(57)【要約】【課題】効率の良い垂直の熱伝導管を並列に配置した熱交換器を凝縮器として用いるとともに、蒸発器としても使用して、ヒートポンプ空調システムなどに組み込むことが可能な空気調和機の熱交換器を提供する。【解決手段】複数の垂直の熱伝導管を並列に配置した第一の熱交換器と、複数の水平の熱伝導管を並列に配置した第二の熱交換器とを直列に接続し、凝縮器として使用する際には冷媒を第二の熱交換器から第一の熱交換器の順に流し、蒸発器として使用する際には冷媒を第一の熱交換器から第二の熱交換器の順に流す空気調和機の熱交換器である【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の垂直の熱伝導管を並列に配置した第一の熱交換器と、複数の水平の熱伝導管を並列に配置した第二の熱交換器とを直列に接続し、凝縮器として使用する際には冷媒を第二の熱交換器から第一の熱交換器の順に流し、蒸発器として使用する際には冷媒を第一の熱交換器から第二の熱交換器の順に流すことを特徴とする空気調和機の熱交換器
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気調和機の熱交換器、特に、複数の垂直の熱伝導管を並列に配置した空気調和機の熱交換器の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の垂直の熱伝導管を並列に配置した熱交換器は、凝縮器としては効率が良いことから、例えば、自動車用の凝縮器（ラジエータ）として多用されている（例えば、特許文献１）。すなわち、液体の冷媒は圧力差がなくても熱交換器の上側のヘッダーから下側のヘッダーに自重により移動することができるので、スムースに冷媒の移動が行われることから、効率よくコンパクトな冷房システムが得られるからである。
また、空気調和機において、近年、熱効率が良くスペース的に有利であることから、ヒートポンプシステムが用いられており、この場合の熱交換器は凝縮器又は蒸発器として使用する（例えば、特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１５９２６８号掲載公報
【特許文献２】
特公平８−３３２５５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の特許文献１の複数の垂直の熱伝導管を並列に配置した熱交換器は凝縮器としては効率が良いが、蒸発器として使用することは困難である。
すなわち、水平の熱伝導管の場合には、水平の熱伝導管の下側に液体の冷媒が、上側に気体の冷媒が存在することが可能なため、液体と気体の冷媒が混在したまま熱伝導管内を流れて、蒸発器の出口で適度の過熱度が維持され、過熱度の膨張弁の制御も容易であり、ミスト状態で連続して順次圧縮機に送り込めるため、圧縮機の冷却を兼ねて効率良く作動させることができる。
これに対して、垂直の熱伝導管の場合には、管の下側に液体の冷媒が上側に気体の冷媒がハッキリと分離して存在してしまうため、気化した冷媒のみ圧縮機に送り込むことになり、冷媒の移動速度も遅く蒸発器の出口ヘッダー付近では過熱度が大きくなりすぎ、これを押さえるために膨張弁の開度を大きくすると、冷媒の液面が急激に上昇する。このため、膨張弁の開度の変化が極端に大きく、かつ、開度の変化が急激になり冷媒の円滑な移送制御が非常に困難であり、事実上不可能である。
また、膨張弁の開度が大きくなる場合には、熱伝導管内の冷媒の液面が急激に上昇し、蒸発器として作動する場合には満液状態に近くなるが、このとき、ミスト状態ではなく液体冷媒が蒸発器から吐き出され圧縮機に送られる危険性が高く、この液体冷媒が圧縮機に送られた場合には、液体冷媒が圧縮機の内部で気化し急激な体積膨張から、いわゆる液バック現象が生じて圧縮機が破損する原因となる。
また、液バックを感じ膨張弁の開度を小さくすると、蒸発器の出口近傍での過熱度が大きくなりすぎるので、冷媒は完全な気体（ガス状態）になるため、冷媒液に溶け込ませてある潤滑油などの液状体がシステム中を循環できなくなり、圧縮機の耐久性が劣化する原因となる。
したがって、複数の垂直の熱伝導管を並列に配置した熱交換器を蒸発器として使用することは不可能に近く、実用化されていない。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その課題は、効率の良い垂直の熱伝導管を並列に配置した熱交換器を凝縮器として用いるとともに、蒸発器としても使用して、ヒートポンプ空調システムなどに組み込むことが可能な空気調和機の熱交換器を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、複数の垂直の熱伝導管を並列に配置した第一の熱交換器と、複数の水平の熱伝導管を並列に配置した第二の熱交換器とを直列に接続し、凝縮器として使用する際には冷媒を第二の熱交換器から第一の熱交換器の順に流し、蒸発器として使用する際には冷媒を第一の熱交換器から第二の熱交換器の順に流すことを特徴とする空気調和機の熱交換器である。
したがって、蒸発器として使用する際には、第一の複数の垂直の熱伝導管を並列に配置した熱交換器において液体の冷媒が満杯になっても、次に冷媒が送られる第二の複数の水平の熱伝導管を並列に配置した熱交換器においては、液体の冷媒と気体の冷媒とが混合して霧状になり、空気調和機の次工程の圧縮機等に送り込めるため、冷媒の移送制御が容易であり、液バックによる圧縮機の破損を防げ、潤滑油などの循環も円滑に行える。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な空気調和機の熱交換器の１実施例を図面に沿って説明する。
図１は、本発明の実施例の熱交換器をヒートポンプ空調システムに組み込むこんで実施例の熱交換器を室外熱交換器として用いた全体の概略を示したもので、符号１の複数の垂直の熱伝導管を並列に配置した第一の熱交換器と、符号２の複数の水平の熱伝導管を並列に配置した第二の熱交換器とが直列に接続している。
そして、前記第一の熱交換器１には過熱度制御膨張弁３が接続され、前記第二の熱交換器２は四方切替弁４が接続され、四方切替弁４には圧縮機５とが接続されており冷媒の流れ方向を切り替る。この過熱度制御膨張弁３と四方切替弁４とに室内熱交換器６が接続されている。
【０００７】
第一の熱交換器１は、図２および図３に示されるように、複数の垂直の熱伝導管１１を並列に配置した、いわゆる縦型のもので、下端部のコイルヘッダー１２と上端部のコイルヘッダー１３に連通して設けられ、熱伝導管１１はアルミニウムの偏平中空のもので、並列する各熱伝導管１１の間にはアルミニウムの板状のコルゲートフィン１４が面接続状態でロウ付けによるロウ付部１７により密着固定されいる。この熱伝導管１１とコルゲートフィン１４の接合部がロウ付けにより合金化されているため熱交換効率が良く、また、この熱交換器の構造は通常車両のラジエータ等に使用されるもので、通気性がよいのでファンの負荷が少なく、熱交換効率も良好である。
第二の熱交換器２は、第一の熱交換器１と異なり、複数の水平の熱伝導管２１を並列に配置した、いわゆる横型のもので、熱伝導管２１のコルゲートフィン２４との構成は第一の熱交換器と同じであるが、各熱伝導管２１は右（左）端部のコイルヘッダー２２と左（右）端部のコイルヘッダー２３に連通して設けられている。
第一の熱交換器１と第二の熱交換器２の位置関係は、本実施例では空気流の上流に温度の変化が大きい第二の温度センサー３２に関係する第二の熱交換器２を配置し、下流に第一の熱交換器１を配置している。
また、第一の熱交換器１と第二の熱交換器２との接続は、第一の熱交換器１の上端部のコイルヘッダー１３が第二の熱交換器２の右端部のコイルヘッダー２２に直列状態で配管１６によって接続され、第一の熱交換器１の下端部のコイルヘッダー１２が配管１５によって過熱度制御膨張弁３に、第二の熱交換器２の左端部のコイルヘッダー２３が配管２５によって四方切替弁４にそれぞれ接続している。
さらに、本実施例では室内熱交換器６も、上記の第一、第二の熱交換器の組み合わせとして、上述の熱交換器と同じ構成としたが、公知の室内熱交換器６でもよい。
【０００８】
そして、下端部のコイルヘッダー１２の近傍には第一の温度センサー３１と、左端部のコイルヘッダー２３の近傍には第二の温度センサー３２が設けられ、このセンサーの値により過熱度制御膨張弁３を制御するようにしている。
［作動］
次に、上記の構成において本実施例の作動を説明すると、室内熱交換器６を冷却する冷房運転時には、図１の点線で示すように、四方切換弁４の切換動作（点線で示す）により、圧縮機５の出口側配管５１と第二の熱交換器のコイルヘッダー２３が接続されるとともに、室内熱交換器６と圧縮機５の入口側配管５２とが接続され、さらに、室内熱交換器６は過熱度制御膨張弁３を介して第一の熱交換器１の下端部のコイルヘッダー１２に接続される。
したがって、冷媒の流れは、圧縮機５→第二の熱交換器のコイルヘッダー２３→コイルヘッダー２２→第一の熱交換器の上端部のコイルヘッダー１３→下端部のコイルヘッダー１２→過熱度制御膨張弁３→室内熱交換器６→圧縮機５となり、第一、第二の熱交換器を通過する空気流によって冷媒は凝縮し、第一、第二の熱交換器が凝縮器として作動し冷房サイクルが行われる。
なお、過熱度制御膨張弁３は室内熱交換器６の上流側の温度センサー３１’と下流側の温度センサー３２’の検出値から所定の開度になるように制御されている。
【０００９】
また、室内熱交換器６を加熱する暖房運転時には、図１に示すように、四方切換弁４は実線の通路に切換えられ、本発明の実施例の最も特徴する構成であるが、第一、第二の熱交換器は、図２の第一、第二の熱交換器の作動図に沿って説明するように、蒸発器として作動する。
すなわち、圧縮機５の入口側配管５２と第二の熱交換器のコイルヘッダー２３が接続されるとともに、圧縮機５の出口側配管５１に室内熱交換器６が接続され、さらに、室内熱交換器６は過熱度制御膨張弁３を介して第一の熱交換器１の下端部のコイルヘッダー１２に接続される。
したがって、冷媒の流れは、圧縮機５→室内熱交換器６→過熱度制御膨張弁３→第一の熱交換器の下端部のコイルヘッダー１２→上端部のコイルヘッダー１３→第二の熱交換器のコイルヘッダー２２→コイルヘッダー２３→圧縮機５となり、第一、第二の熱交換器を通過する空気流によって冷媒は蒸発し、第一、第二の熱交換器が蒸発器として作動し通常の暖房サイクルが行われる。
ここで、下端部のコイルヘッダー１２の近傍の温度センサー３１の検出温度に対して、コイルヘッダー２３の近傍に設けた温度センサー３２での検出温度が、常に５度℃程度高く維持するように、過熱度（電子）制御膨張弁３の開度を制御する。
【００１０】
したがって、蒸発器として作動する際には、第一の複数の垂直の熱伝導管１１を並列に配置した縦型の熱交換器１において液体の冷媒が熱交換器１の上端面まで満杯になっても、次に、冷媒が送られる第二の複数の水平の熱伝導管を並列に配置した横型の熱交換器２によって液体の冷媒と気体の冷媒とが混合して霧状になり、空気調和機の次工程の圧縮機５に送り込めるため、冷媒の移送制御が容易であり、液バックによる圧縮機５の破損を防ぐことができ、潤滑油などの循環も円滑に行え圧縮機５の耐久性も向上する。
【００１１】
なお、本発明の特徴を損うものでなければ、上記の実施例に限定されるものでないことは勿論であり、例えば、コルゲートフィン型以外の縦型の熱交換器に適用してもよいことは勿論であり、また、第一、第二の熱交換器を必要に応じてそれぞれ適宜の複数個を設けても良いことも勿論であり、第二の熱交換器の左右端部のコイルヘッダーは熱伝導管が水平であるので入れ替えてもよい。
また、横型の第二の熱交換器２は主に冷媒移送の制御を可能にするものであるから、制御可能であれば第一の熱交換器１に対して熱交換実行面積は小さくてもよく、本実施例では、第二の熱交換器２の熱交換実行面積は第一の熱交換器１の半分程度の小型としたが、その比率は適宜変更して効率が高くなるように設計変更すればよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、効率の良い垂直の熱伝導管を配置した第一の熱交換器を凝縮器として用いるとともに、冷媒の移送制御が可能な水平の熱伝導管を配置した熱交換器を直列に組み合わせることにより、蒸発器としても用いることができ、コンパクトで効率のよいヒートポンプ空調システムなどの空気調和機とすることができ、特に、蒸発器としても用いた場合でも、第二の熱交換器によって液体の冷媒と気体の冷媒とが混合して霧状になり、空気調和機の次工程の圧縮機に送り込めるため、冷媒の移送制御が容易であり、液バックによる圧縮機の破損を防ぐことができ、潤滑油などの循環も円滑に行え圧縮機の耐久性も向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の熱交換器を組み込んだ空気調和機の全体の概略を示した説明図である。
【図２】本発明の実施例の熱交換器を蒸発器として作動させた説明図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の熱交換器の熱伝導管の側面図であり、図３（ｂ）は熱伝導管の断面図である。
【符号の説明】
１…第一の熱交換器、１１…熱伝導管、１２…下端部のコイルヘッダー、
１３…上端部のコイルヘッダー、１４…コルゲートフィン、１５，１６…配管、
１７…ロウ付部、
２…第二の熱交換器、２１…熱伝導管、２２…右端部のコイルヘッダー、
２３…左端部のコイルヘッダー、２４…コルゲートフィン、２５…配管、
２７…ロウ付部、
３…過熱度（電子）制御膨張弁、３１…第一の温度センサー、
３２…第二の温度センサー、３１’，３２’…温度センサー
４…四方切換弁、
５…圧縮機、５１…出口側配管、５２…入口側配管
６…室内熱交換器、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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