JPWO2013084397A1 - 空気調和機 - Google Patents

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Abstract

室外熱交換器5は、3列以上で、主熱交換器8と副熱交換器9からなり、主熱交換器8と副熱交換器9の一端は、別々の端板10a、10bで構成されることにより、組立等で室外熱交換器5を3列一体で保持することがなくなるので、端板に繋がれていない一端で、3列の中間となる熱交換器列のフィン20が、両側の熱交換器列に圧迫されてフィン20が倒れることを防止し、送風性能を向上することができる。

Description

本発明は、空気調和機または冷凍機分野に広く用いられる熱交換器に関する。
従来、この種の熱交換器には、近年の省エネ法規制等による高効率の追求に応じた伝熱面積の拡大のために3列を一体としているものがある(例えば、特許文献1参照。)。
図5は、従来の空気調和機の室外機に搭載の熱交換器の概略斜視図である。この熱交換器は、一定間隔で平行に複数並べられ、その間を空気31が流動するフィン20と、フィン20に所定の段ピッチおよび列ピッチで略直角に挿入され、内部を冷媒が流動する伝熱管21から1つの熱交換器列を構成している。そして、その熱交換器列の一端が端板30によって繋がれることによって、3列が一体となった熱交換器が形成されている。
特開平11−264689号公報
図6は、図5におけるB方向から見た従来の室外熱交換器の概略上面図である。図6に示すように、特許文献1に記載の熱交換器においては、組立等で熱交換器を保持する場合に、端板に繋がれていない一端で、3列の中間となる熱交換器列のフィンが、両側の熱交換器列に圧迫されて、フィンが倒れてしまい、送風性能が低下するという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、組立等で熱交換器を保持する場合に、端板に繋がれていない一端で、3列の中間となる熱交換器列のフィンが、両側の熱交換器列に圧迫されてフィンが倒れることを防止し、送風性能を向上する空気調和機を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、圧縮機、室内熱交換器、膨張手段、室外熱交換器を冷媒回路で連結した冷凍サイクルと、室外熱交換器に空気を搬送する室外送風ファンと、を備え、前記室外熱交換器は、主熱交換器と副熱交換器を3列以上含む複数の熱交換器列からなるフィンチューブ型熱交換器であって、前記主熱交換器と前記副熱交換器は、複数並べられ、その間を、前記室外送風ファンの回転に伴って発生する空気が流動するフィンと、前記フィンに所定の段ピッチおよび列ピッチで略直角に挿入され、内部を冷媒が流動する複数の伝熱管と、からなり、前記主熱交換器と前記副熱交換器の一端は、別々の端板で構成されるとしたものである。
これによって、組立等で熱交換器を保持する場合に、端板に繋がれていない一端で、3列の中間となる熱交換器列のフィンが、両側の熱交換器列に圧迫されてフィンが倒れることを防止する。
本発明の空気調和機は、組立等で熱交換器を保持する場合に、端板に繋がれていない一端で、3列の中間となる熱交換器列のフィンが、両側の熱交換器列に圧迫されてフィンが倒れることを防止し、送風性能を向上することができる。
本発明の実施の形態1における空気調和機の構成図 本発明の実施の形態1における室外熱交換器の構成図 (a)本発明の実施の形態1における室外熱交換器の主熱交換器の端板と副熱交換器の端板を繋げる前の状態を示す斜視図、(b)端板と端板を繋げた後の状態を示す斜視図 (a)切起こしを設けた場合における図2のA−A’方向から見た断面図、(b)本発明の実施の形態1における室外熱交換器の風下側のフィン面上の切起こしを示す図 従来の空気調和機の室外熱交換器の構成を示す概略斜視図 図5におけるB方向から見た従来の室外熱交換器の概略上面図
第1の発明は、圧縮機、室内熱交換器、膨張手段、室外熱交換器を冷媒回路で連結した冷凍サイクルと、前記室外熱交換器に空気を搬送する室外送風ファンと、を備え、前記室外熱交換器は、主熱交換器と副熱交換器を3列以上含む複数の熱交換器列からなるフィンチューブ型熱交換器であって、前記主熱交換器と前記副熱交換器は、複数並べられ、その間を、前記室外送風ファンの回転に伴って発生する空気が流動するフィンと、前記フィンに所定の段ピッチおよび列ピッチで略直角に挿入され、内部を冷媒が流動する複数の伝熱管と、からなり、前記主熱交換器と前記副熱交換器の一端は、別々の端板で別々の端板で構成される。
この構成により、組立等で熱交換器を保持する場合に、端板に繋がれていない一端で、3列の中間となる熱交換器列のフィンが、両側の熱交換器列に圧迫されてフィンが倒れることを防止し、送風性能を向上することができる。
第2の発明は、特に、第1の発明において、前記室外熱交換器の少なくとも一端は、略L字状に折曲して形成される。
この構成により、室外熱交換器のコンパクト化をすることができる。
第3の発明は、特に、第1または第2の発明において、前記副熱交換器は、前記室外送風ファンの回転に伴って発生する空気の流動に対して風上側に配設するとともに、前記副熱交換器の前記伝熱管の外径は、前記主熱交換器の前記伝熱管の外径よりも細くなっている。
この構成により、熱交換器列を3列以上の複数列としたことによる通風抵抗を低減し、さらに送風性能を向上することができる。
第4の発明は、特に、第1乃至3のいずれかの発明において、前記室外熱交換器は、前記室外送風ファンの回転に伴って発生する空気の流動に対して風下側の前記フィンの面上に、前記空気の流動に対向して開口した切起こしを設けている。
この構成により、フィンの面上での風上側から風下側までの連続的な温度境界層の発達による、風下側での熱伝達率の低下を防止し、熱交換器の効率を向上することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における空気調和機の構成図である。
本発明の実施の形態1における空気調和機は、圧縮機1、四方弁2、室内熱交換器3、本発明の膨張手段としての膨張弁4、室外熱交換器5を備え、それらを環状に接続し、冷凍サイクルを構成している。また、室内熱交換器3および室外熱交換器5には、空気を搬送する室内送風ファン6および室外送風ファン7が設けられている。
図2は、本発明の実施の形態1における室外熱交換器の構成図である。
図2に示すように、室外熱交換器5は、一定間隔で平行に複数並べられ、その間を、室外送風ファン7の回転に伴って発生する空気31が流動するフィン20と、フィン20に所定の段ピッチおよび列ピッチで略直角に挿入され、内部を冷媒が流動する複数の伝熱管21a、21bからなる複数の熱交換器列を有する。本発明の実施の形態1において、この熱交換器列は、2列の主熱交換器8と1列の副熱交換器9で構成され、その一端に設置された別々の端板10a、10bを繋げることで、3列一体として形成している。そして、もう一端は、室外熱交換器5のコンパクト化を図るために、略L字状に折曲されている。
以上のように構成された空気調和機について、以下にその動作および作用を説明する。
基本的な動作としては、冷房運転時は、圧縮機1から圧縮された高温高圧の冷媒が吐出され、四方弁2を介して室外熱交換器5に流入する。この室外熱交換器5では、その風路に設けられた室外送風ファン7により搬送される室外の空気が室外熱交換器5のフィン20と伝熱管21a、21bの間を通過しながら冷却されて高圧の液状態となる(室外熱交換器5は凝縮器として作用する)。
その後、膨張弁4で減圧され低圧の二相冷媒となり、室内熱交換器3に流入する。この室内熱交換器3では、その風路に設けられた室内送風ファン6により搬送される室内の空気と熱交換することにより、室内空間に吹出される空気は冷やされ、冷媒は空気から受け取った熱で蒸発して気体状態となる(室内熱交換器3は蒸発器として作用する)。そして、冷媒は、圧縮機1に戻るという循環を繰り返し、室内空間を空気調和する。また、暖房運転の場合は、冷凍サイクルにおいて上記と逆向きの冷媒の流れとなり、室内熱交換器3が凝縮器として、室外熱交換器5が蒸発器として作用する。なお、冷凍サイクルで用いる冷媒は、環境負荷の少ない、例えば、R410A、プロパン、プロピレン、二酸化炭素などの冷媒が適しているが、特にこれらに限定されるものではない。
次に、室外熱交換器5について詳説する。図2に示したように、まず主熱交換器8を室外送風ファン7から搬送される空気の流れ31に対して風下側に設置する。そして、副熱交換器9を室外送風ファン7から搬送される空気の流れ31に対して風上側に設置する。その後に主熱交換器8と副熱交換器9の一端に設置された端板10a、10bを繋げる。組立等で室外熱交換器5を3列一体で保持することがなくなるので、端板に繋がれていない一端で、3列の中間となる熱交換器列のフィン20が、両側の熱交換器列に圧迫されてフィン20が倒れることを防止できる。
図3は、本発明の実施の形態1における室外熱交換器の端板の構成図である。特に、図3(a)は、室外熱交換器における主熱交換器8の端板10aと副熱交換器9の端板10bを繋げる前の状態を示す斜視図である。図3(b)は、端板10aと端板10bを繋げた後の状態を示す斜視図である。
図3(a)に示すように、本発明の実施の形態1における室外熱交換器5の端板は、別々の端板10a、10bから構成される。端板10aには開口部14a、14b、14cが備えられており、端板10bにはツメ11a、11b、11cが備えられている。本発明の実施の形態1における空気調和機では、端板10aと端板10bを繋げるとき、図3(b)に示すように、端板10aの開口部14a、14b、14cにツメ11a、11b、11cが入るように、端板10aと端板10bの一部を重ね合わせる。そして、ビス12a、12bで端板10aと端板10bを固定する。このように、端板10a、10bの一部を重ね合わせて、ツメ11a、11b、11cとビス12a、12bで固定することで、一体の端板のように、ずれのない強固な固定をすることができる。
以上のように、本発明の実施の形態1においては、室外熱交換器5は、3列以上で、主熱交換器8と副熱交換器9から構成される。また、主熱交換器8と副熱交換器9の一端は、別々の端板10a、10bをから構成される。この構成により、組立等で室外熱交換器5を3列一体で保持することがなくなる。したがって、端板に繋がれていない一端では、3列の中間となる熱交換器列のフィン20が、両側の熱交換器列に圧迫されてフィン20が倒れることを防止し、送風性能を向上することができる。
また、本発明の実施の形態1における空気調和機では、室外熱交換器5の副熱交換器9の伝熱管21bの外径を、主熱交換器8の伝熱管21aの外径よりも細くすることにより、さらに送風性能を向上することができる。
3列以上の複数の熱交換器列を含む室外熱交換器5では、これらの複数の熱交換器列を配置することにより通風抵抗が増大し、送風性能を向上させることが難しくなる。本発明の実施の形態1における空気調和機では、室外熱交換器5の副熱交換器9の伝熱管21bの外径を、主熱交換器8の伝熱管21aの外径よりも細くしている。これによって、熱交換器列を3列以上の複数列としたことによる通風抵抗を低減し、さらに送風性能を向上することができる。
図4は、本発明の実施の形態1における室外熱交換器の風下側のフィン面上に切起こしを設けた場合の構成図である。図4(a)は、切起こしを設けた場合における図2のA−A’方向から見た断面図である。図4(b)は、室外熱交換器の風下側のフィン面上の切起こしを示す図である。
本発明の実施の形態1における室外熱交換器5の室外送風ファン7の回転に伴って発生する空気31の流動に対して風下側のフィン20の面上に、図4(a)及び図4(b)に示すように、空気の流れ31に対向して開口した切起こし13を設けている。本発明の実施の形態1における空気調和機では、この切起こし13によって、風下側での熱伝達率の低下を防止し、室外熱交換器5の効率を向上している。
圧縮機1から圧縮された高温高圧の冷媒は、四方弁2を介して室外熱交換器5に流れ、主熱交換器8と副熱交換器9の伝熱管21a、21bを流れる。伝熱管21a、21bは、複数列のフィン20と繋がっており、室外送風ファン7により発生する空気の流れ31が、伝熱管21a、21bの周囲とフィン20間を通過する。このとき、フィン20間を通過する空気は、相互に混合されずに、フィン20に挟まれた各スペースを独立に通過して熱交換を行う。そのため、フィン20の表面に沿って温度境界層が形成され、特に、風上側から風下側に向かって温度境界層が発達する。この温度境界層が発達することによって、風下側での熱伝達率が低下する。
本実施の形態1における空気調和機では、室外熱交換器5の室外送風ファン7の回転に伴って発生する空気31の流動に対して風下側のフィン20の面上に、空気の流れ31に対向して開口した切起こし13を設けている。この切起こし13によって、フィン20の面上に沿って発達してきた温度境界層を寸断できる。また、フィン20間を流れる空気31が切起こし13に衝突したり、フィン裏面の空気と混合されることによって乱流化を促進し、温度境界層の発達を抑制できる。したがって、本実施の形態1における空気調和機では、室外熱交換器5の室外送風ファン7の回転に伴って発生する空気31の流動に対して風下側のフィン20の面上に、空気の流れ31に対向して開口した切起こし13を設けることによって、フィンの面上での風上側から風下側までの連続的な温度境界層の発達による、風下側での熱伝達率の低下を防止し、室外熱交換器5の効率を向上することができる。
以上のように、本発明に係る空気調和機は、流動する空気と高い熱交換性能を有するので、高効率な熱交換が必要な産業用・家庭用の空調機器等の用途にも適用できる。
1 圧縮機
2 四方弁
3 室内熱交換器
4 膨張弁(膨張手段)
5 室外熱交換器
6 室内送風ファン
7 室外送風ファン
8 主熱交換器
9 副熱交換器
10a (主熱交換器の)端板
10b (副熱交換器の)端板
11a、11b、11c ツメ
12a、12b ビス
13 切起こし
14a、14b、14c 開口部
20 フィン
21 伝熱管
21a (主熱交換器の)伝熱管
21b (副熱交換器の)伝熱管
31 空気の流れ

Claims (4)

  1. 圧縮機、室内熱交換器、膨張手段、室外熱交換器を冷媒回路で連結した冷凍サイクルと、
    前記室外熱交換器に空気を搬送する室外送風ファンと、
    を備え、
    前記室外熱交換器は、主熱交換器と副熱交換器を3列以上含む複数の熱交換器列からなるフィンチューブ型熱交換器であって、
    前記主熱交換器と前記副熱交換器は、複数並べられ、その間を、前記室外送風ファンの回転に伴って発生する空気が流動するフィンと、前記フィンに所定の段ピッチおよび列ピッチで略直角に挿入され、内部を冷媒が流動する複数の伝熱管と、からなり、
    前記主熱交換器と前記副熱交換器の一端は、別々の端板で構成されることを特徴とする空気調和機。
  2. 前記室外熱交換器の少なくとも一端は、略L字状に折曲して形成されたことを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
  3. 前記副熱交換器は、前記室外送風ファンの回転に伴って発生する空気の流動に対して風上側に配設するとともに、前記副熱交換器の前記伝熱管の外径は、前記主熱交換器の前記伝熱管の外径よりも細いことを特徴とする請求項1または2に記載の空気調和機。
  4. 前記室外熱交換器は、前記室外送風ファンの回転に伴って発生する空気の流動に対して風下側の前記フィンの面上に、前記空気の流動に対向して開口した切起こしを設けたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の空気調和機。
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