(57)【要約】【課題】パラレルフロータイプやサーペンタインタイプのマイクロチューブ熱交換器を蒸発器や凝縮器として利用した場合でも、最適で且つ高い熱交換性能を実現し、充分な熱交換量を得ることが可能なマイクロチューブの熱交換器を提供すること。【解決手段】偏平管において、風下側より風上側に、冷媒通路穴の数を少なくし、冷媒通路の断面積を大きくすることにより、風下側の方が、冷媒が偏平管に密着したフィンを介して空気側に熱伝達する性能が向上すると共に熱交換効量が多くなり、蒸発器または凝縮器として使用した場合であっても、風上側および風下側の熱交換器がバランス良く有効に利用され、性能を最大限に引き出すことができるようになる。【選択図】図１
2005127597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流通する複数の冷媒流通路を内部に形成した偏平管と、隣接する前記偏平管の間に配置された放熱用フィンとを備えた熱交換器であって、前記冷媒流通路の形状を異ならせることにより、前記熱交換器を通過する風上側より風下側の熱交換能力を大きくしたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
風上側から下流側にかけて熱交換能力を漸次大きくしたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
偏平管の冷媒流通路の数を風下側より風上側を少なし、且つ断面積を小さくしたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
偏平管の冷媒流通路の断面積を風上側より風下側にかけて漸次小さくしたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項５】
扁平管の風下側の冷媒流通路内部にフィンが施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項６】
冷媒流通路の内部にフィンを設け、偏平管の風下側の冷媒流通路の内部のフィンは、風上側の冷媒流通路の内部のフィンより多く施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項７】
冷媒流通路の内部にフィンを設け、偏平管の風上側から風下側にかけて、冷媒流通路の内部のフィンを漸次多く施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式空気調和機に利用される熱交換器に関し、熱交換器全体を有効に利用し、効率良く冷媒と空気との熱交換が可能となる熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の空気調和機の冷凍サイクルを構成しているフィンアンドチューブタイプの熱交換器は、熱交換能力が小さい場合には、冷媒の循環量が少なく、伝熱管内の圧力損失が小さい為、冷媒通路は単一で良いが、熱交換能力が大きい場合には、冷媒の循環量が多く、伝熱管内の圧力損失が大きくなる為に複数の冷媒通路が必要となってくる。そこで、フィンの位置を１列目と２列目の熱交換器の間でずらしたものもがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、熱交換効率の高いパラレルフロータイプの熱交換器を蒸発器に使用した場合について説明すると、図６に示すように、中空円筒状の下部ヘッダー４を有し、左側は閉じてあり、蒸発器として使用される場合、冷媒が流入する接続管５が右側に接合されている。下部ヘッダー４に流入した冷媒は各ヘッダーに連通する各偏平管１の中を通過しながら、各偏平管１に密着したフィン２を介して空気と熱交換を行い、更にガス化した冷媒は中空円筒状である上側ヘッダー３の右側の接続管６から流出する。
【０００４】
このパラレルフロータイプの熱交換器を凝縮器として使用した場合は、圧縮機より吐出された高温高圧の単相の過熱冷媒ガスがの接続管６より上部ヘッダー３に流入して各ヘッダーに連通する各偏平管１の中を通過しながら、各偏平管１に密着したフィン２を介して空気と熱交換を行い、凝縮液化した冷媒は中空円筒状である下部ヘッダー４より凝縮器の接続管５から流出する。扁平管１は熱伝導性の良いアルミニウムや銅合金等の金属からなる偏平な断面外形を有しており、内部に１本ないし数本の冷媒通路を有し、下部ヘッダー４と上部ヘッダー３とを連通するように、それらのヘッダーを橋絡して垂直に複数本取り付けられている。
【０００５】
このような空気調和機用の熱交換器の熱交換効率を良好にした構成例としては、１列の熱交換器で着霜運転時に空気の流入上流部と下流側のフィンの形状を変化させて熱交換器全体が効率良く運転可能となるようにさせたものがある（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
また、上記パラレルフロータイプの熱交換器の他に、図７に示すようなサーペンタインタイプの熱交換器があり、これは、一対の中空円筒状のヘッダー７、８と、このヘッダー７，８を接続する蛇行した偏平管１０と、その偏平管１０の間に設けられたフィン１１から構成され、偏平管１０は上記パラレルフロータイプの熱交換器と同様に内部が、１本ないし数本の冷媒通路を有している。パラレルフロータイプとサーペンタインタイプの熱交換器のフィン２、１１と偏平管１、１０は基本的に同様な構成となっている。
【特許文献１】特開平７―１９８１６６号公報
【特許文献２】特開平８―１７８３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、このようにパラレルフロータイプやサーペンタインタイプのマイクロチューブ熱交換器を利用した場合に、従来のフィンアンドチューブタイプの熱交換器よりも熱交換性能が高いものとなっている。２列で構成したフィンアンドチューブの熱交換器が空気と冷媒の熱交換する過程は、風上に配置した１列目の熱交換器
と風下の２列目の熱交換器の間を冷媒が容易に交差して効率よく空気と熱交換する構成を取ることができるが、パラレルフロータイプやサーペンタインタイプの場合はフィンアンドチューブとは異なり、一本の扁平管の中に複数の壁で仕切った冷媒流通路があり、その中を冷媒が流れるので、風上側と風下側の冷媒流通路を流れる冷媒を一本の扁平管の中で交差して流すことは不可能である。
【０００８】
そして空気側と冷媒側の熱交換の大部分が風上側で優先的に熱交換される為、風下側の熱交換器での空気側と冷媒の熱交換量は小さくなる。従って、例えば蒸発器においては、風上側の熱交換器は過熱度が大きく取れ、風下側は逆に熱交換量が減って過熱度が小さくなり、冷媒の循環量によっては、風上側と風下側の熱交換量が大きく異なってバランスを崩し、熱交換器全体を有効に利用することができず、冷凍サイクルの性能まで低下させる場合がある。
【０００９】
仮に、パラレルフロータイプやサーペンタインタイプの熱交換器を２列で構成したとしても、１列目と２列目の熱交換器を流れている冷媒をフィンアンドチューブのように途中で交差させるような構成は困難であり、仮に実現しようとしても装置が巨大化するだけで無く、複雑になってコストが上がり、更には冷媒分流が崩れるなど熱交換器の性能が大きく低下してしまうことになる。
【００１０】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、パラレルフロータイプやサーペンタインタイプの熱交換器を蒸発器や凝縮器として利用した場合でも、最適で且つ高い熱交換性能を実現し、充分な熱交換量を得ることが可能な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】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器は、冷媒が流通する複数の冷媒流通路を内部に形成した偏平管と、隣接する前記偏平管の間に配置された放熱用フィンとを備えた熱交換器であって、前記冷媒流通路の形状を異ならせることにより、前記熱交換器を通過する風上側より風下側の熱交換能力を大きくしたことを特徴とする。これにより、熱交換器全体が効率良く熱交換を行ない、パラレルフロータイプやサーペンタインタイプの熱交換器として、性能を最大限に引出すことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の熱交換器によれば、蒸発器または凝縮器として使用した場合、風上側および風下側の熱交換器が有効に熱交換利用されるので、複雑な構成を必要とせずに熱交換性能を最大限に引き出すことが可能となると共に、また、熱交換器を暖房低温用の蒸発器とした場合でも、風上側の集中的な着霜による熱交換器の性能低下に伴って発生する急激な目詰まりを抑え、着霜による目詰まりに到るまでの時間を長くすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明は、冷媒が流通する複数の冷媒流通路を内部に形成した偏平管と、隣接する前記偏平管の間に配置された放熱用フィンとを備えた熱交換器であって、前記冷媒流通路の形状を異ならせることにより、前記熱交換器を通過する風上側より風下側の熱交換能力を大きくしたことを特徴とし、風上側より熱交換量の少ない風下側であっても、効率の高い熱交換を行なうことができる。
【００１４】
第２の発明は、風上側から下流側にかけて熱交換能力を漸次大きくしたことを特徴とし、熱交換量の高い風上側から熱交換量の低い風下側に漸次効率良く、効果的に冷媒と空気が熱交換を行なうことができる。
【００１５】
第３の発明は、偏平管の冷媒流通路の数を風下側より風上側を少なし、且つ断面積を小さくしたことを特徴とし、風下側の冷媒通路穴の管内表面積の増大と冷媒流速の上昇と共に熱伝達性能も向上するので、効率の高い熱交換を行なうことができる。
【００１６】
第４発明は、偏平管の冷媒流通路の断面積を風上側より風下側にかけて漸次小さくしたことを特徴とし、熱交換量の高い風上側から熱交換量の低い風下側かけて、冷媒流速の上昇と共に熱伝達性能も漸次向上するので、効果的に冷媒と空気が熱交換を行なうことができる。
【００１７】
第５発明は、扁平管の風下側の冷媒流通路内部にフィンが施されていることを特徴とし、冷媒が空気に伝える熱伝達性能も向上するので、効率の高い熱交換を行なうことができる。
【００１８】
第６発明は、冷媒流通路の内部にフィンを設け、偏平管の風下側の冷媒流通路の内部のフィンは、風上側の冷媒流通路の内部のフィンより多く施されていることを特徴とし、風上側より熱交換量の少ない風下側であっても、冷媒が空気に伝える熱伝達性能も向上するので、効率の高い熱交換を行なうことができる。
【００１９】
第７発明は、冷媒流通路の内部にフィンを設け、偏平管の風上側から風下側にかけて、冷媒流通路の内部のフィンを漸次多く施されていることを特徴とし、熱交換量の高い風上側から熱交換量の低い風下側かけて、冷媒流速の上昇と共に熱伝達性能も漸次向上するので、効果的に冷媒と空気が熱交換を行なうことができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１にかかるパラレルフロー型熱交換器の部分断面図であり、隣り合う扁平管２本の断面とその間のフィンを示している。  図１において、偏平管２１の風上側部分Ａ１には四角形の冷媒通路穴２２ａ（例えば断面積３ｍｍ２）が３個、風下側部分Ｂ１に、Ａ１の冷媒通路穴２２ａの断面積の半分となる四角形の冷媒通路穴２２ｂ（例えば断面積１．５ｍｍ２）が６個設けられている。よって、偏平管２１の１本当りの冷媒通路穴の全断面積は風上側部分Ａ１および風下側Ｂ１共に（例えば断面積９ｍｍ２）同等であるが、風下側部分Ｂ１の方が風上側部分Ａ１よりも冷媒が流れる冷媒通路穴２２ｂの流通路内表面積の方が大きくなるので、冷媒が偏平管２１を介してフィン２３から空気に熱伝達する表面積が大きくなる為に、熱交換効率も高くなる。従って、通常であれば流入した空気と熱交換器の風上側部分Ａ１が先に熱交換した後に、風下側部分Ｂ１と熱交換するので、風下側部分Ｂ１では空気側と冷媒の温度差が小さい状態で熱交換が行なわれる為に熱交換量も風下側部分Ｂ１の方が小さくなる。よって、本実施の形態１の構成であれば風下側部分Ｂ１の伝熱性能が向上するので、熱交換器全体が空気側と熱交換することが可能となる。なおフィン２３には放熱促進用のルーバー（切り起こし片）２４が設けられている。
【００２２】
また、風下側Ｂに風上側Ａよりも熱交換効率の高い偏平管２１の形状にしたことにより、着霜が発生する低外気温の暖房運転時においても、図１の風上側Ａのフィン２３に集中的に霜が付着して目詰まりを起こす事無く、熱交換器全体に霜が均一に付着し易くなるので、長時間に渡って暖房運転を持続させることが可能となる。
【００２３】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２にかかるパラレルフロー型熱交換器の部分断面図である
。図２において、熱交換器の風上側Ａから風下側Ｂにかけて、冷媒流速が次第に早くなるように流すことにより、風上側Ａから風下側Ｂにかけての熱交換器出口の乾き度を等しくすることができる。その為には、図２に示すように、偏平管３１の風上側Ａを流れる冷媒通路穴３２ａの断面積を、風下側Ｂに向かって、漸次小さくし、３２ａ（例えば８ｍｍ２）＞３２ｂ（例えば６ｍｍ２）＞３２ａ（例えば５ｍｍ２）＞３２ｂ（例えば４ｍｍ２）＞３２ｅ（例えば３ｍｍ２）＞３２ｆ（例えば２ｍｍ２）＞３２ｇ（例えば１ｍｍ２）となるような断面積に配置することにより、風上側Ｂの熱交換器の出口だけが極端に乾き度が高くなること無く、空気と冷媒の熱交換を効率良くすることが可能となり、熱交換器性能を最大限に引出すことができる。
【００２４】
従って、通常であれば流入した空気と熱交換器の風上側Ａが先に熱交換した後に、熱交換器の風下側Ｂと熱交換するので、熱交換器の風下側Ｂでは空気側と冷媒の温度差が小さい状態で熱交換が行なわれる為に熱交換量も風上側Ａの方が大きくなり、風上側Ａの方が熱交換器出口での乾き度が大きくなって、風上側Ａと風下側Ｂの熱交換器性能を充分に引出すことができないが、本実施の形態２の構成であれば風上側Ａから順次風下側Ｂにかけて冷媒流速が漸次的に増加するので、冷媒が空気に伝える伝熱性能も漸次的に高くなり、熱交換器全体が空気側とバランス良く熱交換することが可能となる。
【００２５】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３にかかるパラレルフロー型熱交換器の部分断面図である。図３において、熱交換器の偏平管４１の風下側部分Ｂ１を流れる冷媒が、風上側部分Ａ１よりも空気に伝える伝熱性能が大きくなるようにすることにより、風上側Ａと風下側Ｂの熱交換器出口の乾き度を等しくすることができる。その為には、図３に示すように、風上側部分Ａ１の偏平管４１の冷媒流通穴４２ａには内部フィンを配置せず、風下側部分Ｂ１の冷媒流通穴４２ｂに内部フィン４３を配置することにより、風上Ａの熱交換器の出口だけが極端に乾き度が高くなること無く、空気と冷媒の熱交換を効率良くすることが可能となり、熱交換器性能を最大限に引出すことができる。
【００２６】
従って、通常であれば風上側Ａから流入した空気と熱交換器の風上側Ａが先に熱交換した後に、熱交換器の風下側Ｂと熱交換するので、風下側Ｂでは空気側と冷媒の温度差が小さい状態で熱交換が行なわれる為に熱交換量も風上側Ａの方が大きくなり、風上側Ａの方が熱交換器出口での乾き度が大きくなって、風上側Ａと風下側Ｂの熱交換器性能を充分に引出すことができないが、本実施の形態３の構成であれば、風下側Ｂの冷媒側の熱伝達性能が向上するので、バランス良く熱交換器全体が空気側と熱交換することが可能となる。
【００２７】
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４にかかるパラレルフロー型熱交換器の部分断面図である。図４において、熱交換器の偏平管５１の風下側Ｂを流れる冷媒が、風上側Ａよりも空気に伝える伝熱性能が大きくなるようにすることにより、風上側Ａと風下側Ｂの熱交換器出口の乾き度を等しくすることができる。その為には、図４に示すように、偏平管５１の冷媒が流れる冷媒流通穴５２ａ、５２ｂに内部フィン５３を配置し、この内部フィン５３の数を上流側部分Ａ１より風下側部分Ｂ１の方を多くし、内部フィン５３の数が５２ａ（例えば２）＜５２ｂ（例えば５）となるように配置することにより、風上側Ａの熱交換器の出口だけが極端に乾き度が高くなること無く、空気と冷媒の熱交換を効率良くすることが可能となり、熱交換器性能を最大限に引出すことができる。
【００２８】
従って、通常であれば風上側Ａから流入した空気と熱交換器の風上側Ａが先に熱交換した後に、熱交換器の風下側Ｂと熱交換するので、風下側Ｂでは空気側と冷媒の温度差が小さい状態で熱交換が行なわれる為に熱交換量も風上側Ａの方が大きくなり、風上側Ａの方が熱交換器出口での乾き度が大きくなって、風上側Ａと風下側Ｂの熱交換器性能を充分に
引出すことができないが、本実施の形態４の構成であれば風下側Ｂの冷媒側の熱伝達性能が向上するので、バランス良く熱交換器全体が気側と熱交換することが可能となる。
【００２９】
（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５にかかるパラレルフロー型熱交換器の部分断面図である。図５において、熱交換器の風上側Ａから風下側Ｂにかけて、偏平管６１における冷媒が空気に伝える伝熱性能を漸次向上するようにすることで、風上側Ａと風下側Ｂの熱交換器出口の乾き度を等しくすることができる。その為には、図５に示すように、偏平管６１の冷媒が流れる冷媒流通穴６２ａ〜６２ｆに内部フィン６３を配置し、この内部フィン６３の数を上流側Ａから風下側Ｂにかけて漸次多くし、内部フィン６３の数が６２ａ（例えば１）＜６２ｂ（例えば２）＜６２ｃ（例えば３）＜６２ｄ（例えば５）＜６２e（例えば１２）＜６２ｆ（例えば２４）となるように配置することにより、風上側Ａの熱交換器の出口だけが極端に乾き度が高くなること無く、空気と冷媒の熱交換を効率良くすることが可能となり、熱交換器性能を最大限に引出すことができる。
【００３０】
従って、通常であれば風上側Ａから流入した空気と熱交換器の風上側Ａが先に熱交換した後に、熱交換器の風下側Ｂと熱交換するので、風下側Ｂでは空気側と冷媒の温度差が小さい状態で熱交換が行なわれる為に熱交換量も風上側Ａの方が大きくなり、風上側Ａの方が熱交換器出口での乾き度が大きくなって、風上側Ａと風下側Ｂの熱交換器性能を充分に引出すことができないが、本実施の形態５の構成であれば風上側Ａから風下側Ｂにかけて漸次、冷媒側の熱伝達性能が向上するので、バランス良く熱交換器全体が空気側と熱交換することが可能となる。
【００３１】
但し、上記実施の形態では、内部フィン４３、５３、６３を設置して熱伝熱量を調整したが、内部フィンの高さや位置、内部フィンの形状を変えても同じ意味をなすものである。
【００３２】
また、上記実施の形態３〜５に示すように内部フィン４３、５３、６３を最適化することにより、着霜が発生する低外気温の暖房運転時においても、熱交換器の性能低下に伴う蒸発器温度の低下によって、集中的に霜が付着して目詰まりを起こす事無く、冷媒循環量の最適化により、風上、風下に関係無く、熱交換器全体に霜が均一に付着し易くなるので、長時間に渡って暖房運転を持続させることが可能となる。
【００３３】
なお、上記構成において、サーペンタインタイプの熱交換器においても同様の効果が得られるものであり、熱交換器の偏平管やヘッダーの向きや、形状、上下、水平方向を問わず構成されたものも含む。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明にかかる熱交換器の風上側および風下側が有効に熱交換利用され、更には複雑な構成を必要とせずに熱交換性能を最大限に引き出すことが可能となるので、ヒートポンプ式空気調和機やカーエアコン等の熱交換器にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１における熱交換器の部分断面図
【図２】本発明の実施の形態２における熱交換器の部分断面図
【図３】本発明の実施の形態３における熱交換器の部分断面図
【図４】本発明の実施の形態４における熱交換器の部分断面図
【図５】本発明の実施の形態５における熱交換器の部分断面図
【図６】従来のパラレルフロータイプ熱交換器の全体斜視図
【図７】従来のサーペンタインタイプ熱交換器の全体斜視図
【符号の説明】
【００３６】
２１、３１、４１、５１、６１  偏平管
２３  フィン
２２ａ、２２ｂ、３２ａ〜３２ｇ、４２ａ、４２ｂ、５２ａ、５２ｂ、６２ａ〜６２ｆ
冷媒流通穴
４３、５３、６３  内部フィン
【図１】
2005127597.tif 000003
【図２】
2005127597.tif 000004
【図３】
2005127597.tif 000005
【図４】
2005127597.tif 000006
【図５】
2005127597.tif 000007
【図６】
2005127597.tif 000008
【図７】
2005127597.tif 000009