JP2007225275A - ヒートポンプシステム用室外熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】構造を単純化し、除霜を迅速で効率よく行うことができ、冷媒蒸気の凝縮を効率よく行うことができるヒートポンプシステム用室外熱交換器を提供する。
【解決手段】ケーシング１０に冷媒用伝熱管１１とブライン用伝熱管１２をジグザグに形成して交互に垂直に配置し、前記冷媒用伝熱管１１とブライン用伝熱管１２の各入口及び出口に入口及び出口ヘッダー１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂを設置し、前記冷媒用及びブライン用伝熱管１１１２に複数のフィン１５を垂直に設置してなる。
【選択図】図２

Description

本発明はヒートポンプシステム用室外熱交換器に係り、より詳しくは熱源として空気を用いるヒートポンプ式冷・暖房システムの室外熱交換器に関するものである。

周知のように、ヒートポンプシステムは、圧縮機、４方バルブ、室内熱交換器、膨張バルブ、室外熱交換器、及び前記４方バルブを導管で順に連結し、前記４方バルブと圧縮機を吸入導管で連結したもので、加熱運転の時は、４方バルブを、圧縮機で圧縮された高温・高圧の冷媒蒸気が室内熱交換器に流れるように、操作して、高温・高圧の冷媒蒸気を凝縮器として作用する室内熱交換器で凝縮し、その凝縮熱を流体と熱交換させることにより、温水を生成するかあるいは室内空気を加熱して暖房または乾燥の機能をし、前記室内熱交換器で凝縮された高温・高圧の冷媒液を膨張バルブで膨張させた後、蒸発器として作用する室外熱交換器で空気（外気）を熱源として蒸発させて低温・低圧の冷媒蒸気にした後、圧縮機で吸入して前記サイクルを繰り返すものである。

そして、冷却運転の時は、４方バルブを、圧縮機で圧縮された高温・高圧の冷媒蒸気が室外熱交換器に流れるように、操作して、高温・高圧の冷媒蒸気を凝縮器として作用する室外熱交換器で空気を熱源として凝縮させ、前記室外熱交換器で凝縮された高温・高圧の冷媒液を膨張バルブで膨張させた後、蒸発器として作用する室内熱交換器で冷媒液を蒸発させて、流体から蒸発熱を吸収することにより、冷水を生成するかあるいは室内空気を冷却して冷房などを行い、前記室内熱交換器で蒸発された低温・低圧の冷媒蒸気は圧縮機で吸入して前記サイクルを繰り返すものである。

前記ヒートポンプシステムは、加熱運転の際に、室外熱交換器で外気を熱源として冷媒液を蒸発させる時、その外気温度が露点以下に下降すれば、室外熱交換器の表面で霜が結ぶから冷媒液の蒸発が良くなくて加熱能力が著しく落ちるので、前記ヒートポンプシステムの加熱能力の低下を解決することがヒートポンプシステムの重要な研究開発課題となっている。

そして、冷却運転の際に、外気温が高い時は、室外熱交換器で凝縮される冷媒蒸気と外気との温度差が小さくなるにつれて、冷媒蒸気の凝縮が不完全になることによって冷却負荷が減少する場合などは、室内熱交換器で冷媒液が完全に蒸発できないから、湿冷媒蒸気状態で圧縮機に吸入されることにより、液バック（ｌｉｑｕｉｄ ｂａｃｋ）が発生して圧縮機のバルブを損傷させる原因になり、液圧縮による液撃（ｌｉｑｕｉｄ ｈａｍｍｅｒ）が発生して圧縮機を損傷させる場合があるだけなく、成績係数が低下する現象が発生している。

前記実情を勘案したヒートポンプシステムが特許文献１に開示されている。前記特許文献１のヒートポンプシステムは、圧縮機、４方バルブ、室内熱交換器、冷却用膨張バルブ、加熱用膨張バルブ、室外熱交換器及び前記４方バルブを導管で順に連結し、前記４方バルブと圧縮機を吸入導管で連結した基本冷凍回路と；前記導管の圧縮機と４方バルブとの間に連結した温水加熱回路と；前記導管の冷却用膨張バルブと加熱用膨張バルブとの間に設置して熱媒体を充填し、潜熱蓄熱材と、前記温水加熱回路に連結した加熱熱交換器及び前記導管の冷却用膨張バルブと加熱用膨張バルブとの間に設置した再凝縮熱交換器とを内蔵した蓄熱槽と；前記蓄熱槽に供給管及び循環ポンプの取り付けられた帰還管で連結され、前記室外熱交換器の吸入側に設置した熱媒体循環用熱交換器と；を備え、蓄熱槽に充填した熱媒体を再凝縮熱交換器と加熱熱交換器によって設定温度を維持するようにし、前記
設定温度を維持する熱媒体を室外熱交換器の吸入側に設置した熱媒体循環用熱交換器に循環させて、外気温度が露点以下の加熱運転の時は外気を予熱し、外気温度が高い冷却運転の時は外気を冷却するものである。
大韓民国特許登録第４８６０９５号明細書

しかし、前記ヒートポンプシステムの除霜及び吸気冷却構造は、温水加熱回路、蓄熱槽、及び室外熱交換器の吸入側に設置した熱媒体循環用熱交換器を備えなければならないから、構造が複雑で、蓄熱槽に、冷媒導管に形成した再凝縮熱交換器を内蔵するから、酷寒の時などに蓄熱槽が凍破すれば、再凝縮熱交換器が破損して熱媒体と冷媒が混合して周囲を不潔にして環境汚染を引き起こし、修理費が高く必要となる。

また、熱媒体循環用熱交換器は、室外熱交換器の吸入側に設置されているから、加熱運転の時、フィン（ｆｉｎ）の間に生成した霜の除霜が良くないだけなく、除霜時間が長くかかり、さらに冷却運転の時、熱媒体循環用熱交換器で冷却された空気が室外熱交換器のフィンを通過する時に再加熱されるので、冷媒蒸気の凝縮がよくないものである。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたもので、構造を単純化し、迅速で効率的な除霜を可能にし、冷媒蒸気の凝縮を効率よくしたヒートポンプ用室外熱交換器を提供することをその目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、ケーシングに冷媒用伝熱管とブライン用伝熱管をそれぞれジグザグに形成して交互に垂直に配置し、前記冷媒用及びブライン用伝熱管に複数のフィンを垂直に設置してなる。

本発明の請求項１の発明は、冷媒用伝熱管間にブライン伝熱管を配置し、前記冷媒用及びブライン用伝熱管に複数のフィンを垂直に設置し、前記ブライン用伝熱管に温水または冷水などのブラインを循環させることで、加熱運転の際に、外気温が露点以下に下降する時、除霜を効率よく行うようにし、冷却運転の際に、外気温が高い時、冷媒蒸気の凝縮を効率よくすることにより、室外熱交換器の性能を最大に発揮することができ、特に加熱運転の際には、重力によって凝縮水を分離して下降させることにより、除霜を一層速かに行えるものである。

また、冷媒用伝熱管間にブライン用伝熱管を配置することから、構造が簡単であり、ヒートポンプシステムの設置場所で求め易い温水または冷水などをブラインとして利用することにより、維持管理が簡便になるものである。

請求項２記載の発明は、ケーシングに検知手段を設置することにより、ブライン循環ポンプまたはブライン用伝熱管バルブの制御を簡便で迅速にしたものである。

請求項３記載の発明は、ケーシング内の圧力変動によってマイクロスイッチが接続または分離することにより、除霜時期を簡便で速かに合わせることができ、さらに除霜時間の調節を簡便に行うことができるものである。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
本発明は、図１及び図２に示すように、ケーシング１０に冷媒用伝熱管１１とブライン
用伝熱管１２をジグザグに形成して、交互に垂直に、すなわち冷媒用伝熱管１１間にブライン用伝熱管１２を垂直に配置し、前記冷媒用伝熱管１１とブライン用伝熱管１２の各入口及び出口に入口及び出口ヘッダー１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂを設置し、前記冷媒用及びブライン用伝熱管１１、１２に複数の一体型フィン１５を設置し、前記フィン１５の上部にファン１６を設置したものである。

そして、前記ケーシング１０などには温度センサー、結露センサーなどの検知手段１８またはタイマーを設置して、ブライン用伝熱管１２にブライン（温水・温泉水または低温・低圧の冷媒蒸気、冷水など）を供給する循環ポンプまたはブライン用伝熱管開閉バルブの制御を簡便で迅速に行えるようにし、前記検知手段１８のうち、加熱運転用はケーシング１０、詳しくはファンシュラウド１７にマイクロスイッチ１９を設置し、ファンシュラウド１７の内部の前記マイクロスイッチ１９の隣接位置にレバー２０の一端をヒンジで結合するとともに他端にウェイト２１をネジで結合して、フィン１５間に結露が発生すればケーシング１０内の圧力が上昇するにつれてレバー２０の他端が上昇してマイクロスイッチ１９と接続するようにすることで、前記循環ポンプを駆動するかブライン用伝熱管バルブを開放してブライン用伝熱管１２に温水を循環させることにより除霜時間を速かに合わせることができ、さらにウェイト２１の位置調節だけで除霜時間の調節も簡便になし得るものである。

前記冷媒用伝熱管１１の入口及び出口ヘッダー１３ａ、１３ｂには基本冷凍回路の冷媒導管を連結し、ブライン用伝熱管１２の入口及び出口ヘッダー１４ａ、１４ｂには温水または温泉水、基本冷凍回路の吸気導管または水道管などを連結することで、外気温が低い時は温水などを、外気温が高い時は冷水または低温・低圧の冷媒蒸気を供給するものである。

以上のような本発明は、外気温度が露点以下に下降して結露が発生すれば、検知手段１８の出力信号によって循環ポンプが駆動されるかブライン用伝熱管バルブが開放してブライン用伝熱管１２に温水を循環させることにより、その保有熱をフィン１５及び冷媒用伝熱管１１に伝逹して除霜を行うことになる。前記のように、除霜を実施する時、初期にはファン１６の駆動を停止し、一定時間経過の後にファン１６を駆動すれば、外気がフィン１５間に流入され凝縮水は重力によって速かにフィン１６から分離して下降するので、除霜が迅速で効率よく行うことができ、除霜が済むと、検知手段１８の出力信号が中断されるので、ブライン伝熱管１２の機能が中断されるものである。

そして、冷却運転の際に、外気温が高い時は、ブライン用伝熱管１２に冷水または低温・低圧の冷媒蒸気を循環させてフィン１５と冷媒用伝熱管１１を冷却させることにより、冷媒用伝熱管１１を循環する冷媒蒸気の凝縮を均一で効率よく行うことができるものである。

本発明は、前記のように、冷媒用伝熱管１１間にブライン用伝熱管１２を配置することにより、構造が簡単であり、ヒートポンプシステムの設置場所で求めやすい温水または冷水などをブラインとして利用することができるものである。

本発明の実施例の一部切断斜視図である。 本発明の実施例の断面図である。

符号の説明

１１ 冷媒用伝熱管
１２ ブライン用伝熱管
１５ フィン
１６ ファン
１８ 検知手段

Claims (3)

1. ケーシングに冷媒用伝熱管とブライン用伝熱管をそれぞれジグザグに形成して交互に垂直に配置し、前記冷媒用及びブライン用伝熱管に複数のフィンを垂直に設置してなる、ヒートポンプシステム用室外熱交換器。
2. 前記ケーシングに検知手段を付設した、請求項１に記載のヒートポンプシステム用室外熱交換器。
3. 前記検知手段は、ファンシュラウドにマイクロスイッチを設置し、ファンシュラウドの内部の前記マイクロスイッチの隣接位置にレバーの一端をヒンジで結合するとともに他端にウェイトをネジで結合してなる、請求項２に記載のヒートポンプシステム用室外熱交換器。

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