JP2013015233A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一体化熱交換器9は、熱源側熱交換器3と、エコノマイザ熱交換器6とを備える。熱源側熱交換器3は、第1ヘッダ31と、第1扁平多穴管32とを有する。熱源側熱交換器3は、第1扁平多穴管32の内部を流れる第1冷媒と空気との間で熱交換をさせる。エコノマイザ熱交換器6は、第2ヘッダ61と、第2扁平多穴管62と、第3扁平多穴管63とを有する。エコノマイザ熱交換器6は、第2扁平多穴管62の内部を流れる第2冷媒と、第3扁平多穴管63の内部を流れる第3冷媒と、の間で熱交換をさせる。熱源側熱交換器3およびエコノマイザ熱交換器6は、第1ヘッダ31の平面位置と第2ヘッダ61の平面位置とが少なくとも一部重なり、かつ、第1ヘッダ31の一部と第2ヘッダ61の一部とが一体化している。
【選択図】図3
Description
図1は、本発明に係る熱交換器を備える冷凍装置の一例としての空気調和装置1の概略構成図である。空気調和装置1は、冷房運転が可能となるように構成された冷媒回路10を有し、二酸化炭素等の超臨界域で作動する冷媒を使用して二段圧縮式冷凍サイクルを行う。
圧縮機構2は、冷凍サイクルにおける低圧から、冷凍サイクルにおける高圧まで冷媒を圧縮する。圧縮機構2は、2つの圧縮要素を用いて冷媒を二段圧縮する圧縮機21である。圧縮機21は、ケーシング21a内に、圧縮要素駆動モータ21bと、駆動軸21cと、前段側圧縮要素2cと、後段側圧縮要素2dとが収容された密閉式構造となっている。圧縮要素駆動モータ21bは、駆動軸21cに連結されている。駆動軸21cは、前段側圧縮要素2cおよび後段側圧縮要素2dに連結されている。すなわち、圧縮機21は、圧縮要素駆動モータ21bが、1本の駆動軸21cを介して、前段側圧縮要素2cおよび後段側圧縮要素2dを駆動する、一軸二段圧縮構造を有する。
熱源側熱交換器3は、圧縮機構2によって圧縮された高圧の冷媒を冷却する放熱器である。熱源側熱交換器3は、冷却源としての空気と、熱源側熱交換器3内を流れる冷媒との間で熱交換をさせる。熱源側熱交換器3は、第1高圧冷媒管3aおよび吐出管2bを介して、圧縮機構2に接続されている。第1高圧冷媒管3aは、熱源側熱交換器3の入口と、吐出管2bとに接続される冷媒管である。熱源側熱交換器3は、第2高圧冷媒管3bを介して、エコノマイザ熱交換器6および後述するインジェクション部8に接続されている。第2高圧冷媒管3bは、熱源側熱交換器3の出口と、エコノマイザ熱交換器6の入口(熱源側熱交換器3から膨張機構4に送られる冷媒の流路の入口)と、インジェクション部8の入口(第2高圧冷媒管3bから分岐された冷媒の流路の入口)とに接続される冷媒管である。
膨張機構4は、熱源側熱交換器3およびエコノマイザ熱交換器6において冷却された高圧の冷媒を、利用側熱交換器5に送る前に、冷凍サイクルにおける低圧付近まで減圧する。膨張機構4は、例えば、電動膨張弁である。膨張機構4は、第3高圧冷媒管3cを介して、エコノマイザ熱交換器6に接続されている。第3高圧冷媒管3cは、エコノマイザ熱交換器6の出口(熱源側熱交換器3から膨張機構4に送られる冷媒の流路の出口)と、膨張機構4の入口とに接続される冷媒管である。膨張機構4は、第1低圧冷媒管5aを介して、利用側熱交換器5に接続されている。第1低圧冷媒管5aは、膨張機構4の出口と、利用側熱交換器5の入口とに接続される冷媒管である。
利用側熱交換器5は、膨張機構4によって減圧された低圧の冷媒を加熱して蒸発させる蒸発器である。利用側熱交換器5は、加熱源としての空気と、利用側熱交換器5内を流れる冷媒との間で熱交換をさせる。利用側熱交換器5は、第1低圧冷媒管5aを介して、膨張機構4に接続されている。利用側熱交換器5は、第2低圧冷媒管5bを介して、圧縮機構2に接続されている。第2低圧冷媒管5bは、利用側熱交換器5の出口と、吸入管2aとに接続される冷媒管である。
エコノマイザ熱交換器6は、熱源側熱交換器3から膨張機構4に送られる高圧の冷媒と、インジェクション部8を流れる中間圧の冷媒との間で熱交換をさせる。ここで、インジェクション部8について説明する。
次に、空気調和装置1の冷房運転時の動作について、冷媒回路10を循環する冷媒の流れに基づいて説明する。冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管2aから圧縮機構2に吸入される。圧縮機構2に吸入された低圧の冷媒は、前段側圧縮要素2cによって冷凍サイクルにおける中間圧まで圧縮された後に、中間圧冷媒管7に吐出される。中間圧冷媒管7において、前段側圧縮要素2cから吐出された中間圧の冷媒は、第2インジェクション管8bから戻された中間圧の冷媒と合流する。合流した中間圧の冷媒は、後段側圧縮要素2dに吸入され、後段側圧縮要素2dによって冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮される。圧縮された高圧の冷媒は、圧縮機構2から吐出管2bに吐出される。
本実施形態において、熱源側熱交換器3と、エコノマイザ熱交換器6とは、一部が一体化している。以下、熱源側熱交換器3とエコノマイザ熱交換器6とを、併せて、一体化熱交換器9と呼ぶ。図2は、一体化熱交換器9の概略構成図である。図2に示されるように、一体化熱交換器9は、熱源側熱交換器3が下段に、エコノマイザ熱交換器6が上段に配置される二段構造を有している。図3は、一体化熱交換器9を、後述する第1扁平多穴管32の長手方向かつ鉛直方向に沿って切断した断面図の一部である。
図4は、一体化熱交換器9の熱源側熱交換器3の概略構成図である。熱源側熱交換器3は、主として、一対の第1ヘッダ31と、複数の第1扁平多穴管32と、複数のコルゲートフィン33とから構成されている。熱源側熱交換器3は、第1扁平多穴管32とコルゲートフィン33とが交互に積層し、かつ、第1扁平多穴管32の両端に第1ヘッダ31が取り付けられている構成を有している。
図5は、一体化熱交換器9のエコノマイザ熱交換器6の概略構成図である。エコノマイザ熱交換器6は、主として、一対の第2ヘッダ61と、複数の第2扁平多穴管62と、複数の第3扁平多穴管63とから構成されている。エコノマイザ熱交換器6は、1本の第2扁平多穴管62と1本の第3扁平多穴管63とが互いに密着したユニットが積層し、かつ、第2扁平多穴管62および第3扁平多穴管63の両端に第2ヘッダ61が取り付けられている構成を有している。
以上の説明により、本実施形態において、熱源側熱交換器3の第1ヘッダ31およびエコノマイザ熱交換器6の第2ヘッダ61は、共通の構成要素として、管接続部材43を有している。すなわち、一体化熱交換器9は、管接続部材43によって、熱源側熱交換器3およびエコノマイザ熱交換器6の一部が一体化している構成を有している。次に、管接続部材43について説明する。
一体化熱交換器9において行われる熱交換について説明する。最初に、一体化熱交換器9の下段の熱交換器である熱源側熱交換器3における熱交換について、図4を参照しながら説明する。圧縮機構2から吐出されて第1高圧冷媒管3a内を流れる高圧の冷媒は、一の第1ヘッダ31内の第1主流路41aに供給される。第1主流路41aを流れる高圧の冷媒は、複数の第1連絡流路41bに分流した後、各第1扁平多穴管32の第1冷媒流路穴32aに流入する。高圧の冷媒は、各第1扁平多穴管32の第1冷媒流路穴32aを通過する過程で、空気流路33aを通過する空気と熱交換して冷却される。次に、各第1扁平多穴管32を通過した高圧の冷媒は、反対側の第1ヘッダ31内の第1主流路41aに流入する。最終的に、高圧の冷媒は、第1主流路41aから第2高圧冷媒管3bに送られる。
次に、本実施形態において、一体化熱交換器9を組み立てる工程について説明する。最初に、熱源側熱交換器3の第1ヘッダ31の平面位置と、エコノマイザ熱交換器6の第2ヘッダ61の平面位置とが少なくとも一部重なるように、熱源側熱交換器3およびエコノマイザ熱交換器6を配置する。具体的には、第1ヘッダ31および第2ヘッダ61を鉛直方向に沿って見た場合に、第1流路形成部材41の第1平面部41cと、第2流路形成部材42の第2平面部42eとが一致するように、第1流路形成部材41および第2流路形成部材42の位置を調節する。次に、第1平面部41cおよび第2平面部42eに密着させるようにスペーサ部材43cを配置する。同様に、スペーサ部材43cに密着させるように管固定部材43bを配置し、管接着部材43aを図6および図7に従って配置する。次に、第1扁平多穴管32、第2扁平多穴管62および第3扁平多穴管63を、管固定部材43bの扁平管留め孔44bの奥まで嵌入する。最後に、第1流路形成部材41と、第2流路形成部材42と、管接続部材43(管接着部材43a、管固定部材43bおよびスペーサ部材43c)と、第1扁平多穴管32と、第2扁平多穴管62と、第3扁平多穴管63とを相互に接着するロウ付け加工を行う。なお、第1流路形成部材41と、第2流路形成部材42との間は、ロウ付け加工を行わなくてもよい。以上により、一体化熱交換器9の組み立て工程が完了する。
本実施形態の一体化熱交換器9は、熱源側熱交換器3およびエコノマイザ熱交換器6の2つの熱交換器の一部が一体化しているユニットである。この一体化熱交換器9では、熱源側熱交換器3の第1ヘッダ31、および、エコノマイザ熱交換器6の第2ヘッダ61は、管接続部材43において一体化している。すなわち、第1ヘッダ31および第2ヘッダ61は、管接続部材43を共通の部材として有している。
(7−1)変形例A
本実施形態では、図2に示されるように、一体化熱交換器9は、下段の熱交換器が熱源側熱交換器3であり、上段の熱交換器がエコノマイザ熱交換器6であるが、図11に示されるように、下段の熱交換器がエコノマイザ熱交換器6であり、上段の熱交換器が熱源側熱交換器3であってもよい。
本実施形態では、図2に示されるように、一体化熱交換器9は、熱源側熱交換器3およびエコノマイザ熱交換器6の2つの熱交換器が鉛直方向に沿って配置されている二段構造を有しているが、熱源側熱交換器3、エコノマイザ熱交換器6および中間冷却器106の3つの熱交換器が鉛直方向に沿って配置されている三段構造を有してもよい。
6 エコノマイザ熱交換器(第2熱交換部)
9 一体化熱交換器(熱交換器)
31 第1ヘッダ
32 第1扁平多穴管(第1冷媒管)
32a 第1冷媒流路穴
41 第1流路形成部材
41a 第1主流路
41b 第1連絡流路
42 第2流路形成部材
42a 第2主流路
42b 第2連絡流路
42c 第3主流路
42d 第3連絡流路
43 管接続部材
43a 管接着部材
43b 管固定部材
61 第2ヘッダ
62 第2扁平多穴管(第2冷媒管)
62a 第2冷媒流路穴
63 第3扁平多穴管(第3冷媒管)
63a 第3冷媒流路穴
Claims (6)
- 鉛直方向に延びる第1ヘッダ(31)と、前記第1ヘッダの長手方向に交差する方向に延び、かつ、前記第1ヘッダに接続される第1冷媒管(32)と、を有し、前記第1冷媒管の内部を流れる第1冷媒と空気との間で熱交換をさせる第1熱交換部(3)と、
鉛直方向に延びる第2ヘッダ(61)と、前記第2ヘッダの長手方向に交差する方向に延び、かつ、前記第2ヘッダに接続される第2冷媒管(62)および第3冷媒管(63)と、を有し、前記第2冷媒管の内部を流れる第2冷媒と、前記第3冷媒管の内部を流れる第3冷媒と、の間で熱交換をさせる第2熱交換部(6)と、
を備え、
前記第1熱交換部および前記第2熱交換部は、前記第1ヘッダの平面位置と前記第2ヘッダの平面位置とが少なくとも一部重なり、かつ、前記第1ヘッダの一部と前記第2ヘッダの一部とが一体化している、
熱交換器(9)。 - 前記第1冷媒管は、前記第1冷媒が流れる複数の第1冷媒流路穴(32a)を有する扁平多穴管であり、
前記第2冷媒管は、前記第2冷媒が流れる複数の第2冷媒流路穴(62a)を有する扁平多穴管であり、
前記第3冷媒管は、前記第3冷媒が流れる複数の第3冷媒流路穴(63a)を有する扁平多穴管である、
請求項1に記載の熱交換器。 - 前記第1ヘッダは、
鉛直方向に前記第1冷媒が流れる第1主流路(41a)、および、前記第1冷媒流路穴と前記第1主流路とを連通する第1連絡流路(41b)を形成する第1流路形成部材(41)と、
前記第1流路形成部材と、前記第1冷媒管と、を接続する管接続部材(43)と、
を有し、
前記第2ヘッダは、
鉛直方向に前記第2冷媒が流れる第2主流路(42a)、および、前記第2冷媒流路穴と前記第2主流路とを連通する第2連絡流路(42b)、および、鉛直方向に前記第3冷媒が流れる第3主流路(42c)、および、前記第3冷媒流路穴と前記第3主流路とを連通する第3連絡流路(42d)を形成する第2流路形成部材(42)と、
前記第2流路形成部材と、前記第2冷媒管および前記第3冷媒管と、を接続する前記管接続部材と、
を有する、
請求項1または2に記載の熱交換器。 - 前記管接続部材は、前記第1冷媒管、前記第2冷媒管および前記第3冷媒管の端部が接着され、かつ、前記第1流路形成部材および前記第2流路形成部材に固定される管接着部材(43a)を含む、
請求項3に記載の熱交換器。 - 前記管接続部材は、さらに、前記第1冷媒管、前記第2冷媒管および前記第3冷媒管の端部を、前記管接着部材と共に固定する管固定部材(43b)を含む、
請求項4に記載の熱交換器。 - 前記第2熱交換器は、前記第2冷媒管と前記第3冷媒管とが密着している、
請求項1から5のいずれか1項に記載の熱交換器。
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