JP2010271026A - ホース型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】既存のヒートポンプ式冷暖房装置の、大気と冷媒間の熱交換器を、安価で容易な方法で地下水との熱交換器に改造できる手段を提供する。
また、凍結防止機能を備えるとともに、万が一熱交換器内の水が凍結しても冷媒の管路が破損しない構造を提供する。
【解決手段】冷媒を通すための金属管と、前記金属管の所定の長さ範囲を覆う水を通すための可撓性樹脂ホースと、前記樹脂ホースの両端近傍に取り付けられた、前記金属管の任意の位置で外周を締め付けることによって水密性を保つ手段と、水の入り口または出口を構成する手段と、前記樹脂ホースの端部に挿入して水密性を保つ手段を備えた連結部品とで構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に地下水を利用したヒートポンプ式エアコンに使用する冷媒と水の熱交換器に於いて、伝熱長さを自由に設定できる構造に関する。

ヒートポンプ式暖冷房装置は安全で高効率であることにより広く普及しているが、外気を熱源とする場合、真夏の冷房や寒冷地の暖房用としては必ずしも十分な能力とは言い難い。
これを対策する方法として地下水を熱源として利用する方法があり、従来、水と冷媒間の熱交換器としては、特許文献１に示された筒型や、特許文献２に示されたプレート型、特許文献３に示された管型が提案・採用されているが、何れも伝熱面積は設計的に決められており、また、万が一水が凍って膨張した際には熱交換器そのものが破損し、最悪の場合には冷媒に水が混入して冷媒経路の機器の全てが故障する構造になっていた。

特開昭５８−１１７９７４号公報 特開昭５２−１０６１４９号公報 実公昭３５−２５５５号公報

既存のヒートポンプ式冷暖房装置の、大気と冷媒間の熱交換器を、安価で容易な方法で地下水との熱交換器に改造できる手段を提供することにより、ヒートポンプ式冷暖房装置の効率を大幅に改善し、地域や気候に適した熱交換方法を選択できる方法を提供することにある。
また、凍結防止機能を備えるとともに、万が一熱交換器内の水が凍結しても冷媒の通路を破損しない構造を提供する。

熱交換器の構成を、冷媒を通すための金属管と、前記金属管の所定の長さ範囲を覆う水を通すための可撓性樹脂ホースと、前記樹脂ホースの両端近傍に取り付けた一対の連結部品とで構成し、前記連結部品は前記樹脂ホースの両端にそれぞれ挿入して水密性を保つ手段と、水の出入り口を構成する手段と、前記金属管の任意の位置で金属管の外周を締め付けることによって水密性を保つ手段を備えている。

上記熱交換器の水を通すための樹脂ホースの下流側端部近傍に、電磁弁式止水弁を設置し、前記止水弁と並列に凍結防止水栓を設置した。

冷媒を通す金属管の外周を任意の位置で締め付けて水密性を保つ構造にしたので、必要な熱交換能力に合わせて熱交換部の長さを任意に調節することができる。

構成部品が安価で入手が容易な金属管（具体的には銅管）と連結部品と樹脂ホースからなり、組み立ても容易である。
したがって、例えば一般的な大気と熱交換を行うヒートポンプ式冷暖房装置を、地下水利用のヒートポンプ式冷暖房装置に改造することが容易にできる。
この際に、地域の気候、改造前の冷暖房装置の能力、地下水の温度と水量に合わせて熱交換器の能力を調節することができる。

熱伝導率の小さい樹脂ホース内に熱源となる地下水を流すので、外気への熱損失が少ない。

樹脂ホースの下流側に凍結防止水栓を設けたので、止水弁が閉じている運転停止時に気温が低下した際には凍結防止水栓が開いて少量の水をホース内に流すので凍結を防止することができる。

例えば電磁弁の故障などにより、冬季の暖房運転中に樹脂ホース内に水が流れなくなると、樹脂ホース内の水が凍結し膨張するが、このような場合にも樹脂ホースには弾力性があるので破れる可能性はほとんど無く、まして内部に通っている金属管が破損することはない。

従来型の熱交換器より冷媒と水の熱交換部延長が長い事により水の出入り口温度差が大きくなるため、より少量の水量で所要熱量を確保できるので経済的である。

また従来の熱交換器は内部が精巧緻密であるため水アカやスケール等が付着しやすく目詰まりを起こすため定期的に洗浄を要したが、本発明による熱交換器は構造が簡単なため洗浄の必要が極めて少ない。

本発明による熱交換器連結部品の断面詳細図 ヒートポンプ室外機平面図 ヒートポンプ室外機Ａ−Ａ断面側面図 ヒートポンプ室外機Ｂ−Ｂ断面平面図 例１の配管系統図 例２の配管系統図

図１〜図６を用いて本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明による熱交換器の両端における連結部分の断面図である。
所要の長さに切った冷媒用金属管１の外周に、一組の連結部品１００を通し、所要の長さに切った可撓性樹脂ホース２を通し、さらにもう一組の連結用部品１００を通す。
フレアナット４を管継ぎ手７に締め込むと、パッキン３の外周がフレアナット内のテーパー部で押されて冷媒用金属管１の外周を締付け、水密性が保たれると同時に位置が固定される。

管継ぎ手７は、異径管継ぎ手６にねじ込まれ、異径管継ぎ手はＴ型管継ぎ手８にねじ込まれ、Ｔ型管継ぎ手８の他端にはホースニップル５がねじ込まれて、ホースニップル５に可撓性樹脂ホース２を被せてホース締付バンド９で締め付ける。
各ねじ部にはシールテープ又はシール材が用いられ、水密性が保たれる。
これら連結部品を構成する部品、５、６、７、８は、専用部品として一体化しても良い。

もう一方の連結部に於いて、ホース２の他端にホースニップル５を挿入し、各部のねじを締め付けてから、最後にフレアナット４を締め付けると本発明によるパイプ型熱交換器が完成する。

実際の使用に当たっては、図３に示したように、円筒に巻き付けて熱交換器部１０を構成し、冷媒用金属管１を冷媒圧縮機１４の一次側回路に接続する。

地下水の配管は、Ｔ型管継ぎ手８に繋いで給・排水するが、この時冷媒の流れ方向と水の流れ方向が対向するように配管することにより熱交換効率を向上させることができる。

図２は、排水側の配管を示している。冷暖房装置の運転に連動して開閉する電磁弁式止水弁１１を排水側に設け、これに並列に凍結防止水栓１２を設置する。こうすることにより、電磁弁式止水弁１１が閉じている状態でも、凍結防止用水栓１２には送水圧力が加わり、所定の温度より下がった際に凍結防止水栓１２が僅かに開き、熱交換器部１０内に暖かい地下水が流れるので凍結を防止することができる。
凍結防止水栓としては、形状記憶合金をばねに利用した自動弁が適している。

図４は、給水側の配管を示している。給水側に水量調節バルブ１３を設けることにより、季節に応じた水量に調節でき、また運転中の熱交換器部１０内の水圧を下げることができるので可撓性樹脂ホース２の耐久性を向上させることができる。

図５は、本発明による熱交換器１０をヒートポンプ式冷暖房装置に使用した例１の配管系統図である。
通常は室外機箱１５内に外気と熱交換するためのフィンとファンが設置されているが、これの代わりに本発明による熱交換器部１０を設置し、一次側冷媒用金属管１を冷媒圧縮機１４に繋ぎ、井戸１７からポンプ１６で吸い上げた地下水を流す。
室内空調機１９と室外機１５を繋ぐ二次側冷媒管１８は、従来品をそのまま使用する。

尚、地下水を室内に配管すれば室外機を設置する必要はない。
図６は、本発明による熱交換器１０をパッケージ型ヒートポンプ式冷暖房装置の室外機内に設置し、室内機として利用した場合の配管系統図（例２）である。
通常は大型室外機箱２０内に外気と熱交換するためのフィンとファンが設置されているが、このフィンとファンを室内の空調用に利用し、本発明による熱交換器部１０を下部の熱交換器箱２１内に設置し、冷媒用金属管１を通常の室内機用二次側冷媒管１８に繋ぎ、井戸１７からポンプ１６で吸い上げた地下水を流す。運転は本来の冷暖房運転と逆流方向で使用する。

１ 冷媒用金属管
２ 可撓性樹脂ホース
３ パッキン
４ フレアナット
５ ホースニップル
６ 異径管継ぎ手
７ 管継ぎ手
８ Ｔ型管継ぎ手
９ ホース締め付けバンド
１０ 熱交換器部
１１ 電磁弁式止水弁
１２ 凍結防止用水栓
１３ 水量調整バルブ
１４ 冷媒圧縮機
１５ 室外機箱
１６ 井戸ポンプ
１７ 揚水井戸
１８ 二次側冷媒管
１９ 室内空調機
２０ 大型室外機
２１ 熱交換器箱
１００ 連結部品

Claims (3)

1. 冷媒を通すための金属管と、前記金属管の所定の長さ範囲を覆う水を通すための可撓性樹脂ホースと、前記樹脂ホースの両端近傍に取り付けられた一対の連結部品からなる熱交換器であって、前記連結部品は前記樹脂ホースの両端にそれぞれ挿入して水密性を保つ手段と、前記樹脂ホースの一端近傍を水の入り口に繋ぎ、他端近傍を水の出口に繋ぐ手段と、前記金属管の任意の位置で金属管の外周を締め付けることによって水密性を保つ手段を備えたことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載した熱交換器の水を通すための樹脂ホースの下流に、止水弁を設置し、前記止水弁と並列に凍結防止水栓を設置したことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１又は請求項２に記載した熱交換器を、ヒートポンプ式冷暖房装置における冷媒と地下水との熱交換用に使用したことを特徴とする地下水利用冷暖房装置。

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