JP4180801B2 - 冷凍空調サイクル装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍空調サイクル装置に使用されて、冷媒と気体等との流体間での冷却、加熱に用いられる熱交換器およびこれを用いた冷凍空調サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍空調サイクル装置に用いられる従来の熱交換器として、特開平１０−３８４８７号に記載の熱交換器がある。図２９に示すように、この熱交換器は、複数の板状フィン１とこれらのフィン１を貫通する複数の偏平の伝熱管２とを具備している。偏平の各伝熱管２は、所定の間隔で平行に配列し、その一側および他側にそれぞれ円筒形状のヘッダ３および４が接続されている。
【０００３】
図３０および図３１は、上記熱交換器の縦断面図および横断面図をそれぞれ示している。これら図３０および図３１に示すように、上記偏平の各伝熱管２は、ヘッダ３，４に直交し、これらのヘッダ３，４間に介在する冷媒流路６を多列状に形成している。この熱交換器において、上記ヘッダ３の一端に設けられた流入管１０から該ヘッダ３内に作動流体が流入すると、この作動流体は、偏平の各伝熱管２の冷媒流路６に分流した後、ヘッダ４を介して流出管１１から流出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、大容量の熱交換器や複数本の伝熱管を用いた熱交換器を冷凍空調サイクル装置に用いる場合には、熱交換器の管内を流れる作動流体（冷媒）の圧力損失のために、この作動流体の温度が低下する。そこで、特に蒸発器などにおいては、圧力損失の増大を抑えるべく、伝熱管を複数本使用する多パス式構造を採用して、１パス当たりの冷媒循環量を減少させることが試みられている。
【０００５】
ところが、蒸発器の入口側ヘッダにおいては、膨張後の冷媒が気液二相状態になって、その気液比率の制御が不能であることから、冷媒を、蒸発器の各冷媒流路に対して均一に分配することが難しい。このため、各パス毎の冷媒循環量が不均一になって、本来有している熱交換器の能力を十分に活用できないという問題点があった。
【０００６】
また近年、地球温暖化防止の観点から、冷凍空調サイクル装置に対しては、地球温暖化への影響が極端に少ない次世代の冷媒の使用や、機器の省エネルギー化が強く求められている。したがって、この冷凍空調サイクル装置に使用される熱交換器には高性能化が要求される。
【０００７】
次世代の冷媒に挙げられている地球温暖化係数が低い冷媒の候補としては、Ｒ３２、Ｒ４１０ＡなどのＨＦＣ系冷媒や、プロパン、ブタン、イソブタンなどのＨＣ系冷媒、空気、二酸化炭素、水、アンモニアなどの自然系冷媒がある。
【０００８】
一般に、上記候補に挙げられた冷媒を用いた冷凍空調サイクル装置のエネルギー効率は、この冷媒の特性上、従来から使われてきたＲ２２冷媒を用いた場合の同エネルギー効率に比して低くなる。したがって、上記候補に挙げられた冷媒を用いる冷凍空調サイクル装置においては、熱交換器の高性能化が必要である。
【０００９】
図２９に示す偏平の伝熱管２を用いた前述の熱交換器は、空気の流れ方向と冷媒の流れ方向とが完全に直交しているので、冷凍空調サイクル装置に通常良く用いられる円管伝熱管を用いたプレートフィンチューブ型熱交換器（図示せず）のように、冷媒流れ方向と空気流れ方向とを対向化して熱交換効率を向上させるという手段がとれないという問題点がある。
【００１０】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、地球温暖化への影響が極端に少ない次世代の冷媒を用いた冷凍空調サイクル装置に適用した場合においても、高性能化を図ることができる冷凍空調サイクル装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決のための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る熱交換器は、互いに所定の間隙を存して平行に配列され、個々の間を気体が流動する多数の板状フィンと、前記各フィンを貫通する態様で前記気体の流れ方向に直交する平面に沿って配列され、偏平断面を有するとともに、内部に作動流体を通過させる複数の流路を形成した複数本の伝熱管と、前記各伝熱管の一端部に連結され、その内部に軸方向に沿った仕切り板を配設した第１の筒状ヘッダと、前記各伝熱管の他端部に連結された第２の筒状ヘッダと、を備え、前記気体の流動方向を前記各伝熱管の長手軸および前記伝熱管の断面短軸に直交する方向に設定し、前記仕切り板を軸方向に沿って設けるとともに前記各伝熱管の複数の流路を仕切るように構成したことを特徴としている
【００１２】
この発明によれば、前記第１、第２の筒状ヘッダの仕切り板によって前記各伝熱管の複数の流路が仕切られ、これによって、一連の作動流体の流路が形成される。
【００１３】
つぎの発明に係る熱交換器は、上記の発明において、前記第２の筒状ヘッダは、前記第１の筒状ヘッダの仕切り板の配設枚数に比して１枚少ない枚数の仕切り板を配設したことを特徴としている。
【００１４】
この発明によれば、前記第２の筒状ヘッダの仕切り板の配設枚数を、前記第１の筒状ヘッダの仕切り板の配設枚数に比して１枚少ない枚数とし、これによって一連の作動流体の流路を確実に確保できるようにしている。
【００１５】
つぎの発明に係る熱交換器は、上記の発明において、前記各伝熱管の端部に、前記ヘッダ内の仕切板と同数の切欠きを設け、この切欠きと前記ヘッダ内の仕切り板とを嵌合させたことを特徴としている。
【００１６】
この発明によれば、前記各伝熱管の端部と前記ヘッダ内の仕切り板とが、該各伝熱管の端部に設けた切り欠きを介して嵌合接合される。
【００１７】
つぎの発明に係る熱交換器は、互いに所定の間隙を存して平行に配列され、個々の間を気体が流動する多数の板状フィンと、前記気体の流れ方向に直交する平面に沿って配列され、偏平断面を有するとともに、内部に作動流体を通過させる複数の流路を形成した複数本の伝熱管と、前記各伝熱管の一端部および他端部にそれぞれ連結された第１の筒状ヘッダおよび第２の筒状ヘッダと、を備え、前記気体の流動方向を前記各伝熱管の長手軸および前記伝熱管の断面短軸に直交する方向に設定し、前記第１および第２の筒状ヘッダを前記気体の流れ方向に複数列設けたことを特徴としている。
【００１８】
この発明によれば、前記複数列配設された第１および第２の筒状ヘッダと前記各伝熱管の流路とによって作動流体の流路が形成される。
【００１９】
つぎの発明に係る熱交換器は、互いに所定の間隙を存して平行に配列され、個々の間を気体が流動する多数の板状フィンと、前記気体の流れ方向に直交する平面に沿って配列され、偏平断面を有するとともに、内部に作動流体を通過させる複数の流路を形成した複数本の伝熱管と、前記各伝熱管の一端部および他端部にそれぞれ連結された第１の筒状ヘッダおよび第２の筒状ヘッダと、を備え、前記気体の流動方向を前記各伝熱管の長手軸および前記伝熱管の断面短軸に直交する方向に設定し、記複数本の伝熱管を前記気体の流れ方向に増設するとともに、この増設に応じて前記第１の筒状ヘッダおよび第２の筒状ヘッダも増設したことを特徴としている。
【００２０】
この発明によれば、前記気体の流れ方向に直交する平面に沿って複数の伝熱管が配列するとともに、前記気体の流動方向にも前記伝熱管が増設配列し、かつ、この増設に応じて前記第１の筒状ヘッダおよび第２の筒状ヘッダも前記気体の流動方向に複数配列される。
【００２１】
つぎの発明に係る熱交換器は、上記発明において、前記筒状ヘッダの空間内に多孔体材を挿入したことを特徴としている。
【００２２】
この発明によれば、前記多孔体材が前記筒状ヘッダに気液二相となる作動流体の混合機能を付与することになる。
【００２３】
つぎの発明に係る冷凍空調サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を順次配管で接続し、作動流体として冷媒を用いるとともに、上記各発明の熱交換器を前記蒸発器または凝縮器として用いたことを特徴としている。
【００２４】
この発明によれば、作動流体として冷媒を用いる冷凍空調サイクル装置の蒸発器または凝縮器として、前述した構成の熱交換器が用いられる。
【００２５】
つぎの発明に係る冷凍空調サイクル装置は、上記発明において、前記熱交換器を凝縮器として使用するとき、前記熱交換器の伝熱管内に設けられた複数の流路での管軸方向に直交した管断面の長軸方向に流れる作動流体流れ方向が、前記熱交換器における気体の流動方向と対向していることを特徴としている。
【００２６】
この発明によれば、前記熱交換器を凝縮器として使用するときに、前記熱交換器の伝熱管内に設けられた複数の流路における複数の隣接する作動流体流れ方向が、該複数の流路の管軸方向に直交した管断面の長軸方向において対向していることになる。
【００２７】
つぎの発明に係る冷凍空調サイクル装置は、上記発明において、前記熱交換器を複数直列に接続して凝縮器として使用するとき、これら複数の熱交換器間における冷媒の移動が前記伝熱管の端部に設けられたヘッダを介して行なわれ、前記直列接続した熱交換器の内、前記冷媒の流れにおける下流方向側の熱交換器の伝熱管の本数を、上流方向側の熱交換器の伝熱管の本数と同等以下に設定したことを特徴としている。
【００２８】
この発明によれば、前記熱交換器が複数直列に接続されて凝縮器として使用されるときに、これら複数の熱交換器間における冷媒の移動が前記伝熱管の端部に設けられたヘッダを介して行なわれる。また、前記直列接続した熱交換器の内、前記冷媒の流れにおける下流方向側の熱交換器の伝熱管の本数が、上流方向側の熱交換器の伝熱管の本数と同等以下に設定される。
【００２９】
つぎの発明に係る冷凍空調サイクル装置は、上記発明において、前記熱交換器を蒸発器として使用するとき、前記伝熱管内に設けられた複数の流路での管軸方向に直交した管断面長軸方向の作動流体流れ方向が、前記熱交換器における気体の流動方向と並向していることを特徴としている。
【００３０】
この発明によれば、前記熱交換器を蒸発器として使用するときに、前記伝熱管内に設けられた複数の流路での管軸方向に直交した管断面長軸方向の作動流体流れ方向が、前記熱交換器における気体の流動方向と並向することになる。
【００３１】
つぎの発明に係る冷凍空調サイクル装置は、上記発明において、前記熱交換器の入口部に気液分離器を設けたことを特徴としている。
【００３２】
この発明によれば、前記熱交換器に流入する作動流体が前記気液分離器によって気液分離される。
【００３３】
つぎの発明に係る冷凍空調サイクル装置は、上記発明において、前記熱交換器の入口流路に設けた筒状ヘッダに気液分離機能を持たせたことを特徴としている。
【００３４】
この発明によれば、前記熱交換器の入口流路に設けた筒状ヘッダにおいて作動流体の気液分離が行われる。
【００３５】
つぎの発明に係る冷凍空調サイクル装置は、上記発明において、前記熱交換器を複数直列に接続して蒸発器として使用するとき、これら複数の熱交換器間における冷媒の移動が前記伝熱管の端部に設けられたヘッダを介して行なわれ、前記直列接続した熱交換器の内、前記冷媒の流れにおける下流方向側の熱交換器の伝熱管の本数を、上流方向側の熱交換器の伝熱管の本数と同等以上に設定したことを特徴としている。
【００３６】
この発明によれば、前記熱交換器を複数直列に接続して蒸発器として使用するときに、これら複数の熱交換器間における冷媒の移動が前記伝熱管の端部に設けられたヘッダを介して行なわれる。また、前記直列接続した熱交換器の内、前記冷媒の流れにおける下流方向側の熱交換器の伝熱管の本数が、上流方向側の熱交換器の伝熱管の本数と同等以上に設定される。
【００３７】
つぎの発明に係る冷凍空調サイクル装置は、上記発明において、前記蒸発器の出口部分と入口部分とを熱交換させるように構成したことを特徴としている。
【００３８】
この発明によれば、前記蒸発器の出口部分を流れる作動流体と入口部分を流れる作動流体が熱交換する。
【００３９】
つぎの発明に係る冷凍空調サイクル装置は、上記発明において、前記冷媒として、ＨＣ冷媒の単一、またはＨＣを含む混合冷媒を用いることを特徴とするものである。
【００４０】
この発明によれば、冷媒として、ＨＣ冷媒の単一、またはＨＣを含む混合冷媒が用いられる。
【００４１】
つぎの発明に係る冷凍空調サイクル装置は、上記発明において、前記冷媒として、Ｒ３２の単一、またはＲ３２を含む混合冷媒を用いることを特徴とするものである。
【００４２】
この発明によれば、冷媒として、Ｒ３２の単一、またはＲ３２を含む混合冷媒が用いられる。
【００４３】
つぎの発明に係る冷凍空調サイクル装置は、上記発明において、前記冷媒として、アンモニアの単一、またはアンモニアを含む混合冷媒を用いることを特徴としている。
【００４４】
この発明によれば、冷媒として、アンモニアの単一、またはアンモニアを含む混合冷媒が用いられる。
【００４５】
つぎの発明に係る冷凍空調サイクル装置は、上記発明において、前記冷媒として二酸化炭素、空気、水の単一、またはこれらの混合冷媒を用いることを特徴としている。
【００４６】
この発明によれば、冷媒として二酸化炭素、空気、水の単一、またはこれらの混合冷媒が用いられる。
【００４７】
つぎの発明に係る冷凍空調サイクル装置は、上記発明において、前記冷媒と非相溶性、または弱相溶性である冷凍機油を用いたことを特徴としている。
【００４８】
この発明によれば、冷媒と非相溶性、または弱相溶性である冷凍機油が用いられる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の斜視図である。なお、この図１においては、図２９に示す要素と同種の要素に同一の符号を付してある。図１に示す熱交換器は、複数の板状フィン１と、この板状フィン１に直交する複数の偏平の伝熱管２とを備えている。偏平の各伝熱管２は、所定の間隔で平行に配列して、各板状フィン１を貫通している。また、偏平の各伝熱管２の一側および他側には、それぞれ円筒形状のヘッダ３，４が接続されている。ヘッダ３，４は、偏平の各伝熱管２との接続部に設けた開口を介してこれらの偏平の各伝熱管２と連通している。
【００５０】
各板状フィン１間を流動する気体は、送風機（図３に示す）で送られる空気であり、その流れ方向は前記伝熱管２の長手軸および断面短軸に直交している。伝熱管２は、図２にその縦断面を示すように、隔壁によって隔てられた複数（図２の例では６本、図４の例では４本）の冷媒流路６が設けられている。
【００５１】
この実施の形態１においては、フィン１の積層方向のピッチＦｐがＦｐ＝０．００１ｍに、フィン１の厚みＦｔがＦｔ＝０．０００１ｍに、空気流に沿った方向のフィン１の幅ＬｐがＬｐ＝０．０２５ｍに、隣接する伝熱管２相互の中心距離である段ピッチＤｐがＤｐ＝０．０１２ｍに、伝熱管２の断面の長軸長さＤｌおよび短軸長さＤｓがそれぞれＤｌ＝０．０２ｍおよびＤｓ＝０．００２ｍに、空気流に対して上流側に位置したフィン１の端部から伝熱管２に至る距離ＬａがＬａ＝０．００１ｍにそれぞれ設定されている。
【００５２】
また、伝熱管２内に設けられた冷媒流路６は、正方形状の断面を有し、かつその配列数が５である。そして、この冷媒流路６は、水力相当直径ＤｉがＤｉ＝０．００２ｍに、隔壁厚みＤｔがＤｔ＝０．０００３ｍにそれぞれ設定されている。なお、図２に示した板状フィン１の面における各伝熱管２の間に位置する部位に切り起こし片を形成して、各フィン１とそれらのフィン１間を通過する空気との伝熱促進を図るようにしても良い（図示せず）。
【００５３】
図３は、図１に示す熱交換器を凝縮器として使用したヒートポンプ式冷凍空調サイクル装置の冷媒回路である。このヒートポンプ式冷凍空調サイクル装置は、圧縮機２１、四方弁２２、室外熱交換器２３、絞り装置２４、室内熱交換器２５、室外送風機２６、室外送風機用モータ２７、室内送風機２８、室内送風機用モータ２９、室外機３３と室内機３４を接続する冷媒配管３１、３２を有している。
【００５４】
この図３の例では、図１に示す熱交換器を暖房運転での室内熱交換器２５に用いているが、冷房運転では、室外熱交換器２３に用いることができる。なお、図３の例において、図１に示す熱交換器の伝熱管２内を流れる作動流体は、例えばＨＣ冷媒であるプロパンである。そして、この冷媒は、暖房時に点線矢印の方向に、また冷房時に実線矢印の方向にそれぞれ流れる。
【００５５】
図４は、図１の熱交換器の横断面図である。図４に示すように、円筒状のヘッダ３には、このヘッダ３内を軸方向に仕切る２枚の仕切り板７が設けられ、また、円筒状のヘッダ４には、該ヘッダ４内を軸方向に仕切る１枚の仕切り板８が設けられている。従って、伝熱管２の各冷媒流路６は、これらの仕切り板７，８介してヘッダ３，４間に一連の蛇行流路を形成する。なお、伝熱管２の端部には、前記ヘッダ内の仕切り板７，８に嵌合する切り欠き９が設けられている。
【００５６】
図１の熱交換器を凝縮器として使用する時には、空気が白矢印で示す空気流れ方向５に流れるとともに、冷媒が黒矢印の方向に流れる。この時、冷媒は流入口１０から流入し、流出口１１から流出する。ヘッダ３，４内の空間には、燒結金属や発泡金属などの多孔体材１２が詰められている。以下、図４を参照してこの熱交換器の動作について説明する。
【００５７】
凝縮器として用いられる熱交換器においては、冷媒温度が流入口１０から流出口１１方向に向かうにしたがって低下する。一方、空気は、空気流れ方向５に温度が上昇していく。この実施の形態１の熱交換器によれば、伝熱管２内の複数の冷媒流路６での冷媒の流れ（黒矢印）が、空気流れ方向５と対向しているため、空気流れ方向５に対して常に空気温度と冷媒温度との温度差を確保できる熱交換形態を実現することができる。すなわち、空気温度と熱交換器内冷媒温度が図５に示すような分布を示す。そして、この熱交換器によれば、上記温度差の確保によって熱交換効率を向上することができる。
【００５８】
図３０に示す従来の熱交換器において、ヘッダ３，４内に気液二相冷媒が流入すると、液密度とガス密度の違いによって、これらのヘッダ３，４の下方に液冷媒が偏在して流れること、つまり、ヘッダ３，４の上方に接続された伝熱管２にガス冷媒しか供給されないことになる。このため、冷媒分配の不均一性によって熱交換性能が大幅に低下することになる。
【００５９】
これに対して、この実施の形態１の熱交換器によれば、図４に示すように、ヘッダ３，４内の空間内に燒結金属や発泡金属などの多孔体材１２が詰められているため、流入口１０よって気液二相流が流入した場合においてもヘッダ３，４内で気液二相流を均質に混合することができる。
【００６０】
したがって、偏平の各伝熱管２の各冷媒流路６に均質な気液二相冷媒を分配して、熱交換性能を十分に発揮することができる。なお、図４に示した多孔体材１２は、ヘッダ３，４内の空間の一部に詰めるようにしてもよい。
【００６１】
実施の形態２．
図６は、この実施の形態２の熱交換器の構成を示す横断面図である。この熱交換器は、ヘッダ３の中央部にその軸方向に沿う仕切り板７を設けた構成を有する。この熱交換器においては、流入口１０から流入した冷媒が伝熱管２における２つ冷媒流路６を介してヘッダ４内に流入する。そして、冷媒は、ヘッダ４から他の２つの冷媒流路６を介してヘッダ３内に戻り、流出口１１から流出する。
【００６２】
この実施の形態２の熱交換器は、凝縮器として使用する場合に、空気流が５ａ方向に設定され、また蒸発器として使用するときに、空気流が５ｂ方向に設定される。この熱交換器は、このような疑似並向流が実現されるので、熱交換性能が大幅に改善される。なお、上記空気流の設定は、風路または送風機の回転方向の切り換え等によって行う。また、上記疑似並向流の効果については、図１６を参照して後述する。
【００６３】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係る熱交換器の構成を示す横断面図である。この熱交換器は、偏平の伝熱管２の奥行き方向幅を大きくして、この伝熱管２の冷媒流路６の数を４×２＝８に設定している。
【００６４】
この熱交換器では、隣接する４本の冷媒流路６の一端と他端をそれぞれヘッダ３ａ，４ａに連通させ、他の隣接する４本の冷媒流路６の一端と他端をそれぞれヘッダ３ｂ，４ｂに連通させている。また、ヘッダ３ａ，３ｂ相互を配管１３によって連通接続するとともに、ヘッダ３ａおよび３ｂにそれぞれ冷媒流入口１０および冷媒流出口１１を設けてある。
【００６５】
熱交換器を凝縮器として使用するときの疑似対向流化効果は、空気流れ方向５に直交する冷媒流路６の総長が大きいほど高くなる。図７の熱交換器は、黒矢印に示すように、図６の熱交換器に比して伝熱管２の冷媒流路長が２倍になっているので、高い疑似対向流化効果を得ることができる。また、この熱交換器は、冷媒の流路数が多く設定されているものの、小型かつ低コストに構成することができる。なお、冷媒の流路長を、図６に示した熱交換器の流路長の２倍以上にしてもよい。
【００６６】
実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４に係る熱交換器の構成を示す図である。この熱交換器は、偏平の伝熱管２ａ，２ｂを空気流れ方向５に平行配列し、一方の伝熱管２ａの一端と他端をそれぞれヘッダ３ａ，４ａに接続させ、他方の伝熱管２ｂの一端と他端をそれぞれヘッダ３ｂ，４ｂに接続させてある。また、ヘッダ３ａ，３ｂを配管１３によって連通接続するとともに，ヘッダ３ａおよび３ｂにそれぞれ冷媒流入口１０および冷媒流出口１１を設けてある。
【００６７】
この熱交換器によれば、図７の熱交換器と同様に空気流れ方向５と直交する冷媒流路長が大きいので、凝縮器として使用したときに高い疑似対向流化効果を得ることができる。そして、この熱交換器は、冷媒の流路数を増やしているものの、小型かつ低コストに構成することができる。なお、伝熱管の配列数を３以上に設定して冷媒の流路長をさらに増大するようにしてもよい（図２６参照）。
【００６８】
実施の形態５．
図９は、この発明の実施の形態５である室内機の構成を示す図である。図９は、上記実施の形態１に係る熱交換器を図３の室内機３４の室内熱交換器２５として実装した例を示している。この室内機３４では、室内熱交換器２５が熱交換器２５ａ、２５ｂおよび２５ｃに分割されており、貫流ファンからなる室内送風機２８によってこれらの熱交換器２５ａ、２５ｂおよび２５ｃに空気流れ方向５の空気流が送り込まれる。
【００６９】
図１０は、図９に示した熱交換器２５ａ、２５ｂおよび２５ｃの具体的な構成を示す縦断面図である。各熱交換器２５ａ、２５ｂおよび２５ｃは、伝熱管２の配設本数がそれぞれ８本、６本および４本に設定され、矢印で示すように、これらの熱交換器２５ａ、２５ｂおよび２５ｃに順次冷媒が流れる。
【００７０】
この熱交換器２５ａ〜２５ｃを凝縮器として使用する場合、流入口１０から流入した冷媒は、熱交換器２５ａの８本の偏平の伝熱管２に分流した後、個々の伝熱管２を例えば図４に示すように流れてヘッダ３において合流する。そしてこの合流した冷媒は、冷媒配管１４ａを通って熱交換器２５ｂのヘッダ３に流入し、ついで、該熱交換器２５ｂの６本の伝熱管２に分流する。そして、この冷媒は、ヘッダ３に戻って合流した後、冷媒配管１４ｂを通って熱交換器２５ｃのヘッダ３に流入する。熱交換器２５ｃのヘッダ３に流入した冷媒は、該熱交換器２５ｂの４本の伝熱管２に分流した後、この熱交換器２５ｃのヘッダ３に戻って合流し、冷媒流出管１１から排出される。
【００７１】
この時、下流側に位置する熱交換器ほど冷媒の乾き度が小さくなってその冷媒伝熱性能が低下する傾向を示す。しかし、下流側に位置する熱交換器は、上流側の熱交換器に比して伝熱管２の分岐数が少なく設定されているので、伝熱管２の流路数や流路断面積が同一ならば、上流側の熱交換器に比して冷媒の流通速度が大きくなり、その結果、冷媒伝熱性能の低下が防止される。なお、下流側の熱交換器ほど伝熱管２の本数が少ないものの、それらのフィン１の高さ、幅、奥行きは上流側の熱交換器のフィン１のそれと同一であるから、十分な伝熱面積が確保される。これらの理由によって、熱交換器を分割して実装する場合でも、熱交換性能を十分に引き出すことができる。
【００７２】
図１０の例では、下流側の熱交換器ほど伝熱管２の段方向ピッチを大きく設定しているが、図１１に示すように、すべての熱交換器２５ａ、２５ｂおよび２５ｃにおける伝熱管２の段方向ピッチが同一となるように構成しても良い。室内機３４内の実装スペースが小さい場合には、この例のように、伝熱管２の段ピッチを最適に保ったまま、分割された各熱交換器２５ａ、２５ｂおよび２５ｃの高さを実装スペースに併せて設計することができる。この場合、下流側の熱交換器ほど伝熱管２の本数を少なく設計してやることによって、フィン効率を高い値に維持したまま、熱交換器性能を大幅に高めることができる。
【００７３】
実施の形態６．
図１２は、この発明の実施の形態６に係る熱交換器の構成を示す縦断面図である。この熱交換器における冷媒の流れ方向は、図中に矢印で示したとおりである。すなわち、この熱交換器では、ヘッダ３，４内に仕切り板１５を設けることによって、流入口１０から流出口１１に至る一連の冷媒流路を構成している。
【００７４】
図１３は、図１２に示した熱交換器の部分斜視断面図である。この図１３に示すように、ヘッダ３には仕切り板７が配設されているので、伝熱管２ａの２本の冷媒流路６ａには、空気流れ方向５の空気流に関して下流側に位置したヘッダ３の半部空間から冷媒が流入する。この冷媒は、ヘッダ４（図示せず）で流れ方向が逆転して伝熱管２ａの他の２本の冷媒流路６ｂを流れ、空気流れ方向５の空気流に関して上流側に位置するヘッダ３の半部空間に流入する。
【００７５】
ついで、冷媒は、仕切り板７，１５によって画成されたヘッダ３の空間を流下して伝熱管２ｂの２本の冷媒流路６ｃに流入する。この冷媒は、図示していないヘッダ４で流れ方向が逆転して伝熱管２ｂの他の２本の冷媒流路６ｄを流れ、空気流れ方向５の空気流に関して下流側に位置するヘッダ３の半部に流入する。冷媒は、このような流れを繰り返しながら図１２の流入口１０から流出口１１に向かって流れる。
【００７６】
この熱交換器では、凝縮器として使用する場合に、伝熱管２ａでの冷媒の流れが空気流れ方向５の方向に対して疑似対向流となるので、熱交換性能が十分に発揮される。また、蒸発器として使用する場合には、伝熱管２ｂでの冷媒の流れが空気流れ方向５に対して疑似並向流となるので、熱交換性能を大幅に向上させることができる。
【００７７】
図１４は、図１２の熱交換器を図９に示した室内機３４として実装した例を示す側面図である。この例では、分配器１６から冷媒が均質に３分岐されて、熱交換器２５ａ、２５ｂ、２５ｃの流入口１０に分配される。各熱交換器２５ａ、２５ｂ、２５ｃでは、図１２，１３に示す形態で冷媒が流れて、それぞれの流出口１１から流出する。
【００７８】
各流出口１１から流出した冷媒は、合流管１７によって合流される。分配器１６や合流管１７内には、図４に示す多孔体材１２と同様の多孔体材が挿入されており、したがって、気液二相冷媒が流入しても、熱交換器２５ａ、２５ｂ、２５ｃに冷媒を均質に分配することができる。
【００７９】
実施の形態７．
図１５は、この発明の第７の実施の形態に係る熱交換器の横断面を示している。この熱交換器は、図１の熱交換器を蒸発器として使用したものであり、空気流れ方向５に対して冷媒が矢印方向に流れる。図２１は、この熱交換器を冷房運転時のヒートポンプ式冷凍空調サイクル装置の蒸発器として室内熱交換器２５に使用した冷媒回路を示している。
【００８０】
伝熱管２内を流れる作動流体は、例えばＨＣ冷媒であるプロパンである。図２１の冷媒回路は、圧縮機２１、室外熱交換器２３、絞り装置２４、気液分離器３５、室内熱交換器２５、気液分離器３５からのガス冷媒を圧縮機２１の吸入側にバイパスする配管３６、ならびにこのガスバイパス回路の冷媒流量を制御する第２の絞り装置３７を有する。
【００８１】
以下、図１５および図２１を参照してこの熱交換器の動作について説明する。蒸発器として用いられる熱交換器においては、冷媒流入口１０から流出口１１方向に流れる冷媒の圧力損失により、該冷媒の温度が低下する。一方、空気はその空気流れ方向５に向かって温度が低下していく。
【００８２】
図１５の熱交換器では、伝熱管２内に設けた複数の冷媒流路６の断面長軸方向の冷媒流れ方向（黒矢印）が空気流れ方向５と並向しているため、空気流れ方向５に対して常に空気温度と冷媒温度との温度差が確保できる熱交換形態を実現することができる。この時の空気温度と熱交換器内冷媒温度分布を図１６に示す。図１６から明らかなように、この実施の形態７では、常に空気温度と冷媒温度との温度差を確保して高い熱交換効率を実現することができる。
【００８３】
図１５の熱交換器を室内熱交換器２５の蒸発器として適用した図２１の冷媒回路において、絞り装置２４によって減圧され二相となった冷媒は、気液分離器３５に流入して気液分離される。そして、液冷媒は接続配管３２を通って蒸発器である室内熱交換器２５へ流れ、図１５の冷媒流入口１０からヘッダ３に流入する。
【００８４】
仮に、従来の冷媒回路のように気液分離器３５を用いないで二相冷媒を冷媒流入口１０からヘッダ３に流入させた場合、液冷媒が重力の影響でヘッダ３内下方に溜まり込む。このため、ヘッダ３の上方側に位置した偏平の伝熱管２にはガス冷媒しか流れないことになって冷媒分配性能が悪化し、熱交換性能が著しく低下することになる。
【００８５】
この実施の形態７では、ヘッダ３に流入する冷媒が液単相冷媒のため、各伝熱管２に均等に冷媒が分配され、非常に高い熱交換性能を確保することができる。
【００８６】
また、気液分離器３５を用いた図２１の冷媒回路では、気液分離器３５内の二相冷媒の乾き度が０．２前後のため、冷媒ガスと冷媒液の質量流量比は２０％と８０％となる。そして、気液分離によって得られる全流量の約２０％の冷媒ガスは、バイパス回路３６を通って圧縮機２１の吸入側に流れるので、室内熱交換器２５に流れる冷媒流量は、全流量（＝気液分離容器を用いない場合の流量）の約８０％となる。
【００８７】
図２１の冷媒回路の蒸発能力は、気液分離器を用いない冷媒回路と同等となる。すなわち、この冷媒回路では、気液分離によって分離された液冷媒が室内熱交換器２５に流入するので、冷媒エンタルピ差が気液分離容器を用いない冷凍サイクルに比して２０％増加して、冷媒流量が８０％になるものの、冷媒流量×エンタルピ差で表される蒸発能力はほぼ等しくなる。
【００８８】
したがって、この冷媒回路においては、室内熱交換器２５を流れる冷媒流量が全流量（＝気液分離容器を用いない場合の流量）の８０％程度まで減少する結果、冷媒回路内を流れる冷媒の圧力損失が気液分離器を用いない冷媒回路の６０％から７０％程度まで減少（圧力損失は冷媒流量の約１．７５乗に比例ため）する。これは、圧縮機２１の吸入圧力を上昇して、冷凍サイクルの効率を飛躍的に高める効果をもたらす。そして、このような効果と上記熱交換器による高性能化とが合わさることによって、冷凍空調サイクル装置のエネルギー効率が高められる。
【００８９】
前述したように、従来の熱交換器のヘッダ内に気液二相冷媒が流入すると、液密度とガス密度の違いによって該ヘッダ下方に液冷媒が偏在して流れるので、ヘッダの上方側に接続された伝熱管にはガス冷媒しか供給されなくなる。そして、この冷媒分配の不均一性によって熱交換性能が大幅に低下することになる。
【００９０】
そこで、図１５に示す熱交換器においても、ヘッダ３，４の空間内に燒結金属や発泡金属などの多孔体材１２を詰めてある。このため、特に上記実施例のようにこの熱交換器が蒸発器として使用される際に、気液分離器３５による気液分離機能が不十分で流入口１０から気液二相流が流入したとしても、ヘッダ３，４内で気液二相流を均質に混合することができ、その結果、偏平の各伝熱管２や各冷媒流路６に均質な気液二相冷媒を分配して熱交換性能を十分に発揮することができる。
【００９１】
実施の形態８．
図１７は、この発明の実施の形態８である室内機の構成を示す図であり、上述した実施の形態７の熱交換器を図２１の室内機３４に実装した時の構成を示している。図２１に示す室内熱交換器２５は、図９に示したように、熱交換器２５ａ，２５ｂ，２５ｃに分割して設置されており、上記実施の形態７（図１５参照）の熱交換器は、これらの熱交換器２５ａ，２５ｂ，２５ｃとして用いられる。
【００９２】
図１７は、熱交換器２５ａ，２５ｂ，２５ｃの側面図である。これらの熱交換器においては、冷媒が矢印の方向に流れる。熱交換器２５ａ，２５ｂおよび２５ｃにおける伝熱管２の配設本数は、それぞれ８本、６本および４本である。
【００９３】
熱交換器２５ａ，２５ｂおよび２５ｃを蒸発器として使用する場合、流入口１０から流入した冷媒は、熱交換器２５ｃのヘッダ３に流入した後、この熱交換器２ｃの４本の偏平の伝熱管２に分流し、個々の伝熱管における４本の冷媒流路６を図１５に示すように順次流れる。
【００９４】
そして、ヘッダ３において合流した冷媒は、冷媒配管１４ｂを通って熱交換器２５ｂのヘッダ３に流入した後、この熱交換器２５ｂの６本の伝熱管２に分流する。熱交換器２５ｂのヘッダ３において合流した冷媒は、冷媒配管１４ａを通って熱交換器２５ａに流入する。そして、この熱交換器２５ａの８本の伝熱管２に分流した後、ヘッダ３に合流して流出口１１から流出する。
【００９５】
上記熱交換器２５ａ，２５ｂおよび２５ｃの内、下流側の熱交換器ほど冷媒乾き度が大きくなるため冷媒伝熱性能は向上するが、反面、下流側の熱交換器ほど冷媒圧力損失が増加する。
【００９６】
この実施の形態では、下流側の熱交換器における伝熱管２の分岐数を上流側の熱交換器のそれよりも多くしているので、伝熱管２の冷媒流路６の数や断面積が同一ならば、下流側の熱交換器の冷媒流速が低下することになり、その結果、圧力損失の上昇が抑えられて熱交換性能が向上する。
【００９７】
一方、上記実施の形態では、冷媒乾き度が小さい上流側熱交換器ほど伝熱管本数が少ない設計になっているため、その冷媒流速が上昇する。冷媒は、乾き度が小さいほど伝熱性能が低くかつ圧力損失が小さいため、上記上流側熱交換器においては、冷媒流速上昇によって圧力損失の上昇以上に冷媒伝熱性能が向上し、熱交換器性能が向上する。
【００９８】
また、上流側熱交換器ほど伝熱管２の本数が少ないが、すべて同一の高さ、幅、奥行きのフィン１を備えているため、伝熱面積が十分に確保されている。これらの理由により、上記のように熱交換器を分割して実装した場合でも、熱交換性能を十分に引き出すことができる。
【００９９】
なお、図１１の例と同様に、上記熱交換器２５ａ，２５ｂおよび２５ｃにおける伝熱管２の段方向ピッチを同一としてもよい。室内機３４内の実装スペースが小さい場合には、伝熱管２の段ピッチを最適に保ったまま各熱交換器２５ａ，２５ｂおよび２５ｃの高さを実装スペースに併せて設計し、上流側の熱交換器ほど伝熱管２の本数を少なく設計することにより、フィン効率を高い値に維持したまま、熱交換器性能を大幅に高めることができる。
【０１００】
実施の形態９．
図１８および図１９は、それぞれこの発明の実施の形態９に係る熱交換器の構成を示す縦断面図および横断面図である。この熱交換器は、ヘッダ３内に該ヘッダ３の軸線方向に沿う衝突板１９を設けている。衝突板１９は、その下端がヘッダ３の底面から適宜距離上方に位置するようにその長さが設定されている。
【０１０１】
この熱交換器の作用は以下の通りである。すなわち、この熱交換器が蒸発器として使用される場合には、ヘッダ３に設けられた流入口１０から気液二相流が流入する。従来のヘッダの内部に気液二相冷媒が流入すると、液冷媒の密度とガス冷媒の密度の違いによって、ヘッダ下方に液冷媒が偏在して流れるので、ヘッダの上方に接続された伝熱管には、ガス冷媒しか供給されず、このため、冷媒分配の不均一性によって熱交換性能が大幅に低下する。
【０１０２】
衝突板１９を設けた上記熱交換器では、これに衝突した気液二相冷媒がガス冷媒４１と液冷媒４２に分離される。そして、液冷媒は、伝熱管２に均等に分配され、一方、ガス冷媒は出口２０から分離流出されて流出口１１と合流する。
【０１０３】
この実施の形態のように、熱交換器が蒸発器として使用される場合には、気液分離器３５（図２１参照）の気液分離機能が十分に発揮されないが、図１８の熱交換器では、衝突板１９の気液分離機能によって熱交換性能の低下を防止することができる。また、この熱交換器によれば、気液分離器が設けられていない冷凍空調サイクル装置に適用した場合でも、衝突板１９の気液分離機能によって各伝熱管２に液冷媒を均等に分配して、熱交換性能を十分に発揮することができる。
【０１０４】
実施の形態１０．
図２０は、この発明の実施の形態１０に係る熱交換器の構成を示しす縦断面図である。この熱交換器においては、流入口１０から流入した冷媒が縦長状の内部空間を有する気液分離型冷媒分配器４３においてガス冷媒４１と液冷媒４２に分離される。
【０１０５】
この熱交換器は、伝熱管２を縦方向に配列させるとともに、ヘッダ３および４をそれぞれ伝熱管２の下方および上方に設置し、冷媒を重力方向下方から上方に向けるように構成されている。よって、図１８に示した熱交換器に比して気液分離効率が向上して、冷媒分配性能が一層高められ、熱交換性能を更に向上させることができる。
【０１０６】
実施の形態１１．
図２２および図２３は、この発明の実施の形態１１である冷凍空調サイクル装置の冷媒回路を示し、上述した実施の形態７〜１０に係る熱交換器を用いたヒートポンプ式冷凍空調サイクル装置の冷媒回路である。図２２および図２３において、上述した実施の形態７〜１０の熱交換器は、室内熱交換器２５に用いられている。図２２に示す空調サイクル装置は、熱交換器２５に冷媒を流入させる配管が熱交換器２５の出口において熱交換するように構成されている。なお、この空調サイクル装置では、上記冷媒流入配管をヘッダ４と熱交換させているが、該冷媒流入配管をヘッダ４と四方弁２２間に介在する配管３１との間で熱交換させるようにしてもよい。
【０１０７】
図２２の空調サイクル装置が冷房モードで動作し、室内熱交換器２５が蒸発器として作用する時には、気液分離器３５で分離された液冷媒が接続配管３２を経由して室内熱交換器２５に流入する。この時、接続配管３２が長い場合や細い場合には、液冷媒が圧力損失のために減圧されて気液二相冷媒となってしまう。
前述した通り、従来のヘッダ３においては、気液二相冷媒の冷媒分配が不均質になって、熱交換性能の低下を招きやすい。図２２の空調サイクル装置においては、ヘッダ３に接続された配管３２中の冷媒が蒸発器を出た低温の冷媒と熱交換するので、配管３２を流れる二相化した冷媒が冷却液化され、その結果、液化した冷媒がヘッダ３に流入する。したがって、ヘッダ３では冷媒液が分配されることになるので、冷媒を各伝熱管２に均等に分配して、熱交換性能を高めることができる。
【０１０８】
図２３に示す空調サイクル装置は、ヘッダ４に接続された配管３１をヘッダ３もしくはその近傍の配管３２に隣接させて、両者間での熱交換を行っている。この空調サイクル装置においても、ヘッダ３中の冷媒もしくは配管３２中の冷媒が蒸発器を出た低温の冷媒と熱交換するので、図２２の空調サイクル装置と同様に、熱交換器２５の熱交換性能を高めることができる。
【０１０９】
上述した実施の形態１〜１１の熱交換器における伝熱管２の複数の冷媒流路６内には、図２４に示すように突起５１を設けてもよい。このように突起５１を流路の内周面に形成すれば、冷媒伝熱面積を非常に多く確保することができるので、熱交換性能を高めることができる。
【０１１０】
この突起５１は、作動流体の流れ方向に対してねじられていてもよい。このようにすれば、冷媒の流れの巻き上げ効果によって、冷媒流路６の管内での冷媒液膜厚さを均一にしかも薄くすることができるので、熱交換性能を一層高めることができる。
【０１１１】
また、前記突起５１は、ねじれ方向が途中で変わるように設けることができる。この場合、冷媒の流れの衝突効果によって冷媒流路６の管内での冷媒の伝熱性能が高められるので、熱交換性能を更に高めることができる。
【０１１２】
なお、伝熱管２の形状は、短軸長さが偏平管のそれと同じならば、円管に比して通風抵抗が大幅に減少する。従って、図２４に示すように断面楕円形状に形成してもよい。
【０１１３】
なお、上述した実施の形態１〜１１に係る熱交換器における伝熱管２の冷媒流路６の断面形状は、図２５（ａ）に示す正方形状、図２５（ｂ）に示す円形状のいずれであってもよい。また、冷媒流路６の断面形状は、管内伝熱面積を拡大することができれば長方形状でも、楕円形状でも良い。この場合、複数の冷媒流路６の水力相当直径を３ｍｍ以下にすれば、冷媒流速を早まって冷媒伝熱性能が向上し、結果的に熱交換性能が向上することになる。
【０１１４】
なお、図２５（ｃ）、（ｄ）に示すように断面楕円状の伝熱管２を採用する場合においても、冷媒伝熱面積を確保することができれば、冷媒流路６の形状として、正方形状、円形状、長方形状等を採用してよく、また、個々の冷媒流路６の径を異ならせることもできる。
【０１１５】
なお、上述した実施の形態１〜１１に係る熱交換器の製造方法は以下の通りである。まず、アルミ材や銅材など熱伝導率の高い材料の引き抜き加工、または押し出し加工などによって伝熱管２を製作するとともに、同様の熱伝導率の高い材料のプレス加工等によってフィン１を製作する。また、パイプの押し出し加工や鍛造加工、または角柱の削りだし加工等によってヘッダ３、４を製作する。
【０１１６】
上記の材料には、表面に炉中ロウ付け用のブレージング・フラックスがコーティングされている。したがって、治具等を用いてフィン１と伝熱管２を固定し、圧接加工等によってヘッダ３，４と伝熱管２を固定した後、これらを真空炉内に入れれば、フィン１と伝熱管２とヘツダ３，４のロウ付けによる接合を高速にしかも大量に行うことが可能であり、その結果、生産性が向上する。また、ロウ付けによってフィン１と伝熱管２の接触熱伝達率を無限大とすることができるので、熱交換器の性能が飛躍的に高められる。さらに、上記炉中ロウ付けによってヘッダ３，４と伝熱管２を一度に接合すれば、ロウ付け不良による冷媒漏れを防ぐことができるので、ＨＣなどの可燃性冷媒やアンモニアなどの有毒冷媒、二酸化炭素などの高圧冷媒を用いたときの冷媒漏れに対する安全性を確保することができる。またフィン１、伝熱管２、ヘッダ３，４を同一材料にて製造することにより、リサイクル性を高めることができる。
【０１１７】
上述した実施の形態１〜１１に係る熱交換器のフィン１の材料には、表面に親水性材料がコーティングされている。したがって、蒸発器として使用したときに、結露水をフィン１からスムーズに排水することができる。つまり、良好な排水性が確保される。したがって、熱交換器内での結露水の溜まり込みによる通風抵抗の増加を防止して、熱交換空気風量の増加による熱交換量の増加や、低騒音化を図ることができ、その結果、装置のエネルギー効率の向上と快適性の向上を達成することができる。なお、上記のコーティング処理の実施は、炉中ロウ付け前、ロウ付け後のいずれであってもよい。
【０１１８】
上記フィン１、伝熱管２、ヘッダパイプ３，４が炉中ロウ付けにて製造され、かつ、それらに親水性材料がコーティングされるので、蒸発器として使用したときに結露水のスムーズな排水性を確保することができる。従って、熱交換器内での結露水溜まり込みによる通風抵抗増加を防止して、熱交換空気風量の増加による熱交換量の増加や、低騒音化を図ることができ、これによって装置のエネルギー効率向上、快適性向上を達成することができる。
【０１１９】
なお、上述した実施の形態１〜１１の熱交換器の伝熱管２は、フィン１を貫通して構成されていたが、図２７に示すように、フィン１に切り欠きを設け、この切り欠きに伝熱管２をスライドさせて嵌合させることによって、熱交換器を組み立てるようにしてもよい。これによれば、熱交換器の製造が容易になる。
【０１２０】
また、上述した実施の形態１〜１１の熱交換器およびこれを用いた冷凍空調サイクル装置は、冷媒として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、プロピレン、イソプロピレンなどのＨＣ冷媒の単一、またはＨＣを含む混合冷媒を用いることにより、地球温暖化係数を非常に小さくすることができる。
【０１２１】
プロパンは、冷媒圧力損失に対する温度降下度合いが従来冷媒Ｒ２２に比して大きい。例えば、冷媒飽和温度が１０℃から０℃へ変化するとき、Ｒ２２は０．１８３ＭＰａの圧力変化を生じるが、プロパンは０．１６２ＭＰａの圧力変化となる。イソブタンも冷媒圧力損失に対する温度降下度合いが、従来冷媒Ｒ１３４ａに比して大きい。例えば、冷媒飽和温度が−２０℃から−３０℃へ変化するとき、Ｒ１３４ａは０．０４８３ＭＰａの圧力変化であるが、イソブタンは０．０２５８ＭＰａの圧力変化となる。このため、これらの冷媒を用いた冷凍空調サイクル装置においては、冷媒圧力損失の絶対値を従来の冷媒のそれ以上に小さくする必要がある。
【０１２２】
上記実施の形態１〜１１に係る熱交換器は、偏平の伝熱管２に隔壁によって隔てられた複数の流路（例えば径１．５ｍｍの流路を１０流路以上）を設け、かつ、１つのヘッダ３，４あたりに接続する偏平の伝熱管２の本数を多くすることにより、超多流路の熱交換器を構成することができ、この構成によれば、冷媒圧力損失の絶対値を小さくすることを非常に簡単に実現することができる。従って、ＨＣ冷媒の単一、またはＨＣを含む混合冷媒を用いた時にも、高効率な冷凍空調サイクル装置を提供することができる。
【０１２３】
また、上記実施の形態１〜１１の熱交換器およびこれを用いた冷凍空調サイクル装置は、冷媒として、Ｒ３２の単一、またはＲ３２を含む混合冷媒（Ｒ４０７Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｄ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、など）を用いることにより、地球温暖化係数を非常に小さくすることができる。上記Ｒ３２冷媒は、従来の冷媒Ｒ２２に比して動作圧力が高い。例えば、Ｒ２２の飽和温度５０℃における圧力が１．９４ＭＰａであるのに対して、Ｒ３２では３．１４ＭＰａ、Ｒ４１０Ａでは３．０６ＭＰａとなる。
【０１２４】
しかし、上記実施の形態１〜１１に係る熱交換器は、偏平の伝熱管２に厚さ０．３ｍｍ程度の隔壁によって隔てられた複数の流路（例えば径１．５ｍｍの流路を１０流路以上）を設けてあるので、耐圧強度を高めることができる。従って、高効率、かつ、十分な信頼性を確保した冷凍空調サイクル装置を提供することができる。また、ヘッダ３，４内には、仕切り板７，８，１５等を設けているので、耐圧強度を一層高めることができる。
【０１２５】
上記実施の形態１〜１１の熱交換器およびこれを用いた冷凍空調サイクル装置は、冷媒として、アンモニアの単一、またはアンモニアを含む混合冷媒を用いることにより、地球温暖化係数を非常に小さくすることができる。
【０１２６】
上記アンモニアは、従来の円管プレートフィンタイプの熱交換器に使われていた銅製の伝熱管を腐食させる。しかし、上記実施の形態１〜１１の熱交換器は、腐食耐力のあるアルミニウムを、板状フィン１、偏平の伝熱管２、ヘッダ３，４に使用して、一体炉中ロウ付けすることによって、耐食性の確保ならびにロウ付け不良による冷媒漏れを防ぐことができる。したがって、高効率、かつ、十分な安全性を確保した冷凍空調サイクル装置を提供することかできる。
【０１２７】
また、上記実施の形態１〜１１の熱交換器およびこれを用いた冷凍空調サイクル装置は、冷媒として、二酸化炭素、空気、水、の単一、またはこれらの混合冷媒を用いることにより、地球温暖化係数を非常に小さくすることができる。
【０１２８】
上記各冷媒は、Ｒ３２冷媒以上に動作圧力が高い。例えば、二酸化炭素の飽和温度３０℃における圧力は７．２０５ＭＰａにもなる。しかし、上記実施の形態１，２の熱交換器は、偏平の伝熱管２に厚さ０．３ｍｍ程度の隔壁によって隔てられた複数の流路（例えば径１．５ｍｍの流路を１０流路以上）を設けてあるので、これら超高圧冷媒に対しても、耐圧強度を高めることができる。従って、高効率、かつ、十分な信頼性を確保した冷凍空調サイクル装置を提供することができる。しかも、ヘッダ３，内には、仕切り板７，８，１５等を設けているので、耐圧強度を一層高めることができる。
【０１２９】
上記実施の形態１〜１１の熱交換器およびこれを用いた冷凍空調サイクル装置は、伝熱管２の冷媒流路６の断面積がかなり小さいので、冷媒回路内にスラッジ等の微少な物質が混入したり、圧縮機などからスラッジが発生すると冷媒回路が閉塞してしまうおそれがある。しかし、ドライヤーやフィルターなどのスラッジ補足装置を冷媒回路内に導入すれば、これらスラッジによる伝熱管２の冷媒流路６の閉塞を防ぐことができ、信頼性の高い冷凍空調サイクル装置を提供することができる。
【０１３０】
上記実施の形態１〜１１の熱交換器およびこれを用いた冷凍空調サイクル装置は、冷凍機油として、鉱油やアルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、フッ素油などを導入することにより、スラッジの発生を抑制することができ、併せて信頼性の向上を図ることができる。そして、前述した各冷媒に対して非相溶性、または弱相溶性である冷凍機油を用いた場合においても、伝熱管２の冷媒流路６が微細なため、冷媒と冷凍機油が非常に良く混合される。従って、油の滞留等による圧縮機内冷凍機油不足等が生じにくく、冷凍機油不足による圧縮機機械部の摺動不良が発生しない。また、冷媒と冷凍機油が非常に良く混合されることにより、冷凍機油による冷媒伝熱性能の低下や油溜まり込みによる冷媒圧力損失の増加が生じる恐れもない。
【０１３１】
なお、上記実施の形態１〜１１に示した冷凍空調サイクル装置は、圧縮機２１に種々の形式のもの、例えば、レシプロ圧縮機（単気筒、複数気筒）、ロータリー圧縮機（単気筒、複数気筒）、スクロール圧縮機、リニア圧縮機など、を用いることができる。
【０１３２】
また、圧縮機２１がそのシェル内に圧縮部を回転数させる電気モータを内蔵している場合には、そのシェル内の圧力構造は、高圧でも低圧でも良い。高圧シェル方式では、圧縮シリンダーを出た冷媒がモータを冷却して加熱された後に圧縮機から吐出されるので、その吐出温度が高くなる。
【０１３３】
一方、低圧シェル方式では、シェル内に流入した冷媒がモータを冷却して加熱された後に圧縮シリンダーに吸入されるので、その吸入温度が高くなる。しかし、圧縮シリンダーから流出する冷媒は、直接圧縮機外へ吐出されるので、吐出温度は低くなる。
【０１３４】
上記高圧シェル方式か低圧シェル方式かの選択は、使用する冷媒の特性（特にＲ３２冷媒はＲ４１０Ａ冷媒に比して吐出温度が高くなり、プロパンはＲ４１０Ａ冷媒に比して吐出温度が低くなる）を考慮して行えばよい。
【０１３５】
一般に、低圧シェルに比して高圧シェルの方が圧縮機内冷凍機油への冷媒溶け込み量が多い。従って、冷媒充填量を削減したいときには、低圧シェル方式を選択した方が良いが、冷媒が溶けにくい冷凍機油を使用すれば高圧シェルでも冷媒量を削減することができる。
【０１３６】
ここで、上記実施の形態１〜１１に係る冷凍空調サイクル装置において、燃焼性や毒性のある冷媒を用いた場合の冷媒漏れ検知方法について述べる。 冷媒漏れ検知装置を設置する場合、 冷媒が漏れたときに、その部屋において冷媒が一番よどみやすい場所に検知装置を配置すべきである。
【０１３７】
特に、空気に比して重い冷媒が使用された、もっとも一般家庭に普及している壁掛け式冷凍空調サイクル装置は、室内上方に設置される。このため、冷凍空調サイクル装置に冷媒検知装置を内蔵したとしても、漏れを正確に検知できるとは限らない。
【０１３８】
また、冷凍空調サイクル装置の周辺に冷媒漏れ検知装置が設置されるとは限らず、冷媒漏れ検知装置と冷凍空調サイクル装置との間に、検知情報に対する情報のやりとりをする必要が生じる可能性がある。このため、例えば、電灯線を通信線として利用し、冷媒漏れ検知情報を電灯線通信インターフェースによって電灯線に乗せるという手段を採用する。
【０１３９】
この場合、電灯線通信インターフェースにおいては、発信機器のアドレス、送信先機器のアドレス、伝達したい情報を含んだ内容を送信するものとし、これらデジタル信号を電灯線に乗せるためのアナログ信号への変換手段も含ませるようにする。一方、電灯線に接続された家庭用冷凍空調サイクル装置には、電灯線に乗せられた各種のアナログ信号から、発信機器のアドレス、送信先機器のアドレス、伝達したい情報を取り出す通信インターフェースを装備させる。
【０１４０】
この通信インターフェースには、アナログ信号をデジタル信号に変換する機能も具備させる。そして、このデジタル信号を基に冷凍空調サイクル装置の各アクチュエータを制御する装置に信号を伝達することにより、圧縮機を停止したり、冷媒漏れを警告、表示するなどの冷媒漏れに対応した処置をとることができる。上記の通信手段は、電灯線を通信線として用いるため、それに対応した前述の通信インターフェースさえ用いれば、新たに余分な配線をすることなく、安全な冷凍空調サイクル装置を安価に提供することができる。
【０１４１】
なお、以上においては、電灯線を通信線として用いる例を示したが、電灯線通信インターフェースの代わりに、電話線通信インターフェースや、赤外線などによる無線通信インターフェースを備えてもよい。
【０１４２】
また、上述した実施の形態１〜１１に示した熱交換器では、ヘッダ４を一つのヘッダによって構成するようにしていたが、複数に分割されたヘッダによって構成するようにしてもよい。
【０１４３】
なお、上述した実施の形態１〜１１に示した熱交換器において、図２８に示すように、伝熱管２の一端をＵ字型２ｃに加工し、ヘッダ４を削除した構造としてもよい。図２８に示した熱交換器では、図１または図４に示した熱交換器と同種の要素に同一符号を付している。ここで、実施の形態１などに示した伝熱管２の形状および寸法であれば、伝熱管２の変形を生じさせることなく、Ｕ字型２ｃの曲げ加工は、十分に可能である。このヘッダ４の削除によってコスト低減が図れるとともに、ヘッダ４と伝熱管２とのロウ付け箇所も減るので、一層コストが低減される。また、ロウ付け箇所の減少によって冷媒漏れによる危険性も低下することになる。さらに、ヘッダ４が削除されるので、ヘッダ４内で生じる可能性がある冷媒分配の不均一性も排除することができる。また、ヘッダ４の削除によって、室内機や室外機に熱交換器を実装するとき、熱交換器におけるフィン１の積層方向長さを一層長くとることができ、伝熱面積を増やすことができ、この結果、熱交換器性能を向上させることができる。
【０１４４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の熱交換器によれば、互いに所定の間隙を存して平行に配列され、個々の間を気体が流動する多数の板状フィンと、前記各フィンを貫通する態様で前記気体の流れ方向に直交する平面に沿って配列され、偏平断面を有するとともに、内部に作動流体を通過させる複数の流路を形成した複数本の伝熱管と、前記各伝熱管の一端部に連結され、その内部に軸方向に沿った仕切り板を配設した第１の筒状ヘッダと、前記各伝熱管の他端部に連結され、その内部に軸方向に沿いかつ前記第１の筒状ヘッダの仕切り板の配設枚数に比して１枚少ない枚数の仕切り板を配設した第２の筒状ヘッダと、を備え、前記気体の流動方向を前記各伝熱管の長手軸および前記伝熱管の断面短軸に直交する方向に設定し、前記各仕切り板によって前記各伝熱管の複数の流路を仕切るように構成している。したがって、熱交換性能を高めることができるとともに、冷凍空調サイクル装置の能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１４５】
つぎの発明の熱交換器によれば、前記第２の筒状ヘッダの仕切り板の配設枚数を、前記第１の筒状ヘッダの仕切り板の配設枚数に比して１枚少ない枚数とし、これによって一連の作動流体が、第２の筒状ヘッダを介して折り返す流路を確実に確保できる。
【０１４６】
つぎの発明の熱交換器によれば、前記各伝熱管の端部に、前記ヘッダ内の仕切板と同数の切欠きを設け、この切欠きと前記ヘッダ内の仕切り板とを嵌合させている。したがって、製造時の作動流体の漏れ等を防止して信頼性を向上することができる。また、製造の容易化を図ってコストの低減を図ることができる。
【０１４７】
つぎの発明の熱交換器によれば、互いに所定の間隙を存して平行に配列され、個々の間を気体が流動する多数の板状フィンと、前記気体の流れ方向に直交する平面に沿って配列され、偏平断面を有するとともに、内部に作動流体を通過させる複数の流路を形成した複数本の伝熱管と、前記各伝熱管の一端部および他端部にそれぞれ連結された第１の筒状ヘッダおよび第２の筒状ヘッダと、を備え、前記気体の流動方向を前記各伝熱管の長手軸および前記伝熱管の断面短軸に直交する方向に設定し、前記第１および第２の筒状ヘッダを前記気体の流れ方向に複数列設けた構成を有する。したがって、ヘッダの製造コストを低減することができるとともに、熱交換器伝熱面積向上を図ることができる。特に冷凍空調サイクル装置の凝縮器として使用した場合に、熱交換性能を高めることができ、この冷凍空調サイクル装置の能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１４８】
つぎの発明の熱交換器によれば、互いに所定の間隙を存して平行に配列され、個々の間を気体が流動する多数の板状フィンと、前記気体の流れ方向に直交する平面に沿って配列され、偏平断面を有するとともに、内部に作動流体を通過させる複数の流路を形成した複数本の伝熱管と、前記各伝熱管の一端部および他端部にそれぞれ連結された第１の筒状ヘッダおよび第２の筒状ヘッダと、を備え、前記気体の流動方向を前記各伝熱管の長手軸および前記伝熱管の断面短軸に直交する方向に設定し、記複数本の伝熱管を前記気体の流れ方向に増設するとともに、この増設に応じて前記第１の筒状ヘッダおよび第２の筒状ヘッダも増設している。したがって、熱交換伝熱面積向上を図ることができ、特に冷凍空調サイクル装置の凝縮器として使用した場合に、熱交換性能を高めて、この冷凍空調サイクル装置の能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１４９】
つぎの発明の熱交換器によれば、前記筒状ヘッダの空間内に多孔体材を挿入しているので、冷凍空調サイクル装置の熱交換器として使用し、ヘッダ内に気液二相流が流入した場合に、冷媒分配性能を高められる。したがって、冷凍空調サイクル装置の熱交換性能を向上して、この装置の能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１５０】
つぎの発明の冷凍空調サイクル装置によれば、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を順次配管で接続し、作動流体として冷媒を用いるとともに、上述した熱交換器を、前記蒸発器または凝縮器として用いているので、上述した熱交換器が奏する効果を有した冷凍空調サイクル装置を実現することができる。
【０１５１】
つぎの発明の冷凍空調サイクル装置によれば、前記熱交換器を凝縮器として使用するとき、前記熱交換器の伝熱管内に設けられた複数の流路での管軸方向に直交した管断面の長軸方向に流れる作動流体流れ方向が、前記熱交換器における気体の流動方向と対向するようにしているので、熱交換器性能が向上して、能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１５２】
つぎの発明の冷凍空調サイクル装置によれば、前記熱交換器を複数直列に接続して凝縮器として使用するとき、これら複数の熱交換器間における冷媒の移動が前記伝熱管の端部に設けられたヘッダを介して行なわれ、前記直列接続した熱交換器の内、前記冷媒の流れにおける下流方向側の熱交換器の伝熱管の本数を、上流方向側の熱交換器の伝熱管の本数と同等以下に設定しているので、熱交換性能が向上して、能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１５３】
つぎの発明の冷凍空調サイクル装置によれば、前記熱交換器を蒸発器として使用するとき、前記伝熱管内に設けられた複数の流路での管軸方向に直交した管断面長軸方向の作動流体流れ方向が、前記熱交換器における気体の流動方向と並向するので、熱交換器性能が向上して、能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１５４】
つぎの発明の冷凍空調サイクル装置によれば、前記熱交換器の入口部に気液分離器を設けているので、冷媒分配性能を高めることができる。したがって、熱交換性能を向上して、能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１５５】
つぎの発明の冷凍空調サイクル装置によれば、前記熱交換器の入口流路に設けた筒状ヘッダに気液分離機能を持たせているので、冷媒分配性能を高めることができる。したがって、熱交換性能が向上して、能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１５６】
つぎの発明の冷凍空調サイクル装置によれば、前記熱交換器を複数直列に接続して蒸発器として使用するとき、これら複数の熱交換器間における冷媒の移動が前記伝熱管の端部に設けられたヘッダを介して行なわれ、前記直列接続した熱交換器の内、前記冷媒の流れにおける下流方向側の熱交換器の伝熱管の本数を、上流方向側の熱交換器の伝熱管の本数と同等以上に設定している。したがって、熱交換性能を向上して、能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１５７】
つぎの発明の冷凍空調サイクル装置によれば、前記蒸発器の出口部分と入口部分とを熱交換させるように構成しているので、冷媒分配性能を高めることができる。したがって、熱交換器性能を向上して、能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１５８】
つぎの発明の冷凍空調サイクル装置によれば、前記冷媒として、ＨＣ冷媒の単一、またはＨＣを含む混合冷媒を用いているので、地球温暖化を防止することができる。また、熱交換器性能を向上して、能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１５９】
つぎの発明の冷凍空調サイクル装置によれば、前記冷媒として、Ｒ３２の単一、またはＲ３２を含む混合冷媒を用いているので、地球温暖化を防止することができる。また、熱交換器性能を向上して、能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１６０】
つぎの発明の冷凍空調サイクル装置によれば、前記冷媒として、アンモニアの単一、またはアンモニアを含む混合冷媒を用いているので、地球温暖化を防止することができる。また、熱交換器性能を向上して、能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１６１】
つぎの発明の冷凍空調サイクル装置によれば、前記冷媒として二酸化炭素、空気、水の単一、またはこれらの混合冷媒を用いているので、地球温暖化を防止することができる。また、熱交換器性能を向上して、能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１６２】
つぎの発明の冷凍空調サイクル装置によれば、前記冷媒と非相溶性、または弱相溶性である冷凍機油を用いているので、信頼性の高い冷凍空調サイクル装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１である熱交換器の斜視図である。
【図２】 図１に示した熱交換器に設けられた伝熱管の断面図である。
【図３】 図１に示した熱交換器を凝縮器として使用したヒートポンプ式冷凍空調サイクル装置の冷媒回路図である。
【図４】 図１に示した熱交換器の横断面図である。
【図５】 図１に示した熱交換器の温度分布特性を表す図である。
【図６】 この発明の実施の形態２である熱交換器の横断面図である。
【図７】 この発明の実施の形態３である熱交換器の横断面図である。
【図８】 この発明の実施の形態４である熱交換器の横断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態５である室内機における熱交換器の配設態様を示す概略図である。
【図１０】 図９に示した室内機に適用した熱交換器の構成を示す側面図である。
【図１１】 図９に示した室内機に適用した熱交換器の他の構成を示す側面図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６である熱交換器の構成を示す縦断面図である。
【図１３】 図１２に示した熱交換器の部分斜視断面図である。
【図１４】 図１２に示した熱交換器を図９に示した室内機に適用した状態を示す側面図である。
【図１５】 この発明の実施の形態７である熱交換器の横断面図である。
【図１６】 図１５に示した熱交換器の温度特性を表す図である。
【図１７】 図１５に示した熱交換器を室内機に適用したこの発明の実施の形態８である熱交換器の構成を示す側面図である。
【図１８】 この発明の実施の形態９である熱交換器の構成を示す縦断面図である。
【図１９】 図１８に示した熱交換器の構成を示す横断面図である。
【図２０】 この発明の実施の形態１０である熱交換器の構成を示す縦断面図である。
【図２１】 この発明の実施の形態７である熱交換器を適用した冷媒回路図である。
【図２２】 この発明の実施の形態１１である冷媒回路の構成を示す回路図である。
【図２３】 この発明の実施の形態１１である冷媒回路の構成を示す回路図である。
【図２４】 流路に突起を設けた伝熱管の断面図である。
【図２５】 伝熱管の外形図および断面図である。
【図２６】 図８に示した熱交換器の他の構成を示す縦断面図である。
【図２７】 伝熱管とフィンとの組み合わせ状態の一例を示す図である。
【図２８】 伝熱管の一端をＵ字型形状にした熱交換器の構成を示す斜視図である。
【図２９】 従来の熱交換器の斜視図である。
【図３０】 従来の熱交換器の縦断面図である。
【図３１】 従来の熱交換器の横断面図である。
【符号の説明】
１ フィン、２ 伝熱管、３，４ ヘッダ、５ 空気流れ方向、６ 冷媒流路、７，８ 仕切り板、１２ 多孔体材、２３ 室外熱交換器、２５ 室内熱交換器、３５ 気液分離器。

Claims (2)

1. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、及び室内機に実装する室内熱交換器とを冷媒配管で接続してなる冷凍空調サイクル装置であって、
   前記室内熱交換器は、複数の熱交換器が直列に接続されて構成され、
   前記熱交換器は、互いに所定の間隙を存して平行に配列され、個々の間を気体が流動する多数の板状フィンと、
   前記各フィンを貫通するとともに、偏平断面を有し、内部に作動流体を通過させる複数の流路を形成した複数本の伝熱管と、
   前記各伝熱管の一端部に連結され、筒状形状を有し、その内部に長手方向に沿った仕切り板を配設した第１の筒状ヘッダと、
   前記各伝熱管の他端部に連結された第２の筒状ヘッダと、を備え、
   前記直列接続した複数の熱交換器間における冷媒の移動が前記伝熱管の端部に設けられた前記第１の筒状ヘッダを介して行われ、前記直列接続した熱交換器の内、前記冷媒の流れにおける下流方向側の熱交換器の伝熱管の本数を、上流方向側の熱交換器の伝熱管の本数より少なく設定し、
   前記上流方向側の熱交換器と前記下流方向側の熱交換器とは、フィン高さ、幅及び奥行きが同一であり、下流方向側の熱交換器ほど伝熱管の段方向ピッチを大きくした
   ことを特徴とする冷凍空調サイクル装置。
2. 前記上流方向側の熱交換器は前記室内機の背面側に設けられ、前記下流方向側の熱交換器は前記室内機の正面側下部に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍空調サイクル装置。

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