JP3918284B2 - Cross fin tube heat exchanger - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばセパレート形空気調和機の室外機に内装されるクロスフィンチューブ型熱交換器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のクロスフィンチューブ型熱交換器は、図5(a)に示すように、薄板状の多数のフィン31と、これらフィン31を水平に貫通する直管状の複数の伝熱管32・33とを設けて構成されている。これら伝熱管32・33は、紙面手前側と奥側との2つの垂直面に沿って、それぞれ、冷媒が蛇行しながら上下方向に流通するように、所定の間隔で並設されると共に左右両端が交互に接続されている。
【0003】
すなわち、各伝熱管32・33は、下段側から2本ずつが、図において右端側でU字状曲管部34によって相互に接続されたヘアピン形伝熱管にて構成され、また、図において左端側は、同図(b)にも示す冷媒出入口管32a・33aが最下段の伝熱管32・33にそれぞれ接続され、その上方二本づつが、列内連絡管32b・33bによって相互に接続されている。そして、上端部に、各列の最上段の伝熱管32・33の端部同士を相互に接続する端部連絡管35が設けられている。
【0004】
この熱交換器30を外気が同図(b)中に付記しているような方向で通過するとき、例えば図中実線矢印で示すように、風上側の冷媒出入口管32aを通して冷媒を流入させると、この冷媒は風上側の伝熱管列32…を下側から順次通過し、次いで、風下側の伝熱管列33…を上段側から順次通過して風下側の冷媒出入口管33aを通して流出する。すなわち、同図(b)中に示す側面視で逆U字状に、風上側から風下側に冷媒が流通する。
【0005】
このような熱交換器30をセパレート形空気調和機における室外熱交換器として用い、これと、図示しない圧縮機、四路切換弁、室内熱交換器、膨張機構とによって冷媒循環回路を構成する場合、上記熱交換器30が凝縮器として機能する冷房運転時には、この熱交換器30に風下側から風上側に冷媒を流通させ、また、蒸発器として機能する暖房運転時には、上記とは逆に、風上側から風下側に冷媒を流通させることで、いずれの場合にもより良好な熱交換効率を得ることができる。したがって、上記の熱交換器30は、風上側の冷媒出入口管32aが膨張機構を介して室内熱交換器に、また、風下側の冷媒出入口管33aが四路切換弁を介して圧縮機にそれぞれ接続される。これにより、暖房運転時には、同図(b)中実線矢印で示すように風上側から風下側に冷媒が流通し、また、四路切換弁を切換えて行う冷房運転時には、図中破線矢印で示すように風上側から風下側に冷媒が流通する。
【0006】
一方、図6に示すクロスフィンチューブ型の熱交換器40は、風上側と風下側との各列の最上段に冷媒出入口管32a・33aが設けられ、各列の最下段同士を端部連絡管35で相互に接続して構成されている。この場合、側面視でU字状に冷媒が流通することになるが、この構成の熱交換器40も、暖房運転時に、図中実線矢印で示すように風上側から風下側に冷媒を流通させ、また、冷房運転時に、図中破線矢印で示すように風下側から風上側に冷媒を流通させるように冷媒回路中に介装される。
【0007】
ところで、冬期などの外気温が低いときの暖房運転では、室外熱交換器の表面に着霜が生じ、したがって、適宜、暖房運転を中断して除霜運転が行われる。これを逆サイクルデフロスト方式、すなわち、室内ファンを停止した状態で、四路切換弁の切換操作により、圧縮機から吐出する高温冷媒を室外熱交換器に供給して除霜する方式では、図5(b)および図6にそれぞれ破線矢印で示すように、冷房運転時と同様の流通方向で、冷媒がこれら熱交換器30・40を風下側から風上側に流通して除霜が行われることになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図5に示した逆U字タイプ、若しくは図6に示したU字タイプのように、除霜時に風下側から風上側に冷媒が流れるようにしたパス取り形状であると、除霜が効率的に行われ難く、この結果、充分な暖房能力が得られないという問題を生じている。
【0009】
つまり、暖房運転中の着霜は、熱交換器における風下側よりも風上側に多く発生し、また、冷媒の出口側に多く発生する。したがって、除霜運転時の冷媒流通が風下側から風上側に流れる場合には、暖房運転時に冷媒の出口側であった領域をまず冷媒が通過することでこの領域の霜は溶かされるものの、風上側には、その後の圧力損失に応じて凝縮温度が低下した冷媒が流通することになる。このため、この着霜量の多い風上側を除霜するのに時間がかかり、或いは霜の溶け残りが生じるものとなって、暖房能力の低下を招来する。
【0010】
この発明は、上記した問題点に鑑みなされたもので、その目的は、除霜時間をより短縮することが可能であり、これによって暖房能力を向上し得るクロスフィンチューブ型熱交換器を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項1のクロスフィンチューブ型熱交換器は、冷媒が蛇行しながら上下方向に流通するように上下に所定の間隔で並設した複数の伝熱管3〜6の両端を交互に接続して形成した伝熱管列を風上側と風下側とにそれぞれ配置し、風上側伝熱管列と風下側伝熱管列との各上端の伝熱管3・5の端部同士を端部連絡管10で相互に接続して成るクロスフィンチューブ型熱交換器であって、風上側伝熱管列と風下側伝熱管列とをそれぞれ上部伝熱管列と下部伝熱管列とに分割すると共に、風上側の上部伝熱管列下端の伝熱管3と風下側の下部伝熱管列上端の伝熱管6との各端部同士を相互に接続する第1中間部連絡管11と、風上側の下部伝熱管列上端の伝熱管4と風下側の上部伝熱管列下端の伝熱管6との各端部同士を相互に接続する第2中間部連絡管12とを設け、風上側伝熱管列と風下側伝熱管列との各下端の各伝熱管4・6に風上側冷媒出入口管8と風下側冷媒出入口管9とを接続し、蒸発器として機能させる運転時に冷媒が風上側冷媒出入口管8を通して流入し、風上側下部伝熱管列、風下側上部伝熱管列、風上側上部伝熱管列、風下側下部伝熱管列を順次通過して風下側冷媒出入口管9から流出し、除霜運転時には上記とは逆の流れとなるべく構成されていることを特徴としている。
【0012】
この熱交換器においては、暖房運転時に冷媒を風上側の下部伝熱管列下端の伝熱管4に流入させることで、冷媒は、この風上側下部伝熱管列の各伝熱管4を通過した後、風下側上部伝熱管列・風上側上部伝熱管列・風下側下部伝熱管列を順次通過し、側面視で逆γ字状に流通する。
【0013】
そして、除霜運転時に冷媒の流通方向が上記とは逆になると、冷媒は、まず、風下側下部伝熱管列、すなわち、暖房運転時における冷媒の出口側を通過し、次いで、風上側上部伝熱管列を流通することになる。したがって、特に、圧力損失に伴う冷媒温度の低下が大きくなる前に、着霜量の多い風上側を流通することになって、この風上側上半部に付着した霜が溶かされる。さらに、霜が溶けて生じたドレン水がその下方に流下するが、このドレン水によって、風上側下半部に付着した霜の除霜が促進される。この結果、全体的な除霜をより速やかに終了させることができ、その分、暖房運転時間の割合が増えるので、全体的な暖房能力が向上する。
【0014】
請求項2のクロスフィンチューブ型熱交換器は、風上側の下部伝熱管列の下側に、風下側の下部伝熱管列に流入した冷媒が風上側に迂回して流通するように、風下側の下部伝熱管列下端側の伝熱管6に下部連絡管25・26で接続した氷結防止用伝熱管を設けていることを特徴としている。
【0015】
この構成によれば、除霜運転時に風下側下部伝熱管列の下端側に流入させた冷媒は、風上側下部伝熱管列の下側に設けた氷結防止用伝熱管を一旦迂回した後に、前記逆γ字状に流通する。したがって、前述したように、風上側では、その上半部に付着した霜が溶かされ、さらに、霜が溶けて生じたドレン水によってその下半部の霜も溶かされて流下するが、このドレン水の量が多いと、熱交換器下端部でのドレン水の補水量が増加し、このドレン水が暖房運転時に氷結し易くなる。このため、次の除霜運転時の除霜時間が長くなる。そこで、除霜運転時に風下側に流入した冷媒を一旦風上側下端部に迂回させることで、上記のように氷結したドレン水もこれが速やかに溶かされて排出されることになり、したがって、これによっても、全体的な除霜時間が短縮される。
【0016】
請求項3のクロスフィンチューブ型熱交換器は、冷媒が蛇行しながら上下方向に流通するように上下に所定の間隔で並設した複数の伝熱管3〜6の両端を交互に接続して形成した伝熱管列を風上側と風下側とにそれぞれ配置し、風上側伝熱管列と風下側伝熱管列との各下端の伝熱管4・6の端部同士を端部連絡管10で相互に接続して成るクロスフィンチューブ型熱交換器であって、風上側伝熱管列と風下側伝熱管列とをそれぞれ上部伝熱管列と下部伝熱管列とに分割すると共に、風上側の上部伝熱管列下端の伝熱管3と風下側の下部伝熱管列上端の伝熱管6との各端部同士を相互に接続する第1中間部連絡管11と、風上側の下部伝熱管列上端の伝熱管4と風下側の上部伝熱管列下端の伝熱管6との各端部同士を相互に接続する第2中間部連絡管12とを設け、風上側伝熱管列と風下側伝熱管列との各上端の各伝熱管3・5に風上側冷媒出入口管8と風下側冷媒出入口管9とを接続し、蒸発器として機能させる運転時に冷媒が風上側冷媒出入口管8を通して流入し、風上側上部伝熱管列、風下側下部伝熱管列、風上側下部伝熱管列、風下側上部伝熱管列を順次通過して風下側冷媒出入口管9から流出し、除霜運転時には上記とは逆の流れとなるべく構成されていることを特徴としている。
【0017】
この構成では、風上側伝熱管列と風下側伝熱管列との各下端の伝熱管4・6を相互に接続した構成であることから、暖房運転時に冷媒を風上側の上部伝熱管列上端の伝熱管に流入させることで、冷媒は、この風上側上部伝熱管列の各伝熱管を通過した後、風下側下部伝熱管列・風上側下部伝熱管列・風下側上部伝熱管列を順次通過し、側面視でγ字状に流通する。
【0018】
そして、除霜運転時に冷媒の流通方向が上記とは逆になると、冷媒は、風下側上部伝熱管列を通過後に風上側下部伝熱管列を流通する。したがって、この場合にも、圧力損失に伴う冷媒温度の低下が大きくなる前に着霜量の多い風上側を冷媒が流通することになるので、前記した従来の逆U字状やU字状のパス取り形状の熱交換器に比べ、全体的な除霜時間を短縮することができる。
【0019】
請求項4のクロスフィンチューブ型熱交換器は、請求項1〜3のいずれかの熱交換器の1種類又は複数種類を上下複数段設けていることを特徴としている。
【0020】
この場合、各熱交換器に互いに並列に冷媒を流通させることで、前述した効率的な除霜を各熱交換器毎に得ることができる。これにより、熱交換能力が大きく、かつ、除霜性能の良好な大形の熱交換器を得ることができる。
【0021】
請求項5のクロスフィンチューブ型熱交換器は、請求項4の熱交換器において、請求項2の熱交換器を最下段に配置したことを特徴としている。
【0022】
すなわち、上下複数段として大形の熱交換器を構成する場合に、最下段に、氷結防止用伝熱管を下端側に備える熱交換器を配置する。これにより、前記同様に、ドレン水の量が多いときに熱交換器下端部で生じ易いドレン水の氷結も、これが速やかに溶かされ排出されることになる。したがって、ドレン水の量が多くなる大形の熱交換器でも、全体的な除霜時間を短縮することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0024】
図1(a)に示すように、本実施形態に係る熱交換器1は、例えばアルミニウム等のように熱伝導が良好な金属からなる薄板状の多数のフィン2と、これらフィン2を水平に貫通する直管状の複数の伝熱管3〜6とを設けて構成されている。これら伝熱管3〜6は、紙面に平行な2つの垂直面に沿って、それぞれ、上下方向に所定の間隔で複数本、図の場合には8本ずつ設けられている。以下、紙面手前側の8本のうちの上半分の4本の伝熱管3を風上側上部伝熱管列、下半分の4本の伝熱管4を風上側下部伝熱管列、紙面奥側の8本のうちの上半分の4本の伝熱管5を風下側上部伝熱管列、下半分の4本の伝熱管6を風下側下部伝熱管列とそれぞれ称して説明する。
【0025】
各伝熱管3〜6の図において右端側は、下段側から2本ずつが、U字状の曲管部7によって順次接続されている。なお、1つの曲管部7と、その上下両端から各々水平に延びる一対の伝熱管とは、直管をその中央で180°曲げ成形して得られるヘアピン形伝熱管にて一体的に形成されている。また、各伝熱管3〜6の図において左端側は、同図(b)にも示すように、各伝熱管列毎に、下から2段目と3段目との伝熱管の端部同士が、それぞれ、U字状の列内連絡管3a〜6aによって相互に接続されている。
【0026】
そして、風上側と風下側との各下部伝熱管列における下端の伝熱管4・6に、風上側冷媒出入口管8、風下側冷媒出入口管9が各々接続される一方、風上側と風下側との各上部伝熱管列における各上端の伝熱管3・5の端部同士が、端部連絡管10で相互に接続されている。さらに、風上側上部伝熱管列における下端の伝熱管3と風下側下部伝熱管列における上端の伝熱管6との各端部同士が第1中間部連絡管11によって相互に接続され、また、風上側下部伝熱管列における上端の伝熱管4と風下側下部伝熱管列における下端の伝熱管5との各端部同士が第2中間部連絡管12によって相互に接続されている。
【0027】
上記構成の熱交換器1は、セパレート形空気調和機における室外機に、図示しない室外ファンに対面させて内装される。このとき、室外ファンの駆動に伴ってフィン2間を通過する外気が、図1(b)において右から左に通過するものとすると、この熱交換器1は、これを蒸発器として機能させる暖房運転時に、冷媒が風上側冷媒出入口管8を通して流入し、風下側冷媒出入口管9を通して流出するように冷媒回路中に介装される。
【0028】
このとき、風上側冷媒出入口管8を通して流入した冷媒は、図中実線矢印で示すように、まず、風上側下部伝熱管列の各伝熱管4を下側から順次通過した後、第2中間部連絡管12を通して風下側上部伝熱管列下端の伝熱管5に流入する。したがって、次にはこの伝熱管列の各伝熱管5を順次通過することになる。その後、端部連絡管10を通して風上側上部伝熱管列上端の伝熱管3に流入し、この伝熱管列の各伝熱管3を上側から順次通過した後、第1中間部連絡管11を通して風下側下部伝熱管列上端の伝熱管6に送られ、この伝熱管列の各伝熱管6を順次通過した後に、風下側冷媒出入口管9を通して流出する。
【0029】
このように、上記の熱交換器1は、図1(b)に示す側面視で冷媒流れが略逆γ字状となるパス取り形状で形成されている。暖房運転時には、上記のような経路で冷媒がこの熱交換器1を流通する際に、フィン2間を通過する外気から吸熱して蒸発し、この熱エネルギーが室内熱交換器で室内に放熱される。
【0030】
ところで、外気温度が低い状態で上記のような暖房運転を継続すると、熱交換器1に次第に着霜が生じ、これによって外気の流通が損なわれるようになって熱交換効率が低下する。そこで、適宜、除霜運転に切換えられるが、これを、室内機内における室内ファンを停止し、冷媒循環サイクルを上記とは逆にした逆サイクルデフロスト運転によって行う場合には、この熱交換器1を通過する冷媒の流れ方向は上記とは逆になる。すなわち、図1(b)に破線矢印で示すように、まず、冷媒は風下側冷媒出入口管9を通して流入した後、風下側の下半部、風上側の上半部、風下側の上半部、風上側の下半部を順次通過して、風上側冷媒出入口管8を通して流出する。
【0031】
このように、除霜運転時に冷媒流れが暖房運転時とは逆方向に生じる場合に、前記した逆γ字状のパス取り形状になっていることで、この除霜運転が効率的に行われる。すなわち、暖房運転の継続に伴う着霜は、風下側の面よりも風上側の面に多く生じ、また、冷媒の出口側で多く生じる。これに対し、除霜時における冷媒の流通が上記のように切換わると、冷媒は、まず、暖房運転時における冷媒の出口側、すなわち、風下側の下半部を通過し放熱して、この領域に生じた霜を溶かすことになる。そして、この領域での放熱に伴って凝縮した冷媒は、その後にこの熱交換器1を通過する際の圧力損失に伴って凝縮温度が次第に低下していくが、上記した風下側下半部の次には、風上側上半部に送られるので、この領域をより高温の温度状態の冷媒が流通することになる。
【0032】
この結果、風上側上半部に生じた霜に、図2に示すように、この領域を流通する冷媒から充分な熱量が付与されてこれが速やかに溶かされ、ドレン水13となってフィン2を伝って流下する。
【0033】
一方、風上側下半部は、冷媒がこの領域での前記伝熱管4を最後に流通する領域となり、したがって、このときの冷媒は温度の低下を生じたものとなっているが、上記した風上側上半部からフィン2を伝ってドレン水13が流下する際に、このドレン水13からも、風上側下半部に生じている霜に熱量が付与される。これによって、この領域の除霜も速やかに生じさせることができる。この結果、熱交換器1の全体にわたり、短時間での除霜が可能となる。
【0034】
なお、前記したように、暖房運転時には冷媒を風上側から風下側に流した方がより良好な熱交換効率が得られるが、上記熱交換器1では、各上部伝熱管列については風下側から風上側へと冷媒が流通することになって、上記関係が満たされず、この結果、暖房運転時の熱交換器効率は若干低下する。しかしながら、上記のように、除霜運転時間を短縮し得ることで暖房運転時間が長くなり、これによって、全体的な暖房性能を向上することができる。
【0035】
図3には、この発明の他の実施形態におけるクロスフィンチューブ型熱交換器1を示している。この熱交換器1は、同図(a)に示すように、全体形状が平面視で略L字状に形成されている。そして、この熱交換器1は、同図(b)に示すように、前記図1(b)に示した熱交換器とほぼ同様に逆γ字のパス取り形状を各々採用した上下3段の熱交換器21〜23を設けて構成されている。なお、本実施形態では、フィン2は各熱交換器21〜23毎に上下に分離されてはおらず、上下方向の全体にわたって一体形状で形成されている。したがって、以下では、上段の熱交換器を第1熱交換部21、中段の熱交換器を第2熱交換部22、下段の熱交換器を第3熱交換部23と称して説明する。
【0036】
最上段の第1熱交換部21には、その下端側の風上側と風下側とに各々冷媒出入口管8a・9aが設けられ、上端側の端部連絡管10と、中間高さ位置で相互に交差する第1中間部連絡管11および第2中間部連絡管12とによって、風上側と風下側との各伝熱管が相互に連結されている。同様に、中段の第2熱交換部22にも、その下端側の風上側と風下側とに各々冷媒出入口管8b・9bが設けられ、この第2熱交換器22における上端側の端部連絡管10と、中間高さ位置の第1・第2中間部連絡管11・12とによって、風上側と風下側との各伝熱管が相互に連結されている。また、下段の第3熱交換部23も、その下端側の風上側と風下側とに各々冷媒出入口管8c・9cが設けられ、この第3熱交換器23における上端側の端部連絡管10と、中間高さ位置の第1・第2中間部連絡管11・12とによって、風上側と風下側との各伝熱管が相互に連結されている。
【0037】
そして、第1〜第3熱交換部21〜23の各風上側冷媒出入口管8a〜8cは、冷媒を分流または合流させるための図示しない風上側ヘッダにそれぞれ接続され、同様に、各風下側冷媒出入口管9a〜9cは風下側ヘッダにそれぞれ接続されている。したがって、例えば、風上側ヘッダを通して冷媒がこの熱交換器1に供給されると、同図中一点鎖線矢印で示すように、各熱交換部21〜23毎に、逆γ字のパス取り形状に応じた冷媒の流通が互いに並行に生じ、風下側ヘッダで合流して流出していくことになる。
【0038】
なお、第3熱交換部23の下端側には、同図(a)に示すように、風下側冷媒出入口管9cよりも下側にさらに1本の氷結防止用伝熱管24が設けられている。この伝熱管24の図において左端側は、風下側冷媒出入口管9cが接続された伝熱管6に曲管部7を介して接続されている。一方、風上側冷媒出入口管8cの下側には、図示してはいないが、左端側で相互に連結された2本の氷結防止用伝熱管がさらに設けられており、これら氷結防止用伝熱管のうちの下側の伝熱管の端部と、上記風下側の氷結防止用伝熱管24の端部とが、同図(b)に示す第1下部連絡管25によって相互に接続されている。また、風上側の氷結防止用伝熱管のうちの上側の伝熱管の端部は、風下側冷媒出入口管9cの上段に位置する伝熱管の端部に、第2下部連絡管26を介して接続されている。
【0039】
このような構成により、後述する除霜運転時に、同図(b)で一点鎖線矢印とは逆方向に、風下側冷媒出入口管9cを通して冷媒が流入すると、この冷媒は、風下側の氷結防止用伝熱管24を通過後に第1下部連絡管25を通して風上側に送られ、この風上側の2本の氷結防止用伝熱管を通過する。その後、第2下部連絡管26を通して風下側に送られ、以降は、前記した逆γ字のパス取り形状に応じてこの第3熱交換部23を流通し、風上側冷媒出入口管8cを通して流出することになる。
【0040】
上記構成の熱交換器1は、図1を参照して説明した前記熱交換器と同様に、暖房運転時に、冷媒が図中一点鎖線矢印で示すように各熱交換部21〜23を通過した後に、各風下側冷媒出入口管9a〜9cを通して流出するように冷媒回路中に介装される。
【0041】
そして、除霜運転時には、上記とは逆方向で冷媒が各熱交換部21〜23を流通することになり、これによって、各熱交換部21〜23毎に、冷媒が風下側下半部から風上側上半部へと流通する。したがって、前記同様に、着霜量の多い領域をより高温の冷媒が通過することで、特に風上側上半部の霜も速やかに溶かされ、また、風上側下半部の除霜も、その上半部から流下するドレン水で促進されることになって、全体にわたる除霜を短時間で完了させることができる。
【0042】
なお、上記のように3段の熱交換部21〜23を設けて大形化した熱交換器1では全体的な着霜量が多くなる。これに伴い、フィン2を伝って流下するドレン水の量も多くなって、熱交換器下端部でのドレン水の補水量が増加し、このドレン水が暖房運転時に氷結し易くなる。そして、次の除霜運転時にこの氷結したドレン水を溶かして排出することが必要になって、除霜時間が長くなる。
【0043】
このような場合に、上記熱交換器1では、前記したように、第3熱交換部23の下端側に風下側冷媒出入口管9cを通して流入した高温の冷媒を一旦風上側に迂回させて前記した氷結防止用伝熱管を通して冷媒を流通させるようになっている。これにより、熱交換器1の下端側で氷結したドレン水も速やかに溶かされて排出されることになり、したがって、これによっても、全体的な除霜時間が短縮される。
【0044】
図4には、この本発明のさらに他の実施形態におけるクロスフィンチューブ型熱交換器1を示している。この熱交換器1は、風上側冷媒出入口管8と風下側冷媒出入口管9とを、風上側と風下側との各上部伝熱管列の上端の各伝熱管に各々接続すると共に、端部連絡管10を、各下部伝熱管列の下端の各伝熱管の端部同士の間に設けて、略γ字状のパス取り形状に構成されている。
【0045】
この場合、実線矢印で示すように、暖房運転時に冷媒を風上側冷媒出入口管8を通して流入させることで、冷媒は、風上側上部伝熱管列の各伝熱管を通過した後、風下側下部伝熱管列・風上側下部伝熱管列・風下側上部伝熱管列を順次通過し、側面視でγ字状に流通する。
【0046】
そして、除霜運転時に、図中破線矢印で示すように、冷媒の流通方向が上記とは逆になると、冷媒は、風下側上部伝熱管列を通過後に風上側下部伝熱管列を流通する。したがって、この場合にも、圧力損失に伴う冷媒温度の低下が大きくなる前に着霜量の多い風上側を冷媒が流通することになるので、前記した従来の逆U字状やU字状のパス取り形状を有する熱交換器に比べ、全体的な除霜時間を短縮することができる。
【0047】
以上にこの発明の具体的な実施形態について説明したが、この発明は上記各形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更することができる。例えば、図3を参照して説明した実施形態では、それぞれ逆γ字状のパス取り形状を有する第1〜第3熱交換部21〜23を上下多段に設けた構成を例に挙げたが、図3における第3熱交換部23のように下端部に氷結防止用伝熱管を備える熱交換器を上下多段に、また、図4を参照して説明したγ字状のパス取り形状を有する熱交換器を上下多段に設けた構成とすることも可能である。
【0048】
さらに、例えば最上段を逆γ字状のパス取り形状の熱交換器、中段をγ字状のパス取り形状を有する熱交換器、最下段を、下端部に氷結防止用伝熱管を備える逆γ字状のパス取り形状の熱交換器のように、上記した3種類の熱交換器のいずれか複数種類を組み合わせて構成することも可能である。
【0049】
この場合に、最下段の熱交換器として、下端部に氷結防止用伝熱管を備える熱交換器を配置することにより、ドレン水の量が多いときに熱交換器下端部で生じ易いドレン水の氷結も、これが速やかに溶かされ排出されることになって、ドレン水の量が多くなる大形の熱交換器でも全体的な除霜時間が短縮される。
【0050】
なお、上記のように上下複数段の構成とする場合のフィン形状については、上下方向に一体のものとすることも、また、各熱交換器に対応して分離した形状とすることも可能である。
【0051】
また、上記各形態では、セパレート形空気調和機の室外機に内装される熱交換器を例に挙げて説明したが、一体形空気調和機などのその他の形式の空気調和機に内装される熱交換器にも本発明を適用して構成することが可能である。
【0052】
【発明の効果】
以上の説明のように、この発明の請求項1のクロスフィンチューブ型熱交換器においては、風上側と風下側との各伝熱管列を上下に分割し、これらを第1・第2中間部連絡管を設けて相互に接続した構成であるので、除霜運転時の冷媒の流通方向が暖房運転時とは逆になったときに、圧力損失に伴う冷媒温度の低下が大きくなる前に着霜量の多い風上側に冷媒を流通させることができる。これによって、風上側上半部に付着した霜を溶かし、さらに、霜が溶けて生じたドレン水によって、風上側下半部の除霜を促進することができる。この結果、全体的な除霜をより速やかに終了させて除霜運転時間を短縮することができるので、その分、暖房運転時間の割合が増加し、全体的な暖房能力が向上する。
【0053】
請求項2のクロスフィンチューブ型熱交換器においては、風下側における下端側に流入した冷媒が風上側に一旦迂回して流通するようになっているので、霜が溶けて生じたドレン水の量が多く、これが次の暖房運転時に熱交換器の下端側で氷結した場合でも、除霜運転への切換時にこれが速やかに溶かされ排出されることになる。したがって、これによっても全体的な除霜時間を短縮することができる。
【0054】
請求項3のクロスフィンチューブ型熱交換器においては、冷媒が側面視でγ字状に流通するパス取り形状であり、この場合も、除霜運転時に冷媒の流通方向が暖房運転時とは逆になると、冷媒は、風下側上部伝熱管列を通過後に風上側下部伝熱管列を流通する。したがって、この熱交換器においても、圧力損失に伴う冷媒温度の低下が大きくなる前に着霜量の多い風上側を冷媒が流通することになるので、前記した従来の逆U字状やU字状のパス取り形状を有する熱交換器に比べ、全体的な除霜時間を短縮することができる。
とができる。
【0055】
請求項4のクロスフィンチューブ型熱交換器においては、上下複数段の熱交換器に互いに並列に冷媒を流通させることで、前述した効率的な除霜を各熱交換器毎に得ることができる。これにより、熱交換能力が大きく、かつ、除霜性能の良好な大形の熱交換器を得ることができる。
【0056】
請求項5のクロスフィンチューブ型熱交換器においては、上下複数段の構成とする場合に、最下段に、氷結防止用伝熱管を下端側に備える熱交換器を配置するので、ドレン水の量が多いときに熱交換器下端部で生じ易いドレン水の氷結も、これが速やかに溶かされ排出されることになって、ドレン水の量が多くなる大形の熱交換器でも全体的な除霜時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態におけるクロスフィンチューブ型熱交換器を示すもので、同図(a)は正面図、同図(b)は側面図である。
【図2】上記熱交換器における除霜運転時の状態を説明するための斜視図である。
【図3】この発明の他の実施形態におけるクロスフィンチューブ型熱交換器を示すもので、同図(a)は斜視図、同図(b)は側面図である。
【図4】この発明のさらに他の実施形態におけるクロスフィンチューブ型熱交換器を示す側面図である。
【図5】従来のクロスフィンチューブ型熱交換器を示すもので、同図(a)は正面図、同図(b)は側面図である。
【図6】従来の他のクロスフィンチューブ型熱交換器の側面図である。
【符号の説明】
1 熱交換器
2 フィン
3 伝熱管
4 伝熱管
5 伝熱管
6 伝熱管
8 風上側冷媒出入口管
9 風下側冷媒出入口管
10 端部連絡管
11 第1中間部連絡管
12 第2中間部連絡管
21 第1熱交換部
22 第2熱交換部
23 第3熱交換部
25 第1下部連絡管
26 第2下部連絡管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cross fin tube type heat exchanger installed in an outdoor unit of a separate type air conditioner, for example.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 5A, the conventional cross fin tube type heat exchanger includes a large number of thin plate-
[0003]
That is, each of the
[0004]
When the outside air passes through the
[0005]
When such a
[0006]
On the other hand, the cross fin tube
[0007]
By the way, in the heating operation when the outside air temperature is low, such as in winter, frost is formed on the surface of the outdoor heat exchanger. Therefore, the heating operation is appropriately interrupted to perform the defrosting operation. In the reverse cycle defrost system, that is, in the state where the indoor fan is stopped, the high-temperature refrigerant discharged from the compressor is supplied to the outdoor heat exchanger by the switching operation of the four-way switching valve, and defrosting is performed. (B) and FIG. 6, respectively, as indicated by broken line arrows, the refrigerant flows through these
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, as in the reverse U-shaped type shown in FIG. 5 or the U-shaped type shown in FIG. 6, if the defrosting shape is such that the refrigerant flows from the leeward side to the windward side at the time of defrosting, defrosting is performed. As a result, there is a problem that sufficient heating capacity cannot be obtained.
[0009]
That is, frost formation during the heating operation occurs more on the windward side than on the leeward side in the heat exchanger, and more on the refrigerant outlet side. Therefore, when the refrigerant flow during the defrosting operation flows from the leeward side to the windward side, the frost in this region is melted by first passing through the region that was on the refrigerant outlet side during the heating operation. On the upper side, the refrigerant having a reduced condensation temperature according to the subsequent pressure loss flows. For this reason, it takes time to defrost the windward side where the amount of frost formation is large, or frost is left unmelted, resulting in a reduction in heating capacity.
[0010]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a cross-fin tube heat exchanger that can further reduce the defrosting time and thereby improve the heating capacity. There is.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the cross fin tube type heat exchanger according to claim 1 alternately connects both ends of a plurality of
[0012]
In this heat exchanger, the refrigerant flows through the heat transfer tubes 4 at the lower end of the windward lower heat transfer tube row during the heating operation, so that the refrigerant passes through each heat transfer tube 4 of the windward lower heat transfer tube row, It passes through the leeward upper heat transfer tube row, the windward upper heat transfer tube row, and the leeward lower heat transfer tube row in order, and circulates in an inverted γ shape in a side view.
[0013]
When the flow direction of the refrigerant is reversed in the defrosting operation, the refrigerant first passes through the leeward lower heat transfer tube row, that is, the refrigerant outlet side during the heating operation, and then the upwind upper transfer. It will circulate through the heat pipe line. Therefore, in particular, the frost adhering to the upper half of the windward side is melted by circulating on the windward side with a large amount of frost formation before the decrease in the refrigerant temperature due to the pressure loss becomes large. Furthermore, drain water generated by melting frost flows downward, and this drain water promotes defrosting of frost adhering to the lower half of the windward side. As a result, the overall defrosting can be completed more quickly, and the proportion of the heating operation time is increased accordingly, so that the overall heating capacity is improved.
[0014]
The cross fin tube type heat exchanger according to
[0015]
According to this configuration, the refrigerant that has flowed into the lower end side of the leeward lower heat transfer tube row during the defrosting operation once bypasses the anti-icing heat transfer tube provided on the lower side of the windward lower heat transfer tube row, Circulates in reverse γ-shape. Therefore, as described above, on the windward side, frost adhering to the upper half is melted, and further, the frost in the lower half is melted and drained by the drain water generated by melting the frost. When the amount of water is large, the amount of drain water supplemented at the lower end of the heat exchanger increases, and this drain water is likely to freeze during heating operation. For this reason, the defrost time at the time of the next defrost operation becomes long. Therefore, once the refrigerant that has flowed into the leeward side during the defrosting operation is detoured to the lower end of the windward side, the drain water frozen as described above is also quickly melted and discharged. However, the overall defrosting time is shortened.
[0016]
The cross fin tube type heat exchanger according to
[0017]
In this configuration, since the
[0018]
And if the distribution direction of a refrigerant | coolant becomes reverse with the above at the time of a defrost operation, a refrigerant | coolant will distribute | circulate an upwind lower heat exchanger tube row | line after passing a leeward upper heat exchanger tube row | line | column. Therefore, in this case as well, since the refrigerant flows through the windward side with a large amount of frost formation before the decrease in the refrigerant temperature due to pressure loss becomes large, the conventional inverted U-shape or U-shape described above is used. Compared with the heat exchanger having a pass shape, the overall defrosting time can be shortened.
[0019]
The cross fin tube type heat exchanger according to claim 4 is characterized in that one kind or plural kinds of heat exchangers according to any one of
[0020]
In this case, the efficient defrost mentioned above can be obtained for every heat exchanger by distribute | circulating a refrigerant | coolant mutually parallel to each heat exchanger. As a result, a large heat exchanger having a large heat exchange capacity and good defrosting performance can be obtained.
[0021]
The cross fin tube type heat exchanger according to
[0022]
That is, when a large heat exchanger is configured as a plurality of upper and lower stages, a heat exchanger provided with an anti-icing heat transfer tube on the lower end side is disposed at the lowermost stage. As a result, similarly to the above, the freezing of drain water that is likely to occur at the lower end of the heat exchanger when the amount of drain water is large is quickly melted and discharged. Therefore, even with a large heat exchanger that increases the amount of drain water, the overall defrosting time can be shortened.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
As shown in FIG. 1A, a
[0025]
In the drawing of each of the
[0026]
And the windward side refrigerant inlet /
[0027]
The
[0028]
At this time, the refrigerant flowing in through the windward side refrigerant inlet /
[0029]
As described above, the
[0030]
By the way, when the heating operation as described above is continued in a state where the outside air temperature is low, frost formation is gradually generated in the
[0031]
As described above, when the refrigerant flow is generated in the opposite direction to that in the heating operation during the defrosting operation, the defrosting operation is efficiently performed because of the above-described reverse γ-shaped path removing shape. . That is, frost formation accompanying the continuation of heating operation occurs more on the windward side than on the leeward side, and more on the refrigerant outlet side. On the other hand, when the refrigerant flow during defrosting is switched as described above, the refrigerant first passes through the refrigerant outlet side during heating operation, that is, the lower half of the leeward side to dissipate heat. It will melt the frost produced in the area. And the refrigerant | coolant condensed with the heat dissipation in this area | region gradually falls with the pressure loss at the time of passing through this
[0032]
As a result, as shown in FIG. 2, a sufficient amount of heat is given to the frost generated in the upper half of the windward side from the refrigerant flowing through this region, and this is quickly melted, and drain
[0033]
On the other hand, the lower half of the windward side is an area where the refrigerant finally circulates through the heat transfer tube 4 in this area. Therefore, the refrigerant at this time has a temperature drop. When the
[0034]
As described above, better heat exchange efficiency can be obtained by flowing the refrigerant from the windward side to the leeward side during the heating operation. However, in the
[0035]
FIG. 3 shows a cross fin
[0036]
The uppermost first heat exchange section 21 is provided with refrigerant inlet /
[0037]
And each upwind side refrigerant | coolant inlet / outlet pipe |
[0038]
In addition, at the lower end side of the third heat exchanging portion 23, as shown in FIG. 5A, one further anti-icing
[0039]
With such a configuration, when the refrigerant flows through the leeward refrigerant inlet /
[0040]
In the
[0041]
And at the time of a defrost operation, a refrigerant | coolant will distribute | circulate each heat exchange part 21-23 in the reverse direction to the above, and, thereby, a refrigerant | coolant is from every leeward lower half part for every heat exchange part 21-23. Distributes to the upper half of the windward side. Therefore, similarly to the above, when the higher-temperature refrigerant passes through the region where the amount of frost formation is large, frost in the upper half of the windward side in particular is quickly melted. It will be promoted by drain water flowing down from the upper half, and defrosting over the whole can be completed in a short time.
[0042]
In addition, in the
[0043]
In such a case, in the
[0044]
FIG. 4 shows a cross fin
[0045]
In this case, as indicated by a solid line arrow, the refrigerant flows through the windward side refrigerant inlet /
[0046]
During the defrosting operation, as indicated by the broken-line arrows in the figure, when the flow direction of the refrigerant is opposite to the above, the refrigerant flows through the leeward lower heat transfer tube row after passing through the leeward upper heat transfer tube row. Therefore, in this case as well, since the refrigerant flows through the windward side with a large amount of frost formation before the decrease in the refrigerant temperature due to pressure loss becomes large, the conventional inverted U-shape or U-shape described above is used. Compared to a heat exchanger having a pass shape, the overall defrosting time can be shortened.
[0047]
Although specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, in the embodiment described with reference to FIG. 3, the configuration in which the first to third heat exchanging units 21 to 23 each having an inverted γ-shaped path-taking shape are provided in upper and lower stages is taken as an example. A heat exchanger having a heat transfer tube for preventing icing at the lower end as in the third heat exchanging portion 23 in FIG. 3 is arranged in multiple upper and lower stages, and the heat having the γ-shaped path taking shape described with reference to FIG. It is also possible to adopt a configuration in which the exchangers are provided in multiple upper and lower stages.
[0048]
Further, for example, a heat exchanger having a reverse γ-shaped pass-taking shape at the uppermost stage, a heat exchanger having a γ-shaped pass-taking shape at the middle stage, and a reverse γ provided with a heat transfer tube for preventing freezing at the lower end part. It is also possible to configure a combination of a plurality of types of the above-described three types of heat exchangers, such as a letter-shaped pass shape heat exchanger.
[0049]
In this case, by arranging a heat exchanger having an anti-icing heat transfer tube at the lower end as the lowermost heat exchanger, the drain water that is likely to be generated at the lower end of the heat exchanger when the amount of drain water is large. Freezing is also quickly melted and discharged, so that the overall defrosting time is shortened even in a large heat exchanger with a large amount of drain water.
[0050]
In addition, about the fin shape in the case of having a plurality of upper and lower stages as described above, it is possible to make it integral in the vertical direction or to have a shape separated according to each heat exchanger. is there.
[0051]
In each of the above embodiments, the heat exchanger installed in the outdoor unit of the separate air conditioner has been described as an example. However, the heat installed in other types of air conditioners such as an integrated air conditioner has been described. The present invention can also be applied to the exchanger.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, in the cross fin tube heat exchanger according to the first aspect of the present invention, the heat transfer tube rows on the windward side and the leeward side are divided into upper and lower parts, and these are divided into the first and second intermediate portions. Since the connecting pipes are connected to each other, when the refrigerant flow direction during the defrosting operation is opposite to that during the heating operation, it is reached before the refrigerant temperature drop due to pressure loss increases. The refrigerant can be circulated to the windward side where the amount of frost is large. Thereby, the frost adhering to the upper half of the windward side can be melted, and further, defrosting of the lower half of the windward side can be promoted by the drain water generated by melting the frost. As a result, since the overall defrosting can be completed more quickly and the defrosting operation time can be shortened, the proportion of the heating operation time is increased accordingly, and the overall heating capacity is improved.
[0053]
In the cross fin tube type heat exchanger according to
[0054]
In the cross-fin tube type heat exchanger according to
You can.
[0055]
In the cross fin tube type heat exchanger according to claim 4, the above-mentioned efficient defrosting can be obtained for each heat exchanger by allowing the refrigerant to flow in parallel to each other in the upper and lower stages of the heat exchanger. . As a result, a large heat exchanger having a large heat exchange capacity and good defrosting performance can be obtained.
[0056]
In the cross fin tube type heat exchanger according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a cross-fin tube heat exchanger according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1 (a) is a front view and FIG. 1 (b) is a side view.
FIG. 2 is a perspective view for explaining a state during a defrosting operation in the heat exchanger.
FIGS. 3A and 3B show a cross fin tube heat exchanger according to another embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a perspective view and FIG. 3B is a side view.
FIG. 4 is a side view showing a cross fin tube heat exchanger according to still another embodiment of the present invention.
FIGS. 5A and 5B show a conventional cross fin tube heat exchanger, in which FIG. 5A is a front view, and FIG. 5B is a side view.
FIG. 6 is a side view of another conventional cross fin tube type heat exchanger.
[Explanation of symbols]
1 heat exchanger
2 Fin
3 Heat transfer tubes
4 Heat transfer tubes
5 Heat transfer tubes
6 Heat transfer tubes
8 Upwind refrigerant inlet / outlet pipe
9 Downward refrigerant inlet / outlet pipe
10 End connection pipe
11 First intermediate section communication pipe
12 Second intermediate section communication pipe
21 1st heat exchange part
22 2nd heat exchange part
23 Third heat exchange section
25 First lower connecting pipe
26 Second lower connecting pipe
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