JP2012052676A - Heat exchanger and air conditioner using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は熱交換器及びそれを用いた空気調和装置に関する。 The present invention relates to a heat exchanger and an air conditioner using the heat exchanger.
従来の空気調和装置においては、熱交換器における熱交換効率を向上させるため、熱交換器を構成する伝熱管の風上の管径を風下の管径に対して細径化する(管径を小さくする)ことで、凝縮器として利用する場合の管内側熱伝達率を向上させている(例えば、特許文献1参照)。 In the conventional air conditioner, in order to improve the heat exchange efficiency in the heat exchanger, the windward diameter of the heat transfer tube constituting the heat exchanger is made smaller than the leeward pipe diameter (the pipe diameter is reduced). By reducing the size, the heat transfer coefficient inside the tube when used as a condenser is improved (for example, see Patent Document 1).
また、空気側熱伝達率の向上や伝熱面積の増大のため、熱交換器を構成する板状フィンに山形形状や切り起し等を形成するものがある。しかしながら、熱交換器を蒸発器として利用する場合、着霜により板状フィンにおける空気流路が閉塞し、熱交換器の性能が著しく低下する。このように、板状フィンに形成された山形形状や切り起し等により、山形形状や切り起し等を形成しない場合よりも通風抵抗が増加して、蒸発温度が低下し、熱交換器への着霜を促進してしまう。 Moreover, in order to improve the air-side heat transfer coefficient and increase the heat transfer area, some plate-like fins constituting the heat exchanger have a chevron shape or a cut-and-raised shape. However, when using a heat exchanger as an evaporator, the air flow path in a plate-shaped fin is obstruct | occluded by frost formation, and the performance of a heat exchanger falls remarkably. In this way, the chevron shape formed on the plate-like fins, the cut-and-raised portion, etc., increases the ventilation resistance compared to the case where the chevron-shaped shape and the raised portions are not formed, and the evaporation temperature decreases, leading to the heat exchanger. Will promote frosting.
このため、熱交換器を構成する板状フィンの各列に山部を形成するとともに、両端部の山部を中央の山部の高さよりも低く構成することで、山部による伝熱性能の向上効果を得つつ、且つ、着霜の要因である通風抵抗の増大を抑制している(例えば、特許文献2参照)。 For this reason, while forming a peak part in each row | line | column of the plate-shaped fin which comprises a heat exchanger, and making the peak part of both ends lower than the height of a center peak part, the heat-transfer performance by a peak part is improved. While obtaining the improvement effect, an increase in ventilation resistance that is a factor of frost formation is suppressed (for example, see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1,2に記載の熱交換器では、熱交換器を構成するフィン及び伝熱管双方を考慮した構成でないため、必ずしも熱交換器の性能が最大限に引き出されていない。
However, since the heat exchangers described in
本発明は、通風抵抗の増大を抑制しつつ、熱交換器の凝縮性能及び蒸発性能を向上させた高効率の熱交換器、及びこの熱交換器を用いた空気調和機を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a highly efficient heat exchanger that improves the condensation performance and evaporation performance of a heat exchanger while suppressing an increase in ventilation resistance, and an air conditioner using this heat exchanger. And
本発明の熱交換器は、板厚方向に複数並べられた板状フィンと、板状フィンを貫通して板状フィンの長手方向に複数段設けられた伝熱管と、をそれぞれ有する第1熱交換器及び第2熱交換器を備え、伝熱管内部に冷媒を流動させ、板状フィンの板厚方向に対して垂直方向に送風することにより空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器であって、第1熱交換器は第2熱交換器よりも風上側に位置し、第1熱交換器及び第2熱交換器の板状フィンはそれぞれ長手方向に山形形状を備え、第2熱交換器の板状フィンに形成された山形形状の高さよりも、第1熱交換器の板状フィンに形成された山形形状の高さが低く形成され、第2熱交換器の伝熱管の管径よりも、第1熱交換器の伝熱管の管径が小さく形成される。 The heat exchanger of the present invention includes a first fin having a plurality of plate-like fins arranged in the plate thickness direction and a plurality of heat transfer tubes that penetrate the plate-like fin and are provided in a plurality of stages in the longitudinal direction of the plate-like fin. The heat exchanger includes a exchanger and a second heat exchanger, and causes the refrigerant to flow inside the heat transfer tubes and blows air in a direction perpendicular to the plate thickness direction of the plate fins to exchange heat between the air and the refrigerant. The first heat exchanger is located on the windward side of the second heat exchanger, and the plate-like fins of the first heat exchanger and the second heat exchanger each have a chevron shape in the longitudinal direction, and the second heat exchange The height of the chevron formed on the plate-shaped fin of the first heat exchanger is lower than the height of the chevron formed on the plate-shaped fin of the heat exchanger, and the tube diameter of the heat transfer tube of the second heat exchanger Rather, the tube diameter of the heat transfer tube of the first heat exchanger is formed smaller.
本発明によれば、通風抵抗の増大を抑制しつつ、熱交換器の凝縮性能及び蒸発性能を向上させた高効率の熱交換器、及びこの熱交換器を用いた空気調和機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a highly efficient heat exchanger that improves the condensation performance and evaporation performance of a heat exchanger while suppressing an increase in ventilation resistance, and an air conditioner using this heat exchanger. Can do.
以下、本発明に係る第1の実施例について図面を用いて説明する。まず、本実施例の熱交換器の構成,機能及び動作について図1−7を用いて説明する。図1は本実施例における空気調和装置を構成する各構成要素とそれらの接続関係を表す構成図である。図2は図1に記載の熱交換器の基本構成を示す斜視図である。図3は図2に記載の熱交換器の板状フィンの形状を示す側面図である。図4は図2に記載の熱交換器の板状フィンの形状を示す断面図である。図5は図2に記載の熱交換器の冷媒経路の一例を示す図である。 A first embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the configuration, function, and operation of the heat exchanger of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1-7. FIG. 1 is a configuration diagram showing each component constituting the air-conditioning apparatus according to the present embodiment and their connection relationship. FIG. 2 is a perspective view showing a basic configuration of the heat exchanger shown in FIG. FIG. 3 is a side view showing the shape of the plate-like fins of the heat exchanger shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the shape of the plate-like fins of the heat exchanger shown in FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a refrigerant path of the heat exchanger illustrated in FIG. 2.
空気調和装置は、図1に示すように、圧縮機1,流路切換手段(四方弁)2,室外熱交換器3,冷暖房用の絞り装置(流量制御弁)4、及び室内熱交換器5を冷媒配管を介して環状に接続して、冷房及び暖房が可能な冷凍サイクルを構成する。室外熱交換器3にはプロペラファン等の室外送風手段6が設けられ、室外熱交換器3に空気を流通させることで冷媒と熱交換する。また、室内熱交換器5には貫流ファン等の室内送風手段7が設けられ、室内熱交換器5に空気を流通させることで冷媒と熱交換する。
As shown in FIG. 1, the air conditioner includes a
図2に示すように、室外熱交換器3及び室内熱交換器5は、板厚方向に一定間隔で平行に複数並べられた板状フィン8と、板状フィン8を貫通して板状フィン8の長手方向に複数段設けられた伝熱管9とを備え、これらを空気流れ方向100に複数列備える(図2においては、空気流れ方向100に対して2段とする。これらは一体として室外熱交換器3又は室内熱交換器5を構成するが、本実施例においては、便宜上、風上側を第1熱交換器A、風下側を第2熱交換器Bとする。)。このように構成された室外熱交換器3及び室内熱交換器5において、それぞれ、伝熱管9内部に冷媒を流動させ、板状フィン8の板厚方向に対して垂直方向に送風することにより空気と冷媒とを熱交換させる。ここで、本実施例においては、図2の上下方向(図3の上下方向)を板状フィン8の長手方向、図2の奥行き方向(図3の左右方向)を板状フィン8の幅方向、図2の左右方向(図3の紙面垂直方向)を板状フィン8の板厚方向とする。板状フィン8はアルミニウム合金製の薄板(例えば、厚さ0.1mm)であり、伝熱管9は銅管である。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、室外熱交換器3の板状フィン8は、幅方向に所定の列ピッチS2(例えばS2=17mm)で伝熱管9の貫通孔が2列設けられている。貫通孔の中心は板状フィン8の左右端面から等距離に位置する。また、板状フィン8の長手方向には、所定の段ピッチS1又はS1′(例えばS1=S1′=20mm)で伝熱管9の貫通孔が複数段設けられる。隣り合う列の貫通孔は互いに千鳥配列となるように配置される。空気流れ方向100下流側である第2熱交換器Bの伝熱管9の貫通孔の直径D1よりも、空気流れ方向100上流側である第1熱交換器の伝熱管9の貫通孔の直径D2を小径に設定する(例えばD1=8mm、D2=7mm)。第2熱交換器Bの径D1よりも第1熱交換器の径D2を小径に設定する理由については後述する。
As shown in FIG. 3, the plate-
図4は、図3のX−X断面を示している。板状フィン8には、各列に対し、列方向(長手方向)に山形形状(本実施形態では10A〜10D及び11A〜11Dの各列4つの山形形状)が形成される。
FIG. 4 shows an XX cross section of FIG. The plate-
空気流れ方向上流側列である第1熱交換器Aの山形形状10A〜10Dの高さh10は、下流側列である第2熱交換器Bの山形形状11A〜11Dの高さh11より低く形成する(たとえば、h10=0.5mm、h11=0.8mm)。第1熱交換器Aの山形形状の高さh10を第2熱交換器Bの山形形状の高さh11より低く形成する理由については後述する。
The height h 10 of the
図5は熱交換器の冷媒経路の構成を示す図である。冷媒経路は、上部より12A〜12Dまでの4経路と、13A,13Bの2経路で構成される。上部の4経路は風上列で1つの経路から4つに分岐する。最上部の2経路12A,12Bは風下列で合流して下部経路13Aに接続する。中部の2経路12C,12Dは風下列で合流して下部経路13Bに接続する。下部経路13Aと13Bは風下列で1経路に合流する。図5に示すように、熱交換器が蒸発器として機能するときは、伝熱管のパス数が冷媒の流れ方向下流側ほど増大し、熱交換器が凝縮器として機能するときは、伝熱管のパス数が冷媒の流れ方向下流側ほど減少する。また、熱交換器が凝縮器として機能するときの熱交換器における冷媒の全ての入口部(熱交換器が蒸発器として機能するときの熱交換器における冷媒の出口部)が、風下側列の熱交換器(第2熱交換器B)に位置する。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the refrigerant path of the heat exchanger. The refrigerant path is composed of four paths from the top to 12A to 12D and two paths of 13A and 13B. The upper four paths branch from one path to four in the windward line. The uppermost two
次に、本実施例における空気調和装置の冷凍サイクルの動作について説明する。図1において、暖房運転時は流路切換手段(四方弁)2を冷媒が実線方向に流れるように切換える。このとき、冷媒は、図1の実線矢印方向(図1の時計廻り方向)に進み、圧縮機1,流路切換手段(四方弁)2,室内熱交換器5,流量制御弁4,室外熱交換器3の順に流れる。流量制御弁4は空調負荷に応じた適度な開度に調整され、凝縮器として機能する室内熱交換器5で凝縮して液化した冷媒は流量制御弁4で気液二相流となって、室外熱交換器3へ流入する。その後、冷媒は、蒸発器として機能する室外熱交換器3で蒸発した後、圧縮機1へ戻る。
Next, operation | movement of the refrigerating cycle of the air conditioning apparatus in a present Example is demonstrated. In FIG. 1, during heating operation, the flow path switching means (four-way valve) 2 is switched so that the refrigerant flows in the direction of the solid line. At this time, the refrigerant proceeds in the direction of the solid arrow in FIG. 1 (clockwise direction in FIG. 1), and
このような空気調和機の冷凍サイクルにおいて、室外熱交換器3での現象について説明する。室外熱交換器3には図1に示す室外送風手段6により、空気が送風される。具体的には、図3に示すように、空気流れ方向100の向きに、熱交換器へ空気が流入し、第1熱交換器Aから第2熱交換器を通過するように空気が送風され、伝熱管内部を流れる冷媒と空気が熱交換する。
In such a refrigeration cycle of an air conditioner, a phenomenon in the
ここで、第1熱交換器A及び第2熱交換器Bのそれぞれの板状フィン8には複数の山形形状が形成され、これら山形形状により空気の流れが乱され伝熱が促進される。しかしながら、山形形状が高いほど局所熱伝達率は高くなり伝熱性能は向上するが、通風抵抗が増大して室外送風手段6の動力が増大する。また、同じ段ピッチにおいて、伝熱管の径が小径であるほど通風抵抗が低減して空気側の伝熱面積が増加するが、伝熱管内の伝熱面積は減少する。このように、板状フィン8に形成される山形形状の高さ及び板状フィンを貫通する伝熱管の径の大きさには、一般的に伝熱性能と通風抵抗の間で二律背反の関係が存在する。
Here, a plurality of chevron shapes are formed on each plate-
ここで、室外熱交換器3においては、風上列(第1熱交換器A)は空気と冷媒の温度差を確保しやすいので、比較的熱伝達率が高く、空気側の熱伝達率の向上より通風抵抗の低減を優先させる方が有利である。一方、風下列(第2熱交換器B)は、風上列に比べ、風上列で熱交換した空気が流入するため、空気と冷媒の温度差を確保しにくいので、空気側の熱伝達率を優先させる方が有利である。そこで、本実施例においては、風下列(第1熱交換器A)では、空気側熱伝達率向上を優先して山形形状高さを高く、且つ、伝熱管径を大きくし、風上列(第2熱交換器B)では、通風抵抗低減を優先して風下列に対して山形形状高さを低くし、且つ、伝熱管径を小さくする。
Here, in the
ここまでは、熱交換器における空気側での現象について説明したが、冷媒側の現象について以下に説明する。図6は、図1の室外熱交換器3について、冷凍サイクル全体の経路図、室外熱交換器3の冷媒経路部分における冷媒乾き度χ分布,局所交換熱量q分布、及び冷媒側圧力分布Peの関係を示す。冷媒の経路は一例として図5に記載の冷媒経路構成とした。乾き度χは、冷媒ガス質量流量を冷媒全質量流量で除した値であり、乾き度χ≡冷媒ガス質量流量/冷媒全質量流量である(χ=1:完全冷媒ガス、χ=0:完全冷媒液)。また、局所交換熱量qは、熱交換器の一定部分(例えば冷媒配管1段分)で空気と冷媒が熱交換したときの交換熱量である。
So far, the phenomenon on the air side in the heat exchanger has been described, but the phenomenon on the refrigerant side will be described below. FIG. 6 is a route diagram of the entire refrigeration cycle, refrigerant dryness χ distribution, local exchange heat quantity q distribution, and refrigerant side pressure distribution Pe in the refrigerant path portion of the
図6において、実線は、風下列(第2熱交換器B)の山形形状の高さを高く、且つ、伝熱管径を大きくし、風下列に対して風上列(第1熱交換器A)の山形形状の高さを低く、且つ、伝熱管径を小さくした場合である。破線は、フィンの高さが一様(一様に低い)であり、且つ、伝熱管径が一様の場合である。冷媒は実線矢印の方向へ流れる。冷媒経路部分における乾き度χは、グラフ右から左へと変化している。 In FIG. 6, the solid line indicates that the height of the mountain shape of the leeward row (second heat exchanger B) is high and the heat transfer tube diameter is increased, and the leeward row (first heat exchanger) This is a case where the height of the mountain shape of A) is low and the diameter of the heat transfer tube is small. A broken line is a case where the fin height is uniform (uniformly low) and the heat transfer tube diameter is uniform. The refrigerant flows in the direction of the solid arrow. The dryness χ in the refrigerant path portion changes from the right side to the left side of the graph.
本実施例のような冷媒経路では、室外熱交換器3が蒸発器として機能するときは、各冷媒経路で冷媒の流れは空気と平行流となり、風上から風下へ向かって冷媒側の温度が低下するため、空気と冷媒の温度差を最大限確保することができる。
In the refrigerant path as in this embodiment, when the
流量制御弁4を通過した冷媒は、気液二相状態で室外熱交換器3へ流入する。このとき、熱交換器入口では低い乾き度であり、空気と熱交換するにしたがって乾き度が高くなる。4分岐した冷媒経路12A〜12Dの出口では、冷媒は乾き度χ=1で完全にガスとなる。
The refrigerant that has passed through the
一方、実線,破線とも、入口の冷媒経路13A,13Bの風上側で局所交換熱量qが最も大きい。これは、空気側で冷媒と空気の温度差が大きいことと、冷媒側では下流側の4経路に対して入口の冷媒経路13A,13Bの風上側では2経路となり、さらに風下列に対して伝熱管径が細径で断面積が少ないため、下流側に対して冷媒流速が2倍以上となり、冷媒の熱伝達率が高くなるためである。
On the other hand, the local exchange heat quantity q is the largest on the windward side of the
冷媒経路13A,13Bの出口では、実線,破線ともに、風下列で空気と冷媒の温度差が取れなくなるため、交換熱量が低下する。しかし、破線に対して、実線の交換熱量低下は少ない。これは、実線では、風下列の空気側熱伝達率が高いため、少ない空気と冷媒の温度差でも効率よく熱交換するためである。同様に、12A〜12Dの4経路においても、冷媒がガス化するにしたがって交換熱量は低下する。しかし、実線では風下列の空気側熱伝達率が高く熱交換の効率が高いため、交換熱量の低下が少ない。
At the outlets of the
また、冷媒圧力分布は、実線,破線ともに、13A,13Bの2経路に比べ4経路の12A〜12Dで圧力の低下が緩やかになり、単相域よりも二相域で圧力損失が増大しているものの、経路増加により1経路あたりの流量が減少して圧力損失が低下する。さらに、実線では2経路の風下列側及び4経路の風下列側で伝熱管径が大きくなり、圧力損失が大きい二相域において、経路断面積が増加することで圧力損失を低減でき、圧力の低下が緩やかになる。この際、経路断面積増加による冷媒流速低下での冷媒側熱伝達率の低下は、板状フィン側8の空気側熱伝達率が高いため、相殺される。このように、蒸発中の冷媒の圧力損失による圧力低下が緩和されることで、同じ交換熱量で蒸発圧力が上昇し、凝縮側との圧力比を減らすことができるため圧縮動力が減少する。
In addition, the refrigerant pressure distribution is such that both the solid line and the broken line, the pressure drops more slowly in 12A to 12D of the four paths than in the two paths of 13A and 13B, and the pressure loss increases in the two-phase area than in the single-phase area. However, the flow loss per path decreases due to the increase of the path, and the pressure loss decreases. Further, in the solid line, the heat transfer tube diameter increases on the leeward side of the two paths and the leeward side of the four paths, and the pressure loss can be reduced by increasing the path cross-sectional area in the two-phase region where the pressure loss is large. The decline of the At this time, the decrease in the refrigerant-side heat transfer coefficient due to the decrease in the refrigerant flow velocity due to the increase in the path cross-sectional area is offset because the air-side heat transfer coefficient on the plate-
さらに、空気側で着霜が生じる条件においても、風下列に対して風上列の通風抵抗が少なく、着霜は風下列から開始する。このため、風上列から着霜が開始する場合に比べ、板状フィン8間の流路閉塞までの時間が長くなり、着霜条件においても運転時間を長くでき、高効率で快適な空調を実現できる。
Further, even under conditions where frost formation occurs on the air side, the ventilation resistance of the upwind row is less than that of the downwind row, and frosting starts from the downwind row. For this reason, compared with the case where frosting starts from the windward row, the time until the flow path blockage between the
次に、図1の空気調和装置において、冷房運転時、流路切換手段(四方弁)2を冷媒が図1の破線矢印方向に流れるように切換える。このとき、冷媒は、図1の破線矢印方向(図1の反時計廻り方向)に、圧縮機1,流路切換手段(四方弁)2,凝縮器として機能する室外熱交換器3,流量制御弁4,蒸発器として機能する室内熱交換器5の順に流れる。流量制御弁4は空調負荷に応じた適度な開度に調整され、室外熱交換器3で凝縮して液化した冷媒は、流量制御弁4で減圧膨張して蒸発器の室内熱交換器5で蒸発して、圧縮機1へ戻る。
Next, in the air conditioning apparatus of FIG. 1, during the cooling operation, the flow path switching means (four-way valve) 2 is switched so that the refrigerant flows in the direction of the broken line arrow in FIG. 1. At this time, the refrigerant is in the direction of the broken line arrow in FIG. 1 (counterclockwise direction in FIG. 1),
このような空気調和機の冷凍サイクルにおいて、室外熱交換器3での現象について説明する。室外熱交換器3には図1に示す室外送風手段6により、空気が送風される。図3においては、空気流れ方向100の向きに熱交換器へ流入する。具体的には、図3に示すように、空気流れ方向100の向きに、熱交換器へ空気が流入し、第1熱交換器Aから第2熱交換器を通過するように空気が送風されることにより、伝熱管内部を流れる冷媒と空気が熱交換する。ここで、板状フィン8における空気側のみの現象については暖房運転時と同様のため説明を省略し、冷媒側を含めた現象について以下に説明する。
In such a refrigeration cycle of an air conditioner, a phenomenon in the
図7に、図1の室外熱交換器3について、冷凍サイクル全体の経路図、室外熱交換器3の冷媒経路部分における冷媒乾き度χ分布、及び局所交換熱量q分布の関係を示す。冷媒の経路は一例として図5に記載の冷媒経路構成とした。
FIG. 7 shows the relationship between the route diagram of the entire refrigeration cycle, the refrigerant dryness χ distribution in the refrigerant path portion of the
図7において、実線は、風下列(第2熱交換器B)の山形形状高さを高く、且つ、伝熱管径を大きくし、風下列に対して風上列(第1熱交換器A)の山形形状高さを低く、且つ、伝熱管径を小さくした場合である。破線は、フィンの高さが一様(一様に低い)であり、伝熱管径が一様の場合である。冷媒は破線矢印の方向へ流れる。冷媒経路部分における乾き度χは、グラフ左から右へと変化している。 In FIG. 7, the solid line indicates that the height of the mountain shape of the leeward row (second heat exchanger B) is high and the heat transfer tube diameter is increased, and the leeward row (first heat exchanger A) ) In the case where the height of the chevron shape is low and the diameter of the heat transfer tube is small. A broken line is a case where the fin height is uniform (uniformly low) and the heat transfer tube diameter is uniform. The refrigerant flows in the direction of the dashed arrow. The dryness χ in the refrigerant path portion changes from the left to the right of the graph.
本実施例のような冷媒経路では、室外熱交換器3が凝縮として機能するときは、各冷媒経路で冷媒の流れは空気と対向流であり、風上から風下へ向かって冷媒側の温度が低下するため、空気と冷媒の温度差を最大限確保することができる。
In the refrigerant path as in this embodiment, when the
流路切換手段(四方弁)2を通過した冷媒は、高温高圧のガス冷媒として室外熱交換器3へ流入する。このとき、熱交換器入口では乾き度χ=1の完全ガスであり、空気と熱交換するにしたがって乾き度が低くなる。2分岐した冷媒経路13A,13B入口付近から出口まで冷媒は乾き度χ=0で完全に液となる。このように、ガス域〜二相域を4分岐に対し、液域を2分岐に減少させている。これは、二相域に比べ液域では冷媒側熱伝達率が低く、流路断面積を減少させて流速を上げることで冷媒側熱伝達率を向上させるためである。
The refrigerant that has passed through the flow path switching means (four-way valve) 2 flows into the
一方、局所交換熱量q分布について、熱交換器入口では、冷媒経路が4経路で冷媒流速が遅く、乾き度が高いため交換熱量が低くなる。しかし、破線に対して、実線の交換熱量の低下は少ない。これは、実線では、風下列の空気側熱伝達率が高く、少ない空気と冷媒の温度差でも効率よく熱交換するためである。このとき、冷媒経路入口でのガス分(乾き度χ=1)が破線に比べ早く二相(乾き度χ<1)に変化し、冷媒側熱伝達率の高い二相の領域が拡大する。続く13A,13Bの2経路においては、冷媒は液化し、交換熱量は低下する。しかし、実線では風下列の空気側熱伝達率が高く、熱交換の効率が高く、さらに、風上列の伝熱管径が細径のため液で流れる冷媒の流速が増加し、交換熱量の低下が少ない。
On the other hand, regarding the local exchange heat quantity q distribution, at the inlet of the heat exchanger, there are four refrigerant paths, the refrigerant flow rate is slow, and the dryness is high, so the exchange heat quantity is low. However, the decrease in the exchange heat amount of the solid line is small compared to the broken line. This is because, in the solid line, the air-side heat transfer coefficient of the leeward row is high, and heat is efficiently exchanged even with a small temperature difference between the air and the refrigerant. At this time, the gas content (dryness χ = 1) at the refrigerant path inlet changes to two phases (dryness χ <1) earlier than the broken line, and the two-phase region having a high refrigerant side heat transfer coefficient is expanded. In the subsequent two
本実施例ではフィンの高さが一様に低く、伝熱管径が一様の場合と比較したが、フィンの高さを一様に高くし、空気側の熱伝達率を最優先させた場合、交換熱量は増加するが、同じ風量を出すために、ファン動力が増大してしまい全体の効率が低下する。 In this example, the height of the fins was uniformly low and compared with the case where the heat transfer tube diameter was uniform, but the height of the fins was uniformly increased and the heat transfer coefficient on the air side was given the highest priority. In this case, the exchange heat amount increases, but since the same air amount is produced, the fan power increases and the overall efficiency decreases.
上述したように、本実施例の熱交換器は、板厚方向に複数並べられた板状フィンと、板状フィンを貫通して板状フィンの長手方向に複数段設けられた伝熱管と、をそれぞれ有する第1熱交換器及び第2熱交換器を備え、伝熱管内部に冷媒を流動させ、板状フィンの板厚方向に対して垂直方向に送風することにより空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器であって、第1熱交換器は第2熱交換器よりも風上側に位置し、第1熱交換器及び第2熱交換器の板状フィンはそれぞれ長手方向に山形形状を備え、第2熱交換器の板状フィンに形成された山形形状の高さよりも、第1熱交換器の板状フィンに形成された山形形状の高さが低く形成され、第2熱交換器の伝熱管の管径よりも、第1熱交換器の伝熱管の管径が小さく形成される。従って、通風抵抗の増大を抑制しつつ、熱交換器の凝縮性能及び蒸発性能を向上させた高効率の熱交換器を提供することができる。 As described above, the heat exchanger of the present embodiment includes a plurality of plate-like fins arranged in the plate thickness direction, a heat transfer tube provided in a plurality of stages in the longitudinal direction of the plate-like fins through the plate-like fins, and The first heat exchanger and the second heat exchanger each having a flow rate are provided, the refrigerant flows inside the heat transfer tube, and the air and the refrigerant are heat-exchanged by blowing in a direction perpendicular to the plate thickness direction of the plate-like fins. The first heat exchanger is located on the windward side of the second heat exchanger, and the plate-like fins of the first heat exchanger and the second heat exchanger each have a chevron shape in the longitudinal direction. And the height of the chevron formed in the plate fin of the first heat exchanger is lower than the height of the chevron formed in the plate fin of the second heat exchanger, and the second heat exchanger The tube diameter of the heat transfer tube of the first heat exchanger is formed smaller than the tube diameter of the heat transfer tube. Therefore, it is possible to provide a highly efficient heat exchanger that improves the condensation performance and evaporation performance of the heat exchanger while suppressing an increase in ventilation resistance.
また、特に、熱交換器が蒸発器として機能するときは、伝熱管のパス数が冷媒の流れ方向下流側ほど増大し、且つ、冷媒の流れ方向と空気の流れ方向が平行流となり、熱交換器が凝縮器として機能するときは、伝熱管のパス数が冷媒の流れ方向下流側ほど減少し、且つ、冷媒の流れ方向と空気の流れ方向が対向流とする。このような熱交換器においては、上述したように、熱交換器が凝縮器及び蒸発器の何れで機能するにおいても、通風抵抗の増大を抑制しつつ、熱交換性能を向上させることができる。 In particular, when the heat exchanger functions as an evaporator, the number of heat transfer tube paths increases toward the downstream side of the refrigerant flow direction, and the refrigerant flow direction and the air flow direction become parallel flows, thereby exchanging heat. When the condenser functions as a condenser, the number of paths of the heat transfer tubes decreases toward the downstream side in the refrigerant flow direction, and the refrigerant flow direction and the air flow direction are counterflows. In such a heat exchanger, as described above, regardless of whether the heat exchanger functions as a condenser or an evaporator, the heat exchange performance can be improved while suppressing an increase in ventilation resistance.
尚、本実施例の熱交換器は、凝縮,蒸発ともに熱交換の効率が高く、蒸発時の圧力損失も低減できることから、蒸発圧力が高い、高密度の冷媒(例えばHFC410a等)だけでなく、蒸発圧力が低い、低密度の冷媒(例えば、HFC134a,HFO1234yf等)を用いても効率のよい運転が可能である。本実施例では、4経路と2経路の組合せの場合について説明したが、特に、蒸発圧力が低い、低密度の冷媒(例えば、HFC134a,HFO1234yf等)を用いる場合は、より圧力損失を低減させつつ凝縮性能を維持するため、例えば、8経路と4経路の組合せとすることもできる。 In addition, since the heat exchanger of the present embodiment has high efficiency of heat exchange for both condensation and evaporation and can reduce pressure loss during evaporation, not only a high-density refrigerant (for example, HFC410a) having a high evaporation pressure, Efficient operation is possible even when a low-density refrigerant (for example, HFC134a, HFO1234yf, etc.) with a low evaporation pressure is used. In the present embodiment, the case of the combination of the four paths and the two paths has been described. In particular, when a low-density refrigerant having a low evaporation pressure (for example, HFC134a, HFO1234yf, etc.) is used, the pressure loss is further reduced. In order to maintain the condensation performance, for example, a combination of 8 paths and 4 paths may be used.
また、本実施例では、主に、室外熱交換器を本発明の対象としたが、本発明を室内熱交換器に適用しても同様の効果を得ることができる。 In this embodiment, the outdoor heat exchanger is mainly the subject of the present invention, but the same effect can be obtained even if the present invention is applied to the indoor heat exchanger.
尚、本実施においては、第1熱交換器及び第2熱交換器の山形形状の高さとは、第1熱交換器及び第2熱交換器それぞれにおける山形形状の平均値の高さである。従って、例えば、山形形状による通風抵抗の影響については、第1熱交換器全体の通風抵抗が第2熱交換器全体の通風抵抗よりも小さくなる。 In the present embodiment, the heights of the chevron shapes of the first heat exchanger and the second heat exchanger are the average heights of the chevron shapes of the first heat exchanger and the second heat exchanger, respectively. Therefore, for example, regarding the influence of the ventilation resistance due to the mountain shape, the ventilation resistance of the entire first heat exchanger is smaller than the ventilation resistance of the entire second heat exchanger.
次に、本発明に係る第2の実施例について図8及び図9を用いて説明する。本実施例において、(1)空気調和装置を構成する各構成要素とそれらの接続関係を示す基本構成、(2)熱交換器の基本構成、(3)熱交換器の冷媒経路等については、第1の実施例と同様であるので、その説明を省略する。 Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, (1) the basic components showing the components constituting the air conditioner and their connection relationship, (2) the basic configuration of the heat exchanger, (3) the refrigerant path of the heat exchanger, etc. Since it is the same as that of the first embodiment, its description is omitted.
図8は本実施例の熱交換器の板状フィンの形状を示す側面図、図9は本実施例の熱交換器の板状フィンの形状を示す断面図である。本実施例において、室外熱交換器3の板状フィン8′は、図8に示すようにフィン幅方向に所定の列ピッチS2(例えばS2=17mm)で伝熱管9の貫通孔が2列設けられる。貫通孔の中心は板状フィン8′のフィン幅方向の中心に位置する。また、上下方向には所定の段ピッチS1又はS1′(例えばS1=S1′=20mm)で、伝熱管9の貫通孔が板状フィン8′の長手方向に複数段設けられる。隣り合う列の貫通孔は互いに千鳥配列となるように配置される。空気流れ方向100下流側(第2熱交換器B)の伝熱管9の貫通孔の径D1よりも上流側(第1熱交換器A)の伝熱管9の貫通孔の径D2が小径に設定される(例えばD1=8mm,D2=7mm)。
FIG. 8 is a side view showing the shape of the plate-like fins of the heat exchanger of this embodiment, and FIG. 9 is a cross-sectional view showing the shape of the plate-like fins of the heat exchanger of this embodiment. In this embodiment, the plate-like fins 8 'of the
図9は、図8のY−Y断面を示している。板状フィン8′には、各列に対し、列方向に複数の山形形状(本実施形態では20A〜20Dおよび21A〜21Dの各列4つ)が形成される。同じ列(第1熱交換器A又は第2熱交換器B)内での山形形状の高さは、各列で両端部に設けられる山形形状20A,20D及び21A,21Dよりも、伝熱管9の貫通孔に近い山形形状20B,20C及び21B,21Cが高く形成される。さらに、空気流れ方向100上流側(第1熱交換器A)列の何れの山形形状高さも、下流側(第2熱交換器B)列の最も低い山形形状21A,21Dの高さより低く形成することができる(たとえば、h20A=h20D=0.3mm、h20B=h20C=0.5mm、h21A=h21D=0.6mm、h21B=h21C=0.8mm)。このような構成により、伝熱管に近く熱交換効率の高い山形形状の高さを高くして熱交換効率を向上させるとともに、伝熱管から遠く熱交換効率の低い山形形状の高さを低くして通風抵抗を低減させることにより、第1熱交換器及び第2熱交換器のそれぞれにおいて、より通風抵抗を低減しつつ高効率の熱交換器を構成することができる。
FIG. 9 shows a YY cross section of FIG. A plurality of chevron shapes (four
以上説明したように、本実施例における熱交換器では、第1熱交換器及び第2熱交換器の板状フィンはそれぞれ長手方向に複数の山形形状を備え、複数の山形形状のうちフィンの幅方向の両端部に位置する両端部山形形状の高さが、両端部山形形状よりも伝熱管側に位置する中心部山形形状の高さよりも低く形成されるので、第1熱交換器及び第2熱交換器のそれぞれにおいて、より通風抵抗を低減しつつ高効率の熱交換器を構成することができる。 As described above, in the heat exchanger in the present embodiment, the plate-like fins of the first heat exchanger and the second heat exchanger each have a plurality of chevron shapes in the longitudinal direction, and the fins of the plurality of chevron shapes The height of both end chevron shapes located at both ends in the width direction is formed lower than the height of the central chevron shape located on the heat transfer tube side than both end chevron shapes. In each of the two heat exchangers, a highly efficient heat exchanger can be configured while further reducing the ventilation resistance.
次に、本発明に係る第3の実施例について図10及び図11を用いて説明する。本実施例において、(1)空気調和装置を構成する各構成要素とそれらの接続関係を示す基本構成、(2)熱交換器の基本構成、(3)熱交換器の冷媒経路等については、第1の実施例と同様であるので、その説明を省略する。 Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, (1) the basic components showing the components constituting the air conditioner and their connection relationship, (2) the basic configuration of the heat exchanger, (3) the refrigerant path of the heat exchanger, etc. Since it is the same as that of the first embodiment, its description is omitted.
図10は本実施例の熱交換器の板状フィンの形状を示す側面図、図11は本実施例の熱交換器の板状フィンの形状を示す断面図である。本実施例において、室外熱交換器3の板状フィン8″は、図10に示すようにフィン幅方向に所定の列ピッチS2(例えばS2=17mm)で伝熱管9の貫通孔が2列設けられる。
FIG. 10 is a side view showing the shape of the plate fins of the heat exchanger of the present embodiment, and FIG. 11 is a cross-sectional view showing the shape of the plate fins of the heat exchanger of the present embodiment. In this embodiment, the plate-
貫通孔は、板状フィン8″のフィン幅方向中心よりも風下側に位置する(つまり、貫通孔から風下側端部までの長さが、貫通孔から風上側端部までの長さよりも長くなるように貫通孔が位置する。例えばW1=10mm>W2=7mm)。また、上下方向には所定の段ピッチS1又はS1′(例えばS1=S1′=20mm)で伝熱管9の貫通孔が板状フィン8″の長手方向に複数段設けられる。風下列に対して風上列の通風抵抗が少ないことに加え、同一列内において、伝熱管から板状フィン8″の風上側の端部までの距離が風下側の端部までの距離よりも離れているので、着霜による板状フィン8″での流路閉塞までの時間を長くすることができる。
The through hole is located on the leeward side of the fin-width-direction center of the plate-
第1の実施例と同様に、隣り合う列の貫通孔は互いに千鳥配列となるように配置される。空気流れ方向100下流側(第2熱交換器B)の伝熱管9の貫通孔の径D1よりも上流側(第1熱交換器A)の伝熱管9の貫通孔の径D2が小さい(例えばD1=8mm、D2=7mm)。
Similar to the first embodiment, the through holes in adjacent rows are arranged in a staggered manner. The diameter D2 of the through hole of the
図11は、図10のZ−Z断面を示している。板状フィン8″には、各列に対し、列方向に複数の山形形状(本実施形態では20A〜20C及び21A〜21Cの各列3つ)が形成される。同じ列(第1熱交換器A又は第2熱交換器B)内での山形形状の高さは、各列で空気流れ方向100上流側の端部に設けられる山形形状20A及び21Aよりも、伝熱管9の貫通孔に近い山形形状20B,20C及び21B,21Cが高く形成される。さらに、空気流れ方向上流側列の山形形状高さを、下流側のよりも最も高い山形形状21Aの高さより低く形成することができる(たとえば、h20A=0.3mm、h20B=h20C=0.5mm、h21A=0.6mm、h21B=h21C=0.8mm)。このような構成により、第2の実施例と同様に、伝熱管に近く熱交換効率の高い山形形状(20B,20C及び21B,21C)の高さを高くして熱交換効率を向上させるとともに、伝熱管から遠く熱交換効率の低い山形形状(20A及び21A)の高さを低くして通風抵抗を低減させることにより、第1熱交換器及び第2熱交換器のそれぞれにおいて、より通風抵抗を低減しつつ高効率の熱交換器を提供することができる。
FIG. 11 shows a ZZ cross section of FIG. A plurality of chevron shapes (three
以上説明したように、本実施例における熱交換器では、第1熱交換器及び第2熱交換器の板状フィンを貫通する伝熱管は、板状フィンのフィン幅方向中心よりも風下側に位置するので、着霜による板状フィン8″での流路閉塞までの時間を長くすることができる。また、第1熱交換器及び第2熱交換器の板状フィンはそれぞれ長手方向に複数の山形形状を備え、複数の山形形状のうちフィンの風上側端部に位置する風上側山形形状の高さが、この風上側山形形状以外の他の山形形状の高さよりも低く形成されるので、第1熱交換器及び第2熱交換器のそれぞれにおいて、より通風抵抗を低減しつつ高効率の熱交換器を提供することができる。
As described above, in the heat exchanger according to the present embodiment, the heat transfer tubes that penetrate the plate-like fins of the first heat exchanger and the second heat exchanger are located on the leeward side of the fin-width direction center of the plate-like fins. Therefore, it is possible to lengthen the time until the flow path is blocked by the plate-
尚、本実施例においては、風下列(第2熱交換器B)及び風上列(第1熱交換器A)それぞれの板状フィン8″の貫通孔の位置を風下側に移動させたが、風上列の板状フィン8″の貫通孔のみ中心位置を風下側に移動させてもよい。
In the present embodiment, the positions of the through holes of the plate-
1 圧縮機
2 流路切換手段(四方弁)
3 室外熱交換器
4 冷暖房用の絞り装置(流量制御弁)
5 室内熱交換器
6 室外送風手段
7 室内送風手段
8,8′,8″ 板状フィン
9 伝熱管
10A〜10D,11A〜11D,20A〜20D,21A〜21D,30A〜30C,31A〜31C 山形形状
12A〜12D,13A,13B 冷媒経路
100 空気流れ方向
A 第1熱交換器
B 第2熱交換器
1
3
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1熱交換器は前記第2熱交換器よりも風上側に位置し、
前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器の前記板状フィンはそれぞれ長手方向に山形形状を備え、前記第2熱交換器の前記板状フィンに形成された前記山形形状の高さよりも、前記第1熱交換器の前記板状フィンに形成された前記山形形状の高さが低く形成され、
前記第2熱交換器の前記伝熱管の管径よりも、前記第1熱交換器の前記伝熱管の管径が小さく形成された熱交換器。 A first heat exchanger and a second heat each having a plurality of plate-like fins arranged in the plate thickness direction, and heat transfer tubes provided in a plurality of stages in the longitudinal direction of the plate-like fins through the plate-like fins. The heat exchanger is configured as an integrated exchanger, in which a refrigerant flows inside the heat transfer tubes and heat is exchanged between air and the refrigerant by blowing air in a direction perpendicular to the plate thickness direction of the plate fins. And
The first heat exchanger is located on the windward side of the second heat exchanger;
The plate-like fins of the first heat exchanger and the second heat exchanger each have a chevron shape in the longitudinal direction, and are higher than the height of the chevron shape formed on the plate-like fin of the second heat exchanger. The chevron-shaped height formed on the plate-like fin of the first heat exchanger is formed low,
A heat exchanger in which a tube diameter of the heat transfer tube of the first heat exchanger is smaller than a tube diameter of the heat transfer tube of the second heat exchanger.
前記複数の山形形状のうち、前記フィンの風上側端部に位置する風上側山形形状の高さが、前記風上側山形形状以外の他の前記山形形状の高さよりも低く形成された熱交換器。 In Claim 1 or 2, the plate-like fins of the first heat exchanger and the second heat exchanger each have a plurality of chevron shapes in the longitudinal direction,
Among the plurality of chevron shapes, a heat exchanger in which the height of the windward chevron shape located at the windward end of the fin is lower than the heights of the chevron shapes other than the windward chevron shape .
前記熱交換器が凝縮器として機能するときは、前記伝熱管のパス数が前記冷媒の流れ方向下流側ほど減少し、且つ、前記冷媒の流れ方向と空気の流れ方向が対交流となる熱交換器。 4. The heat exchanger tube according to claim 1, wherein when the heat exchanger functions as an evaporator, the number of passes of the heat transfer tube increases toward the downstream side in the flow direction of the refrigerant, and the flow direction of the refrigerant and air The flow direction is parallel flow,
When the heat exchanger functions as a condenser, the number of passes of the heat transfer tubes decreases toward the downstream side in the flow direction of the refrigerant, and the heat exchange in which the flow direction of the refrigerant and the flow direction of the air are opposite to each other vessel.
前記室外熱交換器は請求項1乃至5の何れかに記載の熱交換器である空気調和機。 A compressor, a flow path switching means, an outdoor heat exchanger, an expansion device for air conditioning operation, and a refrigeration cycle device in which an indoor heat exchanger is connected by a refrigerant pipe,
The said outdoor heat exchanger is an air conditioner which is a heat exchanger in any one of Claims 1 thru | or 5.
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