JP2008045765A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】着霜と除霜との繰り返しにおける除霜時間の割合を低減することができる熱交換器を提供する。
【解決手段】チューブ５１と、チューブ５１に接して設けられる波型形状のコルゲートフィン５２とを備え、チューブ５１の外を流れる外部流体とチューブ５１の中を流れる内部流体との間で熱交換を行う熱交換器において、コルゲートフィン５２は外部流体の流通方向に対して水平に配置される平面部５２ａを有し、平面部５２ａには切り込みを形成することにより切り起こし部５４が外部流体の流通方向に渡って設けられており、切り起こし部５４は、平面部５２ａに対して垂直方向の下端から上端までの高さである切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ未満である低切り起こし部５４ａを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、コルゲートフィンを備えた熱交換器に関するものであり、ルームエアコンや給湯装置の冷媒蒸発器など外気と冷媒との間で熱交換する室外熱交換器に適用して好適である。

従来の熱交換器として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。すなわち、この熱交換器は、冷媒が流れるチューブと、このチューブに接合して設けられる波状のフィンであるいわゆるコルゲートフィンとを備えており、このようなフィン表面面積の大きいフィンを備えていることで、高い熱交換能力を得ることができる。さらにこの熱交換器では、フィン表面に切り起こしにより比較的切り起こし高さの高いルーバーを形成して、より高い熱交換能力を得ると共に、フィンに付着した凝縮水がルーバーに沿って速やかに排水されるようにしている。
特開２００３−２１４７９０号公報

しかしながら、上記熱交換器をルームエアコンや給湯装置などの室外熱交換器として用いた場合、０度を下回る低外気温時にはフィン表面に空気中の水分が氷結するいわゆる着霜が生じるが、この着霜により熱交換器の機能が低下して除霜が必要になるまでの時間が非常に短く、ルームエアコンや給湯装置において除霜運転を頻繁に行わなければならなくなる。これによって、ルームエアコンや給湯装置の運転時間の中で除霜運転時間の占める割合が増加して、通常運転できる時間が削減され、充分な空調性能や給湯性能を得ることができなくなるという問題があった。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、着霜と除霜との繰り返しにおける除霜時間の割合を低減することができる熱交換器を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、チューブ（５１）と、チューブ（５１）に接して設けられる波型形状のコルゲートフィン（５２）とを備え、チューブ（５１）の外を流れる外部流体とチューブ（５１）の中を流れる内部流体との間で熱交換を行う熱交換器において、コルゲートフィン（５２）は外部流体の流通方向に対して水平に配置される平面部（５２ａ）を有し、平面部（５２ａ）には切り込みを形成することにより切り起こし部（５４）が上記流通方向に渡って設けられており、切り起こし部（５４）は、平面部（５２ａ）に対して垂直方向の下端から上端までの高さである切り起こし高さ（Ｈ_Ｌ）が０．２６ｍｍ未満である低切り起こし部（５４ａ）を有することを特徴としている。

このように、コルゲートフィン（５２）の平面部（５２ａ）に、切り起こし高さ（Ｈ_Ｌ）が０．２６ｍｍ未満である低切り起こし部（５４ａ）を設けると、この低切り起こし部（５４ａ）においては外部流体が流通する隙間を比較的大きく確保することができるので、コルゲートフィン（５２）の表面に着霜が生じるような条件下において熱交換を行う場合でも、着霜を抑えて、除霜が必要になるまでの時間（着霜時間）を長く引き延ばすことができる。また、このように着霜時間が長くなると共に、除霜時には溶けた霜が切り起こし部（５４）に形成された切り込みから速やかに排水されることにより、除霜も効率的に行うことができるため、着霜と除霜との繰り返しにおける除霜時間の割合を低減することができる。

低切り起こし部（５４ａ）は、請求項２に記載の発明のように、切り起こし部（５４）の全領域に設けるとよい。このように、切り起こし部（５４）全体を、その切り起こし高さ（Ｈ_Ｌ）が０．２６ｍｍ未満である低切り起こし部（５４ａ）により構成することで、外部流体の流通方向に渡って、外部流体が流通する隙間を比較的大きく確保することができるので、コルゲートフィン（５２）の表面に着霜が生じるような条件下において熱交換を行う場合でも、着霜時間をより長く引き延ばすことができる。

あるいは、請求項３に記載の発明のように、低切り起こし部（５４ａ）を、切り起こし部（５４）の外部流体の流通方向の一端側に設けるようにしてもよい。この場合、外部流体の流通方向の一端側に設けられた低切り起こし部（５４ａ）を、外部流体の流通方向上流側に配設することで、コルゲートフィン（５２）の表面に着霜が生じるような条件下において熱交換を行う場合でも、着霜しやすい上流側において着霜を抑えることができるので、着霜時間を長く引き延ばすことができる。

またこのとき、請求項４に記載の発明のように、他端側には切り起こし高さ（Ｈ_Ｌ）が０．２６ｍｍ以上である高切り起こし部（５４ｂ）を設けるとよい。このように、高い熱交換能力を得ることができる高切り起こし部（５４ｂ）を比較的着霜の少ない外部流体の流通方向下流側に配設することで、熱交換能力を確保することができる。これにより、熱交換能力をそれほど犠牲にすることなく着霜時間を長くすることが可能となる。

チューブ（５１）には、請求項５に記載の発明のように、コルゲートフィン（５２）との接触側表面に、上記垂直方向に沿ってチューブ溝（５６）を形成するとよい。このように、チューブ（５１）の表面にチューブ溝（５６）を設けることで、コルゲートフィン（５２）の平面部（５２ａ）に付着した凝縮水や除霜時に溶けた霜が、チューブ（５１）の溝５６に流れ込んで、速やかに排水される。これにより、除霜時には除霜が効率的に行われるので、着霜と除霜との繰り返しにおける除霜時間の割合をさらに低減することができる。

また、切り起こし部（５４）としては、例えば、請求項６に記載の発明のように、平面部（５２ａ）に対して外部流体の流通方向に傾斜している複数の切り起こし片（５３ａ）により構成されるルーバーを形成することができる。

あるいは、請求項７に記載の発明のように、切り起こし部（５４）として、平面部（５２ａ）に対して上記垂直方向にオフセットしている複数のオフセット片（５５）により構成されるオフセット部を形成してもよい。

なお、コルゲートフィン（５２）は、その波型形状が上記垂直方向に配設され、波型形状の１周期分の長さであるフィンピッチ（Ｆ_Ｐ）は、例えば、請求項８に記載の発明のように、２ｍｍから５ｍｍとすることができる。

本発明の熱交換器は、請求項９に記載の発明のように、チューブ（５１）を流通する冷媒とチューブ（５１）の外に流通する外気との間で熱交換を行う室外熱交換器に適用して好適である。

因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図６に示す。本実施形態は、本発明に係る熱交換器５をヒートポンプ式給湯装置２００に適用したものであり、図１はヒートポンプ式給湯装置２００の概略構成を示しており、図２〜図６は熱交換器５の構成を示している。

まず、ヒートポンプ式給湯装置２００の構成について図１を用いて説明する。１０は耐食性に優れた金属製（例えばステンレス製）の貯湯タンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、給湯用の湯を長時間に渡って保温することができるようになっている。本実施形態の貯湯タンク１０は縦長形状であり、その底面には導入口１１が設けられ、この導入口１１には貯湯タンク１内に水道水を導入する給水経路である導入管１２が接続されている。

貯湯タンク１０の下部には、貯湯タンク１０内の水を吸入するための吸入口１３が設けられ、貯湯タンク１０の上部には、貯湯タンク１内に湯を吐出するための吐出口１４が設けられている。

吸入口１３と吐出口１４とは循環回路１６で接続されており、循環回路１６の一部はヒートポンプ装置１内に配置されている。循環回路１６にはヒートポンプ装置１の内部もしくは外部に循環ポンプ１６ａが設けられている。

循環回路１６のヒートポンプ装置１内に配置された部分には、給湯用熱交換器３が設けられており、吸入口１３から吸入した貯湯タンク１０内の下部の水を高温冷媒との熱交換により加熱して沸き上げて湯とし、吐出口１４から貯湯タンク１０内に戻すことができるようになっている。

ヒートポンプ装置１は、圧縮機２、給湯用熱交換器３、可変式の減圧装置４、蒸発器５（本発明における熱交換器に対応）、アキュムレータ６が順次環状に冷媒配管１ａにより接続されて形成されたものである。冷媒配管１ａ内を循環する冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を使用している。

圧縮機２は、内蔵される図示しない電動モータによって駆動され、アキュムレータ６より吸入した気相冷媒を臨界圧力以上に圧縮して吐出する。なお、圧縮機２は、後述する制御装置１００のヒートポンプ制御装置１０２によって稼働およびその冷媒吐出量（回転数）が制御されるようになっている。

給湯用熱交換器３は、圧縮機２より吐出された高温冷媒（ホットガス）と、後述する貯湯タンク１０内から供給される給湯用水との間で熱交換し、放熱作用によって給湯用水を加熱して湯とするものである。

この給湯用熱交換器３は、冷媒が流れる冷媒流路３ａと、給湯用水が流れる給湯用水流路３ｂとを有し、冷媒流路３ａを流れる冷媒の流れ方向と給湯用水流路３ｂを流れる給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。なお、給湯用熱交換器３を流れる二酸化炭素冷媒は、圧縮機２で臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱交換器３を流通する給湯用水に放熱して温度低下しても凝縮することはない。

減圧装置４は、給湯用熱交換器３から流出する冷媒を弁開度に応じて減圧する減圧手段であり、具体的には弁開度を小さくするほど大きく減圧を行なうようになっている。減圧装置４は、後述する制御装置１００のヒートポンプ制御装置１０２によって弁開度が電気的に制御されるようになっている。

蒸発器５は、図示しないファンによって送風される外気（本発明の外部流体に対応）から吸熱して、減圧装置４で減圧された冷媒（本発明の内部流体に対応）を蒸発させる熱源用熱交換器である。この蒸発器５の構成の詳細については後述する。アキュムレータ６は、蒸発器５より流出する冷媒を気液分離して、気相冷媒のみを圧縮機２に吸入させるとともに、サイクル中の余剰冷媒を液冷媒として蓄える気液分離器である。

前述した循環回路１６のうち、ヒートポンプ装置１の給湯用熱交換器３より下流側部位は、ヒートポンプ装置１により沸き上げられた湯を貯湯タンク１０内の上部に供給するための供給配管１８となっている。

循環回路１６には、給湯用熱交換器３の下流側において循環回路１６の供給配管１８から分岐するように給湯配管１９が接続している。そして、供給配管１８の給湯配管１９分岐接続点には、ヒートポンプ装置１で沸き上げた湯の流通経路を供給配管１８の下流端部をなす配管１８ａ方向もしくは給湯配管１９方向に切り替える切替手段（切替バルブ）としての機能を有するバルブ１７が設けられている。

貯湯タンク１０上部の吐出口１４は、貯湯タンク１０内の上部の湯を導出するための導出口２０としての機能も有しており、この吐出口１４兼導出口２０に接続する配管１８ａは、貯湯タンク１０内の上部の湯を導出するための給湯配管でもある。

前述のバルブ１７は、ヒートポンプ装置１で沸き上げた湯の流通経路を給湯配管１９方向に切り替えたときには、給湯用熱交換器３から供給される湯の量と貯湯タンク１０の導出口２０から導出される湯の量との比率を制御するための混合バルブとしても機能するようになっている。

給湯配管１９には、導入管１２から分岐した給水配管２８の下流端が接続されている。そして、この接続点には、給湯配管１９を流れる湯の量と給水配管２８を介して供給される水の量の比率を制御し、下流側にある風呂、シャワー、カラン等の使用側端末に送る湯の温度を設定温度とするための混合バルブ２９が設けられている。

貯湯タンク１の外壁面には、図示しない複数のサーミスタ（水位サーミスタ）が縦方向に間隔をあけて配置され、貯湯タンク１内の各水位レベルにおける温度情報を後述する制御装置１００に出力するようになっている。

また、各配管経路にはサーミスタが適宜配設され、各配管を流れる冷媒、湯もしくは水の温度情報を後述する制御装置１００に出力するようになっている。

ヒートポンプ装置１において、冷媒配管１ａの蒸発器５より下流側かつアキュムレータ６より上流側には、蒸発器５から流出する冷媒の温度を検出する温度検出手段であるサーミスタ７が設けられている。

循環回路１６の給湯用熱交換器３の給湯用水流路３ｂより下流側かつバルブ１７より上流側には、給湯用熱交換器３を通過した水の温度を検出する水温検出手段であるサーミスタ３１が設けられている。

また、給湯配管１９のバルブ１７の下流側かつ混合バルブ２９より上流側には、バルブ１７により混合された湯の温度を検出する水温検出手段であるサーミスタ３２が設けられている。

さらに、給湯配管１９の混合バルブ２９より下流側には、混合バルブ２９により水を混合された湯の温度を検出する水温検出手段であるサーミスタ３３が設けられている。

また、給湯配管１９には図示しない流量カウンタが設けられており、給湯配管１９を流れる湯の流量情報を後述する制御装置１００に出力するようになっている。

図１中の１００は制御手段である制御装置であり、貯湯タンク１０ユニットを制御する貯湯タンク制御装置（貯湯タンクＥＣＵ）１０１とヒートポンプ装置１を制御するヒートポンプ制御装置（ヒートポンプＥＣＵ）１０２とにより構成されている。また、図１中の１１０は操作手段をなす操作盤であり、操作盤１１０には各種操作スイッチや表示部が設けられている。

制御装置１００は、サーミスタ７、３１、３２、３３および図示しない他のサーミスタからの温度情報、図示しない流量カウンタからの流量情報、および操作盤１１０に設けられた操作スイッチからの信号等に基づいて、後述する手順にしたがってヒートポンプ装置１、ポンプ１６ａ、各バルブ１７、２９等を制御するように構成されている。ヒートポンプ装置１の制御では、具体的には、可変式減圧装置４の開度や圧縮機２の周波数（回転数）を制御するようになっている。

つぎに上記蒸発器５の詳細な構成について、図２および図３を用いて説明する。図２は蒸発器５の全体構成を示す空気流通方向の正面図であり、図３は蒸発器５内部の構成を示す斜視図である。

蒸発器５は、図２に示すように、コア部５００および上ヘッダタンク５１０、下ヘッダタンク５２０を有している。コア部５００は、冷媒が流通するチューブ５１と熱交換フィンであるコルゲートフィン５２とを交互に積層して、その積層方向の両最外方のコルゲートフィン５２の更に外方にサイドプレート５０３を配設したものである。

チューブ５１は、ベア材から押出し加工により断面の外形が扁平状となるように成形されたもので、図３に示すように、内部に複数の冷媒流路６０が形成されている。チューブ５１は、その長手方向端部側が、上下ヘッダタンク５１０、５２０のコア部５００側壁面に形成されたチューブ挿入孔に挿入されて、ろう付けされており、これによってチューブ５１の冷媒流路６０は上下ヘッダタンク５１０、５２０に連通している。

一方、コルゲートフィン５２は、薄肉の帯板材を波状に加工したローラ成型品であり、チューブ５１にろう付けされている。コルゲートフィン５２は、図３に示すように、フィン面を形成する複数の平面部５２ａと、これらの平面部５２ａの隣り合う２つを繋ぐ屈曲部５２ｂを有して矩形波状に形成されている。平面部５２ａにはルーバー５４が（本発明の切り起こし部に対応）が形成されており、これによって、平面部５２ａに付着した凝縮水が速やかに排水され、また高い熱交換効率を得ることができる。なお、コルゲートフィン５２の詳細な構成については後述する。

上ヘッダタンク５１０の図２中、左側近傍には、冷媒が流入する流入口５１５ａおよび冷媒が流出する流出口５１５ｂが設けられたブロック状のジョイント５１５がろう付けされており、この流入口５１５ａから上ヘッダタンク５１０内に流入した冷媒は、空気流通方向下流側のチューブ５１群を上下にＵターンして流れ、上ヘッダタンク５１０の図２中、右側において空気流通方向上流側のチューブ５１群に移り同様に上下にＵターンして、流出口５１５ｂから流出する。この間に蒸発器５は、流通空気から吸熱して冷媒を蒸発させる。

なお、以上の蒸発器５を構成する各部材は全てアルミニウムあるいはアルミニウム合金より成り、ろう付けにて一体化されている。

つぎに、コルゲートフィン５２の詳細な構成、およびコルゲートフィン５２への着霜について図４〜図６を用いて説明する。図４はコルゲートフィン５２の詳細な構成を示す空気流通方向の正面図であり、図５は図４中に線Ｖ‐Ｖで示す位置の断面図である。また、図６はコルゲートフィン５２に着霜した状態を示す説明図である。

コルゲートフィン５２は、図４および図５に示すように、その平面部５２ａと屈曲部５２ｂとからなる波型形状の各平面部５２ａに、空気流通方向に傾斜した複数の切り起こし片５３ａが切り起こしにより設けられており、これらの切り起こし片５３ａによってルーバー５４が形成されている。

本実施形態においては、図５に示すように、空気の流通方向上流側と下流側とに分けて、各平面部５２ａに２つのルーバー部５４ａ（本発明の低切り起こし部に対応）が設けられており、各ルーバー部５４ａにおいては、切り起こし片５３ａの傾斜方向が空気流通方向上流側のものと下流側のものとで逆になっている。

本実施形態においては、コルゲートフィン５２は、その波型形状の１周期分の長さであるフィンピッチＦ_Ｐを２〜５ｍｍほどとしている。また、ルーバー部５４ａを構成する切り起こし片５３ａの平面部５２ａに垂直な方向の一端から他端までの間の距離である切り起こし高さＨ_Ｌを０．２６ｍｍ未満としており、より具体的には０．１５〜０．１８ｍｍほどとしている。なお、本実施形態においては、上流側と下流側の両方のルーバー部５４ａの空気流通方向に沿った全ての領域において、上記切り起こし高さＨ_Ｌが同一となっている。

ところで、外気温が低く湿度が高い状態においてヒートポンプ装置１の運転を続けると、図６に示すように、平面部５２ａ、ルーバー５４の切り起こし片５３ａなどコルゲートフィン５２の表面に空気中の水分が氷結（いわゆる着霜）して、蒸発器５における熱交換効率が低下し、後述のような除霜運転により霜を溶かして除去することが必要となる。

本実施形態においては、上記のように、ルーバー５４の切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ未満となるように構成することで、図４および図５に示す空気が流通する隙間（＝Ｆ_Ｐ／２−Ｈ_Ｌ）を比較的大きく確保して、これにより、着霜を抑えて、除霜運転が必要になるまでの時間を延ばすようにしている。このルーバー５４の切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ未満である構成の作用効果についての詳細は後述する。

つぎに、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置２００の作動（制御装置１００による制御）について、図１を用いて説明する。

本実施形態のヒートポンプ式給湯装置２００では、制御装置１００が、電力コスト等に基づいて定まる所定時間帯（例えば電力供給契約に基づく電力コストが安価な深夜時間帯）に、過去の使用実績等に基づく所定熱量を貯湯タンク１０内に貯留するようにヒートポンプ装置１を運転する。

このとき、制御装置１００は、サーミスタ３１の検出温度が貯湯目標温度となるようにヒートポンプ装置１の沸き上げ運転制御を行なうとともにポンプ１６ａの循環流量制御を行なう。また、バルブ１７は、ヒートポンプ装置１で沸き上げた湯の流通経路を配管１８ａ方向とする。

これにより、貯湯タンク１０内の下方部の水がヒートポンプ装置１の給湯用熱交換器３で加熱されて沸き上げられ、貯湯タンク１０内の上部側から貯えられる。

制御装置１００は、使用側端末において出湯操作がなされると、使用側端末へ給湯するための給湯制御を行なう。

具体的には、給湯装置２００に電力供給されているときには、制御装置１００は、使用側端末において出湯操作がなされたか否かを、例えば給湯配管１９に設けた図示しない流量カウンタからの流量情報などに基づいて監視し、出湯を検出した場合には、ヒートポンプ装置１を運転して給湯用熱交換器３で給湯用水の沸き上げを行ない、出湯を検出しなかった場合には、ヒートポンプ装置１の運転を停止する。

ヒートポンプ装置１の運転中には、サーミスタ３１の検出温度に基づいてヒートポンプ装置１の運転を制御し、サーミスタ３２の検出温度に基づいてバルブ１７の開度比を調節し、サーミスタ３３の検出温度に基づいて混合バルブ２９の開度比を調節する。

これにより、ヒートポンプ装置１で出湯用の湯を沸き上げ、バルブ１７でヒートポンプ装置１の給湯用熱交換器３からの湯に必要に応じて貯湯タンク１０からの湯を混合して給湯配管１９に送る。さらに、混合バルブ２９で給湯配管１９を流れる湯に必要に応じて水を混合し、設定された温度の湯を使用側端末から出湯する。

また、このようにヒートポンプ装置１により湯を沸き上げ使用側端末へ出湯しているときには、制御装置１００は、サーミスタ７の検出温度に基づいて、蒸発器５が所定着霜状態に至ったか否か監視している。ここで、所定着霜状態とは、上述のように、コルゲートフィン５２の表面などに着霜することにより良好な熱交換（吸熱）が行なえず、除霜を必要とする着霜状態である。

蒸発器５に着霜すると、その着霜状態に応じて、蒸発器５から流出する冷媒の温度が変動するので、このような流出冷媒温度を検出する冷媒温検出手段であるサーミスタ７による検出温度に基づいて、蒸発器５が所定着霜状態であるか否かを判断することができる。ちなみに、本例ではサーミスタ７の検出温度が−１０℃となったときに、蒸発器５が除霜を必要とする所定着霜状態になったと判断している。

なお、着霜状態検出手段は、蒸発器５の流出冷媒温度を検出するものに限定されず、蒸発器５の着霜状態を検出可能なものであればよい。したがって、蒸発器５の温度もしくはその関連値を検出できるものであればよい。

例えば、蒸発器５自体の温度（具体的には上記コルゲートフィン５２の温度）、蒸発器５内を流通する冷媒の温度、蒸発器５の流入冷媒温度と流出冷媒温度との差、蒸発器５流入冷媒温度と蒸発器５中間部流通冷媒温度との差、蒸発器５中間部冷媒温度と蒸発器５流出冷媒温度との差、外気温度、圧縮機２の周波数（回転数）等を検出するものであってもよい。

制御装置１００は、蒸発器５が所定着霜状態になったと判断した場合には、蒸発器５から霜を除去するように、ヒートポンプ装置１を除霜運転状態とする。具体的には、ヒートポンプ装置１の可変式減圧装置４の開度を大きく開き、蒸発器５内に高温の冷媒を流通する。これにより、蒸発器５の霜を溶かして除霜する。

ここでは、減圧装置４の開度を調節して除霜運転状態としたが、蒸発器５内に高温の冷媒を導入することができれば、これに限定されるものではない。例えば、圧縮機２吐出側と蒸発器５入口側とを繋ぐバイパス通路を設け、沸き上げ運転時にはこのバイパス通路を閉塞し、除霜運転時にはこの通路を開くものであってもよい。

除霜運転を開始するときには、制御装置１００は、例えば給湯配管１９に設けた図示しない流量カウンタからの流量情報などに基づいて、使用側端末から出湯中であるか否か判断し、出湯中であると判断した場合には、バルブ１７の開度比を変更する。

具体的には、給湯用熱交換器３側の開度を絞るとともに貯湯タンク１０側の開度を開くように所定開度比に変更し、例えば、給湯用熱交換器３からの湯量と貯湯タンク１０からの湯量の比が０％：１００％、もしくは５％：９５％となるような開度比に変更するなどして、給湯用熱交換器３からの出湯を停止もしくは大きく減少させる。その後、サーミスタ３２の検出温度に基づいてバルブ１７の開度比が制御される。

このようにして、除霜運転の開始とほぼ同時に、一旦、ヒートポンプ装置１の給湯用熱交換器３からの出湯を停止もしくは減少して、貯湯タンク１０から全給湯量を出湯もしくは出湯量を増加させることで、除霜運転の開始により給湯用熱交換器３の沸き上げ温度が低下したり湯の沸き上げができなくなったりしても、使用側端末における安定した出湯温度と出湯量を確保することができる。

以下、本実施形態において、上述のように蒸発器５のコルゲートフィン５２に切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ未満のルーバー部５４ａを設けていることの作用効果について図７〜図９を用いて説明する。

図７は、実験により得た、ルーバー５４の切り起こし高さＨ_Ｌと熱交換能力との関係を示しており、図８は、ルーバー５４の切り起こし高さＨ_Ｌと、除霜が必要になるまでのヒートポンプ装置１の稼働時間（着霜時間）との関係を示している。熱交換能力は、切り起こし高さＨ_Ｌが０．７５ｍｍのときの熱交換能力を１として、これに対する割合で示しており、着霜時間は、切り起こし高さＨ_Ｌが０．０７ｍｍのときの着霜時間を１として、これに対する割合で示している。

ここに示すように、切り起こし高さＨ_Ｌが小さくなるに従って、熱交換能力は減少するが、着霜時間は長くなる。このとき、熱交換能力の減少度合に比較して、着霜時間の増加度合は大きくなっており、具体的には、切り起こし高さＨ_Ｌが０．７５ｍｍから０．０７ｍｍに減少すると、着霜時間は７５％増加する。

そこで、切り起こし高さＨ_Ｌの変化に応じて、［熱交換能力比×着霜時間比］の値がどのように変化するのか調べてみると、図９に示すように、切り起こし高さＨ_Ｌが０．０７ｍｍのときの［熱交換能力比×着霜時間比］の値を1とすると、［熱交換能力比×着霜時間比］の値は切り起こし高さＨ_Ｌが大きくなるに従って小さくなり、切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍのときの［熱交換能力比×着霜時間比］の値は０．９であることがわかる。

従来、コルゲートフィンのルーバーは、高い熱交換能力を得るため、その切り起こし高さを比較的大きくしていたが、本実施形態におけるように、ルーバー５４の切り起こし高さＨ_Ｌを０．２６ｍｍ未満とすることで、熱交換能力の低減を小さく抑えながら、着霜時間を長く引き延ばすことができる。具体的には、図４および図５に示すように、ルーバー５４の切り起こし高さＨ_Ｌを０．２６ｍｍ未満に抑えることで、空気が流通する隙間（＝Ｆ_Ｐ／２−Ｈ_Ｌ）が大きくなり、霜が着きにくくなって、着霜時間が長くなる。

本実施形態の構成によると、このように着霜時間が長くなると共に、除霜運転時には溶けた霜がルーバー５４の切り起こし片５３ａに沿って速やかに排水されることにより、除霜も効率的に行われるため、給湯装置２００運転中の着霜と除霜との繰り返しにおける除霜時間の割合を低減することができる。これによって、給湯装置２００の全運転時間における除霜運転時間の割合が減少し、通常運転時間の割合が増加して、蒸発器５における着霜および除霜が給湯機能に与える影響を最小限に抑えることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図１０に示す。上記第１実施形態では、蒸発器５のコルゲートフィン５２において、その平面部５２ａの空気流通方向上流側と下流側とに形成されている２つルーバー部５４ａの両方において、その切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ未満である構成であったが、これに対して、本実施形態においては、図１０に示すように、上流側のルーバー部５４ａ（本発明の低切り起こし部に対応）のみ切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ未満となっており、下流側のルーバー５４ｂ部（本発明の高切り起こし部に対応）の切り起こし高さＨ_Ｌは０．２６ｍｍ以上となっている。

本実施形態のヒートポンプ式給湯装置における、その他の構成および作動は上記第１実施形態と同様である。

以上の構成によると、着霜しやすい上流側のルーバー部５４ａは、着霜を抑えるために切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ未満である切り起こし片５３ａにより構成し、比較的着霜の少ない下流側のルーバー部５４ｂは、切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ以上である切り起こし片５３ｂにより構成することで、着霜を抑えて着霜時間を延ばすと共に、下流側のルーバー部５４ｂによって熱交換能力を確保している。これにより、熱交換能力をそれほど犠牲にすることなく着霜時間を長くすることが可能となる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図１１に示す。本実施形態においては、上記第１実施形態における蒸発器５のチューブ５１の形状を変更している。本実施形態におけるチューブ５１ａは、図１１に示すように、コルゲートフィン５２と接している扁平部の外側表面に冷媒の流通方向に沿って溝５６（本発明のチューブ溝に対応）が設けられている。

本実施形態のヒートポンプ式給湯装置における、その他の構成および作動は上記第１実施形態と同様である。

このような構成によると、コルゲートフィン５２の平面部５２ａに付着した凝縮水や、除霜運転時に溶けた霜が、切り起こし片５３ａに沿ってチューブ５１ａ側に流れ、さらに平面部５２ａの端部においてチューブ５１ａの扁平部と平行に流れて、チューブ５１ａの溝５６に流れ込むというようにして、速やかに排水される。

このように排水性に優れていることにより、除霜が効率的に行われて、給湯装置運転中の着霜と除霜との繰り返しにおける除霜時間の割合をさらに低減することができる。

なお、ここでは溝５６をチューブ５１ａの外側表面（片側）にそれぞれ２本設けるものを示したが、溝５６の本数は、要求される排水性に応じて決定すればよい。

なお、本実施形態においては、溝５６を設けたチューブ５１ａを上記第１実施形態に適用したが、このチューブ５１ａを上記第２実施形態に適用してもよい。

（その他の実施形態）
上記第１実施形態においては、蒸発器５のコルゲートフィン５２の切り起こし部分として、空気流通方向に傾斜した複数の切り起こし片５３ａからなるルーバー５４を備えていたが、これに代えて、図１２に示すように、スリット部５５（本発明の切り起こし部分に対応）を設けてもよい。スリット部５５は、平面部５２ａにスリット（切り込み）を形成するのみで、切り起こし高さＨ_Ｌがほぼ０ｍｍであるスリット形成部５５ａ（本発明の低切り起こし部に対応）からなり、このようなスリット形成部５５ａが平面部５２ａの上流側と下流側にそれぞれ設けられている。

このように、平面部５２ａにスリットが形成されていれば、給湯装置において除霜運転が行われる際に、溶けた霜がこのスリットに沿って排水されるので、上記第１実施形態におけるルーバー５４の場合と同様の排水性を得ることができ、また、切り起こし高さＨ_Ｌがほぼ０ｍｍであることにより着霜を抑えて着霜時間を長くすることができる。これにより、給湯装置運転中の着霜と除霜との繰り返しにおける除霜時間の割合を低減することができる。

なお、本実施形態においては上記第１実施形態に対してスリット形成部５５ａを備えたコルゲートフィン５２を適用したが、これに限らず、溝５６付きのチューブ５１ａを備えた上記第３実施形態にスリット形成部５５ａを備えたコルゲートフィン５２を適用してもよい。

また、上記第２実施形態の空気流通方向上流側のルーバー部５４ａに代えてスリット形成部５５ａを設けて、コルゲートフィン５２の平面部５２ａの上流側にはスリット形成部５５ａ（本発明の低切り起こし部に対応）を、下流側には切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ以上であるルーバー部５４ｂ（本発明の高切り起こし部に対応）を備えた構成としてもよい。

あるいは、上記第１実施形態におけるコルゲートフィン５２のルーバー５４に代えて、図１３に示すように、平面部５２ａの上側と下側に交互にオフセットしているオフセット片５３ｃを形成し、これにより、いわゆるオフセット形状の切り起こし部５８（本発明の切り起こし部に対応）を構成してもよい。この場合、上側のオフセット片５３ｃの上端と下側のオフセット５３ｃ片の下端との間の距離が切り起こし高さＨ_Ｌとなる。

本実施形態においては、図１３に示すように、平面部５２ａの上流側と下流側にそれぞれオフセット部５８ａ（本発明の低切り起こし部に対応）を設けており、これらのオフセット部５８ａの両方において、その切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ未満となっている。

このようなオフセット形状の切り起こし部５８によっても、ルーバー５４と同様の排水性を得ることができ、また、上記のようにオフセット部５８ａの切り起こし高さＨ_Ｌを０．２６ｍｍ未満とすることで、着霜を抑えて着霜時間を長くすることができる。

なお、本実施形態においてはオフセット部５８ａを備えたコルゲートフィン５２を上記第１実施形態に適用したが、これに限らず、溝５６付きのチューブ５１ａを備えた上記第３実施形態にオフセット部５８ａを備えたコルゲートフィン５２を適用してもよい。

また、上記第２実施形態に対してオフセット形状の切り起こし部５８を適用して、空気流通方向上流側には切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ未満であるオフセット部５８ａ（本発明の低切り起こし部に対応）を、下流側には切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ以上であるオフセット部（本発明の高切り起こし部に対応）を備えた構成としてもよい。

上記第２実施形態においては、空気流通方向上流側のルーバー部５４ａは切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ未満である切り起こし片５３ａによって構成されており、これによって、平面部５２ａの上流側半分に切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ未満である低切り起こし部５４ａが形成されていたが、低切り起こし部５４ａを形成する領域はこれに限らず、例えば、切り起こし高さＨ_Ｌが０．２６ｍｍ未満である切り起こし片５３ａを平面部５２ａの上流側３分の１の領域に設けて、この領域に低切り起こし部５４ａを形成する構成としてもよい。

あるいは、チューブ５１の構成などに応じて、平面部５２ａの上流側領域以外の領域に低切り起こし部５４ａを設けてもよい。例えば、チューブ５１が、比較的高温の冷媒が流通する空気流通方向上流側と、比較的低温の冷媒が流通する空気流通方向下流側とに２分割されている構成の場合には、霜が生成しやすい各分割部の上流側に低切り起こし部５４ａを設けるようにするとよい。

上記各実施形態では、ヒートポンプ式給湯装置２００のヒートポンプ装置１における蒸発器５に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば、ルームエアコンの室外熱交換器などに本発明を適用することもできる。

第１実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置２００の概略構成を示す模式図である。 第１実施形態における蒸発器の全体構成を示す正面図である。 第１実施形態における蒸発器の内部構成を示す斜視図である。 第１実施形態におけるコルゲートフィンの構成を示す正面図である。 第１実施形態におけるコルゲートフィンの構成を示す断面図である。 コルゲートフィンに着霜した状態を示す説明図である。 蒸発器におけるルーバーの切り起こし高さと熱交換能力との関係を示すグラフである。 蒸発器におけるルーバーの切り起こし高さと着霜時間との関係を示すグラフである。 蒸発器におけるルーバーの切り起こし高さの変化に応じた［熱交換能力比×着霜時間比］の値の変化を示すグラフである。 第２実施形態におけるコルゲートフィンの構成を示す断面図である。 第２実施形態における蒸発器の内部構成を示す平面図である。 他の実施形態におけるコルゲートフィンの構成を示す断面図である。 他の実施形態におけるコルゲートフィンの構成を示す断面図である。

符号の説明

５ 蒸発器（熱交換器）
５１ チューブ
５１ａ 溝付チューブ（チューブ）
５２ コルゲートフィン
５２ａ 平面部
５３ａ、５３ｂ 切り起こし片
５３ｃ オフセット片
５４ ルーバー（切り起こし部）
５４ａ ルーバー部（低切り起こし部）
５４ｂ ルーバー部（高切り起こし部）
５５ スリット部（切り起こし部）
５５ａ スリット形成部（低切り起こし部）
５６ 溝（チューブ溝）
５８ オフセット形状の切り起こし部（切り起こし部）
５８ａ オフセット部（低切り起こし部）

Claims (9)

1. チューブ（５１、５１ａ）と、前記チューブ（５１、５１ａ）に接して設けられる波型形状のコルゲートフィン（５２）とを備え、前記チューブ（５１、５１ａ）の外を流れる外部流体と前記チューブ（５１、５１ａ）の中を流れる内部流体との間で熱交換を行う熱交換器において、
   前記コルゲートフィン（５２）は前記外部流体の流通方向に対して水平に配置される平面部（５２ａ）を有し、前記平面部（５２ａ）には切り込みを形成することにより切り起こし部（５４、５５、５８）が前記流通方向に渡って設けられており、
   前記切り起こし部（５４、５５、５８）は、前記平面部（５２ａ）に対して垂直方向の下端から上端までの高さである切り起こし高さ（Ｈ_Ｌ）が０．２６ｍｍ未満である低切り起こし部（５４ａ、５５ａ、５８ａ）を有することを特徴とする熱変換器。
2. 前記低切り起こし部（５４ａ、５５ａ、５８ａ）は、前記切り起こし部（５４、５５、５８）の全領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱変換器。
3. 前記低切り起こし部（５４ａ、５５ａ、５８ａ）は、前記切り起こし部（５４、５５、５８）の前記外部流体の流通方向の一端側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱変換器。
4. 前記切り起こし部（５４）は、前記流通方向の他端側に、前記切り起こし高さ（Ｈ_Ｌ）が０．２６ｍｍ以上である高切り起こし部（５４ｂ）を有することを特徴とする請求項３に記載の熱変換器。
5. 前記チューブ（５１ａ）の前記コルゲートフィン（５２）との接触側表面に、前記垂直方向に沿ってチューブ溝（５６）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器。
6. 前記切り起こし部は、前記平面部（５２ａ）に対して前記外部流体の流通方向に傾斜している複数の切り起こし片（５３ａ、５３ｂ）により構成されるルーバー（５４）であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱交換器。
7. 前記切り起こし部は、前記平面部（５２ａ）に対して前記垂直方向にオフセットしている複数のオフセット片（５３ｃ）により構成されるオフセット形状の切り起こし部（５８）であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱交換器。
8. 前記垂直方向に配設される前記コルゲートフィン（５２）の前記波型形状の１周期分の長さであるフィンピッチ（Ｆ_Ｐ）は２ｍｍから５ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の熱交換器。
9. 前記外部流体とは外気であり、前記内部流体とは冷媒であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の熱交換器。

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