(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態については、同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の空気調和機の冷凍サイクルを示す構成図である。
図1に示すように、空気調和機100は、室外機1と、室内機8と、接続配管12aおよび接続配管12bと、を備えて構成されている。
【0012】
室外機1は、圧縮機2と、四方弁3と、室外熱交換器4(4A,4B,4C,4D,4E,4F,4G,4H,4I,4J)と、室外ファン5と、室外ファンモータ6と、絞り装置7と、を備えている。室内機8は、室内熱交換器9と、室内ファン10と、室内ファンモータ11と、を備えている。
【0013】
次に、冷房運転をする場合を例に、各要素の作用を説明する。
冷房運転の場合、冷媒は図中の実線矢印の方向に流れる。まず、圧縮機2から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁3を経由したのちに室外熱交換器4に流れ、室外ファン5および室外ファンモータ6によって通風された室外熱交換器4で外気に放熱することで凝縮し、高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、絞り装置7の作用で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、接続配管12aを通じて室内機8へ流れる。室内機8に入った気液二相冷媒は、室内ファン10および室内ファンモータ11によって通風された室内熱交換器9で室内空気の熱を吸熱することで蒸発し、ガス冷媒となる。室内ユニットで蒸発したガス冷媒は、接続配管12bを通じて室外機1に戻り、四方弁3を通って再び圧縮機2で圧縮される。
【0014】
暖房運転の場合には、四方弁3により冷媒流路が切り替えられ、図中の破線矢印の方向に冷媒が流れる。圧縮機2から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁3および接続配管12bを通って室内機8に流れる。室内機8に入った冷媒は、室内ファン10および室内ファンモータ11によって通風された室内熱交換器9で室内空気に放熱することで凝縮し、高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、接続配管12aを通って室外機1に流れる。室外機1に入った高圧の液冷媒は、絞り装置7の作用で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、室外ファン5および室外ファンモータ6により通風された室外熱交換器4に流れ、室外空気の熱を吸熱することで蒸発し、ガス冷媒となる。室外熱交換器4でガスとなった冷媒は、四方弁3を通って再び圧縮機2で圧縮される。
【0015】
このように、室外熱交換器4および室内熱交換器9内の冷媒の流れの向きは、冷房運転と暖房運転とで逆向きになる。なお、本実施形態では、冷媒としてはR32を用いているが、R410A等の別のフロン系冷媒や、二酸化炭素や炭化水素、アンモニア等の自然冷媒を用いてもよい。
【0016】
次に、
図2、
図3、
図4を用いて、室外熱交換器4A(4)の詳細を説明する。
図2は、第1実施形態の空気調和機の室外熱交換器を示す斜視図である。
図3は、第1実施形態のヘッダの内部構造を示し、(a)は縦断面図、(b)は(a)のIIIB−IIIB断面図である。
図4は、第1実施形態のヘッダ内に設置される体積占有部材を示し、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は平面図である。なお、
図2および
図3中の太実線矢印は、室外熱交換器4Aが蒸発器として作用する暖房運転時の冷媒の流れを示すものであり、絞り装置7側の入口管16a(入口)から四方弁3側の接続管16bに向けて冷媒が流れる様子を示している。
【0017】
図2に示すように、室外熱交換器4Aは、略垂直(軸方向が鉛直方向となるよう)に配置された略円筒状の二つのヘッダ13(13a,13b)と、これらのヘッダ13a,13b間を略水平に接続する複数(本実施形態では12本)の伝熱管14と、伝熱管14の伝熱面積を拡大する多数のフィン15と、から構成されている。
【0018】
伝熱管14は、例えば、アルミニウム合金製の扁平管によって構成されている。各伝熱管14の流路断面は、該伝熱管14の一端から他端まで同じ形状で形成されている。また、各伝熱管14は、鉛直方向(上下方向)に等間隔に配置されている。また、各伝熱管14は、長手方向(長軸方向)が前後方向(通風方向)を向くように配置されている。
【0019】
フィン15は、例えば、アルミニウム合金製の薄板状に構成されている。また、フィン15は、厚み方向に間隔を空けて積層されている。また、フィン15は、鉛直方向に細長い四角状(短冊状)に構成されている。
【0020】
フィン15に伝熱管14を固定する方法としては、例えば、フィン15に形成した扁平形状の孔に伝熱管14を貫通するようにして差し込んで空圧で拡管して固定したり,両者をろう付けで固定したりすることができる。
【0021】
伝熱管14の内部を通過する冷媒は、室外ファン5(
図1参照)によって通風される空気と熱交換できるようになっている。また、ヘッダ13aの鉛直方向の下部には冷媒が導入される入口管16aが接続されている。また、ヘッダ13bの鉛直方向の下部には、冷媒が導出される出口管16bが設けられている。
【0022】
図3(a)に示すように、ヘッダ13aは、円筒状の筒体13sと、この筒体13sの上端開口を塞ぐ上部蓋体13tと、筒体13sの下部開口を塞ぐ下部蓋体13uと、を有し構成されている。筒体13sには、各伝熱管14が挿入される挿入孔13v、入口管16aが挿入される挿入孔13wが形成されている。
【0023】
また、ヘッダ13aの内部には、体積占有部材17が設けられている。この体積占有部材17は、冷媒が流れない領域を形成し、冷媒流路狭窄部(非冷媒流路部)としての機能を有する。ヘッダ13a内に体積占有部材17を設けることで、ヘッダ13a内の冷媒流路18Aが、体積占有部材17を設けない場合よりも狭められている。
【0024】
また、体積占有部材17には、複数の伝熱管14に対応した孔部17aが形成され、この孔部17aに伝熱管14が挿入されている。孔部17aは、前記挿入孔13vと重なる位置に形成されている。
【0025】
伝熱管14は、体積占有部材17から内部に突出しないように構成されている。すなわち、体積占有部材17の平面部17e(冷媒流路18Aの壁を形成する壁面)は、伝熱管14の端面14sと略同一平面上になるように構成されている。また、伝熱管14の端面14sは、冷媒流路18Aの出口部18a(出口)を構成している。なお、伝熱管14の端面14sが平面部17eから突出しない(奥まった位置となる)構成であってもよい。
【0026】
また、前記入口管16aの中心高さHは、ヘッダ13aに接続された複数の伝熱管14のうち、最も低い位置にある伝熱管14A(14)の中心高さhよりも低い位置となっている。これにより、冷媒に対して上向きの流れを作り易くなる。
【0027】
また、体積占有部材17は、水平方向に切断したときの断面積がヘッダ13aの下端から上端まで同じになるように形成されている。これにより、ヘッダ13aの内部空間が、体積占有部材17によって狭められるとともに、ヘッダ13aの下端から上端まで同じ流路断面を有するようになっている。
【0028】
図3(b)に示すように、体積占有部材17の断面は略半月状に形成されている。なお、本実施形態では、体積占有部材17が中実状に形成されているが、中空状に形成されていてもよい。中空状に形成することで、ヘッダ13aの重量や材料費が増えるのを抑制できる。
【0029】
また、ヘッダ13aの下端の入口管16aは、筒体13sに形成された挿入孔13wに貫通するように挿入されている。また、入口管16aの先端は、筒体13sの内壁面13a1から内側に突出している。また、入口管16aの軸方向は、伝熱管14の軸方向と同じである。
【0030】
図4(a)および
図4(b)に示すように、体積占有部材17は、伝熱管14(
図2参照)が挿入される孔部17aが形成されている。この孔部17aは、伝熱管14(
図2参照)の扁平形状に沿うように扁平に形成されている。また、孔部17aは、上下方向に等間隔に形成されている。
【0031】
また、体積占有部材17の上端面17mおよび下端面17nには、それぞれ突部17bが設けられている。なお、上端面17mおよび下端面17nの突部17bは、それぞれ2箇所に形成されているが、1箇所であっても、3箇所以上であってもよく、適宜変更できる。
【0032】
突部17bは、ヘッダ13a(
図3(a)参照)に対して体積占有部材17を固定するためのものである。すなわち、突部17bがヘッダ13aの上部蓋体13t(
図3(a)参照)および下部蓋体13u(
図3(a)参照)に設けられた凹部(図示省略)と嵌合することによって、体積占有部材17がヘッダ13a内に固定される。
【0033】
図4(c)に示すように、体積占有部材17は、ヘッダ13a(
図3(a)参照)の内壁面13a1(
図3(b)参照)に沿って形成される曲面部17dと、冷媒流路18Aの一壁面を構成する平面部17eと、を有している。曲面部17dと内壁面13a1とは、互いに全面で接するように構成されている。
【0034】
また、突部17bは、平面部17e(伝熱管14の幅方向)に沿う方向に離間して形成されている。また、突部17bは、孔部17aと上下方向に重なる位置に形成されている。
【0035】
なお、ヘッダ13a(
図3(a)参照)と伝熱管14(
図3(a)参照)とはろう付けにより固定されるが、本実施形態においては、体積占有部材17とヘッダ13aは嵌合により固定されている。また、体積占有部材17と伝熱管14との間には、ろう付けのような機械的結合はなされていない。つまり、体積占有部材17と伝熱管14とをろう付けすると、ろう材が溶けて流れ出たときに、伝熱管14の孔を塞いでしまうことがあるので、それを防止できるようになる。
【0036】
このように、
図3(a)に示すヘッダ13aの内部には冷媒流路18Aを狭める体積占有部材17が設置されている。このため、ヘッダ13aの内部には、略円形状のヘッダ断面よりも断面積の小さい略半円形状の冷媒流路18Aが形成される。なお、伝熱管14の端面14sは、冷媒流路18Aの出口部18a(出口)を構成している。
【0037】
ところで、入口管16aを介してヘッダ13aに供給された気液二相冷媒は、密度の小さいガス冷媒と、密度の大きい液冷媒とが共存した冷媒である。このため、密度の大きい液冷媒は重力の影響により下側に溜まりやすく、また、上昇しにくいものである。しかし、本実施形態の室外熱交換器4Aでは、入口管16aがヘッダ13aの鉛直方向の下部に位置しているため、ヘッダ13a内の冷媒流は上向きの運動量を持つことになる上、体積占有部材17によりヘッダ13aの流路断面積が小さくなっている。これによって、ヘッダ13a内の冷媒の流速が増加し、その運動量により上部に位置する伝熱管14まで液冷媒を上昇させることが可能になる。
【0038】
以上説明したように、第1実施形態の空気調和機では、室外機1と室内機8とを備え、室外機1は、圧縮機2と、室外熱交換器4Aと、室外ファン5と、絞り装置7と、を有している(
図1参照)。室外熱交換器4Aは、略垂直に配置された二つのヘッダ13a,13bと、該ヘッダ13a,13b間を略水平に接続する複数の伝熱管14と、該伝熱管14の伝熱面積を拡大するフィン15と、を備えている(
図2参照)。ヘッダ13aは、ヘッダ13a内部に冷媒が流入する入口管16aと、複数の伝熱管14のそれぞれに冷媒が流出する出口部18aと、入口管16aから出口部18aへ冷媒が流れる冷媒流路18Aと、冷媒流路18Aを狭める冷媒流路狭窄部としての体積占有部材17と、を有している(
図3(a)、(b)参照)。これにより、入口管16aから流入した気液二相冷媒が、それぞれの伝熱管14に偏りなく分配される。その結果、いずれの伝熱管14においても同程度の吸熱作用を確保でき、室外熱交換器4A全体としての効率を高めた、省エネルギー性に優れた空気調和機を提供することができる。
【0039】
また、第1実施形態では、伝熱管14の端面14s(
図3(a)参照)が、体積占有部材17が作る冷媒流路18Aの平面部17e(壁面)と略同一平面上にある。これにより、伝熱管14の端面14sが冷媒流路18Aの壁面から突出している場合に比べて液冷媒が伝熱管14内に流入しやすくなる。
【0040】
また、第1実施形態では、冷媒流路狭窄部が、ヘッダ13a内の空間を占有する体積占有部材17によって構成されている。これにより、冷媒が流れない領域を形成することができ、非冷媒流路部としての機能を与えることができる。
【0041】
なお、本実施形態においては、体積占有部材17をヘッダ13aに対して固定するために、体積占有部材17に設けた突部17b(
図4(a)〜(c)参照)とそれに対応するヘッダ13a側の凹部(不図示)とを嵌合させることを例に挙げて説明したが、このような構成に限定されない。例えば、ヘッダ13aの内面に、体積占有部材17の形状に対応した溝を設けるなどの方法を採用してもよい。
【0042】
また、本実施形態においては、伝熱管14として断面が長円形状の扁平伝熱管を用いた場合を例に挙げて説明したが、一般的な円形断面の伝熱管を使用することもできる。
【0043】
(第2実施形態)
次に、第2実施形態の空気調和機について
図5を参照して説明する。
図5は、第2実施形態のヘッダの内部構造を示し、(a)は縦断面図、(b)は(a)のVB−VB断面図である。冷凍サイクルの構成や動作に関しては第1実施形態と同一であるので重複する説明は省略し、以下では、第1実施形態との違いを中心に説明する。
【0044】
図5(a)に示すように、第2実施形態の空気調和機は、第1実施形態の室外熱交換器4Aに替えて室外熱交換器4B(4)を備えている。室外熱交換器4Bは、室外熱交換器4Aに、体積占有部材19を追加した構成である。このように、室外熱交換器4Bは、複数の体積占有部材17,19を備えている。
【0045】
ヘッダ13aの内部には、体積占有部材19が設けられている。この体積占有部材19も、体積占有部材17と同様に、冷媒が流れない領域を形成し、冷媒流路狭窄部(非冷媒流路部)としての機能を有する。
【0046】
また、体積占有部材19には、挿入孔13wと対向する位置(重なる位置)に、入口管16aが挿入される孔部19aが形成されている。この孔部19aは、入口管16aが貫通して、入口管16aを冷媒流路18Bと連通させるようになっている。
【0047】
図5(b)に示すように、体積占有部材19は、略C字型の断面形状を有している。すなわち、体積占有部材19は、ヘッダ13aの内壁面に沿って形成される曲面部19bと、体積占有部材17の平面部17eと対向する平面部19cと、この平面部19cの両端から平面部17eに向けて延びる側面部19d,19dと、を有し、断面視凹状に形成されている。これら平面部19c,19d,19dと、前記平面部17eと、によって断面視四角形状の冷媒流路18Bが形成されている。
【0048】
第2実施形態では、冷媒流路狭窄部が複数の体積占有部材17,19を組み合わせることによって構成されている。これにより、体積占有部材17のみによる冷媒の運動量の増加が不十分な場合に、冷媒流の速度をさらに高め、入口管16aから流入した冷媒を各伝熱管14に偏りなく分配することができる。その結果、いずれの伝熱管14においても、同程度の吸熱作用を確保でき、室外熱交換器4B全体としての効率を高めた、省エネルギー性に優れた空気調和機を提供することができる。
【0049】
また、第2実施形態では、体積占有部材17,19を組み合わせて冷媒流路18Bを構成することで、例えば、体積占有部材19の形状を変更することによって、冷媒流路18Bの流路断面を容易に変更することができる。
【0050】
なお、第2実施形態では、体積占有部材19の断面形状を略C字型(略コ字型)としたが、例えば、体積占有部材17と同じように半月状にしてもよい。
【0051】
(第3実施形態)
図6は、第3実施形態のヘッダの内部構造を示し、(a)は縦断面図、(b)は(a)のVIB−VIB断面図である。
図7は、第3実施形態のヘッダ内に設置される仕切部材を示し(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は平面図である。
第3実施形態の空気調和機は、第1実施形態の室外熱交換器4Aに替えて室外熱交換器4Cを備えている。
【0052】
図6(a)および
図6(b)に示すように、室外熱交換器4Cは、ヘッダ13aの内部に、ヘッダ13aの内部空間を軸方向に直交する方向に二分する仕切部材20が設けられている。仕切部材20を設けることで、ヘッダ13aの内部空間が、ヘッダ13aの断面積より小さい断面積の冷媒流路18Aと、仕切空間21とに分けられている。仕切空間21は、冷媒が流れない構成であり、前記した体積占有部材17,19と同様に冷媒流路狭窄部(非冷媒流路部)としての機能を有する。
【0053】
また、冷媒流路18Aの壁を形成する仕切部材20の平面部20gは、伝熱管14の端面14sと略同一平面上になるように構成されている(
図6(a)参照)。
【0054】
図7(a)および
図7(b)に示すように、仕切部材20は、伝熱管14が挿入される孔部20aが形成されている。この孔部20aは、伝熱管14の扁平形状に沿うように扁平に形成されている。また、孔部20aは、上下方向に等間隔に形成されている。
【0055】
また、仕切部材20の上端面20mおよび下端面20nには、それぞれ突部20bが形成されている。
【0056】
また、仕切部材20の下部には、孔部20aと同様な方向に貫通する連通部20cが形成されている。この連通部20cは、最も低い位置にある孔部20aよりも低い位置に形成されている。また、連通部20cの径(直径)は、孔部20aの高さよりも小さく形成されている。
【0057】
図7(c)に示すように、仕切部材20は、挿入孔13v(
図6(a)参照)に向いて形成される平面20dと、冷媒流路18A(
図6(a)参照)の一壁面を構成する平面20eと、を有し、板状に形成されている。
【0058】
突部20bは、ヘッダ13a(
図6(a)参照)に対して仕切部材20を固定するためのものである。この突部20bがヘッダ13aの上部蓋部13t(
図6(a)参照)および下部蓋部13u(
図6(a)参照)に設けられた凹部(図示省略)と嵌合することによって、仕切部材20がヘッダ13a内に固定される。
【0059】
このように、ヘッダ13aの内部に仕切部材20が設置されているので、ヘッダ13aの内部には、略円形のヘッダ13aの断面よりも断面積の小さい冷媒流路18Aが形成されている。なお、伝熱管14の端面14sは、冷媒流路18Aの出口部18a(出口)を構成している。
【0060】
また、仕切部材20には、連通部20cが設けられているので、仕切部材20の両面(冷媒流路18Aと仕切空間21)に作用する冷媒の圧力が均圧化される。このため、仕切部材20が冷媒の圧力で変形してしまうおそれがない。また、連通部20cを設けることで、ヘッダ13aの、冷媒流路18Aに当接する面と、仕切空間21に当接する面とに作用する冷媒の圧力が同じになるので、ヘッダ13aの円筒内面に作用する冷媒の圧力が均等になり、ヘッダ13aの耐圧強度の面でも好適である。
【0061】
ところで、仕切部材20に連通部20cを設けた場合、冷媒流路18Aを流れる冷媒が連通部20cを通過して仕切部材20で仕切られた空間側に流入する可能性がある。しかし、
図6(a)のように、連通部20cをヘッダ13aの鉛直方向下部に設けることで、流入した冷媒が冷媒流路18A側に戻り易くなる。これにより、仕切られた空間側(仕切空間21側)に冷媒が溜まり込んでしまうことを抑制できる。
【0062】
このように構成された第3実施形態では、冷媒流路狭窄部が、ヘッダ13a内に設けられた仕切部材20により形成された仕切空間21で構成されている。これにより、第1実施形態と同様な冷媒流路18Aが構成されるので、入口管16aを介してヘッダ13aに供給された気液二相冷媒は、各伝熱管14に偏りなく分配される。その結果、いずれの伝熱管14においても、同程度の吸熱作用を確保でき、室外熱交換器4C全体としての効率を高めた、省エネルギー性に優れた空気調和機を提供することができる。
【0063】
また、仕切部材20は、第1実施形態で示した体積占有部材17に比べて、それ自身の体積が小さく、またその形状も比較的単純なため、より軽量かつより低コストに第1実施形態と同等の効果を得ることができる。
【0064】
また、第3実施形態では、仕切部材20に冷媒流路18Aと仕切空間21とを連通させる連通部20cが形成されている。これにより、冷媒流路18Aと仕切空間21の圧力を均圧化することができ、仕切部材20が冷媒の圧力で変形してしまうおそれがない。
【0065】
なお、仕切部材20に貫通孔形状の連通部20cを形成した場合を例に挙げて説明したが、このような構成に限定されない。例えば、仕切部材20の孔部20aと伝熱管14のはめあい隙間や、仕切部材20とヘッダ13aのはめあい隙間を連通部としてもよい。
【0066】
また、仕切部材20をヘッダ13aに対して固定するために、仕切部材20に設けた突部20bとそれに対応するヘッダ13a側の凹部(図示省略)とを嵌合することを例に挙げて説明したが、このような構成に限定されない。例えば、ヘッダ13aの内面に、仕切部材20の形状に対応した溝を設けるなどの方法をとってもよい。
【0067】
(第4実施形態)
図8は、第4実施形態のヘッダの内部構造を示し、(a)は縦断面図、(b)は(a)のVIIIB−VIIIB断面図である。
第4実施形態の空気調和機は、第3実施形態の室外熱交換器4Cに替えて室外熱交換器4Dを備えている。
【0068】
図8(a)に示すように、室外熱交換器4Dは、第3実施形態に仕切部材22を追加した構成である。この仕切部材22は、入口管16aが貫通する孔22aと、仕切部材22の両面を連通させる連通部22bと、が形成されている。この連通部22bは、孔22aより上側に形成されているが、孔22aよりも下側に形成されていてもよい。
【0069】
図8(b)に示すように、ヘッダ13a内に仕切部材22を設けることで、ヘッダ13aの内部空間が、ヘッダ13aの断面積より小さい断面積の冷媒流路18Bと、仕切空間23とに分けられる。この仕切空間23は、冷媒が流れない構成であり、前記した仕切空間21と同様に冷媒流路狭窄部(非冷媒流路部)としての機能を有する。
【0070】
第4実施形態では、冷媒流路狭窄部が、複数の仕切部材20,22によって構成されている。これにより、仕切部材20のみによる冷媒の運動量の増加が不十分な場合に、冷媒流の速度をさらに高め、入口管16aから流入した冷媒を各伝熱管14に偏りなく分配することができる。その結果、いずれの伝熱管14においても、同程度の吸熱作用を確保でき、室外熱交換器4D全体としての効率を高めた、省エネルギー性に優れた空気調和機を提供することができる。
【0071】
なお、本実施形態では、冷媒流路18Bと仕切空間23の圧力を均圧化するために、仕切部材22に連通部22bを設けた場合を例に挙げて説明したが、このような構成に限定されない。例えば、仕切部材22と入口管16aのはめあい隙間や、仕切部材22とヘッダ13aのはめあい隙間を連通部としてもよい。
【0072】
(第5実施形態)
図9は、第5実施形態のヘッダの内部構造を示し、(a)は縦断面図、(b)は(a)のIXB−IXB断面図である。
第5実施形態の空気調和機は、第3実施形態の室外熱交換器4Cに替えて室外熱交換器4Eを備えている。
【0073】
図9(a)に示すように、室外熱交換器4Eは、前記仕切部材20に替えて仕切部材24を備えている。この仕切部材24には、伝熱管14が挿入される孔部24aが形成されている。また、仕切部材24には、最も低い位置の孔部24aよりも下側に、前記連通部20c(
図8(a)参照)と同様な機能を有する連通部24cが形成されている。
【0074】
図9(b)に示すように、仕切部材24は、断面視において略凹状に形成されている。すなわち、仕切部材24は、伝熱管14が挿入される孔部24a(
図9(a)参照)が形成される平面部24bと、この平面部24bの両端から入口管16a側に向けて延びる2つの折り曲げ部24d,24dと、を有している。
【0075】
また、折り曲げ部24d,24dの先端は、ヘッダ13a(円形の筒体13s)の内壁面13a1に当接している。これにより、平面部24bと折り曲げ部24d,24dと内壁面13a1とで囲まれた冷媒流路18Cが形成されている。この冷媒流路18Cは、入口管16aから伝熱管14に向けて末広がりとなるように形成されている。
【0076】
また、伝熱管14の端面14s(
図9(a)参照)は、仕切部材24の平面部24e(冷媒流路18Cを形成する壁面)と略同一平面上となるように構成されている。これにより、伝熱管14が平面部24eから突出している場合よりも、伝熱管14に冷媒が入り易くなる。
【0077】
第5実施形態では、冷媒流路18Cの断面積を第3実施形態の冷媒流路18Aの場合よりも小さくすることができ、冷媒流の速度をさらに高め、入口管16aから流入した冷媒を各伝熱管14に偏りなく分配することができる。その結果、いずれの伝熱管14においても、同程度の吸熱作用を確保でき、室外熱交換器4E全体としての効率を高めた、省エネルギー性に優れた空気調和機を提供することができる。
【0078】
また、第5実施形態では、仕切部材24を単一部品で構成できるので、ヘッダ13aへの仕切部材24の取付作業を、複数の仕切部材の場合よりも容易に行うことができる。
【0079】
また、第5実施形態では、折り曲げ部24dの長さLを調節することで(
図9(b)参照)、折り曲げ部24dの先端のヘッダ13aの内壁面13a1に対する当接位置が変わるので、冷媒流路18Cの断面積を容易に調節できる。すなわち、折り曲げ部24dの長さLを長くすることで冷媒流路18Cの断面積を狭くすることができ、長さLを短くすることで冷媒流路18Cの断面積を広くすることができる。
【0080】
(第6実施形態)
図10は、第6実施形態のヘッダの内部構造を示し(a)は縦断面図、(b)は(a)のXB−XB断面図である。
第6実施形態の空気調和機は、第4実施形態の室外熱交換器4Dに替えて室外熱交換器4Fを備えている。
【0081】
図10(a)に示すように、室外熱交換器4Fは、前記仕切部材20,22に替えて、仕切部材24,25を備えている。仕切部材24は、伝熱管14が挿入される孔部24aが形成されている。
【0082】
仕切部材25は、入口管16aが挿入される孔部25aが形成されている。また、仕切部材25には、孔部25aよりも上側に、第4実施形態の連通部22b(
図8(a)参照)と同様な機能を有する連通部25bが形成されている。なお、連通部25bは、孔部25aより下側に形成されていてもよい。
【0083】
図10(b)に示すように、仕切部材24は、第5実施形態と同様に、断面視において略凹状に形成され、平面部24bおよび折り曲げ部24d,24dを有している。また、仕切部材24は、入口管16a側が開口するように配置されている。
【0084】
仕切部材25は、断面視において平板状に形成され、仕切部材24の開口を塞ぐように配置されている。
【0085】
このように仕切部材24,25を構成することで、ヘッダ13a内には、仕切部材24,25によって囲まれる冷媒流路18Dが形成される。また、伝熱管14の端面14s(
図10(a)参照)は、仕切部材24の平面部24e(冷媒流路18Dを形成する壁面)と略同一平面上となるように構成されている。
【0086】
第6実施形態では、仕切部材24のみによる冷媒の運動量の増加が不十分な場合に、冷媒流の速度をさらに高め、入口管16aから流入した冷媒を各伝熱管14に偏りなく分配することができる。その結果、いずれの伝熱管14においても、同程度の吸熱作用を確保でき、室外熱交換器4F全体としての効率を高めた、省エネルギー性に優れた空気調和機を提供することができる。
【0087】
(第7実施形態)
図11は、第7実施形態のヘッダの内部構造を示し、(a)は縦断面図、(b)は(a)のXIB−XIB断面図である。
図12は、第7実施形態の伝熱管の形状を示し、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は平面図である。
第7実施形態の空気調和機は、第4実施形態の室外熱交換器4Dに替えて室外熱交換器4Gを備えている。
【0088】
図11(a)に示すように、室外熱交換器4Gは、前記伝熱管14に替えて伝熱管14Aを備えている。この伝熱管14Aは、伝熱管14の端部に、突起部14aを設けたものである。突起部14aは、伝熱管14Aの端面14sから仕切部材22に向けて延びて形成されている。突起部14aは仕切部材22に接することで、伝熱管14Aのヘッダ13aへの挿入深さが規定され、伝熱管14Aの、ヘッダ13aに対する位置決めを容易にしている。
【0089】
図11(b)に示すように、突起部14aは、伝熱管14Aの幅方向の中央から仕切部材22に向けて延びている。また、突起部14aの先端は、仕切部材22に突き当てられている。
【0090】
図12(a)に示すように、伝熱管14Aは、断面が長円形状の扁平管である。また、伝熱管14Aの外面は、上面および下面が平面状に形成され、幅方向の両端が半円状に形成されている。
【0091】
また、伝熱管14Aは、扁平管の内部には、扁平方向(幅方向)に隔壁部14dが間隔を置いて形成され、複数(本実施形態では4つ)の微小流路14b(流路)が形成されている。隔壁部14dは、ヘッダ13a(
図11(a)参照)側の端部からヘッダ13b(
図2参照)側の端部まで連続して形成されている。
【0092】
図12(b)および
図12(c)に示すように、伝熱管14Aには、流入部14cが形成されている。突起部14aは、流入部14cの流入面から管軸方向に伸びる構造である。また、突起部14aは、扁平管の一部を除去することにより形成される。第7実施形態においては、前記微小流路14bを形成する隔壁部14dを含むピン状の構造である。
【0093】
これにより、突起部14aの強度を確保している。また、管軸方向から見たときの突起部14aの形状がH型に形成されていることで、突起部14aの曲げ強度が高められている。また、突起部14aは、その内部には流路を構成していないので、突起部14aの端部が他の構成部品(仕切部材22)に突き当てられても、閉塞されてしまう流路が構成されないようになっている。
【0094】
第7実施形態では、第4実施形態と同等の効果を、より組み立てやすい構造において実現することができる。すなわち、省エネルギー性に優れた空気調和機を提供することができる。
【0095】
なお、第7実施形態においては、第4実施形態に対して組立性を改善することを例に説明したが、第1実施形態ないし第6実施形態のいずれの実施形態に適用しても構わない。
【0096】
(第8実施形態)
図13は、第8実施形態のヘッダの内部構造を示し、(a)は縦断面図、(b)は(a)のXIIIB−XIIIB断面図である。
図14は、第8実施形態のヘッダ内に設置される仕切部材を示し、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は背面図、(d)は側面図である。
第8実施形態の空気調和機は、第4実施形態の室外熱交換器4Dに替えて室外熱交換器4Hとしたものである。
【0097】
図13(a)および
図13(b)に示すように、室外熱交換器4Hは、前記した平板状の仕切部材22(
図8参照)に替えて仕切部材26を備えている。この仕切部材26は、断面視において略T字状に形成され、仕切部材20と平行に形成される平板状の平面部26aと、この平面部26aから仕切部材20に向けて延びる突出部26bと、を有している。突出部26bは、平面部26aの幅方向の中央に位置するとともに、突出部26bの先端が仕切部材20に当接している。
【0098】
このように、仕切部材26の突出部26bは、伝熱管14Aに接している。これにより、伝熱管14Aのヘッダ13aへの挿入深さが規定され、伝熱管14Aのヘッダ13aに対する位置決めを容易にしている。
【0099】
図14(a)に示すように、仕切部材26は、略T字状に形成され、仕切部材20と平行に配置される平面部26aと、この平面部26aから直交する向きに突出する突出部26bと、を有している。
【0100】
図14(b)および
図14(c)に示すように、平面部26aは、上下方向(鉛直方向)に延びて長方形状に形成されている。また、平面部26aの上端面26mおよび下端面26nには、それぞれ複数の突部26cが形成されている。この突部26cは、ヘッダ13aの上端蓋部13tおよび下端蓋部13u(
図13(a)参照)に設けられた凹部(図示なし)と嵌合することにより、ヘッダ13aに対して仕切部材26を固定することができる。
【0101】
また、仕切部材26の下端には、入口管16aが挿入される孔部26dが形成されている。また、平面部26aには、冷媒流路18E(
図13(b)参照)と仕切空間21(
図13(a)参照)とを連通させ、圧力を均圧化するための連通部26eが形成されている。この連通部26eは、孔部26dよりも小径かつ低い位置に形成されている。
【0102】
図14(d)に示すように、突出部26bには、孔部26dと対向する位置に切欠部26fが形成されている。これにより、突出部26bで仕切られる一方の冷媒流路18E1(
図13(b)参照)と、他方の冷媒流路18E2(
図13(b)参照)とを連通させることができ、冷媒流路18Eのそれぞれの空間の圧力を均一化できる。
【0103】
第8実施形態では、第4実施形態と同等の効果を、より組み立てやすい構造において実現することができる。すなわち、省エネルギー性に優れた空気調和機を提供することができる。
【0104】
また、第8実施形態では、冷媒流路18Eが突出部(突板部)26bによって冷媒流路18E1,18E2とに区画されている。これにより、仕切部材20,22による冷媒の運動量の増加が不十分な場合に、冷媒流の速度をさらに高め、入口管16aから流入した冷媒を各伝熱管14に偏りなく分配することができる。その結果、いずれの伝熱管14においても、同程度の吸熱作用を確保でき、室外熱交換器4H全体としての効率を高めた、省エネルギー性に優れた空気調和機を提供することができる。
【0105】
また、第8実施形態では、仕切部材26に切欠部26fを形成することで、冷媒流路18E1と冷媒流路18E2との間で圧力を均一化することができ、仕切部材26が冷媒の圧力で変形してしまうおそれがない。
【0106】
(第9実施形態)
図15は、第9実施形態のヘッダの内部構造を示し、(a)は縦断面図、(b)は(b)のXVB−XVB断面図である。なお、
図15は、室外熱交換器4Iの両方のヘッダ13a,13b近傍の詳細構造を示す断面図である。
第9実施形態の空気調和機は、第8実施形態の室外熱交換器4Hをヘッダ13aの一部に適用した場合である。
【0107】
図15(a)に示すように、室外熱交換器4Iは、当該室外熱交換器4Iに冷媒が流出入する入口管16aと出口管16bとが片側のヘッダ13bに設けられている。ヘッダ13bは、仕切板27によってその内部空間が上下に分割されている。本実施形態では、上側の空間Q1に伝熱管14が12本、下側の空間Q2に伝熱管が3本含まれるようにヘッダ13aの内部空間が分割されている。
【0108】
また、ヘッダ13aは、貫通孔28aが形成された仕切板28によってその内部空間が上下に分割されている。ヘッダ13aは、ヘッダ13bと同様に、上側の空間Q3に伝熱管14が12本、下側の空間Q4に伝熱管14が3本含まれるように内部空間が分割されている。また、ヘッダ13aの内部の、上下に分割された空間のうち、上側の空間Q3に、第8実施形態で示したものと同様の構造が適用されている。
【0109】
また、空間Q1内および空間Q2内の伝熱管14は、該伝熱管14の先端が、ヘッダ13bの内壁面から突出するようにしてヘッダ13bに接続されている。また、空間Q4内の伝熱管14は、該伝熱管14の先端が、ヘッダ13aの内壁面から突出するようにヘッダ13aに接続されている。
【0110】
図15(b)に示すように、仕切板28に形成された貫通孔28aは、長孔状に形成され、冷媒流路18E1と冷媒流路18E2に跨るように形成されている。また、貫通孔28aは、仕切部材20と平面部26aとの間、つまり冷媒流路18E1,18E2を構成する空間と連通可能な位置に形成されている。
【0111】
このように構成された室外熱交換器4Iでは、気液二相冷媒が入口管16aからヘッダ13bに流入すると、冷媒は下側3本の伝熱管14を通ってヘッダ13aの下部の空間Q4に流れ、仕切板28の貫通孔28aを通じて、ヘッダ13aの上部の空間Q3に流入する。
【0112】
ヘッダ13aの上部の空間Q3の内部は、仕切部材20および仕切部材26により、ヘッダ13aの断面よりも断面積の小さい冷媒流路18Eが構成されているため、冷媒流は加速され、その運動量により上部の伝熱管14まで液冷媒が上昇する。また、接続される伝熱管14の端面14s(流入部)が、仕切部材20が作る冷媒流路18Eの平面部20gと略同一平面上となっている。このため、伝熱管14の端面14s(流入部)が冷媒流路18Eの壁面から突出している場合に比べて液冷媒が伝熱管14内に流入しやすくなっている。
【0113】
これらの作用により、ヘッダ13内を流動する気液二相冷媒は、ヘッダ13aの内部の、仕切板28によって分割された上側の空間Q3の各伝熱管14に偏りなく分配される。その結果、いずれの伝熱管14においても、同程度の吸熱作用を確保でき、室外熱交換器4I全体としての効率を高めた、省エネルギー性に優れた空気調和機を提供することができる。
【0114】
また、第9実施形態では、ヘッダ13aの断面よりも断面積の小さい冷媒流路18を構成するために、第8実施形態と同様に仕切部材20と仕切部材26とを用いているが、これに限定されない。例えば、第1実施形態または第2実施形態に示したような体積占有部材17,19を用いた方法や、第3実施形態ないし第7実施形態に示したような仕切部材20,22,24,25を用いた方法を適用してもよい。
【0115】
また、第9実施形態のように、ヘッダ13aの断面よりも断面積の小さい冷媒流路18Eを構成する工夫は、仕切板28により領域分割されたヘッダ13aの一部に対して適用してもよい。
【0116】
(第10実施形態)
図16は、第10実施形態のヘッダの内部構造を示し、(a)は縦断面図、(b)は(a)のXVIB−XVIB断面図、(c)は伝熱管の接合部の拡大図である。なお、
図16(a)の実線矢印は、蒸発時の冷媒の流れを示している。
第10実施形態の空気調和機は、室外熱交換器4Jを備えている。
【0117】
図16(a)に示すように、室外熱交換器4Jは、略垂直に配置されたヘッダ13と、該ヘッダ13間を略水平に接続する複数の伝熱管14と、該伝熱管14の伝熱面積を拡大するフィン15と、を備えて構成されている。
【0118】
ヘッダ13は、外管13c、内管13d、挿入管13e、仕切板13f、内側エンドキャップ13h、外側エンドキャップ13iを備えて構成されている。
【0119】
外管13cは、上端面および下端面が開放した円筒状に形成されている。また、外管13cは、例えば、主材がアルミニウム合金製で、外側にろう材が形成されたクラッド管で構成されている。
【0120】
内管13dは、例えば、アルミニウム合金で形成され、上端面および下端面が開放した円筒状に形成されている。また、内管13dの軸方向の長さは、外管13cの軸方向の長さと同様に形成されている。また、内管13dの外面と外管13cの内面とが接した状態で、内管13dが外管13cに挿入される。なお、内管13dは、例えば、ノンクラッド材で形成されている。
【0121】
挿入管13eは、中空または中実のアルミニウム合金製で円柱状に形成されている。挿入管13eの軸方向の長さは、外管13cおよび内管13dの軸方向の長さよりも短く形成されている。
【0122】
仕切板13fは、円板状に形成され、内管13dの軸方向の中央に設けられている。これにより、ヘッダ13の内部空間が上下の空間Q5,Q6に分割されている。空間Q5,Q6には、それぞれ4本の伝熱管14が含まれるように内部空間が分割されている。なお、伝熱管14の数は、一例であって、本実施形態に限定されるものではない。
【0123】
また、仕切板13fには、軸方向(上下方向、ヘッダ13の軸方向)に貫通する連通孔13gが形成されている。
【0124】
内側エンドキャップ13hは、例えば、アルミニウム合金製であり、挿入管13eの軸方向の両側に設けられている(挿入管13eが中空の場合)。
【0125】
外側エンドキャップ13iは、例えば、アルミニウム合金製であり、ヘッダ13の軸方向の両端を閉塞するものである。なお、外側エンドキャップ13iは、ろう材によって外管13cおよび内管13dに接合されている。
【0126】
図16(b)に示すように、仕切板13fには、挿入管13eが挿通される大径の挿通孔13f1が形成されている。挿通孔13f1の径方向の中心は、内管13dの径方向の中心に対して、伝熱管14とは反対側にずれて形成されている。
【0127】
また、仕切板13fに形成された連通孔13gは、複数箇所に形成されている。なお、連通孔13gは、2箇所に限定されるものではなく、3箇所以上に形成されていてもよい。また、連通孔13gは、伝熱管14と軸方向において重ならない位置に形成されている。また、連通孔13gの直径は、挿通孔13f1の直径よりも十分に小さく形成されている。
【0128】
図16(c)に示すように、ヘッダ13の製造方法は、内管13dを外管13cに挿入後に、バーリング加工を行う。これにより、外管13cには、伝熱管14が挿入されるバーリング部13v1が形成される。なお、内管13dには、バーリング部13v1が接触しないように、前もって切欠孔13d1が形成されている。
【0129】
そして、仕切板13fを外管13cおよび内管13dの側面に形成された図示しない切欠きから挿入して固定する。そして、内側エンドキャップ13hを取り付けた挿入管13eを仕切板13fの挿通孔13f1に挿入する。そして、外側エンドキャップ13iを取り付けて、ろう材を介して固定する。そして、伝熱管14を挿入孔13vからバーリング部13v1に挿入し、ろう材を介して外管13cと伝熱管14とを接合する。
【0130】
このように構成した第10実施形態では、気液二相冷媒が下側の空間Q6の伝熱管14からヘッダ13内に流入すると、冷媒は下側4本の伝熱管14を通ってヘッダ13に流れ、仕切板13fの連通孔13gを通じて、ヘッダ13の上部の空間Q5に流入する。
【0131】
ヘッダ13の上部の空間Q5の内部は、内管13dおよび挿入管13eにより、ヘッダ13の断面よりも断面積の小さい冷媒流路18Fが形成されているため、冷媒流は加速され、その運動量により上部の伝熱管14まで液冷媒が上昇する。
【0132】
ヘッダ13内を流動する気液二相冷媒は、ヘッダ13の内部の、仕切板13fによって分割された上側の空間Q5に接続された各伝熱管14に偏りなく分配される。その結果、いずれの伝熱管14においても、同程度の吸熱作用を確保でき、室外熱交換器4J全体としての効率を高めた、省エネルギー性に優れた空気調和機を提供することができる。
【0133】
本実施形態においては、ヘッダ13を、外管13c、内管13d、挿入管13e、仕切板13f、内側エンドキャップ13h、外側エンドキャップ13iにて構成したが、冷媒の流量条件によっては、内管13dおよび内側エンドキャップ13hを省略して構成してもよい。
【0134】
なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した各実施形態のヘッダ13の断面形状は略円形であるが、楕円形状や角型形状など、略円形以外の断面形状を持つヘッダに本発明を適用しても構わない。
【0135】
また、第1実施形態では、冷媒流路18Aが、ヘッダ13aの下端から上端まで同じ流路断面で構成された場合を例に挙げて説明した。しかし、このような構成に限定されるものではなく、下側を流路断面積を狭くして、上側に向かうにつれて流路断面積が広くなるように構成してもよい。