JP4827882B2 - Heat exchanger module, heat exchanger, indoor unit and air-conditioning refrigeration apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換器モジュール、熱交換器、室内ユニット及び空調冷凍装置に関し、特に熱交換器を流れる冷媒(作動流体)の流し方によって熱交換効率を向上させるようにした熱交換器モジュール、熱交換器、室内ユニット及び空調冷凍装置に関するものである。 The present invention relates to a heat exchanger module, a heat exchanger, an indoor unit, and an air conditioning refrigeration apparatus, and in particular, a heat exchanger module that improves heat exchange efficiency by flowing a refrigerant (working fluid) flowing through the heat exchanger, The present invention relates to a heat exchanger, an indoor unit, and an air conditioning refrigeration apparatus.
従来から、プレートフィンアンドチューブタイプの熱交換器が存在する。そのようなものとして「U字形状に曲げられた扁平断面の内部に複数の流路を設けた伝熱管と、前記伝熱管の端部が連通したヘッダと、前記ヘッダ内に空間を分離して流入管から流出管への冷媒流れを形成する縦仕切り板および横仕切り板を備え、気体の流れに対して対向流または並向流となる冷媒流れを構成する熱交換器」が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, there is a plate fin and tube type heat exchanger. As such, “a heat transfer tube provided with a plurality of flow paths inside a U-shaped flat cross section, a header in which the end of the heat transfer tube communicated, and a space in the header are separated. A heat exchanger that includes a vertical partition plate and a horizontal partition plate that form a refrigerant flow from an inflow pipe to an outflow pipe and that forms a refrigerant flow that is a counterflow or a parallel flow with respect to a gas flow has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
特許文献1のような従来の熱交換器においては、扁平伝熱管の幅方向に熱交換空気が流れ、この熱交換空気と冷熱媒との間で熱交換が行なわれるようになっている。この熱交換器が蒸発器として作用する場合、扁平伝熱管の風上側の伝熱管内冷媒流路に流れる冷媒は、未だ十分に熱交換が行なわれていない熱交換空気(低温空気)により冷却されるから、効率良く熱交換され、冷媒温度も低くなっている。これに対して、風下側の伝熱管内冷媒流路に流れる冷媒は、既に熱交換が行なわれ、高温となっている熱交換空気と熱交換されるため、熱交換効率が低下し、冷媒を十分に冷却することができない。
In a conventional heat exchanger such as
このように、従来の熱交換器においては、扁平伝熱管の風上側と風下側とでは、その熱交換量に大きな差が生じ、全体の熱交換量が小さくなってしまうという問題点を有していた。一方、従来の熱交換器においては、扁平形状の扁平伝熱管を用いているため、扁平管の長軸方向と空気流れ主流方向とが一致するように熱交換器を設置することによって、空気流れの通風抵抗が大幅に減少し、空気流れを発生させる送風機の駆動動力を大幅に削減することができるものである。 Thus, in the conventional heat exchanger, there is a problem that a large difference occurs in the heat exchange amount between the windward side and the leeward side of the flat heat transfer tube, and the overall heat exchange amount becomes small. It was. On the other hand, in the conventional heat exchanger, a flat heat transfer tube having a flat shape is used. Therefore, by installing the heat exchanger so that the long axis direction of the flat tube coincides with the main flow direction of the air flow, Ventilation resistance is significantly reduced, and the driving power of the blower that generates the air flow can be greatly reduced.
しかしながら、このような従来の熱交換器を蒸発器として用いたとき、結露水が発生することになるが、扁平形状の扁平伝熱管を用いているために、円管形状の伝熱管を用いている熱交換器に比べて、結露水の排水性が悪く、結露水がホールドしてしまうことになっていた。すなわち、扁平形状の扁平伝熱管を用いた従来の熱交換器を蒸発器として用いた場合においては、発生した結露水によって通風抵抗低減効果が十分に得られないという問題点を有していた。 However, when such a conventional heat exchanger is used as an evaporator, condensed water will be generated. However, since a flat heat transfer tube is used, a circular heat transfer tube is used. Compared to existing heat exchangers, the drainage of condensed water was poor and the condensed water would be held. That is, when a conventional heat exchanger using a flat-shaped flat heat transfer tube is used as an evaporator, there is a problem that the effect of reducing ventilation resistance cannot be sufficiently obtained by the generated condensed water.
そのような問題を解決するため、ヘッダー内部にヘッダー長手方向を分ける仕切り板、ヘッダー横方向を分ける仕切り版を設けることにより、気体の流れ方向に対して対向流または並向流となる冷媒流れを構成するようにした熱交換器がある。しかしながら、このような構成の場合、風上と風下との扁平伝熱管の位置を大きくずらしたい場合や、隣り合う伝熱間より離れた位置にある扁平伝熱管を導通させたい場合、構造上実現が困難か、不可能になるという問題点を有していた。また、このような従来の熱交換器を使用した空気調和機を実現する場合、空気調和機の形態の最適化、それぞれの能力別に応じた熱交換器の形状の最適化、及び、冷媒の流し方の最適化を実現するために、それぞれに専用のヘッダーの製作が必要となり、大幅なコストアップを招く可能性がある。 In order to solve such a problem, by providing a partition plate that divides the header longitudinal direction inside the header and a partition plate that divides the header lateral direction, a refrigerant flow that becomes a counterflow or a parallel flow with respect to the gas flow direction is provided. There is a heat exchanger designed to be configured. However, in the case of such a configuration, when it is desired to greatly shift the position of the flat heat transfer tube between the windward and leeward, or when it is desired to conduct the flat heat transfer tube at a position farther from the adjacent heat transfer, it is structurally realized. Has the problem of being difficult or impossible. Moreover, when realizing an air conditioner using such a conventional heat exchanger, optimization of the form of the air conditioner, optimization of the shape of the heat exchanger according to each capability, and flow of the refrigerant In order to realize this optimization, it is necessary to produce a dedicated header for each, which may cause a significant cost increase.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、作動冷媒(冷媒)の流路を自在に設定可能な構成にして熱交換効率を向上させた熱交換器モジュール、熱交換器、室内ユニット及び空調冷凍装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and a heat exchanger module, a heat exchanger module, and a heat exchanger module having a configuration in which a flow path of a working refrigerant (refrigerant) can be freely set to improve heat exchange efficiency. It aims at providing an exchanger, an indoor unit, and an air-conditioning refrigerating apparatus.
本発明に係る熱交換器モジュールは、所定の間隔で平行に積層され、その間を流体が通過する複数枚の板状フィンと、この板状フィンに直交するように挿入され、流路断面形状を扁平形状とし、内部に複数の隔壁が設けられた複数本の伝熱管と、作動流体の流路を形成する前記複数本の伝熱管の端部とそれぞれ接続し、前記複数の伝熱管を連通させる1対のヘッダーと、前記ヘッダーのうち少なくとも1つに取り付けられ、前記伝熱管に作動流体を流入させる流入管と、前記ヘッダーのうち少なくとも1つに取り付けられ、前記伝熱管からの作動流体を流出させる流出管と、を備え、前記ヘッダー内部には、前記伝熱管の端部のうち少なくとも1つが接続される部屋が複数形成されており、前記1対のヘッダーに形成された前記複数の部屋を介して前記流入管からの作動流体を前記複数本の伝熱管に流通させて前記流出管から流出させる一連の作動流体の流路を形成し、1本の前記流入管及び2本の前記伝熱管が接続される前記部屋における前記2本の伝熱管の中間部に対応する位置に、前記流入管から流入した作動流体を衝突させてガス状態の作動流体と液状態の作動流体を混合させる衝突部が設けられた突起部を形成し、前記衝突部の面積を前記流入管の流路断面積よりも大きくし、前記突起部を、この突起部が形成されている前記部屋に接続した前記伝熱管の端部よりも突出させていることを特徴とする。 A heat exchanger module according to the present invention is stacked in parallel at a predetermined interval, and a plurality of plate-like fins through which a fluid passes, and inserted so as to be orthogonal to the plate-like fins, have a flow path cross-sectional shape. Connected to the plurality of heat transfer tubes, each having a flat shape and having a plurality of partition walls therein, and the ends of the plurality of heat transfer tubes forming the flow path of the working fluid, and communicating the plurality of heat transfer tubes A pair of headers, an inflow pipe attached to at least one of the headers and allowing a working fluid to flow into the heat transfer pipe, and attached to at least one of the headers and flowing out the working fluid from the heat transfer pipes A plurality of chambers to which at least one of the end portions of the heat transfer tubes is connected, and the plurality of chambers formed in the pair of headers are formed in the header. Wherein the working fluid from the inlet pipe is passed through the heat transfer tubes of the plurality of forming a flow path of a series of working fluid to flow out from the outlet pipe, one said inlet pipe and two the heat transfer tubes of the in A collision part that causes the working fluid flowing in from the inflow pipe to collide with a position corresponding to an intermediate part of the two heat transfer tubes in the room to which the gas is connected to mix the working fluid in the gas state and the working fluid in the liquid state The heat transfer tube is formed by forming a projecting portion provided with an area of the impingement portion larger than the cross-sectional area of the flow path of the inflow tube, and connecting the projecting portion to the chamber in which the projecting portion is formed. It protrudes from the edge part of this.
本発明に係る熱交換器は、上記の熱交換器モジュールを複数組み合わせて構成されていることを特徴とする。また、本発明に係る室内ユニットは、上記の熱交換器と、室内送風機と、を収容したことを特徴とする。さらに本発明に係る空調冷凍装置は、上記の室内ユニットを搭載したことを特徴とする。またさらに、本発明に係る熱交換器の製造方法は、上記の熱交換器を製造することを特徴とする。
A heat exchanger according to the present invention is configured by combining a plurality of the above heat exchanger modules. Moreover, the indoor unit which concerns on this invention accommodated said heat exchanger and an indoor air blower, It is characterized by the above-mentioned. Furthermore, an air-conditioning refrigeration apparatus according to the present invention is characterized in that the above-described indoor unit is mounted. Furthermore, the manufacturing method of the heat exchanger which concerns on this invention manufactures said heat exchanger.
本発明に係る室内機モジュールによれば、板状フィンの積層方向のピッチ、フィン厚み、空気流れに沿ったフィンの幅、伝熱管の段方向に隣接する段ピッチ、伝熱管の長軸長さ及び短軸長さを所定の範囲内で容易に設計することができる。つまり、本発明に係る熱交換器モジュールでは、製造に要する手間及び費用を大幅に低減することができる。 According to the indoor unit module of the present invention, the pitch in the laminating direction of the plate-like fins, the fin thickness, the width of the fin along the air flow, the step pitch adjacent to the step direction of the heat transfer tube, the long axis length of the heat transfer tube In addition, the short axis length can be easily designed within a predetermined range. That is, in the heat exchanger module according to the present invention, labor and cost required for manufacturing can be greatly reduced.
本発明に係る熱交換器によれば、上記の熱交換器モジュールを組み合わせることにより、一連に連通する冷媒流路を複数形成することが容易にでき、多種多用な冷媒経路を形成することができる。また、この熱交換器を蒸発器として機能させた場合には、伝熱管の風上側の冷媒流路に流れた冷媒を風下側の冷媒流路に流して、冷媒を往復流動させることができ、空気流れと並向流化することができ、熱交換効率が向上する。さらに、この熱交換器を凝縮器として機能させた場合には、伝熱管の風下側の冷媒流路に流れた冷媒を風上側の冷媒流路に流して、冷媒を往復流動させることができ、空気流れと対向流化することができ、熱交換効率が向上する。 According to the heat exchanger according to the present invention, by combining the above heat exchanger modules, it is possible to easily form a plurality of refrigerant channels communicating in series, and to form a wide variety of refrigerant paths. . Further, when this heat exchanger functions as an evaporator, the refrigerant that has flowed through the refrigerant channel on the windward side of the heat transfer tube can be flowed through the refrigerant channel on the leeward side to reciprocate the refrigerant, The air flow and the parallel flow can be realized, and the heat exchange efficiency is improved. Furthermore, when this heat exchanger functions as a condenser, the refrigerant that has flowed through the refrigerant channel on the lee side of the heat transfer tube can be caused to flow through the refrigerant channel on the windward side to reciprocate the refrigerant. The air flow can be counterflowed, and the heat exchange efficiency is improved.
本発明に係る室内ユニットによれば、多種多用な冷媒経路を形成することができる熱交換器を収容しているので、たとえば各熱交換器を分割して、一部を凝縮器、一部を蒸発器として機能させるパスパターンを形成し、再熱除湿運転を実行することができる。これより、能力増加やエネルギー効率の向上を図ることができる。また、配管スペースを省略することができコンパクトな室内ユニットを実現することができる。さらに、本発明に係る空気調和装置によれば、上記の室内ユニットを搭載しているので、能力増加やエネルギー効率の向上、コンパクト化などを実現したものとなる。 According to the indoor unit of the present invention, heat exchangers that can form a wide variety of refrigerant paths are accommodated. For example, each heat exchanger is divided into a condenser and a part. A path pattern that functions as an evaporator can be formed, and a reheat dehumidification operation can be performed. As a result, it is possible to increase capacity and improve energy efficiency. Moreover, a piping space can be omitted and a compact indoor unit can be realized. Furthermore, according to the air conditioner according to the present invention, since the indoor unit described above is mounted, an increase in capacity, an improvement in energy efficiency, and a reduction in size are realized.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器モジュール12Aの全体構成の一例を示す斜視図である。図1に基づいて、熱交換器モジュール12Aの構成例について説明する。この熱交換器モジュール12Aは、熱交換器を構成する最小単位となるものである。つまり、実際に熱交換器として使用される場合には、1つの熱交換器モジュール12Aで熱交換器を構成することも可能であるが、2つ以上の熱交換器モジュール12Aを組み合わせて熱交換器を構成することも可能である。図1〜図6で、熱交換器の最小単位としての熱交換器モジュール12Aについて説明し、それから熱交換器モジュール12Aを組み合わせて構成した熱交換器について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the overall configuration of a
この熱交換器モジュール12Aは、内部に設けられている伝熱管である扁平管3内を導通する冷媒と、各板状フィン4の間に形成される隙間から流れ込んでくる外部の空気(流体)とで熱交換を行なう機能を有している。図1に示すように、熱交換器モジュール12Aは、2つのヘッダー1Aと、ヘッダー1Aを密閉するフタ2と、複数本(ここでは12本)の扁平管3と、扁平管3を挿入する複数枚の板状フィン4と、ヘッダー1A内部と連通する冷媒配管である流入管5と、ヘッダー1A内部と連通する冷媒配管である流出管6とで構成されている。なお、図1に示すように、扁平管3の並び方向を段方向(冷媒の流れと直交する方向)、扁平管3の長手方向を長手方向(冷媒の流れ方向)、段方向及び長手方向と垂直に交わる方向を列方向と定義して以下の説明で使用する。
This
ヘッダー1Aは、熱交換器モジュール12Aの対向する両側面に1対取り付けられている。また、ヘッダー1Aには、2本の流入管5と、2本の流出管6と、複数本の扁平管3と、が接続されている。このヘッダー1Aは、各扁平管3の両端部が接続され、流入管5から流入した冷媒を各扁平管3に導通させる機能と、各扁平管3からの冷媒を流出管6に流出する機能と、を有している。つまり、ヘッダー1Aは、流入した冷媒を扁平管3を経由させて流出するという冷媒流路を形成するものである。フタ2は、ヘッダー1Aの流入管5及び流出管6が接続されている側からヘッダー1Aの内部を密閉するようになっている。つまり、流入管5及び流出管6は、フタ2を介してヘッダー1Aに取り付けられ、ヘッダー1A内部の部屋8と連通するようになっている。
A pair of
板状フィン4は、所定の厚みを有した金属板で構成したものである。そして、熱交換器モジュール12Aでは、複数枚の板状フィン4が所定の間隔をあけて積層されるように配置されている。扁平管3は、板状フィン4に挿入するように配置されており、ヘッダー1Aを介して流入した冷媒を導通するものである。流入管5は、扁平管3に導通させる冷媒をヘッダー1Aに流入させるものである。流出管6は、扁平管3を導通した冷媒をヘッダー1Aから流出させるものである。なお、流入管5と流出管6とは、冷媒の流し方によりその機能が逆転するようになっており、図1では中央部の2本が流入管5、両端部の2本が流出管6である場合を例に示している。また、図1は、簡略化しているが、実際には複数枚の板状フィン4が扁平管3と直交するように配置されている。
The plate-
図2は、ヘッダー1Aの内部を視認可能にして示す斜視図である。図2に基づいて、ヘッダー1Aの内部について説明する。図2に示すように、フタ2は、ヘッダー1Aに着脱自在となっており、フタ2を取り外すことでヘッダー1Aの内部が見えるようになる。図1及び図2から分かるように、この実施の形態1に係る熱交換器モジュール12Aは、扁平管3内を導通する冷媒と、扁平管3外部を流れる空気と、で熱交換するようになっており、一般にプレートフィンアンドチューブタイプと呼ばれているものである。熱交換器モジュール12Aの構成を更に詳細に説明する。
FIG. 2 is a perspective view showing the inside of the
この熱交換器モジュール12Aは、複数枚の板状フィン4と、板状フィン4に対して略直交するように挿入された複数本の扁平管3が1列となるように配置されて構成されている。複数の扁平管3の長手方向の一方側には、流入管5及び流出管6が接続されているヘッダー1Aが接続されている。つまり、ヘッダー1Aには、所定の間隔で穴が形成されており、複数の扁平管3の一端がそれぞれ接続できるようになっている。また、複数の扁平管3の長手方向の他方側には、流入管5及び流出管6が接続されていないもう1つのヘッダー1A(以下、ヘッダー1A’と称して説明するものとする)が接続されている。さらに、ヘッダー1A及びヘッダー1A’の内部には、扁平管3が1本ないし2本接続された部屋8が複数形成されている。
This
そして、ヘッダー1Aに、流入管5及び流出管6が接続されているフタ2を取り付けることで、ヘッダー1Aが密閉され、流入管5から流出管6に至るまでの冷媒流路が形成されることになる。すなわち、この冷媒流路は、流入管5、ヘッダー1Aの各部屋8、各扁平管3、ヘッダー1A’の各部屋8、各扁平管3、ヘッダー1Aの各部屋8、流出管6の順で繋がるように形成されることになる。図3で、熱交換器モジュール12Aの冷媒の流れについて詳細に説明するものとする。
Then, by attaching the
図3は、熱交換器モジュール12Aの断面構成の一例を示す断面図である。図3に基づいて、熱交換器モジュール12Aでの冷媒の流れについて説明する。なお、図3で示す矢印は、冷媒の流れを表している。また、図3では、熱交換器モジュール12Aの中間部を省略して図示している。図3に示すように、流入管5から流入した冷媒は、ヘッダー1Aと、ヘッダー1Aとは反対側に設置されているヘッダー1A’とによって、各扁平管3を導通するようになっている。つまり、熱交換器モジュール12Aでは、冷媒をヘッダー1Aとヘッダー1A’の間で所定回数往復させてから流出するようになっているのである。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a cross-sectional configuration of the
すなわち、熱交換器モジュール12Aでは、各扁平管3内部を冷媒が導通しているとき、この扁平管3が略直交するように挿入され、扁平管3に接合された板状フィン4を通して空気と熱交換するようになっているのである。図3では、熱交換器モジュール12Aに2つの冷媒流路が形成されている場合、つまり2パスである場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、たとえば図12に示すように複数の冷媒流路を形成するようにしてもよい。
That is, in the
図4は、伝熱管である扁平管3の縦断面構成の一例を示す概略断面図である。図4に基づいて、熱交換器モジュール12Aに用いる扁平管3の縦断面構成、つまり流路断面構成について説明する。図4に示すように、扁平管3の内部には複数の隔壁9が設けられており、この隔壁9により隔てられた複数の流路10が形成されている。つまり、ヘッダー1Aから流入する冷媒は、この流路10に分配されて扁平管3内を導通するようになっているのである。なお、扁平管3を構成する材料を特に限定するものではないが、たとえばアルミニウムまたはその合金を材料に構成するとよい。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a vertical cross-sectional configuration of the
図5は、別の形状の扁平管3(以下、扁平管3aと称する)の縦断面構成の一例を示す概略断面図である。図5に基づいて、熱交換器モジュール12Aに用いる扁平管3aの縦断面構成、つまり流路断面構成について説明する。扁平管3aも、扁平管3と同様に、内部に複数の隔壁9が設けられており、この隔壁9により隔てられた複数の流路10が形成されている。図4に示す扁平管3は、流路断面における短手方向の幅が一定となっているのに対し、図5に示す扁平管3は、流路断面における短手方向の一方側の幅(紙面下側の幅)が、他方側の幅(紙面上側の幅)に対して狭くなっている点で相違している。なお、扁平管3aも扁平管3と同様に、たとえばアルミニウムまたはその合金を材料に構成するとよい。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a vertical cross-sectional configuration of another shape of the flat tube 3 (hereinafter referred to as a flat tube 3a). Based on FIG. 5, the longitudinal cross-sectional structure of the flat tube 3a used for 12 A of heat exchanger modules, ie, a flow-path cross-sectional structure, is demonstrated. Similarly to the
図6は、板状フィン4の一部を示した板状フィン4の説明図である。図6に基づいて、熱交換器モジュール12Aに用いる板状フィン4の構成について説明する。図6(a)が図4に示した扁平管3を挿入している状態の板状フィン4の構成を、図6(b)が図5に示した扁平管3aを挿入している状態の板状フィン4の構成をそれぞれ表している。なお、以下の説明において、図6(a)で説明する板状フィン4を板状フィン4a、図6(b)で説明する板状フィン4を板状フィン4bと称する場合がある。
FIG. 6 is an explanatory view of the plate-
図6(a)及び図6(b)に示すように、板状フィン4には、段方向に隣接する扁平管3の間に切り起こし11を形成している。板状フィン4aに切り起こし11を形成することによって、板状フィン4a間を通過する空気と板状フィン4aに挿入されている扁平管3との熱交換効率の向上、つまり伝熱促進を図っているのである。図6(b)に示す板状フィン4bにも同様に、切り起こし11を形成している。また、扁平管3(扁平管3aも含む)を挿入したときに、扁平管3と板状フィン4とを密着固定させ、かつフィン積層方向ピッチを確保するため、扁平管3の挿入部にフィンカラー(図示せず)が設けられている。そして、フィンカラーと扁平管3とはロウ付けして接合されている。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the plate-
この実施の形態1では、板状フィン4の積層方向のピッチFpをFp=0.001〜0.0015m、フィン厚みFtをFt=0.0001m、空気流れに沿ったフィンの幅LpをLp=0.0127〜0.0137m、扁平管3の段方向に隣接する扁平管の中心距離である段ピッチDpをDp=0.009〜0.012m、扁平管3の長軸長さDlをDl=0.01〜0.02m、短軸長さDsをDs=0.002〜0.003mとして設定しているものとする。また、図1では、扁平管3の本数を12本とした場合を例に示しているが、必要に応じて8本〜16本の間で設定することができる。このように、熱交換器を構成する最小単位である熱交換器モジュール12Aを構成している。なお、実際に使用する場合、多数のモジュールを組み合わせて熱交換器を構成することが多い。
In the first embodiment, the pitch Fp in the stacking direction of the plate-
ヘッダー1A内部に形成されている各部屋8の列方向の長さは、扁平管3の流路断面の長手方向の長さ以上とし、各部屋8の段方向の長さは、1本の扁平管3が設置される場合はフタ2に取り付けられる流入管5及び流出管6の内径と略同一とする。また、2本の扁平管3が設置される場合は、各部屋8の段方向の長さは、段ピッチDp+扁平管3の短軸長さDs*2程度とする。ヘッダー1Aの段方向の長さは、段ピッチDp*扁平管3の本数とする。ヘッダー1Aの列方向の長さは、板状フィン4の幅(段方向の長さ)+0.02mを限度とする。こうすることにより、熱交換器モジュール12Aを段方向に並べたときには、板状フィン4の連続性を保つことができ、列方向に重ねたときには、板状フィン4間の隙間を最小限度に押さえることができる。
The length in the column direction of each
図7は、2つの熱交換器モジュール12Aを空気の流れ方向に重ねて構成した熱交換器100Aを示す斜視図である。図7に基づいて、2つの熱交換器モジュール12Aを空気の流れ方向に重ねて構成した熱交換器100Aについて説明する。つまり、図7では、図1〜図6で説明した熱交換器モジュール12Aの2つを空気の流れ方向に重ねるようにして、1つの熱交換器100Aとして機能させている状態を示しているのである。なお、図7では、空気の流れを矢印14で示している。また、熱交換器100Aを構成している風上側の熱交換器モジュール12Aを熱交換器モジュール12a、風下側の熱交換器モジュール12Aを熱交換器モジュール12bとして示している。
FIG. 7 is a perspective view showing a
図7に示すように、熱交換器100Aは、熱交換器モジュール12aと熱交換器モジュール12bとをU字形状をした冷媒配管であるUベンド13で接続することで構成されている。具体的には、熱交換器100Aは、熱交換器モジュール12aの2本の流出管6と、熱交換器モジュール12bの2本の流入管5とを、それぞれUベンド13で接続し、冷媒流路を形成するように構成されている。すなわち、熱交換器モジュール12aでは、中央部を流入管5、両端部を流出管6とし、熱交換器モジュール12bでは、中央部を流出管6、両端部を流入管5として、それらの両端部分をUベンド13で接続するようにしているのである。
As shown in FIG. 7, the
図8は、熱交換器100Aを使用したヒートポンプ式の空調冷凍装置150の冷媒回路を示す概略構成図である。図8に基づいて、空調冷凍装置150の回路構成及び動作について説明する。この空調冷凍装置150は、圧縮機15と、室外熱交換器17と、絞り装置18と、室内熱交換器19と、を冷媒配管24及び冷媒配管25で順次接続した冷凍サイクルを備え、冷凍サイクルに冷媒を循環させることで冷房運転又は暖房能力を実行するものである。なお、冷房運転時における冷媒の流れを実線矢印で、暖房運転時における冷媒の流れを破線矢印で、それぞれ表している。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a refrigerant circuit of a heat pump type air-
この空調冷凍装置150は、室外機26と、室内機27とで構成されている。そして、室外機26と室内機27とは、冷媒配管24及び冷媒配管25で接続されて連絡するようになっている。なお、図8では、室外機26及び室内機27を1台ずつ備えている場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、それぞれ2台以上を備えてもよい。また、冷媒配管24及び冷媒配管25は、液状態の冷媒や、ガス状態の冷媒を導通できる配管であり、構成材料を特に限定するものではない。
The air-
室外機26には、圧縮機15と、四方弁16と、室外熱交換器17と、絞り装置18と、が直列に接続されて搭載されている。また、室外機26には、室外送風機20と、この室外送風機20を駆動する室外送風機用モータ21とが設けられている。圧縮機15は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえばインバータにより回転数が制御され容量制御されるタイプのもので構成するとよい。四方弁16は、流路切替手段として機能し、暖房運転時における冷媒の流れと、冷房運転時における冷媒の流れとを切り替えるものである。
In the
室外熱交換器17は、冷房運転時には凝縮器、暖房運転時には蒸発器として機能し、室外送風機20から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。絞り装置18は、冷媒を減圧して膨張させるものである。この絞り装置18は、たとえば開度が可変に制御可能な電子式膨張弁等で構成するとよい。この室外送風機20は、貫流送風機などで構成され、室外送風機用モータ21によって駆動されて室外熱交換器17に空気を供給するものである。室外送風機用モータ21は、電源供給を受けて室外送風機20を駆動するものである。なお、絞り装置18を室外機26に設けた場合を例に示しているが、室内機27に設けるようにしてもよい。
The
室内機27には、室内熱交換器19が冷媒配管24及び冷媒配管25に接続されて搭載されるとともに、室内送風機22と、この室内送風機22を駆動する室内送風機用モータ23と、が搭載されている。室内熱交換器19は、冷房運転時には蒸発器、暖房運転時には凝縮器として機能し、室内送風機22から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。この室内熱交換器19に、上述した熱交換器100Aを適用している。したがって、室内機27における熱交換効率を向上することができる。室内送風機22は、室内送風機用モータ23によって駆動され、室内熱交換器19に空気を供給するものである。室内送風機用モータ23は、電源供給を受けて室内送風機22を駆動するものである。
The
図9は、熱交換器100Aのヘッダ長軸方向(段方向)の内部構成を示す透視図である。図10は、熱交換器100Aが蒸発器として機能する場合における空気温度と熱交換器内冷媒温度との分布を示すグラフである。図11は、熱交換器100Aが凝縮器として機能する場合における空気温度と熱交換器内冷媒温度との分布を示すグラフである。図9〜図11に基づいて、熱交換器100Aの内部における冷媒の流れについて説明するとともに、熱交換器100Aでの熱交換形態について説明する。
FIG. 9 is a perspective view showing the internal configuration of the
なお、図9(a)が流入管5及び流出管6が接続されている側から透視して見た状態を、図9(b)が流入管5及び流出管6が接続されていない側から透視して見た状態をそれぞれ示している。また、図10及び図11では、縦軸が温度を、横軸が空気の流れ方向をそれぞれ示している。図10では、線(ア)が熱交換器100Aに流れ込む空気温度を、線(イ)が熱交換器100Aを導通する冷媒温度をそれぞれ示しており、図11では、線(ウ)が熱交換器100Aに流れ込む空気温度を、線(エ)が熱交換器100Aを導通する冷媒温度をそれぞれ示している。
9A is a perspective view seen from the side where the
図9(a)及び図9(b)に示すように、便宜的に、図7で示した風上側の熱交換器モジュール12aを、熱交換器モジュール1a及び熱交換器モジュール1cとし、図7で示した風下側の熱交換器モジュール12bを、熱交換器モジュール1b及び熱交換器モジュール1dとして表すものとする。なお、熱交換器100Aが蒸発器として機能する場合、つまり冷房運転時における場合の冷媒の流れを実線矢印で、熱交換器100Aが凝縮器として機能する場合、つまり暖房運転時における場合の冷媒の流れを破線矢印で示している。また、熱交換器100Aに流れ込む空気の流れ方向を図7と同様に矢印14で示している。
As shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), for convenience, the upwind
まず、熱交換器100Aが蒸発器として機能する場合について説明する。この場合、熱交換器モジュール1aの流入管5から冷媒が流入することになる。この冷媒は、ヘッダー1Aを介して扁平管3を導通し、反対側のヘッダー1Aを経由してから最終的にヘッダー1Aの両端の部屋8に到達する。この冷媒は、熱交換器モジュール1aの流出管6から流出し、Uベンド13に導かれて、熱交換器モジュール1bの流入管5に流入する。この冷媒は、ヘッダー1Aを介して扁平管3を導通し、反対側のヘッダー1Aを経由してから最終的にヘッダー1Aの中央部の部屋8に到達する。そして、この冷媒は、熱交換器モジュール1bの流出管6から流出することになる。
First, the case where the
したがって、熱交換器100Aでは、流入管5から流出管6方向に対して、冷媒圧力損失により冷媒温度が低下することになる(図10で示す線(イ)参照)。一方、熱交換器100Aに流れ込む空気は、流れ方向14に対して温度が低下していくことになる(図10で示す線(ア)参照)。そこで、熱交換器100Aでは、図3に示したようなヘッダ構造とし、扁平管3での冷媒流れ方向を規定することにより、扁平管3内に形成された複数の流路10での扁平管3の軸方向(段方向)に直交した扁平管3の断面長軸方向(列方向)の冷媒流れ方向を、空気流れ方向14と並向させている。つまり、扁平管3の風上側の冷媒流路に流れた冷媒を、風下側の冷媒流路に流して、冷媒を往復流動させて空気流れと並向流化することができるので、熱交換効率が向上する。
Therefore, in the
そのため、空気流れ方向14に対して、常に空気温度と冷媒温度との温度差を一定に確保することができる熱交換形態を実現できるようになっている。このことは、このときの空気温度と熱交換器内冷媒温度分布とを示している図10からも明らかになっている。すなわち、熱交換器100Aでは、空気温度(線(ア))と冷媒温度(線(イ))との温度差を常に略一定に確保することができるのである。したがって、熱交換器100Aは、扁平管3の全体を熱交換に有効利用することができ、熱交換効率を高いものとすることができる。
Therefore, it is possible to realize a heat exchange mode that can always ensure a constant temperature difference between the air temperature and the refrigerant temperature with respect to the
次に、熱交換器100Aが凝縮器として機能する場合について説明する。この場合、熱交換器モジュール1bの流入管5から冷媒が流入することになる。この冷媒は、ヘッダー1Aを介して扁平管3を導通し、反対側のヘッダー1Aを経由してから最終的にヘッダー1Aの両端の部屋8に到達する。この冷媒は、熱交換器モジュール1bの流出管6から流出し、Uベンド13に導かれて、熱交換器モジュール1aの流入管5に流入する。この冷媒は、ヘッダー1Aを介して扁平管3を導通し、最終的にヘッダー1Aの中央部の部屋8に到達する。そして、この冷媒は、熱交換器モジュール1aの流出管6から流出することになる。このように、冷媒の流れが逆方向になる。
Next, the case where the
したがって、熱交換器100Aでは、流入管5から流出管6方向に対して、冷媒圧力損失により冷媒温度が低下することになる(図11で示す線(エ)参照)。一方、熱交換器100Aに流れ込む空気は、流れ方向14に対して温度が上昇していくことになる(図11で示す線(ウ)参照)。そこで、熱交換器100Aでは、図3に示したようなヘッダ構造とし、扁平管3での冷媒流れ方向を規定することにより、扁平管3内に形成された複数の流路10での扁平管3の軸方向(段方向)に直交した扁平管3の断面長軸方向(列方向)の冷媒流れ方向を、空気流れ方向14と対向させている。つまり、扁平管3の風下側の冷媒流路に流れた冷媒を風上側の冷媒流路に流して、冷媒を往復流動させることができ、空気流れと対向流化することができ、熱交換効率が向上する。
Accordingly, in the
そのため、空気流れ方向14に対して、常に空気温度と冷媒温度との温度差を一定に確保することができる熱交換形態を実現できるようになっている。このことは、このときの空気温度と熱交換器内冷媒温度分布とを示している図11からも明らかになっている。すなわち、熱交換器100Aでは、空気温度(線(ア))と冷媒温度(線(イ))との温度差を常に略一定に確保することができるのである。したがって、熱交換器100Aは、扁平管3の全体を熱交換に有効利用することができ、熱交換効率を高いものとすることができる。また、空調冷凍装置150の必要な能力に応じて、熱交換器モジュール12Aを多数組み合わせて、熱交換効率を更に向上させることができる。
Therefore, it is possible to realize a heat exchange mode that can always ensure a constant temperature difference between the air temperature and the refrigerant temperature with respect to the
熱交換器100Aの作り方の一例について説明する。まず、ヘッダー1Aの作り方から説明する。アルミニウム製の角材を準備し、この角材に扁平管3を挿入させる貫通穴を設け、さらに部屋8となるくぼみを形成する。これらは切削や、鍛造、プレス等で実施することができる。このようにして、ヘッダー1Aが作製される。次に、板状フィン4を必要な枚数準備し、重ねるように並べる。それから、ヘッダー1Aに扁平管3を挿入し、並べた板状フィン4に差し込む。そして、流入管5及び流出管6を取り付けたフタ2をヘッダー1Aに装着する。その後、板状フィン4と扁平管3とを接合するためのロウ材を扁平管3の上部に設置する。ロウ材には、断面が円形あるいは長方形の棒ロウや、ペーストロウ等を使用することができる。
An example of how to make the
熱交換器モジュール12Aを2列以上として構成される熱交換器100Aの場合には、下方に設置される熱交換器モジュール12Aの板状フィン4への扁平管3の挿入、板状フィン4と扁平管3との接合ロウ材の設置が困難なため、この地点までは1列ずつ製作する。さらに、ヘッダー1Aとフタ2とを、ヘッダー1Aと扁平管3とを、フタ2と流入管5とを、及び、フタ2と流出管6とをそれぞれ取り付けるロウ材を設置する。2列以上の熱交換器100Aとする場合、熱交換器モジュール12Aを重ねそれらを連通させるUベンド13を設置する。それらに供給するロウ材には、棒ロウや、リングロウ、ペーストロウ等が使用できる。それを真空炉や、ノコロック炉、その他の雰囲気炉に投入し、すべての部品を一度にロウ付けする。このとき、図5に示す短手方向の一方側の幅が多方側の幅に対して狭くなっている扁平管3aを、狭くなっている側を挿入方向にし、その扁平管3aの形状に合わせた板状フィン4のフィンカラーとすることにより挿入が容易となり、扁平管3aと板状フィン4のフィンカラーとの密着性を更に向上させることができる。
In the case of the
そのため、板状フィン4と扁平管3との熱抵抗が最小となり、伝熱性能があがることになる。また、ヘッダー1Aと扁平管3、ヘッダー1Aとフタ2、フタ2と流入管5、フタ2と流出管6、及び、熱交換器モジュール12A間を連通させるUベンド13のシール性及び耐圧性が向上する。さらに、板状フィン4の材料を純アルミ、たとえばA1050、扁平管3の材料を純アルミ、たとえばA1050またはAl−Mn系のアルミ合金、たとえばA3003にし、ヘッダー1Aの材料を純アルミ、たとえばA1050またはAl−Mn系のアルミ合金、たとえばA3003、更に強度が必要な場合、Al−Mg系のアルミ合金にし、それらを亜鉛溶射することにより、耐食性が向上し、経年変化に耐えることができる熱交換器100Aを得ることができる。
Therefore, the thermal resistance between the plate-
また、熱交換器100Aを構成する熱交換器モジュール12Aは、板状フィン4の積幅方向に対しての横幅が0.072m〜0.0168mであるため、高さは0.017mとなり、小型であるため、ロウ付けに必要な熱容量を小さくできる。そのため、熱交換器モジュール12A単位でロウ付けをすると、ロウ付け時間が短くなるとともに、小型の炉でも製作が可能となる。なお、図1〜図11では、熱交換器モジュール12Aが2パス仕様である場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、図12に示すような3パス仕様としても同様の効果を得ることができる。また、図1〜図12では、扁平管3が一列となっている場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、図13及び図14に示すように扁平管3を2列としても同様の効果を得ることができる。
Further, the
図12は、熱交換器モジュール12Bの断面構成の一例を示す断面図である。図12に基づいて、3パス仕様の熱交換器モジュール12Bについて説明する。なお、図12で示す矢印は、冷媒の流れを表している。また、図12では、熱交換器モジュール12Bの中間部を省略して図示している。図12に示す熱交換器モジュール12Bは、ヘッダー1A内部の部屋8の配置を変更することにより、3つの冷媒流路が形成されている。すなわち、熱交換器モジュール12Bは、ヘッダー1A内部の部屋8の配置を変更することにより、パス数を容易に変更することができるのである。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of a cross-sectional configuration of the
図13は、熱交換器モジュール12Cの全体構成の一例を示す斜視図である。図13に基づいて、熱交換器モジュール12Cの構成例について説明する。図13に示す熱交換器モジュール12Cは、段方向に並設されている扁平管3の本数を減らし、列方向に重ねるようにして構成されている。つまり、熱交換器モジュール12Cの段方向長さを短くし、列方向長さを長くしているのである。ただし、ヘッダー1Aの構造を変更しなければならない(図14参照)。なお、扁平管3で構成される各列の扁平管3の本数を特に限定するものではなく、たとえば図1〜図12で示した扁平管3の本数の半分程度にすればよい。
FIG. 13 is a perspective view showing an example of the overall configuration of the
図14は、図13に示す熱交換器モジュール12Cに取り付けるヘッダー1Aの内部を視認可能にして示す斜視図である。図14に基づいて、図13に示す熱交換器モジュール12Cに取り付けるヘッダー1Aの内部について説明する。基本的な構成については、図2で説明した通りであるが、ヘッダー1A内部の各部屋8が扁平管3の並び方に応じて配置されるようになっている。つまり、部屋8も、段方向の長さを短くするとともに、列方向に2段となるように形成されているのである。熱交換器モジュール12Cを図13及び図14に示すような構造としても、図1〜図12と同様の効果を得ることができる。
FIG. 14 is a perspective view showing the inside of the
実施の形態2.
図15は、本発明の実施の形態2に係る室内ユニット27aの全体構成の一部を透視して示す斜視図である。図16は、室内ユニット27aに収容する熱交換器モジュール12Aの組み合わせを示す斜視図である。図17は、室内ユニット27aを側面から見た縦断面構成を簡略化して示す概略断面図である。図15〜図17に基づいて、実施の形態1で説明した熱交換器モジュール12Aを組み合わせて室内ユニット27aに収容した場合について説明する。なお、この実施の形態2では上述した実施の形態1との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
FIG. 15 is a perspective view illustrating a part of the overall configuration of the indoor unit 27a according to
この室内ユニット27aは、図8で示した空調冷凍装置150を構成している室内機27に相当するものである。この室内ユニット27aは、室内等の壁面に設置され、その室内等の空調対象域に冷房用空気や暖房用空気を吹き出すものである。室内ユニット27aには、熱交換器モジュール12Aが組み合わされて収容されている。この室内ユニット27aは、空気を吸い込むための吸込口51及び冷房用空気又は暖房用空気を吹き出すための吹出口52が形成された筐体50と、筐体50内に収納され、空気を吸い込み、空気を吹き出す室内送風機22と、室内送風機22を駆動する室内送風機用モータ23と、吸込口51から室内送風機22までの風路途中及び室内送風機22から吹出口52までの風路途中に配設された熱交換器100Aと、で構成されている。
This indoor unit 27a corresponds to the
この熱交換器100Aについて更に詳しく説明する。熱交換器100Aは、実施の形態1で説明したように熱交換器モジュール12Aを組み合わせて構成されている。この熱交換器モジュール12Aは、2つを1組として計3組が、室内送風機22を取り囲むようにして筐体50内に収容されている。つまり、筐体50の前面側には4つ熱交換器モジュール12A(熱交換器モジュール12c〜熱交換器モジュール12f)が、筐体50の背面側には2つの熱交換器モジュール12A(熱交換器モジュール12g及び熱交換器モジュール12h)が配設され、室内送風機22を取り囲むようになっている。
The
図16では、筐体50の前面側下部に配設される熱交換器モジュール12c(風上側)及び熱交換器モジュール12d(風下側)の組み合わせを下部熱交換器100a、筐体50の前面側上部に配設される熱交換器モジュール12e(風上側)及び熱交換器モジュール12f(風下側)の組み合わせを上部熱交換器100b、筐体50の背面側に配設される熱交換器モジュール12g(風上側)及び熱交換器モジュール12h(風下側)の組み合わせを背面熱交換器100cと称して図示している。また、図16には、下部熱交換器100a、上部熱交換器100b及び背面熱交換器100cに冷媒を分配する分配器28と、冷房運転時に下部熱交換器100a、上部熱交換器100b及び背面熱交換器100cから流出された冷媒を集約して導通する配管ヘッダー29と、を図示している。
In FIG. 16, the combination of the
図17では、冷房運転時における室内ユニット27aでの冷媒の流れを実線矢印、暖房運転時における室内ユニット27aでの冷媒の流れを破線矢印、空気の流れ方向を白抜き矢印でそれぞれ表している。上述したように、下部熱交換器100a、上部熱交換器100b及び背面熱交換器100cは、室内送風機22を取り囲むように配設されており、室内送風機22に吸い込まれる空気が下部熱交換器100a、上部熱交換器100b及び背面熱交換器100cに略均一となるようになっている。
In FIG. 17, the refrigerant flow in the indoor unit 27a during the cooling operation is indicated by a solid arrow, the refrigerant flow in the indoor unit 27a during the heating operation is indicated by a broken arrow, and the air flow direction is indicated by a white arrow. As described above, the
暖房運転時、配管ヘッダー29からのガス冷媒は、風下側に設置された熱交換器モジュール12A(熱交換器モジュール12d、熱交換器モジュール12f及び熱交換器モジュール12h)のそれぞれに流入し、室内送風機22から供給される空気を熱交換して凝縮し、風上側に設置された熱交換器モジュール12A(熱交換器モジュール12c、熱交換器モジュール12e及び熱交換器モジュール12g)のそれぞれから流出して分配器28で合流する。このとき、風下側に設置された熱交換器モジュール12Aから、風上側に設置された熱交換器モジュール12Aに冷媒が流れ、それぞれが空気の流れ方向(矢印14a、矢印14b及び矢印14c)と対向しているため、空気流れ方向に対して常に空気温度と冷媒温度との温度差が確保できるようになっている。
During the heating operation, the gas refrigerant from the
冷房運転時、分配器28の入口に流入する冷媒は、液とガスとが混ざり合った2相流となっている。そのため、何らの工夫もせずに冷媒を各熱交換器モジュールに流入させると、液とガスとの割合が不均一な状態で各熱交換器モジュール12Aに流入することになる。そこで、室内ユニット27aでは、各熱交換器モジュール12Aに冷媒を流入させる前の上流側に分配器28を設けて、2相流状態の冷媒を均等に分配させるようにしている。また、分配器28で分配させた冷媒は、風上側の熱交換器モジュール12Aに流入し、配管ヘッダー29まで流れるが、分配器28から配管ヘッダー29に到達するまでの管内圧損を均一にするため、分配器28と風上側の熱交換器モジュール12Aのそれぞれと接続する流入管5の長さを同じにしている。
During the cooling operation, the refrigerant flowing into the inlet of the
分配器28で分岐された冷媒は、風上側に設置された熱交換器モジュール12Aのそれぞれに流入し、Uベンド13を介して、風下側に設置された熱交換器モジュール12Aのそれぞれに流入する。この冷媒は、風下側に設置された熱交換器モジュール12Aのそれぞれから流出し、配管ヘッダー29で合流する。このとき、風上側に設置された熱交換器モジュール12Aから風下側に設置された熱交換器モジュール12Aに冷媒が流れ、それぞれが空気流れ方向と並向しているため、空気流れ方向に対して常に空気温度と冷媒温度との温度差が確保できるようになっている。
The refrigerant branched by the
なお、下部熱交換器100a、上部熱交換器100b及び背面熱交換器100cを構成している各熱交換器モジュール12Aは、板状フィン4の積幅方向に対しての横幅が0.072m〜0.0168mであるため、高さは0.017mとなり、小型であるため、図17に示すように室内送風機22の周囲に応じて、容易に組み合わせて設置することができ、室内ユニット27aのコンパクト化を実現できる。したがって、空調能力が異なる室内機を作製する場合、内部に収容する熱交換器モジュール12Aの設置数を変更するだけで済み、室内機に対応させた熱交換器を新たに作る必要がなくなり、製造に要する手間及び費用を低減できる。
In addition, each
一方、室内ユニット27aの構造上、空気の流れが不均一となり、各熱交換器モジュール12Aに流れる空気の速度が熱交換器モジュール12Aごとに不均一になってしまう場合がある。その場合、各熱交換器モジュール12Aの扁平管3の段ピッチあるいは板状フィン4の積層方向のフィンピッチを変更して、熱交換器モジュール12Aを流れる空気の圧力損失、伝熱面積を調整し、熱交換器モジュール12Aの伝熱性能を調整することができる。したがって、扁平管3の段ピッチ、板状フィン4の積層方向のフィンピッチが異なる仕様の熱交換器モジュール12Aを数種類用意しておき、その室内ユニット27aに適するように熱交換器モジュール12Aを設置すれば、製造に要する手間及び費用を更に低減できることになる。
On the other hand, due to the structure of the indoor unit 27a, the air flow may become non-uniform, and the speed of the air flowing through each
また、扁平管3の段ピッチが狭くなると、必然的に熱交換器モジュール12Aの段方向の幅が小さくなるため、扁平管3の段ピッチ、板状フィン4の積層方向のフィンピッチが異なる仕様の熱交換器モジュール12Aを組み合わせることにより、室内ユニット27aを更にコンパクトにすることが可能になる。さらに、板状フィン4の積層方向のフィンピッチを小さくした場合、熱交換器モジュール12Aの長手方向の長さが同じならば、板状フィン4の枚数が多くなり、伝熱面積が大きくなることで、伝熱性能が高くなるため、このような熱交換器モジュール12Aを組み合わせれば、室内ユニット27aの空調能力をより大きなものとすることができる。
Further, when the step pitch of the
なお、実施の形態2で説明した室内ユニット27aに収容する熱交換器100A(下部熱交換器100a、上部熱交換器100b及び背面熱交換器100c)は、実施の形態1で説明した熱交換器モジュール12Aの組み合わせで構成するため、数種類の仕様の異なる熱交換器モジュール12Aを用意しておき、それらを共通化しておくだけで、多彩な仕様の室内ユニット27aに対応することができるようになる。また、室内ユニット27aの空調能力のそれぞれに対応した熱交換器を作製しなくて済み、製造に要する手間及び費用の低減を実現することができる。さらに、熱交換器モジュール12B及び熱交換器モジュール12Cを用いても同様の効果を得ることができる。
Note that the
実施の形態3.
図18は、本発明の実施の形態3に係る熱交換器モジュール12Dの全体構成の一例を示す斜視図である。図19は、ヘッダー1Aの内部を視認可能にして示す斜視図である。図18及び図19に基づいて、熱交換器モジュール12Dの構成例について説明する。この熱交換器モジュール12Dは、実施の形態1に係る熱交換器モジュール12A〜熱交換器モジュール12Cと同様に熱交換器を構成する最小単位となるものである。なお、この実施の形態3では上述した実施の形態1及び実施の形態2との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態1及び実施の形態2と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
FIG. 18 is a perspective view showing an example of the overall configuration of a
実施の形態3に係る熱交換器モジュール12Dは、ヘッダー1Bの構造が、実施の形態1に係る熱交換器モジュール12A〜熱交換器モジュール12Cのヘッダー1Aと相違している。図18に示すように、ヘッダー1Bには複数本の流入管5及び流出管6が取り付けられている。このようにすることで、熱交換器モジュール12B内に複数の冷媒流路、つまり複数パスを形成しているのである。また、ヘッダー1Bの内部に突起部30を形成している点も相違している。この突起部30は、流入管5から流入した冷媒のガスと液との割合をほぼ同等にする機能を有している。また、突起部30は、この突起部30を形成されている部屋8に接続されている扁平管3の端部よりも突出させるように形成されている。
The
図20は、熱交換器モジュール12Dの断面構成の一例を示す断面図である。図20に基づいて、熱交換器モジュール12Dでの冷媒の流れについて説明する。なお、図20で示す矢印は、冷媒の流れを表している。また、図20では、熱交換器モジュール12Dの中間部を省略して図示している。図20に示すように、流入管5は、2本の扁平管3の中間部に対応する位置に設けられており、この流入管5が設けられる位置の部屋8に突起部30が形成されている。この突起部30は、冷媒流入方向に対して反対側に突出している。すなわち、突起部30は、2本の扁平管3が接続された部屋8の扁平管4と扁平管4との間に設けられており、流入管5の流路断面積よりも大きな衝突部を設け、フタ2に設置された流入管5と突起部30との間隔を0.001m〜0.003mとしている。
FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating an example of a cross-sectional configuration of the
図20に示すように、流入管5から流入した冷媒は、ヘッダー1B内部の部屋8に形成されている突起部30に衝突して、2方向(紙面上下方向)に分配されてから、各扁平管3を導通し、反対側のヘッダー1B’(流入管5及び流出管6が接続されていないもう1つのヘッダー1B)内部の各部屋8に到達し、次に隣接する扁平管3に移動し、各扁平管3を再度流れ、ヘッダー1B内部の各部屋8に到達し、流出管6から流出する。すなわち、熱交換器モジュール12Dでは、各扁平管3内部を冷媒が導通しているとき、扁平管3に接合された板状フィン4を通して空気と熱交換するようになっているのである。
As shown in FIG. 20, the refrigerant that has flowed in from the
図20では、熱交換器モジュール12Dでは、冷媒が3パスで流入し、ヘッダー1B内で2分岐されて6パスで流出される構成となっている。なお、実施の形態3の熱交換器モジュール12Dで使用される扁平管3、板状フィン4の仕様は実施の形態1と同一であるものとする。また、図18〜図20では、扁平管3の本数を12本とした場合を例に示しているが、実施の形態1と同様に必要に応じて8本〜16本の間で設定することができる。このように、熱交換器を構成する最小単位である熱交換器モジュール12Dを構成している。なお、実際に使用する場合、多数のモジュールを組み合わせて熱交換器を構成することが多い。
In FIG. 20, in the
ここで、突起部30の機能について説明する。図21は、2本の扁平管3が接続されたヘッダー1Bの突起部30が設置されていない部屋8の1つを示す概略図である。図22は、2本の扁平管3が接続されたヘッダー1Bの突起部30が設置された部屋8の1つを示す概略図ある。図23は、突起部30に凹部33を形成した状態を示す概略図である。図21〜図23に基づいて、突起部30の有無によって冷媒の流れを変化させる仕組みについて説明する。なお、図21〜図23では、冷媒の流れを矢印で表している。また、部屋8内での冷媒を、ガス冷媒31、液冷媒32、均等冷媒34として表している。
Here, the function of the
熱交換器を蒸発器として使用する場合、流入管5から流入する冷媒は、液とガスとが混合した2相流となっている。ヘッダー1Bを段方向に垂直に設置する場合、その冷媒を2本の扁平管3に分配させるとすると、図21の構造では重力で液冷媒32とガス冷媒31とが分離することになる。すなわち、重力方向下側(紙面下側)の扁平管3には液の割合が多い液冷媒32が流入することになり、重力方向上側(紙面上側)の扁平管3にはガスの割合が多いガス冷媒31が流入することになる。その結果、熱交換器モジュール12Dでの熱交換量が不均一となってしまう。
When the heat exchanger is used as an evaporator, the refrigerant flowing from the
そのため、図22のように突起部30に流入管5から流入した冷媒をいったん衝突させ、その勢いで部屋8内のガス冷媒と液冷媒とを混合させることにより、上下2つの扁平管3にガスと液との割合がほぼ同等の均等冷媒34を流入させることができる。その結果、熱交換器モジュール12Dでの熱交換量の不均一さが改善され、熱交換量を略均一とすることができる。さらに、図23のように突起部30に所定の深さの凹部33を形成することで、より液とガスとを混合し易くすることができる。なお、凹部33の形状を特に限定するものではなく、たとえば断面形状を円形状又は多角形状として形成すればよい。
Therefore, as shown in FIG. 22, the refrigerant flowing from the
図24は、2つの熱交換器モジュール12Dを空気の流れ方向に重ねて構成した熱交換器100Bを示す斜視図である。図24に基づいて、2つの熱交換器モジュール12Dを空気の流れ方向に重ねて構成した熱交換器100Bについて説明する。つまり、図24では、図18〜図23で説明した熱交換器モジュール12Dの2つを空気の流れ方向に重ねるようにして、1つの熱交換器100Bとして機能させている状態を示しているのである。なお、図24では、空気の流れを矢印14で示している。また、突起部30を形成していない熱交換器モジュール12Dを熱交換器モジュール12D’と称して説明するものとする。
FIG. 24 is a perspective view showing a
図24に示すように、熱交換器100Bは、突起部30を形成してある熱交換器モジュール12Dを風上側に配置し、熱交換器モジュール12D’を風下側に配置し、それらをUベンド13で接続することで構成されている。具体的には、熱交換器100Bは、熱交換器モジュール12Dの6本の流出管6と、熱交換器モジュール12D’の6本の流入管5とを、それぞれUベンド13で接続し、冷媒流路を形成するように構成されている。このように構成された熱交換器100Bの内部おける冷媒の流れについて、図25で説明する。なお、以下の説明において、突起部30が形成されていないヘッダー1Bをヘッダー1B’と称するものとする。
As shown in FIG. 24, in the
図25は、熱交換器100Bのヘッダ長軸方向(段方向)の内部構成を示す透視図である。図25に基づいて、熱交換器100Bの内部における冷媒の流れについて説明する。なお、図25(a)が流入管5及び流出管6が接続されている側から透視して見た状態を、図25(b)が流入管5及び流出管6が接続されていない側から透視して見た状態をそれぞれ示している。また、便宜的に、図24で示した風上側の熱交換器モジュール12Dを、熱交換器モジュール1a’及び熱交換器モジュール1c’とし、図24で示した風下側の熱交換器モジュール12D’を、熱交換器モジュール1b’及び熱交換器モジュール1d’として表すものとする。なお、冷媒の流れを図9と同様に実線矢印及び破線矢印で示すとともに、空気の流れ方向を図24と同様に矢印14で示している。
FIG. 25 is a perspective view showing the internal configuration of the
まず、熱交換器100Bが蒸発器として機能する場合について説明する。この場合、熱交換器モジュール1a’の流入管5から冷媒が流入することになる。この冷媒は、ヘッダー1Bの突起部30に衝突し、分配されて突起部30を挟んで上下に接続されている扁平管3を導通し、反対側のヘッダー1B’を経由してから、それぞれ隣接しているヘッダー1Bの部屋8に到達する。この冷媒は、熱交換器モジュール1a’の流出管6から流出し、Uベンド13に導かれて、熱交換器モジュール1b’の流入管5に流入する。この冷媒は、ヘッダー1B’を介して扁平管3を導通し、反対側のヘッダー1B’を経由してから、それぞれ隣接しているヘッダー1B’の部屋8に到達する。そして、この冷媒は、熱交換器モジュール1b’の流出管6から流出することになる。
First, the case where the
熱交換器100Bが蒸発器として用いられる場合、ヘッダー1B内部に形成した突起部30による冷媒の混合作用により、すべての扁平管3に均等な冷媒が均一に流れることになる。その結果、冷媒の不均一による性能低下を軽減することができる。なお、熱交換器100Bには、3つの冷媒流路、つまり3パスある場合を例に示している。熱交換器モジュール1a’の流入管5に流入する冷媒は 図示していない分配器(たとえば、実施の形態2で説明したような分配器28など)で分配されてから流入するようになっている。また、熱交換器モジュール1b’の流出管6から流出した冷媒は、図示していない配管ヘッダー(たとえば、実施の形態2で説明したような配管ヘッダー29など)で合流するようになっている。
When the
次に、熱交換器100Bが凝縮器として機能する場合について説明する。この場合、熱交換器モジュール1b’の流入管5から冷媒が流入することになる。この冷媒は、ヘッダー1B’の各部屋8に接続されている扁平管3を導通し、反対側のヘッダー1B’を経由してから、それぞれ隣接しているヘッダー1B’の部屋8に到達する。この冷媒は、熱交換器モジュール1b’の流出管6から流出し、Uベンド13に導かれて、熱交換器モジュール1a’の流入管5に流入する。この冷媒は、ヘッダー1Bを介して扁平管3を導通し、反対側のヘッダー1B’を経由してから、ヘッダー1Bの部屋8に到達する。そして、この冷媒は、熱交換器モジュール1a’の流出管6から流出することになる。
Next, the case where the
熱交換器100Aが凝縮器として用いられる場合、蒸発器として機能する場合における冷媒の流れとは逆方向になる。そして、冷媒が流入する流入管5が接続されているヘッダー1B’の部屋8には、その部屋8に接続されている2本の扁平管3に分配させる突起部30が形成されていない。しかしながら、熱交換器モジュール1b’に流入する冷媒は、ガス冷媒のみであるため、液冷媒とガス冷媒との分離を考慮しなくても、ヘッダー1B’の各部屋8で均等に分配されることになる。
When the
熱交換器での空調能力を大きくするためには、熱交換器に流れ込む風の風量あるいは熱交換器の伝熱管に導通させる冷媒流量を多くする必要がある。伝熱管に導通させる冷媒流量を多くすると、伝熱管を導通する冷媒の流速を大きくしなければならず、圧力損失も大きくなる。したがって、冷媒流量を確保するには、圧縮力が大きい圧縮機を使用しなければならなくなる。そのために、熱交換器でのパス数を増加して、圧力損失を抑えることが必要になる。しかしながら、熱交換器でのパス数が増加すると、その増加に応じて分配器も大きくしなければならず、分配器に接続し、冷媒流路を形成する配管の本数も増えることになる。それらを収容する室内ユニットには、それらの占有スペースを確保しなければならず、小型化の要請に応えることができない。 In order to increase the air conditioning capability of the heat exchanger, it is necessary to increase the amount of air flowing into the heat exchanger or the flow rate of the refrigerant conducted to the heat exchanger tube of the heat exchanger. When the flow rate of the refrigerant that is conducted to the heat transfer tube is increased, the flow rate of the refrigerant that is conducted through the heat transfer tube must be increased, and the pressure loss is also increased. Therefore, in order to secure the refrigerant flow rate, it is necessary to use a compressor having a large compression force. Therefore, it is necessary to suppress the pressure loss by increasing the number of passes in the heat exchanger. However, when the number of paths in the heat exchanger increases, the distributor must be increased in accordance with the increase, and the number of pipes connected to the distributor and forming the refrigerant flow path also increases. The indoor units that house them must secure their occupied space and cannot meet the demand for miniaturization.
そこで、この実施の形態3に係る熱交換器モジュール12Dを組み合わせて構成した熱交換器100Bを使用することにより、熱交換器100Bの外部で分配本数が半分になり、占有スペースを減らすことができコンパクト化を実現することができる。したがって、熱交換器100Bでは、複数のパスを形成するとともに、突起部30を形成したヘッダー1Bを設けることで、液冷媒とガス冷媒との割合を均等にした冷媒を扁平管3に導通することができるので、実施の形態1に係る熱交換器100Aと同様の効果を有するとともに、熱交換効率を更に向上することができる。また、この熱交換器100Bを実施の形態2に係る室内ユニット27aに収容することで、熱交換効率の向上を図れるとともに、室内ユニット27aを更にコンパクトにすることができる。
Therefore, by using the
実施の形態4.
図26は、本発明の実施の形態4に係る室内ユニット27bを側面から見た縦断面構成を簡略化して示す概略断面図である。図26に基づいて、アシスト熱交換器46を組み合わせて収容した室内ユニット27bについて説明する。このアシスト熱交換器46は、伝熱管に円管を使用しているプレートフィンアンドチューブタイプの熱交換器である。なお、この実施の形態4では上述した実施の形態1〜実施の形態3との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態1〜実施の形態3と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing a simplified vertical cross-sectional configuration of an indoor unit 27b according to
この室内ユニット27bは、図8で示した空調冷凍装置150を構成している室内機27に相当するものである。この室内ユニット27bは、室内等の壁面に設置され、その室内等の空調対象域に冷房用空気や暖房用空気を吹き出すものである。室内ユニット27bには、実施の形態3に係る熱交換器100Bとアシスト熱交換器46とが組み合わされて収容されている。室内ユニット27bのその他の構成については、実施の形態に係る室内ユニット27aと同様である。なお、図26では、再熱除湿運転時における室内ユニット27bでの冷媒の流れを実線矢印、空気の流れ方向を白抜き矢印でそれぞれ表している。
This indoor unit 27b corresponds to the
熱交換器100Bは、実施の形態3で説明したように熱交換器モジュール12Dを組み合わせて構成されている。この熱交換器モジュール12Dは、2つを1組として計3組が、室内送風機22を取り囲むようにして筐体50内に収容されている。つまり、筐体50の前面側には4つ熱交換器モジュール12D(熱交換器モジュール12c’〜熱交換器モジュール12f’)が、筐体50の背面側には2つの熱交換器モジュール12D(熱交換器モジュール12g’及び熱交換器モジュール12h’)が配設され、室内送風機22を取り囲むようになっている。
The
図26では、筐体50の前面側下部に配設される熱交換器モジュール12c’(風上側)及び熱交換器モジュール12d’(風下側)の組み合わせを下部熱交換器100a’、筐体50の前面側上部に配設される熱交換器モジュール12e’(風上側)及び熱交換器モジュール12f’(風下側)の組み合わせを上部熱交換器100b’、筐体50の背面側に配設される熱交換器モジュール12g’(風上側)及び熱交換器モジュール12h’(風下側)の組み合わせを背面熱交換器100c’と称して図示している。また、図26には、下部熱交換器100a、上部熱交換器100b及び背面熱交換器100cに冷媒を分配する3つの分配器(分配器28a、分配器28b及び分配器28c)と、除湿弁45とを併せて図示している。
In FIG. 26, the combination of the
アシスト熱交換器46は、筐体50の前面側下部に配設される下部アシスト熱交換器46aと、筐体50の前面側上部に配設される上部アシスト熱交換器46bと、筐体50の背面側に配設される背面アシスト熱交換器46cとで構成されている。そして、下部アシスト熱交換器46aは、下部熱交換器100a’と並設され、上部アシスト熱交換器46bは、上部熱交換器100b’と並設、背面アシスト熱交換器46c’は、背面熱交換器100cと並設されている。つまり、各アシスト熱交換器は、各熱交換器に対して風上側に配設されるようになっているのである。
The assist
室内ユニット27bにおけるパスパターンについて説明する。この室内ユニット27bでは、室内ユニット27bが設置される部屋の湿度を低下させる除湿運転時に各熱交換器を分割して、一部を凝縮器、一部を蒸発器として機能させるパスパターンとすることによって、室内ユニット27bに取り込んだ室内空気を、蒸発器で露点以下に下げて、湿度を下げるとともに、凝縮器を通った空気と混合させることを可能にしている。このようなパスパターンとすることにより、室内ユニット27bでは、室温を下げずに、除湿することを可能としている。このような運転を再熱除湿運転と称するものとする。 A path pattern in the indoor unit 27b will be described. In this indoor unit 27b, each heat exchanger is divided during a dehumidifying operation for reducing the humidity of the room in which the indoor unit 27b is installed, and a path pattern is set such that a part functions as a condenser and a part functions as an evaporator. Thus, the indoor air taken into the indoor unit 27b can be lowered below the dew point by the evaporator to reduce the humidity and be mixed with the air that has passed through the condenser. By adopting such a path pattern, the indoor unit 27b can perform dehumidification without lowering the room temperature. Such an operation is referred to as a reheat dehumidification operation.
室内ユニット27bが実行する再熱除湿運転時における冷媒の流れを詳しく説明する。図示省略の室外機からの冷媒は、背面アシスト熱交換器46cに接続している吸入管47から室内ユニット27bの背面アシスト熱交換器46cに流入する。その後、背面アシスト熱交換器46cから流出した冷媒は、下部アシスト熱交換器46a及び上部アシスト熱交換器46bを経由してから分配器28cに流入する。吸入管47から流入した冷媒は、背面アシスト熱交換器46c、下部アシスト熱交換器46a及び上部アシスト熱交換器46bで凝縮され、2相状態となって分配器28cに流入し、この分配器28cで等分配されから背面熱交換器100c’に流入する。
The refrigerant flow during the reheat dehumidifying operation performed by the indoor unit 27b will be described in detail. Refrigerant from an outdoor unit (not shown) flows from the
すなわち、分配器28cに流入して冷媒は、分配器28cで3分岐され、背面熱交換器100c’を構成する熱交換器モジュール12g’に流入する。熱交換器モジュール12g’に流入して冷媒は、熱交換器モジュール12g’のヘッダー1B内部に設けた分配器構により、さらにそれぞれ2つに分配されて扁平管3を導通し、その過程で空気と熱交換し、熱交換器モジュール12h’の扁平管3を導通し、そこで再び空気と熱交換し、背面熱交換器100c’から流出する。背面熱交換器100c’から流出した冷媒は、分配器28bで合流される。ここまでの冷媒が通過した熱交換器は、凝縮器として作用し、空気の温度を上げるように作用する。
That is, the refrigerant flowing into the
分配器28bで合流した冷媒は、分配器28bから流出した後、除湿弁45に流入する。この除湿弁45は、絞り機構と、弁と、それらをバイパスする回路とを有しており、弁を動作することによって絞り機構を作動する場合と、絞り機構をバイパスする場合とを切り替えることができる構成になっている。再熱除湿運転時において、除湿弁45に流入した冷媒は、この除湿弁45で絞られ減圧する。除湿弁45で減圧された冷媒は、その後、分配器28aに流入する。分配器28aに流入しれ冷媒は、この分配器28aで6分配され、下部熱交換器100a’の熱交換器モジュール12c’及び上部熱交換器100b’の熱交換器モジュール12e’に流入する。
The refrigerant combined in the
熱交換器モジュール12c’及び熱交換器モジュール12e’に流入して冷媒は、それぞれのヘッダー1B内部に設けた分配機構により、さらにそれぞれ2つに分配されて扁平管3を導通し、その過程で空気と熱交換し、熱交換器モジュール12d’及び熱交換器モジュール12f’の扁平管3を導通し、そこで再び空気と熱交換し、下部熱交換器100a’及び上部熱交換器100b’から流出する。下部熱交換器100a’及び上部熱交換器100b’の冷媒の蒸発温度は、空気の露点以下に設定されているため、空気中の水分をとることができ、湿度を下げることができる。
The refrigerant flowing into the
下部熱交換器100a’及び上部熱交換器100b’から流出した冷媒は、その後、配管ヘッダー29で合流し、流出管48を介して室内ユニット27bから流出し、室外機に戻るようになっている。したがって、アシスト熱交換器46、熱交換器モジュール12g’及び熱交換器モジュール12hは、凝縮器として空気を暖め、熱交換器モジュール12c’、熱交換器モジュール12d’、熱交換器モジュール12e’及び熱交換器モジュール12f’は、空気の湿度をとって空気を冷却することによって、暖められた空気と冷却された空気とを混合させることができ、空気の温度を下げずに除湿運転ができる。
The refrigerant that has flowed out of the
なお、通常の冷房運転時においては、除湿弁45を構成している絞り機構をバイパスするように使用すればよい。また、暖房運転時における冷媒の流れは、図26に図示した矢印とは逆向きになる。このときも、除湿弁45を構成している絞り機構をバイパスするように使用すればよい。さらに、熱交換器モジュール12g’及び熱交換器モジュール12h’には、再熱除湿運転、冷房運転あるいは暖房運転のいずれの場合であっても2相冷媒が流れ込むことになるが、その冷媒を分配器28b及び分配器28cにより均等に分配させることができ、性能が低下することがない。
During normal cooling operation, the throttle mechanism constituting the
以上のように、同じ室内ユニット27b内部で熱交換器の一部を凝縮器、一部を蒸発器として同時に使用する場合においても、熱交換器がモジュール単位で分離しているため、モジュールごとに凝縮器、蒸発器に設定することが可能となる。また、実施の形態3に係る熱交換器モジュール12Dのようなヘッダー内で分配機構を使用することにより、分配器の分配器配管の数をそれほど増やさなくても、冷媒を均等に分配することが、性能低下が起こらない。さらに、実施の形態に係る熱交換器モジュール12Dを使用することにより、実施の形態1〜実施の形態3までの効果を全部有することになる。
As described above, even when a part of the heat exchanger is used as a condenser and a part as an evaporator at the same time in the same indoor unit 27b, the heat exchanger is separated in units of modules. It is possible to set the condenser and the evaporator. Further, by using a distribution mechanism in the header such as the
図27は、室内ユニット27aの内部構成と比較するための室内ユニット27b’を側面から見た縦断面構成を簡略化して示す概略断面図である。図27に基づいて、実施の形態4に係る室内ユニット27bの効果について説明する。この図27では、ヘッダー内に分配機構(実施の形態3で説明した突起部30)を用いていない熱交換器モジュールを組み合わせて構成した熱交換器を収容している室内ユニット27b’を例に示している。なお、室内ユニット27b’のその他の構成及びパスパターンについては、室内ユニット27bと同一である。
FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing a simplified vertical cross-sectional configuration of the indoor unit 27b 'as viewed from the side for comparison with the internal configuration of the indoor unit 27a. The effect of the indoor unit 27b according to
図26及び図27からも明らかなように、実施の形態4に係る室内ユニット27bは、室内ユニット27b’に比べて、分配器(分配器28a、分配器28b及び分配器28c)に接続させる分配器配管の本数が半分で済む。すなわち、室内ユニット27bは、ヘッダー内部に分配機構を設けることによって、分配器配管の接続本数を低減でき、その分のスペースを省略することが可能になる。したがって、室内ユニット27bは、更に効果的にコンパクト化を実現することができる。
As apparent from FIGS. 26 and 27, the indoor unit 27b according to the fourth embodiment is connected to a distributor (
実施の形態5.
図28は、本発明の実施の形態5に係る熱交換器モジュール12Eの全体構成の一例を示す斜視図である。図28に基づいて、熱交換器モジュール12Eの構成例について説明する。この熱交換器モジュール12Eは、実施の形態1に係る熱交換器モジュール12A〜熱交換器モジュール12C、実施の形態3に係る熱交換器モジュール12Dと同様に熱交換器を構成する最小単位となるものである。この熱交換器モジュール12Eは、ヘッダーの構造が、実施の形態1に係る熱交換器モジュール12A〜熱交換器モジュール12Cのヘッダー1A及び実施の形態4に係る熱交換器モジュール12Dのヘッダー1Bと相違している。
FIG. 28 is a perspective view showing an example of the overall configuration of a
図28に示すように、熱交換器モジュール12Eには、2種類のヘッダー(ヘッダー35及びヘッダー37)が取り付けられるようになっている。ヘッダー35は、内部に空間を有し、2本の扁平管3が接続され、フタ36が接合されている。ヘッダー37は、内部に空間を有し、1本の扁平管3が接続され、流入管5及び流出管6が接続されたフタ38が接合されている。なお、板状フィン4については、実施の形態1〜実施の形態4と同一のものを使用している。
As shown in FIG. 28, two types of headers (
この熱交換器モジュール12Eは、実施の形態1及び実施の形態2に係るヘッダー1Aを各部屋8ごと分割した構造を特徴としており、実施の形態1及び実施の形態2に係る熱交換器モジュール12A〜熱交換器モジュール12Cと同様の機能及び効果を有することになる。また、ヘッダー35において、2つの扁平管3の間に対応する部屋8に突起部30を形成すれば実施の形態3に係る熱交換器モジュール12Dと同様の機能及び効果を有することになる。さらに、熱交換器モジュール12Eは、ヘッダーが分割されているため、その組み合わせにより、冷媒を熱交換器に流すパスパターンを自由に選択できるという利点がある。
This
なお、以上説明した実施の形態1〜実施の形態5の内容を適宜組み合わせることができるものとする。したがって、必要な空調能力や、熱交換器の設置スペース、再熱除湿運転の必要性などの条件に応じて最適な熱交換器を構成することができる。また、このように組み合わされた熱交換器を収容する室内ユニットが設置される場所や目的などの条件も加味した熱交換器を構成することができる。したがって、このような熱交換器及び室内ユニットを搭載した空調冷凍装置150は、熱交換効率に優れ、小型化の要請を満足するものであり、製造に要する手間や費用を軽減したものとなる。
It should be noted that the contents of
また、実施の形態1〜実施の形態5に係る空調冷凍装置150の冷凍サイクルを循環させる冷媒を特に限定するものではないが、メタンや、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、プロピレン、イソプロピレンなどのHC冷媒の単一、またはHCを含む混合冷媒を用いるようにするとよい。このような冷媒を用いることによって、地球温暖化係数を非常に小さくすることができるからである。プロパンは、冷媒圧力損失に対する温度降下度合いが、従来冷媒R22より大きいという特性を有している。それは、たとえば冷媒飽和温度が10℃から0℃へ変化するとき、R22は、0.183MPaの圧力変化であるが、プロパンは、0.162MPaの圧力変化となるからである。
Moreover, although the refrigerant | coolant which circulates through the refrigerating cycle of the air-
また、イソブタンも、冷媒圧力損失に対する温度降下度合いが、従来冷媒R134aよりも大きいという特性を有している。それは、たとえば冷媒飽和温度が−20℃から−30℃へ変化するとき、R134aは、0.0483MPaの圧力変化であるが、イソブタンは、0.0258MPaの圧力変化となるからである。このため、これら冷媒を空調冷凍装置150に用いる場合においては、冷媒圧力損失の絶対値を従来冷媒以上に小さくする必要がある。
Further, isobutane also has a characteristic that the degree of temperature drop with respect to refrigerant pressure loss is larger than that of the conventional refrigerant R134a. This is because, for example, when the refrigerant saturation temperature changes from −20 ° C. to −30 ° C., R134a has a pressure change of 0.0483 MPa, whereas isobutane has a pressure change of 0.0258 MPa. For this reason, when these refrigerants are used in the air
上記実施の形態に係る熱交換器は、扁平管3に隔壁9により隔てられた複数の流路を設け、かつ1つのヘッダあたりに接続する扁平管3の本数を多くすることにより、超多流路の熱交換器モジュールを構成することができ、冷媒圧力損失の絶対値を小さくすることが非常に簡単にできる。または、パス数を増やすことにより媒圧力損失の絶対値を小さくすることができる。パス数が増えても、実施の形態3のようなヘッダー内部に分岐機構を設ければ、分配器等につなぐ配管が増えることを抑えられる。したがって、HC冷媒の単一、またはHCを含む混合冷媒を用いた時にも、高効率な空調冷凍装置150を提供することができる。
The heat exchanger according to the above embodiment is provided with a plurality of flow paths separated by the partition wall 9 in the
また、これらの冷媒は可燃性のため、安全のために、冷媒量がなるべく少ないほうが望ましい。扁平管3で構成した熱交換器を使用すると、パイプの容量が小さいため、冷媒量を減らせる効果がある。パイプの容量が小さいと圧力損失も高くなる傾向になるが、パス数をふやすことにより、絶対値を小さくすることができる。パス数が増えても、実施の形態3のようなヘッダー内部に分岐機構を設ければ、分配器等につなぐ配管が増えることを抑えられる。
Further, since these refrigerants are flammable, it is desirable that the amount of refrigerant is as small as possible for safety. If the heat exchanger comprised with the
さらに、実施の形態1〜実施の形態5に係る空調冷凍装置150の冷凍サイクルを循環させる冷媒として、R32の単一、またはR32を含む混合冷媒(R407AやR407B、R407C、R407D、R407E、R410A、R410Bなど)を用いることにより、地球温暖化係数を非常に小さくすることができる。R32単一を使用する場合、圧力損失が減るため、パス数を減らすことができる。実施の形態3のようなヘッダー内部に分岐機構を設ければ、外部につなぐ配管が簡単になり、コンパクト化及び低コスト化を実現できる。
Further, as a refrigerant for circulating the refrigeration cycle of the air-
またさらに、実施の形態1〜実施の形態5に係る空調冷凍装置150の冷凍サイクルを循環させる冷媒として、アンモニアの単一、またはアンモニアを含む混合冷媒を用いることにより、地球温暖化係数を非常に小さくすることができる。しかしながら、アンモニアは、従来の円管プレートフィンタイプ熱交換器に使われていた銅製の伝熱管を腐食させてしまうことになる。そこで、実施の形態1〜実施の形態5に係る熱交換器は、腐食耐力のあるアルミニウムで板状フィン材4、扁平管3及びヘッダーを構成するようにしている。また、これらを、一体炉中でろう付けすることにより、耐食性の確保ならびにろう付け不良による冷媒漏れを防ぐことができ、高効率かつ十分な安全性を確保した熱交換器を提供することかできる。
Furthermore, by using a single ammonia or a mixed refrigerant containing ammonia as a refrigerant for circulating the refrigeration cycle of the air-
圧縮機は、どんな形式で構成されていてもよく、たとえばレシプロ圧縮機(単気筒、複数気筒)やロータリー圧縮機(単気筒、複数気筒)、スクロール圧縮機、リニア圧縮機などで構成するとよい。また、圧縮機のシェル内に圧縮部を回転数させる電気モータを内蔵するとき、そのシェル内の圧力構造は、高圧シェルでも低圧シェルのどちらでもよい。高圧シェル方式では、圧縮シリンダーを出た冷媒がモーターを冷却して加熱され圧縮機から吐出されるので、吐出温度は高くなる。一方、低圧シェル方式では、シェル内に流入した冷媒はモーターを冷却して加熱されてから圧縮シリンダーに吸入されるので、吸入温度は高くなる。しかしながら、圧縮シリンダーから流出する冷媒は直接圧縮機外へ吐出されるので、吐出温度は低くなる。 The compressor may be configured in any form, for example, a reciprocating compressor (single cylinder, multiple cylinders), a rotary compressor (single cylinder, multiple cylinders), a scroll compressor, a linear compressor, or the like. Further, when an electric motor that rotates the compression portion is built in the shell of the compressor, the pressure structure in the shell may be either a high-pressure shell or a low-pressure shell. In the high-pressure shell method, the refrigerant exiting the compression cylinder cools the motor and is heated and discharged from the compressor, so the discharge temperature becomes high. On the other hand, in the low-pressure shell method, the refrigerant flowing into the shell is sucked into the compression cylinder after being heated by cooling the motor, so that the suction temperature becomes high. However, since the refrigerant flowing out from the compression cylinder is directly discharged out of the compressor, the discharge temperature is lowered.
使用する冷媒に応じて、吐出温度を高くするか、低くするか、特にR32冷媒は、R410A冷媒より吐出温度が高くなり、プロパンは、R410A冷媒より吐出温度が低くなるので、その冷媒の特性を考慮して高圧シェルとするか、低圧シェルとするかを決定すればよい。また、一般に低圧シェルより高圧シェルの方が圧縮機内冷凍機油への冷媒溶け込み量が多い。したがって、冷媒充填量を削減したいときには低圧シェル方式を選択した方がよいが、冷媒が溶けにくい冷凍機油を使用すれば高圧シェルでも冷媒量を削減することができる。 Depending on the refrigerant used, the discharge temperature is increased or decreased. In particular, the R32 refrigerant has a higher discharge temperature than the R410A refrigerant, and the propane has a lower discharge temperature than the R410A refrigerant. It is sufficient to determine whether to use a high pressure shell or a low pressure shell in consideration. In general, the high-pressure shell has a larger amount of refrigerant dissolved in the compressor refrigeration oil than the low-pressure shell. Therefore, it is better to select the low-pressure shell method when it is desired to reduce the refrigerant charging amount. However, if the refrigeration oil that is difficult to dissolve the refrigerant is used, the refrigerant amount can be reduced even in the high-pressure shell.
1A ヘッダー、1A’ ヘッダー、1B ヘッダー、1B’ ヘッダー、1a 熱交換器モジュール、1a’ 熱交換器モジュール、1b 熱交換器モジュール、1b’ 熱交換器モジュール、1c 熱交換器モジュール、1c’ 熱交換器モジュール、1d 熱交換器モジュール、1d’ 熱交換器モジュール、2 フタ、3 扁平管、3a 扁平管、4 板状フィン、4a 板状フィン、4b 板状フィン、5 流入管、6 流出管、8 部屋、9 隔壁、10 流路、11 切り起こし、12A 熱交換器モジュール、12B 熱交換器モジュール、12C 熱交換器モジュール、12D 熱交換器モジュール、12D’ 熱交換器モジュール、12E 熱交換器モジュール、12a 熱交換器モジュール、12a’ 熱交換器モジュール、12b 熱交換器モジュール、12b’ 熱交換器モジュール、12c 熱交換器モジュール、12c’ 熱交換器モジュール、12d 熱交換器モジュール、12d’ 熱交換器モジュール、12e 熱交換器モジュール、12e’ 熱交換器モジュール、12f 熱交換器モジュール、12f’ 熱交換器モジュール、12g 熱交換器モジュール、12g’ 熱交換器モジュール、12h 熱交換器モジュール、12h’ 熱交換器モジュール、13 Uベンド、14 矢印、14a 矢印、14b 矢印、14c 矢印、15 圧縮機、16 四方弁、17 室外熱交換器、18 絞り装置、19 室内熱交換器、20 室外送風機、21 室外送風機用モータ、22 室内送風機、23 室内送風機用モータ、24 冷媒配管、25 冷媒配管、26 室外機、27 室内機、27a 室内ユニット、27b 室内ユニット、28 分配器、28a 分配機、28b 分配器、28c 分配器、29 配管ヘッダー、30 突起部、31 ガス冷媒、32 液冷媒、33 凹部、34 均等冷媒、35 ヘッダー、36 フタ、37 ヘッダー、38 フタ、45 除湿弁、46 アシスト熱交換器、46a 下部アシスト熱交換器、46b 上部アシスト熱交換器、46c 背面アシスト熱交換器、47 吸入管、48 流出管、50 筐体、51 吸込口、52 吹出口、100A 熱交換器、100B 熱交換器、100a 下部熱交換器、100a’ 下部熱交換器、100b 上部熱交換器、100b’ 上部熱交換器、100c 背面熱交換器、100c’ 背面熱交換器、150 空調冷凍装置。 1A header, 1A 'header, 1B header, 1B' header, 1a heat exchanger module, 1a 'heat exchanger module, 1b heat exchanger module, 1b' heat exchanger module, 1c heat exchanger module, 1c 'heat exchange Module, 1d heat exchanger module, 1d 'heat exchanger module, 2 lid, 3 flat tube, 3a flat tube, 4 plate fin, 4a plate fin, 4b plate fin, 5 inflow tube, 6 outflow tube, 8 rooms, 9 partitions, 10 channels, 11 cut and raised, 12A heat exchanger module, 12B heat exchanger module, 12C heat exchanger module, 12D heat exchanger module, 12D 'heat exchanger module, 12E heat exchanger module 12a heat exchanger module, 12a 'heat exchanger module, 12b heat exchange Module, 12b ′ heat exchanger module, 12c heat exchanger module, 12c ′ heat exchanger module, 12d heat exchanger module, 12d ′ heat exchanger module, 12e heat exchanger module, 12e ′ heat exchanger module, 12f heat Exchanger module, 12f ′ heat exchanger module, 12g heat exchanger module, 12g ′ heat exchanger module, 12h heat exchanger module, 12h ′ heat exchanger module, 13 U bend, 14 arrow, 14a arrow, 14b arrow, 14c arrow, 15 compressor, 16 four-way valve, 17 outdoor heat exchanger, 18 throttling device, 19 indoor heat exchanger, 20 outdoor blower, 21 outdoor blower motor, 22 indoor blower, 23 indoor blower motor, 24 refrigerant piping 25 refrigerant pipes, 26 outdoor units, 27 rooms Inner unit, 27a Indoor unit, 27b Indoor unit, 28 Distributor, 28a Distributor, 28b Distributor, 28c Distributor, 29 Piping header, 30 Projection part, 31 Gas refrigerant, 32 Liquid refrigerant, 33 Concave part, 34 Equal refrigerant, 35 header, 36 lid, 37 header, 38 lid, 45 dehumidification valve, 46 assist heat exchanger, 46a lower assist heat exchanger, 46b upper assist heat exchanger, 46c rear assist heat exchanger, 47 suction pipe, 48 outflow pipe , 50 housing, 51 inlet, 52 outlet, 100A heat exchanger, 100B heat exchanger, 100a lower heat exchanger, 100a ′ lower heat exchanger, 100b upper heat exchanger, 100b ′ upper heat exchanger, 100c Back heat exchanger, 100c 'Back heat exchanger, 150 Air-conditioning refrigeration equipment.
Claims (18)
この板状フィンに直交するように挿入され、流路断面形状を扁平形状とし、内部に複数の隔壁が設けられた複数本の伝熱管と、
作動流体の流路を形成する前記複数本の伝熱管の端部とそれぞれ接続し、前記複数の伝熱管を連通させる1対のヘッダーと、
前記ヘッダーのうち少なくとも1つに取り付けられ、前記伝熱管に作動流体を流入させる流入管と、
前記ヘッダーのうち少なくとも1つに取り付けられ、前記伝熱管からの作動流体を流出させる流出管と、を備え、
前記ヘッダー内部には、前記伝熱管の端部のうち少なくとも1つが接続される部屋が複数形成されており、
前記1対のヘッダーに形成された前記複数の部屋を介して前記流入管からの作動流体を前記複数本の伝熱管に流通させて前記流出管から流出させる一連の作動流体の流路を形成し、
1本の前記流入管及び2本の前記伝熱管が接続される前記部屋における前記2本の伝熱管の中間部に対応する位置に、前記流入管から流入した作動流体を衝突させてガス状態の作動流体と液状態の作動流体を混合させる衝突部が設けられた突起部を形成し、
前記衝突部の面積を前記流入管の流路断面積よりも大きくし、
前記突起部を、
この突起部が形成されている前記部屋に接続した前記伝熱管の端部よりも突出させている
ことを特徴とする熱交換器モジュール。 A plurality of plate-like fins stacked in parallel at a predetermined interval, through which a fluid passes,
A plurality of heat transfer tubes that are inserted so as to be orthogonal to the plate fins, have a flat channel cross-sectional shape, and are provided with a plurality of partition walls inside,
A pair of headers that are respectively connected to ends of the plurality of heat transfer tubes that form a flow path of the working fluid, and communicate with the plurality of heat transfer tubes;
An inflow pipe that is attached to at least one of the headers and allows a working fluid to flow into the heat transfer pipe;
An outlet pipe attached to at least one of the headers and allowing the working fluid from the heat transfer pipe to flow out;
In the header, a plurality of rooms to which at least one of the end portions of the heat transfer tube is connected are formed,
A series of working fluid flow paths are formed through which the working fluid from the inflow pipe flows through the plurality of heat transfer pipes and flows out of the outflow pipe through the plurality of chambers formed in the pair of headers. ,
The working fluid that has flowed in from the inflow pipe collides with a position corresponding to an intermediate portion of the two heat transfer pipes in the room to which the one inflow pipe and the two heat transfer pipes are connected to form a gas state. Forming a protrusion provided with a collision portion for mixing the working fluid and the liquid working fluid;
The area of the collision portion is larger than the flow path cross-sectional area of the inflow pipe,
The protrusions,
A heat exchanger module, characterized in that the heat exchanger module protrudes from an end of the heat transfer tube connected to the room in which the protrusion is formed .
空気の流れ方向に対して1列又は2列以上に並べている
ことを特徴とする請求項1に記載の熱交換器モジュール。 The plurality of heat transfer tubes,
The heat exchanger module according to claim 1, wherein the heat exchanger modules are arranged in one row or two or more rows in the air flow direction.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の熱交換器モジュール。 The heat exchanger module according to claim 1 or 2, wherein the inside of the header is divided into a plurality of working fluid flow paths.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の熱交換器モジュール。 The heat exchanger module according to any one of claims 1 to 3 , wherein a concave portion is formed at a position where the working fluid of the protrusion collides.
ことを特徴とする請求項4に記載の熱交換器モジュール。 The heat exchanger module according to claim 4 , wherein the working fluid is distributed from the room in which the protrusion is formed to two working fluid flow paths.
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の熱交換器モジュール。 The heat exchanger module according to any one of claims 1 to 5 , wherein the number of the heat transfer tubes is 8 to 16.
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の熱交換器モジュール。 The heat exchanger module according to any one of claims 1 to 6 , wherein the heat transfer tubes have different lengths in the short direction.
その表面の一部を切り起こした切り起こしを形成した
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の熱交換器モジュール。 In the plate fin,
The heat exchanger module according to any one of claims 1 to 7 , wherein a cut and raised portion is formed by cutting and raising a part of the surface.
ことを特徴とする熱交換器。 It is comprised combining the heat exchanger module in any one of the said Claims 1-8 . The heat exchanger characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項9に記載の熱交換器。 The heat exchanger according to claim 9 , wherein at least one of the interval between the plate-like fins or the interval between the heat transfer tubes among the plurality of the heat exchanger modules is different.
ことを特徴とする請求項9又は10に記載の熱交換器。 The heat exchanger according to claim 9 or 10 , wherein the heat exchanger modules are arranged in a plurality of rows with respect to an air flow.
アルミニウム製の角材に前記伝熱管を挿入させる貫通穴を設け、さらに前記部屋となるくぼみを形成することで前記ヘッダーを作製し、Providing a through hole into which the heat transfer tube is inserted into a square bar made of aluminum, and further forming the recess to be the room, the header is produced,
複数枚の前記板状フィンを重ねるように並べ、Arrange multiple plate-like fins to overlap,
前記ヘッダーに前記伝熱管を挿入し、該伝熱管を並べた前記板状フィンに差し込み、前記流入管及び前記流出管を取り付けたフタを前記ヘッダーに装着し、Inserting the heat transfer tube into the header, inserting the heat transfer tube into the plate-like fins arranged, and attaching the lid to which the inflow pipe and the outflow pipe are attached to the header,
その後、前記板状フィンと前記伝熱管とを接合することで前記熱交換器モジュールを作製し、Thereafter, the heat exchanger module is produced by joining the plate fins and the heat transfer tubes,
作製した前記熱交換器モジュールを組み合わせることで前記熱交換器を製造するThe heat exchanger is manufactured by combining the produced heat exchanger modules.
ことを特徴とする熱交換器の製造方法。The manufacturing method of the heat exchanger characterized by the above-mentioned.
前記熱交換器に空気を供給する室内送風機と、を収容した
ことを特徴とする室内ユニット。 A plurality of heat exchangers according to any one of claims 9 to 11 ;
An indoor unit that houses an indoor blower that supplies air to the heat exchanger.
前記室内送風機を取り囲むように配設されている
ことを特徴とする請求項13に記載の室内ユニット。 The plurality of heat exchangers are:
It is arrange | positioned so that the said indoor air blower may be enclosed. The indoor unit of Claim 13 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項14に記載の室内ユニット。 The indoor unit according to claim 14 , wherein an assist heat exchanger is provided on the windward side of each of the plurality of heat exchangers.
ことを特徴とする請求項13〜15のいずれかに記載の室内ユニット。 The indoor unit according to any one of claims 13 to 15, wherein a reheat dehumidifying operation in which the heat exchanger is divided so that a part functions as a condenser and a part functions as an evaporator is possible.
ことを特徴とする空調冷凍装置。 An air-conditioning refrigeration apparatus comprising the indoor unit according to any one of claims 13 to 16 .
HC冷媒の単一、HCを含む混合冷媒、R32、アンモニア又は二酸化炭素のいずれかを用いる
ことを特徴とする請求項17に記載の空調冷凍装置。 As working fluid,
The air-conditioning refrigerating apparatus according to claim 17 , wherein one of HC refrigerant, a mixed refrigerant containing HC, R32, ammonia, or carbon dioxide is used.
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