JP2018162920A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のパスを有する室外熱交換器における冷媒流量の偏りを抑えて室外熱交換器で発揮される熱交換能力を向上させる空気調和機を提供する。
【解決手段】折曲部３０ｃを通過する際に流れが乱された冷媒は、整流部３０ｂの流速分布調整部３０ｂ１に流入する。流速分布調整部３０ｂ１に流入したばかりの冷媒の速度分布である第３速度分布ｖｄ３は、外側第３流速ｖａ３が内側第３流速ｖｃ３より速いために流速分布調整部３０ｂ１における内側に傾斜した曲線となる。冷媒が流速分布調整部３０ｂ１を流速分布維持部３０ｂ２に向かって流れるにつれて、流速分布調整部３０ｂ１における内側の管壁付近を流れる冷媒の速度分布である第４速度分布ｖｄ４が台形状となり、流速分布調整部３０ｂ１を流れる冷媒が流速分布維持部３０ｂ２まで流れたときには、冷媒の流れが再び流速上昇部３０ｄ内を流れるときのような層流となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、空気調和機に関する。

空気調和機に備えられる熱交換器の一種であるクロスフィンチューブ型の熱交換器は、銅やアルミニウム、アルミニウム合金等でＵ字状に形成されて内部に冷媒が流れる複数本の伝熱管と、アルミニウムやアルミニウム合金等で板状に形成されて伝熱管の長手方向に沿って所定の間隔で配置される複数枚のフィンから構成される。クロスフィンチューブ型の熱交換器では、複数本の伝熱管は平行に延びて複数枚のフィンを貫く構造となっており、各フィンに挿入された各伝熱管を機械的に拡管することで各フィンと各伝熱管を密着させている（例えば、特許文献１を参照）。

上記のような熱交換器において、複数本の伝熱管を接続してなるパスを複数設け、これら各パスを熱交換器の上下方向や、熱交換器を通過する空気の流れに対して風上側／風下側に並べて配置する場合がある。このような熱交換器では、各パスにおけるいずれか一方の冷媒出入口に、各パスから流出する冷媒を合流させる、あるいは、各パスへ冷媒を分流する分配器が接続される。

上述した熱交換器が、例えば室外機の室外熱交換器に用いられる場合は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁、室内機の室内熱交換器が順次冷媒配管で接続されて冷媒回路が構築される。この場合、室外熱交換器は四方弁と膨張弁の間に配置され、分配器は室外熱交換器と膨張弁の間に配置される。空気調和機が冷房運転を行う場合は、室外熱交換器の各パスから流出した冷媒は分配器で合流し、膨張弁を備え室外機内に設けられる冷媒配管（以降、室外機液管と記載する）を介して室内機へと流れる。一方、空気調和機が暖房運転を行う場合は、室外機液管を介して室内機から室外機へと流入した冷媒は、分配器によって室外熱交換器の各パスに分流する。

特開２００９−２８７８３７号公報

上述した室外機液管は、室外機内部に配置される際に、室外機の他の構成部品、例えば、圧縮機や四方弁の設置場所との兼ね合いにより、途中で折り曲げられることがある。室外機液管が折り曲げられると、室外機液管を流れて折り曲げられた箇所（以降、折曲部と記載する）に到達するまでに層流となった冷媒の流れが乱される。ここで、層流とは、室外機液管の管壁付近を流れる冷媒の速さより室外機液管の中央部付近を流れる冷媒の速さの方が速くなって、室外機液管における冷媒の速度分布が放物線状となる流れのことである。

室外機液管を流れる冷媒の流れが層流から乱される度合は、折曲部の折り曲げ角度が大きくなる程、大きくなる。そして、室外機液管を流れる冷媒の流れが層流から大きく乱されると、室外機液管における冷媒の流れが再び層流となるのに長い配管長が必要とされる。

空気調和機が冷房運転を行っているときは、前述したように室外熱交換器の各パスから流出した冷媒が分配器で合流して室外機液管へと流れる。このとき、室外機液管を流れる冷媒の流れが折曲部で乱されても、室内機に冷媒が流入するまでに室外機液管→室外機と室内機を接続する液管と流れる、つまり、冷媒の流れが層流となるのに十分長い距離を冷媒が流れるので、室内機で冷媒の流れの乱れによる影響はない。しかし、空気調和機が暖房運転を行っているときは、折曲部で乱された冷媒の流れが層流とならないうちに分配器に到達して室外熱交換器の各パスに分流することで、各パスにおける冷媒流量に偏りが生じ、各パスにおける冷媒流量が同じである場合と比べて室外熱交換器で発揮される熱交換能力が低下する恐れがあった。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、複数のパスを有する室外熱交換器における冷媒流量の偏りを抑えて室外熱交換器で発揮される熱交換能力を向上させる空気調和機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、複数の伝熱管を接続してなる第１パスと第２パスを少なくとも備える室外熱交換器を有する室外機と、室外機に冷媒配管で接続された室内機を有する。室外機は、暖房運転時に室内機から室外機に流入した冷媒を室外熱交換器に導く冷媒導入部を有し、冷媒導入部は、冷媒の流れを曲げる折曲部と、冷媒の流れを第１パスと第２パスに分流する分岐部と、折曲部と分岐部の間に配置されて折曲部から流入した冷媒の流速分布を整えて分岐部に導く整流部を有する。

上記のように構成した本発明の空気調和機は、整流部の働きによって室外熱交換器の各パスにおける冷媒流量の偏りを抑えて室外熱交換器で発揮される熱交換能力を向上させることができる。

本発明の実施形態における、空気調和機の冷媒回路図である。 本発明の実施形態における室外機の説明図であり、（Ａ）は室外機内部を上方から見た図面、（Ｂ）は）（Ａ）における矢視Ｙ図である。 本発明の実施形態における、補助熱交換器に流入する冷媒の状態変化説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、室外機と室内機が冷媒配管で接続された空気調和装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１に示すように、本実施例における空気調和機１は、屋外に設置される室外機２と、室外機２に液管４およびガス管５で接続されて屋内に設置される室内機３を備えている。詳細には、液管４は、一端が室外機２の閉鎖弁２５に、他端が室内機３の液管接続部３３に接続されている。また、ガス管５は、一端が室外機２の閉鎖弁２６に、他端が分岐して各室内機３のガス管接続部３４に接続されている。以上により、空気調和機１の冷媒回路１０が構成されている。
＜室外機の構成＞

まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、膨張弁２４と、液管４の一端が接続された閉鎖弁２５と、ガス管５の一端が接続された閉鎖弁２６と、アキュムレータ２７と、室外ファン２８と、補助熱交換器２９と、冷媒導入部３０を備えている。そして、室外ファン２８を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室外機冷媒回路１０ａを構成している。

図２（Ａ）に示すように、室外機２は、前面パネル２０１と、前面側支柱２０２と、背面側支柱２０３と、背面パネル２０４と、側面パネル２０５と、底板２０６と、仕切板２０７と、図示しない天面パネルで構成される直方体形状の筐体を有する。

前面パネル２０１は板金で形成され、室外機２の前面のうちの右側の一部（後述する機械室２００ａの前面）を覆うように配置されている。前面側支柱２０２は板金をＬ字状に形成してなり、室外機２の前面の左端に配置されている。そして、前面パネル２０１の左端と前面側支柱２０２の間が、室外機２の内部と外部を連通する吹出口２１２とされており、吹出口２１２に臨むように室外ファン２８が配置されている。

背面側支柱２０３は板金をＬ字状に形成してなり、室外機２の背面の左端に配置されている。背面パネル２０４は板金で形成され、室外機２の背面のうちの右側の一部（後述する機械室２００ａの背面）を覆うように配置されている。そして、前面側支柱２０２と背面側支柱２０３の間、および、背面側支柱２０３と背面パネル２０４の左端の間が、室外機２の内部と外部を連通する吸込口２１１とされており、吸込口２１１に臨むようにＬ字状に形成された室外熱交換器２３が配置されている。

側面パネル２０５は板金で形成され、室外機２の右側面を覆うように配置されている。仕切板２０７は、板金を略Ｃ字状に折り曲げて形成されており、室外機２の筐体内部を機械室２００ａと熱交換室２００ｂに仕切る。底板２０６は板金の周縁部を上方に折り曲げて箱状に形成されており、底板２０６上にこれまで説明した各々のパネルや仕切板２０７が固定される。

以上説明した室外機２の筐体内部に、室外機冷媒回路１０ａを構成する装置が配置される。具体的には、機械室２００ａには、圧縮機２１と四方弁２２とアキュムレータ２７が配置される。尚、機械室２００ａには、膨張弁２４や閉鎖弁２５、２６や各冷媒配管、図示しない電装品箱等も配置されるが、図２（Ａ）では省略している。一方、熱交換室２００ｂには、室外熱交換器２３と室外ファン２８が配置される。前述したように、室外熱交換器２３は吸込口２１１に臨むように配置され、室外ファン２８は吹出口２１２に臨むように配置される。また、冷媒導入部３０は、機械室２００ａの背面側下方に配置される。

次に、室外機冷媒回路１０ａの構成について個別に説明する。圧縮機２１は、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動されることで、運転容量を可変できる能力可変型圧縮機である。図１に示すように、圧縮機２１の冷媒吐出側は、後述する四方弁２２のポートａに吐出管６１で接続されている。また、圧縮機２１の冷媒吸入側は、アキュムレータ２７の冷媒流出側と吸入管６６で接続されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、上述したように圧縮機２１の冷媒吐出側に吐出管６１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と冷媒配管６２で接続されている。ポートｃは、アキュムレータ２７の冷媒流入側と冷媒配管６５で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６と室外機ガス管６４で接続されている。

室外熱交換器２３は、冷媒と、室外ファン２８の回転により熱交換器室２００ｂに取り込まれた外気を熱交換させるものである。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２２のポートｂに冷媒配管６２で接続され、他方の冷媒出入口は第１室外機液管６３ａで次に説明する補助熱交換器２９に接続されている。

補助熱交換器２９は、冷房運転時に凝縮器として機能する室外熱交換器２３から流出した冷媒を、室外ファン２８の回転により熱交換器室２００ｂに取り込まれた外気によって冷却する過冷却熱交換器として機能する。補助熱交換器２９の一方の冷媒出入口は、上述したように室外熱交換器２３に第１室外機液管６３ａで接続され、他方の冷媒出入口は冷媒導入部３０の一方の冷媒出入口に接続されている。尚、冷媒導入部３０の他方の冷媒出入口は第２室外機液管６３ｂで閉鎖弁２５に接続されている。
尚、室外熱交換器２３、補助熱交換器２９および冷媒導入部３０の構造は、後程詳細に説明する。

膨張弁２４は、第２室外機液管６３ｂに設けられている。膨張弁２４は電子膨張弁であり、その開度が調整されることで、室外熱交換器２３や補助熱交換器２９に出入りする冷媒量を調整する。膨張弁２４の開度は、空気調和機１が冷房運転を行っているときは全開とされる。また、空気調和機１が暖房運転を行っているときは、後述する吐出温度センサ７３で検出した圧縮機２１の吐出温度に応じて開度を調整することで、吐出温度が圧縮機２１の性能上限値を超えないようにしている。

室外ファン２８は樹脂材で形成されており、前述したように吹出口２１２に臨むように配置されている。室外ファン２８は、図示しないファンモータによって回転することで吸込口２１１から熱交換器室２００ｂへ外気を取り込み、室外熱交換器２３や補助熱交換器２９において冷媒と熱交換した外気を吹出口２１２から室外機２の外部へ放出する。

アキュムレータ２７は、前述したように、冷媒流入側と四方弁２２のポートｃが冷媒配管６５で接続され、冷媒流出側と圧縮機２１の冷媒吸入側が吸入管６６で接続されている。アキュムレータ２７は、冷媒配管６５からアキュムレータ２７の内部に流入した気液二相冷媒をガス冷媒と冷凍機油を含む液冷媒に分離し、ガス冷媒のみを吸入管６６を介して圧縮機２１に吸入させる。

以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１に示すように、吐出管６１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力を検出する高圧センサ７１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ７３が設けられている。冷媒配管６５におけるアキュムレータ２７の冷媒流入側近傍には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する低圧センサ７２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ７４とが設けられている。

第１室外機液管６３ａには、室外熱交換器２３に出入りする冷媒の温度を検知するための熱交温度センサ７５が設けられている。そして、室外機２の吸込口２１１付近には、熱交換室２００ｂに流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ７６が備えられている。
＜室内機の構成＞

次に、図１を用いて室内機３について説明する。室内機３は、室内熱交換器３１と、液管４の他端が接続された液管接続部３３と、ガス管５の他端が接続されたガス管接続部３４と、室内ファン３２を備えている。そして、室内ファン３２を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室内機冷媒回路１０ｂを構成している。

室内熱交換器３１は、冷媒と室内ファン３２の回転により図示しない吸込口から室内機３の内部に取り込まれた室内空気を熱交換させるものであり、一方の冷媒出入口が液管接続部３３に室内機液管６７で接続され、他方の冷媒出入口がガス管接続部３４に室内機ガス管６８で接続されている。室内熱交換器３１は、室内機３が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機３が暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。尚、液管接続部３３やガス管接続部３４では、各冷媒配管が溶接やフレアナット等により接続されている。

室内ファン３２は樹脂材で形成されており、室内熱交換器３１の近傍に配置されている。室内ファン３１は、図示しないファンモータによって回転することで、図示しない吸込口から室内機３の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器３１において冷媒と熱交換した室内空気を図示しない吹出口から室内へ吹き出す。

以上説明した構成の他に、室内機３には各種のセンサが設けられている。室内機液管６７には、室内熱交換器３１に出入りする冷媒の温度を検出する液側温度センサ７７が設けられている。室内機ガス管６８には、室内熱交換器３１に出入りする冷媒の温度を検出するガス側温度センサ７８が設けられている。そして、室内機３の図示しない吸込口付近には、室内機３の内部に流入する室内空気の温度、すなわち室内温度を検出する室内温度センサ７９が備えられている。
＜空調運転時の動作＞

次に、本実施形態における空気調和機１の空調運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各装置の動作について、図１を用いて説明する。尚、以下の説明では、室内機３が暖房運転を行う場合について説明し、冷房運転を行う場合については詳細な説明を省略する。また、図１における矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示している。

図１に示すように、室内機３が暖房運転を行う場合、四方弁２２が実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄが連通するよう、また、ポートｂとポートｃが連通するよう、切り換えられる。これにより、室外熱交換器２３および補助熱交換器２９がそれぞれ蒸発器として機能するとともに、室内熱交換器３１が凝縮器として機能する。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から室外機ガス管６４、閉鎖弁２６、ガス管５、ガス管接続部３４の順に流れて室内機３に流入する。室内機３に流入した冷媒は、室内機ガス管６８を流れて室内熱交換器３１に流入し、室内ファン３２の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器３１が凝縮器として機能し、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の暖房が行われる。

室内熱交換器３１から流出した冷媒は室内機液管６７を流れ液管接続部３３を介して液管４に流出する。液管４を流れる冷媒は、閉鎖弁２５を介して室外機２に流入する。室外機２に流入した冷媒は、第２室外機液管６３ｂを流れ、膨張弁２４を通過する際に減圧される。膨張弁２４で減圧された冷媒は、冷媒導入部３０、補助熱交換器２９、第１室外機液管６３ａ、室外熱交換器２３の順に流れて、補助熱交換器２９および室外熱交換器２３の各々で、室外ファン２８の回転によって吸込口２１１から室外機３の熱交換器室２００ｂに流入する外気と熱交換を行って蒸発する。

室外熱交換器２３から冷媒配管６２に流出した冷媒は、四方弁２２、冷媒配管６５と流れてアキュムレータ２７に流入し、アキュムレータ２７で液冷媒とガス冷媒に分離される。そして、分離されたガス冷媒は、吸入管６６を介して圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

尚、室内機３が冷房運転を行う場合は、四方弁２２が破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂが連通するよう、また、ポートｃとポートｄが連通するよう、切り換えられる。これにより、室外熱交換器２３および補助熱交換器２９が凝縮器として機能するとともに、室内熱交換器３１が蒸発器として機能する。
＜室外熱交換器、補助熱交換器および冷媒導入部の構造＞

次に、図２および図３を用いて、室外熱交換器２３、補助熱交換器２９および冷媒導入部３０の構造について詳細に説明する。
＜室外熱交換器の構造＞

図２（Ａ）に示すように、室外熱交換器２３は、室外機２を上方から見たときにＬ字状に形成されることで、室外機２の左側面の吸込口２１１および背面側の吸込口２１１に臨むように配置される。室外熱交換器２３はクロスフィンチューブ型の熱交換器であり、銅やアルミニウム、アルミニウム合金等で形成される直管の中央部をＵ字形状に折り曲げてなる２４本の伝熱管２３ｃ（図２（Ｂ）では、これらのうち１６本を描画している）と、銅やアルミニウム、アルミニウム合金等でそれぞれが直管に形成される第１下段管２３ｃ１および第２下段管２３ｃ２と、アルミニウムやアルミニウム合金等で板状に形成されて伝熱管２３ｃの長手方向に沿って所定の間隔で配置される複数枚のフィン２３ｄを備えている。

図２に示すように、２４本の伝熱管２３ｃのうちの１２本が室外機２の前面側に配置されて上側伝熱管２３ｃｕとされ、残りの１２本が室外機２の背面側に配置されて下側伝熱管２３ｃｌとされている。上側伝熱管２３ｃｕと下側伝熱管２３ｃｌはそれぞれが平行に延びて複数枚のフィン２３ｄを貫く構造となっており、各フィン２３ｄに挿入された上側伝熱管２３ｃｕおよび下側伝熱管２３ｃｌを機械的に拡管することで各フィン２３ｄと上側伝熱管２３ｃｕおよび下側伝熱管２３ｃｌを密着させている。

図２（Ｂ）に示すように、下側伝熱管２３ｃｌは上側伝熱管２３ｃｕよりも下側に配置されている。また、図２（Ａ）に示すように、上側伝熱管２３ｃｕおよび下側伝熱管２３ｃｌのＵ字形状に折り曲げた箇所が、室外熱交換器２３における室外機２の前面側（後述する冷媒導入部３０が接続される側と反対側の端部）に配置される。さらには、上側伝熱管２３ｃｕおよび下側伝熱管２３ｃｌの端部は、室外熱交換器２３における後述する冷媒導入部３０が接続される側の端部に配置される。

２４本の伝熱管２３ｃのうち、図２（Ｂ）に示す実線Ｘ、つまり、室外熱交換器２３の上下方向の略中央部を境として、実線Ｘより下側に配置されている６本の上側伝熱管２３ｃｕおよび６本の下側伝熱管２３ｃｌで下側パス２３ａが形成される。また、実線Ｘより上側に配置されている６本の上側伝熱管２３ｃｕおよび６本の下側伝熱管２３ｃｌで上側パス２３ｂが形成される。尚、上述した下側パス２３ａが本発明の第１パスであり、上側パス２３ｂが本発明の第２パスである。

下側パス２３ａは、２本の上側伝熱管２３ｃｕおよび２本の下側伝熱管２３ｃｌを接続したものを１組とした３組の小パス２３ａ１で構成されている。具体的には、各小パス２３ａ１において、２本の下側伝熱管２３ｃｌが図示しないＵ字形状の管（以降、接続管と記載する）で接続され、２本の上側伝熱管２３ｃｕが接続管で接続される。また、２本の上側伝熱管２３ｃｕのうちの下側に配置される上側伝熱管２３ｃｕと、２本の下側伝熱管２３ｃｌのうちの下側に配置される下側伝熱管２３ｃｌが接続管で接続される。また、２本の上側伝熱管２３ｃｕのうちの上側に配置される上側伝熱管２３ｃｕが図示しないヘッダを介して冷媒配管６２に接続され、２本の下側伝熱管２３ｃｌのうちの上側に配置される下側伝熱管２３ｃｌが下部分配器８０ａを介して第１下段管２３ｃ１と接続される。

以上説明したように、小パス２３ａ１において２本の上側伝熱管２３ｃｕおよび２本の下側伝熱管２３ｃｌが相互に接続されて、図２（Ｂ）の示すように、暖房運転時に部分配器８０ａから各小パス２３ａ１に流入した冷媒が矢印２３ａｆのように各小パス２３ａ１を流れて冷媒配管６２に流出する。尚、矢印２３ａｆにおいて、破線部分が上述した接続管で上側伝熱管２３ｃｕおよび下側伝熱管２３ｃｌが相互に接続されている箇所を示し、実線部分が上側伝熱管２３ｃｕおよび下側伝熱管２３ｃｌのＵ字形状に折り曲げられた箇所を示す。

上側パス２３ｂは、２本の上側伝熱管２３ｃｕおよび２本の下側伝熱管２３ｃｌを接続したものを１組とした３組の小パス２３ｂ１で構成されている。具体的には、各小パス２３ｂ１において、２本の下側伝熱管２３ｃｌが接続管で接続され、２本の上側伝熱管２３ｃｕが接続管で接続される。また、２本の上側伝熱管２３ｃｕのうちの下側に配置される上側伝熱管２３ｃｕと、２本の下側伝熱管２３ｃｌのうちの下側に配置される下側伝熱管２３ｃｌが接続管で接続される。また、２本の上側伝熱管２３ｃｕのうちの上側に配置される上側伝熱管２３ｃｕが図示しないヘッダを介して冷媒配管６２に接続され、２本の下側伝熱管２３ｃｌのうちの上側に配置される下側伝熱管２３ｃｌが上部分配器８０ｂを介して第２下段管２３ｃ２と接続される。

以上説明したように、小パス２３ｂ１において２本の上側伝熱管２３ｃｕおよび２本の下側伝熱管２３ｃｌが相互に接続されて、図２（Ｂ）の示すように、暖房運転時に部分配器８０ａから各小パス２３ｂ１に流入した冷媒が矢印２３ｂｆのように各小パス２３ｂ１を流れて冷媒配管６２に流出する。尚、矢印２３ｂｆにおいて、破線部分が上述した接続管で上側伝熱管２３ｃｕおよび下側伝熱管２３ｃｌが相互に接続されている箇所を示し、実線部分が上側伝熱管２３ｃｕおよび下側伝熱管２３ｃｌのＵ字形状に折り曲げられた箇所を示す。

第１下段管２３ｃ１と第２下段管２３ｃ２は、前述したように各々が直管であり、伝熱管２３ｃと同様に、それぞれが平行に延びて複数枚のフィン２３ｄを貫く構造となっており、各フィン２３ｄに挿入された第１下段管２３ｃ１および第２下段管２３ｃ２を機械的に拡管することで各フィン２３ｄと第１下段管２３ｃ１および第２下段管２３ｃ２を密着させている。

第１下段管２３ｃ１の一端が下側パス２３ａの各小パス２３ａ１において一番上に配置されている下側伝熱管２３ｃｌと下部分配器８０ａを介して接続されており、第１下段管２３ｃ１の他端が後述する補助熱交換器２９の下側流路２９ｌと接続されている。また、第２下段管２３ｃ２の一端が上側パス２３ｂの各小パス２３ｂ１において一番上に配置されている上側伝熱管２３ｃｕと上部分配器８０ｂを介して接続されており、第２下段管２３ｃ２の他端が後述する補助熱交換器２９の上側流路２９ｕと接続されている。図２（Ｂ）に示すように、第１下段管２３ｃ１は、室外機２の背面側かつ下側パス２３ａを構成する下側伝熱管２３ｃｌのうちの一番下に配置される下側伝熱管２３ｃｌの下方に配置される。また、第２下段管２３ｃｕは、室外機２の前面側かつ下側パス２３ａを構成する上側伝熱管２３ｃｕのうちの一番下に配置される上側伝熱管２３ｃｕの下方に配置される。
＜補助熱交換器の構造＞

図２（Ｂ）に示すように、補助熱交換器２９は、室外熱交換器２３とフィン２３ｄを共用しており、銅やアルミニウム、アルミニウム合金等でそれぞれが直管に形成される上側流路２９ｕおよび下側流路２９ｌを有する。これら上側流路２９ｕおよび下側流路２９ｌは、それぞれが平行に延びて複数枚のフィン２３ｄを貫く構造となっており、各フィン２３ｄに挿入された上側流路２９ｕおよび下側流路２９ｌを機械的に拡管することで各フィン２３ｄと上側流路２９ｕおよび下側流路２９ｌを密着させている。図２（Ｂ）に示すように、下側流路２９ｌは、室外機２の背面側かつ第１下段管２３ｃ１の下方に配置されている。また、上側流路２９ｕは、室外機２の前面側かつ第２下段管２３ｃ２の下方に配置されている。この結果、下側流路２９ｌが上側流路２９ｕより下方に配置され、かつ、図２（Ｂ）に示す補助熱交換器２９における空気の流れＶに沿って上側流路２９ｕと下側流路２９ｌが配置される。

前述したように、上側流路２９ｕの一端は第２下段管２３ｃ２と接続され、下側流路２９ｌの一端は第１下段管２３ｃ１と接続される。また、図２（Ａ）に示すように、上側流路２９ｕの他端と下側流路２９ｌの他端は、次に説明する冷媒導入部３０を構成する分岐部３０ａに接続される。尚、下側流路２９ｌが本発明の第１冷媒流路であり、上側流路２９ｕが本発明の第２冷媒流路である。
＜冷媒導入部の構造＞

前述したように、冷媒導入部３０は、一方の冷媒出入口が補助熱交換器２９に接続され、他方の冷媒出入口は第２室外機液管６３ｂで閉鎖弁２５に接続されている。図２（Ａ）および図３に示すように、冷媒導入部３０は、分岐部３０ａと、整流部３０ｂと、折曲部３０ｃと、流速上昇部３０ｄを有する。これら冷媒導入部３０を構成する部材は、補助熱交換器２９から閉鎖弁２５に向かって、分岐部３０ａ、整流部３０ｂ、折曲部３０ｃ、流速上昇部３０ｄの順に配置されている。

分岐部３０ａはＹ字形状に形成された円菅であり、一端が２股に分かれて補助熱交換器２９の上側流路２９ｕおよび下側流路２９ｌに接続され、他端が図３に示す境界線Ｌ１で整流部３０ｂの一端に連続している。分岐部３０ａは、空気調和機１が冷房運転を行うときは、補助熱交換器２９の上側流路２９ｕおよび下側流路２９ｌから流入した冷媒を整流部３０ｂに合流させ、空気調和機１が暖房運転を行うときは、整流部３０ｂから流入した冷媒を補助熱交換器２９の上側流路２９ｕおよび下側流路２９ｌに分流させる。

整流部３０ｂは直管であり、一端が前述したように境界線Ｌ１で分岐部３０ａに連続し、他端が図３に示す境界線Ｌ２で折曲部３０ｃに連続している。整流部３０ｂは、図３に示す破線Ｌｍを境として、破線Ｌｍより折曲部３０ｃ側が流速分布調整部３０ｂ１、破線Ｌｍより分岐部３０ａ側が流速分布維持部３０ｂ２となっている。尚、流速分布調整部３０ｂ１および流速分布維持部３０ｂ２の働きについては、後に説明する。

折曲部３０ｃはＬ字形状に形成された円菅であり、一端が前述したように境界線Ｌ２で整流部３０ｂに連続し、他端が境界線Ｌ３で流速上昇部３０ｄに連続している。折曲部３０ｃは、機械室２００ａの背面側下方に配置される冷媒導入部３０の整流部３０ｂと、図２（Ｂ）に示すように整流部３０ｂより上方に配置される次に説明する流速上昇部３０ｄを接続するために設けられている。

流速上昇部３０ｄは直管であり、一端が前述したように境界線Ｌ３で折曲部３０ｃに連続し、他端が第２室外機液管６３ｂに接続されている。図２（Ｂ）に示すように、流速上昇部３０ｄの内径Ｄ２は、第２室外機液管６３ｂの内径Ｄ１より小さい。尚、分岐部３０ａ、整流部３０ｂおよび折曲部３０ｃの内径は、流速上昇部３０ｄの内径と同じＤ２である。
また、流速上昇部３０ｄの働きについても、後に説明する。
＜暖房運転時の第２室外機液管から補助熱交換器への冷媒の流れ＞

次に、空気調和機１が暖房運転を行う際の、補助熱交換器２９へ流入する冷媒に与える冷媒導入部３０の効果について説明する。尚、以下の説明では、冷媒導入部３０のうちの整流部３０ｂ、折曲部３０ｃおよび流速上昇部３０ｄにおいて、図２（Ａ）でアキュムレータ２７が配置されている側を内側、その反対側を外側と表現し、また、各部を構成する管の管軸（各管を切断した円断面における中心部）付近を中央部を表現する。

空気調和機１が暖房運転を行うときは、前述したように、室内機３から室外機２に流入した冷媒は、閉鎖弁２５および膨張弁２４を経て、第２室外機液管６３ｂから冷媒導入部３０へと流れる。そして、冷媒導入部３０へ流入した冷媒は、まずは冷媒導入部３０の流速上昇部３０ｄに流入する。前述したように、流速上昇部３０ｄの内径Ｄ２は第２室外機液管６３ｂの内径Ｄ１より小さく形成されている。これにより、流速上昇部３０ｄに流入した冷媒の流速が第２室外機液管６３ｂを流れる際の冷媒の流速より速くなる。

また、流速上昇部３０ｄの長さは、流速上昇部３０ｄを流れる冷媒が層流となるのに十分な長さとされている。ここで、層流とは、図３に示すように、流速上昇部３０ｄの外側の管壁付近を流れる冷媒の速さである外側第１流速ｖａ１、および、流速上昇部３０ｄの内側の管壁付近を流れる冷媒の速さである内側第１流速ｖｃ１より、流速上昇部３０ｄの中央部付近を流れる冷媒の速さである中央第１流速ｖｂ１の方が速くなって、流速上昇部３０ｄにおける冷媒の速度分布が放物線状である第１速度分布ｖｄ１となることである。これは、流速上昇部３０ｄを冷媒が流れるにつれて、管壁付近を流れる冷媒はその粘性によって中央部付近を流れる冷媒より速度が徐々に遅くなることによるものであり、流速上昇部３０ｄが十分に長ければ流速上昇部３０ｄの入口付近で冷媒の流れが乱れていても、流速上昇部３０ｄを流れるうちに中央部を流れる冷媒の速さと管壁付近を流れる冷媒の速さの比が一定（上述した放物線状）となる。

流速上昇部３０ｄを層流となって流れる冷媒は、次に折曲部３０ｃに流入する。冷媒が折曲部３０ｃを流れるとその流れが乱れる。図３に示すように、折曲部３０ｃにおける外側の管壁付近を流れる冷媒の速さである外側第２流速ｖａ２が最も速くなり、折曲部３０ｃの外側から内側へと向かうにつれて冷媒の速さが遅くなる。具体的には、外側第２流速ｖａ２、折曲部３０ｃの中央部付近を流れる冷媒の速さである中央第２流速ｖｂ２、折曲部３０ｃにおける内側の管壁付近を流れる冷媒の速さである内側第２流速ｖｃ２、の順に遅くなる。従って、このときの速度分布である第２速度分布ｖｄ２は、第１速度分布ｖｄ１のような放物線とはならずに外側が膨らんだ形状となる。

折曲部３０ｃを通過する際に流れが乱された冷媒は、次に整流部３０ｂに流入する。整流部３０ｂに流入した冷媒は、まずは流速分布調整部３０ｂ１を流れる際に、流速上昇部３０ｄ流れていたときのような層流となる。具体的には、図３に示すように、流速分布調整部３０ｂ１に流入したばかりの冷媒の速度分布は、流速分布調整部３０ｂ１の外側の管壁付近を流れる冷媒の速さである外側第３流速ｖａ３が冷媒の粘性によって外側第２流速ｖａ２より遅くなって、流速分布調整部３０ｂ１の中央部付近を流れる冷媒の速さである中央第３流速ｖｂ３とほぼ同じ速さとなる。また、流速分布調整部３０ｂ１における内側の管壁付近を流れる冷媒の速さである内側第３流速ｖｃ３も冷媒の粘性によって遅くなるので、このときの速度分布である第３速度分布ｖｄ３は、外側がやや膨らむものの第２速度分布ｖｄ２と比べて外側の膨らみが小さい形状となる。

冷媒が流速分布調整部３０ｂ１から流速分布維持部３０ｂ２に向かって流れるにつれて、流速分布調整部３０ｂ１の外側の管壁付近を流れる冷媒の速さである外側第４流速ｖａ４は粘性により遅くなり、また、流速分布調整部３０ｂ１の中央部付近を流れる冷媒の速さである中央第４流速ｖｂ４も外側第４流速ｖａ４が遅くなることによって遅くなる。従って、外側第４流速ｖａ４と、中央第４流速ｖｂ４と、流速分布調整部３０ｂ１の内側の管壁付近を流れる冷媒の速さである内側第４流速ｖｃ４とがほぼ同じ速さとなって、このときの速度分布である第４速度分布ｖｄ４は台形状となる。

そして、流速分布調整部３０ｂ１を流れる冷媒が流速分布維持部３０ｂ２に流入したときには、流速分布調整部３０ｂ１の外側の管壁付近を流れる冷媒の速さと、流速分布調整部３０ｂ１の内側の管壁付近を流れる冷媒の速さがともに冷媒の粘性によって流速分布調整部３０ｂ１の中央部付近を流れる冷媒の速さより遅くなる。これにより、流速分布維持部３０ｂ２を流れる冷媒が再び流速上昇部３０ｄ内を流れるときのような層流となる（図３では、流速上昇部３０ｄ内を流れるときと同じ外側第１流速ｖａ１、内側第１流速ｖｃ１、中央第１流速ｖｂ１、および第１速度分布ｖｄ１で表している）。

以上説明したように、流速分布調整部３０ｂ１は、折曲部３０ｃを流れる際に乱された冷媒の流れを再び層流とする効果を奏する。また、流速分布調整部３０ｂ１の長さは、流速分布調整部３０ｂ１を冷媒が流れる間に冷媒の流れが層流となるのに必要な長さとされる。

流速分布調整部３０ｂ１で流れが層流となった冷媒は、流速分布維持部３０ｂ２に流入する。この流速分布維持部３０ｂ２は、流速分布調整部３０ｂ１によって層流となる冷媒の流れを維持して分岐部３０ａに導くとともに、仮に、折曲部３０ｃを通過する際に冷媒の流れの乱れ方がひどくて流速分布調整部３０ｂ１で冷媒の流れが層流とならなかった場合に、この流速分布維持部３０ｂ２で冷媒の流れを層流とするものである。従って、流速分布維持部３０ｂ２の長さも、流速分布調整部３０ｂ１よりは短いものの、流速分布調整部３０ｂ１で層流に近づいた冷媒の流れを確実に層流とするのに十分な長さとされる。

整流部３０ｂを流れる際に流れが層流となった冷媒は分岐部３０ａに到達し、補助熱交換器２９の上側流路２９ｕと補助熱交換器２９の下側流路２９ｌにほぼ同じ量で分流する。尚、図３では、上側流路２９ｕに分流する冷媒の流れを矢印ＦＲｕで表し、また、下側流路２９ｌに分流する冷媒の流れを矢印ＦＲｌで表している。そして、下側流路２９ｌに流入した冷媒は、第１下段管２３ｃ１、下部分配器８０ａを介して下側パス２３ａへと流れ、上側流路２９ｕに流入した冷媒は、第２下段管２３ｃ２、上部分配器８０ｂを介して上側パス２３ｂへと流れる。

前述したように、折曲部３０ｃの冷媒出口付近（図３に示す境界線Ｌ２付近）では、図３に示すような第２速度分布Ｖｄ２となり、外側第２流速Ｖａ２が内側第２流速Ｖｂ２よりも速くなる。これにより、折曲部３０ｃの冷媒出口付近では、折曲部３０ｃ外側を流れる冷媒量の方が折曲部３０ｃ内側を流れる冷媒量よりも多くなる。従って、上述した整流部３０ｂが冷媒導入部３０に備えられていない場合、つまり、折曲部３０ｃと分岐部３０ａが直接接続されている場合は、折曲部３０ｃから分岐部３０ａに流入した冷媒が下側流路２９ｌと上側流路２９ｕへと分流する際に、折曲部３０ｃ外側に近い下側流路２９ｌに上側流路２９ｕに流れるよりも多い量の冷媒が流れ、ひいては、室外熱交換器２３の上側パス２３ｂにおける冷媒流量と下側パス２３ａにおける冷媒流量に偏りが生じる恐れがある。

上記問題に対して、本実施形態の空気調和機１では、暖房運転時に室内機３から第２室外機液管６３ｂを介して補助熱交換器２９に流入する冷媒を、まずは流速上昇部３０ｄによって冷媒の流れる速度を上げ、次に整流部３０ｂによって折曲部３０ｃを通過する際に乱された冷媒の流れを層流に整えて分岐部３０ａに流入させる。このため、分岐部３０ａで補助熱交換器２９の上側流路２９ｕと下側流路２９ｌに分岐する際の冷媒の速度が速くかつ層流に整えられているので、図３に示すように、上側流路２９ｕに分流する冷媒（矢印ＦＲｕ）と下側流路２９ｌに分流する冷媒（矢印ＦＲｌ）をほぼ同じ量とすることができる。従って、暖房運転時に、室外熱交換器２３の上側パス２３ｂにおける冷媒流量と下側パス２３ａにおける冷媒流量に偏りが生じず、この偏りに起因する室外熱交換器２３における蒸発能力の低下を防ぐことができる。

尚、以上説明した実施形態では、室外熱交換器２３に補助熱交換器２９が直列に接続されており、暖房運転時に補助熱交換器２９に流入する冷媒の流れを冷媒導入部３０によって冷媒の流れる速さを上昇させるとともにその流れを層流とすることで、室外熱交換器２３における下側パス２３ａと上側パス２３ｂの間の冷媒流量の偏りを抑える場合について説明した。しかし、これに限られるものではなく、補助熱交換器２９を設けずに室外熱交換器２３に直接冷媒導入部３０を接続した場合でも同様の効果が得られる。この場合は、室外熱交換器２３の最下層の伝熱管２３ｃの上側流路２９ｕと下側流路２９ｌに、冷媒導入部３０の分岐部３０ａを接続すればよい。

また、冷媒導入部３０を構成する部材として流速上昇部３０ｄを含んでいるが、折曲部３０ｃに流入する際の冷媒の速さが十分な速さとできる場合は、流速上昇部３０ｄを設けなくてもよい。例えば、第２室外機液管６３ｂの内径が液管４の内径より小さく、冷媒導入部３０から流れが層流となった冷媒が流出する速さが、室外熱交換器２３の各パスに冷媒を均等に分流させるに十分な速さを確保できるのであれば、流速上昇部３０ｄを設けなくてもよい。

１ 空気調和装置
２ 室外機
３ 室内機
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
２３ 室外熱交換器
２３ａ 下側パス
２３ｂ 上側パス
２３ｃ 伝熱管
２７ アキュムレータ
２９ 補助熱交換器
２９ｕ 上側流路
２９ｌ 下側流路
３０ａ 分岐部
３０ｂ 整流部
３０ｂ１ 流速分布調整部
３０ｂ２ 流速分布維持部
３０ｃ 折曲部
３０ｄ 流速上昇部
３０ｚ 冷媒導入部
６３ 室外機液管
６３ａ 第１室外機液管
６３ｂ 第２室外機液管
８０ａ 下部分配器
８０ｂ 上部分配器
２００ａ 機械室
２００ｂ 熱交換室
Ｄ１ 第２室外機液管の内径
Ｄ２ 流速上昇部の内径
Ｐ 下側パスへの冷媒の流れ
Ｑ 上側パスへの冷媒の流れ
Ｖ 補助熱交換器における空気の流れ
ｖａ１〜ｖａ４ 外側第１流速〜外側第４流速
ｖｂ１〜ｖｂ４ 中央第１流速〜中央第４流速
ｖｃ１〜ｖｃ４ 内側第１流速〜内側第４流速
ｖｄ１〜ｖｄ４ 第１速度分布〜第４速度分布

Claims (3)

1. 複数の伝熱管を接続してなる第１パスと第２パスを少なくとも備える室外熱交換器を有する室外機と、同室外機に冷媒配管で接続された室内機を有する空気調和機であって、
   前記室外機は、
   暖房運転時に前記室内機から前記室外機に流入した冷媒を前記室外熱交換器に導く冷媒導入部を有し、
   前記冷媒導入部は、冷媒の流れを曲げる折曲部と、冷媒の流れを前記第１パスと前記第２パスに分流する分岐部と、前記折曲部と前記分岐部の間に配置されて前記折曲部から流入した冷媒の流速分布を整えて前記分岐部に導く整流部を有する、
   ことを特徴とする空気調和機。
2. 前記整流部は、同整流部を流れる冷媒の流速分布を整える流速分布調整部と、同流速分布調整部で整えられた流速分布を維持する流速分布維持部を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記室外機は補助熱交換器を有し、
   前記補助熱交換器は、一端が前記室外熱交換器の前記第１パスに接続されるとともに他端が前記分岐部に接続される第１冷媒流路と、一端が前記室外熱交換器の前記第２パスに接続されるとともに他端が前記分岐部に接続される第２冷媒流路を有する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和機。

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