JPH08189724A - 対向流熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 省スペースで安価な対向流熱交換器を提供す
る。 【構成】 ヘッダ２２の直管２３aの両端部には逆止弁
２７,２８を設置する一方、直管２３bの両端部には逆止
弁２９,３０を設置する。また、直管２３aにおける逆止
弁２７,２８の内側には熱交換器本体２１内の冷媒管３
１〜３７の一端３２〜３８を接続する一方、直管２３b
における逆止弁２９,３０の内側には他端３３〜３９を
接続する。そして、使用時には、上部出入口２５には冷
凍サイクルを形成する四方弁を接続する一方、下部出入
口２６には膨張弁を接続する。こうすることによって、
凝縮器/蒸発器として機能する際に、熱交換器本体２１
の各冷媒管３１〜３７内の冷媒流の方向が同じになり、
冷房/暖房共向流方式によって熱交換が可能である。ま
た、余分なスペースや余分な配管を必要とはせず省スペ
ースで安価な対向流熱交換器を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、非共沸混合冷媒使用
の冷凍機等に用いられる対向流熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧縮機,四方弁,室外熱交換器,膨
張弁,室内熱交換器および四方弁を環状に接続して、冷
房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れを逆にする冷凍機
においては、非共沸混合冷媒を使用した場合には次のよ
うな問題が生ずる。すなわち、上述の如く冷房時と暖房
時とでは冷媒流の方向が逆になるのに対して、各熱交換
器への空気の流れは一定方向である。したがって、冷房
運転時に向流方式の熱交換を行うように熱交換器を設置
すると暖房運転時には並流方式の熱交換を行うようにな
ってしまう。また、暖房運転時に向流方式の熱交換を行
うように熱交換器を設置すると冷房運転時には並流方式
の熱交換を行うようになってしまう。したがって、冷房
/暖房共向流方式によって熱交換を行うことはできない
のである。

【０００３】そこで、そのような欠点を解決するため
に、図３に示すように、四方弁を２個用いた冷暖房装置
が提案されている(特開平１−１３９９６０号公報)。こ
の冷暖房装置では、冷房運転時には、圧縮機１から吐出
された非共沸混合冷媒は、第１四方弁２,室外熱交換器
冷媒入口３a,室外熱交換器３,第２四方弁４,膨張弁５,
第１四方弁２,室内熱交換器冷媒入口６a,室内熱交換器
６および第２四方弁４を経由して再び圧縮機１に戻る。
一方、暖房運転時には、第１,第２四方弁２,４を切り換
えることによって、圧縮機１から吐出された冷媒は、第
１四方弁２,室内熱交換器冷媒入口６a,室内熱交換器６,
第２四方弁４,膨張弁５,第１四方弁２,室外熱交換器冷
媒入口３a,室外熱交換器３および第２四方弁４を経由し
て再び圧縮機１に戻る。その結果、冷房運転時および暖
房運転時の何れの場合にも冷媒流の方向が全く同じにな
り、冷媒の流れと空気の流れとが向流となって熱交換損
失が減少されるのである。

【０００４】さらに、図４に示すように、室外熱交換器
１３や室内熱交換器１７とは別体に設けられた冷媒整流
装置１５を用いる冷暖房装置が提案されている(特開昭
６３−３０２２６３号公報)。この冷媒整流装置１５は
４個の逆止弁１６a,１６b,１６c,１６dを有し、圧縮機
接続口１５aには四方弁１２を介して圧縮機１１が接続
される一方、膨張弁接続口１５bには膨張弁１４が接続
されている。

【０００５】この冷暖房装置では、冷房運転時には、圧
縮機１１から吐出された非共沸混合冷媒は、四方弁１
２,室外熱交換器１３,膨張弁１４,冷媒整流装置１５の
逆止弁１６a,室内熱交換器１７,冷媒整流装置１５の逆
止弁１６cおよび四方弁１２を経由して再び圧縮機１１
に戻る。一方、暖房運転時には、四方弁１２を切り換え
ることによって、圧縮機１１から吐出された冷媒は、四
方弁１２,冷媒整流装置１５の逆止弁１６b,室内熱交換
器１７,冷媒整流装置１５の逆止弁１６d,膨張弁１４,室
外熱交換器１３および四方弁１２を経由して再び圧縮機
１１に戻る。その結果、冷房運転時および暖房運転時の
何れの場合にも、室内熱交換器１７における冷媒流の方
向が同一となり、冷媒と空気との流れの関係を向流とす
ることができるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の冷媒整流装置には以下のような問題がある。すなわ
ち、先に述べた冷暖房装置(特開平１−１３９９６０号
公報)では、四方弁を２個使用する関係上、配管が長く
なって製品サイズが大きくなりコストアップの要因とな
る。また、後に述べた冷暖房装置(特開昭６３−３０２
２６３号公報)では、冷媒整流装置１５を室外熱交換器
１３や室内熱交換器１７とは別体に設置する必要があ
り、冷媒整流装置１５の設置スペースを必要とし、配管
長も長くなる。したがって、上述と同様に、製品サイズ
および製造コストがアップするという問題が生ずる。

【０００７】そこで、この発明の目的は、冷房/暖房共
向流方式によって熱交換可能な省スペースで安価な対向
流熱交換器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の対向流熱交換器は、図１に例示するよう
に、両端が同一方向を向いて水平に積層された複数の冷
媒管３１・３４・３７を有する熱交換器本体２１と、環状
を成す管体の上下に上部出入口２５と下部出入口２６と
が設けられると共に,上記管体における両出入口間の何
れか一方には上記熱交換器本体２１の冷媒管３１・３４・
３７の一端３２・３５・３８が接続され,何れか他方には
上記冷媒管３１・３４・３７の他端３３・３６・３９が接続
されたヘッダ２２と、上記ヘッダ２２の管体における両
出入口間の何れか一方の上記冷媒管３１・３４・３７の接
続箇所よりも上記出入口側(以下、外側と言う)に設置さ
れて,反出入口側(以下、内側と言う)へ向かう冷媒流を
許容する２つの逆止弁２７・２８と、上記ヘッダ２２の
管体における両出入口間の何れか他方の上記冷媒管３１
・３４・３７の接続箇所よりも外側に設置されて,外側へ
向かう冷媒流を許容する２つの逆止弁２９・３０を備え
たことを特徴としている。

【０００９】

【作用】凝縮器として機能する際には、上部出入口２５
からヘッダ２２内に侵入した高温高圧のガス冷媒は、内
側へ向かう冷媒流を許容する逆止弁２７を通過して管体
における両出入口間の何れか一方内に流入する。そし
て、上記一方の両出入口間に一端３２,３５,３８が接続
された各冷媒管３１,３４,３７内を通過しつつ放熱して
凝縮し、上記各冷媒管３１,３４,３７の他端３３,３６,
３９から他方の両出入口間に流れ込む。このようにし
て、上記管体における上記他方の両出入口間に至った凝
縮後の液冷媒は、上記外側へ向かう冷媒流を許容する逆
止弁３０を通過して上記下部出入口２６からヘッダ２２
外に排出される。

【００１０】一方、蒸発器として機能する場合には、上
記下部出入口２６からヘッダ２２内に侵入した低温低圧
の液冷媒は、内側へ向かう冷媒流を許容する逆止弁２８
を通過して上記管体における両出入口間の上記一方内に
流入する。そして、上記一方の両出入口間に一端３２,
３５,３８が接続された各冷媒管３１,３４,３７内を通
過しつつ吸熱して蒸発し、上記各冷媒管３１,３４,３７
の他端３３,３６,３９から上記管体における他方の両出
入口間に流れ込む。このようにして、上記管体における
上記他方の出入口間に至った蒸発後のガス冷媒は、上記
外側へ向かう冷媒流を許容する逆止弁２９を通過して上
記上部出入口２５からヘッダ２２外に排出される。

【００１１】上述のように、凝縮器として機能する際に
も蒸発器として機能する際にも、上記熱交換器本体２１
内に積層された冷媒管３１,３４,３７内を流れる冷媒
は、上記管体における両出入口間の上記一方側から上記
他方側に向かって流れる。したがって、上記熱交換器本
体２１に対する空気の流れを一定方向にしておけば、冷
房/暖房共向流方式によって熱交換が行われる。

【００１２】

【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は本実施例の対向流熱交換器における外
観図である。図１において、２１は熱交換器本体であ
り、２２は熱交換器本体２１のヘッダである。

【００１３】上記ヘッダ２２は、上記熱交換器本体２１
の冷媒出入口側における側面に沿って熱交換器本体２１
と一体に設けられる。このヘッダ２２は、並設された２
本の直管２３a,２３bとこの２本の直管２３a,２３b夫々
の端部を接続する２本の半円状の曲管２４a,２４bとで
構成されてレーストラック状を成している。上側の曲管
２４aには上部出入口２５を設ける一方、下側の曲管２
４bには下部出入口２６を設ける。そして、実際に使用
する際には、上部出入口２５には冷凍サイクルを形成す
る四方弁(図示せず)を接続する一方、下部出入口２６に
は膨張弁(図示せず)を接続するのである。

【００１４】一方の直管２３aの両端部の夫々には、上
記内側へ向かう冷媒流を許容する逆止弁２７,２８を設
置する。また、他方の直管２３bの両端部の夫々には、
上記外側へ向かう冷媒流を許容する逆止弁２９,３０を
設置する。上記直管２３aにおける逆止弁２７の直下と
直管２３bにおける逆止弁２９の直下とを、熱交換器本
体２１内をＵ字形に通っている冷媒管群のうち最上に位
置する冷媒管３１の両端部３２,３３を接続する。以
下、熱交換器本体２１内における上記冷媒管群のうち上
から２番目以下の冷媒管を、直管２３aにおける逆止弁
２７の内側と直管２３bにおける逆止弁２９の内側とに
冷媒管の積層順に接続する。そして、上記冷媒管群のう
ち最下層に位置する冷媒管３７を、直管２３aにおける
逆止弁２８の直上と直管２３bにおける逆止弁３０の直
上とに接続する。

【００１５】上記構成の対向流熱交換器では、その構造
上、上部出入口２５または下部出入口２６からヘッダ２
２内に流入した冷媒は、外側へ向かう冷媒流を許容する
逆止弁２９または逆止弁３０によって直管２３bへの流
入を遮られるので、内側へ向かう冷媒流を許容する逆止
弁２７または逆止弁２８を通過して必ず直管２３a側に
入り込むことになる。そして、直管２３aに至った冷媒
は冷媒管３１,…,３４,…,３７内を直管２３b側に向か
って流れ、外側へ向かう冷媒流を許容する逆止弁３０ま
たは逆止弁２９を通過して下部出入口２６または上部出
入口２５からヘッダ２２外に流出するのである。つま
り、本対向流熱交換器に供給された冷媒は総て冷媒管３
１,…,３４,…,３７内を直管２３a側から直管２３b側へ
向かって流れて熱交換を行う。したがって、上記熱交換
器本体２１に対する風の方向を一定にしておけば、対向
流方式による熱交換が可能になるのである。

【００１６】以下、上記対向流熱交換器が実際に冷暖房
に使用される場合の動作について説明する。本対向流熱
交換器を冷暖房装置として使用する際には、２つの対向
流熱交換器夫々のヘッダ２２の上部出入口２５を上記四
方弁に接続する一方、下部出入口２６を上記膨張弁に接
続して、一方の対向流熱交換器を室内熱交換器として動
作させ、他方の対向流熱交換器を室外熱交換器として動
作させるのである。尚、図２に、上記熱交換器本体２１
の各冷媒管およびヘッダ２２における冷媒流の方向を模
式的に示す。

【００１７】先ず、冷房運転時においては、上記四方弁
を介して圧縮機(図示せず)から送出された高温高圧の非
共沸混合冷媒が、室外熱交換器としての本対向流熱交換
器の上部出入口２５からヘッダ２２内に入る。そして、
実線の矢印で示すように、内側へ向かう冷媒流を許容す
る逆止弁２７を通過して直管２３a内に流入する。そし
て、積層された各冷媒管３１,…,３４,…,３７内を直管
２３a側の一端部３２，…，３５,…,３８から直管２３b
側の他端部３３,…,３６,…,３９に向かって流れながら
室内空気に放熱して凝縮する。こうして凝縮した冷媒は
直管２３bの下部に至る。そして、外側へ向かう流れを
許容する逆止弁３０を通過してヘッダ２２における下部
出入口２６から本対向流熱交換器外へと排出されるので
ある。

【００１８】上述のようにして凝縮が終了した冷媒は、
上記膨張弁によって減圧されて低温低圧となって、室内
熱交換器としての本対向流熱交換器におけるヘッダの下
部出入口からヘッダ内に流入するのである。以下、本対
向流熱交換器に係る総ての動作については、図１の部材
番号を用いて説明する。

【００１９】上記ヘッダ２２内に入った冷媒は、破線の
矢印で示すように、内側へ向かう流れを許容する逆止弁
２８を通過して直管２３a内に侵入する。そして、各冷
媒管３１,…,３４,…,３７内を直管２３a側の一端部３
２,…,３５,…,３８から直管２３b側の他端部３３,…,
３６,…,３９に向かって流れながら室外空気から吸熱し
て蒸発する。こうして、蒸発した冷媒は直管２３bの上
部に至る。そして、外側へ向かう流れを許容する逆止弁
２９を通過してヘッダ２２における上部出入口２５から
本対向流熱交換器外へと排出されるのである。上述のよ
うにして蒸発が終了した冷媒は、上記四方弁を経由して
再び上記圧縮機に戻る。

【００２０】次に、暖房運転時においては、上記四方弁
を介して圧縮機から送出されてくる高温高圧の非共沸混
合冷媒が、室内熱交換器としての本対向流熱交換器のヘ
ッダ２２における上部出入口２５から直管２３a内に侵
入する。そして、以後、上述の冷房時における室外熱交
換器として本対向流熱交換器を用いた場合と同様に、実
線の矢印で示す順路で冷媒が熱交換器本体２１内を循環
してヘッダ２２の直管２３bの下部に至り、下部出入口
２６から本対向流熱交換器外へと排出される。上述のよ
うにして凝縮が終了した冷媒は、上記膨張弁によって減
圧されて低温低圧となって、室外熱交換器としての本対
向流熱交換器におけるヘッダ２２の下部出入口２６から
ヘッダ２２内に流入する。

【００２１】上記ヘッダ２２の直管２３a内に侵入した
冷媒は、以後、上述の冷房時における室内熱交換器とし
て本対向流熱交換器を用いた場合と同様に、破線の矢印
で示す順路で冷媒が熱交換器本体２１内を循環してヘッ
ダ２２の直管２３bの上部に至り、上部出入口２５から
本対向流熱交換器外へと排出される。上述のようにして
蒸発が終了した冷媒は、上記四方弁を経由して再び上記
圧縮機に戻る。

【００２２】すなわち、本対向流熱交換器は、室内熱交
換器として使用されても室外熱交換器として使用されて
も、冷房/暖房何れの場合にも、図２で明らかなよう
に、熱交換器本体２１内に積層されたＵ字形の冷媒管３
１,…,３４,…,３７の夫々における冷媒の流れる方向は
同じである。これに対して、本対向流熱交換器への風の
流れは矢印(Ａ)の如く常に一定である。したがって、本
対向流熱交換器は、凝縮器/蒸発器何れとして機能して
も(つまり、冷房/暖房共)向流方式によって熱交換が可
能なのである。

【００２３】また、本対向流熱交換器は、上述のよう
に、熱交換器本体２１内を流れる冷媒の方向を一定方向
に整流する冷媒整流機能を熱交換器本体２１のヘッダ２
２に持たせているので、従来のように冷媒整流装置を室
内熱交換器や室外熱交換器と別体に設ける必要がない。
また、冷房/暖房時における室外熱交換器と室内熱交換
器との冷媒流の方向を一定方向にするために余分な四方
弁を設ける必要がない。すなわち、本実施例によれば、
余分なスペースや配管を必要とはせず、冷房/暖房共向
流方式によって熱交換可能な省スペースで安価な対向流
熱交換器を提供できるのである。

【００２４】尚、上記実施例においては、熱交換器本体
２１内に配設された冷媒管３１,…,３４,…,３７はＵ字
形を成しているが、この発明はこれに限定されるもので
はなく、略Ｗ字形に折れ曲がっていてもよい。要は、個
々の冷媒管の両端が熱交換器本体２１の同一側面に位置
していればよいのである。また、上記実施例において
は、内側へ向かう冷媒流を許容する逆止弁２７,２８を
直管２３aに設ける一方、外側へ向かう冷媒流を許容す
る逆止弁２９,３０を直管２３bに設けている。しかしな
がら、内側へ向かう冷媒流を許容する逆止弁２７,２８
を直管２３bに設ける一方、外側へ向かう冷媒流を許容
する逆止弁２９,３０を直管２３aに設けても何等差し支
えない。

【００２５】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の対
向流熱交換器は、ヘッダを構成する管体における両出入
口間の何れか一方の両端部には内側へ向かう冷媒流を許
容する逆止弁を設ける一方、何れか他方の両端部には外
側へ向かう冷媒流を許容する逆止弁を設け、上記管体の
両出入口間における上記逆止弁より内側には熱交換器本
体の冷媒管の両端の夫々を接続したので、上記上部出入
口あるいは下部出入口から上記ヘッダ内に供給された冷
媒は総て上記管体における上記一方の両出入口間に流入
し、この一方の両出入口間側から上記管体における上記
他方の両出入口間側に向かって熱交換器本体の冷媒管内
を流れて熱交換を行うことができる。したがって、凝縮
器/蒸発器の何れとして用いられる場合にも上記熱交換
器本体内の冷媒管を流れる冷媒の方向は一定となり、冷
房/暖房共向流方式による熱交換が可能となるのであ
る。

【００２６】また、この発明の対向流熱交換器は、上記
熱交換器本体内の冷媒管を流れる冷媒の方向を整流する
機能を上記熱交換器本体のヘッダに持たせたので、特別
な冷媒整流装置を必要とはしない。したがって、この発
明によれば、冷房/暖房共向流方式による熱交換が可能
な省スペースで安価な対向流熱交換器を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の対向流熱交換器における外観図であ
る。

【図２】図１における熱交換器本体の各冷媒管およびヘ
ッダにおける冷媒流の方向を模式的に示す図である。

【図３】四方弁を２個用いた従来の冷暖房装置の冷媒回
路図である。

【図４】冷媒整流装置を備えた冷暖房装置の冷媒回路図
である。

【符号の説明】

２１…熱交換器本体、 ２２…ヘッダ、２
３a,２３b…直管、 ２４a,２４b…曲
管、２５,２６…出入口、 ２７,２８,２
９,３０…逆止弁、３１,３４,３７…冷媒管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端が同一方向を向いて水平に積層され
   た複数の冷媒管(３１,３４,３７)を有する熱交換器本体
   (２１)と、 環状を成す管体の上下に上部出入口(２５)と下部出入口
   (２６)が設けられると共に、上記管体における両出入口
   間の何れか一方には上記熱交換器本体(２１)の冷媒管
   (３１,３４,３７)の一端(３２,３５,３８)が接続され、
   何れか他方には上記冷媒管(３１,３４,３７)の他端（３
   ３,３６,３９)が接続されたヘッダ(２２)と、 上記ヘッダ(２２)の管体における両出入口間の何れか一
   方の上記冷媒管(３１,３４,３７)の接続箇所よりも上記
   出入口側に設置されて、反出入口側へ向かう冷媒流を許
   容する２つの逆止弁(２７,２８)と、 上記ヘッダ(２２)の管体における両出入口間の何れか他
   方の上記冷媒管(３１,３４,３７)の接続箇所よりも上記
   出入口側に設置されて、出入口側へ向かう冷媒流を許容
   する２つの逆止弁(２９,３０)を備えたことを特徴とす
   る対向流熱交換器。