KR101456817B1 - 공기 조화기용 열교환기 - Google Patents

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Abstract

열교환기(11)는, 냉매 경로로서 복수의 패스(P)를 갖고, 복수의 패스(P) 중 적어도 하나는, 응축기로서 사용되는 경우와 증발기로서 사용되는 경우의 양방에 있어서, 냉매가 어느 하나의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 이 관열(L)보다도 기류 방향(A)의 하류측의 관열(L)의 전열관(15)으로 흐르는 병행류부(R1)와 냉매가 어느 하나의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 이 관열(L)보다도 기류 방향(A)의 상류측의 관열(L)의 전열관(15)으로 흐르는 대향류부(R2)가 함께 존재하는 공존 패스(P)이다.

Description

공기 조화기용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR AIR CONDITIONER}
본 발명은, 공기 조화기에 이용되는 열교환기에 관한 것이다.
종래부터, 공기 조화기에 이용되는 열교환기로는, 크로스 핀형의 열교환기가 알려져 있다. 이 열교환기는, 소정의 간격을 두고 나열된 복수의 핀과, 이들 핀을 관통하는 복수의 전열관을 구비하고 있다. 공기 조화기의 케이스 내에 흡입된 공기는, 열교환기의 핀들의 간극을 통과할 때에 전열관 내를 유통하는 냉매 사이에서 열교환된다. 이에 의해, 공기의 온도가 조절된다. 통상의 열교환기는, 전열관의 관열이 기류 방향을 따라 복수 배열된 열 구성을 갖고 있다(예를 들면 특허 문헌 1).
통상, 공기 조화기에서는, 열교환기에 있어서 냉매의 흐름과 공기의 흐름이 직교 대향류(예를 들면, 냉매와 공기가 도 11(B)에 나타낸 바와 같은 관계로 흐르는 흐름)이 되도록 각 패스를 형성하는 것이, 직교 병행류(예를 들면, 냉매와 공기가 도 11(A)에 나타낸 바와 같은 관계로 흐르는 흐름)에 비해 열교환의 효율이 높다. 즉, 직교 대향류에서는, 공기가 흐르는 방향(A)과 전열관 내의 냉매가 흐르는 방향이 직교하거나 또는 그에 가까운 상태로 교차하면서, 그 전열관 내를 흐르는 냉매가, 그 전열관보다도 기류 방향(A)의 상류측에 위치하는 관열의 전열관으로 흐른다. 또, 직교 병행류에서는, 공기가 흐르는 방향(A)과 전열관 내의 냉매가 흐르는 방향이 직교하거나 또는 그에 가까운 상태로 교차하면서, 그 전열관 내를 흐르는 냉매가, 그 전열관보다도 기류 방향(A)의 하류측에 위치하는 관열의 전열관으로 흐른다.
따라서, 예를 들면 냉방 능력을 중시하는 경우에는, 냉방 운전 시에 열교환기에 있어서 냉매의 흐름과 공기의 흐름이 직교 대향류가 되도록 각 패스를 형성한다. 단, 일반적으로는, APF(Annual Performance Factor)를 향상시키기 위해서 난방 능력이 중시되는 경우가 많으므로 이 경우에는, 난방 운전 시에 열교환기에 있어서 냉매의 흐름과 공기의 흐름이 직교 대향류가 되도록 각 패스를 형성한다.
그러나, 난방 능력 및 냉방 능력 중 어느 한쪽을 중시하면, 다른쪽의 능력을 충분히 얻지 못하는 경우가 있다.
일본국 특허 공개 2010-78287호 공보
본 발명의 목적은, 난방 능력과 냉방 능력의 밸런스를 향상시킬 수 있는 공기 조화기용 열교환기를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 공기 조화기용 열교환기는, 난방 운전과 냉방 운전의 전환이 가능한 공기 조화기에 이용되는 크로스 핀 튜브식의 열교환기이다. 상기 열교환기는, 복수의 핀(13)과, 상기 복수의 핀(13)을 관통하는 복수의 전열관(15)을 구비하고 있다. 상기 열교환기는, 전열관(15)의 관열(L)이 기류 방향(A)을 따라서 3열 이상 설치된 열 구성을 갖고 있다. 상기 열교환기는, 냉매 경로로서 복수의 패스(P)를 갖고 있다. 상기 복수의 패스(P) 중 적어도 하나는, 응축기로서 사용되는 경우와 증발기로서 사용되는 경우 양방에 있어서, 냉매가 상기 열 구성에 있어서의 어느 하나의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 이 관열(L)보다도 상기 기류 방향(A)의 하류측의 관열(L)의 전열관(15)으로 흐르는 병행류부(R1)와, 냉매가 상기 열 구성에 있어서의 어느 하나의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 이 관열(L)보다도 상기 기류 방향(A)의 상류측의 관열(L)의 전열관(15)으로 흐르는 대향류부(R2)가 모두 존재하는 공존 패스(P)이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 공기 조화기용 열교환기를 구비한 공기 조화기를 나타내는 구성도이다.
도 2는 상기 공기 조화기용 열교환기를 나타내는 정면도이다.
도 3의 (A)는, 도 2에 나타낸 상기 공기 조화기용 열교환기를 방향 D1에서 본 좌측면도이며, (B)는, 도 2에 나타낸 상기 공기 조화기용 열교환기를 방향 D2에서 본 우측면도이다.
도 4의 (A), (B)는, 상기 공기 조화기용 열교환기를 나타내는 좌측면도이며, (A)는 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있으며, (B)는 응축기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있다.
도 5의 (A)는, 도 4(A)에 나타낸 상기 공기 조화기용 열교환기에 있어서의 복수의 패스 중 하나를 확대한 측면도이며, (B)는, 도 4(B)에 나타낸 상기 공기 조화기용 열교환기에 있어서의 복수의 패스 중 하나를 확대한 측면도이다.
도 6의 (A)는, 상기 공기 조화기용 열교환기가 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 공기의 온도와 냉매의 온도의 관계를 나타내는 그래프이며, (B)는, 도 11(A)에 나타낸 종래의 열교환기가 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 공기의 온도와 냉매의 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7의 (A), (B)는, 상기 공기 조화기용 열교환기의 변형예 1을 나타내는 좌측면도이며, (A)는 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있으며, (B)는 응축기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있다.
도 8의 (A)는, 상기 공기 조화기용 열교환기의 변형예 2를 나타내는 좌측면도이며, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있다. (B)는, 상기 공기 조화기용 열교환기의 변형예 3을 나타내는 좌측면도이며, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있다.
도 9는 상기 공기 조화기용 열교환기의 변형예 4를 나타내는 좌측면도이며, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있다.
도 10의 (A)는 상기 공기 조화기용 열교환기의 변형예 5를 나타내는 좌측면도이며, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있다. (B)는 상기 공기 조화기용 열교환기의 변형예 6을 나타내는 좌측면도이며, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있다.
도 11의 (A), (B)는, 종래의 공기 조화기용 열교환기를 나타내는 좌측면도이며, (A)는 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있으며, (B)는 응축기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 공기 조화기용 열교환기(11) 및 이것을 구비한 공기 조화기(81)에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
<공기 조화기의 구성>
도 1에 나타낸 바와 같이, 공기 조화기(81)는, 실내 유닛(82)과, 실외 유닛(83)을 구비하고 있다. 실내 유닛(82)은, 실내 열교환기(11A)와, 실내 송풍기(86)를 구비하고 있다. 실외 유닛(83)은, 실외 열교환기(11B)와, 실외 송풍기(87)와, 압축기(88)와, 사방 전환 밸브(89)와, 팽창 밸브(90)를 구비하고 있다. 실내 유닛(82)과 실외 유닛(83)은 가스측 연락 배관(84) 및 액측 연락 배관(85)에 의해 서로 접속되어 있으며, 이에 의해 냉매 회로(91)가 구성되어 있다.
이 공기 조화기(81)에서는, 사방 전환 밸브(89)의 경로를 전환함으로써, 냉방 운전과 난방 운전을 전환할 수 있다. 도 1에서 실선으로 나타나는 사방 전환 밸브(89)의 경로의 경우, 공기 조화기(81)는 냉방 운전을 행한다. 한편, 도 1에서 파선으로 나타나는 사방 전환 밸브(89)의 경로의 경우, 공기 조화기(81)는 난방 운전을 행한다.
실내 열교환기(11A)는, 냉매 회로(91)를 순환하는 냉매와 실내 송풍기(86)에 의해 공급되는 실내 공기 사이에서 열교환시킨다. 실외 열교환기(11B)는, 냉매 회로(91)를 순환하는 냉매와 실외 송풍기(87)에 의해 공급되는 실외 공기 사이에서 열교환시킨다.
<열교환기의 구성>
본 실시형태에서는, 공기 조화기용 열교환기(11)가 실내 열교환기(11A) 및 실외 열교환기(11B)에 이용되는 경우를 예로 들어 설명하는데, 열교환기(11)를 실내 열교환기(11A) 및 실외 열교환기(11B) 중 어느 한쪽만 채용해도 된다. 이하의 설명에서는, 주로 실내 열교환기(11A)에 대해서 설명하며, 실외 열교환기(11B)에 대해서는 실내 열교환기(11A)와 동일한 구성을 갖고 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 실내 열교환기(11A)는 핀 앤드 튜브형 열교환기이다. 실내 열교환기(11A)는, 금속제의 박판형상의 복수의 핀(13)과 금속제의 복수의 전열관(15)을 포함한다. 각 전열관(15)은, 각 핀(13)에 형성된 도시 생략한 관통 구멍에 삽입 통과되어 있으며, 각 핀(13)에 접한 상태로 복수의 핀(13)에 지지되어 있다. 복수의 핀(13)은, 인접하는 것들이 소정의 간격을 둔 상태로 핀의 두께 방향으로 배열되어 있다. 각 핀(13)은, 기류 방향(A)에 대략 평행한 자세로 배치되어 있다. 각 전열관(15)은, 그 길이 방향이 복수의 핀(13)에 직교하는 자세로 배치되어 있다.
공기 조화기(81)에서는, 실내 송풍기(86)의 도시 생략한 날개차가 모터의 구동에 의해 회전함으로써, 도 3(A)에 나타낸 바와 같이 기류 방향(A)의 공기의 흐름이 생긴다. 기류 방향(A)은, 각 핀(13)의 표면을 따른 방향이며, 각 전열관(15)의 길이 방향에 교차하는 방향이다. 본 실시형태에서는, 기류 방향(A)은, 대략 수평인 방향을 향하고 있다.
열교환기(11A)는, 전열관(15)의 관열(L)이 기류 방향(A)을 따라서 3열 설치된 열 구성을 갖고 있다. 전열관(15)의 관열(L)이란, 기류 방향(A)에 교차하는 방향(본 실시형태에서는 상하 방향)으로 복수의 전열관(15)을 나열하여 배치함으로써 형성된 열이다. 이 열 구성은, 기류 방향(A)의 최상류에 위치하는 풍상(風上) 관열(L1)과, 기류 방향(A)의 최하류에 위치하는 풍하(風下) 관열(L3)과, 풍상 관열(L1)과 풍하 관열(L3) 사이에 위치하는 중간 관열(L2)을 갖는다. 각 관열(L)을 구성하는 전열관(15)은, 같은 개수(본 실시형태에서는 14개)로 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 중간 관열(L2)은, 풍상 관열(L1) 및 풍하 관열(L3)보다도 하방으로 어긋난 위치에 배치되어 있는데 이에 한정되지 않는다. 3개의 관열(L1~L3)은, 기류 방향(A)을 따르는 방향으로 나열되어 있다.
(패스의 구성)
열교환기(11A)는, 냉매의 경로로서의 복수의 패스(P)를 갖고 있다. 본 실시형태에서는, 복수의 패스(P)는, 14개의 패스(P1~P14)를 포함한다(도 4(A), (B) 참조). 이들 패스(P1~P14)는, 이 순서로 하방에 나열되어 배치되어 있다. 각 패스(P)는, 3개의 전열관(15)과 2개의 U자 관부(17)를 구비한다. 예를 들면 최상부에 위치하는 패스(P1)는, 도 3(A), (B)에 나타낸 바와 같이, 풍상 관열(L1)의 최상부에 위치하는 전열관(15a)과, 중간 관열(L2)의 최상부에 위치하는 전열관(15b)과, 풍하 관열(L3)의 최상부에 위치하는 전열관(15c)과, U자 관부(17a)와, U자 관부(17b)를 구비한다. U자 관부(17a)는, 열교환기(11A)의 좌측부(SL)에 있어서 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)과 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)을 접속하고 있다. U자 관부(17b)는, 열교환기(11A)의 우측부(SR)에 있어서 중간 관열(L2)의 전열관(15b)과 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)을 접속하고 있다. 본 실시형태에서는, 패스(P2~P14)에 대해서도 패스(P1)와 동일한 구성을 갖고 있다.
각 패스(P)는, 냉매의 출입구가 되는 한 쌍의 단부를 갖고 있다. 예를 들면 패스(P1)에서는, 제1 단부(E1)와, 제2 단부(E2)가 냉매의 출입구가 된다. 제1 단부(E1)는, 풍상 관열(L1)의 최상부에 위치하는 전열관(15a)에 있어서의 우측부(SR)측의 단부이다. 제2 단부(E2)는, 중간 관열(L2)의 최상부에 위치하는 전열관(15b)에 있어서의 좌측부(SL)측의 단부이다. 본 실시형태에서는, 패스(P2~P14)도 패스(P1)와 동일한 위치에 제1 단부(E1) 및 제2 단부(E2)를 갖고 있다.
따라서, 열교환기(11A)의 우측부(SR)에는 14개의 제1 단부(E1)가 존재하고, 좌측부(SL)에도 14개의 제2 단부(E2)가 존재한다. 열교환기(11A)의 우측부(SR)의 근방에는, 각 제1 단부(E1)에 접속된 도시 생략한 분류관을 갖는 헤더가 설치되어 있으며, 이 헤더는 액배관(92)에 접속되어 있다. 열교환기(11A)의 좌측부(SL)의 근방에는, 각 패스(P)의 제2 단부(E2)에 접속된 분류관을 갖는 도시 생략한 헤더가 설치되어 있으며, 이 헤더는 가스 배관(93)에 접속되어 있다.
(냉매의 흐름)
다음에, 냉방 운전 시의 냉매의 흐름과, 난방 운전 시의 냉매의 흐름에 대해서 설명한다. 우선, 냉방 운전 시의 냉매의 흐름에 대해서 설명한다. 공기 조화기(81)의 냉방 운전 시에는, 도 1에 있어서의 사방 전환 밸브(89)는, 실선으로 나타나는 경로로 전환된다. 이 냉방 운전에서는, 실내 열교환기(11A)는 증발기로서 기능하고, 실외 열교환기(11B)는 응축기로서 기능한다.
냉방 운전에 있어서, 냉매는 액배관(92)으로부터 실내 열교환기(11A)로 유입되고, 실내 열교환기(11A)에 있어서 공기와 열교환한 후, 가스 배관(93)으로 유출된다. 구체적으로는, 냉매는 액배관(92)을 통해서 헤더에 유입되고, 이 헤더의 복수의 분류관을 통해 복수의 패스(P1~P14)로 분류한다. 각 패스(P)의 제1 단부(E1)로부터 패스(P) 내에 유입된 냉매는, 패스(P) 내를 흘러 제2 단부(E2)로부터 대응하는 분류관으로 유출된다. 각 분류관을 흐르는 냉매는 헤더에서 합류되어, 이 헤더로부터 가스 배관(93)으로 유출된다.
각 패스(P)에 있어서의 냉매의 흐름을 도 4(A)에 나타낸다. 도 4(A)는, 열교환기(11A)의 좌측부(SL)를 나타내고 있다. 도 4(A)에서는, U자 관부(17a)의 도시는 생략하고 있다. 각 패스(P)의 실선의 화살표는, 좌측부(SL)측에 위치하는 U자 관부(17a)에 있어서의 냉매가 흐르는 방향, 및 좌측부(SL)측에 위치하는 제2 단부(E2)로부터 유출되는 냉매의 흐름을 나타내고 있다. 또, 각 패스(P)의 파선의 화살표는, 우측부(SR)측에 위치하는 제1 단부(E1)로 유입되는 냉매의 흐름, 및 열교환기(11A)의 우측부(SR)측에 위치하는 U자 관부(17b)에 있어서의 냉매가 흐르는 방향을 나타내고 있다.
구체적으로는, 냉매는, 우측부(SR)측에 위치하는 각 패스(P)의 제1 단부(E1)(전열관(15a)의 단부)로부터 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)에 유입되고, 이 전열관(15a) 내를 좌측부(SL)측을 향해 흐른다. 전열관(15a)의 좌측부(SL)측의 단부에 도달한 냉매는, 좌측부(SL)측에 위치하는 U자 관부(17a)를 통해서 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)에 유입되고, 이 전열관(15c) 내를 우측부(SR)측을 향해 흐른다. 전열관(15c)의 우측부(SR)측의 단부에 도달한 냉매는, 우측부(SR)측에 위치하는 U자 관부(17b)를 통해서 중간 관열(L2)의 전열관(15b)에 유입되고, 이 전열관(15b) 내를 좌측부(SL)측을 향해 흘러, 좌측부(SL)측에 위치하는 제2 단부(E2)(전열관(15b)의 단부)로부터 분류관으로 유출된다.
이와 같이 열교환기(11A)에 있어서의 각 패스(P)는, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 냉매가 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 유출되는 중간 유출 패스이다. 한편, 예를 들면 도 11(A)에 나타낸 종래의 열교환기(101)에 있어서의 각 패스(P)는, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 냉매가 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)으로부터 유출되는 풍하 유출 패스이다.
다음에, 난방 운전 시의 냉매의 흐름에 대해서 설명한다. 공기 조화기(81)의 난방 운전 시에는, 도 1에서의 사방 전환 밸브(89)는, 파선으로 나타나는 경로로 전환된다. 이 난방 운전에서는, 실내 열교환기(11A)는 응축기로서 기능하고, 실외 열교환기(11B)는 증발기로서 기능한다.
난방 운전에 있어서, 냉매는 가스 배관(93)으로부터 실내 열교환기(11A)로 유입되고, 실내 열교환기(11A)에 있어서 공기와 열교환한 후, 액배관(92)으로 유출된다. 구체적으로는, 냉매는 가스 배관(93)을 통해서 헤더에 유입되고, 이 헤더의 복수의 분류관을 통해 복수의 패스(P1~P14)로 분류한다. 각 패스(P)의 제2 단부(E2)로부터 패스(P) 내로 유입된 냉매는, 패스(P) 내를 흘러 제1 단부(E1)로부터 대응하는 분류관으로 유출된다. 각 분류관을 흐르는 냉매는 헤더에서 합류되어, 이 헤더로부터 액배관(92)으로 유출된다.
각 패스(P)에 있어서의 냉매의 흐름을 도 4(B)에 나타낸다. 도 4(B)는, 열교환기(11A)의 좌측부(SL)를 나타내고 있다. 도 4(B)에서는, U자 관부(17a)의 도시는 생략하고 있다. 각 패스(P)의 실선의 화살표는, 좌측부(SL)측에 위치하는 제2 단부(E2)에 유입되는 냉매의 흐름, 및 좌측부(SL)측에 위치하는 U자 관부(17a)에 있어서의 냉매가 흐르는 방향을 나타내고 있다. 또, 각 패스(P)의 파선의 화살표는, 열교환기(11A)의 우측부(SR)측에 위치하는 U자 관부(17b)에 있어서의 냉매가 흐르는 방향, 및 우측부(SR)측에 위치하는 제1 단부(E1)로부터 유출되는 냉매의 흐름을 나타내고 있다.
구체적으로는, 냉매는, 좌측부(SL)측에 위치하는 각 패스(P)의 제2 단부(E2)(전열관(15b)의 단부)로부터 중간 관열(L2)의 전열관(15b)에 유입되고, 이 전열관(15b) 내를 우측부(SR)측을 향해 흐른다. 전열관(15b)의 우측부(SR)측의 단부에 도달한 냉매는, 우측부(SR)측에 위치하는 U자 관부(17b)를 통해서 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)에 유입되고, 이 전열관(15c) 내를 좌측부(SL)측을 향해 흐른다. 전열관(15c)의 좌측부(SL)측의 단부에 도달한 냉매는, 좌측부(SL)측에 위치하는 U자 관부(17a)를 통해서 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)에 유입되고, 이 전열관(15a) 내를 우측부(SR)측을 향해 흘러, 우측부(SR)측에 위치하는 제1 단부(E1)(전열관(15a)의 단부)로부터 분류관으로 유출된다.
도 5(A)는, 도 4(A)에 나타낸 열교환기(11A)에 있어서의 복수의 패스(P) 중 하나를 확대한 측면도이다. 도 5(B)는, 도 4(B)에 나타낸 열교환기(11A)에 있어서의 복수의 패스(P) 중 하나를 확대한 측면도이다. 도 5(A), (B)에 나타낸 바와 같이, 열교환기(11A)에 있어서의 각 패스(P)는, 증발기로서 사용되는 경우(냉방 운전인 경우) 및 응축기로서 사용되는 경우(난방 운전인 경우)의 양방에 있어서, 병행류부(R1)와 대향류부(R2)가 존재하는 공존 패스(P)이다. 병행류부(R1)에 있어서는, 냉매가 어느 하나의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 이 관열(L)보다도 기류 방향(A)의 하류측의 관열(L)의 전열관(15)으로 흐른다. 대향류부(R2)에 있어서는, 냉매가 어느 하나의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 이 관열(L)보다도 기류 방향(A)의 상류측의 관열(L)의 전열관(15)으로 흐른다.
구체적으로는, 각 패스(P)의 병행류부(R1)에서는, 열교환기(11A)가 증발기로서 사용되는 경우에는, 도 5(A)에 나타낸 바와 같이 냉매가 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)으로부터 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)으로 흐르고, 열교환기(11A)가 응축기로서 사용되는 경우에는, 도 5(B)에 나타낸 바와 같이 냉매가 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)으로 흐른다. 각 패스(P)의 대향류부(R2)에서는, 열교환기(11A)가 증발기로서 사용되는 경우에는, 도 5(A)에 나타낸 바와 같이 냉매가 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)으로부터 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로 흐르고, 열교환기(11A)가 응축기로서 사용되는 경우에는, 도 5(B)에 나타낸 바와 같이 냉매가 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)으로부터 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)으로 흐른다.
도 6(A)는, 열교환기(11A)가 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 공기의 온도와 냉매의 온도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6(B)는, 도 11(A)에 나타낸 종래의 열교환기(101)가 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 공기의 온도와 냉매의 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
(종래의 열교환기에 있어서의 온도의 거동)
우선, 도 6(B)에 나타낸 그래프를 참조하면서 도 11(A), (B)에 나타낸 종래의 열교환기(101)에 있어서의 공기의 온도와 냉매의 온도의 관계에 대해서 설명한다. 이 열교환기(101)에서는, 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)(1열째의 전열관)이 액배관에 접속되고, 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)(3열째의 전열관)이 가스 배관에 접속되어 있다. 그리고, 열교환기(101)는, 도 11(B)에 나타낸 바와 같이 응축기로서 사용되는 경우에 있어서 모든 패스(P1~P14)가 직교 대향류가 되는 패스 구성을 갖고 있다. 이 열교환기(101)는, 난방 능력이 특히 중시되는 경우에 사용된다. 이 열교환기(101)의 각 패스(P)는, 증발기로서 사용되는 경우에 냉매가 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)으로부터 유출되는 풍하 유출 패스이다.
열교환기(101)에 있어서의 각 패스(P)는, 도 11(A)에 나타낸 바와 같이 열교환기(101)가 증발기로서 사용되는 경우에는 병행류부만이 존재하고, 도 11(B)에 나타낸 바와 같이 열교환기(101)가 응축기로서 사용되는 경우에는 대향류부만이 존재하는 패스 구성을 갖고 있다. 구체적으로는, 각 패스(P)에 있어서는, 증발기로서 사용되는 경우에는 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)에 유입된 냉매는 중간 관열(L2)의 전열관(15b) 및 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)의 순으로 흐른다. 즉, 열교환기(101)가 증발기로서 사용되는 경우, 각 패스(P)에서는, 전열관(15a)의 우측부(SR)측의 단부가 냉매의 입구가 되고, 전열관(15b) 및 전열관(15c)의 순으로 냉매가 흐르고, 전열관(15c)의 좌측부(SL)측의 단부가 냉매의 출구가 된다. 또, 각 패스(P)에 있어서는, 응축기로서 사용되는 경우에는, 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)에 유입된 냉매는 중간 관열(L2)의 전열관(15b) 및 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)의 순으로 흐른다.
이 열교환기(101)에서는, 증발기로서 사용되는 경우, 공기의 온도와 냉매의 온도는, 공기가 기류 방향(A)으로 열교환기(101) 내를 흐르는 과정에 있어서 도 6(B)에 나타낸 거동을 나타낸다. 이하, 이 그래프에 나타낸 각 온도의 거동에 대해서 설명한다.
도 6(B)에 나타낸 그래프의 종축은 온도를 나타내고, 횡축은 3개의 전열관(15)에 의해 구성되는 패스(P)에 있어서의 냉매의 경로를 나타내고 있다. 횡축의 좌단(그래프의 원점)은, 「패스(P)의 입구」에 상당하고, 도 11(A)에 나타낸 열교환기(101)의 경우, 전열관(15a)의 우측부(SR)측의 단부가 된다. 횡축에 있어서의 「패스(P)의 출구」는, 전열관(15c)의 좌측부(SL)측의 단부가 된다. 즉, 횡축은, 그래프의 원점인 「패스(P)의 입구」로부터 「풍상 관열(L1)의 전열관(15a)」, 「중간 관열(L2)의 전열관(15b)」, 「풍하 관열(L3)의 전열관(15c)」의 순으로 패스(P) 내를 냉매가 흐르고 「패스(P)의 출구」에 이르기까지의 경로를 나타내고 있다.
도 6(B)에 나타낸 그래프에서, 패스(P)의 입구에서 패스(P)의 출구에 이르기까지의 냉매의 온도(패스(P1~P14)의 냉매의 온도의 평균값)의 거동은 실선으로 나타나 있다.
또, 도 6(B)에 나타낸 그래프에서, 4개의 파선은, 좌측부터 순서대로, 공기 온도(T1), 공기 온도(T2), 공기 온도(T3) 및 공기 온도(T4)를 나타내고 있다. 공기 온도(T1)는, 풍상 관열(L1)의 영역에 유입되는 공기의 평균 온도(1열째 입구 온도)이다. 공기 온도(T2)는, 중간 관열(L2)의 영역에 유입되는 공기의 평균 온도(2열째 입구 온도)이다. 공기 온도(T3)는, 풍하 관열(L3)의 영역에 유입되는 공기의 평균 온도(3열째 입구 온도)이다. 여기서, 공기의 평균 온도란, 도 11(A)에 나타낸 바와 같이 상하 방향으로 긴 열교환기(101)에 있어서, 상하 방향의 복수 개소에서 측정되는 공기의 온도의 평균값을 말한다. 공기 온도(T4)는, 풍하 관열(L3)을 통과하여 열교환기(101)의 출구에 도달한 공기의 온도(출구 온도)이다.
일반적으로, 공기 조화기의 냉방 운전에서는, 실내 열교환기(101)에서 열교환된 냉매의 과열도가 소정값(예를 들면 3℃ 정도)가 되도록 공기 조화기가 제어된다. 그리고, 냉매는, 각 패스(P)에 있어서의 출구에 가까운 영역에서 습증기에서 과열 증기가 된다. 즉, 냉매는, 도 6(B)에 나타낸 바와 같이 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)에 있어서의 하류측의 영역을 흐르는 동안에 습증기에서 과열 증기가 된다. 따라서, 열교환기(101)에서는, 풍하 관열(L3)의 영역에 유입되는 공기 온도(T3)와 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)을 흐르는 냉매의 온도의 온도차 ΔT0가, 냉매에 과열을 부여할 때의 효율에 영향을 미치는 요인이 된다.
그런데, 도 11(A)에 나타낸 패스 구성을 갖는 열교환기(101)에서는, 풍하 관열(L3)의 영역에 유입되는 공기는, 이 영역에 이르기 전에 풍상 관열(L1)의 전열관(15a) 및 중간 관열(L2)의 전열관(15b) 사이에서 이미 열교환되어 있으므로, 온도가 T3까지 저하되어 있다. 따라서, 이 공기 온도(T3)와 전열관(15c)을 흐르는 냉매의 온도의 온도차 ΔT0는 작아지므로, 냉매의 과열도를 소정값까지 올리기 위해서 필요한 전열관(15c)의 영역(SH0)은 커진다. 그리고, 과열이 부여된 냉매(과열 증기)는, 습증기에 비해 공기와의 열교환의 효율이 낮아지므로, 영역(SH0)이 커질수록 냉방 능력이 나오기 어려워진다. 또, 영역(SH0)이 커지면, 냉매의 온도 불균일(과열도의 불균일)이 발생하기 쉬워지고, 또, 냉매의 편류가 발생하기 쉬워진다.
(본 실시형태의 열교환기에 있어서의 온도의 거동)
다음에, 도 6(A)에 나타낸 그래프를 참조하면서 도 4(A)에 나타낸 본 실시형태의 열교환기(11A)에 있어서의 공기의 온도와 냉매의 온도의 관계에 대해서 설명한다. 도 4(A)에 나타낸 열교환기(11A)에서는, 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)(1열째의 전열관)이 액배관(92)에 접속됨으로써 난방 능력이 중시되면서, 중간 관열(L2)의 전열관(15b)(2열째의 전열관)이 가스 배관(93)에 접속됨으로써 도 11(A), (B)에 나타낸 열교환기(101)에 비해 냉방 능력의 저하가 억제되어 있다.
열교환기(11A)에 있어서의 각 패스(P)는, 도 4(A)에 나타낸 바와 같이 열교환기(101)가 증발기로서 사용되는 경우 및 도 4(B)에 나타낸 바와 같이 열교환기(101)가 응축기로서 사용되는 경우 양방에 있어서, 병행류부(R1)와 대향류부(R2)가 존재하는 패스 구성을 갖고 있다. 구체적으로는, 각 패스(P)에 있어서는, 증발기로서 사용되는 경우에는, 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)에 유입된 냉매는 풍하 관열(L3)의 전열관(15c) 및 중간 관열(L2)의 전열관(15b)의 순으로 흐른다. 즉, 열교환기(101)가 증발기로서 사용되는 경우, 각 패스(P)에서는, 전열관(15a)의 우측부(SR)측의 단부(제1 단부)가 냉매의 입구가 되고, 전열관(15c) 및 전열관(15b)의 순으로 냉매가 흐르고, 전열관(15b)의 좌측부(SL)측의 단부(제2 단부)가 냉매의 출구가 된다. 이 열교환기(101)에 있어서의 각 패스(P)는, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 냉매가 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 유출되는 중간 유출 패스이다.
또, 각 패스(P)에 있어서는, 응축기로서 사용되는 경우에는, 중간 관열(L2)의 전열관(15b)에 유입된 냉매는, 풍하 관열(L3)의 전열관(15c) 및 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)의 순으로 흐른다.
이 열교환기(11A)에서는, 증발기로서 사용되는 경우, 공기의 온도와 냉매의 온도는, 공기가 기류 방향(A)으로 열교환기(11A) 내를 흐르는 과정에 있어서 도 6(A)에 나타낸 바와 같은 거동을 나타낸다. 이하, 이 그래프에 나타낸 각 온도의 거동에 대해서 설명한다.
도 6(A)에 나타낸 그래프의 종축은 온도를 나타내고, 횡축은 3개의 전열관(15)에 의해 구성되는 패스(P)에 있어서의 냉매의 경로를 나타내고 있다. 횡축의 좌단(그래프의 원점)은, 「패스(P)의 입구」에 상당하고, 도 4(A)에 나타낸 열교환기(11A)의 경우, 전열관(15a)의 우측부(SR)측의 단부가 된다. 횡축에 있어서의 「패스(P)의 출구」는, 전열관(15b)의 좌측부(SL)측의 단부이다. 즉, 횡축은, 그래프의 원점인 「패스(P)의 입구」에서부터 「풍상 관열(L1)의 전열관(15a)」, 「풍하 관열(L3)의 전열관(15c)」, 「중간 관열(L2)의 전열관(15b)」의 순으로 패스(P) 내를 냉매가 흐르고, 「패스(P)의 출구」에 이르기까지의 경로를 나타내고 있다.
도 6(A)에 나타낸 그래프에 있어서, 패스(P)의 입구에서 패스(P)의 출구에 이르기까지의 냉매의 온도(패스(P1~P14)의 냉매의 온도의 평균값)의 거동은, 실선으로 나타나 있다.
또, 도 6(A)에 나타낸 그래프에서 4개의 파선은, 좌측부터 순서대로, 공기 온도(T1), 공기 온도(T3), 공기 온도(T2) 및 공기 온도(T4)를 나타내고 있다.
공기 온도(T1)는, 풍상 관열(L1)의 영역에 유입되는 공기의 평균 온도(1열째 입구 온도)이다. 공기 온도(T2)는, 중간 관열(L2)의 영역에 유입되는 공기의 평균 온도(2열째 입구 온도)이다. 공기 온도(T3)는, 풍하 관열(L3)의 영역에 유입되는 공기의 평균 온도(3열째 입구 온도)이다. 여기서, 공기의 평균 온도란, 도 4(A)에 나타낸 바와 같이 상하 방향으로 긴 열교환기(11A)에 있어서, 상하 방향의 복수 개소에서 측정되는 공기의 온도의 평균값을 말한다. 공기 온도(T4)는, 풍하 관열(L3)을 통과하여 열교환기(11A)의 출구에 도달한 공기의 온도(출구 온도)이다.
본 실시형태의 열교환기(11A)를 구비한 공기 조화기(81)의 냉방 운전에서는, 실내 열교환기(11A)에서 열교환된 냉매의 과열도가 소정값(예를 들면 3℃ 정도)이 되도록 공기 조화기(81)가 제어된다. 도 4(A)에 나타낸 패스 구성을 갖는 열교환기(11A)에서는, 냉매는 각 패스(P)에 있어서의 출구에 가까운 영역에 있어 습증기에서 과열 증기가 된다. 즉, 냉매는, 도 6(A)에 나타낸 바와 같이 중간 관열(L2)의 전열관(15b)에 있어서의 하류측의 영역을 흐르는 동안에 습증기에서 과열 증기가 된다. 따라서, 열교환기(11A)에 있어서는, 중간 관열(L2)의 영역에 유입되는 공기 온도(T2)와 중간 관열(L2)의 전열관(15b)을 흐르는 냉매의 온도의 온도차(ΔT)가, 냉매에 과열을 부여할 때에 영향을 미치는 요인이 된다.
또한, 도 6(A)에서는, 온도차(ΔT)의 크기를 나타내는 화살표의 하단은, 중간 관열(L2)의 전열관(15b)에 있어서의 상류측 단부에 위치하고 있으며, 이 경우, 온도차(ΔT)는, 공기 온도(T2)와 중간 관열(L2)의 전열관(15b)에 있어서의 상류측 단부를 흐르는 냉매의 온도의 차를 나타내고 있는데, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 온도차(ΔT)는, 공기 온도(T2)와 중간 관열(L2)의 전열관(15b)을 흐르는 냉매 온도의 평균값의 차이어도 된다. 이 경우의 냉매 온도의 평균값은, 예를 들면 중간 관열(L2)의 전열관(15b)에 있어서의 상류측 단부를 흐르는 냉매의 온도와 중간 관열(L2)의 전열관(15b)에 있어서의 하류측 단부를 흐르는 냉매의 온도의 평균을 산출함으로써 얻어진다.
도 4(A)에 나타낸 패스 구성을 갖는 열교환기(11A)에서는, 중간 관열(L2)의 영역에 유입되는 공기는, 이 영역에 이르기 전에 풍상 관열(L1)의 전열관(15a) 사이에서 열교환되고 있을 뿐이므로, 온도가 T2까지 밖에 저하되지 않았다. 따라서, 도 6(A)에 나타낸 온도차(ΔT)는, 열교환기(101)에 있어서의 온도차(ΔT0)(도 6(B) 참조)보다도 커진다. 따라서, 열교환기(11A)에서는, 냉매의 과열도를 소정값까지 올리기 위해서 필요한 전열관(15b)의 영역(SH)은, 열교환기(101)에 있어서의 영역(SH0)에 비해 작아지므로, 열교환기(101)에 비해 냉방 능력의 저하를 억제할 수 있다.
또, 열교환기(11A)에서는, 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)(1열째의 전열관)이 액배관(92)에 접속되어 있다. 따라서, 난방 운전 시(실내 열교환기(11A)가 응축기로서 사용되는 경우)에, 냉매에 과냉각을 부여하기 위해서 필요한 영역(열교환기(11A)의 각 패스(P)에 있어서의 출구에 가까운 영역)을 작게 할 수 있다. 즉, 도 4(B)에 나타낸 바와 같이 난방 운전 시에는, 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)을 흐르는 냉매는, 기류 방향(A)의 최상류에 위치하고 있으므로, 이 냉매는 아직 열교환되어 있지 않은 공기 사이에서 열교환된다. 따라서, 각 패스(P)의 전열관(15a)을 흐르는 냉매의 온도와 공기의 온도의 온도차가 커진다. 그 결과, 냉매를 소정의 과냉각도까지 냉각하기 위해서 필요한 전열관(15a)의 하류측 영역의 크기는, 액배관(92)이 중간 관열(L2)의 전열관(15b)이나 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)에 접속되어 있는 경우에 비해 작아진다. 이에 의해, 열교환기(11A)에서는, 난방 능력을 중시하면서 냉방 능력의 저하를 억제할 수 있다.
(변형예 1)
도 7(A), (B)는, 열교환기(11A(11))의 변형예 1을 나타내는 좌측면도이다. 도 7(A)는, 변형예 1의 열교환기(11A)가 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있고, 도 7(B)는, 변형예 1의 열교환기(11A)가 응축기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있다.
이 변형예 1에서는, 복수의 패스(P)는, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 냉매가 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)으로부터 유출되는 풍하 유출 패스와, 냉매가 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 유출되는 중간 유출 패스를 포함한다. 풍하 유출 패스는 패스(P1, P2, P13, P14)이며, 중간 유출 패스는 패스(P3~P12)이다. 중간 유출 패스는 풍하 유출 패스보다도 많이 존재한다.
(변형예 2)
도 8(A)는, 열교환기(11A(11))의 변형예 2를 나타내는 좌측면도이며, 열교환기(11A)가 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있다.
이 변형예 2에서는, 열교환기(11A)는 11개의 패스(P1~P11)를 갖고 있다. 각 패스(P)는, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 냉매가 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 유출되는 중간 유출 패스이다. 또, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 냉매는 각 패스(P)에 있어서의 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)에 유입된다.
상부에 위치하는 패스(P1~P4)는, 3개의 전열관(15)과 2개의 U자 관부로 구성되어 있다(1.5 왕복). 이들 패스(P)보다도 하방에 위치하는 패스(P5~P11)는, 5개의 전열관(15)과 4개의 U자 관부로 구성되어 있다(2.5 왕복). 이와 같이 위치에 따라 패스(P)의 유로 길이를 상이하게 하는 패스 구성은, 기류 방향(A)으로 흐르는 공기의 속도가 상하 방향의 위치에 따라 불균일이 있는 경우에 유효하다.
구체적으로는, 도 8(A)에 나타낸 변형예 2에서는, 기류 방향(A)으로 흐르는 공기의 속도는 열교환기(11A)의 하부보다도 상부 쪽이 높다. 즉, 패스(P1~P4) 부근을 통과하는 공기의 속도는, 패스(P5~P11) 부근을 통과하는 공기의 속도보다도 높다. 공기의 속도가 낮을수록 공기와 패스(P)를 흐르는 냉매와의 열교환의 효율도 낮아지는 경향이 있다. 따라서, 공기의 속도가 상대적으로 낮은 영역에 위치하는 패스(P5~P11)의 유로 길이를 패스(P1~P4)보다도 길게 함으로써, 이들 패스(P5~P11)에 있어서의 공기와 냉매의 열교환을 촉진시킬 수 있다.
상기와 같은 공기의 속도 분포가 있는 경우, 가령 모든 패스(P)가 같은 유로길이이면, 각각의 패스(P)에 흐르는 냉매의 유량에도 불균일이 발생한다. 한편, 이 변형예 2에서는, 공기의 속도에 따라 패스(P)의 유로 길이를 조정하고 있으므로, 각각의 패스(P)에 흐르는 냉매의 유량비를 적정화할 수 있다.
(변형예 3)
도 8(B)는, 열교환기(11A(11))의 변형예 3을 나타내는 좌측면도이며, 열교환기(11A)가 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있다.
이 변형예 3에서는, 열교환기(11A)는 11개의 패스(P1~P11)를 갖고 있다. 각 패스(P)는, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 냉매가 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 유출되는 중간 유출 패스이다. 또, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 냉매는 각 패스(P)에 있어서의 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)에 유입된다.
상부에 위치하는 패스(P1~P5)는, 3개의 전열관(15)과 2개의 U자 관부로 구성되어 있다(1.5 왕복). 상하 방향의 중앙 부근에 위치하는 패스(P6~P10)는, 5개의 전열관(15)과 4개의 U자 관부로 구성되어 있다(2.5 왕복). 최하부에 위치하는 패스(P11)는, 7개의 전열관(15)과 6개의 U자 관부로 구성되어 있다(3.5 왕복). 이와 같이 위치에 따라 패스(P)의 유로 길이를 상이하게 하는 패스 구성은, 기류 방향(A)으로 흐르는 공기의 속도가 상하 방향의 위치에 의해서 불균일이 있는 경우에 유효하고, 변형예 2와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 변형예 3에서는, 도 8(B)에 있어서의 열교환기(11A)의 하면 및 패스(P11)의 양측부를 둘러싸도록 도시 생략한 드레인 팬이 설치되는 경우를 상정하고 있다. 이러한 위치에 드레인 팬이 설치되면, 패스(P11) 부근을 흐르는 공기의 속도는, 이보다 상방을 흐르는 공기의 속도보다도 낮아지기 쉽다. 따라서, 드레인 팬의 영향을 받는 패스(P11)의 유로 길이를 다른 패스(P)보다도 길게 함으로써, 패스(P11)에 있어서의 열교환의 촉진 및 냉매의 유량비의 적정화를 도모할 수 있다.
(변형예 4)
도 9는, 열교환기(11A(11))의 변형예 4를 나타내는 좌측면도이며, 열교환기(11A)가 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있다.
이 변형예 4에서는, 열교환기(11A)는 15개의 패스(P1~P15)를 갖고 있다. 각 패스(P)는, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 냉매가 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 유출되는 중간 유출 패스이다. 또, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 냉매는 각 패스(P)에 있어서의 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)에 유입된다.
패스(P1~P14)는, 3개의 전열관(15)과 2개의 U자 관부로 구성되어 있다(1.5 왕복). 최하부에 위치하는 패스(P15)는, 5개의 전열관(15)과 4개의 U자 관부로 구성되어 있다(2.5 왕복). 이 변형예 4에서는, 상술한 변형예 3과 마찬가지로, 드레인 팬의 영향을 받는 패스(P15)의 유로 길이를 다른 패스(P)보다도 길게 함으로써, 패스(P15)에 있어서의 열교환의 촉진 및 냉매의 유량비의 적정화를 도모할 수 있다.
(변형예 5)
도 10(A)는, 열교환기(11A(11))의 변형예 5를 나타내는 좌측면도이며, 열교환기(11A)가 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있다.
이 변형예 5에서는, 열교환기(11A)는 9개의 패스(P1~P9)를 갖고 있다. 각 패스(P)는, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 냉매가 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 유출되는 중간 유출 패스이다. 또, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 냉매는 각 패스(P)에 있어서의 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)에 유입된다. 이 변형예 5에서는, 냉매가 유입되는 전열관(15a)의 단부와, 냉매가 유출되는 전열관(15b)의 단부는 모두 우측부(SR)측에 위치하고 있다.
상부에 위치하는 패스(P1~P3)는, 4개의 전열관(15)과 3개의 U자 관부로 구성되어 있다(2 왕복). 이들 패스(P)보다도 하방에 위치하는 패스(P4~P9)는, 6개의 전열관(15)과 5개의 U자 관부로 구성되어 있다(3 왕복). 이와 같이 위치에 따라 패스(P)의 유로 길이를 상이하게 하는 패스 구성은, 상술한 변형예 2와 마찬가지로, 기류 방향(A)으로 흐르는 공기의 속도가 상하 방향의 위치에 따라 불균일이 있는 경우에 유효하다.
(변형예 6)
도 10(B)는, 열교환기(11A(11))의 변형예 6을 나타내는 좌측면도이며, 열교환기(11A)가 증발기로서 사용되는 경우에 있어서의 냉매가 흐르는 경로를 나타내고 있다.
이 변형예 6에서는, 열교환기(11A)는 8개의 패스(P1~P8)를 갖고 있다. 각 패스(P)는, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 냉매가 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 유출되는 중간 유출 패스이다. 또, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 냉매는 각 패스(P)에 있어서의 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)에 유입된다. 각 패스(P)는, 6개의 전열관(15)과 5개의 U자 관부로 구성되어 있다(3 왕복).
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 복수의 패스(P)에는, 도 5(A), (B)에 나타낸 바와 같이, 응축기로서 사용되는 경우와 증발기로서 사용되는 경우의 양방에 있어서 병행류부(R1)와 대향류부(R2)가 함께 존재하는 공존 패스(P)가 적어도 1개 포함되어 있다. 즉, 본 실시형태의 열교환기(11)는, 응축기로서 사용되는 경우와 증발기로서 사용되는 경우의 어느 경우에서도, 직교 대향류가 되는 영역(대향류부(R2))과 직교 병행류가 되는 영역(병행류부(R1))이 존재하는 공존 패스를 적어도 1개 갖고 있다. 따라서, 도 11(A), (B)에 나타낸 바와 같이 모든 패스가 직교 대향류 또는 직교 병행류 중 어느 한쪽인 경우에 비해, 난방 능력과 냉방 능력의 밸런스가 향상된다.
본 실시형태의 공존 패스(P)에서는, 응축기로서 사용되는 경우에 있어서 기류 방향(A)의 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)으로부터 냉매가 유출되도록 구성함으로써, 응축기에 있어서 냉매가 과냉각 상태가 되기 쉬워진다. 또, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서 기류 방향(A)의 풍하 관열(L3)보다도 상류측의 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 냉매가 유출되도록 구성함으로써, 기류 방향(A)의 최하류의 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)으로부터 냉매가 유출되는 경우에 비해, 증발기에 대해 냉매가 과열 상태가 되기 쉬워진다.
이에 의해, 본 실시형태에서는, 응축 능력에 중점을 두면서 증발 능력의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 열교환기를 예를 들면 실내 열교환기로서 이용한 경우에는, 난방 능력을 중시하면서 냉방 능력의 저하를 억제할 수 있다. 또, 본 실시형태의 열교환기를 예를 들면 실외 열교환기로서 이용한 경우에는, 냉방 능력을 중시하면서 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는, 복수의 패스(P)에는, 증발기로서 사용될 때 냉매가 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)으로부터 유출되는 풍하 유출 패스(P)보다도 공존 패스(P)쪽이 많이 포함되어 있다. 이에 의해, 난방 능력과 냉방 능력의 밸런스를 향상시키는 효과를 더욱 높일 수 있다.
또한, 상술한 구체적 실시형태에는 이하의 구성을 갖는 발명이 주로 포함되어 있다.
(1) 본 발명의 공기 조화기용 열교환기는, 복수의 핀(13)과, 상기 복수의 핀(13)을 관통하는 복수의 전열관(15)을 구비하고 있다. 이 공기 조화기용 열교환기는, 상기 전열관(15)의 관열(L)이 기류 방향(A)을 따라서 3열 이상 설치된 열 구성을 갖고, 냉매 경로로서 복수의 패스(P)를 갖고 있다. 상기 공기 조화기용 열교환기는, 난방 운전과 냉방 운전의 전환이 가능한 공기 조화기에 이용되는 크로스 핀 튜브식 열교환기이다. 상기 복수의 패스(P) 중 적어도 하나는, 응축기로서 사용되는 경우와 증발기로서 사용되는 경우의 양방에 있어서, 냉매가 상기 열 구성에 있어서의 어느 하나의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 이 관열(L)보다도 상기 기류 방향(A)의 하류측의 관열(L)의 전열관(15)으로 흐르는 병행류부(R1)와, 냉매가 상기 열 구성에 있어서의 어느 하나의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 이 관열(L)보다도 상기 기류 방향(A)의 상류측의 관열(L)의 전열관(15)으로 흐르는 대향류부(R2)가 함께 존재하는 공존 패스(P)이다.
이 구성에서는, 복수의 패스(P)에는, 응축기로서 사용되는 경우와 증발기로서 사용되는 경우의 양방에 있어서 병행류부(R1)와 대향류부(R2)가 함께 존재하는 공존 패스(P)가 적어도 1개 포함되어 있다. 즉, 본구성의 열교환기는, 응축기로서 사용되는 경우와 증발기로서 사용되는 경우의 어느 경우에도, 직교 대향류가 되는 영역(대향류부(R2))과 직교 병행류가 되는 영역(병행류부(R1))이 존재하는 공존 패스를 적어도 1개 갖고 있다. 따라서, 모든 패스가 직교 대향류 또는 직교 병행류 중 어느 한쪽인 경우에 비해, 난방 능력과 냉방 능력의 밸런스가 향상된다.
(2) 상기 공기 조화기용 열교환기에 있어서, 상기 공존 패스(P)는, 응축기로서 사용되는 경우에 있어서, 상기 기류 방향(A)의 최상류의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 냉매가 유출되고, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서, 상기 기류 방향(A)의 최하류의 관열(L)보다도 상류측의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 냉매가 유출되는 것이 바람직하다.
이 구성의 공존 패스(P)로는, 응축기로서 사용되는 경우에 있어서 기류 방향(A)의 최상류의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 냉매가 유출하도록 구성함으로써, 응축기에 있어서 냉매가 과냉각 상태가 되기 쉬워진다. 또, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서 기류 방향(A)의 최하류의 관열(L)보다도 상류측의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 냉매가 유출되도록 구성함으로써, 기류 방향(A)의 최하류의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 냉매가 유출되는 경우에 비해, 증발기에 대해 냉매가 과열 상태가 되기 쉬워진다.
이에 의해, 본구성에서는, 응축 능력에 중점을 두면서 증발 능력의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 이 열교환기를 예를 들면 실내 열교환기로서 이용한 경우에는, 난방 능력을 중시하면서 냉방 능력의 저하를 억제할 수 있다. 또, 이 열교환기를 예를 들면 실외 열교환기로서 이용한 경우에는, 냉방 능력을 중시하면서 난방 능력의 저하를 억제할 수 있다.
(3) 상기 공기 조화기용 열교환기의 구체적인 예로서 이하의 구성을 들 수 있다. 예를 들면, 상기 열 구성은, 상기 기류 방향(A)의 최상류에 위치하는 풍상 관열(L1)과, 상기 기류 방향(A)의 최하류에 위치하는 풍하 관열(L3)과, 상기 풍상 관열(L1)과 상기 풍하 관열(L3) 사이에 위치하는 중간 관열(L2)을 갖고, 상기 공존 패스(P)는, 응축기로서 사용되는 경우에 있어서 냉매가 상기 중간관열(L2)의 전열관(15)으로부터 상기 풍하 관열(L3)의 전열관(15)으로 흐르는 병행류부(R1)와, 응축기로서 사용되는 경우에 있어서 냉매가 상기 풍하 관열(L3)의 전열관(15)으로부터 상기 풍상 관열(L1)의 전열관(15)으로 흐르는 대향류부(R2)를 갖고, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서 냉매가 상기 풍상 관열(L1)의 전열관(15)으로부터 상기 풍하 관열(L3)의 전열관(15)으로 흐르는 병행류부(R1)와, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서 냉매가 상기 풍하 관열(L3)의 전열관(15)으로부터 상기 중간 관열(L2)의 전열관(15)으로 흐르는 대향류부(R2)를 갖고, 상기 공존 패스(P)는, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서 냉매가 상기 중간 관열(L2)의 전열관(15)으로부터 유출되는 중간 유출 패스(P)이다.
(4) 상기 공기 조화기용 열교환기에 있어서, 상기 복수의 패스(P)에는, 증발기로서 사용될 때 냉매가 상기 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)으로부터 유출되는 풍하 유출 패스(P)보다도 상기 공존 패스(P)가 많이 포함되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에서는, 난방 능력과 냉방 능력의 밸런스를 향상시키는 효과를 더욱 높일 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했는데, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않고 여러 형태로 실시할 수 있다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는, 응축기로서 사용되는 경우에 있어서 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)으로부터 냉매가 유출되고, 또한 증발기로서 사용되는 경우에 있어서 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 냉매가 유출되는 경우를 예시했는데, 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 적어도 1개의 패스가 공존 패스이면 된다. 또한, 다른 형태로는, 예를 들면, 응축기로서 사용되는 경우에 있어서 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)으로부터 냉매가 유출되고, 또한 증발기로서 사용되는 경우에 있어서 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)으로부터 냉매가 유출되는 패스 구성을 들 수 있다. 또한, 다른 형태로는, 예를 들면, 응축기로서 사용되는 경우에 있어서 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 냉매가 유출되고, 또한 증발기로서 사용되는 경우에 있어서 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 냉매가 유출되는 패스 구성을 들 수 있다. 또한, 다른 형태로는, 예를 들면, 응축기로서 사용되는 경우에 있어서 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 냉매가 유출되고, 또한 증발기로서 사용되는 경우에 있어서 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)으로부터 냉매가 유출되는 패스 구성을 들 수 있다.
또, 상기 실시형태에서는, 3개의 관열(L1~L3)을 갖는 열 구성을 예시했는데, 이에 한정되지 않는다. 4개 이상의 관열을 갖는 열 구성을 구비한 열교환기여도 된다.
11: 공기 조화기용 열교환기 11A: 실내 열교환기
11B: 실외 열교환기 13: 핀
15: 전열관 17: U자 관부
81: 공기 조화기 A: 기류 방향
P(P1~P14): 패스 L: 관열
L1: 풍상 관열 L2: 중간 관열
L3: 풍하 관열 R1: 병행류부
R2: 대향류부

Claims (4)

  1. 난방 운전과 냉방 운전의 전환이 가능한 공기 조화기에 이용되는 크로스 핀 튜브식 열교환기로서,
    복수의 핀(13)과,
    상기 복수의 핀(13)을 관통하는 복수의 전열관(15)을 구비하고,
    상기 열교환기는, 전열관(15)의 관열(L)이 기류 방향(A)을 따라서 3열 설치된 열 구성을 갖고,
    상기 3열의 관열(L)은, 상기 기류 방향(A)의 최상류에 위치하는 풍상 관열(L1)과 상기 기류 방향(A)의 최하류에 위치하는 풍하 관열(L3)과, 상기 풍상 관열(L1)과 상기 풍하 관열(L3) 사이에 위치하는 중간 관열(L2)로 이루어지고,
    상기 열교환기는, 냉매 경로로서 복수의 패스(P)를 갖고,
    각 패스(P)는, 응축기로서 사용되는 경우와 증발기로서 사용되는 경우의 양방에 있어서, 냉매가 상기 열 구성에 있어서의 어느 하나의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 이 관열(L)보다도 상기 기류 방향(A)의 하류측의 관열(L)의 전열관(15)으로 흐르는 병행류부(R1)와, 냉매가 상기 열 구성에 있어서의 어느 하나의 관열(L)의 전열관(15)으로부터 이 관열(L)보다도 상기 기류 방향(A)의 상류측의 관열(L)의 전열관(15)으로 흐르는 대향류부(R2)가 함께 존재하는 공존 패스(P)이고
    각 공존 패스(P)는,
    응축기로서 사용되는 경우에 있어서 냉매가 상기 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 상기 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)으로 흐르는 병행류부(R1)와, 응축기로서 사용되는 경우에 있어서 냉매가 상기 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)으로부터 상기 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)으로 흐르는 대향류부(R2)를 갖고,
    증발기로서 사용되는 경우에 있어서 냉매가 상기 풍상 관열(L1)의 전열관(15a)으로부터 상기 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)으로 흐르는 병행류부(R1)와, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서 냉매가 상기 풍하 관열(L3)의 전열관(15c)으로부터 상기 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로 흐르는 대향류부(R2)를 갖고, 증발기로서 사용되는 경우에 있어서 냉매가 상기 중간 관열(L2)의 전열관(15b)으로부터 유출되는 중간 유출 패스(P)이고,
    각 중간 유출 패스(P)를 구성하는 전열관(15a, 15b, 15c)은,
    이웃하는 중간 유출 패스(P)를 구성하는 전열관(15a, 15b, 15c)에 대하여 상하 방향으로 어긋난 위치에 있고, 또한
    상기 이웃하는 중간 유출 패스(P)를 구성하는 전열관(15a, 15b, 15c)과는 수평 방향으로 볼 때 서로 겹치는 위치에는 없는, 공기 조화기용 열교환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기류 방향(A)으로 흐르는 공기의 속도는, 상기 열교환기의 하부보다도 상부가 높고,
    상기 복수의 패스(P) 중 하부에 위치하는 패스(P)의 유로 길이는, 상부에 위치하는 패스(P)의 유로 길이보다도 긴, 공기 조화기용 열교환기.
  3. 삭제
  4. 삭제
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