(57)【要約】【課題】構成に応じて適正に分流を行うことができる熱交換器等を得る。【解決手段】送風機を囲むように複数の熱交換器本体を配置し、各熱交換器本体を配管接続して構成する熱交換器であって、１台以上の熱交換器本体と２台以上の熱交換器本体との間に配置して冷媒の圧力を制御する電磁弁１と、電磁弁１と接続し、冷媒を分岐して２台以上の熱交換器本体に流入させるＴ字管４とを備えるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送風機を囲むように複数の熱交換器本体を配置し、各熱交換器本体を配管接続して構成する熱交換器であって、
１台以上の前記熱交換器本体と２台以上の熱交換器本体との間に配置して冷媒の圧力を制御する流量制御装置と、
該流量制御装置と接続し、冷媒を分岐して前記２台以上の熱交換器本体に流入させるＴ字管と
を備えることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記流量制御装置に付設する配管を、表面にロウ材を塗布したステンレスを材料として構成し、アルミニウムを材料とする管と接続することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記流量制御装置及び前記Ｔ字管を流れる冷媒の方向とほぼ直交する方向に冷媒の流れを変更させる直線配管を、前記流量制御装置と前記Ｔ字管との間に接続することを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記直線配管の長さが、前記Ｔ字管における冷媒流入側の接続部分の長さよりも長いことを特徴とする請求項３記載の熱交換器。
【請求項５】
前記Ｔ字管と熱交換器の流出口までの間に、２つのバルジ三方管を接続して４分岐させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮に係る冷媒を減圧する絞り装置と、熱交換により前記冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成し、
請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器を、前記蒸発器及び／又は前記凝縮器として機能させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置等に用いられる熱交換器等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、従来、ルームエアコンの室内機において、電磁弁の前後に三方管を配し、冷媒分岐を図るようにした熱交換器が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０８２７６１号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上に述べた従来の方法では、電磁弁を通過した後の分流比の調整が困難という問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、構成に応じて適正に分流を行うことができる熱交換器等を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る熱交換器は、送風機を囲むように複数の熱交換器本体を配置し、各熱交換器本体を配管接続して構成する熱交換器であって、１台以上の熱交換器本体と２台以上の熱交換器本体との間に配置して冷媒の圧力を制御する流量制御装置と、流量制御装置と接続し、冷媒を分岐して２台以上の熱交換器本体に流入させるＴ字管とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、流量制御装置にＴ字管を接続して、２台以上の熱交換器本体に冷媒を分岐させるようにしたので、熱交換器本体に冷媒を分流する際のばらつきを抑え、適正に分岐させることが容易となり、熱交換器性能を向上することができる。このとき、例えば流量制御装置となる弁と削り出しを行ったディストリビュータとを接合するよりも、容積、製造コスト等を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１の熱交換器が有する電磁弁１とＴ字管４とを中心とする分岐部分の構成における外観図である。
【図２】本発明の実施の形態１の熱交換器が有する電磁弁１とＴ字管４とを中心とする分岐部分の別構成における外観図である。
【図３】本発明の実施の形態１による熱交換器における冷媒の流れを示す図である。
【図４】電磁弁１からＴ字管４を通過するまでの液冷媒１７の分布を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１のＴ字管４の分流比を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る熱交換器が有する電磁弁１及びＴ字管４を中心とする分岐部分の構成における外観図である。流量制御弁（膨張弁）となる電磁弁１は、例えばルームエアコンの除湿モード時において、熱交換器を、蒸発器と凝縮器として共存させて機能させ、再熱除湿するため、制御装置（図示せず）の指示に基づいて開度を変更し、冷媒の流れを制御する。冷房等を行う際には、弁を全開にしておけば、蒸発器又は凝縮器として機能する。電磁弁１は、他の配管と接続するための上流部側配管２および下流部側配管３を有している。上流部側配管２および下流部側配管３はアルミニウムロウ材で覆われたステンレス製の配管である。また、流入側配管５及び三方管であるＴ字管４は、アルミニウム製の配管である。ここではＴ字管４として説明するがバルジ三方管等であってもよい。ここで、流入側配管５から電磁弁１に冷媒が流れる方向を水平方向とし、電磁弁１からＴ字管４に冷媒が流れる方向を垂直方向として説明する。
【００１０】
そして、流入側配管５と上流部側配管２とをロウ付けして接合し、電磁弁１と流入側配管５とを直接接続している。同様に、Ｔ字管４と下流部側配管３とをロウ付けして接合し、電磁弁１とＴ字管４とを直接接続している。電磁弁１を通過してＴ字管４に流れた冷媒は、ほぼ均等に分配することができる。
【００１１】
電磁弁１とＴ字管４とを直接接合することで、例えば電磁弁１と削り出しを行ったディストリビュータ（分配器）とを接合するよりも、容積、製造コスト等を大幅に低減することができる。また、上流部側配管２および下流部側配管３として、ステンレス製のロウ材に覆われた配管を用いることでアルミニウム製の配管との接合が容易である。そして、電磁弁１内の構成部品には鉄系の金属が用いられているが、電磁弁１の表面を樹脂で被覆しておけば防食性を保つことができる。
【００１２】
図２は本発明の実施の形態１に係る熱交換器が有する電磁弁１とＴ字管４とを中心とする分岐部分の別構成における外観図である。ここでは、電磁弁１からＴ字管４に流れる間で、一度、冷媒が水平方向（電磁弁１から流出する冷媒と直交する方向）に流れるようにする。このため、図２に示すように、下流部側配管３（電磁弁１）と下流側配管用ベンド７とを接続し、また、Ｔ字管用ベンド６とＴ字管４とを接続して、ベンド間を、直線に（水平方向に）冷媒が流れるようにするベンド間配管８で接続している。ここで、ベンド間配管８の長さＬ１とＴ字管４において冷媒の流入側の接続部分となり、管の向きが垂直方向となるＴ字管入口部９の長さＬ２との関係がＬ１＞Ｌ２となるようにする。ここでは、電磁弁１とＴ字管４との間を、下流側配管用ベンド７、ベンド間配管８、Ｔ字管用ベンド６で接続し、冷媒の流れが２度変化するようにしているが、分流比を適正にするために、さらにベンドを接続するようにしてもよい。
【００１３】
次に例えば、本実施の形態における熱交換器を室内機に搭載した空気調和装置において、冷房を行う場合の冷媒の流れについて説明する。冷媒は流入側配管５から流入し、上流部側配管２を介して電磁弁１を通過する。このとき、蒸発器として機能させる場合は、例えば電磁弁１を全開にしておく。そして、電磁弁１から下流部側配管３、下流側配管用ベンド７、ベンド間配管８、Ｔ字管用ベンド６を通過してＴ字管入口部９からＴ字管４に流入する。このとき、下流側配管用ベンド７により、冷媒の流れがほぼ９０°曲がり、垂直方向から水平方向に流れる。また、Ｔ字管用ベンド６により、冷媒の流れがほぼ９０°曲がり、水平方向から垂直方向に流れる。Ｔ字管４に流入した冷媒は、Ａ方向側およびＢ方向側に分岐して流出する。
【００１４】
図３は本発明の実施の形態１による熱交換器における冷媒の流れを示す図である。本実施の形態では、複数の熱交換器本体を配管接続して熱交換器を構成している（以下、熱交換器本体もそれぞれ熱交換器と呼んで説明する）。本実施の形態では、送風機（図示せず）を囲むように、筐体内の背面側、前面上部側及び前面下部側に熱交換器本体をそれぞれ配置している。そして、各場所での熱交換器本体は、それぞれ円管アシスト熱交換器（補助熱交換器）と扁平管熱交換器とを有している。そして、各熱交換器本体の間を配管接続することにより冷媒が流れるようにしている。
【００１５】
次に熱交換器における冷媒の流れについて説明する。例えば前述したように、冷房を行う際、冷媒は背面円管アシスト熱交換器１５から流入する。そして、前面上部円管アシスト熱交換器１４、前面下部円管アシスト熱交換器１３を通過する。その後、バルジ三方管１６Ａで２分岐され、前面上部扁平管熱交換器１１の２つのバルジ三方管１６Ｂ、１６Ｃに流入する。前面上部扁平管熱交換器１１内の伝熱管内を通過後、バルジ三方管１６Ｄを介して合流する。
【００１６】
そして、前述したように、流入側配管５から冷媒が流入し、電磁弁１、Ｔ字管４を通過する。Ｔ字管４における分岐によりＡ方向に流れた冷媒は前面下部扁平管熱交換器１２に流入し、Ｂ方向に流れた冷媒は背面扁平管熱交換器１０に流入する。前面下部扁平管熱交換器１２、背面扁平管熱交換器１０において、バルジ三方管１６Ｅ、１６Ｆで２分岐後、それぞれ内部の伝熱管を通過し、バルジ三方管１６Ｇにて合流して流出する。ここで、Ｔ字管４で分岐した後に、バルジ三方管１６Ｅ、１６Ｆで分岐することで、ディストリビュータ等で一度に分岐する場合よりも配管を少なくすることができる。
【００１７】
ここで、風上側にある前面下部円管アシスト熱交換器１３が６段配置されているのに対し、風上側にある背面円管アシスト熱交換器１５は４段配置である。このため、熱負荷は背面扁平管熱交換器１０の方が前面下部扁平管熱交換器１２よりも大きい。よって、冷房を行う際の液冷媒流量は背面扁平管熱交換器１０の方が多く必要となる。
【００１８】
図４は電磁弁１からＴ字管４を通過するまでの液冷媒１７の分布を示す図である。電磁弁１を流出した液冷媒１７は下流部側配管３の内管壁を均等な液膜厚で流れ、下流側配管用ベンド７において水平方向に曲がって流れる。水平方向（９０°）に曲がる際、冷媒には遠心力が働くため、外周側となる内壁における液膜厚の方が厚くなる。そして、ベンド間配管８内を通過している間に、蒸気せん断力により、上下方向に均一となるような液膜厚に若干回復する。その後、Ｔ字管用ベンド６において垂直方向に曲がって流れる。垂直方向に曲がる際にも冷媒には遠心力が働くので、遠心力によって外周側壁（Ｂ方向側）の液膜厚はＡ方向側の壁の液膜厚より厚くなる。このため、Ｔ字管４から流出する液冷媒１７の流量は、Ｂ方向側に偏りが生じ、Ａ方向よりＢ方向の方が多くなる。ここで、重力方向の収容スペースが収まりやすいため、ここでは冷媒流入方向に対して９０°曲げるようにしているが、遠心力を働かせることができれば９０°傾斜のみに限定するものではない。
【００１９】
上述したように、背面扁平管熱交換器１０の熱負荷は前面下部扁平管熱交換器１２の熱負荷より大きいため、Ｂ方向側の配管を背面扁平管熱交換器１０と接続するようにする。そして、Ａ方向側の配管を前面下部扁平管熱交換器１２と接続する。ベンド間配管８で内壁の液膜厚ができるだけ均一に戻るようにするため、ベンド間配管８の長さＬ１を長くする。一方、Ｔ字管用ベンド６での液膜分布を維持してＴ字管９に冷媒を流入させるため、Ｔ字管入口部９の長さＬ２を短くする。このため、少なくとも配管長さの関係がＬ２＞Ｌ１となるようにする。
【００２０】
図５は本発明の実施の形態１のＴ字管４の分流比を説明するための図である。冷媒流量が変化した場合であっても、Ｂ方向への液冷媒流量比は５５〜５８％となり、Ａ方向に流れる冷媒よりも多い。このような場合には、冷房時の前面下部扁平管熱交換器１２と背面扁平管熱交換器１０の冷媒流出口における冷媒の温度はほぼ同一となり、熱交換器性能を十分に引き出すことができる。
【００２１】
以上のように、実施の形態１の熱交換器によれば、電磁弁１にＴ字管４を接続して冷媒を分岐させるようにしたので、例えば電磁弁１と削り出しを行ったディストリビュータ（分配器）とを接合するよりも、容積、製造コスト等を大幅に低減しつつ、冷媒分配のばらつきを抑え、適正に分岐させることが容易となり、熱交換器性能を向上することができる。
【００２２】
特に、電磁弁１からＴ字管４との間の配管として、Ｔ字管用ベンド６、下流側配管用ベンド７及びベンド間配管８で接続し、一度、冷媒が水平方向に流れるようにすることで、Ｂ方向への分流量を増やすことができ、前面下部扁平管熱交換器１２、背面扁平管熱交換器１０に流入する冷媒を適切な量で分流することができる。このとき、ベンド間配管８の長さＬ１をＴ字管入口部９の長さＬ２より長くし、下流側配管用ベンド７における遠心力によって差が生じた内壁の液膜厚をベンド間配管８においてできるだけ均一に戻すようにすることで、よりばらつきを抑え、適正な分流を行うことができる。
【００２３】
また、上流部側配管２および下流部側配管３に、ステンレス製のロウ材に覆われた配管を用いることでアルミニウム製の配管と容易に接合することができる。
【００２４】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図６の冷凍サイクル装置は、圧縮機３３、凝縮器３４、絞り装置３５及び蒸発器３６を配管接続して冷媒回路（冷媒循環回路）を構成している。また、送風機３７は、それぞれ送風機用モータ３８の駆動により、凝縮器３４、蒸発器３６を通過する冷媒と空気との熱交換を促すために空気の流れを形成する。
【００２５】
圧縮機３３は冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。ここで、例えばインバータ回路等により回転数を制御し、冷媒の吐出量を調整できるタイプの圧縮機で構成するとよい。熱交換器を有する凝縮器３４は、例えば送風機（図示せず）から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液状の冷媒にする（凝縮液化させる）ものである。
【００２６】
また、絞り装置３５は、冷媒を減圧して膨張させるものである。例えば電子式膨張弁等の流量制御手段で構成するが、例えば、感温筒を有する膨張弁、毛細管（キャピラリ）等の冷媒流量調節手段等で構成してもよい。蒸発器３６は、空気等との熱交換により冷媒を蒸発させて気体（ガス）状の冷媒にする（蒸発ガス化させる）ものである。
【００２７】
例えば、蒸発器３６、凝縮器３４の少なくとも一方に、実施の形態１において説明した熱交換器を用いることができる。これにより、実施の形態２の装置においては、伝熱性能を向上させることができる。伝熱性能が向上することにより、エネルギー効率がよく、省エネルギーの冷凍サイクル装置を得ることができる。
【００２８】
ここで、エネルギー効率は、次式（１）及び（２）で構成されるものである。
暖房エネルギー効率＝室内熱交換器（凝縮器）能力／全入力              …（１）
冷房エネルギー効率＝室内熱交換器（蒸発器）能力／全入力              …（２）
【００２９】
次に、冷凍サイクル装置の各構成機器における動作等を、冷媒回路を循環する冷媒の流れに基づいて説明する。まず、圧縮機３３は、冷媒を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出する。吐出した冷媒は凝縮器３４へ流入する。凝縮器３４は、送風機３７から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化させる。凝縮液化した冷媒は絞り装置３５を通過する。絞り装置３５は、通過する凝縮液化した冷媒を減圧する。減圧した冷媒は蒸発器３６に流入する。蒸発器３６は、送風機３７から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化する。蒸発ガス化した冷媒を圧縮機３３が吸入する。
【００３０】
ここで、上述の冷凍サイクル装置については、ＨＣＦＣ（Ｒ２２）やＨＦＣ（Ｒ１１６、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅａ、Ｒ２３、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ３２、Ｒ４１、ＲＣ３１８など、これら冷媒の数種の混合冷媒Ｒ４０７Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｄ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ５０８Ａ、Ｒ５０８Ｂなど）、ＨＣ（ブタン、イソブタン、エタン、プロパン、プロピレンなど、これら冷媒の数種の混合冷媒）、自然冷媒（空気、炭酸ガス、アンモニアなど、これら冷媒の数種の混合冷媒）、ＨＦＯ１２３４ｙｆ等の低ＧＷＰ冷媒、またこれら冷媒の数種の混合冷媒など、どんな種類の冷媒を用いても、その効果を達成することができる。
【００３１】
また、作動流体として、空気と冷媒とを例に示したが、他の気体、液体、気液混合流体を用いるようにしても、同様の効果を奏することができる。
【００３２】
さらに、通常、伝熱管２と板状フィン１とが異なった材料を用いていることが多いが、伝熱管２と板状フィン１に銅、アルミニウム等、同じ材料を用いて構成するようにしてもよい。例えば、板状フィン１と伝熱管２とをロウ付け等することが可能となり、板状フィン１と伝熱管２とにおける接触熱伝達率が飛躍的に向上することで、熱交換能力を大幅に向上させることができる。また、リサイクル性も向上させることができる。
【００３３】
さらに、伝熱管２と板状フィンを密着させる方法として、炉中ロウ付けを行う場合、フィンに親水材を塗布するのに後処理で行うことで、前処理の場合のロウ付け中の親水材の焼け落ちを防ぐことができる。
【００３４】
また、上述の実施の形態１で述べた熱交換器を室外機で用いた場合においても同様な効果を奏することができる。
【００３５】
なお、上述の実施の形態で述べた熱交換器およびそれを用いた空調冷凍装置については、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系、フッ素油系など、冷媒と油が溶ける溶けないにかかわらず、どんな冷凍機油についても、その効果を達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の活用例として、熱交換性能を向上し、省エネルギー性能を向上することが必要なヒートポンプ装置に使用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  電磁弁、２  上流部側配管、３  下流部側配管、４  Ｔ字管、５  流入側配管、６  Ｔ字管用ベンド、７  下流側配管用ベンド、８  ベンド間配管、９  Ｔ字管入口部、１０  背面扁平管熱交換器、１１  前面上部扁平管熱交換器、１２  前面下部扁平管熱交換器、１３  前面下部円管アシスト熱交換器、１４  前面上部円管アシスト熱交換器、１５  背面円管アシスト熱交換器、１６Ａ〜１６Ｆ  バルジ三方管、１７  液冷媒、３３  圧縮機、３４  凝縮器、３５  絞り装置、３６  蒸発器、３７  送風機、３８  送風機用モータ。
【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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