CN101592411B - 冷冻循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抑制冷媒在并联的多个冷媒通道中的偏流，且提高了省能性的冷冻循环装置。冷冻循环装置用冷媒配管(11)顺序连接压缩机、冷凝器(3)、减压装置及蒸发器而构成循环流道。冷凝器(3)将多个冷媒流道(3a～3b)并联连接且上下配置。使冷凝器(3)的入口(3a1)侧位于上方的冷媒流道(3a)中的运转时内部冷媒成为液态的流道出口(3a2)侧位于比该冷凝器(3)的入口(3b1)侧位于下方的冷媒流道(3a)中的运转时内部冷媒成为液态的流道出口(3b2)侧还靠下侧的位置。

Description

冷冻循环装置

技术领域

本发明涉及冷冻循环装置，尤其适合用于具备了蒸汽压缩型的冷冻循环装置。

背景技术

蒸汽压缩型的冷冻循环装置利用压缩机来压缩冷媒，将所压缩的冷媒的热利用冷凝器向例如大气中或其它介质中发散而使冷媒冷凝，将所冷凝的冷媒利用减压装置进行减压，并将所减压的冷媒用蒸发器蒸发，从而冷却例如空气和水、防冻液等介质。在上述冷凝器中，冷媒以气态流入，在冷凝器内冷凝，以液态流出。因此，在冷凝器的入口和出口，内部的冷媒的密度大不一样。

作为这种冷冻循环装置，有使用如图7所示的室外热交换器3的冷冻循环装置(现有技术1)。该室外热交换器3以多个冷媒流道3a～3f构成。第一冷媒流道3a以从入口部3a1到出口部3a2的流道构成；第二冷媒流道3b以从入口部3b1到出口部3b2的流道构成；第三冷媒流道3c以从入口部3c1到出口部3c2的流道构成；第四冷媒流道3d以从入口部3d1到出口部3d2的流道构成；第五冷媒流道3e以从入口部3e1到出口部3e2的流道构成；第六冷媒流道3f以从入口部3f1到出口部3f2的流道构成。

从室外热交换器3的冷媒配管11流入的气态冷媒经分流器12a～12c而分成四路，流入第一～第四冷媒流道3a～3d，向外部散热并进行冷凝。在第一～第四冷媒流道3a～3d的出口部3a2～3d2冷媒完成冷凝，成为液态冷媒。而且，从第一冷媒流道3a和第二冷媒流道3b流出的液态冷媒在分流器13合流，流入第五冷媒流道3e，进一步向外部散热。另外，从第三冷媒流道3c和第四冷媒流道3d流出的冷媒在分流器14合流，流入第六冷媒流道3f，进一步向外部散热。而且，从第五冷媒流道3e、第六冷媒流道3f的出口部3e2、3f2流出的液态冷媒，在分流器15合流，并向冷媒配管11流出。

另一方面，作为空气调节器用热交换器，公开有日本特开平10-267469号公报(专利文献1)所示的热交换器(现有技术2)。在该现有技术2中，以多个并联的冷媒流道构成作为蒸发器使用的热交换器，通过改变设置于各冷媒通道上的细管部的长度来调节各冷媒流道的压力损失并防止冷媒偏流。

专利文献1：日本特开平10-267469号公报(第7页，图5)

在现有技术1的室外热交换器3中，由于内部冷媒密度大的出口部3a2～3d2的空间高度在第一～第四冷媒流道3a～3d不相同，所以产生由起因于高差和内部的冷媒的密度、以及重力的压力差即位势差所引起的压力差。因此，各出口部3a2～3d2内部的冷媒的压力，在高度最高的出口部3a2最低；在高度最低的出口部3d2最高。

此外，在第一～第四冷媒流道3a～3d的入口部3a1～3d1，伴随空间高度的不同而在内部的冷媒的压力上也有差异，而在入口部由于冷媒的状态为气态，密度比液体小，所以与出口部相比其压力差异小。

因此，就位于空间上的上方的冷媒通道而言，冷媒通道的入口和出口的压力差变大。由于流道内部的冷媒将流道的入口和出口的压力差作为驱动力而流动，所以在位于上方的冷媒通道中流动的冷媒的流量容易变大。

这样，若出现冷媒的偏流，则在各冷媒流道3a～3d的交换热量上产生偏差，所以能够有效地利用的热交换器的传热面积减少。有效传热面积的减少使冷媒的压缩压力增大，并使冷媒的压缩动力增加，所以导致增大冷冻循环的运转时的耗能。因此，在现有技术1中有导致省能性降低之类的问题。

另一方面，在现有技术2中有由于在冷媒流道中附加压力损失，从而增大压缩机的工作量并导致省能性降低之类的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制冷媒在并联的多个冷媒通道中的偏流，且省能性优良的冷冻循环装置。

为了达到上述目的，本发明的第一方式在用冷媒配管顺序连接压缩机、冷凝器、减压装置及蒸发器而构成循环流道，上述冷凝器将多个冷媒流道并联连接且上下配置的冷冻循环装置中，使上述冷凝器的入口侧位于上方的冷媒流道中的运转时内部冷媒成为液态的流道出口侧位于比该冷凝器的入口侧位于下方的冷媒流道中的运转时内部冷媒成为液态的流道出口侧还靠下侧的位置。

涉及本发明的第一方式的更为理想的具体构成例如下：

(1)使上述冷凝器的多个冷媒流道中的运转时内部冷媒成为液态的流道出口侧的高差变小地构成该多个冷媒流道。

(2)上述冷凝器由包括传热管及散热片的交叉翅片管式热交换器构成。

(3)上述冷凝器的多个冷媒流道中的包括空间上最高位置的入口侧传热管的冷媒流道通过中间管在空间上分离成上游流道和下游流道，上述下游流道配置在比上述上游流道还低的位置，并使连接上述上游流道和下游流道的上述中间管内的冷媒状态成为气液二相地进行运转。

(4)上述冷凝器的多个冷媒流道中的包括空间上最低位置的入口侧传热管的冷媒流道通过中间管在空间上分离成上游流道和下游流道，上述下游流道配置在比上述上游流道还高的位置，并使连接上述上游流道和下游流道的上述中间管内的冷媒状态成为气液二相地进行运转。

(5)具备转换从上述压缩机排出的冷媒的流动方向及向该压缩机被吸入的冷媒的流动方向的转换阀，上述冷凝器由室外热交换器构成，上述蒸发器由室内热交换器构成。

另外，本发明的第二方式在用冷媒配管顺序连接压缩机、冷凝器、减压装置及蒸发器而构成循环流道，上述冷凝器将多个冷媒流道并联连接且上下配置的冷冻循环装置中，使上述冷凝器的多个冷媒流道中的运转时内部冷媒成为液态的流道出口侧的高差变小地构成该多个冷媒流道。

本发明具有以下效果。

采用本发明，能够提供一种抑制冷媒在并联的多个冷媒通道中的偏流，且省能性优良的冷冻循环装置。

附图说明

图1是具备了涉及本发明第一实施方式的冷冻循环装置的空气调节器的构成图。

图2是分解表示图1空气调节器的室外热交换器的基本构成要素的图。

图3是图1空气调节器的室外机的透视图。

图4是图1空气调节器的室外热交换器的从安装有配管部件的一侧观察的侧视图。

图5是以模式方式表示图4室外热交换器的冷媒通道的图。

图6是本发明第二实施方式空气调节器的室外热交换器的侧视图。

图7是现有空气调节器的室外热交换器的侧视图。

图中：

1-压缩机，2-四通转换阀，3-室外热交换器，3a-第一冷媒流道，3a1-入口部，3a2-出口部，3a3-上游流道，3a4-中间管，3a5-下游流道，3b-第二冷媒流道，3b1-入口部，3b2-出口部，3b3-上游流道，3b4-中间管，3b5-下游流道，3c-第三冷媒流道，3c1-入口部，3c2-出口部，3d-第四冷媒流道，3d1-入口部，3d2-出口部，3e-第五冷媒流道，3e1-入口部，3e2-出口部，3f-第六冷媒流道，3f1-入口部，3f2-出口部，4-减压装置，5-室内热交换器，6-室外风扇装置，6A-室外风扇，6B-马达，7-室内风扇装置，7A-室内风扇，7B-马达，8-室外机，9-室内机，10-冷冻循环装置，11-冷媒配管，12-分流器，20-空气调节器，31-散热片，32-传热管，32a-U字型传热管，32b-回弯管。

具体实施方式

以下，利用图1至图6说明本发明的多个实施方式。各实施方式及现有例的图中的同一符号表示同一物或相等物。

(第一实施方式)

用图1至图5说明具备了本发明的第一实施方式的冷冻循环装置10的空气调节器20。

首先，关于本实施方式的空气调节器20，一边参照图1一边进行说明。图1是具备了本发明第一实施方式的冷冻循环装置10的空气调节器20的构成图。

空气调节器20是由室外机8和室内机9构成的分体式空气调节器，具备冷冻循环装置10、室外风扇装置6及室内风扇装置7等而构成。

冷冻循环装置10用冷媒配管11顺序连接压缩机1、四通转换阀2、室外热交换器3、减压装置4、室内热交换器5而构成循环流道。在冷冻循环装置10的内部封装有冷媒，虽然在本实施方式中封装有冷媒R410A，但也可以使用例如氨气和碳氢化合物、二氧化碳等冷媒。

在室外机8上搭载有连接压缩机1、四通转换阀2、室外热交换器3、减压装置4、室外风扇装置6、压缩机驱动装置、温度传感器、各要素的配管和电气配线等。

在室内机9上搭载有连接室内热交换器5、室内风扇装置7、各要素的配管和电气配线等。

在进行制冷运转时，通过四通转换阀2如实线所示那样转换而构成使室外热交换器3作为冷凝器起作用，并且使室内热交换器5作为蒸发器起作用的制冷循环的冷冻循环装置10。在进行制热运转时，通过四通转换阀2如虚线所示那样转换而构成使室内热交换器5作为冷凝器起作用，并且使室外热交换器3作为蒸发器起作用的制热循环的冷冻循环装置10。

室外风扇装置6由室外风扇6A和驱动它的马达6b构成。在室外热交换器3中，通过室外风扇6A的旋转而通风的室外空气与在内部流动的冷媒进行热交换。另外，室内风扇装置7由室内风扇7A和驱动它的马达7b构成。在室内热交换器5中，通过室内风扇7A的旋转而通风的室内空气与在内部流动的冷媒进行热交换。

若压缩机1、室外风扇.6、室内风扇7以这种构成驱动，则冷冻循环装置10内部的冷媒在循环器内循环，作为冷冻循环器起作用。即、在进行制冷运转时，冷媒在压缩机1被压缩而成为高温高压的气态冷媒，并经四通转换阀2流入室外热交换器3。在室外热交换器3，内部冷媒由室外空气所冷却，状态从气体渐渐地转为液体，在室外热交换器3的出口，冷媒全部成为液态。在该场合，室外热交换器3作为冷凝器起作用。从室外热交换器3流出的高压液态冷媒在减压装置4减压，成为气体与液体混合的所谓气液二相状态。在减压装置4成为气液二相的冷媒进一步流入室内热交换器5中，从室内空气夺热，冷媒本身从气液二相状态向气态变化。在该场合，室内热交换器5作为蒸发器起作用。从室内热交换器5流出的气态冷媒返回压缩机1，而形成制冷循环。

此外，通过四通转换阀2如虚线所示那样转换，使得冷媒的流动方向变更，室内热交换器5作为冷凝器起作用，而且室外热交换器3作为蒸发器起作用，从而形成制热循环。

下面，一边参照图2至图5一边详细说明制冷循环时的冷凝器即在室外热交换器3上应用本发明的场合。

图2是分解表示图1空气调节器20的室外热交换器3的基本构成要素的图。室外热交换器3以交叉翅片管式热交换器构成，该热交换器包括：多张并排摄制的铝制散热片31；以及贯通该散热片31而蛇行状地延伸的铜制传热管32。图2局部地表示室外热交换器3的基本构成要素。

传热管32包括：贯通多张散热片31的多个U字形传热管32a；以及焊接在该U字形传热管32a的端部32a1上从而与传热管32a一起形成蛇行状的冷媒流道的配管部件即回弯管32b。蛇行状地延伸的传热管32在上下形成多级冷媒流道。而且，室外热交换器3做成将图2所示热交换器要素在空气的流动方向上重叠设置两个的所谓二列的热交换器。

在这种室外热交换器3中，在传热管32b的外侧流动的空气，沿与传热管32a的管轴交叉的方向即散热片31间的间隙流动。

图3是图1空气调节器10的室外机8的透视图。室外热交换器3折弯成大致L字形而形成，配置在室外风扇6a的吸入侧。此外，在图2中为了简单起见，室外热交换器3的传热管32作为一个冷媒流道示出，而实际上如图4所示那样由多个冷媒流道构成。

图4是图1空气调节器10的室外热交换器3的从安装有配管部件的一侧观察的侧视图，图5是以模式方式表示图4室外热交换器的冷媒通道的图。室外热交换器3具备多个冷媒流道即第一～第六冷媒流道3a～3f而构成。

第一冷媒流道3a以从入口部3a1到出口部3a2的流道构成；第二冷媒流道3b以从入口部3b1到出口部3b2的流道构成；第三冷媒流道3c以从入口部3c1到出口部3c2的流道构成；第四冷媒流道3d以从入口部3d1到出口部3d2的流道构成；第五冷媒流道3e以从入口部3e1到出口部3e2的流道构成；第六冷媒流道3f以从入口部3f1到出口部3f2的流道构成。

第一～第四冷媒流道3a～3d的入口部3a1～3d1在室外热交换器3的第一列侧按该顺序的高度位置设置，并且通过分流器12与冷媒配管11连接。换句话说，利用冷媒配管11的冷媒流道通过冷媒配管11向第一～第四冷媒流道3a～3d分支。分流器12沿室外热交换器3的高度方向延伸，具有比冷媒配管11及第一～第四冷媒流道3a～3d大的流道截面积。

第一～第二冷媒流道3a～3b并联连接且在上下设置成多级。第三～第四冷媒流道3c～3d并联连接且在上下设置成多级。因此，第一～第四冷媒流道3a～3d构成并联流道。

第一冷媒流道3a通过中间管3a4在空间上分离成上游流道3a3和下游流道3a5而配置。另外，第二冷媒流道3b通过中间管3b4而在空间上分离成上游流道3b3和下游流道3b5而配置。第一冷媒流道3a的上游流道3a3，以第一列为4级、第二列为4级的共计8级形成，形成为比以第二列的2级形成的下游流道3a5还长。第二冷媒流道3b的上游流道3b3，以第一列为6级、第二列为2级的共计8级形成，形成为比以第二列的2级形成的下游流道3b5还长。

第三冷媒流道3c以第一列为4级、第二列为6级的共计10级形成。第四冷媒流道3d以第一列为6级、第二列为4级的共计10级形成。

第五冷媒流道3e与第一～第二冷媒流道3a～3b的并联流道串联连接。第六冷媒流道3f与第三～第四冷媒流道3c～3d的并联流道串联连接。因此，第五～第六冷媒流道3e～3f构成并联流道，第一～第六冷媒流道3a～3f构成串并联流道。第五冷媒流道3e以形成在第一列上的2级构成，第六冷媒流道3f以形成在第二列上的2级构成。

第一冷媒流道3a的上游流道3a3、第二冷媒流道3b的上游流道3b3、第三冷媒流道3c及第四冷媒流道3d，从上面开始按该顺序设置。即、第一冷媒流道3a的上游流道3a3设置在室外热交换器3的最上部的位置；第二冷媒流道3b的上游流道3b3位于第一冷媒流道3a的上游流道3a3的下侧且室外热交换器3的第二个高度位置；第三冷媒流道3c位于第二冷媒流道3b的上游流道的下侧且室外热交换器3的第三个高度位置；第四冷媒流道3d位于第三冷媒流道3c的下侧且室外热交换器3的第四个高度位置。

另外，第一冷媒流道3a的下游流道3a5设置成比第二冷媒流道3b的下游流道3b5还靠下侧。这些第一冷媒流道3a的下游流道3a5、第二冷媒流道3b的下游流道3b5设置成位于第四冷媒流道3d的第一列冷媒流道的空气上游侧的第二列。再有，第一冷媒流道3a的下游流道3a5、第二冷媒流道3b的下游流道3b5设置成比第三冷媒流道3c的出口部3c2、第四冷媒流道3d的出口部3d2还靠下方，并且比第五冷媒流道3e、第六冷媒流道3f还靠上侧。

使用如上的室外热交换器3，并调节冷媒封装量、压缩机1的旋转速度、室外风扇6a的旋转速度、室内风扇7a的旋转速度、以及减压装置4而进行制冷运转使得中间管3a4、3b4内的冷媒成为气液二相状态，第一～第四冷媒流道3a～3d的出口部3a2～3d2成为液态，则室外热交换器3内的冷媒的流动如下。

在压缩机1所压缩的气态冷媒从冷媒配管11经过分流器12后分成4路而流入第一～第四冷媒流道3a～3d，向外部(室外空气)释放热量并冷凝，在这些第一～第四冷媒流道3a～3d的出口部3a2～3d2冷凝结束，成为液态冷媒。而且，从第一冷媒流道3a和第二冷媒流道3b流出的液态冷媒在分流器13合流，流入第五冷媒流道3e，进一步向外部(室外空气)放热。另外，从第三冷媒流道3c和第四冷媒流道3d流出的液态冷媒在分流器14合流，流入第六冷媒流道3f，进一步向外部(室外空气)放热。而且，从第五冷媒流道3e、第六冷媒流道3f的出口部3e2、3f2流出的液态冷媒在分流器15合流，流入冷媒配管11。

这里，若注意到内部的冷媒成为液态的第一～第四冷媒流道3a～3d的出口部3a2～3d2的高差，则处在最高位置的第三冷媒流道3c的出口部3c2和处在最低位置的第一冷媒流道3a的出口部3a2之差在热交换器的级数上为8级。另一方面，若注意到图7所示的现有室外热交换器3的第一～第四冷媒流道3a～3d的出口部3a2～3d2的高差，则处在最高位置的第一冷媒流道3a的出口部3a2和处在最低位置的第四冷媒流道3d的出口部3d2之差在热交换器的级数上为14级。即、本实施方式的室外热交换器3的第一～第四冷媒流道3a～3d的出口部3a2～3d2的高差比图7所示的现有室外热交换器3的第一～第四冷媒流道3a～3d的出口部3a2～3d2的高差还小。由此，本实施方式的室外热交换器3的第一～第四冷媒流道3a～3d出口部的内部冷媒压力之差变得比现有例还小。其结果，能够使各冷媒流道的出入口的压力差均匀化。即、由于能够使各冷媒流道的冷媒的流量均匀化，减少冷媒的偏流，所以能够提高冷冻循环的省能性。

另外，若注意到第一冷媒流道3a及第二冷媒流道3b的入口侧及出口侧的高度，则使入口侧为上级的第一冷媒流道3a中的运转时内部冷媒成为液态的流道出口部3a2侧位于比入口侧为下级的第二冷媒流道3b中的运转时内部冷媒成为液态的流道出口部3b2侧还靠下侧的位置。由此，第一冷媒流道3a和第二冷媒流道3b的压力差变小，减少冷媒的偏流，从而能够提高冷冻循环的省能性。

(第二实施方式)

下面用图6说明本发明第二实施方式。图6是本发明第二实施方式空气调节器10的室外热交换器3的侧视图。该第二实施方式在下述的方面不同于第一实施方式，至于其它方面，由于与第一实施方式基本相同，所以省略重复的说明。此外，图6与图4对应。

在该第二实施方式中，构成室外热交换器3的并联电路的第一～第四冷媒流道3a～3d中作为包括空间上最低位置的传热管的冷媒流道的第四冷媒流道3d通过中间管3d4在空间上分离成上游流道3d3和下游流道3d5，而且下游流道3d5配置在相对上游流道3d3高的位置。另外，至于第三冷媒流道3c也通过中间管3c4在空间上分离成上游流道3c3和下游流道3c5，而且下游流道3c55配置在相对上游流道3c3高的位置。

使用如上的室外热交换器3，并调节冷媒封装量、压缩机1的旋转速度、室外风扇6a的旋转速度、室内风扇7a的旋转速度、以及减压装置4而进行制冷运转使得中间管3c4、3d4内的冷媒成为气液二相状态，则室外热交换器3内的冷媒的流动如下。

从冷媒配管11流入的气态冷媒经过分流器12后分成4路而流入第一～第四冷媒流道3a～3d，向外部释放热量并进行冷凝。在第一～第四冷媒流道3a～3d的出口部3a2～3d2冷凝结束，成为液态冷媒。而且，从第一冷媒流道3a和第二冷媒流道3b流出的液态冷媒在分流器13合流，流入第五冷媒流道3e，进一步向外部放热。另外，从第三冷媒流道3c和第四冷媒流道3d流出的液态冷媒在分流器14合流，流入第六冷媒流道3f，进一步向外部放热。而且，从第五冷媒流道3e、第六冷媒流道3f的出口部3e2、3f2流出的液态冷媒在分流器15合流，到达冷媒配管11。

第一冷媒流道3a以第一列为6级、第二列为4级的共计10级形成。第二冷媒流道3b以第一列为6级、第二列为4级的共计10级形成。

第三冷媒流道3c通过中间管3c4在空间上分离成上游流道3c3和下游流道3c5。另外，第四冷媒流道3d通过中间管3d4在空间上分离成上游流道3d3和下游流道3d5。第三冷媒流道3c的上游流道3c3以第一列为4级、第二列为4级的共计8级形成，形成为比以第二列的2级形成的下游流道3c5还长。第四冷媒流道3d的上游流道3d3以第一列为4级、第二列为4级的共计8级形成，形成为比以第二列的2级形成的下游流道3a5还长。

这里，若注意到内部的冷媒成为液态的第一～第四冷媒流道3a～3d的出口部3a2～3d2的高差，则处在最高位置的第四冷媒流道3d的出口部3d2和处在最低位置的第二冷媒流道3b的出口部3b2之差在热交换器的级数上为10级。该10级之差比处在图7所示的现有室外热交换器3的最高位置的第一冷媒流道3a的出口部3a2和处在最低位置的第四冷媒流道3d的出口部3d2之差的14级还小。换句话说，该第二实施方式的第一～第四冷媒流道3a～3d的出口部的内部冷媒压力的差变小，减少冷媒的偏流。即、提高了冷冻循环的省能性。

(其它实施方式)

在上述的实施方式中，作为冷冻循环装置的一例以分体式空气调节器为例进行了说明，而只要是具备了交叉翅片管式且多个冷媒流道沿大致铅垂方向以上下多级构成并具有并联冷媒流道的冷凝器的冷冻循环装置，则也能够在例如冷冻机和冷水供给装置、热水供给装置等上适用本发明，并提高省能性。

Claims (3)

1.一种冷冻循环装置，用冷媒配管顺序连接压缩机、冷凝器、减压装置及蒸发器而构成循环流道，上述冷凝器将多个冷媒流道并联连接且上下配置，其特征在于，

使上述冷凝器的所述多个冷媒流道中的第一部分冷媒流道中运转时内部冷媒成为液态的出口侧位于比第二部分冷媒流道中运转时内部冷媒成为液态的出口侧还靠下侧的位置，所述第二部分冷媒流道的入口侧位于所述第一部分冷媒流道的入口侧下方，

上述冷凝器的上述多个冷媒流道中的包括空间上最高位置的入口侧传热管的上述第二部分冷媒流道配置成通过中间管在空间上分离成上游流道和下游流道，上述下游流道配置在比上述上游流道还低的位置，并使连接上述上游流道和下游流道的上述中间管内的冷媒状态成为气液二相地进行运转；

或者上述冷凝器的上述多个冷媒流道中的包括空间上最低位置的入口侧传热管的上述第二部分冷媒流道配置成通过中间管在空间上分离成上游流道和下游流道，上述下游流道配置在比上述上游流道还高的位置，并使连接上述上游流道和下游流道的上述中间管内的冷媒状态成为气液二相地进行运转。

2.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，

上述冷凝器由包括传热管及散热片的交叉翅片管式热交换器构成。

3.根据权利要求1所述的冷冻循环装置，其特征在于，

具备转换阀，所述转换阀转换从上述压缩机排出的冷媒的流动方向以及被该压缩机吸入的、流向该压缩机的冷媒的流动方向，上述冷凝器由室外热交换器构成，上述蒸发器由室内热交换器构成。

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