CN113631875A - 换热器 - Google Patents

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    • F28F2250/102—Particular pattern of flow of the heat exchange media with change of flow direction

Abstract

一种换热器(23)，其具备将使制冷剂从外部流入的第一列的换热模块(50a)、使制冷剂向外部流出的第二列的换热模块(50b)、使制冷剂向外部流出的第三列的换热模块(50c)、以及使制冷剂从第一列的换热模块(50a)向第二列的换热模块(50b)及第三列的换热模块(50c)分流的分流模块(40)，第一列的换热模块(50a)构成制冷剂的去路(50aD)、第二列的换热模块(50b)及第三列的换热模块(50c)这两者分别构成制冷剂的回路(50bU、50cU)，由此制冷剂的流路形成一个往返。

Description

换热器
技术领域
本发明涉及一种换热器。
背景技术
以往，已知有将具有扁管的换热模块连接成三列的空调机的室外机(例如，参见专利文献1)。
如图8所示，在专利文献1中，以实现吹出空气温度的均匀化为目的，第一列的换热模块构成制冷剂的第一去路，第二列的换热模块与被分流的制冷剂对应地构成第一回路及第二去路，第三列的换热模块构成合流后的制冷剂的第二回路。另外，考虑到节省空间且为了使连接于入口管或出口管的配管长度变短，将连接于第一列的换热模块的制冷剂入口管和连接于第三列的换热模块的制冷剂出口管从同一侧的集管引出。
但是，在现有技术的控制中，由于相对于三列配置的换热模块，制冷剂的流路构成两个往返，存在流路长度变长，进而使圧力損失变大的问题。此外，在第二列的换热模块中包括第一回路和第二去路。因分别在第一回路和第二去路中流动的制冷剂的状态或温度存在差异，使其与空气的换热量产生偏差，其结果存在使换热器的换热功能下降的问题。
专利文献1:日本专利特开2016-125671号公报
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种即使是将换热模块配置成三列的换热器也能够抑制压力损失，并且使各列的出口側的制冷剂的状态均匀的换热器。
为了达成上述目的，本发明可以理解成以下内容。(1)本发明的第一观点是：一种换热器，其在通风方向上层叠配置有：使制冷剂从外部流入的第一列的换热模块、使制冷剂向外部流出的第二列的换热模块、以及使制冷剂向外部流出的第三列的换热模块，并且具备将从所述第一列的换热模块流入的制冷剂向所述第二列的换热模块及所述第三列的换热模块分流的分流模块，所述第一列的换热模块构成制冷剂的去路、所述第二列的换热模块及所述第三列的换热模块这两者分别构成制冷剂的回路，由此制冷剂的流路在所述换热器的供制冷剂流入的入口与使制冷剂流出的出口之间形成一个往返。
(2)在上述(1)中，所述分流模块对制冷剂进行分流，以使流入作为所述通风方向的上风侧的所述第二列的换热模块的制冷剂的量大于流入作为所述通风方向的下风侧的所述第三列的换热模块的制冷剂的量。
(3)在上述(2)中，所述分流模块具备与所述第一列的换热模块连通的第一分流室、与所述第二列的换热模块连通的第二分流室、以及与所述第三列的换热模块连通的第三分流室，连接作为所述第一分流室与所述第二分流室的流入口的第一流入口的直径大于连接作为所述第一分流室与所述第三分流室的流入口的第二流入口的直径。
(4)在上述(3)中，所述分流模块具备将所述第一列的换热模块与第二列的换热模块连通的第四分流室、以及将所述第一列的换热模块与第三列的换热模块连通的第五分流室，连接作为所述第一列的换热模块与所述第三分流室的流入口的第三流入口的直径大于连接作为所述第一列的换热模块与所述第五分流室的流入口的第四流入口的直径。
根据本发明能够提供一种换热器，其即使是将换热模块配置成三列的换热器也能够抑制压力损失，并且使各列的出口側的制冷剂的状态均匀。
附图说明
图1A是说明本发明实施方式的空调机的图，且是表示空调机的制冷剂回路的制冷剂回路图。
图1B是表示室外机控制单元的框图。
图2是表示本发明实施方式的换热器的立体图。
图3是示意性地表示三列的换热器中两个往返的制冷剂的流路的立体图。
图4是示意性地表示三列的换热器中一个往返的制冷剂的流路的立体图。
图5是表示分流模块的一形式的图。
图6是表示分流模块的另一形式的图。
图7是表示分流模块的再一形式的图。
图8是表示现有技术涉及的三列的换热器的立体图。
具体实施方式
实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，本发明并不限于以下实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种变形。
制冷剂回路的结构
首先，参照图1A对包括室外机2的空调机1的制冷剂回路进行说明。如图1A所示，本实施方式的空调机1具备设置于室外的室外机2、以及设置于室内且通过液体管4及气体管5连接于室外机2的室内机3。具体地，室外机2的液体侧关闭阀25与室内机3的液体管连接部33通过液体管4连接。此外，室外机2的气体侧关闭阀26与室内机3的气体管连接部34通过气体管5连接。由此形成空调机1的制冷剂回路10。
室外机的制冷剂回路
首先，对室外机2进行说明。室外机2具备：压缩机21、四通阀22、室外换热器23、膨胀阀24、连接有液体管4的液体侧关闭阀25、连接有气体管5的气体侧关闭阀26、及室外风机27。并且，除室外风机27外的这些各装置通过后述的各制冷剂管道相互连接，由此形成构成制冷剂回路10的一部分的室外机制冷剂回路10a。另外，可以在压缩机21的制冷剂吸入側设置储液器(未图示)。
压缩机21是容量可变压缩机，由未图示的逆变器控制其转速，由此能够改变工作负荷。压缩机21的制冷剂排出侧与四通阀22的端口a通过排出管61连接。此外，压缩机21的制冷剂吸入側与四通阀22的端口c通过吸入管66连接。
四通阀22是用于切换制冷剂的流动方向的阀，且具备a、b、c、d四个端口。如上所述，端口a与压缩机21的制冷剂排出侧通过排出管61连接。端口b与室外换热器23的一方的制冷剂出入口通过制冷剂管道62连接。如上所述，端口c与压缩机21的制冷剂吸入側通过吸入管66连接。并且，端口d与气体侧关闭阀26通过制冷剂管道64连接。
室外换热器23用于使制冷剂与通过后述的室外风机27的旋转被吸入至室外机2内部的外部气体进行热交换。如上所述，室外换热器23的一方的制冷剂出入口与四通阀22的端口b通过制冷剂管道62连接，另一方的制冷剂出入口与液体侧关闭阀25通过制冷剂管道63连接。通过后述的四通阀22的切换，室外换热器23在制冷运行时用作冷凝器，在制热运行时用作蒸发器。
膨胀阀24是通过未图示的脉冲电动机驱动的电子膨胀阀。具体地，其开度根据施加于脉冲电动机的脉冲数被调整。以使在制热运行时从压缩机21排出的制冷剂的温度、即排出温度成为规定的目标温度的方式，膨胀阀24的开度被调整。
室外风机27由树脂材料形成，并配置于室外换热器23的附近。室外风机27的中心部连接于未图示的风机电动机的旋转轴。室外风机27通过风机电动机旋转而旋转。通过室外风机27的旋转，从室外机2的未图示的吸入口向室外机2的内部吸入外部气体，并将在室外换热器23中与制冷剂进行了热交换的外部气体从室外机2的未图示的吹出口向室外机2的外部排出。
除以上说明的结构外，在室外机2设置有各种传感器。如图1A所示，排出管61设置有：排出压力传感器71，其检测从压缩机21排出的制冷剂的压力；以及排出温度传感器73，其检测从压缩机21排出的制冷剂的温度(上述的排出温度)。吸入管66设置有：吸入压力传感器72，其检测吸入到压缩机21的制冷剂的压力；以及吸入温度传感器74，其检测吸入到压缩机21的制冷剂的温度。
室外换热器23的未图示的制冷剂通道的大致中间部设置有换热温度传感器75，其检测室外换热器23的温度、即室外换热温度。并且，在室外机2的未图示的吸入口附近具备外部气体温度传感器76，其检测流入室外机2内部的外部气体的温度、即外部气体温度。
此外，室外机2具备室外机控制单元200。室外机控制单元200搭载于控制基板，该控制基板收纳于室外机2的未图示的电气设备箱。如图1B所示，室外机控制单元200(另外，在本说明书中有时将室外机控制单元200简单地称为控制单元)具备CPU210、存储部220、通信部230、以及传感器输入部240。
存储部220由快闪存储器构成，其存储有室外机2的控制程序、与来自各种传感器的检测信号对应的检测值、压缩机21或室外风机27等的控制状态等。此外，虽然省略了图示，但在存储部220中预先存储有转速表，该转速表中根据从室内机3接收的需求能力规定有压缩机21的转速。
通信部230是与室内机3进行通信的接口。传感器输入部240获取室外机2的各种传感器的检测结果，并将其输出至CPU210。
CPU210通过传感器输入部240获取上述的室外机2的各传感器的检测结果。进一步地，CPU210通过通信部230获取从室内机3发送的控制信号。CPU210基于所获取的检测结果或控制信号等，进行压缩机21或室外风机27的驱动控制。此外，CPU210基于所获取的检测结果或控制信号，进行四通阀22的切换控制。进一步地，CPU210基于所获取的检测结果或控制信号，进行膨胀阀24的开度调整。
室内机的制冷剂回路
接着，参见图1A对室内机3进行说明。室内机3具备：室内换热器31、室内风机32、连接有液体管4的另一端的液体管连接部33、以及连接有气体管5的另一端的气体管连接部34。并且，除室内风机32外的这些各装置通过在以下详述的各制冷剂管道相互连接，由此形成构成制冷剂回路10的一部分的室内机制冷剂回路10b。
室内换热器31用于使制冷剂与通过后述的室内风机32的旋转从室内机3的未图示的吸入口吸入至室内机3内部的室内空气进行热交换。室内换热器31的一方的制冷剂出入口与液体管连接部33通过室内机液体管67连接。室内换热器31的另一方的制冷剂出入口与气体管连接部34通过室内机气体管68连接。室内换热器31在室内机3进行制冷运行时用作蒸发器，在室内机3进行制热运行时用作冷凝器。
室内风机32由树脂材料形成，并配置于室内换热器31的附近。通过未图示的风机电动机的旋转，室内风机32从室内机3的未图示的吸入口向室内机3的内部吸入室内空气，并将在室内换热器31中与制冷剂进行了热交换的室内空气从室内机3的未图示的吹出口向室内吹出。
除以上说明的结构外，在室内机3设置有各种传感器。室内机液体管67设置有液体侧温度传感器77，其检测流入室内换热器31或从室内换热器31流出的制冷剂的温度。室内机气体管68设置有气体侧温度传感器78，其检测从室内换热器31流出或流入室内换热器31的制冷剂的温度。并且，在室内机3的未图示的吸入口附近具备室内温度传感器79，其检测流入室内机3内部的室内空气的温度、即室内温度。
制冷剂回路的动作
接着，参见图1A，对本实施方式涉及的空调机1的空调运行时的制冷剂回路10中制冷剂的流动或各部件的动作进行说明。以下，基于在图中用实线示出的制冷剂的流动，对室内机3进行制热运行的情况进行说明。另外，用虚线示出的制冷剂的流动表示制冷运行。
在室内机3进行制热运行时，CPU210对四通阀22进行切换，以使其处于如图1A所示的用实线表示的状态，即四通阀22的端口a与端口d连通且端口b与端口c连通。由此，在制冷剂回路10中制冷剂在用实线箭头表示的方向上循环，由此形成将室外换热器23用作蒸发器且将室内换热器31用作冷凝器的制热循环。
从压缩机21排出的高压的制冷剂流过排出管61并流入四通阀22。流入四通阀22的端口a的制冷剂从四通阀22的端口d流过制冷剂管道64，并经由气体侧关闭阀26流入气体管5。流过气体管5的制冷剂经由气体管连接部34流入室内机3。
流入室内机3的制冷剂流过室内机气体管68并流入室内换热器31，并与通过室内风机32的旋转吸入至室内机3内部的室内空气进行热交换，由此使其凝缩。如上所述，通过将室内换热器31用作冷凝器，并将在室内换热器31与制冷剂进行了热交换的室内空气从未图示的吹出口向室内吹出，来对设置有室内机3的室内进行制热。
从室内换热器31流出的制冷剂流过室内机液体管67，并经由液体管连接部33流入液体管4。流过液体管4并经由液体侧关闭阀25流入了室外机2的制冷剂，流过制冷剂管道63，并在通过膨胀阀24时被减压。如上所述，以使压缩机21的排出温度成为规定的目标温度的方式，制热运行时的膨胀阀24的开度被调整。
通过膨胀阀24并流入室外换热器23的制冷剂与通过室外风机27的旋转吸入至室外机2的内部的外部气体进行热交换，由此使其蒸发。从室外换热器23流出至制冷剂管道62的制冷剂流过四通阀22的端口b和端口c、以及吸入管66，并由压缩机21吸入而再次被压缩。
换热器以及制冷剂的流路
本实施方式涉及的室外换热器23(以下，称之为换热器23)中，将具备扁管(传热管)的换热模块50设置成三列。
接着，与现有的换热器进行比较并参见图2至图8，对换热器23及其内部的制冷剂的流路进行说明。
首先，参照图8对现有的换热器23进行说明。如图8所示，换热器23具备三列的换热模块50(50a、50b、50c)。各列的两端设置有上方集管81(81a、81b、81c)及下方集管82(82a、82b、82c)。在第一上方集管81c连接有供制冷剂从外部流入的制冷剂管道63(以下称为入口管63)，在第三上方集管81a设置有供制冷剂向外部流出的制冷剂管道62(以下称为出口管62)。通风方向的上风侧设定在第一列的换热模块50a侧。在第一列的换热模块50a的下风侧，第二列的换热模块50b与第三列的换热模块50c依次并排。另外，字尾的“a、b、c”是以从通风方向的上风侧观察时的顺序赋予的。
图7示意性地表示图8的现有换热器23中制冷剂的流路(省略了图8中两端的集管81、82)。即，从入口管63流入第三列的换热模块50c的制冷剂从第一上方集管81c朝向第一下方集管82c流过第一去路50cD。流入第一下方集管82c的制冷剂在流入第二下方集管82b后，朝向第二上方集管81b流过配置于第二列的换热模块50b的中央部的第一回路50bU。在第二上方集管81b中分流后的制冷剂朝向第二下方集管82b，流过配置于第二列的换热模块50b的第一回路50bU的两侧的第二去路50bD。并且，在第三下方集管82a合流后的制冷剂朝向第三上方集管81a，流过第一列的换热模块50a中的第二回路50aU，并从第三上方集管81a经由出口管62向外部流出。
如上所述，在第二列的换热模块50b的内部、即在一个换热模块50中使制冷剂分流，由此使换热器23中现有的制冷剂的流路在三列的换热模块50c、50b、50a整体中形成两个往返。因此，制冷剂的折返次数增多，由此无法降低压力损失。
因此，本实施方式涉及的换热器23通过后述的分流模块40，在三列的换热模块50c、50b、50a整体中在供换热器23的制冷剂流入的入口与供制冷剂流出的出口之间形成一个往返，由此降低压力损失。首先，参考图2对本实施方式涉及的换热器23进行说明。另外，对与图8的现有换热器23相同的结构赋予相同的符号。如图2所示，换热器23中，三列的换热模块50(50a、50b、50c)在通风方向上层叠配置。在各列两端设置有远处侧集管83(83a、83b、83c)及近处侧集管84(后述的分流模块40)。在第一远处侧集管83a连接有供制冷剂从外部流入的入口管63，在第二远处侧集管83b和第三远处侧集管83c设置有供制冷剂向外部流出的出口管62。通风方向的上风侧设定在第一列的换热模块50a侧。另外，字尾的“a、b、c”是以从通风方向的上风侧观察时的顺序赋予的。
在本实施方式的换热器23中，如图3所示(由于两端的集管83、84被省略，参照图2)，制冷剂的流路以一个往返的方式流过三列的换热模块50a、50b、50c内部。即，从入口管63流入第一列的换热模块50a的制冷剂从第一远处侧集管83a朝向近处侧流过去路50aD。在近处侧集管84中被后述的分流模块40分流的制冷剂，朝向第二远处侧集管83b流过与第二列的换热模块50b对应的第一回路50bU，并且朝向第三远处侧集管83c流过与第三列的换热模块50c对应的第二回路50cU。并且，前者从第二远处侧集管83b经由出口管62向外部流出，后者从第三远处侧集管83c经由另一个出口管62向外部流出。
如上所述，在第一列的换热模块50a与第二列的换热模块50b及第三列的换热模块50c之间使制冷剂分流，由此使换热器23中的本实施方式涉及的制冷剂的流路在三列的换热模块50a、50b、50c整体中形成一个往返。因此，制冷剂的折返次数变少，且流路长度变短，因此能够抑制压力损失。
另外，与现有的两个往返相比较，在以一个往返使制冷剂流动时，虽然流路的长度变短，但换热量不减少。其原因是，与通过一列的换热模块50分流的现有技术相比较，作为回路使制冷剂在两列的换热模块50中并行流动，由此制冷剂的流速变慢，因此其与空气接触的时间、即在扁管(传热管)中流动的时间与现有技术相同，不会对换热量产生影响。
分流模块
接着，对相对于作为回路的两列的换热模块50b、50c，在近处侧集管84中对制冷剂进行分流并使其折返的方法进行说明。在为了使换热量变多而将换热模块50的列数设为三列时，在并列的第二列的换热模块50b及第三列的换热模块50c中通过的空气温度不同。具体地，通过了第二列的换热模块50b的空气通过位于通风方向的下风侧的第三列的换热模块50c。因此，在第三列的换热模块50c中空气与制冷剂的温差变得较小，进而对换热量产生差异。
在换热量不同的第二列的换热模块50b及第三列的换热模块50c中使相同量的制冷剂流动时，使两个换热模块的出口侧的制冷剂的状态产生偏差。以下，举例说明将本换热器23作为冷凝器而使用的情况。在位于上风侧的第二列的换热模块50b中流动的制冷剂由于其与空气的温差较大，因此换热量变大，进而在出口侧的制冷剂的过冷度变大。另一方面，在位于下风侧的第三列的换热模块50c中流动的制冷剂与通过了第二列的换热模块50b的空气进行热交换。即，由于与空气的温差较小，换热量变小，由此在出口侧的制冷剂的过冷度较小，或者不被过冷却而成为气液两相状态。其结果，在第二列的换热模块50b中，对制冷剂与空气之间的热交换贡献度小的液体单相区域变大，导致换热器23的换热功能下降。因此，为了使在第二列的换热模块50b与第三列的换热模块50c之间的出口侧的制冷剂状态均匀，在本实施方式中，将分流模块40设于近处侧集管84，并以使被分配而流动的制冷剂的量在上风侧相比于下风侧多的方式进行调整。
图4表示分流模块40的一个示例。分流模块40具备分别与第一例的换热模块50a、第二列的换热模块50b、及第三列的换热模块50c连通的第一分流室40a、第二分流室40b、及第三分流室40c。并且，连接第一分流室40a与第二分流室40b的第一流入口41的直径W1设定成大于连接第一分流室40a与第三分流室40c的第二流入口42的直径W2。由此，流过去路50aD的制冷剂被分流成向第一回路50bU流动的量大于向第二回路50cU流动的量。
图5表示分流模块40的另一示例。分流模块40具备将第一列的换热模块50a与第二列的换热模块50b连通的第四分流室40b2、以及将第一例的换热模块50a与第三列的换热模块50c连通的第五分流室40c2。并且，连接第一列的换热模块50a与第四分流室40b2的第三流入口43的直径W3设定成大于连接第一列的换热模块50a与第五分流室40c2的第四流入口44的直径W4。由此，流过去路50aD的制冷剂被分流成向第一回路50bU流动的量大于向第二回路50cU流动的量。
在图4及图5中，将分流模块40作为一个壳体示出，但其形式不限于此。例如，如在图6中示意性地表示的那样，可在与第一列的换热模块50a、第二列的换热模块50b、及第三列的换热模块50c对应的第一近处侧集管84a、第二近处侧集管84b、及第三近处侧集管84c的内部，分别设置第一分流室40a、第二分流室40b、及第三分流室40c，并将从第一分流室40a连接第二分流室40b的管道的直径设定成大于从第一分流室40a连接第三分流室40c的管道的直径。
符号说明
1 空调机
2 室外机
3 室内机
4 液体管
5 气体管
10 制冷剂回路
10a 室外机制冷剂回路
10b 室内机制冷剂回路
21 压缩机
22 四通阀
23 室外换热器
24 膨胀阀
25 液体侧关闭阀
26 气体侧关闭阀
27 室外风机
31 室内换热器
32 室内风机
33 液体管连接部
34 气体管连接部
40 分流模块
50 换热模块
61 排出管
62 制冷剂管道(出口管)
63 制冷剂管道(入口管)
64 制冷剂管道
66 吸入管
67 室内机液体管
68 室内机气体管
71 排出压力传感器
72 吸入压力传感器
73 排出温度传感器
74 吸入温度传感器
75 换热温度传感器
76 外部气体温度传感器
77 液体侧温度传感器
78 气体侧温度传感器
79 室内温度传感器
81 上方集管
82 下方集管
200 室外机控制单元
210 CPU
220 存储部
230 通信部
240 传感器输入部

Claims (4)

1.一种换热器，其在通风方向上层叠配置有：使制冷剂从外部流入的第一列的换热模块、使制冷剂向外部流出的第二列的换热模块、以及使制冷剂向外部流出的第三列的换热模块，并且具备将从所述第一列的换热模块流入的制冷剂向所述第二列的换热模块及所述第三列的换热模块分流的分流模块，所述换热器的特征在于，
所述第一列的换热模块构成制冷剂的去路、所述第二列的换热模块及所述第三列的换热模块这两者分别构成制冷剂的回路，由此制冷剂的流路在所述换热器的供制冷剂流入的入口与使制冷剂流出的出口之间形成一个往返。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，
所述分流模块对制冷剂进行分流，以使流入作为所述通风方向的上风侧的所述第二列的换热模块的制冷剂的量大于流入作为所述通风方向的下风侧的所述第三列的换热模块的制冷剂的量。
3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，
所述分流模块具备分别与所述第一列的换热模块、所述第二列的换热模块、及所述第三列的换热模块连通的第一分流室、第二分流室、以及第三分流室，连接所述第一分流室与所述第二分流室的第一流入口的直径大于连接所述第一分流室与所述第三分流室的第二流入口的直径。
4.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于，
所述分流模块具备将所述第一列的换热模块与所述第二列的换热模块连通的第四分流室、以及将所述第一列的换热模块与所述第三列的换热模块连通的第五分流室，连接所述第一列的换热模块与所述第三分流室的第三流入口的直径大于连接所述第一列的换热模块与所述第五分流室的第四流入口的直径。
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