(57)【要約】【課題】除霜時間を極力短縮でき、また、除霜時に使用されるエネルギーを極力少なくすることができる熱交換器を提供すること。【解決手段】大気側熱交換器１５の冷媒配管３７は、下部に配設された下段部４１と、この下段部４１の上方に上下に配設された上段部４２と中間段部４３とに分割されている。そして、減圧器１３にて適当に減圧された冷媒は、最初に大気側熱交換器１５の下部の冷媒入口４７から下段部４１に流入し、風下側列４５、折曲部４６及び風上側列４４を順に流れ、このとき、冷媒は放熱して下段部４１における下部の霜を融かす。この下段部４１にて放熱して冷媒出口４８から流出した冷媒は、分流器６０にて分流して冷媒入口５３、５８から上段部４２及び中間段部４３に流入してそれぞれの冷媒配管に流れる。【選択図】図３
2008170028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を存して設けられた複数枚の熱交換フィンと、この熱交換フィンを貫通して水平方向に延びて配設されると共に該熱交換フィンを貫通した外側にＵ字状の折曲部を有して蛇行するように複数段配設された冷媒配管とを備えた熱交換器において、前記冷媒配管が下部の下段部とこの下段部の上方に配設された上段部とに分けて配設され、前記下段部の冷媒入口を介して該下段部の冷媒配管に冷媒を導入した後、前記上段部の冷媒入口を介して該上段部に導入するようにしたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
間隔を存して設けられた複数枚の熱交換フィンと、この熱交換フィンを貫通して水平方向に延びて配設されると共に該熱交換フィンを貫通した外側にＵ字状の折曲部を有して蛇行するように複数段配設された冷媒配管とを備えた熱交換器において、前記冷媒配管が下部の下段部とこの下段部の上方に上下に配設された複数の段部とに分けて配設され、前記下段部の冷媒入口を介して該下段部の冷媒配管に冷媒を導入した後、分流器を介して前記複数の段部の各冷媒入口を介して該複数の段部の冷媒配管に分けて導入するようにしたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
間隔を存して設けられた複数枚の熱交換フィンと、この熱交換フィンを貫通して水平方向に延びて配設されると共に該熱交換フィンを貫通した外側にＵ字状の折曲部を有して蛇行するように複数段配設された冷媒配管とを備えた熱交換器において、冷媒入口か冷媒出口のいずれかを風上側の配管列か風下側の配管列のいずれかに設けられ前記冷媒配管が下部に配設された下段部と、冷媒入口が設けられた風上側の配管列と冷媒出口が設けられた風下側の配管列とを備え前記下段部の上方に前記冷媒配管が配設された上段部とを設け、前記下段部の冷媒入口を介して該下段部の冷媒配管に冷媒を導入した後、該下段部の冷媒出口から出た冷媒を前記上段部の冷媒入口を介して該上段部の冷媒配管に導入するようにしたことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
間隔を存して設けられた複数枚の熱交換フィンと、この熱交換フィンを貫通して水平方向に延びて配設されると共に該熱交換フィンを貫通した外側にＵ字状の折曲部を有して蛇行するように複数段配設された冷媒配管とを備えた熱交換器において、冷媒入口か冷媒出口のいずれかを風上側の配管列か風下側の配管列のいずれかに設けられ前記冷媒配管が下部に配設された下段部と、冷媒入口が設けられた風上側の配管列と冷媒出口が設けられた風下側の配管列とを備え前記下段部の上方に前記冷媒配管が配設された複数の段部とを設け、前記下段部の冷媒入口を介して該下段部の冷媒配管に冷媒を導入した後、該下段部の冷媒出口から出た冷媒を分流器を介して前記複数の段部の各冷媒入口を介して該複数の段部の冷媒配管に分けて導入するようにしたことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、間隔を存して設けられた複数枚の熱交換フィンと、この熱交換フィンを貫通して水平方向に延びて配設されると共に該熱交換フィンを貫通した外側にＵ字状の折曲部を有して蛇行するように複数段配設された冷媒配管とを備えた熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の熱交換器は、特許文献１などに開示された大気側熱交換器（室外側熱交換器）に使用される。そして、この大気側熱交換器によれば、外気の温度が低いため大気側熱交換器に着霜したときには、除霜モードに切り換わる。この除霜モードでは、冷媒が適当に減圧されて大気側熱交換器に供給され、霜は冷媒配管を介して加熱され次第に融ける。
【特許文献１】特開２００１−９１０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そして、熱交換器の冷媒配管の冷媒入口が上部に位置していた場合、前述した除霜モードにおいて、冷媒入口から熱交換器に流入した冷媒が霜と熱交換し、霜が次第に融ける。しかし、熱交換器の上部の霜から次第に早く融け、下部では融けるのが遅れ、霜が形成されている所で霜は融けきらず、熱交換器の熱交換フィン及び冷媒配管の表面を滑り落ち始め、熱交換器の下部に溜まる場合がある。このため、溜まった霜が融けきる、或いは、霜が下方に落下して熱交換器から霜が除去されるまでの時間、即ち除霜時間が長くなったり、除霜時に消費するエネルギーが増加するという問題が発生する。
【０００４】
そこで本発明は、除霜時間を極力短縮でき、また除霜時に使用されるエネルギーを極力少なくすることができる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため第１の発明は、間隔を存して設けられた複数枚の熱交換フィンと、この熱交換フィンを貫通して水平方向に延びて配設されると共に該熱交換フィンを貫通した外側にＵ字状の折曲部を有して蛇行するように複数段配設された冷媒配管とを備えた熱交換器において、前記冷媒配管が下部の下段部とこの下段部の上方に配設された上段部とに分けて配設され、前記下段部の冷媒入口を介して該下段部の冷媒配管に冷媒を導入した後、前記上段部の冷媒入口を介して該上段部に導入するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
第２の発明は、間隔を存して設けられた複数枚の熱交換フィンと、この熱交換フィンを貫通して水平方向に延びて配設されると共に該熱交換フィンを貫通した外側にＵ字状の折曲部を有して蛇行するように複数段配設された冷媒配管とを備えた熱交換器において、前記冷媒配管が下部の下段部とこの下段部の上方に上下に配設された複数の段部とに分けて配設され、前記下段部の冷媒入口を介して該下段部の冷媒配管に冷媒を導入した後、分流器を介して前記複数の段部の各冷媒入口を介して該複数の段部の冷媒配管に分けて導入するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
第３の発明は、間隔を存して設けられた複数枚の熱交換フィンと、この熱交換フィンを貫通して水平方向に延びて配設されると共に該熱交換フィンを貫通した外側にＵ字状の折曲部を有して蛇行するように複数段配設された冷媒配管とを備えた熱交換器において、冷媒入口か冷媒出口のいずれかを風上側の配管列か風下側の配管列のいずれかに設けられ前記冷媒配管が下部に配設された下段部と、冷媒入口が設けられた風上側の配管列と冷媒出口が設けられた風下側の配管列とを備え前記下段部の上方に前記冷媒配管が配設された上段部とを設け、前記下段部の冷媒入口を介して該下段部の冷媒配管に冷媒を導入した後、該下段部の冷媒出口から出た冷媒を前記上段部の冷媒入口を介して該上段部の冷媒配管に導入するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
第４の発明は、間隔を存して設けられた複数枚の熱交換フィンと、この熱交換フィンを貫通して水平方向に延びて配設されると共に該熱交換フィンを貫通した外側にＵ字状の折曲部を有して蛇行するように複数段配設された冷媒配管とを備えた熱交換器において、冷媒入口か冷媒出口のいずれかを風上側の配管列か風下側の配管列のいずれかに設けられ前記冷媒配管が下部に配設された下段部と、冷媒入口が設けられた風上側の配管列と冷媒出口が設けられた風下側の配管列とを備え前記下段部の上方に前記冷媒配管が配設された複数の段部とを設け、前記下段部の冷媒入口を介して該下段部の冷媒配管に冷媒を導入した後、該下段部の冷媒出口から出た冷媒を分流器を介して前記複数の段部の各冷媒入口を介して該複数の段部の冷媒配管に分けて導入するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、除霜時間を極力短縮でき、また、除霜時に使用されるエネルギーを極力少なくすることができる熱交換器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を図面を参照して、以下説明する。図１は本発明に係る熱交換器を配管接続したヒートポンプ給湯機の回路図であり、以下説明する。先ず、ヒートポンプ回路１０、給湯回路２０を主要構成としている。
【００１１】
前記ヒートポンプ回路１０は、二酸化炭素等の冷媒を圧縮する圧縮機１１、該圧縮機１１により圧縮されてホットガスとなった冷媒と給湯水とを熱交換させて当該給湯水を加熱する給湯側熱交換器１２、冷媒を減圧する電動膨張弁等からなる減圧器１３、冷媒と大気とを熱交換させる室外側の熱交換器（以下、「大気側熱交換器」という。）１５を有している。なお、１５ａは大気を大気側熱交換器１５に送風するファンである。
【００１２】
前記給湯回路２０は、湯を貯留する給湯タンク２１、該給湯タンク２１の給湯水を給湯側熱交換器１２を介して循環させる給湯側ポンプ２２、給湯タンク２１に循環する水の量を調整する流量調整器２３等を有している。
【００１３】
以下、大気側熱交換器１５について、図２の風下側から見た概略正面図及び図３の側面図に基づき詳細に説明する。
【００１４】
大気側熱交換器１５は、対向して設けられた左右の側板３３、３４と、左右の側板３、３４の間に間隔を存して設けられた複数枚の熱交換フィン３５・・・（図２では一部省略）と、左右の側板３３、３４の間に熱交換フィン３５・・・を貫通して左右方向に水平に延びて配設され、且つ各側板３３、３４の外側にＵ字状の折曲部３６を有して蛇行するように複数段配設された冷媒配管３７とを備えている。なお、本実施形態では、左右の側板３３、３４を設けるが、必ずしも設ける必要がなく、熱交換フィンでも代用できる。
【００１５】
前記冷媒配管３７は、下部に配設された下段部（下部ブロック）４１と、この下段部４１の上方に上下に配設された上段部（上部ブロック）４２と中間段部（中間部ブロック）４３とに分けて配設されている。なお、本実施形態では、前記冷媒配管３７を下段部４１、上段部４２及び中間段部４３の３つの段部に分けて配設したが、これに限らず、４つ以上の段部や、下段部４１と上段部の２つの段部としてもよい。
【００１６】
前記下段部４１は、上下方向に複数段の（実施形態では２段）の風上側列４４と風下側列４５と、最下段の各冷媒配管３７を接続するＵ字状の折曲部４６とから構成され、冷媒入口４７が風下側列４５の最上段に形成され、冷媒出口４８が風上側列４４の最上段に形成されている。但し、冷媒入口４７が風上側列４４の最上段に形成され、冷媒出口４８が風下側列４５の最上段に形成してもよい。そして、前記冷媒入口４７が冷媒配管４９に接続されている。
【００１７】
また、前記上段部４２は、複数段（実施形態では上下方向に６段）の風上側列５０と、複数段（同じく上下方向に６段）の風下側列５１と、風上側列５０及び風下側列５１の最下段の冷媒配管３７を接続するＵ字状の折曲部５２とから構成されている。そして、冷媒入口５３が風上側列５０の最上段に形成され、冷媒出口５４が風下側列５１の最上段に形成されている。
【００１８】
更に、前記中間段部４３は、上段部４２の下方に配設され、複数段（実施形態では上下方向に８段）の風上側列５５と、複数段（同じく上下方向に８段）の風下側列５６と、風上側列５５及び風下側列５６の最下段の冷媒配管３７を接続するＵ字状の折曲部５７とから構成されている。そして、冷媒入口５８が風上側列５５の最上段に形成され、冷媒出口５９が風下側列５６の最上段に形成されている。
【００１９】
そして、下段部４１の冷媒出口４８が図３にて矢印にて示したように分流器６０に配管接続され、この分流器６０は上段部４２の冷媒入口５３及び中間段部４３の冷媒入口５８に配管接続されている。さらに、上段部４２の冷媒出口５４及び中間段部４３の冷媒出口５９は図示しない合流器を介して図１に示した冷媒配管６１に接続されている。
【００２０】
なお、前記大気側熱交換器１５の下方には、大気側熱交換器１５から滴下した除霜水或いは霜を受けるドレンパン６３が設けられている。
【００２１】
次に、上記構成のヒートポンプ給湯機の動作について説明する。初めに、運転モードとして、給湯水の加熱を行うモード（以下、「給湯水加熱モード」という。）及び給湯水の加熱を行いながら除霜するモード（以下、「除霜モード」という。）に分けて説明する。
【００２２】
先ず、給湯水加熱モードでは、給湯側ポンプ２２、圧縮機１１及びファン１５ａを動作状態にし、減圧器１３は弁開度制御状態とし、冷媒が図１の実線矢印方向に流動する。
【００２３】
即ち、この給湯水加熱モードでは、ヒートポンプ回路１０において、冷媒が圧縮機１１→給湯側熱交換器１２→減圧器１３→大気側熱交換器１５→圧縮機１１と、順次循環するようになる。
【００２４】
一方、給湯回路２０では、給湯側ポンプ２２により給湯水が圧送されて循環する。そして、圧縮機１１で圧縮されて高温高圧のホットガスとなった冷媒は、給湯側熱交換器１２で給湯水を加熱して熱を失い高圧低温の冷媒となり、この冷媒は減圧器１３により減圧されて大気側熱交換器１５で蒸発し、圧縮機１１に戻る。このとき、大気側熱交換器１５が着霜する場合がある。このような場合は除霜モードが適宜運転される。
【００２５】
この除霜モードにおいては、給湯側熱交換器１２からの冷媒が減圧器１３で適当に減圧され、大気側熱交換器１５に供給されるようにする。即ち、給湯水加熱モードに対して、ファン１５ａを停止し、減圧器１３を制御状態とし、減圧器１３を介する冷媒は大気側熱交換器１５を介して循環する。
【００２６】
そして、給湯側熱交換器１２では冷媒は給湯停止のため熱交換せず、当該冷媒は高温高圧のまま減圧器１３で減圧され、低圧中温ガス冷媒となり、その熱で大気側熱交換器１５が暖められて除霜される。
【００２７】
このため、大気側熱交換器１５の除霜を行うことが可能になり、除霜運転を行うことができるようになる。
【００２８】
以下、除霜モードでの大気側熱交換器１５の除霜運転について、詳細に説明する。減圧器１３にて適当に減圧された冷媒は、最初に大気側熱交換器１５の下部の冷媒入口４７から下段部４１に流入し、風下側列４５、折曲部４６及び風上側列４４を順に流れ、このとき、冷媒は放熱して下段部４１における下部の霜を融かす。
【００２９】
この下段部４１にて放熱して冷媒出口４８から流出した冷媒は、分流器６０にて分流して冷媒入口５３、５８から上段部４２及び中間段部４３に流入してそれぞれの冷媒配管に流れる。そして、上段部４２においては、冷媒は風上側列５０を上部から下部に流れ、折曲部５２を通過し、更に風下側列５１を下部から上部に流れ、この間に放熱して大気側熱交換器１５の上部の霜を融かすと共に、中間段部４３においては、冷媒は風上側列５５を上部から下部に流れ、折曲部５７を通過し、更に風下側列５６を下部から上部に流れ、この間に放熱して大気側熱交換器１５の中間部の霜を融かす。
【００３０】
以上、説明したように、大気側熱交換器１５において、冷媒は最初に下部の下段部４１に流れ、優先して下部の霜が最初に融け、除霜水は滴下し、また下段部４１の冷媒配管３７及びその周辺の交換フィン３５・・・から剥離した霜は、下方のドレンパン６３に滑り落ちる。
【００３１】
この結果、下段部４１の除霜が進行するのに従って上段部４２及び中間段部４３に流入する冷媒の温度は上昇し、冷媒からの放熱により上段部４２及び中間段部４３の除霜が進む。このとき、上述したように、下段部４１の霜は融けるか滑り落ちているため、大気側熱交換器１５の中間段部４３或いは上段部４２から落下した霜が、下部に溜まることを極力回避することができる、すなわち、除霜が先に進んでいる下段部４１に落下して来た霜を融かす、或いは下方のドレンパン６３に滑り落とすことができ、この結果、大気側熱交換器１５から霜が除去されるまでの時間、すなわち、除霜時間を極力短縮することができ、また、除霜時に圧縮機１１に投入される動力、すなわち、除霜時に消費するエネルギーを極力少なくすることができる。
【００３２】
また、大気側熱交換器１５にて、冷媒は下段部４１から分流器６０を介して上段部４２及び中間段部４３の双方に流入するので、この大気側熱交換器１５上部及び中間部をほぼ均一に除霜することができ、更に冷媒は上段部４２及び中間段部４３にて、風上側列５０、５５を上部から下部に流れ、折曲部５２、５７を通過し、風下側列５１、５６を下部から上部に流れるので、上部及び中間部において、風上側から除霜を進めることができ、除霜が進んだ風上側から風下側に、温度が上昇した空気が流れ、効率的に除霜することができ、この結果、一層除霜時間を短縮することが可能になる。
【００３３】
以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ヒートポンプ給湯機の回路図である。
【図２】大気側熱交換器の概略正面図である。
【図３】大気側熱交換器の側面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１５            大気側熱交換器
３５            熱交換フィン
３６            折曲部
３７            冷媒配管
４１            下段部
４２            上段部
４３            中間段部
４４            風上側列
４５            風下側列
４７            冷媒入口
４８            冷媒出口
６０            分流器
【図１】
2008170028.tif 000003
【図２】
2008170028.tif 000004
【図３】
2008170028.tif 000005