JP2016148483A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上下方向に複数段配列されており水平方向に沿って延びる複数の伝熱管と、上下方向に延びており複数の伝熱管の水平方向の端部が接続されるヘッダ集合管と、を有する熱交換器を備えており、熱交換器にガス冷媒を流すことによって熱交換器の除霜を行う冷凍装置において、熱交換器の除霜時に最下段のサブ熱交換部にガス冷媒を十分に供給できるようにする。【解決手段】熱交換器（２３）では、ガス冷媒管（３３）に対向する中段メイン熱交換部（６１Ｂ）又は中段メイン熱交換部（６１Ｂ）よりも下方のメイン熱交換部（６１Ｃ）が、最下段サブ熱交換部（６２Ｃ）の他端に連通している。【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍装置、特に、上下方向に複数段配列されており水平方向に沿って延びる複数の伝熱管と、上下方向に延びており複数の伝熱管の水平方向の端部が接続されるヘッダ集合管と、を有する熱交換器を備えており、熱交換器にガス冷媒を流すことによって熱交換器の除霜を行う冷凍装置に関する。

従来より、特許文献１（特開２０１３−１３０３４５号公報）に示すように、複数の伝熱管とヘッダ集合管とを有する室外熱交換器（熱交換器）を備えており、熱交換器にガス冷媒を流すことによって熱交換器の除霜を行う空気調和装置（冷凍装置）がある。ここで、複数の伝熱管は、上下方向に複数段配列されており、水平方向に沿って延びている。ヘッダ集合管は、上下方向に延びており、複数の伝熱管の水平方向の端部が接続されている。

上記特許文献１の冷凍装置を構成する熱交換器においては、複数の伝熱管が、上下方向に並ぶ３つのメイン熱交換部と、メイン熱交換部の下方において上下方向に並ぶ３つのサブ熱交換部と、を構成している。また、ヘッダ集合管には、３つのメイン熱交換部の一端に連通する出入り空間が形成されている。さらに、ヘッダ集合管の出入り空間が、３つのメイン熱交換部の一端のすべてに共通して連通しており、その上下方向の中央部分には、ヘッダ集合管との間でガス冷媒のやりとりを行うガス冷媒管が接続されている。

しかし、このような熱交換器の構造では、熱交換器の除霜時に最下段のサブ熱交換部へのガス冷媒の供給が不十分になりやすい傾向があり、これにより、最下段のサブ熱交換部の除霜が不十分になったり、除霜時間が長くなることがある。

本発明の課題は、上下方向に複数段配列されており水平方向に沿って延びる複数の伝熱管と、上下方向に延びており複数の伝熱管の水平方向の端部が接続されるヘッダ集合管と、を有する熱交換器を備えており、熱交換器にガス冷媒を流すことによって熱交換器の除霜を行う冷凍装置において、熱交換器の除霜時に最下段のサブ熱交換部にガス冷媒を十分に供給できるようにすることにある。

第１の観点にかかる冷凍装置は、上下方向に複数段配列されており水平方向に沿って延びる複数の伝熱管と、上下方向に延びており複数の伝熱管の水平方向の端部が接続されるヘッダ集合管と、を有する熱交換器を備えており、熱交換器にガス冷媒を流すことによって熱交換器の除霜を行うようになっている。複数の伝熱管は、上下方向に並ぶ３以上のメイン熱交換部と、メイン熱交換部の下方において上下方向に並ぶ３以上のサブ熱交換部と、を構成している。ヘッダ集合管には、３以上のメイン熱交換部の一端に連通する出入り空間が形成されている。出入り空間は、３以上のメイン熱交換部の一端のすべてに共通して連通しており、その上下方向の中央部分には、ヘッダ集合管との間でガス冷媒のやりとりを行うガス冷媒管が接続されている。そして、ここでは、ガス冷媒管に対向するメイン熱交換部である中段メイン熱交換部又は中段メイン熱交換部よりも下方のメイン熱交換部の他端が、最も下方のサブ熱交換部である最下段サブ熱交換部の他端に連通している。

ここでは、上記のように、ガス冷媒管がヘッダ集合管の出入り空間の上下方向の中央部分に接続された構造を有する熱交換器が採用されている。このため、熱交換器の除霜時において、中段メイン熱交換部及び中段メイン熱交換部よりも下方のメイン熱交換部を流れる冷媒の流量が、中段メイン熱交換部よりも上方のメイン熱交換部に比べて大きくなる傾向にある。このとき、特許文献１の熱交換器のように、中段メイン熱交換部よりも上方のメイン熱交換部の他端を最下段のサブ熱交換部に連通させるようにすると、最下段のサブ熱交換部にガス冷媒を十分に供給することができず、最下段のサブ熱交換部の除霜が不十分になったり、除霜時間が長くなってしまうおそれがある。

そこで、ここでは、このような３以上のメイン熱交換部を流れる冷媒の流量の傾向を利用して、上記のように、中段メイン熱交換部又は中段メイン熱交換部よりも下方のメイン熱交換部を最下段サブ熱交換部に連通させることで、熱交換器の除霜時に最下段サブ熱交換部にガス冷媒を積極的に流すようにしている。

これにより、ここでは、熱交換器の除霜時に最下段のサブ熱交換部にガス冷媒を十分に供給できるようになり、熱交換器の除霜を促進することができる。

第２の観点にかかる冷凍装置は、第１の観点にかかる冷凍装置において、中段メイン熱交換部の他端が、最下段サブ熱交換部の他端に連通しており、中段メイン熱交換部よりも下方のメイン熱交換部の他端が、最も上方のサブ熱交換部である最上段サブ熱交換部の他端に連通している。

ここでは、上記のように、最下段のメイン熱交換部と最上段サブ熱交換部とが上下方向に隣り合う状態で配置された構造を有する熱交換器が採用されている。そして、このような構造では、最下段サブ熱交換部の次に最上段サブ熱交換部における着霜量が多くなる傾向にある。

そこで、ここでは、このような最下段のメイン熱交換部と最上段サブ熱交換部とが上下方向に隣り合う状態で配置されていることを考慮して、上記のように、中段メイン熱交換部を最下段サブ熱交換部に連通させ、かつ、中段メイン熱交換部よりも下方のメイン熱交換部を最上段サブ熱交換部に連通させることで、熱交換器の除霜時に最下段サブ熱交換部だけでなく最上段サブ熱交換部にもガス冷媒を積極的に流すようにしている。

これにより、ここでは、熱交換器の除霜時に最下段のサブ熱交換部だけでなく最上段のサブ熱交換部にもガス冷媒を十分に供給できるようになり、熱交換器の除霜をさらに促進することができる。

第３の観点にかかる冷凍装置は、第１の観点にかかる冷凍装置において、中段メイン熱交換部の他端が、最も上方のサブ熱交換部である最上段サブ熱交換部の他端に連通しており、中段メイン熱交換部よりも下方の前記メイン熱交換部の他端が、最下段サブ熱交換部の他端に連通している。

ここでは、上記のように、最下段のメイン熱交換部と最上段サブ熱交換部とが上下方向に隣り合う状態で配置された構造を有する熱交換器が採用されている。そして、このような構造では、最下段サブ熱交換部の次に最上段サブ熱交換部における着霜量が多くなる傾向にある。

そこで、ここでは、このような最下段のメイン熱交換部と最上段サブ熱交換部とが上下方向に隣り合う状態で配置されていることを考慮して、上記のように、中段メイン熱交換部を最上段サブ熱交換部に連通させ、かつ、中段メイン熱交換部よりも下方のメイン熱交換部を最下段サブ熱交換部に連通させることで、熱交換器の除霜時に最下段サブ熱交換部だけでなく最上段サブ熱交換部にもガス冷媒を積極的に流すようにしている。

これにより、ここでは、熱交換器の除霜時に最下段のサブ熱交換部だけでなく最上段のサブ熱交換部にもガス冷媒を十分に供給できるようになり、熱交換器の除霜をさらに促進することができる。

第４の観点にかかる冷凍装置は、第１〜第３の観点のいずれかにかかる冷凍装置において、ガス冷媒管が、出入り空間の上下方向の中央部分に接続される主ガス冷媒管と、主ガス冷媒管から分岐されて出入り空間の上下方向の中央部分よりも下方の部分に接続される副ガス冷媒管と、を有している。

ここでは、上記のように、ガス冷媒管がヘッダ集合管の出入り空間の上下方向の中央部分に接続された構造を有する熱交換器が採用されている。このため、熱交換器の除霜時において、中段メイン熱交換部と中段メイン熱交換部よりも下方のメイン熱交換部とを比べると、中段メイン熱交換部を流れる冷媒の流量が中段メイン熱交換部よりも下方のメイン熱交換部に比べて大きくなる傾向にある。

そこで、ここでは、このような中段メイン熱交換部を流れる冷媒の流量が中段メイン熱交換部よりも下方のメイン熱交換部よりも大きいことを考慮して、上記のように、ガス冷媒管を、出入り空間の上下方向の中央部分に接続される主ガス冷媒管と、出入り空間の上下方向の中央部分よりも下方の部分に接続される副ガス冷媒管とに分岐させることで、熱交換器の除霜時に中段メイン熱交換部よりも下方のメイン熱交換部を流れる冷媒の流量を大きくするようにしている。

これにより、ここでは、中段メイン熱交換部よりも下方のメイン熱交換部に連通しているサブ熱交換部にガス冷媒を多く供給できるようになり、熱交換器の除霜をさらに促進することができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の観点にかかる冷凍装置では、熱交換器の除霜時に最下段のサブ熱交換部にガス冷媒を十分に供給できるようになり、熱交換器の除霜を促進することができる。

第２及び第３の観点にかかる冷凍装置では、熱交換器の除霜時に最下段のサブ熱交換部だけでなく最上段のサブ熱交換部にもガス冷媒を十分に供給できるようになり、熱交換器の除霜をさらに促進することができる。

第４の観点にかかる冷凍装置では、中段メイン熱交換部よりも下方のメイン熱交換部に連通しているサブ熱交換部にガス冷媒を多く供給できるようになり、熱交換器の除霜をさらに促進することができる。

本発明の一実施形態にかかる冷凍装置としての空気調和装置の概略構成図である。 室外熱交換器の概略構成を示す模式図である。 室外熱交換器の概略構成を示す縦断面図である。 図３の熱交換部の部分拡大斜視図である。 変形例＜Ａ＞にかかる冷凍装置としての空気調和装置を示す図であって、図２に対応する図である。 変形例＜Ｂ＞にかかる冷凍装置としての空気調和装置を示す図であって、図２に対応する図である。 変形例＜Ｂ＞にかかる冷凍装置としての空気調和装置を示す図であって、図２に対応する図である。 変形例＜Ｃ＞にかかる冷凍装置としての空気調和装置を示す図であって、図２に対応する図である。

以下、本発明にかかる冷凍装置の実施形態及びその変形例について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる冷凍装置の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（１）空気調和装置の基本構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる冷凍装置としての空気調和装置１の概略構成図である。

空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、建物等の室内の冷房及び暖房を行うことが可能な装置である。空気調和装置１は、主として、室外ユニット２と、室内ユニット４とが接続されることによって構成されている。ここで、室外ユニット２と室内ユニット４とは、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６を介して接続されている。すなわち、空気調和装置１の蒸気圧縮式の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット４とが冷媒連絡管５、６を介して接続されることによって構成されている。

＜室内ユニット＞
室内ユニット４は、室内に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室内ユニット４は、主として、室内熱交換器４１を有している。

室内熱交換器４１は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の放熱器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。室内熱交換器４１の液側は液冷媒連絡管５に接続されており、室内熱交換器４１のガス側はガス冷媒連絡管６に接続されている。

室内ユニット４は、室内ユニット４内に室内空気を吸入して、室内熱交換器４１において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための室内ファン４２を有している。すなわち、室内ユニット４は、室内熱交換器４１を流れる冷媒の加熱源又は冷却源としての室内空気を室内熱交換器４１に供給するファンとして、室内ファン４２を有している。ここでは、室内ファン４２として、室内ファン用モータ４２ａによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等が使用されている。

＜室外ユニット＞
室外ユニット２は、室外に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室外ユニット２は、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、室外熱交換器２３（熱交換器）と、膨張弁２４と、液側閉鎖弁２５と、ガス側閉鎖弁２６とを有している。

圧縮機２１は、冷凍サイクルの低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。圧縮機２１は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）を圧縮機用モータ２１ａによって回転駆動する密閉式構造となっている。圧縮機２１は、吸入側に吸入管３１が接続されており、吐出側に吐出管３２が接続されている。吸入管３１は、圧縮機２１の吸入側と四路切換弁２２とを接続する冷媒管である。吐出管３２は、圧縮機２１の吐出側と四路切換弁２２とを接続する冷媒管である。

四路切換弁２２は、冷媒回路１０における冷媒の流れの方向を切り換えるための切換弁である。四路切換弁２２は、冷房運転時には、室外熱交換器２３を圧縮機２１において圧縮された冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室内熱交換器４１を室外熱交換器２３において放熱した冷媒の蒸発器として機能させる冷房サイクル状態への切り換えを行う。すなわち、四路切換弁２２は、冷房運転時には、圧縮機２１の吐出側（ここでは、吐出管３２）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第１ガス冷媒管３３）とが接続される（図１の四路切換弁２２の実線を参照）。しかも、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入管３１）とガス冷媒連絡管６側（ここでは、第２ガス冷媒管３４）とが接続される（図１の四路切換弁２２の実線を参照）。また、四路切換弁２２は、暖房運転時には、室外熱交換器２３を室内熱交換器４１において放熱した冷媒の蒸発器として機能させ、かつ、室内熱交換器４１を圧縮機２１において圧縮された冷媒の放熱器として機能させる暖房サイクル状態への切り換えを行う。すなわち、四路切換弁２２は、暖房運転時には、圧縮機２１の吐出側（ここでは、吐出管３２）とガス冷媒連絡管６側（ここでは、第２ガス冷媒管３４）とが接続される（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。しかも、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入管３１）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第１ガス冷媒管３３）とが接続される（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。ここで、第１ガス冷媒管３３（ガス冷媒管）は、四路切換弁２２と室外熱交換器２３のガス側とを接続する冷媒管である。第２ガス冷媒管３４は、四路切換弁２２とガス側閉鎖弁２６とを接続する冷媒管である。

室外熱交換器２３は、冷房運転時には室外空気を冷却源とする冷媒の放熱器として機能し、暖房運転時には室外空気を加熱源とする冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２３は、液側が液冷媒管３５に接続されており、ガス側が第１ガス冷媒管３３に接続されている。液冷媒管３５は、室外熱交換器２３の液側と液冷媒連絡管５側とを接続する冷媒管である。

膨張弁２４は、冷房運転時には、室外熱交換器２３において放熱した冷凍サイクルの高圧の冷媒を冷凍サイクルの低圧まで減圧する弁である。また、膨張弁２４は、暖房運転時には、室内熱交換器４１において放熱した冷凍サイクルの高圧の冷媒を冷凍サイクルの低圧まで減圧する弁である。膨張弁２４は、液冷媒管３５の液側閉鎖弁２５寄りの部分に設けられている。ここでは、膨張弁２４として、電動膨張弁が使用されている。

液側閉鎖弁２５及びガス側閉鎖弁２６は、外部の機器・配管（具体的には、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６）との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁２５は、液冷媒管３５の端部に設けられている。ガス側閉鎖弁２６は、第２ガス冷媒管３４の端部に設けられている。

室外ユニット２は、室外ユニット２内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、外部に排出するための室外ファン３６を有している。すなわち、室外ユニット２は、室外熱交換器２３を流れる冷媒の冷却源又は加熱源としての室外空気を室外熱交換器２３に供給するファンとして、室外ファン３６を有している。ここでは、室外ファン３６として、室外ファン用モータ３６ａによって駆動されるプロペラファン等が使用されている。

＜冷媒連絡管＞
冷媒連絡管５、６は、空気調和装置１を建物等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、設置場所や室外ユニット２と室内ユニット４との組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。

（２）空気調和装置の基本動作
次に、図１を用いて、空気調和装置１の基本動作について説明する。空気調和装置１は、基本動作として、冷房運転及び暖房運転を行うことが可能である。また、暖房運転時においては、室外熱交換器２３（熱交換器）に付着した霜を融解させるための除霜運転を行うことも可能である。

＜冷房運転＞
冷房運転時には、四路切換弁２２が冷房サイクル状態（図１の実線で示される状態）に切り換えられる。

冷媒回路１０において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を通じて、室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた高圧のガス冷媒は、冷媒の放熱器として機能する室外熱交換器２３において、室外ファン３６によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。

室外熱交換器２３において放熱した高圧の液冷媒は、膨張弁２４に送られる。

膨張弁２４に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁２４によって冷凍サイクルの低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。膨張弁２４で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、液側閉鎖弁２５及び液冷媒連絡管５を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

室内熱交換器４１に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発する。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。

室内熱交換器４１において蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管６、ガス側閉鎖弁２６及び四路切換弁２２を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

＜暖房運転＞
暖房運転時には、四路切換弁２２が暖房サイクル状態（図１の破線で示される状態）に切り換えられる。

冷媒回路１０において、冷凍サイクルの低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルの高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２、ガス側閉鎖弁２６及びガス冷媒連絡管６を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

室内熱交換器４１に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。

室内熱交換器４１で放熱した高圧の液冷媒は、液冷媒連絡管５及び液側閉鎖弁２５を通じて、膨張弁２４に送られる。

膨張弁２４に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁２４によって冷凍サイクルの低圧まで減圧されて、低圧の気液二相状態の冷媒になる。膨張弁２４で減圧された低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する室外熱交換器２３において、室外ファン３６によって加熱源として供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。

室外熱交換器２３で蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁２２を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

＜除霜運転＞
上記の暖房運転時において、室外熱交換器２３における冷媒の温度が所定温度よりも低くなる等によって室外熱交換器２３における着霜が検知された場合、すなわち、室外熱交換器２３の除霜運転を開始する条件に達した場合には、室外熱交換器２３に付着した霜を融解させる除霜運転を行う。

ここでは、除霜運転として、冷房運転時と同様に、四路切換弁２２を冷房サイクル状態（図１の実線で示される状態）に切り換えることで、室外熱交換器２３を冷媒の放熱器として機能させる逆サイクル除霜運転が行われる。これにより、圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒を、第１ガス冷媒管３３を通じて室外熱交換器２３に流して、室外熱交換器２３に付着した霜を融解させることができる。この除霜運転は、所定の除霜運転時間が経過する等によって室外熱交換器２３における除霜が完了するまで、すなわち、室外熱交換器２３の除霜運転を終了する条件に達するまで行われ、その後、暖房運転に復帰する。尚、除霜運転における冷媒回路１０内の冷媒の流れは、上記冷房運転と同様であるため、ここでは説明を省略する。

（３）室外熱交換器の基本構成
次に、図２〜図４を用いて、室外熱交換器２３（熱交換器）の基本構成について説明する。ここで、図２は、室外熱交換器２３の概略構成を示す模式図である。図３は、室外熱交換器２３の概略構成を示す縦断面図である。図４は、図３の熱交換部６０の部分拡大斜視図である。尚、以下の説明においては、方向や面を表す文言は、特にことわりのない限り、室外熱交換器２３が室外ユニット２に載置された状態を基準とした方向や面を意味する。

室外熱交換器２３は、主として、室外空気と冷媒との熱交換を行う熱交換部６０と、熱交換部６０の一端側に設けられた第１ヘッダ集合管８０と、熱交換部６０の他端側に設けられた第２ヘッダ集合管９０とを有している。

＜熱交換部＞
熱交換部６０は、室外熱交換器２３の上部を構成する３以上（ここでは、３つ）のメイン熱交換部６１Ａ〜６１Ｃと、メイン熱交換部６１Ａ〜６１Ｃの下方において室外熱交換器２３の下部を構成する３以上（ここでは、３つ）のサブ熱交換部６２Ａ〜６２Ｃとを有している。メイン熱交換部６１Ａ〜６１Ｃにおいては、最上段にメイン熱交換部６１Ａが配置されており、そこから下向きに沿って順にメイン熱交換部６１Ｂ、６１Ｃが配置されている。サブ熱交換部６２Ａ〜６２Ｃにおいては、最下段にサブ熱交換部６２Ｃが配置されており、そこから上向きに沿って順にサブ熱交換部６２Ｂ、６２Ａが配置されている。すなわち、ここでは、中段のメイン熱交換部６１Ｂよりも下方のメイン熱交換部は、最上段のサブ熱交換部６２Ａに上下方向に隣り合う最下段のメイン熱交換部６１Ｃとなっている。

熱交換部６０は、扁平管からなる複数の伝熱管６３と、差込フィンからなる複数の伝熱フィン６４とにより構成された差込フィン式の熱交換器である。伝熱管６３は、伝熱面となる上下方向を向く平面部６３ａと、冷媒が流れる多数の小さな内部流路６３ｂを有する扁平多穴管である。複数の伝熱管６３は、上下方向に沿って間隔をあけて複数段配列されており、水平方向に沿って延びている。複数の伝熱管６３の水平方向の両端部は、第１ヘッダ集合管８０及び第２ヘッダ集合管９０に接続されている。伝熱フィン６４は、第１ヘッダ集合管８０と第２ヘッダ集合管９０との間に配置された複数の伝熱管６３に差し込めるように、水平に細長く延びる多数の切り欠き６４ａが形成されている。伝熱フィン６４の切り欠き６４ａの形状は、伝熱管６３の断面の外形にほぼ一致している。複数の伝熱管６３は、上記のメイン熱交換部６１Ａ〜６１Ｃ及びサブ熱交換部６２Ａ〜６２Ｃに区分されている。ここでは、複数の伝熱管６３は、室外熱交換器２３の最上段から下向きに沿って、所定数の伝熱管６３毎にメイン熱交換部６１Ａ〜６１Ｃを構成する伝熱管群をなしている。また、室外熱交換器２３の最下段から上向きに沿って、所定数の伝熱管６３毎にサブ熱交換部６２Ａ〜６２Ｃを構成する伝熱管群をなしている。

尚、熱交換部６０は、上記のような伝熱フィン６４として差込フィンを採用した差込フィン式の熱交換部に限定されるものではなく、伝熱フィン６４として多数の波形フィンを採用した波形フィン式の熱交換部であってもよい。

＜第１ヘッダ集合管＞
第１ヘッダ集合管８０は、上記のように、熱交換部６０の一端側に設けられており、伝熱管６３の一端部が接続されている。第１ヘッダ集合管８０は、上下方向に延びる部材であり、主として、縦長中空の第１ヘッダケース８１を有している。

第１ヘッダケース８１は、その内部空間を上下に仕切ることによって、３以上のメイン熱交換部６１Ａ〜６１Ｃの一端に連通する上側出入り空間８２と、上側出入り空間８２の下方に配置されており３以上のサブ熱交換部６２Ａ〜６２Ｃの一端に連通する下側出入り空間８３と、が形成されている。ここでは、第１ヘッダバッフル８４によって、上側出入り空間８２及び下側出入り空間８３が仕切られている。

上側出入り空間８２は、メイン熱交換部６１Ａ〜６１Ｃの一端のすべてに共通して連通しており、その上下方向の中央部分には、第１ヘッダ集合管８０との間でガス冷媒のやりとりを行う第１ガス冷媒管３３（ガス冷媒管）が接続されている。

下側出入り空間８３は、サブ熱交換部６２Ａ〜６２Ｃの一端のすべてに共通して連通しており、第１ヘッダ集合管８０との間で液冷媒又は気液二相冷媒のやりとりを行う液冷媒管３５が接続されている。尚、ここでは、下側出入り空間８３と液冷媒管３５とが直接接続されているが、これに限定されるものではなく、液冷媒又は気液二相冷媒の分岐や合流を行うための冷媒分流器を介して接続されていてもよく、この場合には、下側出入り空間８３は、サブ熱交換部６２Ａ〜６２Ｃの数に応じた複数の空間に仕切られることになる。

＜第２ヘッダ集合管（基本構成のみ）＞
第２ヘッダ集合管９０は、上記のように、熱交換部６０の他端側に設けられており、伝熱管６３の他端部が接続されている。第２ヘッダ集合管９０は、上下方向に延びる部材であり、主として、縦長中空の第２ヘッダケース９１を有している。

第２ヘッダケース９１は、その内部空間を上下に仕切ることによって、３以上のメイン熱交換部６１Ａ〜６１Ｃの他端に連通する上下方向に並ぶ３以上（ここでは、３つ）の上側折り返し空間９２ａ、９２ｂ、９２ｃと、上側折り返し空間９２ａ、９２ｂ、９２ｃの下方に配置されており３以上の上側折り返し空間９２ａ、９２ｂ、９２ｃに連通するとともに３以上のサブ熱交換部６２Ａ〜６２Ｃの他端に連通する上下方向に並ぶ３以上（ここでは、３つ）の下側折り返し空間９３ａ、９３ｂ、９３ｃと、が形成されている。ここでは、第２ヘッダバッフル９４ａ〜９４ｄによって、上側折り返し空間９２ａ、９２ｂ、９２ｃ及び下側折り返し空間９３ａ、９３ｂ、９３ｃが仕切られている。

上側折り返し空間９２ａ、９２ｂ、９２ｃは、メイン熱交換部６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃの一端のそれぞれに連通しており、折り返し連通管９５、９６等を介して、下側折り返し空間９３ａ、９３ｂ、９３ｃに連通している。

下側折り返し空間９３ａ、９３ｂ、９３ｃは、サブ熱交換部６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃの他端のそれぞれに連通している。

（４）折り返し連通管等を含む第２ヘッダ集合管の詳細構成
次に、図２及び図３を用いて、折り返し連通管９５、９６等を含む第２ヘッダ集合管９０の詳細構成について説明する。尚、以下の説明においても、方向や面を表す文言は、特にことわりのない限り、室外熱交換器２３が室外ユニット２に載置された状態を基準とした方向や面を意味する。

ここでは、上記のように、室外熱交換器２３（熱交換器）として、第１ガス冷媒管３３（ガス冷媒管）が第１ヘッダ集合管８０の上側出入り空間８２の上下方向の中央部分に接続された構造が採用されている。このため、室外熱交換器２３の除霜時において、３以上（ここでは、３つ）の上側折り返し空間９２ａ、９２ｂ、９２ｃのうち第１ガス冷媒管３３に対向するメイン熱交換部である中段メイン熱交換部６１Ｂ及び中段メイン熱交換部６１Ｂよりも下方のメイン熱交換部６１Ｃを流れる冷媒の流量が、中段メイン熱交換部６１Ｂよりも上方のメイン熱交換部６１Ａに比べて大きくなる傾向にある。このとき、特許文献１の熱交換器のように、中段メイン熱交換部６１Ｂよりも上方のメイン熱交換部６１Ａの他端を、最も下方のサブ熱交換部である最下段サブ熱交換部６２Ｃに連通させるようにすると、最下段サブ熱交換部６２Ｃにガス冷媒を十分に供給することができず、最下段サブ熱交換部６２Ｃの除霜が不十分になったり、除霜時間が長くなってしまうおそれがある。

そこで、ここでは、このような３以上のメイン熱交換部６１Ａ〜６１Ｃを流れる冷媒の流量の傾向を利用して、中段メイン熱交換部６１Ｂを最下段サブ熱交換部６２Ｃに連通させるようにしている。

具体的には、３以上の上側折り返し空間９２ａ、９２ｂ、９２ｃのうちガス冷媒管に対向するメイン熱交換部である中段メイン熱交換部６１Ｂの他端に連通する中段上側折り返し空間９２ｂを、３以上の下側折り返し空間９３ａ、９３ｂ、９３ｃのうち最も下方のサブ熱交換部である最下段サブ熱交換部６２Ｃの他端に連通する最下段下側折り返し空間９３ｃに連通させるようにしている。ここでは、中段上側折り返し空間９２ｂは、折り返し連通管９６を介して、最下段下側折り返し空間９３ｃに連通している。

これにより、室外熱交換器２３の除霜時に最下段サブ熱交換部６２Ｃにガス冷媒を積極的に流せるようになるため、室外熱交換器２３の除霜時に最下段のサブ熱交換部６２Ｃにガス冷媒を十分に供給できるようになり、室外熱交換器２３の除霜を促進することができる。

また、ここでは、上記のように、室外熱交換器２３として、最下段のメイン熱交換部６１Ｃと最も上方のサブ熱交換部である最上段サブ熱交換部６２Ａとが上下方向に隣り合う状態で配置された構造が採用されている。そして、このような構造では、最下段サブ熱交換部６１Ｃの次に最上段サブ熱交換部６１Ａにおける着霜量が多くなる傾向にある。

そこで、ここでは、このような最下段のメイン熱交換部６１Ｃと最上段サブ熱交換部６２Ａとが上下方向に隣り合う状態で配置されていることを考慮して、中段メイン熱交換部６１Ｂよりも下方のメイン熱交換部６１Ｃを最上段サブ熱交換部６２Ａに連通させるようにしている。

具体的には、３以上の上側折り返し空間９２ａ、９２ｂ、９２ｃのうち中段上側折り返し空間９２ｂよりも下方の上側折り返し空間９２ｃを、３以上の下側折り返し空間９３ａ、９３ｂ、９３ｃのうち最も上方のサブ熱交換部である最上段サブ熱交換部６２Ａの他端に連通する最上段下側折り返し空間９３ａに連通させるようにしている。ここでは、上側折り返し空間９２ｃは、第２ヘッダバッフルを設けていないため、第２ヘッダ集合管９０内において、最上段下側折り返し空間９３ａに直接連通している。尚、上側折り返し空間９２ｃと最上段下側折り返し空間９３ａとは、第２ヘッダバッフルを設けることで上側折り返し空間９２ｃと最上段下側折り返し空間９３ａとを仕切っておき、中段上側折り返し空間９２ｂと最下段下側折り返し空間９３ｃとの連通と同様に、折り返し連通管を介して連通させてもよい。

これにより、室外熱交換器２３の除霜時に最下段サブ熱交換部６２Ｃだけでなく最上段サブ熱交換部６２Ａにもガス冷媒を積極的に流せるようになるため、室外熱交換器２３の除霜時に最下段のサブ熱交換部６２Ｃだけでなく最上段のサブ熱交換部６２Ａにもガス冷媒を十分に供給できるようになり、室外熱交換器２３の除霜をさらに促進することができる。

そして、ここでは、中段メイン熱交換部６１Ｂよりも上方のメイン熱交換部６１Ａを最上段サブ熱交換部６２Ａと最下段サブ熱交換部６２Ｃとの上下方向間のサブ熱交換部６２Ｂに連通させるようにしている。

具体的には、３以上の上側折り返し空間９２ａ、９２ｂ、９２ｃのうち中段上側折り返し空間９２ｂよりも上方の上側折り返し空間９２ａを、３以上の下側折り返し空間９３ａ、９３ｂ、９３ｃのうち中段のサブ熱交換部６２Ｂの他端に連通する下側折り返し空間９３ｂに連通させるようにしている。ここでは、上側折り返し空間９２ａは、折り返し連通管９５を介して、下側折り返し空間９３ｂに連通している。

以上のように、本実施形態の空気調和装置１（冷凍装置）では、室外熱交換器２３（熱交換器）として、第１ガス冷媒管３３（ガス冷媒管）が第１ヘッダ集合管８０の上側出入り空間８２の上下方向の中央部分に接続された構造、及び、最下段のメイン熱交換部６１Ｃと最も上方のサブ熱交換部である最上段サブ熱交換部６２Ａとが上下方向に隣り合う状態で配置された構造が採用されていることを考慮して、３以上のメイン熱交換部６１Ａ〜６１Ｃと３以上のサブ熱交換部６２Ａ〜６２Ｃとの連通関係を工夫し、室外熱交換器２３の除霜時に最上段及び最下段のサブ熱交換部６２Ａ、６２Ｃにガス冷媒を十分に供給することができるようにしている。

（５）変形例
＜Ａ＞
上記の実施形態にかかる空気調和装置１（冷凍装置）では、室外熱交換器２３（熱交換器）において、第１ガス冷媒管３３に対向する中段メイン熱交換部６１Ｂを最下段サブ熱交換部６２Ｃに連通させるようにしている。

しかし、これに限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、中段メイン熱交換部６１Ｂよりも下方のメイン熱交換部６１Ｃを最下段サブ熱交換部６２Ｃに連通させるようにしてもよい。

具体的には、３以上（ここでは、３つ）の上側折り返し空間９２ａ、９２ｂ、９２ｃのうちガス冷媒管３３に対向するメイン熱交換部である中段メイン熱交換部６１Ｂよりも下方のメイン熱交換部６１Ｃの他端に連通する上側折り返し空間９２ｃを、３以上（ここでは、３つ）の下側折り返し空間９３ａ、９３ｂ、９３ｃのうち最も下方のサブ熱交換部である最下段サブ熱交換部６２Ｃの他端に連通する最下段下側折り返し空間９３ｃに連通させるようにしている。ここでは、上側折り返し空間９２ｃと最上段下側折り返し空間９３ａとが、第２ヘッダバッフルを設けることで仕切られており、上側折り返し空間９２ｃは、折り返し連通管９７を介して、最下段下側折り返し空間９３ｃに連通している。

この場合であっても、室外熱交換器２３の除霜時に最下段サブ熱交換部６２Ｃにガス冷媒を積極的に流せるようになるため、室外熱交換器２３の除霜時に最下段のサブ熱交換部６２Ｃにガス冷媒を十分に供給できるようになり、室外熱交換器２３の除霜を促進することができる。

また、上記の実施形態にかかる空気調和装置１（冷凍装置）では、室外熱交換器２３（熱交換器）において、中段メイン熱交換部６１Ｂよりも下方のメイン熱交換部６１Ｃを最上段サブ熱交換部６２Ａに連通させるようにしている。

しかし、これに限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、中段メイン熱交換部６１Ｂを最上段サブ熱交換部６２Ａに連通させるようにしてもよい。

具体的には、３以上の上側折り返し空間９２ａ、９２ｂ、９２ｃのうち中段メイン熱交換部６１Ｂの他端に連通する中段上側折り返し空間９２ｂを、３以上の下側折り返し空間９３ａ、９３ｂ、９３ｃのうち最も上方のサブ熱交換部である最上段サブ熱交換部６２Ａの他端に連通する最上段下側折り返し空間９３ａに連通させるようにしている。ここでは、中段上側折り返し空間９２ｂは、折り返し連通管９６を介して、最上段下側折り返し空間９３ａに連通している。

この場合であっても、室外熱交換器２３の除霜時に最下段サブ熱交換部６２Ｃだけでなく最上段サブ熱交換部６２Ａにもガス冷媒を積極的に流せるようになるため、室外熱交換器２３の除霜時に最下段のサブ熱交換部６２Ｃだけでなく最上段のサブ熱交換部６２Ａにもガス冷媒を十分に供給できるようになり、室外熱交換器２３の除霜をさらに促進することができる。

そして、ここでは、上記の実施形態にかかる空気調和装置１（冷凍装置）と同様に、中段メイン熱交換部６１Ｂよりも上方のメイン熱交換部６１Ａを最上段サブ熱交換部６２Ａと最下段サブ熱交換部６２Ｃとの上下方向間のサブ熱交換部６２Ｂに連通させるようにしている。

＜Ｂ＞
上記の実施形態にかかる空気調和装置１（冷凍装置）では、室外熱交換器２３（熱交換器）において、第１ガス冷媒管３３（ガス冷媒管）を第１ヘッダ集合管８０の上側出入り空間８２の上下方向の中央部分だけに接続するようにしている。このため、室外熱交換器２３の除霜時において、中段メイン熱交換部６１Ｂと中段メイン熱交換部６１Ｂよりも下方のメイン熱交換部６１Ｃとを比べると、中段メイン熱交換部６１Ｂを流れる冷媒の流量が中段メイン熱交換部６１Ｂよりも下方のメイン熱交換部６１Ｃに比べて大きくなる傾向にある。

そこで、ここでは、図６及び図７に示すように、このような中段メイン熱交換部６１Ｂを流れる冷媒の流量が中段メイン熱交換部６１Ｂよりも下方のメイン熱交換部６１Ｃよりも大きいことを考慮して、第１ガス冷媒管３３を、上側出入り空間８２の上下方向の中央部分に接続される主ガス冷媒管３３ａと、上側出入り空間８２の上下方向の中央部分よりも下方の部分に接続される副ガス冷媒管３３ｂとに分岐させることで、室外熱交換器２３の除霜時に中段メイン熱交換部６１Ｂよりも下方のメイン熱交換部６１Ｃを流れる冷媒の流量を大きくするようにしている。

これにより、ここでは、中段メイン熱交換部６１Ｂよりも下方のメイン熱交換部６１Ｃに連通しているサブ熱交換部（図６の場合はサブ熱交換部６２Ａ、図７の場合はサブ熱交換部６２Ｃ）にガス冷媒を多く供給できるようになり、室外熱交換器２３の除霜をさらに促進することができる。また、このとき、副ガス冷媒管３３ｂを上側出入り空間８２の最下部に接続すれば、室外熱交換器２３が冷媒の蒸発器として機能する際に、上側出入り空間８２の底に冷凍機油が溜まるのを抑えることもできる。

＜Ｃ＞
上記の実施形態及び変形例にかかる空気調和装置１（冷凍装置）では、室外熱交換器２３（熱交換器）において、第１ガス冷媒管３３に対向する中段メイン熱交換部６１Ｂを最下段サブ熱交換部６２Ｃに連通させ、かつ、中段メイン熱交換部６１Ｂよりも下方のメイン熱交換部６１Ｃを最上段サブ熱交換部６２Ａに連通させる構成（図２及び図６参照）、又は、第１ガス冷媒管３３に対向する中段メイン熱交換部６１Ｂを最上段サブ熱交換部６２Ａに連通させ、かつ、中段メイン熱交換部６１Ｂよりも下方のメイン熱交換部６１Ｃを最下段サブ熱交換部６２Ｃに連通させる構成（図５及び図７参照）を採用している。

しかし、これに限定されるものではなく、例えば、図８に示すように、中段メイン熱交換部６１Ｂを最上段サブ熱交換部６２Ａ及び最下段サブ熱交換部６２Ｃの両方に連通させるようにしてもよい。

具体的には、３以上（ここでは、３つ）の上側折り返し空間９２ａ、９２ｂ、９２ｃのうちガス冷媒管３３に対向するメイン熱交換部である中段メイン熱交換部６１Ｂの他端に連通する中段上側折り返し空間９２ｂを、３以上（ここでは、３つ）の下側折り返し空間９３ａ、９３ｂ、９３ｃのうち最上段サブ熱交換部６２Ａの他端に連通する最上段下側折り返し空間９３ａに連通させ、かつ、最下段サブ熱交換部６２Ｃの他端に連通する最下段下側折り返し空間９３ｃの両方に連通させるようにしている。ここでは、上側折り返し空間９２ｃと最上段下側折り返し空間９３ａとが、第２ヘッダバッフルを設けることで仕切られており、中段上側折り返し空間９２ｂは、２つに分岐した折り返し連通管９６を介して、最上段下側折り返し空間９３ａ及び最下段下側折り返し空間９３ｃの両方に連通している。

この場合であっても、室外熱交換器２３の除霜時に最上段サブ熱交換部６２Ａ及び最下段サブ熱交換部６２Ｃにガス冷媒を積極的に流せるようになるため、室外熱交換器２３の除霜時に最上段及び最下段のサブ熱交換部６２Ａ、６２Ｃにガス冷媒を十分に供給できるようになり、室外熱交換器２３の除霜を促進することができる。

そして、ここでは、中段メイン熱交換部６１Ｂよりも上方のメイン熱交換部６１Ａ及び中段メイン熱交換部６１Ｂよりも下方のメイン熱交換部６１Ｃを最上段サブ熱交換部６２Ａと最下段サブ熱交換部６２Ｃとの上下方向間のサブ熱交換部６２Ｂに連通させるようにしている。

具体的には、メイン熱交換部６１Ａの他端に連通する上側折り返し空間９２ａからの折り返し連通管９５とメイン熱交換部６１Ｃの他端に連通する上側折り返し空間９２ｃからの折り返し連通管９７とを合流させて、サブ熱交換部６２Ｂの他端に連通する下側折り返し空間９３ｂに連通させるようにしている。

＜Ｄ＞
上記の実施形態及び変形例にかかる空気調和装置１（冷凍装置）では、メイン熱交換部６１Ａ〜６１Ｃの他端とサブ熱交換部６２Ａ〜６２Ｃの他端とが、第２ヘッダ集合管９０（より具体的には、折り返し空間９２ａ〜９２ｃ、９３ａ〜９３ｃ）を介して連通している構造を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。

例えば、各伝熱管６３の他端に連通用の冷媒管を接続し、かつ、これらの冷媒管６３を対応する熱交換部ごとに分流器等を介して接続することによって、メイン熱交換部６１Ａ〜６１Ｃの他端とサブ熱交換部６２Ａ〜６２Ｃの他端とを連通させるようにしてもよい。

＜Ｅ＞
上記の実施形態及び変形例にかかる空気調和装置１（冷凍装置）では、室外熱交換器２３（熱交換器）として、３つのメイン熱交換部６１Ａ〜６１Ｃ及びサブ熱交換部６２Ａ〜６２Ｃを有する構造を例に挙げて説明したが、４つ以上のメイン熱交換部及びサブ熱交換部を有する構造であっても、上記のメイン熱交換部とサブ熱交換部との連通関係に関する工夫を採用することが可能である。

また、サブ熱交換部の数がメイン熱交換部の数より少ない構造であってもよい。このような構造では、室外熱交換器２３が冷媒の蒸発器として機能する際に、室外熱交換器２３内で下流側に行くほど熱交換部の数が増加するため、各熱交換部に流入する冷媒に偏流が発生するおそれをより抑えることができる。

＜Ｆ＞
上記の実施形態及び変形例にかかる空気調和装置１（冷凍装置）では、室外熱交換器２３（熱交換器）として、伝熱管６３が長手方向及び上下方向に直交する方向に１列だけ配列された熱交換部６０を有する構造を例に挙げて説明したが、伝熱管６３が長手方向及び上下方向に直交する方向に２列以上配列された熱交換分を有する構造であってもよい。

本発明は、上下方向に複数段配列されており水平方向に沿って延びる複数の伝熱管と、上下方向に延びており複数の伝熱管の水平方向の端部が接続されるヘッダ集合管と、を有する熱交換器を備えており、熱交換器にガス冷媒を流すことによって熱交換器の除霜を行う冷凍装置に対して、広く適用可能である。

１ 空気調和装置（冷凍装置）
２３ 室外熱交換器（熱交換器）
３３ 第１ガス冷媒管（ガス冷媒管）
３３ａ 主ガス冷媒管
３３ｂ 副ガス冷媒管
６１Ａ〜６１Ｃ メイン熱交換部
６２Ａ〜６２Ｃ サブ熱交換部
６３ 伝熱管
８０ 第１ヘッダ集合管（ヘッダ集合管）
８２ 上側出入り空間（出入り空間）

特開２０１３−１３０３４５号公報

Claims (4)

1. 上下方向に複数段配列されており水平方向に沿って延びる複数の伝熱管（６３）と、上下方向に延びており前記複数の伝熱管の水平方向の端部が接続されるヘッダ集合管（８０）を有する熱交換器（２３）を備えており、前記熱交換器にガス冷媒を流すことによって前記熱交換器の除霜を行う冷凍装置において、
   前記複数の伝熱管は、上下方向に並ぶ３以上のメイン熱交換部（６１Ａ〜６１Ｃ）と、前記メイン熱交換部の下方において上下方向に並ぶ３以上のサブ熱交換部（６２Ａ〜６２Ｃ）と、を構成しており、
   前記ヘッダ集合管には、その内部空間を上下に仕切ることによって、前記３以上のメイン熱交換部の一端に連通する出入り空間（８２）が形成されており、
   前記出入り空間は、前記３以上のメイン熱交換部の一端のすべてに共通して連通しており、その上下方向の中央部分には、前記ヘッダ集合管との間でガス冷媒のやりとりを行うガス冷媒管（３３）が接続されており、
   前記ガス冷媒管に対向する前記メイン熱交換部である中段メイン熱交換部（６１Ｂ）又は前記中段メイン熱交換部よりも下方の前記メイン熱交換部（６１Ｃ）の他端が、最も下方の前記サブ熱交換部である最下段サブ熱交換部（６２Ｃ）の他端に連通している、
   冷凍装置（１）。
2. 前記中段メイン熱交換部（６１Ｂ）の他端が、前記最下段サブ熱交換部（６２Ｃ）の他端に連通しており、
   前記中段メイン熱交換部よりも下方の前記メイン熱交換部（６１Ｃ）の他端が、最も上方の前記サブ熱交換部である最上段サブ熱交換部（６２Ａ）の他端に連通している、
   請求項１に記載の冷凍装置（１）。
3. 前記中段メイン熱交換部（６１Ｂ）の他端が、前記最上段サブ熱交換部（６２Ａ）の他端に連通しており、
   前記中段メイン熱交換部よりも下方の前記メイン熱交換部（６１Ｃ）の他端が、前記最下段サブ熱交換部（６２Ｃ）の他端に連通している、
   請求項１に記載の冷凍装置（１）。
4. 前記ガス冷媒管（３３）は、前記出入り空間（８２）の上下方向の中央部分に接続される主ガス冷媒管（３３ａ）と、前記主ガス冷媒管から分岐されて前記出入り空間の上下方向の中央部分よりも下方の部分に接続される副ガス冷媒管（３３ｂ）と、を有している、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍装置（１）。

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