JP2001317884A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で熱交換効率の高い熱交換装置を提供す
る。 【解決手段】 熱交換装置３０を、フィンチューブ熱交
換器１０と、二次側熱媒であるブラインＢ１を内包して
開放口２１で大気開放された熱交換槽２０とで構成す
る。そして、フィンチューブ熱交換器１０と熱交換槽２
０の壁面の間にシール材２、３を設け、フィンチューブ
熱交換器１０のフィン１１間をブラインＢが冷媒Ａに対
して対向流となって流れていくように配置する。これに
より、安価で熱交換効率の高い熱交換装置を提供でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液状の熱媒を冷却
あるいは加熱するための熱交換装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、液状の熱媒を冷却あるいは加熱す
る熱交換装置としては、シェルアンドチューブを用いた
蒸発器および凝縮器、二重管熱交換器やプレート型熱交
換器などがよく用いられている。中でもプレート型熱交
換器は、小型化が可能で熱交換効率も高く、非常に優れ
た熱交換器である。

【０００３】一方、価格の点では、空調などの用途に使
用されるフィンチューブ熱交換器が優れており、数多く
生産が行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のプレート型熱交換器は高価であるという課題があっ
た。そして、フィンチューブ熱交換器は熱媒と空気の熱
交換に適した形状に製作されているので、液状の熱媒の
冷却、加熱用として用いようとすると性能が低くなると
いう課題があった。

【０００５】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、安価で熱交換効率の高い熱交換装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、一次側熱媒を誘導するチューブと前記チュ
ーブに接する複数の伝熱フィンとで構成されるフィンチ
ューブ熱交換器と、前記フィンチューブ熱交換器と液状
の二次側熱媒を内包する容器とを備え、前記伝熱フィン
の長手方向に前記二次側熱媒を流すように配置したもの
であり、これにより、安価で熱交換効率の高い熱交換装
置を提供することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の熱交換装置は、
一次側熱媒を誘導するチューブと前記チューブに接する
複数の伝熱フィンとで構成されるフィンチューブ熱交換
器と、前記フィンチューブ熱交換器と液状の二次側熱媒
を内包する容器とを備え、前記伝熱フィンの長手方向に
前記二次側熱媒を流すように配置したものである。

【０００８】これにより、熱交換装置としてフィンチュ
ーブ熱交換器を用いたので安価に構成することができ、
また、伝熱フィンの長手方向に二次側熱媒を流すように
したので熱交換が良好に行われて熱交換性能も向上す
る。さらに、容器により、二次側熱媒のリザーバータン
クを兼ねることができるので、別途にリザーバータンク
を設けなくても済み、この結果、熱交換装置を使用する
システムの小型化や低コスト化を図ることができる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の熱交換装置において、二次側熱媒の入口と出口との間
にフィンチューブ熱交換器を配置し、前記二次側熱媒の
出口側に一次側熱媒の入口を配置し、前記二次側熱媒の
入口側に一次側熱媒の出口を配置したものである。

【００１０】これにより、一次側熱媒の入口から出口へ
の概略の流れと、二次側熱媒の流れとが対向流化するた
め、熱交換性能の向上をより図ることができる。請求項
３に記載の発明は、請求項１または２に記載の熱交換装
置において、フィンチューブ熱交換器と容器の壁面との
間にシール手段を設けたものである。

【００１１】これにより、シール手段により、二次側熱
媒が伝熱フィンと容器壁面の間の熱交換に寄与しない部
分を流れることを防止でき、熱交換性能の向上をさらに
図ることができる。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
何れかに記載の熱交換装置において、一次側熱媒がフィ
ンチューブ熱交換器内において気液の相変化をする熱媒
であって、フィンチューブ熱交換器が凝縮器となる場合
と蒸発器となる場合とで、前記一次側熱媒の入口と出口
を入れ替え、二次側熱媒の入口と出口を入れ替えるもの
である。

【００１３】これにより、冷却、加熱により生じる一次
側熱媒の流れの反転に応じて二次側熱媒の流れが反転さ
れるので、一次側熱媒と二次側熱媒は運転モードによっ
て性能を落とすことなく熱交換することができる。

【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
何れかに記載の熱交換装置において、伝熱フィンの長手
方向が鉛直方向となるようにフィンチューブ熱交換器を
配置し、前記フィンチューブ熱交換器を凝縮器として用
いる場合には、一次側熱媒入口を一次側熱媒出口よりも
鉛直方向上側に設けるものである。

【００１５】これにより、一次側熱媒を気相で流入させ
る場合は上から、気液二相で流入させる場合は下から流
入されるため、重力の影響を利用して一次側熱媒の気液
を分離することができ、熱交換性能をより向上させるこ
とができる。

【００１６】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
何れかに記載の熱交換装置において、二次側熱媒で満た
される空間を容器におけるフィンチューブ熱交換器の上
流側箇所と下流側箇所とに設け、前記フィンチューブ熱
交換器を通過する前記二次側熱媒の流れ方向に対し垂直
な方向に、前記二次側熱媒が前記容器に流入し、前記容
器から流出するように、前記二次側熱媒の入口と出口を
配置したものである。

【００１７】これにより、フィンチューブ熱交換器の上
流側箇所と下流側箇所とに設けた二次側熱媒で満たされ
る空間と、二次側熱媒の入口あるいは出口とで、ヘッダ
ーが形成され、この結果、二次側熱媒はフィンチューブ
熱交換器を均一に流れ、熱交換性能をより向上させるこ
とができる。

【００１８】請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の
何れかに記載の熱交換装置において、容器における二次
側熱媒の液面よりも上方に大気との連通口を設けたもの
である。

【００１９】これにより、容器内の異常な圧力上昇の回
避や、一次側熱媒が漏洩した場合の二次側への混入を最
小限にとどめることができる。請求項８に記載の発明
は、請求項７記載の熱交換装置において、連通口を、二
次側熱媒の補給口としても兼用したものである。

【００２０】これにより、別途に補給口を設けた場合に
比べて構成が簡単となり、製造コストを低減させること
ができる。請求項９に記載の発明は、請求項４記載の熱
交換装置において、一次側熱媒の入口と出口を入れ替
え、前記二次側熱媒の入口と出口を入れ替える手段が四
方弁であるものである。

【００２１】以下、本発明の実施の形態にかかる熱交換
装置について、図面を参照して説明する。図１に示すよ
うに、熱交換装置３０は、フィンチューブ熱交換器１０
と、このフィンチューブ熱交換器１０、および二次側熱
媒であるブラインＢを内包し上面部に設けられた開放口
（連通口）２１で大気開放された熱交換槽２０とで構成
されている。フィンチューブ熱交換器１０と熱交換槽２
０の壁面との間にはシール材２、３が設けられており、
フィンチューブ熱交換器１０における複数のフィン１１
の間をブラインＢが流れていく。

【００２２】フィンチューブ熱交換器１０は、図１に示
すように、フィン１１が鉛直方向に長い形状をしてい
る。そして、一次側熱媒であるガス状の冷媒Ａがフィン
チューブ入口１２から入り、第１列１３、第２列１４に
分岐して、第１列１３では冷媒流れＡ１、Ａ２、Ａ３、
Ａ４、Ａ５、Ａ６の順に上から下へ凝縮しながら流れて
いき、同様に第２列１４を流れてきた冷媒と合流する。
その後、冷媒Ａは液冷媒となってフィンチューブ出口１
５から出てゆく。

【００２３】フィンチューブ熱交換器１０は、空調機な
どで広く使用されており、ろう付け箇所も少なく炉を使
用しなくても作成することが可能で、安価に供給するこ
とが可能である。このフィンチューブ熱交換器１０を熱
交換装置３０に使用しているため、熱交換装置３０を低
コスト化することが可能である。

【００２４】一方、ブラインＢについては、低温のブラ
インＢがブライン入口２２から熱交換槽２０内に流入す
るよう配置されている。熱交換槽２０の底部は面積が小
さくなっており、その上部にフィンチューブ熱交換器１
０が配置され、圧力損失のない流入スペース１０ａが形
成されている。この流入スペース１０ａがヘッダーの役
割を果たし、ブラインＢは流入方向から垂直に向きを変
えて上向きの均一な流れＢ１，Ｂ２となって、流れＢ３
に示すようにフィンチューブ熱交換器１０のフィン１１
間を、熱を受け取りながら上昇していく。ブラインＢの
液面Ｂ４はフィンチューブ熱交換器１０の上端よりも十
分高い位置に有り、この熱交換槽２０の上端部箇所は、
上昇するブラインＢを回収する戻りヘッダーのような役
割を果たし、流れＢ５に示すように向きを変えてブライ
ン出口２３から高温となって出て行く。すなわち、ブラ
インＢの出口側に冷媒Ａの入口を配置し、ブラインＢの
入口側に冷媒Ａの出口を配置している。

【００２５】フィンチューブ熱交換器１０のフィン長手
方向にブラインＢが流れるため、流速を落とさずに熱交
換を行う時間を長く取ることで性能が向上する。さら
に、冷媒Ａの流れとブラインＢの流れとは概ね対向流化
しているため、効率の良い熱交換が行える。

【００２６】さらに、開放口２１において大気と連通す
ることにより、異常な温度上昇があっても圧力を逃がす
ことが可能で安全である。また、万一、冷媒Ｂが漏洩し
ても開放口２１から大気中へ放出され、冷媒Ａがブライ
ンＢ側へ入り込むことを最小限に抑えることができる。
従って、炭化水素のような可燃性冷媒やアンモニアのよ
うな毒性を有する冷媒を使用する場合の安全性を向上さ
せることができる。また、ブラインＢ中の水分が蒸発し
て、ブラインＢの液面Ｂ４が所定の高さよりも低下して
きた際には開放口２１から水を補充する。このように開
放口２１は、ブラインＢの補給口としても兼用されてお
り、別途にブラインＢの補給口を設ける場合と比べて構
造が簡単となるため、製造コストを低減できる。

【００２７】このように、熱交換槽２０は熱交換の機能
を果たすだけでなく、リザーバータンクとしての役割も
果たすことができるので、別途にリザーバータンクを設
けなくても済み、この熱交換装置３０を使用するシステ
ムの小型化や低コスト化を図ることができる。

【００２８】なお、以上はブラインＢを加熱する際の動
作であり、冷却する際は、冷媒Ａ、ブラインＢとも流れ
を逆にし、図１に示すフィンチューブ出口１５からは液
または気液二相状態の冷媒Ａを流入させ、フィンチュー
ブ入口１２からガス状の冷媒Ａを流出させる。ブライン
側も図１におけるブライン出口２３から高温のブライン
Ｂを入れ、低温のブラインＢをブライン入口２２から出
す。

【００２９】冷媒Ａをこのような向きに流すことによ
り、冷媒Ａを気体と液体に分離しやすくなり、確実に凝
縮あるいは蒸発した冷媒Ａのみを取り出すことができ、
性能の向上につながる。

【００３０】ここで、上記熱交換装置３０は、図２に示
すような空気調和機に設けられる。図２に示すように、
熱交換装置３０のフィンチューブ熱交換器１０には四方
弁４１、圧縮機４２、室外熱交換器４３、膨張弁４４が
接続されており、ヒートポンプ冷凍サイクルが構成され
ている。また、熱交換装置３０のブラインＢ側流路には
四方弁５１、ポンプ５２、室内熱交換器５３が接続さ
れ、全体として冷房および暖房を行う空気調和機として
機能する。

【００３１】図２は冷房時の空気調和機の状態を示すも
ので、二相状態の冷媒Ａがフィンチューブ熱交換器１０
の下方から流入し、ガス冷媒となって出ていく。ブライ
ン側の流れについては高温のブラインＢが熱交換槽２０
の上部から入り、下部から低温のブラインＢが出てい
く。ポンプ５２は冷暖いずれの場合でも熱交換槽２０の
ブラインＢを吸い込んで室内熱交換機５３に送り出す。

【００３２】これにより、低温のブラインＢで冷却され
た空気や、高温のブラインＢで加熱された空気が室内熱
交換器５３から送出されることとなる。

【００３３】

【発明の効果】上記実施の形態から明らかなように、フ
ィンチューブ熱交換器を使用し、熱交換時間を長くする
ために、伝熱フィンの長手方向に前記二次側熱媒を流す
よう構成したことにより、安価で性能の高い熱交換装置
を提供できるという効果を奏する。また、二次側熱媒を
内包する容器をリザーバータンクとして兼ねることがで
きるので、熱交換装置を使用するシステムの小型化や低
コスト化を図ることができる。

【００３４】また、二次側熱媒の入口と出口との間にフ
ィンチューブ熱交換器を配置し、二次側熱媒の出口側に
一次側熱媒の入口を配置し、二次側熱媒の入口側に一次
側熱媒の出口を配置したことにより、一次側熱媒の入口
から出口への概略の流れと、二次側熱媒の流れが対向流
化するため、熱交換性能をさらに向上できる。

【００３５】また、フィンチューブ熱交換器と容器の壁
面の間にシール手段を設けることにより、二次側熱媒が
伝熱フィンと容器壁面の間の熱交換に寄与しない部分を
流れることを防止でき、熱交換性能の向上をより図るこ
とができる。

【００３６】また、フィンチューブ熱交換器が凝縮器と
なる場合と蒸発器となる場合とで、一次側熱媒の入口と
出口を入れ替え、二次側熱媒の入口と出口を入れ替える
ことにより、冷却、加熱の熱交換モードが変わっても熱
交換性能を維持できる。

【００３７】また、熱フィンの長手方向が鉛直方向とな
るようにフィンチューブ熱交換器を配置し、前記フィン
チューブ熱交換器が凝縮器となる場合には、一次側熱媒
入口を一次側熱媒出口よりも鉛直方向上側に設けること
により、重力の影響を利用して一次側熱媒の気液を分離
することができ、熱交換性能をより向上させることがで
きる。

【００３８】また、二次側熱媒で満たされる空間を容器
におけるフィンチューブ熱交換器の上流側箇所と下流側
箇所とに設け、前記フィンチューブ熱交換器を通過する
前記二次側熱媒の流れ方向に対し垂直な方向に、前記二
次側熱媒が前記容器に流入し、前記容器から流出するよ
うに、前記二次側熱媒の入口と出口を配置することによ
り、フィンチューブ熱交換器内を二次側熱媒が均一に流
れるようにすることができて、熱交換性能をより向上で
きる。

【００３９】また、容器における二次側熱媒の液面より
も上方に大気との連通口を設けたことにより、容器内の
異常な圧力上昇を回避して安全性を高めるとともに、一
次側熱媒が漏洩した場合の二次側への混入を最小限にと
どめ、可燃性や毒性を有する冷媒を使用する場合の安全
性を向上させることができる。

【００４０】また、連通口を、二次側熱媒の補給口とし
ても兼用することで、部品点数の削減ができ、より安価
で小型の熱交換装置を供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる熱交換装置の部分
切欠斜視図

【図２】同熱交換装置を用いた空気調和機を示す図

【符号の説明】

２、３ シール材 １０ フィンチューブ熱交換器 １１ フィン １２ フィンチューブ入口 １５ フィンチューブ ２０ 熱交換槽 ２１ 開放口（連通口） ２２ ブライン入口 ２３ ブライン出口 ３０ 熱交換装置 ４１ 四方弁 ４２ 圧縮機 ４３ 室外熱交換器 ４４ 膨張弁 ５１ 四方弁 ５２ ポンプ ５３ 室内熱交換器 Ａ 冷媒（一次側熱媒） Ｂ ブライン（二次側熱媒）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 智朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3L103 AA05 AA37 AA43 AA44 BB42 CC02 CC18 CC28 CC30 DD06 DD33 DD62 DD70

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次側熱媒を誘導するチューブと前記チ
   ューブに接する複数の伝熱フィンとで構成されるフィン
   チューブ熱交換器と、前記フィンチューブ熱交換器と液
   状の二次側熱媒を内包する容器とを備え、前記伝熱フィ
   ンの長手方向に前記二次側熱媒を流すように配置したこ
   とを特徴とする熱交換装置。
2. 【請求項２】 二次側熱媒の入口と出口との間にフィン
   チューブ熱交換器を配置し、前記二次側熱媒の出口側に
   一次側熱媒の入口を配置し、前記二次側熱媒の入口側に
   一次側熱媒の出口を配置したことを特徴とする請求項１
   に記載の熱交換装置。
3. 【請求項３】 フィンチューブ熱交換器と容器の壁面と
   の間にシール手段を設けたことを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の熱交換装置。
4. 【請求項４】 一次側熱媒がフィンチューブ熱交換器内
   において気液の相変化をする熱媒であって、フィンチュ
   ーブ熱交換器が凝縮器となる場合と蒸発器となる場合と
   で、前記一次側熱媒の入口と出口を入れ替え、二次側熱
   媒の入口と出口を入れ替えることを特徴とする請求項１
   〜３の何れかに記載の熱交換装置。
5. 【請求項５】 伝熱フィンの長手方向が鉛直方向となる
   ようにフィンチューブ熱交換器を配置し、前記フィンチ
   ューブ熱交換器を凝縮器として用いる場合には、一次側
   熱媒入口を一次側熱媒出口よりも鉛直方向上側に設ける
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の熱交換
   装置。
6. 【請求項６】 二次側熱媒で満たされる空間を容器にお
   けるフィンチューブ熱交換器の上流側箇所と下流側箇所
   とに設け、前記フィンチューブ熱交換器を通過する前記
   二次側熱媒の流れ方向に対し垂直な方向に、前記二次側
   熱媒が前記容器に流入し、前記容器から流出するよう
   に、前記二次側熱媒の入口と出口を配置したことを特徴
   とする請求項１〜５の何れかに記載の熱交換装置。
7. 【請求項７】 容器における二次側熱媒の液面よりも上
   方に大気との連通口を設けたことを特徴とする請求項１
   〜６の何れかに記載の熱交換装置。
8. 【請求項８】 連通口を、二次側熱媒の補給口としても
   兼用したことを特徴とする請求項７に記載の熱交換装
   置。
9. 【請求項９】 一次側熱媒の入口と出口を入れ替え、前
   記二次側熱媒の入口と出口を入れ替える手段が四方弁で
   あることを特徴する請求項４記載の熱交換装置。