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再表2013-161799熱交換器、この熱交換器を備えた冷凍サイクル装置及び空気調和機
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2013年10月31日
【発行日】2015年12月24日
(54)【発明の名称】熱交換器、この熱交換器を備えた冷凍サイクル装置及び空気調和機
(51)【国際特許分類】
   F28F 9/02 20060101AFI20151201BHJP
   F28F 1/02 20060101ALI20151201BHJP
   F28D 9/02 20060101ALI20151201BHJP
   F25B 39/00 20060101ALI20151201BHJP
【FI】
   F28F9/02 301D
   F28F1/02 B
   F28D9/02
   F25B39/00 M
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】18
【出願番号】特願2014-512600(P2014-512600)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2013年4月23日
(31)【優先権主張番号】PCT/JP2012/002872
(32)【優先日】2012年4月26日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KM,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC
(71)【出願人】
【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】100098604
【弁理士】
【氏名又は名称】安島 清
(74)【代理人】
【識別番号】100087620
【弁理士】
【氏名又は名称】高梨 範夫
(74)【代理人】
【識別番号】100125494
【弁理士】
【氏名又は名称】山東 元希
(74)【代理人】
【識別番号】100153936
【弁理士】
【氏名又は名称】村田 健誠
(74)【代理人】
【識別番号】100160831
【弁理士】
【氏名又は名称】大谷 元
(74)【代理人】
【識別番号】100166084
【弁理士】
【氏名又は名称】横井 堅太郎
(72)【発明者】
【氏名】松田 拓也
(72)【発明者】
【氏名】石橋 晃
(72)【発明者】
【氏名】李 相武
(72)【発明者】
【氏名】岡崎 多佳志
【テーマコード(参考)】
3L103
【Fターム(参考)】
3L103AA01
3L103AA18
3L103AA36
3L103BB42
3L103CC22
3L103DD33
3L103DD43
(57)【要約】
互いに間隔を空けて積層され、その間を空気が通過する複数のフィン11、21と、複数のフィン11、21を積層方向に貫通し、内部を冷媒が通過し、空気通過方向に対して垂直方向の段方向へ複数段設けられた複数段の伝熱管12、22とを有する熱交換部10、20が、空気通過方向である列方向に複数列配置されており、入口から出口に至るまで列跨ぎヘッダ40部分で折り返しながら流れる冷媒流路が形成されており、列跨ぎヘッダ40は、段方向に複数に仕切られて複数の部屋を構成しており、冷媒流路は部屋毎に独立している。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部を冷媒が通過し、空気通過方向に対して垂直方向の段方向へ複数段設けられた複数段の伝熱管と、前記空気通過方向に空気が通過するように配置された複数のフィンとを有する熱交換部が、前記空気通過方向である列方向に複数列配置されており、
前記複数列の前記熱交換部のうち列方向両端の熱交換器は、冷媒が流入する入口熱交換部又は冷媒が流出する出口熱交換部となり、
前記複数列の前記熱交換部において列方向に隣接するもの同士の前記複数段の伝熱管の一方の端部が列跨ぎヘッダで連通しており、前記入口熱交換部の前記複数段の伝熱管の入口から流入した冷媒が、前記出口熱交換部の前記複数段の伝熱管の出口に至るまで前記列跨ぎヘッダ部分で折り返しながら流れる冷媒流路が形成されており、
前記列跨ぎヘッダの内部は、段方向に複数に仕切られて複数の部屋を構成しており、前記冷媒流路は前記部屋毎に独立していることを特徴とする熱交換器。
【請求項2】
前記入口熱交換部が前記空気通過方向の最下流側、前記出口熱交換部が前記空気通過方向の最上流側となるように配置されていることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
【請求項3】
前記熱交換器は蒸発器又は凝縮器として切り換えて用いられ、蒸発器として用いる場合、前記出口から前記入口に冷媒を流し、凝縮器として用いる場合、前記入口から前記出口に冷媒を流すことを特徴とする請求項2記載の熱交換器。
【請求項4】
前記列跨ぎヘッダは、前記各伝熱管の段毎に仕切られて前記複数の部屋を構成しており、同一段の前記伝熱管毎に独立した流路が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項5】
前記複数の部屋のそれぞれの前記段方向の長さは風速分布に応じて設定され、風速の速い部分を通過する扁平管が連通する部屋の方が、風速の遅い部分を通過する扁平管が連通する部屋よりも長く設定されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項6】
前記熱交換器は、前記熱交換器の一部が曲げて構成されており、前記複数列の熱交換器の両端部の位置が揃うように形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項7】
蒸発器として用いる場合に入口となる前記複数段の伝熱管には、前記複数段の伝熱管に冷媒を分配して流入させる冷媒分配器が接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項8】
前記冷媒分配器は、前記複数段の伝熱管の端部に段方向に沿うように配置されたヘッダであることを特徴とする請求項7記載の熱交換器。
【請求項9】
前記ヘッダの冷媒流入部には偏流抑制部材が設けられていることを特徴とする請求項8記載の熱交換器。
【請求項10】
前記冷媒分配器は、内部が1以上の仕切板で上下方向に仕切られて複数の部屋が形成されたヘッダと、冷媒を略均等に分配するディストリビュータとを有し、前記複数の部屋のそれぞれが各キャピラリチューブにより前記ディストリビュータに接続された構成を有することを特徴とする請求項7記載の熱交換器。
【請求項11】
前記列跨ぎヘッダが上下方向に向くように配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項12】
前記伝熱管は、冷媒流路となる貫通孔を複数有する扁平管であることを特徴とする請求項1乃至請求項11の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項13】
圧縮機と減圧装置と請求項1乃至請求項12の何れか一項に記載の熱交換器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば空気調和機等の冷凍サイクル装置に用いられる熱交換器及びこの熱交換器を備えた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【0002】
この種の熱交換器は、複数の流路を有しており、冷媒を各流路へ均等に分配することにより、熱交換器の伝熱性能の向上を図っている。近年では、複数のフィン及び複数の扁平管から構成される熱交換部を空気通過方向である列方向に複数配置し、更なる熱交換効率の向上を図った技術がある(例えば特許文献1参照)。
【0003】
特許文献1において2つの熱交換部の全扁平管の端部同士は、列跨ぎヘッダで連通しており、入口ヘッダで均等分配した各冷媒が、一方の熱交換部の各扁平管を流れた後、列跨ぎヘッダで一旦合流して折り返し、再び分配されて他方の熱交換器の各扁平管を流れ、出口ヘッダで合流して流出するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−75024号公報(要約、図1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1では、均等分配されて一方の熱交換器の各扁平管にそれぞれ流入した各冷媒が、列跨ぎヘッダ部分で一旦、合流するため、最初の均等分配状態を維持できず、他方の熱交換器の各扁平管への再分配の際に偏って分配され、熱交換器の熱交換効率が低下するという問題があった。
【0006】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、空気通過方向に熱交換部が複数配置された構成において、冷媒流路の入口から出口にわたって冷媒分配の偏りを抑制できて熱交換性能の向上を図ることが可能な熱交換器及び冷凍サイクル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】
【0007】
本発明に係る熱交換器は、内部を冷媒が通過し、空気通過方向に対して垂直方向の段方向へ複数段設けられた複数段の伝熱管と、空気通過方向に空気が通過するように配置された複数のフィンとを有する熱交換部が、空気通過方向である列方向に複数列配置されており、複数列の熱交換部のうち列方向両端の熱交換器は、冷媒が流入する入口熱交換部又は冷媒が流出する出口熱交換部となり、複数列の熱交換部において列方向に隣接するもの同士の複数段の伝熱管の一方の端部が列跨ぎヘッダで連通しており、入口熱交換部の複数段の伝熱管の入口から流入した冷媒が、出口熱交換部の複数段の伝熱管の出口に至るまで列跨ぎヘッダ部分で折り返しながら流れる冷媒流路が形成されており、列跨ぎヘッダの内部は、段方向に複数に仕切られて複数の部屋を構成しており、冷媒流路は部屋毎に独立しているものである。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、入口における均等分配状態が出口まで維持されるため、流路全体に渡って冷媒の分配の偏りを抑制できて熱交換性能の向上を図ることが可能な熱交換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本発明の一実施の形態に係る熱交換器の斜視図である。
図2図1の列跨ぎヘッダを示す斜視図である。
図3図1の扁平管を示す斜視図である。
図4図1の熱交換器1が適用された冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す図である。
図5図5(a)は、図1の熱交換器を凝縮器として用いる場合の冷媒の流れ(対向流)を示す図、図5(b)は、平行流を示す図である。
図6】凝縮器の入口から出口までの冷媒流路における冷媒温度分布を示す図である。
図7】蒸発器又は凝縮器として切り換えて用いる熱交換器を示す図である。
図8】全体略L字状を成す熱交換器を示す図である。
図9図8の熱交換器の折り曲げ加工前の状態を示す図である。
図10】冷媒分配器の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図1は、本発明の一実施の形態に係る熱交換器の斜視図である。図2は、図1の列跨ぎヘッダを示す斜視図である。図1図2及び後述の図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。更に、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
熱交換器1は、空気通過方向である列方向に配置された第1熱交換部10及び第2熱交換部20と、冷媒分配器としての入口ヘッダ30と、列跨ぎヘッダ40と、出口ヘッダ50とを備えている。
【0011】
第1熱交換部(出口熱交換部)10は、互いに間隔を空けて積層され、その間を空気が通過する複数のフィン11と、複数のフィン11を積層方向に貫通し、内部を冷媒が通過し、空気通過方向に対して垂直方向である段方向へ複数段設けられた扁平管(伝熱管)12とを有している。扁平管12は、図3に示すように冷媒流路となる貫通孔12aを複数有している。第2熱交換部(入口熱交換部)20は第1熱交換部10と同様の構成であり、複数のフィン21と複数の扁平管(伝熱管)22とを有している。なお、ここではフィン11の形状として板状フィンを示したが、必ずしも板状フィンでなくてもよい。例えば段方向に扁平管12と交互に積層して配置される波形状のフィン等でもよく、要は空気通過方向に空気が通過するように配置されたフィンであればよい。
【0012】
入口ヘッダ30は、第2熱交換部20の一端側に段方向に沿うように配置され、第2熱交換部20の全ての扁平管22に連通しており、冷媒入口配管31から流入した冷媒を各扁平管12に均等に分配して流入させる。
【0013】
出口ヘッダ50は、第1熱交換部10の一端側に段方向に沿うように配置され、第1熱交換部10の全ての扁平管12に連通しており、各扁平管12を通過した冷媒を合流させて冷媒出口配管51から流出させる。
【0014】
列跨ぎヘッダ40は、第1熱交換部10及び第2熱交換部20の他端側に段方向に沿うように配置され、第1熱交換部10及び第2熱交換部20を跨ぐように構成されている。列跨ぎヘッダ40は内部が中空に構成され、仕切板41により段方向に仕切られて扁平管12、22の段数と同数の部屋42が形成されている。そして、各部屋42のそれぞれに設けた2つの貫通孔43に、同一段の扁平管12、22の端部がそれぞれ接続されている。このように構成された各部屋42は、図1の矢印に示すように扁平管22を通過後の冷媒が流入し、扁平管12へ向けて折り返す折り返し流路となっている。
【0015】
以上の構成により、第2熱交換部20の扁平管22の入口から第1熱交換部10の扁平管12の出口に至るまで段毎(部屋42毎)に独立した流路が形成されている。
【0016】
扁平管12、22、フィン11、21、入口ヘッダ30、列跨ぎヘッダ40及び出口ヘッダ50は例えばアルミ又はアルミ合金で形成されている。
【0017】
以上の構成の熱交換器1を製造する際には、扁平管12、22、フィン11、21、入口ヘッダ30、列跨ぎヘッダ40、出口ヘッダ50を全て組み立てた状態で同時に炉中ロウ付け接合する。
【0018】
図4は、図1の熱交換器が適用された冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す図である。
冷凍サイクル装置60は、圧縮機61と、凝縮器62と、減圧装置としての膨張弁63と、蒸発器64とを備えている。凝縮器62と蒸発器64の少なくとも一方に、熱交換器1が用いられる。圧縮機61から吐出された冷媒は凝縮器62に流入し、凝縮器62を通過する空気と熱交換して高圧液冷媒となって流出する。凝縮器62を流出した高圧液冷媒は膨張弁63で減圧されて低圧二相冷媒となり、蒸発器64に流入する。蒸発器64に流入した低圧二相冷媒は、蒸発器64を通過する空気と熱交換して低圧ガス冷媒となり、再び圧縮機61に吸入される。
【0019】
図5(a)は、図1の熱交換器を凝縮器として用いる場合の冷媒の流れを示す図であり、図1を平面的に見た状態での冷媒の流れを示している。図5(a)において太矢印は冷媒の流れ方向を示しており、細矢印Aは空気の流れを示している。
熱交換器1を凝縮器62として用いる場合は、空気の流れ方向Aに対して下流側から上流側に折り返すようにして冷媒を流す(以下、この流れを対向流という)。なお、この対向流に対し、図5(b)に示すように空気の流れ方向Aに対して上流側から下流側に折り返すようにして冷媒を流す平行流もあるが、平行流とする場合については後述する。
【0020】
以下、図1及び図4を参照して熱交換器1を凝縮器62として用いる場合の冷媒の流れを説明する。
冷媒入口配管31から入口ヘッダ30内部に流入した冷媒は、ここで均等に分配されて第2熱交換部20の各扁平管22の入口にそれぞれに流入する。そして、各扁平管22を通過した各冷媒は、列跨ぎヘッダ40の各部屋42にそれぞれ流入する。そして、各冷媒は各部屋42内で折り返し、各扁平管12にそれぞれ流入する。
【0021】
ここで、各部屋42のそれぞれには均等に分配された各冷媒が流入し、別の部屋42の冷媒と混ざることなく各部屋42から流出し、第1熱交換部10の各扁平管12に流入する。このため、各部屋42を流出した各冷媒は、均等分配状態を維持したまま各扁平管12に流入する。そして、各扁平管12を通過した各冷媒は、出口ヘッダ50で合流して冷媒出口配管51から外部に流出する。なお、熱交換器1を凝縮器62として用いる場合は、ガス状態で熱交換器1に流入することから、冷媒の均等分配は容易である。このため、必ずしも冷媒分配器としての入口ヘッダ30を備えていなくてもよく、単に第2熱交換部20の各扁平管22が内部で連通する構成のものとしてもよい。
【0022】
次に、冷媒を対向流で流すことによる効果について説明する。冷媒を対向流で流すことによる効果は、冷媒流路の入口から出口までの冷媒温度分布が関係している。
【0023】
図6は、凝縮器の入口から出口までの冷媒流路における冷媒温度分布を示す図である。図6において横軸は冷媒流路、縦軸は温度を示している。なお、(a)は、R32、HFO1234YFのような単一冷媒、R410Aのような混合冷媒でも共沸冷媒、(b)は、HFO01234YFとR32を混合した非共沸冷媒の場合を示している。また、凝縮器62では、熱交換性能を向上するためサブクールをつけるようにしており、図6においてSC(=Tc−Tb)で示している。
【0024】
図6(a)に示すように単一冷媒、共沸混合冷媒の場合、ガス冷媒は高温Taで流入し、凝縮器62を通過する空気との熱交換により温度が低下して凝縮温度Tcまで下がる。そして、冷媒は凝縮温度Tcで温度一定の気液二相状態を経て液状態に変化する。液状態となった冷媒は、凝縮温度Tcよりも更に温度低下してサブクールが付けられ、低温Tbとなって流出する。
【0025】
図6(b)に示すように非共沸冷媒の場合には、ガス冷媒は高温Ta’で流入し、凝縮器62を通過する空気との熱交換により温度が低下して凝縮温度Tc’まで下がる。非共沸冷媒は、ガスの飽和温度と液の飽和温度が異なり、気液二相状態においても冷媒温度が温度低下を続け、液状態に変化する。そして、液状態となった冷媒は、凝縮温度Tc’よりも更に温度低下してサブクールが付けられ、低温Tb’となって流出する。
【0026】
凝縮器62では、サブクールを例えば10℃程度付けることが求められるため、入口から出口にわたる冷媒流路の後半においても、空気との熱交換量を十分に確保する必要がある。
【0027】
凝縮器62において仮に平行流(図5(b)参照)とすると、第1熱交換部10側で熱交換後の空気が第2熱交換部20に流入することになる。このため、冷媒流路の後半で空気との温度差を十分に取れず、所望のサブクールをつけることができない可能性がある。これに対し、対向流とした場合は、冷媒流れの後半の冷媒が、熱交換前の空気と熱交換することになるため、温度差を十分に確保でき、安定してサブクールをつけることができる。
【0028】
凝縮器62において対向流とする効果は、単一冷媒、共沸冷媒の場合でも得られるが、非共沸冷媒の場合には特に効果的である。すなわち、非共沸冷媒の場合には、上述したようにガスの飽和温度と液の飽和温度とが異なり、気液二相域で温度勾配があるため、冷媒と空気との温度差を共沸冷媒の場合よりも確保できる。よって、更に効果的なのである。
【0029】
以上では、熱交換器1を凝縮器62として用いる場合を説明したが、次に、蒸発器64として用いる場合について説明する。蒸発器64として用いる場合は、対向流及び平行流のどちらとしてもよいが、どちらかといえば対向流の方が好ましい。熱交換器1を蒸発器64として用いる場合で冷媒が非共沸冷媒であるときには、上述したように気液二相域で温度勾配があり、温度差が拡大して熱交換性能が向上するため、対向流とする方が高い効果が得られる。
【0030】
なお、蒸発器64では、熱交換性能を向上するためスーパーヒートをつけるが、スーパーヒートは大体1、2℃程度でありサブクールの10℃に比べて小さい。よって、対向流とすることによる効果は凝縮器62として用いる場合の方が高い。
【0031】
熱交換器1を蒸発器専用又は凝縮器専用として用いる場合には、対向流で冷媒を流すように図1の構成とすればよい。一方、図4の冷凍サイクル装置60に更に四方弁を設けて冷媒の流れ方向を切り換え、熱交換器1を蒸発器64又は凝縮器62として切り換えて用いる場合には、次の図7のように構成する。
【0032】
図7は、蒸発器又は凝縮器として切り換えて用いる熱交換器を示す図である。図7において点線矢印は蒸発器64の場合の冷媒の流れ、実線矢印は凝縮器62の場合の冷媒の流れを示している。
図7において、図1と異なるのは、出口ヘッダ50に代えて、冷媒を均等に分配する冷媒分配器としての機能を備えた出口ヘッダ50aを設けた点である。
【0033】
このように構成した熱交換器1においては、蒸発器64として用いる場合には平行流、すなわち出口ヘッダ50a→第1熱交換部10→列跨ぎヘッダ40→第2熱交換部20→入口ヘッダ30の順に冷媒を流す。このように蒸発器64として用いる際には、出口ヘッダ50a側から冷媒が流入する。よって、気液二相状態で流入する冷媒を均等に分配して各扁平管12に流入させるよう、出口ヘッダ50aに冷媒分配器としての機能を備えるようにしている。一方、凝縮器62として用いる場合には対向流、すなわち入口ヘッダ30→第2熱交換部20→列跨ぎヘッダ40→第1熱交換部10→出口ヘッダ50aの順に冷媒を流す。
【0034】
以上説明したように本実施の形態によれば、第1熱交換部10及び第2熱交換部20における冷媒流路の入口から出口まで、各段の扁平管12、22内を通過する各冷媒が他の段の冷媒と合流することなく独立した流路を流れる。よって、入口における均等分配状態が出口まで良好に維持され、分配偏流を抑制することができる。その結果、熱交換器1の熱交換効率を高めることができ、この熱交換器1を有する冷凍サイクル装置60の高効率な運転を実現することができる。
【0035】
また、熱交換器1を凝縮器62として用いる場合には、対向流となるように冷媒を流すことにより、熱交換効率を向上することができる。なお、対向流とすることによる効果は、冷凍サイクル装置60内に封入する冷媒を非共沸冷媒とした場合に特に効果的である。
【0036】
なお、本発明の熱交換器は、図1に示した構造に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で例えば以下の(1)〜(9)のように種々変形実施可能である。
【0037】
(1)本実施の形態では、列跨ぎヘッダ40において段毎に仕切板41を設けるとしたが、必ずしも段毎でなくてもよく、要は、列跨ぎヘッダ40の内部が、均等分配状態を維持できるように段方向に複数に仕切られていればよい。
均等分配状態を維持できるかどうかは、具体的には各部屋42におけるヘッド差が効いてくるため、ヘッド差を考慮して仕切板41を設ける間隔を決定すればよい。仕切板41を必要最低限だけ設けるようにした場合、コスト低減が可能となる。
【0038】
(2)熱交換器1における風速分布に応じて仕切板41の位置を決定するようにしてもよい。
熱交換器1に空気を送風する送風ファンからの風速は、熱交換器1の全面において均一とは限らず、風速分布が存在する。例えばビル用マルチエアコンの場合、熱交換器1の上部に送風ファンが設置されるため、熱交換器の上部の方が下部に比べて風速が速くなる。熱交換器1を蒸発器64として用いる場合において風速が速い部分は風速が遅い部分よりもガス化が進み、冷媒を均等分配しやすくなる。よって、風速が速い部分を通過する扁平管12、22が連通する列跨ぎヘッダ40部分については、仕切板41の間隔を広げて部屋42の高さ(段方向の長さ)を高く(長く)してもよい。
【0039】
(3)本実施の形態では、熱交換器1が全体略I字状の例を示したが、図8に示すように全体略L字状とし、熱交換器1の一部が曲げて構成されていてもよい。
全体略L字状とする場合には、全体I字状に形成した熱交換器1を図9に示すように矢印方向にL曲げすることにより構成できる。なお、L曲げ後の状態において第1熱交換部10及び第2熱交換部20の両端部の位置が揃うように、図9に示すように折り曲げ前の状態で第1熱交換部10側を第2熱交換部20に比べて短く構成しておくことは言うまでもない。このように両端部の位置を揃える構成とすることで、冷媒入口配管31及び冷媒出口配管51に接続される外部配管の取り回しが容易となる。
【0040】
なお、熱交換器1をI字状とするかL字状とするかは、熱交換器1が設置される筐体内における熱交換器1の実装スペースを応じて決めればよく、実装スペースを最大限に利用して高密度に実装できる形状とすればよい。形状は、I字状やL字状以外にも、U字状や矩形状としてもよい。何れにしろ、実装スペース内に高密度に配置することで、高い熱交換効率を得ることができる。この場合も、第1熱交換部10及び第2熱交換部20の両端部の位置が揃うように構成する。
【0041】
(4)冷媒分配器として入口ヘッダ30を設けた構成を説明したが、入口ヘッダ30内に更に、分配偏流を抑制するための偏流抑制部材(例えば、冷媒の流れを絞るオリフィス)を設けてもよい。
【0042】
(5)冷媒分配器として、入口ヘッダ30に代えて冷媒を略均等に分配するディストリビュータを設けてもよい。
【0043】
(6)冷媒分配器として、入口ヘッダ30に代えて図10に示す冷媒分配器70としてもよい。
冷媒分配器70は、各扁平管12の端部に連通するヘッダ71とディストリビュータ74とを有する。ヘッダ71は、内部が1以上の仕切板72で上下方向に仕切られて複数の部屋73を形成している。そして、各部屋73のそれぞれが、各キャピラリチューブ75によりディストリビュータ74に接続されている。この冷媒分配器70では、ディストリビュータ74で略均等に分配された冷媒が各キャピラリチューブ75を介して各部屋73に流入する。
【0044】
各部屋73の上下方向の長さは、仕切板72を設けずにヘッダ71内全体を連通した場合の上下方向の長さに比べて小さい。このため、重力によるヘッド差の影響が低減され、各部屋73のそれぞれにおいてその部屋73に連通する各扁平管22に、冷媒を均等に分配して流入させることができる。なお、コスト低減やキャピラリチューブ75の引き回しを考えると、仕切板72は段毎に設けず、図10に示したように複数段毎に設けた構成とする方が好ましいが、段毎に設けてももちろんよい。
【0045】
(7)本実施の形態では、列跨ぎヘッダ40が上下方向に向くように配置した構成を示したが、図1において熱交換器1全体を90度回転させ、列跨ぎヘッダ40が左右方向に向くように配置した構成としてもよい。列跨ぎヘッダ40が上下方向に向くように配置した構成の場合、仕切板41が無い構成と比較するとヘッド差の影響の低減効果が高い。よって、本発明は、列跨ぎヘッダ40が上下方向に向く構成に適用した方がより効果的である。
【0046】
(8)本実施の形態では、2列構成の例を図示して説明したが、3列以上としてもよい。この場合も2列構成の場合と同様の考え方で構成すればよい。すなわち、複数列の前記熱交換部のうち列方向両端の熱交換器は、冷媒が流入する入口熱交換部又は冷媒が流出する出口熱交換部となり、複数列の熱交換部において列方向に隣接するもの同士の複数段の伝熱管の一方の端部を列跨ぎヘッダで連通させる。そして、入口熱交換部の複数段の伝熱管の入口から流入した冷媒が、出口熱交換部の複数段の伝熱管の出口に至るまで列跨ぎヘッダ部分で折り返しながら流れる冷媒流路を形成する。そして、列跨ぎヘッダの内部を、段方向に複数に仕切って複数の部屋を構成し、冷媒流路が部屋毎に独立した構成とする。
【0047】
(9)本実施の形態では伝熱管を扁平管としたが、必ずしも扁平管でなくてもよく、円管としてもよい。
【符号の説明】
【0048】
1 熱交換器、10 第1熱交換部、11 フィン、12 伝熱管(扁平管)、12a 貫通孔、20 第2熱交換部、21 フィン、22 伝熱管(扁平管)、30 入口ヘッダ、31 冷媒入口配管、40 列跨ぎヘッダ、41 仕切板、42 部屋、43 貫通孔、50 出口ヘッダ、50a 出口ヘッダ、51 冷媒出口配管、60 冷凍サイクル装置、61 圧縮機、62 凝縮器、63 膨張弁、64 蒸発器、70 冷媒分配器、 71 ヘッダ、72 仕切板、73 部屋、74 ディストリビュータ、75 キャピラリチューブ。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10

【手続補正書】
【提出日】2014年10月20日
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0001
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0001】
本発明は、例えば空気調和機等の冷凍サイクル装置に用いられる熱交換器この熱交換器を備えた冷凍サイクル装置及び空気調和機に関する。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0005】
特許文献1では、均等分配されて一方の熱交換の各扁平管にそれぞれ流入した各冷媒が、列跨ぎヘッダ部分で一旦、合流するため、最初の均等分配状態を維持できず、他方の熱交換器の各扁平管への再分配の際に偏って分配され、熱交換器の熱交換効率が低下するという問題があった。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0006】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、空気通過方向に熱交換部が複数配置された構成において、冷媒流路の入口から出口にわたって冷媒分配の偏りを抑制できて熱交換性能の向上を図ることが可能な熱交換器冷凍サイクル装置及び空気調和機を提供することを目的とする。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0007】
本発明に係る熱交換器は、内部を気液二相状態の冷媒が通過し、空気通過方向に対して垂直方向の段方向へ複数段設けられた複数段の伝熱管と、空気通過方向に空気が通過するように配置された複数のフィンとを有する熱交換部が、空気通過方向である列方向に複数列配置されており、複数列の熱交換部のうち列方向両端の熱交換は、冷媒が流入する入口熱交換部又は冷媒が流出する出口熱交換部となり、複数列の熱交換部において列方向に隣接するもの同士の複数段の伝熱管の一方の端部が列跨ぎヘッダで連通しており、入口熱交換部の複数段の伝熱管の入口から流入した冷媒が、出口熱交換部の複数段の伝熱管の出口に至るまで列跨ぎヘッダ部分で折り返しながら流れる冷媒流路が形成されており、列跨ぎヘッダの内部は、段方向に複数に仕切られて複数の部屋を構成しており、冷媒流路は部屋毎に独立しているものである。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0012】
入口ヘッダ30は、第2熱交換部20の一端側に段方向に沿うように配置され、第2熱交換部20の全ての扁平管22に連通しており、冷媒入口配管31から流入した冷媒を各扁平管2に均等に分配して流入させる。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0023】
図6は、凝縮器の入口から出口までの冷媒流路における冷媒温度分布を示す図である。図6において横軸は冷媒流路、縦軸は温度を示している。なお、(a)は、R32、HFO1234YFのような単一冷媒、R410Aのような混合冷媒でも共沸冷媒、(b)は、HFO1234YFとR32を混合した非共沸冷媒の場合を示している。また、凝縮器62では、熱交換性能を向上するためサブクールをつけるようにしており、図6においてSC(=Tc−Tb)で示している。
【手続補正8】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部を気液二相状態の冷媒が通過し、空気通過方向に対して垂直方向の段方向へ複数段設けられた複数段の伝熱管と、前記空気通過方向に空気が通過するように配置された複数のフィンとを有する熱交換部が、前記空気通過方向である列方向に複数列配置されており、
前記複数列の前記熱交換部のうち列方向両端の熱交換は、冷媒が流入する入口熱交換部又は冷媒が流出する出口熱交換部となり、
前記複数列の前記熱交換部において列方向に隣接するもの同士の前記複数段の伝熱管の一方の端部が列跨ぎヘッダで連通しており、前記入口熱交換部の前記複数段の伝熱管の入口から流入した冷媒が、前記出口熱交換部の前記複数段の伝熱管の出口に至るまで前記列跨ぎヘッダ部分で折り返しながら流れる冷媒流路が形成されており、
前記列跨ぎヘッダの内部は、段方向に複数に仕切られて複数の部屋を構成しており、前記冷媒流路は前記部屋毎に独立していることを特徴とする熱交換器。
【請求項2】
前記入口熱交換部が前記空気通過方向の最下流側、前記出口熱交換部が前記空気通過方向の最上流側となるように配置されていることを特徴とする請求項1記載の熱交換器。
【請求項3】
前記熱交換器は蒸発器又は凝縮器として切り換えて用いられ、蒸発器として用いる場合、前記出口から前記入口に冷媒を流し、凝縮器として用いる場合、前記入口から前記出口に冷媒を流すことを特徴とする請求項2記載の熱交換器。
【請求項4】
前記列跨ぎヘッダは、前記各伝熱管の段毎に仕切られて前記複数の部屋を構成しており、同一段の前記伝熱管毎に独立した流路が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項5】
前記複数の部屋のそれぞれの前記段方向の長さは風速分布に応じて設定されることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項6】
前記熱交換器は、前記熱交換器の一部が曲げて構成されており、前記複数列の熱交換の両端部の位置が揃うように形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項7】
蒸発器として用いる場合に入口となる前記複数段の伝熱管には、前記複数段の伝熱管に冷媒を分配して流入させる冷媒分配器が接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項8】
前記冷媒分配器は、前記複数段の伝熱管の端部に段方向に沿うように配置されたヘッダであることを特徴とする請求項7記載の熱交換器。
【請求項9】
前記ヘッダの冷媒流入部には偏流抑制部材が設けられていることを特徴とする請求項8記載の熱交換器。
【請求項10】
前記入口熱交換部の前記複数段の伝熱管に冷媒を分配して流入させる冷媒分配器を更に有し、
前記冷媒分配器は、内部が1以上の仕切板で上下方向に仕切られて複数の部屋が形成されたヘッダと、冷媒を略均等に分配するディストリビュータとを有し、前記複数の部屋のそれぞれが各キャピラリチューブにより前記ディストリビュータに接続された構成を有することを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項11】
前記列跨ぎヘッダが上下方向に向くように配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項12】
前記伝熱管は、冷媒流路となる貫通孔を複数有する扁平管であることを特徴とする請求項1乃至請求項11の何れか一項に記載の熱交換器。
【請求項13】
圧縮機と減圧装置と請求項1乃至請求項12の何れか一項に記載の熱交換器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項14】
請求項13記載の冷凍サイクル装置を備えたことを特徴とする空気調和機。
【国際調査報告】