TW201525387A - 冷凍循環裝置及使用該冷凍循環裝置的空氣調和機以及供熱水機 - Google Patents

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Abstract

本發明的目的為：藉由使冷媒適當地分流至蒸發器的複數個冷媒通路而發揮蒸發器的熱交換能力，而提供高性能且運轉狀態穩定的冷凍循環裝置。本發明的冷凍循環裝置具備：用來壓縮冷媒的壓縮機；和促使經壓縮機壓縮後的冷媒冷凝的冷凝器；和對經冷凝器冷凝的冷媒進行減壓的膨脹閥；和促使經膨脹閥減壓的冷媒分流的分配器；和促使經分配器分流的冷媒蒸發的蒸發器；及使「從冷凝器流向前述膨脹閥的冷媒」、與「通過膨脹閥後，以分配器分流而流向前述蒸發器的冷媒」進行熱交換的熱交換手段。

Description

冷凍循環裝置及使用該冷凍循環裝置的空氣調和機以及供熱水機
本發明是關於冷凍循環裝置及使用該冷凍循環裝置的空氣調和機及供熱水機。
就習知的技術而言，在空氣調和機之類的冷凍循環裝置中，存在一種具備使「從冷凝器(condenser)流向膨脹閥之中溫的冷媒」、與「從膨脹閥流向蒸發器(evaporator)之低溫的冷媒」進行熱交換之熱交換器的冷凍循環(請參考專利文獻1)。專利文獻1揭示了以下的內容：在由具備壓縮機、冷凝器、「具有用來對來自於冷凝器之液態冷媒進行過冷(supercooling)的冷卻手段之過冷器(supercooler)」、膨脹閥及蒸發器的冷凍循環所形成的冷凍裝置中，將過冷器的冷卻手段入口連接於膨脹閥的下游側配管，並將該過冷器的冷卻手段出口連接於蒸發器的上游側配管。據此，即使氣泡混入冷凝器液體出口之液態冷媒配管中的液態冷媒，也能確保穩定的運轉狀態，防止冷凍能力的下降。
[先行技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2002-310518號公報
在專利文獻1的冷凍裝置中，從膨脹閥流向蒸發器之低溫的冷媒，在通過設在其中途的過冷器時，從「從冷凝器流向膨脹閥之中溫的冷媒」吸收熱量而蒸發。其結果，當低溫冷媒經過過冷器而到達蒸發器時，成為「氣體混入液體的狀態」，也就是所謂氣液兩相流(gas-liquid two-phase flow)的狀態。
再者，在將蒸發器的冷媒通路分割成複數個，並採用分配器將冷媒分流至複數個冷媒通路的場合中，由於氣液兩相流中液體與氣體的密度和流速等並不相同，再加上分配器的設置姿勢和其上游配管的形狀等的重要因素，而難以依據特定的比例來分配流向蒸發器之各冷媒通路的液體流量與氣體流量。另外，一旦蒸發器中的冷媒分配不恰當，蒸發器本來的熱交換能力將無法發揮，致使空氣調和機的性能下降。
本發明的目的在於：藉由適當地將冷媒分流至蒸發器的複數個冷媒通路，來發揮蒸發器的熱交換能力，進而提供高性能且運轉狀態穩定的空氣調和機。
本發明的冷凍循環裝置具備：用來壓縮冷媒的壓縮機；和促使經壓縮機壓縮的冷媒冷凝的冷凝器；和對經冷凝器冷凝的冷媒進行減壓的膨脹閥；和促使經膨脹閥減壓的冷媒分流的分配器；和促使經分配器分流的冷媒蒸發的蒸發器；及使「從冷凝器流向膨脹閥的冷媒」、與「在通過膨脹閥後，以分配器分流而流向蒸發器的冷媒」進行熱交換的熱交換手段。
根據本發明，可提供一種高性能且運轉狀態穩定的冷凍循環裝置。
1‧‧‧壓縮機
2‧‧‧室內熱交換器
3‧‧‧膨脹閥(expansion valve)
4‧‧‧室外熱交換器
5‧‧‧四通閥(four-way valve)
6、7‧‧‧分配器(distributor)
8‧‧‧熱交換手段
900‧‧‧空氣調和機
第1圖：是顯示空氣調和機之構造的系統圖。
第2圖：是空氣調和機之暖氣運轉時的摩利爾圖表(Mollier chart)。
第3圖：是空氣調和機之冷氣運轉時的摩利爾圖表。
第4圖：為熱交換手段的概略圖。
第5圖：為熱交換手段的剖面圖。
第6圖：為熱交換手段的剖面圖。
第7圖：為熱交換手段的概略圖。
在本實施例中，將空氣調和機作為例子進行說明。本實施例的空氣調和機具備：用來壓縮冷媒的壓縮機；和促使經壓縮機壓縮的冷媒冷凝的冷凝器；和對經冷凝器冷凝的冷媒進行減壓的膨脹閥；和促使經膨脹閥減壓的冷媒分流的分配器；和促使經分配器分流的冷媒蒸發的蒸發器；及使「從冷凝器流向膨脹閥的冷媒」、與「在通過膨脹閥後，以分配器分流而流向蒸發器的冷媒」進行熱交換的熱交換手段。由於使「從冷凝器流向膨脹閥的冷媒」、與「在通過膨脹閥後，以分配器分流而流向蒸發器的冷媒」進行熱交換，因此可抑制氣體混入「流入膨脹閥的冷媒液」而確保空氣調和機的穩定運轉狀態，且由於通過膨脹閥且經減壓的冷媒呈現液相狀態，而能在分配器使冷媒均等地分流，故能提供高性能且運轉狀態穩定的空氣調和機。
以下，採用圖面具體地說明本發明的最佳實施形態。
第1圖，是顯示本實施例的空氣調和機900，譬如房間空調機(room air conditioner)之構造的系統圖。空氣調和機900，主要是由以下所構成：用來壓縮冷媒的壓縮機1；和促使冷媒與室內空氣形成熱交換的室內熱交換器2；和對冷媒進行減壓的膨脹閥3；和促使冷媒與外氣(外部空氣)形成熱交換的室外熱交換器4；和切 換冷媒之流動方向的四通閥5；和促使冷媒分流或者合流的分配器6、分配器7；及促使「從冷凝器流向膨脹閥的冷媒」與「在通過膨脹閥後，以分配器分流而流向蒸發器的冷媒」形成熱交換的熱交換手段8(8A~8D)。
室外熱交換器4的冷媒通路被分割成複數個流路(在本實施例中為4個)。
分配器6，將1個冷媒流路分割成複數個冷媒流路(在本實施例中為4個)。由1根連接配管所構成之分配器6的一端，連接於膨脹閥3。由4根連接配管所構成之分配器6的另一端，連接於熱交換手段8。
分配器7，將1個冷媒流路分割成複數個冷媒流路(在本實施例中為4個)。由1根連接配管所構成之分配器7的一端，連接於四通閥5。由4根連接配管所構成之分配器7的另一端，連接於室外熱交換器4。
熱交換手段8，使流動於空氣調和機900內的冷媒彼此形成熱交換。舉例來說，可形成如第4圖~第7圖所示的構造(8A~8D)。在上述的圖面中，實心的箭號與中空的箭號表示各個冷媒的流動方向。
第4圖所示的熱交換手段8A，是將複數的細管(在本實施例中為4根的管26、管27、管28、管29)配置於粗管21內，並利用焊接等予以接合所構成。此外，熱交換手段8A，是將這些管26、管27、管28、管29、管21作為一體而形成螺旋狀。流經「形成於管21的內壁；與管26、管27、管28、管29外壁之間的冷媒流 路201」的冷媒、與「流動於管26、管27、管28、管29內」的冷媒，是透過管26、管27、管28、管29的管壁進行熱交換。此外，在管21的兩端形成有連接口22及連接口23，並分別連接於室內熱交換器2與膨脹閥3。管26、管27、管28、管29的兩端，分別連接於分配器6與室外熱交換器4。雖然在第4圖中，熱交換手段8A成形為螺旋狀，但亦能以直線形狀等的其他形狀形成。
第5圖所示的熱交換手段8B，是將複數的細管(在本實施例中為4根的管36a、管37a、管38a、管39a)配置於胴體31內，並將管36a、管37a、管38a、管39a、胴體31與兩端的管板34接合所構成。此外，為了提高熱交換手段8B的熱交換性能，在胴體31內，在與管軸呈直角的方向上設置複數片擋板(baffle plate)35。流經「形成於胴體31的內壁；與管36a、管37a、管38a、管39a外壁之間的冷媒流路301」的冷媒、與「流動於管36a、管37a、管38a、管39a內」的冷媒，是透過管36a、管37a、管38a、管39a的管壁進行熱交換。此外，在胴體31的兩端形成有連接口32及連接口33，並分別連接於室內熱交換器2與膨脹閥3。管36a、37a、38a、39a的兩端，分別連接於分配器6與室外熱交換器4。而被配置於胴體31內的4根管36a、管37a、管38a、管39a也可以是非直管，舉例來說，亦可如第6圖的熱交換手段8C，以分別彎折加工成螺旋狀的管(管36b、管37b、管38b、管39b)構成。
第7圖所示的熱交換手段8D，是將併設的複數細管(在本實施例中為4根的管46、管47、管48、管49)捲繞於粗管41，並利用焊接等予以固定而形成。流動於管41內的冷媒；與流動於管46、管47、管48、管49內的冷媒，是透過管壁進行熱交換。此外，管41的兩端，分別連接於室內熱交換器2與膨脹閥3。管46、管47、管48、管49的兩端，分別連接於分配器6與室外熱交換器4。
接下來，採用第1圖、第2圖及第3圖，對本實施例之熱交換手段8(8A~8D)的作用進行說明。
第1圖，是顯示空氣調和機900之構造的系統圖，其中以實線的箭號表示暖氣運轉時之冷媒的流動方向，並以虛線的箭號表示冷氣運轉時之冷媒的流動方向。此外，第2圖是暖氣運轉時的摩利爾圖表。第3圖是冷氣運轉時的摩利爾圖表。所謂的摩利爾圖表，是將橫軸作為焓(enthalpy)h，將縱軸作為壓力p，以顯示冷媒之狀態變化的圖。在第3圖中，冷媒狀態點a~e，是對應於第1圖的點a~e。
當暖氣運轉時，如第1圖中的實線箭號所示，冷媒是依據壓縮機1、四通閥5、室內熱交換器2、熱交換手段8、膨脹閥3、分配器6、熱交換手段8、室外熱交換器4、分配器7、四通閥5、壓縮機1的順序而形成狀態變化，並且循環於空氣調和機900內。
更具體地說，低溫低壓的冷媒(狀態a)由壓 縮機1所壓縮，在以高溫高壓的氣體狀態(狀態b)排出之後，通過四通閥5而流入室內熱交換器2。在室內熱交換器2內，冷媒氣體朝室內空氣釋放熱量而變化成中溫高壓的液體狀態(狀態c)。接著，從室內熱交換器2流出之中溫高壓的冷媒液，流入熱交換手段8，並在熱交換手段8，與「進入室外熱交換器4前之低溫低壓的冷媒」進行熱交換，而進一步受到冷卻(狀態d)。然後，經充分過冷的冷媒液是由膨脹閥3所減壓，並在成為低溫低壓的液體狀態(狀態e)後，於分配器6分流而流入熱交換手段8。流入熱交換手段8之低溫低壓的冷媒，在熱交換手段8，與「從室內熱交換器2流出之中溫高壓的冷媒液」進行熱交換，而成為氣液兩相的狀態。然後，從熱交換手段8流出之氣液兩相狀態的冷媒，流入室外熱交換器4，並在室外熱交換器4形成「從外氣取得熱量之低溫低壓的氣體狀態」後，於分配器7合流。在此之後，於分配器7合流的冷媒氣體，通過四通閥5再度被壓縮機1所吸入。
熱交換手段8，譬如採用第4圖所示之熱交換手段8A的場合中，從作為冷凝器發揮作用的室內熱交換器2流向膨脹閥3之中溫高壓的冷媒，流動於冷媒流路201內，而該冷媒流路201形成在：管21的內壁；與管26、管27、管28、管29的外壁之間。另外，通過膨脹閥3後在分配器6分流，而流向「作為蒸發器發揮作用的室外熱交換器4」之低溫低壓的冷媒，流動於管26、管27、管28、管29。透過管26、管27、管28、管29的管 壁，中溫高壓的冷媒朝低溫低壓的釋放熱量，而成為經充分過冷的狀態(狀態d)。換言之，通過熱交換手段8，氣體不會混入「流入膨脹閥3的冷媒液」。據此，防止膨脹閥3的阻塞而確保空氣調和機900的穩定運轉狀態，並可抑制冷媒通過膨脹閥3時所產生的流動聲響。
在此，不具備本實施例之熱交換手段8的空氣調和機中，由於從室內熱交換器2流出的冷媒，以如同第2圖中的虛線所表示的過程形成減壓，因此通過膨脹閥3的冷媒成為氣液兩相狀態(狀態f)。其結果，由於流入分配器6之冷媒的液體與氣體的密度和流速等不同，再加上分配器6的設置姿勢和其上游配管的形狀等的重要因素，而使流向各冷媒流路的液體流量與氣體流量變得參差不齊。
另外，在具備本實施例之熱交換手段8的本實施例的空氣調和機900中，由於通過膨脹閥3且經減壓的冷媒呈現液相狀態(狀態e)，因此與「令氣液兩相狀態的冷媒分流」的場合不同，幾乎不會受到分配器6的設置姿勢和上游配管之形狀等的影響，可均等地使冷媒分流。因此，可發揮作為蒸發器作用之室外熱交換器4原本的熱交換能力，並提高空氣調和機900的性能。
在本實施例中，熱交換手段8最好使用「進行熱交換之冷媒彼此的流動」形成相同方向的併行流動型熱交換器。在分配器6分流而流向室外熱交換器4之低溫低壓的冷媒，即使在「通過熱交換手段8時，產生大幅的 壓力損失，致使冷媒溫度大幅下降」的場合，由於從室內熱交換器2流向膨脹閥3之中溫高壓的冷媒也沿著相同方向形成溫度下降，因此冷媒間的溫度差，併行流動型熱交換器大於對向流動型熱交換器。因此，藉由使用併行流動型熱交換器，熱交換手段8可構成小型化。
另外，當冷氣運轉時，如第1圖中的虛線箭號所示，冷媒是依據壓縮機1、四通閥5、分配器7、室外熱交換器4、熱交換手段8、分配器6、膨脹閥3、熱交換手段8、室內熱交換器2、四通閥5、壓縮機1的順序而形成狀態變化，並且循環於空氣調和機900內。
更具體地說，低溫低壓的冷媒(狀態a)由壓縮機1所壓縮，在以高溫高壓的氣體狀態(狀態b)排出之後，通過四通閥5而在分配器7分流。在分配器7分流的冷媒氣體，流入室外熱交換器4，並在室外熱交換器4朝外氣釋放熱量而成為中溫高壓的液體狀態。從室外熱交換器4流出之中溫高壓的冷媒液，在熱交換手段8，與「從膨脹閥3流向室內熱交換器2之低溫低壓的冷媒」進行熱交換而進一步受到冷卻後，在分配器6合流。在分配器6合流的冷媒液(狀態e)，由膨脹閥3所減壓，並在成為低溫低壓的液體狀態(狀態d)後，流入熱交換手段8，並在熱交換手段8中與中溫高壓的冷媒液進行熱交換，而成為氣液兩相狀態(狀態c)。然後，氣液兩相狀態的冷媒，流入室內熱交換器2，並在室內熱交換器2形成「從室內空氣取得熱量之低溫低壓的狀態(狀態a)」 後，通過四通閥5而再度由壓縮機1所吸入。
在此，與暖氣運轉時相同，在熱交換手段8，從作為冷凝器發揮作用的室外熱交換器4流出而流向膨脹閥3之中溫高壓的冷媒，對「流出膨脹閥3而流向室內熱交換器2之低溫低壓的冷媒」釋放熱量，而成為經充分過冷的狀態(狀態e)。換言之，通過熱交換手段8，氣體不會混入「流入膨脹閥3的冷媒液」。據此，防止膨脹閥3的阻塞而確保空氣調和機900的穩定運轉狀態，並可抑制冷媒通過膨脹閥3時所產生的流動聲響。
但是，冷氣運轉時，由於分配器6成為達成使冷媒合流之任務的構件，因此不同於暖氣運轉時，熱交換手段8並無助於改善冷媒的分配。
以上，雖是列舉「分割室外熱交換器的冷媒通路」的場合作為例子說明，但也能適用於「分割室內熱交換器的冷媒通路」的場合。然後，室外熱交換器及室內熱交換器之冷媒通路的分割數並不侷限於4個，只要是2個以上即可。
此外，就對冷媒進行減壓的手段而言，不僅限於膨脹閥，也可以採用毛細管(capillary tube)等。
此外，熱交換手段並不侷限於第4~7圖所記載的構造，可包含各式各樣的變形例。
此外，本發明並不侷限於房間空調機，亦可用於業務用空調機或熱泵式供熱水機、採用冷凍機等之冷凍循環的裝置。
900‧‧‧空氣調和機
1‧‧‧壓縮機
2‧‧‧室內熱交換器
3‧‧‧膨脹閥
4‧‧‧室外熱交換器
5‧‧‧四通閥
6、7‧‧‧分配器
8‧‧‧熱交換手段
a~c‧‧‧冷媒狀態

Claims (4)

  1. 一種冷凍循環裝置，具備：用來壓縮冷媒的壓縮機；和促使經前述壓縮機壓縮後的冷媒冷凝的冷凝器；和對經前述冷凝器冷凝的冷媒減壓的膨脹閥；和促使經前述膨脹閥減壓的冷媒分流的分配器；和促使以前述分配器分流的冷媒蒸發的蒸發器；及熱交換手段，該熱交換手段使從前述冷凝器流向前述膨脹閥的冷媒、與通過前述膨脹閥後以前述分配器分流而流向前述蒸發器的冷媒進行熱交換。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的冷凍循環裝置，其中前述熱交換手段，是使從前述冷凝器流向前述膨脹閥之冷媒的流動、與通過前述膨脹閥後以前述分配器分流而流向前述蒸發器之冷媒的流動，成為相同方向而執行熱交換的併行流動型熱交換器。
  3. 一種空氣調和機，具備申請專利範圍第1或2項所記載的冷凍循環裝置。
  4. 一種供熱水機，具備申請專利範圍第1或2項所記載的冷凍循環裝置。
TW103125128A 2013-08-23 2014-07-22 冷凍循環裝置及使用該冷凍循環裝置的空氣調和機以及供熱水機 TW201525387A (zh)

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