JP2020079651A

JP2020079651A - 空気調和機

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Publication number: JP2020079651A
Application number: JP2018211893A
Authority: JP
Inventors: 一彦丸本; Kazuhiko Marumoto; 憲昭山本; Kensho Yamamoto; 崇裕大城; Takahiro Oshiro; 拓也奥村; Takuya Okumura; 健二名越; Kenji Nagoshi
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2020-05-28
Anticipated expiration: 2038-11-12
Also published as: JP6920592B2

Abstract

【課題】熱交換バラつきを抑制して熱交換効率を高めた空気調和機の提供。【解決手段】室内熱交換器５をプレートフィン積層型熱交換器とし、室内熱交換器５のヘッダ流路Ａ２８、ヘッダ流路Ｂ３０と冷媒流路３１との間のヘッダ流路周りには環状溝２８ｂ、３０ｂを設けるとともに室内熱交換器５を蒸発器として利用する場合に気液分離器４で熱交換器入口の冷媒の乾き度を０．１以下とした構成としてある。これにより、ヘッダ流路Ａ２８内下部に存在する液冷媒が、ヘッダ流路周りの環状溝２８ｂ、３０ｂ部分を毛細管現象によって略均一に上昇し、気相冷媒と混合して冷媒流路３１へと流れていく。したがって、ヘッダ流路Ａ２８に繋がっている冷媒流路３１には十分な蒸発能力を発揮する略均一の乾き度の冷媒が流れるようになり、冷媒流路各部の熱交換量のバラつきを抑制して高い熱交換効率を実現できる。【選択図】図１

Description

本発明は空気調和機に関し、特に、一対のヘッダ流路の間を多数の伝熱流路で接続した多パス型熱交換器を用いた空気調和機に関する。

一般に空気調和機は、圧縮機によって圧縮した冷媒を凝縮器や蒸発器等の熱交換器に循環させ、被熱交換流体と熱交換させて冷房もしくは暖房を行う。この時、空気調和機としての性能や省エネ性は熱交換器の熱交換効率によって大きく左右される。従って、熱交換器は高効率化が強く求められている。

近年、空気調和機の性能や省エネ性の向上のため、一対のヘッダ流路間に複数の伝熱流路を接続して構成した多パス型熱交換器を用いる取り組みがなされている。多パス型熱交換器は、伝熱流路数、すなわちパス数を多くできるため、体積比率の熱交換効率を高効率にできる。

しかし、多パス型熱交換器は、蒸発器として使用している時、ヘッダ流路に流入する冷媒が気液二相状態となる。そのため、ヘッダ流路内の冷媒を多数の伝熱流路全体に均一に分配することが難しい。

そこで、特許文献１には、図１４及び図１５に示すように、熱交換器１０１の冷媒入口１０２の上流側に気液分離器１０３を設けて気液二相状態の冷媒をガス冷媒１０４と液冷媒１０５とに分離し、熱交換器１０１には液冷媒１０５のみを単相状態で供給して各パスに分配することが開示されている。これにより、冷媒の均一な分配を実現することが考えられている。

特許第３１５８７２２号公報

しかしながら、従来の気液分離器１０３で気液を分離して液体状態の冷媒のみを熱交換器１０１に供給するとしても、現実的には気液分離器の気液分離効率が悪い。そのため、熱交換器に供給される液冷媒は気液二相状態となり、伝熱流路群に冷媒を均一に分配するのは現実的には困難である。

熱交換器１０１の入り口側のヘッダ流路には気液二相状態の冷媒が流入する。この時、気液二相状態の冷媒はヘッダ流路内で波状流または層状流であると考えられる。そのため、ヘッダ内の上部には主に気体状態の冷媒が、また下部には主に液体状態の冷媒が流れる。そして、流速の速い気体状態の冷媒はヘッダ下部の液体状態の冷媒を巻き込みながら伝熱流路に供給されることになる。ここで、気液二相状態の冷媒の冷媒流動状態は均一の流れではない。したがって、ヘッダ流路からの冷媒は伝熱流路に均一に分配されない状態となる。そのため、伝熱流路部で熱交換量にバラつきが生じる。

特に、気液分離器が熱交換器よりも低い位置に設置されるような場合には、気液分離器の気液分離効率が低下しやすいので、伝熱流路での熱交換バラつきが大きくなるものであった。

以上のようなところから、従来の気液分離器を設けただけの構成では伝熱流路へ冷媒を均一に分配できず、伝熱流路での熱交換に熱交換ムラが生じる。

本発明はこのような点に鑑み鋭意検討してなしたもので、熱交換のバラつきを抑制し、熱交換効率を高めた空気調和機の提供を目的としたものである。

本発明は、上記目的を達成するため、圧縮機と室外熱交換器と絞り装置と室内熱交換器とを有し、冷媒を循環する冷凍サイクルにおいて、前記絞り装置と戦記室内熱交換器との間に気液分離器と、前記気液分離器で分離された気体状態の冷媒の流量を調整する流量調整弁とを含み、前記気体状態の冷媒が前記室内熱交換器を迂回するバイパス流路を設け、
前記室内熱交換器はプレートフィンを積層して形成するプレート積層型熱交換器であって、前記プレートフィンは前記プレートフィンの端部に２つのヘッダ流路と、２つの前記ヘッダ流路を接続する複数の伝熱流路と、少なくとも前記ヘッダ流路のうち前記室内熱交換器を蒸発器として利用する場合の入口側のヘッダ流路の周囲に前記ヘッダ流路の直径よりも大きな環状溝と、を有し、前記気液分離器は、前記プレートフィン積層型熱交換器の入口側の前記冷媒の乾き度を０．１以下にする構成としてある。これにより、熱交換器入口の冷媒の乾き度が０．１以下であれば、ヘッダ流路内下部に存在する液冷媒が、ヘッダ流路周りの環状溝部分を毛細管現象によって略均一に上昇し、気相冷媒と混合して伝熱流路へと流れる。そのため、伝熱流路には十分な蒸発能力を発揮する略均一の乾き度の冷媒が流れるようになる。したがって、ヘッダ流路内の二相状態の冷媒が均一の流れではない場合でも、室内熱交換器の入口側の冷媒の乾き度が０．１以下であれば、伝熱流路各部の熱交換量のバラつきを抑制して高い熱交換効率を実現できる。

本発明は、上記構成により、ヘッダ流路内の二相状態の冷媒が均一の流れでなくても熱交換バラつきを抑制して高い熱交換効率を持つ空気調和機とすることができる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の冷媒回路図同空気調和機の室内熱交換器における熱交換器入口乾き度と熱交換器能力の関係を示す図同空気調和機の室内熱交換器の外観を示す斜視図同空気調和機の室内熱交換器を分離した状態で示す分解斜視図同空気調和機の室内熱交換器を構成するプレートフィンの平面図同空気調和機の室内熱交換器を構成するプレートフィンのヘッダ領域を示す拡大平面図同空気調和機の室内熱交換器を構成するプレートフィンの構成の一部を拡大して示す分解図同空気調和機の室内熱交換器におけるヘッダ流路部分を切断して示す斜視図同空気調和機の室内熱交換器におけるヘッダ流路部分の断面図同空気調和機の室内熱交換器におけるヘッダ流路部分での冷媒流れを説明する説明図本発明の実施の形態２における空気調和機の冷媒回路図本発明の実施の形態３における空気調和機の冷媒回路図本発明の実施の形態４における空気調和機の冷媒回路図従来の空気調和機の冷媒回路図従来の空気調和機の気液分離型熱交換器の詳細図

第１の発明は、圧縮機と室外熱交換器と絞り装置室内熱交換器とを有し、冷媒を循環する冷凍サイクルにおいて、前記絞り装置と戦記室内熱交換器との間に気液分離器と、前記気液分離器で分離された気体状態の冷媒の流量を調整する流量調整弁とを含み、前記気体状態の冷媒が前記室内熱交換器を迂回するバイパス流路を設け、前記室内熱交換器はプレートフィンを積層して形成するプレート積層型熱交換器であって、前記プレートフィンは前記プレートフィンの端部に２つのヘッダ流路と、２つの前記ヘッダ流路を接続する複数の伝熱流路と、少なくとも前記ヘッダ流路のうち前記室内熱交換器を蒸発器として利用する場合の入口側のヘッダ流路の周囲に前記ヘッダ流路の直径よりも大きな環状溝と、を有し、前記気液分離器は、前記プレートフィン積層型熱交換器の入口側の前記冷媒の乾き度を０．１以下にする構成としてある。これにより、ヘッダ流路内の二相状態の冷媒が均一の流れでない場合でも、熱交換器入口の冷媒の乾き度が０．１以下であれば、気体状態の下部に存在する液体状態の冷媒が伝熱流路との間に位置するヘッダ流路周りの環状溝部分を毛細管現象によって略均一に上昇し、気体状態の冷媒と混合し伝熱流路へと流れる。したがって、伝熱流路には十分な蒸発能力を発揮する略均一の乾き度の冷媒が流れる。そのため、伝熱流路各部の熱交換量のバラつきを抑制して高い熱交換効率を実現できる。

第２の発明は、圧縮機と室外熱交換器と絞り装置と室内熱交換器とを有し、冷媒を循環する冷凍サイクルにおいて、前記絞り装置と戦記室内熱交換器との間に気液分離器を設け、前記気液分離器で分離された気体状態の冷媒の流量を調整する流量調整弁と、前記気液分離器と前記室内熱交換器との間に第二絞り装置とを含み、前記気体状態の冷媒を前記圧縮機に供給するするインジェクション回路を設け、前記室内熱交換器はプレートフィンを積層して形成するプレート積層型熱交換器であって、前記プレートフィンは前記プレートフィンの端部に２つのヘッダ流路と、２つの前記ヘッダ流路を接続する複数の伝熱流路と、少なくとも前記ヘッダ流路のうち前記室内熱交換器を蒸発器として利用する場合の入口側のヘッダ流路の周囲に前記ヘッダ流路の直径よりも大きな環状溝と、を有し、前記気液分離器は、前記プレートフィン積層型熱交換器の入口側の前記冷媒の乾き度を０．１以下にする構成としてある。

これにより、第二絞り装置で室内熱交換器の入口側に供給される液体状態の冷媒の流量や流速を調整でき、絞り装置及びインジェクション回路に設ける流量調整弁で気液分離を行うことができる。また、絞り装置と、第二絞りで気液分離器内の圧力を圧縮機の吸入圧力よりも高く設定することになり気液分離器と室内熱交換器間のヘッド差が生じても冷媒を搬送できる、即ち、気液分離器を室内熱交換器よりも低い位置に設けることができる。

第３の発明は、第２の発明において、前記気液分離器と前記第２絞り装置との間を流れる冷媒と、前記室内熱交換器と前記圧縮機との間を流れる冷媒との熱交換を行う内部熱交換器を備える構成としてある。

これにより、気液分離器で気液分離された液体成分の多い冷媒の乾き度を内部熱交換器で、より小さく、あるいは過冷却させることができる。室内熱交換器の入口側の冷媒の乾き度をさらに小さくできるため、伝熱流路での熱交換バラつきが抑制され、高い熱交換効率を発揮できる。また、気液分離器の設置位置を室内熱交換器となるプレートフィン積層型熱交換器よりも低い位置に設置することが可能となるなど、設置自由度を高めることができる。

第４の発明は、圧縮機と室外熱交換器と絞り装置と室内熱交換器とを有し、冷媒を循環する冷凍サイクルにおいて、前記室内熱交換器はプレートフィンを積層して形成するプレート積層型熱交換器であって、前記プレートフィンは前記プレートフィンの端部に２つのヘッダ流路と、２つの前記ヘッダ流路を接続する複数の伝熱流路と、少なくとも前記ヘッダ流路のうち前記室内熱交換器を蒸発器として利用する場合の入口側のヘッダ流路の周囲に前記ヘッダの直径よりも大きな環状溝と、を有し、前記室外熱交換器と前記絞り装置との間を流れる冷媒と、前記室内熱交換器と前記圧縮機との間を流れる冷媒との熱交換を行う内部熱交換器を備え、前記内部熱交換器は、前記プレートフィン積層型熱交換器の入口側の前記冷媒の乾き度を０．１以下とした構成としてある。これにより、簡易な形態でプレートフィン積層型熱交換器の入口側の冷媒の乾き度を小さくできる。そのため、乾き度を０．１以下にして伝熱流路での熱交換バラつきを抑制し、高い熱交換効率を発揮させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

なお、本開示の空気調和機は、以下の実施形態に記載した空気調和機の構成に限定されるものではなく、以下の実施形態において説明する技術的思想と同等の熱交換器の構成を含むものである。

また、本実施例では、冷房運転時を例に説明するが、冷房運転のみに限定しない。例えば、四方弁をさらに備え冷房運転と暖房運転を切り換えることができる冷凍サイクルでもよい。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における空気調和機の冷凍サイクルを示す図である。図２は本発明における室内熱交換器の入口側の冷媒の乾き度と熱交換器能力との関係を示す図である。

図１において、この空気調和機は、圧縮機１、室外熱交換器２、絞り装置３、及び室内熱交換器５を配管で順に接続して冷媒回路６を構成している。さらに、気液分離器を絞り装置３と室外熱交換器２との間に設ける。気相冷媒管８は、気液分離器４の気体状態の冷媒を流出する部分と、室内熱交換器５と圧縮機１との間とを接続する。気相冷媒管８には、流通する冷媒の流量を調整する流量調整弁９が設けられる。気液分離器４で分離した液体状態の冷媒は液冷媒管７を流れ室内熱交換器５に流入する。気液分離器４で分離した気体状態の冷媒は気相冷媒管８を流れ圧縮機１に流入する。

室内熱交換器５は、一対のヘッダ流路の間を多数の伝熱流路で接続して構成した多パス型熱交換器で構成してある。そして、本実施の形態では、冷媒が流れる伝熱流路を有するプレートフィンを積層して構成したプレートフィン積層型熱交換器を用いるものを開示する。

以下、室内熱交換器５の構成を図３〜図１０を用いて説明する。

図３は室内熱交換器５の外観を示す斜視図、図４は室内熱交換器５を分離した状態で示す分解斜視図である。図５は室内熱交換器５を構成するプレートフィンの平面図、図６は室内熱交換器５を構成するプレートフィンのヘッダ領域周辺の拡大平面図である。図７は室内熱交換器５を構成するプレートフィン２２ａの構成の一部を拡大して示す分解図、図８は室内熱交換器５におけるヘッダ流路Ａ２８、ヘッダ流路Ｂ３０を切断して示す斜視図、図９は室内熱交換器５におけるヘッダ流路Ａ２８の断面図、図１０は室内熱交換器５におけるヘッダ流路Ａ２８での冷媒流れを説明する説明図である。

図３に示すように、室内熱交換器５は、長方形の板状である複数のプレートフィン２２ａで構成される。エンドプレート２３ａとエンドプレート２３ｂとで、複数のプレートフィン２２ａは、プレートフィン２２ａの積層方向に挟まれる。エンドプレート２３ａとエンドプレート２３ｂとはボルト等の締結手段２１で連結固定され、複数のプレートフィン２２ａを挟む。エンドプレート２３ａの一端には、後述するプレートフィンが積層されて形成されるヘッダ流路Ａとヘッダ流路Ｂとにそれぞれ繋がる孔２４ａと孔２５ａとがもうけられている。
図４で示されるように、孔２４ａには管Ａ２４ｂが接続され、孔２５ａには管Ｂ２５ｂが接続される。室内熱交換器５を蒸発器として用いる場合には管Ａ２４ｂが入口となり、管Ｂ２５ｂが出口となる。
また、図４に示すように、プレートフィン２２ａは積層され、プレートフィン積層体２２を形成する。プレートフィン２２ａの端側に、ヘッダ流路Ａ２８を構成する穴とヘッダ流路Ｂ３０を構成する穴とが設けられている。ヘッダ流路Ａ２８を構成する穴とヘッダ流路Ｂ３０を構成する穴とは冷媒流路３１により繋がっている。冷媒流路３１について図５〜図８を用いてより詳細に述べる。

図５は１枚のプレートフィン２２ａの平面図である。プレートフィン２２ａの一端側はヘッダ流路の集まるヘッダ領域Ｈであり、ヘッダ領域Ｈからヘッダ領域Ｈと反対側の端部までの領域は細い冷媒の流路の集まる伝熱領域Ｐである。伝熱領域Ｐには、複数の並行した複数の冷媒流路３１がある。冷媒流路３１はヘッダ領域Ｈにあるヘッダ流路Ａ２８とヘッダ流路Ｂ３０と繋がっている。冷媒流路３１はヘッダ領域Ｈとは反対側の端部の周辺で折り返している。この折り返し部分とヘッダ領域Ｈとの間で、複数の冷媒流路３１が並行に並んでいる。複数の冷媒流路３１は、ヘッダ流路Ａ２８に接続されるヘッダ流路Ａ側冷媒流路３１ａと、ヘッダ流路Ｂ３０と接続されるヘッダ流路Ｂ側冷媒流路３１ｂとに分けられる。ヘッダ流路Ａ側冷媒流路３１ａの冷媒流路３１の本数は、ヘッダ流路Ｂ側冷媒流路３１ｂの冷媒流路３１より少ない。そして、プレートフィン２２ａにはスリット溝３５がヘッダ領域Ｈから折り返しまで設けられている。スリット溝３５は、ヘッダ流路Ａ２８及びヘッダ流路Ａ側冷媒流路３１ａの領域と、ヘッダ流路Ｂ３０及びヘッダ流路Ｂ側冷媒流路３１ｂの領域との間に伝熱隙間を設ける。ここで、冷媒の流れは、室内熱交換器５を蒸発器として用いる場合には、ヘッダ流路Ａ２８が入口となり、室内熱交換器５を凝縮器として用いる場合には、ヘッダ流路Ａ２８が出口となる。なお、室内熱交換器５を蒸発器として用いる場合には、ヘッダ流路Ｂ３０が出口となり、室内熱交換器５を凝縮器として用いる場合には、ヘッダ流路Ｂ３０が入口となる。

なお、スリット溝３５は、ヘッダ流路Ａ２８とヘッダ流路Ｂ３０との間で起こる熱交換を軽減し、熱交換効率を高めるために設ける。したがって、スリット溝３５がなくともよい。

図６は、プレートフィン２２ａのヘッダ領域Ｈを拡大表示した平面図である。図６に示す通り、ヘッダ流路Ａ２８の外周に、ヘッダ流路Ａ２８の直径よりも広い外周を有する環状溝２８ｂを備える。環状溝２８ｂはヘッダ流路Ａ側冷媒流路３１ａと繋がる連絡流路２８ｃを備える。同様にヘッダ流路Ｂ３０の外周に、環状溝３０ｂを備える。環状溝３０ｂはヘッダ流路Ｂ側冷媒流路３１ｂと繋がる連絡流路３０ｃを備える。

図７はプレートフィン２２ａの分解斜視図である。図７に示すように、プレートフィン２２ａは第１板状部材２６ａと第２板状部材２６ｂが向い合せにロウ付け接合され構成される。ヘッダ流路Ａ２８の周囲には、接合面に対して外向きに隆起する環状隆起部２８ａを備える。同様に、ヘッダ流路Ｂ３０の周囲にも、接合面に対して外向きに隆起する環状隆起部３０ａを備える。

図７のように第１板状部材２６ａと第２板状部材２６ｂとが重ね合わさり、ろう付けされることで、第１板状部材２６ａと第２板状部材２６ｂとの間に冷媒流路３１が形成される。すなわち、ヘッダ流路Ａ２８の周囲では、第１板状部材２６ａの環状隆起部２８ａと第２板状部材２６ｂの環状隆起部２８ａとの間に環状溝２８ｂができる。また、第１板状部材２６ａと第２板状部材２６ｂとが重なり合うことで、ヘッダ流路Ａ側冷媒流路３１ａが形成される。ヘッダ流路Ｂ側についても同様である。

図８に示すように、図７に示した第１板状部材２６ａと第２板状部材２６ｂとを重ね合わせたプレートフィン２２ａが、多数積層され熱交換器の主体をなすプレートフィン積層体２２を構成する。プレートフィン２２ａ同士の間にはプレートフィン２２ａの長辺両端部及び冷媒流路３１間に適宜設けた複数の突起３２によって第２流体である空気が流れる隙間を形成している。

なお、冷媒流路３１は第１板状部材２６ａ、第２板状部材２６ｂに凹状溝によって形成され、容易に細径化できるようになっている。

また、冷媒流路３１のうちヘッダ流路Ａ２８に繋がるヘッダ流路Ａ側冷媒流路３１ａとヘッダ流路Ｂ３０に繋がるヘッダ流路Ｂ側冷媒流路３１ｂとの間にはこれら両者間の熱移動を防止すべくスリット溝３５が形成してある。

さらにこの例では、ヘッダ流路Ｂ側冷媒流路３１ｂは冷媒流路の本数をヘッダ流路Ａ側冷媒流の３１ａより多くし図６に示すようにヘッダ流路Ｂ３０の連絡流路３０ｃと対向する部分は冷媒流路のない無孔部３６として凝縮条件で使用している時に下流ヘッダ流路であるヘッダ流路Ｂ３０からヘッダ流路Ｂ側冷媒流路３１ｂへと流れる冷媒が無孔部３６の壁部に衝突してヘッダ流路Ｂ側冷媒流路３１ｂへ均等に流れるように構成してある。

なお、室内熱交換器５はこの形態に限定しない。ヘッダ流路Ａ２８から液体状態の多い冷媒が流入し、ヘッダ流路Ｂ３０では気体状態の冷媒が流出する。そのため、密度に合わせ、ヘッダ流路Ｂ側で冷媒流路３１の流路断面積が大きくなることが好ましい。ただし、室内熱交換器５の形状に応じて、変更してもよい。

また、無孔部３６はなくともよい。冷媒の分流をよくするために無孔部３６を設けることが好ましいため本実施例では設ける。

上記構成からなる本実施形態のプレートフィン積層型熱交換器は、冷媒がプレートフィン積層体２２のプレートフィン２２ａの内部の冷媒流路３１群を長手方向に並行に流れＵターンして折り返しヘッダ流路Ａ２８或いはヘッダ流路Ｂ３０から管Ｂ２５ｂあるいは管Ａ２４ｂを通して排出される。

一方、第２流体である空気は、プレートフィン積層体２２を構成するプレートフィン２２ａの積層間に形成された隙間を通り抜ける。これにより第１流体である冷媒と第２流体である空気との熱交換が行われる。

以上のように構成した空気調和機について、以下その作用効果を説明する。

冷媒は、室内熱交換器５を蒸発器として使用している場合、図１の矢印で示す順に移動する。圧縮機１によって冷媒は圧縮され、高温高圧状態の冷媒が室外熱交換器２に流れる。そして、高温高圧状態の冷媒は外気と熱交換して放熱し、高圧状態の液体状態の冷媒となり、高圧状態の液体状態の冷媒は絞り装置３に流れる。絞り装置３で高圧状態の液体状態の冷媒は減圧されて低温低圧の二相状態の冷媒となり、室内熱交換器５に流れる。室内熱交換器５で二相状態の冷媒は室内空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温の気体状態の冷媒となり、圧縮機１へと戻る。この時、図示しない室内ファンにより、室内熱交換器５の周辺で冷やされた空気が室内に送り込まれ、室内空気は冷却される。

ここで、室内熱交換器５に流れる冷媒は気液分離器４で気液分離される。しかし、室内熱交換器５の入り口側のヘッダ流路に流入した際、既述したように波状流または層状流で冷媒が均一な流れではないので冷媒流路に均一に分配されない状態となる。そのため、気液分離が不十分で気体状態の冷媒が混ざった液体状態の冷媒が室内熱交換器５の入り口側のヘッダ流路に流入する。

しかしながら、本実施の形態の冷媒回路では、気液分離器４からの気液二相冷媒が流入する室内熱交換器５のヘッダ流路、この場合はヘッダ流路Ａ２８の周りには環状溝２８ｂが形成されている。そのため、図１０に示すようにヘッダ流路Ａ２８内の下部を流動する液体状態の冷媒ａは環状溝２８ｂの部分を毛細管現象によって矢印で示すように略均一に上昇し、気体状態の冷媒と混合して冷媒流路３１へと流れていく。特に図８に示す環状溝２８ｂの幅Ｔを３ｍｍ程度以下、溝深さＨを１ｍｍ程度以上としておけば、ヘッダ流路Ａ２８内の下部の液状冷媒が環状溝３０ｂの部分を毛細管現象によって略均一に上昇していき、気体状態の冷媒と混合して冷媒流路３１へと流れていく。

したがって、ヘッダ流路Ａ２８に繋がっている冷媒流路３１には十分な蒸発能力を発揮する略均一の乾き度の冷媒が流れるようになり、冷媒流路各部の熱交換量のバラつきを抑制して高い熱交換効率を実現できる。

なお、効率的な毛細管現象のため、室内熱交換器５が空気調和機に設置された際に、ヘッダ流路Ａ２８が冷媒流路３１より下側に設けられている方がよい。

また、少なくとも液体状態の冷媒が流入するヘッダ流路Ａ２８側に環状溝２８ｂを設ければよい。

図２は上記構成の室内熱交換器５における熱交換器入口乾き度と熱交換器能力の関係を示す図である。乾き度が０．１以下であれば１００％近い熱交換能力を確保できることが確認できる。

つまり、気液分離器４が十分な気液分離を発揮しない場合であっても乾き度が０．１以下の冷媒となる分離効率であれば冷媒流路各部の熱交換量のバラつきを抑制して高い熱交換効率を実現できる。

（実施の形態２）
図１１は本発明の実施の形態２における空気調和機の冷媒回路図である。

本実施の形態では気液分離器４で分離した気相冷媒を圧縮機１に供給するインジェクション回路１１を設けた構成としてある。なお、インジェクション回路１１には流量調整弁１２が設けてある。また、気液分離器４の入口には絞り装置３が、気液分離器４からの液冷媒管７には第二絞り装置１３が設けてある。

その他の構成及び室内熱交換器５の構成は実施の形態１と同様であり、同一部分には同じ番号を付して説明は省略する場合がある。

上記構成によれば、気液分離器４が室内熱交換器５より下方に設置される場合であっても、気液分離器４の気液分離効率の低下を抑制して高い熱交換効率を発揮させることができる。

即ち、冷媒回路構成上、気液分離器４が室内熱交換器５よりも低い位置に設けられていると、気液分離器４で分離した液体状態の成分が多い冷媒を室内熱交換器５まで持ち上げ供給するためには、気液分離器４で分離された液体状態の成分が多い冷媒が液冷媒管７内を液ヘッドに逆らって室内熱交換器５まで持ち上げる必要がある。

そのためには、インジェクション回路１１を設置していない冷媒回路では、液ヘッド同等以上の圧力分を確保するため、気液分離器４で分離された気体成分側側冷媒の流量を絞る必要があり、結果的に略液冷媒側に気相冷媒が混入して気液分離効率が低下してしまう。

しかしながら本実施の形態の構成によれば、気液分離器４内には圧縮機１の中間圧力が印可されるので、液体状態の成分が多い冷媒を液ヘッドに逆らって室内熱交換器５まで持ち上げ供給することができる。

従って、気液分離器４で分離された気体状態の冷媒の流量を絞る必要がなく、気液分離器４の気液分離効率の低下を抑制することができる。

よって、気液分離器４が室内熱交換器５となるプレートフィン積層型熱交換器よりも低い位置に設けられていても、プレートフィン積層型熱交換器入口の冷媒の乾き度を０．１以下にして流入できる。これにより、冷媒流路３１での熱交換バラつきを抑制し、高い熱交換効率を発揮させることができる。

また、本実施の形態ではインジェクション回路１１を設け、また気液分離器４の入口に絞り装置３を、気液分離器４からの液冷媒管７には第二絞り装置１３を設けているので、気液分離器４の設置位置に応じて気液分離器４内に印可する中間圧力の大きさを変えることができ、気液分離器の分離効率を低下させることなく気液分離器４の設置位置を自由に選択することができる。

（実施の形態３）
図１２は本発明の実施の形態３における空気調和機の冷媒回路図である。

本実施の形態では気液分離器の代わりに内部熱交換器１４を設けて室内熱交換器５に流入する液体成分の多い冷媒の乾き度を０．１以下に抑えるようにしたものである。

すなわち、図１２において、この冷媒回路では、室外熱交換器２と絞り装置３の間の高圧側回路を流れる冷媒と室内熱交換器５と圧縮機１の間の低圧側回路を流れる冷媒とが熱交換を行うように内部熱交換器１４を設ける。

室外熱交換器２を通った高圧冷媒は内部熱交換器１４に達し、さらに絞り装置３で低温低圧の二相冷媒に断熱膨張し、内部熱交換器１４を通って室内熱交換器５に流れる。室内熱交換器５で冷媒は室内空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温の気体状態の冷媒となり、圧縮機１へと戻り、室内空気は冷却されて室内を冷房する。

この時、内部熱交換器では高圧側冷媒と低圧側冷媒とがの熱交換し、高圧側の液体状態の冷媒は吸熱されることで冷媒温度が低下し過冷却度が大きくなる。過冷却度が大きくなった液冷媒が絞り装置３で断熱膨張することで内部熱交換器１４を設置しない時の乾き度より小さな二相冷媒となり室内熱交換器５に流れることになる。

従って、上記構成によれば、絞り装置３入口室の液冷媒の過冷却度が大きくなるため、室内熱交換器５となるプレートフィン積層型熱交換器入口の冷媒の乾き度を小さくできる。つまり、乾き度を０．１以下にすることができ、これによって冷媒流路での熱交換バラつきを抑制し、高い熱交換効率を発揮させることができる。

（実施の形態４）
図１３は実施の形態４における空気調和機の冷媒回路図である。

本実施の形態は、実施の形態２と実施の形態３の回路構成を組み合わせたものである。

すなわち、図１３において、この冷媒回路では、気液分離器４で分離した気体状態の冷媒を圧縮機１に供給するインジェクション回路１１を設け、更に、室外熱交換器２と第二絞り装置１３の間の高圧側回路を流れる冷媒と室内熱交換器５と圧縮機１の間の低圧側回路を流れる冷媒とが熱交換を行うように内部熱交換器１４を設ける。なお、インジェクション回路１１には流量調整弁１２が設けてある。

上記構成によれば、インジェクション回路１１を設けることによる効果と内部熱交換器１４を設けることによる効果が合わさり、気液分離器４で気液分離された液体成分の多い冷媒の乾き度をさらに小さくすることができる。

よって、室内熱交換器５の入口の冷媒の乾き度をさらに小さくして冷媒流路での室内熱交換器５でのバラつきを抑制し、高い熱交換効率を発揮させることができる。

また、気液分離器４の設置位置を室内熱交換器５となるプレートフィン積層型熱交換器よりも更に低い位置に設置することが可能となるなど、設置自由度を高めることができる。
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１および２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１および２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

図３〜図１０ではヘッダ流路Ａ２８とヘッダ流路Ｂ３０とが室内熱交換器５の一端側に集中している形態を示したが、この形態に限定されない。例えば、ヘッダ流路Ａをプレートフィンの一端に設け、ヘッダ流路Ｂを前述の一端と反対側の端部に設けた形態でもよい。この場合、ヘッダ流路Ａとヘッダ流路Ｂとを接続する伝熱流路は折り返しを設けなくともよい。また、この場合、空気調和機に組み込む際、液体状態の成分が多く含まれる冷媒が通過するヘッダ流路Ａを、ヘッダ流路Ｂよりも重力方向に対して下向きに設ける方が好ましい。

本発明は、ヘッダ流路内の二相状態の冷媒が均一の流れでなくても熱交換バラつきを抑制して高い熱交換効率を持つ空気調和機とすることができる。よって、家庭用及び業務用エアコン等に用いる熱交換器や各種冷凍機器等に幅広く利用でき、その産業的価値は大なるものがある。

１圧縮機
２室外熱交換器
３絞り装置
４気液分離器
５室内熱交換器
６冷媒回路
７液冷媒管
８気相冷媒管
９流量調整弁
１１インジェクション回路
１２流量調整弁
１３第二絞り装置
１４内部熱交換器
２１締結手段
２２プレートフィン積層体
２２ａプレートフィン
２３ａ、２３ｂエンドプレート
２４ａ、２５ａ孔
２４ｂ管Ａ
２５ｂ管Ｂ
２６ａ第１板状部材
２６ｂ第２板状部材
２８ヘッダ流路Ａ
３０ヘッダ流路Ｂ
２８ａ、３０ａ環状隆起部
２８ｂ、３０ｂ環状溝
２８ｃ、３０ｃ連絡流路
３１冷媒流路
３１ａヘッダ流路Ａ側冷媒流路
３１ｂヘッダ流路Ｂ側冷媒流路
３２突起
３５スリット溝
３６無孔部
Ｈヘッダ領域
Ｐ伝熱領域

Claims

圧縮機と室外熱交換器と絞り装置と室内熱交換器とを有し、冷媒を循環する冷凍サイクルにおいて、
前記絞り装置と前記室内熱交換器との間に気液分離器と、前記気液分離器で分離された気体状態の冷媒の流量を調整する流量調整弁とを含み、前記気体状態の冷媒が前記室内熱交換器を迂回するバイパス流路を設け、
前記室内熱交換器はプレートフィンを積層して形成するプレート積層型熱交換器であって、
前記プレートフィンは前記プレートフィンの端部に２つのヘッダ流路と、２つの前記ヘッダ流路を接続する複数の伝熱流路と、少なくとも前記ヘッダ流路のうち前記室内熱交換器を蒸発器として利用する場合の入口側のヘッダ流路の周囲に前記ヘッダ流路の直径よりも大きな環状溝と、を有し、前記気液分離器は、前記プレートフィン積層型熱交換器の入口側の前記冷媒の乾き度を０．１以下にすることを特徴とする空気調和機。
圧縮機と室外熱交換器と絞り装置と室内熱交換器とを有し、冷媒を循環する冷凍サイクルにおいて、
前記絞り装置と戦記室内熱交換器との間に気液分離器を設け、前記気液分離器で分離された気体状態の冷媒の流量を調整する流量調整弁と、前記気液分離器と前記室内熱交換器との間に第二絞り装置とを含み、前記気体状態の冷媒を前記圧縮機に供給するするンジェクション回路を設け、
前記室内熱交換器はプレートフィンを積層して形成するプレート積層型熱交換器であって、
前記プレートフィンは前記プレートフィンの端部に２つのヘッダ流路と、２つの前記ヘッダ流路を接続する複数の伝熱流路と、少なくとも前記ヘッダ流路のうち前記室内熱交換器を蒸発器として利用する場合の入口側のヘッダ流路の周囲に前記ヘッダ流路の直径よりも大きな環状溝と、を有し、前記気液分離器は、前記プレートフィン積層型熱交換器の入口側の前記冷媒の乾き度を０．１以下にすることを特徴とする空気調和機。
前記気液分離器と前記第二絞り装置との間を流れる冷媒と、前記室内熱交換器と前記圧縮機との間を流れる冷媒との熱交換を行う内部熱交換器を備える請求項２に記載の空気調和機。
圧縮機と室外熱交換器と絞り装置と室内熱交換器とを有し、冷媒を循環する冷凍サイクルにおいて、前記室内熱交換器はプレートフィンを積層して形成するプレート積層型熱交換器であって、
前記プレートフィンは前記プレートフィンの端部に２つのヘッダ流路と、２つの前記ヘッダ流路を接続する複数の伝熱流路と、少なくとも前記ヘッダ流路のうち前記室内熱交換器を蒸発器として利用する場合の入口側のヘッダ流路の周囲に前記ヘッダの直径よりも大きな環状溝と、を有し、前記室外熱交換器と前記絞り装置との間を流れる冷媒と、前記室内熱交換器と前記圧縮機との間を流れる冷媒との熱交換を行う内部熱交換器を備え、前記内部熱交換器は、前記プレートフィン積層型熱交換器の入口側の前記冷媒の乾き度を０．１以下とすることを特徴とする空気調和機。