JP5927415B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
ではオゾン層破壊係数の小さな高圧冷媒(R410A)が使用されているため弁圧損は無視でき、安価で効率の良い熱交換器を構成することができる。また吸接配管のみを最適な配管径とすることで銅管コスト及び冷媒保持量と冷媒の圧力損失を最適化することができる。
図1は本発明の第1の実施の形態における冷凍サイクル装置の熱交換器の特に3つの熱交換器ブロックからなる場合を示すものである。
Bnをn個並列に配置した場合を示す図である。このように熱交換器ブロックは3個に限定されることはなく、増加させることができる。
一般的に熱交換器の構成は前述したように蒸発器と凝縮器の折衷点で構成されるため、蒸発器時の冷媒入口管部分の構成が配管断面積の小さな構成となってしまうため、この部分に圧力損失の大部分が集中する。図12のグラフは熱交換器内部を冷媒が通過する場合の圧力の動きを示したもので、入口管から流入した後、1パス部、2パス部、3パス部の細管部で圧力が急激に低下し、その後は多パス化(6パス)されるため流速が低下し圧力はさほど低下しなくなる。
図4は室外熱交換器全体に適用した場合を示している。熱交換器全体をブロック化する場合でも同様の効果を得ることができる。また図5,6は室内熱交換器へ適用した場合で、このような場合も既に述べた効果を得ることができる。
図13は本発明の実施の形態3における熱交換器ブロックの構成を示した図である。蒸発器時において冷媒は図下の熱交換器入口間5から気液二相の低圧冷媒として流入する。冷媒は逆止弁25を通過できないため逆止弁21を通過し、2つの熱交換器ブロック22,23に分岐して平行して通過し、熱交換する。その後熱交換器ブロック22を通過した冷媒に熱交換器ブロック23と逆止弁20を通過した冷媒が合流し、熱交換器出口管4を通って下流側の冷凍サイクルへと流出する。凝縮器時には熱交換器出口管4から高圧の気液二相又はガス冷媒として流入し、逆止弁20は通過できないため、全量熱交換器ブロッ
ク22を通過しながら熱交換し、逆止弁21も通過できないため熱交換器ブロック23を通過しながら熱交換する。逆止弁25は通過できるため、熱交換器入口間5を通じて下流側の冷凍サイクル装置へと流出する。
図14は本発明の第2の実施の形態における冷凍サイクル装置の熱交換器の特に蒸発器時のパス数が3パスの場合を示したものである。また図16は図14の熱交換器を室外熱交換器へ適用した場合を示した冷凍サイクル図である。本発明の実施の形態4では配管径φ7mmの熱交換器を用い、冷房標準能力4.0kW、暖房標準能力5.0kWのエアコンを想定している。
、できるだけ圧力損失を低減したほうが良いが、乱流域から外れて遷移域或いは層流域になってしまうと熱伝達率が急減するため、乱流域の最も低いレイノルズ数である3000になるようにパス数を決定することが最も効率の良い構成となる。
従来のパス可変システムを搭載しない構成では1パス部の配管本数は自由に選択することができた。しかしながら本発明のようにパス可変システムを搭載した場合、1パス部の長さによって蒸発器時の配管本数がある程度制約を受ける。例えば1パス本数を8本、蒸発器時の熱交入口でのパス数を5パスと仮定すると、この熱交換器ブロックでは8×5=40本の配管が必要となる。
図20(b)は本発明の実施の形態6の冷凍サイクル装置の熱交換器の構成を示す。熱交換器の蒸発器時の入口部を5パスにした例を示している。
図22は本発明の実施の形態7の冷凍サイクル構成図を示すものである。この実施の形態では既に説明をしたパス可変システムを搭載した熱交換器(φ7.00mm管、出口部6パス分岐)を室外熱交換器へ採用した場合で記載している。但し図示した例に限定されるものではない。
また、管内断面積をZとすると、下記の関係を満たす。
X=(1/Z)・・・(式2)
つまり吸接配管によって冷媒の圧力損失は約3倍に増加してしまっている。しかし、吸接配管8は室外機機械室内にあり、収納スペースに限りがあることや、製造原価の増加、配管内に保持される冷媒量の増加等を総合的に考慮して判断する必要がある。
最大管内断面積(B)×1.2>管内断面積C≧最大管内断面積(B)×0.8(式1)
管内断面積C≧最小管内断面積(A)×1.1
を満足する構成とすることができる。さらに8パスとした場合には4分管が最適であり上記関係式を満足する。
図25は本発明の実施の形態8における冷凍サイクル構成図を示すものである。実施の形態8は前述した実施の形態7と異なり、吸接配管のうち室外側熱交換器3から四方弁2までのみを5分管化し、四方弁2から圧縮機1までは従来通り4分管とした例である。図26はこの時の管内断面積を示している。熱交換器出口から四方弁までのみを5分管としたため、断面積は119から188mm2へ増加している。この部分だけでも変更することによって、図27に示されるように蒸発器での冷媒圧力損失削減効果を得ることができる。
この時の構成は以下の関係式を満足している。
本実施の形態8によれば、実施の形態7と比較して効果は小さいものの配管ブロックの構成が容易であり製造上の課題が小さいという利点を持つ。
図28は本発明の実施の形態9における冷凍サイクル構成図を示すものである。実施の形態9は、前述した実施の形態7、8とは異なり、室外側熱交換器3を流出した冷媒が吸接配管8を経由せずにバイパスさせるバイパス回路10を作成し、暖房時のみ電磁二方弁9を開放する(冷房時は閉塞)ことで実質的に吸接配管の断面積を増加させる効果を得るものである。具体的にはバイパス回路として2.5分管(φ7.94mm、断面積44.7mm2)を用いることで、ほぼ所定の効果を得ることができる。
2 四方弁
3 室外側熱交換器
4 熱交換器出口管
5 熱交換器入口管
7 膨張弁
8 吸接配管
9 電磁二方弁
10 バイパス回路
12 室内熱交換器
20 逆止弁
21 逆止弁
22 第一番目の熱交換器ブロック
23 第二番目の熱交換器ブロック
24 第三番目の熱交換器ブロック
25 逆止弁
42 2パス部
43 2パス部
44 1パス部
46 1パス部の熱交換器
47 蒸発器時の冷媒入口管
48 分岐管
49 分岐管
50 合流部
101 パス1
102 パス2
103 開閉弁1
104 開閉弁2
105 開閉弁3
Claims (16)
- 少なくとも圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器を順次接続して形成された冷媒回路を備え、
前記室内熱交換器及び前記室外熱交換器の少なくとも一方は、熱交換器全体又はその一部に、並列に配置された奇数個の熱交換器ブロックと、前記熱交換器ブロックが蒸発器時に入口となる冷媒入口をそれぞれ直結した第1の分岐配管と、前記熱交換器ブロックが蒸発器時に出口となる冷媒出口をそれぞれ直結した第2の分岐配管とを備え、
前記熱交換器は、当該熱交換器が凝縮器時に入口となる熱交換器入口管と、当該熱交換器が凝縮器時に出口となる熱交換器出口管とを備え、
前記熱交換器入口管は、一番外側に配置された熱交換器ブロックとその隣の2番目の熱交換器ブロックの間で前記第2の分岐配管に接続され、
前記熱交換器出口管は、前記熱交換器入口管とは反対側の一番外側に配置された熱交換器ブロックとその隣の熱交換器ブロックの間で前記第1の分岐配管に接続され、
前記第2の分岐配管には、前記熱交換器入口管の方向のみに流れる逆止弁が、熱交換器ブロックの奇数番目と隣接する前記熱交換器出口管側の偶数番目の間に配置され、
前記第1の分岐配管には、前記熱交換器出口管とは反対の方向のみに流れる逆止弁が、熱交換器ブロックの偶数番目と隣接する前記熱交換器出口管側の奇数番目の間に配置された可変パス熱交換器であり、
定格運転時に、前記可変パス熱交換器が蒸発器となる場合に前記可変パス熱交換器の入口での冷媒のレイノルズ数が3000以上となることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 少なくとも圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器を順次接続して形成された冷媒回路を備え、
前記室内熱交換器及び前記室外熱交換器の少なくとも一方は、熱交換器全体又はその一部に、並列に配置された2個の熱交換器ブロックと、前記熱交換器ブロックと並列に配置され、当該熱交換器が凝縮時に出口方向のみに冷媒を通過させる逆止弁を含む配管と、前記熱交換器ブロックが蒸発器時に入口となる冷媒入口をそれぞれ直結した第1の分岐配管と、前記熱交換器ブロックが蒸発器時に出口となる冷媒出口をそれぞれ直結した第2の分岐配管とを備え、
前記熱交換器入口管は、前記熱交換器出口管から最も遠い位置に配置された熱交換器ブロ
ックとその隣の熱交換器ブロックの間で前記第2の分岐配管に接続され、
前記熱交換器出口管は、前記熱交換器入口管とは反対側に配置された熱交換器ブロックとその隣の前記逆止弁を含む配管の間で前記第1の分岐配管に接続され、
前記第2の分岐配管には、前記熱交換器入口管の方向のみに流れる逆止弁が、熱交換器ブロックの1番目と隣接する前記熱交換器出口管側の2番目の間に配置され、
前記第1の分岐配管には、前記冷媒出口管とは反対の方向のみに流れる逆止弁が、熱交換器ブロックの2番目と前記隣接する前記逆止弁を含む配管の間に配置された可変パス熱交換器であり、
定格運転時に、前記可変パス熱交換器が蒸発器となる場合に前記可変パス熱交換器の入口での冷媒のレイノルズ数が3000以上となることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置において逆止弁の替わりに電磁二方弁を配置したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
- 前記請求項1〜3のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置において、前記可変パス熱交換器が蒸発器時の冷媒入口部に前記熱交換器ブロックを配置したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
- 前記請求項1〜4のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置において、前記熱交換器ブロックの配管長さを同一としたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
- 前記請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置において、前記可変パス熱交換器が蒸発器時の冷媒流れに対して上流側に配置された逆止弁に対して弁口径が同等以上の逆止弁を下流側に配置したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
- 前記可変パス熱交換器の配管が直径7mmの場合、当該熱交換器を蒸発器として用いたときのパス数を6パス以下、直径6.35mmの場合、蒸発器として用いたときのパス数を7パス以下、直径5mmの場合、蒸発器として用いたときのパス数を12パス以下、直径7.94mm以上の場合、蒸発器として用いたときのパス数を4パス以下とした事を特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記可変パス熱交換器が凝縮器として用いられた場合の1パス部の配管本数を配管が直径7mmの場合4本又は6本とし、前記1パス部を含む凝縮器出口の配管8本を熱交換器の風上側に配置したことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記可変パス熱交換器は、外側両端の熱交換器ブロックのいずれか或いは両方の熱交換器ブロックの冷媒の流れる方向への配管本数よりも内側にあるブロックの冷媒の流れる方向への配管本数が少ないことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記室外熱交換器が前記可変パス熱交換器であり、前記室外熱交換器と四方弁とを接続する吸接配管が
(室外熱交換器内配管の最大断面積)×1.2>(吸接配管の断面積)≧(室外熱交換器内配管の最大断面積)×0.8
の条件を満たす事を特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記室外熱交換器が前記可変パス熱交換器であり、前記室外熱交換器と前記四方弁を介して前記圧縮機の吸入部とを接続する吸接配管が、前記四方弁及び接続部位を除いて
(室外熱交換器内配管の最大断面積)×1.0>(吸接配管の断面積)≧(室外熱交換器
内配管の最大断面積)×0.6
の条件を満たす事を特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記室外熱交換器が前記可変パス熱交換器であり、前記室外熱交換器と前記四方弁とを接続する吸接配管が
(室外熱交換器内配管の最大断面積)×1.0>(吸接配管の断面積)≧(室外熱交換器内配管の最小断面積)×1.1
の条件を満たす事を特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記可変パス熱交換器の配管が直径7mm及び6パスである場合に前記吸接配管として5分管、4パスである場合には前記吸接配管として4分管を用いたことを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記可変パス熱交換器の配管が直径5mm及び12パスである場合に前記吸接配管として5分管、8パスである場合に前記吸接配管として4分管を用いたことを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記室外熱交換器が前記可変パス熱交換器であり、前記室外熱交換器と前記四方弁とを接続する吸接配管が
(吸接配管の断面積)<(室外熱交換器内配管の最大断面積)×0.8
の条件を満たす場合において、前記室外熱交換器の出口部から前記四方弁或いは前記圧縮機の吸入部へ直結する配管を配置し、その中間部に電磁二方弁を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記室外熱交換器が前記可変パス熱交換器であり、前記室外熱交換器と前記四方弁を介して前記圧縮機の吸入部とを接続する吸接配管が、前記四方弁及び接続部位を除いて
(吸接配管の断面積)<(室外熱交換器内配管の最大断面積)×0.6
の条件を満たす場合において、前記室外熱交換器の出口部から前記四方弁或いは前記圧縮機の吸入部へ直結する配管を配置し、その中間部に電磁二方弁を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
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