JP5229043B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒を空気や水などの流体と熱交換させる熱交換器に関するものである。

従来、特許文献１や特許文献２には、冷媒と空気と熱交換させるためのフィン・アンド・チューブ型の熱交換器が開示されている。この熱交換器は、等間隔に配置された多数のフィンと、これらフィンを貫通する伝熱管とによって構成されている。この熱交換器では、伝熱管は、蛇行する形状に形成されて冷媒流通路を構成している。そして、この熱交換器では、冷媒流通路内を流れる冷媒がフィンの間を通過する空気と熱交換する。

上記熱交換器は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷凍装置の冷媒回路に設けられる。この冷媒回路において、熱交換器は、冷媒を空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器や、冷媒を空気と熱交換させて凝縮させる凝縮器として動作する。

蒸発器として動作する熱交換器では、通常、乾き度の低い気液二相冷媒が冷媒流通路へ流入する。冷媒流通路内では、流入した冷媒中の液冷媒が蒸発してゆくため、その下流側ほど冷媒の乾き度が高くなる。通常、蒸発器として動作する熱交換器の出口では、冷媒がガス単相状態（即ち、乾き度が「１」の状態）となる。

一方、凝縮器として動作する熱交換器では、通常、ガス単相冷媒が冷媒流通路へ流入する。冷媒流通路内では、流入した冷媒中のガス冷媒が凝縮してゆくため、その下流側ほど冷媒の乾き度が低くなる。通常、凝縮器として動作する熱交換器の出口では、冷媒が液単相状態（即ち、乾き度が「０」の状態）となる。

ここで、冷媒流通路内では、その冷媒流通路が途中で分岐したりしない限り、その始端から終端に亘って冷媒の質量流量は一定となる。一方、冷媒流通路内で冷媒が相変化すると、それに伴って冷媒流通路内における冷媒の体積流量が変化する。ガス冷媒の比体積は、液冷媒の比体積に比べて非常に大きい。このため、蒸発器として動作する熱交換器では、冷媒流通路内において液冷媒が蒸発してゆくため、下流側ほど冷媒の体積流量が多くなり、その結果、下流側に向かうにつれて冷媒の流速が次第に速くなってゆく。また、凝縮器として動作する熱交換器では、冷媒流通路へガス単相冷媒が流入するため、上流側において冷媒の体積流量が多くなり、その結果、上流側ほど冷媒の流速が速い状態となる。

また、一般に管内を流体が流れる際の圧力損失は、管内における流体の流速が高いほど大きくなる。このため、蒸発器や凝縮器として動作する熱交換器において、冷媒流通路の入口から出口に至るまでの冷媒の圧力損失は、冷媒流通路内を冷媒が液単相状態のままで流れる場合に比べて大きくなる。
特開２００１−３３６８５９号公報 特開２００８−１２１９３２号公報

しかしながら、従来の熱交換器は、蒸発器又は凝縮器として使用される場合において、その上流側及び下流側の冷媒流通路の通路の断面積をガス冷媒量に応じて変えることができない。このため、熱交換器が蒸発器として使用される場合には、熱交換器の下流側でガス冷媒が多くなって冷媒の圧力損失が大きくなる一方、凝縮器として使用される場合には、熱交換器の上流側でガス冷媒が多くなって冷媒の圧力損失が大きくなるという問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、熱交換器の蒸発器と凝縮器を切り換えた場合に熱交換器を流れる冷媒の圧力損失を減少させることを目的とする。

第１の発明は、冷媒の流入通路（18）に入口側が接続される一方、冷媒の流出通路（19）に出口側が接続されて冷媒が通過する熱交換器であって、入口端が流入通路（18）に接続された第１熱交換部（42）と、第２熱交換部（43）と、出口端が流出通路（19）に接続された第３熱交換部（44）と、入口端が流入通路（18）に接続された第１補助流路（46）と、入口端が第１熱交換部（42）の出口側に接続され且つ出口端が第３熱交換部（44）の入口側に接続された第２補助流路（47）と、出口端が流出通路（19）に接続された第３補助流路（48）と、上記第１熱交換部（42）の出口端と第２熱交換部（43）の入口端とを接続し且つ第１補助流路（46）の出口端を閉鎖した第１状態と、上記第１熱交換部（42）の出口端を閉鎖し且つ第１補助流路（46）の出口端と第２熱交換部（43）の入口端とを接続した第２状態とに切り換わる第１の切換弁（51）と、上記第２熱交換部（43）の出口端と第３熱交換部（44）の入口端とを接続し且つ第３補助流路（48）の入口端を閉鎖した第３状態と、上記第３熱交換部（44）の入口端を閉鎖し且つ第３補助流路（48）の入口端と第２熱交換部（43）の出口端とを接続した第４状態とに切り換わる第２の切換弁（52）とを備えている。

上記第１の発明では、まず、第１の切換弁（51）を第１状態に設定して第２の切換弁（52）を第４状態に設定する。第１の切換弁（51）は、第１補助流路（46）の出口端を閉鎖して第１熱交換部（42）と第２熱交換部（43）とを接続する。そして、第２の切換弁（52）は、第３熱交換部（44）の入口端を閉鎖して第３補助流路（48）と第２熱交換部（43）とを接続する。流入通路（18）を流れる冷媒は第１熱交換部（42）に流入し、該第１熱交換部（42）の外部を流れる熱交換流体と熱交換を行う。第１熱交換部（42）を流出した冷媒は、その一部が第２熱交換部（43）に流入する一方、残りの冷媒は、第２補助流路（47）を通過して第３熱交換部（44）に流入する。第２熱交換部（43）に流入した冷媒は、該第２熱交換部（43）の外部を流れる熱交換流体と熱交換を行う。第２熱交換部（43）を流出した冷媒は第３補助流路（48）を通過して流出通路（19）に流入する。第３熱交換部（44）に流入した冷媒は、該第３熱交換部（44）の外部を流れる熱交換流体と熱交換を行う。第３熱交換部（44）を流出した冷媒は流出通路（19）に流入する。流出通路（19）では、第３補助流路（48）を流出した冷媒と第３熱交換部（44）を流出した冷媒とが合流する。

次に、第１の切換弁（51）を第２状態に設定して第２の切換弁（52）を第３状態に設定する。第１の切換弁（51）は、第１熱交換部（42）の出口端を閉鎖して第１補助流路（46）と第２熱交換部（43）を接続する。そして、第２の切換弁（52）は、第３補助流路（48）の入口端を閉鎖して第２熱交換部（43）と第３熱交換部（44）とを接続する。流入通路（18）を流れる冷媒は、その一部が第１熱交換部（42）に流入する一方、残りが第１補助流路（46）を通過して第２熱交換部（43）に流入する。第１熱交換部（42）に流入した冷媒は、該第１熱交換部（42）の外部を流れる熱交換流体と熱交換を行う。第１熱交換部（42）を流出した冷媒は、第２補助流路（47）を通過して第３熱交換部（44）に流入する。第２熱交換部（43）に流入した冷媒は、該第２熱交換部（43）の外部を流れる熱交換流体と熱交換を行う。第２熱交換部（43）を流出した冷媒は、第３熱交換部（44）に流入する。第３熱交換部（44）では、第２補助流路（47）を流出した冷媒と第２熱交換部（43）を流出した冷媒とが合流する。第３熱交換部（44）に流入した冷媒は、該第３熱交換部（44）の外部を流れる冷媒と熱交換を行う。

第２の発明は、上記第１の発明において、冷媒が吸熱する吸熱動作に、上記第１の切換弁（51）を第１状態に切り換えると共に、第２の切換弁（52）を第４状態に切り換える一方、冷媒が放熱する放熱動作に、上記第１の切換弁（51）を第２状態に切り換えると共に、第２の切換弁（52）を第３状態に切換制御器（53）とを備えている。

上記第２の発明では、吸熱動作時には、切換制御器（53）は、第１の切換弁（51）を第１状態に設定して第２の切換弁（52）を第４状態に設定する。第１の切換弁（51）は、第１補助流路（46）の出口端を閉鎖して第１熱交換部（42）と第２熱交換部（43）とを接続する。そして、第２の切換弁（52）は、第３熱交換部（44）の入口端を閉鎖して第３補助流路（48）と第２熱交換部（43）とを接続する。流入通路（18）から第１熱交換部（42）に冷媒が流入すると、第１熱交換部（42）に流入した冷媒は、該第１熱交換部（42）の外部を流れる熱交換流体から吸熱し、熱交換流体は冷却される。第１熱交換部（42）を流出した冷媒は、その一部が第２熱交換部（43）へ流入する一方、残りが第２補助流路（47）を通過して第３熱交換部（44）に流入する。第２及び第３熱交換部（43,44）へ流入した冷媒は、各熱交換部（43,44）の外部を流れる熱交換流体から吸熱し、熱交換流体は冷却される。そして、第２及び第３熱交換部（43,44）を流出した冷媒は、流出通路（19）で合流して流出される。

放熱動作時には、切換制御器（53）は、第１の切換弁（51）を第２状態に設定して第２の切換弁（52）を第３状態に設定する。第１の切換弁（51）は、第１熱交換部（42）の出口端を閉鎖して第１補助流路（46）と第２熱交換部（43）を接続する。そして、第２の切換弁（52）は、第３補助流路（48）の入口端を閉鎖して第２熱交換部（43）と第３熱交換部（44）とを接続する。流入通路（18）を通過する冷媒は、その一部が第１熱交換部（42）に流入する一方、残りが第１補助流路（46）を通過して第２熱交換部（43）に流入する。第１及び第２熱交換部（42,43）へ流入した冷媒は、各熱交換部（42,43）の外部を流れる熱交換流体へ放熱し、熱交換流体は加熱される。そして、第１及び第２熱交換部（42,43）を流出した冷媒は、第３熱交換部（44）の入口側で合流して第３熱交換部（44）に流入する。第３熱交換部（44）に流入した冷媒は、該第３熱交換部（44）の外部を流れる熱交換流体へ放熱し、熱交換流体は加熱される。第３熱交換部（44）を流出した冷媒は、流出通路（19）から流出される。

第３の発明は、上記第１〜３の発明の何れか１つにおいて、上記第１及び第２の切換弁（51,52）は、三方弁で構成されている。

上記第３の発明では、第１の切換弁（51）は、三方弁に構成され、第１熱交換部（42）の出口端と第２熱交換部（43）の入口端とを接続し且つ第１補助流路（46）の出口端を閉鎖した第１状態と、上記第１熱交換部（42）の出口端を閉鎖し且つ第１補助流路（46）の出口端と第２熱交換部（43）の入口端とを接続した第２状態とに切り換わる。

また、第２の切換弁（52）は、第２熱交換部（43）の出口端と第３熱交換部（44）の入口端とを接続し且つ第３補助流路（48）の入口端を閉鎖した第３状態と、上記第３熱交換部（44）の入口端を閉鎖し且つ第３補助流路（48）の入口端と第２熱交換部（43）の出口端とを接続した第４状態とに切り換わる。

上記第１の発明では、第１〜３補助流路（46,47,48）と第１及び第２の切換弁（51,52）とを設けた。このため、熱交換器の下流側を流れる冷媒を第２及び第３熱交換部（43,44）の２つの冷媒流路に流入させる状態と、熱交換器の上流側を流れる冷媒を第１及び第２熱交換部（42,43）の２つの冷媒流路に流入させる状態とに切り換えることができる。つまり、熱交換器内でガス状態で存在する冷媒を２つの冷媒流路に流入させることができる。これにより、ガス冷媒が流通する冷媒流路の断面積が大きくなるため、冷媒流路でガス冷媒の流速を低下させることができる。この結果、熱交換器を流れる冷媒の圧力損失を減少させることができる。

上記第２の発明では、吸熱動作及び放熱動作に応じて第１の切換弁（51）及び第２の切換弁（52）を切り換える切換制御器（53）を設けた。このため、吸熱動作時において流出通路（19）から流出する前のガス冷媒を、第２及び第３熱交換部（43,44）の２つの冷媒流路に通過させる一方、放熱動作時において流入通路（18）から流入した冷媒を、第１及び第２熱交換部（42,43）の２つの冷媒流路に通過させることができる。つまり、吸熱動作時では、熱交換器の下流側に存在するガス冷媒を２つの冷媒流路に通過させることができると共に、放熱動作時では、熱交換器の上流側に存在するガス冷媒を２つの冷媒流路に通過させることができる。これにより、ガス冷媒が通過する冷媒流路の断面積が大きくなるため、冷媒流路でガス冷媒の流速を低下させることができる。この結果、熱交換器を流れる冷媒の圧力損失を減少させることができる。

上記第３の発明によれば、第１の切換弁（51）に三方弁を用いたため、第１補助流路（46）、第１熱交換部（42）及び第２熱交換部（43）の３つの冷媒流路を簡易的な構成でもって切り換えることができる。また、第２の切換弁（52）に三方弁を用いたため、第３補助流路（48）、第２熱交換部（43）及び第３熱交換部（44）の３つの冷媒流路を簡易的な構成でもって切り換えることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態では、図１に示すように、居室等の空気調和を行う空気調和装置（10）について説明する。

〈空気調和装置の構成〉
本実施形態に係る空気調和装置（10）は、室外機（12）と室内機（11）とを備えたセパレート型の空気調和装置である。この空気調和装置（10）には、閉回路である冷媒回路（15）が設けられている。

冷媒回路（15）には、高沸点成分である２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（以下、「ＨＦＯ−１２３４ｙｆ」という。）と、低沸点成分であるＨＦＣ−３２（ジフルオロメタン）とによって構成された非共沸混合冷媒が充填されている。この冷媒回路（15）は、冷房サイクルと暖房サイクルとを選択的に実行できるように構成されている。冷媒回路（15）は、室内機（11）に設けられた利用側回路（17）と、室外機（12）に設けられた熱源側回路（16）と、コントローラ（53）とを備えている。上記利用側回路（17）には、室内熱交換器（24）が接続されている。上記熱源側回路（16）は、圧縮機（20）と、室外熱交換器（23）と、第１四路切換弁（21）と、第２四路切換弁（22）と、エジェクタ（30）と、エジェクタ用気液分離器（25）と、補助膨張弁（26）とが接続されている。

冷媒回路（15）において、圧縮機（20）の吐出側は、第１四路切換弁（21）の第１ポートに接続されている。第１四路切換弁（21）の第３ポートは、室外熱交換器（23）の一端に接続されている。室外熱交換器（23）の他端は、第２四路切換弁（22）の第１のポートに接続されている。第１四路切換弁（21）の第４のポートは、室内熱交換器（24）の一端に接続されている。室内熱交換器（24）の他端は、第２四路切換弁（22）の第２ポートに接続されている。

エジェクタ（30）には、駆動流体が流れる駆動流路（31）と、駆動流路（31）から噴射する冷媒により吸引された吸引流体が流れる吸引流路（32）と、吸引流路（32）を流れる冷媒と該駆動流路（31）を流れる冷媒とを合流させて噴出する噴出流路（33）とが設けられている。エジェクタ（30）は、駆動流路（31）へ流入した駆動流体をエジェクタ（30）内に設けられたノズルで減圧させると共に加速させ、その加速により生じる負圧によって、吸引流体を吸引流路（32）内に吸引するように構成されている。また、エジェクタ（30）は、噴出流路（33）において吸引流体と駆動流体とを混合させて混合流体とし、この混合流体を該エジェクタ（30）内に設けられたディフューザで減速させると共に、昇圧させてから噴出させるように構成されている。

冷媒回路（15）において、第２四路切換弁（22）は、第３のポートがエジェクタ（30）の駆動流路（31）の入口に接続され、その第４のポートがエジェクタ（30）の吸引流路（32）の入口に接続されている。エジェクタ（30）の噴出流路（33）の出口は、エジェクタ用気液分離器（25）の側部に開口する冷媒流入口に接続されている。エジェクタ用気液分離器（25）の頂部にはガス流出口が開口しており、このガス流出口が圧縮機（20）の吸入側に接続される。また、エジェクタ用気液分離器（25）の底部には液流出口が開口しており、この液流出口が補助膨張弁（26）を介して第１四路切換弁（21）の第２ポートに接続される。

圧縮機（20）は、可変容量型のいわゆる全密閉型に構成されている。圧縮機（20）は、吸入側から吸入した冷媒を圧縮して吐出側へ吐出する。第１四路切換弁（21）及び第２四路切換弁（22）のそれぞれは、第１ポートと第３ポートが連通し且つ第２ポートと第４ポートが連通する冷媒回路（15）の第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第４ポートが連通し且つ第２ポートと第３ポートが連通する冷媒回路（15）の第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換え可能となっている。

上記室外熱交換器（23）は、図外の室外ファンによって吸い込まれた室外空気を冷媒と熱交換させる。室外熱交換器（23）は、冷媒回路（15）における第１四路切換弁（21）の第３ポートと第２四路切換弁（22）の第１ポートの間に設けられている。室外熱交換器（23）は、第１四路切換弁（21）の第３ポートと流入部（18）を介して接続されている。流入部（18）は、冷媒回路（15）を構成する冷媒管の一端部分であって、室外熱交換器（23）の冷媒の入口に接続される。流入部（18）は、本発明に係る流入通路を構成している。また、室外熱交換器（23）は、第２四路切換弁（22）の第１ポートと流出部（19）を介して接続されている。流出部（19）は、冷媒回路（15）を構成する冷媒管の一端部分であって、室外熱交換器（23）の冷媒の出口に接続される。この流出部（19）は、本発明に係る流出通路（19）を構成している。

上記室内熱交換器（24）は、図外の室内ファンによって吸い込まれた室内空気を冷媒と熱交換させる。室内熱交換器（24）は、冷媒回路（15）における第１四路切換弁（21）の第４ポートと第２四路切換弁（22）の第２ポートとの間に設けられている。室内熱交換器（24）は、第１四路切換弁（21）の第４ポートと流入部（18）を介して接続されている。流入部（18）は、冷媒回路（15）を構成する冷媒管の一端部分であって、室内熱交換器（24）の冷媒の入口に接続される。この流入部（18）は、本発明に係る流入通路を構成している。また、室内熱交換器（24）は第２四路切換弁（22）の第２ポートと流出部（19）を介して接続されている。流出部（19）は、冷媒回路（15）を構成する冷媒管の一端部分であって、室内熱交換器（24）の冷媒の出口に接続される。この流出部（19）は、本発明に係る流出通路（19）を構成している。

〈熱交換器の構成〉
図２に示すように、室内熱交換器（24）及び室外熱交換器（23）は、本発明に係る熱交換器を構成している。室外及び室内熱交換器（23,24）は、熱交換器本体（40）と、第１及び第２三方弁（51,52）とを備えている。

上記熱交換器本体（40）は、クロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器であって、冷媒を熱交換用流体である空気と熱交換させるように構成されている。この熱交換器本体（40）は、第１〜３熱交換部（42,43,44）と、第１〜３補助冷媒管（46,47,48）とで構成されている。

上記各熱交換部（42,43,44）は、多数のアルミニウム製のフィン（図示なし）と、該フィンを貫通する銅製の伝熱管（41）とによって構成されている。このフィンは、略長方形の板状に形成され、互いに対面する姿勢で一定の間隔を置いて配置されている。伝熱管（41）は、内部を冷媒が流通する冷媒流路を有する管状に形成され、その形状は、略Ｕ字状に形成されている。伝熱管（41）の直管部分には、フィンを貫通した状態でフィンに接合されている。尚、本実施形態では、伝熱管（41）の管の内側の断面積を冷媒流路の断面積とする。

上記第１〜３熱交換部（42,43,44）は、熱交換器本体（40）の冷媒流れの上流側から下流側に向かって第１熱交換部（42）、第２熱交換部（43）及び第３熱交換部（44）の順に配置されている。各熱交換部（42,43,44）では、上側が入口端となり、下側が出口端となっている。具体的に、第１熱交換部（42）は、入口端が流入部（18）に接続され、出口端が後述する第１三方弁（51）の第１ポートに接続されている。第２熱交換部（43）は、入口端が第１三方弁（51）の第２ポートに接続され、出口端が第２三方弁（52）の第２ポートに接続されている。第３熱交換部（44）は、入口端が第２三方弁（52）の第３ポートに接続され、出口端が流出部（19）に接続されている。

上記第１〜３補助冷媒管（46,47,48）は、流入部（18）、第１〜３熱交換部（42,43,44）及び流出部（19）に接続されるものであって、本発明に係る第１〜３補助流路を構成している。各補助冷媒管（46,47,48）は、内部を冷媒が流通する管状の配管に形成されている。具体的に、第１補助冷媒管（46）は、入口端が流入部（18）に接続され、出口端が第１三方弁（51）の第３ポートに接続されている。第２補助冷媒管（47）は、入口端が第１熱交換部（42）の出口側に接続され、出口端が第３熱交換部（44）の入口端に接続されている。第３補助冷媒管（48）は、入口端が第２三方弁（52）の第１ポートに接続され、出口端が流出部（19）に接続されている。

上記第１三方弁（51）は、第１熱交換部（42）、第２熱交換部（43）及び第１補助冷媒管（46）の接続状態を切り換えるためのものであって、本発明に係る第１の切換弁を構成するものである。第１三方弁（51）は、切り換え可能な三方弁に構成されている。第１三方弁（51）は、第１〜３ポートを有し、第１ポートが第１熱交換部（42）の出口端に接続され、第２ポートが第２熱交換部（43）の入口端に接続され、第３ポートが第１補助冷媒管（46）の出口端に接続されている。つまり、第１三方弁（51）は、第１熱交換部（42）の出口端と第２熱交換部（43）の入口端とを接続し且つ第１補助冷媒管（46）の出口端を閉鎖した第１状態と、第１熱交換部（42）の出口端を閉鎖し且つ第１補助冷媒管（46）の出口端と第２熱交換部（43）の入口端とを接続した第２状態とに切り換わるよう構成されている。

上記第２三方弁（52）は、第２熱交換部（43）、第３熱交換部（44）及び第３補助冷媒管（48）の接続状態を切り換えるためのものであって、本発明に係る第２の切換弁を構成するものである。第２三方弁（52）は、第１〜３ポートを有し、第１ポートが第３補助冷媒管（48）の入口端に接続され、第２ポートが第２熱交換部（43）の出口端に接続され、第３ポートが第３熱交換部（44）の入口端に接続されている。つまり、第２三方弁（52）は、第２熱交換部（43）の出口端と第３熱交換部（44）の入口端とを接続し且つ第３補助冷媒管（48）の入口端を閉鎖した第３状態と、第３熱交換部（44）の入口端を閉鎖し且つ第３補助冷媒管（48）の入口端と第２熱交換部（43）の出口端とを接続した第４状態とに切り換わるよう構成されている。

上記コントローラ（53）は、第１及び第２三方弁（51,52）の開閉を制御するものであって、本発明に係る切換制御器を構成している。具体的に、このコントローラ（53）は、冷媒回路（15）に接続されている。コントローラ（53）は、空気調和装置（10）が冷房運転を行う際には、まず、室内熱交換器（24）の第１三方弁（51）を第１状態に設定する一方、第２三方弁（52）を第４状態に設定する。次に、室外熱交換器（23）の第１三方弁（51）を第２状態に設定する一方、第２三方弁（52）を第３状態に設定する。また、コントローラ（53）は、空気調和装置（10）が暖房運転を行う際には、まず、室内熱交換器（24）の第１三方弁（51）を第２状態に設定する一方、第２三方弁（52）を第３状態に設定する。次に、室外熱交換器（23）の第１三方弁（51）を第１状態に設定する一方、第２三方弁（52）を第４状態に設定する。

−運転動作−
空気調和装置（10）の運転動作について説明する。この空気調和装置（10）は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う。冷房運転中において、冷媒回路（15）では、室外熱交換器（23）が凝縮動作を行い、室内熱交換器（24）が蒸発動作を行う。また、暖房運転中において、冷媒回路（15）では、室内熱交換器（24）が凝縮動作を行い、室外熱交換器（23）が蒸発動作を行う。

〈空気調和装置の冷房運転〉
冷房運転時における空気調和装置（10）の動作について、図１を参照しながら説明する。冷房運転時には、第１四路切換弁（21）と第２四路切換弁（22）の両方が冷媒回路（15）の第１状態（図１に実線で示す状態）に設定される。この状態で圧縮機（20）を運転すると、冷媒回路（15）では、図１に実線の矢印で示すように冷媒が循環し、冷凍サイクルが行われる。その際、冷媒回路（15）では、室外熱交換器（23）が凝縮器となり、室内熱交換器（24）が蒸発器となる。

圧縮機（20）から吐出された高圧冷媒は、第１四路切換弁（21）を経て室外熱交換器（23）に流入し、室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器（23）から流出した高圧冷媒（駆動流体）は、第２四路切換弁（22）を経てエジェクタ（30）の駆動流路（31）に流入する。駆動流路（31）に流入した高圧冷媒は、ノズルによって減圧されると共に加速される。この高圧冷媒の加速により生じる負圧によって、室内熱交換器（24）から流出した低圧冷媒（吸引流体）がエジェクタ（30）内の吸引流路（32）に吸い込まれる。エジェクタ（30）において、加速された高圧冷媒と吸引された低圧冷媒とは、噴出流路（33）の上流側で合流する。合流した冷媒は、ディフューザにおいて減速されると共に昇圧され、その後に噴出流路（33）から噴出する。

エジェクタ（30）から噴出した冷媒は、エジェクタ用気液分離器（25）に流入する。エジェクタ用気液分離器（25）内では、流入した気液二相状態の冷媒が、液冷媒とガス冷媒とに分離される。エジェクタ用気液分離器（25）内の液冷媒は、補助膨張弁（26）を通過する際に減圧され、その後に第１四路切換弁（21）を経て室内熱交換器（24）に流入する。室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。室内熱交換器（24）から流出した冷媒は、第２四路切換弁（22）を通過後にエジェクタ（30）内の吸引流路（32）に吸い込まれる。一方、エジェクタ用気液分離器（25）のガス冷媒は、圧縮機（20）に吸入される。圧縮機（20）に吸入されたガス冷媒は、所定の圧力まで圧縮されて高圧冷媒となり、その後に圧縮機（20）から吐出される。

−熱交換器の動作−
まず、上述した空気調和装置（10）の冷房運転時での室外及び室内熱交換器（23,24）の動作について説明する。

冷房運転時には、図１及び図２に示すように、室外熱交換器（23）は凝縮器として動作する一方、室内熱交換器（24）は蒸発器として動作する。コントローラ（53）は、室外熱交換器（23）の第１三方弁（51）を第２状態に設定する一方、第２三方弁（52）を第３状態に設定すると共に、室内熱交換器（24）の第１三方弁（51）を第１状態に設定する一方、第２三方弁（52）を第４状態に設定する。

具体的には、図２（B）に示すように、圧縮機（20）から吐出された高圧冷媒は、第１四路切換弁（21）を通過して流入部（18）を介して室外熱交換器（23）に流入する。尚、このとき室外熱交換器（23）に流入する高圧冷媒はガス状態となっている。室外熱交換器（23）では、流入部（18）から流入したガス冷媒の一部が、第１熱交換部（42）に流入する一方、残りが第１補助冷媒管（46）を通過して第２熱交換部（43）に流入する。このとき、流入部（18）から室外熱交換器（23）に流入したガス冷媒は、第１熱交換部（42）及び第２熱交換部（43）の２つの冷媒流路（２パス）に分配されるため、冷媒流路の断面積が大きくなり、その流速が低下する。第１熱交換部（42）及び第２熱交換部（43）では、ガス冷媒が室外熱交換器（23）の外部の空気へ放熱して凝縮する。第１熱交換部（42）を流出した冷媒は第２補助冷媒管（47）を介して第３熱交換部（44）に流入する。また、第２熱交換部（43）を流出した冷媒は、第３熱交換部（44）に流入する。そして、第３熱交換部（44）に流入した冷媒は、室外熱交換器（23）の外部の空気へ放熱して凝縮する。第３熱交換部（44）の冷媒は、流出部（19）から流出して第２四路切換弁（22）、エジェクタ（30）、補助膨張弁（26）及び第１四路切換弁（21）を経て流入部（18）を介して室内熱交換器（24）に流入する。尚、このとき室内熱交換器（24）に流入する低圧冷媒は液状態となっている。室内熱交換器（24）では、図２（A）に示すように、流入部（18）から流入した液冷媒が、全て第１熱交換部（42）に流入する。第１熱交換部（42）では、液冷媒が室内熱交換器（24）の外部の空気から吸熱して蒸発する。第１熱交換部（42）を流出した冷媒は、その一部が第２熱交換部（43）に流入する一方、残りが第２補助冷媒管（47）を通過して第３熱交換部（44）に流入する。このとき、第１熱交換部（42）から流出した冷媒は、第２熱交換部（43）及び第３熱交換部（44）の２つの冷媒流路（２パス）に分配されるため、冷媒流路の断面積が大きくなり、その流速が低下する。第２熱交換部（43）及び第３熱交換部（44）では、冷媒が室内熱交換器（24）の外部の空気から吸熱して蒸発する。第２熱交換部（43）を流出した冷媒は、第３補助冷媒管（48）を通過して流出部（19）から流出する。また、第３熱交換部（44）の冷媒は、流出部（19）から流出する。

〈空気調和装置の暖房運転〉
暖房運転時における空気調和装置（10）の動作について、図１を参照しながら説明する。暖房運転時には、第１四路切換弁（21）と第２四路切換弁（22）の両方が冷媒回路（15）の第２状態（図１に破線で示す状態）に設定される。この状態で圧縮機（20）を運転すると、冷媒回路（15）では、図１に破線の矢印で示すように冷媒が循環し、冷凍サイクルが行われる。その際、冷媒回路（15）では、室内熱交換器（24）が凝縮器となり、室外熱交換器（23）が蒸発器となる。

圧縮機（20）から吐出された高圧冷媒は、第１四路切換弁（21）を経て室内熱交換器（24）に流入し、室内空気へ放熱して凝縮する。室内熱交換器（24）から流出した高圧冷媒（駆動流体）は、第２四路切換弁（22）を経てエジェクタ（30）の駆動流路（31）に流入する。駆動流路（31）に流入した高圧冷媒は、ノズルにより減圧されると共に加速される。この高圧冷媒の加速により生じる負圧によって、室外熱交換器（23）から流出した低圧冷媒（吸引流体）がエジェクタ（30）内の吸引流路（32）に吸い込まれる。エジェクタ（30）において、加速された高圧冷媒と吸引された低圧冷媒とは、噴出流路（33）の上流側で合流する。合流した冷媒は、ディフューザで減速されると共に昇圧され、その後に噴出流路（33）から噴出する。

エジェクタ（30）から噴出した冷媒は、エジェクタ用気液分離器（25）に流入する。エジェクタ用気液分離器（25）内では、流入した気液二相状態の冷媒が、液冷媒とガス冷媒に分離される。エジェクタ用気液分離器（25）内の液冷媒は、補助膨張弁（26）を通過する際に減圧され、その後に第１四路切換弁（21）を経て室外熱交換器（23）に流入する。室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（23）から流出した冷媒は、第２四路切換弁（22）を通過後にエジェクタ（30）内の吸引流路（32）に吸い込まれる。一方、エジェクタ用気液分離器（25）のガス冷媒は、圧縮機（20）に吸入される。圧縮機（20）に吸入されたガス冷媒は、所定の圧力まで圧縮されて高圧冷媒となり、その後に圧縮機（20）から吐出される。

−熱交換器の動作−
次に、上述した空気調和装置（10）の暖房運転時での室外及び室内熱交換器（23,24）の動作について説明する。

暖房運転時には、図１及び図２に示すように、室内熱交換器（24）は凝縮器として動作する一方、室外熱交換器（23）は蒸発器として動作する。コントローラ（53）は、室内熱交換器（24）の第１三方弁（51）を第２状態に設定する一方、第２三方弁（52）を第３状態に設定すると共に、室外熱交換器（23）の第１三方弁（51）を第１状態に設定する一方、第２三方弁（52）を第４状態に設定する。

具体的には、図２（B）に示すように、圧縮機（20）から吐出された高圧冷媒は、第１四路切換弁（21）を通過して流入部（18）を介して室内熱交換器（24）に流入する。尚、このとき室内熱交換器（24）に流入する高圧冷媒はガス状態となっている。室内熱交換器（24）では、流入部（18）から流入したガス冷媒の一部が、第１熱交換部（42）に流入する一方、残りが第１補助冷媒管（46）を通過して第２熱交換部（43）に流入する。このとき、流入部（18）から室内熱交換器（24）に流入したガス冷媒は、第１熱交換部（42）及び第２熱交換部（43）の２つの冷媒流路（２パス）に分配されるため、冷媒流路の断面積が大きくなり、その流速が低下する。第１熱交換部（42）及び第２熱交換部（43）では、ガス冷媒が室内熱交換器（24）の外部の空気へ放熱して凝縮する。第１熱交換部（42）を流出した冷媒は第２補助冷媒管（47）を介して第３熱交換部（44）に流入する。また、第２熱交換部（43）を流出した冷媒は、第３熱交換部（44）に流入する。そして、第３熱交換部（44）に流入した冷媒は、室内熱交換器（24）の外部の空気へ放熱して凝縮する。第３熱交換部（44）の冷媒は、流出部（19）から流出して第２四路切換弁（22）、エジェクタ（30）、補助膨張弁（26）及び第１四路切換弁（21）を経て流入部（18）を介して室外熱交換器（23）に流入する。尚、このとき室外熱交換器（23）に流入する低圧冷媒は液状態となっている。室外熱交換器（23）では、図２（A）に示すように、流入部（18）から流入した液冷媒が、全て第１熱交換部（42）に流入する。第１熱交換部（42）では、液冷媒が室外熱交換器（23）の外部の空気から吸熱して蒸発する。第１熱交換部（42）を流出した冷媒は、その一部が第２熱交換部（43）に流入する一方、残りが第２補助冷媒管（47）を通過して第３熱交換部（44）に流入する。このとき、第１熱交換部（42）から流出した冷媒は、第２熱交換部（43）及び第３熱交換部（44）の２つの冷媒流路（２パス）に分配されるため、冷媒流路の断面積が大きくなり、その流速が低下する。第２熱交換部（43）及び第３熱交換部（44）では、冷媒が室外熱交換器（23）の外部の空気から吸熱して蒸発する。第２熱交換部（43）を流出した冷媒は、第３補助冷媒管（48）を通過して流出部（19）から流出する。また、第３熱交換部（44）の冷媒は、流出部（19）から流出する。

−実施形態の効果−
本実施形態では、室外及び室内熱交換器（23,24）が第１〜３補助冷媒管（46,47,48）と第１及び第２三方弁（51,52）とを設けた。また、空気調和装置（10）の蒸発動作及び凝縮動作に応じて室外及び室内熱交換器（23,24）の第１三方弁（51）及び第２三方弁（52）を切り換えるコントローラ（53）を設けた。これらのため、蒸発動作時において流出部（19）から流出する前のガス冷媒を、第２熱交換部（43）及び第３熱交換部（44）の２つの冷媒流路に通過させる一方、凝縮動作時において流入部（18）から流入した冷媒を、第１熱交換部（42）及び第２熱交換部（43）の２つの冷媒流路に通過させることができる。つまり、蒸発動作時では、室外及び室内熱交換器（23,24）の下流側に存在するガス冷媒を２つの冷媒流路に通過させることができると共に、凝縮動作時では、室外及び室内熱交換器（23,24）の上流側に存在するガス冷媒を２つの冷媒流路に通過させることができる。これにより、ガス冷媒が通過する冷媒流路の断面積が大きくなるため、第１〜３熱交換部（42,43,44）においてガス冷媒の流速を低下させることができる。この結果、室外及び室内熱交換器（23,24）を流れる冷媒の圧力損失を減少させることができる。

〈その他の実施形態〉
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態では、室内熱交換器（24）及び室内熱交換器（24）に対して熱交換器本体（40）を一つずつ設けるようにしたが、本発明は、例えば室内熱交換器（24）に対して２以上の複数個の熱交換器本体（40）を直列に接続するようにしてもよい。

尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、冷媒を空気や水などの流体と熱交換させる熱交換器について有用である。

実施形態に係る冷媒回路を示す配管系統図である。 （A）は実施形態に係る蒸発動作時の熱交換器を示す配管図であり、（B）実施形態に係る凝縮動作時の熱交換器を示す配管図である。

１８ 流入部
１９ 流出部
４２ 第１熱交換部
４３ 第２熱交換部
４４ 第３熱交換部
４６ 第１補助冷媒管
４７ 第２補助冷媒管
４８ 第３補助冷媒管
５１ 第１三方弁
５２ 第２三方弁
５３ コントローラ

Claims (3)

1. 冷媒の流入通路（18）に入口側が接続される一方、冷媒の流出通路（19）に出口側が接続されて冷媒が通過する熱交換器であって、
   入口端が流入通路（18）に接続された第１熱交換部（42）と、
   第２熱交換部（43）と、
   出口端が流出通路（19）に接続された第３熱交換部（44）と、
   入口端が流入通路（18）に接続された第１補助流路（46）と、
   入口端が第１熱交換部（42）の出口側に接続され且つ出口端が第３熱交換部（44）の入口側に接続された第２補助流路（47）と、
   出口端が流出通路（19）に接続された第３補助流路（48）と、
   上記第１熱交換部（42）の出口端と第２熱交換部（43）の入口端とを接続し且つ第１補助流路（46）の出口端を閉鎖した第１状態と、上記第１熱交換部（42）の出口端を閉鎖し且つ第１補助流路（46）の出口端と第２熱交換部（43）の入口端とを接続した第２状態とに切り換わる第１の切換弁（51）と、
   上記第２熱交換部（43）の出口端と第３熱交換部（44）の入口端とを接続し且つ第３補助流路（48）の入口端を閉鎖した第３状態と、上記第３熱交換部（44）の入口端を閉鎖し且つ第３補助流路（48）の入口端と第２熱交換部（43）の出口端とを接続した第４状態とに切り換わる第２の切換弁（52）とを備えている
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１において、
   冷媒が吸熱する吸熱動作に、上記第１の切換弁（51）を第１状態に切り換えると共に、第２の切換弁（52）を第４状態に切り換える一方、冷媒が放熱する放熱動作に、上記第１の切換弁（51）を第２状態に切り換えると共に、第２の切換弁（52）を第３状態に切り換える切換制御器（53）とを備えている
   ことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１又は２において、
   上記第１及び第２の切換弁（51,52）は、三方弁に構成されている
   ことを特徴とする熱交換器。

Images