JP5163549B2

JP5163549B2 - 冷媒間熱交換器およびそれを用いた冷媒回路

Info

Publication number: JP5163549B2
Application number: JP2009056798A
Authority: JP
Inventors: オシットクマール努人
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: JP2010210150A

Description

本発明は、冷媒と冷媒との間で熱交換を行う冷媒間熱交換器およびそれを用いた冷媒回路に関わり、より詳細には、熱交換効率を向上させた構成に関する。

従来の冷媒間熱交換器は、例えば特許文献１で示すように、大径の低圧側冷媒配管内に、小径の高圧側冷媒配管を一対となるように収納して、高圧冷媒と低圧冷媒の熱交換を行う冷媒間熱交換器としての液ガス熱交換器を構成している。ヒートポンプ給湯装置のヒートポンプユニットは、圧縮機、ガスクーラ、減圧機構である膨張弁、蒸発器を順次、接続して冷媒回路を構成し、ガスクーラから膨張弁へ供給される高圧冷媒と、蒸発器から圧縮機へ供給される低圧冷媒の間で冷媒間熱交換を行うよう、上記した液ガス熱交換器を設けている。

しかしながら、大径の低圧側冷媒配管内に小径の高圧側冷媒配管を一対となるように収納することにより、高圧側冷媒配管が周囲を流れる液状冷媒に影響を受けて振動、騒音を生じる虞があり、また、高圧側冷媒配管内を流れるガス状冷媒から、低圧側冷媒配管を流れる液状冷媒に対しての伝熱面積が高圧側冷媒配管の管表面積に限定され、伝熱効率を向上させることが望まれていた。

特開２００８−２２４０７３号（７頁、図１）

本発明は、上記問題点に鑑み、熱交換を行う工程を増やして熱交換量を増大させるとともに、大径の配管内に配置される小径の配管の強度を向上させて、振動、騒音を抑制することのできる冷媒間熱交換器およびそれを用いた冷媒回路を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、一端部に冷媒流入管を設けた外管と、同外管を貫通するように配設され、同外管内を流れる冷媒と熱交換を行う冷媒を流通させる複数の内管と、前記冷媒流入管からの冷媒が流入する流入口を前記外管の他端部内に開口する一方、前記流入口に連通する流出口を前記外管の外部に導出させた中央管とから構成され、前記内管の外周面と前記外管との内周面とは離間されるとともに、複数の前記内管の外周面と前記中央管の外周面とは接合されてなる構成となっている。

また、圧縮機と、室外熱交換器と、冷媒間熱交換器と、主膨張弁と、室内熱交換器とを順次接続するとともに、前記冷媒間熱交換器と前記主膨張弁との間から分岐したバイパス管を設け、同バイパス管を副膨張弁を介して前記冷媒間熱交換器を通過させ、前記圧縮機の吸込側に接続してなる冷媒回路において、前記冷媒間熱交換器が、一端部に冷媒流入管を設けた外管と、同外管を貫通するように配設され、同外管内を流れる冷媒と熱交換を行う冷媒を流通させる複数の内管と、前記冷媒流入管からの冷媒が流入する流入口を前記外管の他端部内に開口する一方、前記流入口に連通する流出口を前記外管の外部に導出させた中央管とから構成され、前記外管の冷媒流入管に、前記室外熱交換器から流出した高温の冷媒を流入させる一方、前記内管に、前記副膨張弁から流出し、前記圧縮機の吸込側に流出する前記バイパス管の冷媒を流通させてなる構成となっている。

請求項１記載の発明によれば、外管内に流入した冷媒が、第一段階として内管内を同方向に流れる冷媒と熱交換を行なった後、第二段階として、中央管に流入し内管内を逆方向に流れる冷媒と熱交換を行うことにより、外管内を流れる冷媒と内管内を流れる冷媒との熱交換量を増大させることができるようになっている。また、複数の内管の外周面と中央管の外周面とが接合されることにより、内管の強度を向上させて、振動、騒音の発生を防止できるようになっている。

請求項２記載の発明によれば、外管内を流れる高温の冷媒が、内管内を流れる冷媒と、外気とに放熱するので、室外熱交換器から流出し主減圧手段に流入する冷媒を効率的に冷却することができるようになっている。

本発明による冷媒間熱交換器を使用した一例としての冷媒回路である。本発明による冷媒間熱交換器の断面図及び要部断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

本発明による冷媒間熱交換器を用いた冷媒回路として、例えば図１で示す冷媒回路１は、圧縮機２と、室外熱交換器３と、冷媒間熱交換器４と、主膨張弁５と、室内熱交換器６とを配管８ａ及び配管８ｂにより順次接続するとともに、冷媒間熱交換器４と主膨張弁５との間から、副膨張弁７を備えたバイパス管９ａを分岐させている。分岐した同バイパス管９ａは冷媒間熱交換器４の一側と接続され、同冷媒間熱交換器４の他側は、バイパス管９ｂにより圧縮機２の吸込側に接続されている。

圧縮機２で圧縮され高温高圧となった冷媒は室外熱交換器３に流入して、同室外熱交換器３の周囲を流れる空気に放熱して凝縮する。凝縮した冷媒は冷媒間熱交換器４で、後述するようにバイパス管９ａから流入した冷媒により冷却されて過冷却状態となり、主膨張弁５で減圧されて更に低温低圧の冷媒となる。低温低圧となった冷媒は室内熱交換器６に流入して、同室内熱交換器６の周囲を流れる空気から吸熱して蒸発し、蒸発した冷媒は圧縮機２に還流するようになっている。

冷媒間熱交換器４からバイパス管９ａに分岐した冷媒は副膨張弁７で減圧されて低温低圧となり冷媒間熱交換器４に流入して、配管８ａから流れてきた冷媒と熱交換し、その後、バイパス管９ｂを介して圧縮機２の吸込側に還流するようになっている。

次に、上記した冷媒間熱交換器４について説明する。冷媒間熱交換器４は図２（Ａ）の断面図及び図２（Ｂ）の要部断面図で示すように、円筒形状の外管１０と、同外管１０を貫通するように配置された複数の内管１２と、外管１０と同軸上となるとともに、内管１２の外周面と接合するように配置された円筒状の中央管１３とから構成されており、同中央管１３は流入口１３ａを外管１０内に開口する一方、流出口１３ｂを外管１０の外部に導出させている。

外管１０は、一端部の外周面に冷媒流入管１４を突設させており、同冷媒流入管１４は外管１０の長手方向において、上記した中央管１３の流出口１３ｂ側に位置している。冷媒流入管１４は、例えば冷媒回路１において、配管８ａにより室外熱交換器３と接続されており、圧縮機２から吐出され、室外熱交換器３において放熱することにより凝縮した冷媒は、冷媒流入管１４から外管１０内に流入し、バイパス管９ａから流入した冷媒と熱交換されるようになっている。

低温冷媒が流通する内管１２は熱伝導性の高い銅材あるいは銅合金からなり、図２（Ｂ）で示すように、外管１０内において、円周上に均等となるように３本配置され、同内管１２の外周面と外管１０の内周面とは離間される一方、内管１２の外周面と中央管１３の外周面とは、ろう付け、あるいは溶接等により接合されている。内管１２の一端部は、半円錐状に形成され、上記した冷媒流入管１４側に位置するヘッダ１１ａの一側に接続され、同ヘッダ１１ａの他側には、例えば冷媒回路１において，副膨張弁７を備えたバイパス管９ａの一端が接続されている。内管１２の他端部は、同様に半円錐状に形成され、上記した中央管１３の流入口１３ａ側に位置するヘッダ１１ｂの一側に接続され、同ヘッダ１１ｂの他側には、圧縮機２の吸込側に接続されたバイパス管９ｂの一端が接続されている。

配管８ｂからバイパス管９ａに流入し、副膨張弁７により減圧されて低温低圧となった冷媒は、矢印で示すように、ヘッダ１１ａを介して３本の内管１２に流入し、同内管１２を通過することにより、外管１０内を流れる冷媒と熱交換を行い、熱交換を行った冷媒はヘッダ１１ｂを介して、圧縮機２の吸込側に接続されたバイパス管９ｂに流出していくようになっている。また、ヘッダ１１ａに流入した冷媒は、半円錐状に形成されたヘッダ１１ａ内で拡散することにより攪拌されて均一な温度となり、均一な温度となった冷媒は内管１２を流れる過程で熱交換効率を向上させるようになっている。

次に、外管１０内を流れる高温の冷媒と、内管１２内を流れる低温の冷媒との熱交換について詳細に説明する。冷媒流入管１４から外管１０内に流入した高温の冷媒は、矢印で示すように、ヘッダ１１ａ側からヘッダ１１ｂ側へと流れ、内管１２内を同方向に流れる低温の冷媒と熱交換して冷却されるようになっている。ある程度冷却された高温の冷媒は、外管１０のヘッダ１１ｂ側端部に到達すると、方向を反転して流入口１３ａから中央管１３に流入するようになっている。中央管１３に流入した冷媒は、内管１２内を逆方向に流れる低温の冷媒と再度熱交換を行って更に冷却され、流出口１３ｂから配管８ｂに流出していくようになっている。尚、ヘッダ１１ａに流入する低温の冷媒と、冷媒流入管１４に流入する高温の冷媒とで、温度差が小さい場合は、高温の冷媒が外管１０内をヘッダ１１ａ側からヘッダ１１ｂ側へ流れる過程で、内管１２を流れる冷媒と温度差がなくなる虞があるが、温度差が大きい場合はヘッダ１１ａ側からヘッダ１１ｂ側へ流れる過程では温度差は縮まらず、中央管１３を流れる過程で内管１２を流れる冷媒と熱交換が継続される。

複数の内管１２の外周面と、これらの中央に配置された中央管１３の外周面とは、ろう付け、あるいは溶接等により接合されていることにより、中央管１３内を流れる高温の冷媒の熱は、中央管１３の管壁から内管１２の管壁へと効率的に伝達されるとともに、内管１２内を流れる低温の冷媒にも効率的に伝達されるようになっている。また、複数の内管１２の外周面と中央管１３の外周面とが接合されることにより、内管の強度を向上させて、冷媒が流れる際の流路抵抗に起因する振動、騒音の発生を防止できるようになっている。

また、上記したように、外管１０内に流入した高温の冷媒は、第一段階としてヘッダ１１ａ側からヘッダ１１ｂ側へと流れる過程において内管１２内を同方向に流れる冷媒と熱交換を行い、次に第二段階として、中央管１３に流入し、同中央管１３内を流れる過程において内管１２内を逆方向に流れる冷媒と熱交換を行うことにより、熱交換量を増大させることができるようになっている。

また、内管１２の外周面と、外管１０の内周面とが密着されず、離間されていることにより、外管１０の管壁から内管１２への熱の伝達を防ぐようになっており、外気温の影響を受けないようになっている。

また、外管１０内を流れる冷媒から内管１２内を流れる冷媒への熱伝達効率を良くするために、内管１２の表面形状を、冷媒との接触面積が増加するように変更することが考えられるが、本発明によれば、複数の内管１２にコスト増にがる螺旋形状や溝形状を設けることなく、単体の中央管１３の外周面あるいは内周面を変更するのみで、外管１０内を流れる冷媒と内管１２内を流れる冷媒との間で熱交換能力を向上させることができるようになっている。また、外管１０内に高温の冷媒を流すことにより、外管１０の外部へも高温の冷媒から放熱することができるようになっている。

１冷媒回路
２圧縮機
３室外熱交換器
４冷媒間熱交換器
５主膨張弁
６室内熱交換器
７副膨張弁
８ａ、８ｂ配管
９ａ、９ｂバイパス管
１０外管
１１ａ、１１ｂヘッダ
１２内管
１３中央管
１３ａ流入口
１３ｂ流出口
１４冷媒流入管

Claims

一端部に冷媒流入管を設けた外管と、同外管を貫通するように配設され、同外管内を流れる冷媒と熱交換を行う冷媒を流通させる複数の内管と、前記冷媒流入管からの冷媒が流入する流入口を前記外管の他端部内に開口する一方、前記流入口に連通する流出口を前記外管の外部に導出させた中央管とから構成され、
前記内管の外周面と前記外管との内周面とは離間されるとともに、複数の前記内管の外周面と前記中央管の外周面とは接合されてなることを特徴とする冷媒間熱交換器。
圧縮機と、室外熱交換器と、冷媒間熱交換器と、主膨張弁と、室内熱交換器とを順次接続するとともに、前記冷媒間熱交換器と前記主膨張弁との間から分岐したバイパス管を設け、同バイパス管を副膨張弁を介して前記冷媒間熱交換器に通過させ、前記圧縮機の吸込側に接続してなる冷媒回路において、
前記冷媒間熱交換器が、一端部に冷媒流入管を設けた外管と、同外管を貫通するように配設され、同外管内を流れる冷媒と熱交換を行う冷媒を流通させる複数の内管と、前記冷媒流入管からの冷媒が流入する流入口を前記外管の他端部内に開口する一方、前記流入口に連通する流出口を前記外管の外部に導出させた中央管とから構成され、
前記外管の冷媒流入管に、前記室外熱交換器から流出した高温の冷媒を流入させる一方、前記内管に、前記副膨張弁から流出し、前記圧縮機の吸込側に流出する前記バイパス管の冷媒を流通させてなることを特徴とする冷媒回路。