JP2016070624A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
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
図4に、室外熱交換器20の概略外観斜視図を示す。また、図5に、伝熱フィン21aの扁平多穴管21bに対する取付状態を示す。
熱交換部21は、多数の伝熱フィン21aと多数の扁平多穴管21bとで構成されている。伝熱フィン21aおよび扁平多穴管21bは、いずれもアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製である。
分流器22は、液冷媒配管32と出入口ヘッダ集合管26の下方部分とを連結させるように接続されており、例えば室外熱交換器20が冷媒の蒸発器として機能する際には液冷媒配管32から流れてきた冷媒を高さ方向に分流させて出入口ヘッダ集合管26の下方部分に導く。
出入口ヘッダ集合管26は、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り、室外熱交換器20への冷媒の入口側部分と出口側部分を上下に分けて有している。出入口ヘッダ集合管26の下方部分は、上述のように液冷媒配管32に対して分流器22を介して接続されている。出入口ヘッダ集合管26の上方部分は、ガス冷媒配管31に対して接続されている。出入口ヘッダ集合管26は、略円筒形状に形成されており、上方部分の内部空間と下方部分の内部空間とが内部に設けられたバッフルによって上下に仕切られている。また、出入口ヘッダ集合管26の下方部分は、分流器22によって分流された冷媒の分布が維持されるように、複数のバッフルによって上下に仕切られている。すなわち、分流器22によって上下に分けられた各冷媒流れそれぞれを分けたままで熱交換部21に流せるように構成されている。
連結ヘッダ23は、熱交換部21の出入口ヘッダ集合管26や折返しヘッダ24が設けられている側(図3でいう左上側)の端部とは反対側(図3でいう右下側)に設けられており、風上側熱交換部211の扁平多穴管21bを流れた冷媒を同じ高さ位置の風下側熱交換部212の扁平多穴管21bに導くか、風下側熱交換部212の扁平多穴管21bを流れた冷媒を同じ高さ位置の風上側熱交換部211の扁平多穴管21bに導くように構成されている。この連結ヘッダ23では、冷媒の上下方向の移動は生じず、室外熱交換器20内における冷媒の流路を同じ高さ位置で単に繋ぐ役割を果たしている。
折返しヘッダ24は、熱交換部21の連結ヘッダ23が設けられている側の端部とは反対側の端部であって、出入口ヘッダ集合管26よりも風下側において上下方向に延びるように設けられており、長手方向が鉛直方向となっている。この折返しヘッダ24は、熱交換部21のうちの風下側熱交換部212の連結ヘッダ23側とは反対側の端部に接続されている。折返しヘッダ24もアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製の部材である。
連絡部25は、折返しヘッダ24の下方折返し部分24aの第1下方折返し部分24aaにおいて上下方向に複数に分割された各空間と、折返しヘッダ24の上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbにおいて上下方向に複数に並んで配置されている第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間(一組の空間)それぞれと、を一対一に接続する連絡配管をそれぞれ有している。
以下、図10にもとづいて、折返しヘッダ24の下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abおよび上方折返し部分24bの第1上方折返し部分24baにおける、第1導入空間61aと第2導入空間62aと上昇用空間61bと下降用空間62bを一組とする空間(一組の空間)に着目してループ構造を説明する。
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説明する。ここでは、下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abおよび上方折返し部分24bの第1上方折返し部分24baにおけるループ構造と、上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbにおけるループ構造を併せて説明する。
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説明する。ここでは、下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abおよび上方折返し部分24bの第1上方折返し部分24baにおけるループ構造と、上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbにおけるループ構造を併せて説明する。
(8−1)
本実施形態の室外熱交換器20の下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abでは、上方折返し部分24bの第2上方折返し部分24bbとは異なり、連絡部25の連絡配管等を用いた連絡は行われておられず、下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abと上方折返し部分24bの第1上方折返し部分24baとは折返しヘッダ24の内部を介して接続されている。このため、下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abの第2導入空間62aは、仮に仕切部材70に開口等が設けられない場合には、連絡部25の連絡配管等が接続されていないことから、閉空間となってしまう。このように下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abの第2導入空間62aが閉空間になってしまうと、当該第2導入空間62aを構成する周壁は周囲の空間との冷媒圧力の相違に起因する力を受けやすく、特に、仕切部材70の第1導入空間61aと第2導入空間62aとの間の部分において疲労破壊が生じてしまうおそれがある。
本実施形態の室外熱交換器20は、下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abでは、連絡部25による連絡が行われず、第1導入空間61aと第2導入空間62aとは折返しヘッダ24の内部を介して連絡している。このため、第2導入空間62aには,連絡部25の連絡配管等は接続されておらず、なんら対策を講じなければ第2導入空間62aに流入した流体は滞留しがちになる。
本実施形態の室外熱交換器20では、室外熱交換器20内の冷媒流れにおける冷媒の入口から冷媒の出口に至るまでの折返し地点近傍に、各第1導入空間61aおよび上昇用空間61bを設けている。そして、第1導入空間61aに接続されている扁平多穴管21bの本数よりも、上昇用空間61bに接続されている扁平多穴管21bの本数の方が多くなるように構成されている。このように、気液二相状態の冷媒が状態変化しながら流れる室外熱交換器20内の折返し地点近傍において、冷媒を上方に到達させやすくしつつ気体成分の比率が大きい部分ほどより多くの流路が設けられるように分流させる構造が採用されている。そして、当該構造を、折返しヘッダ24内において簡易な構造で実現す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、高循環量の場合には、冷媒の液相成分が上昇用空間61b内の上方に到達してしまったとしても、上連通口73と下降用空間62bと下連通口72とを介してループした冷媒を再び上昇用空間61bに戻して、扁平多穴管21bにまで導くことが可能になる。
本実施形態の室外熱交換器20では、折返しヘッダ24の仕切部材70は1つの一体部品によって構成されている。そして、仕切部材70以外の各部材は、主としてこの仕切部材70に対して固定されるため、互いの位置決めを行いやすく、強度を確保しやすい。また、折返しヘッダ24は、鉛直方向に長い構造ではあるが、その製造を容易にすることができている。
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、下方折返し部分24aの第2下方折返し部分24abにおいて第1導入空間61aと第2導入空間62aとを連通させる均圧開口74の大きさについては特に言及せず、任意である場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、均圧開口74が仕切部材70に1つだけ設けられている場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、均圧開口74の上端が、第2下方折返し部分24abの第1導入空間61aに接続されている扁平多穴管21bよりも下方に位置している場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、上方折返し部分24bの第1上方折返し部分24baにおいて、仕切部材70に上連通口73および下連通口72が形成されることでループ構造が採用されている場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、折返しヘッダ24が多穴側部材61と配管側部材62と仕切部材70との3つを有して構成されている場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、多穴側部材61と配管側部材62と仕切部材70との全てについて各長手方向が鉛直方向となるように設けられている場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、多穴側部材61や配管側部材62や仕切部材70の長手方向に対して垂直に広がるように整流板82が取り付けられている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
21b 扁平多穴管(扁平管)
21ba 複数の流入口
22 分流器
23 連結ヘッダ
24 折返しヘッダ(ヘッダ集合管)
25 連絡部
26 出入口ヘッダ集合管
31 ガス冷媒配管
32 液冷媒配管
33 膨張弁
61 多穴側部材
61a 第1導入空間(導入空間、第1空間)
61b 上昇用空間(分流空間、第1空間)
62 配管側部材
62a 第2導入空間(反導入空間、第2空間)
62b 下降用空間(反分流空間、第2空間)
70 仕切部材(第1仕切部材)
71 導入連通口
72 下連通口
73 上連通口
74 均圧開口
80 バッフル
81 下方仕切板
82 整流板(第2仕切部材)
82a 上昇用開口(流入開口)
82b 上昇用開口(流入開口)
83 上方仕切板
91 圧縮機
Claims (6)
- 互いに並んで配置された複数の扁平管(21b)と、
複数の前記扁平管の一端それぞれが接続されたヘッダ集合管(24)と、
複数の前記扁平管の一端それぞれが接続されている第1空間(61a、61b)と、複数の前記扁平管が接続されていない第2空間(62a、62b)と、に前記ヘッダ集合管(24)の内部を仕切る第1仕切部材(70)と、
複数の前記扁平管の並び方向における一方側の分流空間(61b)と他方側の導入空間(61a)とに前記第1空間を仕切りつつ、複数の前記扁平管の並び方向における一方側の反分流空間(62b)と他方側の反導入空間(62a)とに前記第2空間を仕切る第2仕切部材(82)と、
を備え、
前記第2仕切部材(82)は、前記導入空間(61a)と前記分流空間(61b)とを連通させる流入開口(82a、82b)を有しており、
前記第1仕切部材(70)は、前記導入空間(61a)と前記反導入空間(62a)とを連通させる均圧開口(74)を有しており、
前記反導入空間(62a)は、前記均圧開口(74)を介して前記導入空間(61a)とのみ連通している、
熱交換器(20)。 - 前記ヘッダ集合管(24)は、長手方向が鉛直方向となるように伸びており、
前記導入空間(61a)は、前記分流空間(61b)の下方に位置している、
請求項1に記載の熱交換器。 - 前記均圧開口(74)の下端は、前記導入空間(61a)に接続されている前記扁平管の端部の出口よりも下方に位置している、
請求項1または2に記載の熱交換器。 - 前記均圧開口(74)の上端は、前記導入空間(61a)に接続されている前記扁平管の端部の出口よりも下方に位置している、
請求項3に記載の熱交換器。 - 前記熱交換器内の冷媒流れにおける冷媒の入口から冷媒の出口に到るまでの折返し地点近傍に、前記導入空間および前記分流空間が位置しており、
前記導入空間に接続されている前記扁平管の本数よりも、前記分流空間に接続されている前記扁平管の本数の方が多い、
請求項1から4のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記第1仕切部材(70)は、前記分流空間(61b)と前記反分流空間(62b)とを、上方において連通させる上連通口(73)と、下方において連通させる下連通口(72)と、を有している、
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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