(57)【要約】【課題】室内を暖房する暖房運転において内部を超臨界状態の冷媒が流れるクロスフィン式の熱交換器において、通過した空気の温度ムラを抑える。【解決手段】超臨界状態のＣＯ２冷媒が流れる熱交換器は、細長い入口ヘッダ６１，６２と、入口ヘッダ６１，６２より小さな断面積の複数のチューブ６３，６４と、出口ヘッダ６５，６６と、複数のフィン６９とを備える。複数のチューブ６３，６４は、空気が通り抜ける方向に沿って複数列で、且つ、それぞれの列で複数段となっており、入口ヘッダ６１，６２の近傍での冷媒温度と出口ヘッダ６５，６６の近傍での冷媒温度との差が、暖房運転において４０℃以上になる。また、熱交換器の左半分を通過した空気の温度と右半分を通過した空気の温度との差が１０℃以下になる。【選択図】図６
2008128601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界状態の冷媒を流し室内空気を加熱する暖房運転を行う空調室内ユニットのクロスフィン式の熱交換器であって、
空調室外ユニットから流れてくる高温の前記冷媒を流入させる、細長い入口ヘッダ（６１，６２，７１，８１）と、
前記入口ヘッダの横断面積よりも小さな断面積を有する複数のチューブ（６３，６４，７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆ）と、
前記入口ヘッダから前記複数のチューブに流れて前記室内空気と熱交換した後の低温の前記冷媒を集合させ、空調室外ユニットへと戻すための出口ヘッダ（６５，６６，７５，８５）と、
前記複数のチューブが貫通し、前記チューブ内を流れる前記冷媒と前記室内空気との熱交換を補助する複数のフィン（６９，７９，８９）と、
を備え、
前記複数のチューブの配置は、前記室内空気が通り抜ける第１方向に沿って複数のチューブが並んで複数列となっているとともに、前記複数列のそれぞれにおいて、前記第１方向と交差する第２方向に沿って複数のチューブが並んで複数段となっており、
前記チューブは、前記入口ヘッダの近傍における前記冷媒の温度と前記出口ヘッダの近傍における前記冷媒の温度との差が、前記暖房運転において４０℃以上になり、
前記複数のチューブが延びる方向である第３方向を左右方向としたときに、前記チューブおよび前記フィンの左半分を通過した後の前記室内空気の温度と、前記チューブおよび前記フィンの右半分を通過した後の前記室内空気の温度との差が前記暖房運転において１０℃以下になる、
クロスフィン式の熱交換器。
【請求項２】
前記暖房運転において、前記チューブの左半分を流れる冷媒の平均温度および前記チューブの右半分を流れる冷媒の平均温度が、それぞれ４０℃〜５５℃の範囲にある、
請求項１に記載のクロスフィン式の熱交換器。
【請求項３】
前記空調室内ユニットの前記熱交換器を通過した後の室内空気を室内へと吹き出すための吹出口（３２）は、細長い形状であり、前記複数のチューブが延びる方向に長い、
請求項２に記載のクロスフィン式の熱交換器。
【請求項４】
前記入口ヘッダは、前記複数のチューブの左側に配置されており前記チューブの断面積よりも大きな横断面積を有する細長い左側入口ヘッダ部（６１）と、前記複数のチューブの右側に配置されており前記チューブの断面積よりも大きな横断面積を有する細長い右側入口ヘッダ部（６２）とを含んでおり、
前記出口ヘッダは、前記複数のチューブの左側に配置されている左側出口ヘッダ部（６５）と、前記複数のチューブの右側に配置されている右側出口ヘッダ部（６６）とを含んでおり、
前記複数のチューブは、前記左側入口ヘッダ部から前記右側出口ヘッダ部へと前記冷媒を流す第１のチューブ群（６３）と、前記右側入口ヘッダ部から前記左側出口ヘッダ部へと前記冷媒を流す第２のチューブ群（６４）とに分かれており、
前記暖房運転において、前記第１のチューブ群の内部を流れる前記冷媒の量と前記第２のチューブ群の内部を流れる前記冷媒の量とが概ね同じになる、
請求項１に記載のクロスフィン式の熱交換器。
【請求項５】
前記左側入口ヘッダ部と前記右側入口ヘッダ部とは、同じ横断面積を有しており、
前記第１のチューブ群に属するチューブの数と、前記第２のチューブ群に属するチューブの数とは等しい、
請求項４に記載のクロスフィン式の熱交換器。
【請求項６】
前記第１のチューブ群に属するチューブと、前記第２のチューブ群に属するチューブとは、前記左右方向に直交する方向において、交互に配置されている、
請求項４又は５に記載のクロスフィン式の熱交換器。
【請求項７】
前記入口ヘッダ（８１）と前記出口ヘッダ（８５）とは、前記複数のチューブ（８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆ）に対して同じ側に配置されており、
前記複数のチューブの前記入口ヘッダおよび前記出口ヘッダが配置されている側またはその反対側において、２つの前記チューブの端部同士をつなげる、折返し部材（８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅ）
をさらに備え、
前記チューブおよび前記折返し部材は、少なくとも前記複数のチューブの前記入口ヘッダおよび前記出口ヘッダが配置されている側とは反対側において１回折り返されているパスを形成し、前記入口ヘッダから前記出口ヘッダへと前記冷媒を流す、
請求項１から３のいずれかに記載のクロスフィン式の熱交換器。
【請求項８】
前記折返し部材のうち、少なくとも列の数以上の複数の前記折返し部材が、前記チューブ同士をつないでいる、
請求項７に記載のクロスフィン式の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界状態の冷媒を流し室内空気を加熱する暖房運転を行う空調室内ユニットのクロスフィン式の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍装置においては、冷媒として主にフルオロカーボン（フロン）が使われているが、近年では、二酸化炭素を冷媒として用いる技術の開発が進められている。カーエアコンの分野では、公開特許公報などにおいて二酸化炭素冷凍サイクルが公知になっており、給湯機の分野では、二酸化炭素を冷媒とする製品が販売されている。
【０００３】
家庭用エアコンや業務用エアコンの分野においては、現在開発が進められている段階であり、製品化には至っていないが、特許文献１などにおいて二酸化炭素冷凍サイクルが開示されている。
【０００４】
一方、従来の業務用エアコンなどの室内機においては、クロスフィン式の熱交換器を備えていることが多い。この熱交換器は、例えば特許文献２の図１に示されるように、複数の冷媒管（チューブ）が、それらとクロスするように配置されている多数のフィン１５を貫通する構造のものである。
【特許文献１】特開２００６−２２０３５６号公報
【特許文献２】特開平１０−１３２４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、従来から空調室内ユニットにおいてはクロスフィン式の熱交換器が幅広く用いられており、その熱交換器を通った空気が室内に吹き出されることで室内の暖房などが行われるが、空調室内ユニットにおいて熱交換器と空調空気の吹き出し口とが近接している場合で且つ二酸化炭素冷凍サイクルを採用する場合には、吹き出し空気の温度ムラが許容できないレベルになってしまうことが危惧される。
【０００６】
本発明の課題は、室内を暖房する暖房運転において超臨界状態の冷媒が内部を流れることになる、二酸化炭素などの冷媒を用いる空調室内ユニットのクロスフィン式の熱交換器において、通過して暖められた空気の温度ムラを抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係るクロスフィン式の熱交換器は、超臨界状態の冷媒を流し室内空気を加熱する暖房運転を行う空調室内ユニットの熱交換器であって、入口ヘッダと、複数のチューブと、出口ヘッダと、複数のフィンとを備えている。入口ヘッダは、細長い形状をしており、空調室外ユニットから流れてくる高温の冷媒を流入させる。複数のチューブは、それぞれ、入口ヘッダの横断面積よりも小さな断面積を有している。出口ヘッダは、入口ヘッダから複数のチューブに流れて室内空気と熱交換した後の低温の冷媒を集合させ、空調室外ユニットへと戻すために配備されているヘッダである。複数のフィンは、それぞれ、複数のチューブが貫通し、チューブ内を流れる冷媒と室内空気との熱交換を補助する。複数のチューブの配置は、室内空気が通り抜ける第１方向に沿って複数のチューブが並んで複数列となっているとともに、複数列のそれぞれにおいて、第１方向と交差する第２方向に沿って複数のチューブが並んで複数段となっている。また、チューブは、入口ヘッダの近傍における冷媒の温度と出口ヘッダの近傍における冷媒の温度との差が、暖房運転において４０℃以上になる。また、複数のチューブが延びる方向である第３方向を左右方向としたときに、チューブおよびフィンの左半分を通過した後の室内空気の温度と、チューブおよびフィンの右半分を通過した後の室内空気の温度との差が暖房運転において１０℃以下になる。
【０００８】
熱交換器の内部を超臨界状態の冷媒が流れる場合、従来のフルオロカーボンを用いる冷凍サイクルのように熱交換器の入口近傍の冷媒温度と出口近傍の冷媒温度とが殆ど変化しないということにはならず、ガスクーラーとして機能する熱交換器の入口近傍の冷媒温度と出口近傍の冷媒温度とに大きな差が出る。例えば、二酸化炭素を冷媒として用いた場合、その差は４０℃を超えることが多くなる。したがって、何ら手当をせず、従来のフルオロカーボンを用いた空調室内ユニットと同じ構成の熱交換器を採用した場合には、熱交換器のどの部分を通過してきたかによって、室内に吹き出される空気の温度にも大きな差が生じてしまうことになる。しかし、吹き出し位置によって空気温度に大きな差があると、室内の温度分布が不均一になったり局所的に暖房が為されないといった不具合が発生したりするおそれがある。
【０００９】
そこで、第１発明に係るクロスフィン式の熱交換器では、入口ヘッダの近傍と出口ヘッダ近傍とで熱交換器のチューブ内の冷媒温度が暖房運転で４０℃以上になることに対して、入口ヘッダから出口ヘッダへと冷媒を流すための複数のチューブを、室内空気が通り抜ける第１方向に沿って多列構造にするとともに、その第１方向と交差する第２方向に沿っても複数のものを並べて多段構造にしている。そして、両ヘッダおよびチューブの配置によって、熱交換器のチューブおよびフィンの右半分を通過した空気と左半分を通過した空気との温度差が暖房運転において１０℃以下になるようにしている。例えば、多列構造を採ることによって、第１方向視における熱交換器のある部分を抽出して見たときに、１列目のチューブは入口ヘッダ近くの部分があり、２列目のチューブは出口ヘッダ近くの部分があり、３列目のチューブは入口ヘッダ近くの部分があり、４列目のチューブは出口ヘッダ近くの部分があるといった配列を容易に取ることができ、これにより、熱交換器のチューブおよびフィンの右半分を通過した空気と左半分を通過した空気との温度差が暖房運転において１０℃以下になるようにすることができる。すなわち、ここでは、第１方向視における熱交換器の各部分での通過空気の温度ムラを抑えることができる。また、これに多段構造を利用したチューブの高温部分と低温部分との近接配列などの工夫を組み合わせることで、さらなる室内空気の温度ムラを抑えることができるようになっている。
【００１０】
なお、複数列（多列構造）については、２列以上であれば効果がある程度は出るが、より温度ムラを抑えるためには、３列以上であることが好ましい。
【００１１】
第２発明に係るクロスフィン式の熱交換器は、第１発明の熱交換器であって、暖房運転において、チューブの左半分を流れる冷媒の平均温度およびチューブの右半分を流れる冷媒の平均温度が、それぞれ４０℃〜５５℃の範囲にある。
【００１２】
第３発明に係るクロスフィン式の熱交換器は、第２発明の熱交換器であって、空調室内ユニットの熱交換器を通過した後の室内空気を室内へと吹き出すための吹出口は、細長い形状であり、複数のチューブが延びる方向に長い。
【００１３】
ここでは、吹出口が、複数のチューブが延びる方向に長くなっており、その細長い形状の一端側と他端側とで熱交換器を通過した後の室内空気に温度差が生じることが想定されるが、複数のチューブを多列構造且つ多段構造にしているため、吹き出される空気の温度差を小さく抑えることができる。
【００１４】
第４発明に係るクロスフィン式の熱交換器は、第１発明の熱交換器であって、入口ヘッダは、左側入口ヘッダ部と、右側入口ヘッダ部とを含んでいる。左側入口ヘッダ部は、細長い形状であり、複数のチューブの左側に配置され、チューブの断面積よりも大きな横断面積を有する。右側入口ヘッダ部は、細長い形状であり、複数のチューブの右側に配置され、チューブの断面積よりも大きな横断面積を有する。出口ヘッダは、複数のチューブの左側に配置されている左側出口ヘッダ部と、複数のチューブの右側に配置されている右側出口ヘッダ部とを含んでいる。複数のチューブは、第１のチューブ群と、第２のチューブ群とに分かれている。第１のチューブ群は、左側入口ヘッダ部から右側出口ヘッダ部へと冷媒を流す。第２のチューブ群は、右側入口ヘッダ部から左側出口ヘッダ部へと冷媒を流す。そして、この熱交換器では、暖房運転において、第１のチューブ群の内部を流れる冷媒の量と第２のチューブ群の内部を流れる冷媒の量とが概ね同じになる。
【００１５】
ここでは、左右方向に複数のチューブが延びる構成を採るとともに、入口ヘッダおよび出口ヘッダそれぞれを、右側と左側とに分ける構成を採っている。そして、第１のチューブ群が左側入口ヘッダ部から右側出口ヘッダ部へと冷媒を流す一方、第２のチューブ群が右側入口ヘッダ部から左側出口ヘッダ部へと冷媒を流す構成として、第１のチューブ群の内部を流れる冷媒の量と第２のチューブ群の内部を流れる冷媒の量とが概ね同じになるようにしている。
【００１６】
このため、熱交換器の左半分では、第１のチューブ群の内部に比較的高温の冷媒が流れ、第２のチューブ群の内部に比較的低温の冷媒が流れるが、熱交換器の右半分では、第２のチューブ群の内部に比較的高温の冷媒が流れ、第１のチューブ群の内部に比較的低温の冷媒が流れるようになる。したがって、熱交換器の左半分を通過する室内空気と、熱交換器の右半分を通過する室内空気とは、空調室内ユニットから吹き出される際に、温度差が殆どつかなくなる。
【００１７】
第５発明に係るクロスフィン式の熱交換器は、第４発明の熱交換器であって、左側入口ヘッダ部と右側入口ヘッダ部とは、同じ横断面積を有している。また、第１のチューブ群に属するチューブの数と、第２のチューブ群に属するチューブの数とは等しい。
【００１８】
ここでは、左右両方の入口ヘッダ部の横断面積を同じにして、第１および第２の両チューブ群のチューブの数を等しくしているため、第１のチューブ群の内部を流れる冷媒の量と第２のチューブ群の内部を流れる冷媒の量とを、より等しい状態にすることができる。
【００１９】
第６発明に係るクロスフィン式の熱交換器は、第４又は第５発明の熱交換器であって、第１のチューブ群に属するチューブと、第２のチューブ群に属するチューブとは、左右方向に直交する方向において、交互に配置されている。
【００２０】
ここでは、左右方向に直交する方向において第１のチューブ群のチューブと第２のチューブ群のチューブとが交互に配置されているため、第１方向視における熱交換器の各部分で、左右方向の違いによる通過空気の温度だけではなく、左右方向に直交する方向の違いによる通過空気の温度についても温度差を小さく抑えることができる。
【００２１】
第７発明に係るクロスフィン式の熱交換器は、第１〜第３発明のいずれかの熱交換器であって、入口ヘッダと出口ヘッダとは、複数のチューブに対して同じ側に配置されている。また、この熱交換器は、折返し部材をさらに備えている。折返し部材は、複数のチューブの入口ヘッダおよび出口ヘッダが配置されている側またはその反対側において、２つのチューブの端部同士をつなげる。そして、チューブおよび折返し部材は、少なくとも複数のチューブの入口ヘッダおよび出口ヘッダが配置されている側とは反対側において１回折り返されているパスを形成し、入口ヘッダから出口ヘッダへと冷媒を流す。
【００２２】
ここでは、入口ヘッダおよび出口ヘッダをともに複数のチューブの同じ側に配置している熱交換器において、折返し部材で２つのチューブをつなぎ、折返しを持つパスによって入口ヘッダから出口ヘッダへと冷媒を流す構成を採っているため、複数のチューブの両側に入口ヘッダと出口ヘッダとを分散配置する場合に較べて、空調室内ユニットの内部構造によってはユニットのコンパクト化を図ることができる。
【００２３】
第８発明に係るクロスフィン式の熱交換器は、第７発明の熱交換器であって、折返し部材のうち、少なくとも列の数以上の複数の折返し部材が、チューブ同士をつないでいる。
【００２４】
ここでは、チューブ同士が折返し部材によりつながれてパスが形成されるため、複数のチューブの同じ側に配置された入口ヘッダと出口ヘッダとがパスによって冷媒の授受をできるようになる。例えば、複数のチューブが３列構造になっている場合、１列目のチューブと２列目のチューブとを第１の折返し部材によって両ヘッダとは反対側でつなぎ、その２列目のチューブと３列目のチューブとを第２の折返し部材によって両ヘッダと同じ側でつなぐだけでは、その３列目のチューブに流れた冷媒を出口ヘッダに戻すことができないが、ここでは、その３列目のチューブに流れた冷媒を第３の折返し部材によって他の３列目のチューブや他の１列目、２列目のチューブに流すことができるように第３の折返し部材によって両ヘッダとは反対側でつなぐことで、入口ヘッダから出口ヘッダへと冷媒を流すことができるようになる。
【発明の効果】
【００２５】
第１発明に係るクロスフィン式の熱交換器では、多列構造を採っているため、例えば、第１方向視における熱交換器のある部分を抽出して見たときに、１列目のチューブは入口ヘッダ近くの部分があり、２列目のチューブは出口ヘッダ近くの部分があり、３列目のチューブは入口ヘッダ近くの部分があり、４列目のチューブは出口ヘッダ近くの部分があるといった配列を容易に取ることができるようになり、第１方向視における熱交換器の各部分での通過空気の温度ムラを抑えることができる。このようにして、入口ヘッダの近傍と出口ヘッダ近傍とで熱交換器のチューブ内の冷媒温度が暖房運転で４０℃以上になるけれども、熱交換器のチューブおよびフィンの右半分を通過した空気と左半分を通過した空気との温度差が暖房運転において１０℃以下になるようにしている。また、多段構造を利用したチューブの高温部分と低温部分との近接配列などの工夫を組み合わせることで、さらなる室内空気の温度ムラを抑えることができるようになる。
【００２６】
第３発明に係るクロスフィン式の熱交換器では、吹出口が、複数のチューブが延びる方向に長くなっており、その細長い形状の一端側と他端側とで熱交換器を通過した後の室内空気に温度差が生じることが想定されるが、複数のチューブを多列構造且つ多段構造にしているため、吹き出される空気の温度差を小さく抑えることができる。
【００２７】
第４発明に係るクロスフィン式の熱交換器では、熱交換器の左半分では、第１のチューブ群の内部に比較的高温の冷媒が流れ、第２のチューブ群の内部に比較的低温の冷媒が流れるが、熱交換器の右半分では、第２のチューブ群の内部に比較的高温の冷媒が流れ、第１のチューブ群の内部に比較的低温の冷媒が流れるようになる。したがって、熱交換器の左半分を通過する室内空気と、熱交換器の右半分を通過する室内空気とは、空調室内ユニットから吹き出される際に、温度差が殆どつかなくなる。
【００２８】
第５発明に係るクロスフィン式の熱交換器では、第１のチューブ群の内部を流れる冷媒の量と第２のチューブ群の内部を流れる冷媒の量とを、より等しい状態にすることができる。
【００２９】
第６発明に係るクロスフィン式の熱交換器では、第１方向視における熱交換器の各部分で、左右方向の違いによる通過空気の温度だけではなく、左右方向に直交する方向の違いによる通過空気の温度についても温度差を小さく抑えることができる。
【００３０】
第７発明に係るクロスフィン式の熱交換器では、複数のチューブの両側に入口ヘッダと出口ヘッダとを分散配置する場合に較べて、空調室内ユニットの内部構造によってはユニットのコンパクト化を図ることができる。
【００３１】
例えば、複数のチューブが３列構造になっている場合、１列目のチューブと２列目のチューブとを第１の折返し部材によって両ヘッダとは反対側でつなぎ、その２列目のチューブと３列目のチューブとを第２の折返し部材によって両ヘッダと同じ側でつなぐだけでは、その３列目のチューブに流れた冷媒を出口ヘッダに戻すことができないが、第８発明に係るクロスフィン式の熱交換器では、その３列目のチューブに流れた冷媒を第３の折返し部材によって他の３列目のチューブや他の１列目、２列目のチューブに流すことができるように第３の折返し部材によって両ヘッダとは反対側でつなぐことで、入口ヘッダから出口ヘッダへと冷媒を流すことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の一実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器が室内ユニットにおいて採用される空気調和装置の冷凍サイクルを、図１に示す。ここに示されている空気調和装置１０は、冷媒として二酸化炭素（以下、ＣＯ２冷媒という。）を使用する。空気調和装置１０は、ビルなどの建物に設置されて、複数の空間を冷房したり暖房したりする装置であって、１つの室外ユニット２０に対して複数の室内ユニット５０が連結されて１つの閉じた冷凍サイクルを構成するマルチ式の空気調和装置である。
【００３３】
＜空気調和装置の概略構成＞
この空気調和装置１０は、室外ユニット２０、複数の室内ユニット５０および両ユニット２０，５０を結ぶ冷媒連絡配管６，７から構成されている。室外ユニット２０は、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、室外膨張弁２４、閉鎖弁２５，２６などを有しており、予めＣＯ２冷媒が充填された状態で建物に搬入されてくる。室内ユニット５０は、それぞれ、室内膨張弁５１および室内熱交換器５２を有しており、建物内の各空間（部屋など）の天井等に設置され、現地施工される冷媒連絡配管６，７によって室外ユニット２０と結ばれる。このようにして、建物に搬入された室外ユニット２０および複数の室内ユニット５０は、現地配管施工によって１つの冷凍サイクルを形成することになる。
【００３４】
この空気調和装置１０の冷凍サイクルは、図１に示すように、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、室外膨張弁２４、室内膨張弁５１および室内熱交換器５２が、冷媒連絡配管６，７を含む冷媒配管で連結された閉回路である。現地において冷凍サイクルが形成された後、閉鎖弁２５，２６が開けられ、室内ユニット５０および冷媒連絡配管６，７の内部空間（冷媒充填対象空間）にボンベ（図示せず）からＣＯ２冷媒が吐出供給される。冷媒充填作業が済み、冷凍サイクル内に必要量のＣＯ２冷媒が充填されると、空気調和装置１０は、室内ユニット５０の室内熱交換器５２を流れるＣＯ２冷媒と室内空気との間で熱交換を行わせることで建物内の空間を冷暖房する空調運転を行うことができる状態となる。
【００３５】
＜空気調和装置の概略動作＞
空気調和装置１０は、四路切換弁２２で冷媒の流れ方向を切り換える事により、暖房運転と冷房運転を切り換えることができる。
【００３６】
冷房運転時においては、室外熱交換器２３がガスクーラーとなり、室内熱交換器５２が蒸発器となる。一方、暖房運転時においては、室内熱交換器５２がガスクーラーとなり、室外熱交換器２３が蒸発器となる。
【００３７】
図１において、Ａ点は、暖房運転時における圧縮機２１の吸入側であり、Ｂ点は、暖房運転時における圧縮機２１の吐出側である。Ｃ点は、暖房運転時における室内熱交換器５２の冷媒出口側であり、Ｄ点は、暖房運転時における室外熱交換器２３の冷媒入口側である。
【００３８】
図２は、ＣＯ２冷媒の圧力−エンタルピ状態を簡易的に表した図であり、縦軸が圧力、横軸がエンタルピを表す。Ｔｃｐは、臨界点ＣＰ（臨界温度：約３１℃，臨界圧力：約７．３ＭＰａ）を通る等温線である。この等温線Ｔｃｐの右側で且つ臨界点ＣＰの圧力である臨界圧以上の領域では、ＣＯ２冷媒が超臨界状態となり、気体の性質である拡散性と液体の性質である溶解性とを併せ持つ流体状態になる。空気調和装置１０は、図２において太線で示すように、超臨界状態を含む冷凍サイクルで運転される。暖房運転の冷凍サイクルにおいては、ＣＯ２冷媒が、圧縮機２１で臨界圧力を超える圧力まで圧縮され（ＡからＢ）、室内熱交換器５２で冷却され液体となり（ＢからＣ）、室外膨張弁２４で減圧され（ＣからＤ）、室外熱交換器２３で蒸発し、気体となって再び圧縮機２１に吸入される（ＤからＡ）。したがって、暖房運転では、ＣＯ２冷媒が室内熱交換器５２の各所において概ね超臨界状態にあり、室内熱交換器５２の内部の入口付近における冷媒温度と出口付近における冷媒温度とには大きな差が生じることになる。具体的には、ＣＯ２冷媒を使った実際の暖房運転において、少なくとも４０℃以上の温度差が生じる。
【００３９】
＜室内ユニットの詳細構成＞
図３に、室内ユニット５０の外観斜視図を、図４に、室内ユニット５０の概略縦断面図を、図５に、室内ユニット５０の概略横断面図を示す。室内ユニット５０のケーシング３０のケーシング本体３０ａは、その平面視において長辺と短辺とが交互に連続するように形成された略長方形状の天板３０ｂと、天板３０ｂの周縁部から下方に延びる側板３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆとを有している。側板３０ｃ，３０ｅは、それぞれ、天板３０ｂの長辺に対応しており、互いに対向する一対の対辺を構成している。側板３０ｄ，３０ｆは、それぞれ、天板３０ｂの短辺に対応しており、互いに対向する一対の対辺を構成している。
【００４０】
ドレンパン３５は、ケーシング３０の下面を構成し、その平面視において、天板３０ｂと同様、長辺と短辺とが交互に連続するように形成された略長方形状の部材である。
【００４１】
ケーシング３０内には、２つの送風ファン３９が配置されている、送風ファン３９は、それぞれ、回転軸線Ｏ−Ｏが上下方向に延びるように配置されたファンである。送風ファン３９は、ターボファンであり、下側から空気を吸入して外周側に向かって吹き出す。
【００４２】
ドレンパン３５に形成されている２つの吸入開口３５ａ（図５参照）には、下方に向かって末広がりの形状を有するベルマウス３５ｂ（図４参照）が配置されている。
【００４３】
また、ケーシング３０内には、図５に示すように、ケーシング３０の平面視において、２つの長辺に沿うように室内熱交換器５２が配置されている。室内熱交換器５２は、それぞれ、側板３０ｄの近傍位置から側板３０ｆの近傍位置まで真っ直ぐに延びている。室内熱交換器５２には、後述のように、冷媒連絡配管６，７との間で冷媒のやりとりするための冷媒管が接続されており、ケーシング３０の側板３０ｆを貫通するように冷媒管が配置されている。
【００４４】
さらに、ケーシング３０の下端部には、化粧パネル３８が装着されている。化粧パネル３８は、平面視において、ケーシング３０よりも大きな略長方形状の部材であり、図３および図４に示すように、ケーシング３０の２つの吸入開口３５ａの両方に連通する吸入口３１と、ドレンパン３５に形成されている２つの吹出開口３５ｃに連通する吹出口３２とが形成されている。吹出口３２は、吹出開口３５ｃに上下方向に対向するように、かつ、化粧パネル３８の長辺に沿うように配置された細長い略長方形状の開口である。吸入口３１は、両吹出口３２によって両側から挟まれる位置に配置された開口である。また、吸入口３１の略中央には、吸入口３１の開口サイズよりも小さなカバーパネル３３が配置されており、カバーパネル３３の化粧パネル短辺方向両側に実質的な吸入口が形成されている。さらに、吸入口３１のカバーパネル３３の上側には、フィルタ３４（図４参照）が配置されている。
【００４５】
＜第１実施形態に係る熱交換器の構成＞
以上のような空気調和装置１０の室内ユニット５０において、図６に示す本発明の第１実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器を、室内熱交換器５２として用いることで、室内熱交換器５２を通過した後の空気の吹出口３２の各所における温度の差を小さく抑えることができる。
【００４６】
図６に示す熱交換器は、入口ヘッダ６１，６２と、複数のチューブ６３，６４と、出口ヘッダ６５，６６と、複数のフィン６９とを備えている。ここで、複数のチューブ６３，６４が延びる方向を、左右方向と定義する。
【００４７】
入口ヘッダ６１，６２は、左側入口ヘッダ部６１と、右側入口ヘッダ部６２とから成る。左側入口ヘッダ部６１および右側入口ヘッダ部６２は、それぞれ細長い形状をしており、室外ユニット２０から流れてくる高温のＣＯ２冷媒を流入させる。左側入口ヘッダ部６１および右側入口ヘッダ部６２は、ほぼ同じ形状をしている。
【００４８】
出口ヘッダ６５，６６は、入口ヘッダ６１，６２から複数のチューブ６３，６４に流れて室内空気と熱交換した後の低温のＣＯ２冷媒を集合させ、室外ユニット２０へと戻すために配備されているヘッダである。出口ヘッダ６５，６６は、複数のチューブ６３，６４の左側に配置されている左側出口ヘッダ部６５と、複数のチューブ６３，６４の右側に配置されている右側出口ヘッダ部６６とから構成されている。
【００４９】
複数のチューブ６３，６４は、左側入口ヘッダ部６１および右側入口ヘッダ部６２それぞれの横断面積（流路面積）よりも小さな断面積を有している。複数のチューブ６３，６４は、第１のチューブ群６３と、第２のチューブ群６４とに分かれている。第１のチューブ群６３は、左側入口ヘッダ部６１から右側出口ヘッダ部６６へとＣＯ２冷媒を流す。第２のチューブ群６４は、右側入口ヘッダ部６２から左側出口ヘッダ部６５へとＣＯ２冷媒を流す。第１のチューブ群６３に属するチューブと、第２のチューブ群６４に属するチューブとは、左右方向に直交する方向、すなわち、室内空気が通り抜ける第１方向（図６（Ａ）参照）および上下方向それぞれにおいて、交互に配置されている。
【００５０】
複数のフィン６９は、それぞれ、複数のチューブ６３，６４が貫通し、チューブ６３，６４内を流れるＣＯ２冷媒と室内空気との熱交換を補助する。複数のチューブ６３，６４の配置は、室内空気が通り抜ける第１方向（図６（Ａ）参照）に沿って複数のチューブが並んで複数列となっているとともに、複数列のそれぞれにおいて、第１方向と直交する第２方向（図６（Ａ）および図６（Ｂ）の上下方向）に沿って複数のチューブ６３，６４が並んで複数段となっている。また、チューブ６３，６４は、それぞれ、入口ヘッダ６１，６２の近傍におけるＣＯ２冷媒の温度と出口ヘッダ６５，６６の近傍におけるＣＯ２冷媒の温度との差が、暖房運転において４０℃以上になる。
【００５１】
そして、複数のチューブ６３，６４およびフィン６９の左半分（図６（Ｂ）の符号Ｌを参照）を通過した後の室内空気の温度と、複数のチューブ６３，６４およびフィン６９の右半分（図６（Ｂ）の符号Ｒを参照）を通過した後の室内空気の温度との差が暖房運転において１０℃以下になる。
【００５２】
また、暖房運転において、複数のチューブ６３，６４の左半分を流れるＣＯ２冷媒の平均温度および複数のチューブ６３，６４の右半分を流れるＣＯ２冷媒の平均温度は、それぞれ４０℃〜５５℃の範囲にある。
【００５３】
さらに、この熱交換器では、左側入口ヘッダ部６１および右側入口ヘッダ部６２の流路面積が等しく、且つ、第１のチューブ群６３に属するチューブの数と第２のチューブ群６４に属するチューブの数とが等しくなっており、暖房運転において第１のチューブ群６３の内部を流れる冷媒の量と第２のチューブ群６４の内部を流れる冷媒の量とが概ね同じになる。
【００５４】
なお、各チューブ６３，６４の延びる方向である左右方向とは、室内熱交換器５２のケーシング３０に装着される化粧パネル３８に形成されている吹出口３２の長手方向、すなわちケーシング３０の長辺に沿った方向である。
【００５５】
＜第１実施形態に係る熱交換器の特徴＞
（１）
空気調和装置１０では、室内熱交換器５２の内部を超臨界状態のＣＯ２冷媒が流れるため、従来のフルオロカーボンを用いる冷凍サイクルのように熱交換器の入口近傍の冷媒温度と出口近傍の冷媒温度とが殆ど変化しないということにはならない。従来のフルオロカーボンを用いる冷凍サイクルでは、図９に示すように、暖房運転において室内熱交換器の中を流れる２相状態の冷媒は、凝縮されている間、その温度が変化せず、室内熱交換器の入口近傍と出口近傍とで冷媒温度に大きな温度差が生じることはない。一方、暖房運転において超臨界状態のＣＯ２冷媒が流れてガスクーラーとして機能する室内熱交換器５２では、入口近傍の冷媒温度と出口近傍の冷媒温度とに大きな差が出る。具体的には、上述のように、その差は４０℃以上となる。例えば、室内熱交換器５２には、８０℃以上の高温のＣＯ２冷媒が流れ込み、３０℃以下の低温のＣＯ２冷媒となって室外ユニット２０へと戻っていく。
【００５６】
したがって、何ら手当をせず、従来のフルオロカーボンを用いた室内ユニットと同じ構成の熱交換器を採用した場合には、熱交換器のどの部分を通過してきたかによって、室内に吹き出される空気の温度にも大きな差が生じることになる。具体的には、図３等に示す細長い吹出口３２の左半分から吹き出される空気の温度と右半分から吹き出される空気の温度とで２０℃近い温度差が生じてしまう恐れがある。このように吹出口３２の吹き出し位置（左右位置）によって空気の温度に大きな差が出ると、室内の温度分布が不均一になったり局所的に暖房が為されないといった不具合が発生したりするおそれがある。
【００５７】
これに対し、第１実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器を室内熱交換器５２として採用する場合には、入口ヘッダ６１，６２の近傍と出口ヘッダ６５，６６の近傍とでチューブ６３，６４内の冷媒温度の差が暖房運転で４０℃以上になっても、吹出口３２の各所から吹き出される空気の温度差が１０℃以下になる。すなわち、第１実施形態に係る熱交換器では、入口ヘッダ６１，６２から出口ヘッダ６５，６６へとＣＯ２冷媒を流すための複数のチューブ６３，６４を、室内空気が通り抜ける第１方向に沿って多列構造にするとともに、その第１方向と直交する第２方向（上下方向）に沿っても複数のものを並べて多段構造にしている。そして、図６に示すヘッダ６１，６２，６５，６６およびチューブ６３，６４の配置によって、熱交換器の右半分を通過した空気と左半分を通過した空気との温度差が暖房運転において１０℃以下になるようにしている。
【００５８】
具体的には、図６（Ｂ）に示す熱交換器の右半分に着目したときには、最上段のチューブ６４，上から３段目のチューブ６４および上から５段目のチューブ６４は、右側入口ヘッダ部６２に近くなっており、比較的高温のＣＯ２冷媒が流れ、上から２段目のチューブ６３，上から４段目のチューブ６３および上から６段目のチューブ６３は、右側出口ヘッダ部６６に近くなっており、比較的低温のＣＯ２冷媒が流れる。一方、図６（Ｂ）に示す熱交換器の左半分に着目したときには、最上段のチューブ６４，上から３段目のチューブ６４および上から５段目のチューブ６４は、左側出口ヘッダ部６５に近くなっており、比較的低温のＣＯ２冷媒が流れ、上から２段目のチューブ６３，上から４段目のチューブ６３および上から６段目のチューブ６３は、左側入口ヘッダ部６１に近くなっており、比較的高温のＣＯ２冷媒が流れる。このため、右半分のチューブ６３，６４およびフィン６９を通り抜けた空気が吹出口３２の右半分から吹き出されるときの温度と、左半分のチューブ６３，６４およびフィン６９を通り抜けた空気が吹出口３２の左半分から吹き出されるときの温度とは、殆ど差がない状態になる。また、図６（Ａ）に示すように、第１のチューブ群６３が空気流れの下流側に配置され、第２のチューブ群６４が空気流れの上流側に配置されているため、例えば熱交換器の左半分の上から１段目と２段目においては、比較的高温のＣＯ２冷媒が流れる空気流れ上流側のチューブ６４と熱交換をした空気が、空気流れ下流側にあって比較的低温のＣＯ２冷媒が流れるチューブ６３と熱交換を行い、熱交換器の他の場所を通ってきた空気と殆ど変わらない温度になって吹出口３２に向かうようになる。
【００５９】
このように、第１実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器では、暖房運転において超臨界状態となっているＣＯ２冷媒が流れる場合であっても、熱交換器の各場所を通り抜けてくる空気の温度に殆ど差がつかなくなり、その差が１０℃以下に抑えられる。また、熱交換器の各場所を通り抜けてくる空気は、その温度が４０℃〜５５℃の範囲に入るように冷凍サイクルの設計・制御が為されている。
【００６０】
これにより、第１実施形態に係る熱交換器を室内熱交換器５２として採用した空気調和装置１０では、吹出口３２から室内に吹き出される空気の温度ムラが抑えられる。
【００６１】
（２）
さらに詳細に説明すると、第１実施形態に係る熱交換器では、左右方向に複数のチューブ６３，６４を延設するとともに、入口ヘッダ６１，６２および出口ヘッダ６５，６６それぞれを、右側と左側とに分ける構成を採っている。そして、第１のチューブ群６３が左側入口ヘッダ部６１から右側出口ヘッダ部６６へとＣＯ２冷媒を流す一方、第２のチューブ群６４が右側入口ヘッダ部６２から左側出口ヘッダ部６５へとＣＯ２冷媒を流す構成として、第１のチューブ群６３の内部を流れる冷媒の量と第２のチューブ群６４の内部を流れる冷媒の量とが概ね同じになるようにしている。具体的には、左右両方の入口ヘッダ部６１，６２の横断面積を同じにして、第１および第２の両チューブ群６３，６４それぞれのチューブの数を等しくして、第１のチューブ群６３の内部を流れる冷媒の量と第２のチューブ群６４の内部を流れる冷媒の量とを、より等しい状態にしている。
【００６２】
このため、熱交換器の左半分では、第１のチューブ群６３の内部に比較的高温の冷媒が流れ、第２のチューブ群６４の内部に比較的低温の冷媒が流れるが、熱交換器の右半分では、第２のチューブ群６４の内部に比較的高温の冷媒が流れ、第１のチューブ群６３の内部に比較的低温の冷媒が流れるようになる。したがって、熱交換器の左半分を通過する室内空気と、熱交換器の右半分を通過する室内空気とは、吹出口３２から吹き出される際に、温度差が殆どつかなくなっている。
【００６３】
（３）
第１実施形態に係る熱交換器では、第１のチューブ群６３に属するチューブと、第２のチューブ群６４に属するチューブとが、左右方向に直交する方向、すなわち、室内空気が通り抜ける第１方向（図６（Ａ）参照）および上下方向それぞれにおいて、交互に配置されている。
【００６４】
このため、熱交換器の各部分で、左右方向の違いによる通過空気の温度だけではなく、左右方向に直交する上下方向の違いによる通過空気の温度についても、その温度差を小さく抑えることができている。
【００６５】
＜第２実施形態に係る熱交換器の詳細構成＞
空気調和装置１０の室内ユニット５０において、上記の第１実施形態に係る熱交換器ではなく、図７に示す本発明の第２実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器を、室内熱交換器５２として用いることも有効である。このようにした場合にも、室内熱交換器５２を通過した後の吹出口３２の各所における空気の温度の差を小さく抑えることができる。
【００６６】
図７に示す熱交換器は、入口ヘッダ７１と、複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃと、出口ヘッダ７５と、複数のフィン７９とを備えている。ここで、複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃが延びる方向を、左右方向と定義する。
【００６７】
入口ヘッダ７１は、細長い形状をしており、室外ユニット２０から流れてくる高温のＣＯ２冷媒を流入させる。複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃは、それぞれ、入口ヘッダ７１の横断面積（流路面積）よりも小さな断面積を有している。出口ヘッダ７５は、入口ヘッダ７１から複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃに流れて室内空気と熱交換した後の低温の冷媒を集合させ、室外ユニット２０へと戻すために配備されているヘッダである。複数のフィン７９は、それぞれ、複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃが貫通し、チューブ内を流れるＣＯ２冷媒と室内空気との熱交換を補助する。
【００６８】
複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃの配置は、室内空気が通り抜ける第１方向（図７（Ａ）参照）に沿って複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃが並んで複数列となっているとともに、複数列のそれぞれにおいて、第１方向と直交する第２方向（上下方向）に沿って複数のチューブが並んで複数段となっている。上下方向の各段において、チューブ７３ａとチューブ７３ｂとがＵ字管７８ａで結ばれ、チューブ７３ｂとチューブ７３ｃとがＵ字管７８ｂで結ばれ、これらのチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃおよびＵ字管７８ａ，７８ｂが両ヘッダ７１，７５を接続するパスＰ１１〜Ｐ１５を形成している。
【００６９】
また、チューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃは、入口ヘッダ７１の近傍における冷媒の温度と出口ヘッダ７５の近傍における冷媒の温度との差が、暖房運転において４０℃以上になる。さらに、チューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃおよびフィン７９の左半分（図７（Ｂ）の符号Ｌを参照）を通過した後の室内空気の温度と、チューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃおよびフィン７９の右半分（図７（Ｂ）の符号Ｒを参照）を通過した後の室内空気の温度との差は、暖房運転において１０℃以下になる。
【００７０】
＜第２実施形態に係る熱交換器の特徴＞
第２実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器では、空気の通り抜ける方向に複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃが並ぶ３列構造を採っている。このため、空気流れの上流側にあるチューブと下流側にあるチューブとの内部を流れるＣＯ２冷媒の平均温度が熱交換器の左側と右側とで大きく変わらないようにチューブ配置を設計することがやりやすくなる。また、１列構造や２列構造の場合に較べて、熱交換器を通り抜けるまでの間に空気の温度が平均化されるようになり、局部的な温度差も抑えられるようになる。
【００７１】
＜第３実施形態に係る熱交換器の詳細構成＞
空気調和装置１０の室内ユニット５０において、上記の第１実施形態に係る熱交換器ではなく、図８に示す本発明の第３実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器を、室内熱交換器５２として用いることも有効である。このようにした場合にも、室内熱交換器５２を通過した後の吹出口３２の各所における空気の温度の差を小さく抑えることができる。
【００７２】
図８に示す熱交換器は、入口ヘッダ８１と、複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆと、出口ヘッダ８５と、複数のフィン８９と、Ｕ字管８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅとを備えている。ここで、複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆが延びる方向を、左右方向と定義する。
【００７３】
入口ヘッダ８１は、細長い形状をしており、室外ユニット２０から流れてくる高温のＣＯ２冷媒を流入させる。複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆは、それぞれ、入口ヘッダ８１の横断面積（流路面積）よりも小さな断面積を有している。出口ヘッダ８５は、入口ヘッダ８１から複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆに流れて室内空気と熱交換した後の低温の冷媒を集合させ、室外ユニット２０へと戻すために配備されているヘッダである。複数のフィン８９は、それぞれ、複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆが貫通し、チューブ内を流れるＣＯ２冷媒と室内空気との熱交換を補助する。
【００７４】
入口ヘッダ８１と出口ヘッダ８５とは、複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆに対して同じ側（図８（Ａ），（Ｂ）において右側）に配置されている。Ｕ字管８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅは、複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆの入口ヘッダ８１および出口ヘッダ８５が配置されている側またはその反対側において、２つのチューブの端部同士を結んでいる。そして、Ｕ字管８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅにより結ばれた複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆは、パスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３を形成し、入口ヘッダ８１から出口ヘッダ８５へとＣＯ２冷媒を流す。
【００７５】
複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆの配置は、室内空気が通り抜ける第１方向（図８（Ａ）参照）に沿って複数列（ここでは３列）となっているとともに、複数列のそれぞれにおいて、第１方向と直交する第２方向（上下方向）に沿って複数のチューブが並んで複数段となっている。また、チューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆおよびＵ字管８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅにより形成される各パスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３は、入口ヘッダ８１の近傍におけるＣＯ２冷媒の温度と出口ヘッダ８５の近傍におけるＣＯ２冷媒の温度との差が、暖房運転において４０℃以上になる。さらに、各パスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３およびフィン８９の左半分（図８（Ｂ）の符号Ｌを参照）を通過した後の室内空気の温度と、各パスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３およびフィン８９の右半分（図８（Ｂ）の符号Ｒを参照）を通過した後の室内空気の温度との差は、暖房運転において１０℃以下になる。
【００７６】
＜第３実施形態に係る熱交換器の特徴＞
第３実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器では、入口ヘッダ８１および出口ヘッダ８５をともに複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆの同じ側に配置し、Ｕ字管８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅで複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆをつないでパスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３を形成し、そのパスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３によって、同じ側にある入口ヘッダ８１から出口ヘッダ８５へと冷媒を流す構成を採っている。このため、複数のチューブの両側に入口ヘッダと出口ヘッダとを分散配置する場合に較べて、室内ユニット５０のコンパクト化を図ることが容易となっている。
【００７７】
また、ここでは、異なる列にあるチューブ同士をＵ字管によりつないでパスを形成しているため、同じ側に配置された入口ヘッダ８１と出口ヘッダ８５とが、パスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３によってＣＯ２冷媒の授受をできるようになっている。例えば、３列構造において、１列目のチューブと２列目のチューブとを第１のＵ字管によって両ヘッダとは反対側でつなぎ、その２列目のチューブと３列目のチューブとを第２のＵ字管によって両ヘッダと同じ側でつなぐだけでは、その３列目のチューブに流れた冷媒を出口ヘッダに戻すことができないが、ここでは、両ヘッダ８１，８５の側において２つのＵ字管８８ｂ、８８ｄによって異なる列にあるチューブを結ぶとともに、両ヘッダ８１，８５と反対側において３つのＵ字管８８ａ，８８ｃ，８８ｅによって同じ列にあるチューブ同士を結び、同じ側にある入口ヘッダ８１と出口ヘッダ８５との間でＣＯ２冷媒を流せるようにパスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３を形成している。
【００７８】
＜第３実施形態に係る熱交換器の変形例＞
上記の第３実施形態に係る熱交換器では、２段３列の６本のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆを、５つのＵ字管８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅで結ぶことで、各パスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３を構成しているが、１つのパスを短く構成したい場合には、３列に分散された４つのチューブを、列数と同じ数のＵ字管（３つのＵ字管）によって結んで、同じ側にある両ヘッダ８１，８５を接続するパスを形成させるようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器が室内ユニットにおいて採用される空気調和装置の冷凍サイクルを示す図。
【図２】ＣＯ２冷媒の圧力−エンタルピ状態を簡易的に表した図。
【図３】室内ユニットの外観斜視図。
【図４】室内ユニットの概略縦断面図。
【図５】室内ユニットの概略横断面図。
【図６】（Ａ）本発明の第１実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器の側面図。（Ｂ）本発明の第１実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器の正面図。
【図７】（Ａ）本発明の第２実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器の上面図。（Ｂ）本発明の第２実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器の正面図。
【図８】（Ａ）本発明の第３実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器の上面図。（Ｂ）本発明の第３実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器の正面図。（Ｃ）本発明の第３実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器の側面図。
【図９】フルオロカーボンの圧力−エンタルピ状態を簡易的に表した図。
【符号の説明】
【００８０】
１０    空気調和装置
２０    室外ユニット
３２    吹出口
５０    室内ユニット
５２    室内熱交換器
６１，６２    入口ヘッダ
６３，６４    チューブ
６５，６６    出口ヘッダ
６９    フィン
７１    入口ヘッダ
７３ａ，７３ｂ，７３ｃ    チューブ
７５    出口ヘッダ
７８ａ，７８ｂ    Ｕ字管
７９    フィン
８１    入口ヘッダ
８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆ    チューブ
８５    出口ヘッダ
８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅ    Ｕ字管（折返し部材）
８９    フィン
【図１】
2008128601.tif 000003
【図２】
2008128601.tif 000004
【図３】
2008128601.tif 000005
【図４】
2008128601.tif 000006
【図５】
2008128601.tif 000007
【図６】
2008128601.tif 000008
【図７】
2008128601.tif 000009
【図８】
2008128601.tif 000010
【図９】
2008128601.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月14日(2008.3.14)
【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】
超臨界状態の冷媒を流し室内空気を加熱する暖房運転を行う空調室内ユニットのクロスフィン式の熱交換器であって、
空調室外ユニットから流れてくる高温の前記冷媒を流入させる、細長い入口ヘッダ（６１，６２，７１，８１）と、
前記入口ヘッダの横断面積よりも小さな断面積を有する複数のチューブ（６３，６４，７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆ）と、
前記入口ヘッダから前記複数のチューブに流れて前記室内空気と熱交換した後の低温の前記冷媒を集合させ、空調室外ユニットへと戻すための出口ヘッダ（６５，６６，７５，８５）と、
前記複数のチューブが貫通し、前記チューブ内を流れる前記冷媒と前記室内空気との熱交換を補助する複数のフィン（６９，７９，８９）と、
２つの前記チューブの端部同士をつなげる、折返し部材（８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅ）と、
を備え、
前記複数のチューブの配置は、前記室内空気が通り抜ける第１方向に沿って複数のチューブが並んで３列となっているとともに、前記３列のそれぞれにおいて、前記第１方向と交差する第２方向に沿って複数のチューブが並んで複数段となっており、
前記チューブは、前記入口ヘッダの近傍における前記冷媒の温度と前記出口ヘッダの近傍における前記冷媒の温度との差が、前記暖房運転において４０℃以上になり、
前記複数のチューブが延びる方向である第３方向を左右方向としたときに、前記チューブおよび前記フィンの左半分を通過した後の前記室内空気の温度と、前記チューブおよび前記フィンの右半分を通過した後の前記室内空気の温度との差が前記暖房運転において１０℃以下になり、
前記入口ヘッダ（８１）と前記出口ヘッダ（８５）とは、前記複数のチューブ（８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆ）に対して同じ側に配置されており、
前記チューブおよび前記折返し部材は、前記複数のチューブの前記入口ヘッダおよび前記出口ヘッダが配置されている側と、その反対側とにおいて折り返されているパスを形成し、前記入口ヘッダから前記出口ヘッダへと前記冷媒を流し、
１つの前記パスには、１列目にある前記チューブ、２列目にある前記チューブ及び３列目にある前記チューブが少なくとも１つずつ含まれている、
クロスフィン式の熱交換器。
【請求項２】
前記暖房運転において、前記チューブの左半分を流れる冷媒の平均温度および前記チューブの右半分を流れる冷媒の平均温度が、それぞれ４０℃〜５５℃の範囲にある、
請求項１に記載のクロスフィン式の熱交換器。
【請求項３】
前記空調室内ユニットの前記熱交換器を通過した後の室内空気を室内へと吹き出すための吹出口（３２）は、細長い形状であり、前記複数のチューブが延びる方向に長い、
請求項２に記載のクロスフィン式の熱交換器。
【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、超臨界状態の冷媒を流し室内空気を加熱する暖房運転を行う空調室内ユニットのクロスフィン式の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍装置においては、冷媒として主にフルオロカーボン（フロン）が使われているが、近年では、二酸化炭素を冷媒として用いる技術の開発が進められている。カーエアコンの分野では、公開特許公報などにおいて二酸化炭素冷凍サイクルが公知になっており、給湯機の分野では、二酸化炭素を冷媒とする製品が販売されている。
【０００３】
家庭用エアコンや業務用エアコンの分野においては、現在開発が進められている段階であり、製品化には至っていないが、特許文献１などにおいて二酸化炭素冷凍サイクルが開示されている。
【０００４】
一方、従来の業務用エアコンなどの室内機においては、クロスフィン式の熱交換器を備えていることが多い。この熱交換器は、例えば特許文献２の図１に示されるように、複数の冷媒管（チューブ）が、それらとクロスするように配置されている多数のフィン１５を貫通する構造のものである。
【特許文献１】特開２００６−２２０３５６号公報
【特許文献２】特開平１０−１３２４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、従来から空調室内ユニットにおいてはクロスフィン式の熱交換器が幅広く用いられており、その熱交換器を通った空気が室内に吹き出されることで室内の暖房などが行われるが、空調室内ユニットにおいて熱交換器と空調空気の吹き出し口とが近接している場合で且つ二酸化炭素冷凍サイクルを採用する場合には、吹き出し空気の温度ムラが許容できないレベルになってしまうことが危惧される。
【０００６】
本発明の課題は、室内を暖房する暖房運転において超臨界状態の冷媒が内部を流れることになる、二酸化炭素などの冷媒を用いる空調室内ユニットのクロスフィン式の熱交換器において、通過して暖められた空気の温度ムラを抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係るクロスフィン式の熱交換器は、超臨界状態の冷媒を流し室内空気を加熱する暖房運転を行う空調室内ユニットの熱交換器であって、入口ヘッダと、複数のチューブと、出口ヘッダと、複数のフィンと、折返し部材とを備えている。入口ヘッダは、細長い形状をしており、空調室外ユニットから流れてくる高温の冷媒を流入させる。複数のチューブは、それぞれ、入口ヘッダの横断面積よりも小さな断面積を有している。出口ヘッダは、入口ヘッダから複数のチューブに流れて室内空気と熱交換した後の低温の冷媒を集合させ、空調室外ユニットへと戻すために配備されているヘッダである。複数のフィンは、それぞれ、複数のチューブが貫通し、チューブ内を流れる冷媒と室内空気との熱交換を補助する。複数のチューブの配置は、室内空気が通り抜ける第１方向に沿って複数のチューブが並んで３列となっているとともに、３列のそれぞれにおいて、第１方向と交差する第２方向に沿って複数のチューブが並んで複数段となっている。また、チューブは、入口ヘッダの近傍における冷媒の温度と出口ヘッダの近傍における冷媒の温度との差が、暖房運転において４０℃以上になる。また、複数のチューブが延びる方向である第３方向を左右方向としたときに、チューブおよびフィンの左半分を通過した後の室内空気の温度と、チューブおよびフィンの右半分を通過した後の室内空気の温度との差が暖房運転において１０℃以下になる。折返し部材は、２つのチューブの端部同士をつなげる。入口ヘッダと出口ヘッダとは、複数のチューブに対して同じ側に配置されている。チューブおよび折返し部材は、複数のチューブの入口ヘッダおよび出口ヘッダが配置されている側と、その反対側とにおいて折り返されているパスを形成し、入口ヘッダから出口ヘッダへと冷媒を流す。１つのパスには、１列目にあるチューブ、２列目にあるチューブ及び３列目にあるチューブが少なくとも１つずつ含まれている。
【０００８】
熱交換器の内部を超臨界状態の冷媒が流れる場合、従来のフルオロカーボンを用いる冷凍サイクルのように熱交換器の入口近傍の冷媒温度と出口近傍の冷媒温度とが殆ど変化しないということにはならず、ガスクーラーとして機能する熱交換器の入口近傍の冷媒温度と出口近傍の冷媒温度とに大きな差が出る。例えば、二酸化炭素を冷媒として用いた場合、その差は４０℃を超えることが多くなる。したがって、何ら手当をせず、従来のフルオロカーボンを用いた空調室内ユニットと同じ構成の熱交換器を採用した場合には、熱交換器のどの部分を通過してきたかによって、室内に吹き出される空気の温度にも大きな差が生じてしまうことになる。しかし、吹き出し位置によって空気温度に大きな差があると、室内の温度分布が不均一になったり局所的に暖房が為されないといった不具合が発生したりするおそれがある。
【０００９】
そこで、第１発明に係るクロスフィン式の熱交換器では、入口ヘッダの近傍と出口ヘッダ近傍とで熱交換器のチューブ内の冷媒温度が暖房運転で４０℃以上になることに対して、入口ヘッダから出口ヘッダへと冷媒を流すための複数のチューブを、室内空気が通り抜ける第１方向に沿って３列構造にするとともに、その第１方向と交差する第２方向に沿っても複数のものを並べて多段構造にしている。そして、両ヘッダおよびチューブの配置によって、熱交換器のチューブおよびフィンの右半分を通過した空気と左半分を通過した空気との温度差が暖房運転において１０℃以下になるようにしている。
【００１０】
また、ここでは、入口ヘッダおよび出口ヘッダをともに複数のチューブの同じ側に配置している熱交換器において、折返し部材で２つのチューブをつなぎ、折返しを持つパスによって入口ヘッダから出口ヘッダへと冷媒を流す構成を採っているため、複数のチューブの両側に入口ヘッダと出口ヘッダとを分散配置する場合に較べて、空調室内ユニットの内部構造によってはユニットのコンパクト化を図ることができる。
【００１１】
第２発明に係るクロスフィン式の熱交換器は、第１発明の熱交換器であって、暖房運転において、チューブの左半分を流れる冷媒の平均温度およびチューブの右半分を流れる冷媒の平均温度が、それぞれ４０℃〜５５℃の範囲にある。
【００１２】
第３発明に係るクロスフィン式の熱交換器は、第２発明の熱交換器であって、空調室内ユニットの熱交換器を通過した後の室内空気を室内へと吹き出すための吹出口は、細長い形状であり、複数のチューブが延びる方向に長い。
【００１３】
ここでは、吹出口が、複数のチューブが延びる方向に長くなっており、その細長い形状の一端側と他端側とで熱交換器を通過した後の室内空気に温度差が生じることが想定されるが、複数のチューブを多列構造且つ多段構造にしているため、吹き出される空気の温度差を小さく抑えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
第１発明に係るクロスフィン式の熱交換器では、入口ヘッダの近傍と出口ヘッダ近傍とで熱交換器のチューブ内の冷媒温度が暖房運転で４０℃以上になるけれども、熱交換器のチューブおよびフィンの右半分を通過した空気と左半分を通過した空気との温度差が暖房運転において１０℃以下になるようにしている。また、多段構造を利用したチューブの高温部分と低温部分との近接配列などの工夫を組み合わせることで、さらなる室内空気の温度ムラを抑えることができるようになる。さらに、複数のチューブの両側に入口ヘッダと出口ヘッダとを分散配置する場合に較べて、空調室内ユニットの内部構造によってはユニットのコンパクト化を図ることができる。
【００１５】
第３発明に係るクロスフィン式の熱交換器では、吹出口が、複数のチューブが延びる方向に長くなっており、その細長い形状の一端側と他端側とで熱交換器を通過した後の室内空気に温度差が生じることが想定されるが、複数のチューブを多列構造且つ多段構造にしているため、吹き出される空気の温度差を小さく抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器が室内ユニットにおいて採用される空気調和装置の冷凍サイクルを、図１に示す。ここに示されている空気調和装置１０は、冷媒として二酸化炭素（以下、ＣＯ２冷媒という。）を使用する。空気調和装置１０は、ビルなどの建物に設置されて、複数の空間を冷房したり暖房したりする装置であって、１つの室外ユニット２０に対して複数の室内ユニット５０が連結されて１つの閉じた冷凍サイクルを構成するマルチ式の空気調和装置である。
【００１７】
＜空気調和装置の概略構成＞
この空気調和装置１０は、室外ユニット２０、複数の室内ユニット５０および両ユニット２０，５０を結ぶ冷媒連絡配管６，７から構成されている。室外ユニット２０は、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、室外膨張弁２４、閉鎖弁２５，２６などを有しており、予めＣＯ２冷媒が充填された状態で建物に搬入されてくる。室内ユニット５０は、それぞれ、室内膨張弁５１および室内熱交換器５２を有しており、建物内の各空間（部屋など）の天井等に設置され、現地施工される冷媒連絡配管６，７によって室外ユニット２０と結ばれる。このようにして、建物に搬入された室外ユニット２０および複数の室内ユニット５０は、現地配管施工によって１つの冷凍サイクルを形成することになる。
【００１８】
この空気調和装置１０の冷凍サイクルは、図１に示すように、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、室外膨張弁２４、室内膨張弁５１および室内熱交換器５２が、冷媒連絡配管６，７を含む冷媒配管で連結された閉回路である。現地において冷凍サイクルが形成された後、閉鎖弁２５，２６が開けられ、室内ユニット５０および冷媒連絡配管６，７の内部空間（冷媒充填対象空間）にボンベ（図示せず）からＣＯ２冷媒が吐出供給される。冷媒充填作業が済み、冷凍サイクル内に必要量のＣＯ２冷媒が充填されると、空気調和装置１０は、室内ユニット５０の室内熱交換器５２を流れるＣＯ２冷媒と室内空気との間で熱交換を行わせることで建物内の空間を冷暖房する空調運転を行うことができる状態となる。
【００１９】
＜空気調和装置の概略動作＞
空気調和装置１０は、四路切換弁２２で冷媒の流れ方向を切り換える事により、暖房運転と冷房運転を切り換えることができる。
【００２０】
冷房運転時においては、室外熱交換器２３がガスクーラーとなり、室内熱交換器５２が蒸発器となる。一方、暖房運転時においては、室内熱交換器５２がガスクーラーとなり、室外熱交換器２３が蒸発器となる。
【００２１】
図１において、Ａ点は、暖房運転時における圧縮機２１の吸入側であり、Ｂ点は、暖房運転時における圧縮機２１の吐出側である。Ｃ点は、暖房運転時における室内熱交換器５２の冷媒出口側であり、Ｄ点は、暖房運転時における室外熱交換器２３の冷媒入口側である。
【００２２】
図２は、ＣＯ２冷媒の圧力−エンタルピ状態を簡易的に表した図であり、縦軸が圧力、横軸がエンタルピを表す。Ｔｃｐは、臨界点ＣＰ（臨界温度：約３１℃，臨界圧力：約７．３ＭＰａ）を通る等温線である。この等温線Ｔｃｐの右側で且つ臨界点ＣＰの圧力である臨界圧以上の領域では、ＣＯ２冷媒が超臨界状態となり、気体の性質である拡散性と液体の性質である溶解性とを併せ持つ流体状態になる。空気調和装置１０は、図２において太線で示すように、超臨界状態を含む冷凍サイクルで運転される。暖房運転の冷凍サイクルにおいては、ＣＯ２冷媒が、圧縮機２１で臨界圧力を超える圧力まで圧縮され（ＡからＢ）、室内熱交換器５２で冷却され液体となり（ＢからＣ）、室外膨張弁２４で減圧され（ＣからＤ）、室外熱交換器２３で蒸発し、気体となって再び圧縮機２１に吸入される（ＤからＡ）。したがって、暖房運転では、ＣＯ２冷媒が室内熱交換器５２の各所において概ね超臨界状態にあり、室内熱交換器５２の内部の入口付近における冷媒温度と出口付近における冷媒温度とには大きな差が生じることになる。具体的には、ＣＯ２冷媒を使った実際の暖房運転において、少なくとも４０℃以上の温度差が生じる。
【００２３】
＜室内ユニットの詳細構成＞
図３に、室内ユニット５０の外観斜視図を、図４に、室内ユニット５０の概略縦断面図を、図５に、室内ユニット５０の概略横断面図を示す。室内ユニット５０のケーシング３０のケーシング本体３０ａは、その平面視において長辺と短辺とが交互に連続するように形成された略長方形状の天板３０ｂと、天板３０ｂの周縁部から下方に延びる側板３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆとを有している。側板３０ｃ，３０ｅは、それぞれ、天板３０ｂの長辺に対応しており、互いに対向する一対の対辺を構成している。側板３０ｄ，３０ｆは、それぞれ、天板３０ｂの短辺に対応しており、互いに対向する一対の対辺を構成している。
【００２４】
ドレンパン３５は、ケーシング３０の下面を構成し、その平面視において、天板３０ｂと同様、長辺と短辺とが交互に連続するように形成された略長方形状の部材である。
【００２５】
ケーシング３０内には、２つの送風ファン３９が配置されている、送風ファン３９は、それぞれ、回転軸線Ｏ−Ｏが上下方向に延びるように配置されたファンである。送風ファン３９は、ターボファンであり、下側から空気を吸入して外周側に向かって吹き出す。
【００２６】
ドレンパン３５に形成されている２つの吸入開口３５ａ（図５参照）には、下方に向かって末広がりの形状を有するベルマウス３５ｂ（図４参照）が配置されている。
【００２７】
また、ケーシング３０内には、図５に示すように、ケーシング３０の平面視において、２つの長辺に沿うように室内熱交換器５２が配置されている。室内熱交換器５２は、それぞれ、側板３０ｄの近傍位置から側板３０ｆの近傍位置まで真っ直ぐに延びている。室内熱交換器５２には、後述のように、冷媒連絡配管６，７との間で冷媒のやりとりするための冷媒管が接続されており、ケーシング３０の側板３０ｆを貫通するように冷媒管が配置されている。
【００２８】
さらに、ケーシング３０の下端部には、化粧パネル３８が装着されている。化粧パネル３８は、平面視において、ケーシング３０よりも大きな略長方形状の部材であり、図３および図４に示すように、ケーシング３０の２つの吸入開口３５ａの両方に連通する吸入口３１と、ドレンパン３５に形成されている２つの吹出開口３５ｃに連通する吹出口３２とが形成されている。吹出口３２は、吹出開口３５ｃに上下方向に対向するように、かつ、化粧パネル３８の長辺に沿うように配置された細長い略長方形状の開口である。吸入口３１は、両吹出口３２によって両側から挟まれる位置に配置された開口である。また、吸入口３１の略中央には、吸入口３１の開口サイズよりも小さなカバーパネル３３が配置されており、カバーパネル３３の化粧パネル短辺方向両側に実質的な吸入口が形成されている。さらに、吸入口３１のカバーパネル３３の上側には、フィルタ３４（図４参照）が配置されている。
【００２９】
＜第１実施形態に係る熱交換器の構成＞
以上のような空気調和装置１０の室内ユニット５０において、図６に示す本発明の第１実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器を、室内熱交換器５２として用いることで、室内熱交換器５２を通過した後の空気の吹出口３２の各所における温度の差を小さく抑えることができる。
【００３０】
図６に示す熱交換器は、入口ヘッダ６１，６２と、複数のチューブ６３，６４と、出口ヘッダ６５，６６と、複数のフィン６９とを備えている。ここで、複数のチューブ６３，６４が延びる方向を、左右方向と定義する。
【００３１】
入口ヘッダ６１，６２は、左側入口ヘッダ部６１と、右側入口ヘッダ部６２とから成る。左側入口ヘッダ部６１および右側入口ヘッダ部６２は、それぞれ細長い形状をしており、室外ユニット２０から流れてくる高温のＣＯ２冷媒を流入させる。左側入口ヘッダ部６１および右側入口ヘッダ部６２は、ほぼ同じ形状をしている。
【００３２】
出口ヘッダ６５，６６は、入口ヘッダ６１，６２から複数のチューブ６３，６４に流れて室内空気と熱交換した後の低温のＣＯ２冷媒を集合させ、室外ユニット２０へと戻すために配備されているヘッダである。出口ヘッダ６５，６６は、複数のチューブ６３，６４の左側に配置されている左側出口ヘッダ部６５と、複数のチューブ６３，６４の右側に配置されている右側出口ヘッダ部６６とから構成されている。
【００３３】
複数のチューブ６３，６４は、左側入口ヘッダ部６１および右側入口ヘッダ部６２それぞれの横断面積（流路面積）よりも小さな断面積を有している。複数のチューブ６３，６４は、第１のチューブ群６３と、第２のチューブ群６４とに分かれている。第１のチューブ群６３は、左側入口ヘッダ部６１から右側出口ヘッダ部６６へとＣＯ２冷媒を流す。第２のチューブ群６４は、右側入口ヘッダ部６２から左側出口ヘッダ部６５へとＣＯ２冷媒を流す。第１のチューブ群６３に属するチューブと、第２のチューブ群６４に属するチューブとは、左右方向に直交する方向、すなわち、室内空気が通り抜ける第１方向（図６（Ａ）参照）および上下方向それぞれにおいて、交互に配置されている。
【００３４】
複数のフィン６９は、それぞれ、複数のチューブ６３，６４が貫通し、チューブ６３，６４内を流れるＣＯ２冷媒と室内空気との熱交換を補助する。複数のチューブ６３，６４の配置は、室内空気が通り抜ける第１方向（図６（Ａ）参照）に沿って複数のチューブが並んで複数列となっているとともに、複数列のそれぞれにおいて、第１方向と直交する第２方向（図６（Ａ）および図６（Ｂ）の上下方向）に沿って複数のチューブ６３，６４が並んで複数段となっている。また、チューブ６３，６４は、それぞれ、入口ヘッダ６１，６２の近傍におけるＣＯ２冷媒の温度と出口ヘッダ６５，６６の近傍におけるＣＯ２冷媒の温度との差が、暖房運転において４０℃以上になる。
【００３５】
そして、複数のチューブ６３，６４およびフィン６９の左半分（図６（Ｂ）の符号Ｌを参照）を通過した後の室内空気の温度と、複数のチューブ６３，６４およびフィン６９の右半分（図６（Ｂ）の符号Ｒを参照）を通過した後の室内空気の温度との差が暖房運転において１０℃以下になる。
【００３６】
また、暖房運転において、複数のチューブ６３，６４の左半分を流れるＣＯ２冷媒の平均温度および複数のチューブ６３，６４の右半分を流れるＣＯ２冷媒の平均温度は、それぞれ４０℃〜５５℃の範囲にある。
【００３７】
さらに、この熱交換器では、左側入口ヘッダ部６１および右側入口ヘッダ部６２の流路面積が等しく、且つ、第１のチューブ群６３に属するチューブの数と第２のチューブ群６４に属するチューブの数とが等しくなっており、暖房運転において第１のチューブ群６３の内部を流れる冷媒の量と第２のチューブ群６４の内部を流れる冷媒の量とが概ね同じになる。
【００３８】
なお、各チューブ６３，６４の延びる方向である左右方向とは、室内熱交換器５２のケーシング３０に装着される化粧パネル３８に形成されている吹出口３２の長手方向、すなわちケーシング３０の長辺に沿った方向である。
【００３９】
＜第１実施形態に係る熱交換器の特徴＞
（１）
空気調和装置１０では、室内熱交換器５２の内部を超臨界状態のＣＯ２冷媒が流れるため、従来のフルオロカーボンを用いる冷凍サイクルのように熱交換器の入口近傍の冷媒温度と出口近傍の冷媒温度とが殆ど変化しないということにはならない。従来のフルオロカーボンを用いる冷凍サイクルでは、図９に示すように、暖房運転において室内熱交換器の中を流れる２相状態の冷媒は、凝縮されている間、その温度が変化せず、室内熱交換器の入口近傍と出口近傍とで冷媒温度に大きな温度差が生じることはない。一方、暖房運転において超臨界状態のＣＯ２冷媒が流れてガスクーラーとして機能する室内熱交換器５２では、入口近傍の冷媒温度と出口近傍の冷媒温度とに大きな差が出る。具体的には、上述のように、その差は４０℃以上となる。例えば、室内熱交換器５２には、８０℃以上の高温のＣＯ２冷媒が流れ込み、３０℃以下の低温のＣＯ２冷媒となって室外ユニット２０へと戻っていく。
【００４０】
したがって、何ら手当をせず、従来のフルオロカーボンを用いた室内ユニットと同じ構成の熱交換器を採用した場合には、熱交換器のどの部分を通過してきたかによって、室内に吹き出される空気の温度にも大きな差が生じることになる。具体的には、図３等に示す細長い吹出口３２の左半分から吹き出される空気の温度と右半分から吹き出される空気の温度とで２０℃近い温度差が生じてしまう恐れがある。このように吹出口３２の吹き出し位置（左右位置）によって空気の温度に大きな差が出ると、室内の温度分布が不均一になったり局所的に暖房が為されないといった不具合が発生したりするおそれがある。
【００４１】
これに対し、第１実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器を室内熱交換器５２として採用する場合には、入口ヘッダ６１，６２の近傍と出口ヘッダ６５，６６の近傍とでチューブ６３，６４内の冷媒温度の差が暖房運転で４０℃以上になっても、吹出口３２の各所から吹き出される空気の温度差が１０℃以下になる。すなわち、第１実施形態に係る熱交換器では、入口ヘッダ６１，６２から出口ヘッダ６５，６６へとＣＯ２冷媒を流すための複数のチューブ６３，６４を、室内空気が通り抜ける第１方向に沿って多列構造にするとともに、その第１方向と直交する第２方向（上下方向）に沿っても複数のものを並べて多段構造にしている。そして、図６に示すヘッダ６１，６２，６５，６６およびチューブ６３，６４の配置によって、熱交換器の右半分を通過した空気と左半分を通過した空気との温度差が暖房運転において１０℃以下になるようにしている。
【００４２】
具体的には、図６（Ｂ）に示す熱交換器の右半分に着目したときには、最上段のチューブ６４，上から３段目のチューブ６４および上から５段目のチューブ６４は、右側入口ヘッダ部６２に近くなっており、比較的高温のＣＯ２冷媒が流れ、上から２段目のチューブ６３，上から４段目のチューブ６３および上から６段目のチューブ６３は、右側出口ヘッダ部６６に近くなっており、比較的低温のＣＯ２冷媒が流れる。一方、図６（Ｂ）に示す熱交換器の左半分に着目したときには、最上段のチューブ６４，上から３段目のチューブ６４および上から５段目のチューブ６４は、左側出口ヘッダ部６５に近くなっており、比較的低温のＣＯ２冷媒が流れ、上から２段目のチューブ６３，上から４段目のチューブ６３および上から６段目のチューブ６３は、左側入口ヘッダ部６１に近くなっており、比較的高温のＣＯ２冷媒が流れる。このため、右半分のチューブ６３，６４およびフィン６９を通り抜けた空気が吹出口３２の右半分から吹き出されるときの温度と、左半分のチューブ６３，６４およびフィン６９を通り抜けた空気が吹出口３２の左半分から吹き出されるときの温度とは、殆ど差がない状態になる。また、図６（Ａ）に示すように、第１のチューブ群６３が空気流れの下流側に配置され、第２のチューブ群６４が空気流れの上流側に配置されているため、例えば熱交換器の左半分の上から１段目と２段目においては、比較的高温のＣＯ２冷媒が流れる空気流れ上流側のチューブ６４と熱交換をした空気が、空気流れ下流側にあって比較的低温のＣＯ２冷媒が流れるチューブ６３と熱交換を行い、熱交換器の他の場所を通ってきた空気と殆ど変わらない温度になって吹出口３２に向かうようになる。
【００４３】
このように、第１実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器では、暖房運転において超臨界状態となっているＣＯ２冷媒が流れる場合であっても、熱交換器の各場所を通り抜けてくる空気の温度に殆ど差がつかなくなり、その差が１０℃以下に抑えられる。また、熱交換器の各場所を通り抜けてくる空気は、その温度が４０℃〜５５℃の範囲に入るように冷凍サイクルの設計・制御が為されている。
【００４４】
これにより、第１実施形態に係る熱交換器を室内熱交換器５２として採用した空気調和装置１０では、吹出口３２から室内に吹き出される空気の温度ムラが抑えられる。
【００４５】
（２）
さらに詳細に説明すると、第１実施形態に係る熱交換器では、左右方向に複数のチューブ６３，６４を延設するとともに、入口ヘッダ６１，６２および出口ヘッダ６５，６６それぞれを、右側と左側とに分ける構成を採っている。そして、第１のチューブ群６３が左側入口ヘッダ部６１から右側出口ヘッダ部６６へとＣＯ２冷媒を流す一方、第２のチューブ群６４が右側入口ヘッダ部６２から左側出口ヘッダ部６５へとＣＯ２冷媒を流す構成として、第１のチューブ群６３の内部を流れる冷媒の量と第２のチューブ群６４の内部を流れる冷媒の量とが概ね同じになるようにしている。具体的には、左右両方の入口ヘッダ部６１，６２の横断面積を同じにして、第１および第２の両チューブ群６３，６４それぞれのチューブの数を等しくして、第１のチューブ群６３の内部を流れる冷媒の量と第２のチューブ群６４の内部を流れる冷媒の量とを、より等しい状態にしている。
【００４６】
このため、熱交換器の左半分では、第１のチューブ群６３の内部に比較的高温の冷媒が流れ、第２のチューブ群６４の内部に比較的低温の冷媒が流れるが、熱交換器の右半分では、第２のチューブ群６４の内部に比較的高温の冷媒が流れ、第１のチューブ群６３の内部に比較的低温の冷媒が流れるようになる。したがって、熱交換器の左半分を通過する室内空気と、熱交換器の右半分を通過する室内空気とは、吹出口３２から吹き出される際に、温度差が殆どつかなくなっている。
【００４７】
（３）
第１実施形態に係る熱交換器では、第１のチューブ群６３に属するチューブと、第２のチューブ群６４に属するチューブとが、左右方向に直交する方向、すなわち、室内空気が通り抜ける第１方向（図６（Ａ）参照）および上下方向それぞれにおいて、交互に配置されている。
【００４８】
このため、熱交換器の各部分で、左右方向の違いによる通過空気の温度だけではなく、左右方向に直交する上下方向の違いによる通過空気の温度についても、その温度差を小さく抑えることができている。
【００４９】
＜第２実施形態に係る熱交換器の詳細構成＞
空気調和装置１０の室内ユニット５０において、上記の第１実施形態に係る熱交換器ではなく、図７に示す本発明の第２実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器を、室内熱交換器５２として用いることも有効である。このようにした場合にも、室内熱交換器５２を通過した後の吹出口３２の各所における空気の温度の差を小さく抑えることができる。
【００５０】
図７に示す熱交換器は、入口ヘッダ７１と、複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃと、出口ヘッダ７５と、複数のフィン７９とを備えている。ここで、複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃが延びる方向を、左右方向と定義する。
【００５１】
入口ヘッダ７１は、細長い形状をしており、室外ユニット２０から流れてくる高温のＣＯ２冷媒を流入させる。複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃは、それぞれ、入口ヘッダ７１の横断面積（流路面積）よりも小さな断面積を有している。出口ヘッダ７５は、入口ヘッダ７１から複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃに流れて室内空気と熱交換した後の低温の冷媒を集合させ、室外ユニット２０へと戻すために配備されているヘッダである。複数のフィン７９は、それぞれ、複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃが貫通し、チューブ内を流れるＣＯ２冷媒と室内空気との熱交換を補助する。
【００５２】
複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃの配置は、室内空気が通り抜ける第１方向（図７（Ａ）参照）に沿って複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃが並んで複数列となっているとともに、複数列のそれぞれにおいて、第１方向と直交する第２方向（上下方向）に沿って複数のチューブが並んで複数段となっている。上下方向の各段において、チューブ７３ａとチューブ７３ｂとがＵ字管７８ａで結ばれ、チューブ７３ｂとチューブ７３ｃとがＵ字管７８ｂで結ばれ、これらのチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃおよびＵ字管７８ａ，７８ｂが両ヘッダ７１，７５を接続するパスＰ１１〜Ｐ１５を形成している。
【００５３】
また、チューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃは、入口ヘッダ７１の近傍における冷媒の温度と出口ヘッダ７５の近傍における冷媒の温度との差が、暖房運転において４０℃以上になる。さらに、チューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃおよびフィン７９の左半分（図７（Ｂ）の符号Ｌを参照）を通過した後の室内空気の温度と、チューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃおよびフィン７９の右半分（図７（Ｂ）の符号Ｒを参照）を通過した後の室内空気の温度との差は、暖房運転において１０℃以下になる。
【００５４】
＜第２実施形態に係る熱交換器の特徴＞
第２実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器では、空気の通り抜ける方向に複数のチューブ７３ａ，７３ｂ，７３ｃが並ぶ３列構造を採っている。このため、空気流れの上流側にあるチューブと下流側にあるチューブとの内部を流れるＣＯ２冷媒の平均温度が熱交換器の左側と右側とで大きく変わらないようにチューブ配置を設計することがやりやすくなる。また、１列構造や２列構造の場合に較べて、熱交換器を通り抜けるまでの間に空気の温度が平均化されるようになり、局部的な温度差も抑えられるようになる。
【００５５】
＜第３実施形態に係る熱交換器の詳細構成＞
空気調和装置１０の室内ユニット５０において、上記の第１実施形態に係る熱交換器ではなく、図８に示す本発明の第３実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器を、室内熱交換器５２として用いることも有効である。このようにした場合にも、室内熱交換器５２を通過した後の吹出口３２の各所における空気の温度の差を小さく抑えることができる。
【００５６】
図８に示す熱交換器は、入口ヘッダ８１と、複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆと、出口ヘッダ８５と、複数のフィン８９と、Ｕ字管８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅとを備えている。ここで、複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆが延びる方向を、左右方向と定義する。
【００５７】
入口ヘッダ８１は、細長い形状をしており、室外ユニット２０から流れてくる高温のＣＯ２冷媒を流入させる。複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆは、それぞれ、入口ヘッダ８１の横断面積（流路面積）よりも小さな断面積を有している。出口ヘッダ８５は、入口ヘッダ８１から複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆに流れて室内空気と熱交換した後の低温の冷媒を集合させ、室外ユニット２０へと戻すために配備されているヘッダである。複数のフィン８９は、それぞれ、複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆが貫通し、チューブ内を流れるＣＯ２冷媒と室内空気との熱交換を補助する。
【００５８】
入口ヘッダ８１と出口ヘッダ８５とは、複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆに対して同じ側（図８（Ａ），（Ｂ）において右側）に配置されている。Ｕ字管８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅは、複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆの入口ヘッダ８１および出口ヘッダ８５が配置されている側またはその反対側において、２つのチューブの端部同士を結んでいる。そして、Ｕ字管８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅにより結ばれた複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆは、パスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３を形成し、入口ヘッダ８１から出口ヘッダ８５へとＣＯ２冷媒を流す。
【００５９】
複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆの配置は、室内空気が通り抜ける第１方向（図８（Ａ）参照）に沿って複数列（ここでは３列）となっているとともに、複数列のそれぞれにおいて、第１方向と直交する第２方向（上下方向）に沿って複数のチューブが並んで複数段となっている。また、チューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆおよびＵ字管８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅにより形成される各パスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３は、入口ヘッダ８１の近傍におけるＣＯ２冷媒の温度と出口ヘッダ８５の近傍におけるＣＯ２冷媒の温度との差が、暖房運転において４０℃以上になる。さらに、各パスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３およびフィン８９の左半分（図８（Ｂ）の符号Ｌを参照）を通過した後の室内空気の温度と、各パスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３およびフィン８９の右半分（図８（Ｂ）の符号Ｒを参照）を通過した後の室内空気の温度との差は、暖房運転において１０℃以下になる。
【００６０】
＜第３実施形態に係る熱交換器の特徴＞
第３実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器では、入口ヘッダ８１および出口ヘッダ８５をともに複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆの同じ側に配置し、Ｕ字管８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅで複数のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆをつないでパスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３を形成し、そのパスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３によって、同じ側にある入口ヘッダ８１から出口ヘッダ８５へと冷媒を流す構成を採っている。このため、複数のチューブの両側に入口ヘッダと出口ヘッダとを分散配置する場合に較べて、室内ユニット５０のコンパクト化を図ることが容易となっている。
【００６１】
また、ここでは、異なる列にあるチューブ同士をＵ字管によりつないでパスを形成しているため、同じ側に配置された入口ヘッダ８１と出口ヘッダ８５とが、パスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３によってＣＯ２冷媒の授受をできるようになっている。例えば、３列構造において、１列目のチューブと２列目のチューブとを第１のＵ字管によって両ヘッダとは反対側でつなぎ、その２列目のチューブと３列目のチューブとを第２のＵ字管によって両ヘッダと同じ側でつなぐだけでは、その３列目のチューブに流れた冷媒を出口ヘッダに戻すことができないが、ここでは、両ヘッダ８１，８５の側において２つのＵ字管８８ｂ、８８ｄによって異なる列にあるチューブを結ぶとともに、両ヘッダ８１，８５と反対側において３つのＵ字管８８ａ，８８ｃ，８８ｅによって同じ列にあるチューブ同士を結び、同じ側にある入口ヘッダ８１と出口ヘッダ８５との間でＣＯ２冷媒を流せるようにパスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３を形成している。
【００６２】
＜第３実施形態に係る熱交換器の変形例＞
上記の第３実施形態に係る熱交換器では、２段３列の６本のチューブ８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆを、５つのＵ字管８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅで結ぶことで、各パスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３を構成しているが、１つのパスを短く構成したい場合には、３列に分散された４つのチューブを、列数と同じ数のＵ字管（３つのＵ字管）によって結んで、同じ側にある両ヘッダ８１，８５を接続するパスを形成させるようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器が室内ユニットにおいて採用される空気調和装置の冷凍サイクルを示す図。
【図２】ＣＯ２冷媒の圧力−エンタルピ状態を簡易的に表した図。
【図３】室内ユニットの外観斜視図。
【図４】室内ユニットの概略縦断面図。
【図５】室内ユニットの概略横断面図。
【図６】（Ａ）本発明の第１実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器の側面図。（Ｂ）本発明の第１実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器の正面図。
【図７】（Ａ）本発明の第２実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器の上面図。（Ｂ）本発明の第２実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器の正面図。
【図８】（Ａ）本発明の第３実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器の上面図。（Ｂ）本発明の第３実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器の正面図。（Ｃ）本発明の第３実施形態に係るクロスフィン式の熱交換器の側面図。
【図９】フルオロカーボンの圧力−エンタルピ状態を簡易的に表した図。
【符号の説明】
【００６４】
１０    空気調和装置
２０    室外ユニット
３２    吹出口
５０    室内ユニット
５２    室内熱交換器
６１，６２    入口ヘッダ
６３，６４    チューブ
６５，６６    出口ヘッダ
６９    フィン
７１    入口ヘッダ
７３ａ，７３ｂ，７３ｃ    チューブ
７５    出口ヘッダ
７８ａ，７８ｂ    Ｕ字管
７９    フィン
８１    入口ヘッダ
８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ，８３ｅ，８３ｆ    チューブ
８５    出口ヘッダ
８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄ，８８ｅ    Ｕ字管（折返し部材）
８９    フィン