JP2000304380A - 熱交換器 - Google Patents
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- F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
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- F28D1/0477—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits being bent in a serpentine or zig-zag
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
- F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
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- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0068—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for refrigerant cycles
- F28D2021/0073—Gas coolers
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高圧側で相変化を伴わない二酸化炭素を冷媒
とする蒸気圧縮式冷凍装置で、ガスクーラ１２内の熱交
換器の伝熱性能を向上することにより、ガスクーラ１２
の出側１２ｂの冷媒の温度を下げて、蒸気圧縮式冷凍装
置の性能を向上する。 【解決手段】 複数列から構成される熱交換器で、各列
の熱交換器１６、１７、１８を連通する冷媒パス１９、
２０、２１、２２の数が、ガスクーラ１２の冷媒の入側
１２ａから出側１２ｂに向かうほど少なくするように
し、また熱交換器１６、１７、１８の冷媒パスの出入口
の数を変えることにより、冷媒の温度レベルに伴なう冷
媒密度の増大に応じて、各々の熱交換器内を流動する冷
媒を熱交換に適した流速に保つ。
とする蒸気圧縮式冷凍装置で、ガスクーラ１２内の熱交
換器の伝熱性能を向上することにより、ガスクーラ１２
の出側１２ｂの冷媒の温度を下げて、蒸気圧縮式冷凍装
置の性能を向上する。 【解決手段】 複数列から構成される熱交換器で、各列
の熱交換器１６、１７、１８を連通する冷媒パス１９、
２０、２１、２２の数が、ガスクーラ１２の冷媒の入側
１２ａから出側１２ｂに向かうほど少なくするように
し、また熱交換器１６、１７、１８の冷媒パスの出入口
の数を変えることにより、冷媒の温度レベルに伴なう冷
媒密度の増大に応じて、各々の熱交換器内を流動する冷
媒を熱交換に適した流速に保つ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化炭素を冷媒
として用いる蒸気圧縮式冷凍装置用の熱交換器に関する
ものである。
として用いる蒸気圧縮式冷凍装置用の熱交換器に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の蒸気圧縮式冷凍装置としては、例
えば特公平０７−０１８６０２号公報に開示されている
ように、図１０に示すような構成になっている。この装
置は圧縮機３１、凝縮熱交換器３２、膨張弁３３、及び
蒸発熱交換器３４から構成される。それらの要素は流動
閉回路に連結され、そこに冷媒が循環している。
えば特公平０７−０１８６０２号公報に開示されている
ように、図１０に示すような構成になっている。この装
置は圧縮機３１、凝縮熱交換器３２、膨張弁３３、及び
蒸発熱交換器３４から構成される。それらの要素は流動
閉回路に連結され、そこに冷媒が循環している。
【０００３】蒸気圧縮式冷凍装置の運転原理は次のとお
りである。冷媒蒸気の圧力及び温度は圧縮機３１によっ
て増大され、次いで、その冷媒蒸気が凝縮器３２に入
り、そこで冷却及び凝縮され、熱が二次冷却材に与えら
れる。この後、高圧の液状冷媒は膨張弁３３により蒸発
圧力及び温度に絞られる。蒸発器３４において、冷媒は
気化し、その周辺から熱を吸収する。蒸発器３４の出口
における蒸気は、圧縮機３１に吸い込まれ、サイクルが
完了する。
りである。冷媒蒸気の圧力及び温度は圧縮機３１によっ
て増大され、次いで、その冷媒蒸気が凝縮器３２に入
り、そこで冷却及び凝縮され、熱が二次冷却材に与えら
れる。この後、高圧の液状冷媒は膨張弁３３により蒸発
圧力及び温度に絞られる。蒸発器３４において、冷媒は
気化し、その周辺から熱を吸収する。蒸発器３４の出口
における蒸気は、圧縮機３１に吸い込まれ、サイクルが
完了する。
【０００４】蒸気圧縮式冷凍装置の冷媒に二酸化炭素を
使用する場合、二酸化炭素は可燃性、毒性が無いことに
加え、地球温暖化係数も小さく、フロンの代替冷媒と目
されている。
使用する場合、二酸化炭素は可燃性、毒性が無いことに
加え、地球温暖化係数も小さく、フロンの代替冷媒と目
されている。
【０００５】二酸化炭素を使用した蒸気圧縮式冷凍装置
は、空調、冷凍用として使用する場合、従来のフロンを
冷媒として用いた蒸気圧縮式冷凍装置に比べて、冷媒圧
力が高く、高圧側の圧力が二酸化炭素の臨界圧力以上の
圧力（超臨界圧力）となる。
は、空調、冷凍用として使用する場合、従来のフロンを
冷媒として用いた蒸気圧縮式冷凍装置に比べて、冷媒圧
力が高く、高圧側の圧力が二酸化炭素の臨界圧力以上の
圧力（超臨界圧力）となる。
【０００６】つまり、従来のフロンを冷媒とする蒸気圧
縮式冷凍装置では、圧縮機から吐出したガス状のフロン
冷媒は、ガスクーラの熱交換器で凝縮液化するが、二酸
化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍装置では、超臨界圧
力のため熱交換器内で凝縮せず、相変化を伴わずに放熱
により徐々に温度が低下する。
縮式冷凍装置では、圧縮機から吐出したガス状のフロン
冷媒は、ガスクーラの熱交換器で凝縮液化するが、二酸
化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍装置では、超臨界圧
力のため熱交換器内で凝縮せず、相変化を伴わずに放熱
により徐々に温度が低下する。
【０００７】図９に従来の蒸気圧縮式サイクルの凝縮器
の熱交換器を示す。従来のフロン冷媒の蒸気圧縮式冷凍
装置に使用する熱交換器では、各パスに別れた冷媒は、
第１列目を流れた後、同数の冷媒パスで第２列目を流
れ、凝縮器出側で合流し膨張弁へ送られる。
の熱交換器を示す。従来のフロン冷媒の蒸気圧縮式冷凍
装置に使用する熱交換器では、各パスに別れた冷媒は、
第１列目を流れた後、同数の冷媒パスで第２列目を流
れ、凝縮器出側で合流し膨張弁へ送られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら二酸化炭
素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍装置では、冷媒の圧力が
フロンを冷媒とする蒸気圧縮式冷凍装置と比べて高いた
め、従来の熱交換器をそのままでは強度不足で使用でき
ない。
素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍装置では、冷媒の圧力が
フロンを冷媒とする蒸気圧縮式冷凍装置と比べて高いた
め、従来の熱交換器をそのままでは強度不足で使用でき
ない。
【０００９】また、性能面でも熱交換器で相変化を伴わ
ない温度勾配のある熱交換を行うため、従来のフロンを
冷媒とした熱交換器で相変化を伴なう蒸気圧縮式冷凍装
置と同様の熱交換器では、十分な熱交換能力が得られな
い。そのため熱交換器の大型化や消費エネルギーの増大
を招くという問題がある。
ない温度勾配のある熱交換を行うため、従来のフロンを
冷媒とした熱交換器で相変化を伴なう蒸気圧縮式冷凍装
置と同様の熱交換器では、十分な熱交換能力が得られな
い。そのため熱交換器の大型化や消費エネルギーの増大
を招くという問題がある。
【００１０】また、二酸化炭素冷媒を使用した蒸気圧縮
式冷凍装置を暖房用ヒートポンプとして利用する場合、
四方切換弁により冷媒が回路内を逆に流動するため、冷
房時の蒸発器が暖房時の凝縮器となるが、ガスクーラに
従来と同様の熱交換器を使用した場合、暖房のための空
気吹き出し温度を確保するためには、熱交換器入口の冷
媒圧力を高くする必要があり、圧縮機吐出圧力の上昇に
よる効率低下の原因となる。
式冷凍装置を暖房用ヒートポンプとして利用する場合、
四方切換弁により冷媒が回路内を逆に流動するため、冷
房時の蒸発器が暖房時の凝縮器となるが、ガスクーラに
従来と同様の熱交換器を使用した場合、暖房のための空
気吹き出し温度を確保するためには、熱交換器入口の冷
媒圧力を高くする必要があり、圧縮機吐出圧力の上昇に
よる効率低下の原因となる。
【００１１】本発明は上記欠点を除くことを目的とす
る。
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、冷媒
を圧縮する圧縮機と、該圧縮機の出側に連通したガスク
ーラと、該ガスクーラからの冷媒を受け膨張させる膨張
機構と、該膨張機構に連通し前記圧縮機の入側に接続さ
れた蒸発器からなる蒸気圧縮式冷凍装置において、前記
ガスクーラ内の熱交換器が複数列から構成され、各列の
熱交換器を連通する冷媒パスの数が、ガスクーラの冷媒
の出側に近づくにつれて少なくなるようにしたことを特
徴とする。
を圧縮する圧縮機と、該圧縮機の出側に連通したガスク
ーラと、該ガスクーラからの冷媒を受け膨張させる膨張
機構と、該膨張機構に連通し前記圧縮機の入側に接続さ
れた蒸発器からなる蒸気圧縮式冷凍装置において、前記
ガスクーラ内の熱交換器が複数列から構成され、各列の
熱交換器を連通する冷媒パスの数が、ガスクーラの冷媒
の出側に近づくにつれて少なくなるようにしたことを特
徴とする。
【００１３】請求項１の発明では、複数列から成る熱交
換器で、各列の熱交換器を連通するパス数がガスクーラ
の冷媒の入側から出側に向かうほど少なくすることによ
り、冷媒出側の温度を下げることができる。
換器で、各列の熱交換器を連通するパス数がガスクーラ
の冷媒の入側から出側に向かうほど少なくすることによ
り、冷媒出側の温度を下げることができる。
【００１４】二酸化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍装
置では、例えば熱交換器の入側冷媒の密度は約１５０ｋ
ｇ／ｍ３から約２８０ｋｇ／ｍ３であり、ガスクーラ出
側の冷媒の密度は約６００ｋｇ／ｍ３である。そのため
ガスクーラの入側と出側の冷媒密度の比は約２倍から約
４倍程度となる。
置では、例えば熱交換器の入側冷媒の密度は約１５０ｋ
ｇ／ｍ３から約２８０ｋｇ／ｍ３であり、ガスクーラ出
側の冷媒の密度は約６００ｋｇ／ｍ３である。そのため
ガスクーラの入側と出側の冷媒密度の比は約２倍から約
４倍程度となる。
【００１５】従来のフロンを冷媒とする熱交換器では、
冷媒は相変化するため熱交換器の入側と出側の冷媒の密
度の違いは問題とならないが、相変化しない二酸化炭素
を冷媒とする熱交換器では、熱交換効率の低下を招いて
しまう。
冷媒は相変化するため熱交換器の入側と出側の冷媒の密
度の違いは問題とならないが、相変化しない二酸化炭素
を冷媒とする熱交換器では、熱交換効率の低下を招いて
しまう。
【００１６】そこで熱交換器内を流動する冷媒のパス数
が冷媒の入側から出側に向かうほど少なくすることによ
り、冷媒密度の増大による熱交換器内を流動する冷媒の
流速の低下を防ぐことができ、熱交換器での作動流体と
の熱交換が良好に保たれ、ガスクーラの出側の冷媒の温
度を下げることができる。
が冷媒の入側から出側に向かうほど少なくすることによ
り、冷媒密度の増大による熱交換器内を流動する冷媒の
流速の低下を防ぐことができ、熱交換器での作動流体と
の熱交換が良好に保たれ、ガスクーラの出側の冷媒の温
度を下げることができる。
【００１７】請求項２の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機
と、該圧縮機の出側に連通したガスクーラと、該ガスク
ーラからの冷媒を受け膨張させる膨張機構と、該膨張機
構に連通し前記圧縮機の入側に接続された蒸発器からな
る蒸気圧縮式冷凍装置において、前記複数列の熱交換器
を連通する冷媒パスで、前記冷媒パスから冷媒が流入す
る第２列熱交換器の入口の数が、前記冷媒パスへ冷媒が
流入する前記ガスクーラの入側に配設された第１列熱交
換器の出口の数より少なくするようにしたことを特徴と
する請求項２の発明では、前記冷媒パスから冷媒が流入
する第２列熱交換器の入口の数を、第１列熱交換器の出
口の数より少なくすることで、第２列熱交換器内を流れ
る冷媒密度の増大による冷媒の流速の低下を防ぐことが
でき、熱交換器での熱交換が良好に保たれ、冷媒出側温
度を下げることができる。
と、該圧縮機の出側に連通したガスクーラと、該ガスク
ーラからの冷媒を受け膨張させる膨張機構と、該膨張機
構に連通し前記圧縮機の入側に接続された蒸発器からな
る蒸気圧縮式冷凍装置において、前記複数列の熱交換器
を連通する冷媒パスで、前記冷媒パスから冷媒が流入す
る第２列熱交換器の入口の数が、前記冷媒パスへ冷媒が
流入する前記ガスクーラの入側に配設された第１列熱交
換器の出口の数より少なくするようにしたことを特徴と
する請求項２の発明では、前記冷媒パスから冷媒が流入
する第２列熱交換器の入口の数を、第１列熱交換器の出
口の数より少なくすることで、第２列熱交換器内を流れ
る冷媒密度の増大による冷媒の流速の低下を防ぐことが
でき、熱交換器での熱交換が良好に保たれ、冷媒出側温
度を下げることができる。
【００１８】請求項３の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機
と、該圧縮機の出側に連通したガスクーラと、該ガスク
ーラからの冷媒を受け膨張させる膨張機構と、該膨張機
構に連通し前記圧縮機の入側に接続された蒸発器からな
る蒸気圧縮式冷凍装置において、前記ガスクーラ内の複
数列から成る熱交換器で、各列の熱交換器を連通する冷
媒パス数がガスクーラの冷媒の入側から出側にかけて減
少し、且つ、前記複数列の熱交換器を連通する冷媒パス
で、前記冷媒パスから冷媒が流入する第２列熱交換器の
入口の数が、前記冷媒パスへ冷媒が流入する前記ガスク
ーラの入側に配設された第１列熱交換器の出口の数より
少なくするようにしたことを特徴とする。
と、該圧縮機の出側に連通したガスクーラと、該ガスク
ーラからの冷媒を受け膨張させる膨張機構と、該膨張機
構に連通し前記圧縮機の入側に接続された蒸発器からな
る蒸気圧縮式冷凍装置において、前記ガスクーラ内の複
数列から成る熱交換器で、各列の熱交換器を連通する冷
媒パス数がガスクーラの冷媒の入側から出側にかけて減
少し、且つ、前記複数列の熱交換器を連通する冷媒パス
で、前記冷媒パスから冷媒が流入する第２列熱交換器の
入口の数が、前記冷媒パスへ冷媒が流入する前記ガスク
ーラの入側に配設された第１列熱交換器の出口の数より
少なくするようにしたことを特徴とする。
【００１９】請求項３の発明では、ガスクーラの入側か
らガスクーラの出側に向かって複数列の熱交換器内を流
動する冷媒の密度に応じて、熱交換器内の冷媒の流速を
細かく設定することができ、効率良く冷媒を冷却するこ
とができる。
らガスクーラの出側に向かって複数列の熱交換器内を流
動する冷媒の密度に応じて、熱交換器内の冷媒の流速を
細かく設定することができ、効率良く冷媒を冷却するこ
とができる。
【００２０】請求項４の発明は、前記ガスクーラの熱交
換器と熱交換を行う作動流体が、ガスクーラの出側から
入側に向けて流動し、冷媒の流動と対向流に熱交換する
ことを特徴とする。
換器と熱交換を行う作動流体が、ガスクーラの出側から
入側に向けて流動し、冷媒の流動と対向流に熱交換する
ことを特徴とする。
【００２１】請求項４の発明では、冷媒と熱交換する作
動流体を、ガスクーラの冷媒の出側から入側に向けて流
動させることにより、冷媒と作動流体が対向流の熱交換
となるため、冷媒と作動流体の温度効率を高めることが
でき、冷媒出側の温度を下げることができる。
動流体を、ガスクーラの冷媒の出側から入側に向けて流
動させることにより、冷媒と作動流体が対向流の熱交換
となるため、冷媒と作動流体の温度効率を高めることが
でき、冷媒出側の温度を下げることができる。
【００２２】請求項５の発明は、前記冷媒が二酸化炭素
であることを特徴とする。
であることを特徴とする。
【００２３】請求項５の発明では、蒸気圧縮式冷凍装置
の冷媒に二酸化炭素を用いることにより、フロンで指摘
されているオゾン層の破壊、地球温暖化といった問題が
無くなり、また、可燃性や毒性も無いことから、取り扱
う上での危険もない。
の冷媒に二酸化炭素を用いることにより、フロンで指摘
されているオゾン層の破壊、地球温暖化といった問題が
無くなり、また、可燃性や毒性も無いことから、取り扱
う上での危険もない。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下本発明に係わる蒸気圧縮式冷
凍装置用ガスクーラの熱交換器を具体的な実施例により
説明する。
凍装置用ガスクーラの熱交換器を具体的な実施例により
説明する。
【００２５】本発明の二酸化炭素冷媒の蒸気圧縮式冷凍
装置を図２に示す。蒸気圧縮式冷凍装置は、圧縮機１
１、ガスクーラ１２、膨張機構１３、蒸発器１４の順に
配設された閉回路から構成される。
装置を図２に示す。蒸気圧縮式冷凍装置は、圧縮機１
１、ガスクーラ１２、膨張機構１３、蒸発器１４の順に
配設された閉回路から構成される。
【００２６】本装置を冷暖房空調装置として使用する場
合、図３の四方切換弁１５を用いた構成となる。冷房時
は、圧縮機１１で臨界圧力以上の高圧、高温に圧縮され
た二酸化炭素冷媒は、ガスクーラ１２で空気により冷却
され（放熱、暖房）、膨張機構１３で断熱膨張し、蒸発
器１４で蒸発（吸熱、冷房）する。暖房時は、四方切換
弁１５により、冷媒の流れを冷房時とは反対に切り換え
て、冷房時に蒸発器１４として使用していた熱交換器が
暖房時にはガスクーラとして機能し、放熱して暖房す
る。
合、図３の四方切換弁１５を用いた構成となる。冷房時
は、圧縮機１１で臨界圧力以上の高圧、高温に圧縮され
た二酸化炭素冷媒は、ガスクーラ１２で空気により冷却
され（放熱、暖房）、膨張機構１３で断熱膨張し、蒸発
器１４で蒸発（吸熱、冷房）する。暖房時は、四方切換
弁１５により、冷媒の流れを冷房時とは反対に切り換え
て、冷房時に蒸発器１４として使用していた熱交換器が
暖房時にはガスクーラとして機能し、放熱して暖房す
る。
【００２７】図１は、第１実施例であるガスクーラ１２
内に配設された熱交換器の構成を示したもので、第１列
熱交換器１６、第２列熱交換器１７、第３列熱交換器１
８の３列から構成される。各々の熱交換器は、冷媒が流
動する複数の冷媒パス１９、２０、２１、２２により連
通される。
内に配設された熱交換器の構成を示したもので、第１列
熱交換器１６、第２列熱交換器１７、第３列熱交換器１
８の３列から構成される。各々の熱交換器は、冷媒が流
動する複数の冷媒パス１９、２０、２１、２２により連
通される。
【００２８】ガスクーラ１２のチューブ２３とフィン２
４は、チューブ２３の拡管またはロー付けにより接合さ
れていて、フィン２４には空気との伝熱性能を向上させ
るためのスリットやルーバー、あるいはウエイブが設け
られている。
４は、チューブ２３の拡管またはロー付けにより接合さ
れていて、フィン２４には空気との伝熱性能を向上させ
るためのスリットやルーバー、あるいはウエイブが設け
られている。
【００２９】圧縮機１１から吐出された高温、高圧の二
酸化炭素冷媒は、ガスクーラ１２の冷媒の入側１２ａか
ら流入して各パスに分流し、第１列熱交換器１６に流入
する。第１列熱交換器１６で作動流体である空気と熱交
換した冷媒は、８本の冷媒パス２０を通じて第２列熱交
換器１７に流入する。
酸化炭素冷媒は、ガスクーラ１２の冷媒の入側１２ａか
ら流入して各パスに分流し、第１列熱交換器１６に流入
する。第１列熱交換器１６で作動流体である空気と熱交
換した冷媒は、８本の冷媒パス２０を通じて第２列熱交
換器１７に流入する。
【００３０】第２列熱交換器１７に流入した冷媒は、第
１列熱交換器１６で作動流体の空気と熱交換を行い放熱
しているため、冷媒の温度低下により密度が大きくなっ
ている。したがって第１列熱交換器１６と同様に冷媒を
流動させると、第２列熱交換器１７内を流動する冷媒の
流速は遅くなってしまう。冷媒の流速が遅くなると、熱
交換性能は低下してしまう。
１列熱交換器１６で作動流体の空気と熱交換を行い放熱
しているため、冷媒の温度低下により密度が大きくなっ
ている。したがって第１列熱交換器１６と同様に冷媒を
流動させると、第２列熱交換器１７内を流動する冷媒の
流速は遅くなってしまう。冷媒の流速が遅くなると、熱
交換性能は低下してしまう。
【００３１】そこで冷媒温度の低下に伴なう密度の増大
による熱交換器内の冷媒の流速が低下しないように、冷
媒パス２０から冷媒が流入する第２列熱交換器１７の入
口の数が１個に対して、第１列熱交換器１６の出口の数
を２個とする。このように構成することで、第２列熱交
換器１７内を流れる冷媒の流速の低下を防ぐことができ
る。
による熱交換器内の冷媒の流速が低下しないように、冷
媒パス２０から冷媒が流入する第２列熱交換器１７の入
口の数が１個に対して、第１列熱交換器１６の出口の数
を２個とする。このように構成することで、第２列熱交
換器１７内を流れる冷媒の流速の低下を防ぐことができ
る。
【００３２】第２列で作動流体である空気と熱交換した
冷媒は、４本の冷媒パス２１を通じて第３列熱交換器１
８に流入する。第３列熱交換器１８も第２列熱交換器１
７と同様に冷媒の流速の低下を防ぎ、熱交換効率を良好
に保つことができる。冷媒は第３列熱交換器１８を流動
して、ガスクーラ１２の出側１２ｂを経て膨張機構１３
へと送られる。
冷媒は、４本の冷媒パス２１を通じて第３列熱交換器１
８に流入する。第３列熱交換器１８も第２列熱交換器１
７と同様に冷媒の流速の低下を防ぎ、熱交換効率を良好
に保つことができる。冷媒は第３列熱交換器１８を流動
して、ガスクーラ１２の出側１２ｂを経て膨張機構１３
へと送られる。
【００３３】このように複数列から成る熱交換器では、
冷媒パス１９、２０、２１、２２の数と、熱交換器１
６、１７、１８の出入口の数を変えることにより、冷媒
の温度レベルに伴なう冷媒密度の増大に応じて、各々の
熱交換器内を流動する冷媒を熱交換に適した流速に保つ
ことが可能で、熱交換効率を良好にできる。
冷媒パス１９、２０、２１、２２の数と、熱交換器１
６、１７、１８の出入口の数を変えることにより、冷媒
の温度レベルに伴なう冷媒密度の増大に応じて、各々の
熱交換器内を流動する冷媒を熱交換に適した流速に保つ
ことが可能で、熱交換効率を良好にできる。
【００３４】二酸化炭素冷媒は、前述したようにガスク
ーラ１２内で凝縮せず、温度勾配をもって放熱するた
め、作動流体である空気をガスクーラ１２の出側１２ｂ
からガスクーラ１２の入側１２ａに向けて流動させるこ
とにより、熱交換器内を流動する冷媒と対向流となり、
冷媒と空気の温度効率を高くすることができ、熱交換器
を大きくすることなく出側１２ｂの冷媒の温度を低くす
ることができる。また、作動流体である空気の出側（冷
媒の入側１２ａ）では、高温冷媒と熱交換を行うため、
熱交換器を大きくすることなく空気の温度を高くするこ
とができる。
ーラ１２内で凝縮せず、温度勾配をもって放熱するた
め、作動流体である空気をガスクーラ１２の出側１２ｂ
からガスクーラ１２の入側１２ａに向けて流動させるこ
とにより、熱交換器内を流動する冷媒と対向流となり、
冷媒と空気の温度効率を高くすることができ、熱交換器
を大きくすることなく出側１２ｂの冷媒の温度を低くす
ることができる。また、作動流体である空気の出側（冷
媒の入側１２ａ）では、高温冷媒と熱交換を行うため、
熱交換器を大きくすることなく空気の温度を高くするこ
とができる。
【００３５】ここで二酸化炭素を冷媒とするサイクルに
おけるガスクーラ１２の出側１２ｂの冷媒の温度と、冷
房ＣＯＰの関係を図４に示す。図４に示すようにガスク
ーラ１２の出側１２ｂの冷媒の温度がＣＯＰに及ぼす影
響は大きく、ガスクーラ１２の出側１２ｂの温度を極力
低くすることが効率を向上するうえで重要である。
おけるガスクーラ１２の出側１２ｂの冷媒の温度と、冷
房ＣＯＰの関係を図４に示す。図４に示すようにガスク
ーラ１２の出側１２ｂの冷媒の温度がＣＯＰに及ぼす影
響は大きく、ガスクーラ１２の出側１２ｂの温度を極力
低くすることが効率を向上するうえで重要である。
【００３６】また、暖房時には、図３の四方切換弁１５
により、冷媒は冷房時とは反対に回路内を流動するた
め、ガスクーラ１２は室内熱交換器に相当する。従来の
蒸気圧縮式冷凍装置では、吹き出し温度を高く保つため
凝縮圧力（≒圧縮機吐出圧力）を高くする必要があった
が、本発明では圧縮機１１の吐出圧力を高くすることな
く、熱交換器の温度効率を良好にすることにより、暖房
時吹き出し温度を高くすることができる。
により、冷媒は冷房時とは反対に回路内を流動するた
め、ガスクーラ１２は室内熱交換器に相当する。従来の
蒸気圧縮式冷凍装置では、吹き出し温度を高く保つため
凝縮圧力（≒圧縮機吐出圧力）を高くする必要があった
が、本発明では圧縮機１１の吐出圧力を高くすることな
く、熱交換器の温度効率を良好にすることにより、暖房
時吹き出し温度を高くすることができる。
【００３７】図５に高圧側で相変化しない二酸化炭素冷
媒の蒸気圧縮式冷凍サイクルのｔ―ｓ線図を示す。この
ｔ−ｓ線図に示すように、放熱過程は大きな温度勾配を
もっている。冷媒と作動流体を対向流に熱交換すること
により、熱交換器の入口から出口まで冷媒と作動流体の
空気の温度をほぼ一定の温度差で熱交換することがで
き、熱交換効率を向上できる。
媒の蒸気圧縮式冷凍サイクルのｔ―ｓ線図を示す。この
ｔ−ｓ線図に示すように、放熱過程は大きな温度勾配を
もっている。冷媒と作動流体を対向流に熱交換すること
により、熱交換器の入口から出口まで冷媒と作動流体の
空気の温度をほぼ一定の温度差で熱交換することがで
き、熱交換効率を向上できる。
【００３８】また、図６に従来の蒸気圧縮式サイクルの
ｔ―ｓ線図を示す。従来の蒸気圧縮式サイクルでは、凝
縮温度での熱交換が大部分を占めるため、作動流体と冷
媒を対向流の熱交換にしても、十分な効果は得られな
い。
ｔ―ｓ線図を示す。従来の蒸気圧縮式サイクルでは、凝
縮温度での熱交換が大部分を占めるため、作動流体と冷
媒を対向流の熱交換にしても、十分な効果は得られな
い。
【００３９】二酸化炭素冷媒の蒸気圧縮式冷凍装置のガ
スクーラ１２の入側１２ａの冷媒密度は、約１５０ｋｇ
／ｍ３から２８０ｋｇ／ｍ３であり、ガスクーラ１２の
出側１２ｂの冷媒密度は、約６００ｋｇ／ｍ３である。
そのためガスクーラ１２の入側１２ａと出側１２ｂの冷
媒密度の比は２倍から４倍程度となる。
スクーラ１２の入側１２ａの冷媒密度は、約１５０ｋｇ
／ｍ３から２８０ｋｇ／ｍ３であり、ガスクーラ１２の
出側１２ｂの冷媒密度は、約６００ｋｇ／ｍ３である。
そのためガスクーラ１２の入側１２ａと出側１２ｂの冷
媒密度の比は２倍から４倍程度となる。
【００４０】第２実施例を図７に示す。第２実施例は２
列の熱交換器から構成され、冷媒パス２０から冷媒が流
入する第２列熱交換器１７の入口の数が１個に対して、
第１列熱交換器１６の出口の数を２個としてある。この
ように構成することで第２列熱交換器１７内を流れる冷
媒の流速の低下を防ぐことができる。第２列熱交換器１
７を流出した冷媒はガスクーラ１２の出側１２ｂで合流
し、膨張機構１３へ送られる。
列の熱交換器から構成され、冷媒パス２０から冷媒が流
入する第２列熱交換器１７の入口の数が１個に対して、
第１列熱交換器１６の出口の数を２個としてある。この
ように構成することで第２列熱交換器１７内を流れる冷
媒の流速の低下を防ぐことができる。第２列熱交換器１
７を流出した冷媒はガスクーラ１２の出側１２ｂで合流
し、膨張機構１３へ送られる。
【００４１】第３実施例を図８に示す。図８は４列の熱
交換器から構成され、その効果は、図３の第１実施例と
同様である。
交換器から構成され、その効果は、図３の第１実施例と
同様である。
【００４２】
【発明の効果】地球温暖化係数の小さい二酸化炭素を冷
媒として使用し、地球温暖化抑制に貢献するとともに、
熱交換器を大きくすることなくガスクーラ出側の冷媒温
度を低くし、蒸気圧縮式冷凍装置の効率を向上させ、機
器の小型化を図ることができる。
媒として使用し、地球温暖化抑制に貢献するとともに、
熱交換器を大きくすることなくガスクーラ出側の冷媒温
度を低くし、蒸気圧縮式冷凍装置の効率を向上させ、機
器の小型化を図ることができる。
【００４３】また、暖房時には、熱交換器を大きくした
り、圧縮機吐出圧力を高めたりすることなく、高い温度
を確保することができ、機器の小型化や省エネルギー化
を図ることができる。
り、圧縮機吐出圧力を高めたりすることなく、高い温度
を確保することができ、機器の小型化や省エネルギー化
を図ることができる。
【図１】本発明の第１実施例を具現化したガスクーラの
熱交換器である。
熱交換器である。
【図２】蒸気圧縮式冷凍装置の回路図である。
【図３】本発明を具現化した冷房および暖房運転時の蒸
気圧縮式冷凍装置の回路図である。
気圧縮式冷凍装置の回路図である。
【図４】ガスクーラ出側冷媒温度が装置の性能（ＣＯ
Ｐ）へ及ぼす影響を示したグラフ。
Ｐ）へ及ぼす影響を示したグラフ。
【図５】二酸化炭素を冷媒としたときの、ｔ−ｓ線図で
ある。
ある。
【図６】従来のフロンを冷媒としたときの、ｔ−ｓ線図
である。
である。
【図７】本発明の第２実施例を具現化したガスクーラの
熱交換器である。
熱交換器である。
【図８】本発明の第３実施例を具現化したガスクーラの
熱交換器である。
熱交換器である。
【図９】従来のガスクーラの熱交換器である。
【図１０】従来の蒸気圧縮式冷凍装置の説明図である。
１１…圧縮機 １２…ガスクーラ １２ａ…ガスクーラ入側 １２ｂ…ガスクーラ出側 １３…膨張機構 １４…蒸発器 １５…四方切換弁 １６…第１列熱交換器 １７…第２列熱交換器 １８…第３列熱交換器 １９、２０、２１、２２…冷媒パス ２３…チューブ ２４…フィン ３１…圧縮機 ３２…凝縮熱交換器 ３３…膨張弁 ３４…蒸発熱交換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桂川 真治 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 Ｆターム(参考） 3L092 AA01 BA15 3L103 AA36 AA39 BB33 CC22 CC40 DD06 DD08 DD43
Claims (5)
- 【請求項１】 冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機の出
側に連通したガスクーラと、該ガスクーラからの冷媒を
受け膨張させる膨張機構と、該膨張機構に連通し前記圧
縮機の入側に接続された蒸発器からなる蒸気圧縮式冷凍
装置において、 前記ガスクーラ内の熱交換器が複数列から構成され、各
列の熱交換器を連通する冷媒パスの数が、ガスクーラの
冷媒の出側に近づくにつれて少なくなるようにしたこと
を特徴とする蒸気圧縮式冷凍装置用の熱交換器。 - 【請求項２】 冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機の出
側に連通したガスクーラと、該ガスクーラからの冷媒を
受け膨張させる膨張機構と、該膨張機構に連通し前記圧
縮機の入側に接続された蒸発器からなる蒸気圧縮式冷凍
装置において、 前記複数列の熱交換器を連通する冷媒パスで、前記冷媒
パスから冷媒が流入する第２列熱交換器の入口の数が、
前記冷媒パスへ冷媒が流入する前記ガスクーラの入側に
配設された第１列熱交換器の出口の数より少なくするよ
うにしたことを特徴とする蒸気圧縮式冷凍装置用の熱交
換器。 - 【請求項３】 冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機の出
側に連通したガスクーラと、該ガスクーラからの冷媒を
受け膨張させる膨張機構と、該膨張機構に連通し前記圧
縮機の入側に接続された蒸発器からなる蒸気圧縮式冷凍
装置において、 前記ガスクーラ内の複数列から成る熱交換器で、各列の
熱交換器を連通する冷媒パス数がガスクーラの冷媒の入
側から出側にかけて減少し、且つ、前記複数列の熱交換
器を連通する冷媒パスで、前記冷媒パスから冷媒が流入
する第２列熱交換器の入口の数が、前記冷媒パスへ冷媒
が流入する前記ガスクーラの入側に配設された第１列熱
交換器の出口の数より少なくするようにしたことを特徴
とする蒸気圧縮式冷凍装置用の熱交換器。 - 【請求項４】 前記ガスクーラの熱交換器と熱交換を行
う作動流体が、ガスクーラの出側から入側に向けて流動
して、冷媒の流動と対向流に熱交換することを特徴とす
る請求項１乃至３記載の蒸気圧縮式冷凍装置用の熱交換
器。 - 【請求項５】 前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴
とする請求項１乃至４記載の蒸気圧縮式冷凍装置の熱交
換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11115218A JP2000304380A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11115218A JP2000304380A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 熱交換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000304380A true JP2000304380A (ja) | 2000-11-02 |
Family
ID=14657297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11115218A Pending JP2000304380A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000304380A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2016092943A1 (ja) * | 2014-12-12 | 2016-06-16 | ジョンソンコントロールズ ヒタチ エア コンディショニング テクノロジー（ホンコン） リミテッド | 空気調和機 |
| EP3348935A4 (en) * | 2015-09-10 | 2019-06-12 | Hitachi-Johnson Controls Air Conditioning, Inc. | HEAT EXCHANGER |
-
1999
- 1999-04-22 JP JP11115218A patent/JP2000304380A/ja active Pending
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