JP6888102B2 - 熱交換器ユニットおよび冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
図1は、この発明の実施の形態1に係る熱交換器ユニットを正面から見た図であり、図2は、図1に記載の熱交換器ユニットの内部の一例を示す図であり、図3は、図2に記載の熱交換器の一例を示す図であり、図4は、この発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の一例を示す図であり、図5は、図2に記載の熱交換室を上方から見た図である。図1に記載の熱交換器ユニット100は、部屋の外部の室外に設けられる室外機である。図4に示すように、この実施の形態では、熱交換器3が凝縮器3Aとして機能する例を中心に説明する。熱交換器ユニット100は、例えば、屋外または機械室等に設置され、配管410および配管420を介して、室内ユニット400と接続される。配管410は、液冷媒が流れるものであり、配管420は、ガス冷媒が流れるものである。室内ユニット400は、例えば、倉庫等の部屋の内部に設けられ、部屋の内部を冷却するユニットクーラである。室内ユニット400は、ショーケースに設けられ、ショーケースの内部を冷却するものであってもよい。室内ユニット400は、膨張弁402と蒸発器404とを有している。膨張弁402は冷媒を膨張するものである。蒸発器404は、冷媒を空気と熱交換して、冷媒を蒸発するものである。蒸発器404の近傍には、ファン406が設けられている。ファン406が動作することで、冷却空間から室内ユニット400に空気が取り込まれ、取り込まれた空気が蒸発器404を通過し、蒸発器404を通過して熱交換された冷気が冷却空間に吹き出される。
図1および図2に示すように、熱交換器ユニット100は、熱交換室10と機械室20とが仕切り板25によって区画された筐体110を有している。熱交換室10には、熱交換器3と液溜め54とが設けられている。熱交換器3は、冷媒を空気と熱交換するものである。熱交換器3が、機械室20と仕切り板25で仕切られた熱交換室10に設けられているため、熱交換器3が熱交換を効率よく行うことができる。液溜め54は、気液二相冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離して、液冷媒を貯留し、ガス冷媒を流出するものである。液溜め54は、熱交換室10の内部の下部に設けられている。液溜め54が熱交換室10の内部の温度が低い位置に設けられることで、液冷媒の蒸発を抑制することができる。なお、液溜め54は、機械室20に設けられてもよい。
図5に示すように、熱交換器3は、例えば、1回曲げ形状を有しており、省スペースで効率よく熱交換を行うことができる。なお、熱交換器3は、2回以上の曲げ形状を有するものであってもよく、曲げ形状を有しないものであってもよい。図2および図3に示すように、熱交換器3は、第1の熱交換器31と第2の熱交換器32とを有している。第1の熱交換器31と第2の熱交換器32とは、第2の接続管34で接続されている。第2の接続管34は、断面が円形状の流路を有する円管で形成されている。第1の熱交換器31で熱交換された冷媒は、第2の接続管34を通って、第2の熱交換器32で熱交換される。第1の熱交換器31は、第2の熱交換器32の上部に設けられている。なお、第1の熱交換器31と第2の熱交換器32とは、一体的に形成されていてもよい。
次に、凝縮器3Aでの冷媒の流れについて説明する。図4に記載の圧縮機52で圧縮された高温および高圧のガス冷媒は、図3に記載の第1の流入管311、第1の流入部310Aを介して、第1の熱交換部31Aに流入する。第1の熱交換部31Aを上下方向と交差する方向に流れながら空気と熱交換した冷媒は、第1の接続管312を介して、第1の熱交換部31Aの上部の第2の熱交換部31Bに流入する。第1の熱交換部31Aで空気と熱交換した冷媒は、ガス冷媒またはガス冷媒の比率が高い気液二相冷媒となる。この実施の形態では、ガス冷媒またはガス冷媒の比率が高い気液二相冷媒が第1の接続管312を上昇しながら流れる構成となっているため、液冷媒または液冷媒の比率が高い気液二相冷媒が第1の接続管312を上昇しながら流れる場合と比較して、圧力損失の影響が低減され、さらに、第2の熱交換部31Bへの冷媒の分配が均一化される。ガス冷媒は、液冷媒よりも密度が低いためである。さらに、この実施の形態では、第1の接続管312が、例えば直径10mmよりも大きい配管径を有する円管で形成されているため、圧力損失の影響が低減されている。なお、例えば、第1の熱交換部31Aの面積を、第2の熱交換部31Bの面積よりも小さく形成することで、第1の接続管312に流れる液冷媒の比率を低くすることができるため、圧力損失の影響を更に低減し、第2の熱交換部31Bへの冷媒の分配を更に均一化することができる。
図4に示すように、この実施の形態の例の冷凍サイクル装置101は、冷媒が循環する冷媒循環回路102と、凝縮された冷媒を圧縮機52に戻すインジェクション流路103とを有している。この実施の形態の冷凍サイクル装置101に適用される冷媒は、例えば、R410A、R32またはCO2等の地球温暖化係数(GWP)が低い冷媒であるが、これらのうちの少なくとも1つを含んだ混合冷媒またはこれらとは異なる他の種類の冷媒であってもよい。また、この実施の形態の例の冷凍サイクル装置101は、非共沸混合冷媒を使用することもできる。非共沸混合冷媒は、例えば、R407CまたはR448Aである。非共沸混合冷媒は、R32と、R125と、R134aと、R1234yfと、CO2の混合冷媒であり、R32の割合XR32(wt%)が33<XR32<39である条件と、R125の割合XR125(wt%)が27<XR125<33である条件と、R134aの割合XR134a(wt%)が11<XR134a<17である条件と、R1234yfの割合XR1234yf(wt%)が11<XR1234yf<17である条件と、CO2の割合XCO2(wt%)が3<XCO2<9である条件と、XR32とXR125とXR134aとXR1234yfとXCO2の総和が100である条件と、を全て満たす冷媒であってもよい。
次に、冷凍サイクル装置101の動作について説明する。圧縮機52で圧縮された冷媒は、凝縮器3Aで凝縮する。凝縮器3Aで凝縮された冷媒は、液溜め54を通過して、過冷却器56で冷却される。過冷却器56で冷却された冷媒は、膨張弁402で膨張する。膨張弁402で膨張された冷媒は、蒸発器404で蒸発する。蒸発器404で蒸発された冷媒は、圧縮機52に吸入され、再び圧縮される。過冷却器56で冷却された冷媒の一部は、インジェクション流路103のインジェクション膨張弁58で膨張され、インジェクション流路103の過冷却器56を通って、圧縮機52に戻される。
図5に示すように、熱交換室10に露出した放熱促進部212は、熱交換器3よりも、空気流の下流に設けられている。具体的には、放熱促進部212は、図3に記載の第1の仕切り部310Cよりも高い位置に設けられており、第2の熱交換部31Bを通過した空気が通過する位置に設けられている。熱交換器3を通過した空気が放熱促進部212に通過する構成とすることで、電気品箱210の冷却構造を簡素化することができる。電気品箱210の冷却構造を簡素化することで、熱交換器ユニット100を小型化することができる。さらに、放熱促進部212に通過する空気が、第2の熱交換部31Bを通過した空気となるため、第1の熱交換部31Aを通過した空気と比較して、低い温度の空気が通過することとなる。さらに、放熱促進部212に通過する空気が、第2の熱交換部31Bの冷媒流出部に近い第1の流出部310Bの近くを通過した空気となるため、第2の熱交換部31Bの冷媒流入部に近い第1の接続管312の近くを通過した空気と比較して、低い温度の空気が通過することとなる。放熱促進部212に通過する空気の温度が低い温度となる構成となっているため、放熱促進部212での放熱を効率よく行うことができる。なお、熱交換器3が凝縮器3Aとして機能する冷凍装置等においては、熱交換器3に流入する冷媒の温度が100度以上となることがある。そのような場合に、第1の流出部310Bを通過する冷媒の温度が60度未満となるように、熱交換器3を構成することで、熱交換器3の熱交換効率が良好となり、且つ放熱促進部212での放熱を効率よく行うことができる。
図6は、図1に記載の制御装置の構成の一例を示す図であり、図7は、図6に記載の制御装置の動作の一例を示す図である。図6に示すように、制御装置220は、第1の送風機14、第2の送風機18、圧縮機52、インジェクション膨張弁58、膨張弁402、またはファン406等を制御するものである。なお、図4に示す室内ユニット400が制御装置(図示を省略)を備えているときは、制御装置220が、熱交換器ユニット100の第1の送風機14、第2の送風機18、圧縮機52、またはインジェクション膨張弁58の制御を行い、室内ユニット400の制御装置(図示を省略)が、室内ユニット400の膨張弁402またはファン406の制御を行う構成とすることもできる。例えば、制御装置220は、温度センサ213aが検出した電気品213の温度を利用して、第1の送風機14、第2の送風機18、または圧縮機52を制御する。図7に示すように、ステップS02にて、図4に示す冷凍サイクル装置101が通常運転を実施している。
例えば、図8は、図5の変形例1を示す図であり、図9は、図8の熱交換器、風路形成部および放熱促進部を側方から見た図である。図8において、図5と同一の構成については、同一の符号を付して、説明を省略しまたは簡略化する。図8および図9に示すように、変形例1は、風路形成部214を有している。風路形成部214は、熱交換器3を通過した空気を放熱促進部212に通過させる風路を形成するものである。風路形成部214は、第1の熱交換部31Aの風下に設けられており、例えば、仕切り板25または電気品箱210に取り付けられている。風路形成部214は、放熱促進部212を通過する空気の流速が、熱交換器3を通過する空気の流速よりも、速くなる形状を有している。例えば、風路形成部214は、空気流の上流の空気取込部の開口面積を、下流側よりも大きく形成したラッパ形状を有している。風路形成部214の空気取込部を大きく形成することで、多くの空気を取り込んで、放熱促進部212に多くの空気を通過させることができる。放熱促進部212は、図3の第1の仕切り部310Cよりも高い位置に設けられている。風路形成部214の空気取込部は、第2の熱交換部31Bの範囲内に形成されており、第2の熱交換部31Bを通過した空気を取り込むことができるようになっている。第2の熱交換部31Bを通過した空気を、放熱促進部212に通過させることで、放熱促進部212での放熱を効率よく行うことができる。例えば、風路形成部214の空気取込部の開口は、放熱促進部212の断面積と比較して、2倍以上の大きさに形成するとよい。変形例1では、風路形成部214を備えているため、放熱促進部212に通過する空気の量を多くし、且つ放熱促進部212に通過する空気の速度を速めることができるため、放熱促進部212での放熱を促進することができる。また、変形例1では、風路形成部214が設けられているため、放熱促進部212を小型化することができる。
また、例えば、図10は、図8の変形例2を示す図であり、図11は、図10の熱交換器、風路形成部および放熱促進部を側方から見た図である。なお、図10において、図8と同一の構成については、同一の符号を付して、説明を省略しまたは簡略化する。図10および図11に示すように、変形例2は、風路形成部214が、放熱促進部212の少なくとも一部分を覆う通風部214Aを有している。通風部214Aは、放熱促進部212と接触しないように設けられており、放熱促進部212の外表面から放熱できるようになっている。通風部214Aと放熱促進部212との間には、例えば、1〜3mmの間隙が設けられている。通風部214Aを設けることで、放熱促進部212への送風を確実化することができる。また、通風部214Aを設けることで、第1の熱交換部31Aを通過した高温の空気が、放熱促進部212に通過することを抑制することができるため、放熱促進部212での放熱が効率化される。通風部214Aは、放熱促進部212の少なくとも一部分を覆う形状であればよいが、放熱促進部212の全体を覆う形状とすることで、放熱促進部212への送風を更に確実化することができる。なお、通風部214Aは、放熱促進部212を通過する空気の速度が3m/sec以上となるように形成するとよい。放熱促進部212を通過する空気の速度が3m/sec以上となるように通風部214Aを形成することで、放熱促進部212での放熱が効率化される。通風部214Aを形成することで、放熱促進部212を通過する空気の速度が3m/sec未満となるときは、変形例1のように、通風部214Aを省略するとよい。放熱促進部212を通過する空気の速度が3m/sec未満となるときは、放熱促進部212で熱交換された高温の空気が、通風部214Aに滞留するおそれがあるためである。さらに、放熱促進部212を通過する空気の速度が3m/sec未満となるときは、第1の熱交換部31Aを通過した高温の空気によって、通風部214Aが加熱され、放熱促進部212での放熱が阻害されるおそれがあるためである。
図12は、この発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の一例を示す図である。なお、図12において、図4と同一の構成については、同一の符号を付して、説明を省略しまたは簡略化する。また、実施の形態2では、実施の形態1と同一の構成については、説明を省略しまたは簡略化する。図12に示すように、この実施の形態の例の冷凍サイクル装置101Aの熱交換器ユニット100Aは、第1の熱交換器31と第2の熱交換器32との間に、液溜め54Aが設けられている。第1の熱交換器31から流出した気液二相冷媒は、液溜め54Aでガス冷媒と液冷媒とに分離され、液冷媒が液溜め54Aから流出する。液溜め54Aから流出した液冷媒は、第2の熱交換器32で熱交換される。この実施の形態の例では、液溜め54Aから流出した液冷媒が第2の熱交換器32で熱交換されるため、熱交換器3から流出する冷媒の過冷却度を増加することができる。したがって、この実施の形態の例によれば、冷凍サイクル装置101Aの冷凍能力を増大することができる。
Claims (20)
- 冷媒を熱交換する第1の熱交換部と、前記第1の熱交換部で熱交換された冷媒を熱交換する第2の熱交換部と、を有する熱交換器と、
前記熱交換器に空気を通過させる空気流を形成する送風機と、
電気品を収容した電気品箱と、
前記第1の熱交換部と前記第2の熱交換部との間に設けられた液溜めを備え、
前記熱交換器は、
圧縮機で圧縮された冷媒を、並行に流れる複数の流路を有する前記第1の熱交換部に流入させる流入部と、
前記流入部から前記第1の熱交換部に流入した冷媒を、並行に流れる複数の流路を有する前記第2の熱交換部に流出させる接続管と、
前記第2の熱交換部で熱交換された冷媒を流出させる流出部と、を備え、
前記電気品箱が、前記第1の熱交換部よりも前記第2の熱交換部に近づけて設けられ、かつ前記接続管よりも、前記第2の熱交換部の冷媒流出部となる前記流出部に近づけて設けられた、
熱交換器ユニット。 - 前記第2の熱交換部を通過した空気が通過する位置に設けられ、前記電気品の放熱を促進する放熱促進部を備えた、
請求項1に記載の熱交換器ユニット。 - 前記熱交換器が収容された熱交換室と前記電気品箱が収容された機械室とを有する筐体を備え、
前記放熱促進部が、前記熱交換室に露出している、
請求項2に記載の熱交換器ユニット。 - 前記熱交換器を通過した空気を前記放熱促進部に通過させる風路を形成する風路形成部を備え、
前記風路形成部は、前記放熱促進部を通過する空気の流速が前記熱交換器を通過する空気の流速よりも速くなる形状を有する、
請求項2または請求項3に記載の熱交換器ユニット。 - 前記風路形成部は、前記第2の熱交換部を通過した空気が通過する範囲内に空気を取り込む取込部を有する、
請求項4に記載の熱交換器ユニット。 - 前記風路形成部は、前記放熱促進部の少なくとも一部分を覆う通風部を有する、
請求項4または請求項5に記載の熱交換器ユニット。 - 前記第2の熱交換部が、前記第1の熱交換部の上部に設けられた、
請求項1〜請求項6の何れか一項に記載の熱交換器ユニット。 - 前記電気品箱が、前記第1の熱交換部よりも高い位置に設けられた、
請求項7に記載の熱交換器ユニット。 - 前記熱交換器は、前記第1の熱交換部から流出した冷媒を前記第2の熱交換部に流入させる配管であり円形状の流路を有する円管で形成された第1の接続管を有する、
請求項7または請求項8に記載の熱交換器ユニット。 - 前記第1の接続管は、直径10mmよりも大きい配管径を有する、
請求項9に記載の熱交換器ユニット。 - 前記熱交換器は、前記第1の熱交換部の下部に設けられ前記第2の熱交換部で熱交換された冷媒を熱交換する第3の熱交換部を有する、
請求項1〜請求項10の何れか一項に記載の熱交換器ユニット。 - 前記第3の熱交換部は、冷媒が並行に流れる複数の流路を有する、
請求項11に記載の熱交換器ユニット。 - 前記送風機は、前記第2の熱交換部への送風を行う第1の送風機と、前記第3の熱交換部への送風を行う第2の送風機と、を有する、
請求項11または請求項12に記載の熱交換器ユニット。 - 前記電気品の温度を検出する温度センサを備え、
前記温度センサが検出した温度が第1の閾値以上となると、前記第2の送風機の風量を維持して、前記第1の送風機の風量を多くする、
請求項13に記載の熱交換器ユニット。 - 冷媒を圧縮する前記圧縮機を備え、
前記温度センサが検出した温度が前記第1の閾値よりも高い温度に対応する第2の閾値以上となると、前記圧縮機の回転数を低下し、
前記温度センサが検出した温度が前記第2の閾値よりも高い温度に対応する第3の閾値以上となると、前記圧縮機を停止する、
請求項14に記載の熱交換器ユニット。 - 前記熱交換器は、扁平形状に形成された冷媒管を有する、
請求項1〜請求項15の何れか一項に記載の熱交換器ユニット。 - 前記熱交換器が凝縮器として機能する、
請求項1〜請求項16の何れか一項に記載の熱交換器ユニット。 - 前記熱交換室の内部の下部に設けられ、前記熱交換器で熱交換した冷媒を貯留する液溜めを備えた、
請求項3を引用する請求項17に記載の熱交換器ユニット。 - 冷媒が非共沸混合冷媒である、
請求項1〜請求項18の何れか一項に記載の熱交換器ユニット。 - 圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とが接続され、冷媒が循環する冷媒循環回路と、
電気品を収容した電気品箱と、を備え、
前記凝縮器は、冷媒を熱交換する第1の熱交換部と、前記第1の熱交換部で熱交換された冷媒を熱交換する第2の熱交換部と、を有する熱交換器を有し、
前記第1の熱交換部と前記第2の熱交換部との間に設けられた液溜めを備え、
前記熱交換器は、
圧縮機で圧縮された冷媒を、並行に流れる複数の流路を有する前記第1の熱交換部に流入させる流入部と、
前記流入部から前記第1の熱交換部に流入した冷媒を、並行に流れる複数の流路を有する前記第2の熱交換部に流出させる接続管と、
前記第2の熱交換部で熱交換された冷媒を流出させる流出部と、を備え、
前記電気品箱が、前記第1の熱交換部よりも前記第2の熱交換部に近づけて設けられ、かつ前記接続管よりも、前記第2の熱交換部の冷媒流出部となる前記流出部に近づけて設けられた、
冷凍サイクル装置。
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