JP2019163893A - Heat exchanger and refrigeration cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、熱交換器および冷凍サイクル装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a heat exchanger and a refrigeration cycle apparatus.
冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器が利用されている。冷凍サイクル装置の蒸発器として熱交換器が使用される場合、冷媒は外気から吸熱する。冷媒の吸熱量を増加させて熱交換効率を向上させることができる熱交換器が求められる。 A heat exchanger that performs heat exchange between the refrigerant and the outside air is used. When a heat exchanger is used as the evaporator of the refrigeration cycle apparatus, the refrigerant absorbs heat from outside air. There is a need for a heat exchanger that can improve the heat exchange efficiency by increasing the amount of heat absorbed by the refrigerant.
本発明が解決しようとする課題は、冷媒の吸熱量を増加させて熱交換効率を向上させることができる熱交換器および冷凍サイクル装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a heat exchanger and a refrigeration cycle apparatus capable of improving the heat exchange efficiency by increasing the heat absorption amount of the refrigerant.
実施形態の熱交換器は、第1ヘッダおよび第2ヘッダと、複数の熱交換チューブと、を持つ。第1ヘッダおよび第2ヘッダは、筒状に形成され、相互に離間して並んで配置される。複数の熱交換チューブは、第1ヘッダおよび第2ヘッダの中心軸方向に間隔を置いて配列され、両端部が第1ヘッダおよび第2ヘッダの内部に開口する。第1ヘッダおよび第2ヘッダのうち少なくとも一方のヘッダは、該ヘッダの内部空間のガス冷媒を該ヘッダ外に取出すガス取出手段を持つ。 The heat exchanger according to the embodiment includes a first header and a second header, and a plurality of heat exchange tubes. The first header and the second header are formed in a cylindrical shape, and are arranged side by side so as to be separated from each other. The plurality of heat exchange tubes are arranged at intervals in the central axis direction of the first header and the second header, and both ends open to the inside of the first header and the second header. At least one of the first header and the second header has gas extraction means for extracting the gas refrigerant in the internal space of the header out of the header.
以下、実施形態の熱交換器および冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
本願において、X方向、Y方向およびZ方向は、以下のように定義される。Z方向は、第1ヘッダおよび第2ヘッダの中心軸方向(延在方向)である。例えば、Z方向は鉛直方向であり、+Z方向は上方向である。X方向は、熱交換チューブの中心軸方向(延在方向)である。例えば、X方向は水平方向であり、+X方向は第1ヘッダから第2ヘッダに向かう方向である。Y方向は、X方向およびZ方向に垂直な方向である。
Hereinafter, the heat exchanger and the refrigeration cycle apparatus of the embodiment will be described with reference to the drawings.
In the present application, the X direction, the Y direction, and the Z direction are defined as follows. The Z direction is the central axis direction (extending direction) of the first header and the second header. For example, the Z direction is a vertical direction, and the + Z direction is an upward direction. The X direction is the central axis direction (extending direction) of the heat exchange tube. For example, the X direction is a horizontal direction, and the + X direction is a direction from the first header to the second header. The Y direction is a direction perpendicular to the X direction and the Z direction.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の冷凍サイクル装置の概略構成図である。
図1に示されるように、冷凍サイクル装置1は、圧縮機2と、四方弁3と、室外熱交換器(熱交換器)4と、膨張装置5と、室内熱交換器6と、制御部9と、を有する。冷凍サイクル装置1の構成要素は、配管7によって順次接続されている。各図では、暖房運転時の冷媒の流通方向が実線矢印で、冷房運転時の冷媒の流通方向が破線矢印で示される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to a first embodiment.
As shown in FIG. 1, the refrigeration cycle apparatus 1 includes a compressor 2, a four-
圧縮機2は、圧縮機本体2Aと、アキュムレータ2Bと、を有する。圧縮機本体2Aは、内部に取り込まれる低圧の気体冷媒を圧縮して高温・高圧の気体冷媒にする。アキュムレータ2Bは、気液二相冷媒を分離して、気体冷媒を圧縮機本体2Aに供給する。
The compressor 2 has a
四方弁3は、冷媒の流通方向を逆転させ、暖房運転と冷房運転とを切り替える。暖房運転時に冷媒は、圧縮機2、四方弁3、室内熱交換器6、膨張装置5、室外熱交換器4の順に流れる。このとき冷凍サイクル装置1は、室内熱交換器6を凝縮器として機能させ、室外熱交換器4を蒸発器として機能させ、室内を暖房する。冷房運転時に冷媒は、圧縮機2、四方弁3、室外熱交換器4、膨張装置5及び室内熱交換器6の順に流れる。このとき冷凍サイクル装置1は、室外熱交換器4を凝縮器として機能させ、室内熱交換器6を蒸発器として機能させ、室内を冷房する。
The four-
凝縮器は、圧縮機2から吐出される高温・高圧の気体冷媒を、外気へ放熱させて凝縮させることにより、高圧の液体冷媒にする。蒸発器は、膨張装置5から送り込まれる低温・低圧の液体冷媒を、外気から吸熱させて気化させることにより、低圧の気体冷媒にする。
膨張装置5は、凝縮器から送り込まれる高圧の液体冷媒の圧力を下げ、低温・低圧の液体冷媒にする。
The condenser converts the high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 2 to the outside air and condenses it into a high-pressure liquid refrigerant. The evaporator converts the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant sent from the
The
制御部9は、圧縮機2、四方弁3、膨張装置5などの動作を制御する。
このように、冷凍サイクル装置1では、作動流体である冷媒が気体冷媒と液体冷媒との間で相変化しながら循環し、気体冷媒から液体冷媒に相変化する過程で放熱し、液体冷媒から気体冷媒に相変化する過程で吸熱する。そして、これらの放熱や吸熱を利用して暖房や冷房などが行われる。
The
As described above, in the refrigeration cycle apparatus 1, the refrigerant that is the working fluid circulates while changing phase between the gas refrigerant and the liquid refrigerant, dissipates heat in the process of phase change from the gas refrigerant to the liquid refrigerant, and the gas from the liquid refrigerant It absorbs heat in the process of phase change to the refrigerant. And heating, cooling, etc. are performed using these heat dissipation and heat absorption.
図2は、第1の実施形態の熱交換器の正面図である。図3は、第1の実施形態の熱交換器の部分斜視図である。実施形態の熱交換器4は、冷凍サイクル装置1の室外熱交換器4および室内熱交換器6のうち一方または両方に使用される。以下、実施形態の熱交換器4が冷凍サイクル装置1の室外熱交換器4として使用される場合を例にして説明する。 FIG. 2 is a front view of the heat exchanger according to the first embodiment. FIG. 3 is a partial perspective view of the heat exchanger according to the first embodiment. The heat exchanger 4 of the embodiment is used for one or both of the outdoor heat exchanger 4 and the indoor heat exchanger 6 of the refrigeration cycle apparatus 1. Hereinafter, the case where the heat exchanger 4 of the embodiment is used as the outdoor heat exchanger 4 of the refrigeration cycle apparatus 1 will be described as an example.
図2に示されるように、熱交換器4は、第1ヘッダ10と、第2ヘッダ20と、熱交換チューブ30と、フィン40と、を有する。
第1ヘッダ10は、アルミニウムやアルミニウム合金等の、熱伝導率が高く比重が小さい材料で形成される。第1ヘッダ10は、筒状に形成され、例えばZ方向に垂直な断面が円形状の円筒状に形成される。第1ヘッダ10のZ方向の両端部は閉塞される。第1ヘッダ10の外周面には、熱交換チューブ30が挿入される複数の貫通孔が形成される。
第2ヘッダ20は、第1ヘッダ10と同様に形成される。第1ヘッダ10および第2ヘッダ20は、X方向に相互に離間して並んで配置される。
As shown in FIG. 2, the heat exchanger 4 includes a
The
The
熱交換チューブ30は、アルミニウムやアルミニウム合金等の、熱伝導率が高く比重が小さい材料で形成される。図3に示されるように、熱交換チューブ30は、偏平管状に形成される。すなわち熱交換チューブ30は、Y方向に所定の幅を有し、Z方向に薄く、X方向に長く伸びる。
The
図4は、図2のF4−F4線における部分断面図である。熱交換チューブ30の外形は、長円形状に形成される。熱交換チューブ30の内部には、複数の冷媒流路34がY方向に並んで形成される。隣り合う冷媒流路34の間は、XZ平面と平行な流路壁35により仕切られる。複数の冷媒流路34は、熱交換チューブ30をX方向に貫通する。
4 is a partial cross-sectional view taken along line F4-F4 of FIG. The outer shape of the
図2に示されるように、複数の熱交換チューブ30が、Z方向に間隔をおいて配置される。熱交換チューブ30の両端部は、第1ヘッダ10および第2ヘッダ20の外周面に形成された貫通孔に挿入される。これにより、熱交換チューブ30の冷媒流路34の両端部は、第1ヘッダ10および第2ヘッダ20の内部に開口する。第1ヘッダ10および第2ヘッダ20と熱交換チューブ30との間は、ロウ付け等により封止されて固定される。
As shown in FIG. 2, a plurality of
フィン40は、アルミニウムやアルミニウム合金等の、熱伝導率が高く比重が小さい材料で形成される。フィン40は、図2および図3に示されるように、平板状に形成されたプレートフィンである。フィン40は、YZ平面と平行に配置される。フィン40のZ方向の長さは、第1ヘッダ10および第2ヘッダ20のZ方向の長さと同等か、それより少し短い。
The
図4に示されるように、フィン40のY方向の幅は、熱交換チューブ30のY方向の幅より大きい。フィン40の+Y方向の端辺から−Y方向にかけて、切欠き43が形成される。切欠き43には熱交換チューブ30が挿入される。熱交換チューブ30とフィン40との間は、ロウ付け等により固定される。
図2に示されるように、複数のフィン40が、X方向に間隔をおいて配置される。
As shown in FIG. 4, the width of the
As shown in FIG. 2, the plurality of
隣り合う熱交換チューブ30の間および隣り合うフィン40の間には、Y方向に伸びる外気流路が形成される。熱交換器4は、送風ファン(不図示)等により外気流路に外気を流通させる。熱交換器4は、外気流路を流通する外気と、冷媒流路34を流通する冷媒との間で熱交換させる。熱交換は、熱交換チューブ30およびフィン40を介して、間接的に行われる。フィン40には凹凸が設けられてもよい。凹凸は、外気流路を流通する外気に乱流を発生させ、熱交換効率を向上させる。
実施形態のフィン40はプレートフィンであるが、コルゲートフィンでもよい。コルゲートフィンは波型に形成され、隣り合う熱交換チューブ30の間に配置される。
Between the adjacent
The
熱交換器4の内部構造について説明する。
図2に示されるように、第1ヘッダ10は、内部空間11に複数の仕切部材15を有する。仕切部材15は、XY平面と平行に配置され、第1ヘッダ10の内部空間11をZ方向に仕切る。複数の仕切部材15は、第1ヘッダ10の内部空間11を、複数の小室11sに区分する。図2の例では、2個の仕切部材15が、内部空間11を3個の小室11sに区分する。図2の例では、3個の小室11sのZ方向の高さは等しい。
The internal structure of the heat exchanger 4 will be described.
As shown in FIG. 2, the
第2ヘッダ20は、第1ヘッダ10と同様に、複数の仕切部材25を有する。複数の仕切部材25が、第2ヘッダ20の内部空間21を複数の小室21sに区分する。図2の例では、2個の仕切部材25が、内部空間を3個の小室21sに区分する。図2の例では、3個の小室21sのZ方向の高さは等しい。第1ヘッダ10の小室11sの高さと、第2ヘッダ20の小室21sの高さとは等しい。
Similar to the
熱交換チューブ30の−X方向の第1端部は、第1ヘッダ10の内部空間11に開口する。内部空間11に形成された複数の小室11sには、それぞれ複数の熱交換チューブ30が開口する。図5の例では、複数の小室11sに対して、それぞれ同数の熱交換チューブ30が開口する。
熱交換チューブ30の+X方向の第2端部は、第2ヘッダ20の内部空間21に開口する。内部空間21に形成された複数の小室21sには、それぞれ複数の熱交換チューブ30が開口する。第1ヘッダ10の小室11sに開口する熱交換チューブ30の数と、第2ヘッダ20の小室21sに開口する熱交換チューブ30の数とは同じである。
A first end of the
A second end of the
第1ヘッダ10は、第1冷媒ポート17を有する。複数の小室11sは、それぞれ第1冷媒ポート17を有する。第1冷媒ポート17は、各小室11sの下方に形成される。
第2ヘッダ20は、第2冷媒ポート18を有する。複数の小室21sは、それぞれ第2冷媒ポート18を有する。第2冷媒ポート18は、各小室21sの上方に形成される。
The
The
図1に示される冷凍サイクル装置1が暖房運転を行うとき、室外熱交換器4は蒸発器として機能する。この場合に冷媒は、図2に示される第1冷媒ポート17、小室11s、熱交換チューブ30、小室21s、第2冷媒ポート18の順に流通する。小室11s,21sは、冷媒の流通経路を区分する。区分された冷媒の流通経路をモジュールと呼ぶ。熱交換器4には、複数のモジュールが並列に配置される。図2の例では、3個の小室11s,21sにより、3個のモジュールA,B,Cが形成される。モジュールAは小室11aを有し、モジュールBは小室11bを有し、モジュールCは小室11cを有する。
When the refrigeration cycle apparatus 1 shown in FIG. 1 performs a heating operation, the outdoor heat exchanger 4 functions as an evaporator. In this case, the refrigerant flows in the order of the first
図5は、ガス取出手段の一例であるガス取出配管50の概略構成図である。
ガス取出配管50は、第1ヘッダ10に装着される。ガス取出配管50は、アルミニウムやアルミニウム合金等の、熱伝導率が高く比重が小さい材料で形成される。ガス取出配管50は、配管本体51と、延出部59と、内部開口55と、を有する。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a
The
配管本体51は、管状に形成され、例えばZ方向に垂直な断面が円形状の円管状に形成される。Z方向に垂直な断面において、配管本体51は第1ヘッダ10の中心に配置される。すなわち、配管本体51の中心軸は第1ヘッダ10の中心軸に一致する。配管本体51はZ方向に伸びる。配管本体51の下端部は、第1ヘッダ10の下端部まで伸びて閉塞される。配管本体51の上端部は、第1ヘッダ10の上端部に形成された貫通孔を通って、第1ヘッダ10の外部まで伸び延出部59を構成する。配管本体51と第1ヘッダ10の上端部との間は、ロウ付け等により封止されて固定される。
The pipe
延出部59は、配管本体51の上端部に形成される。延出部59は、ガス取出配管50と他の配管とを接続する。他の配管は、例えば後述するバイパス配管60である。
The extending
内部開口55は、第1ヘッダ10の内部空間11に開口する。内部開口55は、配管本体51の管壁に形成された貫通孔である。内部開口55は、各小室11sにそれぞれ形成される。図5の例では、小室11aに内部開口55aが形成され、小室11bに内部開口55bが形成され、小室11cに内部開口55cが形成される。内部開口55は、小室11sの上方に形成される。すなわち、内部開口55は小室11sの上半部に形成される。小室11sに開口する複数の熱交換チューブ30のうち、最上方に配置される熱交換チューブ30よりも上方に、内部開口55が配置される。すなわち、内部開口55の下端部は、最上方に配置される熱交換チューブ30の上端部よりも上方に配置される。
The
ガス取出配管50の配管経路に沿った、延出部59の端部から内部開口55までの距離をDとする。距離Dが大きい内部開口55の開口面積は、距離Dが小さい内部開口55の開口面積よりも大きい。図5の例では、内部開口55aまでの距離Daと、内部開口55bまでの距離Dbと、内部開口55cまでの距離Dcとは、Da<Db<Dcの関係である。このとき、内部開口55aの開口面積Faと、内部開口55bの開口面積Fbと、内部開口55cの開口面積Fcとは、Fa<Fb<Fcの関係である。
Let D be the distance from the end of the
図1に示されるように、冷凍サイクル装置1は、バイパス配管60と、流体制御弁62と、加熱部70と、一対の温度センサ71,72と、を有する。
バイパス配管60の第1端部は、室外熱交換器4の第1ヘッダの外部に配置された、ガス取出配管の延出部59に接続される。バイパス配管60の第2端部は、圧縮機2の吸込み側の配管(サクションライン)に接続され、圧縮機2の冷媒導入口に連通する。これによりバイパス配管60は、ガス取出配管を圧縮機2の冷媒導入口に連通させて、室外熱交換器4をバイパスする。
As shown in FIG. 1, the refrigeration cycle apparatus 1 includes a
A first end of the
流体制御弁62は、流量調整機構の一例であり、バイパス配管60を流通する冷媒の流量調整を実施する。流体制御弁62は、弁開度の調整および閉弁が可能である。流体制御弁62は、バイパス配管60の任意の位置に設けられる。
加熱部70は、バイパス配管60を流通する冷媒を加熱する。加熱部70の加熱源は任意である。図1の例では、冷凍サイクル装置1が暖房運転を行う場合に、膨張装置5の上流側の配管7hが加熱部70の加熱源として利用される。加熱部70は、バイパス配管60を流通する冷媒と加熱源との間で熱交換を行うことにより、冷媒を加熱する。
The
The
一対の温度センサ71,72は、バイパス配管60に沿って加熱部70の両側に設けられる。一対の温度センサ71,72は、第1温度センサ71と、第2温度センサ72と、を有する。第1温度センサ71は、加熱部70の室外熱交換器4側に設けられる。第2温度センサ72は、加熱部70の圧縮機2側に設けられる。一対の温度センサ71,72は、バイパス配管60を流通する冷媒の温度に対応する信号を、制御部9に出力する。
The pair of
制御部9は、流体制御弁62の動作を制御する。熱交換器4が凝縮器として機能する場合に、制御部9は流体制御弁62を閉弁して、バイパス配管60に冷媒を流通させない。一方、熱交換器4が蒸発器として機能する場合に、制御部9は流体制御弁62を開弁して、バイパス配管60に冷媒を流通させる。このとき制御部9は、一対の温度センサ71,72からの出力信号に基づいて、加熱部70の両側における冷媒の温度差ΔTを検出する。制御部9は、検出した温度差ΔTに基づいて、流体制御弁62の動作を制御する。
The
制御部9の具体的な動作について説明する。
図1に示される冷凍サイクル装置1が暖房運転を行うとき、室外熱交換器4は蒸発器として機能する。このとき、図2に示される熱交換器4の第1冷媒ポート17には、冷媒分配機構(不図示)により均等に分配された、液相成分の多い気液二相冷媒が流入する。冷媒は、熱交換チューブ30を流通する過程で外気から吸熱する。具体的には、液相冷媒から気相冷媒への相変化と、気相冷媒の温度上昇とにより、冷媒は外気から吸熱する。
A specific operation of the
When the refrigeration cycle apparatus 1 shown in FIG. 1 performs a heating operation, the outdoor heat exchanger 4 functions as an evaporator. At this time, a gas-liquid two-phase refrigerant with a large liquid phase component, which is evenly distributed by a refrigerant distribution mechanism (not shown), flows into the first
熱交換器4に流入する気液二相冷媒のうち液相冷媒は、気相冷媒への相変化および温度上昇により吸熱するため、吸熱余力が大きい。これに対して気相冷媒は、温度上昇のみで吸熱するため、吸熱余力が小さい。そのため、熱交換チューブ30を流通する気液二相冷媒に気相冷媒が多く含まれると、熱交換器4の熱交換効率が低下する。
また気液二相冷媒のうち、液相冷媒の比重は大きく、気相冷媒の比重は小さい。そのため、気相成分のみが上方の熱交換チューブを流通(ガス抜け)し、液相成分が下方の熱交換チューブに滞留(液溜まり)するおそれがある。
Of the gas-liquid two-phase refrigerant flowing into the heat exchanger 4, the liquid-phase refrigerant absorbs heat due to the phase change to the gas-phase refrigerant and the temperature rise, and thus has a large endothermic capacity. On the other hand, since the gas-phase refrigerant absorbs heat only by increasing the temperature, it has a small endothermic capacity. Therefore, if the gas-liquid two-phase refrigerant flowing through the
Among the gas-liquid two-phase refrigerants, the specific gravity of the liquid-phase refrigerant is large and the specific gravity of the gas-phase refrigerant is small. Therefore, only the gas phase component may flow (out of gas) through the upper heat exchange tube, and the liquid phase component may remain (liquid pool) in the lower heat exchange tube.
実施形態の熱交換器4は、ガス取出配管50を有する。ガス取出配管50の内部開口55は、第1ヘッダ10の小室11sの上方に配置される。第1冷媒ポート17は、小室11sの下方に形成される。そのため、第1冷媒ポート17から小室11sの下方に気液二相冷媒が流入するとき、比重の小さい気相冷媒が小室11sの上方に移動する。気相冷媒は、小室11sの上方に配置された内部開口55から、ガス取出配管50に流入する。気相冷媒は、ガス取出配管50を流通し、外部に取り出される。これにより、小室11sに流入した気相冷媒の多くは外部に取り出される。そのため、小室11sから熱交換チューブ30に気液二相冷媒が流入するとき、気液二相冷媒に含まれる気相冷媒が少なくなる。その結果、冷媒の吸熱量が増加する。したがって熱交換器4は、熱交換効率を向上させることができる。
また、気液二相冷媒のうち気相冷媒の多くが内部開口55からガス取出配管50に流入する。そのため、液相冷媒が複数の熱交換チューブ30に分散して流入し、複数の熱交換チューブ30を均等に流通する。したがって熱交換器4は、ガス抜けおよび液溜まりを抑制できる。
The heat exchanger 4 of the embodiment has a
Further, most of the gas-phase refrigerant out of the gas-liquid two-phase refrigerant flows into the
ガス取出配管50から外部に取り出された気相冷媒は、図1に示される延出部59を介してバイパス配管60に流入する。気相冷媒は、バイパス配管60により熱交換器4をバイパスして、圧縮機2に流入する。
仮に、ガス取出配管50の内部開口55に液相冷媒が流入すると、液相冷媒がバイパス配管60を介して圧縮機2に流入することになる。制御部9は、以下のガス取出方法を実施して、液相冷媒が圧縮機2に流入するのを抑制する。
The gas-phase refrigerant taken out from the gas take-out
If the liquid refrigerant flows into the
図6は、ガス取出方法のフローチャートである。
制御部9は、暖房運転を実施する(S2)。このとき、熱交換器4の第1ヘッダ10の小室11sに気液二相冷媒が流入する。制御部9は、流体制御弁62を所定開度だけ開弁する(S4)。これにより、小室11sに流入した気液二相冷媒の一部が、ガス取出配管50の内部開口55に流入する。内部開口55に流入した冷媒は、ガス取出配管50からバイパス配管60に流入する。バイパス配管60を流通する冷媒は、加熱部70において加熱される。
FIG. 6 is a flowchart of the gas extraction method.
The
制御部9は、一対の温度センサ71,72の出力信号に基づいて、加熱部70の前後における冷媒の温度差ΔTを検出する(S5)。バイパス配管60を流通するのが気相冷媒であるとき、加熱部70からの吸熱により気相冷媒の温度が上昇する。この場合、温度差ΔTは0より大きい値になる。これに対して、バイパス配管60を流通するのが液相冷媒であるとき、加熱部70からの吸熱により液相冷媒が気相冷媒に相変化するので、冷媒の温度変化は小さい。この場合、温度差ΔTはほとんど0になる。すなわち、温度差ΔTに基づいて、バイパス配管60を流通する冷媒の相状態が推定できる。
The
制御部9は、温度差ΔTが所定値αより大きいか判断する(S6)。所定値αは、予め0に近い小さな値に設定される。S6の判断がNOの場合には、バイパス配管60を流通するのが液相冷媒であると推定される。この場合に制御部9は、流体制御弁62の開度を減少させる(S8)。制御部9は、流体制御弁62を閉弁してもよい。これにより、液相冷媒の圧縮機2への流入が抑制される。
The
S6の判断がYESの場合には、バイパス配管60を流通するのが気相冷媒であると推定される。この場合に制御部9は、流体制御弁62の開度を所定開度のまま維持する。これにより、気相冷媒がバイパス配管60から圧縮機2に流入する。
S6の判断がYESの場合に制御部9は、S6で検出した温度差ΔTに基づいて、流体制御弁62の弁開度を調節してもよい。例えば制御部9は、温度差ΔTが所定値β(>α)を超える場合に、流体制御弁62の弁開度を増加させてもよい。
If the determination in S6 is YES, it is presumed that the gas refrigerant flows through the
When the determination in S6 is YES, the
室外熱交換器4が蒸発器として機能するとき、室外熱交換器4の圧縮機2側(出口側)の冷媒圧力は、膨張装置5側(入口側)の冷媒圧力より小さい。流体制御弁62の弁開度の調整により、バイパス配管60の圧縮機2側(出口側)の冷媒圧力が、膨張装置5側(入口側)の冷媒圧力より小さくなる。これにより、室外熱交換器4およびバイパス配管60の両方から圧縮機2に冷媒が供給される。
以上により、ガス取出方法の処理が終了する。
When the outdoor heat exchanger 4 functions as an evaporator, the refrigerant pressure on the compressor 2 side (outlet side) of the outdoor heat exchanger 4 is smaller than the refrigerant pressure on the
Thus, the process of the gas extraction method is completed.
冷凍サイクル装置1が冷房運転を行うとき、室外熱交換器4は凝縮器として機能する。この場合に冷媒は、図2に示される第2冷媒ポート18、小室21s、熱交換チューブ30、小室11s、第1冷媒ポート17の順に流通する。すなわち、熱交換チューブ30で熱交換を終了した冷媒が、小室11sに流入する。そのため、小室11sに流入する気液二相冷媒の気相成分を外部に取り出す必要がない。そこで制御部9は、図1に示される流体制御弁62を閉弁する。これにより、小室11sに流入した液相冷媒が、図5に示されるガス取出配管50の内部開口55に流入しない。したがって、液相冷媒の圧縮機2への流入が防止される。
When the refrigeration cycle apparatus 1 performs a cooling operation, the outdoor heat exchanger 4 functions as a condenser. In this case, the refrigerant flows in the order of the second
以上に詳述したように、図2に示される実施形態の熱交換器4は、第1ヘッダ10および第2ヘッダ20と、複数の熱交換チューブ30と、を持つ。第1ヘッダ10および第2ヘッダ20は、筒状に形成され、X方向に相互に離間して並んで配置される。複数の熱交換チューブ30は、第1ヘッダ10および第2ヘッダ20の中心軸方向(Z方向)に間隔を置いて配列され、両端部が第1ヘッダ10および第2ヘッダ20の内部に開口する。第1ヘッダ10は、図5に示されるガス取出配管50を持つ。ガス取出配管50は、内部開口55と、延出部59を持つ。内部開口55は、第1ヘッダ10の小室11sに開口する。延出部59は、第1ヘッダ10の外部に設けられる。内部開口55は、第1ヘッダ10の小室11sの上方に配置される。
As described in detail above, the heat exchanger 4 of the embodiment shown in FIG. 2 has the
小室11sに気液二相冷媒が流入すると、比重の小さい気相冷媒が小室11sの上方に移動する。内部開口55が小室11sの上方に配置されるので、気相冷媒が内部開口55からガス取出配管50に流入し、第1ヘッダ10の外部に取り出される。これにより、小室11sから熱交換チューブ30に気液二相冷媒が流入するとき、気液二相冷媒に含まれる気相冷媒が少なくなる。これにより冷媒の吸熱量が増加するので、熱交換器4は熱交換効率を向上させることができる。
When the gas-liquid two-phase refrigerant flows into the
第1ヘッダ10は、Z方向において複数の小室11sに区分される。内部開口55は、複数の小室11sのそれぞれに開口する。ガス取出配管50の配管経路に沿った延出部59からの距離Dが大きい内部開口55の開口面積は、距離Dが小さい内部開口55の開口面積よりも大きい。
The
距離Dが大きいほど、ガス取出配管50を流通する過程で気相冷媒に発生する圧力損失が大きい。そのため、距離Dが大きい内部開口55には気相冷媒が流入し難くなる。距離Dが大きい内部開口55の開口面積を大きくすることで、その内部開口55にも気相冷媒が流入し易くなる。これにより、複数の小室11sのそれぞれに開口する内部開口55について、気相冷媒の流入量の不均衡が抑制される。これに伴って、複数の小室11sにおける液相冷媒の液面高さが均等になる。
The greater the distance D, the greater the pressure loss that occurs in the gas phase refrigerant in the course of flowing through the
内部開口55は、小室11sに開口する複数の熱交換チューブ30のうち、最上方に配置される熱交換チューブ30よりも上方に配置される。
これにより、液相冷媒が内部開口55に流入するのを抑制できる。したがって、液相冷媒が、ガス取出配管50およびバイパス配管60を介して、圧縮機2に流入するのを抑制できる。
The
Thereby, it is possible to suppress the liquid phase refrigerant from flowing into the
図1に示される実施形態の冷凍サイクル装置1は、熱交換器4と、圧縮機2と、バイパス配管60と、流体制御弁62と、制御部9と、を持つ。圧縮機2は、冷媒を圧縮する。バイパス配管60は、ガス取出配管50を圧縮機2の冷媒導入口に連通させる。流体制御弁62は、バイパス配管60に設けられ、バイパス配管60を流通する冷媒の流量調整を実施する。制御部9は、流体制御弁62の動作を制御する。
The refrigeration cycle apparatus 1 according to the embodiment shown in FIG. 1 includes a heat exchanger 4, a compressor 2, a
熱交換器4が蒸発器として機能する場合に、制御部9は流体制御弁62を開弁して、バイパス配管60に冷媒を流通させる。これにより、第1ヘッダ10の外部に取り出された気相冷媒が、熱交換器4をバイパスして圧縮機2に流入する。したがって、冷媒を循環させることができる。一方、熱交換器4が凝縮器として機能する場合に、制御部9は流体制御弁62を閉弁して、バイパス配管60に冷媒を流通させない。これにより、第1ヘッダ10の外部に冷媒が取り出されないので、液相冷媒が圧縮機2に流入するのを防止できる。
When the heat exchanger 4 functions as an evaporator, the
加熱部70は、バイパス配管60を流通する冷媒を加熱する。一対の温度センサ71,72は、バイパス配管60に沿って加熱部70の両側に設けられ、バイパス配管60を流通する冷媒の温度に対応する信号を出力する。制御部9は、一対の温度センサ71,72から出力された信号に基づいて加熱部70の両側における冷媒の温度差ΔTを検出する。制御部9は、検出した温度差ΔTに基づいて、流体制御弁62の動作を制御する。
The
バイパス配管60を流通するのが気相冷媒であるとき、加熱部70からの吸熱により冷媒の温度が上昇する。バイパス配管60を流通するのが液相冷媒であるとき、加熱部70からの吸熱による冷媒の温度変化は小さい。制御部9は、検出した温度差ΔTに基づいて、流体制御弁62の動作を制御する。これにより、液相冷媒が圧縮機2に流入するのを抑制できる。
When a gas-phase refrigerant flows through the
冷凍サイクル装置の変形例について説明する。
図7は、第1の実施形態の変形例の冷凍サイクル装置の概略構成図である。図7に示される変形例の冷凍サイクル装置101は、キャピラリ管64および開閉弁66を有する点で、図1に示される第1の実施形態の冷凍サイクル装置1とは異なる。変形例の構成のうち、以下に説明する構成以外の構成については、第1の実施形態と同様である。
A modification of the refrigeration cycle apparatus will be described.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to a modification of the first embodiment. The
冷凍サイクル装置101は、流量調整機構としてキャピラリ管64および開閉弁66を有する。本願において「流量調整」とは、時間的または空間的に流量を変化させることを意味する。すなわち流量調整は、開閉弁66により(開閉弁66の動作時点の前後で)時間的に流量を変化させることを含む。流量調整は、キャピラリ管64により(キャピラリ管64の上流側と下流側との間で)空間的に流量を変化させることを含む。
The
キャピラリ管64および開閉弁66は、バイパス配管60に設けられる。
キャピラリ管64は、バイパス配管60の圧縮機2側(出口側)の冷媒圧力を、膨張装置5側(入口側)の冷媒圧力より小さくする。これにより、室外熱交換器4およびバイパス配管60の両方から圧縮機2に冷媒が供給される。
開閉弁66は、開弁および閉弁を切り替える。
The
The
The on-off
冷凍サイクル装置101が暖房運転を行うとき、制御部9は開閉弁66を開弁する。これにより、図5に示されるガス取出配管50の内部開口55に、気相冷媒が流入する。気相冷媒は、ガス取出配管50およびバイパス配管60を介して、圧縮機2に流入する。
When the
冷凍サイクル装置101が冷房運転を行うとき、制御部9は開閉弁66を閉弁する。これにより、図5に示されるガス取出配管50の内部開口55に冷媒が流入しない。したがって、液相冷媒が圧縮機2に流入するのを防止できる。
図7に示される変形例の冷凍サイクル装置101は、図1に示される第1の実施形態の冷凍サイクル装置1と同様の作用効果を有する。
When the
The
(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態の熱交換器204の正面図である。第2の実施形態の構成のうち、以下に説明する構成以外の構成については、第1の実施形態と同様である。
熱交換器204は、第1熱交換器204gと、第2熱交換器204hと、接続流路26と、を有する。第1熱交換器204gは下方に配置され、第2熱交換器204hは上方に配置される。第1熱交換器204gの構成のうち、以下に説明する構成以外の構成については、図2に示される第1の実施形態の熱交換器4と同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a front view of the
The
第2熱交換器204hの第2ヘッダ220は、内部空間22に複数の仕切部材25を有する。複数の仕切部材25は、第2ヘッダ220の内部空間22を、複数の小室22sに区分する。図8の例では、2個の仕切部材25が、内部空間22を3個の小室22sに区分する。モジュールAは小室22aを有し、モジュールBは小室22bを有し、モジュールCは小室22cを有する。
The
接続流路26は、第1熱交換器204gの第2ヘッダ20の小室21sと、第2熱交換器204hの第2ヘッダ220の小室22sとを接続する。第1熱交換器204gに形成された複数の小室21sと、第2熱交換器204hに形成された複数の小室22sとの間には、それぞれ接続流路26が形成される。図5の例では、接続流路26が、第1熱交換器204gの上方からn番目(nは自然数)の小室21sと、第2熱交換器204hの下方からn番目の小室22sとを接続する。これにより、複数の接続流路26の交差が回避され、レイアウトが単純化される。接続流路26は、小室21sと小室22sとを上記以外の組み合わせで接続してもよい。
The
第2熱交換器204hの第1ヘッダ210は、内部空間12に仕切部材を有しない。
第2冷媒ポート18は、第2熱交換器204hの第1ヘッダ210の上方(上半部)に形成される。
The
The 2nd refrigerant |
図1に示される冷凍サイクル装置1が暖房運転を行う場合の、熱交換器204の冷媒の流通経路について説明する。冷媒は、第1熱交換器204gの第1冷媒ポート17に流入し、第1熱交換器204gを流通する。冷媒は、第1熱交換器204gから接続流路26を介して、第2熱交換器204hに流入する。冷媒は、第2熱交換器204hを流通し、第2冷媒ポート18から流出する。冷媒は、第1熱交換器204gおよび第2熱交換器204hの熱交換チューブ30を流通する過程で、外気から吸熱する。
A refrigerant flow path of the
ガス取出配管250について説明する。
図8に示されるように、ガス取出配管250は、第1配管本体51と、第1延出部59aと、第2配管本体52と、第2延出部59bと、第1内部開口55a,55b,55cと、第2内部開口56a,56b,56cと、を有する。
The
As shown in FIG. 8, the
第1配管本体51は、第1熱交換器204gの第1ヘッダ10から上方に伸びる。第1配管本体51は、第2熱交換器204hの第1ヘッダ210を貫通して、第1ヘッダ210の上方まで伸びる。
第1延出部59aは、第1配管本体51の上端部に形成される。
The first piping
The
第2配管本体52は、第1熱交換器204gの第2ヘッダ20から上方に伸びる。第2配管本体52は、第2熱交換器204hの第2ヘッダ220を貫通して、第2ヘッダ220の上方まで伸びる。第2配管本体52の下端部は、第2ヘッダ20の下端部まで伸びて閉塞される。第2配管本体52の下端部は、第2熱交換器204hの第2ヘッダ220の下端部で閉塞されてもよい。
第2延出部59bは、第2配管本体52の上端部に形成される。
The second piping
The second extending
第1内部開口55a,55b,55cは、第1熱交換器204gの第1ヘッダ10の内部空間の各小室11a,11b,11cにそれぞれ開口するように形成される。一方、第2熱交換器204hの第1ヘッダ210の内部空間12に開口する第1内部開口はない。
The first
第2内部開口56a,56b,56cは、第2熱交換器204hの第2ヘッダ220の内部空間の各小室22a,22b,22cにそれぞれ開口するように形成される。一方、第1熱交換器204gの第2ヘッダ20の内部空間21に開口する第2内部開口はない。第2内部開口は、第2ヘッダ220および第2ヘッダ20のうち、一方または両方の内部空間に開口すればよい。
The second
図1に示される冷凍サイクル装置1が暖房運転を行うとき、第1熱交換器204gの第1冷媒ポート17から小室11sに気液二相冷媒が流入する。このとき気相冷媒は、各小室11a,11b,11cの上方に配置された第1内部開口55a、55b、55cから、第1配管本体51に流入する。気相冷媒は、第1配管本体51を流通し、第1延出部59aから外部に取り出される。残りの冷媒は、熱交換チューブ30、小室21sを流通して、接続流路26に流入する。
When the refrigeration cycle apparatus 1 shown in FIG. 1 performs the heating operation, the gas-liquid two-phase refrigerant flows into the
接続流路26から第2熱交換器204hの小室22sに気液二相冷媒が流入する。小室22sから熱交換チューブ30に流入する気液二相冷媒に気相成分が多く含まれると、第2熱交換器204hの熱交換効率が低下する。小室22sに流入した気相冷媒は、小室22a,22b,22cの上方に配置された第2内部開口56a、56b、56cから、第2配管本体52に流入する。気相冷媒は、第2配管本体52を流通し、第2延出部59bから外部に取り出される。
The gas-liquid two-phase refrigerant flows into the
第2の実施形態の熱交換器204も、第1の実施形態の熱交換器4と同様に、熱交換効率を向上させることができる。
第2の実施形態の熱交換器204は、別体の第1熱交換器204gおよび第2熱交換器204hを組み合わせて形成される。これに対して、第1熱交換器204gおよび第2熱交換器204hが一体に形成されてもよい。
第2の実施形態の熱交換器204は、2個の第1熱交換器204gおよび第2熱交換器204hを、1個の接続流路26で接続して形成される。これに対して、n個(nは自然数)の熱交換器を、n−1個の接続流路で接続して形成されてもよい。
Similarly to the heat exchanger 4 of the first embodiment, the
The
The
実施形態のヘッダの内部空間は、複数の小室に区分される。この場合にガス取出配管は、各小室にそれぞれ内部開口を有する。これに対して、ヘッダの内部空間が複数の小室に区分されなくてもよい。この場合にガス取出配管は、ヘッダの一つの内部空間に内部開口を有する。
実施形態のガス取出配管は、ヘッダの上端部を貫通してヘッダの上方に伸びる。これに対してガス取出配管は、ヘッダの下端部を貫通してヘッダの下方に伸びてもよい。ガス取出配管は、ヘッダの側壁を貫通してヘッダの側方に伸びてもよい。
The internal space of the header of the embodiment is divided into a plurality of small chambers. In this case, the gas extraction pipe has an internal opening in each small chamber. On the other hand, the internal space of the header may not be divided into a plurality of small chambers. In this case, the gas extraction pipe has an internal opening in one internal space of the header.
The gas extraction pipe of the embodiment extends above the header through the upper end of the header. On the other hand, the gas extraction pipe may extend below the header through the lower end of the header. The gas extraction pipe may extend through the header side wall through the side wall of the header.
実施形態のガス取出配管は、ヘッダの内部においてヘッダと同軸状に配置される。これに対してガス取出配管は、ヘッダの内部においてヘッダの中心軸からオフセットして配置されてもよい。ガス取出配管は、ヘッダの外周面上に配置されてもよい。
実施形態のガス取出配管は、小室に1個の内部開口を有する。これに対してガス取出配管は、小室に複数の内部開口を有してもよい。
The gas extraction pipe of the embodiment is disposed coaxially with the header inside the header. On the other hand, the gas extraction pipe may be arranged offset from the central axis of the header inside the header. The gas extraction pipe may be disposed on the outer peripheral surface of the header.
The gas extraction pipe of the embodiment has one internal opening in the small chamber. On the other hand, the gas extraction pipe may have a plurality of internal openings in the small chamber.
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、ガス取出配管50の内部開口55が、第1ヘッダ10の小室11sの上方に配置される。これにより熱交換器は、冷媒の吸熱量を増加させて、熱交換効率を向上させることができる。
なお、上記実施形態では、ガス取出手段として、一方のヘッダの内部空間の上方に開口する内部開口を有するとともに、一方のヘッダの外部に延出された延出部を有するガス取出配管について説明したが、本発明のガス取出手段は、これに限定されるものではない。例えば、ヘッダの内部空間の上方の位置で、ヘッダの側壁に開口を形成し、この開口にバイパス配管を接続するようにしても良い。
According to at least one embodiment described above, the
In the above-described embodiment, the gas extraction pipe having the internal opening that opens above the internal space of one header and the extending portion that extends to the outside of one header has been described as the gas extraction means. However, the gas extraction means of the present invention is not limited to this. For example, an opening may be formed in the side wall of the header at a position above the internal space of the header, and a bypass pipe may be connected to the opening.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
Da,Db,Dc…距離、1,101…冷凍サイクル装置、2…圧縮機、4,204…熱交換器、9…制御部、10,210…第1ヘッダ、11…内部空間、11s…小室(内部空間)、20,220…第2ヘッダ、22…内部空間、22s…小室(内部空間)、30…熱交換チューブ、50…ガス取出配管、55,55a,55b,55c…内部開口,第1内部開口、56a,56b,56c…第2内部開口、59…延出部、60…バイパス配管、62…流体制御弁(流量調整機構)、64…キャピラリ管(流量調整機構)、66…開閉弁(流量調整機構)、70…加熱部、71…第1温度センサ、72…第2温度センサ。 Da, Db, Dc ... distance, 1,101 ... refrigeration cycle apparatus, 2 ... compressor, 4,204 ... heat exchanger, 9 ... control unit, 10,210 ... first header, 11 ... internal space, 11s ... small chamber (Internal space), 20, 220 ... second header, 22 ... internal space, 22s ... small chamber (internal space), 30 ... heat exchange tube, 50 ... gas extraction pipe, 55, 55a, 55b, 55c ... internal opening, first 1 internal opening, 56a, 56b, 56c ... 2nd internal opening, 59 ... extension part, 60 ... bypass piping, 62 ... fluid control valve (flow rate adjusting mechanism), 64 ... capillary tube (flow rate adjusting mechanism), 66 ... opening and closing Valve (flow rate adjusting mechanism), 70 ... heating unit, 71 ... first temperature sensor, 72 ... second temperature sensor.
Claims (6)
前記第1ヘッダおよび前記第2ヘッダの中心軸方向に間隔を置いて配列され、両端部が前記第1ヘッダおよび前記第2ヘッダの内部に開口する複数の熱交換チューブと、
前記第1ヘッダおよび前記第2ヘッダのうち少なくとも一方のヘッダに設けられ、該ヘッダの内部空間のガス冷媒を該ヘッダ外に取出すガス取出手段と、を有する、
熱交換器。 A first header and a second header formed in a cylindrical shape and arranged side by side apart from each other;
A plurality of heat exchange tubes that are arranged at intervals in the central axis direction of the first header and the second header, and whose both end portions are opened inside the first header and the second header;
Gas extraction means provided on at least one of the first header and the second header, and for extracting the gas refrigerant in the internal space of the header to the outside of the header,
Heat exchanger.
前記ガス取出配管は、前記ヘッダの内部空間に開口する開口部である内部開口を有するとともに、前記ヘッダの外部に延出された延出部を有し、
前記内部開口は、前記ヘッダの内部空間の上方に配置される、
請求項1に記載の熱交換器。 The gas extraction means is a gas extraction pipe,
The gas extraction pipe has an internal opening that is an opening that opens into the internal space of the header, and an extending portion that extends to the outside of the header.
The internal opening is disposed above the internal space of the header.
The heat exchanger according to claim 1.
前記内部開口は、前記複数の内部空間のそれぞれに開口し、
前記ガス取出配管の配管経路に沿った前記延出部からの距離が大きい前記内部開口の開口面積は、前記ガス取出配管の配管経路に沿った前記延出部からの距離が小さい前記内部開口の開口面積よりも大きい、
請求項2に記載の熱交換器。 The header is divided into a plurality of internal spaces in the central axis direction,
The internal opening opens to each of the plurality of internal spaces,
The opening area of the internal opening having a large distance from the extending portion along the piping path of the gas extraction piping is the opening area of the internal opening having a small distance from the extending portion along the piping path of the gas extraction piping. Larger than the opening area,
The heat exchanger according to claim 2.
請求項2または3に記載の熱交換器。 The internal opening is disposed above the heat exchange tube disposed at the uppermost of the plurality of heat exchange tubes that open to the internal space.
The heat exchanger according to claim 2 or 3.
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記ガス取出手段を前記圧縮機の冷媒導入口に連通させるバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられ、前記バイパス配管を流通する冷媒の流量調整を実施する流量調整機構と、
前記流量調整機構の動作を制御する制御部と、を有する、
冷凍サイクル装置。 The heat exchanger according to any one of claims 1 to 4,
A compressor for compressing the refrigerant;
A bypass pipe for communicating the gas extraction means with a refrigerant inlet of the compressor;
A flow rate adjusting mechanism that is provided in the bypass piping and adjusts the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass piping;
A control unit for controlling the operation of the flow rate adjusting mechanism,
Refrigeration cycle equipment.
前記バイパス配管に沿って前記加熱部の両側に設けられ、前記バイパス配管を流通する冷媒の温度に対応する信号を出力する一対の温度センサと、を有し、
前記制御部は、
前記一対の温度センサから出力された信号に基づいて、前記加熱部の両側における冷媒の温度差を検出し、
検出した前記温度差に基づいて、前記流量調整機構の動作を制御する、
請求項5に記載の冷凍サイクル装置。 A heating unit for heating the refrigerant flowing through the bypass pipe;
A pair of temperature sensors provided on both sides of the heating unit along the bypass pipe and outputting a signal corresponding to the temperature of the refrigerant flowing through the bypass pipe;
The controller is
Based on the signals output from the pair of temperature sensors, detect the temperature difference of the refrigerant on both sides of the heating unit,
Controlling the operation of the flow rate adjusting mechanism based on the detected temperature difference;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 5.
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WO2023042289A1 (en) * | 2021-09-15 | 2023-03-23 | 三菱電機株式会社 | Refrigeration cycle device |
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