JP2007010269A - 空気調和機の室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】 排水経路上の凝縮水を加熱するヒートパイプの配設に起因する室外機の高さ寸法の拡張を防止することができる空気調和機の室外機を提供することにある。
【解決手段】 複数の冷媒配管１５が複数の伝熱板１１を貫通して装着されてなる熱交換器１で凝縮された凝縮水を排水口に導くドレンパン６上の凝縮水を加熱するヒートパイプ４が，伝熱板１１の下端部１１ａ近傍を貫通して装着される。これにより，気液二層の自然循環を動作原理とする前記ヒートパイプ４に必要な加熱部４１と放熱部４２との高低差が，前記熱交換器１の高さ寸法内で吸収される。
【選択図】 図２

Description

本発明は，空気調和機の室外機に内設された熱交換器で凝縮される凝縮水の排水経路上における凍結を防止する技術に関し，特に，ヒートパイプを用いて凝縮水を加熱することにより該凝縮水の凍結を防止する技術に関するものである。

外気が水の凝固点温度（０℃）以下となる寒冷地では，空気調和機の室外機に内設された熱交換器で凝縮された凝縮水が，その凝縮水を機外に排水するための排水経路や排水口で凍結することがある。これにより，室外機内に凝縮水があふれることによって或いは生成される氷の成長によって，熱交換器や送風ファン等に破損や変形が生じる。そのため，例えば特許文献１には，凝縮水を排水する排水経路が形成された室外機底板と熱交換器との間にヒートパイプを敷設して凝縮水を加熱することにより，該凝縮水の凍結を防止する技術が示されている。ここに，前記ヒートパイプは，一般に内部に封入された液体の凝縮（冷却）及び気化（加熱）による気液二層の自然循環を動作原理としているため，内部の液体が加熱されて気化する部位（以下「加熱部」という）が，凝縮水との熱交換により内部の気体が凝縮されて液化する部位（以下「放熱部」という）よりも低くなる状態で配設される。即ち，前記ヒートパイプは，該ヒートパイプにおける前記加熱部と前記放熱部との間に高低差が設けられた状態で配設される。
特開平６−２４９４６５号公報

しかしながら，前記ヒートパイプにおける前記加熱部と前記放熱部との間に高低差を設けるためには，前記加熱部を，熱交換器の下方に設けられた底板の排水経路上に位置する前記放熱部よりも更に低い位置に配設する必要があるため，室外機の高さ寸法をその高低差の分，拡張させなければならないという問題が生じる。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，排水経路上の凝縮水を加熱するヒートパイプの配設に起因する室外機の高さ寸法の拡張を防止することができる空気調和機の室外機を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は，冷媒が循環する複数の配管が複数の伝熱板を貫通して装着されてなる熱交換器と，前記熱交換器の下方に設けられ該熱交換器で凝縮された凝縮水を本体筐体に設けられた排水口に導く排水経路と，前記排水経路近傍の位置からそれよりも低い位置にわたって設けられ前記排水経路により導かれる前記凝縮水を加熱するヒートパイプと，を備えてなる空気調和機の室外機に適用されるものであって，前記ヒートパイプが，前記複数の伝熱板の下端部近傍を貫通して装着されてなることを特徴とする空気調和機の室外機として構成される。
これにより，気液二層の自然循環を動作原理とする前記ヒートパイプに必要な加熱部と放熱部との高低差が，前記熱交換器の高さ寸法内で吸収されるため，該ヒートパイプを配設することによる当該室外機の高さ寸法の拡張を必要としない。また，前記熱交換器と前記ヒートパイプとが一体的に構成されるため室外機の内部構成がシンプルになる。
なお，前記凝縮水の凍結は，前記ヒートパイプや該ヒートパイプが貫装された前記伝熱板から前記凝縮水へ向けた放熱によって防止されるが，さらに，前記ヒートパイプから前記凝縮水への熱の伝達を効率よく行うためには，該ヒートパイプが貫装された前記伝熱板の下端部を前記排水経路に近接或いは接触させることが望ましい。
このとき，前記伝熱板の下端部を前記排水経路の形状に略沿った形状に形成すれば，該伝熱板の下端部と前記排水径路との近接面積或いは接触面を大きくすることができるため，該伝熱板の下端部から前記排水経路への熱の伝達効率が更に向上する。

ところで，前記ヒートパイプから前記伝熱板に伝達される熱は，その伝熱された部位から前記伝熱板の下端部だけではなく，上方に向けても伝達される。これにより，前記伝熱板の下端部への伝熱量が減少する。そこで，前記伝熱板における前記複数の配管と前記ヒートパイプとの間に伝熱防止構造を設けておくことが望ましい。具体的には，前記伝熱板における前記複数の配管と前記ヒートパイプとの間に切り欠きを形成することが前記伝熱防止構造の一例として考えられる。
これにより，前記ヒートパイプの上方に位置する伝熱板へ伝達される熱量を低減することができるため，前記ヒートパイプから前記伝熱板の下端部を介して前記排水経路や前記凝縮水に伝達される熱量の増加を図ることができる。

本発明によれば，気液二層の自然循環を動作原理とする前記ヒートパイプに必要な加熱部と放熱部との高低差が，前記熱交換器の高さ寸法内で吸収されるため，該ヒートパイプを配設することによる当該室外機の高さ寸法の拡張を必要としない。また，前記熱交換器と前記ヒートパイプとが一体的に構成されるため室外機の内部構成がシンプルになる。
さらに，前記伝熱板の下端部を前記排水経路に近接或いは接触させることにより，前記ヒートパイプから前記凝縮水への熱の伝達を効率よく行うことができる。このとき，前記伝熱板の下端部を前記排水経路の形状に略沿った形状に形成すれば，該伝熱板の下端部から前記排水経路への熱の伝達効率が更に向上する。
また，前記伝熱板における前記複数の配管と前記ヒートパイプとの間に伝熱防止構造を設けることによって，前記ヒートパイプから前記伝熱板の下端部を介して前記排水経路や前記凝縮水に伝達される熱量の増加を図ることができる。

以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る空気調和機の室外機Ｘの内部を透視した状態を示す模式図，図２は前記室外機Ｘが備える熱交換器１の要部拡大図である。
まず，図１を用いて，前記室外機Ｘの概略構成について説明する。
前記室外機Ｘは，図示するように，空気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器１，冷媒を圧縮する圧縮機２，前記熱交換器１に向けて送風する送風ファン３，前記熱交換器１で凝縮された凝縮水を機外に排出するべく本体筐体の底板５に形成された排水口６１，前記熱交換器１の下方に該熱交換器１の下端部１１ａに近接して設けられ前記凝縮水を前記排水口６１に導くドレンパン６（排水経路の一例），及び前記ドレンパン６により導かれる凝縮水を加熱するヒートパイプ４等を備えて構成されている。なお，前記ドレンパン６は，前記底板５と一体形成され或いは別体として設けられる。
このように構成された前記室外機Ｘでは，前記熱交換器１において，前記送風ファン３により吸気された空気が冷媒との間で熱交換されることにより空気中の蒸気が凝縮されて発生した凝縮水が，前記ドレンパン６に滴下して該ドレンパン６によって前記排水口６１に導かれ，該排水口６１から機外に排出される。ここで，従来から，前記室外機Ｘが，外気が水の凝固点温度（０℃）以下となるような寒冷地に配設される場合に，前記凝縮水が前記ドレンパン６や前記排水口６１で凍結することが問題視されている。しかし，前記室外機Ｘには，前記凝縮水を加熱する前記ヒートパイプ４が設けられているため，前記ドレンパン６や前記排水口６１における前記凝縮水の凍結が防止されている。以下，前記ヒートパイプ４について図２を用いて詳説する。

図２に示すように，前記ヒートパイプ４は，加熱部４１（内部の液体が加熱されて気化する部位），該加熱部４１と接合部４４で接合された放熱部４２（凝縮水との熱交換により内部の気体が凝縮されて液化する部位），及び加熱ヒータ４３を有して構成されている。前記ヒートパイプ４は，内部に封入された液体の凝縮（冷却）及び気化（加熱）による気液二層の自然循環を動作原理とするため，該ヒートパイプ４における前記加熱部４１と前記放熱部４２との間に高低差が設けられた状態で配設されている。
前記加熱ヒータ４３は，前記ヒートパイプ４の加熱部４１に内設されており，当該室外機Ｘを制御する図外の制御部に含まれる加熱制御回路に接続されている。前記ヒートパイプ４では，前記加熱ヒータ４３により前記加熱部４１が加熱されることによって，内部の液体が気化して前記加熱部４１よりも高い位置に位置する前記放熱部４２へ移動することにより該放熱部４２が暖められる。
なお，前記加熱ヒータ４３による前記加熱部４２の加熱の有無は，前記制御部（不図示）によって制御される。具体的には，前記制御部（不図示）による前記加熱ヒータ４３の駆動制御は，外気の温度を検出する検出センサ（不図示）による検出温度が水の凝固点温度（０℃）以下となったか否かを判断基準に行われる。例えば，前記加熱ヒータ４３は，前記検出センサ（不図示）により検出温度が前記凝固点温度（０℃）以下となった場合に駆動される。また，前記加熱ヒータ４３の駆動時間を，凝縮水の凍結を防止することができる程度の時間に予め設定しておくことも考えられる。例えば，前記駆動時間は，仮に凝縮水が凍結したとしてもその凝縮水の凍結を解くことができるように，経験則から求められる霜取時間に，ある程度の余裕を持たせた時間を足して設定することが考えられる。
ここに，前記加熱ヒータ４３は，前記ヒートパイプ４の加熱部４１を加熱する加熱装置の一例であって，これに限られず該ヒートパイプ４を外部から加熱する加熱装置を用いることも可能である。例えば，前記加熱装置は，前記ヒートパイプ４の加熱部４１の周囲に装着されるバンドヒータであることが考えられる。なお，前記加熱装置は，当該室外機Ｘの配設場所における気温に応じて，所望の加熱特性を得ることができるように適宜選択すればよい。

前記室外機Ｘは，前記ヒートパイプ４が前記熱交換器１と一体的に構成されている点に特徴を有している。続いて，図２を用いて前記熱交換器１について説明する。
前記熱交換器１は，図示するように，冷媒が循環する複数の冷媒配管１５が金属製の複数の伝熱フィン１１（伝熱板に相当）を貫通して装着された所謂フィンチューブタイプの熱交換器であり，該複数の冷媒配管１５は複数のベンド管１２によって連結されている。これにより，前記圧縮機２に接続された冷媒配管１３（図１参照）から前記連結された冷媒配管１５を経て，不図示の室内機に接続される冷媒配管１４に続く冷媒の循環経路（冷凍サイクル）が形成されている。
一方，前記熱交換器１の下端部近傍には，前記ヒートパイプ４の放熱部４２が前記複数の伝熱フィン１１を貫通した状態で装着されており，前記ヒートパイプ４と前記伝熱フィン１１とが熱的に結合されている。即ち，前記熱交換器１と前記ヒートパイプ４とは一体的に構成されている。
ここで，前記ヒートパイプ４は，前記熱交換器１の製造過程において，前記複数の冷媒配管１５のうち最下端部近傍に位置するものを，他の冷媒配管１５と連結せずに前記放熱部４２として用いたものである。即ち，前記放熱部４２を有する前記ヒートパイプ４は，前記熱交換器１の製造過程とおおよそ同じ工程で製造することが可能である。具体的には，前記ヒートパイプ４の放熱部４２は，前記冷媒配管１５に心金を圧入して拡管することにより該冷媒配管１５を前記伝熱フィン１１に熱的に結合する工程で，同様に前記伝熱フィン１１に熱的に結合する。そして，前記放熱部４２は，前記冷媒配管１５各々を前記ベンド管１２で溶接して連結する工程で，前記接合部４４において前記加熱部４１と溶接する。その後，前記加熱部４１及び前記放熱部４２の内部を真空引きし，内部に作動液となる液体を封入する。これにより前記ヒートパイプ４が製造される。
このようにして前記ヒートパイプ４が内蔵された前記熱交換器１では，前記放熱部４２の熱が前記複数の伝熱フィン１１各々に伝達される。なお，前記ヒートパイプ４が，前記放熱部４２が前記ドレンパン６近傍に位置する前記熱交換器１の下端部近傍の位置に，前記加熱部４１が前記放熱部４２の位置からそれよりも低い位置（ここでは前記底板５上）に位置するように，高低差が設けられた状態で配設されているため，該ヒートパイプ４では，動作原理である気液二層の自然循環が実現される。

以上のように構成された前記室外機Ｘでは，前記ヒートパイプ４の加熱部４１が前記加熱ヒータ４３によって加熱されると，これによって暖められた前記放熱部４２から前記伝熱フィン１１に熱が伝達され，その熱は前記伝熱フィン１１を介して該伝熱フィン１１の下端部１１ａから前記ドレンパン６及び該ドレンパン６上の凝縮水に向けて放熱される。これにより前記凝縮水の凍結は防止される。もちろん，前記ヒートパイプ４の放熱部４２からの放熱も前記凝縮水の加熱に寄与することはいうまでもない。なお，詳細は後段の実施例１において述べるが，前記伝熱フィン１１の下端部１１ａを前記ドレンパン６に接触させる実施例も考えられる。
さらに，前記室外機Ｘでは，前記ヒートパイプ４の放熱部４２が前記熱交換器１に内蔵されているため，前記加熱部４１と前記放熱部４２との高低差が，前記熱交換器１の高さ寸法内で吸収されるため，当該室外機Ｘの高さ寸法の拡張が防止されている。また，前記熱交換器１と前記ヒートパイプ４とが一体的に構成されるため前記室外機Ｘの内部構成がシンプルとなる。

前記したように，前記伝熱フィン１１の下端部１１ａを前記ドレンパン６に接触させる構成が他の実施例として考えられる。この場合，前記ドレンパン６上の凝縮水は，前記ヒートパイプ４の放熱部４２の熱が前記伝熱フィン１１の下端部１１ａから空気中へ放熱されることによって加熱されるのではなく，前記伝熱フィン１１の下端部１１ａと前記ドレンパン６や前記凝縮水とが直接接触することによって加熱される。したがって，前記ヒートパイプ４の放熱部４２から前記凝縮水への熱の伝達を効率的に行うことができる。
さらに，このとき前記伝熱フィン１１の下端部を，前記ドレンパン６の形状に沿わせた形状に形成しておけば，前記ヒートパイプ４の放熱部４２から前記凝縮水への熱の伝達効率をより向上させることができる。
例えば，図３に示すように，前記ドレンパン６が下方に向けて絞り形状を有するものである場合には，該絞り形状と同様の形状を有する絞り部１１ｂを前記伝熱フィン１１の下端部１１ａに形成すればよい。これにより，前記伝熱フィン１１の絞り部１１ｂと前記ドレンパン６との接触面積が増大され，該伝熱フィン１１から前記ドレンパン６への熱の伝達効率が向上されるため，前記ヒートパイプ４の放熱部４２から前記凝縮水への熱の伝達効率も更に向上する。なお，図３は前記伝熱フィン１１の下端部１１ａの形状の一例を示す図であって，もちろん前記ドレンパン６及び前記下端部１１ａの形状は図示するものに限られるものではない。
また，図３に示すように，前記伝熱フィン１１によって熱が伝達される前記ドレンパン６から空気中への放熱を防ぐため，該ドレンパン６に相当する前記底板５の外面の一部に断熱材９を設けることも，前記伝熱フィン１１から前記ドレンパン６への熱の伝達効率の向上，即ち前記ヒートパイプ４の放熱部４２から前記凝縮水への熱の伝達効率の向上に有効な手段である。

ところで，前記ヒートパイプ４から前記伝熱フィン１１に伝達される熱は，該伝熱フィン１１において下方よりも上方へ伝わりやすい。そこで，前記ヒートパイプ４から前記伝熱フィン１１の上方への熱の伝達を抑制（防止）する伝熱防止構造を前記熱交換器１に設けておくことが望ましい。
具体的には，図３に示すように，前記複数の伝熱フィン１１各々には，該伝熱フィン１１において前記冷媒配管１５が貫装される貫通口７と前記ヒートパイプ４が貫装される貫通口８との間に切り欠き１０が形成されている。即ち，前記複数の伝熱フィン１１群に断熱空気層が形成される。これにより，前記複数の伝熱フィン１１各々における前記貫通口８から上方へ向けた熱の伝達が抑制（防止）される。したがって，前記貫通口８から下方，即ち該伝熱フィン１１の下端部１１ａへ向けた熱の伝達量を増加させることができ，前記ヒートパイプ４の熱量を前記凝縮水の凍結防止に有効に利用し得る。

本発明の実施の形態に係る空気調和機の室外機の内部を透視した状態を示す模式図。 本発明の実施の形態に係る空気調和機の室外機が備える熱交換器の要部拡大図。 伝熱フィンの下端部の形状の一例を示す図。

符号の説明

１…熱交換器
２…圧縮機
３…送風ファン
４…ヒートパイプ
５…底板
６…ドレンパン（排水経路の一例）
７，８…貫通口
９…断熱材
１０…切り欠き（伝熱防止構造の一例）
１１…伝熱フィン（伝熱板の一例）
１１ａ…下端部
１１ｂ…絞り部
１２…ベンド管
１３〜１５…冷媒配管
４１…加熱部
４２…放熱部
４３…加熱ヒータ
４４…接合部
６１…排水口

Claims (5)

1. 冷媒が循環する複数の配管が複数の伝熱板を貫通して装着されてなる熱交換器と，
   前記熱交換器の下方に設けられ，該熱交換器で凝縮された凝縮水を本体筐体に設けられた排水口に導く排水経路と，
   前記排水経路近傍の位置からそれよりも低い位置にわたって設けられ，前記排水経路により導かれる前記凝縮水を加熱するヒートパイプと，
   を備えてなる空気調和機の室外機であって，
   前記ヒートパイプが，前記複数の伝熱板の下端部近傍を貫通して装着されてなることを特徴とする空気調和機の室外機。
2. 前記伝熱板の下端部が，前記排水経路に近接或いは接触してなる請求項１に記載の空気調和機の室外機。
3. 前記伝熱板の下端部が前記排水経路の形状に略沿った形状に形成されてなる請求項２に記載の空気調和機の室外機。
4. 前記伝熱板における前記複数の配管と前記ヒートパイプとの間に伝熱防止構造が設けられてなる請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和機の室外機。
5. 前記伝熱板における前記複数の配管と前記ヒートパイプとの間に切り欠きが形成されていることが前記電熱防止構造である請求項４に記載の空気調和機の室外機。

Images