示した説明図である。

【図14】実施の形態５に係るコルゲートフィン２を製造する装置の構造の説明図である。

【図15】実施の形態５に係るコルゲートフィン２の加工工程のフローの一例である。

【図16】実施の形態５に係るコルゲートフィン２の加工工程の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施の形態に係る熱交換器、冷凍サイクル装置及び熱交換器の製造方法について、添付図面などを参照しながら説明する。以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、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、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、以下の説明において、図における上方を「上側」とし、下方を「下側」として説明する。さらに、理解を容易にするために、方向を表す用語（たとえば「右」、「左」、「前」、「後」など）などを適宜用いるが、説明のためのものであって、これらの用語により限定されるものではない。また、湿度および温度の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、装置などにおける状態および動作などにおいて相対的に定まるものとする。そして、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。

【0012】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る熱交換器１０の構造を説明する正面図である。実施の形態１の熱交換器１０は、パラレル配管形となるコルゲートフィンチューブ型の熱交換器である。熱交換器１０は、上下方向に管軸を向けた複数の扁平伝熱管１、複数のコルゲートフィン２および一対のヘッダー３を有する。ヘッダー３は、複数の扁平伝熱管１の下側に位置するヘッダー３Ａおよび上側に位置するヘッダー３Ｂを備える。ここで、以下では、図１における上下方向を管軸方向と呼び、左右方向を並列方向と呼ぶ。そして、図１における紙面垂直方向を奥行方向と呼ぶ。奥行方向は、熱交換器１０を通過する空気の流通する方向である。実施の形態１においては、複数の扁平伝熱管１の管軸を重力方向、つまり高さ方向に沿って配置させているが、管軸は必ずしも重力方向に平行でなくともよく、傾斜して配置されていても良い。

【0013】

（熱交換器１０）
ヘッダー３Ａ及び３Ｂは、それぞれ、冷凍サイクル装置を構成する他の装置と配管接続され、熱交換媒体となる流体である冷媒が流入出し、冷媒を分岐または合流させる管である。２本のヘッダー３Ａ及び３Ｂの間には、複数の扁平伝熱管１が、各ヘッダー３に対して垂直に管軸を向け、互いに管軸を平行となるように配置されている。実施の形態１の熱交換器１０においては、２本のヘッダー３Ａおよびヘッダー３Ｂは、上下に分かれて配置されている。ここでは、液状の冷媒が通過するヘッダー３Ａが下側に位置し、ガス状の冷媒が通過するヘッダー３Ｂが上側に位置する。冷媒は、下側に位置するヘッダー３Ａから流入し、複数の扁平伝熱管１に分流した後、上側に位置するヘッダー３Ｂにおいて合流し、熱交換器１０から流出する。

【0014】

（冷凍サイクル装置）
図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。実施の形態１においては、冷凍サイクル装置の一例として、空気調和装置１０００について説明する。図２に示す空気調和装置１０００では、熱交換器１０を室外熱交換器２０３として用いる。ただし、熱交換器１０は、室外熱交換器２０３に使用するものに限定されるものではなく、室内熱交換器１１０として用いてもよいし、室外熱交換器２０３および室内熱交換器１１０の両方に用いてもよい。

【0015】

図２に示すように、空気調和装置１０００は、室外機２００と室内機１００とを、ガス冷媒配管３００及び液冷媒配管４００により配管接続することで、冷媒回路が構成される。室外機２００は、圧縮機２０１、四方弁２０２、室外熱交換器２０３および室外ファン２０４を有している。実施の形態１の空気調和装置は、１台の室外機２００と１台の室内機１００が配管接続されているものとする。

【0016】

圧縮機２０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。特に限定するものではないが、圧縮機２０１は、たとえばインバータ回路などにより、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機２０１の容量を変化させることができる。四方弁２０２は、たとえば冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える弁である。

【0017】

室外熱交換器２０３は、冷媒と室外の空気との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。室外ファン２０４は、室外熱交換器２０３に室外の空気を送り込み、室外熱交換器２０３における熱交換を促す。

【0018】

一方、室内機１００は、室内熱交換器１１０、膨張弁１２０および室内ファン１３０を有している。絞り装置などの膨張弁１２０は、冷媒を減圧して膨張させる。たとえば電子式膨張弁などで構成した場合には、制御装置（図示せず）などの指示に基づいて開度調整を行う。また、室内熱交換器１１０は、空調対象空間である室内の空気と冷媒との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。室内ファン１３０は、室内の空気を、室内熱交換器１１０に通過させ、室内熱交換器１１０を通過させた空気を室内に供給する。

【0019】

次に、空気調和装置１０００の各機器の動作について、冷媒の流れに基づいて説明する。まず、暖房運転における冷媒回路の各機器の動作を、冷媒の流れに基づいて説明する。圧縮機２０１により圧縮されて吐出した高温および高圧のガス冷媒は、四方弁２０２を通過し、室内熱交換器１１０に流入する。つまり、暖房運転において冷媒は図２の四方弁２０２の点線で示される経路で流れる。ガス冷媒は、室内熱交換器１１０を通過中に、たとえば、空調対象空間の空気と熱交換することで凝縮し、液化する。凝縮し液化した冷媒は、膨張弁１２０を通過する。冷媒は膨張弁１２０を通過する際に減圧される。膨張弁１２０で減圧されて気液二相状態となった冷媒は、室外熱交換器２０３を通過する。室外熱交換器２０３において、室外ファン２０４から送られた室外の空気と熱交換することで蒸発し、ガス化した冷媒は、四方弁２０２を通過して、再度、圧縮機２０１に吸入される。以上のようにして空気調和装置の冷媒が循環し、暖房に係る空気調和を行う。

【0020】

次に、冷房運転について説明する。圧縮機２０１により圧縮されて吐出した高温および高圧のガス冷媒は、四方弁２０２を通過し、室外熱交換器２０３に流入する。つまり、冷房運転において冷媒は図２の四方弁２０２の実線で示される経路で流れる。そして、室外熱交換器２０３内を通過して、室外ファン２０４が供給した室外の空気と熱交換することで凝縮し、液化した冷媒は、膨張弁１２０を通過する。冷媒は、膨張弁１２０を通過する際に減圧される。膨張弁１２０で減圧されて気液二相状態となった冷媒は、室内熱交換器１１０を通過する。そして、室内熱交換器１１０において、たとえば、空調対象空間の空気と熱交換することで蒸発し、ガス化した冷媒は、四方弁２０２を通過して再度圧縮機２０１に吸入される。以上のようにして空気調和装置の冷媒が循環し、冷房に係る空気調和を行う。

【0021】

（扁平伝熱管１）
図３は、実施の形態１に係る熱交換器１０の複数の扁平伝熱管１及びコルゲートフィン２の構造を説明する拡大斜視図である。図３において、扁平伝熱管１は管軸に垂直な断面構造を示し部分的に表示されており、コルゲートフィン２もフィン２１の構造を説明するため、つづら折り形状の一部分が示されている。扁平伝熱管１は、管軸に垂直な断面が扁平形状であり、空気の流通方向である奥行方向に沿って扁平形状の長手方向を向けて配置されている。扁平伝熱管１は、断面形状の長手方向に沿った平面である外側面１Ａを有する。また、扁平伝熱管１の当該長手方向に直交する短手方向の側面、つまり扁平伝熱管１の断面形状において長手方向の端面が曲面状に構成されている。

【0022】

扁平伝熱管１は、内部に冷媒流路となる複数の穴１Ｂを有する多穴扁平伝熱管である。実施の形態１において、扁平伝熱管１の穴１Ｂは、ヘッダー３Ａ及び３Ｂの間を接続する流路となる。そのため、穴１Ｂは、高さ方向に延びるように形成されている。複数の扁平伝熱管１のそれぞれは、長手方向に沿った外側面１Ａ同士を対向させて、管軸方向に直交する方向に等間隔に並列されている。

【0023】

実施の形態１に係る熱交換器１０を製造する際、各扁平伝熱管１は、各ヘッダー３が有する挿入穴（図示せず）に挿し込まれ、ろう付けにより接合される。ろう付けのろう材は、たとえばアルミニウムを含むろう材が使用される。

【0024】

熱交換器１０が、冷凍サイクル装置において凝縮器として使用される場合は、高温および高圧の冷媒が扁平伝熱管１の管内の冷媒流路を流れる。また、熱交換器１０が、蒸発器として使用される場合は、低温および低圧の冷媒が扁平伝熱管１の管内の冷媒流路を流れる。熱交換器１０は、図２に示される室内熱交換器１１０又は室外熱交換器２０３として用いられるものである。

【0025】

冷媒は、上述した空気調和装置１０００を構成する四方弁２０２又は膨張弁１２０等の冷凍サイクルを構成する機器から熱交換器１０に冷媒を供給する配管（図示せず）を介して、一方のヘッダー３に流入する。一方のヘッダー３に流入した冷媒は、分配されて各扁平伝熱管１を通過する。扁平伝熱管１は、管内を通過する冷媒と管外を通過する外部の大気である外気との間で熱交換を行う。このとき、冷媒は、扁平伝熱管１を通過する間に、外気に対して放熱または外気から吸熱する。冷媒の温度が外気の温度より高い場合には、冷媒は自身が持つ熱を外気に放出する。冷媒の温度が外気の温度より低い場合には、冷媒は、外気から熱を吸収する。扁平伝熱管１を通過して熱交換された冷媒は、他方のヘッダー３に流入し、合流する。そして、冷媒は、他方のヘッダー３に接続された配管を通って、外部装置に還流される。

【0026】

（コルゲートフィン２）
配列された複数の扁平伝熱管１の互いに対向する外側面１Ａの間には、コルゲートフィン２が配置される。コルゲートフィン２は、熱交換器１０の冷媒と外気との伝熱面積を広げるために設置される。コルゲートフィン２は、板材に対してコルゲート加工が行われ、山折りおよび谷折りを繰返すつづら折りに折り曲げられている。換言すると、図１に示す正面図においては、コルゲートフィン２は、波形状又は蛇腹形状となっている。ここで、コルゲートフィン２の折り曲げ部分は、波形状の頂部となる。実施の形態１において、コルゲートフィン２の頂部は、扁平伝熱管１の外側面１Ａに沿って管軸方向に並んで配置されている。

【0027】

図３に示す様に、コルゲートフィン２は、対向する扁平伝熱管１の外側面１Ａの間から空気の流通方向において上流側に突出している一端部分である前縁部２Ｂを除き、コルゲートフィン２において波形状の頂部２Ａと扁平伝熱管１の外側面１Ａとが接触している。そして、頂部２Ａと外側面１Ａとの接触部分は、ろう材によってろう付けされ、接合されている。

【0028】

コルゲートフィン２を構成する板材は、たとえば、アルミニウム合金を材質とする。そして、板材表面には、ろう材層がクラッドされている。クラッドされたろう材層は、たとえば、アルミシリコン系のアルミニウムを含むろう材を基本としており、ろう材層は、３０μｍ～２００μｍ程度である。

【0029】

波形に形成されているコルゲートフィン２の各頂部２Ａの間の山腹、即ち各頂部２Ａを接続する部分をフィン２１と呼ぶ。各フィン２１は、それぞれ表面から上方に突き出た凸部である伝熱促進部２２および霜成長領域２３を有する。伝熱促進部２２は、各フィン２１において空気の流通方向である奥行方向に複数並んで設けられる。

【0030】

伝熱促進部２２は、フィン２１から管軸方向に突出した伝熱促進凸部２２Ａと、空気又は結露水を通過させる開口部分２２Ｂとを有している。開口部分２２Ｂは、伝熱促進凸部２２Ａの直下に形成された開口である。また、各フィン２１において、霜成長領域２３は、奥行方向に伝熱促進部２２と隣り合う位置に配置されている。霜成長領域２３は、フィン２１を貫通する孔であり、フィン２１の表面に垂直な視点において、複数の扁平伝熱管１の並列方向に長く延びる長方形の孔である。また、霜成長領域２３は、伝熱促進部２２と平坦部２４と挟まれて、伝熱促進部２２と平坦部２４とに隣合って配置されている。言い換えると、フィン２１は、複数の開口部を有し、複数の開口部のそれぞれが部分的に上方を伝熱促進凸部２２Ａに覆われた構造を有している。そして、複数の開口部は、平坦部２４と隣接して配置されている。また、複数の開口部は熱交換器１０の奥行方向に並列されている。

【0031】

（伝熱促進部２２及び霜成長領域２３の作用）
熱交換器１０が蒸発器として作用する場合、扁平伝熱管１およびコルゲートフィン２の表面は、熱交換器１０を通過する空気の温度より低い。このため、空気中の水分が、扁平伝熱管１およびコルゲートフィン２の表面で結露し、凝縮水４が析出する。また、更に空気温度が低い場合には、コルゲートフィン２の表面温度が氷点下となり、コルゲートフィン２の表面に滞留する凝縮水４が凍結して霜となり、霜が成長し風路を塞ぐ。そのため、熱交換器１０は、通風抵抗が増加し、熱交換器１０を流れる空気風量が低下し、それにより、熱交換器１０の性能が低下する虞がある。

【0032】

実施の形態１においては、コルゲートフィン２の各フィン２１の表面に結露した凝縮水４は、伝熱促進部２２の開口部分２２Ｂおよび霜成長領域２３に流れ、下部側のフィン２１に流下する。その際、霜成長領域２３と伝熱促進部２２の開口部分２２Ｂとを接続して連続的に設けることで、開口面積が大きくなる。このため、フィン２１は、表面張力による凝縮水４の保持量が低減され、かつ排水速度を向上させることができる。また、コルゲートフィン２の各フィン２１は、扁平伝熱管１の並列方向に平行ではなく、傾斜して配置されている。そのため、凝縮水排出ではフィン２１の傾斜した表面を伝って、霜成長領域２３から下方へ流れる。これにより、熱交換器１０は、コルゲートフィン２に滞留する凝縮水４が少なく、排水速度向上に繋がる。

【0033】

コルゲートフィン２の表面温度が氷点下となる低温条件下においては、フィン２１の表面に付着した水分が凍結し、霜として成長していく。特に熱交換器１０に流れ込む空気の上流側に位置するフィン２１の前縁部２Ｂほど熱伝達率が良いため、霜の成長が顕著になる。したがって、前縁部２Ｂの霜の成長により、空気の風路が閉塞し、熱交換器の性能が低下していく。しかし、実施の形態１では、あらかじめ霜が成長しやすい前縁部２Ｂに霜成長領域２３を隣接させ、また霜が成長し易い伝熱促進部２２にも連続して霜成長領域２３が配置されているため、風路閉塞を遅らせることができ、熱交換器性能の低下を抑制することができる。すなわち、熱交換器１０は、霜成長領域２３を設けることにより着霜耐力が向上する。特に、熱交換器１０において最も風上側にある伝熱促進部２２においては空気とフィン表面との温度差が風下側の伝熱促進部２２と比較して大きいため、着霜量が大きくなる。従って、実施の形態１に係る熱交換器１０のフィン２１のように霜成長領域２３を確保することによって、排水速度の低下を抑え、風路閉塞も遅らせる効果が大きくなる。

【0034】

図４は、実施の形態１に係るコルゲートフィン２の上面図である。図４は、複数の扁平伝熱管１の管軸方向から見た図である。図４に示すＡ－Ａは、複数の扁平伝熱管１の奥行方向の中心を示している。また図４のＢ－Ｂは、コルゲートフィン２を挟む２つの扁平伝熱管１の間の中心を示している。前述したように伝熱促進部２２を挟み込むように霜成長領域２３が設けられている。これにより結露水が生じ易い伝熱促進部２２の両側に配置された霜成長領域２３から下方に排水されるため、排水が促進される。また、低温条件下においては、伝熱促進部２２の両側の空間である霜成長領域２３において着霜が成長するため、複数の扁平伝熱管１の間の通風性が損なわれにくく、熱交換器１０の着霜耐力が向上する。

【0035】

図５は、実施の形態１に係るコルゲートフィン２のフィン２１の変形例を示す上面図である。霜の成長は、伝熱促進部２２のうち、熱伝達率の高い空気の流れの上流側に位置する前縁部２Ｂ側で顕著である。よって、例えば、図５に示すように霜成長領域２３は、複数の伝熱促進部２２の風上側にのみ設けられても良い。この場合、上面視においてフィン２１に開口された孔である霜成長領域２３が伝熱促進部２２の上流側のみに形成されるため、伝熱面積の減少を抑制することができ、かつ着霜耐力を向上させることができる。

【0036】

図６は、実施の形態１に係るコルゲートフィン２の変形例を示す上面図である。図４および図５に示すフィン２１では、一例として伝熱促進部２２と霜成長領域２３とが扁平伝熱管１の並列方向の幅寸法と位置とが同じ場合について示しているが、これに限るものではない。例えば、霜成長領域２３の幅寸法が伝熱促進部２２に対して異なるように構成されていても良い。つまり、霜成長領域２３と伝熱促進部２２とが、奥行方向に一部のみ重なっていても良い。また、隣合う伝熱促進部２２が中心を並列方向にずらして配置されていても良い。

【0037】

製造上、コルゲートフィン２を形成する際に、霜成長領域２３となる貫通孔２７（図１６参照）を形成する工程と、伝熱促進部２２の伝熱促進凸部２２Ａをフィン２１の表面から突出させて形成する工程とが必要となる。図６に示すようなフィン２１の構造の場合、霜成長領域２３を打ち抜くための金型と、伝熱促進部２２を形成するための金型とは、幅方向にずれた位置においてフィン２１に押し付け、力を加える必要がある。仮に、霜成長領域２３と伝熱促進部２２とが奥行方向に一部のみ重なるように配置された場合、霜成長領域２３を形成する金型と伝熱促進部２２を形成する金型とは扁平伝熱管１の並列方向にずらしてフィン２１に押し付けられる。このとき、２つの金型がずれていると成形時にフィン２１に反りが発生しやすいが、霜成長領域２３と伝熱促進部２２の水平方向の中心位置が揃っていると、形状形成の過程においてフィン２１の反りが抑制されやすいという利点がある。

【0038】

図７は、実施の形態１に係るコルゲートフィン２のフィン２１の変形例を示す上面図である。実施の形態１においては、図４～図６に示すように霜成長領域２３の形状は、長方形状であるが、長方形状のものに限定されない。例えば、発明者らの解析と実験により明らかになった霜の成長分布を考慮し、霜成長領域２３は、図７に示すように２つの扁平伝熱管１のそれぞれから離れるに従い奥行方向の開口幅が小さくなるように構成されている。図７に示す霜成長領域２３の形状によれば、フィン２１による熱交換効率の低い領域ほど奥行方向の開口幅が狭くなっており、開口面積が小さい。そのため、２つの扁平伝熱管１から離れた領域において伝熱面積の低下を抑制しつつ、着霜耐力を効率的に上げることができる。

【0039】

図８は、実施の形態１に係るフィン２１の断面構造の説明図である。図８は、フィン２１に垂直な断面を示しており、図４のＢ－Ｂ部に相当する断面におけるフィン２１の形状パターンの概略を示したものである。前述したように、伝熱促進部２２はフィン２１の表面から突出しており、熱交換器１０を通過する外気の風路に突き出すようにして設けられている。このように形成されることにより、伝熱促進部２２は、２つの扁平伝熱管１の間の風路において空気の温度境界層を乱すことにより伝熱を促進している。

【0040】

霜成長領域２３は、伝熱促進部２２に対し空気の流れの上流側又は上流側と下流側との両方に配置される。霜成長領域２３は、フィン２１に貫通して設けられた孔である。霜成長領域２３の下流側には、平坦部２４が配置されている。そして、平坦部２４の下流側にも霜成長領域２３が配置されている。つまり、平坦部２４も上流側および下流側の両方に霜成長領域２３が配置されている。

【0041】

霜成長領域２３は、フィン２１の表面に開口された孔であり、少なくとも伝熱促進部２２の上流側に隣接して配置されている。伝熱促進部２２は、フィン２１の一部分を平坦部２４に対して上方に持ち上げて変形させて形成された伝熱促進凸部２２Ａを有する。伝熱促進凸部２２Ａの下部には開口部分２２Ｂが形成される。霜成長領域２３は、伝熱促進部２２の下部の開口部分２２Ｂと連続して一体の開口を形成している。つまり、伝熱促進凸部２２Ａは、フィン２１に設けられた開口部の上方にまたがるように配置されている。

【0042】

図９は、実施の形態１に係るフィン２１の比較例であるフィン１２１の断面構造の説明図である。従来の熱交換器においては、フィン１２１の一部を切り起こすようにしてルーバー１２２が形成されている。従来のルーバー１２２は、フィン２１を構成する板材に切り込み１２５を設け、プレス加工で平坦な板面を起こすことにより、切り込み１２５をフィン２１の板面に垂直方向に広げることにより形成される。よって、ルーバー１２２の風上側に位置する前縁部１２２ａと平坦部１２１ａとの間には、平坦部１２１ａに対して垂直方向に開口部１２２Ｂが形成される。しかし、従来のルーバー１２２は、平坦部１２１ａに垂直な方向から見た時に開口部１２２Ｂが見えないか、見えたとしても微小な隙間として見えるだけである。

【0043】

これに対して、実施の形態１に係る熱交換器１０においては、図４～図７に示す様に、フィン２１の面に垂直な方向から見て開口である霜成長領域２３が視認できる。この開口は、例えば、フィン２１の面に垂直な方向から見たときに、奥行方向において０．５ｍｍ、望ましくは１ｍｍ以上の幅の開口であり、伝熱促進部２２の少なくとも上流側に配置されている。つまり、実施の形態１においては、フィン２１の表面を切り起こすのではなく、伝熱促進部２２の伝熱促進凸部２２Ａと霜成長領域２３としての孔とが奥行方向に並列して配置されている。よって、管軸方向からみて、フィン２１は、霜成長領域２３が孔として視認できる。

【0044】

ここで、図８に示すように、通風方向、つまり奥行方向において、霜成長領域の長さＬ_Ｓ、伝熱促進部２２と霜成長領域２３との中心間距離をＬ_Ｐ、伝熱促進部２２の長さＬ_Ｌ、平坦部２４長さＬ_Ｆ、フィン全長Ｌ_Ｔと定義する。

【0045】

図８に示すような熱交換器１０のフィン２１において、着霜耐力を向上しつつ、除霜運転時の排水性を向上させるには、霜成長領域２３を伝熱促進部２２に比べてある程度の大きさとすることが望ましい。具体的には、Ｌ_Ｓ＞Ｌ_Ｌ／７、望ましくはＬ_Ｓ＞Ｌ_Ｌ／６とするのが好ましい。霜成長領域２３の長さＬ_Ｓと伝熱促進部２２の長さＬ_Ｌとをこの関係を満たすように設定することにより、着霜耐力を向上させつつ、霜成長領域２３において排水性が高くなる。これにより、熱交換器１０が低温下において蒸発器として機能する場合に着霜耐力が向上するため、空気調和装置１０００は、暖房低温能力が向上する。

【0046】

図１０は、実施の形態１に係る熱交換器１０における霜成長領域の幅と排水性の関係を示す図である。図１０は、Ｌ_ＳをＬ_Ｆ／５～Ｌ_Ｆ／７の範囲に設定したときの排水性を示したグラフであり発明者らが開発した二相流３次元解析の結果を示したものである。熱交換器１０の排水性は、熱交換器１０を水槽に浸漬し、それを引き上げた際に、熱交換器１０に保持される水量を任意時間で算出した結果を比較したものである。つまり、図１０は、排水性が大きいものほど、排水速度が速いことを示している。

【0047】

図１０に示すように、霜成長領域２３の奥行方向の長さであるＳ_Ｌの割合が伝熱促進部２２の奥行方向の長さＬ_Ｌに対して相対的に大きくなることによって排水性は向上し、Ｌ_Ｓ＞Ｌ_Ｌ／７で急激に排水性が向上する。これは、霜成長領域２３の長さＬ_Ｓがある程度大きくなると平坦部２４と伝熱促進部２２との間の水の表面張力によるブリッジが抑制されるためであると考えられる。

【0048】

なお、霜成長領域２３の奥行方向の長さＬ_Ｓは好ましくはＬ_Ｌ／６以上となるように設定されると良い。また、フィン２１をロール成形するためには、フィン２１を構成する板材は、ある程度の剛性及び強度が必要である。実施の形態１に係るコルゲートフィン２において、これを満足させるためには、霜成長領域２３の長さＬ_Ｓは、平坦部２４の長さＬ_Ｆよりも小さい方が良い。従って、実施の形態１においては、フィン２１の寸法関係は、Ｌ_Ｓ≦Ｌ_Ｆを満足する方が好ましい。つまり、霜成長領域２３の奥行方向の長さは、Ｌ_Ｌ／７＜Ｌ_Ｓ≦Ｌ_Ｆとなるように設定される。

【0049】

さらには、実施の形態１に係る熱交換器１０において、着霜耐力を向上させるには霜成長領域平坦部２４の奥行方向の長さＬ_Ｆに対しある程度の大きさが必要となる。具体的には、Ｌ_Ｓ≧Ｌ_Ｆ／４、望ましくはＬ_Ｓ≧Ｌ_Ｆ／３とするのが良い。

【0050】

実施の形態１においてフィン２１は、霜成長領域２３を設けているため、平坦部長さＬ_Ｆおよび伝熱促進部長さＬ_Ｌの総和がフィン全長Ｌ_Ｔよりも小さくなる。すなわち、伝熱促進部２２を仮想的に平坦部２４と同じ高さにしたとき、フィン全長Ｌ_Ｔに対して複数の霜成長領域２３の長さＬ_Ｓの総和の分だけ、フィン２１の長さが短くなっている。

【0051】

実施の形態２．
実施の形態２に係る熱交換器１０について説明する。実施の形態２に係る熱交換器１０は、実施の形態１に係る熱交換器１０に対し、伝熱促進部２２の形状を変更したものである。実施の形態２においては実施の形態１からの変更点を中心に説明する。

【0052】

図１１は、実施の形態２に係るフィン２１の構造の一例を示したものである。実施の形態２では、伝熱促進部２２は、フィン２１の表面から突出した伝熱促進凸部２２２Ａの先端面が平坦面ではなく、並列方向に垂直な断面において中央部が凸となっている湾曲面を備える。このような形状とすることで、伝熱促進部２２の伝熱促進凸部２２２Ａの上面において凝縮水４の滞留を抑制し、排水性を向上させることができる。また、熱交換器１０を通過する空気が、伝熱促進凸部２２Ａの上面に形成された湾曲面を通過する際に、乱流が促進され、熱交換性能が向上する。

【0053】

実施の形態３．
実施の形態３に係る熱交換器１０について説明する。実施の形態３に係る熱交換器１０は、実施の形態１に係る熱交換器１０に対し、伝熱促進部２２の形状を変更したものである。実施の形態３においては実施の形態１からの変更点を中心に説明する。

【0054】

図１２は、実施の形態３に係るフィン２１の一例を示したものである。実施の形態３では、隣り合う伝熱促進部２２が、図１２に示す伝熱促進部２２ｐ及び２２ｑのように扁平伝熱管１の並列方向にずれて形成されている。このようにすることで、伝熱促進部２２の前縁効果を大きくすることができる。つまり、フィン２１においては空気の上流側において熱交換効率が大きく着霜が生じ易いが、各伝熱促進部２２は、前縁側において排水性が高く着霜しても通風性が損なわれにくく、低圧損で熱交換器の性能を向上させることができる。また、霜成長領域２３は前縁効果が大きい実施の形態３のような場合に着霜耐力の向上効果がより大きくなる。

【0055】

実施の形態４．
実施の形態４に係る熱交換器１０について説明する。実施の形態４に係る熱交換器１０は、実施の形態１に係る熱交換器１０に対し、伝熱促進部２２の形状を変更したものである。実施の形態４においては実施の形態１からの変更点を中心に説明する。

【0056】

図１３は、実施の形態４に係るフィン２１の断面形状の一例を示した説明図である。実施の形態４では、伝熱促進部２２および平坦部２４は傾斜面を有しており、いわゆるルーバー形状となっているものである。つまり、実施の形態４においては、伝熱促進部４２２の伝熱凸部４２２Ａが傾斜しており、奥行方向において一方の端部４２２ａが平坦部２４の表面よりも上方に位置し、他方の端部４２２ｂが平坦部２４の表面よりも下方に位置する。または、伝熱凸部４２２Ａの端部４２２ａ及び４２２ｂは、平坦部２４と同じ高さにあっても良い。

【0057】

伝熱促進部４２２の上流側および下流側には霜成長領域４２３が配置され、実施の形態１～３のフィン２１における霜成長領域２３と同様に、フィン２１の面に垂直な方向から見たときに、奥行方向において０．５ｍｍ、望ましくは１ｍｍ以上の幅の開口が確保されている。

【0058】

図９に示すように、従来のコルゲートフィンは、フィン１２１に切り込み１２５を形成してルーバー１２２を形成するのに対し、実施の形態４に係るフィン２１においては、霜成長領域４２３をフィン２１に孔として設けることにより、伝熱促進部４２２の伝熱凸部４２２Ａ同士の間隔が大きくなる。よって、ルーバー間の空間を広くとることができ、伝熱促進を図りつつ、凝縮水の排水性向上と着霜耐力の向上を図ることができる。

【0059】

特に、伝熱促進効果の高いルーバー１２２を有するフィン１２１においては、隣り合うルーバー１２２間の前縁部１２２ａ、即ちルーバー１２２の上流側の部分で霜の成長が顕著になる。これにより、風路閉塞が生じ、低温条件下での熱交換器の性能低下を引き起こす原因となる。しかし、実施の形態４に係る熱交換器４１０は、霜成長領域４２３を設けており、この霜成長領域４２３は図１３に示す断面において奥行方向に長さＬ_Ｓを有する。そして、奥行方向に２つ並んだ伝熱促進部４２２の一方の上流側端部４２２ａと他方の下流側端部４２２ｂとの奥行方向の距離がＬ_Ｓとなっている。これにより、霜の成長が顕著な伝熱促進部４２２の上流側端部４２２ａにおいて霜が成長できる空間が大きく、風路閉塞を抑制できる。

【0060】

フィン２１の奥行方向の中央付近には、平坦部２４が設けられていても良い。平坦部２４の上流側又は下流側には排水性向上を目的とした霜成長領域４２３Ａが、奥行方向の長さＬ_Ｓで形成されている。フィン２１の奥行方向の中央部にも霜成長領域４２３Ａが形成されているため、排水性が更に向上する。

【0061】

実施の形態４に係るフィン２１は、伝熱促進部４２２が傾斜しているが、仮想的にルーバー角度を０°にしたときに、（フィン２１の奥行方向の全長Ｌ_Ｔ－霜成長領域２３の奥行方向長さＬ_Ｓの総和）＞（傾斜部長さＬ_Ｌの総和＋平坦部長さＬ_Ｆの総和）の関係を満足するものである。また、ルーバーである伝熱促進部４２２は、奥行方向中央部に対し対称に配置されている。伝熱促進部４２２は、中央部付近の平坦部２４の霜成長領域４２３Ａを挟んで向かい合うように形成されている。

【0062】

図１３において、中央部に対し対称の位置に配置されている伝熱促進部４２２の板厚方向の中心線を伸ばした仮想線Ｐを定義したとき、仮想線Ｐがフィン２１の下方で交わるように伝熱促進部４２２の向きが設定されている。この構成によれば、伝熱促進部４２２に沿って凝縮水がフィン２１の中央部分に集まってくるため、上下方向に複数並んだフィン２１のそれぞれで中央部に凝縮水が集まり、平坦部２４の周囲の霜成長領域４２３Ａに効率的に導水できる。これにより、熱交換器１０は、排水性が向上する。実施の形態４においては、平坦部２４及び霜成長領域４２３Ａを複数設置する場合について説明したが、平坦部２４及び霜成長領域４２３Ａの個数や形状は限定されるものではない。

【0063】

霜成長領域４２３を挟んで伝熱促進部４２２に隣合って配置されている平坦部２４は、霜成長領域４２３側の端部に傾斜部４２４ａを備えていてもよい。傾斜部４２４ａは、伝熱促進部４２２の傾斜と同じ角度及び同じ向きに形成されていると良い。

【0064】

実施の形態５．
実施の形態５に係る熱交換器１０について説明する。実施の形態５においては、実施の形態１～４の熱交換器１０のフィン２１の製造方法の一例を説明する。

【0065】

図１４は、実施の形態５に係るコルゲートフィン２を製造する装置の構造の説明図である。具体的には、実施の形態１～実施の形態４に係るコルゲートフィン２を製造するための、穴あけローラー５００の一例を示したものである。穴あけローラー５００は、コルゲートフィン２となる板材５２１（図１６参照）に、貫通孔２７（図１６参照）を設けることにより霜成長領域２３を形成する。上下方向に配置された第１ローラーカッター５０１と第２ローラーカッター５０２との間にコルゲートフィン２となる板材５２１を供給すると、ローラー間の嵌めあいにより、板材５２１の一部に、霜成長領域２３となる貫通孔２７を形成することができる。

【0066】

第１ローラーカッター５０１と第２ローラーカッター５０２とは、回転軸が平行に配置されており外周に板材５２１を加工するカッター５０１ａ、５０２ａを有する。第１ローラーカッター５０１と第２ローラーカッター５０２とは、回転軸間の距離が所定に設定され、カッター５０１ａ及び５０２ａの間を板材５２１が通ることによって、板材を打ち抜き又は曲げるものである。図１４に示す第１ローラーカッター５０１及び第２ローラーカッター５０２は一例として打ち抜きにより霜成長領域２３を形成する。

【0067】

第１ローラーカッター５０１と第２ローラーカッター５０２とは、それぞれが有するカッター５０１ａ及び５０２ａの回転方向における間隔を変化させることにより、加工された板材に、水平方向の間隔が異なる霜成長領域２３を形成することもできる。このとき、第１ローラーカッター５０１及び第２ローラーカッター５０２は、１回転が１周期となり、形成される貫通孔２７の間隔の変化が周期的に同じになる。

【0068】

例えばローラーの周の長さをコルゲートフィン２の長さよりも長くなるようにすれば、コルゲートフィン２に形成される霜成長領域２３の間隔がすべて異なるように加工することもできる。このように、穴あけローラー５００を用いて、コルゲートフィン２の霜成長領域２３を形成することで、コルゲートフィン２を製造する際の加工スピードを通常のプレス加工よりも速くすることができる。なお、図１４に示す様に、コルゲートフィン２を製造する装置は、制御装置５９０を備える。制御装置５９０は、第１ローラーカッター５０１及び第２ローラーカッター５０２の回転速度及び板材５２１の送り速度等の加工条件を制御するものである。

【0069】

図１５は、実施の形態５に係るコルゲートフィン２の加工工程のフローの一例である。まず、コルゲートフィン２を構成する板材５２１に貫通孔２７を形成する（ステップＳ０１）。貫通孔２７は、例えば図１４に示す穴開けローラー５００により形成される。この工程を穴開け工程と呼ぶ。そこを起点に、霜成長領域２３で挟まれた平坦部分に凸状成形又はルーバー成形などを加えることにより伝熱促進部４２２を形成する（ステップＳ０２）。この工程を伝熱促進部形成工程と呼ぶ。その後に、コルゲートフィン２を構成する板材を波形状に折り曲げる（ステップＳ０３）。この工程を折り曲げ工程と呼ぶ。その後、所望の長さに調整して切断する（ステップＳ０４）。

【0070】

図１６は、実施の形態５に係るコルゲートフィン２の加工工程の説明図である。ステップＳ０１は、コルゲートフィン２を構成する平坦な板材５２１に霜成長領域２３となる細長い長方形又は略長方形の貫通孔２７を打ち抜いて形成する。図１６において、板材５２１は、図中の白抜き矢印に沿って長い帯状の金属板である。貫通孔２７は、長手方向を揃えて並べられた貫通孔群５２７ごとに板材５２１に形成され、板材５２１の長手方向（図１６中の白抜き矢印方向）に順次連続的に形成される。

【0071】

ステップＳ０２においては、細長い長方形の貫通孔２７の長辺を形成する平坦部分２８のうち少なくとも一方をもとの位置２９からから板材５２１の表面に対し垂直方向に移動させ、図９又は図１０に示される断面構造の伝熱促進部２２を形成するように変形させる。つまり、平行に並んだ貫通孔２７の間の平坦部分２８を板材５２１の表面に対し垂直方向に起こすようにブリッジ形（ブリッジランスｂｒｉｄｇｅ ｌａｎｃｅともいう）に変形させる。または、スリットの長辺を形成する平坦部分を元の位置２９から傾斜させるように変形させ、図１３に示す伝熱促進部２２のようなルーバー状の構造に成形しても良い。

【0072】

ステップＳ０２の成形は、図１３に示される様なローラーにより行われ、２つのローラーの間に貫通孔２７が形成された板材５２１を通し、伝熱促進部２２を形成しても良い。伝熱促進部２２を形成するローラーは、例えば図１４の穴あけローラー５００の下流に配置され、図１４の穴開けローラー５００を通過した板材５２１が連続的に供給されるように構成しても良い。

【0073】

また、貫通孔２７を打ちぬく工程（ステップＳ０１）及び貫通孔２７の間の平坦部分２８をその垂直方向に起きあがらせてブリッジ形に変形させる工程（ステップＳ０２）を１つの工程で行ってもよい。例えば、図１４の穴開けローラー５００で、貫通孔２７と伝熱促進部２２の成形を同時に行っても良い。

【0074】

ステップＳ０１及びステップＳ０２において、板材５２１の穴あけ及び変形を実施したあとに、板材５２１は、図１６（ａ）に示す直線ｍに沿って折り曲げられる。板材５２１は、図１６（ａ）の白抜き矢印方向に送られ、順次貫通孔２７の列の間の仮想線である直線ｍに沿って折り曲げられる（ステップＳ０３）。そして、折り曲げられた板材５２１は、所定の長さで切断されコルゲートフィン２が形成される（ステップＳ０４）。

【0075】

以上のように形成されたコルゲートフィン２を扁平伝熱管１の間に挟み、ろう付け等によりコルゲートフィン２の波形に曲げた頂部２Ａを扁平伝熱管の外側面１Ａに接合させる。また、扁平伝熱管１の両端は、ヘッダー３Ａ，３Ｂに設けられた差込み孔差し込まれた状態でろう付け接合される。このようにして熱交換器１０が完成する。

【0076】

実施の形態５に係る熱交換器１０の製造方法によれば、コルゲートフィン２は、貫通孔２７と伝熱促進部２２の成形とを連続的に高精度で行えるため、実施の形態１～４に示すコルゲートフィン２の製造が容易に早く行える。

【0077】

従来は貫通孔２７と伝熱促進部２２の成形とを連続的に実施するのが困難であり、例えば比較例のフィン１２１のように、板材に切り込み１２５を入れてその切り込み１２５を板材の表面に垂直方向に開くことによりルーバー１２２を形成して開口部１２２Ｂを形成していたため、フィン１２１を有するコルゲートフィン２の排水性及び着霜耐力は低かった。しかし、実施の形態５に係る熱交換器１０の製造方法によれば、貫通孔２７と伝熱促進部２２の成形を同期させて、高精度に行うことにより、コルゲートフィン２の通風方向において伝熱促進部２２の少なくとも一方の端部に隣接して霜成長領域２３を設けることができる。これにより、実施の形態１～４に係る霜成長領域２３を備えるフィン２１の構造が実現可能となった。

【0078】

ここで、同期の方法の一例としては、ＣＣＤカメラ等の図１４に示されている撮像装置５８０を活用し、ＣＣＤカメラから得られる画像に画像処理を施しながら、貫通孔２７の形成位置及び形成位置のばらつきをモニターする。貫通孔２７の形成位置及び形成位置のばらつきを把握しながら、貫通孔２７と伝熱促進部２２とが連続的に形成される様に材料の送り速度及びローラー５００の回転速度を調整する。または、画像から得られた貫通孔２７の形成位置の情報、材料の送り速度及びローラー５００の回転速度等の加工条件並びに伝熱促進部２２の形状の精度のデータセットを教師データとし、ＡＩを活用した機械学習により、材料の送り速度及びローラー５００の回転速度等の加工条件を調整するタイミングを最適化することもできる。

【0079】

熱交換器１０の製造方法において、穴開け工程及び伝熱促進部形成工程は、連続的に行われる。そのため、材料の送り速度及びローラー５００の回転速度のばらつきによっては、穴開け工程における貫通孔２７の位置ずれが生じ、また伝熱促進部形成工程における伝熱促進部２２の成形の位置のばらつきが生じ、伝熱促進部２２の成形が貫通孔２７に対してずれて行われる場合が想定される。特に、材料は一方向にある設定された速度で次の工程に送られるため、貫通孔２７の位置並びに加工された伝熱促進部２２の形状及び位置は、材料の送り方向にばらつきを生ずる。

【0080】

例えば、ＣＣＤカメラを穴開け工程と伝熱促進部形成工程との間に配置して貫通孔２７が形成された材料の表面を撮影する。また、ＣＣＤカメラを伝熱促進部形成工程の後に配置して、伝熱促進部２２が成形された材料表面を撮影する。これらのＣＣＤカメラの画像に画像処理を施し、例えば、貫通孔２７の位置と伝熱促進部２２の形成位置とのずれ量等の位置精度データを把握して、これと材料の送り速度及びローラー５００の回転速度等の加工条件の情報をラベル付きデータとして、モデルに機械学習させる。また、材料の送り速度及びローラー５００の回転速度以外の加工条件の情報である、温度及び板材５２１の厚み等の加工条件の情報をラベル付きデータに加えてモデルの機械学習を行っても良い。

【0081】

また、モデルは、穴開け工程及び伝熱促進部形成工程において、実際にＣＣＤカメラからの画像から貫通孔２７の位置と伝熱促進部２２の形成位置とのずれ量を把握し、そのずれ量に基づき材料の送り速度及びローラー５００の回転速度等の加工条件を調整する。その調整内容は、上述した機械学習によりＡＩが判断する。なお、機械学習は、穴開け工程及び伝熱促進部形成工程を実施しながら得られた画像に基づく加工精度のデータ及び加工条件をモデルにフィードバックし、加工と同時進行で反映するようにしてもよい。

【0082】

モデルは、例えばコルゲートフィン２を製造する装置の制御装置５９０内において実現されても良いし、装置に接続された電子計算機において実現されていても良い。モデルは、穴開け工程及び伝熱促進部形成工程を行っている実際の加工条件及び画像等のデータから、適切な加工条件を判断する。モデルが最適として判断した加工条件の情報は、制御装置５９０からコルゲートフィン２を製造する装置のローラー５００及び伝熱促進部形成工程を行う装置に指示が送られ、加工条件が制御される。制御装置５９０は、モデルによる最適な加工条件の判断結果を受け、常時加工条件を監視、制御しても良いし、所定の時間間隔で加工条件を修正する様にしても良い。

【0083】

以上のように、本開示の実施の形態１～５について説明したが、実施の形態１～５は、熱交換器１０、冷凍サイクル装置及び熱交換器の製造方法の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることもできる。また、熱交換器１０は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略変更することもできる。

【0084】

実施の形態１～５において説明した熱交換器１０においては、フィン２１に設けられた霜成長領域２３及び伝熱促進部２２の位置が、フィン２１の空気の流れの方向、即ち奥行方向の中央に対し対称な位置に配置されていることが望ましい。つまり、フィン２１は、図４～図７及び図１２において示されているＡ－Ａを中心にして対称な形状であることが望ましい。霜成長領域２３及び伝熱促進部２２を中心線に対して左右対称になるように配置することにより、穴開け工程及び伝熱促進部形成工程を行う際に、板材５２１をまっすぐ供給し易くなり、板材５２１が材料の送り方向に対し左右にずれることなく、精度良く貫通孔２７及び伝熱促進部２２を成形できる。

【符号の説明】

【0085】

１ 扁平伝熱管、１Ａ 外側面、１Ｂ 穴、２ コルゲートフィン、２Ａ 頂部、２Ｂ 前縁部、３ ヘッダー、３Ａ ヘッダー、３Ｂ ヘッダー、４ 凝縮水、１０ 熱交換器、２１ フィン、２１Ａ 表面、２２ 伝熱促進部、２２Ａ 伝熱促進凸部、２２Ｂ 開口部分、２２ｐ 伝熱促進部、２２ｑ 伝熱促進部、２３ 霜成長領域、２４ 平坦部、２７ 貫通孔、２８ 平坦部分、１００ 室内機、１１０ 室内熱交換器、１２０ 膨張弁、１２１ フィン、１２１ａ 平坦部、１２２ ルーバー、１２２Ｂ 開口部、１２２ａ 前縁部、１２５ 切り込み、１３０ 室内ファン、２００ 室外機、２０１ 圧縮機、２０２ 四方弁、２０３ 室外熱交換器、２０４ 室外ファン、２１０ 熱交換器、２２２Ａ 伝熱促進凸部、３００ ガス冷媒配管、３１０ 熱交換器、４００ 液冷媒配管、４１０ 熱交換器、４２２ 伝熱促進部、４２２Ａ 伝熱凸部、４２２ａ 上流側端部、４２２ｂ 下流側端部、４２２ｃ 端部、４２２ｄ （他方の）端部、４２３ 霜成長領域、４２３Ａ 霜成長領域、５００ ローラー、５０１ 第１ローラーカッター、５０１ａ カッター、５０２ 第２ローラーカッター、５０２ａ カッター、５１０ 熱交換器、５２１ 板材、５２７ 貫通孔群、５８０ 撮像装置、５９０ 制御装置、１０００ 空気調和装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】