專利名稱：空調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不降低性能而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)熱交換器及室外熱交換器小型化的空調(diào)裝置。
一般在空調(diào)裝置的室內(nèi)組件中具有室內(nèi)熱交換器，而在室外組件中具有室外熱交換器。
熱交換器主要由如圖6(a)所示的多個(gè)散熱片101和貫通散熱片101且致冷劑在其中流動(dòng)的傳熱管103所構(gòu)成，傳熱管103為一個(gè)通路的構(gòu)成。
這里如果對(duì)通路數(shù)進(jìn)行說(shuō)明，則通路數(shù)如圖6(a)所示，把傳熱管103的流路從入口側(cè)直到出口側(cè)還是一個(gè)流路的稱為一個(gè)通路；而如圖6(b)所示把在入口側(cè)流路分成二個(gè)直到出口側(cè)再相連的稱為二個(gè)通路。另外，如圖6(c)所示把入口側(cè)的流路是一個(gè)而在途中流路分成二個(gè)、直到出口側(cè)再相連的稱為一至二通路；而如圖6(d)所示，把入口側(cè)的流路分成二個(gè)，在出口側(cè)分成三個(gè)的稱為二至三通路，根據(jù)流路的分岔數(shù)可以得到多數(shù)組合的通路數(shù)。
熱交換器在傳熱管103內(nèi)流動(dòng)的致冷劑、散熱片101以及在散熱片101間通過(guò)的空氣之間進(jìn)行熱交換，左右致冷劑側(cè)性能的主要因素是壓力損失ΔP和傳熱系數(shù)α。眾所周知，壓力損失ΔP越小，或者傳熱系數(shù)α越大則空調(diào)裝置的效率就越高。
然而，傳熱系數(shù)α由努賽爾(Nusselt)值和雷諾數(shù)所表示，通過(guò)致冷劑的循環(huán)流量M和傳熱系數(shù)λ和粘性系數(shù)μ、傳熱管的直徑D和截面積A可表示為α·D/λ＝C1·((M/A)·D/μ)C2此處C2為常數(shù)。這里，如果C21，A∝D2·N；把N設(shè)為通路數(shù)，則具有以下關(guān)系α∝M·(λ/μ)/(D2·N)..(1)另一方面，壓力損失ΔP是動(dòng)態(tài)壓力的函數(shù)，通過(guò)致冷劑循環(huán)流量M、傳熱管的直徑D、截面積A和致冷劑的密度ρ、流路長(zhǎng)度Lm可表示為(數(shù)1)ΔP＝C3·(Lm/D)·ρ·(M/(ρ·A))2這里，Lm＝L/N；L是傳熱管的全長(zhǎng)，C3是常數(shù)。
(數(shù)2)ΔP∝M·(1/ρ)·L/(D5·N3) ..(2)從(1)、(2)的關(guān)系式可知，傳熱管的直徑D越小、或者通路數(shù)N越小，傳熱系數(shù)α就越大，壓力損失ΔP也增大。以下把評(píng)價(jià)熱交換器的綜合性能定為綜合性能指數(shù)I。該綜合性能指數(shù)I的值越小熱交換器的性能就越高。
I＝(ΔP/P)/α ...(3)這里，P是熱交換器內(nèi)的平均壓力，(ΔP/P)是直接表示壓力損失涉及空調(diào)裝置的循環(huán)效率的影響的值。
因此，把(1)和(2)式代入(3)式，在把m設(shè)為單位輸出之類的致冷劑循環(huán)流量、把H設(shè)為致冷額定輸出(KW)時(shí)，通過(guò)循環(huán)流量M＝m·H的置換，可得到以下關(guān)系
(數(shù)3)I∝(μ/(ρ·λ·P))·m·(H·L/(D3·N2) ...(4)從(4)式可知，為了減小綜合性能指數(shù)I，即提高熱交換器的綜合性能，增大傳熱管的直經(jīng)D、并增加通路數(shù)N是有效的。然而，增大傳熱管的直徑D必將導(dǎo)致熱交換器的大型化。另外，增加通路數(shù)N就會(huì)產(chǎn)生致冷劑向各通路分流的不均勻。因此，在空調(diào)裝置的設(shè)計(jì)中，其目標(biāo)是縮小傳熱管的直徑D并減少通路數(shù)N。
此外，在把R22作為致冷劑的已有小型空調(diào)裝置中，室內(nèi)空調(diào)器的情況例如通常是傳熱管全長(zhǎng)20米、外徑6.35毫米、二個(gè)通路，很少有把一部分作為一個(gè)通路或把一部分作為三個(gè)通路的場(chǎng)合。另外，在室外熱交換器中，通常是傳熱管全長(zhǎng)20米、外徑8毫米、二個(gè)通路，很少有把外徑設(shè)為7毫米，或9.52毫米的場(chǎng)合。
在I∝(μ/(ρ·λ·P))·m·(H·L/D3·N2)的(4)式中，把[H·L/(D3·N2)]設(shè)為K值(由熱交換器的構(gòu)成要素左右的值)。
k＝H·L/(D3·N2) ...(5)把具體的數(shù)值代入(5)式中的結(jié)果如表1所示。表-1
這里，例如在小型室內(nèi)熱交換器中，如果由一個(gè)通路構(gòu)成整個(gè)傳熱管，則k值變?yōu)?18.7，與表1的熱交換器相比k值過(guò)大了，這將導(dǎo)致空調(diào)裝置性能的下降。
本發(fā)明的目的是提供一種可小型化的空調(diào)裝置，該空調(diào)裝置不降低室內(nèi)、室外熱交換器的性能但減少通路數(shù)并縮小傳熱管的直徑。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的特征是，在來(lái)自壓縮機(jī)的致冷劑通過(guò)設(shè)在室內(nèi)組件和室外組件中的各自熱交換器的空調(diào)裝置中，對(duì)于上述致冷劑，使用50℃時(shí)飽和壓力在2500千帕(KPa)以上的致冷劑，另一方面，在把致冷額定輸出設(shè)為Hi(KW)、把傳熱管的全長(zhǎng)設(shè)為L(zhǎng)i(毫米)、傳熱管的外徑設(shè)為Di(毫米)、傳熱管的通路數(shù)設(shè)為Ni時(shí)，室內(nèi)組件內(nèi)的室內(nèi)熱交換器應(yīng)滿足Hi×Li/(Di3×Ni2)≥150的條件。
另外，在室外組件內(nèi)的室外熱交換器中，其特征是，在把致冷額定輸出設(shè)為Ho(KW)、傳熱管的全長(zhǎng)設(shè)為L(zhǎng)o(毫米)、傳熱管的外徑設(shè)為Do(毫米)、傳熱管的通路數(shù)設(shè)為No時(shí)，應(yīng)滿足Ho×Lo/(Do3×No2)≥60的條件。
根據(jù)所述的空調(diào)裝置，同使用已有的R22致冷劑的熱交換器相比，低壓側(cè)壓力可以為1.62倍，密度為1.35倍，熱傳熱率為1.1倍，循環(huán)量為0.86倍，因此可以減少通路數(shù)、縮小傳熱管的直徑，這樣不會(huì)導(dǎo)致性能的下降而實(shí)現(xiàn)了熱交換器的小型化。


圖1是實(shí)施本發(fā)明的空調(diào)裝置整體的方框說(shuō)明圖。
圖2是把傳熱管作為偏平管的說(shuō)明圖。
圖3是把室內(nèi)熱交換器的傳熱管作為三個(gè)通路的同圖1一樣的方框說(shuō)明圖。
圖4是把室內(nèi)熱交換器的傳熱管作為二至三個(gè)通路的同圖1一樣的方框說(shuō)明圖。
圖5是把室外熱交換器的傳熱管作為一個(gè)通路的同圖1一樣的方框說(shuō)明圖。
圖6是表示熱交換器的傳熱管的通路數(shù)的說(shuō)明圖。
下面參照?qǐng)D1至圖5具體地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
在圖1中，1表示空調(diào)裝置的壓縮機(jī)，3表示室內(nèi)熱交換器，5表示節(jié)流裝置，7表示室外熱交換器；室內(nèi)熱交換器3配置在室內(nèi)組件9內(nèi)。室外熱交換器7配置在室外組件11內(nèi)；通過(guò)四通閥13的切換操作，可以分別得到冷卻模式、取暖模式。也就是說(shuō)，在冷卻模式時(shí)，從壓縮機(jī)1吐出的致冷劑如實(shí)線所示通過(guò)室內(nèi)熱交換器3→節(jié)流裝置5→室外熱交換器7再次返回到壓縮機(jī)1，反復(fù)進(jìn)行這樣的循環(huán)。另外在取暖模式時(shí)，從壓縮機(jī)1吐出的致冷劑如虛線所示通過(guò)室外熱交換器7→節(jié)流裝置5→室內(nèi)熱交換器3再次返回到壓縮機(jī)1，反復(fù)進(jìn)行這樣的循環(huán)。
致冷劑使用R32和R125的混合致冷劑，R32的合成組成比是80％以上。在這種情況下，使用組成為50％以上的R32致冷劑也可以。
室內(nèi)熱交換器3由多個(gè)散熱片15和貫通散熱片15且上述致冷劑在其中流動(dòng)的傳熱管17所構(gòu)成；傳熱管17是一個(gè)通路的構(gòu)成，且其外徑是六毫米以下。
如圖2所示，把傳熱管17作成偏平管，在其內(nèi)部配列多個(gè)通路19，并由集管21、21接續(xù)連通兩個(gè)端部；同時(shí)也可以通過(guò)設(shè)置在集管21內(nèi)的隔板23構(gòu)成如箭頭所示的致冷劑流動(dòng)的一個(gè)通路。
或者，如圖3所示，傳熱管17的外徑是四毫米且通路數(shù)是3個(gè)通路以下；或者也可以如圖4所示，傳熱管17的外徑是4毫米且通路數(shù)為2至4個(gè)通路。
如圖5所示，室外熱交換器7由多個(gè)散熱片25以及貫通散熱片25且上述致冷劑在其中流動(dòng)的傳熱管27所構(gòu)成；傳熱管27是一個(gè)通路的構(gòu)成，且其外徑是6.5毫米以下。
在如圖1所示的空氣調(diào)節(jié)裝置中，在把R32和R125的混合致冷劑使用為致冷劑的情況下，如表2所示50℃時(shí)的飽和壓力是3090千帕(KPa)。表2同時(shí)也表示了已有的致冷劑R22的物理參數(shù)。另外，R32/R125意味著致冷劑R32和致冷劑R125的混合致冷劑。
表-2
這里，把圖1中所示的室內(nèi)熱交換器3的傳熱管17的全長(zhǎng)L、外徑D、通路數(shù)N分別設(shè)為L(zhǎng)i[毫米]、Di[毫米]、Ni；如果把混合致冷劑(R32/R125)同使用已有的致冷劑(R22)時(shí)的綜合性能指數(shù)I(I＝(ΔP/P)/α…(3)式)的值進(jìn)行比較，從上述的(4)式可得到(I(R22)/I(R32/125))＝[(μ(R22)/μ(R32/25))·(ρ(R32/125)/ρ(R22))×(λ(R32/125)λ(R22))·(P(R32/125)/P(R22))×(m(R22)/m(R32/125))]·(k(R22)/k(R32/125))這里，k是上述的k值[K＝Hi·Li/(Di3·Ni2)]。
然而，由于室內(nèi)熱交換器3的蒸發(fā)溫度大約為10℃，如果使用10℃時(shí)的上述物理參數(shù)則(μ(R22)/μ(R32/125))＝1.27，(ρ(R32/125)/ρ(R22))＝1.35，(λ(R32/125)/λ(R22))＝1.11，(P(R32/125)/P(R22))＝1.62另外，同一能力左右的循環(huán)流量m是(m(R22)/m(R32/125))＝1.16。如果使用這些值，從(4)式可得到約3.6的值。
因此，可得到綜合性能指數(shù)比I(R22)/I(R32/125))＝3.6·(K(R22)/K(R32/125)的關(guān)系，根據(jù)這個(gè)關(guān)系，使用R32/125時(shí)的綜合性能指數(shù)(K(R22)/K(R32/125))為1/3.6，也就是說(shuō)，即使使用R32/125混合致冷劑時(shí)的K值變?yōu)槭褂肦22時(shí)的3.6倍，但使用R32/125時(shí)的綜合性能指數(shù)和使用R22的熱交換器是等同的。也就是說(shuō)即使K值變?yōu)?50以上，也可以得到和R22致冷劑的室內(nèi)熱交換器同等的性能。
這里在小型空調(diào)裝置(致冷額定輸出Hi＝2.8KW)中，使用混合致冷劑即R32/125(60/40重量比％)，如果室內(nèi)熱交換器3使用傳熱管全長(zhǎng)Li＝20000毫米、傳熱管外徑Di＝6、通路數(shù)Ni＝1的熱交換器，則K＝218.7。把該值同將R22作為致冷劑的已有小型空調(diào)裝置(1至2通路)相比較，則(I(R22)/I(R32/125))＝1.71，這樣使用混合致冷劑時(shí)的綜合性能指數(shù)I小一些、并且室內(nèi)熱交換器3的綜合性能好一些。
下面，對(duì)如圖2所示的把偏平管使用在傳熱管17中的情況進(jìn)行比較。這里，如果把R32/125(60/40重量比％)的混合致冷劑用作為致冷劑、把獨(dú)立流路數(shù)定為2毫米×2毫米×5、廢除集管分流、并且直列地結(jié)合十二根偏平管，則相當(dāng)直徑Di＝2毫米、通路數(shù)Ni＝5、全長(zhǎng)Li＝120000毫米，而K值(R32/125)＝168。
其結(jié)果是，I(R22)/I(R32/125)＝3.6×51.8/168＝1.11，在這種情況下利用混合致冷劑的熱交換器的綜合性能變高了。此外，廢除集管分流的結(jié)果是，大幅度地改善了向各偏平管的分流。
下面，在如圖4所示的熱交換管3的傳熱管17的直徑Di＝4毫米、通路為二至三個(gè)的構(gòu)成的情況下，全長(zhǎng)Li為二十米時(shí)，二通路部分為16米，而三通路部分為4米。因此，在熱交換器3的途中替換通路構(gòu)成的情況下，對(duì)于每個(gè)通路構(gòu)成計(jì)算K值(Li/(Di3×Ni2))、求出它們的和、并把致冷額定輸出Hi與該值相乘。這時(shí)，由于Hi＝2.8KW，所以K＝175＋19.3＝194.3。另外，綜合性能指數(shù)I(R22)/I(R32/125)＝1.01，可以得到和已有同等的熱交換性能。在二至三個(gè)通路中，由于首先分成二個(gè)通路、再把另外一個(gè)分成二個(gè)通路，所以分流的困難和通過(guò)集管21的四通路分流變得比較容易了。
另外，用二至四個(gè)通路代替二至三個(gè)通路也是可以的。這種情況也是二通路分岔的編排，分流的難易程度同二至三個(gè)通路幾乎相等。
下面，在圖5所示的室外熱交換器7中，由于室外熱交換器7的蒸發(fā)溫度大概是0℃，所以如果使用0℃時(shí)的上述物理參數(shù)，則(μ(R22)/μ(R32/125))＝1.24，(ρ(R32/125)/ρ(R22))＝1.34，(λ(R32/125)/λ(R22))＝1.16，(P(R32/125)/P(R22))＝1.62另外，同一能力附近的循環(huán)流量m是(m(R22)/m(R32/125)＝1.19。如果使用這些值，從(4)式可得到3.7的值。
因此，可得到綜合性能指數(shù)(I22/I32/125＝3.7·(K22/K32/125)的關(guān)系，從此關(guān)系，在使用R32/125的情況下，(K(R22)/K(R32/125)＝1/3.7，也就是說(shuō)，即使K值變?yōu)槭褂肦22時(shí)的3.7倍，也可以得到和使用R22的熱交換器時(shí)同等的綜合能力。也就是說(shuō)，即使K值變?yōu)?0以上，也可以得到和用R22致冷劑的室外熱交換器同等的性能。
對(duì)于R32/125(60/40)致冷劑，如果把傳熱管27的直徑D設(shè)為Do、使用Do＝8毫米或9.52毫米的傳熱管27而構(gòu)成1通路(N＝No＝1)的熱交換器，則K32/125＝109.5(Do＝8毫米)或65.0(Do＝9.52毫米)。如果把此同已有例(R22致冷劑、Do＝8毫爾)相比較，則(數(shù)6)I(R22)/I(R32/125)(Do＝9.52)＝1.56，I(R22)/I(R32/125)(Do＝8)＝0.93在Do＝8毫米、No＝1的情況下，與已有例相比，雖然性能稍微降低一點(diǎn)(＜1)，但所說(shuō)差別小。另外，如果同Do＝7毫米的已有例(No＝2)相比，I(R22)/I(R32/125)＝1.37，提高了熱交換器的性能。
這時(shí)，對(duì)于R32/125(60/40)致冷劑，在傳熱管27的外徑Do＝6.35毫米而構(gòu)成1-2通路的情況下，雖然在熱交換器的途中改變了通路構(gòu)成，但和室內(nèi)熱交換器3的情況同樣，從(5)式可得到K值，K＝Ho×∑(Lo/(Do3×No2))。KR32·125＝136.6。和已有的Do＝7毫米(No＝2)相比較，綜合性能指數(shù)I(R22)/I(R32/125)＝1.10，可得到比已有的室外熱交換器更高的性能。通路全長(zhǎng)的二分之一是一個(gè)通路、而余下的二分之一是二個(gè)通路，二通路部分只是部分地存在，同四通路的集管分流相比較，可期待著大幅度的良好分流。
作為把兩個(gè)熱交換器3、7組合起來(lái)的空調(diào)裝置，例如可以把將R32/125(60/40)作為致冷劑的空調(diào)裝置的室內(nèi)熱交換器3(Di＝6.35毫米)和室外熱交換器7(Do＝8毫米)做成共同的一通路構(gòu)成(Ni＝1，No＝1)。
當(dāng)然也能有除此之外的組合。
另外作為混合致冷劑，除了R32/125以外的致冷劑，例如具有R23/32/125，R32/125/CO2，R32/CO2等。表-3所示的致冷劑#1是R23/32/125(5/60/35重量比％)，而致冷劑#2是R32/125/CO2(60/30/10重量比％)，表-3表示了這些致冷劑在10℃時(shí)的物理參數(shù)。
(表3)表-3
在該表-3中，在二種致冷劑的綜合性能指數(shù)(I(R22)/I(R32/125))＝1(熱交換器性能和已有一樣)的情況下，由于K#1/KR22是4，而K#2/KR22是5.5，所以可以使用為本發(fā)明空調(diào)裝置的致冷劑。
另外，在該實(shí)施例的熱交換器中，滿足以下三個(gè)條件的方法是①不變大全體傳熱管17的管長(zhǎng)，②把入口和出口做成逆方向，③通路的分岔在兩端的某一處進(jìn)行。作為參考圖4表示了通路數(shù)和上述三條件的關(guān)系。
表-4
○滿足②、③
△滿足③但不滿足②如上所述，根據(jù)本發(fā)明的空調(diào)裝置，可以提高分流性能、減少通路數(shù)并使傳熱管直徑縮小，在不降低性能的條件下實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、室外熱交換器的小型化。
權(quán)利要求
1.一種空調(diào)裝置，它具有來(lái)自壓縮機(jī)的致冷劑通過(guò)的設(shè)有室內(nèi)熱交換器的室內(nèi)組件和設(shè)有室外熱交換器的室外組件，其特征是，把上述致冷劑50℃時(shí)的飽和壓力設(shè)為2500千帕(KPa)以上，在把致冷額定輸出設(shè)為Hi(KW)、構(gòu)成上述室內(nèi)熱交換器的傳熱管的全長(zhǎng)設(shè)為L(zhǎng)i(毫米)、所說(shuō)傳熱管的外徑設(shè)為Di(毫米)、所說(shuō)傳熱管的通路數(shù)設(shè)為Ni時(shí)，應(yīng)滿足Hi×Li(Di3×Ni3)≥150的條件。
2.如權(quán)利要求1所述的空調(diào)裝置，其特征是，上述室內(nèi)熱交換器的上述通路數(shù)是1。
3.如權(quán)利要求1所述的空調(diào)裝置，其特征是，上述傳熱管的截面是偏平的偏平管。
4.如權(quán)利要求1所述的空調(diào)裝置，其特征是，上述傳熱管的外徑是6毫米以下。
5.如權(quán)利要求1所述的空調(diào)裝置，其特征是，上述傳熱管的外徑是4毫米，通路數(shù)是3通路以下。
6.如權(quán)利要求1所述的空調(diào)裝置，其特征是，上述傳熱管的外徑是4毫米，通路數(shù)在致冷劑的入口側(cè)為2通路、在出口側(cè)為4通路。
7.如權(quán)利要求1所述的空調(diào)裝置，其特征是，作為上述致冷劑使用R32致冷劑和R125致冷劑的混合致冷劑，所說(shuō)R32致冷劑具有80％以上的混合組成比。
8.如權(quán)利要求1所述的空調(diào)裝置，其特征是，致冷劑的組成按照組成比R32致冷劑是50％以上。
9.一種空調(diào)裝置，它具有來(lái)自壓縮機(jī)的致冷劑通過(guò)的設(shè)有室內(nèi)熱交換器的室內(nèi)組件和設(shè)有室外熱交換器的室外組件，其特征是，把上述致冷劑50℃時(shí)的飽和壓力設(shè)為2500千帕(KPa)以上，在把致冷額定輸出設(shè)為Ho(KW)、構(gòu)成上述室內(nèi)熱交換器的傳熱管的全長(zhǎng)設(shè)為L(zhǎng)。(毫米)、所說(shuō)傳熱管的外徑設(shè)為Do(毫米)、所說(shuō)傳熱管的通路數(shù)設(shè)為No時(shí)，應(yīng)滿足Ho×Lo/(DO3×No3)≥60的條件。
10.如權(quán)利要求9所述的空調(diào)裝置，其特征是，上述室外熱交換器的通路數(shù)是一個(gè)通路的構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求9所述的空調(diào)裝置，其特征是，上述室外熱交換器的傳熱管的外徑是6.5毫米以下。
12.如權(quán)利要求9所述的空調(diào)裝置，其特征是，作為致冷劑使用R32致冷劑和R125致冷劑的混合致冷劑，所說(shuō)R32致冷劑具有80％以上的混合組成比。
13.如權(quán)利要求9所述的空調(diào)裝置，其特征是，致冷劑的組成按照組成比R32致冷劑是50％以上。
全文摘要
一種空調(diào)裝置，它不降低性能而實(shí)現(xiàn)熱交換器的小型化。在來(lái)自壓縮機(jī)1的致冷劑通過(guò)至少設(shè)有熱交換器3、7的室內(nèi)組件9和室外組件11的空調(diào)裝置中，對(duì)于上述致冷劑使用50℃的飽和壓力在2500千帕(KPa)以上的致冷劑，并且在把致冷額定輸出設(shè)為Hi(KW)、傳熱管全長(zhǎng)設(shè)為L(zhǎng)i(毫米)、傳熱管外徑設(shè)為Di(毫米)、通路數(shù)設(shè)為Ni時(shí)，室內(nèi)組件9內(nèi)的熱交換器3應(yīng)滿足Hi×Li/(Di
文檔編號(hào)F28D1/047GK1144316SQ9610731
公開日1997年3月5日 申請(qǐng)日期1996年3月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月14日
發(fā)明者本橋秀明, 古濱功吉, 胡摩崎惠, 佐野哲夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝