JP6388067B2 - 熱交換器および空気調和装置 - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換器および空気調和装置に関する。
従来より、複数の扁平多穴管と、複数の扁平多穴管に接合されたフィンと、複数の扁平多穴管の端部に連結されたヘッダとを備え、扁平多穴管の内部を流れる冷媒を扁平多穴管の外部を流れる空気と熱交換させる熱交換器が知られている。
例えば、特許文献1(特開2005−201491号公報)に記載の熱交換器や特許文献2(特開2005−127597号公報)に記載の熱交換器では、空気流れ方向における風上側において優先的に熱交換が行われてしまうことから、風上側では過熱度が大きくなり風下側では過熱度が小さくなることでバランスを崩すことを課題とした熱交換器が開示されている。具体的には、これらの熱交換器では、当該課題を解決するために、扁平多穴管が有する複数の流路の形状を風上側と風下側とで相違させて、風上側における熱交換量が風下側における熱交換量よりも多くなるように構成することを提案している。
しかし、上述のような特許文献1や特許文献2に示された熱交換器では、扁平多穴管における風上側と風下側の熱交換量のバランスを向上させるために扁平多穴管が有する複数の流路の形状を風上側と風下側とで相違させているため、風上側と風下側とで扁平多穴管の流路の耐圧強度が異なっている。具体的には、扁平多穴管の風上側は、風下側と比べて流路断面積が大きいため、風下側と比べて耐圧強度が劣ってしまっている。
本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、扁平多穴管の風上側と風下側における耐圧強度の違いを小さく抑えた場合であっても、扁平多穴管における風上側を流れる冷媒と風下側を流れる冷媒の状態の相違を小さく抑えることが可能な熱交換器および空気調和装置を提供することにある。
第1観点に係る熱交換器は、複数の扁平多穴管と、ヘッダと、複数のフィンと、を備えている。扁平多穴管は、空気流れ方向に交差する方向が長手方向となるように設けられている。複数の扁平多穴管は、並んで設けられている。ヘッダは、複数の扁平多穴管の端部が接続されている。複数のフィンは、扁平多穴管に接合されている。ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間は、空気流れ方向における風上側の方が風下側よりも多く冷媒が流れるように構成されている。ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間の輪郭のうち扁平多穴管の端部の風下側に対向する部分には、扁平多穴管側に突出した凸部と反対側に凹んだ凹部を有する凹凸部が形成されている。凹凸部を構成する凹部と凸部とは、いずれもヘッダの長手方向に沿うように延びている。
なお、ここでは、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間の輪郭のうち扁平多穴管の端部の風上側に対向する部分においては、上記凹凸部が形成されていなくてもよいし、風下側の凹凸部よりも凹凸高さが低い凹凸部が形成されていてもよい。
なお、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間に対して冷媒を流入させる流入口が設けられている場合には、凹凸部の長手方向視において、当該凹凸部と流入口とが重ならないか、もしくは、流入口が半分以上覆われないように配置されていることが好ましい。
従来より、熱交換器では、風下側よりも風上側の方が空気と冷媒の温度差が大きくなるため、風上側において熱交換量が多くなる傾向にあり、扁平多穴管の風上側を流れた冷媒が風下側を流れた冷媒と比べて過熱度が大きくなりがちになる等、冷媒の状態が相違することがある。この問題を解決するために、扁平多穴管の熱交換特性を風上側と風下側とで相違させることも考えられるが、その場合には、扁平多穴管の流路の形状を風上側と風下側とで相違させるように扁平多穴管を製造することとなり、扁平多穴管の耐圧強度が低下してしまうおそれがある。
これに対して、この熱交換器では、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間が、空気流れ方向における風上側の方が風下側よりも多く冷媒が流れるように構成されている。このため、扁平多穴管に対しては、風下側よりも風上側に対してより多くの冷媒を供給することが可能になる。したがって、扁平多穴管の流路の形状を風上側と風下側とで大きく相違させることなく、扁平多穴管における風上側を流れる冷媒と風下側を流れる冷媒の状態の相違を小さく抑えることが可能になる。
また、この熱交換器では、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間の輪郭のうち扁平多穴管の端部の風下側に対向する部分において、凹凸部が形成されている。このため、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間の風下側を通過する冷媒は、凹凸部の表面から圧力損失を受けやすくい。これにより、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間のうち風上側において特に冷媒を流すことが可能になる。
第2観点に係る熱交換器は、第1観点に係る熱交換器であって、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間は、空気流れ方向における風上側の方が風下側よりも、冷媒が通過可能な空間が広くなるように構成されている。
ここで、例えば、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間のうち、空気流れ方向における風上側における冷媒が通過可能な空間の冷媒通過断面積(ヘッダの長手方向に沿って冷媒が通過するとした場合の通過断面積)の平均が、風下側における冷媒が通過可能な空間の冷媒通過断面積の平均よりも大きいことが好ましい。なお、風上側の冷媒通過断面積の平均としては、風上側における冷媒が通過可能な空間の体積を、風上側における冷媒が通過可能な空間のヘッダの長手方向に沿う方向における長さで除して得られる値とし、風下側の冷媒通過断面積の平均としては、風下側における冷媒が通過可能な空間の体積を、風下側における冷媒が通過可能な空間のヘッダの長手方向に沿う方向における長さで除して得られる値としてもよい。
また、風上側と風下側とは、例えば、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間における空気流れ方向における中間位置を基準に区別するようにしてもよい。
この熱交換器では、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間が、空気流れ方向における風上側の方が風下側よりも冷媒が通過可能な空間が広くなるように構成されている。このため、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間を流れる冷媒は、通過による圧力損失が比較的大きい風下側よりも、通過による圧力損失が比較的小さい風上側を流れやすくなる。
第3観点に係る熱交換器は、第1観点または第2観点に係る熱交換器であって、比表面積相違構造を有している。比表面積相違構造は、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間の輪郭のうち扁平多穴管の端部に対向する部分の比表面積が、空気流れ方向における風下側よりも風上側の方が大きい構造である。
ここで、比表面積相違構造とは、扁平多穴管のヘッダへの挿入進行方向視におけるヘッダに挿入されている扁平多穴管の端部に対向する部分の投影部分の単位面積当たりの表面積である比表面積が、空気流れ方向における風下側よりも風上側の方が大きい構造である。比表面積相違構造は、扁平多穴管の端部に対向する部分に設けられていればよく、ヘッダの内部に設けられた仕切部材等の部材に設けられていてもよいし、ヘッダの内周面に設けられていてもよい。なお、比表面積相違構造は、仕切部材の扁平多穴管の端部に対向する部分のうち空気流れ方向における風上側部分において上下方向に沿うように設けられた凹凸形状によって構成されてもよい。この場合には、比表面積が大きな部分を沿わせることで上下方向に液冷媒を導くことができ、扁平多穴管の風上側により確実に多くの液冷媒を導くことが可能になる。
この熱交換器では、比表面積相違構造を有することにより、風上側の比表面積が相対的に大きい部分にでは、表面積が大きいため、風下側の比表面積が相対的に小さい部分よりも、より多くの液冷媒を表面に保持することが可能になる。このため、扁平多穴管に対しては、風下側よりも風上側に対してより多くの液冷媒を供給することが可能になる。したがって、扁平多穴管の流路の形状を風上側と風下側とで大きく相違させることなく、扁平多穴管における風上側を流れる冷媒と風下側を流れる冷媒の状態の相違を小さく抑えることが可能になる。
第4観点に係る熱交換器は、第1観点から第3観点のいずれかに係る熱交換器であって、扁平多穴管は、空気流れ方向における中間位置を境界として、風上側と風下側とで対称的な形状を有している。扁平多穴管は、互いに流路断面積が共通の複数の流路を有している。
この熱交換器では、扁平多穴管が風上側と風下側とで対称的な形状を有している。このため、熱交換器の製造時に、扁平多穴管を組み合わせる際の扁平多穴管の向きを上流側と下流側のいずれの向きで施工しても同じ形状とすることができる。したがって、熱交換器の製造時の扁平多穴管の誤組を防止することができる。また、扁平多穴管の複数の流路は、互いに流路断面積が共通となっているため、扁平多穴管の耐圧強度を向上させることができている。以上により、製造時の扁平多穴管の誤組を防止しつつ、耐圧強度を向上させることが可能になる。
第5観点に係る熱交換器は、第1観点から第4観点のいずれかに係る熱交換器であって、複数のフィンは、複数の扁平多穴管の空気流れ方向における風上側において互いに繋がっている。
この熱交換器では、複数のフィンが複数の扁平多穴管の空気流れ方向における風上側で互いに繋がっているため、当該フィンのうち互いに繋がっている箇所の分だけ伝熱面積が増大している。このため、扁平多穴管の各流路を流れる冷媒は、風上側の方が風下側よりもより一層熱交換量が増大する傾向となる。これに対して、この熱交換器では、このようにフィンの配置に起因して扁平多穴管の各流路を流れる冷媒について、風上側の方が風下側よりもより一層熱交換量が増大する構造においても、扁平多穴管の風上側に多く冷媒を導くことができるため、扁平多穴管における風上側を流れる冷媒と風下側を流れる冷媒の状態の相違を小さく抑えることが可能になる。
なお、上記熱交換器が採用された冷凍装置において、上記熱交換器が冷媒の蒸発器として用いられる場合であっても、扁平多穴管よりも風上側においてフィンの互いに繋がっている箇所が設けられることで伝熱面積が増大しているため、扁平多穴管の風上側端部に集中的に着霜してしまうことを抑制することが可能になる。
第6観点に係る熱交換器は、第1観点から第5観点のいずれかに係る熱交換器であって、ヘッダは、仕切部材を有している。仕切部材は、扁平多穴管が接続される側と扁平多穴管が接続される側とは反対側とを仕切る。ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間の輪郭の一部は、仕切部材によって構成されている。
この熱交換器では、ヘッダが、内部に仕切部材を有しているため、ヘッダに挿入されている扁平多穴管の端部と、ヘッダの内部の仕切部材との距離を短くすることができる。したがって、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間を狭めることにより、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間を通過する冷媒の速度を十分に確保することが可能になる。
第7観点に係る熱交換器は、第6観点に係る熱交換器であって、ヘッダは、ループ構造を有している。ヘッダのループ構造は、流入口と、第1連通路と、第2連通路と、を含んでいる。流入口は、熱交換器が冷媒の蒸発器として機能する場合に、仕切部材に対して扁平多穴管が接続された側の空間である第1空間に冷媒を流入させる。第1連通路は、第1空間のうちのヘッダの長手方向における一方側の部分と、仕切部材に対して扁平多穴管が接続された側とは反対側の空間である第2空間のうちのヘッダの長手方向における一方側の部分と、を連通させ、第1空間内を流れた冷媒を第2空間へ導く。第2連通路は、第2空間を流れた冷媒を第1空間のうちのヘッダの長手方向における一方側とは反対側である他方側に戻す。第1空間のうち少なくとも第1連通路と第2連通路との間の部分が、空気流れ方向における風上側の方が風下側よりも多く冷媒が流れるように構成されている。
なお、第1連通路と第2連通路との間の部分に限られず、第1空間の全体において、空気流れ方向における風上側の方が風下側よりも多く冷媒が流れるように構成されていてもよい。
この熱交換器では、ヘッダの内部空間が第1空間と第2空間に仕切部材によって仕切られているため、流入口から第1空間に流入した冷媒が第1空間内を流れる際に通過する断面積を、第1空間と第2空間とが仕切部材によって仕切られていない場合と比較して、小さくすることができている。このため、熱交換器における冷媒の循環量が低循環量であっても、流入口から第1空間内に流入した冷媒を、第1空間だけの狭い空間において通過させることができるため、第1空間内での冷媒の通過速度を大きく落とすこと無くヘッダの内部空間のうちの流入口とは反対側にまで冷媒を到達させやすい。このため、冷媒の循環量が低循環量であっても、流入口から遠く離れた位置に配置されている扁平多穴管に対しても十分に冷媒を供給することが可能になる。
また、この熱交換器は、ヘッダは、流入口と仕切部材と第1連通路と第2連通路を含んだループ構造を有している。このため、熱交換器における冷媒の循環量が高循環量である場合のように流入口から第1空間に流入する冷媒の流速が早く、流入口の近くに位置する扁平多穴管の横を勢いよく通過してしまい第1空間のうち流入口から遠い位置に冷媒が集まりがちになる場合であっても、第1空間のうち流入口から遠い位置にまで到達した冷媒を、ループ構造によって再び第1空間のうち流入口に近い位置に戻すことが可能になる。すなわち、ループ構造は、第1空間のうち流入口から遠い位置まで到達した冷媒を、第1連通路を通過させて第2空間側に送り、第2空間を通過させ、第2連通路を通過させて第1空間の流入口の近くに向けて送ることで、第1空間のうち流入口の近くに存在する扁平多穴管に導くことが可能になる。このため、高循環量である場合のように流入口から第1空間に流入する冷媒の流速が早く、流入口の近くに位置する扁平多穴管の横を勢いよく通過してしまい第1空間のうち流入口から遠い位置に冷媒が集まりがちになる場合であっても、流入口に近い扁平多穴管に対しても十分に冷媒を流すことが可能になる。
さらに、以上のようにヘッダ内で冷媒をループさせて流す場合であっても、少なくとも仕切部材の第1連通路と第2連通路との間において、空気流れ方向における風上側の方が風下側よりも多く冷媒が流れるように構成されているため、第1連通路と第2連通路との間の領域において風上側に多くの液冷媒を保持させることが可能になる。
第8観点に係る熱交換器は、第1観点から第7観点のいずれかに係る熱交換器であって、複数の扁平多穴管は上下に並んで設けられている。
なお、この熱交換器では、ヘッダは、ヘッダの長手方向が上下方向となる姿勢で設けられている。
この熱交換器では、複数の扁平多穴管は上下に並んで設けられる場合であっても、扁平多穴管における風上側を流れる冷媒と風下側を流れる冷媒の状態の相違を小さく抑えることが可能になる。
なかでも、第7観点に係る熱交換器において、複数の扁平多穴管は上下に並んで設けられている場合には、ヘッダの内部空間が第1空間と第2空間に仕切部材によって仕切られているため、流入口から第1空間に流入した冷媒が第1空間内を上昇する際に通過する断面積を、第1空間と第2空間とが仕切部材によって仕切られていない場合と比較して、小さくすることができている。このため、熱交換器における冷媒の循環量が低循環量であっても、流入口から第1空間内に流入した冷媒を、第1空間だけの狭い空間において上昇させることができるため、第1空間内での冷媒の上昇速度を大きく落とすこと無くヘッダの内部空間の上方にまで冷媒を到達させやすい。このため、冷媒の循環量が低循環量であっても、上方に配置されている扁平多穴管に対しても十分に冷媒を供給することが可能になる。
また、この熱交換器は、ヘッダは、流入口と仕切部材と第1連通路と第2連通路を含んだループ構造を有している。このため、熱交換器における冷媒の循環量が高循環量である場合のように流入口から第1空間に流入する冷媒の流速が早く、下方に位置する扁平多穴管の横を勢いよく通過してしまい第1空間の上方に比重の大きな冷媒が集まりがちになる場合であっても、第1空間の上方部分にまで到達した比重の大きな冷媒を、ループ構造によって再び第1空間の下方に戻すことが可能になる。すなわち、ループ構造は、第1空間の上方部分まで到達した冷媒を、第1連通路を通過させて第2空間側に送り、第2空間において降下させ、第2連通路を通過させて第1空間の下方に流すことで、第1空間の下方に存在する扁平多穴管に導くことが可能になる。このため、高循環量である場合のように流入口から第1空間に流入する冷媒の流速が早く、下方に位置する扁平多穴管の横を勢いよく通過してしまい第1空間の上方に比重の大きな冷媒が集まりがちになる場合であっても、下方の扁平多穴管に対しても十分に冷媒を流すことが可能になる。
第9観点に係る空気調和装置は、冷媒回路と、ファンと、を備えている。冷媒回路は、第1観点から第8観点のいずれかに係る熱交換器を有し、冷媒が循環する。ファンは、熱交換器に対して空気流れを供給する。
この空気調和装置では、熱交換器の扁平多穴管における風上側を流れる冷媒と風下側を流れる冷媒の状態の相違を小さく抑えることで、熱交換器における性能を向上させることが可能になるため、空気調和装置の性能を向上させることが可能になる。
第1観点に係る熱交換器では、扁平多穴管の流路の形状を風上側と風下側とで大きく相違させることなく、扁平多穴管における風上側を流れる冷媒と風下側を流れる冷媒の状態の相違を小さく抑えることが可能になる。また、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間のうち風上側において特に冷媒を流すことが可能になる。
第2観点に係る熱交換器では、通過による圧力損失が比較的小さい風上側に冷媒を流しやすくなる。
第3観点に係る熱交換器では、扁平多穴管の流路の形状を風上側と風下側とで大きく相違させることなく、扁平多穴管における風上側を流れる冷媒と風下側を流れる冷媒の状態の相違を小さく抑えることが可能になる。
第4観点に係る熱交換器では、製造時の扁平多穴管の誤組を防止しつつ、耐圧強度を向上させることが可能になる。
第5観点に係る熱交換器では、フィンの配置に起因して風上側の方が風下側よりもより一層熱交換量が増大する構造であっても、扁平多穴管における風上側を流れる冷媒と風下側を流れる冷媒の状態の相違を小さく抑えることが可能になる。
第6観点に係る熱交換器では、ヘッダの内部の扁平多穴管が接続されている空間を狭めることにより、通過する冷媒の速度を十分に確保することが可能になる。
第7観点に係る熱交換器では、流入口から遠く離れて配置された扁平多穴管と流入口の近くに配置された扁平多穴管との間の冷媒の偏流を抑制しつつ、仕切部材の第1連通路と第2連通路との間の領域において風上側に多くの液冷媒を保持させることが可能になる。
第8観点に係る熱交換器では、複数の扁平多穴管は上下に並んで設けられる場合であっても、扁平多穴管における風上側を流れる冷媒と風下側を流れる冷媒の状態の相違を小さく抑えることが可能になる。
第9観点に係る空気調和装置では、空気調和装置の性能を向上させることが可能になる。
(1)空気調和装置1の全体構成
図1は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置1の構成の概要を示す回路図である。
図1は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置1の構成の概要を示す回路図である。
空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって空調室内機3が設置されている建物内の冷暖房に使用される装置であり、熱源側ユニットとしての空調室外機2と、利用側ユニットとしての空調室内機3とが冷媒連絡配管6,7で接続されて構成されている。
空調室外機2と空調室内機3と冷媒連絡配管6,7とが接続されて構成される冷媒回路8は、圧縮機91、四路切換弁92、室外熱交換器20、膨張弁33、室内熱交換器4およびアキュムレータ93などが冷媒配管で接続されることで構成されている。この冷媒回路8内には冷媒が封入されており、冷媒が圧縮され、冷却され、減圧され、加熱・蒸発された後に、再び圧縮されるという冷凍サイクル運転が行われるようになっている。冷媒としては、例えば、R410A、R32、R407C、R22、R134a、二酸化炭素、などから選択されたものが用いられる。
(2)空気調和装置1の詳細構成
(2−1)空調室内機3
空調室内機3は、室内の壁面に壁掛け等により、又は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により設置される。空調室内機3は、室内熱交換器4と、室内ファン5とを有している。室内熱交換器4は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の放熱器又は凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。
(2−1)空調室内機3
空調室内機3は、室内の壁面に壁掛け等により、又は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により設置される。空調室内機3は、室内熱交換器4と、室内ファン5とを有している。室内熱交換器4は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の放熱器又は凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。
(2−2)空調室外機2
空調室外機2は、ビル等の室外に設置されており、冷媒連絡配管6,7を介して空調室内機3に接続される。空調室外機2は、図2および図3に示されているように、略直方体状のユニットケーシング10を有している。
空調室外機2は、ビル等の室外に設置されており、冷媒連絡配管6,7を介して空調室内機3に接続される。空調室外機2は、図2および図3に示されているように、略直方体状のユニットケーシング10を有している。
図3に示されているように、空調室外機2は、ユニットケーシング10の内部空間を鉛直方向に延びる仕切板18で二つに分割することによって送風機室S1と機械室S2とを形成した構造(いわゆる、トランク型構造)を有するものである。空調室外機2は、ユニットケーシング10の送風機室S1内に配置された室外熱交換器20および室外ファン95を有しており、ユニットケーシング10の機械室S2内に配置された圧縮機91、四路切換弁92、アキュムレータ93、膨張弁33、ガス冷媒配管31、および、液冷媒配管32を有している。
ユニットケーシング10は、底板12と、天板11と、送風機室側の側板13と、機械室側の側板14と、送風機室側前板15と、機械室側前板16とを備えて、筐体を構成している。
空調室外機2は、ユニットケーシング10の背面および側面の一部からユニットケーシング10内の送風機室S1に室外空気を吸い込んで、吸い込んだ室外空気をユニットケーシング10の前面から吹き出すように構成されている。具体的には、ユニットケーシング10内の送風機室S1に対して、吸込口10aと吸込口10bと吹出口10cとが形成されている。吸込口10aおよび吸込口10bを含む吸込口の全体は、送風機室側の側板13の前面側の端部から機械室側の側板14の送風機室S1側の端部にわたって広がっている。また、吹出口10cは、送風機室側前板15に設けられており、その前側がファングリル15aによって覆われている。
圧縮機91は、例えば圧縮機用モータによって駆動される密閉式圧縮機であり、インバータ制御によって運転容量を変化させることができるよう構成されている。このように運転容量を変化させることで、空調負荷の変動に対応することが可能になっている。
四路切換弁92は、冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。冷房運転時には、四路切換弁92は、圧縮機91の吐出側の冷媒配管と室外熱交換器20の一端(ガス側端部)から延びるガス冷媒配管31とを接続するとともに、アキュムレータ93を介してガス冷媒の冷媒連絡配管7と圧縮機91の吸入側の冷媒配管とを接続する(図1の四路切換弁92の実線を参照)。また、暖房運転時には、四路切換弁92は、圧縮機91の吐出側の冷媒配管とガス冷媒の冷媒連絡配管7とを接続するとともに、アキュムレータ93を介して圧縮機91の吸入側と室外熱交換器20の一端(ガス側端部)から延びるガス冷媒配管31とを接続する(図1の四路切換弁92の破線を参照)。
室外熱交換器20は、送風機室S1において吸込口10a,10bに対向するようにして、上下方向(鉛直方向)に立てて配置されている。室外熱交換器20は、アルミニウム製の熱交換器であり、本実施形態では設計圧力が3MPa〜4MPa程度のものを用いている。室外熱交換器20は、一端(ガス側端部)から、四路切換弁92と接続されるように、ガス冷媒配管31が延びている。また、室外熱交換器20の他端(液側端部)から、膨張弁33に接続されるように、液冷媒配管32が延びている。
アキュムレータ93は、冷媒回路8の途中であって四路切換弁92と圧縮機91との間に接続されている。アキュムレータ93は、冷媒を気相と液相とに分ける気液分離機能を具備している。アキュムレータ93に流入する冷媒は、液相と気相とに分かれ、上部空間に集まる気相の冷媒が圧縮機91へと供給される。
膨張弁33は、冷媒回路8を流れる冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。膨張弁33は、冷媒圧力や冷媒流量の調節を行うために、室外熱交換器20と液冷媒の冷媒連絡配管6の間に設けられ、冷房運転時および暖房運転時のいずれにおいても、冷媒を膨張させる機能を有している。
室外ファン95は、室外熱交換器20を流れる冷媒との間で熱交換をさせるための室外空気を、室外熱交換器20に対して供給する。室外ファン95は、室外熱交換器20に対向するようにして、送風機室S1に配置されている。室外ファン95は、背面側からユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器20において冷媒と室外空気との間で熱交換を行わせた後に、熱交換後の空気を前面側からユニット外に排出する。この室外ファン95は、室外熱交換器20に供給する室外空気の風量を変化させることが可能なファンであり、例えば、DCファンモータ等からなるモータによって駆動されるプロペラファン等である。
(3)空気調和装置1の動作
(3−1)冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁92が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がアキュムレータ93、冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に対して接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口(すなわち、室内熱交換器4のガス側)における冷媒の過熱度が一定になるように開度調節されるようになっている(過熱度制御)。この冷媒回路8の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91で圧縮されることで高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、四路切換弁92を経由して室外熱交換器20に送られる。その後、高圧のガス冷媒は、室外熱交換器20において、室外ファン95によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、過冷却状態になった高圧の液冷媒は、室外熱交換器20から膨張弁33に送られる。膨張弁33によって圧縮機91の吸入圧力近くまで減圧されて低圧の気液二相状態となった冷媒は、室内熱交換器4に送られ、室内熱交換器4において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。
(3−1)冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁92が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がアキュムレータ93、冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に対して接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口(すなわち、室内熱交換器4のガス側)における冷媒の過熱度が一定になるように開度調節されるようになっている(過熱度制御)。この冷媒回路8の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91で圧縮されることで高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、四路切換弁92を経由して室外熱交換器20に送られる。その後、高圧のガス冷媒は、室外熱交換器20において、室外ファン95によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、過冷却状態になった高圧の液冷媒は、室外熱交換器20から膨張弁33に送られる。膨張弁33によって圧縮機91の吸入圧力近くまで減圧されて低圧の気液二相状態となった冷媒は、室内熱交換器4に送られ、室内熱交換器4において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。
この低圧のガス冷媒は、冷媒連絡配管7を経由して空調室外機2に送られ、再び、圧縮機91に吸入される。このように冷房運転では、空気調和装置1は、室外熱交換器20を圧縮機91において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器4を室外熱交換器20において凝縮された冷媒の蒸発器として機能させる。
なお、冷房運転時の冷媒回路8では、膨張弁33の過熱度制御が行われつつ、設定温度となるように(冷房負荷を処理できるように)圧縮機91がインバータ制御されているため、冷媒の循環量が高循環量となる場合と低循環量になる場合がある。
(3−2)暖房運転
暖房運転時は、四路切換弁92が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側が冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口における冷媒の過冷却度が過冷却度目標値で一定になるように開度調節されるようになっている(過冷却度制御)。この冷媒回路8の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁92、および、冷媒連絡配管7を経由して、空調室内機3に送られる。
暖房運転時は、四路切換弁92が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側が冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口における冷媒の過冷却度が過冷却度目標値で一定になるように開度調節されるようになっている(過冷却度制御)。この冷媒回路8の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁92、および、冷媒連絡配管7を経由して、空調室内機3に送られる。
そして、空調室内機3に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器4において、室内空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となった後、膨張弁33を通過する際に、膨張弁33の弁開度に応じて減圧される。この膨張弁33を通過した冷媒は、室外熱交換器20に流入する。そして、室外熱交換器20に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン95によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となり、四路切換弁92を経由して、再び、圧縮機91に吸入される。このように暖房運転では、空気調和装置1は、室内熱交換器4を圧縮機91において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室外熱交換器20を室内熱交換器4において凝縮された冷媒の蒸発器として機能させる。
なお、暖房運転時の冷媒回路8では、膨張弁33の過冷却度制御が行われつつ、設定温度となるように(暖房負荷を処理できるように)圧縮機91がインバータ制御されているため、冷媒の循環量が高循環量となる場合、低循環量になる場合がある。
(4)室外熱交換器20の詳細構成
(4−1)室外熱交換器20の全体構成
図4に、室外熱交換器20の概略外観斜視図を示す。また、図5に、伝熱フィン40の扁平多穴管50に対する取付状態を扁平多穴管50の各内部流路51における冷媒通過方向から見た図を示す。
(4−1)室外熱交換器20の全体構成
図4に、室外熱交換器20の概略外観斜視図を示す。また、図5に、伝熱フィン40の扁平多穴管50に対する取付状態を扁平多穴管50の各内部流路51における冷媒通過方向から見た図を示す。
室外熱交換器20は、室外空気と冷媒との熱交換を行わせる熱交換部21と、この熱交換部21の一端側に設けられた出入口ヘッダ管26および折返しヘッダ24と、この熱交換部21の他端側に設けられた連結ヘッダ23と、折返しヘッダ24の下部と折返しヘッダ24の上部を連結させる連絡部25と、出入口ヘッダ管26の下方に分流された冷媒を導く分流器22と、を備えている。
(4−2)熱交換部21
熱交換部21は、多数の伝熱フィン40と多数の扁平多穴管50とで構成されている。伝熱フィン40および扁平多穴管50は、いずれもアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。
熱交換部21は、多数の伝熱フィン40と多数の扁平多穴管50とで構成されている。伝熱フィン40および扁平多穴管50は、いずれもアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。
伝熱フィン40は、図5に示すように、平板部材であり、上下および空気流れ方向に広がっている。伝熱フィン40は、板厚方向に並ぶように複数設けられている。各伝熱フィン40には空気流れ方向の風下側端部から風上側端部の手前まで水平方向に延びる扁平管挿入用の切り欠きである開口部43が形成されている。この伝熱フィン40には、この開口部43が複数設けられている。これらの複数の開口部43は、伝熱フィン40において上下方向に並ぶようにして設けられている。なお、この伝熱フィン40は、空気流れ方向における扁平多穴管50の風上側が上下方向に繋がった風上連通部41を有している。なお、伝熱フィン40には、扁平多穴管50の風下側には、上下方向に繋がった連通部は設けられておらず、風下側においては繋がっていない。これにより、当該伝熱フィン40が固定されている扁平多穴管50では、複数の内部流路51のうち風下側よりも風上側の内部流路51を流れる冷媒の方が熱交換量が多くなる構造となっている。また、空気流れ方向において、伝熱フィン40の下流側端部は扁平多穴管50の下流側端部と同じ位置となるように構成されている。また、伝熱フィン40は、各扁平多穴管50の間において上下方向に伸びて板厚方向に貫通したスリット42が、空気流れ方向に沿うように並んで設けられている。なお、当該スリット42は、風上連通部41における扁平多穴管50と同じ高さ部分には設けられていない。
なお、このように、扁平多穴管50の風上側において伝熱フィン40の風上連通部41が設けられている。このため、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として用いられる場合において、伝熱フィン40の風上連通部41においても霜を付着させることができるため、扁平多穴管50の風上側端部に集中的に霜が付着して通風抵抗がすぐに増大してしまうことを防ぐことができている。
扁平多穴管50は、伝熱管として機能し、伝熱フィン40と室外空気との間を移動する熱を、内部を流れる冷媒に伝達する。この扁平多穴管50は、水平方向に広がった伝熱面となる上下の平面部と、これらの平面部の間で扁平多穴管50の長手方向に沿うように冷媒を流す複数の内部流路51を有している。扁平多穴管50の複数の内部流路51は、室外熱交換器20を通過する空気流れ方向に沿うように並んでいる。この扁平多穴管50は、空気流れ方向における中間位置を境界として、風上側と風下側とで対称的な形状を有している。このため、室外熱交換器20を組み上げる際に扁平多穴管50の向きを間違えることを防ぐことが可能になっている。また、各内部流路51はいずれも共通の流路断面積を有している。このように、扁平多穴管50の各内部流路51は、大きな流路断面積のものと小さな流路断面積のものが混在しておらず、流路断面積がいずれも共通しているため、内部流路51を流れる冷媒が作用する圧力をいずれの内部流路51も均等にすることが可能になる。このため、扁平多穴管50の耐圧強度を高めることが可能になっている。このような形状を有する扁平多穴管50は、複数設けられており、これら複数が鉛直方向に所定の間隔をあけて配置されている。
なお、この熱交換部21は、室外ファン95によって生じる空気流れ方向(筐体の背面および左側面側から筐体の正面のファングリル15aに向かう流れ)において、風上の部分を縁取るように設けられた風上側熱交換部20aと、風下側を縁取るように設けられた風下側熱交換部20bと、を有している。これらの風上側熱交換部20aと風下側熱交換部20bとは、空気流れ方向において2列並ぶように配置されている。
風上側熱交換部20aは、風上側を縁取るように延びており上下方向に複数本並んだ扁平多穴管50と、この扁平多穴管50に固定された伝熱フィン40とを有している。また、風下側熱交換部20bも、同様に、風下側を縁取るように延びており上下方向に複数本並んだ扁平多穴管50と、この扁平多穴管50に固定された伝熱フィン40とを有している。
(4−3)分流器22
分流器22は、液冷媒配管32と出入口ヘッダ管26の下方部分とを連結させるように接続されている。この分流器22は、例えば、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する際には、液冷媒配管32から流れてきた冷媒を高さ方向に分流させる。このようにして分流器22で分流された各冷媒流れは、出入口ヘッダ管26の下方部分の各高さ位置に導かれる。
分流器22は、液冷媒配管32と出入口ヘッダ管26の下方部分とを連結させるように接続されている。この分流器22は、例えば、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する際には、液冷媒配管32から流れてきた冷媒を高さ方向に分流させる。このようにして分流器22で分流された各冷媒流れは、出入口ヘッダ管26の下方部分の各高さ位置に導かれる。
(4−4)出入口ヘッダ管26
出入口ヘッダ管26は、鉛直方向に延びるアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の筒状部材であり、内部が上方部分と下方部分とに分割されている。具体的には、出入口ヘッダ管26の内部は、水平方向に広がったバッフルによって上下に仕切られている。
出入口ヘッダ管26は、鉛直方向に延びるアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の筒状部材であり、内部が上方部分と下方部分とに分割されている。具体的には、出入口ヘッダ管26の内部は、水平方向に広がったバッフルによって上下に仕切られている。
この出入口ヘッダ管26の下方部分は、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する際には、冷媒の入口として機能し、室外熱交換器20が冷媒の放熱器として機能する際には、冷媒の出口として機能する。また、出入口ヘッダ管26の上方部分は、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する際には、冷媒の出口として機能し、室外熱交換器20が冷媒の放熱器として機能する際には、冷媒の入口として機能する。
出入口ヘッダ管26の下方部分は、分流器22を介して、液冷媒配管32に接続されている。出入口ヘッダ管26の上方部分は、ガス冷媒配管31に対して接続されている。
また、出入口ヘッダ管26の下方部分は、室外熱交換器20が蒸発器として機能する際に分流器22によって分流された冷媒の高さ方向における分布が維持されるように、上下に並んだ複数の空間を有している。これらの空間は、出入口ヘッダ管26の下方部分の内部空間が複数のバッフルによって上下に仕切られることで区画されている。これにより、分流器22によって高さ方向に分けられた各冷媒流れそれぞれを、分けられた状態を維持させたままで出入口ヘッダ管26の下方部分を介して熱交換部21に送ることができるように構成されている。
以上の構成により、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する場合には、液冷媒配管32と分流器22と出入口ヘッダ管26の下方部分を介して熱交換部21に流入した冷媒は、以下の各部材を通過しながら蒸発し、出入口ヘッダ管26の上方部分に到達する。そして、蒸発した冷媒は、出入口ヘッダ管26の上方部分とガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20の外部に流出していくことになる。なお、室外熱交換器20が冷媒の放熱器として機能している場合には、上記とは逆の流れになる。
(4−5)連結ヘッダ23
連結ヘッダ23は、室外熱交換器20のうち、熱交換部21の出入口ヘッダ管26や折返しヘッダ24が設けられている側(図3でいう機械室側)の端部とは反対側(図3でいう送風機室側)に設けられている。
連結ヘッダ23は、室外熱交換器20のうち、熱交換部21の出入口ヘッダ管26や折返しヘッダ24が設けられている側(図3でいう機械室側)の端部とは反対側(図3でいう送風機室側)に設けられている。
連結ヘッダ23は、風上側熱交換部20aの扁平多穴管50を流れた冷媒を同じ高さ位置の風下側熱交換部20bの扁平多穴管50に導くか、風下側熱交換部20bの扁平多穴管50を流れた冷媒を同じ高さ位置の風上側熱交換部20aの扁平多穴管50に導くように構成されている。ここで、連結ヘッダ23のうちの出入口ヘッダ管26の下方部分に対応した高さ位置の部分を流れる冷媒流れの向きと、連結ヘッダ23のうちの出入口ヘッダ管26上方部分に対応した高さ位置の部分を流れる冷媒流れの向きとは、互いに反対方向となっている。
この連結ヘッダ23では、冷媒の上下方向の移動は生じず、室外熱交換器20内における冷媒の流路を同じ高さ位置で単に繋ぐ役割を果たしている。
(4−6)折返しヘッダ24
折返しヘッダ24は、熱交換部21の連結ヘッダ23が設けられている側の端部とは反対側の端部であって、出入口ヘッダ管26よりも風下側において上下方向に延びるように設けられている。この折返しヘッダ24は、熱交換部21のうちの風下側熱交換部20bの連結ヘッダ23側とは反対側の端部に接続されている。折返しヘッダ24もアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の部材である。
折返しヘッダ24は、熱交換部21の連結ヘッダ23が設けられている側の端部とは反対側の端部であって、出入口ヘッダ管26よりも風下側において上下方向に延びるように設けられている。この折返しヘッダ24は、熱交換部21のうちの風下側熱交換部20bの連結ヘッダ23側とは反対側の端部に接続されている。折返しヘッダ24もアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の部材である。
折返しヘッダ24は、図6の折返しヘッダ24および連絡部25の分解概略斜視図に示すように、複数の扁平多穴管50の一端が接続されている多穴側部材61と、扁平多穴管50が接続されている側とは反対側を構成する配管側部材62と、多穴側部材61と配管側部材62との間に位置する仕切部材70と、折返しヘッダ24内部の空間を上下に仕切っている複数のバッフル80と、を有している。なお、図6においては、仕切部材70に設けられたバッフル80を挿入するための開口や、仕切部材70に設けられた凹凸形状部88については図示を省略している。
折返しヘッダ24は、これらの複数の部材を組合せることで構成される鉛直方向に長い構造物である。折返しヘッダ24では、仕切部材70以外の各部材が、主として1つの部品である仕切部材70に対して固定されて構成されているため、互いの位置決めを行いやすく、強度を確保しやすく、鉛直方向に長い構造であっても製造を容易にすることができている。
多穴側部材61は、熱交換部21側の折返しヘッダ24の壁面を構成しており、上面視において、扁平多穴管50が接続される側とは反対側に円心を有するような略半円弧形状に形成されている。この多穴側部材61は、この半円弧形状が上下方向に延びた形状を有しており、扁平多穴管50の一端を挿入するための板厚方向に貫通した開口が高さ位置毎に複数設けられている。
配管側部材62は、折返しヘッダ24の壁面のうち熱交換部21側とは反対側の壁面を構成しており、上面視において、扁平多穴管50が接続される側に円心を有するような略半円弧形状に形成されている。この配管側部材62は、この半円弧形状が上下方向に延びた形状を有している。配管側部材62は、後述する連絡部25の連絡配管を挿入するための板厚方向に貫通した開口が高さ位置毎に複数設けられている。また、この配管側部材62には、バッフル80の一端側を固定するための開口が高さ位置毎にそれぞれ設けられている。
仕切部材70は、折返しヘッダ24の内部の空間を、多穴側部材61側の空間(第1空間)と配管側部材62側の空間(第2空間)とに仕切るように前後(空気流れ方向)および上下に広がっている。仕切部材70には、バッフル80を挿入固定するための開口が高さ位置毎に設けられている。
図7において、下部連通路72付近で水平方向に切断された仕切部材70とバッフル80とが組合わされた状態の概略斜視図を示す。
図8において、バッフル80のうちの整流板82と多穴側部材61と配管側部材62と仕切部材70が組合わされた状態の上面図を示す。
図7、図8に示すように、仕切部材70は、空気流れ方向の上流側端部において空気流れ方向上流側を法線方向するように広がった上流端部70xと、空気流れ方向の下流側端部において空気流れ方向下流側を法線方向とするように広がった下流端部70yと、を有している。上流端部70xと下流端部70yとは、折返しヘッダ24の長手方向に沿うように、主として上下に伸びており、多穴側部材61と配管側部材62とを空気流れ方向の上流側と下流側から挟み込んでいる。ここでは、仕切部材70に対して多穴側部材61および配管側部材62の両方を固定可能な構造を採用しているため、折返しヘッダ24の構造強度を高めつつ製造を容易にすることができている。
また、仕切部材70の空気流れ方向の中央よりも風上側には、多穴側部材61側の面である多穴側面70aと、配管側部材62側の面である配管側面70bと、を有している。多穴側面70aと配管側面70bとは、いずれも前後および上下に平坦に広がっている。
また、仕切部材70の空気流れ方向の中央よりも風下側には、仕切部材70の板厚方向(扁平多穴管50の長手方向であって、扁平多穴管50が挿入されている方向)に向けて突出した凸部と反対側に凹んだ凹部とを有する凹凸形状部88が設けられている。この凹凸形状部88は、多穴側部材61側に向けて突出した部分を含む多穴側凹凸部88aと、配管側部材62側に向けて突出した部分を含む配管側凹凸部88bと、を有している。ここで、多穴側凹凸部88aは、扁平多穴管50側に突出した複数の凸部と各凸部に挟まれた凹部とが上下方向に沿うように延びている。なお、多穴側凹凸部88aの多穴側部材61側に突出している凸部の突出方向の先端部は、挿入されている扁平多穴管50の端部と当接していてもよいし、扁平多穴管50の端部との間に僅かに隙間を有していてもよい。また、配管側凹凸部88bは、多穴側凹凸部88aと対称的な形状を有しており、扁平多穴管50側とは反対側に突出した複数の凸部と各凸部に挟まれた凹部とが上下方向に沿うように延びている。
このように、仕切部材70のうち折返しヘッダ24に挿入されている扁平多穴管50の端部に対向している側の部分においては、空気流れ方向の中央よりも風上側に平坦に広がった多穴側面70aが設けられており、空気流れ方向の中央よりも風下側に多穴側凹凸部88aが設けられている。このため、仕切部材70と多穴側部材61との間の空間(後述する第1導入空間61aや上昇用空間61b)のうち仕切部材70と各扁平多穴管50との間の空間は、折返しヘッダ24の長手方向から見た場合に、空気流れ方向における風上側の方が風下側よりも、広く構成されている。これにより、仕切部材70と各扁平多穴管50との間の空間では、風下側において上下方向に通過する冷媒は、風上側において上下方向に通過する冷媒よりも、より大きな圧力損失を受ける。したがって、仕切部材70と各扁平多穴管50との間の空間では、空気流れ方向における風上側の方が風下側よりも多く冷媒が流れることになる。
なお、扁平多穴管50の端部は折返しヘッダ24の内部まで入り込むように接続されているため、折返しヘッダ24が延びている方向である鉛直方向から見た場合において、仕切部材70と多穴側部材61との間の空間のうち扁平多穴管50を除いた部分に対応する面積が、仕切部材70と配管側部材62との間の空間に対応する面積よりも小さくなっている。
なお、仕切部材70には、板厚方向(扁平多穴管50の長手方向であって、扁平多穴管50が挿入されている方向)に貫通した複数の開口が上下方向に並んで形成されている。これらの複数の開口は、バッフル80が挿入固定されるための開口と、後述する上部連通路73を構成するための開口と、後述する下部連通路72を構成するための開口と、後述する導入連通口71を構成するための開口と、後述する均圧開口74を構成するための開口と、に分けられる。なお、仕切部材70において上下方向に沿って伸びるよう設けられている凹凸形状部88は、バッフル80挿入用の開口、上部連通路73、下部連通路72、導入連通口71および均圧開口74においては、設けられておらず、途切れている。
なお、多穴側部材61の風下側端部は、空気流れ方向の上流側からは多穴側凹凸部88aのうちの最も風下側に位置する凸部によって、空気流れ方向の下流側からは仕切部材70の下流端部70yによって、空気流れ方向に挟持されることで固定されている。同様に、配管側部材62の風下側端部は、空気流れ方向の上流側からは配管側凹凸部88bのうちの最も風下側に位置する凸部によって、空気流れ方向の下流側からは仕切部材70の下流端部70yによって、空気流れ方向に挟持されることで固定されている。
折返しヘッダ24は、図6に示すように、内部空間が、下方の下方折返し部分34と、上方の上方折返し部分37とに上下に分割されている。
下方折返し部分34の内部空間は、さらに、下方の第1下方折返し部分35と、上方の第2下方折返し部分36とに上下に分割されている。
上方折返し部分37の内部空間も、さらに、下方の第1上方折返し部分38と上方の第2上方折返し部分39とに上下方向に分割されている。
そして、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する場合には、熱交換部21から第1下方折返し部分35に流入した冷媒は後述する連絡部25の連絡配管を介して第2上方折返し部分39に送られ、熱交換部21から第2下方折返し部分36に流入した冷媒は連絡部25を介することなく折返しヘッダ24内の空間を介して第1上方折返し部分38に送られる。ここで、第2上方折返し部分39や第1上方折返し部分38に送られた冷媒は、再び熱交換部21に送られる。
ここで、第1下方折返し部分35に接続された扁平多穴管50の本数よりも、第2上方折返し部分39に接続された扁平多穴管50の本数の方が多くなるように構成されている。また、第2下方折返し部分36に接続された扁平多穴管50の本数よりも、第1上方折返し部分38に接続された扁平多穴管50の本数の方が多くなるように構成されている。
第1下方折返し部分35の内部空間は、開口が形成されていない複数のバッフル80によって上下方向に仕切られることで、複数の流路構成空間が上下に並んでいる。
また、下方折返し部分34において、第1下方折返し部分35と第2下方折返し部分36との間も、開口が形成されていないバッフル80によって上下に仕切られている。
図9に、折返しヘッダ24の第2下方折返し部分36および第1上方折返し部分38を図8に示すX−X断面で切断した場合の正面図(伝熱フィン40等は省略)を示す。
下方折返し部分34と上方折返し部分37との間(第2下方折返し部分36と第1上方折返し部分38との間)は、図9に示すように、板厚方向に貫通した上昇用開口82aが形成されているバッフル80である整流板82によって上下に仕切られている。
第2下方折返し部分36の内部空間は、図9に示すように、第1導入空間61aおよび第2導入空間62aを有している。この第1導入空間61aおよび第2導入空間62aは、上昇用開口82aが形成された整流板82と下方仕切板81とによって上下に囲まれている。そして、第1導入空間61aと第2導入空間62aとは、仕切部材70によって、扁平多穴管50側の第1導入空間61aと、扁平多穴管50側とは反対側の第2導入空間62aとに仕切られている。この第1導入空間61aと第2導入空間62aとは、仕切部材70に設けられた均圧開口74を介して連通している。この第2導入空間62aは、後述する連絡部25の連絡配管が接続されておらず、均圧開口74を介して第1導入空間61aとのみ連通している。
上方折返し部分37のうち、第1上方折返し部分38と第2上方折返し部分39とは、開口が形成されていないバッフル80である上方仕切板83によって上下に仕切られている。
なお、下方仕切板81と上方仕切板83とは、いずれもバッフル80の1つであり、いずれも開口が形成されていない同じ形状・寸法のバッフル80であるが、説明の都合上、説明対象となる一組の空間において下端を構成するバッフル80を下方仕切板81として、上端を構成するバッフル80を上方仕切板83として説明している。なお、ある一組の空間の上方仕切板83は、その一つ上の一組の空間の下方仕切板81としても機能することになる。
第1上方折返し部分38の内部空間は、図9に示すように、上昇用空間61bおよび下降用空間62bを有している。この上昇用空間61bおよび下降用空間62bは、上昇用開口82aが形成された整流板82と上方仕切板83とによって上下に囲まれている。そして、上昇用空間61bと下降用空間62bとは、仕切部材70によって、扁平多穴管50側の上昇用空間61bと、扁平多穴管50側とは反対側の下降用空間62bとに仕切られている。上昇用空間61bと下降用空間62bとは、上方において、仕切部材70に設けられた上部連通路73を介して連通している。また、上昇用空間61bと下降用空間62bとは、下方において、仕切部材70に設けられた下部連通路72を介しても連通している。
ここで、第1上方折返し部分38に接続された扁平多穴管50の本数は、第2下方折返し部分36に接続された扁平多穴管50の本数よりも多くなるように構成されており、第1上方折返し部分38では冷媒をできるだけ均等に分流させている。
なお、本実施形態において、折返しヘッダ24に接続されている複数の扁平多穴管50は、いずれも同じ形状および同じ寸法で構成されている。そして、これらの複数の扁平多穴管50は、上下方向に所定の間隔で並ぶように設けられている。例えば、互いに隣り合う扁平多穴管50の上面の上下方向の間隔はいずれも等しくなっている。また、これらの扁平多穴管50の一端は、いずれも上昇用空間61b内に大きく入り込むようにして折返しヘッダ24に接続されている。特に限定されないが、例えば、上面視において上昇用空間61bの空間の半分以上を覆うようにして設けられている。
なお、本実施形態において、上昇用空間61bに接続されている扁平多穴管50の本数は、第1導入空間61aに接続されている扁平多穴管50の本数の2倍以上5倍以下となっている。
図10に、第2上方折返し部分39を図8に示すX−X断面で切断した場合の正面図(伝熱フィン40等は省略)を示す。
第2上方折返し部分39は、上下に並ぶようにして互いに仕切られた複数の流路構成空間を有している。具体的には、第2上方折返し部分39において上下に並ぶ各流路構成空間は、それぞれ開口が形成されていない複数のバッフル80(下方仕切板81、上方仕切板83)によって上下方向に仕切られている。これにより、熱交換部21を流れる上下方向の冷媒分布を、第2上方折返し部分39において上下に並ぶ各流路においてそのまま維持させることが可能になっている。
第2上方折返し部分39の個々の流路構成空間の内部空間は、第1導入空間61aと第2導入空間62aとが導入連通口71を介して連通している点や冷媒流入経路において異なるが、図10に示すように、第2下方折返し部分36と第1上方折返し部分38の関係と概ね同様に、第1導入空間61a、第2導入空間62a、上昇用空間61bおよび下降用空間62bを有している。この第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bとは、第2上方折返し部分39の各流路構成空間がそれぞれ有する一組の空間である。したがって、第2上方折返し部分39の内部は、この一組の空間が上下方向に複数並んで構成されている。ここで、この第1導入空間61aおよび第2導入空間62aは、下方仕切板81と上昇用開口82aが形成された整流板82とによって上下に囲まれている。そして、第1導入空間61aと第2導入空間62aとは、仕切部材70によって、扁平多穴管50側の第1導入空間61aと、扁平多穴管50側とは反対側の第2導入空間62aとに仕切られている。この第1導入空間61aと第2導入空間62aとは、仕切部材70に設けられた導入連通口71を介して連通している。この第2導入空間62aには、後述する連絡部25の連絡配管が接続されている。また、この上昇用空間61bおよび下降用空間62bは、上方仕切板83と上昇用開口82aが形成された整流板82とによって上下に囲まれている。そして、上昇用空間61bと下降用空間62bとは、仕切部材70によって、扁平多穴管50側の上昇用空間61bと、扁平多穴管50側とは反対側の下降用空間62bとに仕切られている。上昇用空間61bと下降用空間62bとは、上方において、仕切部材70に設けられた上部連通路73を介して連通している。また、上昇用空間61bと下降用空間62bとは、下方において、仕切部材70に設けられた下部連通路72を介しても連通している。なお、上部連通路73の開口面積(冷媒通過面積)は、下部連通路72の開口面積(冷媒通過面積)よりも大きく構成されている。
ここで、第2上方折返し部分39の一組の流路構成空間に接続された扁平多穴管50の本数は、後述する連絡部25の連絡配管を介して接続される対応した第1下方折返し部分35の流路の一つに接続された扁平多穴管50の本数よりも多くなるように構成されており、第2上方折返し部分39の一組の流路では冷媒をできるだけ均等に分流させている。
(4−7)連絡部25
連絡部25は、複数の連絡配管を有している。各連絡配管は、折返しヘッダ24の第1下方折返し部分35において上下方向に複数に分割された各流路構成空間と、折返しヘッダ24の第2上方折返し部分39において上下方向に複数に並んで配置されている一組の空間それぞれと、を一対一に接続している。
連絡部25は、複数の連絡配管を有している。各連絡配管は、折返しヘッダ24の第1下方折返し部分35において上下方向に複数に分割された各流路構成空間と、折返しヘッダ24の第2上方折返し部分39において上下方向に複数に並んで配置されている一組の空間それぞれと、を一対一に接続している。
この連絡配管は、第1下方折返し部分35において下方に位置する空間ほど、第2上方折返し部分39において上方に位置する一組の空間に接続されるように設けられている。第1下方折返し部分35の1つの流路構成空間から延び出した連絡部25の連絡配管は、第2上方折返し部分39の第2導入空間62aに接続される。
ここで、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する場合には、図4および図6に矢印で示すように、熱交換部21のうちの風下側熱交換部20bの下方部分を流れてきた各冷媒流れは、分流状態を維持したままで、まず下方折返し部分34の各流路構成空間に流入する。第1下方折返し部分35の各流路構成空間に流入した各冷媒は、それぞれ一対一に設けられた連絡部25の連絡配管を介して、それぞれが対応する第2上方折返し部分39における一組の空間に送られる。第2上方折返し部分39における一組の空間に送られたそれぞれの冷媒流れは、その分流状態を維持したままで、再び熱交換部21のうちの風下側熱交換部20bの上方部分へと流れていく。ここで、下方折返し部分34のうちの最も上方に位置する第2下方折返し部分36と、上方折返し部分37内の最も下方に位置する第1上方折返し部分38とは、連絡部25の連絡配管によっては接続されておらず、整流板82によって上下に仕切られつつ、整流板82の上昇用開口82aを介して上下に連通している。この整流板82が上昇用開口82aを有していることにより、第2下方折返し部分36の冷媒は、折返しヘッダ24内から外に出ること無く、第1上方折返し部分38に送られる。
なお、室外熱交換器20が冷媒の放熱器として機能する場合には、概ね上記とは反対の冷媒流れとなる。
このように、折返しヘッダ24は、室外熱交換器20における入口から出口に到るまでの冷媒流れ経路におけるちょうど折返し部分を構成していることになる。
なお、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する場合において、折返しヘッダ24から風下側熱交換部20bの上方部分へと流出した冷媒は、図4および図6に矢印で示すように、風下側熱交換部20bの上方部分を他端の連結ヘッダ23まで分流状態を維持したままで流れ、連結ヘッダ23において風上側熱交換部20a側に移動して風上側熱交換部20aの上方部分を出入口ヘッダ管26の上方部分に向けて分流状態を維持したままで流れる。そして、出入口ヘッダ管26の上方部分に流入したそれぞれの冷媒は、合流した後、ガス冷媒配管31を介して圧縮機91の吸入側に向けて流れていくことになる。
(5)折返しヘッダ24の第2下方折返し部分36および第1上方折返し部分38におけるループ構造
ここでは、図9に基づいて、折返しヘッダ24の第2下方折返し部分36および第1上方折返し部分38における、第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間(一組の空間)に着目してループ構造を説明する。
ここでは、図9に基づいて、折返しヘッダ24の第2下方折返し部分36および第1上方折返し部分38における、第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間(一組の空間)に着目してループ構造を説明する。
整流板82に設けられている上昇用開口82aは、第1導入空間61aと上昇用空間61bとを上下に連通させている。上昇用開口82aは、整流板82において流路を絞るノズルとして機能するように構成されている。本実施形態では、上昇用開口82aは、空気流れ方向の上流側と下流側とに2つに別れて設けられている。上面視における上昇用開口82aの合計面積は、例えば、上面視における第1導入空間61aの2割以下となるように構成されている。第1導入空間61aからより上方の上昇用空間61bに向かう冷媒は、整流板82に設けられたノズルとして機能する上昇用開口82aを通過する際に冷媒通過面積が十分に絞り込まれることで、鉛直上方に向かう冷媒流速が増大することになる。
なお、整流板82に設けられている上昇用開口82aは、上面視において、多穴側凹凸部88aとは重複しない位置に配置されている。これにより、上昇用開口82aが多穴側凹凸部88aによって塞がれることを防ぎ、上昇用開口82aを通過して上昇しようとする冷媒が、上昇用空間61bにおいて十分な高さ位置まで供給されるようにしている。
なお、上述のように、上昇用空間61bの風下側は多穴側凹凸部88aが設けられることで狭く構成されているため、空気流れ方向における上流側と下流側の2つの上昇用開口82aのうち、特に、空気流れ方向の上流側の上昇用開口82a側で多くの冷媒が通過するようになっている。
また、整流板82の上昇用開口82aは、下部連通路72を扁平多穴管50の長手方向に延長させて得られる空間とは上面視において重複しない位置に設けられている。このため、整流板82の上昇用開口82aを介して上昇用空間61bに流入した冷媒は、より狭く通過しづらい下部連通路72を介して下降用空間62b側に向かって逆流してしまうのではなく、より広く通過しやすい上昇用空間61bにおける扁平多穴管50を除いた部分を流れることになる。
また、整流板82の上方の空間は、仕切部材70によって折返しヘッダ24内の空間が上昇用空間61bと下降用空間62bに仕切られることで、上昇用空間61b側における冷媒上昇時の通過面積を、上昇用空間61bと下降用空間62bの合計の水平面積よりも狭くすることができている。このため、上昇用開口82aを介して上昇用空間61bに流入した冷媒の上昇速度を維持させやすく、空気調和装置1が低循環量で運転される状況下においても冷媒を上昇用空間61bの上方部分にまで到達させやすくなっている。
また、整流板82に設けられた上昇用開口82aと扁平多穴管50は、上面視において重複部分を有するように配置されている。このため、整流板82の上昇用開口82aを通過した冷媒は、扁平多穴管50の一部に衝突し、液冷媒とガス冷媒とを攪拌させることができる。したがって、各高さ位置に設けられた扁平多穴管50に送られる冷媒について、気液混合割合を均一化させることが可能になっている。
上述のようにして整流板82の上昇用開口82aを介して上昇用空間61bに流入した冷媒は、仕切部材70に設けられた多穴側凹凸部88aによって風下側の空間が狭められているため、圧力損失の少ない風上側に流れやすくなる。これにより、各高さ位置に設けられた扁平多穴管50には、複数の内部流路51のうち風上側に対してより多くの冷媒が供給されることになる。このようにして、上昇用空間61bでは、風上側において多くの冷媒が上昇するように流れながら、各高さ位置に配置されている各扁平多穴管50に流入することで分流されていく。
そして、上昇用空間61bにおいて扁平多穴管50に流入することなく上方まで到達した冷媒は、図9の矢印に示すように、上部連通路73を介して下降用空間62bに導かれ、下降用空間62bにおいて重力に従って降下する。下降用空間62bを降下した冷媒は、下部連通路72を介して上昇用空間61bの下方に戻される。
このようにして、整流板82の上昇用開口82aを通過して上昇用空間61bの上方に到達した冷媒を再び上昇用空間61bの下方に戻してループさせることが可能になっている。
ここで、上昇用空間61bの上部に上部連通路73が設けられているために、上部連通路73を設けることなく上昇用空間61bの上部を閉塞空間としてしまう場合と比べて、上昇用空間61bの上部領域においても冷媒流れを確保しやすくすることが可能になっている。
さらに、下降用空間62bにおいて下降した冷媒は、下部連通路72を介して再び上昇用空間61bの下方の領域に冷媒を戻すことができる。このため、整流板82の上昇用開口82aを通過する際に上昇速度が付き過ぎることで、上昇用空間61bの下方であって整流板82の近くに接続されている扁平多穴管50に対して流入しにくく通過してしまいやすい状況があっても、下部連通路72を通過した冷媒をこれらの扁平多穴管50に対して導くことが可能になっている。
なお、下部連通路72は、本実施形態においては、整流板82の上方であって上昇用空間61bに接続されている扁平多穴管50のうち最も下方に位置している扁平多穴管50よりも下方の位置に設けられている。したがって、流速が早い状況下においても、整流板82の上方であって上昇用空間61bに接続されている扁平多穴管50のうち最も下方に位置している扁平多穴管50に対しても、冷媒を供給しやすくすることができている。
(6)折返しヘッダ24の第2上方折返し部分39におけるループ構造
図10に基づいて、折返しヘッダ24の第2上方折返し部分39において、上下方向に複数並んでいる一組の空間(第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間)のうちの1つに着目してループ構造を説明する。なお、第2上方折返し部分39において上下方向に並んでいる複数の一組の空間は、接続対象となる連絡部25の連絡配管が異なるだけであり、内部構造は同様である。
図10に基づいて、折返しヘッダ24の第2上方折返し部分39において、上下方向に複数並んでいる一組の空間(第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間)のうちの1つに着目してループ構造を説明する。なお、第2上方折返し部分39において上下方向に並んでいる複数の一組の空間は、接続対象となる連絡部25の連絡配管が異なるだけであり、内部構造は同様である。
ここで、図9に示す第2下方折返し部分36および第1上方折返し部分38の一組の空間と、図10に示す第2上方折返し部分39のうちの一組の空間とは、第2下方折返し部分36および第1上方折返し部分38の一組の空間については連絡部25の連絡配管の接続が無いのに対して、第2上方折返し部分39のうちの一組の空間には連絡部25の連絡配管が第2導入空間62aに接続されている点で異なり、第2下方折返し部分36および第1上方折返し部分38の一組の空間については第1導入空間61aと第2導入空間62aとが均圧開口74を介して連通されているのに対して、第2上方折返し部分39のうちの一組の空間では第1導入空間61aと第2導入空間62aとが導入連通口71を介して連通されている点で異なるが、他の点については実質的に同様であるため、説明を省略する。
第2上方折返し部分39の第2導入空間62aには、第1下方折返し部分35において上下に複数並んでいる流路のうちの1つの流路から延び出した連絡部25の連絡配管が接続されている。ここで、第2導入空間62aにおける連絡部25の連絡配管の端部の開口と、当該第2導入空間62aの隣の第1導入空間61aに接続されている扁平多穴管50の内部流路51と、仕切部材70に設けられている導入連通口71とは、互いに直線状には配置されないようにして設けられている。これにより、連絡部25の連絡配管を介して第2導入空間62aに流れ込んだ冷媒が、隣の第1導入空間61aに接続されている扁平多穴管50に集中的に流れてしまうことを抑制することができている。
なお、連絡部25の連絡配管と第2導入空間62aと導入連通口71とを介して第1導入空間61aに流れ込んだ冷媒は、上述の第2下方折返し部分36および第1上方折返し部分38の一組の空間と同様にして、整流板82の上昇用開口82aにおいて絞り込まれ、第1導入空間61aを上昇していく。その後の冷媒のループ流れについても上述の第2下方折返し部分36および第1上方折返し部分38の一組の空間と同様である。
(7)暖房運転時の低循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方
暖房運転時の低循環量の場合の蒸発器としての室外熱交換器20における冷媒の流れ方を説明する。ここでは、第2下方折返し部分36および第1上方折返し部分38におけるループ構造と、第2上方折返し部分39におけるループ構造を併せて説明する。
暖房運転時の低循環量の場合の蒸発器としての室外熱交換器20における冷媒の流れ方を説明する。ここでは、第2下方折返し部分36および第1上方折返し部分38におけるループ構造と、第2上方折返し部分39におけるループ構造を併せて説明する。
室外熱交換器20において、第1導入空間61aから整流板82の上昇用開口82aを介して上昇用空間61bに流入する冷媒は、比重の異なる気相成分と液相成分が混在した状態になっている。
ここで、低循環量の場合には、上昇用空間61b内に流入する単位時間当たりの冷媒量が少なく、冷媒の流速は相対的に遅めになる。このため、冷媒のうち比重の大きな液相成分については上昇させにくく、上昇用空間61bにおける複数の扁平多穴管50のうち上方に位置しているものに対して到達させにくい傾向になる。この場合には、上昇用空間61bにおける複数の扁平多穴管50において高さ位置に応じて通過量が不均一になり、偏流が生じてしまう。このように比較的上方に配置された扁平多穴管50の一端側に対して、冷媒のうち比重の小さい気相成分が主に流入すると、扁平多穴管50の他端側から流出する冷媒は過熱度が大きくなりすぎて、扁平多穴管50を通過している途中で相変化を生じなくなり、熱交換の能力を十分に発揮させることができない部分が生じることになる。他方で、比較的下方に配置された扁平多穴管50の一端側に対して、冷媒のうち比重の大きな液相成分が主に流入すると、扁平多穴管50の他端側から流出する冷媒は過熱度が付きにくく、蒸発することなく扁平多穴管50の他端側に到達してしまうことがあり、やはり、熱交換の能力を十分に発揮させることができない部分が生じることになる。
これに対して、本実施形態の室外熱交換器20を低循環量の状態で用いた場合には、仕切部材70によって冷媒が上昇する上昇用空間61bの冷媒通過断面積を小さくすることができているため、上昇用空間61bに供給された冷媒のうち比重の大きな液相成分をよりも上方に導き、低循環量の時であっても上下に並んで配置される各扁平多穴管50同士の間での偏流を改善できる。
これにより、本実施形態の室外熱交換器20では、低循環量時であっても、上昇用空間61bにおいて高さ位置の異なる部分に配置された複数の扁平多穴管50に流入する冷媒の状態をできるだけ均一化させることが可能になる。
そして、この低循環量の状態であっても、上昇用空間61bは、仕切部材70に設けられた多穴側凹凸部88aによって風下側の空間が狭められているため、風下側よりも風上側により多くの冷媒を通過させることが可能になっている。これにより、各扁平多穴管50には、複数の内部流路51のうち熱交換量が多い風上側に集中的に冷媒を導くことができ、室外熱交換器20の性能を高めることが可能になっている。
(8)暖房運転時の高循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方
暖房運転時の高循環量の場合の蒸発器としての室外熱交換器20における冷媒の流れ方を説明する。ここでは、第2下方折返し部分36および第1上方折返し部分38におけるループ構造と、第2上方折返し部分39におけるループ構造を併せて説明する。
暖房運転時の高循環量の場合の蒸発器としての室外熱交換器20における冷媒の流れ方を説明する。ここでは、第2下方折返し部分36および第1上方折返し部分38におけるループ構造と、第2上方折返し部分39におけるループ構造を併せて説明する。
室外熱交換器20において、第1導入空間61aから上昇用空間61bに流入する冷媒は、高循環量の場合であっても、比重の異なる気相成分と液相成分が混在した状態になっていることは、低循環量の場合と同様である。
高循環量の場合には、上昇用空間61b内に流入する単位時間当たりの冷媒量が多く、冷媒の流速は相対的に早めになる。しかも、上述した低循環量対策として上昇用開口82aの絞り機能を採用していることにより、さらに流速が高められる。さらに、上述した低循環量対策として仕切部材70によって上昇用空間61bの冷媒通過断面積が狭められているため、冷媒の上昇速度は衰えにくくなっている。これにより、高循環量の場合には、上昇用開口82aを勢いよく通過した冷媒のうち比重の大きな液相成分は、上昇用空間61b内において扁平多穴管50に流入することなく通過して、上方に集まる傾向がある。この場合には、比重の大きな液相成分が上方に集まりやすく、比重の小さな気相成分が下方に集まりやすくなり、低循環量の場合とは分布が異なるが、やはり偏流が生じてしまう。
これに対して、本実施形態の室外熱交換器20では、上昇用空間61bの上端にまで冷媒の液相成分が多く到達したとしても、その冷媒を、上部連通路73を介して下降用空間62bに導き、下降用空間62bにおいて重力によって降下させた後、下部連通路72を介して、再び、上昇用空間61bの下方に戻すことができる。
下部連通路72を介して上昇用空間61bの下方に戻された冷媒は、当該下方の位置に接続されている扁平多穴管50に流入するか、上昇用開口82aを通過した冷媒の上昇流れに引きずられるようにして、再度、上昇用空間61b内を上昇していき、各扁平多穴管50に流入することができる(冷媒は複数回ループしてもよい。)。
これにより、本実施形態の室外熱交換器20では、高循環量時であっても、上昇用空間61bにおける高さ位置の異なる部分に配置された複数の扁平多穴管50に流入する冷媒の状態をできるだけ均一化させることが可能になる。
そして、この高循環量の状態であっても、上昇用空間61bは、仕切部材70に設けられた多穴側凹凸部88aによって風下側の空間が狭められているため、風下側よりも風上側により多くの冷媒を通過させることが可能になっている。これにより、各扁平多穴管50には、複数の内部流路51のうち熱交換量が多い風上側に集中的に冷媒を導くことができ、室外熱交換器20の性能を高めることが可能になっている。
(9)空気調和装置1の室外熱交換器20の特徴
(9−1)
従来より、空気流れ方向に複数の内部流路が並んで配置されている扁平多穴管では、風下側の内部流路よりも風上側の内部流路の方が空気と冷媒の温度差が大きくなるため、風上側において熱交換量が多くなる傾向にある。このため、扁平多穴管における風上側の内部流路を流れた冷媒は、風下側の内部流路を流れた冷媒と比べて、過熱度が大きくなりがちになる等、冷媒の状態が相違することがある。この扁平多穴管の風上側と風下側との熱交換量の相違は、扁平多穴管に固定されている伝熱フィンの形状が空気流れ方向において対象的ではない場合、すなわち、上流側においてのみ伝熱フィンが連通している場合には、特に大きくなってしまう。
(9−1)
従来より、空気流れ方向に複数の内部流路が並んで配置されている扁平多穴管では、風下側の内部流路よりも風上側の内部流路の方が空気と冷媒の温度差が大きくなるため、風上側において熱交換量が多くなる傾向にある。このため、扁平多穴管における風上側の内部流路を流れた冷媒は、風下側の内部流路を流れた冷媒と比べて、過熱度が大きくなりがちになる等、冷媒の状態が相違することがある。この扁平多穴管の風上側と風下側との熱交換量の相違は、扁平多穴管に固定されている伝熱フィンの形状が空気流れ方向において対象的ではない場合、すなわち、上流側においてのみ伝熱フィンが連通している場合には、特に大きくなってしまう。
この問題を解決するために、扁平多穴管の内部流路の通過断面積を風上側と風下側とで相違させることも考えられるが、その場合には、扁平多穴管において内部流路の大きな部分は、内部流路の小さな部分よりも耐圧強度が劣る等の耐圧強度の問題が新たに生じてしまう。
これに対して、本実施形態の室外熱交換器20では、仕切部材70の風下側において多穴側凹凸部88aが設けられることで、第1導入空間61aや上昇用空間61bにおいて風上側の空間を広くすることができ、第1導入空間61aや上昇用空間61bにおいて風下側よりも風上側に多くの冷媒を流すことが可能になっている。このため、扁平多穴管50の複数の内部流路51のうち上流側の内部流路51に対して、下流側の内部流路51よりもより多くの冷媒を流すことが可能になる。
したがって、扁平多穴管50の内部流路51のうち風上側の内部流路51を流れた冷媒が風下側の内部流路51を流れた冷媒と比べて過熱度が大きくなりがちになることを抑制することができ、扁平多穴管50の内部流路51の風上側と風下側で流れる冷媒の状態の違いを小さく抑制することが可能になっている。
しかも、扁平多穴管50は、空気流れ方向に沿うように複数並んで設けられている内部流路51は、風上側においても風下側においても共通の大きさを有しているため、異なる冷媒の圧力が作用することを抑制することができる。したがって、扁平多穴管50の耐圧強度を高く維持しながら、扁平多穴管50の内部流路51の風上側と風下側で流れる冷媒の状態の違いを小さく抑制することが可能になっている。
(9−2)
本実施形態の室外熱交換器20は、第1導入空間61aや上昇用空間61bの風上側の空間を狭めるための多穴側凹凸部88aを、扁平多穴管50の端部の近くにおいて対向するように設けられている仕切部材70において形成している。このため、多穴側凹凸部88aと扁平多穴管50との間のスペースを十分に狭小化させることができており、冷媒をより風上側に流しやすくなっている。
本実施形態の室外熱交換器20は、第1導入空間61aや上昇用空間61bの風上側の空間を狭めるための多穴側凹凸部88aを、扁平多穴管50の端部の近くにおいて対向するように設けられている仕切部材70において形成している。このため、多穴側凹凸部88aと扁平多穴管50との間のスペースを十分に狭小化させることができており、冷媒をより風上側に流しやすくなっている。
(9−3)
本実施形態の室外熱交換器20は、扁平多穴管50が空気流れ方向における中央に対して風上側と風下側とで対称的な形状を有している。
本実施形態の室外熱交換器20は、扁平多穴管50が空気流れ方向における中央に対して風上側と風下側とで対称的な形状を有している。
このため、室外熱交換器20の製造時に、扁平多穴管50を組み合わせる際の扁平多穴管50の向きを上流側と下流側のいずれの向きで施工しても同じ形状とすることができる。したがって、扁平多穴管50に関する製造時の誤組の発生を防ぐことが可能になっている。
(9−4)
本実施形態の室外熱交換器20は、冷媒の蒸発器として機能する際に、冷媒の循環量が低い場合であっても、折返しヘッダ24の内部に仕切部材70が設けられることで上昇用空間61bの全体が狭められ、冷媒が上昇して流れる際の通過断面積を小さくすることができているため、冷媒の上昇速度の減衰を小さく抑えて、冷媒を上昇用空間61bの上方部分まで到達させやすい。
本実施形態の室外熱交換器20は、冷媒の蒸発器として機能する際に、冷媒の循環量が低い場合であっても、折返しヘッダ24の内部に仕切部材70が設けられることで上昇用空間61bの全体が狭められ、冷媒が上昇して流れる際の通過断面積を小さくすることができているため、冷媒の上昇速度の減衰を小さく抑えて、冷媒を上昇用空間61bの上方部分まで到達させやすい。
また、室外熱交換器20は、冷媒の蒸発器として機能する際に、冷媒の循環量が高い場合であっても、上部連通路73が設けられていることで上昇用空間61bの上方に冷媒が集まり気味になることを抑制し、下降用空間62bおよび下部連通路72を介して再び上昇用空間61b側に冷媒を導きやすくすることが可能になっている。
(10)他の実施形態
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。
(10−1)他の実施形態A
上記実施形態では、折返しヘッダ24内部の第1導入空間61aや上昇用空間61bにおいて、風上側ほど多くの冷媒を流すために、多穴側凹凸部88aが仕切部材70の風下側に設けられた例を挙げて説明した。
上記実施形態では、折返しヘッダ24内部の第1導入空間61aや上昇用空間61bにおいて、風上側ほど多くの冷媒を流すために、多穴側凹凸部88aが仕切部材70の風下側に設けられた例を挙げて説明した。
しかし、扁平多穴管50の端部に対向する部分で風上側の方が風下側よりも比表面積を大きくする構造としてはこれに限られるものではなく、例えば、図11に示すように、上記実施形態の凹凸形状部88を設ける代わりに、仕切部材70のうち扁平多穴管50の端部に対向する部分において、風上側の方が風下側よりも比表面積を大きくするために、仕切部材70の風上側に比表面積増大部89を設けるようにしてもよい。
このように、仕切部材70の風上側に比表面積増大部89を採用することで、仕切部材70の風上側において液冷媒が多く保持されやすくなるため、扁平多穴管50の内部流路51のうち風上側に対して液冷媒を含むより多くの冷媒を流すことが可能になる。特に、扁平多穴管50の端部の近くで対向するように配置されている仕切部材70の位置において液冷媒を保持させることができるため、液冷媒が保持されている位置と扁平多穴管50の内部流路51の入口とを比較的近くに位置づけることができるため、当該保持された液冷媒を効率的に扁平多穴管50の内部流路51に導くことが可能になる。
当該比表面積増大部89としては、毛細管現象を利用した液冷媒の保持に有効な形状であれば特に限定されるものではなく、例えば、仕切部材70の風上側の表面を微細な凹凸形状とすることにより実現してもよいし、仕切部材70の風下側において液冷媒を保持しやすいスポンジ状の網状部材を配置することにより実現してもよい。具体的には、扁平多穴管50の端部と対向している部分のうち、空気流れ方向の風下側よりも風上側の方が、扁平多穴管50の端部の挿入方向(扁平多穴管50と折返しヘッダ24との接続箇所における扁平多穴管50の長手方向)における投影面の単位面積当たりの表面積である比表面積が大きくなるように構成されたものとすることができる。なお、仕切部材70の風上側の表面を微細な凹凸形状とする場合には、当該凹凸形状が上下方向に連なって延びるように構成することが好ましい。
このような比表面積増大部89は、仕切部材70に対して扁平多穴管50が接続されている側である多穴側比表面積増大部89aのみから構成されていてもよいし、仕切部材70に対して扁平多穴管50が接続されている側とは反対側である配管側比表面積増大部89bをさらに有して構成されていてもよい。多穴側比表面積増大部89aだけでなく配管側比表面積増大部89bをさらに有している場合には、多穴側比表面積増大部89aにおいて保持されたままで上部連通路73に液冷媒が達することがあっても、当該液冷媒を、配管側比表面積増大部89bにおいて保持しつつ下降用空間62bを下降させて、下部連通路72を介して再び多穴側比表面積増大部89aに導くことが可能になる。このため、より効率的に扁平多穴管50の風上側の内部流路51に対して液冷媒を含む多くの冷媒を供給することが可能になる。
なお、液冷媒が保持されやすい多穴側比表面積増大部89aが扁平多穴管50の内部流路51に対向する位置において上下に延びて設けられることで、冷媒が低循環量である場合でも、冷媒を上昇用空間61bの上方まで供給させやすくなる。
(10−2)他の実施形態B
また、例えば、図12に示すように、上記実施形態における凹凸形状部88と、上記他の実施形態Aにおける比表面積増大部89と、の両方を採用するようにしてもよい。
また、例えば、図12に示すように、上記実施形態における凹凸形状部88と、上記他の実施形態Aにおける比表面積増大部89と、の両方を採用するようにしてもよい。
特に、仕切部材70の風下側において多穴側凹凸部88aを設けつつ、仕切部材70の風上側において多穴側比表面積増大部89aを設けるようにしてもよい。
ここで、風下側において多穴側凹凸部88aを設けつつ、風上側において微細な凹凸形状を有する多穴側比表面積増大部89aを設ける場合には、多穴側凹凸部88aの凸部の頂部同士の空気流れ方向の間隔が、多穴側比表面積増大部89aの微細な凹凸形状の凸部同士の隙間よりも広く(好ましくは2倍以上に広く)形成されていることが好ましい。これにより、風下側の多穴側凹凸部88aにおいて液冷媒が保持されてしまうことを抑制しつつ、風上側の多穴側比表面積増大部89aで液冷媒を十分に保持させて、風上側における冷媒の通過抵抗を風下側よりも十分に下げて、風上側における冷媒通過量を風下側よりも顕著に多くすることが可能になる。
なお、多穴側凹凸部88aの凸部の高さは、風下側の冷媒流路を十分に狭める観点から、微細な凹凸形状を有する多穴側比表面積増大部89aにおける凸部の高さよりも高いことが好ましい。
(10−3)他の実施形態C
上記実施形態では、整流板82に設けられた上昇用開口82aと扁平多穴管50とが、上面視において重複部分を有するように配置された場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、整流板82に設けられた上昇用開口82aと扁平多穴管50とが、上面視において重複部分を有するように配置された場合を例に挙げて説明した。
これに対して、例えば、整流板82の上昇用開口82aを通過した冷媒を上昇用空間61bにおけるより上方に供給させやすくするために、図13の上面図に示すように、整流板82に設けられている上昇用開口82aと、扁平多穴管50と、が互いに重複しないように配置してもよい。
(10−4)他の実施形態D
上記実施形態では、整流板82に設けられている上昇用開口82aと多穴側凹凸部88aとが、上面視において重複しないように配置された場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、整流板82に設けられている上昇用開口82aと多穴側凹凸部88aとが、上面視において重複しないように配置された場合を例に挙げて説明した。
これに対して、例えば、整流板82の上昇用開口82aを通過した冷媒を多穴側凹凸部88aに衝突させて風上側に導かれやすくするために、図14の上面図に示すように、整流板82の上昇用開口82aと多穴側凹凸部88aとが上面視において重複部分を有するように配置してもよい。
なお、この場合には、図14のX−X断面を正面側から見た図である図15に示すように、多穴側凹凸部88aは、仕切部材70のうち上部連通路73と下部連通路72との間においてのみ設けられるようにしてもよい。これにより、整流板82の空気流れ下流側の上昇用開口82aが多穴側凹凸部88aによって塞がれてしまうことを防ぎつつ、整流板82の空気流れ下流側の上昇用開口82aを通過した冷媒を多穴側凹凸部88aの下端に衝突させることが可能になる。
(10−5)他の実施形態E
上記実施形態では、折返しヘッダ24内部が仕切部材70によって扁平多穴管50側と扁平多穴管50側とは反対側に仕切られている場合において、多穴側凹凸部88aを設けることで扁平多穴管50側の空間のうちの風下側の空間を狭めた例を挙げて説明した。
上記実施形態では、折返しヘッダ24内部が仕切部材70によって扁平多穴管50側と扁平多穴管50側とは反対側に仕切られている場合において、多穴側凹凸部88aを設けることで扁平多穴管50側の空間のうちの風下側の空間を狭めた例を挙げて説明した。
これに対して、例えば、図14の上面図に示すように、扁平多穴管50が接続されたヘッダ24a内が、上記実施形態のように仕切部材70によって仕切られておらず、上記実施形態における多穴側凹凸部88aの代わりに、ヘッダ24aの内壁面の形状によって、ヘッダ24a内の風下側の空間を狭めるようにしてもよい。
すなわち、ヘッダ24aの内壁のうち扁平多穴管50の端部と対向している部分の形状について、風下側ほど扁平多穴管50の端部に近くなる形状を採用することで、ヘッダ24a内を流れる冷媒を、圧力損失の少ない風上側に寄せることが可能になる。
(10−6)他の実施形態F
上記実施形態では、図4等に示すように、空気流れ方向に複数の熱交換部21が並んで設けられ、下方に並んで配置された熱交換部21において折り返すように冷媒を流し、上方に並んで配置された熱交換部21においても折り返すように冷媒を流すように構成された室外熱交換器20を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、図4等に示すように、空気流れ方向に複数の熱交換部21が並んで設けられ、下方に並んで配置された熱交換部21において折り返すように冷媒を流し、上方に並んで配置された熱交換部21においても折り返すように冷媒を流すように構成された室外熱交換器20を例に挙げて説明した。
これに対して、熱交換器における冷媒流路構成は、特に限定されるものではなく、例えば、冷媒が一方のヘッダから他方のヘッダに向けて流れるのみで冷媒を折り返して流すことはしないように構成された熱交換器を用いてもよい。
また、上記実施形態のように上方の熱交換部21と下方の熱交換部21とに分けることなく、空気流れ方向の上流側と下流側とに別れて扁平多穴管が2列に別れて設けられている場合に、上面視における熱交換器の一端側から流入した冷媒を、いずれかの列の扁平多穴管において流し、上面視における熱交換器の他端側において折返した後、再び他方の列の扁平多穴管において流すことで上面視における熱交換器の一端側に戻して熱交換器から流出させるように、熱交換器が構成されていてもよい。
1 空気調和装置
2 空調室外機
3 空調室内機
8 冷媒回路
20 室外熱交換器(熱交換器)
21 熱交換部
22 分流器
23 連結ヘッダ
24 折返しヘッダ(ヘッダ)
24a ヘッダ
25 連絡部
26 出入口ヘッダ管
31 ガス冷媒配管
32 液冷媒配管
40 伝熱フィン(フィン)
41 風上連通部
42 スリット
43 開口部
50 扁平多穴管
51 内部流路(流路)
61 多穴側部材
61a 第1導入空間
61b 上昇用空間(第1空間)
62 配管側部材
62a 第2導入空間
62b 下降用空間(第2空間)
70 仕切部材
70a 多穴側面
70b 配管側面
71 導入連通口
72 下部連通路(第2連通路)
73 上部連通路(第1連通路)
80 バッフル
81 下方仕切板
82 整流板
82a 上昇用開口(流入口)
83 上方仕切板
88 凹凸形状部
88a 多穴側凹凸部(凹凸部)
88b 配管側凹凸部
89 比表面積増大部
89a 多穴側比表面積増大部(比表面積相違構造)
89b 配管側比表面積増大部
91 圧縮機
95 室外ファン(ファン)
2 空調室外機
3 空調室内機
8 冷媒回路
20 室外熱交換器(熱交換器)
21 熱交換部
22 分流器
23 連結ヘッダ
24 折返しヘッダ(ヘッダ)
24a ヘッダ
25 連絡部
26 出入口ヘッダ管
31 ガス冷媒配管
32 液冷媒配管
40 伝熱フィン(フィン)
41 風上連通部
42 スリット
43 開口部
50 扁平多穴管
51 内部流路(流路)
61 多穴側部材
61a 第1導入空間
61b 上昇用空間(第1空間)
62 配管側部材
62a 第2導入空間
62b 下降用空間(第2空間)
70 仕切部材
70a 多穴側面
70b 配管側面
71 導入連通口
72 下部連通路(第2連通路)
73 上部連通路(第1連通路)
80 バッフル
81 下方仕切板
82 整流板
82a 上昇用開口(流入口)
83 上方仕切板
88 凹凸形状部
88a 多穴側凹凸部(凹凸部)
88b 配管側凹凸部
89 比表面積増大部
89a 多穴側比表面積増大部(比表面積相違構造)
89b 配管側比表面積増大部
91 圧縮機
95 室外ファン(ファン)
特許文献1:特開2005−201491号公報
特許文献2:特開2005−127597号公報
特許文献2:特開2005−127597号公報
Claims (9)
- 空気流れ方向に交差する方向が長手方向となるように並んで設けられた複数の扁平多穴管(50)と、
複数の前記扁平多穴管の端部が接続されたヘッダ(24、24a)と、
前記扁平多穴管に接合された複数のフィン(40)と、
を備え、
前記ヘッダの内部の前記扁平多穴管が接続されている空間は、前記空気流れ方向における風上側の方が風下側よりも多く冷媒が流れるように構成されており、
前記ヘッダの内部の前記扁平多穴管が接続されている空間の輪郭のうち前記扁平多穴管の端部の風下側に対向する部分には、前記扁平多穴管側に突出した凸部と反対側に凹んだ凹部を有する凹凸部(88a)が形成されており、
前記凹凸部を構成する前記凹部と前記凸部とは、いずれも前記ヘッダの長手方向に沿うように延びている、
熱交換器(20)。 - 前記ヘッダの内部の前記扁平多穴管が接続されている空間は、前記空気流れ方向における風上側の方が風下側よりも、冷媒が通過可能な空間が広くなるように構成されている、
請求項1に記載の熱交換器。 - 前記ヘッダの内部の前記扁平多穴管が接続されている空間の輪郭のうち前記扁平多穴管の端部に対向する部分の比表面積が、前記空気流れ方向における風下側よりも風上側の方が大きい比表面積相違構造(89a)を有している、
請求項1または2に記載の熱交換器。 - 前記扁平多穴管は、前記空気流れ方向における中間位置を境界として、風上側と風下側とで対称的な形状を有しており、
前記扁平多穴管は、互いに流路断面積が共通の複数の流路(51)を有している、
請求項1から3のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 複数の前記フィンは、複数の前記扁平多穴管の前記空気流れ方向における風上側において互いに繋がっている、
請求項1から4のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記ヘッダは、前記扁平多穴管が接続される側と前記扁平多穴管が接続される側とは反対側とを仕切る仕切部材(70)を有しており、
前記ヘッダの内部の前記扁平多穴管が接続されている空間の輪郭の一部は、前記仕切部材(70)によって構成されている、
請求項1から5いずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記ヘッダ(24)は、
冷媒の蒸発器として機能する場合に、前記仕切部材に対して前記扁平多穴管が接続された側の空間である第1空間(61b)に冷媒を流入させる流入口(82a)と、
前記第1空間のうちの前記ヘッダの長手方向における一方側の部分と、前記仕切部材に対して前記扁平多穴管が接続された側とは反対側の空間である第2空間(62b)のうちの前記ヘッダの長手方向における前記一方側の部分と、を連通させ、前記第1空間内を流れた冷媒を前記第2空間へ導く第1連通路(73)と、
前記第2空間を流れた冷媒を前記第1空間のうちの前記ヘッダの長手方向における前記一方側とは反対側である他方側に戻す第2連通路(72)と、
を含むループ構造を有しており、
前記第1空間のうち少なくとも前記第1連通路と前記第2連通路との間の部分が、前記空気流れ方向における風上側の方が風下側よりも多く冷媒が流れるように構成されている、
請求項6に記載の熱交換器。 - 複数の前記扁平多穴管(50)は、上下方向に並んで設けられている、
請求項1から7のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の熱交換器(20)を有し、冷媒が循環する冷媒回路(8)と、
前記熱交換器に対して前記空気流れを供給するファン(95)と、
を備えた空気調和装置(1)。
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