JP2021081076A - 熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱交換器の最下部における除霜能力を高める。【解決手段】熱交換器14は、上下方向に並べられる複数の伝熱管26と、複数の伝熱管26の端部が接続される液ヘッダ21と、上下方向に並べられかつ液ヘッダ21に接続される複数の接続管35と、を備えており、伝熱管26は、最も下に配置される第1伝熱管26aと、第1伝熱管26aの上に隣接して配置される第2伝熱管26bと、を有し、接続管35は、最も下に配置される第1接続管35Aと、第1接続管35Aよりも上に配置される第2接続管35Bと、を有し、液ヘッダ21は、第1接続管35Aと第1伝熱管26aとが接続される第1流路33Aと、第2接続管35Bと第2伝熱管26bが接続される第2流路33Bとを有する。【選択図】図3

Description

本開示は、熱交換器に関する。
下記特許文献1には、冷媒と室外空気との熱交換を行う室外熱交換器を備えた空気調和機が開示されている。この室外熱交換器は、上下方向に並べて配置された複数の扁平管(伝熱管)と、複数の扁平管の長手方向一端部に接続された第1ヘッダと、複数の扁平管の長手方向の他端部に接続された第2ヘッダとを有している。第1ヘッダ内及び第2ヘッダ内は、それぞれ複数の仕切板によって複数の部屋に区画されている。
特許文献1記載の空気調和機では、暖房運転のために室外熱交換器が蒸発器として用いられる場合、第1ヘッダの最上部の部屋が、冷媒の出口となる出口室となり、第2ヘッダの最下部の部屋が、冷媒の入口となる入口室となる。入口室に流入した冷媒は、第1ヘッダと第2ヘッダとの間に設けられた扁平管、及び第1ヘッダと第2ヘッダとに形成された各部屋内を流れ、蒸発した状態で出口室から室外熱交換器の外部へ排出される。第2ヘッダの入口室には、複数の扁平管が接続され、入口室に流入した冷媒は、複数の扁平管に分流される。
特開2010−112580号公報
特許文献1に記載された空気調和機においては、暖房運転中、外気よりも低温となる室外熱交換器に霜が付着することがあるため、定期的に又は必要に応じて室外熱交換器にガス状冷媒を流すことによって除霜運転が行われる。
特許文献1に記載された室外熱交換器は、除霜運転の際に、第1ヘッダの出口室に流入したガス状冷媒が、第1ヘッダと第2ヘッダとの間の扁平管、及び、第1ヘッダ及び第2ヘッダに形成された各部屋を流れ、凝縮した状態で第2ヘッダの入口室に流入し、室外熱交換器の外部に排出される。
しかし、第2ヘッダの入口室に流入した液状冷媒は入口室の下側に溜まるため、第2ヘッダの入口室に接続された複数の扁平管のうち下側の扁平管ほど入口室に液状冷媒が流入し難くなり、他の扁平管よりも相対的に流量が少なくなる。そのため、室外熱交換器の最下部において霜が解ける速度が遅くなり、除霜運転が長くなっていた。
本開示は、熱交換器の最下部における除霜能力を高めることを目的とする。
(1)本開示の熱交換器は、
上下方向に並べられる複数の伝熱管と、
複数の前記伝熱管の端部が接続される液ヘッダと、
上下方向に並べられかつ前記液ヘッダに接続される複数の接続管と、を備えており、
前記伝熱管は、最も下に配置される第1伝熱管と、前記第1伝熱管の上に隣接して配置される第2伝熱管と、を有し、
前記接続管は、最も下に配置される第1接続管と、前記第1接続管よりも上に配置される第2接続管と、を有し、
前記液ヘッダは、前記第1接続管と前記第1伝熱管とが接続される第1流路と、前記第2接続管と前記第2伝熱管が接続される第2流路とを有する。
以上の構成により、除霜運転のために熱交換器が凝縮器として用いられる場合、第1伝熱管から液ヘッダ内に流入した液状冷媒は第1流路を通って第1接続管から熱交換器外へ排出され、第2伝熱管から液ヘッダ内に流入した液状冷媒は第2流路を通って第2接続管から熱交換器外へ排出される。したがって、第2伝熱管から液ヘッダへ流入した冷媒によって、第1伝熱管から液ヘッダへの冷媒の流入が妨げられることが抑制され、第1伝熱管を流れる冷媒の流量を多くして除霜能力を高めることができる。
(2)好ましくは、前記複数の伝熱管が、前記第2伝熱管の上に配置される第3伝熱管を有し、前記第3伝熱管は、前記第2流路に接続される。
この構成によれば、暖房運転のために熱交換器が蒸発器として用いられる場合、第1伝熱管よりも上側では、液ヘッダによって冷媒を分流して第2伝熱管及び第3伝熱管に流すことができる。
(3)好ましくは、前記液ヘッダが、第1プレートと、前記第1伝熱管と前記第1接続管との並び方向に前記第1プレートに重ねられかつ前記第1プレートよりも前記第1伝熱管側に配置される第2プレートとを有し、
前記第1プレートに、上下方向において前記第1伝熱管が設けられている範囲に配置された第1開口と、上下方向において前記第2伝熱管と前記第3伝熱管とが設けられている範囲にわたって配置された第2開口とが形成され、
前記第2プレートには、前記第1開口と前記第1伝熱管との間に形成される第3開口と、前記第2開口と前記第2伝熱管との間に形成される第4開口と、前記第2開口と前記第3伝熱管との間に形成される第5開口と、が形成され、
前記第1流路が、前記第1開口と前記第3開口とにより形成される。
このような構成によって、第1プレートの第1開口と第2プレートの第3開口とにより第1流路を形成することができる。
(4)好ましくは、前記第2プレートに形成される前記第3開口と前記第4開口と前記第5開口とが、上下方向に並べて形成され、同一形状である。
このような構成によって、第1流路と第2流路との双方に、同一形状の開口を用いることができ、これらの開口を有する第2プレートの加工を容易に行うことができる。
(5)好ましくは、前記液ヘッダが、前記第2プレートよりも前記第1伝熱管側に配置される第3プレートを有し、
前記第3プレートには、前記複数の伝熱管に連通する複数の同一形状の第6開口が上下方向に並べて形成され、
最も下に配置される第6開口が、前記第1開口と前記第3開口と重なる位置に配置され前記第1流路の一部を構成している。
このような構成によって、同一形状の複数の第6開口の一つを第1流路の一部として用いることができる。複数の第6開口は同一形状であるので、第3プレートに複数の第6開口を形成する加工を容易に行うことができる。
(6)好ましくは、前記第1接続管と前記第2接続管とが隣接して配置され、前記第1接続管は、前記第2接続管が延びる方向とは異なる方向に湾曲した形状を有する。
このような構成によって、第1接続管と第2接続管との液ヘッダ側の一端部が接近していたとしても、第1接続管と第2接続管との他端部同士を離して配置することができ、第1接続管及び第2接続管に対する他の冷媒配管の接続作業を容易に行うことができる。
(7)好ましくは、複数の前記伝熱管の長さ方向の他端部に接続されたガスヘッダをさらに備えている。
(8)好ましくは、前記伝熱管が、複数の流路を内部に有する多穴管である。
本開示の一実施の形態に係る空気調和機の概略構成図である。 空気調和機の室外熱交換器を示す斜視図である。 室外熱交換器を展開して示す概略図である。 図3のA−A矢視断面図である。 室外熱交換器の液ヘッダの下部側を示す側面図である。 室外熱交換器の液ヘッダの下部側を示す正面図である。 室外熱交換器の液ヘッダの底面図である。 図6のB−B矢視断面図である。 図6のC−C矢視断面図である。 室外熱交換器の液ヘッダの分解斜視図である。 第1取付プレートの正面図である。 第2取付プレートの正面図である。 第3流路形成プレートの正面図である。 第2流路形成プレートの正面図である。 第1流路形成プレートの正面図である。 第3取付プレートの正面図である。
図1は、本開示の一実施の形態に係る空気調和機の概略構成図である。
冷凍装置としての空気調和機1は、室外に設置される室外機2と、室内に設置される室内機3とを備えている。室外機2と室内機3とは、連絡配管によって互いに接続されている。空気調和機1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行う冷媒回路4を備えている。冷媒回路4には、室内熱交換器11、圧縮機12、油分離器13、室外熱交換器14、膨張弁(膨張機構)15、アキュムレータ16、四方切換弁17等が設けられており、これらが冷媒配管10によって接続されている。冷媒配管10は、液配管10Lとガス配管10Gとを含む。
室内熱交換器11は、冷媒を室内空気と熱交換させるための熱交換器であり、室内機3に設けられている。室内熱交換器11としては、例えばクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器やマイクロチャネル型熱交換器等を採用することができる。室内熱交換器11の近傍には、室内空気を室内熱交換器11へ送風するための室内ファン(図示省略)が設けられている。
圧縮機12、油分離器13、室外熱交換器14、膨張弁15、アキュムレータ16及び四方切換弁17は、室外機2に設けられている。
圧縮機12は、吸入ポートから吸入した冷媒を圧縮して吐出ポートから吐出するものである。圧縮機12としては、例えば、スクロール圧縮機等の種々の圧縮機を採用することができる。
油分離器13は、圧縮機12から吐出された潤滑油及び冷媒の混合流体から潤滑油を分離するためのものである。分離された冷媒は四方切換弁17へ送られ、潤滑油は圧縮機12に戻される。
室外熱交換器14は、冷媒を室外空気と熱交換させるためのものである。本実施形態の室外熱交換器14は、マイクロチャネル型熱交換器である。室外熱交換器14の近傍には、室外空気を室外熱交換器14へ送風するための室外ファン18が設けられている。室外熱交換器14の液側端には、キャピラリ管を有する分流器19が接続されている。
膨張弁15は、冷媒回路4において室外熱交換器14と室内熱交換器11との間に配設され、流入した冷媒を膨張させて、所定の圧力に減圧させる。膨張弁15として、例えば開度可変の電子膨張弁15を採用することができる。
アキュムレータ16は、流入した冷媒を気液分離するものであり、冷媒回路4において圧縮機12の吸入ポートと四方切換弁17との間に配設されている。アキュムレータ16で分離されたガス冷媒は、圧縮機12に吸入される。
四方切換弁17は、図1において実線で示す第1の状態と、破線で示す第2の状態とに切換可能である。空気調和機1が冷房運転を行うときには、四方切換弁17は第1の状態に切り換えられ、暖房運転を行うときには、四方切換弁17は第2の状態に切り換えられる。
空気調和機1が冷房運転を行う場合、室外熱交換器14が冷媒の凝縮器(放熱器)として機能し、室内熱交換器11が冷媒の蒸発器として機能する。圧縮機12から吐出されたガス状冷媒は室外熱交換器14で凝縮し、その後、膨張弁15で減圧されてから室内熱交換器11で蒸発し、圧縮機12に吸引される。暖房運転の際に室外熱交換器14に付着した霜を取り除く除霜運転を行う場合にも、冷房運転と同様に、室外熱交換器14が冷媒の凝縮器として機能し、室内熱交換器11が冷媒の蒸発器として機能する。
空気調和機1が暖房運転を行う場合、室外熱交換器14が冷媒の蒸発器として機能し、室内熱交換器11が冷媒の凝縮器として機能する。圧縮機12から吐出されたガス状冷媒は室内熱交換器11で凝縮し、その後、膨張弁15で減圧されてから室外熱交換器14で蒸発し、圧縮機12に吸引される。
[室外熱交換器の構成]
図2は、空気調和機の室外熱交換器を示す斜視図である。図3は、室外熱交換器を展開して示す概略図である。図4は、図3のA−A矢視断面図である。
以下の説明において、向きや位置を説明するために、「上」、「下」、「左」、「右」、「前(前面)」、「後(背面)」等の表現を用いる場合がある。これらの表現は、特に断りの無い限り、図2中に描画した矢印の方向に従う。具体的に以下の説明では、図2中の矢印Xの方向を左右方向、矢印Yの方向を前後方法、矢印Zの方向を上下方向とする。なお、これらの方向や位置を表す表現は、説明の便宜上用いられるものであって、特記無き場合、室外熱交換器14全体や室外熱交換器14の各構成の向きや位置を記載の表現の向きや位置に特定するものではない。
室外熱交換器14は、内部を流れる冷媒と空気との間で熱交換を行わせる機器である。本実施形態の室外熱交換器14は、上面視において略U字形状に形成されている。この室外熱交換器14は、例えば、直方体形状に形成された室外機2のケーシングに収容され、当該ケーシングの3つの側壁に対向するように配置される。本実施形態の室外熱交換器14は、一対のヘッダ21,22と、熱交換器本体23とを有する。一対のヘッダ21,22及び熱交換器本体23は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製である。
一対のヘッダ21,22は、熱交換器本体23の両端に配置されている。一方のヘッダ21は、液状冷媒(気液二相冷媒)が流れる液ヘッダである。他方のヘッダ22は、ガス状冷媒が流れるガスヘッダである。液ヘッダ21及びガスヘッダ22は、その長手方向を上下方向Zに向けた状態で配置されている。液ヘッダ21には、前述したキャピラリ管37A〜37Fを有する分流器19が接続されている。ガスヘッダ22には、ガス配管24が接続されている。
熱交換器本体23は、内部を流れる冷媒と空気との間で熱交換を行う部分である。空気は、矢印aで示すように、略U字形状に形成された熱交換器本体23の外側から内側へ熱交換器本体23と交差する方向に通過する。
図3に示すように、熱交換器本体23は、複数の伝熱管26と、複数のフィン27とを有する。複数の伝熱管26は、水平に配置されている。複数の伝熱管26は、上下方向に並べて配置されている。各伝熱管26の長手方向の一端部は液ヘッダ21に接続されている。各伝熱管26の長手方向の他端部は、ガスヘッダ22に接続されている。
図4に示すように、本実施形態の伝熱管26は、冷媒の流路となる複数の孔26pが形成された多穴管である。各孔26pは、伝熱管26の長手方向に沿って延びている。冷媒は、伝熱管26の各孔26pを流れている間に空気と熱交換する。複数の孔26pは、伝熱管26の長手方向に直交する方向に1列に並べて配置されている。複数の孔26pは、熱交換器本体23に対する空気の流れ方向aに沿って並べて配置されている。空気は、複数の伝熱管26の上下方向の間を通過する。伝熱管26は、空気の流れ方向aの長さよりも上下方向の長さの方が小さい扁平形状に形成されている。
複数のフィン27は、伝熱管26の長手方向に沿って並べて配置されている。各フィン27は、上下方向に長く形成された薄板材である。フィン27には、空気の流れ方向aの一方側の辺から他方側の辺に向けて延びる溝27aが、上下方向に間隔をあけて複数個並べて形成されている。伝熱管26は、フィン27の各溝27aに挿入された状態でフィン27に取り付けられている。
図2に示すように、本実施形態の室外熱交換器14は、1列の熱交換器本体23を有する。冷媒は、液ヘッダ21から熱交換器本体23を通過してガスヘッダ22へ一方向に流れるか、又は、ガスヘッダ22から熱交換器本体23を通過して液ヘッダ21へ一方向に流れる。
図2及び図3に例示する熱交換器本体23は、複数の熱交換部31A〜31Fを有している。複数の熱交換部31A〜31Fは、上下方向に並べて配置されている。液ヘッダ21の内部は、熱交換部31A〜31Fごとに上下に区画されている。言い換えると、図3に示すように、液ヘッダ21の内部には、熱交換部31A〜31Fごとの流路33A〜33Fが形成されている。
液ヘッダ21には、複数の接続管35A〜35Fが接続されている。各接続管35A〜35Fは、各流路33A〜33Fに対応して設けられている。各接続管35A〜35Fには、分流器19のキャピラリ管37A〜37Fが接続されている。
暖房運転の際に、分流器19で分流された液状冷媒は、キャピラリ管37A〜37F及び接続管35A〜35Fを流れて液ヘッダ21内の各流路33A〜33Fに流入し、各流路33A〜33Fに接続された1又は複数の伝熱管26を通ってガスヘッダ22へ流れる。逆に、冷房運転又は除霜運転の際に、ガスヘッダ22で各伝熱管26に分流された冷媒は、液ヘッダ21の各流路33A〜33Fに流入し、各流路33A〜33Fから各キャピラリ管37A〜37Fを流れて分流器19で合流する。
本実施形態では、分流器19のキャピラリ管37A〜37Fは、上側の熱交換部31A〜31Fに対応するものほど冷媒の流動抵抗が小さくなるように設定されている。これは、図2に示すように、室外熱交換器14には、その上方に配置された室外ファン18によって空気が送られ、上側の熱交換部31A〜31Fほど効率よく空気と冷媒との間で熱交換が行われるからである。
ガスヘッダ22の内部は区画されておらず、全ての熱交換部31A〜31Fにわたって連続している。したがって、1本のガス配管24からガスヘッダ22に流入した冷媒は、全ての伝熱管26に分流され、全ての伝熱管26からガスヘッダ22に流入した冷媒は、ガスヘッダ22で合流されて1本のガス配管24に流入する。
図3に示すように、本実施形態においては、液ヘッダ21の最下部には、最も下の第1伝熱管26aと、最も下の第1接続管35Aとを接続する第1流路33Aが形成されている。液ヘッダ21の第1流路33Aの上側には、下から2番目の第2伝熱管26bと、下から2番目の第2接続管35Bとを接続する第2流路33Bが形成されている。液ヘッダ21の第2流路33Bは、第2伝熱管26bだけでなく、下から3番目の第3伝熱管26c及びその上側の数本の伝熱管26と、第2接続管35Bとをも接続している。
第1接続管35Aから液ヘッダ21に流入した冷媒は、第1流路33Aを介して第1伝熱管26aのみを流れ、ガスヘッダ22に流入する。したがって、最も下の第1熱交換部31Aは、最も下の第1伝熱管26aのみにより構成されている。
また、第2接続管35Bから液ヘッダ21に流入した冷媒は、第2流路33Bを介して第2伝熱管26b及び第3伝熱管26cを含む複数本の伝熱管26を流れ、ガスヘッダ22に流入する。したがって、下から2番目の第2熱交換部31Bは、第2伝熱管26b及び第3伝熱管26cを含む複数本の伝熱管26により構成されている。
図3に示す液ヘッダ21の内部には、第2流路33Bよりも上側に、第3流路33C、第4流路33D、第5流路33E、及び第6流路33Fが、下から順に形成されている。液ヘッダ21には、第3流路33C〜第6流路33Fのそれぞれに接続される第3接続管35C、第4接続管35D、第5接続管35E、及び第6接続管35Fが設けられている。第3流路33C〜第6流路33Fには、それぞれ複数本の伝熱管26が接続されている。したがって、第2熱交換部31Bの上側に配置された第3熱交換部31C、第4熱交換部31D、第5熱交換部31E、及び第6熱交換部31Fは、それぞれ複数本の伝熱管26により構成されている。
[液ヘッダの具体的構成]
以下、液ヘッダ21の具体的な構成について説明する。
図5は、液ヘッダの下部側を示す側面図である。図6は、液ヘッダの下部側を示す正面図である。図7は、液ヘッダの底面図である。図8は、図6のB−B矢視断面図である。図9は、図6のC−C矢視断面図である。図10は、室外熱交換器の液ヘッダの分解斜視図である。
図7に示すように、液ヘッダ21は、底面視及び上面視において、矩形状に形成されている。液ヘッダ21は、伝熱管26が取り付けられる第1取付部材41と、冷媒の流路を形成する流路形成部材42と、接続管35が取り付けられる第2取付部材43とを備える。
第1取付部材41は、第1取付プレート51と、第2取付プレート52とを有する。流路形成部材42は、第1流路形成プレート(第1プレート)61と、第2流路形成プレート(第2プレート)62と、第3流路形成プレート(第3プレート)63とを有する。第2取付部材43は、第3取付プレート53を有する。液ヘッダ21は、第1取付プレート51、第2取付プレート52、第3流路形成プレート63、第2流路形成プレート62、第1流路形成プレート61、及び第3取付プレート53を、この順で重ね合わせることによって構成されている。これらのプレートは、いずれもアルミニウム製又はアルミニウム合金製である。
(第1取付プレート)
図11は、第1取付プレートの正面図である。
図10及び図11に示すように、第1取付プレート51は、上下方向Zに長い長方形状の板材である。第1取付プレート51は、左右方向Xに沿って配置されている。第1取付プレート51には、複数の第1貫通孔51aが前後方向Yに貫通して形成されている。複数の第1貫通孔51aは、上下方向Zに並べて形成されている。第1貫通孔51aは、左右方向Xに長い孔である。図8及び図9に示すように、第1貫通孔51aには、伝熱管26の一端が挿入される。第1貫通孔51aの内周部と伝熱管26の外周面とは、ろう付けで接合される。
図7及び図9に示すように、第1取付プレート51の左右方向Xの両側には、前側(接続管35側)へ延びる一対の側部プレート54が設けられている。第1取付プレート51と一対の側部プレート54とは1枚の板材を折り曲げることによって形成されている。一対の側部プレート54は、第1取付プレート51に重なる他のプレート52,63,62,61,53を左右方向Xの外側から挟み、他のプレート52,63,62,61,53の左右方向Xの位置を設定する。したがって、第1取付プレート51、第2取付プレート52、第3取付プレート53、第1流路形成プレート61、第2流路形成プレート62、及び第3流路形成プレート63は、一対の側部プレート54によって左右方向Xの相対的な位置が適切に設定される。
側部プレート54の前側(接続管35側)の縁部には、複数の突起55が設けられている。突起55は、一対の側部プレート54が対向する方向(左右方向Xの内側)に向けて側部プレート54から突出している。突起55は、一対の側部プレート54の間に配置された第3取付プレート53の前面に接触し、第3取付プレート53を前方から押さえている。突起55は、第3取付プレート53、第1〜第3流路形成プレート61〜63、第2取付プレート52が一対の側部プレート54の間から前方へ離脱することを防いでいる。
図10に示すように、突起55は、液ヘッダ21を構成する第1取付プレート51、第2取付プレート52、第3流路形成プレート63、第2流路形成プレート62、第1流路形成プレート61、及び第3取付プレート53を重ね合わせる前の状態で、側部プレート54に対して屈曲しておらず、側部プレート54に沿って前方へ延びている。そして、第1取付プレート51、第2取付プレート52、第3流路形成プレート63、第2流路形成プレート62、第1流路形成プレート61、及び第3取付プレート53を重ね合わせた後、突起55は、左右方向Xの内側へ向けて折り曲げられ、第3取付プレート53の前面に接触する。
(第2取付プレート)
図12は、第2取付プレートの正面図である。
図10及び図12に示すように、第2取付プレート52は、上下方向Zに長い長方形状の板材である。第2取付プレート52は、上下方向Zの長さ及び左右方向Xの長さが第1取付プレート51の上下方向Zの長さ及び左右方向Xの長さと同一である。第2取付プレート52は、左右方向Xに沿って配置されている。第2取付プレート52には、複数の第2貫通孔52aが前後方向Yに貫通して形成されている。複数の第2貫通孔52aは、上下方向Zに並べて形成されている。第2貫通孔52aは、左右方向Xに長い孔である。第2貫通孔52aは、その左右方向Xの長さ及び上下方向Zの長さが、第1貫通孔51aの左右方向Xの長さ及び上下方向Zの長さよりも大きい。複数の第2貫通孔52aは、複数の第1貫通孔51aと同一のピッチで形成されている。第1取付プレート51と第2取付プレート52とを重ね合わせたとき、複数の第1貫通孔51aと複数の第2貫通孔52aとは重なって配置され、互いに連通した状態となる。
図8及び図9に示すように、第2貫通孔52aには、第1貫通孔51aに挿入された伝熱管26の端部が挿入される。第2貫通孔52aの内周面と伝熱管26の外周面との間には隙間が形成されている。
(第3流路形成プレート)
図13は、第3流路形成プレートの正面図である。
図10及び図13に示すように、第3流路形成プレート63は、上下方向Zに長い長方形状の板材である。第3流路形成プレート63は、その上下方向Zの長さ及び左右方向Xの長さが、第2取付プレート52の上下方向Zの長さ及び左右方向Xの長さと同一である。第3流路形成プレート63は、左右方向Xに沿って配置されている。第3流路形成プレート63には、複数の開口63aが前後方向Yに貫通して形成されている。複数の開口63aは、上下方向Zに並べて形成されている。開口63aは、左右方向Xに長い孔である。開口63aは、その左右方向Xの長さが第1貫通孔51aの左右方向Xの長さよりも小さい。開口63aは、その上下方向Zの長さが第1貫通孔51aの上下方向Zの長さよりも大きい。本実施形態では、第3流路形成プレート63の開口63aのことを「第6開口」ともいう。
第3流路形成プレート63の複数の開口63aは、複数の第2貫通孔52aと同一のピッチで形成されている。第2取付プレート52と第3流路形成プレート63とを重ね合わせたとき、複数の第2貫通孔52aと複数の開口63aとは重なって配置される。第1貫通孔51a及び第2貫通孔52aに挿入された伝熱管26は、その左右方向Xの両端部が、開口63aの左右方向外側において第3流路形成プレート63の後面に接触する。これにより、第1取付プレート51及び第2取付プレート52に対する伝熱管26の挿入量が設定される。第3流路形成プレート63の開口63aは、伝熱管26に形成された孔26pに連通する。第3流路形成プレート63の開口63aは、前述の第1流路33A〜第6流路33Fの一部を構成する。
(第2流路形成プレート)
図14は、第2流路形成プレートの正面図である。
図10及び図14に示すように、第2流路形成プレート62は、上下方向Zに長い長方形状の板材である。第2流路形成プレート62は、その上下方向Zの長さ及び左右方向Xの長さが第3流路形成プレート63の上下方向Zの長さ及び左右方向Xの長さと同一である。第2流路形成プレート62は、左右方向Xに沿って配置されている。第2流路形成プレート62には、複数の開口62aが前後方向Yに貫通して形成されている。複数の開口62aは、上下方向Zに並べて形成されている。第2流路形成プレート62の開口62aは、その左右方向Xの長さ及び上下方向Zの長さが、第3流路形成プレート63の開口63aの左右方向Xの長さ及び上下方向Zの長さよりも小さい。
第2流路形成プレート62の開口62aは、第2流路形成プレート62の左右方向Xの一方側に偏った位置に配置されている。具体的に、第2流路形成プレート62の開口62aは、熱交換器本体23に対する空気の流れ方向aの上流側に偏った位置に配置されている。第2流路形成プレート62の複数の開口62aは、第3流路形成プレート63の複数の開口63aと同一のピッチで形成されている。
第2流路形成プレート62と第3流路形成プレート63とを重ね合わせたとき、双方の開口62a,63a同士が重なって配置され、互いに連通した状態となる。第2流路形成プレート62の開口62aは、第3流路形成プレート63の開口63aと同様に、前述の第1流路33A〜第6流路33Fの一部を構成する。
本実施形態では、第2流路形成プレート62の開口62aのうち、最も下の開口62a3を「第3開口」ということがあり、第3開口62a3の上に隣接する開口62a4を「第4開口」ということがあり、第4開口62a4の上に隣接する開口62a5を「第5開口」ということがある。
第2流路形成プレート62には、複数の接続用開口62bが上下方向Zに間隔をあけて形成されている。この接続用開口62bは、後述する第1流路形成プレート61における第2開口61bの分断部分を繋ぎ、当該第2開口61bとともに第2流路33B〜第6流路33Fを形成する。接続用開口62bは、左右方向Xにおいて、開口62aとは反対側(空気の流れ方向aの下流側)に偏った位置に配置されている。接続用開口62bは、上下方向Zにおいて複数の開口62aの間に相当する位置に配置されている。接続用開口62bは、左右方向Xの長さ及び上下方向Zの長さが、開口62aの左右方向Xの長さ及び上下方向Zの長さよりも大きい。複数の接続用開口62bは、全てが用いられるのではなく、後述する第1流路形成プレート61における第2開口61bの分断部分に位置づけられたもののみが用いられる。
(第1流路形成プレート)
図15は、第1流路形成プレートの正面図である。
図10及び図15に示すように、第1流路形成プレート61は、上下方向Zに長い長方形状の板材である。第1流路形成プレート61の上下方向Zの長さ及び左右方向Xの長さは、第2流路形成プレート62の上下方向Zの長さ及び左右方向Xの長さと同一である。第1流路形成プレート61は、左右方向Xに沿って配置されている。第1流路形成プレート61には、複数の開口61a,61bが前後方向Yに貫通して形成されている。複数の開口61a,61bは、上下方向Zに並べて形成されている。第1流路形成プレート61の開口61a,61bは、最も下に配置された第1開口61aと、第1開口61aよりも上に並べて配置された複数の第2開口61bとを有する。
第1開口61aは、図3における第1熱交換部31Aに対応して形成されている。第1開口61aは、第1流路形成プレート61の左右方向Xの一方側(空気の流れ方向aの上流側)に偏った位置に形成されている。この第1開口61aは、その左右方向Xの長さ及び上下方向Zの長さが、第2流路形成プレート62の開口62aの左右方向Xの長さ及び上下方向Zの長さよりも大きい。
図8に示すように、第1流路形成プレート61と第2流路形成プレート62とを重ね合わせたとき、第1流路形成プレート61の第1開口61aと、第2流路形成プレート62の最も下の開口(第3開口)62a3とが重なって配置され、互いに連通した状態となる。第1流路形成プレート61における第1開口61aは、第2流路形成プレート62における第3開口62a3、及び第3流路形成プレート63における第6開口63aとともに、第1流路33Aを構成する。
第1流路形成プレート61の第2開口61bは、図3における第2熱交換部31B〜第6熱交換部31Fに対応して複数形成されている。第2開口61bは、循環部61b1と、出入り口部61b2と、接続部61b3とを有する。
循環部61b1は、その左右方向Xの長さと上下方向Zの長さが、第2流路形成プレート62の開口62aの左右方向Xの長さと上下方向Zの長さよりも大きい。循環部61b1は、第2流路形成プレート62の複数の開口62aにわたる上下方向Zの長さを有している。各第2開口61bの循環部61b1は、熱交換器本体23の第2熱交換部31B〜第6熱交換部31Fのそれぞれに対応する上下方向Zの長さを有している。
第1流路形成プレート61と第2流路形成プレート62とを重ね合わせたとき、第1流路形成プレート61の第2開口61bの循環部61b1と、第2流路形成プレート62の複数の開口62aとが重なって配置され、互いに連通した状態となる。特に、図8に示すように、第1流路形成プレート61における最も下の第2開口61bは、第2流路形成プレート62における第4開口62a4及び第5開口62a5とともに、後述する第2流路33Bを構成する。
循環部61b1の左右方向の略中央には、区画部材61b4が設けられている。この区画部材61b4は、循環部61b1を左右方向Xに2つの領域A1,A2に区画する。区画部材61b4の上端及び下端と、循環部61b1の上端及び下端との間には隙間が形成され、2つの領域A1,A2は、上端部及び下端部において接続されている。循環部61b1に流入した冷媒は、区画部材61b4の周りを循環する。
区画部材61b4は、循環部61b1の左右一方側の側部に2つの連結部材61b5により連結されている。そのため、区画部材61b4の一方の領域A2は、連結部材61b5によって上下方向Zに分断されている。この連結部材61b5は、第2流路形成プレート62の一部の接続用開口62bに対応する位置に配置されている。連結部材61b5の上下方向Zの長さは、接続用開口62bの上下方向Zの長さよりも小さい。第1流路形成プレート61と第2流路形成プレート62とを重ね合わせたとき、循環部61b1の一方側の領域A2は、連結部材61b5を挟んで上下の部分が接続用開口62bによって接続される。したがって、循環部61b1の一方の領域A2における冷媒の流れが、連結部材61b5によって妨げられることがない。
第1流路形成プレート61における第2開口61bの出入り口部61b2は、循環部61b1の下側に配置されている。出入り口部61b2は、その左右方向Xの長さ及び上下方向Zの長さが、循環部61b1の左右方向Xの長さ及び上下方向Zの長さよりも小さい。出入り口部61b2は、第1流路形成プレート61の左右方向Xの一方側(空気の流れ方向aの上流側)に偏った位置に形成されている。第1流路形成プレート61と第2流路形成プレート62とを重ね合わせたとき、出入り口部61b2は、第2流路形成プレート62の開口62aとは重ならない。
第1流路形成プレート61における第2開口61bの接続部61b3は、上下方向Zにおける出入り口部61b2と循環部61b1との間に配置されている。接続部61b3は、出入り口部61b2と循環部61b1とを接続し、両者を連通する。出入り口部61b2は、循環部61b1に対する冷媒の出入り口となる。接続部61b3の左右方向Xの長さは、出入り口部61b2の左右方向Xの長さよりも小さい。
(第3取付プレート)
図16は、第3取付プレートの正面図である。
図10及び図16に示すように、第3取付プレート53は、上下方向Zに長い長方形状の板材である。第3取付プレート53は、その上下方向Zの長さ及び左右方向Xの長さが第1流路形成プレート61と上下方向Zの長さ及び左右方向Xの長さと同一である。第3取付プレート53は、左右方向Xに沿って配置されている。第3取付プレート53には、複数の第3貫通孔53aが前後方向Yに貫通して形成されている。複数の第3貫通孔53aは、上下方向Zに並べて形成されている。第3取付プレート53の第3貫通孔53aは、第3取付プレート53の左右方向Xの一方側(空気の流れ方向aの上流側)に偏った位置に配置されている。最も下の第3貫通孔53aと、下から2番目の第3貫通孔53aとは接近して配置されている。下から2番目の第3貫通孔53aと、下から3番目の第3貫通孔53aとは、第2熱交換部31Bの上下方向Zの長さに相当する間隔をあけて配置されている。
図8に示すように、各第3貫通孔53aには、接続管35が取り付けられている。具体的に、各第3貫通孔53aに、接続管35の端部が挿入され、ろう付けによって接合されている。第3取付プレート53と第1流路形成プレート61とを重ね合わせたとき、接続管35の端面は、第1流路形成プレート61の前面に接触する。第3取付プレート53と第1流路形成プレート61とを重ね合わせたとき、最も下の第1接続管35Aと、第1流路形成プレート61の第1開口61aとが重なり合い、互いに連通する。下から2番目の第2接続管35Bは、最も下の第2開口61bにおける出入り口部61b2と重なり合い、出入り口部61b2に連通する。下から3番目〜6番目の接続管35C〜35Fは、下から2番目〜5番目の第2開口61bにおける出入り口部61b2に重なり合い、当該出入り口部61b2に連通する。
以上より、図8に示すように、液ヘッダ21の第1流路33Aは、第1流路形成プレート61の第1開口61aと、第2流路形成プレート62の第3開口62a3と、第3流路形成プレート63の第6開口63aとによって構成されている。第1流路33Aの一端は、第1、第2取付プレート51,52に取り付けられた第1伝熱管26aに接続され、第1流路33Aの他端は、第3取付プレート53に取り付けられた第1接続管35Aに接続されている。
液ヘッダ21の第2流路33Bは、第1流路形成プレート61の第2開口61bと、第2流路形成プレート62の第4開口62a4、第5開口62a5、及びその上側の数個の開口62aと、第3流路形成プレート63の第6開口63aとによって構成されている。第2流路33Bの一端は、第1、第2取付プレート51,52に取り付けられた第2、第3伝熱管26b、26cに接続され、第2流路33Bの他端は、第3取付プレート53に取り付けられた第2接続管35Bに接続されている。
第2接続管35Bから液ヘッダ21に流れる液状冷媒は、第1流路形成プレート61の第2開口61bにおける出入り口部61b2に流入し、接続部61b3を通過して循環部61b1を流れる。接続部61b3は、出入り口部61b2よりも左右方向Xの長さが小さいので、出入り口部61b2から循環部61b1へ流入する冷媒の流速を高めるノズルとして機能する。
図3に示すように、液ヘッダ21において、第2流路33Bよりも上側の第3流路33C、第4流路33D、第5流路33E、及び第6流路33Fは、それぞれ第1流路形成プレート61における下から2番目〜5番目の第2開口61bと、第2流路形成プレート62の開口62aと、第3流路形成プレート63の第6開口63aとによって構成されている。
図10に示すように、第1接続管35Aと第2接続管35Bとは、第3取付プレート53において上下に接近した位置に取り付けられている。第2接続管35Bは、第3取付プレート53から前方へ直線的に延び、その先端が前方に向けられている。これに対して、第1接続管35Aは、第3取付プレート53から前方へ延びたのち、左右方向X及び上下方向Zに湾曲し、その先端が上方に向けられている。具体的には、図6及び図10に示すように、第1接続管35Aは、第2接続管35Bと略平行に第3取付プレート53から前方へ延び、第2接続管35Bの先端に到る前に上方及び左右方向Xの他方側(空気の流れ方向aの下流側)へ向きを変えて斜めに延び、さらに上方へ向きを変えて延びている。したがって、第1接続管35Aの先端と、第2接続管35B及び第3接続管35Cの先端とは、左右方向Xに位置がずらされている。
[本実施形態の作用効果]
(1)図3に示すように、本実施形態の室外熱交換器14は、上下方向Zに並べられる複数の伝熱管26と、複数の伝熱管26の端部が接続される液ヘッダ21と、上下方向Zに並べられかつ液ヘッダ21に接続される複数の接続管35とを備える。伝熱管26は、最も下に配置される第1伝熱管26aと、第1伝熱管26aの上に隣接して配置される第2伝熱管26bとを有する。接続管35は、最も下に配置される第1接続管35Aと、第1接続管35Aよりも上に配置される第2接続管35Bとを有する。液ヘッダ21は、図3及び図8に示すように、第1接続管35Aと第1伝熱管26aとが接続される第1流路33Aと、第2接続管35Bと第2伝熱管26bが接続される第2流路33Bとを有している。
除霜運転のために室外熱交換器14が凝縮器として用いられる場合、第1伝熱管26aから液ヘッダ21内に流入した液状冷媒は第1流路33Aを通って第1接続管35Aから室外熱交換器14の外部へ排出され、第2伝熱管26bから液ヘッダ21内に流入した液状冷媒は第2流路33Bを通って第2接続管35Bから室外熱交換器14の外部へ排出される。
仮に、第1伝熱管26aからの液状冷媒と第2伝熱管26bからの液状冷媒とが、液ヘッダ21内の同一の流路に流入したとすると、当該流路内のより下側に液状冷媒が溜まり、第1伝熱管26aから当該流路に排出される冷媒の圧力が高くなる。そのため、第2伝熱管26bよりも第1伝熱管26aの冷媒流量が相対的に小さくなり、第1伝熱管26aを流れる冷媒による除霜能力が低下することになる。室外熱交換器14は、通常、空気調和機1の筐体の底板上に載置され、その熱が底板に逃げ易いため、室外熱交換器14の最下部に配置された第1伝熱管26aの除霜能力が低くなると、除霜に長時間を要する。
本実施形態では、第1伝熱管26aからの液状冷媒と、第2伝熱管26bからの液状冷媒とは、液ヘッダ21内の異なる流路(第1流路33A、第2流路33B)を流れ、それぞれ第1接続管35A及び第2接続管35Bから排出される。そのため、最も下の第1伝熱管26aにおける冷媒流量を十分に確保することができ、室外熱交換器14の最下部における除霜能力を高めることができる。
なお、除霜運転の際に、ガスヘッダ22から第1伝熱管26aに流入したガス状冷媒は、第1伝熱管26aのみを通過して液ヘッダ21へ排出されるため、第1伝熱管26aを流れる冷媒の圧力損失は、他の伝熱管26と同程度に小さくすることができ、第1伝熱管26aを流れる冷媒の流量を十分に確保することができる。
(2) 上記実施形態において、複数の伝熱管26は、第2伝熱管26bの上に配置される第3伝熱管26cを有し、第3伝熱管26cは、第2流路33Bに接続される。そのため、暖房運転のために室外熱交換器14が蒸発器として用いられる場合、第1伝熱管26aよりも上側では、液ヘッダ21によって液状冷媒を分流し、第2伝熱管26b及び第3伝熱管26cに流すことができる。
(3) 上記実施形態においては、図8に示すように、液ヘッダ21は、第1流路形成プレート(第1プレート)61と、第1伝熱管26aと第1接続管35Aとの並び方向(前後方向Y)に第1流路形成プレート61に重ねられかつ第1流路形成プレート61よりも第1伝熱管26a側に配置される第2流路形成プレート(第2プレート)62とを有する。第1流路形成プレート61には、上下方向Zにおいて第1伝熱管26aが設けられている範囲に配置された第1開口61aと、上下方向Zにおいて第2伝熱管26bと第3伝熱管26cとが設けられている範囲にわたって配置された第2開口61bとが形成される。第2流路形成プレート62には、第1開口61aと第1伝熱管26aとの間に形成される第3開口62a3と、第2開口61bと第2伝熱管26bとの間に形成される第4開口62a4と、第2開口61bと第3伝熱管26cとの間に形成される第5開口62a5とが形成される。第1流路33Aは、第1開口61aと第3開口62a3とにより形成される。このため、複数のプレートを用いて液ヘッダ21を形成するとともに、各プレートに形成された第1開口61a及び第3開口62a3により、第1流路33Aを形成することができる。
(4) 上記実施形態においては、図10及び図14に示すように、第2流路形成プレート62に形成される第3開口62a3と第4開口62a4と第5開口62a5とは、上下方向Zに並べて形成され、同一形状である。そのため、第1流路33Aと第2流路33Bとの双方に、同一形状の開口62aを用いることができ、これらの開口62aを有する第2流路形成プレート62の加工を容易に行うことができる。
(5) 上記実施形態においては、図10及び図13に示すように、液ヘッダ21は、第2流路形成プレート62よりも第1伝熱管26a側に配置される第3流路形成プレート(第3プレート)63を有している。第3流路形成プレート63には、複数の伝熱管26に連通する複数の同一形状の第6開口63aが上下方向Zに並べて形成されている。図8に示すように、最も下に配置される第6開口63aは、第1開口61aと第3開口62a3と重なる位置に配置され、第1流路33Aの一部を構成している。このような構成によって、第3流路形成プレート63に形成された複数の同一形状の第6開口63aの1つを、第1流路33Aを形成するために用いることができる。複数の第6開口63aは、同一形状であるので、第3流路形成プレート63に第6開口63aを形成するための加工を容易に行うことができる。
(6) 上記実施形態においては、図10に示すように、第1接続管35Aと第2接続管35Bとが隣接して配置され、第1接続管35Aは、第2接続管35Bが延びる方向とは異なる方向に湾曲した形状を有している。そのため、第1接続管35Aと第2接続管35Bとの液ヘッダ21側の一端部同士が接近していたとしても、各接続管35の他端部同士を離して配置することができる。したがって、各接続管35の他端部に対するキャピラリ管37A,37Bの接続作業を容易に行うことができる。
(7) 分流器19において、第1接続管35Aに接続されるキャピラリ管37Aは、他のキャピラリ管37B〜37Fよりも流動抵抗が大きい。そのため、暖房運転の際に、第1伝熱管26aを流れる冷媒流量を、他の伝熱管26を流れる冷媒流量よりも相対的に少なくすることができる。図2に示すように、本実施形態の室外機2は、室外熱交換器14の上方に室外ファン18が配置されているため、室外熱交換器14は、上側ほど通過する風量が大きく熱交換能力が高くなるが、最下部の第1伝熱管26aの付近では風量が小さく熱交換能力が低くなる。そのため、第1伝熱管26aの冷媒流量を多くしたとしても十分に熱交換されない可能性がある。本実施形態では、第1接続管35Aに接続されるキャピラリ管37Aの流動抵抗を他のキャピラリ管37B〜37Fの流動抵抗よりも大きくすることで、第1伝熱管26aを流れる冷媒流量を小さくし、第1伝熱管26aの熱交換能力に応じた流量で冷媒を流すことができる。
本開示は、以上の例示に限定されるものではなく、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すべての変更が含まれることが意図される。
上述した実施形態では、室外熱交換器14が上面視で略U字状に形成されていたが、室外機2のケーシングの2つの側壁に対向するように上面視で略L字状に形成されていてもよい。室外熱交換器14は、ケーシングの4つの側壁に対向するように形成されていてもよい。
室外熱交換器14における熱交換部31A〜31Fの数や、最下部の熱交換部31A以外の熱交換部31B〜31Fにおける伝熱管26の数は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
上述した実施形態では、液ヘッダ21が、複数のプレート51,52,63,62,61,53を重ね合わせることによって構成されていたが、単なる円管又は角管により構成されていてもよい。
1 :空気調和機
14 :室外熱交換器
21 :液ヘッダ
22 :ガスヘッダ
26 :伝熱管
26a :第1伝熱管
26b :第2伝熱管
26c :第3伝熱管
26p :孔(流路)
33A :第1流路
33B :第2流路
35 :接続管
35A :第1接続管
35B :第2接続管
61 :第1流路形成プレート(第1プレート)
61a :第1開口
61b :第2開口
62 :第2流路形成プレート(第2プレート)
62a3 :第3開口
62a4 :第4開口
62a5 :第5開口
63 :第3流路形成プレート(第3プレート)
63a :第6開口

Claims (8)

  1. 上下方向に並べられる複数の伝熱管(26)と、
    複数の前記伝熱管(26)の端部が接続される液ヘッダ(21)と、
    上下方向に並べられかつ前記液ヘッダ(21)に接続される複数の接続管(35)と、を備えており、
    前記伝熱管(26)は、最も下に配置される第1伝熱管(26a)と、前記第1伝熱管(26a)の上に隣接して配置される第2伝熱管(26b)と、を有し、
    前記接続管(35)は、最も下に配置される第1接続管(35A)と、前記第1接続管(35A)よりも上に配置される第2接続管(35B)と、を有し、
    前記液ヘッダ(21)は、前記第1接続管(35A)と前記第1伝熱管(26a)とが接続される第1流路(33A)と、前記第2接続管(35B)と前記第2伝熱管(26b)が接続される第2流路(33B)とを有する、熱交換器。
  2. 前記複数の伝熱管(26)が、前記第2伝熱管(26b)の上に配置される第3伝熱管(26c)を有し、
    前記第3伝熱管(26c)が、前記第2流路(33B)に接続される、請求項1に記載の熱交換器。
  3. 前記液ヘッダ(21)が、第1プレート(61)と、前記第1伝熱管(26a)と前記第1接続管(35A)との並び方向に前記第1プレート(61)に重ねられかつ前記第1プレート(61)よりも前記第1伝熱管(26a)側に配置される第2プレート(62)とを有し、
    前記第1プレート(61)に、上下方向において前記第1伝熱管(26a)が設けられている範囲に配置された第1開口(61a)と、上下方向において前記第2伝熱管(26b)と前記第3伝熱管(26c)とが設けられている範囲にわたって配置された第2開口(61b)とが形成され、
    前記第2プレート(62)には、前記第1開口(61a)と前記第1伝熱管(26a)との間に形成される第3開口(62a3)と、前記第2開口(61b)と前記第2伝熱管(26b)との間に形成される第4開口(62a4)と、前記第2開口(61b)と前記第3伝熱管(26c)との間に形成される第5開口(62a5)と、が形成され、
    前記第1流路(33A)が、前記第1開口(61a)と前記第3開口(62a3)とにより形成される、請求項2に記載の熱交換器。
  4. 前記第2プレート(62)に形成される前記第3開口(62a3)と前記第4開口(62a4)と前記第5開口(62a5)とが、上下方向に並べて形成され、同一形状である、請求項3に記載の熱交換器。
  5. 前記液ヘッダ(21)が、前記第2プレート(62)よりも前記第1伝熱管(26a)側に配置される第3プレート(63)を有し、
    前記第3プレート(63)には、前記複数の伝熱管(26)に連通する複数の同一形状の第6開口(63a)が上下方向に並べて形成され、
    最も下に配置される第6開口(63a)が、前記第1開口(61a)と前記第3開口(62a3)と重なる位置に配置され前記第1流路(33A)の一部を構成している、請求項3又は4に記載の熱交換器。
  6. 前記第1接続管(35A)と前記第2接続管(35B)とが隣接して配置され、前記第1接続管(35A)は、前記第2接続管(35B)が延びる方向とは異なる方向に湾曲した形状を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱交換器。
  7. 複数の前記伝熱管(26)の長さ方向の他端部に接続されたガスヘッダ(22)をさらに備えている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱交換器。
  8. 前記伝熱管(26)が、複数の流路(26p)を内部に有する多穴管である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱交換器。
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