JP2008020153A

JP2008020153A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2008020153A
Application number: JP2006193831A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Kamota; 廣和加守田; Satoshi Tokura; 聡十倉; Koji Maekawa; 宏司前川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-01-31

Abstract

【課題】室内ユニットから室外ユニット側へ延出する補助配管の強度向上と共に、熱交換能力の向上を図る熱交換器を提供する。
【解決手段】室内ユニットの前面側熱交換器１１と、室内ユニットの背面側に配置された背面側熱交換器１２とから構成されており、前記各熱交換器１１、１２は、所定の間隔で平行に並べられてその間を空気が流動する多数のフィンと、これらのフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒（冷媒流体）が流動する多数の伝熱管とを有しており、室外ユニット側へ延出する補助配管１３は熱交換器を蒸発器として使用した際の冷媒の入口側配管であり、冷媒を２系統に分けられるように挿入部は２本の配管で構成され、また熱交換器入口部から２系統冷媒経路の伝熱管を複数本設けることにより、補助配管の強度を向上すると共に、特に蒸発器としての熱交換能力を向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は空気調和機の室外ユニット側へ配管を延出する補助配管を含む、室内ユニットに搭載される熱交換器に関するものである。

一般に空気調和機の室内ユニットは、図５に示すように、筐体５１に、前面の吸込み口５２ａおよび上面の吸込み口５２ｂなど一箇所以上の吸込み口と、下面の吹出し口５３など一箇所以上の吹出し口とが設けられ、この筐体５１内に熱交換器５４と貫流送風機５５とが収納されている。

従来、この種の空気調和機の室内熱交換器は、冷媒流圧力損失を低減するために二系統以上の冷媒流路にすることで、特に蒸発器としての性能を向上させ、また、凝縮器としての出口側を一系統の冷媒流路にすることで、冷媒流速を速くすることにより管内熱伝達率を高くして凝縮器としての性能を向上している（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来の熱交換器を示すものである。図６に示すように、伝熱管６１から熱交換器を蒸発器として使用する際の冷媒入口の補助配管が一本で挿入され、１系統の冷媒経路を複数本の伝熱管により形成している。その後、冷媒は伝熱管６２より分流器により２系統以上に分流されたのち、除湿用の減圧器６３を通り、伝熱管６４、６５に挿入された補助配管により室外側へというパス構成となっている。
特開２００５−３２１１９１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、熱交換器を蒸発器として使用する際の冷媒入口、つまり凝縮器として使用する際の冷媒出口の補助配管が１本であり、かつ一般的なルームエアコンでは５〜７ｍｍと比較的細い管が使用されているために、補助配管に力が掛かり熱交換器の挿入部近傍に応力が集中した際に強度不足となり破損することがあった。また、１系統の冷媒経路であるために、冷媒流圧力損失が大きく、特に熱交換器を蒸発器として使用した際に、性能を悪化させ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、補助配管の強度を向上させると共に、特に熱交換器を蒸発器として使用した際の性能の向上させることのできる熱交換器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、本発明の熱交換器は、前面側に吸込み口がおよび下面側に吹出し口がそれぞれ設けられた筐体とこの筐体に収納される貫流送風機とから風回路を構成する空気調和機の室内ユニットに搭載される熱交換器であって、多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管とから構成される熱交換器において、凝縮器として使用する際の冷媒出口の配管を２系統の冷媒経路に分け当該熱交換器に接続し、当該熱交換器の２系統冷媒経路の伝熱管を複数本設けたものである。

即ち、補助配管を２系統の冷媒経路に分け当該熱交換器に挿入することにより、補助配管の強度を向上させることができると共に、冷媒流圧力損失を低減することができ、特に蒸発器としての熱交換器の性能を向上さすことが可能となる。

本発明の熱交換器によれば、室外ユニット側へ延出する補助配管の強度を向上させることができると共に、蒸発器及び凝縮器としての伝熱性能を向上できる熱交換器を提供することができる。

第１の発明は、前面側に吸込み口がおよび下面側に吹出し口がそれぞれ設けられた筐体とこの筐体に収納される貫流送風機とから風回路を構成する空気調和機の室内ユニットに搭載される熱交換器であって、多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管とから構成される熱交換器において、凝縮器として使用する際の冷媒出口の配管を２系統の冷媒経路に分け当該熱交換器に接続し、当該熱交換器の２系統冷媒経路の伝熱管を複数本設けたことにより、補助配管の強度を向上させることができると共に、冷媒流圧力損失を低減することができ、特に蒸発器としての熱交換器の性能を向上さすことが可能となる。

第２の発明は、特に、第１の発明の熱交換器に再熱器と蒸発器とに分けて除湿運転を可能とする電気制御式の除湿用減圧器を設けたときに、２系統冷媒経路にすることにより、除湿用減圧器による圧力流損失を最小限に抑制することが可能となる。

第３の発明は、特に、第１または２の発明の熱交換器を、フィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管に２種類以上の外径の伝熱管を用い、２系統冷媒経路の伝熱管に前記２種類以上の外径の伝熱管中で最も細い管を用いることにより、２系統冷媒経路部つまり凝縮器として用いる際の出口側での冷媒流速を速めることにより、伝熱管内熱伝達率を高め十分なサブクールをとることにより、特に凝縮器としての能力を向上さすことが可能となる。

第４の発明は、特に、第１から３のいずれか１つの発明の熱交換器を蒸発器として使用する際の冷媒入口２系統のうち１系統に前記背面側熱交換器の複数の伝熱管を用い、前記背面側熱交換器のフィン枚数を前記前面側熱交換器のフィン枚数よりも多くの枚数で構成することにより、背面側熱交換器での熱交換率を高めることができ、蒸発器、凝縮器および再熱器としての性能を向上させることが可能となる。

第５の発明は、特に、第１から４のいずれか１つの発明の熱交換器の２系統冷媒経路の伝熱管が略直角に挿入されている領域のフィンについて、他領域のフィン枚数より多くの枚数で構成することで、特に凝縮器出口近傍での空気との熱交換率を高め、十分なサブクールがとれ易く、特に凝縮器としての性能を向上させることが可能となる。

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、本発明の第１の実施の形態における熱交換器と補助配管を示す構成図である。

図１において、熱交換器は室内ユニットの前面側に配置された前面側熱交換器１１と、室内ユニットの背面側に配置された背面側熱交換器１２とから構成されており、前記各熱交換器１１、１２は、所定の間隔で平行に並べられてその間を空気が流動する多数のフィンと、これらのフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒（冷媒流体）が流動する多数の伝熱管とを有している。また背面側熱交換器１２および前面側熱交換器１１の上部のフィン枚数は他の領域よりも多数の枚数で構成されている。補助配管１３は室外ユニット側へ延
出する配管であり、熱交換器を蒸発器として使用した際の冷媒の入口側配管を示しており、冷媒を２系統に分けられるように、挿入部は２本の配管で構成されている。

次に図２は、熱交換器内の冷媒経路を表した、熱交換器の側面から見た熱交換器のパス構成図である。実線は手前側で伝熱管同士を連結する配管、破線は奥側で伝熱管を連結する配管を示している。熱交換器を蒸発器、または再熱器として使用した際には、冷媒は伝熱管２１１、２１２から２系統で流入し、それぞれ伝熱管２１３、２１４まで冷媒は流れる。ここで伝熱管２１１から２１４までは外径の５ｍｍ管で構成されており、その他の伝熱管に関しては、６．３５ｍｍ、７ｍｍ、７．９４ｍｍ管で構成されている。その後伝熱管２１３、２１４に挿入された分流器により、２系統から４系統へと冷媒は分流され、再び除湿用の減圧装置入口２１５で合流する。そして、冷房時には冷媒経路２１６ａを経て、そして除湿時には冷媒経路２１６ｂを経て、再び２系統に分流され、伝熱管２１７、２１８へ流入し、伝熱管２１９、２２０から室外側へと冷媒が流出するパス構成となっている。なお、暖房時には冷房時の経路と逆経路となる構成となっている。

以上のように構成された熱交換器について、以下その動作、作用を説明する。

上述のように、補助配管１３、１４と２本の配管で構成することで、空気調和機の設置や落下など、補助配管に応力が掛かった際に応力を分散することが可能となり、１本の補助配管で構成されたときの応力に比べ約半分となることから、強度が向上することは明らかである。また、熱交換器を蒸発器として使用する際の冷媒入口を２系統の冷媒経路に分け、伝熱管２１１から２１３、伝熱管２１２から２１４と複数本設けることにより、蒸発器の入口近傍での各系統を流れる冷媒流量が半分となることから、冷媒流圧力損失を大幅に低減することができ、特に蒸発器としての熱交換器の性能を向上させることが可能となる。ただし、２系統部の伝熱管本数を増加させ過ぎると冷媒圧力損失が増え、また減少させ過ぎると熱伝達率の低下が著しくなるので、必要な熱交換能力に応じて、最適な伝熱管本数で構成する必要がある。

また図３は熱交換器を蒸発器として使用した際の、除湿用の減圧装置２１６の有無による任意の経路における各伝熱管内における冷媒流圧力変化を示した図であり、横軸に伝熱管の番号、縦軸に各伝熱管における冷媒流圧力を伝熱管２１１の冷媒流圧力で除した値を示している。減圧装置有の場合、減圧装置入口２１５から伝熱管２１７に掛けて、大きく冷媒流圧力が低下していることが分かる。つまり、減圧装置を設けた際には、熱交換器を互いに蒸発器として使用した際でも、除湿用減圧装置内にて大きな冷媒圧力損失があり、つまり性能を大きく悪化させることが分かる。つまり、熱交換器を蒸発器として使用する際の入口を２系統の冷媒経路に分け冷媒流圧力損失低減を抑えることにより、蒸発器全体としての冷媒流圧力を上昇させることとなり、冷媒循環量を増加させることが可能であり、蒸発器としての性能を向上させることが可能となる。

また、凝縮器としての熱交換器を使用した際に、性能を向上させるためには、冷媒流の出口にあたる熱交換器部分で十分にサブクールがとれるようにする必要がある。上記の構成により、２系統部の伝熱管２１１から２１４までに外径５ｍｍの最も細い伝熱管で構成することで、凝縮器として用いる際の出口側での冷媒流速を速め、伝熱管内熱伝達率を高めることができ、凝縮器としての性能を向上させることが可能である。

また、図４は熱交換器におけるフィンの風上側前縁部での風速分布を示した図である。横軸のＮｏ．１が前面側熱交換器１１の最下部、Ｎｏ．１３が前面側熱交換器１１の最上部、Ｎｏ．１４が背面側熱交換器１２の最上部、Ｎｏ．２０が背面側熱交換器１２の最下部であり、縦軸は各位置における風速を最大風速で除した数値となっている。この図より、前面側熱交換器１１の中央部付近における風速が最も高く、また、全体的にも背面側熱
交換器１２の方が前面側熱交換器１１よりも風速が低いことが分かる。つまり、背面側熱交換器１２を通過する風量が少なく、つまり空気との熱交換が悪いことから、熱交換器としてアンバランスであり、熱交換器を効率的に利用できていないことが分かる。そこで、背面側熱交換器１２のフィン枚数を前面側熱交換器１１のフィン枚数よりも、風量を極端に悪化させない程度の多枚数で構成することにより、背面側熱交換器１２での熱交換率を高めることができ、蒸発器、凝縮器および再熱器としての性能を向上させることが可能となる。

また、前述のように凝縮器としての熱交換器を使用した際に、性能を向上させるためには、冷媒流の出口にあたる熱交換器部分で十分にサブクールがとれるようにする必要がある。上記の構成により、２系統部の伝熱管２１１から２１４が略直角に挿入されている領域のフィンについて、他領域のフィン枚数より多くの枚数で構成されていることで、特に凝縮器出口近傍での空気との熱交換率を高めることができ、十分なサブクールがとれ易く、特に凝縮器としての性能を向上させることが可能となる。

以上のように、本発明にかかる熱交換器は、冷媒経路の改善とそれに伴うフィン枚数の最適化に関するもので、特に空気調和機の室内ユニットに適用することができる他、伝熱管内を流れる冷媒と外部を流れる空気との間で熱交換を行う機器にも適用することができる。

本発明の実施の形態１における熱交換器と補助配管を示す構成図本発明の実施の形態１における熱交換器内の冷媒経路を示すパス構成図本発明の実施の形態１における熱交換器の各伝熱管内における冷媒流圧力変化図本発明の実施の形態１における熱交換器のフィンの風上側前縁部での風速分布図従来の熱交換器を収納した空気調和機の室内ユニットの断面図従来の熱交換器内の冷媒経路を示すパス構成図

符号の説明

１１前面側熱交換器
１２背面側熱交換器
１３補助配管
５１筐体
５２ａ吸込み口
５２ｂ吸込み口
５３吹出し口
５４熱交換器
５５貫流送風機
６１伝熱管
６２伝熱管
６３減圧装置
６４伝熱管
６５伝熱管
２１１、２１２、２１３、２１４伝熱管
２１５減圧装置入口
２１６減圧装置
２１６ａ冷房・暖房時冷媒経路
２１６ｂ除湿時冷媒経路
２１７伝熱管
２１８伝熱管
２１９伝熱管
２２０伝熱管

Claims

前面側に吸込み口がおよび下面側に吹出し口がそれぞれ設けられた筐体とこの筐体に収納される貫流送風機とから風回路を構成する空気調和機の室内ユニットに搭載される熱交換器であって、多数のフィンと、このフィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管とから構成される熱交換器において、凝縮器として使用する際の冷媒出口の配管を２系統の冷媒経路に分け当該熱交換器に接続し、当該熱交換器の２系統冷媒経路の伝熱管を複数本設けたことを特徴とする熱交換器。
当該熱交換器を段方向に再熱器と蒸発器とに分けて除湿運転を可能とする電気制御式の除湿用減圧器を設けることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
フィンに略直角に挿入されて内部を冷媒が流動する多数の伝熱管に２種類以上の外径の伝熱管を用い、２系統冷媒経路の伝熱管に前記２種類以上の外径の伝熱管中で最も細い管を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
当該熱交換器を蒸発器として使用する際の冷媒入口２系統のうち１系統に前記背面側熱交換器の複数の伝熱管を用い、前記背面側熱交換器のフィン枚数を前記前面側熱交換器のフィン枚数よりも多くの枚数で構成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器。
２系統冷媒経路の伝熱管が略直角に挿入されている領域のフィンについて、他領域のフィン枚数より多くの枚数で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換器。