JP2019215161A - 空気調和装置の室外機及び空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器の下部の霜が優先的に除霜されて排水が促進されて除霜能性が向上し、かつ、各扁平管での熱交換量の差異が低減されて熱交換性能が向上する空気調和装置の室外機及び空気調和装置を提供する。【解決手段】熱交換体は、空気の流れ方向に複数設けられ、最も風上側の熱交換体の下部には、第１ヘッダが設けられ、最も風下側の熱交換体の下部には、冷媒分配器が設けられ、冷房運転と暖房運転とで冷媒の流れ方向が逆とされ、暖房運転の場合に、冷媒分配器を経て最も風下側の熱交換体に冷媒が流入して最も風上側の熱交換体から冷媒が流出し、冷媒と空気とが対向流となる冷媒流路が構成され、除霜運転を行うときに、冷媒の状態を冷房運転の状態として、ホットガス冷媒を最も風上側の熱交換体の下部の第１ヘッダから流入させる冷媒流路が構成される。【選択図】図４

Description

本発明は、複数の扁平管を有する熱交換体を複数設けて熱交換器を構成した空気調和装置の室外機及び空気調和装置に関する。

伝熱管に扁平管を用いた熱交換器では、円管を用いる場合と比べて扁平管が細径であり、冷媒の分岐数が増大する。熱交換器の性能が効率良く発揮されるためには、ヘッダなどの集合管内を流れる気液二相冷媒が熱交換器での熱交換量に合わせて各扁平管に適性に分配される必要がある。

従来、扁平管を用いた熱交換器としては、複数のフィンと複数の扁平管とを有する熱交換体を組み合わせて矩形状に形成し、冷媒の分岐数を削減した構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。複数のフィンは、間隔を空けて並べられて間に空気が流れる。複数の扁平管は、複数のフィンの並び方向に沿って冷媒が集合管内を流れるように集合管に挿入されている。

国際公開第２０１６／１７４８３０号

特許文献１の技術の熱交換器では、熱交換器に着霜が発生する低温環境下にて、各扁平管の除霜によって生じる水は、プレートフィンを下方に伝って排水される。ここで、熱交換器では、除霜運転時に上部に位置する主熱交換領域と下方に位置する補助熱交換領域とに対し、主熱交換領域から先の順にホットガス冷媒を流して除霜が行われる。このため、各扁平管の除霜によって生じる水の排水経路の下流側となる下側のプレートフィンの霜の融解に時間がかかり、排水が妨げられる。これにより、除霜に時間がかかったり、熱交換器の下部で根氷が発生したりして除霜能性の低下が引き起こされる。

また、ファンが上方に配置され、高さ方向の風速分布が大きいトップフロー型の空気調和装置の室外機では、各扁平管に均一に冷媒が分配される場合でも、ファンに近い上方の風速が大きく、上下方向に変化する風速分布が生じる。これにより、上下方向に並列に配置された各扁平管の熱負荷に差異が生じ、熱交換性能の低下が引き起こされる。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、熱交換器の下部の霜が優先的に除霜されて排水が促進されて除霜能性が向上し、かつ、各扁平管での熱交換量の差異が低減されて熱交換性能が向上する空気調和装置の室外機及び空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和装置の室外機は、鉛直方向を管延伸方向とし、水平方向に間隔を空けて配列された複数の扁平管を有する熱交換体を備え、前記熱交換体は、空気の流れ方向に複数設けられて熱交換器を構成し、複数の前記熱交換体のうち最も風上側の前記熱交換体の下部には、冷媒回路からホットガス冷媒を流入させる第１ヘッダが設けられ、複数の前記熱交換体のうち最も風下側の前記熱交換体の下部には、複数の前記扁平管に冷媒を分配する冷媒分配器が設けられ、当該空気調和装置の冷房運転と暖房運転とで前記熱交換器を流れる冷媒の流れ方向が逆とされ、前記熱交換器には、前記熱交換器が蒸発器として機能する前記暖房運転の場合に、前記冷媒分配器を経て複数の前記熱交換体のうち最も風下側の前記熱交換体に冷媒が流入して最も風上側の前記熱交換体から冷媒が流出し、冷媒と空気とが対向流となる冷媒流路が構成され、前記熱交換器の表面の霜を溶かす除霜運転を行うときに、前記熱交換器を流れる冷媒の状態を前記冷房運転の状態として、前記ホットガス冷媒を複数の前記熱交換体のうち最も風上側の前記熱交換体の下部の前記第１ヘッダから流入させる冷媒流路が構成されるものである。

本発明に係る空気調和装置は、上記の空気調和装置の室外機を備えるものである。

本発明に係る空気調和装置の室外機及び空気調和装置によれば、室外機が鉛直方向を管延伸方向とし、水平方向に間隔を空けて配列された複数の扁平管を有する熱交換体を備える。複数の熱交換体のうち最も風上側の熱交換体の下部には、冷媒回路からホットガス冷媒を流入させる第１ヘッダが設けられる。これにより、最も風上側の熱交換体の下部から第１ヘッダによってホットガス冷媒が流入し、熱交換器の下部の霜が優先的に除霜されて排水が促進される。また、複数の扁平管が鉛直方向を管延伸方向として水平方向に間隔を空けて配列され、上下方向に変化する風速分布に対して水平方向に並列に配置された各扁平管の熱負荷に差異が生じない。したがって、熱交換器の下部の霜が優先的に除霜されて排水が促進されて除霜能性が向上でき、かつ、各扁平管での熱交換量の差異が低減されて熱交換性能が向上できる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の室外機を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る室外熱交換器の一部を拡大して示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器を示す構成図である。 本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器を図４のＡ部の断面にて示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器の一部を拡大して示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の室外機を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器の一部を拡大して示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の室外機を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器が蒸発器として機能する場合における空気と冷媒との温度変化を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器が凝縮器として機能する場合における空気と冷媒との温度変化を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の室外機を示す冷媒回路図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。また、断面図の図面においては、視認性に鑑みて適宜ハッチングを省略している。さらに、明細書全文に示す構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
＜空気調和装置１００の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００を示す冷媒回路図である。図１に示すように、空気調和装置１００は、室外機１０及び複数の室内機１１、１２、１３を備える。室外機１０には、複数の室内機１１、１２、１３が接続され、室外機１０と複数の室内機１１、１２、１３との内部を冷媒が循環する。空気調和装置１００は、マルチ型空気調和装置である。なお、本実施の形態では、室外機１０に３台の室内機１１、１２、１３が接続されている。しかし、本発明では室外機１０に接続される室内機の接続台数を限定するものではない。

空気調和装置１００は、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、膨張弁５と、室内熱交換器６と、アキュムレータ８と、が冷媒配管で接続された冷媒回路を有する。室外熱交換器３及び室内熱交換器６のそれぞれは、ファン４、７によって発生する風によって内部に流れる冷媒と空気とが熱交換される。

＜空気調和装置１００の室外機１０の構成＞
図２は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００の室外機１０を示す斜視図である。図２に示すように、空気調和装置１００の室外機１０は、圧縮機１と、ファン４と、室外熱交換器３と、を備える。ファン４は、室外熱交換器３の上方に配置され、上向きに空気を吹き出す。すなわち、空気調和装置１００の室外機１０は、上向きに空気を吹き出すファン４が複数の熱交換体２０で構成される室外熱交換器３の上方に配置されるトップフロー型である。室外熱交換器３は、ファン４の下方投影領域を囲う複数の面部に構成されている。複数の熱交換体２０で構成される室外熱交換器３は、ファン４に近い、空気調和装置１００の室外機１０の上部に配置されている。圧縮機１は、室外機１０の筐体９の内部の下部に配置されている。室外熱交換器３の下端は、圧縮機１の上端よりも高く位置している。室外熱交換器３は、ファン４の吸気効率が高い室外機１０の筐体９のファン４側の上部に配置されている。

＜室外熱交換器３の構成＞
図３は、本発明の実施の形態１に係る室外熱交換器３の一部を拡大して示す斜視図である。図中の白抜き矢印は、ファン４によって発生する風の流れを示す。図３に示すように、室外熱交換器３は、空気の流れ方向に複数の熱交換体２０を有する。熱交換体２０は、鉛直方向を管延伸方向とし、水平方向に間隔を空けて配列された複数の扁平管２１を有する。熱交換体２０は、扁平管２１に接合されたフィン２２を有する。図３では、２つの熱交換体２０が同じ大きさで空気の流れ方向に順に並んで配置されている。

複数の扁平管２１は、ファン４によって発生した風が流れるように、間隔を空けて水平方向に並列して配置され、上下方向に延びる管内に上下方向に冷媒が流れる。フィン２２は、隣り合う扁平管２１の間にわたって接続され、扁平管２１に伝熱する。なお、フィン２２は、空気と冷媒との熱交換効率を向上させるものであり、たとえばコルゲートフィンが用いられる。しかし、これに限定されるものではない。扁平管２１の表面で空気と冷媒との熱交換が行われるため、フィン２２がなくてもよい。

複数の熱交換体２０のうち最も風上側の熱交換体２０の下部には、第１ヘッダ２３が設けられている。第１ヘッダ２３には、最も風上側に配置される熱交換体２０の扁平管２１の下端部が直接挿入されている。第１ヘッダ２３は、空気調和装置１００の冷媒回路に冷媒配管２６を介して接続され、冷媒回路からホットガス冷媒を流入させる。第１ヘッダ２３は、ガスヘッダとも呼ばれる。第１ヘッダ２３は、冷房運転時に圧縮機１からの高温高圧のガス冷媒を室外熱交換器３に流入させ、暖房運転時に室外熱交換器３で熱交換された後のガス冷媒を冷媒回路に流出させる。

複数の熱交換体２０のうち最も風下側の熱交換体２０の下部には、冷媒分配器２４が設けられている。冷媒分配器２４は、第１ヘッダ２３に並列して配置されている。冷媒分配器２４は、空気調和装置１００の冷媒回路に冷媒配管２７を介して接続されている。

複数の熱交換体２０の上部には、第１ヘッダ２３及び冷媒分配器２４に挿入された複数の扁平管２１の上端部が挿入される折り返しヘッダ２５が設けられている。

複数の扁平管２１、フィン２２、第１ヘッダ２３、冷媒分配器２４、折り返しヘッダ２５及び冷媒配管２６、２７は、いずれもアルミニウム製であり、ロウ付けによって接合されている。

＜冷媒分配器２４＞
図４は、本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器２４を示す構成図である。図５は、本発明の実施の形態１に係る冷媒分配器２４を図４のＡ部の断面にて示す断面図である。図４、図５に示すように、冷媒分配器２４は、複数の熱交換体２０のうち最も風下側の熱交換体２０の下部に設けられている。冷媒分配器２４は、内管２４ａと外管２４ｂとを有する２重管構造である。

内管２４ａは、円管である。内管２４ａには、冷媒が流通する複数の冷媒流通孔２４ｃが間隔を空けて形成されている。複数の冷媒流通孔２４ｃは、全て内管２４ａの下部に下方に向けて開口している。外管２４ｂには、内管２４ａが内部に挿入されている。内管２４ａには、冷媒配管２７を介して室外熱交換器３が蒸発器として機能する場合に、冷媒が冷媒回路から流入する。

外管２４ｂは、下方を円弧状に形成された断面Ｕ字状の管である。断面Ｕ字状の外管２４ｂは、下方に向けて開口した冷媒流通孔２４ｃからの冷媒を円弧に沿って上方に向きに滑らかに変化させる。内管２４ａ及び外管２４ｂは、管延伸方向に真っ直ぐに延びている。内管２４ａと外管２４ｂとは、ロウ付けによって接合されている。

室外熱交換器３には、室外熱交換器３が蒸発器として機能する場合に、冷媒分配器２４を経て複数の熱交換体２０のうち最も風下側の熱交換体２０に冷媒が流入して最も風上側の熱交換体２０から冷媒が流出し、冷媒と空気とが対向流となる冷媒流路が構成されている。

＜冷媒回路の動作＞
暖房運転の場合には、冷媒が圧縮機１により圧縮され、高温高圧ガスとなった冷媒が四方弁２を介して室内熱交換器６に流入する。室内熱交換器６に流入した冷媒は、ファン７によって発生される風によって放熱して凝縮し、液化する。液化した冷媒は、膨張弁５によって減圧され、低温低圧の気液二相状態となって冷媒分配器２４を介して室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３に流入した冷媒は、ファン４によって発生される風に乗る空気と熱交換して蒸発してガス化し、第１ヘッダ２３を介して流出する。第１ヘッダ２３を介して流出した冷媒は、アキュムレータ８を介して再び圧縮機１に吸入され、冷媒回路を循環する。また、冷媒回路内には、冷媒の他に、圧縮機１の駆動に必要な冷凍機油も循環する。一方、冷房運転の場合には、冷媒及び冷凍機油の流れが冷媒回路内を逆回転する。

＜室外熱交換器３の動作＞
暖房運転の場合には、室外熱交換器３が蒸発器として機能する。冷媒回路から室外熱交換器３に流入する気液二相冷媒は、まず外管２４ｂ内に挿入された内管２４ａに流入する。内管２４ａ内に流入した冷媒は冷媒流通孔２４ｃから流出し、各扁平管２１に分配される。扁平管２１を流れる冷媒は、ファン４によって発生した風に乗る空気と熱交換して蒸発する。ファン４によって発生した風は、ファン４を囲うように配置された室外熱交換器３を通過し、上方に向かって流れる。扁平管２１内で蒸発した冷媒は、第１ヘッダ２３に流入して合流し、冷媒配管２６を介して室外熱交換器３から流出する。このとき、室外熱交換器３を流れる冷媒は、風下側の熱交換体２０の扁平管２１から風上側の熱交換体２０の扁平管２１の順に流れ、空気と冷媒との流れ方向は対向する対向流となる。一方、冷房運転の場合、すなわち室外熱交換器３が凝縮器として機能する場合には、冷媒が上述の蒸発器の場合の冷媒流れ方向と逆流する。

＜除霜運転＞
扁平管２１及びフィン２２の表面温度が０℃以下となる低温環境において、暖房運転を行う場合には、室外熱交換器３には着霜が生じる。室外熱交換器３への着霜量が一定以上になると、ファン４によって発生する風が通過する室外熱交換器３の風路が閉塞され、室外熱交換器３の性能が低下し、暖房性能が低下する。暖房性能が低下した場合には、室外熱交換器３の表面の霜を溶かす除霜運転を行う。

除霜運転では、ファン４が停止され、冷媒回路が冷房運転状態に切り替えるなどされて高温のホットガス冷媒が室外熱交換器３に流入する。これにより、扁平管２１及びフィン２２に付着した霜が融解する。室外熱交換器３では、除霜運転の場合に、高温のホットガス冷媒は、最も風上側の熱交換体２０の下部に設けられた第１ヘッダ２３を介して各扁平管２１に流入する。扁平管２１に流入した高温の冷媒によって、扁平管２１及びフィン２２に付着した霜は、下側から順に融解して水に変化する。霜が融解して生じた水は、扁平管２１あるいはフィン２２に沿って室外熱交換器３の下方へ排水される。付着した霜が融解したら除霜運転が終了され、暖房運転が再開される。

＜実施の形態１の作用＞
室外機１０では、図２に示すようにファン４が室外熱交換器３の上方に配置され、上に向かって風を吹き出す。室外熱交換器３は、ファン４あるいはファン４の下方投影領域を囲うように配置されている。このため、室外熱交換器３を通過する風は、上下方向に風速分布が生じる。すなわち、ファン４に近い室外熱交換器３の上部に風が流れやすく、風速が大きい。一方、ファン４から遠い室外熱交換器３の下部に近づくにつれて風速が小さくなる。風速が大きい部分では、熱交換効率が高くなる。室外熱交換器３は、この上下風速分布に対して、冷媒も上下方向に流れるように扁平管２１が鉛直方向に延びて水平方向に配列される。これにより、各扁平管２１の熱交換効率が等しくなる。したがって、冷媒が各扁平管２１に均等に分配されることにより、高い熱交換性能が得られる。また、室外熱交換器３がファン４の吸気効率が高い室外機１０の筐体９の上部に配置されることにより、更に室外熱交換器３の性能が向上する。これに対し、冷媒が水平方向に流れるように扁平管が配列される場合には、ファンに距離が近い室外熱交換器の上部ほど、熱交換効率が高く、熱交換量が大きくなる。このため、冷媒が各伝熱管に均一に分配されても熱交換性能が低下する。また、室外熱交換器３が筐体９の上部に配置されることにより、筐体９の下部に配置する圧縮機１などの要素機器のメンテナンススペースが設けられ、なお良い。具体的には、圧縮機１が室外機１０の筐体９の底部などの内部に設置され、いずれか１面の室外熱交換器３の下端の位置が圧縮機１の最上端よりも高くされると良い。このようにすると、室外熱交換器３がそのままの状態を維持しつつ、圧縮機１の交換などのメンテナンスが容易にできる。また、圧縮機１へのアクセスを容易にするために筐体９の側面の一部の板、又は筐体９の側面の下部の部分だけを取り外し可能としておけばさらに良い。

室外熱交換器３が蒸発器として機能する暖房運転の場合には、図４、図５に示すように、室外熱交換器３には気液二相冷媒が冷媒分配器２４の外管２４ｂ内に挿入された内管２４ａから流入する。気液二相冷媒は、内管２４ａに形成された複数の冷媒流通孔２４ｃを通過し、内管２４ａと外管２４ｂとの間に構成される空間で攪拌され、均質流に近い流動状態で流動する。冷媒の流動状態が均質化した冷媒が扁平管２１に流入することにより、各扁平管２１に均等に冷媒が分配され、室外熱交換器３の性能が向上できる。図４では、冷媒流通孔２４ｃが鉛直下向きに開口した構造を示している。しかし、冷媒流通孔２４ｃの内管２４ａからの開口の向きは変更されても良い。

室外熱交換器３に着霜が生じ、除霜運転が行われる場合には、室外熱交換器３では冷媒の流れ方向が冷房運転時と同じになり、図３に示すように、高温のホットガス冷媒が最も風上側の熱交換体２０の下部に設けられた第１ヘッダ２３を介して、各扁平管２１に流入する。扁平管２１に流入した高温の冷媒によって、扁平管２１及びフィン２２に付着した霜は、下側から優先的に融解する。このため、融解した水が扁平管２１あるいはフィン２２に沿って室外熱交換器３の下方に円滑に排水され、付着した霜が全て融解する除霜運転終了時の室外熱交換器３の表面への残水が低減される。この効果は、風の吹き出し方向に依らず、図示しない、たとえば横方向に向いて設置されるサイドフロー型の室外機の構成であっても同様の効果が得られる。

仮に、ホットガス冷媒が室外熱交換器３の上側から流入する場合には、下側に付着している霜が排水を阻害し、付着した霜が全て融解しても、排水が完了しておらず、暖房運転再開時に室外熱交換器３の表面に水が残水する。滞留した水は、暖房運転の再開後、再び凝固して霜となるため、室外熱交換器３を通過する風路閉塞の要因となり、室外熱交換器３の性能が低下する。また、次回の除霜運転に必要な熱量が多くなり、除霜効率が低下する。

また、図３に示すように、熱交換体２０が空気の流れ方向に複数配列される場合には、風上側の熱交換体２０ほど熱交換量が大きく、室外熱交換器３に付着する霜量も多くなる。このため、ホットガス冷媒を風上側の熱交換体２０から優先して流すことにより、除霜効率が向上する。

扁平管２１及びフィン２２の表面温度が０℃以下となる低温環境において、暖房運転、すなわち室外熱交換器３が蒸発器となる運転を行う場合には、室外熱交換器３に着霜が生じる。室外熱交換器３を流れる冷媒は、気液二相冷媒が最も風下側の熱交換体２０の下側に配置された冷媒分配器２４によって、各扁平管２１に均等に分配される。そして、分配された冷媒がファン４によって発生した風に乗る空気と熱交換して蒸発し、最も風上側の熱交換体２０の下部に設けられた第１ヘッダ２３から流出する。したがって、室外熱交換器３の冷媒出口となる第１ヘッダ２３近傍の扁平管２１内にて、冷媒は、気液二相冷媒に比べて温度が高いガス冷媒となる。このため、着霜量が多く水が滞留し易い風上側の熱交換体２０の下部への寝氷が抑制される。この効果は、風の吹き出し方向に依らず、図示しない、たとえば横方向に向いて設置されるサイドフロー型の室外機の構成であっても同様の効果が得られる。

＜実施の形態１の効果＞
実施の形態１によれば、空気調和装置１００の室外機１０は、鉛直方向を管延伸方向とし、水平方向に間隔を空けて配列された複数の扁平管２１を有する熱交換体２０を備える。熱交換体２０は、空気の流れ方向に複数設けられて室外熱交換器３を構成する。複数の熱交換体２０のうち最も風上側の熱交換体２０の下部には、冷媒回路からホットガス冷媒を流入させる第１ヘッダ２３が設けられている。

この構成によれば、各扁平管２１の除霜によって生じる水は、扁平管２１あるいはフィン２２を下方に伝って排水される。ここで、複数の熱交換体２０のうち最も風上側の熱交換体２０の下部には、冷媒回路からホットガス冷媒を流入させる第１ヘッダ２３が設けられている。これにより、除霜運転時に、着霜量が最も多くなる最も風上側の熱交換体２０の扁平管２１の下側から第１ヘッダ２３によってホットガス冷媒が流入し、室外熱交換器３の下部の霜が優先的に除霜され、排水経路の下流側に水が流れ易くなり、排水経路が確保でき、排水が促進される。また、複数の扁平管２１が鉛直方向を管延伸方向として水平方向に間隔を空けて配列され、トップフロー型あるいはサイフロー型などの空気調和装置１００の室外機１０での上下方向に変化する風速分布に対して水平方向に並列に配置された各扁平管２１の熱負荷に差異が生じない。そして、各扁平管２１に均一に冷媒が分配できる。また、複数の扁平管２１が鉛直方向を管延伸方向として水平方向に間隔を空けて配列され、低温環境下では各扁平管２１に付着する着霜量が均一化できる。このため、各扁平管２１の除霜に要する時間が均一になる。したがって、室外熱交換器３の下部の霜が優先的に除霜されて排水が促進されて除霜能性が向上でき、かつ、各扁平管２１での熱交換量の差異が低減されて熱交換性能が向上できる。

実施の形態１によれば、複数の熱交換体２０のうち最も風下側の熱交換体２０の下部には、冷媒が流通する複数の冷媒流通孔２４ｃが間隔を空けて形成された内管２４ａと、内管２４ａが内部に挿入された外管２４ｂと、を有する２重管構造の冷媒分配器２４が設けられている。室外熱交換器３には、室外熱交換器３が蒸発器として機能する場合に、冷媒分配器２４を経て複数の熱交換体２０のうち最も風下側の熱交換体２０に冷媒が流入して最も風上側の熱交換体２０から冷媒が流出し、冷媒と空気とが対向流となる冷媒流路が構成される。

この構成によれば、室外熱交換器３が蒸発器として機能する暖房運転の場合には、室外熱交換器３に気液二相冷媒が冷媒分配器２４内の内管２４ａから流入する。気液二相冷媒は、内管２４ａに形成された複数の冷媒流通孔２４ｃを通過し、内管２４ａと外管２４ｂとの間に構成される空間で攪拌され、均質流に近い流動状態で流動する。冷媒の流動状態が均質化した冷媒が複数の扁平管２１に流入することにより、各扁平管２１に均等に冷媒が分配され、室外熱交換器３の性能が向上できる。

実施の形態１によれば、空気調和装置１００の室外機１０は、上向きに空気を吹き出すファン４を備える。ファン４は、室外熱交換器３の上方に配置されている。室外熱交換器３は、ファン４の下方投影領域を囲う複数の面部に構成されている。

この構成によれば、室外熱交換器３を通過する風には、上下方向に風速分布が生じる。すなわち、ファン４に近い室外熱交換器３の上部は風が流れ易く、風速が大きい。一方、ファン４から遠い室外熱交換器３の下部に近づくにつれて風速が小さくなる。風速が大きい部分は、熱交換効率が高くなる。室外熱交換器３は、このような上下方向の風速分布に対して、冷媒が上下方向に流れるように複数の扁平管２１が水平方向に並んで配列される。このため、各扁平管２１の熱交換効率が等しくなる。したがって、冷媒が各扁平管２１に均等に分配され、高い熱交換性能が得られる。

実施の形態１によれば、室外熱交換器３は、筐体９のファン４側の上部に設けられている。

この構成によれば、室外熱交換器３がファン４に近くファン４の吸気効率が高い室外機１０の上部に配置されることにより、風が流れ易く、風速が大きい。このため、風速が大きいことにより、熱交換効率が高くなり、室外熱交換器３の性能が向上できる。

実施の形態１によれば、空気調和装置１００の室外機１０は、上向きに空気を吹き出すファン４が複数の熱交換体２０の上方に配置されるトップフロー型である。複数の熱交換体２０は、ファン４に近い、空気調和装置１００の室外機１０の上部に配置されている。

この構成によれば、筐体９の下部には、配置する圧縮機１などの要素機器のメンテナンススペースが設けられ、空気調和装置１００の室外機１０のメンテナンス効率が向上できる。

実施の形態１によれば、空気調和装置１００の室外機１０の筐体９の内部に圧縮機１が設置されている。室外熱交換器３の下端は、圧縮機１の上端よりも高く位置している。

この構成によれば、室外熱交換器３が設置状態を維持しつつ、圧縮機１の交換などのメンテナンスが容易にでき、メンテナンスの効率が向上できる。

実施の形態１によれば、空気調和装置１００は、上記の空気調和装置１００の室外機１０を備える。

この構成によれば、空気調和装置１００の室外機１０を備える空気調和装置１００では、室外熱交換器３の下部の霜が優先的に除霜されて排水が促進されて除霜能性が向上でき、かつ、各扁平管２１での熱交換量の差異が低減されて熱交換性能が向上できる。

実施の形態２．
本実施の形態では、ファン４を囲うように配置された室外熱交換器３が複数に分割されて配置されている。そして、隣接する室外熱交換器３の部分が互いに屈曲部３０、３１を用いて接続されている。本実施の形態で特に記述しない項目については、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

＜室外熱交換器３の構成＞
図６は、本発明の実施の形態２に係る室外熱交換器３の一部を拡大して示す斜視図である。図６に示す室外熱交換器３の全体は、室外熱交換器３の上方に配置され、上に向かって風が吹き出されるファン４を囲うように複数の面部に配置されている。

図６に示すように、第１ヘッダ２３及び冷媒分配器２４のそれぞれは、水平方向の途中にて屈曲部３０、３１を有している。屈曲部３０、３１には、屈曲管が用いられている。ファン４を囲うように複数の面部に配置された室外熱交換器３のうち隣り合う２つの面部における室外熱交換器３の一部の第１ヘッダ２３及び冷媒分配器２４は、屈曲部３０、３１によって接続されている。

冷媒分配器２４の屈曲部３０の外径は、第１ヘッダ２３の屈曲部３１の外径よりも小さい。すなわち、第１ヘッダ２３の屈曲部３０の外径は、冷媒分配器２４の屈曲部３１の外径よりも大きい。

冷媒分配器２４の屈曲部３０は、２重管構造の内側の内管２４ａを屈曲させて構成されている。すなわち、冷媒分配器２４の屈曲部３０の内管２４ａが屈曲管である。

図７は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置１００の室外機１０を示す冷媒回路図である。図７に示すように、室外熱交換器３は、ファン４の周りを囲うように、たとえば４面部に分割されて配置されている。室外熱交換器３は、それぞれ隣り合う２面部における第１ヘッダ２３及び冷媒分配器２４が屈曲部３０、３１によってＬ字状に屈折して接続されている。なお、図７では、Ｌ字状に屈折して接続される構成を示している。しかし、屈曲部３０、３１の形状は、Ｌ字状に限定するものではない。

空気調和装置１００の室外機１０は、室外熱交換器３に冷媒を流入させる又は室外熱交換器３から冷媒を流出させる冷媒入出管としての冷媒配管２６、２７を備えている。冷媒配管２６、２７は、第１ヘッダ２３又は冷媒分配器２４に接続されている。冷媒配管２６、２７は、ファン４の下方投影領域を囲う複数の面部の１か所の角部４０にまとめて配置されている。すなわち、冷媒配管２６、２７は、４面部に配置された室外熱交換器３のいずれか１隅の角部４０に集約されている。

＜実施の形態２の作用＞
室外機１０では、隣り合う２つの面部の室外熱交換器３が、図６に示すように屈曲部３０、３１によって接続されている。そして、室外熱交換器３に冷媒が流入あるいは流出する冷媒配管２６、２７が４面部に配置された室外熱交換器３のいずれか１隅の角部４０に集約させられる。これにより、各面部の室外熱交換器３に冷媒を流入させるために必要な冷媒配管２６、２７の設置スペースが削減でき、部品点数が削減できる。冷媒分配器２４では、屈曲部３０が二重管構造の内側に挿入された内管２４ａのみを屈曲して連通させることによって接続されても良い。この場合には、屈曲部３０に別の屈曲管の部品が無くても良く、部品点数が更に削減できる。

ファン４を中心として外側に配置される第１ヘッダ２３の屈曲部３１の外径が冷媒分配器２４の屈曲部３０よりも大きいことにより、より小さい曲率で隣り合う２つの面部の室外熱交換器３を接続できる。このため、室外熱交換器３の実装効率が向上する。室外熱交換器３の実装面積が増やせられ、空気調和装置１００の運転効率が向上する。

＜実施の形態２の効果＞
実施の形態２によれば、第１ヘッダ２３及び冷媒分配器２４のそれぞれは、水平方向の途中にて屈曲部３０、３１を有する。冷媒分配器２４の屈曲部３０の外径は、第１ヘッダ２３の屈曲部３１の外径よりも小さい。

この構成によれば、屈曲部３０、３１が筐体９の中心に近づくほどより小さい曲率で隣り合う２つの面部の熱交換体２０を接続できる。このため、室外熱交換器３の実装効率が向上できる。このように、室外熱交換器３の実装面積が増やせられ、空気調和装置１００の運転効率が向上できる。

実施の形態２によれば、冷媒分配器２４の屈曲部３０は、２重管構造の内側の内管２４ａを屈曲させて構成されている。

この構成によれば、屈曲部３０に他の部品が必要なく、部品点数が削減できる。

実施の形態２によれば、空気調和装置１００の室外機１０は、室外熱交換器３に冷媒を流入させる又は室外熱交換器３から冷媒を流出させる冷媒入出管としての冷媒配管２６、２７を備える。冷媒配管２６、２７は、ファン４の下方投影領域を囲う複数の面部の１か所の角部４０にまとめて配置されている。

この構成によれば、各面部の熱交換体２０に冷媒が流入するために必要な冷媒配管２６、２７の設置スペースが削減でき、部品点数が削減できる。

実施の形態３．
本実施の形態では、室外熱交換器３が主熱交換部６１と補助熱交換部６２とに分割されている。本実施の形態で特に記述しない項目については、実施の形態１、２と同様であるので説明を省略する。

＜室外熱交換器３の構成＞
図８は、本発明の実施の形態３に係る室外熱交換器３の一部を拡大して示す斜視図である。図８に示すように、室外熱交換器３は、主熱交換部６１と補助熱交換部６２とを備える。主熱交換部６１と補助熱交換部６２とは、４面部に配置された室外熱交換器３のうち１面部にて隣接して構成されている。他の１面部の室外熱交換器３は、主熱交換部６１と屈曲部３０、３１を介して主熱交換部６１の更なる一部に構成されている。室外熱交換器３は、主熱交換部６１と補助熱交換部６２とを有する１面部と、主熱交換部６１と屈曲部３０、３１を介して主熱交換部６１に構成された他の１面部と、の２面部を２つ配置して４面部に構成されている。

＜主熱交換部６１＞
主熱交換部６１は、空気の流れ方向に複数設けられた熱交換体２０と第１ヘッダ２３とを有する。すなわち、主熱交換部６１は、第１ヘッダ２３と、冷媒分配器２４と、を有する。第１ヘッダ２３には、着除霜を伴う低温環境下における除霜運転時に最も風上側の熱交換体２０の下側からホットガス冷媒が流入する。冷媒分配器２４は、最も風下側の熱交換体２０の下側に配置されている。第１ヘッダ２３には、冷媒配管２６が接続されている。

＜補助熱交換部６２＞
補助熱交換部６２は、主熱交換部６１よりも少ない数の扁平管２１を有して空気の流れ方向に複数設けられた熱交換体２０と第２ヘッダ５０とを有する。第２ヘッダ５０は、液ヘッダとも呼ばれる。すなわち、補助熱交換部６２は、第２ヘッダ５０と、冷媒分配器２４と、を有する。第２ヘッダ５０は、第１ヘッダ２３よりも少ない本数の扁平管２１が挿入され、第１ヘッダ２３と並列して最も風上側の熱交換体２０の下側に配置されている。冷媒分配器２４は、最も風下側の熱交換体２０の下側に配置されている。主熱交換部６１と補助熱交換部６２とは、冷媒分配器２４によって連通されている。第２ヘッダ５０には、冷媒配管２７が接続されている。

補助熱交換部６２には、室外熱交換器３が凝縮器として機能する場合に、複数の熱交換体２０のうち最も風下側の熱交換体２０に冷媒が流入して最も風上側の熱交換体２０から冷媒が流出し、冷媒と空気とが対向流となる冷媒流路が構成される。

＜室外熱交換器３の全体構成＞
主熱交換部６１と補助熱交換部６２とは、風下に配置される冷媒分配器２４によって連通されて互いを接続している。室外熱交換器３は、室外熱交換器３の上方に配置されて上に向かって風が吹き出されるファン４を囲うように複数の面部に配置されている。主熱交換部６１は、第１ヘッダ２３と冷媒分配器２４との途中に屈曲部３０、３１を有する。これにより、主熱交換部６１は、互いに隣り合う２つの面部に跨って構成されている。

第１ヘッダ２３と、第２ヘッダ５０と、は、内部に設けられ仕切り板５１によって仕切られて、一体のヘッダ構造体で構成されている。なお、第１ヘッダ２３と第２ヘッダ５０とは、別々のヘッダ構造体で構成されて接続されても良い。

図９は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置１００の室外機１０を示す冷媒回路図である。図９に示すように、室外熱交換器３は、屈曲部３０、３１によってＬ字状に跨って構成される主熱交換部６１と、補助熱交換部６２と、で構成される熱交換器が２つ配置されている。これにより、室外熱交換器３は、ファン４の周りを囲うように、たとえば４面部に分割されて配置されている。室外熱交換器３の２枚の熱交換器は、主熱交換部６１と補助熱交換部６２とを４面部の内のいずれか１隅の角部４０に対して対角線上において対称に配置されることにより、室外熱交換器３に冷媒が流入あるいは流出する冷媒配管２６、２７がいずれか１隅の角部４０に集約され、部品点数が削減される。

＜室外熱交換器３の動作＞
＜暖房運転＞
暖房運転の場合には、室外熱交換器３は、蒸発器として機能する。冷媒回路から室外熱交換器３に流入する気液二相冷媒は、まず第２ヘッダ５０に流入し、補助熱交換部６２を流れて、ファン４によって発生した風に乗る空気と熱交換し、乾き度が上昇する。その後、補助熱交換部６２を流れた冷媒は、冷媒分配器２４に流入し、主熱交換部６１に流入する。主熱交換部６１に流入した冷媒は、冷媒分配器２４の外管２４ｂ内に挿入された内管２４ａを流れて冷媒流通孔２４ｃを通過し、内管２４ａと外管２４ｂとの間に構成される空間で攪拌され、均質流に近い流動状態で流動する。冷媒の流動状態が均質化した冷媒は、扁平管２１に均一に分配され、ファン４によって発生した風に乗る空気と熱交換し、蒸発する。熱交換後の冷媒は、第１ヘッダ２３を介して室外熱交換器３から流出する。このとき、主熱交換部６１を流れる冷媒は、風下側の熱交換体２０の扁平管２１から風上側の熱交換体２０の扁平管２１の順に流れ、空気と冷媒の流れ方向とが対向する対向流となる。

＜除霜運転＞
扁平管２１及びフィン２２の表面温度が０℃以下となる低温環境において、暖房運転を行う場合には、室外熱交換器３には着霜が生じる。このため、室外熱交換器３への着霜量が一定以上になると、室外熱交換器３の表面の霜を溶かす除霜運転に入る。

除霜運転では、ファン４が停止され、冷媒回路が冷房運転状態に切り替えるなどによって高温のホットガス冷媒が室外熱交換器３に流入する。これにより、扁平管２１及びフィン２２に付着した霜が融解する。室外熱交換器３では、除霜運転の場合に、高温のホットガス冷媒は、上の蒸発器として作用する場合と冷媒の流れが逆流する。すなわち、ホットガス冷媒は、主熱交換部６１の最も風上側の熱交換体２０の下部に設けられた第１ヘッダ２３を介して、各扁平管２１に流入する。扁平管２１に流入した高温の冷媒によって、扁平管２１及びフィン２２に付着した霜は、下側から順に融解して水に変化する。霜が融解して生じた水が扁平管２１あるいはフィン２２に沿って室外熱交換器３の下方へ排水される。付着した霜が融解したら除霜運転が終了され、暖房運転が再開される。

＜冷房運転＞
冷房運転の場合、すなわち室外熱交換器３が凝縮器として作用する場合には、上述の蒸発器の場合の冷媒流れ方向とは逆回転する。室外熱交換器３が凝縮器として機能する場合には、冷媒回路から室外熱交換器３に流入する冷媒は、高温の過熱ガス状態で第１ヘッダ２３に流入し、主熱交換部６１にてファン４によって発生した風に乗る空気と熱交換する。これにより、ガス冷媒は、気液二相冷媒となり、冷媒分配器２４を介して補助熱交換部６２に流入する。補助熱交換部６２に流入した冷媒は、ファン４によって発生した風に乗る空気と熱交換を行う。これにより、冷媒は、気液二相冷媒から凝縮して液冷媒となり、第２ヘッダ５０を介して室外熱交換器３から流出する。このとき、補助熱交換部６２を流れる冷媒は、風下側の熱交換体２０の扁平管２１から風上側の熱交換体２０の扁平管２１の順に流れ、空気と冷媒の流れ方向とが対向する対向流となる。

＜実施の形態３の作用＞
図１０は、本発明の実施の形態３に係る室外熱交換器３が蒸発器として機能する場合における空気と冷媒との温度変化を示す図である。図１１は、本発明の実施の形態３に係る室外熱交換器３が凝縮器として機能する場合における空気と冷媒との温度変化を示す図である。

室外熱交換器３は、蒸発器において熱交換器出口となる第１ヘッダ２３に向かって流れる冷媒が空気と対向流となる主熱交換部６１と、凝縮器において熱交換器出口となる第２ヘッダ５０に向かって流れる冷媒が空気と対向流となる補助熱交換部６２と、で構成されている。冷媒の流動状態は、蒸発器の出口ではガス冷媒となり、凝縮器の出口では液冷媒となり、双方とも単相の状態となる。このため、熱交換に伴って冷媒の温度が変化する。図１０、図１１は、それぞれ蒸発器又は凝縮器において、室外熱交換器３を通過する空気と冷媒との温度変化を示している。空気と冷媒とが対向するように流れることにより、図１０、図１１に示すように、熱交換の過程において、常に空気温度と冷媒温度との温度差が確保でき、熱交換性能が向上する。本実施の形態では、凝縮器において、冷媒が空気と対向流となる補助熱交換部６２を有する。これにより、室外熱交換器３が蒸発器又は凝縮器として機能する場合に、空気と冷媒とが対向流となる部分を有し、暖房運転及び冷房運転ともに熱交換性能が向上できる。

＜実施の形態３の効果＞
実施の形態３によれば、空気調和装置１００の室外機１０は、空気の流れ方向に複数設けられた熱交換体２０と第１ヘッダ２３とを有する主熱交換部６１を備える。空気調和装置１００の室外機１０は、主熱交換部６１よりも少ない数の扁平管２１を有して空気の流れ方向に複数設けられた熱交換体２０と第２ヘッダ５０とを有する補助熱交換部６２を備える。補助熱交換部６２には、室外熱交換器３が凝縮器として機能する場合に、複数の熱交換体２０のうち最も風下側の熱交換体２０に冷媒が流入して最も風上側の熱交換体２０から冷媒が流出し、冷媒と空気とが対向流となる冷媒流路が構成される。

この構成によれば、主熱交換部６１が蒸発器として機能する場合に、複数の熱交換体２０のうち最も風下側の熱交換体２０に冷媒が流入して最も風上側の熱交換体２０から冷媒が流出し、冷媒と空気とが対向流となる冷媒流路が構成される。一方、補助熱交換部６２が凝縮器として機能する場合に、複数の熱交換体２０のうち最も風下側の熱交換体２０に冷媒が流入して最も風上側の熱交換体２０から冷媒が流出し、冷媒と空気とが対向流となる冷媒流路が構成される。これにより、熱交換の過程において、常に空気温度と冷媒温度との温度差が確保でき、熱交換性能が向上する。そのため、室外熱交換器３が蒸発器及び凝縮器として機能する双方の場合に、空気と冷媒とが対向流となる部分を有し、暖房運転及び冷房運転ともに熱交換性能が向上できる。

実施の形態３によれば、主熱交換部６１と補助熱交換部６２とは、冷媒分配器２４によって連通されている。

この構成によれば、主熱交換部６１と補助熱交換部６２との接続に冷媒分配器２４以外の他の部品が必要なく、部品点数が削減できる。

実施の形態４．
本実施の形態では、室外熱交換器３は、主熱交換部６１と補助熱交換部６２とを分割して有する。室外熱交換器３では、ファン４を囲う複数の面部に配置されたうちの１面部に補助熱交換部６２が集約されている。本実施の形態で特に記述しない項目については、実施の形態１〜３と同様であるので説明を省略する。

＜室外熱交換器３の構成＞
図１２は、本発明の実施の形態４に係る空気調和装置１００の室外機１０を示す冷媒回路図である。図１２に示すように、補助熱交換部６２は、室外熱交換器３の複数の面部のうち１面部に配置されている。主熱交換部６１は、室外熱交換器３の複数の面部のうち補助熱交換部６２の配置されていない他の面部に配置されている。主熱交換部６１と補助熱交換部６２とは、別体で構成されている。

主熱交換部６１は、着除霜を伴う低温環境下における除霜運転時に最も風上側の熱交換体２０の下側からホットガスが流入する第１ヘッダ２３と、最も風下側の熱交換体２０の下側に配置された冷媒分配器２４と、を有する。

補助熱交換部６２は、扁平管２１が挿入されて最も風上側の熱交換体２０に配置された第２ヘッダ５０と、最も風下側の熱交換体２０の下側に配置された冷媒分配器５２と、を有する。

補助熱交換部６２の冷媒分配器５２は、主熱交換部６１の冷媒分配器２４とは別体の部品でも良い。また、補助熱交換部６２の冷媒分配器５２は、主熱交換部６１の冷媒分配器２４と屈曲部３３を介した一体の部品でも良い。

室外熱交換器３では、ファン４を囲うように４面部に配置された室外熱交換器３のうち１面部に補助熱交換部６２が集約されている。室外熱交換器３では、屈曲部３０、３１を用いてＵ字状に接続された主熱交換部６１が他の３面に跨って配置されている。

＜実施の形態４の作用＞
補助熱交換部６２と主熱交換部６１とは、凝縮器において互いに温度の異なる冷媒が扁平管２１に流れる。主熱交換部６１には、高温の過熱ガス状態の冷媒が第１ヘッダ２３に流入する。流入した冷媒は、主熱交換部６１において、ファン４によって発生した風に乗る空気と熱交換し、気液二相冷媒となる。一方、補助熱交換部６２では、気液二相冷媒がファン４によって発生した風に乗る空気と熱交換を行い、温度の低い液冷媒に凝縮する。室外熱交換器３では、補助熱交換部６２と主熱交換部６１との扁平管２１が互いにフィン２２あるいは第１ヘッダ２３及び第２ヘッダ５０を介して接続されない。このため、温度の異なる冷媒同士での熱交換が防止でき、室外熱交換器３の性能が向上する。

＜実施の形態４の効果＞
実施の形態４によれば、補助熱交換部６２は、室外熱交換器３の複数の面部のうち１面部に配置されている。主熱交換部６１は、室外熱交換器３の複数の面部のうち補助熱交換部６２の配置されていない他の面部に配置されている。主熱交換部６１と補助熱交換部６２とは、別体で構成されている。

この構成によれば、主熱交換部６１と補助熱交換部６２とが１つの部品で接続されないため、温度の異なる冷媒同士での熱交換が防止でき、室外熱交換器３の性能が向上できる。

なお、本発明の実施の形態１〜４を組み合わせてもよいし、他の部分に適用してもよい。

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、４ ファン、５ 膨張弁、６ 室内熱交換器、７ ファン、８ アキュムレータ、９ 筐体、１０ 室外機、１１、１２、１３ 室内機、２０ 熱交換体、２１ 扁平管、２２ フィン、２３ 第１ヘッダ、２４ 冷媒分配器、２４ａ 内管、２４ｂ 外管、２４ｃ 冷媒流通孔、２５ 折り返しヘッダ、２６、２７ 冷媒配管、３０、３１、３３ 屈曲部、４０ 角部、５０ 第２ヘッダ、５１ 仕切り板、５２ 冷媒分配器、６１ 主熱交換部、６２ 補助熱交換部、１００ 空気調和装置。

Claims (4)

1. 鉛直方向を管延伸方向とし、水平方向に間隔を空けて配列された複数の扁平管を有する熱交換体を備え、
   前記熱交換体は、空気の流れ方向に複数設けられて熱交換器を構成し、
   複数の前記熱交換体のうち最も風上側の前記熱交換体の下部には、冷媒回路からホットガス冷媒を流入させる第１ヘッダが設けられ、
   複数の前記熱交換体のうち最も風下側の前記熱交換体の下部には、複数の前記扁平管に冷媒を分配する冷媒分配器が設けられ、
   当該空気調和装置の冷房運転と暖房運転とで前記熱交換器を流れる冷媒の流れ方向が逆とされ、
   前記熱交換器には、前記熱交換器が蒸発器として機能する前記暖房運転の場合に、前記冷媒分配器を経て複数の前記熱交換体のうち最も風下側の前記熱交換体に冷媒が流入して最も風上側の前記熱交換体から冷媒が流出し、冷媒と空気とが対向流となる冷媒流路が構成され、
   前記熱交換器の表面の霜を溶かす除霜運転を行うときに、前記熱交換器を流れる冷媒の状態を前記冷房運転の状態として、前記ホットガス冷媒を複数の前記熱交換体のうち最も風上側の前記熱交換体の下部の前記第１ヘッダから流入させる冷媒流路が構成される空気調和装置の室外機。
2. 前記冷媒分配器は、複数の前記熱交換体のうち最も風下側の前記熱交換体の下部に冷媒が流通する複数の冷媒流通孔が間隔を空けて形成された内管と、前記内管が内部に挿入された外管と、を有する２重管構造であり、
   前記冷媒分配器では、前記暖房運転の場合に、冷媒が前記内管を流れて前記冷媒流通孔を通過して前記外管から複数の前記熱交換体のうち最も風下側の前記熱交換体に流入する請求項１に記載の空気調和装置の室外機。
3. 上向きに空気を吹き出すファンを備え、
   前記ファンは、前記熱交換器の上方に配置され、
   前記熱交換器は、前記ファンの下方投影領域を囲う複数の面部に構成される請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置の室外機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和装置の室外機を備える空気調和装置。

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