WO2021234952A1 - 熱交換器及び該熱交換器を備えた空気調和機 - Google Patents

熱交換器及び該熱交換器を備えた空気調和機 Download PDF

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heat exchanger
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隆直 木村
裕之 森本
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三菱電機株式会社
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    • F28D1/05383—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits
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    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/126—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element consisting of zig-zag shaped fins

Definitions

  • the present disclosure relates to a heat exchanger having a plurality of flat tubes and fins provided between adjacent flat tubes, and an air conditioner provided with the heat exchanger.
  • Patent Document 1 As a heat exchanger used for an outdoor unit of an air conditioner, as disclosed in Patent Document 1, a plurality of refrigerant flow paths flowing in the vertical direction are formed and arranged in parallel at intervals from each other.
  • a configuration with a header is known.
  • the refrigerant is vertically raised inside the flat tube, so it is necessary to increase the flow velocity of the refrigerant.
  • the air conditioning load is small, the operating frequency of the compressor may be lowered to perform partial load operation.
  • the region below the refrigerant flow velocity required to ascend the inside of the flat tube. May occur and the heat exchange performance may deteriorate.
  • This disclosure is made in order to solve the above-mentioned problems, and is necessary for raising the inside of the flat tube even when the operating frequency of the compressor is lowered and the partial load operation is performed. It is an object of the present invention to provide a heat exchanger and an air conditioner provided with the heat exchanger, which can obtain the refrigerant flow velocity to be used and can suppress deterioration of heat exchange performance.
  • the heat exchanger according to the present disclosure is a heat exchanger having a plurality of heat exchange units that exchange heat between the refrigerant and air, and the heat exchange unit is formed with a refrigerant flow path that flows in the vertical direction.
  • a plurality of flat tubes arranged in parallel at intervals from each other, a plurality of fins provided between the adjacent flat tubes, and an upper header to which the upper ends of the plurality of flat tubes are connected.
  • a lower header to which the upper end of each of the plurality of flat tubes is connected, and the plurality of heat exchange portions are connected to each other so that the upper headers can be circulated, and the lower headers of each other are opened and closed.
  • the on-off valve is controlled so as to be flowably connected via a valve and functions as a condenser
  • the flow path direction of the refrigerant in at least one of the heat exchange sections of the plurality of heat exchange sections is controlled. It is configured so that it faces upward and the flow path direction of the other refrigerant in the heat exchange section faces downward.
  • the air conditioner according to the present disclosure includes a compressor and the heat exchanger through which the refrigerant discharged from the compressor flows, and the on-off valve is controlled according to a preset operating frequency of the compressor. Is to be done.
  • the heat exchanger of the present disclosure for example, when the operating frequency of the compressor is lowered to perform partial load operation, only the refrigerant flowing through a part of the heat exchanger is used. Since it can be raised inside the flat tube, it is possible to obtain the refrigerant flow velocity required for raising the inside of the flat tube, and it is possible to suppress a decrease in heat exchange performance.
  • FIG. 1 It is a refrigerant circuit diagram of the air conditioner which concerns on Embodiment 1. It is a perspective view which looked at the cross section of the part II shown in FIG. 1 from above. It is a graph which showed the relationship between the height of the flat tube of the heat exchanger which concerns on Embodiment 1 and the flow velocity required for vertical ascending. It is explanatory drawing which showed the operation in the case of the heat exchanger which concerns on Embodiment 1 and the air conditioning load is small at the time of a cooling operation. It is explanatory drawing which showed the operation of the heat exchanger which concerns on Embodiment 1 when the air conditioning load is large at the time of a cooling operation. FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the operation of the heat exchanger according to the first embodiment during the heating operation. It is explanatory drawing which showed the operation of the heat exchanger which concerns on Embodiment 2 when the air conditioning load is small at the time of a cooling operation. It is explanatory drawing which showed the operation of the heat exchanger which concerns on Embodiment 2 when the air conditioning load is large at the time of a cooling operation. It is explanatory drawing which showed the operation in the heating operation which is the heat exchanger which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of the air conditioner according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of the cross section of the part II shown in FIG. 1 as viewed from above.
  • the arrow in FIG. 1 indicates the direction in which the refrigerant flows.
  • the white outline of each on-off valve indicates the open state of the valve, and the black color of each on-off valve indicates the closed state of the valve.
  • the air conditioner 300 is composed of an outdoor unit 100 and an indoor unit 200.
  • the air conditioner 300 includes a compressor 101, a first flow path switching means 102, an indoor heat exchanger 201, an expansion mechanism 103, an outdoor heat exchanger 104, and a refrigerant container 105. It has a refrigerant circuit that circulates the refrigerant by connecting with.
  • the outdoor unit 100 includes a compressor 101, a first flow path switching means 102, an expansion mechanism 103, an outdoor heat exchanger 104, and a refrigerant container 105.
  • the indoor unit 200 includes an indoor heat exchanger 201.
  • the air conditioner 300 is not limited to the illustrated components, and may include other components.
  • the operation of the air conditioner 300 is controlled by the control unit 109.
  • the control unit 109 is composed of an arithmetic unit such as a microcomputer or a CPU, and software executed on the arithmetic unit.
  • the control unit 109 may be configured by hardware such as a circuit device that realizes the function.
  • the compressor 101 compresses the sucked refrigerant and discharges it in a high temperature and high pressure state.
  • the compressor 101 is a positive displacement compressor having a configuration in which the operating capacity (frequency) can be changed and is driven by a motor controlled by an inverter.
  • the first flow path switching means 102 is a four-way valve as an example, and has a function of switching the flow path of the refrigerant.
  • the first flow path switching means 102 connects the refrigerant discharge side of the compressor 101 and the gas side of the outdoor heat exchanger 104 during the cooling operation, and connects the refrigerant suction side of the compressor 101 and the indoor heat exchanger 201. Switch the refrigerant flow path so as to connect to the gas side.
  • the first flow path switching means 102 connects the refrigerant discharge side of the compressor 101 and the gas side of the indoor heat exchanger 201 during the heating operation, and connects the refrigerant suction side of the compressor 101 and the outdoor heat exchanger.
  • the refrigerant flow path is switched so as to connect to the gas side of 104.
  • the first flow path switching means 102 may be configured by combining a two-way valve or a three-way valve.
  • the indoor heat exchanger 201 functions as an evaporator during the cooling operation, and causes heat exchange between the refrigerant flowing out from the expansion mechanism 103 and the air. Further, the indoor heat exchanger 201 functions as a condenser during the heating operation, and causes heat exchange between the refrigerant discharged from the compressor 101 and the air. The indoor heat exchanger 201 sucks indoor air by an indoor blower and supplies the air that has exchanged heat with the refrigerant into the room.
  • the expansion mechanism 103 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 refrigerant container 105 is, for example, a receiver or an accumulator. The refrigerant container 105 stores excess liquid refrigerant during operation.
  • the outdoor heat exchanger 104 functions as a condenser during the cooling operation, and causes heat exchange between the refrigerant discharged from the compressor 101 and the air. Further, the outdoor heat exchanger 104 functions as an evaporator during the heating operation, and causes heat exchange between the refrigerant flowing out from the expansion mechanism 103 and the air. The outdoor heat exchanger 104 sucks in the outdoor air by the outdoor blower and discharges the air that has exchanged heat with the refrigerant to the outside.
  • the outdoor heat exchanger 104 has a first heat exchange unit 104A and a second heat exchange unit 104B that exchange heat between the refrigerant and air. As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of refrigerant flow paths 10 flowing in the vertical direction Y are formed in the first heat exchange unit 104A and the second heat exchange unit 104B, and are arranged in parallel at intervals from each other.
  • the flat tube 1 is made of, for example, aluminum.
  • the flat tubes 1 are arranged in parallel at intervals in the left-right direction X so as to be orthogonal to the flow direction Z of the air flow. Further, the flat tube 1 is arranged so that the flow direction Z of the air flow and the flat surface are substantially parallel to each other.
  • a plurality of refrigerant flow paths 10 through which the refrigerant flows in the vertical direction Y are formed in parallel along the flow direction Z of the air flow.
  • the vertical direction Y includes not only the vertical direction but also a state of being tilted with respect to the vertical direction.
  • the left-right direction X includes not only the horizontal direction but also a state of being tilted with respect to the horizontal direction.
  • the fin 2 is made of aluminum, for example, and is a member that transfers the heat of the refrigerant flowing through the flat tube 1.
  • the fin 2 is a corrugated fin formed by bending a thin plate in a wavy shape.
  • the fins 2 are provided between two flat tubes 1 adjacent to each other among the plurality of flat tubes 1.
  • the bent apex of the fin 2 is joined to the flat surface of either of the two flat tubes 1.
  • the space between the fin 2 and the flat tube 1 is a ventilation path through which air flows.
  • the fin 2 may be configured to have a drain hole, a louver, or the like for draining condensed water on each slope.
  • the fin 2 is not limited to the corrugated fin, and may be, for example, a plate fin.
  • the first heat exchange unit 104A and the second heat exchange unit 104B are arranged side by side.
  • One end of the upper header 3 of the first heat exchange unit 104A and one end of the upper header 3 of the second heat exchange unit 104B are connected to each other so as to be circulated by the first connection pipe 5.
  • One end of the lower header 4 of the first heat exchange unit 104A and one end of the lower header 4 of the second heat exchange unit 104B are connected to each other so as to be circulated by the second connection pipe 6.
  • the second connection pipe 6 is provided with an on-off valve 6a controlled by the control unit 109.
  • the on-off valve 6a is, for example, a solenoid valve.
  • the upper header 3 of the first heat exchange unit 104A and the upper header 3 of the second heat exchange unit 104B are not connected by the first connection pipe 5, but are connected by one header. It may be configured. Further, the lower header 4 of the first heat exchange unit 104A and the lower header 4 of the second heat exchange unit 104B may be configured by one header without being connected by the second connection pipe 6. In this case, an on-off valve for controlling the flow between the first heat exchange unit 104A and the second heat exchange unit 104B shall be provided inside the combined lower header.
  • a first flow path pipe 7 branched from the refrigerant pipe 107 between the first flow path switching means 102 and the outdoor heat exchanger 104 is connected to the other end of the lower header 4 of the first heat exchange unit 104A. ing.
  • the refrigerant pipe 107 is provided with a second flow path switching means 106 at a position where the first flow path pipe 7 branches.
  • the second flow path switching means 106 is, for example, a three-way valve and is controlled by the control unit 109.
  • the second flow path pipe 8 is provided with an on-off valve 8a controlled by the control unit 109.
  • the on-off valve 8a is, for example, a solenoid valve.
  • the third flow path pipe 9 is provided with an on-off valve 9a controlled by the control unit 109.
  • the on-off valve 9a is, for example, a solenoid valve.
  • a valve body 108 is provided in the refrigerant pipe 107 between the connection point of the second flow path pipe 8 and the connection point of the third flow path pipe 9. By the valve body 108, the refrigerant flowing between the connection point of the second flow path pipe 8 and the connection point of the third flow path pipe 9 flows only in one direction.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 101 passes through the first flow path switching means 102, flows to the outdoor heat exchanger 104 via the first flow path piping 7, and is heat-exchanged with air to be a liquid refrigerant. It becomes.
  • the liquid refrigerant flows out to the refrigerant pipe 107 via the second flow path pipe 8 or the third flow path pipe 9, is depressurized by the expansion mechanism 103, becomes a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant, and reaches the indoor heat exchanger 201. It flows and exchanges heat with air to become a gas refrigerant.
  • the gas refrigerant passes through the first flow path switching means 102 and is sucked into the compressor 101 via the refrigerant container 105.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 101 passes through the first flow path switching means 102, flows to the indoor heat exchanger 201, and is heat-exchanged with air to become a liquid refrigerant.
  • the liquid refrigerant is decompressed by the expansion mechanism 103 to become a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant, flows to the outdoor heat exchanger 104 via the third flow path pipe 9, and is heat-exchanged with air to become a gas refrigerant.
  • the gas refrigerant flows out to the refrigerant pipe 107 via the second flow path pipe 8, passes through the first flow path switching means 102, and then is sucked into the compressor 101 via the refrigerant container 105.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the height of the flat tube of the heat exchanger according to the first embodiment and the flow velocity required for vertical ascent.
  • the horizontal axis indicates the height of the flat tube.
  • the vertical axis shows the refrigerant flow rate required for vertical ascent.
  • the above-mentioned outdoor heat exchanger 104 vertically raises the refrigerant inside the flat pipe 1. Therefore, as shown in FIG. 3, when the height of the flat tube 1 is increased, the flow velocity of the refrigerant required for vertical ascent increases. For example, in the variable capacity air conditioner 300, if the air conditioning load is small, the operating frequency of the compressor 101 may be lowered to perform partial load operation. In this case, in the outdoor heat exchanger 104, the refrigerant inside all the flat pipes 1 is uniformly affected by gravity, so that the region below the refrigerant flow velocity required to ascend the inside of the flat pipe 1 is located. It may occur and the heat exchange performance may deteriorate.
  • the on-off valve 6a is controlled according to the preset operating frequency of the compressor 101 to exchange the first heat.
  • the direction of the flow path of the refrigerant flowing through the section 104A and the second heat exchange section 104B is changed.
  • the arrows in FIGS. 4 to 6 indicate the direction in which the refrigerant flows.
  • the white outline of each on-off valve indicates the open state of the valve, and the black color of each on-off valve indicates the closed state of the valve.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the operation of the heat exchanger according to the first embodiment when the air conditioning load is small during the cooling operation.
  • the on-off valve 6a of the second connection pipe 6 is closed, and the flow path direction of the refrigerant of the first heat exchange unit 104A is set. Is oriented upward, and the flow path direction of the refrigerant of the second heat exchange unit 104B is configured to be downward.
  • the gas refrigerant flowing from the first flow path pipe 7 to the lower header 4 of the first heat exchange section 104A is distributed to each flat tube 1 of the first heat exchange section 104A.
  • the on-off valve 6a of the second connection pipe 6 is in the closed state, and the gas refrigerant flowing into the lower header 4 of the first heat exchange section 104A does not flow into the lower header 4 of the second heat exchange section 104B.
  • the gas refrigerant rises inside the flat tube 1 and becomes a liquid refrigerant by condensing and liquefying.
  • the liquid refrigerant of each flat pipe 1 merges at the upper header 3 and flows into the upper header 3 of the second heat exchange unit 104B via the first connection pipe 5.
  • the liquid refrigerant that has flowed into the upper header 3 of the second heat exchange section 104B is distributed to each flat tube 1 of the second heat exchange section 104B and descends inside the flat tube 1. This makes it possible to obtain a subcool.
  • the on-off valve 8a of the second flow path pipe 8 is in the closed state, and the liquid refrigerant flowing into the upper header 3 of the second heat exchange section 104B flows out to the refrigerant pipe 107 through the second flow path pipe 8. There is no.
  • the liquid refrigerant descending from each flat pipe 1 of the second heat exchange portion 104B merges at the lower header 4, and flows out to the refrigerant pipe 107 via the third flow path pipe 9 in which the on-off valve 9a is opened. It flows to the expansion mechanism 103.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the operation of the heat exchanger according to the first embodiment when the air conditioning load is large during the cooling operation.
  • the on-off valve 6a of the second connection pipe 6 is opened and the flow path direction of the refrigerant of the first heat exchange unit 104A is set.
  • the direction of the flow path of the refrigerant of the second heat exchange unit 104B are configured to face upward.
  • the gas refrigerant that has flowed from the first flow path pipe 7 into the lower header 4 of the first heat exchange section 104A is distributed to each flat pipe 1 of the first heat exchange section 104A, and is distributed to each flat pipe 1 of the first heat exchange section 104A, and is distributed via the second connection pipe 6. 2 Flows into the lower header 4 of the heat exchange section 104B.
  • the on-off valve 9a of the third flow path pipe 9 is in the closed state, and the gas refrigerant flowing into the lower header 4 of the second heat exchange section 104B flows out to the refrigerant pipe 107 through the third flow path pipe 9. There is no.
  • the gas refrigerant rises inside each flat tube 1 of the first heat exchange section 104A and the second heat exchange section 104B to be condensed and liquefied to become a liquid refrigerant.
  • the liquid refrigerant of each flat tube 1 joins at the upper header 3.
  • the liquid refrigerant in the upper header 3 of the first heat exchange section 104A flows into the upper header 3 of the second heat exchange section 104B via the first connection pipe 5, and the liquid refrigerant in the upper header 3 of the second heat exchange section 104B. Meet with.
  • the merged liquid refrigerant flows out to the refrigerant pipe 107 through the second flow path pipe 8 in which the on-off valve 8a is opened, and flows to the expansion mechanism 103 through the valve body 108.
  • the flow path direction of the refrigerant of the first heat exchange unit 104A and the second heat exchange unit 104B The heat exchange efficiency can be improved by pointing the direction of the flow path of the refrigerant upward.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the operation of the heat exchanger according to the first embodiment during the heating operation.
  • the on-off valve 6a of the second connection pipe 6 is opened in the heating operation, the flow path direction of the refrigerant of the first heat exchange unit 104A, and the second heat. It is configured so that the flow path direction of the refrigerant of the exchange portion 104B faces upward.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed into the lower header 4 of the second heat exchange section 104B from the third flow path pipe 9 in which the on-off valve 9a is opened is distributed to each flat tube 1 of the second heat exchange section 104B. At the same time, it flows into the lower header 4 of the first heat exchange section 104A via the second connection pipe 6. At this time, the flow path direction of the second flow path switching means 106 is controlled so that the gas-liquid two-phase refrigerant flowing into the lower header 4 of the first heat exchange unit 104A does not flow out to the first flow path pipe 7. ..
  • the gas-liquid two-phase refrigerant rises inside each flat tube 1 of the first heat exchange section 104A and the second heat exchange section 104B and evaporates and vaporizes to become a gas refrigerant.
  • the gas refrigerant of each flat tube 1 joins at the upper header 3.
  • the gas refrigerant in the upper header 3 of the first heat exchange section 104A flows into the upper header 3 of the second heat exchange section 104B via the first connection pipe 5, and the gas refrigerant in the upper header 3 of the second heat exchange section 104B. Meet with.
  • the combined gas refrigerant flows out to the refrigerant pipe 107 via the second flow path pipe 8 in which the on-off valve 8a is opened, and flows to the compressor 101.
  • the pressure of the third flow path pipe 9 is higher than the pressure of the second flow path pipe 8, so that the gas refrigerant flowing out of the second flow path pipe 8 flows toward the valve body 108. There is no.
  • the flow path direction of the refrigerant in the first heat exchange section 104A and the refrigerant in the second heat exchange section 104B The heat exchange efficiency can be improved by making the direction of the flow path upward.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the operation of the heat exchanger according to the second embodiment when the air conditioning load is small during the cooling operation.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the operation of the heat exchanger according to the second embodiment when the air conditioning load is large during the cooling operation.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the operation of the heat exchanger according to the second embodiment during the heating operation.
  • the same components as the heat exchanger 104 described in the first embodiment and the air conditioner 300 provided with the heat exchanger 104 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.
  • the outdoor heat exchanger 104 has a first heat exchange unit 104A, a second heat exchange unit 104B, and a third heat exchange unit 104A for heat exchange between the refrigerant and air. It has a heat exchange unit 104C.
  • the first heat exchange section 104A, the second heat exchange section 104B, and the third heat exchange section 104C have a refrigerant flow path 10 flowing in the vertical direction Y, and are arranged in parallel with each other spaced apart from each other.
  • a plurality of flat tubes 1 provided, a plurality of fins 2 provided between adjacent flat tubes 1, an upper header 3 to which the upper ends of each of the plurality of flat tubes 1 are connected, and a plurality of flat tubes 1. It has a lower header 4 to which each lower end portion of the above is connected.
  • the first heat exchange unit 104A, the second heat exchange unit 104B, and the third heat exchange unit 104C are arranged side by side.
  • One end of the upper header 3 of the first heat exchange unit 104A and one end of the upper header 3 of the second heat exchange unit 104B are connected to each other so as to be circulated by the first connection pipe 5.
  • the other end of the upper header 3 of the second heat exchange unit 104B and one end of the upper header 3 of the third heat exchange unit 104C are connected to each other so as to be circulated by the third connection pipe 50.
  • the second connection pipe 6 is provided with an on-off valve 6a controlled by the control unit 109.
  • the on-off valve 6a is, for example, a solenoid valve.
  • the other end of the lower header 4 of the second heat exchange section 104B and one end of the lower header 4 of the third heat exchange section 104C are circably connected by the fourth connection pipe 60.
  • the fourth connection pipe 60 is provided with an on-off valve 60a controlled by the control unit 109.
  • the on-off valve 60a is, for example, a solenoid valve.
  • the upper header 3 of the first heat exchange unit 104A, the upper header 3 of the second heat exchange unit 104B, and the upper header 3 of the third heat exchange unit 104C are first connected to each other.
  • One header may be used without connecting with the pipe 5 and the third connection pipe 50.
  • the lower header 4 of the first heat exchange section 104A, the lower header 4 of the second heat exchange section 104B, and the lower header 4 of the third heat exchange section 104C are connected to the second connection pipe 6 and the fourth connection pipe 60. It may be composed of one header without connecting with.
  • an on-off valve for controlling the flow between the first heat exchange unit 104A and the second heat exchange unit 104B, the second heat exchange unit 104B, and the third heat exchange unit 104C are provided inside the combined lower header.
  • An on-off valve and an on-off valve for controlling the distribution of the air are provided.
  • a first flow path pipe 7 branched from the refrigerant pipe 107 between the first flow path switching means 102 and the outdoor heat exchanger 104 is connected to the other end of the lower header 4 of the first heat exchange unit 104A.
  • the other end of the upper header 3 of the third heat exchange unit 104C is connected to the refrigerant pipe 107 between the second flow path switching means 106 and the expansion mechanism 103 via the second flow path pipe 8. ..
  • the second flow path pipe 8 is provided with an on-off valve 8a controlled by the control unit 109.
  • the on-off valve 8a is, for example, a solenoid valve.
  • the third flow path pipe 9 is provided with an on-off valve 9a controlled by the control unit 109.
  • the on-off valve 9a is, for example, a solenoid valve.
  • the outdoor heat exchanger 104 controls the on-off valves 6a and 60a according to the preset operating frequency of the compressor 101, and performs the first heat exchange.
  • the flow path direction of the refrigerant flowing through the parts 104A, the second heat exchange part 104B, and the third heat exchange part 104C is changed.
  • the arrows in FIGS. 7 to 9 indicate the direction in which the refrigerant flows.
  • the white outline of each on-off valve indicates the open state of the valve
  • the black color of each on-off valve indicates the closed state of the valve.
  • the on-off valve 6a of the second connecting pipe 6 is opened and the on-off valve 60a of the fourth connecting pipe 60 is opened. Is closed. That is, the flow path direction of the refrigerant of the first heat exchange section 104A and the flow path direction of the refrigerant of the second heat exchange section 104B are upward, and only the flow path direction of the refrigerant of the third heat exchange section 104C is downward. It is configured to be.
  • the gas refrigerant flowing from the first flow path pipe 7 to the lower header 4 of the first heat exchange section 104A is distributed to each flat pipe 1 of the first heat exchange section 104A, and the second heat is distributed through the second connection pipe 6. It flows into the lower header 4 of the exchange section 104B and is distributed to each flat tube 1 of the second heat exchange section 104B.
  • the on-off valve 60a of the fourth connection pipe 60 is in the closed state, and the gas refrigerant flowing into the lower header 4 of the second heat exchange section 104B does not flow into the lower header 4 of the third heat exchange section 104C. No.
  • the gas refrigerant rises inside the flat tube 1 and becomes a liquid refrigerant by condensing and liquefying.
  • the liquid refrigerant of each flat tube 1 joins at the upper header 3.
  • the liquid refrigerant in the upper header 3 of the first heat exchange section 104A flows into the upper header 3 of the second heat exchange section 104B via the first connection pipe 5, and the liquid refrigerant in the upper header 3 of the second heat exchange section 104B. Meet with.
  • the merged liquid refrigerant flows into the upper header 3 of the third heat exchange section 104C via the third connection pipe 50.
  • the liquid refrigerant that has flowed into the upper header 3 of the third heat exchange section 104C is distributed to each flat tube 1 of the third heat exchange section 104C and descends inside the flat tube 1. This makes it possible to obtain a subcool.
  • the on-off valve 8a of the second flow path pipe 8 is in the closed state, and the liquid refrigerant flowing into the upper header 3 of the third heat exchange unit 104C flows out to the refrigerant pipe 107 through the second flow path pipe 8. There is no.
  • the liquid refrigerant descending from each flat pipe 1 of the third heat exchange section 104C merges at the lower header 4, and flows out to the refrigerant pipe 107 via the third flow path pipe 9 in which the on-off valve 9a is opened. It flows to the expansion mechanism 103.
  • the outdoor heat exchanger 104 closes the on-off valve 6a of the second connection pipe 6 and the on-off valve 60a of the fourth connection pipe 60, and the refrigerant flows through the first heat exchange unit 104A. It may be configured to raise only the inside of the flat tube 1.
  • the on-off valve 6a of the second connection pipe 6 and the on-off valve 60a of the fourth connection pipe 60 are opened.
  • the flow path directions of the refrigerants of the first heat exchange unit 104A, the second heat exchange unit 104B, and the third heat exchange unit 104C are all configured to face upward.
  • the gas refrigerant that has flowed from the first flow path pipe 7 into the lower header 4 of the first heat exchange section 104A is distributed to each flat pipe 1 of the first heat exchange section 104A, and is distributed to each flat pipe 1 of the first heat exchange section 104A, and is distributed via the second connection pipe 6. 2 It flows into the lower header 4 of the heat exchange section 104B, and further flows into the lower header 4 of the third heat exchange section 104C via the fourth connection pipe 60. At this time, the on-off valve 9a of the third flow path pipe 9 is in the closed state, and the gas refrigerant flowing into the lower header 4 of the third heat exchange unit 104C flows out to the refrigerant pipe 107 through the third flow path pipe 9. There is no.
  • the gas refrigerant rises inside each flat tube 1 of the first heat exchange section 104A, the second heat exchange section 104B, and the third heat exchange section 104C to be condensed and liquefied to become a liquid refrigerant.
  • the liquid refrigerant of each flat tube 1 joins at the upper header 3.
  • the liquid refrigerant in the upper header 3 of the first heat exchange section 104A flows into the upper header 3 of the second heat exchange section 104B via the first connection pipe 5, and the liquid refrigerant in the upper header 3 of the second heat exchange section 104B. Meet with.
  • the merged liquid refrigerant flows into the upper header 3 of the third heat exchange section 104C via the third connection pipe 50, and merges with the liquid refrigerant of the upper header 3 of the third heat exchange section 104C. Then, the merged liquid refrigerant flows out to the refrigerant pipe 107 through the second flow path pipe 8 in which the on-off valve 8a is opened, and flows to the expansion mechanism 103 through the valve body 108.
  • the first heat exchange unit 104A, the second heat exchange unit 104B, and the third heat exchange unit 104C may be used.
  • the heat exchange efficiency can be improved by making all the flow paths of the air conditioner upward.
  • the on-off valve 6a of the second connection pipe 6 and the on-off valve 60a of the fourth connection pipe 60 are opened in the heating operation, and the first heat exchange is performed.
  • the flow paths of the refrigerants of the parts 104A, the second heat exchange part 104B, and the third heat exchange part 104C are all configured to face upward.
  • the gas-liquid two-phase refrigerant flowing from the third flow path pipe 9 into the lower header 4 of the third heat exchange section 104C is distributed to each flat pipe 1 of the third heat exchange section 104C, and the fourth connection pipe 60 is connected. It flows into the lower header 4 of the second heat exchange section 104B via the second heat exchange section 104B, and further flows into the lower header 4 of the first heat exchange section 104A via the second connection pipe 6. At this time, the flow path direction of the second flow path switching means 106 is controlled so that the gas-liquid two-phase refrigerant flowing into the lower header 4 of the first heat exchange unit 104A does not flow out to the first flow path pipe 7. ..
  • the gas-liquid two-phase refrigerant rises inside each flat tube 1 of the first heat exchange section 104A, the second heat exchange section 104B, and the third heat exchange section 104C and evaporates and vaporizes to become a gas refrigerant.
  • the gas refrigerant of each flat tube 1 joins at the upper header 3.
  • the gas refrigerant in the upper header 3 of the first heat exchange section 104A flows into the upper header 3 of the second heat exchange section 104B via the first connection pipe 5, and the gas refrigerant in the upper header 3 of the second heat exchange section 104B. Meet with.
  • the merged gas refrigerant flows into the upper header 3 of the third heat exchange section 104C via the third connection pipe 50, and merges with the gas refrigerant of the upper header 3 of the third heat exchange section 104C. Then, the merged gas refrigerant flows out to the refrigerant pipe 107 through the second flow path pipe 8 in which the on-off valve 8a is opened, and flows to the compressor 101.
  • the pressure of the third flow path pipe 9 is higher than the pressure of the second flow path pipe 8, so that the gas refrigerant flowing out of the second flow path pipe 8 flows toward the valve body 108. There is no.
  • the first heat exchange unit 104A, the second heat exchange unit 104B, and the third heat exchange unit 104C may be used.
  • the heat exchange efficiency can be improved by making all the flow paths of the refrigerant upward.
  • the heat exchanger 104 and the air conditioner 300 provided with the heat exchanger 104 have been described above based on the embodiment, the heat exchanger 104 and the air conditioner 300 are limited to the configuration of the above-described embodiment. It is not something that is done.
  • the heat exchanger 104 has shown a form composed of two or three heat exchange units, it may be composed of four or more heat exchange units.
  • the heat exchanger 104 and the air conditioner 300 are not limited to the above-mentioned components, and may include other components.
  • the heat exchanger 104 and the air conditioner 300 include a range of design changes and application variations normally performed by those skilled in the art, to the extent that they do not deviate from the technical idea thereof.

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Abstract

熱交換器は、冷媒と空気との間で熱交換を行う複数の熱交換部を有する。熱交換部は、上下方向に流れる冷媒流路が形成され、互いに間隔をあけて並列に配置された複数の扁平管と、隣り合う扁平管の間に設けられた複数のフィンと、複数の扁平管のそれぞれの上端部が接続された上部ヘッダと、複数の扁平管のそれぞれの上端部が接続された下部ヘッダと、を有している。複数の熱交換部は、互いの上部ヘッダが流通可能に接続され、互いの下部ヘッダが開閉弁を介して流通可能に接続されている。凝縮器として機能する場合において、開閉弁が制御され、複数の熱交換部のうち、少なくとも１つの熱交換部の冷媒の流路方向が上向きとなり、他の熱交換部の冷媒の流路方向が下向きとなるように構成される。

Description

熱交換器及び該熱交換器を備えた空気調和機
　本開示は、複数の扁平管と、隣り合う扁平管の間に設けられたフィンと、を有する熱交換器及び該熱交換器を備えた空気調和機に関するものである。
　従来、空気調和機の室外機に用いられる熱交換器として、特許文献１に開示されているように、上下方向に流れる冷媒流路が形成され、互いに間隔をあけて並列に配置された複数の扁平管と、隣り合う扁平管の間に設けられた複数のフィンと、複数の扁平管のそれぞれの上端部が接続された上部ヘッダと、複数の扁平管のそれぞれの上端部が接続された下部ヘッダと、を有する構成が知られている。
国際公開第２０１５／００５３５２号
　上記構成の熱交換器では、冷媒を扁平管の内部で垂直上昇させるものであるため、冷媒流速を大きくする必要がある。例えば容量可変型の空気調和機では、空調負荷が小さいと、圧縮機の運転周波数を低下させて部分負荷運転を行う場合がある。この場合、特許文献１に開示された熱交換器では、すべての扁平管内の冷媒が一様に重力の影響を受けるため、扁平管の内部を上昇するために必要とされる冷媒流速を下回る領域が発生し、熱交換性能が低下するおそれがある。
　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、圧縮機の運転周波数を低下させて部分負荷運転を行う場合であっても、扁平管の内部を上昇するために必要とされる冷媒流速を得ることができ、熱交換性能の低下を抑制できる、熱交換器及び該熱交換器を備えた空気調和機を提供することを目的とする。
　本開示に係る熱交換器は、冷媒と空気との間で熱交換を行う複数の熱交換部を有する熱交換器であって、前記熱交換部は、上下方向に流れる冷媒流路が形成され、互いに間隔をあけて並列に配置された複数の扁平管と、隣り合う前記扁平管の間に設けられた複数のフィンと、複数の前記扁平管のそれぞれの上端部が接続された上部ヘッダと、複数の前記扁平管のそれぞれの上端部が接続された下部ヘッダと、を有し、複数の前記熱交換部は、互いの前記上部ヘッダが流通可能に接続され、互いの前記下部ヘッダが開閉弁を介して流通可能に接続されており、凝縮器として機能する場合において、前記開閉弁が制御され、複数の前記熱交換部のうち、少なくとも１つの前記熱交換部の冷媒の流路方向が上向きとなり、他の前記熱交換部の冷媒の流路方向が下向きとなるように構成されるものである。
　本開示に係る空気調和機は、圧縮機と、前記圧縮機から吐出された冷媒が流れる上記熱交換器と、を備え、予め設定された前記圧縮機の運転周波数に応じて前記開閉弁が制御されるものである。
　本開示の熱交換器及び該熱交換器を備えた空気調和機によれば、例えば圧縮機の運転周波数を低下させて部分負荷運転を行う場合において、一部の熱交換部を流れる冷媒のみを扁平管の内部で上昇させることができるので、扁平管の内部を上昇するために必要とされる冷媒流速を得ることができ、熱交換性能の低下を抑制できる。
本実施の形態１に係る空気調和機の冷媒回路図である。 図１に示したＩＩ部の断面を上方から見た斜視図である。 本実施の形態１に係る熱交換器の扁平管の高さと垂直上昇に必要な流速との関係を示したグラフである。 本実施の形態１に係る熱交換器であって、冷房運転時において空調負荷が小さい場合における動作を示した説明図である。 本実施の形態１に係る熱交換器であって、冷房運転時において空調負荷が大きい場合における動作を示した説明図である。 本実施の形態１に係る熱交換器であって、暖房運転時における動作を示した説明図である。 本実施の形態２に係る熱交換器であって、冷房運転時において空調負荷が小さい場合における動作を示した説明図である。 本実施の形態２に係る熱交換器であって、冷房運転時において空調負荷が大きい場合における動作を示した説明図である。 本実施の形態２に係る熱交換器であって、暖房運転時における動作を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に係る空気調和機の冷媒回路図である。図２は、図１に示したＩＩ部の断面を上方から見た斜視図である。なお、図１中の矢印は、冷媒の流れる方向を示している。また、各開閉弁の白抜きは弁の開状態を示し、各開閉弁の黒塗りは弁の閉状態を示している。
　図１に示すように、本実施の形態１に係る空気調和機３００は、室外機１００と室内機２００とで構成されている。そして、空気調和機３００は、圧縮機１０１と、第１流路切替手段１０２と、室内熱交換器２０１と、膨張機構１０３と、室外熱交換器１０４と、冷媒容器１０５と、を冷媒配管１０７で接続して冷媒を循環させる冷媒回路を有している。室外機１００は、圧縮機１０１と、第１流路切替手段１０２と、膨張機構１０３と、室外熱交換器１０４と、冷媒容器１０５と、を備えている。室内機２００は、室内熱交換器２０１を備えている。なお、空気調和機３００は、図示した構成要素に限定されず、他の構成要素を含んでもよい。
　空気調和機３００は、制御部１０９によって運転が制御される。制御部１０９は、例えばマイコン又はＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成される。なお、制御部１０９は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアにより構成されてもよい。
　圧縮機１０１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１０１は、一例として、運転容量（周波数）を可変できる構成であり、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。
　第１流路切替手段１０２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。第１流路切替手段１０２は、冷房運転時において、圧縮機１０１の冷媒吐出側と室外熱交換器１０４のガス側とを接続すると共に、圧縮機１０１の冷媒吸入側と室内熱交換器２０１のガス側とを接続するように冷媒流路を切り換える。一方、第１流路切替手段１０２は、暖房運転時において、圧縮機１０１の冷媒吐出側と室内熱交換器２０１のガス側とを接続すると共に、圧縮機１０１の冷媒吸入側と室外熱交換器１０４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、第１流路切替手段１０２は、二方弁又は三方弁を組み合わせて構成してもよい。
　室内熱交換器２０１は、冷房運転時には蒸発器として機能し、膨張機構１０３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、室内熱交換器２０１は、暖房運転時には凝縮器として機能し、圧縮機１０１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。室内熱交換器２０１は、室内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。
　膨張機構１０３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。冷媒容器１０５は、例えばレシーバ又はアキュムレータ等である。冷媒容器１０５は、運転中に余剰となった液冷媒を貯溜する。
　室外熱交換器１０４は、冷房運転時には凝縮器として機能し、圧縮機１０１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、室外熱交換器１０４は、暖房運転時には蒸発器として機能し、膨張機構１０３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。室外熱交換器１０４は、室外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外部に排出する。
　本実施の形態１に係る室外熱交換器１０４は、冷媒と空気との間で熱交換を行う第１熱交換部１０４Ａ及び第２熱交換部１０４Ｂを有している。第１熱交換部１０４Ａ及び第２熱交換部１０４Ｂは、図１及び図２に示すように、上下方向Ｙに流れる冷媒流路１０が形成され、互いに間隔をあけて並列に配置された複数の扁平管１と、隣り合う扁平管１の間に設けられた複数のフィン２と、複数の扁平管１のそれぞれの上端部が接続された上部ヘッダ３と、複数の扁平管１のそれぞれの下端部が接続された下部ヘッダ４と、を有している。
　扁平管１は、例えばアルミニウム製である。扁平管１は、気流の流れ方向Ｚと直交するように左右方向Ｘに互いに間隔をあけて並列に配置されている。また、扁平管１は、気流の流れ方向Ｚと扁平面とが略平行となるように配置されている。扁平管１の内部には、上下方向Ｙに冷媒が流れる複数の冷媒流路１０が、気流の流れ方向Ｚに沿って並列に形成されている。なお、前記上下方向Ｙとは、鉛直方向だけでなく、鉛直方向に対して傾いた状態も含むものとする。また、前記左右方向Ｘとは、水平方向だけでなく、水平方向に対して傾いた状態も含むものとする。
　フィン２は、例えばアルミニウム製であり、扁平管１に流れる冷媒の熱を伝達する部材である。フィン２は、薄板を波状に折り曲げられて形成されたコルゲートフィンである。フィン２は、複数の扁平管１のうち互いに隣り合う２つの扁平管１の間にそれぞれ設けられている。フィン２の折り曲げ頂部は、２つの扁平管１のいずれかの扁平面に接合されている。フィン２と扁平管１との間は、空気が流れる通風路となっている。なお、図示することは省略したが、フィン２は、凝縮水を排水する排水穴又はルーバー等を各斜面に設けた構成としてもよい。また、フィン２は、コルゲートフィンに限定されず、例えばプレートフィンでもよい。
　図１に示すように、第１熱交換部１０４Ａと第２熱交換部１０４Ｂは、並べて配置されている。第１熱交換部１０４Ａの上部ヘッダ３の一端と、第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３の一端とは、第１接続配管５で流通可能に接続されている。第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４の一端と、第２熱交換部１０４Ｂの下部ヘッダ４の一端とは、第２接続配管６で流通可能に接続されている。第２接続配管６には、制御部１０９によって制御される開閉弁６ａが設けられている。開閉弁６ａは、例えば電磁弁である。
　なお、図示することは省略したが、第１熱交換部１０４Ａの上部ヘッダ３と、第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３とを、第１接続配管５で接続することなく、１つのヘッダで構成してもよい。また、第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４と、第２熱交換部１０４Ｂの下部ヘッダ４とを、第２接続配管６で接続することなく、１つのヘッダで構成してもよい。この場合、１つにした下部ヘッダの内部に第１熱交換部１０４Ａと第２熱交換部１０４Ｂとの流通を制御する開閉弁を設けるものとする。
　また、第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４の他端には、第１流路切替手段１０２と室外熱交換器１０４との間の冷媒配管１０７から分岐した第１流路配管７が接続されている。冷媒配管１０７には、第１流路配管７が分岐する位置に第２流路切替手段１０６が設けられている。第２流路切替手段１０６は、例えば三方弁であり、制御部１０９によって制御される。
　また、第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３の他端は、第２流路切替手段１０６と膨張機構１０３との間の冷媒配管１０７に、第２流路配管８を介して接続されている。第２流路配管８には、制御部１０９によって制御される開閉弁８ａが設けられている。開閉弁８ａは、例えば電磁弁である。
　また、第２熱交換部１０４Ｂの下部ヘッダ４の他端は、第２流路配管８の接続箇所と膨張機構１０３との間の冷媒配管１０７に、第３流路配管９を介して接続されている。第３流路配管９には、制御部１０９によって制御される開閉弁９ａが設けられている。開閉弁９ａは、例えば電磁弁である。
　第２流路配管８の接続箇所と、第３流路配管９の接続箇所との間における冷媒配管１０７には、弁体１０８が設けられている。当該弁体１０８により、第２流路配管８の接続箇所と、第３流路配管９の接続箇所との間を流れる冷媒は、一方向にのみ流れる。
　次に、空気調和機３００の冷房運転時の動作を説明する。圧縮機１０１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１流路切替手段１０２を通過し、第１流路配管７を介して室外熱交換器１０４へと流れて空気と熱交換され液冷媒となる。液冷媒は、第２流路配管８又は第３流路配管９を介して冷媒配管１０７へ流出され、膨張機構１０３で減圧されて低圧の気液２相冷媒となり、室内熱交換器２０１へと流れて空気と熱交換されガス冷媒となるい。ガス冷媒は、第１流路切替手段１０２を通過し、冷媒容器１０５を介して圧縮機１０１に吸入される。
　次に、空気調和機３００の暖房運転時の動作を説明する。圧縮機１０１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１流路切替手段１０２を通過して室内熱交換器２０１へと流れて空気と熱交換され液冷媒となる。液冷媒は、膨張機構１０３で減圧され低圧の気液２相冷媒となり、第３流路配管９を介して室外熱交換器１０４へと流れて空気と熱交換されガス冷媒となる。ガス冷媒は、第２流路配管８を介して冷媒配管１０７へ流出され、第１流路切替手段１０２を通過した後、冷媒容器１０５を介して圧縮機１０１に吸入される。
　図３は、本実施の形態１に係る熱交換器の扁平管の高さと垂直上昇に必要な流速との関係を示したグラフである。横軸は、扁平管の高さを示している。縦軸は、垂直上昇に必要な冷媒流速を示している。
　上記の室外熱交換器１０４は、冷媒を扁平管１の内部で垂直上昇させるものである。そのため、図３に示すように、扁平管１の高さを大きくなると、垂直上昇に必要な冷媒流速が大きくなる。例えば容量可変型の空気調和機３００では、空調負荷が小さいと、圧縮機１０１の運転周波数を低下させて部分負荷運転を行う場合がある。この場合、室外熱交換器１０４では、すべての扁平管１の内部の冷媒が一様に重力の影響を受けるため、扁平管１の内部を上昇するために必要とされる冷媒流速を下回る領域が発生し、熱交換性能が低下するおそれがある。
　そこで、本実施の形態１に係る室外熱交換器１０４では、図４～図６に示すように、予め設定された圧縮機１０１の運転周波数に応じて開閉弁６ａを制御し、第１熱交換部１０４Ａと第２熱交換部１０４Ｂを流れる冷媒の流路方向を変化させることとしている。なお、図４～図６中の矢印は、冷媒の流れる方向を示している。また、各開閉弁の白抜きは弁の開状態を示し、各開閉弁の黒塗りは弁の閉状態を示している。
　先ず、図４は、本実施の形態１に係る熱交換器であって、冷房運転時において空調負荷が小さい場合における動作を示した説明図である。図４に示すように、室外熱交換器１０４は、冷房運転時において空調負荷が小さい場合、第２接続配管６の開閉弁６ａを閉状態とし、第１熱交換部１０４Ａの冷媒の流路方向が上向きとされ、第２熱交換部１０４Ｂの冷媒の流路方向が下向きとなるように構成される。
　第１流路配管７から第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４へ流入したガス冷媒は、第１熱交換部１０４Ａの各扁平管１に分配される。このとき、第２接続配管６の開閉弁６ａは閉状態であり、第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４へ流入したガス冷媒が、第２熱交換部１０４Ｂの下部ヘッダ４へ流入することはない。ガス冷媒は、扁平管１の内部を上昇して凝縮液化することで液冷媒となる。各扁平管１の液冷媒は、上部ヘッダ３で合流し、第１接続配管５を介して第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３へ流入する。第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３へ流入した液冷媒は、第２熱交換部１０４Ｂの各扁平管１に分配され、扁平管１の内部を下降する。これによりサブクールを得ることができる。このとき、第２流路配管８の開閉弁８ａは閉状態であり、第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３へ流入した液冷媒が、第２流路配管８を通じて冷媒配管１０７に流出することはない。第２熱交換部１０４Ｂの各扁平管１を下降した液冷媒は、下部ヘッダ４で合流し、開閉弁９ａが開状態とされた第３流路配管９を介して冷媒配管１０７へ流出され、膨張機構１０３へと流れる。
　このように、冷房運転時において空調負荷が小さく、圧縮機１０１の運転周波数を低下させた部分負荷運転では、第１熱交換部１０４Ａを流れる冷媒のみを扁平管１の内部で上昇させるので、扁平管１の内部を上昇するために必要とされる冷媒流速を得ることができ、熱交換性能の低下を抑制できる。
　次に、図５は、本実施の形態１に係る熱交換器であって、冷房運転時において空調負荷が大きい場合における動作を示した説明図である。図５に示すように、室外熱交換器１０４は、冷房運転時において空調負荷が大きい場合、第２接続配管６の開閉弁６ａを開状態とし、第１熱交換部１０４Ａの冷媒の流路方向と、第２熱交換部１０４Ｂの冷媒の流路方向とが、上向きとなるように構成される。
　第１流路配管７から第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４へ流入したガス冷媒は、第１熱交換部１０４Ａの各扁平管１に分配されると共に、第２接続配管６を介して第２熱交換部１０４Ｂの下部ヘッダ４へ流入する。このとき、第３流路配管９の開閉弁９ａは閉状態であり、第２熱交換部１０４Ｂの下部ヘッダ４へ流入したガス冷媒が、第３流路配管９を通じて冷媒配管１０７に流出することはない。ガス冷媒は、第１熱交換部１０４Ａ及び第２熱交換部１０４Ｂの各扁平管１の内部を上昇して凝縮液化することで液冷媒となる。各扁平管１の液冷媒は、上部ヘッダ３で合流する。第１熱交換部１０４Ａの上部ヘッダ３の液冷媒は、第１接続配管５を介して第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３へ流入し、第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３の液冷媒と合流する。そして、合流した液冷媒は、開閉弁８ａが開状態とされた第２流路配管８を介して冷媒配管１０７へ流出され、弁体１０８を通って膨張機構１０３へと流れる。
　このように、冷房運転時において空調負荷が大きく、圧縮機１０１の運転周波数を低下させる必要がない場合には、第１熱交換部１０４Ａの冷媒の流路方向と、第２熱交換部１０４Ｂの冷媒の流路方向とを上向きとすることで、熱交換効率を高めることができる。
　次に、図６は、本実施の形態１に係る熱交換器であって、暖房運転時における動作を示した説明図である。図６に示すように、室外熱交換器１０４は、暖房運転時において、第２接続配管６の開閉弁６ａを開状態とし、第１熱交換部１０４Ａの冷媒の流路方向と、第２熱交換部１０４Ｂの冷媒の流路方向とが、上向きとなるように構成される。
　開閉弁９ａが開状態とされた第３流路配管９から第２熱交換部１０４Ｂの下部ヘッダ４へ流入した気液２相冷媒は、第２熱交換部１０４Ｂの各扁平管１に分配されると共に、第２接続配管６を介して第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４へ流入する。このとき、第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４へ流入した気液２相冷媒が第１流路配管７へ流出しないように、第２流路切替手段１０６の流路方向が制御されている。気液２相冷媒は、第１熱交換部１０４Ａ及び第２熱交換部１０４Ｂの各扁平管１の内部を上昇して蒸発気化することでガス冷媒となる。各扁平管１のガス冷媒は、上部ヘッダ３で合流する。第１熱交換部１０４Ａの上部ヘッダ３のガス冷媒は、第１接続配管５を介して第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３へ流入し、第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３のガス冷媒と合流する。そして、合流したガス冷媒は、開閉弁８ａが開状態とされた第２流路配管８を介して冷媒配管１０７へ流出され、圧縮機１０１へ流れる。なお、暖房運転時では、第３流路配管９の圧力が第２流路配管８の圧力よりも高いため、第２流路配管８から流出したガス冷媒が、弁体１０８に向かって流れることはない。
　このように、暖房運転時において空調負荷が大きく、圧縮機の運転周波数を低下させる必要がない場合には、第１熱交換部１０４Ａの冷媒の流路方向と、第２熱交換部１０４Ｂの冷媒の流路方向とを上向きとすることで、熱交換効率を高めることができる。
　実施の形態２．
　次に、本実施の形態２に係る熱交換器１０４及び該熱交換器１０４を備えた空気調和機３００を、図１及び図２を参照しつつ、図７～図９に基づいて説明する。図７は、本実施の形態２に係る熱交換器であって、冷房運転時において空調負荷が小さい場合における動作を示した説明図である。図８は、本実施の形態２に係る熱交換器であって、冷房運転時において空調負荷が大きい場合における動作を示した説明図である。図９は、本実施の形態２に係る熱交換器であって、暖房運転時における動作を示した説明図である。なお、実施の形態１で説明した熱交換器１０４及び該熱交換器１０４を備えた空気調和機３００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における室外熱交換器１０４は、図７～図９に示すように、冷媒と空気との間で熱交換を行う第１熱交換部１０４Ａ、第２熱交換部１０４Ｂ及び第３熱交換部１０４Ｃを有している。第１熱交換部１０４Ａ、第２熱交換部１０４Ｂ及び第３熱交換部１０４Ｃは、図２に示すように、上下方向Ｙに流れる冷媒流路１０が形成され、互いに間隔をあけて並列に配置された複数の扁平管１と、隣り合う扁平管１の間に設けられた複数のフィン２と、複数の扁平管１のそれぞれの上端部が接続された上部ヘッダ３と、複数の扁平管１のそれぞれの下端部が接続された下部ヘッダ４と、を有している。
　図７に示すように、第１熱交換部１０４Ａ、第２熱交換部１０４Ｂ及び第３熱交換部１０４Ｃは、並べて配置されている。第１熱交換部１０４Ａの上部ヘッダ３の一端と、第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３の一端とは、第１接続配管５で流通可能に接続されている。また、第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３の他端と、第３熱交換部１０４Ｃの上部ヘッダ３の一端とは、第３接続配管５０で流通可能に接続されている。
　第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４の一端と、第２熱交換部１０４Ｂの下部ヘッダ４の一端とは、第２接続配管６で流通可能に接続されている。第２接続配管６には、制御部１０９によって制御される開閉弁６ａが設けられている。開閉弁６ａは、例えば電磁弁である。第２熱交換部１０４Ｂの下部ヘッダ４の他端と、第３熱交換部１０４Ｃの下部ヘッダ４の一端とは、第４接続配管６０で流通可能に接続されている。第４接続配管６０には、制御部１０９によって制御される開閉弁６０ａが設けられている。開閉弁６０ａは、例えば電磁弁である。
　なお、図示することは省略したが、第１熱交換部１０４Ａの上部ヘッダ３と、第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３と、第３熱交換部１０４Ｃの上部ヘッダ３とを、第１接続配管５及び第３接続配管５０で接続することなく、１つのヘッダで構成してもよい。また、第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４と、第２熱交換部１０４Ｂの下部ヘッダ４と、第３熱交換部１０４Ｃの下部ヘッダ４と、を第２接続配管６及び第４接続配管６０で接続することなく、１つのヘッダで構成してもよい。この場合、１つにした下部ヘッダの内部に、第１熱交換部１０４Ａと第２熱交換部１０４Ｂとの流通を制御する開閉弁と、第２熱交換部１０４Ｂと第３熱交換部１０４Ｃとの流通を制御する開閉弁と、をそれぞれ設けるものとする。
　また、第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４の他端には、第１流路切替手段１０２と室外熱交換器１０４との間の冷媒配管１０７から分岐した第１流路配管７が接続されている。また、第３熱交換部１０４Ｃの上部ヘッダ３の他端は、第２流路切替手段１０６と膨張機構１０３との間の冷媒配管１０７に、第２流路配管８を介して接続されている。第２流路配管８には、制御部１０９によって制御される開閉弁８ａが設けられている。開閉弁８ａは、例えば電磁弁である。
　また、第３熱交換部１０４Ｃの下部ヘッダ４の他端は、第２流路配管８の接続箇所と膨張機構１０３との間の冷媒配管１０７に、第３流路配管９を介して接続されている。第３流路配管９には、制御部１０９によって制御される開閉弁９ａが設けられている。開閉弁９ａは、例えば電磁弁である。
　本実施の形態２に係る室外熱交換器１０４は、図７～図９に示すように、予め設定された圧縮機１０１の運転周波数に応じて開閉弁６ａ及び６０ａを制御し、第１熱交換部１０４Ａ、第２熱交換部１０４Ｂ及び第３熱交換部１０４Ｃを流れる冷媒の流路方向が変化させることとしている。なお、図７～図９中の矢印は、冷媒の流れる方向を示している。また、各開閉弁の白抜きは弁の開状態を示し、各開閉弁の黒塗りは弁の閉状態を示している。
　先ず、図７に示すように、室外熱交換器１０４は、冷房運転時において空調負荷が小さい場合、第２接続配管６の開閉弁６ａを開状態とし、且つ第４接続配管６０の開閉弁６０ａを閉状態とする。つまり、第１熱交換部１０４Ａの冷媒の流路方向と、第２熱交換部１０４Ｂの冷媒の流路方向とが上向きとされ、第３熱交換部１０４Ｃの冷媒の流路方向のみが下向きとなるように構成される。
　第１流路配管７から第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４へ流入したガス冷媒は、第１熱交換部１０４Ａの各扁平管１に分配されると共に、第２接続配管６を通じて第２熱交換部１０４Ｂの下部ヘッダ４に流入し、第２熱交換部１０４Ｂの各扁平管１に分配される。このとき、第４接続配管６０の開閉弁６０ａは閉状態であり、第２熱交換部１０４Ｂの下部ヘッダ４へ流入したガス冷媒が、第３熱交換部１０４Ｃの下部ヘッダ４へ流入することはない。ガス冷媒は、扁平管１の内部を上昇して凝縮液化することで液冷媒となる。各扁平管１の液冷媒は、上部ヘッダ３で合流する。第１熱交換部１０４Ａの上部ヘッダ３の液冷媒は、第１接続配管５を介して第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３へ流入し、第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３の液冷媒と合流する。そして、合流した液冷媒は、第３接続配管５０を介して第３熱交換部１０４Ｃの上部ヘッダ３へ流入する。第３熱交換部１０４Ｃの上部ヘッダ３へ流入した液冷媒は、第３熱交換部１０４Ｃの各扁平管１に分配され、扁平管１の内部を下降する。これによりサブクールを得ることができる。このとき、第２流路配管８の開閉弁８ａは閉状態であり、第３熱交換部１０４Ｃの上部ヘッダ３へ流入した液冷媒が、第２流路配管８を通じて冷媒配管１０７に流出することはない。第３熱交換部１０４Ｃの各扁平管１を下降した液冷媒は、下部ヘッダ４で合流し、開閉弁９ａが開状態とされた第３流路配管９を介して冷媒配管１０７へ流出され、膨張機構１０３へと流れる。
　このように、冷房運転時において空調負荷が小さく、圧縮機１０１の運転周波数を低下させた部分負荷運転では、第１熱交換部１０４Ａ及び第２熱交換部１０４Ｂを流れる冷媒のみを扁平管１の内部で上昇させるので、扁平管１の内部を上昇するために必要とされる冷媒流速を得ることができ、熱交換性能の低下を抑制できる。
　なお、図示することは省略したが、室外熱交換器１０４は、第２接続配管６の開閉弁６ａ及び第４接続配管６０の開閉弁６０ａを閉状態とし、第１熱交換部１０４Ａを流れる冷媒のみを扁平管１の内部で上昇させる構成としてもよい。
　次に、図８に示すように、室外熱交換器１０４は、冷房運転時において空調負荷が大きい場合、第２接続配管６の開閉弁６ａ及び第４接続配管６０の開閉弁６０ａを開状態とし、第１熱交換部１０４Ａ、第２熱交換部１０４Ｂ及び第３熱交換部１０４Ｃの冷媒の流路方向が、すべて上向きとなるように構成される。
　第１流路配管７から第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４へ流入したガス冷媒は、第１熱交換部１０４Ａの各扁平管１に分配されると共に、第２接続配管６を介して第２熱交換部１０４Ｂの下部ヘッダ４へ流入し、更に第４接続配管６０を介して第３熱交換部１０４Ｃの下部ヘッダ４へ流入する。このとき、第３流路配管９の開閉弁９ａは閉状態であり、第３熱交換部１０４Ｃの下部ヘッダ４へ流入したガス冷媒が、第３流路配管９を通じて冷媒配管１０７に流出することはない。ガス冷媒は、第１熱交換部１０４Ａ、第２熱交換部１０４Ｂ及び第３熱交換部１０４Ｃの各扁平管１の内部を上昇して凝縮液化することで液冷媒となる。各扁平管１の液冷媒は、上部ヘッダ３で合流する。第１熱交換部１０４Ａの上部ヘッダ３の液冷媒は、第１接続配管５を介して第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３へ流入し、第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３の液冷媒と合流する。また、当該合流した液冷媒は、第３接続配管５０を介して第３熱交換部１０４Ｃの上部ヘッダ３へ流入し、第３熱交換部１０４Ｃの上部ヘッダ３の液冷媒と合流する。そして、当該合流した液冷媒は、開閉弁８ａが開状態とされた第２流路配管８を介して冷媒配管１０７へ流出され、弁体１０８を通って膨張機構１０３へと流れる。
　このように、冷房運転時において空調負荷が大きく、圧縮機１０１の運転周波数を低下させる必要がない場合には、第１熱交換部１０４Ａ、第２熱交換部１０４Ｂ及び第３熱交換部１０４Ｃの冷媒の流路方向をすべて上向きとすることで、熱交換効率を高めることができる。
　次に、図９に示すように、室外熱交換器１０４は、暖房運転時において、第２接続配管６の開閉弁６ａ及び第４接続配管６０の開閉弁６０ａを開状態とし、第１熱交換部１０４Ａ、第２熱交換部１０４Ｂ及び第３熱交換部１０４Ｃの冷媒の流路方向が、すべて上向きとなるように構成される。
　第３流路配管９から第３熱交換部１０４Ｃの下部ヘッダ４へ流入した気液２相冷媒は、第３熱交換部１０４Ｃの各扁平管１に分配されると共に、第４接続配管６０を介して第２熱交換部１０４Ｂの下部ヘッダ４へ流入し、更に第２接続配管６を介して第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４へ流入する。このとき、第１熱交換部１０４Ａの下部ヘッダ４へ流入した気液２相冷媒が第１流路配管７へ流出しないように、第２流路切替手段１０６の流路方向が制御されている。気液２相冷媒は、第１熱交換部１０４Ａ、第２熱交換部１０４Ｂ及び第３熱交換部１０４Ｃの各扁平管１の内部を上昇して蒸発気化することでガス冷媒となる。各扁平管１のガス冷媒は、上部ヘッダ３で合流する。第１熱交換部１０４Ａの上部ヘッダ３のガス冷媒は、第１接続配管５を介して第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３へ流入し、第２熱交換部１０４Ｂの上部ヘッダ３のガス冷媒と合流する。また、当該合流したガス冷媒は、第３接続配管５０を介して第３熱交換部１０４Ｃの上部ヘッダ３へ流入し、第３熱交換部１０４Ｃの上部ヘッダ３のガス冷媒と合流する。そして、当該合流したガス冷媒は、開閉弁８ａが開状態とされた第２流路配管８を介して冷媒配管１０７へ流出され、圧縮機１０１へ流れる。なお、暖房運転時では、第３流路配管９の圧力が第２流路配管８の圧力よりも高いため、第２流路配管８から流出したガス冷媒が、弁体１０８に向かって流れることはない。
　このように、暖房運転時において空調負荷が大きく、圧縮機１０１の運転周波数を低下させる必要がない場合には、第１熱交換部１０４Ａ、第２熱交換部１０４Ｂ及び第３熱交換部１０４Ｃの冷媒の流路方向をすべて上向きとすることで、熱交換効率を高めることができる。
　以上に、熱交換器１０４及び該熱交換器１０４を備えた空気調和機３００を実施の形態に基づいて説明したが、熱交換器１０４及び空気調和機３００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、熱交換器１０４は、２つ又は３つの熱交換部で構成した形態を示したが、４つ以上の熱交換部で構成してもよい。また、熱交換器１０４及び空気調和機３００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。要するに、熱交換器１０４及び空気調和機３００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　扁平管、２　フィン、３　上部ヘッダ、４　下部ヘッダ、５　第１接続配管、６　第２接続配管、６ａ　開閉弁、７　第１流路配管、８　第２流路配管、８ａ　開閉弁、９　第３流路配管、９ａ　開閉弁、１０　冷媒流路、５０　第３接続配管、６０　第４接続配管、６０ａ　開閉弁、１００　室外機、１０１　圧縮機、１０２　第１流路切替手段、１０３　膨張機構、１０４　室外熱交換器、１０４Ａ　第１熱交換部、１０４Ｂ　第２熱交換部、１０４Ｃ　第３熱交換部、１０５　冷媒容器、１０６　第２流路切替手段、１０７　冷媒配管、１０８　弁体、１０９　制御部、２００　室内機、２０１　室内熱交換器、３００　空気調和機。

Claims (4)

  1. 　冷媒と空気との間で熱交換を行う複数の熱交換部を有する熱交換器であって、
    　前記熱交換部は、
    　上下方向に流れる冷媒流路が形成され、互いに間隔をあけて並列に配置された複数の扁平管と、
    　隣り合う前記扁平管の間に設けられた複数のフィンと、
    　複数の前記扁平管のそれぞれの上端部が接続された上部ヘッダと、
    　複数の前記扁平管のそれぞれの上端部が接続された下部ヘッダと、を有し、
    　複数の前記熱交換部は、互いの前記上部ヘッダが流通可能に接続され、互いの前記下部ヘッダが開閉弁を介して流通可能に接続されており、
    　凝縮器として機能する場合において、前記開閉弁が制御され、複数の前記熱交換部のうち、少なくとも１つの前記熱交換部の冷媒の流路方向が上向きとなり、他の前記熱交換部の冷媒の流路方向が下向きとなるように構成される、熱交換器。
  2. 　凝縮器として機能する場合において、前記開閉弁が制御され、すべての前記熱交換部の冷媒の流路方向が上向きとなる構成を含む、請求項１に記載の熱交換器。
  3. 　蒸発器として機能する場合において、前記開閉弁が制御され、すべての前記熱交換部の冷媒の流路方向が上向きとなる構成を含む、請求項１又は２に記載の熱交換器。
  4. 　圧縮機と、
    　前記圧縮機から吐出された冷媒が流れる請求項１～３のいずれか一項に記載の熱交換器と、を備え、
    　予め設定された前記圧縮機の運転周波数に応じて前記開閉弁が制御される、空気調和機。
PCT/JP2020/020345 2020-05-22 2020-05-22 熱交換器及び該熱交換器を備えた空気調和機 WO2021234952A1 (ja)

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