特許第5754490号(P5754490)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(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】5754490
(24)【登録日】2015年6月5日
(45)【発行日】2015年7月29日
(54)【発明の名称】熱交換器および空気調和装置
(51)【国際特許分類】
   F28F 9/02 20060101AFI20150709BHJP
   F28F 9/22 20060101ALI20150709BHJP
   F25B 41/00 20060101ALI20150709BHJP
   F28D 1/053 20060101ALI20150709BHJP
【FI】
   F28F9/02 301D
   F28F9/22
   F25B41/00 C
   F28D1/053 A
【請求項の数】6
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2013-205783(P2013-205783)
(22)【出願日】2013年9月30日
(65)【公開番号】特開2015-68623(P2015-68623A)
(43)【公開日】2015年4月13日
【審査請求日】2014年7月9日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002853
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000202
【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】井上 智嗣
(72)【発明者】
【氏名】藤野 宏和
(72)【発明者】
【氏名】神藤 正憲
(72)【発明者】
【氏名】森本 康介
【審査官】 西山 真二
(56)【参考文献】
【文献】 特開平11−337293(JP,A)
【文献】 国際公開第2007/094422(WO,A1)
【文献】 特開2013−130386(JP,A)
【文献】 実公平05−012636(JP,Y2)
【文献】 実開昭59−092383(JP,U)
【文献】 特開2005−030741(JP,A)
【文献】 特開平02−219966(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F25B 39/02
F25B 41/00
F28F 9/02
F28F 9/22 − 9/24
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに並んで配置された複数の扁平管(21b)と、
前記扁平管の一端が接続されており、鉛直方向に沿って延びたヘッダ集合管(23)と、
前記扁平管に接合された複数のフィン(21a)と、
を備える熱交換器(20)であって、
前記ヘッダ集合管(23、123、223)は、
内部空間(23a、23b、23c)を、前記扁平管が接続された側の空間である第1空間(51a、52a、53a)と、前記第1空間に対して前記扁平管が接続された側とは反対側の空間である第2空間(51b、52b、53b)と、を仕切る仕切部材(51、52、53、151、251)と、
前記第1空間の下部に位置し、冷媒の蒸発器として機能する場合に、前記第1空間内において上昇流れが生じるように冷媒を流入させる流入口(41x、42x、43x)と、
前記第1空間と前記第2空間の上部に位置し、前記第1空間と前記第2空間の上部を連通させることで、前記第1空間内を上昇した冷媒を前記第2空間へ導く上連通路(51x、52x、53x)と、
前記第1空間と前記第2空間の下部に位置し、前記第1空間と前記第2空間の下部を連通させ、前記第2空間から前記第1空間における前記流入口の上方の空間に向けて鉛直方向以外の方向に冷媒を導くことで、前記第1空間から前記第2空間に導かれて前記第2空間内を降下した冷媒を前記第2空間から前記第1空間に戻す下連通路(51y、52y、53y、151y、251y)と、
を含むループ構造を有しており、
前記第1空間の前記扁平管が存在しない高さ位置での水平面積から前記扁平管のうち前記第1空間内に延び出している部分の水平面積を差し引いた面積が、前記下連通路の冷媒通過面積よりも大きい、
熱交換器(20)。
【請求項2】
前記下連通路は、前記流入口よりも上方に設けられている、
請求項1に記載の熱交換器。
【請求項3】
前記下連通路は、前記流入口の上方に位置している前記扁平管のうちで最も下方に位置している流入口上方最下段扁平管の近傍に設けられている、
請求項1または2に記載の熱交換器。
【請求項4】
前記内部空間のうち、前記第1空間および前記第2空間の下方には、整流空間(41a、42a、43a)が形成されており、
前記第1空間および前記第2空間と、前記整流空間とは、整流部材(41、42、43)によって仕切られており、
前記流入口は、前記整流空間から前記第1空間に向かう冷媒の通過断面積を絞ることができるように前記整流部材に設けられている、
請求項1から3のいずれか1項に記載の熱交換器。
【請求項5】
前記ループ構造は、冷媒の蒸発器として機能する場合において、複数の前記扁平管の一部を通過した後の冷媒を、複数の前記扁平管の他の一部に分配して流すことが可能な位置(23a、23b、23c)に配置されており、
複数の前記扁平管は、一端が前記ヘッダ集合管を含んでおり冷媒流れを折り返す折返しヘッダ集合管(23、123、223)に接続されており、他端が前記折返しヘッダ集合管(23、123、223)に対向して配置された対向ヘッダ集合管(22)に接続されており、
複数の前記扁平管は、一つまたは上下に並ぶ複数の上側熱交換部(X1、X2、X3)によって構成された上側熱交換領域(X)と、一つまたは上下に並ぶ複数の下側熱交換部(Y1、Y2、Y3)によって構成されており前記上側熱交換領域(X)よりも下方に位置する下側熱交換領域(Y)と、に区分され、
前記対向ヘッダ集合管(22)の内部の下方には、前記下側熱交換領域(Y)を構成している前記下側熱交換部(Y1、Y2、Y3)に対応した対向下側内部空間(22b)が形成されており、
前記折返しヘッダ集合管(23、123、223)の内部は、前記上側熱交換領域(X)を構成している前記上側熱交換部(X1、X2、X3)の数に対応した数の折返し上側内部空間(23a、23b、23c)と、前記下側熱交換領域(Y)を構成している前記下側熱交換部(Y1、Y2、Y3)の数に対応した数の折返し下側内部空間(23d、23e、23f)と、に上下に仕切られており、前記折返し上側内部空間と前記折返し下側内部空間とは互いに連通しており、
前記ループ構造は、前記折返し上側内部空間(23a、23b、23c)に配置されている、
請求項1から4のいずれか1項に記載の熱交換器。
【請求項6】
請求項1からのいずれか1項に記載の熱交換器(20)と、容量可変の圧縮機(91)と、が接続されて構成される冷媒回路を備えた空気調和装置(1)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱交換器および空気調和装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、複数の扁平管と、複数の扁平管に接合されたフィンと、複数の扁平管の一端側と他端側にそれぞれ連結されたヘッダ集合管とを備え、扁平管の内部を流れる冷媒を扁平管の外部を流れる空気と熱交換させる熱交換器が知られている。
【0003】
例えば、特許文献1に記載の熱交換器では、水平方向に延びた複数の流出管の両端が、それぞれ上下方向に延びたヘッダ集合管に接続されて構成されている。
【0004】
この特許文献1に記載の熱交換器では、上下方向に延びたヘッダ集合管の内部において、比重の大きい液相冷媒が下方に集まり比重の小さな気相冷媒が上方に集まることで偏流が生じることを課題としてとらえ、これを解決するために、ヘッダ集合管の内部において絞りを形成することを提案している。
【0005】
このように形成した絞りを通過させることで、気相冷媒と液相冷媒とを混合させやすくしつつ、冷媒の流速を向上させてヘッダ集合管内の上方にまで到達させやすくすることで、冷媒の偏流を抑制させようとしている。
【特許文献1】特開平2−219966号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、上述のような特許文献1に示された熱交換器は、冷媒の循環量が変化するような状況下における偏流の抑制については全く想定されておらず、低循環量の場合であっても高循環量の場合であってもいずれの場合であっても偏流の抑制効果が得られるような構造については、なんら検討されていない。
【0007】
すなわち、低循環量の場合には、絞りを形成したことで流速を上げて、ヘッダ集合管内の上方まで到達させることにより偏流の抑制が可能になるが、高循環量になった場合には、絞りによって流速が高められ過ぎて比重の大きな液相冷媒が上方に集まり過ぎてしまい、偏流が生じてしまうことがある。
【0008】
他方、高循環量の場合に流速が高まり過ぎないように程度を調節した絞りを設けることで偏流の抑制を可能にしたとしても、低循環量になった場合には、そのように程度を調節された絞りでは冷媒を上方に到達させることが困難になり、偏流が生じてしまうことがある。
【0009】
本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、循環量が変化する条件下で用いられた場合であっても、冷媒の偏流を抑制させることが可能な熱交換器および空気調和装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
第1観点に係る熱交換器は、複数の扁平管と、ヘッダ集合管と、複数のフィンを備えている。複数の扁平管は、互いに並んで配置されている。ヘッダ集合管は、扁平管の一端が接続されており、鉛直方向に沿って延びている。複数のフィンは、扁平管に接合されている。ヘッダ集合管は、ループ構造を有している。ループ構造は、仕切部材と、流入口と、上連通路と、下連通路を含んでいる。仕切部材は、内部空間を、扁平管が接続された側の空間である第1空間と、第1空間に対して扁平管が接続された側とは反対側の空間である第2空間と、を仕切っている。流入口は、第1空間の下部に位置し、冷媒の蒸発器として機能する場合に、第1空間内において上昇流れが生じるように冷媒を流入させる。上連通路は、第1空間と第2空間の上部に位置し、第1空間と第2空間の上部を連通させることで、第1空間内を上昇した冷媒を第2空間へ導く。下連通路は、第1空間と第2空間の下部に位置し、第1空間と第2空間の下部を連通させ、第2空間から第1空間における流入口の上方の空間に向けて鉛直方向以外の方向に冷媒を導くことで、第1空間から第2空間に導かれて第2空間内を降下した冷媒を第2空間から第1空間に戻す。第1空間の扁平管が存在しない高さ位置での水平面積から扁平管のうち第1空間内に延び出している部分の水平面積を差し引いた面積が、下連通路の冷媒通過面積よりも大きい。なお、「流入口」としては、厚みの薄い板状部材に設けられた開口だけでなく、通路状に形成された流入通路がある場合にはその出口も含まれる。なお、「鉛直方向以外の方向」としては、第2空間から第1空間における流入口の上方の空間に向かう方向であれば特に限定されないが、例えば、第2空間側から第1空間側に向かう水平方向を含み、第2空間側から第1空間側に向かうにつれて傾斜した方向であってもよい。当該傾斜としては、例えば、水平方向に対する傾斜が60度以下であってもよいし、30度以下であってもよく、水平方向に対する傾斜が−60度以上であってもよいし、−30度以上であってもよい。
【0011】
この熱交換器では、ヘッダ集合管の内部空間が第1空間と第2空間に仕切部材によって仕切られているため、流入口から第1空間に流入した冷媒が第1空間内を上昇する際に通過する断面積を、第1空間と第2空間とが仕切部材によって仕切られていない場合と比較して、小さくすることができている。このため、冷媒の循環量が低循環量であっても、流入口から第1空間内に流入した冷媒を、第1空間だけの狭い空間において上昇させることができるため、第1空間内での冷媒の上昇速度を大きく落とすこと無くヘッダ集合管の内部空間の上方にまで冷媒を到達させやすくすることができる。このため、冷媒の循環量が低循環量であっても、上方に配置されている扁平管に対しても十分に冷媒を流すことが可能になる。
【0012】
また、この熱交換器は、ヘッダ集合管は、流入口と仕切部材と上連通路と下連通路を含んだループ構造を有している。このため、高循環量である場合のように流入口から第1空間に流入する冷媒の流速が早く、下方に位置する扁平管の横を勢いよく通過してしまい第1空間の上方に比重の大きな冷媒が集まりがちになる場合であっても、第1空間の上方部分にまで到達した比重の大きな冷媒を、ループ構造によって再び第1空間の下方に戻すことが可能になる。すなわち、ループ構造は、第1空間の上方部分まで到達した冷媒を、上連通路を通過させて第2空間側に送り、第2空間において降下させ、下連通路を通過させて第1空間の下方に流すことで、第1空間の下方に存在する扁平管に導くことが可能になる。このため、高循環量である場合のように流入口から第1空間に流入する冷媒の流速が早く、下方に位置する扁平管の横を勢いよく通過してしまい第1空間の上方に比重の大きな冷媒が集まりがちになる場合であっても、下方の扁平管に対しても十分に冷媒を流すことが可能になる。
【0013】
これにより、低循環量時であっても高循環量時であっても、高さ位置が異なる扁平管に対する冷媒の偏流を小さく抑えることが可能になる。
【0014】
第2観点に係る熱交換器は、第1観点に係る熱交換器であって、下連通路は、流入口よりも上方に設けられている。なお、この熱交換器の下連通路は、下連通路の出口だけが、流入口よりも上方に位置していてもよい。
【0015】
この熱交換器では、高循環量である場合のように流入口を通過する冷媒の流速が早い場合には、流入口を通過した直後の特に流速が早い冷媒は、流入口の上方の扁平管を勢いよく通過してしまい、当該扁平管に流入させにくい場合がある。このような場合であっても、この熱交換器では、流入口を勢いよく通過した冷媒を、第1空間の上方において上連通路を介して第2空間に導き、第2空間を降下させた後、下連通路を第1空間の下方に向けて通過させることで、当該扁平管に対して十分に導くことが可能になる。
【0016】
第3観点に係る熱交換器は、第1観点または第2観点に係る熱交換器であって、下連通路は、流入口上方最下段扁平管の近傍設けられている。流入口上方最下段扁平管は、流入口の上方に位置している扁平管のうちで最も下方に位置している。なお、この熱交換器の下連通路は、流入口よりも上方であって流入口上方最下段扁平管の近傍に位置していてもよく、流入口よりも上方であって、流入口上方最下段扁平管と同等の高さ位置およびそれ以下の場所に設けられていてもよい。また、下連通路の出口だけが、流入口よりも上方であって流入口上方最下段扁平管の近傍に位置していてもよい。
【0017】
この熱交換器では、高循環量である場合のように流入口を通過する冷媒の流速が早い場合には、流入口を通過した直後の特に流速が早い冷媒は、流入口の上方のうちで最も下方に位置している流入口上方最下段扁平管を勢いよく通過してしまい、流入口上方最下段扁平管に流入させにくい場合がある。このような場合であっても、この熱交換器では、流入口を勢いよく通過した冷媒を、第1空間の上方において上連通路を介して第2空間に導き、第2空間を降下させた後、下連通路を第1空間の下方に向けて通過させることで、流入口上方最下段扁平管に対して十分に導くことが可能になる。
【0018】
観点に係る熱交換器は、第1観点から観点のいずれかに係る熱交換器であって、内部空間のうち、第1空間および第2空間の下方には、整流空間が形成されている。第1空間および第2空間と、整流空間とは、整流部材によって仕切られている。流入口は、整流空間から第1空間に向かう冷媒の通過断面積を絞ることができるように整流部材に設けられている。
【0019】
この熱交換器では、下方の整流空間から上方の第1空間に向かう冷媒を、通過断面積が絞られるように設けられた流入口に通じさせることができる。これにより、整流空間から第1空間に向けて流入口を通過するように流れる冷媒の流速を上げることができ、第1空間における冷媒の上昇流れを生じやすくさせることができる。そして、第1空間と第2空間と整流空間は、ヘッダ集合管内に設けられているため、第1空間における冷媒の上昇流れを生じさせる構成をヘッダ集合管以外に設ける必要がなくなる。
【0020】
第5観点に係る熱交換器は、第1観点から第4観点のいずれかに係る熱交換器であって、ループ構造は、冷媒の蒸発器として機能する場合において、複数の扁平管の一部を通過した後の冷媒を、複数の扁平管の他の一部に分配して流すことが可能な位置に配置されている。
【0021】
複数の扁平管は、一端がヘッダ集合管を含んでおり冷媒流れを折り返す折返しヘッダ集合管に接続されており、他端が折返しヘッダ集合管に対向して配置された対向ヘッダ集合管に接続されている。複数の扁平管は、上側熱交換領域と、上側熱交換領域よりも下方に位置する下側熱交換領域と、に区分されている。上側熱交換領域は、一つまたは上下に並ぶ複数の上側熱交換部によって構成されている。下側熱交換領域は、一つまたは上下に並ぶ複数の下側熱交換部によって構成されている。対向ヘッダ集合管の内部の下方には、下側熱交換領域を構成している下側熱交換部に対応した対向下側内部空間が形成されている。折返しヘッダ集合管の内部は、折返し上側内部空間と、折返し下側内部空間と、に上下に仕切られている。折返し上側内部空間は、上側熱交換領域を構成している上側熱交換部の数に対応した数だけ設けられている。折返し下側内部空間は、下側熱交換領域を構成している下側熱交換部の数に対応した数だけ設けられている。折返し上側内部空間と折返し下側内部空間とは互いに連通している。ループ構造は、折返し上側内部空間に配置されている。
【0022】
この熱交換器では、冷媒の蒸発器として機能する場合において、複数の扁平管の一部を通過する際に冷媒の一部が蒸発する。このため、複数の扁平管の一部を通過した後の冷媒は、気相成分と液相成分とが混在した状態になっている。このように比重が異なる気相成分と液相成分が混在している冷媒を従来構造の熱交換器のヘッダ集合管に通過させる場合には、気相のみの場合や液相のみの場合とは異なり、流速が遅い場合には液相成分が下方に集まりやすく気相成分が上方に集まりやすく、流速が早い場合には液相成分が上方に集まりやすく気相成分が下方に集まりやすいため、異なる高さ方向に配置された複数の扁平管において偏流が特に生じやすい。
【0023】
これに対して、この熱交換器では、ループ構造の配置を、比重が異なる気相成分と液相成分が混在している冷媒をさらに複数の扁平管の他の一部に向けて分配して流す位置としたため、冷媒流れの偏流を効果的に抑制することが可能になっている。
【0024】
また、この熱交換器では、ループ構造は、第1上側内部空間に配置されているため、下側熱交換領域を通過する際に蒸発した気相成分を含んでおり、第1下側内部空間から第1上側内部空間に送られた気液二相冷媒を、上側熱交換部に向けて流す際に、冷媒流れの偏流を効果的に抑制することが可能になっている。
【0025】
観点に係る空気調和装置は、冷媒回路を備えている。冷媒回路は、第1観点から第観点のいずれかに係る熱交換器と、容量可変の圧縮機と、が接続されて構成されている。
【0026】
この空気調和装置では、容量可変の圧縮機が駆動することで、冷媒回路を流れる冷媒の循環量が変動し、熱交換器を通過する冷媒の量が変動する。ここで、熱交換器が蒸発器として機能する場合に、通過する冷媒の量が増大して液相冷媒の混合比率が増大したり、流速が高まることがあっても、熱交換器内における冷媒の偏流を小さく抑えることが可能になる。
【発明の効果】
【0027】
第1観点に係る熱交換器では、低循環量時であっても高循環量時であっても、高さ位置が異なる扁平管に対する冷媒の偏流を小さく抑えることが可能になる。
【0028】
観点に係る熱交換器では、流入口の上方の冷媒が勢いよく通過しがちな扁平管に対して冷媒を十分に導くことが可能になる。
【0029】
観点に係る熱交換器では、流入口上方最下段扁平管に対して冷媒を十分に導くことが可能になる。
【0030】
観点に係る熱交換器では、ヘッダ集合管だけで、第1空間における冷媒の上昇流れを生じやすくさせることができる。
【0031】
観点に係る熱交換器では、第1上側内部空間の気液二相冷媒を上側熱交換部に向けて流す際に、冷媒流れの偏流を効果的に抑制することが可能になっている。
【0032】
観点に係る空気調和装置では、熱交換器が蒸発器として機能する場合に、通過する冷媒の量が増大して液相冷媒の混合比率が増大したり、流速が高まることがあっても、熱交換器内における冷媒の偏流を小さく抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
図1】一実施形態に係る空気調和装置の構成の概要を説明するための回路図。
図2】空調室外機の外観を示す斜視図。
図3】空調室外機の各機器の配置の概要を説明するための模式的な断面図。
図4】室外熱交換器、ガス冷媒配管および液冷媒配管を示す外観概略斜視図。
図5】室外熱交換器の概略構成を示す模式的な背面図。
図6】室外熱交換器の構成を説明するための概略背面図。
図7】室外熱交換器の熱交換部の構成を説明するための部分拡大断面図。
図8】室外熱交換器における伝熱フィンの取付状態を示す概略斜視図。
図9】折返しヘッダ集合管の上方近傍部分の概略構成斜視図。
図10】折返しヘッダ集合管の第1内部空間付近の概略断面図。
図11】折返しヘッダ集合管の第1内部空間付近の上面視概略図。
図12】折返しヘッダ集合管の第2内部空間付近の概略断面図。
図13】折返しヘッダ集合管の第3内部空間付近の概略断面図。
図14】参考例としての低循環量時の冷媒分布状況を示す説明図。
図15】参考例としての中間循環量時の冷媒分布状況を示す説明図。
図16】参考例としての高循環量時の冷媒分布状況を示す説明図。
図17】他の実施形態Fに係る折返しヘッダ集合管の上方近傍部分の概略構成斜視図。
図18】他の実施形態Gに係る折返しヘッダ集合管の上方近傍部分の概略構成斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0034】
(1)空気調和装置1の全体構成
図1は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置1の構成の概要を示す回路図である。
【0035】
空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって空調室内機3が設置されている建物内の冷暖房に使用される装置であり、熱源側ユニットとしての空調室外機2と、利用側ユニットとしての空調室内機3とが冷媒連絡配管6,7で接続されて構成されている。
【0036】
空調室外機2と空調室内機3と冷媒連絡配管6,7とが接続されて構成される冷媒回路は、圧縮機91、四路切換弁92、室外熱交換器20、膨張弁33、室内熱交換器4およびアキュムレータ93などが冷媒配管で接続されることで構成されている。この冷媒回路内には冷媒が封入されており、冷媒が圧縮され、冷却され、減圧され、加熱・蒸発された後に、再び圧縮されるという冷凍サイクル運転が行われるようになっている。冷媒としては、例えば、R410A、R32、R407C、R22、R134a、二酸化炭素、などから選択されたものが用いられる。
【0037】
(2)空気調和装置1の詳細構成
(2−1)空調室内機3
空調室内機3は、室内の壁面に壁掛け等により、又は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により設置される。空調室内機3は、室内熱交換器4と、室内ファン5とを有している。室内熱交換器4は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。
【0038】
(2−2)空調室外機2
空調室外機2は、ビル等の室外に設置されており、冷媒連絡配管6,7を介して空調室内機3に接続される。空調室外機2は、図2および図3に示されているように、略直方体状のユニットケーシング10を有している。
【0039】
図3に示されているように、空調室外機2は、ユニットケーシング10の内部空間を鉛直方向に延びる仕切板18で二つに分割することによって送風機室S1と機械室S2とを形成した構造(いわゆる、トランク型構造)を有するものである。空調室外機2は、ユニットケーシング10の送風機室S1内に配置された室外熱交換器20および室外ファン95を有しており、ユニットケーシング10の機械室S2内に配置された圧縮機91、四路切換弁92、アキュムレータ93、膨張弁33、ガス冷媒配管31、および、液冷媒配管32を有している。
【0040】
ユニットケーシング10は、底板12と、天板11と、送風機室側の側板13と、機械室側の側板14と、送風機室側前板15と、機械室側前板16とを備えて、筐体を構成している。
【0041】
空調室外機2は、ユニットケーシング10の背面および側面の一部からユニットケーシング10内の送風機室S1に室外空気を吸い込んで、吸い込んだ室外空気をユニットケーシング10の前面から吹き出すように構成されている。具体的には、ユニットケーシング10内の送風機室S1に対する吸入口10aおよび吸込口10bが、送風機室側の側板13の背面側の端部と機械室側の側板14の送風機室S1側の端部とにわたって形成されている。また、吹出口10cは、送風機室側前板15に設けられており、その前側がファングリル15aによって覆われている。
【0042】
圧縮機91は、例えば圧縮機用モータによって駆動される密閉式圧縮機であり、インバータ制御によって運転容量を変化させることができるよう構成されている。
【0043】
四路切換弁92は、冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。冷房運転時には、四路切換弁92は、圧縮機91の吐出側の冷媒配管と室外熱交換器20の一端(ガス側端部)から延びるガス冷媒配管31とを接続するとともに、アキュムレータ93を介してガス冷媒の冷媒連絡配管7と圧縮機91の吸入側の冷媒配管とを接続する(図1の四路切換弁92の実線を参照)。また、暖房運転時には、四路切換弁92は、圧縮機91の吐出側の冷媒配管とガス冷媒の冷媒連絡配管7とを接続するとともに、アキュムレータ93を介して圧縮機91の吸入側と室外熱交換器20の一端(ガス側端部)から延びるガス冷媒配管31とを接続する(図1の四路切換弁92の破線を参照)。
【0044】
室外熱交換器20は、送風機室S1に上下方向(鉛直方向)に立てて配置され、吸入口10a,10bに対向している。室外熱交換器20は、アルミニウム製の熱交換器であり、本実施形態では設計圧力が3MPa〜4MPa程度のものを用いている。室外熱交換器20は、一端(ガス側端部)から、四路切換弁92と接続されるように、ガス冷媒配管31が延びている。また、室外熱交換器20の他端(液側端部)から、膨張弁33に接続されるように、液冷媒配管32が延びている。
【0045】
アキュムレータ93は、四路切換弁92と圧縮機91との間に接続されている。アキュムレータ93は、冷媒を気相と液相とに分ける気液分離機能を具備している。アキュムレータ93に流入する冷媒は、液相と気相とに分かれ、上部空間に集まる気相の冷媒が圧縮機91へと供給される。
【0046】
室外ファン95は、室外熱交換器20を流れる冷媒との間で熱交換をさせるための室外空気を、室外熱交換器20に対して供給する。
【0047】
膨張弁33は、冷媒回路において冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。膨張弁33は、冷媒圧力や冷媒流量の調節を行うために、室外熱交換器20と液冷媒の冷媒連絡配管6の間に設けられ、冷房運転時および暖房運転時のいずれにおいても、冷媒を膨張させる機能を有している。
【0048】
室外ファン95は、送風機室S1に室外熱交換器20に対向して配置されている。室外ファン95は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器20において冷媒と室外空気との間で熱交換を行わせた後に、熱交換後の空気を室外に排出する。この室外ファン95は、室外熱交換器20に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、例えば、DCファンモータ等からなるモータによって駆動されるプロペラファン等である。
【0049】
(3)空気調和装置1の動作
(3−1)冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁92が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がアキュムレータ93、冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に対して接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口(すなわち、室内熱交換器4のガス側)における冷媒の過熱度が一定になるように開度調節されるようになっている(過熱度制御)。この冷媒回路の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91で圧縮されることで高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、四路切換弁92を経由して室外熱交換器20に送られる。その後、高圧のガス冷媒は、室外熱交換器20において、室外ファン95によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、過冷却状態になった高圧の液冷媒は、室外熱交換器20から膨張弁33に送られる。膨張弁33によって圧縮機91の吸入圧力近くまで減圧されて低圧の気液二相状態となった冷媒は、室内熱交換器4に送られ、室内熱交換器4において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。
【0050】
この低圧のガス冷媒は、冷媒連絡配管7を経由して空調室外機2に送られ、再び、圧縮機91に吸入される。このように冷房運転では、空気調和装置1は、室外熱交換器20を圧縮機91において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器4を室外熱交換器20において凝縮された冷媒の蒸発器として機能させる。
【0051】
なお、冷房運転時の冷媒回路では、膨張弁33の過熱度制御が行われつつ、設定温度となるように(冷房負荷を処理できるように)圧縮機91がインバータ制御されているため、冷媒の循環量が高循環量となる場合と、低循環量になる場合がある。
【0052】
(3−2)暖房運転
暖房運転時は、四路切換弁92が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側が冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口における冷媒の過冷却度が過冷却度目標値で一定になるように開度調節されるようになっている(過冷却度制御)。この冷媒回路の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁92、および、冷媒連絡配管7を経由して、空調室内機3に送られる。
【0053】
そして、空調室内機3に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器4において、室内空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となった後、膨張弁33を通過する際に、膨張弁33の弁開度に応じて減圧される。この膨張弁33を通過した冷媒は、室外熱交換器20に流入する。そして、室外熱交換器20に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン95によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となり、四路切換弁92を経由して、再び、圧縮機91に吸入される。このように暖房運転では、空気調和装置1は、室内熱交換器4を圧縮機91において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室外熱交換器20を室内熱交換器4において凝縮された冷媒の蒸発器として機能させる。
【0054】
なお、暖房運転時の冷媒回路では、膨張弁33の過冷却度制御が行われつつ、設定温度となるように(暖房負荷を処理できるように)圧縮機91がインバータ制御されているため、冷媒の循環量が高循環量となる場合と、低循環量になる場合がある。
【0055】
(4)室外熱交換器20の詳細構成
(4−1)室外熱交換器20の全体構成
次に、室外熱交換器20の外観概略斜視図を示す図4、室外熱交換器の模式的な背面図を示す図5、および、概略背面図である図6を用いて室外熱交換器20の構成について詳細に説明する。
【0056】
室外熱交換器20は、室外空気と冷媒との熱交換を行わせる熱交換部21と、この熱交換部21の一端側に設けられた出入口ヘッダ集合管22と、この熱交換部21の他端側に設けられた折返しヘッダ集合管23と、を備えている。
【0057】
(4−2)熱交換部21
図7は、室外熱交換器20の熱交換部21の扁平多穴管21bの扁平方向に対して垂直な平面における断面構造を示す部分拡大図である。また、図8は、室外熱交換器20における伝熱フィン21aの取付状態を示す概略斜視図である。
【0058】
熱交換部21は、上側に位置する上側熱交換領域Xと、上側熱交換領域Xの下方に位置する下側熱交換領域Yとを有している。このうち、上側熱交換領域Xは、上から順に並んだ、第1上側熱交換部X1、第2上側熱交換部X2、第3上側熱交換部X3を有して構成されている。また、下側熱交換領域Yは、上から順に並んだ、第1下側熱交換部Y1、第2下側熱交換部Y2、第3下側熱交換部Y3を有して構成されている。
【0059】
この熱交換部21は、多数の伝熱フィン21aと多数の扁平多穴管21bとで構成されている。伝熱フィン21aおよび扁平多穴管21bは、いずれもアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。
【0060】
伝熱フィン21aは、平板部材であり、各伝熱フィン21aには水平方向に延びる扁平管挿入用の切り欠き21aaが上下方向に並べて複数形成されている。なお、伝熱フィン21aは、空気流れの上流側に向けて突出した部分を無数に有するように取り付けられている。
【0061】
扁平多穴管21bは、伝熱管として機能し、伝熱フィン21aと室外空気との間を移動する熱を、内部を流れる冷媒に伝達する。この扁平多穴管21bは、伝熱面となる上下の平面部と、冷媒が流れる複数の内部流路21baを有している。切り欠き21aaの上下の幅よりもわずかに厚い扁平多穴管21bは、平面部を上下に向けた状態で、間隔をあけて複数段配列され、切り欠き21aaに嵌め込まれた状態で仮固定される。このように、伝熱フィン21aの切り欠き21aaに扁平多穴管21bが嵌め込まれた仮固定の状態で、伝熱フィン21aと扁平多穴管21bとがロウ付けされる。また、各扁平多穴管21bの両端は、それぞれ出入口ヘッダ集合管22と折返しヘッダ集合管23に嵌め込まれてロウ付けされる。そのため、後述する出入口ヘッダ集合管22の上方出入口内部空間22a、下方出入口内部空間22bや後述する折返しヘッダ集合管23の第1〜第6内部空間23a,23b,23c,23d,23e,23fと扁平多穴管21bの内部流路21baとが繋がっている。
【0062】
図7に示されているように、伝熱フィン21aは、上下に繋がっているため、伝熱フィン21aや扁平多穴管21bで生じた結露は、伝熱フィン21aに沿って下方に滴り落ち、底板12に形成されている経路を通って外部に排出される。
【0063】
(4−3)出入口ヘッダ集合管22
出入口ヘッダ集合管22は、熱交換部21の一端側に設けられ、鉛直方向に延びるアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の筒状部材である。
【0064】
出入口ヘッダ集合管22は、第1バッフル22cによって上下方向に仕切られた上方出入口内部空間22a,22bを有している。上部の上方出入口内部空間22aには、ガス冷媒配管31が接続され、下部の下方出入口内部空間22bには、液冷媒配管32が接続されている。
【0065】
なお、出入口ヘッダ集合管22の上部の上方出入口内部空間22aも下部の下方出入口内部空間22bも、いずれも複数の扁平多穴管21bの一端が接続されている。具体的には、上側熱交換領域Xの第1上側熱交換部X1、第2上側熱交換部X2、第3上側熱交換部X3は、出入口ヘッダ集合管22の上部の上方出入口内部空間22aに対応するように設けられている。また、下側熱交換領域Yの第1下側熱交換部Y1、第2下側熱交換部Y2、第3下側熱交換部Y3は、出入口ヘッダ集合管22の下部の下方出入口内部空間22bに対応するように設けられている。
【0066】
(4−4)折返しヘッダ集合管23
折返しヘッダ集合管23は、熱交換部21の他端側に設けられ、鉛直方向に延びるアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の筒状部材である。
【0067】
折返しヘッダ集合管23の内部は、第2バッフル23g,第3バッフル23h,第3整流板43,第4バッフル23i,第5バッフル23jによって上下方向に仕切られ、第1〜第6内部空間23a,23b,23c,23d,23e、23fが形成されている。
【0068】
このうち、折返しヘッダ集合管23の3つの第1〜第3内部空間23a,23b,23cには、出入口ヘッダ集合管22の上部の上方出入口内部空間22aに一端が接続されている多数の扁平多穴管21bの他端が接続されている。すなわち、上側熱交換領域Xの第1上側熱交換部X1は折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aに対応するように、上側熱交換領域Xの第2上側熱交換部X2は折返しヘッダ集合管23の第2内部空間23bに対応するように、上側熱交換領域Xの第3上側熱交換部X3は折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23cに対応するように、それぞれ設けられている。
【0069】
また、折返しヘッダ集合管23の3つの第4内部空間23d,23e,23fには、出入口ヘッダ集合管22の下部の下方出入口内部空間22bに一端が接続されている多数の扁平多穴管21bの他端が接続されている。すなわち、下側熱交換領域Yの第1下側熱交換部Y1は折返しヘッダ集合管23の第4内部空間23dに対応するように、下側熱交換領域Yの第2下側熱交換部Y2は折返しヘッダ集合管23の第5内部空間23eに対応するように、下側熱交換領域Yの第3下側熱交換部Y3は折返しヘッダ集合管23の第6内部空間23fに対応するように、それぞれ設けられている。
【0070】
折返しヘッダ集合管23の最上段の第1内部空間23aと最下段の内部空間23kは、連絡配管24により接続されている。
【0071】
上から2段目の第2内部空間23bと、下から2段目の第5内部空間23eは、連絡配管25により接続されている。
【0072】
上から3段目の第3内部空間23cと、下から3段目の第4内部空間23dは、第3整流板43によって仕切られてはいるが、第3整流板43に設けられた第3流入口43xを介して上下に連通した部分を有している。
【0073】
また、折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aにおいて連絡配管24を流れてきた冷媒が分流される扁平多穴管21bの本数は、出入口ヘッダ集合管22の下部の下方出入口内部空間22bにおいて液冷媒配管32を流れてきた冷媒が分流され第6内部空間23fに通じる扁平多穴管21bの本数よりも多くなるように構成されている(第2内部空間23bと第5内部空間23eの扁平多穴管21bの本数の関係や、第3内部空間23cと第4内部空間23dの扁平多穴管21bの本数の関係も同様)。なお、冷媒分布状態を最適化させるために相違を設けていてもよいが、本実施形態では、第1内部空間23aに接続された扁平多穴管21bの本数と、第2内部空間23bに接続された扁平多穴管21bの本数と、第3内部空間23cに接続された扁平多穴管21bの本数は、ほぼ同数となっている。また、同様に、冷媒分布状態を最適化させるために相違を設けていてもよいが、本実施形態では、第4内部空間23dに接続された扁平多穴管21bの本数と、第5内部空間23eに接続された扁平多穴管21bの本数と、第6内部空間23fに接続された扁平多穴管21bの本数は、ほぼ同数となっている。
【0074】
(4−5)折返しヘッダ集合管23のループ構造等
折返しヘッダ集合管23のうち、上方の3つの第1〜第3内部空間23a,23b,23cには、ループ構造、および、整流構造が設けられている。
【0075】
以下、第1〜第3内部空間23a、23b、23cそれぞれについて、ループ構造および整流構造について説明する。
【0076】
(4−5−1)第1内部空間23a
折返しヘッダ集合管23の最も上方の第1内部空間23aには、図6と、図9の概略斜視図と、図10の概略断面図と、図11の上面視概略図と、にそれぞれ示すように、第1整流板41および第1仕切板51が設けられている。
【0077】
第1整流板41は、第1内部空間23aを、下方の第1整流空間41aと、上方の第1流出空間51aおよび第1ループ空間51bと、に仕切っている、略円盤状の板状部材である。第1整流空間41aは、第1内部空間23aと第2内部空間23bを仕切っている第2バッフル23gよりも上方の空間であって、かつ、第2バッフル23gの直上の扁平多穴管21bよりも低い位置に設けられた第1整流板41よりも下方の空間である。この第1整流空間41aには、折返しヘッダ集合管23の最も下方の第6内部空間23fから延び出した連絡配管24が連通している。
【0078】
第1仕切板51は、第1内部空間23aのうち第1整流空間41aよりも上方の空間を、第1流出空間51aと、第1ループ空間51bと、に仕切っている、略方形の板状部材である。特に限定されるものではないが、本実施形態における第1仕切板51は、第1内部空間23aの中心に設けられることで、第1整流空間41aよりも上方の空間を、第1流出空間51aと第1ループ空間51bとが上面視において同等広さになるように仕切っている。第1仕切板51は、その側面が、折返しヘッダ集合管23の内周面に接するようにして固定されている。第1流出空間51aは、第1内部空間23aのうち扁平多穴管21bの一端が接続されている側の空間である。第1ループ空間51bは、第1内部空間23aのうち、第1仕切板51に対して第1流出空間51a側とは反対側の空間である。
【0079】
第1内部空間23aの上方には、折返しヘッダ集合管23の上端の内側と、第1仕切板51の上端部分と、の間の上下方向の隙間によって構成される第1上連通路51xが設けられている。
【0080】
第1内部空間23aの下方には、第1整流板41の上面と、第1仕切板51の下端部分と、の間の上下方向の隙間によって構成される第1下連通路51yが設けられている。本実施形態においては、第1下連通路51yは、第1ループ空間51b側から第1流出空間51a側に向けて水平方向に延びている。また、この第1下連通路51yの第1流出空間51a側の出口は、第1流出空間51aに接続されている扁平多穴管21bのうち最も下に位置するものよりもさらに下方に位置している。
【0081】
第1整流板41には、図9に示すように、第1内部空間23aのうちの扁平多穴管21bが延び出している側の空間である第1流出空間51aに設けられた、鉛直方向に連通した開口である第1流入口41xが2つ設けられている。2つの第1流入口41xは、室外熱交換器20に対して空気が流入する向きである空気流れ方向の上流側と下流側に離れて設けられている。第1流入口41xは、第1仕切板51側に近いほど空気流れ方向の幅が広く、扁平多穴管21b側に近いほど空気流れ方向の幅が狭くなるように形成されている。また、第1流入口41xは、折返しヘッダ集合管23の内周面に沿った形状を有している。
【0082】
第1内部空間23aは、第1流入口41xにおける冷媒通過面積(水平面の面積)を、第1整流空間41aの冷媒通過面積(第1整流空間41aの水平面の面積)に比べて十分に小さくした整流構造を有している。この整流構造によって、第1整流空間41aから第1流出空間51a側に向かう冷媒流れを十分に絞り込むことができ、鉛直上方に向かう冷媒流速を増大させることができている。
【0083】
また、第1内部空間23aのうち第1整流板41の上方の空間は、第1仕切板51によって仕切られることで、第1流出空間51a側における冷媒通過面積(第1流出空間51a内を上昇する冷媒流れの通過面積)を、第1流出空間51aと第1ループ空間51bの合計の水平面積よりも狭くすることができている。これにより、第1流入口41xを介して第1流出空間51aに流入した冷媒の上昇速度を維持させやすくすることができ、低循環量下においても冷媒を第1流出空間51aの上方部分にまで到達させやすくしている。
【0084】
なお、図11の上面視概略図に示すように、扁平多穴管21bは、第1流出空間51aの扁平多穴管21bが存在しない高さ位置での水平面積の半分以上を埋めるように、第1流出空間51a内に埋め込まれている。そして、扁平多穴管21bと、第1整流板41の第1流入口41xとは、上面視において一部が重なる位置に配置されている。
【0085】
ただし、「第1流出空間51aの扁平多穴管21bが存在しない高さ位置での水平面積」から「扁平多穴管21bのうち第1流出空間51a内に延び出している部分の水平面積」を差し引いた残りの面積(第1流出空間51aにおいて冷媒が扁平多穴管21bを避けて上昇する部分の面積)が、第1下連通路51yの冷媒通過面積よりも大きくなるように配置されている。これにより、第1流入口41xを介して第1流出空間51aに流入した冷媒を、より狭く通過しづらい第1下連通路51yを第1ループ空間51b側に向けて通過させるのではなく、より広く通過しやすい第1流出空間51aにおける扁平多穴管21bを除いた部分を上昇するように導くことが可能になる。
【0086】
また、第1内部空間23aは、第1流入口41xと、第1仕切板51と、第1上連通路51xと、第1下連通路51yと、を含んだループ構造を有している。このため、第1流出空間51aにおいて扁平多穴管21bに流入することなく上方まで到達した冷媒は、図10の矢印に示すように、第1仕切板51の上方の第1上連通路51xを介して第1ループ空間51bに導かれ、第1ループ空間51bにおいて重力に従って降下し、第1仕切板51の下方の第1下連通路51yを介して第1流出空間51aの下方に戻される。このようにして、第1流出空間51aの上方に到達した冷媒を、第1内部空間23a内においてループさせることが可能になっている。
【0087】
(4−5−2)第2内部空間23b
折返しヘッダ集合管23の上から2つ目の第2内部空間23bには、最も上方の第1内部空間23aと同様の構成であり、図6と、図12の概略断面図と、にそれぞれ示すように、第2整流板42および第2仕切板52が設けられている。
【0088】
第2整流板42は、第2内部空間23bを、下方の第2整流空間42aと、上方の第2流出空間52aおよび第2ループ空間52bと、に仕切っている、略円盤状の板状部材である。第2整流空間42aは、第2内部空間23bと第3内部空間23cを仕切っている第3バッフル23hよりも上方の空間であって、かつ、第3バッフル23hの直上の扁平多穴管21bよりも低い位置に設けられた第2整流板42よりも下方の空間である。この第2整流空間42aには、折返しヘッダ集合管23の下から2番目の第5内部空間23eから延び出した連絡配管25が連通している。
【0089】
第2仕切板52は、第2内部空間23bのうち第2整流空間42aよりも上方の空間を、第2流出空間52aと、第2ループ空間52bと、に仕切っている、略方形の板状部材である。第2流出空間52aは、第2内部空間23bのうち扁平多穴管21bの一端が接続されている側の空間である。第2ループ空間52bは、第2内部空間23bのうち、第2仕切板52に対して第2流出空間52a側とは反対側の空間である。
【0090】
第2内部空間23bの上方には、第2バッフル23gの下面と、第2仕切板52の上端部分と、の間の上下方向の隙間によって構成される第2上連通路52xが設けられている。
【0091】
第2内部空間23bの下方には、第2整流板42の上面と、第2仕切板52の下端部分と、の間の上下方向の隙間によって構成される第2下連通路52yが設けられている。本実施形態においては、第2下連通路52yは、第2ループ空間52b側から第2流出空間52a側に向けて水平方向に延びている。この第2下連通路52yの第2流出空間52a側の出口は、第2流出空間52aに接続されている扁平多穴管21bのうち最も下に位置するものよりもさらに下方に位置している。
【0092】
第2整流板42には、第1整流板41と同様に、第2内部空間23bのうちの扁平多穴管21bが延び出している側に設けられた、鉛直方向に連通した開口である第2流入口42xが2つ設けられている。
【0093】
また、第2内部空間23bについても、第1内部空間23aと同様に、第2流入口42xにおける冷媒通過面積(水平面の面積)を、第2整流空間42aの冷媒通過面積(第1整流空間42aの水平面の面積)に比べて十分に小さくした整流構造を有している。
【0094】
さらに、第2内部空間23bは、第1内部空間23aと同様に、第2流入口42xと、第2仕切板52と、第2上連通路52xと、第2下連通路52yと、を含んだループ構造を有している。
【0095】
他の配置構成の詳細は、第1内部空間23aと同様であるため、省略する。
【0096】
(4−5−3)第3内部空間23c
折返しヘッダ集合管23の上から3つ目の第3内部空間23cには、図6と、図13の概略断面図と、にそれぞれ示すように、第3整流板43および第3仕切板53が設けられている。
【0097】
第3整流板43は、第3内部空間23cを、折返しヘッダ集合管23の下から3つ目の第4内部空間23d(下方に位置している空間)と、上方に位置している第3流出空間53aおよび第3ループ空間53bと、に仕切っている、略円盤状の板状部材である。
【0098】
第3仕切板53は、第3内部空間23cのうち第4内部空間23dよりも上方の空間を、第3流出空間53aと、第3ループ空間53bと、に仕切っている、略方形の板状部材である。第3流出空間53aは、第3内部空間23cのうち扁平多穴管21bの一端が接続されている側の空間である。第3ループ空間53bは、第3内部空間23cのうち、第3仕切板53に対して第3流出空間53a側とは反対側の空間である。
【0099】
第3内部空間23cの上方には、第3バッフル23hの下面と、第3仕切板53の上端部分と、の間の上下方向の隙間によって構成される第3上連通路53xが設けられている。
【0100】
第3内部空間23cの下方には、第3整流板43の上面と、第3仕切板53の下端部分と、の間の上下方向の隙間によって構成される第3下連通路53yが設けられている。本実施形態においては、第3下連通路53yは、第3ループ空間53b側から第3流出空間53a側に向けて水平方向に延びている。この第3下連通路53yの第3流出空間53a側の出口は、第3流出空間53aに接続されている扁平多穴管21bのうち最も下に位置するものよりもさらに下方に位置している。
【0101】
第3整流板43には、第1整流板41や第2整流板42と同様に、第3内部空間23cのうちの扁平多穴管21bが延び出している側に設けられた、鉛直方向に連通した開口である第3流入口43xが2つ設けられている。
【0102】
また、第3内部空間23cについても、第1内部空間23a、第2内部空間23bと同様に、第3流入口43xにおける冷媒通過面積(水平面の面積)を、第4内部空間23dの冷媒通過面積(第4内部空間23dの水平面の面積)に比べて十分に小さくした整流構造を有している。
【0103】
さらに、第3内部空間23cは、第1内部空間23a、第2内部空間23bと同様に、第3流入口43xと、第3仕切板53と、第3上連通路53xと、第3下連通路53yと、を含んだループ構造を有している。
【0104】
他の配置構成の詳細は、第1内部空間23aや第2内部空間23bと同様であるため、省略する。
【0105】
(5)室外熱交換器20における暖房運転時の冷媒の流れ方の概略
以下、上述のように構成された室外熱交換器20における冷媒の流れ方を、主として、暖房運転時について説明する。
【0106】
暖房運転時には、図5の矢印で示すように、液冷媒配管32を介して出入口ヘッダ集合管22の下部の下方出入口内部空間22bに、気液二相状態の冷媒が供給される。なお、この下方出入口内部空間22bに流入する冷媒の状態は、本実施形態の説明では気液二相状態の冷媒を想定しているが、外気温度や室内温度や運転状態によっては、実質的に液単相状態の冷媒が流入することがあってもよい。
【0107】
出入口ヘッダ集合管22の下部の下方出入口内部空間22bに供給された冷媒は、下方出入口内部空間22bに接続された熱交換部21の下部の複数の扁平多穴管21bを通過して、折返しヘッダ集合管23の下部の3つの第4内部空間23d,23e,23fにそれぞれ供給される。なお、折返しヘッダ集合管23の下部の3つの第4〜第6内部空間23d,23e,23fに供給される冷媒は、熱交換部21の下部の扁平多穴管21bを通過する際に、気液二相状態の冷媒のうちの液相成分の一部が蒸発することで、気相成分が増大した状態になっている。
【0108】
折返しヘッダ集合管23の下部の第6内部空間23fに供給された冷媒は、連絡配管24を通過して、折返しヘッダ集合管23の上部の第1内部空間23aに供給される。第1内部空間23aに供給された冷媒は、第1内部空間23aに接続されている複数の扁平多穴管21bそれぞれに流入していく(なお、第1内部空間23a内での冷媒の流れ方は後述する。)。複数の扁平多穴管21bを流れた冷媒は、さらに蒸発することで気相状態になって出入口ヘッダ集合管22の上方の上方出入口内部空間22aに供給される。
【0109】
折返しヘッダ集合管23の下部の第5内部空間23eに供給された冷媒は、連絡配管25を通過して、折返しヘッダ集合管23の上部の第2内部空間23bに供給される。第2内部空間23bに供給された冷媒は、第2内部空間23bに接続されている複数の扁平多穴管21bそれぞれに流入していく(なお、第2内部空間23b内での冷媒の流れ方は後述する。)。複数の扁平多穴管21bを流れた冷媒は、さらに蒸発することで気相状態になって出入口ヘッダ集合管22の上方の上方出入口内部空間22aに供給される。
【0110】
折返しヘッダ集合管23の下部の第4内部空間23dに供給された冷媒は、第3整流板43に設けられた第3流入口43xを鉛直上方に向けて通過し、折返しヘッダ集合管23の上部の第3内部空間23cの内部空間に供給される。第3内部空間23cに供給された冷媒は、第3内部空間23cに接続されている複数の扁平多穴管21bそれぞれに流入していく(なお、第3内部空間23c内での冷媒の流れ方は後述する。)。複数の扁平多穴管21bを流れた冷媒は、さらに蒸発することで気相状態になって出入口ヘッダ集合管22の上方の上方出入口内部空間22aに供給される。
【0111】
折返しヘッダ集合管23の上部の第1〜第3内部空間23a,23b,23cから複数の扁平多穴管21bを流れて出入口ヘッダ集合管22の上方の上方出入口内部空間22aに供給された冷媒は、上方出入口内部空間22aにおいて合流し、ガス冷媒配管31から流出していく。
【0112】
なお、冷房運転時には、図5の矢印で示す流れとは、冷媒流れが逆方向になる。
【0113】
(6)暖房運転時の低循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方
暖房運転時の低循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方を、以下、折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aを例に挙げて説明する。
【0114】
出入口ヘッダ集合管22の下方出入口内部空間22bに流入する冷媒は、膨張弁33において減圧されることで、気液二相状態になっている。そして、折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aに流入した気液二相状態の冷媒のうちの液相成分の一部は、出入口ヘッダ集合管22の下方出入口内部空間22bから折返しヘッダ集合管23の第6内部空間23fに向けて扁平多穴管21bを通過する際に蒸発する。このため、連絡配管24を通過して折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aに流入する冷媒は、比重の異なる気相成分と液相成分が混在した状態になっている。
【0115】
低循環量の場合には、連絡配管24を介して第1整流空間41a内に流入する単位時間当たりの冷媒量が少なく、連絡配管24の出口を流れる冷媒の流速は相対的に遅めになる。このため、この流速のままであれば、冷媒のうち比重の大きな液相成分については、上昇させにくいため、第1内部空間23aに接続されている複数の扁平多穴管21bのうち上方に位置しているものに対して到達させにくく、複数の扁平多穴管21bにおいて高さ位置に応じて通過量が不均一になり、偏流が生じてしまうおそれがある。ここで、図14の低循環量時の参考例の説明図に示すように、比較的上方に配置された扁平多穴管21bの一端側に対して、冷媒のうち比重の小さい気相成分が主に流入すると、扁平多穴管21bの他端側から流出する冷媒は過熱度が大きくなりすぎて、扁平多穴管21bを通過している途中で相変化を生じなくなり、熱交換の能力を十分に発揮させることができないことになる。他方で、比較的下方に配置された扁平多穴管21bの一端側に対して、冷媒のうち比重の大きな液相成分が主に流入すると、扁平多穴管21bの他端側から流出する冷媒は過熱度が付きにくく、蒸発することなく扁平多穴管21bの他端側に到達してしまうことがあり、やはり、熱交換の能力を十分に発揮させることができないことになる。
【0116】
これに対して、本実施形態の室外熱交換器20では、第1整流空間41aに供給された冷媒は、第1整流板41の絞り機能を有する第1流入口41xを通過する際に、鉛直上方に向かう冷媒流れの流速が高められている。しかも、第1内部空間23aの第1整流板41の上方の空間は、第1仕切板51が設けられることで、第1流入口41xが設けられている側の空間(第1流出空間51a)の冷媒通過面積は第1仕切板51が無い場合と比較して狭くなるように構成されているため、上昇速度は衰えにくい。このため、低循環量の場合でも、冷媒のうち比重の大きな液相成分についても、第1流出空間51a内の上方にまで導きやすくすることができている。
【0117】
なお、第1流入口41xを介して第1流出空間51a内に流入した冷媒は、第1流出空間51a内を上昇していきながら、各扁平多穴管21bに分流していくが、一部のわずかな冷媒は、扁平多穴管21bに流入することなく、第1流出空間51aの上端にまで導かれる。
【0118】
このようにして第1流出空間51aの上端にまで到達した冷媒は、第1上連通路51xを介して第1ループ空間51bに導かれ、第1ループ空間51bにおいて重力によって降下する。第1ループ空間51bを降下した冷媒は、水平方向に延びた第1下連通路51yを通過しながら水平方向に流れ、再び、第1流出空間51aの下方に戻される。
【0119】
第1下連通路51yを介して第1流出空間51aに戻された冷媒は、第1流入口41xを通過した冷媒の上昇流れに引きずられるようにして、再度、第1流出空間51a内を上昇していき、場合によっては第1内部空間23a内を再度循環した後、扁平多穴管21bに流入させることができる。
【0120】
これにより、本実施形態の室外熱交換器20では、低循環量時であっても、高さ位置の異なる部分に配置された複数の扁平多穴管21bに流入する冷媒の状態を、図15の中間循環量時の参考例の説明図に示すような状態に近づけて、できるだけ均一化させることが可能になる。
【0121】
なお、折返しヘッダ集合管23の第2内部空間23b、第3内部空間23cについては、第1内部空間23aと同様であるため、説明を省略する。
【0122】
(7)暖房運転時の高循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方
暖房運転時の高循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方を、以下、折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aを例に挙げて説明する。
【0123】
ここで、折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aに流入する冷媒が、比重の異なる気相成分と液相成分が混在した状態になっていることは、低循環量の場合と同様である。
【0124】
高循環量の場合には、連絡配管24を介して第1整流空間41a内に流入する単位時間当たりの冷媒量が多く、連絡配管24の出口を流れる冷媒の流速は相対的に早めになる。しかも、上述した低循環量対策として第1流入口41xの絞り機能を採用していることにより、さらに流速が高められる。さらに、上述した低循環量対策として冷媒通過断面積を第1仕切板51によって狭めた第1流出空間51aの狭い冷媒通過面積によって、冷媒の上昇速度は衰えにくくなっている。このため、高循環量の場合には、第1流入口41xを勢いよく通過した冷媒のうち比重の大きな液相成分は、第1流出空間51a内において扁平多穴管21bに流入することなく通過しがちになり、上方に集まりがちになってしまう。この場合には、比重の大きな液相成分が上方に集まりやすく、比重の小さな気相成分が下方に集まりやすくなり、低循環量の場合とは分布が異なるが、図16の高循環量時の参考例の説明図に示すように、やはり偏流が生じてしまう。
【0125】
これに対して、本実施形態の室外熱交換器20では、第1内部空間23aにはループ構造が採用されているため、第1流出空間51aの上端にまで到達した冷媒を、第1上連通路51xを介して第1ループ空間51bに導き、第1ループ空間51bにおいて降下させた後、第1下連通路51yを介して、再び、第1流出空間51aの下方に戻すことで、第1流出空間51aの下方に位置している扁平多穴管21bに導くことができる。
【0126】
第1下連通路51yを介して第1流出空間51aに戻された冷媒は、第1流入口41xを通過した冷媒の上昇流れに引きずられるようにして、再度、第1流出空間51a内を上昇していき、場合によっては第1内部空間23a内を再度循環した後、扁平多穴管21bに流入させることができる。
【0127】
これにより、本実施形態の室外熱交換器20では、高循環量時であっても、高さ位置の異なる部分に配置された複数の扁平多穴管21bに流入する冷媒の状態を、図15の中間循環量時の参考例の説明図に示すような状態に近づけて、できるだけ均一化させることが可能になる。
【0128】
なお、折返しヘッダ集合管23の第2内部空間23b、第3内部空間23cについては、第1内部空間23aと同様であるため、説明を省略する。
【0129】
(8)空気調和装置1の室外熱交換器20の特徴
(8−1)
本実施形態の室外熱交換器20は、低循環量の場合であっても、折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aにおける第1流入口41xおよび第1仕切板51によって狭められた第1流出空間51aの構成によって、冷媒の上昇速度を維持させることで、第1流出空間51aの上方にまで冷媒を到達させやすくすることができる(第2内部空間23b、第3内部空間23cも同様)。
【0130】
また、本実施形態の室外熱交換器20は、高循環量の場合であっても、折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aにおいて採用されたループ構造によって、冷媒を第1内部空間23a内でループさせることで、冷媒を扁平多穴管21bに導くことができる。
【0131】
以上により、本実施形態の室外熱交換器20は、低循環量の場合であっても高循環量の場合であっても、いずれの場合であっても、上下方向に複数並んで配置された扁平多穴管21bに対する冷媒の偏流を小さく抑えることができる。
【0132】
(8−2)
本実施形態の室外熱交換器20は、出入口ヘッダ集合管22の上方出入口内部空間22a、22bではなく、折返しヘッダ集合管23の第4内部空間23d、23e、23fでもなく、折返しヘッダ集合管23の第1〜第3内部空間23a、23b、23cにおいて、ループ構造と整流構造を採用している。すなわち、暖房運転時において気相成分と液相成分が多く混在した冷媒が流れており、高さ位置の異なる扁平多穴管21bの間での偏流が顕著になりがちな折返しヘッダ集合管23の第1〜第3内部空間23a、23b、23cにおいて、ループ構造と整流構造が採用されている。
【0133】
このため、冷媒の偏流抑制効果をより十分に発揮させることが可能になっている。
【0134】
(8−3)
本実施形態の室外熱交換器20の第1流入口41xを通過して第1流出空間51aに流入した直後の冷媒は、上昇速度が最も早く、第1流出空間51aに接続された複数の扁平多穴管21bのうち下方のものほど、通過されてしまいがちになる場合がある。
【0135】
これに対して、本実施形態の室外熱交換器20では、折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aにおいて、第1ループ空間51bを降下してきた冷媒を、第1流出空間51aの下方に接続されている扁平多穴管21bに導くことができるように、第1下連通路51yの第1流出空間51a側の出口が配置されている。
【0136】
このため、第1流入口41xを介して第1流出空間51aに流入した流速の早い冷媒が通過しがちな下方に位置する扁平多穴管21bに対して、第1下連通路51yを介して第1流出空間51aに戻される冷媒を供給しやすくすることができている。
【0137】
なお、上述の点は、第2内部空間23b、23cについても同様である。
【0138】
(9)他の実施形態
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。
【0139】
(9−1)他の実施形態A
上記実施形態では、第1下連通路51yが、第1ループ空間51b側から第1流出空間51a側に向けて水平方向に延びている場合(第2下連通路52y、第3下連通路53yも同様)を例に挙げて説明した。
【0140】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、上記実施形態のように第1下連通路51yを水平方向に延びるように構成する代わりに、第1ループ空間51b側から第1流出空間51a側に向かうにつれて下方に位置するように傾斜させて構成してもよいし、第1ループ空間51b側から第1流出空間51a側に向かうにつれて上方に位置するように傾斜させて構成してもよい。この傾斜の程度としては、例えば、水平方向に対する傾斜が60度以下であってもよいし、30度以下であってもよく、水平方向に対する傾斜が−60度以上であってもよいし、−30度以上であってもよい。特に、第1流出空間51aにおける冷媒上昇流れを阻害させない観点からは、傾斜の程度は、水平方向に対して0度以上60度以下であることが好ましく、0度以上30度以下であることがより好ましい。
【0141】
このような構成の場合であっても、第1内部空間23aを循環した冷媒を再度扁平多穴管21bに導くことが可能になる。
【0142】
なお、上述した点は、第2下連通路52y、第3下連通路53yも同様である。
【0143】
(9−2)他の実施形態B
上記実施形態では、板状部材である第1整流板41において板厚方向に開口させた第1流入口41xを設けた場合(第2流入口42x、第3流入口43xも同様))を例に挙げて説明した。
【0144】
しかし、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、板状部材に開口を形成して流入口を設ける代わりに、鉛直方向に延びた筒状の流入通路を設けてもよい。この場合には、筒状の流入通路を冷媒が通過する際に、より鉛直上方に向けて流出する冷媒速度を上げることが可能になる。
【0145】
なお、上述した点は、第2流入口42x、第3流入口43xも同様である。
【0146】
(9−3)他の実施形態C
上記実施形態では、上面視において第1流入口41xが扁平多穴管21bと一部が重なる位置に配置されている場合(第2流入口42x、第3流入口43xも同様)を例に挙げて説明した。
【0147】
しかし、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、上面視における第1流入口41xの位置は第1流出空間51a側であれば任意である。
【0148】
なお、上述した点は、第2流入口42x、第3流入口43xも同様である。
【0149】
(9−4)他の実施形態D
上記実施形態では、第1下連通路51yの第1流出空間51a側の出口は、第1流出空間51aに接続されている複数の扁平多穴管21bのうち最も下に位置するものよりもさらに下方に位置している場合(第2下連通路52yの出口および第3下連通路53yの出口も同様)を例に挙げて説明した。
【0150】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、第1下連通路51yの第1流出空間51a側の出口は、第1流出空間51aに接続されている複数の扁平多穴管21bのうち最も下に位置するものの近傍に存在していてもよく、例えば、最も下に位置するものと同じ高さ位置であってもよい。
【0151】
なお、上述した点は、第2下連通路52yの出口および第3下連通路53yの出口も同様である。
【0152】
(9−5)他の実施形態E
上記実施形態や他の実施形態においては、第1内部空間23aの第1整流板41よりも上方の空間と、第2内部空間23bの第2整流板42よりも上方の空間と、第3内部空間23cのうち第3整流板43よりも上方の空間が同様の形態である場合を例に挙げて説明した。
【0153】
しかし、本発明は、これに限られるものではなく、これらの形態は、互いに異なっていてもよい。
【0154】
(9−6)他の実施形態F
上記実施形態では、第1仕切板51の下端部分と第1整流板41の上面部分によって構成された第1下連通路51y(第2下連通路52y、第3下連通路53yも同様)を有する折返しヘッダ集合管23を例に挙げて説明した。
【0155】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、上記実施形態の折返しヘッダ集合管23の代わりに、例えば、図17に示すような折返しヘッダ集合管123を採用してもよい。
【0156】
折返しヘッダ集合管123では、第1仕切板151の下方において第1流出空間51aと第1ループ空間51bを繋ぐように板厚方向に貫通した第1下連通路151yが設けられている。そして、第1仕切板151は、その下端部分の全部が第1整流板41の上面に接することで支えられている。
【0157】
この場合には、上記実施形態のように第1下連通路51yの冷媒通過面積を調節するために第1仕切板51の高さ位置を調節する必要が無く、第1仕切板151の第1下連通路151yを予め所望の冷媒流路面積となるように設計しておけばよいため、製造を容易化することができる。
【0158】
(9−7)他の実施形態G
また、上記実施形態の折返しヘッダ集合管23の代わりに、例えば、図18に示すような折返しヘッダ集合管223を採用してもよい。
【0159】
折返しヘッダ集合管223では、第1仕切板251の下端部分の一部が上方に陥没するように構成されている。このため、第1仕切板251が第1整流板41の上面に設置された状態で、第1整流板41の上面(平面)と、第1仕切板251の下端部分の上方に陥没している部分と、によって、第1下連通路251yを構成することが可能になる。
【0160】
この場合には、上記実施形態のように第1下連通路51yの冷媒通過面積を調節するために第1仕切板51の高さ位置を調節する必要が無く、第2仕切板251の下端部分の陥没した部分の大きさを予め所望の冷媒流路面積となるように設計しておけばよく、製造を容易化することができる。しかも、第2仕切板251の下端部分のうち陥没していない部分を第1整流板41の上面に接するように配置させることで支持させることも可能になる。
【0161】
(9−8)他の実施形態H
上記実施形態では、伝熱フィンとして、図7図8に示すような伝熱フィン21aのような平板部材を用いた場合を例に挙げて説明した。
【0162】
しかし、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、主に自動車用熱交換器に用いられるコルゲートタイプの伝熱フィンを用いて構成される熱交換器に対しても適用することが可能である。
【符号の説明】
【0163】
1 空気調和装置
2 空調室外機
3 空調室内機
10 ユニットケーシング
20 室外熱交換器(熱交換器)
21 熱交換部
21a 伝熱フィン(フィン)
21b 扁平多穴管(扁平管)
22 出入口ヘッダ集合管(対向ヘッダ集合管)
23 折返しヘッダ集合管(ヘッダ集合管)
22a 上方出入口内部空間
22b 下方出入口内部空間
23a、23b、23c、23d、23e、23f 第1〜第6内部空間(内部空間)
31 ガス冷媒配管
32 液冷媒配管
33 膨張弁
41 第1整流板(整流部材)
41a 第1整流空間(整流空間)
41x 第1流入口(流入口)
42 第2整流板(整流部材)
42a 第2整流空間(整流空間)
42x 第2流入口(流入口)
43 第3整流板(整流部材)
43a 第3整流空間(整流空間)
43x 第3流入口(流入口)
51 第1仕切板(仕切部材)
51a 第1流出空間(第1空間)
51b 第1ループ空間(第2空間)
51x 第1上連通路(上連通路)
51y 第1下連通路(下連通路)
52 第2仕切板(仕切部材)
52a 第2流出空間(第1空間)
52b 第2ループ空間(第2空間)
52x 第2上連通路(上連通路)
52y 第2下連通路(下連通路)
53 第3仕切板(仕切部材)
53a 第3流出空間(第1空間)
53b 第3ループ空間(第2空間)
53x 第3上連通路(上連通路)
53y 第3下連通路(下連通路)
91 圧縮機
123 折返しヘッダ集合管(ヘッダ集合管)
151 第1仕切板(仕切部材)
151y 第1下連通路(下連通路)
223 折返しヘッダ集合管(ヘッダ集合管)
251 第1仕切板(仕切部材)
251y 第1下連通路(下連通路)
X 上側熱交換領域
X1、X2、X3 上側熱交換部
Y 下側熱交換領域
Y1、Y2、Y3 下側熱交換部
【先行技術文献】
【特許文献】
【0164】
【特許文献1】特開平2−219966号公報
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
図17
図18