WO2007139137A1 - 熱交換器 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a heat exchanger of an air conditioner using a C02 refrigerant.
- Patent Document 1 JP-A-10-176867
- An object of the present invention is to provide heat exchange with improved heat exchange performance.
- a heat exchanger is a heat exchanger that radiates heat from a supercritical refrigerant to air, and includes a plurality of plate fins and a plurality of heat transfer tubes.
- the plate fin has a plurality of through holes in a plane disposed substantially parallel to the air flow.
- the heat transfer tube is inserted into the through hole of the plate fin.
- the refrigerant is transferred to the downstream stream of the air flow. It flows from the heat pipe to the heat transfer pipe belonging to the upstream row of the air flow.
- the air flow exchanges heat with a higher temperature refrigerant as it travels downstream. Moreover, the heat transfer on the surface of the plate fin is suppressed by dividing the plate fin, and the temperature difference between the refrigerant temperature and the air temperature is properly maintained throughout the heat radiation process. For this reason, the amount of heat exchange with the air flow is increased and the heat exchange performance is improved.
- the heat exchange according to the third invention is the heat exchange according to the first invention, in which the plate fin is divided into one end force and the other end.
- the expansion of the plate fin division width further suppresses the heat transfer on the surface of the plate fin, and the temperature difference between the refrigerant temperature and the air temperature is properly maintained throughout the heat dissipation process. For this reason, the amount of heat exchange with the air flow is increased and the heat exchange performance is improved.
- the heat exchange according to the fourth invention is the heat exchange according to the first invention, in which the plate fin is partially divided from one end to the other end.
- This heat exchange not only simplifies the division process of the plate fins but also secures the function of suppressing the heat transfer on the plate fin surface. For this reason, the processing cost is reduced and the heat exchange performance is improved.
- the heat exchange according to the sixth aspect of the present invention is the heat exchange according to the first aspect of the present invention, in which the heat transfer tube extends in the direction having the shortest dimension among the vertical, horizontal, and depth.
- the heat exchange according to the eighth aspect of the invention is the heat exchange according to the first aspect of the invention, and is refrigerant C02.
- This heat exchange ⁇ uses C02, which has a low ozone depletion potential, so it does not destroy the atmospheric environment.
- the heat exchange according to the ninth invention is the heat exchange according to the fifth invention, and is connected to the first plate attached to the ends of the plurality of paths and the refrigerant pipe through which the refrigerant circulates.
- a connecting pipe and a wide-mouthed container are further provided.
- the wide-mouth container collects the refrigerant flowing out of each end force of the plurality of paths into the connecting pipe, or guides the refrigerant flowing out of the connecting pipe force to each end of the plurality of paths.
- the wide-mouthed container is in close contact with the first plate.
- the heat exchange according to the tenth invention is the heat exchange according to the first invention, wherein the second plate attached to the ends of the plurality of heat transfer tubes and the end portions of the predetermined adjacent heat transfer tubes And a third plate formed with a plurality of recesses that connect each other. The third plate is in close contact with the second plate. This eliminates the need to connect the end of the heat transfer tube with a U-shaped tube, which reduces costs.
- the division processing of the plate fins is simplified and the function of suppressing the heat transfer on the surface of the plate fins is also ensured. For this reason, the processing cost is reduced and the heat exchange performance is also improved.
- the flow rate of the refrigerant flowing in the heat transfer tube is increased, and the refrigerant flow becomes turbulent. For this reason, the amount of heat exchange between the refrigerant and the heat transfer tube is increased, and the heat exchange performance is improved.
- C02 having a low ozone depletion coefficient is used, so the atmospheric environment is not destroyed.
- the heat exchange according to the ninth aspect of the invention is low in cost because it is not necessary to connect a refrigerant pipe to each end of the node.
- the work of connecting the end portions of the heat transfer tubes with U-shaped tubes is not necessary, and the cost is low.
- FIG. 1 Refrigeration circuit of air conditioner using C02 refrigerant.
- FIG. 2 (a) Pressure-enthalpy state diagram of C02 refrigerant. (B) C02 refrigerant temperature vs. entropy phase diagram.
- FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the indoor heat exchanger according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is an explanatory diagram of the path of the indoor heat exchanger.
- FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an indoor unit using the indoor heat exchanger according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is a perspective view of an indoor heat exchanger according to a first modification of the embodiment.
- FIG. 7 (a) A rear view of the first modification.
- FIG. 8 is a configuration diagram of an indoor heat exchanger in which the path of FIG. 4 is changed.
- FIG. 9 is a configuration diagram of the indoor heat exchanger in which the heat transfer tube pitch and the plate fin in FIG. 4 are changed.
- FIG. 10 is a configuration diagram of an indoor heat exchanger in which the heat transfer tube pitch and the plate fin in FIG. 8 are changed.
- the outdoor heat exchanger 4 serves as a gas cooler, and the indoor heat exchanger 6 serves as an evaporator.
- the outdoor heat exchanger 4 serves as an evaporator and the indoor heat exchanger 6 serves as a gas cooler.
- Outdoor heat exchange 4 and indoor heat exchange 6 A force is also generated between the rate fin 11 (see FIG. 3) and the heat transfer tube 12 (see FIG. 3), and heat exchange is performed with the refrigerant force plate fin 11 in the heat transfer tube 12 and the air flow.
- point A is the suction side of the compressor 2 during heating operation
- point B is the discharge side of the compressor 2 during heating operation
- Point C is the refrigerant outlet side of the indoor heat exchanger 6 during heating operation
- point D is the refrigerant inlet side of the outdoor heat exchanger 4 during heating operation.
- Fig. 2 (a) shows the pressure-enthalpy state diagram of the C02 refrigerant, with the vertical axis representing pressure P and the horizontal axis representing enthalpy h.
- Tk is an isotherm passing through critical point K
- Tx is an isotherm of temperature Tx.
- the C02 refrigerant is neither liquefied nor two-phased.
- the region above the critical pressure Pk on the right side of the isotherm Tk is called a supercritical state, and the air conditioner 1 using the heat exchange of this embodiment is operated in a refrigeration cycle including the supercritical state.
- A, B, C, and D in Fig. 2 (a) represent the refrigerant states corresponding to points A, B, C, and D in Fig. 1, respectively.
- Figure 2 (b) is the temperature entropy state diagram of the C02 refrigerant.
- the vertical axis represents temperature T and the horizontal axis represents enthalpy s.
- A, B, C, and D in Fig. 2 (b) represent the refrigerant states corresponding to points A, B, C, and D in Fig. 1, respectively.
- the temperature of the refrigerant decreases from the point B that is the discharge side of the compressor 2 to the point C that is the refrigerant outlet of the indoor heat exchanger 6. For this reason, the temperature of the surface of the indoor heat exchanger 6 has a temperature distribution in which the temperature on the upstream side of the refrigerant is high and the temperature on the downstream side is low.
- FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the indoor heat exchanger according to the embodiment of the present invention.
- Indoor heat exchange ⁇ 6 is a cross fin type heat exchange ⁇ .
- the plate fins 11 are thin aluminum flat plates, and a plurality of through holes 1 la are formed in one plate fin 11.
- the heat transfer tube 12 includes a straight tube 12a inserted into the through hole 11a of the plate fin 11, and U-shaped tubes 12b and 12c that connect ends of adjacent straight tubes 12a.
- the heat transfer tubes 12 are arranged in rows 61 to 72 formed in a direction intersecting with the air flow, and 12 rows are arranged so that the upstream force of the air flow is also directed downstream of the air flow.
- the refrigerant flows from the heat transfer tubes 12 belonging to the row 72 on the downstream side of the air flow to the heat transfer tubes 12 belonging to the row 61 on the upstream side of the air flow.
- the air flow and the refrigerant flow are opposed to each other, so that the amount of heat exchange is increased as compared with those not opposed to each other.
- FIG. 4 is a configuration diagram of a path of the indoor heat exchanger according to the embodiment of the present invention.
- the solid line indicates the U-shaped tube 12b on the front side of the figure, and the broken line indicates the U-shaped tube 12c on the opposite side.
- the refrigerant flows in six heat transfer tubes 12 belonging to the row 72 and flows out from the six heat transfer tubes 12 in the row 61 through six paths 81 to 86, respectively. In this way, the refrigerant is divided into a plurality of paths 81 to 86 and distributed, whereby the temperature difference between the refrigerant temperature and the air temperature is properly maintained throughout the heat radiation process, and the amount of heat exchange with the air is increased.
- Play ⁇ Fin 11 is ij ij between ⁇ IJ61 and ⁇ IJ62. This is also between ⁇ IJ63 and ⁇ IJ64, between column 65 and column 66, between column 67 and column 68, between column 69 and column 70, and between column 71 and column 72. It has been implemented. As a result, since the heat on the surface of the plate fin 11 cannot move beyond the dividing portion 13, the surface temperature of the plate fin 11 is maintained high, and the amount of heat exchange with the airflow increases.
- the extending direction of the straight pipe 12 a of the heat transfer pipe 12 is the depth of the indoor heat exchanger 6.
- the depth dimension is the shortest among the vertical, horizontal, and depth.
- the heat transfer from the refrigerant flowing in the heat transfer tube 12 to the heat transfer tube 12 is more active when the refrigerant flow is turbulent than when it is laminar. Therefore, in this embodiment, the outer diameter of the heat transfer tube 12 is 4 mm or less so that the refrigerant flow in the heat transfer tube 12 becomes turbulent.
- FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an indoor unit using the heat exchanger according to the embodiment of the present invention.
- the indoor unit 101 has the indoor heat exchange 6 mounted inside the casing 102.
- a blower 103 is disposed above the indoor heat exchanger 6, and an air outlet 102 a is provided above the blower 103.
- a first header 14 is installed on the upstream side of the air flow in the indoor heat exchanger 6 to divert the refrigerant and guide it to the inlets of the paths 81 to 86.
- a second header 15 that guides the refrigerant from which the outlet force of each of the paths 81 to 86 flows out to the refrigerant pipe is mounted on the downstream side of the air flow in the indoor heat exchanger 6.
- the refrigerant flows from above to below the paths 81 to 86 of the indoor heat exchanger 6, and the airflow flows from below to above the indoor heat exchanger 6. For this reason, as the air flow approaches the air outlet 102a, heat exchange with a refrigerant having a higher temperature is performed and the temperature rises, so that the indoor unit 101 can provide comfortable heating.
- the indoor heat exchanger 6 is a heat exchanger that radiates heat to supercritical C02 refrigerant-powered air, and includes a plurality of plate fins 11 and a plurality of heat transfer tubes 12.
- the platen fin 11 has a plurality of through holes 11a on a plane arranged substantially parallel to the air flow.
- the heat transfer tube 12 is inserted into the through hole 11 a of the plate fin 11.
- the rows 61 to 72 formed by arranging the heat transfer tubes 12 in the direction intersecting the air flow are formed in four or more rows from the upstream side to the downstream side of the air flow.
- the plate fin 11 is divided between at least one adjacent row 61, 62.
- the refrigerant flows from the heat transfer tubes 12 belonging to the row 72 downstream of the air flow to the heat transfer tubes 12 belonging to the row 61 upstream of the air flow.
- heat exchange with a higher-temperature refrigerant is performed as the air flow proceeds downstream. Further, the division of the plate fin 11 suppresses the heat transfer on the surface of the plate fin 11, and the temperature difference between the refrigerant temperature and the air temperature is appropriately maintained throughout the heat radiation process. For this reason, the amount of heat exchange with the air flow is increased and the heat exchange performance is improved.
- the ends of the heat transfer tubes 12 are connected to the plate 93.
- a plurality of recesses 93a are also provided.
- the recess 93a corresponds to the U-shaped tube 12c of the embodiment shown in FIG. Since the plurality of recesses 93a are formed by drawing the plate 93, it is economical.
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Abstract
熱交換性能を向上させた熱交換器を提供する。室内熱交換器(6)は、超臨界のCO2冷媒から空気に対して放熱を行なわせる熱交換器であって、複数のプレートフィン(11)と、複数の伝熱管(12)とを備えている。伝熱管(12)が空気流と交差する方向に配置されてできる列(61~72)は、空気流の上流から下流に向かって4列以上形成されている。少なくとも1つの隣り合う列(61,62)の間で、プレートフィン(11)が分割されている。冷媒は、空気流の下流側の列(72)に属する伝熱管(12)から、空気流の上流側の列(61)に属する伝熱管(12)に流れる。
Description
明 細 書
熱交換器
技術分野
[0001] 本発明は、 C02冷媒を使用した空気調和装置の熱交換器に関する。
背景技術
[0002] 従来、 C02冷媒を使用した空気調和装置では、暖房運転の吹出空気温度を圧縮 機吐出温度近くまで上昇させて暖房の快適性を確保している。さらに、 C02冷媒と 空気流との熱交換性能を向上させるために、フィンと伝熱管力 成る熱交 (ガス クーラー)に対しては、熱交換を促進させる構造的工夫が実施されている。その 1つと して、暖房運転時の冷媒の下流側伝熱管断面積をその他の伝熱管断面積より小さく して冷媒流速を速め、乱流効果によって冷媒からの熱移動を活発化させる方法 (例 えば、特許文献 1参照)が採用されている。
特許文献 1 :特開平 10— 176867号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] し力しながら、参考文献 1に記載の方法では、空気流と熱交換を行なう熱交^^の 伝熱管が、空気流の流れる方向に沿って 2列ある 、は 3列しか形成されて 、な 、ため 、冷媒温度が大きく変化する臨界状態では空気流との熱交換効率が最大限に発揮 できない。
本発明の課題は、熱交換性能を向上させた熱交 を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0004] 第 1発明に係る熱交換器は、超臨界の冷媒から空気に対して放熱を行なわせる熱 交換器であって、複数のプレートフィンと、複数の伝熱管とを備えている。プレートフィ ンは、空気流とほぼ平行に配置される平面に複数の貫通孔を有する。伝熱管は、プ レートフィンの貫通孔に挿入される。空気流と交差する方向に並ぶ伝熱管の列は、空 気流の上流から下流に向力つて 4列以上形成されている。少なくとも 1つの隣り合う列 の間で、プレートフィンが分割されている。冷媒は、空気流の下流側の列に属する伝
熱管から、空気流の上流側の列に属する伝熱管に流れる。
この熱交^^では、空気流が、下流へ進むにしたがってより高温の冷媒と熱交換を 行なう。また、プレートフィンの分割によって、プレートフィン表面の熱移動が抑制され 、放熱工程の全域を通じて冷媒温度と空気温度との温度差が適正に維持される。こ のため、空気流との熱交換量が増加し熱交換性能が向上する。
[0005] 第 2発明に係る熱交翻は、第 1発明に係る熱交翻であって、全ての隣り合う列 の間でプレートフィンが分割されている。
この熱交^^では、プレートフィンの分割箇所が増加したことによって、プレートフィ ン表面の熱移動がさらに抑制され、放熱工程の全域を通じて冷媒温度と空気温度と の温度差が適正に維持される。このため、空気流との熱交換量が増加し熱交換性能 が向上する。
[0006] 第 3発明に係る熱交翻は、第 1発明に係る熱交翻であって、プレートフィンが、 一端力 他端にかけて分割されて 、る。
この熱交^^では、プレートフィンの分割幅が拡大したことによって、プレートフィン 表面の熱移動がさらに抑制され、放熱工程の全域を通じて冷媒温度と空気温度との 温度差が適正に維持される。このため、空気流との熱交換量が増加し熱交換性能が 向上する。
[0007] 第 4発明に係る熱交翻は、第 1発明に係る熱交翻であって、プレートフィンが、 一端力 他端にかけて部分的に分割されている。
この熱交翻では、プレートフィンの分割加工が簡素化されるとともに、プレートフィ ン表面の熱移動を抑制する機能も確保される。このため、加工コストが低減され、且 つ熱交換性能が向上する。
[0008] 第 5発明に係る熱交換器は、第 1発明に係る熱交換器であって、空気流の下流側 の列に属する伝熱管力 空気流の上流側に属する伝熱管に冷媒を流すためのパス 力 複数形成されている。
この熱交換器では、冷媒が伝熱管の列方向に進む距離が短くなり、放熱工程の全 域を通じて冷媒温度と空気温度との温度差が適正に維持される。このため、空気流と の熱交換量が増加し熱交換性能が向上する。
[0009] 第 6発明に係る熱交翻は、第 1発明に係る熱交翻であって、縦、横および奥行 のうちで寸法が最も短い方向へ伝熱管が延びている。
この熱交換器では、冷媒が伝熱管の長軸方向に進む距離が短くなり、放熱工程の 全域を通じて冷媒温度と空気温度との温度差が適正に維持される。このため、空気 流との熱交換量が増加し熱交換性能が向上する。
[0010] 第 7発明に係る熱交翻は、第 1発明に係る熱交翻であって、伝熱管の管外径 が 4mm以下である。
この熱交換器では、伝熱管内を流れる冷媒の流速が速まり、冷媒の流れは乱流と なる。このため、冷媒と伝熱管との熱交換量が増加し熱交換性能が向上する。
[0011] 第 8発明に係る熱交翻は、第 1発明に係る熱交翻であって、冷媒カC02であ る。
この熱交^^では、オゾン破壊係数が低い C02が使用されるので、大気環境を破 壊することはない。
[0012] 第 9発明に係る熱交 は、第 5発明に係る熱交^^であって、複数のパスの端部 に装着される第 1プレートと、冷媒が循環する冷媒配管へ接続される接続管と、広口 容器とをさらに備えている。広口容器は、複数のパスの各端部力 流出する冷媒を接 続管へ集合させ、あるいは接続管力 流出する冷媒を複数のパスの各端部へ導く。 広口容器は、第 1プレートに密着している。
この熱交翻では、ノ スの端部ごとに冷媒配管を接続する必要がなぐ低コストで ある。
[0013] 第 10発明に係る熱交翻は、第 1発明に係る熱交翻であって、複数の伝熱管の 端部に装着される第 2プレートと、所定の隣り合う伝熱管の端部同士を接続する凹部 が複数形成されている第 3プレートとをさらに備えている。第 3プレートは第 2プレート に密着している。このため、伝熱管の端部を U字管で接続する作業が不要となり低コ ストである。
発明の効果
[0014] 第 1発明に係る熱交翻では、空気流が、下流へ進むにしたがってより高温の冷媒 と熱交換を行なう。また、プレートフィンの分割によって、プレートフィン表面の熱移動
が抑制され、放熱工程の全域を通じて冷媒温度と空気温度との温度差が適正に維 持される。このため、空気流との熱交換量が増加し熱交換性能が向上する。
第 2、第 3発明に係る熱交^^では、プレートフィンの分割箇所が増カロしたことによ つて、プレートフィン表面の熱移動がさらに抑制され、放熱工程の全域を通じて冷媒 温度と空気温度との温度差が適正に維持される。このため、空気流との熱交換量が 増加し熱交換性能が向上する。
第 4発明に係る熱交翻では、プレートフィンの分割加工が簡素化されるとともに、 プレートフィン表面の熱移動を抑制する機能も確保される。このため、加工コストが低 減され、且つ熱交換性能も向上する。
第 5、 6発明に係る熱交換器では、冷媒が流れるパスの距離が最適となり、放熱ェ 程の全域を通じて冷媒温度と空気温度との温度差が適正に維持される。このため、 空気流との熱交換量が増加し熱交換性能が向上する。
第 7発明に係る熱交翻では、伝熱管内を流れる冷媒の流速が速まり、冷媒の流 れは乱流となる。このため、冷媒と伝熱管との熱交換量が増加し熱交換性能が向上 する。
第 8発明に係る熱交翻では、オゾン破壊係数が低い C02が使用されるので、大 気環境を破壊することはな 、。
第 9発明に係る熱交翻では、ノ^の端部ごとに冷媒配管を接続する必要がなぐ 低コストである。
第 10発明に係る熱交翻では、伝熱管の端部を U字管で接続する作業が不要と なるので低コストである。
図面の簡単な説明
[図 1]C02冷媒を使用した空気調和装置の冷凍回路。
[図 2] (a) C02冷媒の圧力ーェンタルピー状態図。 (b) C02冷媒の温度ーェ ントロピー状態図。
[図 3]本発明の実施形態に係る室内熱交換器の構造を示す斜視図。
[図 4]同室内熱交換器のパスの説明図。
[図 5]本発明の実施形態に係る室内熱交換器を使用した室内機の縦断面図。
[図 6]同実施形態の第 1変形例に係る室内熱交換器の斜視図。
[図 7] (a)第 1変形例の背面図。 (b)第 1変形例の D— D断面図。 (c)第 1 変形例の E— E断面図。
[図 8]図 4のパスを変更した室内熱交換器の構成図。
[図 9]図 4の伝熱管ピッチとプレートフィンを変更した室内熱交換器の構成図。
[図 10]図 8の伝熱管ピッチとプレートフィンを変更した室内熱交換器の構成図。
符号の説明
[0016] 6 熱交換器
11 プレートフィン
12 伝熱管
31 , 32 プレート(第 1プレート)
33 プレート(第 2プレート)
61〜72 歹 IJ
81〜86 パス
91a, 92a 接続管
91b、 92b 広口容器
93 プレート(第 3プレート)
93a 凹部
発明を実施するための最良の形態
[0017] <空気調和装置の冷凍回路 >
図 1は、 C02冷媒を使用した空気調和装置の冷凍回路である。空気調和装置 1は 、圧縮機 2、四路切換弁 3、室外熱交換器 4、膨張弁 5および室内熱交換器 6を、冷 媒配管で連結した冷凍回路を有する。図 1において、実線と破線の矢印は冷媒の流 れ方向を示しており、空気調和装置 1は、四路切換弁 3で冷媒の流れ方向を切り換 える事により、暖房運転と冷房運転を切り換えることができる。
冷房運転時においては、室外熱交 4がガスクーラーとなり、室内熱交 6が 蒸発器となる。一方、暖房運転時においては、室外熱交 4が蒸発器となり、室内 熱交 6がガスクーラーとなる。室外熱交 4、室内熱交 6は、それぞれプ
レートフィン 11 (図 3参照)と伝熱管 12 (図 3参照)と力も成り、伝熱管 12内の冷媒力 プレートフィン 11と空気流を介して熱交換を行う。
[0018] 図 1において、 A点は暖房運転時における圧縮機 2の吸入側であり、 B点は暖房運 転時における圧縮機 2の吐出側である。 C点は暖房運転時における室内熱交換器 6 の冷媒出口側であり、 D点は暖房運転時における室外熱交換器 4の冷媒入口側であ る。
図 2 (a)は、 C02冷媒の圧力ーェンタルピー状態図であり、縦軸は圧力 P、横軸は ェンタルピー hを表す。 Tkは臨界点 Kを通る等温線であり、 Txは温度 Txの等温線で ある。 Tx>Tkであり等温線 Tkの右側では、 C02冷媒が液化も 2相ィ匕も起こらない。 等温線 Tkの右側で臨界圧 Pk以上の領域を超臨界状態と呼び、本実施形態の熱交 を使用する空気調和装置 1では、超臨界状態を含む冷凍サイクルで運転される 。図 2 (a)の A、 B、 C、 Dは、図 1の A、 B、 C、 Dの点に対応した冷媒の状態を表して いる。
図 2 (b)は、 C02冷媒の温度 エントロピー状態図であり、縦軸は温度 T、横軸は ェンタルピー sを表す。図 2 (b)の A、 B、 C、 Dは、図 1の A、 B、 C、 Dの点に対応した 冷媒の状態を表している。冷媒の温度は、圧縮機 2の吐出側である B点を出てから、 室内熱交^^ 6の冷媒出口である C点へ至るまでの間に低下する。このため、室内 熱交換器 6表面の温度は、冷媒の上流側の温度が高く下流側の温度が低くなる温度 分布となっている。したがって、空気流が、冷媒の下流側から冷媒の上流側に向かつ て通過する方が、空気と室内熱交換器 6との温度差が安定し、空気と室内熱交換器 6との熱交換量が増加する。
[0019] <室内熱交換器の構造 >
図 3は、本発明の実施形態に係る室内熱交換器の構造を示す斜視図である。室内 熱交^^ 6は、クロスフィンタイプの熱交^^である。プレートフィン 11は、薄いアルミ -ゥム製の平板であり、一枚のプレートフィン 11には複数の貫通孔 1 laが形成されて いる。伝熱管 12は、プレートフィン 11の貫通孔 11aに挿入される直管 12aと、隣り合う 直管 12aの端部同士を連結する U字管 12b, 12cとから成る。なお、本実施形態の伝 熱管 12は、直管 12aと U字管 12bとは一体に形成されており、 U字管 12cは、直管 1
2aがプレートフィン 11の貫通孔 11aに挿入された後で、溶接などによって直管 12aの 端部に連結される。
伝熱管 12は、空気流と交差する方向に配置されてできる列 61〜72が、空気流の 上流力も空気流の下流に向力つて 12列配置されている。冷媒は、空気流の下流側 の列 72に属する伝熱管 12から、空気流の上流側の列 61に属する伝熱管 12に流れ る。これによつて、空気流と冷媒の流れとは、対向するようになるので、対向しないも のと比べて熱交換量が増加する。但し、実験によって伝熱管の列が 3列以下の熱交 翻では、空気流と冷媒の流れを対向させても、対向させなくても、効果に大差はな い。
[0020] 図 4は、本発明の実施形態に係る室内熱交換器のパスの構成図である。図 4にお いて実線は、図手前側にある U字管 12bを示し、破線は、反対側にある U字管 12cを 示す。冷媒は、列 72に属する 6本の伝熱管 12に分かれて流入し、それぞれ 6つのパ ス 81〜86を経て、列 61の 6本の伝熱管 12から出てくる。このように、冷媒が複数の パス 81〜86に分かれて流通することによって、放熱工程の全域を通じて冷媒温度と 空気温度との温度差が適正に維持され、空気との熱交換量が増加する。
プレー卜フィン 11は、歹 IJ61と歹 IJ62との間で分害 ijされている。これは、歹 IJ63と歹 IJ64と の間、列 65と列 66との間、列 67と列 68との間、列 69と列 70との間および列 71と列 7 2との間にも実施されている。これによつて、プレートフィン 11表面の熱は分割部 13を 超えて移動することはできないので、プレートフィン 11の表面温度が高く維持され、 空気流との熱交換量が増加する。
また、図 3において、伝熱管 12の直管 12aの延びる方向が室内熱交換器 6の奥行 である。本実施形態では、縦、横、奥行のうちで奥行寸法が最も短い。これによつて、 冷媒が流れるパス 81〜86が短くなり、放熱工程の全域を通じて冷媒温度と空気温 度との温度差が適正に維持される。
伝熱管 12内を流れる冷媒から伝熱管 12への熱移動は、冷媒の流れが層流のとき よりも乱流のときの方が活発である。したがって、本実施形態では、伝熱管 12の管外 径を 4mm以下にして伝熱管 12内の冷媒の流れが乱流となるようにしている。
[0021] <空気調和装置の室内機 >
図 5は、本発明の実施形態に係る熱交換器を使用した室内機の縦断面図である。 室内機 101は、ケーシング 102内部に室内熱交翻6を搭載している。室内熱交換 器 6の上方には送風機 103が配置されており、送風機 103の上方には、空気吹出口 102aが設けられている。室内熱交換器 6の下方には、空気吸込口 102bが設けられ ている。
室内熱交^^ 6の空気流上流側には、冷媒を分流して各パス 81〜86の入口に導 く第 1ヘッダ 14が装着されている。また、室内熱交 6の空気流下流側には、各パ ス 81〜86の出口力も流出してくる冷媒を冷媒配管へ導く第 2ヘッダ 15が装着されて いる。
暖房運転時、冷媒は室内熱交換器 6の各パス 81〜86の上方から下方へ流れ、空 気流は、室内熱交換器 6の下方から上方へ流れる。このため、空気流は、空気吹出 口 102aに近づくにつれてより高 、温度の冷媒と熱交換を行な!、温度上昇するので、 室内機 101は、快適な暖房を提供することができる。
く特徴〉
(1)
この室内熱交 6は、超臨界の C02冷媒力 空気に対して放熱を行なわせる熱 交換器であって、複数のプレートフィン 11と、複数の伝熱管 12とを備えている。プレ 一トフイン 11は、空気流とほぼ平行に配置される平面に複数の貫通孔 11aを有する。 伝熱管 12は、プレートフィン 11の貫通孔 11aに挿入される。伝熱管 12が空気流と交 差する方向に配置されてできる列 61〜72は、空気流の上流から下流に向かって 4列 以上形成されている。少なくとも 1つの隣り合う列 61, 62の間で、プレートフィン 11が 分割されている。冷媒は、空気流の下流側の列 72に属する伝熱管 12から、空気流 の上流側の列 61に属する伝熱管 12に流れる。
この室内熱交換器 6では、空気流が、下流へ進むにしたがってより高温の冷媒と熱 交換を行なう。また、プレートフィン 11の分割によって、プレートフィン 11表面の熱移 動が抑制され、放熱工程の全域を通じて冷媒温度と空気温度との温度差が適正に 維持される。このため、空気流との熱交換量が増加し熱交換性能が向上する。
また、冷媒としてオゾン破壊係数が低い C02を使用されているので、大気環境を破
壊することはない。
[0023] (2)
この室内熱交換器 6では、空気流の下流側の列 72に属する伝熱管 12から空気流 の上流側の列 61に属する伝熱管 12に冷媒を流すためのパス 81〜86が、複数形成 されている。この室内熱交換器 6では、冷媒が伝熱管 12の列方向に進む距離が短く なり、放熱工程の全域を通じて冷媒温度と空気温度との温度差が適正に維持される 。このため、空気流との熱交換量が増加し熱交換性能が向上する。
また、室内熱交換器 6の縦、横および奥行のうちで寸法が最も短い方向へ伝熱管 が延びている。この結果、伝熱管 12の直管 12aの距離が短くなり、冷媒温度の低下 が抑制され、放熱工程の全域を通じて冷媒温度と空気温度との温度差が適正に維 持される。このため、空気流との熱交換量が増加し熱交換性能が向上する。
(3)
この室内熱交換器 6では、伝熱管 12の管外径が 4mm以下であり、伝熱管 12内を 流れる冷媒の流速が速まり、冷媒の流れは乱流となる。このため、冷媒と伝熱管 12と の熱交換量が増加し熱交換性能が向上する。
[0024] <第 1変形例 >
図 6は、本発明の実施形態の第 1変形例に係る室内熱交換器の斜視図である。図 3で示した実施形態と同じ構成部品には、同一符号を付し、説明を省略する。プレー ト 31, 32は複数のパス 81〜86 (図 4参照)の端部、すなわち入口と出口に装着され ており、プレートフィン 11よりも高い剛性を有する。入口側ヘッダ 91は、冷媒配管に 接続される接続管 91aと、複数のパス 81〜86の入口を覆う広口容器 9 lbとから成る 。入口側ヘッダ 91は、プレート 31に密着するように接合されている。出口側ヘッダ 92 は、冷媒配管に接続される接続管 92aと、複数のノ ス 81〜86の出口を覆う広口容器 92bとから成る。出口側ヘッダ 92は、プレート 32に密着するように接合されている。 プレート 33は、全伝熱管 12の端部に装着されており、プレートフィン 11よりも高い 剛性を有する。プレート 33には、プレート 93が密着するように接合されている。図 7 (a )は、第 1変形例の背面図であり、図 7 (b)は、同図の D— D断面図であり、図 7 (c)は 同図の E—E断面図である。図においてプレート 93には、伝熱管 12の端部同士を接
続する凹部 93aが複数も設けられている。凹部 93aは、図 3で示した実施形態の U字 管 12cに相当する。複数の凹部 93aは、プレート 93を絞り加工することで形成される ため経済的である。
[0025] <第 1変形例の特徴 >
(1)
この室内熱交^^ 6は、複数のパス 81〜86の端部に装着されるプレート 31, 32と 、冷媒が循環する冷媒配管へ接続される接続管 9 la, 92aと、広口容器 91b, 92bと をさらに備えている。広口容器 91b, 92bは、複数のパス 81〜86の各端部力も流出 する冷媒を接続管 91a, 92aへ集合させ、あるいは接続管 91a, 92aから流出する冷 媒を複数のパス 81〜86の各端部へ導く。広口容器 91b,92bは、プレート 31, 32に 密着している。このため、パス 81〜86の端部ごとに冷媒配管を接続する必要がなぐ 低コストである。
(2)
この室内熱交換器 6は、複数の伝熱管 12の端部に装着されるプレート 33と、伝熱 管 12の端部同士を接続する凹部 93aが複数形成されているプレート 93とをさらに備 えている。プレート 93はプレート 33に密着している。このため、伝熱管 12の端部を U 字管で接続する作業が不要となり低コストである。
[0026] <第 2変形例 >
図 8は、図 4のパスを変更した室内熱交^^の構成図である。図 4と同様に実線は、 図手前側にある U字管 12bを示し、破線は、反対側にある U字管 12cを示す。パス 8 7〜89の列 72に属する伝熱管 12に流入した冷媒は、列 72に属する隣の伝熱管 12 に流れ、そのあと空気流に対して 1つ上流側の列 71に属する伝熱管 12に流れ、続 いて列 71に属する隣の伝熱管 12に流れ、さらに空気流に対して 1つ上流側の列 70 に属する伝熱管 12に流れる。以下同様に流れを変えながら空気流に対して最上流 側の列 61に属する伝熱管 12へ流れる。
このように、 3つのノ ス 87〜89にすることによって、パス長は長くなる力 ノ スが減 少した分だけ、冷媒の流速を速めることができる。上述の実施形態と同等の熱交換性 會を得ることができる。
[0027] <第 3変形例 >
図 9は、図 4の伝熱管ピッチとプレートフィンを変更した室内熱交換器の構成図であ り、図 10は、図 8の伝熱管ピッチとプレートフィンを変更した室内熱交換器の構成図 である。図 9、図 10において、伝熱管 12の鉛直方向のピッチは等しく設定され、この ピッチのほぼ中央で、且つ全ての隣り合う列 61〜72の間で、プレートフィン 21がスリ ット 23によって部分的に分割されている。
スリット 23は、一枚のプレートフィン 11に対して 1回の穿孔加工で形成されるので、 加工コストが低減される。
産業上の利用可能性
[0028] 以上のように、本発明は熱交換性能が高ぐ C02冷媒を使用する空気調和装置の 熱交換器に有用である。
Claims
請求の範囲
超臨界の冷媒力 空気に対して放熱を行わせる熱交 (6)であって、 空気流とほぼ平行に配置される平面に複数の貫通孔(11a)を有する複数のプレー トフイン(11)と、
前記プレートフィン(11)の前記貫通孔(11a)に挿入される複数の伝熱管( 12)と、 を備え、
前記空気流と交差する方向に並ぶ前記伝熱管(12)の列 (61〜72)が、前記空気 流の上流から下流に向力つて 4列以上形成され、
少なくとも 1組の隣り合う前記列(61 , 62)の間で前記プレートフィン(11)が分割さ れており、
前記冷媒が、前記空気流の下流側の前記列(72)に属する前記伝熱管(12)から、 前記空気流の上流側の前記列(61)に属する前記伝熱管(12)へ流れる、 熱交換器 (6)。
全ての隣り合う前記列(61〜72)の間で前記プレートフィン(11)が分割されている 請求項 1に記載の熱交換器 (6)。
前記プレートフィン(11)が、前記列(61〜72)の長手方向の一端力 他端にかけ て分割されている、
請求項 1および請求項 2に記載の熱交換器 (6)。
前記プレートフィン(11)が、前記列(61〜72)の長手方向の一端力 他端にかけ て部分的に分割されている、
請求項 1および請求項 2に記載の熱交換器 (6)。
前記空気流の下流側の前記列(72)に属する前記伝熱管(12)から前記空気流の 上流側の前記列(61)に属する前記伝熱管(12)に前記冷媒を流すためのパス (81 〜86)が、複数形成されている、
請求項 1に記載の熱交換器 (6)。
縦、横および奥行のうちで寸法が最も短い方向へ前記伝熱管(12)が延びている、 請求項 1に記載の熱交換器 (6)。
前記伝熱管(12)の管外径力 mm以下である、
請求項 1に記載の熱交換器 (6)。
前記冷媒は C02である、
請求項 1に記載の熱交換器 (6)。
前記複数のパス(81〜86)の端部に装着される第 1プレート(31, 32)と、 前記冷媒が循環する冷媒配管(7a, 7b)へ接続される接続管(91a, 92a)と、 前記複数のパス (81〜86)の各端部から流出する冷媒を前記接続管(91a, 92a) へ集合させるための、あるいは前記接続管(91a, 92a)から流出する冷媒を前記複 数のパス(81〜86)の各端部へ導くための広口容器(91b, 92b)と、
をさらに備え、
広口容器(91b, 92b)が、前記第 1プレート(31, 32)に密着している、 請求項 5に記載の熱交換器 (6)。
前記複数の伝熱管(12)の端部に装着される第 2プレート(33)と、
前記第 2プレート (33)に密着して所定の隣り合う前記伝熱管(12)の端部同士を接 続する凹部(93a)が複数形成されて!/、る第 3プレート(93)と、
をさらに備えた、
請求項 1に記載の熱交換器 (6)。
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Legal Events
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 07744382 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
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WWE | Wipo information: entry into national phase |
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