(57)【要約】【課題】  必要能力に応じた熱交換器のコイル段数分の冷媒を、より効率が良い流速を維持する熱交換器を提供する。【解決手段】  入口接続部材から出力ヘッダとの間に冷媒を通過させて熱交換する複数の熱交換主管群を架け渡し、該複数の熱交換主管群は互いに独立して設けられた熱交換器において、前記入口接続部材から前記独立した複数の熱交換主管群へは、それぞれに対応するように分配器からの分配管を接続し、該各分配管には冷媒の通過量を制御可能な制御用電磁弁を設け、該制御用電磁弁は所望の空調状態になるように熱交換器の段数を制御するようにした空調機の熱交換器。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口接続部材から出力ヘッダとの間に冷媒を通過させて熱交換する複数の熱交換主管群を架け渡し、該複数の熱交換主管群は互いに独立して設けられた熱交換器において、
前記入口接続部材から前記独立した複数の熱交換主管群へは、それぞれに対応するように分配器からの分配管を接続し、該各分配管には冷媒の通過量を制御可能な制御用電磁弁を設け、
該制御用電磁弁は所望の空調状態になるように熱交換器の段数を制御するようにしたことを特徴とする空調機の熱交換器。
【請求項２】
前記独立した複数の熱交換主管群は、上下方向に重ねられる状態で配管されていることを特徴とする請求項１に記載の空調機の熱交換器。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の熱交換器の段数を制御する空調機の熱交換器を空気流における上流に配置し、該熱交換主管群の空気流における下流には、１本以上の熱交換主管群を設けるとともに入口接続部材と出口接続部材を設けてそれぞれ独立させ、１群の列の前記熱交換主管群には分配器を接続し、該分配器の冷媒の上流に制御用電磁弁を設けて、より上流の分配器の制御用電磁弁から順に選択して稼働させ、最後は最下流の熱交換器の段数を電磁用制御弁を制御する空調機の熱交換器を稼働させることを特徴とする空調機の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調機の空気を熱交換する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプ空調機の室内機の能力制御は、特許文献１の特開2007-278665号公報に示すように、冷房モードでは過熱度（スーパーヒート）制御、暖房モードでは過冷却度（アンダークール）により電子膨張弁開度で冷媒循環量をコントロールする。
しかしながら、冷媒コイルの管内流速は、圧縮機用に混入された油の返送が良くなるように最低流量が規定され、低負荷時でも一定以上冷媒循環量が確保される必要がある。また、低負荷時には冷媒循環量が少なくなり、熱交換器の上部と下部のヘッド差から、熱交換器の下部に液冷媒がたまったまま流れない、所謂冷媒寝込み状態になり、冷凍サイクルで有効に使用できる冷媒量が少なくなるため、封入冷媒の充填量を多めにする必要があった。
【０００３】
近年のヒートポンプ空調システムでは、インバーター圧縮機の採用や、室内温度の変化に対し冷媒流量をリニアに制御しているため、能力調整範囲は幅広くなってきているが、上述した油返送の最低流量の関係や、電子膨張弁を絞りすぎることで低圧が下がり、液バックが発生することで圧縮機(コンプレッサ)を止める制御などで、更に低負荷になった場合の対応が出来ない。
また、冷房時の低負荷時は、電子膨張弁を絞ることで蒸発温度が設定温度より下がり、吹出し温度が必要以上に低くなることによって、結露等の不具合が発生する場合もある。
なお、膨張弁に代えて、キャピラリーチューブを用いる空調用熱交換器も特許文献２等で公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７８６６５号公報
【特許文献２】特開２００１−３１１５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電子膨張弁に変わり、分配器（ディストリビューター）で分岐して、以後の各配管に電磁弁等の制御用電磁弁を設け、必要能力に応じた熱交換器のコイル段数分の冷媒を、より効率が良い流速を維持する熱交換器を提供する。
また、従来のように複数の熱交換機を不要として、１台の熱交換器だけとし、細かく空調を制御できる熱交換器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、入口接続部材から出力ヘッダとの間に冷媒を通過させて熱交換する複数の熱交換主管群を架け渡し、該複数の熱交換主管群は互いに独立して設けられた熱交換器において、前記入口接続部材から前記独立した複数の熱交換主管群へは、それぞれに対応するように分配器からの分配管を接続し、該各分配管には冷媒の通過量を制御可能な制御用電磁弁を設け、該制御用電磁弁は所望の空調状態になるように熱交換器の段数を制御するようにしたことを特徴とする空調機の熱交換器である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の空調機の熱交換器において、前記独立した複数の熱交換主管群は、上下方向に重ねられる状態で配管されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に発明は、前記請求項１又は２に記載の熱交換器の段数を制御する空調機の熱交換器を空気流における上流に配置し、該熱交換主管群の空気流における下流には、１本以上の熱交換主管群を設けるとともに入口接続部材と出口接続部材を設けてそれぞれ独立させ、１群の列の前記熱交換主管群には分配器を接続し、該分配器の冷媒の上流に制御用電磁弁を設けて、より上流の分配器の制御用電磁弁から順に選択して稼働させ、最後は最下流の熱交換器の段数を電磁用制御弁を制御する空調機の熱交換器を稼働させることを特徴とする空調機の熱交換器である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の空調機の熱交換器は、熱交換器内の熱交換主管群(コイル）内での冷媒の流速を所望の流速に確保するために、熱交換器内で空気が接触する面積を可変とすることを基本としたもので、電子膨張弁によるコイル全体の流量調整やキャピラリーチューブとは異なり、熱交換器の伝熱面積をほぼリニアに可変にすることで能力制御を行い、かつ、能力制御範囲を熱交換主管群の１本単位まで細かく小流量まで効率の良い流速範囲で制御が可能となる。
また、装置の観点からしても、空調機全体での能力制御に関しても、従来の空調機ではコイル単位での台数制御で能力調整を行っているものも知られているが、低負荷時に運転コイル台数を減らしていっても、最後の１台ではＯＮ／ＯＦＦ制御に近い動きとなってしまい限度があるが、これに対して、本実施例の熱交換器（コイル)ではコイル台数を細かく分割することなく、熱交換主管単位で制御するので、比例制御に近いリニアな能力制御が可能となり、低負荷時での対応が可能となるとともに、コイル台数が少なくなることによる、コスト低減も期待できる。
【０００９】
このように、分配器(デストリビューター)と電磁弁を使用することで、高価な電子膨張弁が不要となり、上述したように、従来この種の空調機で複数の熱交換器を設けていたが、１台の熱交換器(コイル)１で制御できるので複数の熱交換器（コイル)が不要となり、台数制御も不要となり、複数台製作していたコイルが１台で済むのでコスト低減が図れる。
また、細い熱交換主管群の数本、或いは１本を稼働させるので、冷房低負荷時の蒸発温度低下が防げ、低吹出し温度による結露の危険性が減少する。同時に、低負荷時でも管内流速が維持され易く、圧縮機７に油戻りが容易になり、圧縮機７が円滑に稼働することができる。
さらに、冷媒循環量の少ない低負荷時に、熱交換器の上部と下部のヘッドの一部だけに冷媒が流れるので、熱交換器の上部と下部のヘッド差から、熱交換器下部に液冷媒がたまったまま流れない（冷媒寝込み）状態になりにくく、封入冷媒の充填量を削減できる。
また、入口湿度が高い場合には、熱交換主管が通常の稼働状態に維持されるので、低負荷時でも除湿量が確保され易い。
以上説明したように、能力制御幅を大きくすることが出来、制御のリニア性がアップする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１の空調機の熱交換器の全体の概略図、
【図２】図１の熱交換器を側面からみた概略図、
【図３】実施例２の空調機の熱交換器の全体の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の空調機の熱交換器は、熱交換器内の熱交換主管(コイル）内での冷媒の流速を所望の流速に確保することを目的としたもので、そのため空気が接触する面積を可変とすることを基礎としたものであり、本発明の実施例を図面に沿って説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の熱交換器１の全体の概略を図１、図２で説明するが、蒸発器１である熱交換器１(コイル)は、多数の熱交換主管群２で構成され、この熱交換主管群２はほぼ水平方向に複数の入口接続部材３から単一の出力ヘッダ４との間に設けられ、この１群の熱交換主管群２が多段状に架け渡され、この管内には冷媒Ｂを通過させ、空調対象の空気Ａを蒸発器（蒸発器)１によって熱交換して冷房をしている。また、熱交換主管群２は水平方向に３往復の列にしているが、適宜に１列や１往復でも、それ以上の４往復以上にしてもよい。そして、図２に示すように、熱交換器１の排出側は多段の出口４１１を出力ヘッダ４で合流して、図１に示すように、流路管４４を介して圧縮機(コンプレッサー)７に供給し、流路管７１により凝縮器（熱交換器）６で熱交換した後に列数用分配器９から分配器５から熱交換主管群２に循環させている。
この熱交換主管群２は流入する冷媒Ｂが、独立して流量が制御可能なように冷媒開閉機構である制御用電磁弁８が設けられるが、複数の入口接続部材３はそれぞれの熱交換主管群２に対応してそれぞれに(第１)入口３１１が設けられ、他方の熱交換器(６)である凝縮器６からの高温高圧の液体の冷媒Ｂが分配器(ディストリビューター)５及び分配管５１１によって、前記の熱交換主管群２の対応本数に分配される。
この凝縮器６は圧縮機(コンプレッサー)７によって、圧縮された冷媒Ｂを液化し、冷媒Ｂは前述した熱交換器１(コイル)の出口ヘッド４から気化されて冷媒配管４４から排出され、前述の圧縮機(コンプレッサー)７に供給される。
【００１３】
本発明の実施例１の特徴の１つは、分配器(デストリビューター)５と各熱交換主管群２の(第１)入口３１１との間の分配管５１１には、冷媒開閉機構である制御用電磁弁８が介在されている。
そして、この場合も負荷が大きな場合は、全部の制御用電磁弁８を開き、低負荷に移行した場合は、徐々に多段の制御用電磁弁８の適宜の数の弁を閉めるように制御する。こうすることで、閉めた制御用電磁弁８には冷媒Ｂの流れは無いので、それだけ空気Ａに接触する面積は小さくなるが、開口している熱交換主管群２だけが冷房に関与し、その熱交換主管群２だけは、所望の流速は確保できる。このため、冷房低負荷時での圧縮機７に油戻りが容易になり等の作用が確保できる。
【００１４】
ここで、冷媒Ｂの循環系を説明すると、圧縮機７で圧縮され高温高圧の冷媒Ｂが流路管７１によって凝縮器６(熱交換器)に導入され、この凝縮器６で冷やされ液化冷媒となって、凝縮器６から配管６１によって分配器５に送られ、比較的大径の流路管６１の冷媒Ｂを比較的細径の分配管５１１によって分配されるが、この大径の配管６１中の低温高圧の冷媒Ｂが細径の分配管５１１に解放排出されるので、細径の分配管５１１は従来の膨張弁やキャピラリーチューブの機能を有し、更に低温低圧の冷媒Ｂになり蒸発器（熱交換器）１に導入され、この蒸発器（熱交換器)１では導入される空気Ａを所望の空調状態になるようにする。
【００１５】
したがって、本発明の実施例の空調機の熱交換器は、電子膨張弁によるコイル全体の流量調整やキャピラリーチューブとは異なり、熱交換器の伝熱面積をほぼリニアに可変にすることで能力制御を行い、かつ、能力制御範囲を熱交換主管群(２)の１本単位まで細かく小流量まで効率の良い流速範囲で制御が可能となる。
また、装置の観点からしても、空調機全体での能力制御に関しても、従来の空調機ではコイル単位での台数制御で能力調整を行っているものも知られているが、低負荷時に運転コイル台数を減らしていっても、最後の１台ではＯＮ／ＯＦＦ制御に近い動きとなってしまい限度があるが、これに対して、本実施例の熱交換器（コイル)ではコイル台数を細かく分割することなく、熱交換主管２単位で制御するので、比例制御に近いリニアな能力制御が可能となり、低負荷時での対応が可能となるとともに、コイル台数が少なくなることによる、コスト低減も期待できる。
【００１６】
このように、分配器(ディストリビューター)５と電磁弁８を使用することで、高価な電子膨張弁が不要となり、上述したように、１台の熱交換器(コイル)１で制御できるので複数の熱交換器（コイル)ですみ、台数制御が不要となり、複数台製作していたコイルが１台で済みのでコスト低減が図れる。
また、細い熱交換主管群２の数本、或いは１本を稼働させるので、冷房低負荷時の蒸発温度低下が防げ、低吹出し温度による結露の危険性が減少する。同時に、低負荷時でも管内流速が維持され易く、圧縮機７に油戻りが容易になり、圧縮機７が円滑に稼働することができる。
さらに、冷媒循環量の少ない低負荷時に、熱交換器の上部と下部のヘッドの一部だけが冷媒が流れるので、熱交換器の上部と下部のヘッド差から、熱交換器下部に液冷媒がたまったまま流れない（冷媒寝込み）状態になりにくく、封入冷媒の充填量を削減できる。
また、入口湿度が高い場合には、熱交換主管群２が通常の稼働状態に維持されるので、低負荷時でも除湿量が確保され易い。
以上説明したように、能力制御幅を大きくすることが出来、制御のリニア性がアップする。
【実施例２】
【００１７】
次に、実施例２を図３に基づいて説明する。なお、図３の出力ヘッダ及び出力ヘッダは図２と同様なものである。
実施例２は、実施例１のの熱交換器の段数を制御する空調機の熱交換器を空気流における上流に配置し、該熱交換主管群の空気流における下流には、１及び１以上の熱交換主管群を設け、入口接続部材と出口接続部材を設けてそれぞれ独立させ、１群の列の前記熱交換主管群には分配器を接続し、該分配器の冷媒の上流に制御用電磁弁を設けて、より上流の分配器の制御用電磁弁から順に選択して稼働させ、最後は最下流の熱交換器の段数を電磁用制御弁を制御する空調機の熱交換器を稼働させたもので、実施例１の熱交換器１の段数を制御する空調機の熱交換器を用いて、熱交換器内の熱交換主管群(コイル）内での空気が接触する面積を大幅に拡大して可変とする範囲を拡げたものである。
図３に示すように、熱交換器１の上流の１往復分の熱交換主管群２１については、実施例１のように第１分配器(デストリビューター)５１が分配管５１１及び第１制御用電磁弁８１を接続した構成であり、分配管５１１の下流は上下方向に多段に設けられた熱交換主管群２１の複数の第１入力接続部材３１の複数の第１入口３１１に接続し、各分配管５１１での複数の第１制御用電磁弁８１の開口している第１分配管５１１から熱交換主管群２１を通じて、冷媒Ｂは第１出力ヘッダ４１の第１出口４１１から排出される。勿論、熱交換主管群２１、２２、２３は説明上１往復としているが、熱交換主管群２は１往復だけでなく適宜の往復数或いは列数の熱交換主管群２でよい。
【００１８】
また、１群の列の第１熱交換主管群２１より空調する空気Ａの下流には１往復分の熱交換主管群２２には第２分配器(デストリビューター)５２、更に、下流には１往復分の熱交換主管群２３には第２分配第３分配器(デストリビューター)５３が配置され、第２分配器(ディストリビューター)５２、第３分配器(ディストリビューター)５３の冷媒Ｂの流れの上流には、それぞれ分配器の上流に制御用電磁弁(冷媒開閉機構)８２、８３が設けられている。
また、これらの第１分配器５１、第２分配器５２、第３分配器５３は、列数用分配器９及び分配管９１によって分配されている。
【００１９】
ここで、上流の第２分配器５２の第２分配管５２１は１群の列の複数の第２入力接続部材３２の第２入口３２１に連結管３４で接続し、冷媒Ｂは第２入口３２１から第２熱交換主管群２２に導入され、１群の列の複数の第２出口接続部材４２の第２出口４２１を１群の列の複数の第１入力接続部材３１の第１入口３１１に連結管３４で接続し、第２出口４２１から排出される冷媒Ｂを、１群の列の複数の第１入力接続部材３１の第１入口３１１から再び入力するようにしている。
同様に、更に上流の第３分配器５３の第３分配管５３１は１群の列の複数の第３入力接続部材３３の第３入口３３１に接続し、冷媒Ｂは第３入口３３１から第３熱交換主管群２３に導入され、１群の列の複数の第３出口接続部材４３の第３出口４３１を１群の列の複数の第２入力接続部材３２の第２入口３２１に接続し、出口４３１から排出される冷媒Ｂを、１群の列の複数の第２入力接続部材３２の第２入口３２１から再び入力するようにしている。
また、冷房循環サイクルは実施例１と同じで、出力ヘッダ４（第１出口接続部材４１)の全ての第１出口４１１を合流して、流路管６１を圧縮機(コンプレッサー)７から凝縮器（熱交換器）６、列数用分配器９、各分配器５１，５２，５３を選択して、再び蒸発器(熱交換器）１に戻る。
【００２０】
ここで、図３の実施例２の作動を説明すると、大きな冷房能力が求められる場合は、第３制御用電磁弁８３を開口し、他の(第１)制御用電磁弁(冷媒開閉機構)８１、第２制御用電磁弁８２は閉ざしておく、こうすることで冷媒Ｂは第３分配器５３から、最下流の第３熱交換主管群２３の第１入口３１１から第２熱交換主管群２２及び第１熱交換主管群２１を流れて、複数の第１出口４１１を合流した第１出力ヘッダ４１から流路管４４を介して圧縮機(コンプレッサー)７に供給される。このように、熱交換器１内の全ての熱交換主管群(コイル)に冷媒Ｂが流れるため、冷房能力は最大とすることができる。
【００２１】
次に、中程度の冷房能力を得るためには、複数の第１制御用電磁弁８１と第３制御用電磁弁８３を閉じ、第２制御用電磁弁８２だけを開口しておく。この場合は第３熱交換主管群２３には冷媒Ｂの流れは無いので、それだけ空気に接触する面積は小さくなるが、第１熱交換主管群２１、第２熱交換主管群２２での所望の流速は確保できる。
最後に、低負荷時の場合は、第２制御用電磁弁８２と第３制御用電磁弁８３を閉じ、複数の第１制御用電磁弁８１の適宜の数の弁だけを開口しておく。この場合も低負荷時でも比較的負荷が多い時は、全部の第１制御用電磁弁８１を開き、更に低負荷に移行した場合は、徐々に第１制御用電磁弁８１の適宜の数の弁を閉めるように制御する。
したがって、第２熱交換主管群２２、第３熱交換主管群２３、及び、閉めた第１制御用電磁弁８１には冷媒Ｂの流れは無いので、それだけ空気Ａに接触する面積は小さくなるが、開口している第１熱交換主管群２１だけが冷房に関与し、その熱交換主管群２１だけは、所望の流速は確保できる。このため、冷房低負荷時での圧縮機７に油戻りが容易になり等の作用が確保できる。
【００２２】
本実施例２によれば、実施例１の作用・効果に加えて、更に、広範囲の冷房能力がえられる。勿論、実施例２では、３分割した熱交換主管群２１、２２，２３としたが、２分割でも３分割以上にして、対応する分配器を設けるようにしてもよい。
なお、本発明は、熱交換器を使用する冷凍機等にも適用できる。また、本発明の特徴を損うものでなければ、上記の各実施例に限定されるものでないことは勿論である。
【符号の説明】
【００２３】
Ａ・・空気、Ｂ・・冷媒
１・・蒸発器（熱交換器）、
２・・熱交換主管群、２１・・第１熱交換主管群、
２２・・第２熱交換主管群、２３・・第３熱交換主管群
３・・入口接続部材、３１１・・(第１)入口、
３１・・第１入口接続部材、
３２・・第２入口接続部材、３２１・・第２入口、
３３・・第３入口接続部材、３３１・・第３入口、
３４・・連結管、
４・・出力ヘッダ、４１・・（第１)出口接続部材、
４２・・第２出口接続部材、４２１・・第２出口、
４３・・第３出口接続部材、４３１・・第３出口、
４４・・流路管、
５、５１・・(第１)分配器(ディストリビューター)、５１１・・(第１)分配管、
５２・・第２分配器、５２１・・第２分配管、
５３・・第３分配器、５３１・・第３分配管、
６・・凝縮器（熱交換器）、６１・・流路管、
７・・圧縮機(コンプレッサー)、７１・・流路管
８、８１・・(第１)制御用電磁弁(冷媒開閉機構)、
８２・・第２制御用電磁弁、８３・・第３制御用電磁弁、
９・・列数用分配器、９１・・分配管
【図１】
2015175532.tif 000003
【図２】
2015175532.tif 000004
【図３】
2015175532.tif 000005