JP6822525B2 - 熱交換器およびヒートポンプ装置 - Google Patents
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Description
空気調和装置1について図面を参照しながら説明する。
室外ユニット2は、空調対象空間外、例えば、建物の屋上や建物の壁面近傍等に設置される。
室内ユニット9は、空調対象空間に設置されるユニットである。室内ユニット9は、例えば天井埋込式のユニットであるが、天井吊下式、壁掛式、または床置式のユニットであってもよい。また、室内ユニット9は、空調対象空間の外に設置されてもよい。例えば、室内ユニット9は、屋根裏、機械室、ガレージ等に設置されてもよい。この場合、室内熱交換器91において冷媒と熱交換した空気を、室内ユニット9から空調対象空間へと供給する空気通路が設置される。空気通路は、例えばダクトである。
制御部3は、空気調和装置1を構成する各種機器の動作を制御する機能部である。
図面を参照しながら、室外熱交換器11の構成について説明する。
分流器22は、冷媒を分流させる機構である。また、分流器22は、冷媒を合流させる機構でもある。分流器22には、液冷媒管20が接続される。分流器22は、複数の分流管22a〜22eを有する。分流器22は、液冷媒管20から分流器22流入した冷媒を複数の分流管22a〜22eに分流させて、液ヘッダ40内に形成されている複数の空間に導く機能を有する。また、分流器22は、液ヘッダ40から分流管22a〜22eを介して流入した冷媒を合流させて液冷媒管20へと導く機能を有する。具体的には、各分流管22a〜22eと、液ヘッダ40内の複数の空間とは、それぞれ、分岐液冷媒接続管49a〜49eを介して接続されている。
扁平管群28Gは、伝熱管群の例である。扁平管群28Gは、複数の伝熱管として、複数の扁平管28を含む。扁平管28は、図3のように伝熱面となる扁平面28aを上下に有する扁平な伝熱管である。扁平管28には、図3のように、冷媒が流れる冷媒通路28bが複数形成されている。例えば、扁平管28は、冷媒が流れる通路断面積が小さな冷媒通路28bが多数形成されている扁平多穴管である。これらの複数の冷媒通路28bは、本実施形態では空気流れ方向に並んで設けられている。なお、扁平管28の冷媒通路28bに垂直な断面における最大幅は、主ガス冷媒管接続部19aの外径の70%以上であってよく、85%以上であってもよい。
複数のフィン29は、室外熱交換器11の伝熱面積を増大するための部材である。各フィン29は、扁平管28の並べられている段方向に延びる板状の部材である。室外熱交換器11は、複数の水平方向に延びる扁平管28が上下方向に並べて配置される態様で使用される。したがって、室外熱交換器11が室外ユニット2に設置された状態では、各フィン29は上下方向に延びる。
ガスヘッダ70および液ヘッダ40は、中空の部材である。
ガスヘッダ70の内部には単一空間が形成される。液ヘッダ40に設けられていたような上下に並ぶ空間を仕切る仕切板は、ガスヘッダ70のガス側内部空間25には設けられていない。
液ヘッダ40の液側内部空間23は、複数のサブ空間23a〜23eに区画されている(図5参照)。
空気調和装置1が暖房運転を行うことで室外熱交換器11が冷媒の蒸発器として機能する場合には、液冷媒管20から分流器22に到達した気液二相状態の冷媒は、分流管22a〜22eを経て、液ヘッダ40の液側内部空間23を構成する各サブ空間23a〜23eに流入する。具体的には、分流管22aを流れた冷媒はサブ空間23aに、分流管22b流れた冷媒はサブ空間23bに、分流管22cを流れた冷媒はサブ空間23cに、分流管22dを流れた冷媒はサブ空間23dに、分流管22eを流れた冷媒はサブ空間23eに、それぞれ流れる。液側内部空間23のサブ空間23a〜23eに流入した冷媒は、各サブ空間23a〜23eに接続されている各扁平管28を流れる。各扁平管28を流れる冷媒は、空気と熱交換することで蒸発し、気相の冷媒となってガスヘッダ70のガス側内部空間25に流入することで、合流する。
図7に、液ヘッダ40に対して分岐液冷媒接続管49a〜eが接続されている様子を示す側面視外観構成図を示す。図8に、液ヘッダ40の分解斜視図を示す。図9に、液ヘッダ40の平面視断面図を示す。図10に、液ヘッダ40に対して分岐液冷媒接続管49a〜eおよび扁平管28が接続されている様子を示す平面視断面図を示す。
第2液側部材41は、主に、後述する第1液側部材46と共に液ヘッダ40の外形の周囲を構成する部材である。第2液側部材41は、ロウ材を有するクラッド層が表面に形成されたものであることが好ましい。
第6液側部材42は、第2液側部材41の液側扁平管接続板41aの前側(分岐液冷媒接続管49a〜eと液ヘッダ40との接続位置側)の面に面して接するように積層された部材である。この第6液側部材42の左右の長さは、第2液側部材41の液側扁平管接続板41aのうち両端部を除いた部分の左右の長さと同様である。第6液側部材42は、ロウ材を有するクラッド層が表面に形成されたものであることが好ましい。
第5液側部材43は、第6液側部材42の前側(分岐液冷媒接続管49a〜eと液ヘッダ40との接続位置側)の面に面して接するように積層された部材である。この第5液側部材43の左右の長さは、第6液側部材42の左右の長さと同様である。第5液側部材43は、ロウ材を有するクラッド層が表面に形成されたものであることが好ましい。
第4液側部材44は、第5液側部材43の前側(分岐液冷媒接続管49a〜eと液ヘッダ40との接続位置側)の面に面して接するように積層された部材である。この第4液側部材44の左右の長さは、第5液側部材43の左右の長さと同様である。第4液側部材44は、ロウ材を有するクラッド層が表面に形成されたものであることが好ましい。
第3液側部材45は、第4液側部材44の前側(分岐液冷媒接続管49a〜eと液ヘッダ40との接続位置側)の面に面して接するように積層された部材である。この第3液側部材45の左右の長さは、第4液側部材44の左右の長さと同様である。第3液側部材45は、ロウ材を有するクラッド層が表面に形成されたものであることが好ましい。
第1液側部材46は、第3液側部材45の第3内部板45aの前側の面に対して面して接するように積層された部材である。この第1液側部材46の左右の長さは、第3液側部材45、第4液側部材44、第5液側部材43、第6液側部材42の左右の長さと同様であり、第2液側部材41の液側扁平管接続板41aのうち両端部を除いた部分の左右の長さと同様である。
以下では、室外熱交換器11が冷媒の蒸発器として機能する場合の液ヘッダ40における冷媒の流れを説明する。なお、室外熱交換器11が冷媒の凝縮器または放熱器として機能する場合には、蒸発器として機能する場合とは概ね逆の流れになる。
(5−1)
本実施形態の室外熱交換器11の液ヘッダ40では、複数の部材の板状部分を互いに積層させることで、液側内部空間23において、複数のサブ空間23a〜23eを上下に区画させた構造を実現させている。これにより、従来のように、円筒形状のヘッダ内で上下に並ぶ複数の空間を形成させるために、水平に広がった仕切板等を複数枚、円筒形状のヘッダに対して挿入固定させる作業が不要になる。
本実施形態の室外熱交換器11の液ヘッダ40では、第3液側部材45の第3内部板45aに形成された第1貫通部分45xが有する上昇空間53を、上昇空間53の長手方向に垂直な方向における第3内部板45aの中央に対して一方側に偏った位置に配置している。このため、上昇空間53の長手方向に垂直な方向における第3内部板45aの中央に対して他方側の領域を、上昇空間53の用途機能以外の他の用途機能に有効利用することが可能になっている。
本実施形態の室外熱交換器11の液ヘッダ40では、第3液側部材45が有する第3内部板45aは、仕切部45bと連絡部45cとを一体化させて有している。このため、第3液側部材45の板厚内において冷媒を循環させて流す流路を形成する場合であっても、部材を複数に分けることなく、1つの部材で実現させることができている。
本実施形態の室外熱交換器11の液ヘッダ40では、冷媒の蒸発器として機能する場合において、上昇空間53から各第4上昇側開口44xにおいて分流するように流れた冷媒は、各扁平管28における風上側に主に流入する。具体的には、室外ファン16によって形成される空気流れにおいて、扁平管28の風上側に主に流入する。これにより、冷媒と空気温度との相違が大きい風上側に冷媒を多く供給することが可能になるため、熱交換性能を向上させることが可能になっている。
本実施形態の室外熱交換器11の液ヘッダ40では、上昇空間53は、前側は、後述する第1液側部材46の液側外部板46aの後ろ側の面で覆われており、後ろ側は、第4液側部材44の第4上昇側開口44xが設けられている箇所以外が、第4液側部材44の第4内部板44aの前側の面によって覆われている。このため、液ヘッダ40における各扁平管28の差し込み程度とは無関係に、冷媒を上昇して流すための上昇空間53の流路断面積を安定的に確保することが可能になっている。
本実施形態の室外熱交換器11の液ヘッダ40では、液側扁平管接続板41aを含む第2液側部材41が比較的薄く形成されている。このため、ロウ付けによる接合の前段階において、扁平管28を液側扁平管接続開口41xに挿入する作業を行う際に、液側扁平管接続開口41xの内周面と扁平管28の外周面との間で生じる摩擦を小さく抑え、挿入作業を容易にすることが可能となっている。
(6−1)変形例A
上記実施形態では、室外熱交換器11の液ヘッダ40では、第3液側部材45の連絡部45cに対向するように、第4液側部材44の第4下降側開口44yが位置しており、第4下降側開口44yの輪郭の一部と連絡部45cの縁の一部とで上方迂回開口44pと下方迂回開口44qが形成された形態を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、室外熱交換器11の液ヘッダ40では、第3液側部材45において冷媒を循環させながら、第4液側部材44の各第4上昇側開口44xに分流させる形態を例に挙げて説明した。
上記変形例Bでは、第1液側部材46の液側外部板46aの外部液管接続開口46xから流入する冷媒が、導入空間151とノズル152と上昇空間153を介して、第1分岐空間154に向けて流れる第3液側部材45を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、室外熱交換器11が冷媒の蒸発器として用いられる場合の液ヘッダ40では、第1液側部材46、第3液側部材45、第4液側部材44、第5液側部材43、第6液側部材42、第2液側部材41の順に冷媒が通過する構造の液ヘッダ40を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、第3内部板45aの第1貫通部分45xのうち連絡部45cが位置している部分を迂回させるように冷媒を流すために、第3液側部材45の後側に位置する第4液側部材44において、複数の第4下降側開口44yを設けた構造を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、第3内部板45aが連絡部45cを介して仕切部45bを一体的に有している第3液側部材45を有する液ヘッダ40を例に挙げて説明した。
上記実施形態および各変形例では、空気流れ方向に交差する方向に複数の伝熱管が並んで構成される伝熱管群が、空気流れ方向に1つだけ設けられている場合について、例に挙げて説明した。
上記実施形態および各変形例では、第3内部板45aの第1貫通部分45xのうちの上昇空間53が第1方向の例である上下方向に延びて、上下方向に冷媒を流し、第3内部板45aの第1貫通部分45xのうちの往き流路54や戻り流路56が第2方向の例である左右方向に延びて、左右方向に冷媒を流す構造を例に挙げて説明した。
11 室外熱交換器(熱交換器)
16 室外ファン(ファン)
19 第1ガス冷媒管
28 扁平管(伝熱管)
40 液ヘッダ(ヘッダ)
41 第2液側部材
41a 液側扁平管接続板(第2板状部)
41x 液側扁平管接続開口
42 第6液側部材
42a 第6内部板(第4板状部)
42x 第6開口(連絡開口)
43 第5液側部材
43a 第5内部板(第4板状部)
43x 第5開口(連絡開口)
44 第4液側部材
44a 第4内部板(第4板状部)
44aa 壁部
44p 上方迂回開口
44q 下方迂回開口
44x 第4上昇側開口(連絡開口)
44y 第4下降側開口(開口)
44w 第4分流開口(連絡開口)
45 第3液側部材
45a 第3内部板(第3板状部、仕切部に接する部分)
45b 仕切部
45c 連絡部
45g 上第3液側開口(冷媒流路形成開口)
45k 下第3液側開口(冷媒流路形成開口)
45x 第1貫通部分(冷媒流路形成開口)
45y 第2貫通部分(冷媒流路形成開口、連絡部をまたいでいる開口)
46 第1液側部材
46a 液側外部板(第1板状部)
46x 外部液管接続開口(配管接続開口)
49a〜e 分岐液冷媒接続管(第1配管)
51 導入空間(連絡領域)
52 ノズル(接続領域)
53 上昇空間(第1領域)
54 往き流路(第2領域)
55 下降空間(第3領域)
56 戻り流路(第4領域)
70 ガスヘッダ
144x 第4開口(連絡開口)
145c 連絡部
145x 貫通部分(冷媒流路形成開口)
151 導入空間(連絡領域)
152 ノズル(接続領域)
153 上昇空間(第1領域)
154 第1分岐空間(第2領域)
253a 第1風上部分(第1領域)
253b 第2風上部分(第1領域)
254a 第1風下部分(第2領域)
254b 第2風下部分(第2領域)
345 第7液側部材(第5板状部)
345a 第7板状部(仕切部に接する部分)
345y 下降側開口(連絡部をまたいでいる開口)
A 重複箇所
Claims (18)
- 冷媒を流す第1配管(49a〜e)が接続される熱交換器(11)であって、
複数の伝熱管(28)と、
複数の前記伝熱管が接続されたヘッダ(40)と、
を備え、
前記ヘッダは、
前記第1配管が接続される第1板状部(46a)と、
複数の前記伝熱管が接続される第2板状部(41a)と、
前記第1板状部と前記第2板状部の間に位置する第3板状部(45a)と、
前記第3板状部と前記第2板状部の間に位置しており、前記複数の伝熱管に対応する複数の連絡開口(42x、43x、44x、44w、144x)を有する第4板状部(42a、43a、44a)と、
を有し、
前記第1板状部と前記第3板状部と前記第4板状部と前記第2板状部とは積層方向に重なって配置されており、
前記第3板状部は、前記積層方向に垂直な第1方向に冷媒が流れる1つの第1領域(53、153、253a、253b)と、前記積層方向に垂直であって前記第1方向とは異なる方向である第2方向に冷媒が流れる第2領域(54、154、254a、254b)と、を少なくとも含む冷媒流路形成開口(45x、45g、45k、145x)を有しており、
前記第1配管と複数の前記伝熱管とは、前記第3板状部の前記冷媒流路形成開口および前記第4板状部の複数の前記連絡開口を介して連通しており、
前記第3板状部と前記第4板状部は、接するように積層されており、
前記積層方向視において、複数の前記連絡開口と1つの前記第1領域とは、重なって配置されている、
熱交換器。 - 冷媒を流す第1配管(49a〜e)が接続される熱交換器(11)であって、
複数の伝熱管(28)と、
複数の前記伝熱管が接続されたヘッダ(40)と、
を備え、
前記ヘッダは、
前記第1配管が接続される第1板状部(46a)と、
複数の前記伝熱管が接続される第2板状部(41a)と、
前記第1板状部と前記第2板状部の間に位置する第3板状部(45a)と、
前記第3板状部と前記第2板状部の間に位置しており、前記複数の伝熱管に対応する複数の連絡開口(42x、43x、44x、44w、144x)を有する第4板状部(42a、43a、44a)と、
を有し、
前記第1板状部と前記第3板状部と前記第4板状部と前記第2板状部とは積層方向に重なって配置されており、
前記第3板状部は、前記積層方向に垂直な第1方向に冷媒が流れる第1領域(53、153、253a、253b)と、前記積層方向に垂直であって前記第1方向とは異なる方向である第2方向に冷媒が流れる第2領域(54、154、254a、254b)と、を少なくとも含む冷媒流路形成開口(45x、45g、45k、145x)を有しており、
前記第1配管と複数の前記伝熱管とは、前記第3板状部の前記冷媒流路形成開口および前記第4板状部の複数の前記連絡開口を介して連通しており、
前記第3板状部と前記第4板状部は、接するように積層されており、
前記第3板状部の前記冷媒流路形成開口に対して冷媒流れ方向における一方側の冷媒流路の数と、前記第3板状部の前記冷媒流路形成開口に対して冷媒流れ方向における他方側の冷媒流路の数とが、3倍以上異なる、
熱交換器。 - 冷媒を流す第1配管(49a〜e)が接続される熱交換器(11)であって、
複数の伝熱管(28)と、
複数の前記伝熱管が接続されたヘッダ(40)と、
を備え、
前記ヘッダは、
前記第1配管が接続される第1板状部(46a)と、
複数の前記伝熱管が接続される第2板状部(41a)と、
前記第1板状部と前記第2板状部の間に位置する第3板状部(45a)と、
前記第3板状部と前記第2板状部の間に位置しており、前記複数の伝熱管に対応する複数の連絡開口(42x、43x、44x、44w、144x)を有する第4板状部(42a、43a、44a)と、
を有し、
前記第1板状部と前記第3板状部と前記第4板状部と前記第2板状部とは積層方向に重なって配置されており、
前記第3板状部は、前記積層方向に垂直な第1方向に冷媒が流れる第1領域(53、153、253a、253b)と、前記積層方向に垂直であって前記第1方向とは異なる方向である第2方向に冷媒が流れる第2領域(54、154、254a、254b)と、を少なくとも含む冷媒流路形成開口(45x、45g、45k、145x)を有しており、
前記第1配管と複数の前記伝熱管とは、前記第3板状部の前記冷媒流路形成開口および前記第4板状部の複数の前記連絡開口を介して連通しており、
複数の前記連絡開口(44x、44w、144x)は、前記第4板状部(44a)において、複数の前記伝熱管が並ぶ方向と前記積層方向の両方に垂直な方向において風上側に偏って配置されている、
熱交換器。 - 冷媒を流す第1配管(49a〜e)が接続される熱交換器(11)であって、
複数の伝熱管(28)と、
複数の前記伝熱管が接続されたヘッダ(40)と、
を備え、
前記ヘッダは、
前記第1配管が接続される第1板状部(46a)と、
複数の前記伝熱管が接続される第2板状部(41a)と、
前記第1板状部と前記第2板状部の間に位置する第3板状部(45a)と、
前記第3板状部と前記第2板状部の間に位置しており、前記複数の伝熱管に対応する複数の連絡開口(42x、43x、44x、44w、144x)を有する第4板状部(42a、43a、44a)と、
を有し、
前記第1板状部と前記第3板状部と前記第4板状部と前記第2板状部とは積層方向に重なって配置されており、
前記第3板状部は、前記積層方向に垂直な第1方向に冷媒が流れる第1領域(53、153、253a、253b)と、前記積層方向に垂直であって前記第1方向とは異なる方向である第2方向に冷媒が流れる第2領域(54、154、254a、254b)と、前記第1領域に対して前記第1方向に並んで位置する連絡領域(51、151)と、前記第1領域と前記連絡領域とを繋ぐ接続領域(52、152)と、を少なくとも含む冷媒流路形成開口(45x、45g、45k、145x)を有しており、
前記第1配管と複数の前記伝熱管とは、前記第3板状部の前記冷媒流路形成開口および前記第4板状部の複数の前記連絡開口を介して連通しており、
前記積層方向および前記第1方向の両方に垂直な方向において、前記接続領域の最小幅は、前記連絡領域の最大幅よりも小さい、
熱交換器。 - 複数の前記連絡開口(44x、44w、144x)は、前記第4板状部(44a)において、複数の前記伝熱管が並ぶ方向と前記積層方向の両方に垂直な方向に偏って配置されている、
請求項1、2、4のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記積層方向視において、複数の前記連絡開口(44x、44w)と前記第1領域(53、253a、253b)とは、重なって配置されている、
請求項2から4のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記第1板状部は、前記第1配管が接続される配管接続開口(46x)を有しており、
前記第3板状部の前記冷媒流路形成開口は、連絡領域(51、151)と接続領域(52、152)とをさらに含んでおり、
前記接続領域は、前記第1領域または前記第2領域と、前記連絡領域と、を繋いでおり、
前記連絡領域は、前記積層方向視において、前記第1板状部の前記配管接続開口(46x)と重なる重複箇所(A)を有している、
請求項1から3のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記連絡領域と前記第1領域とは、前記第1方向に並んで位置しており、
前記積層方向および前記第1方向の両方に垂直な方向において、前記接続領域の最小幅は、前記連絡領域の最大幅よりも小さい、
請求項7に記載の熱交換器。 - 前記重複箇所(A)と、前記接続領域と、前記第1領域とは、前記第1方向に並んでいる、
請求項7または8に記載の熱交換器。 - 前記第4板状部は、前記積層方向視において、前記第1板状部と前記第1配管との接続箇所と重なる位置に壁部(44aa)を有しており、
前記第4板状部が有する複数の前記連絡開口は、前記積層方向視において、前記第1板状部と前記第1配管との接続箇所に対してずれて位置している、
請求項1から9のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記第1板状部(46a)と前記第4板状部(44a)とで挟まれた空間には、
前記第1領域(53)と、
前記積層方向視において、前記第1領域に対して前記第2方向に並んで設けられた第3領域(55)と、
前記第1領域と前記第3領域とを連通させる前記第2領域(54)と、
前記第1領域と前記第3領域とを前記第2領域とは異なる位置で連通させる第4領域(56)と、
が設けられている、
請求項1から10のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 前記第1領域と前記第3領域との間であって、前記第2領域と前記第4領域との間に位置する仕切部(45b)を有している、
請求項11に記載の熱交換器。 - 前記仕切部は、前記第3板状部のうち前記第1領域と前記第2領域と前記第3領域と前記第4領域とのいずれかの輪郭となる部分から延びだした連絡部(45c、145c)を介して前記第3板状部と一体化されている、
請求項12に記載の熱交換器。 - 前記積層方向における前記連絡部(145c)の長さは、前記積層方向における前記仕切部の長さよりも短い、
請求項13に記載の熱交換器。 - 前記第4板状部は、前記仕切部に接する部分(44a)と、前記積層方向視において前記連絡部をまたいでいる開口(44y)と、を有している、
請求項13または14に記載の熱交換器。 - 前記第1板状部と前記第3板状部の間に位置する第5板状部(345)をさらに備え、
前記第5板状部は、前記仕切部に接する部分(345a)と、前記積層方向視において前記連絡部をまたいでいる開口(345y)と、を有している、
請求項13または14に記載の熱交換器。 - 前記第3板状部の前記冷媒流路形成開口(145x)は、前記第1領域(153)から前記第2方向に進むにつれて複数に分岐した部分を含む形状を有している、
請求項1から16のいずれか1項に記載の熱交換器。 - 請求項1から17のいずれか1項に記載の熱交換器(11)と、
前記熱交換器を通過する空気流れを生じさせるファン(15)と、
を備え、
前記第4板状部(44a)の複数の前記連絡開口(44x、44w、144x)は、前記第4板状部における空気流れ方向の中心よりも風上側に位置しており、
前記伝熱管は、扁平管である、
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