(57)【要約】【課題】冷媒の相変化に対応させて熱交換効率を向上させ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】状態を変化させながら冷媒を通過させる熱交換器２３、４２、５２であって、複数のフィン６１と、配管６２、６４、６５、６６、６７とを備えている。複数のフィン６１は、フィン６１の板厚方向に並んでいる。配管６２、６４、６５、６６、６７は、複数のフィン６１を板厚方向から貫通している。そして、配管６２、６４、６５、６６、６７は、複数のフィン６１から成る熱交換部６０に対する第一出入口Ｇと熱交換部６０からの第２出入口Ｓ１〜Ｓ４との間で冷媒が通過する本数が増大するように少なくとも２回分岐している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
状態を変化させながら冷媒を通過させる熱交換器（４２、５２、２３）であって、
板厚方向に並んだ複数のフィン（６１）と、
前記複数のフィン（６１）を前記板厚方向から貫通しており、前記複数のフィン（６１）から成るフィン群（６０）の第１出入口（Ｇ）から第２出入口（Ｓ１〜Ｓ４）に至るまでの間で冷媒が通過する本数が増大するように少なくとも２回分岐している配管（Ｐ）と、
を備えた熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項２】
前記配管（Ｐ）は、前記第１出入口（Ｇ）から前記第２出入口（Ｓ１〜Ｓ４）に至るまでの間で２回だけ分岐している、
請求項１に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項３】
前記複数の配管（Ｐ）は、互いに内径が略等しい、
請求項１または２に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項４】
前記配管（Ｐ）の分岐部分（６５、６６、６７）は、少なくとも、液相状態の冷媒と気液二相状態の冷媒とを分ける境界近傍部分と、気液二相状態の冷媒と気相状態の冷媒とを分ける境界近傍部分と、に設けられている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項５】
前記配管（Ｐ）の分岐部分（６５、６６、６７）は、冷媒が流れる向きを反転させる構造を有している、
請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項６】
前記配管（Ｐ）は、一度目の分岐で１本が２本となり、二度目の分岐で２本が４本となる、
請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項７】
前記フィン群（６０）の前記第１出入口（Ｇ）の冷媒の流速に対する前記フィン群（６０）の前記第２出入口（Ｓ１〜Ｓ４）の冷媒の流速が２倍以上３倍以下となる位置で、前記配管（Ｐ）が分岐している、
請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）と、
前記熱交換器における前記配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリ（８０）と、
前記配管（Ｐ）を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部（３２、３３、３４、３６、４４、５５）と、
前記熱交換器（４２、５２、２３）に空気流れを供給するファン（２８、２８ａ、４３、４３ａ、５３、５３ａ）と、
前記状態量検知部が検知した値と前記分岐メモリに格納されているデータに基づいて、前記分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるように前記ファンの風量を調節する制御部（８）と、
を備えた空気調和装置（１）。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）と、
前記熱交換器における前記配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリ（８０）と、
前記配管（Ｐ）を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部（２９、３０）と、
周波数を調節することで、前記熱交換器（４２、５２、２３）に供給する冷媒の流速を調節する圧縮機（２１、２１ａ）と、
前記状態量検知部が検知した値と前記分岐メモリに格納されているデータに基づいて、前記分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるように前記圧縮機の周波数を調節する制御部（８）と、
を備えた空気調和装置（１）。
【請求項１０】
状態を変化させながら冷媒を通過させる熱交換器（４２、５２、２３）であって、
板厚方向に並んだ複数のフィン（６１）と、
前記複数のフィン（６１）を前記板厚方向から貫通している複数の伝熱管（６２）と、
前記伝熱管（６２）の端部同士を互いに接続する接続部（６３）と、
を備え、
前記接続部（６３）は、一つの前記伝熱管の一端と二つの前記伝熱管の一端とを接続する第１三ツ股構造体（６７）と、前記第１三ツ股構造体に接続された前記二つの前記伝熱管のうち少なくともいずれか一方に対して連続性を有している前記伝熱管の一端と二つの前記伝熱管の一端とを接続する第２三ツ股構造体（６５、６６）と、を有している、
熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項１１】
一つの前記伝熱管の一端と二つの前記伝熱管の一端とを接続する三ツ股構造体は、前記第１三ツ股構造体（６７）と前記第２三ツ股構造体（６５、６６）のみである、
請求項１０に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項１２】
前記複数の伝熱管（６２）は、互いに内径が略等しい、
請求項１０または１１に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項１３】
前記第１三ツ又構造体（６７）は、液相状態の冷媒と気液二相状態の冷媒とに分ける境界近傍部分に設けられ、前記第２三ツ股構造体（６５、６６）は、気液二相状態の冷媒と気相状態の冷媒とに分ける境界近傍部分に設けられている、
請求項１０から１２のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項１４】
前記三つ又構造体は、前記伝熱管を流れる冷媒の向きを反転させる構造を有している、
請求項１０から１３のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項１５】
前記伝熱管は、前記第１三ツ股構造体（６７）を通過することによって１本が２本となり、前記第２三ツ股構造体（６５、６６）を通過することによって２本が４本となる、
請求項１０から１４のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項１６】
前記第２三ツ股構造体（６５、６６）により分岐した冷媒の流速が、前記第１三ツ股構造体（６７）により分岐する前の冷媒の流速の、２倍以上３倍以下である、
請求項１０から１５のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項１７】
請求項１０から１６のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）と、
前記熱交換器における前記配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリ（８０）と、
前記配管（Ｐ）を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部（３２、３３、３４、３６、４４、５５）と、
前記熱交換器（４２、５２、２３）に空気流れを供給するファン（２８、２８ａ、４３、４３ａ、５３、５３ａ）と、
前記状態量検知部が検知した値と前記分岐メモリに格納されているデータに基づいて、前記分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるように前記ファンの風量を調節する制御部（８）と、
を備えた空気調和装置（１）。
【請求項１８】
請求項１０から１６のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）と、
前記熱交換器における前記配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリ（８０）と、
前記配管（Ｐ）を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部（２９、３０）と、
周波数を調節することで、前記熱交換器（４２、５２、２３）に供給する冷媒の流速を調節する圧縮機（２１、２１ａ）と、
前記状態量検知部が検知した値と前記分岐メモリに格納されているデータに基づいて、前記分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるように前記圧縮機の周波数を調節する制御部（８）と、
を備えた空気調和装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を通じる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱交換器における熱交換効率を向上させる目的で、冷媒の通過する配管に工夫を施したものが考案されている。
【０００３】
例えば、以下に示す特許文献１に記載の熱交換器では、１本の配管を内径が等しい２本の配管に分岐させた構成とする場合に、分岐前の１本の配管を通過する冷媒の圧力損失と、分岐後の２本の各配管（合計通過面積が増大）を通過するそれぞれの冷媒の圧力損失と、の差を減らせる技術が提案されている。具体的には、１本の配管における圧力損失よりも２本に分岐した部分の配管の圧力損失のほうが低くなりがちであるため、２本に分岐した分岐側の配管において、圧力損失を増加させるために、内周を凹凸形状を設けている。これにより、１本の部分と２本に分岐した部分とで配管内の圧力損失を均一化させるように修正でき、熱交換効率を向上させることができる。
【特許文献１】特開平９−７９６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載の熱交換器では、分岐前と分岐後の圧力損失の差を低減させることはできるかもしれないが、内部を流れる冷媒の状態変化を利用した熱交換効率の向上のための工夫はなんらなされていない。
【０００５】
すなわち、冷媒は、熱交換器内部を通過しながら、気相状態から気液二相状態に状態変化したり、気液二相状態から液相状態に状態変化する。このため、熱交換器の内部において、通過する冷媒の状態に応じて冷媒密度が異なっている。このように、熱交換器の内部では、冷媒の状態が異なって分布しているのに対して、上記特許文献１の熱交換器では、冷媒の状態特性を利用した熱交換効率の向上技術については、なんら工夫されていない。
【０００６】
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、冷媒の相変化に対応させて熱交換効率を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係る熱交換器は、状態を変化させながら冷媒を通過させる熱交換器であって、複数のフィンと、配管とを備えている。複数のフィンは、フィンの板厚方向に並んでいる。配管は、複数のフィンを板厚方向から貫通している。そして、配管は、フィン群の第１出入口から第２出入口に至るまでの間で冷媒が通過する本数が増大するように少なくとも２回分岐している。ここで、フィン群は、複数のフィンから成る。ここでは、一度分岐した配管がさらに分岐していればよく、１本が２本に分岐され、分岐された２本がそれぞれ分岐して４本となった場合だけでなく、分岐した２本のうちの１本が分岐して３本となった場合についても含まれる。
【０００８】
ここでは、フィン群の第１出入口から流入した冷媒がフィン群の第２出入口に至るまでの間に、液相状態から気液二相状態へ、気液二相状態から気相状態へと状態変化する場合がある。このような場合に、液相状態の冷媒分布部分から気液二相状態の冷媒分布部分に至る場所で配管の本数が増大するように分岐させ、気液二相状態の冷媒分布部分から気相状態の冷媒分布部分に至る場所でさらに配管の本数が増大するように分岐させている。これにより、配管を２段階に分岐させ、冷媒の状態に応じた通過本数を実現することができる。このため、熱交換器の配置において配管本数が少ない側を液相側とすることで液相側の流速を早めることができ、配管本数が多い側を気相側とすることで気相側の圧力損失を抑えることができる。
【０００９】
これにより、冷媒の相変化に対応させて熱交換効率を向上させることが可能になる。
【００１０】
第２発明に係る熱交換器は、第１発明の熱交換器であって、配管は、第１出入口から第２出入口に至るまでの間で２回だけ分岐している。
【００１１】
ここでは、熱交換器の配管の分岐部分の形成は、冷媒が液相状態から気液二相状態になる部分と、冷媒が気液二相状態から気相状態になる部分との２つの部分だけである。
【００１２】
これにより、分岐部分が２箇所のみである簡略化された構造であっても、熱交換効率の向上を効果的にすることができる。
【００１３】
第３発明に係る熱交換器は、第１発明または第２発明の熱交換器であって、複数の配管は、互いに内径が略等しい。
【００１４】
ここでは、配管の内径が略等しいため、配管の内径が変化させたものを製造する場合と比較して、製造コストを抑えることが可能になる。
【００１５】
第４発明に係る熱交換器は、第１発明から第３発明のいずれかの熱交換器であって、配管の分岐部分は、少なくとも、液相状態の冷媒と気液二相状態の冷媒とを分ける境界近傍部分と、気液二相状態の冷媒と気相状態の冷媒とを分ける境界近傍部分と、に設けられている。
【００１６】
ここでは、配管の分岐位置が、それぞれ冷媒の相状態が変化する位置に対応している。このため、液相状態の冷媒が流れる部分と、気液二相状態の冷媒が流れる部分と、気相状態の冷媒が流れる部分とが、より明確に区別されている。
【００１７】
これにより、冷媒の相変化に対応させた熱交換効率の向上をより効果的にすることが可能になる。
【００１８】
第５発明に係る熱交換器は、第１発明から第４発明のいずれかの熱交換器であって、配管の分岐部分は、冷媒が流れる向きを反転させる構造を有している。
【００１９】
ここでは、配管の分岐部分は、冷媒が流れる向きを反転させるため、分岐される前の冷媒流れと、分岐された後の冷媒流れとが、反転している。このため、単に分岐させるだけでなく、分岐前の配管も分岐後の配管もフィン群に対して貫通させる構成とすることができるため、熱交換可能な部分をより多く確保することができる。
【００２０】
これにより、分岐の前後のいずれについてもフィン群を通じた熱交換が可能になり、よりいっそう熱交換効率を向上させることができる。
【００２１】
第６発明に係る熱交換器は、第１発明から第５発明のいずれかの熱交換器であって、配管は、一度目の分岐で１本が２本となり、二度目の分岐で２本が４本となる。
【００２２】
ここでは、一度分岐して分かれた配管のそれぞれを再度分岐させることで、流れる冷媒に対する対象性を確保することができる。
【００２３】
これにより、冷媒の状態を配管位置に応じて均等にさせることが可能になり、熱交換効率をより向上させることが可能になる。
【００２４】
第７発明に係る熱交換器は、第１発明から第６発明のいずれかの熱交換器であって、フィン群の第１出入口の冷媒の流速に対するフィン群の第２出入口の冷媒の流速が２倍以上３倍以下となる位置で、配管が分岐している。
【００２５】
ここでは、密度の低い気体状態の冷媒の流速が、密度の高い液体状態の冷媒の流速の２倍以上３倍以下となるように分岐位置を設けている。
【００２６】
これにより、冷媒の状態変化に応じた熱交換をよりいっそう効率的にすることが可能になる。
【００２７】
第８発明に係る空気調和装置は、第１発明から第７発明のいずれか１項に記載の熱交換器と、熱交換器における配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリと、配管を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部と、熱交換器に空気流れを供給するファンと、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されているデータに基づいて、分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるようにファンの風量を調節する制御部とを備えている。ここでの状態量検知部が検知する状態量としては、例えば、温度、圧力等が含まれる。
【００２８】
ここでは、空気調和装置には、冷媒分布に応じて分岐部分が設けられた熱交換器が設けられているだけでなく、この熱交換器に対して空気流れを供給するファンが設けられている。そして、制御部は、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されている分岐位置を示すデータに応じて分岐位置の前後で冷媒の状態が異なる状態となるようにファンの風量を調節する。このため、熱交換器における冷媒分布を分岐位置に対してより正確に合わせることが可能になる。
【００２９】
これにより、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【００３０】
第９発明に係る空気調和装置は、第１発明から第７発明のいずれか１項に記載の熱交換器と、熱交換器における配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリと、配管を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部と、周波数を調節することで、熱交換器に供給する冷媒の流速を調節する圧縮機と、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されているデータに基づいて、分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるように圧縮機の周波数を調節する制御部と、を備えている。ここでの状態量検知部が検知する状態量としては、例えば、温度、圧力等が含まれる。
【００３１】
ここでは、空気調和装置には、冷媒分布に応じて分岐部分が設けられた熱交換器が設けられているだけでなく、この熱交換器に対して供給される冷媒の流速を調節する圧縮機が設けられている。そして、制御部は、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されている分岐位置を示すデータに応じて、分岐位置の前後で冷媒の状態が異なる状態となるように圧縮機の周波数を調節する。このため、熱交換器における冷媒分布を分岐位置に対してより正確に合わせることが可能になる。
【００３２】
これにより、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【００３３】
第１０発明に係る熱交換器は、状態を変化させながら冷媒を通過させる熱交換器であって、複数のフィンと、複数の伝熱管と、接続部とを備えている。複数のフィンは、フィンの板厚方向に並んでいる。複数の伝熱管は、複数のフィンを板厚方向から貫通している。接続部は、伝熱管の端部同士を互いに接続する。そして、接続部は、一つの伝熱管の一端と二つの伝熱管の一端とを接続する第１三ツ股構造体と、第１三ツ股構造体に接続された二つの伝熱管のうち少なくともいずれか一方に対して連続性を有している伝熱管の一端と二つの伝熱管の一端とを接続する第２三ツ股構造体と、を有している。ここでは、第１三ツ股構造体を通過して分岐した配管がさらに第２三ツ股構造体を通過して分岐していればよく、１本が２本に分岐され、分岐された２本に対してそれぞれ第２三ツ股構造体が接続されてそれぞれ分岐して４本となった場合だけでなく、分岐した２本のうちの１本に対して第２三ツ股構造体が接続されて分岐して３本となった場合についても含まれる。
【００３４】
ここでは、冷媒の状態が、液相状態から気液二相状態へ、気液二相状態から気相状態へと変化する場合がある。このような場合に、液相状態の冷媒分布部分から気液二相状態の冷媒分布部分に至る場所で第１三ツ股構造体によって本数が増大するように分岐させ、気液二相状態の冷媒分布部分から気相状態の冷媒分布部分に至る場所で第２三ツ股構造体によってさらに本数が増大するように分岐させている。このため、熱交換器の配置において、配管本数が少ない側を液相側とすることで液相側の流速を早めることができ、配管本数が多い側を気相側とすることで気相側の圧力損失を抑えることができる。
【００３５】
これにより、冷媒の相変化に対応させて熱交換効率を向上させることが可能になる。
【００３６】
また、このような熱交換効率を向上させる分岐構造を形成するに際して、複数のフィン同士の間等の場所に三ツ股分岐構造体を設けるのではなく、複数のフィンの厚み方向の端部から伸びた伝熱管の端部に対して、外側から２つの三ツ股構造体を取り付けるだけでよいため、製造が容易になる。
【００３７】
第１１発明に係る熱交換器は、第１０発明の熱交換器であって、一つの伝熱管の一端と二つの伝熱管の一端とを接続する三ツ股構造体は、第１三ツ股構造体と第２三ツ股構造体のみである。
【００３８】
ここでは、熱交換器における三ツ股構造体は、冷媒が液相状態から気液二相状態になる部分と、冷媒が気液二相状態から気相状態になる部分との２つ箇所だけに設けられている。
【００３９】
これにより、三ツ股構造体が２箇所のみである簡略化された構造であっても熱交換効率の向上を効果的にすることができる。
【００４０】
第１２発明に係る熱交換器は、第１０発明または第１１発明の熱交換器であって、複数の伝熱管は、互いに内径が略等しい。
配管の内径が略等しいため、配管の内径が変化しているものを製造する場合と比較して、製造コストを抑えることが可能になる。
【００４１】
第１３発明に係る熱交換器は、第１０発明から第１２発明のいずれかの熱交換器であって、第１三ツ又構造体は、液相状態の冷媒と気液二相状態の冷媒とに分ける境界近傍部分に設けられ、第２三ツ股構造体は、気液二相状態の冷媒と気相状態の冷媒とに分ける境界近傍部分に設けられている。
【００４２】
ここでは、第１三ツ股構造体および第２三ツ股構造体の配置位置が、それぞれ冷媒の相状態が変化する位置に対応している。このため、液相状態の冷媒が流れる部分と、気液二相状態の冷媒が流れる部分と、気相状態の冷媒が流れる部分とが、より明確に区別されている。
【００４３】
これにより、冷媒の相変化に対応させた熱交換効率の向上をより効果的にすることが可能になる。
【００４４】
第１４発明に係る熱交換器は、第１０発明から第１３発明のいずれかの熱交換器であって、三つ又構造体は、伝熱管を流れる冷媒の向きを反転させる構造を有している。
【００４５】
ここでは、三ツ股構造体は、冷媒が流れる向きを反転させるため、三ツ股構造体により分岐される前の冷媒流れと、三ツ股構造体により分岐された後の冷媒流れとが、反転している。このため、三ツ股構造体は、単に冷媒流れを分岐させるだけでなく、分岐前の冷媒流れおよび分岐後の冷媒流れの両方を複数のフィンに対して貫通させることで、熱交換可能な部分をより多く確保することができる。
【００４６】
これにより、分岐の前後のいずれについてもフィン群を通じた熱交換が可能になり、よりいっそう熱交換効率を向上させることができる。
【００４７】
第１５発明に係る熱交換器は、第１０発明から第１４発明のいずれかの熱交換器であって、伝熱管は、第１三ツ股構造体を通過することによって１本が２本となり、第２三ツ股構造体を通過することによって２本が４本となる。
【００４８】
ここでは、一度分岐して別れた配管のそれぞれを再度分岐させることで、流れる冷媒に対する対象性を確保することができる。
【００４９】
これにより、冷媒の状態を配管位置に応じて均等にさせることが可能になり、熱交換効率をより向上させることが可能になる。
【００５０】
第１６発明に係る熱交換器は、第１０発明から第１５発明のいずれかの熱交換器であって、第２三ツ股構造体により分岐した冷媒の流速が、第１三ツ股構造体により分岐する前の冷媒の流速の、２倍以上３倍以下である。
【００５１】
ここでは、密度の低い気体状態の冷媒の流速が、密度の高い液体状態の冷媒の流速の２倍以上３倍以下となる位置に三ツ股構造体を設けている。
【００５２】
これにより、冷媒の状態変化に応じた熱交換をよりいっそう効率的にすることが可能になる。
【００５３】
第１７発明に係る空気調和装置は、第１０発明から第１６発明のいずれか１項に記載の熱交換器と、熱交換器における配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリと、配管を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部と、熱交換器に空気流れを供給するファンと、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されているデータに基づいて、分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるようにファンの風量を調節する制御部とを備えている。ここでの状態量検知部が検知する状態量としては、例えば、温度、圧力等が含まれる。
【００５４】
ここでは、空気調和装置には、冷媒分布に応じて分岐部分が設けられた熱交換器が設けられているだけでなく、この熱交換器に対して空気流れを供給するファンが設けられている。そして、制御部は、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されている分岐位置を示すデータに応じて分岐位置の前後で冷媒の状態が異なる状態となるようにファンの風量を調節する。このため、熱交換器における冷媒分布を分岐位置に対してより正確に合わせることが可能になる。
【００５５】
これにより、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【００５６】
第１８発明に係る空気調和装置は、第１０発明から第１６発明のいずれか１項に記載の熱交換器と、熱交換器における配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリと、配管を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部と、周波数を調節することで、熱交換器に供給する冷媒の流速を調節する圧縮機と、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されているデータに基づいて、分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるように圧縮機の周波数を調節する制御部と、を備えている。ここでの状態量検知部が検知する状態量としては、例えば、温度、圧力等が含まれる。
【００５７】
ここでは、空気調和装置には、冷媒分布に応じて分岐部分が設けられた熱交換器が設けられているだけでなく、この熱交換器に対して供給される冷媒の流速を調節する圧縮機が設けられている。そして、制御部は、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されている分岐位置を示すデータに応じて、分岐位置の前後で冷媒の状態が異なる状態となるように圧縮機の周波数を調節する。このため、熱交換器における冷媒分布を分岐位置に対してより正確に合わせることが可能になる。
【００５８】
これにより、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【発明の効果】
【００５９】
第１発明の熱交換器では、冷媒の相変化に対応させて熱交換効率を向上させることが可能になる。
【００６０】
第２発明の熱交換器では、簡略化された構造であっても熱交換効率の向上を効果的にすることができる。
【００６１】
第３発明の熱交換器では、配管の内径が略等しいため、配管の内径が変化する構成と比較して、製造コストを抑えることが可能になる。
【００６２】
第４発明の熱交換器では、冷媒の相変化に対応させた熱交換効率の向上をより効果的にすることが可能になる。
【００６３】
第５発明の熱交換器では、分岐の前後のいずれについてもフィン群を通じた熱交換が可能になり、よりいっそう熱交換効率を向上させることができる。
【００６４】
第６発明の熱交換器では、冷媒の状態を配管位置に応じて均等にさせることが可能になり、熱交換効率をより向上させることが可能になる。
【００６５】
第７発明の熱交換器では、冷媒の状態変化に応じた熱交換をよりいっそう効率的にすることが可能になる。
【００６６】
第８発明の空気調和装置では、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【００６７】
第９発明の空気調和装置では、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【００６８】
第１０発明の熱交換器では、冷媒の相変化に対応させて熱交換効率を向上させることが可能になる。
【００６９】
第１１発明の熱交換器では、簡略化された構造であっても熱交換効率の向上を効果的にすることができる。
【００７０】
第１２発明の熱交換器では、配管の内径が略等しいため、配管の内径が変化する構成と比較して、製造コストを抑えることが可能になる。
【００７１】
第１３発明の熱交換器では、冷媒の相変化に対応させた熱交換効率の向上をより効果的にすることが可能になる。
【００７２】
第１４発明の熱交換器では、分岐の前後のいずれについてもフィン群を通じた熱交換が可能になり、よりいっそう熱交換効率を向上させることができる。
【００７３】
第１５発明の熱交換器では、冷媒の状態を配管位置に応じて均等にさせることが可能になり、熱交換効率をより向上させることが可能になる。
【００７４】
第１６発明の熱交換器では、冷媒の状態変化に応じた熱交換をよりいっそう効率的にすることが可能になる。
【００７５】
第１７発明の空気調和装置では、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【００７６】
第１８発明の空気調和装置では、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
以下、図面に基づいて、本発明に係る熱交換器が採用された空気調和装置の実施形態について説明する。
【００７８】
＜空気調和装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置１の概略構成図である。
【００７９】
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、ビル等の室内の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置１は、主として、１台の熱源ユニットとしての室外ユニット２と、それに並列に接続された複数台（本実施形態では、２台）の利用ユニットとしての室内ユニット４、５と、室外ユニット２と室内ユニット４、５とを接続する冷媒連絡配管としての液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７とを備えている。
【００８０】
すなわち、本実施形態の空気調和装置１の蒸気圧縮式の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット４、５と、液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７とが接続されることによって構成されている。
【００８１】
＜室内ユニット＞
室内ユニット４、５は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。室内ユニット４、５は、液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７を介して室外ユニット２に接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。
【００８２】
次に、室内ユニット４、５の構成について説明する。
【００８３】
尚、室内ユニット４と室内ユニット５とは同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット４の構成のみ説明し、室内ユニット５の構成については、それぞれ、室内ユニット４の各部を示す４０番台の符号の代わりに５０番台の符号を付して、各部の説明を省略する。
【００８４】
室内ユニット４は、主として、冷媒回路１０の一部を構成する室内側冷媒回路１０ａ（室内ユニット５では、室内側冷媒回路１０ｂ）を有している。この室内側冷媒回路１０ａは、主として、膨張機構としての室内膨張弁４１と、利用側熱交換器としての室内熱交換器４２とを有している。
【００８５】
本実施形態において、室内膨張弁４１は、室内側冷媒回路１０ａ内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、室内熱交換器４２の液側に接続された電動膨張弁である。
【００８６】
本実施形態において、室内熱交換器４２は、伝熱管と多数のフィンを有する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。
【００８７】
本実施形態において、室内ユニット４は、ユニット内に室内空気を吸入して、室内熱交換器４２において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための送風ファンとしての室内ファン４３を有している。室内ファン４３は、室内熱交換器４２に供給する空気の風量Ｗｒを可変することが可能なファンであり、本実施形態において、ＤＣファンモータからなるモータ４３ａによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。
【００８８】
また、室内ユニット４には、各種のセンサが設けられている。室内熱交換器４２の液側には、冷媒の温度（すなわち、暖房運転時における凝縮温度又は冷房運転時における蒸発温度に対応する冷媒温度）を検出する液側温度センサ４４が設けられている。室内熱交換器４２のガス側には、冷媒の温度を検出するガス側温度センサ４５が設けられている。室内ユニット４の室内空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室内空気の温度（すなわち、室内温度）を検出する室内温度センサ４６が設けられている。本実施形態において、液側温度センサ４４、ガス側温度センサ４５及び室内温度センサ４６は、サーミスタからなる。また、室内ユニット４は、室内ユニット４を構成する各部の動作を制御する室内側制御部４７を有している。そして、室内側制御部４７は、室内ユニット４の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット４を個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット２との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
【００８９】
＜室外ユニット＞
室外ユニット２は、ビル等の屋上等に設置されており、液冷媒連絡配管６およびガス冷媒連絡配管７を介して室内ユニット４、５に接続されており、室内ユニット４、５の間で冷媒回路１０を構成している。
【００９０】
次に、室外ユニット２の構成について説明する。
【００９１】
室外ユニット２は、主として、冷媒回路１０の一部を構成する室外側冷媒回路１０ｃを備えている。この室外側冷媒回路１０ｃは、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器２３と、膨張機構としての室外膨張弁３８と、アキュムレータ２４と、液側閉鎖弁２６と、ガス側閉鎖弁２７とを有している。
【００９２】
圧縮機２１は、運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、本実施形態において、インバータにより回転数が制御されるモータ２１ａによって駆動される容積式圧縮機である。本実施形態において、圧縮機２１は、１台のみであるが、これに限定されず、室内ユニットの接続台数等に応じて、２台以上の圧縮機が並列に接続されていてもよい。
【００９３】
四路切換弁２２は、冷媒の流れの方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には、室外熱交換器２３を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器４２、５２を室外熱交換器２３において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機２１の吐出側と室外熱交換器２３のガス側とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側（具体的には、アキュムレータ２４）とガス冷媒連絡配管７側とを接続し（図１の四路切換弁２２の実線を参照）、暖房運転時には、室内熱交換器４２、５２を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室外熱交換器２３を室内熱交換器４２、５２において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機２１の吐出側とガス冷媒連絡配管７側とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側と室外熱交換器２３のガス側とを接続することが可能である（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。
【００９４】
本実施形態において、室外熱交換器２３は、伝熱管と多数のフィンを有する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凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２３は、そのガス側が四路切換弁２２に接続され、その液側が液冷媒連絡配管６に接続されている。
【００９５】
本実施形態において、室外膨張弁３８は、室外側冷媒回路１０ｃ内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、室外熱交換器２３の液側に接続された電動膨張弁である。
【００９６】
本実施形態において、室外ユニット２は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、室外に排出するための送風ファンとしての室外ファン２８を有している。この室外ファン２８は、室外熱交換器２３に供給する空気の風量Ｗｏを可変することが可能なファンであり、本実施形態において、ＤＣファンモータからなるモータ２８ａによって駆動されるプロペラファン等である。
【００９７】
アキュムレータ２４は、四路切換弁２２と圧縮機２１との間に接続されており、室内ユニット４、５の運転負荷の変動等に応じて冷媒回路１０内に発生する余剰冷媒を溜めることが可能な容器である。
【００９８】
液側閉鎖弁２６及びガス側閉鎖弁２７は、外部の機器・配管（具体的には、液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７）との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁２６は、室外熱交換器２３に接続されている。ガス側閉鎖弁２７は、四路切換弁２２に接続されている。
【００９９】
また、室外ユニット２には、各種のセンサが設けられている。
【０１００】
具体的には、室外ユニット２には、圧縮機２１の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ２９と、圧縮機２１の吐出圧力を検出する吐出圧力センサ３０と、圧縮機２１の吸入温度を検出する吸入温度センサとしての下流温度センサ９２と、圧縮機２１の吐出温度を検出する吐出温度センサ３２とが設けられている。下流温度センサ９２は、アキュムレータ２４と圧縮機２１との間の位置に設けられている。室外熱交換器２３には、室外熱交換器２３内を流れる冷媒の温度（すなわち、冷房運転時における凝縮温度又は暖房運転時における蒸発温度に対応する冷媒温度）を検出する熱交温度センサ３３が設けられている。室外熱交換器２３の液側には、冷媒の温度を検出する液側温度センサ３４が設けられている。液側閉鎖弁２６の手前には、冷媒の温度（すなわち、液管温度）を検出する液管温度センサ３５が設けられている。室外ユニット２の室外空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室外空気の温度（すなわち、室外温度）を検出する室外温度センサ３６が設けられている。
【０１０１】
なお、本実施形態において、吐出温度センサ３２、熱交温度センサ３３、液側温度センサ３４、液管温度センサ３５および室外温度センサ３６は、サーミスタからなる。
【０１０２】
また、室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部３７を有している。そして、室外側制御部３７は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータ、メモリやモータ２１ａを制御するインバータ回路等を有しており、室内ユニット４、５の室内側制御部４７、５７との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部４７、５７と室外側制御部３７と室外側制御部３７、４７、５７間を接続する伝送線８ａとによって、空気調和装置１全体の運転制御を行う制御部８が構成されている。なお、ここでのメモリとしては、後述する第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７それぞれの熱交換部６０中における配置位置（例えば、熱交換部６０の出入口Ｓ１〜Ｓ４から出入口Ｇに至るまでの間のいずれの位置に配置されているか、を示す情報）が予め記憶されている配置位置メモリ８０が設けられている。
【０１０３】
制御部８は、空気調和装置１の制御ブロック図である図２に示されるように、各種センサ２９〜３６、４４〜４６、５４〜５６、６３、９２の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器及び弁２２、２４、２８ａ、３８、４１、４３ａ、５１、５３ａを制御することができるように接続されている。また、制御部８には、後述の冷媒漏洩検知運転において、冷媒漏洩を検知したことを知らせるためのＬＥＤ等からなる表示部９が接続されている。
【０１０４】
＜冷媒連絡配管＞
冷媒連絡配管６、７は、空気調和装置１をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。
【０１０５】
本実施形態の空気調和装置１は、室内側制御部４７、５７と室外側制御部３７とから構成される制御部８によって、四路切換弁２２により冷房運転及び暖房運転を切り換えて運転を行うとともに、各室内ユニット４、５の運転負荷に応じて、室外ユニット２及び室内ユニット４、５の各機器の制御を行うようになっている。
【０１０６】
＜室内熱交換器４２、室内熱交換器５２、室外熱交換器２３の概略構成＞
室内熱交換器４２、室内熱交換器５２、室外熱交換器２３は、いずれも本発明の一実施形態が採用された同様な形態を有している。
【０１０７】
以下、室内熱交換器４２を例に挙げて説明し、他の室内熱交換器５２も、室外熱交換器２３も同様な形態であるため説明を省略する。
【０１０８】
室内熱交換器４２は、図３に示すように、熱交換部６０と、配管Ｐとを備えている。
【０１０９】
熱交換部６０は、複数のフィン６１が板厚方向に並んで配置されており、この並んだ複数のフィン６１に対して複数の伝熱管６２が板圧方向に貫通した形状として構成されている。この熱交換部６０は、図３、図４に示すように、１つの第１出入口Ｇに対して４つの第２出入口Ｓ１〜Ｓ４を有している。ここで、室内熱交換器４２が冷媒の凝縮器として機能する場合には、４つの第２出入口Ｓ１〜Ｓ４がそれぞれ気体状態の冷媒の入口となり、１つの第１出入口Ｇが液体状態の冷媒の出口となる。また、室内熱交換器４２が冷媒の蒸発器として機能する場合には、１つの第１出入口Ｇが液体状態の冷媒の入口となり、４つの第２出入口Ｓ１〜Ｓ４が気体状態の冷媒の出口となる。以下、室内熱交換器４２が冷媒の凝縮器として機能する場合を例に挙げて説明する。
【０１１０】
配管Ｐは、複数の伝熱管６２と、接続部６３と、を有しており、いずれも内径が７．３６ｍｍで等しい。伝熱管６２は、上述した熱交換部６０を構成する板厚方向に並んで配置された複数のフィン６１を、板厚方向から連通している。本実施形態の室内熱交換器４２では、フィン６１の板厚方向から見た場合に、フィン６１の長手方向に二列等間隔に並んで設けられており、水平方向から見た場合に各列の伝熱管６２が入れ違いに見えるように配置されている。伝熱管６２の両端部は、それぞれ熱交換部６０のフィン６１の板厚方向手前側と奥側とのそれぞれにおいてむき出しになるように設けられる。この伝熱管６２のむき出しになっている部分に対して接続部６３が外側から取り付けられる。
【０１１１】
接続部６３には、図３および図４に示すように、Ｕ字管パイプ６４と、Ｙ字管パイプ６５、６６、６７とがある。
【０１１２】
Ｕ字管パイプ６４は、上述した熱交換部６０からむき出しになっている伝熱管６２と、同じ向き（例えば、手前側と手前側や、奥側と奥側）にむき出しになっている伝熱管６２で隣接しているものと、を１対１に接続する。これにより、Ｕ字管パイプ６４によって接続された伝熱管６２は、全体として１本の管を構成し、Ｕ字管パイプ６４を通過する前の伝熱管６２を流れる冷媒の向きと、Ｕ字管パイプ６４を通過した後の伝熱管６２を流れる冷媒の向きとは、流れ方向が反対になる。なお、このＵ字管パイプ６４は、熱交換部６０からむき出しになっている伝熱管６２同士を１対１に接続させるパイプとして、複数の位置に存在し、図３に示すように、熱交換部６０のフィン６１の厚み方向手前側だけでなく、熱交換部６０のフィン６１の奥側においても、複数存在している。
【０１１３】
Ｙ字管パイプ６５、６６、６７は、第１Ｙ字管パイプ６５と、第２Ｙ字管パイプ６６と、第３Ｙ字管パイプ６７とを有している。
【０１１４】
第１Ｙ字管パイプ６５は、図３および図４に示すように、熱交換部６０からむき出しになっている隣接している２本の伝熱管６２と、同じ向き（例えば、手前側と手前側や、奥側と奥側）にむき出しになっている伝熱管６２で上記２本に隣接した位置にある伝熱管６２と、を２対１に接続する。具体的には、熱交換部６０の第２出入口Ｓ１、Ｓ２から流入して流れてきた冷媒流れＦ１、Ｆ２を合流させて、１本の伝熱管６２に導く。そして、第１Ｙ字管パイプ６５を通過する前の２本の伝熱管６２を流れる冷媒の向きと、第１Ｙ字管パイプ６５を通過した後の伝熱管６２を流れる冷媒の向きとは、流れ方向が反対になる。
【０１１５】
第２Ｙ字管パイプ６６は、第１Ｙ字管パイプ６５と同様であり、図３および図４に示すように、熱交換部６０からむき出しになっている隣接している２本の伝熱管６２と、同じ向きにむき出しになっている伝熱管６２であって、上記２本のいずれにも隣接した位置にある１本の伝熱管６２と、を２対１に接続する。具体的には、熱交換部６０の第２出入口Ｓ３、Ｓ４から流入して流れてきた冷媒流れＦ３、Ｆ４を合流させて、１本の伝熱管６２に導く。そして、第２Ｙ字管パイプ６６を通過する前の２本の伝熱管６２を流れる冷媒の向きと、第２Ｙ字管パイプ６６を通過した後の伝熱管６２を流れる冷媒の向きとは、流れ方向が反対になる。
【０１１６】
第３Ｙ字管パイプ６７は、図３および図４に示すように、熱交換部６０からむき出しになっている隣接している２本の伝熱管６２と、同じ向きにむき出しになっている伝熱管６２で上記２本のいずれに対しても隣接した位置にある１本の伝熱管６２と、を２対１に接続する。具体的には、熱交換部６０の第２出入口Ｓ１、Ｓ２から流入して第１Ｙ字管パイプ６５で合流した冷媒流れと、熱交換部６０の第２出入口Ｓ３、Ｓ４から流入して第２Ｙ字管パイプ６６で合流した冷媒流れと、をさらに合流させて、１本の伝熱管６２に導く。そして、第３Ｙ字管パイプ６７を通過する前の２本の伝熱管６２を流れる冷媒の向きと、第３Ｙ字管パイプ６７を通過した後の伝熱管６２を流れる冷媒の向きとは、流れ方向が反対になる。
【０１１７】
（熱交換部６０中におけるＹ字管パイプ６５、６６、６７の配置）
上述したように、熱交換部６０を通過する冷媒配管は、第１Ｙ字管パイプ６５と、第２Ｙ字管パイプ６６と、第３Ｙ字管パイプ６７とにおいて、合流している（室内熱交換器４２が冷媒の蒸発器として機能する場合には、冷媒の流れが逆となって分流することになる）。このため、熱交換部６０の第２出入口Ｓ１〜Ｓ４にそれぞれ流入する４本の冷媒流れＦ１〜Ｆ４は、第１Ｙ字管パイプ６５および第２Ｙ字管パイプ６６においてそれぞれ合流することにより、２本の冷媒流れになる。そして、合流した２本の冷媒流れは、第３Ｙ字管パイプ６７においてさらに合流することにより、１本の冷媒流れＨとなって、熱交換部６０の第１出入口Ｇから流出する。
【０１１８】
ここで、第１Ｙ字管パイプ６５と、第２Ｙ字管パイプ６６と、は、２本の冷媒流れを合流させる位置としての役割を有し、さらに、第３Ｙ字管パイプ６７は、合流された冷媒流れ同士をさらに合流させる位置としての役割を有している。
【０１１９】
そして、本実施形態の室内熱交換器４２では、上記の様な役割を有している第１Ｙ字管パイプ６５と、第２Ｙ字管パイプ６６と、第３Ｙ字管パイプ６７との配置が、図５に示すように、熱交換部６０内部を通過する配管を流れる冷媒が、Ｙ字管パイプ６５、６６、６７の前後で、気相状態、気液二相状態、液相状態で異なった状態となるように設けられている。
【０１２０】
具体的には、室内熱交換器４２が冷媒の凝縮器として機能する場合には、図５に示すようなモリエル線図において、高圧の気相状態の冷媒が熱交換部６０の第２出入口Ｓ１〜Ｓ４に流入し、気液二相状態を経て、高圧の液相状態の冷媒となって熱交換部６０の第１出入口Ｇから流出する。
【０１２１】
ここで、図５のモリエル線図において、高圧ラインと飽和蒸気線との交点をエンタルピが低下する方向に通過すると、気相状態の冷媒の一部が液化して気液二相状態の冷媒となるため、これに対応させて、第１Ｙ字管パイプ６５および第２Ｙ字管パイプ６６が、熱交換部６０を通過する冷媒配管のうち、気相状態の冷媒から気液二相状態の冷媒に変化する境界部分に位置している。これにより、４本の冷媒流れＦ１〜Ｆ４が２本の冷媒流れになる。このため、伝熱管６２の配管内径は全て等しいために合流によって通過面積が半分に減少することに、気相状態の冷媒の一部が液化して冷媒の体積が減少することが対応している。
【０１２２】
さらに、図５のモリエル線図において、高圧ラインと飽和液線との交点をエンタルピが低下する方向に通過すると、気液二相状態の冷媒が完全に液化して液相状態の冷媒となるため、これに対応させて、第３Ｙ字管パイプ６７が、熱交換部６０を通過する冷媒配管のうち、気液二相状態の冷媒から液相状態の冷媒に変化する境界部分に位置している。これにより、第１Ｙ字管パイプ６５および第２Ｙ字管パイプ６６で合流された２本の冷媒流れが、１本の冷媒流れとなる。このため、伝熱管６２の配管内径は全て等しいことから、通過面積が半分に減少することに、気液二相状態の冷媒が全て液相状態の冷媒に状態変化して冷媒体積が減少することが対応している。
【０１２３】
以上、室内熱交換器４２について説明したが、室内熱交換器５２、室外熱交換器２３についても同様である。
【０１２４】
以上のようにして、室内熱交換器４２は、第１Ｙ字管パイプ６５および第２Ｙ字管パイプ６６が気相状態の冷媒と気液二相状態の冷媒と冷媒分布の境界近傍に位置するように構成され、第３Ｙ字管パイプ６７が気液二相状態の冷媒と液相状態の冷媒との冷媒分布の境界近傍に位置するように構成されている。
【０１２５】
（状態変化位置制御）
以上の構成の室内熱交換器４２を採用した上で、気相状態の冷媒と気液二相状態の冷媒との境界、および、気液二相状態の冷媒と液相状態の冷媒の境界のそれぞれに分岐部分が位置することができるように、制御部８が運転制御を行う。すなわち、ここでは、熱交換器４２、５２、２３の構造による冷媒分布への対応だけでなく、さらに制御部８の制御によって、空調運転を行う場合に、実際に配管内を流れる冷媒の状態変化の推移（気相状態から気液二相状態への推移、気液二相状態から液相状態への推移）が、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７の位置において実現されるように、各種制御が行われる。
【０１２６】
ここでは、制御部８は、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７の熱交換部６０における第２出入口Ｓ１〜Ｓ４から第１出入口Ｇに至るまでにおける位置を示す配置データが予め格納されている配置位置メモリ８０のデータを参照しつつ、以下の制御を行う。
【０１２７】
例えば、制御部８は、各Ｙ字管パイプ６５、６６、６７の配置データが予め格納されている配置位置メモリ８０のデータを参照しつつ、室外温度センサ３６、吐出温度センサ３２、熱交温度センサ３３、液側温度センサ３４等が検知する値に応じて、室外ファン２８のファンモータ２８ａの回転数を調節して風量を制御することで、室外熱交換器２３における熱交換能力（凝縮能力、蒸発能力）を制御する。これにより、冷媒の状態変化の推移が、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７の位置において実現される状態を作り出すことができる。これにより、熱交換器４２、５２、２３の熱交換効率を向上させることができる。
【０１２８】
同様に、制御部８は、各Ｙ字管パイプ６５、６６、６７の配置データが予め格納されている配置位置メモリ８０のデータを参照しつつ、液側温度センサ４４（液側温度センサ５４）およびガス側温度センサ４５（ガス側温度センサ５５）が検知する値に応じて、室内ファン４３（室内ファン５３）の室内ファンモータ４３ａ（室内ファンモータ５３ａ）の回転数を調節して風量を制御することで、室内熱交換器４２（室内熱交換器５２）における熱交換能力（蒸発能力、凝縮能力）を制御する。これにより、冷媒の状態変化の推移が、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７の位置において実現される状態を作り出すこともできる。
【０１２９】
さらに、制御部８は、例えば、各Ｙ字管パイプ６５、６６、６７の配置データが予め格納されている配置位置メモリ８０のデータを参照しつつ、吸入圧力センサ２９、吐出圧力センサ３０が検知する値に応じて、圧縮機２１のモータ２１ａの周波数制御を行うことで、冷媒流量を調節することができる。これにより、冷媒の状態変化の推移が、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７の位置において実現される状態を作り出すこともできる。
【０１３０】
なお、上述した室外熱交換器２３における室外ファン２８の室外ファンモータ２８ａ制御、室内熱交換器４２、５２における室内ファン４３、５３の室内ファンモータ４２ａ、５３ａの制御、圧縮機２１のモータ２１ａの周波数制御は、それぞれ独立に行ってもよいし、これらの制御を同時に行ってもよい。
【０１３１】
以上のように、冷媒の状態変化の推移が第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７の位置で行われている状態では、例えば、熱交換器２３、４２、５２の気体状態の冷媒の第２出入口Ｓ１〜Ｓ４において密度９９．２ｋｇ／ｍ3の冷媒が流速１．２ｍ／ｓで通過しており、液体状態の冷媒の第１出入口Ｇにおいて密度９８７．４ｋｇ／ｍ3の冷媒が流速０．５０ｍ／ｓで通過している。
【０１３２】
＜本実施形態に係る熱交換器の特徴＞
（１）
本実施形態の熱交換器２３、４２、５２では、空気調和装置１の運転により、熱交換部６０内において冷媒の状態が気相状態から気液二相状態へ、気液二相状態から液相状態へと変化している。そして、熱交換部６０内における冷媒配管の分岐位置が、それぞれ冷媒の相状態が変化する位置に対応している。このようにして、気相状態の冷媒が流れる部分と、気液二相状態の冷媒が流れる部分と、液相状態の冷媒が流れる部分とが、分岐部分によって明確に分割されている。
【０１３３】
このため、冷媒回路において、熱交換器２３、４２、５２の配管本数が少ない側を液相側となるように配置することで、液相側の冷媒の流速を早めることができる。そして、冷媒回路において、熱交換器２３、４２、５２の配管本数が多い側を気相側とすることで、気相側の冷媒の圧力損失を抑えることができる。これにより、熱交換器２３、４２、５２において、冷媒の相変化に対応させた熱交換を実行させることができ、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、熱交換器２３、４２、５２では、気体状態の冷媒が流れる配管の本数を多くして、気体状態の冷媒の流速を遅め、圧力損失を低減することができる。
【０１３４】
ここで、熱交換器２３、４２、５２の内部の冷媒温度と熱交換器２３、４２、５２の外部の空気温度との差異は、気体状態の冷媒側が、液体状態の冷媒側よりも大きい。このため、配管本数を増やして冷媒の流速を下げた構成とした場合であっても。熱交換効率を確保することができる。そして、熱交換器２３、４２、５２では、液体状態の冷媒が流れる配管の本数を少なくしていることで、液体状態の冷媒の流速を早め、熱交換の効率を大きくすることができる。すなわち、熱交換器２３、４２、５２の内部の冷媒温度と熱交換器２３、４２、５２の外部の空気温度との差異は、液体状態の冷媒が流れる部分が、気体状態の冷媒が流れる部分よりもが小さい。このため、液体状態の冷媒の流速を上げることで、熱交換効率の低下を防ぐことができる。以上のようにして、熱交換器２３、４２、５２の内部の冷媒状態に応じた配管分布を採用することで、有効利用ができている。
【０１３５】
また、このような熱交換効率を向上させる分岐構造を有する熱交換器を製造する場合に、複数のフィン６１が厚み方向に積層され、各フィン６１を複数の伝熱管６２が貫通することで構成されている熱交換部６０において、フィン６１の厚み方向端部から伸びている伝熱管６２の端部同士に対して、Ｕ字管パイプ６４、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７をそれぞれ熱交換部６０の外側から簡単に取り付けことができる。これにより、熱交換効率を向上させる熱交換器２３、４２、５２を容易に製造することができる。
【０１３６】
また、伝熱管６２、Ｕ字管パイプ６４、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７のいずれも、内径が互いに等しく、同一物を量産することで足りる。このため、製造コストを削減させることができる。また、伝熱管６２の内径を変化させたものを製造する場合と比較して、製造コストを抑えることができる。
【０１３７】
（２）
本実施形態の熱交換器２３、４２、５２では、第１Ｙ字管パイプ６５および第２Ｙ字管パイプ６６と、第３Ｙ字管パイプ６７とによって、分岐させる構造を二段階に設けるだけで、気相状態と気液二相状態と液相状態との各状態に対応させた配管本数を実現できるため、分岐構造が２箇所しかないような簡略化された構造であっても、熱交換効率の向上を効果的にすることができる。
【０１３８】
（３）
本実施形態の熱交換器２３、４２、５２では、第１Ｙ管パイプ６７、第２Ｙ字管パイプ６６および第３Ｙ字管パイプ６７において分岐させるだけでなく、分岐の前後において冷媒流れを反転させることで、分岐の前後のいずれについても熱交換部６０を通じさせ、熱交換可能な部分をより多く確保することが可能になる。これにより、よりいっそう熱交換効率を向上させることができる。
【０１３９】
さらに、このような分岐機能および冷媒流れ反転機能を有する第１Ｙ管パイプ６７、第２Ｙ字管パイプ６６および第３Ｙ字管パイプ６７を熱交換部６０に対して取り付ける場合に、熱交換部６０の端部から伸びる伝熱管６２に対して、熱交換部６０の外側から直接的に取り付けることが可能であるため、これらの機能を実現する熱交換器の製造が容易になる。
【０１４０】
（４）
本実施形態の熱交換器２３、４２、５２では、第１Ｙ字管パイプ６５によって分岐さらた各配管を、さらに第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７のそれぞれにおいて分岐させている。これにより、冷媒の状態を配管位置に応じて均等にさせることが可能になり、熱交換効率をより向上させることができる。
【０１４１】
＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、以下のように、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【０１４２】
（Ａ）
上記実施形態の室内熱交換器２３、４２、５２では、第１Ｙ字管パイプ６５と、第２Ｙ字管パイプ６６と、第３Ｙ字管パイプ６７とが、熱交換部６０のフィン６１の厚み方向に対して同じ方向に設けられている場合を例に挙げて説明した。
【０１４３】
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、第１Ｙ字管パイプ６５と、第２Ｙ字管パイプ６６と、第３Ｙ字管パイプ６７とのいずれか２つが熱交換部６０のフィン６１の厚み方向の一方側に配置され、残りの１つが熱交換部６０のフィン６１の厚み方向の他方側に配置される構成であってもよい。
【０１４４】
（Ｂ）
上記実施形態の熱交換器２３、４２、５２では、第３Ｙ字管パイプ６７の前後で配管が１本から２本となり、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６の前後で配管が２本から４本となる場合を例に挙げて説明した。
【０１４５】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、上述した第１Ｙ字管パイプ６５と第２Ｙ字管パイプ６６とのいずれか一方を有していない構成としてもよい。すなわち、例えば、第３Ｙ字管パイプ６７の前後で配管が１本から２本となり、第１Ｙ字管パイプ６５の前後で配管が２本から３本となる構成であってもよい。この場合であっても、少なくとも二回分岐している側の配管については、冷媒の状態に応じた熱交換効率の向上効果が得られる。
【０１４６】
（Ｃ）
上記実施形態の熱交換器２３、４２、５２では、熱交換器が冷媒の凝縮器として機能する場合を例に挙げて説明した。
【０１４７】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、上記実施形態の構成が採用された熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させるようにしてもよい。この場合には、例えば、第１出入口Ｇから液体状態の冷媒を流入させ、第３Ｙ字管パイプ６７の前後で配管が１本から２本となり、気液二相状態の冷媒を通過させ、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６の前後で２本の配管が４本になり、気体状態の冷媒を通過させ、各第２出入口Ｓ１〜Ｓ４から気体状態となった冷媒を流出させるようにすることができる。この場合でも、熱交換器２３、４２、５２において、冷媒の相変化に対応させた熱交換を実行させることができ、熱交換効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明を利用すれば、冷媒の相変化に対応させて熱交換効率を向上させることができるため、特に、冷媒が状態変化しながら内部を流れる熱交換器および空気調和装置に適用した場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の冷媒回路図である。
【図２】空気調和装置のブロック構成図である。
【図３】熱交換器の概略外観斜視図である。
【図４】熱交換器の接続部を示す概念図である。
【図５】空気調和装置についてのモリエル線図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１  空気調和装置
２３  室外熱交換器
４２  室内熱交換器
５２  室内熱交換器
６０  熱交換部（フィン群）
６１  フィン
６２  伝熱管
６３  接続部
６４  Ｕ字管パイプ
６５  第１Ｙ字管パイプ（分岐部分、第２三ツ股構造体）
６６  第２Ｙ字管パイプ（分岐部分、第２三ツ股構造体）
６７  第３Ｙ字管パイプ（分岐部分、第１三ツ股構造体）
Ｇ  出入口（第１出入口）
Ｐ  配管
Ｓ１〜Ｓ４  出入口（第２出入口）
【図１】
2008256315.tif 000003
【図２】
2008256315.tif 000004
【図３】
2008256315.tif 000005
【図４】
2008256315.tif 000006
【図５】
2008256315.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月25日(2008.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
状態を変化させながら冷媒を通過させる熱交換器（４２、５２、２３）であって、
板厚方向に並んだ複数のフィン（６１）と、
前記複数のフィン（６１）を前記板厚方向から貫通しており、前記複数のフィン（６１）から成るフィン群（６０）の第１出入口（Ｇ）から第２出入口（Ｓ１〜Ｓ４）に至るまでの間で冷媒が通過する本数が増大するように２回だけ分岐している配管（Ｐ）と、
を備え、
前記配管（Ｐ）の２つの分岐部分（６５、６６、６７）の一方は液相状態の冷媒と気液二相状態の冷媒とを分ける境界近傍部分に設けられ、他方は気液二相状態の冷媒と気相状態の冷媒とを分ける境界近傍部分に設けられている、
熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項２】
前記複数の配管（Ｐ）は、互いに内径が略等しい、
請求項１に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項３】
前記配管（Ｐ）の分岐部分（６５、６６、６７）は、冷媒が流れる向きを反転させる構造を有している、
請求項１または２に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項４】
前記配管（Ｐ）は、一度目の分岐で１本が２本となり、二度目の分岐で２本が４本となる、
請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項５】
前記フィン群（６０）の前記第１出入口（Ｇ）の冷媒の流速に対する前記フィン群（６０）の前記第２出入口（Ｓ１〜Ｓ４）の冷媒の流速が２倍以上３倍以下となる位置で、前記配管（Ｐ）が分岐している、
請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）と、
前記熱交換器における前記配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリ（８０）と、
前記配管（Ｐ）を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部（３２、３３、３４、３６、４４、５５）と、
前記熱交換器（４２、５２、２３）に空気流れを供給するファン（２８、２８ａ、４３、４３ａ、５３、５３ａ）と、
前記状態量検知部が検知した値と前記分岐メモリに格納されているデータに基づいて、前記分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるように前記ファンの風量を調節する制御部（８）と、
を備えた空気調和装置（１）。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）と、
前記熱交換器における前記配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリ（８０）と、
前記配管（Ｐ）を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部（２９、３０）と、
周波数を調節することで、前記熱交換器（４２、５２、２３）に供給する冷媒の流速を調節する圧縮機（２１、２１ａ）と、
前記状態量検知部が検知した値と前記分岐メモリに格納されているデータに基づいて、前記分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるように前記圧縮機の周波数を調節する制御部（８）と、
を備えた空気調和装置（１）。
【請求項８】
状態を変化させながら冷媒を通過させる熱交換器（４２、５２、２３）であって、
板厚方向に並んだ複数のフィン（６１）と、
前記複数のフィン（６１）を前記板厚方向から貫通している複数の伝熱管（６２）と、
前記伝熱管（６２）の端部同士を互いに接続する接続部（６３）と、
を備え、
前記接続部（６３）は、一つの前記伝熱管の一端と二つの前記伝熱管の一端とを接続する第１三ツ股構造体（６７）と、前記第１三ツ股構造体に接続された前記二つの前記伝熱管のうち少なくともいずれか一方に対して連続性を有している前記伝熱管の一端と二つの前記伝熱管の一端とを接続する第２三ツ股構造体（６５、６６）と、を有しており、
一つの前記伝熱管の一端と二つの前記伝熱管の一端とを接続する三ツ股構造体は、前記第１三ツ股構造体（６７）と前記第２三ツ股構造体（６５、６６）のみであり、
前記第１三ツ又構造体（６７）は、液相状態の冷媒と気液二相状態の冷媒とに分ける境界近傍部分に設けられ、前記第２三ツ股構造体（６５、６６）は、気液二相状態の冷媒と気相状態の冷媒とに分ける境界近傍部分に設けられている、
熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項９】
前記複数の伝熱管（６２）は、互いに内径が略等しい、
請求項１０に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項１０】
前記三つ又構造体は、前記伝熱管を流れる冷媒の向きを反転させる構造を有している、
請求項８または９に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項１１】
前記伝熱管は、前記第１三ツ股構造体（６７）を通過することによって１本が２本となり、前記第２三ツ股構造体（６５、６６）を通過することによって２本が４本となる、
請求項８から１０のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項１２】
前記第２三ツ股構造体（６５、６６）により分岐した冷媒の流速が、前記第１三ツ股構造体（６７）により分岐する前の冷媒の流速の、２倍以上３倍以下である、
請求項８から１１のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）。
【請求項１３】
請求項８から１２のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）と、
前記熱交換器における前記配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリ（８０）と、
前記配管（Ｐ）を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部（３２、３３、３４、３６、４４、５５）と、
前記熱交換器（４２、５２、２３）に空気流れを供給するファン（２８、２８ａ、４３、４３ａ、５３、５３ａ）と、
前記状態量検知部が検知した値と前記分岐メモリに格納されているデータに基づいて、前記分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるように前記ファンの風量を調節する制御部（８）と、
を備えた空気調和装置（１）。
【請求項１４】
請求項８から１２のいずれか１項に記載の熱交換器（４２、５２、２３）と、
前記熱交換器における前記配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリ（８０）と、
前記配管（Ｐ）を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部（２９、３０）と、
周波数を調節することで、前記熱交換器（４２、５２、２３）に供給する冷媒の流速を調節する圧縮機（２１、２１ａ）と、
前記状態量検知部が検知した値と前記分岐メモリに格納されているデータに基づいて、前記分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるように前記圧縮機の周波数を調節する制御部（８）と、
を備えた空気調和装置（１）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を通じる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱交換器における熱交換効率を向上させる目的で、冷媒の通過する配管に工夫を施したものが考案されている。
【０００３】
例えば、以下に示す特許文献１に記載の熱交換器では、１本の配管を内径が等しい２本の配管に分岐させた構成とする場合に、分岐前の１本の配管を通過する冷媒の圧力損失と、分岐後の２本の各配管（合計通過面積が増大）を通過するそれぞれの冷媒の圧力損失と、の差を減らせる技術が提案されている。具体的には、１本の配管における圧力損失よりも２本に分岐した部分の配管の圧力損失のほうが低くなりがちであるため、２本に分岐した分岐側の配管において、圧力損失を増加させるために、内周を凹凸形状を設けている。これにより、１本の部分と２本に分岐した部分とで配管内の圧力損失を均一化させるように修正でき、熱交換効率を向上させることができる。
【特許文献１】特開平９−７９６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載の熱交換器では、分岐前と分岐後の圧力損失の差を低減させることはできるかもしれないが、内部を流れる冷媒の状態変化を利用した熱交換効率の向上のための工夫はなんらなされていない。
【０００５】
すなわち、冷媒は、熱交換器内部を通過しながら、気相状態から気液二相状態に状態変化したり、気液二相状態から液相状態に状態変化する。このため、熱交換器の内部において、通過する冷媒の状態に応じて冷媒密度が異なっている。このように、熱交換器の内部では、冷媒の状態が異なって分布しているのに対して、上記特許文献１の熱交換器では、冷媒の状態特性を利用した熱交換効率の向上技術については、なんら工夫されていない。
【０００６】
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、冷媒の相変化に対応させて熱交換効率を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係る熱交換器は、状態を変化させながら冷媒を通過させる熱交換器であって、複数のフィンと、配管とを備えている。複数のフィンは、フィンの板厚方向に並んでいる。配管は、複数のフィンを板厚方向から貫通している。そして、配管は、フィン群の第１出入口から第２出入口に至るまでの間で冷媒が通過する本数が増大するように２回だけ分岐している。配管の２つの分岐部分の一方は液相状態の冷媒と気液二相状態の冷媒とを分ける境界近傍部分に設けられ、他方は気液二相状態の冷媒と気相状態の冷媒とを分ける境界近傍部分に設けられている。ここで、フィン群は、複数のフィンから成る。ここでは、一度分岐した配管がさらに分岐していればよく、１本が２本に分岐され、分岐された２本がそれぞれ分岐して４本となった場合だけでなく、分岐した２本のうちの１本が分岐して３本となった場合についても含まれる。
【０００８】
ここでは、フィン群の第１出入口から流入した冷媒がフィン群の第２出入口に至るまでの間に、液相状態から気液二相状態へ、気液二相状態から気相状態へと状態変化する場合がある。このような場合に、液相状態の冷媒分布部分から気液二相状態の冷媒分布部分に至る場所で配管の本数が増大するように分岐させ、気液二相状態の冷媒分布部分から気相状態の冷媒分布部分に至る場所でさらに配管の本数が増大するように分岐させている。これにより、配管を２段階に分岐させ、冷媒の状態に応じた通過本数を実現することができる。このため、熱交換器の配置において配管本数が少ない側を液相側とすることで液相側の流速を早めることができ、配管本数が多い側を気相側とすることで気相側の圧力損失を抑えることができる。
【０００９】
これにより、冷媒の相変化に対応させて熱交換効率を向上させることが可能になる。
【００１０】
また、ここでは、熱交換器の配管の分岐部分の形成は、冷媒が液相状態から気液二相状態になる部分と、冷媒が気液二相状態から気相状態になる部分との２つの部分だけである。
【００１１】
これにより、分岐部分が２箇所のみである簡略化された構造であっても、熱交換効率の向上を効果的にすることができる。
【００１２】
また、ここでは、配管の分岐位置が、それぞれ冷媒の相状態が変化する位置に対応している。このため、液相状態の冷媒が流れる部分と、気液二相状態の冷媒が流れる部分と、気相状態の冷媒が流れる部分とが、より明確に区別されている。
【００１３】
これにより、冷媒の相変化に対応させた熱交換効率の向上をより効果的にすることが可能になる。
【００１４】
第２発明に係る熱交換器は、第１発明の熱交換器であって、複数の配管は、互いに内径が略等しい。
【００１５】
ここでは、配管の内径が略等しいため、配管の内径が変化させたものを製造する場合と比較して、製造コストを抑えることが可能になる。
【００１６】
第３発明に係る熱交換器は、第１発明または第２発明の熱交換器であって、配管の分岐部分は、冷媒が流れる向きを反転させる構造を有している。
【００１７】
ここでは、配管の分岐部分は、冷媒が流れる向きを反転させるため、分岐される前の冷媒流れと、分岐された後の冷媒流れとが、反転している。このため、単に分岐させるだけでなく、分岐前の配管も分岐後の配管もフィン群に対して貫通させる構成とすることができるため、熱交換可能な部分をより多く確保することができる。
【００１８】
これにより、分岐の前後のいずれについてもフィン群を通じた熱交換が可能になり、よりいっそう熱交換効率を向上させることができる。
【００１９】
第４発明に係る熱交換器は、第１発明から第３発明のいずれかの熱交換器であって、配管は、一度目の分岐で１本が２本となり、二度目の分岐で２本が４本となる。
【００２０】
ここでは、一度分岐して分かれた配管のそれぞれを再度分岐させることで、流れる冷媒に対する対象性を確保することができる。
【００２１】
これにより、冷媒の状態を配管位置に応じて均等にさせることが可能になり、熱交換効率をより向上させることが可能になる。
【００２２】
第５発明に係る熱交換器は、第１発明から第４発明のいずれかの熱交換器であって、フィン群の第１出入口の冷媒の流速に対するフィン群の第２出入口の冷媒の流速が２倍以上３倍以下となる位置で、配管が分岐している。
【００２３】
ここでは、密度の低い気体状態の冷媒の流速が、密度の高い液体状態の冷媒の流速の２倍以上３倍以下となるように分岐位置を設けている。
【００２４】
これにより、冷媒の状態変化に応じた熱交換をよりいっそう効率的にすることが可能になる。
【００２５】
第６発明に係る空気調和装置は、第１発明から第５発明のいずれか１項に記載の熱交換器と、熱交換器における配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリと、配管を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部と、熱交換器に空気流れを供給するファンと、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されているデータに基づいて、分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるようにファンの風量を調節する制御部とを備えている。ここでの状態量検知部が検知する状態量としては、例えば、温度、圧力等が含まれる。
【００２６】
ここでは、空気調和装置には、冷媒分布に応じて分岐部分が設けられた熱交換器が設けられているだけでなく、この熱交換器に対して空気流れを供給するファンが設けられている。そして、制御部は、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されている分岐位置を示すデータに応じて分岐位置の前後で冷媒の状態が異なる状態となるようにファンの風量を調節する。このため、熱交換器における冷媒分布を分岐位置に対してより正確に合わせることが可能になる。
【００２７】
これにより、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【００２８】
第７発明に係る空気調和装置は、第１発明から第５発明のいずれか１項に記載の熱交換器と、熱交換器における配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリと、配管を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部と、周波数を調節することで、熱交換器に供給する冷媒の流速を調節する圧縮機と、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されているデータに基づいて、分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるように圧縮機の周波数を調節する制御部と、を備えている。ここでの状態量検知部が検知する状態量としては、例えば、温度、圧力等が含まれる。
【００２９】
ここでは、空気調和装置には、冷媒分布に応じて分岐部分が設けられた熱交換器が設けられているだけでなく、この熱交換器に対して供給される冷媒の流速を調節する圧縮機が設けられている。そして、制御部は、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されている分岐位置を示すデータに応じて、分岐位置の前後で冷媒の状態が異なる状態となるように圧縮機の周波数を調節する。このため、熱交換器における冷媒分布を分岐位置に対してより正確に合わせることが可能になる。
【００３０】
これにより、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【００３１】
第８発明に係る熱交換器は、状態を変化させながら冷媒を通過させる熱交換器であって、複数のフィンと、複数の伝熱管と、接続部とを備えている。複数のフィンは、フィンの板厚方向に並んでいる。複数の伝熱管は、複数のフィンを板厚方向から貫通している。接続部は、伝熱管の端部同士を互いに接続する。そして、接続部は、一つの伝熱管の一端と二つの伝熱管の一端とを接続する第１三ツ股構造体と、第１三ツ股構造体に接続された二つの伝熱管のうち少なくともいずれか一方に対して連続性を有している伝熱管の一端と二つの伝熱管の一端とを接続する第２三ツ股構造体と、を有している。一つの伝熱管の一端と二つの伝熱管の一端とを接続する三ツ股構造体は、第１三ツ股構造体と第２三ツ股構造体のみである。第１三ツ又構造体は、液相状態の冷媒と気液二相状態の冷媒とに分ける境界近傍部分に設けられ、第２三ツ股構造体は、気液二相状態の冷媒と気相状態の冷媒とに分ける境界近傍部分に設けられている。ここでは、第１三ツ股構造体を通過して分岐した配管がさらに第２三ツ股構造体を通過して分岐していればよく、１本が２本に分岐され、分岐された２本に対してそれぞれ第２三ツ股構造体が接続されてそれぞれ分岐して４本となった場合だけでなく、分岐した２本のうちの１本に対して第２三ツ股構造体が接続されて分岐して３本となった場合についても含まれる。
【００３２】
ここでは、冷媒の状態が、液相状態から気液二相状態へ、気液二相状態から気相状態へと変化する場合がある。このような場合に、液相状態の冷媒分布部分から気液二相状態の冷媒分布部分に至る場所で第１三ツ股構造体によって本数が増大するように分岐させ、気液二相状態の冷媒分布部分から気相状態の冷媒分布部分に至る場所で第２三ツ股構造体によってさらに本数が増大するように分岐させている。このため、熱交換器の配置において、配管本数が少ない側を液相側とすることで液相側の流速を早めることができ、配管本数が多い側を気相側とすることで気相側の圧力損失を抑えることができる。
【００３３】
これにより、冷媒の相変化に対応させて熱交換効率を向上させることが可能になる。
【００３４】
また、このような熱交換効率を向上させる分岐構造を形成するに際して、複数のフィン同士の間等の場所に三ツ股分岐構造体を設けるのではなく、複数のフィンの厚み方向の端部から伸びた伝熱管の端部に対して、外側から２つの三ツ股構造体を取り付けるだけでよいため、製造が容易になる。
【００３５】
また、ここでは、熱交換器における三ツ股構造体は、冷媒が液相状態から気液二相状態になる部分と、冷媒が気液二相状態から気相状態になる部分との２つ箇所だけに設けられている。
【００３６】
これにより、三ツ股構造体が２箇所のみである簡略化された構造であっても熱交換効率の向上を効果的にすることができる。
【００３７】
また、ここでは、第１三ツ股構造体および第２三ツ股構造体の配置位置が、それぞれ冷媒の相状態が変化する位置に対応している。このため、液相状態の冷媒が流れる部分と、気液二相状態の冷媒が流れる部分と、気相状態の冷媒が流れる部分とが、より明確に区別されている。
【００３８】
これにより、冷媒の相変化に対応させた熱交換効率の向上をより効果的にすることが可能になる。
【００３９】
第９発明に係る熱交換器は、第８発明の熱交換器であって、複数の伝熱管は、互いに内径が略等しい。
【００４０】
ここでは、配管の内径が略等しいため、配管の内径が変化しているものを製造する場合と比較して、製造コストを抑えることが可能になる。
【００４１】
第１０発明に係る熱交換器は、第８発明または第９発明の熱交換器であって、三つ又構造体は、伝熱管を流れる冷媒の向きを反転させる構造を有している。
【００４２】
ここでは、三ツ股構造体は、冷媒が流れる向きを反転させるため、三ツ股構造体により分岐される前の冷媒流れと、三ツ股構造体により分岐された後の冷媒流れとが、反転している。このため、三ツ股構造体は、単に冷媒流れを分岐させるだけでなく、分岐前の冷媒流れおよび分岐後の冷媒流れの両方を複数のフィンに対して貫通させることで、熱交換可能な部分をより多く確保することができる。
【００４３】
これにより、分岐の前後のいずれについてもフィン群を通じた熱交換が可能になり、よりいっそう熱交換効率を向上させることができる。
【００４４】
第１１発明に係る熱交換器は、第８発明から第１０発明のいずれかの熱交換器であって、伝熱管は、第１三ツ股構造体を通過することによって１本が２本となり、第２三ツ股構造体を通過することによって２本が４本となる。
【００４５】
ここでは、一度分岐して別れた配管のそれぞれを再度分岐させることで、流れる冷媒に対する対象性を確保することができる。
【００４６】
これにより、冷媒の状態を配管位置に応じて均等にさせることが可能になり、熱交換効率をより向上させることが可能になる。
【００４７】
第１２発明に係る熱交換器は、第８発明から第１１発明のいずれかの熱交換器であって、第２三ツ股構造体により分岐した冷媒の流速が、第１三ツ股構造体により分岐する前の冷媒の流速の、２倍以上３倍以下である。
【００４８】
ここでは、密度の低い気体状態の冷媒の流速が、密度の高い液体状態の冷媒の流速の２倍以上３倍以下となる位置に三ツ股構造体を設けている。
【００４９】
これにより、冷媒の状態変化に応じた熱交換をよりいっそう効率的にすることが可能になる。
【００５０】
第１３発明に係る空気調和装置は、第８発明から第１２発明のいずれか１項に記載の熱交換器と、熱交換器における配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリと、配管を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部と、熱交換器に空気流れを供給するファンと、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されているデータに基づいて、分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるようにファンの風量を調節する制御部とを備えている。ここでの状態量検知部が検知する状態量としては、例えば、温度、圧力等が含まれる。
【００５１】
ここでは、空気調和装置には、冷媒分布に応じて分岐部分が設けられた熱交換器が設けられているだけでなく、この熱交換器に対して空気流れを供給するファンが設けられている。そして、制御部は、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されている分岐位置を示すデータに応じて分岐位置の前後で冷媒の状態が異なる状態となるようにファンの風量を調節する。このため、熱交換器における冷媒分布を分岐位置に対してより正確に合わせることが可能になる。
【００５２】
これにより、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【００５３】
第１４発明に係る空気調和装置は、第８発明から第１２発明のいずれか１項に記載の熱交換器と、熱交換器における配管の分岐位置に関するデータを格納している分岐メモリと、配管を流れる冷媒の状態量を検知する状態量検知部と、周波数を調節することで、熱交換器に供給する冷媒の流速を調節する圧縮機と、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されているデータに基づいて、分岐位置の前後で冷媒の状態が異なるように圧縮機の周波数を調節する制御部と、を備えている。ここでの状態量検知部が検知する状態量としては、例えば、温度、圧力等が含まれる。
【００５４】
ここでは、空気調和装置には、冷媒分布に応じて分岐部分が設けられた熱交換器が設けられているだけでなく、この熱交換器に対して供給される冷媒の流速を調節する圧縮機が設けられている。そして、制御部は、状態量検知部が検知した値と分岐メモリに格納されている分岐位置を示すデータに応じて、分岐位置の前後で冷媒の状態が異なる状態となるように圧縮機の周波数を調節する。このため、熱交換器における冷媒分布を分岐位置に対してより正確に合わせることが可能になる。
【００５５】
これにより、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【発明の効果】
【００５６】
第１発明の熱交換器では、冷媒の相変化に対応させて熱交換効率を向上させることが可能になる。
【００５７】
第２発明の熱交換器では、配管の内径が略等しいため、配管の内径が変化する構成と比較して、製造コストを抑えることが可能になる。
【００５８】
第３発明の熱交換器では、分岐の前後のいずれについてもフィン群を通じた熱交換が可能になり、よりいっそう熱交換効率を向上させることができる。
【００５９】
第４発明の熱交換器では、冷媒の状態を配管位置に応じて均等にさせることが可能になり、熱交換効率をより向上させることが可能になる。
【００６０】
第５発明の熱交換器では、冷媒の状態変化に応じた熱交換をよりいっそう効率的にすることが可能になる。
【００６１】
第６発明の空気調和装置では、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【００６２】
第７発明の空気調和装置では、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【００６３】
第８発明の熱交換器では、冷媒の相変化に対応させて熱交換効率を向上させることが可能になる。
【００６４】
第９発明の熱交換器では、配管の内径が略等しいため、配管の内径が変化する構成と比較して、製造コストを抑えることが可能になる。
【００６５】
第１０発明の熱交換器では、分岐の前後のいずれについてもフィン群を通じた熱交換が可能になり、よりいっそう熱交換効率を向上させることができる。
【００６６】
第１１発明の熱交換器では、冷媒の状態を配管位置に応じて均等にさせることが可能になり、熱交換効率をより向上させることが可能になる。
【００６７】
第１２発明の熱交換器では、冷媒の状態変化に応じた熱交換をよりいっそう効率的にすることが可能になる。
【００６８】
第１３発明の空気調和装置では、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【００６９】
第１４発明の空気調和装置では、熱交換効率をさらに向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７０】
以下、図面に基づいて、本発明に係る熱交換器が採用された空気調和装置の実施形態について説明する。
【００７１】
＜空気調和装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置１の概略構成図である。
【００７２】
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、ビル等の室内の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置１は、主として、１台の熱源ユニットとしての室外ユニット２と、それに並列に接続された複数台（本実施形態では、２台）の利用ユニットとしての室内ユニット４、５と、室外ユニット２と室内ユニット４、５とを接続する冷媒連絡配管としての液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７とを備えている。
【００７３】
すなわち、本実施形態の空気調和装置１の蒸気圧縮式の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット４、５と、液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７とが接続されることによって構成されている。
【００７４】
＜室内ユニット＞
室内ユニット４、５は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。室内ユニット４、５は、液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７を介して室外ユニット２に接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。
【００７５】
次に、室内ユニット４、５の構成について説明する。
【００７６】
尚、室内ユニット４と室内ユニット５とは同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット４の構成のみ説明し、室内ユニット５の構成については、それぞれ、室内ユニット４の各部を示す４０番台の符号の代わりに５０番台の符号を付して、各部の説明を省略する。
【００７７】
室内ユニット４は、主として、冷媒回路１０の一部を構成する室内側冷媒回路１０ａ（室内ユニット５では、室内側冷媒回路１０ｂ）を有している。この室内側冷媒回路１０ａは、主として、膨張機構としての室内膨張弁４１と、利用側熱交換器としての室内熱交換器４２とを有している。
【００７８】
本実施形態において、室内膨張弁４１は、室内側冷媒回路１０ａ内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、室内熱交換器４２の液側に接続された電動膨張弁である。
【００７９】
本実施形態において、室内熱交換器４２は、伝熱管と多数のフィンを有する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。
【００８０】
本実施形態において、室内ユニット４は、ユニット内に室内空気を吸入して、室内熱交換器４２において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための送風ファンとしての室内ファン４３を有している。室内ファン４３は、室内熱交換器４２に供給する空気の風量Ｗｒを可変することが可能なファンであり、本実施形態において、ＤＣファンモータからなるモータ４３ａによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。
【００８１】
また、室内ユニット４には、各種のセンサが設けられている。室内熱交換器４２の液側には、冷媒の温度（すなわち、暖房運転時における凝縮温度又は冷房運転時における蒸発温度に対応する冷媒温度）を検出する液側温度センサ４４が設けられている。室内熱交換器４２のガス側には、冷媒の温度を検出するガス側温度センサ４５が設けられている。室内ユニット４の室内空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室内空気の温度（すなわち、室内温度）を検出する室内温度センサ４６が設けられている。本実施形態において、液側温度センサ４４、ガス側温度センサ４５及び室内温度センサ４６は、サーミスタからなる。また、室内ユニット４は、室内ユニット４を構成する各部の動作を制御する室内側制御部４７を有している。そして、室内側制御部４７は、室内ユニット４の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット４を個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット２との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
【００８２】
＜室外ユニット＞
室外ユニット２は、ビル等の屋上等に設置されており、液冷媒連絡配管６およびガス冷媒連絡配管７を介して室内ユニット４、５に接続されており、室内ユニット４、５の間で冷媒回路１０を構成している。
【００８３】
次に、室外ユニット２の構成について説明する。
【００８４】
室外ユニット２は、主として、冷媒回路１０の一部を構成する室外側冷媒回路１０ｃを備えている。この室外側冷媒回路１０ｃは、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器２３と、膨張機構としての室外膨張弁３８と、アキュムレータ２４と、液側閉鎖弁２６と、ガス側閉鎖弁２７とを有している。
【００８５】
圧縮機２１は、運転容量を可変することが可能な圧縮機であり、本実施形態において、インバータにより回転数が制御されるモータ２１ａによって駆動される容積式圧縮機である。本実施形態において、圧縮機２１は、１台のみであるが、これに限定されず、室内ユニットの接続台数等に応じて、２台以上の圧縮機が並列に接続されていてもよい。
【００８６】
四路切換弁２２は、冷媒の流れの方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には、室外熱交換器２３を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器４２、５２を室外熱交換器２３において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機２１の吐出側と室外熱交換器２３のガス側とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側（具体的には、アキュムレータ２４）とガス冷媒連絡配管７側とを接続し（図１の四路切換弁２２の実線を参照）、暖房運転時には、室内熱交換器４２、５２を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室外熱交換器２３を室内熱交換器４２、５２において凝縮される冷媒の蒸発器として機能させるために、圧縮機２１の吐出側とガス冷媒連絡配管７側とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側と室外熱交換器２３のガス側とを接続することが可能である（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。
【００８７】
本実施形態において、室外熱交換器２３は、伝熱管と多数のフィンを有する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凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２３は、そのガス側が四路切換弁２２に接続され、その液側が液冷媒連絡配管６に接続されている。
【００８８】
本実施形態において、室外膨張弁３８は、室外側冷媒回路１０ｃ内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、室外熱交換器２３の液側に接続された電動膨張弁である。
【００８９】
本実施形態において、室外ユニット２は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、室外に排出するための送風ファンとしての室外ファン２８を有している。この室外ファン２８は、室外熱交換器２３に供給する空気の風量Ｗｏを可変することが可能なファンであり、本実施形態において、ＤＣファンモータからなるモータ２８ａによって駆動されるプロペラファン等である。
【００９０】
アキュムレータ２４は、四路切換弁２２と圧縮機２１との間に接続されており、室内ユニット４、５の運転負荷の変動等に応じて冷媒回路１０内に発生する余剰冷媒を溜めることが可能な容器である。
【００９１】
液側閉鎖弁２６及びガス側閉鎖弁２７は、外部の機器・配管（具体的には、液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７）との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁２６は、室外熱交換器２３に接続されている。ガス側閉鎖弁２７は、四路切換弁２２に接続されている。
【００９２】
また、室外ユニット２には、各種のセンサが設けられている。
【００９３】
具体的には、室外ユニット２には、圧縮機２１の吸入圧力を検出する吸入圧力センサ２９と、圧縮機２１の吐出圧力を検出する吐出圧力センサ３０と、圧縮機２１の吸入温度を検出する吸入温度センサとしての下流温度センサ９２と、圧縮機２１の吐出温度を検出する吐出温度センサ３２とが設けられている。下流温度センサ９２は、アキュムレータ２４と圧縮機２１との間の位置に設けられている。室外熱交換器２３には、室外熱交換器２３内を流れる冷媒の温度（すなわち、冷房運転時における凝縮温度又は暖房運転時における蒸発温度に対応する冷媒温度）を検出する熱交温度センサ３３が設けられている。室外熱交換器２３の液側には、冷媒の温度を検出する液側温度センサ３４が設けられている。液側閉鎖弁２６の手前には、冷媒の温度（すなわち、液管温度）を検出する液管温度センサ３５が設けられている。室外ユニット２の室外空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室外空気の温度（すなわち、室外温度）を検出する室外温度センサ３６が設けられている。
【００９４】
なお、本実施形態において、吐出温度センサ３２、熱交温度センサ３３、液側温度センサ３４、液管温度センサ３５および室外温度センサ３６は、サーミスタからなる。
【００９５】
また、室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部３７を有している。そして、室外側制御部３７は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータ、メモリやモータ２１ａを制御するインバータ回路等を有しており、室内ユニット４、５の室内側制御部４７、５７との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部４７、５７と室外側制御部３７と室外側制御部３７、４７、５７間を接続する伝送線８ａとによって、空気調和装置１全体の運転制御を行う制御部８が構成されている。なお、ここでのメモリとしては、後述する第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７それぞれの熱交換部６０中における配置位置（例えば、熱交換部６０の出入口Ｓ１〜Ｓ４から出入口Ｇに至るまでの間のいずれの位置に配置されているか、を示す情報）が予め記憶されている配置位置メモリ８０が設けられている。
【００９６】
制御部８は、空気調和装置１の制御ブロック図である図２に示されるように、各種センサ２９〜３６、４４〜４６、５４〜５６、６３、９２の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器及び弁２２、２４、２８ａ、３８、４１、４３ａ、５１、５３ａを制御することができるように接続されている。また、制御部８には、後述の冷媒漏洩検知運転において、冷媒漏洩を検知したことを知らせるためのＬＥＤ等からなる表示部９が接続されている。
【００９７】
＜冷媒連絡配管＞
冷媒連絡配管６、７は、空気調和装置１をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。
【００９８】
本実施形態の空気調和装置１は、室内側制御部４７、５７と室外側制御部３７とから構成される制御部８によって、四路切換弁２２により冷房運転及び暖房運転を切り換えて運転を行うとともに、各室内ユニット４、５の運転負荷に応じて、室外ユニット２及び室内ユニット４、５の各機器の制御を行うようになっている。
【００９９】
＜室内熱交換器４２、室内熱交換器５２、室外熱交換器２３の概略構成＞
室内熱交換器４２、室内熱交換器５２、室外熱交換器２３は、いずれも本発明の一実施形態が採用された同様な形態を有している。
【０１００】
以下、室内熱交換器４２を例に挙げて説明し、他の室内熱交換器５２も、室外熱交換器２３も同様な形態であるため説明を省略する。
【０１０１】
室内熱交換器４２は、図３に示すように、熱交換部６０と、配管Ｐとを備えている。
【０１０２】
熱交換部６０は、複数のフィン６１が板厚方向に並んで配置されており、この並んだ複数のフィン６１に対して複数の伝熱管６２が板圧方向に貫通した形状として構成されている。この熱交換部６０は、図３、図４に示すように、１つの第１出入口Ｇに対して４つの第２出入口Ｓ１〜Ｓ４を有している。ここで、室内熱交換器４２が冷媒の凝縮器として機能する場合には、４つの第２出入口Ｓ１〜Ｓ４がそれぞれ気体状態の冷媒の入口となり、１つの第１出入口Ｇが液体状態の冷媒の出口となる。また、室内熱交換器４２が冷媒の蒸発器として機能する場合には、１つの第１出入口Ｇが液体状態の冷媒の入口となり、４つの第２出入口Ｓ１〜Ｓ４が気体状態の冷媒の出口となる。以下、室内熱交換器４２が冷媒の凝縮器として機能する場合を例に挙げて説明する。
【０１０３】
配管Ｐは、複数の伝熱管６２と、接続部６３と、を有しており、いずれも内径が７．３６ｍｍで等しい。伝熱管６２は、上述した熱交換部６０を構成する板厚方向に並んで配置された複数のフィン６１を、板厚方向から連通している。本実施形態の室内熱交換器４２では、フィン６１の板厚方向から見た場合に、フィン６１の長手方向に二列等間隔に並んで設けられており、水平方向から見た場合に各列の伝熱管６２が入れ違いに見えるように配置されている。伝熱管６２の両端部は、それぞれ熱交換部６０のフィン６１の板厚方向手前側と奥側とのそれぞれにおいてむき出しになるように設けられる。この伝熱管６２のむき出しになっている部分に対して接続部６３が外側から取り付けられる。
【０１０４】
接続部６３には、図３および図４に示すように、Ｕ字管パイプ６４と、Ｙ字管パイプ６５、６６、６７とがある。
【０１０５】
Ｕ字管パイプ６４は、上述した熱交換部６０からむき出しになっている伝熱管６２と、同じ向き（例えば、手前側と手前側や、奥側と奥側）にむき出しになっている伝熱管６２で隣接しているものと、を１対１に接続する。これにより、Ｕ字管パイプ６４によって接続された伝熱管６２は、全体として１本の管を構成し、Ｕ字管パイプ６４を通過する前の伝熱管６２を流れる冷媒の向きと、Ｕ字管パイプ６４を通過した後の伝熱管６２を流れる冷媒の向きとは、流れ方向が反対になる。なお、このＵ字管パイプ６４は、熱交換部６０からむき出しになっている伝熱管６２同士を１対１に接続させるパイプとして、複数の位置に存在し、図３に示すように、熱交換部６０のフィン６１の厚み方向手前側だけでなく、熱交換部６０のフィン６１の奥側においても、複数存在している。
【０１０６】
Ｙ字管パイプ６５、６６、６７は、第１Ｙ字管パイプ６５と、第２Ｙ字管パイプ６６と、第３Ｙ字管パイプ６７とを有している。
【０１０７】
第１Ｙ字管パイプ６５は、図３および図４に示すように、熱交換部６０からむき出しになっている隣接している２本の伝熱管６２と、同じ向き（例えば、手前側と手前側や、奥側と奥側）にむき出しになっている伝熱管６２で上記２本に隣接した位置にある伝熱管６２と、を２対１に接続する。具体的には、熱交換部６０の第２出入口Ｓ１、Ｓ２から流入して流れてきた冷媒流れＦ１、Ｆ２を合流させて、１本の伝熱管６２に導く。そして、第１Ｙ字管パイプ６５を通過する前の２本の伝熱管６２を流れる冷媒の向きと、第１Ｙ字管パイプ６５を通過した後の伝熱管６２を流れる冷媒の向きとは、流れ方向が反対になる。
【０１０８】
第２Ｙ字管パイプ６６は、第１Ｙ字管パイプ６５と同様であり、図３および図４に示すように、熱交換部６０からむき出しになっている隣接している２本の伝熱管６２と、同じ向きにむき出しになっている伝熱管６２であって、上記２本のいずれにも隣接した位置にある１本の伝熱管６２と、を２対１に接続する。具体的には、熱交換部６０の第２出入口Ｓ３、Ｓ４から流入して流れてきた冷媒流れＦ３、Ｆ４を合流させて、１本の伝熱管６２に導く。そして、第２Ｙ字管パイプ６６を通過する前の２本の伝熱管６２を流れる冷媒の向きと、第２Ｙ字管パイプ６６を通過した後の伝熱管６２を流れる冷媒の向きとは、流れ方向が反対になる。
【０１０９】
第３Ｙ字管パイプ６７は、図３および図４に示すように、熱交換部６０からむき出しになっている隣接している２本の伝熱管６２と、同じ向きにむき出しになっている伝熱管６２で上記２本のいずれに対しても隣接した位置にある１本の伝熱管６２と、を２対１に接続する。具体的には、熱交換部６０の第２出入口Ｓ１、Ｓ２から流入して第１Ｙ字管パイプ６５で合流した冷媒流れと、熱交換部６０の第２出入口Ｓ３、Ｓ４から流入して第２Ｙ字管パイプ６６で合流した冷媒流れと、をさらに合流させて、１本の伝熱管６２に導く。そして、第３Ｙ字管パイプ６７を通過する前の２本の伝熱管６２を流れる冷媒の向きと、第３Ｙ字管パイプ６７を通過した後の伝熱管６２を流れる冷媒の向きとは、流れ方向が反対になる。
【０１１０】
（熱交換部６０中におけるＹ字管パイプ６５、６６、６７の配置）
上述したように、熱交換部６０を通過する冷媒配管は、第１Ｙ字管パイプ６５と、第２Ｙ字管パイプ６６と、第３Ｙ字管パイプ６７とにおいて、合流している（室内熱交換器４２が冷媒の蒸発器として機能する場合には、冷媒の流れが逆となって分流することになる）。このため、熱交換部６０の第２出入口Ｓ１〜Ｓ４にそれぞれ流入する４本の冷媒流れＦ１〜Ｆ４は、第１Ｙ字管パイプ６５および第２Ｙ字管パイプ６６においてそれぞれ合流することにより、２本の冷媒流れになる。そして、合流した２本の冷媒流れは、第３Ｙ字管パイプ６７においてさらに合流することにより、１本の冷媒流れＨとなって、熱交換部６０の第１出入口Ｇから流出する。
【０１１１】
ここで、第１Ｙ字管パイプ６５と、第２Ｙ字管パイプ６６と、は、２本の冷媒流れを合流させる位置としての役割を有し、さらに、第３Ｙ字管パイプ６７は、合流された冷媒流れ同士をさらに合流させる位置としての役割を有している。
【０１１２】
そして、本実施形態の室内熱交換器４２では、上記の様な役割を有している第１Ｙ字管パイプ６５と、第２Ｙ字管パイプ６６と、第３Ｙ字管パイプ６７との配置が、図５に示すように、熱交換部６０内部を通過する配管を流れる冷媒が、Ｙ字管パイプ６５、６６、６７の前後で、気相状態、気液二相状態、液相状態で異なった状態となるように設けられている。
【０１１３】
具体的には、室内熱交換器４２が冷媒の凝縮器として機能する場合には、図５に示すようなモリエル線図において、高圧の気相状態の冷媒が熱交換部６０の第２出入口Ｓ１〜Ｓ４に流入し、気液二相状態を経て、高圧の液相状態の冷媒となって熱交換部６０の第１出入口Ｇから流出する。
【０１１４】
ここで、図５のモリエル線図において、高圧ラインと飽和蒸気線との交点をエンタルピが低下する方向に通過すると、気相状態の冷媒の一部が液化して気液二相状態の冷媒となるため、これに対応させて、第１Ｙ字管パイプ６５および第２Ｙ字管パイプ６６が、熱交換部６０を通過する冷媒配管のうち、気相状態の冷媒から気液二相状態の冷媒に変化する境界部分に位置している。これにより、４本の冷媒流れＦ１〜Ｆ４が２本の冷媒流れになる。このため、伝熱管６２の配管内径は全て等しいために合流によって通過面積が半分に減少することに、気相状態の冷媒の一部が液化して冷媒の体積が減少することが対応している。
【０１１５】
さらに、図５のモリエル線図において、高圧ラインと飽和液線との交点をエンタルピが低下する方向に通過すると、気液二相状態の冷媒が完全に液化して液相状態の冷媒となるため、これに対応させて、第３Ｙ字管パイプ６７が、熱交換部６０を通過する冷媒配管のうち、気液二相状態の冷媒から液相状態の冷媒に変化する境界部分に位置している。これにより、第１Ｙ字管パイプ６５および第２Ｙ字管パイプ６６で合流された２本の冷媒流れが、１本の冷媒流れとなる。このため、伝熱管６２の配管内径は全て等しいことから、通過面積が半分に減少することに、気液二相状態の冷媒が全て液相状態の冷媒に状態変化して冷媒体積が減少することが対応している。
【０１１６】
以上、室内熱交換器４２について説明したが、室内熱交換器５２、室外熱交換器２３についても同様である。
【０１１７】
以上のようにして、室内熱交換器４２は、第１Ｙ字管パイプ６５および第２Ｙ字管パイプ６６が気相状態の冷媒と気液二相状態の冷媒と冷媒分布の境界近傍に位置するように構成され、第３Ｙ字管パイプ６７が気液二相状態の冷媒と液相状態の冷媒との冷媒分布の境界近傍に位置するように構成されている。
【０１１８】
（状態変化位置制御）
以上の構成の室内熱交換器４２を採用した上で、気相状態の冷媒と気液二相状態の冷媒との境界、および、気液二相状態の冷媒と液相状態の冷媒の境界のそれぞれに分岐部分が位置することができるように、制御部８が運転制御を行う。すなわち、ここでは、熱交換器４２、５２、２３の構造による冷媒分布への対応だけでなく、さらに制御部８の制御によって、空調運転を行う場合に、実際に配管内を流れる冷媒の状態変化の推移（気相状態から気液二相状態への推移、気液二相状態から液相状態への推移）が、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７の位置において実現されるように、各種制御が行われる。
【０１１９】
ここでは、制御部８は、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７の熱交換部６０における第２出入口Ｓ１〜Ｓ４から第１出入口Ｇに至るまでにおける位置を示す配置データが予め格納されている配置位置メモリ８０のデータを参照しつつ、以下の制御を行う。
【０１２０】
例えば、制御部８は、各Ｙ字管パイプ６５、６６、６７の配置データが予め格納されている配置位置メモリ８０のデータを参照しつつ、室外温度センサ３６、吐出温度センサ３２、熱交温度センサ３３、液側温度センサ３４等が検知する値に応じて、室外ファン２８のファンモータ２８ａの回転数を調節して風量を制御することで、室外熱交換器２３における熱交換能力（凝縮能力、蒸発能力）を制御する。これにより、冷媒の状態変化の推移が、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７の位置において実現される状態を作り出すことができる。これにより、熱交換器４２、５２、２３の熱交換効率を向上させることができる。
【０１２１】
同様に、制御部８は、各Ｙ字管パイプ６５、６６、６７の配置データが予め格納されている配置位置メモリ８０のデータを参照しつつ、液側温度センサ４４（液側温度センサ５４）およびガス側温度センサ４５（ガス側温度センサ５５）が検知する値に応じて、室内ファン４３（室内ファン５３）の室内ファンモータ４３ａ（室内ファンモータ５３ａ）の回転数を調節して風量を制御することで、室内熱交換器４２（室内熱交換器５２）における熱交換能力（蒸発能力、凝縮能力）を制御する。これにより、冷媒の状態変化の推移が、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７の位置において実現される状態を作り出すこともできる。
【０１２２】
さらに、制御部８は、例えば、各Ｙ字管パイプ６５、６６、６７の配置データが予め格納されている配置位置メモリ８０のデータを参照しつつ、吸入圧力センサ２９、吐出圧力センサ３０が検知する値に応じて、圧縮機２１のモータ２１ａの周波数制御を行うことで、冷媒流量を調節することができる。これにより、冷媒の状態変化の推移が、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７の位置において実現される状態を作り出すこともできる。
【０１２３】
なお、上述した室外熱交換器２３における室外ファン２８の室外ファンモータ２８ａ制御、室内熱交換器４２、５２における室内ファン４３、５３の室内ファンモータ４２ａ、５３ａの制御、圧縮機２１のモータ２１ａの周波数制御は、それぞれ独立に行ってもよいし、これらの制御を同時に行ってもよい。
【０１２４】
以上のように、冷媒の状態変化の推移が第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７の位置で行われている状態では、例えば、熱交換器２３、４２、５２の気体状態の冷媒の第２出入口Ｓ１〜Ｓ４において密度９９．２ｋｇ／ｍ3の冷媒が流速１．２ｍ／ｓで通過しており、液体状態の冷媒の第１出入口Ｇにおいて密度９８７．４ｋｇ／ｍ3の冷媒が流速０．５０ｍ／ｓで通過している。
【０１２５】
＜本実施形態に係る熱交換器の特徴＞
（１）
本実施形態の熱交換器２３、４２、５２では、空気調和装置１の運転により、熱交換部６０内において冷媒の状態が気相状態から気液二相状態へ、気液二相状態から液相状態へと変化している。そして、熱交換部６０内における冷媒配管の分岐位置が、それぞれ冷媒の相状態が変化する位置に対応している。このようにして、気相状態の冷媒が流れる部分と、気液二相状態の冷媒が流れる部分と、液相状態の冷媒が流れる部分とが、分岐部分によって明確に分割されている。
【０１２６】
このため、冷媒回路において、熱交換器２３、４２、５２の配管本数が少ない側を液相側となるように配置することで、液相側の冷媒の流速を早めることができる。そして、冷媒回路において、熱交換器２３、４２、５２の配管本数が多い側を気相側とすることで、気相側の冷媒の圧力損失を抑えることができる。これにより、熱交換器２３、４２、５２において、冷媒の相変化に対応させた熱交換を実行させることができ、熱交換効率を向上させることができる。すなわち、熱交換器２３、４２、５２では、気体状態の冷媒が流れる配管の本数を多くして、気体状態の冷媒の流速を遅め、圧力損失を低減することができる。
【０１２７】
ここで、熱交換器２３、４２、５２の内部の冷媒温度と熱交換器２３、４２、５２の外部の空気温度との差異は、気体状態の冷媒側が、液体状態の冷媒側よりも大きい。このため、配管本数を増やして冷媒の流速を下げた構成とした場合であっても。熱交換効率を確保することができる。そして、熱交換器２３、４２、５２では、液体状態の冷媒が流れる配管の本数を少なくしていることで、液体状態の冷媒の流速を早め、熱交換の効率を大きくすることができる。すなわち、熱交換器２３、４２、５２の内部の冷媒温度と熱交換器２３、４２、５２の外部の空気温度との差異は、液体状態の冷媒が流れる部分が、気体状態の冷媒が流れる部分よりもが小さい。このため、液体状態の冷媒の流速を上げることで、熱交換効率の低下を防ぐことができる。以上のようにして、熱交換器２３、４２、５２の内部の冷媒状態に応じた配管分布を採用することで、有効利用ができている。
【０１２８】
また、このような熱交換効率を向上させる分岐構造を有する熱交換器を製造する場合に、複数のフィン６１が厚み方向に積層され、各フィン６１を複数の伝熱管６２が貫通することで構成されている熱交換部６０において、フィン６１の厚み方向端部から伸びている伝熱管６２の端部同士に対して、Ｕ字管パイプ６４、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７をそれぞれ熱交換部６０の外側から簡単に取り付けことができる。これにより、熱交換効率を向上させる熱交換器２３、４２、５２を容易に製造することができる。
【０１２９】
また、伝熱管６２、Ｕ字管パイプ６４、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７のいずれも、内径が互いに等しく、同一物を量産することで足りる。このため、製造コストを削減させることができる。また、伝熱管６２の内径を変化させたものを製造する場合と比較して、製造コストを抑えることができる。
【０１３０】
（２）
本実施形態の熱交換器２３、４２、５２では、第１Ｙ字管パイプ６５および第２Ｙ字管パイプ６６と、第３Ｙ字管パイプ６７とによって、分岐させる構造を二段階に設けるだけで、気相状態と気液二相状態と液相状態との各状態に対応させた配管本数を実現できるため、分岐構造が２箇所しかないような簡略化された構造であっても、熱交換効率の向上を効果的にすることができる。
【０１３１】
（３）
本実施形態の熱交換器２３、４２、５２では、第１Ｙ管パイプ６７、第２Ｙ字管パイプ６６および第３Ｙ字管パイプ６７において分岐させるだけでなく、分岐の前後において冷媒流れを反転させることで、分岐の前後のいずれについても熱交換部６０を通じさせ、熱交換可能な部分をより多く確保することが可能になる。これにより、よりいっそう熱交換効率を向上させることができる。
【０１３２】
さらに、このような分岐機能および冷媒流れ反転機能を有する第１Ｙ管パイプ６７、第２Ｙ字管パイプ６６および第３Ｙ字管パイプ６７を熱交換部６０に対して取り付ける場合に、熱交換部６０の端部から伸びる伝熱管６２に対して、熱交換部６０の外側から直接的に取り付けることが可能であるため、これらの機能を実現する熱交換器の製造が容易になる。
【０１３３】
（４）
本実施形態の熱交換器２３、４２、５２では、第１Ｙ字管パイプ６５によって分岐さらた各配管を、さらに第２Ｙ字管パイプ６６、第３Ｙ字管パイプ６７のそれぞれにおいて分岐させている。これにより、冷媒の状態を配管位置に応じて均等にさせることが可能になり、熱交換効率をより向上させることができる。
【０１３４】
＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、以下のように、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【０１３５】
（Ａ）
上記実施形態の室内熱交換器２３、４２、５２では、第１Ｙ字管パイプ６５と、第２Ｙ字管パイプ６６と、第３Ｙ字管パイプ６７とが、熱交換部６０のフィン６１の厚み方向に対して同じ方向に設けられている場合を例に挙げて説明した。
【０１３６】
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、第１Ｙ字管パイプ６５と、第２Ｙ字管パイプ６６と、第３Ｙ字管パイプ６７とのいずれか２つが熱交換部６０のフィン６１の厚み方向の一方側に配置され、残りの１つが熱交換部６０のフィン６１の厚み方向の他方側に配置される構成であってもよい。
【０１３７】
（Ｂ）
上記実施形態の熱交換器２３、４２、５２では、第３Ｙ字管パイプ６７の前後で配管が１本から２本となり、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６の前後で配管が２本から４本となる場合を例に挙げて説明した。
【０１３８】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、上述した第１Ｙ字管パイプ６５と第２Ｙ字管パイプ６６とのいずれか一方を有していない構成としてもよい。すなわち、例えば、第３Ｙ字管パイプ６７の前後で配管が１本から２本となり、第１Ｙ字管パイプ６５の前後で配管が２本から３本となる構成であってもよい。この場合であっても、少なくとも二回分岐している側の配管については、冷媒の状態に応じた熱交換効率の向上効果が得られる。
【０１３９】
（Ｃ）
上記実施形態の熱交換器２３、４２、５２では、熱交換器が冷媒の凝縮器として機能する場合を例に挙げて説明した。
【０１４０】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、上記実施形態の構成が採用された熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させるようにしてもよい。この場合には、例えば、第１出入口Ｇから液体状態の冷媒を流入させ、第３Ｙ字管パイプ６７の前後で配管が１本から２本となり、気液二相状態の冷媒を通過させ、第１Ｙ字管パイプ６５、第２Ｙ字管パイプ６６の前後で２本の配管が４本になり、気体状態の冷媒を通過させ、各第２出入口Ｓ１〜Ｓ４から気体状態となった冷媒を流出させるようにすることができる。この場合でも、熱交換器２３、４２、５２において、冷媒の相変化に対応させた熱交換を実行させることができ、熱交換効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明を利用すれば、冷媒の相変化に対応させて熱交換効率を向上させることができるため、特に、冷媒が状態変化しながら内部を流れる熱交換器および空気調和装置に適用した場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の冷媒回路図である。
【図２】空気調和装置のブロック構成図である。
【図３】熱交換器の概略外観斜視図である。
【図４】熱交換器の接続部を示す概念図である。
【図５】空気調和装置についてのモリエル線図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１  空気調和装置
２３  室外熱交換器
４２  室内熱交換器
５２  室内熱交換器
６０  熱交換部（フィン群）
６１  フィン
６２  伝熱管
６３  接続部
６４  Ｕ字管パイプ
６５  第１Ｙ字管パイプ（分岐部分、第２三ツ股構造体）
６６  第２Ｙ字管パイプ（分岐部分、第２三ツ股構造体）
６７  第３Ｙ字管パイプ（分岐部分、第１三ツ股構造体）
Ｇ  出入口（第１出入口）
Ｐ  配管
Ｓ１〜Ｓ４  出入口（第２出入口）