JPWO2020079731A1 - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
効率的な熱交換を行うことができる熱交換器を得る。熱交換器100は、鉛直方向に延存して設けられ内部に分配流路101eが形成された分配ヘッダ101と、鉛直方向に延存して設けられ内部に合流流路102eが形成された合流ヘッダ102と、一端を分配ヘッダ101に接続され、他端を合流ヘッダ102に接続され、内部に冷媒が一端から他端に流れる冷媒流路103aが設けられた管状の冷媒管110とを備え、冷媒管110は、鉛直方向に異なる位置に複数設けられ、冷媒管110は、外部にフィン104が設けられた伝熱部と、伝熱部の両端に設けられ外部にフィン104が設けられていない接続部とを有し、冷媒管110の伝熱部は、内面に螺旋溝が設けられた第1抵抗領域及び第1抵抗領域と異なる流動抵抗を有する第2抵抗領域を有し、第1抵抗領域及び第2抵抗領域は、冷媒管110が鉛直方向位置に応じた流動抵抗となるような軸方向長さで形成される。 Obtain a heat exchanger capable of efficient heat exchange. The heat exchanger 100 is a confluence in which a distribution header 101 extending in the vertical direction and having a distribution flow path 101e formed therein and a merging flow path 102e extending in the vertical direction and having a merging flow path 102e formed therein are formed. A tubular refrigerant pipe 110 is provided with a header 102, one end of which is connected to the distribution header 101, the other end of which is connected to the merging header 102, and a refrigerant flow path 103a in which the refrigerant flows from one end to the other end. A plurality of refrigerant pipes 110 are provided at different positions in the vertical direction, and the refrigerant pipes 110 are provided with heat transfer portions provided with fins 104 on the outside and fins 104 provided on both ends of the heat transfer portions without external fins 104. The heat transfer portion of the refrigerant pipe 110 having a connecting portion has a first resistance region provided with a spiral groove on the inner surface and a second resistance region having a flow resistance different from that of the first resistance region, and has a first resistance. The region and the second resistance region are formed with an axial length such that the refrigerant pipe 110 has a flow resistance corresponding to the vertical position.
Description
本発明は、空気調和機などにおいて、主として蒸発器としての機能を果たす熱交換器に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger that mainly functions as an evaporator in an air conditioner or the like.
従来の空気調和機の熱交換器は、複数の伝熱管を備えている。複数の伝熱管を備えた熱交換器が蒸発器として機能する場合は、各伝熱管内に供給される気液二相冷媒の質量流量を適切に分配しなければ、特定の流路に過剰な液冷媒が流れる一方、他の流路では液冷媒が不足してガス単相領域が増大するため、熱交換器性能が低下する。 The heat exchanger of a conventional air conditioner includes a plurality of heat transfer tubes. When a heat exchanger with multiple heat transfer tubes functions as an evaporator, the mass flow rate of the gas-liquid two-phase refrigerant supplied into each heat transfer tube must be properly distributed or excessive to a specific flow path. While the liquid refrigerant flows, the liquid refrigerant is insufficient in the other flow paths and the gas single-phase region increases, so that the heat exchanger performance deteriorates.
特許文献1に記載の熱交換器では、空気流動方向に対して複数列を有する伝熱管群において、伝熱管内面に設けられた螺旋溝の溝高さを、風上側の列の伝熱管群から風下側の列の伝熱管群にかけて順次高くする技術について記載されている。 In the heat exchanger described in Patent Document 1, in a heat transfer tube group having a plurality of rows in the air flow direction, the groove height of the spiral groove provided on the inner surface of the heat transfer tube is set from the heat transfer tube group in the windward row. It describes a technique for gradually increasing the height of heat transfer tubes in the leeward row.
特許文献1に記載の熱交換器では、伝熱管の流動抵抗を風上側の列の伝熱管群から風下側の列の伝熱管群へ順次大きくし、熱負荷の大きい風上側の伝熱管群内に供給される冷媒の質量流量を大きくし、冷媒が完全に蒸発する領域を減少させることで、熱交換性能の向上をはかることができる。 In the heat exchanger described in Patent Document 1, the flow resistance of the heat transfer tubes is sequentially increased from the heat transfer tube group in the upper wind side row to the heat transfer tube group in the leeward side row, and inside the heat transfer tube group on the wind side having a large heat load. The heat exchange performance can be improved by increasing the mass flow rate of the refrigerant supplied to the refrigerant and reducing the region where the refrigerant completely evaporates.
特許文献2に記載の熱交換器では、伝熱管に対してひねり加工を行い、伝熱管内面の螺旋溝のリード角を調整する技術について記載されている。 The heat exchanger described in Patent Document 2 describes a technique of twisting a heat transfer tube to adjust the lead angle of a spiral groove on the inner surface of the heat transfer tube.
特許文献2に記載の熱交換器では、伝熱管内の螺旋溝のリード角を調整することで伝熱管内を流れる冷媒を撹拌することができるため、熱交換作用を向上することができる。 In the heat exchanger described in Patent Document 2, the refrigerant flowing in the heat transfer tube can be agitated by adjusting the lead angle of the spiral groove in the heat transfer tube, so that the heat exchange action can be improved.
特許文献3に記載の冷媒分配器では、多数の伝熱管に冷媒を分配して流す冷媒分配器の螺旋溝の内径又は長さ等の寸法を適宜選択することで、各伝熱管内に供給される冷媒の質量流量を調整する技術について記載されている。 In the refrigerant distributor described in Patent Document 3, the refrigerant is supplied into each heat transfer tube by appropriately selecting dimensions such as the inner diameter or length of the spiral groove of the refrigerant distributor that distributes and flows the refrigerant to a large number of heat transfer tubes. A technique for adjusting the mass flow rate of the refrigerant is described.
特許文献3に記載の冷媒分配器では、冷媒分配器の螺旋溝の内径又は長さ等の寸法を適宜選択することで、冷媒分配器の流動抵抗を変更し、熱交換器を通過する吸込空気の速度分布に合わせて各伝熱管内に供給される冷媒の質量流量を調整できるため、熱交換性能の向上をはかることができる。 In the refrigerant distributor described in Patent Document 3, the flow resistance of the refrigerant distributor is changed by appropriately selecting dimensions such as the inner diameter or length of the spiral groove of the refrigerant distributor, and the suction air passing through the heat exchanger is changed. Since the mass flow rate of the refrigerant supplied into each heat transfer tube can be adjusted according to the speed distribution of the above, the heat exchange performance can be improved.
特許文献1に記載の熱交換器において、伝熱管の流動抵抗は、伝熱管内面に設けられた螺旋溝の溝高さの相違に基づいている。したがって、伝熱管の流動抵抗の調整は、伝熱管内面に設けられた螺旋溝の溝高さの種類数でしか行うことができないため、各伝熱管に対応した適切な冷媒の質量流量を得ることができず、特定の流路に過剰な冷媒が流れる一方、他の流路では冷媒が不足して、伝熱管内にガス単相領域が増大し、熱交換性能が低下するという課題がある。
また、特許文献1に記載の熱交換器では、伝熱管内面に設けられた螺旋溝のリード角は一定であるため、冷媒はリード角に沿って流れる状態にあり、撹拌され難く、伝熱管内での温度境界層の発達を抑制できないため、熱交換性能が低下するという課題がある。In the heat exchanger described in Patent Document 1, the flow resistance of the heat transfer tube is based on the difference in groove height of the spiral groove provided on the inner surface of the heat transfer tube. Therefore, the flow resistance of the heat transfer tube can be adjusted only by the number of types of groove heights of the spiral grooves provided on the inner surface of the heat transfer tube, so that an appropriate mass flow rate of the refrigerant corresponding to each heat transfer tube can be obtained. There is a problem that the excess refrigerant flows in a specific flow path, while the refrigerant is insufficient in the other flow paths, the gas single-phase region increases in the heat transfer tube, and the heat exchange performance deteriorates.
Further, in the heat exchanger described in Patent Document 1, since the lead angle of the spiral groove provided on the inner surface of the heat transfer tube is constant, the refrigerant is in a state of flowing along the lead angle, is difficult to be agitated, and is inside the heat transfer tube. Since the development of the temperature boundary layer cannot be suppressed, there is a problem that the heat exchange performance is deteriorated.
特許文献2に記載の熱交換器では、伝熱管内を流れる冷媒の撹拌により熱交換性能を向上させることはできるが、伝熱管の流動抵抗の調整をすることができないため、各伝熱管に対応した適切な冷媒の質量流量を得ることができず、特定の流路に過剰な冷媒が流れる一方、他の流路では冷媒が不足して、伝熱管内にガス単相領域が増大し、熱交換性能が低下するという課題がある。 In the heat exchanger described in Patent Document 2, the heat exchange performance can be improved by stirring the refrigerant flowing in the heat transfer tube, but the flow resistance of the heat transfer tube cannot be adjusted. It is not possible to obtain the appropriate mass flow rate of the refrigerant, and the excess refrigerant flows in a specific flow path, while the refrigerant is insufficient in the other flow paths, and the gas single-phase region increases in the heat transfer tube, resulting in heat. There is a problem that the exchange performance is lowered.
特許文献3に記載の冷媒分配器では、冷媒分配器の流動抵抗を調整できるが、冷媒分配器は伝熱管と比較して小さいため、冷媒分配器のみで調節ができる流動抵抗は限定的であり、各伝熱管に対応した適切な冷媒の質量流量を得ることができず、特定の流路に過剰な冷媒が流れる一方、他の流路では冷媒が不足して、伝熱管内にガス単相領域が増大し、熱交換性能が低下するという課題がある。
また、特許文献3に記載の冷媒分配器では、伝熱管内面に螺旋溝は設けられていないため、伝熱管内を流れる冷媒は撹拌されにくいため、熱交換器としての熱交換性能が低下するという課題がある。In the refrigerant distributor described in Patent Document 3, the flow resistance of the refrigerant distributor can be adjusted, but since the refrigerant distributor is smaller than the heat transfer tube, the flow resistance that can be adjusted only by the refrigerant distributor is limited. , The appropriate mass flow rate of the refrigerant corresponding to each heat transfer tube cannot be obtained, and the excess refrigerant flows in a specific flow path, while the refrigerant is insufficient in the other flow paths, and the gas single phase in the heat transfer tube. There is a problem that the area is increased and the heat exchange performance is lowered.
Further, in the refrigerant distributor described in Patent Document 3, since the spiral groove is not provided on the inner surface of the heat transfer tube, the refrigerant flowing in the heat transfer tube is difficult to be agitated, so that the heat exchange performance as a heat exchanger is deteriorated. There are challenges.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、効率的な熱交換を行うことができる熱交換器を得るものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and to obtain a heat exchanger capable of performing efficient heat exchange.
本発明に係る熱交換器は、鉛直方向の両端に設けられた一端部及び他端部、並びに一端部と他端部とを接続する側部を有し、一端部又は側部に冷媒が流入する流入口が設けられ、内部に一端部から他端部に向かって冷媒が流れる分配流路が形成された分配ヘッダと、鉛直方向の両端に設けられた一端部及び他端部、並びに一端部と他端部とを接続する側部を有し、一端部又は側部に冷媒が流出する流出口が設けられ、内部に一端部から他端部に向かって冷媒が流れる合流流路が形成された合流ヘッダと、軸方向の一端を分配ヘッダの側部に接続され、軸方向の他端を合流ヘッダの側部に接続され、内部に冷媒が一端から他端に流れる冷媒流路が設けられた管状の冷媒管とを備え、冷媒管は、鉛直方向に異なる位置に複数設けられ、冷媒管は、外部にフィンが設けられた伝熱部と、伝熱部の両端に設けられ外部にフィンが設けられていない接続部とを有し、冷媒管の伝熱部は、第1の流動抵抗を有し、内面に螺旋溝が設けられた第1抵抗領域及び第1抵抗領域と異なる流動抵抗である第2の流動抵抗を有する第2抵抗領域を有し、第1抵抗領域及び第2抵抗領域は、冷媒管が鉛直方向位置に応じた流動抵抗となるような軸方向長さで形成される。 The heat exchanger according to the present invention has one end and the other end provided at both ends in the vertical direction, and a side portion connecting the one end portion and the other end portion, and the refrigerant flows into the one end portion or the side portion. A distribution header having an inflow port for the refrigerant to flow from one end to the other end, and one end and the other end provided at both ends in the vertical direction, and one end. It has a side portion that connects the other end and the other end, and an outlet for the refrigerant to flow out is provided at one end or the side portion, and a merging flow path through which the refrigerant flows from one end to the other end is formed inside. The merging header and one end in the axial direction are connected to the side portion of the distribution header, the other end in the axial direction is connected to the side portion of the merging header, and a refrigerant flow path through which the refrigerant flows from one end to the other end is provided inside. It is provided with a tubular refrigerant pipe, and a plurality of refrigerant pipes are provided at different positions in the vertical direction. The refrigerant pipes are provided in a heat transfer section having fins on the outside and fins on both ends of the heat transfer section. The heat transfer portion of the refrigerant pipe has a first flow resistance and is different from the first resistance region and the first resistance region in which the spiral groove is provided on the inner surface. It has a second resistance region having a second flow resistance, and the first resistance region and the second resistance region are formed with an axial length such that the refrigerant pipe has a flow resistance according to the vertical position. To.
本発明に係る熱交換器によれば、効率的な熱交換を行うことができる。 According to the heat exchanger according to the present invention, efficient heat exchange can be performed.
以下、添付図面を参照して、本願が開示する熱交換器に係る実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments relating to the heat exchanger disclosed in the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments shown below are examples, and the present invention is not limited to these embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器100を用いた冷凍サイクルの例を示す図である。図1において、実線矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示し、破線矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示す。Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a refrigeration cycle using the
図1に示すように、冷凍サイクルは、室外機1と、室内機3と、室外機1及び室内機3を接続する冷媒配管2とを備える。 As shown in FIG. 1, the refrigerating cycle includes an outdoor unit 1, an indoor unit 3, and a refrigerant pipe 2 connecting the outdoor unit 1 and the indoor unit 3.
室外機1は、その内部に、圧縮機11と、四方切換弁12と、室外熱交換器100と、絞り機構13と、室外送風機14とを有する。
The outdoor unit 1 has a compressor 11, a four-
圧縮機11は、供給された冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒に変化させて、四方切換弁12に送出する。圧縮機11には、電源が接続されている。
The compressor 11 compresses the supplied refrigerant, changes it into a high-temperature and high-pressure gas refrigerant, and sends it to the four-
四方切換弁12は、圧縮機11によって圧縮された冷媒の還流方向を切り替える。
The four-
室外熱交換器100は、流入した冷媒を、蒸発又は凝縮することにより、空気と熱交換をし、空気を冷却又は加熱する。例えば、冷房運転時においては、室外熱交換器100は、凝縮器として機能して、流入した冷媒を凝縮させる。また、暖房運転時においては、室外熱交換器100は、蒸発器として機能して、流入した冷媒を蒸発させる。
The outdoor heat exchanger 100 exchanges heat with air by evaporating or condensing the inflowing refrigerant to cool or heat the air. For example, during the cooling operation, the
絞り機構13は、開度が変更可能な減圧装置である。絞り機構13は、流入した冷媒を減圧する。 The throttle mechanism 13 is a decompression device whose opening degree can be changed. The throttle mechanism 13 depressurizes the inflowing refrigerant.
室外送風機14は、室外熱交換器100の近傍に設置されている。室外送風機14は、室外熱交換器100を通過する空気流を生成し、熱交換された空気を、屋外に排出する。
The outdoor blower 14 is installed in the vicinity of the
室内機3は、その内部に、室内熱交換器31と、室内送風機32とを有する。
The indoor unit 3 has an indoor heat exchanger 31 and an
室内熱交換器31は、流入した冷媒を、蒸発又は凝縮することにより、空気と熱交換をし、空気を冷却又は加熱する。例えば、冷房運転時においては、室内熱交換器31は、蒸発器として機能して、流入した冷媒を蒸発させる。また、暖房運転時においては、室内熱交換器31は、凝縮器として機能して、流入した冷媒を凝縮させる。 The indoor heat exchanger 31 exchanges heat with air by evaporating or condensing the inflowing refrigerant, and cools or heats the air. For example, during the cooling operation, the indoor heat exchanger 31 functions as an evaporator to evaporate the inflowing refrigerant. Further, during the heating operation, the indoor heat exchanger 31 functions as a condenser to condense the inflowing refrigerant.
室内送風機32は、室内熱交換器31の近傍に設置されている。室内送風機32は、室内熱交換器31を通過する空気流を生成し、熱交換された空気を、室内に排出する。
The
次に、破線矢印で示す暖房運転時の冷凍サイクルについて説明する。電源が投入されることにより、圧縮機11が動作する。圧縮機11が動作すると、冷凍サイクル回路内の冷媒の循環が開始される。圧縮機11で圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は、四方切換弁12を通過し、冷媒配管2を通過して室内機3へと導かれる。室内機3へ導かれた冷媒は、室内機3内に設けられた室内熱交換器31において室内送風機32で送風された室内空気により冷却されて凝縮し、気液二相状態または液相状態の冷媒を生成する。室内送風機32は、暖房運転時に凝縮器として作用する。気液二相状態または液相状態の冷媒は、冷媒配管2を通過して室外機1側へ送出される。
Next, the refrigeration cycle during the heating operation indicated by the broken line arrow will be described. When the power is turned on, the compressor 11 operates. When the compressor 11 operates, the circulation of the refrigerant in the refrigeration cycle circuit is started. The gas refrigerant compressed by the compressor 11 to a high temperature and high pressure passes through the four-
気液二相状態または液相状態の冷媒は、絞り機構13によって減圧されて、低圧の状態に変化し、室外機1内に設けられた室外熱交換器100に流入する。絞り機構13は、開度が変更可能な減圧装置である。冷媒は、室外機1内に設けられた室外熱交換器100に流入すると、室外送風機14によって供給される外部空気によって加熱され、高温低圧のガス冷媒に変化する。室外機1内に設けられた室外熱交換器100は、暖房運転時に蒸発器として作用する。高温低圧のガス冷媒は、四方切換弁12を通過し、圧縮機11再び戻る。これによって、冷媒が循環する一連の冷凍サイクルが構成される。
The gas-liquid two-phase state or liquid-phase state refrigerant is depressurized by the throttle mechanism 13, changes to a low-pressure state, and flows into the
また、四方切換弁12を図1の実線のように切替えることにより、冷媒の流路方向が切替えられ、冷房運転とすることができる。冷房運転の場合には、室外機1内に設けられた室外熱交換器100が凝縮器として作用し、室内機3内に設けられた室内熱交換器31が蒸発器として作用することとなる。
Further, by switching the four-
次に、暖房運転時において蒸発器として作用する室外機1内に設けられた室外熱交換器100の構成及び動作について説明する。以下、室外熱交換器100を熱交換器100とする。
Next, the configuration and operation of the
図2は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器100の斜視図である。図3は、実施の形態1に係る熱交換器100を、図2のA−A線で切断した断面図である。図2に示すように、熱交換器100は、略鉛直方向に延在するように設けられた分配ヘッダ101と、略鉛直方向に延在するように設けられた合流ヘッダ102と、一端が接続配管105aを介して分配ヘッダ101に接続され、他端が接続配管105bを介して合流ヘッダ102に接続され、略水平方向に延在するように設けられた複数の伝熱管103と、伝熱管103の軸方向に対して直交状態で挿通される複数の板状のフィン104と、を備える。また、複数の伝熱管103は、空気の流動方向Zに対して、複数列の構成であってもよい。ここで、図2に示すX方向を水平方向、Y方向を鉛直方向とする。
なお、分配ヘッダ101及び合流ヘッダ102は形状を特に限定するものではないが、実施の形態1では一端がそれぞれ閉鎖された円筒管で形成される。FIG. 2 is a perspective view of the
The shape of the
分配ヘッダ101の鉛直方向の一端部101aには、冷媒の流入口101bが形成されており、鉛直方向の他端部101cは閉塞している。ここで、分配ヘッダ101の一端部101aと他端部101cとを接続する側面を側部101dとする。流入口101bは、冷凍サイクルを構成する図示しない冷媒配管2に接続している。分配ヘッダ101の内部には、略鉛直方向に延在する態様で分配流路101eが形成される。分配流路101eは、流入口101bより流入した冷媒を一端部101aから他端部101cに向けて通過させる。
なお、冷媒の流入口101bは、側部101dに設けられてもよい。A
The
合流ヘッダ102の鉛直方向の一端部102aには、冷媒の流出口102bが形成されており、鉛直方向の他端部102cは閉塞している。ここで、合流ヘッダ102の一端部102aと他端部102cとを接続する側面を側部102dとする。流出口102bは、冷凍サイクルを構成する図示しない冷媒配管2に接続している。合流ヘッダ102の内部には、略鉛直方向に延在する態様で合流流路102eが形成される。合流流路102eは、複数の伝熱管103から排出された冷媒を一端部102aから他端部102cに向けて通過させる。
なお、冷媒の流出口102bは、側部102dに設けられてもよい。A
The
伝熱管103は略水平方向に延在し、伝熱管103の両端には接続配管105a及び接続配管105bが設けられる。接続配管105aは伝熱管103と分配ヘッダ101の側部101dとを接続するための配管であり、接続配管105bは伝熱管103と合流ヘッダ102の側部102dとを接続するための配管である。伝熱管103は、軸方向の一端が接続配管105aを介して分配ヘッダ101の側部101dに接続され、軸方向の他端が接続配管105bを介して合流ヘッダ102の側部102dに接続される。複数の伝熱管103は、鉛直方向に異なる位置に設けられる。各伝熱管103の内部には、冷媒が一端から他端に向けて通過する冷媒流路103aが設けられる。各伝熱管103における各冷媒流路103aの分配ヘッダ101側の開口103bが冷媒の入口であり、合流ヘッダ102側の開口103cが冷媒の出口である。
なお、伝熱管103は管状である。伝熱管103の断面は、形状を特に限定するものではないが、実施の形態1では円筒管で形成される。The
The
複数の伝熱管103の外表面には、複数の板状のフィン104が配設される。フィン104は、伝熱管103内を通過する冷媒と、熱交換器100の周囲の空気(流体)との熱交換を促進させる。
A plurality of plate-shaped
接続配管105a及び接続配管105bは、主に熱交換を行うための配管ではなく、伝熱管103を分配ヘッダ101及び合流ヘッダ102に接続するための配管であるため、接続配管105a及び接続配管105bの外表面にはフィン104が設けられていない。実施の形態1において、伝熱管103と、接続配管105a及び接続配管105bとは、例えば、ろう付けによって接続される。
なお、接続配管105a及び接続配管105bは形状を特に限定するものではないが、実施の形態1では円筒管で形成される。Since the
The shapes of the connecting
ここで、伝熱管103、接続配管105a及び接続配管105bが接続された配管を冷媒管110とする。冷媒管110の内部には、接続配管105aと分配ヘッダ101の側部101dとが接続される軸方向の一端から接続配管105bと合流ヘッダ102の側部102dとが接続される軸方向の他端に向けて冷媒が通過する冷媒流路110aが設けられる。冷媒管110において、伝熱管103を伝熱部、接続配管105a及び接続配管105bを接続部とする。
また、伝熱管103、接続配管105a及び接続配管105bは、冷媒管110として一体に形成されてもよい。冷媒管110として伝熱管103、接続配管105a及び接続配管105bが一体に形成された場合は、外表面にフィンが設けられた区間を伝熱部、外表面にフィンが設けられていない区間を接続部とする。Here, the pipe to which the
Further, the
実施の形態1において、冷媒は、冷媒配管から分配ヘッダ101へ供給され、分配ヘッダ101から複数の伝熱管103を通って合流ヘッダ102へと流動し、合流ヘッダ102から冷媒配管へと排出される。
In the first embodiment, the refrigerant is supplied from the refrigerant pipe to the
実施の形態1において、分配ヘッダ101、合流ヘッダ102、伝熱管103、フィン104、接続配管105a及び接続配管105bを構成する材料として、例えば、銅、鉄、アルミニウム、鉄合金もしくはアルミニウム合金等の金属材料、又は、熱伝導率の高い樹脂等が挙げられる。
In the first embodiment, as the material constituting the
次に、伝熱管103の構成について説明する。伝熱管103は、流動抵抗の異なる複数の抵抗領域を有する。具体的には、実施の形態1に係る伝熱管103は、図3に示すように、螺旋溝付管131と、平滑管132とから構成されている。
Next, the configuration of the
螺旋溝付管131は、内面に管軸Pに対して一定のリード角αをもつ螺旋溝が設けられた内面溝付管である。平滑管132は、内面が平滑面の円筒管である。螺旋溝付管131(第1抵抗領域)の流動抵抗(第1の流動抵抗)は、平滑管132(第2抵抗領域)の流動抵抗(第2の流動抵抗)よりも大きい。
The spiral grooved
図3に示す軸方向長さLは伝熱管103の軸方向の長さであり、軸方向長さLaは螺旋溝付管131の軸方向長さであり、軸方向長さLbは平滑管132の軸方向長さである。軸方向長さLは、軸方向長さLaと軸方向長さLbとの和である。
The axial length L shown in FIG. 3 is the axial length of the
各伝熱管103の軸方向長さLは等しいが、伝熱管103の軸方向長さLに対する螺旋溝付管131の軸方向長さLaの比は、分配ヘッダ101に伝熱管103が接続される鉛直方向位置に応じた流動抵抗となるよう設定される。螺旋溝付管131の流動抵抗は、平滑管132の流動抵抗よりも大きいため、伝熱管103の軸方向長さLに対する螺旋溝付管131の軸方向長さLaの比を、各伝熱管103の鉛直方向位置に応じた比に調整することによって、各伝熱管103に対応した適切な冷媒の質量流量を得ることができる。
Although the axial length L of each
なお、伝熱管103の軸方向長さLは、軸方向長さLaと軸方向長さLbとの和であるため、伝熱管103の軸方向長さLに対する螺旋溝付管131の軸方向長さLaの比は、平滑管132の軸方向長さLbに対する螺旋溝付管131の軸方向長さLaの比と同義である。つまり、各伝熱管103のそれぞれの流動抵抗は、平滑管132の軸方向長さLbに対する螺旋溝付管131の軸方向長さLaの比を用いて調整することもできる。
Since the axial length L of the
伝熱管103は、螺旋溝付管131と平滑管132とを、例えば、ろう付け等によって接続し、一体化することで製作される。伝熱管103は、軸方向長さLに対する軸方向長さLaの比を調整するため、例えば、螺旋溝付管131と平滑管132とをろう付けによって接続した後に、螺旋溝付管131又は平滑管132の少なくとも一方を適宜長さに切断して製作する。
The
図4、図5及び図6は、実施の形態1に係る熱交換器100の伝熱管103の変形例を示した図である。図3において、伝熱管103は、螺旋溝付管131が分配ヘッダ101側に、平滑管132が合流ヘッダ102側に設けられた構成を例示しているが、伝熱管103の構成はこれに限るものではない。伝熱管103は、例えば、図4に示すように、螺旋溝付管131が合流ヘッダ102側に、平滑管132が分配ヘッダ101側に設けられた構成、図5に示すように、螺旋溝付管131及び平滑管132を複数に分割してそれぞれを接続した構成、又は、図6に示すように、一定の流動抵抗を示す変則管133が各伝熱管103に対してそれぞれ設けられた構成としてもよい。
4, 5 and 6 are views showing a modified example of the
なお、図5に示す軸方向長さLa1及び軸方向長さLa2は、複数に分割された螺旋溝付管1311及び螺旋溝付管1312のそれぞれの軸方向長さであり、軸方向長さLa1と、軸方向長さLa2との和を、螺旋溝付管131(第1抵抗領域)の軸方向長さLaとする。また、図5に示す軸方向長さLb1及び軸方向長さLb2は、複数に分割された平滑管1321及び平滑管1322のそれぞれの軸方向長さであり、軸方向長さLb1と、軸方向長さLb2との和を平滑管132(第2抵抗領域)の軸方向長さLbとする。したがって、抵抗領域の軸方向長さとは、各伝熱管103における同じ内面形状の領域の軸方向長さの合計である。
The axial length La1 and the axial length La2 shown in FIG. 5 are the axial lengths of the spiral grooved
また、図6において、伝熱管103の軸方向長さLは、螺旋溝付管131の軸方向長さLa、平滑管132の軸方向長さLb及び変則管133の軸方向長さLcのそれぞれの軸方向長さの和である。ここで、変則管133とは、例えば、内面に螺旋溝付管131と異なる螺旋溝が設けられた螺旋溝付管である。図6において、各変則管133は、同じ長さであるため、各伝熱管103のそれぞれの流動抵抗は、伝熱管103の軸方向長さLに対する螺旋溝付管131の軸方向長さLaの比を用いて調整することができる。
Further, in FIG. 6, the axial length L of the
次に、実施の形態1に係る熱交換器100における、伝熱管103の軸方向長さLに対する螺旋溝付管131の軸方向長さLaの比の決定方法について説明する。
Next, a method of determining the ratio of the axial length La of the spiral grooved
図7は、各伝熱管103の流動抵抗が同一の場合の熱交換器100における、伝熱管103の鉛直方向位置に対する伝熱管103の内部を流れる冷媒の質量流量の値を例示した図である。図7において、縦軸は分配ヘッダ101に伝熱管103が接続される鉛直方向位置、横軸は伝熱管103内を流れる冷媒の質量流量を示し、黒丸が各伝熱管103を流れる質量流量である。
FIG. 7 is a diagram illustrating the value of the mass flow rate of the refrigerant flowing inside the
一般的に、分配流路101e内を流れる冷媒の流速は、重力の作用により、鉛直下方と比較して鉛直上方において小さくなる。したがって、図7に示すように、伝熱管103の内部を流れる冷媒の質量流量は、分配流路101eの鉛直上方に位置する伝熱管103ほど小さく、分配流路101eの鉛直下方である鉛直下方に位置する伝熱管103ほど大きくなる。
In general, the flow velocity of the refrigerant flowing in the
図7に示すように、各伝熱管103の内部を流れる冷媒の質量流量に差が生じると、鉛直下方に位置する伝熱管103には過剰な冷媒が流れる一方、鉛直上方に位置する伝熱管103に供給される冷媒が不足して、鉛直方向に位置する伝熱管103内にガス単相領域が増大し、熱交換器100の熱交換性能が低下する。
As shown in FIG. 7, when there is a difference in the mass flow rate of the refrigerant flowing inside each
したがって、実施の形態1に係る熱交換器100では、各伝熱管103の内部を流れる冷媒の質量流量の差による熱交換性能の低下を抑制するために、各伝熱管103の内部を流れる冷媒の質量流量が平準化されるように、分配ヘッダ101に伝熱管103が接続される鉛直方向位置に応じて伝熱管103の軸方向長さLに対する螺旋溝付管131の軸方向長さLaの比を決定する。
Therefore, in the
具体的には、伝熱管103の軸方向長さLに対する螺旋溝付管131の軸方向長さLaの比は、図3に示すように、分配流路101eの鉛直上方に接続された伝熱管103から分配流路101eの鉛直下方に接続された伝熱管103へ順次大きくなるように決定する。
Specifically, the ratio of the axial length La of the spiral grooved
ここで、螺旋溝付管131の流動抵抗は、平滑管132より大きいため、軸方向長さLに対する軸方向長さLaの比が小さいほど伝熱管103の流動抵抗は小さくなり、軸方向長さLに対する軸方向長さLaの比が大きいほど、伝熱管103の流動抵抗は大きくなる。
Here, since the flow resistance of the spiral grooved
つまり、図3に示す熱交換器100では、各伝熱管103の流動抵抗が同一の場合に分配流路101e内を流れる冷媒の流速が大きくなる鉛直下方に接続された伝熱管103の流動抵抗は大きく、各伝熱管103の流動抵抗が同一の場合に分配流路101e内を流れる冷媒の流速が小さくなる鉛直上方に接続された伝熱管103の流動抵抗は小さい構成である。
That is, in the
したがって、実施の形態1に係る熱交換器100では、伝熱管103の軸方向長さLに対する螺旋溝付管131の軸方向長さLaの比を分配流路101eの鉛直上方に接続された伝熱管103から分配流路101eの鉛直下方に接続された伝熱管103へ順次大きくなるように決定するため、伝熱管103の流動抵抗を分配流路101eの鉛直上方に接続された伝熱管103から分配流路101eの鉛直下方に接続された伝熱管103へ順次大きくでき、各伝熱管103の内部を流れる冷媒の質量流量を平準化することができる。
Therefore, in the
なお、伝熱管103が空気の流動方向Zに対して複数列設けられており、分配ヘッダ101に伝熱管103が接続される鉛直方向位置が同一の伝熱管103が存在する場合、分配ヘッダ101に対して同一の鉛直方向位置に接続された伝熱管103は、同一の流動抵抗を有する。また、各伝熱管103の流動抵抗が同一の場合に分配流路101e内を流れる冷媒の流速が大きく変化しない鉛直方向区間に接続された伝熱管103は、同一の流動抵抗を有してもよい。つまり、実施の形態1に係る熱交換器100は、鉛直方向に異なる位置に複数設けられた伝熱管103のうち少なくとも一部の伝熱管103の流動抵抗が異なるように、それぞれの伝熱管103の螺旋溝付管131の軸方向長さLa及び平滑管132の軸方向長さLbが形成される。
When a plurality of rows of
実施の形態1において、各伝熱管103内を流れる冷媒の質量流量は、接続配管105a又は接続配管105bに螺旋溝を設けることによって調整することができる。しかし、接続配管105a又は接続配管105bのみに螺旋溝を設けて各伝熱管103内を流れる冷媒の質量流量を調整した場合、伝熱管103の内面に螺旋溝が設けられていないため、伝熱管103内を流れる冷媒は撹拌され難い。
In the first embodiment, the mass flow rate of the refrigerant flowing in each
フィン104を設けていない接続配管105a及び接続配管105bは、熱交換器100の周囲の空気(流体)との熱交換を行うための配管ではなく、伝熱管103を分配ヘッダ101及び合流ヘッダ102と接続するための配管である。つまり、接続配管105a又は接続配管105bに螺旋溝を設けることによって各伝熱管103内を流れる冷媒の質量流量を調整したとしても、熱交換性能の向上をはかることができない。
The
一方、実施の形態1に係る熱交換器100では、熱交換器100の周囲の空気(流体)との熱交換を行うために、外表面に複数のフィン104が配設された螺旋溝付管131及び平滑管132から構成された配管である伝熱管103の軸方向長さLに対する螺旋溝付管131の軸方向長さLaの比を、分配ヘッダ101に伝熱管103が接続される鉛直方向位置に応じて変更することで、各伝熱管103に対応した適切な冷媒の質量流量の調整をすることができ、熱交換性能の向上をはかることができる。
On the other hand, in the
また、実施の形態1に係る熱交換器100は、螺旋溝付管131のリード角を伝熱管103毎に変更することなく、各伝熱管103に対応した適切な冷媒の質量流量を設定できる。
Further, the
また、実施の形態1に係る熱交換器100は、伝熱管103の軸方向長さLに対する螺旋溝付管131(第1抵抗領域)の軸方向長さLaの比によって伝熱管103の流動抵抗を調整できるため、伝熱管103の流動抵抗の調整幅が大きく、各伝熱管103に対応した適切な冷媒の質量流量を設定できる。
Further, in the
また、実施の形態1に係る熱交換器100の伝熱管103は、螺旋溝付管131の内面に設けられた螺旋溝によって、伝熱管103内を流れる冷媒を撹拌するため、熱交換性能の向上をはかることができる。
Further, the
また、実施の形態1に係る熱交換器100の伝熱管103は、螺旋溝付管131と平滑管132とがろう付け等によって接続され構成される。したがって、伝熱管103の内面の形状は不連続であり、伝熱管103内を流れる冷媒の流れに変化をもたせることができ、冷媒の撹拌作用が向上するため、熱交換性能の向上をはかることができる。
Further, the
実施の形態1に係る熱交換器100は、鉛直方向の両端に設けられた一端部及び他端部、並びに一端部と他端部とを接続する側部を有し、一端部又は側部に冷媒が流入する流入口が設けられ、内部に一端部から他端部に向かって冷媒が流れる分配流路が形成された分配ヘッダと、鉛直方向の両端に設けられた一端部及び他端部、並びに一端部と他端部とを接続する側部を有し、一端部又は側部に冷媒が流出する流出口が設けられ、内部に一端部から他端部に向かって冷媒が流れる合流流路が形成された合流ヘッダと、軸方向の一端を分配ヘッダの側部に接続され、軸方向の他端を合流ヘッダの側部に接続され、内部に冷媒が一端から他端に流れる冷媒流路が設けられた管状の冷媒管とを備え、冷媒管は、鉛直方向に異なる位置に複数設けられ、冷媒管は、外部にフィンが設けられた伝熱部と、伝熱部の両端に設けられ外部にフィンが設けられていない接続部とを有し、冷媒管の伝熱部は、第1の流動抵抗を有し、内面に螺旋溝が設けられた第1抵抗領域及び第1抵抗領域と異なる流動抵抗である第2の流動抵抗を有する第2抵抗領域を有し、第1抵抗領域及び第2抵抗領域は、冷媒管が鉛直方向位置に応じた流動抵抗となるような軸方向長さで形成される。
The
また、実施の形態1に係る熱交換器100は、鉛直方向に異なる位置に複数設けられた冷媒管のうち少なくとも一部の冷媒管の流動抵抗が異なるように、それぞれの冷媒管の伝熱部の第1抵抗領域の軸方向長さ及び第2抵抗領域の軸方向長さが形成されたことを特徴とする。
Further, in the
また、実施の形態1に係る熱交換器100において、冷媒管の流動抵抗は、冷媒管の伝熱部の軸方向長さに対する第1抵抗領域の軸方向長さの比によって調整することを特徴とする。
Further, in the
また、実施の形態1に係る熱交換器100において、第2抵抗領域は、内面が平滑面であることを特徴とする。
Further, in the
また、実施の形態1に係る熱交換器100において、伝熱管の伝熱部の流動抵抗は、鉛直上方に設けられた伝熱管から鉛直下方に設けられた伝熱管へ順次大きくなることを特徴とする。
Further, in the
以上の構成によって実施の形態1に係る熱交換器100は、各伝熱管103に対応した適切な冷媒の質量流量を設定でき、伝熱管103内を流れる冷媒を撹拌し、効率的な熱交換を行うことができる。
With the above configuration, the
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る熱交換器200の構成について説明する。なお、実施の形態1と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。Embodiment 2.
The configuration of the
図8は、実施の形態2に係る熱交換器200の断面図である。図8に示すように、熱交換器200は、平滑管132の代わりに、内面に管軸Pに平行な方向に伸びる直線状のストレート溝を有するストレート溝付管134を有する構成である。ストレート溝付管134(第2抵抗領域)の流動抵抗(第2の流動抵抗)は、螺旋溝付管131(第1抵抗領域)の流動抵抗(第1の流動抵抗)よりも小さい。図8に示す軸方向長さLdは、ストレート溝付管134の軸方向長さであり、伝熱管103の軸方向長さLは、螺旋溝付管131(第1抵抗領域)の軸方向長さLaと、ストレート溝付管134(第2抵抗領域)の軸方向長さLdとの和である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the
熱交換器200では、伝熱管103の軸方向長さLに対する螺旋溝付管131の軸方向長さLaの比を、分配ヘッダ101に伝熱管103が接続される鉛直方向位置に応じて変更することで、各伝熱管103に対応した適切な冷媒の質量流量の調整をすることができ、熱交換性能の向上をはかることができる。具体的には、軸方向長さLに対する軸方向長さLaの比が、分配流路101eの鉛直上方に接続された伝熱管103から分配流路101eの鉛直下方に接続された伝熱管103へ順次大きくなる。
In the
実施の形態2に係る熱交換器200では、螺旋溝付管131に設けられた螺旋溝と、ストレート溝付管134に設けられたストレート溝とは、不連続の溝形状である。実施の形態2に係る熱交換器200では、伝熱管103内の溝形状が不連続であることによって、伝熱管103内を流れる冷媒が撹拌され、熱交換性能の向上をはかることができる。
In the
また、実施の形態2に係る熱交換器200では、平滑管132の代わりに、平滑管132よりも断面積が大きいストレート溝付管134を有するため、熱交換効率の向上をはかることができる。
Further, since the
実施の形態2に係る熱交換器200では、第2抵抗領域は、内面に、管軸Pに対して並行な方向に伸びる直線状のストレート溝が設けられたことを特徴とする。
In the
以上の構成によって実施の形態2に係る熱交換器200は、各伝熱管103に対応した適切な冷媒の質量流量を設定でき、伝熱管103内を流れる冷媒を撹拌し、効率的な熱交換を行うことができる。
With the above configuration, the
実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係る熱交換器300の構成について説明する。なお、実施の形態1と同一または対応する構成については、その説明を省略し、構成の異なる部分のみを説明する。Embodiment 3.
The configuration of the
図9は、実施の形態3に係る熱交換器300の断面図である。図9に示すように、熱交換器300は、平滑管132の代わりに、内面に管軸Pに対して一定のリード角βをもつ内面溝付管である螺旋溝付管135を有する構成である。ここで、螺旋溝付管135のリード角βは、螺旋溝付管131のリード角αよりも小さい角度である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the
螺旋溝付管135の螺旋溝のリード角βは、螺旋溝付管131の螺旋溝のリード角αよりも小さいため、螺旋溝付管135(第2抵抗領域)の流動抵抗(第2の流動抵抗)は、螺旋溝付管131(第1抵抗領域)の流動抵抗(第1の流動抵抗)よりも小さい。図9に示す軸方向長さLeは、螺旋溝付管135の軸方向長さであり、伝熱管103の軸方向長さLは、螺旋溝付管131(第1抵抗領域)の軸方向長さLaと、螺旋溝付管135(第2抵抗領域)の軸方向長さLeとの和である。
Since the lead angle β of the spiral groove of the spiral grooved pipe 135 is smaller than the lead angle α of the spiral groove of the spiral grooved
熱交換器300では、伝熱管103の軸方向長さLに対する螺旋溝付管131の軸方向長さLaの比を、分配ヘッダ101に伝熱管103が接続される鉛直方向位置に応じて変更することで、各伝熱管103に対応した適切な冷媒の質量流量の調整をすることができ、熱交換性能の向上をはかることができる。具体的には、軸方向長さLに対する軸方向長さLaの比が、分配流路101eの鉛直上方に接続された伝熱管103から分配流路101eの鉛直下方に接続された伝熱管103へ順次大きくなる。
In the
実施の形態3に係る熱交換器300では、螺旋溝付管131に設けられた螺旋溝と、螺旋溝付管135に設けられた螺旋溝とは、不連続の溝形状である。実施の形態3に係る熱交換器300では、伝熱管103内の溝形状が不連続であることにより、伝熱管103内を流れる冷媒が撹拌され、熱交換性能の向上をはかることができる。
In the
また、実施の形態3に係る熱交換器300は、平滑管132の代わりに、平滑管132よりも断面積が大きい螺旋溝付管135を有するため、熱交換効率の向上をはかることができる。
Further, since the
また、実施の形態3に係る熱交換器300の伝熱管103は、リード角が異なる螺旋溝が設けられた螺旋溝付管131及び螺旋溝付管135によって構成されるため、螺旋溝付管131及び平滑管132によって構成される伝熱管103よりも伝熱管103内を流れる冷媒の流れに変化をもたせることができ、冷媒の撹拌作用を向上することができる。
Further, since the
ここで、実施の形態3に係る熱交換器300では、螺旋溝付管135のリード角βが、螺旋溝付管131のリード角αよりも小さい角度である場合を例として説明したが、螺旋溝付管135のリード角βが、螺旋溝付管131のリード角αよりも大きい角度であってもよい。リード角αよりもリード角βの方が大きい角度の場合、螺旋溝付管135は螺旋溝付管131よりも流動抵抗が大きくなるため、伝熱管103の軸方向長さLに対する螺旋溝付管135の軸方向長さLeの比が、分配流路101eの鉛直上方に接続された伝熱管103から分配流路101eの鉛直下方に接続された伝熱管103へ順次大きくなる。
Here, in the
実施の形態3に係る熱交換器300では、複数の抵抗領域は、第2抵抗領域は、内面に、第1抵抗領域の内面に設けられた螺旋溝のリード角と異なるリード角の螺旋溝が設けられたことを特徴とする。
In the
以上の構成によって実施の形態3に係る熱交換器300は、各伝熱管103に対応した適切な冷媒の質量流量を設定でき、伝熱管103内を流れる冷媒を撹拌し、効率的な熱交換を行うことができる。
With the above configuration, the
本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In the present invention, each embodiment can be freely combined within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
1 室外機
2 冷媒配管
3 室内機
11 圧縮機
12 四方切換弁
13 絞り機構
14 室外送風機
31 室内熱交換器
32 室内送風機
100,200,300 熱交換器
101 分配ヘッダ
102 合流ヘッダ
103 伝熱管
104 フィン
105a,105b 接続配管
101a,102a 一端部
101b 流入口
102b 流出口
101c,102c 他端部
101d,102d 側部
101e 分配流路
102e 合流流路
103a,110a 冷媒流路
103b,103c 開口
110 冷媒管
131,135 螺旋溝付管
132 平滑管
133 変則管
134 ストレート溝付管1 Outdoor unit 2 Refrigerant piping 3 Indoor unit 11
Claims (8)
鉛直方向の両端に設けられた一端部及び他端部、並びに前記一端部と前記他端部とを接続する側部を有し、前記一端部又は前記側部に冷媒が流出する流出口が設けられ、内部に前記一端部から前記他端部に向かって前記冷媒が流れる合流流路が形成された合流ヘッダと、
軸方向の一端を前記分配ヘッダの前記側部に接続され、前記軸方向の他端を前記合流ヘッダの前記側部に接続され、内部に前記冷媒が前記一端から前記他端に流れる冷媒流路が設けられた管状の冷媒管とを備え、
前記冷媒管は、鉛直方向に異なる位置に複数設けられ、
前記冷媒管は、外部にフィンが設けられた伝熱部と、前記伝熱部の両端に設けられ外部にフィンが設けられていない接続部とを有し、
前記冷媒管の伝熱部は、第1の流動抵抗を有し、内面に螺旋溝が設けられた第1抵抗領域及び前記第1抵抗領域と異なる流動抵抗である第2の流動抵抗を有する第2抵抗領域を有し、
前記第1抵抗領域及び前記第2抵抗領域は、前記冷媒管が鉛直方向位置に応じた流動抵抗となるような軸方向長さで形成された
熱交換器。It has one end and the other end provided at both ends in the vertical direction, and a side portion connecting the one end portion and the other end portion, and an inflow port through which the refrigerant flows is provided at the one end portion or the side portion. A distribution header in which a distribution flow path through which the refrigerant flows from one end to the other end is formed.
It has one end and the other end provided at both ends in the vertical direction, and a side portion connecting the one end portion and the other end portion, and an outlet for flowing out the refrigerant is provided at the one end portion or the side portion. A merging header in which a merging flow path through which the refrigerant flows from one end to the other end is formed.
A refrigerant flow path in which one end in the axial direction is connected to the side portion of the distribution header, the other end in the axial direction is connected to the side portion of the merging header, and the refrigerant flows from the one end to the other end inside. With a tubular refrigerant pipe provided with
A plurality of the refrigerant pipes are provided at different positions in the vertical direction.
The refrigerant pipe has a heat transfer portion provided with fins on the outside and a connecting portion provided on both ends of the heat transfer portion and not provided with fins on the outside.
The heat transfer portion of the refrigerant pipe has a first flow resistance, and has a first resistance region provided with a spiral groove on the inner surface and a second flow resistance which is a flow resistance different from the first resistance region. Has 2 resistance regions
The first resistance region and the second resistance region are heat exchangers formed with an axial length such that the refrigerant pipe has a flow resistance according to a vertical position.
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