JP2713070B2 - 蓄氷式熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、冷熱を氷として蓄え
る蓄氷器に使用される蓄氷式熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、冷熱を氷として蓄えることが
できる空気調和機がある。この空気調和機は、圧縮機,
四方切換弁,室外熱交換器,膨張弁及び室内熱交換器を順
次冷媒管で連結してなるヒートポンプ式の冷媒回路にお
ける上記室内熱交換器に並列に配管された蓄氷器を有し
ている。そして、冷媒の流路を上記室内熱交換器を通る
流路と上記蓄氷器を通る流路とにバルブ等によって切り
換え可能にしている。上記蓄氷器は水槽内に蓄氷式熱交
換器を設置した構成を有して、後に詳細に説明する蓄冷
運転時には上記蓄氷式熱交換器は蒸発器として機能する
一方、放熱運転時には凝縮機として機能する。

【０００３】また、上記空気調和機における上記蓄氷器
は、更に上記室外熱交換器に対しても並列に配管されて
おり、室外熱交換器を通る流路と蓄氷器を通る流路とに
切り換え可能になっている。

【０００４】そして、冷房運転時には、上記圧縮機から
吐出された冷媒ガスを四方切換弁→室外熱交換器→膨張
弁→室内熱交換器→四方切換弁→圧縮機の順に循環さ
せ、上記室外熱交換器で放熱して冷媒を凝縮し、膨張弁
で減圧し、室内熱交換器で吸熱して蒸発を行って室内を
冷却する。

【０００５】さらに、夜間等の室内冷房を必要としない
場合に、以下のような蓄冷運転を実施する。すなわち、
上記冷媒の流路を室内熱交換器を通る流路から蓄氷器を
通る流路に切り換える。そして、圧縮機から吐出された
冷媒ガスを四方切換弁→室外熱交換器→膨張弁→蓄氷器
→四方切換弁→圧縮機の順に循環させ、蓄氷器内の水を
熱交換器による冷媒との熱交換によって冷却して製氷
し、上記蓄氷器内に冷熱を氷として蓄える。すなわち、
上記空気調和機は蓄冷運転時にはスタティック型の蓄氷
システムとして機能するのである。

【０００６】ところで、真夏の昼間等において室外熱交
換器の凝縮能力がピークに達する場合がある。その場合
には、上述のような冷房運転では室内熱交換器の蒸発能
力が不足して充分に室内を冷却できなくなってしまう。
その際には、以下のような放熱運転を実施する。すなわ
ち、上記冷媒の流路を室外熱交換器を通る流路から蓄氷
器を通る流路に切り換える。そして、圧縮機から吐出さ
れた冷媒ガスを四方切換弁→蓄氷器→膨張弁→室内熱交
換器→四方切換弁→圧縮機の順に循環させ、蓄氷器内に
氷として蓄えられた冷熱によって高温高圧の冷媒ガスを
凝縮させる。

【０００７】こうして、外気温度が高温であるにも拘わ
らず効率よく冷媒の凝縮を行って、室内熱交換器の蒸発
能力低下を防止して充分に室内を冷却するのである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の蓄氷器を有する空気調和機には以下のような問題が
ある。上記蓄氷器に用いられる蓄氷式熱交換器は図２に
示すような形状の冷媒管を有している。図２(a)は螺旋
型の冷媒管であり、図２(b)は水平蛇行型の冷媒管であ
り、何れも冷媒管の大部分が水平に配置されていて一端
から冷媒が流入して他端から流出するようになってい
る。

【０００９】このように、冷媒管の大部分が水平に配置
されている場合には、上記放熱運転時において冷媒管内
に上記圧縮機からの高温高圧のガス冷媒が流入すると、
冷媒管を介して冷媒と氷との間で熱交換が行われ、冷媒
管に接触している部分の氷が溶け始める。そうすると、
氷が溶けた部分に水が入り込むために氷が浮力によって
上昇する。したがって、氷は常に冷媒管の下側のみに接
触して溶解されることになる。

【００１０】その結果、上記冷媒管が貫通する氷の穴は
氷の浮上に連れて下側に延びて、やがて隣接する穴と連
通する。こうして、氷が冷媒管によって切断されて氷塊
が生ずる。この氷塊は上記蓄氷器内の上部に溜まるた
め、蓄氷器内に垂直方向の温度斑が生じて上記蓄氷式熱
交換器による効率の良い熱交換ができないという問題が
ある。

【００１１】また、上記放熱運転時には、上記圧縮機か
らの高温高圧の冷媒が冷媒管の一端から流入して冷媒管
を介して蓄氷器内の氷と熱交換を行う。その際に、冷媒
は氷に熱を放出するによって温度を低下しながら他端に
向かって流れて行くことになる。したがって、上記冷媒
管の上記一端側の表面温度が他端側の表面温度よりも常
に高くなり、上記蓄氷器内の氷の溶け方に斑が生じて効
率良く凝縮ができなくなる。一方、上記蓄冷運転時に
は、上記放熱運転時とは逆に上記膨張弁からの低温低圧
の冷媒は上記蓄氷器内の水の熱を吸熱して温度を上昇し
ながら他端に向かって流れて行くことになる。したがっ
て、上記冷媒管の上記一端側の表面温度が他端側の表面
温度よりも常に低くなり、上記蓄氷器内に温度斑が生じ
て効率良く蒸発ができないという問題がある。

【００１２】さらに、図２(a)に示すように、冷媒管が
螺旋状になっている場合には、直方体を成す上記蓄氷器
の四隅には冷媒管の通らない領域ができる。したがっ
て、この領域では蓄冷動作や放熱動作が実施されないと
いう問題もある。

【００１３】そこで、この発明の目的は、蓄冷運転およ
び放熱運転を効率良く実施できる蓄氷式熱交換器を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、冷熱を氷として蓄える蓄氷
式熱交換器であって、周囲の水または氷との熱交換を行
う冷媒が流通すると共に,垂直方向に延びて上下で屈曲
するように蛇行させて配設された愚数本の冷媒管を備え
て、対を成す２本の冷媒管は軸に沿った各部位を対向さ
せて平行に配設されると共に,両冷媒管における冷媒の
流れる方向が互いに反対になっていることを特徴として
いる。

【００１５】

【００１６】

【作用】請求項１に係る発明では、蓄冷運転時におい
て、冷媒管内を流れる冷媒と周囲の水との熱交換によっ
て上記冷媒管に接触して周囲に氷が形成される。そし
て、放熱運転時には、上述のようにして冷媒管の周囲に
形成された氷は、上記冷媒の放熱によって冷媒管に接し
ている箇所から溶け始める。その際に、氷は溶けた水の
浮力を受けることなく上記冷媒管から径方向に均等に溶
けていくので、上記冷媒管によって切断されずに上記冷
媒管の近傍に均一に分布する。したがって、氷と冷媒と
の熱交換が効率よく行われる。また、対を成す２本の冷
媒管は軸に沿った各部位を対向させて平行に配設されて
いる。そして、両冷媒管における冷媒の流れる方向が互
いに反対になるようにしている。したがって、互いに対
を成す２本の冷媒管の対向箇所近傍における温度の軸に
沿った分布は大略等しくなり、両冷媒管の近傍において
は水平方向および垂直方向の温度分布に斑がなくなり、
蓄冷運転および放熱運転が効率よく行われる。

【００１７】

【００１８】

【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。図１は本実施例の蓄氷器に用いられる蓄氷式
熱交換器の配管図である。図１に示すように、本実施例
における蓄氷式熱交換器の冷媒管１は垂直方向に延びて
上下で屈曲するように蛇行して配管されている。さら
に、上記冷媒管１に軸に沿った各部位を対向させて平行
にもう１本の冷媒管２が配置されている。そして、一方
の冷媒管１の冷媒流れの方向と他方の冷媒管２の冷媒流
れの方向とが逆になっている。つまり、上記一方の冷媒
管１の流入口３に並設された他方の冷媒管２の一端５は
流出口となる。これに対して、一方の冷媒管１の流出口
４に並設された他方の冷媒管２の他端６は流入口とな
る。

【００１９】したがって、２本の冷媒管１,２における
互いに隣接する箇所近傍の温度はその両冷媒管１,２の
上記隣接する箇所の温度の平均値となる。また、各冷媒
管の軸に沿った温度分布は長さに略比例し、両冷媒管
１,２の流入口は反対側に位置している。したがって、
冷媒管１の軸に沿った温度分布と冷媒管２の軸に沿った
温度分布とは逆になり、その結果冷媒管１,２における
互いに隣接する箇所近傍の温度の軸に沿った分布は略等
しくなる。

【００２０】また、図１に見られるように、両冷媒管
１,２は蛇行して垂直の面状を成している。したがっ
て、両冷媒管１,２の近傍においては、垂直方向の温度
斑のみならず水平方向の温度斑もなくなるのである。そ
の結果、本実施例における冷媒管１,２を有する蓄氷式
熱交換器は、上記蓄冷運転時あるいは放熱運転時のいず
れの場合にも効率良く熱交換を行うことができるのであ
る。

【００２１】上述したように、本実施例における冷媒管
１,２は垂直方向に延びて上下で屈曲するように蛇行し
て配管されている。つまり、冷媒管１,２の殆どの部分
は垂直方向に配列されている。

【００２２】そのために、上記放熱運転時において、冷
媒管１,２内に上記圧縮機からの高温高圧のガス冷媒が
流入して冷媒管１,２に接触している氷が溶け始めた際
に、冷媒管１,２は垂直に配列されているので氷が浮力
の作用で冷媒管１,２によって切断されることなく冷媒
管１,２の周囲に止まって蓄氷器内に均一に分布する。
その結果、上記蓄氷器内における垂直方向の温度分布が
均一となり、蓄氷式熱交換器は効率良く熱交換を行うこ
とができる。したがって、上述の並設効果と相俟って更
に効率良く上記放熱運転を実施できるのである。

【００２３】さらに、本実施例における蓄氷式熱交換器
の冷媒管１,２は、図１に示すように蛇行して平面状を
呈している。したがって、直方体を成す上記蓄氷器内部
の空間全体に配設することができ、更に熱交換効率を上
げることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る発明の蓄氷式熱交換器は、垂直方向に延びて上下で屈
曲するように蛇行して偶数本の冷媒管を配設したので、
氷を上記冷媒管によって切断されて塊に分離させずに冷
媒管周囲に均一に分布させることができ、放熱運転を効
率良く実施できる。さらに、対を成す２本の冷媒管は、
軸に沿った各部位を対向させて平行に配設して両冷媒管
における冷媒の流れる方向が互いに反対になるようにし
たので、両冷媒管の対向箇所近傍における温度の軸に沿
った分布は大略等しくなり、両冷媒管近傍における水平
方向および垂直方向の温度分布の斑を無くすことができ
る。したがって、効率良く蓄冷運転および放熱運転を実
施できる。

【００２５】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の蓄氷式熱交換器における冷媒管の配
列例を示す図である。

【図２】従来の蓄氷式熱交換器における冷媒管の形状例
を示す図である。

【符号の説明】

１,２…冷媒管。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷熱を氷として蓄える蓄氷式熱交換器で
   あって、 周囲の水または氷との熱交換を行う冷媒が流通すると共
   に、垂直方向に延びて上下で屈曲するように蛇行させて
   配設された愚数本の冷媒管(１,２)を備えて、 対を成す２本の冷媒管(１,２)は軸に沿った各部位を対
   向させて平行に配設されると共に、両冷媒管(１,２)に
   おける冷媒の流れる方向が互いに反対になっていること
   を特徴とする蓄氷式熱交換器。