JP7630622B2 - Heat exchanger and refrigeration cycle device - Google Patents
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Description
本開示は熱交換器および冷凍サイクル装置に関するものである。 This disclosure relates to a heat exchanger and a refrigeration cycle device.
冷凍サイクル装置の熱交換器の性能向上手段として、伝熱管の多列化が提案されている。熱交換器は限られたスペースに実装されるため、多列化することで伝熱管の実装密度を向上させるとともに伝熱面積を拡大させることができる。例えば、特開2014-40983号公報(特許文献1)に記載された空気調和装置の室内ユニットの熱交換器は、多列化された伝熱管を有している。 Multi-rowing of heat transfer tubes has been proposed as a means of improving the performance of heat exchangers in refrigeration cycle equipment. Because heat exchangers are mounted in a limited space, multi-rowing can improve the mounting density of the heat transfer tubes and increase the heat transfer area. For example, the heat exchanger of an indoor unit of an air conditioner described in JP 2014-40983 A (Patent Document 1) has multi-rowed heat transfer tubes.
多列化された伝熱管を有する熱交換器に非共沸混合冷媒が用いられる場合、非共沸混合冷媒に温度分布が生じる影響により、空気流れに対して並行に冷媒が流れると熱交換ロスが生じる。熱交換器が凝縮器として機能するときと熱交換器が蒸発器として機能するときとで、熱交換器を流れる冷媒の向きが反対となる。このため、凝縮器および蒸発器のいずれかで空気流れに対して並行に冷媒が流れる。したがって、凝縮器および蒸発器のいずれかで熱交換効率が低下する。 When a non-azeotropic refrigerant is used in a heat exchanger with multiple rows of heat transfer tubes, a heat exchange loss occurs when the refrigerant flows parallel to the air flow due to the effect of temperature distribution in the non-azeotropic refrigerant. The direction of the refrigerant flowing through the heat exchanger is opposite when the heat exchanger functions as a condenser and when it functions as an evaporator. For this reason, the refrigerant flows parallel to the air flow in either the condenser or the evaporator. This results in a decrease in heat exchange efficiency in either the condenser or the evaporator.
本開示は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、非共沸混合冷媒を用いつつ凝縮器および蒸発器で平均的に熱交換効率を確保することができる熱交換器および冷凍サイクル装置を提供することである。The present disclosure has been made in consideration of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a heat exchanger and refrigeration cycle device that can ensure average heat exchange efficiency in the condenser and evaporator while using a non-azeotropic refrigerant mixture.
本開示の熱交換器は、複数の第1伝熱管を有する第1伝熱部と、第1伝熱部の複数の第1伝熱管を流れる非共沸混合冷媒とを備えている。複数の第1伝熱管は一列に並んで配置されている。第1伝熱部は、複数の第1伝熱管を流れる非共沸混合冷媒の流れが第1伝熱部を流れる空気の流れに対して直交するように配置された複数の第1伝熱管を有している。熱交換器は複数の第2伝熱管を有する第2伝熱部をさらに備えている。第2伝熱部は、第1伝熱部と隣り合うように配置されている。複数の第2伝熱管は一列に並んで配置されており、かつ複数の第1伝熱管が並ぶ方向に沿って並んで配置されている。非共沸混合冷媒は、第2伝熱部の複数の第2伝熱管を流れる。第2伝熱部は、複数の第2伝熱管を流れる非共沸混合冷媒の流れが第2伝熱部を流れる空気の流れに対して直交するように配置された複数の第2伝熱管を有している。第1伝熱部および第2伝熱部の各々の非共沸混合冷媒の入口および出口は、熱交換器入口および熱交換器出口にそれぞれに接続されている。第1伝熱部および第2伝熱部の各々の非共沸混合冷媒の入口および出口は、互いに反対側に配置されている。 The heat exchanger of the present disclosure includes a first heat transfer section having a plurality of first heat transfer tubes, and a non-azeotropic refrigerant flowing through the plurality of first heat transfer tubes of the first heat transfer section. The plurality of first heat transfer tubes are arranged in a line. The first heat transfer section includes a plurality of first heat transfer tubes arranged so that the flow of the non-azeotropic refrigerant flowing through the plurality of first heat transfer tubes is perpendicular to the flow of air flowing through the first heat transfer section. The heat exchanger further includes a second heat transfer section having a plurality of second heat transfer tubes. The second heat transfer section is arranged so as to be adjacent to the first heat transfer section. The plurality of second heat transfer tubes are arranged in a line, and are arranged in a line along the direction in which the plurality of first heat transfer tubes are arranged. The non-azeotropic refrigerant flows through the plurality of second heat transfer tubes of the second heat transfer section. The second heat transfer section includes a plurality of second heat transfer tubes arranged so that the flow of the non-azeotropic refrigerant flowing through the plurality of second heat transfer tubes is perpendicular to the flow of air flowing through the second heat transfer section. The inlet and outlet of the non-azeotropic refrigerant of each of the first heat transfer section and the second heat transfer section are connected to the heat exchanger inlet and the heat exchanger outlet, respectively. The inlet and outlet of the non-azeotropic refrigerant of each of the first heat transfer section and the second heat transfer section are disposed on opposite sides to each other.
本開示の熱交換器によれば、非共沸混合冷媒を用いつつ凝縮器および蒸発器で平均的に熱交換効率を確保することができる。 According to the heat exchanger disclosed herein, it is possible to ensure average heat exchange efficiency in the condenser and evaporator while using a non-azeotropic refrigerant mixture.
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。なお、図中において、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。Hereinafter, the embodiments will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals and their description will not be repeated.
実施の形態1.
図1を参照して、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の構成について説明する。実施の形態1では、冷凍サイクル装置100の一例として空気調和機について説明する。図1中実線矢印は、冷房運転時における冷媒の流れを示している。図1中破線矢印は、暖房運転時における冷媒の流れを示している。
A configuration of a
図1に示されるように、冷凍サイクル装置100は、圧縮機1と、四方弁2と、室外熱交換器3と、膨張弁4と、室内熱交換器5と、室外送風機6と、室内送風機7と、制御装置8とを備えている。実施の形態1に係る熱交換器HEは、室外熱交換器3に適用されている。冷凍サイクル装置100は、室外機101と、室外機101に接続された室内機102とを備えている。As shown in Figure 1, the
冷媒回路10は、圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、膨張弁4および室内熱交換器5を含んでいる。圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、膨張弁4および室内熱交換器5は、配管20によって接続されている。冷媒回路10は、冷媒を循環させるように構成されている。The
冷媒は、非共沸混合冷媒である。非共沸混合冷媒は、R32を含み、他の冷媒としてR1234yfを含んでいてもよい。非共沸混合冷媒は、他の冷媒としてR1123あるいはR1234zeを含んでいてもよい。また、非共沸混合冷媒は、3種類以上の混合冷媒であってもよい。The refrigerant is a non-azeotropic refrigerant mixture. The non-azeotropic refrigerant mixture includes R32 and may include R1234yf as another refrigerant. The non-azeotropic refrigerant mixture may include R1123 or R1234ze as another refrigerant. The non-azeotropic refrigerant mixture may also be a mixture of three or more types of refrigerants.
圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、膨張弁4、室外送風機6および制御装置8は、室外機101に収容されている。室内熱交換器5および室内送風機7は、室内機102に収容されている。室外機101と室内機102とは、ガス管21と液管22とにより接続されている。配管20の一部がガス管21および液管22を構成している。The
冷媒回路10は、冷房運転時には、圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、膨張弁4、室内熱交換器5、四方弁2の順に冷媒が循環するように構成されている。また、冷媒回路10は、暖房運転時には、圧縮機1、四方弁2、室内熱交換器5、膨張弁4、室外熱交換器3、四方弁2の順に冷媒が循環するように構成されている。During cooling operation, the
圧縮機1は、冷媒を圧縮するように構成されている。圧縮機1は、熱交換器HEに流入する非共沸混合冷媒を圧縮するためのものである。圧縮機1は、吸入した冷媒を圧縮して吐出するように構成されている。圧縮機1は、容量可変に構成されていてもよい。圧縮機1は、制御装置8からの指示に基づいて圧縮機1の回転数が調整されることにより容量が変化するように構成されていてもよい。
四方弁2は、圧縮機1により圧縮された冷媒を室外熱交換器3または室内熱交換器5に流すように冷媒の流れを切替えるように構成されている。四方弁2は、第1ポートP1~第4ポートP4を有している。第1ポートP1は、圧縮機1の吐出側に接続されている。第2ポートP2は圧縮機1の吸入側に接続されている。第3ポートP3は、室外熱交換器3に接続されている。第4ポートP4は、室内熱交換器5に接続されている。四方弁2は、冷房運転時には圧縮機1から吐出された冷媒を室外熱交換器3に流すように構成されている。冷房運転時には、四方弁2において第1ポートP1に第3ポートP3が接続されているとともに第2ポートP2に第4ポートP4が接続されている。また、四方弁2は、暖房運転時には圧縮機1から吐出された冷媒を室内熱交換器5に流すように構成されている。暖房運転時には、四方弁2において第1ポートP1に第4ポートP4が接続されているとともに第2ポートP2に第3ポートP3が接続されている。The four-
室外熱交換器3は、室外熱交換器3の内部を流れる冷媒と室外熱交換器3の外部を流れる空気との間で熱交換を行うように構成されている。室外熱交換器3は、冷房運転時には冷媒を凝縮させる凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒を蒸発させる蒸発器として機能するように構成されている。The
膨張弁4は、凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させることにより減圧させるように構成されている。膨張弁4は、冷房運転時には室外熱交換器3により凝縮された冷媒を減圧させ、暖房運転時には室内熱交換器5により凝縮された冷媒を減圧させるように構成されている。膨張弁4は、たとえば、電磁膨張弁である。The
室内熱交換器5は、室内熱交換器5の内部を流れる冷媒と室内熱交換器5の外部を流れる空気との間で熱交換を行うように構成されている。室内熱交換器5は、冷房運転時には冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、暖房運転時には冷媒を凝縮させる凝縮器として機能するように構成されている。The
室外送風機6は、室外熱交換器3に室外の空気を送風するように構成されている。つまり、室外送風機6は、室外熱交換器3に対して空気を供給するように構成されている。The
室内送風機7は、室内熱交換器5に室内の空気を送風するように構成されている。つまり、室内送風機7は、室内熱交換器5に対して空気を供給するように構成されている。The indoor blower 7 is configured to blow indoor air to the
制御装置8は、演算、指示等を行って冷凍サイクル装置100の各機器等を制御するように構成されている。制御装置8は、圧縮機1、四方弁2、膨張弁4、室外送風機6、室内送風機7などに電気的に接続されており、これらの動作を制御するように構成されている。The
図2~図5を参照して、実施の形態1に係る熱交換器HEが適用された室外熱交換器3の構成について詳しく説明する。なお、実施の形態1に係る熱交換器HEは、室内熱交換器5に適用されてもよい。図2は、熱交換器HEの構造と空気の吹出温度分布との関係を示している。図3中実線矢印は冷媒の流れを示しており、図3中白抜き矢印は空気の流れを示している。
The configuration of the
図2および図3に示されるように、本実施の形態では、室外熱交換器3は、熱交換部31と、ヘッダー分配器32と、気液二相分配器33と、非共沸冷媒とを有している。As shown in Figures 2 and 3, in this embodiment, the
熱交換部31は、第1熱交換部31aと、第2熱交換部31bとを含んでいる。第1熱交換部31aは、空気流れ方向D1において風上側に配置されている。第1熱交換部31aは、空気流れ方向D1において第1列に配置されている。第2熱交換部31bは、空気流れ方向D1において風下側に配置されている。第2熱交換部31bは、空気流れ方向D1において第2列に配置されている。The
第1熱交換部31aは、第1伝熱部HP1を含んでいる。本実施の形態では第1熱交換部31aは、複数の第1伝熱部HP1を含んでいる。第2熱交換部31bは、第2伝熱部HP2を含んでいる。本実施の形態では第2熱交換部31bは、複数の第2伝熱部HP2を含んでいる。The first
第1熱交換部31aは、複数の第1フィンF1と、複数の第1伝熱管T1と、複数の第1接続部C1とを有している。複数の第1フィンF1の各々は板状に構成されている。複数の第1フィンF1は互いに重なるように配置されている。複数の第1フィンF1の材料は、例えばアルミニウムである。The first
複数の第1伝熱管T1は、複数の第1フィンF1を貫通している。複数の第1伝熱管T1は、空気流れ方向D1に直交する直交方向D2に直線状に延びるように構成されている。複数の第1接続部C1は複数の第1フィンF1の外側で第1伝熱管T1同士を接続する部分である。複数の第1伝熱管T1の各々が複数の第1接続部C1の各々によって接続されることで複数の第1伝熱管T1および複数の第1接続部C1は全体として蛇行するように構成されている。複数の第1伝熱管T1および複数の第1接続部C1の材料は、例えば銅またはアルミニウムである。The multiple first heat transfer tubes T1 penetrate the multiple first fins F1. The multiple first heat transfer tubes T1 are configured to extend linearly in an orthogonal direction D2 perpendicular to the air flow direction D1. The multiple first connection parts C1 are parts that connect the first heat transfer tubes T1 to each other on the outside of the multiple first fins F1. Each of the multiple first heat transfer tubes T1 is connected by each of the multiple first connection parts C1, so that the multiple first heat transfer tubes T1 and the multiple first connection parts C1 are configured to meander as a whole. The multiple first heat transfer tubes T1 and the multiple first connection parts C1 are made of a material such as copper or aluminum.
第1伝熱部HP1は、複数の第1伝熱管T1を有する。複数の第1伝熱管T1は一列に並んで配置されている。複数の第1伝熱管T1は、空気流れ方向D1および直交方向D2に交差する段方向D3に並んで配置されている。The first heat transfer section HP1 has a plurality of first heat transfer tubes T1. The plurality of first heat transfer tubes T1 are arranged in a row. The plurality of first heat transfer tubes T1 are arranged in a row direction D3 that intersects the air flow direction D1 and the perpendicular direction D2.
第1伝熱部HP1は、複数の第1伝熱管T1を流れる非共沸混合冷媒の流れが第1伝熱部HP1を流れる空気の流れに対して直交するように配置された複数の第1伝熱管T1を有している。The first heat transfer section HP1 has a plurality of first heat transfer tubes T1 arranged so that the flow of the non-azeotropic refrigerant flowing through the plurality of first heat transfer tubes T1 is perpendicular to the flow of air flowing through the first heat transfer section HP1.
第2熱交換部31bは、複数の第2フィンF2と、複数の第2伝熱管T2と、複数の第2接続部C2とを有している。複数の第2フィンF2の各々は板状に構成されている。複数の第2フィンF2は互いに重なるように配置されている。複数の第2フィンF2の材料は、例えばアルミニウムである。The second
複数の第2伝熱管T2は、複数の第2フィンF2を貫通している。複数の第2伝熱管T2は、空気流れ方向D1に直交する直交方向D2に直線状に延びるように構成されている。複数の第2接続部C2は複数の第2フィンF2の外側で第2伝熱管T2同士を接続する部分である。複数の第2伝熱管T2の各々が複数の第2接続部C2の各々によって接続されることで複数の第2伝熱管T2および複数の第2接続部C2は全体として蛇行するように構成されている。複数の第2伝熱管T2および複数の第2接続部C2の材料は、例えば銅またはアルミニウムである。The second heat transfer tubes T2 penetrate the second fins F2. The second heat transfer tubes T2 are configured to extend linearly in the perpendicular direction D2 perpendicular to the air flow direction D1. The second connection parts C2 are portions that connect the second heat transfer tubes T2 to each other on the outside of the second fins F2. The second heat transfer tubes T2 are connected to each other by the second connection parts C2, so that the second heat transfer tubes T2 and the second connection parts C2 are configured to meander as a whole. The second heat transfer tubes T2 and the second connection parts C2 are made of a material such as copper or aluminum.
第2伝熱部HP2は、複数の第2伝熱管T2を有する。第2伝熱部HP2は、第1伝熱部HP1と隣り合うように配置されている。複数の第2伝熱管T2は一列に並んで配置されている。複数の第2伝熱管T2は、複数の第1伝熱管T1が並ぶ方向に沿って並んで配置されている。複数の第2伝熱管T2は、空気流れ方向D1および直交方向D2に交差する段方向D3に並んで配置されている。The second heat transfer section HP2 has a plurality of second heat transfer tubes T2. The second heat transfer section HP2 is arranged adjacent to the first heat transfer section HP1. The plurality of second heat transfer tubes T2 are arranged in a row. The plurality of second heat transfer tubes T2 are arranged in a row along the direction in which the plurality of first heat transfer tubes T1 are arranged. The plurality of second heat transfer tubes T2 are arranged in a row direction D3 that intersects the air flow direction D1 and the perpendicular direction D2.
非共沸混合冷媒は、第1伝熱部HP1の複数の第1伝熱管T1を流れる。非共沸混合冷媒は、複数の第1伝熱管T1および複数の第1接続部C1を連続して流れる。非共沸混合冷媒は、第2伝熱部HP2の複数の第2伝熱管T2を流れる。非共沸混合冷媒は、複数の第2伝熱管T2および複数の第2接続部C2を連続して流れる。The non-azeotropic refrigerant flows through the multiple first heat transfer tubes T1 of the first heat transfer section HP1. The non-azeotropic refrigerant flows continuously through the multiple first heat transfer tubes T1 and the multiple first connection sections C1. The non-azeotropic refrigerant flows through the multiple second heat transfer tubes T2 of the second heat transfer section HP2. The non-azeotropic refrigerant flows continuously through the multiple second heat transfer tubes T2 and the multiple second connection sections C2.
室外熱交換器3が凝縮器として機能する場合、熱交換器入口(凝縮器入口)にはヘッダー分配器32が設けられており、熱交換器出口(凝縮器出口)には気液二相分配器33が設けられている。気液二相分配器33は、気液二相流を均等に分配することが可能に構成されている。気液二相分配器33は、ディストリビュータ33aおよびキャピラリーチューブ34を有している。When the
図3および図4に示されるように、複数の第1伝熱管T1および複数の第1接続部C1の各々は、円管である。複数の第2伝熱管T2および複数の第2接続部C2の各々は、円管である。3 and 4, each of the first heat transfer tubes T1 and the first connection parts C1 is a circular tube. Each of the second heat transfer tubes T2 and the second connection parts C2 is a circular tube.
図2および図5に示されるように、キャピラリーチューブ34は、第1列の第1熱交換部31aに接続された第1キャピラリーチューブ34aおよび第2列の第2熱交換部31bに接続された第2キャピラリーチューブ34bを含んでいる。第1キャピラリーチューブ34aの内径は、第2キャピラリーチューブ34bの内径よりも大きくてもよい。第1キャピラリーチューブ34aの長さは、第2キャピラリーチューブ34bの長さよりも長くてもよい。2 and 5, the
図6を参照して、実施の形態1に係る熱交換器HEの第1伝熱管T1および第2伝熱管T2の変形例では、第1伝熱管T1および第2伝熱管T2は、扁平管である。
Referring to Figure 6, in a modified example of the first heat transfer tube T1 and the second heat transfer tube T2 of the heat exchanger HE of
続いて、図1~図3を参照して、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の動作について説明する。Next, with reference to Figures 1 to 3, the operation of the
冷凍サイクル装置100は、冷房運転と暖房運転とを選択的に行うことが可能である。冷房運転時には、圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、膨張弁4、室内熱交換器5、四方弁2の順に冷媒が冷媒回路10を循環する。冷房運転時には室外熱交換器3は、凝縮器として機能する。室外熱交換器3を流れる冷媒と室外送風機6によって送風される空気との間で熱交換が行われる。冷房運転時には室内熱交換器5は、蒸発器として機能する。室内熱交換器5を流れる冷媒と室内送風機7によって送風される空気との間で熱交換が行われる。The
圧縮機1から吐出された高圧ガス冷媒は、熱交換器HEのヘッダー分配器32を経由して第1列の第1熱交換部31aの第1伝熱管T1および第2列の第2熱交換部31bの第2伝熱管T2に流入し、空気流れに対して直交するように流れる。この際に、第1熱交換部31aの出口側に設置される第1キャピラリーチューブ34aの流路抵抗を、第2熱交換部31bの出口側に設置される第2キャピラリーチューブ34bの流路抵抗よりも小さくすることで、第1キャピラリーチューブ34aに第2キャピラリーチューブ34bよりも多くの冷媒が流れる。高圧ガス冷媒は、複数の第1フィンF1、複数の第1伝熱管T1、複数の第2フィンF2、複数の第2伝熱管T2を介して空気と熱交換することにより高圧の液冷媒となる。The high-pressure gas refrigerant discharged from the
暖房運転には、圧縮機1、四方弁2、室内熱交換器5、膨張弁4、室外熱交換器3、四方弁2の順に冷媒が冷媒回路10を循環する。暖房運転時には室内熱交換器5は、凝縮器として機能する。室内熱交換器5を流れる冷媒と室内送風機7によって送風される空気との間で熱交換が行われる。暖房運転時には室外熱交換器3は、蒸発器として機能する。室外熱交換器3を流れる冷媒と室外送風機6によって送風される空気との間で熱交換が行われる。During heating operation, the refrigerant circulates through the
低乾き度の低圧気液二相冷媒は、熱交換器HEの気液二相分配器33のディストリビュータ33aで減圧され、攪拌されることにより、気液二相の噴霧状態において等乾き度で分配される。第1列の第1熱交換部31aに接続される第1キャピラリーチューブ34aの流路抵抗を、第2列の第2熱交換部31bに接続される第2キャピラリーチューブ34bの流路抵抗よりも小さくすることで、第1キャピラリーチューブ34aに第2キャピラリーチューブ34bよりも多くの冷媒が流れる。低乾き度の低圧気液二相冷媒は、複数の第1フィンF1、複数の第1伝熱管T1、複数の第1フィンF1、複数の第2伝熱管T2を介して空気と熱交換することにより低圧のガス冷媒となる。The low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant with low dryness is decompressed and stirred by the
続いて、実施の形態1に係る熱交換器HEが適用された室外熱交換器3の変形例について説明する。Next, we will explain a modified example of the
図7を参照して、実施の形態1に係る室外熱交換器3の変形例1では、ヘッダー分配器32および気液二相分配器33は、列毎に複数配置されている。実施の形態1に係る室外熱交換器3の変形例1では、ヘッダー分配器32および気液二相分配器33は、2個ずつ配置されている。2個の気液二相分配器33の各々の下流に2個の電子膨張弁35の各々がそれぞれ配置されている。
With reference to Fig. 7, in the first modified example of the
また、電子膨張弁35が配置されない場合、第1列の第1熱交換部31aに接続される第1キャピラリーチューブ34aの内径は、第2列の第2熱交換部31bに接続される第2キャピラリーチューブ34bの内径よりも大きくする。さらに、第1列の第1熱交換部31aに接続される第1キャピラリーチューブ34aの長さは、第2列の第2熱交換部31bに接続される第2キャピラリーチューブ34bの長さよりも長くする。In addition, when the
図8を参照して、実施の形態1に係る室外熱交換器3の変形例2では、説明の便宜のため第1熱交換部31aのみが示されている。第2熱交換部31bは、第1熱交換部31aと同様に構成されている。
With reference to Figure 8, in the second modification of the
実施の形態1に係る室外熱交換器3の変形例2では、複数の第1フィンF1は、コルゲートフィンである。複数の第1伝熱管T1は、直線状の扁平管である。複数の第1伝熱管T1の各々の間に複数の第1フィンF1の各々が配置されている。複数の第1伝熱管T1の各々の両端にヘッダー36が接続されている。In the second modification of the
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
図9を参照して、凝縮器および蒸発器の対向流、並行流、直交流の熱交換効率について説明する。対向流、並行流、直交流は、空気流れに対する冷媒流れの関係を示している。凝縮器および蒸発器のいずれにおいても、対向流、直交流、並行流の順に熱交換効率が低下する。
Next, the effects of this embodiment will be described.
The heat exchange efficiency of the counterflow, parallel flow, and cross flow of the condenser and evaporator will be described with reference to Fig. 9. Counterflow, parallel flow, and cross flow indicate the relationship of the refrigerant flow to the air flow. In both the condenser and the evaporator, the heat exchange efficiency decreases in the order of counterflow, cross flow, and parallel flow.
図10を参照して、本実施の形態での熱交換器HEが凝縮器または蒸発器として機能するときの冷媒流れに対する各パスの冷媒温度について説明する。凝縮器では、冷媒流れが増大するにつれて第1列および第2列とも冷媒温度が低くなる。第1列の冷媒温度は、第2列の冷媒温度よりも低くなる。蒸発器では、冷媒流れが増大するにつれて第1列および第2列とも冷媒温度が高くなる。第1列の冷媒温度は、第2列の冷媒温度よりも高くなる。 With reference to FIG. 10, the refrigerant temperature of each path relative to the refrigerant flow when the heat exchanger HE in this embodiment functions as a condenser or an evaporator will be described. In the condenser, the refrigerant temperature decreases in both the first and second rows as the refrigerant flow increases. The refrigerant temperature in the first row is lower than the refrigerant temperature in the second row. In the evaporator, the refrigerant temperature increases in both the first and second rows as the refrigerant flow increases. The refrigerant temperature in the first row is higher than the refrigerant temperature in the second row.
本実施の形態に係る熱交換器HEによれば、第1伝熱部HP1は、複数の第1伝熱管T1を流れる非共沸混合冷媒の流れが第1伝熱部HP1を流れる空気の流れに対して直交するように配置された複数の第1伝熱管T1を有している。このため、空気流れに対する非共沸混合冷媒の流れは直交流となる。これにより、熱交換器HEが凝縮器および蒸発器のいずれとして機能するときでも並行流に比べて熱交換効率を高くすることができる。したがって、非共沸混合冷媒を用いつつ凝縮器および蒸発器で平均的に熱交換効率を確保することができる。According to the heat exchanger HE of this embodiment, the first heat transfer section HP1 has a plurality of first heat transfer tubes T1 arranged so that the flow of the non-azeotropic refrigerant flowing through the plurality of first heat transfer tubes T1 is perpendicular to the flow of air flowing through the first heat transfer section HP1. Therefore, the flow of the non-azeotropic refrigerant relative to the air flow is a cross flow. This makes it possible to increase the heat exchange efficiency compared to a parallel flow when the heat exchanger HE functions as either a condenser or an evaporator. Therefore, it is possible to ensure an average heat exchange efficiency in the condenser and the evaporator while using a non-azeotropic refrigerant.
なお、仮に凝縮器および蒸発器ともに対向流にしようとすると、次の問題がある。まず、凝縮器において気液二相分配器33によって高圧ガス冷媒の圧力損失が増大する。また、出口ヘッダーの大容量化によって冷媒量が増大する。さらに延長配管部の圧力損失が増大する。本実施の形態に係る熱交換器HEによれば、これらの問題が生じない。If both the condenser and evaporator were to be counter-flow evaporators, the following problems would arise. First, the pressure loss of the high-pressure gas refrigerant would increase in the condenser due to the gas-liquid two-
また、第1キャピラリーチューブ34aの流路抵抗を第2キャピラリーチューブ34bの流路抵抗より小さくすることにより、熱負荷が大きい第1列の第1伝熱管T1に冷媒を多く流すことができる。このため、第1列の第1伝熱管T1と第2列の第2伝熱管T2とで冷媒の出口温度の差異が小さくなるため、熱交換効率を大きくすることができる。In addition, by making the flow resistance of the first
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100によれば、上記の熱交換器HEを備えている。このため、非共沸混合冷媒を用いつつ凝縮器および蒸発器で平均的に熱交換効率を確保することができる熱交換器HEを備えた冷凍サイクル装置100を提供することができる。According to the
実施の形態2.
実施の形態2に係る熱交換器HEは、特に説明しない限り、実施の形態1に係る熱交換器HEと同一の構成、動作および作用効果を有している。
Unless otherwise specified, the heat exchanger HE according to the second embodiment has the same configuration, operation, and effects as the heat exchanger HE according to the first embodiment.
図11を参照して、実施の形態2に係る熱交換器HEでは、第1伝熱部HP1および第2伝熱部HP2の各々の非共沸混合冷媒の入口および出口は、互いに反対側に配置されている。第1伝熱部HP1では、冷媒入口は最上段に配置されており、冷媒出口は最下段に配置されている。第2伝熱部HP2では、冷媒入口は最下段に配置されており、冷媒出口は最上段に配置されている。つまり、第1伝熱部HP1および第2伝熱部HP2の各々の非共沸混合冷媒の入口および出口は、互いに上下逆に配置されている。
With reference to FIG. 11, in the heat exchanger HE according to
続いて、実施の形態2に係る熱交換器HEが適用された室外熱交換器3の変形例について説明する。Next, we will explain a modified example of the
図12を参照して、実施の形態2に係る室外熱交換器3の変形例では、熱交換部31は、第3熱交換部31cを含んでいる。第3熱交換部31cは、空気流れ方向D1において第1熱交換部31aよりも風上側に配置されている。第3熱交換部31cは、空気流れ方向D1において第1列に配置されている。
With reference to Fig. 12, in a modified example of the
第3熱交換部31cは、第3伝熱部HP3を含んでいる。本実施の形態では第3熱交換部31cは、複数の第3伝熱部HP3を含んでいる。第3熱交換部31cは、複数の第3フィンF3と、複数の第3伝熱管T3と、複数の第3接続部C3(図示せず)とを有している。複数の第3フィンF3と、複数の第3伝熱管T3と、複数の第3接続部C3(図示せず)は、複数の第1フィンF1と、複数の第1伝熱管T1と、複数の第1接続部C1(図示せず)と同様に構成されている。非共沸混合冷媒は、第3伝熱部HP3の複数の第3伝熱管T3を流れる。非共沸混合冷媒は、複数の第3伝熱管T3および複数の第3接続部C3(図示せず)を連続して流れる。The third
キャピラリーチューブ34は、第3熱交換部31cに接続された第3キャピラリーチューブ34cを含んでいる。第3キャピラリーチューブ34cの内径は、第1キャピラリーチューブ34aの内径よりも大きくてもよい。第3キャピラリーチューブ34cの長さは、第1キャピラリーチューブ34aの長さよりも長くてもよい。The
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
図13を参照して、本実施の形態での熱交換器HEが凝縮器または蒸発器として機能するときの冷媒流れに対する各パスの冷媒温度について説明する。実施の形態1に比べて、凝縮器および蒸発器のいずれでも第1列および第2列の冷媒温度の差異が小さくなる。
Next, the effects of this embodiment will be described.
The refrigerant temperature of each path in the refrigerant flow when the heat exchanger HE in this embodiment functions as a condenser or an evaporator will be described with reference to Fig. 13. Compared to the first embodiment, the difference in refrigerant temperature between the first and second rows is smaller in both the condenser and the evaporator.
本実施の形態に係る熱交換器HEによれば、第1伝熱部HP1および第2伝熱部HP2の各々の非共沸混合冷媒の入口および出口は、互いに反対側に配置されている。このため、熱交換器HEの高さ方向の空気の吹出温度分布を平均化することができる。In the heat exchanger HE according to the present embodiment, the inlet and outlet of the non-azeotropic refrigerant of each of the first heat transfer section HP1 and the second heat transfer section HP2 are arranged on opposite sides of each other. This makes it possible to average the temperature distribution of the air blown out in the height direction of the heat exchanger HE.
したがって、熱交換器HEが室外熱交換器3に適用される場合、低外気時での着霜量が均一化されるため、平均暖房能力を向上させることができる。また、熱交換器HEが室内熱交換器5に適用される場合、露飛びが発生し難いため、快適性および品質性能を向上させることができる。Therefore, when the heat exchanger HE is applied to the
実施の形態3.
実施の形態3に係る熱交換器HEは、特に説明しない限り、実施の形態1および2に係る熱交換器HEと同一の構成、動作および作用効果を有している。
Unless otherwise specified, the heat exchanger HE according to the third embodiment has the same configuration, operation, and effects as the heat exchanger HE according to the first and second embodiments.
図14を参照して、実施の形態3に係る熱交換器HEでは、第1伝熱部HP1および第2伝熱部HP2は、第1パスPS1および第2パスPS2を有している。第1パスPS1は、複数の第1伝熱管T1および複数の第2伝熱管T2を流れる非共沸混合冷媒の流れが第1伝熱部HP1および第2伝熱部HP2を流れる空気の流れに対して並行するように配置されている。第2パスPS2は、複数の第1伝熱管T1および複数の第2伝熱管T2を流れる非共沸混合冷媒の流れが第1伝熱部HP1および第2伝熱部HP2を流れる空気の流れに対して対向するように配置されている。第1パスPS1と第2パスPS2とが組み合わされている。 Referring to FIG. 14, in the heat exchanger HE according to the third embodiment, the first heat transfer section HP1 and the second heat transfer section HP2 have a first pass PS1 and a second pass PS2. The first pass PS1 is arranged so that the flow of the non-azeotropic refrigerant flowing through the plurality of first heat transfer tubes T1 and the plurality of second heat transfer tubes T2 is parallel to the flow of air flowing through the first heat transfer section HP1 and the second heat transfer section HP2. The second pass PS2 is arranged so that the flow of the non-azeotropic refrigerant flowing through the plurality of first heat transfer tubes T1 and the plurality of second heat transfer tubes T2 is opposed to the flow of air flowing through the first heat transfer section HP1 and the second heat transfer section HP2. The first pass PS1 and the second pass PS2 are combined.
続いて、実施の形態3に係る熱交換器HEが適用された室外熱交換器3の変形例について説明する。Next, we will explain a modified example of the
図15を参照して、実施の形態3に係る室外熱交換器3の変形例1では、第1伝熱部HP1および第2伝熱部HP2の各々の非共沸混合冷媒の入口および出口は、互いに反対側に配置されている。
Referring to Figure 15, in
図16を参照して、実施の形態3に係る室外熱交換器3の変形例2では、熱交換部31は、第3熱交換部31cを含んでいる。第3熱交換部31cは、空気流れ方向D1において第1熱交換部31aと第2熱交換部31bとの間に配置されている。16, in the second modification of the
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
図17を参照して、本実施の形態での熱交換器HEが凝縮器または蒸発器として機能するときの冷媒流れに対する各パスの冷媒温度について説明する。実施の形態1に比べて、凝縮器および蒸発器のいずれでも第1列および第2列の冷媒温度の差異が小さくなる。
Next, the effects of this embodiment will be described.
The refrigerant temperature of each path in the refrigerant flow when the heat exchanger HE in this embodiment functions as a condenser or an evaporator will be described with reference to Fig. 17. Compared to the first embodiment, the difference in refrigerant temperature between the first and second rows is smaller in both the condenser and the evaporator.
本実施の形態に係る熱交換器HEによれば、第1パスPS1は、複数の第1伝熱管T1および複数の第2伝熱管T2を流れる非共沸混合冷媒の流れが第1伝熱部HP1および第2伝熱部HP2を流れる空気の流れに対して並行するように配置されている。第2パスPS2は、複数の第1伝熱管T1および複数の第2伝熱管T2を流れる非共沸混合冷媒の流れが第1伝熱部HP1および第2伝熱部HP2を流れる空気の流れに対して対向するように配置されている。このため、熱交換器HEの高さ方向の空気の吹出温度分布をさらに平均化することができる。これにより、各パスの熱負荷がさらに均一化されるため、熱交換効率を向上させることができる。According to the heat exchanger HE of this embodiment, the first path PS1 is arranged so that the flow of the non-azeotropic refrigerant flowing through the first heat transfer tubes T1 and the second heat transfer tubes T2 is parallel to the flow of air flowing through the first heat transfer section HP1 and the second heat transfer section HP2. The second path PS2 is arranged so that the flow of the non-azeotropic refrigerant flowing through the first heat transfer tubes T1 and the second heat transfer tubes T2 is opposite to the flow of air flowing through the first heat transfer section HP1 and the second heat transfer section HP2. This makes it possible to further average the air blowing temperature distribution in the height direction of the heat exchanger HE. This further uniforms the heat load of each path, thereby improving the heat exchange efficiency.
したがって、熱交換器HEが室外熱交換器3に適用される場合、低外気時での着霜量が均一化されるため、平均暖房能力を向上させることができる。また、熱交換器HEが室内熱交換器5に適用される場合、露飛びが発生し難いため、快適性および品質性能を向上させることができる。Therefore, when the heat exchanger HE is applied to the
また、実施の形態1のように電子膨張弁35が配置されない場合でもキャピラリーチューブ34の内径および長さの調整が不要となる。
Furthermore, even if an
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is indicated by the claims, not the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
1 圧縮機、2 四方弁、3 室外熱交換器、4 膨張弁、5 室内熱交換器、6 室外送風機、7 室内送風機、8 制御装置、10 冷媒回路、31 熱交換部、31a 第1熱交換部、31b 第2熱交換部、31c 第3熱交換部、32 ヘッダー分配器、33 気液二相分配器、100 冷凍サイクル装置、HE 熱交換器、HP1 第1伝熱部、HP2 第2伝熱部、HP3 第3伝熱部、PS1 第1パス、PS2 第2パス、T1 第1伝熱管、T2 第2伝熱管、T3 第3伝熱管。 1 Compressor, 2 Four-way valve, 3 Outdoor heat exchanger, 4 Expansion valve, 5 Indoor heat exchanger, 6 Outdoor blower, 7 Indoor blower, 8 Control device, 10 Refrigerant circuit, 31 Heat exchange section, 31a First heat exchange section, 31b Second heat exchange section, 31c Third heat exchange section, 32 Header distributor, 33 Gas-liquid two-phase distributor, 100 Refrigeration cycle device, HE Heat exchanger, HP1 First heat transfer section, HP2 Second heat transfer section, HP3 Third heat transfer section, PS1 First pass, PS2 Second pass, T1 First heat transfer tube, T2 Second heat transfer tube, T3 Third heat transfer tube.
Claims (3)
前記第1伝熱部の前記複数の第1伝熱管を流れる非共沸混合冷媒とを備え、
前記複数の第1伝熱管は一列に並んで配置されており、
前記第1伝熱部は、前記複数の第1伝熱管を流れる前記非共沸混合冷媒の流れが前記第1伝熱部を流れる空気の流れに対して直交するように配置された前記複数の第1伝熱管を有しており、
複数の第2伝熱管を有する第2伝熱部をさらに備え、
前記第2伝熱部は、前記第1伝熱部と隣り合うように配置されており、
前記複数の第2伝熱管は一列に並んで配置されており、かつ前記複数の第1伝熱管が並ぶ方向に沿って並んで配置されており、
前記非共沸混合冷媒は、前記第2伝熱部の前記複数の第2伝熱管を流れ、
前記第2伝熱部は、前記複数の第2伝熱管を流れる前記非共沸混合冷媒の流れが前記第2伝熱部を流れる空気の流れに対して直交するように配置された前記複数の第2伝熱管を有しており、
前記第1伝熱部および前記第2伝熱部の各々の前記非共沸混合冷媒の入口および出口は、熱交換器入口および熱交換器出口にそれぞれに接続されており、
前記第1伝熱部および前記第2伝熱部の各々の前記非共沸混合冷媒の入口および出口は、互いに反対側に配置されている、熱交換器。 A first heat transfer section having a plurality of first heat transfer tubes;
a non-azeotropic refrigerant flowing through the first heat transfer tubes of the first heat transfer section,
The plurality of first heat transfer tubes are arranged in a row,
the first heat transfer section includes a plurality of first heat transfer tubes arranged such that a flow of the non-azeotropic refrigerant flowing through the plurality of first heat transfer tubes is perpendicular to a flow of air flowing through the first heat transfer section,
Further comprising a second heat transfer section having a plurality of second heat transfer tubes;
The second heat transfer portion is disposed adjacent to the first heat transfer portion,
The second heat transfer tubes are arranged in a row along a direction in which the first heat transfer tubes are arranged,
The non-azeotropic refrigerant mixture flows through the second heat transfer tubes of the second heat transfer section,
the second heat transfer section includes a plurality of second heat transfer tubes arranged such that a flow of the non-azeotropic refrigerant flowing through the plurality of second heat transfer tubes is perpendicular to a flow of air flowing through the second heat transfer section,
an inlet and an outlet of the non-azeotropic refrigerant of each of the first heat transfer section and the second heat transfer section are connected to a heat exchanger inlet and a heat exchanger outlet, respectively;
A heat exchanger, wherein an inlet and an outlet for the non-azeotropic refrigerant in each of the first heat transfer section and the second heat transfer section are arranged opposite to each other.
前記第1伝熱部の前記複数の第1伝熱管を流れる非共沸混合冷媒とを備え、
前記複数の第1伝熱管は一列に並んで配置されており、
前記第1伝熱部は、前記複数の第1伝熱管を流れる前記非共沸混合冷媒の流れが前記第1伝熱部を流れる空気の流れに対して直交するように配置された前記複数の第1伝熱管を有しており、
複数の第2伝熱管を有する第2伝熱部をさらに備え、
前記第2伝熱部は、前記第1伝熱部と隣り合うように配置されており、
前記複数の第2伝熱管は一列に並んで配置されており、かつ前記複数の第1伝熱管が並ぶ方向に沿って並んで配置されており、
前記非共沸混合冷媒は、前記第2伝熱部の前記複数の第2伝熱管を流れ、
前記第2伝熱部は、前記複数の第2伝熱管を流れる前記非共沸混合冷媒の流れが前記第2伝熱部を流れる空気の流れに対して直交するように配置された前記複数の第2伝熱管を有しており、
前記第1伝熱部および前記第2伝熱部の各々の前記非共沸混合冷媒の入口および出口は、熱交換器入口および熱交換器出口にそれぞれに接続されており、
前記第1伝熱部および前記第2伝熱部は、第1パスおよび第2パスを有し、
前記第1パスは、前記複数の第1伝熱管および前記複数の第2伝熱管を流れる前記非共沸混合冷媒の流れが前記第1伝熱部および前記第2伝熱部を流れる空気の流れに対して並行するように配置されており、
前記第2パスは、前記複数の第1伝熱管および前記複数の第2伝熱管を流れる前記非共沸混合冷媒の流れが前記第1伝熱部および前記第2伝熱部を流れる空気の流れに対して対向するように配置されている、熱交換器。 A first heat transfer section having a plurality of first heat transfer tubes;
a non-azeotropic refrigerant flowing through the first heat transfer tubes of the first heat transfer section,
The plurality of first heat transfer tubes are arranged in a row,
the first heat transfer section includes a plurality of first heat transfer tubes arranged such that a flow of the non-azeotropic refrigerant flowing through the plurality of first heat transfer tubes is perpendicular to a flow of air flowing through the first heat transfer section,
Further comprising a second heat transfer section having a plurality of second heat transfer tubes;
The second heat transfer portion is disposed adjacent to the first heat transfer portion,
The second heat transfer tubes are arranged in a row and in a direction in which the first heat transfer tubes are arranged,
The non-azeotropic refrigerant mixture flows through the second heat transfer tubes of the second heat transfer section,
the second heat transfer section includes a plurality of second heat transfer tubes arranged such that a flow of the non-azeotropic refrigerant flowing through the plurality of second heat transfer tubes is perpendicular to a flow of air flowing through the second heat transfer section,
an inlet and an outlet of the non-azeotropic refrigerant of each of the first heat transfer section and the second heat transfer section are connected to a heat exchanger inlet and a heat exchanger outlet, respectively;
the first heat transfer section and the second heat transfer section have a first path and a second path,
the first path is arranged such that a flow of the non-azeotropic refrigerant flowing through the plurality of first heat transfer tubes and the plurality of second heat transfer tubes is parallel to a flow of air flowing through the first heat transfer section and the second heat transfer section,
the second path is arranged such that the flow of the non-azeotropic refrigerant flowing through the plurality of first heat transfer tubes and the plurality of second heat transfer tubes faces the flow of air flowing through the first heat transfer section and the second heat transfer section.
前記熱交換器に流入する前記非共沸混合冷媒を圧縮するための圧縮機とを備えた、冷凍サイクル装置。 The heat exchanger according to claim 1 or 2 ;
a compressor for compressing the non-azeotropic refrigerant mixture flowing into the heat exchanger.
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