JP6102724B2 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、空気調和機に係り、特に室外機内の熱交換器に関するものである。 The present invention relates to an air conditioner, and more particularly to a heat exchanger in an outdoor unit.
空気調和機は、室内機と室外機を備え、各々には空気と冷媒を熱交換させる熱交換器を備えている。 The air conditioner includes an indoor unit and an outdoor unit, and each includes a heat exchanger that exchanges heat between the air and the refrigerant.
室外機内にある熱交換器(以下、室外熱交換器と記載)は、伝熱管とこの伝熱管に直交するフィンを備えたフィンチューブ型熱交換器である。図5に示すように、従来のフィンチューブ型熱交換器では、冷媒配管は第1分流器210、第2分流器220を介して室外熱交換器200に接続されている。冷房運転時は、第1分流器210で分流された冷媒のうち一方(上側の流路を流れる冷媒)は、室外熱交換器200の風下側の中央部にある伝熱管230から流入し、室外熱交換器200の上方に向かって最上段にある伝熱管239まで順次伝熱管(231〜238)を流通した後、風下側の上端にある伝熱管239から風上側の上端にある伝熱管240に流入し、風上側の中央部にある伝熱管249まで下方に向かって順次伝熱管(241〜248)を流通する。分流器210で分流された冷媒のうち残りの一方(下側の流路を流れる冷媒)は、室外熱交換器200の風下側の中央部にある伝熱管250から流入し、室外熱交換器200の下方に向かって最下段にある伝熱管259まで順次伝熱管(251〜258)を流通した後、風下側の下端にある伝熱管259から風上側の下端にある伝熱管260に流入し、風上側の中央部にある伝熱管269まで上方に向かって順次伝熱管(261〜268)を流通する。そして、両流路の冷媒は分流器220で合流し室外熱交換器から流出する。
A heat exchanger in the outdoor unit (hereinafter referred to as an outdoor heat exchanger) is a finned tube heat exchanger provided with a heat transfer tube and fins orthogonal to the heat transfer tube. As shown in FIG. 5, in the conventional fin tube heat exchanger, the refrigerant pipe is connected to the
冷房運転時に、室外熱交換器200は凝縮器として機能するため、冷媒は空気と熱交換されるにつれ、液の割合が大きくなる。下側の流路の風上側にある伝熱管(260〜269)では冷媒が下から上に向かって流れるため、冷媒が溜まり易くなり、上側の流路と比較して下側の流路に流れる冷媒流量が低下し、熱交換量が少なくなる問題があった。
Since the
この問題を解決する方法として、特許文献1に開示されている技術がある。特許文献1では、図6に示すように、冷媒は下側の流路の風下側の流路に加えて風上側にある伝熱管(360〜369)でも上から下に向かって流れるように、風下側の下端にある伝熱管359と風上側の中央部にある伝熱管369が配管370で接続されている。これにより、冷媒の液の割合が大きくなっても、冷媒は上から下に向かって流れ落ちるため、冷媒が溜まり難くなっている。
As a method for solving this problem, there is a technique disclosed in
しかし、特許文献1に開示されている室外熱交換器300では、暖房運転時、下側の流路上で風上側の最下端にある伝熱管360は低温冷媒が最初に流入する伝熱管であり、また、室外熱交換器300の上側の流路などで生じた凝縮水が流れ落ちてくる為、他の伝熱管と比較して霜が付着し易くなる問題があった。また、除霜運転時、下側の流路上で風上側の最下端にある伝熱管360は霜が多く付着しているにも関わらず、高温の冷媒が流れ込むのが最後であるため、伝熱管360に付着した霜を除去するまでに時間がかかる問題もあった。
However, in the
そこで、本発明は、冷房運転時に熱交換器内に冷媒が溜まりにくく、また、暖房運転時に室外熱交換器の下側の流路上で風上側の下部に霜を付着しにくくすると共に、除霜運転の時間を短くすることを目的としたものである。 Therefore, the present invention makes it difficult for refrigerant to accumulate in the heat exchanger during cooling operation, and makes it difficult for frost to adhere to the lower part of the windward side on the flow path below the outdoor heat exchanger during heating operation. The purpose is to shorten the driving time.
上記目的を達成するために、本発明は、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、フィンを積層方向に貫通し、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上下方向に複数段配置される伝熱管とを有し、伝熱管を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、熱交換器を凝縮器として使用した場合に、冷媒が流入する上側流入口と下側流入口が、空気を流通させる方向に対して風下側の列に上下に隣接して設けられ、冷媒が流出する上側流出口と下側流出口が空気を流通させる方向に対して風上側の列に設けられ、上側流入口から流入した冷媒が風下側の列の上方に向かって最上段の伝熱管まで順次伝熱管を流れた後風上側の列の最上段にある伝熱管に流入し風上側の列の下方に向かって順次伝熱管を流れ、上側流出口より流出する上側の流路と、下側流入口から流入した冷媒が風下側の列の下方に向かって最下段の伝熱管まで順次伝熱管を流れた後風上側の列の最下段にある伝熱管に流入し風上側の列の上方に向かって少なくとも2段の伝熱管を流れた後風上側の列の前記上側流出口の下隣にある伝熱管に流入し前記前記上側流出口の下隣にある伝熱管に流入する前に流れる伝熱管の上隣にある伝熱管まで下方に向かって順次伝熱管を流れ下側流出口より流出する下側の流路とを備える。 In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of fins that are laminated with a predetermined gap, and that circulates air through the gap, and that passes through the fins in the laminating direction and has two rows in the direction of circulating air. A finned tube type heat exchanger having a heat transfer tube arranged in a plurality of stages in the vertical direction intersecting with the direction of circulation, and circulating the refrigerant through a refrigerant flow path formed by sequentially connecting the heat transfer tubes. When the condenser is used as a condenser, an upper inlet and a lower inlet into which the refrigerant flows are provided vertically adjacent to a row on the leeward side with respect to the direction in which the air flows, and the upper side from which the refrigerant flows out The outlet and the lower outlet are provided in the windward row with respect to the direction in which the air flows, and the refrigerant flowing in from the upper inlet sequentially moves up the upper row to the uppermost heat transfer tube. In the uppermost row on the windward side after flowing through The heat flows into the heat pipe and flows through the heat transfer pipes sequentially toward the bottom of the leeward row, and the upper flow path that flows out from the upper outlet and the refrigerant that flows in from the lower inlet reach the lower side of the leeward row. After sequentially flowing through the heat transfer tubes to the lower heat transfer tubes, the air flows into the heat transfer tubes in the lowermost row of the windward row and flows through the at least two heat transfer tubes toward the upper side of the windward row. The heat transfer tubes are sequentially flowed downward to the heat transfer tubes that flow into the heat transfer tubes adjacent to the upper outlet and flow before flowing into the heat transfer tubes adjacent to the upper outlet. And a lower flow path that flows out from the lower flow outlet.
以上のような熱交換器によれば、熱交換器の風上側の下部に霜を付着しにくくすると共に、除霜運転に掛かる時間を短くすることが出来る。 According to the heat exchanger as described above, it is possible to make it difficult for frost to adhere to the lower part on the windward side of the heat exchanger and to shorten the time required for the defrosting operation.
以下、添付図面を参照しつつ本発明による熱交換器を、空気調和機に用いた場合の実施例に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a heat exchanger according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings based on an embodiment when used in an air conditioner.
本発明の第1の実施例について、図1および図2を用いて説明する。本実施例による空気調和機は図2に示すように、圧縮機10と、四方弁20と、室外熱交換器100と、膨張弁30と、室内熱交換器40とを冷媒配管で順次接続することで冷凍サイクル1を構成し、冷媒を循環させている。冷房運転時は、室外熱交換器100が凝縮器として機能し、室内熱交換器40が蒸発器として機能する。一方、暖房運転時は、室外熱交換器100が蒸発器として機能し、室内熱交換器40が凝縮器として機能する。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the air conditioner according to the present embodiment sequentially connects the compressor 10, the four-
室外熱交換器100について以下に詳述する。
室外熱交換器100は、フィンチューブ型熱交換器である。この室外熱交換器100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上下方向に複数段配置される伝熱管とを有し、伝熱管を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。室外熱交換器100が凝縮器として機能する場合、図1に示すように、冷媒は室外熱交換器100に流入する前に第1分流器110で上側の流路と下側の流路に分流される。分流された上側の流路の冷媒は、風下側の列で室外熱交換器100の中央部にある上側流入口となる伝熱管130に流入し、伝熱管130から流出する冷媒は風下側の列で上側の流路での最上段にある伝熱管139まで順次伝熱管(131〜138)を流通し、風下側の列で上側の流路での最上段にある伝熱管139から流出する冷媒は風上側の列で上側の流路での最上段にある伝熱管140に流入し、伝熱管140から流出する冷媒は風上側の列で室外熱交換器100の中央部にある伝熱管149まで順次伝熱管(141〜148)を流通した後、室外熱交換器100から流出し、第2分流器120に流入している。
The
The
一方、分流された下側の流路の冷媒は、風下側の列で室外熱交換器100の中央部にある伝熱管130の下方に隣接する下側流入口となる伝熱管150に流入し、伝熱管150から風下側の列で下側の流路での最下段にある伝熱管159まで順次伝熱管(151〜158)を流通し、風下側の列で下側の流路での最下段にある伝熱管159から流出する冷媒は風上側の列で下側の流路での最下段にある伝熱管160に流入し、伝熱管160から流出する冷媒は伝熱管160の上方隣にある伝熱管161を流通し、配管170を通過して風上側の列で室外熱交換器100の中央部にある伝熱管169に流入し、伝熱管169から流出する冷媒は下方に向かって順次伝熱管(168〜162)を流通した後、室外熱交換器100から流出し、第2分流器120に流入し、上側の流路の冷媒と合流する。
On the other hand, the divided refrigerant in the lower flow path flows into the
以上のように構成された室外熱交換器100を用いた冷凍サイクル1の動作について以下に説明する。
初めに、室外熱交換器100が凝縮器として作用する冷房運転時の動作について説明する。圧縮機10で高圧に圧縮された冷媒は、四方弁20を通り、室外熱交換器100に流入して室外空気に放熱して凝縮し、膨張弁30で低圧に減圧され、室内熱交換器40で室内空気から吸熱して蒸発し、四方弁20を通り圧縮機10に戻る。一般的な室外熱交換器100では、流入したガス冷媒が凝縮し2相冷媒となる。冷媒の凝縮が進行するほど2相冷媒中の液冷媒の割合が増加する。本発明による室外熱交換器100の流出口付近では、冷媒は下方に向かって伝熱管(169〜162)を順次流通しているため、液冷媒の自重が流路抵抗となって冷媒が滞留することが無い。
The operation of the
First, an operation during cooling operation in which the
これにより、冷房運転時に伝熱管内に冷媒が滞留することによる熱交換量の低下を防ぐことができる。また、第1分流器110で分流した後の2つの冷媒流路のうち熱交換部分はほぼ同一の長さになっているため、冷媒流路間の圧力損失差がなく、圧力損失差によって生じる冷媒流量のアンバランスがなく、熱交換量の低下を防いでいる。
Thereby, the fall of the heat exchange amount by a refrigerant | coolant stagnating in a heat exchanger tube at the time of air_conditionaing | cooling operation can be prevented. In addition, since the heat exchange portions of the two refrigerant flow paths after being divided by the
次に、室外熱交換器100が蒸発器として作用する暖房運転時の動作について説明する。圧縮機10で高圧に圧縮された冷媒は、四方弁20を通り、室内熱交換器40に流入して室内空気に放熱して凝縮し、膨張弁30で低圧に減圧され、第2分流器120で分流した後、室外熱交換器100に流入し、室外熱交換器100で室外空気から吸熱して蒸発し、室外熱交換器100を流出した後、第1分流器110で合流し、四方弁20を通り圧縮機10に戻る。室外熱交換器100では、冷媒の蒸発が進行するほど室外熱交換器100の温度が下がり凝縮水が発生する。発生した凝縮水は自重によってフィンを伝って下方に滑り落ちる。しかし、伝熱管162を流通する冷媒よりも温度の低い冷媒は下側の流路での風上側の最下段にある伝熱管160に流入しない。これにより、凝縮水が室外熱交換器100の下部で冷却され、霜に変化する量を少なくすることが出来る。
Next, the operation | movement at the time of the heating operation in which the
続いて、除霜運転時の動作について説明する。圧縮機10で高温高圧に圧縮された冷媒は、四方弁20を通り、室外熱交換器100に流入して室外熱交換器100に付着した霜を溶かし、膨張弁30と室内熱交換器40を経由して、四方弁20を通り圧縮機10に戻る。室外熱交換器100では、高温高圧の冷媒が流入することで、室外熱交換器100に付着した霜や氷を解かす。特に下側の流路での風上側の最下段にある伝熱管160には、風下側の伝熱管(150〜159)を流通した後の冷媒が流入するため、特許文献1のように風下側の伝熱管(350〜359)を流通した後の冷媒が風上側の伝熱管369から下方に向かって伝熱管360まで流れるよりも冷媒の温度が高いため、付着した霜などを早く除去することが出来る。
Then, the operation | movement at the time of a defrost operation is demonstrated. The refrigerant compressed to high temperature and high pressure by the compressor 10 passes through the four-
以上より、冷房運転時に風上側の列の下側の流路に液冷媒が溜まりにくくなる。また、暖房運転時では、下側の流路での冷媒の流出口を最下段よりも上方にある伝熱管にした。これにより、下側の流路での風上側の列の下部に霜を付着しにくくする。さらに、除霜運転時では、下側の流路での冷媒の流出口となる伝熱管と下方向で隣接する伝熱管に高温の冷媒を早めに流すことで除霜運転に掛かる時間を短くすることが出来る。 As described above, the liquid refrigerant is less likely to accumulate in the lower flow path in the windward row during the cooling operation. Further, during the heating operation, the refrigerant outlet in the lower flow path is a heat transfer tube located above the lowermost stage. This makes it difficult for frost to adhere to the lower part of the windward row in the lower channel. Furthermore, during the defrosting operation, the time required for the defrosting operation is shortened by flowing a high-temperature refrigerant early to the heat transfer tube that is adjacent to the heat transfer tube serving as the refrigerant outlet in the lower channel. I can do it.
次に、本発明の第2の実施例について図3を用いて説明する。本実施例では、第1の実施例で説明した熱交換器における最下段となる伝熱管(159、160)の下方に過冷却部を設けた熱交換器である。冷房運転時、上側の流路と下側の流路を流れた冷媒が室外熱交換器400の風下側の列の下部にある伝熱管473で合流し、合流した後の冷媒は配管483を介して風上側の列にある伝熱管475に流入し、伝熱管475から流出する冷媒は伝熱管478まで順次伝熱管(476〜477)を通過し、伝熱管478から流出する冷媒は室外熱交換器400から流出される。暖房運転時では、下側の流路に分流された冷媒が最初に流入する伝熱管460を下側の流路上での最下段にある伝熱管458よりも上方にすることで下側の流路での風上側の列の下部に霜を付着しにくくした。また、除霜運転時では伝熱管460と下方向で隣接する伝熱管459に風下側の列の伝熱管(450〜457)を流通し、風上側の列の伝熱管458を流通した後に高温の冷媒が流れるため、伝熱管460も加熱されて霜を除去し易くなり、除霜運転に掛かる時間を短くすることが出来る。このように、室外熱交換器400における最下段となる伝熱管(457、458)の下部に過冷却部を設けた場合でも、過冷却部の効果も得られると共に、第1の実施例と同様の効果も得ることができる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the heat exchanger is provided with a supercooling section below the heat transfer tubes (159, 160) which are the lowest stages in the heat exchanger described in the first embodiment. During the cooling operation, the refrigerant that has flowed through the upper flow path and the lower flow path merges in the
次に、本発明の第3の実施例について図4を用いて説明する。本実施例では、第2の実施例で説明した熱交換器における最上段となる伝熱管(437、438)の上方に第1の実施例で説明した熱交換器と同じ流路を備えた熱交換部を設けた熱交換器である。本実施例の熱交換器を蒸発器として用いる場合、熱交換器の効率を良くするために、冷媒を多数に分岐させることで、それぞれの冷媒流路を長くしないようにしている。本実施例では、冷媒を4つに分岐させて熱交換器に冷媒を流入させた場合について説明する。冷媒は第1分流器510と第2分流器511の夫々で、上側の流路と下側の流路に分流され、上下方向に隣接する伝熱管(530と540、550と560)に流入される。上側の流路に流れる冷媒は、冷房運転時、風下側の列にある伝熱管(530、550)から上側の流路上で風下側の列での最上段にある伝熱管(533、553)まで順次伝熱管(531〜532、551〜552)を流入し、伝熱管(533、553)から流出する冷媒は風上側の列の最上段にある伝熱管(534、554)に流入した後、下方に向かって順次伝熱管(535〜537、555〜557)を流れる。一方、下側の流路に流れる冷媒は、冷房運転時、風下側の列にある伝熱管(540、560)から下側の流路上で風下側の列の最下段にある伝熱管(543、563)まで順次伝熱管(541〜542、561〜562)を流入し、伝熱管(543、563)から流出する冷媒は下側の流路上で風上側の列の最下段にある伝熱管(544、564)に流入した後、伝熱管(544、564)よりも1段上にある伝熱管(545、565)に流入し、伝熱管(545、565)から流出する冷媒はさらに2段上にある伝熱管(547、567)に配管を介して流入した後、下方に向かって伝熱管(546、566)を流れる。暖房運転時では、下側の流路に流れる冷媒が最初に流入する伝熱管(546、566)を下側の流路での最下段にある伝熱管(544、564)よりも上方にしたことで下側の流路での風上側の列の下部に霜を付着しにくくした。また、除霜運転時に冷媒の流出口となる伝熱管(546、566)と下方向で隣接する伝熱管(545、565)に風下側にある伝熱管(540〜543、560〜563)を流通し、風上側の列の下側の流路での最下段にある伝熱管(544、564)を通過した後に冷媒を流すことで除霜運転に掛かる時間を短くすることが出来る。このように熱交換器に流入する冷媒を分流して熱交換器内の冷媒流路を長くしないようにすることで圧力損失を少なくしている。本実施例の熱交換器のように室外熱交換器500に流入する伝熱管が4本ある場合でも、第1の実施例と同様の効果を得ることが出来る。なお、本発明では室外熱交換器500に流入する伝熱管を2本や4本に限定したものではなく、分流器で分流された上側の流路と下側の流路が上下方向で隣接する伝熱管に流入するものが複数あっても良い。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, heat having the same flow path as the heat exchanger described in the first embodiment above the heat transfer tubes (437, 438) which are the uppermost stage in the heat exchanger described in the second embodiment. It is a heat exchanger provided with an exchange part. When the heat exchanger of this embodiment is used as an evaporator, in order to improve the efficiency of the heat exchanger, a large number of refrigerants are branched so that each refrigerant flow path is not lengthened. In the present embodiment, a case where the refrigerant is branched into four and the refrigerant is caused to flow into the heat exchanger will be described. The refrigerant is divided into an upper flow path and a lower flow path in each of the
1 冷凍サイクル
10 圧縮機
20 四方弁
30 膨張弁
40 室内熱交換器
100 室外熱交換器
1 Refrigeration cycle 10
Claims (1)
前記フィンを積層方向に貫通し、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上下方向に複数段配置される伝熱管とを有し、
前記伝熱管を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、
前記熱交換器を凝縮器として使用した場合に、冷媒が流入する上側流入口と下側流入口が空気を流通させる方向に対して風下側の列に上下に隣接して設けられ、冷媒が流出する上側流出口と下側流出口が空気を流通させる方向に対して風上側の列に設けられ、
前記上側流入口から流入した冷媒が風下側の列の上方に向かって最上段の伝熱管まで順次伝熱管を流れた後風上側の列にある最上段の伝熱管に流入し風上側の列の下方に向かって順次伝熱管を流れ、前記上側流出口より流出する上側の流路と、
前記下側流入口から流入した冷媒が風下側の列の下方に向かって最下段の伝熱管まで順次伝熱管を流れた後風上側の列にある最下段の伝熱管に流入し風上側の列の上方に向かって少なくとも2段の伝熱管を流れた後風上側の列の前記上側流出口の下隣にある伝熱管に流入し前記上側流出口の下隣にある伝熱管に流入する前に流れる伝熱管の上隣にある伝熱管まで下方に向かって順次伝熱管を流れ前記下側流出口より流出する下側の流路とを備えることを特徴とする熱交換器。 A plurality of fins laminated with a predetermined gap, and air flowing through the gap;
Heat passing through the fins in the stacking direction, two rows in the direction of circulating air, and a plurality of heat transfer tubes arranged in the vertical direction intersecting the direction of circulating air,
A fin tube type heat exchanger that circulates a refrigerant in a refrigerant flow path formed by sequentially connecting the heat transfer tubes,
When the heat exchanger is used as a condenser, the upper inlet and the lower inlet into which the refrigerant flows are provided vertically adjacent to the leeward row with respect to the direction in which the air flows, and the refrigerant flows out. The upper outlet and the lower outlet are provided in a row on the windward side in the direction in which the air flows.
The refrigerant flowing in from the upper inflow port sequentially flows through the heat transfer tubes up to the uppermost heat transfer tube toward the upper side of the leeward row, and then flows into the uppermost heat transfer tube in the upper windward row. An upper flow path that sequentially flows through the heat transfer tubes downward and flows out of the upper outlet,
The refrigerant flowing in from the lower inflow port sequentially flows through the heat transfer tubes to the lowermost heat transfer tube toward the lower side of the leeward row and then flows into the lowermost heat transfer tube in the upper windward row. After flowing through at least two stages of heat transfer tubes toward the upper side, before flowing into the heat transfer tubes adjacent to the upper outlets in the row on the windward side and before flowing into the heat transfer tubes adjacent to the upper outlets A heat exchanger, comprising: a lower flow path that sequentially flows downward through a heat transfer tube to a heat transfer tube adjacent to the upper side of the flowing heat transfer tube and flows out from the lower outlet.
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