WO2019130394A1 - 熱交換器および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

熱交換器（１０）の補助熱交換部（４０）は、第１補助熱交換領域（４１１）と、第２補助熱交換領域（４１２）とを有する。主熱交換部（３０）は、第１主熱交換領域（３１１）と、第２主熱交換領域（３１２）と、第３主熱交換領域（３１３）と、第４主熱交換領域（３１４）とを有する。第１補助熱交換領域（４１１）、第１主熱交換領域（３１１）および第３主熱交換領域（３１３）の各々は、第２補助熱交換領域（４１２）、第２主熱交換領域（３１２）および第４主熱交換領域（３１４）の各々よりも流れ方向の風上に配置されている。熱交換器（１０）が蒸発器として機能するときに、補助熱交換部（４０）および主熱交換部（３０）は、冷媒が第１補助熱交換領域（４１１）、第２補助熱交換領域（４１２）、第１主熱交換領域（３１１）、第２主熱交換領域（３１２）、第４主熱交換領域（３１４）、第３主熱交換領域（３１３）の順に流れるように構成されている。

Description

熱交換器および冷凍サイクル装置

　本発明は、熱交換器および冷凍サイクル装置に関するものである。

　従来、フィンと伝熱管により構成され、伝熱管内を流れる冷媒と伝熱管外を流れる空気を熱交換させる熱交換器の熱交換性能は、冷媒の流通経路により変化することが知られている。特に、複数列で構成された熱交換器の場合、熱交換性能は、冷媒と空気の流通関係により変化する。

　例えば、特開２０１５－７８８３０号公報（特許文献１）には、冷媒の流通経路において、風上補助列部と、風下補助列部と、ヘッダ集合管と、風下主列部と、風上主列部とが直列に配置された熱交換器が開示されている。この熱交換器が蒸発器として機能する場合には、風上補助列部、風下補助列部、風下主列部および風上主列部へ順に冷媒が流れる。上記構成により、ガス単相状態の冷媒が流れ易い冷媒流路（ヘッダ上方に配置される熱交換器部分）において冷媒と空気の温度差が確保されるため、蒸発器性能を向上することが可能となる。

特開２０１５－７８８３０号公報

　空気流れ方向に複数列で構成された熱交換器が蒸発器として機能する場合、風上列部の熱交換部温度よりも風下列部の熱交換部温度を低くすることが望ましい。図１１および図１２を参照して、この理由を説明する。図１１および図１２は複数列で構成された熱交換器が蒸発器として機能する場合の空気と熱交換部の温度変化を示す温度分布図である。図１１に示すように、風上列部の熱交換器温度Ｔｆよりも風下列部の熱交換器温度Ｔｂの方が低い場合、風下列部で空気温度よりも熱交換器温度が低くなるため、熱交換器の蒸発器性能を十分に発揮することができる。しかし、図１２に示すように、風上列部の熱交換器温度Ｔｆよりも風下列部の熱交換器温度Ｔｂの方が高い場合、風下列部で空気温度よりも熱交換器温度が高くなることがある。この場合、風下列部で空気の温度が上昇することにより熱交換器の蒸発器性能を十分に発揮できない可能性がある。

　冷凍サイクル装置において熱交換器が蒸発器として機能する場合、熱交換器には、気液二相状態の冷媒が流入し、流路の途中で冷媒は気液二相状態からガス単相状態に遷移し、ガス単相状態の冷媒が流出することがある。すなわち、熱交換器が蒸発器として機能する場合、冷媒流れは、気液二相状態の領域(以下、気液二相領域と称する)と、ガス単相状態の領域（以下、ガス単相領域と称する）とに分けられる。

　冷媒圧力は、冷媒の摩擦損失により冷媒流れ方向に低下する。冷媒圧力の低下に伴い冷媒の飽和温度も低下するため、気液二相領域において冷媒温度は、冷媒流れ方向に低下する。また、ガス単相状態の冷媒は、空気から熱を吸収し過熱状態となる。そのため、ガス単相領域において冷媒温度は、冷媒流れ方向に上昇する。

　複数列で構成される熱交換器が蒸発器として機能する場合、気液二相領域において冷媒が風上列部から流入し風下列部から流出することで、風下列部の方が風上列部よりも熱交換器温度が低くなるため、蒸発器性能を十分に発揮することができる。すなわち、複数列で構成される熱交換器が蒸発器として機能する場合、気液二相領域では、冷媒と空気とは並行流であることが望ましい。

　また、複数列で構成される熱交換器が蒸発器として機能する場合、ガス単相領域において冷媒が風下列部から流入し風上列部から流出することで、風下列部の方が風上列部よりも温度が低くなり、蒸発器性能を十分に発揮することができる。すなわち、複数列で構成される熱交換器が蒸発器として機能する場合、ガス単相領域では、冷媒と空気とは対向流であることが望ましい。

　しかしながら、上記公報に記載の熱交換器では、熱交換器が蒸発器として機能する場合、冷媒流れの下流に配置される主熱交換部において、冷媒と空気とは対向に流れる。すなわち、主熱交換部において、ガス単相領域になり易い冷媒流路（ヘッダ上方に配置される熱交換器部分）と、気液二相領域になり易い冷媒流路（ヘッダ下方に配置される熱交換器部分）との両方とも冷媒と空気とは対向流となる。

　上記で説明したように、熱交換器が蒸発器として機能する場合、気液二相領域になり易い冷媒流路において冷媒と空気とが対向に流れた場合、風下列部で冷媒と空気の温度差が確保されないため、蒸発器性能を十分に発揮できない可能性がある。

　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、蒸発器性能を確保することができる熱交換器を提供することである。

　本発明に係る熱交換器は、複数の伝熱管を有し、複数の伝熱管の内側を流れる冷媒と複数の伝熱管の外側を流れる空気とを熱交換させるためのものである。熱交換器は、補助熱交換部と、主熱交換部とを備えている。補助熱交換部は、第１補助熱交換領域と、第２補助熱交換領域とを有する。第２補助熱交換領域は、空気が流れる流れ方向に第１補助熱交換領域に向かい合う。主熱交換部は、第１主熱交換領域と、第２主熱交換領域と、第３主熱交換領域と、第４主熱交換領域とを有する。第２主熱交換領域は、流れ方向に第１主熱交換領域に向かい合う。第３主熱交換領域は、第１主熱交換領域に対して第１補助熱交換領域と反対側に配置される。第４主熱交換領域は、流れ方向に第３主熱交換領域に向かい合いかつ第２主熱交換領域に対して第２補助熱交換領域と反対側に配置される。第１補助熱交換領域および第２補助熱交換領域の各々が有する複数の伝熱管の数は、第１主熱交換領域、第２主熱交換領域、第３主熱交換領域および第４主熱交換領域の各々が有する複数の伝熱管の数よりも少ない。第１補助熱交換領域、第１主熱交換領域および第３主熱交換領域の各々は、第２補助熱交換領域、第２主熱交換領域および第４主熱交換領域の各々よりも流れ方向の風上に配置されている。熱交換器が蒸発器として機能するときに、補助熱交換部および主熱交換部は、冷媒が第１補助熱交換領域、第２補助熱交換領域、第１主熱交換領域、第２主熱交換領域、第４主熱交換領域、第３主熱交換領域の順に流れるように構成されている。

　本発明に係る熱交換器によれば、熱交換器が蒸発器として機能するときに、補助熱交換部および主熱交換部は、冷媒が第１補助熱交換領域、第２補助熱交換領域、第１主熱交換領域、第２主熱交換領域、第４主熱交換領域、第３主熱交換領域の順に流れるように構成されている。このため、第１主熱交換領域および第２主熱交換領域で気液二相状態の冷媒と空気とを並行に流すことが可能となり、第４主熱交換領域および第３主熱交換領域でガス単相状態の冷媒と空気とを対向に流すことが可能となる。したがって、第１主熱交換領域および第２主熱交換領域ならびに第４主熱交換領域および第３主熱交換領域で冷媒と空気との温度差を確保することができる。よって、熱交換器の蒸発器性能を確保することができる。

実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路の一例を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の動作を説明するための冷媒回路における冷媒流れを示す図である。 実施の形態１に係る熱交換器の概要を示す斜視図である。 実施の形態１に係る熱交換器の概要を示す概略図である。 実施の形態１に係る熱交換器が蒸発器として機能する場合の冷媒温度変化を概略的に示す温度分布図である。 実施の形態１の変形例１に係る熱交換器の概要を示す概略図である。 実施の形態１の変形例２に係る熱交換器の概要を示す概略図である。 実施の形態１の変形例３に係る熱交換器の概要を示す図である。 実施の形態２に係る熱交換器の概要を示す斜視図である。 実施の形態３に係る熱交換器の概要を示す斜視図である。 複数列で構成された熱交換器が蒸発器として機能する場合に、風上列部の熱交換器温度が風下列部の熱交換器温度よりも高いときの空気と熱交換部の温度変化を概略的に示す温度分布図である。 複数列で構成された熱交換器が蒸発器として機能する場合に、風上列部の熱交換器温度が風下列部の熱交換器温度よりも低いときの空気と熱交換部の温度変化を概略的に示す温度分布図である。

　以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。以下の各実施の形態では、冷凍サイクル装置の一例として空気調和装置について説明する。また、請求の範囲に記載された熱交換器が室外熱交換器に適用される場合について説明する。なお、請求の範囲に記載された熱交換器は室内熱交換器に適用されてもよい。

　実施の形態１．
　まず、図１を参照して、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置としての空気調和装置１の全体の構成（冷媒回路）について説明する。図１に示すように、空気調和装置１は、圧縮機２、四方弁３、室内熱交換器４、室内送風機５、絞り装置６、室外送風機７、制御部８および室外熱交換器１０を備えている。圧縮機２、四方弁３、室内熱交換器４、絞り装置６および室外熱交換器１０が冷媒配管によって繋がっている。圧縮機２は、室内熱交換器４または室外熱交換器１０に流入する冷媒を圧縮するためのものである。室内送風機５は室内熱交換器４に空気を流すためのものであり、室外送風機７は室外熱交換器１０に空気を流すためのものである。

　室内熱交換器４および室内送風機５は、室内ユニット１Ａ内に配置されている。室外熱交換器１０および室外送風機７は、室外ユニット１Ｂ内に配置されている。また、圧縮機２、四方弁３、絞り装置６および制御部８も室外ユニット１Ｂ内に配置されている。空気調和装置１の一連の動作は、制御部８によって制御される。

　続いて、図２を参照して、本実施の形態の空気調和装置１の動作について説明する。図中実線矢印により暖房運転時の冷媒流れが示され、図中破線矢印により冷房運転時の冷媒流れが示されている。

　本実施の形態の空気調和装置１は、冷房運転と暖房運転とを選択的に行うことが可能である。冷房運転においては、圧縮機２、四方弁３、室外熱交換器１０、絞り装置６、室内熱交換器４の順に冷媒が冷媒回路を循環する。室外熱交換器１０は、凝縮器として機能する。室外熱交換器１０を流れる冷媒と室外送風機７によって送風される空気との間で熱交換が行われる。室内熱交換器４は、蒸発器として機能する。室内熱交換器４を流れる冷媒と室内送風機５によって送風される空気との間で熱交換が行われる。暖房運転においては、圧縮機２、四方弁３、室内熱交換器４、絞り装置６、室外熱交換器１０の順に冷媒が冷媒回路を循環する。室内熱交換器４は、凝縮器として機能する。室外熱交換器１０は、蒸発器として機能する。

　次に、図３および図４を参照して、蒸発器として機能する熱交換器の一例として、室外熱交換器１０の構成について説明する。なお、適宜、室外熱交換器１０を単に熱交換器１０として説明する。

　本実施の形態に係る熱交換器１０は、複数の伝熱管２０を有している。熱交換器１０は、複数の伝熱管２０の内側を流れる冷媒と複数の伝熱管２０の外側を流れる空気とを熱交換させるためのものである。熱交換器１０は、複数の熱交換列部１１を有している。本実施の形態の熱交換器１０は、風上列部および風下列部からなる２列の熱交換列部１１を有している。複数の熱交換列部１１の各々は、空気流れ方向（図中ｘ方向）に並んで配置されている。複数の熱交換列部１１の各々は、複数の伝熱管２０を有している。本実施の形態に係る熱交換器１０においては、複数の伝熱管２０の各々に冷媒が流通する冷媒流路が形成されている。熱交換器１０は、複数の伝熱管２０の各々の冷媒流路を流れる冷媒と複数の伝熱管２０の各々の外側を流れる空気とが熱交換するように構成されている。

　熱交換器１０は、主熱交換部（主部）３０と、補助熱交換部（補助部）４０とを主に備えている。補助熱交換部４０は、主熱交換部３０よりも少数の伝熱管２０で構成されている。本実施の形態では、熱交換器１０は、伝熱管２０配置方向（図中ｙ方向）に主熱交換部３０と、補助熱交換部４０とに区分されている。本実施の形態では、主熱交換部３０の下方に補助熱交換部４０が配置されている。

　主熱交換部３０および補助熱交換部４０では、板状の複数のフィン２１を貫通するように、複数の伝熱管２０が配置されている。複数の伝熱管２０の各々は、たとえば、長径および短径を有する扁平断面形状の扁平管である。なお、複数の伝熱管２０の各々は、扁平管に限られず、たとえば、円形断面形状を有する円管または楕円断面形状を有する楕円管であってもよい。

　主熱交換部３０と補助熱交換部４０は、分配器５０を介して冷媒が主熱交換部３０と補助熱交換部４０とを連続して流れるように配置されている。分配器５０は、内部に冷媒が流通し、冷媒が分配される空間を有するヘッダ集合管である。また、分配器５０は、これに限定されず、ディストリビュータであっても良い。

　主熱交換部３０は、図中ｙ方向に少なくとも２つ以上の主部セクション３１に区分されている。各主部セクション３１は、主部冷媒配管部品６０を介して各主部セクション３１を連続して流れるように配置されている。主部冷媒配管部品６０は、冷媒が集合するヘッダ集合管と冷媒が分配されるヘッダ分配管を配管で接続した冷媒配管部品である。また、主部冷媒配管部品６０は、これに限定されず、伝熱管２０の冷媒流路同士を直列で接続する冷媒配管であってもよい。

　図３は、熱交換器１０において、主熱交換部３０が２つの主部セクション３１に区分された場合の熱交換器１０の概要を示している。図３に示すように、主熱交換部３０は、主部セクション３１として、主部セクション３１ａと、主部セクション３１ｂとを有している。

　主熱交換部３０は、複数の主熱交換領域を有している。主熱交換部３０は、第１主熱交換領域３１１と、第２主熱交換領域３１２と、第３主熱交換領域３１３と、第４主熱交換領域３１４とを有している。第１主熱交換領域３１１と第２主熱交換領域３１２とは主部セクション３１ａを構成している。第３主熱交換領域３１３と第４主熱交換領域３１４とは主部セクション３１ｂを構成している。

　補助熱交換部４０は、補助部セクション４１として、補助部セクション４１ａを有している。補助熱交換部４０は、複数の補助熱交換領域を有している。補助熱交換部４０は、第１補助熱交換領域４１１と、第２補助熱交換領域４１２とを有している。第１補助熱交換領域４１１と第２補助熱交換領域４１２とは補助部セクション４１ａを構成している。第２補助熱交換領域４１２は、図中白矢印で示す空気が流れる流れ方向に第１補助熱交換領域４１１に向かい合う。

　第１補助熱交換領域４１１および第２補助熱交換領域４１２の各々が有する複数の伝熱管２０の数は、第１主熱交換領域３１１、第２主熱交換領域３１２、第３主熱交換領域３１３および第４主熱交換領域３１４の各々が有する複数の伝熱管２０の数よりも少ない。

　第２主熱交換領域３１２は、空気が流れる流れ方向に第１主熱交換領域３１１に向かい合う。第３主熱交換領域３１３は、第１主熱交換領域３１１に対して第１補助熱交換領域４１１と反対側に配置されている。第４主熱交換領域３１４は、空気が流れる流れ方向に第３主熱交換領域３１３に向かい合う。第４主熱交換領域３１４は、第２主熱交換領域３１２に対して第２補助熱交換領域４１２と反対側に配置されている。

　第１補助熱交換領域４１１、第１主熱交換領域３１１および第３主熱交換領域３１３の各々は、第２補助熱交換領域４１２、第２主熱交換領域３１２および第４主熱交換領域３１４の各々よりも流れ方向の風上に配置されている。

　熱交換器１０が蒸発器として機能するときに、補助熱交換部４０および主熱交換部３０は、冷媒が第１補助熱交換領域４１１、第２補助熱交換領域４１２、第１主熱交換領域３１１、第２主熱交換領域３１２、第４主熱交換領域３１４、第３主熱交換領域３１３の順に流れるように構成されている。

　熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、冷媒は、補助熱交換部４０、分配器５０、主熱交換部３０の順に流れる。すなわち、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、冷媒流れにおいて、補助熱交換部４０は上流に配置され、主熱交換部３０は中流から下流に配置される。

　図５は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１０が蒸発器として機能した場合の冷媒温度変化の概略を示す温度分布図である。図５に示すように、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、湿り度の大きい気液二相状態の冷媒が補助熱交換部（補助部）４０に流入し、湿り度が０以下のガス単相状態の冷媒が主熱交換部（主部）３０から流出することがある。そのため、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、気液二相領域とガス単相領域とが熱交換器１０に形成される。

　一般的な冷凍サイクル装置では、蒸発器を流出した冷媒は圧縮機に吸入される。圧縮機において、液冷媒が圧縮されると圧縮機が故障する可能性があるため、蒸発器を流出する冷媒はガス単相状態であることが望ましい。また、気液二相状態の冷媒に比べガス単相状態の冷媒は熱伝達率が低いため、蒸発器においてガス単相領域を小さくすることが望ましい。そのため、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、冷媒流れの最下流部分のみガス単相領域とし、その他の部分では気液二相領域とすることが望ましい。

　そのため、本実施の形態では、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、補助熱交換部４０は気液二相領域となり、主熱交換部３０は主熱交換部３０における冷媒流れ上流部から中流部で気液二相領域となり、下流部でガス単相領域となるように構成されている。

　次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
　熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、冷媒は、主熱交換部３０において主部セクション３１ａと、主部セクション３１ｂとの順で流れる。つまり、熱交換器１０の主熱交換部３０において、主部セクション３１ａは、蒸発器における冷媒流れの最上流に配置される。主部セクション３１ａを、以下において適宜、主部上流セクション３１ａと称する。また、熱交換器１０の主熱交換部３０において、主部セクション３１ｂは蒸発器における冷媒流れの最下流に配置される。主部セクション３１ｂを、以下において適宜、主部下流セクション３１ｂと称する。

　上記で述べたように、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、主熱交換部３０において、冷媒流れの上流部から中流部は、気液二相領域である。つまり、主部上流セクション３１ａでは、冷媒は気液二相領域となる。主部上流セクション３１ａにおいて、冷媒は、風上列部へ流入し、風下列部から流出する。具体的には、冷媒は、第１主熱交換領域３１１から第２主熱交換領域３１２に向けて流れる。すなわち、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、気液二相領域となる主部上流セクション３１ａにおいて、冷媒と空気は並行に流れる。上記構成により、主部上流セクション３１ａにおいて、風下列部の方が風上列部よりも熱交換器温度が低くなるため、風下列部で空気と冷媒の温度差を確保できる。したがって、熱交換器１０の蒸発器性能を向上することができる。

　また、上記で述べたように、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、主熱交換部３０において、冷媒流れの下流部はガス単相領域である。つまり、主部下流セクション３１ｂでは、冷媒はガス単相領域となる。主部下流セクション３１ｂにおいて、冷媒は、風下列部へ流入し、風上列部から流出する。具体的には、冷媒は、第４主熱交換領域３１４から第３主熱交換領域３１３に向けて流れる。すなわち、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、ガス単相領域となる主部下流セクション３１ｂにおいて、冷媒と空気は対向に流れる。上記構成により、主部下流セクション３１ｂにおいて、風下列部の方が風上列部よりも熱交器温度が低くなるため、風下列部で空気と冷媒の温度差を確保できる。したがって、上記熱交換器１０の蒸発器性能を向上することができる。

　また、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、補助熱交換部４０は、気液二相領域である。つまり、補助部セクション４１ａでは、冷媒は気液二相領域となる。補助部セクション４１ａにおいて、冷媒は、風上列部へ流入し、風下列部から流出する。具体的には、冷媒は、第１補助熱交換領域４１１から第２補助熱交換領域４１２に向けて流れる。すなわち、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、気液二相領域となる補助部セクション４１ａにおいて、冷媒と空気は並行に流れる。上記構成により、補助部セクション４１ａにおいて、風下列部の方が風上列部よりも熱交列部温度が低くなるため、風下列部で空気と冷媒の温度差を確保できる。したがって、熱交換器１０の蒸発器性能を向上することができる。

　以上説明したように、本実施の形態に係る熱交換器１０によれば、熱交換器１０が蒸発器として機能するときに、補助熱交換部４０および主熱交換部３０は、冷媒が第１補助熱交換領域、第２補助熱交換領域、第１主熱交換領域、第２主熱交換領域、第４主熱交換領域、第３主熱交換領域の順に流れるように構成されている。このため、第１主熱交換領域３１１および第２主熱交換領域３１２で気液二相状態の冷媒と空気とを並行に流すことが可能となり、第４主熱交換領域３１４および第３主熱交換領域３１３でガス単相状態の冷媒と空気とを対向に流すことが可能となる。したがって、第１主熱交換領域３１１および第２主熱交換領域３１２ならびに第４主熱交換領域３１４および第３主熱交換領域３１３で冷媒と空気との温度差を確保することができる。よって、熱交換器１０の蒸発器性能を確保することができる。

　なお、上記で述べたように、気液二相領域になり易い冷媒流路において冷媒と空気が対向に流れた場合、風下列部で冷媒と空気の温度差を確保できず、蒸発器性能を十分に発揮できない可能性がある。また、特に、伝熱管２０の管内径が小さい場合、冷媒の粘性が大きい場合などに圧力損失の低下は顕著である。そのため、気液二相領域になり易い冷媒流路において冷媒と空気が対向に流れた場合、風下列部で冷媒と空気の温度差を確保できず、蒸発器性能を十分に発揮できない可能性が大きくなる。本実施の形態に係る熱交換器１０においては、冷媒の圧力が顕著に低下した場合でも、蒸発器性能を確保することができる。

　本実施の形態に係る空気調和装置１によれば、空気調和装置１は上記の熱交換器１０を備えているため、熱交換器１０の蒸発器性能を確保することができる空気調和装置１を提供することができる。

　次に、図６～図８を参照して、本実施の形態の変形例１～３に係る熱交換器１０について説明する。なお、以下の本実施の形態の変形例１～３に係る熱交換器１０においては、特に説明しない限り、上記の本実施の形態に係る熱交換器１０と同一の構成および効果を有している。したがって、上記の本実施の形態に係る熱交換器１０と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

　図６を参照して、本実施の形態の変形例１に係る熱交換器１０について説明する。図６は、熱交換器１０において主熱交換部３０が３つ以上の主部セクション３１に区分された場合の熱交換器１０の概要を示す概略図である。図６に示すように、主熱交換部３０は主部セクション３１ａと、主部セクション３１ｂと、主部セクション３１ｃとに区分されている。

　主熱交換部３０は、第５主熱交換領域３１５と、第６主熱交換領域３１６とをさらに有している。第５主熱交換領域３１５と、第６主熱交換領域３１６とは主部セクション３１ｃを構成している。第５主熱交換領域３１５は、第１主熱交換領域３１１と第３主熱交換領域３１３との間に配置されている。第６主熱交換領域３１６は、第２主熱交換領域３１２と第４主熱交換領域３１４との間に配置されている。

　熱交換器１０が蒸発器として機能するときに、主熱交換部３０は、冷媒が第１主熱交換領域３１１、第２主熱交換領域３１２、第５主熱交換領域３１５、第６主熱交換領域３１６、第４主熱交換領域３１４、第３主熱交換領域３１３の順に流れるように構成されている。

　熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、冷媒は、主熱交換部３０において主部セクション３１ａ、主部セクション３１ｃ、主部セクション３１ｂの順で流れる。つまり、熱交換器１０の主熱交換部３０において、主部セクション３１ａは蒸発器の冷媒流れの最上流に配置される。主部セクション３１ａを以下適宜、主部上流セクション３１ａと称する。また、熱交換器１０の主熱交換部３０において、主部セクション３１ｂは蒸発器の冷媒流れの最下流に配置される。主部セクション３１ｂを以下適宜、主部下流セクション３１ｂと称する。また、熱交換器１０の主熱交換部３０において、主部セクション３１ｃは、主部上流セクション３１ａと主部下流セクション３１ｂとの中流に配置される。主部セクション３１ｃを以下適宜、主部中流セクション３１ｃと称する。

　なお、図６では、主部中流セクション３１ｃは、１つの主部セクション３１で構成されているが、これに限定されず、主部セクション３１ｃは、２つ以上の主部セクション３１で構成されていても良い。

　上記で述べたように、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、主熱交換部３０において、冷媒流れの上流部から中流部は、気液二相領域である。つまり、主部上流セクション３１ａおよび主部中流セクション３１ｃでは、冷媒は気液二相領域となる。主部上流セクション３１ａおよび主部中流セクション３１ｃにおいて、冷媒は、風上列部へ流入し、風下列部から流出する。具体的には、冷媒は、第１主熱交換領域３１１から第２主熱交換領域３１２に向けて流れる。また、冷媒は、第５主熱交換領域３１５から第６主熱交換領域３１６に向けて流れる。すなわち、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、気液二相領域となる主部上流セクション３１ａおよび上記主部中流セクション３１ｃにおいて、冷媒と空気は並行に流れる。上記構成により、主部上流セクション３１ａおよび主部中流セクション３１ｃにおいて、風下列部の方が風上列部よりも熱交換器温度が低くなるため、風下列部で空気と冷媒の温度差を確保できる。したがって、熱交換器１０の蒸発器性能を向上することができる。

　また、上記で述べたように、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、ガス単相領域となる主部下流セクション３１ｂにおいて、冷媒と空気は対向に流れる。上記構成により、主部下流セクション３１ｂにおいて、風下列部の方が風上列部よりも熱交換器温度が低くなるため、風下列部で空気と冷媒の温度差を確保できる。したがって、熱交換器１０の蒸発器性能を向上することができる。

　本実施の形態の変形例１に係る熱交換器１０によれば、主熱交換部３０は、第５主熱交換領域３１５および第６主熱交換領域３１６を有しているため、第５主熱交換領域３１５および第６主熱交換領域３１６においても気液二相状態の冷媒と空気とを並行に流すことが可能となる。また、主熱交換部３０は、第５主熱交換領域３１５および第６主熱交換領域３１６を有しているため、第５主熱交換領域３１５および第６主熱交換領域３１６を気液二相領域（中流部）にすることで、気液二相領域（中流部）とガス単相領域（下流部）とを分けることが容易になる。また、主熱交換部３０を冷媒流れの上流部、中流部、下流部の順に配置することで隣り合う伝熱管２０の中を流れる冷媒の熱がフィン２１を伝って移動することにより発生する冷媒間の熱損失（熱伝導損失）を抑制することができる。

　続いて、図７を参照して、本実施の形態の変形例２に係る熱交換器１０について説明する。図７は、熱交換器１０において、補助熱交換部４０が２つの補助部セクション４１に区分された場合の熱交換器１０の概要を示す概略図である。図７に示すように、補助熱交換部４０は、補助部セクション４１ａと、補助部セクション４１ｂとに区分されている。

　補助熱交換部４０は、図中ｙ方向に少なくとも１つ以上の補助部セクション４１に区分されていればよい。各補助部セクション４１は、補助部冷媒配管部品７０を介して各補助部セクション４１を連続して流れるように配置されている。補助部冷媒配管部品７０は、冷媒が集合するヘッダ集合管と分配されるヘッダ分配管を配管で接続した冷媒配管部品である。また、補助部冷媒配管部品７０は、これに限定されず、伝熱管２０の冷媒流路同士を直列で接続する冷媒配管であってもよい。

　補助熱交換部４０は、第３補助熱交換領域４１３と、第４補助熱交換領域４１４とをさらに有している。第３補助熱交換領域４１３と、第４補助熱交換領域４１４とは補助部セクション４１ｂを構成している。第３補助熱交換領域４１３は、第１補助熱交換領域４１１と第１主熱交換領域３１１との間に配置されている。第４補助熱交換領域４１４は、第２補助熱交換領域４１２と第２主熱交換領域３１２との間に配置されている。

　熱交換器１０が蒸発器として機能するときに、補助熱交換部４０は、冷媒が第１補助熱交換領域４１１、第２補助熱交換領域４１２、第３補助熱交換領域４１３、第４補助熱交換領域４１４の順に流れるように構成されている。

　熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、冷媒は、補助熱交換部４０において補助部セクション４１ａ、補助部セクション４１ｂの順で流れる。つまり、熱交換器１０の補助熱交換部４０において、補助部セクション４１ａは蒸発器の冷媒流れの最上流に配置される。補助部セクション４１ａを以下適宜、補助部上流セクション４１ａと称する。また、熱交換器１０の補助熱交換部４０において、補助部セクション４１ｂは蒸発器の冷媒流れの最下流に配置される。補助部セクション４１ｂを以下適宜、補助部下流セクション４１ｂと称する。

　上記で述べたように、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、補助熱交換部４０は気液二相領域である。すなわち、補助部上流セクション４１ａと、補助部下流セクション４１ｂでは、冷媒は気液二相領域となる。

　図７に示すように、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、補助部上流セクション４１ａと、上記補助部下流セクション４１ｂにおいて、冷媒は、風上列部へ流入し、風下列部から流出する。具体的には、冷媒は、第１補助熱交換領域４１１から第２補助熱交換領域４１２に向けて流れる。また、冷媒は、第３補助熱交換領域４１３から第４補助熱交換領域４１４に向けて流れる。すなわち、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、気液二相領域となる補助部上流セクション４１ａと、補助部下流セクション４１ｂにおいて、冷媒と空気は並行に流れる。上記構成により、補助部上流セクション４１ａと、補助部下流セクション４１ｂにおいて、風下列部の方が風上列部よりも熱交換器温度が低くなるため、風下列部で空気と冷媒の温度差を確保できる。したがって、熱交換器１０の蒸発器性能を向上することができる。

　本実施の形態の変形例２に係る熱交換器１０によれば、補助熱交換部４０は、第３補助熱交換領域４１３および第４補助熱交換領域４１４をさらに有しているため、第３補助熱交換領域４１３および第４補助熱交換領域４１４においても気液二相状態の冷媒と空気とを並行に流すことが可能となる。

　続いて、図８を参照して、本実施の形態の変形例３に係る熱交換器１０について説明する。図８は、熱交換器１０において、補助熱交換部４０が３つの補助部セクション４１に区分された場合の熱交換器１０の概要を示す概略図である。図８に示すように、補助熱交換部４０は、補助部セクション４１ａと、補助部セクション４１ｂと、補助部セクション４１ｃに区分されている。

　補助熱交換部４０は、第５補助熱交換領域４１５と、第６補助熱交換領域４１６とをさらに有している。第５補助熱交換領域４１５と、第６補助熱交換領域４１６とは補助部セクション４１ｃを構成している。第５補助熱交換領域４１５は、第３補助熱交換領域４１３と第１主熱交換領域３１１との間に配置されている。第６補助熱交換領域４１６は、第４補助熱交換領域４１４と第２主熱交換領域３１２との間に配置されている。

　熱交換器１０が蒸発器として機能するときに、補助熱交換部４０は、冷媒が第１補助熱交換領域４１１、第２補助熱交換領域４１２、第３補助熱交換領域４１３、第４補助熱交換領域４１４、第５補助熱交換領域４１５、第６補助熱交換領域４１６の順に流れるように構成されている。

　熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、冷媒は、補助熱交換部４０において補助部セクション４１ａ、補助部セクション４１ｃ、補助部セクション４１ｂの順で流れる。つまり、熱交換器１０の補助熱交換部４０において、補助部セクション４１ａは蒸発器の冷媒流れの最上流に配置される。補助部セクション４１ａを以下適宜、補助部上流セクション４１ａと称する。また、熱交換器１０の補助熱交換部４０において、補助部セクション４１ｂは蒸発器の冷媒流れの最下流に配置される。補助部セクション４１ｂを以下適宜、補助部下流セクション４１ｂと称する。また、熱交換器１０の補助熱交換部４０において、補助部セクション４１ｃは、蒸発器の冷媒流れの補助部上流セクション４１ａと補助部下流セクション４１ｂの中流に配置される。補助部セクション４１ｃを以下適宜、補助部中流セクション４１ｃと称する。

　なお、図８では、補助部中流セクション４１ｃは１つの補助部セクション４１で構成されているが、これに限定されず、補助部セクション４１ｃは２つ以上の補助部セクション４１で構成されていても良い。

　上記で述べたように、補助熱交換部４０は気液二相領域である。すなわち、補助部上流セクション４１ａと、補助部中流セクション４１ｃと、補助部下流セクション４１ｂでは、冷媒は気液二相領域となる。

　図８に示すように、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、補助部上流セクション４１ａと、補助部中流セクション４１ｃと、補助部下流セクション４１ｂにおいて、冷媒は、風上列部へ流入し、風下列部から流出する。具体的には、冷媒は、第１補助熱交換領域４１１から第２補助熱交換領域４１２に向けて流れる。また、冷媒は、第３補助熱交換領域４１３から第４補助熱交換領域４１４に向けて流れる。また、冷媒は第５補助熱交換領域４１５から第６補助熱交換領域４１６に向けて流れる。すなわち、熱交換器１０が蒸発器として機能する場合、気液二相領域となる、補助部上流セクション４１ａと、補助部中流セクション４１ｃと、補助部下流セクション４１ｂにおいて、冷媒と空気は並行に流れる。上記構成により、補助部上流セクション４１ａと、補助部中流セクション４１ｃと、補助部下流セクション４１ｂにおいて、風下列部の方が風上列部よりも熱交換器温度が低くなるため、風下列部で空気と冷媒の温度差を確保できる。したがって、熱交換器１０の蒸発器性能を向上することができる。

　本実施の形態の変形例３に係る熱交換器によれば、補助熱交換部４０は、第５補助熱交換領域４１５および第６補助熱交換領域４１６をさらに有しているため、第５補助熱交換領域４１５および第６補助熱交換領域４１６においても気液二相状態の冷媒と空気とを並行に流すことが可能となる。また、補助熱交換部４０を冷媒流れの上流部、中流部、下流部の順に配置することで隣り合う伝熱管２０の中を流れる冷媒の熱がフィン２１を伝って移動することにより発生する冷媒間の熱損失（熱伝導損失）を抑制することができる。

　実施の形態２．
　図９を参照して、本発明の実施の形態２に係る熱交換器１０について説明する。なお、以下の実施の形態２～３においては、特に説明しない限り、上記の本発明の実施の形態１に係る熱交換器１０と同一の構成および効果を有している。したがって、上記の本発明の実施の形態１に係る熱交換器１０と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

　図９は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器１０の概要を示す斜視図である。図９に示すように、熱交換器１０は、水平方向（図中ｚ方向）に延びる複数の伝熱管２０が上下方向（図中ｙ方向）に向けて並列に配置され、上から下に向けて主部下流セクション３１ｂ、主部中流セクション３１ｃ、主部上流セクション３１ａ、補助部下流セクション４１ｂ、補助部中流セクション４１ｃ、補助部上流セクション４１ａの順に配置されている。

　補助部上流セクション４１ａは、第１補助熱交換領域４１１を有している。主部上流セクション３１ａは、第３主熱交換領域３１３を有している。主熱交換部３０および補助熱交換部４０において、第１補助熱交換領域４１１が冷媒の入口部となり、第３主熱交換領域３１３が冷媒の出口部となる。複数の伝熱管２０は水平方向に延びるように配置されている。このため、主熱交換部３０と補助熱交換部４０とを縦置き（垂直置き）することができる。

　また、図９に示すように、熱交換器１０の複数の伝熱管２０は、外殻が扁平形状であり内部に複数の冷媒流路を有する扁平多穴管である。また、複数の伝熱管２０は、これに限定されず、内部に溝が形成された冷媒流路を有する円管であっても良い。

　次に、本実施の形態に係る熱交換器１０の作用効果について説明する。
　本実施の形態に係る熱交換器１０によれば、主熱交換部３０および補助熱交換部４０において、第１補助熱交換領域４１１が冷媒の入口部となり、第３主熱交換領域３１３が冷媒の出口部となる。冷媒の入口部と出口部とが隣接している場合、冷媒の温度差により冷媒間で熱交換が発生し、冷媒の熱を空気に十分伝えることができない可能性がある。本実施の形態に係る熱交換器１０においては、冷媒の入口部となる補助部上流セクション４１ａの第１補助熱交換領域４１１と、冷媒の出口部となる主部下流セクション３１ｂの第３主熱交換領域３１３とが離れた位置に配置されている。これにより、冷媒間で発生する熱交換を防止できるため、冷媒の熱を空気に十分伝えることができる。したがって、熱交換器１０の熱交換性能を向上することができる。

　また、本実施の形態に係る熱交換器１０によれば、複数の伝熱管２０は水平方向に延びるように配置されているため、主熱交換部３０と補助熱交換部４０とを縦置きすることができる。

　実施の形態３．
　図１０を参照して、本発明の実施の形態３に係る熱交換器１０について説明する。図１０は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器１０の概要を示す斜視図である。図１０に示すように、熱交換器１０は、上下方向（図中ｚ方向）に延びる複数の伝熱管２０が水平方向（図中ｙ方向）に向けて並列に配置され、図中ｙ方向に対して一方から他方に向けて主部下流セクション３１ｂと、主部中流セクション３１ｃと、主部上流セクション３１ａと、補助部下流セクション４１ｂと、補助部中流セクション４１ｃ、補助部上流セクション４１ａの順に配置されている。複数の伝熱管２０は上下方向に延びるように配置されている。このため、主熱交換部３０と補助熱交換部４０とを横置き（水平置き）することができる。

　また、図１０に示すように、熱交換器１０の複数の伝熱管２０は、外殻が扁平形状であり内部に複数の冷媒流路を有する扁平多穴管である。また、複数の伝熱管２０は、これに限定されず、内部に溝が形成された冷媒流路を有する円管であっても良い。

　次に、本実施の形態に係る熱交換器１０の作用効果について説明する。
　本実施の形態に係る熱交換器１０においても上記の実施の形態２に係る熱交換器１０と同様に、冷媒の入口部となる補助部上流セクション４１ａの第１補助熱交換領域４１１と、冷媒の出口部となる主部下流セクション３１ｂの第３主熱交換領域３１３とが離れた位置に配置されている。これにより、冷媒間で発生する熱交換を防止できるため、冷媒の熱を空気に十分伝えることができる。したがって、熱交換器１０の熱交換性能を向上することができる。

　また、本実施の形態に係る熱交換器１０によれば、複数の伝熱管２０は上下方向に延びるように配置されている。このため、主熱交換部３０と補助熱交換部４０とを横置きすることができる。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　空気調和装置、２　圧縮機、３　四方弁、４　室内熱交換器、５　室内送風機、６　絞り装置、７　室外送風機、８　制御部、１０　室外熱交換器、１１　熱交換列部、２０　伝熱管、２１　フィン、３０　主熱交換部、３１　主部セクション、４０　補助熱交換部、４１　補助部セクション、５０　分配器、６０　主部冷媒配管部品、７０　補助部冷媒配管部品、３１１　第１主熱交換領域、３１２　第２主熱交換領域、３１３　第３主熱交換領域、３１４　第４主熱交換領域、３１５　第５主熱交換領域、３１６　第６主熱交換領域、４１１　第１補助熱交換領域、４１２　第２補助熱交換領域、４１３　第３補助熱交換領域、４１４　第４補助熱交換領域、４１５　第５補助熱交換領域、４１６　第６補助熱交換領域。

Claims (8)

1. 　複数の伝熱管を有し、前記複数の伝熱管の内側を流れる冷媒と前記複数の伝熱管の外側を流れる空気とを熱交換させるための熱交換器であって、
   　第１補助熱交換領域と、前記空気が流れる流れ方向に前記第１補助熱交換領域に向かい合う第２補助熱交換領域とを有する補助熱交換部と、
   　第１主熱交換領域と、前記流れ方向に前記第１主熱交換領域に向かい合う第２主熱交換領域と、前記第１主熱交換領域に対して前記第１補助熱交換領域と反対側に配置された第３主熱交換領域と、前記流れ方向に前記第３主熱交換領域に向かい合いかつ前記第２主熱交換領域に対して前記第２補助熱交換領域と反対側に配置された第４主熱交換領域とを有する主熱交換部とを備え、
   　前記第１補助熱交換領域および前記第２補助熱交換領域の各々が有する前記複数の伝熱管の数は、前記第１主熱交換領域、前記第２主熱交換領域、前記第３主熱交換領域および前記第４主熱交換領域の各々が有する前記複数の伝熱管の数よりも少なく、
   　前記第１補助熱交換領域、前記第１主熱交換領域および前記第３主熱交換領域の各々は、前記第２補助熱交換領域、前記第２主熱交換領域および前記第４主熱交換領域の各々よりも前記流れ方向の風上に配置されており、
   　前記熱交換器が蒸発器として機能するときに、前記補助熱交換部および前記主熱交換部は、前記冷媒が前記第１補助熱交換領域、前記第２補助熱交換領域、前記第１主熱交換領域、前記第２主熱交換領域、前記第４主熱交換領域、前記第３主熱交換領域の順に流れるように構成されている、熱交換器。
2. 　前記主熱交換部は、前記第１主熱交換領域と前記第３主熱交換領域との間に配置された第５主熱交換領域と、前記第２主熱交換領域と前記第４主熱交換領域との間に配置された第６主熱交換領域とを有し、
   　前記熱交換器が前記蒸発器として機能するときに、前記主熱交換部は、前記冷媒が前記第１主熱交換領域、前記第２主熱交換領域、前記第５主熱交換領域、前記第６主熱交換領域、前記第４主熱交換領域、前記第３主熱交換領域の順に流れるように構成されている、請求項１に記載の熱交換器。
3. 　前記補助熱交換部は、前記第１補助熱交換領域と前記第１主熱交換領域との間に配置された第３補助熱交換領域と、前記第２補助熱交換領域と前記第２主熱交換領域との間に配置された第４補助熱交換領域とを有し、
   　前記熱交換器が前記蒸発器として機能するときに、前記補助熱交換部は、前記冷媒が前記第１補助熱交換領域、前記第２補助熱交換領域、前記第３補助熱交換領域、前記第４補助熱交換領域の順に流れるように構成されている、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 　前記補助熱交換部は、前記第３補助熱交換領域と前記第１主熱交換領域との間に配置された第５補助熱交換領域と、前記第４補助熱交換領域と前記第２主熱交換領域との間に配置された第６補助熱交換領域とを有し、
   　前記熱交換器が前記蒸発器として機能するときに、前記補助熱交換部は、前記冷媒が前記第１補助熱交換領域、前記第２補助熱交換領域、前記第３補助熱交換領域、前記第４補助熱交換領域、前記第５補助熱交換領域、前記第６補助熱交換領域の順に流れるように構成されている、請求項３に記載の熱交換器。
5. 　前記複数の伝熱管は水平方向に延びるように配置されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の熱交換器。
6. 　前記複数の伝熱管は上下方向に延びるように配置されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 　前記主熱交換部および前記補助熱交換部において、前記第１補助熱交換領域が前記冷媒の入口部となり、前記第３主熱交換領域が前記冷媒の出口部となる、請求項１～６のいずれか１項に記載の熱交換器。
8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の前記熱交換器と、
   　前記熱交換器に流入する前記冷媒を圧縮するための圧縮機と、
   　前記熱交換器に前記空気を流すための送風機とを備えた、冷凍サイクル装置。

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