JPWO2016121123A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
前記室外熱交換器は、ファンと、第1熱交換器と、前記ファンにより起こされる気流に対して前記第1熱交換器よりも風下に配置される第2熱交換器とを備えており、
前記第1熱交換器は、第1伝熱管を備えており、
前記第2熱交換器は、第2伝熱管を備えており、
前記第1伝熱管の第1の端部は、冷媒を前記第1熱交換器に供給する第1ヘッダに接続されており、
前記第1伝熱管の第2の端部は、第2ヘッダに接続されており、
前記第2伝熱管の第3の端部は、第3ヘッダに接続されており、
前記第2伝熱管の第4の端部は、第4ヘッダに接続されており、
前記第1ヘッダと、前記第3ヘッダとは、第1分配管及び第2分配管を介して集合管の分岐部に接続されている、冷凍サイクル装置であって、
前記第1ヘッダまたは前記第1分配管は、第1絞り部を含み、前記第3ヘッダまたは前記第2分配管は、第2絞り部を含み、
前記第1絞り部の流動抵抗は、前記第2絞り部の流動抵抗よりも小さい。
図1は、本実施の形態1の冷凍サイクル装置1の構成を示す図である。冷凍サイクル装置1は、冷媒が循環する回路2を備えている。回路2は、少なくとも、圧縮機3と、室内熱交換器4と、膨張部5と、室外熱交換器6とを含んでいる。
図1では、暖房運転時の冷媒の流れが、実線矢印で示されており、冷房運転時の冷媒の流れが、点線矢印で示されている。
即ち、室外熱交換器6は、暖房運転時には蒸発器として作用しているが、このとき冷媒が室外熱交換器6に入る側を入口とし、冷媒が室外熱交換器6から出る側を出口としている。
図2は、室外熱交換器6を示す概略斜視図である。
室外熱交換器6は、室外ファン10と、第1熱交換器である風上列12と、第2熱交換器である風下列13と、第1ヘッダである風上入口ヘッダ20と、第2ヘッダである風上出口ヘッダ21と、第3ヘッダである風下入口ヘッダ22と、第4ヘッダである風下出口ヘッダ23と、を備えている。
この室外ファン10により起こされる気流の風上側に風上列12が配置され、風下側に風下列13が配置されている。
風上列12は、複数の第1伝熱管である風上伝熱管14と、複数の風上伝熱管14に交差する複数の風上フィン15とを備えている。風下列13は、第2伝熱管である複数の風下伝熱管16と、複数の風下伝熱管16に交差する複数の風下フィン17とを備えている。複数の風上伝熱管14および複数の風下伝熱管16はそれぞれ、扁平管である。扁平管は、断面矩形状であって、幅方向に配列された複数の内部流路が、長手方向に沿って貫通しており、この内部流路に冷媒が流通する。
なお、扁平管の代りに円管であってよい。
風上入口ヘッダ20、風下入口ヘッダ22、風上出口ヘッダ21および風下出口ヘッダ23は、円筒形状である。
第3ヘッダである風下入口ヘッダ22の断面積は、第1ヘッダである風上入口ヘッダ20の断面積よりも小さい。
また、第4ヘッダである風下出口ヘッダ23の断面積は、第2ヘッダである風上出口ヘッダ21の断面積よりも小さい。
円筒形状の風下入口ヘッダ22は、内部が隔壁34で2分割された分配空間32を有している。各分配空間32の下部には、風下入口分配管25が接続されている。風下入口分配管25は、先端部が風下入口ヘッダ22の下部に形成された第2絞り部である第2穴の冷媒流入口33に臨んでいる。
円筒形状の第1ヘッダである風上入口ヘッダ20は、下部に風上入口分配管24が接続されている。風上入口分配管24は、先端部が風上入口ヘッダ20の下部に形成された第1絞り部である第1穴である冷媒流入口24aに臨んでいる。
風下入口ヘッダ22の冷媒流入口33および風上入口ヘッダ20の冷媒流入口24aは共に冷媒を絞る機構を有している。風上入口ヘッダ20の冷媒流入口24aの相当直径は、風下入口ヘッダ22の冷媒流入口33の相当直径よりも大きい。すなわち、第1絞り部の流動抵抗は、第2絞り部の流動抵抗よりも小さい。
本実施の形態では、風下入口ヘッダ22に流入する冷媒の流速および風下入口ヘッダ22内の流速を上げて風下入口ヘッダ22内の冷媒の慣性力を大きくして冷媒が持ち上がり易くなるようにしており、流量が小さい風下入口ヘッダ22内でも分配空間32の上側までも冷媒を送ることができ、風下入口ヘッダ22に接続された各風下伝熱管16に冷媒が均等に分配される。
また、風上入口ヘッダ20の冷媒流入口、風下入口ヘッダ22の冷媒流入口33の各相当直径をd1、d2とした場合、0.5<d2/d1<0.85のとき、風上入口ヘッダ20、風下入口ヘッダ22内に流入する流速は同等である。
これに対して、本実施の形態では、第4ヘッダである風下出口ヘッダ23の断面積を第2ヘッダである風上出口ヘッダ21の断面積よりも小さくすることで、風下出口ヘッダ23内の冷媒の流速を増加させて風下出口ヘッダ23内での冷凍機油の滞留を抑えて返油を促進し、冷凍機油の滞留による風下列13および風上列12の冷媒分流比変化を抑制することができる。
暖房運転の場合、圧縮機3から吐出される高圧高温のガス状態の冷媒は、四方弁7を介して室内機9の室内熱交換器4に流入し、室内ファン8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、高圧の液状態となり、室内熱交換器4から流出し、膨張部5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、室外機11の室外熱交換器6に流入する。
室外熱交換器6では、冷媒は、入口集合管26の分岐部27で分流し、一方の冷媒は、風上入口分配管24を通じて風上列12の風上入口ヘッダ20内に第1絞り部である冷媒流入口24aを通じて流入する。他方の冷媒は、2個の風下入口分配管25を通じて風下列13の風下入口ヘッダ22内に第2絞り部である冷媒流入口33を通じて流入する
この際、風上絞り部の流動抵抗は、風下絞り部の流動抵抗よりも小さいので、風下入口ヘッダ22と比較して風上入口ヘッダ20内に流入する冷媒量が多い。
また、風下入口ヘッダ22の断面積は、風上入口ヘッダ20の断面積よりも小さいので、風下入口ヘッダ22と比較して冷媒量の少ない風下入口ヘッダ22でも、風下入口ヘッダ22内の冷媒の流速は、風上入口ヘッダ20内の冷媒の流速と同等である。
また、同様に、風下入口ヘッダ22内に流入した気液二相状態の冷媒は、上下方向に間隔を空けて配置された各風下伝熱管16に分配され、分配された冷媒は、上下方向に隣接した空間に室外ファン10から供給された空気との熱交換によって低圧のガス状態となり、風下出口ヘッダ23に送られる。
その後、風上出口ヘッダ21からの冷媒は、風上出口分配管28に送られ、風下出口ヘッダ23からの冷媒は、風下出口分配管29に送られ、それぞれの冷媒は、出口集合管30の分岐部31で合流した後、出口集合管30から室外熱交換器6の外部に流出する。
室外熱交換器6から流出した冷媒は、四方弁7を介して圧縮機3に戻る。
従って、この場合には、室外熱交換器6は、凝縮器として機能し、室内熱交換器4は蒸発器として機能する。
したがって、風上列12は風下列13よりも熱交換量が大であるが、それに合わせて風上列12に供給される冷媒量を風下列13に供給される冷媒量と比較して簡単に大きくすることができ、室外熱交換器6の熱交換効率が向上する。
したがって、流量が小さい風下入口ヘッダ22内の分配空間32の上側にも冷媒は供給される結果、上側の風下伝熱管16にも下側の風下伝熱管16と等しい量の冷媒を供給することができる。
したがって、冷凍機油の風下出口ヘッダ23内での滞留に起因した、風上列12と風下列13とで必要な冷媒の分流比の変化を抑制することができる。
図4は、本実施の形態2の冷凍サイクル装置1の風下入口ヘッダ22を示す断面図である。
本実施の形態では、風下入口ヘッダ22は、隔壁34により内部が2分割された分配空間32を有しており、それぞれの分配空間32の下部にはリング35が設けられている。このリング35の中央部には、冷媒の通路となり、上方向に指向した第2絞り部である絞り穴35aが形成されている。
風上入口ヘッダ20は、下部に風上入口分配管24が接続されている。風上入口分配管24は、先端部が風上入口ヘッダ20の下部に形成された第1絞り部である冷媒流入口24aに臨んでいる。
風下入口ヘッダ22の絞り穴35aおよび風上入口ヘッダ20の冷媒流入口24aは、共に冷媒を絞る機構を有している。風上入口ヘッダ20の第1絞り部である冷媒流入口24aの相当直径は、風下入口ヘッダ22の第2絞り部である絞り穴35aの相当直径よりも大きい。すなわち、第1絞り部の流動抵抗は、第2絞り部の流動抵抗よりも小さい。
他の構成は、実施の形態1の冷凍サイクル装置1と同じである。
したがって、風上列12は風下列13よりも熱交換量が大であるが、それに合わせて風上列12に供給される冷媒量を風下列13に供給される冷媒量と比較して簡単に大きくすることができ、室外熱交換器6の熱交換効率が向上する。
また、風上入口ヘッダ20内に流入する冷媒量と、風下入口ヘッダ22内に流入する冷媒量との冷媒の分流比率を第2絞り部である絞り穴35a、第1絞り部である冷媒流入口24aのそれぞれの穴径を変えることで簡単に変えることができる。
また、リング35の絞り穴35aは、上方向に指向しているので、冷媒流入口33から風下入口ヘッダ22内に流入した冷媒は、絞り穴35aで強制的に上方向に向けられ、そのまま分配空間32内では矢印Bの方向に直線的に上昇し、各風下伝熱管16に冷媒を均等に分配することができる。
また、冷媒流入口24aを通じて風上入口ヘッダ20内に流入した冷媒は、各風上伝熱管14に分配される。
図5は、本実施の形態3の冷凍サイクル装置1の風下入口ヘッダ22を示す断面図である。
本実施の形態では、風下入口ヘッダ22は、隔壁34により内部が2分割された分配空間32を有しており、それぞれの分配空間32の下部に、先端部が上方向に折曲された風下冷媒配管36が設けられている。この風下冷媒配管36の先端部には、第2絞り部である第2穴の流出穴36aが設けられている。これらの風下冷媒配管36の基端部は、入口集合管26の分岐部27に接続されている。
風上入口ヘッダ20は、下部に風上入口分配管24が接続されている。風上入口分配管24は、先端部が風上入口ヘッダ20の下部に形成された第1絞り部である冷媒流入口24aに臨んでいる。
風下入口ヘッダ22の流出穴36aおよび風上入口ヘッダ20の冷媒流入口24aは、共に冷媒を絞る機構を有している。風上入口ヘッダ20の第1絞り部である冷媒流入口24aの相当直径は、風下入口ヘッダ22の第2絞り部である流出穴36aの相当直径よりも大きい。すなわち、第1絞り部の流動抵抗は、第2絞り部の流動抵抗よりも小さい。
他の構成は実施の形態1の冷凍サイクル装置1と同じである。
また、冷媒流入口24aを通じて風上入口ヘッダ20内に流入した冷媒は、各風上伝熱管14に分配される。
また、風下入口ヘッダ22の風下冷媒配管36の先端部の流出穴36aの口径寸法、風上入口ヘッダ20の冷媒流入口24aの口径寸法を変えることで、風下入口ヘッダ22内に流入する冷媒量と風上入口ヘッダ20内に流入する冷媒量との比率を簡単に変えることができる。
また、実施の形態2では風下入口分配管25及びリング35の2部材が風下冷媒配管36の一部材ですみ、部品点数及びに組立工数を削減することができる。
図6は、本実施の形態4の冷凍サイクル装置1の室外熱交換器6の概略を示す斜視図である。
この室外熱交換器6は、実施の形態1の室外熱交換器6と同一構成であり、下側に副熱交換器40が設けられている。
副熱交換器40は、風上入口ヘッダ(図示せず)、風下入口ヘッダ41、風上出口ヘッダ42、風下出口ヘッダ43、風上伝熱管44および風下伝熱管45を含んでいる。
副熱交換器40から流出した冷媒のうち、風下出口ヘッダ43に集められた冷媒は、風下入口分配管25、風下絞り部である冷媒流入口33を通じて風下入口ヘッダ22の分配空間32内に流入する。
また、風上出口ヘッダ42に集められた冷媒は、風上入口分配管24、第1絞り部である冷媒流入口を通じて風上入口ヘッダ20の分配空間内に流入する。
その後の冷媒の流れは、実施の形態1の冷凍サイクル装置1と同じであり、その説明は省略する。
この場合には、室外熱交換器6は、凝縮器として機能し、室外熱交換器6は気液二相部となり、室外熱交換器6から副熱交換器40内に流入した冷媒は、副熱交換器40では、風上伝熱管44および風下伝熱管45を流通する空気との熱交換により液相となる。
図7は、本実施の形態5の冷凍サイクル装置1の構成を示す図である。
実施の形態1〜4の冷凍サイクル装置1では、第1ヘッダである風上第1ヘッダに第1絞り部を含み、第3ヘッダである風下第1ヘッダに第2絞り部を含んでいる。
これに対して、本実施の形態では、風上第1ヘッダおよび風下第1ヘッダの代りに、第1分配管である風上入口分配管24に第1絞り部である第1穴38を含み、第2分配管である風下入口分配管25に第2絞り部である第2穴39を含んでいる。
他の構成は、実施の形態1の冷凍サイクル装置1と同じであり、実施の形態1の冷凍サイクル装置1と同様の効果を得ることができる。
また、室外熱交換器が凝縮器として機能し、風上入口ヘッダ20、風下入口ヘッダ22に高圧高温のガス状態の冷媒が流入する場合であっても本発明は適用できる。
Claims (7)
- 圧縮機と、室内熱交換器と、膨脹部と、室外熱交換器とを含む回路を備え、
前記室外熱交換器は、ファンと、第1熱交換器と、前記ファンにより起こされる気流に対して前記第1熱交換器よりも風下に配置される第2熱交換器とを備えており、
前記第1熱交換器は、第1伝熱管を備えており、
前記第2熱交換器は、第2伝熱管を備えており、
前記第1伝熱管の第1の端部は、冷媒を前記第1熱交換器に供給する第1ヘッダに接続されており、
前記第1伝熱管の第2の端部は、第2ヘッダに接続されており、
前記第2伝熱管の第3の端部は、第3ヘッダに接続されており、
前記第2伝熱管の第4の端部は、第4ヘッダに接続されており、
前記第1ヘッダと、前記第3ヘッダとは、第1分配管及び第2分配管を介して集合管の分岐部に接続されている、冷凍サイクル装置であって、
前記第1ヘッダまたは前記第1分配管は、第1絞り部を含み、前記第3ヘッダまたは前記第2分配管は、第2絞り部を含み、
前記第1絞り部の流動抵抗は、前記第2絞り部の流動抵抗よりも小さい冷凍サイクル装置。 - 前記第1絞り部は、第1穴であり、前記第2絞り部は、第2穴であり、
前記第1穴の相当直径は、前記第2穴の相当直径よりも大きい請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第3ヘッダの断面積は、前記第1ヘッダの断面積よりも小さい請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第4ヘッダの断面積は、前記第2ヘッダの断面積よりも小さい請求項1〜3の何れか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第1ヘッダ及び前記第3ヘッダは、それぞれ内部に分配空間を有し、前記第3ヘッダの前記分配空間の数は、前記第1ヘッダの前記分配空間の数よりも多い請求項1〜4の何れか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第3ヘッダの前記分配空間の下部に、上方向に指向した前記第2穴が設けられている請求項5に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第3ヘッダの前記分配空間の下部に取り付けられた、先端部が上方向に折曲された冷媒配管の前記先端部に、前記第2穴が設けられている請求項5に記載の冷凍サイクル装置。
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