JP2003014337A

JP2003014337A - 空気調和機用熱交換器

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Publication number: JP2003014337A
Application number: JP2001198374A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Sasaki; 重幸佐々木; Hiroshi Kogure; 博志小暮; Nobuo Inagaki; 信夫稲垣; Atsushi Otsuka; 厚大塚; Yasuhisa Yasunaga; 泰久安永; Masaru Horiguchi; 賢堀口; Atsushi Kubota; 淳久保田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】製造ばらつき等により熱交換器に冷媒分配器
を取り付ける際の取り付け角度に個体差が生じた場合に
おいても、設置角度が分配特性に与える影響を小さくす
ることによって、安定性を確保した冷媒分配器を提供す
る。【解決手段】冷媒分配器８０の流入管１０に内面溝１
３付き構造にし、溝１３内部の冷媒１４１が受ける重力
よりも溝形状の作用による表面張力が支配的となるよう
にする。具体的には、設置角度θに応じて最適な最小内
径Ｄminと最大溝幅Ｗmaxの溝部を構成する。また、内面
に設けた溝付き構造部よりも流入管のエルボ角度を６０
度よりも大きくするように構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば空気調和機
に用いられる熱交換器に係り、特に、熱交換器を効果的
に作用させる冷媒分配器を備えた熱交換器に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機としての冷凍サイクルは、図
９に示すように構成される。図９は、一般的な家庭用空
気調和機のサイクル構成図である。図９において、１は
圧縮機であり、この圧縮機の運転動作により高温、高圧
のガスとなって吐出したフロン等の冷媒は、冷凍作用の
冷房と、暖房作用のヒートポンプサイクル兼用の場合に
は、冷媒の流れる方向を切り替える四方弁２を介して凝
縮熱交換器３入口のＡ点に流れる。凝縮熱交換器３は、
家庭用空気調和機の場合の冷房運転では、室外機内の熱
交換器に相当する。

【０００３】ここで、図１１を参照して空気調和機用熱
交換器を説明する。図１１は、従来技術における家庭用
空気調和機用熱交換器の説明図である。図１１に示す如
く、一定間隔で並設されたフィン４０に貫通した多くの
伝熱管４１が熱的また機械的に結合するよう構成された
クロスフィンチューブ式の熱交換器である。冷媒は伝熱
管４１内を流れ、前記フィン４０間を流動する空気と熱
交換する。

【０００４】凝縮熱交換器３内部を流れて高圧のまま
で、空気との熱交換により放熱した冷媒は、凝縮作用に
より液化し過冷却（飽和液温度よりも低温になった状
態）なった後に、凝縮熱交換器３の外部Ｂ点に流れ出
る。そして、電動式弁等の膨張部６により等エンタルピ
膨張した後、低温・低圧でガスと液が混在し気液二相流
となった冷媒は、蒸発熱交換器５の入口Ｃ点に流れる。
蒸発熱交換器５内では、空気を冷却するため、冷媒より
も高温の空気からの吸熱作用により前記冷媒が蒸発し、
該冷媒の乾き度χ〔＝ガス質量流量/(ガス質量流量＋液
質量流量)〕が増しながら流れる。そして、Ｄ点から蒸
発熱交換器５の出口部Ｅ点を経て、圧縮機１に戻る閉ル
ープを構成する。

【０００５】ここで、蒸発熱交換器５内部では、該熱交
換器内の流動抵抗による損失が熱交換器の性能低下に大
きく影響する。そのため、一般的に蒸発熱交換器５内を
数本のパス７１、７２の組合せ、また７３、７４の組合
せで示すように並列に分岐して流すように構成される。
このため、気液二相流の冷媒を分岐させる冷媒分配器８
１が必要となる。この冷媒分岐において、数十倍の密度
比を持つ液冷媒とガス冷媒が混在するために、冷媒配管
の内部で気液の自由界面が生じる。

【０００６】この自由界面が生じるため、冷媒の流動が
極めて不安定となる。したがって、大量生産される熱交
換器において冷媒分配器の設置角度等の個体差がばらつ
きを発生すると、液冷媒が受ける重力の作用が個々に異
なり、前記熱交換器によって液冷媒が十分に流れるパス
（例として、パス７３）と、枯渇するパス（例として、
パス７４）が発生する。冷媒が蒸発熱交換器５の途中で
枯渇した場合、その部位以降の熱交換器は冷媒と空気の
熱交換ができず、伝熱面積が活かせずに十分な性能を発
揮できないので省電力化できない。そのため、冷媒分配
のばらつきの問題が空気調和機全体の性能に大きなばら
つきとなってあらわれる。

【０００７】また、サイクルドライ方式（室内熱交換器
となる蒸発熱交換器の一部を凝縮熱交換器として働か
せ、それぞれの出口空気を混合することにより、室内機
の吹出し温度を下げないようにした快適性を高めた再熱
除湿方式）等の採用により蒸発熱交換器５の途中に冷媒
分配器８２を設ける必要が生じた場合は、冷媒分配器８
１の位置よりも冷媒の乾き度が高く、さらに少ない冷媒
液量のため、冷媒分配は難しい問題となっている。

【０００８】図１０は、図９に示したサイクル構成のモ
リエル線図上での説明図である。図中の破線がフロン系
冷媒による一般的な空気調和機用冷凍サイクルを示し、
反時計回りの動作をする。図９と図１０とでは、Ａから
Ｅの記号を一致させている。ここで、冷媒分配の問題と
なるのは、Ｃ点からＥ点までの低温・低圧の蒸発熱交換
器部である。等エンタルピ膨張後の冷媒はＣ点で蒸発熱
交換器内を流動する。このＣ点近くには、飽和液線（乾
き度＝０）があるように、乾き度χは比較的小さく、一
般の家庭用空調機等の場合、乾き度χ＝０．２前後であ
る。この点では、冷媒液量が多いために冷媒液に旋回成
分を与える等の工夫により、重力よりも大きな遠心力を
発生させることにより、冷媒分配が改善される場合があ
る。

【０００９】この冷媒液に旋回成分を与える発明として
は数多く提案されており、例えば、特開平５−１８６３
８号公報、特開平６−３１７３６４号公報、特開平７−
１２４２９号公報、特開２０００−１０５０２６号公
報、特開２０００−２７４８８５号公報に記載の発明が
ある。これらは、冷媒分配器の分岐部への流入管内面に
らせん状の溝を設け、冷媒の流れに旋回成分を与え冷媒
の偏流を抑えるものである。また、特開平８−６８５７
５号公報に記載の発明は、分流器内部に小径の管束をら
せん状に形成することによって冷媒が旋回し、これによ
って攪拌が行われ冷媒分配が改善される発明である。

【００１０】一方、特開平１０−３１８６２８号公報、
特開２０００−３２０９２９号公報に記載の発明は、液
に旋回成分を与えるものではなく、液冷媒の表面張力の
作用により溝内部に液冷媒を引き付け冷媒の偏流改善を
図るものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の特開平
５−１８６３８号公報、特開平６−３１７３６４号公
報、特開平７−１２４２９号公報、特開２０００−１０
５０２６号公報、特開２０００−２７４８８５号公報に
記載の発明は、液冷媒に旋回成分を与え冷媒分配を改善
するものである。

【００１２】しかしながら、液冷媒に旋回成分を与える
には、大きな運動量が必要となるが、冷媒の循環量が小
さい場合には運動量が大きくない。また、熱交換器の途
中に設ける冷媒分配器においては冷媒の乾き度が高く、
旋回成分を与える対象の液冷媒の量が極めて少ないため
に旋回流が発生しない。例えば、家庭用空調機で用いら
れているＲ４１０Ａの冷媒において蒸発圧力１３００ｋ
Ｐａ、蒸発温度１６℃、乾き度０．６５程度の分岐位置
における場合には、ガス冷媒が管断面の９３％を占め、
液冷媒は７％程度しか存在しない条件となる。そのた
め、図１０のＤ点で示すように蒸発熱交換器の途中で、
パス７３、７４へ分岐する場合には、高乾き度用の冷媒
分配器が求められているという問題があった。さらに、
空気調和機において、熱交換器の配置面積が支配的であ
り、冷媒配管は空いた空間内に構成されるため、分岐部
構造の角度設定の自由度が小さいという問題があった。

【００１３】本発明は、かかる従来技術の問題点を解決
するためになされたものであり、製造ばらつき等によ
り、熱交換器に冷媒分配器を取り付ける際の取り付け角
度に個体差が生じた場合に於いても、設置角度が分配特
性に与える影響を小にすると共に、高乾き度冷媒の配管
を適切にし、安定性を確保した冷媒分配器を備えた空気
調和器を提供することをその目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る空気調和機用熱交換器の構成は、内面
溝付き構造を設けた流入管を有する冷媒分配器を備えた
少なくとも一部が多パス構造の空気調和機用熱交換器に
おいて、前記冷媒分配器は、前記流入管の軸方向の重力
方向設置角度θ（単位：度）に対して、フロン系冷媒の
場合には最小内径Ｄｍｉｎ（単位：ｍｍ）と、最大溝幅
Ｗｍａｘ（単位：ｍｍ）との関係が、θ≦９１/（Ｄｍ
ｉｎ×Ｗｍａｘ）であることを特徴とするものである。
本発明に係る空気調和機用熱交換器の他の構成は、内面
溝付き構造を設けた流入管を有する冷媒分配器を備えた
少なくとも一部が多パス構造の空気調和機用熱交換器に
おいて、前記冷媒分配器は、前記流入管の軸方向の重力
方向設置角度θ（単位：度）に対して、自然系冷媒の場
合には最小内径Ｄｍｉｎ（単位：ｍｍ）と最大溝幅Ｗｍ
ａｘ（単位：ｍｍ）との関係が、θ≦１６６/（Ｄｍｉ
ｎ×Ｗｍａｘ）であることを特徴とするものである。本
発明に係る空気調和機用熱交換器のさらに他の構成は、
前記記載の空気調和機用熱交換器において、前記冷媒分
配器は、前記流入管径の最小内径Ｄｍｉｎで定義される
中心部面積Ａｄと、一つの溝部面積Ａｗと冷媒のボイド
率αとの関係が、溝数Ｎ（単位：条）とした場合、Ｎ≧
Ａｄ/Ａｗ×（１−α）/αであることを特徴とするもの
である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態につい
て図１乃至図１０を参照して詳細に説明する。図１は、
本発明に係る空気調和機用熱交換器に用いられる冷媒分
配器の説明図である。冷媒分配器８０は、気液二相流の
冷媒が流入する入口エルボ９と、該入口エルボ９に接続
される内面に所定寸法の溝構造を有した内面溝付き流入
管１０と、前記流入管１０に接続される結合部１１と、
前記結合部１１に接続される２本の流出管１２１，１２
２とからなっている。前記入口エルボ９より流入する気
液二相流の冷媒は、前記内面溝付き流入管１０、結合器
１１内に導かれ、２本の流出管１２１，１２２に流れ出
るのである。図１では、２本のパスに分岐する構造で示
したが、２本よりも多いパス構成であっても構わない。

【００１６】図２を用いて、冷媒分配器内の流れを説明
する。図２は、図１の冷媒分配器の内面詳細図、図２
（ａ）は、図１の冷媒分配器のＡ−Ａ‘断面図であり、
気液二相流の冷媒は紙面手前から奥方向に向かって流
れ、図２（ｂ）は、図１の冷媒分配器の内面溝（イ）部
を拡大し、本来円弧状の管を直線に展開して示したもの
であり、図２（ｃ）は、図１の冷媒分配器の内面溝にお
ける作用説明図である。

【００１７】図１、２において、入口エルボ９より流入
した気液二相流の冷媒は、内面溝付き流入管１０を流動
する際、該内面溝付き流入管１０と接触し、液冷媒１４
１は表面張力作用により微細な内面溝付き流入管１０に
設けられた複数の溝１３内に引き込まれる。熱交換器内
の途中で乾き度が高まった冷媒は、そのうちの液冷媒１
４１が環状流となり前記流入管１０の管壁面を流れ、そ
のうちのガス冷媒が前記流入管１０の中央部を高速に流
れるようになる。

【００１８】ここで、内面溝付き流入管１０は、熱交換
器の小型化のため、その径を細くすることが考えられる
が、所定の冷媒循環量を流動させなければならない。ま
た、所定の冷媒を表面張力作用により溝１３内に保持し
ながら流動させなければならず、該溝１３は表面張力作
用を維持する溝幅でなければならない。従って、前記流
入管１０の内径は最低限の大きさＤｍｉｎが必要であ
り、溝１３の幅の大きさＷｍａｘには制限が必要であ
る。さらに、図１には冷媒分配器の軸方向の重力に対す
る傾斜角度θが示されているが、この傾斜角度θの熱交
換器への取り付け個体差のばらつきにより冷媒分配は大
きな影響を受けていたが、前記の如く、傾斜角度θが大
きく取れば、冷媒分配は個体差のばらつきの影響を受け
ず。配管設計の余裕度が大きくなる。

【００１９】このような点を考慮すると、溝付き流入管
１０に掘り込まれた溝部１３に液冷媒１４１を入れ込む
と共に、最も効果的、且つ安定的な冷媒分配を実現する
ためには、傾斜角度θ，流入管１０内の最小内径Ｄｍｉ
ｎ，溝部１３のＷｍａｘ等に適切な関係が成立しなけれ
ばならない。

【００２０】溝付き流入管１０の傾斜角度θ，最小内径
Ｄｍｉｎ，溝部１３のＷｍａｘの関係を説明する。重力
と表面張力との強さを表す指標として無次元数であるボ
ンド数Ｂｏを用いる。該ボンド数Ｂｏ＝重力／表面張力
である。このボンド数Ｂｏは図２の形状寸法及び物性値
を用いて表すと、Ｂｏ≡Ｄｍｉｎ×ｇ×ｓｉｎθ×（ρｌ−ρｖ）/（σ/Ｗｍａｘ）………式（１）ここに、Ｂｏ：ボンド数Ｄｍｉｎ：最小内径ｇ：重力加速度 ρｌ：液密度、ρｖ：ガス密度 σ：液冷媒表面張力Ｗｍａｘ：最大溝幅 θ：重力方向設置角度式（１）において、ボンド数Ｂｏが１よりも小さな範囲
が重力作用よりも表面張力作用が大きいことになる。こ
の結果、重力方向の設置角度θと溝寸法Ｗｍａｘ、最小
内径Ｄｍｉｎの関係が定まる。

【００２１】式（１）を変形すると、 θ＝Ａｒｃｓｉｎ｛σ／ｇ（ρｌ−ρｖ）×１/Ｗｍａｘ×Ｄｍｉｎ｝…式（２）式（２）において、各冷媒の傾向を１次近似し定数を整
理すると、 θ≦Ｃ/（Ｄｍｉｎ×Ｗｍａｘ）………………………………式（３）となる。

【００２２】式（３）において、空気調和機として冷媒
の蒸発条件の最低温度と考えられるマイナス２０℃にお
ける物性値を代入し、図３の線図を作成する。パラメー
タとして家庭用空調機で多用されている代替冷媒のＲ４
１０Ａの他、冷媒Ｒ４０７Ｃ，Ｒ１３４ａ，Ｒ２２，Ｒ
３２と、ＣＯ₂，プロパンの２つの自然系冷媒を用い
る。前記各冷媒において、マイナス２０℃における物性
値を用いて算出すると、冷媒Ｒ４１０Ａに関してはＣ＝
８０、Ｒ３２ではＣ＝９１、プロパンではＣ＝１６６と
なる。

【００２３】このようにして、最小内径Ｄｍｉｎ（単
位：ｍｍ）と最大溝幅Ｗｍａｘ（単位：ｍｍ）の積の逆
数を横軸とし、許容設置角度θ（度）を縦軸とした各パ
ラメータ毎の関係を図示する図３が得られる。図３を参
照して本発明に係る空気調和機用熱交換機における一実
施例を説明する。図３は、本発明に係る空気調和機用熱
交換機における一実施例の説明図である。図３の実施例
においては、各冷媒の内、フロン系冷媒では、Ｒ３２の
Ｃ＝９１を代表の係数として用いる。また、自然系冷媒
ではプロパンのＣ＝１６６を代表の係数とし、これらを
示す各直線の下側の領域を本発明に係る請求項１および
２とする。

【００２４】図３に示される設置角度θよりも冷媒分配
器８０を傾けて設置した場合は、溝部１３に液冷媒１４
１が表面張力により保持されないために、溝付き管の効
果は得られない。これよりも温度が高い条件で用いる場
合には、表面張力σが温度の上昇と共に小さくなるの
で、Ｃが小さくなり、グラフ中の線の勾配は緩やかにな
り、すべてが本発明に係る請求項１および２に含まれ
る。なお、本説明においては、入口エルボ９の作用は除
外し、流入管１０に直接気液二相冷媒を流入させるもの
とした。

【００２５】次に、図４を参照して、最低限必要となる
溝数Ｎの関係を説明する。図４は、本発明に係る空気調
和機用熱交換器における他の実施例の説明図である。図
４（ａ）は、図１の冷媒分配器のＡ−Ａ‘断面図であ
り、中心部面積Ａｄと最小内径Ｄｍｉｎを示しており、
図４（ｂ）は、図１の冷媒分配器における内面溝の
（イ）部を拡大し、本来円弧状の管を直線に展開して示
し、溝部面積Ａｗを示したものであり、図４（ｃ）は、
図１の冷媒分配器のボイド率と溝数との関係図である。
ボイド率αは、管断面の流路総面積に対するガス冷媒流
動断面積の割合であり、乾き度が増すにつれて大きくな
る。ボイド率αが１で全てガスとなる。

【００２６】図４において、溝１３内に全ての液冷媒１
４１が引き込まれるためには、溝数Ｎが多い程好まし
い。しかし、液冷媒１４１が引き込まれる溝数Ｎが必要
以上に増えると、前記液冷媒１４１と溝壁面１３壁面と
の摩擦による流動抵抗が増加する。溝数Ｎが小になる
と、前記液冷媒１４１が溝１３から溢れてくる。したが
って、ボイド率により変動する液冷媒に対する最低限必
要となる溝数Ｎと、溝部面積Ａｗ、中心部面積Ａｄとの
関係が必要となる。

【００２７】図４（ｃ）において、横軸は、ボイド率α
であり、縦軸は溝数Ｎである。パラメータとして、最小
内径Ｄｍｉｎから算出される内面溝付き管の中心部面積
Ａｄ（＝π/４×Ｄｍｉｎ×Ｄｍｉｎ）と１つの溝部面
積Ａｗとの比を用いる。一例として、Ａｄ/Ａｗが５０
０、７５０、１０００の溝形状の場合を図４（ｃ）に示
している。

【００２８】図４（ｃ）において、Ａｄ/Ａｗの所定寸
法で決定される右側の領域を本発明に係る請求項３と
し、溝数Ｎとの関係式として、Ｎ＞Ａｄ/Ａｗ×（１−α）/α……………………………式（４）ここに、Ｎ：溝数Ａｄ：中心部面積（＝π/４×Ｄｉ×Ｄｉ）Ａｗ：１つの溝部面積 α ：ボイド率一例として、Ａｄ/Ａｗ＝１０００の場合には図４
（ｃ）のハッチングで示す領域となる。なお、本説明に
おいても、エルボ管９の存在は除外するものとした。

【００２９】図５を参照して、今までの説明において除
外したエルボ管９の作用を説明する。図５は、本発明に
係る空気調和機用熱交換器におけるエルボ管の作用説明
図である。図５（ａ）は、エルボ管の配置図、図５
（ｂ）は、エルボ管の作用説明図である。

【００３０】図５（ａ）において、内面溝付き流入管１
０のエルボ９の角度による影響を冷媒を用いた実験によ
り評価した。実験に用いた冷媒は、Ｒ４１０Ａで冷媒循
環量がＧｒ＝６２（ｋｇ/ｈ）、入口乾き度がχ＝０．
６５の場合の実験結果を示している。内面溝付き流入管
１０は、外径Φ９．５３（ｍｍ）、溝数＝Ｎ７５（条）
で長さ８０（ｍｍ）である。

【００３１】実験は、溝付き流入管１０に４５度、９０
度、１３５度のエルボ管９を設け、重力方向に垂直に立
てたθ＝０（度）の場合と垂直から２０（度）傾斜させ
た場合の、パス１とパス２の冷媒の環状流を冷媒分配器
８０の後段に設けた模擬熱交換器の交換熱量で測定し
た。図５（ｂ）に示すように、流入管１０の管軸方向を
基準としてΦ＝６０（度）よりも大きな角度のエルボ管
９であれば、攪拌され交換熱量の差は５％程度であり、
実機熱交換器においても問題とならない領域である。

【００３２】これは、偏って流入する液冷媒がエルボ管
９の遠心力の作用を受けた後、反流により、内面溝部１
３の全てに流入する効果があるためと思われる。エルボ
管９を設けない直線部を長く設けた場合の実験も合わせ
て行ったが、この場合、溝部１３の全てに液冷媒を流し
込む初期の流れが発生せず、溝付き流入管１０の長さが
短いと溝付き管の効果が得られにくいことが分かった。
つまり、内面溝付き管の場合には所定角度のエルボとの
組合せは良好な結果を与える。そこで、図５に示した通
り、溝付き管流入管のエルボ角度は６０度よりも大きな
角度で構成することを本発明に係る請求項４とする。な
お、溝付き管部の長さは冷媒分配器流入管の全てまたは
一部であっても本発明の効果は達成される。

【００３３】図６を参照して、本発明に係る空気調和機
用熱交換器における冷媒分配器の伝熱管を説明する。図
６は、本発明に係る空気調和機用熱交換器における冷媒
分配器の変形例の説明図である。図１乃至図５までに説
明した本発明に係る空気調和機用熱交換器においては、
溝形状を一般的な空気調和機用伝熱管で多用されている
台形１３１としていたが、表面張力作用を得るために、
矩形１３２や三角溝１３３、また半円形断面１３４の溝
であっても本発明の効果は達成される。

【００３４】図８を参照して、本発明に係る空気調和機
用熱交換器における冷媒分配器の伝熱管を説明する。図
８は、本発明に係る空気調和機用熱交換器における他の
冷媒分配器の伝熱官詳細説明図である。本発明に係る空
気調和機用熱交換器の実験は、流入管１０の内面溝構造
として、図８に示すように溝部１３のネジレ角β＝０か
ら８度のものが用いられている。一般的な伝熱管で多用
されている溝部１３のネジレ角は、β＝２０度程度のも
のである。該ネジレ角β＝１０度を越えると、旋回流の
作用が大きくなる。この溝部１３のネジレ角β＝０から
８度であることからも本発明に係る空気調和機用熱交換
器における冷媒分配器での液冷媒の偏流防止作用は、旋
回流ではないことが理解できる。

【００３５】図７を参照して、本発明に係る空気調和機
用熱交換器における冷媒分配器の結合部を説明する。図
７は、本発明に係る空気調和機用熱交換器における冷媒
分配器結合部の断面図である。図７（ａ）は、本発明に
係る空気調和機用熱交換器における冷媒分配器の結合部
の一例、図７（ｂ）は、本発明に係る空気調和機用熱交
換器における冷媒分配器の結合部の他の一例である。

【００３６】図７（ａ）は、内面溝付き流入管１０と、
二本の流出管１２１、１２２の管端部を接触させ、間隙
を無くしたＬ＝０の形状を示している。このような構成
により、内面溝付き流入管１０の溝１３内を流れ出る液
冷媒１４１を二本の流出管１２１、１２２に導きやす
い。また、図７（ｂ）に示すように、内面溝付き流入管
１０と結合部１１、また、結合部１１と二本の流出管１
２１，１２２のロウ付け精度等の製造上の問題で、管端
部を接触させることが難しい場合には、液冷媒１４１が
流出管１２１，１２２に導入できる範囲で管端部を所定
寸法Ｌの間隙をあけても差し支えない。

【００３７】図１２を参照して、本発明に係る家庭用空
気調和機の室内熱交換器を説明する。図１２は、本発明
に係る家庭用空気調和機の室内熱交換器における冷媒経
路の構成図である。本発明に係る家庭用空気調和機の室
内熱交換器に置いては、上記に説明した冷媒分配器が、
冷媒配管の途中に用いられている。

【００３８】図１２に示す家庭用空気調和機用室内熱交
換器においては、空気と冷媒とを熱交換するため、前記
熱交換器３０１、くの字状に折り曲げられて接続された
長短の熱交換器５０１ａ，５０１ｂからなる上部熱交換
器５０１、下部熱交換器５０２を有し、図示しないケー
シング内に配置されている。前記上部熱交換器５０１に
は冷媒分配器８１０、前記下部熱交換器５０２には冷媒
分配器８２０（図示では斜線が施してある）がそれぞれ
設けられている。

【００３９】前部熱交換器３０１、上部熱交換器５０１
ａ、５０１ｂ、下部熱交換器５０２は、それぞれ複数の
フィン４０３ａ、４０１ｂ、４０１ａ、４０２ａが紙面
の平行方向に所定の間隔をあけて配列すると共に、その
複数のフィン４０３ａ、４０１ｂ、４０１ａ、４０２ａ
を複数の伝熱管が紙面の垂直方向に貫通する。このよう
にして、前記前部熱交換器３０１には冷媒径路３１０、
くの字状の長い方の熱交換器５０１ｂには、冷媒径路８
１０ｂ、くの字状の短い方の熱交換器５０１ｂには、冷
媒径路８１０ａ、下部熱交換器５０２には、冷媒径路８
２０ａ、８２０ｂが構成される。

【００４０】冷媒分配器８１０には、前部熱交換器３０
１の冷媒回路３１０が熱交換器５０１ａの冷媒回路の一
部８１０ｃを介して接続されている。前記冷媒分配器８
１０は、二本の多パス構造となつており、その内、一つ
のパスがくの字状の長い方の熱交換器５０１ｂの冷媒回
路８１０ｂと接続され、該冷媒回路８１０ｂ内の伝熱管
８１０Ｐまで延設されている。もう一方の他のパスがく
の字状の短い方の熱交換器５０１ａの冷媒回路８１０ａ
と接続され、該冷媒回路８１０ａを経て、前記冷媒回路
８１０ｂ内の伝熱管８１０Ｐまで延設され、前記冷媒回
路８１０ｂと接続されて、連続した一つの冷媒回路とな
っている。

【００４１】冷媒分配器８２０は、上部熱交換器５０１
の伝熱管８１０Ｐと、サイクルドライ弁１５０及び配管
９００を介して、接続されている。前記冷媒分配器８２
０は、二本の多パス構造となつており、その内、一つの
パスが熱交換器５０２の冷媒回路８２０ａと接続され、
他の一つのパスが冷媒回路８２０ｂと接続され、両冷媒
回路８２０ａ、８２０ｂの末端部は一本となり、前熱交
換器３０１の冷媒回路３１０と接続され、循環冷媒サイ
クルが構成されている。前記上部熱交換器５０１および
下部熱交換器５０２のそれぞれの複数フィン４０１ａ、
４０１ｂ、４０２ａ、４０３ａに、熱交換のための風量
を供給する横流フアン１４０が設けられている。

【００４２】次に、前記本発明に係る家庭用空気調和機
の室内熱交換器の動作を説明する。冷房運転の場合は、
冷媒１４１は、前記前熱交換器３０１の冷媒回路３１０
を通り、冷媒分配器８１０において、上部熱交換器５０
１の冷媒回路８１０ａ、冷媒回路８１０ｂで２パスに分
岐して流れる。前記分岐して流れた冷媒１４１は、伝熱
管８１０Ｐから再び１パスとなり、サイクルドライ弁１
５０を通過して、冷媒分配器８２０に入る。該冷媒分配
器８２０で再び分岐し、下部熱交換器５０２内を冷媒回
路８２０ａ、８２０ｂを２パスで流動する。通常の冷房
運転の場合、サイクルドライ弁１５０は全開となり、除
湿運転時のみ絞り込まれる。

【００４３】通常の冷房運転の場合、冷媒分配器８２０
への配管９００の少なくとも該冷媒分配器８２０に近い
部分が内面溝付き流入管１０になっている。その溝形状
によって液冷媒１４１が表面張力の作用により全て溝１
３内部に引き込まれる。このことから、液冷媒１４１が
受ける重力よりも表面張力が大きくなる。次いで、前記
冷媒分配器８２０の冷媒液１４１は、下部熱交換器５０
２内の７３０、７４０で示す２本のパスに均等に流れ
る。冷媒分配器８２０の流入管１０では、その結果、大
量生産時の熱交換器において、分配器自体の重力方向の
設置角度に対して、多少個体差を持って設置された場合
においても分配特性の安定性が高まる。また、液冷媒の
圧力ロスの増大を防ぐことができ、冷房時の性能の低下
を押さえることができる。さらに簡単な部品で冷媒分配
器を構成できるため、コストが安価となる。

【００４４】図８までの発明の説明において、冷媒分配
器８０からの冷媒１４１の流れ方向を重力方向に対して
冷媒１４１の流れが上昇流となる構成で示したが、流出
管１２１，１２２が下側の配置となる冷媒１４１の流れ
が下降流であっても本発明の効果は達成される。

【００４５】

【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明の構
成によれば、製造ばらつき等により、熱交換器に冷媒分
配器を取り付ける際の取り付け角度に個体差が生じた場
合に於いても、設置角度が分配特性に与える影響を小に
すると共に、高乾き度冷媒の配管を適切にし、安定性を
確保した冷媒分配器を備えた空気調和機用熱交換器を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空気調和機用熱交換器に用いられ
る冷媒分配器の説明図である。

【図２】図１の冷媒分配器の内面詳細図である。

【図３】本発明に係る空気調和機用熱交換器における一
実施例の説明図である。

【図４】本発明に係る空気調和機用熱交換器における他
の実施例の説明図である。

【図５】本発明に係る空気調和機用熱交換器におけるエ
ルボ管の作用説明図である。

【図６】本発明に係る空気調和機用熱交換器における変
形例の説明図である。

【図７】本発明に係る空気調和機用熱交換器における冷
媒分配器の結合部の断面図である。

【図８】本発明に係る空気調和機用熱交換器における他
の冷媒分配器伝熱管の説明図である。

【図９】一般的な家庭用空気調和機のサイクル構成図で
ある。

【図１０】図９に示したサイクル構成のモリエル線図上
の説明図である。

【図１１】従来技術における空気調和機用熱交換器の説
明図である。

【図１２】本発明を家庭用空気調和機用室内熱交換器に
適用した冷媒経路の配管図である。

【符号の説明】

１…圧縮機２…四方弁３…凝縮熱交換器５…蒸発熱交換器６…膨張部９…入口エルボ１０…内面溝付き管１１…結合部１３…溝４０、４０１ａ、４０２ａ、４０３ａ…フィン４１…伝熱管８１、８２、８１０、８２０…冷媒分配器１２１，１２２…流出管１４０…横流ファン１５０…サイクルドライ弁３０１、５０１ａ、５０１ｂ、５０２…熱交換器３１０、８１０ａ、８１０ｂ、８１０ｃ、８２０ａ、８
２０ｂ…冷媒経路９００…配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小暮博志茨城県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立栃木テクノロジー内 (72)発明者稲垣信夫茨城県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立栃木テクノロジー内 (72)発明者大塚厚茨城県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立栃木テクノロジー内 (72)発明者安永泰久茨城県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立栃木テクノロジー内 (72)発明者堀口賢茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社総合技術研究所内 (72)発明者久保田淳茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内面溝付き構造を設けた流入管を有する
冷媒分配器を備えた少なくとも一部が多パス構造の空気
調和機用熱交換器において、前記冷媒分配器は、前記流入管の軸方向の重力方向設置
角度θ（単位：度）に対して、フロン系冷媒の場合には
最小内径Ｄｍｉｎ（単位：ｍｍ）と、最大溝幅Ｗｍａｘ
（単位：ｍｍ）との関係が、θ≦９１/（Ｄｍｉｎ×Ｗ
ｍａｘ）であることを特徴とする空気調和機用熱交換
器。
【請求項２】内面溝付き構造を設けた流入管を有する
冷媒分配器を備えた少なくとも一部が多パス構造の空気
調和機用熱交換器において、前記冷媒分配器は、前記流入管の軸方向の重力方向設置
角度θ（単位：度）に対して、自然系冷媒の場合には最
小内径Ｄｍｉｎ（単位：ｍｍ）と最大溝幅Ｗｍａｘ（単
位：ｍｍ）との関係が、θ≦１６６/（Ｄｍｉｎ×Ｗｍ
ａｘ）であることを特徴とする空気調和機用熱交換器。
【請求項３】請求項１または２記載の空気調和機用熱
交換器において、前記冷媒分配器は、前記流入管径の最小内径Ｄｍｉｎで
定義される中心部面積Ａｄと、一つの溝部面積Ａｗと冷
媒のボイド率αとの関係が、溝数Ｎ（単位：条）とした
場合、Ｎ≧Ａｄ/Ａｗ×（１−α）/αであることを特徴
とする空気調和機用熱交換器。
【請求項４】内面溝付き構造を設けた流入管を有する
冷媒分配器を備えた少なくとも一部が多パス構造の空気
調和機用熱交換器において、前記流入管に接続されるエルボに対する前記流入管延長
軸からの曲げ角度が６０度よりも大きいことを特徴とす
る空気調和機用熱交換器。
【請求項５】請求項１乃至４記載のいずれか一項の空
気調和機用熱交換器において、前記流入管の軸に対する前記内面溝のねじれ角は、１０
度未満であることを特徴とする特許請求項１記載の空気
調和機用熱交換器。