(57)【要約】【課題】温度のアンバランスが少なく、負荷バランスがとりやすい熱交換ユニットを提供する。【解決手段】複数の冷媒回路にそれぞれ接続される複数の熱交換器系統を有する熱交換ユニットを提供する。この熱交換ユニット１０は、複数の熱交換器系統５０、６０および７０のそれぞれが共通の通風路２０に配置される複数のチューブ８０を含み、それぞれの熱交換器系統のチューブ配置は、通風路の幅方向において他の熱交換器系統のチューブに対し並列にチューブを配置する第１の要素と、通風路の前後方向において他の熱交換器系統のチューブに対し前または後にチューブを配置する第２の要素とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の冷媒回路にそれぞれ接続される複数の熱交換器系統を有し、
前記複数の熱交換器系統のそれぞれは共通の通風路に配置される複数のチューブを含み、それぞれの熱交換器系統のチューブ配置は、前記通風路の幅方向において他の熱交換器系統のチューブに対し並列にチューブを配置する第１の要素と、前記通風路の前後方向において他の熱交換器系統のチューブに対し前方または後方にチューブを配置する第２の要素とを含む、熱交換ユニット。
【請求項２】
請求項１において、前記それぞれの熱交換器系統は、複数のチューブが前記通風路の幅方向に対して前後方向に斜めに並ぶように配置された複数のチューブ群を含む、熱交換ユニット。
【請求項３】
請求項２において、前記複数のチューブ群に含まれるチューブの幅方向のピッチは、隣り合う異なる熱交換器系統のチューブ同士の幅方向のピッチより小さい、熱交換ユニット。
【請求項４】
請求項２または３において、前記複数の熱交換器系統の第１の熱交換器系統は、前記通風路の幅方向の端に配置される第１のサブチューブ群であって、他の熱交換器系統のチューブ群に含まれるチューブの数より少ない数のチューブを含む第１のサブチューブ群を含む第１のチューブ群を含み、
前記第１のチューブ群は、さらに、前記通風路の幅方向の中央付近に配置される第２のサブチューブ群であって、前記他の熱交換器系統のチューブ群に含まれるチューブの数より少ない数のチューブを含む第２のサブチューブ群と、
前記第１のサブチューブ群と前記第２のサブチューブ群とを連通する連通管とを含む、熱交換ユニット。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の熱交換ユニットと、
前記熱交換ユニットに含まれる前記複数の熱交換器系統に接続された複数の冷媒回路とを含む冷媒システム。
【請求項６】
請求項５に記載に冷媒システムと、
前記熱交換ユニットが蒸発器で動作するように前記冷媒回路を介して冷媒を供給する複数のコンデンサとを有する空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の冷媒回路に対応可能な熱交換ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、空調ハウジング内に配設された第１と第２の空調用室内機と空調ハウジング外に配設された空調用室外機と第１と第２の空調用室内機と空調用室外機との間に配設された分流コントローラとを有し、該分流コントローラの切り替えにより第１と第２の空調用室内機をそれぞれ冷房・暖房運転を同時に行い得るヒートポンプ式の第１空気調和機と、低温用室内機と低温用室外機を有し、低温用室内機を第１と第２の空調用室内機よりも低温に冷却可能な冷却専用の第２空気調和機とを備え、かつ、空調ハウジング内に吸気口から排気口に向かって順に第１の空調用室内機、低温用室内機、第２の空調用室内機を配置してなる除湿再熱空調装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−００２１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の独立した冷媒サイクル（冷媒回路）を搭載した冷房システムやヒートポンプシステムにおいては熱交換器もそれぞれ独立しており、それら複数の熱交換器が並列または直列に通風路に配置される。たとえば、図５（ａ）の熱交換システム９１では３つの熱交換器９５、９６および９７が通風路２０に直列に配置されており、図５（ｂ）の熱交換システム９２では３つの熱交換器９５、９６および９７が通風路２０に並列に配置されている。
【０００５】
熱交換システム９２においては、それぞれの熱交換器９５〜９７が均等な負荷で運転されていないとき、たとえば、熱交換器９５が使用されていない状態では通風路２０を通過する空気の温度に偏りが発生する可能性がある。したがって、エアミックスチャンバなどの混合装置を付加する必要があり、設置面積が増大する。熱交換システム９１においてはそれぞれの熱交換器９５〜９７を使用しようとすると、それぞれの熱交換器９５〜９７に供給される空気の温度が変わるのでそれぞれの熱交換器９５〜９７の圧力が変わり、それぞれの熱交換器９５〜９７に冷媒を供給する冷媒回路のコンプレッサの運転負荷も変わるので、負荷を分散させることが難しくなる。
【０００６】
したがって、複数の冷媒回路を備えたシステムにおいて、通風路を通過する温度がアンバランスになりにくく、さらに、複数の冷媒回路の負荷を制御しやすいシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、複数の冷媒回路にそれぞれ接続される複数の熱交換器系統を有する熱交換ユニットである。この熱交換ユニットの複数の熱交換器系統のそれぞれは共通の通風路に配置される複数のチューブを含み、それぞれの熱交換器系統のチューブ配置は、通風路の幅方向において他の熱交換器系統のチューブに対し並列にチューブを配置する第１の要素と、通風路の前後方向において他の熱交換器系統のチューブに対し前方または後方にチューブを配置する第２の要素とを含む。
【０００８】
複数の熱交換器を通風路に配置する際に、それら複数の熱交換器の配置に着目するのではなく、それぞれの熱交換器システムを構成する複数のチューブの配置に着目し、チューブ配置に並列の要素（第１の要素）と直列の要素（第２の要素）を含めることにより、通風路を通過する温度がアンバランスになりにくく、複数の冷媒回路の負荷を制御しやすい熱交換ユニットを提供できる。
【０００９】
典型的なチューブ配置は複数のチューブが通風路の幅方向に対して前後方向に斜めに並ぶような配置を含むものである。すなわち、それぞれの熱交換器系統は、複数のチューブが通風路の幅方向に対して前後方向に斜めに並ぶように配置された複数のチューブ群を含むことが望ましい。
【００１０】
さらに、複数のチューブ群に含まれるチューブの幅方向のピッチは、隣り合う異なる熱交換器系統のチューブ同士の幅方向のピッチより小さいことが望ましい。たとえば、複数のチューブ群のチューブ同士の幅方向のピッチを、隣り合う異なる熱交換器系統のチューブ同士の幅方向のピッチの半分に設定することが望ましい。このようなチューブ配置を採用することにより、前後方向に隣接して配置される異なる熱交換器系統のチューブの幅方向の位置を変えることができる。したがって、ある熱交換器系統の運転および停止による影響が他の熱交換器系統に及ぶことを抑制できる。また、熱交換器ユニットの全体にわたり複数のチューブが千鳥状に配置されるので、熱交換効率を向上させやすい。
【００１１】
また、複数の熱交換器系統の第１の熱交換器系統は、通風路の幅方向の端に配置される第１のサブチューブ群であって、他の熱交換器系統のチューブ群に含まれるチューブの数より少ない数のチューブを含む第１のサブチューブ群を含む第１のチューブ群を含むことが望ましい。通風路の端（壁側）に沿って所定の数のチューブを配置でき、通風路を通過する空気の温度のアンバランスをさらに抑制しやすい。第１のチューブ群は、さらに、通風路の幅方向の中央付近に配置される第２のサブチューブ群であって、他の熱交換器系統のチューブ群に含まれるチューブの数より少ない数のチューブを含む第２のサブチューブ群と、第１のサブチューブ群と第２のサブチューブ群とを連通する連通管とを含むことが望ましい。チューブ群ごとの熱交換能力を平均化できる。
【００１２】
本発明の他の態様の１つは、上記に記載の熱交換ユニットと、熱交換ユニットに含まれる複数の熱交換器系統に接続された複数の冷媒回路とを含む冷媒システムである。典型的には、冷媒システムと、熱交換ユニットが蒸発器で動作するように冷媒回路を介して冷媒を供給する複数のコンデンサとを有する空調システムである。複数のコンデンサの負荷バランスを調整しやすく、また、複数のコンデンサの発停または負荷バランスを変えたときに通風路を通過する空気温度のアンバランスを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】熱交換ユニットの概略構成を示すブロック図。
【図２】図２（ａ）は異なる熱交換ユニットの一部を後方から見た図であり、図２（ｂ）は熱交換ユニットの一部を前方から見た図。
【図３】図２に示した熱交換ユニットのチューブ配置を示す図。
【図４】図４（ａ）は異なる熱交換ユニットのチューブ配置を示す図であり、図４（ｂ）はさらに異なる熱交換ユニットのチューブ配置を示す図。
【図５】複数の熱交換ユニットを同一ダクト内に配置した例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に、空調システムの一例の概略構成を示している。この空調システム１は、通風路（ダクトまたはハウジング）２０と、通風路２０の内部に配置された熱交換ユニット１０と、通風路２０に空気２９を導入して熱交換ユニット１０を通過させるファン（ブロワ）２２と、熱交換ユニット１０に冷媒を循環させる３つの冷媒回路３１、３２および３３とを含む。それぞれの冷媒回路３１、３２および３３は、冷媒供給ユニット４１、４２および４３に接続されており、熱交換ユニット１０に液冷媒を供給し、熱交換ユニット１０で気化した冷媒を冷媒供給ユニット４１〜４３に回収する。したがって、この空調システム１において熱交換ユニット１０は蒸発器（エバポレータ）として動作する。それぞれの冷媒供給ユニット４１〜４３は、気化冷媒を圧縮するコンプレッサ４５と、圧縮された冷媒を冷却して液化するコンデンサ４６とを含む。
【００１５】
熱交換ユニット１０は、複数の冷媒回路３１、３２および３３にそれぞれ接続される複数の熱交換器系統５０、６０および７０を有し、複数の熱交換器系統５０〜７０のそれぞれは共通の通風路（ダクト）２０の内部に配置される複数のチューブ８０を含む。図１において、複数のチューブ８０は、紙面に垂直な方向、すなわち、Ｚ方向に伸びており、複数のチューブ８０のいくつかはＺ方向の端部においてＵ字管８３で接続され、通風路２０を横切る方向に冷媒を流す経路（熱交換経路）を形成している。
【００１６】
この熱交換ユニット１０は通風路２０の空気２９が流れる前後方向（Ｘ方向）に沿って延びた複数の平板状のプレートフィン８５を含むプレートフィンタイプである。複数のチューブ８０は、プレートフィン８５を貫通するとともにプレートフィン８５と適当な方法、たとえば、圧接、圧入、およびろう付けなどにより接触するように配置されている。
【００１７】
それぞれの熱交換器系統５０、６０および７０は、通風路２０の幅方向（空気２９が流れる前後方向（Ｘ方向）に垂直なＹ方向）に対して前後方向（Ｘ方向）に斜めに、すなわち、Ｘ方向およびＹ方向に対して垂直でもなく平行でもない方向に複数のチューブ８０が配置されたチューブ群を含む。熱交換器系統５０はチューブ群５１および５２を含み、熱交換器系統６０はチューブ群６１および６２を含み、熱交換器系統７０はチューブ群７１および７２を含む。これらのチューブ群は、他の熱交換器系統のチューブ群に対して幅方向（Ｙ方向）に交互に配置されている。図１に示した熱交換ユニット１０においては、上側から、熱交換器系統５０のチューブ群５１、熱交換器系統６０のチューブ群６１、熱交換器系統７０のチューブ群７１、熱交換器系統５０のチューブ群５２、熱交換器系統６０のチューブ群６２、および、熱交換器系統７０のチューブ群７２が配置されている。
【００１８】
チューブ群５１および５２、チューブ群６１および６２は、それぞれ４本のチューブ８０が斜めに配置され、一方の端がＵ字管８３により直列に接続されたチューブ群である。一方、熱交換器系統７０のチューブ群７１および７２は、それぞれ２本のチューブ８０が斜めに配置されたサブチューブ群７１ａおよび７１ｂと、７２ａおよび７２ｂとを含む。サブチューブ群７１ａ、７１ｂ、７２ａおよび７２ｂのチューブ８０はＵ字管８３により接続され、サブチューブ群同士は連結管７３および７４により接続されている。
【００１９】
熱交換器系統５０のチューブ群５１および５２は、冷媒回路３１の冷媒供給管３１ａと冷媒戻り管３１ｂとに接続されている。熱交換器系統６０のチューブ群６１および６２は、冷媒回路３２の冷媒供給管３２ａと冷媒戻り管３２ｂとに接続されている。熱交換器系統７０のチューブ群７１および７２は、冷媒回路３３の冷媒供給管３３ａと冷媒戻り管３３ｂとに接続されている。したがって、熱交換器系統５０のチューブ群５１および５２と、熱交換器系統６０のチューブ群６１および６２と、熱交換器系統７０のチューブ群７１および７２とには独立して冷媒が供給され、これらの熱交換器系統５０、６０および７０は独立して動作（稼働）する。
【００２０】
熱交換器系統７０のサブチューブ群７１ｂは、熱交換ユニット１０の一方の端部（壁側）の熱交換器系統５０のチューブ群５１の前後方向Ｘ、具体的には空気２９が流入する上流（前側）に配置されている。また、熱交換器系統７０のサブチューブ群７２ａは、熱交換ユニット１０の他方の端部（壁側）熱交換器系統６０のチューブ群６２の前後方向Ｘ、具体的には空気２９が流出する下流（後側）に配置されている。熱交換器系統７０のサブチューブ群７１ａおよび７２ｂは、熱交換ユニット１０の中央部の前後方向Ｘ、具体的には空気２９が流出する下流（後側）および上流（前側）にそれぞれ配置されている。
【００２１】
このように、この熱交換ユニット１０においては、複数の熱交換器系統５０、６０および７０のチューブ群５１、５２、６１、６２、７１および７２が幅方向Ｙに交互に並列に配置され、さらに、それぞれのチューブ群５１〜７２においてはチューブ８０が前後方向Ｘに斜めに配置されている。このため、熱交換ユニット１０のチューブ配置は、通風路２０の幅方向Ｙにおいて他の熱交換器系統のチューブ８０に対し並列にチューブ８０を配置する第１の要素ＡＥ１と、通風路２０の前後方向Ｘにおいて他の熱交換器系統のチューブ８０に対し前または後にチューブ８０を配置する第２の要素ＡＥ２とを含む。
【００２２】
特に、熱交換器系統７０のチューブ群７１および７２のそれぞれは２つのサブユニット（サブチューブ群）７１ａおよび７１ｂ、７２ａおよび７２ｂに分割され、サブチューブ群７１ｂおよび７２ａが他の熱交換器系統５０および６０に属するチューブ群５１および６２の前後方向Ｘに配置されている。このため、斜めに配置されたチューブ８０によりそれぞれのチューブ群を構成するという配置コンセプトを維持しながら、チューブ８０を熱交換ユニット１０の幅方向Ｙおよび前後方向Ｘに分散して配置できている。また、通風路２０の端に配置されたサブチューブ群７１ｂおよびサブチューブ群７２ａを、それぞれ、通風路２０の中央に配置されたサブチューブ群７１ａおよび７２ｂと連結管７３および７４でそれぞれ接続することにより、チューブ群７１および７２の間の負荷バランスを調整することができる。したがって、チューブ群７１および７２の単位でも負荷を均等化でき、これらのチューブ群７１および７２における冷媒の流量、温度、圧力などの条件を均一化できる。さらに、他のチューブ群５１、５２、６１および６２との対比においても、それぞれのチューブ群５１〜７２における負荷を均等化でき、これらのチューブ群５１〜５２に流れる冷媒の流量、温度、圧力などの条件を均等化（均質化）できる。
【００２３】
このように、熱交換ユニット１０は、独立して動作する３つの熱交換器系統５０、６０および７０を含み、それらの熱交換器系統５０、６０および７０に含まれるチューブ８０は、熱交換器系統としてのある程度のグループを保持しながらチューブ８０の単位で熱交換ユニット１０の幅方向Ｙ（上下方向であってもよい）および前後方向Ｘに分散して配置されている。このため、１または２の熱交換器系統がオフ（非稼働）であったり、熱交換器系統の負荷が異なる場合であっても通風路２０から出力される空気２８の温度に片寄り（アンバランス）が発生しにくい。したがって、たとえば、熱負荷により熱交換器系統５０〜７０をオンオフ（段数）制御したり、熱交換器系統５０〜７０の負荷を独自に制御するような場合であっても、通風路２０からはほぼ均等な温度の空気２８が出力され、エアミックスチェンバなどを設けるためのスペースを省略することが可能となる。
【００２４】
また、熱交換器系統５０、６０および７０を稼働させる場合、それぞれの熱交換器系統５０、６０および７０に属するチューブ８０は熱交換ユニット１０内に分散して配置されており、熱交換器系統５０、６０および７０の熱交換能力はほぼ均等になる。したがって、これらの熱交換器系統５０、６０および７０に冷媒回路３１、３２および３３を介して独立に接続された冷媒供給ユニット４１、４２および４３の負荷にアンバランスが発生することを抑制できる。このため、冷媒供給ユニット４１、４２および４３の負荷調整が容易となり、効率のよい条件でこれらの冷媒供給ユニット４１、４２および４３を運転できる。
【００２５】
さらに、熱交換ユニット１０においては、複数のチューブ群５１〜７２に含まれるチューブ８０の幅方向のピッチＰ１は、隣り合う異なる熱交換器系統５０〜７０のチューブ８０同士の幅方向のピッチＰ２より小さい。本例の熱交換ユニット１０においては、ピッチＰ１はピッチＰ２の約半分の距離に設定されている。したがって、熱交換ユニット１０のチューブ８０は千鳥状に配置（配列）されており、前後に配置されたチューブ８０は２列単位で前方あるいは後方から見たときに重ならないように配置されている。このため、後方に配置されたチューブ８０に対して通風路２０に吸引された空気２９が効率よく接触し、前方に配置されたチューブ８０が稼働中でも非稼働中でも、比較的安定した条件で熱交換できるようになっている。
【００２６】
図２および図３に、異なる熱交換ユニットを示している。図２（ａ）は熱交換ユニット１０を前後方向Ｘの後方（下流側）から見た状態を示している。図２（ｂ）は熱交換ユニット１０を前後方向Ｘの前方（上流側）から見た状態を示している。図３は、熱交換ユニット１０のチューブ８０の配置と、冷媒回路３１〜３３との接続状態を示している。この熱交換ユニット１０は、３つの熱交換器系統５０、６０および７０を含み、それぞれの熱交換器系統は７つのチューブ群を含む。それぞれのチューブ群の配置は図１に示した配置と同様であり、詳しい説明は省略する。この熱交換ユニット１０においては、幅方向Ｙに熱交換器系統毎の７つのチューブ群が、チューブ群単位で交互に分散して配置されている。したがって、３つの熱交換器系統５０、６０および７０の熱負荷をさらに均等に分散でき、熱交換器系統５０、６０および７０が独立して制御された場合であっても、熱交換ユニット１０から出力される空気（冷風）２８の温度のバランスを向上できる。
【００２７】
図４（ａ）に、さらに異なる熱交換ユニット１０ａのチューブ配置を示している。この熱交換ユニット１０も３つの熱交換器系統５０、６０および７０を有し、チューブ８０が前後方向Ｘに６列に配置されている。各々の熱交換器系統５０、６０および７０は、斜めに配置された６つのチューブ８０をそれぞれ含む２つのチューブ群を含む。すなわち、熱交換器系統５０は、チューブ群５１および５２を含み、熱交換器系統６０は、チューブ群６１および６２を含み、熱交換器系統７０は、チューブ群７１および７２を含む。
【００２８】
これらのチューブ群５１〜７２のうち、熱交換器系統６０および７０に属するチューブ群６１〜７２は連結管で接続されたサブチューブ群を含む。すなわち、チューブ群６１は、チューブ群５１の後方に配置されたサブチューブ群と、チューブ群７１の前方に配置されたサブチューブ群とを含み、チューブ群６２は、チューブ群５２の後方に配置されたサブチューブ群と、チューブ群７２の前方に配置されたサブチューブ群とを含む。チューブ群７１は、チューブ群６１の後方に配置されたサブチューブ群と、チューブ群５１の前方に配置されたサブチューブ群とを含み、チューブ群７２は、チューブ群６２の後方に配置されたサブチューブ群と、チューブ群５２の前方に配置されたサブチューブ群とを含む。これらのサブチューブ群は、図１に示した熱交換ユニット１０と同様にそれぞれが連結管により接続され、冷媒の経路としてそれぞれのチューブ群を構成する。
【００２９】
この熱交換ユニット１０ａにおいては、３つの熱交換器系統５０、６０および７０を構成するチューブ８０が前後方向Ｘに６列の配置を用いてさらに分散して配置されており、熱交換器系統５０、６０および７０が独立して制御された場合であっても、熱交換ユニット１０から出力される空気（冷風）２８の温度のバランスを向上できる。また、熱交換器系統５０、６０および７０に対し冷媒回路３１、３２および３３を介して独立して接続された冷媒供給ユニット（コンデンサーユニット）４１、４２および４３の負荷バランスを確保することも容易となる。
【００３０】
図４（ｂ）に、さらに異なる熱交換ユニット１０ｂのチューブ配置を示している。この熱交換ユニット１０も３つの熱交換器系統５０、６０および７０を有し、チューブ８０が前後方向Ｘに２列に配置されている。各々の熱交換器系統５０、６０および７０は、斜めに配置された４つのチューブ８０をそれぞれ含む１つのチューブ群を含む。すなわち、熱交換器系統５０はチューブ群５１を含み、熱交換器系統６０はチューブ群６１を含み、熱交換器系統７０はチューブ群７１を含む。各チューブ群５１〜７１は、前後方向Ｘに配置された２つのサブチューブ群に分けられており、チューブ群５１を構成する２つのサブチューブ群が連結管により接続されている。
【００３１】
このように、チューブ８０が２列に配置された薄くコンパクトな熱交換ユニット１０ｂにおいても、３つの熱交換器系統５０〜７０に属するチューブ８０を分散して配置することが可能である。したがって、コンパクトな熱交換ユニット１０ｂにおいても、それぞれの熱交換器系統が独立して制御された場合であっても空気（冷風）２８の温度のバランスを向上でき、また、それらの熱交換器系統に独立して接続された冷媒供給ユニット（コンデンサーユニット）の負荷バランスを確保することが容易な熱交換ユニットを提供できる。
【００３２】
なお、上記ではチューブの前後の配列が２、４および６列の熱交換ユニットを例に説明しているが、本発明は、８列以上の熱交換ユニットに対しても適用できる。また、３つの熱交換器系統を備えた熱交換ユニットを例に説明しているが、本発明は、２系統および４系統以上の熱交換器系統を備えた熱交換ユニットに対しても適用できる。さらに、熱交換ユニットは、上述した空調システムのエバポレータに限定されることはなく、コンデンサであってもよく、また、ラジエータなどの他の熱交換ユニットであってもよい。また、上記ではプレートフィンタイプの熱交換ユニットを例に説明しているが、コルゲートフィンなどの他のフィンタイプの熱交換ユニットに対しても本発明は適用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１  空調システム、  １０  熱交換ユニット、
２０  通風路（ダクト、ハウジング）
【図１】
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【図２】
2014020618.tif 000004
【図３】
2014020618.tif 000005
【図４】
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【図５】
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