KR20170042733A - 열교환기 및 공기 조화 장치 - Google Patents

열교환기 및 공기 조화 장치 Download PDF

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Abstract

열교환기(1)는 복수의 제1 전열관(11)이 병설된 주열교환부(10)와, 복수의 제2 전열관(21)이 병설된 부열교환부(20)와, 복수의 제1 전열관(11)과 복수의 제2 전열관(21)을 접속하는 복수의 중계유로(40A)가 형성된 중계부(40)를 구비하고, 중계유로(40A)는 하나의 입구부(40Aa)가 하나의 제2 전열관(21)에 접속되고, 복수의 출구부(40Ab)의 각각이 복수의 제1 전열관(11)의 각각에 접속되고, 하나의 입구부(40Aa)로부터 유입되는 냉매를 냉매의 합류를 발생시키는 일 없이 분배하여, 복수의 출구부(40Ab)로부터 유출시키는 것이다.

Description

열교환기 및 공기 조화 장치{HEAT EXCHANGER AND AIR CONDITIONING DEVICE}
본 발명은 주열교환부와 부열교환부를 구비한 열교환기와, 그 열교환기를 구비한 공기 조화 장치에 관한 것이다.
종래의 열교환기로서, 복수의 제1 전열관이 병설된 주열교환부와, 복수의 제2 전열관이 병설된 부열교환부와, 복수의 제1 전열관과 복수의 제2 전열관을 접속하는 복수의 중계유로가 형성된 중계부를 구비한 것이 있다. 중계유로의 입구부는 제2 전열관에 접속되고, 중계유로의 출구부는 제1 전열관에 접속된다. 열교환기가 증발기로서 작용할 때는 냉매가 제2 전열관으로부터 중계유로를 통하여 제1 전열관에 유입된다. 열교환기가 응축기로서 작용할 때는 냉매가 제1 전열관으로부터 중계유로를 통하여 제2 전열관에 유입된다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특개2013-83419호 공보(단락[0039]∼단락[0052], 도 2)
종래의 열교환기에서는 중계유로가 제2 전열관이 접속된 복수의 입구부와, 제1 전열관이 접속된 복수의 출구부를 갖는다. 그 때문에, 열교환기가 증발기로서 작용할 때에, 복수의 제2 전열관으로부터 중계유로에 유입된 냉매가 일단 합류한 후에 복수의 제1 전열관에 분배되는 것으로 되어, 냉매가 중계부를 통과함으로써 생기는 압력 손실이 증대하여 버린다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 배경으로 하여 이루어진 것으로, 냉매가 중계부를 통과함으로써 생기는 압력 손실이 저감된 열교환기를 얻는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 그와 같은 열교환기를 구비한 공기 조화 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 열교환기는 복수의 제1 전열관이 병설된 주열교환부와, 복수의 제2 전열관이 병설된 부열교환부와, 상기 복수의 제1 전열관과 상기 복수의 제2 전열관을 접속하는 복수의 중계유로가 형성된 중계부를 구비하고, 상기 중계유로는 하나의 입구부가 하나의 상기 제2 전열관에 접속되고, 복수의 출구부의 각각이 복수의 상기 제1 전열관의 각각에 접속되고, 상기 하나의 입구부로부터 유입되는 냉매를 냉매의 합류를 발생시키는 일 없이 분배하여, 상기 복수의 출구부로부터 유출시키는 것이다.
본 발명에 관한 열교환기에서는 중계유로가 하나의 입구부가 하나의 제2 전열관에 접속되고, 복수의 출구부의 각각이 복수의 제1 전열관의 각각에 접속되고, 열교환기가 증발기로서 작용할 때에, 하나의 입구부로부터 유입되는 냉매를 냉매의 합류를 발생시키는 일 없이 분배하여, 복수의 출구부로부터 유출시키는 것이기 때문에, 냉매가 중계부를 통과함으로써 생기는 압력 손실이 저감된다.
도 1은 실시의 형태 1에 관한 열교환기의 사시도.
도 2는 실시의 형태 1에 관한 열교환기의 주열교환부와 중계부의 일부의 상면도.
도 3은 실시의 형태 1에 관한 열교환기의 부열교환부와 중계부의 일부의 상면도.
도 4는 실시의 형태 1에 관한 열교환기의 적층형 헤더가 분해된 상태에서의 사시도.
도 5는 실시의 형태 1에 관한 열교환기의 통형 헤더의 사시도.
도 6은 실시의 형태 1에 관한 열교환기의 복수의 중계유로의 평균 유로 길이와, 복수의 중계유로의 평균 수력(水力) 상당 직경과, 중계유로의 수와, 냉매가 중계부를 통과함으로써 생기는 압력 손실의 관계를 도시하는 도면.
도 7은 실시의 형태 1에 관한 열교환기가 적용되는 공기 조화 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면.
도 8은 실시의 형태 1에 관한 열교환기가 적용되는 공기 조화 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면.
도 9는 실시의 형태 2에 관한 열교환기의 사시도.
도 10은 실시의 형태 3에 관한 열교환기의 사시도.
도 11은 실시의 형태 4에 관한 열교환기의 사시도.
도 12는 실시의 형태 4에 관한 열교환기의 주열교환부와 중계부의 일부의 상면도.
도 13은 실시의 형태 4에 관한 열교환기의 도 12에서의 A-A선에서의 단면도.
도 14는 실시의 형태 4에 관한 열교환기의 부열교환부와 중계부의 일부의 상면도.
도 15는 실시의 형태 4에 관한 열교환기의 도 14에서의 B-B선에서의 단면도.
이하, 본 발명에 관한 열교환기에 관해, 도면을 이용하여 설명한다.
또한, 이하에서 설명하는 구성, 동작 등은 한 예에 지나지 않고, 본 발명에 관한 열교환기는 그와 같은 구성, 동작 등의 경우로 한정되지 않는다. 또한, 각 도면에서, 동일 또는 유사한 것에는 동일한 부호를 붙이든지, 또는 부호를 붙이는 것을 생략하고 있는 경우가 있다. 또한, 미세한 구조에 관해서는 적절히 도시를 간략화 또는 생략하고 있다. 또한, 중복 또는 유사한 설명에 관해서는 적절히 간략화 또는 생략하고 있다.
또한, 이하에서는 본 발명에 관한 열교환기가 공기 조화 장치에 적용되는 경우를 설명하고 있지만, 그와 같은 경우로 한정되지 않고, 예를 들면, 냉매 순환 회로를 갖는 다른 냉동 사이클 장치에 적용되어도 좋다. 또한, 공기 조화 장치가 난방 운전과 냉방 운전을 전환하는 것인 경우를 설명하고 있지만, 그와 같은 경우로 한정되지 않고, 난방 운전 또는 냉방 운전만을 행하는 것이라도 좋다.
실시의 형태 1.
실시의 형태 1에 관한 열교환기에 관해 설명한다.
<열교환기의 개요>
도 1은 실시의 형태 1에 관한 열교환기의 사시도이다. 도 2는 실시의 형태 1에 관한 열교환기의 주열교환부와 중계부의 일부의 상면도이다. 도 3은 실시의 형태 1에 관한 열교환기의 부열교환부와 중계부의 일부의 상면도이다. 또한, 도 1∼도 3에서는 열교환기(1)가 증발기로서 작용할 때의 냉매의 흐름을 검은 화살표로 도시하고 있다. 또한, 도 1∼도 3에서는 열교환기(1)에서 냉매와 열교환하는 공기의 흐름을 횐 화살표로 도시하고 있다.
도 1∼도 3에 도시되는 바와 같이 열교환기(1)는 주열교환부(10)와, 부열교환부(20)를 구비한다. 부열교환부(20)는 주열교환부(10)의 중력 방향의 하방에 위치한다. 주열교환부(10)는 병설된 복수의 제1 전열관(11)을 가지며, 부열교환부(20)는 병설된 복수의 제2 전열관(21)을 갖는다. 제1 전열관(11)은 복수의 유로가 형성된 편평관(11a)과, 그 양단에 부착된 조인트관(11b)을 갖는다. 제2 전열관(21)은 복수의 유로가 형성된 편평관(21a)과, 그 양단에 부착된 조인트관(21b)을 갖는다. 조인트관(11b) 및 조인트관(21b)은 편평관(11a) 및 편평관(21a)에 형성된 복수의 유로를 하나의 유로로 통합하는 기능을 갖는다. 편평관(11a) 및 편평관(21a)이 하나의 유로가 형성된 원관(圓管)인 경우에는 제1 전열관(11) 및 제2 전열관(21)은 조인트관(11b) 및 조인트관(21b)을 갖지 않는다.
핀(30)이 예를 들면 솔더링 접합에 의해, 복수의 제1 전열관(11) 및 복수의 제2 전열관(21)을 걸치도록 접합된다. 핀(30)이 복수의 제1 전열관(11)에 걸치는 부분과, 복수의 제2 전열관(21)에 걸치는 부분으로 분할되어 있어도 좋다.
복수의 제1 전열관(11)과 복수의 제2 전열관(21)은 중계부(40)에 형성된 복수의 중계유로(40A)에 의해 접속된다. 중계부(40)는 복수의 배관(41)과, 내부에 복수의 분기 유로(42A)가 형성된 적층형 헤더(42)를 갖는다. 복수의 배관(41)의 각각의 일단이 복수의 분기 유로(42A)의 각각에 접속되어, 복수의 중계유로(40A)의 각각이 형성된다. 즉, 중계유로(40A)는 하나의 배관(41)과, 적층형 헤더(42)의 내부에 형성된 하나의 분기 유로(42A)로 구성되고, 배관(41)의 입구부는 중계유로(40A)의 입구부(40Aa)가 되고, 분기 유로(42A)의 출구부는 중계유로(40A)의 출구부(40Ab)가 된다. 배관(41)의 타단은 제2 전열관(21)에 접속된다. 제1 전열관(11)의 일단은 분기 유로(42A)의 출구부에 접속되고, 제1 전열관(11)의 타단은 통형(筒型) 헤더(80)에 접속된다. 통형 헤더(80)의 내부에는 합류 유로(80A)가 형성된다.
열교환기(1)가 증발기로서 작용할 때에는 디스트리뷰터(2)에서 분기된 냉매가 배관(3)을 통과하여 제2 전열관(21)에 유입된다. 제2 전열관(21)을 통과한 냉매는 배관(41)을 통과하여 분기 유로(42A)에 유입된다. 분기 유로(42A)에 유입된 냉매는 분기되어 복수의 제1 전열관(11)에 유입되고, 합류 유로(80A)에 유입된다. 합류 유로(80A)에 유입된 냉매는 합류한 후에 배관(4)에 유출된다. 즉, 열교환기(1)가 증발기로서 작용할 때에는 중계유로(40A)는 하나의 입구부(40Aa)로부터 유입되는 냉매를 복수의 출구부(40Ab)로부터 유출시킨다.
열교환기(1)가 응축기로서 작용할 때에는 배관(4)의 냉매가 합류 유로(80A)에 유입된다. 합류 유로(80A)에 유입된 냉매는 복수의 제1 전열관(11)에 분배되어, 분기 유로(42A)에 유입된다. 분기 유로(42A)에 유입된 냉매는 합류한 후에 배관(41)을 통과하여 제2 전열관(21)에 유입된다. 제2 전열관(21)을 통과한 냉매는 배관(3)에 유입되고, 디스트리뷰터(2)에서 합류된다. 즉, 열교환기(1)가 응축기로서 작용할 때에는 중계유로(40A)는 복수의 출구부(40Ab)로부터 유입되는 냉매를 하나의 입구부(40Aa)로부터 유출시킨다.
<적층형 헤더의 상세>
도 4는 실시의 형태 1에 관한 열교환기의 적층형 헤더의 분해된 상태에서의 사시도이다. 또한, 도 4에서는 열교환기(1)가 증발기로서 작용할 때의 냉매의 흐름을 검은 화살표로 도시하고 있다.
도 4에 도시되는 바와 같이 적층형 헤더(42)는 양면에 솔더재(ロウ材)가 도포되지 않은 복수의 베어재(51)와, 양면에 솔더재가 도포된 복수의 클래드재(52)가 교대로 적층된 것이다. 베어재(51) 및 클래드재(52)가 적층됨에 의해, 그것들에 형성된 관통 구멍이 연결되어, 복수의 분기 유로(42A)가 형성된다. 분기 유로(42A)는 하나의 입구부로부터 유입되는 냉매를 분기시켜서 복수의 출구부로부터 유출시키는 것이고, 그 도중부에서, 냉매의 합류가 생기지 않는다. 제1 전열관(11)에 가장 가까운 베어재(51)의 복수의 관통 구멍에는 제1 전열관(11)이 접속된 복수의 조인트관(53)이 접합된다.
또한, 도 4에서는 분기 유로(42A)가 하나의 입구부로부터 유입되는 냉매를 2분기시켜서 복수의 출구부로부터 유출시키는 것인 경우를 나타내고 있지만, 분기 유로(42A)가 하나의 입구부로부터 유입되는 냉매를 3개 이상으로 분기시켜서 복수의 출구부로부터 유출시키는 것이라도 좋다. 또한, 도 4에서는 분기 유로(42A)가 한변만 2분기시키는 것인 경우를 나타내고 있지만, 분기 유로(42A)가 2분기를 복수회 반복하는 것이라도 좋다. 이와 같이 구성됨으로써, 냉매의 분배의 균일성이 향상된다. 특히, 제1 전열관(11)이 수평 방향과 교차하는 방향으로 병설되는 것인 경우에는 냉매의 분배의 균일성의 향상이 현저해진다. 또한, 편평관(11a)이 분기 유로(42A)에 직접 접속되어도 좋다. 즉, 제1 전열관(11)이 조인트관(11b)을 갖지 않아도 좋다. 적층형 헤더(42)는 통형 헤더 등의 다른 타입의 헤더라도 좋다.
<통형 헤더의 상세>
도 5는 실시의 형태 1에 관한 열교환기의 통형 헤더의 사시도이다. 또한, 도 5에서는 열교환기(1)가 증발기로서 작용할 때의 냉매의 흐름을 검은 화살표로 도시하고 있다.
도 5에 도시되는 바와 같이 통형 헤더(80)는 일방의 단부(端部)와 타방의 단부가 폐색된 원통부(81)가 축방향이 수평 방향과 교차하도록 배설된 것이다. 원통부(81)의 측벽에는 제1 전열관(11)이 접속된 복수의 조인트관(82)이 접합된다. 편평관(11a)이 합류 유로(80A)에 직접 접속되어도 좋다. 즉, 제1 전열관(11)이 조인트관(11b)을 갖지 않아도 좋다. 통형 헤더(80)는 다른 타입의 헤더라도 좋다.
<중계부의 상세>
배관(41)은 하나의 제2 전열관(21)과, 분기 유로(42A)의 하나의 입구부를 접속하는 것이고, 배관(41)에서, 냉매의 합류가 생기지 않는다. 또한, 분기 유로(42A)는 하나의 입구부로부터 유입되는 냉매를 분기시켜서 복수의 출구부로부터 유출시키는 것이고, 그 도중부에서, 냉매의 합류가 생기지 않는다. 즉, 중계유로(40A)는 하나의 입구부(40Aa)로부터 유입되는 냉매를 냉매의 합류를 발생시키는 일 없이 분배하여, 복수의 출구부(40Ab)로부터 유출시키는 것이다. 이와 같이 구성됨으로써, 냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실이 저감된다.
또한, 열교환기(1)는 냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실이 냉매가 부열교환부(20)를 통과함으로써 생기는 압력 손실과 비교하여 작아지도록 구성되면 좋다. 열교환기(1)가 증발기로서 작용할 때에는 제2 전열관(21)을 액상(液相) 상태 또는 저건조도의 2상(二相) 상태의 냉매가 통과하고, 배관(41)을 중정도의 건조도의 2상 상태의 냉매가 통과하게 된다. 또한, 열교환기(1)가 응축기로서 작용할 때에는 배관(41)을 중정도의 건조도의 2상 상태의 냉매가 통과하고, 제2 전열관(21)을 액상 상태 또는 저건조도의 2상 상태의 냉매가 통과하게 된다. 그리고, 액상 상태 또는 저건조도의 2상 상태의 냉매는 중정도의 건조도의 2상 상태의 냉매와 비교하여, 전열 성능이 낮다.
그 때문에, 이와 같이 구성됨으로써, 열교환기(1)가 증발기로서 작용할 때 및 열교환기(1)가 응축기로서 작용할 때에, 전열 성능이 낮은 액상 상태 또는 저건조도의 2상 상태의 냉매가 통과한 제2 전열관(21)에서의 냉매의 유속이 크게 되어, 부열교환부(20)의 열전달이 우선적으로 촉진되어, 열교환기(1)의 열교환 성능이 향상되게 된다. 또한, 열교환기(1)가 응축기로서 작용할 때에, 액상 상태 또는 저건조도의 2상 상태의 냉매가 통과하는 제2 전열관(21)에 액막(液膜)이 생겨서, 열전달이 저해되는 것이 냉매의 유속의 증대에 수반하는 액팔성(液捌性, 액의 빠짐성)의 향상에 의해 개선되는 것으로 되어, 열교환기(1)의 열교환 성능이 향상되게 된다.
또한, 열교환기(1)는 냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실이 냉매가 주열교환부(10)를 통과함으로써 생기는 압력 손실과 비교하여 커지도록 구성되면 좋다. 냉매가 열교환기(1)를 통과함으로써 생기는 압력 손실에서, 냉매가 주열교환부(10)를 통과함으로써 생기는 압력 손실이 지배적이다. 그 때문에, 이와 같이 구성됨으로써, 냉매가 열교환기(1)를 통과함으로써 생기는 압력 손실을 저감하는 것과, 중계부(40)의 중계유로(40A)를 압력 손실이 큰 것으로 하여 중계부(40)를 스페이스 절약화 함으로써, 핀(30)의 피치, 핀(30)의 매수 등을 늘리고, 주열교환부(10) 및 부열교환부(20)의 열교환 면적을 확보하는 것이 양립된다. 또한, 열교환기(1)가 증발기로서 작용할 때에, 중력 방향의 상방에 위치하는 주열교환부(10)에 냉매를 공급하기 쉬워지기 때문에, 냉매의 유속이 낮은 경우에 생기는 냉매의 분배 성능의 악화가 억제된다.
또한, 중계유로(40A)의 유로 단면적은 그 중계유로(40A)의 하나의 입구부(40Aa)에 접속된 하나의 제2 전열관(21)의 유로 단면적 이상이고, 또한, 그 중계유로(40A)의 복수의 출구부(40Ab)에 접속된 복수의 제1 전열관(11)의 유로 단면적의 합계 이하라면 좋다. 또한, 중계유로(40A)의 유로 단면적은 중계유로(40A) 중의 분기되기 전의 냉매가 통과하는 영역에서는 하나의 유로의 단면적으로 정의되고, 중계유로(40A) 중의 분기된 후의 냉매가 통과한 영역에서는 복수의 유로의 단면적의 합계로 정의된다.
냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실(ΔP)[㎪]은 복수의 중계유로(40A)의 평균 유로 길이(L)[m]와, 복수의 중계유로(40A)의 평균 수력 상당 직경(d)[m]과, 중계유로(40A)의 수(N)와, 계수(a)에 의해, 이하의 식과 같이 표시된다. 또한, 중계유로(40A)의 유로 길이는 중계유로(40A) 중의 분기되기 전의 냉매가 통과하는 영역에서의 하나의 유로의 유로 길이와, 중계유로(40A) 중의 분기된 후의 냉매가 통과하는 영역에서의 복수의 유로의 유로 길이의 평균과의 합계로 정의된다. 중계유로(40A)의 수력 상당 직경은 중계유로(40A) 중의 분기되기 전의 냉매가 통과하는 영역에서는 하나의 유로의 단면적과 하나의 유로의 젖는 언저리 길이로 정의되고, 중계유로(40A) 중의 분기된 후의 냉매가 통과하는 영역에서는 복수의 유로의 단면적의 합계와 복수의 유로의 젖는 언저리 길이의 합계로 정의된다.
[수식 1]
ΔP = a×L/(d5×N2) … (1)
따라서, 냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실(ΔP)[㎪]에서, 복수의 중계유로(40A)의 평균 수력 상당 직경(d)[m]과, 중계유로(40A)의 수(N)가 지배적이다.
그 때문에, 중계유로(40A)의 유로 단면적을 상술한 바와 같이 규정함으로써, 냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실이 냉매가 부열교환부(20)를 통과함으로써 생기는 압력 손실과 비교하여 작아지고, 또한, 냉매가 주열교환부(10)를 통과함으로써 생기는 압력 손실과 비교하여 커지는 구성과, 거의 동등한 구성을 간이하게 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 복수의 중계유로(40A)의 평균 유로 길이(L)[m]와, 복수의 중계유로(40A)의 평균 수력 상당 직경(d)[m]과, 중계유로(40A)의 수(N)가 이하의 식의 관계를 충족시키면 좋다.
[수식 2]
4.3×106 ≤ L/(d5×N2) ≤ 3.0×1010 … (2)
도 6은 실시의 형태 1에 관한 열교환기의 복수의 중계유로의 평균 유로 길이와, 복수의 중계유로의 평균 수력 상당 직경과, 중계유로의 수와, 냉매가 중계부를 통과함으로써 생기는 압력 손실과의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6에 도시되는 바와 같이 냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실(ΔP)[㎪]은 L/(d5×N2)가 3.0×1010을 넘은 영역(A)에서, 급증한다. 또한, L/(d5×N2)가 4.3×106을 넘지 않는 영역(B)에서는 냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실(ΔP)[㎪]이 너무 작다, 즉, 중계부(40)가 대형화되어, 열교환기(1)의 열교환 성능이 확보되지 않게 되어 버린다.
그 때문에, 복수의 중계유로(40A)의 평균 유로 길이(L)[m]와, 복수의 중계유로(40A)의 평균 수력 상당 직경(d)[m]와, 중계유로(40A)의 수(N)를 상술한 바와 같이 규정함으로써, 냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실(ΔP)[㎪]을 저감하는 것과, 열교환기(1)의 열교환 성능을 확보하는 것이 양립된다.
<열교환기가 적용되는 공기 조화 장치>
도 7 및 도 8은 실시의 형태 1에 관한 열교환기가 적용되는 공기 조화 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 7은 공기 조화 장치(100)가 난방 운전하는 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 8은 공기 조화 장치(100)가 냉방 운전하는 경우를 나타내고 있다.
도 7 및 도 8에 도시되는 바와 같이 공기 조화 장치(100)는 압축기(101)와, 4방밸브(102)와, 실외 열교환기(열원측 열교환기)(103)와, 팽창 장치(expansion device;104)와, 실내 열교환기(부하측 열교환기)(105)와, 실외 팬(열원측 팬)(106)과, 실내 팬(부하측 팬)(107)과, 제어 장치(108)를 갖는다. 압축기(101)와 4방밸브(102)와 실외 열교환기(103)와 팽창 장치(104)와 실내 열교환기(105)가 배관으로 접속되어, 냉매 순환 회로가 형성된다. 4방밸브(102)는 다른 유로 전환 장치라도 좋다. 실외 팬(106)은 실외 열교환기(103)의 풍상측에 마련되어도 좋고, 또한, 실외 열교환기(103)의 풍하측에 마련되어도 좋다. 또한, 실내 팬(107)은 실내 열교환기(105)의 풍상측에 마련되어도 좋고, 또한, 실내 열교환기(105)의 풍하측에 마련되어도 좋다.
제어 장치(108)에는 예를 들면, 압축기(101), 4방밸브(102), 팽창 장치(104), 실외 팬(106), 실내 팬(107), 각종 센서 등이 접속된다. 제어 장치(108)에 의해, 4방밸브(102)의 유로가 전환됨으로써, 난방 운전과 냉방 운전이 전환된다.
도 7에 도시되는 바와 같이 공기 조화 장치(100)가 난방 운전할 때에는 압축기(101)로부터 토출되는 고압 고온의 냉매는 4방밸브(102)를 통하여 실내 열교환기(105)에 유입되고, 실내 팬(107)에 의해 공급되는 공기와의 열교환에 의해 응축됨으로써, 실내를 난방한다. 응축된 냉매는 실내 열교환기(105)로부터 유출되고, 팽창 장치(104)에 의해, 저압의 냉매가 된다. 저압의 냉매는 실외 열교환기(103)에 유입되고, 실외 팬(106)에 의해 공급되는 공기와 열교환을 행하여, 증발한다. 증발한 냉매는 실외 열교환기(103)로부터 유출되어, 4방밸브(102)를 통하여 압축기(101)에 흡입된다. 즉, 난방 운전시에는 실외 열교환기(103)는 증발기로서 작용하고, 실내 열교환기(105)는 응축기로서 작용한다.
도 8에 도시되는 바와 같이 공기 조화 장치(100)가 냉방 운전할 때에는 압축기(101)로부터 토출되는 고압 고온의 냉매는 4방밸브(102)를 통하여 실외 열교환기(103)에 유입되고, 실외 팬(106)에 의해 공급되는 공기와 열교환을 행하여, 응축된다. 응축된 냉매는 실외 열교환기(103)로부터 유출되고, 팽창 장치(104)에 의해, 저압의 냉매가 된다. 저압의 냉매는 실내 열교환기(105)에 유입되고, 실내 팬(107)에 의해 공급되는 공기와의 열교환에 의해 증발함으로써, 실내를 냉방한다. 증발한 냉매는 실내 열교환기(105)로부터 유출되어, 4방밸브(102)를 통하여 압축기(101)에 흡입된다. 즉, 냉방 운전시에는 실외 열교환기(103)는 응축기로서 작용하고, 실내 열교환기(105)는 증발기로서 작용한다.
실외 열교환기(103) 및 실내 열교환기(105)의 적어도 일방에, 열교환기(1)가 사용된다. 열교환기(1)는 중계유로(40A)가 증발기로서 작용할 때에, 하나의 입구부(40Aa)로부터 유입되는 냉매를 복수의 출구부(40Ab)로부터 유출시키는 상태가 되고, 응축기로서 작용할 때에, 복수의 출구부(40Ab)로부터 유입되는 냉매를 하나의 입구부(40Aa)로부터 유출시키는 상태가 되도록, 접속된다.
실시의 형태 2.
실시의 형태 2에 관한 열교환기에 관해 설명한다.
또한, 실시의 형태 1과 중복 또는 유사한 설명은 적절히 간략화 또는 생략하고 있다.
<열교환기의 개요>
도 9는 실시의 형태 2에 관한 열교환기의 사시도이다. 또한, 도 9에서는 열교환기(1)가 증발기로서 작용할 때의 냉매의 흐름을 검은 화살표로 도시하고 있다. 또한, 도 9에서는 열교환기(1)에서 냉매와 열교환하는 공기의 흐름을 횐 화살표로 도시하고 있다.
도 9에 도시되는 바와 같이 중계부(40)는 복수의 배관(41)과, 복수의 디스트리뷰터(43)를 갖는다. 복수의 디스트리뷰터(43)의 각각의 입구부에, 하나의 배관(41)이 접속되고, 복수의 디스트리뷰터(43)의 각각의 복수의 출구부에, 복수의 배관(41)이 접속됨으로써, 복수의 중계유로(40A)의 각각이 형성된다. 즉, 중계유로(40A)는 배관(41)과, 디스트리뷰터(43)로 구성되고, 디스트리뷰터(43)의 입구부에 접속된 배관(41)의 입구부는 중계유로(40A)의 입구부(40Aa)가 되고, 디스트리뷰터(43)의 출구부에 접속된 배관(41)의 출구부는 중계유로(40A)의 출구부(40Ab)가 된다.
<중계부의 상세>
디스트리뷰터(43)의 입구부에 접속된 하나의 배관(41)은 디스트리뷰터(43)의 출구부에 접속된 복수의 배관(41)으로 분기되고, 그 도중부(途中部)에서, 냉매의 합류가 생기지 않는다. 즉, 중계유로(40A)는 하나의 입구부(40Aa)로부터 유입되는 냉매를 냉매의 합류를 발생시키는 일 없이 분배하여, 복수의 출구부(40Ab)로부터 유출시키는 것이다. 이와 같이 구성됨으로써, 냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실이 저감된다. 즉, 실시의 형태 2에 관한 열교환기(1)의 중계부(40)에서도, 실시의 형태 1에 관한 열교환기(1)의 중계부(40)와 같은 구성을 채용하는 것이 가능하고, 실시의 형태 1에 관한 열교환기(1)의 중계부(40)와 같은 작용이 이루어진다.
또한, 배관(41)의 수력 상당 직경이 제1 전열관(11) 및 제2 전열관(21)의 단(段) 피치(Dp)[m]와 비교하여 충분히 작음으로써, 배관(41)을 제1 전열관(11) 및 제2 전열관(21)의 갯수분 접속하는 것이 가능하기 때문에, 중계부(40)의 설계 자유도가 향상되는 것으로 되어, 중계부(40)를 스페이스 절약화하는 것이 가능해진다. 또한, 적층형 헤더(42)가 불필요하게 됨으로써, 열의 이동이 억제되고, 통상 운전시의 열교환 성능이 향상된다. 또한, 적층형 헤더(42)만큼의 용량이 저감되어, 제상(除霜) 운전시의 운전 시간이 단축된다.
실시의 형태 3.
실시의 형태 3에 관한 열교환기에 관해 설명한다.
또한, 실시의 형태 1 및 실시의 형태 2와 중복 또는 유사한 설명은 적절히 간략화 또는 생략하고 있다.
<열교환기의 개요>
도 10은 실시의 형태 3에 관한 열교환기의 사시도이다. 또한, 도 10에서는 열교환기(1)가 증발기로서 작용할 때의 냉매의 흐름을 검은 화살표로 도시하고 있다. 또한, 도 10에서는 열교환기(1)에서 냉매와 열교환하는 공기의 흐름을 횐 화살표로 도시하고 있다.
도 10에 도시되는 바와 같이 중계부(40)는 복수의 배관(41)과, 복수의 디스트리뷰터(43)와, 내부에 복수의 분기 유로(42A)가 형성된 적층형 헤더(42)를 갖는다. 복수의 디스트리뷰터(43)의 각각의 입구부에, 하나의 배관(41)이 접속되고, 복수의 디스트리뷰터(43)의 각각의 복수의 출구부에, 복수의 배관(41)이 접속되고, 디스트리뷰터(43)의 복수의 출구부에 접속된 복수의 배관(41)의 각각의 일단이 복수의 분기 유로(42A)의 각각의 입구부에 접속되어, 복수의 중계유로(40A)의 각각이 형성된다. 즉, 중계유로(40A)는 배관(41)과, 디스트리뷰터(43)와, 적층형 헤더(42)의 내부에 형성된 분기 유로(42A)로 구성되고, 디스트리뷰터(43)의 입구부에 접속된 배관(41)의 입구부는 중계유로(40A)의 입구부(40Aa)가 되고, 분기 유로(42A)의 출구부는 중계유로(40A)의 출구부(40Ab)가 된다.
<중계부의 상세>
디스트리뷰터(43)의 입구부에 접속된 하나의 배관(41)은 디스트리뷰터(43)의 출구부에 접속된 복수의 배관(41)으로 분기되고, 그 도중부에서, 냉매의 합류가 생기지 않는다. 또한, 분기 유로(42A)는 하나의 입구부로부터 유입되는 냉매를 분기시켜서 복수의 출구부로부터 유출시키는 것이고, 그 도중부에서, 냉매의 합류가 생기지 않는다. 즉, 중계유로(40A)는 하나의 입구부(40Aa)로부터 유입되는 냉매를 냉매의 합류를 발생시키는 일 없이 분배하여, 복수의 출구부(40Ab)로부터 유출시키는 것이다. 이와 같이 구성됨으로써, 냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실이 저감된다. 즉, 실시의 형태 3에 관한 열교환기(1)의 중계부(40)에서도, 실시의 형태 1에 관한 열교환기(1)의 중계부(40)와 같은 구성을 채용하는 것이 가능하고, 실시의 형태 1에 관한 열교환기(1)의 중계부(40)와 같은 작용이 이루어진다.
또한, 적층형 헤더(42)와 디스트리뷰터(43)가 공용됨으로써, 하나의 중계유로(40A)가 접속되는 제1 전열관(11)의 갯수를 증가하면서, 배관(41)의 갯수를 삭감하는 것이 가능하기 때문에, 중계부(40)를 스페이스 절약화하는 것이 가능하다.
실시의 형태 4.
실시의 형태 4에 관한 열교환기에 관해 설명한다.
또한, 실시의 형태 1∼실시의 형태 3과 중복 또는 유사한 설명은 적절히 간략화 또는 생략하고 있다. 또한, 이하에서는 실시의 형태 4에 관한 열교환기의 중계부가 실시의 형태 1에 관한 열교환기의 중계부와 마찬가지인 경우를 설명하고 있지만, 실시의 형태 2 또는 실시의 형태 3에 관한 열교환기의 중계부와 마찬가지라도 좋다.
<열교환기의 개요>
도 11은 실시의 형태 4에 관한 열교환기의 사시도이다. 도 12는 실시의 형태 4에 관한 열교환기의 주열교환부와 중계부의 일부의 상면도이다. 도 13은 실시의 형태 4에 관한 열교환기의 도 12에서의 A-A선에서의 단면도이다. 도 14는 실시의 형태 4에 관한 열교환기의 부열교환부와 중계부의 일부의 상면도이다. 도 15는 실시의 형태 4에 관한 열교환기의 도 14에서의 B-B선에서의 단면도이다. 또한, 도 11∼도 15에서는 열교환기(1)가 증발기로서 작용할 때의 냉매의 흐름을 검은 화살표로 도시하고 있다. 또한, 도 11∼도 15에서는 열교환기(1)에서 냉매와 열교환하는 공기의 흐름을 횐 화살표로 도시하고 있다.
도 11∼도 15에 도시되는 바와 같이 열교환기(1)는 주열교환부(10)와, 부열교환부(20)를 구비한다. 주열교환부(10)는 병설된 복수의 제1 전열관(11)과, 복수의 제1 전열관(11)의 풍하측에 위치하는 병설된 복수의 제3 전열관(12)을 가지며, 부열교환부(20)는 병설된 복수의 제2 전열관(21)과, 복수의 제2 전열관(21)의 풍상측에 위치하는 병설된 복수의 제4 전열관(22)을 갖는다. 제3 전열관(12)은 복수의 유로가 형성된 편평관(12a)과, 그 양단에 부착된 조인트관(12b)을 갖는다. 제4 전열관(22)은 복수의 유로가 형성된 편평관(22a)과, 그 양단에 부착된 조인트관(22b)을 갖는다. 조인트관(12b) 및 조인트관(22b)은 편평관(12a) 및 편평관(22a)에 형성된 복수의 유로를 하나의 유로로 통합하는 기능을 갖는다. 편평관(12a) 및 편평관(22a)이 하나의 유로가 형성된 원관인 경우에는 제3 전열관(12) 및 제4 전열관(22)은 조인트관(12b) 및 조인트관(22b)을 갖지 않는다.
편평관(11a) 및 편평관(12a)은 중간부에서 되접어진다. 그 되접음부가 조인트관에 의해 형성되어도 좋다. 편평관(11a)과 편평관(12a)은 높이 방향의 위치가 어긋나도록 배설된다. 편평관(22a)과 편평관(21a)은 높이 방향의 위치가 어긋나도록 배설된다. 이와 같이 구성됨으로써, 열교환 성능이 향상된다.
풍상측 핀(30a)이 예를 들면 솔더링 접합 등에 의해, 복수의 제1 전열관(11) 및 복수의 제4 전열관(22)을 걸치도록 접합된다. 풍하측 핀(30b)이 예를 들면 솔더링 접합 등에 의해, 복수의 제3 전열관(12) 및 복수의 제2 전열관(21)을 걸치도록 접합된다. 풍상측 핀(30a)이 복수의 제1 전열관(11)에 걸치는 부분과, 복수의 제4 전열관(22)에 걸치는 부분으로 분할되어 있어도 좋다. 풍하측 핀(30b)이 복수의 제3 전열관(12)에 걸치는 부분과, 복수의 제2 전열관(21)에 걸치는 부분으로 분할되어 있어도 좋다.
복수의 제1 전열관(11)과 복수의 제2 전열관(21)은 중계부(40)에 형성된 복수의 중계유로(40A)에 의해 접속된다. 복수의 제1 전열관(11)의 각각의 일단은 중계부(40)에 형성된 복수의 중계유로(40A)의 각각의 복수의 출구부(40Ab)의 각각에 접속되고, 복수의 제1 전열관(11)의 각각의 타단은 열넘김관(13)을 통하여, 복수의 제3 전열관(12)의 각각의 일단에 접속된다. 복수의 제2 전열관(21)의 각각의 일단은 열넘김관(23)을 통하여, 복수의 제4 전열관(22)의 각각의 일단에 접속되고, 복수의 제2 전열관(21)의 각각의 타단은 중계부(40)에 형성된 복수의 중계유로(40A)의 각각의 하나의 입구부(40Aa)에 접속된다. 복수의 제3 전열관(12)의 각각의 타단은 통형 헤더(80)에 접속된다.
열교환기(1)가 증발기로서 작용할 때에는 디스트리뷰터(2)에서 분기된 냉매가 배관(3)을 통과하여 제4 전열관(22)에 유입된다. 제4 전열관(22)을 통과한 냉매는 열넘김관(23)을 통과하여 풍하측으로 이동되어, 제2 전열관(21)에 유입된다. 제2 전열관(21)을 통과한 냉매는 배관(41)을 통과하여 분기 유로(42A)에 유입된다. 분기 유로(42A)에 유입된 냉매는 분기되어 복수의 제1 전열관(11)에 유입되어 되접혀진 후에, 열넘김관(13)을 통과하여 풍하측으로 이동되어, 제3 전열관(12)에 유입된다. 제3 전열관(12)을 통과한 냉매는 합류 유로(80A)에 유입되어 합류한 후에, 배관(4)에 유출된다. 즉, 열교환기(1)가 증발기로서 작용할 때에는 중계유로(40A)는 하나의 입구부(40Aa)로부터 유입되는 냉매를 복수의 출구부(40Ab)로부터 유출시킨다.
열교환기(1)가 응축기로서 작용할 때에는 배관(4)의 냉매가 합류 유로(80A)에 유입된다. 합류 유로(80A)에 유입된 냉매는 복수의 제3 전열관(12)에 분배되어 되접혀진 후에, 열넘김관(13)을 통과하여 풍상측으로 이동되어, 제1 전열관(11)에 유입된다. 제1 전열관(11)을 통과한 냉매는 분기 유로(42A)에 유입되어 합류한 후에, 배관(41)을 통과하여 제2 전열관(21)에 유입된다. 제2 전열관(21)을 통과한 냉매는 열넘김관(23)을 통과하여 풍상측으로 이동되어, 제4 전열관(22)에 유입된다. 제4 전열관(22)을 통과한 냉매는 배관(3)에 유입되고, 디스트리뷰터(2)에서 합류된다. 즉, 열교환기(1)가 응축기로서 작용할 때에는 중계유로(40A)는 복수의 출구부(40Ab)로부터 유입되는 냉매를 하나의 입구부(40Aa)로부터 유출시킨다.
<중계부의 상세>
배관(41)은 하나의 제2 전열관(21)과, 분기 유로(42A)의 하나의 입구부를 접속하는 것이고, 배관(41)에서, 냉매의 합류가 생기지 않는다. 또한, 분기 유로(42A)는 하나의 입구부로부터 유입되는 냉매를 분기시켜서 복수의 출구부로부터 유출시키는 것이고, 그 도중부에서, 냉매의 합류가 생기지 않는다. 즉, 중계유로(40A)는 하나의 입구부(40Aa)로부터 유입되는 냉매를 냉매의 합류를 발생시키는 일 없이 분배하여, 복수의 출구부(40Ab)로부터 유출시키는 것이다. 이와 같이 구성됨으로써, 냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실이 저감된다. 즉, 실시의 형태 4에 관한 열교환기(1)의 중계부(40)에서도, 실시의 형태 1에 관한 열교환기(1)의 중계부(40)와 같은 구성을 채용하는 것이 가능하고, 실시의 형태 1에 관한 열교환기(1)의 중계부(40)와 같은 작용이 이루어진다.
또한, 주열교환부(10)가 병설된 복수의 제1 전열관(11)과, 복수의 제1 전열관(11)의 풍하측에 위치하는 병설된 복수의 제3 전열관(12)을 가지며, 부열교환부(20)가 병설된 복수의 제2 전열관(21)과, 복수의 제2 전열관(21)의 풍상측에 위치하는 병설된 복수의 제4 전열관(22)을 갖는다. 그 때문에, 열교환기(1)가 응축기로서 작용할 때에, 냉매를 풍하측부터 풍상측으로 이동하는 즉, 기류와 대향류로 할 수가 있어서, 열교환기(1)의 열교환 성능이 향상된다. 그리고, 그와 같은 것임에도 불구하고, 냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실이 저감된다.
또한, 적층형 헤더(42) 및 통형 헤더(80)가 주열교환부(10)의 편측에 병설되기 때문에, 적층형 헤더(42) 및 통형 헤더(80)를 솔더링 접합한 후에, 열교환기(1)를 예를 들면 L자형상으로 구부리는 것이 가능하다. 열교환기(1)를 구부린 후에, 적층형 헤더(42) 및 통형 헤더(80)를 솔더링 접합하는 경우에는 접합의 개소가 많은 것에 기인하여, 로(爐)에서 제1 전열관(11) 및 제3 전열관(12)과 풍상측 핀(30a) 및 풍하측 핀(30b)을 솔더링 접합하여 구부린 후, 재차, 로에서 솔더링 접합을 행할 필요가 생긴다. 그리고, 재차, 로에서 솔더링 접합할 때에, 그 이전에 솔더링 접합된 부분의 솔더가 용융하여, 접합 불량이 생겨 버려, 생산성이 저하되어 버린다. 합편, 적층형 헤더(42) 및 통형 헤더(80)를 솔더링 접합한 후에, 열교환기(1)를 구부리는 경우에는 그 후의 작업이 배관(41) 등의 접합뿐이어서, 로에 투입한 일 없이 솔더링 접합한 것이 가능하기 때문에, 제조 비용, 생산성 등이 향상된다. 그리고, 그와 같은 것임에도 불구하고, 냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실이 저감된다.
또한, 적층형 헤더(42)와 통형 헤더(80)가 병설되는 것임에도 불구하고, 별체로 구성된다. 그 때문에, 주열교환부(10)에서 열교환하기 전의 냉매와 열교환한 후의 냉매가 열교환하여, 열교환기(1)의 열교환 효율이 저하되는 것이 억제된다. 또한, 부열교환부(20)와 적층형 헤더(42) 및 통형 헤더(80)가 접촉하지 않는 구성이기 때문에, 열교환기(1)의 열교환 효율이 저하되는 것이 더욱 억제된다. 그리고, 그와 같은 것임에도 불구하고, 냉매가 중계부(40)를 통과함으로써 생기는 압력 손실이 저감된다.
1 : 열교환기 2 : 디스트리뷰터
3 : 배관 4 : 배관
10: 주열교환부 11 : 제1 전열관
11a : 편평관 11b : 조인트관
12 : 제3 전열관 12a : 편평관
12b : 조인트관 13 : 열넘김관
20 : 부열교환부 21 : 제2 전열관
21a : 편평관 21b : 조인트관
22 : 제4 전열관 22a : 편평관
22b : 조인트관 23 : 열넘김관
30 : 핀 30a : 풍상측 핀
30b : 풍하측 핀 40 : 중계부
40A : 중계유로 40Aa : 입구부
40Ab : 출구부 41 : 배관
42 : 적층형 헤더 42A : 분기 유로
43 : 디스트리뷰터 51 : 베어재
52 : 클래드재 53 : 조인트관
80 : 통형 헤더 80A : 합류 유로
81 : 원통부 82 : 조인트관
100 : 공기 조화 장치 101 : 압축기
102 : 4방밸브 103 : 실외 열교환기
104 : 팽창 장치 105 : 실내 열교환기
106 : 실외 팬 107 : 실내 팬
108 : 제어 장치

Claims (7)

  1. 복수의 제1 전열관이 병설된 주열교환부와,
    복수의 제2 전열관이 병설된 부열교환부와,
    상기 복수의 제1 전열관과 상기 복수의 제2 전열관을 접속하는 복수의 중계유로가 형성된 중계부를 구비하고,
    상기 중계유로는,
    하나의 입구부가 하나의 상기 제2 전열관에 접속되고,
    복수의 출구부의 각각이 복수의 상기 제1 전열관의 각각에 접속되고,
    상기 하나의 입구부로부터 유입되는 냉매를 냉매의 합류를 발생시키는 일 없이 분배하여, 상기 복수의 출구부로부터 유출시키는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    냉매가 상기 중계부를 통과함으로써 생기는 압력 손실은,
    냉매가 상기 부열교환부를 통과함으로써 생기는 압력 손실과 비교하여 작은 것을 특징으로 하는 열교환기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    냉매가 상기 중계부를 통과함으로써 생기는 압력 손실은,
    냉매가 상기 주열교환부를 통과함으로써 생기는 압력 손실과 비교하여 큰 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중계유로의 유로 단면적은,
    상기 하나의 입구부에 접속된 상기 하나의 제2 전열관의 유로 단면적 이상이고 또한,
    상기 복수의 출구부에 접속된 상기 복수의 제1 전열관의 유로 단면적의 합계 이하인 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 중계유로의 평균 유로 길이(L)[m]와, 상기 복수의 중계유로의 평균 수력 상당 직경(d)[m]과, 상기 중계유로의 수(N)는 이하의 관계를 충족시키는 것을 특징으로 하는 열교환기.
    [수식 1]
    4.3×106≤L/(d5×N2)≤3.0×1010
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주열교환부는,
    상기 복수의 제1 전열관의 풍하측에 배설된 복수의 제3 전열관을 가지며,
    상기 부열교환부는,
    상기 복수의 제2 전열관의 풍상측에 배설된 복수의 제4 전열관을 가지며,
    상기 제1 전열관은,
    일단에 하나의 상기 출구부가 연통되고, 타단에 하나의 상기 제3 전열관이 연통되고,
    상기 제2 전열관은,
    일단에 하나의 상기 제4 전열관이 연통되고, 타단에 하나의 상기 입구부가 연통되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 열교환기를 구비하고,
    상기 중계유로는,
    상기 열교환기가 증발기로서 작용할 때에, 상기 하나의 입구부로부터 유입되는 냉매를 상기 복수의 출구부로부터 유출시키고,
    상기 열교환기가 응축기로서 작용할 때에, 상기 복수의 출구부로부터 유입되는 냉매를 상기 하나의 입구부로부터 유출시키는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
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