JP4812087B2 - 空調機の一重管蒸気コイルの凍結防止及び熱応力破損防止構造 - Google Patents

Description

本発明は、外気を取入れて空調し室内に供給する空調機において、この空調機に組み込まれる熱交換器である一重管式の蒸気コイルの凍結を防止するとともに、熱応力による破損を防止する構造に関する。

外気を取入れ室内還気とともに空調して室内に供給する空調機において、この空調機に組み込まれる交換器が蒸気コイルである場合に、熱交換後のドレン水をスムースに排水できない場合や部分的に熱交換のムラが生じた場合には、コイルの管内に残留した水が凍結し、或いは、膨張して管が破裂したり、主管の長手方向の熱膨張の差により主管とヘッダの接合部分が破損するという事故が発生する場合があった。
このため、従来公知の空調機の蒸気コイルとしては、一重管コイルと二重管コイルとがあるが、凍結防止の機能の高い蒸気コイルである二重管コイルを採用するケースが多かった。
しかし、この従来の空調機の蒸気コイルである二重管コイルは、図１に示されるように、フィンａに接続した二重管ｂは、内外の二重構造とし、その内管ｃの外周の微細孔ｄから外管ｅ内壁に向かって蒸気を噴出し、その蒸気の動圧により外管ｅ内のドレン水を外管ｅから排出している。この内管ｃの内部は、常に飽和蒸気が充満しているため外管ｅ内で空気と熱交換した後に発生したドレン水は過冷却しにくく、凝縮温度以下に冷却するのは難しく、この二重管コイルのように、動圧でドレン水を排除することは凍結防止の観点からは非常に有効なコイルであるが、構造が複雑なために高価であるという欠点があった。

また、空調機の蒸気コイルである一重コイルは、構造が比較的簡単で安価であるため多用されているが、次のような欠点があった。
従来の代表的な一重管コイルは、図２に示すように、（1)蒸気入口部ｇを上部に配置し、ドレン出口部ｈを下部に配置した縦型コイルとして、ドレン水の自重を最大限利用してドレン水の排水性を向上させ、図３〜図５に示すように、(2)蒸気入口部ｇの管開口部ｉに分流板ｊを取り付けて、蒸気入口部ｇの動圧を静圧に変換して、入口ヘッダｋ内部の圧力分布を均一化し、(3)主管ｒの入口部にオリフィスジョイントｍを設置し、主管ｒ内の通過面積よリ狭めて抵抗を与えて、熱交換部に相当する複数の主管ｒの蒸気分配を均一にしている。
しかし、主管の上流側の圧力を均一にしても、熱負荷の少ない主管ｒでは凝縮しきれなかった多量の蒸気が出口ヘッダｐ内の圧力を上昇させ、この背圧は、他の主管ｒの下流側に加わる圧力であり、ドレン水の排水を阻害する要因となるため、ドレン水が停滞して凍結しやすく、凍結の防止の観点からは二重管コイルより劣るという問題点があった。

また、一重管蒸気コイルの分流板ｊは、蒸気入口部ｇに取付けられて、蒸気入口部ｇの動圧をヘッダ内に分散して静圧に変換させるためのものであり、動圧が一部の主管ｒに直接到達することを防ぐ遮蔽物の役割をしているが、入口管ｎに分流板ｊを溶接後に、この分流板付入口管ｎをヘッダｋに溶接する製造工程の関係上、この分流板ｊは入口管ｎの管径より小さいものである必要性があり、遮蔽物としての効果が少ないという問題点があった。

本発明は、このような空調機の蒸気コイルである一重コイルの問題点に鑑みてなされたもので、空調機の一重管蒸気コイルにおいて、主管の出口に不均一な背圧が生じるのを防ぎ、従来の二重管コイルと同等程度のドレン水の凍結を防止する凍結防止構造を提供するとともに、各主管の熱膨張の均一化による主管とヘッダの接合部の熱応力による破損を防止する熱応力破損防止構造を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、空調機の熱交換器であって、複数の蒸気が移動する一重管蒸気コイルにおいて、一重管蒸気コイルを構成する複数の主管の入口を入口ヘッダ内に配置し、該入口ヘッダに蒸気入口管を連通し、該蒸気入口管の開口は該入口ヘッダの長さ方向の中央部近傍に配置し、且つ、蒸気入口管の開口の方向を主管の長さ方向と直角にするともに、該開口から噴出した蒸気が対向壁に当たって拡散するように配置し、前記複数の主管の入口及び出口にオリフィスを設けたことを特徴とする空調機の一重管蒸気コイルの凍結防止及び熱応力破損防止構造である。

請求項１の発明によれば、空調機の一重管蒸気コイルにおいて、主管の殆ど全ての出口で不均一な背圧を生ずることがなく、ドレンの排水が留まることが少なくなり、スムースに排水することができ、簡単で安価な構造で効率良く凍結を防止し、及びに、熱応力による破損を防止することができ、蒸気入口管を主管の長さ方向と直角で、かつヘッダの長さ方向と直角で、該開口から噴出した蒸気が対向壁に当たって拡散するように配置したことにより、蒸気入口管の開口からの蒸気の動圧が直接主管の入口に到達することがなく、また、入口ヘッダの内壁面全てが、従来の分流板の作用をするため、従来の分流板が無くとも、入口ヘッダの内圧は均等となり、また、入口にオリフィスを設けたことにより、複数の主管の入口により均一な量の蒸気を送ることができ、簡単で安価な構造で凍結を防止、及びに、熱応力による破損を防止することができる。

ここで、本発明の空調機の一重管蒸気コイルの凍結防止構造の好適な実施例について図面に沿って説明する。

図６は、本実施例の一重管蒸気コイル部分の全体の概略を示したもので、一重管蒸気コイル１の凍結防止及び熱応力破損防止構造を、ドレン水の自重を用いて排水性を向上させる縦型コイルであって、蒸気入口部２を上部に配置し、ドレン出口部３を下部に配置し、蒸気入口部２とドレン出口部３との間に複数の銅製の主管４を垂直に連設し、この複数の主管４には水平方向に多数のアルミニュウム製の板状フィン５を主管４に密接(溶接)させて固定している。

図７、図８に示すように、前記蒸気入口部２は、主に入口ヘッダ２１で構成されて、水平方向の側方には蒸気が供給される蒸気入口管２２を連設し、垂直方向の下方には熱交換のための複数の主管４が連設されている。
入口ヘッダ２１の水平方向に蒸気入口管２２を配置して、蒸気入口管２２から入口ヘッダ２１への開口２３は、入口ヘッダ２１のほぼ中央部の側面に設け、蒸気入口管２２からの蒸気が開口２３から噴出し、入口ヘッダ２１の開口２３の対向壁２４に当たって拡散する。
すなわち、蒸気入口管２２の開口２３の開口方向を、主管４の長さ方向（主管４の入口４２の開口方向）と垂直、即ち互いに直角方向に配置したことにより、蒸気入口管２２からの蒸気の動圧が、直接、ほぼ同じ高さに(垂平方向で)開口した主管４の複数の入口４２（オリフィスジョイント４２１）に到達することがなく、また、入口ヘッダ２１の内壁面全てが、従来の分流板Ｊの作用をするので分散し分流される。
これは結果として、従来例で説明したように、入口ヘッダ２１の内圧を均等にすることができる。

前記入口ヘッダ２１内の蒸気は、熱交換のための複数の主管４に移動するが、この複数の主管４の入口４２は前述したようにほぼ同じ高さに複数上向きに開口し、複数の主管４の入口４２の内径には、主管４の本体４１の内径よりも細く、オリフィスを形成するオリフィスジョイント４２１が設けられ、この拡散されて均一になった蒸気は入口４２の複数のオリフィスジョイント４２１に満遍なく均一化されて吸い込まれ、主管４の本体及びこれに密着固定されたフィン５によって熱交換して冷たくなり、一部はドレン水となり蒸気とともに下部のドレン出口部３に移送される。

図９、図１０に示すように、一重管蒸気コイル１の下部のドレン出口部３は、主に出口ヘッダ３１で構成されて、水平方向の側方には蒸気やドレン水を排出する蒸気出口管３２を連設し、垂直方向の上方には複数の主管４が連設されている。
出口ヘッダ３１の水平方向に蒸気出口管３２を配置し、側方の開口３３を介して一重管蒸気コイル１のドレン出口部４外に蒸気やドレン水を排出する。
ここで、この複数の主管４の出口４３には、出口４３の内径が主管４の本体４１の内径よりも細く、オリフィスを形成するオリフィスジョイント４３１が設けられ、主管４の出口部でのオリフィスジョイント４３１の内部圧力の高い主管４を通過して出口ヘッダ３１に到達した蒸気が、内部圧力の低い殆ど全ての主管４の背圧とならないための抵抗板の作用効果を有する。
すなわち、従来の内管に噴霧孔を設けた二重管コイルのように、複雑な構造にしなくても、主管４の出口４３をオリフィス構造とするだけで、ドレンの排水が留まることが少なくなり、スムースに排水することができ、結果として、空調機の一重管蒸気コイルにおいて、凍結を防止する構造とすることができ、また、滞留する蒸気も少なくなり膨張して管が破裂することがなく、主管の長手方向の熱膨張の差により主管とヘッダの接合部分が破損することもなく、これら熱応力による破損を防止する構造とすることができる。

以上のように、本実施例によれば、空調機の一重管蒸気コイルにおいて、蒸気入口管２２を主管４の長さ方向と垂直、即ち直角に配置したことにより、蒸気入口管２２の動圧が直接主管４に到達することがなく、また、入口ヘッダ２１の内壁面全てが、従来の分流板Ｊの作用をするため、従来の分流板Ｊをなくすことができ、また、主管４の出口４３で背圧を生ずることがなく、ドレンの排水が留まることが少なくなり、スムースに排水することができ、凍結を防止すること、及び、熱応力による破損を防止することができ、且つ、従来に比べて簡単構成とすることができ、安価な構造とすることができる。

なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、前述した実施例に限定されないことは勿論であり、例えば、本実施例では、一重管蒸気コイルを、空調機の縦型コイルに適用したが、主管４の出口側で不均一な背圧とならないためにオリフィスジョイント４３１を用いたのであって、空調機の横型コイルの出口に用いても良いことは勿論であり、また、蒸気入口管３２を主管４の長さ方向と垂直に配置したことにより、従来の分流板ｊを設けなくてよいとする構成も、実施例での空調機の縦型コイルに限らず、横型コイルの入口に用いても良いことは勿論である。

従来の従来の空調機の二重管蒸気コイルの概念図である。 図２(a)は、従来の空調機の一重管蒸気コイルの正面図、図２(ｂ)はその側面図である。 図２における従来の入口ヘッダの拡大断面図である。 図３における従来の分流板の側断面図である。 図４における従来の分流板の斜視図である。 従来の従来の空調機の二重管蒸気コイルの概念図である。 図６(a)は、本発明の実施例の空調機の一重管蒸気コイルの正面図、図２(ｂ)はその側面図である。 図６の本発明の実施例の蒸気入口部の上面の拡大断面図である。 図８(ａ)は、図７の本発明の実施例の蒸気入口部の拡大側断面図であり、図８（ｂ）は、主管の入口の拡大断面図である。 図９(ａ)は、図６の本発明の実施例の蒸気出口部の拡大側断面図であり、図９（ｂ）は、主管の出口の拡大断面図である。 図９の本発明の実施例の蒸気出口部の底面の拡大断面図である。

符号の説明

１…一重管蒸気コイル、
２…蒸気入口部、２１…入口ヘッダ、２２…蒸気入口管、２３…開口、
２４…対向壁、
３…ドレン出口部、３１…出口ヘッダ、３２…蒸気出口管、３３…開口、
４…主管、４１…本体、４２…入口、４２１…オリフィスジョイント、
４３…出口、４３１…オリフィスジョイント、
５…板状フィン、

Claims (1)

1. 空調機の熱交換器であって、複数の蒸気が移動する一重管蒸気コイルにおいて、一重管蒸気コイルを構成する複数の主管の入口を入口ヘッダ内に配置し、該入口ヘッダに蒸気入口管を連通し、該蒸気入口管の開口は該入口ヘッダの長さ方向の中央部近傍に配置し、且つ、蒸気入口管の開口の方向を主管の長さ方向と直角にするともに、該開口から噴出した蒸気が対向壁に当たって拡散するように配置し、前記複数の主管の入口及び出口にオリフィスを設けたことを特徴とする空調機の一重管蒸気コイルの凍結防止及び熱応力破損防止構造。

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