JP2016070623A - 熱交換器および空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】循環量が変化する条件下で用いられた場合であっても、冷媒の偏流を抑制させることが可能であって、上昇用空間側から下降用空間側に向かう冷媒の逆流を抑制することが可能な熱交換器および空気調和装置を提供する。
【解決手段】室外熱交換器20は、下降用空間62bと複数の扁平多穴管21bが接続された上昇用空間61bとが、上連通口73と下連通口72を介して連通しつつ仕切られている折返しヘッダ24を有している。折返しヘッダ24内では、上昇用空間61bと第1導入空間61aとが、上昇用開口82a、82bを介して上下に連通しつつ仕切られている。設置状態の上面視において、複数の扁平多穴管21bと上昇用開口82a、82bとは重複部分を有しているが、下連通口72を扁平多穴管21bが延びている方向に延長させた空間と上昇用開口82a、82bとは実質的に重なっていない。
【選択図】図9
【解決手段】室外熱交換器20は、下降用空間62bと複数の扁平多穴管21bが接続された上昇用空間61bとが、上連通口73と下連通口72を介して連通しつつ仕切られている折返しヘッダ24を有している。折返しヘッダ24内では、上昇用空間61bと第1導入空間61aとが、上昇用開口82a、82bを介して上下に連通しつつ仕切られている。設置状態の上面視において、複数の扁平多穴管21bと上昇用開口82a、82bとは重複部分を有しているが、下連通口72を扁平多穴管21bが延びている方向に延長させた空間と上昇用開口82a、82bとは実質的に重なっていない。
【選択図】図9
Description
本発明は、熱交換器および空気調和装置に関する。
従来より、複数の扁平管と、複数の扁平管に接合されたフィンと、複数の扁平管の一端側と他端側にそれぞれ連結されたヘッダ集合管とを備え、扁平管の内部を流れる冷媒を扁平管の外部を通過する空気と熱交換させる熱交換器が知られている。
例えば、特許文献1(特開平2−219966号公報)に記載の熱交換器では、水平方向に延びた複数の流出管の両端が、それぞれ鉛直方向に延びたヘッダ集合管に接続されて構成されている。
この特許文献1に記載の熱交換器では、鉛直方向に延びたヘッダ集合管の内部において、比重の大きい液相冷媒が下方に集まり比重の小さな気相冷媒が上方に集まることで偏流が生じることを課題としてとらえ、これを解決するために、ヘッダ集合管の内部において絞りを形成することを提案している。
このように形成した絞りを通過させることで、気相冷媒と液相冷媒とを混合させやすくしつつ、冷媒の流速を向上させてヘッダ集合管内の上方にまで到達させやすくすることで、冷媒の偏流を抑制させようとしている。
しかし、上述のような特許文献1に示された熱交換器は、冷媒の循環量が変化するような状況下で用いられた場合における偏流の抑制については全く想定されておらず、低循環量の場合であっても高循環量の場合であってもいずれの場合であっても偏流の抑制効果が得られるような構造については、なんら検討されていない。
すなわち、低循環量の場合には、絞りを形成したことで流速を上げて、ヘッダ集合管内の上方まで到達させることにより偏流の抑制が可能になるが、高循環量になった場合には、当該絞りによって流速が高まり過ぎてしまうため比重の大きな液相冷媒が上方に集まり過ぎてしまい、かえって偏流が生じてしまうことになる。
他方、高循環量の場合に流速が高まり過ぎないように絞りの程度を調節することで高循環量の時の偏流を抑制できたとしても、低循環量になった場合には、冷媒を上方に到達させることが困難になり、やはり偏流が生じてしまうことがある。
これに対して、低循環量の時には冷媒を上方に到達させやすくしつつ、高循環量の時には上方に達した冷媒を当該上昇用の空間から別の空間に移動させて降下させた後に再度上昇させるという、ヘッダにおける冷媒のループ構造を採用することが考えられる。このようなループ構造では、上昇用の空間を上昇した冷媒を下降用の空間に移動させるための上方の連通口と、下降用の空間で降下した冷媒を再度上昇用の空間側に戻すための下方の連通口(戻し穴)を設けることができる。
ところが、下方の連通口(戻し穴)において、下降用の空間側から上昇用の空間側に向かう順流が生じるのではなく、上昇用の空間側から下降用の空間側に向かう逆流が生じるおそれがあることを発明者等は見出した。
本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、循環量が変化する条件下で用いられた場合であっても、冷媒の偏流を抑制させることが可能であって、上昇用空間側から下降用空間側に向かう冷媒の逆流を抑制することが可能な熱交換器および空気調和装置を提供することにある。
第1観点に係る熱交換器は、複数の扁平管と、ヘッダ部と、導入部と、を備えている。複数の扁平管は、互いに並んで配置されている。ヘッダ部は、複数の扁平管が並んでいる方向に沿うように上方に向けて延びており、第1空間と第2空間とに内部が仕切られている。第1空間には、複数の扁平管の一端それぞれが接続されている。第2空間には、複数の扁平管が接続されていない。導入部は、第1空間の下方に位置した導入空間を有している。導入空間は、上昇用開口を介して第1空間と連通している。第1空間と第2空間とは、上連通口および下連通口を介して連通している。上連通口は、ヘッダ部内の上方に設けられている。下連通口は、ヘッダ部内の下方に設けられている。設置状態の上面視において、複数の扁平管と上昇用開口とは重複部分を有している。設置状態の上面視において、下連通口を扁平管が延びている方向に延長させた空間と上昇用開口とが重なっていないか、または、下連通口を扁平管が延びている方向に延長させた空間と上昇用開口とが重複部分を有しており当該重複部分が設置状態の上面視において上昇用開口の50%以下である。
なお、上連通口および/または下連通口は、複数の開口を有して構成されていてもよい。また、扁平管は、導入空間に対して接続されていてもよい。また、導入空間は第1空間の下方だけでなく、第1空間の下方と第2空間の下方とに跨がるように広がって構成されていてもよい。
また、第1空間に接続されている複数の扁平管は、第1空間内側の端部が鉛直方向に並ぶように端部位置が揃って配置されていてもよいし、端部位置が揃わないように配置されていてもよい。第1空間内側の端部が揃うように配置されている場合には、全ての扁平管と上昇用開口とが設置状態の上面視において少なくとも一部が重複するように配置されていることになる。また、第1空間内側の端部が揃わないように配置されている場合には、複数の扁平管のうちの特定の扁平管と上昇用開口とが設置状態の上面視において少なくとも一部が重複するように配置されていることになる。第1空間内側の端部が揃わないように配置されている場合において、設置状態の上面視において上昇用開口との重複部分を有することとなる扁平管は、第1空間のうち半分よりも下方に位置していることが好ましく、第1空間のうちの1/3よりも下方に位置していることがより好ましい。
この熱交換器では、ヘッダ部の内部空間が、第1空間と第2空間とに仕切られている。このため、仕切られていない場合と比較して、上昇用開口を通過して上昇しようとする冷媒が通過する面積を、第1空間だけにして狭めることができている。このため、第1空間を上昇する冷媒の流速の低下を抑制させることができる。そして、この熱交換器が冷媒回路を備えた冷凍装置に用いられた場合において、冷媒回路の冷媒循環量が低循環量の場合のように、上昇用開口を通過する冷媒の流速が遅く、上昇用開口を通過した冷媒が扁平管に当たって上昇速度が弱められる場合であっても、冷媒をヘッダ集合管内の上方まで到達させやすくなる。
また、この熱交換器では、設置状態の上面視において、複数の扁平管と上昇用開口とは重複部分を有している。このため、冷媒回路の冷媒循環量が高循環量である場合のように上昇用開口を通過した冷媒の流速が早い場合には、冷媒を勢いよく扁平管に当てることができ、気相冷媒と液相冷媒とを攪拌させることができる。このため、高循環量時において、第1空間内の上方に位置する扁平管に対しても下方に位置する扁平管に対しても、より均等に冷媒を供給することが可能になる。
また、冷媒回路の冷媒循環量が低循環量である場合のように上昇用開口を通過した冷媒の流速が遅い場合には、冷媒はより穏やかに扁平管に当てられるため、上昇する勢いを大きく失うこと無く第1空間内の上方にまで冷媒を到達させやすくなる。このため、低循環量時であっても、第1空間内の上方に位置する扁平管に対しても下方に位置する扁平管に対しても、より均等に冷媒を供給することが可能になる。
この熱交換器では、冷媒の蒸発器として機能する場合において、高循環量である場合のように上昇用開口を通過した冷媒の流速が、冷媒を勢いよく扁平管に当てるだけでは上方に液相冷媒が偏ってしまうほど早い場合においても、上連通口と下連通口をさらに備えていることで、この偏りを低減させることが可能になっている。すなわち、この熱交換器では、冷媒を勢いよく扁平管に当たった後に第1空間の上方に到達した液相冷媒を、上連通口を介して第2空間に導き、第2空間を降下させた後、下連通口を介して第1空間に戻すことが可能になる。したがって、高循環量の場合等のように上昇用開口を通過した冷媒の流速が早く、上昇用開口を通過した冷媒が扁平管に当たってもなお上方に液相冷媒が偏りそうになる場合であっても、複数の扁平管に流れる冷媒の偏流を小さく抑えることが可能になる。
そして、この熱交換器では、設置状態の上面視において、下連通口を扁平管が延びている方向に延長させた空間と上昇用開口とが重なっていないか、または、下連通口を扁平管が延びている方向に延長させた空間と上昇用開口とが重複部分を有しており当該重複部分が設置状態の上面視において上昇用開口の50%以下である。この配置により、導入空間から上昇用開口を通じて第1空間に向けて上昇してきた冷媒は、下連通口を第1空間側から第2空間側に向けて逆流しにくい。
これにより、循環量が変化する条件下で用いられた場合であっても冷媒の偏流を抑制させることが可能であり、かつ、下連通口を介して第1空間側から第2空間側に向かう冷媒の逆流を抑制することが可能になる。
第2観点に係る熱交換器は、第1観点に係る熱交換器であって、上昇用開口と下連通口の少なくともいずれか一方は、互いに離れて位置する複数の口を有して構成されている。ここで、複数の口を有して構成されているのが上昇用開口だけであってもよいし、下連通口だけであってもよい。また、上昇用開口も下連通口もいずれも複数の口を有して構成されていてもよい。
この熱交換器では、上昇用開口または下連通口の少なくともいずれかが複数の口で構成されている。このため、口が1つである場合と比較して、冷媒の分布の偏りを小さく抑えることが可能になる。
第3観点に係る熱交換器は、第2観点に係る熱交換器であって、複数の扁平管は、それぞれ、第1空間内の端部において水平方向に並んだ複数の流入口を有している。上昇用開口は、下連通口を扁平管が延びている方向に延長させた空間に対して、設置状態の上面視において一方側に設けられた第1上昇用開口と他方側に設けられた第2上昇用開口を有している。
この熱交換器では、導入空間から第1空間に流入する冷媒は、一部が第1上昇用開口を通過し、他の一部が第2上昇用開口を通過している。このため、下連通口を扁平管が延びている方向に延長させた空間に対する一方側と他方側の両方に冷媒を送ることが可能になっている。したがって、扁平管の端部に並んだ複数の流入口に対して送られる冷媒量の隔たりを抑制させることが可能になる。
第4観点に係る熱交換器は、第1観点から第3観点のいずれかに係る熱交換器であって、下連通口の下端は、最下段扁平管の下端よりもさらに下方に位置している。最下段扁平管は、第1空間に接続された複数の扁平管のうち上昇用開口よりも上方において最も下方に配置されている扁平管である。
ここで、下連通口の上端が最下段扁平管の下端よりもさらに下方に位置していることがより好ましい。
この熱交換器では、上昇用開口を通過して上方に向けて流れた冷媒は、最下段扁平管に衝突する程度まで上昇した状態では、既に下連通口の下端を超えてより上方に位置していることになる。このため、上昇用開口を通過した冷媒が最下段扁平管に衝突したとしても、下連通口に向かう冷媒流れが生じにくく、下連通口を介した冷媒の逆流をより効果的に抑制できる。
なお、下連通口の上端が最下段扁平管の下端よりもさらに下方に位置している構成では、下連通口を介した冷媒の逆流をさらに効果的に抑制できる。
第5観点に係る熱交換器は、第1観点から第4観点のいずれかに係る熱交換器であって、導入仕切部材をさらに備えている。ヘッダ部は、第1空間と第2空間とを仕切るヘッダ仕切部材を有している。導入仕切部材は、ヘッダ部の第1空間と導入空間とを仕切っている。導入仕切部材の上面は、ヘッダ仕切部材と当接した部分を有している。上昇用開口は、導入仕切部材とヘッダ仕切部材との当接位置から離れた位置で導入仕切部材を板厚方向貫通するように設けられている。
この熱交換器では、上昇用開口が、導入仕切部材とヘッダ仕切部材との当接位置から離れた位置に設けられているため、ロウ付けによって熱交換器が製造される場合であっても、ロウ材が上昇用開口の位置にまで到達しにくく、上昇用開口の閉塞を抑制することが可能になる。
第6観点に係る空気調和装置は、冷媒回路を備えている。冷媒回路は、第1観点から第5観点のいずれかに係る熱交換器と、容量可変の圧縮機と、が接続されて構成されている。
この空気調和装置では、容量可変の圧縮機が駆動することで、冷媒回路を流れる冷媒の循環量が変動し、熱交換器を通過する冷媒の量が変動する。ここで、熱交換器が蒸発器として機能する場合に、通過する冷媒の量が増大して液相冷媒の混合比率が増大したり、流速が高まることがあっても、熱交換器内における冷媒の偏流を小さく抑えることが可能になる。
第1観点に係る熱交換器では、循環量が変化する条件下で用いられた場合であっても冷媒の偏流を抑制させることが可能であり、かつ、下連通口を介して第1空間側から第2空間側に向かう冷媒の逆流を抑制することが可能になる。
第2観点に係る熱交換器では、口が1つである場合と比較して、冷媒の分布の偏りを小さく抑えることが可能になる。
第3観点に係る熱交換器では、扁平管の端部に並んだ複数の流入口に対して送られる冷媒量の隔たりを抑制させることが可能になる。
第4観点に係る熱交換器では、下連通口を介した冷媒の逆流をより効果的に抑制させることが可能になる。
第5観点に係る熱交換器では、上昇用開口の閉塞を抑制することが可能になる。
第6観点に係る空気調和装置では、熱交換器が蒸発器として機能する場合に、通過する冷媒の量が増大して液相冷媒の混合比率が増大したり、流速が高まることがあっても、熱交換器内における冷媒の偏流を小さく抑えることが可能になる。
(1)空気調和装置1の全体構成
図1は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置1の構成の概要を示す回路図である。
図1は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置1の構成の概要を示す回路図である。
空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって空調室内機3が設置されている建物内の冷暖房に使用される装置であり、熱源側ユニットとしての空調室外機2と、利用側ユニットとしての空調室内機3とが冷媒連絡配管6,7で接続されて構成されている。
空調室外機2と空調室内機3と冷媒連絡配管6,7とが接続されて構成される冷媒回路は、圧縮機91、四路切換弁92、室外熱交換器20、膨張弁33、室内熱交換器4およびアキュムレータ93などが冷媒配管で接続されることで構成されている。この冷媒回路内には冷媒が封入されており、冷媒が圧縮され、冷却され、減圧され、加熱・蒸発された後に、再び圧縮されるという冷凍サイクル運転が行われるようになっている。冷媒としては、例えば、R410A、R32、R407C、R22、R134a、二酸化炭素、などから選択されたものが用いられる。
(2)空気調和装置1の詳細構成
(2−1)空調室内機3
空調室内機3は、室内の壁面に壁掛け等により、又は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により設置される。空調室内機3は、室内熱交換器4と、室内ファン5とを有している。室内熱交換器4は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、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として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。
(2−1)空調室内機3
空調室内機3は、室内の壁面に壁掛け等により、又は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により設置される。空調室内機3は、室内熱交換器4と、室内ファン5とを有している。室内熱交換器4は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、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として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。
(2−2)空調室外機2
空調室外機2は、ビル等の室外に設置されており、冷媒連絡配管6,7を介して空調室内機3に接続される。空調室外機2は、図2および図3に示されているように、略直方体状のユニットケーシング10を有している。
空調室外機2は、ビル等の室外に設置されており、冷媒連絡配管6,7を介して空調室内機3に接続される。空調室外機2は、図2および図3に示されているように、略直方体状のユニットケーシング10を有している。
図3に示されているように、空調室外機2は、ユニットケーシング10の内部空間を鉛直方向に延びる仕切板18で二つに分割することによって送風機室S1と機械室S2とを形成した構造(いわゆる、トランク型構造)を有するものである。空調室外機2は、ユニットケーシング10の送風機室S1内に配置された室外熱交換器20および室外ファン95を有しており、ユニットケーシング10の機械室S2内に配置された圧縮機91、四路切換弁92、アキュムレータ93、膨張弁33、ガス冷媒配管31、および、液冷媒配管32を有している。
ユニットケーシング10は、底板12と、天板11と、送風機室側の側板13と、機械室側の側板14と、送風機室側前板15と、機械室側前板16とを備えて、筐体を構成している。
空調室外機2は、ユニットケーシング10の背面および側面の一部からユニットケーシング10内の送風機室S1に室外空気を吸い込んで、吸い込んだ室外空気をユニットケーシング10の前面から吹き出すように構成されている。具体的には、ユニットケーシング10内の送風機室S1に対する吸入口10aおよび吸込口10bが、送風機室側の側板13の背面側の端部と機械室側の側板14の送風機室S1側の端部とにわたって形成されている。また、吹出口10cは、送風機室側前板15に設けられており、その前側がファングリル15aによって覆われている。
圧縮機91は、例えば圧縮機用モータによって駆動される密閉式圧縮機であり、インバータ制御によって運転容量を変化させることができるよう構成されている。
四路切換弁92は、冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。冷房運転時には、四路切換弁92は、圧縮機91の吐出側の冷媒配管と室外熱交換器20の一端(ガス側端部)から延びるガス冷媒配管31とを接続するとともに、アキュムレータ93を介してガス冷媒の冷媒連絡配管7と圧縮機91の吸入側の冷媒配管とを接続する(図1の四路切換弁92の実線を参照)。また、暖房運転時には、四路切換弁92は、圧縮機91の吐出側の冷媒配管とガス冷媒の冷媒連絡配管7とを接続するとともに、アキュムレータ93を介して圧縮機91の吸入側と室外熱交換器20の一端(ガス側端部)から延びるガス冷媒配管31とを接続する(図1の四路切換弁92の破線を参照)。
室外熱交換器20は、送風機室S1に上下方向(鉛直方向)に立てて配置され、吸入口10a,10bに対向している。室外熱交換器20は、アルミニウム製の熱交換器であり、本実施形態では設計圧力が3MPa〜4MPa程度のものを用いている。室外熱交換器20は、一端(ガス側端部)から、四路切換弁92と接続されるように、ガス冷媒配管31が延びている。また、室外熱交換器20の他端(液側端部)から、膨張弁33に接続されるように、液冷媒配管32が延びている。
アキュムレータ93は、四路切換弁92と圧縮機91との間に接続されている。アキュムレータ93は、冷媒を気相と液相とに分ける気液分離機能を具備している。アキュムレータ93に流入する冷媒は、液相と気相とに分かれ、上部空間に集まる気相の冷媒が圧縮機91へと供給される。
室外ファン95は、室外熱交換器20を流れる冷媒との間で熱交換をさせるための室外空気を、室外熱交換器20に対して供給する。
膨張弁33は、冷媒回路において冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。膨張弁33は、冷媒圧力や冷媒流量の調節を行うために、室外熱交換器20と液冷媒の冷媒連絡配管6の間に設けられ、冷房運転時および暖房運転時のいずれにおいても、冷媒を膨張させる機能を有している。
室外ファン95は、送風機室S1に室外熱交換器20に対向して配置されている。室外ファン95は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器20において冷媒と室外空気との間で熱交換を行わせた後に、熱交換後の空気を室外に排出する。この室外ファン95は、室外熱交換器20に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、例えば、DCファンモータ等からなるモータによって駆動されるプロペラファン等である。
(3)空気調和装置1の動作
(3−1)冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁92が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がアキュムレータ93、冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に対して接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口(すなわち、室内熱交換器4のガス側)における冷媒の過熱度が一定になるように開度調節されるようになっている(過熱度制御)。この冷媒回路の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91で圧縮されることで高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、四路切換弁92を経由して室外熱交換器20に送られる。その後、高圧のガス冷媒は、室外熱交換器20において、室外ファン95によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、過冷却状態になった高圧の液冷媒は、室外熱交換器20から膨張弁33に送られる。膨張弁33によって圧縮機91の吸入圧力近くまで減圧されて低圧の気液二相状態となった冷媒は、室内熱交換器4に送られ、室内熱交換器4において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。
(3−1)冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁92が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がアキュムレータ93、冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に対して接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口(すなわち、室内熱交換器4のガス側)における冷媒の過熱度が一定になるように開度調節されるようになっている(過熱度制御)。この冷媒回路の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91で圧縮されることで高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、四路切換弁92を経由して室外熱交換器20に送られる。その後、高圧のガス冷媒は、室外熱交換器20において、室外ファン95によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、過冷却状態になった高圧の液冷媒は、室外熱交換器20から膨張弁33に送られる。膨張弁33によって圧縮機91の吸入圧力近くまで減圧されて低圧の気液二相状態となった冷媒は、室内熱交換器4に送られ、室内熱交換器4において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。
この低圧のガス冷媒は、冷媒連絡配管7を経由して空調室外機2に送られ、再び、圧縮機91に吸入される。このように冷房運転では、空気調和装置1は、室外熱交換器20を圧縮機91において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器4を室外熱交換器20において凝縮された冷媒の蒸発器として機能させる。
なお、冷房運転時の冷媒回路では、膨張弁33の過熱度制御が行われつつ、設定温度となるように(冷房負荷を処理できるように)圧縮機91がインバータ制御されているため、冷媒の循環量が高循環量となる場合と、低循環量になる場合がある。
(3−2)暖房運転
暖房運転時は、四路切換弁92が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側が冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口における冷媒の過冷却度が過冷却度目標値で一定になるように開度調節されるようになっている(過冷却度制御)。この冷媒回路の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁92、および、冷媒連絡配管7を経由して、空調室内機3に送られる。
暖房運転時は、四路切換弁92が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側が冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口における冷媒の過冷却度が過冷却度目標値で一定になるように開度調節されるようになっている(過冷却度制御)。この冷媒回路の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁92、および、冷媒連絡配管7を経由して、空調室内機3に送られる。
そして、空調室内機3に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器4において、室内空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となった後、膨張弁33を通過する際に、膨張弁33の弁開度に応じて減圧される。この膨張弁33を通過した冷媒は、室外熱交換器20に流入する。そして、室外熱交換器20に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン95によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となり、四路切換弁92を経由して、再び、圧縮機91に吸入される。このように暖房運転では、空気調和装置1は、室内熱交換器4を圧縮機91において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室外熱交換器20を室内熱交換器4において凝縮された冷媒の蒸発器として機能させる。
なお、暖房運転時の冷媒回路では、膨張弁33の過冷却度制御が行われつつ、設定温度となるように(暖房負荷を処理できるように)圧縮機91がインバータ制御されているため、冷媒の循環量が高循環量となる場合と、低循環量になる場合がある。
(4)室外熱交換器20の詳細構成
(4−1)室外熱交換器20の全体構成
図4に、室外熱交換器20の概略外観斜視図を示す。また、図5に、伝熱フィン21aの扁平多穴管21bに対する取付状態を示す。
(4−1)室外熱交換器20の全体構成
図4に、室外熱交換器20の概略外観斜視図を示す。また、図5に、伝熱フィン21aの扁平多穴管21bに対する取付状態を示す。
室外熱交換器20は、室外空気と冷媒との熱交換を行わせる熱交換部21と、この熱交換部21の一端側に設けられた出入口ヘッダ集合管26および折返しヘッダ24と、この熱交換部21の他端側に設けられた連結ヘッダ23と、折返しヘッダ24の下部と折返しヘッダ24の上部を連結させる連絡部25と、出入口ヘッダ集合管26の下方に分流された冷媒を導く分流器22と、を備えている。
(4−2)熱交換部21
熱交換部21は、多数の伝熱フィン21aと多数の扁平多穴管21bとで構成されている。伝熱フィン21aおよび扁平多穴管21bは、いずれもアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。
熱交換部21は、多数の伝熱フィン21aと多数の扁平多穴管21bとで構成されている。伝熱フィン21aおよび扁平多穴管21bは、いずれもアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。
伝熱フィン21aは、平板部材であり、各伝熱フィン21aには水平方向に延びる扁平管挿入用の切り欠き21aaが上下方向に並べて複数形成されている。なお、伝熱フィン21aは、空気流れの上流側に向けて突出した部分を無数に有するように取り付けられている。
扁平多穴管21bは、伝熱管として機能し、伝熱フィン21aと室外空気との間を移動する熱を、内部を流れる冷媒に伝達する。この扁平多穴管21bは、伝熱面となる上下の平面部と、冷媒が流れる水平方向に並んだ複数の流入口21baを有している。このような形状を有する扁平多穴管21bは、複数設けられており、これら複数が鉛直方向に所定の間隔をあけて配置されている。切り欠き21aaの上下の幅よりもわずかに厚くなるように構成された扁平多穴管21b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、切り欠き21aaに嵌め込まれた状態で仮固定される。このように、伝熱フィン21aの切り欠き21aaに扁平多穴管21bが嵌め込まれた仮固定の状態で、伝熱フィン21aと扁平多穴管21bとがロウ付けされる。また、各扁平多穴管21bの両端は、出入口ヘッダ集合管26と折返しヘッダ24と連結ヘッダ23に嵌め込まれた状態でロウ付けされる。
図5に示されているように、伝熱フィン21aは、上下に繋がっているため、伝熱フィン21aや扁平多穴管21bで生じた結露は、伝熱フィン21aに沿って下方に滴り落ち、底板12に形成されている経路を通って外部に排出される。
なお、この熱交換部21は、室外ファン95によって生じる空気流れ方向(筐体の背面および左側面側から筐体の正面のファングリル15aに向かう流れ)において、風上側を縁取るように設けられた風上側熱交換部211と、風下側を縁取るように設けられた風下側熱交換部212と、を有して構成されている。風上側熱交換部211は、風上側を縁取るように伸びており上下方向に並んだ複数の扁平多穴管21bと、この扁平多穴管21bに固定された伝熱フィン21aとを有している。また、風下側熱交換部212は、同様に、風下側を縁取るように伸びており上下方向に並んだ複数の扁平多穴管21bと、この扁平多穴管21bに固定された伝熱フィン21aとを有している。
(4−3)分流器22
分流器22は、液冷媒配管32と出入口ヘッダ集合管26の下方部分とを連結させるように接続されており、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する際に液冷媒配管32から流れてきた冷媒を高さ方向に分流させて出入口ヘッダ集合管26の下方部分に導く。
分流器22は、液冷媒配管32と出入口ヘッダ集合管26の下方部分とを連結させるように接続されており、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する際に液冷媒配管32から流れてきた冷媒を高さ方向に分流させて出入口ヘッダ集合管26の下方部分に導く。
(4−4)出入口ヘッダ集合管26
出入口ヘッダ集合管26は、鉛直方向に延びるアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の筒状部材であり、室外熱交換器20への冷媒の入口側部分と出口側部分を上下に分けて有している。出入口ヘッダ集合管26の下方部分は、上述のように液冷媒配管32に対して分流器22を介して接続されている。出入口ヘッダ集合管26の上方部分は、ガス冷媒配管31に対して接続されている。出入口ヘッダ集合管26は、略円筒形状に形成されており、上方部分の内部空間と下方部分の内部空間とが内部に設けられたバッフルによって上下に仕切られている。また、出入口ヘッダ集合管26の下方部分は、分流器22によって分流された冷媒の分布が維持されるように、複数のバッフルによって上下に仕切られている。すなわち、分流器22によって上下に分けられた各冷媒流れそれぞれを分けたままで熱交換部21に流せるように構成されている。
出入口ヘッダ集合管26は、鉛直方向に延びるアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の筒状部材であり、室外熱交換器20への冷媒の入口側部分と出口側部分を上下に分けて有している。出入口ヘッダ集合管26の下方部分は、上述のように液冷媒配管32に対して分流器22を介して接続されている。出入口ヘッダ集合管26の上方部分は、ガス冷媒配管31に対して接続されている。出入口ヘッダ集合管26は、略円筒形状に形成されており、上方部分の内部空間と下方部分の内部空間とが内部に設けられたバッフルによって上下に仕切られている。また、出入口ヘッダ集合管26の下方部分は、分流器22によって分流された冷媒の分布が維持されるように、複数のバッフルによって上下に仕切られている。すなわち、分流器22によって上下に分けられた各冷媒流れそれぞれを分けたままで熱交換部21に流せるように構成されている。
以上の構成により、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する場合には、液冷媒配管32と分流器22と出入口ヘッダ集合管26の下方部分を介して熱交換部21に流入して蒸発した冷媒は、出入口ヘッダ集合管26の上方部分とガス冷媒配管31を介して外部に流出していくことになる。なお、室外熱交換器20が冷媒の放熱器として機能している場合には、上記とは逆の流れになる。
(4−5)連結ヘッダ23
連結ヘッダ23は、熱交換部21の出入口ヘッダ集合管26や折返しヘッダ24が設けられている側の端部とは反対側に設けられており、風上側熱交換部211の扁平多穴管21bを流れた冷媒を同じ高さ位置の風下側熱交換部212の扁平多穴管21bに導くか、風下側熱交換部212の扁平多穴管21bを流れた冷媒を同じ高さ位置の風上側熱交換部211の扁平多穴管21bに導くように構成されている。この連結ヘッダ23では、冷媒の上下方向の移動は生じず、室外熱交換器20内における冷媒の流路を同じ高さ位置で単に繋ぐ役割を果たしている。
連結ヘッダ23は、熱交換部21の出入口ヘッダ集合管26や折返しヘッダ24が設けられている側の端部とは反対側に設けられており、風上側熱交換部211の扁平多穴管21bを流れた冷媒を同じ高さ位置の風下側熱交換部212の扁平多穴管21bに導くか、風下側熱交換部212の扁平多穴管21bを流れた冷媒を同じ高さ位置の風上側熱交換部211の扁平多穴管21bに導くように構成されている。この連結ヘッダ23では、冷媒の上下方向の移動は生じず、室外熱交換器20内における冷媒の流路を同じ高さ位置で単に繋ぐ役割を果たしている。
(4−6)折返しヘッダ24
折返しヘッダ24は、熱交換部21の連結ヘッダ23が設けられている側の端部とは反対側の端部であって、出入口ヘッダ集合管26よりも風下側において上下方向に伸びるように設けられている。この折返しヘッダ24は、熱交換部21のうちの風下側熱交換部212の連結ヘッダ23側とは反対側の端部に接続されている。折返しヘッダ24もアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の部材である。
折返しヘッダ24は、熱交換部21の連結ヘッダ23が設けられている側の端部とは反対側の端部であって、出入口ヘッダ集合管26よりも風下側において上下方向に伸びるように設けられている。この折返しヘッダ24は、熱交換部21のうちの風下側熱交換部212の連結ヘッダ23側とは反対側の端部に接続されている。折返しヘッダ24もアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の部材である。
折返しヘッダ24は、図6の折返しヘッダ24および連絡部25の分解概略斜視図や、図7の折返しヘッダ24および連絡部25の拡大分解概略斜視図に示すように、複数の扁平多穴管21bの一端が接続されている多穴側部材61と、扁平多穴管21bが接続されている側とは反対側を構成する配管側部材62と、多穴側部材61と配管側部材との間に位置する仕切部材70と、折返しヘッダ24内部の空間を上下に仕切っている複数のバッフル80と、を有している。
多穴側部材61は、折返しヘッダ24の熱交換部21側の壁面を構成しており、上面視において略半円弧形状に形成されている。この多穴側部材61は、この半円弧形状が上下方向に伸びた形状を有しており、扁平多穴管21bを挿入するための板厚方向に貫通した開口が高さ位置毎に設けられている。
配管側部材62は、折返しヘッダ24の熱交換部21側とは反対側の壁面を構成しており、上面視において略半円弧形状に形成されている。この配管側部材62は、この半円弧形状が上下方向に伸びた形状を有しており、後述する連絡部25の連絡配管を挿入するための板厚方向に貫通した開口が高さ位置毎に設けられている。また、この配管側部材62には、バッフル80の一端側を固定するための開口が高さ位置毎にそれぞれ設けられている。
仕切部材70は、折返しヘッダ24の内部の空間を、多穴側部材61側の空間と配管側部材62側の空間とに水平方向に仕切るように上下に伸びている。仕切部材70には、バッフル80を挿入固定するための開口が高さ位置毎に設けられている。図8において、下連通口72付近で水平方向に切断された仕切部材70とバッフル80とが組合わされた状態の概略斜視図を示す。図9において、バッフル80のうちの整流板82と多穴側部材61と配管側部材62と仕切部材70が組合わされた状態の上面図を示す。図8、図9に示すように、仕切部材70は、多穴側部材61側の面である多穴側面70aと、配管側部材62側の面である配管側面70bと、を有している。この多穴側面70aの中央近傍には、多穴側部材61側に向けて膨出した多穴側凸部70xが形成されており、開口部分を除いて当該多穴側凸部70xは上下方向に伸びている。また、配管側面70bの中央近傍には、配管側部材62側に向けて膨出した配管側凸部70yが形成されており、開口部分を除いて当該配管側凸部70yは上下方向に伸びている。このように仕切部材70は上面視において多穴側部材61側と配管側部材62側とが対象的な形状を構成しているため、製造時に部材の配置向きを間違えることが無い。
折返しヘッダ24は、図6や図7に示すように、下方折返し部分24aと上方折返し部分24bとを有しており、内部空間が上下方向に分割されている。下方折返し部分24aの内部空間は、下方の第1下方折返し部分24aaと上方の第2下方折返し部分24abとに、さらに上下方向に分割されている。上方折返し部分24bの内部空間も、下方の第1上方折返し部分24baと上方の第2上方折返し部分24bbとに、さらに上下方向に分割されている。そして、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する場合には、熱交換部21から第1下方折返し部分24aaに流入した冷媒は後述する連絡部25の連絡配管を介して第2上方折返し部分24bbに送られ、熱交換部21から第2下方折返し部分24abに流入した冷媒は連絡部25を介することなく折返しヘッダ24内の空間を介して第1上方折返し部分24baに送られ、第2上方折返し部分24bbや第1上方折返し部分24baに送られた冷媒は再び熱交換部21に送られる。
ここで、下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaに接続された扁平多穴管21bの本数よりも、上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbに接続された扁平多穴管21bの本数の方が多くなるように構成されている。また、下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abに接続された扁平多穴管21bの本数よりも、上方折返し部分24bの第1上方折返し部分24baに接続された扁平多穴管21bの本数の方が多くなるように構成されている。これにより、室外熱交換器20内を流れる冷媒の気体成分の比率の増大や減少に対応している。
下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaの内部には、複数の流路が上下に分かれて配置されている。第1下方折返し部分24aaの内部では、熱交換部21を流れる上下方向の冷媒分布を維持させるために、複数の流路の1つ1つが、開口が形成されていない複数のバッフル80によって上下方向に仕切られつつ、上下方向に並んでいる。
下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaと第2下方折返し部分24abとは、開口が形成されていないバッフル80によって上下に仕切られている。
下方折返し部分24aと上方折返し部分24bとは(下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abと上方折返し部分24bの第1上方折返し部分24baとは)、板厚方向に貫通した上昇用開口82a、82bが形成されているバッフル80(整流板82)によって上下に仕切られている。
ここで、下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abの内部空間は、仕切部材70によって仕切られた、扁平多穴管21b側の第1導入空間61aと、扁平多穴管21b側とは反対側の第2導入空間62aと、を有している。
上方折返し部分24bのうち、第1上方折返し部分24baと第2上方折返し部分24bbとは、開口が形成されていないバッフル80によって上下に仕切られている。
ここで、上方折返し部分24bの第1上方折返し部分24baの内部空間は、仕切部材70によって仕切られた、扁平多穴管21b側の上昇用空間61bと、扁平多穴管21b側とは反対側の下降用空間62bと、を有している。
上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbの内部には、複数の流路が上下に別れて配置されている。第2上方折返し部分24bbの内部では、熱交換部21を流れる上下方向の冷媒分布を各流路において維持させるために、各流路の1つ1つが、開口が形成されていない複数のバッフル80(図7の下方仕切板81、上方仕切板83)によって上下方向に仕切られつつ、上下方向に並んでいる。なお、後述の図10に示すように、第2上方折返し部分24bbの内部に設けられた複数の流路のうちの1つの流路は、後述する第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間(一組の空間)を有するようにして構成されている。このため、この上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbの内部では、この1つの流路を構成する一組の空間が上下方向に複数並ぶようにして構成されている。なお、1つの流路を構成する一組の空間は、それぞれ下方仕切板81と上方仕切板83とによって上下方向から挟まれている。この下方仕切板81と上方仕切板83とは、説明の都合上区別して説明することがあるが、いずれも開口が形成されていないバッフル80で同じ形状のものであり、一組の空間の上方仕切板83は1つ上の一組の空間の下方仕切板81となる関係にあるものである。そして、図7に示すように、第2上方折返し部分24bb内における一組の空間それぞれは、上昇用開口82a、82bが形成されている整流板82によって内部が上下方向に仕切られている。
なお、整流板82には、整流板82と多穴側部材61と配管側部材62と仕切部材70を組合せた状態の上面図である図9に示すように、複数の上昇用開口82a、82b(第1上昇用開口82a、第2上昇用開口82b)が設けられており、これらの開口の中心が上面視において扁平多穴管21bの長手方向に垂直な方向に並んで配置されている。第1上昇用開口82aと第2上昇用開口82bとは、上面視において、扁平多穴管21bの長手方向に対して垂直な方向の扁平多穴管21bの幅の中心部分を扁平多穴管21bの長手方向に伸ばして得られる線に対して、線対称となるように配置されている。複数の上昇用開口82a、82bの中心間距離は、仕切部材70に形成された下連通口72の開口(上面視において扁平多穴管21bの長手方向に垂直な方向の幅)よりも長く、扁平多穴管21bの水平方向の幅よりも短くなるように、下連通口72とはずれるように配置されている。下連通口72の水平方向の開口幅は、扁平多穴管21bの水平方向の幅の30%以上である。この整流板82の上昇用開口82a、82bは、いずれも、上面視において扁平多穴管21bと重複部分を有するように位置している。本実施形態では、上面視において、上昇用開口82a、82bは、その70%以上90%以下の部分が扁平多穴管21bと重複している。そして、仕切部材70に形成された下連通口72の内縁を扁平多穴管21bの長手方向に沿うように伸ばして得られる領域は、上面視において整流板82の上昇用開口82a、82bのいずれにも重複しないように配置されている。また、上面視において、整流板82に設けられた上昇用開口82a、82bは、仕切部材70と整流板82との接合部分から離れて設けられている。このため、製造時にロウ付け作業が行われる場合であっても、ロウ材が上昇用開口82a、82bの位置にまで到達しにくく、上昇用開口82a、82bの閉塞を抑制できる。上昇用空間61bは、上面視における面積の半分以上が扁平多穴管21bによって覆われている。
また、折返しヘッダ24の上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbを図9に示すX−X断面で切断した場合の正面図である図10を参照しつつ、下連通口72の位置や大きさと、下連通口72と最寄りの扁平多穴管21bとの配置関係等を説明する。下連通口72は、整流板82の上面から上方に所定距離だけ離れて配置されている。ここで、整流板82よりも上に配置されており最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の流入口21baは、下連通口72の上端よりもさらに上方に配置されている。このため、下連通口72と、整流板82から最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の流入口21baと、は同一高さには存在していない。
なお、下方仕切板81と上方仕切板83とは、いずれもバッフル80の1つであり、いずれも開口が形成されていない同じ形状・寸法のバッフル80であるが、説明の都合上、説明対象となる一組の空間において下端を構成するバッフル80を下方仕切板81として、上端を構成するバッフル80を上方仕切板83として説明する。なお、ある一組の空間の上方仕切板83は、その一つ上の一組の空間の下方仕切板81としても機能することになる。
図10に示すように、折返しヘッダ24の上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbは、上昇用開口82a、82bが形成された整流板82と下方仕切板81とによって上下に囲まれた空間として、第1導入空間61aおよび第2導入空間62aが設けられている。第1導入空間61aと第2導入空間62aとは、仕切部材70によって仕切られており、第1導入空間61aが仕切部材70に対して扁平多穴管21b側に位置し、第2導入空間62aが仕切部材70に対して扁平多穴管21b側に位置している。ここで、仕切部材70のうち、この第1導入空間61aと第2導入空間62aとの間に位置している部分には、第1導入空間61aと第2導入空間62aとの間で冷媒の行き来を可能にするための導入連通口71が形成されている。上述のように、上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbは、下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaと、連絡部25の連絡配管等を介して複数の流路が一対一に接続されており、この第2導入空間62aには連絡部25の連絡配管が接続されている。
また、折返しヘッダ24の第2上方折返し部分24bbには、上昇用開口82a、82bが形成された整流板82と上方仕切板83とによって上下に囲まれた空間として、上昇用空間61bおよび下降用空間62bが設けられている。上昇用空間61bと下降用空間62bとは、上連通口73および下連通口72が形成された仕切部材70によって仕切られている。上連通口73は、この上昇用空間61bと下降用空間62bとを、上方において連通させる。下連通口72は、この上昇用空間61bと下降用空間62bとを、下方において連通させる。
なお、折返しヘッダ24の下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abおよび上方折返し部分24bの第1上方折返し部分24baでは、連絡部25の連絡配管等を介することなく、折返しヘッダ24の内部で連絡しているため、この第2導入空間62aには連絡部25の連絡配管は接続されていない。なお、第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62b等の構造は、上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbと同様であるため、説明を省略する。
(4−7)連絡部25
連絡部25は、複数の連絡配管を有している。各連絡配管は、折返しヘッダ24の下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaにおいて上下方向に複数に分割された各空間と、折返しヘッダ24の上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbにおいて上下方向に複数に並んで配置されている第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間(一組の空間)それぞれと、を一対一に接続している。
連絡部25は、複数の連絡配管を有している。各連絡配管は、折返しヘッダ24の下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaにおいて上下方向に複数に分割された各空間と、折返しヘッダ24の上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbにおいて上下方向に複数に並んで配置されている第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間(一組の空間)それぞれと、を一対一に接続している。
この連絡配管は、下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaにおいて下方に位置する空間ほど、上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbにおいて上方に位置する一組の空間に接続されるように設けられている。
ここで、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する場合には、図6に矢印で示すように、熱交換部21のうちの風下側熱交換部212の下方部分を流れる各冷媒流れは、分流状態を維持したままで、まず下方折返し部分24aの各空間に流入する。下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaの各空間に流入した各冷媒は、それぞれ一対一に設けられた連絡部25の連絡配管を介して、それぞれが対応する上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbにおける一組の空間に送られる。上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbにおける一組の空間に送られたそれぞれの冷媒流れは、その分流状態を維持したままで、再び熱交換部21のうちの風下側熱交換部212の上方部分へと流れていく。なお、室外熱交換器20が冷媒の放熱器として機能する場合には、上昇用空間61bと下降用空間62bを除いて、上記とは反対の冷媒流れとなる。
ただ、ここで、下方折返し部分24a内の複数の空間のうちの最も上方の空間である第2下方折返し部分24abと、上方折返し部分24b内の複数の空間のうちの最も下方の空間である第1上方折返し部分24baとは、連絡部25の連絡配管によっては接続されていない。これらの空間は、図6に示すように、上下方向に貫通した上昇用開口が設けられたバッフル80としての整流板82によって仕切られている。この整流板82には、板厚方向に貫通した上昇用開口82a、82bが形成されている。このため、第2下方折返し部分24abの冷媒は、折返しヘッダ24内から外に出ること無く、第2下方折返し部分24abから整流板82の上昇用開口82a、82bを介して第1上方折返し部分24baに送られる(逆の流れも同様)。
このように、折返しヘッダ24は、室外熱交換器20における冷媒流れ経路におけるちょうど折返し部分を構成していることになる。
なお、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する場合において、折返しヘッダ24から風下側熱交換部212の上方部分へと流出した冷媒は、図6に矢印で示すように、風下側熱交換部212の上方部分を他端の連結ヘッダ23まで分流状態を維持したままで流れ、連結ヘッダ23において風上側熱交換部211側に移動して風上側熱交換部211の上方部分を出入口ヘッダ集合管26の上方部分に向けて分流状態を維持したままで流れる。そして、出入口ヘッダ集合管26の上方部分に流入したそれぞれの冷媒は、合流した後、ガス冷媒配管31を介して圧縮機91の吸入側に向けて流れていくことになる。
(5)折返しヘッダ24のループ構造等
以下、折返しヘッダ24の第2上方折返し部分24bb内の第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間(一組の空間)に着目してループ構造を、図10を参照しつつ説明する。なお、当該一組の空間は、折返しヘッダ24の第2上方折返し部分24bb内において上下方向に複数並んでいるが、他の部分についても構造が同様であるため、説明を省略する。
以下、折返しヘッダ24の第2上方折返し部分24bb内の第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間(一組の空間)に着目してループ構造を、図10を参照しつつ説明する。なお、当該一組の空間は、折返しヘッダ24の第2上方折返し部分24bb内において上下方向に複数並んでいるが、他の部分についても構造が同様であるため、説明を省略する。
整流板82は、折返しヘッダ24の内部の上述の一組の空間を、下方の第1導入空間61aおよび第2導入空間62aと、上方の上昇用空間61bおよび下降用空間62bと、に上下に仕切っている板状部材である。
仕切部材70は、第1導入空間61aと第2導入空間62aとを、多穴側部材61側の第1導入空間61aと、配管側部材62側の第2導入空間62aとに仕切っている。また、仕切部材70は、上昇用空間61bと下降用空間62bとを、多穴側部材61側の上昇用空間61bと、配管側部材62側の下降用空間62bとに仕切っている。
また、仕切部材70に設けられた導入連通口71と上連通口73と下連通口72とは、いずれも水平方向に伸びている。
第2導入空間62aには、連絡部25の連絡配管が接続されている。
ここで、整流板82は、整流板82の上方の最も近くに位置する扁平多穴管21b(最下段扁平管)と整流板82との上下方向の距離が、鉛直方向に複数並んで配置されている扁平多穴管21bの所定の間隔よりも短くなるように配置されている。
また、この下連通口72の上昇用空間61b側の出口は、上昇用空間61bに接続されている扁平多穴管21bのうち最も下に位置するもの(最下段扁平管)よりもさらに下方に位置している。
整流板82には、第1導入空間61aと上昇用空間61bとを連通させるように鉛直方向に伸びた開口である上昇用開口82a,82bが設けられている。第1導入空間61aからより上方の上昇用空間61bに向かう冷媒は、この整流板82において流路を絞るノズルのようにして設けられた上昇用開口82a,82bを通過するために、冷媒流れが十分に絞り込まれ、鉛直上方に向かう冷媒流速を増大させることができている。
また、上昇用空間61bは、仕切部材70によって下降用空間62bと仕切られることで、上昇用空間61b側における冷媒上昇時の通過面積を、上昇用空間61bと下降用空間62bの合計の水平面積よりも狭くすることができている。このため、上昇用開口82a,82bを介して上昇用空間61bに流入した冷媒の上昇速度を維持させやすく、低循環量下においても冷媒を上昇用空間61bの上方部分にまで到達させやすい。
ここで、「上昇用空間61bの扁平多穴管21bが存在しない高さ位置での水平面積」から「扁平多穴管21bのうち上昇用空間61b内に延び出している部分の水平面積」を差し引いた残りの面積(上昇用空間61bにおいて冷媒が扁平多穴管21bを避けて上昇する部分の面積)が、下連通口72の冷媒通過面積よりも大きくなるように配置されている。これにより、整流板82の上昇用開口82a,82bを介して上昇用空間61bに流入した冷媒は、より狭く通過しづらい下連通口72を介して下降用空間62b側に向かって逆流してしまうのではなく、より広く通過しやすい上昇用空間61bにおける扁平多穴管21bを除いた部分を流れることになる。しかも、上述したように、整流板82の上昇用開口82a,82bは、下連通口72と重複しない(下連通口72を扁平多穴管21bの長手方向に延長して得られる領域と重複しない)ように配置されているため、下連通口72を介して下降用空間62b側に向かう逆流を効果的に抑制できる。
また、整流板82に設けられた上昇用開口82a,82bと、上昇用開口82a,82bよりも上方に位置しており上昇用開口82a,82bから最も近い直上の扁平多穴管21b(最下段扁平管)は、上面視において重複部分を有するように配置されている。なお、この重複部分の上面視における面積は、上昇用開口82a,82bと直上の扁平多穴管21bとの上面視における非重複部分の面積よりも大きくなるように配置されている。なお、特に限定されるものではないが、本実施形態では、上面視において、上昇用開口82a,82bの7割以上が扁平多穴管21b(最下段扁平管)と重複するように設けられている。
また、仕切部材70には上連通口73と下連通口72が形成されることでループ構造が採用されている。このため、上昇用空間61bにおいて扁平多穴管21bに流入することなく上方まで到達した冷媒は、図10の矢印に示すように、上連通口73を介して下降用空間62bに導かれ、下降用空間62bにおいて重力に従って降下し、下連通口72を介して上昇用空間61bの下方に戻される。このようにして、上昇用空間61bの上方に到達した冷媒を再び上昇用空間61bの下方に戻してループさせることが可能になっている。
(6)暖房運転時の低循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方
暖房運転時の低循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方を説明する。
暖房運転時の低循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方を説明する。
連絡部25と第2導入空間62aと導入連通口71を介して第1導入空間61aから上昇用空間61bに流入する冷媒は、比重の異なる気相成分と液相成分が混在した状態になっている。
低循環量の場合には、上昇用空間61b内に流入する単位時間当たりの冷媒量が少なく、冷媒の流速は相対的に遅めになる。このため、この流速のままであれば、冷媒のうち比重の大きな液相成分については上昇させにくいため、上昇用空間61bにおける複数の扁平多穴管21bのうち上方に位置しているものに対して到達させにくく、上昇用空間61bにおける複数の扁平多穴管21bにおいて高さ位置に応じて通過量が不均一になり、偏流が生じてしまうおそれがある。このように比較的上方に配置された扁平多穴管21bの一端側に対して、冷媒のうち比重の小さい気相成分が主に流入すると、扁平多穴管21bの他端側から流出する冷媒は過熱度が大きくなりすぎて、扁平多穴管21bを通過している途中で相変化を生じなくなり、熱交換の能力を十分に発揮させることができない部分が生じることになる。他方で、比較的下方に配置された扁平多穴管21bの一端側に対して、冷媒のうち比重の大きな液相成分が主に流入すると、扁平多穴管21bの他端側から流出する冷媒は過熱度が付きにくく、蒸発することなく扁平多穴管21bの他端側に到達してしまうことがあり、やはり、熱交換の能力を十分に発揮させることができない部分が生じることになる。
これに対して、本実施形態の室外熱交換器20を低循環量の状態で用いた場合には、整流板82の上昇用開口82a、82bにおいて冷媒流れが絞り込まれること、および、仕切部材70により仕切られることで上昇用空間61bの通過面積が小さく抑えられていることにより、上昇用空間61bに供給された冷媒のうち比重の大きな液相成分を従来のものよりも上方に導き、低循環量の時であっても偏流を改善できる。
これにより、本実施形態の室外熱交換器20では、低循環量時であっても、上昇用空間61bにおいて高さ位置の異なる部分に配置された複数の扁平多穴管21bに流入する冷媒の状態をできるだけ均一化させることが可能になる。
(7)暖房運転時の高循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方
暖房運転時の高循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方を説明する。
暖房運転時の高循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方を説明する。
ここで、連絡部25と第2導入空間62aと導入連通口71を介して第1導入空間61aから上昇用空間61bに流入する冷媒は、比重の異なる気相成分と液相成分が混在した状態になっていることは、低循環量の場合と同様である。
高循環量の場合には、上昇用空間61b内に流入する単位時間当たりの冷媒量が多く、冷媒の流速は相対的に早めになる。しかも、上述した低循環量対策として上昇用開口82a,82bの絞り機能を採用していることにより、さらに流速が高められる。さらに、上述した低循環量対策として仕切部材70によって上昇用空間61bの冷媒通過断面積が狭められているため、冷媒の上昇速度は衰えにくくなっている。これにより、高循環量の場合には、上昇用開口82a,82bを勢いよく通過した冷媒のうち比重の大きな液相成分は、上昇用空間61b内において扁平多穴管21bに流入することなく通過して、上方に集まりがちになってしまう。この場合には、比重の大きな液相成分が上方に集まりやすく、比重の小さな気相成分が下方に集まりやすくなり、低循環量の場合とは分布が異なるが、やはり偏流が生じてしまう。
これに対して、本実施形態の室外熱交換器20では、仕切部材70の上方に上連通口73を設け下方に下連通口72を設けることでループ構造を採用しているため、上昇用空間61bの上端にまで冷媒の液相成分が多く到達したとしても、その冷媒を、上連通口73を介して下降用空間62bに導き、下降用空間62bにおいて重力によって降下させた後、下連通口72を介して、再び、上昇用空間61bの下方に戻すことができる。
下連通口72を介して上昇用空間61bに戻された冷媒は、上昇用開口82a,82bを通過した冷媒の上昇流れに引きずられるようにして、再度、上昇用空間61b内を上昇していき、扁平多穴管21bに流入させることができる(冷媒は複数回ループしてもよい)。
これにより、本実施形態の室外熱交換器20では、高循環量時であっても、上昇用空間61bにおいて高さ位置の異なる部分に配置された複数の扁平多穴管21bに流入する冷媒の状態をできるだけ均一化させることが可能になる。
(8)空気調和装置1の室外熱交換器20の特徴
(8−1)
本実施形態の室外熱交換器20は、高循環量の場合には、冷媒の液相成分が上昇用空間61b内の上方に到達してしまったとしても、上連通口73と下降用空間62bと下連通口72とを介してループした冷媒を再び上昇用空間61bに戻して、扁平多穴管21bにまで導くことが可能になる。
(8−1)
本実施形態の室外熱交換器20は、高循環量の場合には、冷媒の液相成分が上昇用空間61b内の上方に到達してしまったとしても、上連通口73と下降用空間62bと下連通口72とを介してループした冷媒を再び上昇用空間61bに戻して、扁平多穴管21bにまで導くことが可能になる。
また、本実施形態の室外熱交換器20は、低循環量の場合であっても、整流板82に形成された上昇用開口82a,82bを通過する際に冷媒流速が上げられること、仕切部材70によって仕切られることで上昇用空間61bが狭められていることから、冷媒の上昇速度の減衰を抑えて、上昇用空間61bの上方にまで冷媒を到達させやすくすることができる。
以上により、本実施形態の室外熱交換器20は、低循環量の場合であっても高循環量の場合であっても、いずれの場合であっても、鉛直方向に複数並んで配置された扁平多穴管21bに対する冷媒の偏流を小さく抑えることができる。
(8−2)
本実施形態の室外熱交換器20は、以上のように冷媒をループさせる際に用いる下連通口72と、整流板82に形成された上昇用開口82a、82bとは、下連通口72を上面視における扁平多穴管21bの長手方向に伸ばして得られる領域と上昇用開口82a、82bとが上面視において重ならないように配置されている。このため、整流板82の上昇用開口82a、82bを通過して上昇用空間61bに流入した冷媒は、最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の下面に衝突したとしても、下連通口72側に導かれにくい。このため、下連通口72を介して上昇用空間61bから下降用空間62b側に冷媒が逆流してしまうことを抑制できている。
本実施形態の室外熱交換器20は、以上のように冷媒をループさせる際に用いる下連通口72と、整流板82に形成された上昇用開口82a、82bとは、下連通口72を上面視における扁平多穴管21bの長手方向に伸ばして得られる領域と上昇用開口82a、82bとが上面視において重ならないように配置されている。このため、整流板82の上昇用開口82a、82bを通過して上昇用空間61bに流入した冷媒は、最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の下面に衝突したとしても、下連通口72側に導かれにくい。このため、下連通口72を介して上昇用空間61bから下降用空間62b側に冷媒が逆流してしまうことを抑制できている。
また、整流板82から最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の流入口21baと下連通口72とは、同一高さには存在していないため、下連通口72を介してループしてきた冷媒が特定の扁平多穴管21bに集中的に流れてしまうことを抑制できている。
そして、下連通口72の下端は、整流板82から最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の下端よりもさらに下方に位置している。特に、上記実施形態では、整流板82から最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の下面は、下連通口72の上端よりも高い位置に配置されている。このため、上昇用空間61bにおいて上昇する冷媒が整流板82から最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の下面に衝突した時には、すでに高さ方向において下連通口72を上方に超えている。したがって、衝突後に冷媒流れが乱れたとしても、下連通口72を介して下降用空間62b側に冷媒が逆流しにくくなっている。
(8−3)
本実施形態の室外熱交換器20では、整流板82の複数の上昇用開口82a、82bとは、扁平多穴管21bに対して幅方向に並ぶように対象的に配置されているため、複数の上昇用開口82a、82bから扁平多穴管21bに向かう冷媒について中央部分に集中してしまうことなく扁平多穴管21bの幅方向において均等化させることができている。また、図9に示すように、整流板82の複数の上昇用開口82a、82bと、仕切部材70の下連通口72とは、扁平多穴管21bの幅方向に並ぶように配置されている。このため、扁平多穴管21bの幅方向における偏流を抑制することができている。
本実施形態の室外熱交換器20では、整流板82の複数の上昇用開口82a、82bとは、扁平多穴管21bに対して幅方向に並ぶように対象的に配置されているため、複数の上昇用開口82a、82bから扁平多穴管21bに向かう冷媒について中央部分に集中してしまうことなく扁平多穴管21bの幅方向において均等化させることができている。また、図9に示すように、整流板82の複数の上昇用開口82a、82bと、仕切部材70の下連通口72とは、扁平多穴管21bの幅方向に並ぶように配置されている。このため、扁平多穴管21bの幅方向における偏流を抑制することができている。
(9)他の実施形態
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。
(9−1)他の実施形態A
上記実施形態では、1つの下降用空間62bから1つの上昇用空間61bに戻すための下連通口72が1つだけ形成されている場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、1つの下降用空間62bから1つの上昇用空間61bに戻すための下連通口72が1つだけ形成されている場合を例に挙げて説明した。
しかし、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、図11に示すように、仕切部材70には、上記実施形態の下連通口72に対応する開口として、第1下連通口72a、第2下連通口72b、第3下連通口72cのように複数の下連通口が設けられていてもよい。この場合においても、第1下連通口72a、第2下連通口72b、第3下連通口72cの各下連通口を、上面視において扁平多穴管21bの長手方向に延長して得られる領域と、整流板82に設けられた上昇用開口82a、82bとは、上面視において重複していない。この場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
(9−2)他の実施形態B
上記実施形態および上記他の実施形態Aでは、下連通口72等を上面視における扁平多穴管21bの長手方向に延長して得られる領域と、整流板82に設けられた上昇用開口82a、82bとが、上面視において全く重複しない配置構成を例に挙げて説明した。
上記実施形態および上記他の実施形態Aでは、下連通口72等を上面視における扁平多穴管21bの長手方向に延長して得られる領域と、整流板82に設けられた上昇用開口82a、82bとが、上面視において全く重複しない配置構成を例に挙げて説明した。
しかし、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、上面視において、整流板82に設けられた上昇用開口82a、82bと、下連通口72等を扁平多穴管21bの長手方向に延長して得られる領域と、の重複部分の面積が、上昇用開口82a、82bの上面視の面積の50%以下であればよい。この場合であっても、全く重複しない場合と比べると効果は劣るものの、完全に重複している場合と比べると十分に効果を得ることができる。
1 空気調和装置
2 空調室外機
3 空調室内機
10 ユニットケーシング
20 室外熱交換器(熱交換器)
21 熱交換部
21a 伝熱フィン
21b 扁平多穴管(扁平管)
21ba 複数の流入口
22 分流器
23 連結ヘッダ
24 折返しヘッダ(ヘッダ部)
25 連絡部
26 出入口ヘッダ集合管
31 ガス冷媒配管
32 液冷媒配管
33 膨張弁
60a 導入部
60b ループ部
61 多穴側部材
61a 第1導入空間(導入空間)
61b 上昇用空間(第1空間)
62 配管側部材
62a 第2導入空間
62b 下降用空間(第2空間)
70 仕切部材(ヘッダ仕切部材)
71 導入連通口
73 上連通口
72 下連通口
72a 第1下連通口
72b 第2下連通口
72c 第3下連通口
80 バッフル
81 下方仕切板
82 整流板(導入仕切部材)
82a 上昇用開口(第1上昇用開口)
82b 上昇用開口(第2上昇用開口)
83 上方仕切板
88 整流板(導入仕切部材)
91 圧縮機
2 空調室外機
3 空調室内機
10 ユニットケーシング
20 室外熱交換器(熱交換器)
21 熱交換部
21a 伝熱フィン
21b 扁平多穴管(扁平管)
21ba 複数の流入口
22 分流器
23 連結ヘッダ
24 折返しヘッダ(ヘッダ部)
25 連絡部
26 出入口ヘッダ集合管
31 ガス冷媒配管
32 液冷媒配管
33 膨張弁
60a 導入部
60b ループ部
61 多穴側部材
61a 第1導入空間(導入空間)
61b 上昇用空間(第1空間)
62 配管側部材
62a 第2導入空間
62b 下降用空間(第2空間)
70 仕切部材(ヘッダ仕切部材)
71 導入連通口
73 上連通口
72 下連通口
72a 第1下連通口
72b 第2下連通口
72c 第3下連通口
80 バッフル
81 下方仕切板
82 整流板(導入仕切部材)
82a 上昇用開口(第1上昇用開口)
82b 上昇用開口(第2上昇用開口)
83 上方仕切板
88 整流板(導入仕切部材)
91 圧縮機
本発明は、熱交換器および空気調和装置に関する。
従来より、複数の扁平管と、複数の扁平管に接合されたフィンと、複数の扁平管の一端側と他端側にそれぞれ連結されたヘッダ集合管とを備え、扁平管の内部を流れる冷媒を扁平管の外部を通過する空気と熱交換させる熱交換器が知られている。
例えば、特許文献1(特開平2−219966号公報)に記載の熱交換器では、水平方向に延びた複数の流出管の両端が、それぞれ鉛直方向に延びたヘッダ集合管に接続されて構成されている。
この特許文献1に記載の熱交換器では、鉛直方向に延びたヘッダ集合管の内部において、比重の大きい液相冷媒が下方に集まり比重の小さな気相冷媒が上方に集まることで偏流が生じることを課題としてとらえ、これを解決するために、ヘッダ集合管の内部において絞りを形成することを提案している。
このように形成した絞りを通過させることで、気相冷媒と液相冷媒とを混合させやすくしつつ、冷媒の流速を向上させてヘッダ集合管内の上方にまで到達させやすくすることで、冷媒の偏流を抑制させようとしている。
しかし、上述のような特許文献1に示された熱交換器は、冷媒の循環量が変化するような状況下で用いられた場合における偏流の抑制については全く想定されておらず、低循環量の場合であっても高循環量の場合であってもいずれの場合であっても偏流の抑制効果が得られるような構造については、なんら検討されていない。
すなわち、低循環量の場合には、絞りを形成したことで流速を上げて、ヘッダ集合管内の上方まで到達させることにより偏流の抑制が可能になるが、高循環量になった場合には、当該絞りによって流速が高まり過ぎてしまうため比重の大きな液相冷媒が上方に集まり過ぎてしまい、かえって偏流が生じてしまうことになる。
他方、高循環量の場合に流速が高まり過ぎないように絞りの程度を調節することで高循環量の時の偏流を抑制できたとしても、低循環量になった場合には、冷媒を上方に到達させることが困難になり、やはり偏流が生じてしまうことがある。
これに対して、低循環量の時には冷媒を上方に到達させやすくしつつ、高循環量の時には上方に達した冷媒を当該上昇用の空間から別の空間に移動させて降下させた後に再度上昇させるという、ヘッダにおける冷媒のループ構造を採用することが考えられる。このようなループ構造では、上昇用の空間を上昇した冷媒を下降用の空間に移動させるための上方の連通口と、下降用の空間で降下した冷媒を再度上昇用の空間側に戻すための下方の連通口(戻し穴)を設けることができる。
ところが、下方の連通口(戻し穴)において、下降用の空間側から上昇用の空間側に向かう順流が生じるのではなく、上昇用の空間側から下降用の空間側に向かう逆流が生じるおそれがあることを発明者等は見出した。
本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、循環量が変化する条件下で用いられた場合であっても、冷媒の偏流を抑制させることが可能であって、上昇用空間側から下降用空間側に向かう冷媒の逆流を抑制することが可能な熱交換器および空気調和装置を提供することにある。
第1観点に係る熱交換器は、複数の扁平管と、ヘッダ部と、導入部と、を備えている。複数の扁平管は、互いに並んで配置されている。ヘッダ部は、複数の扁平管が並んでいる方向に沿うように上方に向けて延びており、第1空間と第2空間とに内部が仕切られている。第1空間には、複数の扁平管の一端それぞれが接続されている。第2空間には、複数の扁平管が接続されていない。導入部は、第1空間の下方に位置した導入空間を有している。導入空間は、上昇用開口を介して第1空間と連通している。第1空間と第2空間とは、上連通口および下連通口を介して連通している。上連通口は、ヘッダ部内の上方に設けられている。下連通口は、ヘッダ部内の下方に設けられている。設置状態の上面視において、複数の扁平管と上昇用開口とは重複部分を有している。設置状態の上面視において、下連通口を扁平管が延びている方向に延長させた空間と上昇用開口とが重なっていないか、または、下連通口を扁平管が延びている方向に延長させた空間と上昇用開口とが重複部分を有しており当該重複部分が設置状態の上面視において上昇用開口の50%以下である。
なお、上連通口および/または下連通口は、複数の開口を有して構成されていてもよい。また、扁平管は、導入空間に対して接続されていてもよい。また、導入空間は第1空間の下方だけでなく、第1空間の下方と第2空間の下方とに跨がるように広がって構成されていてもよい。
また、第1空間に接続されている複数の扁平管は、第1空間内側の端部が鉛直方向に並ぶように端部位置が揃って配置されていてもよいし、端部位置が揃わないように配置されていてもよい。第1空間内側の端部が揃うように配置されている場合には、全ての扁平管と上昇用開口とが設置状態の上面視において少なくとも一部が重複するように配置されていることになる。また、第1空間内側の端部が揃わないように配置されている場合には、複数の扁平管のうちの特定の扁平管と上昇用開口とが設置状態の上面視において少なくとも一部が重複するように配置されていることになる。第1空間内側の端部が揃わないように配置されている場合において、設置状態の上面視において上昇用開口との重複部分を有することとなる扁平管は、第1空間のうち半分よりも下方に位置していることが好ましく、第1空間のうちの1/3よりも下方に位置していることがより好ましい。
この熱交換器では、ヘッダ部の内部空間が、第1空間と第2空間とに仕切られている。このため、仕切られていない場合と比較して、上昇用開口を通過して上昇しようとする冷媒が通過する面積を、第1空間だけにして狭めることができている。このため、第1空間を上昇する冷媒の流速の低下を抑制させることができる。そして、この熱交換器が冷媒回路を備えた冷凍装置に用いられた場合において、冷媒回路の冷媒循環量が低循環量の場合のように、上昇用開口を通過する冷媒の流速が遅く、上昇用開口を通過した冷媒が扁平管に当たって上昇速度が弱められる場合であっても、冷媒をヘッダ集合管内の上方まで到達させやすくなる。
また、この熱交換器では、設置状態の上面視において、複数の扁平管と上昇用開口とは重複部分を有している。このため、冷媒回路の冷媒循環量が高循環量である場合のように上昇用開口を通過した冷媒の流速が早い場合には、冷媒を勢いよく扁平管に当てることができ、気相冷媒と液相冷媒とを攪拌させることができる。このため、高循環量時において、第1空間内の上方に位置する扁平管に対しても下方に位置する扁平管に対しても、より均等に冷媒を供給することが可能になる。
また、冷媒回路の冷媒循環量が低循環量である場合のように上昇用開口を通過した冷媒の流速が遅い場合には、冷媒はより穏やかに扁平管に当てられるため、上昇する勢いを大きく失うこと無く第1空間内の上方にまで冷媒を到達させやすくなる。このため、低循環量時であっても、第1空間内の上方に位置する扁平管に対しても下方に位置する扁平管に対しても、より均等に冷媒を供給することが可能になる。
この熱交換器では、冷媒の蒸発器として機能する場合において、高循環量である場合のように上昇用開口を通過した冷媒の流速が、冷媒を勢いよく扁平管に当てるだけでは上方に液相冷媒が偏ってしまうほど早い場合においても、上連通口と下連通口をさらに備えていることで、この偏りを低減させることが可能になっている。すなわち、この熱交換器では、冷媒を勢いよく扁平管に当たった後に第1空間の上方に到達した液相冷媒を、上連通口を介して第2空間に導き、第2空間を降下させた後、下連通口を介して第1空間に戻すことが可能になる。したがって、高循環量の場合等のように上昇用開口を通過した冷媒の流速が早く、上昇用開口を通過した冷媒が扁平管に当たってもなお上方に液相冷媒が偏りそうになる場合であっても、複数の扁平管に流れる冷媒の偏流を小さく抑えることが可能になる。
そして、この熱交換器では、設置状態の上面視において、下連通口を扁平管が延びている方向に延長させた空間と上昇用開口とが重なっていないか、または、下連通口を扁平管が延びている方向に延長させた空間と上昇用開口とが重複部分を有しており当該重複部分が設置状態の上面視において上昇用開口の50%以下である。この配置により、導入空間から上昇用開口を通じて第1空間に向けて上昇してきた冷媒は、下連通口を第1空間側から第2空間側に向けて逆流しにくい。
これにより、循環量が変化する条件下で用いられた場合であっても冷媒の偏流を抑制させることが可能であり、かつ、下連通口を介して第1空間側から第2空間側に向かう冷媒の逆流を抑制することが可能になる。
第2観点に係る熱交換器は、第1観点に係る熱交換器であって、上昇用開口と下連通口の少なくともいずれか一方は、互いに離れて位置する複数の口を有して構成されている。ここで、複数の口を有して構成されているのが上昇用開口だけであってもよいし、下連通口だけであってもよい。また、上昇用開口も下連通口もいずれも複数の口を有して構成されていてもよい。
この熱交換器では、上昇用開口または下連通口の少なくともいずれかが複数の口で構成されている。このため、口が1つである場合と比較して、冷媒の分布の偏りを小さく抑えることが可能になる。
第3観点に係る熱交換器は、第2観点に係る熱交換器であって、複数の扁平管は、それぞれ、第1空間内の端部において水平方向に並んだ複数の流入口を有している。上昇用開口は、下連通口を扁平管が延びている方向に延長させた空間に対して、設置状態の上面視において一方側に設けられた第1上昇用開口と他方側に設けられた第2上昇用開口を有している。
この熱交換器では、導入空間から第1空間に流入する冷媒は、一部が第1上昇用開口を通過し、他の一部が第2上昇用開口を通過している。このため、下連通口を扁平管が延びている方向に延長させた空間に対する一方側と他方側の両方に冷媒を送ることが可能になっている。したがって、扁平管の端部に並んだ複数の流入口に対して送られる冷媒量の隔たりを抑制させることが可能になる。
第4観点に係る熱交換器は、第1観点から第3観点のいずれかに係る熱交換器であって、下連通口の下端は、最下段扁平管の下端よりもさらに下方に位置している。最下段扁平管は、第1空間に接続された複数の扁平管のうち上昇用開口よりも上方において最も下方に配置されている扁平管である。
ここで、下連通口の上端が最下段扁平管の下端よりもさらに下方に位置していることがより好ましい。
この熱交換器では、上昇用開口を通過して上方に向けて流れた冷媒は、最下段扁平管に衝突する程度まで上昇した状態では、既に下連通口の下端を超えてより上方に位置していることになる。このため、上昇用開口を通過した冷媒が最下段扁平管に衝突したとしても、下連通口に向かう冷媒流れが生じにくく、下連通口を介した冷媒の逆流をより効果的に抑制できる。
なお、下連通口の上端が最下段扁平管の下端よりもさらに下方に位置している構成では、下連通口を介した冷媒の逆流をさらに効果的に抑制できる。
第5観点に係る熱交換器は、第1観点から第4観点のいずれかに係る熱交換器であって、導入仕切部材をさらに備えている。ヘッダ部は、第1空間と第2空間とを仕切るヘッダ仕切部材を有している。導入仕切部材は、ヘッダ部の第1空間と導入空間とを仕切っている。導入仕切部材の上面は、ヘッダ仕切部材と当接した部分を有している。上昇用開口は、導入仕切部材とヘッダ仕切部材との当接位置から離れた位置で導入仕切部材を板厚方向に貫通するように設けられている。
この熱交換器では、上昇用開口が、導入仕切部材とヘッダ仕切部材との当接位置から離れた位置に設けられているため、ロウ付けによって熱交換器が製造される場合であっても、ロウ材が上昇用開口の位置にまで到達しにくく、上昇用開口の閉塞を抑制することが可能になる。
第6観点に係る空気調和装置は、冷媒回路を備えている。冷媒回路は、第1観点から第5観点のいずれかに係る熱交換器と、容量可変の圧縮機と、が接続されて構成されている。
この空気調和装置では、容量可変の圧縮機が駆動することで、冷媒回路を流れる冷媒の循環量が変動し、熱交換器を通過する冷媒の量が変動する。ここで、熱交換器が蒸発器として機能する場合に、通過する冷媒の量が増大して液相冷媒の混合比率が増大したり、流速が高まることがあっても、熱交換器内における冷媒の偏流を小さく抑えることが可能になる。
第1観点に係る熱交換器では、循環量が変化する条件下で用いられた場合であっても冷媒の偏流を抑制させることが可能であり、かつ、下連通口を介して第1空間側から第2空間側に向かう冷媒の逆流を抑制することが可能になる。
第2観点に係る熱交換器では、口が1つである場合と比較して、冷媒の分布の偏りを小さく抑えることが可能になる。
第3観点に係る熱交換器では、扁平管の端部に並んだ複数の流入口に対して送られる冷媒量の隔たりを抑制させることが可能になる。
第4観点に係る熱交換器では、下連通口を介した冷媒の逆流をより効果的に抑制させることが可能になる。
第5観点に係る熱交換器では、上昇用開口の閉塞を抑制することが可能になる。
第6観点に係る空気調和装置では、熱交換器が蒸発器として機能する場合に、通過する冷媒の量が増大して液相冷媒の混合比率が増大したり、流速が高まることがあっても、熱交換器内における冷媒の偏流を小さく抑えることが可能になる。
(1)空気調和装置1の全体構成
図1は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置1の構成の概要を示す回路図である。
図1は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置1の構成の概要を示す回路図である。
空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって空調室内機3が設置されている建物内の冷暖房に使用される装置であり、熱源側ユニットとしての空調室外機2と、利用側ユニットとしての空調室内機3とが冷媒連絡配管6,7で接続されて構成されている。
空調室外機2と空調室内機3と冷媒連絡配管6,7とが接続されて構成される冷媒回路は、圧縮機91、四路切換弁92、室外熱交換器20、膨張弁33、室内熱交換器4およびアキュムレータ93などが冷媒配管で接続されることで構成されている。この冷媒回路内には冷媒が封入されており、冷媒が圧縮され、冷却され、減圧され、加熱・蒸発された後に、再び圧縮されるという冷凍サイクル運転が行われるようになっている。冷媒としては、例えば、R410A、R32、R407C、R22、R134a、二酸化炭素、などから選択されたものが用いられる。
(2)空気調和装置1の詳細構成
(2−1)空調室内機3
空調室内機3は、室内の壁面に壁掛け等により、又は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により設置される。空調室内機3は、室内熱交換器4と、室内ファン5とを有している。室内熱交換器4は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、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として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。
(2−1)空調室内機3
空調室内機3は、室内の壁面に壁掛け等により、又は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により設置される。空調室内機3は、室内熱交換器4と、室内ファン5とを有している。室内熱交換器4は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、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として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。
(2−2)空調室外機2
空調室外機2は、ビル等の室外に設置されており、冷媒連絡配管6,7を介して空調室内機3に接続される。空調室外機2は、図2および図3に示されているように、略直方体状のユニットケーシング10を有している。
空調室外機2は、ビル等の室外に設置されており、冷媒連絡配管6,7を介して空調室内機3に接続される。空調室外機2は、図2および図3に示されているように、略直方体状のユニットケーシング10を有している。
図3に示されているように、空調室外機2は、ユニットケーシング10の内部空間を鉛直方向に延びる仕切板18で二つに分割することによって送風機室S1と機械室S2とを形成した構造(いわゆる、トランク型構造)を有するものである。空調室外機2は、ユニットケーシング10の送風機室S1内に配置された室外熱交換器20および室外ファン95を有しており、ユニットケーシング10の機械室S2内に配置された圧縮機91、四路切換弁92、アキュムレータ93、膨張弁33、ガス冷媒配管31、および、液冷媒配管32を有している。
ユニットケーシング10は、底板12と、天板11と、送風機室側の側板13と、機械室側の側板14と、送風機室側前板15と、機械室側前板16とを備えて、筐体を構成している。
空調室外機2は、ユニットケーシング10の背面および側面の一部からユニットケーシング10内の送風機室S1に室外空気を吸い込んで、吸い込んだ室外空気をユニットケーシング10の前面から吹き出すように構成されている。具体的には、ユニットケーシング10内の送風機室S1に対する吸入口10aおよび吸込口10bが、送風機室側の側板13の背面側の端部と機械室側の側板14の送風機室S1側の端部とにわたって形成されている。また、吹出口10cは、送風機室側前板15に設けられており、その前側がファングリル15aによって覆われている。
圧縮機91は、例えば圧縮機用モータによって駆動される密閉式圧縮機であり、インバータ制御によって運転容量を変化させることができるよう構成されている。
四路切換弁92は、冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。冷房運転時には、四路切換弁92は、圧縮機91の吐出側の冷媒配管と室外熱交換器20の一端(ガス側端部)から延びるガス冷媒配管31とを接続するとともに、アキュムレータ93を介してガス冷媒の冷媒連絡配管7と圧縮機91の吸入側の冷媒配管とを接続する(図1の四路切換弁92の実線を参照)。また、暖房運転時には、四路切換弁92は、圧縮機91の吐出側の冷媒配管とガス冷媒の冷媒連絡配管7とを接続するとともに、アキュムレータ93を介して圧縮機91の吸入側と室外熱交換器20の一端(ガス側端部)から延びるガス冷媒配管31とを接続する(図1の四路切換弁92の破線を参照)。
室外熱交換器20は、送風機室S1に上下方向(鉛直方向)に立てて配置され、吸入口10a,10bに対向している。室外熱交換器20は、アルミニウム製の熱交換器であり、本実施形態では設計圧力が3MPa〜4MPa程度のものを用いている。室外熱交換器20は、一端(ガス側端部)から、四路切換弁92と接続されるように、ガス冷媒配管31が延びている。また、室外熱交換器20の他端(液側端部)から、膨張弁33に接続されるように、液冷媒配管32が延びている。
アキュムレータ93は、四路切換弁92と圧縮機91との間に接続されている。アキュムレータ93は、冷媒を気相と液相とに分ける気液分離機能を具備している。アキュムレータ93に流入する冷媒は、液相と気相とに分かれ、上部空間に集まる気相の冷媒が圧縮機91へと供給される。
室外ファン95は、室外熱交換器20を流れる冷媒との間で熱交換をさせるための室外空気を、室外熱交換器20に対して供給する。
膨張弁33は、冷媒回路において冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。膨張弁33は、冷媒圧力や冷媒流量の調節を行うために、室外熱交換器20と液冷媒の冷媒連絡配管6の間に設けられ、冷房運転時および暖房運転時のいずれにおいても、冷媒を膨張させる機能を有している。
室外ファン95は、送風機室S1に室外熱交換器20に対向して配置されている。室外ファン95は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器20において冷媒と室外空気との間で熱交換を行わせた後に、熱交換後の空気を室外に排出する。この室外ファン95は、室外熱交換器20に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、例えば、DCファンモータ等からなるモータによって駆動されるプロペラファン等である。
(3)空気調和装置1の動作
(3−1)冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁92が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がアキュムレータ93、冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に対して接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口(すなわち、室内熱交換器4のガス側)における冷媒の過熱度が一定になるように開度調節されるようになっている(過熱度制御)。この冷媒回路の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91で圧縮されることで高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、四路切換弁92を経由して室外熱交換器20に送られる。その後、高圧のガス冷媒は、室外熱交換器20において、室外ファン95によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、過冷却状態になった高圧の液冷媒は、室外熱交換器20から膨張弁33に送られる。膨張弁33によって圧縮機91の吸入圧力近くまで減圧されて低圧の気液二相状態となった冷媒は、室内熱交換器4に送られ、室内熱交換器4において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。
(3−1)冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁92が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がアキュムレータ93、冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に対して接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口(すなわち、室内熱交換器4のガス側)における冷媒の過熱度が一定になるように開度調節されるようになっている(過熱度制御)。この冷媒回路の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91で圧縮されることで高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、四路切換弁92を経由して室外熱交換器20に送られる。その後、高圧のガス冷媒は、室外熱交換器20において、室外ファン95によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、過冷却状態になった高圧の液冷媒は、室外熱交換器20から膨張弁33に送られる。膨張弁33によって圧縮機91の吸入圧力近くまで減圧されて低圧の気液二相状態となった冷媒は、室内熱交換器4に送られ、室内熱交換器4において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。
この低圧のガス冷媒は、冷媒連絡配管7を経由して空調室外機2に送られ、再び、圧縮機91に吸入される。このように冷房運転では、空気調和装置1は、室外熱交換器20を圧縮機91において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器4を室外熱交換器20において凝縮された冷媒の蒸発器として機能させる。
なお、冷房運転時の冷媒回路では、膨張弁33の過熱度制御が行われつつ、設定温度となるように(冷房負荷を処理できるように)圧縮機91がインバータ制御されているため、冷媒の循環量が高循環量となる場合と、低循環量になる場合がある。
(3−2)暖房運転
暖房運転時は、四路切換弁92が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側が冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口における冷媒の過冷却度が過冷却度目標値で一定になるように開度調節されるようになっている(過冷却度制御)。この冷媒回路の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁92、および、冷媒連絡配管7を経由して、空調室内機3に送られる。
暖房運転時は、四路切換弁92が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側が冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口における冷媒の過冷却度が過冷却度目標値で一定になるように開度調節されるようになっている(過冷却度制御)。この冷媒回路の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁92、および、冷媒連絡配管7を経由して、空調室内機3に送られる。
そして、空調室内機3に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器4において、室内空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となった後、膨張弁33を通過する際に、膨張弁33の弁開度に応じて減圧される。この膨張弁33を通過した冷媒は、室外熱交換器20に流入する。そして、室外熱交換器20に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン95によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となり、四路切換弁92を経由して、再び、圧縮機91に吸入される。このように暖房運転では、空気調和装置1は、室内熱交換器4を圧縮機91において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室外熱交換器20を室内熱交換器4において凝縮された冷媒の蒸発器として機能させる。
なお、暖房運転時の冷媒回路では、膨張弁33の過冷却度制御が行われつつ、設定温度となるように(暖房負荷を処理できるように)圧縮機91がインバータ制御されているため、冷媒の循環量が高循環量となる場合と、低循環量になる場合がある。
(4)室外熱交換器20の詳細構成
(4−1)室外熱交換器20の全体構成
図4に、室外熱交換器20の概略外観斜視図を示す。また、図5に、伝熱フィン21aの扁平多穴管21bに対する取付状態を示す。
(4−1)室外熱交換器20の全体構成
図4に、室外熱交換器20の概略外観斜視図を示す。また、図5に、伝熱フィン21aの扁平多穴管21bに対する取付状態を示す。
室外熱交換器20は、室外空気と冷媒との熱交換を行わせる熱交換部21と、この熱交換部21の一端側に設けられた出入口ヘッダ集合管26および折返しヘッダ24と、この熱交換部21の他端側に設けられた連結ヘッダ23と、折返しヘッダ24の下部と折返しヘッダ24の上部を連結させる連絡部25と、出入口ヘッダ集合管26の下方に分流された冷媒を導く分流器22と、を備えている。
(4−2)熱交換部21
熱交換部21は、多数の伝熱フィン21aと多数の扁平多穴管21bとで構成されている。伝熱フィン21aおよび扁平多穴管21bは、いずれもアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。
熱交換部21は、多数の伝熱フィン21aと多数の扁平多穴管21bとで構成されている。伝熱フィン21aおよび扁平多穴管21bは、いずれもアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。
伝熱フィン21aは、平板部材であり、各伝熱フィン21aには水平方向に延びる扁平管挿入用の切り欠き21aaが上下方向に並べて複数形成されている。なお、伝熱フィン21aは、空気流れの上流側に向けて突出した部分を無数に有するように取り付けられている。
扁平多穴管21bは、伝熱管として機能し、伝熱フィン21aと室外空気との間を移動する熱を、内部を流れる冷媒に伝達する。この扁平多穴管21bは、伝熱面となる上下の平面部と、冷媒が流れる水平方向に並んだ複数の流入口21baを有している。このような形状を有する扁平多穴管21bは、複数設けられており、これら複数が鉛直方向に所定の間隔をあけて配置されている。切り欠き21aaの上下の幅よりもわずかに厚くなるように構成された扁平多穴管21b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、切り欠き21aaに嵌め込まれた状態で仮固定される。このように、伝熱フィン21aの切り欠き21aaに扁平多穴管21bが嵌め込まれた仮固定の状態で、伝熱フィン21aと扁平多穴管21bとがロウ付けされる。また、各扁平多穴管21bの両端は、出入口ヘッダ集合管26と折返しヘッダ24と連結ヘッダ23に嵌め込まれた状態でロウ付けされる。
図5に示されているように、伝熱フィン21aは、上下に繋がっているため、伝熱フィン21aや扁平多穴管21bで生じた結露は、伝熱フィン21aに沿って下方に滴り落ち、底板12に形成されている経路を通って外部に排出される。
なお、この熱交換部21は、室外ファン95によって生じる空気流れ方向(筐体の背面および左側面側から筐体の正面のファングリル15aに向かう流れ)において、風上側を縁取るように設けられた風上側熱交換部211と、風下側を縁取るように設けられた風下側熱交換部212と、を有して構成されている。風上側熱交換部211は、風上側を縁取るように伸びており上下方向に並んだ複数の扁平多穴管21bと、この扁平多穴管21bに固定された伝熱フィン21aとを有している。また、風下側熱交換部212は、同様に、風下側を縁取るように伸びており上下方向に並んだ複数の扁平多穴管21bと、この扁平多穴管21bに固定された伝熱フィン21aとを有している。
(4−3)分流器22
分流器22は、液冷媒配管32と出入口ヘッダ集合管26の下方部分とを連結させるように接続されており、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する際に液冷媒配管32から流れてきた冷媒を高さ方向に分流させて出入口ヘッダ集合管26の下方部分に導く。
分流器22は、液冷媒配管32と出入口ヘッダ集合管26の下方部分とを連結させるように接続されており、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する際に液冷媒配管32から流れてきた冷媒を高さ方向に分流させて出入口ヘッダ集合管26の下方部分に導く。
(4−4)出入口ヘッダ集合管26
出入口ヘッダ集合管26は、鉛直方向に延びるアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の筒状部材であり、室外熱交換器20への冷媒の入口側部分と出口側部分を上下に分けて有している。出入口ヘッダ集合管26の下方部分は、上述のように液冷媒配管32に対して分流器22を介して接続されている。出入口ヘッダ集合管26の上方部分は、ガス冷媒配管31に対して接続されている。出入口ヘッダ集合管26は、略円筒形状に形成されており、上方部分の内部空間と下方部分の内部空間とが内部に設けられたバッフルによって上下に仕切られている。また、出入口ヘッダ集合管26の下方部分は、分流器22によって分流された冷媒の分布が維持されるように、複数のバッフルによって上下に仕切られている。すなわち、分流器22によって上下に分けられた各冷媒流れそれぞれを分けたままで熱交換部21に流せるように構成されている。
出入口ヘッダ集合管26は、鉛直方向に延びるアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の筒状部材であり、室外熱交換器20への冷媒の入口側部分と出口側部分を上下に分けて有している。出入口ヘッダ集合管26の下方部分は、上述のように液冷媒配管32に対して分流器22を介して接続されている。出入口ヘッダ集合管26の上方部分は、ガス冷媒配管31に対して接続されている。出入口ヘッダ集合管26は、略円筒形状に形成されており、上方部分の内部空間と下方部分の内部空間とが内部に設けられたバッフルによって上下に仕切られている。また、出入口ヘッダ集合管26の下方部分は、分流器22によって分流された冷媒の分布が維持されるように、複数のバッフルによって上下に仕切られている。すなわち、分流器22によって上下に分けられた各冷媒流れそれぞれを分けたままで熱交換部21に流せるように構成されている。
以上の構成により、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する場合には、液冷媒配管32と分流器22と出入口ヘッダ集合管26の下方部分を介して熱交換部21に流入して蒸発した冷媒は、出入口ヘッダ集合管26の上方部分とガス冷媒配管31を介して外部に流出していくことになる。なお、室外熱交換器20が冷媒の放熱器として機能している場合には、上記とは逆の流れになる。
(4−5)連結ヘッダ23
連結ヘッダ23は、熱交換部21の出入口ヘッダ集合管26や折返しヘッダ24が設けられている側の端部とは反対側に設けられており、風上側熱交換部211の扁平多穴管21bを流れた冷媒を同じ高さ位置の風下側熱交換部212の扁平多穴管21bに導くか、風下側熱交換部212の扁平多穴管21bを流れた冷媒を同じ高さ位置の風上側熱交換部211の扁平多穴管21bに導くように構成されている。この連結ヘッダ23では、冷媒の上下方向の移動は生じず、室外熱交換器20内における冷媒の流路を同じ高さ位置で単に繋ぐ役割を果たしている。
連結ヘッダ23は、熱交換部21の出入口ヘッダ集合管26や折返しヘッダ24が設けられている側の端部とは反対側に設けられており、風上側熱交換部211の扁平多穴管21bを流れた冷媒を同じ高さ位置の風下側熱交換部212の扁平多穴管21bに導くか、風下側熱交換部212の扁平多穴管21bを流れた冷媒を同じ高さ位置の風上側熱交換部211の扁平多穴管21bに導くように構成されている。この連結ヘッダ23では、冷媒の上下方向の移動は生じず、室外熱交換器20内における冷媒の流路を同じ高さ位置で単に繋ぐ役割を果たしている。
(4−6)折返しヘッダ24
折返しヘッダ24は、熱交換部21の連結ヘッダ23が設けられている側の端部とは反対側の端部であって、出入口ヘッダ集合管26よりも風下側において上下方向に伸びるように設けられている。この折返しヘッダ24は、熱交換部21のうちの風下側熱交換部212の連結ヘッダ23側とは反対側の端部に接続されている。折返しヘッダ24もアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の部材である。
折返しヘッダ24は、熱交換部21の連結ヘッダ23が設けられている側の端部とは反対側の端部であって、出入口ヘッダ集合管26よりも風下側において上下方向に伸びるように設けられている。この折返しヘッダ24は、熱交換部21のうちの風下側熱交換部212の連結ヘッダ23側とは反対側の端部に接続されている。折返しヘッダ24もアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の部材である。
折返しヘッダ24は、図6の折返しヘッダ24および連絡部25の分解概略斜視図や、図7の折返しヘッダ24および連絡部25の拡大分解概略斜視図に示すように、複数の扁平多穴管21bの一端が接続されている多穴側部材61と、扁平多穴管21bが接続されている側とは反対側を構成する配管側部材62と、多穴側部材61と配管側部材との間に位置する仕切部材70と、折返しヘッダ24内部の空間を上下に仕切っている複数のバッフル80と、を有している。
多穴側部材61は、折返しヘッダ24の熱交換部21側の壁面を構成しており、上面視において略半円弧形状に形成されている。この多穴側部材61は、この半円弧形状が上下方向に伸びた形状を有しており、扁平多穴管21bを挿入するための板厚方向に貫通した開口が高さ位置毎に設けられている。
配管側部材62は、折返しヘッダ24の熱交換部21側とは反対側の壁面を構成しており、上面視において略半円弧形状に形成されている。この配管側部材62は、この半円弧形状が上下方向に伸びた形状を有しており、後述する連絡部25の連絡配管を挿入するための板厚方向に貫通した開口が高さ位置毎に設けられている。また、この配管側部材62には、バッフル80の一端側を固定するための開口が高さ位置毎にそれぞれ設けられている。
仕切部材70は、折返しヘッダ24の内部の空間を、多穴側部材61側の空間と配管側部材62側の空間とに水平方向に仕切るように上下に伸びている。仕切部材70には、バッフル80を挿入固定するための開口が高さ位置毎に設けられている。図8において、下連通口72付近で水平方向に切断された仕切部材70とバッフル80とが組合わされた状態の概略斜視図を示す。図9において、バッフル80のうちの整流板82と多穴側部材61と配管側部材62と仕切部材70が組合わされた状態の上面図を示す。図8、図9に示すように、仕切部材70は、多穴側部材61側の面である多穴側面70aと、配管側部材62側の面である配管側面70bと、を有している。この多穴側面70aの中央近傍には、多穴側部材61側に向けて膨出した多穴側凸部70xが形成されており、開口部分を除いて当該多穴側凸部70xは上下方向に伸びている。また、配管側面70bの中央近傍には、配管側部材62側に向けて膨出した配管側凸部70yが形成されており、開口部分を除いて当該配管側凸部70yは上下方向に伸びている。このように仕切部材70は上面視において多穴側部材61側と配管側部材62側とが対象的な形状を構成しているため、製造時に部材の配置向きを間違えることが無い。
折返しヘッダ24は、図6や図7に示すように、下方折返し部分24aと上方折返し部分24bとを有しており、内部空間が上下方向に分割されている。下方折返し部分24aの内部空間は、下方の第1下方折返し部分24aaと上方の第2下方折返し部分24abとに、さらに上下方向に分割されている。上方折返し部分24bの内部空間も、下方の第1上方折返し部分24baと上方の第2上方折返し部分24bbとに、さらに上下方向に分割されている。そして、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する場合には、熱交換部21から第1下方折返し部分24aaに流入した冷媒は後述する連絡部25の連絡配管を介して第2上方折返し部分24bbに送られ、熱交換部21から第2下方折返し部分24abに流入した冷媒は連絡部25を介することなく折返しヘッダ24内の空間を介して第1上方折返し部分24baに送られ、第2上方折返し部分24bbや第1上方折返し部分24baに送られた冷媒は再び熱交換部21に送られる。
ここで、下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaに接続された扁平多穴管21bの本数よりも、上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbに接続された扁平多穴管21bの本数の方が多くなるように構成されている。また、下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abに接続された扁平多穴管21bの本数よりも、上方折返し部分24bの第1上方折返し部分24baに接続された扁平多穴管21bの本数の方が多くなるように構成されている。これにより、室外熱交換器20内を流れる冷媒の気体成分の比率の増大や減少に対応している。
下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaの内部には、複数の流路が上下に分かれて配置されている。第1下方折返し部分24aaの内部では、熱交換部21を流れる上下方向の冷媒分布を維持させるために、複数の流路の1つ1つが、開口が形成されていない複数のバッフル80によって上下方向に仕切られつつ、上下方向に並んでいる。
下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaと第2下方折返し部分24abとは、開口が形成されていないバッフル80によって上下に仕切られている。
下方折返し部分24aと上方折返し部分24bとは(下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abと上方折返し部分24bの第1上方折返し部分24baとは)、板厚方向に貫通した上昇用開口82a、82bが形成されているバッフル80(整流板82)によって上下に仕切られている。
ここで、下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abの内部空間は、仕切部材70によって仕切られた、扁平多穴管21b側の第1導入空間61aと、扁平多穴管21b側とは反対側の第2導入空間62aと、を有している。
上方折返し部分24bのうち、第1上方折返し部分24baと第2上方折返し部分24bbとは、開口が形成されていないバッフル80によって上下に仕切られている。
ここで、上方折返し部分24bの第1上方折返し部分24baの内部空間は、仕切部材70によって仕切られた、扁平多穴管21b側の上昇用空間61bと、扁平多穴管21b側とは反対側の下降用空間62bと、を有している。
上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbの内部には、複数の流路が上下に別れて配置されている。第2上方折返し部分24bbの内部では、熱交換部21を流れる上下方向の冷媒分布を各流路において維持させるために、各流路の1つ1つが、開口が形成されていない複数のバッフル80(図7の下方仕切板81、上方仕切板83)によって上下方向に仕切られつつ、上下方向に並んでいる。なお、後述の図10に示すように、第2上方折返し部分24bbの内部に設けられた複数の流路のうちの1つの流路は、後述する第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間(一組の空間)を有するようにして構成されている。このため、この上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbの内部では、この1つの流路を構成する一組の空間が上下方向に複数並ぶようにして構成されている。なお、1つの流路を構成する一組の空間は、それぞれ下方仕切板81と上方仕切板83とによって上下方向から挟まれている。この下方仕切板81と上方仕切板83とは、説明の都合上区別して説明することがあるが、いずれも開口が形成されていないバッフル80で同じ形状のものであり、一組の空間の上方仕切板83は1つ上の一組の空間の下方仕切板81となる関係にあるものである。そして、図7に示すように、第2上方折返し部分24bb内における一組の空間それぞれは、上昇用開口82a、82bが形成されている整流板82によって内部が上下方向に仕切られている。
なお、整流板82には、整流板82と多穴側部材61と配管側部材62と仕切部材70を組合せた状態の上面図である図9に示すように、複数の上昇用開口82a、82b(第1上昇用開口82a、第2上昇用開口82b)が設けられており、これらの開口の中心が上面視において扁平多穴管21bの長手方向に垂直な方向に並んで配置されている。第1上昇用開口82aと第2上昇用開口82bとは、上面視において、扁平多穴管21bの長手方向に対して垂直な方向の扁平多穴管21bの幅の中心部分を扁平多穴管21bの長手方向に伸ばして得られる線に対して、線対称となるように配置されている。複数の上昇用開口82a、82bの中心間距離は、仕切部材70に形成された下連通口72の開口(上面視において扁平多穴管21bの長手方向に垂直な方向の幅)よりも長く、扁平多穴管21bの水平方向の幅よりも短くなるように、下連通口72とはずれるように配置されている。下連通口72の水平方向の開口幅は、扁平多穴管21bの水平方向の幅の30%以上である。この整流板82の上昇用開口82a、82bは、いずれも、上面視において扁平多穴管21bと重複部分を有するように位置している。本実施形態では、上面視において、上昇用開口82a、82bは、その70%以上90%以下の部分が扁平多穴管21bと重複している。そして、仕切部材70に形成された下連通口72の内縁を扁平多穴管21bの長手方向に沿うように伸ばして得られる領域は、上面視において整流板82の上昇用開口82a、82bのいずれにも重複しないように配置されている。また、上面視において、整流板82に設けられた上昇用開口82a、82bは、仕切部材70と整流板82との接合部分から離れて設けられている。このため、製造時にロウ付け作業が行われる場合であっても、ロウ材が上昇用開口82a、82bの位置にまで到達しにくく、上昇用開口82a、82bの閉塞を抑制できる。上昇用空間61bは、上面視における面積の半分以上が扁平多穴管21bによって覆われている。
また、折返しヘッダ24の上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbを図9に示すX−X断面で切断した場合の正面図である図10を参照しつつ、下連通口72の位置や大きさと、下連通口72と最寄りの扁平多穴管21bとの配置関係等を説明する。下連通口72は、整流板82の上面から上方に所定距離だけ離れて配置されている。ここで、整流板82よりも上に配置されており最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の流入口21baは、下連通口72の上端よりもさらに上方に配置されている。このため、下連通口72と、整流板82から最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の流入口21baと、は同一高さには存在していない。
なお、下方仕切板81と上方仕切板83とは、いずれもバッフル80の1つであり、いずれも開口が形成されていない同じ形状・寸法のバッフル80であるが、説明の都合上、説明対象となる一組の空間において下端を構成するバッフル80を下方仕切板81として、上端を構成するバッフル80を上方仕切板83として説明する。なお、ある一組の空間の上方仕切板83は、その一つ上の一組の空間の下方仕切板81としても機能することになる。
図10に示すように、折返しヘッダ24の上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbは、上昇用開口82a、82bが形成された整流板82と下方仕切板81とによって上下に囲まれた空間(導入部60a)として、第1導入空間61aおよび第2導入空間62aが設けられている。第1導入空間61aと第2導入空間62aとは、仕切部材70によって仕切られており、第1導入空間61aが仕切部材70に対して扁平多穴管21b側に位置し、第2導入空間62aが仕切部材70に対して扁平多穴管21b側に位置している。ここで、仕切部材70のうち、この第1導入空間61aと第2導入空間62aとの間に位置している部分には、第1導入空間61aと第2導入空間62aとの間で冷媒の行き来を可能にするための導入連通口71が形成されている。上述のように、上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbは、下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaと、連絡部25の連絡配管等を介して複数の流路が一対一に接続されており、この第2導入空間62aには連絡部25の連絡配管が接続されている。
また、折返しヘッダ24の第2上方折返し部分24bbには、上昇用開口82a、82bが形成された整流板82と上方仕切板83とによって上下に囲まれた空間(ヘッダ部60b)として、上昇用空間61bおよび下降用空間62bが設けられている。上昇用空間61bと下降用空間62bとは、上連通口73および下連通口72が形成された仕切部材70によって仕切られている。上連通口73は、この上昇用空間61bと下降用空間62bとを、上方において連通させる。下連通口72は、この上昇用空間61bと下降用空間62bとを、下方において連通させる。
なお、折返しヘッダ24の下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abおよび上方折返し部分24bの第1上方折返し部分24baでは、連絡部25の連絡配管等を介することなく、折返しヘッダ24の内部で連絡しているため、この第2導入空間62aには連絡部25の連絡配管は接続されていない。なお、第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62b等の構造は、上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbと同様であるため、説明を省略する。
(4−7)連絡部25
連絡部25は、複数の連絡配管を有している。各連絡配管は、折返しヘッダ24の下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaにおいて上下方向に複数に分割された各空間と、折返しヘッダ24の上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbにおいて上下方向に複数に並んで配置されている第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間(一組の空間)それぞれと、を一対一に接続している。
連絡部25は、複数の連絡配管を有している。各連絡配管は、折返しヘッダ24の下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaにおいて上下方向に複数に分割された各空間と、折返しヘッダ24の上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbにおいて上下方向に複数に並んで配置されている第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間(一組の空間)それぞれと、を一対一に接続している。
この連絡配管は、下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaにおいて下方に位置する空間ほど、上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbにおいて上方に位置する一組の空間に接続されるように設けられている。
ここで、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する場合には、図6に矢印で示すように、熱交換部21のうちの風下側熱交換部212の下方部分を流れる各冷媒流れは、分流状態を維持したままで、まず下方折返し部分24aの各空間に流入する。下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaの各空間に流入した各冷媒は、それぞれ一対一に設けられた連絡部25の連絡配管を介して、それぞれが対応する上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbにおける一組の空間に送られる。上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbにおける一組の空間に送られたそれぞれの冷媒流れは、その分流状態を維持したままで、再び熱交換部21のうちの風下側熱交換部212の上方部分へと流れていく。なお、室外熱交換器20が冷媒の放熱器として機能する場合には、上昇用空間61bと下降用空間62bを除いて、上記とは反対の冷媒流れとなる。
ただ、ここで、下方折返し部分24a内の複数の空間のうちの最も上方の空間である第2下方折返し部分24abと、上方折返し部分24b内の複数の空間のうちの最も下方の空間である第1上方折返し部分24baとは、連絡部25の連絡配管によっては接続されていない。これらの空間は、図6に示すように、上下方向に貫通した上昇用開口が設けられたバッフル80としての整流板82によって仕切られている。この整流板82には、板厚方向に貫通した上昇用開口82a、82bが形成されている。このため、第2下方折返し部分24abの冷媒は、折返しヘッダ24内から外に出ること無く、第2下方折返し部分24abから整流板82の上昇用開口82a、82bを介して第1上方折返し部分24baに送られる(逆の流れも同様)。
このように、折返しヘッダ24は、室外熱交換器20における冷媒流れ経路におけるちょうど折返し部分を構成していることになる。
なお、室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する場合において、折返しヘッダ24から風下側熱交換部212の上方部分へと流出した冷媒は、図6に矢印で示すように、風下側熱交換部212の上方部分を他端の連結ヘッダ23まで分流状態を維持したままで流れ、連結ヘッダ23において風上側熱交換部211側に移動して風上側熱交換部211の上方部分を出入口ヘッダ集合管26の上方部分に向けて分流状態を維持したままで流れる。そして、出入口ヘッダ集合管26の上方部分に流入したそれぞれの冷媒は、合流した後、ガス冷媒配管31を介して圧縮機91の吸入側に向けて流れていくことになる。
(5)折返しヘッダ24のループ構造等
以下、折返しヘッダ24の第2上方折返し部分24bb内の第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間(一組の空間)に着目してループ構造を、図10を参照しつつ説明する。なお、当該一組の空間は、折返しヘッダ24の第2上方折返し部分24bb内において上下方向に複数並んでいるが、他の部分についても構造が同様であるため、説明を省略する。
以下、折返しヘッダ24の第2上方折返し部分24bb内の第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間(一組の空間)に着目してループ構造を、図10を参照しつつ説明する。なお、当該一組の空間は、折返しヘッダ24の第2上方折返し部分24bb内において上下方向に複数並んでいるが、他の部分についても構造が同様であるため、説明を省略する。
整流板82は、折返しヘッダ24の内部の上述の一組の空間を、下方の第1導入空間61aおよび第2導入空間62aと、上方の上昇用空間61bおよび下降用空間62bと、に上下に仕切っている板状部材である。
仕切部材70は、第1導入空間61aと第2導入空間62aとを、多穴側部材61側の第1導入空間61aと、配管側部材62側の第2導入空間62aとに仕切っている。また、仕切部材70は、上昇用空間61bと下降用空間62bとを、多穴側部材61側の上昇用空間61bと、配管側部材62側の下降用空間62bとに仕切っている。
また、仕切部材70に設けられた導入連通口71と上連通口73と下連通口72とは、いずれも水平方向に伸びている。
第2導入空間62aには、連絡部25の連絡配管が接続されている。
ここで、整流板82は、整流板82の上方の最も近くに位置する扁平多穴管21b(最下段扁平管)と整流板82との上下方向の距離が、鉛直方向に複数並んで配置されている扁平多穴管21bの所定の間隔よりも短くなるように配置されている。
また、この下連通口72の上昇用空間61b側の出口は、上昇用空間61bに接続されている扁平多穴管21bのうち最も下に位置するもの(最下段扁平管)よりもさらに下方に位置している。
整流板82には、第1導入空間61aと上昇用空間61bとを連通させるように鉛直方向に伸びた開口である上昇用開口82a,82bが設けられている。第1導入空間61aからより上方の上昇用空間61bに向かう冷媒は、この整流板82において流路を絞るノズルのようにして設けられた上昇用開口82a,82bを通過するために、冷媒流れが十分に絞り込まれ、鉛直上方に向かう冷媒流速を増大させることができている。
また、上昇用空間61bは、仕切部材70によって下降用空間62bと仕切られることで、上昇用空間61b側における冷媒上昇時の通過面積を、上昇用空間61bと下降用空間62bの合計の水平面積よりも狭くすることができている。このため、上昇用開口82a,82bを介して上昇用空間61bに流入した冷媒の上昇速度を維持させやすく、低循環量下においても冷媒を上昇用空間61bの上方部分にまで到達させやすい。
ここで、「上昇用空間61bの扁平多穴管21bが存在しない高さ位置での水平面積」から「扁平多穴管21bのうち上昇用空間61b内に延び出している部分の水平面積」を差し引いた残りの面積(上昇用空間61bにおいて冷媒が扁平多穴管21bを避けて上昇する部分の面積)が、下連通口72の冷媒通過面積よりも大きくなるように配置されている。これにより、整流板82の上昇用開口82a,82bを介して上昇用空間61bに流入した冷媒は、より狭く通過しづらい下連通口72を介して下降用空間62b側に向かって逆流してしまうのではなく、より広く通過しやすい上昇用空間61bにおける扁平多穴管21bを除いた部分を流れることになる。しかも、上述したように、整流板82の上昇用開口82a,82bは、下連通口72と重複しない(下連通口72を扁平多穴管21bの長手方向に延長して得られる領域と重複しない)ように配置されているため、下連通口72を介して下降用空間62b側に向かう逆流を効果的に抑制できる。
また、整流板82に設けられた上昇用開口82a,82bと、上昇用開口82a,82bよりも上方に位置しており上昇用開口82a,82bから最も近い直上の扁平多穴管21b(最下段扁平管)は、上面視において重複部分を有するように配置されている。なお、この重複部分の上面視における面積は、上昇用開口82a,82bと直上の扁平多穴管21bとの上面視における非重複部分の面積よりも大きくなるように配置されている。なお、特に限定されるものではないが、本実施形態では、上面視において、上昇用開口82a,82bの7割以上が扁平多穴管21b(最下段扁平管)と重複するように設けられている。
また、仕切部材70には上連通口73と下連通口72が形成されることでループ構造が採用されている。このため、上昇用空間61bにおいて扁平多穴管21bに流入することなく上方まで到達した冷媒は、図10の矢印に示すように、上連通口73を介して下降用空間62bに導かれ、下降用空間62bにおいて重力に従って降下し、下連通口72を介して上昇用空間61bの下方に戻される。このようにして、上昇用空間61bの上方に到達した冷媒を再び上昇用空間61bの下方に戻してループさせることが可能になっている。
(6)暖房運転時の低循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方
暖房運転時の低循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方を説明する。
暖房運転時の低循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方を説明する。
連絡部25と第2導入空間62aと導入連通口71を介して第1導入空間61aから上昇用空間61bに流入する冷媒は、比重の異なる気相成分と液相成分が混在した状態になっている。
低循環量の場合には、上昇用空間61b内に流入する単位時間当たりの冷媒量が少なく、冷媒の流速は相対的に遅めになる。このため、この流速のままであれば、冷媒のうち比重の大きな液相成分については上昇させにくいため、上昇用空間61bにおける複数の扁平多穴管21bのうち上方に位置しているものに対して到達させにくく、上昇用空間61bにおける複数の扁平多穴管21bにおいて高さ位置に応じて通過量が不均一になり、偏流が生じてしまうおそれがある。このように比較的上方に配置された扁平多穴管21bの一端側に対して、冷媒のうち比重の小さい気相成分が主に流入すると、扁平多穴管21bの他端側から流出する冷媒は過熱度が大きくなりすぎて、扁平多穴管21bを通過している途中で相変化を生じなくなり、熱交換の能力を十分に発揮させることができない部分が生じることになる。他方で、比較的下方に配置された扁平多穴管21bの一端側に対して、冷媒のうち比重の大きな液相成分が主に流入すると、扁平多穴管21bの他端側から流出する冷媒は過熱度が付きにくく、蒸発することなく扁平多穴管21bの他端側に到達してしまうことがあり、やはり、熱交換の能力を十分に発揮させることができない部分が生じることになる。
これに対して、本実施形態の室外熱交換器20を低循環量の状態で用いた場合には、整流板82の上昇用開口82a、82bにおいて冷媒流れが絞り込まれること、および、仕切部材70により仕切られることで上昇用空間61bの通過面積が小さく抑えられていることにより、上昇用空間61bに供給された冷媒のうち比重の大きな液相成分を従来のものよりも上方に導き、低循環量の時であっても偏流を改善できる。
これにより、本実施形態の室外熱交換器20では、低循環量時であっても、上昇用空間61bにおいて高さ位置の異なる部分に配置された複数の扁平多穴管21bに流入する冷媒の状態をできるだけ均一化させることが可能になる。
(7)暖房運転時の高循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方
暖房運転時の高循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方を説明する。
暖房運転時の高循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方を説明する。
ここで、連絡部25と第2導入空間62aと導入連通口71を介して第1導入空間61aから上昇用空間61bに流入する冷媒は、比重の異なる気相成分と液相成分が混在した状態になっていることは、低循環量の場合と同様である。
高循環量の場合には、上昇用空間61b内に流入する単位時間当たりの冷媒量が多く、冷媒の流速は相対的に早めになる。しかも、上述した低循環量対策として上昇用開口82a,82bの絞り機能を採用していることにより、さらに流速が高められる。さらに、上述した低循環量対策として仕切部材70によって上昇用空間61bの冷媒通過断面積が狭められているため、冷媒の上昇速度は衰えにくくなっている。これにより、高循環量の場合には、上昇用開口82a,82bを勢いよく通過した冷媒のうち比重の大きな液相成分は、上昇用空間61b内において扁平多穴管21bに流入することなく通過して、上方に集まりがちになってしまう。この場合には、比重の大きな液相成分が上方に集まりやすく、比重の小さな気相成分が下方に集まりやすくなり、低循環量の場合とは分布が異なるが、やはり偏流が生じてしまう。
これに対して、本実施形態の室外熱交換器20では、仕切部材70の上方に上連通口73を設け下方に下連通口72を設けることでループ構造を採用しているため、上昇用空間61bの上端にまで冷媒の液相成分が多く到達したとしても、その冷媒を、上連通口73を介して下降用空間62bに導き、下降用空間62bにおいて重力によって降下させた後、下連通口72を介して、再び、上昇用空間61bの下方に戻すことができる。
下連通口72を介して上昇用空間61bに戻された冷媒は、上昇用開口82a,82bを通過した冷媒の上昇流れに引きずられるようにして、再度、上昇用空間61b内を上昇していき、扁平多穴管21bに流入させることができる(冷媒は複数回ループしてもよい)。
これにより、本実施形態の室外熱交換器20では、高循環量時であっても、上昇用空間61bにおいて高さ位置の異なる部分に配置された複数の扁平多穴管21bに流入する冷媒の状態をできるだけ均一化させることが可能になる。
(8)空気調和装置1の室外熱交換器20の特徴
(8−1)
本実施形態の室外熱交換器20は、高循環量の場合には、冷媒の液相成分が上昇用空間61b内の上方に到達してしまったとしても、上連通口73と下降用空間62bと下連通口72とを介してループした冷媒を再び上昇用空間61bに戻して、扁平多穴管21bにまで導くことが可能になる。
(8−1)
本実施形態の室外熱交換器20は、高循環量の場合には、冷媒の液相成分が上昇用空間61b内の上方に到達してしまったとしても、上連通口73と下降用空間62bと下連通口72とを介してループした冷媒を再び上昇用空間61bに戻して、扁平多穴管21bにまで導くことが可能になる。
また、本実施形態の室外熱交換器20は、低循環量の場合であっても、整流板82に形成された上昇用開口82a,82bを通過する際に冷媒流速が上げられること、仕切部材70によって仕切られることで上昇用空間61bが狭められていることから、冷媒の上昇速度の減衰を抑えて、上昇用空間61bの上方にまで冷媒を到達させやすくすることができる。
以上により、本実施形態の室外熱交換器20は、低循環量の場合であっても高循環量の場合であっても、いずれの場合であっても、鉛直方向に複数並んで配置された扁平多穴管21bに対する冷媒の偏流を小さく抑えることができる。
(8−2)
本実施形態の室外熱交換器20は、以上のように冷媒をループさせる際に用いる下連通口72と、整流板82に形成された上昇用開口82a、82bとは、下連通口72を上面視における扁平多穴管21bの長手方向に伸ばして得られる領域と上昇用開口82a、82bとが上面視において重ならないように配置されている。このため、整流板82の上昇用開口82a、82bを通過して上昇用空間61bに流入した冷媒は、最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の下面に衝突したとしても、下連通口72側に導かれにくい。このため、下連通口72を介して上昇用空間61bから下降用空間62b側に冷媒が逆流してしまうことを抑制できている。
本実施形態の室外熱交換器20は、以上のように冷媒をループさせる際に用いる下連通口72と、整流板82に形成された上昇用開口82a、82bとは、下連通口72を上面視における扁平多穴管21bの長手方向に伸ばして得られる領域と上昇用開口82a、82bとが上面視において重ならないように配置されている。このため、整流板82の上昇用開口82a、82bを通過して上昇用空間61bに流入した冷媒は、最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の下面に衝突したとしても、下連通口72側に導かれにくい。このため、下連通口72を介して上昇用空間61bから下降用空間62b側に冷媒が逆流してしまうことを抑制できている。
また、整流板82から最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の流入口21baと下連通口72とは、同一高さには存在していないため、下連通口72を介してループしてきた冷媒が特定の扁平多穴管21bに集中的に流れてしまうことを抑制できている。
そして、下連通口72の下端は、整流板82から最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の下端よりもさらに下方に位置している。特に、上記実施形態では、整流板82から最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の下面は、下連通口72の上端よりも高い位置に配置されている。このため、上昇用空間61bにおいて上昇する冷媒が整流板82から最も近い扁平多穴管21b(最下段扁平管)の下面に衝突した時には、すでに高さ方向において下連通口72を上方に超えている。したがって、衝突後に冷媒流れが乱れたとしても、下連通口72を介して下降用空間62b側に冷媒が逆流しにくくなっている。
(8−3)
本実施形態の室外熱交換器20では、整流板82の複数の上昇用開口82a、82bとは、扁平多穴管21bに対して幅方向に並ぶように対象的に配置されているため、複数の上昇用開口82a、82bから扁平多穴管21bに向かう冷媒について中央部分に集中してしまうことなく扁平多穴管21bの幅方向において均等化させることができている。また、図9に示すように、整流板82の複数の上昇用開口82a、82bと、仕切部材70の下連通口72とは、扁平多穴管21bの幅方向に並ぶように配置されている。このため、扁平多穴管21bの幅方向における偏流を抑制することができている。
本実施形態の室外熱交換器20では、整流板82の複数の上昇用開口82a、82bとは、扁平多穴管21bに対して幅方向に並ぶように対象的に配置されているため、複数の上昇用開口82a、82bから扁平多穴管21bに向かう冷媒について中央部分に集中してしまうことなく扁平多穴管21bの幅方向において均等化させることができている。また、図9に示すように、整流板82の複数の上昇用開口82a、82bと、仕切部材70の下連通口72とは、扁平多穴管21bの幅方向に並ぶように配置されている。このため、扁平多穴管21bの幅方向における偏流を抑制することができている。
(9)他の実施形態
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。
(9−1)他の実施形態A
上記実施形態では、1つの下降用空間62bから1つの上昇用空間61bに戻すための下連通口72が1つだけ形成されている場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、1つの下降用空間62bから1つの上昇用空間61bに戻すための下連通口72が1つだけ形成されている場合を例に挙げて説明した。
しかし、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、図11に示すように、仕切部材70には、上記実施形態の下連通口72に対応する開口として、第1下連通口72a、第2下連通口72b、第3下連通口72cのように複数の下連通口が設けられていてもよい。この場合においても、第1下連通口72a、第2下連通口72b、第3下連通口72cの各下連通口を、上面視において扁平多穴管21bの長手方向に延長して得られる領域と、整流板82に設けられた上昇用開口82a、82bとは、上面視において重複していない。この場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
(9−2)他の実施形態B
上記実施形態および上記他の実施形態Aでは、下連通口72等を上面視における扁平多穴管21bの長手方向に延長して得られる領域と、整流板82に設けられた上昇用開口82a、82bとが、上面視において全く重複しない配置構成を例に挙げて説明した。
上記実施形態および上記他の実施形態Aでは、下連通口72等を上面視における扁平多穴管21bの長手方向に延長して得られる領域と、整流板82に設けられた上昇用開口82a、82bとが、上面視において全く重複しない配置構成を例に挙げて説明した。
しかし、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、上面視において、整流板82に設けられた上昇用開口82a、82bと、下連通口72等を扁平多穴管21bの長手方向に延長して得られる領域と、の重複部分の面積が、上昇用開口82a、82bの上面視の面積の50%以下であればよい。この場合であっても、全く重複しない場合と比べると効果は劣るものの、完全に重複している場合と比べると十分に効果を得ることができる。
1 空気調和装置
2 空調室外機
3 空調室内機
10 ユニットケーシング
20 室外熱交換器(熱交換器)
21 熱交換部
21a 伝熱フィン
21b 扁平多穴管(扁平管)
21ba 複数の流入口
22 分流器
23 連結ヘッダ
24 折返しヘッダ
25 連絡部
26 出入口ヘッダ集合管
31 ガス冷媒配管
32 液冷媒配管
33 膨張弁
60a 導入部
60b ヘッダ部
61 多穴側部材
61a 第1導入空間(導入空間)
61b 上昇用空間(第1空間)
62 配管側部材
62a 第2導入空間
62b 下降用空間(第2空間)
70 仕切部材(ヘッダ仕切部材)
71 導入連通口
73 上連通口
72 下連通口
72a 第1下連通口
72b 第2下連通口
72c 第3下連通口
80 バッフル
81 下方仕切板
82 整流板(導入仕切部材)
82a 上昇用開口(第1上昇用開口)
82b 上昇用開口(第2上昇用開口)
83 上方仕切板
91 圧縮機
2 空調室外機
3 空調室内機
10 ユニットケーシング
20 室外熱交換器(熱交換器)
21 熱交換部
21a 伝熱フィン
21b 扁平多穴管(扁平管)
21ba 複数の流入口
22 分流器
23 連結ヘッダ
24 折返しヘッダ
25 連絡部
26 出入口ヘッダ集合管
31 ガス冷媒配管
32 液冷媒配管
33 膨張弁
60a 導入部
60b ヘッダ部
61 多穴側部材
61a 第1導入空間(導入空間)
61b 上昇用空間(第1空間)
62 配管側部材
62a 第2導入空間
62b 下降用空間(第2空間)
70 仕切部材(ヘッダ仕切部材)
71 導入連通口
73 上連通口
72 下連通口
72a 第1下連通口
72b 第2下連通口
72c 第3下連通口
80 バッフル
81 下方仕切板
82 整流板(導入仕切部材)
82a 上昇用開口(第1上昇用開口)
82b 上昇用開口(第2上昇用開口)
83 上方仕切板
91 圧縮機
Claims (6)
- 互いに並んで配置された複数の扁平管(21b)と、
複数の前記扁平管が並んでいる方向に沿うように上方に向けて延びており、複数の前記扁平管の一端それぞれが接続されている第1空間(61b)と複数の前記扁平管が接続されていない第2空間(51b)とに内部が仕切られているヘッダ部(24)と、
前記第1空間(61b)と上昇用開口(82a、82b)を介して連通しており前記第1空間(61b)の下方に位置した導入空間(61a)を有する導入部(60a)と、
を備え、
前記第1空間(61b)と前記第2空間(62b)とは、前記ヘッダ部(24)内の上方に設けられた上連通口(73)および前記ヘッダ部(24)内の下方に設けられた下連通口(72)を介して連通しており、
設置状態の上面視において、複数の前記扁平管(21b)と前記上昇用開口(82a、82b)とは重複部分を有しており、
設置状態の上面視において、
前記下連通口(72)を前記扁平管(21b)が延びている方向に延長させた空間と前記上昇用開口(82a、82b)とが重なっていないか、または、
前記下連通口(72)を前記扁平管(21b)が延びている方向に延長させた空間と前記上昇用開口(82a、82b)との重複部分が前記上昇用開口(82a、82b)の50%以下である、
熱交換器(20)。 - 前記上昇用開口(82a、82b)と前記下連通口(72、72a、72b、72c)の少なくともいずれか一方は、互いに離れて位置する複数の口(82a、82b、72a、72b、72c)を有して構成されている、
請求項1に記載の熱交換器。 - 複数の前記扁平管(21b)は、それぞれ、前記第1空間(61b)内の端部において水平方向に並んだ複数の流入口(21ba)を有しており、
前記上昇用開口(82a、82b)は、前記下連通口(72)を前記扁平管(21b)が延びている方向に延長させた空間に対して、設置状態の上面視において一方側に設けられた第1上昇用開口(82a)と他方側に設けられた第2上昇用開口(82b)を有している、
請求項2に記載の熱交換器。 - 前記下連通口(72)の下端は、前記第1空間(61b)に接続された複数の前記扁平管(21b)のうち前記上昇用開口(82a、82b)よりも上方において最も下方に配置されている最下段扁平管の下端よりもさらに下方に位置している、
請求項1から3のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記ヘッダ部(24)は、前記第1空間(61b)と前記第2空間(62b)とを仕切るヘッダ仕切部材(70)を有しており、
前記ヘッダ部(24)の前記第1空間(61b)と前記導入空間(61a)とを仕切る導入仕切部材(82)を備えており、
前記導入仕切部材(82)の上面は、前記ヘッダ仕切部材(51)と当接した部分を有しており、
前記上昇用開口(82a、82b)は、前記導入仕切部材(82)と前記ヘッダ仕切部材(70)との当接位置から離れた位置で前記導入仕切部材(82)を板厚方向貫通するように設けられている、
請求項1から4のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の熱交換器(20)と、容量可変の圧縮機(91)と、が接続されて構成される冷媒回路を備えた空気調和装置(1)。
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