JP6253814B2 - 熱交換器、及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

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    • F28F9/26Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators

Description

この発明は、冷媒を流す流路が内部に形成されている扁平管を有する熱交換器、及び冷凍サイクル装置に関するものである。
従来、一対のヘッダと、各ヘッダ間に接続された複数の扁平管とを有する熱交換パネルを備えた熱交換器が知られている。従来の熱交換器では、熱交換パネルに空気を通過させながら各扁平管内の流路に冷媒を流すことにより、冷媒と空気との間で熱交換を行う(例えば、特許文献1参照)。
特開2013−83420号公報
しかし、特許文献1に示されている従来の熱交換器では、空気の流れの方向に1つの熱交換パネルしか配置されていないので、熱交換器の熱交換性能を十分に発揮させることが難しくなってしまう。
また、熱交換器の熱交換性能の向上を図るために、空気の流れの方向に2つ以上の熱交換パネルを並べることも考えられるが、風上の熱交換パネルで冷媒と熱交換を行った空気が風下の熱交換パネルを通過するので、冷媒と空気との間の熱交換量が風上の熱交換パネルよりも風下の熱交換パネルで少なくなってしまう。各熱交換パネルに流れる冷媒の量は同じであることから、各熱交換パネルでの熱交換効率にアンバランスが生じてしまい、熱交換器全体での熱交換性能の向上を図ることができない。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、熱交換性能の向上を図ることができる熱交換器、及び冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。
この発明による熱交換器は、第1熱交換ユニットと、第1熱交換ユニットを通過した後の気流が通過する第2熱交換ユニットとを備え、第1熱交換ユニットは、冷媒を流す第1流路が内部に形成された第1扁平管を有し、第2熱交換ユニットは、冷媒を流す第2流路が内部に形成された第2扁平管を有し、第2流路の圧力損失は、第1流路の圧力損失よりも大きくなっている。
この発明による熱交換器、及び冷凍サイクル装置によれば、第1熱交換ユニットを通過した後の気流が第2熱交換ユニットを通過するようになっており、第2熱交換ユニットの第2流路の圧力損失は、第1熱交換ユニットの第1流路の圧力損失よりも大きくなっているので、熱負荷の小さい風下の第2熱交換ユニットよりも、熱負荷の大きい風上の第1熱交換ユニットへ冷媒の供給量を多くすることができる。これにより、熱交換器の熱交換性能の向上を図ることができる。
この発明の実施の形態1による空気調和機を示す模式的な構成図である。 図1の室外熱交換器を示す斜視図である。 図2の室外熱交換器が蒸発器として機能するときの第1熱交換ユニット及び第2熱交換ユニットでの第1及び第5ヘッダ側及び第3及び第7ヘッダ側の冷媒の流れを示す模式的な構成図である。 図2の室外熱交換器が蒸発器として機能するときの第1熱交換ユニット及び第2熱交換ユニットでの第2及び第6ヘッダ側及び第4及び第8ヘッダ側の冷媒の流れを示す模式的な構成図である。 図2の室外熱交換器が蒸発器として機能するときの熱交換ユニットでの冷媒の流れを示す模式的な構成図である。 この発明の実施の形態2による室外熱交換器を示す断面図である。 この発明の実施の形態3による室外熱交換器を示す断面図である。 この発明の実施の形態3による室外熱交換器の他の例を示す断面図である。 この発明の実施の形態4による室外熱交換器を示す断面図である。 この発明の実施の形態4による室外熱交換器の他の例を示す断面図である。
以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態1.
本実施の形態では、冷凍サイクル装置の具体例として空気調和機について説明する。図1は、この発明の実施の形態1による空気調和機を示す模式的な構成図である。空気調和機1は、圧縮機2、室外熱交換器3、膨張弁4、室内熱交換器5及び四方弁6を有している。この例では、圧縮機2、室外熱交換器3、膨張弁4及び四方弁6が室外機に設けられ、室内熱交換器5が室内機に設けられている。
圧縮機2、室外熱交換器3、膨張弁4、室内熱交換器5及び四方弁6は、冷媒管を介して互いに接続されることにより、冷媒が循環可能な冷媒回路を構成している。空気調和機1では、圧縮機2が駆動することにより、圧縮機2、室外熱交換器3、膨張弁4及び室内熱交換器5を冷媒が相変化しながら循環する冷凍サイクルが行われる。
室外機には、室外熱交換器3に室外の空気を強制的に通過させる室外ファン7が設けられている。室外熱交換器3は、室外ファン7の動作によって生じた室外の空気の気流と冷媒との間で熱交換を行う。室内機には、室内熱交換器5に室内の空気を強制的に通過させる室内ファン8が設けられている。室内熱交換器5は、室内ファン8の動作によって生じた室内の空気の気流と冷媒との間で熱交換を行う。
空気調和機1の運転は、冷房運転と暖房運転との間で切り替え可能になっている。四方弁6は、空気調和機1の冷房運転及び暖房運転の切り替えに応じて冷媒流路を切り替える電磁弁である。四方弁6は、冷房運転時に、圧縮機2からの冷媒を室外熱交換器3へ導くとともに室内熱交換器5からの冷媒を圧縮機2へ導き、暖房運転時に、圧縮機2からの冷媒を室内熱交換器5へ導くとともに室外熱交換器3からの冷媒を圧縮機2へ導く。図1では、冷房運転時の冷媒の流れの方向を破線の矢印で示し、暖房運転時の冷媒の流れの方向を実線の矢印で示している。
空気調和機1の冷房運転時には、圧縮機2で圧縮された冷媒が、室外熱交換器3へ送られる。室外熱交換器3では、冷媒が室外の空気へ熱を放出して凝縮される。この後、冷媒は、膨張弁4へ送られ、膨張弁4で減圧された後、室内熱交換器5へ送られる。この後、冷媒は、室内熱交換器5で室内の空気から熱を取り込んで蒸発した後、圧縮機2へ戻る。従って、空気調和機1の冷房運転時には、室外熱交換器3が凝縮器として機能し、室内熱交換器5が蒸発器として機能する。
空気調和機1の暖房運転時には、圧縮機2で圧縮された冷媒が、室内熱交換器5へ送られる。室内熱交換器5では、冷媒が室内の空気へ熱を放出して凝縮される。この後、冷媒は、膨張弁4へ送られ、膨張弁4で減圧された後、室外熱交換器3へ送られる。この後、冷媒は、室外熱交換器3で室外の空気から熱を取り込んで蒸発した後、圧縮機2へ戻る。従って、空気調和機1の暖房運転時には、室外熱交換器3が蒸発器として機能し、室内熱交換器5が凝縮器として機能する。
室外熱交換器3には、圧縮機2と室外熱交換器3との間で四方弁6を介して冷媒を導くガス側冷媒管9と、膨張弁4と室外熱交換器3との間で冷媒を導く液側冷媒管10とが接続されている。
図2は、図1の室外熱交換器3を示す斜視図である。室外熱交換器3は、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12を複数(この例では、2つ)の熱交換ユニットとして有している。第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12は、室外ファン7の動作によって生じる気流の方向Aへ順次並べられている。これにより、室外熱交換器3では、室外ファン7が動作すると、室外の空気の気流が第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12を順次通過する。即ち、室外熱交換器3では、第1熱交換ユニット11を通過した気流が第2熱交換ユニット12を通過する。従って、気流の上流側、即ち風上に第1熱交換ユニット11が配置され、気流の下流側、即ち風下に第2熱交換ユニット12が配置されている。
第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12には、ガス側分岐管13及び液側分岐管14が接続されている。また、各ガス側分岐管13は図1のガス側冷媒管9に接続され、各液側分岐管14は図1の液側冷媒管10に接続されている。即ち、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12は、各ガス側分岐管13を介して図1のガス側冷媒管9に個別に接続され、各液側分岐管14を介して図1の液側冷媒管10に個別に接続されている。これにより、室外熱交換器3では、ガス側冷媒管9及び液側冷媒管10の一方から第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12に分配された冷媒が、第1熱交換ユニット11内及び第2熱交換ユニット12内を個別に通って、ガス側冷媒管9及び液側冷媒管10の他方で合流するようになっている。
第1熱交換ユニット11は、第1熱交換部である主熱交換部15と、第2熱交換部である副熱交換部16とを有している。
主熱交換部15は、第1ヘッダ151と、第2ヘッダ152と、第1ヘッダ151と第2ヘッダ152との間に配置されている主熱交換部本体153とを有している。
主熱交換部本体153は、第1ヘッダ151及び第2ヘッダ152間を繋ぐ複数の伝熱管である扁平管(第1扁平管)154と、複数の扁平管154に設けられた複数の板状の伝熱フィン155とを有している。
扁平管154の長さ方向は、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12が並ぶ方向、即ち気流の方向Aと直交している。また、各扁平管154は、互いに平行に配置されている。さらに、各扁平管154は、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12が並ぶ方向及び扁平管154の長さ方向のいずれにも直交する方向(即ち、図2の上下方向)へ互いに間隔を置いて一列に並べられている。さらにまた、扁平管154の長さ方向に直交する平面で切断したときの各扁平管154の断面の外形は、長軸及び短軸を持ち長軸方向の寸法が短軸方向の寸法よりも大きい扁平状になっている。各扁平管154は、扁平管154が並ぶ方向に扁平管154の短軸方向を一致させて配置されている。
複数の伝熱フィン155は、扁平管154の長さ方向へ一定の間隔で配列されている。また、各伝熱フィン155は、扁平管154の長さ方向に直交している。各伝熱フィン155には、各扁平管154が挿入された複数の挿入溝が形成されている。各伝熱フィン155は、挿入溝に扁平管154を挿入した状態で例えばろう付け等により各扁平管154に固定されている。
第1ヘッダ151には主熱交換部本体153のすべての扁平管154の一端部が接続され、第2ヘッダ152には主熱交換部本体153のすべての扁平管154の他端部が接続されている。第1ヘッダ151及び第2ヘッダ152のそれぞれは、両端部が閉塞され各扁平管154内に内部が連通する中空の筒である。この例では、第1ヘッダ151及び第2ヘッダ152のそれぞれが、複数の扁平管154が並ぶ方向に沿った円筒管になっている。
副熱交換部16は、第3ヘッダ161と、第4ヘッダ162と、第3ヘッダ161と第4ヘッダ162との間に配置されている副熱交換部本体163とを有している。
副熱交換部本体163は、第3ヘッダ161及び第4ヘッダ162間を繋ぐ複数の伝熱管である扁平管(第3扁平管)164と、複数の扁平管164に設けられている複数の伝熱フィン165とを有している。
副熱交換部本体163の各扁平管164は、主熱交換部本体153の各扁平管154と異なる伝熱管である。扁平管164は、主熱交換部本体153の扁平管154と平行に配置されている。また、各扁平管164は、主熱交換部本体153の扁平管154が並ぶ方向と同じ方向へ各扁平管154に続いて一列に並べられている。さらに、扁平管164の長さ方向に直交する平面で切断したときの各扁平管164の断面の外形は、長軸及び短軸を持ち長軸方向の寸法が短軸方向の寸法よりも大きい扁平状になっている。各扁平管164は、扁平管164が並ぶ方向に扁平管164の短軸方向を一致させて配置されている。この例では、副熱交換部本体163の各扁平管164の断面の外形及び断面の大きさが主熱交換部本体153の扁平管154の断面の外形及び断面の大きさと同じになっている。
各伝熱フィン165には、各扁平管164が挿入された複数の挿入溝が形成されている。各伝熱フィン165は、挿入溝に扁平管164を挿入した状態で例えばろう付け等により各扁平管164に固定されている。この例では、扁平管154,164の長さ方向と直交する単一の板状のフィンのうち、各扁平管154が通された部分が伝熱フィン155とされ、各扁平管164が通された残りの部分が伝熱フィン165とされている。
第3ヘッダ161には副熱交換部本体163のすべての扁平管164の一端部が接続され、第4ヘッダ162には副熱交換部本体163のすべての扁平管164の他端部が接続されている。第3ヘッダ161及び第4ヘッダ162のそれぞれは、両端部が閉塞され各扁平管164内に内部が連通する中空の筒である。この例では、第3ヘッダ161及び第4ヘッダ162のそれぞれが、複数の扁平管164が並ぶ方向に沿った円筒管になっている。
第2熱交換ユニット12は、第3熱交換部である主熱交換部17と、第4熱交換部である副熱交換部18とを有している。
主熱交換部17は、第5ヘッダ171と、第6ヘッダ172と、第5ヘッダ171と第6ヘッダ172との間に配置されている主熱交換部本体173とを有している。
主熱交換部本体173は、第5ヘッダ171及び第6ヘッダ172間を繋ぐ複数の伝熱管である扁平管(第2扁平管)174と、複数の扁平管174に設けられた複数の板状の伝熱フィン175とを有している。
扁平管174の長さ方向は、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12が並ぶ方向、即ち気流の方向Aと直交している。また、各扁平管174は、互いに平行に配置されている。さらに、各扁平管174は、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12が並ぶ方向及び扁平管174の長さ方向のいずれにも直交する方向(即ち、図2の上下方向)へ互いに間隔を置いて一列に並べられている。さらにまた、扁平管174の長さ方向に直交する平面で切断したときの各扁平管174の断面の外形は、長軸及び短軸を持ち長軸方向の寸法が短軸方向の寸法よりも大きい扁平状になっている。各扁平管174は、扁平管174が並ぶ方向に扁平管174の短軸方向を一致させて配置されている。
複数の伝熱フィン175は、扁平管174の長さ方向へ一定の間隔で配列されている。また、各伝熱フィン175は、扁平管174の長さ方向に直交している。各伝熱フィン175には、各扁平管174が挿入された複数の挿入溝が形成されている。各伝熱フィン175は、挿入溝に扁平管174を挿入した状態で例えばろう付け等により各扁平管174に固定されている。
第5ヘッダ171には主熱交換部本体173のすべての扁平管174の一端部が接続され、第6ヘッダ172には主熱交換部本体173のすべての扁平管174の他端部が接続されている。第5ヘッダ171及び第6ヘッダ172のそれぞれは、両端部が閉塞され各扁平管174内に内部が連通する中空の筒である。この例では、第5ヘッダ171及び第6ヘッダ172のそれぞれが、複数の扁平管174が並ぶ方向に沿った円筒管になっている。
副熱交換部18は、第7ヘッダ181と、第8ヘッダ182と、第7ヘッダ181と第8ヘッダ182との間に配置されている副熱交換部本体183とを有している。
副熱交換部本体183は、第7ヘッダ181及び第8ヘッダ182間を繋ぐ複数の伝熱管である扁平管(第4扁平管)184と、複数の扁平管184に設けられている複数の伝熱フィン185とを有している。
副熱交換部本体183の各扁平管184は、主熱交換部本体173の各扁平管174と異なる伝熱管である。扁平管184は、主熱交換部本体173の扁平管174と平行に配置されている。また、各扁平管174は、主熱交換部本体173の扁平管174が並ぶ方向と同じ方向へ各扁平管174に続いて一列に並べられている。さらに、扁平管184の長さ方向に直交する平面で切断したときの各扁平管184の断面の外形は、長軸及び短軸を持ち長軸方向の寸法が短軸方向の寸法よりも大きい扁平状になっている。各扁平管184は、扁平管184が並ぶ方向に扁平管184の短軸方向を一致させて配置されている。この例では、副熱交換部本体183の各扁平管184の断面の外形及び断面の大きさが主熱交換部本体173の扁平管174の断面の外形及び断面の大きさと同じになっている。
各伝熱フィン185には、各扁平管184が挿入された複数の挿入溝が形成されている。各伝熱フィン185は、挿入溝に扁平管184を挿入した状態で例えばろう付け等により各扁平管184に固定されている。この例では、扁平管174,184の長さ方向と直交する単一の板状のフィンのうち、各扁平管174が通された部分が伝熱フィン175とされ、各扁平管184が通された残りの部分が伝熱フィン185とされている。
第7ヘッダ181には副熱交換部本体183のすべての扁平管184の一端部が接続され、第8ヘッダ182には副熱交換部本体183のすべての扁平管184の他端部が接続されている。第7ヘッダ181及び第8ヘッダ182のそれぞれは、両端部が閉塞され各扁平管184内に内部が連通する中空の筒である。この例では、第7ヘッダ181及び第8ヘッダ182のそれぞれが、複数の扁平管184が並ぶ方向に沿った円筒管になっている。
ガス側分岐管13は、第1及び第5ヘッダ151,171に接続されている。これにより、第1及び第5ヘッダ151,171は、ガス側分岐管13を介してガス側冷媒管9に接続されている。また、液側分岐管14は、第3及び第7ヘッダ161,181に接続されている。これにより、第3及び第7ヘッダ161,181は、液側分岐管14を介して液側冷媒管10に接続されている。この例では、第1ヘッダ151と第3ヘッダ161とが互いに離して独立して配置され、第5ヘッダ171と第7ヘッダ181とが互いに離して独立して配置されている。
また、第2ヘッダ152と第4ヘッダ162とは互いに離して独立して配置され、第6ヘッダ172と第8ヘッダ182とは互いに離して独立して配置されている。第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12では、第2及び第6ヘッダ152,172と第4及び第8ヘッダ162,182とが連通管19を介してそれぞれ連通されている。連通管19は、第2及び第6ヘッダ152,172及び第4及び第6ヘッダ162,172のそれぞれの断面積よりも小さい断面積を持つ管である。これにより、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12では、主熱交換部15及び副熱交換部16の一方を通った冷媒が、連通管19を介して主熱交換部15,17及び副熱交換部16,18の他方へ流れるようになっている。
ここで、図3は、図2の室外熱交換器3が蒸発器として機能するときの第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12での第1及び第5ヘッダ151,171側及び第3及び第7ヘッダ161,181側の冷媒の流れを示す模式的な構成図である。また、図4は、図2の室外熱交換器3が蒸発器として機能するときの第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12での第2及び第6ヘッダ152,172側及び第4及び第8ヘッダ162,182側の冷媒の流れを示す模式的な構成図である。さらに、図5は、図2の室外熱交換器3が蒸発器として機能するときの第1熱交換ユニット11での冷媒の流れを示す模式的な構成図である。なお、図3〜図5では、冷媒の流れの方向を矢印で示している。
第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12での各扁平管154,164,174,184のそれぞれの内部には、冷媒を流す複数の流路21が扁平管154,164,174,184の長さ方向に沿って形成されている。ここで、第1熱交換ユニット11の扁平管154の流路21は第1流路とされ、第2熱交換ユニット12の扁平管174の流路21は第2流路とされている。第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12での各扁平管154,164,174,184の断面では、複数の流路21が扁平管154,164,174,184の長軸方向へ並んでいる。この例では、共通の扁平管内に形成されている流路21の数が各扁平管154,164,174,184ですべて同じで、各流路21の断面積も各扁平管154,164,174,184ですべて同じになっている。
第1熱交換ユニット11では、第3ヘッダ161及び第4ヘッダ162のそれぞれの長さ寸法が第1ヘッダ151及び第2ヘッダ152のそれぞれの長さ寸法よりも短くなっている。また、第2熱交換ユニット12では、第7ヘッダ181及び第8ヘッダ182のそれぞれの長さ寸法が第5ヘッダ171及び第6ヘッダ172のそれぞれの長さ寸法よりも短くなっている。このため、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12では、副熱交換部16,18の扁平管164,184の数が主熱交換部15,17の扁平管154,174の数よりも少なくなっている。即ち、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12では、副熱交換部16,18の冷媒の容積が主熱交換部15,17の冷媒の容積よりも小さくなっている。
また、第7ヘッダ181及び第8ヘッダ182のそれぞれの長さ寸法は、第3ヘッダ161及び第4ヘッダ162のそれぞれの長さ寸法よりも短く、第5ヘッダ171及び第6ヘッダ172のそれぞれの長さ寸法は、第1ヘッダ151及び第2ヘッダ152のそれぞれの長さ寸法よりも長くなっている。このため、第2熱交換ユニット12の副熱交換部18の扁平管184の数は第1熱交換ユニット11の副熱交換部16の扁平管164の数よりも少なく、第2熱交換ユニット12の主熱交換部17の扁平管174の数は第1熱交換ユニット11の主熱交換部15の扁平管154の数よりも多くなっている。
これにより、第2熱交換ユニット12の主熱交換部17に対する副熱交換部18の容積比は、第1熱交換ユニット11の主熱交換部15に対する副熱交換部16の容積比よりも小さくなっている。従って、主熱交換部15,17での扁平管154,174の流路21の圧力損失は第2熱交換ユニット12よりも第1熱交換ユニット11で大きくなり、副熱交換部16,18での扁平管164,184の流路21の圧力損失は第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で大きくなる。
第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12を比べると、主熱交換部15,17での流路21内の圧力損失の差異よりも、副熱交換部16,18での流路21内の圧力損失の差異のほうが大きい。このため、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12での流路21の圧力損失は、第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で大きくなっている。これにより、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12に流入してから流路21を通って第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12から流出するまでの冷媒の圧力損失は、第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で大きくなっている。
次に、室外熱交換器3での冷媒の流れについて説明する。室外熱交換器3が蒸発器として機能する場合、図3〜図5に示すように、液側冷媒管10からの気液二相冷媒は、各液側分岐管14を介して第1熱交換ユニット11の第3ヘッダ161及び第2熱交換ユニット12の第7ヘッダ181に分配される。第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12では、冷媒が、第3及び第7ヘッダ161,181から副熱交換部本体163,183の各扁平管164,184の流路21を流れて第4及び第8ヘッダ162,182へ送られる。このとき、冷媒と室外の空気との間で熱交換が行われる。この後、第4及び第8ヘッダ162,182に達した冷媒は、連通管19を通って第2及び第6ヘッダ152,172へ送られ、第2及び第6ヘッダ152,172から主熱交換部本体153,173の各扁平管154,174の流路21を流れて第1及び第5ヘッダ151,171へ送られる。このとき、冷媒と室外の空気との間で熱交換が行われ、冷媒がガス状態となる。第1及び第5ヘッダ151,171に達した冷媒は、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12のそれぞれから各ガス側分岐管13へ流出しガス側冷媒管9に合流する。
室外熱交換器3が凝縮器として機能する場合には、室外熱交換器3が蒸発器として機能する場合と冷媒の流れが逆になる。即ち、室外熱交換器3が凝縮器として機能する場合、ガス側冷媒管9からのガス冷媒が、各ガス側分岐管13を介して第1熱交換ユニット11の第1ヘッダ151及び第2熱交換ユニット12の第5ヘッダ171に分配される。第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12では、冷媒が、第1及び第5ヘッダ151,171から主熱交換部本体153,173の各扁平管154,174の流路21を流れて第2及び第6ヘッダ152,172へ送られる。このとき、冷媒と室外の空気との間で熱交換が行われ、冷媒が気液二相状態となる。この後、第2及び第6ヘッダ152,172に達した冷媒は、連通管19を通って第4及び第8ヘッダ162,182へ送られ、第4及び第8ヘッダ162,182から副熱交換部本体163,183の各扁平管164,184の流路21を流れて第3及び第7ヘッダ161,181へ送られる。このとき、冷媒と室外の空気との間で熱交換が行われ、冷媒が液化及び過冷却される。第3及び第7ヘッダ161,181に達した液冷媒は、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12のそれぞれから各液側分岐管14へ流出し液側冷媒管10に合流する。
このように、室外熱交換器3では、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12の一方を流れた後に他方を流れる対向流ではなく、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12を個別に流れて室外熱交換器3からそのまま流出する直行流で冷媒が流れる。
ここで、流路21の圧力損失が風上の第1熱交換ユニット11よりも風下の第2熱交換ユニット12で大きいことから、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12に流入する冷媒の量は、第2熱交換ユニット12よりも第1熱交換ユニット11で多くなる。一方、気流が冷媒との間で熱交換を行いながら第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12を順次通過することから、気流の熱負荷は風下の第2熱交換ユニット12よりも風上の第1熱交換ユニット11で大きくなる。即ち、室外熱交換器3が蒸発器及び凝縮器のいずれとして機能する場合であっても、室外熱交換器3では、熱負荷の大きい風上の第1熱交換ユニット11に供給される冷媒の量が、熱負荷の小さい風下の第2熱交換ユニット12に供給される冷媒の量よりも多くなる。従って、例えば室外熱交換器3が蒸発器として機能する場合には、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12のそれぞれからガス側冷媒管9へ流出する冷媒の乾き度の差が小さくなり、例えば室外熱交換器3が凝縮器として機能する場合には、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12のそれぞれから液側冷媒管10へ流出する冷媒の比エンタルピの差が小さくなる。
このような室外熱交換器3及び空気調和機1では、第1熱交換ユニット11を通過した気流が第2熱交換ユニット12を通過するようになっており、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12での流路21の圧力損失が、第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で大きくなっているので、第1熱交換ユニット11への冷媒の供給量を第2熱交換ユニット12への冷媒の供給量よりも多くすることができる。これにより、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12のそれぞれの熱負荷に合わせた量の冷媒を第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12に供給することができ、冷媒と気流との間での熱交換効率の向上を図ることができる。これにより、例えば室外熱交換器3が蒸発器として機能する場合に、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12のそれぞれからガス側冷媒管9へ出る冷媒の乾き度の差を小さくすることができ、室外熱交換器3の熱交換性能の向上を図ることができる。
また、第1熱交換ユニット11が主熱交換部15及び副熱交換部16を有するとともに、第2熱交換ユニット12が主熱交換部17及び副熱交換部18を有し、風下の第2熱交換ユニット12の主熱交換部17に対する副熱交換部18の容積比が風上の第1熱交換ユニット11の主熱交換部15に対する副熱交換部16の容積比よりも小さくなっているので、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12の各扁平管154,164,174,184の形状及び大きさを同じにしたまま、主熱交換部15,17の扁平管154,174に対する副熱交換部16,18の扁平管164,184の数の比を変えるだけで第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12での主熱交換部15,17に対する副熱交換部16,18の冷媒の容積比を容易に変えることができ、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12での冷媒の圧力損失を容易に調整することができる。
また、連通管19を介して互いに連通されている第2及び第6ヘッダ152,172と第4及び第8ヘッダ162,182とが互いに離して配置されているので、第2及び第6ヘッダ152,172及び第4及び第8ヘッダ162,182間の熱の移動量を抑制することができる。例えば室外熱交換器3が凝縮器として機能する場合、副熱交換部16,18内の冷媒は過冷却状態になり、主熱交換部15,17内の冷媒は気液二相状態になる。このため、第2及び第6ヘッダ152と第4ヘッダ162との間には温度差が生じる。本実施の形態では、第2ヘッダ152,172と第4及び第8ヘッダ162,182とを互いに離して配置することにより、第2ヘッダ152,172と第4及び第8ヘッダ162,182との間の熱の移動量を抑制することができ、室外熱交換器3の熱交換性能の向上をさらに図ることができる。
実施の形態2.
図6は、この発明の実施の形態2による室外熱交換器3を示す断面図である。なお、図6は、図2の各扁平管154,164,174,184の長さ方向に直交する平面で切断したときの主熱交換部本体153,173及び副熱交換部本体163,183の断面に相当する断面図である。本実施の形態では、各主熱交換部本体153,173の扁平管154,174の数が第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じになっており、各副熱交換部本体163,183の扁平管164,183の数も第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じになっている。これにより、第1熱交換ユニット11の主熱交換部15の第1ヘッダ151及び第2ヘッダ152の長さ寸法が、第2熱交換ユニット12の主熱交換部17の第5ヘッダ171及び第6ヘッダ172の長さ寸法と同じになっており、第1熱交換ユニット11の副熱交換部16の第3ヘッダ161及び第4ヘッダ162の長さ寸法が、第2熱交換ユニット12の副熱交換部18の第7ヘッダ181及び第8ヘッダ182の長さ寸法と同じになっている。
各扁平管154,164,174,184の長さ方向に直交する平面で切断したときの各扁平管154,164,174,184の断面の外形は、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で異なっている。即ち、室外熱交換器3では、各扁平管154,164,174,184の断面の短軸方向の寸法が第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じであるが、各扁平管154,164,174,184の断面の長軸方向の寸法が第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で短くなっている。本実施の形態では、各扁平管154,164,174,184の長軸方向についての伝熱フィン155,165,175,185の寸法も、第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で短くなっている。
各扁平管154,164,174,184の内部に形成された流路21の断面形状及び断面の大きさは、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12ですべて同じになっている。従って、室外熱交換器3では、扁平管154,164,174,184の1本当たりの流路21の数が、第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で少なくなっている。即ち、第2熱交換ユニット12の扁平管174,184に形成された流路21の数が、第2熱交換ユニット12の扁平管154,164に形成された流路21の数よりも少なくなっている。他の構成は実施の形態1と同様である。
このような室外熱交換器3及び空気調和機1では、扁平管154,164,174,184の断面の外形を第1熱交換ユニット11と第2熱交換ユニット12とで異ならせることにより、風下の第2熱交換ユニット12内での流路21の圧力損失を風上の第1熱交換ユニット11内での流路21の圧力損失よりも大きくすることができる。これにより、熱負荷の小さい第2熱交換ユニット12よりも熱負荷の大きい第1熱交換ユニット11への冷媒の供給量を多くすることができ、室外熱交換器3の熱交換性能の向上を図ることができる。
また、第2熱交換ユニット12の各扁平管174,184の断面の長軸方向の寸法が、第1熱交換ユニット11の各扁平管154,164の断面の長軸方向の寸法よりも短くなっているので、扁平管154,164の1本当たりの流路21の数を第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で少なくすることができる。即ち、第2熱交換ユニット12の扁平管174,184に形成された流路21の数を、第1熱交換ユニット11の扁平管154,164に形成された流路21の数よりも少なくすることができる。これにより、第2熱交換ユニット12での冷媒の圧力損失を第1熱交換ユニット11よりも容易に大きくすることができる。
上記の例では、各扁平管154,164,174,184の各流路21の断面形状及び断面の大きさが第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じになっているが、扁平管154,164,174,184の長軸方向についての各流路21の寸法を第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で短くすることにより、扁平管154,164,174,184の各流路21の断面積を第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で小さくしてもよい。
実施の形態3.
図7は、この発明の実施の形態3による室外熱交換器3を示す断面図である。なお、図7は、図6の主熱交換部本体153,173及び副熱交換部本体163,183の断面に相当する断面図である。本実施の形態では、第2熱交換ユニット12の各扁平管174,184の断面の短軸方向の寸法が、第1熱交換ユニット11の各扁平管154,164の断面の短軸方向の寸法よりも短くなっている。また、各扁平管154,164,174,184の断面の長軸方向の寸法は、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じである。これにより、本実施の形態では、扁平管154,164,174,184の短軸方向についての各流路21の寸法も第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で短くなっており、第2熱交換ユニット12の各流路21の断面積が第1熱交換ユニット11の各流路21の断面積よりも小さくなっている。扁平管154,164,174,184の1本当たりの流路21の数は、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じである。他の構成は実施の形態2と同様である。
このように、第2熱交換ユニット12の各扁平管174,184の断面の短軸方向の寸法を、第1熱交換ユニット11の各扁平管154,164の断面の短軸方向の寸法よりも短くすることにより、第2熱交換ユニット12の各扁平管154,164の各流路21の断面積を、第1熱交換ユニット11の各扁平管154,164の各流路21の断面積よりも小さくすることができる。これにより、第2熱交換ユニット12内での流路21の圧力損失を第1熱交換ユニット11内での流路21の圧力損失よりも大きくすることができ、室外熱交換器3の熱交換性能の向上を図ることができる。
なお、上記の例では、各扁平管154,164,174,184の1本当たりの流路21の数が第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じになっているが、図8に示すように、第2熱交換ユニット12の扁平管174,184の長軸方向についての各流路21の寸法を、第1熱交換ユニット11の扁平管154,164の長軸方向についての各流路21の寸法よりも短くして、第2熱交換ユニット12の各扁平管174,184に形成された流路21の数を、第1熱交換ユニット11の各扁平管154,164に形成された流路21の数よりも多くしてもよい。
また、上記の例では、各扁平管154,164,174,184の断面の長軸方向の寸法が第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じになっているが、実施の形態2と同様に、第2熱交換ユニット12の扁平管174,184の断面の長軸方向の寸法を、第1熱交換ユニット11の扁平管154,164の断面の長軸方向の寸法よりも小さくしてもよい。
実施の形態4.
図9は、この発明の実施の形態4による室外熱交換器3を示す断面図である。なお、図9は、図6の主熱交換部本体153,173及び副熱交換部本体163,183の断面に相当する断面図である。本実施の形態では、扁平管154,164,174,184の1本当たりの流路21の数が第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で多くなっている。即ち、第2熱交換ユニット12の扁平管174,184に形成された流路21の数が、第1熱交換ユニット11の扁平管154,164に形成された流路21の数よりも多くなっている。各扁平管154,164,174,184の断面の外形及び断面の大きさは第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じであり、各扁平管154,164,174,184の長軸方向及び短軸方向のそれぞれの寸法は第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じである。また、扁平管154,164,174,184の短軸方向についての各流路21の寸法は第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じであるが、扁平管154,164,174,184の長軸方向についての各流路21の寸法は第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で短くなっている。これにより、本実施の形態では、第2熱交換ユニット12の各流路21の断面積が第1熱交換ユニット11の各流路21の断面積よりも小さくなっている。他の構成は実施の形態2と同様である。
このように、第2熱交換ユニット12の扁平管154,164に形成された流路21の数を、第1熱交換ユニット11の扁平管174,184に形成された流路21の数よりも多くすることにより、第2熱交換ユニット12の各扁平管174,184の各流路21の断面積を、第2熱交換ユニット12の各扁平管154,164の各流路21の断面積よりも小さくすることができる。これにより、第2熱交換ユニット12内での流路21の圧力損失を第1熱交換ユニット11内での流路21の圧力損失よりも大きくすることができ、室外熱交換器3の熱交換性能の向上を図ることができる。また、各扁平管154,164,174,184の断面の外形及び断面の大きさを第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じにすることができるので、伝熱フィン155,165,175,185に形成する挿入溝の形状を第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で共通化することができ、室外熱交換器3の製造コストの低減化を図ることもできる。
なお、上記の例では、第2熱交換ユニット12の扁平管174,184に形成された流路21の数を、第1熱交換ユニット11の扁平管154,164に形成された流路21の数よりも多くすることにより、各流路21の断面積を第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で小さくしているが、図10に示すように、扁平管154,164,174,184に形成された流路21の数を第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じにしたまま、各扁平管154,164,174,184の肉厚を第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で大きくして、各流路21の断面積を第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で小さくしてもよい。また、各上記実施の形態でも、各扁平管154,164,174,184の肉厚を第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で大きくして、各流路21の断面積を第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で小さくしてもよい。
また、各上記実施の形態では、熱交換ユニットの数が第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12の2つになっているが、熱交換ユニットの数を3つ以上にしてもよい。この場合、各熱交換ユニットを気流が順次通過するように3つ以上の熱交換ユニットが配置される。また、この場合、ガス側冷媒管9及び液側冷媒管10の一方から3つ以上の各熱交換ユニットに分配された冷媒が、各熱交換ユニット内の扁平管の流路を個別に通って、ガス側冷媒管9及び液側冷媒管10の他方で合流するように構成される。
また、3つ以上の熱交換ユニットを気流の方向へ並べる場合、上記実施の形態1〜4のうち互いに異なる実施の形態での熱交換ユニットの組み合わせによって、熱交換ユニット内での流路の圧力損失を風上の熱交換ユニットよりも風下の熱交換ユニットで大きくするようにしてもよい。
また、各上記実施の形態では、第2ヘッダ152と第4ヘッダ162とが互いに離して配置されているが、第2ヘッダ152及び第4ヘッダ162を互いに接触させて固定してもよいし、単一の円筒状容器内を仕切り板で仕切ってできた2つの空間部分の一方を第2ヘッダとし他方を第4ヘッダとしてもよい。同様に、第6ヘッダ172及び第8ヘッダ182を互いに接触させて固定してもよいし、単一の円筒状容器内を仕切り板で仕切ってできた2つの空間部分の一方を第6ヘッダとし他方を第8ヘッダとしてもよい。
また、各上記実施の形態では、第2ヘッダ152と第4ヘッダ162とが連通管19を介して互いに連通されているが、第2ヘッダ152と第4ヘッダ162とを一体にして、第2ヘッダ152及び第4ヘッダ162間で連通された単一のヘッダとしてもよい。同様に、第6ヘッダ172と第8ヘッダ182とを一体にして、第6ヘッダ172及び第8ヘッダ182間で連通された単一のヘッダとしてもよい。
また、各上記実施の形態では、第1ヘッダ151と第3ヘッダ161とが互いに離して配置されているが、第1ヘッダ151及び第3ヘッダ161を互いに接触させて固定してもよいし、単一の円筒状容器内を仕切り板で仕切ってできた2つの空間部分の一方を第1ヘッダとし他方を第3ヘッダとしてもよい。同様に、第5ヘッダ171及び第7ヘッダ181を互いに接触させて固定してもよいし、単一の円筒状容器内を仕切り板で仕切ってできた2つの空間部分の一方を第5ヘッダとし他方を第7ヘッダとしてもよい。
また、各上記実施の形態では、主熱交換部本体153,173と副熱交換部本体163,183とが繋がっているが、主熱交換部本体153,173と副熱交換部本体163,183とを分離して互いに離して配置してもよい。
また、各上記実施の形態での流路21の断面形状は、特に限定されず、例えば四角形又は円形等とすることができる。各上記実施の形態では、流路21の断面形状を第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で異ならせることにより、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12での冷媒の圧力損失を、第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で大きくするようにしてもよい。
また、各上記実施の形態では、第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12が主熱交換部15,17及び副熱交換部16,18を有しているが、副熱交換部16,18はなくてもよい。この場合、液側分岐管14は、主熱交換部15,17の第2及び第6ヘッダ152,172に設けられる。また、ガス側冷媒管9及び液側冷媒管10の一方から第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12に分配された冷媒が、主熱交換部15,17の各扁平管154,174の流路21を個別に通って主熱交換部15,17から流出し、ガス側冷媒管9及び液側冷媒管10の他方で合流する構成とされる。
また、上記実施の形態2〜4では、主熱交換部本体153,173の扁平管154,174の数が第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じになっており、副熱交換部本体163,183の扁平管164,184の数が第1熱交換ユニット11及び第2熱交換ユニット12で同じになっているが、実施の形態1と同様に、第2熱交換ユニット12の主熱交換部本体173の扁平管174の数を、第1熱交換ユニット11の主熱交換部本体153の扁平管154の数よりも多くし、第2熱交換ユニット12の副熱交換部本体183の扁平管184の数を、第1熱交換ユニット11の副熱交換部本体163の扁平管164の数よりも少なくしてもよい。即ち、上記実施の形態2〜4でも、主熱交換部15,17に対する副熱交換部16,18の容積比を、第1熱交換ユニット11よりも第2熱交換ユニット12で小さくしてもよい。
また、各上記実施の形態では、室外熱交換器3にこの発明が適用されているが、室内熱交換器5にこの発明を適用してもよい。さらに、各上記実施の形態では、冷凍サイクル装置としての空気調和機1に含まれている室外熱交換器3にこの発明が適用されているが、これに限定されず、冷凍サイクル装置としての例えば冷蔵庫、冷凍庫、給湯器等に含まれている熱交換器にこの発明を適用してもよい。
また、この発明は各上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。さらに、各上記実施の形態を組み合わせてこの発明を実施することもできる。
1 空気調和機(冷凍サイクル装置)、3 室外熱交換器(熱交換器)、11 第1熱交換ユニット、12 第2熱交換ユニット、15 主熱交換部(第1熱交換部)、16 副熱交換部(第2熱交換部)、17 主熱交換部(第3熱交換部)、18 副熱交換部(第4熱交換部)、19 連通管、21 流路、151 第1ヘッダ、152 第2ヘッダ、154 扁平管(第1扁平管)、161 第3ヘッダ、162 第4ヘッダ、164 扁平管(第3扁平管)、171 第5ヘッダ、172 第6ヘッダ、174 扁平管(第2扁平管)、181 第7ヘッダ、182 第8ヘッダ、184 扁平管(第4扁平管)。

Claims (9)

  1. 第1熱交換ユニットと、
    前記第1熱交換ユニットを通過した後の気流が通過する第2熱交換ユニットと
    を備え、
    前記第1熱交換ユニットは、冷媒を流す第1流路が内部に形成された第1伝熱管を有し、
    前記第2熱交換ユニットは、冷媒を流す第2流路が内部に形成された第2伝熱管を有し、
    前記冷媒は、前記第1熱交換ユニット及び前記第2熱交換ユニットを並列に流れて前記第1熱交換ユニット及び前記第2熱交換ユニットからそのまま流出し、
    前記第2流路の圧力損失は、前記第1流路の圧力損失よりも大きくなっており、
    前記第1熱交換ユニットは、第1熱交換部と、第2熱交換部とを有し、
    前記第2熱交換ユニットは、第3熱交換部と、第4熱交換部とを有し、
    前記第3熱交換部に対する前記第4熱交換部の容積比は、前記第1熱交換部に対する前記第2熱交換部の容積比よりも小さくなっている熱交換器。
  2. 前記第1伝熱管の断面の外形は、前記第2伝熱管の断面の外形と異なっている請求項1に記載の熱交換器。
  3. 前記第2伝熱管の断面の長軸方向の寸法は、前記第1伝熱管の断面の長軸方向の寸法よりも短くなっている請求項2に記載の熱交換器。
  4. 前記第2伝熱管の断面の短軸方向の寸法は、前記第1伝熱管の断面の短軸方向の寸法よりも短くなっている請求項2又は請求項3に記載の熱交換器。
  5. 前記第2流路の断面積は、前記第1流路の断面積よりも小さくなっている請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の熱交換器。
  6. 前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管には、ともに1以上の冷媒流路が内部に形成され、
    前記第2伝熱管に形成された流路の数は、前記第1伝熱管に形成された流路の数よりも多くなっている請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の熱交換器。
  7. 前記第1熱交換ユニットは、冷媒を流す第3伝熱管を有し、
    前記第1熱交換部は、ともに中空の第1ヘッダ及び第2ヘッダを有し、前記第1及び第2ヘッダ間を前記第1伝熱管で接続するとともに、
    前記第2熱交換部は、ともに中空の第3ヘッダ及び第4ヘッダを有し、前記第3及び第4ヘッダ間を前記第3伝熱管で接続して、
    前記第2ヘッダ及び前記第4ヘッダは、互いに離して配置され、かつ、連通管を介して互いに連通されている請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の熱交換器。
  8. 前記第2熱交換ユニットは、冷媒を流す第4伝熱管を有し、
    前記第3熱交換部は、ともに中空の第5ヘッダ及び第6ヘッダを有し、前記第5及び第6ヘッダ間を前記第2伝熱管で接続するとともに、
    前記第4熱交換部は、ともに中空の第7ヘッダ及び第8ヘッダを有し、前記第7及び第8ヘッダ間を前記第4伝熱管で接続して、
    前記第6ヘッダ及び前記第8ヘッダは、互いに離して配置され、かつ、連通管を介して互いに連通されている請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の熱交換器。
  9. 請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の熱交換器を備えている冷凍サイクル装置。
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