JP5073849B1

JP5073849B1 - 熱交換器及びそれを搭載した空気調和機

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Publication number: JP5073849B1
Application number: JP2011149366A
Authority: JP
Inventors: 円上野; 雄一六角; 理浜口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: CN103620336B; WO2013005729A1; JP2013015289A; CN103620336A

Abstract

【課題】サイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器において、熱交換効率を一層向上させる。
【解決手段】パラレルフロー型熱交換器１Ａは、垂直方向ヘッダパイプ２、３と、ヘッダパイプ２、３を連結する複数の水平方向偏平チューブ４を備える。冷媒は入口パイプ８を通じてヘッダパイプ３内の区画Ｓ６に流入し、区画Ｓ６に接続された複数の偏平チューブ４を通じてヘッダパイプ２に流入する。区画Ｓ６に接続された複数の偏平チューブ４は、ヘッダパイプ２内の仕切板Ｐ２により上下に区分され、冷媒は最終的には上位出口パイプ９と下位出口パイプ１０から流出する。入口パイプ８から下位出口パイプ１０に至る冷媒流路よりも、入口パイプ８から上位出口パイプ９に至る冷媒流路の方に冷媒が入りやすくなるように仕切板Ｐ２の位置が設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明はサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器及びそれを搭載した空気調和機に関する。

２本のヘッダパイプの間に複数の偏平チューブを配置して偏平チューブ内部の冷媒通路をヘッダパイプの内部に連通させるとともに、偏平チューブ間にコルゲートフィン等のフィンを配置したパラレルフロー型の熱交換器は、カーエアコンや建物用空気調和機に広く利用されている。

パラレルフロー型熱交換器では、複数の偏平チューブに均等に冷媒が流れるようにすることが、熱交換効率向上を目指す上で重要な設計事項となる。冷媒の均等な分流を追求したパラレルフロー型熱交換器の例を特許文献１、２に見ることができる。

特許文献１に記載されたパラレルフロー型熱交換器は、筒状中空ヘッダーと、該ヘッダーの冷媒流入室に連通接続された冷媒入口管と、前記冷媒流入室に連通接続された複数のチューブを備える。前記冷媒流入室を複数の流入仕切室に仕切り、前記冷媒入口管を対応個数の分岐管に分岐させ、各分岐管を前記各流入仕切室に接続して、前記各チューブに冷媒を均等に分流させる。

特許文献２に記載されたパラレルフロー型熱交換器は、水平なヘッダーに垂直なチューブを組み合わせた構成を備える。下側ヘッダー内には、その長さ方向に沿って、冷媒入口管に連通する冷媒分散用管体が配置される。冷媒分散用管体の周壁には複数個の冷媒分散孔が設けられており、冷媒入口管を通じて下側ヘッダー内に流入した液冷媒が、各チューブに均等に分配されるようになっている。

特許文献３に記載された熱交換器はパラレルフロー型ではなくフィンアンドチューブ型であるが、この熱交換器でも冷媒の均等な分流が追求されている。この熱交換器では、複数経路の熱交換路につながる入口パイプにつぶし部を設けて、それぞれ適正冷媒量を分流し得る流路抵抗を付けている。

特開平６−７４６０９号公報特開平６−１５９９８３号公報特開平９−１４５１９８号公報

２本の垂直方向ヘッダパイプと、両ヘッダパイプを連結する複数の水平方向偏平チューブを備えるサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器において、１本の入口パイプに対し２本の出口パイプを設ける構成とすることがある。この場合、２本の出口パイプのうち１本は入口パイプよりも上に配置され、上位出口パイプとなる。他方の出口パイプは入口パイプよりも下に配置され、下位出口パイプとなる。入口パイプから熱交換器に流入した冷媒流は上下に二分され、上方の冷媒流は最終的に上位出口パイプから流出し、下方の冷媒流は最終的に下位出口パイプから流出する。本発明は、このような構成のパラレルフロー型熱交換器において、蒸発器として用いた場合にも熱交換効率を一層向上させることを目的とする。

本発明に係るパラレルフロー型熱交換器は、２本の垂直方向ヘッダパイプと、前記両ヘッダパイプを連結する複数の水平方向偏平チューブを備え、冷媒は入口パイプを通じて前記両ヘッダパイプの一方の内部の所定区画に流入し、当該区画に接続された複数の前記偏平チューブを通じて前記両ヘッダパイプの他方に流入し、当該ヘッダパイプ内の仕切板により上下に区分されて、最終的には上位出口パイプと下位出口パイプから流出するように冷媒流路が構成されており、前記入口パイプから前記下位出口パイプに至る冷媒流路よりも、前記入口パイプから前記上位出口パイプに至る冷媒流路の方に冷媒が入りやすい構成とされている。

上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記入口パイプから冷媒が流入する前記区画に接続された前記複数の偏平チューブを、上の方が比較多数、下の方が比較少数となるように前記仕切板が上下に区分していることが好ましい。

上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記入口パイプから冷媒が流入する前記区画の上寄りの位置に前記入口パイプが接続されていることが好ましい。

上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記偏平チューブは、前記入口パイプから前記下位出口パイプに至る冷媒流路よりも、前記入口パイプから前記上位出口パイプに至る冷媒流路の方に多く配分されていることが好ましい。

上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記ヘッダパイプの一方に前記入口パイプが複数本接続され、これら複数本の入口パイプのそれぞれに対し、前記上位出口パイプと前記下位出口パイプが設けられていることが好ましい。

上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記複数本の入口パイプのそれぞれに対し、１本の冷媒パイプから分かれた複数の分流パイプの１つが接続されており、前記冷媒パイプは前記複数の分流パイプに分岐する箇所の直近上流で偏平化されていることが好ましい。

上記構成のパラレルフロー型熱交換器において、前記冷媒パイプは、横並びとなった前記複数の分流パイプの横並び方向において偏平化されていることが好ましい。

本発明によれば、上記構成のパラレルフロー型熱交換器が空気調和機の室内機または室外機に搭載される。

入口パイプから流入する気液混合状態の冷媒は、自然の傾向として下方に向かおうとする。入口パイプが接続された側のヘッダパイプから、複数の偏平チューブを通じて冷媒が流入する他方のヘッダパイプ内には、冷媒を上下に二分して最終的には上位出口パイプと下位出口パイプの両方から冷媒が流出するようにする仕切板が設けられているが、入口パイプから下位出口パイプに至る冷媒流路よりも、入口パイプから上位出口パイプに至る冷媒流路の方に冷媒が入りやすくなる構成となっているから、上下の冷媒流路に冷媒をバランス良く流すことができ、熱交換効率が向上する。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器の正面図である。図１のII−II線の箇所で切断した熱交換器の垂直断面図である。本発明の第２実施形態に係る熱交換器の正面図である。本発明の第３実施形態に係る熱交換器の正面図である。本発明の第４実施形態に係る熱交換器の正面図である。本発明の第５実施形態に係る熱交換器の正面図である。図６の一部分の拡大断面図である。本発明に係る熱交換器を搭載した空気調和機の概略構成図で、暖房運転時の状態を示すものである。本発明に係る熱交換器を搭載した空気調和機の概略構成図で、冷房運転時の状態を示すものである。

本発明の第１実施形態に係るサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の構造を、図１を参照しつつ説明する。図１では紙面上側が熱交換器の上側、紙面下側が熱交換器の下側となる。

パラレルフロー型熱交換器１Ａはサイドフロー方式であり、２本の垂直方向ヘッダパイプ２、３と、その間に配置される複数の水平方向偏平チューブ４を備える。ヘッダパイプ２、３は水平方向に間隔を置いて平行に配置され、偏平チューブ４は垂直方向に所定ピッチで配置されている。実際に機器に搭載する段階では、パラレルフロー型熱交換器１は設計の要請に従って様々な角度に据え付けられるから、本明細書における「垂直方向」「水平方向」は厳格に解釈されるべきものではない。単なる方向の目安として理解されるべきである。

偏平チューブ４は金属を押出成型した細長い成型品であり、図２に示す通り、内部には冷媒を流通させる冷媒通路５が形成されている。偏平チューブ４は長手方向である押出成型方向を水平にする形で配置されるので、冷媒通路５の冷媒流通方向も水平になる。冷媒通路４は断面形状及び断面面積の等しいものが図２の左右方向に複数個並び、そのため偏平チューブ４の垂直断面はハーモニカ状を呈している。各冷媒通路５はヘッダパイプ２、３の内部に連通する。

隣り合う偏平チューブ４同士の間にはコルゲートフィン６が配置される。上下に並ぶコルゲートフィン６のうち、最上段のものと最下段のものの外側にはサイドプレート７が配置される。

ヘッダパイプ２、３、偏平チューブ４、コルゲートフィン６、及びサイドプレート７はいずれもアルミニウム等熱伝導の良い金属からなり、偏平チューブ４はヘッダパイプ２、３に対し、コルゲートフィン６は偏平チューブ４に対し、サイドプレート７はコルゲートフィン６に対し、それぞれロウ付けまたは溶着で固定される

ヘッダパイプ２の内部は、３枚の仕切板Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３により４個の区画Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に仕切られている。区画Ｓ１は合計２４本の偏平チューブ４のうち４本を受け持ち、区画Ｓ２は８本を受け持ち、区画Ｓ３は７本を受け持ち、区画Ｓ４は５本を受け持つ。

ヘッダパイプ３の内部は、２枚の仕切板Ｐ４、Ｐ５により３個の区画Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７に仕切られている。区画Ｓ５は合計２４本の偏平チューブ４のうち８本を受け持ち、区画Ｓ６は６本を受け持ち、区画Ｓ７は１０本を受け持つ。

上記した偏平チューブ４の総数、各ヘッダパイプ内部の仕切板の数とそれによって仕切られる区画の数、及び各区画が受け持つ偏平チューブ４の数は、いずれも単なる例示であり、発明を限定するものではない。このことは第２実施形態以降の実施形態についても同じである。

区画Ｓ６には入口パイプ８が接続される。区画Ｓ１には上位出口パイプ９が接続され、区画Ｓ４には下位出口パイプ１０が接続される。入口パイプ８は区画Ｓ６の上下方向中央の位置に配置されている。

区画Ｓ６に一端が接続する６本の偏平チューブ４は、仕切板Ｐ２により上の４本と下の２本に分けられている。上の４本の偏平チューブ４は区画Ｓ６と区画Ｓ２を連結し、冷媒流路Ａ１を形成する。下の２本の偏平チューブ４は区画Ｓ６と区画Ｓ３を連結し、冷媒流路Ａ２を形成する。冷媒流路Ａ１、Ａ２はそれぞれブロック矢印で象徴されている。

区画Ｓ２と区画Ｓ５を連結する４本の偏平チューブ４は冷媒流路Ｂを形成する。区画Ｓ５と区画Ｓ１を連結する４本の偏平チューブ４は冷媒流路Ｃを形成する。区画Ｓ３と区画Ｓ７を連結する５本の偏平チューブ４は冷媒流路Ｄを形成する。区画Ｓ７と区画Ｓ４を連結する５本の偏平チューブ４は冷媒流路Ｅを形成する。

パラレルフロー型熱交換器１Ａの機能は次の通りである。入口パイプ８を通じて区画Ｓ６に冷媒を供給すると、冷媒は冷媒流路Ａ１、Ａ２を通って区画Ｓ２、Ｓ３に向かう。区画Ｓ２に入った冷媒はそこで折り返し、冷媒流路Ｂを通って区画Ｓ５に向かう。区画Ｓ５に入った冷媒はそこで折り返し、冷媒流路Ｃを通って区画Ｓ１に向かう。区画Ｓ１に入った冷媒は上位出口パイプ９より流出する。区画Ｓ３に入った冷媒はそこで折り返し、冷媒流路Ｄを通って区画Ｓ７に向かう。区画Ｓ７に入った冷媒はそこで折り返し、冷媒流路Ｅを通って区画Ｓ４に向かう。区画Ｓ４に入った冷媒は下位出口パイプ１０より流出する。

区画Ｓ６に接続された６本の偏平チューブ４は仕切板Ｐ２によって上下に区分されるが、仕切板Ｐ２は、上の方が４本と、下の方が２本と、上の方が比較多数を形成し、下の方が比較少数を形成するように区分しているので、入口パイプ８から下位出口パイプ１０に至る冷媒流路よりも、入口パイプ８から上位出口パイプ９に至る冷媒流路の方に冷媒が入りやすい。このため、本来は下の冷媒流路の方に冷媒が流れやすいにもかかわらず、特に蒸発器として用いられる場合、入口パイプ８のあるヘッダパイプ３内部で気液分離し液体の冷媒が下の方の冷媒流路に流れやすいにもかかわらず、上下の冷媒流路に冷媒をバランス良く流すことができ、熱交換効率が向上する。

仕切板をスライド式にして、高さを変えられるようにしておけば、冷媒循環量や冷媒の乾き度に応じた偏流防止が一層容易になる。

本発明の第２実施形態に係るサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の構造を図３に示す。第１実施形態の構成要素と機能的に共通する構成要素には第１実施形態で用いたのと同じ符号を付し、説明は省略する。第３実施形態以下の実施形態についても同様とする。

第２実施形態のパラレルフロー型熱交換器１Ｂでは、仕切板Ｐ２は、区画Ｓ６に接続された６本の偏平チューブ４を、上が３本、下も３本と、上下同数に区分している。区画Ｓ６と区画Ｓ２を連結する３本の偏平チューブ４が冷媒流路Ａ１を形成し、区画Ｓ６と区画Ｓ３を連結する３本の偏平チューブ４が冷媒流路Ａ２を形成する。

第２実施形態のパラレルフロー型熱交換器１Ｂでは、入口パイプ８の位置が第１実施形態のパラレルフロー型熱交換器１Ａと異なる。すなわち入口パイプ８は、区画Ｓ６の上下方向中央の位置ではなく、区画Ｓ６の上寄りの位置に配置されている。

入口パイプ８から区画Ｓ６に流入した冷媒は、自身が有している運動慣性のために、多くの部分が冷媒流路Ａ１へと向かう。このため、冷媒流路Ａ１と冷媒流路Ａ２が同数の偏平チューブ４で形成されているにもかかわらず、冷媒通路Ａ１の方に入りやすい。その結果、入口パイプ８から下位出口パイプ１０に至る冷媒流路よりも、入口パイプ８から上位出口パイプ９に至る冷媒流路の方に冷媒が入りやすいということになる。このため、本来は下の冷媒流路の方に冷媒が流れやすいにもかかわらず、特に蒸発器として用いられる場合、入口パイプ８のあるヘッダパイプ３内部で気液分離し液体の冷媒が下の方の冷媒流路に流れやすいにもかかわらず、上下の冷媒流路に冷媒をバランス良く流すことができ、熱交換効率が向上する。

本発明の第３実施形態に係るサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の構造を図４に示す。

第３実施形態のパラレルフロー型熱交換器１Ｃでは、仕切板Ｐ２は、第１実施形態のパラレルフロー型熱交換器１Ａと同じく、区画Ｓ６に接続される６本の偏平チューブ４を上４本と下２本に区分する位置に置かれる。入口パイプ８は、第２実施形態のパラレルフロー型熱交換器１Ｂと同じく、区画Ｓ６の上寄りの位置に配置されている。

冷媒流路Ａ１の方が冷媒流路Ａ２よりも偏平チューブ４の本数が多く、その上入口パイプ８が区画Ｓ６の上寄りの位置に接続されているため、区画Ｓ６に流入した冷媒は冷媒流路Ａ１に入りやすい。このため、本来は下の冷媒流路の方に冷媒が流れやすいにもかかわらず、上下の冷媒流路に冷媒量をバランス良く流すことができ、熱交換効率が向上する。

パラレルフロー型熱交換器１Ｃでは、冷媒流路Ｂは４本の偏平チューブ４で構成され、冷媒流路Ｃは５本の偏平チューブ４で構成されている。冷媒流路Ｄは５本の偏平チューブ４で構成され、冷媒流路Ｅは４本の偏平チューブ４で構成されている。このため、入口パイプ８から上位出口パイプ９に至る冷媒通路（Ａ１、Ｂ、Ｃ）に含まれる偏平チューブ４の数と、入口パイプ８から下位出口パイプ１０に至る冷媒通路（Ａ２、Ｄ、Ｅ）に含まれる偏平チューブ４の数は、前者が１３本、後者が１１本となる。これにより、入口パイプ８から上位出口パイプ９に至る冷媒通路の放熱面積が増え、熱交換量が増大する。

本発明の第４実施形態に係るサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の構造を図５に示す。

第４実施形態のパラレルフロー型熱交換器１Ｄが第１実施形態から第３実施形態までのパラレルフロー型熱交換器１Ａ、１Ｂ、１Ｃと異なる点は、ヘッダパイプ２、３内の仕切板の数とそれによってもたらされる区画の数、及び上位出口パイプ９と下位出口パイプ１０の位置である。すなわち次のようになっている。

ヘッダパイプ２の内部は、１枚の仕切板Ｐ１により２個の区画Ｓ１、Ｓ２に仕切られている。区画Ｓ１は合計２４本の偏平チューブ４のうち１３本を受け持ち、区画Ｓ２は１１本を受け持つ。

ヘッダパイプ３の内部は、２枚の仕切板Ｐ２、Ｐ３により３個の区画Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５に仕切られている。区画Ｓ３は合計２４本の偏平チューブ４のうち９本を受け持ち、区画Ｓ４は６本を受け持ち、区画Ｓ５は９本を受け持つ。

区画Ｓ４には入口パイプ８が接続される。区画Ｓ３には上位出口パイプ９が接続され、区画Ｓ５には下位出口パイプ１０が接続される。入口パイプ８は、区画Ｓ４の上下方向中央の位置ではなく、区画Ｓ４の上寄りの位置に配置されている。

区画Ｓ４に一端が接続する６本の偏平チューブ４は、仕切板Ｐ１により上の４本と下の２本に分けられている。上の４本の偏平チューブ４は区画Ｓ４と区画Ｓ１を連結し、冷媒流路Ａ１を形成する。下の２本の偏平チューブ４は区画Ｓ４と区画Ｓ２を連結し、冷媒流路Ａ２を形成する。

区画Ｓ１と区画Ｓ３を連結する９本の偏平チューブ４は冷媒流路Ｂを形成する。区画Ｓ２と区画Ｓ５を連結する９本の偏平チューブ４は冷媒流路Ｃを形成する。

パラレルフロー型熱交換器１Ｄの機能は次の通りである。入口パイプ８を通じて区画Ｓ４に冷媒を供給すると、冷媒は冷媒流路Ａ１、Ａ２を通って区画Ｓ１、Ｓ２に向かう。区画Ｓ１に入った冷媒はそこで折り返し、冷媒流路Ｂを通って区画Ｓ３に向かう。区画Ｓ３に入った冷媒は上位出口パイプ９より流出する。区画Ｓ２に入った冷媒はそこで折り返し、冷媒流路Ｃを通って区画Ｓ５に向かう。区画Ｓ５に入った冷媒は下位出口パイプ１０より流出する。

冷媒流路Ａ１の方が冷媒流路Ａ２よりも偏平チューブ４の本数が多く、その上入口パイプ８が区画Ｓ４の上寄りの位置に接続されているため、区画Ｓ４に流入した冷媒は冷媒流路Ａ１に入りやすい。このため、本来は下の冷媒流路の方に冷媒が流れやすいにもかかわらず、特に蒸発器として用いられる場合に液体の冷媒が下に流れやすいにもかかわらず、
上下の冷媒流路に冷媒をバランス良く流すことができ、熱交換効率が向上する。

パラレルフロー型熱交換器１Ｄでは、冷媒流路Ｂと冷媒流路Ｃはいずれも９本の偏平チューブ４で構成されている。このため、入口パイプ８から上位出口パイプ９に至る冷媒通路（Ａ１、Ｂ）に含まれる偏平チューブ４の数と、入口パイプ８から下位出口パイプ１０に至る冷媒通路（Ａ２、Ｃ）に含まれる偏平チューブ４の数は、前者が１３本、後者が１１本となる。これにより、入口パイプ８から上位出口パイプ９に至る冷媒通路の放熱面積が増え、熱交換量が増大する。

第１実施形態から第３実施形態までのパラレルフロー型熱交換器１Ａ、１Ｂ、１Ｃでは、入口パイプ８が接続されたヘッダパイプとは別のヘッダパイプに上位出口パイプ９と下位出口パイプが接続されていたのに対し、第４実施形態のパラレルフロー型熱交換器１Ｄでは、入口パイプ８が接続されたのと同じヘッダパイプに上位出口パイプ９と下位出口パイプ１０も接続されている。このため、冷媒配管の設計と施行が容易である。

本発明の第５実施形態に係るサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の構造を図６に示す。第５実施形態のパラレルフロー型熱交換器１Ｅは、第４実施形態のパラレルフロー型熱交換器１Ｄを上下２段に積み上げたような構成が特徴になっている。

パラレルフロー型熱交換器１Ｅのヘッダパイプ２、３は、第１実施形態から第４実施形態までのヘッダパイプ２、３に比べて長い。偏平チューブ４の総数も３４本と、第１から第４までの実施形態に比べて多くなっている。

ヘッダパイプ２の内部空間は中間仕切板ＭＰ１で上下に区分され、ヘッダパイプ３の内部空間は中間仕切板ＭＰ２で上下に区分される。中間仕切板ＭＰ１、ＭＰ２は同じ高さにあり、パラレルフロー型熱交換器１Ｅは中間仕切板ＭＰ１、ＭＰ２で上下に区分される。その上下の区分のそれぞれに、入口パイプ、上位出口パイプ、及び下位出口パイプの取り合わせが配置される。

ヘッダパイプ２の内部で、中間仕切板ＭＰ１より上の区分は、１枚の仕切板Ｐ１Ｈにより２個の区画Ｓ１Ｈ、Ｓ２Ｈに仕切られている。区画Ｓ１Ｈは合計３４本の偏平チューブ４のうち９本を受け持ち、区画Ｓ２Ｈは８本を受け持つ。

ヘッダパイプ２の内部で、中間仕切板ＭＰ１より下の区分は、１枚の仕切板Ｐ１Ｌにより２個の区画Ｓ１Ｌ、Ｓ２Ｌに仕切られている。区画Ｓ１Ｌは合計３４本の偏平チューブ４のうち９本を受け持ち、区画Ｓ２Ｌは８本を受け持つ。

ヘッダパイプ３の内部で、中間仕切板ＭＰ２より上の区分は、２枚の仕切板Ｐ２Ｈ、Ｐ３Ｈにより３個の区画Ｓ３Ｈ、Ｓ４Ｈ、Ｓ５Ｈに仕切られている。区画Ｓ３Ｈは合計３４本の偏平チューブ４のうち５本を受け持ち、区画Ｓ４Ｈは６本を受け持ち、区画Ｓ５Ｈは６本を受け持つ。

ヘッダパイプ３の内部で、中間仕切板ＭＰ２より下の区分は、２枚の仕切板Ｐ２Ｌ、Ｐ３Ｌにより３個の区画Ｓ３Ｌ、Ｓ４Ｌ、Ｓ５Ｌに仕切られている。区画Ｓ３Ｌは合計３４本の偏平チューブ４のうち５本を受け持ち、区画Ｓ４Ｌは６本を受け持ち、区画Ｓ５Ｌは６本を受け持つ。

区画Ｓ４Ｈには入口パイプ８Ｈが接続される。区画Ｓ３Ｈには上位出口パイプ９Ｈが接続され、区画Ｓ５Ｈには下位出口パイプ１０Ｈが接続される。入口パイプ８Ｈは、区画Ｓ４Ｈの上下方向中央の位置ではなく、区画Ｓ４Ｈの上寄りの位置に配置されている。

区画Ｓ４Ｌには入口パイプ８Ｌが接続される。区画Ｓ３Ｌには上位出口パイプ９Ｌが接続され、区画Ｓ５Ｌには下位出口パイプ１０Ｌが接続される。入口パイプ８Ｌは、区画Ｓ４Ｌの上下方向中央の位置ではなく、区画Ｓ４Ｌの上寄りの位置に配置されている。

区画Ｓ４Ｈに一端が接続する６本の偏平チューブ４は、仕切板Ｐ１Ｈにより上の４本と下の２本に分けられている。上の４本の偏平チューブ４は区画Ｓ４Ｈと区画Ｓ１Ｈを連結し、冷媒流路Ａ１Ｈを形成する。下の２本の偏平チューブ４は区画Ｓ４Ｈと区画Ｓ２Ｈを連結し、冷媒流路Ａ２Ｈを形成する。

区画Ｓ１Ｈと区画Ｓ３Ｈを連結する５本の偏平チューブ４は冷媒流路ＢＨを形成する。区画Ｓ２Ｈと区画Ｓ５Ｈを連結する６本の偏平チューブ４は冷媒流路ＣＨを形成する。

区画Ｓ４Ｌに一端が接続する６本の偏平チューブ４は、仕切板Ｐ１Ｌにより上の４本と下の２本に分けられている。上の４本の偏平チューブ４は区画Ｓ４Ｌと区画Ｓ１Ｌを連結し、冷媒流路Ａ１Ｌを形成する。下の２本の偏平チューブ４は区画Ｓ４Ｌと区画Ｓ２Ｌを連結し、冷媒流路Ａ２Ｌを形成する。

区画Ｓ１Ｌと区画Ｓ３Ｌを連結する５本の偏平チューブ４は冷媒流路ＢＬを形成する。区画Ｓ２Ｌと区画Ｓ５Ｌを連結する６本の偏平チューブ４は冷媒流路ＣＬを形成する。

パラレルフロー型熱交換器１Ｅの機能は次の通りである。入口パイプ８Ｈを通じて区画Ｓ４Ｈに冷媒を供給すると、冷媒は冷媒流路Ａ１Ｈ、Ａ２Ｈを通って区画Ｓ１Ｈ、Ｓ２Ｈに向かう。区画Ｓ１Ｈに入った冷媒はそこで折り返し、冷媒流路ＢＨを通って区画Ｓ３Ｈに向かう。区画Ｓ３Ｈに入った冷媒は上位出口パイプ９Ｈより流出する。区画Ｓ２Ｈに入った冷媒はそこで折り返し、冷媒流路ＣＨを通って区画Ｓ５Ｈに向かう。区画Ｓ５Ｈに入った冷媒は下位出口パイプ１０Ｈより流出する。

冷媒流路Ａ１Ｈの方が冷媒流路Ａ２Ｈよりも偏平チューブ４の本数が多く、その上入口パイプ８Ｈが区画Ｓ４Ｈの上寄りの位置に接続されているため、区画Ｓ４Ｈに流入した冷媒は冷媒流路Ａ１Ｈに入りやすい。このため、本来は下の冷媒流路の方に冷媒が流れやすいにもかかわらず、特に蒸発器として用いられる場合に液体の冷媒が下に流れやすいにもかかわらず、上下の冷媒流路に冷媒をバランス良く流すことができ、熱交換効率が向上する。

入口パイプ８Ｈから上位出口パイプ９Ｈに至る冷媒流路（Ａ１Ｈ、ＢＨ）に含まれる偏平チューブ４の数と、入口パイプ８Ｈから下位出口パイプ１０Ｈに至る冷媒流路（Ａ２Ｈ、ＣＨ）に含まれる偏平チューブ４の数は、前者が９本、後者が８本となる。これにより、入口パイプ８Ｈから上位出口パイプ９Ｈに至る冷媒通路の放熱面積が増え、熱交換量が増大する。

入口パイプ８Ｌを通じて区画Ｓ４Ｌに冷媒を供給すると、冷媒は冷媒流路Ａ１Ｌ、Ａ２Ｌを通って区画Ｓ１Ｌ、Ｓ２Ｌに向かう。区画Ｓ１Ｌに入った冷媒はそこで折り返し、冷媒流路ＢＬを通って区画Ｓ３Ｌに向かう。区画Ｓ３Ｌに入った冷媒は上位出口パイプ９Ｌより流出する。区画Ｓ２Ｌに入った冷媒はそこで折り返し、冷媒流路ＣＬを通って区画Ｓ５Ｌに向かう。区画Ｓ５Ｌに入った冷媒は下位出口パイプ１０Ｌより流出する。

冷媒流路Ａ１Ｌの方が冷媒流路Ａ２Ｌよりも偏平チューブ４の本数が多く、その上入口パイプ８Ｌが区画Ｓ４Ｌの上寄りの位置に接続されているため、区画Ｓ４Ｌに流入した冷媒は冷媒流路Ａ１Ｌに入りやすい。このため、本来は下の冷媒流路の方に冷媒が流れやすいにもかかわらず、特に蒸発器として用いられる場合に液体の冷媒が下に流れやすいにもかかわらず、上下の冷媒流路に冷媒をバランス良く流すことができ、熱交換効率が向上する。

入口パイプ８Ｌから上位出口パイプ９Ｌに至る冷媒流路（Ａ１Ｌ、ＢＬ）に含まれる偏平チューブ４の数と、入口パイプ８Ｌから下位出口パイプ１０Ｌに至る冷媒流路（Ａ２Ｌ、ＣＬ）に含まれる偏平チューブ４の数は、前者が９本、後者が８本となる。これにより、入口パイプ８Ｌから上位出口パイプ９Ｌに至る冷媒通路の放熱面積が増え、熱交換量が増大する。

入口パイプ８Ｈ、８Ｌに接続するのは、１本の冷媒パイプ１１から分かれた複数の分流パイプの１つずつである。入口パイプ８Ｈに接続する側を分流パイプ１２Ｈとし、入口パイプ８Ｌに接続する側を分流パイプ１２Ｌとする。

第５実施形態で使用している分流器は２本の分流パイプを備えるタイプのものであるが、入口パイプの数が２を超えた場合は、その数に見合う数の分流パイプを有する分流器を使用すればよい。あるいは、複数の分流器を組み合わせて入口パイプの数の増大に対応すればよい。

図７に示す通り、冷媒パイプ１１は、分流器１３で分流パイプ１２Ｈと分流パイプ１２Ｌに分岐する。分流パイプ１２Ｈ、１２Ｌは、分流器１３に横並び状態で接続され、接続箇所では互いに平行になっている。このように平行になった分流パイプ１２Ｈ、１２Ｌの中心線同士の中央に、これらの中心線と平行な線を１本引き、その線に自己の中心線を一致させる形で、冷媒パイプ１１が配置される。

冷媒パイプ１１は分岐箇所、すなわち分流器１３の直近上流で偏平化され、その箇所が偏平部１１ａとなっている。冷媒パイプ１１は、横並びとなった２本の分流パイプ１２Ｈ、１２Ｌの横並び方向において偏平化されている。

冷媒パイプ１１から分流パイプ１２Ｈ、１２Ｌに向けて冷媒を送り込むとき、冷媒パイプ１１を通ってきた冷媒は偏平部１１ａで流速が増加し、分流器１３の内部の分流壁１３ａの先端に勢いよく当たる。このように流速を増加させることにより、冷媒は均等に分流しやすくなる。また、分流器１３の内部で分流壁１３ａに当てて冷媒を分流することにより、分流が安定する。

冷媒パイプ１１に偏平部１１ａを形成するにあたり、分流パイプ１２Ｈ、１２Ｌの横並び方向において偏平化したことにより、冷媒は広がらないで分流壁１３ａに当たることになり、より均等に分流しやすくなる。

パラレルフロー型熱交換器１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅは、セパレート型空気調和機に搭載することができる。セパレート型空気調和機は室外機と室内機により構成され、室外機は圧縮機、四方弁、膨張弁、室外側熱交換器、室外側送風機などを含み、室内機は室内側熱交換器、室内側送風機などを含む。室外側熱交換器は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。室内側熱交換器は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する。

冷凍サイクルとしてヒートポンプサイクルを用いるセパレート型空気調和機の基本的構成を図８に示す。ヒートポンプサイクル１０１は、圧縮機１０２、四方弁１０３、室外側の熱交換器１０４、減圧膨張装置１０５、及び室内側の熱交換器１０６をループ状に接続したものである。圧縮機１０２、四方弁１０３、熱交換器１０４、及び減圧膨張装置１０５は室外機の筐体に収容され、熱交換器１０６は室内機の筐体に収容される。熱交換器１０４には室外側の送風機１０７が組み合わせられ、熱交換器１０６には室内側の送風機１０８が組み合わせられる。送風機１０７はプロペラファンを含み、送風機１０８はクロスフローファンを含む。

本発明に係るサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅは、室内機の熱交換器１０６の構成要素として用いることができる。熱交換器１０６は、３個の熱交換器１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃを送風機１０８を覆う屋根のように組み合わせたものであり、熱交換器１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃのいずれかをパラレルフロー型熱交換器１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅとすることができる。

図８は暖房運転時の状態を示す。この時は、圧縮機１０２から吐出された高温高圧の冷媒は室内側の熱交換器１０６に入ってそこで放熱し、凝縮する。熱交換器１０６を出た冷媒は減圧膨張装置１０５から室外側の熱交換器１０４に入ってそこで膨張し、室外空気から熱を取り込んだ後、圧縮機１０２に戻る。室内側の送風機１０８によって生成された気流が熱交換器１０６からの放熱を促進し、室外側の送風機１０７によって生成された気流が熱交換器１０４の吸熱を促進する。

図９は冷房運転時あるいは除霜運転時の状態を示す。この時は四方弁１０３が切り換えられて暖房運転時と冷媒の流れが逆になる。すなわち、圧縮機１０２から吐出された高温高圧の冷媒は室外側の熱交換器１０４に入ってそこで放熱し、凝縮する。熱交換器１０４を出た冷媒は減圧膨張装置１０５から室内側の熱交換器１０６に入ってそこで膨張し、室内空気から熱を取り込んだ後、圧縮機１０２に戻る。室外側の送風機１０７によって生成された気流が熱交換器１０４からの放熱を促進し、室内側の送風機１０８によって生成された気流が熱交換器１０６の吸熱を促進する。

パラレルフロー型熱交換器１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅは、室外機の熱交換器１０４としても使用可能である。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明はサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器に広く利用可能である。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ熱交換器
２、３ヘッダパイプ
４偏平チューブ
５冷媒通路
６コルゲートフィン
７サイドプレート
８、８Ｈ、８Ｌ入口パイプ
９、９Ｈ、９Ｌ上位出口パイプ
１０、１０Ｈ、１０Ｌ下位出口パイプ
１１冷媒パイプ
１２Ｈ、１２Ｌ分流パイプ
１３分流器
１３ａ分流壁

Claims

２本の垂直方向ヘッダパイプと、前記両ヘッダパイプを連結する複数の水平方向偏平チューブを備えるサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器において、
冷媒は入口パイプを通じて前記両ヘッダパイプの一方の内部の所定区画に流入し、当該区画に接続された複数の前記偏平チューブを通じて前記両ヘッダパイプの他方に流入し、当該ヘッダパイプ内の仕切板により上下に区分されて、最終的には上位出口パイプと下位出口パイプから流出するように冷媒流路が構成されており、
前記入口パイプから前記下位出口パイプに至る冷媒流路よりも、前記入口パイプから前記上位出口パイプに至る冷媒流路の方に冷媒が入りやすい構成であることを特徴とするパラレルフロー型熱交換器。
前記入口パイプから冷媒が流入する前記区画に接続された前記複数の偏平チューブを、上の方が比較多数、下の方が比較少数となるように前記仕切板が上下に区分していることを特徴とする請求項１に記載のパラレルフロー型熱交換器。
前記入口パイプから冷媒が流入する前記区画の上寄りの位置に前記入口パイプが接続されていることを特徴とする請求項１に記載のパラレルフロー型熱交換器。
前記偏平チューブは、前記入口パイプから前記下位出口パイプに至る冷媒流路よりも、前記入口パイプから前記上位出口パイプに至る冷媒流路の方に多く配分されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のパラレルフロー型熱交換器。
前記ヘッダパイプの一方に前記入口パイプが複数本接続され、これら複数本の入口パイプのそれぞれに対し、前記上位出口パイプと前記下位出口パイプが設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のパラレルフロー型熱交換器。
前記複数本の入口パイプのそれぞれに対し、１本の冷媒パイプから分かれた複数の分流パイプの１つが接続されており、前記冷媒パイプは前記複数の分流パイプに分岐する箇所の直近上流で偏平化されていることを特徴とする請求項５に記載のパラレルフロー型熱交換器。
前記冷媒パイプは、横並びとなった前記複数の分流パイプの横並び方向において偏平化されていることを特徴とする請求項６に記載のパラレルフロー型熱交換器。
請求項１から７のいずれか１項に記載のパラレルフロー型熱交換器を室内機または室外機に搭載したことを特徴とする空気調和機。