JP2011179742A - 凝縮器およびそれを用いた空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒を高い効率で凝縮でき、かつ生産性の高い凝縮器およびそれを用いた空調装置を提供する。
【解決手段】凝縮器１は、冷媒を凝縮する凝縮１器であって、冷媒を上流から下流に向けて通過させるための冷媒通路５を有する熱交換部２と、冷媒通路５の上流側端部６に接続されており、かつ凝縮器１への冷媒の入口となる一方接続管部３と、冷媒通路５の下流側端部７に接続されており、かつ凝縮器１からの冷媒の出口となる他方接続管部４とを備えている。熱交換部２は、冷媒通路５の上流側端部６と下流側端部７との間に位置する壁部８を有している。壁部８は、冷媒通路５の断面積を減少させるよう構成されており、かつ冷媒通路５内を上流から下流に向けて流れてくる冷媒を壁部８に衝突させることにより冷媒の凝縮作用を促進させるよう構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、凝縮器およびそれを用いた空調装置に関し、特に凝縮が促進される凝縮器およびそれを用いた空調装置に関するものである。

圧縮機から出てきた高温・高圧ガスの冷媒を効率よく凝縮できるよう改良された空調装置およびそれに用いられる凝縮器が、たとえば特開２０００−９７５１９号公報（特許文献１）で提案されている。この公報の空調装置では、冷媒を凝縮させるための既設の第１段凝縮器に、凝縮促進部を備えた第２段凝縮器が追設されており、冷暖房の機能の低下が防止されている。

特開２０００−９７５１９号公報

しかし、上記公報の空調装置では、凝縮促進部を備えた第２凝縮器を追設するため、追設作業に時間を要し、また費用が高くなるという問題がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、冷媒を高い効率で凝縮でき、かつ生産性の高い凝縮器およびそれを用いた空調装置を提供することである。

本発明の凝縮器は、冷媒を凝縮する凝縮器であって、冷媒を上流から下流に向けて通過させるための冷媒通路を有する熱交換部と、冷媒通路の上流側端部に接続されており、かつ凝縮器への冷媒の入口となる一方接続管部と、冷媒通路の下流側端部に接続されており、かつ凝縮器からの冷媒の出口となる他方接続管部とを備えている。熱交換部は、冷媒通路の上流側端部と下流側端部との間に位置する壁部を有している。壁部は、冷媒通路の断面積を減少させるよう構成されており、かつ冷媒通路内を上流から下流に向けて流れてくる冷媒を壁部に衝突させることにより冷媒の凝縮作用を促進させるよう構成されている。

本発明の凝縮器によれば、熱交換部において冷媒通路の上流側端部と下流側端部との間に位置する壁部は、冷媒通路の断面積を減少させるよう構成されている。そして、冷媒通路内を上流から下流に向けて流れてくる冷媒が壁部に衝突することにより冷媒が凝縮されやすい状態となり冷媒の凝縮作用が促進される。本発明の凝縮器を用いて空調装置を構成しているため、空調装置が劣化しても凝縮効果を維持することができる。凝縮能力が落ちないため、ＣＯ₂（二酸化炭素）の削減効果を高くすることができる。このため、凝縮促進のための装置を追設する必要がない。よって、冷媒を高い効率で凝縮でき、かつ生産性の高い凝縮器を提供することができる。

上記の凝縮器においては、壁部は、複数個の壁部材を含み、複数個の壁部材は、冷媒の流れる方向に沿って並んでいる。このため、冷媒が流れる方向に沿って冷媒が壁部材に複数回衝突する。これにより、冷媒をさらに凝縮されやすい状態にすることができ、冷媒の凝縮作用をさらに促進することができる。

上記の凝縮器においては、複数個の壁部材は、第１の壁部材と第２の壁部材とを有し、第１の壁部材は、第２の壁部材より冷媒通路の上流側に配置されており、第２の壁部材は、第１の壁部材より冷媒通路の断面積を減少させるよう構成されている。このため、第２の壁部材は、第１の壁部材と比較して冷媒の流れの束をより縮めることができる。そのため、第２の壁部材はさらに冷媒を凝縮されやすい状態にすることができる。

上記の凝縮器においては、第１の壁部材と第２の壁部材との間の冷媒通路の最大の断面積が、第１の壁部材より上流側の冷媒通路の断面積と比較して小さくなっている。このため、第１の壁部材で凝縮された冷媒の流れの束を縮めた状態で冷媒を第２の壁部材に衝突させることができる。これにより、さらに冷媒を凝縮されやすい状態にすることができる。

上記の凝縮器において好ましくは、壁部は、上流側端部から冷媒通路に沿って冷媒通路の全長の４分の３の位置よりも下流側に配置されている。フィンが劣化した場合、冷媒通路の全長の４分の３の位置よりも下流側では冷媒が十分に凝縮されず、フィンが劣化しない場合よりも冷媒の気相の残留度が高くなる。本発明では、冷媒通路の全長の４分の３の位置よりも下流側に壁部を設けることにより、気相の残留度の高い冷媒を壁部に衝突させて冷媒を凝縮しやすい状態とするため、凝縮効果を維持することができる。

上記の凝縮器においては、壁部は、冷媒通路の断面積を減少させるよう絞り加工により形成されている。このため、壁部を容易に製造することができる。これにより、生産性を向上することができる。

上記の凝縮器においては、熱交換部は、冷媒を分けて流すために並列に延びる複数本の管よりなる第１の管群と、第１の管群によって分けられた冷媒の流れを１つの流れにまとめるためのヘッダパイプと、ヘッダパイプによって１つの流れにまとめられた冷媒を分けて流すために並列に延びる複数本の管よりなる第２の管群とを備え、ヘッダパイプに壁部が形成されている。

第１の管群と第２の管群との各々においては複数本の管が並列に延びているため、管が１本の場合と比較して、冷媒が第１の管群および第２の管群と接触する面積を大きくすることができる。そのため、冷媒の凝縮作用を促進することができる。また、ヘッダパイプに壁部を設けることにより、製造が容易になるため、生産効率を向上することができる。

上記の凝縮器において好ましくは、冷媒通路は、少なくとも２つの直線部と、２つの直線部の各々を流れる冷媒の向きが互いに逆方向になるように２つの直線部を接合するための折り返し部とを有し、折り返し部に壁部が形成されている。

折り返し部においては冷媒の流れを逆方向に折り返すため冷媒の抵抗が大きくなる。そのため、冷媒の圧力を大きくすることができる。これにより、折り返し部に壁部を設けることで冷媒をより一層凝縮されやすい状態にすることができる。また、壁部を形成することが容易になるため、生産効率を向上することができる。

本発明の空調装置は、冷媒を状態変化させて循環させ、熱交換を行わせる空調装置であって、冷媒を減圧するための膨張弁と、膨張弁により減圧された冷媒を蒸発させるための蒸発器と、蒸発器により蒸発された冷媒を圧縮するための圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮するための上記のいずれかの凝縮器とを備えている。

これにより、冷媒の凝縮作用が促進された空調装置を提供することができる。そのため、空調装置が劣化しても凝縮効果を維持することができる。凝縮能力が落ちないため、ＣＯ₂の削減効果を高くすることができる。また、冷媒の凝縮作用が促進されるため、圧縮機の所要動力の増加を抑制することができる。よって、排出されるＣＯ₂の量を削減することができる。このため、凝縮促進のための装置を追設する必要がない。よって、冷媒を高い効率で凝縮でき、かつ生産性の高い空調装置を提供することができる。

以上説明したように、本発明によれば、冷媒を高い効率で凝縮でき、かつ生産性の高い凝縮器およびそれを用いた空調装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における空調装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態１における冷暖房可能な空調装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態１における凝縮器の構成を示す概略図である。 図３のＰ１部における冷媒通路内の様子を示す概略断面図である。 壁部が絞り加工により形成された凝縮器の構成を概略断面図であって、その断面位置は図４に対応する。 図３のＰ２部に対応する部分における冷媒通路内の様子を示す概略断面図である。 空調装置の冷房運転時の基本サイクルを示す概略図である。 本発明の実施の形態２における凝縮器の構成を示す概略断面図である。 図８のＰ３部における冷媒通路内の様子を示す概略断面図である。 図８のＸ−Ｘ線に沿う管の概略断面図である。 本発明の実施の形態３における凝縮器の冷媒通路内の様子を示す概略断面図であって、その断面位置は図４に対応する。 本発明の実施の形態３の変形例１における凝縮器の冷媒通路内の様子を示す概略断面図であって、その断面位置は図４に対応する。 本発明の実施の形態３の変形例２における凝縮器の冷媒通路内の様子を示す概略断面図であって、その断面位置は図４に対応する。 本発明の実施の形態３の変形例３における凝縮器の冷媒通路内の様子を示す概略断面図であって、その断面位置は図４に対応する。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図４を参照して、本実施の形態の空調装置１００では、凝縮器１は、熱交換部の冷媒通路の途中に冷媒の凝縮作用を促進させる壁部８（図４）を有している。まず、この凝縮器１を用いた空調装置１００について説明する。

図１を参照して、空調装置１００は、凝縮器１と、膨張弁１０と、蒸発器２０と、圧縮機３０とを有している。空調装置１００は、冷媒を状態変化させて循環させ、熱交換を行わせるよう構成されている。

膨張弁１０は、冷媒を減圧するよう構成されおり、たとえば電子膨張弁、キャピラリーチューブよりなっている。蒸発器２０は、膨張弁１０に接続されており、膨張弁１０により減圧された冷媒を蒸発させるための熱交換部を有している。圧縮機３０は、蒸発器２０に接続されており、蒸発器２０により蒸発された冷媒を圧縮するよう構成されている。凝縮器１は、圧縮機３０に接続されており、圧縮機３０で圧縮された冷媒を凝縮するための熱交換部を有している。この凝縮器１で凝縮された冷媒が膨張弁１０へ送られるよう凝縮器１と膨張弁１０とが接続されている。

次に、本実施の形態の空調装置１００の凝縮器１の構成について説明する。
本実施の形態の凝縮器１は、いわゆるサーペン（Ｓｅｒｐｅｎｔ）タイプおよびマルチフロータイプのいずれであってもよいが、本実施の形態ではサーペンタイプの凝縮器１について説明する。

図３を参照して、凝縮器１は、熱交換部２と、一方接続管部３と、他方接続管部４とを主に有している。凝縮器１は、図中矢印で示される冷媒流れＲＦのように冷媒が凝縮器１の上流ＵＳから流れ込み、下流ＤＳから流れ出るように構成されている。凝縮器１は、冷媒が上流ＵＳから下流ＤＳに向かって熱交換部２を通過することにより冷媒を気体から液体に状態変化させるように構成されている。

熱交換部２は、冷媒を上流側端部６から下流側端部７に向けて通過させるための冷媒通路５と、冷媒通路５の管の外周に配置されたフィン９とを有している。冷媒通路５は、たとえば冷媒を送ることが可能な管により構成されている。サーペンタイプの場合、この冷媒通路５が一本の管をたとえば蛇行させた形状を有している。蛇行した冷媒通路５は、少なくとも２つの直線部５ａと、２つの直線部５ａを接合するための折り返し部５ｂとを有している。折り返し部５ｂは、２つの直線部５ａの各々を流れる冷媒の向きがたとえば互いに逆方向になるようにその２つの直線部５ａを接合している。フィン９は、冷媒通路５の直線部５ａの管の外周に配置されており、冷媒通路５の折り返し部５ｂの管の外周には配置されていなくてもよく、折り返し部５ｂの管の外周に配置されていてもよい。

一方接続管部３は、冷媒通路５の上流側端部６に接続されている。一方接続管部３は、凝縮器１への冷媒の入口１Ａとなるよう構成されている。他方接続管部４は、冷媒通路５の下流側端部７に接続されている。他方接続管部４は、凝縮器１からの冷媒の出口１Ｂとなるよう構成されている。一方接続管部３および他方接続管部４の各々は、冷媒通路５の管と一体的かつ連続的に設けられた管であってもよく、また冷媒通路５と接続された別体の管であってもよい。

本明細書において、熱交換部２とは、凝縮器１において、冷媒の流れる経路に沿って、冷媒入口側の最初のフィン９が配置された箇所から冷媒出口側の最後のフィン９が配置された箇所までの部分を意味する。

図３を参照して、熱交換部２は、冷媒通路５の上流側端部６と下流側端部７との間のたとえば直線部５ａにおけるＰ１部に位置する壁部８を有している。壁部８は、図４に示すように冷媒通路５の管の内周面から内周側に突出することにより、冷媒通路５の断面積を減少させるよう構成されている。壁部８は、冷媒通路５内を上流ＵＳから下流ＤＳに向けて流れてくる冷媒を壁部８に衝突させることにより冷媒の凝縮作用を促進させるよう構成されている。

壁部８の形状および配置は、冷媒の種類および冷却材を考慮して構成されている。壁部８は、冷媒通路５を構成する管とは別体の部材で構成されていてもよい。壁部８は、冷媒の進行方向に向かって傾斜するよう構成されていてもよい。壁部８の冷媒の進行方向に対する傾斜角θとしては、９０°〜７５°の範囲が好ましい。この傾斜角θが９０°の場合には、後述する絞り加工が容易である。この傾斜角θは７５°がより好ましい。この傾斜角θが７５°の場合には、衝撃波が増し、冷媒の気泡をより細分化することができる。また、冷媒通路５の壁部８が設けられていない部分の内径ＤＡと壁部８の内径ＤＢとの比は、冷媒の抵抗と冷媒が壁部８に衝突した際の衝撃波との関係より、１００（ＤＡ）：４０〜６０（ＤＢ）の範囲が好ましい。この比は、１００（ＤＡ）：５０（ＤＢ）がさらに好ましい。

また、図３に示すように壁部８の設けられた位置（図３のＰ１部）は、上流側端部６から冷媒通路５に沿って冷媒通路５の全長の４分の３の位置よりも下流ＤＳ側であることが好ましい。上流側端部６から冷媒通路５に沿って冷媒通路５の全長の４分の３の位置よりも下流ＤＳ側では、フィン９が劣化した場合、冷媒の気相の残留度が高くなる。

また、図５を参照して、壁部８は冷媒通路５を形成する管と一体に構成されていてもよい。壁部８は、冷媒通路５の断面積を減少させるよう冷媒通路５の管を絞り加工することにより形成されていてもよい。この場合、壁部８を容易に製造することができる。壁部８の冷媒の進行方向に対する傾斜角θが９０°の場合には、絞り加工が容易である。

また、冷媒通路５は、凝縮された高温・高圧の液相にある冷媒と冷却材（たとえばフィン９（図３）の周囲の空気）との熱交換の能力を向上させるように構成されていてもよい。冷媒通路５の放熱量は、冷媒通路５の内周の表面積と冷媒通路５内の冷媒の速度との積に比例する。この冷媒の速度は冷媒通路５の断面積に反比例する。そのため、壁部８の前後の冷媒通路５の内径、冷媒通路５の内周の単位長さ当りの表面積、冷媒通路５の内周の断面積、冷媒通路５内の冷媒の流速の値が表１に示すように構成されていてもよい。図４を参照して、冷媒通路５のうち、管路Ａ１は壁部８より上流側の部分であり、管路Ａ２は壁部８が設けられている部分である。

図４および表１を参照して、管路Ａ２は、管路Ａ１の内径を１／２にしたものである。管路Ａ２の表面積は、管路Ａ１の３．１４に対して、１．５７である。冷媒の流速は、管路Ａ２では、管路Ａ１の約４倍となる。管路における放熱量は、管路の内周の単位長さ当りの表面積と管路内の冷媒の速度の積に比例するので、管路Ａ２の放熱能力は、管路Ａ１の２倍（１．５７÷３．１４×４）となる。

なお、冷媒が完全に液相になった場合の平均熱伝達率Ｋ１と気・液混合の場合の平均熱伝達率Ｋ２との比率Ｋ１／Ｋ２は、１よりはるかに大きくなる。冷媒の種類と比容積によっては、その比率が２桁となる場合もあり、放熱能力は、その比率で増大する。

なお、冷媒通路５の断面形状は、円形に限定されず、その断面形状及び材料が熱交換に適したものであれば、たとえば、矩形、楕円形など、どのような形状でも適用することができる。なお、冷媒の種類、冷媒の比容積によっては、ラッパ・円錐状の断面形状の方が、縮流による効果についてはよい場合がある。

上記では、図３のＰ１部に示すように冷媒通路５の直線部５ａに壁部８が設けられた場合について説明したが、図３のＰ２部に示すように冷媒通路５の折り返し部（湾曲部）５ｂに壁部８が設けられていてもよい。また、冷媒通路５の折り返し部５ｂに壁部８が設けられている場合、図６に示すように冷媒通路５の折り返し部５ｂの幅ＴＷは、並列する冷媒通路５の直線部５ａ同士の幅ＳＷより大きくなるよう構成されていてもよい。これにより、冷媒通路５への壁部８の配置が容易となる。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
まず、空調装置の凝縮器で冷媒を凝縮する基本サイクルについて説明する。空調装置は冷房運転および暖房運転が可能である。四方弁で冷媒の流れを変えることで、室外機が凝縮器であれば冷房となり、室内機が凝縮器であれば暖房となる。

図７を参照して、冷媒は膨張弁１０で低温・低圧の湿り蒸気Ｇ４となる。低温・低圧の湿り蒸気Ｇ４は、蒸発器２０で外部から熱を吸収（吸熱）する。続いて、低温・低圧の湿り蒸気Ｇ４は、蒸発器２０を出て、低温・低圧過熱蒸気Ｇ１に変化する。低温・低圧過熱蒸気Ｇ１は、圧縮機３０を経由して高温・高圧ガスＧ２に変化する。高温・高圧ガスＧ２は、蒸発器２０の冷凍量と圧縮仕事の熱当量の和の熱量を、凝縮器１より外部へ放出（放熱）し、常温・高圧液Ｇ３に変化する。その後、常温・高圧液Ｇ３は、膨張弁１０により、低温・低圧の湿り蒸気Ｇ４に変化する。このように空調装置の凝縮器で冷媒を凝縮する基本サイクルが実行される。

冷却材（たとえばフィン（図３）にあたる空気）の作用により、冷媒は凝縮器１で熱量を外部へ放出する。このとき、新しい他の冷媒に入れ替えると、圧縮機３０の能力が、その冷媒の性能に対応できない場合に問題が生ずる。また、冷却材の温度が高く、凝縮器１の能力が不足している場合にも問題が生じる。つまり、凝縮器１の出口１Ｂの前後で、冷媒は気相の残留度の高い状態になる。この状態で、冷媒が膨張弁１０を経て蒸発器２０に至ると、冷房能力が低下するという問題が生じる。さらに、圧縮機３０が過負荷となり停止したり、圧縮機３０内の軸受の損傷などの不具合が発生し、空調装置１００の機能を失うという問題が生じる。

したがって、気相の残留度が高い状態の冷媒を気相の残留度が低い状態にすることが求められる。

図４を参照して、本実施の形態の凝縮器１では、壁部８は、冷媒通路５の断面積を減少させることにより、冷媒を凝縮されやすい状態にする。冷媒が湿り飽和蒸気の状態で、壁部８に衝突することにより、冷媒中に残存する気体が圧縮され、冷媒が凝縮されやすい状態となる。図４を参照して、上流ＵＳの方向からの冷媒の入射波Ｆ１が壁部８に衝突し、その一部は反射波ｆ１となって反射する。反射波ｆ１のエネルギが、反射波ｆ１方向に冷媒の圧力上昇をもたらし、冷媒を圧縮する。冷媒の有する残りのエネルギは、通過波Ｆ２となって下流ＤＳの方向に進行し、流れの束が縮められる過程で、冷媒中に残存する気体が圧縮され、冷媒が凝縮されやすい状態となる。

上述の圧力変化及び冷媒の凝縮効率は、冷媒の種類、冷却材ならびに冷媒の比容積により異なる。上記の現象は、流体力学で説明できる。すなわち、この現象は、管路の断面積の変化のある場所の前後での、流体の有する圧力、速度及び位置のエネルギ変化として、以下のように説明できる。冷媒が気・液混合の状態から、液体の状態に急激に変化する現象は、断面積減少部分の前後の、冷媒の比重が大幅に不規則に変化する過渡現象である。そのために、冷媒の圧力及び速度が急激に変化するが、断面積が変化する前後を除いて、冷凍サイクルの運転状態は極めて円滑に行われる。

本実施の形態の凝縮器１によれば、熱交換部２において冷媒通路５の上流側端部６と下流側端部７との間に位置する壁部８は、冷媒通路５の断面積を減少させるよう構成されている。そして、冷媒通路５内を上流から下流に向けて流れてくる冷媒が壁部８に衝突することにより冷媒の凝縮作用が促進される。

壁部８は、空調装置を冷房に使用する場合、凝縮器１の放熱を行う冷媒通路５内において冷媒が湿って飽和蒸気の状態で存在している場所の断面積を減少させている。このため、冷媒の流れに対して壁部８の前後で乱流が多量に発生することにより気相の分離が行われる。それと同時に、気相・液相混合の冷媒が壁部８に衝突し、冷媒の流体として有するエネルギの一部が上流ＵＳの方向に反射する。そのため、冷媒の圧力が上昇する。これにより上流の気相状態の冷媒に圧縮効果が与えられる。その結果、冷媒が凝縮されやすい状態になる。

また、壁部８は、冷媒を気液二相の状態において壁部８に衝突させることにより発生する衝撃波によって冷媒の気泡を細かく分解することができる。これにより、細分化された泡状の気泡は表面積が増加するため、効率よく放熱することができる。このため、冷媒の凝縮作用を促進することができる。

また、下流ＤＳの方向には、冷媒の流れの束が縮小されることにより、冷媒が凝縮されやすい状態になる。これにより、冷媒から冷媒通路５への熱伝達率が向上する。

フィン９の腐食および欠けによりフィン９が劣化すると、凝縮器１の熱交換率が低下する。このため、凝縮器１は放熱しにくくなる。そのため、凝縮器１では冷媒が液化しにくくなる。したがって、冷媒の気泡の割合が増加する。本実施の形態の凝縮器１を用いて空調装置１００を構成しているため、フィン９が劣化しても凝縮効果を維持することができる。凝縮能力が落ちないため、ＣＯ₂の削減効果を高くすることができる。このため、凝縮促進のための装置を追設する必要がない。そのため、追設作業に要する時間の必要がなく、また追設費用が必要ない。したがって、生産性を向上することができる。よって、冷媒を高い効率で凝縮でき、かつ生産性の高い凝縮器を提供することができる。

本実施の形態の凝縮器１によれば、壁部８は、上流側端部６から冷媒通路５に沿って冷媒通路５の全長の４分の３の位置よりも下流側に配置されていてもよい。フィン９が劣化した場合、冷媒通路５の全長の４分の３の位置よりも下流ＤＳ側では冷媒が十分に凝縮されず、フィンが劣化しない場合よりも冷媒の気相の残留度が高くなる。本実施の形態の凝縮器１では、冷媒通路５の全長の４分の３の位置よりも下流ＤＳ側に壁部８を設けることにより、気相の残留度の高い冷媒を壁部８に衝突させて冷媒を凝縮しやすい状態とするため、凝縮効果を維持することができる。

本実施の形態の凝縮器１によれば、壁部８は、冷媒通路５の断面積を減少させるよう絞り加工により形成されていてもよい。このため、壁部８を容易に製造することができる。これにより、生産性を向上することができる。

また、本実施の形態の凝縮器１では、冷媒通路５内のフィン９が外周にある部分に壁部８が設けられている場合、冷媒がフィン９で凝縮されている状態で、冷媒を壁部８に衝突させることにより効率的に凝縮を促進することができる。

本実施の形態の凝縮器１によれば、２つの直線部５ａの各々を流れる冷媒の向きが互いに逆方向になるように２つの直線部５ａを接合するための折り返し部５ｂに壁部８が形成されている。

折り返し部５ｂは冷媒の流れを逆方向に変える部分であるため、冷媒の圧力が高くなりやすい。この折り返し部５ｂに形成された壁部８ｂに衝突した冷媒は、冷媒の流れを逆方向に変えることによる圧力の増加によりさらに圧縮効果が与えられ、冷媒を凝縮されやすい状態にすることができる。また、折り返し部５ｂに壁部８を設けることにより、製造が容易になるため、生産効率を向上することができる。

本実施の形態の空調装置１００によれば、膨張弁１０と、蒸発器２０と、圧縮機３０と、本実施の形態の凝縮器１とを備え、冷媒を状態変化させて循環させ、熱交換を行わせることができる。

そのため、冷媒の凝縮作用が促進されるため圧縮機３０の所要動力の増加を抑制することができる。この圧縮機３０の所要動力は、たとえば圧縮機３０を駆動する電動機の消費電力や圧縮機３０を駆動する熱機関の燃費である。よって、圧縮機３０の所要動力の効率がよくなるため、排出されるＣＯ₂の量を削減することができる。

また、本実施の形態の空調装置１００は、冷暖房装置として使用されてもよい。空調装置が冷暖房装置として使用される場合、四方弁によって圧縮機からの冷媒の流れを冷房時と暖房時で切り換えることにより、冷房機能と暖房機能とが実現される。図２を参照して、本実施の形態の空調装置１００が冷暖房装置として使用される場合について説明する。空調装置１００は、凝縮器１と、膨張弁１０と、蒸発器２０と、圧縮機３０とに加えて四方弁４０を有している。四方弁４０は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒経路を切り換える役割をなすものである。冷房運転の場合、蒸発器２０から圧縮機３０へ図中実線のように四方弁４０を経由して冷媒が送られる。そして、圧縮機３０から凝縮器１へ図中実線のように四方弁４０を経由して冷媒が送られる。

暖房運転の場合、凝縮器１は冷媒を蒸発させる蒸発させる蒸発器として作用し、蒸発器２０は冷媒を凝縮させる凝縮器として作用するが、説明の便宜のため、引き続き凝縮器１および蒸発器２０の用語を用いて説明する。暖房運転の場合、四方弁４０の冷媒を送るための経路が冷房運転時の経路から切り換えられて、図中破線の経路で冷媒が送られる。つまり、圧縮機３０から蒸発器２０へ図中破線のように四方弁４０を経由して冷媒が送られる。凝縮器１から圧縮機３０へ図中破線のように四方弁４０を経由して冷媒が送られる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、実施の形態１と比較して、凝縮器の構成が主に異なっている。本実施の形態では、いわゆるマルチフロータイプの凝縮器について説明する。

まず、本実施の形態の凝縮器の構成について説明する。図８を参照して、マルチフロータイプの凝縮器１は、熱交換部２と、第１のヘッダパイプ２２の入口側部分２２Ａと、一方接続管部３と、第１のヘッダパイプ２２の出口側部分２２Ｃと、他方接続管部４とを主に有している。熱交換部２は、第１のヘッダパイプ２２の入口側部分２２Ａを間に挟んで一方接続管部３と接続されており、第１のヘッダパイプ２２の出口側部分２２Ｃを挟んで他方接続管部４と接続されている。

熱交換部２は、冷媒を上流側端部６から下流側端部７に向けて通過させるための冷媒通路５と、冷媒通路５内の複数の管の外周に配置されたフィン９とを有している。冷媒通路５は、複数の管群２１Ａ〜２１Ｄ（直線部５ａ）と、第１のヘッダパイプ２２の中央部分２２Ｂ（折り返し部５ｂ）と、第２のヘッダパイプ２３（折り返し部５ｂ）とを有している。

複数の管群は、たとえば第１〜第４の管群２１Ａ〜２１Ｄの４つの管群を有している。第１の管群２１Ａは、それぞれ並列に配置された複数の管２１Ａ₁〜２１Ａ₄を有している。この第１の管群２１Ａは、第１のヘッダパイプ２２の入口側部分２２Ａに接続されており、これにより、入口側部分２２Ａに流れ込んだ冷媒の１つの流れが第１の管群２１Ａで複数の流れに分けられる。

第２の管群２１Ｂは、それぞれ並列に配置された複数の管２１Ｂ₁〜２１Ｂ₄を有している。この第２の管群２１Ｂは、第２のヘッダパイプ２３の上流側部分２３Ａを間に挟んで第１の管群２１Ａと接続されている。これにより、第１の管群２１Ａで分かれて流れていた冷媒が上流側部分２３Ａで１つの流れにまとめられ、さらに第２の管群２１Ｂで複数の流れに分けられる。第２の管群２１Ｂにおける冷媒の流れる方向は第１の管群２１Ａにおける冷媒の流れの方向とは逆方向となるように第２の管群２１Ｂが上流側部分２３Ａに接続されている。

第３の管群２１Ｃは、それぞれ並列に配置された複数の管２１Ｃ₁〜２１Ｃ₄を有している。この第３の管群２１Ｃは、第１のヘッダパイプ２２の中央部分２２Ｂを間に挟んで第２の管群２１Ｂと接続されている。これにより、第２の管群２１Ｂで分かれて流れていた冷媒が中央部分２２Ｂで１つの流れにまとめられ、さらに第３の管群２１Ｃで複数の流れに分けられる。第３の管群２１Ｃにおける冷媒の流れる方向は第２の管群２１Ｂにおける冷媒の流れの方向とは逆方向となるように第３の管群２１Ｃが中央部分２２Ｂに接続されている。

第４の管群２１Ｄは、それぞれ並列に配置された複数の管２１Ｄ₁〜２１Ｄ₄を有している。この第４の管群２１Ｄは、第２のヘッダパイプ２３の下流側部分２３Ｂを間に挟んで第３の管群２１Ｃと接続されている。これにより、第３の管群２１Ｃで分かれて流れていた冷媒が下流側部分２３Ｂで１つの流れにまとめられ、さらに第４の管群２１Ｄで複数の流れに分けられる。第４の管群２１Ｄにおける冷媒の流れる方向は第３の管群２１Ｃにおける冷媒の流れの方向とは逆方向となるように第４の管群２１Ｄが下流側部分２３Ｂに接続されている。

第１のヘッダパイプ２２の出口側部分２２Ｃは、第４の管群２１Ｄに接続されており、これにより、第４の管群２１Ｄで分かれて流れていた冷媒が出口側部分２２Ｃで１つの流れにまとめられる。

壁部８は冷媒通路５内に設けられている。Ｐ３部に示されるように、たとえば、ヘッダパイプ２３の下流側部分２３Ｂに壁部８が形成されている。壁部８は、上流側端部６から冷媒通路５に沿って冷媒通路５の全長の４分の３の位置よりも下流ＤＳ側に配置されていてもよい。具体的には、第３の管群２１Ｃと第４の管群２１Ｄとの間の第２のヘッダパイプ２３に設けられていてもよい。

壁部８は、第１〜第４の管群２１Ａ〜２１Ｄに形成されていてもよく、たとえば、Ｐ４部に示されるように、第４の管群２１Ｄの複数本の管２１Ｄ₁〜２１Ｄ₄に形成されていることが好ましい。

図９を参照して、壁部８は、冷媒通路５の第２のヘッダパイプ２３の内周に配置されている。壁部８は、第２のヘッダパイプ２３の断面積を減少させるよう構成されている。図１０を参照して、第４の管群２１Ｄの管２１Ｄ₂は、複数の通路２４を有している。複数の通路２４を冷媒が流れることにより、管２１Ｄ₂と冷媒との接触面積が増加する。なお、第１〜第４の管群２１Ａ〜Ｄのその他の管も同様に構成されていてもよい。なお、本実施の形態のこれ以外の構成は、上述した実施の形態１の構成と同様であるため同一の構成については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

なお、上記では複数の管群が４つある場合について説明したが、管群は２つ以上に分けられていればよい。

次に、本実施の形態の凝縮器１の作用効果について説明する。本実施の形態の凝縮器によれば、熱交換部２は、冷媒を分けて流すために並列に延びる複数本の管２１Ｃ₁〜２１Ｃ₄よりなる第３の管群２１Ｃと、第３の管群２１Ｃによって分けられた冷媒の流れを１つの流れにまとめるための第２のヘッダパイプ２３と、第２のヘッダパイプ２３によって１つの流れにまとめられた冷媒を分けて流すために並列に延びる複数本の管２１Ｄ₁〜２１Ｄ₄よりなる第４の管群２１Ｄとを備えている。そして第２のヘッダパイプ２３に壁部８が形成されている。

マルチフロータイプの場合、複数本の管２１Ｃ₁〜２１Ｃ₄，管２１Ｄ₁〜２１Ｄ₄が並列であるため、管が１本のサーペンタイプの場合と比較して、冷媒が第３の管群２１Ｃおよび第４の管群２１Ｄと接触する面積を大きくすることができる。そのため、冷媒の凝縮作用を促進することができる。また、第２のヘッダパイプ２３で冷媒の流れを逆方向に折り返すため冷媒の抵抗が高くなりやすい。この第２のヘッダパイプ２３に形成された壁部８に衝突した冷媒は、冷媒の流れを逆方向に折り返すことによる圧力の増加によりさらに圧縮効果が与えられ、冷媒を凝縮されやすい状態にすることができる。また、第２のヘッダパイプ２３に壁部８を設けることにより、製造が容易になるため、生産効率を向上することができる。

また、図８のＰ４部に示されるように、冷媒通路５内のフィン９が外周にある部分に壁部８が設けられている場合、冷媒がフィン９で凝縮されている状態で、冷媒を壁部８に衝突させることにより効率的に凝縮を促進することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３のように、実施の形態１および実施の形態２の壁部の代わりに、複数個の壁部材が設けられていてもよい。図１１を参照して、本実施の形態の凝縮器１では、壁部８は、壁部８として複数個の壁部材８Ａを含み、複数個の壁部材８Ａは、冷媒の流れる方向に沿って並んでいる。複数個の壁部材８Ａは、冷媒通路５の断面積が同じになるように形成されている。壁部材８Ａは、冷媒通路５の管と別体に形成されていてもよく、また一体に形成されていてもよい。なお、本実施の形態のこれ以外の構成は、上述した実施の形態１または２の構成と同様であるため同一の構成については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態の凝縮器１では、上流ＵＳの方向からの冷媒の入射波Ｆ１が上流ＵＳ側の壁部材８Ａに衝突し、その一部は反射波ｆ１となって反射する。反射波ｆ１のエネルギが、反射波ｆ１方向に冷媒の圧力上昇をもたらし、冷媒を圧縮する。冷媒の有する残りのエネルギは、通過波Ｆ２となって下流ＤＳの方向に進行する。通過波Ｆ２は入射波として下流ＤＳ側の壁部材８Ａに衝突し、その一部は反射波ｆ２となって反射する。反射波ｆ２のエネルギが反射波ｆ２方向に冷媒の圧力上昇をもたらし、冷媒を圧縮する。冷媒の有する残りのエネルギは、通過波Ｆ３となって下流ＤＳの方向に進行し、流れの束が縮められる過程で、冷媒中に残存する気体が圧縮される。これらにより冷媒が凝縮されやすい状態となる。

本実施の形態によれば、複数個の壁部材８Ａが冷媒の流れる方向に沿って並んでいるため、冷媒が流れる方向に沿って冷媒が壁部材８Ａに複数回衝突する。これにより、冷媒の凝縮作用をさらに促進することができる。

また、複数個の壁部材は、凝縮器１が凝縮器として機能する際の冷媒の流れの下流側の壁部材のほうが上流側の壁部材に比較して冷媒通路の断面積を減少させるように構成されていてもよい。図１２を参照して、本実施の形態の変形例１の凝縮器１では、複数個の壁部材８Ａは、第１の壁部材８１と第２の壁部材８２とを有している。第１の壁部材８１は、第２の壁部材８２より冷媒通路５の上流ＵＳ側に配置されている。第２の壁部材８２は、第１の壁部材８１より冷媒通路５の断面積を減少させるよう構成されている。複数の壁部材８Ａは冷媒通路５の管と別体に形成されていてもよく、また一体に形成されていてもよい。

本実施の形態の変形例１の凝縮器１によれば、第１の壁部材８１の冷媒通路５の断面積Ｄ１より第２の壁部材８２の冷媒通路５の断面積Ｄ２が小さくなっている。このため、第２の壁部材８２は、第１の壁部材８１と比較して冷媒の流れの束をより縮めることができる。そのため、第２の壁部材８２は、さらに冷媒を凝縮されやすい状態にすることができる。第１の壁部材８１で冷媒の気相が細分化される。第２の壁部材８２で、第１の壁部材８１で気相が細分化された冷媒の気相をさらに細分化される。これにより、さらに冷媒を凝縮されやすい状態にすることができる。

また、複数個の壁部材は、第１の壁部材より上流側の冷媒通路の断面積より第１の壁部材と第２の壁部材との間の冷媒通路の断面積が連続して小さくなるよう構成されていてもよい。図１３を参照して、本実施の形態の変形例２の凝縮器１では、第１の壁部材８１と第２の壁部材８２との間の冷媒通路５の最大の断面積ＤＭが、第１の壁部材８１より上流ＵＳ側の冷媒通路５の断面積ＤＵと比較して小さくなっている。複数の壁部材８Ａは冷媒通路５の管と一体に形成されていてもよく、また別体に形成されていてもよい。

本実施の形態の変形例２の凝縮器１によれば、第１の壁部材８１と第２の壁部材８２との間の冷媒通路５の最大の断面積ＤＭが、第１の壁部材８１より上流ＵＳ側の冷媒通路５の断面積ＤＵと比較して小さくなっているため、第１の壁部材８１で凝縮された冷媒の流れの束を縮めた状態で冷媒を第２の壁部材８２に衝突させることができる。これにより、さらに冷媒を凝縮されやすい状態にすることができる。

また、複数個の壁部材は、第１の壁部材と第２の壁部材との間の冷媒通路の断面積が上流側から下流側に向かって小さくなるよう構成されていてもよい。図１４を参照して、第１の壁部材８１と第２の壁部材８２との間の冷媒通路５の断面積ＤＭは、上流ＵＳ側から下流ＤＳ側に向かって小さくなるようテーパ状に構成されている。テーパ状の下流端から内周側に第２の壁部材８２が突き出している。複数の壁部材８Ａは冷媒通路５の管と一体に形成されていてもよく、また別体に形成されていてもよい。

これにより、第１の壁部材８１で凝縮された冷媒の流れの束をテーパ形状に沿ってさらに縮めた状態で第２の壁部材８２に衝突させることができる。これにより、さらに冷媒を凝縮されやすい状態にすることができる。

また、複数個の壁部材は、上流側端部から冷媒通路に沿って冷媒通路の全長の４分の３の位置よりも下流側に配置されていてもよい。フィン９が劣化した場合、冷媒通路５の全長の４分の３の位置よりも下流ＤＳ側では冷媒が十分に凝縮されず、フィン９が劣化しない場合よりも冷媒の気相の残留度が高くなる。

フィン９が劣化し始めると、上記のように冷媒の気相の残留度が高くなるため、まず複数個の壁部材８Ａのうち上流側の壁部材８Ａが冷媒を凝縮されやすい状態にする。さらにフィン９が劣化すると、下流側の壁部材８Ａが冷媒を凝縮されやすい状態にする。これにより、フィン９が劣化した場合、凝縮効果をさらに維持することができる。

上記の各実施の形態は、適時組み合わせることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

本発明は、凝縮が促進される凝縮器およびそれを用いた空調装置に特に有利に適用され得る。

１ 凝縮器、２ 熱交換部、３ 一方接続部、４ 他方接続部、５ 冷媒通路、５ａ 直線部、５ｂ 折り返し部、６ 上流側端部、７ 下流側端部、８ 壁部、８Ａ 壁部材、９ フィン、１０ 膨張弁、２０ 蒸発器、２１ 第１の管群、第２の管群２２、３０ 圧縮機、３１ 突出部、５１ 管路、８１ 第１の壁部材、８２ 第２の壁部材、１００ 空調装置。

Claims (9)

1. 冷媒を凝縮する凝縮器であって、
   前記冷媒を上流から下流に向けて通過させるための冷媒通路を有する熱交換部と、
   前記冷媒通路の上流側端部に接続されており、かつ前記凝縮器への前記冷媒の入口となる一方接続管部と、
   前記冷媒通路の下流側端部に接続されており、かつ前記凝縮器からの前記冷媒の出口となる他方接続管部とを備え、
   前記熱交換部は、前記冷媒通路の前記上流側端部と前記下流側端部との間に位置する壁部を有し、
   前記壁部は、前記冷媒通路の断面積を減少させるよう構成されており、かつ前記冷媒通路内を前記上流から前記下流に向けて流れてくる前記冷媒を前記壁部に衝突させることにより前記冷媒の前記凝縮作用を促進させるよう構成されている、凝縮器。
2. 前記壁部は、複数個の壁部材を含み、
   複数個の前記壁部材は、前記冷媒の流れる方向に沿って並んでいる、請求項１に記載の凝縮器。
3. 複数個の前記壁部材は、第１の壁部材と第２の壁部材とを有し、
   前記第１の壁部材は、前記第２の壁部材より前記冷媒通路の上流側に配置されており、
   前記第２の壁部材は、前記第１の壁部材より前記冷媒通路の断面積を減少させるよう構成されている、請求項２に記載の凝縮器。
4. 前記第１の壁部材と前記第２の壁部材との間の前記冷媒通路の最大の断面積が、前記第１の壁部材より上流側の前記冷媒通路の断面積と比較して小さくなっている、請求項３に記載の凝縮器。
5. 前記壁部は、前記上流側端部から前記冷媒通路に沿って前記冷媒通路の全長の４分の３の位置よりも下流側に配置されている、請求項１または２に記載の凝縮器。
6. 前記壁部は、前記冷媒通路の断面積を減少させるよう絞り加工により形成されている、請求項１または２に記載の凝縮器。
7. 前記熱交換部は、
   前記冷媒を分けて流すために並列に延びる複数本の管よりなる第１の管群と、
   前記第１の管群によって分けられた前記冷媒の流れを１つの流れにまとめるためのヘッダパイプと、
   前記ヘッダパイプによって１つの流れにまとめられた前記冷媒を分けて流すために並列に延びる複数本の管よりなる第２の管群とを備え、
   前記ヘッダパイプに前記壁部が形成されている、請求項１に記載の凝縮器。
8. 前記冷媒通路は、少なくとも２つの直線部と、前記２つの直線部の各々を流れる前記冷媒の向きが互いに逆方向になるように前記２つの直線部を接合するための折り返し部とを有し、
   前記折り返し部に前記壁部が形成されている、請求項１〜７のいずれかに記載の凝縮器。
9. 冷媒を状態変化させて循環させ、熱交換を行わせる空調装置であって、
   前記冷媒を減圧するための膨張弁と、
   前記膨張弁により減圧された前記冷媒を蒸発させるための蒸発器と、
   前記蒸発器により蒸発された前記冷媒を圧縮するための圧縮機と、
   前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮するための請求項１〜８のいずれかに記載の凝縮器とを備えた、空調装置。

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