JP2020186834A - 熱交換器およびこれを用いた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】プレートフィン積層熱交換器などの水平に配置されたヘッダを備えた熱交換器において、蒸発条件時の冷媒を均等に分流し、かつ配管コストを安くすること。【解決手段】第１流体が流れる流路を有するプレートフィン積層体の各プレートフィン積層間に第２流体を流して、第１流体と第２流体との間で熱交換する熱交換器であって、プレートフィン積層体の各プレートフィンは、第１流体が前記熱交換器の縦方向に略平行に流れる複数の第１流体流路を有する流路領域と、各第１流体流路に連通するヘッダ流路を有したヘッダ領域とを備え、第１流体流路はプレートフィンに凹状溝を設けて形成し、ヘッダ流路は、熱交換器の水平方向の略中央部で二分割され、ヘッダ流路は、入口側ヘッダ流路と出口側ヘッダ流路とを備え、ヘッダ流路を流れる第１流体は、略中央部で合流および分流され、さらに冷媒流入流路あるいは冷媒流出流路に接続する。【選択図】図６

Description

本発明は、熱交換器およびそれを用いた空気調和機に関する。

特許文献１は、ヘッダ流路内のヘッダ開口部に均一に分流するための分流制御管を備えた熱交換器を開示する。

特開２０１８−０６６５３１号公報

本発明は、簡易な構成でヘッダ内の分流を行い、ヘッダから各伝熱管への冷媒の分配性能を維持するとともに、ヘッダに接続される冷媒の流入配管および流出配管のコストを下げ、限られた空間に伝熱領域を大きく配置することができる省エネ性能の高い熱交換器、および、その熱交換器を備える空気調和機を提供する。

本開示における熱交換器、および、その熱交換器を備える空気調和機は、第１流体が流れる流路を有するプレートフィン積層体の各プレートフィン積層間に第２流体を流して、第１流体と第２流体との間で熱交換する熱交換器であって、プレートフィン積層体の各プレートフィンは、第１流体が熱交換器の縦方向に略平行に流れる複数の第１流体流路を有する流路領域と、各第１流体流路に連通するヘッダ流路を有したヘッダ領域とを備え、第１流体流路はプレートフィンに凹状溝を設けて形成し、ヘッダ流路は、熱交換器の水平方向の略中央部で二分割され、ヘッダ流路は、入口側ヘッダ流路と出口側ヘッダ流路とを備え、ヘッダ流路を流れる第１流体は、略中央部で合流および分流され、さらに冷媒流入流路あるいは冷媒流出流路に接続される熱交換器であり、また、室内熱交換器と室外熱交換器と絞り装置と圧縮機とを備え、これらを環状に接続して冷媒が循環する冷凍サイクルが構成され、室内熱交換器に、前記の熱交換器が用いられた空気調和機である。

本開示の熱交換器、および、その熱交換器を備える空気調和機は、冷媒流路の細径化と均一な分流を可能とし、安価な構成で熱交換効率の高い熱交換器、および、その熱交換器を備える空気調和機を提供することができる。

本実施の形態のプレートフィン積層型熱交換器の外観を示す斜視図 プレートフィン積層型熱交換器のプレートフィン積層体を構成するプレートフィンの平面図 プレートフィンの構成を一部拡大して示す分解斜視図 プレートフィン積層体を左右方向の略中央で分割して構成されるプレートフィン積層型熱交換器の分解斜視図 図４の分流部２０の詳細を示す斜視図 プレートフィン積層型熱交換器における冷媒流出入口側のエンドプレートの平面図 プレートフィン積層型熱交換器における冷媒流出入口側と反対側のエンドプレートの平面図 プレートフィン積層型熱交換器を左右方向の略中央で分割する中央プレートの平面図 中央プレートの下部近傍の断面図（図８のＡ−Ａ断面） プレートフィン積層型熱交換器を空気調和機の室内機内の前後方向に対称に配置し構成した熱交換器の外観を示す斜視図 図１０に記載のプレートフィン積層型熱交換器に接続配管を具備した室内熱交換器の正面および側面図 本実施の形態のプレート積層型熱交換器を用いた空気調和機の冷凍サイクル図 プレートフィン積層型熱交換器を備えた空気調和機の縦断面の概略図 空気調和機の吹出し部の長手方向の概略風速分布図およびクロスフローファンの概略断面図

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、システムとしての性能や省エネ性を大きく左右する熱交換器の熱交換効率の向上が強く求められていた。

この熱交換器の高効率化は、その手法の一つとして、熱交換する流体が流れる伝熱管の細径化がある。冷凍システムの熱交換器は、一般的には、フィン群に伝熱管を貫通させて構成したフィンチューブ型熱交換器を用いており、その伝熱管の細径化を図って熱交換効率の向上及び小型化が進められている。しかしながら、フィンチューブ型熱交換器は、その伝熱管が管であるが故に細径化に限度があり、伝熱管の細径化による熱交換効率の向上は限界に近づきつつある。そこで、細径化のために複数のフィンと接合された扁平形状の伝熱管と端部で連通しているヘッダを備えたパラレルフロー型熱交換器やプレートフィンに凹状溝をプレス成形して伝熱管に相当する流路を形成して、プレートフィンを積層したプレートフィン積層型熱交換器などの開発が進められている。当該構成の熱交換器では、複数流路へ冷媒を適切に分配することが必須となる。

気液二相状態の冷媒が蒸発器として機能する熱交換器に流入するとき、当該熱交換器への冷媒の分配性能を維持することが困難になる。これは、伝熱管を細径化したことによって、ヘッダ流入口とヘッダ流出口とで流路内の圧力損失が大きくなり、冷媒の分流は圧力損失の分布状況によって大きく影響されるためである。これは、熱交換器全体のサイズが大きくなるほど困難となる。プレートフィン積層型熱交換器では、ヘッダから冷媒を流出入するため、流出入口に対し近傍の流路と遠方の流路とでは、冷媒分配に差異が生じることが顕著であるからである。

発明者らは、この課題を認識し、サイズの大きい熱交換器であっても、全体の冷媒分配が適切な熱交換器を提供する本開示の主題を構成するに至った。

そこで、本開示は、第１流体が流れる流路を有するプレートフィン積層体の各プレートフィン積層間に第２流体を流して、前記第１流体と前記第２流体との間で熱交換する熱交換器であって、前記プレートフィン積層体の各プレートフィンは、前記第１流体が前記熱交換器の縦方向に略平行に流れる複数の第１流体流路を有する流路領域と、前記各第１流体流路に連通するヘッダ流路を有したヘッダ領域とを備え、前記第１流体流路は前記プレートフィンに凹状溝を設けて形成し、前記ヘッダ流路は、前記熱交換器の水平方向の略中央部で二分割され、前記ヘッダ流路は、入口側ヘッダ流路と出口側ヘッダ流路とを備え、前記ヘッダ流路を流れる第１流体は、前記略中央部で合流および分流され、さらに冷媒流入流路あるいは冷媒流出流路に接続されることを特徴とする熱交換器を提供する。

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１〜図１４を用いて、実施の形態１を説明する。
図１は本実施の形態のプレートフィン積層型熱交換器（以下、単に熱交換器と称する）の外観を示す斜視図、図２は熱交換器のプレートフィン積層体を構成するプレートフィンの平面図、図３はプレートフィンの構成を一部拡大して示す分解斜視図、図４はプレートフィン積層体を左右方向の略中央で分割して構成される当該熱交換器の分解斜視図。図５は図４の分流部２０の詳細を示す斜視図。図６はプレートフィン積層型熱交換器における冷媒流出入口側のエンドプレートの平面図。図７はプレートフィン積層型熱交換器における冷媒流出入口側と反対側のエンドプレートの平面図。図８はプレートフィン積層型熱交換器を左右方向の略中央で分割する中央プレートの平面図。図９は中央プレートの下部近傍の断面図（図８のＡ−Ａ断面）。図１０はプレートフィン積層型熱交換器を空気調和機の室内機内の前後方向に対称に配置し構成した熱交換器の外観を示す斜視図。図１１は図１０に記載のプレートフィン積層型熱交換器に接続配管を具備した室内熱交換器の正面および側面図。図１２は本実施の形態のプレート積層型熱交換器を用いた空気調和機の冷凍サイクル図。図１３はプレートフィン積層型熱交換器を備えた空気調和機の縦断面の概略図。図１４は空気調和機の吹出し部の長手方向の概略風速分布図およびクロスフローファンの概略断面図である。

図１、図４、図１０、図１１、図１３に示すように、実施の形態１の熱交換器１は、略「く」の字形状である複数のプレートフィン２ａを積層して構成されたプレートフィン積層体２から構成されている。

また、プレートフィン積層体２の積層方向の両側（図１では左側及び右側）には、プレートフィン２ａと平面視が略同一形状のエンドプレート３ａ、３ｂが設けられている。エンドプレート３ａ、３ｂは剛性を有する板材で刑されており、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレスなどの金属材を研削などにより金属加工して形成される。

なお、上記エンドプレート３ａ、３ｂ、複数のプレートフィン２ａは積層された状態でロウ付け接合されて一体化している。

また、上記プレートフィン積層体２の両側のエンドプレート３ａ、３ｂ、はボルト・ナットもしくはカシメピン軸などの連結手段９によってその長手方向両端部が連結固定されている。すなわち、プレートフィン積層体両側のエンドプレート３ａ、３ｂはプレートフィン積層体２を狭持した形でプレートフィン積層体２をロウ付けし、さらに機械的に連結固定した形となっている。

上記プレートフィン２ａは、後述するように、内部に第１流体である冷媒が流れる複数の並行した冷媒流路群を有しており、この第１流体流路群は、各プレートフィン内で略Ｕ字状に形成されていて、これと繋がる冷媒流出入口Ａ４および冷媒流出入口Ｂ５は、プレートフィン積層体２の一方側（図１では左側）のエンドプレート３ａの一端部側に纏めて配置されている。

前述の第一流体が流れる冷媒流路群等について詳述すると、上記プレートフィン２ａは、図２に示すように、複数の並行した第１流体流路（以下、冷媒流路と称す）１１とこれに繋がるヘッダ流Ａ８およびヘッダ流路Ｂ１０を形成した一対の板状部材６ａ、６ｂ（図３参照）を向かい合わせにロウ付け接合して構成してあり、複数の冷媒流路１１は略Ｕ字状に形成されていてこれに繋がるヘッダ流路Ａ８とヘッダ流路Ｂ１０とが一端部側に纏まった形となっている。

そして、上記構成のプレートフィン２ａは、図４に示すように多数積層して熱交換器の主体をなすプレートフィン積層体２を構成している。

同図は、熱交換器１が水平方向の略中央部で中央プレートを挟み、左右に二分割されたときの概略斜視図を示す。

例えば熱交換器１が蒸発器として動作する場合、冷媒流入出口Ｂ５からヘッダ流路Ｂ１０へ流れ、さらには各プレートフィン２ａ内の第１流体流路１１を流れヘッダ流路Ａ８を通り、冷媒流入出口Ａ４へ流れる冷媒の流れを矢印で示している。

各プレートフィン２ａ同士の間には当該プレートフィン２ａの長辺両端部及び冷媒流路１１間に適宜設けた複数の突起１２（図２参照）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。

冷媒流路１１は、板状部材６ａ、６ｂに凹状溝によって形成してあり、容易に細径化できるようになっている。なお、冷媒流路１１の形成手段としては、これだけに限らず、例えば、板状部材６ａ、６ｂのどちらか一方にのみ凹状溝が構成されて形成するものでもよいし、板状部材６ａ、６ｂの片方に凹状溝を、他方に凸状溝を設け、当該凹状溝と凸状溝とで挟まれ形成される微小な断面くの字の空間によって形成してもよい。

また、冷媒流路１１のうちヘッダ流路Ａ８に繋がるヘッダ流路Ａ８側冷媒流路１１ａとヘッダ流路Ｂ１０に繋がるヘッダ流路Ｂ１０側冷媒流路１１ｂとの間にはこれら両者を流れる冷媒間の熱移動を防止すべくスリット溝１５が形成してある。

上記のように構成された本実施形態の熱交換器１において蒸発器として作用する場合に冷媒は、冷媒流入出口Ｂ５から流入し、プレートフィン２ａで積層されて形成された流路５ｂを流れ、熱交換器１の略中央部に位置する中央プレート２１の凹部Ｂ２２に衝突し、中央プレート２１内で凹部Ｂ２２と連通する貫通部Ｂ２３に流入する。
そして貫通部Ｂ２３において貫通部Ｂ２３の両開口方向へと冷媒が均等に二分され、貫通部Ｂ２３に連通し、その水平方向の左側にあるヘッダ流路Ａ１０ａと、同右側にあるヘッダ流路Ａ１０ｂへと流れる。

そして、中央プレート２１により分流された冷媒は、熱交換器１のヘッダ流路Ｂの端部まで達し、プレートフィン２ａが積層されて形成された冷媒流路１１群を通過し、その際、プレートフィン２ａの積層間に形成された隙間を通過する空気と熱交換される。

空気と熱交換された冷媒は次第に蒸発し、ガス冷媒またはガスが多く含まれた状態となる。

冷媒流路１１は各プレートフィン２ａ内で略Ｕ字形状に形成されているので、冷媒は冷媒流路１１群を介してヘッダ流路Ａ８へと流れる。

続いて中央プレート２１に形成される貫通部Ａ２５で合流される。

合流した冷媒は、中央プレート２１内で貫通部Ａ２５と連通する凹部Ａ２４に流入し、凹部Ａ２４と隣接するプレートフィン２ａで形成された流路４ａを流れ、冷媒流入出口Ａ４から出口側配管へと流出される。

一方、第２流体である空気は、プレートフィン積層体２を構成するプレートフィン２ａの積層間に形成された前述の隙間を通り抜ける。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。

図４の点線で囲まれた領域の分流部２０を拡大した図を図５に示す。
熱交換器１の水平方向の略中央部に中央プレート２１が設けられており、該中央プレート２１とエンドプレート３ａ、３ｂと複数のプレートフィン２ａとが積層された状態でロウ付け接合されて熱交換器１全体として一体化されている。

上記中央プレート２１は、図８に示すように平面視でプレートフィン２ａと同様の外形形状で、凹部Ｂ２２、貫通部Ｂ２３、凹部Ａ２４、貫通部Ａ２５とが形成されている。
凹部Ｂ２２は、流路５ｂを介して冷媒流入出口Ａ４と接続され、貫通部Ａ２３はヘッダ流路Ａ１０に接続される。
凹部Ａ２４は、流路４ａを介して冷媒流入出口Ａ４と接続され、貫通部Ａ２５はヘッダ流路Ａ８に接続される。

熱交換器１を蒸発器として用いる場合、冷媒流入出口Ｂ５から流入した気液二相状態の冷媒はプレートフィン２ａで積層されて形成された流路５ｂを流れ、熱交換器１の略中央部に位置する中央プレート２１の凹部Ｂ２２に衝突し、中央プレート２１内で凹部Ｂ２２と連通する貫通部Ｂ２３に流入する、そして貫通部Ｂ２３において貫通部Ｂ２３の両開口方向へと冷媒が均等に二分され、貫通部Ｂ２３に連通し、その水平方向の左側にあるヘッダ流路Ｂ１０ａと、同右側にあるヘッダ流路Ｂ１０ｂへと流れる。

中央プレート２１により１０ａ、１０ｂへと分流された冷媒は、熱交換器１のヘッダ流路Ｂの端部まで達し、その際プレートフィン２ａが積層されて形成された冷媒流路１１群を通過し、プレートフィン２ａの積層間に形成された隙間を通過する空気と熱交換される。

空気と熱交換された冷媒は次第に蒸発し、ガス冷媒またはガスが多く含まれた状態となる。

冷媒流路１１は各プレートフィン２ａ内で略Ｕ字形状に形成されているので、冷媒は冷媒流路１１群を介してヘッダ流路Ａ８（８ａ、８ｂ）へと流れる。

続いて、８ａ、８ｂを流れる冷媒は中央プレート２１方向へ流れ、中央プレート２１で中央プレート２１に形成される貫通部Ａ２５で合流される。

合流した冷媒は、中央プレート２１内で貫通部Ａ２５と連通する凹部Ａ２４に流入し、凹部Ａ２４と隣接するプレートフィン２ａで形成された流路４ａを流れ、冷媒流入出口Ａ４から出口側配管へと流出される。

冷媒流路１１を細径化した熱交換器においては、冷媒の圧損が入口側となるヘッダ流路より出口側となるヘッダ流路の方が数倍も大きくなっている。一方、冷媒の分流は圧損の分布状況によって大きく影響される。さらには、ヘッダ流路が水平方向に配置し、かつ、冷媒流入出口を熱交換器の一端面側に構成した場合、熱交換器が長手方向に長くなると、ヘッダ流路の冷媒流入出口とヘッダ流路奥側とでヘッダ流路長分の圧損が発生し、冷媒流路１１での冷媒の流路の割合が熱交換器全体として均一化することができない。

しかしながら、本実施形態のように、熱交換器の略中央部から左右に分割された熱交換器のヘッダ流路に分流して、冷媒を流すことにより、左右のヘッダ流路長分の圧損差を小さくすることができる。よって、冷媒流路１１群の各流路に流れる冷媒分流量を熱交換器全体として、より均一に近づけることができる。

したがって、冷媒流路１１群部分での熱交換効率を向上することができる。
さらにはヘッダ流路接続口まで必要となる流路を熱交換器の内部に形成することにより、従来必要であった配管部材を減らすことができる。

次に熱交換器を凝縮器として使用する場合の冷媒の流れについて説明する。
熱交換器を凝縮器として使用する場合は、前述の蒸発器の場合と経路の順が逆となる。冷媒は、プレートフィン積層体２の一端部側に接続されている冷媒流入出口Ａ４を経て、プレートフィン２ａで積層されて形成された流路４ａを流れ、熱交換器１の略中央部に位置する中央プレート２１の凹部Ａ２４に衝突し、中央プレート２１内で凹部Ａ２４と連通する貫通部Ａ２５に流入する、そして貫通部Ａ２５において貫通部Ａ２５の両開口方向へと冷媒が均等に二分され、貫通部Ａ２５に連通し、その水平方向の左側にあるヘッダ流路Ａ８ａと、同右側にあるヘッダ流路Ａ８ｂへと流れる。

中央プレート２１により分流された冷媒は、熱交換器１のヘッダ流路Ａの端部まで達し、その際プレートフィン２ａが積層されて形成された冷媒流路１１群を通過し、プレートフィン２ａの積層間に形成された隙間を通過する空気と熱交換される。空気と熱交換された冷媒は、凝縮し気液二相状態となる。

続いて、中央プレート２１で左右の熱交換器に分流された冷媒は、空気と熱交換された後、ヘッダ流路Ｂ１０を流れ、中央プレート２１に形成される貫通部Ｂ２３で合流される。

合流した冷媒は、中央プレート２１内で貫通部Ｂ２３と連通する凹部Ｂ２２に流入し、凹部Ｂ２２と隣接するプレートフィン２ａで形成された流路５ｂを流れ、冷媒流入出口Ｂ５から出口側配管へと流出される。

ここでは熱交換器１に流入される冷媒は気相状態のため、その流速は液相状態の場合に比べて極めて速く、ヘッダ入口側に比べてヘッダ入口奥側の方に冷媒が多く流れる。それゆえに冷媒流路１１群に対して分流バラツキが発生しやすくなる。

しかしながら、本実施形態の熱交換器では冷媒流入出口Ａ４から流入した冷媒は、まず中央プレート２１に形成された凹部Ａ２４に衝突することにより、冷媒の流速を遅くすることが可能となり、ヘッダ流路Ａ８の入口側、すなわち、熱交換器１の中央側でのプレートフィン２ａの冷媒流路１１群に流れる冷媒に対し、ヘッダ流路Ａ８の入口奥側、すなわち、熱交換器両端側でのプレートフィン２ａの冷媒流路１１群に流れる冷媒との分流バラツキを小さくすることができる。さらには、熱交換器１は左右に分割されており、ヘッダ流路長も短くすることで、ヘッダ流路Ｂ８の入口側と入口奥側との圧損差も小さく、冷媒を均一に分流することができる。

これによって、熱交換効率が向上し、蒸発器の場合と同様に熱交換効率の高い凝縮器とすることができる。

また、この実施の形態では、プレートフィン積層体の中央部に簡易な形状の中央プレートを追加して構成されているだけであるから、安価に製造することができる。

なお、本実施の形態の熱交換器では冷媒流路１１群がＵターンするものを想定しているが、これはＵターンさせることなく直線状のものとしてヘッダ流路Ａとヘッダ流路Ｂをプレートフィンの上下の端部にぞれぞれ分けて設けたものであってもよい。

また、図５、図８に示すように、貫通部と凹部との間は、くびれて流路が狭くなっているが、これは、冷媒の圧力によるプレートフィン積層体への応力をできるだけ軽減するものである。冷媒の圧力が問題とならない場合は、くびれた形状を設けず、貫通部と凹部とは平面視で長円状の形状としてもよい。

（実施の形態２）
図１０は上述のプレートフィン積層型熱交換器を空気調和機の室内機内の前後方向に対称に配置し構成した熱交換器の外観を示す斜視図、図１１は当該熱交換器の正面図および側面図である。

本発明の実施の形態１における略くの字形状の熱交換器と前後方向に対称に他の熱交換器を配置した構成である。

また本実施の形態では、上記プレートフィン積層体２の両側のエンドプレート３ａ、３ｂ、はボルト・ナットもしくはカシメピン軸などの連結手段９によってその長手方向両端部が連結固定されている。すなわち、プレートフィン積層体両側のエンドプレート３ａ、３ｂはプレートフィン積層体２を狭持した形でプレートフィン積層体２を機械的に連結固定した形となっている。

また、前面側および背面側のプレートフィン積層体２を構成する上記プレートフィン２ａは、内部に冷媒が流れる複数の並行した冷媒流路１１群を前面側と背面側の２系統有しており、それぞれのこの冷媒流路１１群は各プレートフィン内で略Ｕ字状に形成されていて、これと繋がる冷媒流出入口Ａ４、冷媒流出入口Ｂ５は、プレートフィン積層体２の一方側（図１０では左側、図１１では右側）のエンドプレート３ａの一端部側に纏めて配置されている。

詳述すると、前面側および背面側のプレートフィン積層体２を構成する上記プレートフィン２ａは、図２に示すように、複数の並行した冷媒流路１１とこれに繋がるヘッダ流路Ａ８およびヘッダ流路Ｂ１０を形成した一対の板状部材６ａ、６ｂ（図３参照）を向かい合わせにロウ付け接合して構成してあり、複数の冷媒流路１１は略Ｕ字状に形成されていてこれに繋がるヘッダ流路Ａ８とヘッダ流路Ｂ１０とが一端部側に纏まった形となっている。

図１１は、図１０の熱交換器１の正面図と側面図であり、室内熱交換器である熱交換器１と室外機とが補助配管３０で接続されている状態を表している。補助配管３０はエンドプレート３ａ近傍で分岐管３１により前面側のプレートフィン積層体２および背面側のプレートフィン積層体２の、それぞれの冷媒流入出口Ａ４、および冷媒流入出口Ｂ５へと接続される。前面側と背面側と冷媒の配管長に殆ど差が無いため、前面側および背面側のプレートフィン積層体２へ均等に冷媒を分流して流すことができ、さらには熱交換器１全体で均等に冷媒を流すことができ、効率よく空気との熱交換を行なうことができる。

（実施の形態３）
本実施の形態３は、上述の実施の形態２における熱交換器を用いて構成した冷凍システムである。

本実施の形態３では、冷凍システムの一例として空気調和機を説明する。図１２は空気調和機の冷凍サイクル図、図１３はプレートフィン積層型熱交換器を備えた空気調和機の側面の概略断面図である。図１４は空気調和機におけるクロスフローファンの断面図とその二次元流れの概略風速分布図を示している。

図１２、図１３に示すように、この空気調和装置は、室外機５１と、室外機５１に接続された室内機５２とから構成されている。

室外機５１には、冷媒を圧縮する圧縮機５３、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁５４、冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器５５、冷媒を減圧する減圧器５６、室外送風機５９が配設されている。

室内機５２には、冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器５７と、室内送風機５８とが配設されている。そして、前記圧縮機５３、四方弁５４、室内熱交換器５７、減圧器５６、室外熱交換器５５を冷媒回路で連結してヒートポンプ式冷凍サイクルを形成している。

本実施形態による冷媒回路には、テトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンをベース成分とし、ジフルオロメタンまたはペンタフルオロエタンまたはテトラフルオロエタンを、地球温暖化係数が５以上、７５０以下となるように、望ましくは３５０以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を使用している。

上記空気調和機は、冷房運転時には、四方弁５４を圧縮機５３の吐出側と室外熱交換器５５とが連通するように切り換える。これにより、圧縮機５３によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁５４を通って室外熱交換器５５に送られる。そして、外気と熱交換して放熱し、高圧の液冷媒となり、減圧器５６に送られる。減圧器５６では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室内機５２に送られる。室内機５２では、冷媒は室内熱交換器５７に入り室内空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となる。この時室内空気は冷却されて室内を冷房する。さらに冷媒は室外機５１に戻り、四方弁５４を経由して圧縮機５３に戻される。

暖房運転時には、四方弁５４を圧縮機５３の吐出側と室内機５２とが連通するように切り換える。これにより、圧縮機５３によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁５４を通り、室内機５２に送られる。高温高圧の冷媒は室内熱交換器５７に入り、室内空気と熱交換して放熱し、冷却され高圧の液冷媒となる。この時、室内空気は加熱されて室内を暖房する。その後、冷媒は減圧器５６に送られ、減圧器５６において減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器５５に送られて外気と熱交換して蒸発気化し、四方弁５４を経由して圧縮機５３へ戻される。

上記のように構成された空気調和機は、その室外熱交換器５５或いは室内熱交換器５７の一方もしくは双方に前記各実施の形態で示した熱交換器を使用することにより、蒸発及び凝縮いずれの場合も高い熱交換効率を発揮することになり、省エネ性の高い高性能な冷凍システムとすることができる。

図１４は室内機５２における室内送風機５８のクロスフローファン５８ａの断面および水平方向の概略の風速分布を示している。

室内送風機５８における送風路の左端部および右端部では、流れる空気と壁面とで摩擦が生じ、圧力は下がり風速が低下する。したがって、熱交換器の両端部では風速が遅くなり、中央部に比べると空気との熱交換率は小さくなり、全体で見れば中央部を中心として左右対称的な分布となる。
そこで、本発明の実施形態の熱交換器を配置させることで、中央プレートを熱交換器の水平方向の略中央に配置することにより、熱交換器全体の冷媒の偏流、すなわち、中央プレートを中心として左右対称な冷媒分布になることと、クロスフローファン５８ａの風速が端面で小さくなることとが分布的に一致し、熱交換器の全域において冷媒と空気とで最適な熱交換を行うことができる。

以上、本発明に係る熱交換器およびそれを用いた冷凍システムについて、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。つまり、今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本開示は、入口側のヘッダ流路から第１流体流路への流体分流量を均一化して熱交換効率を向上させることができ、小型且つ熱交換効率の高い熱交換器及びそれを用いた省エネ性の高い高性能な冷凍システムを提供することができる。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適用可能である。

１ 熱交換器
２ プレートフィン積層体
２ａ プレートフィン
３、３ａ、３ｂ エンドプレート
４ 冷媒流入出口Ａ
５ 冷媒流入出口Ｂ
６ａ、６ｂ 板状部材
８、８ａ、８ｂ ヘッダ流路Ａ
９ 連結手段
１０、１０ａ、１０ｂ ヘッダ流路Ｂ
１１、１１ａ、１１ｂ 冷媒流路（第１流体流路）
１２ 突起
２０ 分流部
２１ 中央プレート
２２ 凹部Ｂ
２３ 貫通部Ｂ
２４ 凹部Ａ
２５ 貫通部Ａ
３０ 補助配管
３１ 分岐管
５１ 室外機
５２ 室内機
５３ 圧縮機
５４ 四方弁
５５ 室外熱交換器
５６ 減圧器
５７ 室内熱交換器
５８ 室内送風機

Claims (6)

1. 第１流体が流れる流路を有するプレートフィン積層体の各プレートフィン積層間に第２流体を流して、前記第１流体と前記第２流体との間で熱交換する熱交換器であって、前記プレートフィン積層体の各プレートフィンは、前記第１流体が前記熱交換器の縦方向に略平行に流れる複数の第１流体流路を有する流路領域と、前記各第１流体流路に連通するヘッダ流路を有したヘッダ領域とを備え、前記第１流体流路は前記プレートフィンに凹状溝を設けて形成し、前記ヘッダ流路は、前記熱交換器の水平方向の略中央部で二分割され、前記ヘッダ流路は、入口側ヘッダ流路と出口側ヘッダ流路とを備え、前記ヘッダ流路を流れる第１流体は、前記略中央部で合流および分流され、さらに冷媒流入流路あるいは冷媒流出流路に接続されることを特徴とする熱交換器。
2. 前記熱交換器は略中央部に備えた中央プレートによって左右方向に二分割され、前記中央プレートは貫通部および凹部が形成され、前記貫通部と前記凹部とは、前記中央プレートにおいて相互に連通し、前記貫通部を介して前記二分割された熱交換器のそれぞれのヘッダ同士が接続され、前記凹部は前記冷媒流入流路あるいは前記冷媒流出流路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記貫通部と前記凹部とは絞り部を介して連通することを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記入口側ヘッダ流路および前記出口側ヘッダ流路は前記プレートフィンの一端部側近傍に纏めて配置されており、前記第１流体流路は前記プレートフィン内で略Ｕ字状にＵターンさせて往路部と復路部とに形成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 室内熱交換器と室外熱交換器と絞り装置と圧縮機とを備え、これらを環状に接続して冷媒が循環する冷凍サイクルが構成され、前記室内熱交換器に、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器が用いられたことを特徴とする空気調和機。
6. 前記室内熱交換器において、前記熱交換器が前記空気調和機内の前面側および背面側の両方に前後対称に配置され、前記冷媒流入流路と前記冷媒流出流路とが前記熱交換器の左右方向の一側面側に配置されることを特徴とする請求項５に記載の空気調和機。

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