JP2009127930A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】環境や使用時間に依らず、熱交換器の通風抵抗を低減でき、騒音も小さく抑えることができるようにする。
【解決手段】伝熱管の断面形状が扁平形状である熱交換器を備え、この扁平伝熱管１２を有する熱交換器１０Ａの上流側には、この熱交換器１０Ａに流入する気流方向を整流する整流手段を設け、この整流手段は、その熱交換器側方より見た幅または厚みが略一定で、かつ各扁平伝熱管の扁平形状の長軸の延長線１３が当該整流手段と交差してこの整流手段部分を通過する長さ１４の合計が最小となるように設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エアコン等の空気調和機に係り、より詳しくは空気調和機に搭載される熱交換器の改良に関する。

エアコン等の空気調和機は、一般に室内壁に据え付けられて、上側にある吸込口から室内の気流を吸い込み、下側にある吹出口から吐き出すようになっている。

そして、このような空気調和機の内部には、複数のブレードを有する送風機の周囲を取り囲むように熱交換器が配置されている。熱交換器は、冷媒を通す伝熱管と伝熱フィンから構成されている。吸込口と熱交換器の間には、集塵や空気清浄用の機器またはフィルタが必要に応じて配置されている。吸込口から流入した気流はフィルタを通り、熱交換器を通過して熱交換した後、送風機によって吹出口から外に排出される。

近年、空気調和機には省電力・静音化が求められ、特に容量の小さい空気調和機では送風機の入力値が圧縮機の入力値よりも支配的になるため、空力負荷が小さいユニットが必要とされている。解決手段の一つとして熱交換器の伝熱管の形状に着目した低圧損化が挙げられる。

従来の熱交換器の伝熱管には断面形状が円管形状のものが多いが、このような円形伝熱管は、流動抵抗が大きく、送風機の負荷を大きくする。また、円形伝熱管の下流部で流速が遅い後流域が発生するため、伝熱性能の悪化を招き、さらに円形伝熱管で発生した渦が下流の送風機に流入して騒音を発生させていた。

そこで、伝熱管の断面形状を扁平形状として熱交換器に流入する気流方向に扁平形状の長軸を略一致させることで流動抵抗を小さくしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、伝熱管の断面形状を扁平形状とすることによって、熱交換器を蒸発器として使用した際に、管表面に凝縮水が付着して伝熱性能が悪化しないように、伝熱フィンに対して伝熱管を傾けるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−７９６５４号公報（図１） 特開平１１−１４１９０４号公報（図５、図６）

空気調和機に吸い込まれ、熱交換器に流入する気流の経路は箱体の形状やユニットが置かれた環境やユニットの状態に依存する。箱体の形状とは、吸込口から熱交換器までの空間のことであり、ユニットが置かれた環境とは、吸込口周囲が狭いなどのことである。また、ユニットの状態とは、空気調和機の使用時間経過によって埃フィルタや吹出口へのごみが付着して局所的に気流抵抗が変わることをいう。つまり、時間経過とともに気流の経路が変化する。そのため、前述のように単に気流方向にあわせて扁平伝熱管を傾けて配置しただけのものにあっては、ユニットの使用開始時には設計どおりの効果を期待できるが、使用環境・時間経過により、ユニットの状態が変化すると、性能が変化する。さらに、扁平伝熱管はアスペクト比が大きく、円形伝熱管に比べて流入する気流の方向によって抵抗の大小差が大きいため、流動抵抗が増加し、騒音が大きくなる問題がある。

本発明の技術的課題は、環境や使用時間に依らず、熱交換器の通風抵抗を低減でき、騒音も小さく抑えることができるようにすることにある。

本発明に係る空気調和機は、下記の構成からなるものである。すなわち、ユニット内部に、送風機を取り囲むように、複数の伝熱フィン及びこれら伝熱フィンを貫く複数の伝熱管からなる熱交換器を１つ又は複数配置し、送風機の回転によって吸込口から空気を吸い込み、熱交換器を通過させて冷媒と空気を熱交換させ、吹出口からユニット外部に放出させる空気調和機であって、伝熱管の断面形状が扁平形状である熱交換器を備え、この扁平伝熱管を有する熱交換器の上流側には、この熱交換器に流入する気流方向を整流する整流手段を設け、この整流手段は、その熱交換器側方より見た幅または厚みが略一定で、かつ各扁平伝熱管の扁平形状の長軸の延長線が当該整流手段と交差してこの整流手段部分を通過する長さの合計が最小となるように設置されてなるものである。

本発明の空気調和機によれば、扁平伝熱管側の熱交換器の上流側にある整流手段によって気流方向が整流され、扁平伝熱管側の熱交換器には、その扁平形状の長軸方向に対して平行な気流が入り、流動抵抗が減少する。この整流効果は、熱交換器側方より見た幅または厚みが略一定上流の整流手段の設置向きで決まるため、周囲の環境変化・使用時間経過の影響を受け難い。このため、効果が持続する。

実施の形態１．
以下、図示実施形態により本発明を説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和機を示す側面断面図である。

本実施形態の空気調和機は、ユニット内部に貫流送風機５が配置され、吸い込み部には、貫流送風機５を囲むように熱交換器６Ｂ，６Ｃ，１０Ａが配置されている。そのうち前面下部に配置されている熱交換器１０Ａは、複数の伝熱フィン１０ａとこれら伝熱フィン１０ａを貫き冷媒を通す扁平伝熱管１２とで構成されている。また、熱交換器１０Ａの上流側には、複数の伝熱フィン６ａとこれら伝熱フィン６ａを貫き冷媒を通す円形伝熱管７とで構成される熱交換器６Ａが設置されている。熱交換器６Ａは、その伝熱フィン６ａの幅が略一定であり、各扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸の延長線１３が上流側の熱交換器６Ａの伝熱フィン６ａと交差してこの伝熱フィン６ａ部分を通過する長さ１４の合計が最小となるように、熱交換器１０Ａに対向する面の向きが調整されて配置されている。なお、扁平伝熱管１２のうち下部付近の扁平伝熱管１２ａは貫流送風機５の方向を向くように傾いて設置されている。

次に、本実施形態の空気調和機の動作について図２乃至図４を用いて説明する。
図２は比較例における空気調和機内部の気流の模式図、図３は比較例における空気調和機の熱交換器周りの気流の模式図、図４は本実施形態における空気調和機の熱交換器周りの気流の模式図である。

熱交換器１０Ａの伝熱管の断面形状が扁平形状の場合、前面下部の熱交換器１０Ａに流入する気流３は、熱交換器１０Ａの前面に沿う方向から伝熱フィン６ａ内に進入し、図３のように扁平伝熱管１２の側面に沿って流れる。この場合、気流３が扁平伝熱管１２の間を通過しにくく、場所によっては剥離を生じる。すなわち、上流に整流機能を持つ熱交換器６Ａがなければ、熱交換器１０Ａの入口側と出口側の気流方向の角度差が大きくなるため、扁平形状の長軸がより長い扁平伝熱管を使用しなければ気流方向を曲げることができず、圧損も非常に大きくなって、流動損失が高くなり、伝熱性能が悪化する。さらに、扁平伝熱管１２で発生した渦１５が下流の貫流送風機５に流れ込み、矢印方向１６に回転する貫流送風機５の翼１７と干渉を起こして騒音悪化を招く。

本実施形態の空気調和機においては、図１のように扁平伝熱管１２側の熱交換器１０Ａの上流側に円形伝熱管７を有する熱交換器６Ａが配置されて、その伝熱フィン６ａの幅が略一定で、扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸の延長線１３が伝熱フィン６ａと交差してこの伝熱フィン６ａ部分を通過する長さ１４の合計が最小となるように、熱交換器１０Ａに対向する熱交換器６Ａの面の向きが調整されて配置されている。したがって、吸込口２から吸い込まれて、吹出口４から吐き出される気流３は、ユニットに流入すると、まず各熱交換器６Ａ，１０Ａ，６Ｂ，６Ｃ内部を通過して貫流送風機５に向かうが、各熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃに流入する気流方向はユニットの風路形状によって決まるため場所によってまちまちである。しかし、通常、伝熱フィン６ａには伝熱性能を高めるためのスリット１８（図４）があり、スリット１８が気流にとって抵抗となるため、熱交換器６Ａに入った気流３は各伝熱フィン６ａ間を最短経路で通過するような方向に進路が徐々に修正される。そして、伝熱フィン６ａの出口においては、伝熱フィン６ａの幅方向１９に平行に流出する。その結果、熱交換器１０Ａへの流入方向が扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸方向に沿い、流動損失が低く伝熱管での渦発生が少なくなる。

また、扁平伝熱管１２のうち、貫流送風機５の方向を向くように傾けて設置されている扁平伝熱管１２ａは、図４のように前面下部に流れる気流３を貫流送風機５側に曲げることによって、下流側が狭い下部空間を流れる気流３をスムーズに送り出す働きをする。その結果、貫流送風機５側に送り出された気流の方向２０と翼１７の弧の接線方向に翼先端から延ばした直線２１が作る翼１７への流入角２２が小さくなり（図４中の矢印の方向を負の角と定める）、剥離などによる損失が低減される。

以上の整流効果は、ユニットの使用時間によって、吸込口２や貫流送風機５にごみが付着することやユニットが設置された場所、例えば吸い込み空間が狭いことなどによる環境条件が変わることによってユニット内部の気流方向が変化しても、扁平伝熱管１２に流入する気流が上流側の熱交換器６Ａで一定に整流されるため、持続する。そして、冷凍サイクル面で必要となる熱交換器での空力性能が向上する。

このように、本実施形態によれば、ユニット内部に貫流送風機５と複数の伝熱フィンと伝熱フィンを貫く複数の伝熱管で構成された熱交換器を１個または複数個備え、吸込口２から空気を吸い込み、熱交換器を通過させて冷媒と空気を熱交換させて、ユニット外部に放出させる空気調和機において、伝熱管が扁平伝熱管１２ａからなる熱交換器１０Ａを設けるとともに、さらに熱交換器１０Ａの上流側の略全面に亘って伝熱フィン６ａの幅が略略一定の別の熱交換器６Ａを設け、かつ各扁平伝熱管１２ａの扁平形状の長軸の延長線１３が上流側の熱交換器６Ａの伝熱フィン６ａと交差してこの伝熱フィン６ａ部分を通過する長さ１４の合計が最小になるように、熱交換器１０Ａに対向する熱交換器６Ａの面の向きを調整して配置構成したので、環境や使用時間に依らず、熱交換器の通風抵抗を低減でき、騒音も小さく抑えることができるユニットが得られる。

なお、熱交換器を凝縮器として使用するときには、過冷却状態、つまり液体状態の冷媒処理をしなくてはならないが、扁平伝熱管１２ａでは冷媒通過流路が多く、冷媒流速が遅くなるため、伝熱性能が悪くなることが考えられる。そのため、流路数を少なくして冷媒流速を上げて伝熱性能の低下を抑制する別の熱交換器が必要になる。本実施形態では、扁平伝熱管１２ａ側の熱交換器１０Ａの上流側に円形伝熱管７を有する熱交換器６Ａを配置しているので、この熱交換器６Ａによって冷媒流速を上げることができ、伝熱性能の低下を抑制することができる。また、扁平伝熱管１２ａと円形伝熱管７を直列に接続して混在させることも可能であり、この場合、熱交換器を凝縮器として使用するとき、つまり暖房時に、冷媒の通過経路が、入口側を扁平伝熱管１２ａ、出口側を円形伝熱管７にすると、冷媒が液状態のとき円形伝熱管７で処理されるため、管内圧損を低く抑えることができるという利点が得られる。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る空気調和機を示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の空気調和機は、図５のように熱交換量が不足しないように、扁平伝熱管を有する熱交換器を、貫流送風機５の前面下部だけでなく、前面上部と背面にも設置して、貫流送風機５直前の熱交換器は全て扁平伝熱管の熱交換器とするとともに、これら前面上部側の熱交換器１０Ｂと背面側の熱交換器１０Ｃの上流側に、それぞれ円形伝熱管７を有する熱交換器６Ｂ，６Ｃを配置したものであり、基本的に前述の実施の形態１のものに熱交換器１０Ｂ，１０Ｃを追加したものである。

本実施形態の空気調和機において、熱交換器１０Ｂ，１０Ｃの互いの境界部側に位置する扁平伝熱管１２ｂ，１２ｃは、これらにより曲げられて流出する気流３ａ，３ｂが干渉しないように貫流送風機５側（下向き）に傾けられている。また、背面側の熱交換器１０Ｃの下部の伝熱管１２ｄも風路に沿って傾けて設置されている。

熱交換器を増やすと、空力抵抗が大きくなるが、本実施形態のように、追加する熱交換器として、いずれも扁平伝熱管の熱交換器１０Ｂ，１０Ｃを用い、それぞれの上流に円形伝熱管の熱交換器６Ｂ，６Ｃを配置することで、流れを整流させて下流部の扁平伝熱管の熱交換器１０Ｂ，１０Ｃに流れ込ませることができるとともに、貫流送風機５直前の熱交換器が全て扁平伝熱管１２ａ，１２ｃ，１２ｃの熱交換器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃとなって、空力性能の悪化を小さく抑えることができる。

また、扁平伝熱管１２ｂ，１２ｃの傾きによって熱交換器１０Ｂ，１０Ｃの上部の気流が干渉するのを防止でき、熱交換器１０Ｂ，１０Ｃを出た後の風路によって気流が妨げられることがなく、スムーズに流すことができ、熱交換器での空力性能が向上する。

実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３に係る空気調和機を示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の空気調和機は、扁平伝熱管を有する熱交換器が、貫流送風機５の前面下部、前面上部、及び背面に設置され、これら熱交換器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの上流側に、それぞれ円形伝熱管７を有する熱交換器６Ｄ，６Ｂ，６Ｅが配置されている点においては、基本的に前述の実施形態２と共通している。しかし、ここでは前面下部側の熱交換器１０Ａの扁平伝熱管１２ａと背面側の熱交換器１０Ｃの伝熱管１２ｄのそれぞれの上流側に、円形伝熱管７が存在せず、この点で前述の実施形態２のものと異なっている。

これを更に詳述すると、前面下部の円形伝熱管側の熱交換器６Ｄと背面の円形伝熱管側の熱交換器６Ｅは、いずれも伝熱フィン６ｂ，６ｃが長方形ではなく、幅が一定ではない。例えば、周囲が風路壁に接近している所（伝熱フィン６ｂの下部や伝熱フィン６ｃの上下部）では風速が遅いため、気流制御に関する重要性は低い。また、熱交換器６Ｄ，６Ｂ，６Ｅの互いの境界部が重なり合う所（特に伝熱フィン６ｂの上部）では２重に伝熱フィンを重ねても、気流制御効果は変わらない。したがって、ここでは、伝熱フィン６ｂの上部の一部を切り欠いて、扁平伝熱管側の熱交換器１０Ａの上流側を覆わないように構成している。但し、流速が速くなる上部（特に前面上部）では、円形伝熱管７側の熱交換器６Ｂによる気流制御を行わなくてはならないため、幅が略一定の伝熱フィン６ａで扁平伝熱管側の熱交換器１０Ｂの上流を覆うように構成している。

本実施形態の空気調和機においては、伝熱フィン６ｂ，６ｃにおける下流側が狭い空間に対応する部分を切り欠いて構成しているので、下流側が狭い空間を流れる気流３をよりスムーズに送り出すことができる。

実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４に係る空気調和機を示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の空気調和機は、貫流送風機５の前面下部、前面上部、及び背面に、それぞれ扁平伝熱管１２を有する熱交換器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが設置され、これら熱交換器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの上流側に、それぞれ円形伝熱管７を有する熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃが配置されている点においては、基本的に前述の実施形態２と共通している。しかし、ここでは各熱交換器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの個々において、扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸方向が揃えられて構成されており、この点で前述の実施形態２のものと異なっている。

本実施形態の空気調和機において、上流側の熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃで流れ方向が修正されて扁平伝熱管１２側の熱交換器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに流入する原理は、前述の実施形態１と同様である。

本実施形態においては、各熱交換器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの個々において、扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸方向が揃えられて構成されているので、各扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸の延長線が上流側の熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃの各伝熱フィン６ａ，６ａ，６ａと交差してこれら伝熱フィン６ａ，６ａ，６ａ部分を通過する長さの合計は、長方形伝熱フィンのもので扁平伝熱管１２の一部を傾けた場合に比べて小さくなる。その結果、上流側の各伝熱フィン６ａ部での流動抵抗が小さくなり、流動損失が低減されて、ユニット低入力効果が得られる。

また、貫流送風機５の直前にて気流との間で熱交換を行う熱交換器を全て扁平伝熱管１２の熱交換器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから構成したので、流動抵抗が小さくなって、貫流送風機５の負荷を抑えることができる。

実施の形態５．
図８は本発明の実施の形態５に係る空気調和機を示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の空気調和機は、貫流送風機５の前面下部および背面に、それぞれ伝熱フィン１０ａの長手方向に対して扁平伝熱管１２ｅ，１２ｆを貫流送風機５の翼１７の回転方向に傾けた熱交換器１０Ａ，１０Ｃが設置されているとともに、貫流送風機５の前面上部に円形伝熱管７を有する熱交換器６Ｂが設置され、さらに扁平伝熱管側の熱交換器１０Ａ，１０Ｃの上流側に、それぞれ円形伝熱管７を有する熱交換器６Ａ，６Ｃが配置されている。すなわち、前面下部の熱交換器１０Ａにおいては、扁平伝熱管１２ｅを上方に向けて、気流３ａを斜め上方向きで流入させる配置にし、熱交換器１０Ｃにおいては、扁平伝熱管１２ｆを下方に向けて、気流３ｂを斜め下方向きで流入させる配置にして、貫流送風機５に流入する気流方向を制御し、翼１７への流入角が小さくなるようにしている。それ以外の構成は前述の実施形態１と同様である。

本実施形態の空気調和機のように、伝熱フィン１０ａの長手方向に対して扁平伝熱管１２ｅ，１２ｆを傾けて、貫流送風機５の翼１７に対して回転する方向に気流３ａ，３ｂを向けると、翼１７付近で流れが剥離し難くなり、送風性能が高くなる。

なお、整流作用を有する上流側の熱交換器６Ａ，６Ｃの伝熱フィン６ａのエッジと扁平伝熱管側の熱交換器１０Ａ，１０Ｃの伝熱フィン１０ａのエッジとを平行配置とせず、図８のようにエッジ間距離に差を付けることでも、気流方向を整流化でき、意図した気流方向を実現し易くなる。これにより、貫流送風機５への流入角が改善された流れを作ることができ、ユニット性能が向上する。

実施の形態６．
図９は本発明の実施の形態６に係る空気調和機を示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の空気調和機は、貫流送風機５の前面上部に、伝熱フィン１０ａの長手方向に対して扁平伝熱管１２を貫流送風機５を中心とする放射線上に沿う如く（必ずしも向きを放射線上に一致させる必要はない）傾けた熱交換器１０Ｄが設置されているとともに、貫流送風機５の前面下部および背面に、円形伝熱管７を有する熱交換器６Ａ，６Ｃが配置され、さらに扁平伝熱管側の熱交換器１０Ｄの上流側に、円形伝熱管７を有する熱交換器６Ｆが配置されている。また、上流側の熱交換器６Ｆは、各扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸の延長線１３が伝熱フィン６ｄと交差してこの伝熱フィン６ｄ部分を通過する長さ１４の合計が最小となるように、伝熱フィン６ｄの幅を略一定として円弧状に構成されている。つまり、熱交換器６Ｆは、その伝熱フィン６ｄの延長方向の軸線が、各延長線１３と交差する部位において、それぞれ延長線１３と直交するように、その長手方向の形状が一義的に決定されてなるものである。

したがって、本実施形態の空気調和機においては、扁平伝熱管１２に流入する気流方向をその扁平形状の長軸方向に一致させることができ、かつ気流３を集中させて貫流送風機５へ向かわせることができる。このため、気流３の方向を制御しながら、流動抵抗を減少させることができ、さらに吸い込み風量分布を適切にすることができる。

実施の形態７．
図１０は本発明の実施の形態７に係る空気調和機を示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の空気調和機は、伝熱面積を稼ぐため、前面下部の伝熱フィン１０ｂの幅を設置空間に応じて局所的に異ならせた（広げた）ものである。

本実施形態においても、前述の実施の形態１と同様に扁平伝熱管の扁平形状の長軸の延長線１３が上流側の伝熱フィン６ａと交差してこの伝熱フィン６ａ部分を通過する長さ１４の合計が最小になるようにすることで、実施の形態１と同等の効果が得られる。

さらに、伝熱フィン１０ｂの幅を広げた分、熱交換効率が向上する。

実施の形態８．
図１１は本発明の実施の形態８に係る空気調和機を示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の空気調和機は、扁平伝熱管１２を有する熱交換器１０Ｂがユニットの前面上部に配置されている。その上流側には空気調和機に空気清浄機としての機能を持たせるために、厚みが略一定の集塵用や空気清浄用の機器またはフィルタ（以下、これらをまとめて単に「フィルタ」という）９Ａが配置されている。フィルタ９Ａは、各扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸の延長線１３が当該フィルタ９Ａと交差して当該フィルタ９Ａ部分を通過する長さ１４の合計が最小になるように、その熱交換器１０Ｂに対向する面の向きが調整されて配置されている。これは整流化の部品を熱交換器からフィルタ９Ａに交換したと考えればよい。

本実施形態の空気調和機において、フィルタ９Ａ中を通過する気流３は、前述の実施形態１と同様にフィルタ通過時の抵抗を最小にするため、最短経路を通過するように方向が変わる。その結果、フィルタ９Ａ直後の気流３は扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸方向を向き、熱交換器１０Ｂ通過時の流動抵抗が減少する。

実施の形態９．
図１２は本発明の実施の形態９に係る空気調和機を示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１，６と同一部分には同一符号を付してある。なお、ここでは説明にあたって前述の図９を参照するものとする。

本実施形態の空気調和機は、扁平伝熱管１２を貫流送風機５を中心とする放射線上に沿う如く傾けた熱交換器１０Ｄがユニットの前面上部に配置されている。その上流側には空気調和機に空気清浄機としての機能を持たせるために、厚みが略一定の集塵用や空気清浄用の機器またはフィルタ（以下、これらをまとめて単に「フィルタ」という）９Ｂが配置されている。フィルタ９Ｂは、各扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸の延長線１３が当該フィルタ９Ｂと交差して当該フィルタ９Ｂ部分を通過する長さ１４の合計が最小となるように、円弧状に構成されている（図９参照）。つまり、フィルタ９Ｂは、その高さ方向の軸線が、放射状の各延長線１３と交差する部位において、それぞれ延長線１３と直交するように、その高さ方向の形状が一義的に決定されてなるものであり、整流化の部品を図９の熱交換器６Ｆからフィルタ９Ｂに交換したと考えればよい。

本実施形態の空気調和機において、フィルタ９Ｂ中を通過する気流３は、前述の実施形態１と同様にフィルタ通過時の抵抗を最小にするため、最短経路を通過するように方向が変わる。その結果、フィルタ９Ｂ直後の気流３は扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸方向を向き、気流３が集中して貫流送風機５へ向かう。このため、気流３の方向を制御しながら、流動抵抗を減少させることができ、さらに吸い込み風量分布を適切にすることができる。

実施の形態１０．
図１３は本発明の実施の形態１０に係る空気調和機を示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の空気調和機は、ユニットの内部形状に合わせて長手方向２３がくの字状に折れ曲がっている伝熱フィン１０ｃを有し、扁平伝熱管１２を持つ熱交換器１０Ｆを、ユニットの貫流送風機５の前面下部から前面上部に至る空間内に配置するとともに、ユニットの背面に、円形伝熱管７を持つ熱交換器６Ｃを配置し、さらに扁平伝熱管側の熱交換器１０Ｆのくの字状両辺の上流側、つまり前面下部と前面上部に、それぞれ各伝熱フィン６ａの幅１４ａ，１４ｂが略一定で、円形伝熱管７を持つ熱交換器６Ａ，６Ｂを配置したものである。

本実施形態の空気調和機において、上流側の各熱交換器６Ａ，６Ｂは、それぞれの伝熱フィン６ａ，６ａの幅が略一定であり、下流側の熱交換器１０Ｆの伝熱フィン１０ｃを長手方向の曲がり部１０ｄ付近を境に上側と下側に分けて考えると、各扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸の延長線が上流側の各伝熱フィン６ａ，６ａと交差してこれら伝熱フィン６ａ，６ａ部分を通過する長さ１４ａ，１４ｂの合計が最小となるように、熱交換器１０Ｆに対向する面の向きが調整されて、熱交換器１０Ｆの上流側の全面に亘って配置されている。この結果、環境や使用時間に依らず、熱交換器の通風抵抗を低減でき、騒音も小さく抑えることができ、伝熱性能を向上させることができる。

実施の形態１１．
図１４は本発明の実施の形態１１に係る空気調和機を示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の空気調和機は、前述の実施形態１０と同じようにユニットの内部形状に合わせて長手方向２３がくの字状に折れ曲がっている伝熱フィン１０ｃを有し、扁平伝熱管１２を持つ熱交換器１０Ｆを、ユニットの貫流送風機５の前面下部から前面上部に至る空間内に配置するとともに、ユニットの背面に、円形伝熱管７を持つ熱交換器６Ｃを配置し、さらに扁平伝熱管側の熱交換器１０Ｆの上流側に、円形伝熱管７を持ち、伝熱フィン６ｅが同じく、くの字状に折れ曲がっている熱交換器６Ｇを熱交換器１０Ｆに沿うようにその上流側の全面に亘って配置したものである。

ところで、扁平伝熱管側の熱交換器１０Ｆの上流側の円形伝熱管を持つ熱交換器を、前述の実施形態１０のように分割構成した場合、全ての扁平伝熱管１２を覆うことができなくなる可能性が存在し、扁平伝熱管１２に流入する気流３を制御しきれない箇所が生ずる可能性が存在する（例えば、円形伝熱管を持つ隣接熱交換器相互の境界部など）。

本実施形態の空気調和機においては、扁平伝熱管側の熱交換器１０Ｆの伝熱フィン１０ｃの長手方向２３と単一構成からなる円形伝熱管側の熱交換器６Ｇの長手方向２４が揃っているので、扁平伝熱管１２の上流側略全面を確実に覆うことができ、上流側の熱交換器６Ｇによる気流制御が可能になり、扁平伝熱管１２に流入する気流方向が改善し、ユニットの伝熱性能を向上させることができる。

また、各扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸の延長線が上流側の伝熱フィン６ｅと交差して伝熱フィン６ｅ部分を通過する長さ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの合計が最小となるように、熱交換器６Ｇの熱交換器１０Ｆに対向する面の向きが調整されて配置されている。この結果、環境や使用時間に依らず、熱交換器の通風抵抗を低減でき、騒音も小さく抑えることができ、伝熱性能を向上させることができる。

実施の形態１２．
図１５は本発明の実施の形態１２に係る空気調和機を示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１０と同一部分には同一符号を付してある。なお、ここでは説明にあたって前述の図１１及び図１３を参照するものとする。

本実施形態の空気調和機は、前述の実施形態１０におけるくの字状伝熱フィン１０ｃを有し扁平伝熱管１２を持つ熱交換器１０Ｆの上流側の熱交換器の一部（熱交換器６Ｂ）を、厚みが略一定の集塵用や空気清浄用の機器またはフィルタ（以下、これらをまとめて単に「フィルタ」という）９Ｃに置き換えたものである。

本実施形態の空気調和機において、整流手段となるフィルタ９Ｃは、熱交換器１０Ｆの各扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸の延長線１３（図１１参照）が当該フィルタ９Ｃと交差して当該フィルタ９Ｃ部分を通過する長さ１４（図１１参照）の合計が最小になるように、その熱交換器１０Ｆに対向する面の向きが調整されて配置されている。したがって、フィルタ９Ｃ中を通過する気流３は、前述の実施形態１と同様にフィルタ通過時の抵抗を最小にするため、最短経路を通過するように方向が変わる。その結果、フィルタ９Ｃ直後の気流３は扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸方向を向き、熱交換器１０Ｆ通過時の流動抵抗が減少し、吸い込み風量分布を適切にすることができる。

実施の形態１３．
図１６は本発明の実施の形態１３に係る空気調和機を示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１１と同一部分には同一符号を付してある。なお、ここでは説明にあたって前述の図１４を参照するものとする。

本実施形態の空気調和機は、前述の実施形態１１におけるくの字状伝熱フィン１０ｃを有し扁平伝熱管１２を持つ熱交換器１０Ｆの上流側の熱交換器６Ｇを、厚みが略一定で伝熱フィン１０ｃと同様にくの字状に折れ曲がっている集塵用や空気清浄用の機器またはフィルタ（以下、これらをまとめて単に「フィルタ」という）９Ｄに置き換えたものである。

本実施形態の空気調和機においても、前述の実施形態１１と同様に扁平伝熱管側の熱交換器１０Ｆの伝熱フィン１０ｃの長手方向２３（図１４参照）とフィルタ９Ｄの長手方向２４（図１４参照）が揃っているので、扁平伝熱管１２の上流側略全面を確実に覆うことができ、上流側のフィルタ９Ｄによる気流制御が可能になり、扁平伝熱管１２に流入する気流方向が改善し、ユニットの伝熱性能を向上させることができる。

また、各扁平伝熱管１２の扁平形状の長軸の延長線が上流側のフィルタ９Ｄと交差してフィルタ９Ｄ部分を通過する長さ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ（図１４参照）の合計が最小となるように、フィルタ９Ｄの熱交換器１０Ｆに対向する面の向きが調整されて配置されている。この結果、環境や使用時間に依らず、熱交換器の通風抵抗を低減でき、騒音も小さく抑えることができ、伝熱性能を向上させることができる。

実施の形態１４．
図１７は本発明の実施の形態１４に係る空気調和機に搭載される伝熱フィンを示す正面図、図１８は比較例に搭載される伝熱フィンを示す正面図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

これまでの実施の例は熱交換器側方より見て１つの伝熱フィン内で伝熱管の断面形状が一種類の場合にのみ言及していたが、本実施形態の空気調和機では、熱交換器側方より見て１つの伝熱フィン３０Ａ内に断面形状の異なる伝熱管すなわち円形伝熱管７と扁平伝熱管１２を共に配置している。つまり、図１７に示すように上流側１列目には円形伝熱管７、２列目以降には扁平伝熱管１２が配置されている。

比較例（図１８）に示すように１つの伝熱フィン内に円形伝熱管７を２列以上配置した場合、円形伝熱管７の下流部には流速が遅い後流部２８が生じる。このようなものにおいて、伝熱性能を維持するため、円形伝熱管７を列毎に千鳥状に配置すると、１列目で発生した後流域が２列目の伝熱管間の流路を狭くして流動損失を大きくする。そこで、本実施形態では、図１７のように伝熱管を１列目が円形伝熱管７、２列目が扁平伝熱管１２としている。

熱交換器に流入する気流方向はユニットの位置によってまちまちであるため、流入方向の影響を受けやすい扁平伝熱管１２ではなく円形伝熱管７を配置して気流抵抗を大きくしないようにする。一方、２列目は流路幅を確保するために扁平伝熱管１２を用いて円形伝熱管７が作る後流域の影響を小さくする。熱交換器を通過する気流３は、既述したように伝熱フィン３０Ａに設置されたスリット（図４のスリット１８参照）などの抵抗によって次第に伝熱フィン３０Ａの長手方向に対して垂直、つまり、最短通過経路に修正されていくため、扁平伝熱管１２を伝熱フィン３０Ａの幅方向１９に平行になるように設置すれば、流動抵抗低減と伝熱性能向上を実現することができる。

実施の形態１５．
図１９は本発明の実施の形態１５に係る空気調和機に搭載される伝熱フィンの正面図（ａ）と空気調和機の側面断面図（ｂ）であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の空気調和機は、実施形態１４で挙げた熱交換器に気流制御の機能を付加したもので、図１９（ａ）の複数の扁平伝熱管１２のうち最下部の扁平伝熱管１２ａを、その扁平形状の長軸の延長線１３が伝熱フィン３０Ｂの幅方向１９に対して傾けて形成したものである。

この熱交換器を例えば、図１９（ｂ）のように空気調和機の前面下部に設置すると、実施の形態１と同様に最下部の気流３がスムーズに貫流送風機５に送られるため、前述の実施の形態１と同様の効果が得られる。
またユニットに搭載すると熱交換器が奥行き方向に２台から１台に減ったことにより前面下部の空間が広がることによって、気流がさらに吸い込みやすくなり性能向上できる。あるいは、空間を一定にしてユニット全体の奥行きをコンパクトにすることができる。

実施の形態１６．
図２０は本発明の実施の形態１６に係る空気調和機に搭載される伝熱フィンを示す正面図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の空気調和機は、熱交換器側方より見て１つの伝熱フィン３０Ｃに円形伝熱管７と扁平伝熱管１２が混在している。すなわち、上流側１列目には円形伝熱管７、２列目、３列目には扁平伝熱管１２が配置されている。伝熱管の配置間隔（列間間隔）は、１列目と２列目間の間隔（列間ピッチ）２６ａよりも２列目と３列目間の間隔（列間ピッチ）２６ｂの方が狭くなっている。これは、扁平伝熱管１２を用いることによって流速が遅い後流域が狭くなり、その影響が小さくなったため、実現可能となったもので、伝熱管の間隔を狭くしても性能低下は起こらない。このため、円形伝熱管列を有する熱交換器側方より見て１つの伝熱フィン内の円形伝熱管列の下流側に、複数の扁平伝熱管列を設けた熱交換器の奥行き寸法を短くでき、熱交換器の流動損失低減や吸い込み空間が広がり、性能向上が図れる。また、ユニットのコンパクト化が図れる。

実施の形態１７．
図２１は本発明の実施の形態１７に係る空気調和機に搭載される伝熱フィンを示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の空気調和機は、熱交換器側方より見て１つの伝熱フィン３０Ｄに円形伝熱管７と扁平伝熱管１２が混在している。すなわち、上流側１列目には円形伝熱管７、２列目には扁平伝熱管１２が配置されている。扁平伝熱管１２の段方向２９の配置については、円形伝熱管７と扁平伝熱管１２とが千鳥状に配置されるように構成されている。これは、空力の負荷がユニット全体の入力に支配的な場合に好適である。

本実施形態の空気調和機においては、隣接する伝熱管間の距離が開いているので、気流３が通過し易く空力負荷を低減させることができる。また、下流側に扁平伝熱管１２を配置しているので、上流側の円形伝熱管７で気流方向が修正されて下流側の扁平伝熱管１２に流れが沿う。これにより、空力負荷が小さいユニットが実現でき、静音化が可能となる。

本実施形態の伝熱フィン３０Ｄは、空力の負荷がユニット全体の入力に支配的になる容量の小さい空気調和機に好適であり、これを適用することで、容量の小さい空気調和機においても静音化が容易となる。なお、本実施形態は熱交換器側方より見て１つの伝熱フィン内に断面形状の異なる伝熱管が混在している前述の実施形態１４〜１６にも適用できることは言うまでもない。

実施の形態１８．
図２２は本発明の実施の形態１８に係る空気調和機に搭載される伝熱フィンを示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の空気調和機は、熱交換器側方より見て１つの伝熱フィン３０Ｅに円形伝熱管７と扁平伝熱管１２が混在している。すなわち、上流側１列目には円形伝熱管７、２列目には扁平伝熱管１２が配置されている。また、段方向２９については、円形伝熱管７の間に扁平伝熱管１２が複数（ここでは２つ）配置され、幅方向１９（図１９参照）については、円形伝熱管７の背後、つまり伝熱フィン３０Ｅの長手方向（段方向）に対して垂直方向に１列目の円形伝熱管７を下流側へ投影した時にその影となる部分に、扁平伝熱管１２を配置しないように構成されている。

段方向でみて円形伝熱管７の間は、熱交換器に流入する風速が速い。したがって、本実施形態の空気調和機のように、その風速が速い円形伝熱管７の間に集中して扁平伝熱管１２を配置することで、流動損失の増大を抑えながら熱交換量を多く稼ぐことができる。風速が遅い円形伝熱管７背後は、熱交換量よりも扁平伝熱管１２の本数を減らし、風路確保に重点をおく。これにより、伝熱性能を高めた空気調和機を実現することができる。

実施の形態１９．
図２３は本発明の実施の形態１９に係る空気調和機に搭載される伝熱フィンを示す側面断面図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。

前述の実施形態１４〜１８のように、１枚の伝熱フィンに扁平伝熱管と円形伝熱管が混在する場合、暖房時の冷媒の通過経路が、入口側を扁平伝熱管、出口側を円形伝熱管にすると冷媒が液状態のとき円形伝熱管で処理されるため管内圧損を低く抑えることができるという利点が得られる。

しかし、その際、同一の伝熱フィンで冷媒の入口側と出口側の冷媒温度差が大きくなり、伝熱フィンを通じた配管相互で熱が交換され、空気−伝熱フィン間の熱の移動が減少（熱ロス）してしまうことが考えられる。

本実施形態の空気調和機は、図２３のように伝熱フィン３０Ｆにおける扁平伝熱管１２の列と円形伝熱管７の列の間に、配管の温度差などを考慮に入れた大きさのスリットや切込み３１からなる断熱部を設けて、熱を遮断するようにしたものである。

本実施形態の空気調和機においては、スリットや切込み３１からなる断熱部によって、伝熱フィンを通じた配管間の熱移動が阻止される。このため、熱ロスを減らすことができ、空気調和機の性能を高めることができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機を示す側面断面図である。 比較例の空気調和機内部の気流の模式図である。 比較例の空気調和機における熱交換器周りの気流の模式図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の熱交換器周りの気流の模式図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和機を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和機を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和機を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態５に係る空気調和機を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態６に係る空気調和機を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態７に係る空気調和機を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態８に係る空気調和機を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態９に係る空気調和機を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態１０に係る空気調和機を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態１１に係る空気調和機を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態１２に係る空気調和機を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態１３に係る空気調和機を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態１４に係る空気調和機に搭載される伝熱フィンを示す正面図である。 比較例の空気調和機に搭載される伝熱フィンを示す正面図である。 本発明の実施の形態１５に係る空気調和機に搭載される伝熱フィンの正面図（ａ）と空気調和機の側面断面図(b)である。 本発明の実施の形態１６に係る空気調和機に搭載される伝熱フィンを示す正面図である。 本発明の実施の形態１７に係る空気調和機に搭載される伝熱フィンを示す正面図である。 本発明の実施の形態１８に係る空気調和機に搭載される伝熱フィンを示す正面図である。 本発明の実施の形態１９に係る空気調和機に搭載される伝熱フィンを示す正面図である。

符号の説明

２ 吸込口、３ 気流、４ 吹出口、５ 貫流送風機（送風機）、６ａ〜６ｅ，１０ａ〜１０ｃ，３０Ａ〜３０Ｆ 伝熱フィン、６Ａ〜６Ｇ 円形伝熱管側の熱交換器、７ 円形伝熱管、９Ａ〜９Ｄ フィルタ、１０Ａ〜１０Ｆ 扁平伝熱管側の熱交換器、１２，１２ａ〜１２ｆ 扁平伝熱管、１３ 扁平形状の長軸の延長線、１４ 整流手段部分を通過する長さ、２６ａ，２６ｂ 列間ピッチ、３１ スリットや切込み。

Claims (17)

1. ユニット内部に、送風機を取り囲むように、複数の伝熱フィン及びこれら伝熱フィンを貫く複数の伝熱管からなる熱交換器を１つ又は複数配置し、前記送風機の回転によって吸込口から空気を吸い込み、前記熱交換器を通過させて冷媒と空気を熱交換させ、吹出口からユニット外部に放出させる空気調和機であって、
   前記伝熱管の断面形状が扁平形状である熱交換器を備え、該扁平伝熱管を有する熱交換器の上流側には、該熱交換器に流入する気流方向を整流する整流手段を設け、該整流手段は、その熱交換器側方より見た幅または厚みが略一定で、かつ各扁平伝熱管の扁平形状の長軸の延長線が当該整流手段と交差してこの整流手段部分を通過する長さの合計が最小となるように設置されてなることを特徴とする空気調和機。
2. 複数の前記扁平伝熱管のうち少なくともユニット内の狭い空間部に配置される１本を、その扁平形状の長軸の向きが前記送風機の方向を向くように構成したことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記扁平伝熱管の熱交換器の上流側に配置される整流手段を、複数の伝熱フィン及びこれら伝熱フィンを貫く断面形状が円管形状である複数の円形伝熱管を有する熱交換器から構成し、前記長さの合計が最小となるようにその下流側の前記扁平伝熱管の熱交換器に対向する面の向きを調整して配置してなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気調和機。
4. 扁平伝熱管側の熱交換器の伝熱フィンを、その長手方向が直線状となるように形成し、円形伝熱管側の熱交換器を、扁平伝熱管側の熱交換器の上流側の全面に亘って配置したことを特徴とする請求項３記載の空気調和機。
5. 扁平伝熱管側の熱交換器の伝熱フィンは、その長手方向が折れ曲がって形成されており、円形伝熱管側の熱交換器は、扁平伝熱管側の熱交換器の上流側の全面に亘って配置されてなることを特徴とする請求項３記載の空気調和機。
6. 前記熱交換器を凝縮器として使用する場合、冷媒の入口側を扁平伝熱管側の熱交換器、冷媒の出口側を円形伝熱管側の熱交換器とすることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の空気調和機。
7. 前記扁平伝熱管の熱交換器の上流側に配置される整流手段を、集塵や空気清浄用の機器またはフィルタから構成し、前記長さの合計が最小となるようにその下流側熱交換器に対向する面の向きを調整して配置してなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気調和機。
8. 扁平伝熱管側の熱交換器の伝熱フィンを、その長手方向が直線状となるように形成し、前記集塵や空気清浄用の機器またはフィルタを、扁平伝熱管側の熱交換器の上流側の全面に亘って配置したことを特徴とする請求項７記載の空気調和機。
9. 扁平伝熱管側の熱交換器の伝熱フィンは、その長手方向が折れ曲がって形成されており、前記集塵や空気清浄用の機器またはフィルタは、扁平伝熱管側の熱交換器の上流側の全面に亘って配置されてなることを特徴とする請求項７又は請求項８記載の空気調和機。
10. 前記送風機の直前にて気流との間で熱交換を行う熱交換器は全て扁平伝熱管の熱交換器であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の空気調和機。
11. 前記扁平伝熱管の熱交換器の上流側に配置される整流手段を、該扁平伝熱管の熱交換器の伝熱フィンの上流側を貫く断面形状が円管形状である複数の円形伝熱管を有する熱交換器から構成して、熱交換器側方より見て１枚の伝熱フィンに２列以上の伝熱管が配置されるようにし、上流側１列目の伝熱管を前記円形伝熱管とし、２列目以降を扁平伝熱管としたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
12. 前記２列目以降の扁平伝熱管のうち少なくともユニット内の狭い空間部に配置される１本を、その扁平形状の長軸の向きが前記送風機の方向を向くように構成したことを特徴とする請求項１１記載の空気調和機。
13. 前記１列目の円形伝熱管と前記２列目以降の扁平伝熱管とを千鳥状に配置したことを特徴とする請求項１１又は請求項１２記載の空気調和機。
14. 前記伝熱フィンの長手方向に対して垂直方向に１列目の円形伝熱管を下流側へ投影した時にその影となる部分に、扁平伝熱管を配置しないことを特徴とする請求項１１又は請求項１２記載の空気調和機。
15. ２列目以降の列間ピッチを、１列目と２列目間の列間ピッチよりも短くしたことを特徴とする請求項１１乃至請求項１４のいずれかに記載の空気調和機。
16. 前記熱交換器を凝縮器として使用する場合、冷媒の入口側を扁平伝熱管に、冷媒の出口側を円形伝熱管となるように冷媒の通過経路を設定することを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の空気調和機。
17. １列目と２列目の間に熱移動を遮断するためのスリット又は切込みを入れたことを特徴とする請求項１１乃至請求項１６のいずれかに記載の空気調和機。

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