JP4715971B2 - 熱交換器及びそれを備えた室内機 - Google Patents

Description

本発明は熱交換器及びそれを備えた室内機に関する。さらに詳しくは、空気の流れ方向に沿って複数列の伝熱管が配置された、空気調和機などに用いられる熱交換器及びそれを備えた室内機に関する。

従来、空気調和機などにおいて、送風機（ファン）により供給される空気流中に多数枚並設される板状のフィンと、このフィンに形成された孔に挿通されており空気の流れ方向に略直交するように配置された複数の伝熱管とを備えたクロスフィンアンドチューブ型熱交換器が多用されている。

このようなクロスフィンアンドチューブ型熱交換器では、通常、空気の流れる方向に沿って複数列ないしは複数段の伝熱管が配置されているが、当該伝熱管内を流れる冷媒と周囲の空気との熱交換性能を高めるために、伝熱管の外径やフィンのピッチなどについて種々の提案がなされている（例えば、特許文献１〜２参照）。

特開２０００−２７４９８２号公報 特開２００６−３２９５３４号公報

空気との熱交換を行う冷媒は、熱交換器が蒸発器として使用される場合、当該熱交換器の入口部分では液状冷媒を多く含む２相状態であり、熱交換器の出口部分では湿り状態又は過熱状態になる。一方、熱交換器が凝縮器として使用される場合、当該熱交換器の入口部分では過熱状態であり、熱交換器の出口部分では液体状態になる。
このように、空気との熱交換によって冷媒は熱交換器内を流れる間に状態変化するが、かかる状態変化を考慮して複数列の伝熱管の管径を選定することはこれまで提案されていない。

本発明者らは、種々検討を重ねた結果、冷媒の状態により伝熱管の管径を変えることで、具体的には、空気の流れる方向に沿って３列配置された伝熱管について、蒸発器として用いる場合の入口側伝熱管又は凝縮器として用いる場合の出口側伝熱管を最も細径にするとともに、最も細径の伝熱管と反対側の伝熱管の管径及び２つの列の伝熱管の管径比を所定の範囲にすることで、圧力損失の増大を抑制しつつ熱交換性能を向上させ得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の目的は、圧力損失の増大を抑制しつつ熱交換性能を向上させることができる熱交換器を提供することである。

本発明の第１の観点に係る熱交換器は、冷媒が流れる伝熱管の外周に多数枚の板状フィンが取り付けられており、空気との間で熱交換を行う熱交換器であって、
空気が流れる方向に沿って３列の伝熱管が配設されており、
前記３列の伝熱管のうち蒸発器として用いる場合の入口側伝熱管又は凝縮器として用いる場合の出口側伝熱管が最も細径にされており、
最も風上側の伝熱管が最も細径である場合において、当該最も風上側の伝熱管の管径をＤ１とし、真ん中の伝熱管の管径をＤ２とし、最も風下側の管径をＤ３としたときに、Ｄ１＜Ｄ２＝Ｄ３であり、４ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．６≦Ｄ１／Ｄ３＜１であるか、又は、
最も風下側の伝熱管が最も細径である場合において、当該最も風下側の伝熱管の管径をＤ１とし、真ん中の伝熱管の管径をＤ２とし、最も風上側の管径をＤ３としたときに、Ｄ１＜Ｄ２＝Ｄ３であり、４ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．６≦Ｄ１／Ｄ３＜１であり、
前記最も細径の伝熱管（２０ａ）に取り付けられる板状フィン（２１ａ）の幅が、他の伝熱管（２０ｂ、２０ｃ）に取り付けられる板状フィン（２１ｂ、２１ｃ）の幅よりも大きくされていることを特徴としている。

また、本発明の第２の観点に係る熱交換器は、冷媒が流れる伝熱管の外周に多数枚の板状フィンが取り付けられており、空気との間で熱交換を行う熱交換器であって、
空気が流れる方向に沿って３列の伝熱管が配設されており、
前記３列の伝熱管のうち蒸発器として用いる場合の入口側伝熱管又は凝縮器として用いる場合の出口側伝熱管が最も細径にされており、
最も風上側の伝熱管が最も細径である場合において、当該最も風上側の伝熱管の管径をＤ１とし、真ん中の伝熱管の管径をＤ２とし、最も風下側の管径をＤ３としたときに、Ｄ１＝Ｄ２＜Ｄ３であり、５ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．６４≦Ｄ１／Ｄ３＜１であるか、又は、
最も風下側の伝熱管が最も細径である場合において、当該最も風下側の伝熱管の管径をＤ１とし、真ん中の伝熱管の管径をＤ２とし、最も風上側の管径をＤ３としたときに、Ｄ１＝Ｄ２＜Ｄ３であり、５ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．６４≦Ｄ１／Ｄ３＜１であり、
前記最も細径の伝熱管（２０ａ）に取り付けられる板状フィン（２１ａ）の幅が、他の伝熱管（２０ｂ、２０ｃ）に取り付けられる板状フィン（２１ｂ、２１ｃ）の幅よりも大きくされていることを特徴としている。

また、本発明の第３の観点に係る熱交換器は、冷媒が流れる伝熱管の外周に多数枚の板状フィンが取り付けられており、空気との間で熱交換を行う熱交換器であって、
空気が流れる方向に沿って３列の伝熱管が配設されており、
前記３列の伝熱管のうち蒸発器として用いる場合の入口側伝熱管又は凝縮器として用いる場合の出口側伝熱管が最も細径にされており、
最も風上側の伝熱管が最も細径である場合において、当該最も風上側の伝熱管の管径をＤ１とし、真ん中の伝熱管の管径をＤ２とし、最も風下側の管径をＤ３としたときに、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３であり、５ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．５≦Ｄ１／Ｄ３＜１且つ０．７５≦Ｄ２／Ｄ３＜１であるか、又は、
最も風下側の伝熱管が最も細径である場合において、当該最も風下側の伝熱管の管径をＤ１とし、真ん中の伝熱管の管径をＤ２とし、最も風上側の管径をＤ３としたときに、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３であり、５ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．５≦Ｄ１／Ｄ３＜１且つ０．７５≦Ｄ２／Ｄ３＜１であり、
前記最も細径の伝熱管（２０ａ）に取り付けられる板状フィン（２１ａ）の幅が、他の伝熱管（２０ｂ、２０ｃ）に取り付けられる板状フィン（２１ｂ、２１ｃ）の幅よりも大きくされていることを特徴としている。

本発明の第１〜第３の観点に係る熱交換器では、空気が流れる方向に沿って配設される３列の伝熱管のうち蒸発器として用いる場合の入口側伝熱管又は凝縮器として用いる場合の出口側伝熱管が最も細径としている。また、最も細径にした伝熱管から、当該伝熱管と反対側の伝熱管に向かうに従い、管径を等しくするか又は大きくしている。そして、最も細径の伝熱管の管径Ｄ１、その隣の伝熱管の管径Ｄ２及び残りの伝熱管の管径Ｄ３について、Ｄ３を所定の範囲内の値にするとともに、管径比Ｄ１／Ｄ３又はＤ２／Ｄ３を所定の範囲内の値にしているので、圧力損失の増大を抑制しつつ熱交換性能を向上させることができる。
また、最も細径の伝熱管に取り付けられる板状フィンの幅が、他の伝熱管に取り付けられる板状フィンの幅よりも大きくされている。この場合、熱伝達率を大きくする伝熱管周辺のフィン面積を増やすことで、熱交換性能をさらに向上させることができる。

例えば、冷房運転時に膨張弁通過後の冷媒（液状冷媒を多く含む湿り状態）を最も細径とされた最も風上側の伝熱管に流すと、当該伝熱管を流れる冷媒の流速が大きくなり、その結果、管内の冷媒と管外の空気との熱伝達効率が大きくなる。これにより、熱交換の効率を向上させることができる。一方、液状冷媒が少ない湿り状態又は過熱状態の冷媒は、細径にしたとしてもあまり熱伝達率が大きくならず、圧力損失だけが大きくなることから、他の伝熱管は最も風上側の伝熱管の管径より径大にしている。

この場合、暖房運転時には圧縮機で圧縮されたガス状冷媒は最も風下側の伝熱管に供給され、最も風上側の伝熱管から膨張弁に送られるが、冷房運転時同様、液状冷媒を多く含む湿り状態の冷媒が最も細径とされた最も風上側の伝熱管を流れるので、当該伝熱管を流れる冷媒の流速が大きくなり、その結果、管内の冷媒と管外の空気との熱伝達効率が大きくなる。これにより、熱交換の効率を向上させることができる。

前記最も細径の伝熱管の管径が３〜４ｍｍの範囲内であるのが好ましい。この範囲内の管径とすることで、ある程度の冷媒流量を確保しつつ熱伝達率を大きくすることができる。

本発明の室内機は、前記第１〜第３の観点のいずれかに係る熱交換器と、この熱交換器に空気を流す送風機とを備えた室内機であって、
前記最も細径の伝熱管が最も風上側に配設されており、伝熱管を流れる冷媒と空気流とが冷房運転時に並流となり、暖房運転時に対向流となるように構成されていることを特徴としている。

本発明の室内機は、前述した熱交換器を備えているので、圧力損失の増大を抑制しつつ、熱交換性能を向上させることができる。また、熱交換器が凝縮器として機能する暖房運転時に、液状の冷媒を多く含む冷媒が流れる列の伝熱管の管径を最も細くすることで過冷却（サブクール）の程度を大きくして暖房時のＣＯＰを大きくすることができ、さらには、この暖房時のＣＯＰの影響が大きいＡＰＦを大きく向上させることができる。
また、最も細径の伝熱管に取り付けられる板状フィンの幅が、他の伝熱管に取り付けられる板状フィンの幅よりも大きくされている。この場合、熱伝達率を大きくする伝熱管周辺のフィン面積を増やすことで、熱交換性能をさらに向上させることができる。

前記最も細径の伝熱管の管径が３〜４ｍｍの範囲内であるのが好ましい。この範囲内の管径とすることで、ある程度の冷媒流量を確保しつつ熱伝達率を大きくすることができる。

前記送風機が天井裏に配設されるケーシングの略中央に配設されており、前記熱交換器が前記送風機を囲むように前記ケーシング内に配設されており、前記熱交換器の最も内側の伝熱管又は最も外側の伝熱管が最も細径にされているものとすることができる。この場合、天井埋め込み型の室内機において、圧力損失の増大を抑制しつつ熱交換性能を向上させることができる。

前記最も細径の伝熱管が最も内側に配設されており、伝熱管を流れる冷媒と空気流とが冷房運転時に並流となり、暖房運転時に対向流となるように構成されているのが好ましい。この場合、熱交換器が凝縮器として機能する暖房運転時に、液状の冷媒を多く含む冷媒が流れる最も内側（風上側）の列の伝熱管の管径を最も細くすることで過冷却（サブクール）の程度を大きくして暖房時のＣＯＰを大きくすることができ、さらには、この暖房時のＣＯＰの影響が大きいＡＰＦを大きく向上させることができる。

本発明の熱交換器によれば、圧力損失の増大を抑制しつつ熱交換性能を向上させることができる。

本発明の熱交換器の一実施の形態を備えた室内機の断面説明図である。 図１に示される熱交換器の平面説明図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の熱交換器の性能を示すグラフである。 本発明の熱交換器の性能を示すグラフである。 本発明の熱交換器の性能を示すグラフである。 本発明の熱交換器の性能を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の熱交換器及びそれを備えた室内機の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る熱交換器１を備えた室内機２の断面説明図である。この室内機２は、天井裏に配設される天井埋設型の室内機であり、ケーシング３の略中央に送風機４が配設されており、この送風機４を囲むように前記ケーシング３内に略環状の熱交換器１が配設されている。

ケーシング３の下面中央の開口を覆うように化粧パネル５が配設されており、この化粧パネル５は、空調室の空気を吸い込むための吸込口６と、この吸込口６の外周において矩形を描くように配置された４つの吹出口７とを有している。

吸込口６には、吸込グリル８と、この吸込グリル８から吸い込まれた空気中の塵埃などを除去するためにフィルタ９と、このフィルタ９の上方において、吸込口６から吸い込まれた空気をケーシング３内に案内するベルマウス１０が配設されている。

各吹出口７には、図示しないモータによって当該吹出口７の長手方向に延びる軸周りに揺動されるフラップ１１が設けられている。送風機４は、空調室内の空気を前記吸込口６を通じてケーシング３内に吸い込んで、外周方向に吹き出す遠心送風機であり、当該送風機４を構成するモータ１２が、防振ゴム１３を介してケーシング３に固定されている。なお、図１において、１４は、熱交換器１からの凝縮水を貯留するドレンパンであり、１５は、ケーシング３の内周面に配設された断熱材である。

熱交換器１は、図２に示されるように、送風機４の外周を囲むように曲げられて形成されたクロスフィンアンドチューブ型の熱交換器パネルであり、屋外などに設置された図示しない室外機に冷媒配管を介して接続されている。この熱交換器１は、冷房運転時には内部を流れる冷媒の蒸発器として、また、暖房運転時には内部を流れる冷媒の凝縮器としてそれぞれ機能できるように構成されている。そして、熱交換器１は、吸込口６を通じてケーシング３内に吸い込まれ、送風機４のファンロータ１６から吹き出された空気と熱交換を行って、冷房運転時には空気を冷却し、暖房運転時には空気を加熱することができる。

本実施の形態の熱交換器１では、空気が流れる方向（図２において、一点鎖線の矢印で示される、送風機４を中心として径外方向）に沿って３列の伝熱管２０が配設されており、この伝熱管２０の外周に多数枚の板状フィン２１が取り付けられている。前記伝熱管２０は、また、図３に示されるように空気の流れと略直交する方向（図１において上下方向）に沿って６段設けられている。前記伝熱管２０及び板状フィン２１の材質としては、それぞれ一般的な材料である銅及びアルミニウムを採用することができる。

本実施の形態の熱交換器１は、最も風上側である最内列の伝熱管２０ａが最も細径にされている。すなわち、蒸発器として機能する冷房運転時には、最内列の伝熱管２０ａに膨張弁（図示せず）により圧力が降下された冷媒（液状冷媒が多く含まれる湿り状態の冷媒）が供給され、最も風下側の最外列の伝熱管２０ｃから後段の圧縮機（図示せず）へ湿り状態又はガス状態の冷媒が送り出される（図２の黒塗り矢印）。一方、凝縮器として機能する暖房運転時には、圧縮機により圧縮された高温高圧のガス状冷媒が最外列の伝熱管２０ｃに供給され、最内列の伝熱管２０ａから後段の膨張弁へ液状冷媒又は過冷却された液状冷媒が供給される（図２の白抜き矢印）。

熱交換器１の伝熱管２０は、最内列の伝熱管２０ａが最も細径にされている。具体的には、最内列の伝熱管２０ａの外径Ｄ１は４ｍｍであり、真ん中の列の外径Ｄ２の伝熱管２０ｂの外径は５ｍｍであり、最外列の伝熱管２０ｃの外径Ｄ３は６ｍｍである。すなわち、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３であり、５ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．５≦Ｄ１／Ｄ３＜１又は０．７５≦Ｄ２／Ｄ３＜１を満たすように３列の管径が選定されている。

そして、冷房運転時及び暖房運転時のいずれの場合でも、最も細径である最内列の伝熱管２０ａを液状冷媒又は液状冷媒を多く含む湿り状態の冷媒が流れる。このような冷媒が流れる最内列の伝熱管２０ａの管径を細径にすると、当該伝熱管２０ａを流れる冷媒の流速が大きくなり、その結果、管内の冷媒と管外の空気との熱伝達効率が大きくなる。これにより、熱交換の効率を向上させることができる。一方、液状冷媒が少ない湿り状態又は過熱状態の冷媒は、細径にしたとしても液状冷媒ほどは熱伝達率が大きくならず、圧力損失だけが大きくなることから、前記伝熱管２０ｂ及び伝熱管２０ｃの管径Ｄ２、Ｄ３は、最内列の伝熱管２０ａの外径Ｄ１よりも径大にしている。以上より、圧力損失の増大を抑制しつつ、熱交換性能を向上させることができる。

図４〜５は、それぞれＤ１＜Ｄ２＜Ｄ３とした場合の本発明の熱交換器の性能を示すグラフである。図４は、最も風下側の伝熱管の管径Ｄ３と、２つの伝熱管の管径比、具体的には最も細径とした最も風上側の伝熱管の管径Ｄ１と最も風下側の伝熱管の管径Ｄ３との比（Ｄ１／Ｄ３）とを変化させて熱交換器の性能を評価している。一方、図５は、前記Ｄ３と、真ん中の伝熱管の管径Ｄ２と最も風下側の伝熱管の管径Ｄ３との比（Ｄ２／Ｄ３）とを変化させて熱交換器の性能を評価している。

図４〜５では、最も風下側の伝熱管の管径Ｄ３が５ｍｍ、６．３５ｍｍ及び７ｍｍの３つの場合について熱交換器の性能を検証している。各場合において、Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３としたときの熱交換器の能力を１．００（参照値）とし、当該能力との相対比で熱交換器の性能を評価している。

図４より、管径Ｄ３が５ｍｍ、６．３５ｍｍ及び７ｍｍの３つの場合のすべてにおいて、管径比（Ｄ１／Ｄ３）が１より小さくなるに従い、初めのうちは熱交換器の能力が、３列の管径を全て等しくした場合よりも大きくなるが、やがてピークを迎え、その後小さくなることが分かる。初めのうちは、管径を細くすることによる熱交換効率向上の効果が大きく、それが能力向上に寄与するが、やがて管径を細くしすぎることによる圧損増大の影響により能力が低下していくものと考えられる。後出する図５〜７における変化（初めは能力が向上し、やがてピークを迎え、その後能力が低下するという変化）も同様の理由によるものと考えられる。

また、管径Ｄ３が小さいほどピークを早く迎える傾向がある。そして、管径比（Ｄ１／Ｄ３）が０．５のときに、管径Ｄ３が５ｍｍの場合において、熱交換器の能力が、３列の管径を全て等しくした場合と略等しくなることが分かる。

また、図５より、管径Ｄ３が５ｍｍ、６．３５ｍｍ及び７ｍｍの３つの場合のすべてにおいて、管径比（Ｄ２／Ｄ３）が１より小さくなるに従い、初めのうちは熱交換器の能力が、３列の管径を全て等しくした場合よりも大きくなるが、やがてピークを迎え、その後小さくなることが分かる。そして、管径比（Ｄ２／Ｄ３）が０．７５のときに、管径Ｄ３が５ｍｍの場合において、熱交換器の能力が、３列の管径を全て等しくした場合と略等しくなることが分かる。

図４〜５では、最も大きい管径Ｄ３の値は７ｍｍであるが、管径Ｄ３が７ｍｍより大きい場合でも管径Ｄ３が５ｍｍ、６．３５ｍｍ又は７ｍｍの場合と同様の傾向を示すことが推認される。

以上、図４〜５より、５ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．５≦Ｄ１／Ｄ３＜１且つ０．７５≦Ｄ２／Ｄ３＜１を満たすときに、３列の管径を全て等しくした場合（Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３）よりも熱交換器性能が向上していることが分かる。

また、本実施の形態では、最内列の伝熱管２０ａから最外列の伝熱管２０ｃに向かって、すなわち最内列の伝熱管２０ａから離間する方向に４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍと段階的に径を大きくしている。液状冷媒又は液状冷媒を多く含む湿り状態の冷媒が流れる伝熱管の管径を最も小さくし、液状冷媒の割合が少なくなるほど、伝熱管の管径を大きくなるように当該管径を段階的に変化させることで、熱伝達率の向上と圧力損失の増大のバランスをとりつつ、熱交換性能をより一層向上させることができる。

本発明において、最内列の伝熱管２０ａは、４ｍｍに限定されるものではなく、３列の伝熱管のなかで最も小さい限り、例えば３〜７ｍｍの範囲内で適宜選定することができる。前記範囲のうち、ある程度の冷媒流量を確保しつつ熱伝達率を大きくすることができることから、３〜４ｍｍの範囲内で選定するのが好ましい。

また、真ん中の列の伝熱管２０ｂの管径は、例えば４〜８ｍｍの範囲内で選定することができる。さらに、最外列の伝熱管２０ｃの管径は、例えば５〜１０ｍｍの範囲内で選定することができる。

本実施の形態では、図３に示されるように、最内列の伝熱管２０ａに取り付けられるフィン２１ａの幅Ｗ１が、真ん中の列の伝熱管２０ｂに取り付けられるフィン２１ｂの幅Ｗ２及び最外列の伝熱管２０ｃに取り付けられるフィン２１ｃの幅Ｗ３よりも大きくされている。具体的に、幅Ｗ１、Ｗ２及びＷ３は、それぞれ１３ｍｍ、１０ｍｍ及び１０ｍｍとされている。このように液状冷媒又は液状冷媒を多く含む湿り状態の冷媒が流れる最も細径の最内列の伝熱管２０ａのフィン２１ａ、すなわち熱伝達率を大きくする伝熱管周辺のフィンの面積を増やすことで、熱交換性能をさらに向上させることができる。

なお、前述した実施の形態では、３列の伝熱管の管径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３をＤ１＜Ｄ２＜Ｄ３としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、最も風上側又は最も風下側の伝熱管の管径を最も細径とする限り、Ｄ１＜Ｄ２＝Ｄ３であってもよいし、また、Ｄ１＝Ｄ２＜Ｄ３であってもよい。

Ｄ１＜Ｄ２＝Ｄ３の場合は、４ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．６≦Ｄ１／Ｄ３＜１を満たすように、３列の伝熱管の管径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が選定される。
また、Ｄ１＝Ｄ２＜Ｄ３の場合は、５ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．６４≦Ｄ１／Ｄ３＜１を満たすように、３列の伝熱管の管径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が選定される。

図６は、Ｄ１＜Ｄ２＝Ｄ３とした場合の本発明の熱交換器の性能を示すグラフである。最も風下側の伝熱管の管径Ｄ３と、２つの伝熱管の管径比、具体的には最も細径とした最も風上側の伝熱管の管径Ｄ１と最も風下側の伝熱管の管径Ｄ３との比（Ｄ１／Ｄ３）とを変化させて熱交換器の性能を評価している。

図６では、最も風下側の伝熱管の管径Ｄ３が３．２ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ及び９．５２ｍｍの６つの場合について熱交換器の性能を検証している。各場合において、Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３としたときの熱交換器の能力を１．００（参照値）とし、当該能力との相対比で熱交換器の性能を評価している。

図６より、管径Ｄ３が４ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ及び９．５２ｍｍの５つの場合のすべてにおいて、管径比（Ｄ１／Ｄ３）が１より小さくなるに従い、初めのうちは熱交換器の能力が、３列の管径を全て等しくした場合よりも大きくなるが、やがてピークを迎え、その後小さくなることが分かる。管径Ｄ３が小さいほどピークを早く迎える傾向がある。そして、管径比（Ｄ１／Ｄ３）が０．６のときに、管径Ｄ３が４ｍｍの場合において、熱交換器の能力が、３列の管径を全て等しくした場合と略等しくなることが分かる。

また、管径Ｄ３が３．２ｍｍの場合は、管径比（Ｄ１／Ｄ３）が１より小さくなるに従い、熱交換器の能力が徐々に小さくなることが分かる。これは、Ｄ３の管径が細すぎると、圧損増大の影響しかなくなり、管径比（Ｄ１／Ｄ３）を小さくしても熱交換能力が向上せず、逆に低下するものと考えられる。

以上より、Ｄ１＜Ｄ２＝Ｄ３の場合は、４ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．６≦Ｄ１／Ｄ３＜１を満たすときに、３列の管径を全て等しくした場合（Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３）よりも熱交換器性能が向上していることが分かる。

図７は、Ｄ１＝Ｄ２＜Ｄ３とした場合の本発明の熱交換器の性能を示すグラフである。最も風下側の伝熱管の管径Ｄ３と、２つの伝熱管の管径比、具体的には最も細径とした最も風上側の伝熱管の管径Ｄ１と最も風下側の伝熱管の管径Ｄ３との比（Ｄ１／Ｄ３）とを変化させて熱交換器の性能を評価している。

図７では、最も風下側の伝熱管の管径Ｄ３が３．２ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６．３５ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ及び９．５２ｍｍの７つの場合について熱交換器の性能を検証している。各場合において、Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３としたときの熱交換器の能力を１．００（参照値）とし、当該能力との相対比で熱交換器の性能を評価している。

図７より、管径Ｄ３が５ｍｍ、６．３５ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ及び９．５２ｍｍの５つの場合のすべてにおいて、管径比（Ｄ１／Ｄ３）が１より小さくなるに従い、初めのうちは熱交換器の能力が、３列の管径を全て等しくした場合よりも大きくなるが、やがてピークを迎え、その後小さくなることが分かる。そして、管径比（Ｄ１／Ｄ３）が０．６４のときに、管径Ｄ３が５ｍｍの場合において、熱交換器の能力が、３列の管径を全て等しくした場合と略等しくなることが分かる。

また、管径Ｄ３が３．２ｍｍの場合及び４ｍｍの場合は、管径比（Ｄ１／Ｄ３）が１より小さくなるに従い、熱交換器の能力が小さくなることが分かる。これは、Ｄ３の管径が細すぎると、圧損増大の影響しかなくなり、管径比（Ｄ１／Ｄ３）を小さくしても熱交換能力が向上せず、逆に低下するものと考えられる。

以上より、Ｄ１＝Ｄ２＜Ｄ３の場合は、５ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．６４≦Ｄ１／Ｄ３＜１を満たすときに、３列の管径を全て等しくした場合（Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３）よりも熱交換器性能が向上していることが分かる。

〔その他の変形例〕
なお、前述した実施の形態は単なる例示に過ぎず、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではない。例えば、前述した実施の形態では、送風機の吹出側に熱交換器が配置されているが、送風機の吸込側に配置される熱交換器にも本発明を適用することができる。

また、前述した実施の形態では、室内機の熱交換器を対象としているが、室外機の熱交換器にも本発明を適用することができる。さらに、本発明の熱交換器は、空気調和機用の熱交換器に限定されるものではなく、管内を流れる冷媒と空気との間で熱交換が行われる限り他の機器、例えば冷凍装置用の熱交換器にも適用することができる。
また、前述した実施の形態は、冷房と暖房を行う空気調和機の室内機を対象としているが、何れか一方だけを行う空気調和機の室内機にも適用することができる。

また、前述した実施の形態では、中央の送風機を囲むように略環状の熱交換器が配置されているが、空気の流れる方向に沿って３列の伝熱管が配設されている限り、熱交換器の形状や配置は設置スペースなどに応じて適宜選定することができる。

また、前述した実施の形態では、空気流と冷媒の流れとの間係が冷房運転時には並流であり、暖房運転時には対向流であるが、この逆であってもよい。すなわち、冷房運転時に最も風下側の伝熱管から膨張弁通過後の冷媒を供給し、一方、暖房運転時に最も風上側の伝熱管から圧縮機で圧縮された後の冷媒を供給することもできる。この場合は、最も風下側の伝熱管を液状冷媒又は液状冷媒を多く含む湿り状態の冷媒が流れることになるので、当該最も風下側の伝熱管の管径が最も細径にされる。

１ 熱交換器
２ 室内機
４ 送風機
２０ 伝熱管
２１ フィン

Claims (8)

1. 冷媒が流れる伝熱管（２０）の外周に多数枚の板状フィン（２１）が取り付けられており、空気との間で熱交換を行う熱交換器（１）であって、
   空気が流れる方向に沿って３列の伝熱管（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）が配設されており、
   前記３列の伝熱管（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）のうち蒸発器として用いる場合の入口側伝熱管又は凝縮器として用いる場合の出口側伝熱管が最も細径にされており、
   最も風上側の伝熱管が最も細径である場合において、当該最も風上側の伝熱管の管径をＤ１とし、真ん中の伝熱管の管径をＤ２とし、最も風下側の管径をＤ３としたときに、Ｄ１＜Ｄ２＝Ｄ３であり、４ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．６≦Ｄ１／Ｄ３＜１であるか、又は、
   最も風下側の伝熱管が最も細径である場合において、当該最も風下側の伝熱管の管径をＤ１とし、真ん中の伝熱管の管径をＤ２とし、最も風上側の管径をＤ３としたときに、Ｄ１＜Ｄ２＝Ｄ３であり、４ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．６≦Ｄ１／Ｄ３＜１であり、
   前記最も細径の伝熱管（２０ａ）に取り付けられる板状フィン（２１ａ）の幅が、他の伝熱管（２０ｂ、２０ｃ）に取り付けられる板状フィン（２１ｂ、２１ｃ）の幅よりも大きくされていることを特徴とする熱交換器（１）。
2. 冷媒が流れる伝熱管（２０）の外周に多数枚の板状フィン（２１）が取り付けられており、空気との間で熱交換を行う熱交換器（１）であって、
   空気が流れる方向に沿って３列の伝熱管（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）が配設されており、
   前記３列の伝熱管（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）のうち蒸発器として用いる場合の入口側伝熱管又は凝縮器として用いる場合の出口側伝熱管が最も細径にされており、
   最も風上側の伝熱管が最も細径である場合において、当該最も風上側の伝熱管の管径をＤ１とし、真ん中の伝熱管の管径をＤ２とし、最も風下側の管径をＤ３としたときに、Ｄ１＝Ｄ２＜Ｄ３であり、５ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．６４≦Ｄ１／Ｄ３＜１であるか、又は、
   最も風下側の伝熱管が最も細径である場合において、当該最も風下側の伝熱管の管径をＤ１とし、真ん中の伝熱管の管径をＤ２とし、最も風上側の管径をＤ３としたときに、Ｄ１＝Ｄ２＜Ｄ３であり、５ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．６４≦Ｄ１／Ｄ３＜１であり、
   前記最も細径の伝熱管（２０ａ）に取り付けられる板状フィン（２１ａ）の幅が、他の伝熱管（２０ｂ、２０ｃ）に取り付けられる板状フィン（２１ｂ、２１ｃ）の幅よりも大きくされていることを特徴とする熱交換器（１）。
3. 冷媒が流れる伝熱管（２０）の外周に多数枚の板状フィン（２１）が取り付けられており、空気との間で熱交換を行う熱交換器（１）であって、
   空気が流れる方向に沿って３列の伝熱管（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）が配設されており、
   前記３列の伝熱管（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）のうち蒸発器として用いる場合の入口側伝熱管又は凝縮器として用いる場合の出口側伝熱管が最も細径にされており、
   最も風上側の伝熱管が最も細径である場合において、当該最も風上側の伝熱管の管径をＤ１とし、真ん中の伝熱管の管径をＤ２とし、最も風下側の管径をＤ３としたときに、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３であり、５ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．５≦Ｄ１／Ｄ３＜１且つ０．７５≦Ｄ２／Ｄ３＜１であるか、又は、
   最も風下側の伝熱管が最も細径である場合において、当該最も風下側の伝熱管の管径をＤ１とし、真ん中の伝熱管の管径をＤ２とし、最も風上側の管径をＤ３としたときに、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３であり、５ｍｍ≦Ｄ３≦１０ｍｍであり、且つ、０．５≦Ｄ１／Ｄ３＜１且つ０．７５≦Ｄ２／Ｄ３＜１であり、
   前記最も細径の伝熱管（２０ａ）に取り付けられる板状フィン（２１ａ）の幅が、他の伝熱管（２０ｂ、２０ｃ）に取り付けられる板状フィン（２１ｂ、２１ｃ）の幅よりも大きくされていることを特徴とする熱交換器（１）。
4. 前記最も細径の伝熱管の管径が３〜４ｍｍの範囲内である請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器（１）。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器（１）と、この熱交換器（１）に空気を流す送風機（４）とを備えた室内機（２）であって、
   前記最も細径の伝熱管が最も風上側に配設されており、伝熱管を流れる冷媒と空気流とが冷房運転時に並流となり、暖房運転時に対向流となるように構成されていることを特徴とする室内機（２）。
6. 前記最も細径の伝熱管の管径が３〜４ｍｍの範囲内である請求項５に記載の室内機（２）。
7. 前記送風機（４）が、天井裏に配設されるケーシング（３）の略中央に配設されており、前記熱交換器（１）が当該送風機（４）を囲むように前記ケーシング（３）内に配設されており、且つ、前記熱交換器（１）の最も内側の伝熱管（２０ａ）又は最も外側の伝熱管（２０ｃ）が最も細径にされている請求項５又は６に記載の室内機（２）。
8. 前記最も細径の伝熱管（２０ａ）が最も内側に配設されており、伝熱管を流れる冷媒と空気流とが冷房運転時に並流となり、暖房運転時に対向流となるように構成されている請求項７に記載の室内機（２）。

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