JP2015127620A - 熱交換器および空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】室外熱交換器20の折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aの異なる高さ位置に、複数の扁平多穴管21bが接続されている。第1内部空間23aは、第1上室整流板41の第1上室流入口41xを上方に向けて通過した冷媒が扁平多穴管21bが接続されている第1上室流出空間51a内を上昇するように構成されつつ、第1下室整流板61の第1下室流入口61xを下方に向けて通過した冷媒が第1上室仕切板51によって仕切られた第1上室ループ空間51bを降下して第1上室下連通路51yを通過した後に扁平多穴管21bが接続されている第1下室流出空間71a内を上昇するように構成されている。
【選択図】図10
Description
図1は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置1の構成の概要を示す回路図である。
(2−1)空調室内機3
空調室内機3は、室内の壁面に壁掛け等により、又は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により設置される。空調室内機3は、室内熱交換器4と、室内ファン5とを有している。室内熱交換器4は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。
空調室外機2は、ビル等の室外に設置されており、冷媒連絡配管6,7を介して空調室内機3に接続される。空調室外機2は、図2および図3に示されているように、略直方体状のユニットケーシング10を有している。
(3−1)冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁92が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がアキュムレータ93、冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に対して接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口(すなわち、室内熱交換器4のガス側)における冷媒の過熱度が一定になるように開度調節されるようになっている(過熱度制御)。この冷媒回路の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91で圧縮されることで高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、四路切換弁92を経由して室外熱交換器20に送られる。その後、高圧のガス冷媒は、室外熱交換器20において、室外ファン95によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、過冷却状態になった高圧の液冷媒は、室外熱交換器20から膨張弁33に送られる。膨張弁33によって圧縮機91の吸入圧力近くまで減圧されて低圧の気液二相状態となった冷媒は、室内熱交換器4に送られ、室内熱交換器4において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。
暖房運転時は、四路切換弁92が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機91の吐出側が冷媒連絡配管7を介して室内熱交換器4のガス側に接続され、かつ、圧縮機91の吸入側がガス冷媒配管31を介して室外熱交換器20のガス側に接続された状態となっている。膨張弁33は、室内熱交換器4の出口における冷媒の過冷却度が過冷却度目標値で一定になるように開度調節されるようになっている(過冷却度制御)。この冷媒回路の状態で、圧縮機91、室外ファン95および室内ファン5を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機91に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁92、および、冷媒連絡配管7を経由して、空調室内機3に送られる。
(4−1)室外熱交換器20の全体構成
次に、室外熱交換器20の外観概略斜視図を示す図4、室外熱交換器の模式的な背面図を示す図5、および、概略背面図である図6を用いて室外熱交換器20の構成について詳細に説明する。
図7は、室外熱交換器20の熱交換部21の扁平多穴管21bの扁平方向に対して垂直な平面における断面構造を示す部分拡大図である。また、図8は、室外熱交換器20における伝熱フィン21aの取付状態を示す概略斜視図である。
出入口ヘッダ集合管22は、熱交換部21の一端側に設けられ、鉛直方向に延びるアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の筒状部材である。
折返しヘッダ集合管23は、熱交換部21の他端側に設けられ、鉛直方向に延びるアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の筒状部材である。
折返しヘッダ集合管23のうち、上方の3つの第1〜第3内部空間23a,23b,23cには、ループ構造、および、整流構造が設けられている。
折返しヘッダ集合管23の最も上方の第1内部空間23aには、図6と、図9の概略斜視図と、図10の概略断面図と、図11の上面視配置説明図と、にそれぞれ示すように、第1上室整流板41、第1上室仕切板51、第1下室整流板61、および、第1下室仕切板71が設けられている。
折返しヘッダ集合管23の上から2つ目の第2内部空間23bには、最も上方の第1内部空間23aと同様の構成であり、図6と、図12の概略断面図と、にそれぞれ示すように、第2上室整流板42および第2上室仕切板52が設けられている。
折返しヘッダ集合管23の上から3つ目の第3内部空間23cには、図6と、図13の概略断面図と、にそれぞれ示すように、第3整流板43および第3仕切板53が設けられている。
以下、上述のように構成された室外熱交換器20における冷媒の流れ方を、主として、暖房運転時について説明する。
暖房運転時の低循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方を、以下、折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aを例に挙げて説明する。
暖房運転時の高循環量の場合の室外熱交換器20における冷媒の流れ方を、以下、折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aを例に挙げて説明する。
(8−1)
本実施形態の室外熱交換器20は、折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aに対して、連絡配管24を介して冷媒を高さ方向の中央近傍に導入することができている。そして、中央近傍に導入された冷媒、すなわち第1整流空間41aに供給された冷媒は、第1上室整流板41に設けられている第1上室流入口41xを通過して上方に流れる冷媒流れと、第1下室整流板61に設けられている第1下室流入口61xを通過して下方に流れる冷媒流れと、に分流される。このうち、第1上室流入口41xを通過して上方に流れる冷媒は、扁平多穴管21bが接続されている第1上室流出空間51aにおいて上昇しながら冷媒を分流させていくことができる。また、第1下室流入口61xを通過して下方に流れる冷媒については、第1下室ループ空間71bを降下した後に第1下室下連通路71yを通過して、扁平多穴管21bが接続されている第1下室流出空間71aに送られ、この第1下室流出空間71aにおいて上昇しながら冷媒を分流させていくことができる。
本実施形態の室外熱交換器20では、第1内部空間23aにおいて、冷媒が第1上室流出空間51aの上端や第1下室流出空間71aの上端に達することがあっても、第1上室仕切板51の周りや第1下室仕切板71の周りをループさせるように冷媒を流すことができるため、再び、第1上室流出空間51aや第1下室流出空間71aに冷媒を導くことが可能になっている。
本実施形態の室外熱交換器20では、第1上室流出空間51a側と第1下室流出空間71a側とに冷媒を分けて流すために第1整流空間41aが設けられている場合であっても、当該第1整流空間41aにも扁平多穴管21bが接続されている。このため、室外熱交換器20の熱交換部21における熱交換容量を増大させることが可能になっている。
本実施形態の室外熱交換器20では、第1上室流出空間51aにおける冷媒上昇高さと、第1下室流出空間71aにおける冷媒上昇高さと、第2上室流出空間52aにおける冷媒上昇高さと、第2下室流出空間72aにおける冷媒上昇高さと、第3流出空間53aにおける冷媒上昇高さと、が同等になるように構成されている。このため、第1上室流出空間51aと第1下室流出空間71aと第2上室流出空間52aと第2下室流出空間72aと第3流出空間53aとの間での冷媒の流れ方の違いを小さく抑えることが可能になっている。
本実施形態の室外熱交換器20の第1上室流出空間51aでは、低循環量の場合であっても、折返しヘッダ集合管23の第1内部空間23aにおける第1上室流入口41xおよび第1上室仕切板51によって狭められた第1上室流出空間51aの構成によって、冷媒の上昇速度を維持させることで、第1上室流出空間51aの上方にまで冷媒を到達させやすくすることができる(第2内部空間23b、第3内部空間23cも同様)。
本実施形態の室外熱交換器20では、出入口ヘッダ集合管22の上方出入口内部空間22a、22bではなく、折返しヘッダ集合管23の第4内部空間23d、23e、23fでもなく、折返しヘッダ集合管23の第1〜第3内部空間23a、23b、23cにおいて、ループ構造と整流構造を採用している。すなわち、暖房運転時において気相成分と液相成分が多く混在した冷媒が流れており、高さ位置の異なる扁平多穴管21bの間での偏流が顕著になりがちな折返しヘッダ集合管23の第1〜第3内部空間23a、23b、23cにおいて、ループ構造と整流構造が採用されている。
本実施形態の室外熱交換器20の第1上室流入口41xを通過して第1上室流出空間51aに流入した直後の冷媒は、上昇速度が最も早く、第1上室流出空間51aに接続された複数の扁平多穴管21bのうち下方のものほど、通過されてしまいがちになる場合がある。
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。
上記実施形態では、第1内部空間23aの第1整流空間41aに対して扁平多穴管21bが接続されている場合(第2内部空間23bの第2整流空間42aも同様)を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、第1上室流出空間51aと第1下室流出空間71aと第2上室流出空間52aと第2下室流出空間72aと第3流出空間53aにおける冷媒上昇高さが同等になるように構成した場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、板状部材である第1上室整流板41において板厚方向に開口させた第1上室流入口41xを設けた場合(第2上室流入口42x、第3流入口43xも同様))を例に挙げて説明した。
上記実施形態や他の実施形態においては、第1内部空間23aの第1上室整流板41よりも上方の空間と、第2内部空間23bの第2上室整流板42よりも上方の空間と、第3内部空間23cのうち第3整流板43よりも上方の空間が同様の形態である場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、伝熱フィンとして、図7、図8に示すような伝熱フィン21aのような平板部材を用いた場合を例に挙げて説明した。
2 空調室外機
3 空調室内機
10 ユニットケーシング
20 室外熱交換器(熱交換器)
21 熱交換部
21a 伝熱フィン(フィン)
21b 扁平多穴管(扁平管)
22 出入口ヘッダ集合管
23 折返しヘッダ集合管(ヘッダ集合管)
22a 上方出入口内部空間
22b 下方出入口内部空間
23a、23b、23c、23d、23e、23f 第1〜第6内部空間(内部空間)
24a 第1中央流入口(中央流入口)
25a 第2中央流入口(中央流入口)
31 ガス冷媒配管
32 液冷媒配管
33 膨張弁
41 第1上室整流板
41a 第1整流空間(中央入口室)
41x 第1上室流入口(上方流入口)
42 第2上室整流板
42a 第2整流空間(中央入口室)
42x 第2上室流入口(上方流入口)
51 第1上室仕切板(上方仕切部材)
51a 第1上室流出空間(上方第1空間)
51b 第1上室ループ空間(上方第2空間)
51x 第1上室上連通路(上室上方連通路)
51y 第1上室下連通路(上室下方連通路)
52 第2上室仕切板(上方仕切部材)
52a 第2上室流出空間(上方第1空間)
52b 第2上室ループ空間(上方第2空間)
52x 第2上室上連通路(上室上方連通路)
52y 第2上室下連通路(上室下方連通路)
61 第1下室整流板
61x 第1下室流入口(下方流入口)
62 第2下室整流板
62x 第2下室流入口(下方流入口)
71 第1下室仕切板(下方仕切部材)
71a 第1下室流出空間(下方第1空間)
71b 第1下室ループ空間(下方第2空間)
71x 第1下室上連通路(下室上方連通路)
71y 第1下室下連通路(下室下方連通路)
72 第2下室仕切板(下方仕切部材)
72a 第2下室流出空間(下方第1空間)
72b 第2下室ループ空間(下方第2空間)
72x 第2下室上連通路(下室上方連通路)
72y 第2下室下連通路(下室下方連通路)
81 遮断部材
91 圧縮機
123 折返しヘッダ集合管(ヘッダ集合管)
X 上側熱交換領域
X1、X2、X3 上側熱交換部
Y 下側熱交換領域
Y1、Y2、Y3 下側熱交換部
Claims (6)
- それぞれ複数の長手方向に延びた冷媒通路を有しており、互いに並んで配置された複数の扁平管(21b)と、
前記扁平管の一端が接続されており、鉛直方向に沿って延びたヘッダ集合管(23)と、
前記扁平管に接合された複数のフィン(21a)と、
を備える熱交換器(20)であって、
前記ヘッダ集合管(23、123)は、内部空間を、上室(51a、51b、52a、52b)と、下室(71a、71b、72a、72b)と、前記上室と前記下室の間に位置する中央入口室(41a、42a)と、を有しており、
前記中央入口室には、冷媒が導入される中央流入口(24a、25a)が形成されており、
前記上室と前記中央入口室とは、上方流入口(41x、42x)を介して連通しており、
前記下室と前記中央入口室とは、下方流入口(61x、62x)を介して連通しており、
前記下室は、前記扁平管が上下に並んで複数接続されている下方第1空間(71a、72a)と、前記下方流入口(61x、62x)と連通しており、前記下方第1空間(71a、72a)とは前記下室の下方に設けられた下室下方連通路(71y、72y)を介して連通しつつ下方仕切部材(71、72)によって仕切られている下方第2空間(71b、72b)と、を有しており、前記下方流入口(61x、62x)を介して前記下方第2空間(71b、72b)に流入した後に前記下室下方連通路(71y、72y)を介して前記下方第1空間(71a、72a)に到達した冷媒が上昇するように構成されている、
熱交換器(20)。 - 前記上室は、前記上方流入口(41x、42x)と連通しており、前記扁平管が上下に並んで複数接続されている上方第1空間(51a、52a)と、前記上方第1空間(51a、52a)とは前記上室の上方に設けられた上室上方連通路(51x、52x)および前記上室の下方に設けられた上室下方連通路(51y、52y)を介して連通しつつ上方仕切部材(51、52)によって仕切られている上方第2空間(51b、52b)と、を有しており、前記上方流入口(41x、42x)を介して前記上方第1空間(51a、52a)に流入した後に前記上室上方連通路(51x、52x)を介して前記上方第2空間(51b、52b)に冷媒が到達することがあっても当該冷媒を前記上室下方連通路(51y、52y)を介して前記上方第1空間(51a、52a)に再び導くように構成されている、
請求項1に記載の熱交換器。 - 前記下方第1空間と前記下方第2空間は、さらに、前記下室の上方に設けられた下室上方連通路(71x、72x)を介して連通しており、
前記下室は、前記下方第1空間を上昇した後に前記下室上方連通路を介して前記下方第2空間に冷媒が到達することがあっても当該冷媒を前記下室下方連通路を介して前記下方第1空間に再び導くように構成されている、
請求項1または2に記載の熱交換器。 - 前記扁平管は、前記中央入口室(41a、42a)に対しても接続されている、
請求項1から3のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記中央入口室には、前記中央流入口を通過した冷媒流れが、前記中央入口室に接続されている前記扁平管に対してそのまま到達することを抑制する遮断部材(81)が設けられている、
請求項4に記載の熱交換器。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の熱交換器(20)と、容量可変の圧縮機(91)と、が接続されて構成される冷媒回路を備えた空気調和装置(1)。
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