(57)【要約】【課題】冷媒循環量の変化に影響されず、流量バランスの良い空気調和機の熱交換器を提供する。【解決手段】左右一対の端板１１間に所定間隔おきに設けられた板状フィンを貫通するように配置された直線状の第２伝熱管１４と、これら第２伝熱管１４の冷媒の給排出部とは反対側の端部同士を接続管１５により接続して冷媒の冷媒のパスを複数形成する際に、互いに隣り合わない一対の伝熱管１４の端部同士を接続するようになし、且つ一対の第２伝熱管１４，１４および接続管１５により形成される各パスの平均高さ位置がそれぞれ同一になるようにしたものである。【選択図】      図３
2005083607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右一対の端板間に所定間隔おきに設けられた板状フィンを貫通するように配置された直線状の伝熱管と、これら伝熱管の冷媒の給排出部とは反対側の端部同士を接続管を介して接続して冷媒の折返し部を形成する際に、互いに隣り合わない伝熱管の端部同士を接続するようにしたことを特徴とする空気調和機の熱交換器。
【請求項２】
各伝熱管により形成される冷媒の流路を、少なくとも接続管により接続された一対の伝熱管よりなる複数のパスでもって形成するとともに、これら各パスの平均高さ位置がそれぞれ同一になるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の熱交換器。
【請求項３】
各伝熱管により形成される冷媒の流路を、少なくとも接続管により接続された一対の伝熱管よりなる複数のパスでもって形成するとともに、これら各パスに対応して流れる空気の平均流速がそれぞれ同一になるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の熱交換器。
【請求項４】
伝熱管の一部に、ヘアピン管よりなる伝熱管を用いたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の空気調和機の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機の熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機における熱交換器は、図９に示すように、ヘアピン管と称される多数のＵ字型伝熱管５１、リターンベンドと称されるＵ字型接続管５２、および分岐管５３を組み合わせて冷媒流路を複数のパスでもって形成したフィンチューブ型熱交換器を使用しているが、大能力の空気調和機の熱交換器では、蒸発器における圧力損失による機器の性能低下を回避するため、一本のＵ字型伝熱管５１を一つの冷媒流路にした多パス構成にされるとともに、分岐管の構造により各パスにおける流量バランスを決定するようにしていた（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−３７６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の構成では、或る冷媒循環量でもって、各流路の流量バランスを分岐管の構造により決定しても、冷媒循環量が低下すると各流路の上下の位置関係によるヘッド差の影響が増加した場合には、冷媒が下側の流路に流れやすくなり、また冷媒循環量が増加すると上記ヘッド差の影響が減少して冷媒が上側の流路に流れやすくなり、流量バランスが悪化する。すなわち、蒸発器で見ると流量の少ないパスはスーパーヒートして熱交換性能が落ちて熱交換器を有効に利用することができず、また流量の多いパスは湿り状態となってやはり熱交換性能が落ちて熱交換効率が低下するという課題がある。
【０００４】
また、熱交換器を通過する空気の流速分布が均一でない場合にも、蒸発器で見ると流速（風速）の速いところがスーパーヒートして熱交換性能が落ち、熱交換器を有効に利用することができないとともに、一方流速の遅いところは湿り状態となり、やはり熱交換効率が低下するという課題を有していた。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するものであり、熱交換効率の高い空気調和機の熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る空気調和機の熱交換器は、左右一対の端板間に所定間隔おきに設けられた板状フィンを貫通するように配置された直線状の伝熱管と、これら伝熱管の冷媒の給排出部とは反対側の端部同士を接続管を介して接続して冷媒の折返し部を形成する際に、互いに隣り合わない伝熱管同士の端部同士を接続するようにしたものである。
【０００７】
また、請求項２に係る空気調和機の熱交換器は、請求項１に記載の熱交換器の各伝熱管により形成される冷媒の流路を、少なくとも接続管により接続された一対の伝熱管よりなる複数のパスでもって形成するとともに、これら各パスの平均高さ位置がそれぞれ同一になるようにしたものである。
【０００８】
また、請求項３に係る空気調和機の熱交換器は、請求項１に記載の熱交換器の各伝熱管により形成される冷媒の流路を、少なくとも接続管により接続された一対の伝熱管よりなる複数のパスでもって形成するとともに、これら各パスに対応して流れる空気の平均流速がそれぞれ同一になるようにしたものである。
【０００９】
さらに、請求項４に係る空気調和機の熱交換器は、請求項１乃至３のいずれかに記載の熱交換器における伝熱管の一部に、ヘアピン管よりなる伝熱管を用いたものである。
【発明の効果】
【００１０】
上記請求項１または請求項２の構成によると、直線状の伝熱管と、これら伝熱管の冷媒の給排出部とは反対側の端部同士を接続管を介して接続して冷媒の折返し部を形成する際に、互いに隣り合わないの伝熱管の端部同士を接続したので、冷媒循環量の変化による流量バランスの悪化を防止することができる。すなわち、パスごとの平均ヘッド差の小さなパス構成が可能となり、熱交換効率の向上を図ることができる。
【００１１】
また、請求項３の構成によると、各伝熱管により形成される冷媒の流路を、少なくとも接続管により接続された一対の伝熱管よりなる複数のパスでもって構成するとともに、これら各パスに対応して流れる空気の平均流速がそれぞれ同一になるようにしたので、パスごとにおける平均流速の差が小さいパス構成が可能となり、熱交換効率の向上を図ることができる。
【００１２】
さらに、請求項４の構成によると、伝熱管としてヘアピン管を用いることにより、部品点数および加工工数を削減してコストの低減化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る空気調和機の熱交換器の実施の形態について説明する。
［実施の形態１］
以下、本実施の形態１における空気調和機の熱交換器を、図１〜図４に基づき説明する。
【００１４】
図１は空気調和機の概略構成を示す図である。
図１に示すように、この空気調和機は、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、減圧器４、および室内熱交換器５が、順次、冷媒配管６を介して接続された構成にされており、ヒートポンプ式の冷凍サイクルが行われるものである。なお、室外送風機７は室外熱交換器３に空気を供給し、室内送風機８は室内熱交換器５に空気を循環させる。
【００１５】
図２および図３は空気調和機における室内熱交換器５の構成を示す図である。
図２および図３に示すように、この室内熱交換器５は、左右一対の端板（管板ともいう）１１，１１間で且つこれら両端板１１，１１間（幅方向または板厚方向でもある）に所定間隔おきに多数配置された板状のフィン１２と、これらフィン１２および端板１１の上下の中心部において板厚方向で貫通されたＵ字形状の第１伝熱管（ヘアピン管ともいう）１３と、この第１伝熱管１３の上下位置にて板厚方向で互いに平行に貫通された複数本（例えば、１２本）の直管（直線状）の第２伝熱管１４Ａ〜１４Ｌと、これら各第２伝熱管１４における折返し部、すなわち冷媒の給排出部（出入り口）とは反対側で且つ上下において隣り合わない第２伝熱管１４同士、例えば第１伝熱管１３の上下に位置する第２伝熱管１４同士を接続する接続管１５Ａ〜１５Ｆとから構成されるとともに、上下一対の第２伝熱管１４およびこれらを接続する接続管１５により、複数のパスが形成されている。
【００１６】
これらのパスを説明すると、図３および図４に示すように、第１のパスは第２伝熱管１４Ａと接続管１５Ａと第２伝熱管１４Ｌとから、第２のパスは第２伝熱管１４Ｂと接続管１５Ｂと第２伝熱管１４Ｋとから、第３のパスは第２伝熱管１４Ｃと接続管１５Ｃと第２伝熱管１４Ｊとからそれぞれ形成されている。また、第４のパスはヘアピン管である第１伝熱管１３により形成されている。さらに、第５のパスは第２伝熱管１４Ｄと接続管１５Ｄと第２伝熱管１４Ｉとから、第６のパスは第２伝熱管１４Ｅと接続管１５Ｅと第２伝熱管１４Ｈとから、第７のパスは第２伝熱管１４Ｆと接続管１５Ｆと第２伝熱管１４Ｇとからそれぞれ形成されている。
【００１７】
なお、図３に示すように、各第２伝熱管１４は、それぞれ左右に（２列に）振り分けられるとともに上下に均等に配置され（全体的には、千鳥状に配置されている）、そして各接続管１５により接続される一対の第２伝熱管１４，１４は互いに列が異なるもの同士で、且つ図４に示すように、第１伝熱管１３を挟んで、より正確には上下の中心位置から、互いの配置距離（ｈ１〜ｈ７）が等しい（または略等しい）もの同士が接続されている。第１伝熱管１３の管部１３ａ，１３ｂ同士についても、その配置列が異なるようにされている。
【００１８】
上記構成において、空気調和機の動作時に熱交換器３，５では、冷媒がそれぞれ伝熱管に供給されて、送風機７，８にて供給される空気との間で熱の授受が行われて、室内側では冷媒の蒸発により室内空気の冷却が行われ、また室外側では圧縮により液化された冷媒が空気にて冷却されることになる。
【００１９】
そして、室内熱交換器５においては、冷媒は、その給排出部側から、各パスごとに伝熱管１３，１４内に供給されることになるが、各パスごとにおいては、第１伝熱管１３を中心にして上下に対称な位置に第２伝熱管１４が配置されているため、各パスごとにおける冷媒流路の高さ位置の平均値、すなわち位置ヘッドはそれぞれ同一（中心位置）となり、したがって上下の第２伝熱管１４を通過する際の管内抵抗（流路抵抗）が同一となって冷媒流量をバランスさせることができる。勿論、第１の伝熱管１３についても同様である。
【００２０】
このように、直管の第２伝熱管１４と、冷媒の出入り口を有さない端面に隣り合わない伝熱管１４，１４同士を接続する接続管１５Ａ〜１５Ｆとを設け、位置ヘッドが著しく異なる上下の第２伝熱管１４，１４同士を接続することにより、パス長さがヘアピン管１本分の長さであっても、冷媒循環量の変化による流量バランスの悪化を防止することができる。すなわち、パスごとの平均ヘッド差の小さなパス構成が可能となり、熱交換効率の向上を図ることができる。
【００２１】
また、第１〜第７のパスにおいては、それぞれの平均位置（ヘッド位置）が同一（均一）になるようされているため、極めて効率良く熱交換を行うことができる。
さらに、使用が可能な中心部分については、直管の第２伝熱管１４に替えてヘアピン管である第１伝熱管１３を用いたので、部品点数および加工工数が削減され、したがってコストの低減化を図ることができる。
［実施の形態２］
以下、本実施の形態２における空気調和機の熱交換器を、図５〜図８に基づき説明する。
【００２２】
図５は空気調和機の概略構成を示す図である。
図５に示すように、この空気調和機は、圧縮機２１、四方弁２２、室外熱交換器２３、減圧器２４、および室内熱交換器２５が、順次、冷媒配管２６を介して接続された構成にされており、ヒートポンプ式の冷凍サイクルが行われるものである。なお、室外送風機２７は室外熱交換器２３に空気を供給し、室内送風機２８は室内熱交換器２５に空気を循環させる。
【００２３】
図６および図７は空気調和機における室内熱交換器２５の構成を示す図である。
図６および図７に示すように、この室内熱交換器２５は、左右一対の端板（管板ともいう）３１，３１間で且つこれら両端板３１，３１間（幅方向または板厚方向でもある）に所定間隔おきに多数配置された板状のフィン３２と、これらフィン３２および端板３１の上下方向中間の２箇所において板厚方向で貫通されたＵ字形状の２本の第１伝熱管（ヘアピン管ともいう）３３（３３Ａ，３３Ｂ）と、これら各第１伝熱管３３の上下位置にて板厚方向で互いに平行に貫通された複数本の直管（直線状）の第２伝熱管３４Ａ〜３４Ｊと、これら各第２伝熱管３４における折返し部、すなわち冷媒の給排出部（出入り口）と反対側で且つ上下において隣り合わない第２伝熱管３４同士、例えば上方の第１伝熱管３３Ａの上下に位置する第２伝熱管３４同士を接続する接続管３５Ａおよび下方の第１伝熱管３３Ｂの上下に位置する第２伝熱管３４同士を接続する接続管３５Ｂ〜３５Ｅとから構成され、そして上下各一対の第２伝熱管３４およびこれらを接続する接続管３５により、複数のパスが形成されている。
【００２４】
これらのパスを説明すると、図７示すように、第１のパスは第２伝熱管３４Ａと接続管３５Ａと第２伝熱管３４Ｆとから形成され、また第２のパスはヘアピン管である第１伝熱管３３Ａにより形成されている。
【００２５】
第３のパスは第２伝熱管３４Ｂと接続管３５Ｂと第２伝熱管３４Ｊとから、第４のパスは第２伝熱管３４Ｃと接続管３５Ｃと第２伝熱管３４Ｉとから形成され、また第５のパスはヘアピン管である第１伝熱管３３Ｂにより形成されている。さらに、第６のパスは第２伝熱管３４Ｄと接続管３５Ｄと第２伝熱管３４Ｈとから、第７のパスは第２伝熱管３４Ｅと接続管３５Ｅと第２伝熱管３４Ｇとからそれぞれ形成されている。
【００２６】
なお、図７に示すように、各第２伝熱管３４は、それぞれ左右に（２列に）振り分けられるとともに上下に均等に配置され（全体的には、千鳥状に配置されている）、そして各接続管３５により接続される一対の第２伝熱管３４，３４は互いに列が異なるもの同士で、且つ図８の空気の流速分布図に示すように、一対の伝熱管３４，３４に対応する冷却用空気の流速（風速）の平均値が、同一（均一）となるようにそれぞれが接続される。例えば、第１のパスについては、上側の第２伝熱管３４Ａの流速（Ｖ−ｖ３）と下側の第２伝熱管３４Ｆの流速（Ｖ＋ｖ３）との平均値が、当該室内熱交換器２５に循環される空気の平均流速Ｖになるようにされている。他のパスについても同様で、簡単に言えば、最も早いものと遅いものとが、また次に早いものと次に遅いものとが接続されている。
【００２７】
なお、図７および図８に示すように、互いに接続する伝熱管３４同士の区域を上下２つに分割したのは、当該室内熱交換器２５に循環される空気の流速分布が方物線状になっており、この放物線の頂点を境として、上側（下方位置から上方位置につれて流速が減少する側）と下側（下方位置から上方位置につれて流速が増加する側）とにおいて、それぞれ流速が早いものと遅いものとを組み合わせることにより、互いに接続される２本の第２伝熱管３４同士に供給される空気の平均流速が同一の値になりやすいように考慮したものである。
【００２８】
したがって、流速分布の頂点を境として、上下の区域にそれぞれヘアピン管である第１伝熱管３３が配置されている。また、第１伝熱管１３の管部１３ａ，１３ｂ同士についても、その配置列が異なるようにされている。
【００２９】
上記構成において、空気調和機の動作時に熱交換器３，５では、冷媒がそれぞれ伝熱管に供給されて、送風機７，８にて供給される空気との間で熱の授受が行われて、室内側では冷媒の蒸発により室内空気の冷却が行われ、また室外側では圧縮により液化された冷媒が空気にて冷却されることになる。
【００３０】
そして、室内熱交換器２５においては、冷媒は、その給排出部側から、各パスごとに伝熱管３３，３４内に供給されることになるが、各パスごとにおいては、上下の第２伝熱管３４に供給される空気の流速の平均値が、当該室内熱交換器２５における平均流速に一致（または略一致）されているため、各パスでの熱交換量が一定となり、全体として熱交換効率が向上する。
【００３１】
このように、直管の第２伝熱管３４と、冷媒の出入り口を有さない端面に隣り合わない伝熱管３４同士を接続する接続管３５Ａ〜３５Ｊを設け、空気の流速が著しく異なる伝熱管３４同士を接続することにより、パス長さがヘアピン１本分の長さであっても、パスごとにおける平均流速が同一の（実際には、平均流速の差が小さい）パス構成が可能となり、熱交換効率の向上を図ることができる。
【００３２】
また、第１〜第７のパスについては、それぞれに供給される空気の流速の平均値が同一（均一）になるように構成されているため、極めて効率良く熱交換を行うことができる。
さらに、使用が可能な部分については、直管の伝熱管にかえてヘアピン管である第１伝熱管３３（３３Ａ，３３Ｂ）を用いることにより、部品点数および加工工数を削減してコストの低減化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
この熱交換器の構成によると、一対の直線状の伝熱管を接続管を介して接続して複数の冷媒のパスを形成する際に、接続する一対の伝熱管を選択するだけでよく、家庭用エアコンの他、業務用エアコンなどの熱交換器として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の概略構成を示す図である。
【図２】同空気調和機の熱交換器の側面図である。
【図３】同空気調和機の熱交換器の端面図である。
【図４】同空気調和機の熱交換器の接続口の高さ位置を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る空気調和機の概略構成を示す図である。
【図６】同空気調和機の熱交換器の側面図である。
【図７】同空気調和機の熱交換器の端面図である。
【図８】同空気調和機の熱交換器の接続口に対応する空気の流速を示す図である。
【図９】従来例に係る空気調和機の熱交換器の側面図である。
【符号の説明】
【００３５】
５      熱交換器
８      室内送風機
１１      端板
１２      フィン
１３      第１伝熱管
１４      第２伝熱管
１５      接続管
２５      熱交換器
２８      室内送風機
３１      端板
３２      フィン
３３      第１伝熱管
３４      第２伝熱管
３５      接続管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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