(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に平行に並ぶ一対のヘッダーパイプと、
前記一対のヘッダーパイプの延在方向に並び、かつ前記一対のヘッダーパイプの間に架設されて一方の前記ヘッダーパイプと他方の前記ヘッダーパイプとの間で冷媒を流通させる複数の熱交換管と、
前記一方のヘッダーパイプの側面に設けられ、前記一方のヘッダーパイプへ前記冷媒を流入させ、または前記一方のヘッダーパイプから前記冷媒を流出させる継手と、を備え、
前記継手は、先端に設けられる先端開口と、前記継手の側面に設けられて前記一方のヘッダーパイプの内壁面を臨む少なくとも１つの側面開口と、を有し、
前記継手の延在方向の中心線に対して、前記側面開口の中心を通る線分の延在方向と前記ヘッダーパイプに直交する線分とがなす角は、４５度より小さく、
前記側面開口の開口面積は前記先端開口の開口面積より大きい熱交換器。
【請求項２】
前記継手は前記熱交換管に向かって延び、前記ヘッダーパイプの延在方向から見て、前記熱交換管と前記継手との間には隙間が設けられ、
前記先端開口は、隣り合う一対の前記熱交換管の間の、前記一方の前記ヘッダーパイプの内壁面を臨む請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記継手は、複数の前記側面開口を有する請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記側面開口は１つのみ設けられ、前記ヘッダーパイプの延在方向から見て前記ヘッダーパイプの風上側の領域へ前記冷媒を流出させる請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記一方のヘッダーパイプの内壁面に設けられて前記側面開口および前記先端開口のそれぞれへ向かって突出する突起部を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
複数の、請求項１から５のいずれか１項に記載された熱交換器と、
前記複数の熱交換器を直列に接続する中継配管と、を備え、
前記冷媒の流れ方向において、下流側の前記熱交換器の前記側面開口および前記先端開口の総開口面積は、上流側の前記熱交換器の前記側面開口および前記先端開口の総開口面積より大きい熱交換器モジュール。
【請求項７】
前記熱交換器は、前記他方の前記ヘッダーパイプへ前記冷媒を流入させ、または前記他方の前記ヘッダーパイプから前記冷媒を流出させる第二継手を備え、
前記第二継手の内径寸法は、同じ前記熱交換器に設けられる前記継手の内径寸法以上であり、
前記冷媒の流れ方向において、下流側の前記熱交換器の前記継手の内径寸法は、上流側の前記熱交換器の前記継手の内径寸法より大きい請求項６に記載の熱交換器モジュール。
【請求項８】
圧縮機と、
凝縮器と、
膨張装置と、
請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換器、または請求項６から７のいずれか１項に記載の熱交換器モジュールを有する蒸発器と、
前記圧縮機、前記凝縮器、前記膨張装置、および前記蒸発器を接続して前記冷媒を流通させる冷媒配管と、を備える冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係る実施形態は、熱交換器、熱交換モジュール、および冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一対のヘッダーパイプと、両ヘッダーパイプに接続する互いに平行な複数の熱交換チューブと、を備える熱交換器が知られている。【０００３】
一方のヘッダーパイプと冷媒流入管とを接続する継手は、ヘッダーパイプにおける熱交換チューブが接続される側と反対側に挿入して設けられる。継手の先端は、閉塞されている。継手の先端部には、冷媒の流れ方向に対して直交方向へ開口された複数の冷媒流通孔が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１８３８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の熱交換器は、ヘッダーパイプに挿入される継手の円周方向のみに冷媒流通孔を設けている。この冷媒流通孔は、複数の熱交換チューブへ冷媒を分配する。【０００６】
しかしながら、従来の熱交換器では、継手の挿入箇所から遠い熱交換チューブへの冷媒の分配量が少ない一方で、継手の挿入箇所に近い熱交換チューブへの冷媒の分配量が多くなる。換言すると、従来の熱交換器では、複数の熱交換チューブへの冷媒の分配量の均一化に、未だ改善の余地がある。【０００７】
そこで、本発明は、並行する複数の熱交換管に、冷媒をより均等に分配可能な熱交換器、熱交換モジュール、および冷凍サイクル装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る熱交換器は、実質的に平行に並ぶ一対のヘッダーパイプと、前記一対のヘッダーパイプの延在方向に並び、かつ前記一対のヘッダーパイプの間に架設されて一方の前記ヘッダーパイプと他方の前記ヘッダーパイプとの間で冷媒を流通させる複数の熱交換管と、前記一方のヘッダーパイプの側面に設けられ、前記一方のヘッダーパイプへ前記冷媒を流入させ、または前記一方のヘッダーパイプから前記冷媒を流出させる継手と、を備えている。前記継手は、前記熱交換管へ向かって延び、かつ前記継手の先端に設けられる先端開口と、前記継手の側面に設けられて前記一方のヘッダーパイプの内壁面を臨む少なくとも１つの側面開口と、を有している。前記継手の延在方向の中心線に対して、前記側面開口の中心を通る線分の延在方向と前記ヘッダーパイプに直交する線分とがなす角は、４５度より小さい。前記側面開口の開口面積は前記先端開口の開口面積より大きい。【０００９】
また、前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る熱交換器モジュールは、複数の前記熱交換器と、前記複数の熱交換器を直列に接続する中継配管と、を備えている。前記冷媒の流れ方向において、下流側の前記熱交換器の前記側面開口および前記先端開口の総開口面積は、上流側の前記熱交換器の前記側面開口および前記先端開口の総開口面積より大きい。【００１０】
さらに、前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、前記熱交換器、または前記モジュールを有する蒸発器と、前記圧縮機、前記凝縮器、前記膨張装置、および前記蒸発器を接続して前記冷媒を流通させる冷媒配管と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る空気調和機の冷凍サイクル図。
【図２】本発明の実施形態に係る空気調和機の熱交換器の平面図。
【図３】本発明の実施形態に係る空気調和機の熱交換器の部分的な斜視図。
【図４】本発明の実施形態に係る熱交換器の部分的な断面図。
【図５】本発明の実施形態に係る熱交換器の部分的な断面斜視図。
【図６】本発明の実施形態に係る熱交換器の部分的な断面図。
【図７】本発明の実施形態に係る熱交換器の部分的な断面図。
【図８】本発明の実施形態に係る熱交換器における冷媒の分配の様子を模式的に表現する断面図。
【図９】本発明の実施形態に係る熱交換器の他の例における部分的な断面図。
【図１０】本発明の実施形態に係る熱交換器の他の例における部分的な断面図。
【図１１】本発明の実施形態に係る空気調和機の他の例の冷凍サイクル図。
【図１２】本発明の実施形態に係る空気調和機の熱交換器モジュールの平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る熱交換器、熱交換モジュール、および冷凍サイクル装置の実施形態について、図１から図１２を参照して説明する。なお、複数の図面中、同一または相当する構成には同一の符号を付している。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置である空気調和機の冷凍サイクル図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態に係る空気調和機１は、室内機２と、室外機３と、を備えている。
【００１５】
室内機２は、室内機筐体１１と、室内機筐体１１に収容される室内熱交換器１２と、室内機筐体１１に収容されて室内熱交換器１２を通過する空気の流れを発生させる室内送風機１３と、を備えている。
【００１６】
室内送風機１３は、ファン１３ａと、ファン１３ａを駆動させる動力源、例えば電動機１３ｂと、を備えている。ファン１３ａを駆動させると、室内の空気は、室内機２に吸い込まれ、室内熱交換器１２を通過して室内機２から吹き出す。
【００１７】
室外機３は、室外機筐体１５と、室外機筐体１５に収容される圧縮機１６と、室外機筐体１５に収容される四方弁１７と、室外機筐体１５に収容される室外熱交換器１８と、膨張装置としての絞り機構１９と、室外機筐体１５に収容されて室外熱交換器１８を通過する空気の流れを発生させる室外送風機２１と、を備えている。
【００１８】
絞り機構１９は、例えば電子膨張弁（Pulse Motor Valve、ＰＭＶ）やキャピラリーチューブである。
【００１９】
室外送風機２１は、プロペラファン２１ａと、プロペラファン２１ａを駆動させる動力源、例えば電動機２１ｂと、を備えている。プロペラファン２１ａを駆動させると、室外の空気は、室外機３に吸い込まれ、室外熱交換器１８を通過して室外機３から吹き出す。
【００２０】
また、空気調和機１は、圧縮機１６、四方弁１７、室外熱交換器１８、絞り機構１９、および室内熱交換器１２を接続して冷媒を流通させる冷媒配管２３を備えている。
【００２１】
冷媒配管２３は、圧縮機１６、四方弁１７、室外熱交換器１８、絞り機構１９、および室内熱交換器１２を順次に接続している。
【００２２】
冷媒配管２３は、圧縮機１６の吐出口１６ａと四方弁１７とを繋ぐ第一冷媒配管２３ａと、四方弁１７と圧縮機１６の吸込口１６ｂとを繋ぐ第二冷媒配管２３ｂと、四方弁１７と室外熱交換器１８とを繋ぐ第三冷媒配管２３ｃと、室外熱交換器１８と絞り機構１９とを繋ぐ第四冷媒配管２３ｄと、絞り機構１９と室外機３の第一配管接続部２５ａとを繋ぐ第五冷媒配管２３ｅと、室外機３の第一配管接続部２５ａと室内機２の第二配管接続部２５ｂとを繋ぐ第六冷媒配管２３ｆと、室内機２の第二配管接続部２５ｂと室内熱交換器１２とを繋ぐ第七冷媒配管２３ｇと、室内熱交換器１２と室内機２の第三配管接続部２５ｃとを繋ぐ第八冷媒配管２３ｈと、室内機２の第三配管接続部２５ｃと室外機３の第四配管接続部２５ｄとを繋ぐ第九冷媒配管２３ｉと、室外機３の第四配管接続部２５ｄと四方弁１７とを繋ぐ第十冷媒配管２３ｊと、を含んでいる。
【００２３】
第六冷媒配管２３ｆおよび第九冷媒配管２３ｉは、室外機３と室内機２との間で冷媒を往来させる。
【００２４】
第一配管接続部２５ａおよび第四配管接続部２５ｄのそれぞれは、室外機３側の冷媒配管２３、つまり第一冷媒配管２３ａ、第二冷媒配管２３ｂ、第三冷媒配管２３ｃ、第四冷媒配管２３ｄ、第五冷媒配管２３ｅ、および第十冷媒配管２３ｊの出入り口に相当する継手を兼ねている。
【００２５】
第二配管接続部２５ｂおよび第三配管接続部２５ｃのそれぞれは、室内機２側の冷媒配管２３、つまり第七冷媒配管２３ｇ、および第八冷媒配管２３ｈの出入り口に相当する継手を兼ねている。
【００２６】
また、空気調和機１は、四方弁１７に信号線（図示省略）を介して電気的に接続される制御部２７を備えている。
【００２７】
制御部２７は、中央演算処理装置（図示省略）、中央演算処理装置が実行する各種演算プログラム、パラメータなどを記憶する記憶装置（図示省略）を備えている。制御部２７は、各種制御プログラムを補助記憶装置から主記憶装置へ読み込み、主記憶装置に読み込まれた各種制御プログラムを中央演算処理装置で実行する。
【００２８】
制御部２７は、リモートコントローラ（図示省略）に入力される運転操作に基づいて四方弁１７を制御し、空気調和機１の冷房運転（図１中、破線で示す冷媒の流れ）と暖房運転（図１中、実線で示す冷媒の流れ）とを切り替える。
【００２９】
冷房運転時、空気調和機１は、圧縮機１６から圧縮された高温高圧のガス冷媒を吐出し、四方弁１７を介してこの冷媒を室外熱交換器１８へ送る。室外熱交換器１８は、室外の空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を冷却して高圧の液状態にする。つまり、室外熱交換器１８は、凝縮器として機能する。室外熱交換器１８を通過した冷媒は、絞り機構１９を通過して減圧され低圧の液冷媒になって室内熱交換器１２に到達する。室内熱交換器１２は、室内の空気と液冷媒との間で熱交換を行い、室内空間に吹き出す空気を冷却する一方で、冷媒を蒸発させて気液二相状態から気体状態に遷移させる。つまり、室内熱交換器１２は、蒸発器として機能する。室内熱交換器１２を通過した冷媒は、圧縮機１６へ吸い込まれて戻る。
【００３０】
他方、暖房運転時、空気調和機１は、四方弁１７を反転させて冷凍サイクルに冷房運転時の冷媒の流れと逆向きの冷媒の流れを生じさせる。つまり、室内熱交換器１２は凝縮器として機能し、室外熱交換器１８は蒸発器として機能する。
【００３１】
なお、空気調和機１は、四方弁１７を備えない、冷房専用であってもよい。この場合、圧縮機１６の吐出口１６ａは冷媒配管２３を介して室外熱交換器１８に直接的に繋がれ、圧縮機１６の吸込口１６ｂは冷媒配管２３を介して室内熱交換器１２に直接的に繋がれる。室内熱交換器１２は、常に蒸発器として機能する。
【００３２】
なお、冷暖房可能な空気調和機１の場合には、室内熱交換器１２および室外熱交換器１８内の冷媒の流れの方向は、冷房運転時と暖房運転時時との間で反転する（反対になる）。そこで、蒸発器として機能する室内熱交換器１２、および室外熱交換器１８を、以下、単に熱交換器３１と呼ぶ。これより後、特別の断りがない限り、蒸発器として機能する熱交換器３１について説明する。
【００３３】
図２および図３に示すように、本実施形態に係る熱交換器３１は、矩形の板状の外観を有している。
【００３４】
熱交換器３１によって熱交換される空気は、図２における紙面の表裏方向、および図３の実線矢印ＦＬの方向へ流通する。換言すると、熱交換器３１によって熱交換される空気は、板状の熱交換器３１の表裏を貫く方向へ流通する。なお、熱交換器３１によって熱交換される空気が流れる方向を、熱交換器３１の空気流通方向ＦＬ、または熱交換器３１の通風方向ＦＬと呼ぶ。
【００３５】
熱交換器３１は、実質的に平行に並ぶ一対のヘッダーパイプ３２、３３と、一対のヘッダーパイプ３２、３３の延在方向（図２中の実線矢印Ｘ方向）に並び、かつ一対のヘッダーパイプ３２、３３の間に架設されて上流側ヘッダーパイプ３２と下流側ヘッダーパイプ３３との間で冷媒を流通させる複数の熱交換管としての扁平管３５と、隣接する扁平管３５の間に設けられるコルゲートフィン３６と、上流側ヘッダーパイプ３２へ冷媒を流入させる上流側継手３７と、下流側ヘッダーパイプ３３から冷媒を流出させる下流側継手３８と、を備えている。
【００３６】
熱交換器３１は、上流側継手３７から上流側ヘッダーパイプ３２へ流れ込んだ冷媒を複数の扁平管３５へ分流させ、扁平管３５を通過して熱交換された冷媒を下流側ヘッダーパイプ３３で合流させ、下流側ヘッダーパイプ３３から下流側継手３８へ冷媒を流出させる。
【００３７】
なお、熱交換器３１における冷媒の流れの上流側、および冷媒の流れの下流側の区別は、熱交換器３１が蒸発器として機能している際の冷媒の流れに則っている。したがって、熱交換器３１が凝縮器として機能している際の冷媒の流れに則ると、熱交換器３１における冷媒の流れの上流側、および冷媒の流れの下流側の区別は、反転する。そこで、上流側ヘッダーパイプ３２を「一方のヘッダーパイプ３２」と称し、下流側ヘッダーパイプ３３を「他方のヘッダーパイプ３３」と称し、上流側継手３７を単に「継手３７」、「第一継手３７」または「一方の継手３７」と称し、下流側継手３８を「第二継手３８」または「他方の継手３８」と称しても良い。
【００３８】
ヘッダーパイプ３２、３３、扁平管３５、コルゲートフィン３６、上流側継手３７、および下流側継手３８は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製である。ヘッダーパイプ３２、３３、扁平管３５、コルゲートフィン３６、および下流側継手３８は、ろう付けで一体化されている。なお、ヘッダーパイプ３２、３３、扁平管３５、コルゲートフィン３６、および下流側継手３８は、ろう付け以外の方法で接合されていても良い。
【００３９】
それぞれのヘッダーパイプ３２、３３は、円形断面（環形断面）を有する直管である。上流側ヘッダーパイプ３２は、熱交換器３１の４辺のうち、１つの辺に相当する部位に配置されている。下流側ヘッダーパイプ３３は、熱交換器３１の４辺のうち、上流側ヘッダーパイプ３２が配置される辺に対向する辺に相当する部位に配置されている。それぞれのヘッダーパイプ３２、３３の端部３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂには、アルミニウム製またはアルミニウム合金製のエンドキャップ３９が設けられている。エンドキャップ３９は、ヘッダーパイプ３２、３３の各端部を塞いでいる。それぞれのエンドキャップ３９は、ヘッダーパイプ３２、３３にろう付けされている。
【００４０】
なお、熱交換器３１は、上流側ヘッダーパイプ３２の第二端部３２ｂ、および下流側ヘッダーパイプ３３の第二端部３３ｂを上流側ヘッダーパイプ３２の第一端部３２ａ、および下流側ヘッダーパイプ３３の第一端部３３ａより上方に配置して使用されることが好ましい。
【００４１】
複数の扁平管３５は、扁平な角丸長方形の断面形状を有する直管である。複数の扁平管３５は、ヘッダーパイプ３２、３３の延在方向Ｘへ実質的に等間隔に並んでいる。複数の扁平管３５は、ヘッダーパイプ３２、３３に実質的に直交している。複数の扁平管３５のそれぞれの端部は、ヘッダーパイプ３２、３３に差し込まれて固定されている。
【００４２】
それぞれの扁平管３５は、熱交換器３１の空気流通方向ＦＬに延びる扁平な角丸長方形の断面形状を有している。扁平管３５の断面形状における短辺は、複数の扁平管３５が並んでいる方向、つまりヘッダーパイプ３２、３３の延在方向Ｘに延びている。扁平管３５の断面形状における長辺は、熱交換器３１の表裏を貫く方向に延びている。隣り合う一対の扁平管３５は、断面形状における長辺にあたる幅広の面を対面させている。
【００４３】
それぞれの扁平管３５は、熱交換器３１の表裏を貫く方向、つまり熱交換器３１の空気流通方向ＦＬに並ぶ複数の冷媒流通路３５ａを有している。複数の冷媒流通路３５ａは、実質的に平行に延びている。扁平管３５は、一般的にアルミの押し出し成型で製造される。
【００４４】
それぞれのコルゲートフィン３６は、山折り部と谷折り部とを交互に有するアルミニウム製の薄板である。それぞれのコルゲートフィン３６は、隣り合う一対の扁平管３５の離間距離を連続するＶ字形で往来する薄板である。それぞれのコルゲートフィン３６は、隣り合う扁平管３５の間に挟み込まれている。つまり、それぞれのコルゲートフィン３６のそれぞれの折り目は、扁平管３５の幅広の面に接している。
【００４５】
また、熱交換器３１は一対のサイドプレート４１を備えている。一対のサイドプレート４１は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製である。一対のサイドプレート４１は、熱交換器３１の４辺のうち、一対のヘッダーパイプ３２、３３が担う辺とは異なり、かつ対向する２つの辺に相当する部位に配置されている。つまり、熱交換器３１は、対向する一対のヘッダーパイプ３２、３３と、対向する一対のサイドプレート４１とで描かれる矩形の板形を有している。それぞれのサイドプレート４１は、熱交換器３１の外縁に配置されているコルゲートフィン３６にろう付けされている。
【００４６】
上流側継手３７は、円形断面（環形断面）を有する直管である。上流側継手３７は、扁平管３５の逆側から上流側ヘッダーパイプ３２の側面に接続されている。つまり、上流側継手３７は、扁平管３５が配置されている側の逆側から上流側ヘッダーパイプ３２に接続されている。上流側継手３７は、空気調和機１の冷媒配管２３に接続されている。
【００４７】
下流側継手３８は、円形断面（環形断面）を有する直管である。下流側継手３８は、扁平管３５の逆側から下流側ヘッダーパイプ３３に接続されている。つまり、下流側継手３８は、扁平管３５が配置されている側の逆側から下流側ヘッダーパイプ３３に接続されている。下流側継手３８は、空気調和機１の冷媒配管２３に接続されている。下流側継手３８の内径寸法は、上流側継手３７の内径寸法以上である。
【００４８】
上流側継手３７は、上流側ヘッダーパイプ３２の第一端部３２ａの近傍に接続され、下流側継手３８は、下流側ヘッダーパイプ３３の第二端部３３ｂの近傍に接続されている。つまり、上流側継手３７および下流側継手３８は、矩形の熱交換器３１の４角のうち、対角する２つの角部の近傍に配置されている。換言すると、上流側継手３７に近い扁平管３５は、下流側継手３８から遠く、上流側継手３７から遠い扁平管３５は、下流側継手３８に近い。
【００４９】
上流側継手３７は、サイドプレート４１と扁平管３５との間の領域、または隣り合う一対の扁平管３５の間の領域、つまりコルゲートフィン３６が配置されている領域へ向かって上流側ヘッダーパイプ３２に差し込まれている。なお、上流側継手３７は、サイドプレート４１、または扁平管３５へ向かって上流側ヘッダーパイプ３２に差し込まれていても良い。また、熱交換器３１は、図２に二点鎖線で示すように、複数の上流側継手３７を備えていても良い。複数の上流側継手３７は、サイドプレート４１と扁平管３５との間の領域、および隣り合う一対の扁平管３５の間の領域に設けられていても良い。複数の上流側継手３７は、各扁平管３５へ冷媒を容易に均一に配分する。
【００５０】
下流側継手３８は、サイドプレート４１と扁平管３５との間の領域、または隣り合う一対の扁平管３５の間の領域、つまりコルゲートフィン３６が配置されている領域へ向かって下流側ヘッダーパイプ３３に差し込まれている。なお、下流側継手３８は、サイドプレート４１、または扁平管３５へ向かって下流側ヘッダーパイプ３３に差し込まれていても良い。
【００５１】
図４は、上流側ヘッダーパイプ３２の中心線に直交し、かつ上流側継手３７の中心線を通る断面図である。
【００５２】
図４および図５に示すように、本実施形態に係る熱交換器３１の上流側継手３７は、上流側ヘッダーパイプ３２の延在方向であるＸ方向から見て、扁平管３５へ向かって延びている。上流側継手３７の外径寸法および内径寸法は、扁平管３５の幅寸法より小さい。上流側継手３７の先端は、上流側ヘッダーパイプ３２の内側に突出する突出端である。上流側ヘッダーパイプ３２の延在方向から見て、扁平管３５と上流側継手３７との間には隙間Ｇが設けられている。
【００５３】
上流側継手３７は、上流側継手３７の先端に設けられて上流側継手３７の延在方向Ｙを向く先端開口４５と、上流側継手３７の側面に設けられて上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃを臨む側面開口４６と、を有している。側面開口４６は１つでも良いし、複数設けられていても良い。
【００５４】
先端開口４５および側面開口４６は、熱交換器３１が蒸発器として機能する際に冷媒を上流側ヘッダーパイプ３２内へ流入させる（図４中の実線矢印ｆ）。換言すると、上流側継手３７内を流れる冷媒は、先端開口４５および側面開口４６へ分流して上流側ヘッダーパイプ３２内へ流れ込む。
【００５５】
先端開口４５は、上流側継手３７内を流れる冷媒を実質的に直進させる。先端開口４５の開口径は、上流側継手３７の内径より小さい。換言すると、先端開口４５は、上流側継手３７から流出する冷媒を絞る。先端開口４５は、例えば、上流側継手３７の先端を塞ぐ板に穿たれる孔（所謂オリフィス）であっても良いし、上流側継手３７の先端を塞ぐキャップに穿たれた孔であっても良い。また、先端開口４５は、絞り加工などの加工方法で塑性変形させて直径を縮小された上流側継手３７の開放端であっても良い。先端開口４５の中心は、上流側継手３７の中心線に一致していることが好ましい。
【００５６】
側面開口４６は、上流側継手３７の上流側ヘッダーパイプ３２内に配置される部分の側面に設けられている。側面開口４６は、上流側継手３７内の冷媒の流れ方向に直交する方向を向いている。側面開口４６の中心を通る線分の延長線は、上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃに達する。側面開口４６は、上流側継手３７内を流れる冷媒の進行方向を変えて、実質的に上流側継手３７の径方向外側へ向かって冷媒を流出させる。
【００５７】
側面開口４６の開口面積は先端開口４５の開口面積より大きい。側面開口４６の開口形状および先端開口４５の開口形状は、円形であるが、三角形や四角形などの非円形状であっても良い。また、側面開口４６および先端開口４５は、一様な直径の孔であるが、円錐形の孔であっても良い。非円形の孔は、冷媒の噴霧効果を有し、液冷媒とガス冷媒との混合を促進し、複数の扁平管へ供給される冷媒の分配量を均一化する。円錐形の孔は、冷媒の流速を上昇させて液冷媒とガス冷媒との混合を促進し、複数の扁平管へ供給される冷媒の分配量を均一化する。
【００５８】
図６は、上流側ヘッダーパイプ３２の中心線および上流側継手３７の中心線を通る断面図である。
【００５９】
図６に示すように、本実施形態に係る熱交換器３１の扁平管３５、サイドプレート４１、および上流側継手３７の延在方向は、実質的に平行である。
【００６０】
上流側継手３７の外径寸法および内径寸法は、扁平管３５の高さ寸法より大きい。
【００６１】
上流側継手３７は、サイドプレート４１と扁平管３５との間、または隣り合う一対の扁平管３５の間の、上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃへ向かって延びている。したがって、先端開口４５は、サイドプレート４１と扁平管３５との間、または隣り合う一対の扁平管３５の間の、上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃを臨んでいる。上流側継手３７は、サイドプレート４１と扁平管３５との間、または隣り合う一対の扁平管３５の間の、中間位置へ向かって延びていることが好ましい。したがって、先端開口４５は、サイドプレート４１と扁平管３５との間、または隣り合う一対の扁平管３５の間の、中間位置を臨んでいることが好ましい。換言すると、上流側継手３７とサイドプレート４１との離間距離、および上流側継手３７と扁平管３５との離間距離は、実質的に等しいことが好ましい。つまり、先端開口４５とサイドプレート４１との離間距離、および先端開口４５と扁平管３５との離間距離は、実質的に等しいことが好ましい。
【００６２】
なお、上流側継手３７は、サイドプレート４１、または扁平管３５へ向かって延びていても良い。したがって、先端開口４５は、サイドプレート４１、または扁平管３５を臨んでいても良い。この場合には、上流側継手３７は、サイドプレート４１、または扁平管３５の延在方向の延長線上に配置される。
【００６３】
図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【００６４】
図７に示すように、本実施形態に係る熱交換器３１の側面開口４６は、例えば、上流側ヘッダーパイプ３２の中心線に直交する方向へ上流側継手３７内の冷媒を流出させる。側面開口４６は、上流側ヘッダーパイプ３２の中心線を基準に実質的に対称に設けられている。
【００６５】
なお、上流側継手３７の延在方向の中心線Ｚ１と側面開口４６の中心を通る線分の延在方向Ｚ２（つまり、側面開口４６の開口方向Ｚ２）とは、上流側ヘッダーパイプ３２の中心線Ｈに直交する方向に一致することが好ましいが、これに限らない。側面開口４６の開口方向Ｚ２は、上流側ヘッダーパイプ３２の中心線Ｈに直交する線分Ｌに対して±４５度より小さい範囲で傾いていても良い。したがって、上流側継手３７の延在方向の中心線Ｚ１に対して、側面開口４６の開口方向Ｚ２と上流側ヘッダーパイプ３２の中心線Ｈに直交する線分Ｌとがなす角θは、４５度より小さい範囲にあれば良い。図７は角θが０度の場合を示している。
【００６６】
なお、側面開口４６の開口方向Ｚ２は、上流側継手３７の中心線Ｚ１を通り、かつ上流側ヘッダーパイプ３２の中心線Ｈに直交する線分Ｌを基準にして、上流側ヘッダーパイプ３２の第二端部３２ｂ、つまり上流側継手３７から遠い方の端部へ向いている場合を正とし、上流側ヘッダーパイプ３２の第一端部３２ａ、つまり上流側継手３７に近い方の端部へ向いている場合を負とする。側面開口４６の開口方向は、正方向へ向いていることが好ましい。
【００６７】
また、図７に示すように、上流側継手３７が複数の側面開口４６を有する場合、これら複数の側面開口４６は、角θ＜４５度の範囲に配置されている。
【００６８】
さらに、上流側継手３７は、側面開口４６よりも小さい開口面積を有する第二側面開口を有していても良い。第二側面開口は、上記角θが４５度より小さくても良いし、角θが４５度より大きくともよい。
【００６９】
図８は、本発明の実施形態に係る熱交換器における冷媒の分配の様子を模式的に表現する断面図である。
【００７０】
図８に示す熱交換器３１は、８つの扁平管３５を有している。８つの扁平管３５を、上流側継手３７に近い方から１段目の扁平管３５ａ、２段目の扁平管３５ｂ、３段目の扁平管３５ｃ、４段目の扁平管３５ｄ、５段目の扁平管３５ｅ、６段目の扁平管３５ｆ、７段目の扁平管３５ｇ、８段目の扁平管３５ｈと呼ぶ。また、図８に示す熱交換器３１は、１段目の扁平管３５ａと２段目の扁平管３５ｂとの間へ向かって上流側ヘッダーパイプ３２に差し込まれる上流側継手３７を備えている。
【００７１】
そして、上流側継手３７の先端開口４５は、１段目の扁平管３５ａと２段目の扁平管３５ｂとの間の、上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃへ向けて冷媒を流通させる（図中、実線矢印Ｆ１）。他方、上流側継手３７の側面開口４６は、上流側ヘッダーパイプ３２の中心線に直行する方向へ向けて冷媒を流通させる。先端開口４５および側面開口４６から流出し、上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃに衝突した冷媒は、気体成分と液体成分が混ぜ合わされた状態になり、上流側ヘッダーパイプ３２の中心線方向に方向を変えている（図中、実線矢印Ｆ２）。
【００７２】
ところで、質量の大きい液冷媒は重力影響により上流側ヘッダーパイプ３２の下方（第一端部３２ａ）へと落ち込む。また、側面開口４６が角θ≧４５度の範囲を向くと、角θ＜４５度の範囲に比べて、側面開口４６から上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃまでの離間距離が遠くなり、上段（例えば５段目の扁平管３５ｅから８段目の扁平管３５ｈ）の扁平管３５への冷媒の分配量が減少する。
【００７３】
しかしながら、本実施形態に係る熱交換器３１は、先端開口４５および側面開口４６から上流側ヘッダーパイプ３２へ流れ込む冷媒を、早期に上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃへ衝突させ、液冷媒とガス冷媒との混合を促進し、かつ上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃにおける表面張力で上段の扁平管３５へ冷媒をより多量に到達させて冷媒の分配量を増加させる。図８中に８つの扁平管３５に分配される冷媒の分配の様子を各扁平管３５から延びる実線矢印の長さの差で表現している。この実線矢印の例は、熱交換器３１の風上方向を向く１つの側面開口４６と、１つの先端開口４５と、を有する上流側継手３７を備える熱交換器３１における、冷媒の分配の様子を示している。なお、各扁平管３５から延びる破線矢印は、熱交換器３１の風上方向を向く１つの側面開口４６のみを有し、先端開口４５のない上流側継手を備える従来の熱交換器における、冷媒の分配の様子であり、比較例である。
【００７４】
また、本実施形態に係る熱交換器３１は、先端開口４５から上流側ヘッダーパイプ３２へ流れ込む冷媒を、早期に上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃへ衝突させ、上流側継手３７の近傍の扁平管３５、またはサイドプレート４１の上面（上流側ヘッダーパイプ３２内の部分）における冷媒の滞留を未然に防ぐことができる。冷媒の滞留は、扁平管３５への冷媒の分配量を低下させるため、滞留の防止は、扁平管３５への冷媒の分配量を改善する。
【００７５】
次に、本実施形態に係る熱交換器３１の他の例を説明する。なお、各例で説明する熱交換器３１Ａ、および３１Ｂにおいて、図１から図８に示した熱交換器３１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７６】
図９は、本発明の実施形態に係る熱交換器の他の例における部分的な断面図である。図９は、上流側ヘッダーパイプ３２の中心線に直交し、かつ上流側継手３７の中心線を通る断面図である。
【００７７】
図９に示すように、本実施形態に係る熱交換器３１Ａの側面開口４６Ａは、１つのみ設けられ、上流側ヘッダーパイプ３２の延在方向であるＸ方向から見て、上流側ヘッダーパイプ３２の一方の領域Ａへ冷媒を流出させる。
【００７８】
一方の領域Ａは、熱交換器３１の空気流通方向ＦＬにおける風上側（上流側、実線矢印ＦＬの始端側）であることが好ましい。
【００７９】
図１０は、本発明の実施形態に係る熱交換器の他の例における部分的な断面図である。図１０は、上流側ヘッダーパイプ３２の中心線に直交し、かつ上流側継手３７の中心線を通る断面図である。
【００８０】
図１０に示すように、本実施形態に係る熱交換器３１Ｂは、上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃに設けられて側面開口４６および先端開口４５のそれぞれへ向かって突出する突起部４９を備えている。
【００８１】
突起部４９は、上流側ヘッダーパイプ３２を塑性変形させて形成されるものであっても良いし、上流側ヘッダーパイプ３２に別部品を固定したものであっても良い。突起部４９は、側面開口４６の真正面、つまり上流側継手３７の中心と側面開口４６の中心を結ぶ線分と上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃとの交点に設けられている。また、突起部４９は、先端開口４５の真正面、つまり上流側継手３７の中心線と上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃとの交点に設けられている。
【００８２】
突起部４９は、先端開口４５または側面開口４６から流出して突起部４９に衝突する冷媒の気相と液相とを効率的に混合できるよう、山形の曲面を有していることが好ましい。
【００８３】
上流側継手３７の先端開口４５の延長線上に配置される突起部４９は、先端開口４５から上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃへ向かう冷媒（液冷媒、ガス冷媒）の流れ（実線矢印Ｆ１）を攪拌する。側面開口４６の延長線上に配置される突起部４９は、側面開口４６から上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃへ向かう冷媒（液冷媒、ガス冷媒）の流れ（実線矢印Ｆ１）を攪拌する。攪拌された冷媒は、それぞれの扁平管３５により均一に分配される。
【００８４】
なお、上記各実施形態に係る熱交換器３１においては、上流側継手３７が上流側ヘッダーパイプ３２の延在方向であるＸ方向から見て、扁平管３５へ向かって延びているものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上流側継手３７は、上流側ヘッダーパイプ３２の延在方向であるＸ方向から見て、扁平管３５と直交する方向に延びていても良いし、任意の方向に向いていても良い。
【００８５】
また、熱交換器３１は、コルゲートフィン３６に限らず、板状フィンを備えていても良い。
【００８６】
次に、本実施形態に係る空気調和機１の他の例を説明する。なお、各例で説明する空気調和機１Ａにおいて、図１から図９に示した熱交換器３１、３１Ａ、および３１Ｂと同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８７】
図１１は、本発明の実施形態に係る空気調和機の他の例の冷凍サイクル図である。
【００８８】
図１１に示すように、本実施形態に係る空気調和機１Ａは、蒸発器として機能する室内熱交換器１２または室外熱交換器１８としての熱交換器３１に代えて熱交換器モジュール５１を備えている。
【００８９】
図１２は、本発明の実施形態に係る空気調和機の熱交換器モジュールの平面図である。
【００９０】
図１１および図１２に示すように、本実施形態に係る熱交換器モジュール５１は、直列に接続される複数、例えば２つの熱交換器３１ａ、３１ｂと、複数の熱交換器３１ａ、３１ｂを直列に接続する少なくとも１つの中継配管５３と、を備えている。
【００９１】
熱交換器モジュール５１は、直列に接続される３つ以上の熱交換器３１を備えていても良い。この場合には、中継配管５３は、隣り合う一対の熱交換器３１毎に設けられる。
【００９２】
中継配管５３は、上流側の熱交換器３１ａの下流側継手３８を延長したものであっても良いし、下流側の熱交換器３１ｂの上流側継手３７を延長したものであっても良い。
【００９３】
熱交換器モジュール５１が蒸発器として機能するときの上流側の熱交換器３１ａは、上流側継手３７から上流側ヘッダーパイプ３２へ流れ込んだ冷媒を複数の扁平管３５へ分流させ、扁平管３５を通過して熱交換された冷媒を下流側ヘッダーパイプ３３で合流させ、下流側ヘッダーパイプ３３から下流側継手３８へ冷媒を流出させる。次いで、熱交換器モジュール５１は、中継配管５３を通じて上流側の熱交換器３１ａの下流側継手３８から下流側の熱交換器３１ｂの上流側継手３７へ冷媒を流通させる。そして、熱交換器モジュール５１の下流側の熱交換器３１ｂは、上流側継手３７から上流側ヘッダーパイプ３２へ流れ込んだ冷媒を複数の扁平管３５へ分流させ、扁平管３５を通過して熱交換された冷媒を下流側ヘッダーパイプ３３で合流させ、下流側ヘッダーパイプ３３から下流側継手３８へ冷媒を流出させる。
【００９４】
そして、冷媒の流れ方向（図１２の実線矢印の方向）において、下流側の熱交換器３１ｂの側面開口４６および先端開口４５の総開口面積は、上流側の熱交換器３１ａの側面開口４６および先端開口４５の総開口面積よりも大きい。なお、下流側の熱交換器３１ｂの上流側継手３７は、上流側の熱交換器３１ａの上流側継手３７と同一の構成を有していても良いが、側面開口４６および先端開口４５のいずれか一方のみを有していても良いし、側面開口４６の開口方向も任意の方向で良い。ただし、その場合でも、開口の合計面積は、上流側の熱交換器３１ａの側面開口４６および先端開口４５の総開口面積よりも大きいことが望ましい。
【００９５】
また、冷媒の流れ方向において、下流側の熱交換器３１ｂの上流側継手３７の内径寸法は、上流側の熱交換器３１ａの上流側継手３７の内径寸法より大きい。
【００９６】
なお、それぞれの熱交換器３１（熱交換器３１ａ、３１ｂ）毎に、下流側継手３８の内径寸法は、同じ熱交換器３１に設けられる上流側継手３７の内径寸法以上である。
【００９７】
上記のように構成される本実施形態に係る熱交換器３１、３１Ａ、熱交換器モジュール５１、および空気調和機１、１Ａは、上流側継手３７の先端に設けられて上流側継手３７の延在方向Ｙを向く先端開口４５と、上流側継手３７の側面に設けられて上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃを臨む少なくとも１つの側面開口４６と、を有し、側面開口４６の開口方向Ｚ２と上流側ヘッダーパイプ３２の中心線Ｈに直交する線分Ｌとがなす角θは、４５度より小さく、側面開口４６の開口面積は先端開口４５の開口面積よりも大きい。そのため、熱交換器３１、３１Ａ、熱交換器モジュール５１、および空気調和機１、１Ａは、側面開口４６によって冷媒の主流を上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃに衝突させ、かつ分散させて、上流側ヘッダーパイプ３２での液冷媒とガス冷媒との相分離を抑制し、扁平管３５に供給される冷媒の分配量を均一化できる。また、熱交換器３１、３１Ａ、熱交換器モジュール５１、および空気調和機１、１Ａは、先端開口４５から流れ出る冷媒によって上流側継手３７の近傍の扁平管３５上における液冷媒の滞留を防ぎ、上流側ヘッダーパイプ３２での液冷媒とガス冷媒との相分離を抑制し、扁平管３５に供給される冷媒の分配量を均一化できる。
【００９８】
また、本実施形態に係る熱交換器３１、３１Ａ、熱交換器モジュール５１、および空気調和機１、１Ａは、隣り合う一対の扁平管３５の間の、上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃを臨む先端開口４５を有している。そのため、熱交換器３１、３１Ａ、熱交換器モジュール５１、および空気調和機１、１Ａは、先端開口４５から流れ出る冷媒によって上流側継手３７の近傍の扁平管３５上における液冷媒の滞留をより確実に防ぎ、上流側ヘッダーパイプ３２での液冷媒とガス冷媒との相分離を抑制し、扁平管３５に供給される冷媒の分配量を均一化できる。
【００９９】
さらに、本実施形態に係る熱交換器３１、３１Ａ、熱交換器モジュール５１、および空気調和機１、１Ａは、複数の側面開口４６を有している。そのため、熱交換器３１、３１Ａ、熱交換器モジュール５１、および空気調和機１、１Ａは、冷媒の流通経路における圧力損失を低減させ、上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃに効果的に冷媒を衝突させて冷媒を分散し、扁平管３５に供給される冷媒の分配量をより均一化できる。
【０１００】
また、本実施形態に係る熱交換器３１Ａ、熱交換器モジュール５１、および空気調和機１、１Ａは、上流側ヘッダーパイプ３２の風上側の領域Ａへ冷媒を流出させる側面開口４６を有している。換言すると、熱交換器３１Ａ、熱交換器モジュール５１、および空気調和機１、１Ａは、熱源温度差の大きい風上側の上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃに冷媒を衝突させる。そのため、熱交換器３１Ａ、熱交換器モジュール５１、および空気調和機１、１Ａは、扁平管３５の風上側に位置し、かつ伝熱仕事量が多い冷媒流通路３５ａへ積極的に冷媒を流入させ、冷媒の熱交換量を増やすことができる。
【０１０１】
さらに、本実施形態に係る熱交換器３１Ｂ、熱交換器モジュール５１、および空気調和機１、１Ａは、上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃに設けられて側面開口４６および先端開口４５のそれぞれへ向かって突出する突起部４９を備えている。そのため、熱交換器３１Ｂ、熱交換器モジュール５１、および空気調和機１、１Ａは、上流側ヘッダーパイプ３２の内壁面３２ｃに衝突する液冷媒とガス冷媒との攪拌をさらに促進し、扁平管３５に供給される冷媒の分配量をより一層、均一化できる。
【０１０２】
また、本実施形態に係る熱交換器モジュール５１、および空気調和機１Ａでは、下流側の熱交換器３１ｂの上流側継手３７の総開口面積が、上流側の熱交換器３１ａの上流側継手３７の側面開口４６および先端開口４５の総開口面積より大きい。そのため、本実施形態に係る熱交換器モジュール５１、および空気調和機１Ａは、各熱交換器３１ａ、３１ｂでの圧力損失の過度な上昇を抑制し、側面開口４６と先端開口４５とによる扁平管３５への冷媒の分流を均一化できる。
【０１０３】
さらに、本実施形態に係る熱交換器モジュール５１、および空気調和機１Ａでは、下流側継手３８の内径寸法は、同じ熱交換器３１に設けられる上流側継手３７の内径寸法以上であり、下流側の熱交換器３１ｂの上流側継手３７の内径寸法は、上流側の熱交換器３１ａの上流側継手３７の内径寸法よりも大きい。そのため、各熱交換器３１ａ、３１ｂでの圧力損失の過度な上昇を抑制し、側面開口４６と先端開口４５とによる扁平管３５への冷媒の分流をより均一化できる。
【０１０４】
したがって、本実施形態に係る熱交換器３１、３１Ａ、３１Ｂ、熱交換器モジュール５１、および空気調和機１、１Ａによれば、並行する複数の扁平管３５に、冷媒をより均等に分配可能である。
【０１０５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０６】
１、１Ａ…空気調和機、２…室内機、３…室外機、１１…室内機筐体、１２…室内熱交換器、１３…室内送風機、１３ａ…ファン、１３ｂ…電動機、１５…室外機筐体、１６…圧縮機、１６ａ…吐出口、１６ｂ…吸込口、１７…四方弁、１８…室外熱交換器、１９…絞り機構、２１…室外送風機、２１ａ…プロペラファン、２１ｂ…電動機、２３…冷媒配管、２３ａ…第一冷媒配管、２３ｂ…第二冷媒配管、２３ｃ…第三冷媒配管、２３ｄ…第四冷媒配管、２３ｅ…第五冷媒配管、２３ｆ…第六冷媒配管、２３ｇ…第七冷媒配管、２３ｈ…第八冷媒配管、２３ｉ…第九冷媒配管、２３ｊ…第十冷媒配管、２５ａ…第一配管接続部、２５ｂ…第二配管接続部、２５ｃ…第三配管接続部、２５ｄ…第四配管接続部、２７…制御部、３１、３１Ａ、３１Ｂ…熱交換器、３１ａ…上流側の熱交換器、３１ｂ…下流側の熱交換器、３２…上流側ヘッダーパイプ、３２ａ…第一端部、３２ｂ…第二端部、３２ｃ…内壁面、３３…下流側ヘッダーパイプ、３３ａ…第一端部、３３ｂ…第二端部、３５…扁平管、３５ａ…冷媒流通路、３６…コルゲートフィン、３７…上流側継手、３８…下流側継手、３９…エンドキャップ、４１…サイドプレート、４５…先端開口、４６、４６Ａ…側面開口、４８…第二側面開口、４９…突起部、５１…熱交換器モジュール、５３…中継配管。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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