JP7366255B2 - 熱交換器、空気調和装置の室外機及び空気調和装置 - Google Patents

Description

本開示は、複数の伝熱管を有する熱交換体を複数列含む第１熱交換器及び複数の伝熱管を有する熱交換体を複数列含む第２熱交換器を具備する熱交換器、空気調和装置の室外機及び空気調和装置に関する。

間隔を空けて列状に配置された伝熱管を有する第１熱交換体と、第１熱交換体に平行に設けられ、間隔を空けて列状に配置された伝熱管を有する第２熱交換体とを含む熱交換器が知られている。そして、このような熱交換器を２つ設ける。ここで、説明の便宜上、２つの熱交換器のうち、一方を第１熱交換器と称し、他方を第２熱交換器と称する。

第１熱交換器及び第２熱交換器は、互いに略直交する方向に配置される。第１熱交換器及び第２熱交換器は、第１熱交換器の内側ヘッダと第２熱交換器の内側ヘッダとを接続する屈曲した接続配管及び第１熱交換器の外側ヘッダと第２熱交換器の外側ヘッダとを接続する屈曲した接続配管により接続される。

そして、２つの屈曲した接続配管により接続された第１熱交換器及び第２熱交換器は、１つの熱交換器として機能する（例えば、特許文献１参照）。

特許第６５９５１２５号公報

第１熱交換器及び第２熱交換器の内側ヘッダ同士及び外側ヘッダ同士は、屈曲した２つの接続配管により接続されている。従って、第１熱交換器及び第２熱交換器の内側ヘッダ同士を接続する接続配管があることにより、第１熱交換器及び第２熱交換器の少なくとも１つの長手方向の長さの実装面積が小さくなってしまうという問題がある。

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、第１熱交換器と第１熱交換器に接続された第２熱交換器とを有する熱交換器の実装面積を向上することが出来る熱交換器、空気調和装置の室外機及び空気調和装置を提供することを目的とする。

本開示による熱交換器によれば、間隔を空けて配置された複数の伝熱管を有する第１熱交換体と、前記第１熱交換体の複数の伝熱管の上側又は下側の一端に設けられた第１内側ヘッダと、前記第１熱交換体の通風方向に設けられ、間隔を空けて配置された複数の伝熱管を有する第２熱交換体と、前記第２熱交換体の複数の伝熱管の上側又は下側の一端に設けられた第１外側ヘッダとを含む第１熱交換器と、間隔を空けて配置された複数の伝熱管を有する第３熱交換体と、前記第３熱交換体の複数の伝熱管の上側又は下側の一端に設けられた第２内側ヘッダと、前記第３熱交換体との通風方向に設けられ、間隔を空けて配置された複数の伝熱管を有する第４熱交換体と、前記第４熱交換体の複数の伝熱管の前記第１外側ヘッダと同じ側の上側又は下側の一端に設けられた第２外側ヘッダとを含む第２熱交換器と、前記第１外側ヘッダと前記第２外側ヘッダとを接続し、屈曲部を有する接続配管とを具備し、前記第１内側ヘッダと前記第２内側ヘッダとを接続する配管は設けられておらず、前記第１熱交換器から前記第２熱交換器へ流れる冷媒及び前記第２熱交換器から前記第１熱交換器へ流れる冷媒は、前記接続配管のみを流れる。

本開示によれば、第１外側ヘッダと、第２外側ヘッダとは接続配管で接続されている。そして、第１熱交換器から第２熱交換器へ流れる冷媒及び第２熱交換器から第１熱交換器へ流れる冷媒は、接続配管のみを流れる。従って、本開示の熱交換器によれば、第１熱交換体の内側ヘッダと第３熱交換体の内側ヘッダとを接続する接続配管を必要としないので、熱交換器の実装面積を向上することが出来る。

実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の室外機を示す斜視図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器を示す斜視図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の第１外側ヘッダの一例を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の第１外側ヘッダの管延方向に直交する断面の一例を示す断面図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するための比較例を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の効果を説明するための図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器の複数の扁平管の１本あたりの流路断面積を示す図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器３ｂの冷媒の流れを説明するための図である。 実施の形態３に係る空気調和装置の第１外側ヘッダと第２外側ヘッダとの接続関係を説明するための図である。

以下、図面を参照して、実施の形態に係る空気調和装置について説明する。なお、図面において、同一の構成要素には同一符号を付して説明し、重複説明は必要な場合にのみ行なう。本開示は、以下の各実施の形態で説明する構成のうち、組合せ可能な構成のあらゆる組合せを含み得る。

実施の形態１．
＜空気調和装置１００の構成＞
図１は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷媒回路図である。図１に示すように、空気調和装置１００は、室外機１０及び複数の室内機１１、１２及び１３を備える。室外機１０には、複数の室内機１１、１２及び１３が接続される。室内機１１、１２及び１３は、互いに並列に接続される。冷媒は、室外機１０と複数の室内機１１、１２及び１３との内部を冷媒が循環する。空気調和装置１００は、マルチ型空気調和装置である。なお、本実施の形態１では、室外機１０に３台の室内機１１、１２及び１３が接続されている。しかし、実施の形態１は、室外機１０に接続される室内機の接続台数を限定するものではない。

空気調和装置１００は、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、膨張弁５と、室内熱交換器６と、アキュムレータ８と、が冷媒配管で接続された冷媒回路を有する。室外熱交換器３においては、ファン４によって発生する風によって内部に流れる冷媒と空気とが熱交換される。室内熱交換器６においては、ファン７によって発生する風によって内部に流れる冷媒と空気とが熱交換される。

冷房運転時には、圧縮機１にて圧縮された高温高圧のガスの冷媒は、四方弁２を介して、四方弁２と室外熱交換器３とを接続する冷媒配管２６から室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３に流入した冷媒は、ファン４によって発生する風と熱交換が行なわれた後、室外熱交換器３と膨張弁５とを接続する冷媒配管２７から流出する。暖房運転の場合、すなわち室外熱交換器３が蒸発器として機能する場合には、冷媒が上述の凝縮器の場合の冷媒流れ方向と逆に流れる。

＜空気調和装置１００の室外機１０の構成＞
図２は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の室外機１０を示す斜視図である。図２に示すように、空気調和装置１００の室外機１０は、圧縮機１と、ファン４と、室外熱交換器３とを有する。室外熱交換器３は、４つの第１室外熱交換器３ａ、第２室外熱交換器３ｂ、第３室外熱交換器３ｃ及び第４室外熱交換器３ｄとを備える。空気調和装置１００の室外機１０の筐体９は、直方体部９ａと、ファン収納部９ｂとを有する。直方体部９ａには、圧縮機１及び４つの第１室外熱交換器３ａ～第４室外熱交換器３ｄが配置される。４つの第１室外熱交換器３ａ～第４室外熱交換器３ｄは、筐体９の直方体部９ａの側面にそれぞれ取り付けられる。ファン収納部９ｂは、直方体部９ａの上部に形成され、ファン４が配置される。

各第１室外熱交換器３ａ～第４室外熱交換器３ｄは、ファン４に近い位置であって、直方体部９ａのファン４の吸気効率が高い上部に配置されている。

ファン４は、室外熱交換器３の上方に配置され、上向きに空気を吹き出す。すなわち、空気調和装置１００の室外機１０は、上向きに空気を吹き出すファン４が室外熱交換器３の上方に配置されるトップフロー型である。

圧縮機１は、筐体９の直方体部９ａの内部の下部に配置されている。第１室外熱交換器３ａ～第４室外熱交換器３ｄの下端は、圧縮機１の上端よりも高い位置にある。

第１室外熱交換器３ａと第２室外熱交換器３ｂとは、Ｌ字形状の接続配管３１（図２参照）により接続される。第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂは、１つの熱交換器としての機能を有する。同様に、第３室外熱交換器３ｃと第４室外熱交換器３ｄとは、Ｌ字形状の接続配管により接続され、第３室外熱交換器３ｃ及び第４室外熱交換器３ｄは、１つの熱交換器としての機能を有する。

＜第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂの構成＞
図３は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂを示す斜視図である。ここでは、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂが代表して説明される。第３室外熱交換器３ｃの構成は第１室外熱交換器３ａと同様であり、第４室外熱交換器３ｄの構成は第２室外熱交換器３ｂと同様である。第３室外熱交換器３ｃと第４室外熱交換器３ｄとの説明は、実施の形態１においては省略する。図中の白抜き矢印は、ファン４によって発生する風の流れを示す。

図３に示すように、第１室外熱交換器３ａの第１外側ヘッダ２４ａａは、第２室外熱交換器３ｂの第２外側ヘッダ２４ｂｂと接続配管３１で接続されている。

接続配管３１は、Ｌ字形状の屈曲管であり、屈曲部３１ｒを有する。ここで屈曲部３１ｒとは、接続配管３１のうち、直線部分以外の所定の曲率を有する部分である。第１室外熱交換器３ａから第２室外熱交換器３ｂへ流れる冷媒及び第２室外熱交換器３ｂから第１室外熱交換器３ａへ流れる冷媒は、接続配管３１のみを流れる。

第１室外熱交換器３ａは、第１熱交換体２０ａａ及び第２熱交換体２０ａｂを有する。第１熱交換体２０ａａは、鉛直方向を管延伸方向とし、水平方向に間隔を空けて配列された複数の扁平管２１を有する。第２熱交換体２０ａｂは、鉛直方向を管延伸方向とし、水平方向に間隔を空けて配列された複数の扁平管２１を有する。

第１熱交換体２０ａａは、扁平管２１に接合されたフィン２２を有する。第２熱交換体２０ａｂは、扁平管２１に接合されたフィン２２を有する。複数の扁平管２１は、ファン４によって発生した風が流れるように、間隔を空けて水平方向に配置される。複数の扁平管２１は、上下方向に延びるように配置される。複数の扁平管２１の管内には、冷媒が上下方向に流れる。第１熱交換体２０ａａの複数の扁平管２１は、第２熱交換体２０ａｂの複数の扁平管２１と通風方向に平行に配置される。

第１熱交換体２０ａａのフィン２２は、第１熱交換体２０ａａの隣り合う扁平管２１の間にわたって接続され、扁平管２１に伝熱する。第２熱交換体２０ａｂのフィン２２は、第２熱交換体２０ａｂの隣り合う扁平管２１の間にわたって接続され、扁平管２１に伝熱する。

なお、フィン２２は、空気と冷媒との熱交換効率を向上させるものであり、例えば、コルゲートフィンが用いられる。しかし、フィン２２は、コルゲートフィンに限定されるものではない。扁平管２１の表面で空気と冷媒との熱交換が行われるため、フィン２２は無くてもよい。

第１室外熱交換器３ａの風下側の第１熱交換体２０ａａの下部には、第１内側ヘッダ２３ａが設けられている。第１内側ヘッダ２３ａには、第１室外熱交換器３ａの第１熱交換体２０ａａの複数の扁平管２１の下端部が挿入されている。第１内側ヘッダ２３ａは、空気調和装置１００の冷媒回路の冷媒配管２６に接続され、冷媒回路からホットガス冷媒が流入される。第１内側ヘッダ２３ａは、ガスヘッダとも呼ばれる。第１内側ヘッダ２３ａには、冷房運転時には、圧縮機１からの高温高圧のガス冷媒が流入する。暖房運転時には、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂで熱交換された後の冷媒が第１内側ヘッダ２３ａから流出する。

風上側の第１熱交換体２０ａａの下部には、第１外側ヘッダ２４ａａが設けられている。第１外側ヘッダ２４ａａは、第１内側ヘッダ２３ａと通風方向に平行に配置されている。第１外側ヘッダ２４ａａは、接続配管３１を介して、第２室外熱交換器３ｂの第２外側ヘッダ２４ｂｂに接続される。

第１熱交換体２０ａａ及び第２熱交換体２０ａｂの上部には、第１折り返しヘッダ２５ａが設けられている。第１折り返しヘッダ２５ａには、第１内側ヘッダ２３ａ及び第１外側ヘッダ２４ａａに挿入された複数の扁平管２１の上端部が挿入される。

第２室外熱交換器３ｂは、第３熱交換体２０ｂａ及び第４熱交換体２０ｂｂを有する。第３熱交換体２０ｂａは、鉛直方向を管延伸方向とし、水平方向に間隔を空けて配列された複数の扁平管２１を有する。第４熱交換体２０ｂｂは、鉛直方向を管延伸方向とし、水平方向に間隔を空けて配列された複数の扁平管２１を有する。

第３熱交換体２０ｂａは、扁平管２１に接合されたフィン２２を有する。第４熱交換体２０ｂｂは、扁平管２１に接合されたフィン２２を有する。複数の扁平管２１は、ファン４によって発生した風が流れるように、間隔を空けて水平方向に配置される。複数の扁平管２１は、上下方向に延びるように配置される。複数の扁平管２１の管内には、冷媒が上下方向に流れる。第３熱交換体２０ｂａの複数の扁平管２１は、第４熱交換体２０ｂｂの複数の扁平管２１と通風方向に平行に配置される。

第３熱交換体２０ｂａのフィン２２は、第３熱交換体２０ｂａの隣り合う扁平管２１の間にわたって接続され、扁平管２１に伝熱する。第４熱交換体２０ｂｂのフィン２２は、第４熱交換体２０ｂｂの隣り合う扁平管２１の間にわたって接続され、扁平管２１に伝熱する。

第２室外熱交換器３ｂの風下側の第３熱交換体２０ｂａの下部には、第２内側ヘッダ２３ｂが設けられている。第２内側ヘッダ２３ｂには、第２室外熱交換器３ｂの第３熱交換体２０ｂａの複数の扁平管２１の下端部が挿入されている。第２内側ヘッダ２３ｂには、第２室外熱交換器３ｂの第３熱交換体２０ｂａの複数の扁平管２１の下端部が直接挿入されている。第２内側ヘッダ２３ｂは、空気調和装置１００の冷媒回路の冷媒配管２７に接続される。第２内側ヘッダ２３ｂには、冷房運転時に第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂで熱交換された後の冷媒が冷媒配管２７に出力される。暖房運転時には、膨張弁５からの冷媒が第２内側ヘッダ２３ｂに流入する。

風上側の第４熱交換体２０ｂｂの下部には、第２外側ヘッダ２４ｂｂが設けられている。第２外側ヘッダ２４ｂｂは、第２内側ヘッダ２３ｂと通風方向に平行に配置されている。第２外側ヘッダ２４ｂｂは、接続配管３１を介して、第１室外熱交換器３ａの第１外側ヘッダ２４ａａに接続される。

第３熱交換体２０ｂａ及び第４熱交換体２０ｂｂの上部には、第２折り返しヘッダ２５ｂが設けられている。第２折り返しヘッダ２５ｂには、第２内側ヘッダ２３ｂ及び第２外側ヘッダ２４ｂｂに挿入された複数の扁平管２１の上端部が挿入される。

複数の扁平管２１、フィン２２、第１内側ヘッダ２３ａ、第２内側ヘッダ２３ｂ、第１外側ヘッダ２４ａａ、第２外側ヘッダ２４ｂｂ、第１折り返しヘッダ２５ａ、第２折り返しヘッダ２５ｂ及び冷媒配管２６、２７は、いずれもアルミニウム製である。

なお、実施の形態１においては、第１室外熱交換器３ａと、第２室外熱交換器３ｂとは、略水平方向直角に配置されている場合を示しているが、本開示は、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂが略直角に配置される場合に限られない。本開示の室外熱交換器３は、第２室外熱交換器３ｂの方向が、第１室外熱交換器３ａの方向と異なる場合を含む。

＜第１外側ヘッダ２４ａａ及び第２外側ヘッダ２４ｂｂ＞
図４は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の第１外側ヘッダ２４ａａの一例を示す図である。図５は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の第１外側ヘッダ２４ａａの管延方向に直交する断面の一例を示す断面図である。なお、図５では、第１外側ヘッダ２４ａａを示すが、第２外側ヘッダ２４ｂｂも同様の構成である。図４及び図５に示すように、第１外側ヘッダ２４ａａは、風上側の第１熱交換体２０ａａの下部に設けられる。第１外側ヘッダ２４ａａは、内管２４ａと外管２４ｂとを有する２重管構造であると、気液二相冷媒を比較的均一に分配することができ、第１外側ヘッダ２４ａａが通常の管構造である場合に比して、分配性能が良い。第２外側ヘッダ２４ｂｂも第１外側ヘッダ２４ａａと同様に、内管と外管とを有する２重管構造であると、気液二相冷媒を比較的均一に分配することができ、第２外側ヘッダ２４ｂｂが通常の管構造である場合に比して、分配性能が良い。

内管２４ａは、円管である。内管２４ａには、冷媒が流通する複数の冷媒流通孔２４ｃが間隔を空けて形成されている。冷媒流通孔２４ｃは、内管２４ａの下部に設けられている。

なお、冷媒流通孔２４ｃの位置は、隣り合う扁平管２１の間であっても良い。また、冷媒流通孔２４ｃが設けられる位置は、例えば、外管２４ｂを流れる冷媒の液面の位置であっても良い。具体的には、冷媒流通孔２４ｃは、内管２４ａの中心から見た内管２４ａの中心を通る鉛直線の内管２４ａの下端から冷媒流通孔２４ｃが存在する位置までの角度θが１０°≦｜θ｜≦８０°の範囲に設けられる。この場合、冷媒流通孔２４ｃが設けられた位置の内管２４ａの鉛直方向の断面には、冷媒流通孔２４ｃが１つのみである。

外管２４ｂの内部には、内管２４ａが挿入される。外管２４ｂは、下方を円弧状に形成された断面Ｕ字状の管である。断面Ｕ字状の外管２４ｂは、下方に向けて開口した冷媒流通孔２４ｃからの冷媒を円弧に沿って上方に滑らかに変化させる。内管２４ａ及び外管２４ｂは、管延伸方向に真っ直ぐに延びている。内管２４ａと外管２４ｂとは、ロウ付けによって接合される。

第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂが凝縮器として機能する場合、冷媒が第１室外熱交換器３ａの第１折り返しヘッダ２５ａから風上側の第２熱交換体２０ａｂの扁平管２１を介して外管２４ｂに流入する。第１外側ヘッダ２４ａａの外管２４ｂに流入した冷媒は、内管２４ａに設けられた冷媒流通孔２４ｃから内管２４ａに流入する。内管２４ａに流入した冷媒は、接続配管３１を介して第２室外熱交換器３ｂの第２外側ヘッダ２４ｂｂに流入する。

接続配管３１は、内側の内管２４ａを屈曲させて構成されている。すなわち、第１外側ヘッダ２４ａａの内管２４ａは、接続配管３１であっても良い。接続配管３１は、第２外側ヘッダ２４ｂｂの内管に接続される。

＜冷媒回路の動作＞
次に、図１の冷媒回路の動作について簡単に説明する。暖房運転の場合には、冷媒が圧縮機１により圧縮され、高温高圧のガスとなった冷媒が四方弁２を介して複数の室内熱交換器６に流入する。室内熱交換器６に流入した冷媒は、ファン７によって発生される風によって放熱して凝縮し、液化する。液化した冷媒は、膨張弁５によって減圧され、低温低圧の気液二相状態となって冷媒配管２７を介して室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３に流入した冷媒は、ファン４によって発生する空気と熱交換して蒸発してガス化し、第１内側ヘッダ２３ａを介して流出する。第１内側ヘッダ２３ａを介して流出した冷媒は、冷媒配管２６、アキュムレータ８を順に介して再び圧縮機１に吸入され、冷媒回路を循環する。また、冷媒回路内には、冷媒の他に、圧縮機１の駆動に必要な冷凍機油も循環する。一方、冷房運転の場合には、冷媒及び冷凍機油の流れが冷媒回路内を逆回転する。

＜第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂの動作＞
ここでは、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂの動作が代表して説明される。第３室外熱交換器３ｃの冷媒の流れは第１室外熱交換器３ａと同様であり、第４室外熱交換器３ｄの冷媒の流れは第２室外熱交換器３ｂと同様である。第３室外熱交換器３ｃと第４室外熱交換器３ｄとの説明は、実施の形態１においては省略する。

冷房運転の場合、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂが凝縮器として機能する。圧縮機１により圧縮され、高温高圧ガスとなった冷媒は、四方弁２を介して、室外熱交換器３に流入する。高温高圧ガスの冷媒のうち、第３室外熱交換器３ｃに流入する冷媒以外の冷媒は、冷媒配管２６を介して第１室外熱交換器３ａの第１内側ヘッダ２３ａに流入する。第１内側ヘッダ２３ａに流入した冷媒は、第１内側ヘッダ２３ａに挿入された複数の扁平管２１を上昇し、ファン４によって発生した風に乗る空気と熱交換して徐々に液化しながら、第１室外熱交換器３ａの第１折り返しヘッダ２５ａに到達する。第１折り返しヘッダ２５ａに到達した冷媒は、第１室外熱交換器３ａの第２熱交換体２０ａｂの複数の扁平管２１を下降し、第１外側ヘッダ２４ａａに到達する。第１外側ヘッダ２４ａａに到達して合流した冷媒は、接続配管３１を介して、第２室外熱交換器３ｂの第２外側ヘッダ２４ｂｂに流入する。

第２外側ヘッダ２４ｂｂに到達した冷媒は、第２室外熱交換器３ｂの第４熱交換体２０ｂｂの複数の扁平管２１を上昇し、ファン４によって発生した風に乗る空気と熱交換して徐々に液化しながら、第２室外熱交換器３ｂの第２折り返しヘッダ２５ｂに到達する。第２折り返しヘッダ２５ｂに到達した冷媒は、第３熱交換体２０ｂａの複数の扁平管２１を下降し、第２内側ヘッダ２３ｂに到達し、冷媒配管２７から膨張弁５に出力される。一方、暖房運転の場合、すなわち室外熱交換器３が蒸発器として機能する場合には、冷媒が上述の凝縮器の場合の冷媒流れ方向と逆に流れる。

なお、実施の形態１では、空気調和装置１００の室外熱交換器３について説明したが、実施の形態１の第１室外熱交換器３ａと第２室外熱交換器３ｂとの接続配管３１による接続構成は、室内熱交換器６にも適用することが出来る。

また、実施の形態１においては、第１外側ヘッダ２４ａａと第２外側ヘッダ２４ｂｂとが接続配管３１を介して接続される場合について説明した。第１折り返しヘッダ２５ａに内側ヘッダ及び外側ヘッダがあり、第２折り返しヘッダ２５ｂに内側ヘッダ及び外側ヘッダがある場合には、第１折り返しヘッダ２５ａの外側ヘッダと第２折り返しヘッダ２５ｂの外側ヘッダとを接続配管３１で接続しても良い。

＜実施の形態１の効果＞
直交する方向に延びるヘッダを接続するには、曲がった接続配管が必要となる。この接続配管は、冷媒の抵抗抑制のため接続配管の曲がりはなるべく曲線状が良い。しかし、特に、内側側の接続配管の曲率の確保のため、ヘッダ間には大きなスペースが必要であった。

実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、第１外側ヘッダ２４ａａと、第２外側ヘッダ２４ｂｂとは接続配管３１で接続されている。そして、第１室外熱交換器３ａから第２室外熱交換器３ｂへ流れる冷媒及び第２室外熱交換器３ｂから第１室外熱交換器３ａへ流れる冷媒は、接続配管３１のみを流れる。従って、第１熱交換体の第１内側ヘッダ２３ａと第３熱交換体の第２内側ヘッダ２３ｂとを接続する接続配管を必要としないので、第１熱交換体２０ａａと第２熱交換体２０ａｂとの実装面積を向上することが出来る。

図６は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の効果を説明するための比較例を示す図である。図７は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の効果を説明するための図である。

図６に示すように、第１室外熱交換器３ａの内側に配置された第１熱交換体２０ａａの第１内側ヘッダ２３ａと、第２室外熱交換器３ｂの内側に配置された第３熱交換体２０ｂａの第２内側ヘッダ２３ｂとは、接続配管３１ａにより接続される。また、第１室外熱交換器３ａの外側に配置された第１外側ヘッダ２４ａａと、第２室外熱交換器３ｂの外側に配置された第２外側ヘッダ２４ｂｂとは、接続配管３１ｂにより接続される。

一方、実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、第１室外熱交換器３ａと第２室外熱交換器３ｂとは、１本の接続配管３１のみで接続されている。接続配管３１は、外側に配置された第１外側ヘッダ２４ａａと、外側に配置された第２外側ヘッダ２４ｂｂとを接続する。

従って、実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、図７に示すように、接続配管３１ｂを必要としないので、第１熱交換体２０ａａと第２熱交換体２０ａｂとの長さをＬだけ延長することが出来る。その結果、第１熱交換体２０ａａ及び第２熱交換体２０ａｂの実装面積を向上することが出来る。

また、接続配管３１は、第１外側ヘッダ２４ａａの内管２４ａと、第２外側ヘッダ２４ｂｂの内管とを接続する。従って、接続配管３１が、第１外側ヘッダ２４ａａの外管２４ｂと、第２外側ヘッダ２４ｂｂの外管とを接続する場合に比して、さらに、第１熱交換体２０ａａ及び第２熱交換体２０ａｂの実装面積を向上することが出来る。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１において、第２室外熱交換器３ｂの第２外側ヘッダ２４ｂｂ、第２内側ヘッダ２３ｂ及び第２折り返しヘッダ２５ｂの冷媒流路を塞ぐ仕切りを設ける。なお、実施の形態２においては、仕切りによる冷媒の流れの関係上、冷媒配管２７は、第２外側ヘッダ２４ｂｂに接続されているものとして説明する。

第２室外熱交換器３ｂの仕切りは、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂが凝縮器として機能する場合、仕切りにより仕切られた第２折り返しヘッダ２５ｂ及び第２外側ヘッダ２４ｂｂの領域のうち、冷媒が上昇流となる冷媒流動領域に接続された複数の扁平管２１の冷媒流路断面積がガス冷媒から液冷媒に相変化していく過程において小さくなるように設けられる。具体的には、実施の形態２においては、第２室外熱交換器３ｂが凝縮器として機能する場合に、仕切りにより仕切られた第２折り返しヘッダ２５ｂ及び第２外側ヘッダ２４ｂｂの領域のうち、冷媒が上昇流となる下流側の領域における第２室外熱交換器３ｂの複数の扁平管２１の冷媒流路断面積が、冷媒が上昇流となる上流側の領域における第２室外熱交換器３ｂの複数の扁平管２１の冷媒流路断面積よりも小さい。

また、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂのうち、ガス冷媒流れの最も下流で、かつ、上昇流となる冷媒流動領域を流れる気液二相の冷媒流れは、フラッディング定数Ｃ＞１以上になる様に設計される。ここで、フラッディング定数Ｃは、該当領域に流入する凝縮器の中間負荷能力（５０％能力）運転での流量を基準として定義される。

フラッディング定数Ｃの定義は、例えば、一般的に知られているＷａｌｌｉｓの式によると
Ｃ＝Ｊ_Ｇ ^０．５＋Ｊ_Ｌ ^０．５ …（１）
で定義される。

ここで、Ｊ_Ｇは無次元ガス見かけ速度、Ｊ_Ｌは無次元液見かけ速度である。

Ｊ_Ｇ及びＪ_Ｌは以下の様に定義される。
Ｊ_Ｇ＝Ｕ_Ｇ×｛ρ_Ｇ ／ ［９．８１×Ｄ_ｅｑ （ρ_Ｌ－ρ_Ｇ）］｝^０．５ …（２）
Ｊ_Ｌ＝Ｕ_Ｌ×｛ρ_Ｌ ／ ［９．８１×Ｄ_ｅｑ （ρ_Ｌ－ρ_Ｇ）］｝^０．５ …（３）

図８は、実施の形態２に係る空気調和装置１００の第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂの複数の扁平管２１の１本あたりの流路断面積Ａ_１を示す図である。
ここで、
Ｄｅｑは、凝縮器として機能するとき、最も下流で、かつ上昇流となる流動領域に接続される扁平管本数と流路断面積で定義される相当直径［ｍ］であり、
Ａ_ｅｑ＝Ａ_１×Ｎ …（４）
Ｄ_ｅｑ＝［（４×Ａ_ｅｑ）／３．１４］^０．５ …（５）
で表される。

Ｎは、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂが凝縮器として機能するとき、最も下流で、かつ上昇流で流れる流動領域に接続される扁平管本数である。実施の形態２では、図９に示す領域Ｌ４に接続される扁平管本数が該当する。

また、ρ_Ｌ冷媒の液密度［ｋｇ／ｍ^３］、ρ_Ｇは冷媒のガス密度［ｋｇ／ｍ^３］である。ρ_Ｌ及びρ_Ｇは、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂに流入する冷媒の種類と圧力とによって算出可能な状態量である。

Ｕ_Ｇはガス見かけ速度［ｍ／ｓ］、Ｕ_Ｌは液見かけ速度［ｍ／ｓ］、ｘは冷媒乾き度であり、
Ｕ_Ｇ＝（Ｇ×ｘ）／ρ_Ｇ …（６）
Ｕ_Ｌ＝［Ｇ×（１－ｘ）］／ρ_Ｌ …（７）
で定義される。

ここで、Ｇは第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂに流入するガス冷媒の流速［ｋｇ／ｍ^２ｓ］、Ｍは第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂに流入するガス冷媒の流量［ｋｇ／ｓ］であり、Ｇ＝Ｍ／Ａ_ｅｑで求められる。

ｘは最も下流で、上昇流で流れる流動領域に流入する冷媒乾き度である。ｘは、例えば、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂでの熱交換量及び能力などから算出することが出来る。例えば、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂの入口～出口で冷媒乾き度が１→０まで変化し、かつ熱交換量∝伝熱面積と仮定する。この場合、ｘは、全体の扁平管本数に対する、対象とする流動領域の上流に位置する伝熱管本数の比で推算することが出来る。例えば、図９で考えると、以下のように定義される。

ｘ＝１－（領域Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の扁平管本数）
／（領域Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の扁平管本数） …（８）

図９は、実施の形態２に係る空気調和装置１００の第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂの冷媒の流れを説明するための図である。ここでは、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂを代表して説明するが、第３室外熱交換器３ｃは第１室外熱交換器３ａ及び第４室外熱交換器３ｄは第２室外熱交換器３ｂの構成と同様である。

冷房運転の場合、室外熱交換器３が凝縮器として機能する。圧縮機１により圧縮され、高温高圧ガスとなった冷媒のうち、第３室外熱交換器３ｃに流入する冷媒以外の冷媒は、冷媒配管２６を介して第１室外熱交換器３ａの第１内側ヘッダ２３ａ（図３参照）に流入する。第１内側ヘッダ２３ａに流入した冷媒は、第１内側ヘッダ２３ａに挿入された複数の扁平管２１（図３参照）を上昇し、ファン４（図２参照）によって発生した風に乗る空気と熱交換して徐々に液化しながら、第１室外熱交換器３ａの第１折り返しヘッダ２５ａ（図３参照）に到達する。第１折り返しヘッダ２５ａに到達した冷媒は、第１室外熱交換器３ａの第２熱交換体２０ａｂ（図３参照）の複数の扁平管２１を下降し、第１外側ヘッダ２４ａａ（図３参照）に到達する。第１外側ヘッダ２４ａａに到達して合流した冷媒は、接続配管３１を介して、第２室外熱交換器３ｂの第２外側ヘッダ２４ｂｂ（図３参照）に流入する。ここで、第１内側ヘッダ２３ａの領域が領域Ｌ１となる。

第２外側ヘッダ２４ｂｂ及び第２折り返しヘッダ２５ｂ（図３参照）には、仕切り４１ａが設けられる。第１折り返しヘッダ２５ａに設けられる仕切り４１ａは、第２外側ヘッダ２４ｂｂに設けられた仕切り４１ｂの直上に設けられる。

第２内側ヘッダ２３ｂ及び第２折り返しヘッダ２５ｂの仕切り４１ａよりも下流側には、仕切り４１ｂが設けられる。第２折り返しヘッダ２５ｂに設けられる仕切り４１ｂは、第２内側ヘッダ２３ｂに設けられた仕切り４１ｂの直上に設けられる。

第２室外熱交換器３ｂの第２外側ヘッダ２４ｂｂに到達した冷媒は、第２外側ヘッダ２４ｂｂを仕切り４１ａまで流れ、ターンする。仕切り４１ａによりターンした冷媒を含む第２外側ヘッダ２４ｂｂを流れる冷媒は、第２外側ヘッダ２４ｂｂから第４熱交換体２０ｂｂ（図３参照）の複数の扁平管２１を上昇する。複数の扁平管２１を上昇する冷媒は、ファン４によって発生した風に乗る空気と熱交換して徐々に液化しながら、第２室外熱交換器３ｂの第２折り返しヘッダ２５ｂに到達する。ここで、第２室外熱交換器３ｂの第２外側ヘッダ２４ｂｂの冷媒の入口から仕切り４１ａまでが領域Ｌ２となる。第２折り返しヘッダ２５ｂに到達した冷媒は、第２折り返しヘッダ２５ｂに設けられた仕切り４１ａによりターンし、領域Ｌ２に対応する領域の第３熱交換体２０ｂａの複数の扁平管２１を下降し、第２内側ヘッダ２３ｂに到達して合流する。

第２内側ヘッダ２３ｂに到達した冷媒は、第２内側ヘッダ２３ｂに設けられた仕切り４１ｂまで流れてターンする。第２外側ヘッダ２４ｂｂに設けられた仕切り４１ａに対応する位置から第２内側ヘッダ２３ｂに設けられた仕切り４１ｂまでの第２内側ヘッダ２３ｂの領域が領域Ｌ３となる。第２内側ヘッダ２３ｂを流れる冷媒は、第２内側ヘッダ２３ｂの領域Ｌ３の第３熱交換体２０ｂａの複数の扁平管２１を上昇し、ファン４によって発生した風に乗る空気と熱交換して徐々に液化しながら、第２折り返しヘッダ２５ｂに到達して合流する。第２折り返しヘッダ２５ｂの仕切り４１ｂに対応する位置から第２折り返しヘッダ２５ｂの終端までの領域が領域Ｌ４となる。第２折り返しヘッダ２５ｂに到達して合流した冷媒は、領域Ｌ４の第４熱交換体２０ｂｂの複数の扁平管２１を下降し、第２外側ヘッダ２４ｂｂに到達して合流する。

第２外側ヘッダ２４ｂｂに到達した冷媒は、冷媒配管２７を介して第２室外熱交換器３ｂから流出する。また、第２外側ヘッダ２４ｂｂの領域Ｌ４を流れる一部の冷媒は、領域Ｌ４に対応する領域の第３熱交換体２０ｂａ（図３参照）の複数の扁平管２１を下降し、第２内側ヘッダ２３ｂに到達して合流する。

一方、暖房運転の場合、すなわち室外熱交換器３が蒸発器として機能する場合には、冷媒が上述の凝縮器の場合の冷媒流れ方向と逆に流れる。

なお、第１室外熱交換器３ａの第１外側ヘッダ２４ａａと、第２室外熱交換器３ｂの第２外側ヘッダ２４ｂｂとは、接続配管３１のみで接続されていれば良い。また、仕切りの位置及び数は、実施の形態２において説明した位置及びに限られない。

実施の形態２の空気調和装置１００によれば、第２折り返しヘッダ２５ｂ及び第２外側ヘッダ２４ｂｂに仕切り４１ａが設けられる。また、第２内側ヘッダ２３ｂに仕切り４１ｂが設けられる。

第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂが凝縮器として機能する場合、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂの冷媒が上昇流となる下流側の領域における複数の扁平管２１の流路断面積は、上流側の領域における複数の扁平管２１の冷媒流路断面積よりも小さい。従って、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂを凝縮器として機能させる場合、下流側の領域における冷媒流路断面積が上流側の冷媒流路断面積に比して小さいので、冷媒の圧力が増し、その結果、冷媒の流速を増加することが出来る。また、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂの熱交換性能を向上することが出来る。

実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２においては、第１室外熱交換器３ａと第２室外熱交換器３ｂとの接続は、Ｌ字形状の接続配管３１により接続していた。実施の形態３の空気調和装置１００は、第１室外熱交換器３ａと第２室外熱交換器３ｂとの接続は、Ｌ字形状の接続配管３１が使用されない。実施の形態３においては、第１外側ヘッダ２４ａａが延伸される。そして、第１外側ヘッダ２４ａａと第２外側ヘッダ２４ｂｂとは、直線状の接続配管５１により接続される。

図１０は、実施の形態３に係る空気調和装置１００の第１外側ヘッダ２４ａａと第２外側ヘッダ２４ｂｂとの接続関係を説明するための図である。

図１０に示すように、外側に配置された第１外側ヘッダ２４ａａは、第１内側ヘッダ２３ａａよりも長く、延伸するように形成されている。第１内側ヘッダ２３ａａと、第２外側ヘッダ２４ｂｂとは直線状の接続配管５１により接続される。

実施の形態３に係る空気調和装置１００によれば、第１外側ヘッダ２４ａａが延伸される。延伸された第１内側ヘッダ２３ａａと、第２外側ヘッダ２４ｂｂとは、直線状の接続配管５１により接続される。

従って、第１内側ヘッダ２３ａａと、第２外側ヘッダ２４ｂｂとを屈曲部３１ｒを有する接続配管３１を使用することなく、直線状の接続配管５１を使用して接続することができるので、配管の位置決め性能を向上することが出来る。その結果、位置決めに用いる配管スペースを減らすことが出来、第１室外熱交換器３ａ及び第２室外熱交換器３ｂの実装面積を向上することが出来る。

実施の形態１、実施の形態２及び実施の形態３の第１室外熱交換器３ａは第１熱交換器、第２室外熱交換器３ｂは第２熱交換器とも称する。また、第２折り返しヘッダ２５ｂは、共通ヘッダとも称する。

実施の形態は、例として提示したものであり、請求の範囲を限定することは意図していない。実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、実施の形態の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことが出来る。これら実施の形態及びその変形は、実施の形態の範囲及び要旨に含まれる。

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、３ａ 第１室外熱交換器、３ｂ 第２室外熱交換器、３ｃ 第３室外熱交換器、３ｄ 第４室外熱交換器、４ ファン、５ 膨張弁、６ 室内熱交換器、７ ファン、８ アキュムレータ、９ 筐体、９ａ 直方体部、９ｂ ファン収納部、１０ 室外機、１１、１２、１３ 室内機、２０ａａ 第１熱交換体、２０ａｂ 第２熱交換体、２０ｂａ 第３熱交換体、２０ｂｂ 第４熱交換体、２１ 扁平管、２２ フィン、２３ａ 第１内側ヘッダ、２３ｂ 第２内側ヘッダ、２４ａａ 第１外側ヘッダ、２４ｂｂ 第２外側ヘッダ、２４ａ 内管、２４ｂ 外管、２４ｃ 冷媒流通孔、２５ａ 第１折り返しヘッダ、２５ｂ 第２折り返しヘッダ、２６、２７ 冷媒配管、３１ 接続配管、３１ｒ 屈曲部、４１ａ 第１仕切り、４１ｂ 第２仕切り、５１ 接続配管、１００ 空気調和装置、Ａ_１ 扁平管２１の１本あたりの流路断面積。

Claims (7)

1. 間隔を空けて配置された複数の伝熱管を有する第１熱交換体と、前記第１熱交換体の複数の伝熱管の上側又は下側の一端に設けられた第１内側ヘッダと、前記第１熱交換体の通風方向に設けられ、間隔を空けて配置された複数の伝熱管を有する第２熱交換体と、前記第２熱交換体の複数の伝熱管の上側又は下側の一端に設けられた第１外側ヘッダとを含む第１熱交換器と、
   間隔を空けて配置された複数の伝熱管を有する第３熱交換体と、前記第３熱交換体の複数の伝熱管の上側又は下側の一端に設けられた第２内側ヘッダと、前記第３熱交換体との通風方向に設けられ、間隔を空けて配置された複数の伝熱管を有する第４熱交換体と、前記第４熱交換体の複数の伝熱管の前記第１外側ヘッダと同じ側の上側又は下側の一端に設けられた第２外側ヘッダとを含む第２熱交換器と、
   前記第１外側ヘッダと前記第２外側ヘッダとを接続し、屈曲部を有する接続配管と
   を具備し、
   前記第１内側ヘッダと前記第２内側ヘッダとを接続する配管は設けられておらず、
   前記第１熱交換器から前記第２熱交換器へ流れる冷媒及び前記第２熱交換器から前記第１熱交換器へ流れる冷媒は、前記接続配管のみを流れる、
   熱交換器。
2. 前記第１外側ヘッダは、冷媒流通孔を有する第１内管と、前記第１内管を収容する第１外管とを有する２重構造の配管であり、
   前記第２外側ヘッダは、冷媒流通孔を有する第２内管と、前記第２内管を収容する第２外管とを有する２重構造の配管であり、
   前記接続配管は、前記第１外側ヘッダの前記第１内管と、前記第２外側ヘッダの前記第２内管とを接続する
   請求項１記載の熱交換器。
3. 前記第２熱交換器は、
   前記第３熱交換体の複数の伝熱管の他端側及び前記第４熱交換体の複数の伝熱管の他端側に設けられ、前記第３熱交換体と前記第４熱交換体とに共通に設けられた共通ヘッダと
   を具備し、
   前記共通ヘッダ及び前記第２外側ヘッダには、冷媒が通過するのを防止する仕切りが設けられ、
   前記熱交換器が凝縮器として機能する場合に、前記仕切りにより仕切られた前記共通ヘッダ及び前記第２外側ヘッダの領域のうち、前記冷媒が上昇流となる下流側の領域における前記第２熱交換器の複数の伝熱管の冷媒流路断面積が、前記冷媒が上昇流となる上流側の領域における前記第２熱交換器の複数の伝熱管の冷媒流路断面積よりも小さい、
   請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記第１熱交換器は、
   前記第１外側ヘッダは、前記第１内側ヘッダよりも長く、
   前記接続配管は、直線状である、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器の上部に配置されたファンを具備し、
   前記第２熱交換体は前記第１熱交換体よりも前記ファンから見て平面視して外側に位置し、
   前記第４熱交換体は前記第３熱交換体よりも前記ファンから見て平面視して外側に位置する
   請求項１～４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の熱交換器を含む空気調和装置の室外機。
7. 請求項６記載の空気調和装置の室外機を含む空気調和装置。

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