JP2012149845A

JP2012149845A - 空気調和装置のユニット及び空気調和装置

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Publication number: JP2012149845A
Application number: JP2011009780A
Authority: JP
Inventors: Koyu Tanaka; 航祐田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2031-01-20
Also published as: JP5465193B2

Abstract

【課題】熱交換過程で相の状態が変化する冷媒が流れる空気調和装置において、空気調和装置に設けられた熱交換器の熱通過率がより高くなるような熱交換器と送風機との位置関係等にし、効率の高い空気調和装置を得る。
【解決手段】冷媒が通過する伝熱管を有し、流入した冷媒から放熱又は吸熱させ、少なくとも冷媒の一部の相を変化させて流出する室外熱交換器１２と、室外熱交換器１２を通過させる空気の流れを形成する室外送風機１５とを備える空気調和装置であって、単相の冷媒が通過する伝熱管を、室外送風機１５の平均風速よりも遅い風速の空気が流れる領域に位置させるような、室外熱交換器１２と室外送風機１５との配置関係にするものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、空気調和装置のユニット等に係るものである。特に熱交換器と送風機との位置関係等に関するものである。

冷媒の蒸発、凝縮等を利用して空気調和を行う冷媒回路を備えた空気調和装置が従来から知られている。このような空気調和装置では、例えば室外機（室外ユニット）及び室内機（室内ユニット）を備え、室外機と室内機とを冷媒配管接続して冷媒回路を構成するいわゆるセパレート型で構成されているものが多い。そして、室外機には、例えば室外熱交換器、室外送風機等が設けられ、室内機には室内熱交換器、室内送風機等が設けられている。

ここで、室外熱交換器、室内熱交換器は、例えば、複数の伝熱管が配列された伝熱管群と、伝熱管群と密着固定された複数の伝熱フィン群とを備えた、いわゆるクロスフィン型の熱交換器で構成されている。このような熱交換器では、伝熱管群の伝熱管の管内を冷媒が流れ、伝熱管群の管外側の伝熱フィン間を空気が流れる（通過する）ように構成されている。

そして、室外送風機、室内送風機は、熱交換器（熱交換器の伝熱管群の管外側の伝熱フィン間）に空気を通過させるものであり、例えば、ファンと、ファンを回転させる駆動手段とを備えている。ここで、一例として、室外送風機のファンはプロペラファンで構成され、室内送風機のファンはクロスフローファンで構成されている。そして、プロペラファンが回転することにより、室外機周りの空気が室外熱交換器を通過する空気の流れが形成される。また、クロスフローファンが回転することにより、室内機周りの空気が室内熱交換器を通過する空気の流れが形成される（例えば、特許文献１参照）。

そして、室外熱交換器及び室内熱交換器において、冷媒は、冷凍サイクルの放熱行程または吸熱行程をたどる。ここで、冷媒回路において冷媒循環方向を切り換えることができる切り換え手段（例えば四路切換弁等）があれば、空気調和装置は、切り換え手段の切り換え動作により、冷房運転または暖房運転を選択して行うことが可能となる。そして、空気調和装置が冷房運転を行う場合には、冷媒は室外熱交換器において放熱行程をたどることとなり、室内熱交換器において吸熱行程をたどることとなる。また、暖房運転を行う場合には、冷媒は室外熱交換器において吸熱行程をたどることとなり、室内熱交換器において放熱行程をたどることとなる。

特開２００８−１３８９１７号公報（図１）

しかしながら、例えば、室外熱交換器、室内熱交換器を、冷媒回路の凝縮器（放熱器）として用いた場合、凝縮器に冷媒が流入してから流出するまでの間に、過熱ガス冷媒（ここでは過熱度が０の場合も含むものとする）、二相冷媒（気液二相冷媒）、過冷却液冷媒（ここでは過冷却度が０の場合も含むものとする）というように、冷媒の状態は、空気との熱交換の過程で変化する。ここで、伝熱管の管内側における管内側熱伝達率は、冷媒の乾き度によって異なる。このため、熱交換器内では、管内側熱伝達率が高い伝熱管の領域（二相域。以下、二相部という）と低い伝熱管の領域（単相域。以下、単相部という）とが形成され、管内側熱伝達率は不均一となっている。

一方、熱交換器の管外側を通過する空気は、送風機に対する熱交換器の位置によって、部分的に風速が異なる領域が構成される場合がある。例えば、熱交換器において、基本的に送風機に近い領域では、通過する空気の風速が速く、送風機から遠くなる程、風速は遅くなる。そして、この風速の差に起因して、熱交換器には、空気との対流熱伝達率が高い領域（風速が速い領域）と、対流熱伝達率が低い領域（風速が遅い領域）とがそれぞれ構成されることが考えられる。

以上のように、熱交換器では、冷媒の状態の違いによる管内熱伝達率の差と、通過する空気の風速の違いによる管外熱伝達率の差とが発生している。このため、風速分布、その風速分布に相当する部分の伝熱管を流れる冷媒の状態によって、熱交換器内において熱通過率が一様ではなく異なっている。したがって、通過する空気が同一風量の場合であっても、風速分布等によっては熱交換器全体として熱通過率が低下するといった問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものである。その目的は、熱交換過程で相（態）の状態が変化する冷媒が流れる空気調和装置において、空気調和装置に設けられた熱交換器の熱通過率がより高くなるように、風速分布を適正に与えることができる熱交換器と送風機との位置関係等にすることで、熱交換性能が高く、効率の高い空気調和装置のユニット（室外ユニット、室内ユニット）等を得ることである。

上述の目的を達成するために、この発明は以下の手段を講じたものである。

本発明に係る空気調和装置のユニットは、冷媒が通過する伝熱管を有し、流入した冷媒から放熱又は吸熱させ、少なくとも冷媒の一部の相を変化させて流出する熱交換器と、熱交換器を通過させる空気の流れを形成する送風機とを備える空気調和装置のユニットであって、単相の冷媒が通過する伝熱管を、送風機の平均風速よりも遅い風速の空気が流れる領域に位置させるように熱交換器と送風機とを配置するものである。

本発明によれば、送風機による空気の流れに対し、風速の遅い空気が通過する領域に対して、単相の冷媒が通過する伝熱管が位置するように、熱交換器と送風機とを配置させるようにしたので、冷媒による熱伝達率が低い伝熱管は、空気における熱伝達率が低い領域に位置させるようにし、また、これにより冷媒による熱伝達率が高い伝熱管が空気における熱伝達率が高い領域に位置することとなるようにし、冷媒の状態変化に応じた熱伝達率の違いの特性に応じて、送風機の風速分布を適正化するように配置することで、熱交換効率の向上、熱交換性能の向上を得られる等の効果を奏する。

冷媒の乾き度と熱伝達率の関係を表す図である。本発明の実施形態１に係る空気調和装置の構成を示す図である。本発明の実施形態１の室外熱交換器及び室外送風機の形状等を示した図である。熱交換器の風速に対する管外熱伝達率の関係を表した図である。実施の形態１の二相部の風量割合と熱通過率の関係を表す図である。本発明の実施形態２の室外熱交換器及び室外送風機の形状等を示した図である。本発明の実施形態３の室外熱交換器及び室外送風機の形状等を示した図である。本発明の実施形態４の室外熱交換器及び室外送風機の形状等を示した図である。本発明の実施形態５の室外熱交換器及び室外送風機の形状等を示した図である。実施の形態６の二相部の風量割合と熱通過率の関係を表す図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明の実施形態１に係る空気調和装置の構成を示す図である。本実施の形態の空気調和装置はセパレート型の空気調和装置であり、例えば屋外に設置した室外機（室外ユニット）１と室内空間（空調対象空間）に設置した室内機（室内ユニット）２との間を第１連絡配管７及び第２連絡配管８で配管接続している。これにより、室外機１及び室内機２が有する機器が配管接続されて冷媒回路１０を構成する。

＜冷媒回路１０＞
冷媒回路１０は、圧縮機５、四路切換弁９、室外熱交換器１２、膨張弁６、及び室内熱交換器２２を冷媒配管で接続して構成したものである。冷媒回路１０には冷媒が封入されており、冷媒が冷媒回路１０内を相変化等をしながら循環することにより、冷凍サイクルの各行程（例えば圧縮、放熱（凝縮）、膨張、蒸発）をたどる。ここで、本実施の形態では、冷媒回路１０を構成する機器のうち、圧縮機５、四路切換弁９、室外熱交換器１２及び膨張弁６は室外機１が有し、室内熱交換器２２は室内機２が有している。室内熱交換器２２は、空調対象空間の空気（空調負荷）と冷媒との間で熱交換を行う。

圧縮機５は吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、圧縮機５は、インバータ装置等を備え、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機５の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を細かく変化させることができるものとする。流量制御装置（絞り装置）である膨張弁６は、例えば室内熱交換器２２を通過する冷媒の圧力、流量を調整する。

また、流路切換装置となる四路切換弁９を切換動作させることで、空気調和装置を冷房運転状態から暖房運転状態に切り換え、または暖房運転状態から冷房運転状態に切り換えることができる。ここで、冷房運転状態とは、四路切換弁９において、第１ポート９ａと第４ポート９ｄとを連通させると同時に、第２ポート９ｂと第３ポート９ｃとを連通させる第１状態（図２の実線）にしているときの運転状態である。また、暖房運転状態とは、第１ポート９ａと第３ポート９ｃとを連通させると同時に、第２ポート９ｂと第４ポート９ｄとを連通させる第２状態（図２の破線）にしているときの運転状態である。

このため、冷媒回路１０において、冷房運転状態の場合には、冷凍サイクルの放熱行程は室外熱交換器１２で行われることになる（蒸発行程は室内熱交換器２２で行われる）。また、暖房運転状態である場合には、冷凍サイクルの放熱行程は室内熱交換器２２で行われることになる（蒸発行程は室外熱交換器１２で行われる）。

また、室外機側の送風機である室外送風機１５は、室外熱交換器１２に空気を通過させる流れを形成することができ、空気と冷媒との熱交換を促進させる。また、室内機側の送風機である室内送風機２１は、室内熱交換器２２に空気を通過させる流れを形成することができ、空気と冷媒との熱交換を促進させる。

＜室外機１＞
図２は室外機１のケーシング内における室外熱交換器１２及び室外送風機１５の形状及び配置を概念的に示す図である。ここで、図２の矢印は、送風機となる室外送風機１５の駆動時において室外熱交換器１２に流入する空気の風速分布を示している。矢印の方向が風向を、矢印の長さが風速をそれぞれ表している（以下、同じ）。本実施の形態では、室外機１における熱通過率を高めるため、室外熱交換器１２と室外送風機１５との関係について説明する。

まず、室外熱交換器１２及び室外送風機１５の形状について説明する。

室外熱交換器１２は、クロスフィン型の熱交換器であり、第１管列１２ａ、第２管列１２ｄをなす複数の直管状の伝熱管と複数のＵ字状の伝熱管（Ｕ字管）１２ｂとを有する伝熱管群と、矩形平板状の複数の伝熱フィン１２ｃを有する伝熱フィン群とを備えている。そして、伝熱フィン群を貫通するように、伝熱管群が配置されている。

具体的に、伝熱管群は、複数の伝熱管が所定の間隔をあけて２列に配列されている。ここで、伝熱管群は、図２に示すように、右列（図２の右側の列）にある複数の伝熱管が第１管列１２ａ、左列が第２管列１２ｄを構成している。そして、冷媒の流入口、流出口となる端部を除く第１管列１２ａ、第２管列１２ｄの伝熱管の端部同士を複数のＵ字管１２ｂで接続する。ここでは、凝縮器として機能する場合における冷媒の入口端１３ａおよび１３ｂと、冷媒の出口端１４ａおよび１４ｂを有し、それぞれを室外熱交換器１２外の冷媒配管と接続する２本の冷媒流路が形成されることになる。

また、伝熱フィン群は、複数の伝熱フィン１２ｃが伝熱管の長さ方向に沿って所定の間隔をあけつつ、互いに平行となるように１列に並べられて形成されている。各伝熱フィン１２ｃには、フィンを表裏方向に貫通する複数の貫通穴が設けられおり、この各貫通穴に各伝熱管が挿入されて室外熱交換器１２が形成されている。

一方、室外送風機１５は、軸流式のプロペラファンであり、複数の羽根を有するプロペラ１５ａと、プロペラ１５ａの中心部に取り付けられた回転軸１５ｂと、回転軸１５ｂを周方向に回転させるファンモータ１５ｃとを備えている。ここで、本実施の形態の室外送風機１５は、図２で示されるプロペラ１５ａに対して、図２の左側（ファンモータ１５ｃ側）を吸込側とし、右側（ファンモータ１５ｃと反対側）を吹出側として構成しているものとする。

次に、室外熱交換器１２及び室外送風機１５の配置と、風速分布との関係等について説明する。

図２からわかるように、本実施の形態では、室外熱交換器１２が室外送風機１５の吸込側に位置するとともに、室外熱交換器１２の中心と室外送風機１５の中心とが互いに対向する位置関係となるように室外熱交換器１２及び室外送風機１５の配置を行っている。そして、このように室外熱交換器１２と室外送風機１５とが配置された室外機１において、室外送風機１５が起動することにより、室外送風機１５の吸込側には、図２に示すような風速分布が形成される。

＜室外機１の動作＞
まず、室外機１の室外熱交換器１２における冷媒の流れについて説明する。

このとき冷媒回路１０が冷房運転状態の場合には、四路切換弁９は第１状態に切り換えられており、冷媒は、図１の実線の矢印方向に循環する。そして、室外熱交換器１２が凝縮器として機能する。

具体的には、圧縮機５から吐出された冷媒は、第１状態の四路切換弁９を通過して、伝熱管群に形成された冷媒流路の入口端１３ａおよび１３ｂから、室外熱交換器１２に流入する。室外熱交換器１２に流入した冷媒は、冷媒流路に沿って第１管列１２ａを蛇行しながら流れる。第１管列１２ａの伝熱管に流入した冷媒は、Ｕ字管１２ｂを経由して隣の第２管列１２ｄの伝熱管に流入する。第２管列１２ｄの伝熱管に流入した冷媒は、冷媒流路に沿って第２管列１２ｄを蛇行しながら流れ、冷媒流路の出口端１４ａおよび１４ｂから流出する。

図３は冷媒の乾き度と冷媒による熱伝達率との関係を表す図である。このとき、冷媒流路の入口端１３ａおよび１３ｂには高温高圧の過熱ガス冷媒が流入する。そして、上述したように第１管列１２ａ、Ｕ字管１２ｂ、第２管列１２ｄの伝熱管を通過する過程で、管外側の空気へ放熱することにより、凝縮し、二相冷媒となり、最終的には、冷媒流路の出口端１４ａおよび１４ｂにおいて、過冷却液冷媒の状態で流出する。ここで、図３に示すように、伝熱管の管内側における熱伝達率は冷媒の乾き度によって異なるため、室外熱交換器１２の伝熱管群の伝熱管は単相の冷媒（過熱ガス冷媒、過冷却液冷媒）が通過する部分（以下、単相部という）と単相部以外の二相の冷媒が通過する部分（以下、二相部という）とに分かれる。

次に、室外熱交換器１２における空気の流れについて説明する。

室外送風機１５が駆動することにより、室外機１のケーシングの外側にある空気が、ケーシング内に吸い込まれるとともに、室外熱交換器１２の複数の伝熱フィン１２ｃ間に流入する。この伝熱フィン１２ｃ間に流入する際の空気の風速分布は、図２に示すような風速分布となる。

風速分布は、室外熱交換器１２の中心部分を除いて、室外送風機１５に近いほど風速が速くなっている。ここで、室外熱交換器１２の中心部分が除かれているのは、室外熱交換器１２の中心部分と対向する位置に室外送風機１５のファンモータ１５ｃが配置されているからである。例えば、室外熱交換器１２の中心部分を通過する空気は、そのままプロペラ１５ａに吸い込まれるのではなく、ファンモータ１５ｃに衝突した後でプロペラ１５ａに吸い込まれることになる。このために、ファンモータ１５ｃ自体が、空気流れの障害となり、結果として、室外熱交換器１２の中心部分を流れる空気は減速する。

これは、室外送風機１５に近い領域が必ずしも空気が速く流れるとは限らないことを意味している。そして、室外送風機１５が形成する空気の流れにおいて、室外機１の構成により、上述したように、例えばファンモータ１５ｃ等の物体が障害となる場合も考えられることになる。

このような風速分布を伴いながら、室外熱交換器１２の複数の伝熱フィン１２ｃ間に流入した空気は、伝熱フィン１２ｃ間を通過中に第１管列１２ａ、第２管列１２ｄ等の伝熱管群内を流れる冷媒により加熱されて（吸熱して）、伝熱フィン１２ｃ間を通過する。

次に、室外熱交換器１２における熱交換量Ｑについて説明する。熱交換量Ｑ［Ｗ］は、熱通過率Ｋ［Ｗ／ｍ²Ｋ］、冷媒と空気の温度差Δｔ［Ｋ］および管外伝熱面積Ａ_o［ｍ²］により次式（１）として表される。

Ｑ＝Ａ_o×Ｋ×Δｔ …（１）

このため、熱交換器の管外伝熱面積Ａ_o、冷媒と空気の温度差Δｔが同じ場合、熱通過率Ｋが大きいほど熱交換量Ｑが大きく、性能の高い熱交換器ということになる。そして、熱通過率Ｋは次式（２）で表される。ここで、α_oは管外側（空気側）熱伝達率、Ｒｔは管肉厚部の熱抵抗、α_iは管内側（冷媒側）熱伝達率、Ａ_oは管外側伝熱面積、Ａ_iは管内側伝熱面積である。

図４は管外側熱伝達率α_oと風速との関係を表す図である。図４に示すように、一般的に管外側熱伝達率α_oは風速に対して、べき関数的に変化する。

図５は実施の形態１に係る単相部、二相部を通過する空気の風量と熱通過率との関係を表す図である。図５では、熱交換器へのファンからの風量を同一としたとき、二相部と単相部とにおける風量割合（風速比率）を変化させて、単相部と二相部とにおけるそれぞれの熱通過率およびその平均熱通過率を表している。

図５より、二相部と単相部への風速分布が均等である状態（単相部、二相部のそれぞれを通過する風量割合を５０％とした場合）と比較すると、二相部の風量割合が７６％（単相部の風量割合が２４％）としたときが最も平均熱通過率が高くなることが分かる。これは、管内側熱伝達率α_iに関し、単相部に比較して二相部の方が大きいため、二相部に対する風量割合を大きくした方が平均熱通過率を最大化できることを表している。

したがって、熱交換器における単相部の伝熱管に対し、伝熱管外を、風速が遅い空気が通過するように熱交換器（伝熱管）と送風機との配置関係とする。これにより、二相部は概ね伝熱管外を、風速が速い空気が通過することとなる。特に二相部については、特に図３に示すように管内側熱伝達率が高い乾き度０．４〜０．９の冷媒が通過する伝熱管に対し、より風速が速い空気が伝熱管外を通過するような領域に位置させるようにすることが望ましい。ここで、風速の速い又は遅いというのは、送風機による平均風速を基準とする。ただし、基準は特に限定するものではない。このような熱交換器に冷媒を流すことによって熱交換性能をさらに高めることができる。

例えば、図３の室外熱交換器１２では、ファンモータ１５ｃ周辺の位置に、高温高圧の過熱ガス冷媒が流入する入口端１３ａおよび１３ｂ及び過冷却液が流出する出口端１４ａおよび１４ｂが配置されるようにしている。このため、ファンモータ１５ｃ周辺の位置にある単相部の伝熱管に単相の冷媒が流入出することになる。このときの単相部周辺の風速は周囲（室外送風機１５の平均風速）よりも遅くなる。そして、同一風量でも二相部に対する空気の風速が速く、単相部の風速が遅くすることにより、熱交換器性能として最大性能に近い状態となっている。このように、熱交換器に風速分布がある状態においても、風速分布に対して伝熱管の配し方を適正化することによって省エネルギー性の高い運転を実現することができる。

以上のように、実施の形態１の空気調和装置によれば、管内側熱伝達率が低い単相部を、管外側熱伝達率（対流熱伝達率）が低い、風速の遅い空気が流れる領域に位置させるようにし、管外側熱伝達率が高い風速の速い空気が流れる領域に二相部を位置させるように室外熱交換器１２と室外送風機１５とを配置するようにすることで、室外熱交換器１２全体として、熱通過率を高くすることができ、効率のよい熱交換を行うことができる。また、二相部については、管内側熱伝達率が高い部分を、より管外側熱伝達率が高い空気が流れる領域に位置させるようにすることで、さらに効率よく熱交換を行い、省エネルギー化をはかることができる。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る室外機１のケーシング内における室外熱交換器３２及び室外送風機３５の形状及び配置を概念的に示す図である。実施形態１の室外機１に対して、実施形態２の室外機１では、図６に示すように、室外熱交換器３２の形状と、室外熱交換器３２と室外送風機３５との位置関係を変更している。室外熱交換器３２の形状は、平面視したときに略コ字状となるクロスフィン型熱交換器である。そして、室外熱交換器３２は、室外送風機３５の下方に配置されている。また、室外送風機３５は、回転軸３５ｂが重力方向に沿って設けられており、ファンモータ３５ｃによりプロペラ３５ａを回転させると、重力方向と逆方向の空気の流れを発生させるように配置される。

これにより、室外熱交換器３２に対する風速分布は、図６に示すように、室外熱交換器３２の上部に行くほど（室外送風機３５に近くなるほど）風速が速くなるような分布となる。そして、このような風速分布において、単相の冷媒が通過する室外熱交換器３２の冷媒流路の入口端３３および出口端３４を最下部に配置する。このため、単相部の伝熱管を通過する空気の風速に対し、二相部の伝熱管を通過する空気の風速が速くなり、熱通過率の高い高性能な熱交換器を得ることができる。

実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３に係る室内機２のケーシング内における室内熱交換器４２及び室外送風機４５の形状及び配置を概念的に示す図である。上述した実施の形態では、室外機１における室外熱交換器と室外送風機とについて説明したが、室内機における室内熱交換器と室内送風機との関係においても適用することができる。

本実施の形態における室内熱交換器４２の形状は、略ロ字状のクロスフィン型熱交換器である。また、室内送風機４５はターボファンで構成されている。そして、室内熱交換器４２は、室内送風機４５の吹出側を囲むかたちで配置されている。

このとき、室内熱交換器４２に対する風速分布は、図７に示すように、室内熱交換器４２の上部（ファンモータ側）に行くほど風速が速くなるような分布となる。そして、このような風速分布において、単相の冷媒が通過する室内熱交換器４２の冷媒流路の入口端４３および出口端４４を最下部に配置する。このため、単相部の伝熱管を通過する空気の風速に対し、二相部の伝熱管を通過する空気の風速が速くなり、熱通過率の高い高性能な熱交換器を得ることができる。

実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４に係る室外機１のケーシング内における室外熱交換器５２及び室外送風機５５ａ、５５ｂの配置を概念的に示す図である。図８に示すように、実施の形態４の室外機１では、室外熱交換器５２に対して送風機が、図８における上下方向に２台配置されている。そして、２台の風量制御を送風量制御手段５５が行っている。そして、室外熱交換器５２の冷媒流路の入口端５３および出口端５４を最下部に配置する。このため、暖房運転時に凝縮器として機能している場合は、室外熱交換器５２の上部が二相部となり下部が単相部となっている。

そして、送風量制御手段５５は、上段側の室外送風機５５ａよりも下段側の室外送風機５５ｂの風量が小さくなるように制御する。このため、単相部の伝熱管を通過する空気の風速に対し、二相部の伝熱管を通過する空気の風速が速くなる。したがって、同一風量とした場合でも、平均的に同一風速で室外送風機５５ａ、５５ｂを制御した場合と比較して、熱通過率の高い熱交換器を得ることができる。ここで、本実施の形態では、室外送風機５５が２台であるものとして説明したが、３台以上で構成するようにしてもよい。

実施の形態５．
図９は本発明の実施の形態５に係る室外熱交換器５２及び室外送風機５５ａ、５５ｂ等を示す図である。ここで、室外機１における室外熱交換器５２及び室外送風機５５ａ、５５ｂの配置については、実施の形態４と同様である。

図９に示すように、本実施の形態では、室外熱交換器５２内の冷媒流路（伝熱管内）における冷媒の圧力を検出する圧力センサ（圧力検出手段）６１を設けている。また、冷媒流路の入口端５３から出口端５４に至る冷媒流路の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ及び６２ｆを設けている。圧力センサ６１および温度センサ６２ａ〜６２ｆは検出に係る信号を演算判定手段５６に送る。

演算判定手段５６は、圧力センサ６１および温度センサ６２ａ〜６２ｆの検出に係る値に基づいて、各温度センサ６２ａ〜６２ｆの位置における冷媒の状態を判定する。具体的には、演算判定手段５６は、圧力センサ６１の検出に係る圧力の値から飽和温度を演算する。そして、温度センサ６２ａ〜６２ｆの検出に係る温度の値から、関係から各温度センサの位置における伝熱管内の冷媒状態が、過熱ガス、二相、過冷却液のいずれであるかを判定する。その結果から、冷媒流路における二相部と単相部の割合が求まるため、送風量制御手段５５は、その割合に応じて単相部と二相部の風速の比率を制御することで、実施の形態４よりも更に適切に熱通過率の高い熱交換器を得ることができる。

図１０は実施の形態５に係る単相部、二相部を通過する空気の風量と熱通過率との関係を表す図である。図１０は、図５の場合と比較してファン風量を１／１０としたものである。

図５及び図１０から、最も平均熱通過率が高くなる単相部、二相部の風量割合が送風機の風量により変化することがわかる。そして、図１０において、熱通過率が最大となる風量の割合は、二相部が６６％のときということがわかる。したがって、ファン風量の合計値もしくは指示回転数に応じて、二相部と単相部とにおける風量割合を変化させるようにすることで、更に高精度に最適な熱通過率にすることができる。ここで、本実施の形態では、２台の室外送風機５５ａ、５５ｂを有する場合について説明したが、１台の送風機の風量制御する場合にも適用することができる。また、３台以上の送風機で構成する場合にも適用することができる。

実施の形態６．
上述した実施の形態では、熱交換器が凝縮器として機能する場合について説明した。このとき、冷媒は、過熱ガスから二相に、二相から過冷却液というように、単相→二相→単相に状態変化（相変化）する。

本発明は凝縮器の場合に限るものではなく、例えば熱交換器が蒸発器として機能する場合であっても、同様の対応を行うことができる。例えば蒸発器の場合、熱交換器内での冷媒の状態は、一般的に、二相→単相（過熱ガス）に変化する。

蒸発器の冷媒流出口における過熱ガス域および冷媒流入口の二相部は乾き度が小さい。ここで、例えば図１に示すように、熱伝達率は二相部の乾き度約０．７程度が最大であり、乾き度が０又は１に近い部分では小さい。このため、単相部および低乾き度となる二相部では風速の遅い空気が通過するようにし、熱伝達率の高い二相部（例えば乾き度が約０．４〜約０．９）では風速の速い空気が通過するようにすると、同一風量であっても、熱通過率を高くすることができる。

また、上述の実施の形態では冷媒の種類について特に説明しなかったが、冷媒の種類を限定するものではなく、熱交換器において、冷媒流路の入口端から出口端へ向かって相が変化し、管内側の熱伝達率が変化するような冷媒であればよい。たとえば、二酸化炭素（ＣＯ₂）や炭化水素、ヘリウム等のような自然冷媒や、Ｒ４１０Ａはもちろん、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ等の代替冷媒等の塩素を含まない冷媒を採用するようにしてもよい。

なお、以上の実施の形態で説明した構成等は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１室外機、２室内機、５圧縮機、６膨張弁、７第１連絡配管、８第２連絡配管、９四路切換弁、９ａ第１ポート、９ｂ第２ポート、９ｃ第３ポート、９ｄ第４ポート、１０冷媒回路、１２室外熱交換器、１２ａ第１管列、１２ｂＵ字管、１２ｃ伝熱フィン、１２ｄ第２管列、１３ａ入口端、１３ｂ入口端、１４ａ出口端、１４ｂ出口端、１５室外送風機、１５ａプロペラ、１５ｂ回転軸、１５ｃファンモータ、２１室内送風機、２２室内熱交換器、３２室外熱交換器、３３入口端、３４出口端、３５室外送風機、３５ａプロペラ、３５ｂ回転軸、３５ｃファンモータ、４１室内機、４２室内熱交換器、４３入口端、４４出口端、４５室内送風機、５２室外熱交換器、５３入口端、５４出口端、５５送風量制御手段、５５ａ室外送風機、５５ｂ室外送風機、５６演算判定手段、６１圧力センサ、６２ａ温度センサ、６２ｂ温度センサ、６２ｃ温度センサ、６２ｄ温度センサ、６２ｅ温度センサ、６２ｆ温度センサ。

Claims

冷媒が通過する伝熱管を有し、流入した冷媒から放熱又は吸熱させ、少なくとも冷媒の一部の相を変化させて流出する熱交換器と、
該熱交換器を通過させる空気の流れを形成する送風機と
を備える空気調和装置のユニットであって、
単相の冷媒が通過する伝熱管を、前記送風機の平均風速よりも遅い風速の空気が流れる領域に位置させるように前記熱交換器と前記送風機とを配置することを特徴とする空気調和装置のユニット。
前記熱交換器に流通する冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出手段と、
前記熱交換器の冷媒の流通する流れに沿って、各設置位置における冷媒の温度を検出する複数の冷媒温度検出手段と、
前記圧力検出手段の検出に係る圧力及び各冷媒温度検出手段が検出した温度に基づいて各冷媒温度検出手段の設置位置における前記冷媒の状態が単相であるか否かを判定する演算判定手段と、
前記演算判定手段の判定結果に基づいて、前記送風機の送風量を制御する送風量制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置のユニット。
前記熱交換器は、前記送風機の吸込側であって、前記送風機の吸込側における平均風速よりも遅い風速の空気が流れる領域に、単相の冷媒が通過する伝熱管が位置するように設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置のユニット。
前記熱交換器は、前記送風機の吹出側であって、前記送風機の吹出側における平均風速よりも遅い風速の空気が流れる領域に、単相の冷媒が通過する伝熱管が位置するように設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置のユニット。
前記熱交換器は、凝縮器として機能する場合に、単相のガス冷媒が通過する伝熱管と単相の液冷媒が通過する伝熱管とが同じ空気の風路に位置するように伝熱管を配置することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の空気調和装置のユニット。
前記送風機を複数台で構成し、
前記熱交換器において、前記単相の冷媒が通過する伝熱管を通過する空気の風速が、前記熱交換器を通過する空気の平均風速よりも遅くなるように、前記複数台の送風機を制御する送風量制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の空気調和装置のユニット。
前記送風量制御手段は、前記送風機の風量によって、前記熱交換器において前記単相の冷媒が通過する伝熱管部分と前記単相以外の冷媒が通過する伝熱管部分とにおける風速の比率を変化させることを特徴とする請求項６に記載の空気調和装置のユニット。
空調対象空間外に設置される室外ユニット及び前記空調対象空間の空気を空気調和する室内ユニットの少なくとも一方のユニットを、請求項１から請求項７のいずれかに記載のユニットにより構成することを特徴とする空気調和装置。