JPH05280838A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】巻き付け型の凍結防止サーモの感温部が熱交換
器の温度のみの検出できるようにする。 【構成】５段に巻回された外管４３の外面に凍結防止サ
ーモ７１のセンサ本体７２を配設する。各段の外面に感
温部７３を巻き付けて、巻き付け部分全体の温度を検出
する。センサ本体７２と感温部７３とを、外管４３を含
めてグラスウール等の保温部材７４によって被覆し、感
温部７３を外気から遮断する。感温部７３はただちに外
管４３の外周面に巻き付けられることになり、空気温度
を検出することがなくなる。保温部材７４により、感温
部７３が外気に晒されることが殆どなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍装置等に使用され
る熱交換器に係り、とくに凍結防止サーモの作動精度向
上対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍装置等に使用される熱交換器は、凍
結防止サーモが配設されており、例えば、実公昭５６−
２７４８３号公報に開示されているように、インサート
型の凍結防止サーモの感温筒を利用側流体である水が流
通する熱交換管の内壁に接触させ、水温の低下を検出し
て水の凍結を防止している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記熱
交換器において使用するインサート型の凍結防止サーモ
は、温度検出領域が非常に小さいために、伝熱部分の有
効長が大きい熱交換器、例えば、ダブルチューブ型熱交
換器では、水の凍結を検出できないおそれがある。この
ため、凍結を防止するためには、さらに、熱交換器より
下流側の水配管にフロートスイッチを設けなければなら
ないという欠点があった。

【０００４】そこで、図１４に示すように、本体ａから
長尺の感温部ｂが延出された、巻き付け型の凍結防止サ
ーモｃを用い、図１４に示すように、ダブルチューブ型
熱交換器の外管ｄの外面に伝熱部分の広い領域にわたっ
て感温部を配置すれば、サーモ自体は正常に作動してい
ても凍結防止ができないというインサート型固有の問題
を解消することができる。

【０００５】しかしながら、従来の巻き付け型の凍結防
止サーモの取付構造は、本体ａをスイッチボックスｅに
配置しておき、スイッチボックスｅから外管ｄまで感温
部ｂを延長して巻き付けていた。この場合、感温部ｂの
うちスイッチボックスｅから外管ｄまでの間の、巻き付
けられていない部分ｆが、外気に晒されているために、
低外気温時に空気温度を検出して誤作動を起こすおそれ
がある。とくに、ダブルチューブ型熱交換器を蒸発器と
して使用する一方、ダブルチューブ型熱交換器の近傍に
空気熱交換器が配設された空気通路が形成されている場
合には、冬季等において空気通路の空気温度が非常に低
下するために、誤作動を起こしやすい。このため、感温
部ｂの外管ｄに巻き付けられていない部分をヒータｇで
加温する必要がある他、ダブルチューブ型熱交換器を空
気通路の風の影響が少ない機械室に配設しなければなら
ず、冷凍装置を小形化できないという問題があった。

【０００６】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であって、巻き付け型の凍結防止サーモの感温部が熱交
換器の温度のみを検出できるようにすることを目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明が講じた手段は、凍結防止サー
モの本体を外管に配設して、感温部のうち外管に巻き付
けらていない部分を減少するものである。

【０００８】具体的には、請求項１に係る発明が講じた
手段は、外管（４３）内に、内部を第１流体が流通する
伝熱管（４４），（４４），…が配設される一方、上記
外管（４３）と伝熱管（４４），（４４），…との間の
流路には第２流体が流通するように構成され、該外管
（４３）の外面の温度を検出するサーモセンサ（７１）
を備える熱交換器を前提とする。

【０００９】そして、図６に示すように、上記サーモセ
ンサ（７１）は、上記外管（４３）の外面に取り付けら
れたセンサ本体（７２）と、該センサ本体（７２）より
導出されて上記外管（４３）の外周面に巻き付けられた
感温部（７３）とより構成している。

【００１０】また、請求項２に係る発明が講じた手段
は、保温部により、感温部を外気から遮断するものであ
る。

【００１１】具体的には、請求項２に係る発明が講じた
手段は、図６に示すように、請求項１に係る発明の熱交
換器に加えて、上記サーモセンサ（７１）は、上記外管
（４３）の外面に取り付けられたセンサ本体（７２）
と、該センサ本体（７２）より導出されて上記外管（４
３）の外周面に巻き付けられた感温部（７３）とより構
成している。

【００１２】さらに、上記センサ本体（７２）と感温部
（７３）とは、上記外管（４３）を含めて保温部材（７
４）で被覆された構成としている。

【００１３】さらに、請求項３に係る発明が講じた手段
は、図８に示すように、請求項１または２記載の熱交換
器において、外管（４３）は、複数段のコイル状に巻回
された構成としている。

【００１４】さらに、感温部（７３）は、上記外管（４
３）の一部の段に巻付部（８７），（８７）を形成する
ように巻き付けられた構成としている。

【００１５】一方、請求項４に係る発明が講じた手段
は、図１３に示すように、請求項１または２記載の熱交
換器において、外管（４３）は、複数段のコイル状に巻
回された構成としている。

【００１６】さらに、感温部（７３）は、上記各段の外
管（４３）に接して該外管（４３）の巻回方向に沿って
延びる所定長さの接触部（９１）と、該接触部（９１）
を繋ぐ連接部（９３）とが、蛇行状に形成された構成と
している。

【００１７】

【作用】上記の構成により、請求項１に係る発明では、
第１流体と第２流体との熱交換により、外管温度をサー
モセンサ（７１）が検出して凍結防止運転を作動させ
る。

【００１８】一方、サーモセンサ（７１）のセンサ本体
（７２）が外管（４３）に配設されているので、感温部
（７３）はただちに外管（４３）の外周面に巻き付けら
れることになり、空気温度を検出することがなくなり、
低温の空気温度を検出して誤作動を起こすことが少なく
なり、作動精度が向上する。

【００１９】とくに、空気温度が内部の流体の凍結温度
よりかなり低い場合には、感温部（７３）全体が外管
（４３）を介して内部の流体によって加温されることに
なり、空気温度が低くなる程、誤作動の低減に有効とな
る。

【００２０】また、請求項２に係る発明では、保温部材
（７４）により感温部（７３）が被覆されるので、外気
に晒されることが殆どなくなり、作動精度が一層向上す
ることになる。

【００２１】さらに、請求項３に係る発明では、請求項
１または２記載の熱交換器において、感温部（７３）は
複数段の外管（４３）の一部の段に巻き回されて巻付部
（８７），（８７）を形成するように巻き付けられてお
り、各段について凍結検知に必要な接触長さが増加す
る。

【００２２】一方、請求項４に係る発明では、感温部
（７３）は、外管（４３）の各段に外管（４３）の巻回
方向に沿って所定長さが配置されて蛇行状に巻き付けら
れているので、各段の凍結検知に必要な接触長さが増加
すると共に、外管（４３）の隣接段の間に通して感温部
（７３）を巻き付ける手間が省かれる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る発明によ
れば、サーモセンサ（７１）のセンサ本体（７２）を外
管（４３）の外面に配設することにより、感温部（７
３）のうち外管（４３）に巻き付けられていない部分を
減少することができ、低温の空気温度を検出することが
なくなって作動精度を向上することができる。この結
果、広領域の温度検出ができるというサーモセンサ（７
１）の長所を生かしつつ、ヒータの省略や空間通路の空
き空間への配設による小形化を可能にすることができ
る。

【００２４】また、請求項２に係る発明によれば、保温
部材（７４）により、感温部（７３）に対する外気の影
響を一層小さくすることができ、作動精度を一層向上す
ることができる。

【００２５】さらに、請求項３に係る発明によれば、複
数段の外管（４３）の一部の段に感温部（７３）の巻付
部（８７），（８７）を形成するので、各段について凍
結検知に必要な接触長さを確保することができ、作動精
度を向上することができる。

【００２６】一方、請求項４に係る発明によれば、感温
部（７３）は、各段に上記外管（４３）の巻回方向に沿
って所定長さが配置されているので、感温部（７３）を
外管（４３）の隣接段の間に通す手間を省きつつ作動精
度を向上することができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。

【００２８】図１〜図７は、請求項１および２に係る発
明の第１実施例を示す。図１は、チリング型の空気調和
装置の冷媒配管系統を示し、該空気調和装置は、室内空
気を冷却するためのチリングユニット（Ｂ）と、該チリ
ングユニット（Ｂ）の第２流体としての循環水を冷却す
るための冷凍装置（Ａ）とからなる。上記冷凍装置
（Ａ）は、後述のアンローダ機構（９）を備えた圧縮機
（１）と、該圧縮機（１）から吐出された第１流体とし
ての冷媒を凝縮して、液化するための凝縮器（２）と、
該凝縮器（２）で液化された冷媒を減圧する減圧機構
（３）と、該減圧機構（３）で減圧された冷媒を蒸発さ
せる蒸発器（４）とを冷媒配管（５）で順次接続してな
る冷凍回路（６）を備えている。

【００２９】ここで、上記減圧機構（３）は、開閉弁
（２０Ｒｎ）（ｎ＝１〜４）とキャピラリチュ―ブ（Ｃ
ｎ）（ｎ＝１〜４）との複数組を備えている。そして、
各キャピラリチュ―ブ（Ｃ１）〜（Ｃ４）の管径は順に
小さくなるよう、つまり第１キャピラリチュ―ブ（Ｃ
１）は大に、第２キャピラリチュ―ブ（Ｃ２）は中に、
第３キャピラリチュ―ブ（Ｃ３）は小に、第４キャピラ
リチュ―ブ（Ｃ４）は極小にそれぞれ設けられ、したが
って、減圧度が順に大きくなるようになされている。す
なわち、各開閉弁（Ｒ１）〜（Ｒ４）を個別に開くこと
により、各々減圧度の異なる第１〜第４キャピラリチュ
―ブ（Ｃ１）〜（Ｃ４）による減圧機構（３）の減圧度
を調節しうるようになされている。

【００３０】そして、上記冷凍装置（Ａ）は、圧縮機
（１）をフルロードにして第１開閉弁（２０Ｒ１）のみ
を開く最大能力の第１ステップ（１００％能力）と、圧
縮機（１）をアンロードにして第２開閉弁（２０Ｒ２）
のみを開く第２ステップ（７５％能力）と、圧縮機
（１）をアンロードにして第３開閉弁（２０Ｒ３）のみ
を開く第３ステップ（５０％能力）と、圧縮機（１）を
アンロードにして第４開閉弁（２０Ｒ４）のみを開く最
小の第４ステップ（２５％能力）とに切換えられるよう
になっている。 さらに、上記圧縮機（１）には、パイ
ロット弁（２０Ｒｕ）の開閉により容量をフルロードと
アンロードとに切換えるためのアンローダ機構（９）が
配置されている。（Ｃｕ）は逆流防止用キャピラリチュ
―ブである。

【００３１】ここで、上記蒸発器（４）の利用媒体流通
部には、チリングユニット（Ｂ）のチラ―回路（１０）
を循環する冷却水が流通するようになされており、冷凍
回路（６）において凝縮器（２）で付与された冷熱を蒸
発器（４）での熱交換により冷却水に付与し、冷却水を
４℃以上の所定の温度に冷却するようになされている。

【００３２】なお、上記冷凍回路（６）の液ラインと吸
入管との間には、減圧機構（３）及び蒸発器（４）をバ
イパスして液冷媒を吸入管に注入するリキッドインジェ
クション回路（７）が設けられており、このリキッドイ
ンジェクション回路（７）には、インジェクション量を
大小切換えるための容量調節機構（８）が設けられてい
る。該容量調節機構（８）は、大小管径の異なるキャピ
ラリチュ―ブ（ＣＩ１），（ＣＩ２）と開閉弁（２０Ｒ
１），（２０Ｒ２）とを直列に接続してなる２つの組が
互いに並列に配置されている。すなわち、各開閉弁（２
０Ｉ１），（２０Ｉ２）を個別に開閉することにより、
インジェクション量及び温度を可変としている。

【００３３】また、空気調和装置にはセンサ類が配設さ
れていて、（ＨPS1)は高圧保護用の圧力開閉器、（ＨPS
2)は高圧制御用の圧力開閉器、（２６CH）は吐出ガス過
熱防止器、（Ｔhd）は吐出管温度を検出する吐出管セン
サ、（Ｔhw）は蒸発器（４）出口の水温Ｔwoを検出する
温度センサ（温度検出手段）を付設してなる冷水温度調
節器、（２６WL）はサーモセンサとしての凍結防止サー
モ（７１）である。上記各センサの信号は冷凍装置
（Ａ）の運転を制御する能力制御手段としてのコントロ
―ラ（２０）に入力可能になされている。

【００３４】次に、蒸発器（４）は、図２〜図５に示す
ように、本体（３１）が、据付フレーム（３３）を介し
て冷凍装置（Ａ）の設置ベース（３２）に圧縮器（１）
等と共に据付られている。据付フレーム（３３）は、接
地部材（３６）に３本の据付支柱（３７），（３７），
（３７）とが立設される一方、連結板（４０）を介して
入口管支柱（３８）と、出口管支柱（３９）とが立設さ
れて、据付支柱（３７），（３７），（３７）には結束
部材（４２）を介して本体（３１）が固定されている。

【００３５】本体（３１）は、コイル状に巻回された銅
製の外管（４３）内に複数の銅製の伝熱管（４４），
（４４），…が配設されたダブルチューブ構造であり、
伝熱管（４４），（４４），…内（管内側）には冷媒
が、外管（４３）と伝熱管（４４），（４４），…との
間（管外側）には冷却水がそれぞれ流通するように配管
されている。

【００３６】各伝熱管（４４），（４４），…は、外管
（４３）の上下端部（４３ａ），（４３ｂ）の管板（４
７），（４７）を貫通し、入口端は、図示しない冷媒支
管と分流器を介して冷媒配管（５）の上流側に接続され
ている一方、出口端は集水部材（５３）を介して冷媒配
管（５）の下流側に接続されている。

【００３７】また、外管（４３）の上端部（４３ｂ）に
は冷却水入口管（５６）が、下端部（４３ａ）には出口
管（５７）がそれぞれろう付け接合されている。

【００３８】また、本発明の特徴として、上記外管（４
３）には、図６に示すように、サーモセンサとしての巻
き付け型の凍結防止サーモ（７１）が配設されている。
巻き付け型の凍結防止サーモ（７１）は、図７に示すよ
うに、図示しないリード線を介してスイッチボックス内
のコントローラに接続されたセンサ本体（７２）と、セ
ンサ本体（７２）から延出された感温部（７３）とから
なり、感温部（７３）内に封入された冷媒が温度変化に
よって膨脹、収縮することにより外管温度を検出し、本
実施例では、３±１℃で作動して凍防運転の指令信号を
出力するように構成されている。

【００３９】凍結防止サーモ（７１）のセンサ本体（７
２）は、外管（４３）が上下５段に巻回された部分に配
設される一方、各段の外周面に感温部（７３）が巻き付
けられており、巻き付け領域全体の温度を検出するよう
になっている。さらに、センサ本体（７２）と感温部
（７３）とは、外管（４３）を含めてグラスウール等の
保温部材（７４）によって被覆され、とくに感温部（７
３）を外気から遮断している。

【００４０】次に、凍結防止サーモ（７１）の作動につ
いて説明する。

【００４１】冷媒と冷却水との熱交換により、外管温度
が設定温度にまで低下すると凍結防止サーモ（７１）が
これを検出して凍結防止運転を作動させる。

【００４２】一方、凍結防止サーモ（７１）のセンサ本
体（７２）が外管（４３）に配設されているので、感温
部（７３）はただちに外管（４３）の外周面に巻き付け
られることになり、外管（４３）に巻き付けられていな
い部分が殆どなくなって空気温度を検出することがなく
なり、低温の空気温度を検出して誤作動を起こすことが
少なくなり、作動精度が向上する。

【００４３】とくに、空気温度が冷却水温度（例えば、
４℃）よりかなり低い場合（例えば、−１５℃）には、
感温部（７３）全体が外管（４３）を介して冷却水によ
って加温されることになり、空気温度が低くなる程、誤
作動の低減に有効となる。

【００４４】さらに、保温部材（７４）により感温部
（７３）が被覆されるので、外気に晒されることが殆ど
なくなり、作動精度が一層向上することになる。

【００４５】以上のように、本実施例によれば、凍結防
止サーモ（７１）のセンサ本体（７２）を外管（４３）
の外面に配設することにより、感温部（７３）のうち外
管（４３）に巻き付けられていない部分を減少すること
ができ、低温の空気温度を検出することがなくなって作
動精度を向上することができる。この結果、広領域の温
度検出ができるという凍結防止サーモ（７１）の長所を
生かしつつ、ヒータの省略や空間通路の空き空間への配
設による小形化を可能にすることができる。

【００４６】また、保温部材（７４）により、感温部
（７３）に対する外気の影響を一層小さくすることがで
き、作動精度を一層向上することができる。

【００４７】次に、図８〜図１２は、請求項３に係る発
明の第２実施例を示す。本実施例は、感温部（７３）
を、複数段の外管（４３）の一部の段に巻き付けて巻付
部（８７），（８７）を形成するように巻き付けるもの
である。

【００４８】具体的には、図８〜図１０に示すように、
熱交換器の外管（４３）は上下５段のコイル状に巻回さ
れており、該外管（４３）の各段には、感温部（７３）
の巻き付け領域（Ｆ）と、巻き付け領域（Ｆ）の両側に
保温部材（７４）で覆われた第１被覆部（８１）とが形
成されている。上記巻き付け領域（Ｆ）には凍結防止サ
ーモ（７１）が配設され、該巻き付け領域（Ｆ）の外管
（４３）と凍結凍結防止サーモ（７１）とを保温部材
（７４）で巻き付けて第２被覆部（８３）が形成されて
いる。第２被覆部（８３）は、内部に外管（４３）の内
方空間内に凍結防止サーモ（７１）のセンサ本体（７
２）が外管（４３）に密着して配設され、該凍結防止サ
ーモ（７１）の上方に保温部材（７４ａ）が充填されて
おり、２本の固定用の結束バンド（８５），（８５）で
固定されている。

【００４９】また、凍結防止サーモ（７１）の感温部
（７３）は、外管（４３）の上部２段と下部２段とにお
いてそれぞれ複数回巻き付けられて巻付部（８７），
（８７）を形成すると共に、上下の巻付部（８７），
（８７）の間の外管（４３）の外周に沿うように配線さ
れている。

【００５０】上部巻付部（８７），（８７）は図１１に
示すように、下部巻付部（８７），（８７）は図１２に
示すように、それぞれ感温部（７３）の線材同士が重な
り合わないように巻き付けられ、締め付け具（８９）に
よって外管（４３）に密着されている。

【００５１】上記凍結防止サーモ（７１）は、所定の凍
結温度を検出するのに１５mmm 程度の接触長さが必要で
あるが、本実施例では、感温部（７３）は複数段の外管
（４３）の一部の段に巻き回されて巻付部（８７），
（８７）を形成するように巻き付けられており、各段に
ついて凍結検知に必要な接触長さが増加する。

【００５２】以上により、本実施例によれば、複数段の
外管（４３）の一部の段に感温部（７３）の巻付部（８
７），（８７）を形成するので、各段について凍結検知
に必要な接触長さを確保することができ、作動精度を向
上することができる。

【００５３】次に、図１３は、請求項３に係る発明の第
３実施例を示す。本実施例は、感温部（７３）は、各段
の外管（４３）に接して外管（４３）の巻回方向に沿っ
て延びる所定長さの接触部（９１）と、接触部（９１）
を繋ぐ連接部（９３）とが、蛇行状に形成され、２本の
結束バンド（８５），（８５）によって外管（４３）に
固定されている。

【００５４】本実施例では、感温部（７３）は、外管
（４３）の各段に外管（４３）の巻回方向に沿って所定
長さが配置されて蛇行状に巻き付けられているので、各
段の凍結検知に必要な接触長さが増加すると共に、外管
（４３）の隣接段の間に通して感温部（７３）を巻き付
ける手間が省かれる。

【００５５】本実施例によれば、感温部（７３）は、各
段に外管（４３）の巻回方向に沿って所定長さが配置さ
れているので、感温部（７３）を外管（４３）の隣接段
の間に通す手間を省きつつ作動精度を向上することがで
きる。

【００５６】なお、本発明の熱交換器は、凝縮器に適用
してもよい。

【００５７】また、第２実施例において、外管（４３）
は実施例以外の巻回段数であってもよく、巻付部（８
７），（８７）が形成される段数も実施例以外であって
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る空気調和装置の配管
系統図である。

【図２】冷凍装置の要部の配置図である。

【図３】蒸発器の平面図である。

【図４】蒸発器の正面図である。

【図５】蒸発器の左側面図である。

【図６】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図７】凍結防止サーモの正面図である。

【図８】本発明の第２実施例の蒸発器の保温部材の開口
状態示す平面図である。

【図９】蒸発器の平面図である。

【図１０】図９のＢ−Ｂ線断面図である。

【図１１】上部巻付部の拡大斜視図である。

【図１２】下部巻付部の拡大斜視図である。

【図１３】本発明の第３実施例の蒸発器の右側面図であ
る。

【図１４】従来の巻き付け型の凍結防止サーモの取付構
造の説明図である。

【符号の説明】

４３ 外管 ４４ 伝熱管 ７１ 凍結防止サーモ（サーモセンサ） ７２ センサ本体 ７３ 感温部 ７４ 保温部材 ８７ 巻付部 ８７ａ上部巻付部（巻付部） ８７ｂ下部巻付部（巻付部）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外管（４３）内に、内部を第１流体が流
   通する伝熱管（４４），（４４），…が配設される一
   方、上記外管（４３）と伝熱管（４４），（４４），…
   との間の流路には第２流体が流通するように構成され、 該外管（４３）の外面の温度を検出するサーモセンサ
   （７１）を備える熱交換器において、 上記サーモセンサ（７１）は、上記外管（４３）の外面
   に取り付けられたセンサ本体（７２）と、該センサ本体
   （７２）より導出されて上記外管（４３）の外周面に巻
   き付けられた感温部（７３）とより構成されていること
   を特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 外管（４３）内に、内部を第１流体が流
   通する伝熱管（４４），（４４），…が配設される一
   方、上記外管（４３）と伝熱管（４４），（４４），…
   との間の流路には第２流体が流通するように構成され、 該外管（４３）の外面の温度を検出するサーモセンサ
   （７１）を備える熱交換器において、 上記サーモセンサ（７１）は、上記外管（４３）の外面
   に取り付けられたセンサ本体（７２）と、該センサ本体
   （７２）より導出されて上記外管（４３）の外周面に巻
   き付けられた感温部（７３）とより構成され、 上記センサ本体（７２）と感温部（７３）とは、上記外
   管（４３）を含めて保温部材（７４）で被覆されている
   ことを特徴とする熱交換器。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の熱交換器におい
   て、外管（４３）は、複数段のコイル状に巻回されてい
   る一方、 感温部（７３）は、上記外管（４３）の一部の段に巻付
   部（８７），（８７）を形成するように巻き付けられて
   いることを特徴とする熱交換器。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載の熱交換器におい
   て、外管（４３）は、複数段のコイル状に巻回されてい
   る一方、 感温部（７３）は、上記各段の外管（４３）に接して該
   外管（４３）の巻回方向に沿って延びる所定長さの接触
   部（９１）と、該接触部（９１）を繋ぐ連接部（９３）
   とが、蛇行状に形成されていることを特徴とする熱交換
   器。