JP5775185B2 - 熱交換コイル及び空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は熱交換コイル及び空気調和機に関するものである。

天井に設置される空調機はスペース制限のため機体のコンパクト化が要求され、機体内で熱交換される空調用通風空気を熱交換コイルへ風上側から押込み式に送風する構造となっているが、熱交換コイルの送風機吹出口に対面する部分と、その他の部分に風量ムラ及び熱交換温度ムラが生じて熱交換ロスが増大する。それを補うために伝熱面積を大きくせねばならず、熱交換コイル及び空調機が大型化する問題があった。

特開平４−３２７７２６号公報

また、４管式の空調機では冷房と暖房を自由に切換えできるが、冷水が流れる冷房専用熱交換コイルと、温水が流れる暖房専用熱交換コイルの２つが必要で、熱交換コイルによって空気抵抗が増えて無駄な送風動力が増し、空気調和機の機体も大型化する問題があった。

本発明は上記課題を解決するため、熱伝達部材を介して熱交換媒体と空調用通風空気を熱交換する熱交換コイルであって、前記熱伝達部材が、内部に前記熱交換媒体が流れる複数の分割伝熱管群と、前記分割伝熱管群を挿着した複数の分割フィン群と、を備え、複数の前記分割伝熱管群毎の前記熱交換媒体流通量を個別に調整する制御装置を、設け、複数の前記分割フィン群を通風方向に離間させて隣合う前記分割フィン群の空気出入口の間に空気混合エリアを、形成し、前記熱交換媒体が風下側の前記分割フィン群から風上側の前記分割フィン群へ順次流れるように前記分割伝熱管群を、配置したことを最も主要な特徴とする。

請求項１の発明によれば、
（１）熱源水を複数の分割伝熱管群に分岐させて分割伝熱管群当たりの流量を減らしているので、下限流量の小さな流量調整弁を用いてコイル全体の制御可能な下限流量を（１つの流量調整弁及び伝熱管群の熱交換コイルと比べて）最少化できる。そのため、空調能力（熱交換コイルの最少交換熱量）の制御範囲が広がり、中間期などの低負荷時に、無駄な熱交換エネルギー消費を防止して冷やし過ぎ温め過ぎを無くし、快適性と省エネ性を確実に保障することができる。
（２）複数の流量調整弁を順次開閉して、偏りのない応答性に優れた流量の比例制御ができ、熱交換ムラのない安定した快適空調を行える。
（３）風上側の分割フィン群の送風機吹出口に対面する部分と、その他の部分にバイパスなどで風量ムラ及び熱交換温度ムラが生じても、風下側の分割フィン群との間にある空気混合エリアで通風空気が混合、拡散されて均一化された状態で風下側の分割フィン群に通風されるため、熱交換ロスを削減でき熱交換効率が向上する。

請求項２の発明によれば、
（１）送風機で通風空気を熱交換コイルへ風上側から押込み式に送風しても、風下側の分割フィン群との間にある空気混合エリアで通風空気が混合されて均一化された状態で風下側の分割フィン群に通風されるため、熱交換ロスを削減できる。
（２）熱交換ロスが少なくて熱交換効率が向上するので熱交換コイル及び空調機がコンパクト化され、スペース制限のある天井内へ容易に設置でき、機械室が不要となりレンタブル率向上によるコスト削減を図れる。

請求項３の発明によれば、
（１）風上側の分割伝熱管群の領域を風下側より減らして、コイル全体の伝熱面積の比率を、風量ムラ及び熱交換温度ムラで熱交換効率の悪い領域を最小限に抑えつつ空気混合作用による熱交換効率の良い領域を最大限にすることができ、一層省エネ化を図れる。

請求項４の発明によれば、
（１）風上側のフィンピッチを風下側より広くしてあるので、コイル全体の伝熱面積の比率を、風量ムラ及び熱交換温度ムラで熱交換効率の悪い領域を最小限に抑えながら空気混合作用による熱交換効率の良い領域を最大限にすることができ、しかも、風下側分割フィン群のフィンピッチが狭くなる分、空気抵抗による空気混合作用が促進され、一層省エネ化を図れる。

請求項５の発明によれば、
（１）熱交換媒体が風下側の分割フィン群から風上側の分割フィン群へ順次流れるように分割伝熱管群を配置して、風上側分割フィン群の分割伝熱管群領域での熱交換媒体と通風空気との温度差を少なくし、かつ風下側分割フィン群の分割伝熱管群領域での熱交換媒体と通風空気との温度差を大きくしあるので、風量ムラ及び熱交換温度ムラで熱交換効率の悪い領域を最小限に抑えつつ上記空気混合作用による熱交換効率の良い領域を最大限にすることができ、これとカウンターフロー作用との相乗作用で、低負荷時でも大幅省エネが可能となる。

請求項６と７の発明によれば、
（１）熱源水を複数の分割伝熱管群に分岐させて分割伝熱管群当たりの流量を減らしているので、下限流量の小さな流量調整弁を用いてコイル全体の制御可能な下限流量を（１つの流量調整弁及び伝熱管群の熱交換コイルと比べて）最少化できる。そのため、空調能力（熱交換コイルの最少交換熱量）の制御範囲が広がり、中間期などの低負荷時に、無駄な熱交換エネルギー消費を防止して冷やし過ぎ温め過ぎを無くし、快適性と省エネ性を確実に保障することができる。
（２）複数の流量調整弁を順次開閉して、偏りのない応答性に優れた流量の比例制御ができ、熱交換ムラのない安定した快適空調を行える。

請求項８の発明によれば、
（１）複数の分割伝熱管群毎の下限流量が異なるようにしてあるので（例えば６：４）、各下限流量が同じ場合（例えば５：５）の平均下限流量と比べて、さらに少ない下限流量制御（例えば５よりも少ない４）が可能となり、空調負荷の一層広い変動幅に対応して快適性と省エネ性を確実に保障することができる。

請求項９の発明によれば、
（１）１つの冷暖兼用の熱交換コイルで冷房と暖房を自由に切換えでき、２つの冷暖専用熱交換コイルを使用する場合と比べて、送風動力を削減できて省エネとなり、空気調和機をコンパクト化できる。

請求項１０の発明によれば、
（１）通風抵抗が小さくて圧力損失が減少し、かつ、コイル通風空気との接触面積（伝熱面積)が増して、省エネ性を向上できる。

図１〜図３は、本発明の空気調和機の一実施例を示しており、この空気調和機は、天井に設置されるものであって、機体であるケーシング１内に、熱交換コイル２と、空調用通風空気を熱交換コイル２へ風上側から押込み式に送風する送風機３と、図示省略の加湿器等と、を備えており、熱交換コイル２で熱交換された空調用通風空気は温風又は冷風となって室内などの被空調空間に給気される。なお、各図中の白抜き矢印は空調用通風空気の風向を示している。

熱交換コイル２は、熱伝達部材５を介して熱交換媒体と空調用通風空気を熱交換するものであって、熱伝達部材５が、内部に熱交換媒体が流れる複数の分割伝熱管群６…と、分割伝熱管群６…を挿着した複数の分割フィン群７…と、複数の分割伝熱管群６…毎の熱交換媒体入口に連通連結された複数の分岐ヘッダ８…と、全ての分割伝熱管群６…の熱交換媒体出口に連通連結された合流ヘッダ９と、を備えている。風上側の分割フィン群７に挿着される分割伝熱管群６の領域は、風下側の分割フィン群７に挿着される分割伝熱管群６の領域より少なくするのが好ましいが、これに限定されるものではなく領域の変更は自由である。分割伝熱管群６は楕円管にて形成するのが好ましいが円形管で形成してもよい。

この複数の分割フィン群７…を通風方向に離間させて隣合う分割フィン群７、７の空気出入口の間に空気混合エリア１０を、形成し、熱交換媒体が風下側の分割フィン群７から風上側の分割フィン群７へ順次流れるように分割伝熱管群６…を、配置する。分割フィン群７は多数のプレートフィン１１…を所定間隔で平行に並設して成り、この多数のプレートフィン１１…の平面部と直交状に、分割伝熱管群６…の一部を構成する直管部が複数段・複数列で挿着される。風上側の分割フィン群７のフィンピッチＰは、風下側の分割フィン群７のフィンピッチＰより広くするのが好ましいが、これに限定されるものではなくフィンピッチＰの変更は自由である。

熱交換媒体は熱源水とし、熱交換媒体が流れる一対の冷水循環路１２及び温水循環路１３と三方切換弁１４…及び分岐ヘッダ８…を介して接続された分割伝熱管群６…に冷水と温水を切換自在として流すと共に複数の分割伝熱管群６…毎の熱交換媒体流通量を個別に調整する制御装置４を、設ける。複数の分割伝熱管群６毎の下限流量が異なるように構成するのが好ましいが、全ての分割伝熱管群６…のうちの一部又は全部が同じになるようにしてもよい。熱源水は図示省略のチラーやボイラーなどの熱源機で温度調整されて冷水や温水となり、４管式の熱源水回路である一対の冷水循環路１２及び温水循環路１３と熱源機を循環する。

図３と図４に示すように、制御装置４は、分割伝熱管群６毎に対応して設けられた比例制御用流量調整弁１５（１５ａ、１５ｂ）と、流量調整弁１５（１５ａ、１５ｂ）を一つずつ順番に開閉させて流量を調整する場合において水量増加調整時には流量調整弁の一つ１５ａにて上限水量まで比例増水させた時点で最少通水量分を一時に減水させると同時に次に開く流量調整弁１５ｂにて下限水量で通水させてから最少通水量分を一時に減水させている流量調整弁１５ａにて上限水量まで比例増水させた時点で下限水量で通水させている流量調整弁１５ｂにて比例増水を開始させる制御を行うと共に水量減少調整時には流量調整弁の一つ１５ｂにて下限水量まで比例減水させた時点で次に閉じる流量調整弁１５ａにて最少通水量分を比例減水させてから上限水量まで一時に増水させると同時に下限水量まで減水させている流量調整弁１５ｂにて止水させた時点で上限水量まで増水させている流量調整弁１５ａにて比例減水を開始させる制御を行う制御器１６と、により構成する。図例では流量調整弁１５が２つの場合を説明したが、３つ以上でも同様にして応答性に優れたスムースな水量の比例制御が可能である。

図５と図６は、前記各実施例を床に設置される空気調和機にしたもので、熱交換コイル２０と、空調用通風空気を熱交換コイル２０へ風下側から吸込み式に送風する送風機２１と、を備えている。熱交換コイル２０は、熱伝達部材２２が、内部に熱交換媒体が流れる複数の分割伝熱管群２３…と、分割伝熱管群２３…を挿着した無分割の１つのフィン群２４と、を備えている。その他の構成は前記実施例と同様であるので説明は省略する。

なお、本発明は上述の実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更自由である。図示省略するが、分割伝熱管群６、２３及び分割フィン群７の分割の増減と、それに伴い形成される空気混合エリア１０の数の増減は自由であり、熱搬送用媒体は水や水溶液などの熱源水以外にフロンなどの冷媒やその他各種媒体を用いるも自由である。また、熱源水回路を冷水と温水を切換えて循環させる２管式とするも自由である。

本発明を天井へ設置した状態を示す簡略説明図である。 熱交換コイルを示す斜視図である。 全体構成を示す簡略説明図である。 流量制御例を示す説明図である。 本発明の他の実施例を床へ設置した状態を示す簡略説明図である。 図５の実施例の熱交換コイルを示す簡略図である。

２ 熱交換コイル
３ 送風機
４ 制御装置
５ 熱伝達部材
６ 分割伝熱管群
７ 分割フィン群
１０ 空気混合エリア
１２ 冷水循環路
１３ 温水循環路
１５ 流量調整弁
１６ 制御器
２０ 熱交換コイル
２１ 送風機
２２ 熱伝達部材
２３ 分割伝熱管群
２４ フィン群

Claims (10)

1. 熱伝達部材を介して熱交換媒体と空調用通風空気を熱交換する熱交換コイルであって、前記熱伝達部材が、内部に前記熱交換媒体が流れる複数の分割伝熱管群と、前記分割伝熱管群を挿着した複数の分割フィン群と、を備え、複数の前記分割伝熱管群毎の前記熱交換媒体流通量を個別に調整する制御装置を、設け、複数の前記分割フィン群を通風方向に離間させて隣合う前記分割フィン群の空気出入口の間に空気混合エリアを、形成し、前記熱交換媒体を熱源水とし、前記制御装置を、前記分割伝熱管群毎に対応して設けられた比例制御用流量調整弁と、前記流量調整弁を一つずつ順番に開閉させて水量を調整する場合において水量増加調整時には前記流量調整弁の一つにて上限水量まで比例増水させた時点で最少通水量分を一時に減水させると同時に次に開く前記流量調整弁にて下限水量で通水させてから前記最少通水量分を一時に減水させている前記流量調整弁にて前記上限水量まで比例増水させた時点で前記下限水量で通水させている前記流量調整弁にて比例増水を開始させる制御を行うと共に水量減少調整時には前記流量調整弁の一つにて下限水量まで比例減水させた時点で次に閉じる前記流量調整弁にて前記最少通水量分を比例減水させてから上限水量まで一時に増水させると同時に前記下限水量まで減水させている前記流量調整弁にて止水させた時点で上限水量まで増水させている前記流量調整弁にて比例減水を開始させる制御を行う制御器と、により構成したことを特徴とする熱交換コイル。
2. 天井に設置される空気調和機であって、請求項１記載の熱交換コイルと、空調用通風空気を前記熱交換コイルへ風上側から押込み式に送風する送風機と、を備えたことを特徴とする空気調和機。
3. 風上側の分割フィン群に挿着される分割伝熱管群の領域を、風下側の前記分割フィン群に挿着される分割伝熱管群の領域より少なくした請求項１又は２に記載の熱交換コイル及び空気調和機。
4. 風上側の分割フィン群のフィンピッチを、風下側の分割フィン群のフィンピッチより広くした請求項１又は２のいずれか記載の熱交換コイル及び空気調和機。
5. 熱交換媒体が風下側の分割フィン群から風上側の分割フィン群へ順次流れるように分割伝熱管群を、配置した請求項１から４のいずれかに記載の熱交換コイル及び空気調和機。
6. 熱伝達部材を介して熱交換媒体と空調用通風空気を熱交換する熱交換コイルであって、前記熱伝達部材が、内部に前記熱交換媒体が流れる複数の分割伝熱管群と、前記分割伝熱管群を挿着したフィン群と、を備え、複数の前記分割伝熱管群毎の前記熱交換媒体流通量を個別に調整する制御装置を、設け、前記熱交換媒体を熱源水とし、前記制御装置を、前記分割伝熱管群毎に対応して設けられた比例制御用流量調整弁と、前記流量調整弁を一つずつ順番に開閉させて水量を調整する場合において水量増加調整時には前記流量調整弁の一つにて上限水量まで比例増水させた時点で最少通水量分を一時に減水させると同時に次に開く前記流量調整弁にて下限水量で通水させてから前記最少通水量分を一時に減水させている前記流量調整弁にて前記上限水量まで比例増水させた時点で前記下限水量で通水させている前記流量調整弁にて比例増水を開始させる制御を行うと共に水量減少調整時には前記流量調整弁の一つにて下限水量まで比例減水させた時点で次に閉じる前記流量調整弁にて前記最少通水量分を比例減水させてから上限水量まで一時に増水させると同時に前記下限水量まで減水させている前記流量調整弁にて止水させた時点で上限水量まで増水させている前記流量調整弁にて比例減水を開始させる制御を行う制御器と、により構成したことを特徴とする熱交換コイル。
7. 床に設置される空気調和機であって、請求項６記載の熱交換コイルと、空調用通風空気を前記熱交換コイルへ風下側から吸込み式に送風する送風する送風機と、を備えたことを特徴とする空気調和機。
8. 複数の分割伝熱管群毎の下限流量が異なるように構成した請求項１から７のいずれかに記載の熱交換コイル及び空気調和機。
9. 熱交換媒体が流れる一対の冷水循環路及び温水循環路と接続された分割伝熱管群に冷水と温水を切換自在として流すと共に複数の前記分割伝熱管群毎の前記熱交換媒体流通量を個別に調整する制御装置を、備えた請求項１から８のいずれかに記載の熱交換コイル及び空気調和機。
10. 分割伝熱管群を楕円管にて形成した請求項１から９のいずれかに記載の熱交換コイル及び空気調和機。

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