本发明涉及例如用于空气调节机等冷冻循环装置的热交换器、具备该热交换器的冷冻循环装置及空气调节机。
背景技术：
这种热交换器具有多个流路，通过将制冷剂向各流路均等地分配，谋求提高热交换器的传热性能。近年，有将由多个翅片以及多个扁平管构成的多个热交换部配置在作为空气通过方向的列方向，谋求进一步提高热交换效率的技术(例如，参见专利文献1)。
在专利文献1中，两个热交换部的所有的扁平管的端部彼此通过跨列集管连通，在入口集管均等分配的各制冷剂在一方的热交换部的各扁平管流动，此后在跨列集管暂时合流，并折返，再次被分配，在另一方的热交换器的各扁平管流动，在出口集管合流，并流出。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-75024号公报(摘要、图1)
技术实现要素：
发明所要解决的课题
在专利文献1中，因为被均等分配且分别流入一方的热交换部的各扁平管的各制冷剂在跨列集管部分暂时合流，所以，存在不能维持最初的均等分配状态，在向另一方的热交换部的各扁平管再分配时，被偏倚地分配，热交换器的热交换效率降低的问题。
本发明是鉴于这点做成的发明，其目的在于，提供一种在将多个热交换部配置在空气通过方向的结构中，能够从制冷剂流路的入口到出口抑制制冷剂分配的偏倚，能够谋求提高热交换性能的热交换器、冷冻循环装置及空气调节机。
用于解决课题的手段
有关本发明的热交换器中，将多列热交换部配置在作为空气通过方向的列方向，所述热交换部具有多层传热管和多个翅片，该多层传热管使气液二相状态的制冷剂在内部通过，且相对于空气通过方向在垂直方向的层方向设有多层，该多个翅片被配置成使空气在空气通过方向通过，所述多列的所述热交换部中的列方向两端的热交换部成为制冷剂流入的入口热交换部或者制冷剂流出的出口热交换部，在所述多列的所述热交换部中，在列方向相邻的热交换部的彼此的多层传热管的一方的端部通过跨列集管连通，形成从入口热交换部的多层传热管的入口流入的制冷剂一面在到出口热交换部的多层传热管的出口为止在跨列集管部分折返一面流动的制冷剂流路，跨列集管的内部在层方向被分隔为多个，构成多个腔，制冷剂流路按每个腔独立。
发明的效果
根据本发明，由于到出口为止，能够维持入口中的均等分配状态，所以，能够得到遍及流路整体能够抑制制冷剂的分配的偏倚，能够谋求提高热交换性能的热交换器。
附图说明
图1是有关本发明的一实施方式的热交换器的立体图。
图2是表示图1的跨列集管的立体图。
图3是表示图1的扁平管的立体图。
图4是表示应用了图1的热交换器1的冷冻循环装置的制冷剂回路的图。
图5中，图5(a)是表示将图1的热交换器作为冷凝器使用的情况下的制冷剂的流动(相向流)的图，图5(b)是表示平行流的图。
图6是表示从冷凝器的入口到出口为止的制冷剂流路中的制冷剂温度分布的图。
图7是表示作为蒸发器或者冷凝器被切换使用的热交换器的图。
图8是表示呈整体大致l字状的热交换器的图。
图9是表示图8的热交换器的弯折加工前的状态的图。
图10是表示制冷剂分配器的其它的结构例的图。
具体实施方式
图1是有关本发明的一实施方式的热交换器的立体图。图2是表示图1的跨列集管的立体图。在图1、图2以及后述的图中，标注了相同的附图标记的部件表示相同或者与之相当的部件，这在说明书全文中一样。再有，在说明书全文中表示的构成要素的形态不过是例示，并不限定于这些记载的形态。
热交换器1具备被配置在作为空气通过方向的列方向的第一热交换部10以及第二热交换部20、作为制冷剂分配器的入口集管30、跨列集管40、出口集管50。
第一热交换部(出口热交换部)10具有相互空开间隔地被层叠，且使空气在其间通过的多个翅片11、将多个翅片11在层叠方向贯通，使制冷剂在内部通过，且相对于空气通过方向在作为垂直方向的层方向设有多层的扁平管(传热管)12。扁平管12如图3所示，具有多个成为制冷剂流路的贯通孔12a。第二热交换部(入口热交换部)20是与第一热交换部10相同的结构，具有多个翅片21和多个扁平管(传热管)22。另外，这里，作为翅片11的形状表示了板状翅片，但也可以并非一定是板状翅片。例如，也可以是在层方向与扁平管12交替层叠地被配置的波形状的翅片等，总而言之，只要是配置成空气在空气通过方向通过的翅片即可。
入口集管30在第二热交换部20的一端侧沿层方向被配置，与第二热交换部20的所有的扁平管22连通，将从制冷剂入口配管31流入的制冷剂向各扁平管22均等地分配并使之流入。
出口集管50在第一热交换部10的一端侧沿层方向被配置，与第一热交换部10的所有的扁平管12连通，使在各扁平管12通过的制冷剂合流，并从制冷剂出口配管51流出。
跨列集管40在第一热交换部10以及第二热交换部20的另一端侧沿层方向被配置，被构成为跨过第一热交换部10以及第二热交换部20。跨列集管40被构成为内部为空心，由分隔板41在层方向分隔，形成个数与扁平管12、22的层数相同的腔42。而且，在设置在各腔42的每一个上的两个贯通孔43分别连接相同层的扁平管12、22的端部。这样构成的各腔42成为如图1的箭头所示那样，在扁平管22通过后的制冷剂流入，且朝向扁平管12折返的折返流路。
通过所述的结构，从第二热交换部20的扁平管22的入口到第一热交换部10的扁平管12的出口，按每层(每腔42)形成独立的流路。
扁平管12、22、翅片11、21、入口集管30、跨列集管40以及出口集管50例如由铝或者铝合金形成。
在制造上面的结构的热交换器1时，以将扁平管12、22、翅片11、21、入口集管30、跨列集管40、出口集管50全部组装的状态，同时在炉中钎焊接合。
图4是表示应用了图1的热交换器的冷冻循环装置的制冷剂回路的图。
冷冻循环装置60具备压缩机61、冷凝器62、作为减压装置的膨胀阀63、蒸发器64。冷凝器62和蒸发器64的至少一方使用热交换器1。从压缩机61排出的制冷剂流入冷凝器62，与在冷凝器62通过的空气进行热交换，成为高压液体制冷剂并流出。从冷凝器62流出的高压液体制冷剂在膨胀阀63被减压，成为低压二相制冷剂，流入蒸发器64。流入到蒸发器64的低压二相制冷剂与在蒸发器64通过的空气进行热交换，成为低压气体制冷剂，再次被压缩机61吸入。
图5(a)是表示将图1的热交换器作为冷凝器使用的情况下的制冷剂的流动的图，表示俯视看图1的状态下的制冷剂的流动。在图5(a)中，粗箭头表示制冷剂的流动方向，细箭头a表示空气的流动。
在将热交换器1作为冷凝器62使用的情况下，相对于空气的流动方向a，使制冷剂从下游侧向上游侧折返地流动(下面将该流动称为相向流)。另外，相对于该相向流，也存在使制冷剂像图5(b)所示那样，相对于空气的流动方向a从上游侧向下游侧折返地流动的平行流，针对成为平行流的情况，将在后面阐述。
下面，参照图1以及图4，说明将热交换器1作为冷凝器62使用的情况下的制冷剂的流动。
从制冷剂入口配管31流入到入口集管30内部的制冷剂在这里被均等地分配，分别流入第二热交换部20的各扁平管22的入口。而且，在各扁平管22通过的各制冷剂分别流入跨列集管40的各腔42。而且，各制冷剂在各腔42内折返，分别流入各扁平管12。
这里，被均等地分配的各制冷剂流入各腔42的每一个，不会与其它的腔42的制冷剂混杂地从各腔42流出，并流入第一热交换部10的各扁平管12。因此，从各腔42流出的各制冷剂维持着均等分配状态，流入各扁平管12。而且，在各扁平管12通过的各制冷剂在出口集管50合流，从制冷剂出口配管51向外部流出。另外，在将热交换器1作为冷凝器62使用的情况下，由于以气体状态流入热交换器1，所以，制冷剂的均等分配容易。因此，也可以并非一定具备作为制冷剂分配器的入口集管30，也可以是单纯地做成第二热交换部20的各扁平管22在内部连通的结构的热交换器。
接着，对因使制冷剂以相向流流动而产生的效果进行说明。因使制冷剂以相向流流动而产生的效果与从制冷剂流路的入口到出口为止的制冷剂温度分布有关。
图6是表示从冷凝器的入口到出口为止的制冷剂流路中的制冷剂温度分布的图。图6中，横轴表示制冷剂流路，纵轴表示温度。另外，(a)表示是r32、hfo1234yf那样的单一制冷剂，r410a那样的虽然是混合制冷剂但为共沸制冷剂的情况，(b)表示是将hfo1234yf和r32混合的非共沸制冷剂的情况。另外，在冷凝器62中，为了提高热交换性能，进行过冷却，图6中，用sc(＝tc－tb)表示。
如图6(a)所示，在为单一制冷剂、共沸混合制冷剂的情况下，气体制冷剂以高温ta流入，借助与在冷凝器62通过的空气进行热交换，温度降低，下降到冷凝温度tc。而且，制冷剂在冷凝温度tc经过温度为一定的气液二相状态，变化为液体状态。成为液体状态的制冷剂的温度与冷凝温度tc相比进一步降低，被进行过冷却，达到低温tb，并流出。
如图6(b)所示，在为非共沸制冷剂的情况下，气体制冷剂以高温ta’流入，借助与在冷凝器62通过的空气进行热交换，温度降低，下降到冷凝温度tc’。非共沸制冷剂中，气体的饱和温度和液体的饱和温度不同，即使在气液二相状态下，制冷剂温度也持续温度降低，变化为液体状态。而且，成为液体状态的制冷剂与冷凝温度tc’相比温度进一步降低，被进行过冷却，到达低温tb’并流出。
在冷凝器62中，由于要求进行例如10℃左右的过冷却，所以，即使在从入口到出口的制冷剂流路的后半部，也需要充分确保与空气的热交换量。
在冷凝器62中，若假设成为平行流(参见图5(b))，则在第一热交换部10侧，热交换后的空气流入第二热交换部20。因此，存在在制冷剂流路的后半部没有充分地得到与空气的温度差，不能进行所希望的过冷却的可能性。与此相对，在为相向流的情况下，由于制冷剂流动的后半部的制冷剂与热交换前的空气进行热交换，所以，能够充分地确保温度差，能够稳定地进行过冷却。
在冷凝器62中成为相向流的效果在为单一制冷剂、共沸制冷剂的情况下能够得到，但是，在为非共沸制冷剂的情况下尤其有效。即、在为非共沸制冷剂的情况下，如上所述，气体的饱和温度和液体的饱和温度不同，在气液二相区域存在温度梯度，因此，与共沸制冷剂的情况相比，能够确保制冷剂和空气的温度差。因此，更有效。
上面，对将热交换器1作为冷凝器62使用的情况进行了说明，接着，对作为蒸发器64使用的情况进行说明。在作为蒸发器64使用的情况下，虽然相向流以及平行流的任何一个都可以，若从哪个更好来说，还是优选相向流。在将热交换器1作为蒸发器64使用的情况下，在制冷剂为非共沸制冷剂时，如上所述，在气液二相区域存在温度梯度，由于温度差扩大，热交换性能提高，所以，还是为相向流能够得到高的效果。
另外，在蒸发器64中，为了提高热交换性能，进行过热，过热大致为1、2℃左右，比过冷却的10℃小。因此，因成为相向流而产生的效果在作为冷凝器62使用的情况下高。
在将热交换器1作为蒸发器专用或者冷凝器专用使用的情况下，只要做成图1的结构，使制冷剂以相向流流动即可。另一方面，在还将四通阀设置在图4的冷冻循环装置60，切换制冷剂的流动方向，将热交换器1作为蒸发器64或者冷凝器62切换地使用的情况下，像下面图7那样构成。
图7是表示作为蒸发器或者冷凝器被切换使用的热交换器的图。图7中，虚线箭头表示蒸发器64的情况下的制冷剂的流动，实线箭头表示冷凝器62的情况下的制冷剂的流动。
在图7中，与图1不同之处在于，替代出口集管50，设置具备作为将制冷剂均等地分配的制冷剂分配器的功能的出口集管50a。
在这样构成的热交换器1中，在作为蒸发器64使用的情况下，使制冷剂为平行流，即、按照出口集管50a→第一热交换部10→跨列集管40→第二热交换部20→入口集管30的顺序流动。这样在作为蒸发器64使用时，制冷剂从出口集管50a侧流入。据此，出口集管50a具备作为制冷剂分配器的功能，以便将以气液二相状态流入的制冷剂均等地分配，使之流入各扁平管12。另一方面，在作为冷凝器62使用的情况下，使制冷剂为相向流，即、按照入口集管30→第二热交换部20→跨列集管40→第一热交换部10→出口集管50a的顺序流动。
根据上面说明的本实施方式，从第一热交换部10以及第二热交换部20中的制冷剂流路的入口到出口，在各层的扁平管12、22内通过的各制冷剂不与其它的层的制冷剂合流地在独立的流路流动。据此，能够到出口为止，良好地维持入口中的均等分配状态，抑制分配偏流。其结果为，能够提高热交换器1的热交换效率，能够实现具有该热交换器1的冷冻循环装置60的高效率的运转。
另外，在将热交换器1作为冷凝器62使用的情况下，通过使制冷剂像相向流那样流动，能够提高热交换效率。另外，因成为相向流而产生的效果在使封入冷冻循环装置60内的制冷剂为非共沸制冷剂的情况下尤其有效。
另外，本发明的热交换器并不限定于图1所示的构造，在不脱离本发明的主旨的范围内，例如，可以像以下的(1)～(9)那样进行各种变形来实施。
(1)在本实施方式中，在跨列集管40中，按每层设置了分隔板41，但是，也可以并非一定按每层设置，总而言之，只要跨列集管40的内部在层方向分隔为多个，以便能够维持均等分配状态即可。
由于能否维持均等分配状态，具体地是由各腔42中的压头差发挥作用，所以，只要考虑压头差来决定设置分隔板41的间隔即可。在以必要最低限度设置分隔板41的情况下，能够降低成本。
(2)也可以与热交换器1中的风速分布相应地决定分隔板41的位置。
来自向热交换器1送风空气的送风风扇的风速在热交换器1的全面并不限于均匀，而是存在风速分布。例如，在为建筑物用复式空调的情况下，因为在热交换器1的上部设置送风风扇，所以，与下部相比，热交换器的上部的风速快。在将热交换器1作为蒸发器64使用的情况下，风速快的部分与风速慢的部分相比，推进气体化，容易将制冷剂均等分配。因此，就在风速快的部分通过的扁平管12、22所连通的跨列集管40部分而言，也可以扩大分隔板41的间隔，提高(增长)腔42的高度(层方向的长度)。
(3)在本实施方式中，表示了热交换器1为整体大致i字状的例子，但是，也可以像图8所示那样，做成整体大致l字状，将热交换器1的一部分弯曲的结构。
在做成整体大致l字状的情况下，能够通过将被形成为整体i字状的热交换器1像图9所示那样，向箭头方向l状弯曲来构成。另外，当然也可以为了在l状弯曲后的状态下，使第一热交换部10以及第二热交换部20的两端部的位置一致，而像图9所示那样，在弯折前的状态下，将第一热交换部10侧构成得比第二热交换部20短。通过像这样做成使两端部的位置一致的结构，容易进行与制冷剂入口配管31以及制冷剂出口配管51连接的外部配管的盘绕。
另外，将热交换器1做成i字状还是做成l字状只要与设置热交换器1的框体内的热交换器1的实际安装空间相应地决定即可，只要做成最大限度利用实际安装空间，能够高密度地进行实际安装的形状即可。形状除i字状、l字状以外，也可以做成u字状、矩形状。不管怎样，通过在实际安装空间内高密度地配置，能够得到高的热交换效率。在这种情况下，也构成为第一热交换部10以及第二热交换部20的两端部的位置一致。
(4)说明了作为制冷剂分配器设置入口集管30的结构，但也可以在入口集管30内还设置用于抑制分配偏流的偏流抑制部件(例如，对制冷剂的流动进行节流的锐孔)。
(5)作为制冷剂分配器，也可以替代入口集管30，设置将制冷剂大致均等地分配的配给器。
(6)作为制冷剂分配器，也可以替代入口集管30，做成图10所示的制冷剂分配器70。
制冷剂分配器70具有与各扁平管12的端部连通的集管71和配给器74。集管71的内部由一个以上的分隔板72在上下方向分隔，形成多个腔73。而且，各腔73的每一个由各毛细管75与配给器74连接。在该制冷剂分配器70中，由配给器74大致均等地分配的制冷剂经各毛细管75流入各腔73。
各腔73的上下方向的长度比不设置分隔板72，而是将集管71内整体连通的情况下的上下方向的长度小。因此，重力对压头差的影响被降低，能够向在各腔73的每一个中与该腔73连通的各扁平管22均等地分配制冷剂并使之流入。另外，若考虑降低成本或毛细管75的环绕，则优选做成不是将分隔板72按每层设置，而是像图10所示那样每多层地设置的结构，但是，当然也可以按每层设置。
(7)在本实施方式中，表示了配置成跨列集管40朝向上下方向的结构，但是，也可以做成在图1中，配置成使热交换器1整体旋转90度，使跨列集管40朝向左右方向的结构。在为配置成跨列集管40朝向上下方向的结构的情况下，与没有分隔板41的结构相比，降低压头差的影响的效果高。因此，本发明还是应用在跨列集管40朝向上下方向的结构中更有效。
(8)在本实施方式中，图示2列结构的例子进行说明，但是，也可以做成3列以上。在该情况下，也是只要按与2列结构的情况相同的思路构成即可。即、多列的所述热交换部中的列方向两端的热交换器成为制冷剂流入的入口热交换部或者制冷剂流出的出口热交换部，由跨列集管使在多列的热交换部中在列方向相邻的热交换部彼此的多层传热管的一方的端部连通。而且，形成从入口热交换部的多层传热管的入口流入的制冷剂一面在到出口热交换部的多层传热管的出口为止在跨列集管部分折返一面流动的制冷剂流路。而且，做成将跨列集管的内部在层方向被分隔为多个，构成多个腔，制冷剂流路在每个腔独立的结构。
(9)在本实施方式中，将传热管做成扁平管，但是，也可以并非一定是扁平管，也可以做成圆管。
附图标记说明
1：热交换器；10：第1热交换部；11：翅片；12：传热管(扁平管)；12a：贯通孔；20：第2热交换部；21：翅片；22：传热管(扁平管)；30：入口集管；31：制冷剂入口配管；40：跨列集管；41：分隔板；42：腔；43：贯通孔；50：出口集管；50a：出口集管；51：制冷剂出口配管；60：冷冻循环装置；61：压缩机；62：冷凝器；63：膨胀阀；64：蒸发器；70：制冷剂分配器；71：集管；72：分隔板；73：腔；74：配给器；75：毛细管。