JP2019035559A - 凝縮器 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた熱交換性能を有し、冷房運転専用の空気調和機に好適な凝縮器を提供する。【解決手段】凝縮器１は、扁平管２とフィン３とが上下方向に交互に積層されたコア１１と、コア１１の一端に配置された第１ヘッダ４と、コア１１の他端に配置された第２ヘッダ５と、第１ヘッダ４に接続された冷媒供給管６及び冷媒排出管７とを有している。第１ヘッダ４は、冷媒供給管６に連結された入口部４１と、第２ターン部４２と、冷媒排出管７に連結された出口部４３とを有している。【選択図】図２

Description

本発明は、凝縮器に関する。

家庭用や業務用の空気調和装置としては、冷房運転及び暖房運転の両方を行うことができるように構成されているものが多用されている。この種の空気調和装置の室外機には、冷房運転時には凝縮器として機能し、暖房運転時には蒸発器として機能するように構成された熱交換器が組み込まれている。

例えば特許文献１には、２本の垂直方向ヘッダパイプと、ヘッダパイプ同士を連結する複数本の水平方向偏平チューブを備えたパラレルフロー型熱交換器が記載されている。ヘッダパイプ内には偏平チューブを複数のグループに区分する仕切り板が設けられている。

特許第５８５８４７８号

例えば、中東地域や東南アジア地域等の、一年を通じて比較的気温が高い地域においては、冷房運転のみを行う空気調和機が求められることがある。この場合、空気調和機の室外機に組み込まれる熱交換器は、圧縮機から供給された高温高圧の冷媒のガスを凝縮させる凝縮器としての機能のみを有していればよい。しかし、特許文献１の熱交換器は、冷房運転時には凝縮器として機能し、暖房運転時には蒸発器として機能するよう構成されているため、冷房運転時及び暖房運転時の両方において、低い圧力損失と高い熱交換量とを両立させることが求められている。そのため、凝縮器としての熱交換性能には未だ改善の余地がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、優れた熱交換性能を有し、冷房運転専用の空気調和機に好適な凝縮器を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、冷媒を流通させる複数の扁平管がフィンを介して平行に配列され、前記扁平管と前記フィンとが上下方向に交互に積層されたコアと、
前記扁平管の長手方向における前記コアの一端に配置された第１ヘッダと、
前記長手方向における前記コアの他端に配置された第２ヘッダと、
前記第１ヘッダに接続された冷媒供給管及び冷媒排出管と、を有し、
複数の前記扁平管は、上方から順に、第１扁平管群、第２扁平管群、第３扁平管群及び第４扁平管群に区分されており、
前記第１ヘッダは、
前記第１扁平管群と前記冷媒供給管とに連結された入口部と、
前記第２扁平管群と前記第３扁平管群とに連結された第２ターン部と、
前記第４扁平管群と前記冷媒排出管とに連結された出口部と、
前記入口部と前記第２ターン部との間、及び、前記第２ターン部と前記出口部との間を仕切る第１仕切り板と、を有し、
前記第２ヘッダは、
前記第１扁平管群と前記第２扁平管群とに連結された第１ターン部と、
前記第３扁平管群と前記第４扁平管群とに連結された第３ターン部と、
前記第１ターン部と前記第３ターン部との間を仕切る第２仕切り板と、を有し、
上下方向における、前記第１ヘッダの全長をＬ［ｍｍ］、前記入口部の長さをＡ［ｍｍ］、前記出口部の長さをＢ［ｍｍ］、前記入口部に接続された前記冷媒供給管の端部の中心から前記第１ヘッダの上端までの距離をａ［ｍｍ］、前記出口部に接続された前記冷媒排出管の端部の中心から前記第１ヘッダの下端までの距離をｂ［ｍｍ］とした場合に、下記式（１）〜式（５）を満足する、凝縮器にある。

４００≦Ｌ≦１５００ ・・・（１）
０．４≦Ａ／Ｌ≦０．７５ ・・・（２）
３０．２７５／Ｌ≦Ｂ／Ｌ≦（Ｌ−Ａ）／３Ｌ ・・・（３）
０．２２≦ａ／Ａ≦０．６４ ・・・（４）
｛０．０９×（Ｂ−６．８２５−１２．８２５）＋１２．８２５｝／Ｂ≦ｂ／Ｂ≦（Ｂ−６．８２５）／Ｂ ・・・（５）

本発明の他の態様は、前記の態様の凝縮器において、前記式（４）〜式（５）に代えて下記式（６）〜式（７）を満足する、凝縮器にある。
０．２２≦ａ／Ａ≦（Ａ−６．８２５）／Ａ ・・・（６）
｛０．４７×（Ｂ−６．８２５−１２．８２５）＋１２．８２５｝／Ｂ≦ｂ／Ｂ≦（Ｂ−６．８２５）／Ｂ ・・・（７）

前記凝縮器の第１の態様においては、上下方向における第１ヘッダの全長Ｌが４００〜１５００ｍｍ（前記式（１））であることを前提として、第１ヘッダに占める入口部の比率Ａ／Ｌ及び第１ヘッダに占める出口部の比率Ｂ／Ｌが前記式（２）〜式（３）を満足している。Ａ／Ｌの値を前記式（２）で特定する範囲とすることにより、第１扁平管群における伝熱面積を適正な範囲にすることができる。これにより、圧縮機から入口部を介して第１扁平管群に流入した高温高圧のガス状の冷媒を効率よく冷却することができる。また、Ｂ／Ｌの値を前記式（３）で特定する範囲とすることにより、凝縮器の製造過程において、冷媒排出管や出口部、第４扁平管群における冷媒の流路を容易に確保することができる。

また、前記第１の態様においては、更に、入口部の長さＡに対する第１ヘッダの上端から冷媒供給管の端部までの距離ａの比率ａ／Ａ、及び、出口部の長さに対する第１ヘッダの下端から冷媒排出管の端部までの距離の比率ｂ／Ｂが前記式（４）〜式（５）を満足している。これにより、凝縮器の圧力損失の増大を抑制しつつ、熱交換量を大きくすることができる。

また、前記第２の態様においては、前記式（４）〜式（５）に代えて、入口部の長さＡに対する第１ヘッダの上端から冷媒供給管の端部までの距離ａの比率ａ／Ａ、及び、出口部の長さに対する第１ヘッダの下端から冷媒排出管の端部までの距離の比率ｂ／Ｂが前記式（６）〜式（７）を満足している。これにより、熱交換量の減少を抑制しつつ、圧力損失を低減することができる。

このように、前記第１の態様の凝縮器及び前記第２の態様の凝縮器においては、第１ヘッダの構造、冷媒供給管の接続位置及び冷媒排出管の接続位置が最適化されている。これにより、蒸発器としても機能し得るように構成された凝縮器に比べて、凝縮器としての性能を向上させることができる。前記第１の態様の凝縮器及び前記第２の態様の凝縮器は、いずれも、冷房運転専用の空気調和機に好適である。

実施例における、凝縮器の正面図である。 実施例における、凝縮器の要部を示す断面図である。

前記凝縮器は、水平方向に延設された扁平管内を冷媒が流通する、いわゆるパラレルフロー型の熱交換器として構成されている。また、前記凝縮器は、第１扁平管群が上方となり、第４扁平管群が下方となる向きに配置される。

前記凝縮器において、冷媒供給管から供給された高温高圧の冷媒は、第１ヘッダの入口部内に流入し、第１扁平管群に分配される。第１扁平管群を通過した冷媒は、第２ヘッダの第１ターン部に流入し、第２扁平管群に分配される。第２扁平管群における冷媒の流れの向きは、第１扁平管群における冷媒の流れの向きとは反対方向となる。以降、冷媒は、第１ヘッダの第２ターン部、第３扁平管群、第２ヘッダの第３ターン部及び第４扁平管群を順次通過する。第４扁平管群から出口部に流出した冷媒は、冷媒排出管を介して凝縮器の外部へ排出される。

第１扁平管群に属する扁平管の数は第２扁平管群よりも多く、前記第２扁平管群に属する扁平管の数は前記第３扁平管群よりも多く、前記第３扁平管群に属する扁平管の数は前記第４扁平管群よりも多いことが好ましい。入口部から第１扁平管群に流入した冷媒は、高温高圧の気体であるため、密度が低い。そのため、第１扁平管群に流入した冷媒から効率よく熱を除去するためには、伝熱面積を広くする必要がある。第１扁平管群の扁平管の数を最も多くすることにより、第１扁平管群における伝熱面積を十分に確保し、高温高圧のガス状の冷媒から効率よく熱を除去することができる。

また、凝縮器内を移動する冷媒は、外気との熱交換によって冷却され、徐々に凝縮する。そのため、凝縮器内の冷媒の流れは、入口部においては気相の単相流となり、下流へ移動するにつれて気相と液相とが混在している気液二相流に変化する。気液二相流における液相の割合は下流側ほど大きくなり、最終的には液相の単相流となる。

液相の冷媒は気相の冷媒に比べて密度が高いため、気相の冷媒に比べて少ない伝熱面積で効率よく熱を除去することができる。それ故、第２扁平管群、第３扁平管群、第４扁平管群の順に扁平管の数を少なくすることにより、液相の割合の増加に応じて十分な伝熱面積を確保し、冷媒と外気との熱交換を効率よく行うことができる。

それ故、上流側に配置される第１扁平管群に属する扁平管の数を最も多くし、第２扁平管群、第３扁平管群、第４扁平管群の順に扁平管の数を少なくすることにより、凝縮器の熱交換量をより大きくすることができる。

凝縮器の熱交換量をより大きくする観点からは、複数の扁平管群の総数を１００％とした場合に、第１扁平管群に属する扁平管の数を３５〜４５％とし、第２扁平管群に属する扁平管の数を２５〜３５％とし、第３扁平管群に属する扁平管の数を１５〜２５％とし、第４扁平管群に属する扁平管の数を５〜１５％とすることがさらに好ましい。

第１ヘッダは、上方に配置された入口部と、下方に配置された出口部と、入口部と出口部との間に配置された第２ターン部とを有している。入口部と第２ターン部との間及び第２ターン部と出口部との間は、第１仕切り板によって隔てられている。

上下方向、即ち扁平管とフィンとの積層方向における第１ヘッダの長さＬ［ｍｍ］は、下記式（１）を満たしている。
４００≦Ｌ≦１５００ ・・・（１）

前記式（１）を満足する凝縮器は、家庭用や業務用の空気調和装置における室外機の寸法に合致しており、かかる室外機に容易に組み込むことができる。

第１ヘッダの上方部分は、冷媒供給管から供給された冷媒を第１扁平管群に分配する入口部として構成されている。上下方向における、第１ヘッダの長さＬ［ｍｍ］に対する入口部の長さＡ［ｍｍ］の比率Ａ／Ｌは、下記式（２）を満足している。
０．４≦Ａ／Ｌ≦０．７５ ・・・（２）

第１ヘッダに占める入口部の割合Ａ／Ｌを前記特定の範囲とすることにより、入口部の長さを適度に長くすることができる。これにより、入口部に連結される扁平管の数、即ち第１扁平管群に属する扁平管の数を十分に多くすることができる。その結果、第１扁平管群における伝熱面積を広くし、入口部を介して流入した高温高圧のガス状の冷媒を効率よく冷却することができる。その結果、凝縮器の熱交換量を大きくすることができる。

Ａ／Ｌの値が０．４未満の場合には、第１扁平管群に属する扁平管の数が不足するため、凝縮器の熱交換量の低下を招くおそれがある。また、Ａ／Ｌの値が０．７を超える場合には、第１扁平管群に属する扁平管の数が多くなるため、相対的に第２扁平管群〜第４扁平管群に属する扁平管の合計が少なくなる。その結果、凝縮器の圧力損失の増大を招くおそれがある。

また、入口部には、凝縮器内に冷媒を供給するための冷媒供給管が接続されている。入口部に接続された冷媒供給管の端部の中心から第１ヘッダの上端までの上下方向における距離をａ［ｍｍ］とした場合に、ａ／Ａの値は、下記式（６）を満足している。
０．２２≦ａ／Ａ≦（Ａ−６．８２５）／Ａ ・・・（６）

ａ／Ａの値を０．２２以上とすることにより、冷媒供給管を第１ヘッダの上端から適度に離れた位置に接続し、第１扁平管群に属する扁平管の間の冷媒の偏りを軽減することができる。その結果、圧力損失の増大を抑制しつつ、熱交換量を大きくすることができる。ａ／Ａの値が０．２２未満の場合には、第１扁平管群に属する扁平管の間の冷媒の偏りが大きくなり、かえって凝縮器の熱交換量の低下を招くおそれがある。

また、ａ／Ａの値を（Ａ−６．８２５）／Ａ以下とすることにより、第１ヘッダの寸法精度の悪化を回避することができる。ａ／Ａの値が（Ａ−６．８２５）／Ａを超える場合には、冷媒供給管の端部の中心から第１仕切り板の中心までの上下方向における距離が６．８２５ｍｍ未満となる。このように冷媒供給管を第１仕切り板のごく近傍に接続しようとする場合、第１ヘッダに冷媒供給管や第１仕切り板を取り付けるための加工を行う際に第１ヘッダが変形し、第１ヘッダの寸法精度の悪化を招くおそれがある。また、場合によっては凝縮器を作製することが難しくなるおそれもある。

ａ／Ａの値は、下記式（４）を満足することが好ましい。
０．２２≦ａ／Ａ≦０．６４ ・・・（４）

この場合には、冷媒供給管を、第１ヘッダの上端から適度に離れ、かつ、第１仕切り板からも適度に離れた位置に接続することができる。これにより、第１扁平管群に属する扁平管の間の冷媒の偏りをより軽減し、圧力損失の低減と、熱交換量の増大とを両立させることができる。この理由は、以下の通りである。

入口部内における冷媒の圧力は、冷媒供給管の端部において最大となり、冷媒供給管から離れるほど低下する。そのため、第１扁平管群に属する扁平管内を流れる冷媒の流速は、冷媒供給管に近いほど速くなり、冷媒供給管から離れるほど遅くなる傾向がある。

ａ／Ａの値が小さい場合、即ち冷媒供給管が入口部の比較的上方に接続されている場合には、第１扁平管群に属する扁平管のうち、上方に配置された扁平管における冷媒の流速が速くなりやすい。また、上方に配置された扁平管を通過する冷媒は、下方に配置された扁平管を通過する冷媒に比べて第２扁平管群に到達するまでの移動距離が長い。

そのため、ａ／Ａの値を小さくし、上方に配置された扁平管を通過する冷媒の流速を速くすることにより、凝縮器の外部との間での熱交換を促進することができる。その結果、凝縮器全体の熱交換量を大きくすることができる。その反面、ａ／Ａの値が小さい場合には、冷媒の平均的な移動距離が長くなるため、圧力損失の増大を招くおそれがある。

一方、ａ／Ａの値が大きい場合、即ち冷媒供給管が入口部の比較的下方に接続されている場合には、第１扁平管群に属する扁平管のうち、下方に配置された扁平管における冷媒の流速が速くなりやすい。下方に配置された扁平管を通過する冷媒は、上方に配置された扁平管を通過する冷媒に比べて第２扁平管群に到達するまでの移動距離が短い。そのため、ａ／Ａの値が小さい場合には、圧力損失を低減することができる。その反面、ａ／Ａの値が小さい場合には、上方に配置された扁平管を通過する冷媒の流速が遅くなりやすいため、熱交換量の低下を招くおそれがある。

従って、ａ／Ａの値が下記式（４）を満たすように冷媒供給管を接続することにより、圧力損失の低減と、熱交換量の増大とを両立させることができる。

第１ヘッダの下方部分は、第４扁平管群から流出した冷媒を冷媒排出管へ導く出口部として構成されている。上下方向における、第１ヘッダの長さＬ［ｍｍ］に対する出口部の長さＢ［ｍｍ］は、下記式（３）を満足している。
３０．２７５／Ｌ≦Ｂ／Ｌ≦（Ｌ−Ａ）／３Ｌ ・・・（３）

第１ヘッダに占める出口部の割合Ｂ／Ｌを前記特定の範囲とすることにより、出口部の長さを適度に長くすることができる。これにより、凝縮器の圧力損失の増大を抑制しつつ、熱交換量を大きくすることができる。

Ｂ／Ｌの値が前記特定の範囲未満の場合には、出口部の長さが過度に短くなる。そのため、凝縮器の製造過程においてろう付を行う際に、冷媒排出管や出口部、第４扁平管群に不要なろうが流れ込み、冷媒流路が狭くなるおそれがある。その結果、凝縮器の圧力損失の増大や熱交換量の低下を招くおそれがある。また、Ｂ／Ｌの値が前記特定の範囲を超える場合には、出口部の長さが過度に長くなるため、相対的に入口部及び第２ターン部の長さが短くなる。その結果、第１扁平管群〜第３扁平管群に属する扁平管の合計が不足し、凝縮器の熱交換量の低下を招くおそれがある。

また、出口部には、凝縮器内の冷媒を外部に排出するための冷媒排出管が接続されている。出口部に接続された冷媒排出管の端部の中心から第１ヘッダの下端までの上下方向における距離をｂ［ｍｍ］とした場合に、ｂ／Ｂの値は、下記式（５）を満足している。
｛０．０９×（Ｂ−６．８２５−１２．８２５）＋１２．８２５｝／Ｂ≦ｂ／Ｂ≦（Ｂ−６．８２５）／Ｂ ・・・（５）

ｂ／Ｂの値を（Ｂ−６．８２５）／Ｂ以下とすることにより、第１ヘッダの寸法精度の悪化を回避することができる。ｂ／Ｂの値が（Ｂ−６．８２５）／Ｂを超える場合には、冷媒排出管の端部の中心から第１仕切り板の中心までの上下方向における距離が６．８２５ｍｍ未満となる。このように冷媒排出管を第１仕切り板のごく近傍に接続しようとする場合、第１ヘッダに冷媒排出管や第１仕切り板を取り付けるための加工を行う際に第１ヘッダが変形し、第１ヘッダの寸法精度の悪化を招くおそれがある。また、場合によっては凝縮器を作製することが難しくなるおそれもある。

また、ｂ／Ｂの値を｛０．０９×（Ｂ−６．８２５−１２．８２５）＋１２．８２５｝／Ｂ以上とすることにより、圧力損失の増大を抑制することができる。ｂ／Ｂの値が｛０．０９×（Ｂ−６．８２５−１２．８２５）＋１２．８２５｝／Ｂ未満の場合には、圧力損失の増大を招くおそれがある。この理由は、以下の通りである。

出口部内における冷媒の圧力は、冷媒排出管の端部において最小となり、冷媒排出管から離れるほど増大する。そのため、第４扁平管群に属する扁平管内を流れる冷媒の流速は、冷媒排出管に近いほど速くなり、冷媒排出管から離れるほど遅くなる傾向がある。

ｂ／Ｂの値が大きい場合、即ち冷媒排出管が出口部の比較的上方に接続されている場合には、第４扁平管群に属する扁平管のうち、上方に配置された扁平管における冷媒の流速が速くなりやすい。上方に配置された扁平管には、比較的密度の高い液相の冷媒と、比較的密度の低い気相の冷媒とが混在している気液二相流が流れている。この気液二相流の流速を速くすることにより、気液二相流中の気相の冷媒を効率的に凝縮させ、扁平管の出口部側において、気液二相流を液相の単相流に変化させることができる。

それ故、ｂ／Ｂの値が大きい場合には、第４扁平管群を流れる気液二相流の割合を低減することができる。

また、気液二相流において、気相の冷媒の流速は、通常、液相の冷媒の流速とは異なっている。そのため、気相の冷媒と液相の冷媒との流速差に起因して、両者の界面に圧力損失の原因となるせん断力が発生する。気液二相流の割合を低減することにより、上述したせん断力の影響を低減し、ひいては凝縮器の圧力損失の増大を抑制することができる。

これに対し、ｂ／Ｂの値が小さい場合、即ち冷媒排出管が出口部の比較的下方に接続されている場合には、ｂ／Ｂの値が大きい場合とは逆に、上方に配置された扁平管における冷媒の流速が遅くなりやすい。そのため、気液二相流の流速が遅くなり、気液二相流中の気相の冷媒が凝縮しにくくなる。それ故、この場合には、ｂ／Ｂの値が大きい場合に比べて第４扁平管群を流れる気液二相流の割合が多くなり、圧力損失の増大を招くおそれがある。

また、冷媒排出管を第１ヘッダの下端のごく近傍に接続しようとする場合には、冷媒排出管を第１仕切り板のごく近傍に接続しようとする場合と同様に、第１ヘッダの変形を招くおそれがある。かかる問題を回避するためには、冷媒排出管を第１ヘッダの下端から上下方向に１２．８２５ｍｍ以上離れた位置に接続する必要がある。

ｂ／Ｂの値が｛０．０９×（Ｂ−６．８２５−１２．８２５）＋１２．８２５｝／Ｂ以上である場合には、冷媒排出管と第１ヘッダの下端との距離を１２．８２５ｍｍ以上確保した上で、更に、冷媒排出管を第１ヘッダの下端から適度に離して接続することができる。その結果、第１ヘッダの変形を回避するとともに、上述した気液二相流の割合の増大を抑制し、圧力損失の増大を抑制することができる。

ａ／Ａの値は、下記式（７）を満足することが好ましい。
｛０．４７×（Ｂ−６．８２５−１２．８２５）＋１２．８２５｝／Ｂ≦ｂ／Ｂ≦（Ｂ−６．８２５）／Ｂ ・・・（７）

この場合には、冷媒排出口をより上方に接続することができる。これにより、気液二相流の割合をより低減し、凝縮器の圧力損失をより低減することができる。

前記凝縮器には、空気調和装置用として公知の冷媒を使用することができる。熱交換量の増大及び圧力損失の低減の効果を得るためには、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１１２３等の冷媒を使用することが有効である。これらの中でも、Ｒ３２を使用することが特に有効である。

（実施例１）
前記凝縮器の実施例を、図を用いて説明する。なお、本発明に係る凝縮器の具体的な態様は、実施例の態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更することができる。

図１に示すように、本例の凝縮器１は、冷媒を流通させる複数の扁平管２がフィン３を介して平行に配列され、扁平管２とフィン３とが上下方向に交互に積層されたコア１１と、扁平管２の長手方向におけるコア１１の一端に配置された第１ヘッダ４と、長手方向におけるコア１１の他端に配置された第２ヘッダ５と、第１ヘッダ４に接続された冷媒供給管６及び冷媒排出管７とを有している。図２に示すように、複数の扁平管２は、上方から順に、第１扁平管群２１、第２扁平管群２２、第３扁平管群２３及び第４扁平管群２４に区分されている。

第１ヘッダ４は、第１扁平管群２１と冷媒供給管６とに連結された入口部４１と、第２扁平管群２２と第３扁平管群２３とに連結された第２ターン部４２と、第４扁平管群２４と冷媒排出管７とに連結された出口部４３と、入口部４１と第２ターン部４２との間、及び、第２ターン部４２と出口部４３との間を仕切る第１仕切り板４４、４５とを有している。第２ヘッダ５は、第１扁平管群２１と第２扁平管群２２とに連結された第１ターン部５１と、第３扁平管群２３と第４扁平管群２４とに連結された第３ターン部５２と、第１ターン部５１と第３ターン部５２との間を仕切る第２仕切り板５３とを有している。

本例の凝縮器１は、下記式（１）〜式（３）を満足し、かつ、下記式（４）と下記式（５）との組み合わせ、または、下記式（６）と下記式（７）との組み合わせのいずれかの組合せを満足している。

４００≦Ｌ≦１５００ ・・・（１）
０．４≦Ａ／Ｌ≦０．７５ ・・・（２）
３０．２７５／Ｌ≦Ｂ／Ｌ≦（Ｌ−Ａ）／３Ｌ ・・・（３）

０．２２≦ａ／Ａ≦０．６４ ・・・（４）
｛０．０９×（Ｂ−６．８２５−１２．８２５）＋１２．８２５｝／Ｂ≦ｂ／Ｂ≦（Ｂ−６．８２５）／Ｂ ・・・（５）

０．２２≦ａ／Ａ≦（Ａ−６．８２５）／Ａ ・・・（６）
｛０．４７×（Ｂ−６．８２５−１２．８２５）＋１２．８２５｝／Ｂ≦ｂ／Ｂ≦（Ｂ−６．８２５）／Ｂ ・・・（７）

ここで、前記式（１）〜式（７）において使用した記号の意味は以下の通りである（図２参照）。
Ｌ［ｍｍ］：上下方向における第１ヘッダ４の全長
Ａ［ｍｍ］：上下方向における入口部４１の長さ
Ｂ［ｍｍ］：上下方向における出口部４３の長さ
ａ［ｍｍ］：入口部４１に接続された冷媒供給管６の端部６１の中心から第１ヘッダ４の上端４１１までの上下方向における距離
ｂ［ｍｍ］：出口部４３に接続された冷媒排出管７の端部７１の中心から第１ヘッダ４の下端４３１までの上下方向における距離

以下、本例の凝縮器１の各部をより詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、コア１１は、上下方向に間隔を開けて配置された複数本の扁平管２と、扁平管２同士の間に介在するフィン３とを有している。扁平管２とフィン３とは、ろう付によって接合されている。扁平管２の本数は、要求される熱交換量や圧力損失に応じて適宜設定することができ、例えば、３０〜１６０本とすることができる。

本例のコア１１は、更に、アルミニウム又はアルミニウム合金の板材からなるサイドシート１１１を有している。サイドシート１１１は、複数本の扁平管２のうち上端に配置された扁平管２ａ及び下端に配置された扁平管２ｂにフィン３を介して接合されている。

図２に示すように、複数本の扁平管２は、上方から順に、第１扁平管群２１、第２扁平管群２２、第３扁平管群２３及び第４扁平管群２４の４つの扁平管群に区分されている。第１扁平管群２１に属する扁平管２の数は、例えば、扁平管２の総数の３５〜４５％とすることができる。第２扁平管群２２に属する扁平管２の数は、例えば、扁平管２の総数の２５〜３５％とすることができる。第３扁平管群２３に属する扁平管２の数は、例えば、扁平管２の総数の１５〜２５％とすることができる。第４扁平管群２４に属する扁平管２の数は、例えば、扁平管２の総数の５〜１５％とすることができる。

扁平管２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されている。図には示さないが、長手方向から視た扁平管２の断面は長円状または矩形状を呈している。また、図１に示すように、扁平管２の上面２１１及び下面２１２は平坦面から構成されており、上面２１１及び下面２１２にフィン３が接合されている。

扁平管２の外寸法は、例えば、厚み１．１〜３．０ｍｍ、幅６〜２０ｍｍの範囲から適宜設定することができる。また、扁平管２は、その内部に１本の冷媒流路を有する単穴管であってもよいし、複数本の冷媒流路を有する多穴管であってもよい。多穴管における冷媒流路の数は、例えば、４〜２０本とすることができる。

図１及び図２に示すように、フィン３としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されたコルゲートフィンを使用することができる。フィン３の板厚は、例えば、０．０６〜０．１２ｍｍとすることができる。また、上下方向におけるフィン３の高さは、６〜８ｍｍとすることができる。

フィン３における平坦部３１（図１参照）、即ち、扁平管２に接合された屈曲部３２の間の部分には、フィン３の厚み方向に突出したルーバーが設けられていてもよい。ルーバーの数は、平坦部１か所当たり６〜１６本とすることができる。また、ルーバーは、フィン３の幅方向に対して２０〜６０度傾いた方向に延設することができる。なお、図１及び図２においては、便宜上、ルーバーの記載を省略した。

第１ヘッダ４は、アルミニウム又はアルミニウム合金から構成されている。図２に示すように、第１ヘッダ４は、上下方向、即ちコア１１の積層方向に延設された筒状を呈するヘッダ本体４６と、ヘッダ本体４６の上端及び下端を閉鎖するキャップ４７、４８とを有している。

ヘッダ本体４６としては、例えば、外径１５〜２５ｍｍ、肉厚１．０〜２．５ｍｍの円筒管を使用することができるが、この形状に限定されるものではない。また、キャップ４７、４８及び第１仕切り板４４、４５は、ろう付によりヘッダ本体４６に接合されている。なお、図１においては、便宜上、キャップ４７、４８の記載を省略した。

ヘッダ本体４６とキャップ４７、４８とにより囲まれた第１ヘッダ４の内部空間は、２枚の第１仕切り板４４、４５により、３つの空間に区画されている。第１ヘッダ４の上端４１１から上方に配置された第１仕切り板４４までの部分は、第１ヘッダ４の入口部４１を構成している。入口部４１には第１扁平管群２１に属する扁平管２の端部が挿入されている。

また、入口部４１には、凝縮器１内に冷媒を供給するための冷媒供給管６が接続されている。冷媒供給管６の端部６１は入口部４１内に挿入されている。また、冷媒供給管６は、端部６１から扁平管２の長手方向における外方に延設されている。これにより、第１扁平管群２１と冷媒供給管６とが入口部４１を介して連結されている。

第１ヘッダ４における、上方に配置された第１仕切り板４４から下方に配置された第１仕切り板４５までの部分は第２ターン部４２を構成している。第２ターン部４２には、第２扁平管群２２及び第３扁平管群２３に属する扁平管２の端部が挿入されている。これにより、第２扁平管群２２と第３扁平管群２３とが第２ターン部４２を介して連結されている。

第１ヘッダ４の下端４３１から下方に配置された第１仕切り板４５までの部分は出口部４３を構成している。出口部４３には、第４扁平管群２４に属する扁平管２の端部の挿入されている。

また、出口部４３には、凝縮器１内の冷媒を外部に排出するための冷媒排出管７が接続されている。冷媒排出管７の端部７１は、出口部４３内に挿入されている。また、冷媒排出管７は、端部７１から扁平管２の長手方向における外方に延設されている。これにより、第１扁平管群２１と冷媒供給管６とが入口部４１を介して連結されている。

第１ヘッダ４に挿入された扁平管２、冷媒供給管６及び冷媒排出管７は、ろう付により第１ヘッダ４のヘッダ本体４６に接合されている。

第２ヘッダ５は、アルミニウム又はアルミニウム合金から構成されており、上下方向、即ちコア１１の積層方向に延設された筒状を呈するヘッダ本体５６と、ヘッダ本体５６の上端及び下端を閉鎖するキャップ５７、５８とを有している。また、ヘッダ本体５６とキャップ５７、５８とにより囲まれた第２ヘッダ５の内部空間は、１枚の第２仕切り板５３により、２つの空間に区画されている。

ヘッダ本体５６としては、第１ヘッダ４のヘッダ本体４６と同様に、例えば、外径１５〜２５ｍｍ、肉厚１．０〜２．５ｍｍの円筒管を使用することができるが、この形状に限定されるものではない。また、キャップ５７、５８及び第２仕切り板５３は、ろう付によりヘッダ本体５６に接合されている。

第２ヘッダ５の上端５１１から第２仕切り板５３までの部分は第１ターン部５１を構成している。第１ターン部５１には第１扁平管群２１及び第２扁平管群２２に属する扁平管２の端部が挿入されている。これにより、第１扁平管群２１と第２扁平管群２２とが第１ターン部５１を介して連結されている。

第２ヘッダ５の下端５１２から第２仕切り板５３までの部分は第３ターン部５２を構成している。第３ターン部５２には、第３扁平管群２３及び第４扁平管群２４に属する扁平管２の端部が挿入されている。これにより、第３扁平管群２３と第４扁平管群２４とが第３ターン部５２を介して連結されている。

第２ヘッダ５に挿入された扁平管２は、ろう付により第２ヘッダ５のヘッダ本体５６に接合されている。

次に、本例の凝縮器１の作用効果を説明する。本例の凝縮器１は、上下方向、即ちコア１１の積層方向における第１ヘッダ４の全長Ｌが４００〜１５００ｍｍ（前記式（１））であることを前提として、第１ヘッダ４に占める入口部４１の比率Ａ／Ｌ及び第１ヘッダ４に占める出口部４３の比率Ｂ／Ｌが前記式（２）〜式（３）を満足している。Ａ／Ｌの値を前記式（２）で特定する範囲とすることにより、第１扁平管群２１における伝熱面積を適正な範囲にすることができる。これにより、圧縮機から入口部４１を介して第１扁平管群２１に流入した高温高圧のガス状の冷媒を効率よく冷却することができる。また、Ｂ／Ｌの値を前記式（３）で特定する範囲とすることにより、凝縮器１の製造過程において、冷媒排出管７や出口部４３、第４扁平管群２４における冷媒の流路を容易に確保することができる。

また、凝縮器１は、更に、ａ／Ａの値及びｂ／Ｂの値が前記式（４）と前記式（５）との組み合わせ、または前記式（６）と前記式（７）との組み合わせのいずれかの組合せを満足している。

ａ／Ａの値が前記式（４）を満足している場合には、冷媒供給管６を、第１ヘッダ４の上端４１１から適度に離れ、かつ、上方に配置された第１仕切り板４４、４５からも適度に離れた位置に接続することができる。これにより、第１扁平管群２１に属する扁平管２の間の冷媒の偏りをより軽減し、熱交換量をより大きくすることができる。また、ｂ／Ｂの値が前記式（５）を満足している場合には、冷媒排出管７と第１ヘッダ４の下端４３１との距離を１２．８２５ｍｍ以上確保した上で、更に、冷媒排出管７を第１ヘッダ４の下端４３１から適度に離して接続することができる。その結果、圧力損失の増大を抑制することができる。

従って、ａ／Ａの値とｂ／Ｂの値とが前記式（４）〜式（５）を満足している場合には、この場合には、凝縮器１の圧力損失の増大を抑制しつつ、熱交換量をより大きくすることができる。

一方、ａ／Ａの値が前記式（６）を満足している場合には、冷媒供給管６を、第１ヘッダ４の上端４１１から適度に離れた位置に接続することができる。これにより、第１扁平管群２１に属する扁平管２の間の冷媒の偏りを軽減し、熱交換量の低下を回避することができる。また、ｂ／Ｂの値が前記式（７）を満足している場合には、冷媒排出管７を、出口部４３の比較的上方に接続することができる。これにより、第４扁平管群２４に流れる気液二相流の割合をより低減し、凝縮器１の圧力損失をより低減することができる。

従って、ａ／Ａの値とｂ／Ｂの値とが前記式（６）〜式（７）を満足している場合には、凝縮器１の熱交換量の低下を回避しつつ、圧力損失をより低減することができる。

（実施例２）
本例は、冷媒供給管６の接続位置及び冷媒排出管７の接続位置を種々変更した例である。なお、本実施例以降において使用する符号のうち、既出の実施例において使用された符号と同一のものは、特に説明のない限り実施例１と同様の構成要素等を示す。

本例においては、表１に示すようにａ／Ａの値及びｂ／Ｂの値を設定した凝縮器１（試験体１〜３５）を作製した。そして、得られた試験体１〜２５の製造性を評価し、次いで熱交換量及び圧力損失を測定した。また、熱交換量及び圧力損失の基準として、ａ／Ａの値が０．１５であり、ｂ／Ｂの値が０．４０である凝縮器１（試験体Ｒ）を作製した。試験体Ｒは、冷媒供給管６及び冷媒排出管７を、車載用空調装置の熱交換器において一般的な位置に接続した試験体である。

表１における「式（４）」の欄には、各試験体のａ／Ａの値が前記式（４）を満足している場合には記号「〇」を、満足していない場合には記号「×」を記載した。同様に、「式（６）」の欄には、各試験体のａ／Ａの値が前記式（６）を満足している場合には記号「〇」を、満足していない場合には記号「×」を記載した。

また、表１における「式（５）」の欄には、各試験体のｂ／Ｂの値が前記式（５）を満足している場合には記号「〇」を、満足していない場合には記号「×」を記載した。同様に、「式（７）」の欄には、各試験体のｂ／Ｂの値が前記式（７）を満足している場合には記号「〇」を、満足していない場合には記号「×」を記載した。

本例の試験体の詳細な構成は、以下の通りである。

・凝縮器１の外寸法
上下方向 ４６４ｍｍ
扁平管２の長手方向 ７２０ｍｍ
扁平管２の幅方向 １４ｍｍ

・扁平管２
扁平管２の総数 ５０本
第１扁平管群２１に属する扁平管２の数 ２０本
第２扁平管群２２に属する扁平管２の数 １５本
第３扁平管群２３に属する扁平管２の数 １０本
第４扁平管群２４に属する扁平管２の数 ５本

扁平管２の厚み １．３ｍｍ
扁平管２の幅 １４ｍｍ
扁平管２内の冷媒流路の数 １５個
扁平管２内の冷媒流路の断面形状 矩形

・フィン３
高さ ７．５ｍｍ
板厚 ０．０８ｍｍ
ルーバーの角度 ３０度
平坦部３１ごとのルーバーの数 ６本

・第１ヘッダ４
ヘッダ本体４６の外径 １８ｍｍ
ヘッダ本体４６の肉厚 １．２ｍｍ
上下方向における第１ヘッダ４の全長Ｌ ４６４ｍｍ
上下方向における入口部４１の長さＡ １９２．５ｍｍ
上下方向における出口部４３の長さＢ ５９．５ｍｍ

製造性の評価方法、熱交換量の測定方法及び圧力損失の測定方法は、以下の通りである。

・製造性
ヘッダ本体４６となる円筒管に扁平管２、第１仕切り板４４、４５、冷媒供給管６及び冷媒排出管７を挿入するための貫通穴を形成した。貫通穴を形成した後の円筒管を目視により観察し、円筒管が変形しなかった場合には表２の「製造性」欄に記号「Ａ」を、円筒管に陥没等の変形が発生した場合には同欄に記号「Ｂ」を記載した。

製造性の評価においては、円筒管に変形が発生しなかった記号「Ａ」の場合を合格と判定し、円筒管に変形が発生した記号「Ｂ」の場合を不合格と判定した。なお、円筒管に変形が発生した場合には、試験体の作製を中止した。

・熱交換量及び圧力損失の測定
ＪＩＳ Ｂ８６１５−１：２０１３ 附属書Ｇに規定された室外側空気エンタルピー試験法に準じた方法により、各試験体の熱交換量及び圧力損失を測定した。具体的には、試験体を恒温恒湿試験室内に設けられた風洞装置に設置し、試験室内の空気温度を、乾球温度３５℃、湿球温度２４℃とした。風洞装置から試験体に風速１．６ｍ／秒の風を送風しながら、試験体内に、冷媒供給管６における温度が６５℃、冷媒排出管７における温度が４０℃となるように冷媒Ｒ３２を流通させた。そして、空気と冷媒との熱バランスが定常状態に達した時点での熱交換量及び圧力損失を測定した。各試験体の定常状態における熱交換量Ｑ及び圧力損失ΔＰは、表２に示した通りであった。

なお、表２には、熱交換量Ｑ及び圧力損失ΔＰの測定値とともに、試験体Ｒの熱交換量Ｑ及び圧力損失ΔＰを１００％としたときの、試験体１〜２６の熱交換量Ｑ及び圧力損失ΔＰの比率を記載した。

熱交換量の評価においては、試験体の熱交換量Ｑが基準としての試験体Ｒの１０３％以上であった場合には「評価」欄に記号「Ａ＋」を、１０１％以上１０３％未満であった場合には記号「Ａ」を、１０１％未満であった場合には記号「Ｂ」を記載した。そして、試験体の熱交換量Ｑが試験体Ｒの１０１％以上となった記号「Ａ」「Ａ＋」の場合を、熱交換性能に優れているため合格と判定し、１０１％未満となった記号「Ｂ」の場合を、熱交換性能に劣るため不合格と判定した。

圧力損失の評価においては、試験体の圧力損失ΔＰが基準としての試験体Ｒの９５％以下であった場合には「評価」欄に記号「Ａ＋」を、９５％超え１０３％以下であった場合には記号「Ａ」を、１０３％を超えた場合には記号「Ｂ」を記載した。そして、試験体の圧力損失ΔＰが試験体Ｒの１０３％以下となった記号「Ａ」「Ａ＋」の場合を、圧力損失の増大を抑制できたため合格と判定し、１０３％を超えた記号「Ｂ」の場合を、圧力損失が増大したため不合格と判定した。

なお、製造性の評価において円筒管に変形が発生した試験体２７〜３５については、熱交換量及び圧力損失の評価は実施しなかった。これらの試験体については、表２の「熱交換量」及び「圧力損失」の欄に記号「−」を記載した。

表１及び表２に示したように、前記式（１）〜式（５）を満足する試験体１〜４及び試験体９〜１２は、圧力損失の増大を抑制しつつ試験体Ｒに比べて熱交換量を大きくすることができた。また、前記式（１）〜式（３）及び前記式（６）〜式（７）を満足する試験体１〜８は、熱交換量の低下を回避しつつ試験体Ｒに比べて圧力損失を低減することができた。

更に、これらの試験体１〜１２の中でも、前記式（１）〜式（３）、前記式（４）及び前記式（７）を満足する試験体１〜４は、試験体Ｒに比べて、圧力損失を低減するとともに熱交換量を大きくすることができた。

一方、試験体１３〜１６については、熱交換量を大きくすることができたものの、圧力損失が増大した。これは、冷媒供給管６及び冷媒排出管７の両方が比較的下方に配置されたため、前記式（４）と前記式（５）との組合せ、及び、前記式（６）と前記式（７）との組合せのいずれの組合せも満足しなかったことが原因と考えられる。

試験体１７〜２１については、ａ／Ａの値が小さく、冷媒供給管６が過度に上方に配置されたため、第１扁平管群２１に属する扁平管２の間の冷媒の偏りが大きくなった。その結果、熱交換量の低下を招いた。
試験体２１〜２５については、ｂ／Ｂの値が小さく、冷媒排出管７が過度に下方に配置されたため、第４扁平管群２４を流れる気液二相流の割合が増大した。その結果、圧力損失の増大を招いた。

試験体２６〜３１については、ｂ／Ｂの値を大きくして、冷媒排出管７を第１仕切り板４５のごく近傍に接続しようとした。しかし、ヘッダ本体４６となる円筒管に貫通穴を形成した後に、円筒管に変形が発生した。
試験体３１〜３６については、ａ／Ａの値を大きくして、冷媒供給管６を第１仕切り板４４のごく近傍に接続しようとした。しかし、ヘッダ本体４６となる円筒管に貫通穴を形成した後に、円筒管に変形が発生した。

１ 凝縮器
１１ コア
２ 扁平管
３ フィン
４ 第１ヘッダ
４１ 入口部
４３ 出口部
４４、４５ 第１仕切り板
５ 第２ヘッダ
６ 冷媒供給管
７ 冷媒排出管

Claims (6)

1. 冷媒を流通させる複数の扁平管がフィンを介して平行に配列され、前記扁平管と前記フィンとが上下方向に交互に積層されたコアと、
   前記扁平管の長手方向における前記コアの一端に配置された第１ヘッダと、
   前記長手方向における前記コアの他端に配置された第２ヘッダと、
   前記第１ヘッダに接続された冷媒供給管及び冷媒排出管と、を有し、
   複数の前記扁平管は、上方から順に、第１扁平管群、第２扁平管群、第３扁平管群及び第４扁平管群に区分されており、
   前記第１ヘッダは、
   前記第１扁平管群と前記冷媒供給管とに連結された入口部と、
   前記第２扁平管群と前記第３扁平管群とに連結された第２ターン部と、
   前記第４扁平管群と前記冷媒排出管とに連結された出口部と、
   前記入口部と前記第２ターン部との間、及び、前記第２ターン部と前記出口部との間を仕切る第１仕切り板と、を有し、
   前記第２ヘッダは、
   前記第１扁平管群と前記第２扁平管群とに連結された第１ターン部と、
   前記第３扁平管群と前記第４扁平管群とに連結された第３ターン部と、
   前記第１ターン部と前記第３ターン部との間を仕切る第２仕切り板と、を有し、
   上下方向における、前記第１ヘッダの全長をＬ［ｍｍ］、前記入口部の長さをＡ［ｍｍ］、前記出口部の長さをＢ［ｍｍ］、前記入口部に接続された前記冷媒供給管の端部の中心から前記第１ヘッダの上端までの距離をａ［ｍｍ］、前記出口部に接続された前記冷媒排出管の端部の中心から前記第１ヘッダの下端までの距離をｂ［ｍｍ］とした場合に、下記式（１）〜式（５）を満足する、凝縮器。
   ４００≦Ｌ≦１５００ ・・・（１）
   ０．４≦Ａ／Ｌ≦０．７５ ・・・（２）
   ３０．２７５／Ｌ≦Ｂ／Ｌ≦（Ｌ−Ａ）／３Ｌ ・・・（３）
   ０．２２≦ａ／Ａ≦０．６４ ・・・（４）
   ｛０．０９×（Ｂ−６．８２５−１２．８２５）＋１２．８２５｝／Ｂ≦ｂ／Ｂ≦（Ｂ−６．８２５）／Ｂ ・・・（５）
2. 冷媒を流通させる複数の扁平管がフィンを介して平行に配列され、前記扁平管と前記フィンとが上下方向に交互に積層されたコアと、
   前記扁平管の長手方向における前記コアの一端に配置された第１ヘッダと、
   前記長手方向における前記コアの他端に配置された第２ヘッダと、
   前記第１ヘッダに接続された冷媒供給管及び冷媒排出管と、を有し、
   複数の前記扁平管は、上方から順に、第１扁平管群、第２扁平管群、第３扁平管群及び第４扁平管群に区分されており、
   前記第１ヘッダは、
   前記第１扁平管群と前記冷媒供給管とに連結された入口部と、
   前記第２扁平管群と前記第３扁平管群とに連結された第２ターン部と、
   前記第４扁平管群と前記冷媒排出管とに連結された出口部と、
   前記入口部と前記第２ターン部との間、及び、前記第２ターン部と前記出口部との間を仕切る第１仕切り板と、を有し、
   前記第２ヘッダは、
   前記第１扁平管群と前記第２扁平管群とに連結された第１ターン部と、
   前記第３扁平管群と前記第４扁平管群とに連結された第３ターン部と、
   前記第１ターン部と前記第３ターン部との間を仕切る第２仕切り板と、を有し、
   上下方向における、前記第１ヘッダの全長をＬ［ｍｍ］、前記入口部の長さをＡ［ｍｍ］、前記出口部の長さをＢ［ｍｍ］、前記入口部に接続された前記冷媒供給管の端部の中心から前記第１ヘッダの上端までの距離をａ［ｍｍ］、前記出口部に接続された前記冷媒排出管の端部の中心から前記第１ヘッダの下端までの距離をｂ［ｍｍ］とした場合に、下記式（１）〜式（３）及び下記式（６）〜式（７）を満足する、凝縮器。
   ４００≦Ｌ≦１５００ ・・・（１）
   ０．４≦Ａ／Ｌ≦０．７５ ・・・（２）
   ３０．２７５／Ｌ≦Ｂ／Ｌ≦（Ｌ−Ａ）／３Ｌ ・・・（３）
   ０．２２≦ａ／Ａ≦（Ａ−６．８２５）／Ａ ・・・（６）
   ｛０．４７×（Ｂ−６．８２５−１２．８２５）＋１２．８２５｝／Ｂ≦ｂ／Ｂ≦（Ｂ−６．８２５）／Ｂ ・・・（７）
3. 前記式（１）〜式（３）を満足するとともに、下記式（４）と下記式（７）との組合せを満足する、請求項１または２に記載の凝縮器。
   ０．２２≦ａ／Ａ≦０．６４ ・・・（４）
   ｛０．４７×（Ｂ−６．８２５−１２．８２５）＋１２．８２５｝／Ｂ≦ｂ／Ｂ≦（Ｂ−６．８２５）／Ｂ ・・・（７）
4. 前記第１扁平管群に属する前記扁平管の数は前記第２扁平管群よりも多く、前記第２扁平管群に属する扁平管の数は前記第３扁平管群よりも多く、前記第３扁平管群に属する扁平管の数は前記第４扁平管群よりも多い、請求項１〜３のいずれか１項に記載の凝縮器。
5. 複数の前記扁平管の総数を１００％とした場合に、前記第１扁平管群に属する扁平管の数が３５〜４５％であり、前記第２扁平管群に属する扁平管の数が２５〜３５％であり、前記第３扁平管群に属する扁平管の数が１５〜２５％であり、前記第４扁平管群に属する扁平管の数が５〜１５％である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の凝縮器。
6. 前記第４扁平管群に属する扁平管の数が２本以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の凝縮器。

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