JP6086057B2

JP6086057B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP6086057B2
Application number: JP2013247306A
Authority: JP
Inventors: 隆史尾本
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2033-11-29
Also published as: JP2015105771A

Description

本発明は、複数の冷媒流路を有する熱交換器に関する。

従来、空気調和機は室内に室内機を備え、屋外に室外機を備えており、室内機および室外機の内部には熱交換器が設置されている。熱交換器では、熱交換器内を流れる冷媒と空気が熱交換されることで、空気が加熱されたり冷却されたりする。

特許文献１に開示されているように、三つのブロックからなる熱交換器の内、真ん中に配置された熱交換器の風上側で中央部分にある２か所の流入口より其々冷媒が流入し、熱交換器の上側のブロックを経由して中央部分にある流出口から流出する上冷媒流路と、熱交換器の下側のブロックを経由して中央部分にある流出口から流出する下冷媒流路を備える熱交換器がある。

特開２００１−１５２０９８９号公報

特許文献１に開示されている熱交換器では、熱交換器の冷媒の流入口と流出口が共に熱交換器の中央部分にあるため、温度差のある冷媒の流路が近接している。そのため、熱交換器を介して、熱交換器に流入した冷媒と熱交換器から流出する冷媒との間で熱交換が生じ、熱交換器を通過する空気と冷媒との熱交換効率が悪くなる問題があった。

そこで、本発明は、熱交換器の冷媒の流入口と流出口を離すことで、冷媒間の熱交換を抑えることを目的としたものである。

本発明によるフィンチューブ型熱交換器は、所定の間隙をもって積層され、その間隙に空気を流通させる複数のフィンと、フィンの積層方向に貫通し、空気を流通させる方向に２列、空気を流通させる方向と交差する方向にＭ段（Ｍは４以上の自然数）の配列で配置された伝熱管とを有し、伝熱管を列ごとに順次接続して形成した冷媒流路に冷媒を流通させるフィンチューブ型熱交換器であって、フィンチューブ型熱交換器が蒸発器として機能する場合、風上側の列のＮ段目（１＜Ｎ＜Ｍ−２、但しＮは自然数）の伝熱管から流入した冷媒は風上側の列のＰ段目（Ｎ＜Ｐ＜Ｍ、但しＰは自然数）の伝熱管まで順次流通し、Ｐ段目の伝熱管から流出した後二つの冷媒流路に分流され、分流された冷媒の一方は風上側の列のＮ−１段目の伝熱管に流入し、分流された冷媒の他方は風上側の列のＰ＋１段目の伝熱管に流入し、風上側の列のＮ−１段目の伝熱管に流入した冷媒は風上側の列の１段目の伝熱管および風下側の列の１段目の伝熱管を経由して風下側の例のＸ段目（Ｎ＜Ｘ＜Ｍ−１、但しＸは自然数）の伝熱管まで順次流通し、Ｘ段目の伝熱管から流出し、風上側の列のＰ＋１段目の伝熱管に流入した冷媒は風上側の列のＭ段目の伝熱管および風下側の列のＭ段目の伝熱管を経由して風下側の列のＹ段目（Ｘ＜Ｙ＜Ｍ、但しＹは自然数）の伝熱管まで順次流通し、Ｙ段目の伝熱管から流出し、風下側の列のＸ段目の伝熱管と風下側の列のＹ段目の伝熱管のうち少なくとも一方は風下側の列のＰ段目またはＰ−１段目またはＰ＋１段目の内いずれかの伝熱管である。

また、本発明によるフィンチューブ型熱交換器は空気調和機のケーシング内に収納され、ケーシング内の背面側に配置される背面熱交換部と、ケーシング内の前面側に配置される前面熱交換部と、ケーシング内の前面側であって前面熱交換部の上部に配置される上部熱交換部と、を備え、Ｎ段目の伝熱管が、上部熱交換部のフィンの長手方向の一端にある伝熱管であり、Ｐ段目の伝熱管が、上部熱交換器のフィンの長手方向の他端にある伝熱管であり、Ｎ−１段目の伝熱管とＰ＋１段目の伝熱管のうち一方が背面熱交換部の上方にある伝熱管であり、他方が前面熱交換部の上方にある伝熱管である。

以上のような熱交換器によれば、熱交換器の冷媒の流入口と流出口とが離されているため、温度差のある冷媒の流路間での熱交換を抑えることが出来る。

本発明の空気調和装置の冷媒回路の構成図である。本実施例の室内機の室内機の断面構成図である。本発明の実施形態１に係る室内熱交換器における冷媒流路を表した図である。本発明の実施形態２に係る室内熱交換器における冷媒流路を表した図である。

以下、図面を基に本発明の実施形態を説明する。

（実施形態１）
本発明の実施形態１における空気調和機は、室内に設置される室内機１００と、室外に設置される室外機２００を備えている。室内機１００内および室外機２００内にはそれぞれ熱交換器（１１０、２１０）が収納されており、各熱交換器（１１０、２１０）が冷媒配管により接続されることにより冷媒回路を構成している。空気調和機の冷媒回路の構成を図１に示す。

この冷媒回路は、主として室内熱交換器１１０、圧縮機２２０、四方弁２３０、室外熱交換器２１０、および膨張弁２４０で構成される。

室内機１００に設けられている室内熱交換器１１０は、取り入れられた室内空気と冷媒とを熱交換させる。また、室内熱交換器１１０は、液冷媒が流通する液管３１０とガス冷媒が流通するガス管３２０とに接続されている。また、室内機１００には、室内空気を吸い込んで室内熱交換器１１０で冷媒と熱交換を行った後の空気を室内に吹出すための送風機であるクロスフローファン１１１が設けられている。クロスフローファン１１１は、円筒形状に構成され、室内機１００内に設けられる室内ファンモータ１１２によって回転駆動される。

室外機２００には、圧縮機２２０と、圧縮機２２０の吐出側に接続される四方弁２３０と、圧縮機２２０の吸入側に接続されるアキュムレータ２５０と、四方弁２３０に接続された室外熱交換器２１０と、室外熱交換器２１０に接続された膨張弁２４０とが設けられている。膨張弁２４０は、液閉鎖弁３１１を介して液管３１０に接続されており、この液管３１０を介して室内熱交換器１１０の一端と接続される。また、四方弁２３０は、ガス閉鎖弁３２１を介してガス管３２０に接続されており、このガス管３２０を介して室内熱交換器１１０の他端と接続されている。また、室外機２００には、室外熱交換器２１０で冷媒と熱交換を行った後の空気を外部に吹出すためのプロペラファン２１１が設けられている。このプロペラファン２１１は、室外ファンモータ２１２によって回転駆動される。

図２に、室内機１００の断面構成図を示す。室内機１００は、ケーシング１０１を備えており、前述した室内熱交換器１１０やクロスフローファン１１１は、室内機１００のケーシング１０１内に収容されている。また、室内熱交換器１１０は、後に説明するように３つの熱交換部（背面熱交換部１１０ａ、上部熱交換部１１０ｂ、前面熱交換部１１０ｃ）に分割されている。ケーシング１０１には、室内空気を取込むための吸込口１０３と、クロスフローファン１１１により空気を室内空間に吹出す吹出口１０４とが設けられている。吸込口１０３は、ケーシング１０１の前面上部と天面に設けられており、吹出口１０４は、前面下部に設けられる。そして、室内熱交換器１１０とクロスフローファン１１１は、ケーシング１０１内において、室内熱交換器１１０が吸込口１０３に近い側に、クロスフローファン１１１が吹出口１０４に近い側に配置される。すなわち、室内熱交換器１１０は、クロスフローファン１１１に対して気流の流れ方向の上流側に配置されている。ここで、室内熱交換器１１０は、ケーシング１０１内において、吸込口１０３側からクロスフローファン１１１を取り囲むように、多段曲げされて配置されている。

本実施形態では、室内熱交換器１１０は、フィンチューブ型熱交換器である。この室内熱交換器１１０は、所定の間隙をもって積層され、その間隙に空気を流通させる複数のフィンを有する。また、フィンの積層方向に貫通し、空気を流通させる方向に２列、空気を流通させる方向と交差する方向にＭ段（Ｍは４以上の自然数。本実施例ではＭ＝２０）の配列で配置された伝熱管とを有し、伝熱管を列ごとに順次接続して形成した冷媒流路に冷媒を流通させている。また、３段曲げ式の熱交換器で３つの熱交換部から構成されている。背面熱交換部１１０ａは、クロスフローファン１１１の天面側から背面側までを囲むように、室内機１００の天面側から室内機１００の背面側にまで傾斜して配置されている。上部熱交換部１１０ｂは、クロスフローファン１１１の天面側から前面上部側までを囲むように、室内機１００の天面側から室内機１００の前面上部側にまで傾斜して配置されている。前面熱交換部１１０ｃは、クロスフローファン１１１の前面上部側から前面下部側までを囲むように、上部熱交換部１１０ｂの下方に配置されている。

本実施形態の室内熱交換器１１０は、冷媒が流れる冷媒流路（以下、第１ａ冷媒流路４１０、第１ｂ冷媒流路４２０、第１ｃ冷媒流路４３０とする）が３つある。この３つの第１ａ冷媒流路４１０、第１ｂ冷媒流路４２０、第１ｃ冷媒流路４３０に関して図に基づいて説明する。図３は、室内熱交換器１１０における第１ａ冷媒流路４１０、第１ｂ冷媒流路４２０、第１ｃ冷媒流路４３０を表した図である。なお、図３で、太線の実線で表されるものは、伝熱管１２０の紙面の手前側にあるＵ字管１２１であり、太線の破線で表されるものは、伝熱管１２０の紙面の奥側にあるヘアピン部１２０ａである。そして、室内熱交換器１１０において、複数の伝熱管１２０は、気流の流れ方向に風上側と風下側の２列の伝熱管列を形成している。ここで、気流の流れ方向上流側の伝熱管列を第１伝熱管列Ｌ１とし、気流の流れ方向下流側の伝熱管列を第２伝熱管列Ｌ２とする。各熱交換部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃのそれぞれに第１伝熱管列Ｌ１（Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ）と第２伝熱管列Ｌ２（Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ）は形成されている。

第１ａ冷媒流路４１０は、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある中央部４段（３段目（Ｎ段目）から６段目（Ｐ段目））の伝熱管４１０ａを順次接続して形成されている。第１ｂ冷媒流路４２０は、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある下部２段（２段目（Ｎ−１段目）と１段目）の伝熱管４２０ａと、前面熱交換部１１０ｃの第１伝熱管列Ｌ１ｃにある５段（５段目から１段目）の伝熱管４２０ｂと、前面熱交換部１１０ｃの第２伝熱管列Ｌ２ｃにある５段（１段目から５段目）の伝熱管４２０ｃと、上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある下部６段（１段目から６段目（Ｘ段目））の伝熱管４２０ｄを順次接続して形成されている。第１ｃ冷媒流路４３０は、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある上部２段（７段目（Ｐ＋１段目）と８段目）の伝熱管４３０ａと、背面熱交換部１１０ａの第１伝熱管列Ｌ１ａにある７段（１段目から７段目（Ｍ段目））の伝熱管４３０ｂと、背面熱交換部１１０ａの第２伝熱管列Ｌ２ａにある７段（７段目（Ｍ段目）から１段目）の伝熱管４３０ｃと、上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある上部２段（８段目と７段目（Ｙ段目））の伝熱管４３０ｄを順次接続して形成されている。

第１ａ冷媒流路４１０は、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある３段目（Ｎ段目）の伝熱管に液管３１０に接続され液状態の冷媒が流出入する液冷媒流出入管４４１を備え、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある６段目（Ｐ段目）の伝熱管に冷媒を分流させる分流器４４２が接続されている。第１ｂ冷媒流路４２０は、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある２段目（Ｎ−１段目）の伝熱管が分流器４４２の一端と接続され、上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある６段目（Ｘ段目）の伝熱管にガス管３２０に接続されガス状態の冷媒が流出入するガス冷媒流出入管４４３が接続されている。第１ｃ冷媒流路４３０は、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある７段目（Ｐ＋１段目）の伝熱管が分流器４４２の他端と接続され、上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある７段目（Ｙ段目）の伝熱管にガス管３２０に接続されガス状態の冷媒が流出入するガス冷媒流出入管４４３が接続されている。室内熱交換器１１０が蒸発器として機能する場合には、冷媒は、第１ｂ冷媒流路４２０のガス冷媒流出入管４４３と第１ｃ冷媒流路４３０のガス冷媒流出入管４４３に流入し、第１ｂ冷媒流路４２０と第１ｃ冷媒流路４３０を経由して分流器４４２で合流し、第１ａ冷媒流路４１０を経由して、第１ａ冷媒流路４１０の液冷媒流出入管４４１から流出する。室内熱交換器１１０が凝縮器として機能する場合には、冷媒は、第１ａ冷媒流路４１０の液冷媒流出入管４４１に流入し、第１ａ冷媒流路４１０を経由して分流器４４２で２パスに分流され、各々で第１ｂ冷媒流路４２０と第１ｃ冷媒流路４３０を経由して、第１ｂ冷媒流路４２０のガス冷媒流出入管４４３と第１ｃ冷媒流路４３０のガス冷媒流出入管４４３から流出する。

このように、液冷媒流出入管４４１に接続される伝熱管とガス冷媒流出入管４４３に接続される伝熱管との間で熱の干渉が起きにくいように配置することで、室内熱交換器１１０に流入した冷媒と室内熱交換器１１０から流出する冷媒とが室内熱交換器１１０を介して熱交換されることを防いで空気との熱交換を行わせることができるため、室内熱交換器内１１０の熱交換効率の低下を防ぐことができる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２における空気調和機は、実施形態１と同じ冷媒回路から構成されている。実施形態１と同じ構成要件については説明を省略する。よって、実施形態１と異なる室内熱交換器１１０について説明する。

本実施形態の室内熱交換器を図に示す。実施形態１と同様に、室内熱交換器１１０は、３段曲げ式の熱交換器で３つの熱交換部（背面熱交換部１１０ａ、上部熱交換部１１０ｂ、前面熱交換部１１０ｃ）から構成されている。

本実施形態の室内熱交換器１１０は、冷媒が流れる冷媒流路（以下、第２ａ冷媒流路５１０、第２ｂ冷媒流路５２０、第２ｃ冷媒流路５３０とする）が３つある。この第２ａ冷媒流路５１０、第２ｂ冷媒流路５２０、第２ｃ冷媒流路５３０に関して図に基づいて説明する。

第２ａ冷媒流路５１０は、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある８段（１段目（Ｎ段目）から８段目（Ｐ段目））の伝熱管５１０ａを順次接続して形成されている。第２ｂ冷媒流路５２０は、前面熱交換部１１０ｃの第１伝熱管列Ｌ１ｃにある５段（５段目（Ｎ−段目）から１段目）の伝熱管５２０ａと、前面熱交換部１１０ｃの第２伝熱管列Ｌ２ｃにある５段（１段目から５段目）の伝熱管５２０ｂと、上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある下部６段（１段目から６段目（Ｘ段目））の伝熱管５２０ｃを順次接続して形成されている。第２ｃ冷媒流路５３０は、背面熱交換部１１０ａの第１伝熱管列Ｌ１ａにある７段（１段目（Ｐ＋１段目）から７段目（Ｍ段目））の伝熱管５３０ａと、背面熱交換部１１０ａの第２伝熱管列Ｌ２ａにある７段（７段目（Ｍ段目）から１段目）の伝熱管５３０ｂと、上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある上部２段（８段目と７段目（Ｙ段目））の伝熱管５３０ｃを順次接続して形成されている。

第２ａ冷媒流路５１０は、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある１段目（Ｎ段目）の伝熱管に液管３１０に接続され液状態の冷媒が流出入する液冷媒流出入管５４１を備え、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある８段目（Ｐ段目）の伝熱管に冷媒を分流させる分流器５４２が接続されている。第２ｂ冷媒流路５２０は、前面熱交換部１１０ｃの第１伝熱管列Ｌ１ｃにある５段目（Ｎ−１段目）の伝熱管が分流器５４２の一端と接続され、上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある６段目（Ｘ段目）の伝熱管にガス管３２０に接続されガス状態の冷媒が流出入するガス冷媒流出入管５４３が接続されている。第２ｃ冷媒流路５３０は、背面熱交換部１１０ａの第１伝熱管列Ｌ１ａにある１段目（Ｐ＋１段目）の伝熱管が分流器５４２の他端と接続され、上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある７段目（Ｙ段目）の伝熱管にガス管３２０に接続されガス状態の冷媒が流出入するガス冷媒流出入管５４３が接続されている。室内熱交換器１１０が蒸発器として機能する場合には、冷媒は、第２ｂ冷媒流路５２０のガス冷媒流出入管５４３と第２ｃ冷媒流路５３０のガス冷媒流出入管５４３に流入し、分流器５４２を経由して、第２ａ冷媒流路５１０の液冷媒流出入管５４１から流出する。室内熱交換器１１０が凝縮器として機能する場合には、冷媒は、第２ａ冷媒流路５１０の液冷媒流出入管５４１に流入し、分流器５４２を経由して、第２ｂ冷媒流路５２０のガス冷媒流出入管５４３と第２ｃ冷媒流路５３０のガス冷媒流出入管５４３から流出する。

このように、液冷媒流出入管５４１とガス冷媒流出入管５４３が上部熱交換部１１０ｂの上部と下部に離して配置することにより、室内熱交換器１１０に流入した冷媒と室内熱交換器１１０から流出する冷媒とが室内熱交換器１１０を介して熱交換されることを防いで空気との熱交換を行わせることができるため、室内熱交換器内の熱交換効率の低下を防ぐことができる。また、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある伝熱管に流れる冷媒は、同じ第１伝熱管列Ｌ１ｂでの隣接する伝熱管に流れる冷媒同士の温度差が近いため、隣接する伝熱管の冷媒同士での熱交換されることを防いで空気との熱交換を行わせることができる。

１００室内機
１１０室内熱交換器
１２０伝熱管
２００室外機
２１０室外熱交換器
４１０第１ａ冷媒流路
４２０第１ｂ冷媒流路
４３０第１ｃ冷媒流路
５１０第２ａ冷媒流路
５２０第２ｂ冷媒流路
５３０第２ｃ冷媒流路

Claims

所定の間隙をもって積層され、その間隙に空気を流通させる複数のフィンと、
前記フィンの積層方向に貫通し、空気を流通させる方向に２列、空気を流通させる方向と交差する方向にＭ段（Ｍは４以上の自然数）の配列で配置された伝熱管とを有し、
前記伝熱管を列ごとに順次接続して形成した冷媒流路に冷媒を流通させるフィンチューブ型熱交換器であって、
前記フィンチューブ型熱交換器が蒸発器として機能する場合、
風上側の列のＮ段目（１＜Ｎ＜Ｍ−２、但しＮは自然数）の伝熱管から流入した冷媒は風上側の列のＰ段目（Ｎ＜Ｐ＜Ｍ、但しＰは自然数）の伝熱管まで順次流通し、前記Ｐ段目の伝熱管から流出した後二つの冷媒流路に分流され、
分流された冷媒の一方は風上側の列のＮ−１段目の伝熱管に流入し、
分流された冷媒の他方は風上側の列のＰ＋１段目の伝熱管に流入し、
前記風上側の列のＮ−１段目の伝熱管に流入した冷媒は前記風上側の列の１段目の伝熱管および前記風下側の列の１段目の伝熱管を経由して前記風下側の列のＸ段目（Ｎ＜Ｘ＜Ｍ−１、但しＸは自然数）の伝熱管まで順次流通し、前記Ｘ段目の伝熱管から流出し、
前記風上側の列のＰ＋１段目の伝熱管に流入した冷媒は前記風上側の列のＭ段目の伝熱管および前記風下側の列のＭ段目の伝熱管を経由して前記風下側の列のＹ段目（Ｘ＜Ｙ＜Ｍ、但しＹは自然数）の伝熱管まで順次流通し、前記Ｙ段目の伝熱管から流出し、
前記風下側の列のＸ段目の伝熱管と前記風下側の列のＹ段目の伝熱管のうち少なくとも一方は前記風下側の列のＰ段目またはＰ−１段目またはＰ＋１段目の内いずれかの伝熱管であることを特徴とするフィンチューブ型熱交換器。
前記フィンチューブ型熱交換器は空気調和機のケーシング内に収納され、
前記ケーシング内の背面側に配置される背面熱交換部と、
前記ケーシング内の前面側に配置される前面熱交換部と、
前記ケーシング内の前面側であって前記前面熱交換部の上部に配置される上部熱交換部と、を備え、
前記Ｎ段目の伝熱管が、前記上部熱交換部の前記フィンの長手方向の一端にある伝熱管であり、
前記Ｐ段目の伝熱管が、前記上部熱交換部の前記フィンの長手方向の他端にある伝熱管であり、
前記Ｎ−１段目の伝熱管と前記Ｐ＋１段目の伝熱管のうち一方が前記背面熱交換部の上方にある伝熱管であり、他方が前記前面熱交換部の上方にある伝熱管であることを特徴とする請求項１に記載のフィンチューブ型熱交換器。