JP2008075929A - 冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】空気熱交換器のまわりのスペース有効利用することによりコンパクトな冷凍機を提供することを目的とする。
【解決手段】圧縮機１、放熱器２、減圧手段３、および空気熱交換器４を環状に接続してヒートポンプサイクルの冷媒循環回路１を構成するとともに、前記空気熱交換器４への冷媒の流入側には複数の分流器９，１０ａ，１０ｂを配置し、これら複数の分流器により空気熱交換器４への冷媒流入の分流比率を調整するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気熱交換器を有するヒートポンプ式の冷凍機に関するものである。

図４、５は従来のこの種冷凍機を示し、圧縮機２１と放熱器２２と減圧手段２３と空気熱交換器２４とを環状に接続して冷媒循環回路２５を形成している。

前記空気熱交換器２４の冷媒入り口部には分流器２６が設置されており、また、前記空気熱交換器２４内部を流れる冷媒と空気の熱交換を促進するために送風機２７が設けられている。

さらに、前記分流器２６の冷媒出口には同一径、同一長さの分流管２８ａ〜２８ｄを用いて前記空気熱交換器２４の各パスを結んでおり、前記空気熱交換器２４の出口には各パスの冷媒をまとめるためにヘッダ２９を設置している。

以上のような構成で、圧縮機２１ではガス冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒として放熱器２２に送る。放熱器２２では利用側送風機で送風された空気と冷媒が熱交換する。このとき空気は加熱された、例えば室内の暖房に利用される。

一方、冷媒は放熱して高圧で低温の冷媒となって減圧手段２３に送られ、略等エントロピー変化をして減圧されて低温低圧の２相冷媒となる。

この冷媒は空気熱交換器２４に送られて空気と熱交換される。その後、冷媒は加熱されて蒸発し、低温のガスとなって再び圧縮機２１に循環される。

ここで、前記減圧手段２３を通過した２相冷媒は分流器２６に送られて、空気熱交換器２４の各パスに送られるが、この空気熱交換器２４の性能を最も多く引き出すためには各パスに送られる冷媒量が略同一である必要がある。

そのため、分流器２６内部で略同一流量にまず分流され、分流管２８ａ〜２８ｄに入る。さらに、分流管２８ａ〜２８ｄは空気熱交換器２４の各パスに略同一流量で冷媒を供給するため冷媒通過時の圧力損失を同等とするべく同一径、同一長さとしている（例えば、特許文献１参照）。
実開昭５６−７６９７４号公報

しかしながら、上記の従来技術では、空気熱交換器２４の各パスへの分流を略同一とするために、分流器２６の内部で先ず略同一の分流とし、さらに分流管２８ａ〜２８ｄを同一径、同一長さとしており、そのため、分流管２８ａ〜２８ｄを収めるためのスペースが大きくなり、空気熱交換器２４まわりのスペースの有効利用が困難であると言う課題があった。

本発明は、内部で分流比を調整できる分流器を用いて分流管の設計自由度を増すことにより、空気熱交換器まわりのスペースの有効利用を図ることを目的としている。

この目的を達成するために本発明の冷凍機は、複数パスを有する空気熱交換器の冷媒入口部で、分流器内部で分流比を調整できる主分流器で分流された各パス下流部に、分流器内部で分流比を調整できる複数の副分流器を設け、前記副分流器の下流に前記空気熱交換器を設置した。

これにより、分流管は同一径、同一長さである必要はなく、分流管の設計自由度を増すことができる。

本発明のヒートポンプ冷凍機は、複数パスを有する空気熱交換器の冷媒入口部で、分流器内部で分流比を調整できる主分流器で分流された各パス下流部に、分流器内部で分流比を調整できる複数の副分流器を設け、前記副分流器の下流に前記空気熱交換器を設置したので、分流管は同一径、同一長さである必要はなく、分流管の設計自由度を増すことにより、空気熱交換器５回りのスペース有効利用することによりコンパクトな冷凍機機を提供できる。

本発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、および空気熱交換器を環状に接続して冷媒循環回路を構成するとともに、前記空気熱交換器への冷媒の流入側には複数の分流器を配置し、これら複数の分流器により空気熱交換器への冷媒流入の分流比率を調整するようにしたので、空気熱交換器のまわりのスペースを少なくできることとなる。

分流比率は空気熱交換器の上部のパスより下部のパスの方が小さくなるように調整する。具体的には、冷媒の通過面積を調整したり、冷媒の冷媒流出路を偏芯させたり、複数の副分流器のうち、少なくとも一つの分流比率を他とは異ならせたり、主分流器と副分流器を結ぶ配管および副分流器と空気熱交換器を結ぶ冷媒配管のうち、少なくとも一つの配管径を異ならせる。

好ましくは、空気熱交換器で大気との熱交換を促進するために複数の送風機を配置して、片側の送風機を停止することで、外気温度が幅広く変化した場合でも空気熱交換器の熱交換効率を向上するようにした。

勿論、複数の送風機のそれぞれ送風量を異ならせることも考えられる。

冷媒として臨界圧力以上に昇圧された、例えば、炭酸ガスなどの自然冷媒を用いることにより環境への悪影響を抑制できる。

（実施の形態１）
図１〜図３において、圧縮機１、放熱器２、減圧手段３、および空気熱交換器４を環状に接続して冷媒循環回路５を形成している。

前記空気熱交換器４の冷媒入り口部には分流手段６が設置されており、また、放熱器２にはそれと対応して送風機７が、さらに、空気熱交換器４と対応して２台の送風機８ａ，８ｂがそれぞれ配置されている。

前記冷媒としては炭酸ガスが用いられており、圧縮機２によって圧縮された後では高温高圧の超臨界状態にある。

圧縮機１で高温高圧の超臨界状態にある冷媒は放熱器２に流れて、例えば送風機７を介して送られてくる室内空気に対して放熱され、これにより室内空気が暖められて暖房に利
用される。

放熱後の冷媒は高圧低温の冷媒となって減圧手段３に送られ、略等エントロピー変化をして減圧されて低温低圧の２相冷媒となって空気熱交換器４に至り、送風機８ａ，８ｂを介して流れ込んでくる空気と熱交換される。次いで、冷媒は加熱されて蒸発し、再び圧縮機１に循環される。

ところで、前記空気熱交換器４の冷媒入り口部に配置した分流手段６は、主分流器９と、その下流側の複数の副分流器１０a、１０ｂとで構成されている。

冷媒の流れに沿って説明を加えると、冷媒は主分流器９により２つに分流されて２つの冷媒配管１１ａ、１１ｂに至る。

冷媒配管１１ａを流れた冷媒は副分流器１０ａでさらに２つの冷媒配管１２ｃ、１２ｄに、他方の冷媒配管１１ｂを流れた冷媒も副分流器１０ｂでさらに２つの冷媒配管１２ｅ、１２ｆにそれぞれ分流されて空気熱交換器５に流入するようにしてある。

そして、空気熱交換器４の最も下方に位置する冷媒配管１２ｆは他の冷媒配管１２ａ〜１２ｅに比べて小径に設定されて圧力損失が大きくなるようにしている。

冷媒の分流比率を変える手段として、配管の径を異ならせる以外に、図３のように、副分流器１０ｂの構成として、冷媒配管１１ｂに連通する冷媒流入通路１３ｂから冷媒配管１２ｅ、１２ｆに連通する２つの冷媒流出路１３ｅ、１３ｆを分岐するとともに、冷媒流出路１３ｆの圧力損失が大きくなるようにその途中に流動抵抗部１４を設けるか、或いは、冷媒流入通路１３ｂからの冷媒が冷媒流出路１３ｅに多く、冷媒流出路１３ｆに少なく流れるように前記冷媒流入通路１３ｂに対して冷媒流出路１３ｅが多く開口するように偏心させておくかの少なくとも一つを実施することで達成できるものである。

図２より明らかなように、空気熱交換器４の下方のパスは上方のパスに比べて冷媒配管の長さが短く、また、２相状態で流れる冷媒配管内のヘッドは小さくなる傾向にある。したがって、空気熱交換器４の下方のパスは上方のパスに比べて圧力損失が少なくなるため冷媒の流れは空気熱交換器４の下方のパス程流量が多くなる傾向にある。

しかるに、空気熱交換器４の下方のパスは上方のパスに比べて分流比が小さくなるように、先に説明したように、主分流器９、副分流器１０ａ，１０ｂをそれぞれ適切な分流比となるように調整するともに、空気熱交換器４の最も下方に位置する冷媒配管１２ｆは他の冷媒配管１２ａ〜１３ｅに比べて圧力損失の大きな配管を設置して調整することで、均一分流としている。

また、主分流器９、副分流器１１ａ，１１ｂの加工精度等の問題、或いは外気温度変化により冷媒配管内の２相の冷媒状態が変化した場合の均一分流とするための対応として、複数の送風機８ａ，８ｂを設置し、これを空気熱交換器４の上下方向に配置している。

これによって、空気熱交換器４の上方パスの冷媒流れが多くなった場合、上方に設置した送風機８ａの回転数をやや大きめとして蒸発能力を大きくし、空気熱交換器４の下方パスの冷媒流れが多くなった場合、下方に設置した送風機８ｂの回転数をやや大きめとして蒸発能力を大きくして調整することで、空気熱交換器４の熱交換効率を向上させるものである。

以上のように、本発明にかかる冷凍機は、複数パスを有する空気熱交換器の冷媒入口部で、分流器内部で分流比を調整できる主分流器で分流された各パス下流部に、分流器内部で分流比を調整できる複数の副分流器を設け、前記副分流器の下流に前記空気熱交換器を設置したので、分流管は同一径、同一長さである必要はなく、分流管の設計自由度を増すことにより、空気熱交換器５回りのスペース有効利用でき、よりコンパクトな冷凍機機として有用である。

本発明の実施の形態における冷凍機の回路図 空気熱交換器まわりの詳細図 分流器の断面図 従来の冷凍機の回路図 同空気熱交換器まわりの詳細図

符号の説明

１ 圧縮機
４ 空気熱交換器
８ａ、８ｂ 送風機
９ 主分流器
１０ａ，１０ｂ 副分流器

Claims (9)

1. 圧縮機、放熱器、減圧手段、および空気熱交換器を環状に接続して冷媒循環回路を構成するとともに、前記空気熱交換器への冷媒の流入側には複数の分流器を配置し、これら複数の分流器により空気熱交換器への冷媒流入の分流比率を調整するようにした冷凍機。
2. 分流比率は空気熱交換器の上部のパスより下部のパスの方が小さくなるように調整した請求項１記載の冷凍機。
3. 分流比率の調整は冷媒の通過面積を調整することにより行うようにした請求項１または２記載の冷凍機。
4. 分流比率の調整は冷媒の冷媒流出路を偏芯させることでおこなうようにした請求項１または２記載の冷凍機。
5. 複数の副分流器のうち、少なくとも一つの分流比率は他とは異ならせた請求項１記載の冷凍機。
6. 主分流器と副分流器を結ぶ配管および副分流器と空気熱交換器を結ぶ冷媒配管のうち、少なくとも一つは配管径を異ならせた請求項１記載の冷凍機。
7. 空気熱交換器で大気との熱交換を促進するために複数の送風機を配置した請求項１記載の冷凍機。
8. 複数の送風機はそれぞれ送風量を異ならせた請求項７記載の冷凍機。
9. 臨界圧力以上に昇圧された冷媒を用いたことを特徴とする請求項１記載の冷凍機機。