JPS63143462A - ヒ−トポンプ式冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はヒートポンプ式冷凍装置に組込まれる室外側〈
及び室内側）熱交換器の構造に関する。

［従来の技術］ ヒートポンプ式冷凍装置の概略の構成は気相冷媒を高温
・高圧状態に圧縮させる圧縮機と、冷凍サイクル運転時
には、高温気相冷媒を冷ＩＪ１液化させる凝縮器として
、またヒートポンプサイクル運転時には、流入液相冷媒
を蒸発させてその際の気化の潜熱を被冷却空気から奪っ
て冷凍仕事を果す蒸発器として働く室外側熱交換器と、
上記の冷凍ライクル時には蒸発器として、またヒー１〜
ポンプサイクル時には凝縮器として動く室内側熱交換器
と、冷媒が蒸発器に入る手前でこれを減圧させる減圧装
置とを冷媒循環用配管によって連結して成り立っており
、両り゛イクルの切替は、循環用配管内の冷媒の流れ方
向を変更させることによって行っている。

全外側及び室内側熱交換器の一般的な種類としては、薄
い金属板を狭い空隙をへだでて積層させたブロック状の
熱交換用フィンに、熱交換用冷媒流路としての多数本の
金属デユープを挿通させるとともに、デユープ群の各末
端をそれぞれヘッダによって集束させたプレートフィン
タイプと呼ばれるものと、一本の長尺偏平チューブを蛇
行状に曲げ加工して作られたコルゲートフィンタイプと
が使われている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の如き構造を備えた室外（内）側熱交換器の熱交換
性能は、熱交換域における冷媒温度と被熱交換流体とし
ての空気温度との温度差に支配される他に、熱交換用冷
媒路を通過する冷媒の流量とほぼ比例関係にある。従っ
て熱交換用冷媒流路をたどる時の冷媒の流速は、流通抵
抗の目立った増大を招かない範囲内において高めてやる
必要がある。

ところで上記の熱交換器が凝縮機として動く時、既述の
ように、冷媒は完全な気相状態のちとに冷媒入口に流入
するが、流路内を進行する間に次第に冷却液化し、冷媒
出口に達した時にはほとんど液化される。単位重量当り
の冷媒容積は、当然に気相状態の方がはるかに大きいの
で、同じ伍の冷媒を送ろうとすれば、気相状態の冷媒の
方が液相冷媒に較べてより大きな流通抵抗を受けること
になる。従って凝縮器の冷媒入口側と出口側とでは、流
通抵抗を相異させてやれば、凝縮器仝休としての熱交換
能力を高められるはずである。

一方上記の熱交換器が蒸発器として働く時には、その内
部には気液２相状態の減圧冷媒が流入し、次第に気化さ
れながら出口に向かうので、流路抵抗を極力低めること
によって熱交換能力が高められることになる。

本発明は上記の如き着想に基づいてなされたものであっ
て、その目的とするところは、冷凍サイクル運転時にも
ヒートポンプサイクル運転時にもともに高い熱交換能力
を発揮させられる室外（内）側熱交換器を備えるヒート
ポンプ式冷凍装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決づるための手段］ 上記の目的を達成するために本発明によるヒートポンプ
式冷凍装置は、圧縮機、室外側熱交換器、減圧装置及び
室内側熱交換器を、冷媒循環路に介在させるとともに、
ヒートポンプサイクルと冷凍サイクルの相互切替を行う
運転モード切替手段を備えるヒートポンプ式冷凍装置に
おいて、前記室外側及び室内側の両熱交換器のうち少な
くとも室外側熱交換器は、より多数の熱交換用冷媒流路
の並列群からなり、前記冷媒循環路の上流側に位置する
第１熱交換ユニットと、より少数の熱交換用冷媒流路の
並列群からなり、下流側に位置する第２熱交換ユニット
との連結構造を与えるとともに、前記室外または室内側
熱交換器を凝縮器どして勤かせる時には、前記第１及び
第２熱交換器を前記冷媒循環路に対して直列的に連通さ
せ、蒸発器として働かせる時には並列的に連通させるた
めの、連通状態切替手段を設ける構成を採用した。

［作用及び発明の効果］ 上記の構成を備えたヒートポンプ式冷凍装置は、運転モ
ード切替手段を働かせることによって、室外（内）熱交
換器が凝縮器として作動するように冷媒循環路内の冷媒
流の方向が切替られると、連通状態切替手段の働きによ
り、前記第１と第２の画然交換ユニットは冷媒循環路に
対して直列的に連通される。

冷媒流の上流側に位置する第１熱交換ユニットは、流路
数がより多いので気相状態で流入してくる冷媒に対する
流通抵抗をより低められて熱交換率が向上する。凝縮器
の冷媒流路全長の中程に至ってかなり冷却液化が進行し
た冷媒は、流通抵抗もそれだけ減少するとともに伝熱効
率も高められた状態のもとに、より流路数が少ないため
に総流路断面積が狭められた第２熱交換ユニット内に進
入することによって流速が増大して熱交換効率が向上す
る。このため既述の如ぎ冷媒の入口から出口に至るまで
流路数が不変である従来のプレートフィン型の熱交換型
に較べて、その外形寸法が同一であってもより高い熱交
換性能かえられる。

室外（内）側熱交換器が蒸発器として働かされる時には
、運転モード切替手段及び連通状態切替手段により、第
１及び第２０両熱交換ユニットは並列的に連通されて、
気液２相状態のちとに流入し蒸発しつつ流路内を進行す
る冷媒に対して、大きな流路抵抗を生じさせることがな
く、所望の熱交換性能が１ｑられる。

従って本発明によるヒートポンプ式冷凍装置は、容積比
熱交換能力の高められた室外（内）熱交換器を用いるこ
とによって装置の外形寸法をよりコンパクトにまとめら
れる。

［実施例］ 以下に図に示す実施例に基づいて本発明の構成を具体的
に説明する。

第１図は本発明による一実施例のシステム図であって、
その概略の構成は、圧縮機１の吐出口１＾と吸入口１Ｂ
とを結ぶ冷媒循環路２０に、運転モード切替手段とての
四方弁２、第１熱交換ユニット３と第２熱交換ユニット
４との連結体としての室外側熱交換器Ａ、室内側熱交換
器５、及び側熱交換器に流入する冷媒をそれぞれあらか
じめ減圧させるための減圧装置としてのキャピラリデユ
ープ群１１と１２の、主要部品を図示の如く介在させて
成り立っている。そして連通状態切替手段をなす４個の
逆止弁１６〜１９が、冷媒循環路２０に図示の配置をも
って組込まれている。

図中に模式的にその外観を示した、いわば複合構造を備
える室外側熱交換器Ａの一半部分を構成する第１熱交換
ユニ゛ツト３は、冷媒の出入口ポートとしての役目を果
すべく対置させた一対のヘッダ３Ａ及び３Ｂと、このヘ
ッダの間に架は渡された、熱交換用冷媒通路としてのよ
り多数本、この図では５本の伝熱バイブロと、これらの
パイプ群によって挿し貴かれるようにして組付けられた
、金属薄板製の多数板のコアプレート８とを拡管接合し
て作成されている。

第２熱交換ユニット４も上記と同様な構造を備えている
が、より少ない本数この図では３本の伝熱パイプＧが冷
媒通路として組付けられている。

また、第１熱交換ユニット３と連通させるために、一対
のヘッダ昂と４Ｂのうち一方のヘッダ４Ｂは第１熱交換
ユニット３のヘッダ３Ｂと連結して一体化されている。

室内側熱交換器八が蒸発器として働く時、冷媒の入口ボ
ートとなるヘッダ３＾と４八には、各伝熱バイブロの冷
媒入口端に連らなるキャピラリチューブ群１１の一端側
が挿し込まれており、他端側は冷媒分配器９に接続され
ている。

室内側熱交換器５も、第１及び第２熱交換ユニットどほ
ぼ同一の構造を備えており、この図では一対のヘッダ５
＾と５Ｂの間に６本の伝熱パイプ７を架は渡し、蒸発器
として働く時の冷媒入口ボートとなるヘッダ５八には、
冷媒分配器１０にその一端側が接続されたキャピラリチ
ューブ群１２が取付けられている。

室外側熱交！ｊ５器八へへキャピラリチューブ１１の接
続構造を、この近傍の側断面を描いた第２図に示した。

図中の実線矢印と破線矢印はそれぞれ熱交換器が凝縮器
として働く時と、蒸発器として働く時の冷媒の流路を示
している。室内側熱交換器５へのキャピラリチューブ１
２の接続方法も上記と同様である。

凝縮器として働く熱交換器と蒸発器として働く熱交換器
との間には、液化冷媒の一時貯溜槽としてのレシーバ１
３が、また蒸発器どして働く熱交換器と圧縮器の吸入口
１Ｂの間には、気液分離器としてのアキュムレータ１４
が、それぞれ冷媒循環路２０に介在させるようにして図
示の個所に配設されている。

次に上記実施例装置の作動を、冷凍ナイクル運転時とヒ
ートポンプ勺イクル運転時とに分けて以下に説明する。

［冷凍ザイクル運転時］ 装置が定置式であるか或は車両搭載用であるかによって
、電気モータまたは内燃機関により駆動される圧縮機１
を起動させるとともに、四方弁２を冷凍ザイクル側にセ
ットすることによって、４個の逆止弁１６〜１９を介在
させた冷媒循環路２０内には、図中に実線矢印で示した
如き冷媒の流れが生ずる。

圧縮機１の吐出口１Ａから送出された高温高圧の気相冷
媒は、逆止弁１９により行手を鴻ぎられることにより逆
止弁１６を通過して、この時凝４１ｉｌ器として働く室
外側熱交換器への第１熱交換ユニット３の入口ヘッダ３
＾に流入する。

より多数本の伝熱バイブロを備えてより流路断面積の広
いこの熱交換ユニット３は、完全な気相状態にあるため
に人ぎな流通抵抗を受け、かつ伝熱効率も低い状態下に
ある冷媒を、より広い伝熱面に接触させながら、よりす
みやかに通過させることによってその熱交換効率が高め
られる。室外側熱交換器Ａは、そのプレートフィン８群
の間に形成された熱交換用空隙に冷風を吹きつけること
によって冷却される。

出口ヘッダ３Ｂに１ヱしてかなり冷却液化が進み、その
流通抵抗が減少するとともに伝熱効率が高まった気・液
混合冷媒は、ヘッダ３Ｂと一体化されて連通状態にある
第２熱交換ユニット４の入口ヘッダ４Ｂ側に流れ、より
少ない数の伝熱パイプ７を備えてより流路断面積の小さ
いこの熱交換ユニツ１〜に流入する。このために冷媒流
の加速効果が生じて、より小数本の伝熱パイプ７によっ
てより大きな熱交換仕事を行なわせることができる。

第２熱交換コニツ１へ４の出口ヘッダ４＾に到達してほ
ぼ液化し尽された高温・高圧の液相冷媒は、逆止弁１７
を通過した後逆止弁１８に遮ぎられてレシーバ１３に流
入する。尚ヘッダ４Ｂは逆止弁１９を介して圧縮機１の
吐出口に連らなっているが、冷媒流路に圧力勾配が存在
するので、ヘッダ４Ｂから逆止弁１９に向けて冷媒が流
れることはない。

レシーバ１３から圧力勾配により送出された高圧液冷媒
は、高圧側にある冷媒分配器９には流れずに低圧側の冷
媒分配器１０に送り込まれたうえ、複数本のキャピラリ
チューブ１２に分配送出される。

各キャピラリデユープ１２を通過する間に減圧されて気
・液２相状態に減圧された低圧冷媒は、この時蒸発器と
して働く室内側熱交換器５の入口ヘッダ５八を経て伝熱
パイプ群７に分散流入し、出口ヘッダ５Ｂに向けて進行
する間に、プレートフィン８群の間に形成されている熱
交換用空隙に送１月機（図示略）によって吹ぎ込まれる
被冷却空気から気化の潜熱を奪うことによって冷凍仕事
を果し、自身は元の気相冷媒に戻る。

出口ヘッダ４Ｂに集合した気相冷媒は、圧縮償１の吸引
力により四方弁２及びアキュムレータ１４を経て圧縮機
の吸入口１Ｂに吸入されて循環の１サイクルを終える。

［ビー１〜ポンプサモ 四方弁２をビー１〜ポンプサイクル側にセットすると、
圧縮機１から吐出された冷媒は図中に破線矢印で示した
循環経路をたどらされる。

四方弁２を通過した高温・高圧冷媒は、このサイクル時
には凝縮器として働く室内側熱交換器５に、この時には
入口となるヘッダ５Ｂから流入し、前１本の送風機によ
って吹ぎつけられる冷たい被加温空気を温める仕事を果
し、自身は冷却液化して、この時には出口となるヘッダ
５Ａに集まる。

ヘッダ５Ａから流出した高圧液冷媒は、逆止弁１８を通
過した後逆止弁１７に行手を阻まれてレシーバ１３に一
旦流入する。

レシーバ１３から送出された高圧液冷媒は、低圧側の冷
媒分配ＶＳ９に流れ込んで各キャビラッチ１−ブ１１に
分配され、減圧した気液２層状態の冷媒は、このサイク
ル時には蒸発器として働く室外側熱交換器Ａを構成する
第１及び第２熱交換ユニット３及び４の各入口ヘッダ３
＾と４八に図示の如く並列的に分配されながら流入する
。伝熱バイブロ内をたどる間に、図示が略かれた送Ｉ！
Ｉ＋ｉによってこの熱交換器に吹ぎつけられる外気から
Ｉｎ用熱エネルギーを吸収することによって蒸発気化し
た冷媒は、出口ヘッダ３Ｂと４Ｂに集合した後四方弁２
及びアキュムレータ１４を経て圧縮機１に帰還する。

このサイクル時には第１及び第２熱交換ユニット３と４
の連結構造からなる室外側熱交換器Ａは、２つのユニッ
ト３と４が、前述の冷凍ザイクル運転時の直ケ１接続状
態とは異なって、並列接続状態に置かれるので、冷媒流
路断面積が増大して、流通抵抗が大きくかつ伝熱効率が
低められている、気相成分の勝った冷媒に対しても充分
に熱交換能力を発揮することができる。

上記実施例図では、室外側熱交換器Ａの第１熱交換ユニ
ット３は５本の伝熱バイブロを備え、第２熱交換ユニッ
ト４は３本の伝熱パイプを備えるように模式的に描かれ
ているが、実際の熱交換器にはこれよりずっと多い本数
の伝熱パイプが組み込まれている。要はこの熱交換器が
凝縮器どして働く時、冷媒循環路２０の上流側に位置す
る第１熱交換ユニット３の伝熱パイプ本数が、下流側に
位置する第２熱交換ユニット４の伝熱パイプ本数より多
くなるような配管構成を行えば、本発明の目的を遂げる
ことができる。そして両ユニットの伝熱パイプ本数の比
率及び総本数は、求められる熱交換性能やユニットの構
造部材の材質・寸法などに応じて適宜に選定すればよい
。

また実施例図では室外側熱交換器Ａだけが第１及び第２
熱交換ユニツ１−の複合構造を与えられているが、室内
側熱交換器５にも同様な構造を与えれば、更に熱交換器
性能を高めることができる。

更に冷！ｌＸ１１ｒＩ環路２０に介在させているレシー
バ１３とアキュムレータ１４のうちの一方は省いてもさ
しつかえないし、運転モードの切替手段としては、四方
弁２に代えて、いくつかの冷媒流路切替弁とバイパス冷
媒路との組合わＵ−による方法なども可能であり、更に
はヒートポンプサイクル時の吸熱用熱源として、内燃機
関の排熱を供給される熱交換器を冷媒循環路２０に組み
込むなど、様々な応用１ｉｉｌ路を構成させることもで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例装置のシステム図である
。 第２図は室外側熱交換器の部分拡大側断面図である。 図中　１・・・圧縮曙　２・・・運転モード切替手段（
四方弁）　　３・・・第１熱交換ユニット　４・・・第
２熱交換ユニット　３＋４・・・室外側熱交換器（Ａ）
５・・・室内側熱交換ユニット　６．７・・・熱交換用
冷媒流路〈伝熱パイプ）１１．１２・・・減圧装置（キ
ャピラリチューブ）１６〜１９・・・連通状態切苔手段
（逆止弁）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）圧縮機、室外側熱交換器、減圧装置及び室内側熱交
   換器を、冷媒循環路に介在させるとともに、ヒートポン
   プサイクルと冷凍サイクルの相互切替を行う運転モード
   切替手段を備えるヒートポンプ式冷凍装置において、 前記室外側及び室内側の両熱交換器のうち少なくとも室
   外側熱交換器は、より多数の熱交換用冷媒流路の並列群
   からなり、前記冷媒循環路の上流側に位置する第１熱交
   換ユニットと、より少数の熱交換用冷媒流路の並列群か
   らなり、下流側に位置する第２熱交換ユニットとの連結
   構造を与えるとともに、前記室外または室内側熱交換器
   を凝縮器として働かせる時には、前記第１及び第２熱交
   換器を前記冷媒循環路に対して直列的に連通させ、蒸発
   器として働かせる時には並列的に連通させるための、連
   通状態切替手段を設けたことを特徴とするヒートポンプ
   式冷凍装置。 ２）前記連通状態切替手段は、前記冷媒循環路に介在さ
   せた複数個の逆止弁であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のヒートポンプ式冷凍装置。