JPH0894195A - 水冷式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱交換効率の優れた水冷式熱交換器を提供す
る。 【構成】 本発明の水冷式熱交換器３は、非共沸混合冷
媒を流すものであって非共沸混合冷媒の流れ方向と前記
水との流れ方向とを向かい合わせにしている。非共沸混
合冷媒は、熱交換器内３において、冷媒入口１３ａ側温
度が冷媒出口１３ｂ側温度より高いという温度勾配が生
じる一方、水は冷媒出口１３ｂ側から流入されて熱交換
により次第に温度が上がり冷媒入口１３ａに至る。従っ
て、非共沸混合冷媒の温度グライドに対応して、水の温
度が上がるから、冷媒の入口側から出口側に至る全域で
冷媒と水との間に所定の温度差を有するため、平均温度
差が大となる熱交換効率に優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水を熱源として用い、
冷媒を水と熱交換する水冷式熱交換器に関し、特に冷媒
として、高沸点冷媒と低沸点冷媒とからなる非共沸混合
冷媒を用いた水冷式熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水冷式熱交換器を用いた構成として、実
開平２ー７０１３４号公報が公知である。この公報に開
示された空気調和機は、室内ユニットと、水冷式の熱交
換器を有する水冷ユニットとから構成されており、室内
ユニットの熱交換器では冷媒が室内空気と熱交換して、
室内に空調空気を送風する構成となっている。

【０００３】一方、水冷ユニットは、室外機として機能
するもので、ビル等の天井裏や機械室等に配置されて、
水を熱源として冷媒の熱交換をおこなうものであり、こ
の水冷ユニットの熱交換器（水冷式熱交換器）は、一般
に冷媒と水とを同方向に流して冷媒を水と熱交換するも
のである。

【０００４】一方、単一冷媒を用いた空冷式の室外側熱
交換器にあっては、効率よく熱交換する方法として冷媒
の流れを外気と対向させるように流す方法が公知であ
る。

【０００５】このような、単一冷媒においては、水冷式
熱交換器を凝縮器として作用させる場合に、冷媒の流れ
方向と水の流れ方向とを同じ方向とした並流にしよう
と、冷媒の流れ方向と水の流れ方向とを向い合わせにし
た向流にしようと、図５の及びに示すように、熱交
換効率の点でさほど差異はない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年におい
ては、環境（オゾン層）破壊を防止する目的等から、特
開昭５４ー２５６１号公報に開示されているように、冷
凍装置に用いる冷媒として、高沸点冷媒と低沸点冷媒と
からなる非共沸混合冷媒を用いるものが公知である。

【０００７】かかる非共沸混合冷媒は、図４に破線で示
すように、その凝縮過程及び蒸発過程では、圧力一定で
も温度が変化する（温度グライド）。従って、非共沸混
合冷媒を用いた熱交換器が凝縮器として作用する場合に
は、冷媒の入口側温度の方が高く、出口側温度の方が低
くなり、入口と出口とでは例えば約６℃の温度差が生じ
る場合もある。

【０００８】このような非共沸混合冷媒を用いた水冷式
熱交換器において、冷媒の流れに対して並流に水（熱源
水）を流したのでは、図５のに示すように、熱源水の
温度変化と冷媒の温度変化とが相反する方向となり、熱
交換効率が悪くなるという問題点がある。

【０００９】従って、本発明は、非共沸混合冷媒を用い
た熱交換器であって、熱交換効率の優れた水冷式熱交換
器を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、凝縮器と
して作用する熱交換器に、熱源として水を用い、冷媒と
して高沸点冷媒と低沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒
を用いた水冷式熱交換器において、前記非共沸混合冷媒
の流れ方向と前記水の流れ方向とを向かい合わせにした
ものである。

【００１１】第２の本発明は、凝縮器として作用する熱
交換器に、熱源として水を用い、冷媒として高沸点冷媒
と低沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を用いた水冷式
熱交換器において、前記熱交換器は蛇行して配置された
熱交換パイプを備え、この熱交換パイプは前記非共沸混
合冷媒の流路の外側に水の流路を備える二重管構造に構
成されており、前記非共沸混合冷媒の流れ方向と前記水
の流れ方向とを向かい合わせにしたものである。

【００１２】

【作用】第１の発明によれば、水冷式熱交換器が凝縮器
として作用する場合に、非共沸混合冷媒を入口側から出
口側に流す一方、水を冷媒の出口側から入口側へ流す。

【００１３】熱交換器内の冷媒は、非共沸混合冷媒が温
度グライドを有する性質上、その入口側温度が出口側温
度より高いという温度勾配が生じる。一方、熱源水たる
水は冷媒の出口側から流入されて熱交換により次第に温
度が上がり冷媒入口に至る。従って、図５のに示すよ
うに、冷媒の温度グライドに対応して水が熱交換により
次第に昇温するので、冷媒の入口側から出口側に至る全
域で冷媒温度と水の温度との間に所定の温度差を有する
ため、熱交換器全体に亘る平均温度差が大きくなり、熱
交換効率に優れる。

【００１４】また、第２の発明によれば、熱交換器は、
二重管構造の蛇行した熱交換パイプにより構成されてい
るから、小型、軽量で効率が良い。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面を参照し
て説明する。

【００１６】本発明の実施例にかかる水冷式熱交換器
は、冷凍装置や空気調和機の熱交換ユニットとして用い
られるが、以下の実施例では空気調和機を例に用いて説
明する。

【００１７】空気調和機１は、水冷式の熱交換ユニット
と室内ユニットとから構成される分離型の空気調和機で
あって、熱源として水を用いるいわゆる「水熱源型空気
調和機」と呼ばれるものである。また、空気調和機の冷
媒回路を循環する冷媒としては、高沸点冷媒と低沸点冷
媒とからなる非共沸混合冷媒が用いられている。

【００１８】空気調和機１の冷媒回路は、図１に示すよ
うに、圧縮機３、室外熱交換器５、膨脹弁７、室内熱交
換器９、アキュムレータ１１とがこの順序で冷媒管によ
り接続されている。

【００１９】非共沸混合冷媒としては、例えば、Ｒ１３
４ａを５２Ｗt ％、Ｒ１２５を２５Ｗt ％、Ｒ３２を２
３Ｗt ％で混合した混合冷媒が用いられる。一般に、Ｒ
１３４ａの沸点は−２６℃、Ｒ１２５の沸点は−４８
℃、Ｒ３２の沸点は−５２℃である。このような組成比
の混合冷媒では、一般的に、蒸発時には、沸点の低いＲ
３２やＲ１２５から先に蒸発しやすく、凝縮時には沸点
の低いＲ３２やＲ１２５から凝縮しやすいため、熱交換
器内で組成比が変化し、図４に示すように、温度グライ
ドが生じる。即ち、冷媒温度は、凝縮器として作用する
室外熱交換器５の入口側が最も温度が高く、出口側ほど
温度が低くなる。

【００２０】圧縮機３は、冷媒を圧縮して冷媒回路内に
冷媒を循環させるものである。

【００２１】室外熱交換器５は、水冷式熱交換器であ
り、図２に示すように、コイル状に巻かれてた熱交換パ
イプ１３を備え、ここに冷媒が導入されて水と熱交換す
るようになっている。この熱交換パイプ１３はコイル状
の上部を冷媒入口１３ａ側とし、コイル状に巻かれた下
部を冷媒出口１３ｂ側としており、その冷媒出口１３ｂ
側に熱源水入口が設けられ、冷媒入口１３ａ側に熱源水
出口が設けられている。

【００２２】熱交換パイプ１３は、図３に示すようにそ
の外側に非共沸混合冷媒が流れる冷媒管１５を備え、そ
の内側には熱源としての交換する水が流れる水配管１７
が設けられた二重管構造となっている。このように熱交
換パイプ１３を二重管構造とすることによって、熱交換
器として小型、軽量で効率が良い。

【００２３】熱交換パイプ１３では、冷媒管１５を流れ
る非共沸混合冷媒の流れ方向と水配管１７を流れる熱源
水との流れ方向とは、互いに向かい合わせにしたいわゆ
る向流としている。

【００２４】このように非共沸混合冷媒の流れに対して
水の流れを向流とすることによって、非共沸混合冷媒
は、図４に示すように、入口側温度が出口側温度より高
いという温度勾配が生じるのに対して、水は冷媒の出口
側から流入されて熱交換により次第に温度が上がり冷媒
入口に至る。従って、図５のに示すように、冷媒と水
との温度差が、冷媒の入口側から出口側に至る全域で、
むらなく所定の温度差を有するため、熱交換効率に優れ
る。

【００２５】次に、本実施例の作用を説明する。

【００２６】空気調和機１の冷房運転時には、図１に矢
印で示すように、冷媒は、圧縮機３、室外熱交換器５、
膨脹弁７、室内熱交換器９、アキュムレータ１１の順序
で流れる。

【００２７】室内熱交換器９は、蒸発器として作用する
もので、ここで冷媒は気化され、室内空気と熱交換し
て、室内を冷房する。

【００２８】室外熱交換器５は、凝縮器として作用し、
冷媒は熱源水に放熱して液化促進が図られている。

【００２９】ここで、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイ
クルにおけるモリエル線図を図４に示す。この図４にお
いて、実線は冷媒と水を向流で流した場合を示し、一点
鎖線は冷媒を並流で流した場合を示して、両者を比較し
た。

【００３０】この図４のグラフから明らかなように、本
実施例によれば、冷媒の温度グライドが生じるために凝
縮器（熱交換器）の冷媒入口１３ａと冷媒出口１３ｂで
約６℃の温度の高低があるが、熱源水を向流に流すこと
によって、図５のに示すように、冷媒の温度グライド
に応じて熱源水の温度もその入口から出口に向けて高く
なるものであるから、熱源水と冷媒との温度差を略一定
にできる。これにより、熱交換器内における平均温度差
が大きくなり、冷媒と水との熱交換をむらなく均一にで
き、熱交換器全体として効率的な熱交換をおこなうこと
ができる。

【００３１】本発明は上述した実施例に限定されず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

【００３２】例えば、熱交換器は、二重管構造のパイプ
を蛇行して配置したものに限らず、非共沸混合冷媒と水
とを向流に流す構成であれば、水が一方向に流れる水槽
内を冷媒管が水と対抗して流れるものであっても同様な
効果を得ることができる。

【００３３】

【発明の効果】第１の発明の水冷式熱交換器によれば、
熱交換器が凝縮器として作用する場合に、非共沸混合冷
媒を入口側から出口側に流す一方、水を冷媒の出口側か
ら入口側へ流す向流としているから、非共沸混合冷媒の
温度グライドに熱源水としての水の温度を対応させてい
るから、冷媒の入口側から出口側に至る全域で平均の温
度差が、大きくなり熱交換器全体としての熱交換効率に
優れる。

【００３４】また、第２の発明によれば、熱交換器は、
蛇行した熱交換パイプにより構成された二重管構造であ
るから、小型、軽量で効率が良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる空気調和機の回路図で
ある。

【図２】図１に示す水冷式熱交換器を示す側面図であ
る。

【図３】図２に示す熱交換パイプの断面図である。

【図４】非共沸混合冷媒のモリエル線図である。

【図５】凝縮器として作用する熱交換器における冷媒と
水との流れと温度との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 空気調和機 ５ 室外熱交換器（熱交換器） １３ 熱交換パイプ １３ａ 冷媒入口 １３ｂ 冷媒出口 １５ 冷媒管 １７ 水配管

フロントページの続き (72)発明者 坂本 直人 大阪府守口市京阪本通２丁目５番地５号 三洋電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凝縮器として作用する熱交換器に、熱源
   として水を用い、冷媒として高沸点冷媒と低沸点冷媒と
   からなる非共沸混合冷媒を用いた水冷式熱交換器におい
   て、前記非共沸混合冷媒の流れ方向と前記水の流れ方向
   とを向かい合わせにしたことを特徴とする水冷式熱交換
   器。
2. 【請求項２】 凝縮器として作用する熱交換器に、熱源
   として水を用い、冷媒として高沸点冷媒と低沸点冷媒と
   からなる非共沸混合冷媒を用いた水冷式熱交換器におい
   て、前記熱交換器は蛇行して配置された熱交換パイプを
   備え、この熱交換パイプは前記非共沸混合冷媒の流路の
   内側に水の流路を備える二重管構造に構成されており、
   前記非共沸混合冷媒の流れ方向と前記水の流れ方向とを
   向かい合わせにしたことを特徴とする水冷式熱交換器。