JP6639690B2 - 熱交換器及び冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
(第1の実施形態)
図1は、空気調和機1の概略構成図である。
図1に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置である空気調和機1は、圧縮機2、四方弁3、室外熱交換器(熱交換器)4、膨張弁5及び室内熱交換器(熱交換器)6が冷媒流路7によって順次接続されて構成されている。なお、図1に示す例において、実線矢印は冷房時、破線矢印は暖房時の冷媒の流通方向を示している。
アキュムレータ12は、圧縮機本体11に供給される冷媒のうち、液体冷媒を捕捉し、ガス冷媒を圧縮機本体11に供給する。
圧縮機本体11は、アキュムレータ12を通して内部に取り込まれるガス冷媒を、圧縮して高温高圧のガス冷媒とする。
一方、暖房運転では、冷媒流路7において、冷媒は圧縮機2、四方弁3、室内熱交換器6、膨張弁5及び室外熱交換器4が順に流れる。このとき、室内熱交換器6を凝縮器として機能させ、室外熱交換器4を蒸発器として機能させ、室内を暖房する。
図2に示すように、室外熱交換器4は、いわゆるパラレルフロー型の熱交換器である。室外熱交換器4は、第1ヘッダ21及び第2ヘッダ22と、複数の熱交換チューブ23と、フィン24と、第1接続継手(冷媒配管)25及び第2接続継手26と、を備えている。以下の説明では、各ヘッダ21,22の延在方向をZ方向(ヘッダ延在方向)とし、Z方向に直交する2方向をそれぞれX方向(直交方向)及びY方向として説明する。X方向、Y方向及びZ方向のうち、図中矢印方向をプラス(+)方向とし、矢印とは反対の方向をマイナス(−)方向として説明する。本実施形態において、室外熱交換器4は、Z方向が重力方向に沿うようにして設置されている。この場合、+Z方向は重力方向上方に設定され、−Z方向は重力方向下方に設定されている。
図3に示すように、各熱交換チューブ23は、X方向に延在するとともに、Z方向に間隔をあけて互い平行に配列されている。すなわち、各熱交換チューブ23における−X方向端部は、第1ヘッダ21にそれぞれ接続されている。各熱交換チューブ23における+X方向端部は、第2ヘッダ22にそれぞれ接続されている。これにより、各熱交換チューブ23は、各ヘッダ21,22間を並列接続している。なお、各熱交換チューブ23には、扁平管が用いられている。すなわち、各熱交換チューブ23は、例えばY方向を長軸方向とし、複数の冷媒流路を有している。但し、各熱交換チューブ23の断面形状は、複数の冷媒流路を形成可能な構成であれば適宜変更が可能である。
第2接続継手26は、X方向に延びる円管状に形成されている。第2接続継手26は、冷媒流路7と第2ヘッダ22との間を接続している。具体的に、第2接続継手26における−X方向端部は、第2ヘッダ22の上側である+Z方向端部(Z方向における第2端)側に接続されている。第2接続継手26における+X方向端部は、上述した冷媒流路7に接続されている。
図4に示すように、第1接続継手25は、筒部41と、筒部41における+X方向開口を閉塞する閉塞部42と、を有している。
筒部41における+X方向端部は、第1ヘッダ21に形成された挿入孔43を通して−X方向から第1ヘッダ21内(連通空間)に挿入されている。したがって、筒部41は、第1ヘッダ21内において、X方向(水平方向)に延在している。本実施形態では、熱交換チューブ23の本数をNとする。第1接続継手25と第1ヘッダ21とのZ方向における接続位置は、連通空間の下端から数えてN/3本目の熱交換チューブ23よりも−Z方向(下側)に設定されていることが好ましい。
第2連通孔52の+Z方向開口面を基準位置(高さhが0)とする。第1接続継手25から第1ヘッダ21内に供給される冷媒が最小流量のときの第2連通孔52から流出する冷媒の流速をv0(m/s)とする。冷媒の質量をm(kg)とする。そして、位置エネルギEhが最大(運動エネルギEvが0)となる高さh(冷媒の到達高さ)が、連通空間の下端から数えて2×N/3本目の熱交換チューブ23よりも+Z方向に位置するように、上述した各種パラメータφ0,φ1,φ2,Nを設定する。第1連通孔51の内径φ1は、第2連通孔52の内径φ2よりも大きいことが好ましい。但し、各連通孔51,52の内径φ1,φ2は、適宜変更が可能である。
膨張弁5で減圧された冷媒は、液体冷媒又は乾き度の小さい液リッチの気液二相冷媒となって第1接続継手25から第1ヘッダ21内の連通空間に流入する。第1ヘッダ21内の連通空間に流入した冷媒は、第1ヘッダ21内の連通空間を+Z方向に流通しながら各熱交換チューブ23に分配される。熱交換チューブ23内を流通する冷媒は、+X方向開口を通じて第2ヘッダ22内に流入した後、第2接続継手26を通して室外熱交換器4から排出される。
この構成によれば、第1接続継手25から第1ヘッダ21内に流入する冷媒を、+X方向及び+Z方向に分流することができる。そのため、一部の熱交換チューブ23のみに冷媒が局所的に供給されるのを抑制できる。これにより、各熱交換チューブ23それぞれに供給される冷媒供給量の均一化を図ることができる。そのため、室外熱交換器4を蒸発器として機能させた場合に、冷媒のドライアウトを抑制し、熱交換性能の向上を図ることができる。
この構成によれば、各熱交換チューブ23のうち、+Z方向に位置する熱交換チューブ23に対しても効果的に冷媒を供給することができる。
一方、比較例2では、供給位置P付近の熱交換チューブ23(−Z方向に位置する熱交換チューブ23)において、冷媒供給量が多くなるという結果が得られた。これは、第1ヘッダ21内を+X方向に流通する冷媒が、供給位置P付近の熱交換チューブ23に直接供給されたためであると考えられる。その結果、+Z方向に位置する熱交換チューブ23への冷媒供給量が不足する。
図6は、第2の実施形態に係る第1接続継手100を+Y方向から見た側面図である。以下の説明では、上述した第1の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、第1接続継手(冷媒配管)100の連通孔(供給部)101が、+X方向(熱交換チューブ23に向かう方向)、及び+Z方向(第1ヘッダ21内の連通空間の上側)の双方に開口している点で上述した実施形態と相違している。
図6に示す第1接続継手100において、連通孔101は、+X方向及び+Z方向の双方に開口している。具体的に、連通孔101は、第1接続継手100の+X方向端部において、筒部41の+Z方向端部(上面)と閉塞部(案内壁)42との隅部を斜めに切除するように形成されている。すなわち、連通孔101の開口面は、+X方向に向かうに従い−Z方向に傾斜している。
図7は、第3の実施形態に係る第1接続継手200を+Y方向から見た側面図である。以下の説明では、上述した第1の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、上述した閉塞部42が傾斜案内壁242となっている点で上述した実施形態と相違している。
図7に示す第1接続継手(冷媒配管)200において、筒部41における+X方向端縁は、X方向に対して傾斜して延在している。具体的に、筒部41における+X方向端縁は、+Z方向(上側)に向かうに従い熱交換チューブ23に接近するように傾斜している。筒部41のうち連通空間の+Z方向(上側)を向く部分には、筒部41をZ方向に貫通する連通孔(供給部)201が形成されている。
図9に示すように、第1ヘッダ21には、第1ヘッダ21内を複数の連通空間(第1連通空間303〜第4連通空間306)にZ方向で仕切る複数の仕切部(第1仕切部310、第2仕切部311及び第3仕切部312)が設けられている。
一方、第2ヘッダ22には、第2ヘッダ22内を複数の連通空間(第1連通空間313〜第4連通空間316)にZ方向で仕切る複数の仕切部(第1仕切部320、第2仕切部321及び第3仕切部322)が設けられている。第1ヘッダ21の第1仕切部310及び第2ヘッダ22の第1仕切部320は、Z方向で同等の位置に配置されている。第1ヘッダ21の第2仕切部311及び第2ヘッダ22の第2仕切部321は、Z方向で同等の位置に配置されている。第1ヘッダの第3仕切部312及び第2ヘッダ22の第3仕切部322は、Z方向で同等の位置に配置されている。
第2接続継手326は、第1ヘッダ21の+Z方向端部に接続されている。第2接続継手326内は、第1ヘッダ21の第4連通空間306に連通している。
上述した実施形態では、室外熱交換器4を例にして説明したが、室内熱交換器6に上述した実施形態の構成を採用しても構わない。
また、上述した各実施形態や変形例を適宜組み合わせても構わない。この場合、例えばZ方向やX方向、Z方向及びX方向に交差する方向等に複数の連通孔を形成することも可能である。
この構成によれば、冷媒配管から一方のヘッダ内に流入する冷媒を、+X方向及び+Z方向に分流することができる。そのため、一部の熱交換チューブのみに冷媒が局所的に供給されるのを抑制できる。これにより、各熱交換チューブそれぞれに供給される冷媒供給量の均一化を図ることができる。そのため、熱交換を蒸発器として機能させた場合に、冷媒のドライアウトを抑制し、熱交換性能の向上を図ることができる。
Claims (3)
- 重力方向に沿って延びる第1ヘッダと、
前記重力方向に沿って延びるとともに、前記第1ヘッダに対して間隔をあけて併設された第2ヘッダと、
前記第1ヘッダ及び前記第2ヘッダが延在するヘッダ延在方向に等間隔に配列されるとともに、前記第1ヘッダ及び前記第2ヘッダ間を接続する複数の熱交換チューブと、
前記第1ヘッダ及び前記第2ヘッダのうち、一方のヘッダに接続され、前記一方のヘッダ内に冷媒を供給する冷媒配管と、を備え、
前記冷媒配管、及び複数の前記熱交換チューブのうち少なくとも一部の熱交換チューブは、前記一方のヘッダに形成された連通空間を通して連通し、
前記熱交換チューブのうち、前記一方のヘッダの前記連通空間に連通している熱交換チューブの本数をNとすると、
前記冷媒配管は、前記連通空間に連通する前記少なくとも一部の熱交換チューブのうち、前記ヘッダ延在方向の下端から数えてN/3本目の熱交換チューブに対して下側に位置する部分で前記一方のヘッダに接続され、
前記冷媒配管は、
前記ヘッダ延在方向に直交する方向のうち、前記熱交換チューブに向かう方向に沿って延びる筒部と、
前記筒部おける前記熱交換チューブを向く開口を閉塞する閉塞部と、を備え、
前記閉塞部には、前記熱交換チューブに向かう方向に前記閉塞部を貫通して、前記連通空間に供給される冷媒に、前記熱交換チューブに向かう方向に沿う速度成分を生成する第1連通孔が形成され、
前記筒部には、前記連通空間の上側に向けて開口するとともに、前記連通空間に供給される冷媒に、前記ヘッダ延在方向に沿う速度成分を生成する第2連通孔が形成され、
前記第1連通孔の内径は、前記第2連通孔の内径よりも大きい、
熱交換器。 - 重力方向に沿って延びる第1ヘッダと、
前記重力方向に沿って延びるとともに、前記第1ヘッダに対して間隔をあけて併設された第2ヘッダと、
前記第1ヘッダ及び前記第2ヘッダが延在するヘッダ延在方向に等間隔に配列されるとともに、前記第1ヘッダ及び前記第2ヘッダ間を接続する複数の熱交換チューブと、
前記第1ヘッダ及び前記第2ヘッダのうち、一方のヘッダに接続され、前記一方のヘッダ内に冷媒を供給する冷媒配管と、を備え、
前記冷媒配管、及び複数の前記熱交換チューブのうち少なくとも一部の熱交換チューブは、前記一方のヘッダに形成された連通空間を通して連通し、
前記熱交換チューブのうち、前記一方のヘッダの前記連通空間に連通している熱交換チューブの本数をNとすると、
前記冷媒配管は、前記連通空間に連通する前記少なくとも一部の熱交換チューブのうち、前記ヘッダ延在方向の下端から数えてN/3本目の熱交換チューブに対して下側に位置する部分で前記一方のヘッダに接続され、
前記冷媒配管は、
前記ヘッダ延在方向に直交する方向のうち、前記熱交換チューブに向かう方向に沿って延びる筒部と、
前記筒部おける前記熱交換チューブを向く開口を閉塞するとともに、上側に向かうに従って前記熱交換チューブに接近するように傾斜する傾斜案内壁と、を備え、
前記筒部のうち、前記傾斜案内壁の内面から離間した位置には、前記連通空間の上側に向けて開口する連通孔が形成され、
前記連通孔の開口縁から前記傾斜案内壁の内面までの前記熱交換チューブに向かう方向での距離は、前記筒部の内径の半分以下に設定されている、
熱交換器。 - 請求項1又は請求項2に記載の熱交換器を蒸発器として機能させる、
冷凍サイクル装置。
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