JP6364539B2 - 熱交換装置およびこれを用いた空気調和機 - Google Patents
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Description
まず、本実施形態に係る空気調和機300(後述する図1等参照)について説明する前に、参考例に係る空気調和機300Cについて図14から図17を用いて説明する。
COPe=Δhe/Δhcomp ・・・ (2)
次に、参考例に係る空気調和機300Cの暖房運転時における運転状態をについて説明する。図17(b)は、参考例に係る空気調和機300Cの暖房運転時における運転状態をモリエル線図上に示したものである。
COPc=Δhc/Δhcomp
=1+COPe−Δhsc/Δhcomp ・・・ (4)
なお、暖房運転時において、サブクーラ130での冷媒の温度が外気温より高い場合、外気に対して放熱ロスが大きくなる。このため、暖房運転時の成績係数COPcを高く保つためには、サブクーラ130での放熱量をできるだけ小さくする(即ち、Δhscを小さくする)必要がある。一方、サブクーラ130は、図14に示すように、室外熱交換器12Cの熱交換器部110Cの下部に設置されており、暖房運転時におけるドレンパンの凍結防止や、霜の堆積防止の効果がある。
前述のように、熱交換器の高効率化を図るためには、熱交換器の途中で冷媒流路の合流や分岐を行う手法が取られる。参考例に係る空気調和機300Cの室外熱交換器12Cの構成について、図15および図16を用いて更に説明する。図15(a)は、参考例に係る空気調和機300Cの室外機100Cにおける室外熱交換器12Cの配置を示す斜視図であり、図15(b)は、A−A断面図である。
次に、第1実施形態に係る空気調和機300について図1から図4を用いて説明する。図1は、第1実施形態に係る空気調和機300の構成模式図である。図2(a)は、第1実施形態に係る空気調和機300の室外機100における室外熱交換器12の配置を示す斜視図であり、図2(b)は、A−A線断面図である。
第1実施形態に係る空気調和機300の室外熱交換器12の構成について、図3を用いて更に説明する。図3は、第1実施形態に係る空気調和機300の室外熱交換器12における冷媒流路の配置図である。なお、図3は、室外熱交換器12の一端側S1(図2(a)参照)を見た図である。
次に、熱交換器部110の各パスの液側出口(L1,L2,…)と、デストリビュータ113と、を接続する液側分配管112の流路抵抗(圧力損失)について説明する。
λ =0.3164・Re-0.25 ・・・(6)
Re =ud/ν ・・・(7)
つまり、式(5)から求められた液側分配管112の流路抵抗ΔPLpが、各パスの分配管ごとに互いに±20%以内に収まるように設定されることが望ましい。そして、式(5)を液側分配管112の長さL[m]、液側分配管112の内径d[m]について整理することにより、以下の式(8)に示す圧力損失係数ΔPcが各パスの分配管ごとに互いに±20%以内に収まるように設定されることが望ましい。
図2(b)に示すように、室外熱交換器12に対して水平方向に送風する室外機100では、上下に略一様な風速分布が得られる。また、図3に示すように、室外熱交換器12の熱交換器部110は、1番目のパスと同様の冷媒流路を複数備えている。このような構成により、液側分配管112の流路抵抗を大きく調整しなくても(換言すれば、±20%以内の調整で)、冷媒分配を一様にすることができる。さらに、液側分配管112の流路抵抗の差を小さくする(±20%以内に収める)ことにより、冷房運転と暖房運転の双方において、冷媒分配に差が生じにくくすることができる。
これにより、冷房運転時の定格能力に対して50%程度と能力が小さく、凝縮器の冷媒圧力損失が小さくなる運転時においても、液ヘッド差による冷媒分配の悪化を防止することができ、冷房中間能力運転時のCOPを向上することができる。
これにより、暖房定格運転時におけるサブクーラ120の温度を、外気温度よりも高くならないようにすることができ、放熱ロスを抑えて、COPを向上させることができる。
さらに、蒸発器として作用する際にはデストリビュータ113における乾き度分配についても配慮しなければ、蒸発器出口の各パス温度がばらついて性能低下を招いてしまう。
本実施例におけるデストリビュータ113への流入管114では、デストリビュータ113の直前に合流部116を有しており、室外膨張弁13後流側に生じる噴霧流と同様に気液二相流が混合状態になることから、同様に式(11)により混合状態の範囲を推定することができる。
合流部内径 D1=0.0107[m]
上記の条件下では、噴霧流が環状流に遷移するLf/D1の範囲は6.0〜14.0となるため、この範囲を下回るようにおおよそ合流部内径に対して6倍以内(Lf/D1≦6)に合流部116とデストリビュータ113との距離Lfを構成することで、運転範囲内において、デストリビュータ113での均等な冷媒分配が実現できることを示している。
次に、第2実施形態に係る空気調和機300について、図12を用いて説明する。図12は、第2実施形態に係る空気調和機300の室外熱交換器12Aにおける冷媒流路の配置図である。なお、図12は、室外熱交換器12Aの一端側S1(図2(a)参照)を見た図である。
次に、第3実施形態に係る空気調和機300について、図13を用いて説明する。図13は、第3実施形態に係る空気調和機300の室外熱交換器12Bにおける冷媒流路の配置図である。なお、図13は、室外熱交換器12Bの一端側S1(図2(a)参照)を見た図である。
なお、本実施形態(第1〜3実施形態)に係る空気調和機300は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
2 伝熱管
3 Uパイプ
4 三又パイプ
5 繋ぎパイプ
10 圧縮機
11 四方弁
12 室外熱交換器
13 室外膨張弁
14 レシーバ
15 液阻止弁
16 ガス阻止弁
17 アキュムレータ
21 室内膨張弁
22 室内熱交換器
30 液配管
40 ガス配管
50 室外ファン
60 室内ファン
100 室外機
200 室内機
300 空気調和機
110 熱交換器部
111 ガスヘッダ
112 液側分配管
113 デストリビュータ
114 流入管
115 合流管
116 合流部
120 サブクーラ
130 サブクーラ
S1 一端部
S2 他端部
F1 第1列目(複数本の伝熱管の列)
F2 第2列目(複数本の伝熱管の列)
F3 第3列目(複数本の伝熱管の列)
G1,G2 ガス側流入口
L1 液側流出口
Lf デストリビュータと合流部との距離
D1 合流部内径
d1 流入管内径
d2 合流管内径
Claims (7)
- 冷媒が流れる伝熱管と、複数の前記伝熱管が接続され空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器と、冷媒を前記複数の伝熱管に分配するデストリビュータと、前記デストリビュータに冷媒を流入させる流入管と、前記流入管の途中に接続され内部を流れる冷媒を合流させる合流管と、を備え、
前記流入管と前記合流管との合流部と前記デストリビュータとの距離Lf[m]と、前記合流部の管内径D1[m]と、冷媒の質量速度G[kg/(m 2 s)]との関係が
Lf/D1≦1.2G 0.36 であり、
前記流入管は、直管であり、
前記合流管は、前記流入管に対して略垂直に接続されている、熱交換装置。 - 冷媒が流れる伝熱管と、複数の前記伝熱管が接続され空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器と、冷媒を前記複数の伝熱管に分配するデストリビュータと、前記デストリビュータに冷媒を流入させる流入管と、前記流入管の途中に接続され内部を流れる冷媒を合流させる合流管と、を備え、
前記流入管と前記合流管との合流部と前記デストリビュータとの距離Lf[m]と、前記合流部の管内径D1[m]と、冷媒の質量速度G[kg/(m 2 s)]との関係が
Lf/D1≦1.2G 0.36 であり、
前記流入管は、直管であり、
前記合流部の管内径が、合流前の前記流入管および前記合流管の管内径よりも大きい、熱交換装置。 - 冷媒は、R32を70重量%以上含むものであり、
前記合流部と前記デストリビュータとの距離Lfが、前記合流部の管内径D1の6倍以内である、請求項1に記載の熱交換装置。 - 前記合流部と前記デストリビュータとの距離Lfが、前記合流部の管内径D1の4倍以上である、請求項1に記載の熱交換装置。
- 冷媒流路に設けられ冷媒を減圧する膨張弁と、前記膨張弁から流出した冷媒が分岐する分岐部と、を備え、
前記熱交換器は、前記分岐部で分岐した冷媒が流れる第一のサブクーラ部を有し、
前記分岐した冷媒は、前記合流部で合流する、請求項1に記載の熱交換装置。 - 前記熱交換器は、さらに前記膨張弁の前に冷媒が流れる第二のサブクーラ部を有する、請求項5に記載の熱交換装置。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の熱交換装置を備える空気調和機。
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