JPWO2020194442A1 - 熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

ドレン水が滞留し易い熱交換器下部の凍結を抑制し、冷媒回路内の冷媒量を削減できる熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。この発明は、熱交換器と、熱交換器に空気を送る送風機と、を備える熱交換器ユニットである。熱交換器は、複数の熱交換領域を有する主熱交換部と、主熱交換部の下方に位置し、複数の冷媒流路を備える補助熱交換部と、複数の冷媒流路に接続された一次分配器と、複数の冷媒流路のそれぞれの流量を調整する流量調整部と、を備える。流量が調整された複数の冷媒流路のうち最も下に位置する第１冷媒流路の調整流量は、最も多く、第１冷媒流路は、主熱交換部の複数の熱交換領域のうち送風機の回転中心に最も近い第１熱交換領域に接続されている。

Description

本発明は、熱交換器及び冷凍サイクル装置に関し、特に熱交換器を通過する風量分布に応じて熱交換器の冷媒流量を調整する構造に関する。

近年、空気調和装置は、冷媒回路内の冷媒量の削減、熱交換器の高性能化のため、熱交換器の伝熱管の細径化が進んでおり、伝熱管に扁平多穴間が用いられている。伝熱管が細径化する場合、伝熱管を通過する冷媒の圧力損失の増加を抑制する必要がある。そのため熱交換器は、パス数（分岐数）が増加している。熱交換器の冷媒分岐数の多数化に対応して、熱交換器には冷媒分配器が設けられ、熱交換器が蒸発器として作用する場合には、各伝熱管の熱負荷に合わせて冷媒を適正に分配することが求められる。一方、熱交換器が凝縮器として作用する場合には、密度の高い液冷媒が熱交換器に流れるが、熱交換器の多分岐化によって冷媒の流速が低下し、熱伝達率が低下する。

これを抑制するため、熱交換器は、凝縮器として作用する際に、冷媒分岐数が多く二相冷媒が流れる主熱交換領域と、冷媒分岐数が少なく主熱交換領域で凝縮した液冷媒が流れる補助熱交換領域とを備える。そして、このような流路構成をとることにより、熱交換器は、液冷媒の熱伝達率低下を抑制し、蒸発性能と凝縮性能の両立を図れる（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１３−０８３４１９号公報

しかし、特許文献１に開示されている熱交換器において、伝熱管として扁平管が用いられる場合は、扁平管の上面にドレン水が滞留し易い。特に、ドレン水が多く発生する除霜運転時には、熱交換器の下部にドレン水が滞留しやすい。ドレン水が滞留しやすい熱交換器下部は、除霜運転時において最も下流に位置しているため、過熱ガス冷媒が熱交換器下部に到達するまでに冷媒が放熱され、十分な熱量が届かず熱交換器下部の滞留水の氷結が発生しやすいという課題があった。また、熱交換器下部に発生した霜及び氷を融解し除去するためには、長時間の除霜運転が必要となるという課題があった。

また、特許文献１に開示されている熱交換器は、主熱交換領域とその下方に位置する補助熱交換領域とを有している。そして、主熱交換領域及び補助熱交換領域は、それぞれ複数の熱交換領域を備えている。複数の熱交換領域は、それぞれ冷媒流量が均等になるように構成されている。熱交換器に送り込まれる空気は、熱交換器の各部において、流量が均等ではなく、例えば送風機の配置により空気の流量にばらつきがある。よって、熱交換器は、複数の熱交換領域のそれぞれの出口において冷媒状態にばらつきが生じ、熱交換性能を十分に発揮出来ないという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、除霜運転においてはドレン水が滞留し易い熱交換器下部の除霜し易くし、かつ蒸発器として作用する際には熱交換器の各部を流れる冷媒流量を適正化し熱交換性能を十分に発揮できる熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

本発明に係る熱交換器ユニットは、熱交換器と、前記熱交換器に空気を送る送風機と、を備える熱交換器ユニットであって、前記熱交換器は、複数の熱交換領域を有する主熱交換部と、前記主熱交換部の下方に位置し、複数の冷媒流路を備える補助熱交換部と、前記複数の冷媒流路に接続された一次側分配器と、前記複数の冷媒流路のそれぞれの流量を調整する流量調整部と、を備え、流量が調整された前記複数の冷媒流路のうち最も下に位置する第１冷媒流路の調整流量は、最も多く、前記第１冷媒流路は、前記主熱交換部の前記複数の熱交換領域のうち前記送風機の回転中心に最も近い第１熱交換領域に接続されているものである。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記熱交換器ユニットを備えるものである。

本発明によれば、上記構成により、除霜運転の際に、滞留水の氷結が生じ易い補助熱交換部の最下部の冷媒流路の流量が最も多くなるため、補助熱交換部の最下部の氷をより効率的に溶融できる。更に、熱交換器が蒸発器として機能する場合に、補助熱交換部の最下部の冷媒流路が熱交換器の上部に位置する主熱交換部のうち最も送風機の回転中心に近い第１熱交換領域に接続されているため、熱交換器に流れ込む空気が最も多い熱交換領域の冷媒流量を最も多くすることができる。これにより、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路１の冷媒回路図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の室外熱交換器１０の冷媒回路図である。 実施の形態１に係る室外熱交換器１０に流入する風量の分布を示す図である。 実施の形態１に係る室外熱交換器１０の斜視図である。 実施の形態１に係る室外熱交換器１０の補助熱交換部４０の冷媒が流入する側から見た図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の室外熱交換器１０の変形例である室外熱交換器１０ａの冷媒回路図である。 実施の形態１に係る室外熱交換器１０の変形例である室外熱交換器１０ａに流入する風量の分布を示す図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の室外熱交換器２１０の冷媒回路図である。 熱交換器２１０に流入する風量の分布を示す図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００の室外熱交換器３１０の冷媒回路図である。 実施の形態３に係る室外熱交換器３１０の斜視図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００の室外熱交換器３１０の二分岐管３４５の拡大斜視図である。

以下に、熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置の実施の形態について説明する。なお、図面の形態は熱交換器ユニット及び冷凍サイクル装置の一例である。また、各図において同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。更に、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路１の冷媒回路図である。図１に示された冷凍サイクル装置１００は、例えば空気調和装置である。図１に示される様に、冷凍サイクル装置１００は、室内機８と室外機９とを接続配管９０、９１により接続して構成される。冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路１は、圧縮機２、四方弁７、室内熱交換器３、膨張装置５、及び室外熱交換器１０を冷媒配管により接続し、冷媒回路１を構成したものである。例えば冷凍サイクル装置１００が空気調和装置である場合には、冷媒配管内には冷媒が流通し、四方弁７により冷媒の流れを切り替えることにより、暖房運転と冷房運転又は除霜運転とを切り替えることができる。室内機８は、室内熱交換器３を備える。室外機９は、圧縮機２、四方弁７、膨張装置５、及び室外熱交換器１０を内部に備える。実施の形態１においては、冷凍サイクル装置１００として空気調和装置を例示しているが、冷凍サイクル装置１００は、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器などの冷凍用途又は空調用途に用いられるものである。

室内機８は、室内熱交換器３を備える。室外機９は、圧縮機２、四方弁７、膨張装置５、及び室外熱交換器１０を内部に備える。室外機９は、室外熱交換器１０に外気を送る送風機６を更に備える。室外機９は、熱交換器ユニットと称される場合がある。

圧縮機２、室内熱交換器３、膨張装置５、室外熱交換器１０、及び四方弁７は、冷媒が循環可能な冷媒回路１を構成している。冷凍サイクル装置１００では、冷媒回路１中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。圧縮機２は、冷媒を圧縮させる。圧縮機２は、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、又は往復圧縮機等である。

四方弁７は、冷凍サイクル装置１００において冷媒の流路を切り替え、冷媒回路１の冷媒の循環方向を変えるものである。四方弁７は、暖房運転時において、圧縮機２の吐出口と室内熱交換器３とを接続し、圧縮機２の吸入口と室外熱交換器１０とを接続するように切り替えられる。また、四方弁７は、冷房運転及び除湿運転時において、圧縮機２の吐出口と室外熱交換器１０とを接続し、圧縮機２の吸入口と室内熱交換器３とを接続するように切り替えられる。

室内熱交換器３は、冷凍サイクル装置１００が暖房運転する時には凝縮器として機能し、冷凍サイクル装置１００が冷房運転する時には蒸発器として機能する。

室外熱交換器１０は、冷凍サイクル装置１００が暖房運転する時には蒸発器として機能し、冷凍サイクル装置１００が冷房運転する時には凝縮器として機能する。室外熱交換器１０は、主熱交換部５０と補助熱交換部４０より構成されている。補助熱交換部４０は、主熱交換部５０の下方に位置している。また、室外熱交換器１０は、それぞれ管軸を平行にして並べられた複数の伝熱管２０と、複数の伝熱管２０に面が交差する様に並べられた薄板状の複数のフィン２１とを備える。複数のフィン２１は、複数の伝熱管２０の管軸方向に沿って並べられている。

室内熱交換器３及び室外熱交換器１０は、フィンアンドチューブ型熱交換器であるが、その他の形態の熱交換器であっても良い。

膨張装置５は、室内熱交換器３又は室外熱交換器１０において凝縮された冷媒を膨張させて減圧させる。膨張装置５は、例えば冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁である。なお、膨張装置５としては、電動膨張弁だけでなく、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、又はキャピラリーチューブ等であってもよい。

室外熱交換器１０の近傍には送風機６が配置されている。また、室内熱交換器３は、近傍に送風機４が配置されている。ここで、室外熱交換器１０は室外機９に搭載されており、送風機６が室外熱交換器１０に外気を送り込み、外気と冷媒との間で熱交換が行われる。また、室内熱交換器３は室内機８に搭載されており、送風機４が室内の空気を室内機８の筐体内に導入し、室内熱交換器３に室内の空気を送り込み、室内の空気と冷媒との間で熱交換を行い、室内の空気の温度を調和する。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路１の構成について、冷房及び暖房の運転状態の冷媒の流れを基に説明する。図１に示される様に、冷房運転時には、冷媒は、図中の破線矢印が示す方向に流れる。冷房運転では、圧縮機２から吐出された冷媒は、四方弁７を経て、室外熱交換器１０の主熱交換部５０に流入する。主熱交換部５０から流出した冷媒は、二次分配器５１を経て、主熱交換部５０の下方に位置する補助熱交換部４０に流入する。補助熱交換部４０を通過した冷媒は、一次分配器４１を経て室外熱交換器１０から流出する。その後、冷媒は、膨張装置５を通過し、室外機９から流出し、接続配管９１を経て室内機８に流入する。室内機８に入った冷媒は、室内熱交換器３を通過し、室内機８から流出する。室内機８を流出した冷媒は、接続配管９０を経て再び室外機９に流入する。室外機９に流入した冷媒は、四方弁７を経て圧縮機２に吸入される。

一方、暖房運転では、圧縮機２から吐出された冷媒は、四方弁７を経て、室外機９から流出し、接続配管９０を経て室内機８に流入する。室内機８に流入した冷媒は、室内熱交換器３を通過し、室内機８から流出する。室内機８から流出した冷媒は、接続配管９１を通過し、室外機９に流入する。室外機９に流入した冷媒は、膨張装置５を通過し、一次分配器４１を経て補助熱交換部４０を通過する。補助熱交換部４０を通過した冷媒は、二次分配器５１から主熱交換部５０を通過する。その後、冷媒は、四方弁７を経て圧縮機２に吸入される。

なお、冷凍サイクル装置１００の冷媒回路１は、一例であり、室外熱交換器１０以外の回路構成を変更しても良い。また、室外熱交換器１０を、単に熱交換器１０と称する場合がある。

（室外熱交換器１０の構造）
図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の室外熱交換器１０の冷媒回路図である。図２は、室外熱交換器１０の一次分配器４１、流量調整部４２、二次分配器５１、及び主熱交換部５０の冷媒回路の接続についての説明図である。図２に示されるように、室外熱交換器１０は、主熱交換部５０と補助熱交換部４０とを備える。補助熱交換部４０は、主熱交換部５０の下方に位置するように室外機９の筐体内に配置される。

（補助熱交換部４０周辺の構造）
一次分配器４１は、暖房運転時において膨張装置５から流入した冷媒を、補助熱交換部４０の複数の冷媒流路４３に分配するものである。なお、冷房運転時、除霜運転時においては、一次分配器４１は、補助熱交換部４０の複数の冷媒流路４３のそれぞれを通過した冷媒を集合し集合管の機能を果たす、膨張装置５へ流出させる。

一次分配器４１において冷媒流路は複数に分岐する。分岐した冷媒流路には、それぞれ流量調整部４２ａ〜４２ｄが接続されている。実施の形態１において流量調整部４２ａ〜４２ｄは、キャピラリーチューブである。ただし、流量調整部４２ａ〜４２ｄは、キャピラリーチューブのような開度が固定されたもののみに限定されるものではなく、例えば電動又は手動により開度を調整出来る流量調整弁であっても良い。

流量調整部４２ａ〜４２ｅは、補助熱交換部４０の複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅのそれぞれに接続されており、複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅのそれぞれを流れる冷媒流量を調整する。以下、複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅのそれぞれを冷媒流路４３と称する場合がある。複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅのそれぞれは、伝熱管２０（図４参照）により構成されており、補助熱交換部４０において水平方向に管軸を向けて配置されている。

実施の形態１においては、複数の冷媒流路４３のうち最も下に位置する冷媒流路４３ａの冷媒流量が最も多くなるように調整されている。冷媒流路４３ａを特に第１冷媒流路４３ａと称する場合がある。そして、第１冷媒流路４３ａの上方に位置する複数の冷媒流路４３ｂ〜４３ｅのそれぞれの冷媒流量は、隣合って下方に位置する冷媒流路４３の冷媒流量以下となるように流量調整部４２ｂ〜４２ｅを設定する。つまり、流量調整部４２ａ〜４２ｅは、下方に位置するほど冷媒の流動抵抗が低くなるように設定されている。

補助熱交換部４０は、室外熱交換器１０の下部に位置している。室外熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、室外熱交換器１０は低温の冷媒が流れるため、結露が生じたり、冷媒温度が水の凝固点以下である場合には着霜が生じる。室外熱交換器１０が着霜すると空気の通過を妨げ熱交換性能を低下させる場合があるため、除霜運転により室外熱交換器１０に付いた霜を溶融させ、水として排出する。しかし、室外熱交換器１０の下部には、結露水や霜を溶融させて生じた水が滞留し易い。特に実施の形態１に係る室外熱交換器１０の様に、伝熱管２０の管軸を水平方向に向けて並列させた構造の室外熱交換器１０の場合、伝熱管２０の上面に水が滞留する場合がある。また、水の表面張力によりフィン２１の隙間に水が滞留する場合がある。室外熱交換器１０の下部においては、水が滞留し易く、冷凍サイクル装置１００の運転中に室外熱交換器１０が低温になることにより水が氷結する。氷が成長すると、室外熱交換器１０の熱交換性能が低下するだけでなく、破損する場合がある。

実施の形態１に係る室外熱交換器１０の補助熱交換部４０は、下部に位置する冷媒流路４３ａが最も冷媒流量が多く設定されているため、蒸発器として機能している場合において、室外熱交換器１０のうち比較的温度の高い冷媒が多く流れる。従って、室外熱交換器１０の下部において、滞留水の氷結を抑制する効果が得られる。

（主熱交換部５０周辺の構造）
主熱交換部５０は、室外熱交換器１０の上部に位置し、補助熱交換部４０の上方に位置する。主熱交換部５０は、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅを備える。複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅのそれぞれは、補助熱交換部４０側の端部において複数の二次分配器５１ａ〜５１ｅと接続されている。また、熱交換領域５２ａは、それぞれ複数の伝熱管２０を備える。複数の熱交換領域５２ａが備える複数の伝熱管２０は、二次分配器５１ａに接続されている。二次分配器５１ａは、室外熱交換器１０が蒸発器として機能する場合において、補助熱交換部４０から流入する冷媒を熱交換領域５２ａが有する複数の伝熱管２０に分配するものである。また、室外熱交換器１０が凝縮器として機能する場合は、二次分配器５１ａは、熱交換領域５２ａの複数の伝熱管２０からの冷媒を集合し、補助熱交換部４０に流出させる。他の複数の熱交換領域５２ｂ〜５２ｅも熱交換領域５２ａと同様な構成になっており、複数の熱交換領域５２ｂ〜５２ｅのそれぞれが備える複数の伝熱管２０は、二次分配器５１ｂ〜５１ｅのそれぞれに接続されている。なお、図２において、二次分配器５１ａ〜５１ｅは、それぞれ別体の分配器として表されているが、一体の分配器の内部の空間を分割したものであっても良い。

二次分配器５１ａ〜５１ｅは、それぞれ補助熱交換部４０の複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅの何れかに接続されている。実施の形態１においては、補助熱交換部４０の複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅのうち、最も冷媒流量が多い冷媒流路４３ａが、熱交換領域５２ｃと接続されている。つまり、冷媒流路４３ａを通過した冷媒は、二次分配器５１ｃに流入し、熱交換領域５２ｃの複数の伝熱管２０に分配される。

図２に示される様に、室外熱交換器１０の近傍には送風機６が設置されている。送風機６は、室外機９の筐体内部に配置されており、実施の形態１においては、送風機６は、室外熱交換器１０の伝熱管２０の管軸方向及び伝熱管２０の並列方向に対し垂直な方向から空気を室外熱交換器１０に送り込む、サイドフローファンである。図２においては、室外熱交換器１０の各部と送風機６との位置関係を模式的に表示している。

図３は、実施の形態１に係る室外熱交換器１０に流入する風量の分布を示す図である。送風機６から室外熱交換器１０に送り込まれる空気は、室外熱交換器１０の高さ方向において均等ではなく、送風機６の回転中心からの距離に応じて風量に差がある。実施の形態１に係る室外熱交換器１０は、送風機６の回転中心と同じ高さにおいて最も流入する風量が多く、回転中心から離れる程風量が少なくなる。従って、室外熱交換器１０の主熱交換部５０においては、送風機６の回転中心に近い熱交換領域５２ほど流入する空気の量が多い。つまり、図２に示される様に、熱交換領域５２ｃが最も流入する空気の量が多いことになる。よって、空気が多く流入する熱交換領域５２ｃの冷媒流量を多く設定することにより、室外熱交換器１０は、熱交換性能が向上する。なお、最も流入する空気の量が多い熱交換領域５２を、第１熱交換領域と称する場合がある。また、最も流入する空気の量が少ない熱交換領域５２を、第２熱交換領域と称する場合がある。

一方、熱交換領域５２ｃ以外の複数の熱交換領域５２は、補助熱交換部４０の複数の冷媒流路４３ｂ〜４３ｅの何れかに接続される。実施の形態１においては、複数の熱交換領域５２は、送風機６の回転中心に近い順に、冷媒流量が多い冷媒流路４３に接続されると良い。具体的には、２番目に送風機６の回転中心に近い熱交換領域５２ｄが、２番目に冷媒流量が多い冷媒流路４３ｂに接続される。３番目に送風機６の回転中心に近い熱交換領域５２ｂが、３番目に冷媒流量が多い冷媒流路４３ｃに接続される。４番目に送風機６の回転中心に近い熱交換領域５２ｅが、４番目に冷媒流量が多い冷媒流路４３ｄに接続される。そして、最も送風機６の回転から遠い熱交換領域５２ａが、最も冷媒流量が少ない冷媒流路４３ｅに接続される。

以上のように、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅは、送風機６の回転中心の位置に応じて接続する補助熱交換部４０の冷媒流路４３を設定される。このように構成されることにより、室外熱交換器１０は、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅに流入する空気の量に応じて冷媒流量が設定され、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅのそれぞれの熱負荷に合わせて冷媒流量を適正化することができ、熱交換性能を向上させることができる。

また、冷凍サイクル装置１００が暖房運転時においては、室外熱交換器１０が蒸発器として機能し、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅを通過した冷媒は、ヘッダ５４に流入して集合し、圧縮機２へと送られる。なお、冷凍サイクル装置１００が冷房運転、又は除霜運転時においては、ヘッダ５４は、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅのそれぞれが有する複数の伝熱管２０に冷媒を分配する分配器として機能する。

図４は、実施の形態１に係る室外熱交換器１０の斜視図である。図５は、実施の形態１に係る室外熱交換器１０の補助熱交換部４０の冷媒が流入する側から見た図である。図４及び図５において、冷媒が流れる一部の配管は模式的に表示されている。なお、図４及び図５においては、室外熱交換器１０が蒸発器として機能している時の冷媒の流れが示されている。図４に示される様に、補助熱交換部４０は、空気の流れ方向に複数直列に並べられた風上側補助熱交換部４０ａと風下側補助熱交換部４０ｂとから構成されていても良い。また、補助熱交換部４０は、空気の流れ方向において１つの熱交換部で構成されていても良いし、３つ以上の熱交換部で構成されていても良い。

補助熱交換部４０は、複数の伝熱管２０の管軸が水平方向に向くように並列して配置されている。フィン２１が複数の伝熱管２０の管軸に板面が交差するように取り付けられている。実施の形態１において複数の伝熱管２０のそれぞれは、扁平管で構成されている。複数の伝熱管２０は、補助熱交換部４０の一方の端部４８において流量調整部４２及び一次分配器４１と接続されている。例えば、冷媒流路４３ａを構成する伝熱管２０は、補助熱交換部４０の一方の端部４８から他方の端部４９に向かって延び、他方の端部４９でＵ字形状に折り返されて冷媒が一方の端部４８に戻るように構成されている。

冷媒流路４３ａを構成する伝熱管２０は、補助熱交換部４０の一方の端部４８で接続管４４と接続されている。接続管４４は、風上側補助熱交換部４０ａの伝熱管２０と風下側補助熱交換部４０ｂの伝熱管２０とを接続し、１本の冷媒流路４３ａを形成している。

図５に示される様に、風上側補助熱交換部４０ａの伝熱管２０と風下側補助熱交換部４０ｂの伝熱管２０とは千鳥状に配置されている。風下側補助熱交換部４０ｂにおいても冷媒流路４３ａを構成する伝熱管２０は、他方の端部４９でＵ字形状に折り返されて冷媒が一方の端部４８に戻るように構成されている。風下側補助熱交換部４０ｂの一方の端部４９に戻ってきた冷媒は、主熱交換部５０へ送られる。

図４及び図５に示される様に、複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅのうち冷媒流路４３ｂ〜４３ｅも、冷媒流路４３ａと同様に構成されている。

図４に示される様に、主熱交換部５０は、空気の流れ方向に直列に並べられた風上側主熱交換部５０ａと風下側主熱交換部５０ｂとから構成されていても良い。暖房運転時において、二次分配器５１から各熱交換領域５２に流入した冷媒は、風上側主熱交換部５０ａを通過し、二次分配器５１が位置する側とは反対側の端部で風下側主熱交換部５０ｂに流入する。そして、風下側主熱交換部５０ｂを通過しヘッダ５４に流入するように構成されている。補助熱交換部４０は、空気の流れ方向において１つの熱交換部で構成されていても良いし、３つ以上の熱交換部で構成されていても良い。

図４及び図５において、室外熱交換器１０の主熱交換部５０と補助熱交換部４０とを構成するフィン２１はそれぞれ分割されているが、主熱交換部５０のフィン２１と補助熱交換部４０のフィン２１とは、一体に形成されていても良い。

以上に説明したように、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の室外機９は、室外熱交換器１０と、室外熱交換器１０に空気を送る送風機６と、を備える室外機９である。室外熱交換器１０は、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅを有する主熱交換部５０と、主熱交換部５０の下方に位置し、複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅを備える補助熱交換部４０と、複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅに接続された一次分配器４１と、複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅのそれぞれの冷媒流量を調整する流量調整部４２ａ〜４２ｅと、を備える。流量が調整された複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅのうち最も下に位置する第１冷媒流路４３ａの調整流量は、最も多い。第１冷媒流路４３ａは、主熱交換部５０の複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅのうち送風機６の回転中心に最も近い第１熱交換領域５２ｃに接続されている。なお、室外機９を、熱交換器ユニットと称する場合がある。

また、複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅのうち最も上に位置する第２冷媒流路４３ｅの調整流量は、最も少なくなるように調整される。更に、第２冷媒流路４３ｅは、主熱交換部５０の複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅのうち送風機６の回転中心から最も遠い第２熱交換領域５２ａに接続されている。

以上のように、室外機９は、流量調整部４２ａの流動抵抗が小さく冷媒流量が多い第１冷媒流路４３ａと、送風機６の中心に近く風量分布が大きい熱交換領域５２ｃが接続される二次分配器５１ｃと、を互いに接続している。これにより、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅのうち熱負荷が最も高い熱交換領域５２ｃに冷媒を多く流すことができる。そのため、室外熱交換器１０は、熱交換性能が向上する。

また、結露水又は霜の融解水が滞留しやすい室外熱交換器１０の下部の伝熱管２０の冷媒流量を増加させている。これにより、除霜運転時において、室外熱交換器１０の下部の伝熱管２０に過熱ガスを多く流して除霜性を向上させている。室外熱交換器１０の下部の伝熱管２０は、滞留水が生じ易く、滞留水の氷結も生じやすい。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００に室外熱交換器１０によれば下部の氷の融解させやすい構成になっており、室外熱交換器１０の熱交換性能の低下を抑制できる。特に、室外熱交換器１０が有する伝熱管２０が扁平管である場合、図３及び図４のように水平方向に管軸を向けると上面に水が滞留し易い。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の室外熱交換器１０によれば、扁平管を伝熱管２０を採用した場合であっても、熱交換性能の低下を抑制することができる。

更に、複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅのそれぞれの調整流量は、第１冷媒流路４３ａから第２冷媒流路４３ｅに向かうに従い順に冷媒流量が少なくなるように複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅのそれぞれの冷媒流量を調整する。そして、複数の冷媒流路４３ａ〜４３ｅのそれぞれは、流量が多い順に、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅのうち送風機６の回転中心から近い熱交換領域５２に接続される。このように構成されることにより、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅのそれぞれの熱負荷に応じた冷媒流量の分布を設定することができ、室外熱交換器１０の熱交換性能が向上する。

図６は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の室外熱交換器１０の変形例である室外熱交換器１０ａの冷媒回路図である。図７は、実施の形態１に係る室外熱交換器１０の変形例である室外熱交換器１０ａに流入する風量の分布を示す図である。実施の形態１において、室外機９に設置されている送風機６は、サイドフローファンであり、室外熱交換器１０、１０ａの伝熱管２０の管軸方向及び並列方向に垂直な方向から空気が室外熱交換器１０、１０ａに流入するように設置されている。更にいうと、送風機６の回転中心は、室外熱交換器１０、１０ａの下端から上端の間の高さに配置されている。図２に示される冷凍サイクル装置１００の室外熱交換器１０に設置されている送風機６は、１つであるが、この形態のみに限定されるものでは無く、送風機６は、複数設置されていても良い。

変形例の室外熱交換器１０ａは、室外熱交換器１０ａの高さ方向に２つの送風機６ａ、６ｂが設置されている。図７に示される様に、送風機６ａ、６ｂから室外熱交換器１０に送り込まれる空気は、室外熱交換器１０の高さ方向において均等ではなく、送風機６ａ、６ｂの回転中心からの距離に応じて風量に差がある。実施の形態１に係る室外熱交換器１０ａは、送風機６ａ、６ｂの回転中心と同じ高さにおいて最も流入する風量が多く、回転中心から離れる程風量が少なくなる。また、２つの送風機６ａと送風機６ｂとの間の領域においては、送風機６ａ、６ｂの回転中心と同じ高さよりも風量が低下するが、室外熱交換器１０ａの上部及び下部よりも風量は多い。

変形例の室外熱交換器１０ａにおいては、熱交換領域５２ｂが送風機６ａの回転中心に最も近く、熱交換領域５２ｅが送風機６ｂの回転中心に最も近い。従って、送風機６ａ、６ｂの回転中心に最も近い熱交換領域５２が２つ存在する。この場合、送風機６ａ又は送風機６ｂの回転中心と各熱交換領域５２の中心線との距離を比較することによりどちらが風量が多いかを判断しても良い。つまり、変形例の室外熱交換器１０ａにおいては、送風機６ａの回転中心と熱交換領域５２ｂの中心線との距離Ｌ１が、送風機６ｂの回転中心と熱交換領域５２ｅの中心線との距離Ｌ２よりも小さい。従って、熱交換領域５２ｂの方がより送風機６ａの回転中心に近いため、より流入する空気の量も多い。よって、変形例の最も冷媒流量の多い冷媒流路４３ａは、熱交換領域５２ｂに接続される。他の熱交換領域５２も、送風機６ａ又は送風機６ｂの回転中心から熱交換領域５２の中心線との距離が小さい順に冷媒流量の多い冷媒流路４３に接続すると良い。

以上のように、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００は、送風機６の配置、数量を適宜変更することができる。そして、複数の送風機６ａ、６ｂによる室外熱交換器１０ａに流入する空気の流量分布に応じて、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅの冷媒流量を設定することにより、室外熱交換器１０の熱交換性能が向上する。なお、室外熱交換器１０ａに空気を流入させる送風機６ａ、６ｂは、図６に示される形態のみに限定されるわけではなく、更に多くの送風機を設置することもできる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の室外熱交換器１０に対し、送風機６の位置を変更したものである。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００においては、実施の形態１に対する変更点を中心に説明する。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の各部については、各図面において同一の機能を有するものは実施の形態１の説明で使用した図面と同一の符号を付して表示するものとする。

（室外熱交換器１０の構造）
図８は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の室外熱交換器２１０の冷媒回路図である。図８は、室外熱交換器２１０の一次分配器４１、流量調整部４２、二次分配器５１、及び主熱交換部５０の冷媒回路の接続についての説明図である。実施の形態１に係る室外熱交換器１０と同様に、熱交換器２１０は、主熱交換部５０と補助熱交換部４０とを備え、その構成も室外熱交換器１０と同様である。しかし、熱交換器２１０は、送風機２０６が熱交換器２１０の上方に配置されている。つまり、室外機９は、筐体の上面に外気を取り込む吸入口が配置され、送風機２０６は上方から下方に向けて空気を送り込む。そして、熱交換器２１０は、送風機２０６から吹き出される空気の流れの方向に対し側方に位置する。更に言うと、熱交換器２１０は、例えば送風機２０６の回転軸の仮想延長線の周りに配置されている。従って、室外機９は、上面から空気を吸い込むトップフローファン形式であり、吸い込まれた空気を熱交換して側方に吹き出すものである。熱交換器２１０は、送風機２０６の位置の変更に伴い、主熱交換部５０の熱交換領域５２と補助熱交換部４０の冷媒流路４３との接続が実施の形態１に係る室外熱交換器１０に対して変更されている。

図９は、熱交換器２１０に流入する風量の分布を示す図である。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の熱交換器２１０は、送風機２０６が上方に位置するトップフローファン形式である。そのため、熱交換器２１０に流入する風量分布は、熱交換器２１０の上部の風量分布が多く、下部に行くに従い風量が減少する。従って、熱交換器２１０の主熱交換部５０の複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅのうち、最も上部にある熱交換領域５２ａに流入する風量が最も多く、最も下部にある熱交換領域５２ｅに流入する風量が最も少ない。つまり、送風機２０６の回転中心から最も近い熱交換領域５２が最も流入する風量が多く、送風機２０６の回転中心から離れるに従い流入する風量が少ない。

実施の形態２に係る熱交換器２１０の下部にある補助熱交換部４０は、実施の形態１に係る室外熱交換器１０の補助熱交換部４０と同じく、下部に位置する冷媒流路４３ａが最も冷媒流量が多く上部に行くに従い冷媒流量が少なくなるように設定されている。よって、最も冷媒流量の多い冷媒流路４３ａは、最も流入する風量が多い熱交換領域５２ａと接続されている。そして、冷媒流路４３ｂは、熱交換領域５２ｂと、冷媒流路４３ｃは、熱交換領域５２ｃと、冷媒流路４３ｄは、熱交換領域５２ｄと、冷媒流路４３ｅは、熱交換領域５２ｅと、それぞれ接続されている。

以上のように、実施の形態２においても、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅは、送風機６の回転中心の位置に応じて接続する補助熱交換部４０の冷媒流路４３が設定される。このように構成されることにより、熱交換器２１０は、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅに流入する空気の量に応じて冷媒流量が設定され、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｅのそれぞれの熱負荷に合わせて冷媒流量を適正化することができ、熱交換性能を向上させることができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の熱交換器２１０に対し、一次分配器４１から冷媒流路４３の間の接続構造を変更したものである。実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００においては、実施の形態２に対する変更点を中心に説明する。実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００の各部については、各図面において同一の機能を有するものは実施の形態１及び実施の形態２の説明で使用した図面と同一の符号を付して表示するものとする。

（室外熱交換器１０の構造）
図１０は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００の室外熱交換器３１０の冷媒回路図である。図１０は、室外熱交換器２１０の一次分配器４１、流量調整部４２、二次分配器５１、及び主熱交換部５０の冷媒回路の接続についての説明図である。図１１は、実施の形態３に係る室外熱交換器３１０の斜視図である。実施の形態２に係る熱交換器２１０と同様に、熱交換器３１０は、主熱交換部５０と補助熱交換部４０とを備える。ただし、主熱交換部３５０が備える複数の熱交換領域５２の分割数及び補助熱交換部３４０が備える複数の冷媒流路４３の数が、実施の形態２に係る熱交換器２１０とは異なる。図１０に示される様に、補助熱交換部３４０の複数の冷媒流路４３は４本形成されており、主熱交換部３５０の複数の熱交換領域５２は４つに分割されている。また、二次分配器５１は、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｄの分割数に合わせ４つ設置されている。

一次分配器３４１は、流量調整部３４２ａ、３４２ｂに接続されており、暖房運転時において膨張装置５から流入した冷媒を２つに分岐して分配している。流量調整部３４２ａは二分岐管３４５ａに接続され、流量調整部３４２ｂは二分岐管３４５ｂに接続されている。二分岐管３４５ａは、補助熱交換部３４０の下部に位置する冷媒流路４３ａ、４３ｂに接続されている。また、二分岐管３４５ｂは、補助熱交換部３４０の上部に位置する冷媒流路４３ｃ、４３ｄに接続されている。流量調整部３４２ａは、流量調整部３４２ｂよりも流量が多く設定されている。そのため、二分岐管３４５ａに流入する冷媒の量は、二分岐管３４５ｂに流入する冷媒の量よりも多い。

図１２は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００の室外熱交換器３１０の二分岐管３４５の拡大斜視図である。二分岐管３４５ａ、３４５ｂは、図１２に示される様な２つの直線部３４６、３４７と、それらの端部同士を接続する接続部３４８とを備える。直線部３４６には、流入管３４９が接続されている。流量調整部３４２ａ、３４２ｂは、流入管３４９に接続されている。また、直線部３４６、３４７の接続部３４８と接続されている端部に対し反対側の端部は、冷媒流路４３に接続されている。

以上の様に構成されているため、補助熱交換部４０の複数の冷媒流路４３のうち、冷媒流路４３ａ、４３ｂの冷媒流量は、冷媒流路４３ｃ、４３ｄの冷媒流量よりも多い。

また、同じ流量調整部３４２ａに接続されている冷媒流路４３ａ、４３ｂを比較すると、冷媒流路４３ａの冷媒流量は、冷媒流路４３ｂの冷媒流量と同じであるか、又は冷媒流路４３ｂの冷媒流量よりも多い。冷媒流路４３ａが接続されている直線部３４６は、冷媒流路４３ａと接続されている。そのため、直線部３４６に直接接続されている冷媒流路４３ａの方が冷媒流路４３ｂよりも流入管３４９に近く、二分岐管３４５ａに流入した冷媒は、二分岐管３４５ａ内の管摩擦などの影響により冷媒流路４３ａの方に流れ易くなっている。また、二分岐管３４５ｂも図１２に示される構造であるため、二分岐管３４５ｂに接続されている冷媒流路４３ｃ、４３ｄも冷媒流路４３ａ、４３ｂと同様に、冷媒流路４３ｃの冷媒流量は、冷媒流路４３ｄの冷媒流量と同じであるか、又は冷媒流路４３ｂの冷媒流量よりも多い。

以上より、主熱交換部３５０に流れ込む冷媒流量は、上部に位置する熱交換領域５２ａから下部の熱交換領域５２ｄに向かうに従い少なくなるように設定される。実施の形態３においても、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｄは、送風機２０６の回転中心の位置に応じて接続する補助熱交換部３４０の冷媒流路３４３が設定される。これにより、熱交換器３１０は、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｄに流入する空気の量に応じて冷媒流量が設定され、複数の熱交換領域５２ａ〜５２ｄのそれぞれの熱負荷に合わせて冷媒流量を適正化することができ、熱交換性能を向上させることができる。

また、図１２に示される様に、二分岐管３４５は、直線部３４６、３４７、接続部３４８、及び流入管３４９が一体成形されている。流入管３４９は、例えばバルジ加工により一体成形されている。ただし、二分岐管３４５の製造方法は限定されるものではなく、例えば溶接等の手段により接合して形成されていても良い。

実施の形態は、上記において説明した構成のみに限定されるものではない。例えば、実施の形態１〜３に係る室外熱交換器１０、１０ａ、２１０、３１０は、主熱交換部５０の熱交換領域５２及び補助熱交換部４０の冷媒流路４３が所定の数となっているが、図面に示された数に限定されるものではなく、適宜変更することが出来る。また、冷媒流路４３と熱交換領域５２との接続も、図面に示された接続構造に限定されるものでは無く、熱交換領域５２に流入する風量が多いものから順に冷媒流量が多くなるように接続されていれば良い。更に、各実施の形態は組み合わせて構成されていても良い。例えば、実施の形態３の二分岐管３４５を実施の形態１に係る室外熱交換器１０に適用しても良い。要するに、実施の形態はいわゆる当業者が必要に応じてなす種々なる変更、応用、利用の範囲を技術的範囲に含むことを念のため申し添える。

１ 冷媒回路、２ 圧縮機、３ 室内熱交換器、４ 送風機、５ 膨張装置、６ 送風機、６ａ 送風機、６ｂ 送風機、７ 四方弁、８ 室内機、９ 室外機、１０ （室外）熱交換器、１０ａ 室外熱交換器、２０ 伝熱管、２１ フィン、４０ 補助熱交換部、４０ａ 風上側補助熱交換部、４０ｂ 風下側補助熱交換部、４１ 一次分配器、４２ 流量調整部、４２ａ 流量調整部、４２ｂ 流量調整部、４２ｃ 流量調整部、４２ｄ 流量調整部、４２ｅ 流量調整部、４３ 冷媒流路、４３ａ 冷媒流路、４３ｂ 冷媒流路、４３ｃ 冷媒流路、４３ｄ 冷媒流路、４３ｅ 冷媒流路、４４ 接続管、４８ 端部、４９ 端部、５０ 主熱交換部、５０ａ 風上側主熱交換部、５０ｂ 風下側主熱交換部、５１ 二次分配器、５１ａ 二次分配器、５１ｂ 二次分配器、５１ｃ 二次分配器、５２ 熱交換領域、５２ａ 熱交換領域、５２ｂ 熱交換領域、５２ｃ 熱交換領域、５２ｄ 熱交換領域、５２ｅ 熱交換領域、５４ ヘッダ、９０ 接続配管、９１ 接続配管、１００ 冷凍サイクル装置、２００ 冷凍サイクル装置、２０６ 送風機、２１０ （室外）熱交換器、３００ 冷凍サイクル装置、３１０ （室外）熱交換器、３４０ 補助熱交換部、３４１ 一次分配器、３４２ａ 流量調整部、３４２ｂ 流量調整部、３４３ 冷媒流路、３４５ 二分岐管、３４５ａ 二分岐管、３４５ｂ 二分岐管、３４６ 直線部、３４７ 直線部、３４８ 接続部、３４９ 流入管、３５０ 主熱交換部、Ｌ１ 距離、Ｌ２ 距離。

本発明に係る熱交換器ユニットは、熱交換器と、前記熱交換器に空気を送る送風機と、を備える熱交換器ユニットであって、前記熱交換器は、複数の熱交換領域を有する主熱交換部と、前記主熱交換部の下方に位置し、複数の冷媒流路を備える補助熱交換部と、前記複数の冷媒流路に接続された一次側分配器と、前記複数の冷媒流路のそれぞれの流量を調整する流量調整弁と、を備え、流量が調整された前記複数の冷媒流路のうち最も下に位置する第１冷媒流路の調整流量は、最も多く、前記第１冷媒流路は、前記主熱交換部の前記複数の熱交換領域のうち前記送風機の回転中心に最も近い第１熱交換領域に接続されているものである。

Claims (10)

1. 熱交換器と、前記熱交換器に空気を送る送風機と、を備える熱交換器ユニットであって、
   前記熱交換器は、
   複数の熱交換領域を有する主熱交換部と、
   前記主熱交換部の下方に位置し、複数の冷媒流路を備える補助熱交換部と、
   前記複数の冷媒流路に接続された一次分配器と、
   前記複数の冷媒流路のそれぞれの流量を調整する流量調整部と、を備え、
   流量が調整された前記複数の冷媒流路のうち最も下に位置する第１冷媒流路の調整流量は、最も多く、
   前記第１冷媒流路は、
   前記主熱交換部の前記複数の熱交換領域のうち前記送風機の回転中心に最も近い第１熱交換領域に接続されている、熱交換器ユニット。
2. 流量が調整された前記複数の冷媒流路のうち最も上に位置する第２冷媒流路の冷媒流量が最も少なくなるように調整する、請求項１に記載の熱交換器ユニット。
3. 前記第２冷媒流路は、
   前記主熱交換部の前記複数の熱交換領域のうち前記送風機の回転中心から最も遠い第２熱交換領域に接続されている、請求項２に記載の熱交換器ユニット。
4. 前記複数の冷媒流路のそれぞれの調整流量は、
   前記第１冷媒流路から前記第２冷媒流路に向かうに従い順に少なくなるよう設定される、請求項３に記載の熱交換器ユニット。
5. 前記複数の冷媒流路のそれぞれは、
   流量が多い順に、前記複数の熱交換領域のうち前記送風機の回転中心から近い熱交換領域に接続される、請求項４に記載の熱交換器ユニット。
6. 前記複数の熱交換領域のそれぞれに接続される複数の二次分配器を備え、
   前記複数の二次分配器は、
   前記複数の冷媒流路のそれぞれと接続される、請求項１〜５の何れか１項に記載の熱交換器ユニット。
7. 前記送風機は、
   前記熱交換器が備える伝熱管の管軸方向及び並列方向に垂直な方向から空気が前記熱交換器に流入するように設置されている、請求項１〜６の何れか１項に記載の熱交換器ユニット。
8. 前記熱交換器は、
   前記送風機の回転軸の仮想延長線の周りに配置される、請求項１〜６の何れか１項に記載の熱交換器ユニット。
9. 前記複数の冷媒流路のうち隣合う２つの冷媒流路は、
   二分岐管により互いに接続され、
   前記二分岐管は、
   更に前記流量調整部と接続されている、請求項１〜８の何れか１項に記載の熱交換器ユニット。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載の熱交換器ユニットを備える、冷凍サイクル装置。

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