(57)【要約】【課題】  バイパス路やバイパスダンパが不必要で、簡単な構成で必要な空調と、コイル出口水温を所定の温度になるよう制御する空調機の熱交換器を提供する。【解決手段】  入口ヘッダと出口ヘッダとの間に熱媒を通過させて熱交換する複数の通水主管を架け渡した熱交換器において、熱媒を通過させる通水主管と熱媒を遮断する通水主管とを選別する通水主管制御機構を設け、該通水主管制御機構により通水する通水主管を選別して必要とする空調状態に制御する空調機の熱交換器。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ヘッダと出口ヘッダとの間に熱媒を通過させて熱交換する複数の通水主管を架け渡した熱交換器において、
熱媒を通過させる通水主管と熱媒を遮断する通水主管とを選別する通水主管制御機構を設け、
該通水主管制御機構により通水する通水主管を選別して必要とする空調状態に制御することを特徴とする空調機の熱交換器。
【請求項２】
前記通水主管制御機構は、前記入口ヘッダ又は出口ヘッダは上下方向の管体とし、前記複数の通水主管は前記入口ヘッダ又は出口ヘッダの内壁の開口が上下方向に配列され、前記管体の内壁には熱媒の進入を許容或いは阻止するピストンが設けられ、該ピストンは上下に可動する制御装置によって上下動す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】
前記ピストンの所定位置には貫通する雌ねじが設けられるとともに、前記管内の上下方向に設けられた前記雌ねじに対応する雄ねじの軸が設けられ、該雄ねじが回動することにより、前記ピストンが前記管内を上下動することを特徴とする請求項２に記載の空調機の熱交換器。
【請求項４】
前記雌ねじは前記ピストンの中央に設けられるとともに、ピストンの平面のピストン回り止めの為の貫通孔を設け、該貫通孔を貫通するシャフトを該管内の上下方向に固定して設け、前記ピストンが前記管内を上下動することを特徴とする請求項３に記載の空調機の熱交換器。
【請求項５】
前記雌ねじは前記ピストンの中央から離れた偏芯した位置に設け、ピストンが回動を阻止するようにして、前記ピストンが前記管内を上下動することを特徴とする請求項３に記載の空調機の熱交換器。
【請求項６】
前記通水主管制御機構が、前記入口ヘッダ又は出口ヘッダと前記複数の通水主管との間に制御弁を配置して、通水する通水主管を選別制御す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７】
前記通水主管制御機構が、前記入口ヘッダ又は出口ヘッダにロータリシャッターを用いて通水する通水主管を選別制御す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。
【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】
従来より、地域熱供給事業者から熱供給を受ける需要家では、熱供給事業者への熱媒温度差を確保するために、ブリードイン方式を採用する場合がある。このブリードイン方式では、需用者が利用した後の熱媒の一部を、送られてきた熱媒と混合弁などで混合して、熱媒温度を確保する方式であるにも関わらず、外気条件や需要家の空調制御システムによっては、還水温度が設計値よりも低下することが知られている。また、個別熱源システムの場合でも同じことが知られている。
【０００３】
熱媒温度差が確保できない状況は、需要家の要求水量が多く、他の需要家への熱供給不足を招く可能性がある。また、ポンプ搬送動力と冷凍機運転台数増加により消費エネルギーが増大する。
このため、特許文献１に開示されているような空調システムを提案されている。この技術は、ファンコイル装置Ａの熱交換器に冷温水を循環供給するとともに、この熱交換器に外気及び室内空気を通過させることにより冷温水と空気とを熱交換させ、熱交換器に接続した還水配管の冷温水温度を検出し、この冷温水温度が所定温度となるように熱交換器を通過させる冷温水の量を増減制御し、一方、熱交換器を迂回するバイパス路を設けて、このバイパス路には熱交換器を迂回する空気量を可変にするバイパス風量可変ダンパを配置し、検出器により、空調空間内の温度、空調空間への給気温度などの当該空調システムの制御対象量を検出し、その検出値に応じて、バイパス風量可変ダンパを制御して、熱交換器を通過した空気が所望温度となるようにしており、結果、バイパス路を通過する空気量と熱交換器を通過する空気量との比率を制御することになる。
【０００４】
また、熱交換器（コイル）の返り水温が所定の温度になるよう、水量コントロールを行った場合、熱交換器の出口空気温度が成り行きとなり、空調機の温度制御に不都合が生じたり、また、低負荷時には制御しきれない場合があり、水温差が確保できない状態が発生するので、本出願人らは特許文献２に開示されるいるように、熱交換器のコイル出口空気温度制御の対応手段として、熱交換器であるコイルにバイパス路を設け、コイル通過風量とバイパス風量を混合制御することによって、コイル出口空気温度を一定にし、水量制御によってコイル出口水温を所定の温度になるよう制御するバイパスダンパ方式の空調システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２５３１６号公報
【特許文献２】特開２００７−１７１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記先行技術の空調機の熱交換器のコイル出口水温を制御した場合でも、低負荷時にコイル出口温度が所定の温度にならず、水温差が確保出来ない場合があるといった問題点があった。
また、熱交換器のコイル面積の他にバイパス用ダンパの面積が必要となり、空調機としての寸法が、通常に比べ大きくなるといった問題点があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、バイパス路やバイパスダンパが必要なく、簡単な構成で必要な空調と、コイル出口水温を所定の温度になるよう制御することができる空調機の熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、入口ヘッダと出口ヘッダとの間に熱媒を通過させて熱交換する複数の通水主管を架け渡した熱交換器において、熱媒を通過させる通水主管と熱媒を遮断する通水主管とを選別する通水主管制御機構を設け、該通水主管制御機構により通水する通水主管を選別して必要とする空調状態に制御する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、前記通水主管制御機構が、請求項１に記載の空調機の熱交換器において、前記入口ヘッダ又は出口ヘッダは上下方向の管体とし、前記複数の通水主管は前記入口ヘッダ又は出口ヘッダの内壁の開口が上下方向に配列され、前記管体の内壁には熱媒の進入を許容或いは阻止するピストンが設けられ、該ピストンは上下に可動する制御装置によって上下動することを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２に記載の空調機の熱交換器において、前記ピストンの所定位置には貫通する雌ねじが設けられるとともに、前記管内の上下方向に設けられた前記雌ねじに対応する雄ねじの軸が設けられ、該雄ねじが回動することにより、前記ピストンが前記管内を上下動することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載の空調機の熱交換器において、前記雌ねじは前記ピストンの中央に設けられるとともに、ピストンの平面のピストン回り止めの為の貫通孔を設け、該貫通孔を貫通するシャフトを該管内の上下方向に固定して設け、前記ピストンが前記管内を上下動することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項３に記載の空調機の熱交換器において、前記雌ねじは前記ピストンの中央から離れた偏芯した位置に設け、ピストンが回動を阻止するようにして、前記ピストンが前記管内を上下動することを特徴とする。
【０００９】
請求項６の発明は、請求項１に記載の空調機の熱交換器において、前記通水主管制御機構が、前記入口ヘッダ又は出口ヘッダと前記複数の通水主管との間に制御弁を配置して、通水する通水主管を選別制御することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１に記載の空調機の熱交換器において、前記通水主管制御機構が、前記入口ヘッダ又は出口ヘッダにロータリシャッターを用いて通水する通水主管を選別制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の空調機の熱交換器によれば、下記のような利点がある。
（１）コイル出口水温を所定の温度になるよう制御する空調機において、バイパス路やバイパスダンパが必要なく、空調機のサイズも小さくすることができる。
(２)従来のバイパスダンパ方式に比べ、通過風速、管内水速ともに最適な領域での使用となり、高いコイル効率で運用できる。
（３）低負荷時でも管内水速が維持され易く、コイル通水中の不純物付着によるコイル腐食防止効果が期待できる。
（４）入口湿度が高い場合には、低負荷時でも除湿量が確保され易い。さらにバイパスダンパ方式に比べ、機内結露が発生しにくい。
（５）通水段数制御機構自体は、コイル出口水温を所定の温度になるよう制御するシステムとして使用しない場合でも、電動二方弁の代わりに水量制御機能を有することができる。
特に、請求項２乃至５の空調機の熱交換器によれば、通水主管制御機構として、ピストン機構を用いたので、確実に通水主管の通水又は遮断を制御することができる。また、請求項６乃至７の空調機の熱交換器によれば、通水主管制御機構として、各通水主管に制御弁、或いは、ロータリシャッターを用いたので、バイパスさせる通水主管を任意に設定でき、空気の温度斑を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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の入口ヘッダの下部の斜視図、
【図３】図１の入口ヘッダの上部の断面図、
【図４】図１の実施例１の通水主管制御機構のピストンの上方からの平面図、
【図５】実施例１の熱交換器を空調機に使用した場合のブロック図、
【図６】実施例２の通水主管制御機構のピストンの上方からの平面図、
【図７】実施例３の電磁制御弁を用いた通水主管制御機構の全体の概略図、
【図８】実施例４のロータリシャッターを用いた通水主管制御機構の部分斜視図、
【図９】実施例５の熱交換器を空調機に使用した場合のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の空調機の熱交換器の実施例を図面に沿って説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の熱交換器１の全体の概略を図１で説明するが、熱交換器１(コイル)は、上下方向に延びる管状の入口ヘッダ２と、同様に上下方向に延びる管状の出口ヘッダ３とが対向して設けられ、この対応する入口ヘッダ２と出口ヘッダ３と間には、熱媒を通過させて熱交換する複数の通水主管４が上下方向に複数段架け渡されている。
この複数の熱交換の為の通水主管４は、入口ヘッダ２の接続部２１と出口ヘッダ３の接続部３１を介して接続され、出口ヘッダ３は上端部３５１との下端部３５２で密封され、下端部近傍には出口部３３が設けられ、通水主管４自体は熱交換効率を向上させるため為に放熱フィン４２が設けられている。
ここで、図２、図３、図４に沿って、本発明の特徴で１つである通水主管制御機構５を説明するが、この通水主管制御機構５は、熱媒を通過させる通水主管４と、熱媒を遮断する通水主管４とを選別するもので、通水主管４の数を制御するものである。
【００１４】
図２において、入口ヘッダ２の下端側２２は、熱媒である冷水又は温水が供給される入口部２３が設けられ、前記複数の通水主管４の入口側開口４１が入口ヘッダ２の内壁２４に上下方向に配列され、入口ヘッダ２の内壁２４には液密で上下動するピストン５１が配置されている。このピストン５１が上下動することによって熱媒の進入を許容或いは阻止するが、図２では、下側の３本の通水主管４は熱媒に対して入口側開口４１が開口し、それより上側は熱媒の進入を遮断した状態にある。
図３、図４に示すように、ピストン５１は外側にはゴム製のＯリング５２が嵌められて液密に維持されており、ピストン５１の中央部に貫通する雌ねじを設けた雌ねじ部材５３が固定ボルト５３１によって固着され、入口ヘッダ２の管内２５の上下方向に設けられた雌ねじ部材５３に対応する雄ねじのネジ軸５４が設けられ、ピストン５１の平面部５１１にピストン回り止めの為の貫通孔５５を設け、貫通孔５５を貫通する固定シャフト５６を管内２５の上端部２５１と下端部２５２に固定して設けられている。
したがって、雄ねじのネジ軸５４が回動することにより、ピストン５１が回動しないので、雌ねじ部材５３及びピストン５１が管内２５を上下動することになる。このネジ軸５４の回転は、入口ヘッダ２の上端２５１の上面にある制御されるモータ５７により駆動されている。
【００１５】
ここで、図５に沿って、上記実施例１の熱交換器１の使用状態を空調機６で説明する。
空調機６においては、外気ＯＡと還気ＲＡを取り入れ、フィルター６１を通過した空気が、実施例１の熱交換器１に導入される。この熱交換器１で空調された空気はファン６２によって可変風量制御装置(ＶＡＶ)６３に送られ、可変風量制御装置(ＶＡＶ)６３では居室７の室温センサー(Ｔ３)１４によって風量を制御して室温を適正し、この空気を居室７に送風して給気ＳＡする。
ここで、熱交換器１は、排出側配管２６には熱交換器(コイル)１の出口水温センサー(Ｔ１)１１が配置され、この出口水温センサー(Ｔ１)１１の検出値により電動二方弁１２を制御して熱交換器１の入力の水量を制御し、更に、熱交換器１の下流にも温度センサー(Ｔ２)１３が配置され、この温度センサー(Ｔ２)１３の検出値によりモータ５７の回転量を制御する。
【００１６】
このような構成であるので、（Ａ）入口ヘッダ２の通水段数制御機構５を制御することで、熱媒が遮断されている通水主管４は熱交換器１の通風してバイパス機能を有する。
したがって、図１で通水主管４に熱媒である冷暖房水が導入されいるグレーのエリヤが冷暖房エリヤであり、通水主管４に冷暖房水が遮断されている無色エリヤがバイパスエリヤである。
このように、出口温度センサー１３の検出温度は、熱媒を遮断する通水主管を増減することで、所定の温度に調整することができる。
一方で、(Ａ)入口水温センサー(Ｔ０)１５と出口水温センサー(Ｔ１)１１との温度差が大きい場合は、電動二方弁(ＭＶ)１２を開くことで通水量を増やし、出口水温センサー１１の温度を求められる所定の温度まで下げる。逆に、入口水温センサー(Ｔ０)１５と出口水温センサー(Ｔ１)１１との温度差が小さい場合には、通水する通水主管４の本数を減らして、１本当たりの通水量はそのままで所定の温度にする。
このように、熱媒である冷暖房水が遮断されている通水主管４は、前掲の特許文献２におけるダンパとバイパス路と同等の機能を有することになる。
【００１７】
この通水段数制御機構により、コイルのバイパス風量を制御するが、制御可能範囲を超える場合には、例えば設計条件を超える熱負荷により、必要水量が過大になる場合には、(Ｂ)優先的に出口水温が所定の温度になるよう電動二方弁(ＭＶ)１２を制御することができる。
通常は(Ｂ)が優先で作動させるが、適当に(Ａ)と(Ｂ)とを組合わせて作動させてもよい。
もっとも、本実施例では、入口ヘッダ内に制御機構を設ける実施例を説明したが、出口ヘッダに、通水段数制御機構を設けてもよく、要は、入口ヘッダ２と出口ヘッダ３とに掛け渡された、複数の通水主管４内の通水する管の本数を制御できればよい。
なお、図１において、ピストン５１と上端部２５１とは閉鎖されているので、上位の通水主管４に出口ヘッダ３から熱媒の水が進入することは実質的になく、必要であれば、出口ヘッダ３の開口３１１に逆止弁等を設ければよい。
【００１８】
本実施例の空調機の熱交換器によれば、（１）コイル出口水温を所定の温度になるよう制御する空調機において、バイパス路やバイパスダンパが必要なく、空調機のサイズも小さくすることができる。(２)従来のバイパスダンパ方式に比べ、通過風速、管内水速ともに最適な領域での使用となり、高いコイル効率で運用できる。（３）低負荷時でも管内水速が維持され易く、コイル通水中の不純物付着によるコイル腐食防止効果が期待できる。（４）入口湿度が高い場合には、低負荷時でも除湿量が確保され易い。さらにバイパスダンパ方式に比べ、機内結露が発生しにくいといった作用・効果が得られる。
【実施例２】
【００１９】
実施例１の通水主管制御機構５のピストン５１の構成では、ピストン５１の回動を阻止するために、ピストン５１の平面部５１１に貫通孔５５を設けて、この貫通孔５５に固定シャフト５６を貫通させているが、実施例２のピストン５９の雌ねじ部材５３は、図６に示すように、ピストン５１の平面部５１１の中央ではなく、中央から離れた偏芯した位置に設けたものであり、他の構成は実施例１と同じである。
このように構成することで、ネジ軸５４が回転してもピストン５９は入口ヘッダ２の内壁２４で回動を阻止され、結果として、ピストン５９が管内２５を上下動する。この構成では、実施例１に比較して、実施例１での貫通孔５５や固定シャフト５６を設ける必要がない。
【００２０】
更に、通水主管制御機構５のピストン５１の回動阻止構造としては、実施例１や実施例２の他に、入口ヘッダ２の内壁２５に上下方向に凸部を設け、対向するピストン５１には切欠部を設けてもよく、逆に、内壁２５に上下方向に凹部の切欠を設け、対向するピストン５１には凸部を設けてもよい。また、入口ヘッダ２の内壁２５にねじを設け、段数制御を行う仕切り板外部にもねじを有し、仕切り板をねじ部に沿ってヘッダ内を移動することが出来る構造でもよい。
【実施例３】
【００２１】
実施例１や実施例２のピストン５１,５９を用いた通水主管制御機構５と同等の構成としては、通水主管４の各入口側開口４１に電磁制御弁８１等の制御弁を設置する構造でもよく、これを実施例３として図７に沿って説明する。
図７の実施例３は、通水主管制御機構５のピストン５１,５９以外の構成は同じなので説明は省略するが、ピストン構造の代わりに各通水主管４の入口側開口４１と入口ヘッダ２の接続部２１及び開口２１１との間に電磁制御弁８１等の制御弁を介在させ、これら複数の電磁制御弁８１を中央制御盤(図示せず)からの指令により開閉する構成である。
この電磁制御弁８１を用いた通水主管制御機構５では、通水する通水主管４、通水しない通水主管４を任意に選択することができ、バイパス箇所も任意に設定できるので空気の温度斑を解消できる。
勿論、電磁制御弁８１の配置は、入口ヘッダ２の開口２１１と通水主管４の入口側開口４１との間に電磁制御弁８１等の制御弁を介在させているが、図７の構成にも、図１での出口ヘッダ３の接続部３１及び開口３１１とに相当する構成を設け、通水主管４の出口側開口４３との間に電磁制御弁８１等の制御弁を介在させてもよい。
【実施例４】
【００２２】
更に、通水主管制御機構５の他の実施例４の入口ヘッダ２の図８に沿って説明する。
図８の実施例４の通水主管制御機構５は、ピストン５１,５９や電磁制御弁８１以外の構成は同じなので説明は省略するが、これらの代わりに、円筒型のロータリシャッター８２を用いて、各通水主管４の入口側開口４１と入口ヘッダ２の開口２１１を接続を開閉させる構造である。
図８に示すように、円筒状の入口ヘッダ２の内壁に、回動軸８２２によって回動可能な断面円形の中空内筒８２３のロータリシャッター８２を配置し、この筒型のロータリシャッター８２は図８(点線部)に示すように、回転方向に異なる長さの長孔８２１が、接続部２１の開口２１１に接するようにスライドしながら回転する。
したがって、ロータリシャッター８２の回動軸８２２の回動度合いを制御すれば、長孔８２１と開口２１１が合致した場合は開通して通水主管４は通水し、合致しない場合には通水主管４は通水しないので、実施例１乃至３と同等の作用・効果が得られる。
また、長孔８２１を任意に設計することにより、通水主管４のバイパス箇所も任意に設定でできるので空気の温度斑を解消できる。
勿論、ロータリシャッター８２の配置は、出口ヘッダ３の側に配置してもよい。
【実施例５】
【００２３】
上記実施例１乃至実施例３の熱交換器１の他の使用状態を空調機６を図９で説明する。
実施例１の図６の構成と異なるのは、出口ヘッダ３から排出側配管２６には熱交換器(コイル)の出口水温センサー(Ｔ４)１６が配置され、この出口水温センサー(Ｔ４)１６の温度を検出し、出口水温センサー(Ｔ４)１６の水温が所定の温度になるように、変速機構５７１を介してモータ５７の回転量を制御する。
このような構成であるので、入口ヘッダ２の通水段数制御機構５を制御することで、熱媒が遮断されている通水主管４は熱交換器１の通風してバイパス機能を有するが、コイル出口水温（Ｔ４)１６が所定の温度になるよう、コイルヘッダ部の通水段数制御機構（通水段数）を制御する。
ただし、この構成では、コイル出口空気温度は、段数制御のパス数に応じたバイパス風量とのミキシングにとなり、成り行きの温度で、所定の吹き出し温度とはならないので、室内負荷制御は、ＶＡＶ制御を別系統で行うことになる。
この実施例１のコイル出口水温を所定の温度になるよう制御して使用状態しない場合には、通水段数制御機構５自体は、電動二方弁の代わりに水量制御機能を有することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、熱交換器を使用する冷凍機等にも適用できる。なお、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】
【００２５】
１・・熱交換器、１１・・出口水温センサー(Ｔ１)、
１２・・電動二方弁(ＭＶ)、１３・・温度センサー(Ｔ２)、
１４・・室温センサー(Ｔ３)、１５・・入口水温センサー(Ｔ０)、
１６・・出口水温センサー(Ｔ４)
２・・入口ヘッダ、２１・・接続部、２１１・・開口、２２・・下端側、
２３・・入口部、
２４・・内壁、２５・・管内、２５１・・上端部、２５２・・下端部、
２６・・排出側配管、
３・・出口ヘッダ、３１・・接続部、３１１・・開口、３３・・出口部、
３５１・・上端部、３５２・・下端部、
４・・通水主管、４１・・入口側開口、４２・・放熱フィン、
４３・・出口側開口、
５・・通水主管制御機構、５１・・ピストン、５１１・・平面部、
５２・・Ｏリング、５３・・雌ねじ部材、５３１・・固定ボルト、
５４・・ネジ軸、５５・・貫通孔、５６・・固定シャフト、
５７・・モータ、５７１・・変速機構、５９・・ピストン
６・・空調機、６１・・フィルター、６２・・ファン、
６３・・可変風量制御装置(ＶＡＶ)、
７・・居室
８１・・電磁制御弁、８２・・ロータリシャッター、８２１・・長孔、
８２２・・回動軸、８２３・・中空内筒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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