JP6537868B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に関するものである。

従来、相互に独立した複数の冷媒流路が上下方向に多段に配置され、これら複数の冷媒流路の一端側を、それぞれ、キャピラリチューブを介して冷媒分流器に接続した熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１には、熱交換器を凝縮器として機能させる場合に、最下段の冷媒流路に液冷媒が溜まって過冷却度が過度に大きくなってしまうのを防ぐために、最下段の冷媒流路の下端から最下段のキャピラリチューブの上端までの高さを調整することが開示されている。

特許第３９８５８３１号公報

特許文献１においては、複数の冷媒流路とそれに接続されるキャピラリチューブとの接続位置は、熱交換器の上下方向の全高の全領域において一定の間隔を空けた位置となっている。そのため、最上段の冷媒流路とキャピラリチューブの接続位置と最下段の冷媒流路とキャピラリチューブの接続位置との上下方向の距離は、熱交換器の全高と略一致した距離となっている。

そのため、最上段の冷媒流路の接続位置から冷媒分流器までの液冷媒の自重による圧力と、最下段の冷媒流路の接続位置から冷媒分流器までの液冷媒の自重による圧力との差分が大きい。これにより、冷媒分流器で複数のキャピラリチューブからの液冷媒が合流して均等化された圧力が高くなり、それに伴って最下段の冷媒流路からキャピラリチューブへ排出されにくくなり液冷媒が冷媒流路の内部で滞留してしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、鉛直方向に沿って配置される複数の冷媒流路に冷媒を流通させる熱交換部を備える熱交換器において、熱交換部を凝縮器として機能させる場合に、過冷却液が熱交換部で滞留することを抑制して凝縮性能を向上させることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明の一態様にかかる熱交換器は、鉛直方向に沿って配置される複数の冷媒流路に冷媒を流通させて空気との熱交換を行う熱交換部と、前記熱交換部に前記空気を流通させる送風ファンと、気相の冷媒が流通するとともに前記複数の冷媒流路の一端側がそれぞれ第１接続位置で接続される冷媒集合配管と、前記複数の冷媒流路の他端側にそれぞれ第２接続位置で接続される複数の冷媒分配配管と、前記複数の冷媒分配配管を合流位置で合流させる冷媒分流器とを備え、前記送風ファンにより送風される前記空気の流通方向が前記鉛直方向の上方に向けた速度成分を有しており、複数の前記第２接続位置のそれぞれは、前記鉛直方向において前記熱交換部の全高の１／２となる位置と同じか該位置よりも下方に配置されている。

本発明の一態様にかかる熱交換器によれば、熱交換部が凝縮器として機能する場合、熱交換部で凝縮された過冷却液が複数の第２接続位置のそれぞれで複数の冷媒分配配管へ排出され、それらが冷媒分流器によって合流位置で合流する。合流位置で合流された過冷却液は圧力が均等化されるため、この均等化された圧力が高すぎる場合、鉛直方向の下方に位置する第２接続位置から冷媒分配配管へ過冷却液が排出されにくくなり過冷却液が内部で滞留してしまう。

本発明の一態様にかかる熱交換器によれば、複数の第２接続位置のそれぞれが、鉛直方向において熱交換部の全高の１／２となる位置と同じか該位置よりも下方に配置されている。
そのため、複数の第２接続位置のうち、鉛直方向の最上部に位置する第２接続位置と鉛直方向の最下部に位置する第２接続位置との鉛直方向の距離が、熱交換部の全高の１／２と同じかそれよりも短くなる。
これにより、この距離を熱交換部の全高と同程度にする場合に比べ、鉛直方向の最上部に位置する第２接続位置から合流位置までの過冷却液の自重による圧力と、鉛直方向の最下部に位置する第２接続位置から合流位置までの過冷却液の自重による圧力との差分を十分に小さくし、過冷却液の熱交換部での滞留を抑制することができる。

また、本発明の一態様にかかる熱交換器によれば、送風ファンが熱交換部の鉛直方向に沿った前面から鉛直方向に沿った背面に向けて空気を流通させるとともに、送風ファンにより送風される空気の流通方向が鉛直方向の上方に向けた速度成分を有している。そのため、熱交換部は、鉛直方向の上半部において鉛直方向位置による風速の変化が大きくなるが、鉛直方向の下半部において鉛直方向位置による風速の変化が抑制される。

そのため、冷媒が気相と液相の二相流から過冷却液へ凝縮される熱交換部の下半部において、複数の冷媒流路それぞれの熱交換効率の偏りが抑制される。これにより、複数の冷媒流路それぞれの熱交換効率が偏って複数の冷媒流路それぞれに滞留する過冷却液の量が変化し、それに伴って合流位置において過冷却液の自重による圧力の差分が大きくなることが抑制される。

このように、本発明の一態様にかかる熱交換器によれば、鉛直方向に沿って配置される複数の冷媒流路に冷媒を流通させる熱交換部を備える熱交換器において、熱交換部を凝縮器として機能させる場合に、過冷却液が熱交換部で滞留することを抑制して凝縮性能を向上させることができる。

本発明の一態様にかかる熱交換器において、複数の前記第１接続位置のそれぞれは、前記鉛直方向において前記熱交換部の全高の下から１／３となる位置と同じか該位置よりも上方に配置されているものであってもよい。
このようにすることで、最下部に位置する第１接続位置を熱交換部の鉛直方向の下端と一致させる場合に比べ、最下部に位置する第１接続位置から合流位置までの鉛直方向の高さを十分に確保し、第１接続位置から合流位置までの過冷却液の流通を促進することができる。

本発明の一態様にかかる熱交換器において、前記複数の冷媒流路の少なくともいずれか１つは、分岐位置で複数の分岐流路に分岐しており、該複数の分岐流路のそれぞれが前記冷媒集合配管に接続されている構成である。
上記構成にすることで、冷媒集合配管に接続される冷媒流路および分岐流路の数に対して、冷媒分流器が合流させる冷媒分配配管の数を少なくすることができる。第２接続位置の数が少なくなるため、最上部に位置する第２接続位置と最下部に位置する第２接続位置までの鉛直方向の距離を短くし、過冷却液の自重による圧力の差分を十分に小さくすることができる。

上記構成の熱交換器において、以下の条件式を満たす。
Ｌ２／１０≦Ｌ１≦Ｌ２／２ （１）
ここで、
Ｌ１：前記第１接続位置から前記分岐位置までの前記冷媒流路の流路長、
Ｌ２：前記第１接続位置から前記第２接続位置までの前記冷媒流路の流路長
である。

このようにすることで、複数の分岐流路に分岐される冷媒流路上の分岐位置を冷媒流路の流路長Ｌ２の中間位置と同じかそれよりも第１接続位置側とすることができる。これにより、熱交換部を蒸発器として機能させる場合に、ボイド率（気相と液相の二相流の全体積に対する気相の占める割合）が大きくなる位置を分岐位置とし、第２接続位置側を分岐位置とする場合に比べて各分岐流路に流入する冷媒量に偏りが生じることを抑制することができる。

また、複数の分岐流路に分岐される冷媒流路上の分岐位置を第１接続位置から流路長Ｌ２の１／１０離れた位置かそれより更に離れた位置とすることができる。これにより、冷媒流路の圧力損失を一定程度に抑えて冷媒の流通を促進することができる。

本発明の一態様の熱交換器において、前記合流位置は、前記鉛直方向における前記熱交換部の下端よりも下方の位置であってもよい。
このようにすることで、最下部に位置する第２接続位置よりも合流位置を更に下方とし、複数の第２接続位置から前記合流位置への過冷却液の流通を促進することができる。

本発明によれば、鉛直方向に沿って配置される複数の冷媒流路に冷媒を流通させる熱交換部を備える熱交換器において、熱交換部を凝縮器として機能させる場合に、過冷却液が熱交換部で滞留することを抑制して凝縮性能を向上させることができる。

熱交換システムのシステム構成図である。 室外熱交換器を示す縦断面図である。 室外熱交換器の冷媒系統を示す図である。 比較例の室外熱交換器の冷媒系統を示す図である。 室外熱交換器の冷媒系統上の位置と冷媒の圧力との関係を示す図である。 比較例の室外熱交換器の冷媒系統上の位置と冷媒の圧力との関係を示す図である。 熱交換部の鉛直方向の高さと風速比の関係を示す図である。 室外熱交換器の冷媒系統の変形例を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態にかかる熱交換システム１について、図面を参照して説明する。
本実施形態の熱交換システム１は、室外熱交換器１００（熱交換器）と室内熱交換器２００とを冷媒系統で接続して冷媒を循環させるようにしたシステムである。
熱交換システム１の一例として、１台の室外熱交換器に１台または複数の室内熱交換器が接続された空気調和システムが挙げられる。また、熱交換システムの他の一例として、ＣＯ_２冷媒を用いたヒートポンプ式給湯システムが挙げられる。

図１のシステム構成図に示すように、熱交換システム１は、室外熱交換器１００と、室内熱交換器２００と、冷媒を圧縮する圧縮機２１０と、高温高圧の冷媒ガスに含まれる液状成分を除去するアキュムレータ２２０と、四方弁２３０と、膨張弁２４０とを備え、これらを冷媒配管で接続した系統である。
図１に示す熱交換システム１は、四方弁２３０によって冷媒の循環方向を切り替えることにより室内を冷却する冷房運転と室内を加熱する暖房運転を選択的に実行可能となっている。

暖房運転を行う場合、四方弁２３０は、圧縮機２１０で圧縮された冷媒を室内熱交換器２００へ導いて室内熱交換器２００を凝縮器（コンデンサ）として機能させ、膨張弁２４０で断熱膨張された冷媒を室外熱交換器１００へ導いて蒸発器（エバポレータ）として機能させるように冷媒の循環方向を設定する（図１中に実線の矢印で示す方向）。

一方、冷房運転を行う場合、四方弁２３０は、圧縮機２１０で圧縮された冷媒を室外熱交換器１００へ導いて室外熱交換器１００を凝縮器（コンデンサ）として機能させ、膨張弁２４０で断熱膨張された冷媒を室内熱交換器２００へ導いて蒸発器（エバポレータ）として機能させるように冷媒の循環方向を設定する（図１中に破線の矢印で示す方向）。

図２の縦断面図に示すように、本実施形態の室外熱交換器１００は、縦断面が縦長の矩形状に形成される外装１００ａの内部に、熱交換部１０および送風ファン３０を配置した装置である。
外装１００ａは、平面視が例えば矩形状に形成されるとともに設置面Ｓに設置される箱型の筐体である。外装１００ａの側面には吸入口１００ｂおよび吸入口１００ｃが形成されており、外装１００ａの外部から内部へ空気を導入するようになっている。また、外装１００ａの上面には排出口１００ｄが形成されており、外装１００ａの内部から外部へ熱交換部１０を通過した空気を排出するようになっている。

図２に矢印で示すように、送風ファン３０は、鉛直方向の上方に向けて外装１００ａの内部の空気を排出するように空気を送風する装置である。
送風ファン３０は、外装１００ａの内部において、鉛直方向に沿った面である熱交換部１０の前面１０ａから鉛直方向に沿った面である熱交換部１０の背面１０ｂに向けて空気を流通させる。

図２に矢印で示すように、外装１００ａの側面に形成された吸入口１００ｂおよび１００ｃは、外装１００ａの側方から空気を外装１００ａの内部に導入するようになっている。
吸入口１００ｂおよび１００ｃから設置面Ｓに平行な水平方向に沿って外装１００ａの内部に導かれた空気は、流通方向が水平方向から鉛直上向き方向に徐々に変化して排出口１００ｄから鉛直方向に沿って排出される。
そのため、図２に矢印で示すように、送風ファン３０によって送風されて熱交換部１０を通過する空気の流通方向は、鉛直方向の上方に向けた速度成分を有している。

次に、図３を用いて室外熱交換器１００の冷媒系統について説明する。
図３は、図２に示す室外熱交換器１００を側面からみた図であり、外装１００ａが省略されている。図３における上下方向は、図２において設置面Ｓを基準とした鉛直方向と一致している。
図３に示すように、室外熱交換器１００は、熱交換部１０と、冷媒分配配管２０と、冷媒ヘッダ４０（冷媒集合配管）と、ディストリビュータ５０（冷媒分流器）とを備える。

熱交換部１０は、鉛直方向に沿って配置される複数の冷媒流路１１，１２，１３，１４に冷媒を流通させて送風ファン３０により送風される空気との熱交換を行う装置である。
冷媒流路１１，１２，１３，１４は、銅等の金属部材により形成されたチューブ状の部材であり、内部に冷媒を流通させる流路が形成されている。

熱交換部１０は、例えば、複数の冷媒流路１１，１２，１３，１４を水平方向に連続して配置される複数枚のアルミニウム製の板状のフィン（図示略）の挿入穴に挿入したフィンアンドチューブ型の熱交換器として構成することができる。

冷媒ヘッダ４０は、気相の冷媒が流通するとともに複数の冷媒流路１１，１２，１３，１４の一端側がそれぞれ第１接続位置Ｃ１で接続される配管である。
室外熱交換器１００が凝縮器（コンデンサ）として機能する場合、冷媒ヘッダ４０は、気相の冷媒を複数の冷媒流路１１，１２，１３，１４へ供給する。一方、室外熱交換器１００が蒸発器（エバポレータ）として機能する場合、気相の冷媒が複数の冷媒流路１１，１２，１３，１４から冷媒ヘッダ４０へ供給される。

冷媒分配配管２０は、複数の冷媒流路１１，１２，１３，１４の他端側にそれぞれ第２接続位置Ｃ２で接続されるキャピラリチューブ２１，２２，２３，２４により構成されている。
ディストリビュータ５０は、キャピラリチューブ２１，２２，２３，２４を合流位置Ｃ３で合流させる装置である。合流位置Ｃ３は、室外熱交換器１００の設置面Ｓに直交する鉛直方向（図３における上下方向）において、熱交換部１０の下端よりも下方の位置に配置されている。

室外熱交換器１００が凝縮器（コンデンサ）として機能する場合、複数の冷媒流路１１，１２，１３，１４の第２接続位置Ｃ２から排出される過冷却液がキャピラリチューブ２１，２２，２３，２４に供給され、ディストリビュータ５０の合流位置Ｃ３へ導かれる。
一方、室外熱交換器１００が蒸発器（エバポレータ）として機能する場合、ディストリビュータ５０の合流位置Ｃ３から排出される過冷却液がキャピラリチューブ２１，２２，２３，２４のそれぞれに導かれ、複数の冷媒流路１１，１２，１３，１４の第２接続位置Ｃ２へ供給される。

図３に示すように、室外熱交換器１００の設置面Ｓに直交する鉛直方向（図３における上下方向）において、複数の第１接続位置Ｃ１のそれぞれは、熱交換部１０の全高Ｈの１／３となる位置Ｐ１よりも上方に配置されている。
ここで、熱交換部１０とは、図３に示すように、鉛直方向における熱交換部１０の下端から上端までの距離をいう。

図３に示すように、冷媒流路１４と冷媒ヘッダ４０とが接続される第１接続位置Ｃ１が鉛直方向の最下部に位置するが、この位置が位置Ｐ１よりも上方となっている。同様に、冷媒流路１３と冷媒ヘッダ４０とが接続される第１接続位置Ｃ１、冷媒流路１２と冷媒ヘッダ４０とが接続される第１接続位置Ｃ１、および冷媒流路１１と冷媒ヘッダ４０とが接続される第１接続位置Ｃ１が、位置Ｐ１よりも上方となっている。

なお、図３においては、冷媒流路１４と冷媒ヘッダ４０とが接続される第１接続位置Ｃ１が位置Ｐ１よりも上方に配置されるものとしたが、冷媒流路１４と冷媒ヘッダ４０とが接続される最下部の第１接続位置Ｃ１を位置Ｐ１と一致させるようにしてもよい。

また、図３に示すように、鉛直方向（図３における上下方向）において、複数の第２接続位置Ｃ２のそれぞれは、熱交換部１０の全高Ｈの１／２となる位置Ｐ２よりも下方に配置されている。

図３に示すように、冷媒流路１１とキャピラリチューブ２１とが接続される第２接続位置Ｃ２が鉛直方向の最上部に位置するが、この位置が位置Ｐ２よりも下方となっている。同様に、冷媒流路１２とキャピラリチューブ２２とが接続される第２接続位置Ｃ２、冷媒流路１３とキャピラリチューブ２３とが接続される第２接続位置Ｃ２、および冷媒流路１４とキャピラリチューブ２４とが接続される第２接続位置Ｃ２が、位置Ｐ２よりも下方となっている。

なお、図３においては、冷媒流路１１とキャピラリチューブ２１とが接続される第２接続位置Ｃ２が位置Ｐ２よりも下方に配置されるものとしたが、冷媒流路１１とキャピラリチューブ２１とが接続される最上部の第２接続位置Ｃ２を位置Ｐ１と一致させるようにしてもよい。

次に、本実施形態の室外熱交換器１００の冷媒系統上の位置と冷媒の圧力との関係について、比較例の室外熱交換器１００’と対比しつつ説明する。
図４は、比較例の室外熱交換器１００’の冷媒系統を示す図である。
図４に示すように、比較例の室外熱交換器１００’は、冷媒流路１１’，１２’，１３’，１４’と冷媒ヘッダ４０’とが第１接続位置Ｃ１’で接続されている。
図４に示すように、最下部に位置する第１接続位置Ｃ１’は、熱交換部１０’の全高Ｈの１／３となる位置Ｐ１よりも下方に配置されている。

また、図４に示すように、比較例の室外熱交換器１００’は、冷媒流路１１’，１２’，１３’，１４’と冷媒分配配管２０’（キャピラリチューブ２１’，２２’，２３’，２４’）とが第２接続位置Ｃ２’で接続されている。
図４に示すように、最上部に位置する第２接続位置Ｃ２’は、熱交換部１０’の全高Ｈの１／２となる位置Ｐ２よりも上方に配置されている。

図５は、室外熱交換器１００の冷媒系統上の位置と冷媒の圧力との関係を示す図である。ここで、冷媒系統とは、図３に示す冷媒ヘッダ４０と冷媒流路１１，１２，１３，１４および冷媒分配配管２０からなる系統をいう。
なお、図５においては、冷媒流路１１およびキャピラリチューブ２１を含む冷媒系統を第１系統と、冷媒流路１２およびキャピラリチューブ２２を含む系統を第２系統と、冷媒流路１３およびキャピラリチューブ２３を含む系統を第３系統と、冷媒流路１４およびキャピラリチューブ２４を含む系統を第４系統とそれぞれ称する。

図５に示すように、第１接続位置Ｃ１は冷媒ヘッダ４０に接続されているため、第１接続位置Ｃ１における冷媒の圧力は、第１〜第４系統のそれぞれで同一圧力Ｐｒ１となっている。
また、図５に示すように、合流位置Ｃ３はディストリビュータ５０に接続されているため、合流位置Ｃ３における冷媒の圧力は、第１〜第４系統のそれぞれで同一圧力Ｐｒ３となっている。

図５において、第２接続位置Ｃ２から合流位置Ｃ３に向けて冷媒の圧力が上昇しているのは、第２接続位置Ｃ２が合流位置Ｃ３よりも上方に配置されているため、冷媒（過冷却液）の自重による圧力が生じるからである。
図５においては、第２接続位置Ｃ２から合流位置Ｃ３に向けて冷媒の圧力が上昇しているものの、合流位置Ｃ３における圧力Ｐｒ３は第１接続位置Ｃ１における圧力Ｐｒ１よりも低くなっている。
そのため、本実施形態の室外熱交換器１００の第１〜第４系統のそれぞれにおいて、冷媒は第１接続位置Ｃ１から合流位置Ｃ３まで滞留することなく円滑に流通するようになっている。

図６は、比較例の室外熱交換器１００’の冷媒系統上の位置と冷媒の圧力との関係を示す図である。ここで、冷媒系統とは、図４に示す冷媒ヘッダ４０’と冷媒流路１１’，１２’，１３’，１４’および冷媒分配配管２０’からなる系統をいう。
なお、図６においては、冷媒流路１１’およびキャピラリチューブ２１’を含む冷媒系統を第１系統と、冷媒流路１２’およびキャピラリチューブ２２’を含む系統を第２系統と、冷媒流路１３’およびキャピラリチューブ２３’を含む系統を第３系統と、冷媒流路１４’およびキャピラリチューブ２４’を含む系統を第４系統とそれぞれ称する。

図６に示すように、第１接続位置Ｃ１’は冷媒ヘッダ４０’に接続されているため、第１接続位置Ｃ１’における冷媒の圧力は、第１〜第４系統のそれぞれで同一圧力Ｐｒ１’となっている。
また、図６に示すように、合流位置Ｃ３’はディストリビュータ５０に接続されているため、合流位置Ｃ３’における冷媒の圧力は、第１〜第４系統のそれぞれで同一圧力Ｐｒ３’となっている。

図６において、第２接続位置Ｃ２’から合流位置Ｃ３’に向けて冷媒の圧力が上昇しているのは、第２接続位置Ｃ２’が合流位置Ｃ３’よりも上方に配置されているため、冷媒（過冷却液）の自重による圧力が生じるからである。
図６においては、第２接続位置Ｃ２’から合流位置Ｃ３’に向けて冷媒の圧力が上昇しており、かつ、合流位置Ｃ３’における圧力Ｐｒ３’は第１接続位置Ｃ１における圧力Ｐｒ１’よりも高くなっている。

そのため、比較例の室外熱交換器１００’の第１〜第４系統のそれぞれにおいて、冷媒は第１接続位置Ｃ１’から合流位置Ｃ３’まで滞留し易くなっている。特に、最下部に配置される第４系統においては、第１接続位置Ｃ１’から合流位置Ｃ３’に至る冷媒系統の全領域において、冷媒の圧力が第１接続位置Ｃ１’における冷媒の圧力Ｐｒ１’を上回っている。そのため、最下部に配置される第４系統においては、第１接続位置Ｃ１’から合流位置Ｃ３’に至る全領域において内部で冷媒が滞留してしまう。

このように、比較例の室外熱交換器１００’において冷媒の滞留が発生してしまうのは、本実施形態の室外熱交換器１００に比べて最上部に配置される第２接続位置Ｃ２’が鉛直方向の高い位置に配置されており、冷媒（過冷却液）の自重による圧力が高くなっているからである。

次に、熱交換部１０の鉛直方向の高さと風速比の関係について図７を参照して説明する。
図７において、横軸は熱交換部１０の鉛直方向の高さを示しており、原点が熱交換部１０の鉛直方向の下端を示している。また、図７において、縦軸は横軸に示す熱交換部１０の鉛直方向の高さにおける、送風ファン３０により送風される空気の風速比を示している。この風速比は、熱交換部１０の鉛直方向の高さの各位置での風速の平均値を１．０とした場合の比率を示している。

図７に示すように、熱交換部１０の下半部（横軸が原点からＨ／２の範囲）において、風速比は０．５〜０．７の範囲に収束しており変動が少ない。一方、熱交換部１０の上半部（横軸がＨ／２からＨの範囲）において、風速比は０．７〜２．０の範囲を大きく変動している。
これは、送風ファン３０により送風される空気の流通方向が鉛直方向の上方に向けた速度成分を有しており、熱交換部１０の上半部を流通し易くなっているからである。

図７に示す風速比を示す室外熱交換器１００において、熱交換部１０の上半部に第２接続位置Ｃ２を配置して合流位置Ｃ３まで冷媒を供給するようにした場合、第２接続位置Ｃ２が風速比の高い領域に配置されることとなる。この場合、風速比の高い領域に配置される冷媒流路と、相対的に風速比の低い領域に配置される冷媒流路とで、熱交換効率が偏ってしまうこととなる。そうすると、複数の冷媒流路それぞれに滞留する過冷却液の量が変化し、それに伴って合流位置Ｃ３において過冷却液の自重による圧力の差分が大きくなってしまう。
そのため、本実施形態の室外熱交換器１００では、複数の第２接続位置Ｃ２のそれぞれを、熱交換部１０の下半部に配置するようにしている。

以上説明した本実施形態の熱交換システム１が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の熱交換システム１が備える室外熱交換器１００によれば、熱交換部１０が凝縮器として機能する場合、熱交換部１０で凝縮された過冷却液が複数の第２接続位置Ｃ２のそれぞれでキャピラリチューブ２１，２２，２３，２４へ排出され、それらがディストリビュータ５０によって合流位置Ｃ３で合流する。合流位置Ｃ３で合流された過冷却液は圧力が均等化されるため、この均等化された圧力が高すぎる場合、鉛直方向の下方に位置する第２接続位置Ｃ２からキャピラリチューブ２４へ過冷却液が排出されにくくなり過冷却液が内部で滞留してしまう。

本実施形態の室外熱交換器１００によれば、複数の第２接続位置Ｃ２のそれぞれが、鉛直方向において熱交換部１０の全高Ｈの１／２となる位置Ｐ２と同じか位置Ｐ２よりも下方に配置されている。
そのため、複数の第２接続位置Ｃ２のうち、鉛直方向の最上部に位置する第２接続位置Ｃ２と鉛直方向の最下部に位置する第２接続位置Ｃ２との鉛直方向の距離が、熱交換部１０の全高Ｈの１／２と同じかそれよりも短くなる。

これにより、この距離を熱交換部１０の全高Ｈと同程度にする場合に比べ、鉛直方向の最上部に位置する第２接続位置Ｃ２から合流位置Ｃ２までの過冷却液の自重による圧力と、鉛直方向の最下部に位置する第２接続位置Ｃ２から合流位置Ｃ３までの過冷却液の自重による圧力との差分を十分に小さくし、過冷却液の熱交換部１０での滞留を抑制することができる。

また、本実施形態の室外熱交換器１００によれば、送風ファン３０が熱交換部１０の鉛直方向に沿った前面１０ａから鉛直方向に沿った背面１０ｂに向けて空気を流通させるとともに、送風ファン３０により送風される空気の流通方向が鉛直方向の上方に向けた速度成分を有している。そのため、熱交換部１０は、鉛直方向の上半部において鉛直方向位置による風速の変化が大きくなるが、鉛直方向の下半部において鉛直方向位置による風速の変化が抑制される。

そのため、冷媒が気相と液相の二相流から過冷却液へ凝縮される熱交換部１０の下半部において、複数の冷媒流路それぞれの熱交換効率の偏りが抑制される。これにより、複数の冷媒流路それぞれの熱交換効率が偏って複数の冷媒流路それぞれに滞留する過冷却液の量が変化し、それに伴って合流位置Ｃ３において過冷却液の自重による圧力の差分が大きくなることが抑制される。

このように、本実施形態によれば、鉛直方向に沿って配置される複数の冷媒流路に冷媒を流通させる熱交換部１０を備える室外熱交換器１００において、熱交換部１０を凝縮器として機能させる場合に、過冷却液が熱交換部１０で滞留することを抑制して凝縮性能を向上させることができる。

本実施形態の室外熱交換器１００において、複数の第１接続位置Ｃ１のそれぞれは、鉛直方向において熱交換部１０の全高Ｈの１／３となる位置Ｐ１と同じか位置Ｐ１よりも上方に配置されている。
このようにすることで、最下部に位置する第１接続位置Ｃ１を熱交換部１０の鉛直方向の下端と一致させる場合に比べ、最下部に位置する第１接続位置Ｃ１から合流位置までの鉛直方向の高さを十分に確保し、第１接続位置Ｃ１から合流位置Ｃ３までの過冷却液の流通を促進することができる。

〔他の実施形態〕
以上の説明においては、複数の冷媒流路１１，１２，１３，１４のそれぞれをそのまま冷媒ヘッダ４０に接続するものとしたが、他の態様であってもよい。
例えば、図８に示すように冷媒流路１１１，１１２を熱交換部１１０の分岐位置Ｂ１、Ｂ２で分岐させてから冷媒ヘッダ４０に接続するようにしてもよい。

図８に示す室外熱交換器３００が備える熱交換部１１０は、冷媒流路１１１および冷媒流路１１２を備える。冷媒流路１１１の一端側は、熱交換部１１０の内部の分岐位置Ｂ１で分岐流路１１１ａおよび分岐流路１１１ｂに分岐され、それぞれ第１接続位置Ｃ１で冷媒ヘッダ４０に接続される。同様に、冷媒流路１１２の一端側は、熱交換部１１０の内部の分岐位置Ｂ２で分岐流路１１２ａおよび分岐流路１１２ｂに分岐され、それぞれ第１接続位置Ｃ１で冷媒ヘッダ４０に接続される。
ここでは、冷媒流路１１１および冷媒流路１１２の双方について、分岐位置で分岐流路に分岐させるものとしたが、冷媒流路１１１および冷媒流路１１２のいずれか一方のみを分岐位置で分岐流路に分岐させるようにしてもよい。

このようにすることで、冷媒ヘッダ４０に接続される分岐流路の数（４本）に対して、ディストリビュータ５０が合流させるキャピラリチューブの数（２本）を少なくすることができる。第２接続位置Ｃ２の数が少なくなるため、最上部に位置する第２接続位置Ｃ２と最下部に位置する第２接続位置Ｃ２までの鉛直方向の距離を短くし、過冷却液の自重による圧力の差分を十分に小さくすることができる。

また、冷媒流路１１１の他端側は第２接続位置Ｃ２で冷媒分配配管１２０のキャピラリチューブ１２１に接続され、冷媒流路１１２の他端側は第２接続位置Ｃ２で冷媒分配配管１２０のキャピラリチューブ１２２に接続されている。

ここで、図８に示す室外熱交換器３００においては、以下の条件式を満たすものとする。
Ｌ２／１０≦Ｌ１≦Ｌ２／２ （１）
ここで、
Ｌ１：第１接続位置Ｃ１から分岐位置Ｂ１，Ｂ２までの冷媒流路１１１，１１２の流路長、
Ｌ２：第１接続位置Ｃ１から第２接続位置Ｃ２までの冷媒流路１１１，１１２の流路長
である。

このようにすることで、複数の分岐流路に分岐される冷媒流路１１１，１１２上の分岐位置Ｂ１，Ｂ２を冷媒流路１１１，１１２の流路長Ｌ２の中間位置と同じかそれよりも第１接続位置Ｃ１側とすることができる。これにより、熱交換部１０を蒸発器として機能させる場合に、ボイド率（気相と液相の二相流の全体積に対する気相の占める割合）が大きくなる位置を分岐位置Ｂ１，Ｂ２とし、第２接続位置Ｃ２側を分岐位置Ｂ１，Ｂ２とする場合に比べて各分岐流路に流入する冷媒量に偏りが生じることを抑制することができる。

また、複数の分岐流路に分岐される冷媒流路１１１，１１２上の分岐位置Ｂ１，Ｂ２を第１接続位置Ｃ１から流路長Ｌ２の１／１０離れた位置かそれより更に離れた位置とすることができる。これにより、冷媒流路１１１，１１２の圧力損失を一定程度に抑えて冷媒の流通を促進することができる。

１ 熱交換システム
１０ 熱交換部
１０ａ 前面
１０ｂ 背面
１１，１２，１３，１４ 冷媒流路
２０ 冷媒分配配管
２１，２２，２３，２４ キャピラリチューブ
３０ 送風ファン
４０ 冷媒ヘッダ（冷媒集合配管）
５０ ディストリビュータ（冷媒分流器）
１００，３００ 室外熱交換器（熱交換器）
２００ 室内熱交換器
２１０ 圧縮機
２２０ アキュムレータ
２３０ 四方弁
２４０ 膨張弁
Ｃ１ 第１接続位置
Ｃ２ 第２接続位置
Ｃ３ 合流位置
Ｓ 設置面

Claims (3)

1. 鉛直方向に沿って配置される複数の冷媒流路に冷媒を流通させて空気との熱交換を行う熱交換部と、
   前記熱交換部の前記鉛直方向に沿った前面から前記鉛直方向に沿った背面に向けて前記空気を流通させる送風ファンと、
   気相の冷媒が流通するとともに前記複数の冷媒流路の一端側がそれぞれ第１接続位置で接続される冷媒集合配管と、
   前記複数の冷媒流路の他端側にそれぞれ第２接続位置で接続される複数の冷媒分配配管と、
   前記複数の冷媒分配配管を合流位置で合流させる冷媒分流器とを備え、
   前記送風ファンにより送風される前記空気の流通方向が前記鉛直方向の上方に向けた速度成分を有しており、
   複数の前記第２接続位置のそれぞれは、前記鉛直方向において前記熱交換部の全高の１／２となる位置と同じか該位置よりも下方に配置されており、
   前記複数の冷媒流路の少なくともいずれか１つは、分岐位置で複数の分岐流路に分岐しており、
   該複数の分岐流路のそれぞれが前記冷媒集合配管に接続されており、
   以下の条件式を満たす熱交換器。
   Ｌ２／１０≦Ｌ１≦Ｌ２／２ （１）
   ここで、
   Ｌ１：前記第１接続位置から前記分岐位置までの前記冷媒流路の流路長、
   Ｌ２：前記第１接続位置から前記第２接続位置までの前記冷媒流路の流路長
   である。
2. 複数の前記第１接続位置のそれぞれは、前記鉛直方向において前記熱交換部の全高の下から１／３となる位置と同じか該位置よりも上方に配置されている請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記合流位置は、前記鉛直方向における前記熱交換部の下端よりも下方の位置である請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。

Images