JP2008121984A - 熱交換器ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器の表面に付着する凝縮水の有無で熱交換器量が異なるために、冷媒が熱交換器内に溜まりすぎる上体になるが、特定の経路だけに冷媒が流れるために、熱交換器の能力を最大限に発揮できない運転モードが存在していた。
【解決手段】開閉装置を有した分岐ユニット１４によって、バランス管１５ａとバランス管１５ｂ側のいずれか一方に冷媒が流れるため、それぞれの運転状態に応じてバランス管の流路抵抗を変えることができるため、熱交換器内に冷媒が溜まりすぎることや特定の経路だけに冷媒が流れることが改善される。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒と空気のような流体間で熱交換を行わせるフィン＆チューブ型等の熱交換器に関するものである。

従来、この種の熱交換器はフィンを積層して伝熱管を貫通させ、伝熱管内を通過する冷媒の熱エネルギーをフィンを介してフィン近傍の空気と授受することにより熱交換を行っている。

図３は、従来の熱交換器ユニットを示すものである。図３において、熱交換器１１、熱交換器１１に送風する送風機１２、熱交換器１１を冷房運転の蒸発器とした場合に凝縮した凝縮水を受けるドレンパン１３を備え、冷房運転時において減圧装置で減圧された冷媒を熱交換器１１に分配する分岐ユニット１４、分岐ユニット１４から熱交換器１１の各伝熱管１１ａに流入させるバランス管１５が入口となる接続口１１ｂに接続され、出口となる接続口１１ｃにベッダ１１ｄが接続されている。そして、熱交換性能を上げる手段として、送風機１２の設置位置や熱交換器１１通過風速に合わせて熱交換器１１のフィンの密度や伝熱管１１ａの構成を変える（図示せず）ことで、熱交換器１１での風速分布などを調整し、熱交換性能を上げている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１−２８４９４号公報

しかしながら、前記従来の構成では熱交換器ユニットを蒸発器として使用した場合、空気が熱交換器を通過する際に凝縮された凝縮水が熱交換器底部のフィンとフィンの間に溜まり易く、さらに、凝縮水を排出する排出口の設置位置によってドレンパンの水位が上昇し、熱交換器下部がドレン水に浸されることがある。そのような場合、フィンと空気との熱交換量が他の箇所に比べて少なくなり、底部の伝熱管とそれ以外の伝熱管では大きく蒸発能力が異なり、冷媒が底部に集中して流れる。このようなの熱交換器底部の伝熱管に流入する冷媒量を低減するためにバランス管の流路抵抗を大きくするか、もしくは、伝熱管のターン数を多くして、熱交換器内の抵抗を大きくし、蒸発能力減少を抑えているが、熱交換器ユニットを凝縮器として使用した場合、冷媒が調整した伝熱管内に溜まりすぎるために、凝縮器能力減少と消費電力が増大するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蒸発器又は凝縮器として使い分ける熱交換器において、蒸発器として使用するときの、例えば、底部での凝縮水の影響などを考慮した構成の影響を、凝縮器として使用するときに受けず、凝縮器能力が低減したり消費電力が増大したりしてしまうことを抑制する熱交換ユニットを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器ユニットは、熱交換器を凝縮器として使用する場合と蒸発器として使用した場合に応じて、バランス管を使い分けるために分岐ユニットに開閉装置を設けたものである。

これによって、熱交換器を蒸発器として使用した場合、熱交換器の最底部の伝熱管やバランス管の流路抵抗を大きくする必要がなくなるため、室内熱交換器ユニットを凝縮器として使用した場合に生じていた冷媒が熱交換器内に溜まりすぎることがなくなり、暖房能力向上と消費電力低減が可能となる。

本発明の熱交換器ユニットは、運転状態によって生じる熱交換器底部の凝縮水の有無によって、熱交換器ユニットの能力が低下することを防止できるだけでなく、さらに消費電力の低減も可能となる。

第１の発明の熱交換器ユニットは、熱交換器と、熱交換器の各伝熱管経路に冷媒を分配する分岐ユニットと、分岐部と熱交換器に接続されているバランス管と、熱交換器の熱交換用送風機と、熱交換器で発生する凝縮水を貯溜するドレンパンを備え、冷暖房の運転状態に応じて、分岐ユニットに開閉装置を設けてバランス管を使い分けることで各伝熱管経路に流入する冷媒量を調整できるため、蒸発器として使用する際に生じる熱交換器底部での凝縮水の影響を受けずに、凝縮器として使用する際の能力の向上と消費電力低減を可能とする。

第２の発明は、バランス管に開閉装置を設けてバランス管を使い分けることで各伝熱管経路に流入する冷媒量を調整できるため、熱交換器底部での凝縮水の影響を受けずに、凝縮器として使用する際の能力の向上と消費電力低減を可能とする。また、冷媒量を調整すべき経路が少ない場合には、材料費の削減ができる。さらに、バランス管や分岐ユニットの収容スペースが少くなるため、製品の小型化や設計自由度向上が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器ユニットの模式図である。図１において、熱交換器１１、熱交換器１１に送風する送風機１２、熱交換器１１を冷房運転の蒸発器とした場合に凝縮した凝縮水を受けるドレンパン１３を備えている。熱交換器１１には伝熱管を接続して複数の伝熱管経路１１ａが構成され、冷房運転時にこれらの伝熱管経路１１ａに冷媒を分配する分岐ユニット１４ａがバランス管１５ａを介して入口となる接続口１１ｂに接続されている。バランス管１５ａは、冷房の運転状態に応じて冷媒の流量が調整された構成となっており、伝熱管経路１１ａによってわずかづつ異なる。分岐ユニット１４ａには熱交換器１１に流入する方向のみの逆止弁１６ａが設けられて、暖房運転時の冷媒の逆の流れを防止している。

また、バランス管１５ａと並行して接続されたバランス管１５ｂを介して分岐ユニット１４ｂが接続されている。バランス管１５ｂは、暖房運転時の冷媒の流れを集めるもので、特に流量を調整するものではなく、冷媒が各伝熱管経路１１ａに均等に流れるような構成となっている。そして、分岐ユニット１４ｂには冷房運転時の冷媒の流れを防止する逆止弁１６ｂが設けられている。

分岐ユニット１４ａと分岐ユニット１４ｂとは更に先では一つの配管に集合している。そして、熱交換器１１の反対側では、伝熱管経路の冷房運転時に出口、暖房運転時に入口となる複数の接続口１１ｃを集合するヘッダ１１ｄが接続されている。

以上のように構成された熱交換器ユニットについて、その動作、作用を説明する。まず、熱交換器１１を蒸発器として使用した場合、凝縮された冷媒は膨張装置（図示せず）で減圧膨張され、分岐ユニット１４ａとバランス管１５ａを介して室内熱交換器１１の複数の伝熱管経路１１ａに流入される。流入した冷媒は伝熱管内を通過する際に、熱エネルギーをフィンを介してフィン近傍の空気とエネルギー授受を行うことで熱交換し、フィン表
面には空気中の水分が凝縮する。このフィンに付いた凝縮水は次第に流れ落ちるが、熱交換器１１底部のフィンとフィンの間に溜まり易い。さらに、排水口の設置位置によってはドレンパンの水位が上昇し、熱交換器１１下部がドレン水に浸されるために、フィンと空気との熱交換量が他の箇所に比べて少なくなる。

そのため、熱交換量が他の箇所に比べて少なくなる底部の伝熱管経路ｅには流路抵抗を大きくしたバランス管１５ａを接続して流量を調整し、熱交換が大きい伝熱管経路１１ａに冷媒がより多く流れるようになっている。

逆に、熱交換器１１を凝縮器として使用した場合、熱交換器１１の表面に凝縮水は発生しないため、底部の熱交換不足は発生しない。そのため、冷媒の流量調整は必要ない。そこで、冷媒はバランス管１５ｂを通じて伝熱管経路１１ａに均等に流れるため、熱交換器１１全体で効率よく熱交換を行うことができる。

以上のように、本実施の形態においては蒸発器又は凝縮器、即ち冷房又は暖房の運転状態によって生じる熱交換器底部の凝縮水の有無によって変化する、熱交換器の伝熱管経路ごとの熱交換量のアンバランスに対応できるため、熱交換器ユニットの能力が低下することを防止できるだけでなく、さらに消費電力の低減も可能となる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における熱交換器ユニット図である。図２において、すべての伝熱管経路１１ａにはバランス管１５ｃを設け、特定の伝熱管経路（底部の伝熱管経路ｅ）だけには冷房運転時には冷媒の流れを止める逆止弁１６ｃを設けている。そして、底部の伝熱管経路ｅには冷房運転時に冷媒の流量を調整するバランス管１５ｄを設けたものである。

以上のように構成された熱交換器ユニットについて、その動作、作用を説明する。熱交換器１１が、蒸発器として運転している場合には、開閉装置を装着していないバランス管１５ｃと、底部の伝熱管経路ｅの逆止弁１６冷媒流量を調整したバランス管１５ｄに冷媒が流れる。これにより、凝縮水により熱交換量がアンバランスになった熱交換器１１に対して、伝熱管経路ごとに対応できるため、熱交換器ユニットの能力が低下することを防止できる。

逆に、熱交換器１１を凝縮器として使用した場合には、逆止弁１６ｃを設けているバランス管１５ｄと蒸発器流量調整用のバランス管１５ｄの両方に冷媒が流れるが、バランス管１５ｄは流路抵抗が大きいため影響はほとんどなく問題ない。もちろん、必要に応じてバランス管１５ｄにもバランス管１５ｃとは逆方向の逆止弁を設けてもよい。

なお、本実施の形態では、一つの伝熱管経路に冷暖房に応じた２本のバランス管を設けるのは底部の伝熱管経路一つとしたが、これに限るものではなく、必要に応じて伝熱管経路ごとに調整した２本のバランス管を設ければよく、逆止弁も必要な循環量に応じて設ければよい。

以上のように、本実施の形態においては、運転状態によって生じる熱交換器底部の凝縮水の有無によって、変化する熱交換器量に対応できる装置をコンパクトにできるため、熱交換器ユニットの性能向上だけでなく、設計自由度の向上とコストダウンが可能となる。

本発明の熱交換器ユニット運転状態に関わらず、熱交換器能力を最大限に発揮できるため、様々な冷凍サイクルに適用できる。

本発明の実施の形態１における熱交換器ユニットの模式図 本発明の実施の形態２における熱交換器ユニットの模式図 従来の熱交換器ユニットの模式図

符号の説明

１１ 熱交換器
１１ａ 伝熱管経路
１１ｂ，１１ｃ 接続口
１１ｄ ヘッダ
１１ｅ 底部の伝熱管経路
１２ 送風機
１３ ドレンパン
１４，１４ａ，１４ｂ 分岐ユニット
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ バランス管
１６ａ，１６ｂ 逆止弁

Claims (2)

1. 冷房運転と暖房運転との切り換えが可能な冷凍サイクルユニットにおいて、熱交換器と、前記熱交換器の各伝熱管経路に冷媒を分配する分岐ユニットと、前記分岐ユニットと前記熱交換器とを接続するバランス管と、前記熱交換用の送風機と、前記熱交換器で発生する凝縮水を受けるドレンパンとを備え、前記バランス管は一つの伝熱管経路に冷房用と暖房用の二つのバランス管としてそれぞれに開閉装置を有する分岐ユニットを設け、冷暖房の運転状態に応じて、前記開閉装置により前記二つのバランス管を使い分けることで各伝熱管経路に流入する冷媒量を調整することを特徴とする熱交換器ユニット。
2. 冷房運転と暖房運転との切り換えが可能な冷凍サイクルユニットにおいて、熱交換器と、前記熱交換器の各伝熱管経路に冷媒を分配する分岐ユニットと、前記分岐ユニットと前記熱交換器とを接続するバランス管と、前記熱交換用の送風機と、前記熱交換器で発生する凝縮水を受けるドレンパンとを備え、前記バランス管は必要に応じて一つの伝熱管経路に冷房用と暖房用の二つのバランス管とするとともに、必要に応じてバランス管に開閉装置を設け、冷暖房の運転状態に応じてバランス管を使い分けることで各伝熱管経路に流入する冷媒量を調整することを特徴とする熱交換器ユニット。