WO2021171446A1 - 熱源側ユニットの熱交換器及び該熱交換器を備えたヒートポンプ装置 - Google Patents

熱源側ユニットの熱交換器及び該熱交換器を備えたヒートポンプ装置 Download PDF

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heat transfer
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refrigerant
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一晃 櫻井
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三菱電機株式会社
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    • F28D2021/0071—Evaporators

Definitions

  • the present disclosure relates to a heat exchanger of a heat source side unit capable of suppressing the growth of ice that freezes at the bottom of the heat exchange unit, and a heat pump device provided with the heat exchanger.
  • the heat source side unit of the heat pump device is equipped with a heat exchanger that exchanges heat between air and the refrigerant.
  • the heat exchanger includes a heat exchange unit composed of a large number of heat transfer tubes.
  • the heat exchange units are generally arranged in two rows on the leeward side and the leeward side.
  • a configuration in which three or more rows of heat exchange units are arranged in the air passage direction is used.
  • the evaporation temperature of the refrigerant is lower than the ambient air temperature, so that the moisture in the air condenses on the surface of the fins, and the condensed water condenses on the surface of the fins. It travels through the fins and stays on the bottom of the heat exchanger and on the bottom plate of the housing. Then, the accumulated dew condensation water may freeze when the outside air becomes below the freezing point. Frozen ice grows over time and can damage the bottom of the heat exchanger. Therefore, it is desirable that the heat source side unit has a configuration capable of defrosting frozen ice and suppressing the growth of ice.
  • the heat exchanger of the heat source side unit of the refrigerating apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a large number of fins, a plurality of first heat transfer tubes arranged in the vertical direction to form a first row, and a second row arranged in the vertical direction.
  • a plurality of second heat transfer pipes forming a It is a structure to have.
  • the first heat transfer tube is located on the wind side where the outside air flows.
  • the third heat transfer tube is located on the leeward side where the outside air flows.
  • the second heat transfer tube is located between the first heat transfer tube and the third heat transfer tube.
  • the first heat transfer tube located at the bottom of the first row, the second heat transfer tube located at the bottom of the second row, and the third heat transfer tube located at the bottom of the third row are connected to each other and are first. It forms a flow path.
  • the liquid side connecting pipe is connected to the first heat transfer pipe located at the bottom of the first row.
  • the shunt is connected to a third heat transfer tube located at the bottom of the third row.
  • the shunt flows from the liquid side connecting pipe to the first flow path, and the refrigerant leaving the first flow path is divided into four branch pipes. Except for the first heat transfer tube, the second heat transfer tube, and the third heat transfer tube forming the first flow path, the other first heat transfer tube, the second heat transfer tube, and the third heat transfer tube came out from the plurality of branch tubes, respectively. It forms four branch flow paths through which the refrigerant flows. The refrigerant flowing out of the four branch flow paths flows into the gas side header, merges, and then flows out to the gas side connection pipe.
  • the first heat transfer tube, the second heat transfer tube, and the third heat transfer tube located at the bottom of each row are connected to each other to form one flow path, which is on the liquid side.
  • a relatively high temperature refrigerant flows from the connecting pipe into the first heat transfer tube, passes through the second heat transfer tube and the third heat transfer tube, and flows to the diversion device.
  • the temperature of the refrigerant flowing through the heat transfer tube located at the bottom of the heat exchanger is higher than 0 ° C., it is possible to suppress freezing of the heat exchanger.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and when the heat exchanger functions as an evaporator, the ice that freezes at the bottom of the heat exchange unit is thawed and the ice grows. It is an object of the present invention to provide a heat exchanger of a heat source side unit which can be suppressed and a heat pump device provided with the heat exchanger.
  • the heat exchanger of the heat source side unit includes a heat exchange unit in which at least three rows or more of heat transfer tubes composed of a plurality of heat transfer tubes arranged in the vertical direction are provided in the air passage direction, and a liquid phase or gas liquid. It has a liquid-side connection pipe that serves as an inlet / outlet for two-phase refrigerant and a distributor that distributes the refrigerant to a plurality of refrigerant flow paths constituting the heat exchange unit.
  • the heat exchange unit is of the heat transfer tube group. In the heat transfer tube group of at least two rows, the liquid side connection tube is connected to one end of the heat transfer tube located at least at the lowermost part of the heat transfer tube group, and the distributor is connected to the other end.
  • the heat pump device is provided with a refrigerant circuit in which a compressor, a load side heat exchanger, an expansion mechanism, and a heat exchanger of the heat source side unit are sequentially connected by a pipe to circulate the refrigerant.
  • liquid is placed at one end of the heat transfer tubes located at least at the bottom of the heat transfer tubes.
  • a side connection pipe is connected, and a distributor is connected to the other end. Therefore, when the heat exchanger functions as an evaporator, the relatively high temperature refrigerant flowing from the liquid side connection pipe can flow into each heat transfer pipe located at the bottom, so that the bottom of the heat exchange unit can be flowed. The growth of frozen ice can be suppressed.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a heat source side unit of the heat pump device according to the first embodiment, in a state where some components are omitted. It is explanatory drawing which shows typically the heat source side heat exchanger of the heat pump apparatus which concerns on Embodiment 1. It is explanatory drawing which shows typically the heat source side heat exchanger of the heat pump apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of the heat pump device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a heat source side unit of the heat pump device according to the first embodiment, with some components omitted.
  • the heat pump device 100 includes a heat source side unit 200 and a load side unit 300, and for example, air-conditioning or hot water supply is performed. Then, in the heat pump device 100, the compressor 10, the flow path switching device 11, the heat source side heat exchanger 12, the expansion mechanism 13, and the load side heat exchanger 14 are sequentially connected by the gas side pipe 15 and the liquid side pipe 16. It has a refrigerant circuit 400 in which the refrigerant circulates.
  • the compressor 10, the flow path switching device 11, the heat source side heat exchanger 12, and the expansion mechanism 13 are provided in the heat source side unit 200.
  • the load side heat exchanger 14 is provided in the load side unit 300.
  • the heat source side unit 200 houses a compressor 10, a flow path switching device 11, a heat source side heat exchanger 12, and an expansion mechanism 13 inside a housing 201 forming an outer shell. ing.
  • the compressor 10 and the heat source side heat exchanger 12 are provided on the upper surface of the bottom plate 201a of the housing 201.
  • the compressor 10 compresses the sucked refrigerant and discharges it in a high temperature and high pressure state.
  • the compressor 10 is a positive displacement compressor having a configuration in which the operating capacity can be changed and is driven by a motor controlled by an inverter.
  • the flow path switching device 11 is a four-way valve as an example, and has a function of switching the flow path of the refrigerant. Specifically, when the heat source side heat exchanger 12 functions as a condenser, the flow path switching device 11 connects the refrigerant discharge side of the compressor 10 and the gas side of the heat source side heat exchanger 12 and compresses them. The refrigerant flow path is switched so as to connect the refrigerant suction side of the machine 10 and the gas side of the load side heat exchanger 14. Further, when the heat source side heat exchanger 12 functions as an evaporator, the flow path switching device 11 connects the refrigerant discharge side of the compressor 10 and the gas side of the load side heat exchanger 14, and also connects the compressor 10 to the gas side.
  • the refrigerant flow path is switched so as to connect the refrigerant suction side and the gas side of the heat source side heat exchanger 12.
  • the flow path switching device 11 may be configured by combining, for example, a two-way valve or a three-way valve.
  • the heat source side heat exchanger 12 functions as a condenser, for example, during a cooling operation, and causes heat exchange between the refrigerant discharged from the compressor 10 and air. Further, the heat source side heat exchanger 12 functions as an evaporator during, for example, heating operation, and causes heat exchange between the refrigerant flowing out from the expansion mechanism 13 and the air. The heat source side heat exchanger 12 sucks in outdoor air by a blower and discharges the air that has exchanged heat with the refrigerant to the outside.
  • the expansion mechanism 13 decompresses and expands the refrigerant flowing in the refrigerant circuit, and is composed of an electronic expansion valve whose opening degree is variably controlled as an example.
  • the load-side heat exchanger 14 functions as an evaporator during, for example, cooling operation, and causes heat exchange between the refrigerant flowing out from the expansion mechanism 13 and the air. Further, the load side heat exchanger 14 functions as a condenser, for example, during a heating operation, and causes heat exchange between the refrigerant discharged from the compressor 10 and air. The load-side heat exchanger 14 sucks indoor air by a blower and supplies the air that has exchanged heat with the refrigerant into the room.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing a heat source side heat exchanger of the heat pump device according to the first embodiment.
  • the white arrows shown in FIG. 3 indicate the air passage direction X.
  • the heat source side heat exchanger 12 is a heat exchange unit in which three rows of heat transfer tubes (3A to 3C) composed of a plurality of heat transfer tubes 3 arranged in the vertical direction are provided in the air passage direction X. 1, a distributor 5 that distributes the refrigerant to a plurality of refrigerant flow paths (4a to 4c) constituting the heat exchange unit 1, a liquid side connecting pipe 6 that serves as an inlet / outlet for liquid-phase or gas-liquid two-phase refrigerant. have.
  • the heat exchange unit 1 includes fins including a plurality of fins 2 and a group of heat transfer tubes (3A to 3C) composed of a plurality of heat transfer tubes 3 arranged in the vertical direction. It is a tube type (cross fin type).
  • the fin 2 is made of a metal material such as an aluminum alloy, and is in contact with the heat transfer tube 3 to increase the heat transfer area.
  • the fins 2 are arranged in parallel at intervals in a direction substantially orthogonal to the air passage direction X so that the plate-shaped surfaces are substantially parallel.
  • the heat transfer tube group (3A to 3C) has a first row heat transfer tube group 3A, a second row heat transfer tube group 3B, and a third row heat transfer tube group 3C arranged in order from the leeward side, and has three rows along the air passage direction X. It is composed of.
  • the first row heat transfer tube group 3A is composed of a plurality of heat transfer tubes (30a to 30e) arranged in the vertical direction.
  • the second row heat transfer tube group 3B is composed of a plurality of heat transfer tubes (31a to 31e) arranged in the vertical direction.
  • the third row heat transfer tube group 3C is composed of a plurality of heat transfer tubes (32a to 32e) arranged in the vertical direction.
  • the heat transfer tube groups (3A to 3C) may be provided in three or more rows in the air passage direction X. Further, for convenience of illustration, only five heat transfer tubes in each row are described, but the heat transfer tubes are actually composed of five or more heat transfer tubes.
  • the heat transfer tube 3 is made of a metal material such as an aluminum alloy, and a flow path for passing a refrigerant is formed inside.
  • the liquid side connection tube 6 is connected to one end of the heat transfer tubes 30a and 32a located at the lowermost part of the first row heat transfer tube group 3A and the third row heat transfer tube group 3C, and is distributed to the other end.
  • the vessel 5 is connected.
  • the heat transfer tube 30a located at the bottom of the first row heat transfer tube group 3A and the heat transfer tube 31a located at the bottom of the second row heat transfer tube group 3B are connected, and are connected to the heat transfer tube 30a on the liquid side.
  • the tube 6 is connected, and the distributor 5 is connected to the heat transfer tube 31a.
  • the heat transfer tube 32a located at the lowermost part of the third row heat transfer tube group 3C has a liquid side connection tube 6 connected to one end and a distributor 5 connected to the other end.
  • the heat transfer tubes of the adjacent rows in the air passage direction X are connected to each other except for the heat transfer tubes (30a, 31a, 32a) located at the bottom of the heat transfer tubes (3A to 3C).
  • a plurality of refrigerant flow paths (4a to 4c) are formed in the vertical direction.
  • each heat transfer tube (32b to 32e) of the third row heat transfer tube group 3C is connected to the distributor 5, and each heat transfer tube (30b) of the first row heat transfer tube group 3A is connected.
  • ⁇ 30e) are connected to the gas side pipes 15 respectively.
  • the heat transfer tubes (30b to 30e) of the first row heat transfer tube group 3A and the gas side pipe 15 may be connected via a gas connection pipe.
  • the heat exchange unit 1 has a liquid side connection tube at one end of the heat transfer tubes (30a to 32a) located at least at the bottom of the heat transfer tube groups (3A to 3C). It is sufficient that 6 is connected and the distributor 5 is connected to the other end, and the configuration is not limited to the illustrated configuration.
  • the heat exchange unit 1 includes one end of a heat transfer tube 30a located at the bottom of the first row heat transfer tube group 3A and a heat transfer tube 30b located at the bottom of the second row heat transfer tube group 3B.
  • the liquid side connecting pipe 6 may be connected to one end of the heat transfer tube 30, and the distributor 5 may be connected to the other end of the heat transfer tube 30a and the other end of the heat transfer tube 30b. Further, the heat transfer tube 30a located at the bottom of the first row heat transfer tube group 3A does not necessarily have to be connected to the heat transfer tube 31a located at the bottom of the second row heat transfer tube group 3B, and the liquid side connection tube 6 is provided at one end. It may be connected and the distributor 5 may be connected to the other end.
  • the heat exchange unit 1 includes a heat transfer tube (30a, 31a, 32a) at the lowermost position, a heat transfer tube (30b, 31b, 32b) located second from the lowermost position, or the heat transfer tube (30b, 31b, 32b).
  • the liquid side connecting pipe 6 and the distributor 5 may be connected to each of the heat transfer tubes (30c, 31c, 32c) located third from the bottom.
  • the heat exchange unit 1 has a configuration in which the liquid side connecting pipe 6 and the distributor 5 are connected to each of all the heat transfer tubes (30a to 30c, 31a to 31c, 32a to 32c) from the bottom to the third. May be good.
  • the liquid side connection pipe 6 and the distributor 5 may be connected to each heat transfer tube, or the heat transfer tubes adjacent to each other in the vertical direction or the air passage direction X may be connected to the connected set of heat transfer tubes.
  • the side connection pipe 6 and the distributor 5 may be connected to each other.
  • the liquid side connecting pipe 6 connects the liquid side pipe 16 and the heat transfer pipes (30a, 32a).
  • the liquid side connecting pipe 6 is composed of, for example, a bifurcated pipe.
  • the liquid-side connecting pipe 6 may be configured as a part of the liquid-side piping 16 or may be configured as a separate member from the liquid-side piping 16.
  • the distributor 5 includes a distributor main body 50, an inflow pipe 51 connecting the distributor main body 50 and heat transfer tubes (30a, 32a), and a plurality of thin tubes 52 connected to the distributor main body 50, respectively. doing.
  • the capillary tube 52 is composed of, for example, a capillary tube.
  • the thin tube 52 is connected to one end of each of the heat transfer tubes (32a to 32e) of the third row heat transfer tube group 3C except for the lowermost part.
  • the refrigerant that has flowed into the distributor main body 50 through the inflow pipe 51 is distributed to each thin pipe 52 by the distributor main body 50, decompressed by the thin pipe 52, and then flows into each refrigerant path (4a to 4c).
  • the distributor 5 is not limited to the illustrated configuration, and may have other forms as long as the refrigerant can be distributed to the plurality of refrigerant flow paths (4a to 4c) constituting the heat exchange unit 1.
  • the evaporation temperature of the refrigerant is lower than the ambient air temperature, so that moisture in the air condenses on the surface of the fin 2.
  • the condensed water travels through the fins 2 and stays in the lower part of the heat exchanger 12 and the upper surface of the bottom plate 201a of the housing 201. Then, the accumulated dew condensation water may freeze when the outside air becomes below the freezing point. Frozen ice grows over time and can damage the lower part of the heat exchanger 12.
  • the heat exchanger 12 of the heat source side unit 200 at least three rows of heat transfer tubes (3A to 3C) composed of a plurality of heat transfer tubes 3 arranged in the vertical direction are arranged in the air passage direction X.
  • the refrigerant is supplied to the heat exchange unit 1 provided above, the liquid side connection pipe 6 which is the inlet / outlet of the liquid phase or gas-liquid two-phase refrigerant, and the plurality of refrigerant flow paths (4a to 4c) constituting the heat exchange unit 1. It has a distributor 5 for distributing.
  • the heat exchange unit 1 is a heat transfer tube (30a) located at least at the bottom of the heat transfer tube group (3A, 3C) in at least two rows of heat transfer tube groups (3A, 3C) among the heat transfer tube groups (3A to 3C). , 31a, 32a), a liquid side connecting pipe 6 is connected to one end, and a distributor 5 is connected to the other end.
  • the relatively high temperature refrigerant flowing from the liquid side connecting pipe 6 flows into the distributor 5 and is a thin tube. Before the pressure is reduced by 52, the heat can be introduced into the heat transfer tubes (30a, 31a, 32a) at the lowermost part of the heat exchange unit 1. Therefore, in the heat exchanger 12 of the heat source side unit 200 according to the first embodiment, the relatively high temperature refrigerant flowing from the liquid side connecting pipe 6 is sent to the heat transfer tube located at the lowermost part under the outside air condition below the freezing point. Since it can flow into 30a, 31a, 32a), it is possible to promote deicing and suppress the growth of ice that freezes at the bottom of the heat exchange unit 1.
  • the condenser when the condenser functions as a condenser, the refrigerant that has passed through the refrigerant flow paths (4a to 4c) from the gas side pipe 15 is a distributor. Since it passes through the heat transfer tubes (30a, 31a, 32a) located at the lowermost part via 5 and flows into the liquid side pipe 16, the supercooling area can be reduced and the decrease in capacity can be suppressed. ..
  • FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a heat source side heat exchanger of the heat pump device according to the second embodiment.
  • the white arrows shown in FIG. 4 indicate the air passage direction X.
  • the same components as the heat exchanger 12 of the heat source side unit 200 described in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.
  • the liquid side connecting pipe 6 is composed of a three-branch pipe connecting the liquid side pipe 16 and the heat transfer pipes (30a, 31a, 32a).
  • the relatively high temperature refrigerant flowing through the liquid side connecting pipe 6 can be directly flowed into all of the heat transfer tubes (30a, 31a, 32a) located at the lowermost part. It is possible to promote deicing uniformly and over a wide range, and it is possible to suppress freezing of the heat exchange unit 1.
  • the heat exchange unit 1 includes a heat transfer tube (30a, 31a, 32a) at the bottom, a heat transfer tube (30b, 31b, 32b) located second from the bottom, or the heat transfer tube (30b, 31b, 32b).
  • the liquid side connecting pipe 6 and the distributor 5 may be connected to each of the heat transfer tubes (30c, 31c, 32c) located third from the bottom.
  • the heat exchange unit 1 has a configuration in which the liquid side connecting pipe 6 and the distributor 5 are connected to each of all the heat transfer tubes (30a to 30c, 31a to 31c, 32a to 32c) from the bottom to the third. May be good.
  • the liquid side connection pipe 6 and the distributor 5 may be connected to each heat transfer tube, or the heat transfer tubes adjacent to each other in the vertical direction or the air passage direction X may be connected to the connected set of heat transfer tubes.
  • the side connection pipe 6 and the distributor 5 may be connected to each other.
  • the heat exchanger 12 of the heat source side unit 200 and the heat pump device 100 provided with the heat exchanger 12 have been described above based on the first and second embodiments, the heat exchanger 12 and the heat pump device of the heat source side unit 200 have been described above.
  • 100 is not limited to the configuration of the above-described embodiment.
  • the heat exchanger 12 and the heat pump device 100 of the heat source side unit 200 are not limited to the above-mentioned components, and may include other components.
  • the heat exchange unit 1 is not limited to the fin tube type (cross fin type) configuration shown in the figure, and may have other forms.
  • the heat exchanger 12 and the heat pump device 100 of the heat source side unit 200 include a range of design changes and application variations normally performed by those skilled in the art within a range that does not deviate from the technical idea thereof.

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Abstract

熱源側ユニットの熱交換器は、上下方向に並ぶ複数の伝熱管で構成された伝熱管群が風路方向に少なくとも３列以上設けられた熱交換ユニットと、液相又は気液二相の冷媒の出入口となる液側接続管と、熱交換ユニットを構成する複数の冷媒流路に冷媒を分配する分配器と、を有している。熱交換ユニットは、伝熱管群のうち少なくとも２列の伝熱管群において、該伝熱管群の少なくとも最下部に位置する伝熱管の一端に液側接続管が接続され、他端に分配器が接続されている。

Description

熱源側ユニットの熱交換器及び該熱交換器を備えたヒートポンプ装置
　本開示は、熱交換ユニットの最下部で凍結する氷の成長を抑制できる熱源側ユニットの熱交換器及び該熱交換器を備えたヒートポンプ装置に関するものである。
　ヒートポンプ装置の熱源側ユニットは、空気と冷媒との間で熱交換を行わせる熱交換器を備えている。熱交換器は、多数の伝熱管で構成された熱交換ユニットを備えている。熱交ユニットは、風上側と風下側に配置して２列とした構成が一般的である。しかし、最近では、熱交換効率を高めるために、熱交ユニットを風路方向に３列以上並べた構成が利用されている。
　そして、ヒートポンプ装置の熱源側ユニットは、蒸発器として使用される場合、冷媒の蒸発温度が周囲の空気温度に比べて低くなるため、空気中の水分がフィンの表面に結露し、その結露水がフィンを伝って熱交換器の下部及び筐体の底板上に滞留する。そして、滞留した結露水は、外気が氷点下となると凍結するおそれがある。凍結した氷は、時間を追うごとに成長し、熱交換器の下部を損傷させるおそれがある。そのため、熱源側ユニットでは、凍結した氷を解氷させ、氷の成長を抑制できる構成とすることが望ましい。
　例えば特許文献１に開示された冷凍装置の熱源側ユニットの熱交換器は、多数のフィンと、上下方向に並び第１列を形成する複数の第１伝熱管と、上下方向に並び第２列を形成する複数の第２伝熱管と、上下方向に並び第３列を形成する複数の第３伝熱管と、液側接続管と、ガス側接続管と、冷媒を分流させる分流器と、を有する構成である。第１伝熱管は、外気の流れる風上側に位置する。第３伝熱管は、外気の流れる風下側に位置する。第２伝熱管は、第１伝熱管と第３伝熱管との間に位置している。
　第１列の最下部に位置する第１伝熱管、第２列の最下部に位置する第２伝熱管、及び第３列の最下部に位置する第３伝熱管は、互いに接続されて第１流路を形成している。液側接続管は、第１列の最下部に位置する第１伝熱管に接続されている。分流器は、第３列の最下部に位置する第３伝熱管に接続されている。熱交換器が蒸発器として機能する場合、液側接続管から比較的高温の冷媒が第１伝熱管へ流入し、第２伝熱管、第３伝熱管を通って分流器へと流れる。分流器は、液側接続管から第１流路に流れ、第１流路を出た冷媒を４つの分岐管に分流させる。第１流路を形成する第１伝熱管、第２伝熱管及び第３伝熱管を除く、他の第１伝熱管、第２伝熱管及び第３伝熱管は、複数の分岐管からそれぞれ出た冷媒が流れる４つの分岐流路を形成している。４つの分岐流路から流れ出た冷媒は、ガス側ヘッダへ流入して合流した後、ガス側接続管へと流れ出る。
特開２０１５－１４１００９号公報
　上記特許文献１の熱交換器では、各列の最下部に位置する第１伝熱管、第２伝熱管及び第３伝熱管が互いに接続されて１本の流路で構成されており、液側接続管から比較的高温の冷媒が第１伝熱管へ流入し、第２伝熱管、第３伝熱管を通って分流器へと流れる。一般に、熱交換器の最下部に位置する伝熱管を流れる冷媒の温度が０℃よりも高ければ、熱交換器の凍結を抑制することが可能である。しかし、この熱交換器では、液側接続管から流入する比較的高温の冷媒が、第１伝熱管から第３伝熱管へ流れる際に配管の圧損と熱交換とによって冷媒温度が低下するため、十分な解氷効果が得られないおそれがある。
　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、熱交換器が蒸発器として機能した際に、熱交換ユニットの最下部で凍結する氷を解氷させ、氷の成長を抑制できる、熱源側ユニットの熱交換器及び該熱交換器を備えたヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
　本開示に係る熱源側ユニットの熱交換器は、上下方向に並ぶ複数の伝熱管で構成された伝熱管群が風路方向に少なくとも３列以上設けられた熱交換ユニットと、液相又は気液二相の冷媒の出入口となる液側接続管と、前記熱交換ユニットを構成する複数の冷媒流路に冷媒を分配する分配器と、を有し、前記熱交換ユニットは、前記伝熱管群のうち少なくとも２列の伝熱管群において、該伝熱管群の少なくとも最下部に位置する伝熱管の一端に前記液側接続管が接続され、他端に前記分配器が接続されているものである。
　本開示に係るヒートポンプ装置は、圧縮機、負荷側熱交換器、膨張機構、上記熱源側ユニットの熱交換器が、配管で順次に接続されて冷媒が循環する冷媒回路を備えたものである。
　本開示の熱源側ユニットの熱交換器及び該熱交換器を備えたヒートポンプ装置によれば、少なくとも２列の伝熱管群において、該伝熱管群の少なくとも最下部に位置する伝熱管の一端に液側接続管が接続され、他端に分配器が接続されている。よって、熱交換器が蒸発器として機能した際に、液側接続管から流入する比較的高温の冷媒を、最下部に位置する各伝熱管に流入させることができるため、熱交換ユニットの最下部で凍結する氷の成長を抑制できる。
本実施の形態１に係るヒートポンプ装置の冷媒回路図である。 本実施の形態１に係るヒートポンプ装置の熱源側ユニットであって、構成要素を一部省略した状態で示した斜視図である。 本実施の形態１に係るヒートポンプ装置の熱源側熱交換器を模式的に示した説明図である。 本実施の形態２に係るヒートポンプ装置の熱源側熱交換器を模式的に示した説明図である。
　以下、図面を参照して、本開示の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略又は簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさ、及び配置等は、適宜変更することができる。
　実施の形態１．
　図１は、本実施の形態１に係るヒートポンプ装置の冷媒回路図である。図２は、本実施の形態１に係るヒートポンプ装置の熱源側ユニットであって、構成要素を一部省略した状態で示した斜視図である。
　本実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００は、図１に示すように、熱源側ユニット２００と、負荷側ユニット３００と、を備えており、例えば空調又は給湯等を行うものである。そして、ヒートポンプ装置１００は、圧縮機１０、流路切替装置１１、熱源側熱交換器１２、膨張機構１３及び負荷側熱交換器１４が、ガス側配管１５と液側配管１６とにより順次に接続され、冷媒が循環する冷媒回路４００を有している。圧縮機１０、流路切替装置１１、熱源側熱交換器１２及び膨張機構１３は、熱源側ユニット２００に設けられている。負荷側熱交換器１４は、負荷側ユニット３００に設けられている。
　熱源側ユニット２００は、図１及び図２に示すように、外郭を形成する筐体２０１の内部に、圧縮機１０、流路切替装置１１、熱源側熱交換器１２及び膨張機構１３が収容されている。圧縮機１０及び熱源側熱交換器１２は、筐体２０１の底板２０１ａの上面に設けられている。
　圧縮機１０は、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の状態にして吐出するものである。圧縮機１０は、一例として、運転容量を可変させることが可能とした構成であり、インバータにより制御されるモータによって駆動される容積式圧縮機である。
　流路切替装置１１は、一例として四方弁であり、冷媒の流路を切り換える機能を有するものである。具体的には、流路切替装置１１は、熱源側熱交換器１２が凝縮器として機能する場合、圧縮機１０の冷媒吐出側と熱源側熱交換器１２のガス側とを接続するとともに、圧縮機１０の冷媒吸入側と負荷側熱交換器１４のガス側とを接続するように冷媒流路を切り換える。また、流路切替装置１１は、熱源側熱交換器１２が蒸発器として機能する場合、圧縮機１０の冷媒吐出側と負荷側熱交換器１４のガス側とを接続するとともに、圧縮機１０の冷媒吸入側と熱源側熱交換器１２のガス側とを接続するように冷媒流路を切り換える。なお、流路切替装置１１は、例えば二方弁又は三方弁を組み合わせて構成してもよい。
　熱源側熱交換器１２は、例えば冷房運転時には凝縮器として機能し、圧縮機１０から吐出された冷媒と空気との間で熱交換を行わせるものである。また、熱源側熱交換器１２は、例えば暖房運転時には蒸発器として機能し、膨張機構１３から流出した冷媒と空気との間で熱交換を行わせるものである。熱源側熱交換器１２は、送風機によって室外空気を吸い込み、冷媒との間で熱交換した空気を室外に排出する。
　膨張機構１３は、冷媒回路内を流れる冷媒を減圧して膨張させるものであり、一例として開度が可変に制御される電子膨張弁で構成される。
　負荷側熱交換器１４は、例えば冷房運転時には蒸発器として機能し、膨張機構１３から流出した冷媒と空気との間で熱交換を行わせるものである。また、負荷側熱交換器１４は、例えば暖房運転時には凝縮器として機能し、圧縮機１０から吐出された冷媒と空気との間で熱交換を行わせるものである。負荷側熱交換器１４は、送風機によって室内空気を吸い込み、冷媒との間で熱交換した空気を室内に供給する。
　次に、図２を参照しつつ、図３に基づいて熱源側熱交換器１２の構成を説明する。図３は、本実施の形態１に係るヒートポンプ装置の熱源側熱交換器を模式的に示した説明図である。図３中に示す白抜き矢印は風路方向Ｘを示している。
　熱源側熱交換器１２は、図３に示すように、上下方向に並ぶ複数の伝熱管３で構成された伝熱管群（３Ａ～３Ｃ）が風路方向Ｘに３列設けられた熱交換ユニット１と、熱交換ユニット１を構成する複数の冷媒流路（４ａ～４ｃ）に冷媒を分配する分配器５と、液相又は気液二相の冷媒の出入口となる液側接続管６と、を有している。
　熱交換ユニット１は、図２及び図３に示すように、複数枚のフィン２と、上下方向に並ぶ複数の伝熱管３で構成された伝熱管群（３Ａ～３Ｃ）と、を備えたフィンチューブ型（クロスフィン型）である。フィン２は、例えばアルミニウム合金等の金属材で形成されており、伝熱管３に接して伝熱面積を増大させるものである。フィン２は、板状の面が略平行となるように風路方向Ｘと略直交する方向に間隔をあけて並列に配置されている。
　伝熱管群（３Ａ～３Ｃ）は、風下側から順に配置された第１列伝熱管群３Ａ、第２列伝熱管群３Ｂ及び第３列伝熱管群３Ｃを有し、風路方向Ｘに沿って３列で構成されている。第１列伝熱管群３Ａは、上下方向に並ぶ複数の伝熱管（３０ａ～３０ｅ）で構成されている。第２列伝熱管群３Ｂは、上下方向に並ぶ複数の伝熱管（３１ａ～３１ｅ）で構成されている。第３列伝熱管群３Ｃは、上下方向に並ぶ複数の伝熱管（３２ａ～３２ｅ）で構成されている。なお、伝熱管群（３Ａ～３Ｃ）は、風路方向Ｘに３列以上設けてもよい。また、図示の便宜上、各列の伝熱管を５つのみ記載したが、実際には５つ以上の伝熱管で構成されている。
　伝熱管３は、例えばアルミニウム合金等の金属材で形成されており、内部に冷媒を通す流路が形成されている。伝熱管群（３Ａ～３Ｃ）は、第１列伝熱管群３Ａと第３列伝熱管群３Ｃの最下部に位置する伝熱管３０ａ及び３２ａの一端に液側接続管６が接続され、他端に分配器５が接続されている。図示例では、第１列伝熱管群３Ａの最下部に位置する伝熱管３０ａと、第２列伝熱管群３Ｂの最下部に位置する伝熱管３１ａとが接続されており、伝熱管３０ａに液側接続管６が接続され、伝熱管３１ａに分配器５が接続されている。第３列伝熱管群３Ｃの最下部に位置する伝熱管３２ａは、一端に液側接続管６が接続され、他端に分配器５が接続されている。
　熱交換ユニット１では、伝熱管群（３Ａ～３Ｃ）の最下部に位置する伝熱管（３０ａ、３１ａ、３２ａ）を除き、風路方向Ｘにおいて隣り合う各列の伝熱管が互いに接続されており、上下方向に複数の冷媒流路（４ａ～４ｃ）を形成している。各冷媒流路（４ａ～４ｃ）は、第３列伝熱管群３Ｃの各伝熱管（３２ｂ～３２ｅ）が、分配器５にそれぞれ接続されており、第１列伝熱管群３Ａの各伝熱管（３０ｂ～３０ｅ）がガス側配管１５にそれぞれ接続されている。なお、第１列伝熱管群３Ａの各伝熱管（３０ｂ～３０ｅ）と、ガス側配管１５とは、ガス接続管を介して接続してもよい。
　なお、熱交換ユニット１は、２列の伝熱管群（３Ａ～３Ｃ）において、伝熱管群（３Ａ～３Ｃ）の少なくとも最下部に位置する伝熱管（３０ａ～３２ａ）の一端に液側接続管６が接続され、他端に分配器５が接続されていればよく、図示した構成に限定されない。図示することは省略したが、例えば、熱交換ユニット１は、第１列伝熱管群３Ａの最下部に位置する伝熱管３０ａの一端と、第２列伝熱管群３Ｂの最下部に位置する伝熱管３０ｂの一端に、液側接続管６が接続され、該伝熱管３０ａの他端と、該伝熱管３０ｂの他端に、分配器５が接続された構成でもよい。また、第１列伝熱管群３Ａの最下部に位置する伝熱管３０ａは、第２列伝熱管群３Ｂの最下部に位置する伝熱管３１ａと必ずしも接続する必要はなく、一端に液側接続管６が接続され、他端に分配器５が接続された構成としてもよい。
　また、図示することは省略したが、熱交換ユニット１は、最下部の伝熱管（３０ａ、３１ａ、３２ａ）と、該最下部から２番目に位置する伝熱管（３０ｂ、３１ｂ、３２ｂ）又は該最下部から３番目に位置する伝熱管（３０ｃ、３１ｃ、３２ｃ）のそれぞれに、液側接続管６と分配器５を接続した構成でもよい。或いは、熱交換ユニット１は、最下部から３番目までのすべての伝熱管（３０ａ～３０ｃ、３１ａ～３１ｃ、３２ａ～３２ｃ）のそれぞれに、液側接続管６と分配器５を接続した構成としてもよい。この場合、伝熱管ごとに、液側接続管６と分配器５を接続した構成でもよいし、上下方向又は風路方向Ｘに隣り合う伝熱管同士を接続し、接続した組の伝熱管に液側接続管６と分配器５を接続した構成でもよい。なお、最下部から２番目及び３番目に位置する伝熱管について説明したが、最下部から４番目以上に位置する伝熱管でも同様に実施できる。
　液側接続管６は、液側配管１６と伝熱管（３０ａ、３２ａ）とを接続するものである。液側接続管６は、例えば２分岐管で構成されている。なお、液側接続管６は、液側配管１６の一部として構成してもよいし、液側配管１６とは別部材として構成してもよい。
　分配器５は、分配器本体５０と、分配器本体５０と伝熱管（３０ａ、３２ａ）とを接続する流入管５１と、分配器本体５０にそれぞれ接続された複数本の細管５２と、を有している。細管５２は、例えばキャピラリーチューブで構成されている。細管５２は、第３列伝熱管群３Ｃの伝熱管（３２ａ～３２ｅ）のうち、最下部を除く伝熱管（３２ｂ～３２ｅ）の一端にそれぞれ接続されている。流入管５１を介して分配器本体５０に流入した冷媒は、分配器本体５０で各細管５２に分配され、細管５２で減圧された後、各冷媒経路（４ａ～４ｃ）に流入する。なお、分配器５は、図示した構成に限定されず、熱交換ユニット１を構成する複数の冷媒流路（４ａ～４ｃ）に冷媒を分配することができれば、他の形態でもよい。
　ここで、ヒートポンプ装置１００の熱源側ユニット２００は、蒸発器として使用される場合、冷媒の蒸発温度が周囲の空気温度に比べて低くなるため、空気中の水分がフィン２の表面に結露し、その結露水がフィン２を伝って熱交換器１２の下部及び筐体２０１の底板２０１ａの上面に滞留する。そして、滞留した結露水は、外気が氷点下となると凍結するおそれがある。凍結した氷は、時間を追うごとに成長し、熱交換器１２の下部を損傷させるおそれがある。
　そこで、本実施の形態１に係る熱源側ユニット２００の熱交換器１２では、上下方向に並ぶ複数の伝熱管３で構成された伝熱管群（３Ａ～３Ｃ）が風路方向Ｘに少なくとも３列以上設けられた熱交換ユニット１と、液相又は気液二相の冷媒の出入口となる液側接続管６と、熱交換ユニット１を構成する複数の冷媒流路（４ａ～４ｃ）に冷媒を分配する分配器５と、を有している。熱交換ユニット１は、伝熱管群（３Ａ～３Ｃ）のうち少なくとも２列の伝熱管群（３Ａ、３Ｃ）において、該伝熱管群（３Ａ、３Ｃ）の少なくとも最下部に位置する伝熱管（３０ａ、３１ａ、３２ａ）の一端に液側接続管６が接続され、他端に分配器５が接続されている。
　つまり、本実施の形態１に係る熱源側ユニット２００の熱交換器１２では、蒸発器として機能した際に、液側接続管６から流れる比較的高温の冷媒が、分配器５に流入して細管５２で減圧される前に、熱交換ユニット１の最下部の伝熱管（３０ａ、３１ａ、３２ａ）に流入させることができる。よって、本実施の形態１に係る熱源側ユニット２００の熱交換器１２では、氷点下以下の外気条件において、液側接続管６から流入する比較的高温の冷媒を、最下部に位置する伝熱管（３０ａ、３１ａ、３２ａ）に流入させることができるため、解氷を促すことができ、熱交換ユニット１の最下部で凍結する氷の成長を抑制できる。
　また、本実施の形態１に係る熱源側ユニット２００の熱交換器１２では、凝縮器として機能した際に、ガス側配管１５から各冷媒流路（４ａ～４ｃ）を通過した冷媒が、分配器５を介して最下部に位置する伝熱管（３０ａ、３１ａ、３２ａ）を通過して液側配管１６に流入するので、過冷却域を小さくすることができ、能力の低下を抑制することもできる。
　実施の形態２．
　次に、本実施の形態２に係る熱源側ユニット２００の熱交換器１２を図４に基づいて説明する。図４は、本実施の形態２に係るヒートポンプ装置の熱源側熱交換器を模式的に示した説明図である。図４中に示す白抜き矢印は風路方向Ｘを示している。なお、実施の形態１で説明した熱源側ユニット２００の熱交換器１２と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その説明を適宜省略する。
　本実施の形態２に係る熱源側ユニット２００の熱交換器１２では、第１列伝熱管群３Ａ、第２列伝熱管群３Ｂ及び第３列伝熱管群３Ｃの最下部に位置する伝熱管（３０ａ、３１ａ、３２ａ）のそれぞれの一端に液側接続管６が接続され、それぞれの他端に分配器５が接続されている。なお、液側接続管６は、液側配管１６と伝熱管（３０ａ、３１ａ、３２ａ）とを接続する３分岐管で構成されている。
　つまり、この熱源側熱交換器１２では、最下部に位置する伝熱管（３０ａ、３１ａ、３２ａ）のすべてに、液側接続管６を流れる比較的高温の冷媒を直接流入させることができるので、均一に且つ広範囲に亘って解氷を促すことができ、熱交換ユニット１の凍結を抑制できる。
　なお、図示することは省略したが、熱交換ユニット１は、最下部の伝熱管（３０ａ、３１ａ、３２ａ）と、該最下部から２番目に位置する伝熱管（３０ｂ、３１ｂ、３２ｂ）又は該最下部から３番目に位置する伝熱管（３０ｃ、３１ｃ、３２ｃ）のそれぞれに、液側接続管６と分配器５を接続した構成でもよい。或いは、熱交換ユニット１は、最下部から３番目までのすべての伝熱管（３０ａ～３０ｃ、３１ａ～３１ｃ、３２ａ～３２ｃ）のそれぞれに、液側接続管６と分配器５を接続した構成としてもよい。この場合、伝熱管ごとに、液側接続管６と分配器５を接続した構成でもよいし、上下方向又は風路方向Ｘに隣り合う伝熱管同士を接続し、接続した組の伝熱管に液側接続管６と分配器５を接続した構成でもよい。なお、最下部から２番目及び３番目に位置する伝熱管について説明したが、最下部から４番目以上に位置する伝熱管でも同様に実施できる。
　以上に、熱源側ユニット２００の熱交換器１２及び該熱交換器１２を備えたヒートポンプ装置１００を実施の形態１及び２に基づいて説明したが、熱源側ユニット２００の熱交換器１２及びヒートポンプ装置１００は、上述した実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば熱源側ユニット２００の熱交換器１２及びヒートポンプ装置１００は、上述した構成要素に限定されるものではなく、他の構成要素を含んでもよい。また、熱交換ユニット１は、図示したフィンチューブ型（クロスフィン型）の構成に限定されず、他の形態でもよい。要するに、熱源側ユニット２００の熱交換器１２及びヒートポンプ装置１００は、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更及び応用のバリエーションの範囲を含むものである。
　１　熱交換ユニット、２　フィン、３　伝熱管、３Ａ　第１列伝熱管群、３Ｂ　第２列伝熱管群、３Ｃ　第３列伝熱管群、４ａ、４ｂ、４ｃ　冷媒流路、５　分配器、６　液側接続管、１０　圧縮機、１１　流路切替装置、１２　熱源側熱交換器、１３　膨張機構、１４　負荷側熱交換器、１５　ガス側配管、１６　液側配管、３０ａ～３０ｅ　伝熱管、３１ａ～３１ｅ　伝熱管、３２ａ～３２ｅ　伝熱管、５０　分配器本体、５１　流入管、５２　細管、１００　ヒートポンプ装置、２００　熱源側ユニット、２０１　筐体、２０１ａ　底板、３００　負荷側ユニット、４００　冷媒回路。

Claims (4)

  1. 　上下方向に並ぶ複数の伝熱管で構成された伝熱管群が風路方向に少なくとも３列以上設けられた熱交換ユニットと、
    　液相又は気液二相の冷媒の出入口となる液側接続管と、
    　前記熱交換ユニットを構成する複数の冷媒流路に冷媒を分配する分配器と、を有し、
    　前記熱交換ユニットは、前記伝熱管群のうち少なくとも２列の伝熱管群において、該伝熱管群の少なくとも最下部に位置する伝熱管の一端に前記液側接続管が接続され、他端に前記分配器が接続されている、熱源側ユニットの熱交換器。
  2. 　前記伝熱管群は、風下側から順に第１列伝熱管群、第２列伝熱管群、第３列伝熱管群とされた３列で構成されており、
    　前記第１列伝熱管群、前記第２列伝熱管群及び前記第３列伝熱管群の少なくとも最下部に位置する伝熱管に、前記液側接続管が接続されている、請求項１に記載の熱源側ユニットの熱交換器。
  3. 　前記分配器は、前記熱交換ユニットを構成する複数の冷媒流路と接続される細管を有している、請求項１又は２に記載の熱源側ユニットの熱交換器。
  4. 　圧縮機、負荷側熱交換器、膨張機構、請求項１～３のいずれか一項に記載の熱源側ユニットの熱交換器が、配管で順次に接続されて冷媒が循環する冷媒回路を備えた、ヒートポンプ装置。
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