JP2010078287A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器へ接続される液側分配器とガス側分配器とが効率的に配置され、省スペース化を可能とする空気調和機を提供する。
【解決手段】この発明に係る空気調和機は、本体の略中央部に設けられ、吸込口より室内空気を吸い込み、室内空気を放射状に吹き出す遠心型送風機７と、遠心型送風機７の周囲を囲むように設置され、略ロ字状の熱交換器１０と、熱交換器１０の一端に接続される分配器４と、熱交換器１０の他端に接続されるヘッダー５とを備え、熱交換器１０は、内部が冷媒の通路となる伝熱管の軸方向に垂直なフィン１，２，３を設けて空気と熱交換するクロスフィンチューブ型熱交換器であり、フィン１，２，３が３列で、伝熱管の１パスが１往復半で構成されることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

この発明は、空気調和機（室内機）に関する。

従来の天井埋め込み型空気調和機の熱交換器は、平面視の全体形状が略ロの字状で、熱交換器の周方向一端に冷媒配管の出入り口が集中している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１３９４９３号公報（第１図）

従来の天井埋め込み型空気調和機の熱交換器は、熱交換器の周方向一端に冷媒配管の出入り口が集中している。そのため、分配器とヘッダーとを使用する場合、配管の干渉防止による取り回しや長さなどに規制を受けていた。また、冷媒配管を熱交換器端部に取り付ける組立て時の作業性を悪化させる要因になっていた。

分配器は、冷房時には冷媒入口となり暖房時には冷媒出口になるものであり、また、ヘッダーは、冷房時には冷媒出口となり暖房時には冷媒入口になるものである。

冷凍サイクルの蒸発器あるいは凝縮器として用いられる熱交換器の形態の一つに、内部が冷媒の通路である伝熱管の外部に管軸方向に垂直なフィンを構成して空気と熱交換する、いわゆるクロスフィンチューブ型熱交換器において、伝熱管を細管化することにより管内熱交換率を向上できることが知られている。しかし、伝熱管間の距離も小さくする必要があるため、同じ外形の熱交換器では、伝熱管本数は増大する。また、管径を細くすることにより内部に流れる冷媒の圧力損失が増大するため、流通経路を多くとる必要があり、出入り口では配管を取り回すスペースが非常に重要となる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、熱交換器へ接続される液側分配器とガス側分配器とが効率的に配置され、省スペース化を可能とする空気調和機を提供することを目的とする。

この発明に係る空気調和機は、本体の略中央部に設けられ、吸込口より室内空気を吸い込み、該室内空気を放射状に吹き出す遠心型送風機と、
前記遠心型送風機の周囲を囲むように設置され、略ロ字状の熱交換器と、
前記熱交換器の一端に接続される液側分配器と、
前記熱交換器の他端に接続されるガス側分配器とを備え、
前記熱交換器は、
内部が冷媒の通路となる伝熱管の軸方向に垂直なフィンを設けて空気と熱交換するクロスフィンチューブ型熱交換器であり、前記フィンが３列で、前記伝熱管の１パスが１往復半で構成されることを特徴とする。

この発明に係る空気調和機は、冷房時の冷媒入口である液側分配器と、暖房時の冷媒入口であるガス側分配器ーを熱交換器の両端に別々に配置しているため、配管の干渉をなくし、比較的自由な配管長さを許容することが出来るという効果を奏する。また、配管を熱交換器の端部に取り付ける組立て時の作業性を向上することができるという効果を奏する。

実施の形態１．
図１乃至図７は実施の形態１を示す図で、図１は天井埋め込み型空気調和機１００の平面図（概念図）、図２は室内機の熱交換器１０の構造を示す斜視図、図３は熱交換器１０の上面図、図４は熱交換器１０とそれに接続される配管の配置を示す図、図５は分配管１３の接続部を示す拡大図、図６は熱交換器１０のパス配列を示す側面図、図７は熱交換器１０の伝熱管の１パス分を示す図である。

図１に示すように、天井埋め込み型空気調和機１００（空気調和機の一例）は、本体の略中央部の吸込口１６より室内空気を吸い込み、遠心型送風機７により室内空気を放射状に天井に平行な水平方向に吹き出す。以下、天井埋め込み型空気調和機１００を単に、空気調和機と呼ぶ場合もある。

遠心型送風機７の周囲を囲むように設置され、略ロ字状の熱交換器１０と熱交換した後、四つの吹出口８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄより、室内へ送られるようになっている。図中の矢印は空気の流れ方向を示している。

略ロ字状の熱交換器１０は、一つの隅で切れていて、一端１０ａと、他端１０ｂとを備える。

熱交換器１０は、内部が冷媒の通路となる伝熱管１５（図６参照）の軸方向に垂直なフィン１，２，３を設けて空気と熱交換する、いわゆるクロスフィンチューブ型熱交換器である。

クロスフィンチューブ型熱交換器において、伝熱管１５を細管化することにより管内熱交換率を向上できることが知られているが、細管化しない場合と同等の能力を得る為には、伝熱管１５間の距離も小さくする必要があるため、同じ外形の熱交換器１０では、伝熱管１５の本数は増大する。

また、伝熱管１５の管径を細くすることにより内部を流れる冷媒の圧力損失は増大するため、流通経路を多くとる必要があり、出入り口では配管を取り回すスペースが非常に重要となる。

略ロ字状の熱交換器１０は、図２にも示すように、同一段数（例えば、１６段）のフィン１，２，３を３枚重ねて３列にした構成である。内側（送風機側）から、フィン１、フィン２、フィン３の順に配置される。

段とは、列に直交する方向をいう。例えば、１６段であれば、各列において伝熱管１５（図６参照）が上下に１６段設けられる。

各段は、３本の伝熱管１５から構成される。３本の伝熱管１５は、３個のフィン１，２，３に夫々１本づつ配置される。伝熱管１５の管径は、例えば、５ｍｍである。但し、５〜６ｍｍの範囲であればよい。

本実施の形態の熱交換器１０の各段は、１本の直管と、１本のＵ字管を用いて一つのパスを形成する。そのため、例えば、図３、４に示すように、１本の直管と１本のＵ字管とを接続管６により接続して一つのパスを形成している。但し、これは一例であり、例えば、３本の直管と、二つの接続管６とで一つのパスを形成してもよい。

熱交換器１０の一端１０ａに、熱交換器１０へ流入する冷媒を分配する分配器４（液側分配器と定義する）が接続される。

空気調和機は、例えば、冷房運転時に公知の冷凍サイクルにおいて、減圧装置で減圧された低圧の二相冷媒が熱交換器１０に流入する。この低圧の二相冷媒を分配して熱交換器１０に流入させて熱交換効率を高めるために、分配器４が使用される。

本実施の形態では、分配器４に１６段のパスが接続される。

各段のパスは、フィン１を通る伝熱管１５と、フィン２を通る伝熱管１５と、フィン３を通る伝熱管１５とで１往復半のパスを構成する。

図３に示すように、冷房時に分配器４に流入した低圧の二相冷媒は、分配管１３（図４、５参照）からフィン１の１６段に分岐した伝熱管１５に流入する。そして、フィン１の各伝熱管１５の終端（熱交換器１０の他端１０ｂ）の接続管６でＵターンして、フィン２の伝熱管１５に入り熱交換器１０の一端１０ａに戻る。熱交換器１０の一端１０ａでは、Ｕ字管のヘアピンでＵターンしてフィン３の伝熱管１５に入り、熱交換器１０の他端１０ｂに接続されるヘッダー５（ガス側分配器と定義する）に流れ、他のパス（段）の冷媒と合流する。ヘッダー５で合流した冷媒は、公知の冷凍サイクルの圧縮機へ戻る。圧縮機では、低圧の冷媒を圧縮して高圧の冷媒を吐出する。

以上の動作を分かりやすく示すと、図７のようになる。図７は熱交換器１０の伝熱管１５の１パス分を示す上面図である。即ち、冷房時に分配器４側から二相冷媒（図７で黒の矢印で示す）が先ずフィン１の伝熱管１５に流入する（熱交換器１０の一端１０ａ）。そして、フィン１の伝熱管１５（１本の直管で構成される）を流れた二相冷媒は、熱交換器１０の他端１０ｂで接続管６に入り、ここでＵターンしてフィン２の伝熱管１５（Ｕ字管で構成される）に流入する。フィン２の伝熱管１５を流れ、徐々に乾き度が大きくなる二相冷媒は、Ｕ字管のヘアピン部でＵターンして、フィン３の伝熱管１５（Ｕ字管で構成される）に流入する。そして、ガス化した冷媒が熱交換器１０の他端１０ｂのヘッダー５側へ流出する。

このように、熱交換器１０の１パス（１段）は、１往復半の経路で構成される。

従って、分配器４とヘッダー５とは、熱交換器１０の異なる端部に接続されることになる。即ち、分配器４は、熱交換器１０の一端１０ａ側に接続され、ヘッダー５は熱交換器１０の他端１０ｂ側に接続される。

このように、冷房時の冷媒入口となる分配器４は、略ロ字状の熱交換器１０の一端１０ａに、暖房時の冷媒入口であるヘッダー５を熱交換器１０の他端１０ｂに離して設置する事ができ、配管の干渉をさけ、比較的自由な配管長さを許容することが出来る。

また、冷房時の冷媒入口である分配器４と、暖房時の冷媒入口であるヘッダー５とを別けて設置することにより、それぞれの分配器４及びヘッダー５からの配管（分配器４では分配管１３）を熱交換器１０の端部に取り付ける組立て時の作業性を大幅に向上することができる。また、ロー付け作業時の過熱による品質悪化を防ぐことが出来る。

具体的には、図４に示す様に現地配管接続部（液管側）９ａに分配器４を取り付け、分配管１３を経て熱交換器１０の一端１０ａに接続される。

分配器４から分配管１３への配管接続例を図５に拡大して示す。

また、熱交換器１０の他端１０ｂから出た配管は、ヘッダー５を通って現地配管接続部（ガス管側）９ｂに接続される。

図４に示すように、熱交換器１０の一端１０ａ、他端１０ｂは、各々固定用板金１１にて空気調和機本体に固定され、細い液管側に取付けられた分配器４は、太いガス管側に取付けられたヘッダー５に固定用ゴム１２にて固定される。

ヘッダー５は、熱交換器１０の他端１０ｂから真直ぐに延長した方向に配置される。分配器４はヘッダー５に対して水平に配置して、熱交換器１０の一端１０ａ側のスペースに、分配器４からの複数の分配管１３を配置している。

図６に段数を４段に簡略化した熱交換器１０のパス配列を示す。図６は熱交換器１０の他端１０ｂ側から見た図であり、便宜上熱交換器１０は、略ロの字ではなく直線状としている。

冷房時液側から入った冷媒（二相）は分配器４を通って各パスに分配され、風上側から見て１列目のフィン１の図６の奥側（熱交換器１０の一端１０ａ側）から伝熱管１５に入る。そして、冷媒は１列目のフィン１の伝熱管１５を流れて、図６の手前側に出てくる。

図６の手前側に流れてきた冷媒は、手前側でフィン１から２列目のフィン２の伝熱管１５に接続管６を経て入り、図６の奥側へ流れ、フィン２から３列目のフィン３の伝熱管１５に入る。

そして、冷媒は３列目のフィン３の伝熱管１５を流れて、図６の手前側に出てくる。図６の手前側から出て、各パスからヘッダー５にて合流し、その後冷凍サイクルの低圧側へ流れる構成となっている。

また、図６に示すように、風上から見て１列目のフィン１の伝熱管１５の熱交換器１０の高さ方向（段方向）の位置と、２列目のフィン２の伝熱管１５の熱交換器１０の高さ方向の位置とが異なるようにしている。また、２列目のフィン２の伝熱管１５の熱交換器１０の高さ方向（段方向）の位置と、３列目のフィン３の伝熱管１５の熱交換器１０の高さ方向の位置とが異なるようにしている。

即ち、各段の伝熱管１５はチドリ配列で、風上から見て１列目の伝熱管１５が下で、２列目の伝熱管１５で上に上がる。さらに、３列目の伝熱管１５で下に下がる配列としている。

特に冷房時の多湿条件では、各パスの出口付近（３列目）の冷媒が過熱ガスとなり熱交換器１０が乾き易くなるが、段方向で見た場合、１列目から２列目は冷媒が飽和液もしくは気液二相の状態で濡れている為、熱交換器１０の２次側（風下側）での露付は起こりにくくなる。

図６は、伝熱管１５の配列が列方向に下上下となっているが、逆に上下上としても同様な効果が得られる。

実施の形態２．
図８は実施の形態２を示す図で、熱交換器１０のパス配列を示す側面図である。

本実施の形態は、分配器４から各伝熱管１５に接続する分配管１３の本数を減らすことができ、構造的なスペースを若干増やすことができる例を説明する。但し、熱交換器１０の１パスは２往復のものであり、分配器４とヘッダー５とは、熱交換器１０の同じ端部に接続される形態である。

図８は熱交換器１０の分配器４とヘッダー５とを接続する側から見た図で、便宜上熱交換器１０は、略ロの字ではなく直線状としている。また、図８は段数を最大４段に簡略化した熱交換器１０のパス配列を示す。

図８に示す熱交換器１０は、伝熱管１５は外径が５〜６ｍｍである。

分配器４と熱交換器１０とは、２本の分配管１３により接続される。

夫々の分配管１３は、１列目のフィン１の伝熱管１５に接続される。１列目のフィン１の伝熱管１５に流入した冷媒（二相）は、図８の手前側から奥側へ流れ、１列目のフィン１内でＵターンして手前側に戻る。即ち、１列目のフィン１で伝熱管１５は、１往復する。

次に、１列目のフィン１の伝熱管１５の下流側の端部は、２列目のフィン２の伝熱管１５に接続されるが、このとき、１列目のフィン１の１本の伝熱管１５から分岐して、２列目のフィン２の２本の伝熱管１５に接続される。

２列目のフィン２の各伝熱管１５に流入した冷媒は、図８の手前側から奥側へ流れる。

２列目のフィン２の各伝熱管１５は、図８の奥側で３列目のフィン３の各伝熱管１５に接続する。３列目のフィン３の各伝熱管１５に流入した冷媒は、図８の奥側から手前側へ流れる。

そして、３列目のフィン３の各伝熱管１５からヘッダー５へ冷媒は流れて合流する。

２列目のフィン２と３列目のフィン３とで伝熱管１５は、１往復する。従って、熱交換器１０全体では、２往復である。そのため、分配器４とヘッダー５とは、共に熱交換器１０のいずれかの端部に接続されることになる。

伝熱管１５が１本では２本に比べ、冷媒流量が倍になり、流量に比例して伝熱性能は増えるが、冷媒圧損も増える傾向にある。

即ち、伝熱管１本の場合は、圧損は増えるが伝熱性能が向上し、伝熱管２本の場合は、圧損は減るが伝熱性能が低下する。そのため、熱交換器１０の入口側と出口側の伝熱管１５の本数が同じ場合と、どちらかの伝熱管１５の本数を減らした場合とでは、ほぼ同等性能が得られる。従って、分配管１３の本数を減らすことができ、構造的なスペースを若干増やすことができる。

尚、図示はしないが、同様の方法でヘッダー５側の分配管の本数を減らすことも可能である。

実施の形態１を示す図で、天井埋め込み型空気調和機１００の平面図（概念図）。 実施の形態１を示す図で、室内機の熱交換器１０の構造を示す斜視図。 実施の形態１を示す図で、熱交換器１０の上面図。 実施の形態１を示す図で、熱交換器１０とそれに接続される配管の配置を示す図。 実施の形態１を示す図で、分配管１３の接続部を示す拡大図。 実施の形態１を示す図で、熱交換器１０のパス配列を示す側面図。 実施の形態１を示す図で、熱交換器１０の伝熱管の１パス分を示す図。 実施の形態２を示す図で、熱交換器１０のパス配列を示す側面図。

符号の説明

１ フィン、２ フィン、３ フィン、４ 分配器、５ ヘッダー、６ 接続管、７ 遠心型送風機、８ａ 吹出口、８ｂ 吹出口、８ｃ 吹出口、８ｄ 吹出口、９ａ 現地配管接続部（液管側）、９ｂ 現地配管接続部（ガス管側）、１０ 熱交換器、１０ａ 一端、１０ｂ 他端、１１ 固定用板金、１２ 固定用ゴム、１３ 分配管、１５ 伝熱管、１６ 吸込口、１００ 天井埋め込み型空気調和機。

Claims (5)

1. 本体の略中央部に設けられ、吸込口より室内空気を吸い込み、該室内空気を放射状に吹き出す遠心型送風機と、
   前記遠心型送風機の周囲を囲むように設置され、略ロ字状の熱交換器と、
   前記熱交換器の一端に接続される液側分配器と、
   前記熱交換器の他端に接続されるガス側分配器とを備え、
   前記熱交換器は、
   内部が冷媒の通路となる伝熱管の軸方向に垂直なフィンを設けて空気と熱交換するクロスフィンチューブ型熱交換器であり、前記フィンが３列で、前記伝熱管の１パスが１往復半で構成されることを特徴とする空気調和機。
2. １パスが１往復半の前記伝熱管を、冷媒が列方向に下から上、上から下または上から下、下から上へ流れるように配置することを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記ガス側分配器は、前記熱交換器の他端から略真直ぐに延長した方向に配置し、前記液側分配器を前記ガス側分配器に対して水平に配置して、前記熱交換器の一端側のスペースに、前記液側分配器を配置した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. 本体の略中央部に設けられ、吸込口より室内空気を吸い込み、該室内空気を放射状に吹き出す遠心型送風機と、
   前記遠心型送風機の周囲を囲むように設置され、略ロ字状の熱交換器と、
   前記熱交換器のいずれかの端部に接続される液側分配器及びガス側分配器とを備え、
   前記熱交換器は、
   内部が冷媒の通路となる伝熱管の軸方向に垂直なフィンを設けて空気と熱交換するクロスフィンチューブ型熱交換器であり、前記フィンが３列で、前記液側分配器または前記ガス側分配器に接続する前記フィンの伝熱管が１往復で、隣接する前記フィンの２本の前記伝熱管に分岐して接続し、前記伝熱管の１パスが２往復で構成されることを特徴とする空気調和機。
5. 前記伝熱管の管径を、５〜６ｍｍとしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空気調和機。