WO2021048943A1 - 熱交換器及び空気調和機 - Google Patents

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refrigerant
heat exchanger
header pipe
header
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将央 新谷
大空 石田
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三菱電機株式会社
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger and an air conditioner having a refrigerant distributor that distributes the refrigerant.
  • the heat exchanger of the conventional air conditioner includes a refrigerant distributor having one header pipe.
  • the amount of the refrigerant enclosed in the heat exchanger of the air conditioner should be reduced in order to ensure safety in the event of a refrigerant leak. is necessary.
  • the pipe diameter of the header pipe is larger than that of the refrigerant pipe other than the header pipe. Further, as the number of heat transfer tubes of the heat exchanger connected to the header tube increases, the length of the header tube also needs to be a length corresponding to the number of heat transfer tubes. Therefore, there is a problem that the volume of the refrigerant distributor becomes large and a corresponding amount of the enclosed refrigerant is required.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and to obtain a heat exchanger and an air conditioner capable of reducing the volume of the refrigerant distributor and reducing the amount of the enclosed refrigerant. ..
  • the heat exchanger according to the present invention has an upper pass, a lower pass provided below the upper pass, and a refrigerant distributor that distributes the refrigerant to the upper pass and the lower pass, and has the refrigerant.
  • the distributor includes a header pipe, a diversion device, and a connecting pipe connecting the header pipe and the diversion device, and the header pipe includes an upper header pipe connected to the upper path and the lower path.
  • the connecting pipe includes an upper connecting pipe connected to the upper header pipe and a lower connecting pipe connected to the lower header pipe.
  • the volume of the refrigerant distributor is larger than that in the case where the refrigerant distributor has one header pipe. Can be reduced and the amount of the enclosed refrigerant can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a refrigerant circuit configuration of the air conditioner 100 according to the embodiment.
  • the air conditioner 100 includes an outdoor heat exchanger 2 having a first refrigerant distributor 1 and a second refrigerant distributor 22, a compressor 5, an indoor heat exchanger 7, and an expansion valve 9. Is connected by a refrigerant pipe 12.
  • the air conditioner 100 further includes a four-way valve 3 having a function of switching between a cooling operation and a heating operation, and a suction muffler 4.
  • the first refrigerant distributor 1 is arranged on one side surface of the outdoor heat exchanger 2.
  • the second refrigerant distributor 22 is arranged on one side surface of the outdoor heat exchanger 2 like the first refrigerant distributor 1, and is provided adjacent to the first refrigerant distributor 1.
  • the outdoor heat exchanger 2, the four-way valve 3, the suction muffler 4, the compressor 5, and the expansion valve 9 are housed in the outdoor unit 10, and the indoor heat exchanger 7 is housed in the indoor unit 11.
  • the refrigerant pipe 12 connecting the outdoor unit 10 and the indoor unit 11 is provided with a gas pipe closing valve 6 and a liquid pipe closing valve 8.
  • the outdoor heat exchanger 2 functions as an evaporator.
  • the gas refrigerant compressed by the compressor 5 to a high temperature and high pressure passes through the four-way valve 3 and flows into the indoor heat exchanger 7. Then, the gas refrigerant dissipates heat while passing through the indoor heat exchanger 7, becomes a liquid refrigerant, flows out from the indoor heat exchanger 7, is depressurized by the expansion valve 9, and is in a gas-liquid two-phase state.
  • the refrigerant in the gas-liquid two-phase state flows into the outdoor heat exchanger 2 from the second refrigerant distributor 22 of the outdoor heat exchanger 2 and evaporates while flowing in the outdoor heat exchanger 2 to become a gas refrigerant. Then, it flows out from the first refrigerant distributor 1. Then, the gas refrigerant passes through the four-way valve 3, passes through the suction muffler 4, and returns to the compressor 5.
  • the air conditioner 100 performs a cooling operation by switching the flow path with the four-way valve 3.
  • the outdoor heat exchanger 2 functions as a condenser.
  • the gas refrigerant compressed by the compressor 5 to a high temperature and high pressure flows into the outdoor heat exchanger 2 from the first refrigerant distributor 1 of the outdoor heat exchanger 2.
  • the gas refrigerant dissipates heat while passing through the outdoor heat exchanger 2, becomes a liquid refrigerant, flows out from the outdoor heat exchanger 2 through the second refrigerant distributor 22, is depressurized by the expansion valve 9, and is gas-liquid. It becomes a two-phase state.
  • the refrigerant in the gas-liquid two-phase state flows into the indoor heat exchanger 7, evaporates while flowing through the indoor heat exchanger 7, becomes a gas refrigerant, and flows out from the indoor heat exchanger 7. Then, the gas refrigerant passes through the four-way valve 3, passes through the suction muffler 4, and returns to the compressor 5.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an outdoor heat exchanger 2 having a first refrigerant distributor 1 according to the embodiment.
  • the arrow A indicates the vertical direction of the outdoor heat exchanger 2.
  • the outdoor heat exchanger 2 having the first refrigerant distributor 1 has a plurality of fins 13 extending in the vertical direction of the outdoor heat exchanger 2 and a plurality of paths.
  • the plurality of passes include an upper pass 14a and a lower pass 14b provided below the upper pass 14a.
  • the upper pass 14a and the lower pass 14b are heat transfer tubes having a flow path through which the refrigerant flows.
  • the upper pass 14a and the lower pass 14b are inserted through the plurality of fins 13 so as to intersect the plurality of fins 13 substantially perpendicularly to each other.
  • the first refrigerant distributor 1 has a header pipe including an upper header pipe 16 and a lower header pipe 17, a connecting pipe including an upper connecting pipe 18 and a lower connecting pipe 19, and a shunt 20.
  • the first refrigerant distributor 1 is connected to the upper path 14a and the lower path 14b of the outdoor heat exchanger 2 by a header pipe.
  • the second refrigerant distributor 22 is not shown in FIG. 2 for the sake of simplicity, the second refrigerant distributor 22 is also connected to the upper path 14a and the lower path 14b of the outdoor heat exchanger 2.
  • the upper header pipe 16 and the lower header pipe 17 are provided at intervals at the top and bottom.
  • the sum of the vertical dimension of the upper header pipe 16 and the vertical dimension of the lower header pipe 17 is smaller than the vertical dimension of the first refrigerant distributor 1.
  • the upper path 14a of the upper path 14a and the lower path 14b of the outdoor heat exchanger 2 is connected to the upper header pipe 16.
  • the lower path 14b is connected to the lower header pipe 17.
  • the upper header tube 16 and each of the upper path 14a are connected by brazing, and each of the lower header tube 17 and the lower path 14b is connected by brazing.
  • the outdoor heat exchanger 2 of FIG. 2 has a configuration in which six of the upper paths 14a are connected to the upper header pipe 16 and four of the lower paths 14b are connected to the lower header pipe 17.
  • the number of upper paths 14a and lower paths 14b is not limited.
  • the upper header pipe 16 is connected to the shunt 20 by the upper connecting pipe 18 connected to the lower part of the upper header pipe 16.
  • the lower header pipe 17 is connected to the shunt 20 by a lower connecting pipe 19 connected to the lower part of the lower header pipe 17.
  • the lower part of the upper header pipe 16 is below the intermediate position of the upper header pipe 16.
  • the lower part of the lower header pipe 17 is below the intermediate position of the lower header pipe 17.
  • connection position between the upper header pipe 16 and the upper connecting pipe 18 is at the bottom of the upper header pipe 16. Further, it is desirable that the connection position between the lower header pipe 17 and the lower connecting pipe 19 is at the lowermost portion of the lower header pipe 17.
  • the upper connecting pipe 18 and the lower connecting pipe 19 are connected to the shunt 20.
  • the shunt 20 is provided at a height position between the upper end and the lower end of the lower header pipe 17.
  • the shunt 20 is connected to the refrigerant pipe 12 leading to the four-way valve 3.
  • the refrigerant that has passed through the upper connecting pipe 18 and the lower connecting pipe 19 merges at the shunt 20. Further, the refrigerant that has passed through the refrigerant pipe 12 is diverted to the upper connecting pipe 18 and the lower connecting pipe 19 in the shunt 20.
  • the pipe diameter ⁇ Dju of the upper connecting pipe 18 is smaller than the pipe diameter ⁇ Dhu of the upper header pipe 16, and the pipe diameter ⁇ Djl of the lower connecting pipe 19 is smaller than the pipe diameter ⁇ Dhl of the lower header pipe 17, ⁇ Dhu> ⁇ Dju. And, the relationship of ⁇ Dhl> ⁇ Djl is established.
  • the pipe diameter refers to the average value of the pipe diameters of the regions over the entire length of each of the upper connecting pipe 18, the upper header pipe 16, the lower connecting pipe 19, and the lower header pipe 17.
  • the pipe diameter refers to the inner diameters of the upper connecting pipe 18, the upper header pipe 16, the lower connecting pipe 19, and the lower header pipe 17.
  • the pipe diameter ⁇ Dhu of the upper header pipe 16 is, for example, 20 mm.
  • the pipe diameter ⁇ Dhl of the lower header pipe 17 is, for example, 15 mm.
  • the pipe diameter ⁇ Dju of the upper connecting pipe 18 is, for example, 10 mm, and the pipe diameter ⁇ Djl of the lower connecting pipe 19 is, for example, 5 mm.
  • the diameter of the header pipe is determined by the flow rate of the refrigerant.
  • the pipe diameter ⁇ Dhu of the upper header pipe 16 is larger than the pipe diameter ⁇ Dhl of the lower header pipe 17.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the flow of the refrigerant in the first refrigerant distributor 1 during the heating operation.
  • the flow direction of the refrigerant is indicated by an arrow R.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant decompressed by the expansion valve 9 flows into the outdoor heat exchanger 2 that functions as an evaporator.
  • the liquid refrigerant is heated by air while flowing through the outdoor heat exchanger 2 and evaporates, changing to a gas phase.
  • the refrigerating machine oil 21 dissolved in the refrigerant has a higher density than the refrigerant, so that the refrigerating machine oil 21 is separated from the refrigerant in the gas phase.
  • the refrigerating machine oil 21 passes through the upper pass 14a and the lower pass 14b of the outdoor heat exchanger 2 together with the gas phase refrigerant.
  • the gas phase refrigerant that has passed through the upper path 14a of the outdoor heat exchanger 2 flows into the upper header pipe 16 of the first refrigerant distributor 1.
  • the gas phase refrigerant that has passed through the lower path 14b of the outdoor heat exchanger 2 flows into the lower header pipe 17 of the first refrigerant distributor 1.
  • the refrigerant flowing into the upper header pipe 16 continuously passes through the upper connecting pipe 18, and the refrigerant flowing into the lower header pipe 17 continuously passes through the lower connecting pipe 19.
  • the refrigerant that has passed through the upper connecting pipe 18 and the lower connecting pipe 19 merges at the shunt 20 and flows out to the refrigerant pipe 12.
  • the refrigerating machine oil 21 that has passed through the upper path 14a of the outdoor heat exchanger 2 together with the gas phase refrigerant flows into the upper header pipe 16 and falls below the upper header pipe 16.
  • the refrigerating machine oil 21 that has passed through the lower path 14b of the outdoor heat exchanger 2 together with the gas phase refrigerant flows into the lower header pipe 17 and falls below the lower header pipe 17.
  • the refrigerating machine oil 21 that has fallen below the upper header pipe 16 passes through the upper connecting pipe 18 connected to the lower part of the upper header pipe 16, and the refrigerating machine oil 21 that has fallen below the lower header pipe 17 passes through the lower header pipe. It passes through the lower connecting pipe 19 connected to the lower part of 17. Then, the refrigerating machine oil 21 merges with the shunt 20 and flows out to the refrigerant pipe 12.
  • the refrigerating machine oil 21 does not stay in either the upper header pipe 16 or the lower header pipe 17, and can return to the compressor 5.
  • the height position of the shunt 20 should be as low as possible.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an outdoor heat exchanger 2 having a first refrigerant distributor 1A according to a comparative example.
  • the outdoor heat exchanger 2 according to the comparative example is different from the outdoor heat exchanger 2 having the first refrigerant distributor 1 according to the embodiment in that it has the first refrigerant distributor 1A. ..
  • the outdoor heat exchanger 2 according to the comparative example is composed of a plurality of fins 13 and a plurality of paths 14 as in the outdoor heat exchanger 2 according to the embodiment.
  • the number of the plurality of passes 14 is the same as the number of passes of the outdoor heat exchanger 2 according to the embodiment, and the other configurations are also the same as the number of the outdoor heat exchanger 2 according to the embodiment.
  • the first refrigerant distributor 1A according to the comparative example includes one header pipe 15. All of the plurality of paths 14 of the outdoor heat exchanger 2 are connected to the header pipe 15. In FIG. 4, all 10 paths 14 are connected. A refrigerant pipe 12 is connected in the middle of the header pipe 15 in the vertical direction.
  • the first refrigerant distributor 1A according to the comparative example does not include the upper connecting pipe 18, the lower connecting pipe 19, and the shunt 20.
  • the header pipe 15 of the first refrigerant distributor 1A according to the comparative example Since the refrigerant flows into the header pipe 15 of the first refrigerant distributor 1A according to the comparative example from all the paths 14 of the outdoor heat exchanger 2, the header pipe is set to the upper header pipe 16 and the lower side as in the embodiment.
  • the flow rate of the refrigerant per header pipe 15 is larger than that in the case of dividing into the header pipe 17. Therefore, the pipe diameter ⁇ Dh of the header pipe 15 according to the comparative example is larger than the pipe diameter ⁇ Dhu of the upper header pipe 16 and the pipe diameter ⁇ Dhl of the lower header pipe 17 according to the embodiment.
  • the pipe diameter ⁇ Dju of the upper connecting pipe 18 connected to the upper header pipe 16 is smaller than the pipe diameter ⁇ Dhu of the upper header pipe 16.
  • the pipe diameter ⁇ Djl of the lower connecting pipe 19 connected to the lower header pipe 17 is smaller than the pipe diameter ⁇ Dhl of the lower header pipe 17.
  • ⁇ Dh> ⁇ Dhu> ⁇ Dju is established between the pipe diameter ⁇ Dhu of the header pipe 15, the pipe diameter ⁇ Dhu of the upper header pipe 16, and the pipe diameter ⁇ Dju of the upper connecting pipe 18.
  • the relationship of ⁇ Dh> ⁇ Dhl> ⁇ Djl is established between the pipe diameter ⁇ Dhu of the header pipe 15, the pipe diameter ⁇ Dhl of the lower header pipe 17, and the pipe diameter ⁇ Djl of the lower connecting pipe 19.
  • the vertical dimensions of the header pipe 15 of the first refrigerant distributor 1A according to the comparative example are the vertical dimensions of the upper header pipe 16 and the vertical dimensions of the lower header pipe 17 according to the embodiment. Longer than the total dimensions.
  • the volume of the first refrigerant distributor 1 according to the embodiment is smaller than the volume of the first refrigerant distributor 1A according to the comparative example, and the amount of the refrigerant to be sealed is set to the volume of the first refrigerant distributor according to the comparative example. It can be less than the amount of refrigerant sealed in 1A.
  • the number of upper paths 14a connected to the upper header pipe 16 is smaller than the number of paths 14 connected to the header pipe 15.
  • the number of lower paths 14b connected to the lower header tube 17 is less than the number of paths 14 connected to the header tube 15.
  • the number of upper paths 14a brazed to the upper header tube 16 and the number of lower paths 14b brazed to the lower header tube 17 is larger than the number of paths 14 brazed to the header tube 15. Less.
  • the production of the outdoor heat exchanger 2 according to the embodiment becomes easier than the production of the outdoor heat exchanger 2 according to the comparative example.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the flow of the refrigerant in the first refrigerant distributor 1A during the heating operation according to the comparative example.
  • the flow direction of the refrigerant is indicated by an arrow R.
  • the outdoor heat exchanger 2 according to the comparative example functions as an evaporator
  • the gas phase refrigerant that has passed through the plurality of paths 14 of the outdoor heat exchanger 2 and the refrigerating machine oil 21 separated from the refrigerant are in the header pipe 15. Inflow to. Among them, the gas phase refrigerant flows out to the refrigerant pipe 12 through the header pipe 15.
  • the refrigerating machine oil 21 that has flowed into the header pipe 15 together with the gas phase refrigerant falls to the lower part of the header pipe 15.
  • the refrigerating machine oil 21 that has fallen to the lower part of the header pipe 15 stays in the lower part of the header pipe 15 without being conveyed from the lower part of the header pipe 15 to the refrigerant pipe 12 due to the height difference between the lower part of the header pipe 15 and the refrigerant pipe 12. Can be done.
  • the upper header pipe 16 and the upper connecting pipe 18 are connected at the lower part of the upper header pipe 16, and the lower header pipe 17 and the lower connecting pipe 19 are connected to the lower header pipe 17.
  • the refrigerating machine oil 21 does not stay and flows out from the refrigerant pipe 12.
  • the upper header pipe 16 of the first refrigerant distributor 1 is connected to the upper path 14a, and the upper header pipe 16 and the shunt 20 are connected to the upper side. It is connected by a tube 18.
  • the lower header pipe 17 of the first refrigerant distributor 1 is connected to the lower path 14b, and the lower header pipe 17 and the shunt 20 are connected by the lower connecting pipe 19.
  • the pipe diameter ⁇ Dju of the upper connecting pipe 18 is smaller than the pipe diameter ⁇ Dhu of the upper header pipe 16, and the pipe diameter ⁇ Djl of the lower connecting pipe 19 is smaller than the pipe diameter ⁇ Dhl of the lower header pipe 17.
  • the volume of the first refrigerant distributor 1 is smaller than that of the first refrigerant distributor 1A having one header pipe 15.
  • the enclosed refrigerant sealed in the refrigerant circuit in which the first refrigerant distributor 1 is used is more than the case where the outdoor heat exchanger 2 is provided with the first refrigerant distributor 1A having one header pipe 15.
  • the amount can be reduced.
  • a refrigerant used in the air conditioner 100 in order to prevent global warming, a flammable refrigerant such as R32 has been put into practical use, and the practical use of a highly flammable refrigerant R290 is also being studied. .. Even when a flammable refrigerant is used in the air conditioner 100, the amount of the refrigerant filled can be reduced by the first refrigerant distributor 1, so that it becomes easy to ensure safety at the time of refrigerant leakage.
  • the operating pressure of the refrigeration cycle becomes low, so it is necessary to increase the number of passes of the outdoor heat exchanger 2 to reduce the pressure loss of the outdoor heat exchanger 2.
  • the upper path 14a is separately connected to the upper header pipe 16 and the lower path 14b is separately connected to the lower header pipe 17. Therefore, even if the number of paths of the outdoor heat exchanger 2 increases, the number of upper paths 14a connected around the upper header tube 16 and the number of lower paths 14b connected around the lower header tube 17 remain. It does not have to be increased. Therefore, by having the first refrigerant distributor 1, it is possible to obtain an outdoor heat exchanger 2 in which the pressure loss is reduced, the amount of the refrigerant filled is reduced, and the production is easy.
  • the upper connecting pipe 18 is connected to the lower part of the upper header pipe 16
  • the lower connecting pipe 19 is connected to the lower part of the lower header pipe 17.
  • the refrigerating machine oil 21 has a higher density than the refrigerant and is easily separated from the refrigerant. Even in such a case, the refrigerating machine oil 21 is placed in the lower part of the upper header and the lower header pipe 17. Retention can be suppressed.
  • the refrigerating machine oil 21 flowing through the upper header pipe 16 flows into the shunt 20 below the upper header pipe 16. Therefore, the refrigerating machine oil 21 can be easily moved.
  • first refrigerant distributor 1 may be provided in the indoor heat exchanger 7.
  • the first refrigerant distributor 1 may be provided on the outlet side of the refrigerant when the indoor heat exchanger 7 functions as an evaporator.
  • the header pipe is not limited to the upper header pipe 16 and the lower header pipe 17, and may be divided into three such as two upper header pipes 16 and one lower header pipe 17, and the number of header pipes may be further increased. It may be divided.

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Abstract

冷媒を分配する冷媒分配器を有する熱交換器及び空気調和機。熱交換器は、上部パスと、前記上部パスよりも下に設けられた下部パスと、前記上部パス及び前記下部パスに冷媒を分配する冷媒分配器と、を有し、前記冷媒分配器は、ヘッダー管と、分流器と、前記ヘッダー管と前記分流器とを接続する接続管と、を備え、前記ヘッダー管は、前記上部パスに接続された上側ヘッダー管と、前記下部パスに接続された下側ヘッダー管と、を含み、前記接続管は、前記上側ヘッダー管に接続された上側接続管と、前記下側ヘッダー管に接続された下側接続管と、を含み、前記上側ヘッダー管の管径をφＤｈｕとし、前記下側ヘッダー管の管径をφＤｈｌとし、前記上側接続管の管径をφＤｊｕとし、前記下側接続管の管径をφＤｊｌとしたとき、φＤｈｕ＞φＤｊｕ及びφＤｈｌ＞φＤｊｌである。

Description

熱交換器及び空気調和機
　本発明は、冷媒を分配する冷媒分配器を有する熱交換器及び空気調和機に関するものである。
　従来の空気調和機の熱交換器は、特許文献１に記載されるように、１つのヘッダー管を有した冷媒分配器を備えている。
特開２００８－２８６４８８号公報
　空気調和機の冷媒として、可燃性冷媒又は強燃性冷媒が使用される場合には、冷媒漏洩時の安全性を確保するため、空気調和機の熱交換器の封入冷媒量を少なくすることが必要である。
　特許文献１の冷媒分配器を有する熱交換器においては、ヘッダー管の管径がヘッダー管以外の冷媒配管よりも大きい。また、ヘッダー管に接続される熱交換器の伝熱管の数が多くなると、ヘッダー管の長さも、伝熱管の数に応じた長さが必要になる。そのため、冷媒分配器の容積が大きくなり、相応の封入冷媒量が必要となるという課題がある。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、冷媒分配器の容積を減少させ、封入冷媒量を減少させることができる熱交換器及び空気調和機を得るものである。
　本発明に係る熱交換器は、上部パスと、前記上部パスよりも下に設けられた下部パスと、前記上部パス及び前記下部パスに冷媒を分配する冷媒分配器と、を有し、前記冷媒分配器は、ヘッダー管と、分流器と、前記ヘッダー管と前記分流器とを接続する接続管と、を備え、前記ヘッダー管は、前記上部パスに接続された上側ヘッダー管と、前記下部パスに接続された下側ヘッダー管と、を含み、前記接続管は、前記上側ヘッダー管に接続された上側接続管と、前記下側ヘッダー管に接続された下側接続管と、を含み、前記上側ヘッダー管の管径をφＤｈｕとし、前記下側ヘッダー管の管径をφＤｈｌとし、前記上側接続管の管径をφＤｊｕとし、前記下側接続管の管径をφＤｊｌとしたとき、φＤｈｕ＞φＤｊｕ及びφＤｈｌ＞φＤｊｌである。
　本発明に係る熱交換器によれば、冷媒分配器が上側ヘッダー管と、下側ヘッダー管とを含むため、冷媒分配器が１つのヘッダー管を有している場合よりも冷媒分配器の容積を減少させ、封入冷媒量を減少させることができる。
実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路構成を示す概略図である。 実施の形態に係る第１冷媒分配器を有する室外熱交換器の概略構成図である。 実施の形態に係る暖房運転時における室外熱交換器の第１冷媒分配器を説明するための図である。 比較例に係る第１冷媒分配器を有する室外熱交換器の概略構成図である。 比較例に係る暖房運転時における室外熱交換器の第１冷媒分配器を説明するための図である。
＜空気調和機１００の構成＞
　図１は、実施の形態に係る空気調和機１００の冷媒回路構成を示す概略図である。図１に示すように、空気調和機１００は、第１冷媒分配器１及び第２冷媒分配器２２を有する室外熱交換器２と、圧縮機５と、室内熱交換器７と、膨張弁９とが冷媒配管１２により接続されて構成されている。空気調和機１００は、更に、冷房運転と暖房運転を切り替える機能を有する四方弁３と、サクションマフラー４とを有する。
　第１冷媒分配器１は、室外熱交換器２の一方の側面に配置されている。第２冷媒分配器２２は、第１冷媒分配器１同様、室外熱交換器２の一方の側面に配置されており、第１冷媒分配器１に隣接して設けられている。
　室外熱交換器２と、四方弁３と、サクションマフラー４と、圧縮機５と、膨張弁９とは、室外機１０に収容され、室内熱交換器７は室内機１１に収容されている。室外機１０と室内機１１とを接続する冷媒配管１２には、ガス管閉止弁６及び液管閉止弁８が設けられている。
＜空気調和機１００の動作＞
　空気調和機１００の暖房運転時、室外熱交換器２は蒸発器として機能する。圧縮機５で圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は、四方弁３を通過し、室内熱交換器７に流入する。そして、ガス冷媒は、室内熱交換器７を通りながら放熱して液冷媒となって室内熱交換器７から流出し、膨張弁９で減圧されて気液二相状態となる。気液二相状態となった冷媒は、室外熱交換器２の第２冷媒分配器２２から室外熱交換器２内に流入し、室外熱交換器２内を流れながら蒸発してガス冷媒となって第１冷媒分配器１から流出する。そして、ガス冷媒は、四方弁３を通過し、サクションマフラー４を経て圧縮機５へと戻っていく。
　空気調和機１００は、四方弁３により流路を切り替えることで、冷房運転を行う。冷房運転時、室外熱交換器２は凝縮器として機能する。圧縮機５で圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は、室外熱交換器２の第１冷媒分配器１から室外熱交換器２内に流入する。そして、ガス冷媒は、室外熱交換器２内を通りながら放熱して液冷媒となって室外熱交換器２から第２冷媒分配器２２を介して流出し、膨張弁９で減圧されて気液二相状態となる。気液二相状態となった冷媒は、室内熱交換器７に流入し、室内熱交換器７を流れながら蒸発してガス冷媒となって室内熱交換器７から流出する。そして、ガス冷媒は、四方弁３を通過し、サクションマフラー４を経て圧縮機５へと戻っていく。
＜第１冷媒分配器１を有する室外熱交換器の構成＞
　図２は、実施の形態に係る第１冷媒分配器１を有する室外熱交換器２の概略構成図である。図２において、矢印Ａは、室外熱交換器２の上下方向を示している。図２に示すように、第１冷媒分配器１を有する室外熱交換器２は、室外熱交換器２の上下方向に延びる複数のフィン１３と、複数のパスを有する。複数のパスは、上部パス１４ａと、上部パス１４ａよりも下に設けられた下部パス１４ｂとを含む。上部パス１４ａ及び下部パス１４ｂは、冷媒が流れる流路を有する伝熱管である。上部パス１４ａ及び下部パス１４ｂは、それぞれが複数のフィン１３と概ね垂直に交差するように複数のフィン１３に挿通されている。
　第１冷媒分配器１は、上側ヘッダー管１６及び下側ヘッダー管１７を含むヘッダー管と、上側接続管１８及び下側接続管１９を含む接続管と、分流器２０とを有している。第１冷媒分配器１は、ヘッダー管により室外熱交換器２の上部パス１４ａ及び下部パス１４ｂに接続されている。図２では、簡単のため、第２冷媒分配器２２の図示を省略しているが、第２冷媒分配器２２も、室外熱交換器２の上部パス１４ａ及び下部パス１４ｂに接続されている。
　上側ヘッダー管１６と、下側ヘッダー管１７とは、上下に間隔をあけて設けられている。上側ヘッダー管１６の上下方向の寸法と、下側ヘッダー管１７の上下方向の寸法との合計は、第１冷媒分配器１の上下方向の寸法よりも小さい。
　上側ヘッダー管１６には、室外熱交換器２の上部パス１４ａ及び下部パス１４ｂのうち、上部パス１４ａが接続されている。下側ヘッダー管１７には、室外熱交換器２の上部パス１４ａ及び下部パス１４ｂのうち、下部パス１４ｂが接続されている。
　上側ヘッダー管１６と上部パス１４ａのそれぞれとは、ろう付けにより接続され、下側ヘッダー管１７と下部パス１４ｂのそれぞれとは、ろう付けにより接続されている。
　図２の室外熱交換器２は、上部パス１４ａの６本が上側ヘッダー管１６に接続され、下部パス１４ｂの４本が下側ヘッダー管１７に接続された構成になっている。上部パス１４ａ、及び、下部パス１４ｂの数は限定されない。
　上側ヘッダー管１６は、上側ヘッダー管１６の下部に接続された上側接続管１８により分流器２０に接続されている。下側ヘッダー管１７は、下側ヘッダー管１７の下部に接続された下側接続管１９により分流器２０に接続されている。上側ヘッダー管１６の下部は、上側ヘッダー管１６の中間位置よりも下をいう。下側ヘッダー管１７の下部は、下側ヘッダー管１７の中間位置よりも下をいう。
　上側ヘッダー管１６と、上側接続管１８との接続位置は、上側ヘッダー管１６の最下部であると望ましい。また、下側ヘッダー管１７と、下側接続管１９との接続位置は、下側ヘッダー管１７の最下部であると望ましい。
　分流器２０には、上側接続管１８及び下側接続管１９が接続されている。分流器２０は、下側ヘッダー管１７の上端と下端との間の高さ位置に設けられている。分流器２０は、四方弁３に至る冷媒配管１２に接続されている。上側接続管１８及び下側接続管１９を通った冷媒は、分流器２０において合流する。また、冷媒配管１２を通った冷媒は、分流器２０において上側接続管１８及び下側接続管１９に分流する。
　上側接続管１８の管径φＤｊｕは、上側ヘッダー管１６の管径φＤｈｕよりも小さく、下側接続管１９の管径φＤｊｌは、下側ヘッダー管１７の管径φＤｈｌよりも小さく、φＤｈｕ＞φＤｊｕ、及び、φＤｈｌ＞φＤｊｌの関係が成り立つ。管径とは、上側接続管１８、上側ヘッダー管１６、下側接続管１９、下側ヘッダー管１７のそれぞれの全長に亘る領域の管径の平均値をいう。また、管径とは、上側接続管１８、上側ヘッダー管１６、下側接続管１９、下側ヘッダー管１７のそれぞれの内径をいう。
　ここで、上側ヘッダー管１６の管径φＤｈｕは、例えば、２０ｍｍである。下側ヘッダー管１７の管径φＤｈｌは、例えば、１５ｍｍである。上側接続管１８の管径φＤｊｕは、例えば、１０ｍｍであり、下側接続管１９の管径φＤｊｌは、例えば、５ｍｍである。
　ヘッダー管の管径は、冷媒の流量により決定される。図２では、上部パス１４ａの数が下部パス１４ｂの数よりも多いため、上側ヘッダー管１６の管径φＤｈｕが、下側ヘッダー管１７の管径φＤｈｌよりも大きい。
＜室外熱交換器２における冷媒の流れ＞
　図３は、暖房運転時における第１冷媒分配器１の冷媒の流れを説明するための図である。図３において、冷媒の流れ方向を矢印Ｒで示している。以下、図１～図３を参照して説明する。暖房運転時、蒸発器として機能する室外熱交換器２には、膨張弁９において減圧された気液二相冷媒が流入する。液冷媒は、室外熱交換器２を流れながら空気により加熱されて蒸発し、気相に変化する。冷媒が気相に変化すると、冷媒に溶解した冷凍機油２１は冷媒よりも密度が高いため、気相の冷媒から分離された状態となる。冷凍機油２１は、気相の冷媒と共に室外熱交換器２の上部パス１４ａ及び下部パス１４ｂを通過する。
　室外熱交換器２の上部パス１４ａを通った気相の冷媒は、第１冷媒分配器１の上側ヘッダー管１６に流入する。室外熱交換器２の下部パス１４ｂを通った気相の冷媒は、第１冷媒分配器１の下側ヘッダー管１７に流入する。
　上側ヘッダー管１６に流入した冷媒は、続けて上側接続管１８を通り、下側ヘッダー管１７に流入した冷媒は、続けて下側接続管１９を通る。上側接続管１８及び下側接続管１９を通った冷媒は、分流器２０において合流し、冷媒配管１２に流出する。
　図３に示すように、室外熱交換器２の上部パス１４ａを気相の冷媒と共に通った冷凍機油２１は、上側ヘッダー管１６に流入し、上側ヘッダー管１６の下方に落ちる。室外熱交換器２の下部パス１４ｂを気相の冷媒と共に通った冷凍機油２１は、下側ヘッダー管１７に流入し、下側ヘッダー管１７の下方に落ちる。上側ヘッダー管１６の下方に落ちた冷凍機油２１は、上側ヘッダー管１６の下部に接続された上側接続管１８を通り、下側ヘッダー管１７の下方に落ちた冷凍機油２１は、下側ヘッダー管１７の下部に接続された下側接続管１９を通る。そして、冷凍機油２１は、分流器２０で合流し、冷媒配管１２に流出する。
　これにより、冷凍機油２１は上側ヘッダー管１６及び下側ヘッダー管１７のいずれにも滞留せず、圧縮機５に戻る事ができる。なお、分流器２０の高さ位置は、出来るだけ下部に設けるとよい。
＜比較例に係る第１冷媒分配器１Ａを有する室外熱交換器２の構成との比較＞
　図４は、比較例に係る第１冷媒分配器１Ａを有する室外熱交換器２の概略構成図である。図４に示すように、比較例に係る室外熱交換器２は、第１冷媒分配器１Ａを有する点で、実施の形態に係る第１冷媒分配器１を有する室外熱交換器２と相違する。比較例に係る室外熱交換器２は、実施の形態に係る室外熱交換器２と同様、複数のフィン１３と、複数のパス１４とから構成されている。複数のパス１４の数も、実施の形態に係る室外熱交換器２のパスの数と同じであり、その他の構成も、実施の形態に係る室外熱交換器２と同じである。
　比較例に係る第１冷媒分配器１Ａは、１つのヘッダー管１５を備えている。ヘッダー管１５には、室外熱交換器２の複数のパス１４全てが接続されている。図４では、１０本のパス１４全てが接続されている。ヘッダー管１５の上下方向の中間には、冷媒配管１２が接続されている。比較例に係る第１冷媒分配器１Ａは、上側接続管１８、下側接続管１９及び分流器２０を備えていない。
　比較例に係る第１冷媒分配器１Ａのヘッダー管１５には、室外熱交換器２の全てのパス１４から冷媒が流入するため、実施の形態のようにヘッダー管を上側ヘッダー管１６及び下側ヘッダー管１７に分割した場合よりもヘッダー管１５当たりの冷媒の流量が多い。そのため、比較例に係るヘッダー管１５の管径φＤｈは、実施の形態に係る上側ヘッダー管１６の管径φＤｈｕ及び下側ヘッダー管１７の管径φＤｈｌよりも大きい。
　また、実施の形態に係る第１冷媒分配器１は、上側ヘッダー管１６に接続される上側接続管１８の管径φＤｊｕが上側ヘッダー管１６の管径φＤｈｕよりも小さい。下側ヘッダー管１７に接続される下側接続管１９の管径φＤｊｌが、下側ヘッダー管１７の管径φＤｈｌよりも小さい。
　従って、ヘッダー管１５の管径φＤｈｕと、上側ヘッダー管１６の管径φＤｈｕと、上側接続管１８の管径φＤｊｕとの間には、φＤｈ＞φＤｈｕ＞φＤｊｕの関係が成り立つ。ヘッダー管１５の管径φＤｈｕと、下側ヘッダー管１７の管径φＤｈｌと、下側接続管１９の管径φＤｊｌとの間には、φＤｈ＞φＤｈｌ＞φＤｊｌの関係が成り立つ。
　また、比較例に係る第１冷媒分配器１Ａのヘッダー管１５の上下方向の寸法は、実施の形態に係る上側ヘッダー管１６の上下方向の寸法と下側ヘッダー管１７の上下方向の寸法とを合計した寸法よりも長い。
　そのため、実施の形態に係る第１冷媒分配器１の容積は、比較例に係る第１冷媒分配器１Ａの容積よりも小さくなり、封入される冷媒量を、比較例に係る第１冷媒分配器１Ａに封入される冷媒量より少なくすることができる。
　比較例に係る第１冷媒分配器１Ａでは、ヘッダー管１５に、室外熱交換器２の複数のパス１４の全てに接続されるためパス１４の全てがろう付けされる。実施の形態に係る第１冷媒分配器１では、上側ヘッダー管１６に接続される上部パス１４ａの数がヘッダー管１５に接続されるパス１４の数よりも少ない。下側ヘッダー管１７に接続される下部パス１４ｂの数がヘッダー管１５に接続されるパス１４の数よりも少ない。これに伴い、上側ヘッダー管１６にろう付けされる上部パス１４ａ、及び、下側ヘッダー管１７にろう付けされる下部パス１４ｂの数が、ヘッダー管１５にろう付けされるパス１４の数よりも少なくなる。その結果、実施の形態に係る室外熱交換器２の製造が比較例に係る室外熱交換器２の製造よりも容易となる。
＜比較例に係る室外熱交換器２における冷媒の流れ＞
　図５は、比較例に係る暖房運転時における第１冷媒分配器１Ａの冷媒の流れを説明するための図である。図５において、冷媒の流れ方向を矢印Ｒで示している。比較例に係る室外熱交換器２が蒸発器として機能する場合、室外熱交換器２の複数のパス１４を通った気相の冷媒と、冷媒から分離された冷凍機油２１とが、ヘッダー管１５に流入する。そのうち、気相の冷媒は、ヘッダー管１５を通り冷媒配管１２に流出する。一方、気相の冷媒と共にヘッダー管１５に流入した冷凍機油２１は、ヘッダー管１５の下部に落ちる。ヘッダー管１５の下部に落ちた冷凍機油２１は、ヘッダー管１５の下部と冷媒配管１２との高低差により、ヘッダー管１５の下部から冷媒配管１２へと搬送されずにヘッダー管１５の下部に滞留し得る。
　実施の形態のように、上側ヘッダー管１６と、上側接続管１８とが、上側ヘッダー管１６の下部で接続し、下側ヘッダー管１７と、下側接続管１９とが、下側ヘッダー管１７の下部で接続していると、冷凍機油２１が滞留せず、冷媒配管１２から流出する。その結果、圧縮機５の冷凍機油不足を回避でき、圧縮機５の性能が低下することが抑制される。
＜実施の形態の効果＞
　以上説明した、本実施の形態に係る室外熱交換器２によれば、上部パス１４ａに第１冷媒分配器１の上側ヘッダー管１６が接続され、上側ヘッダー管１６と分流器２０とが上側接続管１８により接続されている。下部パス１４ｂに第１冷媒分配器１の下側ヘッダー管１７が接続され、下側ヘッダー管１７と分流器２０とが下側接続管１９により接続されている。また、上側接続管１８の管径φＤｊｕは、上側ヘッダー管１６の管径φＤｈｕよりも小さく、下側接続管１９の管径φＤｊｌは、下側ヘッダー管１７の管径φＤｈｌよりも小さい。
　そのため、１本のヘッダー管１５を有する第１冷媒分配器１Ａよりも、第１冷媒分配器１の容積が小さくなる。これにより、室外熱交換器２に１本のヘッダー管１５を有する第１冷媒分配器１Ａが設けられている場合よりも、第１冷媒分配器１が使用された冷媒回路に封入される封入冷媒量を減少させることができる。また、近年、空気調和機１００に使用される冷媒として、地球温暖化を防止するため、可燃性冷媒であるＲ３２等が実用化され、強燃性冷媒であるＲ２９０の実用化も検討されている。空気調和機１００に可燃性冷媒が用いられている場合においても、第１冷媒分配器１により冷媒封入量を減少できるので冷媒漏洩時の安全性を確保することが容易となる。
　また、冷媒としてＲ２９０などを用いると冷凍サイクルの作動圧が低くなるため、室外熱交換器２のパスの数を増加させて室外熱交換器２の圧力損失を低減させることが必要となる。第１冷媒分配器１では、上部パス１４ａが上側ヘッダー管１６に、下部パス１４ｂが下側ヘッダー管１７に、それぞれ分かれて接続される。そのため、室外熱交換器２のパスの数が増加しても、上側ヘッダー管１６あたりに接続される上部パス１４ａの数、及び、下側ヘッダー管１７あたりに接続される下部パス１４ｂの数は増加させなくてもよい。従って、第１冷媒分配器１を有することにより、圧力損失が減少し、冷媒封入量が低減され、且つ、製造が容易な室外熱交換器２を得ることができる。
　また、上側接続管１８は、上側ヘッダー管１６の下部に接続され、下側接続管１９は、下側ヘッダー管１７の下部に接続されている。冷媒に搬送された冷凍機油２１が上側ヘッダー管１６に流入し、上側ヘッダー管１６の下部に落ちた場合には、上側ヘッダー管１６の下部に接続された上側接続管１８から容易に流出できる。冷媒に搬送された冷凍機油２１が下側ヘッダー管１７に流入し、下側ヘッダー管１７の下部に落ちた場合には、下側ヘッダー管１７の下部に接続された下側接続管１９から容易に流出できる。このため、冷凍機油２１が上側ヘッダー管１６又は下側ヘッダー管１７に滞留することがない。特に、Ｒ２９０冷媒などを用いた場合、冷凍機油２１の密度が冷媒よりも高いため冷媒から分離し易いが、このような場合にも、冷凍機油２１が上側ヘッダー及び下側ヘッダー管１７の下部に滞留を抑制することができる。
　また、分流器２０の高さ位置を、下側ヘッダー管１７の上端よりも低くすることで、上側ヘッダー管１６を流れる冷凍機油２１は、上側ヘッダー管１６より下方の分流器２０に流入することとなるため、冷凍機油２１の移動が容易になる。
　また、第１冷媒分配器１は、室内熱交換器７に設けられていてもよい。第１冷媒分配器１は、室内熱交換器７が蒸発器として機能する場合に冷媒の出口側に設けられているとよい。
　なお、ヘッダー管は、上側ヘッダー管１６及び下側ヘッダー管１７に限定されず、２つの上側ヘッダー管１６と１つの下側ヘッダー管１７などのように３分割されていてもよく、更に多数に分割されていてもよい。
　１、１Ａ　第１冷媒分配器、２　室外熱交換器、３　四方弁、４　サクションマフラー、５　圧縮機、６　ガス管閉止弁、７　室内熱交換器、８　液管閉止弁、９　膨張弁、１０　室外機、１１　室内機、１２　冷媒配管、１３　フィン、１４　パス、１４ａ　上部パス、１４ｂ　下部パス、１５　ヘッダー管、１６　上側ヘッダー管、１７　下側ヘッダー管、１８　上側接続管、１９　下側接続管、２０　分流器、２１　冷凍機油、２２　第２冷媒分配器、１００　空気調和機。

Claims (6)

  1. 　上部パスと、
    　前記上部パスよりも下に設けられた下部パスと、
    　前記上部パス及び前記下部パスに冷媒を分配する冷媒分配器と、を有し、
    　前記冷媒分配器は、
    　ヘッダー管と、
    　分流器と、
    　前記ヘッダー管と前記分流器とを接続する接続管と、を備え、
    　前記ヘッダー管は、前記上部パスに接続された上側ヘッダー管と、前記下部パスに接続された下側ヘッダー管と、を含み、
    　前記接続管は、前記上側ヘッダー管に接続された上側接続管と、前記下側ヘッダー管に接続された下側接続管と、を含み、
    　前記上側ヘッダー管の管径をφＤｈｕとし、前記下側ヘッダー管の管径をφＤｈｌとし、前記上側接続管の管径をφＤｊｕとし、前記下側接続管の管径をφＤｊｌとしたとき、
    　φＤｈｕ＞φＤｊｕ及びφＤｈｌ＞φＤｊｌである
    　熱交換器。
  2. 　前記上側ヘッダー管と前記上側接続管との接続位置は、
    　前記上側ヘッダー管の下部であり、
    　前記下側ヘッダー管と前記下側接続管との接続位置は、
    　前記下側ヘッダー管の下部である
    　請求項１に記載の熱交換器。
  3. 　前記分流器と前記上側接続管との接続位置、及び、前記分流器と前記下側接続管との接続位置は、
    　前記下側ヘッダー管の上端よりも下である
    　請求項１又は２に記載の熱交換器。
  4. 　前記上側ヘッダー管、前記下側ヘッダー管、前記上側接続管及び前記下側接続管の管径は、
    　前記上側ヘッダー管、前記下側ヘッダー管、前記上側接続管及び前記下側接続管の全長に亘る領域における管径の平均値である
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の熱交換器。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の熱交換器と、圧縮機と、膨張弁と、を備えた空気調和機。
  6. 　前記冷媒分配器は、
    　前記熱交換器が蒸発器として機能している場合、前記上部パス及び前記下部パスの出口に接続されている
    　請求項５に記載の空気調和機。
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