(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱槽と製氷用熱交換器を備え、蓄熱槽内に蓄えた氷を空調に利用するように構成した氷蓄熱式空気調和装置に用いる製氷用熱交換器において、蓄熱槽水平面上で蛇行させた一連の伝熱パイプを、蓄熱槽の高さ方向に偶数個積層させ、且つ蓄熱槽最上部に位置する該伝熱パイプと最下部に位置する該伝熱パイプとから順次一対ずつ連結管部によって接続してなる伝熱パイプから構成されることを特徴とする製氷用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
氷蓄熱槽内で氷を製氷と解氷を行う氷蓄熱式空気調和装置に用いる製氷用熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に内融式の氷蓄熱式空気調和装置の基本構成を示す。この氷蓄熱式空気調和装置は、主に圧縮機１と室外熱交換器３等をまとめた室外ユニット１５と、蓄熱槽８及び分岐配管等をまとめた蓄熱ユニット１４，室内熱交換器１２からなる室内ユニット１５から構成されている。
【０００３】
この蓄熱槽８は、主に夜間，深夜電力を利用して冷凍サイクルを動かして冷熱を氷として蓄えておき、昼間この冷熱を空調に利用するのに使用される。蓄熱槽８に冷熱を蓄熱する際は、この蓄熱槽８内の製氷用熱交換器９を冷凍サイクルの蒸発器とすることにより、蓄熱槽８内に収められている製氷用熱交換器９内に低温低圧の冷却用媒体１６を流して、その表面に製氷して冷熱を蓄える。
【０００４】
即ち、この時の冷凍サイクルは、圧縮機１，凝縮器である室外熱交換器３，バルブ１７ｈを通って開度を制御した蓄熱膨張弁１０，蒸発器としての蓄熱槽８内の製氷用熱交換器９及びバルブ１７ｆ，１７ｅを通って圧縮機１に戻る基本構成となる。この時バルブ１７ａ，１７ｂ，１７ｄ，１７ｇは全閉にしておく。蓄熱した冷熱を空調に利用する際は、今度は蓄熱槽８内の製氷用熱交換器９を、主に凝縮後のサブク−ルのための熱交換器とすることにより、熱交換器内に高温高圧の冷却用媒体１６を流して、製氷用熱交換器９の製氷面側から氷を解氷して冷熱を取り出す。この時の冷凍サイクルの基本構成は、圧縮機１，凝縮器としての室外熱交換器３，バルブ１７ａを通って製氷用熱交換器９，バルブ１７ｂを介して、室内膨張弁１１，蒸発器としての室内熱交換器１２の順となる（バルブ１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ，１７ｇ，１７ｈは全閉）。
【０００５】
また図３は、氷蓄熱槽８及び製氷用熱交換器９の一般的な構成図である。製氷用熱交換器９は蓄熱槽８に対して水平方向に蛇行する複数の伝熱パイプ１９から成り、この複数の伝熱パイプ１９が蓄熱槽８の上部に設けられた入口ヘッダ６と出口ヘッダ７によって並列につながれた構成となっている。すなわち、蓄熱槽８の上部に位置する伝熱パイプ１９とヘッダ間の連結管部１８は短く、蓄熱槽８の下部に位置する伝熱パイプ１９とヘッダとをむすぶ連結管部１８は長くなる。このため、伝熱パイプ１９自体の長さが等しくても連結管部１８の長さに差が生じるため、圧力損失の違いから入口ヘッダ６による各伝熱パイプ１９への分配がわるくなっていた。そのため実質の伝熱面積も小さくなり、製氷運転時の成績係数も低下させてしまっていた。
【０００６】
この課題の対応策の一つとして特開平6−137616 号公報なるものがある。これは熱交換コイル部材が一垂直平面に沿って上下に蛇行させたような一連のものに形成されたもので、入口用ヘッダと出口用ヘッダが前記熱交換コイル部材の上側に配置され、熱交換コイルはこれらに接続されることによって支持されることを特徴としたものである。
【０００７】
また特開平11−294801号公報なるものがある。これは円筒型蓄熱槽内に、螺旋状に複数巻きした螺旋状配管をすくなくとも４セット以上、円筒型空間をその回転軸を中心に均等にセット数に分割した空間内に配置したことを特徴としたものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
第一の従来技術では、各伝熱パイプとヘッダ間の連結管部の長さは等しくなるが、円筒型蓄熱槽では、断面円の端部に配置する伝熱パイプと中心付近に位置する伝熱パイプの蛇行数を調節して組み合わせなければならず、伝熱パイプそのものの長さに差が生じてしまい、製作に関する経済的な不具合も生じてしまう。また第二の従来技術では、円筒型蓄熱槽に適すると供述されているものの、蓄熱槽中心部には未製氷部が生じてしまい、氷充填率は低下してしまう。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、蓄熱槽に用いられている製氷用熱交換器の各伝熱パイプの圧力損失をほぼ同じにすることにより、各伝熱パイプへの冷媒の分配を良好にして、製氷時の成績係数を向上させるとともに、分配の不均一から生じる着氷の偏りによる氷充填率の低下を抑えた製氷用熱交換器を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
円筒型蓄熱槽の断面円内で蛇行する伝熱パイプを偶数個高さ方向に積み重ねた構成とし、これら伝熱パイプのうちの上部に位置するものと下部に位置するものを順次一対ずつ連結管部にてつなぎあわせた構成とする。これにより、各伝熱パイプの総長さがほぼ等しくなるため、ヘッダによる分配に偏りができず、全伝熱面積を有効に活用できるため、成績係数を向上させることができる。また本発明によれば、氷充填率を増大させるために伝熱パイプの積層段数を増加させた場合でも、ヘッダによる分岐数を少なく抑えることができるため、分配の不均一による氷充填率の悪化を抑制できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施例である製氷用熱交換器９の基本構成図である。本実施例は、円筒型蓄熱槽８の断面円内で蛇行する伝熱パイプ１９を蓄熱槽８内に偶数個高さ方向に積み重ねた構成とし、これら伝熱パイプ１９のうちの上部に位置するものと下部に位置するものを連結管部１８にて順次一対ずつ、つなぎあわせた構成となっている。すなわち、一番上の伝熱パイプ１９と蓄熱槽８の底に位置する伝熱パイプ１９とを連結管部１８で直列につなぎ、上から二番目の伝熱パイプ１９と底から二番目の伝熱パイプ１９とを同様に連結管部１８によりつないだ構成となっている。またこれら連結管部１８は一度蓄熱槽８の水面よりも上部まで立ち上げてから折り返して上部の伝熱パイプ１９と連結させる。
【００１２】
このような構成とすることにより、連結管部の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の合計がどの伝熱パイプ１９の組み合わせにおいてもほぼ等しくなるため、管内圧力損失が等しくなり、冷媒は入口ヘッダ６にて均等に分配される。よって製氷運転時の伝熱面積を常に一様に確保することができるため、成績係数を低下させることもない。
【００１３】
また氷の成長もほとんどの伝熱パイプ１９において一様に成長するため、氷の外径にも大きな偏りができず、四方から成長してきた氷による未製氷部の水の閉じ込めも起き難くなる。このため、閉じ込められた水が製氷されるときの体積膨張による伝熱パイプ１９の破損事故も起こらない。
【００１４】
また伝熱パイプ１９の表面積（本数）を増やして製氷及び解氷性能を向上させた場合や、蓄熱槽８を大型化して蓄熱量を向上させた場合でも、分配数の増加を低く抑えることができるので、分配の偏りによる予測性能からの低下を抑えられる。
【００１５】
また前述のように、連結管部１８は一度蓄熱槽８の水面よりも上部まで立ち上げてから折り返して上部の伝熱パイプ１９と連結させる構成とすることにより、上部伝熱パイプ１９と下部伝熱パイプ１９を個別に作り、後から連結管部１８をロウ付けして組み立てていく場合、連結管部１８のロウ付け部を水面外とすることができるので、ロウ付け個所の腐食による冷媒の漏れを防ぐことができる。
【００１６】
使用する冷媒が４０７Ｃなどの混合冷媒の場合、蒸発が進むに従って成分割合が変化し、蒸発温度が上昇する。本実施例では、底部の伝熱パイプ１９と上部の伝熱パイプ１９とを結ぶ連結管部１８の長さＬ２、Ｌ３がどの組み合わせでもほぼ等しくできるため、一様な圧力損失を設けることができて、蒸発温度の上昇による製氷性能低下を抑えることもできる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、円筒型蓄熱槽の断面円内で蛇行する伝熱パイプを複数個高さ方向に積み重ねた構成とし、これら伝熱パイプのうちの上部に位置するものと下部に位置するものを連結管部にて順次一対ずつ、つなぎあわせた構成とする。このような構成とすることにより、各伝熱パイプの総長さがほぼ等しくなるため、ヘッダによる冷媒分配に偏りができず、全伝熱面積を有効に活用できるため、成績係数を向上させることができる。また氷充填率を増大させるために伝熱パイプの積層段数を増加させた場合でも、ヘッダによる分岐数を少なく抑えることができるため、分配の不均一による氷充填率の悪化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である製氷用熱交換器を示す基本構成図である。
【図２】氷蓄熱式空気調和装置の基本構成図である。
【図３】従来の製氷用熱交換器の基本構成図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…室外膨張弁、５…レシ−バ、６…入口ヘッダ、７…出口ヘッダ、８…蓄熱槽、９…製氷用熱交換器、１０…蓄熱膨張弁、１１…室内膨張弁、１２…室内熱交換器、１３…室外ユニット、
１４…蓄熱ユニット、１５…室内ユニット、１６…冷却用媒体、１７ａ〜１７ｅ…バルブ、１８…連結管部、１９…伝熱パイプ。
【図１】
0003837613.tif 000002
【図２】
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【図３】
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