WO2017073096A1 - 空気調和機の室外機および室内機 - Google Patents

Abstract

　空気調和機の室外機は、吸込口および吹出口を有し、外郭を構成するケーシングと、ケーシング内に設けられ、吸込口から外気を吸い込み、吹出口から外気を排出するファンと、ケーシング内に設けられ、ファンが吸い込んだ外気と冷媒とを熱交換する熱交換器と、を備え、熱交換器は、間隔を空けて並設された複数のフィンと、フィンを並設方向に貫通し、内部を冷媒が流れる複数の扁平管と、で構成される第一熱交換器本体と、間隔を空けて並設された複数のフィンと、フィンを並設方向に貫通し、内部を冷媒が流れる複数の円管と、で構成される第二熱交換器本体と、を備え、第一熱交換器本体は第二熱交換器本体よりもファンの近くに配置されているものである。

Description

空気調和機の室外機および室内機

　本発明は、エネルギー効率を改善した空気調和機の室外機および室内機に関するものである。

　従来の空気調和機において、室内機に搭載された凝縮器として機能する熱交換器で凝縮された液冷媒は、膨張弁によって減圧され、ガス冷媒と液冷媒とが混在する気液二相状態となって室外機に搭載された蒸発器として機能する熱交換器に流入する。冷媒が気液二相状態で蒸発器として機能する熱交換器に流入すると、その熱交換器への冷媒の分配性能が悪化する。そこで、冷媒の分配性能を改善するため、室外機に搭載された熱交換器の分配器としてヘッダーを用いて、ヘッダー内への枝管突出し量、ヘッダー内の仕切り板、噴出孔の設置など、ヘッダー内の構造を調整する方法がある。

　しかし、上記のようにヘッダー内の構造を調整した場合においても、ヘッダー内の気液二相冷媒の分配は、冷媒の質量速度の影響を大きく受ける。例えば、高出力の運転をする場合には、ヘッダー下部よりもヘッダー上部で多くの冷媒が分配されてしまい、低出力の運転をする場合には、ヘッダー上部よりもヘッダー下部で多くの冷媒が分配されてしまう。そして、冷媒の分配性能の悪化により熱交換器の熱交換性能が悪化するため、空気調和機のエネルギー効率の低下を引き起こすという課題があった。加えて、空気調和機の室外機はファンから近い部分ほど風が多く流れる。そのため、ヘッダー上部よりもファンから遠いヘッダー下部で、ヘッダー上部よりも多くの冷媒が分配されてしまう場合には、さらに冷媒の分配性能および熱交換器の熱交換性能が悪化し、さらなるエネルギー効率の低下を引き起こすという課題があった。

　空気調和機のエネルギー効率を改善するためには、気液二相冷媒の分配を均一化させる必要があるが、その方法として、従来、ヘッダー内に冷媒を撹拌させる乱流促進体を設ける方法がある（特許文献１参照）。特許文献１では、乱流促進体によってヘッダー内の気液二相冷媒が撹拌されることにより、気液二相冷媒の分配を均一化させている。

特開平５－２０３２８６号公報

　特許文献１のような従来の方法では、ヘッダー内に冷媒を攪拌させる構造物を設けることで、冷媒の分配性能を改善しているが、ヘッダー内の構造が複雑になるため、コストの増大を招いてしまうという課題があった。

　本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、コストの増大を抑制しつつ、エネルギー効率を改善した空気調和機の室外機および室内機を提供することを目的としている。

　本発明に係る空気調和機の室外機は、吸込口および吹出口を有し、外郭を構成するケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、前記吸込口から外気を吸い込み、前記吹出口から外気を排出するファンと、前記ケーシング内に設けられ、前記ファンが吸い込んだ外気と冷媒とを熱交換する熱交換器と、を備え、前記熱交換器は、間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の扁平管と、で構成される第一熱交換器本体と、間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の円管と、で構成される第二熱交換器本体と、を備え、前記第一熱交換器本体は前記第二熱交換器本体よりも前記ファンの近くに配置されているものである。

　本発明に係る空気調和機の室外機によれば、熱交換性能に対する寄与率の高いファンの近くに、熱交換性能が高い扁平管が伝熱管である第一熱交換器本体が配置されており、熱交換性能に対する寄与率の低いファンの遠くに、熱交換性能は低いが、冷媒の分配性能が高く、製造コストが安い円管が伝熱管である第二熱交換器本体が配置されている。そのため、コストの増大を抑制しつつ、エネルギー効率を改善することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室外機の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器およびその周辺の側面模式図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 図２のＡ－Ａ断面図の別の一例を示す図である。 図２のＢ－Ｂ断面図である。 本発明の実施の形態１に係るディストリビュータの模式図である。 本発明の実施の形態１に係るディストリビュータとは別の分配器を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器の高さ方向に対する風量を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器およびその周辺の側面模式図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器およびその周辺の別の一例を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態２に係る熱交換器およびその周辺の別の一例を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態３に係る熱交換器およびその周辺の側面模式図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和機の室外機の斜視図である。 本発明の実施の形態４に係る熱交換器の側面模式図である。 空気調和機の室外機の乾き度調整装置として内部熱交換器を使用した場合の構成の一部を示す模式図である。 図２の別の一例を示す第一図である。 図２の別の一例を示す第二図である。 図２の別の一例を示す第三図である。 本発明の実施の形態５に係る熱交換器およびその周辺の側面模式図である。 本発明の実施の形態６に係る熱交換器およびその周辺の側面模式図である。 本発明の実施の形態７に係る熱交換器およびその周辺の側面模式図である。 本発明の実施の形態８に係る熱交換器およびその周辺の側面模式図である。 本発明の実施の形態９に係るターボファンを搭載した空気調和機の室内機を示す第一の模式図である。 本発明の実施の形態９に係るターボファンを搭載した空気調和機の室内機を示す第二の模式図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、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、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室外機１００ａの斜視図であり、図２は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１０ａおよびその周辺の側面模式図であり、図３は、図２のＡ－Ａ断面図であり、図４は、図２のＡ－Ａ断面図の別の一例を示す図であり、図５は、図２のＢ－Ｂ断面図である。なお、図１中の矢印は風の流れを示しており、図２中の矢印は暖房運転時における冷媒の流れ、または、風の流れを示している。

　以下の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」等）を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本願発明を限定するものではない。また、本実施の形態１では、室外機１００ａを正面視した状態において、「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」を使用する。そして、後述する実施の形態２～４についても同様である。

　本実施の形態１に係る空気調和機の室外機１００ａは、図２に示す熱交換器１０ａを搭載している。
　空気調和機の室外機１００ａはトップフロー型であり、室内機（図示せず）との間で冷媒を循環させることにより冷凍サイクルを構成する。なお、この室外機１００ａは、例えばビル用マルチの室外機などに用いられ、ビルの屋上などに設置される。

　室外機１００ａは、図１に示すように、箱状に形成されたケーシング１と、ケーシング１の側面の開口により形成された吸込口２と、吸込口２に沿うようにケーシング１内に配置された熱交換器１０ａと、ケーシング１の上面の開口により形成された吹出口３と、吹出口３を覆うように通風可能に設けられたファンガード４と、ファンガード４の内部に配置され、吸込口２から外気を吸い込み、吹出口３から外気を排出するファン５と、を備えている。

　空気調和機の室外機１００ａに搭載されている熱交換器１０ａは、ファン５によって吸込口２から吸い込まれた外気と冷媒とを熱交換するものである。熱交換器１０ａは、図２に示すように、ファン５の下方に配置されており、上部熱交換器１１と下部熱交換器１２とで構成されている。そして、上部熱交換器１１と下部熱交換器１２とが、正面視して、または、側面視して上下方向に配置されている。詳しくは、上部熱交換器１１がファン５から近い上側に配置され、下部熱交換器１２がファン５から遠い下側に配置されている。

　上部熱交換器１１は、間隔を空けて並設された複数のフィン２１と、フィン２１の並設方向にこれらフィン２１を貫通し、内部を冷媒が流れる複数の伝熱管と、で構成される上部熱交換器本体２０と、複数の伝熱管の一端と接続される上部第一ヘッダー２３と、複数の伝熱管の他端と接続される上部第二ヘッダー２４と、を備えている。なお、暖房運転時における上部熱交換器本体２０の上流側に上部第一ヘッダー２３が接続されており、暖房運転時における上部熱交換器本体２０の下流側に上部第二ヘッダー２４が接続されている。以後、暖房運転時における上部熱交換器本体２０または下部熱交換器本体３０の上流側に接続される分配器のことを、上流側分配器と称する。

　一方、下部熱交換器１２は、間隔を空けて並設された複数のフィン３１と、フィン３１の並設方向にこれらフィン３１を貫通し、内部を冷媒が流れる複数の伝熱管と、で構成される下部熱交換器本体３０と、ディストリビュータ３４と、複数の伝熱管の一端をディストリビュータ３４と接続するキャピラリーチューブ３３と、複数の伝熱管の他端と接続される下部ヘッダー３５と、を備えている。なお、暖房運転時における下部熱交換器本体３０の上流側にキャピラリーチューブ３３を介してディストリビュータ３４が接続されており、暖房運転時における下部熱交換器本体３０の下流側に下部ヘッダー３５が接続されている。

　また、上部熱交換器１１の上部第一ヘッダー２３は、暖房運転時にガス冷媒と液冷媒とが混在した気液二相冷媒が通過する第一配管４０から分岐した第一分岐管４１と接続されている。また、上部熱交換器１１の上部第二ヘッダー２４は、暖房運転時にガス冷媒が通過する第二配管５０から分岐した第一分岐管５１と接続されている。
　一方、下部熱交換器１２のディストリビュータ３４は、第一配管４０から分岐した第二分岐管４２と接続されている。また、下部熱交換器１２の下部ヘッダー３５は、第二配管５０から分岐した第二分岐管５２と接続されている。

　なお、本実施の形態１に係る上部熱交換器１１の伝熱管は、図３に示す断面が扁平形状の扁平管２２であるが、図４に示す断面が扁平形状で、内部に複数の孔が形成されている扁平多孔管２２ａとしてもよい。また、図３に示す扁平管２２および図４に示す扁平多孔管２２ａは、いずれも平滑面となっているが、溝を切ることで伝熱面積の拡大を図る溝付き面としてもよい。また、本実施の形態１に係る下部熱交換器１２の伝熱管は、図５に示す断面が円形状の円管３２である。

　図１６は、図２の別の一例を示す第一図であり、図１７は、図２の別の一例を示す第二図である。
　なお、本実施の形態１では、図２に示すように上部熱交換器１１と下部熱交換器１２との間に隙間が存在するが、実際には上部熱交換器１１のフィン表面の水滴を排水するために、図１６に示すように上部熱交換器１１と下部熱交換器１２とを密着させてもよい。また、図１７に示すようにフィンは上部熱交換器１１と下部熱交換器１２との間に切れ目が無く、一体のフィンを共有していてもよい。

　図３に示す扁平管２２および図４に示す扁平多孔管２２ａは、図５に示す円管３２と比べて、冷媒単位体積当たりの伝熱面積が大きいため熱交換性能が高い。しかし、断面積が小さいため、流動抵抗が大きく圧力損失が大きくなるため、伝熱管の多パス化を図り圧力損失の増加を抑制する必要がある。その際に、多数の伝熱管に冷媒を最適に分配する技術が課題としてある。一方、図５に示す円管３２は、図３に示す扁平管２２および図４に示す扁平多孔管２２ａと比べて、熱交換器性能は低いが、製造コストが低い。しかし、断面積が大きいため、流動抵抗が小さく圧力損失が小さくなるため、伝熱管のパス数を少なくでき、分配の最適化が容易であるというメリットがある。

　次に、本実施の形態１に係る空気調和機の室外機１００ａの暖房運転時における冷媒の流れについて、図２を用いて説明する。
　暖房運転時、気液二相冷媒は、第一配管４０を通過し、第一分岐管４１と、第二分岐管４２とに分流される。第二分岐管４２に流れた気液二相冷媒は、ディストリビュータ３４へ流れ、そこで均質化された後、キャピラリーチューブ３３を通って下部熱交換器本体３０に流入する。下部熱交換器本体３０に流入した気液二相冷媒は、そこで吸込口２から吸い込まれた外気と熱交換することでガス化し、下部ヘッダー３５へ流出する。

　一方、第一分岐管４１に流れた気液二相冷媒は、上部第一ヘッダー２３へ流れ、そこで各扁平管２２に分配され、各扁平管２２から上部熱交換器本体２０に流入する。上部熱交換器本体２０に流入した気液二相冷媒は、そこで吸込口２から吸い込まれた外気と熱交換することでガス化し、上部第二ヘッダー２４へ流出する。

　図６は、本発明の実施の形態１に係るディストリビュータ３４の模式図である。
　図６に示すディストリビュータ３４は、ディストリ主管部６１と、ディストリ膨張部６２と、ディストリ分流部材６３と、を備えており、ディストリ主管部６１には面積急縮小部６４が設けられている。また、ディストリビュータ３４には、キャピラリーチューブ３３の一端が接続されている。

　ディストリビュータ３４には、気液二相冷媒が流入し、ディストリ主管部６１の面積急縮小部６４で絞られ、ガス冷媒と液冷媒とはディストリ膨張部６２で攪拌され、均質化される。均質化されたガス冷媒と液冷媒とは、ディストリ分流部材６３で各キャピラリーチューブ３３に分配するようになっている。キャピラリーチューブ３３の他端は下部熱交換器１２の円管３２に接続され、各円管３２に流れる冷媒流量は、キャピラリーチューブ３３の長さを調整することによって制御することができる。

　図７は、本発明の実施の形態１に係るディストリビュータ３４とは別の分配器を示す模式図である。なお、図７中の矢印は重力方向を示している。
　暖房運転時における下部熱交換器本体３０の上流側に接続されている分配器は、図６に示すディストリビュータ３４であるが、図７に示すヘッダー７０としてもよい。
　図７に示すヘッダー７０は、ヘッダー７０内に流入した気液二相冷媒を、重力方向に並設された複数の伝熱管である円管３２に分配する構造のものである。そして、気液二相冷媒は、ヘッダー７０内を鉛直上向きに上昇流で流れ、複数の円管３２にヘッダー７０内の流れに対して垂直の角度で分流される。

　分配器は一般的にディストリビュータ３４の方が、ヘッダーより冷媒の分配性能が高い。しかし、扁平管２２が伝熱管である熱交換器に用いる場合には、パス数が多くなるため、ディストリビュータ３４の分岐部を多くしたり、複数のディストリビュータ３４を使用したりする必要があり、配管の取り回しが複雑になるというデメリットがある。

　一方、ヘッダーは、配管の取り回しが容易であり、自動ロウ付けなどの自動化も適用し易く、低コストで製造できる。しかし、気液二相冷媒に対して重力が作用するため、例えば、冷媒流量が小さい場合には、密度の大きい液冷媒が伝熱管下部に多く偏って流れるといった課題があり、一般的に冷媒の分配性能はディストリビュータ３４より低いというデメリットがある。

　また、ヘッダーはディストリビュータ３４と比較すると、ディストリビュータ３４のように面積急縮小部６４などがなく、また、キャピラリーチューブ３３も接続されていないため、圧力損失は小さい。このため、上流側分配器において、扁平管２２が伝熱管である熱交換器本体には、パス数が多くなるため、圧力損失が小さく、配管の取り回しが容易なヘッダーの方が適している。一方で、円管３２が伝熱管である熱交換器本体には、パス数が少なく配管の取り回しが複雑にならないため、冷媒の分配性能が高いディストリビュータ３４の方が適している。このように、扁平管２２が伝熱管である熱交換器本体、および、円管３２が伝熱管である熱交換器本体、の上流側分配器には、それぞれ適したものがある。

　図８は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１０ａの高さ方向に対する風量を示す図である。
　本実施の形態１に係る熱交換器１０ａは、トップフロー型の室外機１００ａに搭載されているため、ファン５は熱交換器１０ａの上方に配置されており、ファン５によって風が熱交換器１０ａの隙間を通過し、それによって空気と熱交換する。そして、ファン５が上部熱交換器１１の上方に配置されているため、室外機１００ａを流れる風量分布は、図８に示すようにファン５から近い熱交換器１０ａの上側の方が下側よりも多くなる。つまり、下側に配置された下部熱交換器１２よりも上側に配置された上部熱交換器１１の方が、風の流れが多くなる。そのため、上部熱交換器１１および下部熱交換器１２の前面面積を同じとした場合、上部熱交換器１１の方が下部熱交換器１２よりも、室外機１００ａの熱交換性能に対する寄与率が高くなる。

　したがって、風の流れが多い室外機１００ａの上側、つまり、ファン５から近い位置には、熱交換性能が高い、扁平管２２が伝熱管である上部熱交換器１１を配置し、風の流れが少ない室外機１００ａの下側、つまり、ファン５から遠い位置には、熱交換性能は低いが冷媒の分配性能が高い、円管３２が伝熱管である下部熱交換器１２を配置する。そうすることで、熱交換性能を効率的に向上させることができる。その結果、空気調和機の室外機１００ａのエネルギー効率を改善することができる。

　また、風の流れが多い位置に配置されている上部熱交換器１１に冷媒を多く流す方が熱交換性能は高くなる。そこで、扁平管２２が伝熱管である熱交換器、および円管３２が伝熱管である熱交換器、の上流側分配器にそれぞれ最適なものを用いる。扁平管２２が伝熱管である熱交換器、つまり、上部熱交換器１１には分配器としてヘッダーを用い、円管３２が伝熱管である熱交換器、つまり、下部熱交換器１２には分配器としてディストリビュータ３４を用いる。

　分配器の流動抵抗はヘッダーよりもディストリビュータ３４の方が大きいため、上記のように分配器を用いることで、上部熱交換器１１に冷媒をより多く流すことができる。そのため、冷媒の分配特性を改善でき、熱交換器１０ａの熱交換性能を向上させることができる。また、ディストリビュータ３４に接続されているキャピラリーチューブ３３の長さを変更することで、ヘッダーに流れる冷媒流量を調整することができるので、なおよい。

　図１８は、図２の別の一例を示す第三図である。
　なお、本実施の形態１では、図２に示すように円管３２にディストリビュータ３４、扁平管２２にヘッダーを接続しているが、あくまでも一例であり、例えば、図１８に示すように円管３２と扁平管２２のいずれにも同じ分配器を取り付けてもよく、あるいは扁平管２２にディストリビュータ３４、円管３２にヘッダーを接続してもよい。

　また、一般的に円管３２よりも扁平管２２は製造コストが高いので、室外機１００ａの熱交換性能に対する寄与率の高いファン５の近くに、熱交換性能の高い扁平管２２が伝熱管である上部熱交換器１１を配置することで、コストパフォーマンスのよい熱交換器１０ａを提供することができる。

　以上より、本実施の形態１に係る空気調和機の室外機１００ａによれば、熱交換性能に対する寄与率の高いファン５の近くに、熱交換性能が高い扁平管２２が伝熱管である上部熱交換器１１を配置し、熱交換性能に対する寄与率の低いファン５の遠くに、熱交換性能は低いが、冷媒の分配性能が高く製造コストが安い円管３２が伝熱管である下部熱交換器１２を配置することにより、コストの増大を抑制しつつ、エネルギー効率を改善することができる。

　実施の形態２．
　以下、本発明の実施の形態２について説明するが、実施の形態１と重複するものについては（一部の）説明を省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
　図９は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器１０ｂおよびその周辺の側面模式図である。なお、図９中の矢印は暖房運転時における冷媒の流れ、または、風の流れを示している。
　本実施の形態２に係る空気調和機の室外機１００ｂは、熱交換器１０ｂの上流側に気液分離器８０を備えている。気液分離器８０は、冷媒の乾き度を調整するために用いられ、気液二相冷媒が流れる第三配管８２、気液分離器８０で分離されたガス冷媒が流れる第四配管８３、および、気液分離器８０で分離された液冷媒が流れる第一配管４０と接続されている。第四配管８３は、バイパス流量弁８５と接続されており、バイパス流量弁８５は、第五配管８４と接続されており、第五配管８４は、第二配管５０と接続されている。また、第二配管５０は、圧縮機８１と接続されている。

　図１５は、空気調和機の室外機の乾き度調整装置として内部熱交換器１１０を使用した場合の構成の一部を示す模式図である。
　なお、気液分離器８０は、本発明の「乾き度調整装置」に相当するが、あくまで乾き度を調整する装置の一例であり、これに限定されるものではない。その他の乾き度調整装置としては、図１５に示すような内部熱交換器１１０、または他の低温熱源などと熱交換する熱交換器を用いてもよい。

　図１５に示すように、冷媒は配管１１１を通過し、内部熱交換器１１０に流入する。内部熱交換器１１０に流入した冷媒は、熱交換器１１７出口の配管１１６とバイパスされた一部の冷媒によって自己冷却され、乾き度が低下した状態で配管１１２を通り、熱交換器１１７に流れる。一方、バイパスされた冷媒は、配管１１５を通過し、バイパス流量は配管１１３上に設置されたバルブ１１４によって調整される。なお、配管１１３上に設置されたバルブ１１４はバルブに限られるものではなく、キャピラリーチューブ、細管、フロート弁などの流動抵抗体であればよい。

　次に、本実施の形態２に係る空気調和機の室外機１００ｂの暖房運転時における冷媒の流れについて、図９を用いて説明する。
　暖房運転時、気液二相冷媒は、第三配管８２を通過し、気液分離器８０に流入する。気液分離器８０に流入した気液二相冷媒は、そこでガス冷媒と液冷媒とに分離される。気液分離器８０で分離されたガス冷媒は、第四配管８３、バイパス流量弁８５、第五配管８４、および、第二配管５０を通過し、圧縮機８１に流入する。一方、気液分離器８０で分離された液冷媒は、第一配管４０を通過し、第一分岐管４１と、第二分岐管４２とに分流される。

　第二分岐管４２に流れた液冷媒は、ディストリビュータ３４へ流れ、そこで均質化された後、キャピラリーチューブ３３を通って下部熱交換器本体３０に流入する。下部熱交換器本体３０に流入した液冷媒は、そこで吸込口２から吸い込まれた外気と熱交換することでガス化し、下部ヘッダー３５へ流出する。一方、第一分岐管４１に流れた液冷媒は、上部第一ヘッダー２３へ流れ、そこで各扁平管２２に分配され、各扁平管２２から上部熱交換器本体２０に流入する。上部熱交換器本体２０に流入した気液二相冷媒は、そこで吸込口２から吸い込まれた外気と熱交換することでガス化し、上部第二ヘッダー２４へ流出する。

　第一分岐管４１と第二分岐管４２とに流れる冷媒の流量比は、第一分岐管４１、上部第一ヘッダー２３、扁平管２２、上部第二ヘッダー２４、および、第一分岐管５１の合計の流動抵抗と、第二分岐管４２、ディストリビュータ３４、キャピラリーチューブ３３、円管３２、下部ヘッダー３５、および、第二分岐管５２の合計の流動抵抗と、で決まる。特に、キャピラリーチューブ３３の長さを調整することで、第一分岐管４１と第二分岐管４２とに流れる冷媒の流量比を最適に調整することができる。

　ここで、第一分岐管４１を流れる冷媒にガスが多く混合している場合、すなわちガス冷媒流量／全冷媒流量（以後、乾き度と称する）が大きい場合には、ガスが上部第一ヘッダー２３の上部に溜まりやすく、各扁平管２２に液冷媒が不均等に流れやすい。そのため、気液分離器８０を用いて上部第一ヘッダー２３に流れるガス冷媒を減らすことで、上部第一ヘッダー２３に流れる冷媒の分配性能が改善し、熱交換性能が向上する。

　なお、本実施の形態２では、気液分離器８０によって気液二相冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離しているが、完全に分離できなくても、上部第一ヘッダー２３に流れるガス冷媒を減らすことができればよい。また、気液分離器８０を用いることで、分配器および伝熱管を通過する際の圧力損失を全体的に小さくすることができ、キャピラリーチューブ３３による流量比の調整が容易となる。

　図１０は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器１０ｂおよびその周辺の別の一例を示す側面模式図であり、図１１は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器１０ｂおよびその周辺の別の一例を示す側面模式図である。なお、図１０中および図１１中の矢印は暖房運転時における冷媒の流れ、または、風の流れを示している。
　なお、気液分離器８０の配置は、図９に示す位置に限定されず、図１０に示すように第一分岐管４１中に気液分離器８０を配置してもよいし、図１１に示すように、第二分岐管４２中に気液分離器８０を配置してもよい。また、気液分離器８０を複数配置すると、第一分岐管４１と第二分岐管４２とに流れる冷媒流量の制御幅が広がるため、なおよい。

　実施の形態３．
　以下、本発明の実施の形態３について説明するが、実施の形態１と重複するものについては（一部の）説明を省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
　図１２は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器１０ｃおよびその周辺の側面模式図である。なお、図１２中の矢印は冷房運転時における冷媒の流れ、または、風の流れを示している。
　本実施の形態３に係る熱交換器１０ｃは、扁平管２２および円管３２の少なくとも２種類の伝熱管が中間ヘッダー２６を介して直列に接続されている。
　熱交換器１０ｃは、ファン５の下方に配置されており、上部熱交換器本体２０と、下部熱交換器本体３０と、ヘッダー２５と、中間ヘッダー２６と、ディストリビュータ３４と、キャピラリーチューブ３３と、を備えている。

　上部熱交換器本体２０は、間隔を空けて並設された複数のフィン２１と、フィン２１の並設方向にこれらフィン２１を貫通し、内部を冷媒が流れる複数の扁平管２２と、で構成されている。また、下部熱交換器本体３０は、間隔を空けて並設された複数のフィン３１と、フィン３１の並設方向にこれらフィン３１を貫通し、内部を冷媒が流れる複数の円管３２と、で構成されている。そして、上部熱交換器本体２０と下部熱交換器本体３０とは、正面視して、または、側面視して上下方向に配置されており、上部熱交換器本体２０がファン５から近い上側に配置され、下部熱交換器本体３０がファン５から遠い下側に配置されている。

　つまり、上部熱交換器本体２０の複数の扁平管２２と、下部熱交換器本体３０の複数の円管３２とは、重力方向に並設されている。
　上部熱交換器本体２０の複数の扁平管２２の一端は、ヘッダー２５と接続されており、下部熱交換器本体３０の複数の円管３２の一端は、キャピラリーチューブ３３を介してディストリビュータ３４と接続されている。また、上部熱交換器本体２０の複数の扁平管２２の他端および下部熱交換器本体３０の複数の円管３２の他端は、中間ヘッダー２６と接続されている。なお、冷房運転時における上部熱交換器本体２０の上流側に接続されている分配器は、ヘッダー２５であり、冷房運転時における下部熱交換器本体３０の上流側に接続されている分配器は、ディストリビュータ３４である。

　また、ヘッダー２５は、冷房運転時にガス冷媒が通過する第一配管９１と接続されており、ディストリビュータ３４は、冷房運転時に液冷媒が通過する第二配管９２と接続されている。

　次に、本実施の形態３に係る空気調和機の室外機１００ｃの冷房運転時における冷媒の流れについて、図１２を用いて説明する。
　冷房運転時、高温高圧のガス冷媒が第一配管９１を通過し、ヘッダー２５へ流れ、そこで各扁平管２２に分配され、各扁平管２２から上部熱交換器本体２０に流入する。上部熱交換器本体２０に流入したガス冷媒は、そこで吸込口２から吸い込まれた外気と熱交換して熱を放熱することで気液二相状態となり、中間ヘッダー２６へ流れる。中間ヘッダー２６で気液二相冷媒は下部熱交換器本体３０の円管３２へと流入し、そこでさらに周囲の空気と熱交換し、液単相となる。

　この時、扁平管２２を、円管３２が伝熱管である下部熱交換器１２のように、液冷媒の割合が多い気液二相冷媒が流れる熱交換器に用いると、熱交換器高さが同じである場合、扁平管２２は円管３２よりも液単相での熱伝達率の低下が顕著である。このため、液冷媒の割合が多い冷媒が流れる熱交換器に円管３２、ガス単相～気液二相状態が流れる熱交換器に扁平管２２を用いることで、液単相部での扁平管２２のデメリットを補うことができ、コストパフォーマンスに優れた熱交換器を提供できる。

　実施の形態４．
　以下、本発明の実施の形態４について説明するが、実施の形態１と重複するものについては（一部の）説明を省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
　図１３は、本発明の実施の形態４に係る空気調和機の室外機１００ｄの斜視図であり、図１４は、本発明の実施の形態４に係る熱交換器１０ｄの側面模式図である。なお、図１４中の矢印は風の流れを示している。

　本実施の形態４に係る空気調和機の室外機１００ｄは、図１４に示す熱交換器１０ｄを搭載している。
　空気調和機の室外機１００ｄはサイドフロー型であり、室内機（図示せず）との間で冷媒を循環させることにより冷凍サイクルを構成する。なお、この室外機１００ｄは、例えばビル用マルチの室外機などに用いられ、ビルの屋上などに設置される。

　室外機１００ｄは、図１３に示すように、箱状に形成されたケーシング１０１と、ケーシング１０１の背面の開口により形成された吸込口（図示せず）と、ケーシング１０１内の背面側に配置された熱交換器１０ｄと、ケーシング１０１の前面の開口により形成された吹出口１０３と、吹出口１０３を覆うように通風可能に設けられたファンガード１０４と、ファンガード１０４の内部に配置され、吸込口から外気を吸い込み、吹出口１０３から外気を排出するファン１０５と、を備えている。

　空気調和機の室外機１００ｄに搭載されている熱交換器１０ｄは、ファン１０５によって吸込口から吸い込まれた外気と冷媒とを熱交換するものであり、熱交換器１０ｄは、ファン１０５よりも背面側に配置されている。

　熱交換器１０ｄは、フィン２１と扁平管２２とで構成される前面熱交換器本体１２０と、フィン３１と円管３２とで構成される背面熱交換器本体１３０と、を備えている。そして、前面熱交換器本体１２０と背面熱交換器本体１３０とが、正面視して前後方向に配置されている。詳しくは、前面熱交換器本体１２０がファン１０５から近い室外機１００ｄの前面側に配置され、背面熱交換器本体１３０がファン１０５から遠い室外機１００ｄの背面側に配置されている。

　本実施の形態４のように、ファン１０５から近い前列に熱交換性能が高い扁平管２２が伝熱管である前面熱交換器本体１２０を配置し、後列に円管３２が伝熱管である背面熱交換器本体１３０を配置することで、冷媒と外気との温度差が大きい前列においてコストパフォーマンスよく、熱交換性能を改善することができる。

　なお、上部熱交換器本体２０および前面熱交換器本体１２０は、本発明の「第一熱交換器本体」に相当し、下部熱交換器本体３０および背面熱交換器本体１３０は、本発明の「第二熱交換器本体」に相当する。また、ケーシング１０１の前面は、本発明の「ケーシングの側面」に相当する。

　実施の形態５．
　以下、本発明の実施の形態５について説明するが、実施の形態１と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
　図１９は、本発明の実施の形態５に係る熱交換器１０ｅおよびその周辺の側面模式図である。なお、図１９中の矢印は暖房運転時の冷媒の流れ、または風の流れを示している。

　本実施の形態５に係る熱交換器１０ｅは、上部熱交換器本体２０の冷媒流れ上流側に、上部第一ヘッダー２３、下部熱交換器本体３０の冷媒流れ上流側に、下部第一ヘッダー１４０が接続されており、下部第一ヘッダー１４０の上流側に流量調整弁１５０を備えており、上部熱交換器本体２０および下部熱交換器本体３０に流れる冷媒流量を弁開度により調整している。

　なお、ここでは冷媒流量を調整する機構例として膨張弁を挙げているが、あくまで一例であり、キャピラリーチューブ、フロートなど、流動抵抗を変化させて冷媒流量の調整を行うものであればよい。また、上部熱交換器本体２０または下部熱交換器本体３０に接続されている分配器はあくまでも本実施の形態５の一例としてヘッダーを接続しているがこれに限るものではなく、複数のディストリビュータまたはヘッダーとディストリビュータを混在使用してもよい。

　本実施の形態５によれば、暖房運転時、円管３２で構成された下部熱交換器本体３０に流れる冷媒流量を流量調整弁１５０によって制御し、分配調整を図ると共に、下部熱交換器本体３０の熱交換寄与率を変化させることができ、例えば低負荷運転時においても安定して熱交換寄与率の高い上部熱交換器本体２０に多く冷媒を供給することができ、コストパフォーマンスに優れた熱交換器を提供することができる。

　実施の形態６．
　以下、本発明の実施の形態６について説明するが、実施の形態１と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
　図２０は、本発明の実施の形態６に係る熱交換器１０ｆおよびその周辺の側面模式図である。なお、図２０中の矢印は暖房運転時の冷媒の流れ、または風の流れを示している。

　本実施の形態６に係る熱交換器１０ｆは、暖房運転時における、円管３２で構成された下部熱交換器本体３０および扁平管２２で構成された上部熱交換器本体２０の上流側に接続されているヘッダー、および、下流側に接続されているヘッダーは、それぞれ上下に分割されることなく一本の上流ヘッダー１６０、下流ヘッダー１７０である。つまり、上部熱交換器本体２０と下部熱交換器本体３０とにまたがって一本の上流ヘッダー１６０および下流ヘッダー１７０が接続されている。
　このように、ヘッダーを上下に分割しないことで、配管を減らすことができ、または、複数のヘッダーを取り付ける必要が無く、コストパフォーマンスを向上させることができる。

　なお、本実施の形態６では、暖房運転時における、上部熱交換器本体２０および下部熱交換器本体３０の上流側に接続されているヘッダー、および、下流側に接続されているヘッダーは、それぞれ一本で構成されているが、それに限定されない。例えば、上流側は一本のヘッダーに接続しているが、下流側は上下に分かれた複数のヘッダーであってもよく、上流側は一つのディストリビュータなどヘッダー以外の分配器に接続しているが、下流側は上下に分かれた複数のヘッダーであってもよい。また、上流側は上下に分かれた複数のヘッダーまたはディストリビュータなどで、下流側が一本のヘッダーに接続しているものでもよい。

　実施の形態７．
　以下、本発明の実施の形態７について説明するが、実施の形態１と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
　図２１は、本発明の実施の形態７に係る熱交換器１０ｇおよびその周辺の側面模式図である。なお、図２１中の矢印は暖房運転時の冷媒の流れ、または風の流れを示している。

　本実施の形態７に係る熱交換器１０ｇは、上部熱交換器本体２０と下部熱交換器本体３０との間に防食シート１８０が挿入されているものである。これは、例えば扁平管２２がアルミ、円管３２が銅管などで、異種金属が上下に存在している場合に、排水などによって下部熱交換器本体３０の腐食の進行速度を低減するためである。なお、防食シート１８０の代わりに、上部熱交換器本体２０と下部熱交換器本体３０とを同じ材質で構成することも有効である。

　実施の形態８．
　以下、本発明の実施の形態８について説明するが、実施の形態１と重複するものについては（一部の）説明を省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
　図２２は、本発明の実施の形態８に係る熱交換器１０ｈおよびその周辺の側面模式図である。なお、図２２中の矢印は暖房運転時の冷媒の流れ、または風の流れを示している。

　本実施の形態８に係る熱交換器１０ｈは、暖房運転時、円管３２で構成された下部熱交換器本体３０は扁平管２２で構成された上部熱交換器本体２０よりもファン５から遠い位置に配置されており、上部熱交換器本体２０および下部熱交換器本体３０の少なくとも一方は、熱交換器の伝熱管が略鉛直、つまり鉛直向きに配置されている。これにより、上部熱交換器本体２０または下部熱交換器本体３０に接続されるヘッダー内を流れる冷媒は、ヘッダーのヘッド差の影響が少なく、分配改善を図ることができる。

　また、ファン５に近い位置に、伝熱性能が相対的に高い扁平管２２を用いており、ファン５から遠い位置に、伝熱性能が相対的に低いが、コストパフォーマンスのよい円管３２を配置することで、コストパフォーマンスに優れた熱交換器を提供することができる。また、図２２では、冷媒の流入するヘッダー位置を熱交換器本体の下部としているが、これはあくまでも一例であり、例えば冷媒流入位置を、熱交換器本体の上部としたり、上部熱交換器本体２０の下部と下部熱交換器本体３０の上部としたりしてもよい。

　実施の形態９．
　以下、本発明の実施の形態９について説明する。
　図２３は、本発明の実施の形態９に係るターボファン２５０を搭載した空気調和機の室内機１００ｅを示す第一の模式図であり、図２４は、本発明の実施の形態９に係るターボファン２５０を搭載した空気調和機の室内機１００ｅを示す第二の模式図である。なお、図２３および図２４中の矢印は風の流れを表している。

　本実施の形態９に係る空気調和機の室内機１００ｅは、図２３および図２４に示すターボファン２５０を搭載している。また、ターボファン２５０の周囲に第一熱交換器２００と、第二熱交換器２１０とを搭載しており、第一熱交換器２００は第二熱交換器２１０よりも室内機１００ｅの上側、つまりターボファン２５０の先端に近くに配置されている。

　ターボファン２５０は、モーター２３０によって回転され、ターボファン２５０が回転することによって風はベルマウス２４０に沿って流入し、ターボファン２５０によって遠心方向に吹きだされる。吹きだされた風はターボファン２５０の周囲に配置された第一熱交換器２００、第二熱交換器２１０を通過することで熱交換し、天井材１９０によって形成された風路を沿って吹きだされる。また、第二熱交換器２１０の下部にはドレンパン２２０が配置されており、熱交換器で発生する凝縮水を溜める構造となっている。

　本実施の形態９に係る室内機１００ｅの風量分布は、図２４に示すようになっており、ターボファン２５０の先端に近く、風の流速の大きい第一熱交換器２００に熱交換性能が相対的に高い扁平管２２を用い、ターボファン２５０の先端から遠く、風の流速の小さい第二熱交換器２１０に熱交換性能は相対的に低いがコストパフォーマンスの高い円管３２を用いる。

　なお、第一熱交換器２００と第二熱交換器２１０との冷媒回路は並列に接続されていても、直列に接続されていてもよく、冷房運転時に第二熱交換器２１０を液単相の熱交換器として使用する様にするとなおよい。また、図２３および図２４中の第一熱交換器２００と第二熱交換器２１０との間には隙間を描写しているが、第一熱交換器２００と第二熱交換器２１０とを接触させることによって、フィンの排水経路が確保されなおよい。
　また、本実施の形態９に係る室内機１００ｅの構成は、室外機にも適用できる。

　１　ケーシング、２　吸込口、３　吹出口、４　ファンガード、５　ファン、１０ａ　熱交換器、１０ｂ　熱交換器、１０ｃ　熱交換器、１０ｄ　熱交換器、１０ｅ　熱交換器、１０ｆ　熱交換器、１０ｇ　熱交換器、１０ｆ　熱交換器、１１　上部熱交換器、１２　下部熱交換器、２０　上部熱交換器本体、２１　フィン、２２　扁平管、２２ａ　扁平多孔管、２３　上部第一ヘッダー、２４　上部第二ヘッダー、２５　ヘッダー、２６　中間ヘッダー、３０　下部熱交換器本体、３１　フィン、３２　円管、３３　キャピラリーチューブ、３４　ディストリビュータ、３５　下部ヘッダー、４０　第一配管、４１　第一分岐管、４２　第二分岐管、５０　第二配管、５１　第一分岐管、５２　第二分岐管、６１　ディストリ主管部、６２　ディストリ膨張部、６３　ディストリ分流部材、６４　面積急縮小部、７０　ヘッダー、８０　気液分離器、８１　圧縮機、８２　第三配管、８３　第四配管、８４　第五配管、８５　バイパス流量弁、９１　第一配管、９２　第二配管、１００ａ　室外機、１００ｂ　室外機、１００ｃ　室外機、１００ｄ　室内機、１００ｅ　室内機、１０１　ケーシング、１０３　吹出口、１０４　ファンガード、１０５　ファン、１１０　内部熱交換器、１１１　配管、１１２　配管、１１３　配管、１１４　バルブ、１１５　配管、１１６　配管、１１７　熱交換器、１２０　前面熱交換器本体、１３０　背面熱交換器本体、１４０　下部第一ヘッダー、１５０　流量調整弁、１６０　上流ヘッダー、１７０　下流ヘッダー、１８０　防食シート、１９０　天井材、２００　第一熱交換器、２１０　第二熱交換器、２２０　ドレンパン、２３０　モーター、２４０　ベルマウス、２５０　ターボファン。

Claims (18)

1. 　吸込口および吹出口を有し、外郭を構成するケーシングと、
   　前記ケーシング内に設けられ、前記吸込口から外気を吸い込み、前記吹出口から外気を排出するファンと、
   　前記ケーシング内に設けられ、前記ファンが吸い込んだ外気と冷媒とを熱交換する熱交換器と、を備え、
   　前記熱交換器は、
   　間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の扁平管と、で構成される第一熱交換器本体と、
   　間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の円管と、で構成される第二熱交換器本体と、を備え、
   　前記第一熱交換器本体は前記第二熱交換器本体よりも前記ファンの近くに配置されている
   　空気調和機の室外機。
2. 　暖房運転時における前記第一熱交換器本体の上流側に、ヘッダーが接続されており、
   　暖房運転時における前記第二熱交換器本体の上流側に、キャピラリーチューブを介してディストリビュータが接続されている
   　請求項１に記載の空気調和機の室外機。
3. 　暖房運転時における前記熱交換器の上流側に、前記冷媒の乾き度を調整する乾き度調整装置が設けられている
   　請求項１または２に記載の空気調和機の室外機。
4. 　前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは正面視して上下方向に配置されており、前記第一熱交換器本体は前記第二熱交換器本体よりも上方に配置されており、前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは中間ヘッダーで直列に接続されている
   　請求項１～３のいずれか一項に記載の空気調和機の室外機。
5. 　前記吹出口を前記ケーシングの上面に有する
   　トップフロー型である
   　請求項４に記載の空気調和機の室外機。
6. 　前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは正面視して前後方向に配置されている
   　請求項１～３のいずれか一項に記載の空気調和機の室外機。
7. 　前記吹出口を前記ケーシングの側面に有する
   　サイドフロー型である
   　請求項６に記載の空気調和機の室外機。
8. 　前記第一熱交換器本体および前記第二熱交換器本体の少なくともいずれか一方に、暖房運転時に前記第一熱交換器本体および前記第二熱交換器本体に流れる冷媒流量を調整する機構を有する
   　請求項１～６のいずれか一項に記載の空気調和機の室外機。
9. 　暖房運転時における前記第一熱交換器本体および前記第二熱交換器本体の上流側、および、下流側の少なくともいずれか一方に、前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とにまたがって一つの分配器が接続されている
   　請求項１～８のいずれか一項に記載の空気調和機の室外機。
10. 　前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体との間に防食シートが挿入されている
    　請求項１～９のいずれか一項に記載の空気調和機の室外機。
11. 　前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは同じ材質で構成されている
    　請求項１～１０のいずれか一項に記載の空気調和機の室外機。
12. 　前記第一熱交換器本体および前記第二熱交換器本体の少なくともいずれか一方の伝熱管が鉛直向きに配置されている
    　請求項１～６、８～１１のいずれか一項に記載の空気調和機の室外機。
13. 　吸込口および吹出口を有し、外郭を構成するケーシングと、
    　前記ケーシング内に設けられ、前記吸込口から外気を吸い込み、前記吹出口から外気を排出するターボファンと、
    　前記ケーシング内に設けられ、前記ターボファンが吸い込んだ外気と冷媒とを熱交換する熱交換器と、を備え、
    　前記熱交換器は、
    　間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の扁平管と、で構成される第一熱交換器本体と、
    　間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の円管と、で構成される第二熱交換器本体と、を備え、
    　前記第一熱交換器本体は前記第二熱交換器本体よりも前記ターボファンの先端の近くに配置されている
    　空気調和機の室外機。
14. 　前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは直列に接続されている
    　請求項１３に記載の空気調和機の室外機。
15. 　前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは並列に接続されている
    　請求項１３に記載の空気調和機の室外機。
16. 　吸込口および吹出口を有し、外郭を構成するケーシングと、
    　前記ケーシング内に設けられ、前記吸込口から外気を吸い込み、前記吹出口から外気を排出するターボファンと、
    　前記ケーシング内に設けられ、前記ターボファンが吸い込んだ外気と冷媒とを熱交換する熱交換器と、を備え、
    　前記熱交換器は、
    　間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の扁平管と、で構成される第一熱交換器本体と、
    　間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の円管と、で構成される第二熱交換器本体と、を備え、
    　前記第一熱交換器本体は前記第二熱交換器本体よりも前記ターボファンの先端の近くに配置されている
    　空気調和機の室内機。
17. 　前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは直列に接続されている
    　請求項１６に記載の空気調和機の室内機。
18. 　前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは並列に接続されている
    　請求項１６に記載の空気調和機の室内機。

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