WO2022254506A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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WO2022254506A1
WO2022254506A1 PCT/JP2021/020652 JP2021020652W WO2022254506A1 WO 2022254506 A1 WO2022254506 A1 WO 2022254506A1 JP 2021020652 W JP2021020652 W JP 2021020652W WO 2022254506 A1 WO2022254506 A1 WO 2022254506A1
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WO
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refrigerant
heat exchanger
air conditioner
r1234yf
header
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PCT/JP2021/020652
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English (en)
French (fr)
Inventor
洋次 尾中
淳 西尾
哲二 七種
直史 竹中
理人 足立
七海 岸田
泰作 五明
祐基 中尾
伸吾 笠木
篤史 岐部
裕之 森本
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/06—Separate outdoor units, e.g. outdoor unit to be linked to a separate room comprising a compressor and a heat exchanger
    • F24F1/14—Heat exchangers specially adapted for separate outdoor units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle

Definitions

  • the present disclosure relates to an air conditioner equipped with an outdoor unit having a heat exchanger with a plurality of flat tubes.
  • the vertical direction is the tube extension direction, and a plurality of flat tubes arranged at intervals in the horizontal direction, a plurality of fins connected between adjacent flat tubes to transfer heat to the flat tubes, and a plurality of flat tubes 2.
  • an air conditioner in which an outdoor unit is equipped with a heat exchanger having headers respectively provided at the upper end and the lower end of a pipe (see, for example, Patent Document 1).
  • the air conditioner of Patent Document 1 is capable of both cooling operation and heating operation, and its refrigerant circuit contains a pure refrigerant such as R410A.
  • a pure refrigerant such as R410A.
  • frost forms on the heat exchanger. Therefore, when the amount of frost formed on the heat exchanger reaches a certain amount or more, a defrosting operation is performed to melt the frost on the surface of the heat exchanger. In the defrosting operation, high-temperature and high-pressure gas refrigerant is allowed to flow in from one of the headers and flows through the flat tubes to defrost.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and aims to provide an air conditioner capable of suppressing deterioration in defrosting performance.
  • An air conditioner includes a refrigerant circuit in which a refrigerant circulates, and an outdoor unit and an indoor unit that constitute the refrigerant circuit, and the outdoor unit has a plurality of vertically extending flat tubes.
  • a heat exchanger is provided with one or more heat exchanger cores along the air flow direction, and the refrigerant flows upward inside the flat tube when functioning as a condenser, and the refrigerant is R32. , HFO1123, and R1234yf.
  • the refrigerant circulating in the refrigerant circuit is a two-mixed refrigerant in which two kinds of R32, HFO1123, and R1234yf are mixed, or a three-kind mixed refrigerant in which three kinds are mixed. is. Therefore, compared to the case of using a pure refrigerant such as R410A, when the refrigerant flowing from the hot gas refrigerant inlet formed at the bottom of the heat exchanger flows upward through the flat tube of the heat exchanger core, gravity It is possible to improve the liquid retention in which the liquefied refrigerant cannot rise due to the influence of , and can suppress the deterioration of the defrosting performance.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heat exchanger of an air conditioner according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a front view of the heat exchanger of the air conditioner according to Embodiment 1.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the height H of the heat exchanger core of the heat exchanger and ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD according to experimental results;
  • FIG. 4 is a diagram for explaining deterioration of defrosting performance due to liquid retention in a heat exchanger;
  • FIG. 10 is a first graph showing the relationship between the R1234yf concentration and ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD of the three-kind mixed refrigerant according to experimental results.
  • FIG. 10 is a second graph showing the relationship between the concentration of R1234yf in the triple refrigerant mixture and ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD according to experimental results.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the concentration of R1234yf and ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD in a dual refrigerant mixture of R32 and R1234yf according to experimental results.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the concentration of R1234yf and ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD in a dual refrigerant mixture of HFO1123 and R1234yf according to experimental results.
  • 6 is a front view of a heat exchanger of an air conditioner according to Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 8 is a front view of a heat exchanger of an air conditioner according to Embodiment 3;
  • FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of an air conditioner 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. The solid line arrows in FIG. 1 indicate the refrigerant flow during cooling operation, and the broken line arrows in FIG. 1 indicate the refrigerant flow during heating operation.
  • the air conditioner 100 includes an outdoor unit 10 and an indoor unit 20.
  • the outdoor unit 10 includes a compressor 11 , a channel switching device 12 , a fan 13 and a heat exchanger 30 .
  • the indoor unit 20 includes an expansion device 21 , an indoor heat exchanger 22 and an indoor fan 23 .
  • the air conditioner 100 also includes a refrigerant circuit 101, which is composed of an outdoor unit 10 and an indoor unit 20, and in which a refrigerant circulates.
  • the refrigerant circuit 101 is configured by connecting a compressor 11, a flow switching device 12, a heat exchanger 30, an expansion device 21, and an indoor heat exchanger 22 with refrigerant pipes.
  • This air conditioner 100 can be operated in both cooling operation and heating operation by switching the channel switching device 12 .
  • the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 101 is a two-kind mixed refrigerant, which is a mixture of two kinds of R32, HFO1123, and R1234yf, or a three-kind mixed refrigerant, which is a mixture of three kinds. The details of this refrigerant will be described later.
  • the compressor 11 sucks in a low-temperature, low-pressure refrigerant, compresses the sucked-in refrigerant, and discharges a high-temperature, high-pressure refrigerant.
  • the compressor 11 is, for example, an inverter compressor whose capacity, which is the output amount per unit time, is controlled by changing the operating frequency.
  • the channel switching device 12 is, for example, a four-way valve, and switches between cooling operation and heating operation by switching the direction of refrigerant flow.
  • the flow switching device 12 switches to the state indicated by the solid line in FIG. 1 during cooling operation, and the discharge side of the compressor 11 and the heat exchanger 30 are connected. Further, the flow path switching device 12 switches to the state indicated by the dashed line in FIG. 1 during the heating operation, and the discharge side of the compressor 11 and the indoor heat exchanger 22 are connected.
  • the heat exchanger 30 exchanges heat between the outdoor air and the refrigerant.
  • the heat exchanger 30 functions as a condenser that radiates the heat of the refrigerant to the outdoor air to condense the refrigerant during the cooling operation.
  • the heat exchanger 30 functions as an evaporator that evaporates the refrigerant during the heating operation and cools the outdoor air with the heat of vaporization at that time.
  • the fan 13 supplies outdoor air to the heat exchanger 30, and the amount of air blown to the heat exchanger 30 is adjusted by controlling the rotation speed.
  • the throttle device 21 is, for example, an electronic expansion valve that can adjust the opening of the throttle, and controls the pressure of the refrigerant flowing into the heat exchanger 30 or the indoor heat exchanger 22 by adjusting the opening.
  • the expansion device 21 is provided in the indoor unit 20 in the embodiment, it may be provided in the outdoor unit 10, and the installation location is not limited.
  • the indoor heat exchanger 22 exchanges heat between the indoor air and the refrigerant.
  • the indoor heat exchanger 22 functions as an evaporator that evaporates the refrigerant and cools the outdoor air with the heat of vaporization during the cooling operation.
  • the indoor heat exchanger 22 functions as a condenser that radiates the heat of the refrigerant to the outdoor air to condense the refrigerant during the heating operation.
  • the indoor fan 23 supplies indoor air to the indoor heat exchanger 22, and the amount of air blown to the indoor heat exchanger 22 is adjusted by controlling the rotation speed.
  • ⁇ Configuration of heat exchanger 30> 2 is a perspective view of the heat exchanger 30 of the air conditioner 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a front view of the heat exchanger 30 of the air conditioner 100 according to Embodiment 1.
  • the dashed arrows in FIG. 2 and the white arrows in FIG. 3 indicate the flow of the refrigerant during the cooling operation.
  • FIG. 3 also shows the height H and width L of the heat exchanger core 31, which will be described later.
  • the heat exchanger 30 includes a heat exchanger core 31 having a plurality of flattened tubes 38 and a plurality of fins 39 .
  • the flat tubes 38 are arranged side by side in the horizontal direction (horizontal direction in FIGS. 2 and 3) at intervals so that the wind generated by the fan 13 flows, and are arranged in parallel in the vertical direction (vertical direction in FIGS. 2 and 3). ) in which the refrigerant flows vertically.
  • the fins 39 are connected between adjacent flat tubes 38 to transfer heat to the flat tubes 38 .
  • the fins 39 improve heat exchange efficiency between air and refrigerant, and corrugated fins are used, for example. However, it is not limited to this. Since heat exchange between the air and the refrigerant takes place on the surface of the flat tube 38, the fins 39 may be omitted.
  • a first header 34 is provided at the lower end of the heat exchanger core 31 .
  • the lower ends of the flat tubes 38 of the heat exchanger core 31 are directly inserted into the first header 34 .
  • a second header 35 is provided at the upper end of the heat exchanger core 31 .
  • the upper ends of the flat tubes 38 of the heat exchanger core 31 are directly inserted into the second headers 35 .
  • a hot gas refrigerant inlet 32 is formed at one end of the first header 34 , and the hot gas refrigerant inlet 32 is connected to the refrigerant circuit 101 of the air conditioner 100 via a gas pipe 37 . Therefore, the first header 34 is also called a gas header.
  • the first header 34 allows the high-temperature and high-pressure gas refrigerant (hereinafter also referred to as hot gas refrigerant) from the compressor 11 to flow into the heat exchanger 30 during cooling operation, and after heat exchange in the heat exchanger 30 during heating operation. , the low-temperature, low-pressure gas refrigerant flows out to the refrigerant circuit 101 .
  • the hot gas refrigerant is not limited to a gas single-phase refrigerant, and may be a gas-liquid two-phase refrigerant containing a gas phase of 0° C. or higher.
  • a liquid refrigerant outlet 33 is formed at one end of the second header 35 , and the liquid refrigerant outlet 33 is connected to the refrigerant circuit 101 of the air conditioner 100 via a liquid pipe 36 . Therefore, the second header 35 is also called a liquid header.
  • the second header 35 allows the low-temperature, low-pressure two-phase refrigerant to flow into the heat exchanger 30 during heating operation, and allows the low-temperature, high-pressure liquid refrigerant after heat exchange in the heat exchanger 30 to flow out to the refrigerant circuit 101 during cooling operation. .
  • the plurality of flat tubes 38, the plurality of fins 39, the first header 34, and the second header 35 are all made of aluminum and joined by brazing.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the heat exchanger 30 via the flow switching device 12 .
  • the high-temperature, high-pressure gas refrigerant that has flowed into the heat exchanger 30 exchanges heat with the outdoor air taken in by the fan 13 and condenses while releasing heat, and flows out of the heat exchanger 30 as a low-temperature, high-pressure liquid refrigerant.
  • the low-temperature, high-pressure liquid refrigerant that has flowed out of the heat exchanger 30 is decompressed by the expansion device 21 , becomes a low-temperature, low-pressure, gas-liquid two-phase refrigerant, and flows into the indoor heat exchanger 22 .
  • the low-temperature, low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed into the indoor heat exchanger 22 exchanges heat with the indoor air taken in by the indoor fan 23, absorbs heat, and evaporates, cooling the indoor air and forming a low-temperature, low-pressure gas refrigerant. and flows out from the indoor heat exchanger 22.
  • the low-temperature, low-pressure gas refrigerant that has flowed out of the indoor heat exchanger 22 is sucked into the compressor 11 and becomes high-temperature, high-pressure gas refrigerant again.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 11 flows into the indoor heat exchanger 22 via the flow switching device 12 .
  • the high-temperature, high-pressure gas refrigerant that has flowed into the indoor heat exchanger 22 exchanges heat with the indoor air taken in by the indoor fan 23, condenses while releasing heat, heats the indoor air, and becomes a low-temperature, high-pressure liquid refrigerant that flows indoors. It flows out of heat exchanger 22 .
  • the low-temperature, high-pressure liquid refrigerant that has flowed out of the indoor heat exchanger 22 is depressurized by the expansion device 21 , becomes a low-temperature, low-pressure, gas-liquid two-phase refrigerant, and flows into the heat exchanger 30 .
  • the low-temperature, low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant that has flowed into the heat exchanger 30 exchanges heat with the outdoor air taken in by the fan 13, absorbs heat, evaporates, becomes a low-temperature, low-pressure gas refrigerant, and flows out of the heat exchanger 30. do.
  • the low-temperature, low-pressure gas refrigerant that has flowed out of the heat exchanger 30 is sucked into the compressor 11 and becomes high-temperature, high-pressure gas refrigerant again.
  • the fan 13 In the defrosting operation, the fan 13 is stopped, the flow path switching device 12 is switched to the same state as during the cooling operation, and high-temperature and high-pressure gas refrigerant flows into the heat exchanger 30 . This melts the frost adhering to the flat tubes 38 and the fins 39 .
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant flows from the gas pipe 37 through the first header 34 into each flat tube 38 .
  • the refrigerant that has flowed into each flat tube 38 becomes an upward flow that is an upward flow in the vertical direction.
  • the high-temperature coolant that has flowed into the flat tubes 38 melts the frost adhering to the flat tubes 38 and the fins 39 and turns them into water.
  • the timing for ending the defrosting operation and resuming the heating operation can be determined by a known method. For example, when the temperature detected by a temperature sensor (not shown) reaches a predetermined temperature, or when the defrosting operation is performed for a certain period of time, the defrosting operation may be terminated and the heating operation may be restarted. .
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the height H of the heat exchanger core 31 of the heat exchanger and ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD according to experimental results.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining deterioration of defrosting performance due to liquid retention in the heat exchanger.
  • the white arrows in FIG. 5 indicate the flow of refrigerant during defrosting operation.
  • the height H of the heat exchanger core 31 is the length between the upper end of the first header 34 and the lower end of the second header 35 and the length of the exposed portion of the flat tube 38 . .
  • the differential pressure in the refrigerant flow path (hereinafter referred to as the flow path differential pressure ) is defined as ⁇ P HEX and the liquid head is defined as ⁇ P HEAD , ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD tends to decrease.
  • the flow path differential pressure ⁇ P HEX is the pressure difference in the flow path in which the hot gas refrigerant flows as an upward flow during the defrosting operation, and is the difference between the upper and lower ends of the flat tubes 38 in the heat exchanger core 31. pressure.
  • heat exchangers using corrugated fins used in outdoor units such as car air conditioners have a heat exchanger core height of about 300 [mm]
  • outdoor units such as buildings
  • Most of the heat exchangers used in the above have a heat exchanger core height of 420 [mm] or more.
  • the height of the heat exchanger core 31 is increased to about 420 [mm].
  • ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD decreased by 43 [%] compared to the height of 300 [mm].
  • liquid retention occurs in a part of the heat exchanger, making it difficult for the liquid refrigerant to flow.
  • ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD is about 65 [% with respect to the height of 300 [mm]. ] was found to decrease.
  • the hot gas refrigerant flows into the first header 34 provided at the bottom of the heat exchanger, passes through the first header 34,
  • the refrigerant flows as an upward flow inside the flat tubes 38 extending in the vertical direction, the liquefied refrigerant cannot rise due to the influence of gravity, and liquid retention occurs, and the defrosting performance drops significantly in that area. I have a problem. Therefore, in the embodiment, this problem is improved to suppress the deterioration of the defrosting performance during the defrosting operation.
  • the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 101 of the air conditioner 100 is a two-mixed refrigerant mixture of two of R32, HFO1123, and R1234yf, or a three-mixed refrigerant mixture of three kinds. and By doing so, due to differences in gas density, liquid density, latent heat, etc., it is possible to increase ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD compared to the generally used pure refrigerant such as R410A, so liquid retention is improved. A decrease in defrosting performance during defrosting operation can be suppressed.
  • FIG. 6 is a first graph showing the relationship between the concentration of R1234yf in the triple refrigerant mixture and ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD according to experimental results.
  • FIG. 7 is a second graph showing the relationship between the concentration of R1234yf in the triple refrigerant mixture and ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD according to experimental results.
  • the concentration of R32 is It can be seen that ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD increases as ⁇ P decreases. In particular, when the concentration of R32 is 30 wt [%] or less, ⁇ P HEX > ⁇ P HEAD ⁇ , that is, ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD is always greater than 100 [%] (or 1).
  • the concentration of R32 is 20 [wt%] or less and the concentration of R1234yf is 50 [wt%] or more. If so, ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD will be greater than line (2). Therefore, even if the height H of the heat exchanger core 31 is 420 [mm], it is possible to greatly improve liquid retention as in a heat exchanger used for an outdoor unit such as a car air conditioner.
  • the height H of the heat exchanger core 31 is 490 [mm]
  • the concentration of R32 is 20 [wt%] or less and the concentration of R1234yf is 65 [wt%] or more
  • ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD is greater than the line of line (3). Therefore, even if the height H of the heat exchanger core 31 is 490 [mm], it is possible to greatly improve liquid retention to the same extent as in a vehicle heat exchanger.
  • the height H of the heat exchanger core 31 is 800 [mm]
  • the concentration of R32 is 10 [wt%] or less and the concentration of R1234yf is 60 [wt%] or more
  • ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD is greater than line (4).
  • the height H of the heat exchanger core 31 is 800 [mm]
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the concentration of R1234yf and ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD in a dual refrigerant mixture of R32 and R1234yf, according to experimental results.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the R1234yf concentration and ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD in a dual refrigerant mixture of HFO1123 and R1234yf according to experimental results.
  • the heat exchanger 30 has one heat exchanger core 31.
  • the heat exchanger 30 is not limited to this. It may be provided.
  • the first header 34 is provided at the lower end of the heat exchanger core 31 on the most leeward side
  • the second header 35 is provided on the upper or lower end of the heat exchanger core 31 on the most windward side.
  • the refrigerant merged from the flat tubes 38 of the heat exchanger cores 31 on the leeward side is supplied to the upper end or the lower end of the two adjacent heat exchanger cores 31 .
  • Row-to-row headers are provided that distribute to tubes 38 .
  • the air conditioner 100 includes the refrigerant circuit 101 through which the refrigerant circulates, and the outdoor unit 10 and the indoor unit 20 that constitute the refrigerant circuit 101 .
  • the outdoor unit 10 includes one heat exchanger core 31 having a plurality of flat tubes 38 extending in the vertical direction, or two or more heat exchanger cores 31 along the air flow direction.
  • a heat exchanger 30 is provided in which the refrigerant flows as an upward flow.
  • the refrigerant is a two-kind mixed refrigerant in which two kinds of R32, HFO1123, and R1234yf are mixed, or a three-kind mixed refrigerant in which three kinds are mixed.
  • the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 101 is a mixture of two of R32, HFO1123, and R1234yf, or a mixture of three of R32, HFO1123, and R1234yf. It is a three-kind mixed refrigerant. Therefore, compared to the case of using a pure refrigerant such as R410A, the refrigerant flowing from the hot gas refrigerant inlet 32 formed in the lower part of the heat exchanger 30 flows upward through the flat tubes 38 of the heat exchanger core 31. In this case, it is possible to improve the liquid retention in which the liquefied refrigerant cannot rise due to the influence of gravity and stay there, and it is possible to suppress the deterioration of the defrosting performance.
  • the refrigerant is a three-kind mixed refrigerant in which three kinds of R32, HFO1123, and R1234yf are mixed, and the concentration of R32 is 30 [wt%] or less.
  • the refrigerant is a three-type mixed refrigerant in which three kinds of R32, HFO1123, and R1234yf are mixed, and the concentration of R32 is 40 [wt%] or more and 60 [wt%] or less, and the concentration of R1234yf is 40 [wt%]. wt%] or more.
  • the refrigerant is a two-kind mixed refrigerant of R32 and R1234yf, and the concentration of R1234yf is 40 [wt%] or more.
  • the refrigerant is a mixed refrigerant of HFO1123 and R1234yf.
  • ⁇ P HEX / ⁇ P HEAD can be made larger than 100 [%] (or 1). Therefore, it is possible to further improve the liquid retention and further suppress the deterioration of the defrosting performance.
  • Embodiment 2 will be described below, but descriptions of parts that overlap with those of Embodiment 1 will be omitted, and parts that are the same as or correspond to those of Embodiment 1 will be given the same reference numerals.
  • FIG. 10 is a front view of heat exchanger 30 of air conditioner 100 according to Embodiment 2.
  • FIG. The white arrows in FIG. 10 indicate the flow of refrigerant during cooling operation.
  • 10 also shows the height H and width L of the heat exchanger core 31, and the widths of the respective regions of the heat exchanger core 31 are indicated as L1 , L2, . . . from the downstream side.
  • the heat exchanger 30 functions as a condenser that radiates the heat of the refrigerant to the outdoor air and condenses the refrigerant during the cooling operation.
  • the heat exchanger 30 comprises a heat exchanger core 31 having a plurality of flattened tubes 38 and a plurality of fins 39 .
  • the flat tubes 38 are arranged side by side in the horizontal direction (horizontal direction in FIG. 10) at intervals so that the wind generated by the fan 13 flows, and are arranged vertically (up and down direction in FIG. 10) within the tubes extending vertically.
  • Refrigerant flows in the direction of
  • the fins 39 are connected between adjacent flat tubes 38 to transfer heat to the flat tubes 38 .
  • the fins 39 improve heat exchange efficiency between air and refrigerant, and corrugated fins are used, for example. However, it is not limited to this. Since heat exchange between the air and the refrigerant takes place on the surface of the flat tube 38, the fins 39 may be omitted.
  • a first header 34 is provided at the lower end of the heat exchanger core 31 .
  • the lower ends of the flat tubes 38 of the heat exchanger core 31 are directly inserted into the first header 34 .
  • a second header 35 is provided at the upper end of the heat exchanger core 31 .
  • the upper ends of the flat tubes 38 of the heat exchanger core 31 are directly inserted into the second headers 35 .
  • a hot gas refrigerant inlet 32 is formed at one end of the second header 35 , and the hot gas refrigerant inlet 32 is connected to the refrigerant circuit 101 of the air conditioner 100 via a gas pipe 37 .
  • a liquid refrigerant outlet 33 is formed at the other end of the second header 35 , and the liquid refrigerant outlet 33 is connected to the refrigerant circuit 101 of the air conditioner 100 via a liquid pipe 36 .
  • the second header 35 allows the high-temperature, high-pressure gas refrigerant from the compressor 11 to flow into the heat exchanger 30 during cooling operation, and the low-temperature, high-pressure liquid refrigerant after heat exchange in the heat exchanger 30 flows out to the refrigerant circuit 101.
  • the second header 35 allows the low-temperature, low-pressure two-phase refrigerant to flow into the heat exchanger 30 during heating operation, and causes the low-temperature, low-pressure gas refrigerant after heat exchange in the heat exchanger 30 to flow out to the refrigerant circuit 101 .
  • the plurality of flat tubes 38, the plurality of fins 39, the first header 34, and the second header 35 are all made of aluminum and joined by brazing.
  • the second header 35 is provided with the partition plate 40 .
  • the partition plate 40 is provided to horizontally partition the flow path of the heat exchanger core 31 into a plurality of regions. Moreover, the partition plate 40 is provided so that the flow path in each region of the heat exchanger core 31 is counter-current to the flow path in the adjacent region. In the second embodiment, the partition plate 40 partitions the flow path of the heat exchanger core 31 into two regions T 1 and T 2 . Further, the confluence area M1 of the hot gas refrigerant is formed in the first header 34 by providing the partition plate 40 in the second header 35 .
  • the hot gas refrigerant that has flowed into the second header 35 flows downward through the flat tubes 38 of the heat exchanger core 31 arranged in the region T1 , and then merges in the confluence region M1 of the first header 34. , and flows upward through the flat tubes 38 of the heat exchanger core 31 arranged in the region T2 , and then flows out from the second header 35.
  • region T1 is the downflow region
  • region T2 is the upflow region.
  • the confluence area M1 of the first header 34 serves as a hot gas refrigerant inflow part for the upward flow area.
  • the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 101 is a two-mixed refrigerant mixture of two kinds of R32, HFO1123, and R1234yf, or a mixture of three kinds. A three-kind mixed refrigerant is used.
  • the refrigerant flowing from the hot gas refrigerant inlet 32 formed in the heat exchanger 30 flows upward in the region T2 as compared to the case where a pure refrigerant such as R410A is used.
  • the liquid retention in which the liquefied refrigerant cannot rise due to the influence of gravity and stays can be improved, and the deterioration of the defrosting performance can be suppressed.
  • the partition plate 40 in the second header 35 the cross-sectional area of the flow path is reduced for the same flow rate of the refrigerant. Liquid retention is improved, and defrosting performance during defrosting operation can be improved.
  • Embodiment 3 will be described below, but the description of the parts that overlap with Embodiments 1 and 2 will be omitted, and the same or corresponding parts as those in Embodiments 1 and 2 will be given the same reference numerals.
  • FIG. 11 is a front view of heat exchanger 30 of air conditioner 100 according to Embodiment 3.
  • FIG. The white arrows in FIG. 11 indicate the flow of refrigerant during cooling operation.
  • FIG. 11 also shows the height H and width L of the heat exchanger core 31, and the widths of the regions of the heat exchanger core 31 are indicated as L 1 , L 2 . . . from the downstream side.
  • the heat exchanger 30 functions as a condenser that radiates the heat of the refrigerant to the outdoor air and condenses the refrigerant during the cooling operation.
  • the heat exchanger 30 comprises a heat exchanger core 31 having a plurality of flattened tubes 38 and a plurality of fins 39 .
  • the flat tubes 38 are arranged side by side in the horizontal direction (horizontal direction in FIG. 11) at intervals so that the wind generated by the fan 13 flows, and are arranged vertically (up and down direction in FIG. 11) in the tubes extending vertically. Refrigerant flows in the direction of
  • the fins 39 are connected between adjacent flat tubes 38 to transfer heat to the flat tubes 38 .
  • the fins 39 improve heat exchange efficiency between air and refrigerant, and corrugated fins are used, for example. However, it is not limited to this. Since heat exchange between the air and the refrigerant takes place on the surface of the flat tube 38, the fins 39 may be omitted.
  • a first header 34 is provided at the lower end of the heat exchanger core 31 .
  • the lower ends of the flat tubes 38 of the heat exchanger core 31 are directly inserted into the first header 34 .
  • a second header 35 is provided at the upper end of the heat exchanger core 31 .
  • the upper ends of the flat tubes 38 of the heat exchanger core 31 are directly inserted into the second headers 35 .
  • a hot gas refrigerant inlet 32 is formed at one end of the second header 35 , and the hot gas refrigerant inlet 32 is connected to the refrigerant circuit 101 of the air conditioner 100 via a gas pipe 37 .
  • the second header 35 allows the high-temperature, high-pressure gas refrigerant from the compressor 11 to flow into the heat exchanger 30 during cooling operation, and the low-temperature, low-pressure gas refrigerant after heat exchange in the heat exchanger 30 during heating operation into the refrigerant circuit. Drain to 101.
  • a liquid refrigerant outlet 33 is formed at one end of the first header 34 located on the opposite side of one end of the second header 35 , and the liquid refrigerant outlet 33 passes through a liquid pipe 36 to the refrigerant of the air conditioner 100 . It is connected with circuit 101 .
  • the first header 34 allows a low-temperature, low-pressure two-phase refrigerant to flow into the heat exchanger 30 during heating operation, and causes a low-temperature, high-pressure liquid refrigerant after heat exchange in the heat exchanger 30 to flow out to the refrigerant circuit 101 during cooling operation. .
  • the plurality of flat tubes 38, the plurality of fins 39, the first header 34, and the second header 35 are all made of aluminum and joined by brazing.
  • partition plates 40 are provided in the first header 34 and the second header 35, respectively.
  • the partition plate 40 is provided to horizontally partition the flow path of the heat exchanger core 31 into a plurality of regions. Moreover, the partition plate 40 is provided so that the flow path in each region of the heat exchanger core 31 is counter-current to the flow path in the adjacent region.
  • two partition plates 40 partition the flow path of heat exchanger core 31 into three regions T 1 , T 2 , and T 3 .
  • the partition plate 40 by providing the partition plate 40 in the first header 34 and the second header 35, respectively, the confluence areas M1 and M2 of the hot gas refrigerant are formed in the first header 34 and the second header 35, respectively.
  • the hot gas refrigerant that has flowed into the second header 35 flows downward through the flat tubes 38 of the heat exchanger core 31 arranged in the region T1 , and then merges in the confluence region M1 of the first header 34. , and flows upward through the flattened tubes 38 of the heat exchanger core 31 located in the region T2 . After that, the hot gas refrigerant merges in the confluence region M2 of the second header 35, flows downward through the flat tubes 38 of the heat exchanger core 31 disposed in the region T3 , and then flows out of the first header 34. It is designed to That is, regions T1 and T3 are downflow regions, and region T2 is an upflow region. Also, the confluence area M1 of the first header 34 serves as a hot gas refrigerant inflow part for the upward flow area.
  • the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 101 is a mixture of two kinds of R32, HFO1123, and R1234yf, or a mixture of three kinds. A three-kind mixed refrigerant is used. By doing so, the refrigerant flowing from the hot gas refrigerant inlet 32 formed in the heat exchanger 30 flows upward in the region T2 as compared to the case where a pure refrigerant such as R410A is used.
  • the liquid retention in which the liquefied refrigerant cannot rise due to the influence of gravity and stays can be improved, and the deterioration of the defrosting performance can be suppressed.
  • the partition plate 40 in each of the first header 34 and the second header 35 the cross-sectional area of the flow path becomes smaller for the same flow rate of the refrigerant, so the flow velocity of the refrigerant increases and the differential pressure ⁇ P HEX of the flow path increases. Therefore, the liquid retention is improved, and the defrosting performance during the defrosting operation can be improved.

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Abstract

空気調和装置は、冷媒が循環する冷媒回路と、冷媒回路を構成する室外機および室内機と、を備え、室外機は、上下方向に延びた複数の扁平管を有する熱交換器コアを１つまたは空気の流れ方向に沿って２つ以上備え、凝縮器として機能する際に前記扁平管内部を冷媒が上昇流として流動する熱交換器を備え、冷媒は、Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３、および、Ｒ１２３４ｙｆのうち、２種を混合した２種混合冷媒、あるいは、３種を混合した３種混合冷媒である。

Description

空気調和装置
　本開示は、複数の扁平管を有する熱交換器を有する室外機を備えた空気調和装置に関するものである。
　従来、鉛直方向を管延伸方向とし、水平方向に間隔を空けて配列された複数の扁平管と、隣り合う扁平管の間にわたって接続され、扁平管に伝熱する複数のフィンと、複数の扁平管の上端部および下端部にそれぞれ設けられたヘッダとを備えた熱交換器を室外機に搭載した空気調和装置がある（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１の空気調和装置は、冷房運転および暖房運転の両方が運転可能であり、その冷媒回路には、Ｒ４１０Ａの純冷媒などが封入されている。この空気調和装置において、外気温度が低く熱交換器の表面温度が０℃以下となる低温環境で暖房運転が行われた場合には、熱交換器に着霜が生じる。そのため、熱交換器への着霜量が一定以上になると、熱交換器の表面の霜を溶かす除霜運転が行われる。除霜運転では、高温高圧のガス冷媒を一方のヘッダから流入させ、扁平管へ流すことで除霜を行う。
特開２０１８－９６６３８号公報
　特許文献１のような従来の空気調和装置では、除霜運転時、高温高圧のガス冷媒が下部のヘッダから流入し、上昇流として扁平管を流動し、また、扁平管を流れるにつれて冷却され、下流になるほど液相が増加する。そして、高温高圧のガス冷媒が上昇流として扁平管を流動する際に、重力の影響により液化した冷媒が上昇できずに滞留してしまう液滞留が発生してしまい、除霜性能の低下を招くという課題があった。
　本開示は、以上のような課題を解決するためになされたもので、除霜性能の低下を抑制することができる空気調和装置を提供することを目的としている。
　本開示に係る空気調和装置は、冷媒が循環する冷媒回路と、前記冷媒回路を構成する室外機および室内機と、を備え、前記室外機は、上下方向に延びた複数の扁平管を有する熱交換器コアを１つまたは空気の流れ方向に沿って２つ以上備え、凝縮器として機能する際に前記扁平管内部を前記冷媒が上昇流として流動する熱交換器を備え、前記冷媒は、Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３、および、Ｒ１２３４ｙｆのうち、２種を混合した２種混合冷媒、あるいは、３種を混合した３種混合冷媒である。
　本開示に係る空気調和装置によれば、冷媒回路を循環する冷媒は、Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３、および、Ｒ１２３４ｙｆのうち、２種を混合した２種混合冷媒、あるいは、３種を混合した３種混合冷媒である。そのため、Ｒ４１０Ａの純冷媒などを用いた場合に比べ、熱交換器の下部に形成されたホットガス冷媒入口から流入した冷媒が、上昇流として熱交換器コアの扁平管を流動する際に、重力の影響により液化した冷媒が上昇できずに滞留してしまう液滞留を改善することができ、除霜性能の低下を抑制することができる。
実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の熱交換器の斜視図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の熱交換器の正面図である。 実験結果による熱交換器の熱交換器コアの高さＨとΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤとの関係を示す図である。 熱交換器の液滞留による除霜性能の低下を説明する図である。 実験結果による３種混合冷媒のＲ１２３４ｙｆの濃度とΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤとの関係を示す第１の図である。 実験結果による３種混合冷媒のＲ１２３４ｙｆの濃度とΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤとの関係を示す第２の図である。 実験結果によるＲ３２およびＲ１２３４ｙｆの２種混合冷媒のＲ１２３４ｙｆの濃度とΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤとの関係を示す図である。 実験結果によるＨＦＯ１１２３およびＲ１２３４ｙｆの２種混合冷媒のＲ１２３４ｙｆの濃度とΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤとの関係を示す図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の熱交換器の正面図である。 実施の形態３に係る空気調和装置の熱交換器の正面図である。
　以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本開示が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
　実施の形態１．
＜空気調和装置１００の構成＞
　図１は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷媒回路図である。なお、図１の実線矢印は、冷房運転時の冷媒の流れを示しており、図１の破線矢印は、暖房運転時の冷媒の流れを示している。
　図１に示すように、実施の形態１に係る空気調和装置１００は、室外機１０と室内機２０とを備えている。室外機１０は、圧縮機１１と、流路切替装置１２と、ファン１３と、熱交換器３０とを備えている。室内機２０は、絞り装置２１と、室内熱交換器２２と、室内ファン２３とを備えている。
　また、空気調和装置１００は、室外機１０と室内機２０とで構成され、冷媒が循環する冷媒回路１０１を備えている。具体的には、冷媒回路１０１は、圧縮機１１、流路切替装置１２、熱交換器３０、絞り装置２１、および、室内熱交換器２２が冷媒配管で接続されることにより構成されている。この空気調和装置１００は、流路切替装置１２の切り替えにより冷房運転および暖房運転の両方が運転可能である。
　冷媒回路１０１を循環する冷媒は、Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３、および、Ｒ１２３４ｙｆのうち、２種を混合した２種混合冷媒、あるいは、３種を混合した３種混合冷媒である。なお、この冷媒の詳細については後述する。
　圧縮機１１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１１は、例えば、運転周波数を変化させることにより、単位時間あたりの送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機などからなる。
　流路切替装置１２は、例えば四方弁であり、冷媒の流れる方向を切り替えることにより、冷房運転と暖房運転との切り替えを行う。流路切替装置１２は、冷房運転時に、図１の実線で示す状態に切り替わり、圧縮機１１の吐出側と熱交換器３０とが接続される。また、流路切替装置１２は、暖房運転時に、図１の破線で示す状態に切り替わり、圧縮機１１の吐出側と室内熱交換器２２とが接続される。
　熱交換器３０は、室外空気と冷媒との間で熱交換を行う。熱交換器３０は、冷房運転の際に、冷媒の熱を室外空気に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。また、熱交換器３０は、暖房運転の際に、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により室外空気を冷却する蒸発器として機能する。
　ファン１３は、熱交換器３０に対して室外空気を供給するものであり、回転数が制御されることにより、熱交換器３０に対する送風量が調整される。
　絞り装置２１は、例えば絞りの開度を調整することができる電子式膨張弁であり、開度を調整することによって熱交換器３０または室内熱交換器２２に流入する冷媒の圧力を制御する。なお、実施の形態では、絞り装置２１は室内機２０に設けられているが、室外機１０に設けられていてもよく、設置箇所は限定されない。
　室内熱交換器２２は、室内空気と冷媒との間で熱交換を行う。室内熱交換器２２は、冷房運転の際に、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により室外空気を冷却する蒸発器として機能する。また、室内熱交換器２２は、暖房運転の際に、冷媒の熱を室外空気に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。
　室内ファン２３は、室内熱交換器２２に対して室内空気を供給するものであり、回転数が制御されることにより、室内熱交換器２２に対する送風量が調整される。
＜熱交換器３０の構成＞
　図２は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の熱交換器３０の斜視図である。図３は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の熱交換器３０の正面図である。なお、図２の破線矢印および図３の白矢印は、冷房運転時の冷媒の流れを示している。また、図３には、後述する熱交換器コア３１の高さＨおよび幅Ｌが示されている。
　図２および図３に示すように、熱交換器３０は、複数の扁平管３８と複数のフィン３９とを有する熱交換器コア３１を備えている。扁平管３８は、ファン１３によって発生した風が流れるように、間隔を空けて水平方向（図２および図３の左右方向）に並列して配置され、鉛直方向（図２および図３の上下方向）に延びる管内に鉛直方向に冷媒が流れる。フィン３９は、隣り合う扁平管３８の間にわたって接続され、扁平管３８に伝熱する。なお、フィン３９は、空気と冷媒との熱交換効率を向上させるものであり、たとえばコルゲートフィンが用いられる。しかし、これに限定されるものではない。扁平管３８の表面で空気と冷媒との熱交換が行われるため、フィン３９がなくてもよい。
　熱交換器コア３１の下端部には、第１ヘッダ３４が設けられている。第１ヘッダ３４には、熱交換器コア３１の扁平管３８の下端部が直接挿入されている。また、熱交換器コア３１の上端部には、第２ヘッダ３５が設けられている。第２ヘッダ３５には、熱交換器コア３１の扁平管３８の上端部が直接挿入されている。
　第１ヘッダ３４の一端にはホットガス冷媒入口３２が形成されており、そのホットガス冷媒入口３２がガス配管３７を介して空気調和装置１００の冷媒回路１０１と接続されている。そのため、第１ヘッダ３４は、ガスヘッダとも呼ばれる。第１ヘッダ３４は、冷房運転時に圧縮機１１からの高温高圧のガス冷媒（以下、ホットガス冷媒とも称する）を熱交換器３０に流入させ、暖房運転時に熱交換器３０で熱交換された後の低温低圧のガス冷媒を冷媒回路１０１に流出させる。ここで、ホットガス冷媒は、ガス単相冷媒に限定されず、０℃以上のガス相が含まれる気液二相冷媒であってもよい。
　第２ヘッダ３５の一端には液冷媒出口３３が形成されており、その液冷媒出口３３が液配管３６を介して空気調和装置１００の冷媒回路１０１と接続されている。そのため、第２ヘッダ３５は、液ヘッダとも呼ばれる。第２ヘッダ３５は、暖房運転時に低温低圧の二相冷媒を熱交換器３０に流入させ、冷房運転時に熱交換器３０で熱交換された後の低温高圧の液冷媒を冷媒回路１０１に流出させる。
　複数の扁平管３８、複数のフィン３９、第１ヘッダ３４、および、第２ヘッダ３５は、いずれもアルミニウム製であり、ロウ付けによって接合されている。
　次に、図１および図２に基づき、空気調和装置１００の各運転時の動作について説明する。
＜冷房運転＞
　圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置１２を介して熱交換器３０に流入する。熱交換器３０に流入した高温高圧のガス冷媒は、ファン１３によって取り込まれた室外空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、低温高圧の液冷媒となって熱交換器３０から流出する。熱交換器３０から流出した低温高圧の液冷媒は、絞り装置２１によって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器２２に流入する。室内熱交換器２２に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内ファン２３によって取り込まれた室内空気と熱交換して吸熱しながら蒸発し、室内空気を冷却するとともに低温低圧のガス冷媒となって室内熱交換器２２から流出する。室内熱交換器２２から流出した低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１１へ吸入され、再び高温高圧のガス冷媒となる。
＜暖房運転＞
　圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置１２を介して室内熱交換器２２に流入する。室内熱交換器２２に流入した高温高圧のガス冷媒は、室内ファン２３によって取り込まれた室内空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、室内空気を加熱するとともに低温高圧の液冷媒となって室内熱交換器２２から流出する。室内熱交換器２２から流出した低温高圧の液冷媒は、絞り装置２１によって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、熱交換器３０に流入する。熱交換器３０に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、ファン１３によって取り込まれた室外空気と熱交換して吸熱しながら蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって熱交換器３０から流出する。熱交換器３０から流出した低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１１へ吸入され、再び高温高圧のガス冷媒となる。
＜除霜運転＞
　図２に示される扁平管３８およびフィン３９の表面温度が０℃以下となる低温環境において、暖房運転を行う場合には、熱交換器３０には着霜が生じる。熱交換器３０への着霜量が一定以上になると、ファン１３によって発生する風が通過する熱交換器３０の風路が閉塞され、熱交換器３０の性能が低下し、暖房性能が低下する。そこで、暖房性能が低下した場合には、熱交換器３０の表面の霜を溶かす除霜運転が行われる。
　除霜運転では、ファン１３が停止され、流路切替装置１２が冷房運転時と同じ状態に切り替えられ、高温高圧のガス冷媒が熱交換器３０に流入する。これにより、扁平管３８およびフィン３９に付着した霜が融解する。除霜運転が開始されると、高温高圧のガス冷媒は、ガス配管３７から第１ヘッダ３４を介して各扁平管３８に流入する。なお、各扁平管３８に流入した冷媒は、鉛直方向上向きの流れである上昇流となる。そして、扁平管３８に流入した高温の冷媒によって、扁平管３８およびフィン３９に付着した霜は融解して水に変化する。霜が融解して生じた水は、扁平管３８あるいはフィン３９に沿って熱交換器３０の下方へ排水される。付着した霜が融解したら除霜運転が終了され、暖房運転が再開される。なお、除霜運転を終了させ暖房運転を再開するタイミングは、既知の方法で決定することができる。例えば、図示しない温度センサの検知温度があらかじめ決められた温度になったとき、あるいは、除霜運転が一定時間実施された場合などに、除霜運転を終了させ暖房運転を再開する構成としてもよい。
　図４は、実験結果による熱交換器の熱交換器コア３１の高さＨとΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤとの関係を示す図である。図５は、熱交換器の液滞留による除霜性能の低下を説明する図である。なお、図５の白矢印は、除霜運転時の冷媒の流れを示している。ここで、熱交換器コア３１の高さＨは、第１ヘッダ３４の上端と第２ヘッダ３５の下端との間の長さであり、扁平管３８の露出している部分の長さである。
　発明者らの実験によると、図４に示すように、熱交換器コア３１の高さＨ［ｍ］（図３参照）が高くなるにつれて、冷媒流路の差圧（以下、流路差圧と称する）をΔＰＨＥＸ、液ヘッドをΔＰＨＥＡＤと定義した場合のΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤは減少する傾向にある。なお、実施の形態では、流路差圧ΔＰＨＥＸは、除霜運転時にホットガス冷媒が上昇流として流動する流路の差圧であり、熱交換器コア３１における扁平管３８の上下端の差圧である。そして、ΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤが所定値以下となると、第１ヘッダ３４に流入したホットガス冷媒が上昇流として熱交換器コア３１の扁平管３８を流動する際に、重力の影響により液化した冷媒が上昇できずに滞留してしまう液滞留が発生し、除霜性能が著しく低下することが分かった。なお、図５に示すように、液滞留が発生すると、その液滞留が発生した領域（以下、液滞留域と称する）に除霜運転を行っても扁平管３８およびフィン３９に付着した霜が融解せずに残る残霜領域が発生してしまう。
　一般的に、カーエアコンなどの室外機に用いられるコルゲートフィンを用いた熱交換器の多くは熱交換器コアの高さが３００［ｍｍ］程度のものが多いのに対し、ビルなどの室外機に用いられる熱交換器では、熱交換器コアの高さが４２０［ｍｍ］以上のものが多い。
　発明者らの研究によると、カーエアコンなどの室外機に用いられる熱交換器を、ビル用などの室外機に適用しようとした場合、例えば、４２０［ｍｍ］程度まで熱交換器コア３１の高さＨを高くすると、図４に示すように、３００［ｍｍ］の高さのものに対し、４３［％］もΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤが低下することが分かった。そしてそれにより、熱交換器の一部に液冷媒が流れにくくなる液滞留が発生することが分かった。また、発明者らの研究によると、熱交換器コア３１の高さＨを８００［ｍｍ］とした場合、３００［ｍｍ］の高さのものに対し、ΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤが約６５［％］低下することが分かった。
　従来では、熱交換器コア３１の高さＨが４２０［ｍｍ］以上である場合、ホットガス冷媒が熱交換器の下部に設けられた第１ヘッダ３４に流入し、第１ヘッダ３４を介し、冷媒が鉛直方向に延びる扁平管３８内部を上昇流として流動する際に、重力の影響により液化した冷媒が上昇できずに滞留する液滞留が発生し、その領域で除霜性能が著しく低下しまうという課題がある。そこで、実施の形態では、これを改善して除霜運転時における除霜性能の低下を抑制させるものである。
　実施の形態では、空気調和装置１００の冷媒回路１０１を循環する冷媒を、Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３、および、Ｒ１２３４ｙｆのうち、２種を混合した２種混合冷媒、あるいは、３種を混合した３種混合冷媒とする。そうすることで、ガス密度、液密度、および、潜熱などの違いにより、一般的に用いられるＲ４１０Ａの純冷媒などよりもΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤを大きくすることができるので、液滞留を改善して除霜運転時における除霜性能の低下を抑制させることができる。
　図６は、実験結果による３種混合冷媒のＲ１２３４ｙｆの濃度とΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤとの関係を示す第１の図である。図７は、実験結果による３種混合冷媒のＲ１２３４ｙｆの濃度とΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤとの関係を示す第２の図である。
　図６および図７に示すように、空気調和装置１００の冷媒回路１０１を循環する冷媒として、Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３、および、Ｒ１２３４ｙｆの３種を混合した３種混合冷媒を用いた場合では、Ｒ３２の濃度が低くなるほどΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤが大きくなることが分かる。特に、Ｒ３２の濃度が３０ｗｔ［％］以下では、常にΔＰＨＥＸ＞ΔＰＨＥＡＤΔ、つまりΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤが常に１００［％］（または１）より大きくなることが分かる。図６に示す線（１）は、目標とする液滞留改善ラインを示しており、ΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤ＝１００［％］の線である。そこで、Ｒ３２の濃度を３０［ｗｔ％］以下とすることで、液滞留の発生をさらに抑制することができる。
　また、Ｒ３２の濃度が３０［ｗｔ％］より大きくても、６０［ｗｔ％］以下、かつ、Ｒ１２３４ｙｆの濃度が４０［ｗｔ％］以上であれば、ＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤが１００［％］（または１）より大きくなるので、Ｒ４１０Ａの純冷媒よりもΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤを大きくすることができる。
　図７に示す線（２）は、熱交換器コア３１の高さＨが４２０［ｍｍ］である場合における、目標とする液滞留改善ラインであり、ΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤ＝１４０［％］の線である。また、図７に示す線（３）は、熱交換器コア３１の高さＨが４９０［ｍｍ］である場合における、目標とする液滞留改善ラインであり、ΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤ＝１５０［％］の線である。また、図７に示す線（４）は、熱交換器コア３１の高さＨが８００［ｍｍ］である場合における、目標とする液滞留改善ラインであり、ΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤ＝１６０［％］の線である。
　図７に示すように、熱交換器コア３１の高さＨが４２０［ｍｍ］である場合は、Ｒ３２の濃度が２０［ｗｔ％］以下、かつ、Ｒ１２３４ｙｆの濃度が５０［ｗｔ％］以上であれば、ΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤが線（２）のラインより大きくなる。そのため、熱交換器コア３１の高さＨが４２０［ｍｍ］であっても、カーエアコンなどの室外機に用いられる熱交換器並みに液滞留を大きく改善することができる。また、熱交換器コア３１の高さＨが４９０［ｍｍ］である場合は、Ｒ３２の濃度が２０［ｗｔ％］以下、かつ、Ｒ１２３４ｙｆの濃度が６５［ｗｔ％］以上であれば、ΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤが線（３）のラインより大きくなる。そのため、熱交換器コア３１の高さＨが４９０［ｍｍ］であっても、車両用熱交換器並みに液滞留を大きく改善することができる。また、熱交換器コア３１の高さＨが８００［ｍｍ］である場合は、Ｒ３２の濃度が１０［ｗｔ％］以下、かつ、Ｒ１２３４ｙｆの濃度が６０［ｗｔ％］以上であれば、ΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤが線（４）のラインより大きくなる。そのため、熱交換器コア３１の高さＨが８００［ｍｍ］であっても、カーエアコンなどの室外機に用いられる熱交換器並みに液滞留を大きく改善することができる。つまり、３種混合冷媒のＲ１２３４ｙｆの濃度を、これら液滞留改善ラインより大きくすることで、車両用熱交換器並みに液滞留を大きく改善することができる。
　図８は、実験結果によるＲ３２およびＲ１２３４ｙｆの２種混合冷媒のＲ１２３４ｙｆの濃度とΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤとの関係を示す図である。
　図８に示すように、空気調和装置１００の冷媒回路１０１を循環する冷媒として、Ｒ３２およびＲ１２３４ｙｆの２種を混合した２種混合冷媒を用いた場合では、Ｒ１２３４ｙｆの濃度が４０ｗｔ［％］以上では、ΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤが１００［％］（または１）より大きくなることが分かる。
　図９は、実験結果によるＨＦＯ１１２３およびＲ１２３４ｙｆの２種混合冷媒のＲ１２３４ｙｆの濃度とΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤとの関係を示す図である。
　図９に示すように、空気調和装置１００の冷媒回路１０１を循環する冷媒として、ＨＦＯ１１２３およびＲ１２３４ｙｆの２種を混合した２種混合冷媒を用いた場合では、Ｒ１２３４ｙｆの濃度に関わらず、ΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤが常に１００［％］（または１）より大きくなることが分かる。
　なお、実施の形態では、熱交換器３０が、熱交換器コア３１を１つ備えたものについて説明したが、それに限定されず、熱交換器コア３１を空気の流れ方向に沿って２つ以上備えたものでもよい。その場合は、最も風下側の熱交換器コア３１の下端部に第１ヘッダ３４が設けられ、最も風上側の熱交換器コア３１の上端部または下端部に第２ヘッダ３５が設けられる。また、隣り合う２つの熱交換器コア３１の上端部または下端部には、風下側の熱交換器コア３１の各扁平管３８から合流した冷媒を、風上側の熱交換器コア３１の各扁平管３８に分配する列渡しヘッダが設けられる。
　以上、実施の形態１に係る空気調和装置１００は、冷媒が循環する冷媒回路１０１と、冷媒回路１０１を構成する室外機１０および室内機２０と、を備えている。また、室外機１０は、上下方向に延びた複数の扁平管３８を有する熱交換器コア３１を１つまたは空気の流れ方向に沿って２つ以上備え、凝縮器として機能する際に扁平管３８内部を冷媒が上昇流として流動する熱交換器３０を備えている。そして、冷媒は、Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３、および、Ｒ１２３４ｙｆのうち、２種を混合した２種混合冷媒、あるいは、３種を混合した３種混合冷媒である。
　実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、冷媒回路１０１を循環する冷媒は、Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３、および、Ｒ１２３４ｙｆのうち、２種を混合した２種混合冷媒、あるいは、３種を混合した３種混合冷媒である。そのため、Ｒ４１０Ａの純冷媒などを用いた場合に比べ、熱交換器３０の下部に形成されたホットガス冷媒入口３２から流入した冷媒が、上昇流として熱交換器コア３１の扁平管３８を流動する際に、重力の影響により液化した冷媒が上昇できずに滞留してしまう液滞留を改善することができ、除霜性能の低下を抑制することができる。
　また、実施の形態１に係る空気調和装置１００において、冷媒は、Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３、および、Ｒ１２３４ｙｆの３種を混合した３種混合冷媒であり、Ｒ３２の濃度が３０［ｗｔ％］以下である。または、冷媒は、Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３、および、Ｒ１２３４ｙｆの３種を混合した３種混合冷媒であり、Ｒ３２の濃度が４０［ｗｔ％］以上６０［ｗｔ％］以下、かつ、Ｒ１２３４ｙｆの濃度が４０［ｗｔ％］以上である。または、冷媒は、Ｒ３２とＲ１２３４ｙｆとの２種混合冷媒であり、Ｒ１２３４ｙｆの濃度が４０［ｗｔ％］以上である。または、冷媒は、ＨＦＯ１１２３とＲ１２３４ｙｆとの２種混合冷媒である。
　実施の形態１に係る空気調和装置１００によれば、冷媒回路１０１を循環する冷媒を上記のいずれかとすることで、ΔＰＨＥＸ／ΔＰＨＥＡＤを１００［％］（または１）より大きくすることができるため、液滞留をさらに改善することができ、除霜性能の低下をさらに抑制することができる。
　実施の形態２．
　以下、実施の形態２について説明するが、実施の形態１と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
　図１０は、実施の形態２に係る空気調和装置１００の熱交換器３０の正面図である。なお、図１０の白矢印は、冷房運転時の冷媒の流れを示している。また、図１０は、熱交換器コア３１の高さＨおよび幅Ｌを示しており、熱交換器コア３１の各領域の幅を下流側からＬ１、Ｌ２・・・と示している。
　実施の形態２に係る熱交換器３０は、冷房運転の際に、冷媒の熱を室外空気に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。図１０に示すように、熱交換器３０は、複数の扁平管３８と複数のフィン３９とを有する熱交換器コア３１を備えている。扁平管３８は、ファン１３によって発生した風が流れるように、間隔を空けて水平方向（図１０の左右方向）に並列して配置され、鉛直方向（図１０の上下方向）に延びる管内に鉛直方向に冷媒が流れる。フィン３９は、隣り合う扁平管３８の間にわたって接続され、扁平管３８に伝熱する。なお、フィン３９は、空気と冷媒との熱交換効率を向上させるものであり、たとえばコルゲートフィンが用いられる。しかし、これに限定されるものではない。扁平管３８の表面で空気と冷媒との熱交換が行われるため、フィン３９がなくてもよい。
　熱交換器コア３１の下端部には、第１ヘッダ３４が設けられている。第１ヘッダ３４には、熱交換器コア３１の扁平管３８の下端部が直接挿入されている。また、熱交換器コア３１の上端部には、第２ヘッダ３５が設けられている。第２ヘッダ３５には、熱交換器コア３１の扁平管３８の上端部が直接挿入されている。
　第２ヘッダ３５の一端にはホットガス冷媒入口３２が形成されており、そのホットガス冷媒入口３２がガス配管３７を介して空気調和装置１００の冷媒回路１０１と接続されている。また、第２ヘッダ３５の他端には液冷媒出口３３が形成されており、その液冷媒出口３３が液配管３６を介して空気調和装置１００の冷媒回路１０１と接続されている。第２ヘッダ３５は、冷房運転時に圧縮機１１からの高温高圧のガス冷媒を熱交換器３０に流入させ、熱交換器３０で熱交換された後の低温高圧の液冷媒を冷媒回路１０１に流出させる。また、第２ヘッダ３５は、暖房運転時に低温低圧の二相冷媒を熱交換器３０に流入させ、熱交換器３０で熱交換された後の低温低圧のガス冷媒を冷媒回路１０１に流出させる。
　複数の扁平管３８、複数のフィン３９、第１ヘッダ３４、および、第２ヘッダ３５は、いずれもアルミニウム製であり、ロウ付けによって接合されている。
　実施の形態２に係る熱交換器３０では、図１０に示すように、第２ヘッダ３５に仕切板４０が設けられている。この仕切板４０は、熱交換器コア３１の流路を水平方向に複数の領域に仕切るために設けられている。また、仕切板４０は、熱交換器コア３１の各領域における流路が、隣接する領域における流路と対向流となるように設けられている。実施の形態２では、仕切板４０によって熱交換器コア３１の流路が２つの領域Ｔ１、Ｔ２に仕切られている。また、第２ヘッダ３５に仕切板４０が設けられることで、第１ヘッダ３４にホットガス冷媒の合流領域Ｍ１が形成される。
　そして、第２ヘッダ３５に流入したホットガス冷媒は、領域Ｔ１に配置された熱交換器コア３１の扁平管３８を下降流として流動した後、第１ヘッダ３４の合流領域Ｍ１で合流し、領域Ｔ２に配置された熱交換器コア３１の扁平管３８を上昇流として流動した後、第２ヘッダ３５から流出するようになっている。つまり、領域Ｔ１は下降流領域であり、領域Ｔ２は上昇流領域である。また、第１ヘッダ３４の合流領域Ｍ１は、上昇流領域に対するホットガス冷媒流入部となる。
　領域Ｔ２では、ホットガス冷媒が上昇流として熱交換器コア３１の扁平管３８を流動する際に、重力の影響により液化した冷媒が上昇できずに滞留してしまう液滞留が発生してしまう。そこで、実施の形態２に係る空気調和装置１００では、冷媒回路１０１を循環する冷媒を、Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３、および、Ｒ１２３４ｙｆのうち、２種を混合した２種混合冷媒、あるいは、３種を混合した３種混合冷媒とする。そうすることで、Ｒ４１０Ａの純冷媒などを用いた場合に比べ、熱交換器３０に形成されたホットガス冷媒入口３２から流入した冷媒が、領域Ｔ２において上昇流として熱交換器コア３１の扁平管３８を流動する際に、重力の影響により液化した冷媒が上昇できずに滞留してしまう液滞留を改善することができ、除霜性能の低下を抑制することができる。また、第２ヘッダ３５に仕切板４０を設けることで、同じ冷媒流量に対して流路断面積が小さくなるため、冷媒流速が増加し、流路差圧ΔＰＨＥＸを増加させることができるので、液滞留が改善され、除霜運転時における除霜性能を向上させることができる。
　実施の形態３．
　以下、実施の形態３について説明するが、実施の形態１および２と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１および２と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
　図１１は、実施の形態３に係る空気調和装置１００の熱交換器３０の正面図である。なお、図１１の白矢印は、冷房運転時の冷媒の流れを示している。また、図１１は、熱交換器コア３１の高さＨおよび幅Ｌを示しており、熱交換器コア３１の各領域の幅を下流側からＬ１、Ｌ２・・・と示している。
　実施の形態３に係る熱交換器３０は、冷房運転の際に、冷媒の熱を室外空気に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。図１１に示すように、熱交換器３０は、複数の扁平管３８と複数のフィン３９とを有する熱交換器コア３１を備えている。扁平管３８は、ファン１３によって発生した風が流れるように、間隔を空けて水平方向（図１１の左右方向）に並列して配置され、鉛直方向（図１１の上下方向）に延びる管内に鉛直方向に冷媒が流れる。フィン３９は、隣り合う扁平管３８の間にわたって接続され、扁平管３８に伝熱する。なお、フィン３９は、空気と冷媒との熱交換効率を向上させるものであり、たとえばコルゲートフィンが用いられる。しかし、これに限定されるものではない。扁平管３８の表面で空気と冷媒との熱交換が行われるため、フィン３９がなくてもよい。
　熱交換器コア３１の下端部には、第１ヘッダ３４が設けられている。第１ヘッダ３４には、熱交換器コア３１の扁平管３８の下端部が直接挿入されている。また、熱交換器コア３１の上端部には、第２ヘッダ３５が設けられている。第２ヘッダ３５には、熱交換器コア３１の扁平管３８の上端部が直接挿入されている。
　第２ヘッダ３５の一端にはホットガス冷媒入口３２が形成されており、そのホットガス冷媒入口３２がガス配管３７を介して空気調和装置１００の冷媒回路１０１と接続されている。第２ヘッダ３５は、冷房運転時に圧縮機１１からの高温高圧のガス冷媒を熱交換器３０に流入させ、暖房運転時に熱交換器３０で熱交換された後の低温低圧のガス冷媒を冷媒回路１０１に流出させる。
　第２ヘッダ３５の一端とは反対側に位置する、第１ヘッダ３４の一端には液冷媒出口３３が形成されており、その液冷媒出口３３が液配管３６を介して空気調和装置１００の冷媒回路１０１と接続されている。第１ヘッダ３４は、暖房運転時に低温低圧の二相冷媒を熱交換器３０に流入させ、冷房運転時に熱交換器３０で熱交換された後の低温高圧の液冷媒を冷媒回路１０１に流出させる。
　複数の扁平管３８、複数のフィン３９、第１ヘッダ３４、および、第２ヘッダ３５は、いずれもアルミニウム製であり、ロウ付けによって接合されている。
　実施の形態３に係る熱交換器３０では、図１１に示すように、第１ヘッダ３４および第２ヘッダ３５に仕切板４０がそれぞれ設けられている。この仕切板４０は、熱交換器コア３１の流路を水平方向に複数の領域に仕切るために設けられている。また、仕切板４０は、熱交換器コア３１の各領域における流路が、隣接する領域における流路と対向流となるように設けられている。実施の形態３では、２つの仕切板４０によって熱交換器コア３１の流路が３つの領域Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に仕切られている。また、第１ヘッダ３４および第２ヘッダ３５に仕切板４０がそれぞれ設けられることで、第１ヘッダ３４および第２ヘッダ３５にホットガス冷媒の合流領域Ｍ１、Ｍ２がそれぞれ形成される。
　そして、第２ヘッダ３５に流入したホットガス冷媒は、領域Ｔ１に配置された熱交換器コア３１の扁平管３８を下降流として流動した後、第１ヘッダ３４の合流領域Ｍ１で合流し、領域Ｔ２に配置された熱交換器コア３１の扁平管３８を上昇流として流動する。その後、ホットガス冷媒は、第２ヘッダ３５の合流領域Ｍ２で合流し、領域Ｔ３に配置された熱交換器コア３１の扁平管３８を下降流として流動した後、第１ヘッダ３４から流出するようになっている。つまり、領域Ｔ１および領域Ｔ３は下降流領域であり、領域Ｔ２は上昇流領域である。また、第１ヘッダ３４の合流領域Ｍ１は、上昇流領域に対するホットガス冷媒流入部となる。
　領域Ｔ２では、ホットガス冷媒が上昇流として熱交換器コア３１の扁平管３８を流動する際に、重力の影響により液化した冷媒が上昇できずに滞留してしまう液滞留が発生してしまう。そこで、実施の形態３に係る空気調和装置１００では、冷媒回路１０１を循環する冷媒を、Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３、および、Ｒ１２３４ｙｆのうち、２種を混合した２種混合冷媒、あるいは、３種を混合した３種混合冷媒とする。そうすることで、Ｒ４１０Ａの純冷媒などを用いた場合に比べ、熱交換器３０に形成されたホットガス冷媒入口３２から流入した冷媒が、領域Ｔ２において上昇流として熱交換器コア３１の扁平管３８を流動する際に、重力の影響により液化した冷媒が上昇できずに滞留してしまう液滞留を改善することができ、除霜性能の低下を抑制することができる。また、第１ヘッダ３４および第２ヘッダ３５にそれぞれ仕切板４０を設けることで、同じ冷媒流量に対して流路断面積が小さくなるため、冷媒流速が増加し、流路差圧ΔＰＨＥＸを増加させることができるので、液滞留が改善され、除霜運転時における除霜性能を向上させることができる。
　１０　室外機、１１　圧縮機、１２　流路切替装置、１３　ファン、２０　室内機、２１　絞り装置、２２　室内熱交換器、２３　室内ファン、３０　熱交換器、３１　熱交換器コア、３２　ホットガス冷媒入口、３３　液冷媒出口、３４　第１ヘッダ、３５　第２ヘッダ、３６　液配管、３７　ガス配管、３８　扁平管、３９　フィン、４０　仕切板、１００　空気調和装置、１０１　冷媒回路。

Claims (9)

  1. 　冷媒が循環する冷媒回路と、
    　前記冷媒回路を構成する室外機および室内機と、を備え、
    　前記室外機は、
    　上下方向に延びた複数の扁平管を有する熱交換器コアを１つまたは空気の流れ方向に沿って２つ以上備え、凝縮器として機能する際に前記扁平管内部を前記冷媒が上昇流として流動する熱交換器を備え、
    　前記冷媒は、
    　Ｒ３２、ＨＦＯ１１２３、および、Ｒ１２３４ｙｆのうち、２種を混合した２種混合冷媒、あるいは、３種を混合した３種混合冷媒である
    　空気調和装置。
  2. 　前記熱交換器は、凝縮器として機能する際にホットガス冷媒入口が下部に形成された
    　請求項１に記載の空気調和装置。
  3. 　前記熱交換器は、凝縮器として機能する際にホットガス冷媒の合流領域が下部に形成された
    　請求項１または２に記載の空気調和装置。
  4. 　前記冷媒は、
    　前記Ｒ３２、前記ＨＦＯ１１２３、および、前記Ｒ１２３４ｙｆの３種を混合した３種混合冷媒であり、
    　前記Ｒ３２の濃度が３０［ｗｔ％］以下である
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  5. 　前記冷媒は、
    　前記Ｒ３２、前記ＨＦＯ１１２３、および、前記Ｒ１２３４ｙｆの３種を混合した３種混合冷媒であり、
    　前記Ｒ３２の濃度が４０［ｗｔ％］以上６０［ｗｔ％］以下、かつ、前記Ｒ１２３４ｙｆの濃度が４０［ｗｔ％］以上である
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  6. 　前記熱交換器コアを１つ備え、
    　前記熱交換器コアの高さは、４２０［ｍｍ］以上である
    　請求項１に記載の空気調和装置。
  7. 　前記熱交換器コアの高さは、８００［ｍｍ］以上である
    　請求項６に記載の空気調和装置。
  8. 　前記冷媒は、
    　前記Ｒ３２と前記Ｒ１２３４ｙｆとの２種混合冷媒であり、
    　前記Ｒ１２３４ｙｆの濃度が４０［ｗｔ％］以上である
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  9. 　前記冷媒は、
    　前記ＨＦＯ１１２３と前記Ｒ１２３４ｙｆとの２種混合冷媒である
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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