JP4857776B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、冷暖房可能な熱交換器に関する。

従来より、室内熱交換器の小型化および省エネ性のために、連続した冷媒経路によって互いに連通している複数列の熱交換部を備えた室内熱交換器が用いられている。特許文献１記載の室内熱交換器は、３列の熱交換部を備えている。

しかし、室内熱交換器の風上から１番目および２番目の列に対して、最も風下側の３列目の熱交換部の担う熱交換の役割は小さい。したがって、熱交換器の使用方法として、冷媒と空気の流す方向を互いに対向する対向流とするのが効果的である。

暖房運転時に対向流を用いれば、空気流れの出口側では空気流れが１列目と２列目で大半の熱交換を完了するので空気が冷媒凝縮温度に近くなり、一方、冷媒の入ロ側では高温の過熱ガス状態の冷媒になるので、空気流れの出口側と冷媒の入ロ側で熱交換を効率良く行うことができる。

また、冷房運転時に対向流を用いれば、冷媒の出口側では冷媒が乾き度１近くの気液二相状態になり、一方、空気流れの入ロ側では空気が未冷却の状態、すなわち温度と湿度が高い状態であるので、冷媒の出口側と空気流れの入ロ側での熱交換を行うことによって高効率の冷却効果を得ることが可能である。

さらに、室内熱交換器で熱交換された冷媒が圧縮機に戻る際には、ある程度の過熱が必要であるが、過熱を効率よく得るためにも対向流は効果的である。

さらに、熱交換器において冷媒の多くが気化している場所(暖房時では冷媒入口側、冷房時では冷媒出口側)では、伝熱管内の圧損低下および効果的な熱交換のために、冷媒パスを多くする、いわゆる多パス化が有効である。しかし、冷房時に冷媒と空気流れの方向が互いに平行な平行流となる場合には、冷媒の過熱が得られにくいため、各パス出口での乾き度に差が出やすい。この場合に充分な過熱を得ようとすれば、熱交換効率の良い気液二相状態の冷媒で満たされた領域が減少し、冷却性能の低下を招くことになる。このように冷房時に平行流となる場合には、暖房時には対向流となるので効率の良い熱交換が実現されるが、上述のとおり冷房時には大きな性能低下の原因となる。
特開平１１―３３７１０４号公報

以上のように、特許文献１記載の室内熱交換器では、冷媒の流す方向により、暖房と冷房のどちらかを対向流とすると、一方では対向流となって性能が向上するが、他方においては平行流となって効率が大きく低下する。

本発明の課題は、冷房および暖房の性能を両方とも向上させることができる熱交換器を提供することにある。

第１発明の熱交換器は、３列以上の複数列で構成された熱交換部を備えている。３列以上の複数列は、少なくとも１本の連続した冷媒経路によって互いに連通している。第１端部は、冷媒経路の一方の端部である。第１端部は、熱交換部における中央列または中央付近の列に配置されている。第２端部は、冷媒経路の他方の端部である。第２端部は、熱交換部における熱交換部を通過する空気流れに対して最も風上側の列に配置されている。また、暖房運転時には、第１端部は冷媒の入口となり、第２端部は冷媒の出口になる。さらに、冷房運転時には、第１端部は冷媒の出口となり、第２端部は冷媒の入口になる。

ここでは、冷媒経路の一方の端部である第１端部が熱交換部における中央列または中央付近の列に配置され、冷媒経路の他方の端部である第２端部が熱交換部における熱交換部を通過する空気流れに対して最も風上側の列に配置されているので、冷房および暖房のいずれの場合においても部分的に対向流が得られるので、冷房および暖房の性能を両方とも向上させることが可能である。

また、暖房運転時には冷媒の入口が中央列にあることから、最も風上側の列で気液二相状態の冷媒と熱交換を終えた空気と、高温の過熱ガスとが中央列で熱交換を行うことが可能となる。これにより、冷房時に対向流になるが暖房時に平行流になる場合に比べて、暖房時に効果的な熱交換をすることが可能である。

さらに、冷房運転時の冷媒出口を中央列に配置することで、暖房時に対向流となるが冷房時に平行流になる場合と比較して、冷房時に過熱を得やすくし、熱交換器の気液二相状態で満たされる部分を拡大すると共に、偏流の抑制を可能としている。

第２発明の熱交換器は、第１発明の熱交換器であって、複数列の熱交換部は、２列の主熱交換ユニットと、１列の副熱交換ユニットとを有している。副熱交換ユニットは、主熱交換ユニットに隣接して配置されている。第１端部は、主熱交換ユニットの列のうちの副熱交換ユニットに近い列に配置されている。第２端部は、副熱交換ユニットに配置されている。

ここでは、冷媒経路の第１端部が主熱交換ユニットの列のうちの副熱交換ユニットに近い列に配置され、第２端部が副熱交換ユニットに配置されているので、冷媒の出入口が熱的に分離され、第１端部と第２端部との間の熱交換によって生じる熱損失を抑制することが可能であり、熱交換能力が向上する。

第３発明の熱交換器は、第１発明の熱交換器であって、再熱熱交換部をさらに備えている。再熱熱交換部は、再熱ドライ運転時において空気を加熱することが可能である。

ここでは、再熱熱交換部をさらに備えているので、再熱ドライ運転時において空気を加熱することが可能である。

第４発明の空気調和機の室内機は、熱交換器と、送風ファンとを備えている。熱交換器は、請求項１から３のいずれかに記載の熱交換器である。送風ファンは、熱交換器を通過する空気の流れを生成する。

ここでは、熱交換器によって冷房および暖房のいずれの場合においても部分的に対向流が得られるので、冷房および暖房の性能を両方とも向上させることが可能である。

第１発明によれば、冷房および暖房の性能を両方とも向上させることができる。

第２発明によれば、冷媒の出入口が熱的に分離され、熱交換能力が向上する。

第３発明によれば、再熱ドライ運転時において空気を加熱できる。

第４発明によれば、冷房および暖房の性能を両方とも向上させることができる。

〔空気調和機の全体構成〕
本発明の一実施形態に係る空調室内機を備えた空気調和機について、図１〜図６を用いて説明すれば、以下の通りである。

本実施形態の空気調和機１は、図１に示すように、室内の壁面などに取り付けられる室内機２と、室外に設置される室外機３とを備えている。

室内機２には、第１熱交換部１５および第２熱交換部１７を有する室内熱交換器５が収納されており、室外機３には、室外熱交換器１３が収納されている。そして、室内機２の熱交換部１５、１７と室外機３の室外熱交換器１３とが冷媒配管４によって接続されることにより、図２に示される冷媒回路が構成されている。

〔空気調和機の冷媒回路の概略構成〕
空気調和機１の冷媒回路は、図２に示されるように、圧縮機１１と、四路切換弁１２と、室外熱交換器１３と、電動膨張弁１４と、第１熱交換部１５と、第１電磁弁１６ａおよび第２電磁弁１６ｂと、第２熱交換部１７と、アキュムレータ１８とを含んでいる。

第１電磁弁１６ａおよび第２電磁弁１６ｂは、図２および図４に示すように、第１熱交換部１５と第２熱交換部１７との間に互いに並列に配置されており、再熱ドライ運転時には第１熱交換部１５へ流れる冷媒の圧力を低下させる。

第１熱交換部１５は、並列配置された第１電磁弁１６ａおよび第２電磁弁１６ｂに接続されており、冷房運転時および再熱ドライ運転時には蒸発器として機能し、暖房運転時には凝縮器として機能する。

第２熱交換部１７は、電動膨張弁１４に接続されており、再熱ドライ運転時において空気を加熱することが可能な再熱熱交換部として機能する。第２熱交換部１７は、冷房運転時には蒸発器として、再熱ドライ運転時および暖房運転時には凝縮器として機能する。

室内機２は、以上のような第１熱交換部１５および第２熱交換部１７を有する室内熱交換器５（図３および図４参照）を備えており、これらの第１熱交換部１５および第２熱交換部１７が接触する空気との間で熱交換を行う。そして、室内機２は、室内空気を吸い込み第１熱交換部１５および第２熱交換部１７を経由して空気調和された空気を室内に排出するための気流を発生させるクロスフローファン２１（図２および図３参照）を備えている。クロスフローファン２１は、室内ファンモータ２２によって回転駆動される。

室外機３は、圧縮機１１と、四路切換弁１２と、アキュムレータ１８と、室外熱交換器１３と、電動膨張弁１４とを備えている。電動膨張弁１４は、フィルタ３５および液閉鎖弁３６を介して配管４１と接続されており、この配管４１を介して室内機２の第２熱交換部１７の一端と接続される。また、四路切換弁１２は、ガス閉鎖弁３７を介して配管４２と接続されており、この配管４２を介して室内機２の第１熱交換部１５の一端と接続されている。なお、この配管４１、４２は、図１の冷媒配管４に相当する。また、室外機３は、室外熱交換器１３を通過する空気流れを生成するプロペラファン３８と、プロペラファン３８を回転駆動する室外ファンモータ３９とを有している。

〔室内機２の構成〕
室内機２は、図３および図４に示すように、主として、室内機２の内部に収容されている室内熱交換器５、上部ケーシング６、送風機構７によって構成されている。

送風機構７は、クロスフローファン２１と水平フラップ７０とを備えており、室内機２の下面側、裏面側の外郭を形成する。

室内熱交換器５は、クロスフローファン２１の円周面に対向して配置されている。室内熱交換器５は、クロスフローファン２１によって生成された空気流れＦと室内熱交換器５の冷媒経路を通過する冷媒との間で熱交換を行わせる。そして、室内機２は、水平フラップ７０によって吹き出し方向を調整しながら、吹き出し口７１から空気調和された空気を吹き出す。

室内熱交換器５の具体的な構成については、以下の項目で説明する。

〔室内熱交換器５の構成〕
室内熱交換器５は、図４に示されるように、第１熱交換部１５および第２熱交換部１７を備えている。なお、図２の冷媒回路に含まれる第１熱交換部１５および第２熱交換部１７は、個々独立した構成となっているが、本実施形態では、図４に示すように、１つの室内熱交換器５の中でその一部分とそれ以外の部分とが第１熱交換部１５および第２熱交換部１７に相当する。第１熱交換部１５および第２熱交換部１７は、その間に並列配置された第１電磁弁１６ａと第２電磁弁１６ｂによって互いに接続されている。

第１熱交換部１５および第２熱交換部１７は、２列の主熱交換ユニット５１と１列の副熱交換ユニット５２とを合体することにより３列の熱交換部（図３の空気流れＦの方向を基準として風上側から第１列ＬＩ、第２列ＬII、第３列ＬIIIとする）として構成されている。副熱交換ユニット５２は、主熱交換ユニット５１の風上側（図３および図４における左側）に隣接して配置されている。主熱交換ユニット５１と副熱交換ユニット５２との間は、熱的に分離されている。主熱交換ユニット５１は、伝熱管がジグザグに通された放熱フィンを折り曲げることにより形成された４つの部分５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを有している。同様に、副熱交換ユニット５２は、伝熱管がジグザグに通された放熱フィンを折り曲げることにより形成された３つの部分５２ａ、５２ｂ、５２ｃを有している。

主熱交換ユニット５１および副熱交換ユニット５２の間は、６本の連続する冷媒経路５３〜５８によって互いに連通している。第１熱交換部１５は、第１冷媒経路５３、第２冷媒経路５４、第３冷媒経路５５、および第４冷媒経路５６を有している。第２熱交換部１７は、第５冷媒経路５７および第６冷媒経路５８を有している。

〔冷媒経路５３〜５８の説明〕
以下、図４および図５を参照しながら冷房時および暖房時における第１冷媒経路５３〜第６冷媒経路５８を説明する。

第１熱交換部１５を通る第１冷媒経路５３、第２冷媒経路５４、第３冷媒経路５５、および第４冷媒経路５６では、それぞれの冷媒経路の一方の端部である第１端部５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａは、第１熱交換部１５の中央列である第２列ＬIIに配置されている。一方、それぞれの冷媒経路の他方の端部である第２端部５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂは、第１熱交換部１５を通過する空気流れに対して最も風上側の列である第１列ＬＩに配置されている。

（冷房運転時における冷媒経路）
図４に示される冷房運転時の室内熱交換器５では、第１端部５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａが冷媒の出口となり、第２端部５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂが冷媒の入口になっている。

具体的には、冷房運転時における第１冷媒経路５３は、冷媒入口である第２端部５３ｂが第１熱交換部１５の第１列ＬI、すなわち副熱交換ユニット５２の部分５２ａに配置され、中間部分が主熱交換ユニット５１の部分５１ａにおける第３列ＬIIIを経由し、冷媒出口である第１端部５３ａが主熱交換ユニット５１の部分５１ａにおける第２列ＬIIに配置されることによって、構成されている。

以下、同様に、冷房運転時における第２冷媒経路５４、第３冷媒経路５５、および第４冷媒経路５６も、冷媒入口である第２端部５４ｂ、５５ｂ、５６ｂが第１列ＬIに配置され、中間部分が第３列ＬIIIを経由し、冷媒出口である第１端部５４ａ、５５ａ、５６ａが第２列ＬIIに配置されることによって、構成されている。

このように、冷房運転時の冷媒出口である第１端部５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａを中間列である第２列ＬIIに配置することによって、通常の熱交換器のように暖房時に対向流になるが冷房時に平行流になる場合と比較して、冷房時に冷媒の過熱が得やすくなり、室内熱交換器５の冷媒経路５３、５４、５５、５６における気液二相状態の冷媒で満たされる部分を拡大する。その結果、偏流を抑制することが可能になる。また、最も下流側の第３列ＬIIIでは、気液二相状態の冷媒の温度が低くなるので（図７（ａ）の区間iii−iv参照）、熱交換効率が向上する。

なお、第５冷媒経路５７および第６冷媒経路５８は、再熱用熱交換部である第２熱交換部１７を通る冷媒経路であるので、通常の熱交換器と同様に、第１列ＬI、第２列ＬII、第３列ＬIIIの順にジグザグに経由することによって構成されている。

（暖房運転時における冷媒経路）
また、図５に示される暖房運転時には、第１冷媒経路５３、第２冷媒経路５４、第３冷媒経路５５、および第４冷媒経路５６の第１端部５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａが冷媒の入口となり、第２端部５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂが冷媒の出口になる。

具体的には、暖房運転時における第１冷媒経路５３は、冷媒入口である第１端部５３ａが主熱交換ユニット５１の部分５１ａにおける第２列ＬIIに配置され、中間部分が主熱交換ユニット５１の部分５１ａにおける第３列ＬIIIを経由し、冷媒出口である第２端部５３ｂが第１熱交換部１５の第１列ＬIである副熱交換ユニット５２の部分５２ａに配置されることによって、構成されている。

以下、同様に、暖房運転時における第２冷媒経路５４、第３冷媒経路５５、および第４冷媒経路５６も、冷媒入口である第１端部５４ａ、５５ａ、５６ａが第２列ＬIIに配置され、中間部分が第３列ＬIIIを経由し、冷媒出口である第２端部５４ｂ、５５ｂ、５６ｂが第１列ＬIに配置されることによって、構成されている。

このように、暖房運転時の冷媒入口である第１端部５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａを中間列である第２列ＬIIに配置することによって、第１列ＬIにおいて気液二相状態の冷媒と熱交換をした空気は、第２列ＬIIにおいて、冷媒入口から入った直後の高温の過熱ガスと熱交換を行うことが可能となる。これにより、通常の熱交換器のように冷房時に対向流になるが暖房時に平行流になる場合に比べて、暖房時の効果的な熱交換をすることが可能である。

なお、再熱用熱交換部である第２熱交換部１７における第５冷媒経路５７および第６冷媒経路５８は、第３列ＬIII、第２列ＬII、第１列ＬIの順にジグザグに経由することによって構成されている。

〔室内熱交換器５の性能評価についての説明〕
以下、図６および表１を参照しながら、それぞれ異なる冷媒経路を有する室内熱交換器５、１０５〜５０５における性能評価を説明する。ここで、図６および表１の（ｆ）が実施形態の室内熱交換器５に対応しており、その他の（ａ）〜（ｅ）については、本発明の比較例としての室内熱交換器１０５〜５０５が対応している。大別すれば、（ａ）〜（ｃ）は、暖房運転時において空気流れの方向と冷媒の流れる方向が平行またはほぼ平行な流れである平行流であり、（ｄ）〜（ｆ）は、暖房運転時において空気流れの方向と冷媒の流れる方向が対向またはほぼ対向する流れである対向流である。

比較例である室内熱交換器１０５〜５０５は、実施形態の室内熱交換器５と同様に、２列の主熱交換ユニット１５１〜５５１と、それに隣接して配置された副熱交換ユニット１５２〜５５２とを備えている。

ここで、表１における暖房の変化率は、図６における暖房運転時に完全な対向流である（ｄ）の空気温度の変化の変化率を１００％として見た場合の相対的な百分率であり、暖房性能の評価は、暖房の変化率が９０％以上のときに○、９０％未満のときに△とする。

また、表１における冷房の変化率は、図６における暖房運転時に完全な対向流である（ｄ）の空気温度の変化の変化率を１００％として見た場合の相対的な百分率であり、冷媒の過熱度の評価は、冷房運転時における過熱度（すなわち、冷媒出口温度−冷媒凝縮温度）の大きさで評価する。

表１における出入口の熱分離は、冷媒の入口および出口がそれぞれ主熱交換ユニット５１（または１５１〜５５１）と副熱交換ユニット５２（または１５２〜５５２）とに分かれて配置されている場合には○、そうでなければ×と評価する。

（比較例（ａ）について）
図６（ａ）に示される室内熱交換器１０５の冷媒経路は、通常の熱交換器と同様に、暖房運転時には冷媒が第１列ＬI、第２列ＬII、第３列ＬIIIの順に流れる経路である。

この室内熱交換器１０５は、平行流であるので、表１（ａ）に示されるように暖房性能が良くない。

しかし、冷房時には冷媒の流れが逆転して対向流となるので、冷媒の過熱度は良好である。

出入口の熱分離は、冷媒の入口および出口がそれぞれ副熱交換ユニット１５２および主熱交換ユニット１５１に分離されているので良好である。

（比較例（ｂ）について）
図６（ｂ）に示される室内熱交換器２０５の冷媒経路は、暖房運転時には冷媒が第２列ＬIIから入り、第１列ＬIを経由して第３列ＬIIIから出る経路である。

この室内熱交換器２０５は、ほぼ平行流であり、第２列ＬIIの冷媒入口直後の高温の過熱ガス冷媒が第３列ＬIIIの冷媒出口直前の気液二相状態の冷媒よりも風上側を流れるので、表１（ｂ）に示されるように暖房性能が良くない。

しかし、冷房時には、冷媒出口が第２列ＬIIにあるので、冷房時に完全に平行流となる場合（（ｄ）のように冷媒出口が最も風下の第３列ＬIIIにある場合）と比較して、冷媒の過熱が得やすくなる。

出入口の熱分離は、冷媒の入口および出口がそれぞれ同じ主熱交換ユニット２５１にあるので熱的に分離されておらず、熱交換能力が低下する。

（比較例（ｃ）について）
図６（ｃ）に示される室内熱交換器３０５の冷媒経路は、暖房運転時には冷媒が第１列ＬIから入り、第３列ＬIIIを経由して第２列ＬIIから出る経路である。
この室内熱交換器１０５は、ほぼ平行流であり、第１列ＬIの冷媒入口直後の高温の過熱ガス冷媒が第２列ＬIIの冷媒出口直前の気液二相状態の冷媒よりも風上側を流れるので、表１（ｃ）に示されるように暖房性能が良くない。

しかし、冷房時には冷媒の流れが逆転してほぼ対向流となり、冷媒出口が（ａ）と同様に、第１列ＬIにあるので、冷媒の過熱度は良好である。

出入口の熱分離は、冷媒の入口および出口がそれぞれ副熱交換ユニット３５２および主熱交換ユニット３５１に分離されているので良好である。

（比較例（ｄ）について）
図６（ｄ）に示される室内熱交換器４０５の冷媒経路は、通常の熱交換器と同様に、暖房運転時には冷媒が第３列ＬIII、第２列ＬII、第１列ＬIの順に流れる経路である。

この室内熱交換器４０５は、対向流であるので、表１（ｄ）に示されるように暖房性能が良い。

しかし、冷房時には冷媒の流れが逆転して平行流となるので、冷媒の過熱度は良くない。したがって、冷房運転時の冷媒経路の出口付近の多パス部分において、冷媒の偏流が発生し、それにより、大きな性能低下が発生するおそれがある。

出入口の熱分離は、冷媒の入口および出口がそれぞれ副熱交換ユニット４５２および主熱交換ユニット４５１に分離されているので良好である。

（比較例（ｅ）について）
図６（ｅ）に示される室内熱交換器５０５の冷媒経路は、暖房運転時には冷媒が第３列ＬIIIから入り、第１列ＬIを経由して第２列ＬIIから出る経路である。

この室内熱交換器５０５は、ほぼ対向流であり、第２列ＬIIの冷媒出口直前の気液二相状態の冷媒が第３列ＬIIIの冷媒入口直後の高温の過熱ガス冷媒よりも風上側を流れるので表１（ｅ）に示されるように暖房性能が良い。

しかし、冷房時には、冷媒出口が最も風下の第３列ＬIIIにあるので、冷房時に完全に平行流となる場合（（ｄ）のように冷媒出口が最も風下の第３列ＬIIIにある場合）と同様に、冷媒の過熱は良くない。したがって、冷房運転時の冷媒経路の出口付近の多パス部分において、冷媒の偏流が発生し、それにより、大きな性能低下が発生するおそれがある。

出入口の熱分離は、冷媒の入口および出口がそれぞれ同じ主熱交換ユニット５５１にあるので、熱的に分離されておらず、熱交換能力が低下する。

（実施形態の（ｆ）について）
図６（ｆ）に示される実施形態の室内熱交換器５の冷媒経路は、暖房運転時には冷媒が第２列ＬIIから入り、第３列ＬIIIを経由して第１列ＬIから出る経路である。

この室内熱交換器５は、ほぼ対向流であり、第１列ＬIの冷媒出口直前の気液二相状態の冷媒が第２列ＬIIの冷媒入口直後の高温の過熱ガス冷媒よりも風上側を流れるので、表１（ｆ）に示されるように暖房性能が良い。

また、冷房時には、冷媒出口が第２列ＬIIにあるので、冷房時に完全に平行流となる場合（（ｄ）のように冷媒出口が最も風下の第３列ＬIIIにある場合）と比較して、冷媒の過熱が得やすくなる。なお、表１（ｆ）における冷媒の過熱度は、２．２であり、表１（ａ）および（ｃ）における冷媒の過熱度（６．２）よりも低いが、２．２程度あれば、冷房運転時の冷媒経路の出口付近の多パス部分において、冷媒の偏流が発生しない。

したがって、実施形態の（ｆ）の場合では、暖房性能および冷媒の過熱度の両方が良好になるので、ＣＯＰも向上する。なお、上述の（ａ）〜（ｅ）のように、暖房性能および冷媒の過熱度の一方が良好でない場合には、ＣＯＰは低下する。

出入口の熱分離は、冷媒の入口および出口がそれぞれ副熱交換ユニット５２および主熱交換ユニット５１に分離されているので良好である。したがって、冷媒の入口と出口との間の熱交換によって生じる熱損失を抑制する。

〔空気と冷媒の温度変化についての説明〕
つぎに、図７および図８のグラフを用いて、実施形態の室内熱交換器５を用いて冷房運転および暖房運転をしたときの、室内熱交換器５の第１列ＬI〜第３列ＬIIIを通過したときの空気と冷媒の温度変化について、平行流および対向流の場合と比較して説明する。なお、いずれの場合も、空気は、室内熱交換器５の内部を第１列ＬI、第２列ＬII、第３列ＬIIIの順に流れるものとする。

（冷房運転時における空気と冷媒の温度変化）
（ａ）実施形態の室内熱交換器５について
図７（ａ）に示されるように、実施形態の室内熱交換器５を用いて冷房運転したときには、空気流れが室内熱交換器５の第１列ＬI、第２列ＬII、第３列ＬIIIを順に通過する空気は、曲線Ａ１のように、第１列ＬI、第２列ＬII、第３列ＬIIIの順に温度が低下し、最終的に１５．６℃の空気が調和空気として室内機２から吹き出される。

一方、冷媒は、第１列ＬI（区間i−ii）、第３列ＬIII（区間iii−iv）、第２列ＬII（区間iv−v）の順に流れる。このとき、冷媒の温度は、曲線Ｒ１のように、圧力損失により気液二相状態の冷媒の部分である第１列ＬI（区間i−ii）および第２列ＬII（区間iv−v）において低下し、第３列ＬIIIの出口付近（点ivの位置）において最も低くなるので、これによって、熱交換効率が向上する。

とくに、冷媒入口付近（点iの位置）では、最も風上の空気温度（２７．０℃）と冷媒入口の冷媒温度（１５．０℃）との温度差が大きいため、熱交換性能は向上する。

しかも、冷媒は、第２列ＬII（区間iv−v）において、冷媒凝縮温度１４．６℃から１６．８℃まで上昇するので、冷媒の偏流を抑制することが可能な過熱度２．２（表１の（ｆ）参照）を得る。

（ｂ）比較例としての対向流について
図７（ｂ）に示されるように、対向流（冷媒が空気の流れに対向して第３列ＬIIIから第１列ＬIへ流れる）の場合には、空気の温度は、曲線Ａ２のように、室内熱交換器５の第１列ＬI、第２列ＬII、第３列ＬIIIの順に低下して、最終的に１５．７℃になり、一方、冷媒の温度は、曲線Ｒ２のように、気液二相状態の冷媒の部分である第３列ＬIIIおよび第２列ＬIIでは圧力損失により低下し、第１列ＬIでは過熱により冷媒凝縮温度１４．６℃から２０．８℃まで上昇して６．２という高い過熱度を得る。

しかし、対向流の場合では、冷媒の過熱が得られやすいが、第１列ＬIの過熱状態になるまでは第３列ＬIIIおよび第２列ＬIIにおいて風上側に近づくほど冷媒温度は低下するので、最も風下側（第３列ＬIIIの空気の出口端（右端））における空気温度（１５．７℃）と冷媒入口の冷媒温度（１５．０℃）との温度差が小さくなる。このため、熱交換性能の向上が抑制される。

（ｃ）比較例としての平行流について
図７（ｃ）に示されるように、平行流（冷媒が空気の流れと平行に流れる）の場合には、空気の温度は、曲線Ａ３のように、室内熱交換器５の第１列ＬI、第２列ＬII、第３列ＬIIIの順に低下して、最終的に１５．６℃になり、一方、冷媒の温度は、曲線Ｒ３のように、気液二相状態の冷媒の部分である第１列ＬIおよび第２列ＬIIでは圧力損失により低下し、第３列ＬIIIでは過熱により冷媒凝縮温度１４．６℃から１５．８℃へ少ししか上昇せず、０．８程度の過熱度しか得られない。したがって、冷媒の偏流が発生するおそれがある。

（暖房運転時における空気と冷媒の温度変化）
（ａ）実施形態の室内熱交換器５について
図８（ａ）に示されるように、実施形態の室内熱交換器５を用いて暖房運転したときには、空気流れが室内熱交換器５の第１列ＬI、第２列ＬII、第３列ＬIIIを順に通過する空気は、曲線Ａ４のように、第１列ＬI、第２列ＬII、第３列ＬIIIの順に温度が上昇し、最終的に２９．６℃の空気が調和空気として室内機２から吹き出される。

一方、冷媒は、第２列ＬII（区間i−ii）、第３列ＬIII（区間ii−iii）、第１列ＬI（区間iv−v）の順に流れる。このとき、冷媒の温度は、曲線Ｒ４のように、第２列ＬII（区間i−ii）において過熱ガスの状態で温度が急速に低下し、ついで、第３列ＬIII（区間iii−iv）および第１列ＬI（区間iv−v）において気液二相状態で温度は緩やかに低下する。

この場合、第２列ＬIIの冷媒入口直後（点iの位置）の高温の過熱ガス冷媒よりも先に第１列ＬIの冷媒出口（点vの位置）直前の気液二相状態の冷媒が空気を暖めることができ、暖房性能が良くなる。

（ｂ）比較例としての対向流について
図８（ｂ）に示されるように、対向流の場合には、空気の温度は、曲線Ａ５のように、室内熱交換器５の第１列ＬI、第２列ＬII、第３列ＬIIIの順に上昇して、最終的に３０．５℃になり、一方、冷媒の温度は、曲線Ｒ５のように、第３列ＬIIIにおいて過熱ガスの状態で温度が急速に低下し、ついで、第２列ＬIIおよび第１列ＬIにおいて気液二相状態で温度は緩やかに低下する。

このような対向流では、第３列ＬIIIの冷媒入口直後の高温の過熱ガス冷媒よりも先に第１列ＬIおよび第２列ＬIIにおいて気液二相状態の冷媒が空気を暖めるので、高い熱交換性能が得られる。

（ｃ）比較例としての平行流について
図８（ｃ）に示されるように、平行流の場合には、空気の温度は、曲線Ａ６のように、室内熱交換器５の第１列ＬI、第２列ＬII、第３列ＬIIIの順に上昇して、最終的に２９．１℃になり、一方、冷媒の温度は、曲線Ｒ６のように、第１列ＬIにおいて過熱ガスの状態で温度が急速に低下し、ついで、第２列ＬIIおよび第３列ＬIIIにおいて気液二相状態で温度は緩やかに低下する。

このような平行流では、第１列ＬIの冷媒入口直後の高温の過熱ガス冷媒が最初に空気を暖めた後に、第２列ＬIIおよび第３列ＬIIIにおいて気液二相状態の冷媒が空気を暖めるので、熱交換性能が良くない。

＜特徴＞
（１）
実施形態では、第１熱交換部１５を通る第１冷媒経路５３、第２冷媒経路５４、第３冷媒経路５５、および第４冷媒経路５６では、それぞれの冷媒経路の一方の端部である第１端部５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａは、第１熱交換部１５の中央列である第２列ＬIIに配置されている。一方、それぞれの冷媒経路の他方の端部である第２端部５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂは、第１熱交換部１５を通過する空気流れに対して最も風上側の列である第１列ＬＩに配置されている。したがって、冷房および暖房のいずれの場合においても部分的に対向流が得られるので、冷房および暖房の性能を両方とも向上させることが可能である。

（２）
実施形態では、暖房運転時には、第１冷媒経路５３、第２冷媒経路５４、第３冷媒経路５５、および第４冷媒経路５６の第１端部５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａが冷媒の入口となり、第２端部５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂが冷媒の出口になる。したがって、暖房運転時には冷媒の入口が中央列（第２列ＬII）にあることから、最も風上側の列（第１列ＬI）で気液二相状態の冷媒と熱交換を終えた空気と、高温の過熱ガスとが中央列で熱交換を行うことが可能となる。これにより、冷房時に対向流になるが暖房時に平行流になる場合に比べて、暖房時に効果的な熱交換をすることが可能である。

（３）
実施形態では、冷房運転時の室内熱交換器５では、第１端部５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａが冷媒の出口となり、第２端部５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂが冷媒の入口になっている。したがって、冷房運転時の冷媒出口を中央列（第２列ＬII）に配置することで、暖房時に対向流となるが冷房時に平行流になる場合と比較して、冷房時に過熱を得やすくし、熱交換器の気液二相状態で満たされる部分を拡大すると共に、偏流の抑制を可能としている。

このとき冷媒の流れは、第１列ＬI→第３列ＬIII→第２列ＬIIの順となるが、冷媒の温度は、圧力損失により気液二相状態では空気流れＦの下流側で低下するので、第３列ＬIIIで温度が低くなり、その結果、熱交換効率が向上する。

（４）
実施形態では、冷媒経路５３〜５６の第１端部５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａが主熱交換ユニット５１の列のうちの副熱交換ユニット５２に近い列（第２列ＬII）に配置され、第２端部５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂが副熱交換ユニット５２に配置されているので、冷媒の出入口が熱的に分離され、第１端部と第２端部との間の熱交換によって生じる熱損失を抑制することが可能であり、熱交換能力が向上する。

また、第１熱交換部１５は、主熱交換ユニット５１と１列の副熱交換ユニット５２とを組み合わせて３列の熱交換器として構成されているので、製造コストを低く抑えることが可能であり、設計自由度が向上する。

（５）
実施形態では、室外熱交換器５が再熱熱交換部である第２熱交換部１７をさらに備えているので、再熱ドライ運転時において、第２熱交換部１７によって空気を加熱することが可能である。これにより、室内の温度を下げずにドライ運転をすることが可能になる。

（６）
実施形態の空気調和機１の室内機２では、室外熱交換器５によって冷房および暖房のいずれの場合においても部分的に対向流が得られるので、冷房および暖房の性能を両方とも向上させることが可能である。

＜変形例＞
（Ａ）
実施形態の室内熱交換器５では、第１熱交換部１５を通る冷媒経路５３〜５６のそれぞれの第２端部５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂが最も風上側の列である第１列ＬＩに配置されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２端部５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂを最も風下側の列である第３列ＬIIIに配置してもよい。この場合であっても、上記実施形態と同様に、冷房および暖房のいずれの場合においても部分的に対向流が得られるので、冷房および暖房の性能を両方とも向上させることが可能である。

本発明は、冷暖房可能な熱交換器であって、冷房運転時と暖房運転時において冷媒の流れが逆転する熱交換器に適用することが可能である。

本発明の実施形態に係わる空気調和機の構成図。 図１の空気調和機における冷媒回路を示すブロック図。 図１の室内機の縦断面図。 図３の室内熱交換器の冷房運転時における冷媒経路を示す図。 図３の室内熱交換器の暖房運転時における冷媒経路を示す図。 図３の室内熱交換器の暖房運転時における冷媒経路を模式的に示す図（ｆ）、およびその比較例である冷媒経路を模式的に示す図（ａ）〜（ｅ）。 図３の室内熱交換器における冷房運転時における空気おおよび冷媒の温度変化を示すグラフ。 図３の室内熱交換器における暖房運転時における空気おおよび冷媒の温度変化を示すグラフ。

１ 空気調和機
２ 室内機
３ 室外機
４ 冷媒配管
５ 室内熱交換器
１５ 第１熱交換部
１７ 第２熱交換部
５１ 主熱交換ユニット
５２ 副熱交換ユニット
５３ 第１冷媒経路
５４ 第２冷媒経路
５５ 第３冷媒経路
５６ 第４冷媒経路
５７ 第５冷媒経路
５８ 第６冷媒経路

Claims (4)

1. 少なくとも１本の連続した冷媒経路（５３、５４、５５、５６）によって互いに連通している３列以上の複数列で構成された熱交換部（１５）を備えており、
   前記冷媒経路（５３、５４、５５、５６）の一方の端部である第１端部（５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａ）は、前記熱交換部（１５）における中央列または中央付近の列に配置されており、
   前記冷媒経路（５３、５４、５５、５６）の他方の端部である第２端部（５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂ）は、前記熱交換部（１５）における前記熱交換部（１５）を通過する空気流れ（Ｆ）に対して最も風上側の列に配置されており、
   暖房運転時には、前記第１端部（５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａ）が冷媒の入口となり、前記第２端部（５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂ）が冷媒の出口になり、
   冷房運転時には、前記第１端部（５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａ）が冷媒の出口となり、前記第２端部（５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂ）が冷媒の入口になる、
   熱交換器（５）。
2. 前記複数列の熱交換部（１５）は、２列の主熱交換ユニット（５１）と、前記主熱交換ユニット（５１）に隣接して配置された１列の副熱交換ユニット（５２）とを有しており、
   前記第１端部（５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａ）は、主熱交換ユニット（５１）の列のうちの前記副熱交換ユニット（５２）に近い列に配置され、
   前記第２端部（５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂ）は、副熱交換ユニット（５２）に配置されている、
   請求項１に記載の熱交換器（５）。
3. 再熱ドライ運転時において空気を加熱することが可能な再熱熱交換部（１７）をさらに備えている、
   請求項１に記載の熱交換器（５）。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の熱交換器（５）と、
   前記熱交換器（５）を通過する空気の流れを生成する送風ファン（２１）と、
   を備えている、
   空気調和機（１）の室内機（２）。