WO2018180933A1

WO2018180933A1 - 熱交換器ユニット

Info

Publication number: WO2018180933A1
Application number: PCT/JP2018/011533
Authority: WO
Inventors: 俊吉岡; 祥志松本; 祥太吾郷
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2018-10-04
Also published as: EP3604975B1; JP2018162934A; AU2018245788B2; JP6880901B2; US20200033033A1; EP3604975A4; EP3604975A1; CN110476026A; US11428446B2; CN110476026B; AU2018245788A1

Abstract

空気調和装置における熱交換性能を向上し得る熱交換器ユニットを提供する。　熱交換器ユニット（４２）は、第１熱交換器（５２）と第２熱交換器（６２）とを備える。第１熱交換器（５２）は、第１ヘッダ（５２３）及び第２ヘッダ（５２４）と、第１ヘッダ（５２３）及び第２ヘッダ（５２４）のそれぞれに接続される複数の扁平多穴管からなる第１扁平管群（５００）と、を有する。また、第２熱交換器（６２）は、第１熱交換器（５２）に並設され、かつ第１熱交換器（５２）よりも室内ファン（４１）による空気流の風下側に配置される。また、第２熱交換器（６２）は、第３ヘッダ（６２３）及び第４ヘッダ（６２４）と、第３ヘッダ（６２３）及び第４ヘッダ（６２４）のそれぞれに接続される複数の扁平多穴管からなる第２扁平管群（６００）と、を有する。そして、第４ヘッダ（６２４）が、第３ヘッダ（６２３）から流入する冷媒を第１ヘッダ（５２３）に流出する。

Description

熱交換器ユニット

　本発明は、熱交換器ユニットに関する。

　近年、扁平多穴管を用いた二列構成の熱交換器が空気調和装置に搭載されている。例えば、特許文献１（特開２０１６－３８１９２号公報）には、空気流の風上側に配置された第１のパラレルフロー型熱交換器と、風下側に配置された第２のパラレルフロー型熱交換器とで、冷媒の流通方向が逆方向になるように形成された熱交換器ユニットが開示されている。

　しかしながら、上記構成の熱交換器ユニットを凝縮器として使用した場合、風上側の熱交換器の過熱領域を通過して暖められた空気が風下側の熱交換器に流入することになる。そのため、風下側の熱交換器において、空気と冷媒との間で温度差が確保されにくくなり、過冷却領域で冷却される冷媒量が抑制される。特に、風上側の熱交換器と風下側の熱交換器とで冷媒の流れが対向する場合は、風下側の熱交換器の過冷却領域において空気と冷媒との間の温度差が確保されにくくなる。結果として、空気調和装置における熱交換性能が抑制されることになる。

　本発明の課題は、空気調和装置における熱交換性能を向上し得る熱交換器ユニットを提供することである。

　本発明の第１観点に係る熱交換器ユニットは、第１熱交換器及び第２熱交換器を備える。第１熱交換器は、第１ヘッダ及び第２ヘッダと、第１ヘッダ及び第２ヘッダのそれぞれに接続される複数の扁平多穴管からなる第１扁平管群と、を有する。第２熱交換器は、第１熱交換器に並設され、かつ第１熱交換器よりもファンによる空気流の風下側に配置される。そして、第２熱交換器は、第３ヘッダ及び第４ヘッダと、第３ヘッダ及び第４ヘッダのそれぞれに接続される複数の扁平多穴管からなる第２扁平管群と、を有する。ここで、第４ヘッダが、第３ヘッダから流入する冷媒を第１ヘッダに流出する。

　第１観点に係る熱交換器ユニットでは、第１熱交換器を風上側に備え、第２熱交換器を風下側に備えており、風下側の第４ヘッダが風上側の第１ヘッダに冷媒を流出するので、熱交換器ユニットを凝縮器として用いたときに、風下側の第２熱交換器を流れる冷媒を、風上側の第１熱交換領域で過冷却することができる。これにより、熱交換器ユニットを凝縮器として用いたときに、風上側の熱交換器で熱交換される空気と冷媒との温度差を大きくすることができるので、過冷却する冷媒量を増やすことができる。結果として、空気調和装置における熱交換性能を向上することができる。

　本発明の第２観点に係る熱交換器ユニットは、第１観点の熱交換器ユニットにおいて、第１扁平管群で、複数の扁平多穴管が上下に並んでおり、上側の１以上の扁平多穴管が上側第１熱交換領域を形成し、下側の１以上の扁平多穴管が下側第１熱交換領域を形成する。また、上側第１熱交換領域の面積が下側第１熱交換領域の面積よりも大きいものである。ここで、第１ヘッダは、上側第１熱交換領域及び下側第１熱交換領域のそれぞれに接続する上側第１ヘッダ及び下側第１ヘッダを有する。そして、第４ヘッダが、第３ヘッダから流入する冷媒を下側第１ヘッダに流出する。

　第２観点に係る熱交換器ユニットでは、上側第１熱交換領域及び下側第１熱交換領域を有する第１熱交換器を風上側に備え、第２熱交換器を風下側に備えており、風下側の第４ヘッダが風上側の下側第１ヘッダに冷媒を流出するので、熱交換器ユニットを凝縮器として用いたときに、風下側の第２熱交換器を流れる冷媒を、風上側の下側第１熱交換領域で過冷却することができる。これにより、熱交換器ユニットを凝縮器として用いたときに、風上側の熱交換器で熱交換される空気と冷媒との温度差を大きくすることができるので、過冷却する冷媒量を増やすことができる。結果として、空気調和装置における熱交換性能を向上することができる。

　本発明の第３観点に係る熱交換器ユニットは、第２観点の熱交換器ユニットにおいて、第２ヘッダが、上側第１熱交換領域及び下側第１熱交換領域のそれぞれに接続する上側第２ヘッダ及び下側第２ヘッダを有する。そして、上側第１ヘッダ及び第３ヘッダには、ガス状冷媒が流れるガス冷媒配管が接続される。また、上側第２ヘッダ及び下側第２ヘッダには、液状冷媒が流れる液冷媒配管が個別に接続される。

　第３観点に係る熱交換器ユニットでは、上側第１熱交換領域と下側第１熱交換領域とを流れる冷媒が同一方向となるので、熱交換器ユニットを凝縮器として用いたときに、第１熱交換器において、過熱領域と過冷却領域とを離れた位置に形成することができる。これにより、熱伝導ロスを抑制でき、さらに冷媒の過冷却度を大きくすることができる。

　また、上記構成の熱交換器ユニットでは、上側第２ヘッダ及び下側第２ヘッダに液冷媒配管が個別に接続されている。そのため、上側第２ヘッダと上側第１ヘッダに中間配管を設ける必要が生じない。このような余分な中間配管を不要とする構成により、熱交換器ユニットを蒸発器として用いたときに、中間分流及び中間配管に起因する冷媒圧損失や偏流を低減することができる。結果として、上記構成の熱交換器ユニットでは、蒸発器性能も高めることができる。

　本発明の第４観点に係る熱交換器ユニットは、第３観点の熱交換器ユニットにおいて、上側第１ヘッダから上側第２ヘッダに向かう冷媒流れの第１方向と、第３ヘッダから第４ヘッダに向かう冷媒流れの第２方向とが対向する。

　第４観点に係る熱交換器ユニットでは、上側第１熱交換領域と第２熱交換器とを流れる冷媒の流通方向が対向するので、凝縮器又は蒸発器として用いたときに温度むらを軽減することができる。

　一方、上側第１熱交換器と第２熱交換器とを流れる冷媒の流通方向が対向する場合には、第２熱交換器を通過する空気と第２熱交換器を流れる冷媒との間で温度差が確保されにくくなる。これに対し、上記構成の熱交換器ユニットでは、風下側の第４ヘッダが風上側の下側第１ヘッダに冷媒を流出するので、熱交換器ユニットを凝縮器として用いたときに、第１熱交換器の過熱領域の背後の空間から、第２熱交換器の過冷却領域が重ならないように配置することができる。これにより、熱交換器ユニットを凝縮器として用いた場合、第２熱交換器において、過冷却領域で冷却される冷媒量をさらに増やすことができる。

　また、上記構成の熱交換器ユニットでは、風上側の第１ヘッダと、風下側の第４ヘッダとが近接することになる。これにより、第４ヘッダから下側第１ヘッダへ冷媒を容易に流出する構造を実現できる。特に、第４ヘッダと下側第１ヘッダを近接させることで、折り曲げられた構造の熱交換器ユニットの製造が容易となる。

　本発明の第５観点に係る熱交換器ユニットは、第１観点から第４観点の熱交換器ユニットにおいて、第４ヘッダと第１ヘッダとを連結する連結管をさらに備える。

　第５観点に係る熱交換器ユニットでは、第４ヘッダと第１ヘッダとを連結する連結管をさらに備えるので、連結管の接続口を調整（例えば上側第４ヘッダの下方に連結管を接続）することで、蒸発器として用いたときに冷媒を下から上に吹き上げるような冷媒流れを形成でき、偏流を改善できる。

　なお、この連結管に各種計測装置を取り付けることで、熱交換器ユニット内部を流れる冷媒の状態を把握できる。そして、この計測値に基づいて各種調整を行なうことで、空気調和装置の熱交換性能をさらに向上することができる。

　本発明の第６観点に係る熱交換器ユニットは、第５観点の熱交換器ユニットにおいて、連結管に冷媒の温度を計測するための温度計測器が取り付けられる。

　第６観点に係る熱交換器ユニットでは、第４ヘッダと第１ヘッダとを連結する連結管に温度計測器が取り付けられるので、第２熱交換器内部を流れる冷媒の温度を把握できる。この計測値に基づいて、冷媒の状態を最適化することで、空気調和装置の熱交換性能をさらに向上することができる。

　本発明の第７観点に係る熱交換器ユニットは、第１観点から第６観点の熱交換器ユニットにおいて、第１熱交換器及び第２熱交換器が、各ヘッダ間の少なくとも３箇所で折り曲げられ、平面視で略四角形状である。

　第７観点に係る熱交換器ユニットでは、第１熱交換器及び第２熱交換器が、少なくとも３箇所で折り曲げられ、平面視で略四角形状であるので、内部にファンを設置することで、調和空気を放射状に提供可能な空気調和装置を実現できる。

　なお、ここでいう、「略四角形状」とは、完全な四角形のみを意味するものではなく、平行する２辺の組により形成される任意の形状を意味するものである。したがって、この略四角形状には、角部が丸みを帯びているもの、及び角部が切断されているものも含まれる。

　本発明の第８観点に係る熱交換器ユニットは、第７観点の熱交換器ユニットにおいて、第１熱交換器及び第２熱交換器が、ファンを囲む形状である。

　第８観点に係る熱交換器ユニットは、第１熱交換器及び第２熱交換器が、ファンを囲む形状であるので、調和空気を放射状に提供可能な空気調和装置を実現できる。

　第１観点に係る熱交換器ユニットでは、凝縮器として用いたときに、空気調和装置における熱交換性能を向上することができる。

　第２観点に係る熱交換器ユニットでは、凝縮器として用いたときに、空気調和装置における熱交換性能を向上することができる。

　第３観点に係る熱交換器ユニットでは、熱伝導ロスを抑制でき、さらに冷媒の過冷却度を大きくすることができる。また、第３観点に係る熱交換器ユニットでは、蒸発器性能も高めることができる。

　第４観点に係る熱交換器ユニットでは、凝縮器又は蒸発器として用いたときに温度むらを軽減することができる。また、この熱交換器ユニットを凝縮器として用いた場合、第２熱交換器において、過冷却領域で冷却される冷媒量をさらに増やすことができる。

　第５観点に係る熱交換器ユニットでは、蒸発器として用いたときに偏流を改善することができる。

　第６観点に係る熱交換器ユニットでは、冷媒の状態を最適化することで、空気調和装置の熱交換性能をさらに向上することができる。

　第７観点に係る熱交換器ユニットでは、内部にファンを設置することで、調和空気を放射状に提供可能な空気調和装置を実現できる。

　第８観点に係る熱交換器ユニットは、調和空気を放射状に提供可能な空気調和装置を実現できる。

本発明の一実施形態に係る空気調和装置１の概略構成図である。同実施形態に係る天井設置型空気調和装置の室内ユニット４の外観斜視図である。同実施形態に係る天井設置型空気調和装置の室内ユニット４の概略断面図である。同実施形態に係る天井埋込型の室内ユニット４の天板３３を取り除いた状態を示す概略平面図である。同実施形態に係る熱交換器ユニット４２で用いられる熱交換器４２ａの概略斜視図である。同実施形態に係る熱交換器ユニット４２で用いられる熱交換器の概略縦断面図である。同実施形態に係る熱交換器ユニット４２で用いられる熱交換器４２ａの他の例を示す概略斜視図である。同実施形態に係る熱交換器ユニット４２の構成を示す模式図である。同実施形態に係る熱交換器ユニット４２の構成を示す模式図である。同実施形態に係る第１熱交換器５２の構成を示す模式図である。同実施形態に係る第２熱交換器６２の構成を示す模式図である。同実施形態に係る熱交換器ユニット４２を凝縮器として用いたときの内部状態を説明するための図である。同実施形態に係る熱交換器ユニット４２を凝縮器として用いたときの内部状態を説明するための図である。同実施形態に係る熱交換器ユニット４２の平面形状を示す模式図である。変形例Ａに係る熱交換器ユニット４２の構成を示す模式図である。

　以下、本発明に係る空気調和装置の実施形態及びその変形例について、図面に基づいて説明する。なお、本発明に係る空気調和装置の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

　（１）空気調和装置の概要
　（１－１）空気調和装置の基本構成
　図１は本発明の一実施形態に係る空気調和装置１の概略構成図である。

　空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、建物等の室内の冷房及び暖房を行うことが可能な装置である。空気調和装置１は、主として、室外ユニット２と室内ユニット４とが接続されることによって構成される。ここで、室外ユニット２と室内ユニット４とは、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６を介して接続される。また、空気調和装置１は、室内制御部８ａ及び室外制御部８を含む制御部８によって各種運転が制御される。制御部８は、各種センサからの検出信号に基づいて各種機器及び弁等を制御する。

　なお、ここでは、１台の室内ユニット４に１台の室外ユニット２が接続されているペア型の空気調和装置１を図示しているが、本実施形態に係る空気調和装置１は、１台の室外ユニットに複数台の室内ユニットが接続されるマルチ型の空気調和装置であってもよいものである。

　（１－２）空気調和装置の基本動作
　次に、空気調和装置１の基本動作について説明する。空気調和装置１は、基本動作として、冷房運転及び暖房運転を行うことが可能である。その他、空気調和装置１は、除霜運転及び油戻し運転等を行なうことも可能である。これらの運転は制御部８により制御される。

　（１－２－１）冷房運転
　冷房運転では、四路切換弁２２が図１の実線で示される冷媒回路１０となる。この冷媒回路１０では、低圧のガス冷媒が、圧縮機２１で圧縮されて高圧のガス冷媒となる。高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を通じて室外熱交換器２３に送られる。室外熱交換器に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２３において室外空気と熱交換して凝縮する。これにより、高圧のガス冷媒が高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、膨張弁２４において減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、液冷媒連絡管５及び液側接続管５ａを通じて室内熱交換器４２に送られる。そして、この冷媒は、室内熱交換器４２において室内ファン４１から吹き出される空気と熱交換して蒸発する。これにより、室内熱交換器４２に送られた冷媒は、低圧のガス冷媒となる。低圧のガス冷媒は、ガス側接続管６ａ、ガス冷媒連絡管６、及び四路切換弁２２を通じて圧縮機２１に再び送られる。

　（１－２－２）暖房運転
　暖房運転では、四路切換弁２２が図１の破線で示される冷媒回路１０となる。この冷媒回路１０では、低圧のガス冷媒が、圧縮機２１で圧縮されて高圧のガス冷媒となる。高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２、ガス冷媒連絡管６及びガス側接続管６ａを通じて室内熱交換器４２に送られる。室内熱交換器４２に送られた高圧のガス冷媒は、室内ファン４１から吹き出される空気と熱交換して凝縮する。これにより、高圧のガス冷媒が高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、液側接続管５ａ及び液冷媒連絡管５を通じて膨張弁２４に送られる。高圧の液冷媒は、膨張弁２４で減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３に送られる。そして、この冷媒は、室外熱交換器２３において室外空気と熱交換して蒸発する。これにより、室外熱交換器２３に送られた冷媒は、低圧のガス冷媒となる。低圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を通じて圧縮機２１に再び送られる。

　（２）室内ユニットの構成
　本実施形態に係る空気調和装置は、上述した基本構成を備えに加えて、室内ユニットが以下の構成を具備する。

　なお、本実施形態において、「室内」という用語は、他室と区別する意味で用いられており、壁面で区画される室内空間のみならず、例えば室内天井の裏側の空間を含む意味で用いられる。

　（２－１）室内ユニットの基本構成
　室内ユニット４は、室内に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成する。室内ユニット４は、主として、室内ファン４１、室内熱交換器４２、及び室内制御部８ａを有する。

　室内ファン４１は、室内ユニット４内に室内空気を吸入するものである。これにより、室内熱交換器４２において室内空気と冷媒とを熱交換させることができる。また、室内ファン４１は、室内熱交換器４２で熱交換した室内空気を、供給空気として室内に供給する。室内ファン４１としては、遠心ファンや多翼ファン等が使用される。なお、室内ファン４１は、回転数の制御が可能な室内ファン用モータによって駆動される。

　室内熱交換器４２は、冷房運転時には冷媒の「蒸発器」として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の「凝縮器」（放熱器）として機能して室内空気を加熱する。室内熱交換器４２は、液冷媒連絡管５及びガス冷媒連絡管６に接続される。室内熱交換器４２の更なる詳細については後述する。

　室内制御部８ａは、室内ユニット４を構成する各部の動作を制御するものである。具体的に、室内制御部８ａは、マイクロコンピュータ及びメモリ等を有しており、室内ユニット４内に設けられた各種センサ等の検出値等に基づいて室内ユニット４の動作を制御する。また、室内制御部８ａは、室内ユニット４を個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号を通信したり、室外制御部８ｂとの間で伝送線を介して制御信号を通信したりする。

　その他、室内ユニット４には、各種センサが設けられている。これにより、室内熱交換器４２における冷媒の温度、室内ユニット４内に吸入される室内空気の温度等が検出される。

　（２－２）天井埋込型の室内ユニット
　本実施形態に係る室内ユニット４は、天井埋込型と呼ばれるタイプの構成を採用することができる。図２は本実施形態に係る天井埋込型の室内ユニット４の外観斜視図である。図３は本実施形態に係る天井埋込型の室内ユニット４の概略断面図である。ここでは、図３は後述する図４におけるＡ－Ｏ－Ａ断面を示している。図４は本実施形態に係る天井埋込型の室内ユニット４の天板３３を取り除いた状態を示す概略平面図である。

　天井埋込型の室内ユニットは、ケーシング３１内に、室内ファン４１、及び室内熱交換器４２を収納する。また、ケーシング３１の下部にはドレンパン４０が装着される。

　（２－２－１）ケーシング
　ケーシング３１は、各種構成機器を内部に収納するものである。ケーシング３１は、主に、ケーシング本体３１ａと、ケーシング本体３１ａの下側に配置された化粧パネル３２とを有する。ケーシング本体３１ａは、図３に示されるように、調和空気が提供される室内の天井Ｕに配置される。天井Ｕには開口が形成されており、この天井Ｕの開口にケーシング本体３１ａが挿入される。そして、化粧パネル３２が、天井Ｕの開口に嵌め込まれるように配置される。

　ケーシング本体３１ａは、図３及び図４に示すように、その平面視において、長辺と短辺とが交互に形成された略８角形状の下面が開口した箱状体である。詳しくは、ケーシング本体３１ａは、長辺と短辺とが交互に連続して形成された略８角形状の天板３３と、天板３３の周縁部から下方に延びる側板３４とを有している。側板３４は、天板３３の長辺に対応する側板３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄと、天板３３の短辺に対応する側板３４ｅ，３４ｆ，３４ｇ，３４ｈとから構成される。また、側板３４ｈは、液側接続管５ａ及びガス側接続管６ａが貫通する部分を有し、冷媒連絡管５，６を室内熱交換器４２に接続可能になっている。

　化粧パネル３２は、図２～４に示すように、平面視が略４角形状の板状体であり、主として、ケーシング本体３１ａの下端部に固定されたパネル本体３２ａから構成される。パネル本体３２ａは、その略中央に空調室内の空気を吸入する吸入口３５と、平面視における吸入口３５の周囲を囲むように形成された空調室内に空気を吹き出す吹出口３６とを有する。吸入口３５は、略４角形状の開口である。吸入口３５には、吸入グリル３７と、吸入口３５から吸入された空気中の塵埃を除去するためのフィルタ３８とが設けられる。吹出口３６は、略４角環状の開口である。吹出口３６には、パネル本体３２ａの４角形の各辺に対応するように、空調室内に吹き出される空気の風向を調節する水平フラップ３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄが設けられる。

　（２－２－２）ドレンパン
　ドレンパン４０は、室内熱交換器４２において空気中の水分が凝縮されて生じるドレン水を受けるための部材である。ドレンパン４０は、ケーシング本体３１ａの下部に装着される。ドレンパン４０には、吹出孔４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇと、吸入孔４０ｈと、ドレン水受け溝４０ｉとが形成される。吹出孔４０ａ～４０ｇは、化粧パネル３２の吹出口３６に連通するように形成される。吸入孔４０ｈは、化粧パネル３２の吸入口３５に連通するように形成される。ドレン水受け溝４０ｉは、室内熱交換器４２の下側に形成される。また、ドレンパン４０の吸入孔４０ｈには、吸入口３５から吸入される空気を室内ファンの羽根車４１ｂへ案内するためのベルマウス４１ｃが配置される。

　（２－２－３）室内ファン
　室内ファン４１は、遠心送風機により構成される。ここでは、室内ファン４１は、室内の空気を化粧パネル３２の吸入口３５を通じてケーシング本体３１ａ内に吸入し、化粧パネル３２の吹出口３６を通じてケーシング本体３１ａ内から吹き出すものである。具体的には、室内ファン４１は、ケーシング本体３１ａの天板３３の中央に設けられたファンモータ４１ａと、ファンモータ４１ａに連結されて回転駆動される羽根車４１ｂとを有する。羽根車４１ｂは、ターボ翼を有する。この羽根車４１ｂにより、羽根車４１ｂの内部に下方から空気が吸入され、平面視における羽根車４１ｂの外周側に向かって、吸入された空気が吹き出される。

　（２－２－４）室内熱交換器
　室内熱交換器４２は、平面視における室内ファン４１の周囲を囲むように曲げられてケーシング３１内部に配置される。室内熱交換器４２の液側は、液側接続管５ａを介して液冷媒連絡管５に接続される。また、室内熱交換器４２のガス側は、ガス側接続管６ａを介してガス冷媒連絡管６に接続される。そして、室内熱交換器４２は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能する。これにより、室内熱交換器４２は、室内ファン４１から吹き出された空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷房運転時には空気を冷却し、暖房運転時には空気を加熱する。具体的な室内熱交換器４２の構造及び特徴について以下に説明する。

　（３）室内熱交換器の具体的形態
　（３－１）熱交換器の基本構成
　図５は室内熱交換器４２で用いられる熱交換器４２ａの概略斜視図である。図６は熱交換器４２ａで用いられる熱交換器の概略縦断面図である。なお、図５において、冷媒管及び連通管等は図示を省略している。

　熱交換器４２ａは、主として、扁平多穴管からなる伝熱管４２１と、多数のフィン４２２と、２つのヘッダ４２３，４２４と、を有する差込フィン式の積層型熱交換器である。

　伝熱管４２１は、扁平多穴管により実現される。ここでは、伝熱管４２１は、両端が各ヘッダ４２３，４２４のそれぞれに接続されている。また、伝熱管４２１は、平面部を上下に向けた状態で、間隔をあけて複数段配列されている。具体的には、伝熱管４２１は、伝熱面となる上下の平面部と、冷媒が流れる多数の小さな冷媒流路４２１ａとを有している。冷媒流路４２１ａとしては、内径が１ｍｍ以下の円形又はこれに同等の断面積を有する多角形の小さな流路穴を有するものが使用される。なお、伝熱管４２１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で成形される。

　フィン４２２は、各ヘッダ４２３，４２４の間に配列された複数段の伝熱管４２１に対して差し込まれる。詳しくは、フィン４２２には、水平に細長く延びる複数の切り欠き４２２ａが形成される。また、この切り欠き４２２ａの形状は、伝熱管４２１の断面の外形にほぼ一致する。したがって、この切り欠き４２２ａと伝熱管４２１の外面とが係合することで、伝熱管４２１に接するようにして差し込むことが可能となる。なお、フィン４２２は、アルミニウム製またはアルミニウム合金で成形される。また、フィン４２２は、種々の形状を採ることができ、例えば図７に示すような、波形のものであってもよい。

　２つのヘッダ４２３，４２４は、それぞれ、伝熱管４２１を支持する機能と、冷媒を伝熱管４２１の冷媒流路４２１ａに導く機能と、冷媒流路４２１ａから出てきた冷媒を集合させる機能と、を有するものである。

　（３－２）熱交換器ユニットの構成
　本実施形態に係る室内熱交換器４２は、上述した構成を有する熱交換器４２ａを複数組み合わせた熱交換器ユニットにより構成される。以下の説明においては、便宜上、室内熱交換器としての熱交換器ユニットに「符号４２」を付して説明する。また、熱交換器ユニット４２は、少なくとも第１熱交換器５２及び第２熱交換器６２を備える。ここで、第１熱交換器５２及び第２熱交換器６２は、上述した熱交換器４２ａと同様の構成を具備するものであるが、便宜上、符号を置き換えて説明する。また、以下の説明において、熱交換器ユニット全体の構成を説明するときには符号の最初の数字を「４」とし、第１熱交換器５２を説明するときには符号の最初の数字を「５」に置き換え、第２熱交換器６２を説明するときは符号の最初の数字を「６」に置き換えて説明する。例えば第１熱交換器５２の伝熱管と第２熱交換器６２の伝熱管は同様の構成を具備する伝熱管ではあるが、符号４２１ではなく、それぞれ「符号５２１」又は「符号６２１」を付して説明する。

　図８は本実施形態に係る熱交換器ユニット４２の構成を示す模式図である。熱交換器ユニット４２は、室内ファン（ファン）４１による空気流の風上側に配置される第１熱交換器５２と、室内ファン４１による空気流の風下側に第１熱交換器５２に並設して配置される第２熱交換器６２とを備える。ここでは、第１熱交換器５２の上側第１ヘッダ５２３Ｕから上側第２ヘッダ５２４Ｕに向かう冷媒流れの第１方向Ｄ１と、第２熱交換器６２の第３ヘッダ６２３から第４ヘッダ６２４に向かう冷媒流れの第２方向Ｄ２とが対向するものとする。なお、図８においては、説明の便宜上、第１熱交換器５２及び第２熱交換器６２を離して図示しているが、これらは一体として機能するように十分に近接して配置されるものである（図９参照）。

　第１熱交換器５２は、第１ヘッダ５２３及び第２ヘッダ５２４と、第１ヘッダ５２３及び第２ヘッダ５２４のそれぞれに接続される複数の扁平多穴管（伝熱管）からなる第１扁平管群５００と、を有する。第１扁平管群５００には、複数の扁平多穴管が上下に並んでいる。また、第１扁平管群５００では、上側の１以上の扁平多穴管が上側第１熱交換領域５００Ｕを形成し、下側の１以上の扁平多穴管が下側第１熱交換領域５００Ｌを形成する。ここで、上側第１熱交換領域５００Ｕの面積は下側第１熱交換領域５００Ｌの面積よりも大きくなるように構成される。

　第１ヘッダ５２３は、図１０に示すように、上側第１熱交換領域５００Ｕに接続する上側第１ヘッダ５２３Ｕと、下側第１熱交換領域５００Ｌに接続する下側第１ヘッダ５２３Ｌとを有する。詳しくは、第１ヘッダ５２３は、仕切り板５２３ａ，５２３ｂによって内部空間が上下（ここでは、３つ）に仕切られる。そして、仕切り板５２３ａの上側の空間５２３ｇが上側第１熱交換領域５００Ｕに接続し、仕切り板５２３ａの下側の空間５２３ｈ，５２３ｉが下側第１熱交換領域５００Ｌに接続する。また、上側第１ヘッダ５２３Ｕには、ガス側接続管６ａが接続される。また、下側第１ヘッダ５２３Ｌには、仕切り板５２３ｂの下側の空間５２３ｉに連結管４２７が接続され、仕切り板５２３ｂの上側の空間５２３ｈに連結管４２８が接続される。

　第２ヘッダ５２４は、図１０に示すように、上側第１熱交換領域５００Ｕに接続する上側第２ヘッダ５２４Ｕと、下側第１熱交換領域５００Ｌに接続する下側第２ヘッダ５２４Ｌとを有する。詳しくは、第２ヘッダ５２４は、仕切り板５２４ａ，５２４ｂ，５２４ｃによって内部空間が上下（ここでは、４つ）に仕切られる。そして、仕切り板５２４ａの上側の空間５２４ｋ，５２４ｌ，５２４ｍが上側第１熱交換領域５００Ｕに接続し、仕切り板５２４ａの下側の空間５２４ｊが下側第１熱交換領域５００Ｌに接続する。また、上側第２ヘッダ５２４Ｕ及び下側第２ヘッダ５２４Ｌには、液側接続管５ａにつながる配管５ａａ，５ａｂ，５ａｃ，５ａｄが個別に接続される。

　第２熱交換器６２は、第３ヘッダ６２３及び第４ヘッダ６２４と、第３ヘッダ６２３及び第４ヘッダ６２４のそれぞれに接続される複数の扁平多穴管（伝熱管）からなる第２扁平管群６００と、を有する。第２扁平管群６００には、複数の扁平多穴管が上下に並んでいる。

　第３ヘッダ６２３は、図１１に示すように、ガス状冷媒が流れるガス側接続管（ガス冷媒配管）６ａと接続するものである。

　第４ヘッダ６２４は、図１１に示すように、連結管４２７，４２８を介して第１ヘッダ５２３と接続するものである。これにより、第３ヘッダ６２３から流入する冷媒が下側第１ヘッダ５２３Ｌに流出する。なお、第４ヘッダ６２４は、仕切り板６２４ａによって内部空間が上下（ここでは、２つ）に仕切られる。そして、仕切り板６２４ａの上側の空間６２４ｈに連結管４２８が接続され、仕切り板６２４ａの下側の空間６２４ｉに連結管４２７が接続される。

　連結管４２７，４２８は、第４ヘッダ６２４と下側第１ヘッダ５２３Ｌを連結するものである。なお、連結管４２７，４２８には、冷媒の温度を計測するための温度計測器が取り付けられる。

　（３－３）熱交換器ユニットの特徴
　（３－３－１）
　上述したような熱交換器ユニット４２を凝縮器として用いた場合、熱交換領域の内部状態が図１２，１３に示すような状態となる。ここで、図１３は、熱交換器ユニット４２を折り曲げて、ガス側接続管６ａ（ガス冷媒配管）及び液側接続管５ａ（液冷媒配管）との接続箇所の断面で見たときの熱交換領域の状態を示す図である。すなわち、ケーシング本体３１ａの側板３４ｈ方向から熱交換器ユニット４２を見たときの熱交換領域の状態を示す模式図である。これらの図１２，１３においては、領域Ｓｃ１，Ｓｃ２のハッチングが、冷媒が過冷却される過冷却領域を示しており、領域Ｓｈ１，Ｓｈ２のハッチングが、冷媒が過熱される過熱領域を示している。

　要するに、本実施形態に係る熱交換器ユニット４２では、第１熱交換器５２を風上側に備え、第２熱交換器６２を風下側に備えており、風下側の第４ヘッダ６２４が風上側の第１ヘッダ５２３に冷媒を流出するので、熱交換器ユニット４２を凝縮器として用いたときに、風下側の第２熱交換器６２を流れる冷媒を、風上側の第１熱交換器５２で過冷却することができる。これにより、熱交換器ユニット４２を凝縮器として用いたときに、風上側の第１熱交換器５２で熱交換される空気と冷媒との温度差を大きくすることができるので、過冷却する冷媒量を増やすことができる。結果として、空気調和装置１における熱交換性能を向上することができる。

　より詳しくは、本実施形態に係る熱交換器ユニット４２は、上側第１熱交換領域５００Ｕ及び下側第１熱交換領域５００Ｌを有する第１熱交換器５２を風上側に備え、第２熱交換器６２を風下側に備えている。そして、風下側の第４ヘッダ６２４が風上側の下側第１ヘッダ５２３Ｌに冷媒を流出するので、熱交換器ユニット４２を凝縮器として用いたときに、風下側の第２熱交換器６２を流れる冷媒を、風上側の下側第１熱交換領域５００Ｌで過冷却することができる。それゆえ、過冷却する冷媒量を増やすことができる。

　（３－３－２）
　また、本実施形態に係る熱交換器ユニット４２は、上側第１ヘッダ５２３Ｕ及び第３ヘッダ６２３には、ガス状冷媒が流れるガス側接続管（ガス冷媒配管）６ａが接続され、上側第２ヘッダ５２４Ｕ及び下側第２ヘッダ５２４Ｌには、液状冷媒が流れる液側接続管（液冷媒配管）５ａが個別に接続される。

　このような構成の熱交換器ユニット４２では、上側第１熱交換領域５００Ｕと下側第１熱交換領域５００Ｌとを流れる冷媒が同一方向となるので、熱交換器ユニット４２を凝縮器として用いたときに、第１熱交換器５２において、過熱領域Ｓｈ１と過冷却領域Ｓｈ２とを離れた位置に形成することができる。これにより、熱伝導ロスを抑制でき、さらに冷媒の過冷却度を大きくすることができる。

　また、このような構成の熱交換器ユニット４２では、上側第２ヘッダ５２４Ｕ及び下側第２ヘッダ５２４Ｌに液側接続管（液冷媒配管）５ａが個別に接続されている。そのため、上側第１ヘッダ５２３Ｕと上側第２ヘッダ５２４Ｕとに中間配管を設ける必要が生じない。したがって、このような余分な中間配管を不要とする構成により、熱交換器ユニットを蒸発器として用いたときに、中間分流及び中間配管に起因する冷媒圧損失及び偏流を低減することができる。結果として、本実施形態に係る構成の熱交換器ユニット４２では、蒸発器の性能も高めることができる。

　（３－３－３）
　また、本実施形態に係る熱交換器ユニット４２は、上側第１ヘッダ５２３Ｕから上側第２ヘッダ５２４Ｕに向かう冷媒流れの第１方向Ｄ１と、第３ヘッダ６２３から第４ヘッダ６２４に向かう冷媒流れの第２方向Ｄ２とが対向する。そのため、本実施形態に係る熱交換器ユニット４２は、凝縮器又は蒸発器として用いたときに温度むらを軽減することができる。

　一方、上側第１熱交換領域５００Ｕと第２熱交換領域（第２扁平管群６００）とを流れる冷媒の流通方向が対向する場合には、第１熱交換器５２を通過する空気と第２熱交換器６２を流れる冷媒との間で温度差が確保されにくくなる。これに対し、上記構成の熱交換器ユニット４２では、風下側の第４ヘッダ６２４が風上側の下側第１ヘッダ５２３Ｌに冷媒を流出するので、熱交換器ユニット４２を凝縮器として用いたときに、第１熱交換器５２の過熱領域Ｓｈ１の背後の空間から、第２熱交換器６２の過冷却領域Ｓｃ２が重ならないように配置することができる。これにより、熱交換器ユニット４２を凝縮器として用いた場合、第２熱交換器６２において、過冷却領域Ｓｃ２で冷却される冷媒量をさらに増やすことができる。

　また、上記構成の熱交換器ユニット４２では、風上側の第１ヘッダ５２３と、風下側の第４ヘッダ６２４とが近接することになる。これにより、第４ヘッダ６２４から下側第１ヘッダ５２３Ｌへ冷媒を容易に流出する構造を実現できる。また、第４ヘッダ６２４と下側第１ヘッダ５２３Ｌを近接させることで、折り曲げられた構造の熱交換器ユニット４２の製造が容易となる。

　（３－３－４）
　また、本実施形態に係る熱交換器ユニット４２では、第４ヘッダ６２４が、第３ヘッダ６２３から流入する冷媒を下側第１ヘッダ５２３Ｌに流出するための連結管４２７，４２８を有する。ここで、連結管４２７，４２８の接続口を調整し、第４ヘッダ６２４の下方で下側第１ヘッダ５２３Ｌに接続するようにした場合には、熱交換器ユニット４２を蒸発器として用いたときに冷媒を下から上に吹き上げるように冷媒を流すことができ、偏流を改善できる。

　なお、連結管６２５には、冷媒の温度を計測するための温度計測器が取り付けられていてもよい。このような構成により、第２熱交換器６２内部を流れる冷媒の温度を把握できる。そして、温度計測器による計測値に基づいて、冷媒の状態を最適化することで、空気調和装置１の熱交換性能をさらに向上することができる。

　ただし、温度計測器は、連結管６２５に取り付けられる構成に限定されるわけではなく、第４ヘッダ６２４に取り付けられる構成であってもよい。

　（３－３－５）
　また、本実施形態に係る熱交換器ユニット４２では、上側第１熱交換領域５００Ｕの面積が下側第１熱交換領域５００Ｌの面積よりも大きいものである。そのため、下側第１熱交換領域５００Ｌにおける冷媒流速が上がり、熱伝達効率の向上が図られる。

　（３－３－６）
　また、本実施形態に係る熱交換器ユニット４２では、第１熱交換器５２及び第２熱交換器６２が、各ヘッダ間で折り曲げられるものである。ここでは、第１熱交換器５２及び第２熱交換器６２は、図１４に示すように、各ヘッダ間の少なくとも３箇所で折り曲げられて平面視で略四角形状をとる。また、第１熱交換器５２及び第２熱交換器６２は室内ファン４１を囲む形状である。

　このように、熱交換器ユニット４２が、各ヘッダ間で折り曲げられるので所望の場所に設置することができる。特に、平面視で略四角形状の場合には、内部に室内ファン４１を設置することで、調和空気を放射状に提供可能な空気調和装置１を実現できる。

　（３－３－７）
　また、本実施形態に係る熱交換機ユニット４２では、図１０に示すように、第２ヘッダ５２４の内部が仕切り板５２４ａ～５２４ｃにより仕切られる。これにより、第１扁平管群５００の熱交換領域が複数に区切られ、高さ（重力）方向による冷媒偏流を抑制することができる。なお、第２ヘッダ５２４内部の仕切り板の個数は上述のものに限られず、任意の個数の仕切り板を設けることができる。

　（３－４）熱交換器ユニットの変形例
　（３－４－１）変形例Ａ
　上記説明においては、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とが対向するものとしたが、本実施形態に係る熱交換器ユニット４２はこの構成に限定されるものではない。例えば図１５に示すように、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２が同一方向のものでもよい。このような構成であっても、熱交換器ユニット４２を凝縮器として用いたときに、第１熱交換器５２の過熱領域Ｓｈ１の背後の空間から、第２熱交換器６２の過冷却領域Ｓｃ２が重ならないように配置することができる。なお、変形例Ａの形態では、上側第１熱交換領域５００Ｕと下側第１熱交換領域５００Ｌとを流れる冷媒が対向する方向に流れることになる。

　（３－４－２）変形例Ｂ
　上記説明においては、各ヘッダ５２３，５２４，６２３，６２４は別部材で構成されるのとしたが、近傍のヘッダが一体的に構成されるものでもよい。例えば、図８に示す構成の例では、第１ヘッダ５２３及び第４ヘッダ６２４、並びに第２ヘッダ５２４及び第３ヘッダ６２３は一体的に構成されていてもよい。要するに、本実施形態に係る熱交換器ユニット４２は、上述した機能を有するものであれば、別個のヘッダとせずに、単一のヘッダで実現されてもよいものである。

　（３－４－３）変形例Ｃ
　上記説明においては、第４ヘッダ６２４と下側第１ヘッダ５２３Ｌとが連結管４２７，４２８により連結される構造のものを説明したが、本実施形態に係る熱交換器ユニット４２はこの構成に限定されるものではない。例えば、本実施形態に係る熱交換器ユニット４２は、第１ヘッダ５２３及び第４ヘッダ６２４を単一のヘッダで実現し、そのヘッダの内部に連結通路を形成することで、第４ヘッダ６２４及び下側第１ヘッダ５２３Ｌを連結してもよいものである。

　（３－４－４）変形例Ｄ
　上記説明においては、連結管４２７，４２８に温度計測器が取り付けられる構成としたが、本実施形態に係る熱交換器ユニット４２はこの構成に限定されるものではない。例えば、温度計測器以外の各種計測装置が取り付けられるものでもよい。

　（３－４－５）変形例Ｅ
　上記説明においては、第１熱交換器５２及び第２熱交換器６２が平面視で略四角形状である構成としたが、本実施形態に係る熱交換器ユニット４２はこの構成に限定されるものではない。例えば、熱交換器ユニット４２は、平板状の形態でもよいし、湾曲した板状の形態でもよい。

　（３－４－６）変形例Ｆ
　上記説明においては、天井埋込型の熱交換器ユニット４２について説明したが、本実施形態に係る熱交換器ユニットはこれに限定されるものではない。本実施形態に係る熱交換器ユニット４２は、天井埋込型の室内ユニットに搭載されるものだけではなく、例えば、ダクト型又は天井吊下げ型等の室内ユニットにも搭載可能である。

　＜他の実施形態＞
　以上、本発明の実施形態及びその変形例について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

５ａ　　　液側接続管（液冷媒配管）
６ａ　　　ガス側接続管（ガス冷媒配管）
４１　　　室内ファン（ファン）
４２　　　熱交換器ユニット
４２７　　連結管
４２８　　連結管
５２　　　第１熱交換器
６２　　　第２熱交換器
５００　　第１扁平管群
５００Ｌ　下側第１熱交換領域
５００Ｕ　上側第１熱交換領域
５２３　　第１ヘッダ
５２３Ｌ　下側第１ヘッダ
５２３Ｕ　上側第１ヘッダ
５２４　　第２ヘッダ
５２４Ｌ　下側第２ヘッダ
５２４Ｕ　上側第２ヘッダ
６００　　第２扁平管群
６２３　　第３ヘッダ
６２４　　第４ヘッダ
Ｄ１　　　第１方向
Ｄ２　　　第２方向

特開２０１６－３８１９２号公報

Claims

　第１ヘッダ（５２３）及び第２ヘッダ（５２４）と、前記第１ヘッダ及び前記第２ヘッダのそれぞれに接続される複数の扁平多穴管からなる第１扁平管群（５００）と、を有する第１熱交換器（５２）と、
　前記第１熱交換器に並設され、かつ前記第１熱交換器よりもファン（４１）による空気流の風下側に配置され、第３ヘッダ（６２３）及び第４ヘッダ（６２４）と、前記第３ヘッダ及び前記第４ヘッダのそれぞれに接続される複数の扁平多穴管からなる第２扁平管群（６００）と、を有する第２熱交換器（６２）と、を備え、
　前記第４ヘッダが、前記第３ヘッダから流入する冷媒を前記第１ヘッダに流出する、
　熱交換器ユニット（４２）。
　前記第１扁平管群では、複数の扁平多穴管が上下に並んでおり、上側の１以上の扁平多穴管が上側第１熱交換領域（５００Ｕ）を形成し、下側の１以上の扁平多穴管が下側第１熱交換領域（５００Ｌ）を形成しており、
　前記上側第１熱交換領域の面積が前記下側第１熱交換領域の面積よりも大きいものであり、
　前記第１ヘッダは、前記上側第１熱交換領域及び前記下側第１熱交換領域のそれぞれに接続する上側第１ヘッダ（５２３Ｕ）及び下側第１ヘッダ（５２３Ｌ）を有し、
　前記第４ヘッダが、前記第３ヘッダから流入する冷媒を前記下側第１ヘッダに流出する、
　請求項１に記載の熱交換器ユニット。
　前記第２ヘッダは、前記上側第１熱交換領域及び前記下側第１熱交換領域のそれぞれに接続する上側第２ヘッダ（５２４Ｕ）及び下側第２ヘッダ（５２４Ｌ）を有し、
　前記上側第１ヘッダ及び前記第３ヘッダには、ガス状冷媒が流れるガス冷媒配管（６ａ）が接続され、
　前記上側第２ヘッダ及び前記下側第２ヘッダには、液状冷媒が流れる液冷媒配管（５ａ）が個別に接続される、
　請求項２に記載の熱交換器ユニット。
　前記上側第１ヘッダから前記上側第２ヘッダに向かう冷媒流れの第１方向（Ｄ１）と、前記第３ヘッダから前記第４ヘッダに向かう冷媒流れの第２方向（Ｄ２）とが対向する、
　請求項３に記載の熱交換器ユニット。
　前記第４ヘッダと前記第１ヘッダとを連結する連結管（４２７，４２８）をさらに備える、
　請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器ユニット。
　前記連結管に冷媒の温度を計測するための温度計測器が取り付けられる、
　請求項５に記載の熱交換器ユニット。
　前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器が、前記各ヘッダ間の少なくとも３箇所で折り曲げられ、平面視で略四角形状である、
　請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器ユニット。
　前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器が、前記ファンを囲む形状である、
　請求項７に記載の熱交換器ユニット。