(57)【要約】      （修正有）【課題】空調システムの伝熱プロセスに適したコスト効果のよい、代替の材料を用いた熱交換機を提供する。【解決手段】冷媒が流れ抜けるための第１の通路、および冷媒を凝縮させるために水が流れ抜けるための第２の通路を有する第１の部分１０１と、水を第１の部分から受け入れ、これを冷却するために第１の部分と流体連通する第２の部分１０２を有する空調システム用の熱交換機１０であって、第２の部分で冷却された水が、冷媒を凝縮させるために循環されて第１の部分に戻される。第１の部分および第２の部分の本体は、プラスチックなどのポリマーから作製される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調機用の熱交換機であって、
冷媒が流れ抜けるための第１の通路（１０３）、および前記冷媒を凝縮させるために水が流れ抜けるための第２の通路（１０４）を有する第１の部分（１０１）であって、前記第１の通路が、前記第２の通路の隣に配置される、第１の部分（１０１）と、
水を前記第１の部分から受け入れ、前記水を冷却するために前記第１の部分（１０１）と連通する第２の部分（１０２）であって、前記冷却された水が、前記冷媒を凝縮させるために循環されて前記第１の部分に戻される、第２の部分（１０２）と
を備える、熱交換機。
【請求項２】
前記第１の部分（１０１）および前記第２の部分（１０２）が、プラスチックなどのポリマーから作製される、請求項１に記載の熱交換機。
【請求項３】
前記第１の通路が、前記第２の通路によって共有される壁を有する、請求項１に記載の熱交換機。
【請求項４】
前記第１の通路（１０３）が、前記第２の通路（１０４）の隣に交互に配置されて一連の層を形成する、請求項１に記載の熱交換機。
【請求項５】
前記第２の通路（１０４）が、個々に、第１の層および最終層であり、それらの間に前記第１および第２の通路を挟む、請求項３または４に記載の熱交換機。
【請求項６】
前記第１の通路および前記第２の通路が、複数のチャネル（１０７）およびマイクロチャネル（１０５）をそれぞれ形成する複数の畝部（４０２）および薄い壁（３０２）を含む、請求項１に記載の熱交換機。
【請求項７】
前記第２の部分（１０２）が、さらに、前記第１の部分から受け入れられた水が水膜を形成するための表面積をもたらすための充填物（１０６）を備える、請求項１に記載の熱交換機。
【請求項８】
前記水が、空気を前記充填物（１０６）内に送り込むことによって、または水が前記充填物を通り抜けることによって冷却される、請求項７に記載の熱交換機。
【請求項９】
前記充填物またはスプラッシュが、真空形態または射出成形されたプラスチックから作製される、請求項７に記載の熱交換機。
【請求項１０】
空調機の冷媒を凝縮させるためのシステムであって、
熱交換機であって、冷媒が流れ抜けるための第１の通路（１０３）と、前記冷媒を凝縮させるために水が流れ抜けることを可能にするための第２の通路（１０４）とを有する第１の部分（１０１）を備え、前記第１の通路が、前記第２の通路の隣に配置される、熱交換機と、
水を前記第１の部分から受け入れ、前記水を冷却するために前記第１の部分（１０１）と流体連通する第２の部分（１０２）であって、前記冷却された水が、前記冷媒を凝縮させるために循環されて前記第１の部分に戻され、前記第１の部分および前記第２の部分が、プラスチックなどのポリマーから作製される、第２の部分（１０２）と
を備える、システム。
【請求項１１】
さらに、水を前記第１の部分上に分配するための水分配器（６０３）と、前記第１の部分を通過した水を収集するための水（６０５）収集器とを備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の部分が、チュービングシステムを介して蒸発器（５０３）と流体連通する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記チュービングシステムが、圧縮機（５０５）を介して前記第１の部分を前記蒸発器に連結する第１のチュービングと、膨張弁（５０７）を介して前記第１の部分を前記蒸発器に連結する第２のチュービングとを備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記水収集器が、水を前記第１の部分に導くためにポンプ（６０８）に連結される、請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、空調システムに関する。より詳細には、本発明は、ポリマーから作製された熱交換機およびそのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空調システムに使用されるフィン−チューブ熱交換機は、通常は銅およびアルミニウムなどの金属材料から作製されたチューブおよびフィンを備える。これらの材料は、空調システムがより低温で作動することを可能にする高い伝熱効率をもたらすことが知られている。フィン−チューブ熱交換機の製作は、通常、アルミニウムフィンに対して機械的把持をもたらす銅チューブの機械的膨張によるものである。これは、銅チューブとアルミニウムフィンとの間に締まり嵌めを作り出す。少なくとも２つの問題が、この製作プロセスから生じる。第１に、この嵌合は、銅チューブの表面とアルミニウムフィンとの間に２面間空隙を与え、その結果、熱交換機の熱抵抗を増加させ、熱交換機の熱的パフォーマンスを低下させる。第２に、これらの金属材料は、より高価になってきており、これらの材料から構築される熱交換機ユニットは、コストがかさむようになってきている。
【０００３】
上記を鑑みて、代替の材料が、これらの金属材料の代わりとするために必要とされる。この代替の材料は、コスト効果を良くし、空調システムの作動要件を最適に満たすことができなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、空調システムの改良された熱交換機であって、銅およびアルミニウムに比べてコスト効果が良いプラスチックなどのポリマーから作製され、空調システムにおける伝熱プロセスを最適に実行するように構成された熱交換機を提供することである。ポリマー熱交換機は、空調システムの凝縮システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、熱交換機は、さまざまな形状に成形され得るプラスチックなどのポリマーから作製される。熱交換機は、蒸発冷却方法を使用してシステム内の高温冷媒から吸収された熱を排除する。
【０００６】
熱交換機は、第１の部分および第２の部分を備える。第１の部分は、冷媒が流れ抜けることを可能にするための第１の通路と、水が、冷媒を凝縮させるために流れ抜けることを可能にするための第２の通路とを有する。第１の通路は、第２の通路の隣に配置される。この配置は、冷媒からの熱が、第２の通路を流れ抜ける水によって吸収されることを可能にする。より多くの熱が凝縮プロセス中に伝達されることを確実にするために、第２の通路は、好ましくは、第１の通路より大きくなるように構成され、それにより、より多くの水が流れ抜けることができ、より多くの熱が水によって吸収され得る。
【０００７】
熱交換機の第２の部分は、第１の部分からの加熱された水を受け入れ、これを冷却するために第１の部分と流体連通しており、この場合、冷却された水は、冷媒を再度凝縮させるために循環されて第１の部分に戻される。第２の部分に入る、第１の部分からの水は、一連の充填物／プレート上に分散され、下方向に流れてこれらを通過し、それと同時に、空気が、通過する水／充填物上に送り込まれて水を冷却する。充填物は、真空形態または射出成形されたプラスチックの充填またはスプラッシュから作製される。ファンまたはブロワが、充填物上の水を冷却するために空気を第２の部分上に送り込むために提供される。熱交換機は、蒸発冷却を使用して、第１の部分から入来する加熱された水から熱を排除する。第１の部分は、水冷却式凝縮器として作用し、一方で第２の部分は、冷却塔として作用し、熱交換機の第１および第２の両方の部分は、プラスチックなどのポリマーから作製される。
【０００８】
第１の通路および第２の通路は、互いの隣に配置され、互いに接触している。第１の通路は、第２の通路の隣に交互に配置されて一連の層を形成する。第１の通路および第２の通路は、冷媒と水との間で伝熱が起こることを可能にする共通壁を共有する。第１の通路は、好ましくは、複数の小さいまたはマイクロのチャネルを画定する共通壁に対して横向きに配置された複数の薄い壁を含む。第２の通路は、好ましくは、複数のチャネルを画定する横向きに配置された複数の畝部を含む。好ましくは、第１の通路のチャネルは、第２の通路のチャネルと比較して小さい。このチャネルは、水および冷媒が分配され、通路に沿って均一に流れることを可能にするために設けられる。プラスチックは、上記の構成を生み出すように成形される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明は、次に、添付の図を参照して例として詳細に説明される。
【００１０】
【図１】熱交換機の第１の部分の概略図である。
【図２】熱交換機の第２の部分の概略図である。
【図３】第１の部分の第１の通路の概略図である。
【図４】第１の部分の第２の通路の概略図である。
【図５】熱交換機システムの概略図である。
【図６ａ】熱交換機システムの別の図である。
【図６ｂ】第２の部分の内側に使用される充填物を示す図である。
【図６ｃ】充填物の別の可能な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、一般に、空調システムの熱交換機に関し、より詳細には、ポリマーから作製された熱交換機およびそのシステムに関する。熱交換機は、それだけに限定されないが、熱可塑性物質、熱硬化性物質、ポリプロピレン、ポリカーボネート、およびポリエチレンを含むプラスチックなどのポリマーから作製され、 したがって、金属材料は、熱交換機ユニットを作製する際に使用されない。
【００１２】
本発明による熱交換機は、第１の部分および第２の部分を備える。熱交換機の第１の部分は、蒸発冷媒が流れ抜けることを可能にするための第１の通路を含み、第２の通路の隣に配置され、この第２の通路は、第１の通路内の冷媒を凝縮させるために水がその本体内を流れることを可能にする。第２の部分は、第１の部分から加熱された水を受け入れ、これを冷却するために第１の部分と流体連通しており、この場合、冷却された水は、第１の部分内の冷媒を再度凝縮させるために循環されて第１の部分に戻される。この水循環は、冷媒を凝縮させるための伝熱プロセスが、効率的に実行されることを確実にする。熱交換機の第１の部分は、水冷却式凝縮器として作用し、第２の部分は、冷却塔として作用する。
【００１３】
図１を参照すれば、第１の部分（１０１）は、互いの隣に配置された第１の通路（１０３）および第２の通路（１０４）の層を有する立方体の形態である。これらの層は、冷媒および水がそれぞれ流れ抜けることを可能にするチャネルを含む。第１の部分の構造体／本体は、プラスチックなどのポリマーから作製される。
【００１４】
図２に示すように、第２の部分（１０２）は、立法体の形態のものである。この立方体は、好ましくは、第１の部分の立法体の隣に配設され、それにより、これは、コンパクトユニットとしてパッケージ化され得る。第１の部分からの水は、水分配器（２０２）を介して第２の部分に入り、ここで水は、充填物またはスプラッシュ（１０６）上に分配されることになる。充填物は、水が水膜を形成するための大きな表面積をもたらす。充填物は、波形設計を有するプラスチックから作製され得る。図６ａおよび６ｂは、充填物の例を示す。図６ｂは、波形プレートの形態の充填物を示し、図６ｃは、三角棒の形態の充填物を示す。空気（５０１）が、充填物上に送り込まれて水膜を冷却する。ファンは、空気を送り込むために設けられ得る。水は、水収集器（２０４）内に落下し、循環されて第１の部分に戻されることになる。第２の部分の構造体／本体は、プラスチックなどのポリマーから作製される。
【００１５】
図３は、小さいまたはマイクロのチャネル（１０５）を備えた第１の通路（１０３）を示す。図４は、このマイクロチャネルより大きいチャネル（１０７）を備えた第２の通路（１０４）を示す。それぞれのチャネルは、第１の側壁／底壁から第２の側壁／上壁まで横向きに延びる複数の畝部（４０２）および薄壁（３０２）によって画定される。側壁は、第１の通路および第２の通路の共通壁になることができる。第１の通路は、第２の通路の隣に交互に配置されてチャネルの層を形成する。第２の通路上の畝部は、第１の部分の構造を強化するために、より具体的には、第１の通路が冷媒の高い圧力および温度にさらされるので第１の通路を強化するために設けられる。第１の部分の層の数は、システムの伝熱要求事項によって決まることになる。これらの層は、伝熱が効率的に行われることを可能にするのに十分な表面積をもたらさなければならない。好ましくは、第２の通路は、個々に第１の層および端部層として配設され、これらの層は、図１に示すようにそれらの間にすべての層を包含するまたは挟む。
【００１６】
好ましくは、第１の通路は、第２の通路のチャネルと比較して小さいチャネルを有する。第２の通路は、より多くの水が流れることを可能にするより大きいチャネルを有する。大量の水が、第１の通路から排除された熱を吸収し消散させるために必要とされ、したがって、伝熱が効率的に実行され、チャネル上に設けられた畝部が構造体を強化することを確実にするために、より大きいチャネルが、大量の水を保持するように設計される。第１の部分のマイクロチャネルにおける高圧は、第２の部分内に設計された畝部によって強化される。この設計では、流体流の方向は、交差流または並行流になることができる。好ましくは、交差流は、より高い伝熱パフォーマンスのために望まれる。
【００１７】
図５は、本発明の熱交換機または凝縮器（１０）を備える空調機の凝縮システムの冷媒サイクルの概略図を示す。第１の部分（１０１）は、第２の部分（１０２）と流体連通しており、この場合、水は、チュービングシステムを介してこれら部分間で循環される。第１の部分および第２の部分は、点線によって画定されるように空調機の凝縮器（１０）として一緒になって働く。第１の部分は、蒸発器（５０３）と流体連通しており、この場合、冷媒は、第１の部分と蒸発器との間をチュービングシステムを介して循環される。このチュービングシステムは、圧縮機（５０５）を介して第１の部分を蒸発器に連結する第１のチュービングと、膨張弁（５０７）を介して第１の部分を蒸発器に連結する第２のチュービングとを備える。
【００１８】
空調機の凝縮プロセスが、さらに、図６ａを参照して説明される。作動においては、限定空間内で利用可能な熱が、蒸発器コイルを介して冷媒によって吸収され、冷媒を液体から高温蒸気に変化させる。この高温蒸気は、次いで、冷媒の温度を増大させる圧縮機（６０７）によって圧縮される。高温蒸気冷媒は、第１の部分を介して本発明の熱交換機または凝縮器に入る。高温蒸気は、小さいまたはマイクロチャネル（１０５）に入り、それと同時に、水が、マイクロチャネルの隣に配置された他のチャネル（１０７）を流れ抜け、ここで、高温蒸気冷媒からの熱は、水によって吸収され、冷媒を蒸気から液体に変化させる。冷却された冷媒は、次いで、膨張弁を介して蒸発器に導かれて戻され、それによって冷媒ループ（８０１）を完成させる。
【００１９】
第１の部分からの加熱された水は、第２の部分に導かれ、ここで、高温水は、水分配器（２０２）によって上部において分配され、充填物またはスプラッシュ上に進められる。高温水は、次いで、低温空気（５０１）を充填物またはスプラッシュ（１０６）に通すことによって冷却される。冷却された水は、第２の部分の底部にある容器または水収集器（２０４）内に収集され、これは、ポンプ（６０８）によって第１の部分まで圧送され、それによって水ループ（８０２）を完成させる。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
2016014518.tif 000009
【図６ｃ】
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【外国語明細書】
2016014518000001.pdf