JP2005049043A - 熱交換器および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 天井埋込型または天井吊下型の空気調和機おける室内側熱交換器の小型化、高効率化を図ること、さらには、空気調和機の小型化、高効率化を図ることを目的とする。
【解決手段】 天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、前記熱交換器のフィン幅を大きくしたことを特徴とする熱交換器。
【選択図】 図２

Description

本発明は、熱交換器およびこれを室内熱交換器として使用した空気調和機に係わり、特に、天井埋込型または天井吊下型の空気調和機、およびその室内機用熱交換器に関する。

従来、空気調和機は主に、圧縮機や室外側熱交換器を有する室外機と、遠心送風機や室内側熱交換器を有する室内機から構成されており、室内機としては、壁掛け型、天井埋込型、天井吊下型などのように様々な型の室内機が提供されている。

天井埋込型または天井吊下型の室内機は、主に図７に示すように、底面に吸込口１１および吹出口１２を有するケーシング１０とケーシング１０内部に配置された遠心送風機１３と、遠心送風機１３を囲むように配置された熱交換器１４とを備えている。このような室内機では、遠心送風機１３により、吸込口１１から室内の空気がケーシング１０内部に取り込まれ、取り込まれた空気は遠心送風機１３の外周に送風される。そして、この遠心送風機１３から送風された空気は、熱交換器１４において熱交換され、その後、吹出口１２から室内に吹き出される。

このような熱交換器１４は、ケーシングを平面視した際に、遠心送風機１３を囲むように略矩形状または略円形状に曲げ加工されて配置されたフィンチューブ型の熱交換器が広く用いられていた。

熱交換器１４において、遠心送風機１３と熱交換器１４の位置関係やケーシング１０の内部形状によって、遠心送風機１３により送風される空気の風速分布は、不均一となる場合が多く、熱交換器の冷媒流路（パス）間に温度差が生じるといった課題がある。例えば、図７の場合には熱交換器１４の底面側の風速が天板側の風速より低下しているために、熱交換器１４を蒸発器として使用する場合には、熱交換器１４の底面側のパスで過熱度が十分取れず熱交換性能が低下したり、あるいは、熱交換器１４を凝縮器として使用する場合には、熱交換器１４の底面側のパスで過冷却が十分取れずに熱交換性能が低下するといった課題があった。

これらの課題を解決する従来技術として、例えば図８に示すように、風速が遅い熱交換器１４の底面側のパスの流路長を、風速が速い天板側のパスより長くして、風速遅い底面側のパスでも、十分に過熱、あるいは、過冷却が取れるようにしたものがある。

しかしながら、上記従来技術では、熱交換器１４が遠心送風機１３を囲むように略矩形状または略円形状に曲げ加工されているので、図８のように、流路長を長くしたパス１５は、それ以外のパス１６〜１８の約２倍の流路長となるため、流路長を長くしたパス１５のみ、圧力損失が大きくなり、各パスへの冷媒の分流の調整が困難となるといった課題がある。また、風速分布が複雑な場合には、流路長の変更のみでは対応しきれず、熱交換器の性能を十分発揮できないといった課題がある。

本発明の目的は、上記課題を解決し、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ること、さらには、その熱交換器を用いた空気調和機の小型化、高効率化を図ることにある。

請求項１記載の本発明の熱交換器は、天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、前記熱交換器のフィン幅を大きくしたことを特徴とする熱交換器である。

請求項２記載の本発明の熱交換器は、天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、前記熱交換器のフィンピッチを狭くしたことを特徴とする熱交換器である。

請求項３記載の本発明の熱交換器は、天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、前記熱交換器の伝熱管の列数を増加させたことを特徴とする熱交換器である。

請求項４記載の本発明の熱交換器は、天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、前記熱交換器の伝熱管の段ピッチを狭くしたことを特徴とする熱交換器である。

請求項５記載の本発明の熱交換器は、天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、前記熱交換器の伝熱管の管径を大きくしたことを特徴とする熱交換器である。

請求項６記載の本発明の空気調和機は、請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器を室内熱交換器として使用した天井埋込型または天井吊下型の空気調和機である。

本発明によれば、風速分布の大小によりフィン幅が異なり、風速が遅い部分での伝熱面積が、風速が速い部分での伝熱面積より大きいために、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

さらに、本発明によれば、風速分布の大小によりフィンピッチが異なり、風速が遅い部分での伝熱面積が、風速が速い部分での伝熱面積より大きいために、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

さらに、本発明によれば、風速分布の大小により列数が異なり、風速が遅い部分での伝熱面積が、風速が速い部分での伝熱面積より大きいために、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

さらに、本発明によれば、風速分布の大小により段ピッチが異なり、風速が遅い部分での伝熱面積が、風速が速い部分での伝熱面積より大きいために、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

さらに、本発明によれば、風速分布の大小により管径が異なり、風速が遅い部分での伝熱面積が、風速が速い部分での伝熱面積より大きいために、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

さらに、本発明によれば、風速分布の大小により室内熱交換器の構成を変え、風速が遅い部分での伝熱面積が、風速が速い部分での伝熱面積より大きいために、室内熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、室内熱交換器の性能を十分発揮でき、空気調和機の小型化、高効率化を図ることができる。

本発明による第１の実施の形態は、天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、フィン幅を大きくしたことを特徴とする熱交換器である。本実施の形態によれば、風速が遅い部分での伝熱面積が、風速が速い部分での伝熱面積より大きいために、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

本発明による第２の実施の形態は、天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、フィンピッチを狭くしたことを特徴とする熱交換器である。本実施の形態によれば、風速が遅い部分での伝熱面積が、風速が速い部分での伝熱面積より大きいために、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

本発明による第３の実施の形態は、天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、列数を増加させたことを特徴とする熱交換器である。本実施の形態によれば、風速が遅い部分での伝熱面積が、風速が速い部分での伝熱面積より大きいために、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

本発明による第４の実施の形態は、天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、段ピッチを狭くしたことを特徴とする熱交換器である。本実施の形態によれば、風速が遅い部分での伝熱面積が、風速が速い部分での伝熱面積より大きいために、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

本発明による第５の実施の形態は、天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、管径を大きくしたことを特徴とする熱交換器である。本実施の形態によれば、風速が遅い部分での伝熱面積が、風速が速い部分での伝熱面積より大きいために、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

本発明による第６の実施の形態は、第１〜５の実施の形態のいずれかの熱交換器を室内熱交換器として使用した天井埋込型または天井吊下型の空気調和機である。本実施の形態によれば、風速分布の大小により室内熱交換器の構成を変え、風速が遅い部分での伝熱面積が、風速が速い部分での伝熱面積より大きいために、室内熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、室内熱交換器の性能を十分発揮でき、空気調和機の小型化、高効率化を図ることができる。

以下、本発明の一実施例による空気調和機について、図面を参照して説明する。

本発明の実施例による空気調和機について、図１を用いて説明する。図１は、本実施例による空気調和機の概略構成図であり、８１は圧縮機、８２は冷房運転と暖房運転を切り替える四方弁、８３は室内機Ａと室外機Ｂとを接続するガス側接続管、８４は室内側熱交換器、８５は室内機Ａと室外機Ｂとを接続する液側接続管、８６は膨張弁、８７は室外側熱交換器であり、これらを配管接続することにより冷媒回路を構成し、冷媒、例えばＲ４１０Ａが封入されている。また、８８は室内側熱交換器８４に送風する遠心送風機であり、室内側熱交換器８４などとともに、天井埋込型の室内機Ａに納められている。８９は室外側熱交換器８７に送風する室外側送風機であり、圧縮機８１、四方弁８２、室外側熱交換器８７などとともに、室外機Ｂに納められている。

本空気調和機の動作について説明する。本空気調和機は冷房運転時と暖房運転時とで、冷媒の流れる方向が変わるが、以下、冷房運転時について説明する。

圧縮機８１で圧縮された冷媒は高温高圧状態となり、図１中の実線で示すように切り替えられた四方弁８２を経由し、室外側熱交換器８７へ導入される。室外側熱交換器８７では、冷媒は室外側送風機８９により導入される空気に放熱する。その後、冷媒は膨張弁８６に導入され減圧された後、気液二相状態となり室内側熱交換器８４へ導入される。室内側熱交換器８４では、遠心送風機８８により導入される空気より吸熱してガス状態となり、再び、四方弁８２を経由して、圧縮機８１に吸入される。このようなサイクルを繰り返すことにより、冷媒の放熱により遠心送風機８８で室内側熱交換器８４に導入される空気を冷却することで冷房作用を行う。

空気調和機における室内機の垂直方向断面の概略構成図は図７と同様である。室内機は、底面に吸込口２１および吹出口１２を有するケーシング１０とケーシング１０内部に配置された遠心送風機１３と、遠心送風機１３を囲むように配置された熱交換器１４とを備えている。このような室内機では、遠心送風機１３により、吸込口１１から室内の空気がケーシング１０内部に取り込まれ、取り込まれた空気は遠心送風機１３の外周に送風される。

この遠心送風機１３から送風された空気は、熱交換器１４において熱交換され、その後、吹出口１２から室内に吹き出される。ここで、熱交換器１４の空気の流れの風速分布は遠心送風機１３の特性上、例えば、天板１５側の風速が大きく、底面側の風速が小さくなる。

以下、本願発明の室内側熱交換器８４に用いるフィンや伝熱管の構成について説明する。

（実施例１）
図２は、本実施例による熱交換器の概略構成図であり、熱交換器は底面側と天板側に２分割されており、３１は底面側のフィンであり、３２は天板側のフィンである。フィン３１の幅はフィン３２の幅より広くなるように構成されている。３３はフィン３１を貫通する伝熱管、３４はフィン３２を貫通する伝熱管であり、複数の伝熱管３３および複数の伝熱管３４で構成される冷媒流路の各パスはほぼ同じ流路長となるように構成されている。

熱交換器１４は２分割されており、底面側のフィン３１は天板側のフィン３２よりフィン幅が大きくなるように構成されている。

したがって、上記のように構成された熱交換器においては、次のような効果が得られる。各パスの流路長はほぼ等しく圧力損失は同等であるので、各パスへの冷媒の分流の調整が容易にでき、かつ、底面側と天板側とでフィン幅が異なり、風速が遅い熱交換器１４の底面側の伝熱面積が、風速が速い熱交換器の天板側の伝熱面積より大きいために、風速遅い底面側のパスでも、十分に過熱、あるいは、過冷却が取れ、その結果、熱交換器１４のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

（実施例２）
次に、別の実施例による熱交換器について、図３を用いて説明する。図３は、本実施例による熱交換器の概略構成図であり、熱交換器は底面側と天板側に２分割されており、４１は底面側のフィンであり、４２は天板側のフィンである。フィン４１のフィンピッチはフィン４２より狭くなるように構成されている。４３はフィン４１を貫通する伝熱管、４４はフィン４２を貫通する伝熱管であり、複数の伝熱管４３および複数の伝熱管４４で構成される冷媒流路の各パスはほぼ同じ流路長となるように構成されている。

したがって、上記のように構成された熱交換器においては、次のような効果が得られる。各パスの流路長はほぼ等しく圧力損失は同等であるので、各パスへの冷媒の分流の調整が容易にでき、かつ、底面側と天板側とでフィンピッチが異なり、風速が遅い熱交換器の底面側の伝熱面積が、風速が速い熱交換器の天板側の伝熱面積より大きいために、風速遅い底面側のパスでも、十分に過熱、あるいは、過冷却が取れ、その結果、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

（実施例３）
次に、別の実施例による熱交換器について、図４を用いて説明する。図４は、本実施例による熱交換器の概略構成図であり、熱交換器は底面側と天板側に２分割されており、５１は底面側のフィンであり、５２は天板側のフィンである。５３はフィン５１を貫通する伝熱管、５４はフィン５２を貫通する伝熱管であり、フィン５１を貫通する伝熱管５３で構成される列は、フィン５２を貫通する伝熱管５４で構成される列より多くなるように構成されている。

したがって、上記のように構成された熱交換器においては、次のような効果が得られる。底面側と天板側とで伝熱管の列数が異なり、風速が遅い熱交換器の底面側の伝熱面積が、風速が速い熱交換器の天板側の伝熱面積より大きいために、風速遅い底面側のパスでも、十分に過熱、あるいは、過冷却が取れ、その結果、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

（実施例４）
次に、別の実施例による熱交換器について、図５を用いて説明する。図５は、本実施例による熱交換器の概略構成図であり、熱交換器は底面側と天板側に２分割されており、６１は底面側のフィンであり、６２は天板側のフィンである。６３はフィン６１を貫通する伝熱管、６４はフィン６２を貫通する伝熱管であり、フィン６１を貫通する伝熱管６３の段ピッチは、フィン６２を貫通する伝熱管６４で構成される段ピッチより狭くなるように構成されている。

したがって、上記のように構成された熱交換器においては、次のような効果が得られる。底面側と天板側とで伝熱管の段ピッチが異なり、風速が遅い熱交換器の底面側の伝熱面積が、風速が速い熱交換器の天板側の伝熱面積より大きいために、風速遅い底面側のパスでも、十分に過熱、あるいは、過冷却が取れ、その結果、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

（実施例５）
次に、別の実施例による熱交換器について、図６を用いて説明する。図６は、本実施例による熱交換器の概略構成図であり、熱交換器は底面側と天板側に２分割されており、７１は底面側のフィンであり、７２は天板側のフィンである。７３はフィン７１を貫通する伝熱管、７４はフィン７２を貫通する伝熱管であり、伝熱管７３の管径は、伝熱管７４の管径より大きくなるように構成されている。

したがって、上記のように構成された熱交換器においては、次のような効果が得られる。底面側と天板側とで伝熱管の管径が異なり、風速が遅い熱交換器の底面側の伝熱面積が、風速が速い熱交換器の天板側の伝熱面積より大きいために、風速遅い底面側のパスでも、十分に過熱、あるいは、過冷却が取れ、その結果、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、熱交換器の性能を十分発揮でき、熱交換器の熱交換性能を向上させ、熱交換器の小型化、高効率化を図ることができる。

なお、上記各実施例においては、底面側の風速が小さいものとして説明したが、ケーシング１０内部の形状や遠心送風機１３の特性により、このような風速分布となっていない場合でも、風速の大小に応じて熱交換器の構成を変更することは、本発明の意図から外れるものではない。また、以上の説明では、熱交換器を２分割するものとして説明したが、２つ以上に分割しても良い。さらに、フィンを分割せずとも構成を変更できる場合には、分割せずに一体構成としてもよい。

また、空気調和機においては、室内側熱交換器８４に上記各実施例の熱交換器が用いられているために、次のような効果が得られる。底面側と天板側とで熱交換器の構成が異なり、風速が遅い熱交換器の底面側の伝熱面積が、風速が速い熱交換器の天板側の伝熱面積より大きいために、風速遅い底面側のパスでも、十分に過熱、あるいは、過冷却が取れ、その結果、熱交換器のすべてのパスで、過熱、あるいは、過冷却の度合いが均一化するために、室内熱交換器の性能を十分発揮でき、空気調和機の小型化、高効率化を図ることができる。

本発明の一実施例による空気調和機を示す構成図 本発明の実施例１による熱交換器を示す構成図 本発明の実施例２による熱交換器を示す構成図 本発明の実施例３による熱交換器を示す構成図 本発明の実施例４による熱交換器を示す構成図 本発明の実施例５による熱交換器を示す構成図 従来の室内機示す断面図 従来の熱交換器示す構成図

符号の説明

１０ ケーシング
１１ 吸込口
１２ 吹出口
１３ 遠心送風機
１４ 熱交換器
１５ 天板
１５、３１、４１、５１、６１、７１ 底面側のフィン
１６、１７、１８、３２、４２、５２、６２、７２ 天板側のフィン
３３、４３、５３、６３、７３ 底面側の伝熱管
３４、４４、５４、６４、７４ 天板側の伝熱管
８１ 圧縮機
８２ 四方弁
８３ ガス側接続管
８４ 室内側熱交換器
８５ 液側接続管
８６ 膨張弁
８７ 室外側熱交換器
８８ 遠心送風機
８９ 室外側送風機

Claims (6)

1. 天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、前記熱交換器のフィン幅を大きくしたことを特徴とする熱交換器。
2. 天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、前記熱交換器のフィンピッチを狭くしたことを特徴とする熱交換器。
3. 天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、前記熱交換器の伝熱管の列数を増加させたことを特徴とする熱交換器。
4. 天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、前記熱交換器の伝熱管の段ピッチを狭くしたことを特徴とする熱交換器。
5. 天井埋込型または天井吊下型の空気調和機用の熱交換器であって、前記熱交換器を通過する風速分布に応じ、風速が小さくなるほど、前記熱交換器の伝熱管の管径を大きくしたことを特徴とする熱交換器。
6. 請求項１〜５のいずれかの熱交換器を室内熱交換器として使用した天井埋込型または天井吊下型の空気調和機。

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