JP5118730B2 - 熱交換器 - Google Patents
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Description
図1は、本発明にかかる冷凍装置の一実施形態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を有している。そして、この冷媒回路10には、超臨界域で作動する冷媒(ここでは、二酸化炭素)が封入されており、二段圧縮式冷凍サイクルが行われるようになっている。
ここでは、上記のエコノマイザ熱交換器12として、図4〜図6に示すような、金属素材の押し出し加工によって一体成形された管部材21を有する熱交換器を採用している。ここで、図4は、エコノマイザ熱交換器12の概略斜視図であり、図5は、管部材21の横断面図であり、図6は、接続部材31、32及び管部材21の縦断面図である。
次に、上記の空気調和装置1の動作である冷房運転について、図1〜図6を用いて説明する。
上記の空気調和装置1(図1参照)に設けられたエコノマイザ熱交換器12(図4〜図6参照)では、内側流路22に遠心力作用フィン22aだけが形成されているが、図8に示すように、内側流路22の内面に、遠心力作用フィン22aのフィン高さHよりも小さい溝深さhを有する溝からなる液滴捕捉溝22bをさらに形成するようにしてもよい。
上記の空気調和装置1(図1参照)では、インジェクション管11が熱源側熱交換器3とエコノマイザ熱交換器12とを接続する第2高圧冷媒管3b(すなわち、エコノマイザ熱交換器12の上流側の位置)から分岐されているが、図9に示すように、インジェクション管11がエコノマイザ熱交換器12と膨張機構4とを接続する第3高圧冷媒管3c(すなわち、エコノマイザ熱交換器12の下流側の位置)から分岐されていてもよい。
上記の空気調和装置1(図1、図9参照)に設けられたエコノマイザ熱交換器12(図4〜図6参照)では、遠心力作用機構24として、内側流路22の内面に形成された遠心力作用フィン22aを採用しているが、これに代えて、図10及び図11に示すような、管部材21の周方向にねじれながら軸方向に延びる部材からなる遠心力作用部材25を内側流路22内に設けてもよい。ここで、遠心力作用部材25は、内側流路22に挿入可能な幅を有する板材を周方向にねじり加工を施したねじり板である。
上記の空気調和装置1(図1、図9参照)に設けられたエコノマイザ熱交換器12(図4〜図6参照)では、内側流路22と内側流路22の周囲に配置された複数の外側流路23とが金属素材の押し出し成形によって一体成形された管部材21を採用しているが、これに代えて、図12及び図13に示すような、外側多穴管部材121の内側孔121aに外側多穴管部材121とは別の内側挿入管部材122を挿入した構成を採用してもよい。ここで、外側多穴管部材121は、複数の外側流路23と、複数の外側流路23に囲まれる内側孔121aとを有する略円管状の部材である。また、内側挿入管部材122は、内側流路22を有する略円管状の部材である。そして、内側流路22には、図5及び図6に示すような遠心力作用機構24が設けられている。尚、内側挿入管部材122は、内側孔121aに挿入され、拡管等によって外側多穴管部材121に固定されている。また、変形例1(図8参照)のような内側流路22に液滴捕捉溝22bを形成した構成に対しても、図14に示すように、外側多穴管部材121の内側孔121aに外側多穴管部材121とは別の内側挿入管部材122を挿入した構成を採用することができる。
以上、本発明の実施形態及びその変形例について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
2 圧縮機構
3 熱源側熱交換器(放熱器)
4 膨張機構
5 利用側熱交換器(蒸発器)
11 インジェクション管
12 エコノマイザ熱交換器
21 管部材
22 内側流路
22a 遠心力作用フィン
22b 液滴捕捉溝
23 外側流路
24 遠心力作用機構
25 遠心力作用部材
52 伝熱管
52a 蒸発器内面溝
121 外側多穴管部材
121a 内側孔
122 内側挿入管部材
DI 内径
H フィン高さ
h、hv 溝深さ
α ねじれ角
Claims (5)
- 複数の圧縮要素を有しており、前記複数の圧縮要素のうちの前段側の圧縮要素から吐出された冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒を後段側の圧縮要素で順次圧縮するように構成された圧縮機構(2)と、前記圧縮機構によって冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された冷媒の放熱を行う放熱器(3)と、前記放熱器によって放熱した冷媒を減圧する膨張機構(4)と、前記膨張機構によって冷凍サイクルにおける低圧まで減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器(5)と、前記放熱器から前記膨張機構に送られる冷媒を分岐して前記後段側の圧縮要素に戻すインジェクション管(11)と、前記放熱器から前記膨張機構に送られる冷媒と前記インジェクション管を流れる冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒との熱交換を行うエコノマイザ熱交換器とを備えた冷凍装置(1)の前記エコノマイザ熱交換器において、
前記エコノマイザ熱交換器が、内側流路(22)と前記内側流路の周囲に配置された複数の外側流路(23)とを有しており、前記内側流路を流れる流体が前記インジェクション管を流れる冷媒であり、かつ、前記外側流路を流れる流体が前記放熱器から前記膨張機構に送られる冷媒であり、前記内側流路を流れる流体と前記外側流路を流れる流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、
前記内側流路を流れる流体は、少なくとも一時的には前記内側流路を気液二相状態で流れ、前記外側流路を流れる流体との熱交換によって蒸発し、気液二相状態における気体の密度に対する液体の密度の比である気液密度比が10以下の冷媒であり、
前記内側流路を流れる気液二相状態の冷媒に遠心力が作用するような遠心力作用機構(24)が前記内側流路に設けられており、
前記遠心力作用機構は、前記内側流路の内面に形成されており、前記内側流路の周方向にねじれながら軸方向に延びるフィンからなる遠心力作用フィン(22a)であり、
前記内側流路の軸方向に対して前記遠心力作用フィンが延びる方向がなすねじれ角(α)は、1°〜10°であり、
前記遠心力作用フィンによって、前記内側流路を流れる気液二相状態の冷媒の液滴を外周側に移動させて、前記内側流路におけるドライアウトの発生を抑える、
熱交換器(12)。 - 前記遠心力作用フィンのフィン高さ(H)は、前記内側流路の内径(DI)の0.08〜0.5倍である、
請求項1に記載の熱交換器(12)。 - 前記内側流路(22)の内面には、前記遠心力作用フィン(22a)のフィン高さ(H)よりも小さい溝深さを有する溝からなる液滴捕捉溝(22b)がさらに形成されている、
請求項1又は2に記載の熱交換器(12)。 - 前記複数の外側流路(23)は、前記複数の外側流路に囲まれる内側孔(121a)とともに、外側多穴管部材(121)に一体成形されており、
前記内側孔には、前記内側流路(22)を形成しており、前記外側多穴管部材とは別の内側挿入管部材(122)が挿入されている、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱交換器(12)。 - 前記内側流路(22)と前記複数の外側流路(23)とは、金属素材の押し出し成形によって成形される管部材(21)に一体成形されている、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱交換器(12)。
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