CN101086352A

CN101086352A - 空气调节器

Info

Publication number: CN101086352A
Application number: CNA2007101096035A
Authority: CN
Inventors: 永松信一郎; 远藤刚; 石神达也; 伏见直之; 浦田和干
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2027-06-07
Also published as: CN101086352B; JP2007327707A; JP4922669B2

Abstract

本发明提出一种可在有限的设置空间内最大限度地利用热交换器性能，既小型又高效率的空调机。在该空气调节器中，利用液体连接配管和气体连接配管连接室外机和室内机，所述室外机具有压缩机、四通阀、热源侧热交换器、室外电动阀、室外送风机；所述室内机具有电动膨胀阀、利用侧热交换器、室内送风机，其中，将热源侧热交换器形成翅管式热交换器、热交换器的列数为三列以上的结构，上述热源侧热交换器在制冷运转时相对于送风机的气流形成冷凝相对流动，在采暖运转时形成蒸发平行流动，可在各热交换路径上根据送风机气流来分配调整制冷剂。

Description

空气调节器

技术领域

本发明涉及利用蒸气压缩冷冻循环的空气调节器，本发明适合于同时要求小型性和高效率、在有限的设置空间内实现最大限度的性能的空气调节器。

背景技术

在空气调节器中，从提高运输性、废弃时的资源再利用性、减少设置空间上的限制方面来看，希望使热源侧(室外机)的外径尺寸相对于制冷采暖能力形成小型化。尤其是在更新现有的空调设备时，由于近年来OA设备的迅速普及，作为对象的空调负荷与更新前相比大幅度增大，因此要求在现有的设置空间内具有更大的空调能力。作为使外径尺寸小型化的方法，在专利文献1(日本专利第3491500号公报)中记载有如下的技术，即，通过提高送风用风扇的性能，构成制冷标准能力为14～16kW、从正面侧看时成为宽度的外径尺寸为600～700mm的室外组件，和制冷标准能力为22～28kW、从正面侧看时成为宽度的外径尺寸为900～1200mm的室外组件。并且，在实现室外机的小型化的基础上，不仅需要送风机，而且需要热交换器的高效率化，关于从风上游侧向风下游侧并列设置的并列热交换器的分配性在专利文献2(日本专利第3219506号公报)中有所记载。

【专利文献1】日本专利第3491500号公报

【专利文献2】日本专利第3219506号公报

为了实现小型的、高性能的室外机，不仅需要送风机的高性能，而且需要热源侧热交换器的高性能，在同样的设置空间内确保更大的导热面积是很重要的。

目前，在主要用于店铺和大厦用空调机的热交换器中，一般使用在U字形的导热配管中组合散热片(フイン)、相对于送风机气流并排设置两列的翅片管式热交换器(フインチユ一ブ型熱交换器)。在这种情况下，设置面积受到送风机的形态和热交换器的设置的影响，因此，在不改变送风机形态的情况下，作为使热交换器小型高性能化的简单方法是增加并设的热交换器的列数。

在上述热源侧热交换器中，通过将两列热交换器形成三列，不改变对设置面积影响大的热交换器周围的长度就可确保1.5倍的导热面积，因此，有助于空调机的小型化。但是，在将热源侧的热交换器从两列增加到三列的情况下，插入热交换器的导热管的长度也变成1.5倍，因此通路阻力导致的压力损失增大。这样，在采暖运转时，在将热源侧热交换器作为蒸发器的情况下，由于蒸发压力降低，热交换器的散热片表面温度将降低，使散热片表面产生结霜现象，导致热交换器性能大幅度下降。尤其是在热源侧热交换器的性能超过制冷标准时的20kW、主要在大厦用空调中使用的室外机的热交换器中，结霜导致的性能降低很明显。

并且，从送风机的气流的风上游侧看，在空气从第一列热交换器向第二列、第三列流动时，通过分别与风上游侧的热交换器的热移动，空气温度发生变化，热交换器具有越向送风方向的风下游侧性能越降低的趋势。因此，为了最大限度地利用三列热交换器的热交换性能，也必须考虑送风机的气流方向。

本发明的目的是解决上述现有的技术问题，提供如下的一种空气调节器，该空气调节器具有用于在有限的设置空间内最大限度地利用热交换器性能的热交换器。

发明内容

为了解决上述课题，本发明的一个方案是一种空气调节器，利用液体连接配管和气体连接配管连接室外机和室内机，所述室外机具有压缩机、四通阀、热源侧热交换器、室外膨胀装置、室外送风机；所述室内机具有电动膨胀阀、利用侧热交换器、室内送风机，其特征在于，将所述热源侧热交换器形成列数为三列以上的翅管式热交换器(フインチユ一ブ型熱交换器)，以在进行制冷运转时所述热源侧热交换器的配管内的制冷剂的流动方向与送风机的风向相对的方式设置所述配管，并且，以在进行采暖运转时在所述配管内流动的制冷剂的流动方向与送风机的风向并行的方式设置所述配管。

而且，在上述的结构中，优选地，在热源侧热交换器作为采暖蒸发器使用的情况下，从制冷剂流动方向的上游侧开始，从第N列配管的出口(N≥1)起在第N+1列配管的入口以及第N+2列配管的入口具有分支成两叉的分支部，使在所述第N+1列的配管内流动的制冷剂量多于向所述第N+2列配管流入的制冷剂量。

而且，在上述的结构中，优选地，在热源侧热交换器作为采暖蒸发器使用的情况下，从制冷剂流动方向的上游侧开始，从第N列配管的出口(N≥1)起在第N+1列配管的入口以及第N+2列配管的入口具有分支成两叉的分支部，使流入所述第N+1列配管的制冷剂量为流入所述第N列配管的制冷剂量的0.5～0.6。

而且，在上述的结构中，优选地，在热源侧热交换器作为采暖蒸发器使用的情况下，从制冷剂流动方向的上游侧开始，从第N列配管的出口(N≥1)起在第N+1列配管的入口以及第N+2列配管的入口分支成两叉，所述第N+2列配管形成从所述第N+1列配管分支的结构。

而且，在上述的结构中，优选地，在热源侧热交换器作为采暖蒸发器使用的情况下，从制冷剂流动方向的上游侧开始，从第N列配管的出口(N≥1)起在第N+1列配管的入口以及第N+2列配管的入口分支成两叉，第N+2列配管形成从上述第N+1列配管分支的结构。

而且，第N+2列配管最好以形成60度以上的角度的方式从第N+1列配管分支。

而且，第N+2列配管最好从第N+1列配管垂直分支。

而且，在上述的结构中，在配管内流动的制冷剂最好是混合两种以上的非氯类碳氟化合物的混合制冷剂。

而且，在上述的结构中，优选地，在热源侧热交换器作为采暖蒸发器使用的情况下，从制冷剂流动方向的上游侧的第N列配管的出口(N≥1)开始在第N+1列配管的入口以及第N+2列配管的入口分支成两叉，可通过调整与分支主流侧的分支接合部的孔径，调整所述第N+1列配管的入口、所述第N+2列配管的入口的各个制冷剂分配比。

根据本发明，由于可在有限的设置空间内最大限度地利用热交换器性能，因此，可提出既小型化又高效率的空调机的方案，在更新现有的空调设备时适合于增强空调能力。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的冷冻循环的方框图。

图2是表示比较例的三列热交换器的模型图。

图3是表示本发明的一个实施方式的温度分布图。

图4是表示本发明的一个实施方式的热交换器的模型图。

图5是表示根据制冷剂分配比的热交换性能比较图。

图6是表示比较例的分支配管的结构图。

图7是表示本发明的一个实施方式的分支配管的结构图。

图8是表示本发明的四列以及五列热交换器的模型图。

图9是表示本发明的一个实施方式的热交换器的外形图。

图10是表示本发明的一个实施方式的空调机的外形图。

图11是表示本发明的一个实施方式的外部连接式空调机的外形图。

图12是表示本发明的一个实施方式的一体式空调机的机内配管的外形图。

具体实施方式

以下参照附图就本发明的实施方式进行说明。

在图1中，室外机13具有利用变频器可改变运转频率地进行控制的容量可变式压缩机1、容量固定式压缩机2，各压缩机并列地与四通阀3连接。四通阀3与热源侧热交换器4进行配管连接，从热源侧热交换器4通过室外膨胀装置5与制冷剂量调节器7连接。并且，6是切换向热源侧热交换器4的流路的电动阀，8是向热源侧热交换器4送风的室外送风机。

9是电动膨胀阀，10是利用侧热交换器，11是室内送风机，这些设备构成室内机12。室内机12利用液体连接配管14、气体连接配管15与室外机13连接。运转容量可变式压缩机1、容量固定式压缩机2、室外机送风机8、室内送风机11与空气进行热交换，进行室内的空气调节。

以下就本实施方式的动作进行说明。

在进行制冷运转的情况下，制冷剂在图中向实线箭头方向流动，从容量可变式压缩机1和容量固定式压缩机2排出的气体制冷剂穿过四通阀3，在由多个制冷剂通路构成的热源侧热交换器4中进行冷凝。冷凝后的制冷剂进入制冷剂量调节器7，从制冷剂量调节器7导出的液体制冷剂在连接室外机13和室内机12的液体连接配管14中，因对应于配管长度的压力损失而成为气液两相流、进入电动膨胀阀9。

电动膨胀阀9是可设定任意的节流量的膨胀装置，通过电动膨胀阀9减压的制冷剂被输送到成为蒸发器的利用侧热交换器10中进行蒸发、冷却室内空气。蒸发后的制冷剂穿过气体连接配管15、返回压缩机1和2的吸入侧。

在进行采暖运转的情况下，通过切换四通阀3，制冷剂朝向图中虚线箭头方向流动，从容量可变式压缩机1和容量固定式压缩机2排出的制冷剂，穿过四通阀3、气体连接配管15，在利用侧热交换器10中进行散热、冷凝，进行室内的采暖运转。

冷凝液在电动膨胀阀9中被节流膨胀，在液体连接配管14内作为气液两相流被输送到室外机13，因液体连接配管14的压力损失而形成更大的干燥度的制冷剂被输送到热源侧热交换器4。输送到热源侧热交换器4的制冷剂进行蒸发、处于干燥度大的状态，然后穿过四通阀3、返回到容量可变式压缩机1和容量固定式压缩机2。

图2表示比较例的热源侧热交换器的模型。散热片与空气的导热量Q如下表示：

Q＝U×ΔT1n×A

Q：导热量[W]

U：传热系数[W·m^-2·K^-1]

A：导热面积[m²]

ΔT1n：对数平均温度差[K]；ΔT1n＝(ΔT1-ΔT2)/{1n(ΔT1/ΔT2)}

ΔT1、ΔT2：散热片表面温度与空气的温度差(图3中记载)。

如图3所示，为了使散热片表面温度与空气的对数平均温度差ΔT1n为最大，相对于送风机的气流设置热交换器的通路，形成在制冷运转时冷凝相对流动、在采暖运转时蒸发并行流动。

在图2的情况下，例如，在热交换量超过制冷标准时的20kW的大厦用室外机的情况下，有时每一列的热交换器的长度将超过1000mm，尤其是采暖运转时，由于热交换器内的压力损失导致蒸发压力降低，因此根据散热片的表面温度将发生结霜、使热源侧热交换器的热交换性能大幅度降低。

图4表示本发明的三列热交换器的模型。在采暖运转时，为了使热交换器通路内的压力损失减少，从第一列热交换器出口起使制冷剂并列地流入第二列入口、第三列入口，由此可使采暖运转时的出口通路为图2所示的热交换器模型的两倍，可避免因上述结霜而发生故障。

并且，在制冷运转时，由于上述热源侧热交换器成为冷凝器，因此，出口通路的面积为热交换器入口通路的1/2，所以，流过第三列的制冷剂流速形成两倍，可提高热交换器导热管和制冷剂的传热效率。

并且，上述热源侧热交换器由于采暧运转时形成蒸发并行流动，因此，通过热交换器的空气温度，随着向处于风下游的热交换器第二列、第三列移动而降低。因此，如果设热交换器第二列和第三列的热交换量分别为Q2、Q3，则Q2＞Q3。因此，通过使更多的制冷剂向比热交换器第三列的热交换量大的热交换器第二列流动，可降低由于热交换器第二列出口处的制冷剂循环量不足而引起的过热区域的扩大，可使热交换器发挥最大限度的性能。并且，过热区域的扩大导致基于压力损失的蒸发压力降低，使热交换器第三列的出口温度降低，有可能导致结霜，因此采用上述结构也有助于避免结霜。

图5表示使本发明的实施方式的采暖运转时的热源侧热交换器第二列入口以及第三列入口的制冷剂循环量的比例变化时的热交换量的变化例。若设流过热交换器第二列的制冷剂循环量相对于全部制冷剂循环量的比例为n(n＝热交换器第二列的制冷剂循环量/全部制冷剂循环量)，则在n＝0.5～0.6的区域形成高的热交换量，需要在该范围内分配第二列和第三列的制冷剂循环量。

为了实现上述热源侧热交换器的制冷剂分配，需要分支成两叉(二又)的配管，但如图6所示，在通常的Y型分支形状的情况下，由于离心力的影响、容易流入位于外侧的第三列，因此导致性能降低。

图7表示可使本发明的上述热源侧热交换器的制冷剂分流的制冷剂配管的形状。通过从分支配管的主流直线部垂直分支，可避免离心力的影响、形成理想的分配。并且，可通过改变主流侧与分支的配管的接合部的孔径来调整制冷剂的分配比例，可廉价地利用简单的结构实现。在图7的实施例中，形成第三列的配管从分支配管的主流部垂直分支的结构，如果使从分支主流的配管分支的配管相对于主流配管的角度为60度以上100度以内，则流入主流配管的制冷剂比流入分支配管的制冷剂多，与使用图6的Y型配管的情况相比较，可提高热交换性能。

图8表示本发明的四列以及五列热交换器的模型。在四列热交换器的情况下，通过将图7所示的分支配管用于第三列和第四列的分支，可降低采暖运转时的热交换器通路内的压力损失，可得到与图4所示的热交换器模型相同的改善效果。并且，在五列热交换器的情况下，利用分配线路(デイストリビユ一タ)等的分配器将采暖运转时的热交换器入口向第一列和第三列分配，由此形成两列热交换器和三列热交换器的组合，可得到与图4所示的热交换器模型相同的改善效果。因此，在三列以上的多列热交换器中，通过使用本发明的分支配管，可最大限度地发挥热交换器的性能。并且，通过形成可防止由于热交换器内的压力损失而引起的蒸气压力降低、可防止热交换器出口温度降低的结构，也有助于避免结霜。

图9表示在本发明的实施方式中的热源侧热交换器上安装图7所示的分支配管的实例，图10表示设置有本发明的实施方式中的上述热源侧热交换器和送风机的空调机的外形图。

在图10中，图9所示的热源侧热交换器围住送风机周围地构成，设置成使气流高效率地通过热交换器。并且，由于上述热源侧热交换器的配管连接可汇集到一侧，因此，可使空调机框体内的制冷剂配管紧凑集中。

图11表示组合多台上述室外机的情况。通过利用外部配管连接上述空调机，利用一个制冷剂系统就可以实现更大容量的空调设备。在这种情况下，通过使用具有上述热源侧热交换器的空调机，可在有限的空间内设置更多台空调机，在更新现有的空调设备时，可满足空调设备能力的增强。并且，由于可以缩小一个室外机单位，因此是在输送性、资源再利用性方面具有优势的结构。

图12表示通过使用多台不同形状的上述热源侧热交换器、作为更大容量的热交换器进行使用时的图。在这种情况下，与图10的情况不同，在外部不需要室外机相互连接的工程，可缩短工期，是在安全方面具有优势的结构。

根据上述本发明的实施例，可实现在采暖运转时在热源侧热交换器上不易结霜，可抑制除霜造成的舒适性降低或抑制因除霜的逆循环运转而引起的制冷剂变化，可确保可靠性。采暖运转时的结霜问题，在制冷剂使用混合两种以上的非氯类碳氟化合物(非塩素系フルオロカ一ボン)的混合制冷剂的情况下尤其突出，因此本发明尤其适合于使用非氯类碳氟化合物的混合制冷剂的空调机。

Claims

1.一种空气调节器，利用液体连接配管和气体连接配管连接室外机和室内机，所述室外机具有压缩机、四通阀、热源侧热交换器、室外膨胀装置、室外送风机；所述室内机具有电动膨胀阀、利用侧热交换器、室内送风机，其特征在于，将所述热源侧热交换器形成列数为三列以上的翅管式热交换器，以在进行制冷运转时所述热源侧热交换器的配管内的制冷剂的流动方向与所述室外送风机的风向相对的方式设置所述配管，并且，以在进行采暖运转时在所述配管内流动的制冷剂的流动方向与所述室外送风机的风向并行的方式设置所述配管。

2.如权利要求1所述的空气调节器，其特征在于，在所述热源侧热交换器在采暖运转时作为蒸发器使用的情况下，从制冷剂流动方向的上游侧开始，从第N列配管的出口(N≥1)起在第N+1列配管的入口以及第N+2列配管的入口具有分支成两叉的分支部，使在所述第N+1列的配管内流动的制冷剂量多于向所述第N+2列配管流入的制冷剂量。

3.如权利要求1所述的空气调节器，其特征在于，在所述热源侧热交换器在采暖运转时作为蒸发器使用的情况下，从制冷剂流动方向的上游侧开始，从第N列配管的出口(N≥1)起在第N+1列配管的入口以及第N+2列配管的入口具有分支成两叉的分支部，使流入所述第N+1列配管的制冷剂量为流入所述第N列配管的制冷剂量的0.5～0.6。

4.如权利要求1所述的空气调节器，其特征在于，在所述热源侧热交换器在采暖运转时作为蒸发器使用的情况下，从制冷剂流动方向的上游侧开始，从第N列配管的出口(N≥1)起在第N+1列配管的入口以及第N+2列配管的入口分支成两叉，所述第N+2列配管形成从所述第N+1列配管分支的结构。

5.如权利要求4所述的空气调节器，其特征在于，所述第N+2列配管以形成60度以上110度以下的角度的方式从所述第N+1列配管分支。

6.如权利要求5所述的空气调节器，其特征在于，所述第N+2列配管从所述第N+1列配管大致垂直地分支。

7.如权利要求1所述的空气调节器，其特征在于，在所述配管内流动的制冷剂是混合两种以上的非氯类碳氟化合物的混合制冷剂。

8.如权利要求1所述的空气调节器，其特征在于，在所述热源侧热交换器在采暖运转时作为蒸发器使用的情况下，从制冷剂流动方向的上游侧的第N列配管的出口(N≥1)开始在第N+1列配管的入口以及第N+2列配管的入口分支成两叉，可通过调整与分支主流侧的分支接合部的孔径，调整所述第N+1列配管的入口、所述第N+2列配管的入口的各个制冷剂分配比。

9.一种空气调节器的热交换器，其特征在于，热交换器的列数形成三列以上，以如下的方式设置配管，即，在进行制冷运转时、所述热交换器的配管内的制冷剂的流动方向与所述室外送风机的风向相对，并且，在进行采暖运转时、在所述配管内流动的制冷剂的流动方向与所述室外送风机的风向并行。

10.如权利要求9所述的空气调节器的热交换器，其特征在于，在所述热源侧热交换器在采暖运转时作为蒸发器使用的情况下，从制冷剂流动方向的上游侧开始，从第N列配管的出口(N≥1)起在第N+1列配管的入口以及第N+2列配管的入口具有分支成两叉的分支部，使在所述第N+1列配管内流动的制冷剂量多于向所述第N+2列配管流入的制冷剂量。

11.如权利要求9所述的空气调节器的热交换器，其特征在于，在所述热源侧热交换器在采暖运转时作为蒸发器使用的情况下，从制冷剂流动方向的上游侧开始，从第N列配管的出口(N≥1)起在第N+1列配管的入口以及第N+2列配管的入口具有分支成两叉的分支部，使流入所述第N+1列配管的制冷剂量为流入所述第N列配管的制冷剂量的0.5～0.6。

12.如权利要求9所述的空气调节器的热交换器，其特征在于，在所述热源侧热交换器在采暖运转时作为蒸发器使用的情况下，从制冷剂流动方向的上游侧开始，从第N列配管的出口(N≥1)起在第N+1列配管的入口以及第N+2列配管的入口分支成两叉，所述第N+2列配管形成从所述第N+1列配管分支的结构。

13.如权利要求12所述的空气调节器的热交换器，其特征在于，所述第N+2列配管以形成60度以上110度以下的角度的方式从所述第N+1列配管分支。

14.如权利要求12所述的空气调节器的热交换器，其特征在于，所述第N+2列配管从所述第N+1列配管垂直分支。

15.如权利要求9所述的空气调节器的热交换器，其特征在于，在所述配管内流动的制冷剂是混合两种以上的非氯类碳氟化合物的混合制冷剂。