(57)【要約】【課題】放熱中の冷媒温度が大きく変化する冷媒を用いた場合でも熱交換器の熱交換器能力の低下を抑制する。【解決手段】伝熱管４０の一部を４パス以上で構成したフィンアンドチューブ型熱交換器であって、各パスは段方向に略平行の冷媒流れとなる構成とし、さらに放熱器として用いた場合の各パスの冷媒入口４０ａ〜４０ｄが略隣り合う位置とした構成としてある。これにより、空気側回路の通風抵抗を増加させることなく、また製造コストをアップさせること無く、熱交換能力の低下を低減できる熱交換器とすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器の伝熱管の一部が４パス以上で構成された複数のフィンと複数の伝熱管で構成されたフィンアンドチューブ熱交換器において、各パスは段方向に略平行の冷媒流れとなる構成とし、さらに放熱器として用いた場合の各パスの冷媒入口が略隣り合う位置となる構成としたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
放熱器として使用する場合には冷媒出口が１パスであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
フィンが一列ずつ分割されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
作動冷媒がＲ３２、二酸化炭素を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒回路に設けられる熱交換器に関し、特に、放熱行程で温度変化が大きな冷媒が流れる冷媒回路に設けられるフィンアンドチューブ型熱交換器のパス構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フィンアンドチューブ型熱交換器の作動冷媒として二酸化炭素が用いられた場合、放熱行程で作動冷媒は臨界温度を超える部分を含むため、二酸化炭素は相変化を伴わずに放熱する。そのため、放熱中の冷媒温度は大きく変化する。
【０００３】
上記熱交換器における伝熱管群内を流れる二酸化炭素は、放熱とともに冷媒温度が降下するため、冷媒流路の入口側と出口側との間には温度差が生じる。すなわち伝熱管群の入口側にある伝熱管が高温部に、出口側にある伝熱管が低温部になる。そのため、上記伝熱フィンを介して、入口側にある伝熱管（高温部）から出口側にある伝熱管（低温部）へ熱伝導による熱移動が生じ、出口側にある伝熱管は加熱され、該出口側にある伝熱管を流れる二酸化炭素の温度の低下が抑制され、熱交換器の熱交換能力が低下することになる。
【０００４】
この熱交換能力低下を低減するため、従来の熱交換器では伝熱管と伝熱管をつなぐ全ての伝熱フィンに切り込みを入れ、入口側にある伝熱管（高温部）から出口側にある伝熱管（低温部）へ熱伝導を抑制している（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１１１６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、伝熱フィンに切り込みを入れると、隣り合う同士の切断部に段差が生じるためフィンアンドチューブ型熱交換器の空気側回路の通風抵抗が増加することになる。これにより、ファン入力が増加して冷凍サイクルとしての効率低下となっている。また、熱交換器の組立工程において、伝熱管と伝熱フィンとの組み込み工程が増えるため、コストアップすることになる。
【０００７】
本発明の目的は、放熱行程で温度変化が大きな冷媒が流れる冷媒回路に設けられるフィンアンドチューブ型熱交換器において、空気側回路の通風抵抗を増加させることなく、また製造コストをアップさせることなく、熱交換能力の低下を低減できる熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、熱交換器の伝熱管の一部を４パス以上で構成したフィンアンドチューブ型熱交換器であって、各パスは段方向に略平行の冷媒流れとなる構成とし、さらに放熱器として用いた場合の各パスの冷媒入口が略隣り合う位置となる構成とした。
【０００９】
これによって、冷媒入口は隣り合っていてこれら冷媒入口の伝熱管同士の温度差は小さいため、フィンを介して伝熱管同士で熱移動することが少なくなり、伝熱防止のための切り込みを設けなくても冷媒入口部の伝熱管温度が冷媒出口側の伝熱管に伝導するのを低減することができるとともに、切り込みがないことによって空気側回路の通風抵抗を増加さ
せることもなくなって、熱交換能力の低下を低減でき、かつ、各パスの伝熱管は一つのフィンに挿通させればよいので製造コストをアップさせることもなく、熱交換能力の低下を低減できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、空気側回路の通風抵抗を増加させることなく、また製造コストをアップさせることなく、熱交換能力の低下を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の冷媒流れ図
【図２】同熱交換器を用いた空気調和機の冷凍サイクル図
【図３】同空気調和機のＰＨ線図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、熱交換器の伝熱管の一部が４パス以上で構成されたフィンアンドチューブ型熱交換器であって、各パスは段方向に略平行の冷媒流れとなる構成とし、さらに放熱器として用いた場合の各パスの冷媒入口が略隣合う位置となる構成としてある。
【００１３】
これにより、冷媒入口は隣り合っていてこれら冷媒入口の伝熱管同士の温度差は小さいため、フィンを介して伝熱管同士で熱移動することが少なくなり、伝熱防止のための切り込みをフィンに設けなくても冷媒入口部の伝熱管温度が冷媒出口側の伝熱管に伝導するのを低減することができるとともに、切り込みがないことによって空気側回路の通風抵抗を増加させることもなくなって、熱交換能力の低下を低減でき、かつ、各パスの伝熱管は一つのフィンに挿通させればよいので製造コストをアップさせることもなく、熱交換能力の低下を低減できる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、放熱器として使用する場合には冷媒出口を１パスとしたものであり、放熱行程で温度変化が大きな冷媒が流れる冷媒回路に設けられるフィンアンドチューブ型熱交換器の空気側回路の通風抵抗を増加させることなく、また製造コストをアップさせることなく、熱交換能力の低下を低減できるとともに、熱交換器内を流れる液冷媒量も少なくできる。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、フィンは一列ずつ分割した構成としたものであり、放熱行程で温度変化が大きな冷媒が流れる冷媒回路に設けられるフィンアンドチューブ型熱交換器の空気側回路の通風抵抗を増加させることなく、またフィンに伝熱管を挿通する工程をさらに低減して、製造コストをアップさせることなく、熱交換能力の低下を低減できる。
【００１６】
第４の発明は、第１から第３の発明において、作動冷媒としてＲ３２、二酸化炭素を含む冷媒を用いた構成としてあり、地球温暖化を抑制しつつ熱交換能力の低下を低減できる。
【００１７】
以下に、本発明の熱交換器について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の本発明の実施の形態１における熱交換器を示している。
【００１９】
この熱交換器３０は、その伝熱管の一部を４パス以上で構成したフィンアンドチューブ型熱交換器であり、４０は内部に冷媒が流れる複数の伝熱管、４１は空気と冷媒の熱交換
を促進する複数のフィンであり、各パスは段方向に略平行の冷媒流れとなるよう構成している。さらに放熱器として用いた場合の各パスの冷媒入口４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが略隣り合う位置となる構成とし、冷媒出口４０ｅが１パスとなっている。そして、フィン４１が一列４１ａ、４１ｂずつ分割してある。
【００２０】
このような本発明の熱交換器を用いた空気調和機の一例を図２により説明する。図２は本発明の実施の形態における熱交換器を使用した冷凍サイクル図である。
【００２１】
本空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁２、冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器３、室外熱交換器３内を流れる冷媒と外気の熱交換を促進する室外ファン８、冷媒を減圧する絞り装置４、冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器５、室内熱交換器５内を流れる冷媒と室内空気の熱交換を促進する室内ファン７で構成される。
【００２２】
また、室外機２２は圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、室外ファン８で構成され、室内機２１は室内熱交換器５、室内ファン７で構成されている。
【００２３】
前記室外熱交換器３が本発明の実施の形態におけるフィンアンドチューブ型熱交換器である。
【００２４】
圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、絞り装置４、室内熱交換器５は環状に接続されている。室外機２２は屋外に設置され、室内機２１は屋内に設置されており、室外機２２と室内機２１は液側接続管２３とガス側接続管２４で接続されている。
【００２５】
このように構成された空気調和機の動作を説明する。
【００２６】
先ず、冷房運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通って室外熱交換器３に送られる。そして、室外ファン８によって外気と熱交換を促進して放熱し、高圧の液冷媒となり絞り装置４に送られる。絞り装置４では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、液接続管２３を通って、室内熱交換器５に送られる。
【００２７】
室内ファン７によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器５を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気の熱を吸熱し蒸発気化して低温のガス冷媒となる。このとき冷媒によって吸熱された室内空気は温度湿度が低下して室内ファン７によって室内に吹き出され室内を冷房する。また、ガス冷媒は、ガス側接続管２４を通過して四方弁２に入り圧縮機１に戻る。
【００２８】
また、暖房運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通り、ガス接続管２４に送られる。室内ファン７によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器５を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気へ熱を放熱し凝縮して高圧の液冷媒となる。このとき室内空気は冷媒の熱を吸熱し温度が上昇した状態で室内ファン７によって室内に吹き出され室内を暖房する。その後、冷媒は液接続管２３を通って絞り装置４に送られ、絞り装置４において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器３に送られて、室外ファン８によって外気と熱交換を促進して蒸発気化し、四方弁２を経由して圧縮機１へ戻される。このようにして冷暖房運転がなされる。
【００２９】
ここで、冷房運転時には室外熱交換器３が放熱器となり、暖房運転時には室内熱交換器５が放熱器となり、本発明は放熱器となった熱交換器３０についてのものである。
【００３０】
前記熱交換器３０の動作を、ここでは二酸化炭素を冷媒とする場合について説明する。
図３は二酸化炭素のＰＨ線図であり、Ａ点は圧縮機１吸入点または蒸発器出口、Ｂ点は圧縮機１吐出点または放熱器入口、Ｃ点は放熱器出口、Ｄ点は蒸発器入口を示している。
【００３１】
本発明の熱交換器３０は放熱器としてＢ−Ｃ間の放熱行程に用いられるものである。
【００３２】
まず、前記熱交換器３０における二酸化炭素の流れについて説明する。図１の矢印は二酸化炭素の流れを示している。図２に示す冷凍サイクルに設けられた圧縮機１は二酸化炭素を超臨界圧に圧縮し高温高圧とする。二酸化炭素は入口が略隣り合う位置より４パスに分かれて熱交換器３０に流入する。各パスでは段方向に略平行な流れとなり熱交換器３０内で放熱しながら１パスとなった出口４０ｅから流出する。
【００３３】
ここで、熱交換器３０入口側部において、図３のＢ点の温度（Ｔ１）であった二酸化炭素は、伝熱管内を流れるとともに、管外側の空気へ放熱することにより、前記熱交換器出口側部において、図２のＣ点の温度（Ｔ２）まで降下する。このように、二酸化炭素は放熱するに従って二酸化炭素の温度が降下するため、二酸化炭素が流れる伝熱管４０の間には温度差が生じることになる。つまり、伝熱管４０の温度は、冷媒入口４０ａ〜４０ｄ側部に近いほど高温であり、冷媒出口４０ｅ側部に近づくにつれ低温となる。
【００３４】
一方空気は前記伝熱フィン４１の間を流れる。そして、このフィン４１間を通過する際に、伝熱管４０を流れる二酸化炭素と熱交換を行い加熱される。
【００３５】
このとき、各伝熱管４０の各パスは段方向に略平行の冷媒流れとなる構成とし、各パスの冷媒入口４０ａ〜４０ｄが略隣り合う位置となる構成としたため、隣り合う伝熱管４０同士の間での温度差は小さくできる。よって、フィン４１を介して伝熱管４０同士で熱移動することを抑制でき、伝熱防止のための切り込みを設けなくても冷媒入口部の伝熱管温度が冷媒出口側の伝熱管に伝導するのを低減することができる。また、フィンを１列４１ａ、４１ｂずつに分割したため、列４１ａ、４１ｂ間の伝熱管４０の間での熱交換も抑制でき、熱交換能力の低下を更に低減できる。
【００３６】
この様にして、放熱行程で温度変化が大きな冷媒が流れる場合でも、伝熱管の一部が４パス以上で構成されたフィンアンドチューブ型熱交換器３０において、各パスは段方向に略平行の冷媒流れとなる構成とし、さらに放熱器として用いた場合の各パスの冷媒入口が略隣合う位置となる構成とすることによって、空気側回路の通風抵抗を増加させることなく、また製造コストをアップさせることなく、熱交換能力の低下を低減できる。
【００３７】
尚、上記実施の形態ではでは冷媒として二酸化炭素を例に説明してきたが、Ｒ３２などであってもよく、その場合においても、高圧圧力の上昇する過負荷時には超臨界点に近づくため熱交換器内部での飽和域が減少し放熱行程で温度変化が大きくなる。従って、Ｒ３２などの冷媒においても本発明は効果的である。そして、このＲ３２などの冷媒は温暖化係数が小さいので地球温暖化防止効果が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、放熱行程で温度変化が大きな冷媒が流れる場合でも、伝熱管の一部が４パス以上で構成されたフィンアンドチューブ熱交換器において、各パスは段方向に略平行の冷媒流れとなる構成とし、さらに放熱器として用いた場合の各パスの冷媒入口が略隣り合う位置とすることで空気側回路の通風抵抗を増加させることなく、また製造コストをアップさせること無く、熱交換能力の低下を低減できる熱交換器を提供できる。
【符号の説明】
【００３９】
３０  熱交換器
４０  伝熱管
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ  冷媒入口
４０ｅ  冷媒出口  ４１  フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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