JP2004125357A - 水冷式熱交換器と空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】構造的に簡素でかつ熱交換効率のよい水冷式熱交換器と、この水冷式熱交換器を凝縮器として備え、床面積の小さい小部屋の壁面に取付けられ、一体型として据付け手間がかからず保守が容易で、必要な空調効果を確保する空気調和機を提供する。
【解決手段】水冷式熱交換器１１は、冷媒導通用の熱交換パイプＮおよび熱交換水導通用の熱交換パイプＮのそれぞれが熱交換パイプ直径φｄの２倍分のピッチＰを存して湾曲成され、かつ互いの熱交換パイプは互いのピッチ間に介挿固定されて一体に組み合わせてなり、空気調和機Ｍは、吸込み口７および吹出し口８を備えた筐体２内に収容される冷凍サイクル構成部品一式および送風機１２を具備し、上記蒸発器は送風機空冷式熱交換器であり、上記凝縮器は先に記載の水冷式熱交換器である。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水冷式熱交換器および、この水冷式熱交換器を備えて洗面所やサニタリールームあるいはトイレなど床面積が小さく、かつ水回り配管を備えた小部屋に取付けるのに最適な一体型の空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から用いられ、空気調和機本体内に全ての冷凍サイクル構成部品と関係付属部品を収容する一体型空気調和機として、いわゆるウインド型空気調和機や、床置き型空気調和機がある。
この種の空気調和機においては、本体内部の一側部に圧縮機と凝縮器とが並んで配置され、他側部に蒸発器が配置され、互いに冷凍サイクルを構成するように配管を介して連通される。
【０００３】
凝縮器と蒸発器とにそれぞれ対向して送風機が配置される。すなわち、蒸発器と凝縮器はともに送風機の作用により熱交換空気が導かれる、いわゆる空冷式となっている。
なお、より高い熱交換効率を得るため凝縮器においては、図７に示すように、内管ｒ内に冷媒を導き、内管ｒと外管ｕとの間の空間部ｗに熱交換水を導く二重管構造の水冷式熱交換器Ｄが用いられる場合がある。
【０００４】
もしくは、冷却水貯溜用タンクの冷却水中に凝縮器を浸漬するタイプ（たとえば、特許文献１参照）の水冷式熱交換器が用いられる場合がある。
【０００５】
【特許文献】
特許番号　第２５４９４５７号公報（特許請求の範囲　請求項１参照）
いずれにしても、一体型の空気調和機であれば、室内機と室外機とに分かれて取付けられる分離型空気調和機と比較して、据付けスペースが少なくてすみ、配管や配線が不要であるので部品費が低減され、メンテナンス作業が容易となるなど種々の長所がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、たとえば洗面所、洗濯機などを備えたサニタリールームあるいはトイレなどの床面積の小さい小部屋を対象として小型であり、かつ必要な運転時間は短時間であるが、効率のよい空調作用が得られる空気調和機の取付けの要望が大である。
上述したウインド型空気調和機では比較的大きな開口面積の窓を必要とするので、床面積の小さい小部屋に取付けることができない。また、床置き型空気調和機の周囲に充分な空間スペースを確保するのは小部屋では困難である。
【０００７】
さらに、凝縮器として水冷式熱交換器を備えるとすると、上述した二重管構造のものでは製造手間がかかってコストの上昇に繋がってしまう。また、水槽に浸漬するタイプのものでは筐体の小型化の障害になるとともに、重量が大になるので筐体を頑丈に構成する必要があり、小部屋用として不利となる。
理想的には、さらに構造的に簡素でかつ熱交換効率のよい水冷式熱交換器を備え、分離型空気調和機の室内機のように壁面に取付けられ、床面積の小さい小部屋に取付け可能な小型筐体であり、しかも筐体内に冷凍サイクル構成部品一式を収容する一体型空気調和機であれば都合がよい。
【０００８】
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、構造的に簡素でかつ熱交換効率のよい水冷式熱交換器と、この水冷式熱交換器を凝縮器として備え、洗面所、サニタリールームあるいはトイレなどの床面積の小さい小部屋の壁面に取付けられ、一体型として据付け手間がかからず保守が容易で、必要な空調効果を確保する空気調和機を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の水冷式熱交換器は、冷媒導通用の熱交換パイプおよび熱交換水導通用の熱交換パイプのそれぞれが熱交換パイプ直径の２倍分のピッチを存して湾曲成され、かつ互いの熱交換パイプは互いのピッチ間に介挿固定されて一体に組み合わせてなる。
【００１０】
さらに、上記冷媒導通用の熱交換パイプと熱交換水導通用の熱交換パイプは、互いに熱交換パイプ直径の２倍分のピッチを存して蛇行状に形成される。
さらに、上記冷媒導通用の熱交換パイプと熱交換水導通用の熱交換パイプは、互いに熱交換パイプ直径の２倍分のピッチを存してコイル状に形成される。
【００１１】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の空気調和機は、吸込み口および吹出し口を備えた空気調和機本体と、この空気調和機本体内に収容される圧縮機、蒸発器、凝縮器、その他の冷凍サイクル構成部品一式および送風機を具備し、上記蒸発器は送風機の作用にともなって吸込み口から吸込まれた室内空気と熱交換する空冷式熱交換器であり、上記凝縮器は上記したいずれかの水冷式熱交換器である。
【００１２】
このような課題を解決する手段を採用することにより、水冷式熱交換器として、構造的に簡素でかつ熱交換効率の向上を得られ、この水冷式熱交換器を凝縮器として備えた空気調和機として、洗面所、サニタリールームあるいはトイレなどの床面積の小さい小部屋の壁面に取付けられ、一体型として据付け手間がかからず保守が容易であり、必要な空調効果を確保する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１は、一部を欠落し内部を露出した簡易一体型の空気調和機の斜視図であり、図２は、空気調和機本体における所定部（熱交換室）の断面図である。
この種の簡易一体型空気調和機は、たとえば洗面所やサニタリールームもしくはトイレなどの、床面積が小さく、かつ水回り配管を備える小部屋Ｒを取付け対象とすることが最も目的にかなっている。
【００１４】
上記水回り配管は、戸外に敷設される上水道本管に接続され住宅内に水道水を導入する上水道配管と、戸外に敷設される下水道本管に接続され使用したあとの水を住宅から導出する下水道配管とからなり、それぞれの配管が上記小部屋の床面下に延出されている。
そして、上水道配管および下水道配管は上記した小部屋に配備される給水器具および排水器具と、それぞれ配管もしくはホース類を介して連通していて、必要に応じて給水ができ円滑に排水される状態にある。
【００１５】
なお、風呂場に隣設される脱衣所は、床面積が小さい小部屋であるうえ、上記風呂場に備えられる水回り配管に、風呂場を介して（間接的に）接続できるので、ほとんど取付け条件が整っている。
この簡易一体型空気調和機Ｍは、上記小部屋Ｒの壁面Ｓ上部に取付けられる据付け板１と、この据付け板に取付け固定される空気調和機本体２とからなる。換言すれば、空気調和機本体２は、上記小部屋の壁面Ｓ上部に取付け可能な寸法形状をなす。
【００１６】
上記据付け板１は、単純な平板状をなし、周端部が取付けねじなどの取付け具を介して壁面Ｓ上部に取付けられる。上記空気調和機本体２は、その背面部ａが適宜な手段によって据付け板１に取付けられる。
空気調和機本体２は、上面部ｂ前端から前面部ｃに亘って断面ほぼ円弧状をなし、両側面部ｄと下面部ｅおよび背面部ａは平板状に形成される筐体からなっている。したがって、これ以降、空気調和機本体を筐体２と呼ぶ。
【００１７】
筐体２内部は仕切板３によって左右に仕切られている。この仕切板３は筐体２内の正面視における左側部寄りの位置にあって、仕切板３の左側筐体２内空間を機械室４、仕切板３の右側筐体２内空間を熱交換室５としている。
すなわち、上記機械室４と上記熱交換室５は、筐体２内部に左右に並んで区画形成されていて、機械室４の空間容量に対して熱交換室５の空間容量が３〜４倍になるように設計されている。
【００１８】
上記機械室４の筐体２周面には開口部が設けられておらず、ほぼ密閉構造となっている。上記熱交換室５に対応する筐体２の上面部ｂは通気口６が設けられ、前面部ｃに吸込み口７が設けられ、下面部ｅに吹出し口８が設けられる。
上記機械室４内部には、冷凍サイクルを構成する圧縮機９と図示しない膨張弁などが配置される。したがって、これら圧縮機９および膨張弁はほぼ密閉された空間部に収容されることになる。
【００１９】
上記熱交換室５には、上記圧縮機９とともに冷凍サイクルを構成する蒸発器１０と凝縮器１１および送風機１２が配置される。したがって、筐体２内には圧縮機９、蒸発器１０、凝縮器１１、その他の冷凍サイクル構成部品およびその関連付属部品一式が収容されている。
上記蒸発器１０は、狭小の間隙を存して並設される複数枚のフィンと、これらフィンを貫通して設けられ蛇行状の冷媒流路をなす熱交換パイプとから構成される、フィンチューブタイプのものである。
【００２０】
蒸発器１０と対向して送風機１２が配設される。この送風機１２は、ファンモータと、ファンモータの回転軸に一端部が嵌着され、他端部が軸受部材に支持される横流ファンとから構成される。
上記ファンモータは、蒸発器１０の側端面から外れた位置に配置され、回転軸を蒸発器方向に突出させている。上記横流ファンは、蒸発器１０に対向する軸方向長さを備えている。
【００２１】
上記送風機１２が駆動すれば、室内空気が吸込み口７から筐体２内に吸込まれ、蒸発器１０を流通したあと横流ファンを介して吹出し口８から吹出される送風路Ｋが形成される。換言すれば、上記蒸発器１０は送風路Ｋ中に配置されていて、いわゆる空冷式熱交換器である。
この蒸発器１０と送風機１２の側方部位に電気部品箱１３が配置される。この電気部品箱１３内には上記圧縮機９や送風機１２などを電気的に制御する電気部品類等が収容される。
【００２２】
上記凝縮器１１と上記蒸発器１０との間には補助仕切板１５が介在されていて、凝縮器１１は上記送風路Ｋとは隔離された状態で配置されている。この凝縮器１１は、いわゆる水冷式熱交換器であって、後述するように構成される。
図３（Ａ）（Ｂ）は、第１の実施の形態の凝縮器（水冷式熱交換器）１１の構成と組立てを説明する図である。
【００２３】
この凝縮器１１は、全く同一の形状寸法に成形された２組のパイプ構造体１１ａ，１１ｂからなる。それぞれのパイプ構造体１１ａ，１１ｂは、互いに同一の直径で、同一素材の長尺直状パイプＮを加工したものである。
加工方法として、上記パイプＮを端部ｉから所定長さの位置で上下方向にＵ字状に曲成する。端部ｉからＵ字部ｆまでの曲成長さを基準として、曲成側において所定長さの位置で水平方向にＵターン部ｇを加工し、はじめに曲成したＵパイプと所定間隔（パイプ直径φｄの２倍と等しい）を存した状態となす。
【００２４】
そして、互いに並行となるよう延出し、所定長さの位置で上下方向にＵ字状に曲成してＵ字部ｆを加工する。以下は同様であって、所定長さの位置で水平方向にＵターン部ｇを曲成し、先に形成したＵパイプと所定間隔（パイプの直径φｄの２倍と等しい）を存して並行に延出する。
各パイプ構造体１１ａ，１１ｂは、長尺パイプＮを上下方向にＵ字状に曲成するＵ字部ｆを形成することと、所定長さの位置で水平方向に曲成するＵターン部ｇを形成することを、互いに同一数だけ繰り返す。
【００２５】
完成したパイプ構造体１１ａ，１１ｂを平面視として見ると、水平方向にＵターン部ｇが形成される一端部を除き、パイプＮの直径φｄの２倍と等しいピッチＰ（Ｐ＝２ｄ）で並行に形成される。
また、それぞれのパイプ構造体１１ａ，１１ｂにおける両端部ｉは直状に形成され、ここを接続口体として他の冷凍サイクル構成部品と連通する冷媒配管もしくは水回り配管から分岐する水道水配管と接続するようになっている。
【００２６】
これら蛇行状に形成される２組のパイプ構造体１１ａ，１１ｂを互いに対向し、かつ組み合わせて一体化することにより凝縮器１１が構成される。
なお説明すると、パイプ構造体１１ａ，１１ｂのＵ字部ｆを互いに向き合わせ、この反対側にＵターン部ｇと接続口体である端部ｅが位置する。さらに、一方のパイプ構造体１１ａのパイプＮ相互間である空間部に、他方のパイプ構造体１１ｂのパイプＮ部分が対向するように位置をずらせ、図に矢印で示すようにパイプ構造体１１ａ，１１ｂ相互を移動する。
【００２７】
パイプピッチＰをパイプＮの直径φｄの２倍に等しくなるように形成したので、パイプＮ相互間にパイプの直径分の空間部が存在しており、ここに相手方のパイプＮが介挿される。
結果として、互いに独立したパイプ構造体１１ａ，１１ｂが密に組み合わされて一体化される。さらに、適宜箇所をたとえばロー付け加工をなし、ある程度の衝撃に耐え得る強固な一体構造物の凝縮器１１として完成する。
【００２８】
上記凝縮器（水冷式熱交換器）１１において、いずれか一方のパイプ構造体、例えば１１ａに冷媒を導通させることから冷媒用熱交換部と呼び、他方のパイプ構造体１１ｂに熱交換水（水道水）を導通させることから水用熱交換部と呼ぶ。いずれの熱交換部１１ａ，１１ｂも蛇行状の流路が形成される。
しかして、図示しない運転スイッチをオンすることにより圧縮機９が駆動され、冷媒が凝縮器１１や膨張弁および蒸発器１０などに循環する冷凍サイクル運転がなされる。
【００２９】
同時に、送風機１２が駆動され、室内空気は吸込み口７から吸込まれ送風路Ｋに沿って導かれる。その途中で、上記蒸発器１０に導かれて熱交換する。室内空気は冷媒の蒸発潜熱を奪われて温度低下し、冷気に換わって吹出し口８から吹出される。
凝縮器１１を構成する冷媒用熱交換部１１ａには冷媒が導通し、水用熱交換部１１ｂに水回り配管から分流される水道水が導通する。互いの熱交換部１１ａ，１１ｂは全長に亘って密着しているところから、冷媒と熱交換水（水道水）は効率良く熱交換する。
【００３０】
したがって、凝縮器１１は水冷式熱交換器として熱交換をなし、熱交換効率の向上を図れる。また、凝縮器１１は送風路Ｋ外に配置されているので室内空気の流通とは無関係の状態にあり、熱交換した暖気が通気口６から筐体２外へ導出される。
この一体型空気調和機を洗面所やサニタリールームあるいはトイレなどの床面積の小さい小部屋Ｒの壁面Ｓ上部に取付けることにより、吹出し口８から冷気のみが吹出され、スポット的な冷房運転が行われ快適空調を得られる。また、特に洗面所においては、化粧鏡の曇り止めに効果がある。
【００３１】
冷凍サイクル運転にともなって圧縮機９がある程度放熱することは避けられない。しかしながら、圧縮機９はほぼ密閉された機械室４に収容されており、通常用いられる空気調和機と比較して運転時間が短いので、筐体２から外部への熱的悪影響がない。
しかも、空気調和機は壁面Ｓ上部に取付けられることを前提にして構成されるので、圧縮機９から筐体２外へある程度の放熱があっても、熱は天井部に溜まり、空調効果が損なわれることはほとんどない。
【００３２】
また、上記空気調和機Ｍを配置するのに最適な洗面所やサニタリールームあるいはトイレなどの床面積の小さい小部屋は、壁面Ｓ上部に換気扇が取付けられることが多い。この場合、換気扇の下部に空気調和機Ｍを取付ければ、圧縮機９の放熱があっても直ちに排気されることになり、室内への熱的悪影響はない。
図４は、上述した一体型空気調和機ＭをトイレＴＲの壁面Ｓ上部に取付けた状態を模式的に示す斜視図である。
【００３３】
たとえば、トイレＴＲの中に人が入ったことを筐体２に設けられるセンサーＥが感知して冷凍サイクル運転を開始し、上記送風機１２およびトイレの洗浄水タンクＴ内に浸漬した循環ポンプＧを駆動して、上記蒸発器１１に対する空冷と凝縮器１２に対する水冷をなし、トイレＴＲの中にいる人に対してスポット的な空調運転を行うようにする。
トイレＴＲから人が出たら、上記センサーＥは再びこれを感知して冷凍サイクル運転と送風機１２および循環ポンプＧを停止する制御をなせば、すこぶる使い勝手がよく、快適な空調作用が得られ、しかも省エネ的な運転となる。
【００３４】
なお、先に説明した凝縮器１１において、２組のパイプ構造体１１ａ，１１ｂとも、長尺直状のパイプＮを折曲して形成するようにしたがこれに限定されるものではなく、またＵパイプから隣接するＵパイプにつなげるＵターン部ｇを水平方向に曲成したが、これに限定されるものではない。
図５は、第２の実施の形態の凝縮器（水冷式熱交換器）１１Ａの組立てと構成を説明する斜視図である。
【００３５】
この凝縮器１１Ａは、同一に構成されるパイプ構造体１１ｃ，１１ｄを一体に組立ててなる。すなわち、上下方向にＵ字状に曲成する複数本のパイプＭを、互いの曲成部ｈを同一側に揃え、かつ所定のピッチＰで並べる。パイプＭの直径はφｄであり、パイプＭのピッチＰはパイプの直径φｄの２倍に等しい。
隣接するＵ字状のパイプＭの曲成部ｈとは反対側にある開口端相互を、接続具であるＵベンド２０を用いて連結する。この場合、一方のＵ字状のパイプＭの下部側開口端と、隣接するＵ字状のパイプＭの上部側開口端とをＵベンド２０を介して連結する。
【００３６】
このようにして、順次隣接するＵ字状のパイプＭ相互をＵベンド２０で連結することにより、Ｕベンド相互は斜めに傾いた状態で並行となる。各パイプ構造体１１ｃ，１１ｄとも両端部ｅに他の冷凍サイクル構成部品と連通する冷媒配管もしくは水回り配管から分岐した水道水管に接続することも同様である。
そして、互いのパイプ構造体１１ｃ，１１ｄのＵターン部ｈを相互に対向させ、Ｕベンド２０部分は反対側に位置する。一方のパイプ構造体１１ｃのパイプ相互間である空間部に、他方のパイプ構造体１１ｄのパイプ部分が対向するように位置をずらせ、図に矢印で示すようにパイプ構造体相互を移動する。
【００３７】
パイプピッチＰをパイプＭの直径φｄの２倍に等しくなるように形成したので、パイプ相互間にパイプＭの直径分の空間部が存在し、ここに相手方のパイプＭが介挿される。
結果として、互いに独立したパイプ構造体１１ｃ，１１ｄが密に組み合わされて一体化される。さらに、適宜箇所をたとえばロー付け加工をなし、ある程度の衝撃に耐え得る強固な一体構造物の凝縮器として完成する。
【００３８】
図６は、第３の実施の形態の凝縮器（水冷式熱交換器）１１Ｂを示している。それぞれのパイプ構造体１１ｅ，１１ｆともに、所定の直径φｄのパイプＱをコイル状に巻回形成されてなる。
すなわち、パイプ構造体１１ｅ，１１ｆは平面視で円形をなし、正面視で上下方向にパイプ直径φｄの２倍のピッチ（Ｐ＝２ｄ）で曲成されるので、上記ピッチ方向のパイプＱ相互間はパイプ直径ｄと同一である。
【００３９】
それぞれの上下端部は水平方向に直状となって、ここでは図示しない接続具を介して冷媒管もしくは上述した水回り配管から分岐する分岐管に接続するようになっている。
先に説明したものと同様、パイプ構造体１１ｅ，１１ｆを互いのピッチ空間に対向し、介挿することにより密に組み合わされる。したがって、冷媒導通用熱交換部たとえば１１ｅと水導通用熱交換部１１ｆとして、互いに独立した一対の流路を備えた凝縮器（水冷式熱交換器）１１Ｂが得られる。
この他、本発明は要旨を変更しない範囲で種々変形実施可能であることは、勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、洗面所、サニタリールームあるいはトイレなどの床面積の小さい小部屋の壁面に取付けられて据付けスペースがわずかですみ、一体型であって据付け手間がかからず保守が容易であり、凝縮器として水冷式熱交換器を備えられ必要な空調効果を確保するなどの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る、一体型空気調和機の概略の構成図。
【図２】同実施の形態に係る、空気調和機の概略の断面図。
【図３】同実施の形態に係る、凝縮器（水冷式熱交換器）の構成とその組立てを説明する図。
【図４】同実施の形態に係る、一体型空気調和機をトイレに取付けた状態の斜視図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る、凝縮器（水冷式熱交換器）の構成とその組立てを説明する図。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る、凝縮器（水冷式熱交換器）の構成とその組立てを説明する図。
【図７】従来の、二重管構造の水冷式熱交換器の断面とその組立てを説明する図。
【符号の説明】
Ｎ…熱交換パイプ、
１１ａ，１１ｂ…パイプ構造体、
１１…凝縮器（水冷式熱交換器）、
７…吸込み口、
８…吹出し口、
２…筐体（空気調和機本体）、
９…圧縮機、
１０…蒸発器（空冷式熱交換器）、
１２…送風機。

Claims (4)

1. 冷媒導通用の熱交換パイプおよび熱交換水導通用の熱交換パイプのそれぞれが、各熱交換パイプ直径の２倍分のピッチを存して湾曲成され、かつ互いの熱交換パイプは互いのピッチ間に介挿固定されて一体に組み合わせてなることを特徴とする水冷式熱交換器。
2. 上記冷媒導通用の熱交換パイプと熱交換水導通用の熱交換パイプは、互いに熱交換パイプ直径の２倍分のピッチを存して蛇行状に形成されることを特徴とする請求項１記載の水冷式熱交換器。
3. 上記冷媒導通用の熱交換パイプと熱交換水導通用の熱交換パイプは、互いに熱交換パイプ直径の２倍分のピッチを存してコイル状に形成されることを特徴とする請求項１記載の水冷式熱交換器。
4. 吸込み口および吹出し口を備えた空気調和機本体と、
   この空気調和機本体内に収容される圧縮機、蒸発器、凝縮器、その他の冷凍サイクル構成部品一式および送風機を具備した空気調和機において、
   上記蒸発器は、上記送風機の作用にともなって吸込み口から吸込まれた室内空気と熱交換する空冷式熱交換器であり、
   上記凝縮器は、上記請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の水冷式熱交換器であることを特徴とする空気調和機。

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