JP3837613B2 - Ice making heat exchanger - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
氷蓄熱槽内で氷を製氷と解氷を行う氷蓄熱式空気調和装置に用いる製氷用熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
図2に内融式の氷蓄熱式空気調和装置の基本構成を示す。この氷蓄熱式空気調和装置は、主に圧縮機1と室外熱交換器3等をまとめた室外ユニット15と、蓄熱槽8及び分岐配管等をまとめた蓄熱ユニット14,室内熱交換器12からなる室内ユニット15から構成されている。
【0003】
この蓄熱槽8は、主に夜間,深夜電力を利用して冷凍サイクルを動かして冷熱を氷として蓄えておき、昼間この冷熱を空調に利用するのに使用される。蓄熱槽8に冷熱を蓄熱する際は、この蓄熱槽8内の製氷用熱交換器9を冷凍サイクルの蒸発器とすることにより、蓄熱槽8内に収められている製氷用熱交換器9内に低温低圧の冷却用媒体16を流して、その表面に製氷して冷熱を蓄える。
【0004】
即ち、この時の冷凍サイクルは、圧縮機1,凝縮器である室外熱交換器3,バルブ17hを通って開度を制御した蓄熱膨張弁10,蒸発器としての蓄熱槽8内の製氷用熱交換器9及びバルブ17f,17eを通って圧縮機1に戻る基本構成となる。この時バルブ17a,17b,17d,17gは全閉にしておく。蓄熱した冷熱を空調に利用する際は、今度は蓄熱槽8内の製氷用熱交換器9を、主に凝縮後のサブク−ルのための熱交換器とすることにより、熱交換器内に高温高圧の冷却用媒体16を流して、製氷用熱交換器9の製氷面側から氷を解氷して冷熱を取り出す。この時の冷凍サイクルの基本構成は、圧縮機1,凝縮器としての室外熱交換器3,バルブ17aを通って製氷用熱交換器9,バルブ17bを介して、室内膨張弁11,蒸発器としての室内熱交換器12の順となる(バルブ17c,17d,17e,17f,17g,17hは全閉)。
【0005】
また図3は、氷蓄熱槽8及び製氷用熱交換器9の一般的な構成図である。製氷用熱交換器9は蓄熱槽8に対して水平方向に蛇行する複数の伝熱パイプ19から成り、この複数の伝熱パイプ19が蓄熱槽8の上部に設けられた入口ヘッダ6と出口ヘッダ7によって並列につながれた構成となっている。すなわち、蓄熱槽8の上部に位置する伝熱パイプ19とヘッダ間の連結管部18は短く、蓄熱槽8の下部に位置する伝熱パイプ19とヘッダとをむすぶ連結管部18は長くなる。このため、伝熱パイプ19自体の長さが等しくても連結管部18の長さに差が生じるため、圧力損失の違いから入口ヘッダ6による各伝熱パイプ19への分配がわるくなっていた。そのため実質の伝熱面積も小さくなり、製氷運転時の成績係数も低下させてしまっていた。
【0006】
この課題の対応策の一つとして特開平6−137616 号公報なるものがある。これは熱交換コイル部材が一垂直平面に沿って上下に蛇行させたような一連のものに形成されたもので、入口用ヘッダと出口用ヘッダが前記熱交換コイル部材の上側に配置され、熱交換コイルはこれらに接続されることによって支持されることを特徴としたものである。
【0007】
また特開平11−294801号公報なるものがある。これは円筒型蓄熱槽内に、螺旋状に複数巻きした螺旋状配管をすくなくとも4セット以上、円筒型空間をその回転軸を中心に均等にセット数に分割した空間内に配置したことを特徴としたものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
第一の従来技術では、各伝熱パイプとヘッダ間の連結管部の長さは等しくなるが、円筒型蓄熱槽では、断面円の端部に配置する伝熱パイプと中心付近に位置する伝熱パイプの蛇行数を調節して組み合わせなければならず、伝熱パイプそのものの長さに差が生じてしまい、製作に関する経済的な不具合も生じてしまう。また第二の従来技術では、円筒型蓄熱槽に適すると供述されているものの、蓄熱槽中心部には未製氷部が生じてしまい、氷充填率は低下してしまう。
【0009】
そこで、本発明の目的は、蓄熱槽に用いられている製氷用熱交換器の各伝熱パイプの圧力損失をほぼ同じにすることにより、各伝熱パイプへの冷媒の分配を良好にして、製氷時の成績係数を向上させるとともに、分配の不均一から生じる着氷の偏りによる氷充填率の低下を抑えた製氷用熱交換器を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
円筒型蓄熱槽の断面円内で蛇行する伝熱パイプを偶数個高さ方向に積み重ねた構成とし、これら伝熱パイプのうちの上部に位置するものと下部に位置するものを順次一対ずつ連結管部にてつなぎあわせた構成とする。これにより、各伝熱パイプの総長さがほぼ等しくなるため、ヘッダによる分配に偏りができず、全伝熱面積を有効に活用できるため、成績係数を向上させることができる。また本発明によれば、氷充填率を増大させるために伝熱パイプの積層段数を増加させた場合でも、ヘッダによる分岐数を少なく抑えることができるため、分配の不均一による氷充填率の悪化を抑制できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施例である製氷用熱交換器9の基本構成図である。本実施例は、円筒型蓄熱槽8の断面円内で蛇行する伝熱パイプ19を蓄熱槽8内に偶数個高さ方向に積み重ねた構成とし、これら伝熱パイプ19のうちの上部に位置するものと下部に位置するものを連結管部18にて順次一対ずつ、つなぎあわせた構成となっている。すなわち、一番上の伝熱パイプ19と蓄熱槽8の底に位置する伝熱パイプ19とを連結管部18で直列につなぎ、上から二番目の伝熱パイプ19と底から二番目の伝熱パイプ19とを同様に連結管部18によりつないだ構成となっている。またこれら連結管部18は一度蓄熱槽8の水面よりも上部まで立ち上げてから折り返して上部の伝熱パイプ19と連結させる。
【0012】
このような構成とすることにより、連結管部の長さL1,L2,L3,L4の合計がどの伝熱パイプ19の組み合わせにおいてもほぼ等しくなるため、管内圧力損失が等しくなり、冷媒は入口ヘッダ6にて均等に分配される。よって製氷運転時の伝熱面積を常に一様に確保することができるため、成績係数を低下させることもない。
【0013】
また氷の成長もほとんどの伝熱パイプ19において一様に成長するため、氷の外径にも大きな偏りができず、四方から成長してきた氷による未製氷部の水の閉じ込めも起き難くなる。このため、閉じ込められた水が製氷されるときの体積膨張による伝熱パイプ19の破損事故も起こらない。
【0014】
また伝熱パイプ19の表面積(本数)を増やして製氷及び解氷性能を向上させた場合や、蓄熱槽8を大型化して蓄熱量を向上させた場合でも、分配数の増加を低く抑えることができるので、分配の偏りによる予測性能からの低下を抑えられる。
【0015】
また前述のように、連結管部18は一度蓄熱槽8の水面よりも上部まで立ち上げてから折り返して上部の伝熱パイプ19と連結させる構成とすることにより、上部伝熱パイプ19と下部伝熱パイプ19を個別に作り、後から連結管部18をロウ付けして組み立てていく場合、連結管部18のロウ付け部を水面外とすることができるので、ロウ付け個所の腐食による冷媒の漏れを防ぐことができる。
【0016】
使用する冷媒が407Cなどの混合冷媒の場合、蒸発が進むに従って成分割合が変化し、蒸発温度が上昇する。本実施例では、底部の伝熱パイプ19と上部の伝熱パイプ19とを結ぶ連結管部18の長さL2、L3がどの組み合わせでもほぼ等しくできるため、一様な圧力損失を設けることができて、蒸発温度の上昇による製氷性能低下を抑えることもできる。
【0017】
【発明の効果】
本発明によれば、円筒型蓄熱槽の断面円内で蛇行する伝熱パイプを複数個高さ方向に積み重ねた構成とし、これら伝熱パイプのうちの上部に位置するものと下部に位置するものを連結管部にて順次一対ずつ、つなぎあわせた構成とする。このような構成とすることにより、各伝熱パイプの総長さがほぼ等しくなるため、ヘッダによる冷媒分配に偏りができず、全伝熱面積を有効に活用できるため、成績係数を向上させることができる。また氷充填率を増大させるために伝熱パイプの積層段数を増加させた場合でも、ヘッダによる分岐数を少なく抑えることができるため、分配の不均一による氷充填率の悪化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である製氷用熱交換器を示す基本構成図である。
【図2】氷蓄熱式空気調和装置の基本構成図である。
【図3】従来の製氷用熱交換器の基本構成図である。
【符号の説明】
1…圧縮機、2…四方弁、3…室外熱交換器、4…室外膨張弁、5…レシ−バ、6…入口ヘッダ、7…出口ヘッダ、8…蓄熱槽、9…製氷用熱交換器、10…蓄熱膨張弁、11…室内膨張弁、12…室内熱交換器、13…室外ユニット、
14…蓄熱ユニット、15…室内ユニット、16…冷却用媒体、17a〜17e…バルブ、18…連結管部、19…伝熱パイプ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat exchanger for ice making used in an ice heat storage air conditioner that performs ice making and ice melting in an ice heat storage tank.
[0002]
[Prior art]
FIG. 2 shows the basic configuration of an internal-melting ice heat storage air conditioner. This ice heat storage type air conditioner mainly includes an
[0003]
This heat storage tank 8 is mainly used for storing cold heat as ice by moving the refrigeration cycle using nighttime and late-night power and using the cold heat for air conditioning during the daytime. When storing cold energy in the heat storage tank 8, the ice making heat exchanger 9 in the heat storage tank 8 is used as an evaporator of the refrigeration cycle, so that the inside of the ice making heat exchanger 9 stored in the heat storage tank 8. A low-temperature and low-
[0004]
That is, the refrigeration cycle at this time includes a
[0005]
FIG. 3 is a general configuration diagram of the ice heat storage tank 8 and the ice-making heat exchanger 9. The ice-making heat exchanger 9 is composed of a plurality of
[0006]
One countermeasure for this problem is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-137616. This is formed in a series of heat exchange coil members that vertically meander along one vertical plane. An inlet header and an outlet header are arranged above the heat exchange coil member, The exchange coil is supported by being connected to them.
[0007]
There is another one disclosed in JP-A-11-294801. This is characterized in that in the cylindrical heat storage tank, at least four sets of spiral pipes spirally wound are arranged in a space where the cylindrical space is equally divided into the number of sets around its rotation axis. It is a thing.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the first prior art, the length of the connecting pipe portion between each heat transfer pipe and the header is equal, but in the cylindrical heat storage tank, the heat transfer pipe disposed at the end of the cross-sectional circle and the heat transfer pipe located near the center are used. The number of meandering of the heat pipes must be adjusted and combined, resulting in a difference in the length of the heat transfer pipe itself, and an economic problem related to production. In the second prior art, it is stated that it is suitable for a cylindrical heat storage tank, but an ice-free part is formed in the center of the heat storage tank, and the ice filling rate is lowered.
[0009]
Therefore, the purpose of the present invention is to improve the distribution of the refrigerant to each heat transfer pipe by making the pressure loss of each heat transfer pipe of the heat exchanger for ice making used in the heat storage tank substantially the same, The present invention provides a heat exchanger for ice making that improves the coefficient of performance at the time of ice making and suppresses the drop in the ice filling rate due to uneven ice formation caused by uneven distribution.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An even number of heat transfer pipes meandering within the cross-sectional circle of the cylindrical heat storage tank are stacked in the height direction, and one of these heat transfer pipes located in the upper part and one located in the lower part are connected in pairs. The parts are joined together. Thereby, since the total length of each heat-transfer pipe becomes substantially equal, the distribution by the header cannot be biased, and the entire heat-transfer area can be effectively used, so that the coefficient of performance can be improved. Further, according to the present invention, even when the number of heat transfer pipe stacks is increased in order to increase the ice filling rate, the number of branches due to the header can be reduced, so that the ice filling rate is deteriorated due to uneven distribution. Can be suppressed.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a basic configuration diagram of an ice making heat exchanger 9 according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the
[0012]
By adopting such a configuration, the total of the lengths L1, L2, L3, and L4 of the connecting pipe portions is almost equal in any combination of the
[0013]
In addition, since the ice grows uniformly in most
[0014]
Even when the surface area (number) of the
[0015]
Further, as described above, the connecting
[0016]
When the refrigerant to be used is a mixed refrigerant such as 407C, the component ratio changes as the evaporation proceeds, and the evaporation temperature rises. In this embodiment, since the lengths L2 and L3 of the connecting
[0017]
【The invention's effect】
According to the present invention, a plurality of heat transfer pipes meandering within a cross-sectional circle of a cylindrical heat storage tank are stacked in the height direction, and those located at the upper part and those located at the lower part of these heat transfer pipes Are connected together one by one in the connecting pipe part. By adopting such a configuration, since the total length of each heat transfer pipe becomes substantially equal, the refrigerant distribution by the header cannot be biased, and the entire heat transfer area can be effectively utilized, so that the coefficient of performance can be improved. it can. Further, even when the number of stacked heat transfer pipes is increased in order to increase the ice filling rate, the number of branches due to the header can be suppressed to a small level, so that deterioration of the ice filling rate due to uneven distribution can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic configuration diagram showing an ice making heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a basic configuration diagram of an ice heat storage type air conditioner.
FIG. 3 is a basic configuration diagram of a conventional ice-making heat exchanger.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 ... Thermal storage unit, 15 ... Indoor unit, 16 ... Cooling medium, 17a-17e ... Valve, 18 ... Connecting pipe part, 19 ... Heat transfer pipe.
Claims (1)
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