熱交換器及び冷凍サイクル装置
【課題】扁平管を用いた熱交換器のパス形態を最適化し、十分に冷媒パスのバランスの良い熱交換器を提供する。
【解決手段】前面上部側に配置された補助熱交換器１１ｂと主熱交換器１１ｄ、１１ｅ及び前面下部側に配置された補助熱交換器１１ｃには、一端部がＵ字状に折り曲げられた扁平管１ａが使用され、さらに、その扁平管１ａの互いに隣接する片側の他端部にＵ字形状の段間Ｕベンド８が設けられ、前面下部側及び背面側に配置された主熱交換器１１ｈ、１１ｉ・１１ｆ、１１ｇには、扁平管１ａが使用され、その扁平管１ａの一端部に内部中央に仕切板を有するヘッダ７が設けられ、他端部に中空構造のヘッダ１４が設けられ、さらに、ヘッダ７に仕切板１３を境に冷媒入出用の２本の管接続口１６、１７が設けられている。
【解決手段】前面上部側に配置された補助熱交換器１１ｂと主熱交換器１１ｄ、１１ｅ及び前面下部側に配置された補助熱交換器１１ｃには、一端部がＵ字状に折り曲げられた扁平管１ａが使用され、さらに、その扁平管１ａの互いに隣接する片側の他端部にＵ字形状の段間Ｕベンド８が設けられ、前面下部側及び背面側に配置された主熱交換器１１ｈ、１１ｉ・１１ｆ、１１ｇには、扁平管１ａが使用され、その扁平管１ａの一端部に内部中央に仕切板を有するヘッダ７が設けられ、他端部に中空構造のヘッダ１４が設けられ、さらに、ヘッダ７に仕切板１３を境に冷媒入出用の２本の管接続口１６、１７が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばフィンチューブ型の熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器として、扁平管の両端部に設けられたヘッダ内にセパレータを取り付け、冷媒が複数の扁平管にパラレルに流れるようにし、セパレータにより冷媒流速を変化させ、熱交換器の性能の向上を図ったものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３９５９８号公報（第６−７頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した従来の熱交換器では、空気調和機用として、冷媒の乾きを局所的に制御することが困難であり、ルームエアコンのように熱交換器の折り曲げ形態を用いる場合にはヘッダが干渉し熱交換器そのものを小さくしなければならないという課題がある。
【０００５】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、扁平管を用いた熱交換器のパス形態を最適化し、十分に冷媒パスのバランスの良い熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る熱交換器は、ケーシング内の前面上部側、前面下部側及び背面側に、それぞれ流体の流れ方向に重ねられた補助熱交換器と主熱交換器を配置して構成される熱交換器であって、補助熱交換器と主熱交換器は、流体の流れ方向と直交する方向に積層された板状フィン、及び板状フィンの積層方向に挿入され、その板状フィンの長手方向に複数設けられた伝熱管を有し、前面上部側に配置された補助熱交換器と主熱交換器、及び前面下部側に配置された補助熱交換器には、伝熱管として一端部がＵ字状に折り曲げられた扁平管が使用され、さらに、その扁平管の互いに隣接する片側の他端部にＵ字形状の連結管が設けられ、前面下部側及び背面側に配置された主熱交換器には、伝熱管として扁平管が使用され、その扁平管の一端部に内部中央に仕切板を有する第１ヘッダが設けられ、他端部に中空構造の第２ヘッダが設けられ、さらに、第１ヘッダに仕切板を境に冷媒入出用の２本の管接続口が設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、前面上部側に配置された補助熱交換器と主熱交換器、及び前面下部側に配置された補助熱交換器には、伝熱管として一端部がＵ字状に折り曲げられた扁平管が使用され、さらに、その扁平管の互いに隣接する片側の他端部の接続にＵ字形状の連結管が設けられている。また、前面下部側及び背面側に配置された主熱交換器には、伝熱管として扁平管が使用され、その扁平管の一端部に内部中央に仕切板を有する第１ヘッダが設けられ、他端部に中空構造の第２ヘッダが設けられ、さらに、第１ヘッダに仕切板を境に冷媒入出用の２本の管接続口が設けられている。これにより、熱交換器の流体の流れ方向での干渉がなくなり、熱交換器を小さくすることなく小スペース化を図れる。また、ヘッダ間の干渉を排除できるため、伝熱面積を増加させ、冷媒の乾きを抑えることができ、熱交換性能を向上させることができる。また、前面下部側及び背面側に配置された主熱交換器には、第１及び第２ヘッダを備えているので、液冷媒の流量のばらつきを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る熱交換器の構成を示す側面図。
【図２】実施の形態１に用いられる扁平管の断面図。
【図３】図１の側面図において裏面から見た熱交換器の一部を拡大して示す扁平管のヘアピンの平面図。
【図４】図３に示すヘアピンの側面図。
【図５】図１に示す扁平管と円形の冷媒配管を結合するジョイント管の外観図及び断面図。
【図６】図１に示すバルジ３方管の構成を示す側面図。
【図７】前面下部側の主熱交換器及び背面側の２列目に設置された主熱交換器を示す一方のヘッダの正面図及び断面図。
【図８】図７に示す主熱交換器の他方のヘッダの正面図及び断面図。
【図９】前面下部側の主熱交換器及び背面側の２列目に設置された主熱交換器の全体を示す平面図。
【図１０】背面側の３列目に設置された主熱交換器の全体を示す平面図。
【図１１】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る熱交換器の構成を示す側面図である。
図１において、本実施の形態の熱交換器は、例えば室内の壁に取り付けられる室内機ユニット１００に搭載されている。室内機ユニット１００は、ケーシング１０１の上部に室内空気を取り込むためのエアコングリル１０２が設けられ、ケーシング１０１の前面下部に吹き出し口１０４を開閉するためのルーバー１０５が設けられている。そして、ケーシング１０１内には、前面上部側、前面下部側及び背面側に、それぞれ流体である空気流の方向に重ねられた補助熱交換器と主熱交換器を配置して構成される熱交換器、貫流送風機１０３等が設けられている。貫流送風機１０３は、エアコングリル１０２から室内の空気を吸引し、前述の各熱交換器を通過する冷却風あるいは温風を吹き出し口１０４から室内に送り込む。
【００１０】
前面上部側には、空気流の上流側から補助熱交換器１１ｂと主熱交換器１１ｄ、１１ｅが順次に設置されている。前面上部側には、空気流の上流側から補助熱交換器１１ｃと主熱交換器１１ｈ、１１ｉが順次に設置されている。さらに、背面側には、前記と同様に空気流の上流側から補助熱交換器１１ａと主熱交換器１１ｆ、１１ｇが順次に設置されている。
【００１１】
背面側の補助熱交換器１１ａは、空気流の方向と直交する方向に間隙を有して積層された板状フィン２と、板状フィン２に積層方向に挿入された例えば２本のＵ字形状の円管１ｂと、各円管１ｂの互いに隣接する片側の各端部を連結するＵ字形状の連結円管１ｃ（実線）とにより構成されている。
【００１２】
前面上部側の補助熱交換器１１ｂと前面下部側の補助熱交換器１１ｃは、前記と同様に空気流の方向と直交する方向に間隙を有して積層された板状フィン２と、板状フィン２に積層方向に挿入され板状フィン２の長手方向に配列され、ヘアピン５（破線）によりＵ字形状に折り曲げられた例えば４本の扁平管１ａと、各扁平管１ａの隣接する片側の各端部をそれぞれ連結するＵ字形状の連結管である段間Ｕベンド８（実線）とを備えている。
【００１３】
前面上部側の主熱交換器１１ｄ，１１ｅは、空気流の方向と直交する方向に積層された板状フィン２と、板状フィン２に積層方向に挿入され板状フィン２の長手方向に配列され、ヘアピン５（破線）によりＵ字形状に折り曲げられた例えば４本の扁平管１ａを備えている。３列目の主熱交換器１１ｅは、２列目の主熱交換器１１ｄに対し板状フィン２の長手方向にずれて、双方の扁平管１ａが千鳥状に配置されている。
【００１４】
また、補助熱交換器１１ｂと主熱交換器１１ｄ、１１ｅの各扁平管１ａのうち右斜め上側の２つの扁平管１ａを１本目としたときに、主熱交換器１１ｄ、１１ｅの１本目と４本目の扁平管１ａの外側の各端部が列間Ｕベンド４により連結されていると共に、双方の２本目と３本目の各扁平管１ａの片側端部が列間Ｕベンド４により連結されている。さらに、補助熱交換器１１ｂの３本目の扁平管１ａの片側端部と２列目の主熱交換器１１ｄの１本目と２本目の各扁平管１ａの片側端部とがバルジ３方管３により連結されていると共に、補助熱交換器１１ｂの４本目の扁平管１ａの片側端部と２列目の主熱交換器１１ｄの３本目と４本目の各扁平管１ａの片側端部とがバルジ３方管３により連結されている。
【００１５】
また、３列目の主熱交換器１１ｅの１本目と２本目の各扁平管１ａの片側端部がバルジ３方管３により連結されていると共に、３本目と４本目の各扁平管１ａの片側端部がバルジ３方管３により連結されている。これら２つのバルジ３方管３は、冷媒配管２５、２６を介して３方管６に接続されている。さらに、その３方管６は再熱弁１０に冷媒配管を介して接続され、再熱弁１０は分配器９と接続されている。
【００１６】
前面下部側の主熱交換器１１ｈ、１１ｉと背面側の主熱交換器１１ｆ、１１ｇは、空気流の方向と直交する方向に間隙を有して積層された板状のフィン２と、板状フィン２に積層方向に挿入され板状フィン２の長手方向に配列された例えば８本の扁平管１ａと、各扁平管１ａの両端部に接続されたヘッダ７、１４（第１及び第２ヘッダ）を備えている。片側のヘッダ７には、後述する仕切板１３が設けられている。
【００１７】
前面下部側の３列目の主熱交換器１１ｉは、２列目の主熱交換器１１ｈの扁平管１ａと千鳥状に配列されるように配置されている。また、背面側の３列目の主熱交換器１１ｇは、２列目の主熱交換器１１ｆの扁平管１ａと千鳥状に配列されるように配置されている。前面下部側の２列目の主熱交換器１１ｈと背面側の２列目の主熱交換器１１ｆの各ヘッダ７は、前述の分配器９に冷媒配管２８、２９を介して接続されている。
【００１８】
主熱交換器１１ｆ、１１ｇ・１１ｄ、１１ｅ・１１ｈ、１１ｉの板状フィン２の積層方向のピッチＦｐはＦｐ＝0.0012ｍ、フィン厚みＦｔはＦｔ＝0.0001ｍで、空気流の方向のフィン幅ＬはＬ＝0.0127ｍである。また、長手方向に配列された扁平管１ａの中心間の距離ＤｐはＤｐ＝0.01425ｍ である。主熱交換器１１ｆ、１１ｇ・１１ｄ、１１ｅ・１１ｈ、１１ｉは、空気流の方向にそれぞれ２列に配置され、列毎にフィンが分割されている。
【００１９】
背面側の補助熱交換器１１ａは、板状フィン２の積層方向のピッチＦｐはＦｐ＝0.0013ｍ、フィン厚みＦｔはＦｔ＝0.0001ｍで、空気流の方向のフィン幅ＬはＬ＝0.0127ｍである。また、板状フィン２の長手方向に配列された円管１ｂの中心間の距離ＤｐはＤｐ＝0.0204ｍである。円管１ｂは、フィン前縁部までフィンカラーと円管１ｂが機械拡管により、圧接されて合わされている。
【００２０】
また、前面上部側の補助熱交換器１１ｂと前面下部側の補助熱交換器１１ｃは、板状フィン２の積層方向のピッチＦｐはＦｐ＝0.0012ｍ、フィン厚みＦｔはＦｔ＝0.0001ｍで、空気流の方向のフィン幅ＬはＬ＝0.0127ｍである。また、板状フィン２の長手方向に配列された扁平間１ａの中心間の距離ＤｐはＤｐ＝0.01425ｍ である。
【００２１】
前述した扁平管１a及び円管１bは、アルミニウム合金製を押し出し加工により成形され、板状フィン２は、アルミニウム合金製の板材にて成形されている。このように、熱交換器全てを同じ材質とすることで、腐食の耐力が向上する。また、主熱交換器１１ｆ、１１ｇ・１１ｄ、１１ｅ・１１ｈ、１１ｉにおいて扁平管１ａを千鳥状に配列することで、扁平管１ａの前縁側（風上側）の熱伝達率が向上し、熱交換器の性能は向上する。
【００２２】
また、主熱交換器１１ｆ、１１ｇ・１１ｄ、１１ｅ・１１ｈ、１１ｉをそれぞれ２列にして板状フィン２を分割することで、熱交換器の配置がケーシング１０１内において様々に対応でき、空気流の下流側に位置する３列目の主熱交換器１１ｇ、１１ｅ、１１ｉの板状フィン２における前縁効果（空気境界層の分断効果）による熱伝達率の向上も期待できる。
【００２３】
次に、扁平管１ａ、ヘアピン５、ジョイント管１２、バルジ３方管３の構成について説明する。
【００２４】
図２は実施の形態１に用いられる扁平管の断面図である。
扁平管１ａは、例えば、長軸方向の長さａ１が１１ｍｍ、短軸方向の長さａ２が４ｍｍであり、扁平管１ａの内面には、軸心方向に延びる溝ａ３が設けられている。これは、伝熱促進を図るためである。
【００２５】
図３は図１の側面図において裏面から見た熱交換器の一部を拡大して示す扁平管のヘアピンの平面図、図４は図３に示すヘアピンの側面図である。
ヘアピン５は、前面上部側及び前面下部側に配置された補助熱交換器１１ｂ、１１ｃと前面上部側に配置された主熱交換器１１ｄ、１１ｅの各扁平管１ａをＵ字状に折り曲げたものである。これにより、冷媒配管を用いずに冷媒流路を構成できるため、各熱交換器のフィン積層方向の幅を小スペース化できる。
【００２６】
図５は図１に示す扁平管と円形の冷媒配管を結合するジョイント管の外観図及び断面図である。
ジョイント管１２は、扁平管１ａ（図２参照）と結合する扁平管部２ａと、例えば径φ６の冷媒配管と結合する円管部１２ｂとで構成されている。ジョイント管１２から扁平管１ａに冷媒が流れる際、冷媒は扁平管１ａ内に形成された４つの穴に分流される。
【００２７】
隣接する扁平管１ａの各端部を段間Ｕベンド８により連結する際には、その扁平管１ａの各端部にそれぞれジョイント管１２を結合し、両方のジョイント管１２を段間Ｕベンド８で結合する。また、主熱交換器１１ｄ、１１ｅの扁平管１ａの各端部を列間Ｕベンド４により連結する際には、その扁平管１ａの各端部にそれぞれジョイント管１２を結合し、両方のジョイント管１２を列間Ｕベンド４で結合する。
【００２８】
図６は図１に示すバルジ３方管の構成を示す側面図である。
バルジ３方管３は、Ｕ字状に折り曲げられた扁平形状のＵ字管３ａと、Ｕ字管３ａの片側の管から直角に延びる扁平形状の水平管３ｂとで構成されている。そのバルジ３方管３を用いて３つの扁平管１ａを連結する際には、バルジ３方管３のＵ字管３ａと板状フィン２の長手方向に配列された２つの扁平管１ａの各端部を結合し、バルジ３方管３の水平管３ｂと前述のジョイント管１２を結合し、さらに、そのジョイント管１２に冷媒配管２４の一端部を結合すると共に、その冷媒配管２４の他端部に結合したもう一つのジョイント管１２を介して３つ目の扁平管１ａと接続する。
【００２９】
次に、前面下部側の主熱交換器１１ｈ、１１ｉと背面側の主熱交換器１１ｆ、１１ｇの構成について説明する。
図７は前面下部側の主熱交換器及び背面側の２列目に設置された主熱交換器を示す一方のヘッダの正面図及び断面図、図８は図７に示す主熱交換器の他方のヘッダの正面図及び断面図、図９は前面下部側の主熱交換器及び背面側の２列目に設置された主熱交換器の全体を示す平面図、図１０は背面側の３列目に設置された主熱交換器の全体を示す平面図である。
【００３０】
前面下部側の主熱交換器１１ｈ、１１ｉ及び背面側の主熱交換器１１ｆの各ヘッダ７は、図７に示すように、扁平管１ａの配列方向に延びる長方形状の箱体より構成され、その内部には冷媒の流入と流出を分離する仕切板１３が設けられている。その仕切板１３により、ヘッダ７に接続された例えば８本の扁平管１ａが４本ずつ分けられている。また、ヘッダ７の一側面には、仕切板１３を境に冷媒入口とする管接続口１６と冷媒出口とする管接続口１７が設けられている。
【００３１】
もう一方のヘッダ１４は、前述のヘッダ７と同様に長方形状の箱体より構成され、ヘッダ７に接続された８本の扁平管１ａが接続されている。そのヘッダ１４の内部は中空構造となっている。背面側の主熱交換器１１ｇは、図１０に示すように、冷媒出口とする管接続口１７の位置がヘッダ７の仕切板１３の近くに取り付けられているだけで、その他は前述した主熱交換器１１ｈ等と同様である。
【００３２】
前面下部側の主熱交換器１１ｈの管接続口１６は、前述したように冷媒配管２８を介して分配器９と接続され、管接続口１７は、円管の列間Ｕベンド４を介して３列目の主熱交換器１１ｉの管接続口１６と接続されている。また、背面側の主熱交換器１１ｆの管接続口１６は、冷媒配管２９を介して分配器９と接続され、管接続口１７は、円管の列間Ｕベンド４を介して３列目の主熱交換器１１ｇの管接続口１６と接続されている。
【００３３】
前記のように構成された熱交換器において、蒸発器として用いたときの冷媒の流れについて図１を用いて説明する。
本実施の形態の熱交換器を蒸発器として用いた場合、冷媒は、背面側の補助熱交換器１１ａの円管１ｂを通って冷媒配管２１に流入し、３方管６により２方へ分流される。３方管６からの一方の冷媒は、前面上部側の補助熱交換器１１ｂに重力方向から流入し、６本目の扁平管１ａから冷媒配管２４を介して２列目の主熱交換器１１ｄ上の一方のバルジ３方管３へ流れる。
【００３４】
３方管６からのもう一方の冷媒は、前面下部側の補助熱交換器１１ｃに重力方向の下方から流入し、扁平管１ａを通って前面上部側の補助熱交換器１１ｂに重力方向の下方から流入し、７段目の扁平管１ａから流出して２列目の主熱交換器１１ｄ上の他方のバルジ３方管３へ流れる。
【００３５】
主熱交換器１１ｄ上の一方のバルジ３方管３へ流れた冷媒は、１本目の扁平管１ａから列間Ｕベンド４を介して３列目の主熱交換器１１ｅに重力方向から流入すると共に、４本目の扁平管１ａから列間Ｕベンド４を介して同じ主熱交換器１１ｅの４本目の扁平管１ａに流入する。また、主熱交換器１１ｄ上の他方のバルジ３方管３へ流れた冷媒は、５本目の扁平管１ａから列間Ｕベンド４を介して３列目の主熱交換器１１ｅの５本目の扁平管１ａに流入すると共に、８本目の扁平管１ａから列間Ｕベンド４を介して同じ主熱交換器１１ｅの８本目の扁平管１ａに流入する。
【００３６】
３列目の主熱交換器１１ｅの１本目と４本目の扁平管１ａに流入したそれぞれの冷媒は、バルジ３方管３により合流し、冷媒配管２５を介して３方管６へ流れる。また、同じ主熱交換器１１ｅの５本目と８本目の扁平管１ａに流入したそれぞれの冷媒は、バルジ３方管３により合流し、冷媒配管２６を介して前記の３方管６へ流れ、先の冷媒と合流する。その３方管６からの冷媒は、冷媒配管２７を介して再熱弁１０に流れ、冷媒の流れ方向が重力方向に対し垂直に設置された分配器９に流入して２方へ分配される。
【００３７】
分配器９から流出した一方の冷媒は、冷媒配管２８を通って前面下部側の主熱交換器１１ｈのヘッダ７に流入すると共に、もう一方の冷媒は、冷媒配管２９を通って背面側の主熱交換器１１ｆのヘッダ７に流入する。前面下部側の主熱交換器１１ｈのヘッダ７に流入した冷媒は、図７に示す矢印１５のように、ヘッダ７内の仕切板１３により４本の扁平管１ａに流入し、対向配置された中空構造のヘッダ１４にて重力方向の反対方向に流れ、残りの４本の扁平管１ａを通過してヘッダ７に戻る（図８参照）。そして、その冷媒は、図９に示す矢印１５のように、列間Ｕベンド４を介して３列目の主熱交換器１１ｉに流入し、ヘッダ７内の仕切板１３により４本の扁平管１ａに流入し、対向配置された中空構造のヘッダ１４にて重力方向に流れ、残りの４本の扁平管１ａを通過してヘッダ７に戻り冷媒出口の管接続口１７に至る。
【００３８】
背面側の主熱交換器１１ｆのヘッダ７に流入した冷媒は、図９に示す矢印１５のように、ヘッダ７内の仕切板１３により４本の扁平管１ａに流入し、対向配置された中空構造のヘッダ１４にて重力方向の反対方向に流れ、残りの４本の扁平管１ａを通過してヘッダ７に戻る。そして、その冷媒は、図１０に示す矢印１５のように、列間Ｕベンド４を介して３列目の主熱交換器１１ｇに流入し、ヘッダ７内の仕切板１３により４本の扁平管１ａに流入し、対向配置された中空構造のヘッダ１４にて重力方向に流れ、残りの４本の扁平管１ａを通過してヘッダ７に戻り冷媒出口の管接続口１７に至る。
【００３９】
なお、本実施の形態の熱交換器を凝縮器として用いた場合は、冷媒は反対方向へと流れ、管接続口１６が設置される背面側および前面下部側の３列目の主熱交換器１１ｇ、１１ｉでは、過熱状態および飽和状態となり、背面側および前面下部側の２列目の主熱交換器１１ｆ、１１ｈ、前面上部側の主熱交換器１１ｄ、１１ｅは飽和状態となり３つの背面補助熱交換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃでは過冷却状態となる。
【００４０】
以上のように本実施の形態においては、以下の効果が得られている。
（１）両側にヘッダ７、１４を有する主熱交換器１１ｄ、１１ｅ・１１ｈ，１１ｉ・１１ｆ、１１ｇにおいては、ヘッダ７に設けられた仕切板１３により、ヘッダ間の扁平管１ａに流入する冷媒を半分で行うことができ、液冷媒の流量のばらつきを抑えることができる。また、扁平管１ａの分岐本数（４本）を全体の本数（８本）の半分とすることにより、製造上での管理を容易にすることができる。
【００４１】
（２）背面側の３列目の主熱交換器１１ｇにおいては、重力方向と反対方向と比べて風速が小さく、熱負荷が小さい。冷媒出口の位置を極力重力方向に対し上方に設置することにより、重力方向の上方での冷媒循環量を大きく、下方での冷媒循環量を小さくでき、冷媒の乾きのバランスを取ることができる。
【００４２】
（３）前面上部側の主熱交換器１１ｄ、１１ｅでは、バルジ３方管３と列間Ｕベンド４、段間Ｕベンド８とジョイント管１２を用いて配管しており、前面下部側と背面側の主熱交換器１１ｈ、１１ｉ・１１ｆ、１１ｇにヘッダ７、１４を用いた構成としているので空気流の方向での干渉がなくなり、小スペース化を図れる。
【００４３】
（４）蒸発器として用いる場合、冷媒の乾き度の大きい再熱弁１０より下流側においては、管内圧損が大きく、多パス化が必要となるため、ヘッダ７、１４を用いて冷媒を扁平管１ａにパラレルに流すことにより配管スペースを小さくすることができる。また、ヘッダ７内に仕切板１３を用いてヘッダ室を小さくしているため、ヘッダ７内の液冷媒の挙動を小さくでき、前面下部側と背面側の３列目の熱交換器１１ｉ、１１ｇ内の冷媒分配を向上させることができる。
【００４４】
（５）前面上部側の主熱交換器１１ｄ、１１ｅにおいて、パス数が小さく乾き度の低い上流側熱交では、ジョイント管１２と３方管６を用いて冷媒を分配するため、前面下部側と背面側の主熱交換器１１ｈ，１１ｉ・１１ｆ、１１ｇの折り曲げ熱交形態によるヘッダ７、１４の干渉を抑えることができる。
【００４５】
（６）前面上部側と前面下部側の補助熱交換器１１ｂ、１１ｃには扁平管１ａを用いており、背面側の補助熱交換器１１ａには円管１ｂを用いているが、暖房時に出口として用いられる背面側の補助熱交換器１１ａの管内断面積を大きくすることにより、冷媒量変化に伴う過冷却度の変動を抑えることができる。また、背面側の風速は前面側に比べて小さいため、背面側に熱交換能力の小さい円管を用いることで温度効率の均一化を図れる。
【００４６】
（７）前面下部側と背面側の主熱交換器１１ｈ、１１ｉ・１１ｆ、１１ｇにおいて、２列目と３列目のヘッダ間をＵベンド４で連結しているが、液冷媒の変動と風速分布に起因する熱付加に合わせてＵベンド４の位置を変更することができるため、冷媒の分配特性を適正にすることができる。
【００４７】
実施の形態２．
図１１は実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
図に示す冷媒回路は、圧縮機３３、凝縮熱交換器３４、絞り装置３５、蒸発熱交換器３６、送風機３７、送風機用モーター３８等により構成されている。前述した実施に形態１による熱交換器を凝縮熱交換器３４又は蒸発熱交換器３６、もしくは両方に用いることにより、エネルギ効率の高い冷凍サイクル装置を実現することができる。
【００４８】
ここで、エネルギ効率は、次式で構成される。
暖房エネルギ効率＝室内熱交換器（凝縮器）能力／全入力
冷房エネルギ効率＝室内熱交換器（蒸発器）能力／全入力
【００４９】
なお、実施の形態１で述べた熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクル装置については、ＨＣＦＣ（Ｒ２２）やＨＦＣ（Ｒ１１６、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅａ、Ｒ２３、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ３２、Ｒ４１、ＲＣ３１８などや、これら冷媒の数種の混合冷媒Ｒ４０７Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｄ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ５０８Ａ、Ｒ５０８Ｂなど）、ＨＣ（ブタン、イソブタン、エタン、プロパン、プロピレンなどや、これら冷媒の数種混合冷媒）、自然冷媒（空気、炭酸ガス、アンモニアなどや、これら冷媒の数種の混合冷媒）、ＨＦ０１２３４ｙｆ等の低ＧＷＰ冷媒、また、これら冷媒の数種の混合冷媒など、どんな種類の冷媒を用いても、その効果を達成することができる。
【００５０】
また、作動流体として、空気と冷媒の例を示したが、他の気体、液体、気液混合流体を用いても、同様の効果を奏する。
【００５１】
また、伝熱管（扁平管１ａ、円管１ｂ）と板状フィン２は、異なった材料を用いていることが多いが、伝熱管１ａ、１ｂと板状フィン２に銅、伝熱管１ａ、１ｂと板状フィン２にアルミなど、同じ材料を用いることで、板状フィン２と伝熱管１ａ、１ｂのロウ付けが可能となり、フィン部と伝熱管１ａ、１ｂの接触熱伝達率が飛躍的に向上し、熱交換能力が大幅に向上する。また、リサイクル性も向上させることができる。
【００５２】
また、伝熱管１ａ、１ｂと板状フィン２を密着させる方法として、例えば、炉中ロウ付けを行う場合、板状フィン２に親水材を塗布するのに後処理で行うことで、前処理の場合のロウ付け中の親水材の焼け落ちを防ぐことができる。
【００５３】
また、前述の実施の形態１で述べた熱交換器を室外機で用いた場合においても同様な効果を奏することができる。
【００５４】
なお、実施の形態１で述べた熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクル装置については、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系など、冷媒と油が溶ける溶けないにかかわらず、どんな冷凍機油についても、その効果を達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の活用例として、熱交換性能を向上し、省エネルギ性能を向上することが必要なヒートポンプ装置に使用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ａ 扁平管、１ｂ 円管、１ｃ 連結円管、２ 板状フィン、３ バルジ３方管、４ 列間Ｕベンド、５ ヘアピン、６ ３方管、７ 仕切板を有するヘッダ、８ 段間Ｕベンド、９ 分配器、１０ 再熱弁、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 補助熱交換器、１１ｄ、１１ｅ・１１ｆ、１１ｇ・１１ｈ、１１ｉ 主熱交換器、１２ ジョイント管、１３ 仕切板、１４ 中空構造のヘッダ、１５ 冷媒流れ、１６ 冷媒入口とする管接続口、１７ 冷媒出口とする管接続口、２１−２９ 冷媒配管、３３ 圧縮機、３４ 凝縮熱交換器、３５ 絞り装置、３６ 蒸発熱交換器、３７ 送風機、３８ 送風機用モーター、１００ 室内機ユニット、１０１ ケーシング、１０２ エアコングリル、１０３ 貫流送風機、１０４ 吹き出し口、１０５ ルーバー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばフィンチューブ型の熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器として、扁平管の両端部に設けられたヘッダ内にセパレータを取り付け、冷媒が複数の扁平管にパラレルに流れるようにし、セパレータにより冷媒流速を変化させ、熱交換器の性能の向上を図ったものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３９５９８号公報（第６−７頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した従来の熱交換器では、空気調和機用として、冷媒の乾きを局所的に制御することが困難であり、ルームエアコンのように熱交換器の折り曲げ形態を用いる場合にはヘッダが干渉し熱交換器そのものを小さくしなければならないという課題がある。
【０００５】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、扁平管を用いた熱交換器のパス形態を最適化し、十分に冷媒パスのバランスの良い熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る熱交換器は、ケーシング内の前面上部側、前面下部側及び背面側に、それぞれ流体の流れ方向に重ねられた補助熱交換器と主熱交換器を配置して構成される熱交換器であって、補助熱交換器と主熱交換器は、流体の流れ方向と直交する方向に積層された板状フィン、及び板状フィンの積層方向に挿入され、その板状フィンの長手方向に複数設けられた伝熱管を有し、前面上部側に配置された補助熱交換器と主熱交換器、及び前面下部側に配置された補助熱交換器には、伝熱管として一端部がＵ字状に折り曲げられた扁平管が使用され、さらに、その扁平管の互いに隣接する片側の他端部にＵ字形状の連結管が設けられ、前面下部側及び背面側に配置された主熱交換器には、伝熱管として扁平管が使用され、その扁平管の一端部に内部中央に仕切板を有する第１ヘッダが設けられ、他端部に中空構造の第２ヘッダが設けられ、さらに、第１ヘッダに仕切板を境に冷媒入出用の２本の管接続口が設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、前面上部側に配置された補助熱交換器と主熱交換器、及び前面下部側に配置された補助熱交換器には、伝熱管として一端部がＵ字状に折り曲げられた扁平管が使用され、さらに、その扁平管の互いに隣接する片側の他端部の接続にＵ字形状の連結管が設けられている。また、前面下部側及び背面側に配置された主熱交換器には、伝熱管として扁平管が使用され、その扁平管の一端部に内部中央に仕切板を有する第１ヘッダが設けられ、他端部に中空構造の第２ヘッダが設けられ、さらに、第１ヘッダに仕切板を境に冷媒入出用の２本の管接続口が設けられている。これにより、熱交換器の流体の流れ方向での干渉がなくなり、熱交換器を小さくすることなく小スペース化を図れる。また、ヘッダ間の干渉を排除できるため、伝熱面積を増加させ、冷媒の乾きを抑えることができ、熱交換性能を向上させることができる。また、前面下部側及び背面側に配置された主熱交換器には、第１及び第２ヘッダを備えているので、液冷媒の流量のばらつきを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る熱交換器の構成を示す側面図。
【図２】実施の形態１に用いられる扁平管の断面図。
【図３】図１の側面図において裏面から見た熱交換器の一部を拡大して示す扁平管のヘアピンの平面図。
【図４】図３に示すヘアピンの側面図。
【図５】図１に示す扁平管と円形の冷媒配管を結合するジョイント管の外観図及び断面図。
【図６】図１に示すバルジ３方管の構成を示す側面図。
【図７】前面下部側の主熱交換器及び背面側の２列目に設置された主熱交換器を示す一方のヘッダの正面図及び断面図。
【図８】図７に示す主熱交換器の他方のヘッダの正面図及び断面図。
【図９】前面下部側の主熱交換器及び背面側の２列目に設置された主熱交換器の全体を示す平面図。
【図１０】背面側の３列目に設置された主熱交換器の全体を示す平面図。
【図１１】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る熱交換器の構成を示す側面図である。
図１において、本実施の形態の熱交換器は、例えば室内の壁に取り付けられる室内機ユニット１００に搭載されている。室内機ユニット１００は、ケーシング１０１の上部に室内空気を取り込むためのエアコングリル１０２が設けられ、ケーシング１０１の前面下部に吹き出し口１０４を開閉するためのルーバー１０５が設けられている。そして、ケーシング１０１内には、前面上部側、前面下部側及び背面側に、それぞれ流体である空気流の方向に重ねられた補助熱交換器と主熱交換器を配置して構成される熱交換器、貫流送風機１０３等が設けられている。貫流送風機１０３は、エアコングリル１０２から室内の空気を吸引し、前述の各熱交換器を通過する冷却風あるいは温風を吹き出し口１０４から室内に送り込む。
【００１０】
前面上部側には、空気流の上流側から補助熱交換器１１ｂと主熱交換器１１ｄ、１１ｅが順次に設置されている。前面上部側には、空気流の上流側から補助熱交換器１１ｃと主熱交換器１１ｈ、１１ｉが順次に設置されている。さらに、背面側には、前記と同様に空気流の上流側から補助熱交換器１１ａと主熱交換器１１ｆ、１１ｇが順次に設置されている。
【００１１】
背面側の補助熱交換器１１ａは、空気流の方向と直交する方向に間隙を有して積層された板状フィン２と、板状フィン２に積層方向に挿入された例えば２本のＵ字形状の円管１ｂと、各円管１ｂの互いに隣接する片側の各端部を連結するＵ字形状の連結円管１ｃ（実線）とにより構成されている。
【００１２】
前面上部側の補助熱交換器１１ｂと前面下部側の補助熱交換器１１ｃは、前記と同様に空気流の方向と直交する方向に間隙を有して積層された板状フィン２と、板状フィン２に積層方向に挿入され板状フィン２の長手方向に配列され、ヘアピン５（破線）によりＵ字形状に折り曲げられた例えば４本の扁平管１ａと、各扁平管１ａの隣接する片側の各端部をそれぞれ連結するＵ字形状の連結管である段間Ｕベンド８（実線）とを備えている。
【００１３】
前面上部側の主熱交換器１１ｄ，１１ｅは、空気流の方向と直交する方向に積層された板状フィン２と、板状フィン２に積層方向に挿入され板状フィン２の長手方向に配列され、ヘアピン５（破線）によりＵ字形状に折り曲げられた例えば４本の扁平管１ａを備えている。３列目の主熱交換器１１ｅは、２列目の主熱交換器１１ｄに対し板状フィン２の長手方向にずれて、双方の扁平管１ａが千鳥状に配置されている。
【００１４】
また、補助熱交換器１１ｂと主熱交換器１１ｄ、１１ｅの各扁平管１ａのうち右斜め上側の２つの扁平管１ａを１本目としたときに、主熱交換器１１ｄ、１１ｅの１本目と４本目の扁平管１ａの外側の各端部が列間Ｕベンド４により連結されていると共に、双方の２本目と３本目の各扁平管１ａの片側端部が列間Ｕベンド４により連結されている。さらに、補助熱交換器１１ｂの３本目の扁平管１ａの片側端部と２列目の主熱交換器１１ｄの１本目と２本目の各扁平管１ａの片側端部とがバルジ３方管３により連結されていると共に、補助熱交換器１１ｂの４本目の扁平管１ａの片側端部と２列目の主熱交換器１１ｄの３本目と４本目の各扁平管１ａの片側端部とがバルジ３方管３により連結されている。
【００１５】
また、３列目の主熱交換器１１ｅの１本目と２本目の各扁平管１ａの片側端部がバルジ３方管３により連結されていると共に、３本目と４本目の各扁平管１ａの片側端部がバルジ３方管３により連結されている。これら２つのバルジ３方管３は、冷媒配管２５、２６を介して３方管６に接続されている。さらに、その３方管６は再熱弁１０に冷媒配管を介して接続され、再熱弁１０は分配器９と接続されている。
【００１６】
前面下部側の主熱交換器１１ｈ、１１ｉと背面側の主熱交換器１１ｆ、１１ｇは、空気流の方向と直交する方向に間隙を有して積層された板状のフィン２と、板状フィン２に積層方向に挿入され板状フィン２の長手方向に配列された例えば８本の扁平管１ａと、各扁平管１ａの両端部に接続されたヘッダ７、１４（第１及び第２ヘッダ）を備えている。片側のヘッダ７には、後述する仕切板１３が設けられている。
【００１７】
前面下部側の３列目の主熱交換器１１ｉは、２列目の主熱交換器１１ｈの扁平管１ａと千鳥状に配列されるように配置されている。また、背面側の３列目の主熱交換器１１ｇは、２列目の主熱交換器１１ｆの扁平管１ａと千鳥状に配列されるように配置されている。前面下部側の２列目の主熱交換器１１ｈと背面側の２列目の主熱交換器１１ｆの各ヘッダ７は、前述の分配器９に冷媒配管２８、２９を介して接続されている。
【００１８】
主熱交換器１１ｆ、１１ｇ・１１ｄ、１１ｅ・１１ｈ、１１ｉの板状フィン２の積層方向のピッチＦｐはＦｐ＝0.0012ｍ、フィン厚みＦｔはＦｔ＝0.0001ｍで、空気流の方向のフィン幅ＬはＬ＝0.0127ｍである。また、長手方向に配列された扁平管１ａの中心間の距離ＤｐはＤｐ＝0.01425ｍ である。主熱交換器１１ｆ、１１ｇ・１１ｄ、１１ｅ・１１ｈ、１１ｉは、空気流の方向にそれぞれ２列に配置され、列毎にフィンが分割されている。
【００１９】
背面側の補助熱交換器１１ａは、板状フィン２の積層方向のピッチＦｐはＦｐ＝0.0013ｍ、フィン厚みＦｔはＦｔ＝0.0001ｍで、空気流の方向のフィン幅ＬはＬ＝0.0127ｍである。また、板状フィン２の長手方向に配列された円管１ｂの中心間の距離ＤｐはＤｐ＝0.0204ｍである。円管１ｂは、フィン前縁部までフィンカラーと円管１ｂが機械拡管により、圧接されて合わされている。
【００２０】
また、前面上部側の補助熱交換器１１ｂと前面下部側の補助熱交換器１１ｃは、板状フィン２の積層方向のピッチＦｐはＦｐ＝0.0012ｍ、フィン厚みＦｔはＦｔ＝0.0001ｍで、空気流の方向のフィン幅ＬはＬ＝0.0127ｍである。また、板状フィン２の長手方向に配列された扁平間１ａの中心間の距離ＤｐはＤｐ＝0.01425ｍ である。
【００２１】
前述した扁平管１a及び円管１bは、アルミニウム合金製を押し出し加工により成形され、板状フィン２は、アルミニウム合金製の板材にて成形されている。このように、熱交換器全てを同じ材質とすることで、腐食の耐力が向上する。また、主熱交換器１１ｆ、１１ｇ・１１ｄ、１１ｅ・１１ｈ、１１ｉにおいて扁平管１ａを千鳥状に配列することで、扁平管１ａの前縁側（風上側）の熱伝達率が向上し、熱交換器の性能は向上する。
【００２２】
また、主熱交換器１１ｆ、１１ｇ・１１ｄ、１１ｅ・１１ｈ、１１ｉをそれぞれ２列にして板状フィン２を分割することで、熱交換器の配置がケーシング１０１内において様々に対応でき、空気流の下流側に位置する３列目の主熱交換器１１ｇ、１１ｅ、１１ｉの板状フィン２における前縁効果（空気境界層の分断効果）による熱伝達率の向上も期待できる。
【００２３】
次に、扁平管１ａ、ヘアピン５、ジョイント管１２、バルジ３方管３の構成について説明する。
【００２４】
図２は実施の形態１に用いられる扁平管の断面図である。
扁平管１ａは、例えば、長軸方向の長さａ１が１１ｍｍ、短軸方向の長さａ２が４ｍｍであり、扁平管１ａの内面には、軸心方向に延びる溝ａ３が設けられている。これは、伝熱促進を図るためである。
【００２５】
図３は図１の側面図において裏面から見た熱交換器の一部を拡大して示す扁平管のヘアピンの平面図、図４は図３に示すヘアピンの側面図である。
ヘアピン５は、前面上部側及び前面下部側に配置された補助熱交換器１１ｂ、１１ｃと前面上部側に配置された主熱交換器１１ｄ、１１ｅの各扁平管１ａをＵ字状に折り曲げたものである。これにより、冷媒配管を用いずに冷媒流路を構成できるため、各熱交換器のフィン積層方向の幅を小スペース化できる。
【００２６】
図５は図１に示す扁平管と円形の冷媒配管を結合するジョイント管の外観図及び断面図である。
ジョイント管１２は、扁平管１ａ（図２参照）と結合する扁平管部２ａと、例えば径φ６の冷媒配管と結合する円管部１２ｂとで構成されている。ジョイント管１２から扁平管１ａに冷媒が流れる際、冷媒は扁平管１ａ内に形成された４つの穴に分流される。
【００２７】
隣接する扁平管１ａの各端部を段間Ｕベンド８により連結する際には、その扁平管１ａの各端部にそれぞれジョイント管１２を結合し、両方のジョイント管１２を段間Ｕベンド８で結合する。また、主熱交換器１１ｄ、１１ｅの扁平管１ａの各端部を列間Ｕベンド４により連結する際には、その扁平管１ａの各端部にそれぞれジョイント管１２を結合し、両方のジョイント管１２を列間Ｕベンド４で結合する。
【００２８】
図６は図１に示すバルジ３方管の構成を示す側面図である。
バルジ３方管３は、Ｕ字状に折り曲げられた扁平形状のＵ字管３ａと、Ｕ字管３ａの片側の管から直角に延びる扁平形状の水平管３ｂとで構成されている。そのバルジ３方管３を用いて３つの扁平管１ａを連結する際には、バルジ３方管３のＵ字管３ａと板状フィン２の長手方向に配列された２つの扁平管１ａの各端部を結合し、バルジ３方管３の水平管３ｂと前述のジョイント管１２を結合し、さらに、そのジョイント管１２に冷媒配管２４の一端部を結合すると共に、その冷媒配管２４の他端部に結合したもう一つのジョイント管１２を介して３つ目の扁平管１ａと接続する。
【００２９】
次に、前面下部側の主熱交換器１１ｈ、１１ｉと背面側の主熱交換器１１ｆ、１１ｇの構成について説明する。
図７は前面下部側の主熱交換器及び背面側の２列目に設置された主熱交換器を示す一方のヘッダの正面図及び断面図、図８は図７に示す主熱交換器の他方のヘッダの正面図及び断面図、図９は前面下部側の主熱交換器及び背面側の２列目に設置された主熱交換器の全体を示す平面図、図１０は背面側の３列目に設置された主熱交換器の全体を示す平面図である。
【００３０】
前面下部側の主熱交換器１１ｈ、１１ｉ及び背面側の主熱交換器１１ｆの各ヘッダ７は、図７に示すように、扁平管１ａの配列方向に延びる長方形状の箱体より構成され、その内部には冷媒の流入と流出を分離する仕切板１３が設けられている。その仕切板１３により、ヘッダ７に接続された例えば８本の扁平管１ａが４本ずつ分けられている。また、ヘッダ７の一側面には、仕切板１３を境に冷媒入口とする管接続口１６と冷媒出口とする管接続口１７が設けられている。
【００３１】
もう一方のヘッダ１４は、前述のヘッダ７と同様に長方形状の箱体より構成され、ヘッダ７に接続された８本の扁平管１ａが接続されている。そのヘッダ１４の内部は中空構造となっている。背面側の主熱交換器１１ｇは、図１０に示すように、冷媒出口とする管接続口１７の位置がヘッダ７の仕切板１３の近くに取り付けられているだけで、その他は前述した主熱交換器１１ｈ等と同様である。
【００３２】
前面下部側の主熱交換器１１ｈの管接続口１６は、前述したように冷媒配管２８を介して分配器９と接続され、管接続口１７は、円管の列間Ｕベンド４を介して３列目の主熱交換器１１ｉの管接続口１６と接続されている。また、背面側の主熱交換器１１ｆの管接続口１６は、冷媒配管２９を介して分配器９と接続され、管接続口１７は、円管の列間Ｕベンド４を介して３列目の主熱交換器１１ｇの管接続口１６と接続されている。
【００３３】
前記のように構成された熱交換器において、蒸発器として用いたときの冷媒の流れについて図１を用いて説明する。
本実施の形態の熱交換器を蒸発器として用いた場合、冷媒は、背面側の補助熱交換器１１ａの円管１ｂを通って冷媒配管２１に流入し、３方管６により２方へ分流される。３方管６からの一方の冷媒は、前面上部側の補助熱交換器１１ｂに重力方向から流入し、６本目の扁平管１ａから冷媒配管２４を介して２列目の主熱交換器１１ｄ上の一方のバルジ３方管３へ流れる。
【００３４】
３方管６からのもう一方の冷媒は、前面下部側の補助熱交換器１１ｃに重力方向の下方から流入し、扁平管１ａを通って前面上部側の補助熱交換器１１ｂに重力方向の下方から流入し、７段目の扁平管１ａから流出して２列目の主熱交換器１１ｄ上の他方のバルジ３方管３へ流れる。
【００３５】
主熱交換器１１ｄ上の一方のバルジ３方管３へ流れた冷媒は、１本目の扁平管１ａから列間Ｕベンド４を介して３列目の主熱交換器１１ｅに重力方向から流入すると共に、４本目の扁平管１ａから列間Ｕベンド４を介して同じ主熱交換器１１ｅの４本目の扁平管１ａに流入する。また、主熱交換器１１ｄ上の他方のバルジ３方管３へ流れた冷媒は、５本目の扁平管１ａから列間Ｕベンド４を介して３列目の主熱交換器１１ｅの５本目の扁平管１ａに流入すると共に、８本目の扁平管１ａから列間Ｕベンド４を介して同じ主熱交換器１１ｅの８本目の扁平管１ａに流入する。
【００３６】
３列目の主熱交換器１１ｅの１本目と４本目の扁平管１ａに流入したそれぞれの冷媒は、バルジ３方管３により合流し、冷媒配管２５を介して３方管６へ流れる。また、同じ主熱交換器１１ｅの５本目と８本目の扁平管１ａに流入したそれぞれの冷媒は、バルジ３方管３により合流し、冷媒配管２６を介して前記の３方管６へ流れ、先の冷媒と合流する。その３方管６からの冷媒は、冷媒配管２７を介して再熱弁１０に流れ、冷媒の流れ方向が重力方向に対し垂直に設置された分配器９に流入して２方へ分配される。
【００３７】
分配器９から流出した一方の冷媒は、冷媒配管２８を通って前面下部側の主熱交換器１１ｈのヘッダ７に流入すると共に、もう一方の冷媒は、冷媒配管２９を通って背面側の主熱交換器１１ｆのヘッダ７に流入する。前面下部側の主熱交換器１１ｈのヘッダ７に流入した冷媒は、図７に示す矢印１５のように、ヘッダ７内の仕切板１３により４本の扁平管１ａに流入し、対向配置された中空構造のヘッダ１４にて重力方向の反対方向に流れ、残りの４本の扁平管１ａを通過してヘッダ７に戻る（図８参照）。そして、その冷媒は、図９に示す矢印１５のように、列間Ｕベンド４を介して３列目の主熱交換器１１ｉに流入し、ヘッダ７内の仕切板１３により４本の扁平管１ａに流入し、対向配置された中空構造のヘッダ１４にて重力方向に流れ、残りの４本の扁平管１ａを通過してヘッダ７に戻り冷媒出口の管接続口１７に至る。
【００３８】
背面側の主熱交換器１１ｆのヘッダ７に流入した冷媒は、図９に示す矢印１５のように、ヘッダ７内の仕切板１３により４本の扁平管１ａに流入し、対向配置された中空構造のヘッダ１４にて重力方向の反対方向に流れ、残りの４本の扁平管１ａを通過してヘッダ７に戻る。そして、その冷媒は、図１０に示す矢印１５のように、列間Ｕベンド４を介して３列目の主熱交換器１１ｇに流入し、ヘッダ７内の仕切板１３により４本の扁平管１ａに流入し、対向配置された中空構造のヘッダ１４にて重力方向に流れ、残りの４本の扁平管１ａを通過してヘッダ７に戻り冷媒出口の管接続口１７に至る。
【００３９】
なお、本実施の形態の熱交換器を凝縮器として用いた場合は、冷媒は反対方向へと流れ、管接続口１６が設置される背面側および前面下部側の３列目の主熱交換器１１ｇ、１１ｉでは、過熱状態および飽和状態となり、背面側および前面下部側の２列目の主熱交換器１１ｆ、１１ｈ、前面上部側の主熱交換器１１ｄ、１１ｅは飽和状態となり３つの背面補助熱交換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃでは過冷却状態となる。
【００４０】
以上のように本実施の形態においては、以下の効果が得られている。
（１）両側にヘッダ７、１４を有する主熱交換器１１ｄ、１１ｅ・１１ｈ，１１ｉ・１１ｆ、１１ｇにおいては、ヘッダ７に設けられた仕切板１３により、ヘッダ間の扁平管１ａに流入する冷媒を半分で行うことができ、液冷媒の流量のばらつきを抑えることができる。また、扁平管１ａの分岐本数（４本）を全体の本数（８本）の半分とすることにより、製造上での管理を容易にすることができる。
【００４１】
（２）背面側の３列目の主熱交換器１１ｇにおいては、重力方向と反対方向と比べて風速が小さく、熱負荷が小さい。冷媒出口の位置を極力重力方向に対し上方に設置することにより、重力方向の上方での冷媒循環量を大きく、下方での冷媒循環量を小さくでき、冷媒の乾きのバランスを取ることができる。
【００４２】
（３）前面上部側の主熱交換器１１ｄ、１１ｅでは、バルジ３方管３と列間Ｕベンド４、段間Ｕベンド８とジョイント管１２を用いて配管しており、前面下部側と背面側の主熱交換器１１ｈ、１１ｉ・１１ｆ、１１ｇにヘッダ７、１４を用いた構成としているので空気流の方向での干渉がなくなり、小スペース化を図れる。
【００４３】
（４）蒸発器として用いる場合、冷媒の乾き度の大きい再熱弁１０より下流側においては、管内圧損が大きく、多パス化が必要となるため、ヘッダ７、１４を用いて冷媒を扁平管１ａにパラレルに流すことにより配管スペースを小さくすることができる。また、ヘッダ７内に仕切板１３を用いてヘッダ室を小さくしているため、ヘッダ７内の液冷媒の挙動を小さくでき、前面下部側と背面側の３列目の熱交換器１１ｉ、１１ｇ内の冷媒分配を向上させることができる。
【００４４】
（５）前面上部側の主熱交換器１１ｄ、１１ｅにおいて、パス数が小さく乾き度の低い上流側熱交では、ジョイント管１２と３方管６を用いて冷媒を分配するため、前面下部側と背面側の主熱交換器１１ｈ，１１ｉ・１１ｆ、１１ｇの折り曲げ熱交形態によるヘッダ７、１４の干渉を抑えることができる。
【００４５】
（６）前面上部側と前面下部側の補助熱交換器１１ｂ、１１ｃには扁平管１ａを用いており、背面側の補助熱交換器１１ａには円管１ｂを用いているが、暖房時に出口として用いられる背面側の補助熱交換器１１ａの管内断面積を大きくすることにより、冷媒量変化に伴う過冷却度の変動を抑えることができる。また、背面側の風速は前面側に比べて小さいため、背面側に熱交換能力の小さい円管を用いることで温度効率の均一化を図れる。
【００４６】
（７）前面下部側と背面側の主熱交換器１１ｈ、１１ｉ・１１ｆ、１１ｇにおいて、２列目と３列目のヘッダ間をＵベンド４で連結しているが、液冷媒の変動と風速分布に起因する熱付加に合わせてＵベンド４の位置を変更することができるため、冷媒の分配特性を適正にすることができる。
【００４７】
実施の形態２．
図１１は実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
図に示す冷媒回路は、圧縮機３３、凝縮熱交換器３４、絞り装置３５、蒸発熱交換器３６、送風機３７、送風機用モーター３８等により構成されている。前述した実施に形態１による熱交換器を凝縮熱交換器３４又は蒸発熱交換器３６、もしくは両方に用いることにより、エネルギ効率の高い冷凍サイクル装置を実現することができる。
【００４８】
ここで、エネルギ効率は、次式で構成される。
暖房エネルギ効率＝室内熱交換器（凝縮器）能力／全入力
冷房エネルギ効率＝室内熱交換器（蒸発器）能力／全入力
【００４９】
なお、実施の形態１で述べた熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクル装置については、ＨＣＦＣ（Ｒ２２）やＨＦＣ（Ｒ１１６、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅａ、Ｒ２３、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ３２、Ｒ４１、ＲＣ３１８などや、これら冷媒の数種の混合冷媒Ｒ４０７Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｄ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ５０８Ａ、Ｒ５０８Ｂなど）、ＨＣ（ブタン、イソブタン、エタン、プロパン、プロピレンなどや、これら冷媒の数種混合冷媒）、自然冷媒（空気、炭酸ガス、アンモニアなどや、これら冷媒の数種の混合冷媒）、ＨＦ０１２３４ｙｆ等の低ＧＷＰ冷媒、また、これら冷媒の数種の混合冷媒など、どんな種類の冷媒を用いても、その効果を達成することができる。
【００５０】
また、作動流体として、空気と冷媒の例を示したが、他の気体、液体、気液混合流体を用いても、同様の効果を奏する。
【００５１】
また、伝熱管（扁平管１ａ、円管１ｂ）と板状フィン２は、異なった材料を用いていることが多いが、伝熱管１ａ、１ｂと板状フィン２に銅、伝熱管１ａ、１ｂと板状フィン２にアルミなど、同じ材料を用いることで、板状フィン２と伝熱管１ａ、１ｂのロウ付けが可能となり、フィン部と伝熱管１ａ、１ｂの接触熱伝達率が飛躍的に向上し、熱交換能力が大幅に向上する。また、リサイクル性も向上させることができる。
【００５２】
また、伝熱管１ａ、１ｂと板状フィン２を密着させる方法として、例えば、炉中ロウ付けを行う場合、板状フィン２に親水材を塗布するのに後処理で行うことで、前処理の場合のロウ付け中の親水材の焼け落ちを防ぐことができる。
【００５３】
また、前述の実施の形態１で述べた熱交換器を室外機で用いた場合においても同様な効果を奏することができる。
【００５４】
なお、実施の形態１で述べた熱交換器及びそれを用いた冷凍サイクル装置については、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系など、冷媒と油が溶ける溶けないにかかわらず、どんな冷凍機油についても、その効果を達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の活用例として、熱交換性能を向上し、省エネルギ性能を向上することが必要なヒートポンプ装置に使用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ａ 扁平管、１ｂ 円管、１ｃ 連結円管、２ 板状フィン、３ バルジ３方管、４ 列間Ｕベンド、５ ヘアピン、６ ３方管、７ 仕切板を有するヘッダ、８ 段間Ｕベンド、９ 分配器、１０ 再熱弁、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 補助熱交換器、１１ｄ、１１ｅ・１１ｆ、１１ｇ・１１ｈ、１１ｉ 主熱交換器、１２ ジョイント管、１３ 仕切板、１４ 中空構造のヘッダ、１５ 冷媒流れ、１６ 冷媒入口とする管接続口、１７ 冷媒出口とする管接続口、２１−２９ 冷媒配管、３３ 圧縮機、３４ 凝縮熱交換器、３５ 絞り装置、３６ 蒸発熱交換器、３７ 送風機、３８ 送風機用モーター、１００ 室内機ユニット、１０１ ケーシング、１０２ エアコングリル、１０３ 貫流送風機、１０４ 吹き出し口、１０５ ルーバー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内の前面上部側、前面下部側及び背面側に、それぞれ流体の流れ方向に重ねられた補助熱交換器と主熱交換器を配置して構成される熱交換器であって、
前記補助熱交換器と前記主熱交換器は、流体の流れ方向と直交する方向に積層された板状フィン、及び前記板状フィンの積層方向に挿入され、その板状フィンの長手方向に複数設けられた伝熱管を有し、
前面上部側に配置された前記補助熱交換器と前記主熱交換器、及び前面下部側に配置された前記補助熱交換器には、前記伝熱管として一端部がＵ字状に折り曲げられた扁平管が使用され、さらに、その扁平管の互いに隣接する片側の他端部にＵ字形状の連結管が設けられ、
前面下部側及び背面側に配置された前記主熱交換器には、前記伝熱管として扁平管が使用され、その扁平管の一端部に内部中央に仕切板を有する第１ヘッダが設けられ、他端部に中空構造の第２ヘッダが設けられ、さらに、前記第１ヘッダに仕切板を境に冷媒入出用の２本の管接続口が設けられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
背面側に配置された前記補助熱交換器には、前記伝熱管として円管が使用されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記主熱交換器は、流体の上流側に設置された補助熱交換器を１列目として２列目と３列目に配置され、
前面下部側及び背面側に配置された２列目と３列目の主熱交換器のヘッダ間の接続にＵベンド管が使用されていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項４】
前面下部側及び背面側に配置された主熱交換器において、蒸発器として使用したときに、冷媒が２列目の主熱交換器の第２ヘッダ内で重力方向の反対方向に流れるように、かつ３列目の主熱交換器の第２ヘッダ内で重力方向に流れるように、双方の第１ヘッダに設けられた２本の管接続口のうち何れか一方にそれぞれ冷媒配管を接続したことを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
【請求項５】
背面側に配置された３列目の主熱交換器の第１ヘッダに設けられた２本の管接続口のうち何れか一方を冷媒流出用として仕切板の近傍に設けたことを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】
２列目と３列目の主熱交換器のうち３列目の主熱交換器が前記板状フィンの長手方向にずれて、双方の前記扁平管が千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の熱交換器。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載の熱交換器を用いたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項１】
ケーシング内の前面上部側、前面下部側及び背面側に、それぞれ流体の流れ方向に重ねられた補助熱交換器と主熱交換器を配置して構成される熱交換器であって、
前記補助熱交換器と前記主熱交換器は、流体の流れ方向と直交する方向に積層された板状フィン、及び前記板状フィンの積層方向に挿入され、その板状フィンの長手方向に複数設けられた伝熱管を有し、
前面上部側に配置された前記補助熱交換器と前記主熱交換器、及び前面下部側に配置された前記補助熱交換器には、前記伝熱管として一端部がＵ字状に折り曲げられた扁平管が使用され、さらに、その扁平管の互いに隣接する片側の他端部にＵ字形状の連結管が設けられ、
前面下部側及び背面側に配置された前記主熱交換器には、前記伝熱管として扁平管が使用され、その扁平管の一端部に内部中央に仕切板を有する第１ヘッダが設けられ、他端部に中空構造の第２ヘッダが設けられ、さらに、前記第１ヘッダに仕切板を境に冷媒入出用の２本の管接続口が設けられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
背面側に配置された前記補助熱交換器には、前記伝熱管として円管が使用されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記主熱交換器は、流体の上流側に設置された補助熱交換器を１列目として２列目と３列目に配置され、
前面下部側及び背面側に配置された２列目と３列目の主熱交換器のヘッダ間の接続にＵベンド管が使用されていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項４】
前面下部側及び背面側に配置された主熱交換器において、蒸発器として使用したときに、冷媒が２列目の主熱交換器の第２ヘッダ内で重力方向の反対方向に流れるように、かつ３列目の主熱交換器の第２ヘッダ内で重力方向に流れるように、双方の第１ヘッダに設けられた２本の管接続口のうち何れか一方にそれぞれ冷媒配管を接続したことを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
【請求項５】
背面側に配置された３列目の主熱交換器の第１ヘッダに設けられた２本の管接続口のうち何れか一方を冷媒流出用として仕切板の近傍に設けたことを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】
２列目と３列目の主熱交換器のうち３列目の主熱交換器が前記板状フィンの長手方向にずれて、双方の前記扁平管が千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の熱交換器。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載の熱交換器を用いたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２２５５３１（Ｐ２０１２−２２５５３１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１０８５（Ｐ２０１１−９１０８５）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【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１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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