JPWO2020194517A1 - 熱交換器および冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Abstract

本発明の主たる目的は、相対的に上方に配置された伝熱管と、相対的に下方に配置された伝熱管とに気液2相冷媒を均一に分配でき、かつ従来の熱交換器と比べて小型化されている熱交換器および冷凍サイクル装置を提供することにある。熱交換器(1)は、分配部(10)と、分配部に対して並列に接続されている第1伝熱管(3a)および第2伝熱管(3b)とを備える。第1伝熱管は、第2伝熱管よりも上方に配置されている。第1伝熱管は、第1内周面(30a)と、第1内周面に対して凹んでおり、かつ伝熱管の周方向に並んで配置されている少なくとも1つの第1溝部(31a)とを有している。第2伝熱管は、第2内周面(30b)と、第2内周面に対して凹んでおり、かつ周方向に並んで配置されている少なくとも1つの第2溝部(31b)とを有している。第1伝熱管の管内圧力損失は、第2伝熱管の管内圧力損失よりも小さい。

Description

本発明は,熱交換器および冷凍サイクル装置に関する。
特開2018−059673号公報には、分配部に接続された流入配管および流出配管に流量調整手段が設けられた熱交換器が開示されている。流量調整手段は、流入配管および流出配管の各流量を調整して、相対的に上方に配置された伝熱管および相対的に下方に配置された伝熱管に気液2相冷媒を均一に分配する。
特開2018−059673号公報
しかしながら、上記熱交換器は、分配部、伝熱管およびフィン等に加え流路調整手段を備えているため、流路調整手段を備えていない熱交換器と比べて大型化する。また、上記熱交換器の製造コストは、流路調整手段を備えていない熱交換器の製造コストと比べて高くなる。
本発明の主たる目的は、相対的に上方に配置された伝熱管と相対的に下方に配置された伝熱管とに気液2相冷媒を均一に分配でき、かつ従来の熱交換器と比べて小型化されている熱交換器および冷凍サイクル装置を提供することにある。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、分配部と、分配部に対して並列に接続されている第1伝熱管および第2伝熱管とを備える。第1伝熱管は、第2伝熱管よりも上方に配置されており、第1伝熱管は、第1内周面と、第1内周面に対して凹んでおり、かつ伝熱管の周方向に並んで配置されている少なくとも1つの第1溝部とを有している。第2伝熱管は、第2内周面と、第2内周面に対して凹んでおり、かつ周方向に並んで配置されている少なくとも1つの第2溝部とを有している。第1伝熱管の管内圧力損失は、第2伝熱管の管内圧力損失よりも小さい。
本発明によれば、相対的に上方に配置された伝熱管と相対的に下方に配置された伝熱管とに気液2相冷媒を均一に分配でき、かつ従来の熱交換器と比べて小型化されている熱交換器および冷凍サイクル装置を提供することができる。
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置を示す図である。 実施の形態1に係る熱交換器を示す図である。 図2に示される熱交換器の第1伝熱管を示す断面図である。 図2に示される熱交換器の第2伝熱管を示す断面図である。 図2に示される熱交換器の第3伝熱管を示す断面図である。 実施の形態2に係る熱交換器の第1伝熱管を示す断面図である。 実施の形態2に係る熱交換器の第2伝熱管を示す断面図である。 実施の形態3に係る熱交換器の第1伝熱管を示す断面図である。 実施の形態3に係る熱交換器の第2伝熱管を示す断面図である。 実施の形態4に係る熱交換器の第1伝熱管を示す断面図である。 実施の形態4に係る熱交換器の第2伝熱管を示す断面図である。 実施の形態6に係る熱交換器を示す図である。 実施の形態7に係る熱交換器を示す図である。 図13に示される熱交換器の第1伝熱管を示す断面図である。 図13に示される熱交換器の第2伝熱管を示す断面図である。 実施の形態7に係る熱交換器の第1伝熱管の変形例を示す断面図である。 実施の形態7に係る熱交換器の第2伝熱管の変形例を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。
実施の形態1.
<冷凍サイクル装置の構成>
図1に示されるように、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100は、冷媒が循環する冷媒回路を備える。冷媒回路は、圧縮機101、流路切替部としての四方弁102、減圧部103、第1熱交換器1、および第2熱交換器11を含む。冷凍サイクル装置100は、第1熱交換器1に送風する第1ファン104と、第2熱交換器11に送風する第2ファン105とをさらに備える。
圧縮機101は、冷媒と吐出する吐出口と、冷媒を吸入する吸入口とを有している。減圧部103は、例えば膨張弁である。減圧部103は、第1熱交換器1の第3流出入部5に接続されている。
四方弁102は、圧縮機101の吐出口と吐出配管を介して接続されている第1開口部P1と、圧縮機101の吸入口と吸入配管を介して接続されている第2開口部P2と、第1熱交換器1の第1流出入部6aおよび第2流出入部6bに接続されている第3開口部P3と、第2熱交換器11に接続されている第4開口部P4とを有している。四方弁102は、第1熱交換器1が凝縮器として作用し第2熱交換器11が蒸発器として作用する第1状態と、第2熱交換器11が凝縮器として作用し第1熱交換器1が蒸発器として作用する第2状態とを切り替えるように設けられている。なお、図1に示される実線の矢印は、冷凍サイクル装置100が上記第1状態にあるときの上記冷媒回路を循環する冷媒の流通方向を示す。図1に示される点線の矢印は、冷凍サイクル装置100が上記第2状態にあるときの上記冷媒回路を循環する冷媒の流通方向を示す。
<第1熱交換器の構成>
図2に示されるように、第1熱交換器1は、例えば複数のフィン2と、複数の第1伝熱管3a、複数の第2伝熱管3b、および複数の第3伝熱管4と、分配部10とを主に備える。第1熱交換器1は、複数のフィン2に沿って方向に向かって流れる気体と、複数の第1伝熱管3a、複数の第2伝熱管3b、および複数の第3伝熱管4の内部を流れる冷媒とが熱交換するように設けられている。複数の第1伝熱管3a、複数の第2伝熱管3b、および複数の第3伝熱管4の各々は、互いに平行に配置されている。
図2に示されるように、複数の第1伝熱管3aの各々は、複数の第2伝熱管3bの各々よりも上方に配置されている。ここで、複数の第1伝熱管3aの各々が複数の第2伝熱管3bの各々よりも上方に配置されているとは、第1熱交換器1が蒸発器として作用する上記第2状態において、各第1伝熱管3aにおいて冷媒が流入する流入口が各第2伝熱管3bにおいて冷媒が流入する流入口よりも上方に配置されていることをいう。
複数の第2伝熱管3bの各々は、例えば複数の第3伝熱管4の各々よりも上方に配置されている。ここで、複数の第2伝熱管3bの各々が複数の第3伝熱管4の各々よりも上方に配置されているとは、第1熱交換器1が蒸発器として作用する上記第2状態において、各第2伝熱管3bにおいて冷媒が流入する流入口が各第3伝熱管4において冷媒が流入する流入口よりも上方に配置されていることをいう。
図2に示されるように、複数の第1伝熱管3aは、第1接続部21aを介して互いに直列に接続されている。複数の第2伝熱管3bは、第2接続部21bを介して互いに直列に接続されている。複数の第3伝熱管4は、第3接続部22を介して互いに直列に接続されている。
図2に示されるように、複数の第1伝熱管3aは、第4接続部23aを介して分配部10と直列に接続されている。複数の第2伝熱管3bは、第5接続部23bを介して分配部10と直列に接続されている。複数の第3伝熱管4は、第6接続部24を介して分配部10と直列に接続されている。第1接続部21a、第2接続部21b、第3接続部22、第4接続部23a、第5接続部23b、および第6接続部24の各々は、2つの流出入口を直列に接続する接続管として構成されている。なお、図2において、実線で示される第1接続部21a、第2接続部21b、および第3接続部22は複数の伝熱管3,4の各一端に接続されており、点線で示される第1接続部21a、第2接続部21b、および第3接続部22は複数の伝熱管3,4の各他端に接続されている。
図2に示されるように、分配部10は、第4接続部23aを介して第1伝熱管3aと接続されている第1ポートP5と、第5接続部23bを介して第2伝熱管3bと接続されている第2ポートP6と、第6接続部24を介して第3伝熱管4と接続されている第3ポートP7とを有している。第1ポートP5および第2ポートP6は、第3ポートP7よりも上方に配置されている。分配部10は、第1ポートP5と第3ポートP7との間を接続する冷媒流路と、第2ポートP6と第3ポートP7との間を接続する冷媒流路とを有している。第1ポートP5と第3ポートP7との間を接続する冷媒流路の圧力損失は、例えば第2ポートP6と第3ポートP7との間を接続する冷媒流路の圧力損失と同等に設けられている。
第1接続部21aを介して互いに直列に接続された第1伝熱管3aは、第1冷媒流路を構成している。第2接続部21bを介して互いに直列に接続された第2伝熱管3bは、第2冷媒流路を構成している。第3接続部22を介して互いに直列に接続された複数の第3伝熱管4は、第3冷媒流路を構成している。第1冷媒流路は、第2冷媒流路よりも上方に配置されている。第2冷媒流路は、例えば第3冷媒流路よりも上方に配置されている。
第1冷媒流路および第2冷媒流路は、第3冷媒流路に対して分岐された分流路を構成している。第1冷媒流路および第2冷媒流路は、分配部10を介して第3冷媒流路と直列に接続されている。第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bは、分配部10に対して互いに並列に接続されている。第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々は、分配部10を介して複数の第3伝熱管4と直列に接続されている。
第1冷媒流路の一端は、分配部10の第1ポートP5に接続されている。第2冷媒流路の一端は、分配部10の第2ポートP6に接続されている。第1冷媒流路の他端は、第1流出入部6aに接続されている。第2冷媒流路の他端は、第2流出入部6bに接続されている。第1冷媒流路の他端は、第1流出入部6aを介して四方弁102の第3開口部P3に接続されている。第2冷媒流路の他端は、第2流出入部6bを介して四方弁102の第3開口部P3に接続されている。分配部10の第1ポートP5と第1流出入部6aとの間を接続する第1冷媒流路の流路長は、例えば分配部10の第2ポートP6と第2流出入部6bとの間を接続する第2冷媒流路の流路長と等しい。第3冷媒流路の一端は、第3流出入部5を介して減圧部103に接続されている。第3冷媒流路の他端は、分配部10を介して第1冷媒流路および第2冷媒流路の各一端に接続されている。
図2〜図5に示されるように、複数の第1伝熱管3a、複数の第2伝熱管3b、および複数の第3伝熱管4の各々は、円管として構成されている。複数の第1伝熱管3aの管内圧力損失は、複数の第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも小さい。好ましくは、複数の第1伝熱管3aの管内圧力損失は、複数の第3伝熱管4の管内圧力損失よりも大きい。
各第1伝熱管3aの外形は、例えば各第2伝熱管3bの外形と同一である。各第1伝熱管3aの外径は、例えば各第2伝熱管3bの外径に等しい。各第3伝熱管4の外形は、例えば各第1伝熱管3aおよび各第2伝熱管3bの外形と同一である。各第3伝熱管4の外径は、例えば各第1伝熱管3aおよび各第2伝熱管3bの外径に等しい。
図3に示されるように、複数の第1伝熱管3aの各々は、第1内周面30aと、複数の第1溝部31aとを有している。第1内周面30aは、第1伝熱管3aの内部を流れる冷媒と接する面である。各第1溝部31aは、第1内周面30aに対して凹んでいる。複数の第1溝部31aの各々の構成は、例えば互いに等しい。各第1溝部31aは、第1伝熱管3aの周方向において互いに間隔を隔てて配置されている。各第1溝部31aは、第1伝熱管3aの中心軸Oに対して螺旋状に設けられている。各第1溝部31aは、第1伝熱管3aの径方向とは交差する。各第1溝部31aの上記周方向の幅は、例えば第1伝熱管3aの径方向の外周に向かうにつれて狭くなるように設けられている。
図4に示されるように、複数の第2伝熱管3bの各々は、第2内周面30bと、複数の第2溝部31bとを有している。第2内周面30bは、第2伝熱管3bの内部を流れる冷媒と接する面である。各第2溝部31bは、第2内周面30bに対して凹んでいる。複数の第2溝部31bの各々の構成は、例えば互いに等しい。各第2溝部31bは、第2伝熱管3bの周方向において互いに間隔を隔てて配置されている。各第2溝部31bは、第2伝熱管3bの中心軸Oに対して螺旋状に設けられている。各第2溝部31bは、第2伝熱管3bの径方向とは交差する。各第2溝部31bの上記周方向の幅は、例えば第2伝熱管3bの径方向の外周に向かうにつれて狭くなるように設けられている。
図3に示されるように、第1溝部31aの条数は、第1伝熱管3aの上記軸方向に垂直な断面において上記周方向に並んで配置されている第1溝部31aの数と定義される。図4に示されるように、第2溝部31bの条数は、第2伝熱管3bの上記軸方向に垂直な断面において上記周方向に並んで配置されている第2溝部31bの数と定義される。第1溝部31aの条数は、第2溝部31bの条数未満である。言い換えると、上記周方向における各第1溝部31aの幅は、上記周方向における各第2溝部31bの幅よりも広い。
各第1溝部31aの深さ(詳細は後述する)は、例えば各第2溝部31bの深さと等しい。各第1溝部31aのリード角(詳細は後述する)は、例えば各第2溝部31bのリード角と等しい。各第1伝熱管3aの管肉厚(詳細は後述する)は、例えば各第2伝熱管3bの管肉厚と等しい。
図5に示されるように、各第3伝熱管4は、例えば第3内周面40と、複数の第3溝部41とを有している。第3内周面40は、第3伝熱管4の内部を流れる冷媒と接する面である。各第3溝部41は、第3内周面40に対して凹んでいる。複数の第3溝部41の各々の構成は、例えば互いに等しい。各第3溝部41は、第3伝熱管4の周方向において互いに間隔を隔てて配置されている。各第3溝部41は、第3伝熱管4の中心軸Oに対して螺旋状に設けられている。各第3溝部41は、第3伝熱管4の径方向とは交差する。各第3溝部41の上記周方向の幅は、例えば第3伝熱管4の径方向の外周に向かうにつれて狭くなるように設けられている。
第3溝部41の条数は、第3伝熱管4の上記軸方向に垂直な断面において上記周方向に並んで配置されている第3溝部41の数と定義される。上述のように、好ましくは、複数の第1伝熱管3aの管内圧力損失は、複数の第3伝熱管4の管内圧力損失よりも大きい。好ましくは、第1溝部31aの条数は、第3溝部41の条数よりも多い。言い換えると、好ましくは、上記周方向における各第3溝部41の幅は、上記周方向における各第1溝部31aの幅よりも広い。
<第1熱交換器1内の冷媒の流れ>
冷凍サイクル装置100が上記第1状態とされているとき、第1熱交換器1は凝縮器として作用する。この場合、第1流出入部6aおよび第2流出入部6bは、圧縮機101の吐出口に対し互いに並列に接続されている。そのため、圧縮機101から吐出された冷媒の一部は第1流出入部6aから第1冷媒流路に流入し、当該冷媒の残部は第2流出入部6bから第2冷媒流路に流入する。第1冷媒流路に流入した冷媒は、第1伝熱管3a内を流れながら空気と熱交換して凝縮し、その乾き度を徐々に低下させていく。第2冷媒流路に流入した冷媒は、第2伝熱管3bを流れながら空気と熱交換して凝縮し、その乾き度を徐々に低下させていく。第1冷媒流路および第2冷媒流路の各々を流れ終えた冷媒は分配部10において合流して、第3冷媒流路に流入する。第3冷媒流路に流入した冷媒は、第3伝熱管4を流れながら空気と熱交換して凝縮し、その乾き度をさらに低下させていく。第3冷媒流路を流れ終えた冷媒は、第3流出入部5から第1熱交換器1の外部に流出して、減圧部103に流入する。
冷凍サイクル装置100が上記第2状態とされているとき、第1熱交換器1は蒸発器として作用する。この場合、減圧部103で減圧された冷媒の全量が第3流出入部5から第3冷媒流路に流入する。第3冷媒流路に流入した冷媒は、第3管部3内を流れながら空気と熱交換して蒸発し、その乾き度を徐々に高めていく。第3冷媒流路を流れ終えた気液2相冷媒は分配部10において分流され、その一部が第1冷媒流路に流入し、その残部が第2冷媒流路に流入する。第1冷媒流路に流入した気液2相冷媒は、第1伝熱管3aを流れながら空気と熱交換してさらに蒸発し、乾き度がさらに高い状態となる。第2冷媒流路に流入した気液2相冷媒は、第2伝熱管3bを流れながら空気と熱交換してさらに蒸発し、乾き度がさらに高い状態となる。第1冷媒流路および第2冷媒流路の各々を流れ終えた冷媒は、第1流出入部6aおよび第2流出入部6bから第1熱交換器1の外部に流出して、圧縮機101の吸入口に流入する。
<第1熱交換器1における気液2相冷媒の分配性能>
気液2相冷媒中の気相冷媒の比重は、液相冷媒の比重よりも小さい。そのため、分配部10が気液2相冷媒を相対的に上方に配置された第1冷媒流路と下方に配置された第2冷媒流路とに分配し、かつ第1冷媒流路を構成する伝熱管の管内圧力損失が第2冷媒流路を構成する伝熱管の管内圧力損失と等しい場合、気液2相冷媒中の気相冷媒は第1冷媒流路よりも第2冷媒流路に多く流れ、液相冷媒は第1冷媒流路よりも第2冷媒流路に多く流れる。これにより、上方に配置された冷媒流路では、液相冷媒の流量が熱交換能力に対して過少となり、出口の過熱度が高くなる。一方、下方に配置された冷媒流路では、液相冷媒の流量が熱交換能力に対して過多となり、液相冷媒が完全に蒸発せずに流出する。その結果、このような熱交換器の性能は低くなる。
これに対し、第1熱交換器1では、上方に配置された第1冷媒流路を構成する第1伝熱管3aの管内圧力損失が、第1冷媒流路よりも下方に配置された第2冷媒流路を構成する第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも小さい。そのため、第1熱交換器1では、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差は、上述した従来の熱交換器のそれと比べて、低減されている。その結果、第1熱交換器1の熱交換性能は、上述した従来の熱交換器のそれと比べて、高められている。
さらに、第1熱交換器1では、第1溝部31aの条数が第2溝部31bの条数未満であることによって、第1伝熱管3aの管内圧力損失が第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも小さく設けられている。つまり、第1伝熱管3aの外径が第2伝熱管3bの外径と同等とされ、かつ第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bが挿入されるフィン2の各貫通孔の孔径が一定とされながらも、第1伝熱管3aの管内圧力損失が第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも小さく設けられている。そのため、第1熱交換器1は、例えば圧力損失を低減するために伝熱管の外径および内径が場所によって変更されている熱交換器と比べて、容易に組み立てられる。
<第1熱交換器1における冷媒の圧力損失>
冷媒の圧力損失は、冷媒の比容積が大きいほど大きくなり、また冷媒の流量が多いほど大きくなる。さらに、冷媒の圧力損失は、冷媒が流れる伝熱管の流路抵抗が大きいほど大きくなる。
上記第1状態では、圧縮機101から吐出された乾き度の高い冷媒が第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bに流入し、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bにおいて凝縮されて乾き度が低下した冷媒が第3伝熱管4に流入する。そのため、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々を流れる冷媒の比容積は、各第3伝熱管4を流れる冷媒の比容積と比べて大きい。さらに、第1溝部31aおよび第2溝部31bの各条数が第3溝部41の条数よりも多いため、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各流路抵抗は第3伝熱管4の流路抵抗と比べて大きい。一方で、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々を流れる冷媒の流量は、各第3伝熱管4を流れる冷媒の流量と比べて少なく、例えばその半分程度である。
つまり、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々を流れる冷媒の比容積および第1溝部31aおよび第2溝部31bに起因した第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの流路抵抗は、各第3伝熱管4を流れる冷媒の比容積および第3溝部41に起因した各第3伝熱管4の流路抵抗と比べて大きい。これに対し、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々を流れる流量は、各第3伝熱管4を流れる流量と比べて少ない。そのため、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bでの冷媒の圧力損失の増大が抑制されている。
一方、各第3伝熱管4を流れる流量は、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々を流れる流量と比べて多い。これに対し、各第3伝熱管4を流れる冷媒の比容積および第3溝部41に起因した各第3伝熱管4の流路抵抗は、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々を流れる冷媒の比容積および第1溝部31aおよび第2溝部31bに起因した第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの流路抵抗と比べて小さい。そのため、各第3伝熱管4での冷媒の圧力損失の増大が抑制されている。
上記第2状態では、減圧部103において減圧された乾き度の低い冷媒が第3伝熱管4に流入する。第3伝熱管4において蒸発して乾き度が上昇した冷媒は、分配部10において第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bに分流される。そのため、各第3伝熱管4を流れる冷媒の流量は第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々を流れる冷媒の流量と比べて多いが、各第3伝熱管4を流れる冷媒の比容積は第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々を流れる冷媒の比容積と比べて小さい。さらに、第3溝部41の条数が第1溝部31aおよび第2溝部31bの各条数よりも少ないため、第3伝熱管4の流路抵抗は第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各流路抵抗と比べて小さい。
つまり、各第3伝熱管4を流れる流量は、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々を流れる流量と比べて少ない。これに対し、各第3伝熱管4を流れる冷媒の比容積および第3溝部41に起因した各第3伝熱管4の流路抵抗は、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々を流れる冷媒の比容積および第1溝部31aおよび第2溝部31bに起因した第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各流路抵抗と比べて小さい。そのため、各第3伝熱管4での冷媒の圧力損失の増大が抑制されている。
一方、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各流路抵抗は、第3伝熱管4の流路抵抗と比べて大きい。これに対し、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々を流れる流量は、各第3伝熱管4を流れる流量と比べて少ない。そのため、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々での冷媒の圧力損失の増大が抑制されている。
このように、上記第1状態および上記第2状態において、第1熱交換器1の全体での冷媒の圧力損失は比較的低く抑えられている。特に、第1熱交換器1の全体での冷媒の圧力損失は、伝熱管の全体が第2伝熱管3bと同等の溝付き配管とされた熱交換器の全体での冷媒の圧力損失と比べて、低く抑えられている。
つまり、第1熱交換器1は、従来の熱交換器と比べて、熱交換器全体での冷媒の圧力損失が低減されながらも、熱交換器全体において熱交換性能の低下が抑制されている。
冷凍サイクル装置100は、上記第1熱交換器1を備えるため、従来の冷凍サイクル装置と比べて高効率である。
実施の形態2.
実施の形態2に係る冷凍サイクル装置および第1熱交換器は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100および第1熱交換器1と基本的に同様の構成を備えるが、各第1溝部31aの深さが各第2溝部31bの深さ未満である点で異なる。
実施の形態2に係る第1熱交換器では、第1伝熱管3aの上記軸方向に垂直な断面における第1溝部31aの条数は、例えば第2伝熱管3bの上記軸方向に垂直な断面における第2溝部31bの条数と等しい。
図6に示されるように、第1溝部31aの深さH1は、第1溝部31aの上記周方向の中心における、第1内周面30aを延長した仮想線L1と第1溝部31aの内面との間の距離と定義される。各第1溝部31aの深さH1は、互いに等しい。図7に示されるように、第2溝部31bの深さH2は、第2溝部31bの上記周方向の中心における、第2内周面30bを延長した仮想線L2と第2溝部31bの内面との間の距離と定義される。各第2溝部31bの深さH2は、互いに等しい。
実施の形態2に係る第1熱交換器では、各第1溝部31aの深さH1が、各第2溝部31bの深さH2未満である。第1溝部31aの内面の面積は、第2溝部31bの内面の面積未満である。そのため、実施の形態2に係る第1熱交換器においても、実施の形態1に係る第1熱交換器1と同様に、第1伝熱管3aの管内圧力損失が第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも小さく、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差が上述した従来の熱交換器のそれと比べて低減されている。その結果、実施の形態2に係る第1熱交換器の熱交換性能も、上述した従来の熱交換器のそれと比べて、高められている。
各第3溝部の深さは、各第1溝部31aの深さH1未満である。第1伝熱管3aの流路抵抗は第3伝熱管4の流路抵抗と比べて大きい。そのため、実施の形態2に係る第1熱交換器の全体での冷媒の圧力損失は、伝熱管の全体が第2伝熱管3bと同等の溝付き配管とされた熱交換器の全体での冷媒の圧力損失と比べて、低く抑えられている。
このように、実施の形態2に係る第1熱交換器は、実施の形態1に係る第1熱交換器1と同様の効果を奏することができる。
なお、実施の形態2に係る第1熱交換器においても、実施の形態1に係る第1熱交換器1と同様に、第1伝熱管3aの上記軸方向に垂直な断面における第1溝部31aの条数は、例えば第2伝熱管3bの上記軸方向に垂直な断面における第2溝部31bの条数未満であってもよい。このような第1熱交換器では、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差を低減するために必要とされる第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間の管内圧力損失差が、第1溝部31aおよび第2溝部31bの条数および深さという2つのパラメータの各差分によって設計されるため、例えば上記管内圧力損失差が当該2つのパラメータの一方の差分のみによっては設計困難な場合にも、当該管内圧力損失差が比較的容易に実現される。
実施の形態3.
実施の形態3に係る冷凍サイクル装置および第1熱交換器は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100および第1熱交換器1と基本的に同様の構成を備えるが、各第1溝部31aのリード角が各第2溝部31bのリード角未満である点で異なる。
実施の形態3に係る第1熱交換器では、第1伝熱管3aの上記軸方向に垂直な断面における第1溝部31aの条数は、例えば第2伝熱管3bの上記軸方向に垂直な断面における第2溝部31bの条数と等しい。また、実施の形態3に係る第1熱交換器では、各第1溝部31aの深さH1は、例えば各第2溝部31bの深さH2と等しい。
図8に示されるように、第1溝部31aのリード角θ1は、第1溝部31aの延在方向が第1伝熱管3aの中心軸Oに対して成す角度と定義される。各第1溝部31aのリード角θ1は、互いに等しい。
図9に示されるように、第2溝部31bのリード角θ2は、第2溝部31bの延在方向が第2伝熱管3bの中心軸Oに対して成す角度と定義される。各第2溝部31bのリード角θ2は、互いに等しい。
実施の形態3に係る第1熱交換器では、各第1溝部31aのリード角θ1が、各第2溝部31bのリード角θ2未満である。このような各第1溝部31aの延在方向に沿った長さは各第1溝部31aの延在方向に沿った長さ未満となる。そのため、第1溝部31aの条数および深さが各第2溝部31bの条数および深さと同等あるいはそれ未満である場合には、第1溝部31aの内面の面積は第2溝部31bの内面の面積未満である。そのため、実施の形態3に係る第1熱交換器においても、実施の形態1に係る第1熱交換器1と同様に、第1伝熱管3aの管内圧力損失が第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも小さく、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差が上述した従来の熱交換器のそれと比べて低減されている。その結果、実施の形態3に係る第1熱交換器の熱交換性能も、上述した従来の熱交換器のそれと比べて、高められている。
各第3溝部のリード角は、各第1溝部31aのリード角θ1未満である。そのため、第1伝熱管3aの流路抵抗は第3伝熱管4の流路抵抗と比べて大きい。そのため、実施の形態3に係る第1熱交換器の全体での冷媒の圧力損失は、伝熱管の全体が第2伝熱管3bと同等の溝付き配管とされた熱交換器の全体での冷媒の圧力損失と比べて、低く抑えられている。
このように、実施の形態3に係る第1熱交換器は、実施の形態1に係る第1熱交換器1と同様の効果を奏することができる。
なお、実施の形態3に係る第1熱交換器においても、実施の形態1に係る第1熱交換器1と同様に、第1伝熱管3aの上記軸方向に垂直な断面における第1溝部31aの条数は、例えば第2伝熱管3bの上記軸方向に垂直な断面における第2溝部31bの条数未満であってもよい。このような第1熱交換器では、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差を低減するために必要とされる第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間の管内圧力損失差が、第1溝部31aおよび第2溝部31bの条数およびリード角という2つのパラメータの各差分によって設計されるため、例えば上記管内圧力損失差が当該2つのパラメータの一方の差分のみによっては設計困難な場合にも、当該管内圧力損失差が比較的容易に実現される。
また、実施の形態3に係る第1熱交換器においても、実施の形態2に係る第1熱交換器1と同様に、各第1溝部31aの深さH1が、各第2溝部31bの深さH2未満であってもよい。このような第1熱交換器では、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差を低減するために必要とされる第1溝部31aと第2伝熱管3bとの間の管内圧力損失差が、第1溝部31aおよび第2溝部31bの深さおよびリード角という2つのパラメータの各差分によって設計されるため、例えば上記管内圧力損失差が当該2つのパラメータの一方の差分のみによっては設計困難な場合にも、当該管内圧力損失差が比較的容易に実現される。
実施の形態4.
実施の形態4に係る冷凍サイクル装置および第1熱交換器は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100および第1熱交換器1と基本的に同様の構成を備えるが、各第1伝熱管3aの管肉厚が各第2伝熱管3bの管肉厚未満である点で異なる。
第1伝熱管3aの外径は、第2伝熱管3bの外径と等しい。第1伝熱管3aの上記軸方向に垂直な断面における第1溝部31aの条数は、例えば第2伝熱管3bの上記軸方向に垂直な断面における第2溝部31bの条数と等しい。実施の形態4に係る第1熱交換器では、各第1溝部31aの深さH1は、例えば各第2溝部31bの深さH2と等しい。実施の形態4に係る第1熱交換器では、各第1溝部31aのリード角θ1は、例えば各第2溝部31bのリード角θ2と等しい。
図10に示されるように、第1伝熱管3aの管肉厚W1は、第1内周面30aと第1伝熱管3aの外周面との間の厚み、すなわち第1伝熱管3aの径方向における第1内周面30aと第1伝熱管3aの外周面との間の距離と定義される。各第1伝熱管3aの管肉厚W1は、互いに等しい。
図11に示されるように、第2伝熱管3bの管肉厚W2は、第2内周面30bと第2伝熱管3bの外周面との間の厚み、すなわち第2伝熱管3bの径方向における第2内周面30bと第2伝熱管3bの外周面との間の距離と定義される。各第2伝熱管3bの管肉厚W2は、互いに等しい。
実施の形態4に係る第1熱交換器では、各第1伝熱管3aの管肉厚W1が、各第2伝熱管3bの管肉厚W2よりも薄い。このようにしても、第1伝熱管3aの外径が第2伝熱管3bの外径と等しいため、第1伝熱管3aの管内流路断面積は第2伝熱管3bの管内流路断面積未満である。そのため、実施の形態4に係る第1熱交換器においても、実施の形態1に係る第1熱交換器1と同様に、第1伝熱管3aの管内圧力損失が第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも小さく、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差が上述した従来の熱交換器のそれと比べて低減されている。その結果、実施の形態4に係る第1熱交換器の熱交換性能も、上述した従来の熱交換器のそれと比べて、高められている。
第3伝熱管4の管肉厚は、第1伝熱管3aの管肉厚W1未満である。第3伝熱管4の外径は、第1伝熱管3aの外径と等しい。そのため、第1伝熱管3aの流路抵抗は第3伝熱管4の管内圧力損失と比べて大きい。その結果、実施の形態4に係る第1熱交換器の全体での冷媒の圧力損失は、伝熱管の全体が第2伝熱管3bと同等の溝付き配管とされた熱交換器の全体での冷媒の圧力損失と比べて、低く抑えられている。
このように、実施の形態4に係る第1熱交換器は、実施の形態1に係る第1熱交換器1と同様の効果を奏することができる。
なお、実施の形態4に係る第1熱交換器においても、実施の形態1に係る第1熱交換器1と同様に、第1伝熱管3aの上記軸方向に垂直な断面における第1溝部31aの条数は、例えば第2伝熱管3bの上記軸方向に垂直な断面における第2溝部31bの条数未満であってもよい。このような第1熱交換器では、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差を低減するために必要とされる第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間の管内圧力損失差が、第1溝部31aおよび第2溝部31bの条数、ならびに第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの管肉厚という2つのパラメータの各差分によって設計されるため、例えば上記管内圧力損失差が当該2つのパラメータの一方の差分のみによっては設計困難な場合にも、当該管内圧力損失差が比較的容易に実現される。
また、実施の形態4に係る第1熱交換器においても、実施の形態2に係る第1熱交換器1と同様に、各第1溝部31aの深さH1が、各第2溝部31bの深さH2未満であってもよい。このような第1熱交換器では、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差を低減するために必要とされる第1溝部31aと第2伝熱管3bとの間の管内圧力損失差が、第1溝部31aおよび第2溝部31bの深さ、ならびに第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの管肉厚という2つのパラメータの各差分によって設計されるため、例えば上記管内圧力損失差が当該2つのパラメータの一方の差分のみによっては設計困難な場合にも、当該管内圧力損失差が比較的容易に実現される。
また、実施の形態4に係る第1熱交換器においても、実施の形態3に係る第1熱交換器1と同様に、各第1溝部31aのリード角θ1が、各第2溝部31bのリード角θ2未満であってもよい。このような第1熱交換器では、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差を低減するために必要とされる第1溝部31aと第2伝熱管3bとの間の管内圧力損失差が、第1溝部31aおよび第2溝部31bのリード角、ならびに第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの管肉厚という2つのパラメータの各差分によって設計されるため、例えば上記管内圧力損失差が当該2つのパラメータの一方の差分のみによっては設計困難な場合にも、当該管内圧力損失差が比較的容易に実現される。
実施の形態5.
実施の形態5に係る冷凍サイクル装置および第1熱交換器は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100および第1熱交換器1と基本的に同様の構成を備えるが、第1溝部31aの上記条数が第2溝部31bの上記条数未満であり、かつ各第1溝部31aの深さH1が、各第2溝部31bの深さH2未満であり、かつ各第1溝部31aのリード角θ1が各第2溝部31bのリード角θ2未満であり、かつ各第1伝熱管3aの管肉厚W1が各第2伝熱管3bの管肉厚W2未満である点で異なる。
実施の形態5に係る第1熱交換器も、上述した実施の形態1〜4に係る第1熱交換器と基本的に同等の構成を備えているため、これらと同様の効果を奏することができる。
また、実施の形態5に係る第1熱交換器では、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差を低減するために必要とされる第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間の管内圧力損失差が、第1溝部31aおよび第2溝部31bの定数、深さ、およびリード角、ならびに第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの管肉厚という4つのパラメータの各差分によって設計されるため、例えば上記管内圧力損失差が当該4つのパラメータのいずれか3つの差分のみによっては設計困難な場合にも、当該管内圧力損失差が比較的容易に実現される。
以上のように、実施の形態1〜5に係る第1熱交換器では、複数の第1溝部31aの条数、深さ、およびリード角、ならびに複数の第1伝熱管3aの管肉厚の少なくともいずれかが、複数の第2溝部31bの条数、深さ、およびリード角、ならびに複数の第2伝熱管3bの管肉厚の少なくともいずれか未満である。
また、実施の形態1〜5に係る第1熱交換器では、複数の第1溝部31aの条数、深さ、およびリード角、ならびに複数の第1伝熱管3aの管肉厚の少なくともいずれかが、複数の第3溝部41の条数、深さ、およびリード角、ならびに複数の第3伝熱管4の管肉厚の少なくともいずれか超えである。
実施の形態6.
実施の形態6に係る冷凍サイクル装置および第1熱交換器は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100および第1熱交換器1と基本的に同様の構成を備えるが、複数の第1伝熱管3aおよび複数の第2伝熱管3bと並列に接続されている複数の第4伝熱管3cおよび複数の第5伝熱管3dをさらに備える点で異なる。
複数の第4伝熱管3cの各々は、例えば複数の第3伝熱管4の各々よりも上方であって、複数の第2伝熱管3bの各々よりも下方に配置されている。つまり、第1熱交換器1が蒸発器として作用する上記第2状態において、各第4伝熱管3cにおいて冷媒が流入する流入口が各第3伝熱管4において冷媒が流入する流入口よりも上方かつ各第2伝熱管3bにおいて冷媒が流入する流入口よりも下方に配置されている。
複数の第5伝熱管3dの各々は、例えば複数の第3伝熱管4の各々よりも上方であって、複数の第4伝熱管3cの各々よりも下方に配置されている。つまり、第1熱交換器1が蒸発器として作用する上記第2状態において、各第5伝熱管3dにおいて冷媒が流入する流入口が各第3伝熱管4において冷媒が流入する流入口よりも上方かつ各第4伝熱管3cにおいて冷媒が流入する流入口よりも下方に配置されている。
図12に示されるように、複数の第4伝熱管3cは、第7接続部21cを介して互いに直列に接続されている。複数の第5伝熱管3dは、第8接続部21dを介して互いに直列に接続されている。
図12に示されるように、複数の第4伝熱管3cは、第9接続部23cを介して分配部10と直列に接続されている。複数の第5伝熱管3dは、第10接続部23dを介して分配部10と直列に接続されている。第7接続部21c、第8接続部21d、第9接続部23c、および第10接続部23dの各々は、2つの流出入口を直列に接続する接続管として構成されている。なお、図12において、実線で示される第7接続部21cおよび第8接続部21dは複数の第4伝熱管3cおよび第5伝熱管3dの各一端に接続されており、点線で示される第7接続部21cおよび第8接続部21dは複数の第4伝熱管3cおよび第5伝熱管3dの各他端に接続されている。
図12に示されるように、分配部10は、第1ポートP5、第2ポートP6、および第3ポートP7と、第9接続部23cを介して第4伝熱管3cと接続されている第4ポートP8と、第10接続部23dを介して第5伝熱管3dと接続されている第5ポートP9とを有している。
第1ポートP5、第2ポートP6、第4ポートP8および第5ポートP9は、第3ポートP7よりも上方に配置されている。分配部10は、第1ポートP5と第3ポートP7との間を接続する冷媒流路と、第2ポートP6と第3ポートP7との間を接続する冷媒流路と、第4ポートP8と第3ポートP7との間を接続する冷媒流路と、第5ポートP9と第3ポートP7との間を接続する冷媒流路とを有している。分配部10内の各冷媒流路の圧力損失は、例えば互いに同等に設けられている。
第7接続部21cを介して互いに直列に接続された第4伝熱管3cは、第4冷媒流路を構成している。第8接続部21dを介して互いに直列に接続された第5伝熱管3dは、第5冷媒流路を構成している。第4冷媒流路は、第5冷媒流路よりも上方に配置されている。第5冷媒流路は、第3冷媒流路よりも上方に配置されている。
第1冷媒流路、第2冷媒流路、第4冷媒流路および第5冷媒流路は、第3冷媒流路に対して分岐された分流路を構成している。第1冷媒流路、第2冷媒流路、第4冷媒流路および第5冷媒流路は、分配部10を介して第3冷媒流路と直列に接続されている。第1伝熱管3a、第2伝熱管3b、第4伝熱管3c、および第5伝熱管3dは、分配部10に対して互いに並列に接続されている。第1伝熱管3a、第2伝熱管3b、第4伝熱管3c、および第5伝熱管3dの各々は、分配部10を介して複数の第3伝熱管4と直列に接続されている。
第3冷媒流路の一端は、第3流出入部5を介して減圧部103に接続されている。第3冷媒流路の他端は、分配部10を介して第1冷媒流路の一端、第2冷媒流路の一端、第4冷媒流路の一端、および第5冷媒流路の一端に接続されている。第1冷媒流路の他端は、第1流出入部6aを介して四方弁102の第3開口部P3に接続されている。第2冷媒流路の他端は、第2流出入部6bを介して四方弁102の第3開口部P3に接続されている。第4冷媒流路の他端は、第4流出入部6cを介して四方弁102の第3開口部P3に接続されている。第5冷媒流路の他端は、第5流出入部6dを介して四方弁102の第3開口部P3に接続されている。
複数の第1伝熱管3a、複数の第2伝熱管3b、複数の第3伝熱管4、複数の第4伝熱管3c、および複数の第5伝熱管3dの各々は、円管として構成されている。
複数の第4伝熱管3cの管内圧力損失は、複数の第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも大きく、複数の第5伝熱管3dの管内圧力損失よりも小さい。複数の第5伝熱管3dの管内圧力損失は、複数の第3伝熱管4の管内圧力損失よりも大きい。
各第4伝熱管3cは、図示しない第4内周面と、図示しない複数の第4溝部とを有している。第4内周面は、第4伝熱管3cの内部を流れる冷媒と接する面である。各第4溝部は、第4内周面に対して凹んでいる。複数の第4溝部の各々の構成は、例えば互いに等しい。各第4溝部は、第4伝熱管3cの周方向において互いに間隔を隔てて配置されている。各第4溝部は、第4伝熱管3cの中心軸Oに対して螺旋状に設けられている。各第4溝部は、第4伝熱管3cの径方向とは交差する。各第4溝部の上記周方向の幅は、例えば第4伝熱管3cの径方向の外周に向かうにつれて狭くなるように設けられている。
各第5伝熱管3dは、図示しない第5内周面と、図示しない複数の第5溝部とを有している。第5内周面は、第5伝熱管3dの内部を流れる冷媒と接する面である。各第5溝部は、第5内周面に対して凹んでいる。複数の第5溝部の各々の構成は、例えば互いに等しい。各第5溝部は、第5伝熱管3dの周方向において互いに間隔を隔てて配置されている。各第5溝部は、第5伝熱管3dの中心軸Oに対して螺旋状に設けられている。各第5溝部は、第5伝熱管3dの径方向とは交差する。各第5溝部の上記周方向の幅は、例えば第5伝熱管3dの径方向の外周に向かうにつれて狭くなるように設けられている。
第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの相対的な関係および第4伝熱管3cと第5伝熱管3dとの相対的な関係は、第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの相対的な関係と同等である。つまり、第2溝部31bの条数、深さ、およびリード角、ならびに第2伝熱管3bの管肉厚の少なくともいずれかが、第4溝部の条数、深さ、およびリード角、ならびに第4伝熱管3cの管肉厚の少なくともいずれか未満である。第4溝部の条数、深さ、およびリード角、ならびに第4伝熱管3cの管肉厚の少なくともいずれかが、第5溝部の条数、深さ、およびリード角、ならびに第5伝熱管3dの管肉厚の少なくともいずれか未満である。なお、第4溝部および第5溝部の各々の条数、深さ、およびリード角は、第1溝部31aおよび第2溝部31bの条数、深さおよびリード角と同様に定義される。第4伝熱管3cおよび第5伝熱管3dの各管肉厚は、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各管肉厚と同様に定義される。
第2溝部31bの条数は、例えば、第1溝部31aの条数超えであって、かつ第4溝部の条数未満である。すなわち、条数、深さ、リード角、および管肉厚のうち、第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間で上記大小関係が成立するパラメータは、例えば第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの間で上記大小関係が成立するパラメータと同じである。つまり、第1伝熱管3a、第2伝熱管3b、および第4伝熱管3cは、例えばこれらの条数、深さ、リード角、および管肉厚のうちの任意のパラメータが2段階の上記大小関係を成すように設けられている。また、例えば第2溝部31bの条数が第1溝部31aの条数超えであって、第2溝部31bの深さが複数の第4溝部の深さ未満であってもよい。すなわち、条数、深さ、リード角、および管肉厚のうち、第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間で上記大小関係が成立するパラメータは、第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの間で上記大小関係が成立するパラメータと、異なっていてもよい。上記の場合、第2溝部31bの条数は第4溝部の条数と等しくてもよい。つまり、条数、深さ、リード角、および管肉厚のうち第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間で上記大小関係が成立するパラメータについて、第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとは等しく設けられていてもよい。
第4溝部の条数は、例えば、第2溝部31bの条数超えであって、かつ第5溝部の条数未満である。すなわち、条数、深さ、リード角、および管肉厚のうち、第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの間で上記大小関係が成立するパラメータは、例えば第4伝熱管3cと第5伝熱管3dとの間で上記大小関係が成立するパラメータと同じである。つまり、第1伝熱管3a、第2伝熱管3b、第4伝熱管3c、および第5伝熱管3dは、例えばこれらの条数、深さ、リード角、および管肉厚のうちの任意のパラメータが3段階の上記大小関係を成すように設けられている。また、例えば第4溝部の条数が第2溝部31bの条数超えであって、第4溝部の深さが複数の第5溝部の深さ未満であってもよい。すなわち、条数、深さ、リード角、および管肉厚のうち、第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの間で上記大小関係が成立するパラメータは、第4伝熱管3cと第5伝熱管3dとの間で上記大小関係が成立するパラメータと、異なっていてもよい。上記の場合、第5溝部の条数は第4溝部の条数と等しくてもよい。つまり、条数、深さ、リード角、および管肉厚のうち第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの間で上記大小関係が成立するパラメータについて、第4伝熱管3cおよび第5伝熱管3dは等しく設けられていてもよい。
実施の形態6に係る第1熱交換器1の容量は、分配部10と四方弁102の第3開口部P3との間を接続する冷媒流路の数が多いため、実施の形態1に係る第1熱交換器1の容量よりも多い。一方で、実施の形態6に係る第1熱交換器1は、分配部10と四方弁102の第3開口部P3との間を接続する第1〜第5冷媒流路の構成が、実施の形態1に係る第1熱交換器1における第1〜第3冷媒流路の構成と基本的に同様の構成を備えているため、実施の形態1に係る第1熱交換器1と同様の効果を奏することができる。
なお、実施の形態1〜6に係る冷凍サイクル装置は、少なくとも1つの第1溝部31aおよび少なくとも1つの第2溝部31bを備えていればよい。実施の形態1〜6に係る冷凍サイクル装置が1つの第2溝部31bを備える場合には、深さ、リード角、および管肉厚の少なくともいずれかについて、第1溝部31aは第2溝部31b未満であればよい。同様に、実施の形態6に係る冷凍サイクル装置は、少なくとも1つの第4溝部を備えていればよい。実施の形態6に係る冷凍サイクル装置が1つの第4溝部を備える場合には、深さおよびリード角の少なくともいずれかについて、第2溝部31bは第4溝部未満であればよい。
実施の形態7.
実施の形態7に係る冷凍サイクル装置および第1熱交換器は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100および第1熱交換器1と基本的に同様の構成を備えるが、第1伝熱管3a、第2伝熱管3b、および第3伝熱管4が扁平管として構成されている点で異なる。なお、実施の形態7に係る熱交換器は、実施の形態2〜5に係る熱交換器のいずれかと同様の構成を備えていてもよい。図13は、実施の形態6に係る第1熱交換器と同様に、第1伝熱管3a、第2伝熱管3b、第4伝熱管3cおよび第5伝熱管3dが互いに並列に接続されており、かつ第1伝熱管3a、第2伝熱管3b、第4伝熱管3cおよび第5伝熱管3dが扁平管として構成されている実施の形態7に係る熱交換器を示す図である。なお、図13では、便宜上、第1伝熱管3a、第2伝熱管3b、第4伝熱管3cおよび第5伝熱管3dの各構成が同じように図示されている。
複数の第1伝熱管3aの管内圧力損失は、複数の第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも小さい。複数の第2伝熱管3bの管内圧力損失は、複数の第4伝熱管3cの管内圧力損失よりも小さい。複数の第4伝熱管3cの管内圧力損失は、複数の第5伝熱管3dの管内圧力損失よりも小さい。好ましくは、複数の第1伝熱管3aの管内圧力損失は、複数の第3伝熱管4の管内圧力損失よりも大きい。
図14および図15に示されるように、第1伝熱管3aの外形は、第2伝熱管3bの外形と同一である。第1伝熱管3aの穴数は、第2伝熱管3bの穴数よりも少ない。第1伝熱管3aの管肉厚W1は、例えば第2伝熱管3bの管肉厚W2と等しい。このようにしても、第1伝熱管3aの外径が第2伝熱管3bの外径と等しいため、第1伝熱管3aの管内圧力損失が第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも小さくなる。そのため、実施の形態7に係る第1熱交換器においても、実施の形態1に係る第1熱交換器1と同様に、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差が上述した従来の熱交換器のそれと比べて低減されている。その結果、実施の形態7に係る第1熱交換器の熱交換性能も、上述した従来の熱交換器のそれと比べて、高められている。
図16および図17に示されるように、実施の形態7に係る第1熱交換器では、第1伝熱管3aの管肉厚W1が第2伝熱管3bの管肉厚W2よりも薄くてもよい。この場合、第1伝熱管3aの穴数が第2伝熱管3bの穴数と等しくてもよい。このようにしても、第1伝熱管3aの外径が第2伝熱管3bの外径と等しいため、第1伝熱管3aの管内圧力損失が第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも小さくなる。また、第1伝熱管3aの穴数が第2伝熱管3bの穴数よりも少なくてもよい。
また、複数の第4伝熱管3cの管内圧力損失は、複数の第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも大きく、複数の第5伝熱管3dの管内圧力損失よりも小さい。複数の第5伝熱管3dの管内圧力損失は、複数の第3伝熱管4の管内圧力損失よりも大きい。
第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの相対的な関係および第4伝熱管3cと第5伝熱管3dとの相対的な関係は、第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの相対的な関係と同等である。つまり、第2伝熱管3bの穴数および管肉厚の少なくともいずれかが、第4伝熱管3cの穴数および第4伝熱管3cの管肉厚の少なくともいずれか未満である。第2伝熱管3bの穴数および第4伝熱管3cの管肉厚の少なくともいずれかが、第5伝熱管3dの穴数および第5伝熱管3dの管肉厚の少なくともいずれか未満である。
第2伝熱管3bの穴数は、例えば、第1伝熱管3aの穴数超えであって、かつ第4伝熱管3cの穴数未満である。すなわち、穴数および管肉厚のうち、第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間で上記大小関係が成立するパラメータは、例えば第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの間で上記大小関係が成立するパラメータと同じである。つまり、第1伝熱管3a、第2伝熱管3b、および第4伝熱管3cは、例えばこれらの穴数および管肉厚のうちの任意のパラメータが2段階の上記大小関係を成すように設けられている。また、例えば第2伝熱管3bの穴数が第1伝熱管3aの穴数超えであって、第2伝熱管3bの管肉厚が第4伝熱管3cの管肉厚未満であってもよい。すなわち、穴数および管肉厚のうち、第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間で上記大小関係が成立するパラメータは、第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの間で上記大小関係が成立するパラメータと、異なっていてもよい。上記の場合、第2伝熱管3bの穴数は第4伝熱管3cの穴数と等しくてもよい。つまり、穴数および管肉厚のうち第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間で上記大小関係が成立するパラメータについて、第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとは等しく設けられていてもよい。
第4伝熱管3cの穴数は、例えば第4伝熱管3cの穴数未満である。すなわち、穴数および管肉厚のうち、第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの間で上記大小関係が成立するパラメータは、例えば第4伝熱管3cと第5伝熱管3dとの間で上記大小関係が成立するパラメータと同じである。つまり、第1伝熱管3a、第2伝熱管3b、第4伝熱管3c、および第5伝熱管3dは、例えばこれらの穴数および管肉厚のうちの任意のパラメータが2段階の上記大小関係を成すように設けられている。また、例えば第4伝熱管3cの穴数が第2伝熱管3bの穴数超えであって、第4伝熱管3cの管肉厚が第5伝熱管3dの管肉厚未満であってもよい。すなわち、穴数および管肉厚のうち、第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの間で上記大小関係が成立するパラメータは、第4伝熱管3cと第5伝熱管3dとの間で上記大小関係が成立するパラメータと、異なっていてもよい。上記の場合、第4伝熱管3cの穴数は第5伝熱管3dの穴数と等しくてもよい。つまり、穴数および管肉厚のうち第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの間で上記大小関係が成立するパラメータについて、第4伝熱管3cと第5伝熱管3dとは等しく設けられていてもよい。
このようにすれば、実施の形態7に係る第1熱交換器も、上述した実施の形態6に係る第1熱交換器と基本的に同等の構成を備えているため、これと同様の効果を奏することができる。
なお、実施の形態7に係る冷凍サイクル装置では、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの穴数および管肉厚の少なくともいずれかによって、第1伝熱管3aの管内圧力損失が第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも小さくされているが、これに限られるものではない。第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bは、実施の形態1〜6のいずれかにおける第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bと同様に、第1溝部31aおよび第2溝部31bを有しており、これらの条数、深さ、およびリード角の少なくともいずれかによって、第1伝熱管3aの管内圧力損失が第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも小さくされていてもよい。
また、実施の形態1〜7に係る冷凍サイクル装置において、第1冷媒流路の流路長は第2冷媒流路の流路長と等しく設けられているが、これに限られるものではない。第1冷媒流路の流路長は、第2冷媒流路の流路長と異なっていてもよい。第1冷媒流路の流路長は、例えば第2冷媒流路の流路長よりも短くてもよい。
また、実施の形態1〜7に係る冷凍サイクル装置において、第1伝熱管3aの外形は第2伝熱管3bの外形と同一に設けられているが、これに限られるものではない。第1伝熱管3aの外径は、例えば第2伝熱管3bの外径超えであってもよい。第3伝熱管4の外径は、例えば第1伝熱管3aの外径超えであってもよい。
また、実施の形態1〜7に係る冷凍サイクル装置において、第2熱交換器11も第1熱交換器1と同様の構成を備えていてもよい。この場合、第2熱交換器11の第3流出入部5は減圧部103に、第1流出入部6aおよび第2流出入部6bは四方弁102の第4開口部P4に、接続されていればよい。
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
1 第1熱交換器、2 フィン、3a 第1伝熱管、3b 第2伝熱管、3c 第4伝熱管、3d 第5伝熱管、4 第3伝熱管、5 第3流出入部、6a 第1流出入部、6b 第2流出入部、6c 第4流出入部、6d 第5流出入部、10 分配部、11 第2熱交換器、21a 第1接続部、21b 第2接続部、22 第3接続部、23a 第4接続部、23b 第5接続部、24 第6接続部、21c 第7接続部、21d 第8接続部、23c 第9接続部、23d 第10接続部、30a 第1内周面、30b 第2内周面、31a 第1溝部、31b 第2溝部、40 第3内周面、41 第3溝部、100 冷凍サイクル装置、101 圧縮機、102 四方弁、103 減圧部、104
第1ファン、105 第2ファン。
実施の形態3に係る第1熱交換器では、各第1溝部31aのリード角θ1が、各第2溝部31bのリード角θ2未満である。このような各第1溝部31aの延在方向に沿った長さは各第溝部31の延在方向に沿った長さ未満となる。そのため、第1溝部31aの条数および深さが各第2溝部31bの条数および深さと同等あるいはそれ未満である場合には、第1溝部31aの内面の面積は第2溝部31bの内面の面積未満である。そのため、実施の形態3に係る第1熱交換器においても、実施の形態1に係る第1熱交換器1と同様に、第1伝熱管3aの管内圧力損失が第2伝熱管3bの管内圧力損失よりも小さく、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差が上述した従来の熱交換器のそれと比べて低減されている。その結果、実施の形態3に係る第1熱交換器の熱交換性能も、上述した従来の熱交換器のそれと比べて、高められている。
また、実施の形態3に係る第1熱交換器においても、実施の形態2に係る第1熱交換器1と同様に、各第1溝部31aの深さH1が、各第2溝部31bの深さH2未満であってもよい。このような第1熱交換器では、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差を低減するために必要とされる第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間の管内圧力損失差が、第1溝部31aおよび第2溝部31bの深さおよびリード角という2つのパラメータの各差分によって設計されるため、例えば上記管内圧力損失差が当該2つのパラメータの一方の差分のみによっては設計困難な場合にも、当該管内圧力損失差が比較的容易に実現される。
第3伝熱管4の管肉厚は、第1伝熱管3aの管肉厚W1未満である。第3伝熱管4の外径は、第1伝熱管3aの外径と等しい。そのため、第1伝熱管3aの管内圧力損失は第3伝熱管4の管内圧力損失と比べて大きい。その結果、実施の形態4に係る第1熱交換器の全体での冷媒の圧力損失は、伝熱管の全体が第2伝熱管3bと同等の溝付き配管とされた熱交換器の全体での冷媒の圧力損失と比べて、低く抑えられている。
また、実施の形態4に係る第1熱交換器においても、実施の形態2に係る第1熱交換器1と同様に、各第1溝部31aの深さH1が、各第2溝部31bの深さH2未満であってもよい。このような第1熱交換器では、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差を低減するために必要とされる第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間の管内圧力損失差が、第1溝部31aおよび第2溝部31bの深さ、ならびに第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの管肉厚という2つのパラメータの各差分によって設計されるため、例えば上記管内圧力損失差が当該2つのパラメータの一方の差分のみによっては設計困難な場合にも、当該管内圧力損失差が比較的容易に実現される。
また、実施の形態4に係る第1熱交換器においても、実施の形態3に係る第1熱交換器1と同様に、各第1溝部31aのリード角θ1が、各第2溝部31bのリード角θ2未満であってもよい。このような第1熱交換器では、第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの各々に流れる液相冷媒の流量差を低減するために必要とされる第1伝熱管3aと第2伝熱管3bとの間の管内圧力損失差が、第1溝部31aおよび第2溝部31bのリード角、ならびに第1伝熱管3aおよび第2伝熱管3bの管肉厚という2つのパラメータの各差分によって設計されるため、例えば上記管内圧力損失差が当該2つのパラメータの一方の差分のみによっては設計困難な場合にも、当該管内圧力損失差が比較的容易に実現される。
第4伝熱管3cの穴数は、例えば第伝熱管3の穴数未満である。すなわち、穴数および管肉厚のうち、第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの間で上記大小関係が成立するパラメータは、例えば第4伝熱管3cと第5伝熱管3dとの間で上記大小関係が成立するパラメータと同じである。つまり、第1伝熱管3a、第2伝熱管3b、第4伝熱管3c、および第5伝熱管3dは、例えばこれらの穴数および管肉厚のうちの任意のパラメータが2段階の上記大小関係を成すように設けられている。また、例えば第4伝熱管3cの穴数が第2伝熱管3bの穴数超えであって、第4伝熱管3cの管肉厚が第5伝熱管3dの管肉厚未満であってもよい。すなわち、穴数および管肉厚のうち、第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの間で上記大小関係が成立するパラメータは、第4伝熱管3cと第5伝熱管3dとの間で上記大小関係が成立するパラメータと、異なっていてもよい。上記の場合、第4伝熱管3cの穴数は第5伝熱管3dの穴数と等しくてもよい。つまり、穴数および管肉厚のうち第2伝熱管3bと第4伝熱管3cとの間で上記大小関係が成立するパラメータについて、第4伝熱管3cと第5伝熱管3dとは等しく設けられていてもよい。

Claims (13)

  1. 分配部と、
    前記分配部に対して並列に接続されている第1伝熱管および第2伝熱管とを備え、
    前記第1伝熱管は、前記第2伝熱管よりも上方に配置されており、
    前記第1伝熱管は、第1内周面と、前記第1内周面に対して凹んでおり、かつ前記第1伝熱管の周方向に並んで配置されている少なくとも1つの第1溝部とを有し、
    前記第2伝熱管は、第2内周面と、前記第2内周面に対して凹んでおり、かつ前記第2伝熱管の周方向に並んで配置されている少なくとも1つの第2溝部とを有し、
    前記第1伝熱管の管内圧力損失は、前記第2伝熱管の管内圧力損失よりも小さい、熱交換器。
  2. 前記少なくとも1つの第1溝部および前記少なくとも1つの第2溝部の条数、深さ、リード角、ならびに前記第1伝熱管および前記第2伝熱管の管肉厚の少なくともいずれかについて、
    前記少なくとも1つの第1溝部の条数、深さ、リード角、および前記第1伝熱管の管肉厚の少なくともいずれかは、前記少なくとも1つの第2溝部の条数、深さ、リード角、および前記第2伝熱管の管肉厚の少なくともいずれかよりも小さい、請求項1に記載の熱交換器。
  3. 前記分配部を介して前記第1伝熱管および前記第2伝熱管と直列に接続されている第3伝熱管をさらに備え、
    前記第1伝熱管の管内圧力損失は、前記第2伝熱管の管内圧力損失よりも小さく、前記第3伝熱管の管内圧力損失よりも大きい、請求項1または2に記載の熱交換器。
  4. 前記第3伝熱管は、円管として構成されており、
    前記第3伝熱管は、第3内周面と、前記第3内周面に対して凹んでおり、かつ前記第3伝熱管の周方向に並んで配置されている少なくとも1つの第3溝部とを有し、
    前記少なくとも1つの第1溝部および前記少なくとも1つの第3溝部の条数、深さ、リード角、ならびに前記第1伝熱管および前記第3伝熱管の管肉厚の少なくともいずれかについて、
    前記少なくとも1つの第1溝部の条数、深さ、リード角、および前記第1伝熱管の管肉厚の少なくともいずれかは、前記少なくとも1つの第3溝部の条数、深さ、リード角、および前記第3伝熱管の管肉厚の少なくともいずれかよりも大きい、請求項3に記載の熱交換器。
  5. 分配部と、
    前記分配部に対して並列に接続されている複数の伝熱管とを備え、
    前記複数の伝熱管は、第1伝熱管と、前記第1伝熱管よりも下方に配置されている第2伝熱管とを含み、
    前記第1伝熱管および前記第2伝熱管は、扁平管として構成されており、
    前記第1伝熱管の管内圧力損失は、前記第2伝熱管の管内圧力損失よりも小さい、熱交換器。
  6. 前記第1伝熱管および前記第2伝熱管の内部には、少なくとも1つの穴が設けられており、
    前記第1伝熱管および前記第2伝熱管の穴数および管肉厚の少なくともいずれかについて、前記第1伝熱管は、前記第2伝熱管未満である、請求項5に記載の熱交換器。
  7. 前記分配部を介して前記第1伝熱管および前記第2伝熱管と直列に接続されている第3伝熱管をさらに備え、
    前記第1伝熱管の管内圧力損失は、前記第2伝熱管の管内圧力損失よりも小さく、前記第3伝熱管の管内圧力損失よりも大きい、請求項5または6に記載の熱交換器。
  8. 前記第3伝熱管は、扁平管として構成されており、
    前記第3伝熱管の内部には、少なくとも1つの穴が設けられており、
    前記第1伝熱管および前記第3伝熱管の穴数および管肉厚の少なくともいずれかについて、前記第3伝熱管は、前記第1伝熱管未満である、請求項7に記載の熱交換器。
  9. 分配部と、
    前記分配部に対して並列に接続されている第1伝熱管および第2伝熱管と、
    前記分配部を介して前記第1伝熱管および前記第2伝熱管と直列に接続されている第3伝熱管とを備え、
    前記第1伝熱管は、前記第2伝熱管よりも上方に配置されており、
    前記第1伝熱管の管内圧力損失は、前記第2伝熱管の管内圧力損失よりも小さく、前記第3伝熱管の管内圧力損失よりも大きい、熱交換器。
  10. 前記第1伝熱管により構成される第1冷媒流路の流路長は、前記第2伝熱管により構成される第2冷媒流路の流路長と等しい、請求項1〜9のいずれか1項に記載の熱交換器。
  11. 分配部と、
    前記分配部に対して並列に接続されている第1伝熱管および第2伝熱管とを備え、
    前記第1伝熱管は、前記第2伝熱管よりも上方に配置されており、
    前記第1伝熱管により構成される第1冷媒流路の流路長は、前記第2伝熱管により構成される第2冷媒流路の流路長と等しく、
    前記第1伝熱管の管内圧力損失は、前記第2伝熱管の管内圧力損失よりも小さい、熱交換器。
  12. 前記第1伝熱管の外形は、前記第2伝熱管の外形と同一である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の熱交換器。
  13. 圧縮機、流路切替部、減圧部、第1熱交換器、および第2熱交換器を備え、
    前記流路切替部は、冷媒が前記圧縮機、前記第1熱交換器、前記減圧部、および前記第2熱交換器を順に流れる第1状態と、前記冷媒が前記圧縮機、前記第2熱交換器、前記減圧部、および前記第1熱交換器を順に流れる第2状態とを切り替えるように設けられており、
    前記第1熱交換器は、請求項1〜12のいずれか1項に記載の熱交換器として設けられており、かつ、前記第1状態では前記分配部が前記第1伝熱管および前記第2伝熱管よりも前記冷媒が流れる方向の下流側に、前記第2状態では前記分配部が前記第1伝熱管および前記第2伝熱管よりも前記冷媒が流れる方向の上流側に位置するように、配置されている、冷凍サイクル装置。
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