(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ヘッダ(２)と出口ヘッダ(３)との間を多数のチューブで連結するコイル部内に氷水を導き、該コイル部の各チューブの間を通過する熱負荷空気を冷却する空気調和機の熱交換器(10、110、210)において、
入口ヘッダ(２)から各チューブ(４)へ流入する氷水の流量を調節する流量調節弁(６)と、
流量調節弁(６)と入口ヘッダ(２)の全長部とを収容して延びるダクト(20、220')とを備えており、
熱交換器に導入されるべき熱負荷空気の一部を前記ダクト(20、120、220)内に導入することを特徴とする、熱交換器。
【請求項２】
前記流量調節弁(６)は、前記コイル部内へ導入される氷水をバイパスすべく前記入口ヘッダ(２)と出口ヘッダ(３)との間に連結されたバイパス管(７)に設けられていることを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記流量調節弁(６)は、入口ヘッダ(２)に氷水を導入する往流管(５)に設けられていることを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気調和機の熱交換器に関する。さらに詳しくは、氷塊の混在する冷水(以下、氷水という)がコイル部のチューブ内に通される熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に、空気調和機に使用される一般的なプレートフィンコイル型の熱交換器１を概略的に示す。図において、フィンとチューブが一体的に組付けられて熱交換部分となるコイル部と、入口ヘッダ２および出口ヘッダ３を含めて、熱交換器全体の輪郭は、図の簡略化のため、箱体のように示している。入口ヘッダ２は、熱源装置(図示せず)からの冷水または温水の往流管５が接続されている。出口ヘッダ３は、コイル部で熱交換の済んだ冷水または温水を熱源装置へ戻す還流管８が接続されている。このような熱交換器１には、コイル部に冷水を通して冷房用に、または温水を通して暖房用に用いられるが、いずれの場合も通す水の温度が異なって熱交換する気流に対して冷却作用をなすか加熱作用をなすかが異なるだけで、通水および気流の流入については同様に運転される。したがって、以下では説明の簡略化のため、冷房用の場合についてのみ述べる。
【０００３】
コイル部は、入口ヘッダ２と出口ヘッダ３との間に連結されて互いに平行に蛇行する多数のチューブを備えており、これら多数のチューブに、それらと直交する多数の薄いアルミ板がフィンとして取り付けられて、フィンとチューブとが一体化されて構成されている。
【０００４】
空気調和機には、外気と被空調室からの還気との混合気が導入され、この導入された混合気が空気調和機内で熱交換器１のコイル部に前面11から流入して冷却される。冷却された空気は、さらに送風機（図示せず）によって空気調和機から吐出されて、ダクトを通って被空調室へ送られる。熱交換器１は、空気調和機内におけるこのような気流経路の途中に配置されるように、空気調和機のハウジングまたはフレームに取付固定される。図１において、熱交換器１の前面11の周囲のハッチングで示した部分15は、この取付固定のためのフレーム部を示しており、混合気が漏れないようにシールされる部分でもある。
【０００５】
ところで、熱交換器１の冷却効果を高めるために、氷水を通すことが考えられている。そして、空気調和機の能力制御を行うためには、熱交換器１のチューブ内を流れる氷水の流速をできるだけ広い範囲でコントロールすることが好ましい。
【０００６】
チューブ内を流れる氷水の流速を調整するために、一般には、外部にバルブを設け、バルブ開度を調節してチューブ内に流入する氷水の流量をコントロールする。係る構成を図２(a)、(b)、および(c)に示した。これらの図では、それぞれ、図１の熱交換器が上から見てフィンを省略して示されており、コイル部は、最上段のチューブ４で代表して描かれている。
【０００７】
図２(a)に示す構成では、最も単純に、入口ヘッダ２へ氷水を導入する往流管５に二方弁６が取り付けられている。図２(b)に示す構成においては、入口ヘッダ２と出口ヘッダ３とを連結するバイパス管７を設け、このバイパス管に二方弁６が取り付けられており、バイパス流量を調整することによってチューブ４に流入する氷水量を制御している。図２(c)に示す構成では、入口ヘッダ２へ氷水を導入する往流管５に三方弁９を取り付け、この三方弁９と、出口ヘッダ３から氷水を排出する還流管８とをバイパス管７で連結している。三方弁９によって、往流管５からチューブ４へ流入する氷水流量と、還流管８へバイパスされる流量との比を調節してチューブ４へ流入する氷水流量を制御することができる。
【０００８】
以上のような構成によって、チューブ４および各管内を流れる氷水の流速をコントロールすることができるが、その一方で、氷水の流速があまりに低下すると氷水中の氷だけが流路途中で滞留して成長し、最終的にはその箇所で流路を閉塞させてしまうという問題がある。そのために、流量のコントロール範囲が狭くなる。すなわち、ある程度の流速があれば氷水中の氷は流路途中に滞ることなく確実に搬送されるのであるが、流速の低下と共に氷の滞留がおこりやすくなり、氷が流路内で一旦滞留してしまうと、そこに次々と氷が堆積して氷塊に成長するのである。このような氷の成長による流路閉塞は、特に入口ヘッダから各チューブへの連通部分や、各弁の上流側において発生する傾向が高い。なぜならば、入口ヘッダからチューブへの連通部分においては、流路径が急激に小さくなっており、また、弁の上流側においては、弁が絞られたとき、または閉じられたときに流路の断面積が急激に小さくなり、あるいは弁体が流路内に突出して氷の滞留しやすい箇所となってしまうためである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、氷水をコイル部のチューブ内に通す熱交換器において、チューブ内を流れる氷水の流速をできるだけ広い範囲でコントロールすると共に、氷水の流速が下がったことに起因して氷塊が流路を閉塞するのを防止することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段・作用・効果】
本発明は、空気調和機の熱交換器に送られるべき空気を、氷塊による流路閉塞の生じやすい箇所にも導いて、その空気の熱を利用して氷水中の氷の成長を抑えることによって、前記課題を解決するものである。
【００１１】
本発明の空気調和機の熱交換器は、入口ヘッダからコイル部へ流入する氷水の流量を調節する流量調節弁が設けられているとともに、該流量調節弁と入口ヘッダの全長部とを収容して延びるダクトを備えている。そして、熱交換器のコイル部に導入されるべき空気の一部を前記ダクト内に導入し、流量調節弁および入口ヘッダの全長部においても、該導入された空気と熱交換させるものである。
【００１２】
このような構成を採用したことにより、氷水が供給される熱交換器において、氷水循環系で氷塊が成長しやすい箇所、つまり流量調節弁の上流側や入口ヘッダとコイル部との連結部分にも、熱負荷をもった空気が強制的に導入される。したがって、この導入された空気の熱により氷水中の氷が成長するのを防止することができ、循環系における流路の閉塞を防ぐことができる。この結果、熱交換器において低流速の氷水を使用することが可能となり、効果的かつ効率的に空気の温度を下げることが可能となる。
【００１３】
流量調節弁は、入口ヘッダに接続される往流管に取り付けてもよいが、入口ヘッダと出口ヘッダとの間に両者を連結するバイパス管を設けて、このバイパス管に取り付けてもよい。往流管に取り付ける流量調節弁は二方弁でもよく、あるいは三方弁を取り付けて分岐管の一方をバイパス管としてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。なお、以下の説明において、上述の従来技術による熱交換器１に関して説明した各構成と同じ構成については、同一符号を付すことによって重複する説明を省略する。
【００１５】
図３には本発明の熱交換器10の要部を示しているが、入口ヘッダ２と出口ヘッダ３との間に両者を連結してバイパス管７を設けており、このバイパス管７に流量調節手段としての二方弁６を取り付けている。さらに、熱交換器の前面から背面に通じるダクト20が備えられており、このダクト20は二方弁６を含むバイパス管７および入口ヘッダ２の全長部を収容して延びている。なお、図３では本発明の要部だけを示しており、往流管５および還流管８も省略している。
【００１６】
図３に示されているように、熱交換器10の前面11のフレーム部15の、前方から見て左上のコーナ部付近に形成された開口部21から、熱交換器10の背面の、後方から見て右下のコーナ部付近に形成された開口部22へと通じるＬ字型のダクト20が設けられている。ダクト20は、両ヘッダ２、３をつなぐバイパス管７および入口ヘッダ２を収容して延びている。つまり、本来は熱交換器10のコイル部に送られて熱交換されるべき混合気の一部が、開口部21からダクト20内に取り入れられてバイパス管７および入口ヘッダ２に沿って流れ、熱交換器背面の開口部22から出てコイル部を通過した空気と合流する。なお、図３において入口ヘッダ２の長手方向に沿って描かれた一連の小点25は、入口ヘッダ２と各チューブ(図示せず)との連結部分を示している。また、二方弁６の操作や保守点検のためのアクセスは、その付近のダクト20の壁部に扉(図示せず)を設けることによって、その扉を介してとることができる。
【００１７】
ダクト20内に流れる混合気は、本来は熱交換による冷却が行なわれるべき熱負荷をもった空気であって比較的温度が高い。したがって、この混合気の有する熱を利用して二方弁６および入口ヘッダとチューブとの連結部分25とを加熱することによって、これらの部分において氷塊が成長すること(ひいては閉塞が生じること)を防止することができる。なお、出口ヘッダ３については、コイル部で負荷空気との熱交換を終えて氷を殆ど含まない冷水がチューブから流入するので、出口ヘッダでの氷塊による閉塞が起こることはなく、無視することができる。
【００１８】
図４には、本発明の他の実施形態を示した。この実施形態においては、バイパス管７の位置およびダクト20の形状が図３の実施形態と異なるのみで、他の構成については図３に示したものと同様である。したがって、図４はバイパス管７の位置およびダクト20の形状がよく表されるように、側面図で示されている。
【００１９】
図４の熱交換器110においては、入口ヘッダ２と出口ヘッダ３とを連結するバイパス管７は、両ヘッダをそれらの上下方向のほぼ中央で連結するように配置されている。このような連結位置となる構成を採用した場合には、バイパス管内での流れも含めて熱交換器内の氷水の流れが、バイパス管が上下のいずれかに偏って設けられる場合よりも上下でより均一になり、熱交換器全体において均一な熱交換が行えるという点で好ましい。そして、このような配置のバイパス管７と入口ヘッダ２との全体を収容するために、ダクト120はＴ字状のものが採用されており、ダクト出口にあたる熱交換器背面側の開口部22'は上下に２つ形成されている。
【００２０】
図５には、本発明の熱交換器のさらに他の実施形態を示した。図３および４に示した各実施形態の熱交換器においては、入口ヘッダ２と出口ヘッダ３との間に両者を連結するバイパス管７を設け、このバイパス管７に流量調節弁６が設けられているが、図５の熱交換器210における流量調節弁６は、入口ヘッダ２に氷水を導入するための往流管５に設けられている。したがって、この実施の形態に適用されるダクト210は、入口ヘッダ２の全長部と往流管５の弁６とを収容して延びており、ダクト入口21から導入された空気（混合気）は、ダクト内を入口ヘッダ２および往流管５に沿って流れ、ダクト出口22"から排出される。この実施形態においては、弁６は往流管５に取り付けられているので、バイパス管等の別個の管を設ける場合に比べて、氷水の循環流路が単純化される。このことは、氷水の流れの安定化という点において好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  空気調和機に使用される従来の熱交換器を示す概略斜視図である。
【図２】  熱交換器のチューブ内の流速を制御する方法を説明する概念図である。(a)、(b)、および(c)にそれぞれ３つの例を示している。
【図３】  本発明に係る熱交換器の一実施形態を示す要部斜視図である。
【図４】  本発明に係る熱交換器の他の実施形態を示す側面図である。
【図５】  本発明に係る熱交換器のさらに他の実施形態を示す側面図である。
【符号の説明】
１  従来の熱交換器
２  入口ヘッダ
３  出口ヘッダ
４  チューブ
５  往流管
６  流量調節二方弁
７  バイパス管
８  還流管
９  流量調節三方弁
10、110、210  本発明に係る冷却器
11  熱交換器の前面
15  フレーム部
20、120、220  ダクト
21  ダクト入口
22  ダクト出口
25  入口ヘッダとチューブとの連結部
【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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