JP5799382B2 - 空気熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、扁平管と伝熱フィンを備える空気熱交換器に関する。

空気熱交換器は、冷媒が流れる２つの管状のヘッダと、２つのヘッダを結ぶように配置される複数の扁平管と、複数の扁平管のそれぞれの間に設けられた複数の伝熱フィンとを備える。扁平管のそれぞれはヘッダに直交し、伝熱フィンのそれぞれは扁平管に直交する。扁平管の内部には、ヘッダから連通している複数の細い流路が形成されている。冷媒は、この流路を通ってヘッダから扁平管へ流れる。ヘッダ、扁平管、及び伝熱フィンは、熱伝導率の高い金属材料、例えばアルミニウムで形成される。これらの部材は、ろう材や接着剤によって互いに接合されている。このような構造の空気熱交換器に対して、ファンを用いて送風し、空気を導入する。

空気熱交換器では、冷媒と空気との熱交換を行う。冷媒は、ヘッダに導入されたのち、流路を通って扁平管へ分配される。扁平管内に導入された冷媒の熱または冷熱は、扁平管から伝熱面積を拡大する伝熱フィンへ伝わり、伝熱フィン間を流れる空気との熱交換を行う。

しかし、空気熱交換器を蒸発器として利用した場合には、扁平管及び伝熱フィンの表面の温度は空気の温度より低くなるため、伝熱フィン間を空気が通過する際に、空気中の水分が伝熱フィンの表面に凝縮する。扁平管を重力方向に延在するように配置し、伝熱フィンを水平に配置する空気熱交換器では、伝熱フィンの表面に形成された凝縮水は、重力の作用で移動することがほとんどなく、排水されにくい。さらに凝縮が進み、大量の凝縮水が伝熱フィンの間に滞留すると、伝熱フィン間を閉塞させてしまう恐れがある。伝熱フィン間が閉塞すると、空気熱交換器の通風抵抗が増大し、冷媒と空気との熱交換効率の低下を招く。また、凝縮水が通風空気によって押し出されて伝熱フィンの風下側に飛散し、空気熱交換器から水滴が吹き出すという問題が生じる。

このため、空気熱交換器では、伝熱フィンに生じる凝縮水を効率的に排水する構造が検討されている。例えば、特許文献１には、伝熱フィンに開口部を設け、伝熱フィンの表面の凝縮水を排水させる空気熱交換器が開示されている。また、特許文献２には、伝熱フィンを傾斜させることで凝縮水を落水させる空気熱交換器が開示されている。

特開２００５−２４１８７号公報 特開２００８−１１６０９５号公報

特許文献１、２に開示されているような従来の空気熱交換器では、伝熱フィンの表面に生じた凝縮水を、重力を利用して空気熱交換器の下部に排水させている。凝縮水による水滴は、形成の初期では大きさが微小なため、重力に比べて表面張力の影響が大きい。このため、重力のみを利用して排水する空気熱交換器では、水滴が成長するまでは排水しにくく、通風抵抗が増大し、熱交換効率が低下するという課題がある。また、伝熱フィンを傾斜させる構造の熱交換器は、組み立てが難しいという課題がある。例えば、扁平管に伝熱フィンをろう付けする際に、扁平管の膨張及び変形により伝熱フィンは固定位置がずれやすく、扁平管と伝熱フィンの接触が不均一になりやすい。また、伝熱フィンに開口部を設ける構造では、伝熱フィンの伝熱面積が低下するだけでなく、伝熱フィンと扁平管との接触面積が低減するため、扁平管と伝熱フィンの熱抵抗が増大するという課題がある。

本発明は、扁平管と伝熱フィンの熱抵抗を増大させることなく、伝熱フィンの表面に生じた凝縮水による通風抵抗の増大及び熱交換効率の低下を防ぐことが可能であり、さらには伝熱フィンから風下への水滴の飛散を防ぐことが可能な空気熱交換器を提供することを目的とする。

本発明による空気熱交換器は、以下のような特徴を備える。

複数の扁平管と、前記扁平管の間に設けられた伝熱フィンとを備え、空気が送風される空気熱交換器であって、前記扁平管は、前記伝熱フィンが設けられる側面に排水溝を備え、前記伝熱フィンは、前記排水溝へ連通する導水溝を備える。前記導水溝を構成する溝壁のうち、少なくとも前記空気の送風方向の風上側にある溝壁は、前記排水溝よりも風上側の位置から、前記排水溝へ向けて設けられ、前記導水溝は、前記風上側にある溝壁に沿って前記排水溝へ向かって延在し、延在方向に垂直な断面積が前記排水溝へ向かって小さくなっていく。

本発明によれば、扁平管と伝熱フィンの熱抵抗を増大させることなく、伝熱フィンの表面に生じた凝縮水による通風抵抗の増大及び熱交換効率の低下を防ぐことが可能であり、さらには伝熱フィンから風下への水滴の飛散を防ぐことが可能な空気熱交換器を提供することができる。

実施例１による空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管と伝熱フィンを示す図である。 伝熱フィンを下から見たときの、実施例１による空気熱交換器の部分斜視図である。 実施例１による空気熱交換器の全体を示す斜視図である。 従来の空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管と伝熱フィンを示す図である。 従来の空気熱交換器を送風方向から見た部分側面図である。 実施例１において、伝熱フィンの表面に生じた凝縮水の排水の原理を説明する、伝熱フィンの部分上面図である。 実施例２による空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管の各片面に１つの排水溝が形成されている場合を示す図である。 実施例２による空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管の各片面に２つの排水溝が形成されている場合を示す図である。 実施例３による空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管と伝熱フィンを示す図である。 実施例４による空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管と伝熱フィンを示す図である。 実施例４において、空気熱交換器を送風方向から見た部分側面図である。 実施例４において、伝熱フィンの表面に生じた凝縮水の排水の原理を説明する、伝熱フィンの部分側面図である。 実施例５による空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管と伝熱フィンを示す図である。 実施例６による空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管と伝熱フィンを示す図である。 実施例６による別の空気熱交換器の部分斜視図であり、扁平管と伝熱フィンを示す図である。

本発明による空気熱交換器は、重力だけでなく、表面張力及び流体力（ファンの風力）を利用して、伝熱フィンの表面に生じた凝縮水を排水する。このため、扁平管と伝熱フィンの熱抵抗を増大させることなく、凝縮水による通風抵抗の増大及び熱交換効率の低下を防ぐことと、伝熱フィンから風下への水滴の飛散を防ぐことが可能である。

本発明による空気熱交換器は、排水溝が長さ方向に設けられた扁平管と、導水溝が設けられた伝熱フィンとを備える。導水溝を構成する溝壁のうち、送風方向の風上側にある溝壁は、排水溝よりも風上側の位置から、排水溝へ連通する連通部に向けて設けられる。導水溝を構成する溝壁のうち、送風方向の風下側にある溝壁は、排水溝よりも風上側の位置から排水溝へ向けて設けられても、風下側の位置から排水溝へ向けて設けられてもよく、送風方向において排水溝と同じ位置にあってもよい。このようにして、導水溝は、風上側にある溝壁に沿って排水溝との連通部へ向かって延在し、排水溝へ連通するように形成される。

伝熱フィンの表面に生じた凝縮水は、ファンの風力によって導水溝へ押し流され、導水溝の中では表面張力によって排水溝へ流れ、重力によって空気熱交換器の下部に排出される。表面張力の作用によって排水するために、導水溝は、延在方向に垂直な断面積（以下、単に「断面積」と称する）が、排水溝との連通部に向かって小さくなっていく。例えば、導水溝の幅と深さの一方または両方を変えることにより、導水溝の断面積を、排水溝との連通部に向かって小さくしていくことができる。導水溝の断面積は、滑らかに（徐々に）小さくしていっても、段階的に小さくしていってもよい。

詳細は後述するが、導水溝の中の水滴には、表面張力により、水滴の曲率半径に比例する力が働く。従って、この水滴には、曲率半径の大きい側から小さい側へ、すなわち、導水溝の断面積が大きい方から小さい方へ力が働く。そこで、導水溝の断面積を排水溝との連通部に向かって小さくしていくと、断面積が大きい方から小さい方へ向かって働く力により、導水溝の中の水滴は排水溝に向かって濡れ進む。

以下、本発明による空気熱交換器の実施例について、図面を用いて説明する。

本発明の実施例１による空気熱交換器を詳細に説明する。本実施例は、導水溝の幅を排水溝との連通部に向かって徐々に小さくすることにより、導水溝の断面積を小さくしていく例である。

図１は、実施例１による空気熱交換器１の部分斜視図であり、扁平管２と伝熱フィン５を示している。空気熱交換器１には、ファン（図示せず）により空気が送風される。図中、Ｘ軸は空気熱交換器１の幅方向を示す。Ｘ軸方向は伝熱フィン５の幅方向でもある。また、Ｙ軸の正方向は重力方向を、Ｚ軸の正方向はファンによる空気の送風方向１０を示す。以下で用いる「風上」「風下」という語は、送風方向１０についての向きを示す。すなわち、風上側はＺ軸の負方向側を、風下側はＺ軸の正方向側を、それぞれ表す。

空気熱交換器１は、複数の扁平管２と、扁平管２の間に扁平管２と直交するように設けられた複数の伝熱フィン５とを備える。図１では、表示を分かりやすくするために、扁平管２を１つだけ示している。なお、図１では、扁平管２の上下（Ｙ軸方向の両端）に配置されるヘッダは、図示を省略している。伝熱フィン５は、コルゲート形状としてもよい。

扁平管２には、冷媒が流れる複数の細い流路３が内部に形成されている。さらに、扁平管２には、長さ方向（Ｙ軸方向）に延在する排水溝４が、Ｘ軸方向の両側面（伝熱フィン５が設けられている面）に形成されている。排水溝４は、Ｙ軸方向の上端から下端まで連通し、Ｘ軸の正方向または負方向と、Ｙ軸の正方向及び負方向に向けて開口している。すなわち、排水溝４は、伝熱フィン５に向けて開口し、上下方向に向けて開口している。扁平管２の送風方向１０（Ｚ軸方向）における排水溝４の位置は、任意でよいが、風下側の一端（Ｚ軸の正方向の一端）に形成するのが好ましい。

伝熱フィン５は、幅方向（Ｘ軸方向）の両側面が扁平管２と接続されており、扁平管２と直交する。さらに、伝熱フィン５は、扁平管２の排水溝４へ連通する導水溝６を有する。

導水溝６を構成する溝壁のうち、風上側（Ｚ軸の負方向側）にある溝壁４０は、排水溝４よりも風上側の位置から、排水溝４へ連通する連通部３０に向けて設けられる。本実施例では、導水溝６を構成する溝壁のうち、風下側（Ｚ軸の正方向側）にある溝壁５０は、排水溝４よりも風上側の位置から、排水溝４へ向けて設けられている。このようにして、導水溝６は、排水溝４との連通部に向かって延在し、排水溝４と連通している。

本実施例及び以下の実施例において、導水溝の最も風上側（Ｚ軸の負方向側）の部分を「風上端部２０」と称する。従って、導水溝６の排水溝４との連通部３０は、導水溝６の風上端部２０よりも風下側（Ｚ軸の正方向側）に位置する。導水溝６の風上端部２０の、伝熱フィン５の幅方向（Ｘ軸方向）における位置は、任意に定めることができる。

本実施例では、伝熱フィン５の幅方向（Ｘ軸方向）の両側面に、扁平管２の排水溝４が存在する。伝熱フィン５は、２つの扁平管２の間に挟まれているため、導水溝６は、それぞれの排水溝４へ連通する２つの連通部３０を備える。従って、導水溝６は、風上端部２０から２つの連通部３０へ向かって延在するＶ字型である。導水溝６は、伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水を、排水溝４へ排出する機能を持つ。伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水は、ファンの風力により導水溝６へ押し流され、表面張力により導水溝６を通って排水溝４へ流れ、排水溝４から排出される。導水溝６で表面張力の作用により凝縮水が流れる原理は、図６を用いて後述する。

導水溝６の風上端部２０の好ましい位置は、ファンが送風する風速や伝熱フィン５の面積などに応じて定めることができる。送風方向１０（Ｚ軸方向）における、導水溝６の風上端部２０の位置は、なるべく風下側（Ｚ軸の正方向側）であるのが好ましい（ただし、排水溝４よりも風上側（Ｚ軸の負方向側））。伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水を、できるだけ多く排水溝４へ排出するには、導水溝６の風上端部２０は、なるべく風下側に位置する必要がある。

伝熱フィン５の表面では、主に風上側（Ｚ軸の負方向側）で凝縮水が発生し、風下側（Ｚ軸の正方向側）ではあまり凝縮水が発生しない。従って、導水溝６の風上端部２０の位置をなるべく風下側にすることにより、ほとんどの凝縮水を排出することができる。また、伝熱フィン５の表面のうち、あまり凝縮水が発生しない領域が、導水溝６よりも風下側に位置するように、導水溝６の風上端部２０の位置を定めることができる。

導水溝６の幅は、風上端部２０から排水溝４との連通部３０に向かって、徐々に小さくなっていくものとする。すなわち、導水溝６において、風上端部２０での幅ｒ_１と連通部３０での幅ｒ_２はｒ_１＞ｒ_２の関係にあり、風上端部２０から連通部３０に向かって幅が徐々に小さくなっていく。好ましくは、ｒ_１＞２ｒ_２である。風上端部２０での幅ｒ_１と連通部３０での幅ｒ_２の具体的な大きさは、ファンが送風する風速や伝熱フィン５の親水性などに応じて定めることができる。

導水溝６の深さは、ファンが送風する風速や伝熱フィン５の厚さと親水性などに応じて、任意に定めることができる。

図１に示した例では、導水溝６は、風上端部２０から、伝熱フィン５の両側面に接続する扁平管２の排水溝４へ、排水溝４との連通部３０により連通している。また、導水溝６の風上端部２０は、伝熱フィン５の幅方向（Ｘ軸方向）の中央に位置している。すなわち、導水溝６は、風上端部２０から、風下側（Ｚ軸の正方向）に向かって広がるＶ字型の溝である。

図２は、伝熱フィン５を下（Ｙ軸の正方向）から見たときの空気熱交換器１の部分斜視図である。図２において、図１と同一の符号は、図１と同一の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。

伝熱フィン５を下（Ｙ軸の正方向）から見ると、伝熱フィン５の導水溝６は、凸形状となっている。すなわち、導水溝６は、伝熱フィン５の下面から下方（Ｙ軸の正方向）に向かって突出している。

図３は、本発明の実施例１による空気熱交換器１の全体を示す斜視図である。空気熱交換器１は、冷媒が流れる２つのヘッダ１１と、ヘッダ１１を結ぶように固定される複数の扁平管２と、扁平管２の間に設けられた複数の伝熱フィン５とを備える。それぞれの扁平管２には、冷媒が流れる複数の流路が内部に形成されており、ヘッダ１１から冷媒が分配される。空気熱交換器１には、ファン（図示せず）により、送風方向１０に空気が送風される。

空気熱交換器１では、冷媒と空気との熱交換を行う。扁平管２の内部の流路を流れる冷媒が持つ熱または冷熱は、扁平管２から伝熱面積を拡大する伝熱フィン５へと伝わり、伝熱フィン５の間を流れる空気との熱交換を効率的に行う。

伝熱フィン５から導水溝６を通って扁平管２の排水溝４へ流れた凝縮水は、重力を利用して扁平管２の下部に設けられたヘッダ１１へ排水される。

なお、空気熱交換器１の幅方向（Ｘ軸方向）の両端にある扁平管２には、伝熱フィン５が設けられている片面だけに排水溝４が形成されていてもよく、幅方向の両側面に排水溝４が形成されていてもよい。

図４は、従来の空気熱交換器１００の部分斜視図であり、扁平管２００と伝熱フィン５００を示している。図４では、図１と同様に、扁平管２００を１つだけ示し、ヘッダの図示を省略している。座標軸の示す方向も、図１と同様である。扁平管２００には、冷媒が流れる複数の流路３００が内部に形成されている。伝熱フィン５００は、扁平管２００に対して直交するように取り付けられ、コルゲート形状となっている。空気熱交換器１００には、ファン（図示せず）により、送風方向１０に空気が送風される。

従来の空気熱交換器１００において、伝熱フィン５００の表面に生じた凝縮水の排出経路を説明する。熱交換器１００を蒸発器として使用すると、扁平管２００の表面温度が空気の温度よりも低くなるために、扁平管２００及び伝熱フィン５００の表面では、空気中の水分が凝縮して水滴が生じる。

図５は、図４に示した従来の空気熱交換器１００を送風方向１０（Ｚ軸方向）から見た部分側面図である。図５に示したように、従来の空気熱交換器１００では、凝縮水２２が排水される経路がなく、伝熱フィン５００の表面に水滴の形で滞留しやすい。さらに、伝熱フィン５００の表面に生じた水滴（凝縮水２２）は、次第に成長し、伝熱フィン５００の間の隙間の一部を閉塞する。伝熱フィン５００の間の隙間が閉塞すると、空気側の圧力損失が増大し、空気熱交換器１００の通風抵抗が増大するとともに熱交換効率が低下するという課題がある。また、空気に押し流された凝縮水２２は、伝熱フィン５００の風下側に飛散し、空気熱交換器１００から吹き出してしまうという課題がある。

図６は、伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水２２の排水の原理を説明する図であり、伝熱フィン５に形成された導水溝６の一部を模式的に示す上面図である。図６は、伝熱フィン５を上方向（Ｙ軸の負方向）から見た図である。

図６において、導水溝６は、図の右側から左側に向かって幅が狭くなっている。すなわち、図６の右側に導水溝６の風上端部２０があり、左側に導水溝６の排水溝４との連通部３０がある。導水溝６には、凝縮水２２が図６に示す水滴の形で存在する。この凝縮水２２の水滴は、伝熱フィン５の表面で発生した後、ファンの風力により導水溝６へ押し流されたものである。

図６には、表面張力によって凝縮水２２に生じる毛管力ｆ_１とｆ_２も示している。ｆ_１は、導水溝６の排水溝４との連通部３０側から凝縮水２２に加わる力であり、ｆ_２は、導水溝６の風上端部２０側から凝縮水２２に加わる力である。Ｒ_１は、凝縮水２２の水滴の、連通部３０側の端の曲率半径を示し、Ｒ_２は、風上端部２０側の端の曲率半径を示す。導水溝６は、風上端部２０側から連通部３０側に向かって幅が狭くなっていくので、Ｒ_１＜Ｒ_２である。φは、導水溝６のテーパー角度（導水溝６の幅が狭くなっていく割合を表す角度）を示す。

凝縮水２２に生じる毛管力ｆ_１とｆ_２は、式（１）と式（２）によって求められる。式（１）と式（２）において、σは凝縮水２２に働く表面張力であり、θは導水溝６と凝縮水２２が形成する接触角である。

伝熱フィン５の表面が親水性となるように処理されているとき、導水溝６の表面も親水性であるとする。このとき、導水溝６と凝縮水２２が形成する接触角θは非常に小さく、０に近いと考えることができる。従って、Ｒ_１＜Ｒ_２であるので、式（１）と式（２）からｆ_１＜ｆ_２となる。このため、凝縮水２２には、風上端部２０側から連通部３０側に向かう力が働き、凝縮水２２は、導水溝６の幅が広い方から狭い方（連通部３０側）へと濡れ進む。

本実施例による空気熱交換器１では、伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水２２は、ファンの風力によって導水溝６へ押し流された後、凝縮水２２に働く表面張力によるこのような原理に従って排水溝４との連通部３０に向かって濡れ進み、扁平管２に形成された排水溝４を介して効率的に排水される。

また、図２に示したように、伝熱フィン５の下面では、導水溝６は、伝熱フィン５の下面から下方（Ｙ軸の正方向）に向かって突出している。伝熱フィン５の下面で生じた凝縮水２２は、ファンの風力によって、突出している導水溝６まで押し流された後、導水溝６に沿って排水溝４まで押し流される。このため、伝熱フィン５の下面でも、伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水２２は、効率的に排水溝４から排出される。

このように、本実施例による空気熱交換器１では、伝熱フィン５の表面で生じた凝縮水は、伝熱フィン５の上面と下面の両方で、効率的に排出される。従って、空気熱交換器１の通風抵抗の増大と熱交換効率の低下を防ぐことが可能であり、伝熱フィン５から風下への水滴の飛散を防ぐことが可能である。

本実施例では、伝熱フィン５の下面では、導水溝６が下方（Ｙ軸の正方向）に向かって突出している。しかし、伝熱フィン５の下面において、導水溝６が下方に向かって突出していなくてもよい。導水溝６を下方に向かって突出させるかさせないかは、伝熱フィン５の厚さや導水溝６の加工方法など、伝熱フィン５の製造条件に応じて決めることができる。また、以下に述べる実施例では、伝熱フィン５の下面について説明しないが、導水溝が下方（Ｙ軸の正方向）に向かって突出してもよい。

本発明の実施例２による空気熱交換器を説明する。本実施例は、実施例１の空気熱交換器１において、伝熱フィン５が複数の導水溝６を備える場合の例である。本発明による空気熱交換器１では、伝熱フィン５に形成された導水溝６の数は、１つとは限らず、複数でもよい。以下、導水溝６の数が２つの場合の空気熱交換器１を例に挙げて、複数の導水溝６を有する伝熱フィン５を備える空気熱交換器１について説明する。導水溝６の数が３つ以上の場合にも、以下の説明を適用することができる。

図７と図８は、導水溝６が２つある伝熱フィン５を備える空気熱交換器１の部分斜視図であり、扁平管２と伝熱フィン５を示している。図７と図８において、図１と同一の符号は、図１と同一の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。図７に示す空気熱交換器１では、扁平管２のＸ軸方向の各側面に１つの排水溝４が形成されており、図８に示す空気熱交換器１では、扁平管２のＸ軸方向の各側面に２つの排水溝４が形成されている。

図７に示す空気熱交換器１の伝熱フィン５には、送風方向１０（Ｚ軸方向）に２つの導水溝６ａ、６ｂが形成されており、２つの導水溝６ａ、６ｂは、共通の排水溝４に連通している。実施例１と同様に、２つの導水溝６ａ、６ｂの幅は、ともに、風上端部２０ａ、２０ｂから排水溝４との連通部３０ａと連通部３０ｂに向かって、徐々に小さくなっている。導水溝６ａ、６ｂの風上端部２０ａ、２０ｂの、送風方向１０（Ｚ軸方向）の位置は、ともに、排水溝４よりも風上側（Ｚ軸の負方向側）である。

伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水を排出する原理は、実施例１と同様である。すなわち、伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水は、ファンの風力により導水溝６ａ及び導水溝６ｂへ押し流され、表面張力により導水溝６ａ及び導水溝６ｂを通って排水溝４へ流れ、排水溝４から排出される。

図８に示す空気熱交換器１の伝熱フィン５には、送風方向１０（Ｚ軸方向）に２つの導水溝６ａ、６ｂが形成されている。また、扁平管２のＸ軸方向の各側面には、２つの排水溝４ａ、４ｂが形成されている。導水溝６ａは、風上端部２０ａから排水溝４ａに連通し、導水溝６ｂは、風上端部２０ｂから排水溝４ｂに連通している。実施例１と同様に、２つの導水溝６ａ、６ｂの幅は、それぞれ、風上端部２０ａ、２０ｂから排水溝４ａ、４ｂとの連通部３０ａ、３０ｂに向かって、徐々に小さくなっている。導水溝６ａの風上端部２０ａの、送風方向１０（Ｚ軸方向）の位置は、排水溝４ａよりも風上側（Ｚ軸の負方向側）であり、導水溝６ｂの風上端部２０ｂの、送風方向１０の位置は、排水溝４ｂよりも風上側である。

伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水を排出する原理は、実施例１と同様である。すなわち、伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水は、ファンの風力により導水溝６ａ及び導水溝６ｂへ押し流され、表面張力により導水溝６ａ及び導水溝６ｂを通って排水溝４ａ及び４ｂへ流れ、排水溝４ａ及び４ｂから排出される。

本実施例のように、伝熱フィン５に複数の導水溝６を形成することにより、伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水が導水溝６ａ、６ｂまで到達する距離を短くすることができ、凝縮水をより効率的に排水溝４（または排水溝４ａ、４ｂ）から排出することができる。

本発明の実施例３による空気熱交換器を説明する。本実施例は、導水溝の幅を排水溝との連通部に向かって段階的に小さくすることにより、導水溝の断面積を小さくしていく例である。

図９は、実施例３による空気熱交換器１の部分斜視図であり、扁平管２と伝熱フィン５を示している。図９において、図１と同一の符号は、図１と同一の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。

伝熱フィン５には、排水溝４に連通する導水溝７が形成されている。導水溝７の幅は、風上端部２０から排水溝４との連通部３０に向かって、段階的（図９の例では、３段階）に小さくなっている。導水溝７の風上端部２０の、送風方向１０（Ｚ軸方向）の位置は、排水溝４よりも風上側（Ｚ軸の負方向側）である。

本実施例のように、伝熱フィン５に形成された導水溝７は、風上端部２０から連通部３０に向かって、幅が段階的に狭くなる形状にしてもよく、図１に示した実施例１の導水溝６のようなテーパー形状でなくてもよい。

図９では、一例として、導水溝７の幅は３段階に分けて狭くなっているが、３段階でなくてもよい。導水溝７の幅が狭まる段階は、任意に定めることができる。

本実施例による空気熱交換器１でも、伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水は、ファンの風力によって導水溝７へ押し流された後、図６に示したような凝縮水に働く表面張力による原理に従って、排水溝４との連通部３０に向かって濡れ進み、扁平管２に形成された排水溝４を介して効率的に排水される。従って、本実施例による空気熱交換器も、実施例１による空気熱交換器と同様の効果を有する。

本発明の実施例４による空気熱交換器を説明する。本実施例は、導水溝の深さを排水溝との連通部に向かって徐々に小さくすることにより、導水溝の断面積を小さくしていく例である。

図１０は、実施例４による空気熱交換器１の部分斜視図であり、扁平管２と伝熱フィン５を示している。図１０において、図１と同一の符号は、図１と同一の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。

伝熱フィン５には、風上端部２０から排水溝４に連通する導水溝８が形成されている。導水溝８の深さは、風上端部２０から排水溝４との連通部３０に向かって、徐々に小さくなっている。導水溝８の風上端部２０の、送風方向１０（Ｚ軸方向）の位置は、排水溝４よりも風上側（Ｚ軸の負方向側）である。

図１１は、図１０に示した空気熱交換器１を送風方向１０（Ｚ軸方向）から見た部分側面図である。図１１に示したように、導水溝８において、風上端部２０での深さをｄ_１で表し、排水溝４との連通部３０での深さをｄ_２で表すとき、ｄ_１＞ｄ_２であり、風上端部２０から連通部３０に向かって深さが徐々に小さくなっていく。風上端部２０での深さｄ_１と連通部３０での深さｄ_２の具体的な大きさは、ファンが送風する風速や伝熱フィン５の親水性などに応じて定めることができる。

導水溝８の深さを風上端部２０から連通部３０に向かって徐々に小さくしていったときの、導水溝８で凝縮水が流れる原理は、実施例１で図６と式（１）と式（２）を用いて説明したのと同じである。ただし、式（１）と式（２）において、導水溝のテーパー角度φは、導水溝８の深さが浅くなっていく割合を表す角度を示す。

図１２は、本実施例において、伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水２２の排水の原理を説明する図であり、伝熱フィン５に形成された導水溝８の一部を模式的に示す側面図である。図１２は、図１１と同様に、空気熱交換器１を送風方向１０（Ｚ軸方向）から見ている。上述したように、図１２において、導水溝８のテーパー角度φは、導水溝８の深さが浅くなっていく割合を表す角度を示す。

実施例１で図６と式（１）と式（２）を用いて説明したのと同様に、凝縮水２２の水滴の、導水溝８の深さの小さい側（連通部３０側）の端の曲率半径Ｒ_１は、深さの大きい側（風上端部２０側）の端の曲率半径Ｒ_２よりも小さく（Ｒ_１＜Ｒ_２）、従って、深さの小さい側から凝縮水２２に加わる力ｆ_１は、深さの大きい側から凝縮水２２に加わる力ｆ_２よりも小さくなる（ｆ_１＜ｆ_２）。このため、凝縮水２２には、風上端部２０側から連通部３０側に向かう力が働き、凝縮水２２は、導水溝８の深さが深い方から浅い方（連通部３０側）へと濡れ進む。

導水溝８の深さは、風上端部２０から排水溝４との連通部３０に向かって、段階的に小さくしていってもよい。導水溝８の深さが狭まる段階は、任意に定めることができる。

導水溝８の幅は、ファンが送風する風速や伝熱フィン５の親水性などに応じて、任意に定めることができる。導水溝８の幅は、一定でもよく、図１や図９に示したように風上端部２０から連通部３０に向かって小さくなるようにしてもよい。

また、図１１に示したように、伝熱フィン５の下面では、導水溝８は、伝熱フィン５の下面から下方（Ｙ軸の正方向）に向かって突出している。伝熱フィン５の下面で生じた凝縮水２２は、ファンの風力によって、突出している導水溝８まで押し流された後、導水溝８に沿って排水溝４まで押し流される。このため、伝熱フィン５の下面でも、伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水２２は、効率的に排水溝４から排出される。導水溝８は、伝熱フィン５の下面から下方に向かって突出していなくてもよい。導水溝８を下方に向かって突出させるかさせないかは、伝熱フィン５の厚さや導水溝８の加工方法など、伝熱フィン５の製造条件に応じて決めることができる。

本実施例による空気熱交換器１でも、伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水２２は、ファンの風力によって導水溝８へ押し流された後、図１２に示したような凝縮水２２に働く表面張力によって排水溝４との連通部３０に向かって濡れ進み、扁平管２に形成された排水溝４を介して効率的に排水される。従って、本実施例による空気熱交換器も、実施例１による空気熱交換器と同様の効果を有する。

本発明の実施例５による空気熱交換器を説明する。本実施例は、伝熱フィンに形成された導水溝が、１つの連通部で扁平管の排水溝と連通する空気熱交換器の例である。

図１３は、実施例５による空気熱交換器１の部分斜視図であり、扁平管２と伝熱フィン５を示している。図１３において、図１と同一の符号は、図１と同一の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。

扁平管２には、排水溝４が、Ｘ軸方向の一側面に形成されている。排水溝４は、Ｘ軸の正方向と、Ｙ軸の正方向及び負方向に向けて開口している。

伝熱フィン５は、扁平管２に１つある排水溝４へ連通する導水溝９を有する。導水溝９は、風上端部２０から排水溝４との連通部３０へ延在する。導水溝９の排水溝４との連通部３０は、１箇所だけである。本実施例においても、導水溝９の風上端部２０は、導水溝９の排水溝４との連通部３０よりも送風方向１０（Ｚ軸方向）の風上側（Ｚ軸の負方向側）に位置する。伝熱フィン５の幅方向（Ｘ軸方向）における導水溝９の風上端部２０の位置は、幅方向（Ｘ軸方向）において連通部３０とは反対側の、伝熱フィン５と扁平管２との接続部分である。

すなわち、導水溝９は、伝熱フィン５の幅方向（Ｘ軸方向）の一端にある風上端部２０から他端にある排水溝４との連通部３０へ向かい、かつ、送風方向１０（Ｚ軸方向）の風上側（Ｚ軸の負方向側）から風下側（Ｚ軸の正方向側）へ向かう。従って、図１３に示すように、導水溝９は、伝熱フィン５の幅方向（Ｘ軸方向）と送風方向１０（Ｚ軸方向）に対して傾斜している。

導水溝９の幅は、図１３に示すように、風上端部２０から排水溝４との連通部３０に向かって、徐々に小さくなっていくものとする。すなわち、導水溝９において、風上端部２０での幅ｒ_１と連通部３０での幅ｒ_２はｒ_１＞ｒ_２の関係にあり、風上端部２０から連通部３０に向かって幅が徐々に小さくなっていく。好ましくは、ｒ_１＞２ｒ_２である。風上端部２０での幅ｒ_１と連通部３０での幅ｒ_２の具体的な大きさは、ファンが送風する風速や伝熱フィン５の親水性などに応じて定めることができる。

導水溝９の深さは、ファンが送風する風速や伝熱フィン５の厚さと親水性などに応じて、任意に定めることができる。

伝熱フィン５にこのような導水溝９を形成することにより、実施例１で図６と式（１）と式（２）を用いて説明したのと同じ原理により、凝縮水を、導水溝９から排水溝４へ排出することができる。

従って、本実施例による空気熱交換器１でも、伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水は、ファンの風力によって導水溝９へ押し流された後、凝縮水に働く表面張力によって排水溝４との連通部３０に向かって濡れ進み、扁平管２に形成された排水溝４を介して効率的に排水される。このため、本実施例による空気熱交換器も、実施例１による空気熱交換器と同様の効果を有する。

なお、本実施例では、導水溝９の幅が連通部３０に向かって徐々に小さくなっていく場合を示しているが、深さが連通部３０に向かって小さくなっていってもよい。また、導水溝９の幅や深さは、連通部３０に向かって段階的に小さくなっていってもよい。いずれにせよ、導水溝９の断面積が、風上端部２０から連通部３０に向かって小さくなっていけばよい。

また、本実施例では、扁平管２には、排水溝４がＸ軸方向の一側面に形成されているとしたが、排水溝４がＸ軸方向の両側面に形成されていてもよい。この場合、風上端部２０で導水溝９が扁平管２の排水溝４と連通するようにしてもよい。すなわち、導水溝９は、両端（風上端部２０と連通部３０）で排水溝４と連通するようにしてもよい。

本発明の実施例６による空気熱交換器を説明する。本実施例では、実施例１に示した空気熱交換器において、伝熱フィンに形成された導水溝の変形例を２つ示す。

図１４は、実施例６による空気熱交換器１の部分斜視図であり、扁平管２と伝熱フィン５を示している。図１４において、図１と同一の符号は、図１と同一の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。

伝熱フィン５には、排水溝４に連通する導水溝１２が形成されている。導水溝１２は、図１に示した導水溝６と異なり、導水溝１２を構成する溝壁のうち、風下側（Ｚ軸の正方向側）にある溝壁５０が、送風方向１０において排水溝４と同じ位置にある。従って、上方向（Ｙ軸の負方向）から見た導水溝１２の全体の形状は、溝壁５０と、風上側（Ｚ軸の負方向側）にある２つの溝壁４０とからなる三角形である。風下側の溝壁５０は、Ｘ軸と平行でも平行でなくてもよい。

図１５は、実施例６による別の空気熱交換器１の部分斜視図であり、扁平管２と伝熱フィン５を示している。図１５において、図１と同一の符号は、図１と同一の要素を示し、これらの要素については説明を省略する。

伝熱フィン５には、排水溝４に連通する導水溝１３が形成されている。導水溝１３は、図１に示した導水溝６と異なり、導水溝１３を構成する溝壁のうち、風下側（Ｚ軸の正方向側）にある溝壁５０が、排水溝４よりも風下側の位置にある。従って、上方向（Ｙ軸の負方向）から見た導水溝１３の全体の形状は、２つの溝壁５０と、風上側（Ｚ軸の負方向側）にある２つの溝壁４０とからなる凸四角形である。

図１４に示した導水溝１２と図１５に示した導水溝１３において、風上端部２０の送風方向１０（Ｚ軸方向）の位置は、排水溝４よりも風上側（Ｚ軸の負方向側）である。

導水溝１２と導水溝１３の幅は、風上端部２０から排水溝４との連通部３０に向かって徐々に小さくなっている。すなわち、導水溝１２と導水溝１３において、風上端部２０での幅ｒ_１と連通部３０での幅ｒ_２はｒ_１＞ｒ_２の関係にあり、風上端部２０から連通部３０に向かって幅が徐々に小さくなっていく。好ましくは、ｒ_１＞２ｒ_２である。風上端部２０での幅ｒ_１と連通部３０での幅ｒ_２の具体的な大きさは、ファンが送風する風速や伝熱フィン５の親水性などに応じて定めることができる。

伝熱フィン５にこのような導水溝１２または導水溝１３を形成することにより、実施例１で図６と式（１）と式（２）を用いて説明したのと同じ原理により、凝縮水を、導水溝１２または導水溝１３から排水溝４へ排出することができる。

従って、本実施例による空気熱交換器１でも、伝熱フィン５の表面に生じた凝縮水は、ファンの風力によって導水溝１２または導水溝１３へ押し流された後、凝縮水に働く表面張力によって排水溝４との連通部３０に向かって濡れ進み、扁平管２に形成された排水溝４を介して効率的に排水される。このため、本実施例による空気熱交換器も、実施例１による空気熱交換器と同様の効果を有する。

なお、図１５に示した導水溝１３は、風下側（Ｚ軸の正方向側）の溝壁５０が、排水溝４よりも風下側に位置するので、排水の効率が低下することが懸念される。しかし、導水溝１３を、排水溝４よりも風下側の部分ができるだけ少ない形状にすることにより（すなわち、溝壁５０ができるだけ排水溝４よりも風下側に位置しないようにすることにより）、導水溝１３の排水の効率の低下を抑制することができ、凝縮水を導水溝１３から排水溝４へ排出することができる。

上記の実施例１〜６では、導水溝は、伝熱フィン５の表面（ＺＸ平面）において、風上端部２０から連通部３０へ向かって直線状に延在している（例えば、導水溝は、図１では風上端部２０から２本の直線に分かれて延在し、図１３では風上端部２０から１本の直線で延在している）。導水溝は、直線状に延在する必要はなく、折れ線状や曲線状に延在してもよい。ただし、風下側から風上側へ向かう部分（Ｚ軸の正方向側から負方向側へ向かう部分）が導水溝にあると、導水溝の中の凝縮水はファンの風力に逆らって濡れ進まなくてはならないため、排水の効率が下がり、好ましくない。

また、導水溝の、延在方向に垂直な断面の形状は、任意である。例えば、この断面の形状は、四角形や三角形などの多角形形状、または円形や楕円形などの曲線形状とすることができる。

１…空気熱交換器、２…扁平管、３…冷媒の流路、４、４ａ、４ｂ…排水溝、５…伝熱フィン、６、６ａ、６ｂ…導水溝、７…導水溝、８…導水溝、９…導水溝、１０…送風方向、１１…ヘッダ、１２…導水溝、１３…導水溝、２０、２０ａ、２０ｂ…導水溝の風上端部、２２…凝縮水、３０、３０ａ、３０ｂ…導水溝の排水溝との連通部、４０…導水溝を構成する溝壁のうち風上側にある溝壁、５０…導水溝を構成する溝壁のうち風下側にある溝壁、１００…従来の空気熱交換器、２００…扁平管、３００…冷媒の流路、５００…伝熱フィン。

Claims (8)

1. 複数の扁平管と、前記扁平管の間に設けられた伝熱フィンとを備え、空気が送風される空気熱交換器であって、
   前記扁平管は、前記伝熱フィンが設けられる側面に排水溝を備え、
   前記伝熱フィンは、前記排水溝へ連通する導水溝を備え、
   前記導水溝を構成する溝壁のうち、少なくとも前記空気の送風方向の風上側にある溝壁は、前記排水溝よりも風上側の位置から、前記排水溝へ向けて設けられ、
   前記導水溝は、前記風上側にある溝壁に沿って前記排水溝へ向かって延在し、延在方向に垂直な断面積が前記排水溝へ向かって小さくなっていくことを特徴とする空気熱交換器。
2. 請求項１記載の空気熱交換器であって、
   前記伝熱フィンは、前記伝熱フィンを間に設けた２つの前記扁平管のそれぞれの前記排水溝へ連通する導水溝を備える空気熱交換器。
3. 請求項１記載の空気熱交換器であって、
   前記導水溝は、幅が前記排水溝へ向かって小さくなっていく空気熱交換器。
4. 請求項１記載の空気熱交換器であって、
   前記導水溝は、深さが前記排水溝へ向かって小さくなっていく空気熱交換器。
5. 請求項１記載の空気熱交換器であって、
   前記導水溝は、前記断面積が前記排水溝へ向かって滑らかに小さくなっていく空気熱交換器。
6. 請求項１記載の空気熱交換器であって、
   前記導水溝は、前記断面積が前記排水溝へ向かって段階的に小さくなっていく空気熱交換器。
7. 請求項１記載の空気熱交換器であって、
   前記伝熱フィンは、前記導水溝を前記送風方向に複数備える空気熱交換器。
8. 請求項１記載の空気熱交換器であって、
   前記導水溝は、前記伝熱フィンの前記導水溝を備える面とは反対側の面で、前記伝熱フィンから突出する空気熱交換器。

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