JPH08152206A - 冷凍サイクル - Google Patents

冷凍サイクル

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JPH08152206A
JPH08152206A JP29437094A JP29437094A JPH08152206A JP H08152206 A JPH08152206 A JP H08152206A JP 29437094 A JP29437094 A JP 29437094A JP 29437094 A JP29437094 A JP 29437094A JP H08152206 A JPH08152206 A JP H08152206A
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JP
Japan
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refrigerant
heat exchanger
refrigeration cycle
heat
azeotropic mixed
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JP29437094A
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English (en)
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Takeshi Sakai
猛 酒井
Masaaki Satou
全秋 佐藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非共沸混合冷媒の使用にあたり凝縮熱交換器
における冷媒の過冷却を十分にとることができ、冷凍能
力の低下を回避できる冷凍サイクルを提供する。 【構成】 凝縮熱交換器2の冷媒出口側の伝熱管を通る
非共沸混合冷媒の流速が速くなるように構成する。非共
沸混合冷媒の流速が速くなれば、非共沸混合冷媒の自身
の熱伝達率が高くなり、たとえ凝縮熱交換器2の冷媒出
口側の温度と空気温度との差が減少する状況であって
も、十分に過冷却をとることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、非共沸混合冷媒を充
填した冷凍サイクルに関する。
【0002】
【従来の技術】空気調和機などの冷凍サイクルに充填す
る冷媒として、従来、CFC冷媒あるいはHCFC冷媒
などのいわゆる単一冷媒が多く使用されている。これ
は、冷媒循環量および絞りの調節により、冷媒の過冷却
度および過熱度をそれぞれ望みの値に容易に設定するこ
とができる。
【0003】しかしながら、CFC冷媒やHCFC冷媒
などの単一冷媒については、オゾン層破壊の懸念があ
る。この懸念に対処するべく、単一冷媒の代替候補とし
て、HCFC非共沸混合冷媒が有力視されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】非共沸混合冷媒の使用
にあたっては、凝縮熱交換器において必然的に温度勾配
が発生する。このため、凝縮熱交換器の冷媒出口側の温
度と空気温度との差が減少して過冷却をとりにくくな
り、冷凍能力が低下してしまう。
【0005】また、非共沸混合冷媒の使用にあたり、単
一冷媒の使用時と同等の性能を得るべく、平均蒸発温度
が単一冷媒の使用時と同等になるように冷凍サイクルを
構成した場合には、蒸発熱交換器において必然的に温度
勾配が発生する。このため、蒸発熱交換器の冷媒入口側
の温度が単一冷媒の使用時より低くなり、そこに結露や
着霜が生じる。この結露や着霜は熱交換量を減少させ、
冷凍能力の低下を招いてしまう。
【0006】この発明は上記事情を考慮したもので、第
1ないし第5の発明の冷凍サイクルは、非共沸混合冷媒
の使用にあたって凝縮熱交換器における冷媒の過冷却を
十分にとることができ、冷凍能力の低下を回避できる冷
凍サイクルを提供することを目的とする。
【0007】第6の発明の冷凍サイクルは、非共沸混合
冷媒の使用にあたり、蒸発熱交換器における部分的な結
露や着霜による冷凍能力の低下を回避できる冷凍サイク
ルを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1の発明の冷凍サイク
ルは、圧縮機、凝縮熱交換器、絞り手段、および蒸発熱
交換器を順次連通し、非共沸混合冷媒を充填した冷凍サ
イクルであって、凝縮熱交換器の冷媒入口の数を冷媒出
口の数より多く設けた。
【0009】第2の発明の冷凍サイクルは、圧縮機、凝
縮熱交換器、絞り手段、および蒸発熱交換器を順次連通
し、非共沸混合冷媒を充填した冷凍サイクルであって、
凝縮熱交換器の冷媒流路を同凝縮熱交換器を通過する風
の流れと直行する方向に配列するとともに、冷媒流路の
出口側を風の流れの上流側に配置した。
【0010】第3の発明の冷凍サイクルは、圧縮機、凝
縮熱交換器、絞り手段、および蒸発熱交換器を順次連通
し、非共沸混合冷媒を充填した冷凍サイクルであって、
凝縮熱交換器の管の径を冷媒出口側で他の部分より細く
した。
【0011】第4の発明の冷凍サイクルは、圧縮機、凝
縮熱交換器、絞り手段、および蒸発熱交換器を順次連通
し、非共沸混合冷媒を充填した冷凍サイクルであって、
凝縮熱交換器の管の内周面に溝を形成し、その溝の深さ
を冷媒出口側で他の部分より大きくした。
【0012】第5の発明の冷凍サイクルは、圧縮機、凝
縮熱交換器、絞り手段、および蒸発熱交換器を順次連通
し、非共沸混合冷媒を充填した冷凍サイクルであって、
凝縮熱交換器の冷媒出口側の管に絞り手段を設けた。
【0013】第6の発明の冷凍サイクルは、圧縮機、凝
縮熱交換器、絞り手段、および蒸発熱交換器を順次連通
し、非共沸混合冷媒を充填した冷凍サイクルであって、
蒸発熱交換器の各放熱フィンの相互間隔を冷媒入口側で
他の部分より大きくした。
【0014】
【作用】第1の発明の冷凍サイクルでは、凝縮熱交換器
の冷媒出口側を通る非共沸混合冷媒の流速が速くなる。
非共沸混合冷媒の流速が速くなれば、非共沸混合冷媒の
自身の熱伝達率が高くなる。
【0015】第2の発明の冷凍サイクルでは、凝縮熱交
換器を通る風が冷媒流路に均等に当たり、また冷媒流路
の出口側に入口側よりも先に風に当たる。第3の発明の
冷凍サイクルでは、凝縮熱交換器の冷媒出口側を通る非
共沸混合冷媒の流速が速くなる。非共沸混合冷媒の流速
が速くなれば、非共沸混合冷媒の自身の熱伝達率が高く
なる。
【0016】第4の発明の冷凍サイクルでは、凝縮熱交
換器の冷媒出口側の伝熱性が向上するとともに、凝縮熱
交換器の冷媒出口側を通る非共沸混合冷媒の流速が速く
なる。非共沸混合冷媒の流速が速くなれば、非共沸混合
冷媒の自身の熱伝達率が高くなる。
【0017】第5の発明の冷凍サイクルでは、絞り手段
によって冷媒の混合が促進され、非共沸混合冷媒の自身
の熱伝達率が高くなる。第6の発明の冷凍サイクルで
は、蒸発熱交換器の冷媒入口側における各放熱フィンの
相互間に、水分の表面張力に基づくブリッジ状の結露や
着霜が生じなくなる。
【0018】
【実施例】
[1]以下、第1実施例について図面を参照して説明す
る。この第1実施例は、第1の発明(請求項1)に対応
する。図1に示すように、圧縮機1の吐出口に凝縮熱交
換器2が配管接続され、その凝縮熱交換器2に絞り手段
たとえば膨張弁3を介して蒸発熱交換器4が配管接続さ
れる。そして、蒸発熱交換器4に圧縮機1の吸込口が配
管接続され、冷凍サイクルが形成される。
【0019】この冷凍サイクルに、非共沸混合冷媒が充
填される。非共沸混合冷媒は、互いに沸点の異なる冷媒
を混合したものである。凝縮熱交換器2はたとえば室外
熱交換器であり、近傍に凝縮用ファン(室外ファン)5
が設けられる。蒸発熱交換器4はたとえば室内熱交換器
であり、近傍に蒸発熱交換器用ファン(室内ファン)6
が設けられる。
【0020】一般に、非共沸混合冷媒が熱交換器の伝熱
管を通るとき、非共沸混合冷媒の自身の熱伝達率は、非
共沸混合冷媒の流速により大きく変化する。この流速と
熱伝達率の関係を図2に示しており、流速が速いほど熱
伝達率が高くなる。
【0021】この現象に着目し、凝縮熱交換器2が図3
のように構成される。凝縮熱交換器2は、二つの冷媒入
口11,12および一つの冷媒出口13を有している。
冷媒入口11から冷媒出口13にかけて伝熱管14によ
る第1冷媒流路が設けられ、冷媒入口12から冷媒出口
13にかけて伝熱管15による第2冷媒流路が設けられ
る。伝熱管14,15のそれぞれ出口側は一本の伝熱管
にまとめられて冷媒出口13に接続される。
【0022】伝熱管14,15に多数枚の放熱フィン1
6が設けられる。凝縮用ファン5の運転によって凝縮熱
交換器2に送られる風は、各放熱フィン16を通して伝
熱管14,15内の非共沸混合冷媒と熱交換する。この
熱交換により、非共沸混合冷媒が凝縮する。
【0023】このように、凝縮熱交換器2の入口パス数
を出口パス数よりも多くすることにより、冷媒出口13
側の伝熱管を通る非共沸混合冷媒の流速が速くなる。非
共沸混合冷媒の流速が速くなれば、非共沸混合冷媒の自
身の熱伝達率を高くすることができる。
【0024】非共沸混合冷媒の使用にあたっては、前記
したように、凝縮熱交換器2において必然的に温度勾配
が発生するため、凝縮熱交換器2の冷媒出口側の温度と
空気温度との差が減少し、過冷却をとりにくくなる傾向
がある。しかしながら、上記のように、凝縮熱交換器2
の冷媒出口側において非共沸混合冷媒の熱伝達率が高く
なるので、たとえ凝縮熱交換器2の冷媒出口側の温度と
空気温度との差が減少する状況であっても、十分に過冷
却をとることができる。
【0025】こうして、十分に過冷却がとれることによ
り、冷凍能力の低下が回避され、単一冷媒の使用時と同
等の冷凍能力が得られる。 [2]第2実施例について説明する。この第2実施例は
第2の発明(請求項2)に対応する。
【0026】冷凍サイクルの全体の構成は図1と同じ
で、凝縮熱交換器2の構成が第1実施例と異なる。図4
に示すように、凝縮熱交換器2は冷媒入口11および冷
媒出口13を有する。
【0027】伝熱管14に多数枚の放熱フィン16が設
けられる。凝縮用ファン5の運転によって凝縮熱交換器
2に送られる風は、各放熱フィン16を通して伝熱管1
4内の非共沸混合冷媒と熱交換する。この熱交換によ
り、非共沸混合冷媒が凝縮する。
【0028】また、伝熱管14は、当該凝縮熱交換器2
を通過する風(凝縮用ファン5の運転による)の流れと
直行する方向に配列される。さらに、伝熱管14は、出
口側伝熱管14bが風の流れの上流側に配置される。
【0029】このように、出口側伝熱管14bが風上側
にあって入口側伝熱管14aよりも先に風に当たるの
で、出口側を流れる非共沸混合冷媒は効率良く冷却され
る。したがって、非共沸混合冷媒の使用にあたって凝縮
熱交換器2の冷媒出口側の温度と空気温度との差が減少
する状況であっても、十分に過冷却をとることができ
る。
【0030】十分に過冷却がとれることにより、冷凍能
力の低下が回避され、単一冷媒の使用時と同等の冷凍能
力が得られる。 [3]第3実施例について説明する。この第3実施例は
第3の発明(請求項3)に対応する。
【0031】冷凍サイクルの全体の構成は図1と同じ
で、凝縮熱交換器2の構成が第1および第2実施例と異
なる。図5に示すように、凝縮熱交換器2は冷媒入口2
1および冷媒出口22を有する。冷媒入口21から冷媒
出口22にかけて伝熱管23が設けられ、その伝熱管2
3に多数枚の放熱フィン24が設けられる。凝縮用ファ
ン5の運転によって凝縮熱交換器2に送られる風は、各
放熱フィン16を通して伝熱管23内の非共沸混合冷媒
と熱交換する。この熱交換により、非共沸混合冷媒が凝
縮する。
【0032】伝熱管23は、いわゆる異径伝熱管であ
り、冷媒出口側部分23aの径が他の部分の径より細く
なっている。このように、冷媒出口側部分23aの径を
細くすることにより、その冷媒出口側部分23aを通る
非共沸混合冷媒の流速が速くなる。非共沸混合冷媒の流
速が速ければ、非共沸混合冷媒の自身の熱伝達率を高く
することができる。
【0033】非共沸混合冷媒の使用にあたって凝縮熱交
換器2の冷媒出口側の温度と空気温度との差が減少する
状況であっても、上記のように熱伝達率が高ければ、十
分に過冷却をとることができる。
【0034】十分に過冷却がとれることにより、冷凍能
力の低下が回避され、単一冷媒の使用時と同等の冷凍能
力が得られる。 [4]第4実施例について説明する。この第4実施例は
第4の発明(請求項4)に対応する。
【0035】冷凍サイクルの全体の構成は図1と同じ
で、凝縮熱交換器2の構成が第1、第2、および第3実
施例と異なる。図6に示すように、凝縮熱交換器2の冷
媒入口21から冷媒出口22にかけて伝熱管23が設け
られ、その伝熱管23に多数枚の放熱フィン24が設け
られる。
【0036】そして、図7および図8に示すように、伝
熱管23の内周面に、管軸方向に沿う多数の溝25が形
成される。これら溝25は、冷媒出口側部分23aを除
く部分で深さL1 を有し(図7)、図8に示すように冷
媒出口側部分23aで深さL2 (>L1 )を有する(図
8)。
【0037】この場合、冷媒出口側部分23aとそれ以
外の部分で溝25の深さを異ならせるのに伴い、伝熱管
23の管璧の厚さが冷媒出口側部分23aとそれ以外の
部分とで異なっている。
【0038】すなわち、伝熱管23の管璧は、冷媒出口
側部分23aを除く部分で厚さd1を有し(図7)、冷
媒出口側部分23aで厚さd2 (>d1 )を有する(図
8)。換言すると、伝熱管23の内径は、冷媒出口側部
分23aを除く部分で広く、冷媒出口側部分23aで狭
くなっている。
【0039】このように、冷媒出口側部分23aにおい
て溝25の深さを大きくすることにより、冷媒出口側部
分23aの伝熱性が向上する。また、冷媒出口側部分2
3aの内径が狭いことから冷媒出口側部分23aを通る
非共沸混合冷媒の流速が速くなり、非共沸混合冷媒の自
身の熱伝達率が高くなる。
【0040】非共沸混合冷媒の使用にあたって凝縮熱交
換器2の冷媒出口側の温度と空気温度との差が減少する
状況であっても、上記のように伝熱性が向上しかつ熱伝
達率が高くなることで、十分に過冷却をとることができ
る。
【0041】十分に過冷却がとれることにより、冷凍能
力の低下が回避され、単一冷媒の使用時と同等の冷凍能
力が得られる。 [5]第5実施例について説明する。この第5実施例は
第5の発明(請求項5)に対応する。
【0042】冷凍サイクルの全体の構成は図1と同じ
で、凝縮熱交換器2の構成が第1ないし第4実施例と異
なる。図9に示すように、凝縮熱交換器2の冷媒入口2
1から冷媒出口22にかけて伝熱管23が設けられ、そ
の伝熱管23に多数枚の放熱フィン24が設けられる。
そして、伝熱管23の冷媒出口側部分23aに絞り手段
31が設けられる。なお、絞り手段31が設けられる凝
縮熱交換器2の具体的な構成を図10に示している。
【0043】非共沸混合冷媒の自身の熱伝達率は、相変
化時の組成変化により単一成分より低くなる傾向を持つ
が、冷媒の混合を別途手段により促進することで向上さ
せることが可能である。
【0044】すなわち、伝熱管23の冷媒出口側部分2
3aに絞り手段31を設けることにより、冷媒の混合が
促進され、非共沸混合冷媒の自身の熱伝達率が高くな
る。非共沸混合冷媒の使用にあたって凝縮熱交換器2の
冷媒出口側の温度と空気温度との差が減少する状況であ
っても、上記のように熱伝達率が高くなることで、十分
に過冷却をとることができる。
【0045】十分に過冷却がとれることにより、冷凍能
力の低下が回避され、単一冷媒の使用時と同等の冷凍能
力が得られる。なお、絞り手段31に代えてインナーフ
ィンやコイルを冷媒出口側部分23aの内部に設ける構
成としても、同様の効果が得られる。
【0046】[6]第6実施例について説明する。冷凍
サイクルの全体の構成は図1と同じで、蒸発熱交換器4
の構成が第1ないし第5実施例と異なる。
【0047】図11に示すように、蒸発熱交換器4は、冷
媒入口41から冷媒出口42にかけて伝熱管43を設
け、その伝熱管43に多数枚の放熱フィン44を設けて
いる。蒸発用ファン6の運転によって蒸発熱交換器4に
送られる風は、各放熱フィン44を通して伝熱管43内
の非共沸混合冷媒と熱交換する。この熱交換により、非
共沸混合冷媒が蒸発する。
【0048】とくに、伝熱管43は、いわゆる異径伝熱
管であり、冷媒入口側部分43aの径が他の部分の径よ
り細くなっている。このように、冷媒入口側部分43a
の径を細くすることにより、図12のモリエル線図に示し
ているように、蒸発熱交換器4において発生する温度勾
配が低減される。この温度勾配の低減により、蒸発熱交
換器4の冷媒入口側の温度が下がり過ぎる事態が解消さ
れる。
【0049】したがって、非共沸混合冷媒を使用して
も、蒸発熱交換器4の冷媒入口側に結露や着霜が生じ
ず、熱交換量の減少ひいては冷凍能力の低下が回避され
る。 [7]第7実施例について説明する。この第7実施例は
第6の発明(請求項6)に対応する。
【0050】冷凍サイクルの全体の構成は図1と同じ
で、蒸発熱交換器4の構成が第1ないし第6実施例と異
なる。図13に示すように、蒸発熱交換器4は、冷媒入口
41から冷媒出口42にかけて伝熱管43を設け、その
伝熱管43に多数枚の放熱フィン44a,44bを設け
ている。蒸発用ファン6の運転によって蒸発熱交換器4
に送られる風は、各放熱フィン44a,44bを通して
伝熱管43内の非共沸混合冷媒と熱交換する。この熱交
換により、非共沸混合冷媒が蒸発する。
【0051】放熱フィン44aと放熱フィン44bは交
互に配列される。また、放熱フィン44aは冷媒入口4
1から冷媒出口42にかけての伝熱管43の全体に取り
付けられ、放熱フィン44bは伝熱管43の冷媒入口側
部分43aを除く部分に取り付けられている。
【0052】つまり、冷媒入口側部分43aを除く部分
でのフィン間隔D1 に対し、冷媒入口側部分43aでの
フィン間隔はD2 (>D1 )と大きくなる。非共沸混合
冷媒の使用にあたっては、伝熱管43の冷媒入口側部分
43aが冷え易くなってそこに結露や着霜が生じる傾向
がある。とくに、水分の表面張力により、各放熱フィン
の相互間にブリッジ状の結露や着霜が生じる傾向があ
る。
【0053】上記のように冷媒入口側部分43aにおい
て各放熱フィンの相互間隔が大きくなれば、結露や着霜
を完全に防ぐことはできないまでも、各放熱フィンの相
互間にブリッジ状の結露や着霜が生じる最悪の事態は解
消される。
【0054】ブリッジ状の結露や着霜は通風を妨げるも
のであり、それが無くなることにより、冷媒入口側部分
43aでの熱交換量の減少ひいては冷凍能力の低下が回
避される。なお、この第7実施例と第6実施例を組み合
わせることも可能であり、その場合は蒸発熱交換器4の
性能向上をさらに高めることができる。
【0055】
【発明の効果】以上述べたように、第1ないし第5の発
明の冷凍サイクルは、非共沸混合冷媒の使用にあたって
凝縮熱交換器における冷媒の過冷却を十分にとることが
でき、冷凍能力の低下を回避できる。第6の発明の冷凍
サイクルは、非共沸混合冷媒の使用にあたり、蒸発熱交
換器における部分的な結露や着霜による冷凍能力の低下
を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】各実施例の冷凍サイクルの構成図。
【図2】各実施例における非共沸混合冷媒の流速と熱伝
達率の関係を示す図。
【図3】第1実施例における凝縮熱交換器の構成図。
【図4】第2実施例における凝縮熱交換器の構成図。
【図5】第3実施例における凝縮熱交換器の構成図。
【図6】第4実施例における凝縮熱交換器の構成図。
【図7】第4実施例における凝縮熱交換器の伝熱管の冷
媒出口側以外の断面図。
【図8】第4実施例における凝縮熱交換器の伝熱管の冷
媒出口側の断面図。
【図9】第5実施例における凝縮熱交換器の構成図。
【図10】第5実施例における凝縮熱交換器の外観斜視
図。
【図11】第6実施例における蒸発熱交換器の構成図。
【図12】第6実施例における冷媒のモリエル線図。
【図13】第7実施例における蒸発熱交換器の構成図。
【符号の説明】
1…圧縮機、2…凝縮熱交換器、3…膨張弁(絞り手
段)、4…蒸発熱交換器、11,12…冷媒入口、13
…冷媒出口、14…伝熱管(第1流路)、15…伝熱管
(第2流路)、16…放熱フィン。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機、凝縮熱交換器、絞り手段、およ
    び蒸発熱交換器を順次連通し、非共沸混合冷媒を充填し
    た冷凍サイクルにおいて、 前記凝縮熱交換器の冷媒入口の数を冷媒出口の数より多
    く設けたことを特徴とする冷凍サイクル。
  2. 【請求項2】 圧縮機、凝縮熱交換器、絞り手段、およ
    び蒸発熱交換器を順次連通し、非共沸混合冷媒を充填し
    た冷凍サイクルにおいて、 前記凝縮熱交換器の冷媒流路を同凝縮熱交換器を通過す
    る風の流れと直行する方向に配列するとともに、冷媒流
    路の出口側を風の流れの上流側に配置したことを特徴と
    する冷凍サイクル。
  3. 【請求項3】 圧縮機、凝縮熱交換器、絞り手段、およ
    び蒸発熱交換器を順次連通し、非共沸混合冷媒を充填し
    た冷凍サイクルにおいて、 前記凝縮熱交換器の管の径を冷媒出口側で他の部分より
    細くしたことを特徴とする冷凍サイクル。
  4. 【請求項4】 圧縮機、凝縮熱交換器、絞り手段、およ
    び蒸発熱交換器を順次連通し、非共沸混合冷媒を充填し
    た冷凍サイクルにおいて、 前記凝縮熱交換器の管の内周面に溝を形成し、その溝の
    深さを冷媒出口側で他の部分より大きくしたことを特徴
    とする冷凍サイクル。
  5. 【請求項5】 圧縮機、凝縮熱交換器、絞り手段、およ
    び蒸発熱交換器を順次連通し、非共沸混合冷媒を充填し
    た冷凍サイクルにおいて、 前記凝縮熱交換器の冷媒出口側の管に絞り手段を設けた
    ことを特徴とする冷凍サイクル。
  6. 【請求項6】 圧縮機、凝縮熱交換器、絞り手段、およ
    び蒸発熱交換器を順次連通し、非共沸混合冷媒を充填し
    た冷凍サイクルにおいて、 前記蒸発熱交換器の各放熱フィンの相互間隔を冷媒入口
    側で他の部分より大きくしたことを特徴とする冷凍サイ
    クル。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7824725B2 (en) 2007-03-30 2010-11-02 The Coca-Cola Company Methods for extending the shelf life of partially solidified flowable compositions
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