熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和装置
【課題】二重管熱交換器を内蔵した熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和装置を得る。
【解決手段】熱交換器は、冷媒が流通する複数のパスと、複数のパスの一方の端部に接続された第１分配ヘッダー５と、複数のパスの他方の端部に接続された第２分配ヘッダー１０と、を備える。第２分配ヘッダー１０は、複数のパスの他方の端部に接続された外管１８と、外管１８を流れる冷媒の一部を分岐する分岐配管８ａと、分岐配管８ａと接続され、分岐配管８ａから流入した冷媒と外管１８を流れる冷媒とが熱交換する内管１９と、分岐配管８ａに設けられ、内管１９へ流入する冷媒を膨張させる絞り装置７と、を備えたものである。
【解決手段】熱交換器は、冷媒が流通する複数のパスと、複数のパスの一方の端部に接続された第１分配ヘッダー５と、複数のパスの他方の端部に接続された第２分配ヘッダー１０と、を備える。第２分配ヘッダー１０は、複数のパスの他方の端部に接続された外管１８と、外管１８を流れる冷媒の一部を分岐する分岐配管８ａと、分岐配管８ａと接続され、分岐配管８ａから流入した冷媒と外管１８を流れる冷媒とが熱交換する内管１９と、分岐配管８ａに設けられ、内管１９へ流入する冷媒を膨張させる絞り装置７と、を備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷房運転時において室外熱交換器から流出した液冷媒の過冷却度を増大させるため、二重管熱交換器を備えた空気調和装置が提案されている。このような従来の空気調和装置に用いられる二重管熱交換器としては、例えば「１本の二重管４１を直線部４５と屈曲部４８とで形成し、直線部４５同士及び屈曲部４８同士が重なるように巻く。」（例えば、特許文献１参照）というものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４５０７４号公報（要約、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の二重管熱交換器は、熱交換をする部分の容積を大きくするために、二重管を螺旋状に巻いた多重巻二重管熱交換器構造をとるものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。そして、このような従来の二重管熱交換器は、室外熱交換器とは別に設けられていた。このため、従来の空気調和装置は、二重管熱交換器を設置するために十分な設置スペースが必要とされ、スペース効率が悪いという問題点があった。また、配管構成が複雑となり、空気調和装置のコストが増大してしまうという問題点もあった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、二重管熱交換器を内蔵した熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明における熱交換器は、冷媒が流通する複数のパスと、複数のパスの一方の端部に接続された第１分配ヘッダーと、複数のパスの他方の端部に接続された第２分配ヘッダーと、を備え、第２分配ヘッダーは、複数のパスの他方の端部に接続された第１配管と、第１配管を流れる冷媒の一部を分岐する分岐配管と、分岐配管と接続され、前記分岐配管から流入した冷媒と第１配管を流れる冷媒とが熱交換する第２配管と、分岐配管に設けられ、第２配管へ流入する冷媒を膨張させる第１絞り装置と、を備えたものである。
【０００７】
また、本発明における空気調和装置は、圧縮機、流路切替装置、室外熱交換器、第２絞り装置及び室内熱交換器を備えた空気調和装置において、上記の熱交換器を室外熱交換器として用いたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、熱交換器を構成する第２分配ヘッダーが二重管熱交換器となっている。つまり、本発明の熱交換器は、第２分配ヘッダーに二重管熱交換器を内蔵している。このため、従来は必要だった二重管熱交換器の設置スペースが不要となり、空気調和装置のスペース効率を向上させることができる。また、配管構成が複雑になることを防止できるため、空気調和装置のコストの増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和装置を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る室外熱交換器の第２分配ヘッダー近傍を示す縦断面模式図である。
【図３】図２のＺ−Ｚ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーの別の一例を示す縦断面模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す縦断面模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーの別の一例を示す平面断面模式図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す平面断面模式図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す平面断面模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る空気調和装置を示すシステム構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の室外熱交換器を示す側面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の別の一例を示すシステム構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーの一例を示す縦断面模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーの別の一例を示す縦断面模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す縦断面模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す縦断面模式図である。
【図１６】二重管熱交換器を備えた従来の空気調和装置を示すシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施形態１に係る熱交換器、及びこの熱交換器を備えた空気調和装置について説明する。なお、以下の実施の形態を説明する図面では、各構成部材の大きさや形状が実際のものとは異なる場合がある。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置を示すシステム構成図である。
実施の形態１に係る空気調和装置５０は、冷媒を循環させるヒートポンプ方式の冷凍サイクル回路を備えている。この冷凍サイクル回路は、圧縮機１、四方弁３、室外熱交換器４、膨張弁等である絞り装置２５、室内熱交換器２６等により構成されている。圧縮機１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出するものである。四方弁３は、冷房運転時と暖房運転時で、圧縮機１から吐出された冷媒の流路を切り替えるものである。つまり、四方弁３は、圧縮機１から吐出された冷媒の流路を、室外熱交換器４へ流入する流路（冷房運転時）又は室内熱交換器２６へ流入する流路（暖房運転時）に切り替えるものである。
【００１２】
室外熱交換器４は、この室外熱交換器４を流れる冷媒と室外空気とが熱交換するものである。この室外熱交換器４は、冷媒が流れる複数のパスが形成されている。複数のパスとは、例えばフィンチューブ型熱交換器の伝熱管等である。これら複数のパスには、第１分配ヘッダー５及び第２分配ヘッダー１０が接続されている。第１分配ヘッダー５は、室外熱交換器４が凝縮器として機能する際（冷房運転時）、複数のパスへガス冷媒を分配するものである。また、第１分配ヘッダー５は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際（暖房運転時）、複数のパスから流出したガス冷媒を合流させるものである。第２分配ヘッダー１０は、室外熱交換器４が凝縮器として機能する際（冷房運転時）、複数のパスから流出した液冷媒を合流させるものである。また、第２分配ヘッダー１０は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際（暖房運転時）、複数のパスへ気液二相冷媒を分配するものである。
【００１３】
絞り装置２５は、室外熱交換器４又は室内熱交換器２６から流入した冷媒を膨張（減圧）させるものである。室内熱交換器２６は、この室内熱交換器２６を流れる冷媒と室内空気とが熱交換するものである。なお、四方弁３が本発明における流路切替装置に相当し、絞り装置２５が本発明の第２絞り装置に相当する。
【００１４】
また、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置５０は、オイルセパレーター２及びアキュムレーター９を備えている。オイルセパレーター２は、圧縮機１の吐出側に設けられ、吐出冷媒に混入している作動油を分離して取り出すものである。また、アキュムレーター９は、四方弁３と圧縮機１との間に設けられ、液冷媒とガス冷媒を分離するものである。アキュムレーター９で分離されたガス冷媒を圧縮機１が吸入することで、圧縮機１への液バックを防止することができる。
【００１５】
ここで、本実施の形態１に係る空気調和装置５０と二重管熱交換器を備えた従来の空気調和装置とを比較するため、二重管熱交換器を備えた従来の空気調和装置について説明する。
【００１６】
図１６は、二重管熱交換器を備えた従来の空気調和装置を示すシステム構成図である。なお、図１６を含め、以下の図では、絞り装置２５及び室内熱交換器２６の図示を省略する場合がある。
従来の空気調和装置１００においては、室外熱交換器４の第２分配ヘッダー６は、冷媒を合流及び分岐する機能のみ有している。このため、室外熱交換器４から流出した液冷媒の過冷却度を増大させる二重管熱交換器１１０は、室外熱交換器４（より詳しくは、第２分配ヘッダー６）と絞り装置２５とを接続する液側配管２７に設けられている。二重管熱交換器１１０は内部に２つの流路が形成されており、一方の流路には液側配管２７を流れる冷媒が通過する。また、他方の流路には、液側配管２７から分岐した分岐配管１０８ａが接続されている。つまり、他方の流路には、分岐配管１０８ａを通過する際に絞り装置１０７で膨張された冷媒が流れる。例えば冷房運転時、二重管熱交換器１１０内において一方の流路を流れる冷媒と他方を流れる冷媒とが熱交換することにより、室外熱交換器４から流出した液冷媒の過冷却度を増大させることができる（つまり、冷却性能を向上させることができる）。なお、二重管熱交換器１１０の他方の流路を通過した冷媒は、配管１０８ｂを通ってアキュムレーター９の上流側へ流入する。
【００１７】
しかしながら、従来の空気調和装置１００は、二重管熱交換器１１０を設けるために十分なスペースを必要とし、空気調和装置１００が大型化してしまう。また、従来の空気調和装置１００は、配管構成が複雑になり、製造コストが増大してしまう。
【００１８】
そこで、本実施の形態１に係る空気調和装置５０は、冷凍性能を向上させつつ、空気調和装置１００の大型化や製造コスト等の増加を防止するため、二重管熱交換器を室外熱交換器４に内蔵している。具体的には、本実施の形態１に係る空気調和装置５０においては、室外熱交換器４を以下のような構成にしている。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態１に係る室外熱交換器の第２分配ヘッダー近傍を示す縦断面模式図である。また、図３は、図２のＺ−Ｚ断面図である。以下、これら図２及び図３と図１を用いて、本実施の形態１に係る室外熱交換器４の詳細について説明する。
本実施の形態１に係る室外熱交換器４の第２分配ヘッダー１０は、例えば中空円筒形状の外管１８、例えば中空円筒形状の内管１９、外管１８と内管１９とを接続する分岐配管８ａ、及び例えば膨張弁等である絞り装置７等を備えている。ここで、外管１８が本発明の第１配管に相当し、内管１９が本発明の第２配管に相当し、絞り装置７が本発明の第１絞り装置に相当する。
【００２０】
外管１８は、例えば上下方向に沿って配置されており、分配リードパイプ２０を介して複数のパスに接続されている。この外管１８は、室外熱交換器４が凝縮器として機能する際（冷房運転時）、複数のパスへガス冷媒を分配するものである。また、この外管１８は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際（暖房運転時）、複数のパスから流出したガス冷媒を合流させるものである。この外管１８の内部には、外管１８よりも直径の小さな内管１９が配置されている。これら外管１８と内管１９とは、互いの下端部近傍が分岐配管８ａによって接続されている。また、内管１９の上端部は、配管８ｂを介してアキュムレーター９の上流側と接続されている。なお、冷凍サイクル回路内にアキュムレーター９が設けられていない場合、配管８ｂを圧縮機１の吸入側に接続してもよい。
【００２１】
（動作）
このような本実施の形態１に係る室外熱交換器４を備えた空気調和装置５０は、以下のように動作する。
【００２２】
まず、冷房運転時における空気調和装置５０の動作について説明する。
冷房運転時、圧縮機１から吐出された高圧のガス冷媒は、オイルセパレーター２で作動油が分離された後、四方弁３を介して室外熱交換器４へ流入する。室外熱交換器４へ流入した高圧のガス冷媒は、第１分配ヘッダー５で分配され、各パスに流入する。各パスに流入した高圧のガス冷媒は、室外空気と熱交換して凝縮し、高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、分配リードパイプ２０を介して外管１８へ流入して合流する。外管１８で合流した高圧の液冷媒は、外管１８の内周面と内管１９の外周面との間を流れる間に、内管１９を流れる低温冷媒に冷却され、過冷却度が増大する（過冷却が促進される）。
【００２３】
過冷却度が増大したこの液冷媒の一部は、液側配管２７を通って、絞り装置２５に流入する。一方、過冷却度が増大したこの液冷媒の残りの一部は、分岐配管８ａに流入し、絞り装置７で減圧されて、低温の気液二相冷媒となる。この冷媒は、内管１９へ流入し、外管１８の内周面と内管１９の外周面との間を流れる冷媒を冷却した後、配管８ｂを通ってアキュムレーター９へ流入する。なお、本実施の形態１では、外管１８を流れる冷媒（より詳しくは、外管１８の内周面と内管１９の外周面との間を流れる冷媒）と内管１９を流れる冷媒の流れ方向が、対向流となっている。両配管を流れる冷媒の流れ方向を対向流とすることにより、両配管を流れる冷媒の熱交換を促進することができる。
【００２４】
再び、絞り装置２５に流入した低温の液冷媒に着目すると、この液冷媒は、絞り装置２５で減圧されて気液二相冷媒となり、室内熱交換器２６へ流入する。室内熱交換器２６へ流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内空気を冷却しながら蒸発し、四方弁３を介してアキュムレーター９へ流入する。アキュムレーター９へ流入した冷媒は、液冷媒とガス冷媒に分離される。そして、アキュムレーター９で分離されたガス冷媒は、圧縮機１に吸入されて、再び圧縮される。
【００２５】
次に、暖房運転時における空気調和装置５０の動作について説明する。
暖房運転時、圧縮機１から吐出された高圧のガス冷媒は、オイルセパレーター２で作動油が分離された後、四方弁３を介して室内熱交換器２６へ流入する。室内熱交換器２６へ流入した高圧のガス冷媒は、室内空気を加熱しながら凝縮し、液冷媒となって絞り装置２５へ流入する。絞り装置２５へ流入した液冷媒は、減圧されて気液二相冷媒となった後、液側配管２７を通って室外熱交換器４へ流入する。
【００２６】
室外熱交換器４へ流入した気液二相冷媒は、第２分配ヘッダー１０で分配され、各パスに流入する。各パスに流入した気液二相冷媒は、室外空気と熱交換して蒸発し、例えば低圧のガス冷媒となる。この冷媒は、第１分配ヘッダー５で合流し、四方弁３を介してアキュムレーター９へ流入する。アキュムレーター９へ流入した冷媒は、液冷媒とガス冷媒に分離される。そして、アキュムレーター９で分離されたガス冷媒は、圧縮機１に吸入されて、再び圧縮される。
【００２７】
なお、暖房運転時においては、第２分配ヘッダー１０の外管１８のみに気液二相冷媒が流通するように絞り装置７を閉状態としてもよいし、外管１８及び内管１９の双方に気液二相冷媒が流通するように絞り装置７の開度を調整してもよい。内管１９にも冷媒を流通させることにより、外管１８を通過して各パスへ流入する気液二相冷媒の循環量を低減させることができる。これにより、外管１８及び各パスにおける圧力損失を低減させることができる。また、内管１９を通る気液二相冷媒と外管１８を通る気液二相冷媒とが熱交換することとなるため、各パスに流入する気液二相冷媒のエンタルピーを下げることができ、室外熱交換器４の蒸発能力を増加させることができる。
【００２８】
以上、本実施の形態１のように構成された室外熱交換器４及びこの室外熱交換器４を備えた空気調和装置５０においては、二重管熱交換器を室外熱交換器４の第２分配ヘッダー１０に内蔵しているので、冷房運転時における過冷却度を十分に確保しつつ、空気調和装置５０のスペース効率を向上させることができる。また、配管構成を簡素化できるため、空気調和装置５０のコストの増大を抑制することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態１（図１〜図３）で示した室外熱交換器４の構成は、あくまでも一例であり、本発明の効果を有する限りにおいて種々の構成とすることができる。
【００３０】
例えば、冷房運転時、内管１９の下端部近傍から内管１９内へ冷媒を流入させた場合、室外熱交換器４の下部（例えば、下部に配置されたパス内）に冷媒が寝込む場合がある。外管１８内の過冷却度が最も大きい冷媒（外管１８の下部近傍の冷媒、換言すると外管１８の出口近傍の冷媒）が、内管１９を流れる冷媒のうちで最もエンタルピーが低い状態のものと熱交換することになるためである。室外熱交換器４の下部に冷媒が寝込むと、室外熱交換器４の一部で効率的な熱交換ができなくなり、室外熱交換器４の凝縮能力が低下してしまう。
【００３１】
このような場合、室外熱交換器４の第２分配ヘッダー１０を例えば以下のように構成し、各パスの出口近傍における冷媒の過冷却度バランスを均一化するとよい。
【００３２】
図４は、本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーの別の一例を示す縦断面模式図である。
例えば図４に示すように、内管１９の略中央部（下部近傍ではない位置）に分岐配管８ａを接続するとよい。このように第２分配ヘッダー１０を構成することにより、外管１８内の過冷却度が最も大きい冷媒（外管１８の下部近傍の冷媒、換言すると外管１８の出口近傍の冷媒）と熱交換する内管１９内の冷媒は、エンタルピーが高い状態のものとなる。これにより、各パスの出口近傍における冷媒の過冷却度バランスを均一化でき、室外熱交換器４の下部に冷媒が寝込むことを抑制できる。
【００３３】
図５は、本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す縦断面模式図である。
例えば図５に示す第２分配ヘッダー１０は、分岐配管８ａの端部に複数の分岐バイパス管２９が設けられている。そして、これら分岐バイパス管２９が、内管１９内の冷媒流れ方向（内管１９の長手方向）に沿って、内管１９と接続されている。つまり、分岐配管８ａは、複数の流路に分岐されて内管１９に接続されている。このように第２分配ヘッダー１０を構成することにより、略同一のエンタルピーとなった冷媒が内管１９に流入し、各パスから流出した冷媒は、略同一のエンタルピーとなった冷媒と熱交換することとなる。これにより、各パスの出口近傍における冷媒の過冷却度バランスを均一化でき、室外熱交換器４の下部に冷媒が寝込むことを抑制できる。
【００３４】
また例えば、二重管熱交換器構造となる第２分配ヘッダー１０（第１配管及び第２配管）の構成も、図２及び図３に示した外管１８及び内管１９の構成に限定されるものではない。
【００３５】
図６〜図８は、本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーの別の一例を示す平面断面模式図である。これらの図は、図３と同じ位置の断面を示している。
例えば図６に示すように、一本の配管を仕切り板で分割し、第１配管２４（図３の外管１８に相当）と第２配管２３（図３の内管１９に相当）を一体形成してもよい。
また例えば図７に示すように、第１配管２４（図３の外管１８に相当）の外周面と第２配管２３（図３の内管１９に相当）の外周面とが接するように、第２分配ヘッダー１０を構成してもよい。
また例えば図８に示すように、第１配管２４（図３の外管１８に相当）の内周面と第２配管２３（図３の内管１９に相当）の外周面とが接するように、第２分配ヘッダー１０を構成してもよい。
図６〜図８に示す第２分配ヘッダー１０においては、冷房運転時、各パスから流出した冷媒は第１配管２４を流れることとなる。また、分岐配管８ａを通って絞り装置７で減圧された冷媒は、第２配管２３を流れることとなる。
【００３６】
ここで、図６〜図８に示す第２分配ヘッダー１０の場合、第２配管２３の断面積を第１配管２４の断面積よりも小さくするとよい。第２配管２３に流れる冷媒の流量は絞り装置７で制御することが可能であり、第２配管２３を流れる冷媒の流量は第１配管２４を流れる冷媒の流量よりも十分に小さいためである。また、暖房運転時に第１配管２４のみに冷媒を流通させる場合、第１配管２４の圧力損失が過大となることを防止するためである。
【００３７】
実施の形態２．
冷房運転時、室外熱交換器４に冷媒が寝込んでしまった場合に備え、例えば以下のような寝込み是正装置を予め空気調和装置５０に備えていてもよい。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
【００３８】
図９は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置を示すシステム構成図である。また、図１０は、この空気調和装置の室外熱交換器を示す側面図である。
本実施の形態２に係る空気調和装置５０は、実施の形態１で示した空気調和装置５０に、室外熱交換器４の内部に冷媒が寝込むことを是正する寝込み是正装置が設けられている。この寝込み是正装置は、バイパス管１３、例えば電磁弁である開閉装置１４、及び例えばキャピラリーである絞り装置１５を備えている。ここで、絞り装置１５が本発明の第３絞り装置に相当する。
【００３９】
バイパス管１３は、一端が圧縮機１の吐出側に接続され、室外熱交換器４を通って他端が圧縮機１の吸入側（本実施の形態２の場合はアキュムレーター９の上流側）に接続されている。そして、バイパス管１３を流れる冷媒（圧縮機１から吐出された冷媒）が室外熱交換器４へ流入する位置である高圧バイパス管入口２２は、最も過冷却度の大きい下部のパス出口２１の近傍に設けられている。開閉装置１４は、バイパス管１３の流路を開閉するものであり、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器４との間のバイパス管１３（図９においてバイパス管１３ａとして示す配管）に設けられている。絞り装置１５は、バイパス管１３を流れる冷媒を減圧するものであり、室外熱交換器４と圧縮機１の吸入側との間のバイパス管１３（図９においてバイパス管１３ｂとして示す配管）に設けられている。
【００４０】
また、本実施の形態２に係る空気調和装置５０の室外熱交換器４には、冷媒の寝込みを検知するサーミスタ１２が設けられている。サーミスタ１２は、例えば、冷媒が寝込みやすい下部のパスの出口に設けられている。
【００４１】
サーミスタ１２の検知温度に基づいて冷媒の寝込みを検知した場合、開閉装置１４を開き、圧縮機１から吐出された高圧のガス冷媒をバイパス管１３へ流す。この高圧のガス冷媒が室外熱交換器４内に配置されたバイパス管１３内を流れることにより、室外熱交換器４内に寝込んだ冷媒を蒸発させることができる。このとき、室外熱交換器４内に配置されたバイパス管１３を流れて冷却された（液化した）バイパス管１３ｂを流れる冷媒は、絞り装置１５で減圧（膨張）されるので、圧縮機１への液バックを防止することができる。
【００４２】
なお、室外熱交換器４の内部に冷媒が寝込むことを是正する寝込み是正装置は、図９に示すものに限定されず、例えば次のような構成にしてもよい。
【００４３】
図１１は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の別の一例を示すシステム構成図である。
図１１に示す空気調和装置５０は、寝込み是正装置として、バイパス管１３ｃ、例えば電磁弁である開閉装置１４、及び例えばキャピラリーである絞り装置１５を備えている。ここで、バイパス管１３ｃが本発明の第１回収配管に相当する。
【００４４】
バイパス管１３ｃは、圧縮機１の吸入側（本実施の形態２の場合はアキュムレーター９の上流側）と室外熱交換器４のパスの一部（例えば、下部に配置されているパス）とを接続するものである。開閉装置１４は、バイパス管１３ｃの流路を開閉するものであり、バイパス管１３ｃに設けられている。絞り装置１５は、バイパス管１３ｃを流れる冷媒を減圧するものであり、バイパス管１３ｃに設けられている。また、図１１に示す空気調和装置５０の室外熱交換器４にも、冷媒の寝込みを検知するサーミスタ１２が設けられている。
【００４５】
サーミスタ１２の検知温度に基づいて冷媒の寝込みを検知した場合、開閉装置１４を開くことより、室外熱交換器４内に寝込んだ冷媒を圧縮機１によって吸入することができる。このとき、絞り装置１５でバイパス管１３ｃ内の冷媒を減圧（膨張）するので、圧縮機１への液バックを防止することができる。
【００４６】
以上、本実施の形態２に係る空気調和装置５０のように寝込み是正装置を備えることにより、室外熱交換器４の内部に冷媒が寝込むことを是正することができる。
【００４７】
実施の形態３．
暖房運転時、第２分配ヘッダー１０の第１配管（例えば図２の外管１８）には気液二相冷媒が流入し、この冷媒が各パスへ分配されることとなる。このとき、第１配管（例えば図２の外管１８）の下部から流入した気液二相冷媒は、第１配管（例えば図２の外管１８）の上方へ流れるにつれて圧力損失が増加し、乾き度が増加する。このため、暖房運転時、第１配管（例えば図２の外管１８）を流れる冷媒の圧力損失の増加を抑制するため、例えば以下のように第２分配ヘッダー１０を構成してもよい。なお、実施の形態１において第２分配ヘッダー１０の構成を幾つか示したが（例えば図２、図６〜図８）、本実施の形態３では、図２で示した第２分配ヘッダー１０を例に説明する。また、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
【００４８】
図１２は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーの一例を示す縦断面模式図である。
図１２に示す第２分配ヘッダー１０の内管１９は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、直径が段階的に小さくなっている。つまり、図１２に示す第２分配ヘッダー１０の内管１９は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、流路の断面積が段階的に小さくなっている。これにより、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、外管１８の流路を段階的に大きくできる。このため、外管１８の上方へ行くに従って圧力損失が増加することを抑制できるので、室外熱交換器４の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。なお、図１２に示す内管１９は、段部での急激な形状変化によって圧力損失が増加することを抑制するため、段部をＣ面カット形状３０にしている。
【００４９】
図１３は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーの別の一例を示す縦断面模式図である。
図１３に示す第２分配ヘッダー１０の内管１９は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、直径が漸近的に小さくなっている（換言すると、テーバー形状となっている）。つまり、図１３に示す第２分配ヘッダー１０の内管１９は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、流路の断面積が漸近的に小さくなっている。これにより、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、外管１８の流路を漸近的に大きくできる。このため、外管１８の上方へ行くに従って圧力損失が増加することを抑制できるので、室外熱交換器４の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。
【００５０】
図１４は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す縦断面模式図である。
図１４に示す第２分配ヘッダー１０の外管１８は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、直径が段階的に大きくなっている。つまり、図１４に示す第２分配ヘッダー１０の外管１８は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、流路の断面積が段階的に大きくなっている。このため、外管１８の上方へ行くに従って圧力損失が増加することを抑制できるので、室外熱交換器４の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。なお、図１４に示す外管１８は、段部での急激な形状変化によって圧力損失が増加することを抑制するため、段部をＣ面カット形状３０にしている。
【００５１】
図１５は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す縦断面模式図である。
図１５に示す第２分配ヘッダー１０の外管１８は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、直径が漸近的に大きくなっている（換言すると、テーバー形状となっている）。つまり、図１５に示す第２分配ヘッダー１０の外管１８は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、流路の断面積が漸近的に大きくなっている。このため、外管１８の上方へ行くに従って圧力損失が増加することを抑制できるので、室外熱交換器４の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。
【００５２】
以上のように、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、外管１８の流路を大きくしていくことにより、室外熱交換器４の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態３では、外管１８又は内管１９の一方の直径を変更したが、外管１８及び内管１９の双方の直径を変更しても勿論よい。また、実施の形態１の図６〜図８で示した第２分配ヘッダー１０においても、上記のように第１配管２４の流路断面積を変化させることにより、室外熱交換器４の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 圧縮機、２ オイルセパレーター、３ 四方弁、４ 室外熱交換器（冷房：凝縮器、暖房：蒸発器）、５ 第１分配ヘッダー、６ 第２分配ヘッダー、７ 絞り装置、８ａ 分岐配管、８ｂ 配管、９ アキュムレーター、１０ 第２分配ヘッダー、１２ サーミスタ、１３（１３ａ，１３ｂ） バイパス管、１３ｃ バイパス管、１４ 開閉装置、１５ 絞り装置、１８ 外管、１９ 内管、２０ 分配リードパイプ、２１ パス出口、２２ 高圧バイパス管入口、２３ 第２配管、２４ 第１配管、２５ 絞り装置、２６ 室内熱交換器（冷房：蒸発器、暖房：凝縮器）、２７ 液側配管、２９ 分岐バイパス管、３０ Ｃ面カット形状、５０ 空気調和装置、１００ 空気調和装置（従来）、１０７ 絞り装置（従来）、１０８ａ 分岐配管（従来）、１０８ｂ 配管（従来）、１１０ 二重管熱交換器（従来）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷房運転時において室外熱交換器から流出した液冷媒の過冷却度を増大させるため、二重管熱交換器を備えた空気調和装置が提案されている。このような従来の空気調和装置に用いられる二重管熱交換器としては、例えば「１本の二重管４１を直線部４５と屈曲部４８とで形成し、直線部４５同士及び屈曲部４８同士が重なるように巻く。」（例えば、特許文献１参照）というものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４５０７４号公報（要約、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の二重管熱交換器は、熱交換をする部分の容積を大きくするために、二重管を螺旋状に巻いた多重巻二重管熱交換器構造をとるものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。そして、このような従来の二重管熱交換器は、室外熱交換器とは別に設けられていた。このため、従来の空気調和装置は、二重管熱交換器を設置するために十分な設置スペースが必要とされ、スペース効率が悪いという問題点があった。また、配管構成が複雑となり、空気調和装置のコストが増大してしまうという問題点もあった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、二重管熱交換器を内蔵した熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明における熱交換器は、冷媒が流通する複数のパスと、複数のパスの一方の端部に接続された第１分配ヘッダーと、複数のパスの他方の端部に接続された第２分配ヘッダーと、を備え、第２分配ヘッダーは、複数のパスの他方の端部に接続された第１配管と、第１配管を流れる冷媒の一部を分岐する分岐配管と、分岐配管と接続され、前記分岐配管から流入した冷媒と第１配管を流れる冷媒とが熱交換する第２配管と、分岐配管に設けられ、第２配管へ流入する冷媒を膨張させる第１絞り装置と、を備えたものである。
【０００７】
また、本発明における空気調和装置は、圧縮機、流路切替装置、室外熱交換器、第２絞り装置及び室内熱交換器を備えた空気調和装置において、上記の熱交換器を室外熱交換器として用いたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、熱交換器を構成する第２分配ヘッダーが二重管熱交換器となっている。つまり、本発明の熱交換器は、第２分配ヘッダーに二重管熱交換器を内蔵している。このため、従来は必要だった二重管熱交換器の設置スペースが不要となり、空気調和装置のスペース効率を向上させることができる。また、配管構成が複雑になることを防止できるため、空気調和装置のコストの増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和装置を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る室外熱交換器の第２分配ヘッダー近傍を示す縦断面模式図である。
【図３】図２のＺ−Ｚ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーの別の一例を示す縦断面模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す縦断面模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーの別の一例を示す平面断面模式図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す平面断面模式図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す平面断面模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る空気調和装置を示すシステム構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の室外熱交換器を示す側面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の別の一例を示すシステム構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーの一例を示す縦断面模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーの別の一例を示す縦断面模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す縦断面模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す縦断面模式図である。
【図１６】二重管熱交換器を備えた従来の空気調和装置を示すシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施形態１に係る熱交換器、及びこの熱交換器を備えた空気調和装置について説明する。なお、以下の実施の形態を説明する図面では、各構成部材の大きさや形状が実際のものとは異なる場合がある。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置を示すシステム構成図である。
実施の形態１に係る空気調和装置５０は、冷媒を循環させるヒートポンプ方式の冷凍サイクル回路を備えている。この冷凍サイクル回路は、圧縮機１、四方弁３、室外熱交換器４、膨張弁等である絞り装置２５、室内熱交換器２６等により構成されている。圧縮機１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出するものである。四方弁３は、冷房運転時と暖房運転時で、圧縮機１から吐出された冷媒の流路を切り替えるものである。つまり、四方弁３は、圧縮機１から吐出された冷媒の流路を、室外熱交換器４へ流入する流路（冷房運転時）又は室内熱交換器２６へ流入する流路（暖房運転時）に切り替えるものである。
【００１２】
室外熱交換器４は、この室外熱交換器４を流れる冷媒と室外空気とが熱交換するものである。この室外熱交換器４は、冷媒が流れる複数のパスが形成されている。複数のパスとは、例えばフィンチューブ型熱交換器の伝熱管等である。これら複数のパスには、第１分配ヘッダー５及び第２分配ヘッダー１０が接続されている。第１分配ヘッダー５は、室外熱交換器４が凝縮器として機能する際（冷房運転時）、複数のパスへガス冷媒を分配するものである。また、第１分配ヘッダー５は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際（暖房運転時）、複数のパスから流出したガス冷媒を合流させるものである。第２分配ヘッダー１０は、室外熱交換器４が凝縮器として機能する際（冷房運転時）、複数のパスから流出した液冷媒を合流させるものである。また、第２分配ヘッダー１０は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際（暖房運転時）、複数のパスへ気液二相冷媒を分配するものである。
【００１３】
絞り装置２５は、室外熱交換器４又は室内熱交換器２６から流入した冷媒を膨張（減圧）させるものである。室内熱交換器２６は、この室内熱交換器２６を流れる冷媒と室内空気とが熱交換するものである。なお、四方弁３が本発明における流路切替装置に相当し、絞り装置２５が本発明の第２絞り装置に相当する。
【００１４】
また、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置５０は、オイルセパレーター２及びアキュムレーター９を備えている。オイルセパレーター２は、圧縮機１の吐出側に設けられ、吐出冷媒に混入している作動油を分離して取り出すものである。また、アキュムレーター９は、四方弁３と圧縮機１との間に設けられ、液冷媒とガス冷媒を分離するものである。アキュムレーター９で分離されたガス冷媒を圧縮機１が吸入することで、圧縮機１への液バックを防止することができる。
【００１５】
ここで、本実施の形態１に係る空気調和装置５０と二重管熱交換器を備えた従来の空気調和装置とを比較するため、二重管熱交換器を備えた従来の空気調和装置について説明する。
【００１６】
図１６は、二重管熱交換器を備えた従来の空気調和装置を示すシステム構成図である。なお、図１６を含め、以下の図では、絞り装置２５及び室内熱交換器２６の図示を省略する場合がある。
従来の空気調和装置１００においては、室外熱交換器４の第２分配ヘッダー６は、冷媒を合流及び分岐する機能のみ有している。このため、室外熱交換器４から流出した液冷媒の過冷却度を増大させる二重管熱交換器１１０は、室外熱交換器４（より詳しくは、第２分配ヘッダー６）と絞り装置２５とを接続する液側配管２７に設けられている。二重管熱交換器１１０は内部に２つの流路が形成されており、一方の流路には液側配管２７を流れる冷媒が通過する。また、他方の流路には、液側配管２７から分岐した分岐配管１０８ａが接続されている。つまり、他方の流路には、分岐配管１０８ａを通過する際に絞り装置１０７で膨張された冷媒が流れる。例えば冷房運転時、二重管熱交換器１１０内において一方の流路を流れる冷媒と他方を流れる冷媒とが熱交換することにより、室外熱交換器４から流出した液冷媒の過冷却度を増大させることができる（つまり、冷却性能を向上させることができる）。なお、二重管熱交換器１１０の他方の流路を通過した冷媒は、配管１０８ｂを通ってアキュムレーター９の上流側へ流入する。
【００１７】
しかしながら、従来の空気調和装置１００は、二重管熱交換器１１０を設けるために十分なスペースを必要とし、空気調和装置１００が大型化してしまう。また、従来の空気調和装置１００は、配管構成が複雑になり、製造コストが増大してしまう。
【００１８】
そこで、本実施の形態１に係る空気調和装置５０は、冷凍性能を向上させつつ、空気調和装置１００の大型化や製造コスト等の増加を防止するため、二重管熱交換器を室外熱交換器４に内蔵している。具体的には、本実施の形態１に係る空気調和装置５０においては、室外熱交換器４を以下のような構成にしている。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態１に係る室外熱交換器の第２分配ヘッダー近傍を示す縦断面模式図である。また、図３は、図２のＺ−Ｚ断面図である。以下、これら図２及び図３と図１を用いて、本実施の形態１に係る室外熱交換器４の詳細について説明する。
本実施の形態１に係る室外熱交換器４の第２分配ヘッダー１０は、例えば中空円筒形状の外管１８、例えば中空円筒形状の内管１９、外管１８と内管１９とを接続する分岐配管８ａ、及び例えば膨張弁等である絞り装置７等を備えている。ここで、外管１８が本発明の第１配管に相当し、内管１９が本発明の第２配管に相当し、絞り装置７が本発明の第１絞り装置に相当する。
【００２０】
外管１８は、例えば上下方向に沿って配置されており、分配リードパイプ２０を介して複数のパスに接続されている。この外管１８は、室外熱交換器４が凝縮器として機能する際（冷房運転時）、複数のパスへガス冷媒を分配するものである。また、この外管１８は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際（暖房運転時）、複数のパスから流出したガス冷媒を合流させるものである。この外管１８の内部には、外管１８よりも直径の小さな内管１９が配置されている。これら外管１８と内管１９とは、互いの下端部近傍が分岐配管８ａによって接続されている。また、内管１９の上端部は、配管８ｂを介してアキュムレーター９の上流側と接続されている。なお、冷凍サイクル回路内にアキュムレーター９が設けられていない場合、配管８ｂを圧縮機１の吸入側に接続してもよい。
【００２１】
（動作）
このような本実施の形態１に係る室外熱交換器４を備えた空気調和装置５０は、以下のように動作する。
【００２２】
まず、冷房運転時における空気調和装置５０の動作について説明する。
冷房運転時、圧縮機１から吐出された高圧のガス冷媒は、オイルセパレーター２で作動油が分離された後、四方弁３を介して室外熱交換器４へ流入する。室外熱交換器４へ流入した高圧のガス冷媒は、第１分配ヘッダー５で分配され、各パスに流入する。各パスに流入した高圧のガス冷媒は、室外空気と熱交換して凝縮し、高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、分配リードパイプ２０を介して外管１８へ流入して合流する。外管１８で合流した高圧の液冷媒は、外管１８の内周面と内管１９の外周面との間を流れる間に、内管１９を流れる低温冷媒に冷却され、過冷却度が増大する（過冷却が促進される）。
【００２３】
過冷却度が増大したこの液冷媒の一部は、液側配管２７を通って、絞り装置２５に流入する。一方、過冷却度が増大したこの液冷媒の残りの一部は、分岐配管８ａに流入し、絞り装置７で減圧されて、低温の気液二相冷媒となる。この冷媒は、内管１９へ流入し、外管１８の内周面と内管１９の外周面との間を流れる冷媒を冷却した後、配管８ｂを通ってアキュムレーター９へ流入する。なお、本実施の形態１では、外管１８を流れる冷媒（より詳しくは、外管１８の内周面と内管１９の外周面との間を流れる冷媒）と内管１９を流れる冷媒の流れ方向が、対向流となっている。両配管を流れる冷媒の流れ方向を対向流とすることにより、両配管を流れる冷媒の熱交換を促進することができる。
【００２４】
再び、絞り装置２５に流入した低温の液冷媒に着目すると、この液冷媒は、絞り装置２５で減圧されて気液二相冷媒となり、室内熱交換器２６へ流入する。室内熱交換器２６へ流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内空気を冷却しながら蒸発し、四方弁３を介してアキュムレーター９へ流入する。アキュムレーター９へ流入した冷媒は、液冷媒とガス冷媒に分離される。そして、アキュムレーター９で分離されたガス冷媒は、圧縮機１に吸入されて、再び圧縮される。
【００２５】
次に、暖房運転時における空気調和装置５０の動作について説明する。
暖房運転時、圧縮機１から吐出された高圧のガス冷媒は、オイルセパレーター２で作動油が分離された後、四方弁３を介して室内熱交換器２６へ流入する。室内熱交換器２６へ流入した高圧のガス冷媒は、室内空気を加熱しながら凝縮し、液冷媒となって絞り装置２５へ流入する。絞り装置２５へ流入した液冷媒は、減圧されて気液二相冷媒となった後、液側配管２７を通って室外熱交換器４へ流入する。
【００２６】
室外熱交換器４へ流入した気液二相冷媒は、第２分配ヘッダー１０で分配され、各パスに流入する。各パスに流入した気液二相冷媒は、室外空気と熱交換して蒸発し、例えば低圧のガス冷媒となる。この冷媒は、第１分配ヘッダー５で合流し、四方弁３を介してアキュムレーター９へ流入する。アキュムレーター９へ流入した冷媒は、液冷媒とガス冷媒に分離される。そして、アキュムレーター９で分離されたガス冷媒は、圧縮機１に吸入されて、再び圧縮される。
【００２７】
なお、暖房運転時においては、第２分配ヘッダー１０の外管１８のみに気液二相冷媒が流通するように絞り装置７を閉状態としてもよいし、外管１８及び内管１９の双方に気液二相冷媒が流通するように絞り装置７の開度を調整してもよい。内管１９にも冷媒を流通させることにより、外管１８を通過して各パスへ流入する気液二相冷媒の循環量を低減させることができる。これにより、外管１８及び各パスにおける圧力損失を低減させることができる。また、内管１９を通る気液二相冷媒と外管１８を通る気液二相冷媒とが熱交換することとなるため、各パスに流入する気液二相冷媒のエンタルピーを下げることができ、室外熱交換器４の蒸発能力を増加させることができる。
【００２８】
以上、本実施の形態１のように構成された室外熱交換器４及びこの室外熱交換器４を備えた空気調和装置５０においては、二重管熱交換器を室外熱交換器４の第２分配ヘッダー１０に内蔵しているので、冷房運転時における過冷却度を十分に確保しつつ、空気調和装置５０のスペース効率を向上させることができる。また、配管構成を簡素化できるため、空気調和装置５０のコストの増大を抑制することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態１（図１〜図３）で示した室外熱交換器４の構成は、あくまでも一例であり、本発明の効果を有する限りにおいて種々の構成とすることができる。
【００３０】
例えば、冷房運転時、内管１９の下端部近傍から内管１９内へ冷媒を流入させた場合、室外熱交換器４の下部（例えば、下部に配置されたパス内）に冷媒が寝込む場合がある。外管１８内の過冷却度が最も大きい冷媒（外管１８の下部近傍の冷媒、換言すると外管１８の出口近傍の冷媒）が、内管１９を流れる冷媒のうちで最もエンタルピーが低い状態のものと熱交換することになるためである。室外熱交換器４の下部に冷媒が寝込むと、室外熱交換器４の一部で効率的な熱交換ができなくなり、室外熱交換器４の凝縮能力が低下してしまう。
【００３１】
このような場合、室外熱交換器４の第２分配ヘッダー１０を例えば以下のように構成し、各パスの出口近傍における冷媒の過冷却度バランスを均一化するとよい。
【００３２】
図４は、本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーの別の一例を示す縦断面模式図である。
例えば図４に示すように、内管１９の略中央部（下部近傍ではない位置）に分岐配管８ａを接続するとよい。このように第２分配ヘッダー１０を構成することにより、外管１８内の過冷却度が最も大きい冷媒（外管１８の下部近傍の冷媒、換言すると外管１８の出口近傍の冷媒）と熱交換する内管１９内の冷媒は、エンタルピーが高い状態のものとなる。これにより、各パスの出口近傍における冷媒の過冷却度バランスを均一化でき、室外熱交換器４の下部に冷媒が寝込むことを抑制できる。
【００３３】
図５は、本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す縦断面模式図である。
例えば図５に示す第２分配ヘッダー１０は、分岐配管８ａの端部に複数の分岐バイパス管２９が設けられている。そして、これら分岐バイパス管２９が、内管１９内の冷媒流れ方向（内管１９の長手方向）に沿って、内管１９と接続されている。つまり、分岐配管８ａは、複数の流路に分岐されて内管１９に接続されている。このように第２分配ヘッダー１０を構成することにより、略同一のエンタルピーとなった冷媒が内管１９に流入し、各パスから流出した冷媒は、略同一のエンタルピーとなった冷媒と熱交換することとなる。これにより、各パスの出口近傍における冷媒の過冷却度バランスを均一化でき、室外熱交換器４の下部に冷媒が寝込むことを抑制できる。
【００３４】
また例えば、二重管熱交換器構造となる第２分配ヘッダー１０（第１配管及び第２配管）の構成も、図２及び図３に示した外管１８及び内管１９の構成に限定されるものではない。
【００３５】
図６〜図８は、本発明の実施の形態１に係る第２分配ヘッダーの別の一例を示す平面断面模式図である。これらの図は、図３と同じ位置の断面を示している。
例えば図６に示すように、一本の配管を仕切り板で分割し、第１配管２４（図３の外管１８に相当）と第２配管２３（図３の内管１９に相当）を一体形成してもよい。
また例えば図７に示すように、第１配管２４（図３の外管１８に相当）の外周面と第２配管２３（図３の内管１９に相当）の外周面とが接するように、第２分配ヘッダー１０を構成してもよい。
また例えば図８に示すように、第１配管２４（図３の外管１８に相当）の内周面と第２配管２３（図３の内管１９に相当）の外周面とが接するように、第２分配ヘッダー１０を構成してもよい。
図６〜図８に示す第２分配ヘッダー１０においては、冷房運転時、各パスから流出した冷媒は第１配管２４を流れることとなる。また、分岐配管８ａを通って絞り装置７で減圧された冷媒は、第２配管２３を流れることとなる。
【００３６】
ここで、図６〜図８に示す第２分配ヘッダー１０の場合、第２配管２３の断面積を第１配管２４の断面積よりも小さくするとよい。第２配管２３に流れる冷媒の流量は絞り装置７で制御することが可能であり、第２配管２３を流れる冷媒の流量は第１配管２４を流れる冷媒の流量よりも十分に小さいためである。また、暖房運転時に第１配管２４のみに冷媒を流通させる場合、第１配管２４の圧力損失が過大となることを防止するためである。
【００３７】
実施の形態２．
冷房運転時、室外熱交換器４に冷媒が寝込んでしまった場合に備え、例えば以下のような寝込み是正装置を予め空気調和装置５０に備えていてもよい。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
【００３８】
図９は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置を示すシステム構成図である。また、図１０は、この空気調和装置の室外熱交換器を示す側面図である。
本実施の形態２に係る空気調和装置５０は、実施の形態１で示した空気調和装置５０に、室外熱交換器４の内部に冷媒が寝込むことを是正する寝込み是正装置が設けられている。この寝込み是正装置は、バイパス管１３、例えば電磁弁である開閉装置１４、及び例えばキャピラリーである絞り装置１５を備えている。ここで、絞り装置１５が本発明の第３絞り装置に相当する。
【００３９】
バイパス管１３は、一端が圧縮機１の吐出側に接続され、室外熱交換器４を通って他端が圧縮機１の吸入側（本実施の形態２の場合はアキュムレーター９の上流側）に接続されている。そして、バイパス管１３を流れる冷媒（圧縮機１から吐出された冷媒）が室外熱交換器４へ流入する位置である高圧バイパス管入口２２は、最も過冷却度の大きい下部のパス出口２１の近傍に設けられている。開閉装置１４は、バイパス管１３の流路を開閉するものであり、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器４との間のバイパス管１３（図９においてバイパス管１３ａとして示す配管）に設けられている。絞り装置１５は、バイパス管１３を流れる冷媒を減圧するものであり、室外熱交換器４と圧縮機１の吸入側との間のバイパス管１３（図９においてバイパス管１３ｂとして示す配管）に設けられている。
【００４０】
また、本実施の形態２に係る空気調和装置５０の室外熱交換器４には、冷媒の寝込みを検知するサーミスタ１２が設けられている。サーミスタ１２は、例えば、冷媒が寝込みやすい下部のパスの出口に設けられている。
【００４１】
サーミスタ１２の検知温度に基づいて冷媒の寝込みを検知した場合、開閉装置１４を開き、圧縮機１から吐出された高圧のガス冷媒をバイパス管１３へ流す。この高圧のガス冷媒が室外熱交換器４内に配置されたバイパス管１３内を流れることにより、室外熱交換器４内に寝込んだ冷媒を蒸発させることができる。このとき、室外熱交換器４内に配置されたバイパス管１３を流れて冷却された（液化した）バイパス管１３ｂを流れる冷媒は、絞り装置１５で減圧（膨張）されるので、圧縮機１への液バックを防止することができる。
【００４２】
なお、室外熱交換器４の内部に冷媒が寝込むことを是正する寝込み是正装置は、図９に示すものに限定されず、例えば次のような構成にしてもよい。
【００４３】
図１１は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の別の一例を示すシステム構成図である。
図１１に示す空気調和装置５０は、寝込み是正装置として、バイパス管１３ｃ、例えば電磁弁である開閉装置１４、及び例えばキャピラリーである絞り装置１５を備えている。ここで、バイパス管１３ｃが本発明の第１回収配管に相当する。
【００４４】
バイパス管１３ｃは、圧縮機１の吸入側（本実施の形態２の場合はアキュムレーター９の上流側）と室外熱交換器４のパスの一部（例えば、下部に配置されているパス）とを接続するものである。開閉装置１４は、バイパス管１３ｃの流路を開閉するものであり、バイパス管１３ｃに設けられている。絞り装置１５は、バイパス管１３ｃを流れる冷媒を減圧するものであり、バイパス管１３ｃに設けられている。また、図１１に示す空気調和装置５０の室外熱交換器４にも、冷媒の寝込みを検知するサーミスタ１２が設けられている。
【００４５】
サーミスタ１２の検知温度に基づいて冷媒の寝込みを検知した場合、開閉装置１４を開くことより、室外熱交換器４内に寝込んだ冷媒を圧縮機１によって吸入することができる。このとき、絞り装置１５でバイパス管１３ｃ内の冷媒を減圧（膨張）するので、圧縮機１への液バックを防止することができる。
【００４６】
以上、本実施の形態２に係る空気調和装置５０のように寝込み是正装置を備えることにより、室外熱交換器４の内部に冷媒が寝込むことを是正することができる。
【００４７】
実施の形態３．
暖房運転時、第２分配ヘッダー１０の第１配管（例えば図２の外管１８）には気液二相冷媒が流入し、この冷媒が各パスへ分配されることとなる。このとき、第１配管（例えば図２の外管１８）の下部から流入した気液二相冷媒は、第１配管（例えば図２の外管１８）の上方へ流れるにつれて圧力損失が増加し、乾き度が増加する。このため、暖房運転時、第１配管（例えば図２の外管１８）を流れる冷媒の圧力損失の増加を抑制するため、例えば以下のように第２分配ヘッダー１０を構成してもよい。なお、実施の形態１において第２分配ヘッダー１０の構成を幾つか示したが（例えば図２、図６〜図８）、本実施の形態３では、図２で示した第２分配ヘッダー１０を例に説明する。また、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
【００４８】
図１２は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーの一例を示す縦断面模式図である。
図１２に示す第２分配ヘッダー１０の内管１９は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、直径が段階的に小さくなっている。つまり、図１２に示す第２分配ヘッダー１０の内管１９は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、流路の断面積が段階的に小さくなっている。これにより、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、外管１８の流路を段階的に大きくできる。このため、外管１８の上方へ行くに従って圧力損失が増加することを抑制できるので、室外熱交換器４の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。なお、図１２に示す内管１９は、段部での急激な形状変化によって圧力損失が増加することを抑制するため、段部をＣ面カット形状３０にしている。
【００４９】
図１３は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーの別の一例を示す縦断面模式図である。
図１３に示す第２分配ヘッダー１０の内管１９は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、直径が漸近的に小さくなっている（換言すると、テーバー形状となっている）。つまり、図１３に示す第２分配ヘッダー１０の内管１９は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、流路の断面積が漸近的に小さくなっている。これにより、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、外管１８の流路を漸近的に大きくできる。このため、外管１８の上方へ行くに従って圧力損失が増加することを抑制できるので、室外熱交換器４の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。
【００５０】
図１４は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す縦断面模式図である。
図１４に示す第２分配ヘッダー１０の外管１８は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、直径が段階的に大きくなっている。つまり、図１４に示す第２分配ヘッダー１０の外管１８は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、流路の断面積が段階的に大きくなっている。このため、外管１８の上方へ行くに従って圧力損失が増加することを抑制できるので、室外熱交換器４の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。なお、図１４に示す外管１８は、段部での急激な形状変化によって圧力損失が増加することを抑制するため、段部をＣ面カット形状３０にしている。
【００５１】
図１５は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の第２分配ヘッダーのさらに別の一例を示す縦断面模式図である。
図１５に示す第２分配ヘッダー１０の外管１８は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、直径が漸近的に大きくなっている（換言すると、テーバー形状となっている）。つまり、図１５に示す第２分配ヘッダー１０の外管１８は、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、流路の断面積が漸近的に大きくなっている。このため、外管１８の上方へ行くに従って圧力損失が増加することを抑制できるので、室外熱交換器４の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。
【００５２】
以上のように、室外熱交換器４が蒸発器として機能する際に外管１８を流れる冷媒の流れ方向に沿って（つまり、下部から上部にかけて）、外管１８の流路を大きくしていくことにより、室外熱交換器４の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態３では、外管１８又は内管１９の一方の直径を変更したが、外管１８及び内管１９の双方の直径を変更しても勿論よい。また、実施の形態１の図６〜図８で示した第２分配ヘッダー１０においても、上記のように第１配管２４の流路断面積を変化させることにより、室外熱交換器４の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 圧縮機、２ オイルセパレーター、３ 四方弁、４ 室外熱交換器（冷房：凝縮器、暖房：蒸発器）、５ 第１分配ヘッダー、６ 第２分配ヘッダー、７ 絞り装置、８ａ 分岐配管、８ｂ 配管、９ アキュムレーター、１０ 第２分配ヘッダー、１２ サーミスタ、１３（１３ａ，１３ｂ） バイパス管、１３ｃ バイパス管、１４ 開閉装置、１５ 絞り装置、１８ 外管、１９ 内管、２０ 分配リードパイプ、２１ パス出口、２２ 高圧バイパス管入口、２３ 第２配管、２４ 第１配管、２５ 絞り装置、２６ 室内熱交換器（冷房：蒸発器、暖房：凝縮器）、２７ 液側配管、２９ 分岐バイパス管、３０ Ｃ面カット形状、５０ 空気調和装置、１００ 空気調和装置（従来）、１０７ 絞り装置（従来）、１０８ａ 分岐配管（従来）、１０８ｂ 配管（従来）、１１０ 二重管熱交換器（従来）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流通する複数のパスと、
前記複数のパスの一方の端部に接続された第１分配ヘッダーと、
前記複数のパスの他方の端部に接続された第２分配ヘッダーと、
を備え、
前記第２分配ヘッダーは、
前記複数のパスの他方の端部に接続された第１配管と、
前記第１配管を流れる冷媒の一部を分岐する分岐配管と、
前記分岐配管と接続され、前記分岐配管から流入した冷媒と前記第１配管を流れる冷媒とが熱交換する第２配管と、
前記分岐配管に設けられ、前記第２配管へ流入する冷媒を膨張させる第１絞り装置と、
を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記複数のパスから流出した冷媒が前記第１配管を流れる際の流れ方向に沿って見た場合、
前記分岐配管の前記第２配管への接続位置は、
前記第２配管の下流側端部よりも上流側となる位置であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記分岐配管は、複数の流路に分岐されて前記第２配管と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１配管は、
前記複数のパスから流出した冷媒が前記第１配管を流れる際の流れ方向に沿って、流路の断面積が大きくなっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第２配管は、
前記複数のパスから流出した冷媒が前記第１配管を流れる際の流れ方向に沿って、流路の断面積が小さくなっていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第１配管及び前記第２配管は、
管部材の内部を仕切り板で分割することにより一体形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第２配管は、その外周面が前記第１配管の内周面に接触して設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記第２配管は、その外周面が前記第１配管の外周面に接触して設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項９】
圧縮機、流路切替装置、室外熱交換器、第２絞り装置及び室内熱交換器を備えた空気調和装置において、
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の熱交換器を室外熱交換器として用いたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項１０】
前記室外熱交換器の内部に冷媒が寝込むことを是正する寝込み是正装置を備えたことを特徴とする請求項９に記載の空気調和装置。
【請求項１１】
前記寝込み是正装置は、
一端が前記圧縮機の吐出側に接続され、前記室外熱交換器を通って他端が前記圧縮機の吸入側と接続されたバイパス管と、
前記圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器との間の前記バイパス管に設けられた開閉装置と、
前記室外熱交換器と前記圧縮機の吸入側との間の前記バイパス管に設けられた第３絞り装置と、
を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の空気調和装置。
【請求項１２】
前記寝込み是正装置は、
前記圧縮機の吸入側と前記室外熱交換器の前記複数のパスの一部とを接続する第１回収配管と、
前記第１回収配管に設けられた開閉装置及び第３絞り装置と、
を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の空気調和装置。
【請求項１】
冷媒が流通する複数のパスと、
前記複数のパスの一方の端部に接続された第１分配ヘッダーと、
前記複数のパスの他方の端部に接続された第２分配ヘッダーと、
を備え、
前記第２分配ヘッダーは、
前記複数のパスの他方の端部に接続された第１配管と、
前記第１配管を流れる冷媒の一部を分岐する分岐配管と、
前記分岐配管と接続され、前記分岐配管から流入した冷媒と前記第１配管を流れる冷媒とが熱交換する第２配管と、
前記分岐配管に設けられ、前記第２配管へ流入する冷媒を膨張させる第１絞り装置と、
を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記複数のパスから流出した冷媒が前記第１配管を流れる際の流れ方向に沿って見た場合、
前記分岐配管の前記第２配管への接続位置は、
前記第２配管の下流側端部よりも上流側となる位置であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記分岐配管は、複数の流路に分岐されて前記第２配管と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１配管は、
前記複数のパスから流出した冷媒が前記第１配管を流れる際の流れ方向に沿って、流路の断面積が大きくなっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第２配管は、
前記複数のパスから流出した冷媒が前記第１配管を流れる際の流れ方向に沿って、流路の断面積が小さくなっていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第１配管及び前記第２配管は、
管部材の内部を仕切り板で分割することにより一体形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第２配管は、その外周面が前記第１配管の内周面に接触して設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記第２配管は、その外周面が前記第１配管の外周面に接触して設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項９】
圧縮機、流路切替装置、室外熱交換器、第２絞り装置及び室内熱交換器を備えた空気調和装置において、
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の熱交換器を室外熱交換器として用いたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項１０】
前記室外熱交換器の内部に冷媒が寝込むことを是正する寝込み是正装置を備えたことを特徴とする請求項９に記載の空気調和装置。
【請求項１１】
前記寝込み是正装置は、
一端が前記圧縮機の吐出側に接続され、前記室外熱交換器を通って他端が前記圧縮機の吸入側と接続されたバイパス管と、
前記圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器との間の前記バイパス管に設けられた開閉装置と、
前記室外熱交換器と前記圧縮機の吸入側との間の前記バイパス管に設けられた第３絞り装置と、
を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の空気調和装置。
【請求項１２】
前記寝込み是正装置は、
前記圧縮機の吸入側と前記室外熱交換器の前記複数のパスの一部とを接続する第１回収配管と、
前記第１回収配管に設けられた開閉装置及び第３絞り装置と、
を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の空気調和装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１０７７７５（Ｐ２０１２−１０７７７５Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５５１４４（Ｐ２０１０−２５５１４４）
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１５日（２０１０．１１．１５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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