WO2021245877A1 - 熱交換器および冷凍サイクル装置 - Google Patents

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WO2021245877A1
WO2021245877A1 PCT/JP2020/022105 JP2020022105W WO2021245877A1 WO 2021245877 A1 WO2021245877 A1 WO 2021245877A1 JP 2020022105 W JP2020022105 W JP 2020022105W WO 2021245877 A1 WO2021245877 A1 WO 2021245877A1
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heat exchange
exchange section
refrigerant
heat
heat exchanger
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篤史 ▲高▼橋
剛志 前田
悟 梁池
敦 森田
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三菱電機株式会社
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    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F25B39/04Condensers
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    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F9/26Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-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
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    • F28D1/04Heat-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
    • F28D1/053Heat-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
    • F28D1/0535Heat-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 the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05391Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits combined with a particular flow pattern, e.g. multi-row multi-stage radiators

Definitions

  • This technology is related to heat exchangers and refrigeration cycle equipment.
  • it relates to a heat exchanger or the like that exchanges heat while distributing a refrigerant.
  • the gas refrigerant is biased to the upper side due to the inertial force. Therefore, the evaporator performance when the heat exchanger operates as an evaporator tends to deteriorate. Therefore, in order not to deteriorate the performance of the evaporator, when the heat exchanger operates as an evaporator, the flow direction of the refrigerant and the ventilation direction are opposed to each other in the section of the heat exchanger having a large number of stages in the heat exchanger. Make it a countercurrent flow. On the other hand, when the heat exchanger operates as a condenser, the flow of the refrigerant in the heat exchanger is opposite to that when it operates as an evaporator.
  • the heat exchanger when the heat exchanger operates as a condenser, it becomes a parallel flow in which the flow direction of the refrigerant and the ventilation direction flow in parallel.
  • parallel flow the temperature difference between the refrigerant and air cannot be secured as compared with the case of counter flow, so that the condensation performance is slowed down.
  • the purpose is to obtain a heat exchanger and a refrigeration cycle device that can solve the above-mentioned problems and improve the heat exchange performance.
  • a plurality of heat transfer tubes through which the refrigerant flows in the pipes are arranged side by side in the height direction, and a heat exchange unit for heat exchange between the refrigerant and air is connected to one end of the plurality of heat transfer tubes.
  • the folded part for circulating the refrigerant between the heat exchange parts arranged in the two rows of the upwind row and the leeward row and the other end of the heat transfer tube in the heat exchange part of each row are connected and transferred.
  • the main heat exchange section in the leeward row flows and flows out in the order of the second auxiliary heat exchange section in the upwind row.
  • the refrigerating cycle apparatus has the above-mentioned heat exchanger at least in the condenser.
  • the flow of the refrigerant in the main heat exchanger and the flow of air passing through the heat exchanger are the upstream side of the refrigerant in the main heat exchanger and the air.
  • the downstream side exchanges heat, and the downstream side of the refrigerant in the main heat exchange section and the upstream side of the air exchange heat, so that the flows face each other. Therefore, heat exchange can be performed while maintaining a temperature difference at which heat exchange can be effectively performed between the refrigerant and air over the entire refrigerant flow path of the heat exchanger, and the heat transfer performance of the heat exchanger can be improved. Can be improved.
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the air conditioner which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the outline of the structure of the heat exchanger 1 which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure explaining each part of the heat exchange part 10 in the heat exchanger 1 which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the outline of the temperature change of the air and the refrigerant in the heat exchanger 1 when the heat exchanger 1 which concerns on Embodiment 1 functions as a condenser.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the outline of the temperature change of the air and the refrigerant in the heat exchanger 1 when the heat exchanger 1 which concerns on Embodiment 2 functions as an evaporator. It is a figure explaining the distribution of the flat heat transfer tube 14 in the heat exchanger 1 which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure which shows the outline of the structure of the heat exchanger 1 which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the structure of the laminated distributor 17 which concerns on Embodiment 4.
  • the upper part in the figure will be referred to as “upper” and the lower part will be referred to as “lower”.
  • the high and low pressure and temperature are not fixed in relation to the absolute values, but are relatively fixed in terms of the state and operation of the device and the like.
  • the subscripts and the like may be omitted.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an air conditioner according to the first embodiment.
  • an air conditioner will be described as an example of a refrigeration cycle device having the heat exchanger of the first embodiment.
  • the air conditioner of the first embodiment includes an outdoor unit 200, an indoor unit 100, and two refrigerant pipes 300. Then, the compressor 210, the four-way valve 220 and the outdoor heat exchanger 230 of the outdoor unit 200, and the indoor heat exchanger 110 and the expansion valve 120 of the indoor unit 100 are connected by a refrigerant pipe 300 to form a refrigerant circuit. ..
  • a refrigerant pipe 300 to form a refrigerant circuit.
  • the air conditioner of the first embodiment it is assumed that one outdoor unit 200 and one indoor unit 100 are connected by piping. However, the number of connected devices is not limited to this.
  • the indoor unit 100 has an indoor blower 130 in addition to the indoor heat exchanger 110 and the expansion valve 120.
  • the expansion valve 120 of the throttle device or the like decompresses and expands the refrigerant.
  • the expansion valve 120 is composed of, for example, an electronic expansion valve, the opening degree is adjusted based on an instruction from a control device (not shown) or the like.
  • the indoor heat exchanger 110 exchanges heat between the air in the room, which is the space to be air-conditioned, and the refrigerant.
  • the indoor heat exchanger 110 functions as a condenser to condense and liquefy the refrigerant.
  • the indoor heat exchanger 110 functions as an evaporator to evaporate and vaporize the refrigerant.
  • the indoor blower 130 passes indoor air through the indoor heat exchanger 110, and supplies the air that has passed through the indoor heat exchanger 110 into the room.
  • the outdoor unit 200 of the first embodiment has a compressor 210, a four-way valve 220, an outdoor heat exchanger 230, and an accumulator 240 as equipment constituting the refrigerant circuit. Further, the outdoor unit 200 has an outdoor blower 250.
  • the compressor 210 compresses and discharges the sucked refrigerant.
  • the compressor 210 is, for example, a scroll type compressor, a reciprocating type compressor, a vane type compressor, or the like. Further, although not particularly limited, the compressor 210 can change the capacity of the compressor 210 by arbitrarily changing the operating frequency by, for example, an inverter circuit or the like.
  • the four-way valve 220 which serves as a flow path switching device, is a valve that switches the flow of the refrigerant between the cooling operation and the heating operation, for example.
  • the four-way valve 220 connects the discharge side of the compressor 210 to the indoor heat exchanger 110 and the suction side of the compressor 210 to the outdoor heat exchanger 230 when the heating operation is performed. Further, the four-way valve 220 connects the discharge side of the compressor 210 to the outdoor heat exchanger 230 and the suction side of the compressor 210 to the indoor heat exchanger 110 when the cooling operation is performed.
  • the flow path switching device is not limited to this.
  • a plurality of two-way valves may be combined to form a flow path switching device.
  • the accumulator 240 is installed on the suction side of the compressor 210.
  • the accumulator 240 passes a gaseous refrigerant (hereinafter referred to as a gas refrigerant) and stores a liquid refrigerant (hereinafter referred to as a liquid refrigerant).
  • the outdoor heat exchanger 230 exchanges heat between the refrigerant and the outdoor air.
  • the refrigerant is a fluid that serves as a heat exchange medium.
  • the outdoor heat exchanger 230 of the first embodiment functions as an evaporator during the heating operation, and evaporates and vaporizes the refrigerant.
  • the outdoor heat exchanger 230 of the first embodiment functions as a condenser and a supercooler to condense and liquefy the refrigerant to perform supercooling.
  • the outdoor heat exchanger 230 of the first embodiment has a heat exchanger 1 including a heat exchange unit 10 as a heat exchange portion, as will be described later. The details of the heat exchanger 1 will be described later.
  • the outdoor blower 250 is driven to pass air from the outside of the outdoor unit 200 to the outdoor heat exchanger 230 to form a flow of air flowing out from the inside of the outdoor unit 200.
  • the condensed and liquefied refrigerant passes through the expansion valve 120.
  • the refrigerant is depressurized as it passes through the expansion valve 120.
  • the refrigerant that has been decompressed by the expansion valve 120 and is in a gas-liquid two-phase state passes through the outdoor heat exchanger 230.
  • the refrigerant that evaporates and gasifies by exchanging heat with the outdoor air sent from the outdoor blower 250 passes through the four-way valve 220 and the accumulator 240 and is sucked into the compressor 210 again. Will be done.
  • the refrigerant of the air conditioner circulates to perform air conditioning related to heating.
  • the dotted line arrow in FIG. 1 indicates the flow of the refrigerant in the cooling operation.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant compressed and discharged by the compressor 210 passes through the four-way valve 220 and flows into the outdoor heat exchanger 230. Then, the refrigerant passes through the outdoor heat exchanger 230 and is condensed and liquefied by exchanging heat with the outdoor air supplied by the outdoor blower 250.
  • the liquefied refrigerant passes through the expansion valve 120.
  • the pressure is reduced and the refrigerant is in a gas-liquid two-phase state.
  • the refrigerant that has been decompressed by the expansion valve 120 and is in a gas-liquid two-phase state passes through the indoor heat exchanger 110. Then, in the indoor heat exchanger 110, for example, the refrigerant that evaporates and gasifies by exchanging heat with the air in the air-conditioned space passes through the four-way valve 220 and is sucked into the compressor 210 again. As described above, the refrigerant of the air conditioner circulates to perform air conditioning related to cooling.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of the configuration of the heat exchanger 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating each part of the heat exchange unit 10 in the heat exchanger 1 according to the first embodiment.
  • the outdoor heat exchanger 230 has the heat exchanger 1 according to the first embodiment.
  • the present invention is not limited to this, and the indoor heat exchanger 110 may have it.
  • the heat exchanger 1 is a corrugated fin tube type heat exchanger having a parallel piping type.
  • the heat exchanger 1 has two distribution headers 11 (distribution header 11A and distribution header 11B) serving as a distribution flow portion, a folding header 13 serving as a folding portion, a plurality of flat heat transfer tubes 14, and a plurality of corrugated fins 15.
  • the exchange unit 10 is provided.
  • the two distribution headers 11 and the folded header 13 are arranged separately on the left and right.
  • the wrapping header 13 is located on the right side, and the two distribution headers 11 are arranged on the left side of the wrapping header 13.
  • the positional relationship between the distribution header 11 and the wrapping header 13 may be reversed.
  • the vertical direction in FIGS. 2 and 3 is defined as the height direction.
  • the left-right direction in which the distribution header 11 and the wrapping header 13 are arranged is the horizontal direction.
  • the direction of the depth is the direction in which the air indicated by the dotted arrow in FIG. 2 flows by the outdoor blower 250.
  • a plurality of flat heat transfer tubes 14 are arranged side by side in the height direction.
  • a group of a plurality of flat heat transfer tubes 14 are arranged side by side in two rows in the depth direction which is the front-rear direction.
  • the group of flat heat transfer tubes 14 in one row is connected to one distribution header 11.
  • Each flat heat transfer tube 14 serves as a flow path for the refrigerant.
  • the manufacture of the heat exchanger 1 can be simplified.
  • the row on the leeward side upstream of the air passage direction in the heat exchanger 1 is referred to as the leeward row
  • the row on the leeward side downstream is referred to as the leeward row. do.
  • the flat heat transfer tubes 14 are arranged in two rows.
  • the distribution header 11 which is the equipment of the distribution / mixing flow unit, is connected to other devices constituting the refrigeration cycle device by piping, and the refrigerant, which is a fluid serving as a heat exchange medium, flows in and out, and the refrigerant is branched and distributed or merged. It is a pipe that serves as a refrigerant distributor.
  • the distribution header 11 has a cylindrical shape, but the shape is not particularly limited.
  • Each of the distribution headers 11 has a refrigerant inlet / outlet pipe 12 (refrigerant inlet / outlet pipe 12A and a refrigerant inlet / outlet pipe 12B) into which a refrigerant from the outside flows in and out.
  • the refrigerant flows in from the refrigerant inlet / outlet pipe 12A and flows out from the refrigerant inlet / outlet pipe 12B.
  • the heat exchanger 1 becomes an evaporator
  • the refrigerant flows in from the refrigerant inlet / outlet pipe 12B and flows out from the refrigerant inlet / outlet pipe 12A.
  • the inside of the distribution header 11 is partitioned by a plurality of partition plates (not shown) and is divided into a plurality of spaces. By dividing the inside of the distribution header 11 into a plurality of spaces, the heat exchanger 1 can be divided into a plurality of regions.
  • the region refers to a group of flat heat transfer tubes 14 in which the flow directions of the refrigerant in the flat heat transfer tubes 14 are the same.
  • the connection pipe 16 is a pipe that connects the spaces separated in the distribution header 11 from the outside.
  • the connection pipe 16 not only connects the spaces in the distribution header 11 on a one-to-one basis, but also branches one of the spaces to connect a plurality of spaces to one space in the distribution header 11. You can also do it.
  • the folded header 13 serves as a bridge for merging the refrigerant flowing in from the group of flat heat transfer tubes 14 in one row and branching out to the group of flat heat transfer tubes 14 in the other row. It is a header. Even inside the folded header 13, a partition plate (not shown) is installed at least at a position in the distribution header 11 that matches the position of the partition plate, and is divided into a plurality of spaces.
  • a partition plate may be installed inside the folded header 13 so as to correspond to each flat heat transfer tube 14.
  • the space between the main heat exchange unit 10A in the upwind row and the main heat exchange unit 10A in the leeward row which will be described later, may be divided into corresponding spaces on a one-to-one basis.
  • the refrigerant does not merge or branch in the folded header 13.
  • the flat heat transfer tube 14 in the heat exchange section 10 in the upwind row and the flat heat transfer tube 14 in the heat exchange section 10 in the downwind row are associated with each other on a one-to-one basis, the flat heat transfer tubes 14 are individually connected. It can also be connected with a pipe or the like.
  • the flat heat transfer tube 14 has a flat cross section, and the outer surface on the longitudinal side of the flat shape along the depth direction, which is the flow direction of air, is flat, and the outer surface on the lateral side orthogonal to the longitudinal direction is flat.
  • the flat heat transfer tube 14 of the first embodiment is a multi-hole flat heat transfer tube having a plurality of holes serving as a flow path for the refrigerant inside the tube.
  • the hole of the flat heat transfer tube 14 is formed so as to face the horizontal direction because it is a flow path between the distribution header 11 and the folded header 13.
  • the flat heat transfer tubes 14 are arranged at equal intervals in the height direction with the outer surfaces on the longitudinal side facing each other.
  • each flat heat transfer tube 14 is inserted into an insertion hole (not shown) of the distribution header 11 and the folded header 13 (not shown), brazed, and joined. ..
  • the brazing brazing material for example, a brazing material containing aluminum is used.
  • the distribution header 11, the folded header 13, and the inside of each flat heat transfer tube 14 communicate with each other.
  • corrugated fins 15 are arranged between the flat surfaces of the arranged flat heat transfer tubes 14 facing each other.
  • the corrugated fins 15 are arranged to increase the heat transfer area between the refrigerant and the outside air.
  • the corrugated fin 15 is corrugated on the plate material, and is bent into a wavy shape and a bellows by a zigzag fold that repeats mountain folds and valley folds.
  • the bent portion due to the unevenness formed in the wave shape becomes the top of the wave shape.
  • the tops of the corrugated fins 15 are aligned in the height direction. In the corrugated fin 15, the top of the corrugated shape and the flat surface of the flat heat transfer tube 14 are in surface contact with each other.
  • the contact portion is brazed and joined by a brazing material.
  • the plate material of the corrugated fin 15 is made of, for example, an aluminum alloy. Then, the surface of the plate material is covered with a brazing material layer.
  • the coated wax material layer is based on, for example, a brazing material containing aluminum-silicon-based aluminum.
  • the heat exchange unit 10 of the heat exchanger 1 in the first embodiment when the heat exchange unit 10 is used as a condenser, high temperature and high pressure refrigerant flows through the refrigerant flow path in the flat heat transfer tube 14.
  • the heat exchange unit 10 when the heat exchange unit 10 is used as an evaporator, low-temperature and low-pressure refrigerant flows through the refrigerant flow path in the flat heat transfer tube 14.
  • the flat heat transfer tubes 14 in the upwind row and the downwind row are the main heat exchange section 10A and the first auxiliary heat exchange section, respectively. It is divided into regions of 10B and a second auxiliary heat exchange unit 10C. The uppermost region is the main heat exchange unit 10A, and the first auxiliary heat exchange unit 10B and the second auxiliary heat exchange unit 10C are in this order toward the lower side.
  • the number of flat heat transfer tubes 14 that form a group in each region of the heat exchanger 1 of the first embodiment is such that the main heat exchange unit 10A> the first auxiliary heat exchange unit 10B ⁇ the second auxiliary heat exchange unit 10C. be.
  • FIG. 4 is a diagram showing an outline of temperature changes of air and refrigerant in the heat exchanger 1 when the heat exchanger 1 according to the first embodiment functions as a condenser.
  • the solid line indicates the temperature of the refrigerant
  • the dotted line indicates the temperature of the air (hereinafter, the same applies).
  • the arrow shown by the heat exchange unit 10 indicates the flow of the refrigerant in the heat exchange unit 10 when the heat exchanger 1 is a condenser.
  • the heat exchanger 1 is a condenser
  • the refrigerant flows from the refrigerant inlet / outlet pipe 12A into the distribution header 11A.
  • the refrigerant flowing into the distribution header 11A passes through the flat heat transfer tube 14 in the leeward row belonging to the main heat exchange section 10A in the leeward row.
  • the flat heat transfer tube 14 exchanges heat between the refrigerant passing through the tube and the outside air, which is the outside air passing outside the tube. At this time, the refrigerant dissipates heat to the outside air while passing through the flat heat transfer tube 14.
  • the heat exchanger 1 is a condenser
  • the refrigerant dissipates heat to the outside air while passing through the flat heat transfer tube 14, which is the same in any region.
  • the refrigerant is folded back at the folded header 13 and passes through the flat heat transfer tube 14 of the upwind row belonging to the main heat exchange portion 10A of the upwind row.
  • the refrigerant heat-exchanged through the flat heat transfer tube 14 in the upwind row flows into the distribution header 11B.
  • the refrigerant that has flowed into the distribution header 11B flows into another space of the distribution header 11B through the connection pipe 16. Then, it passes through the flat heat transfer tube 14 of the upwind row belonging to the first auxiliary heat exchange section 10B of the upwind row, is folded back by the folded header 13, and passes through the first auxiliary heat exchange section 10B of the leeward row. It flows into the distribution header 11A.
  • the refrigerant that has flowed into the distribution header 11A flows into another space of the distribution header 11A through the connection pipe 16. Then, it passes through the flat heat transfer tube 14 of the leeward row belonging to the second auxiliary heat exchange section 10C of the leeward row, is folded back by the folded header 13, passes through the second auxiliary heat exchange section 10C of the leeward row, and is distributed. It flows into the header 11B.
  • the refrigerant that has flowed and condensed in the above order flows out from the refrigerant inlet / outlet pipe 12B. Therefore, when the heat exchanger 1 of the first embodiment is a condenser, the flow of the refrigerant is countercurrent to the air flow in the main heat exchange unit 10A.
  • the countercurrent is a flow in which heat is exchanged between the refrigerant on the downstream side in the flow of the refrigerant, the air on the upstream side in the flow of air, the refrigerant on the upstream side in the flow of the refrigerant, and the air on the downstream side in the flow of air.
  • FIG. 5 is a diagram showing an outline of temperature changes of air and refrigerant in the heat exchanger 1 when the heat exchanger 1 according to the first embodiment functions as an evaporator.
  • the heat exchanger 1 When the heat exchanger 1 is an evaporator, the refrigerant flows from the refrigerant inlet / outlet pipe 12B into the distribution header 11B.
  • the refrigerant flowing into the distribution header 11B passes through the flat heat transfer tube 14 of the upwind row belonging to the second auxiliary heat exchange unit 10C of the upwind row.
  • the flat heat transfer tube 14 exchanges heat between the refrigerant passing through the tube and the outside air, which is the outside air passing outside the tube. At this time, the refrigerant absorbs heat from the outside air while passing through the flat heat transfer tube 14.
  • the heat exchanger 1 when the heat exchanger 1 is an evaporator, the refrigerant absorbs heat with respect to the outside air while passing through the flat heat transfer tube 14, which is the same in any region.
  • the refrigerant is folded back at the folded header 13 and passes through the flat heat transfer tube 14 in the leeward row belonging to the second auxiliary heat exchange section 10C in the leeward row.
  • the refrigerant that has passed through the flat heat transfer tube 14 in the leeward row and exchanged heat flows into the distribution header 11A.
  • the refrigerant that has flowed into the distribution header 11A flows into another space of the distribution header 11A through the connection pipe 16. Then, it passes through the flat heat transfer tube 14 of the leeward row belonging to the first auxiliary heat exchange section 10B of the leeward row, is folded back by the folded header 13, passes through the first auxiliary heat exchange section 10B of the leeward row, and is distributed. It flows into the header 11B.
  • the refrigerant that has flowed into the distribution header 11B flows into another space of the distribution header 11B through the connection pipe 16. Then, it passes through the flat heat transfer tube 14 of the upwind row belonging to the main heat exchange portion 10A of the upwind row, is folded back by the folded header 13, passes through the main heat exchange portion 10A of the leeward row, and reaches the distribution header 11A. Inflow.
  • the refrigerant that has flowed and evaporated in the above order flows out from the refrigerant inlet / outlet pipe 12A. Therefore, when the heat exchanger 1 of the first embodiment is an evaporator, the flow of the refrigerant is parallel to the air flow in the main heat exchange unit 10A.
  • the parallel flow is a flow in which heat is exchanged between the refrigerant on the upstream side in the flow of the refrigerant, the air on the upstream side in the flow of air, the refrigerant on the downstream side in the flow of the refrigerant, and the air on the downstream side in the flow of air.
  • the heat exchanger 1 When the heat exchanger 1 is an evaporator, the relationship between the air flow and the refrigerant flow in the main heat exchange unit 10A becomes a parallel flow. However, the refrigerant first passes through the second auxiliary heat exchange section 10C, which has a small number of flat heat transfer tubes 14 and a small flow path area, and then flows into the main heat exchange section 10A. Therefore, the temperature of the refrigerant drops at the stage of passing through the main heat exchange section 10A due to a pressure loss or the like. Therefore, the refrigerant passing through the main heat exchange unit 10A has a temperature difference capable of effectively exchanging heat with the air passing through the heat exchanger 1. As a result, the heat exchanger 1 can prevent the heat exchange performance as an evaporator from deteriorating and maintain the performance as an evaporator.
  • the flow of the refrigerant in the main heat exchanger 10A when the heat exchanger 1 becomes the condenser is such that the flow of air passing through the heat exchanger 1 and the flow of air are opposed to each other. Therefore, heat exchange can be performed while maintaining a temperature difference at which heat exchange can be effectively performed between the refrigerant and air over the entire refrigerant flow path of the heat exchanger 1, and heat transfer of the heat exchanger 1 can be performed. Performance can be improved.
  • the heat exchanger 1 becomes an evaporator
  • the flow of the refrigerant in the main heat exchange section 10A and the flow of air passing through the heat exchanger 1 become parallel flows, but in the second auxiliary heat exchange section 10C.
  • a pressure loss occurs in the refrigerant, and the cooled refrigerant flows into the main heat exchange section 10A. Therefore, the refrigerant passing through the main heat exchanger 10A has a temperature difference capable of effectively exchanging heat with the air passing through the heat exchanger 1, and the heat exchanger 1 serves as an evaporator. Performance can be maintained.
  • the air can pass through the flat heat transfer tubes 14 at the same interval. Further, by making the two rows of flat heat transfer tubes 14 have a one-to-one correspondence without merging and branching the refrigerant in the folded header 13, it is possible to prevent the refrigerant from being biased in the folded header 13.
  • FIG. 6 is a diagram showing an outline of temperature changes of air and refrigerant in the heat exchanger 1 when the heat exchanger 1 according to the second embodiment functions as an evaporator.
  • the air conditioner and heat exchanger 1 of the second embodiment have the same configuration as the air conditioner and heat exchanger 1 described in the first embodiment.
  • the number of flat heat transfer tubes 14 that form a group in each region of the heat exchanger 1 of the second embodiment is particularly determined by the main heat exchange unit 10A> the first auxiliary heat exchange unit 10B> the second auxiliary heat exchange unit 10C. Suppose there is.
  • the refrigerant flows from the refrigerant inlet / outlet pipe 12B into the distribution header 11B, and is the second auxiliary heat exchange section 10C in the upwind row, which is a region located at the bottom of the heat exchanger 1. It passes through the flat heat transfer tube 14 of the upwind row belonging to.
  • a refrigerant having a temperature higher than the temperature of the air passing through the heat exchange section 10 of the upwind row flows into the second auxiliary heat exchange section 10C of the upwind row. As such, the refrigerant in the refrigerant circuit is circulated.
  • the refrigerant passing through the second auxiliary heat exchange section 10C in the upwind row located at the lowest stage has a temperature higher than the temperature of the air, so that it is outdoors.
  • the drain water collected in the lower part of the heat exchanger 1 which is the outdoor heat exchanger 230 of the machine 200 does not freeze. Therefore, root ice and the like do not obstruct the passage of air in the heat exchanger 1, and the heat exchange efficiency can be maintained.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the distribution of the flat heat transfer tubes 14 in the heat exchanger 1 according to the third embodiment.
  • the flat heat transfer tube 14 belonging to the main heat exchange unit 10A is further divided into a plurality of sets having different distribution paths by the partition plate in the distribution header 11 and the folded header 13. It shall be.
  • the number of flat heat transfer tubes 14 in each set does not have to be equal, and may be different.
  • At least the number of flat heat transfer tubes 14 of the set closest to the center of rotation of the blower is determined. Arrange the set so that the number of flat heat transfer tubes 14 is smaller than that of the other sets. Basically, the wind speed of the air at the center of rotation of the blower becomes faster. Therefore, by reducing the number of the flat heat transfer tubes 14 and increasing the refrigerant flow rate of the flat heat transfer tubes 14 having a high heat load, the heat exchanger performance in the heat exchanger 1 can be improved.
  • FIG. 8 is a diagram showing an outline of the configuration of the heat exchanger 1 according to the fourth embodiment.
  • the members and the like having the same reference numerals as those in FIG. 2 are the same members and the like as described in the first embodiment.
  • the flat heat transfer tube 14 belonging to the main heat exchange section 10A of the windward row is connected by a laminated distributor 17 for each set instead of the distribution header 11B.
  • the laminated distributor 17 distributes the refrigerant that has flowed in through the first auxiliary heat exchange unit 10B, the distribution header 11B, and the connection pipe 16 in the upwind row. Further, when the heat exchanger 1 becomes an evaporator, the laminated distributor 17 merges the refrigerant that has passed through the main heat exchange unit 10A.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the configuration of the laminated distributor 17 according to the fourth embodiment.
  • the laminated distributor 17 is a distributor manufactured by laminating a plurality of plates 17A, which are a plurality of plate-shaped members having through holes or through grooves serving as flow paths.
  • the plate 17A has a flow path groove 17B and a flow path hole 17C.
  • the flow path groove 17B is a groove through which the refrigerant passes.
  • the flow path hole 17C is a through hole that communicates with the adjacent plate 17A and allows the refrigerant to pass through.
  • the laminated distributor 17 is not limited to the configuration shown in FIG.
  • the heat exchanger 1 is used for the outdoor heat exchanger 230 of the outdoor unit 200, but the present invention is not limited to this. It may be used for the indoor heat exchanger 110 of the indoor unit 100, or may be used for both the outdoor heat exchanger 230 and the indoor heat exchanger 110.
  • the air conditioner can also be applied to other refrigeration cycle devices such as a refrigerating device, a refrigerating device, and a hot water supply device.
  • the heat exchange unit 10 is a corrugated fin tube type heat exchanger 1 using a flat heat transfer tube 14, but for example, a heat transfer tube such as a circular tube.
  • a heat exchanger 1 having a heat exchange unit 10 that exchanges heat using the above may be used.

Abstract

開示に係る熱交換器は、冷媒が管内を流れる複数の伝熱管が高さ方向に並んで配置され、冷媒と空気とを熱交換する熱交換部と、複数の伝熱管の一端が接続され、空気が流れる方向に、風上列および風下列の2列に並んだ熱交換部の間で冷媒を流通させる折り返し部と、各列の熱交換部における伝熱管の他端が接続され、伝熱管に冷媒を分配または合流させる複数の分配合流部とを備える熱交換器であって、熱交換部の複数の伝熱管は、高さ方向の上側から順に、主熱交換部、主熱交換部より伝熱管の数が少ない第1補助熱交換部および第1補助熱交換部以下の伝熱管の数となる第2補助熱交換部のグループに分かれ、凝縮器として機能するときに、流入した冷媒が、風下列の主熱交換部、風上列の主熱交換部、風上列の第1補助熱交換部、風下列の第1補助熱交換部、風下列の第2補助熱交換部および風上列の第2補助熱交換部の順に流れて流出するものである。

Description

熱交換器および冷凍サイクル装置
 この技術は、熱交換器および冷凍サイクル装置に関するものである。特に、冷媒の分配を行いながら熱交換を行う熱交換器などに関するものである。
 近年、冷媒量削減および熱交換器の高性能化をはかるため、空気調和装置用の熱交換器において、伝熱管の細管化が進められている。伝熱管の細管化が進む中で、冷媒の圧力損失増加を抑制するために、熱交換器は、パス数(分岐数)が増加する。このような多分岐分配に対応するために、ヘッダ型の冷媒分配器を用いた熱交換器が開発されている(たとえば、特許文献1参照)。
特許第5679084号公報
 ヘッダ型の冷媒分配器は、慣性力によって上部側にガス冷媒が偏る。このため、熱交換器が蒸発器として動作するときの蒸発器性能が低下しやすい傾向にある。そこで、蒸発器の性能を低下させないために、熱交換器が蒸発器として動作する際に、熱交換器において段数が多い熱交換器のセクションにおいて、冷媒の流れ方向と通風方向とが対向するような対向流の流れにする。一方で、熱交換器が凝縮器として動作する場合には、熱交換器内の冷媒の流れが、蒸発器として動作するときとは逆になる。このため、熱交換器が凝縮器として動作する場合には、冷媒の流れ方向と通風方向とが並行して流れる並行流の流れになる。並行流の場合、対向流の場合に比べると、冷媒と空気との温度差を確保することができないため、凝縮性能が鈍化する。
 そこで、上記のような課題を解決し、熱交換性能を改善することができる熱交換器および冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。
 この開示に係る熱交換器は、冷媒が管内を流れる複数の伝熱管が高さ方向に並んで配置され、冷媒と空気とを熱交換する熱交換部と、複数の伝熱管の一端が接続され、空気が流れる方向に、風上列および風下列の2列に並んだ熱交換部の間で冷媒を流通させる折り返し部と、各列の熱交換部における伝熱管の他端が接続され、伝熱管に冷媒を分配または合流させる複数の分配合流部とを備える熱交換器であって、熱交換部の複数の伝熱管は、高さ方向の上側から順に、主熱交換部、主熱交換部より伝熱管の数が少ない第1補助熱交換部および第1補助熱交換部以下の伝熱管の数となる第2補助熱交換部のグループに分かれ、凝縮器として機能するときに、流入した冷媒が、風下列の主熱交換部、風上列の主熱交換部、風上列の第1補助熱交換部、風下列の第1補助熱交換部、風下列の第2補助熱交換部および風上列の第2補助熱交換部の順に流れて流出するものである。
 また、この開示に係る冷凍サイクル装置は、少なくとも凝縮器に、上記の熱交換器を有するものである。
 この開示によれば、熱交換器が凝縮器となるときに、主熱交換部における冷媒の流れと熱交換器を通過する空気の流れとが、主熱交換部における冷媒の上流側と空気の下流側とが熱交換し、主熱交換部における冷媒の下流側と空気の上流側とが熱交換することで、対向する流れとする。このため、熱交換器の冷媒流路全体にわたって、冷媒と空気との間で熱交換を有効に行うことができる温度差を保って熱交換を行うことができ、熱交換器の伝熱性能を向上させることができる。
実施の形態1に係る空気調和装置の構成を示す図である。 実施の形態1に係る熱交換器1の構成の概略を示す図である。 実施の形態1に係る熱交換器1における熱交換部10の各部を説明する図である。 実施の形態1に係る熱交換器1が凝縮器として機能する場合の熱交換器1における空気および冷媒の温度変化の概略を示す図である。 実施の形態1に係る熱交換器1が蒸発器として機能する場合の熱交換器1における空気および冷媒の温度変化の概略を示す図である。 実施の形態2に係る熱交換器1が蒸発器として機能する場合の熱交換器1における空気および冷媒の温度変化の概略を示す図である。 実施の形態3に係る熱交換器1における扁平伝熱管14の配分について説明する図である。 実施の形態4に係る熱交換器1の構成の概略を示す図である。 実施の形態4に係る積層分配器17の構成の一例を示す図である。
 以下、実施の形態に係る熱交換器および冷凍サイクル装置について、図面などを参照しながら説明する。以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。さらに、断面図では、視認性に鑑みて、一部の図および機器において、ハッチングを省略している。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に、構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、図における上方を「上」とし、下方を「下」として説明する。また、圧力および温度の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。また、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字などを省略して記載する場合がある。
実施の形態1.
<空気調和装置の構成>
 図1は、実施の形態1に係る空気調和装置の構成を示す図である。ここでは、実施の形態1の熱交換器を有する冷凍サイクル装置の一例として、空気調和装置について説明する。
 図1に示すように、実施の形態1の空気調和装置は、室外機200、室内機100および2本の冷媒配管300を有する。そして、室外機200が有する圧縮機210、四方弁220および室外熱交換器230と室内機100が有する室内熱交換器110および膨張弁120が、冷媒配管300により配管接続され、冷媒回路を構成する。ここで、実施の形態1の空気調和装置は、1台の室外機200と1台の室内機100が配管接続されているものとする。ただし、接続台数は、これに限定するものではない。
 室内機100は、室内熱交換器110および膨張弁120の他に、室内送風機130を有する。絞り装置などの膨張弁120は、冷媒を減圧して膨張させる。膨張弁120は、たとえば、電子式膨張弁などで構成した場合は、制御装置(図示せず)などの指示に基づいて開度調整を行う。また、室内熱交換器110は、空調対象空間である室内の空気と冷媒との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては、室内熱交換器110は、凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては、室内熱交換器110は、蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。室内送風機130は、室内熱交換器110に室内の空気を通過させ、室内熱交換器110を通過させた空気を室内に供給する。
 実施の形態1の室外機200は、冷媒回路を構成する機器として、圧縮機210、四方弁220、室外熱交換器230およびアキュムレータ240を有する。また、室外機200は、室外送風機250を有する。圧縮機210は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。圧縮機210は、たとえば、スクロール型圧縮機、レシプロ型圧縮機またはベーン型圧縮機などである。また、特に限定するものではないが、圧縮機210は、たとえば、インバータ回路などにより、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機210の容量を変化させることができる。
 流路切替装置となる四方弁220は、たとえば、冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える弁である。四方弁220は、暖房運転が行われる際、圧縮機210の吐出側と室内熱交換器110とを接続するとともに、圧縮機210の吸引側と室外熱交換器230と接続する。また、四方弁220は、冷房運転が行われる際、圧縮機210の吐出側と室外熱交換器230とを接続するとともに、圧縮機210の吸引側を室内熱交換器110と接続する。ここで、は、四方弁220を用いた場合について例示しているが、流路切替装置はこれに限定されるものではない。たとえば、複数の二方弁などを組み合わせて流路切替装置としてもよい。また、アキュムレータ240は、圧縮機210の吸入側に設置される。アキュムレータ240は、ガス状の冷媒(以下、ガス冷媒という)を通過させ、液状の冷媒(以下、液冷媒という)を溜める。
 室外熱交換器230は、冷媒と室外の空気との熱交換を行う。室外熱交換器230にとっては、冷媒は、熱交換媒体となる流体となる。ここで、実施の形態1の室外熱交換器230は、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。一方、冷房運転時においては、凝縮器および過冷却器として機能し、冷媒を凝縮して液化させ、過冷却を行う。そして、実施の形態1の室外熱交換器230は、後述するように、熱交換部分となる熱交換部10を含む熱交換器1を有する。熱交換器1の詳細については、後述する。また、室外送風機250は、駆動により、室外機200外部からの空気を室外熱交換器230に通過させ、室外機200内から流出させる空気の流れを形成する。
<空気調和装置の動作>
 次に、空気調和装置の各機器の動作について、冷媒の流れに基づいて説明する。まず、暖房運転における冷媒回路の各機器の動作を、冷媒の流れに基づいて説明する。図1の実線矢印は、暖房運転における冷媒の流れを示している。圧縮機210により圧縮されて吐出した高温および高圧のガス冷媒は、四方弁220を通過し、室内熱交換器110に流入する。ガス冷媒は、室内熱交換器110を通過中に、たとえば、空調対象空間の空気と熱交換することで凝縮し、液化する。凝縮し、液化した冷媒は、膨張弁120を通過する。冷媒は、膨張弁120を通過する際、減圧される。膨張弁120で減圧されて気液二相状態となった冷媒は、室外熱交換器230を通過する。室外熱交換器230において、室外送風機250から送られた室外の空気と熱交換することで蒸発し、ガス化した冷媒は、四方弁220およびアキュムレータ240を通過して、再度、圧縮機210に吸入される。以上のようにして、空気調和装置の冷媒が循環し、暖房に係る空気調和を行う。
 次に、冷房運転について説明する。図1の点線矢印は、冷房運転における冷媒の流れを示している。圧縮機210により圧縮されて吐出した高温および高圧のガス冷媒は、四方弁220を通過し、室外熱交換器230に流入する。そして、冷媒は、室外熱交換器230を通過して、室外送風機250が供給する室外の空気と熱交換することで凝縮し、液化する。液化した冷媒は、膨張弁120を通過する。ここで、冷媒は、膨張弁120を通過する際、減圧され、気液二相状態となる。膨張弁120で減圧されて気液二相状態となった冷媒は、室内熱交換器110を通過する。そして、室内熱交換器110において、たとえば、空調対象空間の空気と熱交換することで蒸発し、ガス化した冷媒は、四方弁220を通過して、再度、圧縮機210に吸入される。以上のようにして空気調和装置の冷媒が循環し、冷房に係る空気調和を行う。
<熱交換器1の構成>
 図2は、実施の形態1に係る熱交換器1の構成の概略を示す図である。また、図3は、実施の形態1に係る熱交換器1における熱交換部10の各部を説明する図である。ここで、実施の形態1に係る熱交換器1は、室外熱交換器230が有するものとする。ただし、これに限定するものではなく、室内熱交換器110が有していてもよい。熱交換器1は、パラレル配管形となるコルゲートフィンチューブ型の熱交換器である。熱交換器1は、分配合流部となる2本の分配ヘッダ11(分配ヘッダ11Aおよび分配ヘッダ11B)、折り返し部となる折り返しヘッダ13並びに複数の扁平伝熱管14および複数のコルゲートフィン15を有する熱交換部10を備える。
 実施の形態1の熱交換器1は、2本の分配ヘッダ11と折り返しヘッダ13とが左右に分かれて配置される。図3では、折り返しヘッダ13が右側に位置し、2本の分配ヘッダ11が、折り返しヘッダ13よりも左側の位置に配置されている。ただし、分配ヘッダ11と折り返しヘッダ13との位置関係が逆であってもよい。以下の説明では、図2および図3における上下の方向を高さ方向とする。また、分配ヘッダ11と折り返しヘッダ13とが配置される左右の方向を水平方向とする。そして、奥行きの方向が、室外送風機250によって、図2における点線矢印で示す空気が流れる方向となる。
 そして、図3に示すように、2本の分配ヘッダ11と折り返しヘッダ13との間には、分配ヘッダ11と折り返しヘッダ13とに対して垂直となり、互いに平行となるように扁平面を対向させた複数の扁平伝熱管14が高さ方向に並んで配置される。実施の形態1の熱交換器1では、複数の扁平伝熱管14の群が、前後方向となる奥行き方向に、2列に並んで配置される。1つの列における扁平伝熱管14の群は、1本の分配ヘッダ11に接続される。それぞれの扁平伝熱管14は、冷媒の流路となる。実施の形態1の熱交換器は、各列の群における扁平伝熱管14の数は同じであるものとする。扁平伝熱管14の数が同じであることで、扁平伝熱管14の間隔を同じにし、空気の通過を妨げない。また、熱交換器1の製造を簡単にすることができる。ここで、2列の扁平伝熱管14のうち、熱交換器1における空気の通過方向に対して、上流となる風上側の列を風上列とし、下流となる風下側の列を風下列とする。ここでは、扁平伝熱管14が2列に並んだ例について説明する。
 分配合流部の機器となる分配ヘッダ11は、それぞれ、冷凍サイクル装置を構成する他の装置と配管接続され、熱交換媒体となる流体である冷媒が流入出し、冷媒を分岐して分配または合流させる冷媒分配器となる管である。ここでは、分配ヘッダ11は円筒形とするが、形状については特に限定するものではない。分配ヘッダ11は、それぞれ、外部からの冷媒が流入出する冷媒出入口管12(冷媒出入口管12Aおよび冷媒出入口管12B)を有する。熱交換器1が凝縮器となる場合には、冷媒は、冷媒出入口管12Aから流入し、冷媒出入口管12Bから流出する。逆に、熱交換器1が蒸発器となる場合には、冷媒は、冷媒出入口管12Bから流入し、冷媒出入口管12Aから流出する。ここで、分配ヘッダ11の内部は、複数の仕切り板(図示せず)によって仕切られ、複数の空間に分かれている。分配ヘッダ11の内部を複数の空間に分けることにより、熱交換器1を複数の領域に分けることができる。ここで、領域とは扁平伝熱管14内の冷媒の流れる方向が同じ方向である扁平伝熱管14のグループのことをいうものとする。仕切り板が分配ヘッダ11内を仕切ることで、複数本の扁平伝熱管14がグループとなって一つの領域ができる。実施の形態1における領域については後述する。そして、接続配管16は、分配ヘッダ11内で分かれている空間の間を外部から接続する配管である。ここで、接続配管16は、分配ヘッダ11内の空間の間を1対1で接続するだけでなく、一方を分岐などして、分配ヘッダ11内の1つの空間に対して複数の空間を接続することもできる。
 また、折り返しヘッダ13は、一方の列における扁平伝熱管14の群から流入する冷媒を合流させ、他方の列における扁平伝熱管14の群に分岐して流出させる橋渡し(ブリッジ)としての役割を果たすヘッダである。折り返しヘッダ13の内部においても、少なくとも分配ヘッダ11内の仕切り板の位置に合わせた位置には仕切り板(図示せず)が設置され、複数の空間に分かれている。ここで、たとえば、折り返しヘッダ13の内部において、各扁平伝熱管14に対応させて仕切り板を設置してもよい。特に、後述する風上列の主熱交換部10Aと風下列の主熱交換部10Aとの間は、1対1で対応する空間に分けるようにしてもよい。このとき、折り返しヘッダ13内では、冷媒は、合流および分岐はしない。また、風上列の熱交換部10における扁平伝熱管14と風下列の熱交換部10における扁平伝熱管14とを1対1で対応させる場合には、扁平伝熱管14の間を個別に接続管などで接続することもできる。
 扁平伝熱管14は、断面が扁平形状を有し、空気の流通方向である奥行き方向に沿った扁平形状の長手側における外側面が平面状であり、当該長手方向に直交する短手側における外側面が曲面状である伝熱管である。実施の形態1の扁平伝熱管14は、管の内部において、冷媒の流路となる複数の穴を有する多穴扁平伝熱管である。実施の形態1において、扁平伝熱管14の穴は、分配ヘッダ11と折り返しヘッダ13との間の流路となるため、水平方向を向いて形成されている。そして、前述したように、扁平伝熱管14は、長手側における外側面が対向して、高さ方向に等間隔に配列される。実施の形態1の熱交換部10を製造する際、各扁平伝熱管14は、分配ヘッダ11と折り返しヘッダ13とが有する挿入穴(図示せず)に挿し込まれ、ろう付けされ、接合される。ろう付けのろう材は、たとえば、アルミニウムを含むろう材が使用される。これにより、分配ヘッダ11と折り返しヘッダ13と各扁平伝熱管14の内部とが連通する。
 また、配列された扁平伝熱管14の互いに対向する扁平面間には、コルゲートフィン15が配列される。コルゲートフィン15は、冷媒と外気との伝熱面積を広げるために配列される。コルゲートフィン15は、板材に対してコルゲート加工が行われ、山折りおよび谷折りを繰返すつづら折りにより、折り曲げられて波形状に、蛇腹となって形成される。ここで、波形状に形成されてできた凹凸による折り曲げ部分は、波形状の頂部となる。実施の形態1において、コルゲートフィン15の頂部は、高さ方向にわたって並んでいる。コルゲートフィン15は、波形状の頂部と扁平伝熱管14の扁平面とが面接触している。そして、接触部分は、ろう材によってろう付けされ、接合される。コルゲートフィン15の板材は、たとえば、アルミニウム合金を材質とする。そして、板材表面には、ろう材層が被覆される。被覆されたろう材層は、たとえば、アルミシリコン系のアルミニウムを含むろう材を基本とする。
 実施の形態1における熱交換器1の熱交換部10において、熱交換部10が凝縮器として使用される場合は、高温および高圧の冷媒が扁平伝熱管14の管内の冷媒流路を流れる。また、熱交換部10が蒸発器として使用される場合は、低温および低圧の冷媒が扁平伝熱管14の管内の冷媒流路を流れる。
 ここで、前述した領域について説明する。実施の形態1では、分配ヘッダ11および折り返しヘッダ13の内部に設置された仕切り板によって、風上列および風下列における扁平伝熱管14は、それぞれ、主熱交換部10A、第1補助熱交換部10Bおよび第2補助熱交換部10Cの領域に分かれる。最も上側の領域が主熱交換部10Aとなり、下側に向かって、第1補助熱交換部10Bおよび第2補助熱交換部10Cの順となる。そして、実施の形態1の熱交換器1の各領域においてグループとなる扁平伝熱管14の数は、主熱交換部10A>第1補助熱交換部10B≧第2補助熱交換部10Cの関係にある。
 図4は、実施の形態1に係る熱交換器1が凝縮器として機能する場合の熱交換器1における空気および冷媒の温度変化の概略を示す図である。実線が冷媒の温度を示し、点線が空気の温度を示す(以下、同じ)。前述した図2において、熱交換部10に示す矢印は、熱交換器1が凝縮器の場合における熱交換部10における冷媒の流れを示す。熱交換器1が凝縮器の場合、冷媒は、冷媒出入口管12Aから分配ヘッダ11Aに流入する。分配ヘッダ11Aに流入した冷媒は、風下列の主熱交換部10Aに属する風下列の扁平伝熱管14を通過する。扁平伝熱管14は、管内を通過する冷媒と管外を通過する外部の空気である外気との間で熱交換を行う。このとき、冷媒は、扁平伝熱管14を通過する間に、外気に対して放熱する。以下、熱交換器1が凝縮器の場合に、冷媒は、扁平伝熱管14を通過する間に、外気に対して放熱することは、どの領域においても同様である。
 冷媒は、折り返しヘッダ13で折り返され、風上列の主熱交換部10Aに属する風上列の扁平伝熱管14を通過する。風上列の扁平伝熱管14を通過して熱交換された冷媒は、分配ヘッダ11Bに流入する。分配ヘッダ11Bに流入した冷媒は、接続配管16を通って、分配ヘッダ11Bの別の空間に流入する。そして、風上列の第1補助熱交換部10Bに属する風上列の扁平伝熱管14を通過し、折り返しヘッダ13で折り返されて、風下列の第1補助熱交換部10Bを通過して、分配ヘッダ11Aに流入する。
 分配ヘッダ11Aに流入した冷媒は、接続配管16を通って、分配ヘッダ11Aの別の空間に流入する。そして、風下列の第2補助熱交換部10Cに属する風下列の扁平伝熱管14を通過し、折り返しヘッダ13で折り返されて、風上列の第2補助熱交換部10Cを通過して、分配ヘッダ11Bに流入する。以上の順番に流れて凝縮した冷媒は、冷媒出入口管12Bから流出する。したがって、実施の形態1の熱交換器1が凝縮器の場合は、主熱交換部10Aにおいて、空気の流れに対して対向流となる冷媒の流れになる。対向流は、冷媒の流れにおいて下流側となる冷媒と空気の流れにおいて上流側となる空気および冷媒の流れにおいて上流側となる冷媒と空気の流れにおいて下流側となる空気とが熱交換する流れである。
 図4に示すように、空気の流れにおいて風下列の扁平伝熱管14においては、熱交換が行われていない冷媒と風上列の扁平伝熱管14において熱交換された空気との熱交換となる。一方、空気の流れにおいて風上列の扁平伝熱管14においては、風下列の扁平伝熱管14において熱交換された冷媒と熱交換が行われていない空気との熱交換となる。したがって、風上列の扁平伝熱管14および風下列の扁平伝熱管14の両方で、冷媒と空気との間で熱交換を有効に行うことができる温度差を保つことができる。
 図5は、実施の形態1に係る熱交換器1が蒸発器として機能する場合の熱交換器1における空気および冷媒の温度変化の概略を示す図である。熱交換器1が蒸発器の場合、冷媒は、冷媒出入口管12Bから分配ヘッダ11Bに流入する。分配ヘッダ11Bに流入した冷媒は、風上列の第2補助熱交換部10Cに属する風上列の扁平伝熱管14を通過する。扁平伝熱管14は、管内を通過する冷媒と管外を通過する外部の空気である外気との間で熱交換を行う。このとき、冷媒は、扁平伝熱管14を通過する間に、外気に対して吸熱する。以下、熱交換器1が蒸発器の場合に、冷媒は、扁平伝熱管14を通過する間に、外気に対して吸熱することは、どの領域においても同様である。
 冷媒は、折り返しヘッダ13で折り返され、風下列の第2補助熱交換部10Cに属する風下列の扁平伝熱管14を通過する。風下列の扁平伝熱管14を通過して熱交換された冷媒は、分配ヘッダ11Aに流入する。分配ヘッダ11Aに流入した冷媒は、接続配管16を通って、分配ヘッダ11Aの別の空間に流入する。そして、風下列の第1補助熱交換部10Bに属する風下列の扁平伝熱管14を通過し、折り返しヘッダ13で折り返されて、風上列の第1補助熱交換部10Bを通過して、分配ヘッダ11Bに流入する。
 分配ヘッダ11Bに流入した冷媒は、接続配管16を通って、分配ヘッダ11Bの別の空間に流入する。そして、風上列の主熱交換部10Aに属する風上列の扁平伝熱管14を通過し、折り返しヘッダ13で折り返されて、風下列の主熱交換部10Aを通過して、分配ヘッダ11Aに流入する。以上の順番に流れて蒸発した冷媒は、冷媒出入口管12Aから流出する。したがって、実施の形態1の熱交換器1が蒸発器の場合は、主熱交換部10Aにおいて、空気の流れに対して並行流となる冷媒の流れになる。並行流は、冷媒の流れにおいて上流側となる冷媒と空気の流れにおいて上流側となる空気および冷媒の流れにおいて下流側となる冷媒と空気の流れにおいて下流側となる空気とが熱交換する流れである。
 熱交換器1が蒸発器の場合は、主熱交換部10Aにおいて空気の流れと冷媒の流れとの関係は並行流になる。しかしながら、冷媒は、扁平伝熱管14の数が少なく、流路面積が少ない第2補助熱交換部10Cを先に通過してから主熱交換部10Aに流入する。このため、圧力損失が生じるなどして、冷媒は、主熱交換部10Aを通過する段階では温度が低下する。したがって、主熱交換部10Aを通過する冷媒は、熱交換器1を通過する空気との間で有効な熱交換を行うことができる温度差を有する。これにより、熱交換器1は、蒸発器としての熱交換性能の低下を防ぎ、蒸発器としての性能を維持することができる。
 以上のように、実施の形態1の空気調和装置の室外熱交換器230となる熱交換器1によれば、熱交換器1が凝縮器となるときに、主熱交換部10Aにおける冷媒の流れと熱交換器1を通過する空気の流れとが対向流となるような冷媒の流れとする。このため、熱交換器1の冷媒流路全体にわたって、冷媒と空気との間で熱交換を有効に行うことができる温度差を保って熱交換を行うことができ、熱交換器1の伝熱性能を向上させることができる。
 一方、熱交換器1が蒸発器となるときは、主熱交換部10Aにおける冷媒の流れと熱交換器1を通過する空気の流れとが並行流となるが、第2補助熱交換部10Cにおいて冷媒に圧力損失が生じ、温度が低下した冷媒が主熱交換部10Aに流入する。このため、主熱交換部10Aを通過する冷媒は、熱交換器1を通過する空気との間で有効な熱交換を行うことができる温度差を有し、熱交換器1は、蒸発器としての性能を維持することができる。
 実施の形態1の熱交換器1において、2列の扁平伝熱管14の数を同じにしたので、扁平伝熱管14の間隔を同じにして空気を通過させることができる。また、折り返しヘッダ13内で、冷媒を合流および分岐させず、2列の扁平伝熱管14を1対1で対応させることで、折り返しヘッダ13内における冷媒の偏りを防ぐことができる。
実施の形態2.
 図6は、実施の形態2に係る熱交換器1が蒸発器として機能する場合の熱交換器1における空気および冷媒の温度変化の概略を示す図である。ここで、実施の形態2の空気調和装置および熱交換器1は、実施の形態1で説明した空気調和装置および熱交換器1の構成と同じである。ただし、実施の形態2の熱交換器1の各領域においてグループとなる扁平伝熱管14の数は、特に、主熱交換部10A>第1補助熱交換部10B>第2補助熱交換部10Cであるものとする。
 熱交換器1が蒸発器となる場合、冷媒は、冷媒出入口管12Bから分配ヘッダ11Bに流入し、熱交換器1の最下段に位置する領域である風上列の第2補助熱交換部10Cに属する風上列の扁平伝熱管14を通過する。このとき、空気調和装置においては、図6に示すように、風上列の熱交換部10を通過する空気の温度よりも高い温度の冷媒が風上列の第2補助熱交換部10Cに流入するように、冷媒回路の冷媒を循環させる。実施の形態2の空気調和装置が有する熱交換器1において、最下段に位置する風上列の第2補助熱交換部10Cを通過する冷媒は、空気の温度よりも高い温度となるため、室外機200の室外熱交換器230である熱交換器1の下部に溜まるドレン水が凍結しない。このため、根氷などが熱交換器1における空気の通過を妨げず、熱交換効率を維持することができる。
実施の形態3.
 図7は、実施の形態3に係る熱交換器1における扁平伝熱管14の配分について説明する図である。実施の形態3の熱交換器1は、主熱交換部10Aに属する扁平伝熱管14が、分配ヘッダ11および折り返しヘッダ13内の仕切り板によって、分配経路が異なる複数の組にさらに分割されているものとする。そして、各組における扁平伝熱管14の数は、均等な数でなくてもよく、異なる数としてもよい。
 たとえば、熱交換器1における空気の通過方向と回転軸の方向が同じであるサイドフローのファンを有する送風機の場合に、少なくとも、送風機の回転中心に最も近い組の扁平伝熱管14の数が、他の組の扁平伝熱管14の数よりも少なくなる組の配置にする。基本的に、送風機の回転中心における空気の風速が速くなる。このため、扁平伝熱管14の数を少なくし、熱負荷の高い扁平伝熱管14の冷媒流量を多くすることで、熱交換器1における熱交換器性能を高めることができる。
実施の形態4.
 図8は、実施の形態4に係る熱交換器1の構成の概略を示す図である。図8において、図2と同じ符号を付している部材などについては、実施の形態1で説明したことと同様の部材などである。実施の形態4の熱交換器1は、風上列の主熱交換部10Aに属する扁平伝熱管14については、分配ヘッダ11Bの代わりに、組毎に積層分配器17で接続する。そして、積層分配器17は、熱交換器1が蒸発器となるときに、風上列の第1補助熱交換部10B、分配ヘッダ11Bおよび接続配管16を通過して流入した冷媒を分配する。また、積層分配器17は、熱交換器1が蒸発器となるときには、主熱交換部10Aを通過した冷媒を合流させる。
 図9は、実施の形態4に係る積層分配器17の構成の一例を示す図である。積層分配器17は、流路となる貫通孔または貫通溝などを有する複数の板状部材であるプレート17Aが、複数積層されて製造された分配器である。プレート17Aは、流路溝17Bおよび流路孔17Cを有する。流路溝17Bは、冷媒が通過する溝である。また、流路孔17Cは、隣接するプレート17Aと連通し、冷媒を通過させる貫通孔である。ここで、積層分配器17については、図9の構成に限定するものではない。
 領域の広い主熱交換部10Aにおいて、積層分配器17により冷媒を分配するようにしたことで、気液二相の冷媒のうち、気相の冷媒が上側の扁平伝熱管14に多く通過するなどの冷媒の偏りを抑制して分配することができる。このため、熱交換の効率を高めることができる。
 前述した実施の形態1では、熱交換器1を、室外機200の室外熱交換器230に用いたが、これに限定するものではない。室内機100の室内熱交換器110に用いてもよいし、室外熱交換器230および室内熱交換器110の両方に用いてもよい。
 前述した実施の形態1は、空気調和装置について説明したが、たとえば、冷蔵装置、冷凍装置、給湯装置のように、他の冷凍サイクル装置にも適用することができる。
 また、前述した実施の形態1~実施の形態4では、熱交換部10が扁平伝熱管14を用いたコルゲートフィンチューブ型の熱交換器1であるとしたが、たとえば、円管などの伝熱管を用いて熱交換を行う熱交換部10を有する熱交換器1でもよい。
 1 熱交換器、10 熱交換部、10A 主熱交換部、10B 第1補助熱交換部、10C 第2補助熱交換部、11,11A,11B 分配ヘッダ、12,12A,12B 冷媒出入口管、13 折り返しヘッダ、14 扁平伝熱管、15 コルゲートフィン、16 接続配管、17 積層分配器、17A プレート、17B 流路溝、17C 流路孔、100 室内機、110 室内熱交換器、120 膨張弁、130 室内送風機、200 室外機、210 圧縮機、220 四方弁、230 室外熱交換器、240 アキュムレータ、250 室外送風機、300 冷媒配管。

Claims (10)

  1.  冷媒が管内を流れる複数の伝熱管が高さ方向に並んで配置され、前記冷媒と空気とを熱交換する熱交換部と、
     複数の前記伝熱管の一端が接続され、前記空気が流れる方向に、風上列および風下列の2列に並んだ前記熱交換部の間で前記冷媒を流通させる折り返し部と、
     各列の前記熱交換部における前記伝熱管の他端が接続され、前記伝熱管に前記冷媒を分配または合流させる複数の分配合流部と
    を備える熱交換器であって、
     前記熱交換部の複数の前記伝熱管は、前記高さ方向の上側から順に、主熱交換部、前記主熱交換部より前記伝熱管の数が少ない第1補助熱交換部および前記第1補助熱交換部以下の前記伝熱管の数となる第2補助熱交換部のグループに分かれ、
     凝縮器として機能するときに、流入した前記冷媒が、前記風下列の前記主熱交換部、前記風上列の前記主熱交換部、前記風上列の前記第1補助熱交換部、前記風下列の前記第1補助熱交換部、前記風下列の前記第2補助熱交換部および前記風上列の前記第2補助熱交換部の順に流れて流出する熱交換器。
  2.  前記風上列の前記熱交換部と前記風下列の前記熱交換部とにおける前記伝熱管の数が同じである請求項1に記載の熱交換器。
  3.  前記主熱交換部は、前記分配合流部からの前記冷媒の分配経路により、前記伝熱管がさらに複数の組に分割される請求項1または請求項2に記載の熱交換器。
  4.  前記主熱交換部は、前記空気が多く通過する前記組の前記伝熱管の数が、他の組の前記伝熱管の数よりも少ない請求項3に記載の熱交換器。
  5.  前記折り返し部は、前記風上列の前記熱交換部における主熱交換部の前記伝熱管と前記風下列の前記熱交換部における主熱交換部の前記伝熱管とを、それぞれ1対1で接続する請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の熱交換器。
  6.  前記分配合流部は、板状部材を複数積層した積層分配器を有する請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の熱交換器。
  7.  前記伝熱管は、断面が扁平形状を有し、前記冷媒が流れる流路を内部に有する扁平伝熱管である請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の熱交換器。
  8.  少なくとも凝縮器に、請求項1~請求項7のいずれか一項に記載の熱交換器を有する冷凍サイクル装置。
  9.  前記熱交換器の前記熱交換部における前記伝熱管が、前記主熱交換部の前記伝熱管の数>前記第1補助熱交換部の前記伝熱管の数>前記第2補助熱交換部の前記伝熱管の数の関係を有し、
     前記熱交換器が蒸発器として機能するときに、前記風上列の前記第2補助熱交換部から流入する冷媒の温度が、前記熱交換部に流入する前記空気の温度より高い温度とする請求項8に記載の冷凍サイクル装置。
  10.  前記熱交換部の空気の通過方向とファンの回転軸の方向が同じ向きに配置され、前記熱交換部に前記空気を通過させる送風機を備え、
     前記ファンの回転中心との距離が最も近い前記組における前記伝熱管の数が、他の組の前記伝熱管の数よりも少ない請求項8または請求項9に記載の冷凍サイクル装置。
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