WO2015132963A1 - 熱交換器及び空気調和機 - Google Patents

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WO2015132963A1
WO2015132963A1 PCT/JP2014/056018 JP2014056018W WO2015132963A1 WO 2015132963 A1 WO2015132963 A1 WO 2015132963A1 JP 2014056018 W JP2014056018 W JP 2014056018W WO 2015132963 A1 WO2015132963 A1 WO 2015132963A1
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pipes
pipe
refrigerant
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石橋 晃
真哉 東井上
伊東 大輔
繁佳 松井
中村 伸
裕樹 宇賀神
岡崎 多佳志
厚志 望月
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三菱電機株式会社
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    • F28F9/26Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • F28F9/262Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators for radiators

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger and an air conditioner equipped with the heat exchanger.
  • a fin tube heat exchanger has been proposed as one of the heat exchangers used in air conditioners and the like.
  • the fin tube type heat exchanger is a heat exchanger in which tubes through which a refrigerant flows are inserted into a plurality of plate-like fins stacked at intervals. In this finned tube heat exchanger, air flows between the plate-shaped fins, and heat is exchanged between the air and the refrigerant flowing in the tube.
  • Patent Document 1 As such a fin tube type heat exchanger, in Patent Document 1, a first header collecting pipe is connected to one end of a plurality of flat tubes, and a second header collecting pipe is connected to the other end of these flat tubes. A heat exchanger in which a plurality of fins are installed between the first header collecting pipe and the second header collecting pipe is disclosed.
  • This Patent Document 1 is divided into an upper heat exchange region and a lower heat exchange region, and the upper heat exchange region and the lower heat exchange region are further divided in the direction of gravity.
  • the heat exchanger acts as a condenser
  • the refrigerant flowing upward in the upper heat exchange region flows below the lower heat exchange region, and the refrigerant flowing downward in the upper heat exchange region is the lower heat. It flows into the upper part of the exchange area.
  • This prior art intends to reduce heat loss such as heat exchange between the refrigerant in the gas state and the refrigerant in the saturated liquid state, thereby improving the heat exchange efficiency.
  • Patent Document 2 discloses a heat exchanger partitioned into an upper heat exchange region (main heat exchange portion) and a lower heat exchange region (auxiliary heat exchange portion), as in Patent Document 1. .
  • This Patent Document 2 is intended to optimize the supercooling degree of the refrigerant and the heat transfer area of the flat tube to improve the condensing capacity and evaporating capacity in the heat exchanger.
  • JP 2012-163328 A (second page) JP 2013-83419 A (2nd to 4th pages)
  • the present invention has been made against the background of the above problems, and provides a heat exchanger that improves heat exchange performance and an air conditioner including the heat exchanger.
  • the heat exchanger according to the present invention includes a main heat exchange section and a main heat in which a plurality of plate-like fins are stacked at intervals in a direction perpendicular to the flow direction of the heat medium to exchange heat between the heat medium and the refrigerant.
  • a fin section provided with a sub heat exchange section whose heat exchange area is narrower than the exchange section, a plurality of first main pipes through which refrigerant flows and penetrates plate-like fins in the main heat exchange section in the stacking direction, and a plurality of second sections
  • a hairpin tube that connects the other ends of the main tube, a refrigerant flows, and a plate-like fin in the sub heat exchange section is laminated
  • the connecting member extends in a direction parallel to the flow direction of the heat medium. For this reason, in either of the cases where the heat exchanger acts as a condenser or an evaporator, the flow direction of the refrigerant flowing through the connecting member and the flow direction of the heat medium are counterflows. For this reason, heat exchange performance can be improved.
  • FIG. 1 is a front view showing a heat exchanger 1 according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a side view showing a heat exchanger 1 according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view showing a heat exchanger 1 according to Embodiment 1.
  • FIG. It is another side view which shows the heat exchanger 1 which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an air conditioner 2 according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a side view showing a heat exchanger 100 according to Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a front view showing a heat exchanger 1 according to Embodiment 1.
  • FIG. The heat exchanger 1 will be described with reference to FIG.
  • the heat exchanger 1 includes a fin portion 10, a main tube 20, a hairpin tube 23, a header 30, a sub tube 40, and a connection member 50.
  • the fin portion 10 is formed by laminating a plurality of plate-like fins 11 at intervals in a direction (arrow X direction) perpendicular to the flow direction of a heat medium, for example, air.
  • the upper direction of the gravity direction (arrow Z direction) is the main heat exchange part 12 which heat-exchanges air and a refrigerant
  • the downward direction of the gravity direction (arrow Z direction) is the auxiliary heat exchange part 13.
  • the auxiliary heat exchange unit 13 has an area occupied by the fins 10 that is narrower than the main heat exchange unit 12, that is, the auxiliary heat exchange unit 13 has a smaller heat exchange region than the main heat exchange unit 12.
  • the fin unit 10 includes the main heat exchange unit 12 and the sub heat exchange unit 13. And in the main heat exchange part 12 and the sub heat exchange part 13, although the common plate-shaped fin 11 is used, the flow path of the heat exchanger pipe installed, ie, the main pipe 20 and the sub pipe 40, differs.
  • the main pipe 20 circulates the refrigerant and penetrates the plate-like fins 11 in the main heat exchanging section 12 in the stacking direction (arrow X direction), and includes a plurality of first main pipes 21 and a plurality of second main pipes 22. It is composed of A plurality of the first main pipe 21 and the second main pipe 22 are arranged at intervals in a direction parallel to the direction of gravity (arrow Z direction). In the first embodiment, the first main pipe 21 is arranged. And 16 second main pipes 22 are respectively installed. Moreover, the hairpin tube 23, at the other end of the fin portion 10 (X 1 side of the arrow X), the other end of the second main pipe 22 adjacent the other end and between the first main pipe 21 adjacent to each other Are connected.
  • the first main tube 21, the second main tube 22, and the hairpin tube 23 are flat tubes having a flat cross section, for example.
  • FIG. 2 is a side view showing the heat exchanger 1 according to the first embodiment.
  • the header 30 includes a liquid side header 31 and a gas side header 32.
  • the heat exchanger 1 acts as a condenser
  • the refrigerant flows from the gas side header 32 toward the liquid side header 31, and when the heat exchanger 1 acts as an evaporator, the refrigerant flows from the liquid side header 31. It circulates toward the gas side header 32.
  • Liquid side header 31 has one end of a plurality of first main pipe 21, which connects the other end of the liquid pipe 60, one end of the fin portion 10 (X 2 side of the arrow X direction in FIG. 1) is set up.
  • the liquid-side header 31 is used for circulating a refrigerant that is substantially saturated.
  • the liquid side header 31 is partitioned at the center in the gravity direction (arrow Z direction), and includes an upper header 31 a above the liquid side header 31 and a lower header 31 b below the liquid side header 31. ing.
  • the eight first main pipes 21 are connected to the upper header 31a, and the remaining eight first main pipes 21 are connected to the lower header 31b. That is, the refrigerant does not flow between the upper header 31a and the lower header 31b.
  • one end of the liquid pipe 60 is connected to the auxiliary heat exchanging unit 13, and includes an upper capillary 61, a lower capillary 62, a distributor 63, and a merging pipe 64.
  • the upper capillary 61 extends from the upper header 31 a
  • the lower capillary 62 extends from the lower header 31 b
  • the upper capillary 61 and the lower capillary 62 merge at the distributor 63.
  • the junction pipe 64 connects the distributor 63 and the auxiliary heat exchange unit 13.
  • the gas-side header 32 is connected to one end of the plurality of second main pipe 22 is installed at one end of the fin portion 10 (X 2 side of the arrow X direction in FIG. 1). That is, the gas side header 32 and the liquid side header 31 are disposed adjacent to each other in a direction parallel to the air flow direction (arrow Y direction).
  • the gas side header 32 circulates the refrigerant that is almost in a gas state.
  • FIG. 3 is a side sectional view showing the heat exchanger 1 according to the first embodiment.
  • the main heat exchanging section 12 has a second main pipe 22 extending from the gas-side header 32, and the hairpin pipe 23 is above the gravitational direction on the other end side of the fin section 10 (arrow Z 1 direction).
  • the second main pipe 22 adjacent to the second main pipe 22 extends from the gas side header 32, and on the other end side of the fin portion 10, the hairpin pipe 23 is downward (arrow Z 2 direction) with respect to the gravity direction. After bending, it is connected to a U-bend tube 24 installed in a direction parallel to the air flow direction (arrow Y direction), and then connected again to the hairpin tube 23 and the first main tube 21 to be a liquid side header. It extends to 31.
  • the second main pipes 22 are adjacent to each other in the vicinity of the gas side header 32, that is, in a portion where the refrigerant is in an overheated state.
  • the first main pipes 21 are adjacent to each other in the vicinity of the liquid side header 31, that is, in a portion where the refrigerant is in a saturated liquid state.
  • the sub pipe 40 circulates refrigerant and penetrates the plate-like fins 11 in the sub heat exchange section 13 in the stacking direction (arrow X direction), and includes a plurality of first sub pipes 41 and a plurality of second sub pipes. And a tube 42.
  • one end of the first sub pipe 41 is connected to one end of the liquid pipe 60, and four first sub pipes 41 are arranged at intervals in a direction parallel to the gravity direction (arrow Z direction). Yes.
  • the upper two are connected to one end of a branch pipe, for example, a three-way pipe 43, and the other end of the three-way pipe 43 is connected to one end of a junction pipe 64 in the liquid pipe 60.
  • the lower two of the four first sub pipes 41 are also connected to one end of a branch pipe, for example, a three-way pipe 43, and a liquid pipe 60 is connected to the other end of the three-way pipe 43.
  • One end of the merge pipe 64 is connected.
  • junction pipe 64 connects the distributor 63 and the auxiliary heat exchange unit 13 as described above, and is branched into two paths on the auxiliary heat exchange unit 13 side.
  • One end of each of the three-way pipes 43 is connected to each of the branched portions.
  • One end of the first sub pipe 41 is disposed below the liquid header 31.
  • the first sub pipes 41 are flat pipes having a flat cross section, for example, and the three-way pipe 43 is a circular pipe having a circular cross section. For this reason, the first sub pipe 41 and the three-way pipe 43 are joined by a joint 44 having a flat shape at one end and a circular shape at the other end.
  • each of the second sub-tubes 42 serves as a refrigerant inflow / outlet port
  • four second sub-tubes 42 are arranged at intervals in a direction parallel to the direction of gravity (arrow Z direction).
  • the upper two are connected to one end of a branch pipe, for example, the three-way pipe 43
  • the other end of the three-way pipe 43 has a liquid outflow / inflow pipe serving as a refrigerant outflow inlet.
  • One end of 70 is connected.
  • the lower two pipes are also connected to one end of a branch pipe, for example, a three-way pipe 43, and a liquid outflow / inflow pipe is connected to the other end of the three-way pipe 43.
  • One end of 70 is connected.
  • the liquid inflow / outflow pipe 70 branches into two paths on one end side of the three-way pipe 43 and then merges.
  • one end of the second sub pipe 42 is disposed below the gas side header 32.
  • the second sub pipes 42 are flat pipes having a flat cross section, for example, and the three-way pipe 43 is a circular pipe having a circular cross section. For this reason, the second sub pipe 42 and the three-way pipe 43 are joined by a joint 44 having a flat shape at one end and a circular shape at the other end.
  • the first sub-tube 41 and the second sub-tube 42 are not horizontally adjacent to the air flow direction (arrow Y direction) and are shifted in the direction of gravity (arrow Z direction). .
  • FIG. 4 is another side view showing the heat exchanger 1 according to the first embodiment.
  • the connecting member 50 connects the other end of the first sub-tube 41 and the other end of the second sub-tube 42 on the other end side of the fin portion 10, in the direction of air flow. On the other hand, it extends in a parallel direction (arrow Y direction).
  • the first sub pipe 41 and the second sub pipe 42 are not horizontally adjacent to the air flow direction (arrow Y direction), and are displaced in the direction of gravity (arrow Z direction). ing.
  • the connecting member 50 is inclined by an amount corresponding to the shift in the gravity direction (arrow Z direction) between the first sub pipe 41 and the second sub pipe 42.
  • the heat exchanger 1 acts as a condenser.
  • the gaseous refrigerant that has flowed into the gas side header 32 flows through the 16 second main pipes 22.
  • circulated the 2nd main pipe 22 is heat-exchanged with air in the fin part 10, and is condensed.
  • the refrigerant that circulates in the eight first main pipes 21 above the gravity direction (arrow Z direction) circulates in the upper header 31a of the liquid-side header 31 and the gravity direction (arrow Z direction).
  • the refrigerant flowing through the eight first main pipes 21 below ()) flows through the lower header 31b of the liquid side header 31.
  • the refrigerant flowing through the upper header 31 a flows into the upper capillary 61, and the refrigerant flowing through the lower header 31 b flows into the lower capillary 62.
  • These refrigerants merge at the distributor 63, pass through the merge pipe 64, branch again into two, flow into the three-way pipe 43, and circulate through the four first sub pipes 41.
  • the refrigerant that has flowed into the first sub pipe 41 is heat-exchanged with air in the fin portion 10 and further condensed to be in a supercooled state, and the other end side of the fin portion 10 (in the direction of arrow X in FIG. 1).
  • X 1 side flows into the connecting member 50.
  • the refrigerant flowing through the connection member 50 flows in the direction of air flow when the heat exchanger 1 acts as a condenser. Thereafter, the refrigerant flows into the second sub pipe 42, exchanges heat with air in the fin portion 10, further condenses, flows into the three-way pipe 43, and the supercooled refrigerant is discharged from the liquid inflow / outflow pipe 70. Is done.
  • the fin portion 10 is an air heat exchanger, evaporated, the other end of the fin portion 10 (X 1 side of the arrow X direction in FIG. 1), flows into the connecting member 50.
  • the refrigerant that has flowed into the connection member 50 flows into the first sub pipe 41, exchanges heat with air in the fin portion 10, enters a saturated liquid state, flows into the three-way pipe 43, and joins the joining pipe 64.
  • the refrigerant in the saturated liquid state is branched into two at the distributor 63, the refrigerant flowing into the upper capillary 61 flows into the upper header 31a in the liquid side header 31, while the refrigerant flowing into the lower capillary 62 is It flows into the lower header 31b in the liquid side header 31.
  • the refrigerant flowing into the upper header 31a flows through the eight first main pipes 21 above the gravity direction (arrow Z direction), and the refrigerant flowing into the lower header 31b is below the gravity direction (arrow Z direction).
  • the eight first main pipes 21 are distributed. And these refrigerant
  • coolants are further heat-exchanged with air in the fin part 10, and evaporate. Thereafter, the refrigerant is turned back at the hairpin tube 23 at the other end of the fin portion 10 (X 1 side of the arrow X direction in FIG. 1), it flows into the second main pipe 22 of 16. And again, in the fin part 10, it heat-exchanges with air, and further evaporates, and it will be in a gas state.
  • the refrigerant in the gas state flows into the gas side header 32 and is then discharged to the outside of the heat exchanger 1.
  • connection member 50 in the heat exchanger 1 extends in a direction parallel to the flow direction of the heat medium, for example, air.
  • the heat exchanger 1 acts as a condenser or an evaporator
  • the flow direction of the refrigerant flowing through the connection member 50 and the flow direction of the air are opposed. Therefore, the heat exchange performance of the heat exchanger 1 is improved.
  • the connecting member 50 may be a U-shaped U-bend tube or a bent rectangular tube.
  • the second main pipe 22 and the first main pipe 21 are adjacent to each other in a portion where the refrigerant is in a superheated state and a portion where the refrigerant is in a saturated liquid state. Yes. For this reason, the heat loss with the saturation region can be reduced, and as a result, the heat exchange performance of the heat exchanger 1 is improved.
  • the heat exchanger 1 does not include the header 30 as in the main heat exchange unit 12 in the sub heat exchange unit 13. For this reason, when the heat exchanger 1 acts as a condenser, no heat loss occurs when shifting from the saturation region to the supercooling region. Furthermore, in the sub heat exchange part 13, since the 1st sub pipe 41 and the 2nd sub pipe 42 are connected to the three-way pipe 43 which is a branch pipe, this increases the number of branches. For this reason, pressure loss in a pipe can be reduced.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing the air conditioner 2 according to the first embodiment.
  • the air conditioner 2 includes a refrigerant circuit 3, and the refrigerant circuit 3 includes a compressor 80, a first heat exchanger 81, an expansion unit 82, and a second heat exchanger 83 connected by piping.
  • the compressor 80 compresses the refrigerant
  • the first heat exchanger 81 exchanges heat between the refrigerant and the air, and acts as a condenser.
  • the refrigerant circuit 3 is provided with a first blower 84 and a first motor 84 a, and the first blower 84 and the first motor 84 a send air to the first heat exchanger 81. It blows air.
  • the expansion part 82 expands the refrigerant.
  • the second heat exchanger 83 exchanges heat between the refrigerant and the air, and acts as an evaporator.
  • the refrigerant circuit 3 is provided with a second blower 85 and a second motor 85a, and the second blower 85 and the second motor 85a send air to the second heat exchanger 83. It blows air.
  • the heat exchanger 1 according to the first embodiment is used for at least one of the first heat exchanger 81 and the second heat exchanger 83. Yes.
  • circulates to the refrigerant circuit 3 of the air conditioner 2 R410A refrigerant
  • the compressor 80 sucks the refrigerant, compresses the refrigerant, and discharges the refrigerant in a high-temperature and high-pressure gas state.
  • the discharged refrigerant flows into the first heat exchanger 81, and the first heat exchanger 81 condenses the refrigerant by heat exchange with the air supplied from the first blower 84.
  • the condensed refrigerant flows into the expansion unit 82, and the expansion unit 82 decompresses the condensed refrigerant.
  • the decompressed refrigerant flows into the second heat exchanger 83, and the second heat exchanger 83 evaporates the refrigerant by heat exchange with the air supplied from the second blower 85. Then, the evaporated refrigerant is sucked into the compressor 80.
  • the heat exchanger 1 according to Embodiment 1 is used for at least one of the first heat exchanger 81 and the second heat exchanger 83. For this reason, the heat exchange performance of the 1st heat exchanger 81 or the 2nd heat exchanger 83 in which the heat exchanger 1 which concerns on this Embodiment 1 was used improves.
  • the cooling energy efficiency in cooling and the heating energy efficiency in heating will be described. The cooling energy efficiency is calculated from the following equation (1).
  • Cooling energy efficiency evaporator (indoor heat exchanger) capacity / total input (1)
  • the heating energy efficiency is calculated from the following equation (2).
  • the air conditioner 2 uses the heat exchanger 1 according to the first embodiment for at least one of the first heat exchanger 81 and the second heat exchanger 83, the above formula (1 ) And Equation (2), the cooling energy efficiency and the heating energy efficiency are high.
  • this Embodiment 1 can implement
  • Embodiment 1 illustrated air and a refrigerant
  • the refrigerating machine oil that circulates in the air conditioner 2 can use a mineral oil system, an alkylbenzene oil system, an ester oil system, an ether oil system, a fluorine oil system, etc., and whether these refrigerating machine oils are dissolved in the refrigerant. Does not depend on.
  • FIG. 6 is a side view showing the heat exchanger 100 according to the second embodiment.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the liquid pipe 160 includes a first liquid pipe 161 and a second liquid pipe 162.
  • portions common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and differences from the first embodiment will be mainly described.
  • the liquid pipe 160 has one end connected to the auxiliary heat exchanging unit 13 and includes a first liquid pipe 161 and a second liquid pipe 162.
  • the first liquid pipe 161 connects one end of the first sub pipe 41 installed below the sub heat exchanging section 13 to the upper side of the liquid side header 31, that is, the upper header 31a.
  • the second liquid pipe 162 connects one end of the first sub pipe 41 installed above the sub heat exchange section 13 to the lower side of the liquid side header 31, that is, the lower header 31b. .
  • the first sub-tube 41 installed below the sub-heat exchanger 13 has a large amount of liquid refrigerant biased by gravity. For this reason, the 1st sub pipe 41 installed in the lower part in the sub heat exchange part 13 and the upper header 31a with a wide space
  • interval with this 1st sub pipe 41 are connected, and also in the sub heat exchange part 13
  • the first sub-pipe 41 installed above is connected to the lower header 31b having a small interval between the first sub-pipe 41 and the first sub-pipe 41. Thereby, the bias of the refrigerant is suppressed and a distribution balance of the refrigerant is achieved. For this reason, the heat exchanger 100 which concerns on this Embodiment 2 can be made to heat-exchange efficiently.
  • the heat exchanger 100 according to the second embodiment can also be applied to the air conditioner 2 according to the first embodiment.
  • the present invention can be applied to an energy-saving heat pump device that is easy to manufacture and has good heat exchange performance.

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Abstract

 熱交換器は、複数の板状フィンが、熱媒体の流通方向に対し垂直の方向に間隔を空けて積層され、熱媒体と冷媒とを熱交換する主熱交換部及び主熱交換部よりも熱交換領域が狭い副熱交換部を備えたフィン部と、冷媒が流通し、主熱交換部における板状フィンを積層方向に貫く複数の第1の主管、及び複数の第2の主管と、複数の第1の主管の一端と、一端が副熱交換部に接続される液配管における他端とを接続し、フィン部の一端側に設置された液側ヘッダと、複数の第2の主管の一端に接続され、フィン部の一端側に設置されたガス側ヘッダと、フィン部の他端側で、隣り合った第1の主管の他端同士及び隣り合った第2の主管の他端同士を接続するヘアピン管と、冷媒が流通し、副熱交換部における板状フィンを積層方向に貫き、一端が液配管の一端に接続された複数の第1の副管、及び一端が冷媒の流出入口となる複数の第2の副管と、フィン部の他端側で、第1の副管の他端と第2の副管の他端とを接続し、熱媒体の流通方向に対し平行の方向に延びる接続部材と、を有する。

Description

熱交換器及び空気調和機
 本発明は、熱交換器及びその熱交換器を備えた空気調和機に関する。
 空気調和機等に使用される熱交換器の一つとして、フィンチューブ型熱交換器が提案されている。フィンチューブ型熱交換器は、冷媒が流通するチューブが、間隔を空けて積層された複数の板状のフィンに挿通されている熱交換器である。このフィンチューブ型熱交換器においては、板状のフィン同士の間に、空気が流通しており、この空気と、チューブ内に流通する冷媒との間で熱交換される。
 このようなフィンチューブ型熱交換器として、特許文献1には、複数の扁平管の一端に第1ヘッダ集合管が接続され、また、これらの扁平管の他端に第2ヘッダ集合管が接続され、第1ヘッダ集合管と第2ヘッダ集合管との間に、複数のフィンが設置された熱交換器が開示されている。この特許文献1は、上側熱交換領域と下側熱交換領域とに区画され、更に、上側熱交換領域及び下側熱交換領域が、重力方向に分割されている。そして、熱交換器が凝縮器として作用する場合、上側熱交換領域における上方に流通する冷媒が、下側熱交換領域の下方に流入し、上側熱交換領域における下方に流通する冷媒が下側熱交換領域の上方に流入する。この従来技術は、これにより、ガス状態の冷媒と、飽和液状態の冷媒とが熱交換してしまうといった熱ロスを低減し、熱交換効率を向上させようとするものである。
 また、特許文献2には、特許文献1と同様に、上側熱交換領域(主熱交換部)と下側熱交換領域(補助熱交換部)とに区画された熱交換器が開示されている。この特許文献2は、冷媒の過冷却度と、扁平管の伝熱面積とを最適化して、熱交換器における凝縮能力及び蒸発能力を向上させようとするものである。
特開2012-163328号公報(第2頁) 特開2013-83419号公報(第2頁~第4頁)
 しかしながら、特許文献1及び特許文献2に開示された熱交換器は、いずれも、フィン同士の間を流通する空気の流通方向と、扁平管を流通する冷媒の流通方向とが直交している。このため、これらの特許文献1及び特許文献2に開示された熱交換器は、熱交換性能が存分に発揮することができない。
 本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、熱交換性能を向上させる熱交換器及びその熱交換器を備えた空気調和機を提供するものである。
 本発明に係る熱交換器は、複数の板状フィンが、熱媒体の流通方向に対し垂直の方向に間隔を空けて積層され、熱媒体と冷媒とを熱交換する主熱交換部及び主熱交換部よりも熱交換領域が狭い副熱交換部を備えたフィン部と、冷媒が流通し、主熱交換部における板状フィンを積層方向に貫く複数の第1の主管、及び複数の第2の主管と、複数の第1の主管の一端と、一端が副熱交換部に接続される液配管における他端とを接続し、フィン部の一端側に設置された液側ヘッダと、複数の第2の主管の一端に接続され、フィン部の一端側に設置されたガス側ヘッダと、フィン部の他端側で、隣り合った第1の主管の他端同士及び隣り合った第2の主管の他端同士を接続するヘアピン管と、冷媒が流通し、副熱交換部における板状フィンを積層方向に貫き、一端が液配管の一端に接続された複数の第1の副管、及び一端が冷媒の流出入口となる複数の第2の副管と、フィン部の他端側で、第1の副管の他端と第2の副管の他端とを接続し、熱媒体の流通方向に対し平行の方向に延びる接続部材と、を有する。
 本発明によれば、接続部材が熱媒体の流通方向に対し平行の方向に延びている。このため、熱交換器が凝縮器又は蒸発器として作用する場合のいずれかにおいて、接続部材に流通する冷媒の流通方向と、熱媒体の流通方向とが対向流となる。このため、熱交換性能を向上させることができる。
実施の形態1に係る熱交換器1を示す正面図である。 実施の形態1に係る熱交換器1を示す一側面図である。 実施の形態1に係る熱交換器1を示す側面断面図である。 実施の形態1に係る熱交換器1を示す他側面図である。 実施の形態1に係る空気調和機2を示す回路図である。 実施の形態2に係る熱交換器100を示す一側面図である。
 以下、本発明に係る熱交換器及び空気調和機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態1.
 図1は、実施の形態1に係る熱交換器1を示す正面図である。この図1に基づいて、熱交換器1について説明する。図1に示すように、熱交換器1は、フィン部10と、主管20と、ヘアピン管23と、ヘッダ30と、副管40と、接続部材50とを備えている。
 フィン部10は、複数の板状フィン11が、熱媒体、例えば空気の流通方向に対し垂直の方向(矢印X方向)に間隔を空けて積層されたものである。そして、フィン部10において、重力方向(矢印Z方向)の上方は空気と冷媒とを熱交換する主熱交換部12であり、重力方向(矢印Z方向)の下方は副熱交換部13である。この副熱交換部13は、フィン部10における占有領域が、主熱交換部12よりも狭く、即ち、副熱交換部13は、主熱交換部12よりも熱交換領域が狭い。このように、フィン部10は、主熱交換部12及び副熱交換部13を備えている。そして、主熱交換部12及び副熱交換部13においては、共通の板状フィン11が使用されるが、設置される伝熱管、即ち主管20及び副管40の流路が異なる。
 主管20は、冷媒が流通し、主熱交換部12における板状フィン11を積層方向(矢印X方向)に貫くものであり、複数の第1の主管21と、複数の第2の主管22とから構成されている。これらの第1の主管21及び第2の主管22は、重力方向に対し平行の方向(矢印Z方向)に間隔を空けて複数配置されており、本実施の形態1は、第1の主管21及び第2の主管22が、夫々16本設置されている。また、ヘアピン管23は、フィン部10の他端側(矢印X方向のX側)で、隣り合った第1の主管21の他端同士及び隣り合った第2の主管22の他端同士を接続するものである。なお、これらの第1の主管21、第2の主管22及びヘアピン管23は、例えば断面が扁平した扁平管である。
 図2は、実施の形態1に係る熱交換器1を示す一側面図である。図2に示すように、ヘッダ30は、液側ヘッダ31とガス側ヘッダ32とから構成されている。熱交換器1が凝縮器として作用する場合、冷媒は、ガス側ヘッダ32から液側ヘッダ31に向かって流通し、熱交換器1が蒸発器として作用する場合、冷媒は、液側ヘッダ31からガス側ヘッダ32に向かって流通する。液側ヘッダ31は、複数の第1の主管21の一端と、液配管60における他端とを接続するものであり、フィン部10の一端側(図1の矢印X方向のX側)に設置されている。この液側ヘッダ31は、ほぼ飽和液状態となった冷媒が流通するものである。
 また、液側ヘッダ31は、重力方向(矢印Z方向)の中央にて区画されており、液側ヘッダ31の上方の上部ヘッダ31aと、液側ヘッダ31の下方の下部ヘッダ31bとから構成されている。そして、上部ヘッダ31aには、8本の第1の主管21が接続され、下部ヘッダ31bには、残りの8本の第1の主管21が接続されている。即ち、上部ヘッダ31aと下部ヘッダ31bとの間で、冷媒は流通しない。
 ここで、液配管60は、一端が副熱交換部13に接続されたものであり、上部毛細管61、下部毛細管62、ディストリビュータ63、合流管64とから構成されている。上部毛細管61は上部ヘッダ31aから延び、また、下部毛細管62は下部ヘッダ31bから延び、これらの上部毛細管61及び下部毛細管62は、ディストリビュータ63で合流する。そして、合流管64は、ディストリビュータ63と副熱交換部13とを接続する。
 また、ガス側ヘッダ32は、複数の第2の主管22の一端に接続され、フィン部10の一端側(図1の矢印X方向のX側)に設置されている。即ち、このガス側ヘッダ32と液側ヘッダ31とは、空気の流通方向に対し平行の方向(矢印Y方向)に隣り合って設置されている。このガス側ヘッダ32は、ほぼガス状態となった冷媒が流通するものである。
 図3は、実施の形態1に係る熱交換器1を示す側面断面図である。図3に示すように、主熱交換部12は、ガス側ヘッダ32から第2の主管22が延び、フィン部10の他端側において、ヘアピン管23で重力方向に対し上方(矢印Z方向)に湾曲した後、ジョイント44を介して、空気の流通方向に平行の方向(矢印Y方向)に設置されたUベンド管24に接続され、その後、再び、ヘアピン管23、第1の主管21に接続されて、液側ヘッダ31まで延びている。
 また、この第2の主管22に隣接した第2の主管22は、ガス側ヘッダ32から延び、フィン部10の他端側において、ヘアピン管23で重力方向に対し下方(矢印Z方向)に湾曲した後、空気の流通方向に平行の方向(矢印Y方向)に設置されたUベンド管24に接続され、その後、再び、ヘアピン管23、第1の主管21に接続されて、液側ヘッダ31まで延びている。このように、主熱交換部12において、第2の主管22同士は、ガス側ヘッダ32の近傍、即ち、冷媒が過熱状態である部分において隣接している。また、第1の主管21同士は、液側ヘッダ31の近傍、即ち、冷媒が飽和液状態である部分においても隣接している。
 副管40は、冷媒が流通し、副熱交換部13における板状フィン11を積層方向(矢印X方向)に貫くものであり、複数の第1の副管41と、複数の第2の副管42とから構成されている。
 図2に示すように、第1の副管41は、一端が液配管60の一端に接続されており、重力方向に対し平行の方向(矢印Z方向)に間隔を空けて4本配置されている。そして、これらの4本のうち、上側の2本は、分岐管、例えば3方管43の一端に接続されており、3方管43の他端には、液配管60における合流管64の一端が接続されている。また、4本の第1の副管41のうち、下側の2本も、分岐管、例えば3方管43の一端に接続されており、3方管43の他端には、液配管60における合流管64の一端が接続されている。
 なお、合流管64は、前述の如く、ディストリビュータ63と副熱交換部13とを接続するものであり、副熱交換部13側において、2経路に分岐されている。この分岐された部分に、夫々3方管43の一端が接続されている。なお、これらの第1の副管41の一端は、液側ヘッダ31の下方に配置されている。また、これらの第1の副管41は、例えば断面が扁平した扁平管であり、3方管43は、断面が円形の円管である。このため、第1の副管41と3方管43とは、一端が扁平形状、他端が円形状のジョイント44で接合されている。
 そして、第2の副管42は、一端が冷媒の流出入口となるものであり、重力方向に対し平行の方向(矢印Z方向)に間隔を空けて4本配置されている。そして、これらの4本のうち、上側の2本は、分岐管、例えば3方管43の一端に接続されており、3方管43の他端には、冷媒の流出入口である液流出入管70の一端が接続されている。また、4本の第2の副管42のうち、下側の2本も、分岐管、例えば3方管43の一端に接続されており、3方管43の他端には、液流出入管70の一端が接続されている。
 なお、液流出入管70は、3方管43の一端側において、2経路に分岐し、その後合流する。なお、これらの第2の副管42の一端は、ガス側ヘッダ32の下方に配置されている。また、これらの第2の副管42は、例えば断面が扁平した扁平管であり、3方管43は、断面が円形の円管である。このため、第2の副管42と3方管43とは、一端が扁平形状、他端が円形状のジョイント44で接合されている。
 なお、これらの第1の副管41と第2の副管42とは、空気の流通方向(矢印Y方向)に対し水平に隣接されておらず、重力方向(矢印Z方向)にずれている。
 図4は、実施の形態1に係る熱交換器1を示す他側面図である。図4に示すように、接続部材50は、フィン部10の他端側で、第1の副管41の他端と第2の副管42の他端とを接続し、空気の流通方向に対し平行の方向(矢印Y方向)に延びるものである。なお、前述の如く、第1の副管41と第2の副管42とは、空気の流通方向(矢印Y方向)に対し水平に隣接されておらず、重力方向(矢印Z方向)にずれている。このため、接続部材50は、第1の副管41と第2の副管42との重力方向(矢印Z方向)におけるずれの分だけ、傾いている。
 次に、本実施の形態1に係る熱交換器1の動作について説明する。
 先ず、熱交換器1が凝縮器として作用する場合について説明する。ガス側ヘッダ32に流入したガス状態の冷媒は、16本の第2の主管22に流通する。そして、第2の主管22に流通した冷媒は、フィン部10において、空気と熱交換されて、凝縮する。そして、フィン部10の他端側(図1の矢印X方向のX側)においてヘアピン管23で折り返し、再び、フィン部10において、空気と熱交換されて、更に凝縮し、飽和液状態となる。この飽和液化した冷媒のうち、重力方向(矢印Z方向)の上方の8本の第1の主管21に流通する冷媒は、液側ヘッダ31における上部ヘッダ31aに流通し、重力方向(矢印Z方向)の下方の8本の第1の主管21に流通する冷媒は、液側ヘッダ31における下部ヘッダ31bに流通する。
 そして、上部ヘッダ31aに流通した冷媒は、上部毛細管61に流入し、下部ヘッダ31bに流通した冷媒は、下部毛細管62に流入する。これらの冷媒は、ディストリビュータ63において合流し、合流管64を通って、再び2分岐し、3方管43に流入して、4本の第1の副管41に流通する。そして、第1の副管41に流入した冷媒は、フィン部10において、空気と熱交換されて、更に凝縮し、過冷却状態となり、フィン部10の他端側(図1の矢印X方向のX側)において、接続部材50に流入する。なお、本実施の形態1では、接続部材50に流通する冷媒は、熱交換器1が凝縮器として作用する場合に、空気の流通方向に対向して流通する。その後、第2の副管42に流入して、フィン部10において、空気と熱交換されて、更に凝縮し、3方管43に流入して、過冷却された冷媒が液流出入管70から排出される。
 次に、熱交換器1が蒸発器として作用する場合について説明する。液流出入管70から3方管43に流入した過冷却状態の冷媒は、3方管43に流入し、第2の副管42に流通する。そして、フィン部10において、空気と熱交換されて、蒸発し、フィン部10の他端側(図1の矢印X方向のX側)において、接続部材50に流入する。そして、接続部材50に流入した冷媒は、第1の副管41に流通し、フィン部10において、空気と熱交換されて、飽和液状態となり、3方管43に流入して、合流管64に至る。そして、飽和液状態となった冷媒は、ディストリビュータ63で2分岐し、上部毛細管61に流入した冷媒は、液側ヘッダ31における上部ヘッダ31aに流入し、一方、下部毛細管62に流入した冷媒は、液側ヘッダ31における下部ヘッダ31bに流入する。
 上部ヘッダ31aに流入した冷媒は、重力方向(矢印Z方向)の上方の8本の第1の主管21に流通し、下部ヘッダ31bに流入した冷媒は、重力方向(矢印Z方向)の下方の8本の第1の主管21に流通する。そして、これらの冷媒は、フィン部10において、更に、空気と熱交換されて、蒸発する。その後、冷媒は、フィン部10の他端側(図1の矢印X方向のX側)においてヘアピン管23で折り返し、16本の第2の主管22に流通する。そして、再び、フィン部10において、空気と熱交換されて、更に蒸発し、ガス状態となる。このガス状態となった冷媒は、ガス側ヘッダ32に流入し、その後、熱交換器1の外部に排出される。
 次に、本実施の形態1に係る熱交換器1の作用について説明する。前述の如く、熱交換器1における接続部材50は、熱媒体、例えば空気の流通方向に対し平行の方向に延びている。このため、熱交換器1が凝縮器又は蒸発器として作用する場合のいずれかにおいて、接続部材50に流通する冷媒の流通方向と、空気の流通方向とが対向流となる。従って、熱交換器1の熱交換性能が向上する。
 また、本実施の形態1においては、熱交換器1における主熱交換部12及び副熱交換部13が凝縮器として作用する場合に、接続部材50に流通する冷媒は、空気の流通方向に対向して流通する。このため、副熱交換部13における過冷却性能が向上する。なお、接続部材50は、U字状のUベンド管を用いてもよいし、屈曲した矩形状の管を用いてもよい。
 また、熱交換器1は、主熱交換部12において、第2の主管22及び第1の主管21同士が、冷媒が過熱状態である部分及び飽和液状態である部分において、いずれも隣接している。このため、飽和域との熱ロスを低減することができ、その結果、熱交換器1の熱交換性能が向上する。
 更に、熱交換器1は、副熱交換部13において、主熱交換部12のようなヘッダ30を備えていない。このため、熱交換器1が凝縮器として作用する場合、飽和域から過冷却域に移行する際の熱ロスが生じない。更にまた、副熱交換部13において、第1の副管41及び第2の副管42は、分岐管である3方管43に接続されているため、これにより分岐数が増加する。このため、管内圧損を低下させることができる。
 次に、本実施の形態1に係る空気調和機2について説明する。図5は、実施の形態1に係る空気調和機2を示す回路図である。空気調和機2は、冷媒回路3を備えており、この冷媒回路3は、圧縮機80、第1の熱交換器81、膨張部82、第2の熱交換器83が、配管により接続されたものである。圧縮機80は、冷媒を圧縮するものであり、第1の熱交換器81は、冷媒と空気とを熱交換するものであり、凝縮器として作用する。ここで、冷媒回路3には、第1の送風機84及び第1のモータ84aが設けられており、この第1の送風機84及び第1のモータ84aは、空気を第1の熱交換器81に送風するものである。
 また、膨張部82は、冷媒を膨張するものである。そして、第2の熱交換器83は、冷媒と空気とを熱交換するものであり、蒸発器として作用する。ここで、冷媒回路3には、第2の送風機85及び第2のモータ85aが設けられており、この第2の送風機85及び第2のモータ85aは、空気を第2の熱交換器83に送風するものである。
 本実施の形態1に係る空気調和機2は、第1の熱交換器81及び第2の熱交換器83のうち、少なくとも一方に、本実施の形態1に係る熱交換器1が使用されている。また、空気調和機2の冷媒回路3に流通する冷媒としては、R410A冷媒、R32冷媒、HFO1234yf冷媒等が使用される。
 次に、本実施の形態1に係る空気調和機2の動作について説明する。圧縮機80は、冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮して高温高圧のガスの状態で吐出する。この吐出された冷媒は、第1の熱交換器81に流入し、第1の熱交換器81は、第1の送風機84から供給される空気との熱交換により、冷媒を凝縮する。この凝縮された冷媒は、膨張部82に流入し、膨張部82は、凝縮された冷媒を減圧する。そして、減圧された冷媒は、第2の熱交換器83に流入し、第2の熱交換器83は、第2の送風機85から供給される空気との熱交換により、冷媒を蒸発する。そして、蒸発された冷媒は、圧縮機80に吸入される。
 次に、本実施の形態1に係る空気調和機2の作用について説明する。空気調和機2は、第1の熱交換器81及び第2の熱交換器83のうち、少なくとも一方に、本実施の形態1に係る熱交換器1が使用されている。このため、本実施の形態1に係る熱交換器1が使用された第1の熱交換器81又は第2の熱交換器83の熱交換性能が向上する。ここで、冷房における冷房エネルギ効率と、暖房における暖房エネルギ効率とについて説明する。冷房エネルギ効率は、下記式(1)から算出される。
 [数1]
 冷房エネルギ効率=蒸発器(室内熱交換器)能力/全入力・・・(1)
 また、暖房エネルギ効率は、下記式(2)から算出される。
 [数2]
 暖房エネルギ効率=凝縮器(室内熱交換器)能力/全入力・・・(2)
 空気調和機2は、第1の熱交換器81及び第2の熱交換器83のうち、少なくとも一方に、本実施の形態1に係る熱交換器1が使用されているため、上記式(1)、式(2)より、冷房エネルギ効率、暖房エネルギ効率が高い。このように、本実施の形態1は、エネルギ効率が高い空気調和機2を実現することができる。
 また、空気調和機2の冷媒回路3に流通する冷媒として、臨界温度がR410Aよりも低い冷媒が使用された場合、高圧側でエンタルピ差を確保する必要がある。本実施の形態1に係る熱交換器1は、過冷却性能といった熱交換性能全体が向上するため、過熱域と過冷却域との差を大きくすることができる。これにより、高圧側でエンタルピ差を充分に確保することができる。従って、空気調和機2は、臨界温度がR410Aよりも低い冷媒を使用しても、その性能を存分に発揮させることができる。
 なお、本実施の形態1は、熱媒体として、空気及び冷媒を例示したが、そのほかの気体、液体、気液混合流体を使用してもよい。また、実施の形態1に係る熱交換器1は、空気調和機2における室内機又は室外機に使用してもよい。更に、空気調和機2に流通する冷凍機油は、鉱油系、アルキルベンゼン油系、エステル油系、エーテル油系及びフッ素油系等を使用することができ、これらの冷凍機油が冷媒に溶解するか否かに依存しない。
実施の形態2.
 次に、実施の形態2に係る熱交換器100について説明する。図6は、実施の形態2に係る熱交換器100を示す一側面図である。本実施の形態2は、液配管160が、第1の液配管161及び第2の液配管162を備えている点で、実施の形態1と相違する。本実施の形態2では、実施の形態1と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
 図6に示すように、液配管160は、一端が副熱交換部13に接続されたものであり、第1の液配管161と、第2の液配管162とを備えている。第1の液配管161は、副熱交換部13における下方に設置された第1の副管41の一端と、液側ヘッダ31の上方、即ち、上部ヘッダ31aとを接続するものである。また、第2の液配管162は、副熱交換部13における上方に設置された第1の副管41の一端と、液側ヘッダ31の下方、即ち、下部ヘッダ31bとを接続するものである。
 副熱交換部13における下方に設置された第1の副管41は、重力によって、液状態の冷媒が多く偏る。このため、副熱交換部13における下方に設置された第1の副管41と、この第1の副管41との間隔が広い上部ヘッダ31aとを接続し、また、副熱交換部13における上方に設置された第1の副管41と、この第1の副管41との間隔が狭い下部ヘッダ31bとを接続している。これにより、冷媒の偏りを抑制し、冷媒の分配バランスをとっている。このため、本実施の形態2に係る熱交換器100は、効率良く熱交換させることができる。なお、本実施の形態2に係る熱交換器100も、実施の形態1に係るような空気調和機2に適用することが可能である。
 なお、本発明は、製造が容易で、熱交換性能が良く、省エネルギのヒートポンプ装置に適用することもできる。
 1 熱交換器、2 空気調和機、3 冷媒回路、10 フィン部、11 板状フィン、12 主熱交換部、13 副熱交換部、20 主管、21 第1の主管、22 第2の主管、23 ヘアピン管、24 Uベンド管、30 ヘッダ、31 液側ヘッダ、31a 上部ヘッダ、31b 下部ヘッダ、32 ガス側ヘッダ、40 副管、41 第1の副管、42 第2の副管、43 3方管、44 ジョイント、50 接続部材、60 液配管、61 上部毛細管、62 下部毛細管、63 ディストリビュータ、64 合流管、70 液流出入管、80 圧縮機、81 第1の熱交換器、82 膨張部、83 第2の熱交換器、84 第1の送風機、84a 第1のモータ、85 第2の送風機、85a 第2のモータ、100 熱交換器、160 液配管、161 第1の液配管、162 第2の液配管。

Claims (6)

  1.  複数の板状フィンが、熱媒体の流通方向に対し垂直の方向に間隔を空けて積層され、前記熱媒体と冷媒とを熱交換する主熱交換部及び前記主熱交換部よりも熱交換領域が狭い副熱交換部を備えたフィン部と、
     前記冷媒が流通し、前記主熱交換部における前記板状フィンを積層方向に貫く複数の第1の主管、及び複数の第2の主管と、
     複数の前記第1の主管の一端と、一端が前記副熱交換部に接続される液配管における他端とを接続し、前記フィン部の一端側に設置された液側ヘッダと、
     複数の前記第2の主管の一端に接続され、前記フィン部の一端側に設置されたガス側ヘッダと、
     前記フィン部の他端側で、隣り合った前記第1の主管の他端同士及び隣り合った前記第2の主管の他端同士を接続するヘアピン管と、
     前記冷媒が流通し、前記副熱交換部における前記板状フィンを積層方向に貫き、一端が前記液配管の一端に接続された複数の第1の副管、及び一端が前記冷媒の流出入口となる複数の第2の副管と、
     前記フィン部の他端側で、前記第1の副管の他端と前記第2の副管の他端とを接続し、前記熱媒体の流通方向に対し平行の方向に延びる接続部材と、を有する
     熱交換器。
  2.  前記接続部材に流通する前記冷媒は、
     前記主熱交換部及び前記副熱交換部が凝縮器として作用する場合に、前記熱媒体の流通方向に対向して流通するものである
     請求項1記載の熱交換器。
  3.  前記副熱交換部は、前記主熱交換部よりも重力方向において下方に配置されており、
     前記液配管は、
     前記副熱交換部における下方に設置された前記第1の副管の一端と、前記液側ヘッダの上方とを接続する第1の液配管と、
     前記副熱交換部における上方に設置された前記第1の副管の一端と、前記液側ヘッダの下方とを接続する第2の液配管と、を有する
     請求項1又は2記載の熱交換器。
  4.  複数の前記第1の主管及び複数の前記第2の主管は、重力方向に対し平行の方向に間隔を空けて配置されている
     請求項1~3のいずれか1項に記載の熱交換器。
  5.  複数の前記第1の副管は、重力方向に対し平行の方向に間隔を空けて配置されており、
     前記液配管の一端と、複数の前記第1の副管の一端とを接続する分岐管を更に有する
     請求項1~4のいずれか1項に記載の熱交換器。
  6.  前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
     請求項1~5のいずれか1項に記載の熱交換器と、を有する
     空気調和機。
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