JP2016200338A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】風速分布の均一化と伝熱面積の増加を考慮した、不等列熱交換器の構造を有するフィンチューブ熱交換器の冷媒側の熱交換性能を十分に引き出せる、高効率の空気調和機を提供する。【解決手段】室内熱交換器２２ａは、冷媒が流れる複数の伝熱管２２１と、積層され伝熱管が貫通した構成を有する複数のフィン２２２ａと、を含み、送風ファンにより複数のフィンの間に送られた空気と冷媒とが熱交換をする構成であり、伝熱管は、空気の流れの上流側から下流側に向かって複数の列を構成し、空気の流れは、上流側で速度分布を有し、伝熱管の列数は、空気の速度が速い部分で多くし、この部分の伝熱管のうち空気の流れの最も上流側の列にある伝熱管は、その部分の空気の流れの下流側の伝熱管に接続され、当該部分以外の領域の伝熱管のうち空気の流れの最も上流側の列にある伝熱管は、その領域の下流側の伝熱管に接続する。【選択図】図７

Description

本発明は、空気調和機に関する。

空気調和機は、室内ユニットと、室外ユニットと、これらを接続する配管と、から構成されている。

室内ユニットには、様々な形態があるが、その一種として天井埋込カセットタイプがある。このタイプの室内ユニットは、回転軸方向から空気を吸入し、外周方向へ吐出する遠心ファンと、その外側に該遠心ファンを取り囲むように配置された熱交換器を備えている。

一般に、室内ユニットの熱交換器は、遠心ファンの空気吐出口より面積が大きいため、ファン回転軸方向における風速分布が不均一となる。具体的には、遠心ファンの空気吐出口に面する部分は、他の部分に比べて、熱交換器へ流れる空気の速度が速くなっている。この問題を解決し、熱交換器性能を向上させるために、風速分布に応じて熱交換器の通風抵抗を変化させる方法がある。

例えば、特許文献１には、一次側の風速が大きい部分の列数を多くし、風速が小さい部分の列数を少なくすることにより、風速分布を高さ方向でむらのないものとする熱交換器が記載されている。

また、特許文献２には、上部の熱交換器列数が下部の熱交換器列数より反遠心ファン側において多い、いわゆる不等列熱交換器の構造を有する空気調和機用室内機が開示されている。

特開２０００−８８４７６号公報 特開２００２−１４７７８１号公報

現在、熱交換器の高性能化を図るために、冷媒が通る経路を複数に分割し、熱交換器で生じる圧力損失を低減させることが一般に行われている。また、各冷媒経路の構成およびその長さを、特に熱交換器へ流れる空気の速度分布が均一な場合、同じにすることが多い。

しかし、フィンチューブ熱交換器の一部において、その熱交換器に流れる空気の上流側から下流側に向かって配置された冷媒配管の列数を増減させた場合、例えば図１３に示す熱交換器では、風上側（空気の流れの上流側）にある拡張部分、すなわち空気が流入する最前列の熱交換器部分で、空気は冷媒と熱交換を行うため、列数の少ない熱交換器下部と列数の多い熱交換器上部とでは、２列目の熱交換器部分へ流れる空気の温度が異なる。具体的には、熱交換器が蒸発器として機能する場合は、熱交換器下部よりも熱交換器上部のほうが、２列目の熱交換器部分へ流れる空気の温度は低い。一方で、熱交換器が凝縮器として機能する場合は、熱交換器下部よりも熱交換器上部のほうが、２列目の熱交換器部分へ流れる空気の温度は高い。

図１３においては、熱交換器１３０は、風上側（流入空気の最前列）に配置された拡張部分１３１と、空気の進行方向において拡張部分を構成するフィン１３１の下流側に前後に配置された二つの基本部分を構成するフィン１３２、１３３と、からなる。それぞれのフィン１３１、１３２、１３３には、貫通孔が設けられ、その貫通孔に冷媒配管（伝熱管）が挿入されている。なお、冷媒配管は、直管の状態で貫通孔に挿入し、拡管された後、フィンを含む状態で熱交換器全体がＬの字、コの字、ロの字等に曲げられるため、最終形態は直管ではなくなる。

冷媒経路Ｐ１、Ｐ２は、直管１本分の長さを有する冷媒経路である１列目が流入空気の最前列（最も上流側）に配置され、他の部分が下流側に配置されている。一方、冷媒経路Ｐ３、Ｐ４は、直管１本分の長さを有する冷媒経路である１列目と、直管２本分の長さを有する冷媒経路である２列目とが、流入空気の最前列に配置され、他の部分が下流側に配置されている。言い換えると、冷媒経路Ｐ３、Ｐ４は、直管３本分の長さの冷媒経路が風上側に配置されている。

したがって、熱交換器上部に配置された伝熱管のみで構成された冷媒経路Ｐ１、Ｐ２は、熱交換器下部と拡張部分に配置された伝熱管で構成された冷媒経路Ｐ３、Ｐ４に比べて、大半の部分で空気と冷媒との間の温度差が小さく、交換できる熱量が少なくなる。結果、冷媒の蒸発または凝縮が終了しない冷媒経路Ｐ１、Ｐ２と、冷媒の蒸発または凝縮が早くも終了してしまう冷媒経路Ｐ３、Ｐ４が生じて、熱交換器を有効に利用できない問題がある。

また、上記の問題を解決するために、冷媒を熱交換器の各冷媒経路へ分流させるディストリビュータと各冷媒経路とを接続する配管の長さまたは管径を調節し、冷媒経路Ｐ１、Ｐ２を流れる冷媒流量を少なく、冷媒経路Ｐ３、Ｐ４を流れる冷媒流量を多くする方法がある。しかし、冷媒が冷媒経路を流れる際に発生する圧力損失は速度の約１．７５乗に比例するので、冷媒流量の多い冷媒経路Ｐ３、Ｐ４では多大な圧力損失が発生し、熱交換器性能の低下につながる。

上述のように、熱交換器へ流れる空気の速度が速い部分で列数を増加し、風速分布の均一化を図る場合でも、熱交換器の性能を十分に引き出すために、冷媒経路の適正化が必要不可欠であるが、従来技術では冷媒経路について言及していない。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、風速分布の均一化と伝熱面積の増加を考慮した、いわゆる不等列熱交換器の構造を有するフィンチューブ熱交換器の冷媒側の熱交換性能を十分に引き出し、高効率の空気調和機を提供することを目的とする。

本発明の空気調和機は、室外ユニットと、室内ユニットと、室外ユニットと室内ユニットとを接続する冷媒配管と、を備え、室内ユニットは、室内熱交換器と、送風ファンと、を有し、室内熱交換器は、冷媒が流れる複数の伝熱管と、積層され伝熱管が貫通した構成を有する複数のフィンと、を含み、送風ファンにより複数のフィンの間に送られた空気と冷媒とが熱交換をする構成であり、伝熱管は、空気の流れの上流側から下流側に向かって複数の列を構成し、空気の流れは、上流側で速度分布を有し、伝熱管の列数は、空気の速度が速い部分で多くし、この部分の伝熱管のうち空気の流れの最も上流側の列にある伝熱管は、その部分の空気の流れの下流側の伝熱管に接続され、当該部分以外の領域の伝熱管のうち空気の流れの最も上流側の列にある伝熱管は、その領域の下流側の伝熱管に接続されている。

本発明によれば、風速分布の均一化と伝熱面積の増加を考慮した、いわゆる不等列熱交換器の構造を有するフィンチューブ熱交換器の冷媒側の熱交換性能を向上し、空気調和機の効率を高めることができる。

空気調和機を示す概略構成図である。 天井埋込カセットタイプの室内ユニットを示す外観斜視図である。 従来の天井埋込カセットタイプの室内ユニットを示す縦断面図である。 クロスフィンチューブ型熱交換器を示す斜視図である。 遠心ファンを示す側面図である。 実施例１の室内ユニットを示す縦断面図である。 実施例１の熱交換器の冷媒配管を示す模式側面図である。 実施例１の熱交換器の上段部における冷媒及び空気の温度分布を示すグラフである。 実施例１の熱交換器の下段部における冷媒及び空気の温度分布を示すグラフである。 比較例の熱交換器における冷媒及び空気の温度分布を示すグラフである。 実施例１の熱交換器の変形例１を示す模式側面図である。 実施例１の熱交換器の変形例２を示す模式側面図である。 実施例２の熱交換器の冷媒配管を示す模式側面図である。 実施例２の熱交換器の変形例を示す模式側面図である。 比較例の熱交換器を示す模式側面図である。

本発明は、フィンチューブ熱交換器へ流れる空気の速度が速い部分で熱交換器の列数を増やすことにより風速分布の均一化と空気側の伝熱面積の増加とを図るとともに、冷媒経路の適正化により冷媒側の熱交換性能を十分に引き出し、高効率の空気調和機を提供することを目的とする。

まず、本発明に係る空気調和機について、図１を用いて説明する。

図１は、空気調和機、例えば業務用空気調和機の例を示したものである。

本図において、空気調和機９００は、室外ユニット１と、室内ユニット２と、室外ユニット１と室内ユニット２とを接続する配管３、４（冷媒配管）と、を含む構成である。

室外ユニット１は、主に、冷媒を圧縮する圧縮機１１と、冷媒の流れ方向を切り替える四方弁１２と、冷媒と外気との熱交換をする室外熱交換器１３と、室外熱交換器１３を流れる冷媒の分流または合流をするディストリビュータ１４、１５と、室外熱交換器１３へ外気を供給する室外ファン１６と、冷媒を減圧する室外膨張弁１７と、を含む。

室内ユニット２は、冷媒を減圧する室内膨張弁２１と、冷媒と室内空気との熱交換をする室内熱交換器２２と、室内熱交換器２２を流れる冷媒の分流または合流をするディストリビュータ２３、２４と、室内熱交換器２２へ室内空気を供給する遠心ファン２５と、を含む。なお、ここでは、遠心ファン２５を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構造を有する送風ファンであってもよい。

冷房運転時、室外熱交換器１３は凝縮器、室内熱交換器２２は蒸発器として機能する。冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機１１によって圧縮され、高圧高温の気体状態で吐出された後、室外熱交換器１３内で室外ファン１６によって送られた外気に熱を放出し凝縮する。そして、高圧中温の液状態となった冷媒は、室外膨張弁１７、室内膨張弁２１を通過し減圧され、低圧低温の気液二相状態に変化し、室内熱交換器２２内で室内ファン２５によって送られた室内空気から熱を奪い蒸発し、低圧低温の気体状態となり、再び圧縮機１１に吸入される。

その一方で、四方弁１２によって冷媒の流れ方向を切り替えると、暖房運転となる。この場合、室外熱交換器１３は蒸発器、室内熱交換器２２は凝縮器として機能する。冷媒は、破線矢印で示すように、圧縮機１１、室内熱交換器２２、室内膨張弁２１、室外膨張弁１７、室外熱交換器１３、圧縮機１１の順に状態変化をしながら空気調和機９００内を循環し、外気から熱を吸収し室内空気へ放出する。

次に、図２と図３を用いて、本発明に係る室内ユニットの例について説明する。

図２は従来用いられている天井埋込カセットタイプの室内ユニット２ｔの外観斜視図であり、図３はファン回転軸を含む縦断面図である。ここで、２６は筐体、２７はパネル、２８は電気品箱、２９はベルマウス、２５は遠心ファン、３０はモータ、３１はシャフト、２２ｔは室内熱交換器、３２はドレンパンである。また、図２中の一点鎖線は遠心ファン２５の回転軸を、太い実線矢印は空気の通るルートを示している。さらに、図３中の点線矢印は、遠心ファン２５から吐出され室内熱交換器２２ｔへ流れる空気の速度分布を示している。

筐体２６は、側面を構成する側板２６１と、上面を塞ぐ天板２６２と、側板２６１及び天板２６２の内側を覆う断熱材２６３と、から構成されている。

筐体２６の下方に取り付けられたパネル２７の中央部には、室内から空気を取り込むグリル２７１が配置されており、この上方に空気中の塵埃を取り除くためのフィルタ２７２が備え付けられている。また、パネル２７の外周部には、４つの細長い矩形開口部が形成され、空気調和機によって温度調節された空気を室内に送り出す吹出口２７４となる。それぞれの吹出口２７４には、空気の吹出方向を調整するためのルーバー２７３が設けられている。

筐体２６の中には、室内制御基板（図示せず）を収容した電気品箱２８と、グリル２７１より取り込まれた空気を遠心ファン２５へ導くベルマウス２９と、回転軸方向から空気を吸入し外周方向へ吐出する遠心ファン２５と、遠心ファン２５を駆動するモータ３０と、遠心ファン２５とモータ３０を接続するシャフト３１と、遠心ファン２５から吐出された空気と冷媒の間で熱を交換させる室内熱交換器２２ｔと、室内熱交換器２２ｔの下方に配置され冷房運転時に熱交換器２２ｔに生じる結露水を受けるためのドレンパン３２と、がある。なお、室内熱交換器２２ｔは、円弧形状、コの字形状又はロの字形状に曲げられている。

図４は、図３の熱交換器２２ｔの一例であるクロスフィンチューブ型熱交換器を示す斜視図である。

本図においては、室内熱交換器２２は、互いに平行に置かれた複数のＵ字型伝熱管２２１と、伝熱管２２１の軸方向に沿ってほぼ一定の間隔で配列された多数の薄板状のフィン２２２と、伝熱管２２１同士を連結する複数のリターンベンド２２３と、熱交換器の両端に設けられた管板２２４、２２５と、からなる。伝熱管２２１は、フィン２２２に設けられた貫通孔に挿入され、拡管加工によってフィン２２２に密着した状態にされ、伝熱管２２１からフィン２２２への実質的な伝熱面積が大きくなるようにしてある。これにより、伝熱管２２１及びフィン２２２の伝熱経路を確保し、伝熱管２２１内を流れる冷媒と、フィン２２２相互間の隙間を流れる空気との間で伝熱抵抗となる空気側の伝熱面積を大きくすることができる。なお、Ｕ字型伝熱管２２１の替わりに、リターンベンド２２３で接続した直管を使用してもよい。

図５は、図３の遠心ファン２５の例を示したものである。

図５において、一点鎖線は遠心ファン２５の回転軸を、実線矢印は空気の流れ方向を示している。

遠心ファン２５は、ハブ２５１と、ファン回転軸方向にハブ２５１と対向するシュラウド２５２と、ハブ２５１とシュラウド２５２との間に円周方向に等間隔に配置された複数枚の羽根２５３から構成される。シュラウド２５２の中央部には、ファン回転軸方向から空気を吸い込む円形開口があり、空気吸入口２５５となる。また、羽根２５３同士の間に、空気を外周方向へ排出する空気吐出口２５４が形成されている。

次に、図３中の実線矢印を用いて、空気の流れについて説明する。

モータ３０の駆動によって遠心ファン２５が回転すると、室内空気がグリル２７１より室内ユニット２ｔ内に取り込まれ、フィルタ２７２とベルマウス２９を経て、遠心ファン２５に吸い込まれる。そして、空気は、遠心ファン２５で昇圧した後、遠心ファン２５の外周方向へ排出され、熱交換器２２ｔに流入し、フィン同士の隙間を通過する際に伝熱管内を流れる冷媒と熱交換をし、加熱または冷却がなされる。この後、熱交換器２２ｔを通った空気は、筐体２６とドレンパン３２との間を経て、吹出口２７４より室内へ送り出される。

熱交換器２２ｔは、遠心ファン２５の空気吐出口より広い前面面積（空気流入面の面積）を有するため、図３中の点線矢印で示すように、遠心ファン２５の空気吐出口に面する部分は他の部分に比べて、熱交換器２２ｔへ流れる空気の速度が速くなっている。すなわち、熱交換器２２ｔのファン回転軸における風速分布が不均一であるため、熱交換器全体として伝熱面積が有効に利用できておらず、性能改善の余地がある。

本発明は、上記の問題点を解決するために、熱交換器へ流れる空気の速度が速い部分で列数を増加し、風速分布の均一化と伝熱面積の増加を図るとともに、冷媒経路の適正化によって熱交換器の性能を十分に引き出して、熱交換器の性能向上を実現したものである。

以下、本発明の好適な実施例について、図面を用いて具体的に説明する。

図６は、実施例１の室内ユニットを示す縦断面図である。図７は、実施例１の熱交換器の冷媒配管を示す模式側面図である。

これらの図において、ｈ−ｈで示す点線は遠心ファン２５のハブ位置（遠心ファン２５の空気吐出口の上端部）を、ｓ−ｓで示す点線は遠心ファン２５のシュラウド位置（遠心ファン２５の空気吐出口の下端部）を示している。また、図６中の一点鎖線は、遠心ファン２５の回転軸を示している。また、太い実線矢印は空気の通るルートを示している。さらに、図７中の太い実線は、冷媒経路を構成する伝熱管の接続状態を示している。

熱交換器２２ａは、図７に示すように、風上側に配置された拡張部分２２７ａと、空気の進行方向において拡張部分２２７ａの下流側に前後に配置された二つの基本部分２２６ａと、からなる。

拡張部分２２７ａは、紙面に垂直な方向に配列された多数の台形形状のフィン２２９ａと、紙面に垂直な方向に延出する２本の直管２２８と、から構成されている。フィン２２９ａの長手方向の長さは、遠心ファン２５の空気吐出口の高さ、すなわちｈ−ｈ線とｓ−ｓ線との間の距離より、やや長く形成されている。フィン２２９ａでは、遠心ファン２５のハブ位置より上方にある部分、すなわち遠心ファン２５の空気吐出口に対向しない部分のフィン幅は、フィン上端に向かって徐々に狭くなっていく。遠心ファン２５の空気吐出口の下部に面する部分のフィン幅は、フィン下端に向かって徐々に狭くなっていく。また、２本の直管２２８は、上下に並べられ、互いに平行に配置されている。このように拡張部分２２７ａに台形形状のフィン２２９ａを用いることにより、送風ファンにより生じる風速分布に応じたフィンによる通風抵抗を設けることができ、風速の偏りを小さくすることができる。

基本部分２２６ａは、紙面に垂直な方向に配列された多数の矩形形状のフィン２２２ａと、紙面に垂直な方向に延出する４本のＵ字型伝熱管２２１と、から構成されている。フィン２２２ａは、フィン２２９ａより長手方向の長さが長くなっており、中央より上方の部分がフィン２２９ａに隣接している。よって、拡張部分２２７ａを通過した空気は、基本部分２２６ａの上部と中央上部へ流れる。また、４本のＵ字型伝熱管２２１は、上下に並べられ、互いに平行に配置されている。

なお、フィン２２９ａとフィン２２２ａは、別体で形成され、熱交換器２２ａ両端にある管板によって結合されてもよい。また、フィン２２９ａとフィン２２２ａとが一体となった形状で切り出されたものを複数枚使用してフィンの積層体としてもよい。

熱交換器２２ａの冷媒経路は、四つに分割されている。冷媒経路Ａ１は、拡張部分２２７ａの上部に配置された１本の直管２２８と、基本部分２２６ａの上部に配置された２本のＵ字型伝熱管２２１と、から構成されている。冷媒経路Ａ２は、拡張部分２２７ａの下部に配置された１本の直管２２８と、基本部分２２６ａの中央上部に配置された２本のＵ字型伝熱管２２１と、から構成されている。冷媒経路Ａ３は、基本部分２２６ａの中央下部に配置された２本のＵ字型伝熱管２２１から構成されている。冷媒経路Ａ４は、基本部分２２６ａの下部に配置された２本のＵ字型伝熱管２２１から構成されている。いずれの冷媒経路においても、伝熱管同士は、図４に示すリターンベンド２２３（図７には示していない。）によって接続され、連続した流路が形成される。このような構成では、冷媒経路Ａ１及びＡ２はそれぞれ、冷媒経路Ａ３又はＡ４より長くなる。

また、風上側にある冷媒経路Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の入口は、図１に示すディストリビュータ２３に、もう一方の入口はディストリビュータ２４に接続されている。したがって、冷媒は、冷房運転時に実線矢印で示すように風上側から、暖房運転時に破線矢印で示すように風下側から流入する。なお、冷媒経路Ａ１とＡ２では風上側の入口は一方の管板側にあるが、冷媒経路Ａ３とＡ４では風上側の入口はもう一方の管板側にある。ただし、冷房運転時または暖房運転時の冷媒の流れ方向は限定されるものではなく、冷媒経路の入口とディストリビュータとの接続を変えてもよい。

なお、以下の説明においては、図７において上下に並べられた冷媒配管を１つのまとまりとみなすことにする。その結果、基本部分２２６ａ及び拡張部分２２７ａを含む熱交換器２２ａの上段部には、このような冷媒配管のまとまりが３列あるとみなす。一方、基本部分２２６ａのみで構成された熱交換器２２ａの下段部には、このような冷媒配管のまとまりが２列あるとみなす。そして、熱交換器２２ａの上段部においては、３列のうち、風上側（空気の流れの上流側）を冷媒配管のまとまりの「１列目」と呼び、空気の流れの下流側に向かって「２列目」、「３列目」と呼ぶことにする。一方、熱交換器２２ａの下段部においては、２列のうち、風上側（空気の流れの上流側）を冷媒配管のまとまりの「１列目」と呼び、空気の流れの下流側のものを「２列目」と呼ぶことにする。

次に、本発明の効果について説明する。

熱交換器２２ａでは、拡張部分２２７ａを設けることによって、遠心ファン２５のシュラウド位置より上方にある部分は下方にある部分より伝熱管が１列多くなり、空気の進行方向におけるフィン幅が基本部分２２６ａのみの部分に比べて広くなる。このため、熱交換器２２ａでは、通風抵抗が大きい。また、拡張部分２２７ａでは、遠心ファン２５の空気吐出口に対向しない部分、および空気吐出口の下部に面する部分は、他の部分よりフィン幅が狭いので、通風抵抗が小さい。すなわち、熱交換器２２ａでは、通風抵抗が、遠心ファン２５の空気吐出口の上部と中央に面する部分、遠心ファン２５のハブ位置より上方にある部分と空気吐出口の下部に面する部分、遠心ファン２５のシュラウド位置より下方にある部分の順に小さくなる。

一方で、図３に示す従来の熱交換器２２ｔを用いた場合、熱交換器へ流れる空気の速度は、点線矢印で示したように、遠心ファン２５の空気吐出口の上部と中央に面する部分、遠心ファン２５のハブ位置より上方にある部分と空気吐出口の下部に面する部分、遠心ファン２５のシュラウド位置より下方にある部分の順に遅くなっている。よって、熱交換器へ流れる空気の速度が速い部分で熱交換器の通風抵抗を大きくすることによって、この部分へ空気が流れにくくなり、ファン回転軸方向における風速分布の不均一が改善される。

また、拡張部分２２７ａを設けることによって、熱交換器２２ａは、従来の熱交換器２２ｔより伝熱面積が大きくなるので、熱交換性能を向上することができる。

図８Ａは、実施例１の熱交換器の上段部における冷媒（図７の冷媒経路Ａ１、Ａ２）及び空気の温度分布を示すグラフである。図８Ｂは、実施例１の熱交換器の下段部における冷媒（図７の冷媒経路Ａ３、Ａ４）及び空気の温度分布を示すグラフである。

また、図８Ｃは、比較例である図１３の熱交換器の冷媒経路Ｐ３、Ｐ４における冷媒及び空気の温度分布を示すグラフである。

これらの図においては、横軸には冷媒経路入口からの冷媒流路長をとり、縦軸には温度をとっている。実線は流入空気の温度を示し、破線は冷媒の温度を示している。冷媒は気液二相流であるため、その温度は熱交換器の出口付近以外ではほぼ一定である。一方、流入空気の温度は、冷房運転の場合、冷媒配管のまとまりの１列目、２列目、３列目の順に低下していく。なお、図示していないが、暖房運転の場合、冷媒配管のまとまりの１列目、２列目、３列目の順に上昇していく。流入空気の温度は、それぞれの列の上流側端部における所定位置の温度を指標として示している。

図８Ａにおいては、直管１本分の長さを有する冷媒経路である１列目における流入空気の温度が最も高く、直管２本分の長さを有する冷媒経路である２列目、直管２本分の長さを有する冷媒経路である３列目の順に、流入空気の温度が低下している。

これに対して、図８Ｂにおいては、直管２本分の長さを有する冷媒経路である１列目における流入空気の温度が、直管２本分の長さを有する冷媒経路である２列目よりも高くなっている。

このように、冷媒経路Ａ１とＡ２は、冷媒経路Ａ３とＡ４に比べて、例えば冷房運転時に室内熱交換器２２ａが蒸発器として機能する場合、大半の部分で冷媒と空気との間の温度差が小さいが、流路長さが長く、伝熱面積が大きいので、冷媒経路間の熱交換能力の差が小さい。よって、冷媒の蒸発が終了しない冷媒経路や、冷媒の蒸発が早くも終了してしまう冷媒経路の発生を防ぐことができ、熱交換器の性能を十分に引き出すことが可能となる。なお、暖房運転時に室内熱交換器２２ａが凝縮器として機能する場合でも、同じ効果が得られる。

図１３に示すとおり、冷媒経路Ｐ３、Ｐ４は、直管１本分の長さを有する冷媒経路である１列目と、直管２本分の長さを有する冷媒経路である２列目とが、流入空気の最前列（最も上流側）に位置している。このため、図８Ｃにおいては、冷媒経路Ｐ３、Ｐ４の１列目及び２列目における流入空気の温度は同程度に高い。すなわち、冷媒経路Ｐ３、Ｐ４の１列目及び２列目に該当する直管３本分の長さの冷媒経路においては、流入空気の温度が高くなっている。これに対して、冷媒経路としてはその下流側に位置する、直管２本分の長さを有する３列目においては、流入空気の温度が低くなっている。なお、図８Ｃにおいては、同一の流入空気温度となる冷媒経路Ｐ３、Ｐ４の１列目と２列目との区切りを明瞭にするため、グラフの実線上に縦線を設けてある。

一方、冷媒経路Ｐ１、Ｐ２については、図８Ａと同様の温度分布となる。

よって、図１３の熱交換器（比較例）の場合、冷媒経路Ｐ３、Ｐ４の方が冷媒経路Ｐ１、Ｐ２よりも熱交換量が多くなる。このため、冷媒経路Ｐ３、Ｐ４においては、冷媒経路Ｐ１、Ｐ２と同じ流量の冷媒を流すと、液体状態の冷媒がすべて蒸発し、気相単相流となる部分が生じ、その部分における熱交換量が低下する。この場合、部分的に３列にした熱交換器の性能を最大限に発揮することができない。

上に述べたように、熱交換器へ流れる空気の速度が速い部分に熱交換器の列数を増加し、そして増加した熱交換器部分、いわゆる拡張部分においても、風速分布に応じてフィン上部および下部の幅を小さくすることによって、ファン回転軸方向における風速分布の改善と、伝熱面積の増加を実現できる。また、空気の進行方向で熱交換器の拡張部分を通った空気が流れる下流部に配置された伝熱管を含む冷媒経路を、前記伝熱管を含まない冷媒経路よりも長くすることによって、冷媒経路間の熱交換能力の差を小さくし、熱交換器の性能を十分に引き出すことが可能となる。よって、熱交換器の性能向上を実現し、高効率の空気調和機を提供することができる。

本実施例では、拡張部分２２７ａのフィン２２９ａと基本部分２２６ａのフィン２２２ａでは、フィン幅、すなわち短手方向の長さが同じであるが、風速分布の不均一さに応じてフィン２２９ａのフィン幅を調整し、フィン２２２ａと異なる幅にしてもよい。

また、拡張部分２２７ａのフィンピッチ、すなわち伝熱管の軸方向におけるフィン２２９ａとフィン２２９ａとの間の距離に関しては、基本部分２２６ａのフィンピッチと同じにしてもよいが、風速分布の不均一さに応じて調節してもよい。言い換えると、拡張部分２２７ａのフィンは、他のフィンよりもフィンピッチが大きくすることにより、拡張部分２２７ａの通風抵抗を低減してもよい。

さらに、拡張部分２２７ａの直管２２８ａの管径は、基本部分２２６ａの伝熱管２２１の管径と同じであってもよいが、冷媒経路間の冷媒の圧力損失の差に応じて変えてもよい。例えば、図９に示すように、拡張部分２２７ｂの直管管径を大きくすることによって、冷媒経路Ａ１とＡ２で生じる冷媒の圧力損失を低減でき、更なる熱交換器の性能向上が得られる。なお、図９においては、拡張部分２２７ｂのフィン幅も、基本部分２２６ａのフィン幅より大きくしている。

なお、本発明は、図７及び９に示す熱交換器に限定されることがなく、熱交換器のサイズや冷媒経路の構成などが異なるものの、例えば図１０に示すような熱交換器にも適用できる。

図１０においては、室内熱交換器２２ｇは、基本部分２２６ｇを３列とし、拡張部分２２７ｇを１列とした構成を有する。

熱交換器２２ｇの冷媒経路は、七つに分割されている。冷媒経路Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３は、拡張部分２２７ｇの１本の直管と、基本部分２２６ｇの３列と、を通過するように構成されている。冷媒経路Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ７は、基本部分２２６ａの３列を通過するように構成されている。また、冷媒経路Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ７は、基本部分２２６ａの上流側で２本の直管を通過するように構成されている。冷媒経路Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ７はいずれも、基本部分２２６ａの２列目で分岐されている。

以下では、実施例１と同じ構成要素に同一の符号を付けて説明を省略し、実施例１との相違点を中心に述べる。

図１１は、本発明の実施例２を示したものである。

本実施例と実施例１との主な相違点は、拡張部分２２７ｃのフィン２２９ｃの形状にある。室内熱交換器２２ｃのフィン２２９ｃは、基本部分２２６ａのフィン２２２ａと比較して、長手方向の長さを除いて同じである。フィン２２９ｃは、フィン２２２ａを切り出して作製したものである。本実施例においては、冷媒経路Ａ１、Ａ２の配置の関係で、直管２２８が挿入されていないフィン２２９ｃの貫通孔２３０が残されている。このような構成とすることにより、フィン２２９ｃを作製するための新しい設備を設置する必要はなく、低コストで室内熱交換器２２ｃを製造することができる。なお、この構造の場合、空気の流れの最も上流側の列にある伝熱管の数が、その列に設置できる最大許容数よりも少ない。言い換えると、熱交換器として適切な伝熱管の間隔を「設置可能な最大許容数に対応する伝熱管の間隔」と呼ぶならば、それよりも伝熱管の間隔を広げている構造である。

また、拡張部分２２７ｃは、熱交換器へ流れる空気の速度が最も速い部分、すなわち遠心ファンの空気吐出口に面する部分に設けられているので、ファン回転軸方向における風速分布が改善できる。なお、拡張部分２２７ｃに設ける直管２２８の数に関しては、必要に応じて調節すればよい。例えば図１１に示したように、フィン２２９ｃの中央の貫通孔２３０に伝熱管を設けない方法がある。

図１２は、実施例２の変形例を示したものである。

本図に示す室内熱交換器２２ｄにおいては、拡張部分２２７ｄと基本部分２２６ａとで、フィン２２２ａ、２２９ｄの上端位置を揃えている。これにより、作製する際に拡張部分２２７ｄの位置決めがしやすくなる。

以上、天井埋込カセットタイプの室内ユニットを例に説明したが、他のタイプの室内ユニットや室外ユニットであっても、熱交換器における風速分布が不均一であれば、本発明の適用が可能である。

１：室外ユニット、２、２ａ：室内ユニット、３、４：接続配管、１１：圧縮機、１２：四方弁、１３：室外熱交換器、１４、１５、２３、２４：ディストリビュータ、１６：室外ファン、１７、２１：膨張弁、２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｇ、２２ｔ：室内熱交換器、２５：遠心ファン、２６：筐体、２７：パネル、２８：電気品箱、２９：ベルマウス、３０：モータ、３１：シャフト、３２：ドレンパン、２２１：伝熱管、２２２、２２２ａ：フィン、２２３：リターンベンド、２２６ａ、２２６ｇ：熱交換器の基本部分、２２７ａ、２２７ｂ、２２７ｃ、２２７ｄ、２２７ｇ：熱交換器の拡張部分、２２８：直管、２２９ａ：フィン。

Claims (11)

1. 室外ユニットと、室内ユニットと、前記室外ユニットと前記室内ユニットとを接続する冷媒配管と、を備え、
   前記室内ユニットは、室内熱交換器と、送風ファンと、を有し、
   前記室内熱交換器は、冷媒が流れる複数の伝熱管と、積層され前記伝熱管が貫通した構成を有する複数のフィンと、を含み、前記送風ファンにより前記複数のフィンの間に送られた空気と前記冷媒とが熱交換をする構成であり、
   前記伝熱管は、前記空気の流れの上流側から下流側に向かって複数の列を構成し、
   前記空気の流れは、前記上流側で速度分布を有し、
   前記伝熱管の列数は、前記空気の速度が速い部分で多くし、この部分の前記伝熱管のうち前記空気の流れの最も上流側の列にある伝熱管は、その部分の前記空気の流れの下流側の伝熱管に接続され、
   当該部分以外の領域の前記伝熱管のうち前記空気の流れの最も上流側の列にある伝熱管は、その領域の下流側の伝熱管に接続されている、空気調和機。
2. 直列に接続された複数の前記伝熱管で構成された冷媒経路のうち前記部分にあるものは、直列に接続された複数の前記伝熱管で構成された冷媒経路のうち前記領域にあるものよりも長い、請求項１記載の空気調和機。
3. 前記部分の前記フィンのうち前記空気の流れの最も上流側の列にあるフィンは、前記部分の前記フィンのうち前記空気の流れの下流側の列にあるフィンよりも、前記空気の流れ方向の幅が大きい、請求項１又は２に記載の空気調和機。
4. 前記部分の前記フィンのうち前記空気の流れの最も上流側の列にあるフィンは、台形形状を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気調和機。
5. 前記部分の前記伝熱管のうち前記空気の流れの最も上流側の列にある伝熱管は、他の伝熱管よりも径が大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和機。
6. 前記部分の前記伝熱管のうち前記空気の流れの最も上流側の列にある伝熱管の数は、当該列に設置できる最大許容数よりも少ない、請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気調和機。
7. 前記部分の前記フィンのうち前記空気の流れの最も上流側の列にあるフィンは、前記伝熱管を挿入していない貫通孔を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の空気調和機。
8. 前記部分の前記フィンのうち前記空気の流れの最も上流側の列にあるフィンの上端部は、他のフィンの上端部と同じ高さである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の空気調和機。
9. 前記部分の前記フィンのうち前記空気の流れの最も上流側の列にあるフィンは、他のフィンよりもフィンピッチが大きい、請求項１〜８のいずれか一項に記載の空気調和機。
10. 前記室内熱交換器は、コの字形状又はロの字形状に曲げられている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の空気調和機。
11. 前記送風ファンは、遠心ファンである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の空気調和機。

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