JP2012107775A - 熱交換器及びこの熱交換器を備えた空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱交換器は、冷媒が流通する複数のパスと、複数のパスの一方の端部に接続された第1分配ヘッダー5と、複数のパスの他方の端部に接続された第2分配ヘッダー10と、を備える。第2分配ヘッダー10は、複数のパスの他方の端部に接続された外管18と、外管18を流れる冷媒の一部を分岐する分岐配管8aと、分岐配管8aと接続され、分岐配管8aから流入した冷媒と外管18を流れる冷媒とが熱交換する内管19と、分岐配管8aに設けられ、内管19へ流入する冷媒を膨張させる絞り装置7と、を備えたものである。
【選択図】図2
Description
以下、図面を参照して本発明の実施形態1に係る熱交換器、及びこの熱交換器を備えた空気調和装置について説明する。なお、以下の実施の形態を説明する図面では、各構成部材の大きさや形状が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態1に係る空気調和装置50は、冷媒を循環させるヒートポンプ方式の冷凍サイクル回路を備えている。この冷凍サイクル回路は、圧縮機1、四方弁3、室外熱交換器4、膨張弁等である絞り装置25、室内熱交換器26等により構成されている。圧縮機1は、吸入した冷媒を圧縮して吐出するものである。四方弁3は、冷房運転時と暖房運転時で、圧縮機1から吐出された冷媒の流路を切り替えるものである。つまり、四方弁3は、圧縮機1から吐出された冷媒の流路を、室外熱交換器4へ流入する流路(冷房運転時)又は室内熱交換器26へ流入する流路(暖房運転時)に切り替えるものである。
従来の空気調和装置100においては、室外熱交換器4の第2分配ヘッダー6は、冷媒を合流及び分岐する機能のみ有している。このため、室外熱交換器4から流出した液冷媒の過冷却度を増大させる二重管熱交換器110は、室外熱交換器4(より詳しくは、第2分配ヘッダー6)と絞り装置25とを接続する液側配管27に設けられている。二重管熱交換器110は内部に2つの流路が形成されており、一方の流路には液側配管27を流れる冷媒が通過する。また、他方の流路には、液側配管27から分岐した分岐配管108aが接続されている。つまり、他方の流路には、分岐配管108aを通過する際に絞り装置107で膨張された冷媒が流れる。例えば冷房運転時、二重管熱交換器110内において一方の流路を流れる冷媒と他方を流れる冷媒とが熱交換することにより、室外熱交換器4から流出した液冷媒の過冷却度を増大させることができる(つまり、冷却性能を向上させることができる)。なお、二重管熱交換器110の他方の流路を通過した冷媒は、配管108bを通ってアキュムレーター9の上流側へ流入する。
本実施の形態1に係る室外熱交換器4の第2分配ヘッダー10は、例えば中空円筒形状の外管18、例えば中空円筒形状の内管19、外管18と内管19とを接続する分岐配管8a、及び例えば膨張弁等である絞り装置7等を備えている。ここで、外管18が本発明の第1配管に相当し、内管19が本発明の第2配管に相当し、絞り装置7が本発明の第1絞り装置に相当する。
このような本実施の形態1に係る室外熱交換器4を備えた空気調和装置50は、以下のように動作する。
冷房運転時、圧縮機1から吐出された高圧のガス冷媒は、オイルセパレーター2で作動油が分離された後、四方弁3を介して室外熱交換器4へ流入する。室外熱交換器4へ流入した高圧のガス冷媒は、第1分配ヘッダー5で分配され、各パスに流入する。各パスに流入した高圧のガス冷媒は、室外空気と熱交換して凝縮し、高圧の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は、分配リードパイプ20を介して外管18へ流入して合流する。外管18で合流した高圧の液冷媒は、外管18の内周面と内管19の外周面との間を流れる間に、内管19を流れる低温冷媒に冷却され、過冷却度が増大する(過冷却が促進される)。
暖房運転時、圧縮機1から吐出された高圧のガス冷媒は、オイルセパレーター2で作動油が分離された後、四方弁3を介して室内熱交換器26へ流入する。室内熱交換器26へ流入した高圧のガス冷媒は、室内空気を加熱しながら凝縮し、液冷媒となって絞り装置25へ流入する。絞り装置25へ流入した液冷媒は、減圧されて気液二相冷媒となった後、液側配管27を通って室外熱交換器4へ流入する。
例えば図4に示すように、内管19の略中央部(下部近傍ではない位置)に分岐配管8aを接続するとよい。このように第2分配ヘッダー10を構成することにより、外管18内の過冷却度が最も大きい冷媒(外管18の下部近傍の冷媒、換言すると外管18の出口近傍の冷媒)と熱交換する内管19内の冷媒は、エンタルピーが高い状態のものとなる。これにより、各パスの出口近傍における冷媒の過冷却度バランスを均一化でき、室外熱交換器4の下部に冷媒が寝込むことを抑制できる。
例えば図5に示す第2分配ヘッダー10は、分岐配管8aの端部に複数の分岐バイパス管29が設けられている。そして、これら分岐バイパス管29が、内管19内の冷媒流れ方向(内管19の長手方向)に沿って、内管19と接続されている。つまり、分岐配管8aは、複数の流路に分岐されて内管19に接続されている。このように第2分配ヘッダー10を構成することにより、略同一のエンタルピーとなった冷媒が内管19に流入し、各パスから流出した冷媒は、略同一のエンタルピーとなった冷媒と熱交換することとなる。これにより、各パスの出口近傍における冷媒の過冷却度バランスを均一化でき、室外熱交換器4の下部に冷媒が寝込むことを抑制できる。
例えば図6に示すように、一本の配管を仕切り板で分割し、第1配管24(図3の外管18に相当)と第2配管23(図3の内管19に相当)を一体形成してもよい。
また例えば図7に示すように、第1配管24(図3の外管18に相当)の外周面と第2配管23(図3の内管19に相当)の外周面とが接するように、第2分配ヘッダー10を構成してもよい。
また例えば図8に示すように、第1配管24(図3の外管18に相当)の内周面と第2配管23(図3の内管19に相当)の外周面とが接するように、第2分配ヘッダー10を構成してもよい。
図6〜図8に示す第2分配ヘッダー10においては、冷房運転時、各パスから流出した冷媒は第1配管24を流れることとなる。また、分岐配管8aを通って絞り装置7で減圧された冷媒は、第2配管23を流れることとなる。
冷房運転時、室外熱交換器4に冷媒が寝込んでしまった場合に備え、例えば以下のような寝込み是正装置を予め空気調和装置50に備えていてもよい。なお、本実施の形態2において、特に記述しない項目については実施の形態1と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
本実施の形態2に係る空気調和装置50は、実施の形態1で示した空気調和装置50に、室外熱交換器4の内部に冷媒が寝込むことを是正する寝込み是正装置が設けられている。この寝込み是正装置は、バイパス管13、例えば電磁弁である開閉装置14、及び例えばキャピラリーである絞り装置15を備えている。ここで、絞り装置15が本発明の第3絞り装置に相当する。
図11に示す空気調和装置50は、寝込み是正装置として、バイパス管13c、例えば電磁弁である開閉装置14、及び例えばキャピラリーである絞り装置15を備えている。ここで、バイパス管13cが本発明の第1回収配管に相当する。
暖房運転時、第2分配ヘッダー10の第1配管(例えば図2の外管18)には気液二相冷媒が流入し、この冷媒が各パスへ分配されることとなる。このとき、第1配管(例えば図2の外管18)の下部から流入した気液二相冷媒は、第1配管(例えば図2の外管18)の上方へ流れるにつれて圧力損失が増加し、乾き度が増加する。このため、暖房運転時、第1配管(例えば図2の外管18)を流れる冷媒の圧力損失の増加を抑制するため、例えば以下のように第2分配ヘッダー10を構成してもよい。なお、実施の形態1において第2分配ヘッダー10の構成を幾つか示したが(例えば図2、図6〜図8)、本実施の形態3では、図2で示した第2分配ヘッダー10を例に説明する。また、本実施の形態3において、特に記述しない項目については実施の形態1又は実施の形態2と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
図12に示す第2分配ヘッダー10の内管19は、室外熱交換器4が蒸発器として機能する際に外管18を流れる冷媒の流れ方向に沿って(つまり、下部から上部にかけて)、直径が段階的に小さくなっている。つまり、図12に示す第2分配ヘッダー10の内管19は、室外熱交換器4が蒸発器として機能する際に外管18を流れる冷媒の流れ方向に沿って(つまり、下部から上部にかけて)、流路の断面積が段階的に小さくなっている。これにより、室外熱交換器4が蒸発器として機能する際に外管18を流れる冷媒の流れ方向に沿って(つまり、下部から上部にかけて)、外管18の流路を段階的に大きくできる。このため、外管18の上方へ行くに従って圧力損失が増加することを抑制できるので、室外熱交換器4の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。なお、図12に示す内管19は、段部での急激な形状変化によって圧力損失が増加することを抑制するため、段部をC面カット形状30にしている。
図13に示す第2分配ヘッダー10の内管19は、室外熱交換器4が蒸発器として機能する際に外管18を流れる冷媒の流れ方向に沿って(つまり、下部から上部にかけて)、直径が漸近的に小さくなっている(換言すると、テーバー形状となっている)。つまり、図13に示す第2分配ヘッダー10の内管19は、室外熱交換器4が蒸発器として機能する際に外管18を流れる冷媒の流れ方向に沿って(つまり、下部から上部にかけて)、流路の断面積が漸近的に小さくなっている。これにより、室外熱交換器4が蒸発器として機能する際に外管18を流れる冷媒の流れ方向に沿って(つまり、下部から上部にかけて)、外管18の流路を漸近的に大きくできる。このため、外管18の上方へ行くに従って圧力損失が増加することを抑制できるので、室外熱交換器4の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。
図14に示す第2分配ヘッダー10の外管18は、室外熱交換器4が蒸発器として機能する際に外管18を流れる冷媒の流れ方向に沿って(つまり、下部から上部にかけて)、直径が段階的に大きくなっている。つまり、図14に示す第2分配ヘッダー10の外管18は、室外熱交換器4が蒸発器として機能する際に外管18を流れる冷媒の流れ方向に沿って(つまり、下部から上部にかけて)、流路の断面積が段階的に大きくなっている。このため、外管18の上方へ行くに従って圧力損失が増加することを抑制できるので、室外熱交換器4の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。なお、図14に示す外管18は、段部での急激な形状変化によって圧力損失が増加することを抑制するため、段部をC面カット形状30にしている。
図15に示す第2分配ヘッダー10の外管18は、室外熱交換器4が蒸発器として機能する際に外管18を流れる冷媒の流れ方向に沿って(つまり、下部から上部にかけて)、直径が漸近的に大きくなっている(換言すると、テーバー形状となっている)。つまり、図15に示す第2分配ヘッダー10の外管18は、室外熱交換器4が蒸発器として機能する際に外管18を流れる冷媒の流れ方向に沿って(つまり、下部から上部にかけて)、流路の断面積が漸近的に大きくなっている。このため、外管18の上方へ行くに従って圧力損失が増加することを抑制できるので、室外熱交換器4の各パスの入口における冷媒の乾き度を均一化でき、各パスへ冷媒を均等に分配することができる。
Claims (12)
- 冷媒が流通する複数のパスと、
前記複数のパスの一方の端部に接続された第1分配ヘッダーと、
前記複数のパスの他方の端部に接続された第2分配ヘッダーと、
を備え、
前記第2分配ヘッダーは、
前記複数のパスの他方の端部に接続された第1配管と、
前記第1配管を流れる冷媒の一部を分岐する分岐配管と、
前記分岐配管と接続され、前記分岐配管から流入した冷媒と前記第1配管を流れる冷媒とが熱交換する第2配管と、
前記分岐配管に設けられ、前記第2配管へ流入する冷媒を膨張させる第1絞り装置と、
を備えたことを特徴とする熱交換器。 - 前記複数のパスから流出した冷媒が前記第1配管を流れる際の流れ方向に沿って見た場合、
前記分岐配管の前記第2配管への接続位置は、
前記第2配管の下流側端部よりも上流側となる位置であることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。 - 前記分岐配管は、複数の流路に分岐されて前記第2配管と接続されていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換器。
- 前記第1配管は、
前記複数のパスから流出した冷媒が前記第1配管を流れる際の流れ方向に沿って、流路の断面積が大きくなっていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 前記第2配管は、
前記複数のパスから流出した冷媒が前記第1配管を流れる際の流れ方向に沿って、流路の断面積が小さくなっていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 前記第1配管及び前記第2配管は、
管部材の内部を仕切り板で分割することにより一体形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 前記第2配管は、その外周面が前記第1配管の内周面に接触して設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の熱交換器。
- 前記第2配管は、その外周面が前記第1配管の外周面に接触して設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の熱交換器。
- 圧縮機、流路切替装置、室外熱交換器、第2絞り装置及び室内熱交換器を備えた空気調和装置において、
請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の熱交換器を室外熱交換器として用いたことを特徴とする空気調和装置。 - 前記室外熱交換器の内部に冷媒が寝込むことを是正する寝込み是正装置を備えたことを特徴とする請求項9に記載の空気調和装置。
- 前記寝込み是正装置は、
一端が前記圧縮機の吐出側に接続され、前記室外熱交換器を通って他端が前記圧縮機の吸入側と接続されたバイパス管と、
前記圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器との間の前記バイパス管に設けられた開閉装置と、
前記室外熱交換器と前記圧縮機の吸入側との間の前記バイパス管に設けられた第3絞り装置と、
を備えたことを特徴とする請求項10に記載の空気調和装置。 - 前記寝込み是正装置は、
前記圧縮機の吸入側と前記室外熱交換器の前記複数のパスの一部とを接続する第1回収配管と、
前記第1回収配管に設けられた開閉装置及び第3絞り装置と、
を備えたことを特徴とする請求項10に記載の空気調和装置。
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