(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
それぞれが立設された第1ヘッダ集合管(60)及び第2ヘッダ集合管(70)と、上下に配列されると共に内部に流体の通路(34)が形成され、それぞれの一端が上記第1ヘッダ集合管(60)に接続されて他端が上記第2ヘッダ集合管(70)に接続された複数の扁平管(33)と、隣り合う上記扁平管(33)の間を空気が流れる複数の通風路(37)に区画する複数のフィン(36)とを備え、上記扁平管(33)内の通路(34)を流れる冷媒が、上記通風路(37)を流れる空気と熱交換して冷媒の蒸発動作又は凝縮動作が行われる熱交換器であって、
上下に並び且つそれぞれが複数の上記扁平管(33)を有する複数の熱交換部(50a〜50c)に区分され、
上記第1ヘッダ集合管(60)及び上記第2ヘッダ集合管(70)には、それぞれの内部空間を上下に仕切ることによって、各熱交換部(50a〜50c)に対応した該熱交換部(50a〜50c)と同数の連通空間(61a〜61c,71a〜71c)が形成され、
上記第1ヘッダ集合管(60)又は第2ヘッダ集合管(70)には、上記蒸発動作時に冷媒を上記各熱交換部(50a〜50c)へ分配する液側接続部材(80)が接続され、該液側接続部材(80)は、上記各熱交換部(50a〜50c)のうち、最も下方に位置する熱交換部(50a)の下端よりも上方に配置される分流器(81)と、該分流器(81)と上記各連通空間(61a〜61c,71a〜71c)とを接続させる接続管(82a〜82c)とを有し、
上記第1ヘッダ集合管(60)には、上記蒸発動作時に上記各熱交換部(50a〜50c)から冷媒を導入するガス側ヘッダ(85)が接続され、
上記フィン(36)に付着した霜を融かすために上記ガス側ヘッダ(85)から上記第1ヘッダ集合管(60)へ高圧ガス冷媒が導入される除霜動作時に、上記最も下方に位置する上記熱交換部(50a)の下部からの液冷媒の排出を促進する排出促進手段(100)を備える一方、
上記ガス側ヘッダ(85)は、一つの本体管部(86)と、上記第1ヘッダ集合管(60)に形成された上記連通空間(61a〜61c)と同数の接続管部(87a〜87c)とを備え、
上記ガス側ヘッダ(85)の接続管部(87a〜87c)は、それぞれが対応する上記第1ヘッダ集合管(60)の連通空間(61a〜61c)に一つずつ連通し、
最も下方に位置する上記熱交換部(50a)に対応する上記第1ヘッダ集合管(60)の連通空間(61a)に連通する上記接続管部(87a)は、該連通空間(61a)の下端寄りに開口し、該連通空間(61a)に連通する上記扁平管(33)の端部と向かい合うように配置され、上記排出促進手段(100)を構成している
ことを特徴とする熱交換器。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、蒸発器として機能する熱交換器には、空気中の水分が霜となって付着する場合がある。熱交換器に付着した霜は、空気と冷媒の熱交
換を阻害する。そのため、熱交換器は、そこに付着した霜を高圧ガス冷媒によって融かす除霜動作を行う。その際、熱交換器の構造によっては、熱交換器に付着した全ての霜を融かすのに多大な時間を要する恐れがある。ここでは、その問題点について、
図12および
図13を参照しながら説明する。
【0005】
図12および
図13に示す熱交換器は、多数の扁平管と、各扁平管に接続する2つのヘッダ集合管(903,907)と、フィンとを備えている。尚、
図12および
図13において、扁平管とフィンの図示は省略する。
【0006】
熱交換器(900)は、3つの熱交換部(900a〜900c)に区分されている。具体的に、熱交換器(900)は、下から上に向かって順に第1熱交換部(900a)と、第2熱交換部(900b)と、第3熱交換部(900c)とが形成されている。各熱交換部(900a〜900c)は、それぞれが主熱交換部(901a〜901c)と補助熱交換部(902a〜902c)とに区分されている。主熱交換部(901a〜901c)と補助熱交換部(902a〜902c)とは直列に接続されている。第1ヘッダ集合管(903)および第2ヘッダ集合管(907)の内部空間は、複数の仕切板によって上下に仕切られている。第1ヘッダ集合管(903)と第2ヘッダ集合管(907)のそれぞれには、その内部空間を仕切板で仕切ることによって、3つの連通空間(904a〜904c,908a〜908c)が形成される。各ヘッダ集合管(903,907)において、最も下に位置する第1連通空間(904a,908a)は、第1熱交換部(900a)の扁平管に連通し、第1連通空間(904a,908a)の上側に隣接する第2連通空間(904b,908b)は、第2熱交換部(900b)の扁平管に連通し、最も上に位置する第3連通空間(904c,908c)は、第3熱交換部(900c)の扁平管に連通する。
【0007】
第1ヘッダ集合管(903)の各連通空間(904a〜904c)は、更に仕切板によって上下に仕切られている。第1ヘッダ集合管(903)の各連通空間(904a〜904c)では、下側の空間が下側部分空間(906a〜906c)となり、上側の空間が上側部分空間(905a〜905c)となっている。
【0008】
図12に示すように、熱交換器(900)には、液側接続部材(909)とガス側ヘッダ(912)とが設けられている。液側接続部材(909)およびガス側ヘッダ(912)は、第1ヘッダ集合管(903)に取り付けられている。尚、
図13においては、液側接続部材(909)およびガス側ヘッダ(912)の図示は省略している。
【0009】
液側接続部材(909)は、一つの分流器(910)と、三本の細径管(911〜911)とを備えている。分流器(910)の下端部には、熱交換器(900)と冷媒回路の膨張弁とを繋ぐ配管が接続されている。分流器(910)の上端部には、各細径管(911〜911)の一端が接続されている。各細径管(911〜911)の他端は、第1ヘッダ集合管(903)に接続され、対応する下側部分空間(906a〜906c)に連通している。ガス側ヘッダ(912)は、3つの接続管部(913,913,913)に分かれて第1ヘッダ集合管(903)の対応する上側部分空間(905a〜905c)に連通している。
【0010】
熱交換器(900)が蒸発器として機能する場合、膨張弁から送られた冷媒は、配管を通過して分流器(910)に流入し、三本の細径管(911〜911)に分かれ、各熱交換部(900a〜900c)へ分配される。分配された冷媒は、第1ヘッダ集合管(903)の対応する下側部分空間(906a〜906c)へ流入した後、補助熱交換部(902a〜902c)を通過する際に空気から吸熱して蒸発し、その後、第2ヘッダ集合管(907)の対応する連通空間(908a〜908c)へ流入する。そして、第2ヘッダ集合管(907)の連通空間(908a〜908c)を流出し、主熱交換部(901a〜901c)を通過する際に空気から吸熱して蒸発し、その後、第1ヘッダ集合管(903)の対応する上側部分空間(905a〜905c)へ流入する。熱交換器(900)が蒸発器として機能する間には、熱交換器(900)の表面に霜が付着する場合がある。
図13(a)に示すように、熱交換器(900)の概ね全体に霜が付着した状態では、冷媒が空気から吸収する熱量が非常に少なくなるため、熱交換器(900)の大部分が液冷媒で満たされた状態となる。
【0011】
除霜動作が開始されると、圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒が、ガス側ヘッダ(912)へ流入した後に、三つの接続管部(913,913,913)へ分かれて流入し、各熱交換部(900a〜900c)へ分配される。
【0012】
ガス側ヘッダ(912)から各熱交換部(900a〜900c)へ分配された冷媒は、第1ヘッダ集合管(903)の対応する上側部分空間(905a〜905c)へ流入する。上側部分空間(
905a〜
905c)から主熱交換部(901a〜901c)の扁平管へ流入したガス冷媒は、霜に対して放熱して凝縮し、第2ヘッダ集合管(907)の対応する連通空間(908a〜908c)に流入する。そして、第2ヘッダ集合管(907)の各連通空間(908a〜908c)から対応する熱交換部(900a〜900c)の補助熱交換部(902a〜902c)へ流入したガス冷媒は、霜に対して放熱して凝縮し、第1ヘッダ集合管(903)の対応する下側部分空間(906a〜906c)へ流入する。熱交換器(900)に付着した霜は、ガス冷媒によって暖められて融解する。熱交換器(900)を流れるガス冷媒は、霜が既に融けた部分では殆ど凝縮せず、霜が残っている部分に到達すると放熱して凝縮する。このため、除霜動作中の熱交換器(900)では、液冷媒が存在する部分と、霜が融け残っている部分とが概ね一致する。尚、
図13のドットを付した部分は、液冷媒が存在する領域を示す。
【0013】
図13(a)〜(c)に示すように、除霜動作中の熱交換器(900)の主熱交換部(901a〜901c)では、ガス冷媒の存在する領域(即ち、霜が融解した領域)が第1ヘッダ集合管(903)から第2ヘッダ集合管(907)に向かって次第に拡大してゆく。その際、
図13(b)および
図13(c)に示すように、第1熱交換部(900a)に対応する第1ヘッダ集合管(903)の上側部分空間(904a)と、第1熱交換部(900a)の扁平管には、液冷媒がほとんど残っている。
【0014】
ここで、
図13に示される熱交換器では、上記分流器(910)が第1熱交換部(900a)の下端の扁平管よりも上部に配置されている。このため、第1熱交換部(900a)の補助熱交換部(902a)の扁平管の出口と分流器(910)とを接続する細径管(911)においてヘッド差が生じている。そして、第1熱交換部(900a)に対応する上側部分空間(904a)へ流入したガス冷媒は、主熱交換部(901a)の上部(即ち、主熱交換部(901a)の上端寄りに位置する扁平管)に流入し易いため、主熱交換部(901a)の下部(即ち、主熱交換部(901a)の下端寄りに位置する扁平管)には、流れにくくなる。このため、第1熱交換部(900a)に対応する上側部分空間(904a)へ流入したガス冷媒が、主熱交換部(901a)の下部(即ち、主熱交換部(901a)の下端寄りに位置する扁平管)に存在する液冷媒を押し流す力よりも上記ヘッド差による液冷媒の液圧のほうが大きくなる。これにより、第2熱交換部(900b)および第3熱交換部(900c)では、主熱交換部(901b,901c)の全ての扁平管にガス冷媒が流入する状態になっているのに対し、最も下方に位置する第1熱交換部(900a)では、主熱交換部(901a)の上寄りに位置する扁平管にしか、ガス冷媒が流入せず、その下寄りに位置する扁平管は液冷媒で満たされたままとなる。したがって、第1熱交換部(900a)では、第2熱交換部(900b)や第3熱交換部(900c)に比べて、除霜の進行が遅くなる。
【0015】
それでも、第2ヘッダ集合管(907)の連通空間(908a)内の液冷媒の量が次第に減少すると、それにつれて第1ヘッダ集合管(903)の上側部分空間(904a)内の液冷媒の量も次第に減少し、第1熱交換部(900a)の主熱交換部(901a)のうちガス冷媒の流れる部分が徐々に拡大していく。
【0016】
ところが、
図13(e)に示すように、第2ヘッダ集合管(907)の連通空間(908a)内の液冷媒が完全に排出された状態になると、第1熱交換部(900a)の主熱交換部(901a)では、既に霜が融けた上寄りの扁平管に殆どのガス冷媒が流れ込み、液冷媒が残存する最下段の扁平管へは僅かな量のガス冷媒しか流入しない。このため、最下段の扁平管に残存する液冷媒を第2ヘッダ集合管(907)側へ押し出す力が非常に弱くなる。その結果、
図13(f)に示すように、第1熱交換部(900a)の補助熱交換部(902a)の除霜が完了した状態になっても、主熱交換部(901a)の最下方の扁平管には、液冷媒が残存する状態となり、この部分の霜が融け残ってしまう。
【0017】
もちろん、除霜動作の接続時間を充分に長い時間(例えば15分以上)に設定すれば、最も下方に位置する主熱交換部(901a)の下端部の霜を融かすことは可能であるが、除霜動作にそれ程長い時間を費やすことはできない。従って、これまでは適切な時間内に除霜を完了させることができないおそれがあった。
【0018】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、扁平管とヘッダ集合管とを備え、液側接続部材が接続された熱交換器において、その除霜に要する時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0019】
第1
,第2の
各発明は、それぞれが立設された第1ヘッダ集合管(60)及び第2ヘッダ集合管(70)と、上下に配列されると共に内部に流体の通路(34)が形成され、それぞれの一端が上記第1ヘッダ集合管(60)に接続されて他端が上記第2ヘッダ集合管(70)に接続された複数の扁平管(33)と、隣り合う上記扁平管(33)の間を空気が流れる複数の通風路(37)に区画する複数のフィン(36)とを備え、上記扁平管(33)内の通路(34)を流れる冷媒が、上記通風路(37)を流れる空気と熱交換して冷媒の蒸発動作又は凝縮動作が行われる熱交換器であって、上下に並び且つそれぞれが複数の上記扁平管(33)を有する複数の熱交換部(50a〜50c)に区分され、上記第1ヘッダ集合管(60)及び上記第2ヘッダ集合管(70)には、それぞれの内部空間を上下に仕切ることによって、各熱交換部(50a〜50c)に対応した該熱交換部(50a〜50c)と同数の連通空間(61a〜61c,71a〜71c)が形成され、上記第1ヘッダ集合管(60)又は第2ヘッダ集合管(70)には、上記蒸発動作時に冷媒を上記各熱交換部(50a〜50c)へ分配する液側接続部材(80)が接続され、該液側接続部材(80)は、上記各熱交換部(50a〜50c)のうち、最も下方に位置する熱交換部(50a)の下端よりも上方に配置される分流器(81)と、該分流器(81)と上記各連通空間(61a〜61c,71a〜71c)とを接続させる接続管(82a〜82c)とを有し、上記第1ヘッダ集合管(60)には、上記蒸発動作時に上記各熱交換部(50a〜50c)から冷媒を導入するガス側ヘッダ(85)が接続され、上記フィン(36)に付着した霜を融かすために上記ガス側ヘッダ(85)から上記第1ヘッダ集合管(60)へ高圧ガス冷媒が導入される除霜動作時に、上記最も下方に位置する上記熱交換部(50a)の下部からの液冷媒の排出を促進する排出促進手段(100)を備えている。
【0020】
上記第1
,第2の
各発明の熱交換器は、冷凍サイクルを行う冷媒回路(20)に接続される。熱交換器が蒸発器として機能する場合、冷媒回路(20)を循環する冷媒は、液側接続部材(80)を通過した後、各熱交換部(50a〜50c)に分配され、各熱交換部(50a〜50c)の扁平管(33)を通過し、第1ヘッダ集合管(60)の各連通空間(61a〜61c)へ流れ、ガス側ヘッダ(85)へ流入して合流する。蒸発器として機能する熱交換器では、扁平管(33)を流れる冷媒と複数のフィン(36)の間を通過する空気との間で熱交換が行われる際、空気中の水分が霜となってフィン(36)に付着する場合がある。フィン(36)に付着した霜は、冷媒と空気の熱交換を阻害する。このため、熱交換器のほぼ全体に霜が付着した状態では、冷媒が空気から吸収できる熱量が僅かとなる。
【0021】
また、フィン(36)に付着した霜を融かすための除霜動作時では、冷媒回路(20)を循環する冷媒は、ガス側ヘッダ(85)を通って第1ヘッダ集合管(60)の各連通空間(61a〜61c)を通過し、各熱交換部(50a〜50c)の扁平管(33)を通過し、第2ヘッダ集合管(70)の各連通空間(61a,61b)を通過し、液側接続部材(80)へ流入して合流する。この際、第1ヘッダ集合管(60)の各連通空間(61a〜61c)へ高圧ガス冷媒が流入すると、各連通空間(61a〜61c)内の液冷媒の液面が次第に低下し、液面よりも上部に開口する扁平管(33)へ高圧ガス冷媒が流入する。フィン(36)に付着した霜は、扁平管(33)へ流入した高圧ガス冷媒によって暖められて融解する。
【0022】
第1
,第2の
各発明の熱交換器(23)には、排出促進手段(100)が設けられている。このため、除霜動作中の熱交換器(23)では、最も下方に位置する熱交換部(50a)の下部(即ち、この熱交換部(50a)の下端寄りに位置する扁平管(33))からの液冷媒の排出が促進され、熱交換部(50a)の下部に存在する液冷媒の量が速やかに減少する。そして、連通空間(61a)内の液面の位置が、最も下方に位置する熱交換部(50a)の最下段の扁平管(33)よりも下方になると、各熱交換部(50a〜50c)を構成する全ての扁平管(33)に高圧ガス冷媒が流入する状態となる。
【0023】
第1の発明は、上記の構成に加えて、上記ガス側ヘッダ(85)は、一つの本体管部(86)と、上記第1ヘッダ集合管(60)に形成された上記連通空間(61a〜61c)と同数の接続管部(87a〜87c)とを備え、上記ガス側ヘッダ(85)の接続管部(87a〜87c)は、それぞれが対応する上記第1ヘッダ集合管(60)の連通空間(61a〜61c)に一つずつ連通し、最も下方に位置する上記熱交換部(50a)に対応する上記第1ヘッダ集合管(60)の連通空間(61a)に連通する上記接続管部(87a)は、該連通空間(61a)の下端寄りに開口し、該連通空間(61a)に連通する上記扁平管(33)の端部と向かい合うように配置され、上記排出促進手段(100)を構成するものである。
【0024】
第1の発明では、ガス側ヘッダ(85)に設けられた複数の接続管部(87a〜87c)のうち、最も下方に位置する熱交換部(50a)に対応する接続管部(87a)が、排出促進手段(100)を構成する。排出促進手段(100)を構成する接続管部(87a)は、最も下方に位置する熱交換部(50a)に対応する連通空間(61a)の下端寄りに開口し、その連通空間(61a)に連通する扁平管(33)の端部と向かい合うように配置され。
【0025】
第2の発明は、
上記の構成に加えて、上記各熱交換部(50a〜50c)は、複数の上記扁平管(33)を有する主熱交換部(51a〜51c)と、該主熱交換部(51a〜51c)の下方において上記主熱交換部(51a〜51c)と上記第2ヘッダ集合管(70)の連通空間(71a〜71c)を介して直列接続されると共に、上記主熱交換部(51a〜51c)よりも少数の扁平管(33)を有する補助熱交換部(52a〜52c)とを備え、上記第1ヘッダ集合管(60)に形成された各連通空間(61a〜61c)は、対応する上記補助熱交換部(52a〜52c)が有する扁平管(33)に連通する下側部分空間(62a〜62c)と、該下側部分空間(62a〜62c)の上方に形成されて上記主熱交換部(51a〜51c)が有する扁平管(33)に連通する上側部分空間(63a〜63c)とに仕切られる一方、上記液側接続部材(80)は、上記接続管(82a〜82c)が対応する上記下側部分空間(62a〜62c)に連通するように上記第1ヘッダ集合管(60)に接続され、上記排出促進手段(100)は、上記各主熱交換部(51a〜51c)の上記扁平管(33)の本数を該主熱交換部(51a〜51c)に対応する上記補助熱交換部(52a〜52c)の上記扁平管(33)の本数で除して得られる本数比を、最も下方に位置する上記熱交換部(50a)が最も小さくなるようにして構成され
、上記各熱交換部(50a〜50c)の上記補助熱交換部(52a〜52c)は、それぞれが有する扁平管(33)の本数が互いに等しいものである。
【0026】
上記第2の発明では、熱交換器が蒸発器として機能する場合、冷媒回路(20)を循環する冷媒は、液側接続部材(80)を通過して第1ヘッダ集合管(60)内の各下側部分空間(62a〜62c)へ分配される。その後、各下側部分空間(62a〜62c)内の冷媒は、下側部分空間(62a〜62c)に連通する補助熱交換部(52a〜52c)の扁平管(33)と、第2ヘッダ集合管(70)内の各連通空間(71a〜71c)と、該連通空間(71a〜71c)に連通する主熱交換部(51a〜51c)の扁平管(33)と、各上側部分空間(62a〜62c)とを順に通過し、ガス側ヘッダ(85)へ流入して合流する。
【0027】
また、フィン(36)に付着した霜を融かすための除霜動作時は、冷媒回路(20)を循環する冷媒が、ガス側ヘッダ(85)を通って第1ヘッダ集合管(60)内の各上側部分空間(63a〜63c)へ分配される。その後、各上側部分空間(63a〜63c)内の冷媒は、上側部分空間(63a〜63c)に連通する主熱交換部(51a〜51c)の扁平管(33)と、第2ヘッダ集合管(70)内の連通空間(71a〜71c)と、該連通空間(71a〜71c)に連通する補助熱交換部(52a〜52c)の扁平管(33)と、下側部分空間(62a〜62c)とを順に通過し、液側接続部材(80)へ流入して合流する。
【0028】
各主熱交換部(51a〜51b)を構成する扁平管(33)の本数が同じである場合、最も下方に位置する熱交換部(50a)に対応する補助熱交換部(52a)の扁平管(33)の本数が他の熱交換部(50b,50c)の補助熱交換部(52b,52c)の扁平管(33)の本数よりも多くなる。このため、除霜動作中には、補助熱交換部(52a)に対応する主熱交換部(51a)へ流入するガス冷媒の流量が、全ての補助熱交換部(52a〜52c)の扁平管(33)の本数が同数である場合に比べて多くなる。この結果、最も下方に位置する熱交換部(50a)の主熱交換部(51a)では、扁平管(33)の1本あたりのガス冷媒の流量が増加し、その主熱交換部(51a)の下端寄りに位置する扁平管(33)や該扁平管(33)に連通する第1ヘッダ集合管(60)の上側部分空間(63a)の底部に存在する液冷媒が、第2ヘッダ集合管(70)へ向かって押し流されやすくなる。つまり、最も下方に位置する熱交換部(50a)の主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出が促進される。
【0029】
また、第2の発明の熱交換器(23)において、各補助熱交換部(52a〜52c)を構成する扁平管(33)の本数が同程度である場合は、最も下方に位置する熱交換部(50a)の主熱交換部(51a)の扁平管(33)の本数が残りの熱交換部(50b,50c)の主熱交換部(51b,51c)の扁平管(33)の本数よりも少なくなる。この場合、除霜動作中に各主熱交換部(51a〜51b)へ流入するガス冷媒の流量は、概ね等しい。この結果、最も下方に位置する熱交換部(50a)の主熱交換部(51a)では、扁平管(33)の1本当たりのガス冷媒の流量が増加し、その主熱交換部(51a)の下端寄りに位置する扁平管(33)や、その扁平管(33)に連通する第1ヘッダ集合管(60)の上側部分空間(63a)の底部に存在する液冷媒が、第2ヘッダ集合管(70)へ向かって押し出されやすくなる。つまり、最も下方に位置する熱交換部(50a)の主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出が促進される。
【発明の効果】
【0030】
上述したように、従来は、除霜動作中に最も下方に位置する熱交換部(50a)の下部から液冷媒を排出するのに長時間を要していた。つまり、熱交換部(50a)の下端よりも上方に配置される分流器(81)と熱交換部(50a)の下部の扁平管(33)の出口との間に設けられる接続管(82a)にはヘッド差が生じている。このため、熱交換部(50a)に対応する連通空間(61a)へ流入したガス冷媒によって熱交換部(50a)の下部の扁平管(33)に存在する液冷媒を押し流す力よりも上記ヘッド差による液冷媒の液圧のほうが大きくなる。これにより、この扁平管(33)が位置する部分の霜を融かすことができなかった。
【0031】
これに対し、本発明では、熱交換器(23)に排出促進手段(100)が設けられており、最も下方に位置する熱交換部(50a)の下部に存在する液冷媒の量が速やかに減少する。このため、除霜動作の開始から各熱交換部(50a〜50c)を構成する全ての扁平管(33)へ高圧ガス冷媒が流入する状態になるまでの時間を短縮できる。そして、各熱交換部(50a〜50c)を構成する全ての扁平管(33)に高圧ガス冷媒が流入し始めた後は、各熱交換部(50a〜50c)の全体において霜が次第に融解してゆく。従って、本発明によれば、従来は霜の融け残りが生じていた部分(即ち、最も下方に位置する熱交換部(50a)の下部)の除霜に要する時間を短縮でき、その結果、熱交換器(23)全体の除霜に要する時間を短縮できる。
【0032】
上記第2の発明において、“各主熱交換部(51a〜51c)の扁平管(33)の本数”を“その主熱交換部(51a〜51c)に対応する補助熱交換部(52a〜52c)の扁平管(33)の本数”で除して得られる本数比は、最も下方に位置する主熱交換部(51a)とそれに対応する補助熱交換部(52a)についての本数比が最小となっている。そのため、上述したように、最も下方に位置する主熱交換部(51a)では、扁平管(33)の1本当たりのガス冷媒の流量が増加し、この主熱交換部(51a)の下端寄りに位置する扁平管(33)や、第1ヘッダ集合管(60)の連通空間(61a)の底部に存在する液冷媒が、第2ヘッダ集合管(70)へ向かって押し流されやすくなる。つまり、最も下方に位置する主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出が促進される。
【0033】
このように、第2の発明では、主熱交換部(51a〜51c)と補助熱交換部(52a〜52c)を構成する扁平管(33)の本数を調節することによって、最も下方に位置する主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出を促進することができる。従って、この発明によれば、熱交換器(23)に新たな部品等を追加することなく、熱交換器(23)全体の除霜に要する時間を短縮することができる。
【発明を実施するための形態】
【0035】
本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態および変形例は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【0036】
《
参考技術1》
参考技術1について説明する。本
参考技術1の熱交換器は、空気調和機(10)に設けられた室外熱交換器(23)である。以下では、先ず空気調和機(10)について説明し、その後に室外熱交換器(23)について詳細に説明する。
【0037】
−空気調和機−
空気調和機(10)について、
図1を参照しながら説明する。
【0038】
〈空気調和機の構成〉
空気調和機(10)は、室外ユニット(11)および室内ユニット(12)を備えている。室外ユニット(11)と室内ユニット(12)は、液側連絡配管(13)およびガス側連絡配管(14)を介して互いに接続されている。空気調和機(10)では、室外ユニット(11)、室内ユニット(12)、液側連絡配管(13)およびガス側連絡配管(14)によって、冷媒回路(20)が形成されている。
【0039】
冷媒回路(20)には、圧縮機(21)と、四方切換弁(22)と、室外熱交換器(23)と、膨張弁(24)と、室内熱交換器(25)とが設けられている。圧縮機(21)、四方切換弁(22)、室外熱交換器(23)、および膨張弁(24)は、室外ユニット(11)に収容されている。室外ユニット(11)には、室外熱交換器(23)へ室外空気を供給するための室外ファン(15)が設けられている。一方、室内熱交換器(25)は、室内ユニット(12)に収容されている。室内ユニット(12)には、室内熱交換器(25)へ室内空気を供給するための室内ファン(16)が設けられている。
【0040】
冷媒回路(20)は、冷媒が充填された閉回路である。冷媒回路(20)において、圧縮機(21)は、その吐出管が四方切換弁(22)の第1のポートに、その吸入管が四方切換弁(22)の第2のポートに、それぞれ接続されている。また、冷媒回路(20)では、四方切換弁(22)の第3のポートから第4のポートへ向かって順に、室外熱交換器(23)と、膨張弁(24)と、室内熱交換器(25)とが配置されている。
【0041】
圧縮機(21)は、スクロール型またはロータリ型の全密閉型圧縮機である。四方切換弁(22)は、第1のポートが第3のポートと連通し且つ第2のポートが第4のポートと連通する第1状態(
図1に
破線で示す状態)と、第1のポートが第4のポートと連通し且つ第2のポートが第3のポートと連通する第2状態(
図1に
実線で示す状態)とに切り換わる。膨張弁(24)は、いわゆる電子膨張弁である。
【0042】
室外熱交換器(23)は、室外空気を冷媒と熱交換させる。室外熱交換器(23)については後述する。一方、室内熱交換器(25)は、室内空気を冷媒と熱交換させる。室内熱交換器(25)は、円管である伝熱管を備えたいわゆるクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器によって構成されている。
【0043】
〈空気調和機の運転動作〉
空気調和機(10)は、冷房運転と暖房運転と除霜運転を選択的に行う。
【0044】
冷房運転中および暖房運転中の空気調和機(10)では、室外ファン(15)及び室内ファン(16)が作動する。室外ファン(15)は室外熱交換器(23)へ室外空気を供給し、室内ファン(16)は室内熱交換器(25)へ室内空気を供給する。
【0045】
冷房運転中の冷媒回路(20)では、四方切換弁(22)を第1状態に設定した状態で、冷凍サイクルが行われる。この状態では、室外熱交換器(23)、膨張弁(24)、室内熱交換器(25)の順に冷媒が循環し、室外熱交換器(23)が凝縮器として機能し、室内熱交換器(25)が蒸発器として機能する。室外熱交換器(23)では、圧縮機(21)から流入したガス冷媒が室外空気へ放熱して凝縮し、凝縮後の冷媒が膨張弁(24)へ向けて流出してゆく。室内ユニット(12)は、室内熱交換器(25)において冷却された空気を室内へ吹き出す。
【0046】
暖房運転中の冷媒回路(20)では、四方切換弁(22)を第2状態に設定した状態で、冷凍サイクルが行われる。この状態では、室内熱交換器(25)、膨張弁(24)、室外熱交換器(23)の順に冷媒が循環し、室内熱交換器(25)が凝縮器として機能し、室外熱交換器(23)が蒸発器として機能する。室外熱交換器(23)には、膨張弁(24)を通過する際に膨張して気液二相状態となった冷媒が流入する。室外熱交換器(23)へ流入した冷媒は、室外空気から吸熱して蒸発し、その後に圧縮機(21)へ向けて流出してゆく。室内ユニット(12)は、室内熱交換器(25)において加熱された空気を室内へ吹き出す。
【0047】
室外熱交換器(23)が蒸発器として機能する暖房運転中には、室外空気中の水分が霜となって室外熱交換器(23)の表面に付着する場合がある。室外熱交換器(23)に霜が付着すると、冷媒と室外空気の熱交換が霜によって阻害され、空気調和機(10)の暖房能力が低下する。そこで、空気調和機(10)は、室外熱交換器(23)に所定程度以上の霜が付着していることを示す除霜開始条件が成立すると、暖房運転を一時的に休止して除霜運転を行う。
【0048】
除霜運転中の空気調和機(10)では、室外ファン(15)及び室内ファン(16)が停止する。除霜運転中の冷媒回路(20)では、四方切換弁(22)が第1状態に設定され、圧縮機(21)が作動する。また、除霜運転中は、圧縮機(21)の回転速度が下限値に設定される。除霜運転中の冷媒回路(20)では、冷房運転中と同様に冷媒が循環する。つまり、室外熱交換器(23)へは、圧縮機(21)から吐出された高温高圧のガス冷媒が供給される。室外熱交換器(23)に付着した霜は、このガス冷媒によって暖められて融解する。室外熱交換器(23)を通過した冷媒は、膨張弁(24)と室内熱交換器(25)を順に通過し、その後に圧縮機(21)へ吸い込まれて圧縮される。
【0049】
−室外熱交換器−
室外熱交換器(23)について、
図2〜
図4を適宜参照しながら説明する。なお、以下の説明に示す扁平管(33)の本数は、何れも単なる一例である。
【0050】
〈室外熱交換器の構成〉
図2及び
図3に示すように、室外熱交換器(23)は、一つの第1ヘッダ集合管(60)と、一つの第2ヘッダ集合管(70)と、多数の扁平管(33)と、多数のフィン(36)とを備えている。第1ヘッダ集合管(60)、第2ヘッダ集合管(70)、扁平管(33)、及びフィン(36)は、何れもアルミニウム合金製の部材であって、互いにロウ付けによって接合されている。
【0051】
第1ヘッダ集合管(60)と第2ヘッダ集合管(70)は、何れも両端が閉塞された細長い中空円筒状に形成されている。
図2及び
図3では、室外熱交換器(23)の左端に第1ヘッダ集合管(60)が立設され、室外熱交換器(23)の右端に第2ヘッダ集合管(70)が立設されている。つまり、第1ヘッダ集合管(60)と第2ヘッダ集合管(70)は、それぞれの軸方向が上下方向となる姿勢で設置されている。
【0052】
図4にも示すように、扁平管(33)は、その断面形状が扁平な長円形あるいは角の丸い矩形となった伝熱管である。室外熱交換器(23)において、複数の扁平管(33)は、その伸長方向が左右方向となり、且つそれぞれの平坦面が互いに向かい合う姿勢で配置されている。また、複数の扁平管(33)は、互いに一定の間隔をおいて上下に並んで配置され、それぞれの伸長方向が実質的に平行になっている。
図3に示すように、各扁平管(33)は、その一端部が第1ヘッダ集合管(60)に挿入され、その他端部が第2ヘッダ集合管(70)に挿入されている。
【0053】
図4に示すように、各扁平管(33)には、複数の流体通路(34)が形成されている。各流体通路(34)は、扁平管(33)の伸長方向に延びる通路である。各扁平管(33)において、複数の流体通路(34)は、扁平管(33)の伸長方向と直交する幅方向に一列に並んでいる。各扁平管(33)に形成された複数の流体通路(34)は、それぞれの一端が第1ヘッダ集合管(60)の内部空間に連通し、それぞれの他端が第2ヘッダ集合管(70)の内部空間に連通している。室外熱交換器(23)へ供給された冷媒は、扁平管(33)の流体通路(34)を流れる間に空気と熱交換する。
【0054】
図4に示すように、フィン(36)は、金属板をプレス加工することによって形成された縦長の板状フィンである。フィン(36)には、フィン(36)の前縁(即ち、風上側の縁部)からフィン(36)の幅方向に延びる細長い切り欠き部(45)が、多数形成されている。フィン(36)では、多数の切り欠き部(45)が、フィン(36)の長手方向(上下方向)に一定の間隔で形成されている。切り欠き部(45)の風下寄りの部分は、管挿入部(46)を構成している。管挿入部(46)は、上下方向の幅が扁平管(33)の厚さと実質的に等しく、長さが扁平管(33)の幅と実質的に等しい。扁平管(33)は、フィン(36)の管挿入部(46)に差し込まれ、管挿入部(46)の周縁部とロウ付けによって接合される。また、フィン(36)には、伝熱を促進するためのルーバー(40)が形成されている。
【0055】
図3に示すように、室外熱交換器(23)では、上下に隣り合う扁平管(33)の間の空間が、フィン(36)によって複数の通風路(37)に区画される。室外熱交換器(23)は、扁平管(33)の流体通路(34)を流れる冷媒を、通風路(37)を流れる空気と熱交換させる。
【0056】
図2に示すように、室外熱交換器(23)は、三つの熱交換部(50a〜50c)に区分されている。具体的に、室外熱交換器(23)には、下から上に向かって順に第1熱交換部(50a)と、第2熱交換部(50b)と、第3熱交換部(50c)とが形成されている。室外熱交換器(23)の各熱交換部(50a〜50c)は、主熱交換部(51a〜51c)と、補助熱交換部(52a〜52c)に区分されている。各熱交換部(50a〜50c)では、補助熱交換部(52a〜52c)を構成する扁平管(33b)の本数が、主熱交換部(51a〜51c)を構成する扁平管(33a)の本数よりも少なくなっている。なお、室外熱交換器(23)に形成される熱交換部(50a〜50c)の数は、例えば二つであってもよいし、四つ以上であってもよい。室外熱交換器(23)に形成される熱交換部(50a〜50c)の数は、各熱交換部(50a〜50c)の高さが概ね350mm以下(望ましくは、300〜350mm程度)となるように、室外熱交換器(23)の高さに応じて適当に設定される。
【0057】
第1ヘッダ集合管(60)及び第2ヘッダ集合管(70)の内部空間は、複数の仕切板(39)によって上下に仕切られている。第1ヘッダ集合管(60)と第2ヘッダ集合管(70)のそれぞれには、その内部空間を仕切板(39a,39b)で仕切ることによって、三つの連通空間(61a〜61c,71a〜71c)が形成される。各ヘッダ集合管(60,70)において、最も下に位置する第1連通空間(61a,71a)は第1熱交換部(50a)の扁平管(33)に連通し、第1連通空間(61a,71a)の上側に隣接する第2連通空間(61b,71b)は第2熱交換部(50b)の扁平管(33)に連通し、最も上に位置する第3連通空間(61c,71c)は第3熱交換部(50c)の扁平管(33)に連通する。
【0058】
第1ヘッダ集合管(60)の各連通空間(61a〜61c)は、更に仕切板(39c)によって上下に仕切られている。第1ヘッダ集合管(60)の第1〜第3連通空間(61a〜61c)では、下側の空間が下側部分空間である第1〜第3下側部分空間(62a〜62c)となり、上側の空間が上側部分空間である第1〜第3上側部分空間(63a〜63c)となっている。
【0059】
第1ヘッダ集合管(60)において、各下側部分空間(62a〜62c)は、対応する熱交換部(50a〜50c)の補助熱交換部(52a〜52c)の扁平管(33)に連通し、各上側部分空間(63a〜63c)は、対応する熱交換部(50a〜50c)の主熱交換部(51a〜51c)の扁平管(33)に連通している。つまり、第1ヘッダ集合管(60)の第1連通空間(61a)では、第1下側部分空間(62a)が第1熱交換部(50a)の下端寄りの第1補助熱交換部(52a)の扁平管(33)に連通し、第1上側部分空間(63a)が第1熱交換部(50a)の第1主熱交換部(51a)の扁平管(33)に連通する。また、第1ヘッダ集合管(60)の第2連通空間(61b)では、第2下側部分空間(62b)が第2熱交換部(50b)の下端寄りの第2補助熱交換部(52b)の扁平管(33)に連通し、第2上側部分空間(63b)が第2熱交換部(50b)の第2主熱交換部(51b)の扁平管(33)に連通する。また、第1ヘッダ集合管(60)の第3連通空間(61c)では、第3下側部分空間(62c)が第3熱交換部(50c)の下端寄りの第3補助熱交換部(52c)の扁平管(33)に連通し、第3上側部分空間(63c)が第3熱交換部(50c)の第3主熱交換部(51c)の扁平管(33)に連通する。
【0060】
第2ヘッダ集合管(70)において、各連通空間(71a〜71c)は、対応する熱交換部(50a〜50c)の全ての扁平管(33)と連通している。つまり、第2ヘッダ集合管(70)の第1連通空間(71a)には、第1熱交換部(50a)の全ての扁平管(33)が連通する。また、第2ヘッダ集合管(70)の第2連通空間(71b)には、第2熱交換部(50b)の全ての扁平管(33)が連通する。また、第2ヘッダ集合管(70)の第3連通空間(71c)には、第3熱交換部(50c)の全ての扁平管(33)が連通する。
【0061】
室外熱交換器(23)の各熱交換部(50a〜50c)は、主熱交換部(51a〜51c)と、補助熱交換部(52a〜52c)に区分されている。各熱交換部(50a〜50c)では、対応する第1ヘッダ集合管(60)の上側部分空間(63a〜63c)に連通する扁平管(33a)が主熱交換部(51a〜51c)を構成し、対応する第1ヘッダ集合管(60)の下側部分空間(62a〜62c)に連通する扁平管(33b)が補助熱交換部(52a〜52c)を構成している。各熱交換部(50a〜50c)では、補助熱交換部(52a〜52c)を構成する扁平管(33b)の本数が、主熱交換部(51a〜51c)を構成する扁平管(33a)の本数よりも少なくなっている。
【0062】
具体的に、第1熱交換部(50a)では、第1主熱交換部(51a)が第1上側部分空間(63a)に連通する22本の扁平管(33a)を備え、第1補助熱交換部(52a)が第1下側部分空間(62a)に連通する5本の扁平管(33b)を備えている。また、第2熱交換部(50b)では、第2主熱交換部(51b)が第2上側部分空間(63b)に連通する22本の扁平管(33a)を備え、第2補助熱交換部(52b)が第2下側部分空間(62b)に連通する3本の扁平管(33b)を備えている。また、第3熱交換部(50c)では、第3主熱交換部(51c)が第3上側部分空間(63c)に連通する24本の扁平管(33a)を備え、第3補助熱交換部(52c)が第3下側部分空間(62c)に連通する3本の扁平管(33b)を備えている。
【0063】
ここで、第1熱交換部(50a)における第1主熱交換部(51a)の扁平管(33a)の本数(22本)を第1補助熱交換部(52a)の扁平管(33b)の本数(5本)で除して得られる本数比を、R
1(=22/5=4.4)とする。また、第2熱交換部(50b)における第2主熱交換部(51b)の扁平管(33a)の本数(22本)を第2補助熱交換部(52b)の扁平管(33b)の本数(3本)で除して得られる本数比を、R
2(=22/3≒7.3)とする。また、第3熱交換部(50c)における第3主熱交換部(51c)の扁平管(33a)の本数(24本)を第3補助熱交換部(52c)の扁平管(33b)の本数(3本)で除して得られる本数比を、R
3(=24/3=8.0)とする。本
参考技術1の室外熱交換器(23)において、各熱交換部(50a〜50c)についての本数比は、最も下方に位置する第1熱交換部(50a)についての本数比R
1が最小となっている。
【0064】
本
参考技術1の室外熱交換器(23)では、本数比R1が最小である第1主熱交換部(51a)及び第1補助熱交換部(52a)が、除霜動作時に第1主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出を促進するための排出促進手段(100)を構成している。
【0065】
室外熱交換器(23)の各熱交換部(50a〜50c)では、第1ヘッダ集合管(60)の仕切板(39c)の高さに位置する部分が、主熱交換部(51a〜51c)と補助熱交換部(52a〜52c)の境界部(55)となっている。また、室外熱交換器(23)では、対応する第1ヘッダ集合管(60)の仕切板(39a)と第2ヘッダ集合管(70)の仕切板(39b)の間の部分が、熱交換部(50a〜50c)同士の境界部(56)となっている。
【0066】
図2に示すように、室外熱交換器(23)には、液側接続部材(80)とガス側ヘッダ(85)とが設けられている。液側接続部材(80)及びガス側ヘッダ(85)は、第1ヘッダ集合管(60)に取り付けられている。
【0067】
液側接続部材(80)は、一つの分流器(81)と、三本の細径管(82a〜82c)とを備えている。液側接続部材(80)を構成する分流器(81)及び細径管(82a〜82c)の材質は、ヘッダ集合管(60,70)や扁平管(33)と同様のアルミニウム合金である。分流器(81)の下端部には、室外熱交換器(23)と膨張弁(24)を繋ぐ銅製の液側連絡配管(17)が、図外の継手を介して接続されている。分流器(81)の上端部には、各細径管(82a〜82c)の一端が接続されている。分流器(81)の内部では、その下端部に接続された配管と、各細径管(82a〜82c)とが連通している。各細径管(82a〜82c)の他端は、第1ヘッダ集合管(60)に接続され、対応する下側部分空間(62a〜62c)に連通している。各細径管(82a〜82c)は、ロウ付けによって第1ヘッダ集合管(60)と接合されている。細径管(82a)は、一端が分流器(81)の上端に接続されると共に下方に折れ曲がって延びて他端が第1補助熱交換部(52a)の扁平管(33b)の端部に接続されている。つまり、分流器(81)は、第1熱交換部(50a)の補助熱交換部(52a)の最下端の扁平管(33b)よりも上部に配置されている。
【0068】
図3に示すように、各細径管(82a〜82c)は、対応する下側部分空間(62a〜62c)の下端寄りの部分(即ち、下側部分空間(62a〜62c)の上下方向の中央よりも下側の部分)に開口している。つまり、第1細径管(82a)は第1下側部分空間(62a)の下端寄りの部分に開口し、第2細径管(82b)は第2下側部分空間(62b)の下端寄りの部分に開口し、第3細径管(82c)は第3下側部分空間(62c)の下端寄りの部分に開口している。なお、各細径管(82a〜82c)の長さは、各熱交換部(50a〜50c)へ流入する冷媒の流量の差がなるべく小さくなるように、個別に設定されている。
【0069】
ガス側ヘッダ(85)は、一つの本体管部(86)と、三つの接続管部(87a〜87c)とを備えている。ガス側ヘッダ(85)を構成する本体管部(86)及び接続管部(87a〜87c)の材質は、ヘッダ集合管(60,70)や扁平管(33)と同様のアルミニウム合金である。本体管部(86)は、その上端部が逆U字状に曲がった比較的大径の管状に形成されている。本体管部(86)の上側の端部には、室外熱交換器(23)と四方切換弁(22)の第3のポートを繋ぐ銅製の配管(18)が、図外の継手を介して接続されている。本体管部(86)の下側の端部は、閉塞されている。接続管部(87a〜87c)は、本体管部(86)の直線状の部分から側方に突出している。
【0070】
図3に示すように、各接続管部(87a〜87c)は、ロウ付けによって第1ヘッダ集合管(60)と接合されている。各接続管部(87a〜87c)の突端は、対応する上側部分空間(63a〜63c)の上端寄りの部分(即ち、上側部分空間(63a〜63c)の上下方向の中央よりも上側の部分)に開口している。つまり、第1接続管部(87a)は第1上側部分空間(63a)の上端寄りの部分に開口し、第2接続管部(87b)は第2上側部分空間(63b)の上端寄りの部分に開口し、第3接続管部(87c)は第3上側部分空間(63c)の上端寄りの部分に開口している。
【0071】
〈室外熱交換器における冷媒の流れ/暖房運転中の場合〉
空気調和機(10)の暖房運転中には、室外熱交換器(23)が蒸発器として機能する。暖房運転中における室外熱交換器(23)での冷媒の流れを説明する。
【0072】
室外熱交換器(23)には、膨張弁(24)を通過する際に膨張して気液二相状態となった冷媒が供給される。膨張弁(24)を通過した冷媒は、液側接続部材(80)の分流器(81)へ流入した後に三本の細径管(82a〜82c)へ分かれて流入し、各熱交換部(50a〜50c)へ分配される。
【0073】
液側接続部材(80)から各熱交換部(50a〜50c)へ分配された冷媒は、第1ヘッダ集合管(60)の対応する下側部分空間(62a〜62c)へ流入し、各下側部分空間(62a〜62c)に連通する扁平管(33b)へ分配される。各扁平管(33b)の流体通路(34)へ流入した冷媒は、流体通路(34)を流れる間に室外空気から吸熱し、一部の液冷媒が蒸発する。扁平管(33b)の流体通路(34)を通過した冷媒は、第2ヘッダ集合管(70)の対応する連通空間(71a〜71c)へ流入する。つまり、第2ヘッダ集合管(70)の各連通空間(71a〜71c)では、対応する熱交換部(50a〜50c)の補助熱交換部(52a〜52c)の各扁平管(33b)を通過した冷媒が合流する。
【0074】
第2ヘッダ集合管(70)の各連通空間(71a〜71c)へ流入した冷媒は、依然として気液二相状態のままである。各連通空間(71a〜71c)内の冷媒は、対応する熱交換部(50a〜50c)の主熱交換部(51a〜51c)の扁平管(33a)へ分配される。各扁平管(33a)の流体通路(34)へ流入した冷媒は、流体通路(34)を流れる間に室外空気から吸熱して蒸発し、ほぼガス単相状態となって第1ヘッダ集合管(60)の対応する上側部分空間(63a〜63c)へ流入する。
【0075】
第1ヘッダ集合管(60)の各上側部分空間(63a〜63c)へ流入した冷媒は、ガス側ヘッダ(85)の接続管部(87a〜87c)を通って本体管部(86)へ流入する。本体管部(86)では、各接続管部(87a〜87c)から流入した冷媒が合流する。本体管部(86)において合流した冷媒は、室外熱交換器(23)から圧縮機(21)へ向かって流出してゆく。
【0076】
〈室外熱交換器における冷媒の流れ/除霜動作中の場合〉
上述したように、空気調和機(10)は、暖房運転中に所定の除霜開始条件が成立すると、暖房運転を一時的に休止して除霜運転を行う。空気調和機(10)の除霜運転中には、室外熱交換器(23)が除霜動作を行う。ここでは、除霜動作中の室外熱交換器(23)における冷媒の流れについて、
図5を参照しながら説明する。なお、
図5のドットを付した部分は、室外熱交換器(23)において液冷媒が存在する領域を示す。
【0077】
空気調和機(10)の暖房運転中には、室外熱交換器(23)が蒸発器として機能する。ところが、室外熱交換器(23)に多量の霜が付着した状態では、冷媒が室外空気から殆ど吸熱できない状態となる。このため、
図5(a)に示すように、除霜運転の開始時には、室外熱交換器(23)の大部分が液冷媒で満たされた状態となる。
【0078】
空気調和機(10)の除霜運転が開始されると、圧縮機(21)から吐出された高温高圧のガス冷媒が、ガス側ヘッダ(85)の本体管部(86)へ流入した後に三つの接続管部(87a〜87c)へ分かれて流入し、各熱交換部(50a〜50c)へ分配される。
【0079】
ガス側ヘッダ(85)から各熱交換部(50a〜50c)へ分配された冷媒は、第1ヘッダ集合管(60)の対応する上側部分空間(63a〜63c)へ流入し、各上側部分空間(63a〜63c)に連通する扁平管(33a)へ分配される。各扁平管(33a)の流体通路(34)へ流入した冷媒は、流体通路(34)を流れる間に霜に対して放熱して凝縮する。室外熱交換器(23)に付着した霜は、ガス冷媒によって暖められて融解する。
【0080】
室外熱交換器(23)を流れるガス冷媒は、霜が既に融けた部分では殆ど凝縮せず、霜が残っている部分に到達すると放熱して凝縮する。このため、
図5(b)〜(e)に示すように、除霜動作中の室外熱交換器(23)の各主熱交換部(51a〜51c)では、ガス冷媒の存在する領域(即ち、霜が融解した領域)が第1ヘッダ集合管(60)から第2ヘッダ集合管(70)へ向かって次第に拡大してゆく。
【0081】
ここで、本
参考技術1の室外熱交換器(23)では、第1補助熱交換部(52a)を構成する扁平管(33b)の本数(5本)が、残りの補助熱交換部(52b,52c)を構成する扁平管(33b)の本数(3本)よりも多くなっている。従って、第1補助熱交換部(52a)を構成する扁平管(33b)の本数が残りの補助熱交換部(52b,52c)と同じ3本である場合に比べて、除霜動作中に第1主熱交換部(51a)へ流入する冷媒の流量が多くなる。除霜動作中に第1主熱交換部(51a)へ流入する冷媒の流量が多くなると、第1主熱交換部(51a)の各扁平管(33a)における冷媒の流量も多くなる。このため、第1主熱交換部(51a)の下端寄りに位置する扁平管(33a)に存在する液冷媒を第2ヘッダ集合管(70)へ向かって押し流す力が強くなり、液側接続部材(80)の細径管(82a)におけるヘッド差による液冷媒の液圧に打ち勝って第1主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出が促進される。
【0082】
このように、最も下方に位置する第1主熱交換部(51a)では、各扁平管(33a)内の液冷媒を第2ヘッダ集合管(70)側へ押す力が強くなる。そのため、第1主熱交換部(51a)においても、ガス冷媒の存在する領域(即ち、霜が融解した領域)の拡大する速度が速くなる。つまり、第1主熱交換部(51a)の下端寄りに位置する扁平管(33a)においても、ガス冷媒の存在する領域の拡大する速度が速くなる。
【0083】
そして、室外熱交換器(23)の内部が実質的にガス冷媒だけとなった状態(即ち、
図5(f)に示す状態)では、室外熱交換器(23)に付着した霜の全てが融けている。そこで、室外熱交換器(23)がこの状態になると、空気調和機(10)は除霜運転を終了する。
【0084】
−
参考技術1の効果−
上記
参考技術1によれば、従来は、除霜動作中に最も下方に位置する第1熱交換部(50a)の下部から液冷媒を排出するのに長時間を要していた。つまり、第1熱交換部(50a)の下端よりも上方に配置される分流器(81)と、第1熱交換部(50a)の下部の扁平管(33a)の出口との間に設けられる第1細径管(82a)には液冷媒のヘッド差が生じている。このため、第1熱交換部(50a)に対応する第1連通空間(61a)へ流入したガス冷媒が第1熱交換部(50a)の下部の扁平管(33a)に存在する液冷媒を押し流す力よりも上記ヘッド差による液圧が大きくなる。これにより、この扁平管(33a)が位置する部分の霜を融かすことができなかった。
【0085】
これに対し、上記
参考技術1では、室外熱交換器(23)に排出促進手段(100)が設けられており、最も下方に位置する第1熱交換部(50a)の下部に存在する液冷媒の量が速やかに減少する。このため、除霜動作の開始から各熱交換部(50a〜50c)を構成する全ての扁平管(33)へ高圧ガス冷媒が流入する状態になるまでの時間を短縮できる。そして、各熱交換部(50a〜50c)を構成する全ての扁平管(33)に高圧ガス冷媒が流入し始めた後は、各熱交換部(50a〜50c)の全体において霜が次第に融解してゆく。従って、
参考技術1によれば、従来は霜の融け残りが生じていた部分(即ち、最も下方に位置する第1熱交換部(50a)の下部)の除霜に要する時間を短縮でき、その結果、室外熱交換器(23)全体の除霜に要する時間を短縮できる。
【0086】
また、“各主熱交換部(51a〜51c)の扁平管(33)の本数”を“その主熱交換部(51a〜51c)に対応する補助熱交換部(52a〜52c)の扁平管(33)の本数”で除して得られる本数比は、最も下方に位置する第1主熱交換部(51a)とそれに対応する第1補助熱交換部(52a)についての本数比が最小となっている。そのため、上述したように、最も下方に位置する第1主熱交換部(51a)では、扁平管(33a)の1本当たりのガス冷媒の流量が増加し、この第1主熱交換部(51a)の下端寄りに位置する扁平管(33a)や、第1ヘッダ集合管(60)の第1連通空間(61a)の底部に存在する液冷媒が、第2ヘッダ集合管(70)へ向かって押し流されやすくなる。つまり、最も下方に位置する第1主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出が促進される。
【0087】
このように、上記
参考技術1では、各主熱交換部(51a〜51c)と各補助熱交換部(52a〜52c)を構成する扁平管(33)の本数を調節することによって、最も下方に位置する第1主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出を促進することができる。従って、
参考技術1によれば、室外熱交換器(23)に新たな部品等を追加することなく、室外熱交換器(23)全体の除霜に要する時間を短縮することができる。
【0088】
−
参考技術1の変形例−
本
参考技術1の室外熱交換器(23)について、上述した各主熱交換部(51a〜51c)の扁平管(33a)の本数と、各補助熱交換部(52a〜52c)の扁平管(33b)の本数とは、単なる一例である。
【0089】
本
参考技術1の変形例の室外熱交換器(23)では、第1主熱交換部(51a)を構成する扁平管(33a)の本数を20本とし、第2主熱交換部(51b)を構成する扁平管(33a)の本数を22本とし、第3主熱交換部(51c)を構成する扁平管(33a)の本数を24本とし、第1補助熱交換部(52a)を構成する扁平管(33b)の本数を7本とし、第2補助熱交換部(52b)を構成する扁平管(33b)の本数を3本とし、第3補助熱交換部(52c)を構成する扁平管(33b)の本数を3本としてもよい。
【0090】
この場合、第1主熱交換部(51a)の扁平管(33a)の本数(20本)を第1補助熱交換部(52a)の扁平管(33b)の本数(7本)で除して得られる本数比R
1は、R
1=20/7≒2.9である。また、第2主熱交換部(51b)の扁平管(33a)の本数(22本)を第2補助熱交換部(52b)の扁平管(33b)の本数(3本)で除して得られる本数比R
2は、R
2=22/3≒7.3である。また、第3主熱交換部(51c)の扁平管(33a)の本数(24本)を第3補助熱交換部(52c)の扁平管(33b)の本数(3本)で除して得られる本数比R
3は、R
3=24/3=8.0である。この場合も、各主熱交換部(51a〜51c)についての本数比は、主熱交換部(51a〜51c)のうち最も下方に位置する第1主熱交換部(51a)についての本数比R
1が最小である。
【0091】
また、本
参考技術1の変形例の室外熱交換器(23)では、第1主熱交換部(51a)を構成する扁平管(33a)の本数を19本とし、第2主熱交換部(51b)を構成する扁平管(33a)の本数を22本とし、第3主熱交換部(51c)を構成する扁平管(33a)の本数を24本とし、第1補助熱交換部(52a)を構成する扁平管(33b)の本数を8本とし、第2補助熱交換部(52b)を構成する扁平管(33b)の本数を3本とし、第3補助熱交換部(52c)を構成する扁平管(33b)の本数を3本としてもよい。
【0092】
この場合、第1主熱交換部(51a)の扁平管(33a)の本数(19本)を第1補助熱交換部(52a)の扁平管(33b)の本数(8本)で除して得られる本数比R
1は、R
1=19/8≒2.4である。また、第2主熱交換部(51b)の扁平管(33a)の本数(22本)を第2補助熱交換部(52b)の扁平管(33b)の本数(3本)で除して得られる本数比R
2は、R
2=22/3≒7.3である。また、第3主熱交換部(51c)の扁平管(33a)の本数(24本)を第3補助熱交換部(52c)の扁平管(33b)の本数(3本)で除して得られる本数比R
3は、R
3=24/3=8.0である。この場合も、各主熱交換部(51a〜51c)についての本数比は、主熱交換部(51a〜51c)のうち最も下方に位置する第1主熱交換部(51a)についての本数比R
1が最小である。
【0093】
《発明の実施形態
1》
本発明の実施形態
1について説明する。本実施形態
1の室外熱交換器(23)は、
参考技術1の室外熱交換器(23)において、各主熱交換部(51a〜51c)の扁平管(33a)の本数と、第1補助熱交換部(52a)の扁平管(33b)の本数とを変更したものである。ここでは、本実施形態
1の室外熱交換器(23)について、
参考技術1と異なる点を説明する。なお、
参考技術1と同様に、以下の説明に示す扁平管(33)の本数は、単なる一例である。
【0094】
図6に示すように、本実施形態
1の室外熱交換器(23)では、各補助熱交換部(52a〜52c)を構成する扁平管(33b)の本数が互いに一致している。具体的に、本実施形態の室外熱交換器(23)では、第1主熱交換部(51a)を構成する扁平管(33a)の本数が16本となり、第2主熱交換部(51b)を構成する扁平管(33a)の本数が26本となり、第3主熱交換部(51c)を構成する扁平管(33a)の本数が28本となり、第1補助熱交換部(52a)を構成する扁平管(33b)の本数が3本となり、第2補助熱交換部(52b)を構成する扁平管(33b)の本数が3本となり、第3補助熱交換部(52c)を構成する扁平管(33b)の本数が3本となっている。
【0095】
第1主熱交換部(51a)の扁平管(33a)の本数(16本)を第1補助熱交換部(52a)の扁平管(33b)の本数(3本)で除して得られる本数比R
1は、R
1=16/3≒5.3である。また、第2主熱交換部(51b)の扁平管(33a)の本数(26本)を第2補助熱交換部(52b)の扁平管(33b)の本数(3本)で除して得られる本数比R
2は、R
2=26/3≒8.7である。また、第3主熱交換部(51c)の扁平管(33a)の本数(28本)を第3補助熱交換部(52c)の扁平管(33b)の本数(3本)で除して得られる本数比R
3は、R
3=28/3≒9.3である。本実施形態
1の室外熱交換器(23)では、各主熱交換部(51a〜51c)についての本数比は、主熱交換部(51a〜51c)のうち最も下方に位置する第1主熱交換部(51a)についての本数比R
1が最小となっている。
【0096】
本実施形態
1の室外熱交換器(23)では、
参考技術1と同様に、本数比R
1が最小である第1主熱交換部(51a)及び第1補助熱交換部(52a)が、除霜動作時に第1主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出を促進するための排出促進手段(100)を構成している。
【0097】
〈室外熱交換器における冷媒の流れ/除霜動作中の場合〉
空気調和機(10)の除霜運転中において、本実施形態
1の室外熱交換器(23)では、圧縮機(21)から吐出された高温高圧のガス冷媒が、ガス側ヘッダ(85)の本体管部(86)へ流入した後に三つの接続管部(87a〜87c)へ分かれて流入し、各熱交換部(50a〜50c)へ分配される。
【0098】
ガス側ヘッダ(85)から各熱交換部(50a〜50c)へ分配された冷媒は、第1ヘッダ集合管(60)の対応する上側部分空間(63a〜63c)へ流入し、上側部分空間(63a〜63c)に連通する扁平管(33a)へ分配される。各扁平管(33a)の流体通路(34)へ流入した冷媒は、流体通路(34)を流れる間に霜に対して放熱して凝縮する。室外熱交換器(23)に付着した霜は、ガス冷媒によって暖められて融解する。そして、本実施形態
1の室外熱交換器(23)では、霜の融けた領域が拡大するにつれてガス冷媒が存在する領域が拡大し、最終的には室外熱交換器(23)のほぼ全域にガス冷媒が存在する状態となる。
【0099】
ここで、本実施形態
1の室外熱交換器(23)では、各補助熱交換部(52a〜52c)を構成する扁平管(33b)の本数が互いに一致している。従って、この室外熱交換器(23)では、除湿動作中に主熱交換部(51a〜51c)へ流入する冷媒の流量が、概ね等しくなる。一方、この室外熱交換器(23)では、第1主熱交換部(51a)を構成する扁平管(33a)の本数が、残りの主熱交換部(51b,51c)を構成する扁平管(33a)の本数よりも少ない。従って、第1主熱交換部(51a)における扁平管(33a)の1本当たりの冷媒の流量は、残りの主熱交換部(51b,51c)における扁平管(33a)の1本当たりの冷媒の流量に比べて、多くなる。
【0100】
このため、第1主熱交換部(51a)の各扁平管(33a)内の液冷媒を第2ヘッダ集合管(70)側へ押す力が強くなる。その結果、第1主熱交換部(51a)の下端寄りに位置する扁平管(33a)に存在する液冷媒を第2ヘッダ集合管(70)へ向かって押し流す力が強くなり、液側接続部材(80)の細径管(82a)におけるヘッド差による液冷媒の液圧に打ち勝って第1主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出が促進される。
【0101】
従って、本実施形態
1によれば、
参考技術1と同様に、従来は霜の融け残りが生じていた部分(即ち、最も下方に位置する第1主熱交換部(51a)の下部)の除霜に要する時間を短縮でき、その結果、室外熱交換器(23)全体の除霜に要する時間を短縮できる。
【0102】
《発明の実施形態
2》
本発明の実施形態
2について説明する。
図7および
図8に示すように、本実施形態
2の室外熱交換器(23)は、実施形態
1の室外熱交換器(23)において、各主熱交換部(51a〜51c)の扁平管(33a)の本数と、排出促進手段(100)の構成とを変更したものである。ここでは、本実施形態
2の室外熱交換器(23)について、実施形態
1と異なる点を説明する。
【0103】
本実施形態
2の室外熱交換器(23)では、第1主熱交換部(51a)を構成する扁平管(33a)の本数が24本となり、第2主熱交換部(51b)を構成する扁平管(33a)の本数が22本となり、第3主熱交換部(51c)を構成する扁平管(33a)の本数が24本となっている。各補助熱交換部(52a〜52c)を構成する扁平管(33b)の本数が3本である点は、実施形態
1の室外熱交換器(23)と同様である。
【0104】
本実施形態
2の室外熱交換器(23)では、第1接続管部(87a)が第1上側部分空間(63a)の下端寄りの部分に開口している。つまり、第1接続管部(87a)は、除霜動作時に第1ヘッダ集合管(60)内の第1上側部分空間(63a)の底部へガス冷媒を導入するための配管であって、除霜動作時に第1主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出を促進するための排出促進手段(100)を構成している。
【0105】
空気調和機(10)の除霜運転中において、本実施形態
2の室外熱交換器(23)では、圧縮機(21)から吐出された高温高圧のガス冷媒が、ガス側ヘッダ(85)の本体管部(86)へ流入した後に、第1接続管部(87a)から第1ヘッダ集合管(60)の第1上側部分空間(63a)の下部へ供給される。その際、第1接続管部(87a)の端部からは、第1主熱交換部(51a)の下端寄りに位置する扁平管(33a)へ向かってガス冷媒が吹き出す。そして、第1上側部分空間(63a)の底部に存在する液冷媒は、第1接続管部(87a)から吹き出たガス冷媒と共に扁平管(33a)へ流れ込んでゆく。また、第1上側部分空間(63a)の底部に連通する扁平管(33a)(即ち、第1主熱交換部(51a)の下端寄りに位置する扁平管(33a))の流体通路(34)に存在する液冷媒は、第1接続管部(87a)から吹き出たガス冷媒によって、第2ヘッダ集合管(70)側へ押し流される。このため、第1主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出が促進される。
【0106】
従って、本実施形態
2によれば、実施形態
1と同様に、従来は霜の融け残りが生じていた部分(即ち、最も下方に位置する第1主熱交換部(51a)の下部)の除霜に要する時間を短縮でき、その結果、室外熱交換器(23)全体の除霜に要する時間を短縮できる。
【0107】
《
参考技術2》
参考技術2について説明する。
図9に示すように、本
参考技術2の室外熱交換器(23)は、実施形態
2の室外熱交換器(23)において、排出促進手段(100)の構成を変更したものである。ここでは、本
参考技術2の室外熱交換器(23)について、実施形態
2と異なる点を説明する。
【0108】
本
参考技術2では、第2ヘッダ集合管(70)の内部空間は、第2主熱交換部(51b)に対応した第2主連通空間(72b)と、第2補助熱交換部(52b)に対応した第2補助連通空間(73b)とに仕切板(39b)によって区分されている。また、第3主熱交換部(51c)に対応した第3主連通空間(72c)と、第3補助熱交換部(52c)に対応した第3補助連通空間(73c)とに仕切板(39b)によって区分されている。
【0109】
第2ヘッダ集合管(70)には、2本の接続用配管(76,77)が取り付けられている。第1接続用配管(76)は、その一端が第2主熱交換部(51b)に対応する第2主連通空間(72b)に接続され、その他端が第2補助熱交換部(52b)に対応する第2補助連通空間(73b)に接続される。第2接続用配管(77)は、その一端が第3主熱交換部(51c)に対応する第3主連通空間(72c)に接続され、その他端が第3補助熱交換部(52c)に対応する第3補助連通空間(73c)に接続される。
【0110】
図9に示すように、本
参考技術2の室外熱交換器(23)は、第1開閉弁(101)及び第2開閉弁(102)を備えている。第1開閉弁(101)は、第1接続用配管(76)に設けられている。第2開閉弁(102)は、第2接続用配管(77)に設けられている。第1開閉弁(101)及び第2開閉弁(102)は、対応する主熱交換部(51b,51c)と補助熱交換部(52b,52c)の間を断続させるための弁であって、除霜動作時に第1主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出を促進するための排出促進手段(100)を構成している。
【0111】
本
参考技術2の室外熱交換器(23)において、第2主熱交換部(51b)と第3主熱交換部(51c)の除霜が第1主熱交換部(51a)よりも先に完了すると、第2主熱交換部(51b)及び第3主熱交換部(51c)の内部にはほぼガス冷媒だけが存在する一方、第1主熱交換部(51a)の内部には未だ液冷媒が残存する状態となる。この状態において、ガス側ヘッダ(85)から各熱交換部(50a〜50c)へ分配された冷媒は、第1ヘッダ集合管(60)の対応する上側部分空間(63a〜63c)へ流入する。
【0112】
そこで、本
参考技術2の室外熱交換器(23)では、第1開閉弁(101)と第2開閉弁(102)の一方または両方が閉じられる。第1開閉弁(101)が閉状態になると、上側部分空間(63b)から第2主熱交換部(51b)の扁平管(33a)へガス冷媒が流入しなくなる。また、第2開閉弁(102)が閉状態になると、上側部分空間(63c)から第3主熱交換部(51c)の扁平管(33a)へガス冷媒が流入しなくなる。このため、第1開閉弁(101)と第2開閉弁(102)の一方または両方が閉状態になると、第1主熱交換部(51a)の扁平管(33a)へ流入するガス冷媒の流量が増加する。
【0113】
第1主熱交換部(51a)の扁平管(33a)へ流入するガス冷媒の流量が増加すると、第1主熱交換部(51a)の下端寄りに位置する扁平管(33a)に存在する液冷媒を第2ヘッダ集合管(70)側へ押し流す力が強くなり、液側接続部材(80)の細径管(82a)におけるヘッド差による液冷媒の液圧に打ち勝って第1主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出が促進される。従って、本
参考技術2によれば、上記実施形態
2と同様に、従来は霜の融け残りが生じていた部分(即ち、最も下方に位置する第1主熱交換部(51a)の下部)の除霜に要する時間を短縮でき、その結果、室外熱交換器(23)全体の除霜に要する時間を短縮できる。
【0114】
《
参考技術3》
参考技術3について説明する。
図10および
図11に示すように、本
参考技術の室外熱交換器(23)は、実施形態
2の室外熱交換器(23)において、排出促進手段(100)の構成を変更したものである。ここでは、本
参考技術3の室外熱交換器(23)について、実施形態
2と異なる点を説明する。
【0115】
図10および
図11に示すように、本
参考技術3の室外熱交換器(23)は、液排出管(104)を備えている。液排出管(104)は、一端が第2ヘッダ集合管(70)に接続され、他端が冷媒回路(20)における膨張弁(24)と液側連絡配管(17)との間に接続されている。また、液排出管(104)には、開閉弁(105)が設けられている。
図10および
図11に示すように、液排出管(104)の一端は、第1主熱交換部(51a)に対応する第1連通空間(71a)に開口している。
【0116】
上記液排出管(104)は、第1主熱交換部(51a)に対応する第2ヘッダ集合管(70)の第1連通空間(71a)の底部寄りに存在する液冷媒を冷媒回路(20)の低圧部へ送るための配管であって、除霜動作時に第1主熱交換部(51a)の下部からの液冷媒の排出を促進するための排出促進手段(100)を構成している。
【0117】
空気調和機(10)の除霜運転中において、冷媒回路(20)では、空気調和機(10)の冷房運転中と同じ方向へ冷媒が循環する。このため、空気調和機(10)の除霜運転中において、冷媒回路(20)における膨張弁(24)の下流側は、圧縮機(21)の吸入圧力と同程度の圧力の冷媒が流れる低圧部となる。そして、空気調和機(10)の除霜運転中に開閉弁(105)が開放されると、第2ヘッダ集合管(70)の第1連通空間(71a)に存在する液冷媒が液排出管(104)へ吸い込まれる。
【0118】
このため、本
参考技術3の室外熱交換器(23)では、除霜動作時に第1主熱交換部(51a)に対応する第2ヘッダ集合管(70)の第1連通空間(71a)から液冷媒が液排出管(104)へ吸い出されるため、第1連通空間(71a)内の液冷媒の減少する速度が速くなる。その結果、第1連通空間(71a)の底部に連通する扁平管(33a)(即ち、第1主熱交換部(51a)の下端寄りに位置する扁平管(33a))における液冷媒の流速が上昇する。
【0119】
従って、本
参考技術によれば、実施形態
2と同様に、従来は霜の融け残りが生じていた部分(即ち、最も下方に位置する第1主熱交換部(51a)の下部)の除霜に要する時間を短縮でき、その結果、室外熱交換器(23)全体の除霜に要する時間を短縮できる。
【0120】
〈その他の実施形態〉
本発明は、上記実施形態1
,2及び参考技術1〜3について、以下のような構成としてもよい。
【0121】
上記の各実施形態
および各参考技術では、室外熱交換器(23)を1つの熱交換器で構成し、この1つの熱交換器を主熱交換部(51)と補助熱交換部(52)に区分しているが、室外熱交換器(23)を互いに別体に形成された複数の熱交換器で構成してもよい。
【0122】
つまり、室外熱交換器(23)は、例えば、主熱交換部(51)を構成する熱交換器と、補助熱交換部(52)を構成する熱交換器とによって構成されていてもよい。この場合、主熱交換部(51)を構成する熱交換器は、複数の主熱交換部(51a〜51c)に区分される。また、補助熱交換部(52)を構成する熱交換器は、主熱交換部(51a〜51c)と同数の補助熱交換部(52a〜52c)に区分される。
【0123】
また、上記の各実施形態
および各参考技術の室外熱交換器(23)には、板状のフィン(36)に代えて波形のフィンが設けられていてもよい。このフィンは、いわゆるコルゲートフィンであって、上下に蛇行する波形に形成されている。そして、この波形のフィンは、上下に隣り合った扁平管(33)の間に1つずつ配置される。
【0124】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。