特許 7566155 熱交換器及び空気調和装置

(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】

(24)【登録日】2024-10-03

(45)【発行日】2024-10-11

(54)【発明の名称】熱交換器及び空気調和装置

(51)【国際特許分類】

   F28F 9/02 20060101AFI20241004BHJP

   F28F 9/26 20060101ALI20241004BHJP

   F28D 1/053 20060101ALI20241004BHJP

   F25B 39/00 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

F28F9/02 301E

F28F9/02 301D

F28F9/26

F28D1/053 A

F25B39/00 E

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023533012

(86)(22)【出願日】2021-07-09

(86)【国際出願番号】 JP2021025912

(87)【国際公開番号】W WO2023281731

(87)【国際公開日】2023-01-12

【審査請求日】2023-10-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】弁理士法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮脇 皓亮

(72)【発明者】

【氏名】岩▲崎▼ 和久

(72)【発明者】

【氏名】森下 侑哉

(72)【発明者】

【氏名】名島 康平

【審査官】礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１６２９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１３０３９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１４９９５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１３２５３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｆ ９／０２

Ｆ２８Ｆ ９／２６

Ｆ２８Ｄ １／００ － １３／００

Ｆ２５Ｂ ３９／００ － ３９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

重力方向に延びた第１中間ヘッダと、
前記第１中間ヘッダに接続され、冷媒と空気との熱交換を行う第１伝熱管と、
前記第１中間ヘッダの内部を、第１空間と、前記第１空間より下側に配置された第２空間とに仕切る第１仕切りと
を有する第１熱交換器と、
前記第１熱交換器の風上に並設され、前記重力方向に延びた第２中間ヘッダと、
前記第２中間ヘッダに接続され、前記冷媒と前記空気との熱交換を行う第２伝熱管と、
前記第２中間ヘッダの内部を、第３空間と、前記第３空間より下側に配置された第４空間とに仕切る第２仕切りと
を有する第２熱交換器と
を具備し、
前記第１伝熱管は複数であり、前記複数の前記第１伝熱管は、前記第１空間に接続される前記第１伝熱管と、前記第２空間に接続される前記第１伝熱管とを有し、
前記第１空間を構成する前記第１中間ヘッダには、前記冷媒が流出する第１流出口が設けられ、
前記第２空間を構成する前記第１中間ヘッダには、前記冷媒が流出する第２流出口が設けられ、
前記第２中間ヘッダは、前記第１中間ヘッダと接続され、前記第１流出口から前記冷媒が前記第３空間に流入する第１流入口と、前記第２流出口から前記冷媒が前記第３空間に流入する第２流入口とを具備する
熱交換器。

【請求項2】

前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管は、前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管の軸方向に直交する断面の長軸が気流方向に沿う扁平伝熱管である
請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記第２伝熱管は、前記第３空間に接続され、
前記第１空間に接続される前記第１伝熱管の数と、前記第２空間に接続される前記第１伝熱管の数との和が、前記第２伝熱管の数よりも多い
請求項１又は２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記第１流出口と、前記第１流入口とを接続する第１接続配管を具備し、
前記第１接続配管は、前記第１空間に接続される前記第１伝熱管の平均高さよりも下方に設けられる
請求項１～３のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記第１仕切りは、前記第２仕切りよりも上側に設けられている
請求項１～４のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記第２流出口は、前記第２仕切りよりも上側に設けられている
請求項１～５のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項7】

前記第２流出口と、前記第２流入口とを接続する第２接続配管を具備する
請求項４に記載の熱交換器。

【請求項8】

前記第１流出口は、前記第１中間ヘッダの延伸方向に見て、前記第２中間ヘッダの中心軸から前記第１中間ヘッダが見える範囲の前記第１中間ヘッダの菅壁に設けられる
請求項１～７のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項9】

前記第１流出口は、前記第１流入口よりも高い位置に設けられる
請求項１～８のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項10】

前記冷媒はＲ３２、Ｒ４１０Ａ又は少なくともオレフィン系冷媒、プロパン、ＤＭＥを含むＲ３２冷媒に対してガス密度の小さい冷媒を含む、
請求項１～９のいずれか１項に記載の熱交換器。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか１項に記載の熱交換器を備えた空気調和装置。

【請求項12】

前記空気調和装置は、
空気を上側へ送風する送風機と、
前記送風機に送風された空気を流出するための吹出口を備える上吹き筐体と
を備え、
前記熱交換器は前記筐体に搭載される
請求項１１に記載の空気調和装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、第１熱交換器及び第２熱交換器を有する熱交換器及びこのような熱交換器を備えた空気調和装置に関する。

【背景技術】

【0002】

空気調和装置は、冷凍サイクル回路の構成要素の１つとして、凝縮器として機能する熱交換器を備えている。凝縮器は、流入したガス冷媒を外部空気と熱交換する。熱交換が行われた冷媒は気液二相状態を経て液冷媒として凝縮器から流出する。このとき、凝縮器として、風上側と風下側に伝熱管群をそれぞれ設け、伝熱管群の一端を折り返し、風下側で気液二相状態になった冷媒を風上側へ流すことで、熱交換器性能を向上する手段がある。従来の折り返し手段として、風下側の伝熱管出口のヘッダで冷媒を合流させて、風上側の伝熱管入口のヘッダへ冷媒を供給する方法がある（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１３２５３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の冷媒回路構成において凝縮器となる熱交換器は、上吹き筐体に搭載された状態で風速分布が形成されると、上側の伝熱管で液相が多く発生する。しかし、ヘッダにおいて伝熱管出口同士が連通していると、ヘッダ内で上側の伝熱管から落下した液冷媒を重力方向最下部の伝熱管の冷媒のみでは持ち上げられず液冷媒が滞留し、特に中間負荷において性能が低下する。

【0005】

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、熱交換性能を向上できる第１熱交換器及び第２熱交換器を有する熱交換器及び空気調和装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る熱交換器は、重力方向に延びた第１中間ヘッダと、前記第１中間ヘッダに接続され、冷媒と空気との熱交換を行う第１伝熱管と、前記第１中間ヘッダの内部を、第１空間と、前記第１空間より下側に配置された第２空間とに仕切る第１仕切りとを有する第１熱交換器と、前記第１熱交換器の風上に並設され、前記重力方向に延びた第２中間ヘッダと、前記第２中間ヘッダに接続され、前記冷媒と前記空気との熱交換を行う第２伝熱管と、前記第２中間ヘッダの内部を、第３空間と、前記第３空間より下側に配置された第４空間とに仕切る第２仕切りとを有する第２熱交換器とを具備し、前記第１伝熱管は複数であり、前記複数の前記第１伝熱管は、前記第１空間に接続される前記第１伝熱管と、前記第２空間に接続される前記第１伝熱管とを有し、前記第１空間を構成する前記第１中間ヘッダには、前記冷媒が流出する第１流出口が設けられ、前記第２空間を構成する前記第１中間ヘッダには、前記冷媒が流出する第２流出口が設けられ、前記第２中間ヘッダは、前記第１中間ヘッダと接続され、前記第１流出口から前記冷媒が前記第３空間に流入する第１流入口と、前記第２流出口から前記冷媒が前記第３空間に流入する第２流入口とを具備する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、第２中間ヘッダは、第１中間ヘッダと接続され、第１流出口から液主体の冷媒が第３空間に流入する第１流入口と、第２流出口からガス主体の冷媒が第３空間に流入する第２流入口とを具備する。これにより、第３空間において、液主体の冷媒と、ガス主体の冷媒とが混合し、液冷媒の第２中間ヘッダの底への落下を抑制することができ、その結果、冷房の熱交換性能を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る空気調和装置の構成図である。

【図2】実施の形態１に係る室外熱交換器の斜視透視図である。

【図3】実施の形態１に係る室外熱交換器の第１中間ヘッダ及び第２中間ヘッダ周辺を示す縦断面図である。

【図4】従来の室外熱交換器の第１中間ヘッダ及び第２中間ヘッダ周辺の冷媒流れを示す縦断面図である。

【図5】実施の形態１に係る室外熱交換器の第１中間ヘッダ及び第２中間ヘッダ周辺の冷媒流れを示す縦断面図である。

【図6】従来の室外熱交換器の第１中間ヘッダに流入する冷媒流量と風速分布を示す概念模式図である。

【図7】実施の形態１に係る室外熱交換器の第１中間ヘッダに流入する冷媒流量と風速分布を示す概念模式図である。

【図8】実施の形態１に係る室外熱交換器における運転負荷に対する性能曲線である。

【図9】実施の形態１に係る室外熱交換器の冷媒流路構成の一例を示す模式図である。

【図10】実施の形態２に係る室外熱交換器の第１中間ヘッダ及び第２中間ヘッダを示す縦断面図である。

【図11】実施の形態３に係る室外熱交換器の第１中間ヘッダ及び第２中間ヘッダを示す縦断面図である。

【図12】実施の形態４に係る第１中間ヘッダ及び第２中間ヘッダの上視断面図である。

【図13】図１２のＡ－Ａ方向断面拡大図である。

【図14】実施の形態４に係る第１中間ヘッダ及び第２中間ヘッダの第１変形例を示す図１２のＡ－Ａ方向断面拡大図である。

【図15】実施の形態４に係る第１中間ヘッダ及び第２中間ヘッダの第２変形例を示す図１２のＡ－Ａ方向断面拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下の各実施の形態で、本開示に係る熱交換器及び空気調和装置の一例について、図面等を参照しながら説明する。なお、以下の各図面において、同一の符号を付した構成は、同一又はこれに相当する構成である。以下の実施の形態で記載されている各構成の形態は、あくまでも例示である。本開示に係る熱交換器及び空気調和装置は、以下の実施の形態で記載されている各構成に限定されるものではない。また、構成同士の組み合わせは、同一の実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、異なる実施の形態に記載した構成同士を組み合わせてもよい。以下の各図面では、各構成部材の大きさの関係が本開示を実施した実物とは異なる場合がある。

【0010】

実施の形態１．
＜構成＞
図１は、実施の形態１に係る空気調和装置２００の構成図である。なお、図１の冷媒配管１８に沿って付された白抜き矢印及び黒矢印は、冷房運転時の冷媒の流れ方向を示している。白抜き矢印は、冷媒がガス状態であること、黒矢印は冷媒が液状態であることを示している。また、第１中間ヘッダ１及び第２中間ヘッダ２近傍に付された網掛け矢印は気液二相状態であることを模式的に示している。室外熱交換器１０が凝縮器として機能する際の冷媒の流れを示している。図１において、ＡＦの方向は、空気の流れ方向を示し、９０の矢印の方向は重力方向を示す。

【0011】

空気調和装置２００は、冷媒を圧縮する圧縮機１４、凝縮器として機能する室外熱交換器１０、冷媒を減圧して膨張させる絞り装置１７、及び、蒸発器として機能する室内熱交換器１６を備えている。圧縮機１４、室外熱交換器１０、絞り装置１７及び室内熱交換器１６が順次冷媒配管１８で接続され、冷凍サイクル回路が構成されている。

【0012】

圧縮機１４及び室外熱交換器１０は、室外機２０１に収容されている。室外機２０１の筐体は、室外熱交換器１０に室外空気を供給し、空気を上側へ送風する送風機１３を備える上吹き筐体である。また、室内熱交換器１６及び絞り装置１７は、室内機２０２に収容されている。室内機２０２には、室内熱交換器１６に空調対象空間の空気である室内空気を供給する、図示せぬ室内送風機も収容されている。

【0013】

室外熱交換器１０は、第１熱交換器１１及び第２熱交換器１２を有する。第１熱交換器１１は、重力方向９０に延びた第１中間ヘッダ１と、第１中間ヘッダ１に接続され、冷媒と空気との熱交換を行う第１伝熱管３＿１（図３参照）とを有する。第２熱交換器１２は、第１熱交換器１１の風上に並設され、重力方向９０に延びた第２中間ヘッダ２と、第２中間ヘッダ２に接続され、冷媒と空気との熱交換を行う第２伝熱管３＿２とを有する。

【0014】

続いて、室外熱交換器１０の詳細構成について説明する。

【0015】

図２は、実施の形態１に係る室外熱交換器１０の斜視透視図である。また、図３は、実施の形態１に係る室外熱交換器１０の第１中間ヘッダ１及び第２中間ヘッダ２周辺を示す縦断面図である。この図３は、第１伝熱管３＿１及び第２伝熱管３＿２の延びる方向に平行な縦断面図となっている。

【0016】

図２に示すように、室外熱交換器１０は、空気を上側へ送風する送風機１３を備える室外機２０１の上吹き筐体２０３に搭載される。上吹き筐体２０３は、送風機１３から送出される空気を流出させる吹出口を、上部に備えている。図３に示すように、室外熱交換器１０は、第１熱交換器１１と、第１熱交換器１１よりも空気の流れ方向ＡＦにおける上流に設けられた第２熱交換器１２とを有する。室外熱交換器１０は、少なくとも２列の第１熱交換器１１及び第２熱交換器１２から構成されている。

【0017】

第１熱交換器１１は、複数の第１伝熱管３＿１を有する。第１伝熱管３＿１は、水平方向に延び、上下方向に規定の間隔を空けて配置されている。第２熱交換器１２は、複数の第２伝熱管３＿２を有する。第２熱交換器１２は、水平方向に延び、上下方向に規定の間隔を空けて配置されている。

【0018】

室外熱交換器１０が凝縮器として機能する場合、第１伝熱管３＿１及び第２伝熱管３＿２を流れる冷媒は、室外空気によって冷却されて凝縮する。実施の形態１では、図３に示すように、冷媒と室外空気との熱交換を促進するため、複数の第１伝熱管３＿１に複数のフィン４が接続され、複数の第２伝熱管３＿２に複数の図示せぬフィンが接続されている。

【0019】

気流下流に設ける第１熱交換器１１と気流上流の第２熱交換器１２とは第１中間ヘッダ１及び第２中間ヘッダ２を介して順次接続される。なお、第１中間ヘッダ１は一定容積を持つ配管に第１伝熱管３＿１が挿入される構成である。第２中間ヘッダ２は一定容積を持つ配管に第２伝熱管３＿２が挿入される構成である。第１中間ヘッダ１は同じ列の第１伝熱管３＿１の少なくとも２つを同じ空間で接続するヘッダである。第２中間ヘッダ２は同じ列の第２伝熱管３＿２の少なくとも２つを同じ空間で接続するヘッダである。

【0020】

第１中間ヘッダ１は、第１仕切り３５により、上側に設けられた第１空間２１と下側に設けられた第２空間２２とに仕切られている。第１空間２１には、第１中間ヘッダ１に接続される第１伝熱管３＿１のうち、少なくとも１本の第１伝熱管３＿１が接続される。第２空間２２には、第１中間ヘッダ１に接続される第１伝熱管３＿１のうち、少なくとも２本の第１伝熱管３＿１が接続される。

【0021】

第１空間２１を構成する第１中間ヘッダ１の管壁には、冷媒が流出する第１流出口３１＿１が設けられる。第２空間２２を構成する第１中間ヘッダ１の管壁には、冷媒が流出する第２流出口３２＿１が設けられる。

【0022】

第２中間ヘッダ２は、第２仕切り３６により、上側に設けられた第３空間２３と下側に設けられた第４空間２４とに仕切られている。第３空間２３には少なくとも１つの第２伝熱管３＿２が接続される。第３空間２３を構成する第２中間ヘッダ２の菅壁には、冷媒が流入する第１流入口３３＿１及び第２流入口３４＿１を有する。

【0023】

第１接続配管３１は、第１流出口３１＿１を第１流入口３３＿１に接続し、第１空間２１を第３空間２３に連通する。第２接続配管３２は、第２流出口３２＿１を第２流入口３４＿１に接続し、第２空間２２を第３空間２３に連通する。第２流出口３２＿１は、第２仕切り３６よりも上側に設けられている。

【0024】

なお、第１流出口３１＿１と第１流入口３３＿１とは、第１接続配管３１を使用せずに、直接接続されていても良い。また、第２流出口３２＿１と第２流入口３４＿１とは、第２接続配管３２を使用せずに、直接接続されていても良い。

【0025】

また、第１空間２１に接続される第１伝熱管３＿１の数と、前記第２空間に接続される前記第１伝熱管３＿１の数との和が、第２伝熱管３＿２の数よりも多い。

【0026】

＜動作＞
続いて、空気調和装置２００の動作について説明する。
＜暖房運転＞
まず、空気調和装置２００の暖房運転時の動作について説明する。圧縮機１４で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、図示せぬ四方弁を通って、凝縮器として機能する室内熱交換器１６に流入する。

【0027】

室内熱交換器１６に流入した高温高圧のガス冷媒は、室内空気に熱を供給しながら冷却され、低温の液冷媒となって室内熱交換器１６から流出する。室内熱交換器１６から流出した液冷媒は、絞り装置１７で減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器として機能する室外熱交換器１０の図示せぬ分配器に流入する。

【0028】

室外熱交換器１０の分配器に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、第２伝熱管３＿２に分配される。そして、第２伝熱管３＿２を流れる冷媒は、室外空気によって加熱されて蒸発し第１接続配管３１及び第２接続配管３２を介して、第１伝熱管３＿１を流れる。第１伝熱管３＿１を流れる冷媒は、室外空気によって加熱されて蒸発し、低圧のガス冷媒となって第１伝熱管３＿１から流出する。第１伝熱管３＿１から流出した低圧のガス冷媒は、図示せぬ合流管で合流した後に室外熱交換器１０から流出する。室外熱交換器１０から流出した低圧のガス冷媒は、図示せぬ四方弁を通った後に圧縮機１４に吸い込まれる。圧縮機１４に吸い込まれた低圧のガス冷媒は、圧縮機１４で高温高圧のガス冷媒に再び圧縮される。

【0029】

＜冷房運転＞
次に、空気調和装置２００の冷房運転時の動作について説明する。
圧縮機１４で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、図示せぬ四方弁を通って、凝縮器として機能する室外熱交換器１０の図示せぬ合流管に流入する。

【0030】

室外熱交換器１０の合流管に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器１０の第１伝熱管３＿１に分配される。そして、第１伝熱管３＿１を流れる冷媒は、室外空気によって冷却されて凝縮し、低温の液冷媒となって第１接続配管３１及び第２接続配管３２を介して、第２伝熱管３＿２を流れ、第２伝熱管３＿２から流出する。

【0031】

第２伝熱管３＿２から流出した低温の液冷媒は、図示せぬ分配器で合流した後に室外熱交換器１０から流出する。室外熱交換器１０から流出した液冷媒は、絞り装置１７で減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器として機能する室内熱交換器１６に流入する。室内熱交換器１６に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内空気から熱を吸収しながら蒸発し、低圧のガス冷媒となって室内熱交換器１６から流出する。室内熱交換器１６から流出した低圧のガス冷媒は、図示せぬ四方弁を通った後に圧縮機１４に吸い込まれ、圧縮機１４で高温高圧のガス冷媒に再び圧縮される。

【0032】

このように構成された空気調和装置２００においては、室外熱交換器１０が凝縮器として機能する際、ガス冷媒が第１熱交換器１１において風下側気流と熱交換し、ガス状態から気液二相状態に変化する。気液二相状態に変化した冷媒は、第１熱交換器１１の第１伝熱管３＿１から第１中間ヘッダ１の第１空間２１及び第２空間２２に流入する。この気液二相冷媒は、第１空間２１及び第２空間２２内部でそれぞれ混合されたのち、第１空間２１及び第２空間２２からそれぞれ第１接続配管３１及び第２接続配管３２を介して第２熱交換器１２の第２中間ヘッダ２の第３空間２３に流入する。第３空間２３において、第１接続配管３１及び第２接続配管３２から流入した気液二相冷媒が混合され、第２熱交換器１２の伝熱管３に分流して風上気流と熱交換する。

【0033】

＜効果＞
続いて、実施の形態１に係る室外熱交換器１０の第１中間ヘッダ１及び第２中間ヘッダ２の効果について説明する。まず始めに、図４を用いて、実施の形態１に係る室外熱交換器１０の比較対象である、従来の室外熱交換器１０について説明する。

【0034】

図４は、従来の室外熱交換器１０の第１中間ヘッダ１及び第２中間ヘッダ２周辺の冷媒流れを示す縦断面図である。

【0035】

従来の室外熱交換器１０は、気流下流の第１熱交換器１１の第１伝熱管３＿１は、上下方向に規定の間隔を空けて配置され、第１中間ヘッダ１に接続されている。気流上流の第２熱交換器１２の第２伝熱管３＿２は、上下方向に規定の間隔を空けて配置され、第２中間ヘッダ２に接続されている。第１中間ヘッダ１と第２中間ヘッダ２とは、第１接続配管３１で接続されている。

【0036】

第１熱交換器１１に流入したガス冷媒は、気流下流と熱交換し、二相状態となって第１中間ヘッダ１へ流入する。この時、第１熱交換器１１を通る気流は、上向きに送風する上吹き筐体に備えている送風機１３によって、上側に設けられる第１伝熱管３＿１及びフィン４間を流れる風速が大きくなる。下側に設けられる第１伝熱管３＿１及びフィン４間を流れる風速は小さくなる。上側の第１伝熱管３＿１の出口からは、下側の出口に対して液冷媒の質量流量比が大きい液主体冷媒１０２が、第１中間ヘッダ１内部に流入する。下側の第１伝熱管３＿１の出口からは、上側の出口に対してガス冷媒の質量流量比が大きいガス主体冷媒１０３が第１中間ヘッダ１内部に流入する。

【0037】

このとき、液冷媒１００はガス冷媒１０１に対して、密度が大きいため、第１中間ヘッダ１内部で下方に落下する。第１空間２１の下部において、冷媒を上向きに流す駆動力は、第１空間２１の下部よりも下方の、冷媒流れ上流の第１伝熱管３＿１から流出した冷媒の慣性力である。冷媒流量が少ない第１中間ヘッダ１内部の下部では冷媒の慣性力が小さく、落下した液冷媒が上方に持ち上がらずに液の滞留１０４が発生する。特に低負荷運転においては、冷媒流量が小さく、第１伝熱管３＿１内の水平方向の冷媒の慣性力が小さいため、下方の第１伝熱管３＿１に第１空間２１下部に液冷媒が侵入し、液の逆流１０５が発生する。

【0038】

このため、従来の室外熱交換器１０では、空気調和装置２００の低能力運転時のように冷凍サイクル回路内の冷媒循環量が小さい条件において、冷媒の流れが阻害され、冷媒の滞留及び逆流１０５が発生する。その結果、第１熱交換器１１の熱交換する領域が小さくなり、凝縮器の熱交換性能が低下してしまう。

【0039】

図５は、実施の形態１に係る室外熱交換器１０の第１中間ヘッダ１及び第２中間ヘッダ周辺の冷媒流れを示す縦断面図である。

【0040】

実施の形態１に係る室外熱交換器１０においては、第１中間ヘッダ１は第１仕切り３５により、第１空間２１と第２空間２２とに仕切られる。第１空間２１には、第１中間ヘッダ１に接続する第１伝熱管３＿１のうち、上側から少なくとも１本の第１伝熱管３＿１が接続される。第２空間２２には、下側に設けられた少なくとも２本以上の第１伝熱管３＿１が接続されている。

【0041】

このため、上方の第１伝熱管３＿１から流出する液主体冷媒１０２は第１中間ヘッダ１内部で、第２空間２２へ侵入することがない。液主体冷媒１０２は、第１接続配管３１を介して第２中間ヘッダ２の第３空間２３へ流入する。これにより、第２空間２２内部の液の滞留１０４が低減し、熱交換する領域が確保されて、凝縮器の熱交換性能が向上する。

【0042】

特に冷媒流量が小さくなる低負荷運転において効果が大きい。なお、実施の形態１においては、第２接続配管３２を流れる冷媒流量は、第２空間２２に接続する複数の第１伝熱管３＿１から流れる冷媒流量の和となる。また、第２接続配管３２の流路径は第１伝熱管３＿１の流路径によることなく設計できるため、第３空間２３から第２空間２２への液の逆流１０５を抑制できる（図４参照）。

【0043】

図６は、従来の室外熱交換器１０の第１中間ヘッダ１に流入する冷媒流量と風速分布を示す概念模式図である。図６は、従来の第１中間ヘッダ１に接続される第１伝熱管３＿１に流れる冷媒の流量を、伝熱管の高さごとに白抜き棒グラフで示し、上吹き筐体の高さ方向の風速分布を実線で示す図である。

【0044】

図７は、実施の形態１に係る室外熱交換器１０の第１中間ヘッダ１に流入する冷媒流量と風速分布を示す概念模式図である。図７は、実施の形態１に係る第１中間ヘッダ１に接続する第１伝熱管３＿１に流れる冷媒の流量を、伝熱管の高さごとに黒塗り棒グラフで示し、上吹き筐体の高さ方向の風速分布を実線で示す図である。

【0045】

ところで、気液二相冷媒は、ガス冷媒が多いと冷媒の体積流量が大きいため冷媒圧力損失が大きく、液冷媒が多いと冷媒の体積流量が小さくなり、冷媒圧力損失が小さくなる特性がある。

【0046】

図４に示すように、従来の室外熱交換器１０では、各第１伝熱管３＿１出口の冷媒が第１中間ヘッダ１の出口において混合されて第１接続配管３１を介して第２中間ヘッダ２に流入するため、図６に示すように第１伝熱管３＿１ごとの冷媒流量差が小さい。一方で、上吹き筐体において気流の経路長が短い上方側の風速が大きく、気流の経路長が長い下方側の風速が小さくなる。このため、風速分布と冷媒流量分布の乖離とが大きくなり、性能低下の要因となっていた。

【0047】

一方、実施の形態１に係る室外熱交換器１０では、上方の第１伝熱管３＿１の出口である第１空間２１と下方の第１伝熱管３＿１の出口である第２空間２２が連通しないよう仕切られている。このため、図７に示すように、液主体冷媒１０２が流入する第１空間２１に接続する第１伝熱管３＿１の冷媒流量が、ガス主体冷媒１０３が流入する第２空間２２に接続する第１伝熱管３＿１の冷媒流量に対して多くなる。従って、風速分布と冷媒流量分布の乖離が小さくなり、熱交換性能が向上する。

【0048】

図８は、実施の形態１に係る室外熱交換器１０における運転負荷に対する性能曲線である。横軸に冷房の最大能力に対する能力比を、縦軸に各運転能力の室外熱交換器１０の理論最大性能に対する性能比を示す。図８において、実線が実施の形態１の特性曲線を示し、破線が従来の特性曲線を示す。

【0049】

従来の構成においては、特に低負荷運転において第１中間ヘッダ１で液の滞留１０４（図４参照）が発生し、性能低下が発生していた。実施の形態１の構成では、特に低負荷運転において、液の滞留の抑制効果により室外熱交換器１０の性能が改善する。さらに、第１伝熱管３＿１の冷媒分配を上吹き筐体の風速分布に合わせることで、低負荷～高負荷運転までの室外熱交換器１０の性能が改善し、空気調和装置２００の省エネルギー性が向上する。

【0050】

なお、室外機２０１は上吹き筐体でなくても、室外熱交換器１０を搭載することで、第１中間ヘッダ１の第２空間２２の下部に落下する液冷媒が低減するため、性能改善効果はある。さらに、上吹き筐体に室外熱交換器１０を搭載すると冷房運転において液冷媒が重力上側に多く形成される。このため、同一能力当たりで従来構成に対し第１中間ヘッダ１の第２空間２２の下部に落下する液冷媒が低減し、性能改善効果が大きい。

【0051】

上記した空気調和装置２００は、実施の形態１に係る空気調和装置２００の一例である。例えば、室外熱交換器１０を空気調和装置２００の室内機２０２に搭載してもよい。また、第１中間ヘッダ１内の分割空間数は３以上でも効果に支障はなく、改善効果と製造コストより選定する設計事項である。図３において、第１空間２１と第２空間２２とは第１仕切り３５により仕切られているが、第１空間２１と第２空間２２とを別体のヘッダで構成しても効果に支障はない。

【0052】

また、例えば、室外機２０１及び室内機２０２の数は１つに限定されることはなく、空気調和装置２００に複数設けられていてもよい。また、空気調和装置２００の冷凍サイクル回路を循環する冷媒の種類は、特に限定されない。例えば、冷媒は、Ｒ３２、Ｒ４１０Ａ、又は少なくともオレフィン系冷媒、プロパン又はＤＭＥ（ジメチルエーテル）を含むＲ３２冷媒に対してガス密度の小さい冷媒を含む。このような冷媒によれば、ガス冷媒の圧力損失による風速分布と冷媒分配の乖離を抑制できるため、より性能改善効果が大きい。

【0053】

室外熱交換器１０の第１伝熱管３＿１及び第２伝熱管３＿２は、円管状の伝熱管に限定されるものではなく、第１伝熱管３＿１及び第２伝熱管３＿２の軸方向に直交する断面の長軸が気流方向に沿う扁平伝熱管等、種々の伝熱管を用いることができる。特に、扁平伝熱管を直接第１中間ヘッダ１に挿入する構成において、ヘッダの鉛直方向の流路径は扁平管の長軸長さよりも大きくなるため、流路断面積が大きくなる。これにより、第２空間２２の流速が低下し、液冷媒の滞留１０４が多くなり、本構成による改善効果が大きい。

【0054】

また、図２、図３及び図５に示すように、第１空間２１に接続する第１伝熱管３＿１の数と第２空間２２に接続する第１伝熱管３＿１の数の和が、第３空間に接続する伝熱管本数よりも多く構成してもよいし、同じでもよい。

【0055】

図９は、実施の形態１に係る室外熱交換器１０の冷媒流路構成の一例を示す模式図である。図９に示すように、室外熱交換器１０を伝熱管の両端にヘッダを２列以上設けて構成するパラレルフローコンデンサーで構成する。第１空間２１に接続する第１伝熱管３＿１の数と第２空間２２に接続する第１伝熱管３＿１の数の和が、第３空間２３に接続する第２伝熱管３＿２の数よりも多い。このような構成においては、第１中間ヘッダ１内下部の液冷媒を上向きに流す必要があるため、本構成適用による改善効果が大きくなる。

【0056】

また、図２、図３及び図５に示すように、第１空間２１と第３空間２３とを接続する第１接続配管３１は、第１空間２１に接続する第１伝熱管３＿１の平均高さよりも下方に設けられる。平均高さとは、第１空間２１に接続する全ての第１伝熱管３＿１の上下方向の高さの平均である。このような構成により、第１空間２１内部の液冷媒の滞留を抑制できるため、性能改善効果が大きい。

【0057】

ただし、第１接続配管３１を第１伝熱管３＿１の平均高さよりも高く配置しても、第１空間２１の下部が第３空間２３下部よりも上方に設ければ、サイホンの原理により液冷媒は第１空間２１より流出するため、性能改善の効果に支障はない。

【0058】

従って、実施の形態１の室外熱交換器１０によれば、第１熱交換器１１及び第１中間ヘッダ１の重力下側における液滞留を抑制することができる。従来のように、第１中間ヘッダ１に第１仕切り３５がない構成では、第１中間ヘッダ１内で重力上側から落下した液冷媒を重力方向最下部の伝熱管の冷媒のみで持ち上げられず、特に中間負荷において液が滞留する。実施の形態１の室外熱交換器１０の構成では、第１中間ヘッダ１に第１仕切り３５が設けられる。そして、第１空間２１の液主体冷媒を第１接続配管３１で、第２空間２２のガス主体冷媒を第２接続配管３２で第２中間ヘッダ２の第３空間２３で合流させる。これにより、第３空間２３内で第２伝熱管３＿２複数本分の冷媒で液の落下を抑制できる。従って、室外熱交換器１０における液の滞留を抑制しつつ、第３空間２３で気液冷媒を混合可能となり、冷房性能が改善する。

【0059】

実施の形態２．
実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能及び構成については同一の符号を用いて述べることとする。

【0060】

図１０は、実施の形態２に係る室外熱交換器１０の第１中間ヘッダ１及び第２中間ヘッダ２を示す縦断面図である。

【0061】

実施の形態２に係る室外熱交換器１０は、実施の形態１において、第３空間２３よりも下方に、第３空間２３とは仕切られた少なくとも一本の第２伝熱管３＿２と接続する第４空間２４を第２中間ヘッダ２に設ける。第１空間２１と第２空間２２とを仕切る第１仕切り３５は、第３空間２３と第４空間２４とを仕切る第２仕切り３６よりも上側に設けられる構成である。第１仕切り３５及び第２仕切り３６は、板状部材である。

【0062】

このように室外熱交換器１０を構成することにより、第１仕切り３５と第２仕切り３６とのヘッド差により、第１接続配管３１を介した第１空間２１から第３空間２３への液冷媒の流動を促進して第１空間２１内部での液の滞留が抑制される。これにより、空気調和装置２００の冷房性能が改善する。

【0063】

実施の形態３．
実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１～実施の形態２のいずれかと同様とし、同一の機能及び構成については同一の符号を用いて述べることとする。

【0064】

図１１は、実施の形態３に係る室外熱交換器１０の第１中間ヘッダ１及び第２中間ヘッダ２を示す縦断面図である。実施の形態３は実施の形態２とは異なり、第２接続配管３２の第１中間ヘッダ１の第２空間２２における第２流出口３２＿１は、第３空間２３と第４空間２４とを仕切る第２仕切り３６よりも上側に設けられている構成である。第２接続配管３２は、第１中間ヘッダ１の第２空間２２と第２中間ヘッダ２の第３空間２３とを接続する。

【0065】

このように構成された室外熱交換器１０においては、第２空間２２における第２流出口３２＿１と第２仕切り３６とのヘッド差により、第２空間２２への液冷媒の逆流１０５（図４参照）が抑制され、空気調和装置２００の冷房性能が改善する

【0066】

実施の形態４．
実施の形態４において、特に記述しない項目については実施の形態３と同様とし、同一の機能及び構成については同一の符号を用いて述べることとする。

【0067】

図１２は、実施の形態４に係る第１中間ヘッダ１及び第２中間ヘッダ２の上視断面図である。図１３は、図１２のＡ－Ａ方向断面拡大図である。

【0068】

図１２において、７１は第１中間ヘッダ１の延伸方向の中心軸を示し、７２は第２中間ヘッダ２の延伸方向の中心軸を示す。７３は、接続配管の中心軸を示す。第２中間ヘッダ２の延伸方向の中心軸７２から延びる２本の破線は、第１中間ヘッダ１の管壁３８が見える範囲を示す。図１３において、１１１は第１空間２１から第３空間２３への冷媒流れを示し、１１２は第２空間２２から第３空間２３への冷媒流れを示す。

【0069】

実施の形態４においては、第１流出口３１＿１は、第１中間ヘッダの延伸方向、かつ第２中間ヘッダ２の延伸方向の中心軸７２から見て、第１中間ヘッダ１が見える範囲における第１中間ヘッダ１の管壁３８に設けられている。つまり、第１流出口３１＿１は、第１中間ヘッダ１の第２中間ヘッダ２側の管壁３８に設けられている。

【0070】

実施の形態４のように第１中間ヘッダ１を構成することにより、第１空間２１から第３空間２３までの第１接続配管３１の経路長が短くなり、冷媒流れ１１１の流動が促進され、第１空間２１内の液冷媒の滞留が抑制される。また、第２空間２２から第３空間２３までの第２接続配管３２の経路長が短くなり、冷媒流れ１１２の慣性力を大きく低減することなく第３空間２３へ冷媒が輸送される。このため、第３空間２３においてガス主体冷媒を重力上向きに多く供給し、上吹き筐体の風速分布に合わせて冷媒分配が可能となる。

【0071】

図１４は、実施の形態４に係る第１中間ヘッダ１及び第２中間ヘッダ２の第１変形例を示す図１２のＡ－Ａ方向断面拡大図である。

【0072】

図１４に示す本実施の形態４の変形例は第１中間ヘッダ１の第１空間２１における第３空間２３への第１流出口３１＿１の高さは、第２中間ヘッダ２の第３空間２３における第１空間２１からの第１流入口３３＿１の高さ位置に対して、同じか、より高い構成である。

【0073】

本変形例のように第１中間ヘッダ１を構成することにより、第１流出口３１＿１の高さ位置と第１流入口３３＿１とのヘッド差により冷媒流れ１１１の流動が促進され、第１空間２１内の液冷媒の滞留が抑制される。これにより、凝縮器性能が向上し、空気調和装置２００の冷房性能が改善する。

【0074】

また、図１４に示す実施の形態４の変形例は第１中間ヘッダ１の第２空間２２における第３空間２３への第２流出口３２＿１の高さ位置が、第２中間ヘッダ２の第２仕切り３６の高さ位置に対して、より高い構成である。

【0075】

本変形例のように、第２流出口３２＿１を第２仕切り３６上部よりも重力方向上向きに設けることで、第３空間２３から第２空間２２への液冷媒の逆流１０５（図４参照）が低減される。これにより、凝縮器性能が向上し、空気調和装置２００の冷房性能が改善する。特に冷媒流速が小さくなる低負荷運転において改善効果が大きい。

【0076】

図１５は、実施の形態４に係る第１中間ヘッダ１及び第２中間ヘッダ２の第２変形例を示す図１２のＡ－Ａ方向断面拡大図である。図１５に示すように、実施の形態４の第２変形例は、第１流出口３１＿１及び第２流出口３２＿１が第１仕切り３５で仕切られている。すなわち、第１中間ヘッダ１の管壁に設けられた１つの開口の高さの範囲内に、第１仕切り３５が設けられていて、この開口の第１仕切り３５の上側が第１流出口３１＿１、下側が第２流出口３２＿１となっている。

【0077】

本変形例のように第１流出口３１＿１及び第２流出口３２＿１がそれぞれ異なる流出口を形成する限り、第１接続配管３１及び第２接続配管３２を１本の配管で一体に構成してもよい。本変形例は第１空間２１から第３空間２３に冷媒を供給するまでに、第１仕切り３５上部の液冷媒を上側に上昇させる必要がないため、第１空間２１の液冷媒の滞留を抑制できる。これにより、凝縮器性能が向上され、空気調和装置２００の冷房性能が改善する。特に冷媒流速が小さくなる低負荷運転において改善効果が大きい。

【0078】

実施の形態は、例として提示したものであり、請求の範囲を限定することは意図していない。実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、実施の形態の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施の形態及びその変形は、実施の形態の範囲及び要旨に含まれる。

【符号の説明】

【0079】

１ 第１中間ヘッダ、２ 第２中間ヘッダ、３＿１ 第１伝熱管、３＿２ 第２伝熱管、４ フィン、１０ 室外熱交換器、１１ 第１熱交換器、１２ 第２熱交換器、１３ 送風機、 １４ 圧縮機、１６ 室内熱交換器、１７ 絞り装置、１８ 冷媒配管、２１ 第１空間、２２ 第２空間、２３ 第３空間、２４ 第４空間、３１ 第１接続配管、３１＿１ 第１流出口、３２ 第２接続配管、３２＿１ 第２流出口、３３＿１ 第１流入口、３４＿１ 第２流入口、３５ 第１仕切り、３６ 第２仕切り、３８ 管壁、７１第１中間ヘッダ１の延伸方向の中心軸、７２ 第２中間ヘッダ２の延伸方向の中心軸、７３ 接続配管の中心軸、９０ 重力方向、１００ 液冷媒、１０１ ガス冷媒、１０２ 液主体冷媒、１０３ ガス主体冷媒、１０４ 液冷媒の滞留、１０５ 液冷媒の逆流、１１１ 第１空間から第３空間への冷媒流れ、１１２ 第２空間から第３空間への冷媒流れ、２００ 空気調和装置、２０１ 室外機、２０２ 室内機、２０３ 上吹き筐体、３００ 風速分布、ＡＦ 空気の流れ方向。

【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】