JP2010190539A

JP2010190539A - 冷媒間熱交換器

Info

Publication number: JP2010190539A
Application number: JP2009037831A
Authority: JP
Inventors: Kumar Dotto Oshitto; オシットクマール努人
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2010-09-02

Abstract

【課題】伝熱面積を極力拡大するとともに、内管の強度を向上させて、振動、騒音の発生を防止できる冷媒間熱交換器を提供することを目的とする。
【解決手段】冷媒間熱交換器４は、外周面の一側端部に高温冷媒流入管４５ａを突設させ、他側端部に高温冷媒流出管１４ｂを突設させた円筒形状の外管１０と、同外管１０を貫通するように配置された複数の内管１２と、外管１０と同軸上となるとともに、内管１２の外周面と接合するように配置された中央管１３とから構成され、内管１２の外周面と外管１０との内周面とは所定距離、離間されている。内管１２は中央管１３により強度が向上されるとともに、伝熱面積がより拡大するようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷媒と冷媒との間で熱交換を行う冷媒間熱交換器に関わり、より詳細には、熱交換効率を向上させた構成に関する。

従来の冷媒間熱交換器は、例えば特許文献１で示すように、大径の低圧側冷媒配管内に、小径の高圧側冷媒配管を一対となるように収納して、高圧冷媒と低圧冷媒の熱交換を行う冷媒間熱交換器としての液ガス熱交換器を構成している。ヒートポンプ給湯装置のヒートポンプユニットは、圧縮機、ガスクーラ、減圧機構である膨張弁、蒸発器を順次、接続して冷媒回路を構成し、ガスクーラから膨張弁へ供給される高圧冷媒と、蒸発器から圧縮機へ供給される低圧冷媒の間で冷媒間熱交換を行うよう、上記した液ガス熱交換器を設けている。

しかしながら、大径の低圧側冷媒配管内に小径の高圧側冷媒配管を一対となるように収納することにより、高圧側冷媒配管が周囲を流れる液状冷媒に影響を受けて振動、騒音を生じる虞があり、また、高圧側冷媒配管内を流れるガス状冷媒から、低圧側冷媒配管を流れる液状冷媒に対しての伝熱面積が高圧側冷媒配管の管表面積に限定され、伝熱効率を向上させることが望まれていた。

特開２００８−２２４０７３号（７頁、図１）

本発明は、上記問題点に鑑み、熱交換を行う伝熱面積を極力拡大するとともに、大径の配管内に配置される小径の配管の強度を向上させて、振動、騒音を抑制することのできる冷媒間熱交換器を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、一端部に冷媒流入管を設け、他端部に冷媒流出管を設け、前記冷媒流入管から流入した冷媒を、前記冷媒流出管に流通させる外管と、同外管内に設けられ、同外管内を流れる冷媒と熱交換を行う冷媒を流通させる複数の内管及び前記外管内の冷媒が流通する中央管とからなり、前記内管の外周面と前記外管との内周面とは離間されるとともに、複数の前記内管の外周面と前記中央管の外周面とが接合されてなる構成となっている。

また、圧縮機と、熱源側熱交換器と、冷媒間熱交換器と、主減圧手段と、利用側熱交換器とを順次接続するとともに、前記冷媒間熱交換器と前記主減圧手段との間から分岐したバイパス管を設け、同バイパス管を副減圧手段を介して前記冷媒間熱交換器を通過させ、前記圧縮機の吸込側に接続してなる冷媒回路において、前記冷媒間熱交換器が、一端部に冷媒流入管を設け、他端部に冷媒流出管を設けた外管と、同外管内に設けられ、同外管の内周面とは離間された複数の内管及び同内管の外周面と接合され、前記外管内の冷媒が流通する中央管とからなり、前記外管に、前記室外熱交換器から流出し、前記主減圧手段に流入する高温の冷媒を流通させる一方、前記内管に、前記副減圧手段から流出し、前記圧縮機の吸込側に流出する前記バイパス管の冷媒を流通させてなる構成となっている。

請求項１記載の発明によれば、複数の内管の外周面と中央管の外周面とが接合されることにより、内管の強度を向上させて、振動、騒音の発生を防止できるようになっている。

請求項２記載の発明によれば、外管内を流れる高温の冷媒が、内管内を流れる冷媒と、外気とに放熱するので、室外熱交換器から流出し主減圧手段に流入する冷媒を効率的に冷却することができるようになっている。

本発明による冷媒間熱交換器を使用した一例としての冷媒回路である。本発明による冷媒間熱交換器の断面図及び要部断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

本発明による冷媒間熱交換器を用いた冷媒回路として、例えば図１で示す冷媒回路１は、圧縮機２と、室外熱交換器３と、冷媒間熱交換器４と、主膨張弁５と、室内熱交換器６とを配管８により順次接続するとともに、冷媒間熱交換器４と主膨張弁５との間から、副膨張弁７を備えたバイパス管９を分岐させている。同バイパス管９は副膨張弁７を経た後、冷媒間熱交換器４を通り、圧縮機２の吸込側となる圧縮機２と室内熱交換器６との間に接続されている。

圧縮機２で圧縮され高温高圧となった冷媒は室外熱交換器３に流入して、同室外熱交換器３の周囲を流れる空気に放熱して凝縮する。凝縮した冷媒は冷媒間熱交換器４で、後述するようにバイパス管９を流れる冷媒により冷却されて過冷却状態となり、主膨張弁５で減圧されて更に低温低圧の冷媒となる。低温低圧となった冷媒は室内熱交換器６に流入して、同室内熱交換器６の周囲を流れる空気から吸熱して蒸発し、蒸発した冷媒は圧縮機２に還流するようになっている。

冷媒間熱交換器４からバイパス管９に分岐した冷媒は副膨張弁７で減圧されて低温低圧となり冷媒間熱交換器４に流入して、配管８から流れてきた凝縮冷媒と熱交換し、その後、圧縮機２の吸込側に還流する。冷媒間熱交換器４でバイパス管９内を流れる冷媒と熱交換した冷媒は、主膨張弁５で減圧された後、室内熱交換器６に流入する。

次に、上記した冷媒間熱交換器４について説明する。冷媒間熱交換器４は図２（Ａ）の断面図及び図２（Ｂ）の要部断面図で示すように、円筒形状の外管１０と、同外管１０を貫通するように配置された複数の内管１２と、外管１０と同軸上となるとともに、内管１２の外周面と接合するように配置された中央管１３とから構成されている。内管１２の外周面と中央管１３の外周面とを接合することにより、離間されて配置された複数の内管１２の強度を向上させることができ、外管１０内を流れる高圧の冷媒により、内管１２に振動とともに、これに起因する騒音の発生等を極力、防止することができるようになっている。

外管１０は外周面の一側端部に高温冷媒流入管１４ａを突設させ、他側端部に高温冷媒流出管１４ｂを突設させている。高温冷媒流入管１４ａには、例えば冷媒回路１において、室外熱交換器３に接続された配管８の一端が接続され、高温冷媒流出管１５ｂには主膨張弁５に接続された配管８の一端が接続されており、室外熱交換器３において放熱することにより凝縮した冷媒は、高温冷媒流入管１４ａから外管１０内に流入し同外管１０内で熱交換された後、高温冷媒流出管１４ｂから流出して主膨張弁５に向かうようになっている。

低温冷媒が流通する内管１２は熱伝導性の高い銅材あるいは銅合金からなり、図２（Ｂ）で示すように、外管１０内において、円周上に均等となるように３本配置されており、また、内管１２の外周面と外管１０との内周面とは所定距離、離間されている。内管１２の一端部は半円錐状に形成されたヘッダ１１ａの一側に接続され、同ヘッダ１１ａの他側には、副膨張弁７に接続されたバイパス管９の一端が接続されている。内管１２の他端部は、同様に半円錐状に形成されたヘッダ１１ｂの一側に接続され、同ヘッダ１１ｂの他側には、圧縮機２の吸込側に接続されたバイパス管９の一端が接続されている。

バイパス管９に流入し副膨張弁７により低温低圧となった冷媒はヘッダ１１ａに流入し、同ヘッダ１１ａ内で拡散することにより攪拌されて均一な温度となる。均一な温度となった冷媒は３本の内管１２に流入し、これを流通することにより外管１０内を流れる高温の冷媒と熱交換して、高温の冷媒を冷却した後、ヘッダ１１ｂに流出するようになっている。ヘッダ１１ｂに流出した冷媒は配管９により圧縮機２の吸込側へ還流するようになっている。

上記したように、３本の内管１２の内方には、内管１２と同様に熱伝導性の高い銅材あるいは銅合金からなり、口径の大きい中央管１３が配設され、同中央管１３の外周面と内管１２の外周面とは接合されるとともに、接合部周辺の隙間には熱伝導性の高い接合材１５が埋め込まれている。同接合材１５により内管１２と中央管１３との外周面は接合されるとともに、伝熱面積を増大させるようになっている。

３本の内管１２の管壁と、これらより口径の大きい中央管１３の管壁とが接合されることにより、内管１２の管表面積による伝熱面積に、口径の大きい中央管１３の管表面積による伝熱面積が加わり、伝熱面積を拡大できるようになっている。また、内管１２と中央管１３の接合部周辺の隙間には熱伝導性の高い接合材１５が埋め込まれていることにより、内管１２からの熱が効率良く中央管１３に伝達されるようになっている。

内管１２内を流通する低温の冷媒が、内管１２の管表面と中央管１３の管表面とを介して、これらの外周部を流れる高温の冷媒と熱交換し、同高温の冷媒を冷却するとともに、中央管１３内部を流れる冷媒も冷却することにより、効率的な熱交換が行われるようになっている。

また、内管１２の外周面と、外管１０の内周面とが密着されず、離間されていることにより、外管１０の管壁から内管１２への熱の侵入を極力防ぐようになっており、熱の侵入等による外乱を抑制して、冷媒間熱交換器４に予め設定された冷媒間の熱交換量を充分に遂行することができるようになっている。また、内管１２に低温の冷媒を流し、外管１０に高温の冷媒を流すことにより、内管１２を覆う外管１０から効率的に熱が移動し、熱交換効率が向上するようになっている。

また、外管１０内を流れる冷媒から内管１２内を流れる冷媒への熱伝達効率を良くするために、内管１２の表面形状を、冷媒との接触面積が増加するように変更することが考えられるが、本発明によれば、複数の内管１２にコスト増にがる螺旋形状や溝形状を設けることなく、単体の中央管１３の外周面あるいは内周面を変更するのみで、外管１０内を流れる冷媒と内管１２内を流れる冷媒との間で熱交換能力を向上させることができるようになっている。また、外管１０内に高温の冷媒を流すことにより、外管１０の外部へも高温の冷媒から放熱することができるようになっている。

１冷媒回路
２圧縮機
３室外熱交換器
４冷媒間熱交換器
５主膨張弁
６室内熱交換器
７副膨張弁
８配管
９バイパス管
１０外管
１１ａ、１１ｂヘッダ
１２内管
１３中央管
１４ａ高温冷媒流入管
１４ｂ高温冷媒流出管
１５接合材

Claims

一端部に冷媒流入管を設け、他端部に冷媒流出管を設け、前記冷媒流入管から流入した冷媒を、前記冷媒流出管に流通させる外管と、同外管内に設けられ、同外管内を流れる冷媒と熱交換を行う冷媒を流通させる複数の内管及び前記外管内の冷媒が流通する中央管とからなり、
前記内管の外周面と前記外管との内周面とは離間されるとともに、複数の前記内管の外周面と前記中央管の外周面とが接合されてなることを特徴とする冷媒間熱交換器。
圧縮機と、熱源側熱交換器と、冷媒間熱交換器と、主減圧手段と、利用側熱交換器とを順次接続するとともに、前記冷媒間熱交換器と前記主減圧手段との間から分岐したバイパス管を設け、同バイパス管を副減圧手段を介して前記冷媒間熱交換器を通過させ、前記圧縮機の吸込側に接続してなる冷媒回路において、
前記冷媒間熱交換器が、一端部に冷媒流入管を設け、他端部に冷媒流出管を設けた外管と、同外管内に設けられ、同外管の内周面とは離間された複数の内管及び同内管の外周面と接合され、前記外管内の冷媒が流通する中央管とからなり、
前記外管に、前記室外熱交換器から流出し、前記主減圧手段に流入する高温の冷媒を流通させる一方、前記内管に、前記副減圧手段から流出し、前記圧縮機の吸込側に流出する前記バイパス管の冷媒を流通させてなることを特徴とする冷媒回路。