(57)【要約】【課題】従来の熱交換器においては、分流器の状態で熱交換性能がばらつくことがあるが、気液分離器を用いると、コストや収納性の点で課題があった。【解決手段】本発明の熱交換器１０１は、５つのパスからなる気相側熱交換部１０２と２つのパスからなる液相側熱交換部１０３で構成されるフィンチューブ熱交換部１１０と、第２の冷媒分流器であるガス側分流器１０４と、第１の冷媒分流器である液側分流器１０５とから構成されている。液相側熱交換部１０３の２つのパスは風上側の下部に配置され、気相側熱交換部１０２の最下部の１パスがその風下側に配置されている。ガス側分流器１０４および液側分流器１０５は、いずれも気液分離機能を有しており、ガス冷媒は、ガス抜き配管１３４、１３５から減圧器１０７、１０８を介して熱交換器１０１の下流へバイパスする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパスを有して気相の冷媒が多く流れる気相側熱交換部と、前記気相側熱交換部のパス数よりも少ない複数のパスを有して液相の冷媒が多く流れる液相側熱交換部と、前記液相側熱交換部と液相冷媒側配管との間に配置される第１の冷媒分流器と、前記気相側熱交換部と前記液相側熱交換部との間に配置される第２の冷媒分流器とを備え、前記液相側熱交換部が最風上側の最下部に配置され、前記液相側熱交換部の風下は前記気相側熱交換部の１つのパスが占有していることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記液相側熱交換部のパス数は、熱交換器を蒸発器として使用する場合に、前記液相側熱交換部が蒸発部となって、吸い込み空気温度と前記気相側熱交換部の冷媒温度との間の温度になるよう設定されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第１の分流器および前記第２の分流器の少なくとも１方が気液分離を行い、液冷媒を下流の各パスに分配し、冷媒ガスは別途分離することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１の分流器および前記第２の分流器が、熱交換器を蒸発器として使用する場合に、天井部にガス抜き管、底面部に複数の液抜き管を配した円筒形状の構造を有し、円筒面に沿って気液２相の冷媒を流入させ重力によって気液分離するよう構成したことを特徴とする、請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第１の分流器および前記第２の分流器が、熱交換器を蒸発器として使用する場合に、天井部より気液２相の冷媒流入口を、底面に複数の液抜き管を配した円筒形状の構造を有し、前記気液２相の冷媒流入口の直下に液冷媒除け板とガス抜き管を配したことを特徴とする請求項３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、主に空気調和機や冷凍機などに利用され、冷媒によって空気を冷却あるいは加熱するための熱交換器に関するもので、各パスへの冷媒分配量を調整することのできる冷媒分流器を備え、空気を冷却する際に熱交換器が十分な能力を発揮する技術を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍機およびヒートポンプサイクルを用いて冷暖房を行う空気調和機においては、熱交換器は複数のパスを持つのが一般的で、蒸発器で空気を冷却する場合に、十分な性能を引き出すため各パスを流れる冷媒の量を調整して、熱交換のバランスをする。従来、冷媒流量の調整には、分流器と細管がよく使用される（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
例えば、図４に示された特許文献１の技術でも分流器と細管が使用されている。図４において、従来の空気調和機本体１は、吹出口２、吸込口３、仕切板４、蒸発器５、送風機６、分流器７、毛細管８、圧縮機１０などで構成され、プレナム室９が上部に形成されている。
【０００４】
従来の発明は、分流器７と蒸発器５の各パス５ａとを連通する毛細管８を蒸発器に導かれる熱交換空気の風速分布に応じた冷媒量を分流案内するように構成することにより、蒸発器５の各パス５ａが常に均一の熱交換効率を得ることを目的としている。そして、蒸発器５と分流器７とを連通する毛細管８は、蒸発器５の傾斜上端部のパス５ａに連通する毛細管８，８のみ２本であり、他は全て１本である。吸込口３から吸込まれた熱交換空気の風速が最も速い部分パス５ａに毛細管８ａから多くの冷媒が流通案内される。従って、このパス５ａは他のパス５ａ…と同じ状態の熱交換作用が行なわれることとなり、霧吹き現象の発生はなく、熱交換効率が良くなるというものである。
【０００５】
また、特許文献２では、図５に示すように冷媒流入側分流器５０１の前に気液分離器５０４を配し、気相冷媒による悪影響を避けることで冷媒の分流性能を向上させている。図５において、熱交換器は冷媒流入側分流器５０１、冷媒流出側分流器５０２、伝熱管５０３、気液分離器５０４、液体冷媒流出管５０６、気体冷媒流出管５０７、流入管５０８、冷媒流入管５０９、冷媒流出管５１０などから構成されている。
【特許文献１】特開昭６０−２５１３５０号公報
【特許文献２】特許第３１２２５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の分流器と細管を用いて蒸発器の熱交換効率を向上させる技術においては、分流器手前の配管の形状や、配管の傾きなどの配置上のばらつきなどによって冷媒量の分配が変化してしまい、熱交換効率にもばらつきがでるという課題があった。また、気液分離器を用いた構成では部品点数の増加をまねき、コストや収納性の点で課題があった。
【０００７】
本発明は、分流器手前の配管の形状そのものや、配管の傾きなど配置上のばらつきなどによって冷媒量の分配が変化するのを抑え、熱交換性能の安定性とコストや収納性に優れた熱交換器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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、複数のパスを持ち気相の冷媒が多く流れる気相側熱交換部と、前記気相側熱交換部のパス数よりも少ない複数のパスを持ち液相の冷媒が多く流れる液相側熱交換部と、液相冷媒側配管との間に配置される第１の冷媒分流器と、前記気相側熱交換部と前記液相側熱交換部とを中継する第２の冷媒分流器で構成し、露つきなどにより最も蒸発性能が低くなる前記気相側熱交換部の最下部のパス前に、比較的蒸発性能が低い前記液相側熱交換部を風上側に配置することで、エンタルピーの高い空気を前記気相側熱交換部の最下部のパスに当てるものである。
【０００９】
これにより、前記気相側熱交換部の最下部のパス性能が向上し、各パスの性能ばらつきを抑えることができる。
【００１０】
また本発明の熱交換器は、前記第１の分流器および前記第２の分流器の少なくとも１方が、気液分離を行って液冷媒を下流の各パスに分配し、冷媒ガスは別途分離するものである。これにより、部品数を増やすことなく、分流器を通過する冷媒の状態が気液２相から液単相に安定させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱交換器は、前記気相側熱交換部の最下部のパス性能を向上させ、各パスの性能ばらつきを抑えたことで性能安定性に優れた熱交換器を容易に提供することができる。また、本発明の熱交換器は、分流器において気液分離を行い、冷媒の状態を気液２相から液単相に安定させ、熱交換器における圧力損失を低減して、性能とコストや収納性に優れた熱交換器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、前記気相側熱交換部と、液相の冷媒が多く流れる前記液相側熱交換部と、液相冷媒側配管との間に配置される第１の冷媒分流器と、前記気相側熱交換部と前記液相側熱交換部とを中継する第２の冷媒分流器から構成され、蒸発性能の低い前記液相側熱交換部を最風上側の最下部に配置し、その風下を前記気相側熱交換部の１つのパスを配することにより、前記液相側熱交換部の蒸発能力のばらつきを抑え、性能安定性に優れた熱交換器を容易に提供することができる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において前記液相側熱交換部のパス数は、熱交換器を蒸発器として使用する場合に、前記液相側熱交換部が蒸発部となって、吸い込み空気温度と前記気相側熱交換部の冷媒温度との間の温度になるよう設定することで、より蒸発能力に優れ分流調整の容易な熱交換器を提供することができる。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明において前記第１の分流器および前記第２の分流器の少なくとも１方で、気液分離を行って液冷媒を下流の各パスに分配し、冷媒ガスは別途分離することで冷媒の状態を気液２相から液単相に安定させ分流調整を容易にするとともに、熱交換器の圧力損失を減らして、性能とコストや収納性に優れた熱交換器を提供することができる。
【００１５】
第４の発明は、第３の発明において、構造が簡単で安価な気液分離を行う分流器を提供し、コストに優れた熱交換器を提供することができる。
【００１６】
第５の発明は、第３の発明において、気液分離性能に優れた分流器を提供し、性能に優れた熱交換器を提供することができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。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、本発明の実施の形態１における熱交換器の構成図である。そして、蒸発器として機能するときの、冷媒および空気の流れが図中の矢印で示されている。
【００１９】
熱交換器１０１は、５つのパス１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１０２ｅからなる気相側熱交換部１０２と２つのパス１０３ａ，１０３ｂからなる液相側熱交換部１０３で構成されるフィンチューブ熱交換部１１０と、気相側熱交換部１０２と液相側熱交換部１０３との間に配設された第２の冷媒分流器であるガス側分流器１０４と、液相側熱交換部１０３と液相側冷媒配管１１５との間に配設された第１の冷媒分流器である液側分流器１０５とから構成されている。
【００２０】
熱交換空気は矢印１０９の向きに流れ、液相側熱交換部１０３の２つのパス１０３ａ，１０３ｂは風上側の下部に配置されている。気相側熱交換部１０２のパス１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１０２ｅが熱交換器１０１の上部から順に配置されているが、パス１０２ｅは、液相側熱交換部１０３の風下側に配置されている。ガス側分流器１０４および液側分流器１０５は、いずれも気液分離機能を有しており、ガス冷媒は、それぞれガス抜き配管１３４，１３５から減圧器１０７，１０８を介して熱交換器１０１の下流へバイパスする。
【００２１】
次に、熱交換器１０１の蒸発器としての機能を、冷媒の流れる順に沿って説明する。まず、乾き度の小さな気液２相冷媒が、液相側冷媒配管１１５から液側分流器１０５へ流れ込む。液側分流器１０５では、冷媒がガスと液に分離され、ガス冷媒はガス抜き配管１３５から減圧器１０８を通って、熱交換器１０１の出口１１６に合流し、液冷媒は分流配管１２５ａ，１２５ｂへ分流され液相側熱交換部のパス１０３ａ，１０３ｂへ送られる。液冷媒は蒸発しながらパス１０３ａ，１０３ｂを通り抜け、気液冷媒配管１１４で合流してガス側分流器１０４へ流れ込む。
【００２２】
ガス側分流器１０４では、冷媒がガスと液に分離され、ガス冷媒はガス抜き配管１３４から減圧器１０７を通って、熱交換器１０１の出口１１６に合流し、液冷媒は分流配管１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄ，１２４ｅへ分流され気相側熱交換部１０２のパス１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１０２ｅへ送られる。
【００２３】
通常、フィンチューブ熱交換部１１０を蒸発器として使用する場合、とりわけ、露の付き易い条件下においては、露が上から下へ落ちるため、熱交換器下部のフィン上に露が多く存在し、通風抵抗が上昇して下部のパスの熱交換性能が大きく低下する。
【００２４】
しかし上記構成では、液相側熱交換部１０２つまり風上の下部は気相側熱交換部１０２のパス数が少なくしてあるので蒸発温度が高く、吸熱量が少ない。従って、この部分の通過風量の低下は抑えられる上、パス１０３ａ、１０３ｂ部を通過した空気のエンタルピーは他の部分の１列を通過した空気のエンタルピーより高くなっている。本来なら蒸発能力が最も小さくなってしまう最下部のパスが、パス１０２ｅのように、たて１列に開口を大きく取り、エンタルピーの高い空気と熱交換するよう配置することで、蒸発能力の低下を抑えることができる。その結果、ガス側分流器１０４における分流調整を容易に行うことができるようになる。
【００２５】
液相側熱交換部１０３のパス数が少ないほど、凝縮器としての熱交換性能は向上するが蒸発器としては熱交換性能が低下する。蒸発器において液相側熱交換部１０３のパス数が少なくなればなるほど、その部分を流れる冷媒の温度は高くなり、場合によっては蒸発器つまり吸熱状態ではなく放熱状態となってしまうことがある。放熱状態になってしまうと
、当然、蒸発器としては熱交換性能が良いとはいえないうえに、液相側熱交換部１０３を通過した空気の温度は、外気温より高くなってしまうので、場合によっては液相側熱交換部１０３の空気下流の熱交換性能が上昇しすぎ、分流調整が困難になってしまう。
【００２６】
従って、液相側熱交換部１０３のパス数には適切な値が存在し、熱交換器の仕様によって適切な値は変化する。適したパス数としては、蒸発器として所定能力で動作させる際に、液相側熱交換部１０３を流れる冷媒の温度が熱交換空気と同等あるいは少し低めで、気相側熱交換部１０２の冷媒温度よりも高い温度となるよう設定するのが良い。
【００２７】
また先にも述べたが、実施の形態１において、ガス側分流器１０４および液側分流器１０５は、いずれも気液分離機能を有しており、ガス冷媒は熱交換器１０１の下流へバイパスする。これにより、熱交換器１０１の圧力損失は低下し熱交換器１０１の熱交換能力は向上する。その上、分流時の冷媒の状態が液となるため、流れが安定し分流調整が非常に容易となる。
【００２８】
ガス側分流器１０４および液側分流器１０５の構造は蒸発器において分流後のパス数が異なるぐらいで基本的に同じ構造でよい。具体的には、図２あるいは図３のような構造が望ましい。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態１におけるガス側分流器の一例で、ガス側分流器２０４に、気液冷媒配管１１４から流れ込んだ冷媒は、矢印２５２のように側壁２５１に沿って流され、その間に重力によってガスと液に分離され、ガス冷媒は矢印２５４のようにガス抜き配管１３４へ流れ込み、液冷媒は矢印２５３のように側壁をつたって落下し、分流配管１２４ａ、１２４ｂなどへ分流され気相側熱交換部１０２のパスへ送られる。図２からもわかるように、ガス側分流器２０４はとても簡単な構成であるので安価に製造することができる。さらに、この分流器は、同様の構造で液側分流器として用いても有効である。
【００３０】
図３は、本発明の実施の形態１におけるガス側分流器の一例で、ガス側分流器３０４に、気液冷媒配管１１４から流れ込んだ冷媒は、矢印３５２のように冷媒入口直下にある液冷媒除け板３５５に沿ってあるいは除けて流され、その間にガスと液に分離され、ガス冷媒は矢印３５４のようにガス抜き配管１３４へ流れ込み、液冷媒は矢印３５３のように液冷媒除け板３５５から滴下したり、側壁３５１をつたって落下したりし、分流配管１２４ａ、１２４ｂなどへ分流され気相側熱交換部のパスへ送られる。図３におけるガス側分流器３０４は液冷媒除け板３５５により液冷媒がガス抜き配管１３４へ流れ込むのが防止されているため、高い気液分離性能を得ることができる。さらに、この分流器は、同様の構造で液側分流器として用いても有効である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の熱交換器は、蒸発器の熱交換性能を向上、安定化するもので、空気調和機などの熱交換器として特に有効なものであるが、冷凍機やヒートポンプ給湯機あるいは除湿機などの装置にも適用できる。また、冷媒の種類を問わず効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における冷媒分流器の断面図
【図３】本発明の実施の形態１における冷媒分流器の断面図
【図４】（ａ）特許文献１に記載の従来の技術の熱交換器の説明図、（ｂ）図４（ａ）の要部拡大図
【図５】特許文献２に記載の従来の技術の熱交換器の説明図
【符号の説明】
【００３３】
１０１  熱交換器
１０２  気相側熱交換部
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ，１０２ｅ  気相側熱交換部パス
１０３  液相側熱交換部
１０３ａ，１０３ｂ  液相側熱交換部パス
１０４  ガス側分流器
１０５  液側分流器
１０７，１０８  減圧器
１１０  フィンチューブ熱交換部
１１４  気液冷媒配管
１１５  液相側冷媒配管
１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄ，１２４ｅ  分流配管
１２５ａ，１２５ｂ  分流配管
１３４，１３５  ガス抜き配管
３５５  液冷媒除け板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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