JP2007101063A - 空気調和機の室外ユニットの熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送時に熱交換器の積載効率を改善し、ユニット集中設置時に適正な風路及び適正な設置面積を確保することができ、フィン、伝熱管が劣化されにくい空気調和機の室外ユニットの熱交換器を提供する。
【解決手段】吸込み口と吹出し口が設けられて風回路を構成するとともに、風回路中に制御部７、圧縮機９、熱交換器１１を備え、熱交換器１１を背面とこの背面に連接し背面に対してある特定の傾斜角θをもってほぼハ字状に開く両側面によって構成し、熱交換器１１の背面側及び両側面側より空気を吸い込み上面側より吹き出すようにした空気調和機の室外ユニットの熱交換器であって、傾斜角の増加に伴って増加する熱交換器１１間のデッドスペースＡｄ値と、傾斜角の増加に伴って減少する熱交換器１１が占めるユニットスペースＡｕ値とが、互いにクロスする際の傾斜角度を、特定の傾斜角とθした。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機の室外ユニットの熱交換器に関する。

空気調和機の室外ユニット内部には、例えば断面コ字状の熱交換器が取り付けられ、かかる熱交換器の両側面及び背面より空気を流入させ、ファンによって上面より空気を流出させている（例えば、特許文献１、２参照）。

また、室内ユニットにく字状に折り曲げられた熱交換器が取り付けられている場合があり、かかる熱交換器では、風上前縁及び風下後縁の曲線部を同じ形状にしてある（例えば、特許文献３参照）。

また、コ字状の類似形態としてハ字状の熱交換器の先行技術があるが、これらの先行技術は図示のみ、あるいは簡単な形状説明にとどまり、ハ字状の熱交換器の詳細な説明までには至っていない（例えば、特許文献４、５参照）。

特開平１０−２３８８１７号公報（第３頁、図１） 特開平１０−２５３１００号公報（第３−４頁、図２，５） 特開２００５−０３６９９１号（第３頁、図１） 実開昭５７−７３５７４号公報（第３−４頁、図３） 実公昭４８−２６０７５号公報（第３頁−４頁、図５，６）

特許文献１、２記載の断面コ字状の熱交換器によれば、積載時などに熱交換器を最小スペースで重ね合わせることが困難であり、このためユニット組み込みまでの積載効率が悪く、マテハン性もよくなかった。また、室外ユニットを室外に集中して設置した場合、例えば横方向に並列して設置した場合は、室外ユニット内に位置する熱交換器の両側面部の風量吸込み面積を十分に確保することができず、室外ユニットの能力自体の低下と消費電力の増加などの性能低下を招き、これを回避しようとすると、室外ユニットどうしの間隔を大きくとる必要があり、設置面積が増加することになる。

また、特許文献３に記載のく字状の熱交換器によれば、風上前縁及び風下後縁の曲線部を同じ形状にしたので、複数積層したときには積層効率が向上するが、室内ユニットを室内に集中して設置した場合は、室内ユニットどうしのクリアランスが大きくとられ、設置面積が増加してしまう。また、交換器をく字状に折り曲げる場合、曲げ角度を鋭角にすると、伝熱管の曲げによる薄肉化を招き、またその薄肉化を防止するために曲げＲが大きくなり、設置によるデッドスペースが大きくなる。さらに、フィンカラー部がめくれやすくなって、伝熱管が露出しやすくなり、フィン、伝熱管の劣化促進の要因となる。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、熱交換器の曲げ構造を工夫することで、機能、工作面等において改善を図るもので、搬送時に熱交換器の積載効率を改善し、ユニット集中設置時に適正な風路及び適正な設置面積を確保することができ、またフィン、伝熱管が劣化されにくい空気調和機の室外ユニットの熱交換器を提供することを目的とする。

本発明にかかる空気調和機の室外ユニットの熱交換器は、吸込み口と吹出し口が設けられて風回路を構成するとともに、この風回路中に制御部、圧縮機、熱交換器を備え、熱交換器を背面とこの背面に連接しこの背面に対してある特定の傾斜角θをもってほぼハ字状に開く両側面によって構成し、熱交換器の背面側及び両側面側より空気を吸い込み上面側より吹き出すようにした空気調和機の室外ユニットの熱交換器であって、傾斜角の増加に伴って増加する熱交換器間のデッドスペース値と、傾斜角の増加に伴って減少する熱交換器が占めるユニットスペース値とが互いにクロスする際の傾斜角度を特定の傾斜角とθしたものである。

室外ユニットの熱交換器を背面とこの背面に連接し背面に対してある特定の傾斜角θをもってほぼハ字状に開く両側面によって構成したので、熱交換器のユニット組み込みまでの積載効率及びマテハン性を改善することができる。また、室外ユニットを集中設置する際に、個々のユニットの側面部において風量を吸い込むための面積を確保することができる。

［実施の形態１］
図１は本発明に係る空気調和機の室外ユニットの分解状態を示す斜視図、図２は図１の室外ユニットに熱交換器を組込んだ状態の要部を模式的に示す平断面図である。空気調和機は、圧縮機、熱源側熱交換器等を内蔵する室外ユニットと、絞り装置、利用側熱交換器等を内蔵する室内ユニットよりなり、これらによって冷媒回路を構成している。室外ユニットはほぼ直方体形状の筐体１によって構成されており、筺体１の四隅には立設柱２が設けられ、上部には上面３及び上面枠４が設けられている。そして、上面３にはファン５が取り付けられており、ファン５と上面枠４を覆うように樹脂製のファンカバー６が取り付けられている。

筺体１の内部には底面１０に立設して熱交換器１１が設置され、この熱交換器１１は背面１１ａとその背面１１ａより開口部側にハ字状に開いた両側面１１ｂ，１１ｃによって構成されている。すなわち、この熱交換器１１は、背面１１ａと一対の対向する側面１１ｂ，１１ｃからなり、両側面１１ｂ，１１ｃはそれぞれ開口部側に向かって外側方向に一定の角度だけ開いている。そして、背面１１ａ側及び両側面１１ｂ，１１ｃ側より空気を吸い込み、上面側より排出するようになっている。
室外ユニット１の内部には、上部に制御箱７、下部に機械室８を有し、機械室８内には圧縮機９などが入っている。

このような熱交換器１１を室外ユニットに組み込む際に部品搬送するときには、熱交換器１１の側面１１ｂ，１１ｃをハ字状に構成したので、図３に示すように、熱交換器１１の開口部に他の熱交換器１１の背面１１ａを挿入し、複数の熱交換器１１を順次積層して運搬することができる。こうすることによって、搬送時における積載効率を改善することができ、マテハン時の保管スペースも削減できる。
こうして熱交換器１１を搬送した後、この熱交換器１１を室外ユニットの筐体１内に挿入し、その他の部品を取り付けて、室外ユニットを形成する。
このようにして組み立てられた室外ユニットは、図４に示すように、例えばビルの屋上などに横方向に並列して配置して据え付ける。こうすることによって、ユニット集中設置時に、隣接する熱交換器１１の側面１１ｂと側面１１ｃ間に隙間部Ａを形成し、適正風路を確保するようにしてある。

上記のように熱交換器１１の両側面１１ｂ，１１ｃの形状をハ字状としたとき、背面１１ａの延長方向と側面１１ｂ（１１ｃ）のなす角度を傾斜角として、これをθとする。θは０°以上９０°以下である。この傾斜角θは、図３に示すように、θが小さいほどマテハン性に有利であり、また図４に示すように、θが小さいほど集中設置時の風路Ａの確保に有利である。しかしながら、傾斜角θを小さくしすぎると、ユニットサイズがアップとなり、ユニット設定のスペースが大きくなって、トレードオフとなる。そこで、マテハン性とデッドスペースとの関連において、傾斜角θの適正値を選定する。

傾斜角θの選定にあたっては、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、側面１１ｂ，１１ｃの傾斜角θと、背面１１ａの水平方向の長さｙを変数として、熱交換器１１の室外ユニット内部における占有面積、すなわちユニットスペースＡｕと、熱交換器１１を複数、搬送時に重ね合わせたときに生じるデッドスペースＡｄを求め、この両者の関係より傾斜角θの適正値を選定する。

図５によって、最適な曲げ角度である傾斜角θを求める。熱交換器１１が占めるユニットスペースＡｕ（ｍ² ）は、以下の通りである。
Ａｕ＝Ｗ×Ｄ
ここで、Ｄ＝ｌ×ｓｉｎθ
Ｗ＝ｙ＋２ｘ＋２ｚ
ｌ＝（Ｌ−ｙ−２ｘ）／２
ｘ＝Ｒ／ｔａｎθ'
ｚ＝Ｄ／ｔａｎθ
θ'＝（１８０−θ）／２
ユニットスペースＡｕは、Ｌ，Ｒ，ｙ，θの関数であって、Ｌ，Ｒは熱交換器の必要性能を満足するための任意の固定値であるため、ユニットスペースＡｕを決定する実際のパラメータは、ｙ，θとなる。

また、マテハン時の熱交換器１１間のデッドスペースＡｄ（ｍ² ）は、以下の通りである。
Ａｄ＝（ｙ＋（ｙ＋２ｘ））×ｈ×１／２
ここで、ｈ＝ｘ×ｔａｎθ＝Ｒ／ｔａｎθ'×ｔａｎθ
デッドスペースＡｄは、Ｒ，ｙ，θの関数であって、Ｒは熱交換器の必要性能を満足するための任意の固定値であるため、実際のパラメータはｙ，θとなる。

いま、Ｌを２０００ｍｍ、Ｒを４０ｍｍ、ｙを８００ｍｍとした場合ときに、図６に示すように、横軸に傾斜角θを取り、縦軸にユニットスペースＡｕ、デッドスペースＡｄをとる。前述のように、ユニットスペースＡｕ、デッドスペースＡｄのクロスポイントとなる傾斜角θは８７°となり、この場合の最適傾斜角θは８７°となる。
図６に示すように、傾斜角θの曲げ角が大きいほど、熱交換器１１が占めるユニットスペースＡｕは小さいが熱交換器１１間のデッドスペースＡｄが大きく、曲げ角度θが小さいほど、デッドスペースＡｄは小さいがユニットスペースＡｕは大きくなる。そこで、ユニットスペースＡｕとデッドスペースＡｄと相互に譲り合うことになる部分の傾斜角θ、すなわち図６に示すクロスポイントとなる傾斜角θが最適ポイントとなる。

また、空気調和機の１０馬力クラスの室外ユニットを例に具体的寸法を入れて考えてみる。まず、必要な熱交換器性能から熱交換器サイズ（積長Ｌ、厚みＲ、高さ）が決まり、おおむね積長Ｌが１５００〜２０００ｍｍ、高さが１０００〜１５００ｍｍ、奥行Ｄが２００〜８００ｍｍ程度、Ｒが４０ｍｍである。そこで一例として、積長Ｌが２０００ｍｍ、高さが１２００ｍｍ、奥行Ｄが６００ｍｍ（ｙが８００ｍｍ）、Ｒが４０ｍｍとし、この熱交換器を室外ユニットに組み込み、図４に示すように複数台集中設置した場合の熱交換器１１の傾斜角θに対する室外ユニットの風量比を示した図が図７である。
図７は、上記仕様モデルの計算から得られた風量変化イメージ図である。図７より傾斜角θが大きくなるほど風量が低下していくことがわかり、特にθ≧８５°となるとその低下が著しくなる。
以上より、室外ユニット設置後の風量確保の観点からは、θ＝８５°近辺の傾斜角が最もスペース的にも風量的にも、結果的に性能的にも最適な傾斜角度ということができる。

実施の形態１によれば、圧縮機９、熱交換器１１等を搭載する室外ユニットにおいて、熱交換器１１の両側面１１ｂ，１１ｃをハ字状に構成し、この際の傾斜角θをユニットスペースＡｕ値とデッドスペースＡｄ値とが互いにクロスする部分の角度となるようにしたので、室外ユニットをコンパクト化することができ、また熱交換器１１のユニット組み込みまでの積載効率が向上し、マテハン性が改善される。また、室外ユニットを複数台、集中設置する際に、個々の室外ユニットの側面部において風量を吸い込むための面積を確保することができる。さらに、冷媒の高圧化（Ｒ４１０Ａ、ＣＯ２など）に伴い、冷媒回路部品の耐圧強化が必要となるが、伝熱管の曲げによる薄肉化を軽減することができて耐圧向上に寄与でき、フィンカラー部のめくれによる伝熱管露出によるフィン、伝熱管の劣化を緩和することができる。また、保管時は、熱交換器１１の側面１１ｂ，１１ｃをハ字状に構成したので、側面１１ｂ，１１ｃ方向への転倒を防止することもできる。

本発明の実施の形態１に係る室外ユニットの分解斜視図である。 図１の組み立て状態の要部を示す平断面図である。 図１の熱交換器を積層した状態を示す説明図である。 図１の熱交換器を並列した状態を示す説明図である。 熱交換器のユニットスペースＡｕとデッドスペースＡｄの関係を示す説明図である。 傾斜角θに対する熱交換器のユニットスペースＡｕとデッドスペースＡｄの関係を示す線図である。 傾斜角θに対する室外ユニット風量比の関係を示す線図である。

符号の説明

１ 筐体、１１ 熱交換器、１１ａ 背面、１１ｂ，１１ｃ 側面、Ａｕ ユニットスペース、Ａｄ デッドスペース、θ 傾斜角、Ｌ 熱交換器の積幅、Ｒ 熱交換器の厚み。

Claims (2)

1. 吸込み口と吹出し口が設けられて風回路を構成するとともに、該風回路中に制御部、圧縮機、熱交換器を備え、前記熱交換器を背面と該背面に連接し該背面に対してある特定の傾斜角θをもってほぼハ字状に開く両側面によって構成し、前記熱交換器の背面側及び両側面側より空気を吸い込み上面側より吹き出すようにした空気調和機の室外ユニットの熱交換器であって、
   前記傾斜角の増加に伴って増加する熱交換器間のデッドスペース値と、前記傾斜角の増加に伴って減少する熱交換器が占めるユニットスペース値とが、互いにクロスする際の傾斜角度を、前記特定の傾斜角とθしたことを特徴とする空気調和機の室外ユニットの熱交換器。
2. 熱交換器の積長を１５００〜２０００ｍｍ、厚みを４０ｍｍ、奥行きを２００〜８００ｍｍとしたとき、前記特定の傾斜角θが８５°〜８７°であることを特徴とする請求項１記載の空気調和機の室外ユニットの熱交換器。
   

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