JPWO2015063858A1 - 熱交換器、及び、空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、以下で説明する構成、動作等は、一例にすぎず、本発明に係る管継手は、そのような構成、動作等である場合に限定されない。また、各図において、同一又は類似するものには、同一の符号を付すか、又は、符号を付すことを省略している。また、細かい構造については、適宜図示を簡略化又は省略している。また、重複又は類似する説明については、適宜簡略化又は省略している。
実施の形態1に係る熱交換器について説明する。
<熱交換器の構成>
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の構成について説明する。
(熱交換器の概略構成)
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の概略構成について説明する。
図1は、実施の形態1に係る熱交換器の、斜視図である。
図1に示されるように、熱交換器1は、熱交換部2と、分配合流部3と、を有する。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の積層型ヘッダの構成について説明する。
図2は、実施の形態1に係る熱交換器の、積層型ヘッダの分解した状態での斜視図である。なお、図2では、積層型ヘッダ51の分配合流流路51aが、分配流路として機能する場合の冷媒の流れを、矢印で示している。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の筒型ヘッダの構成について説明する。
図3は、実施の形態1に係る熱交換器の、筒型ヘッダの斜視図である。なお、図3では、筒型ヘッダ61の分配合流流路61aが、合流流路として機能する場合の冷媒の流れを、矢印で示している。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の熱交換部及び分配合流部の接続について説明する。
図4及び図5は、実施の形態1に係る熱交換器の、熱交換部及び分配合流部の接続を説明する図である。なお、図5は、図4におけるA−A線での断面図である。
なお、風上側伝熱管22及び風下側伝熱管32は、図5に示されるように、風上側伝熱管22の一方の端部22b及び他方の端部22cと、風下側伝熱管32の一方の端部32b及び他方の端部32cと、が、熱交換器1を側方視した状態において千鳥状になるように、配設されていてもよく、また、図6に示されるように、碁盤状になるように、配設されていてもよい。
また、図7及び図8に示されるように、風上側伝熱管22の他方の端部22cと、その風上側伝熱管22の隣の段の風上側伝熱管22の一方の端部22bと、が風上側段渡り管44と風上側同心管継手41Aとを用いて接続され、風下側伝熱管32の他方の端部32cと、その風下側伝熱管32の隣の段の風下側伝熱管32の一方の端部32bと、が風下側段渡り管45と風下側同心管継手42Aとを用いて接続されていてもよい。風上側段渡り管44及び風下側段渡り管45は、例えば、円弧状に曲げられた円管、楕円管等である。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の風上側同心管継手及び風下側同心管継手の構造の詳細について説明する。
図9は、実施の形態1に係る熱交換器の、風上側同心管継手及び風下側同心管継手の構造を示す図である。なお、図9では、風上側同心管継手41A及び風下側同心管継手42Aを正面視した状態での断面図と、それらを側面視した状態での断面図と、それらの上面図と、それらの下面図と、を示している。また、図9では、風上側同心管継手41A及び風下側同心管継手42Aの、一方の端部72及び他方の端部73に接続される管が、点線で図示される。また、図9では、積層型ヘッダ51の接続管57及び筒型ヘッダ61の接続管64が円管である場合を示している。
また、貫通部71の、一方の端部72と他方の端部73との間の領域に、一方の端部72の内周面の断面形状を他方の端部73の内周面の断面形状に連続的に変化させる形状変換部74が形成される。図10に示されるように、貫通部71に、形状変換部74が形成されていない、つまり、一方の端部72と他方の端部73とが直接連通される場合には、一方の端部72の隅部で渦が生じ、風上側同心管継手41A及び風下側同心管継手42Aを通過する冷媒に圧力損失が生じてしまうこととなるが、貫通部71の、一方の端部72と他方の端部73との間の領域に、形状変換部74が形成されることで、そのような現象が抑制される。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の風上側偏心管継手及び風下側偏心管継手の構造の詳細について説明する。
図11は、実施の形態1に係る熱交換器の、風上側偏心管継手及び風下側偏心管継手の構造を示す図である。なお、図11では、正面視した状態での、風上側偏心管継手41B及び風下側偏心管継手42Bの断面と、その周辺部材を図示している。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器が適用される空気調和装置の構成について説明する。
図12及び図13は、実施の形態1に係る熱交換器が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。なお、図12は、空気調和装置91が暖房運転する場合を示している。また、図13は、空気調和装置91が冷房運転する場合を示している。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器、及び、その熱交換器が適用される空気調和装置の動作について説明する。
(暖房運転時の熱交換器及び空気調和装置の動作)
以下に、図12を用いて、暖房運転時の冷媒の流れについて説明する。
圧縮機92から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁93を介して室内熱交換器96に流入し、室内ファン98によって供給される空気との熱交換によって凝縮することで、室内を暖房する。凝縮した冷媒は、高圧の過冷却液状態となり、室内熱交換器96から流出し、絞り装置95によって、低圧の気液二相状態の冷媒となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器94に流入し、室外ファン97によって供給される空気と熱交換を行い、蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧の過熱ガス状態となり、室外熱交換器94から流出し、四方弁93を介して圧縮機92に吸入される。つまり、暖房運転時には、室外熱交換器94は、蒸発器として作用する。
以下に、図13を用いて、冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。
圧縮機92から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁93を介して室外熱交換器94に流入し、室外ファン97によって供給される空気と熱交換を行い、凝縮する。凝縮した冷媒は、高圧の過冷却液状態、もしくは、低乾き度状態となり、室外熱交換器94から流出し、絞り装置95によって、低圧の気液二相状態となる。低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器96に流入し、室内ファン98によって供給される空気との熱交換によって蒸発することで、室内を冷却する。蒸発した冷媒は、低圧の過熱ガス状態となり、室内熱交換器96から流出し、四方弁93を介して圧縮機92に吸入される。つまり、冷房運転時には、室外熱交換器94は、凝縮器として作用する。
以下に、実施の形態1に係る熱交換器の作用について説明する。
熱交換器1では、風上側偏心管継手41B及び風下側偏心管継手42Bにおいて、一方の端部72の中心軸と他方の端部73の中心軸とが、互いに偏心される。そのため、風上側伝熱管22及び風下側伝熱管32に流入する流体のそれぞれのバランスが、最適化される。
つまり、熱交換部2が蒸発器として作用する場合においては、図14及び図15に示されるように、冷媒は、室外ファン97の駆動によって生じる空気流れと並行流になる関係で、つまり、風上側伝熱管22から風下側伝熱管32に流れ、列渡り管43から風下側偏心管継手42Bに気液二相状態で流入する。列渡り管43を通過する気液二相状態の冷媒は、遠心力の影響を受け、密度の大きい冷媒が外側を流れ、密度の小さい冷媒が内側を流れることとなる。そのため、風下側偏心管継手42Bにおいて、一方の端部72の中心軸と他方の端部73の中心軸との偏心量Zが、Z=0である場合には、風下側偏心管継手42Bに流入した液冷媒は、風下側伝熱管32のL点側に、S点側と比較して多く流入することとなる。
また、熱交換部2が凝縮器として作用する場合においては、図16及び図17に示されるように、冷媒は、室外ファン97の駆動によって生じる空気流れと対向流になる関係で、つまり、風下側伝熱管32から風上側伝熱管22に流れ、列渡り管43から風上側偏心管継手41Bに気液二相状態で流入する。列渡り管43を通過する気液二相状態の冷媒は、遠心力の影響を受け、密度の大きい冷媒が外側を流れ、密度の小さい冷媒が内側を流れることとなる。そのため、風上側偏心管継手41Bにおいて、一方の端部72の中心軸と他方の端部73の中心軸との偏心量Zが、Z=0である場合には、風上側偏心管継手41Bに流入した液冷媒は、風上側伝熱管22のL点側に、S点側と比較して多く流入することとなる。
実施の形態2に係る熱交換器について説明する。
なお、実施の形態1と重複又は類似する説明は、適宜簡略化又は省略している。
<熱交換器の構成>
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の構成について説明する。
(熱交換器の概略構成)
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の概略構成について説明する。
図18は、実施の形態2に係る熱交換器の、斜視図である。
図18に示されるように、熱交換部2は、風上側熱交換部21のみを有する。風上側伝熱管22は、熱交換部2を通過する空気の通過方向(図中白抜き矢印)と交差する方向に、複数段配設される。複数の風上側伝熱管22のそれぞれは、一方の端部と他方の端部との間がヘアピン状に折り曲げられて、折返し部22aが形成される。複数の風上側伝熱管22のそれぞれの一方の端部と他方の端部とは、積層型ヘッダ51と対向するように並設される。
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の熱交換部及び分配合流部の接続について説明する。
図19及び図20は、実施の形態2に係る熱交換器の、熱交換部及び分配合流部の接続を説明する図である。なお、図20は、図19におけるB−B線での断面図である。
図21に示されるように、風上側伝熱管22の他方の端部22cと、その風上側伝熱管22の隣の段の風上側伝熱管22の一方の端部22bと、が風上側段渡り管44と風上側同心管継手41Aとを用いて接続されていてもよい。
以下に、実施の形態2に係る熱交換器、及び、その熱交換器が適用される空気調和装置の動作について説明する。
(暖房運転時の熱交換器及び空気調和装置の動作)
図22は、実施の形態2に係る熱交換器が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。なお、図22は、空気調和装置91が暖房運転する場合を示している。
以下に、図22を用いて、暖房運転時の冷媒の流れについて説明する。
室外熱交換器94において、冷媒は、積層型ヘッダ51の分配合流流路51aに流入して分配され、風上側同心管継手41Aを通過して、風上側熱交換部21の風上側伝熱管22に流入する。風上側伝熱管22に流入した冷媒は、風上側同心管継手41Aを通過して、筒型ヘッダ61の分配合流流路61aに流入して合流される。
図23は、実施の形態2に係る熱交換器が適用される空気調和装置の、構成を示す図である。なお、図23は、空気調和装置91が冷房運転する場合を示している。
以下に、図23を用いて、冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。
室外熱交換器94において、冷媒は、筒型ヘッダ61の分配合流流路61aに流入して分配され、風上側同心管継手41Aを通過して、風上側熱交換部21の風上側伝熱管22に流入する。風上側伝熱管22に流入した冷媒は、風上側同心管継手41Aを通過して、積層型ヘッダ51の分配合流流路51aに流入して合流される。
以下に、実施の形態2に係る熱交換器の作用について説明する。
熱交換器1では、実施の形態1に係る熱交換器1と同様に、風上側同心管継手41Aにおいて、一方の端部72の長軸方向の内径をW1、短軸方向の内径をW2とすると、他方の端部73の断面形状の全周方向での内径D(D1、D2)が、W2≦D≦W1であるため、小型化することと、圧力損失を低減することとが両立される。そのため、熱交換部2と分配合流部3との間隔を狭くして、熱交換部2の容積を拡大することができ、熱交換効率が向上される。そして、熱交換効率の向上に伴って、冷凍サイクルの運転効率が向上され、省エネ性能が向上される。また、冷凍サイクルの性能を維持しつつ、熱交換器1を省スペース化することも可能である。
Claims (13)
- 貫通部が形成され、該貫通部の一方の端部に扁平管が接続され、該貫通部の他方の端部に該扁平管と断面形状が異なる他の管が接続される管継手であって、
前記一方の端部の中心軸と前記他方の端部の中心軸とが、互いに偏心された、
ことを特徴とする管継手。 - 前記他方の端部の、中心軸と垂直な断面での全周方向の内径Dは、前記一方の端部の、長軸方向の内径W1以下で、且つ、短軸方向の内径W2以上である、
ことを特徴とする請求項1に記載の管継手。 - 前記一方の端部の内周面に、前記扁平管の外周面が接合され、
前記他方の端部の内周面に、前記他の管の外周面が接合され、
前記貫通部の、前記一方の端部と前記他方の端部との間の領域に、該一方の端部の内周面の断面形状を該他方の端部の内周面の断面形状に連続的に変化させる形状変換部が形成され、
前記他方の端部の内周面の、前記他の管の外周面が接合される領域は、前記形状変換部に隣接する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の管継手。 - 貫通部が形成され、該貫通部の一方の端部に扁平管が接続され、該貫通部の他方の端部に該扁平管と断面形状が異なる他の管が接続される管継手であって、
前記一方の端部の内周面に、前記扁平管の外周面が接合され、
前記他方の端部の内周面に、前記他の管の外周面が接合され、
前記貫通部の、前記一方の端部と前記他方の端部との間の領域に、該一方の端部の内周面の断面形状を該他方の端部の内周面の断面形状に連続的に変化させる形状変換部が形成され、
前記他方の端部の内周面の、前記他の管の外周面が接合される領域は、前記形状変換部に隣接する、
ことを特徴とする管継手。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の管継手と、
前記管継手の前記一方の端部に、少なくとも一方の端部が接続された前記扁平管と、該扁平管の風上側又は風下側に配設された他の扁平管とを有する熱交換部と、
を備え、
前記扁平管に接続された前記管継手の前記他方の端部と、前記他の扁平管と、が列渡り管で接続され、
前記扁平管に接続された前記管継手の前記他方の端部の中心軸と、前記他の扁平管の中心軸と、の間の距離は、前記扁平管に接続された前記管継手の前記一方の端部の中心軸と、前記他の扁平管の中心軸と、の間の距離と比較して短い、
ことを特徴とする熱交換器。 - 前記熱交換部が蒸発器として作用する場合に、
前記他の扁平管は、前記扁平管の風上側に配設された、
ことを特徴とする請求項5に記載の熱交換器。 - 前記熱交換部が凝縮器として作用する場合に、
前記他の扁平管は、前記扁平管の風下側に配設された、
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の熱交換器。 - 貫通部が形成され、該貫通部の一方の端部に扁平管が接続され、該貫通部の他方の端部に該扁平管と断面形状が異なる他の管が接続された管継手と、
前記管継手の前記一方の端部に、少なくとも一方の端部が接続された前記扁平管が、風上側と風下側とに配設された熱交換部と、
前記熱交換部に接続され、風上側に配設されたヘッダ及び風下側に配設されたヘッダと、
を備え、
前記風上側に配設された扁平管に接続された前記管継手の前記他方の端部と、前記風下側に配設された扁平管に接続された前記管継手の前記他方の端部と、が列渡り管で接続され、
前記列渡り管は、前記熱交換部と、前記風上側に配設されたヘッダと、前記風下側に配設されたヘッダと、の間に配設され、
前記管継手は、前記他方の端部の、中心軸と垂直な断面での全周方向の内径Dが、前記一方の端部の、長軸方向の内径W1以下で、且つ、短軸方向の内径W2以上である、
ことを特徴とする熱交換器。 - 前記列渡り管の流路断面積は、前記扁平管の流路断面積と比較して大きい、
ことを特徴とする請求項5〜8のいずれか一項に記載の熱交換器。 - 請求項4に記載の管継手と、
前記管継手の前記一方の端部に、少なくとも一方の端部が接続された前記扁平管が設けられた熱交換部と、
冷媒を分配して流出する分配流路、又は、冷媒を合流して流出する合流流路が形成され、前記管継手の前記他方の端部に、該分配流路の出口側の接続管又は該合流流路の入口側の接続管が接続されたヘッダと、
を備えたことを特徴とする熱交換器。 - 貫通部が形成され、該貫通部の一方の端部に扁平管が接続され、該貫通部の他方の端部に該扁平管と断面形状が異なる他の管が接続された管継手と、
前記管継手の前記一方の端部に、少なくとも一方の端部が接続された前記扁平管が設けられた熱交換部と、
冷媒を分配して流出する分配流路、又は、冷媒を合流して流出する合流流路が形成され、前記管継手の前記他方の端部に、該分配流路の出口側の接続管又は該合流流路の入口側の接続管が接続されたヘッダと、
を備え、
前記管継手は、前記他方の端部の、中心軸と垂直な断面での全周方向の内径Dが、前記一方の端部の、長軸方向の内径W1以下で、且つ、短軸方向の内径W2以上である、
ことを特徴とする熱交換器。 - 前記接続管の流路断面積は、前記扁平管の流路断面積と比較して大きい、
ことを特徴とする請求項10又は11に記載の熱交換器。 - 請求項5〜12のいずれか一項に記載の熱交換器を備えた、
ことを特徴とする空気調和装置。
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