JPS636792B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は蒸発器あるいは凝縮器に切り換えて
用いることのできる熱交換器に関するものであ
る。

従来のこの種の熱交換器を用いた冷暖房装置の
構成を第１図に示してある。すなわち、この第１
図において、１は圧縮機、２はこの圧縮機からの
管路を切り換える四方切換え弁、３は室外側熱交
換器、４は第１の減圧器、例えば第１の毛細管、
５は室内側熱交換器、６はアキユムレータであつ
て、これらは公知のように管路を用いて相互に接
続され、閉循環系の冷暖房器を構成している。

また前記室内側熱交換器５は、第１ないし第３
の熱交換部７ないし９に分離されていて、それぞ
れに伝熱管１０とフイン１１とからなつており、
第１の熱交換部７の他方の管口は気液分離器１２
の気液２相管口１３に、第２の熱交換部８の一方
の管口は同液管口１４にそれぞれ接続され、かつ
第２および第３の熱交換部８，９の他方の管口は
相互に結合されると共に、前記気管口１５と第３
の熱交換部９との間には第２の減圧器、例えば第
２の毛細管１６が介在されている。前記気液分離
器１２は第２図のような構成を有しており、この
第２図において１７は液化された冷媒、１８はガ
ス化された冷媒である。なお、第１図における冷
媒の液、ガスの状況は、前記熱交換器５を蒸発器
として用いた場合である。

前記従来構成において、冷房運転時は冷媒が実
線で示す流れとなる。すなわち、この冷房運転時
にあつて、圧縮機１により圧縮された高温高圧の
冷媒は、四方切換え弁２を通り、室外側熱交換器
３に至つて冷却され凝縮液化される。そしてこの
液化された冷媒は、第１の毛細管４で減圧されて
低温低圧とされたのちに室内側熱交換器５に至
る。

室内側熱交換器５では、まず第１の熱交換部７
において室内空気と熱交換されることにより一部
がガス化されて、例えば第２図にみられるよう
に、気液２相管口１３部でのような液化冷媒１７
とガス化冷媒１８の流れとなる。そしてこのよう
な状態のまゝで、さらに室内空気との熱交換を行
なわせると、ガス化冷媒が益々多くなつて冷媒の
伝熱特性が悪化し、かつ圧力損失も大きくなるた
めに、気液分離器１２によりすでに蒸発したガス
化冷媒１８を気管口１５から取り出し、かつ再び
液割合の多くなつた冷媒を液管口１４から取り出
す。

ついで液管口１４からの冷媒は、第２の熱交換
部８において再び室内空気と熱交換されてガス化
され、また一方、気管口１５からの冷媒は、その
殆んどがガスであるが、幾分液滴などを含むこと
があるために、第２の毛細管１６により圧力およ
び流量が調整されたのちに、第３の熱交換部９に
おいて液滴を蒸発ガス化させる。すなわち、気液
分離器１２で完全に液とガスとが分離されるので
あれば、第３の熱交換部９は必要でない。最後に
これらの第２および第３の熱交換部８，９からの
ガス化冷媒は一緒になつて、四方切換え弁２から
アキユムレータ６を経て再び圧縮機１に戻り、以
上の作用を繰り返して室内空気の冷房を行なう。

また暖房運転時には、前記四方切換え弁２の切
り換えにより、冷媒の流れは点線で示すようにな
り、圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒ガス
は、室内側熱交換器５に至つて、第３の熱交換部
９と第２の熱交換部８とに分流されるが、第３の
熱交換部９は伝熱管の長さも短かくて室内空気と
の熱交換量も少ないために、こゝでは殆んど凝縮
されず、いわば第２の熱交換部８をバイパスする
流れとなり、第２の毛細管１６を通つて気液分離
器１２の気管口１５に流れる。一方、このバイパ
スにより減量されて第２の熱交換部８を通る冷媒
は、こゝで室内空気と熱交換されて凝縮し、その
多くが液化されたのちに気液分離器１２の液管口
１４に流れ、前記気管口１５からの流れと混合
し、第２図でのような環状流に近い流れとなつて
第１の熱交換部７を通る。

そしてこの第１の熱交換部７においても、室内
空気と熱交換されるが、気液分離器１２の気管口
１５からのガス化冷媒１８は、環状部での液化冷
媒１７を介しての熱交換により凝縮されるために
その伝熱性能が劣化することゝなり、このような
第２の熱交換部８をバイパスした第３の熱交換部
９からのガス化冷媒の第１の熱交換部７における
凝縮熱伝達の劣化と、また第２の熱交換部８での
冷媒流量の減少に伴なう凝縮熱伝達の劣化などが
原因となつて、室内側熱交換器５の出口の冷媒は
完全に凝縮液化されるまでには至らずに第１の毛
細管４に流れることが多く、さらにこの第１の毛
細管４を経て低温、低圧となつた冷媒は、室外側
熱交換器３で蒸発し、ガス化されたのちに四方切
換え弁２から圧縮機１に戻り、以上の作用を繰り
返して室内空気の暖房を行なうのである。

従つて、このように構成された従来のこの種の
熱交換器では、これを蒸発器として用いるとき
は、効率がよいのであるが、流れの方向が逆にな
る凝縮器として用いるときは、ガス化冷媒が入口
側の熱交換部を一部パイパスする流れとなること
でその性能が低下するという欠点があつた。

この発明は従来のこのような欠点に鑑み、熱交
換部間のバイパス流路に逆止弁を介在させること
により、熱交換器を凝縮器として用いる場合のバ
イパス流れを阻止し、これによつて凝縮器として
の性能を劣化させることのないようにしたもので
ある。

以下、この発明に係わる熱交換器の実施例につ
き、第３図ないし第５図を参照して詳細に説明す
る。

これらの第３図ないし第５図はこの発明の各別
の実施例である。各図において前記第１図および
第２図と同一符号は同一または相当部分を示して
おり、また１９は前記第２の毛細管１６と直列に
挿入された第１の逆止弁である。

第３図実施例において室内側熱交換器５は、第
１ないし第５の熱交換部２０ないし２４からなつ
ており、第２の熱交換部２１と第３の熱交換部２
２との間には、凝縮時に気液分離を行なう第２の
気液分離器２５が介装され、この第２の気液分離
器２５の気液２相管口２６と第３の熱交換部２２
の一方の管口、気管口２７と第２の熱交換部２１
の他方の管口とがそれぞれに接続され、また液管
口２８と第１の熱交換部２０の他方の管口とが第
２の逆止弁３０を介して接続され、かつ第１の熱
交換部２０の一方の管口と第２の熱交換部２１の
一方の管口とは第３の毛細管２９を介して接続さ
れ、さらに第３の熱交換部２２ないし第５の熱交
換部２４の接続関係は前記従来例での第１の熱交
換部７ないし第３の熱交換部９と同様にしてあ
る。

この第３図実施例の構成において、冷房運転時
の冷媒の流れは実線のようになる。すなわち、圧
縮機１により圧縮された高温高圧の冷媒は、四方
切換え弁２を通り、室外側熱交換器３に至つて冷
却され凝縮液化される。そしてこの液化された冷
媒は、第１の毛細管４で減圧されて低温低圧とさ
れたのちに室内側熱交換器５に至る。

室内側熱交換器５では、まず第２の熱交換部２
１に入り、第２の気液分離器２５を経て第３の熱
交換部２２に至り、これらの各熱交換部２１，２
２で室内空気と熱交換されて一部がガス化され
る。そしてこの状態でさらに熱交換を続けると、
ガス冷媒が益々多くなつて冷媒の伝熱特性が悪く
なり、かつ圧力損失も大きくなるために、前記第
３の熱交換部２２を出た気液混合の冷媒を第１の
気液分離器１２に導いて、従来例と同様にすでに
蒸発したガス冷媒１８を気管口１５から取り出
し、これによつて再度液の割合いの多くなつた冷
媒を液管口１４から第４の熱交換部２３に導いて
室内空気と熱交換させ蒸発させる。

一方、第１の気液分離器１２の気管口１５から
の冷媒は、その殆んどがガスであるが若干の液滴
などを含むことがあるために、第２の毛細管１６
で圧力、流量を調整し、かつ第１の逆止弁１９を
経て第５の熱交換部２４に導き、こゝで残された
液滴を蒸発ガス化したのち、前記第４の熱交換部
２３からのガス冷媒と合派し、四方切換え弁２か
らアキユムレータ６より再び圧縮機１に戻り、以
上の作用を繰り返して室内空気の冷房を行なう。

ついで暖房運転時には、前記四方切換え弁２の
切換えにより、冷媒の流れは点線で示すようにな
り、圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒ガス
は、室内側熱交換器５に至つて、第１の逆止弁１
９のためにすべて第４図の熱交換部２３からの第
１の気液分離器１２を経て第３の熱交換部２２に
流れ、これらの各熱交換部２３，２２で室内空気
と熱交換されて一部凝縮し液化される。そしてこ
の状態でさらに熱交換を続けると、凝縮は液膜を
通しての伝熱であるために、液膜の増加と共に、
凝縮熱伝達が低下するため、前記第３の熱交換部
２２を出た気液混相の冷媒を第２の気液分離器２
５に導き、こゝですでに凝縮した液冷媒と未凝縮
のガス冷媒とを分離し、未凝縮ガスを多く含む冷
媒を気管口２７から第２の熱交換部２１に導いて
凝縮液化させる。

一方、第２の気液分離器２５の液管口２８から
の冷媒は、その殆んどが液状態であるが、一部に
ガスを含むことがあるために、第２の逆止弁３０
を出たあと第１の熱交換部２０により完全に凝縮
液化させ、第２の毛細管２９を経て、第２の熱交
換部２１からの液冷媒と合流し、第１の毛細管４
で減圧され低温低圧となつて室外側熱交換器３に
至り、こゝで外気と熱交換され、蒸発ガス化した
のち四方切換え弁２からアキユウムレータ６を経
て再び圧縮機１に戻り、以上の作用を繰り返して
室内空気の暖房を行なうのである。

また、前記第３図実施例では、各気液分離器１
２，２５で分離したところの、蒸発器として使用
する場合のガス中に含まれる液滴冷媒、あるいは
凝縮器として使用する場合の液中に含まれるガス
冷媒を、完全に蒸発、あるいは凝縮させるため
に、それぞれに専用の第５および第１の熱交換部
２４，２０を設けたが、これらは蒸発器とする場
合、第１の熱交換部２０が、凝縮器とする場合、
第５の熱交換部２４が使われないため、その改善
のためには第４図の構成としてもよい。

この第４図実施例では、前記第１の気液分離器
１２の気管口１５からの冷媒と、第４の熱交換部
２３からの冷媒とが合流して第５の熱交換部を通
るようにし（蒸発器としての使用時）、また第２
の気液分離器２５の液管口２８からの冷媒と、第
２の熱交換部２１からの冷媒とが合流して第１の
熱交換部２０を通るようにし（凝縮器としての使
用時）、その遊休を避けるようにしたものである。
すなわち、この第４図実施例の場合、冷房運転時
は、第１の気液分離器１２により液とガスとに分
離したのち、液を多く含む冷媒は第４の熱交換部
２３を経てその大部分がガス化したのち、一部液
滴を含む冷媒と合流して第５の熱交換部２４によ
り完全にガス化させるようにし、また暖房運転時
は、第２の気液分離器２５によりガスと液とに分
離したのち、ガスを多く含む冷媒は第２の熱交換
部２１を経てその大部分が凝縮液化したのち、一
部ガスを含む冷媒と合流して第１の熱交換部２０
により完全に液化させるようにするのである。

さらに、前記各気液分離器１２，２５において
気液分離が完全に行なわれる場合には、前記第３
図、第４図各実施例での第１および第５相当の熱
交換部２０，２４を省略して第５図実施例の構造
としてもよい。

そしてまた前記第３図実施例において、室内側
熱交換器５を凝縮器として使用する場合、第２の
気液分離器２５からの液冷媒中に一部含まれてい
るガス冷媒の凝縮のために、第１の熱交換部２０
を一体的に構成させたが、必ずしも一体化させる
必要はなく、例えばこのとき蒸発器として使用す
る室外側熱交換器３の出口側の低温冷媒と熱交換
させる構成としてもよく、かつ室外側熱交換器に
も気液分離器を設けてもよい。

なおまた、前記第１の気液分離器１２と第５の
熱交換部２４、および第２の気液分離器２５と第
１の熱交換部２０の組み合わせは、各実施例と同
等に限定されず、これらを任意に組み合わせても
よい。さらに第２、第３の毛細管１６，２９は、
それぞれに直列に介装させた各逆止弁１９，３０
あるいは配管での抵抗で充分にその流量、圧力調
整が行なえるときは特に設けなくてよい。

こゝで前記各実施例は、空気対冷媒の熱交換器
を対象に述べたが、水対冷媒の熱交換器にも適用
できることは勿論である。

以上詳述したようにこの発明によれば、熱交換
器をそれぞれに蒸発器あるいは凝縮器に切り換え
使用する場合、蒸発器としてのときは気液分離器
の気管口側、凝縮器としてのときは気液分離器の
液管口側にそれぞれ逆止弁を設けることにより、
効率よく熱交換を行なうことができ、簡単な構成
であるにも拘らずその効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例での冷房あるいは暖房に切換え
使用する熱交換器を示す概要構成図、第２図は同
上気液分離器の断面説明図、第３図ないし第５図
はこの発明に係わる熱交換器の各別の実施例を示
す概要構成図である。 ５……室内側熱交換器、１０……伝熱管、１１
……フイン、１２，２５……第１、第２の気液分
離器、１３，２６……第１、第２の気液２相管
口、１４，２８……第１、第２の液管口、１５，
２７……第１、第２の気管口、１６，２９……第
２、第３の毛細管、１７……液冷媒、１８……ガ
ス冷媒、１９，３０……第１、第２の逆止弁、２
０ないし２４……第１ないし第５の熱交換部。
尚、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも第２、第３、第４の部分に区分さ
   れ、第２の部分の一方の管口と第４の部分の他方
   の管口とを、熱交換系に直接、もしくはそれぞれ
   に第１、第２の減圧部を介して組み込んだ熱交換
   部と、前記第３の熱交換部の他方の管口に気液２
   相管口を、第４の熱交換部の一方の管口に液管口
   を、第４の熱交換部の他方の管口、もしくは前記
   第２の減圧部に第１の逆止弁を介して気管口をそ
   れぞれに接続させ、蒸発器としての使用時に液冷
   媒を液管口に、ガス冷媒を気管口にそれぞれ分離
   する第１の気液分離器と、前記第３の熱交換部の
   一方の管口に気液２相管口を、第２の熱交換部の
   他方の管口に気管口を、第２の熱交換部の一方の
   管口、もしくは前記第１の減圧部に第２の逆止弁
   を介して液管口をそれぞれに接続させ、凝縮器と
   しての使用時にガス冷媒を気管口に、液冷媒を液
   管口にそれぞれ分離する第２の気液分離器とを備
   えたことを特徴とする熱交換器。 ２ 第２ないし第４の熱交換部と、第１および第
   ２の減圧部とを一体化構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の熱交換器。