JP7123238B2 - refrigeration cycle equipment - Google Patents
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Description
本発明は、冷凍サイクル装置に関し、特に蒸発器として機能する熱交換器と膨張装置との接続に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a refrigeration cycle device, and more particularly to connection between a heat exchanger functioning as an evaporator and an expansion device.
冷凍サイクル装置の一種である空気調和装置は、暖房運転において、圧縮機で吐出された高温高圧のガス冷媒を、凝縮器として機能する室内熱交換器で室内空気と熱交換して冷却し、低温高圧の液冷媒に相変化させる。その後、低温高圧の液冷媒は、膨張装置にて低温低圧の二相冷媒に相変化される。二相冷媒は、蒸発器として機能する室外熱交換器で空気と熱交換することで加熱され、低温低圧のガス冷媒に相変化し、圧縮機に吸入される。そして、低温低圧のガス冷媒は、圧縮機で圧縮され、再び高温高圧のガス冷媒として吐出される。 An air conditioner, which is a type of refrigeration cycle system, is a type of refrigeration cycle system that, in heating operation, heats and cools high-temperature, high-pressure gas refrigerant discharged from a compressor with indoor air through an indoor heat exchanger that functions as a condenser. Phase change to high pressure liquid refrigerant. Thereafter, the low-temperature and high-pressure liquid refrigerant is phase-changed into a low-temperature and low-pressure two-phase refrigerant in the expansion device. The two-phase refrigerant is heated by exchanging heat with air in an outdoor heat exchanger that functions as an evaporator, changes phase to a low-temperature, low-pressure gas refrigerant, and is sucked into the compressor. Then, the low-temperature, low-pressure gas refrigerant is compressed by a compressor and discharged again as a high-temperature, high-pressure gas refrigerant.
ここで、空気調和装置を暖房運転させる際に、室外熱交換器が設置されている外気の温度が氷点下に近づくと、熱交換性能を維持するために、室外熱交換器の表面温度が氷点下よりも下がる。このとき、室外熱交換器には霜が付着することがある。室外熱交換器に付着する霜が増えると、除霜が必要となる。例えば、室外熱交換器の除霜は、ホットガスを室外熱交換器に流入させる等の方法により除霜運転が行われる。一般的に、除霜により生じたドレン水は、ドレンパン上に滴下し、排水される。しかし、ドレンパンの排水が滞る、又は表面張力の影響により、熱交換器の下端部に水が溜まる場合がある。熱交換器に水が滞留した状態においては、暖房運転中に、滞留したドレン水が凍結し、室外熱交換器を損傷させるおそれがある。そこで、ドレンパンにヒーターを設置して室外熱交換器の凍結を防止する方法が知られている。 Here, when the air conditioner is operated for heating, if the temperature of the outside air where the outdoor heat exchanger is installed approaches below the freezing point, the surface temperature of the outdoor heat exchanger is lowered below the freezing point in order to maintain the heat exchange performance. also goes down. At this time, frost may adhere to the outdoor heat exchanger. Defrosting becomes necessary when the amount of frost adhering to the outdoor heat exchanger increases. For example, the defrosting operation of the outdoor heat exchanger is performed by a method such as allowing hot gas to flow into the outdoor heat exchanger. Generally, the drain water generated by defrosting drips onto the drain pan and is drained. However, water may accumulate at the lower end of the heat exchanger due to stagnation of drainage in the drain pan or the effect of surface tension. In a state where water remains in the heat exchanger, the accumulated drain water may freeze and damage the outdoor heat exchanger during the heating operation. Therefore, a method is known in which a heater is installed in the drain pan to prevent the outdoor heat exchanger from freezing.
例えば、特許文献1に開示されている空気調和機は、熱交換器の上側部分よりも圧力(温度)の高い冷媒が熱交換器の下側部分を流動させることにより、ドレンパン及び熱交換器下部の着霜及び凍結を抑制している。
For example, in the air conditioner disclosed in
しかし、特許文献1に開示されている空気調和装置において、例えば熱交換器の更なる伝熱性能向上のため、又は熱交換器を構成する伝熱管内を流通する冷媒量削減のため、伝熱管の断面積を小さくする場合がある。例えば、円管で構成された伝熱管においては外径を小さくする、又は管の断面を扁平形状とし管内の流路を細径多穴化するなどが考えられる。特許文献に係る空気調和装置において、熱交換器を構成する伝熱管の流路の断面積を小さくした場合、冷媒流路の分岐数が少ない熱交換器の下側部分での流路抵抗が大きくなるという課題があった。
However, in the air conditioner disclosed in
本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、伝熱管を細径化した場合であっても、ドレン水が滞留し易い熱交換器下部の凍結を抑制できる冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a refrigeration cycle apparatus that can suppress freezing of the lower part of a heat exchanger where drain water tends to stay, even when the diameter of the heat transfer tube is reduced. with the aim of obtaining
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、第1膨張装置と、暖房運転時に蒸発器として機能する第1熱交換器と、が冷媒配管により接続された冷媒回路を備え、前記第1熱交換器は、第1熱交換部と、前記冷媒回路において前記第1熱交換部に直列に接続される第2熱交換部と、前記第1熱交換部と前記第2熱交換部との間に接続される第2膨張装置と、を備え、暖房運転時において前記第2熱交換部側から冷媒が流入するように前記冷媒回路に接続され、前記第1膨張装置は、前記冷媒回路において前記第2熱交換部と並列に接続され、前記第2熱交換部は、前記第1熱交換部の下方に位置し、前記第2膨張装置は、前記冷媒回路において前記第1膨張装置と並列に接続され、前記第2熱交換部と直列に接続される。 A refrigeration cycle apparatus according to the present invention includes a refrigerant circuit in which a compressor, a first expansion device, and a first heat exchanger that functions as an evaporator during heating operation are connected by refrigerant piping, and the first heat The exchanger includes a first heat exchange section, a second heat exchange section connected in series to the first heat exchange section in the refrigerant circuit, and between the first heat exchange section and the second heat exchange section. and a second expansion device connected to the refrigerant circuit, wherein the first expansion device is connected to the refrigerant circuit so that the refrigerant flows in from the second heat exchange portion side during heating operation, and the first expansion device is connected to the refrigerant circuit in the The second expansion device is connected in parallel with a second heat exchange section, the second heat exchange section is positioned below the first heat exchange section, and the second expansion device is arranged in parallel with the first expansion device in the refrigerant circuit. connected and connected in series with the second heat exchange section.
本発明によれば、上記構成により、熱交換器の伝熱管の冷媒流路の断面積が小さくすることにより冷媒回路を流通する冷媒量を削減しつつ、ドレンパン及び熱交換器下部の凍結を抑制することができる。 According to the present invention, with the above configuration, the cross-sectional area of the refrigerant flow path of the heat transfer tube of the heat exchanger is reduced, thereby reducing the amount of refrigerant flowing through the refrigerant circuit and suppressing freezing of the drain pan and the lower part of the heat exchanger. can do.
以下に、冷凍サイクル装置の実施の形態について説明する。なお、図面の形態は一例であり、本発明を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。 An embodiment of a refrigeration cycle apparatus will be described below. In addition, the form of drawing is an example and does not limit this invention. In addition, the same reference numerals in each drawing are the same or equivalent, and this is common throughout the specification. Furthermore, in the drawings below, the size relationship of each component may differ from the actual size.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷媒回路1の回路図である。図1に示された冷凍サイクル装置100は、例えば空気調和装置である。図1に示される様に、冷凍サイクル装置100は、圧縮機2、四方弁7、第1熱交換器10、第1膨張装置5、及び第2熱交換器3を冷媒配管により接続し、冷媒回路1を構成したものである。例えば冷凍サイクル装置100が空気調和装置である場合には、冷媒配管内には冷媒が流通し、四方弁7により冷媒の流れを切り換えることにより、暖房運転と冷房運転又は除霜運転とを切り換えることができる。実施の形態1においては、冷凍サイクル装置100として空気調和装置を例示しているが、冷凍サイクル装置100は、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器などの冷凍用途又は空調用途に用いられるものである。
FIG. 1 is a circuit diagram of a
圧縮機2、第2熱交換器3、第1膨張装置5、第1熱交換器10、及び四方弁7は、冷媒が循環可能な冷媒回路1を構成している。冷凍サイクル装置100では、冷媒回路1中を冷媒が相変化しながら循環する冷凍サイクルが行われる。圧縮機2は、冷媒を圧縮させる。圧縮機2は、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、又は往復圧縮機等である。
The
第1熱交換器10は、冷凍サイクル装置100が暖房運転する時には蒸発器として機能し、冷凍サイクル装置100が冷房運転する時には凝縮器として機能する。第1熱交換器10は、第1熱交換部11と第2熱交換部12より構成されている。第2熱交換部12は、第1熱交換部11の下方に位置している。
The
第2熱交換器3は、冷凍サイクル装置100が暖房運転する時には凝縮器として機能し、冷凍サイクル装置100が冷房運転する時には蒸発器として機能する。ただし、第2熱交換器3は、暖房運転時において管内の圧力損失により冷媒温度が下がり一部が蒸発器として作用する場合もある。第1熱交換器10及び第2熱交換器3は、例えば、フィンアンドチューブ型熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、フィンレス熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、二重管式熱交換器、又はプレート熱交換器等である。
The second heat exchanger 3 functions as a condenser when the
第1膨張装置5は、冷媒を膨張させて減圧させる。第1膨張装置5は、例えば冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁等である。なお、第1膨張装置5としては、電動膨張弁だけでなく、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、又はキャピラリーチューブ等であってもよい。
The
四方弁7は、冷凍サイクル装置100において冷媒の流路を切り替え、冷媒回路1の冷媒の循環方向を変えるものである。四方弁7は、暖房運転時において、圧縮機2の吐出口と第2熱交換器3とを接続し、圧縮機2の吸入口と第1熱交換器10とを接続するように切り替えられる。また、四方弁7は、冷房運転及び除湿運転時において、圧縮機2の吐出口と第1熱交換器10とを接続し、圧縮機2の吸入口と第2熱交換器3とを接続するように切り替えられる。
The four-
第1熱交換器10の近傍には送風機6が配置されている。また、第2熱交換器3は、近傍に送風機4が配置されている。ここで、第1熱交換器10は室外機に搭載されている室外熱交換器であり、送風機6が、第1熱交換器10に外気を送り込み、外気と冷媒との間で熱交換を行う。また、第2熱交換器3は室内機に搭載されている室内熱交換器であり、送風機4が、室内の空気を室内機の筐体内に導入し、室内熱交換器に室内の空気を送り込み、室内の空気と冷媒との間で熱交換を行い、室内の空気の温度を調和する。
A
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷媒回路1の構成について、冷房および暖房の運転状態の冷媒の流れを基に説明する。冷房運転では、圧縮機2から吐出された冷媒は、四方弁7を経て、第1熱交換器10の第1熱交換部11に流入する。第1熱交換部11から流出した冷媒は、2つの冷媒流路に分岐し、一方は第1膨張装置5を通過し、他方は第2熱交換部12を通過する。その後、第1膨張装置5を通過した冷媒と第2熱交換部12を通過した冷媒は合流し、第2熱交換器3、四方弁7の順に通過し、圧縮機2に吸入される。
The configuration of the
一方、暖房運転では、圧縮機2から吐出された冷媒は、四方弁7を経て、第2熱交換器3に流入する。第2熱交換器3から流出した冷媒は、2つの冷媒流路に分岐し、一方は第1膨張装置5を通過し、他方は第1熱交換器10の第2熱交換部12を通過する。その後、第1膨張装置5を通過した冷媒と第2熱交換部12を通過した冷媒とは合流し、第1熱交換部11、四方弁7の順に通過し、圧縮機2に吸入される。
On the other hand, in heating operation, the refrigerant discharged from the
なお、冷凍サイクル装置100の冷媒回路1は、第2熱交換器3と、第1熱交換器10及び第1膨張装置5との間で冷媒配管が分岐する分岐部90を備える。即ち、第2熱交換器3と分岐部90との間に他の膨張装置を備えていない。
The
(第1熱交換器10の構造)
図2は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の第1熱交換器10の斜視図である。図2は、第1熱交換器10に接続される冷媒配管については一部模式的に表示している。図2に示されるように、第1熱交換器10は、第1熱交換部11と第2熱交換部12とを備える。第2熱交換部12は、第1熱交換部11の下方に位置する。(Structure of first heat exchanger 10)
FIG. 2 is a perspective view of the
第1熱交換部11及び第2熱交換部12は、それぞれ第1熱交換器10に流れ込む空気の流れ方向に直列に並べられた2つの熱交換部を備える。第1熱交換部11は、風上側に位置する熱交換部として第1風上側熱交換部11aを備え、風下側に位置する熱交換部として第1風下側熱交換部11bを備える。第1風上側熱交換部11aと第1風下側熱交換部11bとは、端部においてヘッダ14で接続されている。第1熱交換器10が蒸発器として機能するときに、第1風下側熱交換部11bを流出した冷媒は第1風上側熱交換部11aに流入するように構成されている。
The first
また、第2熱交換部12は、風上側に位置する熱交換部として第2風上側熱交換部12aを備え、風下側に位置する熱交換部として第2風下側熱交換部12bを備える。第2風上側熱交換部12aと第2風下側熱交換部12bとは、端部においてヘッダ14で接続されている。第1熱交換器10が蒸発器として機能するときに、第2風上側熱交換部12aを流出した冷媒は第2風下側熱交換部12bに流入するように構成されている。
The second
第1熱交換器10を構成する第1熱交換部11及び第2熱交換部12は、それぞれ伝熱管20を備える。伝熱管20は、図2に示されるz方向に並列されている。実施の形態1において、z軸は重力方向に沿っている。ただし、第1熱交換器10は、z方向を重力方向に合わせて設置されるものに限定されず、例えばz方向を傾斜させて設置されても良い。つまり、複数の伝熱管20は、上下方向に並列されていれば良い。
The first
ヘッダ14は、第1風上側熱交換部11aと第1風下側熱交換部11bとを接続する上部ヘッダ14aと、第2風上側熱交換部12aと第2風下側熱交換部12bとを接続する下部ヘッダ14bと、を備える。ヘッダ14は、上部ヘッダ14aと下部ヘッダ14bとが一体に形成されているが、内部が複数の空間に仕切られており、少なくとも第1熱交換部11の冷媒と第2熱交換部12冷媒とが混合しないように形成されている。
The
なお、第1風上側熱交換部11aと第1風下側熱交換部11bとは、ヘッダ14により接続される構成でなくとも良い。例えば、第1風上側熱交換部11aが有する伝熱管20と第1風下側熱交換部11bが有する伝熱管20とは、端部同士をU字管により接続されていても良い。また、第2風上側熱交換部12aと第2風下側熱交換部12bも同様に、ヘッダ14により接続される構成でなくとも良く、伝熱管20の端部同士をU字管により接続されていても良い。
Note that the first windward
図2において第1熱交換部11は、複数の伝熱管20を備えている。第1風上側熱交換部11aと第1風下側熱交換部11bとは、それぞれ同数の複数の伝熱管20を備えており、ヘッダ14で接続されている。複数の伝熱管20は、z方向に並列されている。また、第1風上側熱交換部11aの複数の伝熱管20は、y方向の端部において風上側集合管13aに接続されている。第1風下側熱交換部11bの複数の伝熱管20も、y方向の端部において風下側集合管13bに接続されている。集合管13a、13bは、冷媒回路1を構成する冷媒配管に接続され、第1熱交換部11への冷媒の流入部又は流出部となる。なお、集合管13a、13bは、複数に分割されていても良い。例えば、第1風下側熱交換部11bの複数の伝熱管20のうち、上部の3本の伝熱管20、中部の3本の伝熱管20、及び下部の3本の伝熱管20がそれぞれ別の集合管に接続されていても良い。
In FIG. 2 , the first
図2において第2熱交換部12を構成する第2風上側熱交換部12a及び第2風下側熱交換部12bは、それぞれ1本の伝熱管20を有する。ただし、第2風上側熱交換部12a及び第2風下側熱交換部12bは、複数の伝熱管20を有していても良い。
The second windward
実施の形態1において、第1熱交換部11は、z方向に9本の伝熱管20が並べられており、第2熱交換部12はz方向に1本の伝熱管20を有する。つまり、第1熱交換部11が有する並列に並べられた伝熱管20の本数は、第2熱交換部12が有する並列に並べられた伝熱管20よりも多い。なお、伝熱管20の本数はこれだけに限定されるものではない。第1熱交換部11及び第2熱交換部12のそれぞれの冷媒流路数は、適宜設定することができる。ただし、上部に位置する第1熱交換部11の冷媒流路数は、第2熱交換部12の冷媒流路数よりも多い。
In
ここで、冷凍サイクル装置100が暖房運転されているときの第1熱交換器10の動作について説明する。冷凍サイクル装置100において少なくとも一部が凝縮器として機能する第2熱交換器3で凝縮された高圧の液冷媒は、冷媒配管の分岐部90にて2つに分岐し、第1膨張装置5に接続された回路と第2風上側熱交換部12aに接続されたバイパス回路95とに並列分岐して流れる。第1膨張装置5に流入した冷媒は、膨張、すなわち減圧し、低温の気液二相冷媒となる。第1膨張装置5から流出した冷媒は、第2風下側熱交換部12bを通過した冷媒と合流する。一般的に、第1膨張装置5のような機器を冷媒が通過する際に、第1膨張装置5の流路形状、冷媒回路1内の冷媒の循環量、及び冷媒の流動様相に応じて、所定の流動抵抗が発生する。冷媒の流動様相とは、冷媒の物性であり、冷媒が気相、液相、又は気液二相などの状態により変化する。また、第1膨張装置5の流動抵抗は、第1膨張装置5を通過する冷媒の流れに、圧力損失を生じさせる。つまり、第1膨張装置5を通過した冷媒は、圧力が低下する。
Here, the operation of the
一方、第2風上側熱交換部12aに流入した冷媒は、伝熱管20内を流動し、第2風上側熱交換部12aから第2風下側熱交換部12bに移動するためのヘッダ14に流入する。ヘッダ14は、内部の空間が分割されており、z方向に並列されている複数の伝熱管20の位置に対応して分割されている。ヘッダ14の内部空間が分割されており、ヘッダ14の下部には下部ヘッダ14bが形成されている。下部ヘッダ14bは、第2風上側熱交換部12aの伝熱管20と第2風下側熱交換部12bの伝熱管20とを接続している。下部ヘッダ14bを通過した冷媒は、第2風下側熱交換部12bに流入し、伝熱管20内を流動した後、第1膨張装置5を通過した冷媒と合流する。
On the other hand, the refrigerant that has flowed into the second windward
ここで、上述した第1膨張装置5と同様に、伝熱管20を冷媒が流動する際にも、伝熱管20は所定の流動抵抗を有する。流動抵抗は、伝熱管20内の流路形状、冷媒回路1内の冷媒の循環量、及び冷媒の流動様相に応じて発生し、冷媒の流れに圧力損失を生じさせる。第2熱交換部12を通過した冷媒と第1膨張装置5を通過した冷媒とは、合流し、第1熱交換部11へ流入する。第1熱交換部11は、複数の伝熱管20を有する。例えば、風下側集合管13bにて冷媒が複数の伝熱管20に分配され、それぞれの伝熱管20に、並列に冷媒が流入する。複数の伝熱管20に並列に流入された冷媒は、第1風下側熱交換部11bを通過し、上部ヘッダ14aを経て、第1風上側熱交換部11aへと流入する。第1風上側熱交換部11aの複数の伝熱管20を通過した冷媒は、風上側集合管13aにて合流する。つまり、第1熱交換部11で複数の冷媒流路に分岐していた冷媒が風上側集合管13aで合流し、第1熱交換器10から流出する。第1熱交換器10から流出した冷媒は、四方弁7を経て、圧縮機2に吸入される。
Here, as in the
ここで、第1膨張装置5と第2熱交換部12とのそれぞれに分岐した冷媒の循環量比率は、第1膨張装置5で生ずる圧力損失と第2熱交換部12で生ずる圧力損失とが等しくなるような比率になる。すなわち、第1膨張装置5及び第2熱交換部12のそれぞれの流路形状、冷媒の減圧及び熱収支に伴う流動様相の変化に依存して、冷媒の循環量比率は変動する。一例として、冷媒の流動様相が液体又はガスの単相状態である場合、圧力損失ΔPは次の式で表される。
Here, the circulation amount ratio of the refrigerant branched to each of the
ここで、ΔP:圧力損失[Pa]、λ:摩擦損失係数、L:流路長さ[m]、d:流路の等価直径[m]、G:質量速度[kg/(m2・s)]、ρ:作動流体密度[kg/m3]、Re:レイノルズ数[-]、である。また、摩擦損失係数λは、レイノルズ数Reの取る値の範囲に応じて、
λ=64/Re(Re<2300)
又は、
λ=0.3164・Re-0.25(2300<Re)
で表される。Here, ΔP: pressure loss [Pa], λ: friction loss coefficient, L: channel length [m], d: equivalent diameter of channel [m], G: mass velocity [kg / (m 2 s )], ρ: working fluid density [kg/m 3 ], Re: Reynolds number [-]. In addition, the friction loss coefficient λ is determined according to the range of values that the Reynolds number Re takes.
λ=64/Re (Re<2300)
or
λ = 0.3164 Re-0.25 (2300 < Re)
is represented by
なお、流路の等価直径dは、冷媒流路の断面形状が円形の場合、冷媒流路の直径である。冷媒流路が円形以外の場合は、冷媒流路の断面積と、冷媒流路の断面形状の縁の長さとに基づき、等価直径dは、d=4A/lで表される。このとき、A:流路断面積[Pa]、l:流路縁の長さ[m]である。等価直径dは、円形でない断面形状の冷媒流路と等価な断面形状が円形の冷媒流路の直径である。 Note that the equivalent diameter d of the flow path is the diameter of the coolant flow path when the cross-sectional shape of the coolant flow path is circular. If the coolant channel is not circular, the equivalent diameter d is expressed as d=4 A/l based on the cross-sectional area of the coolant channel and the length of the edge of the cross-sectional shape of the coolant channel. At this time, A: channel cross-sectional area [Pa], l: channel edge length [m]. The equivalent diameter d is the diameter of a coolant channel with a circular cross-sectional shape equivalent to a coolant channel with a non-circular cross-sectional shape.
上記の圧力損失ΔPを表した式からわかるように、狭い冷媒流路や、長い冷媒流路は圧力損失が大きくなる。 As can be seen from the above formula representing the pressure loss ΔP, the pressure loss increases in a narrow coolant channel or a long coolant channel.
また、冷媒の流動様相が気液二相状態の場合、液体とガスとが混ざり合う複雑な状態となり、圧力損失が増大する。一方で第1膨張装置5のような、局所的に狭い流動部を通過することで一気に減圧するような形態の場合は、基本的には第1膨張装置5の形状特有の容量係数Cv値が付与される形で、圧力損失ΔPが表される。例えば第1膨張装置5の入口が気液二相状態の場合、下記のように示される。
In addition, when the refrigerant flows in a gas-liquid two-phase state, the liquid and the gas are mixed to create a complicated state, resulting in an increase in pressure loss. On the other hand, in the case of a form such as the
ここで、ΔP:圧力損失[Pa]、ρ:作動流体密度[kg/m3]、ρwater:水の密度[kg/m3](固定値)、Q:体積流量[m3/min]、Cv:容量係数[-]、である。圧力損失ΔPは、厳密にはその他の影響も考慮されるが、概ね上記の式により、第1膨張装置5が設置された冷媒流路と第2熱交換部12が設置されたバイパス回路95とで構成された並列の冷媒流路のそれぞれの冷媒の循環量比率は決定される。Here, ΔP: pressure loss [Pa], ρ: working fluid density [kg/m 3 ], ρ water : density of water [kg/m 3 ] (fixed value), Q: volumetric flow rate [m 3 /min] , Cv: capacitance coefficient [-]. Strictly speaking, the pressure loss ΔP also takes other influences into account, but generally according to the above formula, the refrigerant flow path in which the
図3は、実施の形態1に係る第1熱交換器10の第1熱交換部11及び第2熱交換部12の断面構造を示す説明図である。図2において示されている点A1、点A2、点A3、及び点A4を通る断面における第1熱交換器10の断面構造の一部を示している。点A1、点A2、点A3、及び点A4を通る断面は、x-z平面に平行な断面である。また、図3は、図2中に示された矢印Y1方向から見た状態を示している。つまり、図3は、伝熱管20の管軸に垂直な断面を示している。図3に示されるように、第1熱交換器10は、長手方向をz方向に延設させたフィン30が有する複数の切り欠き部31のそれぞれに伝熱管20を挿入して形成されている。伝熱管20は、断面形状が扁平形状になっており、断面形状の長軸をx方向に向け、短軸をz方向に向けている。第1熱交換器10には、x方向に向かって空気が流入し、フィン30及び伝熱管20の間を通過し、空気と伝熱管20内を流れる冷媒との熱交換が行われる。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure of the first
図4は、実施の形態1に係る第1熱交換器10を正面から見た構造の説明図である。図4に示されるように、暖房運転時に第1熱交換器10に流入する気流は、図面の手前から奥に向かう方向に流動する。第1熱交換器10は、複数の伝熱管20を、y方向に管軸を向け、z方向に並列に並べて構成されている。複数の伝熱管20は、例えば、扁平管で構成されている。複数の扁平管は、管軸に垂直な断面において、長軸と短軸とを有する扁平形状に構成されている。複数の扁平管は、その長軸をx方向に向けている。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the structure of the
図5は、実施の形態1の第1熱交換器10に用いられる伝熱管20の一例である扁平管の断面図を示す。扁平管は、熱伝導性を持つ金属材料で構成されている。扁平管を構成する材料としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、又は銅合金が用いられている。扁平管は、加熱した材料をダイスの穴から押し出して図5に示される内部流路21を成形する押し出し加工によって製造される。なお、扁平管は、ダイスの穴から材料を引き抜いて図5に示される断面を成形する引き抜き加工によって製造されてもよい。伝熱管20の製造方法は、伝熱管20の断面形状に応じ適宜選択することができる。なお、伝熱管20は、扁平管に限られず、たとえば、断面形状が円形または楕円形等の伝熱管であってもよい。
FIG. 5 shows a cross-sectional view of a flat tube that is an example of the
(比較例の冷凍サイクル装置1100)
図6は、実施の形態1の冷凍サイクル装置100の比較例である冷凍サイクル装置1100の冷媒回路101の回路図である。図7は、比較例に係る冷凍サイクル装置1100の第1熱交換器110の斜視図である。図7は、第1熱交換器110に接続される冷媒配管については一部模式的に表示している。実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100と比較例の冷凍サイクル装置1100とは、暖房運転時の冷媒流れ方向において第2熱交換器3の下流側の冷媒回路構成が異なる。(
FIG. 6 is a circuit diagram of
図1に示される様に、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100は、第2熱交換器3の下流において冷媒配管が分岐し、第1膨張装置5と第2熱交換部12とが並列に配置され、冷媒がそれぞれを通過したに合流してから第1熱交換部11に流入する。
As shown in FIG. 1, in the
一方、図6に示される様に、比較例に係る冷凍サイクル装置1100は、第2熱交換器3の下流側に第1膨張装置5と第2熱交換部112とが直列に接続され、冷媒が、第1膨張装置5と第2熱交換部112とを順番に通過した後に第1熱交換部111に流入する。なお、図7に示される様に、比較例の第1熱交換部111の冷媒流路数と第2熱交換部112の冷媒流路数とは、実施の形態1に係る第1熱交換器10と同様に設定されている。
On the other hand, as shown in FIG. 6, in a
図8は、比較例の冷凍サイクル装置1100の暖房運転時の特性を示す図である。図8は、冷凍サイクル装置1100を暖房運転したときの冷媒の圧力とエンタルピーとの推移を示すP-h線図である。比較例の冷凍サイクル装置1100において、圧縮機2から吐出された高圧のガス冷媒(P01)は、四方弁7を通過後、室内熱交換器である第2熱交換器3に流入する。なお、括弧内に示す「P」に添字を付して表された記号は、図8のP-h線図上に示される記号である。冷媒は、括弧内に示す記号で示される点のエンタルピー及び圧力になっている。FIG. 8 is a diagram showing characteristics during heating operation of the
第2熱交換器3に流入した冷媒は、第2熱交換器3で室内空気と熱交換し冷却(凝縮)される。このとき、冷媒の温度は、室内空気の温度よりも高い。冷媒は、第2熱交換器3で室内空気により冷却され、第2熱交換器3の出口においては高圧の液相冷媒になる。
The refrigerant that has flowed into the
第2熱交換器3を通過した高圧の液冷媒(P11)は、第1膨張装置5で減圧される。第1膨張装置5を通過した気液二相状態の冷媒(P21)は、第2熱交換部112に流入し、伝熱管20内の流路により減圧される。なお、図8に示された図においては、第1膨張装置5を通過した冷媒(P21)は、気液二相状態になっているが、第1膨張装置5での減圧により中圧の液単相冷媒となる場合もある。The high-pressure liquid refrigerant (P 11 ) that has passed through the
第1膨張装置5を通過した気液二相状態の冷媒(P21)は、第2熱交換部112の伝熱管20に流入する。第2熱交換部112は、図7に示される様に、1本の伝熱管20により冷媒流路が形成されている。そのため、第2熱交換部112を通過する気液二相状態の冷媒は、上記式(1)より圧力損失ΔPが生じる。つまり、第2熱交換部112を通過する気液二相状態の冷媒は、減圧される。The gas-liquid two-phase refrigerant (P 21 ) that has passed through the
冷媒が減圧され、液単相状態から気液二相状態へ相変化する場合、圧力に応じて、冷媒の温度が決定される。冷媒の温度は、所定圧力における飽和温度となる。つまり、気液二相冷媒は、減圧により温度も同様に低下する。このとき、伝熱管20外の作動流体の温度に応じて、熱交換が行われる。冷媒温度が管外作動流体温度よりも高い場合、冷媒は冷却(凝縮)され、管外作動流体は加熱される。一方、冷媒温度が管外作動流体温度よりも低い場合、冷媒は加熱(蒸発)され、管外作動流体は冷却される。なお、実施の形態1において管外作動流体は、外気である。
When the refrigerant is depressurized and undergoes a phase change from a liquid single-phase state to a gas-liquid two-phase state, the temperature of the refrigerant is determined according to the pressure. The temperature of the refrigerant becomes the saturation temperature at the predetermined pressure. That is, the temperature of the gas-liquid two-phase refrigerant is similarly lowered by the pressure reduction. At this time, heat exchange is performed according to the temperature of the working fluid outside the
第1膨張装置5及び第2熱交換部112を通過した低圧の二相冷媒(P31)は、冷媒温度が管外作動流体温度よりも低いため、第1熱交換部111に流入して、加熱(蒸発)する。第1熱交換部111に流入した冷媒は、第1熱交換部111にて蒸発し低圧のガス冷媒(P41)は、四方弁7を通過し、圧縮機2に吸入される。The low-pressure two-phase refrigerant (P 31 ) that has passed through the
(比較例の冷凍サイクル装置1100の課題)
比較例の冷凍サイクル装置1100の第1熱交換器110において、伝熱管20の管内流動抵抗が大きい場合、第2熱交換部112での圧力損失ΔPが大きくなり、P21における冷媒の圧力が低くなる。伝熱管20の流動抵抗が大きい場合とは、伝熱管20の内部に形成された冷媒流路が細い、冷媒流路が長い、又はその両方である場合を言う。例えば、図5に示される、内部流路21が細いと伝熱管20における圧力損失ΔPが大きくなる。上記の式1に示される様に、流路の等価直径dが小さくなり、流路長さLが長くなると、圧力損失ΔPは大きくなる。(Problem of the
In the
このとき、図8に示される様に、第1膨張装置5の開度が不足し、かつ第2熱交換部112での圧力損失が大きいと、第1熱交換部111に流入する冷媒(P31)の圧力が、理想的な状態に比べ、低くなってしまうことがある。つまり、図8に示される様に、蒸発器として機能する第1熱交換器110の第1熱交換部111に流入する冷媒の圧力が、適正の蒸発器圧力P0よりも低くなる場合がある。このような状態は、第2熱交換部112の冷媒流路数が少なく、伝熱管20の内部の冷媒流路が細く、かつ冷媒流路が長い場合に発生しやすい。At this time, as shown in FIG. 8, if the opening degree of the
以上のように、比較例の冷凍サイクル装置1100の第1熱交換器110の場合、圧縮機2の吸入部(P41)と吐出部(P01)との圧力差が大きくなり、圧縮機2の仕事量が増大し、消費電力も増大するという課題があった。これにより、冷凍サイクル装置1100は、効率が低くなり、省エネルギー性を損なう。または、第1熱交換部111内を流動する冷媒の温度が、圧力の低下に伴い低くなり、室外熱交換器として用いられる第1熱交換器110が低外気温下で運転される場合、着霜量が増加し、熱交換性能が悪化する場合がある。As described above, in the case of the
一方、第1熱交換器110の下側部分と上側部分とで異なる伝熱管20を使用し、下側部分に流路の断面積の大きい伝熱管20を使用した場合は、第1熱交換器110の製造性が悪化するという課題が生じていた。
On the other hand, when different
図8において、仮に、第1熱交換器110の圧力を適正な値P0で運転しようとする場合、第1膨張装置5の開度をさらに大きくする必要がある。第2熱交換部112での圧力損失ΔPは、第2熱交換部112の伝熱管20の形状に依存するため、第2熱交換部112だけで図8における点P21~点P31の間の冷媒の圧力差を減少するように調整するのは困難である。従って、図8の点P31での冷媒の圧力をさらに高くするには、第1膨張装置5の開度を大きくし、第1膨張装置5に流れる冷媒を多くする必要がある。即ち、第1膨張装置5の開度を大きくし、図8の点P11~点P21の間の減圧量を小さくする必要がある。しかし、第1膨張装置5として用いられる、電動膨張弁、機械式膨張弁、又はキャピラリーチューブ等は、開度の調整幅が有限であり、冷凍サイクル装置1100の冷凍能力の制御を考慮すると、第1膨張装置5に適正な開度の調整範囲を設定するのは困難であるという課題があった。つまり、第1熱交換器110の下側部分の流路抵抗が増加すると、第1膨張装置5が最大開度でも必要な冷媒流量を調整できない場合があり、冷凍サイクル装置1100の制御性が悪化するという課題があった。In FIG. 8, if the pressure of the
(実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の作用)
図9は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の暖房運転時の特性を示す図である。図10は、図9のA部の拡大図である。図9は、冷凍サイクル装置100を暖房運転したときの冷媒の圧力とエンタルピーとの推移を示すP-h線図である。冷凍サイクル装置100において、圧縮機2から吐出された高圧のガス冷媒(P01)は、四方弁7を通過し、室内熱交換器である第2熱交換器3に流入する。冷媒は、室内空気と熱交換し冷却(凝縮)する。このとき、冷媒の温度は、室内空気よりも高い。冷媒は、第2熱交換器3で室内空気により冷却され、第2熱交換器3の出口においては高圧の液相冷媒になる。(Action of
FIG. 9 is a diagram showing the characteristics of the
第2熱交換器3を通過した高圧の液冷媒(P11)は、2つに分岐され、第2熱交換部12と、第1膨張装置5とに分配され、膨張、即ち減圧される。第2熱交換部12に流入した冷媒は、比較例において第2熱交換部112に流入した冷媒と同様に、伝熱管20内の冷媒流路により減圧される。なお、伝熱管20内において冷媒が減圧され、液単相状態から気液二相状態へ相変化する場合、圧力に応じて、冷媒の温度が決定される。すなわち、冷媒の減圧に伴い、温度も低下する。このとき、伝熱管20外の作動流体、即ち外気の温度に応じて、伝熱管20内を流れる冷媒と外気との間で熱交換が行われる。冷媒温度が管外の作動流体温度よりも高い場合、冷媒は冷却(凝縮)され、管外の作動流体は加熱される。一方で、冷媒温度が管外の作動流体温度よりも低い場合、冷媒は加熱(蒸発)され、管外の作動流体は冷却される。結果として、第2熱交換部12を流れる冷媒は、低圧の気液二相冷媒(P22)となる。The high-pressure liquid refrigerant (P 11 ) that has passed through the
第1膨張装置5に流入した冷媒は、膨張(減圧)され、低圧の気液二相冷媒(P21)となる。このとき、第1膨張装置5は、冷媒の熱交換が行われない断熱膨張であるため、気液二相冷媒(P21)のエンタルピーの値は、膨張前の状態(P11)と同様である。The refrigerant that has flowed into the
ここで、第2熱交換部12と、第1膨張装置5とにそれぞれ分配される冷媒循環量の比率は、第2熱交換部12の伝熱管20内の流動抵抗の大きさと、第1膨張装置5の膨張絞りによる流動抵抗の大きさとの差により、一様に決まる。
Here, the ratio of the refrigerant circulation amount distributed to the second
伝熱管20の圧力損失ΔPは、上記の式(1)により求められる。式(1)のうち摩擦損失係数λ、流路長さL、流路の等価直径dは、伝熱管20の形状、及び第2熱交換部12が有する伝熱管20の本数により決定するものである。一方、式(1)のうち、質量速度Gは、第2熱交換部12に流れ込む冷媒の量で決まり、作動流体密度ρは、冷媒が単相であるか気液二相であるかにより変動するものである。一方、第1膨張装置5は、式2により圧力損失ΔPが決まる。開度が小さい場合(Cvが小さい場合)は、流量が小さくなり、圧力損失ΔPが大きい。また、開度が大きい場合(Cvが大きい場合)は、流量が大きくなり、圧力損失ΔPが小さい。
The pressure loss ΔP of the
よって、冷媒回路1において、第2熱交換部12と第1膨張装置5とが並列に接続されている区間での冷媒の減圧、即ちP11からP31までの区間における冷媒の減圧は、第1膨張装置5の開度により制御することができる。Therefore, in the
第2熱交換部12を通過した低圧の気液二相状態の冷媒(P22)及び第1膨張装置5を通過した低圧の気液二相状態の冷媒(P21)は、合流し、冷媒循環量の比率とそれぞれのエンタルピーに応じた低圧の二相状態の冷媒(P31)となり、第1熱交換部11に流入して、加熱(蒸発)される。第1熱交換部11にて蒸発した低圧のガス冷媒(P41)は、四方弁7を通過し、圧縮機2に吸入される。The low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant (P 22 ) that has passed through the second
(実施の形態1の効果)
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100は、第2熱交換部12の伝熱管20の管内流動抵抗が大きい場合であっても、第1膨張装置5が設置されている冷媒流路に対し並列にバイパス回路95を構成している。そのため、第2熱交換部12又は第1膨張装置5をそれぞれ単独で直列に設置する場合と比較して、冷媒回路1が並列になっている部分の冷媒流路の流動抵抗は低減する。よって、第1膨張装置5の開度を大きくする必要がなくなり、第1膨張装置5の開度が不足することがない。かつ、第1熱交換器10の最下段を含む第2熱交換部12に、高圧でかつ室内空気の温度よりも高い液冷媒を流入させることができる。そのため、第1熱交換器10の下部に滞留したドレン水が氷結するのを抑制することができる。(Effect of Embodiment 1)
In the
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100は、圧縮機2と、第1熱交換器10と、第1膨張装置5とが冷媒配管により接続される冷媒回路1を備える。第1熱交換器10は、第1熱交換部11と、冷媒回路1において第1熱交換部11に直列に接続される第2熱交換部12と、を備える。第1膨張装置5は、冷媒回路1において第2熱交換部12と並列に接続され、第2熱交換部12は、第1熱交換部11の下方に位置するものである。
第1熱交換器10が蒸発器として機能する場合において、第2熱交換器3から流出した冷媒は、まず第1膨張装置5と第2熱交換部12とに分配される。そのため、第2熱交換部12は、従来の冷媒回路101の第1膨張装置5の上流側と下流側との圧力差に準ずる飽和温度の範囲で冷媒が流動する。すなわち、実施の形態1に係る第2熱交換部12は、比較例の冷媒回路101の蒸発器として用いられる第1熱交換器110の入口よりも冷媒の温度が高いため、蒸発器として用いられる第1熱交換器10の最下部の滞留水が氷結するのを抑制できる。A
When the
また、第2熱交換部12は、第1膨張装置5に対しバイパス回路95となっている。第2熱交換部12を第1膨張装置5に対し並列に追加することにより、比較例のような第1膨張装置5と第2熱交換部12とを直列に接続する冷媒回路101に比べ、第1膨張装置5の最大開度を小さくすることができる。よって、第2熱交換部12を通過する冷媒の圧力損失ΔPが大きい場合に、第1膨張装置5は、開度不足になりにくく、蒸発器における冷媒の圧力を制御できる範囲が広がる。
Also, the second
特に、第1熱交換器10の伝熱管20に扁平管を採用した場合、冷媒流路が細く、冷媒を流通させた場合に圧力損失が大きくなってしまうことがある。伝熱管20は、第1熱交換器10及び冷媒回路1の冷媒量を削減するために、冷媒流路を細く形成することが望ましく、例えば扁平管の短軸方向厚さが1mm以下、更には0.8mm以下の扁平管を採用することが望ましい。このとき、蒸発器として機能する第1熱交換器10の冷媒圧力を高くしたい場合、即ち蒸発器の熱交換能力が低い状態で運転したい場合に、比較例の冷媒回路101においては、第1熱交換器10の下部にある第2熱交換部112での圧力損失ΔPが高い。そのため、第1膨張装置5の開度を大きくしないと第1熱交換部111での圧力が適正な蒸発器圧力P0よりも低くなってしまうという課題があった。一方、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷媒回路1においては、圧力損失の大きい第2熱交換部12と第1膨張装置5とが並列に配置されているため、第1膨張装置5の開度範囲を広げることなく、適正に蒸発器での圧力を制御できる。
In particular, when a flat tube is used as the
また、第1熱交換器10の第1熱交換部11と第2熱交換部12は、一体で構成されるため、第1熱交換器10の製造の際に組立性が向上するという利点もある。
In addition, since the first
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100において、第1熱交換部11の冷媒流路数は、第2熱交換部12の冷媒流路数よりも多い。第1熱交換器10は、第1熱交換部11及び第2熱交換部12の2要素で構成し、第1熱交換部11と第2熱交換部12とを直列に接続しているため、第1熱交換器10の圧力損失ΔPを大きくすることができる。特に蒸発器として使用される場合、第1熱交換部11に対し冷媒流れ上流側の第2熱交換部12の冷媒パス分岐数を、第1熱交換部11の冷媒パス分岐数よりも小さくすることで、第2熱交換部12での圧力損失ΔPを大きくできる。そのため、第1熱交換器10の最下部での滞留水の氷結を抑えつつ、第2熱交換部12の下流側に追加の膨張装置を設けることなく第1熱交換部11に流入する冷媒の圧力を低下させることができる。
In the
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100において、第1熱交換部11が備える伝熱管20は、第2熱交換部12が備える伝熱管20と平行に配置されている。これにより第1熱交換器10は、上方に配置された伝熱管20から流下する水滴が滞留し易い下方に配置された伝熱管20に温度が高い冷媒が流通する。よって、伝熱管20の上面に溜まる滞留水が氷結するのを抑えることができる。
In the
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100において、伝熱管20は、扁平管である。第1熱交換器10の下部に位置する第2熱交換部12が有する伝熱管20が扁平管であることにより、第2熱交換部12を通過する冷媒の圧力が低下しやすい。従って、第1膨張装置5を通過しないバイパス回路95に配置された第2熱交換部12により冷媒の圧力を低下させつつ、第1熱交換器10の下部に温度の高い冷媒が流通するため、第1熱交換器10の下部の氷結を抑えることができる。また、伝熱管20が扁平管であることにより、熱交換能力を維持又は向上させつつ第1熱交換器10の冷媒容量を小さくすることができ、冷媒回路1を流れる冷媒の量を削減できる。
In
実施の形態2.
実施の形態2に係る冷凍サイクル装置100は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷媒回路1に対し、膨張装置を更に追加したものである。実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200においては、実施の形態1に対する変更点を中心に説明する。実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200の各部については、各図面において同一の機能を有するものは実施の形態1の説明で使用した図面と同一の符号を付して表示するものとする。
A refrigerating
図11は、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200の冷媒回路201の回路図である。図12は、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200の第1熱交換器210の斜視図である。実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200の冷媒回路201は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の第1熱交換器10の第2熱交換部12と第1熱交換部11との間に第2膨張装置51を追加したものである。第2膨張装置51は、分岐部90で分岐した第1膨張装置5が配置されている流路と第2熱交換部12が配置されている流路とが合流する合流部91よりも第2熱交換部12側に配置されている。換言すると、第2熱交換部12と第2膨張装置51とが直列に接続されたバイパス回路295は、第1膨張装置5と並列に接続されている。
FIG. 11 is a circuit diagram of
図13は、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200の暖房運転時の特性を示す図である。図13は、冷凍サイクル装置200の低温かつ低圧領域の周辺の圧力とエンタルピーとの推移を示すP-h線図である。実施の形態1の冷凍サイクル装置100は、第2熱交換部12の仕様によっては、第2熱交換部12での圧力損失ΔPが小さく、第2熱交換部12を出た直後の冷媒の圧力が高い場合がある。つまり、図13における点P23のように、第2熱交換部12を出た冷媒は、室外空気よりも温度が高い場合がある。よって、第2熱交換部12を出た冷媒を更に第2膨張装置51で減圧し、冷媒を室外空気温度相当の圧力よりも下げる。このように構成することにより、冷凍サイクル装置200は、蒸発器として用いられる第1熱交換器210の圧力を適正に設定、又は制御することができる。また、このとき、第2熱交換部12を流出した冷媒の温度は室外空気温度よりも高いため、室外空気温度が水の凝固点近傍であるような低外気温環境であっても、第2熱交換部12には温度の高い冷媒が流れるため、着霜及び凍結を抑制することができる。FIG. 13 is a diagram showing the characteristics of the
図14は、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200の暖房運転時の特性を示す図である。図14は、冷凍サイクル装置200の低温かつ低圧領域の周辺の圧力とエンタルピーとの推移を示すP-h線図である。図14は、図13の場合と比較して第2熱交換部12での圧力損失ΔPが大きい場合の図である。このとき、第2熱交換部12を流出した冷媒は、室外空気よりも温度が低い。そのため、第2熱交換部12を流出する直前の部分は、室外空気よりも温度が低いため、第2熱交換部12の伝熱管20の出口周辺に着霜が生じたり、滞留水が氷結してしまう場合が考えられる。しかし、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200は、第2膨張装置51を備えているため、室外空気温度に応じて、点P23での温度を水の凝固点よりも下回らないように第2膨張装置51の開度を設定、又は制御することができる。これにより、第2熱交換部12の出口周辺の一部のみが着霜及び氷結するのを抑制することができる。FIG. 14 is a diagram showing the characteristics of the
なお、第1膨張装置5及び第2膨張装置51は、開度を変更できるものだけに限定されず、開度が固定されているものであっても良い。また、第1膨張装置5及び第2膨張装置51のうち少なくとも一方を開度を変更できるものにしても良い。
In addition, the
実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200によれば、第2膨張装置51は、冷媒回路201において第1膨張装置5と並列に接続され、第2熱交換部12と直列に接続される。
According to
第2熱交換部12を通過した冷媒は、第2膨張装置51で減圧されるため、第2膨張装置51の上流側、すなわち第2熱交換部12の出口側においても冷媒圧力及び冷媒温度が上昇する。よって、第2熱交換部12の全域において冷媒温度が高く維持できる。そのため、第1熱交換器210は、実施の形態1に係る第1熱交換器10よりも第1熱交換器210の下部の滞留水の氷結を抑制し易い。
Since the refrigerant that has passed through the second
また、例えば、冷凍サイクル装置200が低負荷能力運転をする場合等の冷媒循環量を小さくする必要がある運転状態においては、第1膨張装置5の開度を閉めて運転する必要がある。しかし、第2熱交換部12の流路抵抗が小さい場合には、第2熱交換部12へ流れる冷媒量が増加する。又は、第1膨張装置5の開度設定の分解能が不足し、第1熱交換部11に流入する冷媒の圧力が適正に設定出来ずに、冷凍サイクル装置200が目標の低負荷能力に設定、又は制御できなくなる場合が考えられる。なお、第2熱交換部12の流路抵抗が小さい場合とは、例えば第2熱交換部12の伝熱管20での圧力損失ΔPが小さい場合である。
In addition, for example, when the refrigerating
実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200においては、第2熱交換部12と第2膨張装置51とが直列に接続されたバイパス回路295を備えることにより、第2熱交換部12側のバイパス回路295にも流路抵抗を付加することが可能となっている。つまり、第1膨張装置5だけでなく、バイパス回路295に設置された第2膨張装置51を用いて第1熱交換部11に流入する冷媒の圧力を制御することができる。そのため、冷凍サイクル装置200は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100よりも、低負荷能力状態で運転する際に蒸発器として機能する第1熱交換器10の圧力の制御性能を向上させることができる。
In the
実施の形態3.
実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷媒回路1に対し、膨張装置を更に追加したものである。実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300においては、実施の形態1に対する変更点を中心に説明する。実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300の各部については、各図面において同一の機能を有するものは実施の形態1の説明で使用した図面と同一の符号を付して表示するものとする。
A refrigerating
図15は、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300の冷媒回路301の回路図である。図16は、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300の第1熱交換器310の斜視図である。実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300の冷媒回路301は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の第1熱交換器10の第2熱交換部12と第1熱交換部11との間に第2膨張装置52を追加したものである。第2膨張装置52は、分岐部90で分岐した第1膨張装置5が配置されている流路と第2熱交換部12が配置されている流路とが合流する合流部91よりも第1熱交換部11側に配置されている。換言すると、第2膨張装置52は、第1膨張装置5と第2熱交換部12とに直列に接続されている。
FIG. 15 is a circuit diagram of
図17は、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300の暖房運転時の特性を示す図である。図17は、冷凍サイクル装置300の低温かつ低圧領域の周辺の圧力とエンタルピーとの推移を示すP-h線図である。実施の形態1の冷凍サイクル装置100は、第2熱交換部12の仕様によっては、第2熱交換部12での圧力損失ΔPが小さく、第2熱交換部12を出た直後の冷媒の圧力が高い場合がある。つまり、図17における点P22のように、第2熱交換部12を出た冷媒は、室外空気よりも温度が高い場合がある。FIG. 17 is a diagram showing the characteristics of the
また、第1膨張装置5の容量、又は開度の分解能により、第1膨張装置5を流出した冷媒の圧力、つまり点P21での冷媒の圧力を十分に下げることが出来ない場合も考えられる。よって、第2熱交換部12及び第1膨張装置5を出て合流した冷媒を更に第2膨張装置52で減圧し、冷媒を室外空気温度相当の圧力よりも下げる。このように構成することにより、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300は、蒸発器として用いられる第1熱交換器310の圧力を適正に設定、又は制御することができる。 In addition, it is conceivable that the pressure of the refrigerant flowing out of the
図17に示される冷凍サイクル装置300の暖房運転時の特性においては、第2熱交換部12の出口側の冷媒圧力及び冷媒温度を高く保つことができるため、第2熱交換部12全域において高い冷媒温度を維持できる。そのため、実施の形態2に係る第1熱交換器210と同様に第1熱交換器10の最下部の滞留水の氷結を抑制しやすいという利点がある。
In the characteristics of the
図18は、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300の暖房運転時の特性を示す図である。図18は、冷凍サイクル装置200の低温かつ低圧領域の周辺の圧力とエンタルピーとの推移を示すP-h線図である。図18は、図17の場合と比較して第2熱交換部12での圧力損失ΔPが大きい場合の図である。このとき、第2熱交換部12を流出した冷媒は、室外空気よりも温度が低い。そのため、第2熱交換部12を流出する直前の部分は、室外空気よりも温度が低いため、第2熱交換部12の伝熱管20の出口周辺に着霜が生じたり、滞留水が氷結してしまう場合が考えられる。しかし、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300は、第2膨張装置52を備えているため、室外空気温度に応じて、点P32での温度を水の凝固点よりも下回らないように第2膨張装置52の開度を設定、又は制御することができる。これにより、第2熱交換部12の出口周辺の一部のみが着霜及び氷結するのを抑制することができる。FIG. 18 is a diagram showing the characteristics of the
なお、実施の形態3においても、第1膨張装置5及び第2膨張装置52は、開度を変更できるものだけに限定されず、開度が固定されているものであっても良い。また、第1膨張装置5及び第2膨張装置52のうち少なくとも一方を開度を変更できるものにしても良い。
Also in
実施の形態4.
実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の第1熱交換器10の構造を変更したものである。実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400においては、実施の形態1に対する変更点を中心に説明する。実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400の各部については、各図面において同一の機能を有するものは実施の形態1の説明で使用した図面と同一の符号を付して表示するものとする。
A refrigerating
図19は、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400の冷媒回路401の回路図である。図20は、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400の第1熱交換器410の斜視図である。実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400の冷媒回路401は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の第1熱交換器10の第1熱交換部11を分割したものである。実施の形態1に係る第1熱交換部11は、複数の伝熱管20が全て並列しており、冷媒が全ての複数の伝熱管20に同時に流入している。一方、実施の形態4に係る第1熱交換部11は、第1熱交換部11の下部16に位置する複数の伝熱管20と第1熱交換部11の上部15に位置する複数の伝熱管20とを直列に接続するものである。
FIG. 19 is a circuit diagram of
図21は、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400の暖房運転時の特性を示す図である。図21は、冷凍サイクル装置400の低温かつ低圧領域の周辺の圧力とエンタルピーとの推移を示すP-h線図である。実施の形態1の冷凍サイクル装置100は、第2熱交換部12の仕様によっては、第2熱交換部12での圧力損失ΔPが小さく、第2熱交換部12を出た直後の冷媒の圧力が高い場合がある。つまり、図21における点P22のように、第2熱交換部12を出た冷媒は、室外空気よりも温度が高い場合がある。FIG. 21 is a diagram showing the characteristics of the
また、第1膨張装置5の容量、又は開度の分解能により、点P21での冷媒の圧力が十分に下げることが出来ない場合も考えられる。よって、第2熱交換部12及び第1膨張装置5を出て合流した冷媒を更に第1熱交換部11の下部16で減圧し、冷媒を室外空気温度相当の圧力よりも下げる必要がある。このように構成することにより、冷凍サイクル装置400は、蒸発器として用いられる第1熱交換器410の圧力を適正に設定、又は制御することができる。Further, it may be possible that the pressure of the refrigerant at the point P21 cannot be lowered sufficiently due to the capacity of the
このように構成することにより、蒸発器として用いられる第1熱交換器410の周囲の外気温が水の凝固点の近傍、又は凝固点以下であるような場合に、第2熱交換部12だけでなく第1熱交換部11の下部16にも温度の高い冷媒を供給することができる。
By configuring in this way, when the outside air temperature around the
以上に本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施の形態の構成のみに限定されるものではない。例えば、実施の形態1~3に係る第1熱交換器10、210、310は、第1熱交換部11と第2熱交換部12との2つの部分に分ける構造で説明したが、それぞれの熱交換部は適宜分割しても良い。例えば、第1熱交換部11と第2熱交換部12とをそれぞれ同数に分割し、その分割したそれぞれを直列に接続しても良い。さらに、本発明は各実施の形態を組み合わせて構成されていても良い。要するに、いわゆる当業者が必要に応じてなす種々なる変更、応用、利用の範囲をも本発明の要旨(技術的範囲)に含むことを念のため申し添える。
Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited only to the configurations of the above-described embodiments. For example, the
1 冷媒回路、2 圧縮機、3 第2熱交換器、4 送風機、5 第1膨張装置、6 送風機、7 四方弁、10 第1熱交換器、11 第1熱交換部、11a 第1風上側熱交換部、11b 第1風下側熱交換部、12 第2熱交換部、12a 第2風上側熱交換部、12b 第2風下側熱交換部、13a (風上側)集合管、13b (風下側)集合管、14 ヘッダ、14a 上部ヘッダ、14b 下部ヘッダ、15 上部、16 下部、20 伝熱管、21 内部流路、30 フィン、31 切り欠き部、51 第2膨張装置、52 第2膨張装置、80 冷媒配管、90 分岐部、91 合流部、95 バイパス回路、100 冷凍サイクル装置、101 冷媒回路、110 第1熱交換器、111 第1熱交換部、112 第2熱交換部、200 冷凍サイクル装置、201 冷媒回路、210 第1熱交換器、295 バイパス回路、300 冷凍サイクル装置、301 冷媒回路、310 第1熱交換器、400 冷凍サイクル装置、401 冷媒回路、410 第1熱交換器、1100 冷凍サイクル装置、G 質量速度、P0 蒸発器圧力、Re レイノルズ数、Y1 矢印、d 等価直径、ΔP 圧力損失、λ 摩擦損失係数、ρ 作動流体密度。
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
前記第1熱交換器は、
第1熱交換部と、
前記冷媒回路において前記第1熱交換部に直列に接続される第2熱交換部と、
前記第1熱交換部と前記第2熱交換部との間に接続される第2膨張装置と、を備え、
暖房運転時において前記第2熱交換部側から冷媒が流入するように前記冷媒回路に接続され、
前記第1膨張装置は、
前記冷媒回路において前記第2熱交換部と並列に接続され、
前記第2熱交換部は、
前記第1熱交換部の下方に位置し、
前記第2膨張装置は、
前記冷媒回路において前記第1膨張装置と並列に接続され、前記第2熱交換部と直列に接続される、冷凍サイクル装置。 a refrigerant circuit in which a compressor, a first expansion device, and a first heat exchanger that functions as an evaporator during heating operation are connected by refrigerant piping;
The first heat exchanger is
a first heat exchange section;
a second heat exchange section connected in series to the first heat exchange section in the refrigerant circuit;
a second expansion device connected between the first heat exchange section and the second heat exchange section;
connected to the refrigerant circuit so that the refrigerant flows from the second heat exchange portion side during heating operation;
The first expansion device is
connected in parallel with the second heat exchange section in the refrigerant circuit,
The second heat exchange section is
Located below the first heat exchange section,
The second expansion device is
A refrigeration cycle device connected in parallel with the first expansion device and in series with the second heat exchange section in the refrigerant circuit.
前記第2熱交換部の冷媒流路数よりも多い、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 The number of refrigerant passages in the first heat exchange unit is
The refrigerating cycle device according to claim 1, wherein the number of refrigerant flow paths is greater than the number of said second heat exchanging parts.
それぞれ上下方向に並列に並べられた複数の伝熱管を備え、
前記複数の伝熱管のそれぞれは、
扁平管である、請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 The first heat exchanger is
Equipped with multiple heat transfer tubes arranged in parallel in the vertical direction,
Each of the plurality of heat transfer tubes,
The refrigeration cycle device according to claim 1 or 2, which is a flat tube.
暖房運転時に少なくとも一部が凝縮器として機能する第2熱交換器を備え、
前記第2熱交換器と前記第1膨張装置との間で前記冷媒配管が分岐する分岐部を備える、請求項1~3の何れか1項に記載の冷凍サイクル装置。 The refrigerant circuit is
A second heat exchanger that at least partially functions as a condenser during heating operation,
4. The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a branching portion where said refrigerant pipe branches between said second heat exchanger and said first expansion device.
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