JP2010266126A - 熱交換ユニット - Google Patents

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Kyuhei Ishihane
久平 石羽根
Masakazu Kamikura
正教 上倉
Yoshikazu Ishiki
良和 石木
Tsunayuki Itagaki
綱之 板垣
Yujiro Hagiwara
裕次郎 萩原
Jun Nakazato
潤 中里
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Abstract

【課題】熱交換器の空気導入面の空気導入面積を大きく確保することができ、さらに連続設置可能な熱交換ユニットを提供することを課題とする。
【解決手段】筐体2aの正面2aと背面2aに排気ファン4が備わり、筐体2aの上面2aに吸気口2bが開口するとともにユニット本体2の下面となる境界板3bに貫通穴3cが開口しているユニット本体2に、4枚の熱交換器5が備わる熱交換ユニット1とする。4枚の熱交換器5は、側面視で略X字型に配設され、空気Aを受ける空気導入面5aが筐体2aに対して斜めになっている。
【選択図】図2

Description

本発明は、空調用及び産業用の熱源機に備わる熱交換ユニットに関する。
空調用及び産業用の熱源機に備わる熱交換ユニットに関しては、複数の熱交換器をユニット本体に組み込んだ熱交換ユニットが広く知られ、例えば特許文献1には、4枚の熱交換器を組み込んだ熱交換ユニットが開示されている。
例えば特許文献1に開示される熱交換ユニットは、2枚の熱交換器がユニット本体の正面と背面に1枚ずつ垂直に配設され、その間には、正面と背面の中央から正面の下端に向かって傾斜する1枚の熱交換器と、正面と背面の中央から背面の下端に向かって傾斜する1枚の熱交換器が備わり、側面視で略逆M字型に4枚の熱交換器が配設されている。
特開2003−222351号公報
このような熱交換ユニットは、例えば、複数台を並べて連続設置する場合の設置面積を小さくするため、熱交換ユニットを互いに近接して設置することがある。このように熱交換ユニットを近接して連続配置する場合を考え、従来は、熱交換ユニットが互いに近接する面に臨んで熱交換器を配設しないように構成している。例えば特許文献1に開示される熱交換ユニットは、側面に臨んで熱交換器を配設していない。
したがって、熱交換器が空気を受ける面(以下、空気導入面と称する)の面積(以下、空気導入面積と称する)を大きくすることができず、熱交換能力の向上を阻害する要因になっている。さらに、熱交換ユニットに取り込まれる空気が熱交換器を通過するときの通風抵抗が大きくなり、空気を熱交換ユニットに取り込むための送風機の消費電力が大きくなるという問題があった。
また、熱交換器における熱交換能力が低下するため、熱交換器が凝縮器として機能する場合は、熱交換ユニットを備える冷凍サイクルの高圧側圧力が高くなり、当該冷凍サイクルの運転効率が低下するという問題があった。また、熱交換器が蒸発器として機能する場合に、空気中の水分が原因となって熱交換器の伝熱面に霜が着いて通風抵抗がさらに増大し、熱交換器における空気の通風量が減少して熱交換能力が低下し、熱交換ユニットを備える冷凍サイクルの運転効率が低下するという問題があった。
そこで本発明は、熱交換器の空気導入面の空気導入面積を大きく確保することができ、さらに連続設置可能な熱交換ユニットを提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は、ユニット本体の筐体に臨む熱交換器の、空気導入面の少なくとも一部が、筐体に対して斜めになるように熱交換器を配設する熱交換ユニットとした。
本発明によると、熱交換器の空気導入面の空気導入面積を大きく確保することができ、さらに連続設置可能な熱交換ユニットを提供できる。
第1の実施形態に係る熱交換ユニットの外観図である。 ユニット本体に配設される熱交換器を示す図である。 第1の実施形態に係るユニット本体の空気の流れを側面視で示した断面図である。 (a)は、2枚の熱交換器を垂直に配設したユニット本体を示す断面図、(b)は、側面視で略逆M字型に熱交換器を配設したユニット本体を示す断面図である。 (a)は、上面と下面に排気ファンを備えたユニット本体を示す断面図、(b)は、「く」の字型に折り曲げた熱交換器を備えるユニット本体を示す断面図である。 (a)は、第2の実施形態に係る熱交換ユニットの外観図、(b)は、ユニット本体に配設される熱交換器を示す図である。 (a)は、第2の実施形態に係るユニット本体に配設される熱交換器の上面視を示す断面図、(b)は、正面と背面に臨んで配設される熱交換器の上面視を示す断面図である。 (a)は、第2の実施形態に係るユニット本体における空気の流れを示す断面図、(b)は、ユニット本体を連続配置したときの空気の流れを示す断面図である。
《第1の実施形態》
以下、本発明に係る第1の実施形態について、図1〜図5を適宜参照して詳細に説明する。
図1に示すように、第1の実施形態に係る熱交換ユニット1は、例えば鋼板を略直方体に組み合わせてなる筐体2aで周囲が形成されるユニット本体2と、ユニット本体2の下方に備わる機械室3とを含んでなる。
また、熱交換ユニット1には冷凍サイクル構成機器が組み込まれ、機械室3には、いずれも図示しない圧縮機、利用側熱交換器、アキュムレータ等の機器が収納される。機械室3は、例えば鋼板で周囲が覆われ、外気を空気Aとして取り込むための吸気口3aが開口している。
ユニット本体2を形成する筐体2aの例えば正面2aと、正面2aと対向する背面2aには、ユニット本体2の内部に取り込まれている空気Aを強制排気するための排気ファン4が備わっている。
また、筐体2aの上方の面である上面2aには、外気を新たな空気Aとして取り込むための吸気口(開口部)2bが開口している。
このような構成により、排気ファン4でユニット本体2の内部の空気Aを排気すると、外気が空気Aとして筐体2aの吸気口2bから取り込まれる。すなわち、吸気口2bからユニット本体2の内部に外気が新たに取り込まれ、排気ファン4によってユニット本体2から排気される空気Aの流れを作ることができる。
以下、正面2aと背面2aの側方の面を側面2aと称する。
図2に示すように、ユニット本体2の内部には熱交換器5が備わっている。熱交換器5は、例えば図示しないフィンが取り付けられた図示しないチューブが配管されてなるフィンチューブ型の熱交換器で、ユニット本体2の内部に取り込まれる空気Aと、図示しないチューブを流通する冷媒等が熱交換する。
熱交換器5は、例えば平面形状が矩形の略平板状に形成され、平面となる部分が筐体2aと向き合うように配置される。
熱交換器5の平面となる面は空気Aを受ける面となり、以下、空気導入面5aと称する。
熱交換器5の平面形状が長方形の場合、熱交換器5は、例えば長辺が筐体2aの正面2aと背面2aに沿って、且つ、短辺が側面2aに沿って配置され、熱交換器5が側面2aと垂直になるように構成される。
なお、図2に示すように、熱交換器5は、筐体2aの正面2a及び背面2aに対して傾斜して向き合うように配置されていてもよい。
空気導入面5aは、図示しないフィンが取り付けられた図示しないチューブの配管によって形成され、空気導入面5aに受けられた空気Aは、空気導入面5aと反対の側の面に向かって図示しないチューブの間を流れる。なお、空気導入面5aで受けられた空気Aが、熱交換器5の図示しないチューブの間を反対側の面に向かって流れることを、以下、空気Aが熱交換器5を通過すると称する。
図2に示すように、ユニット本体2と機械室3を区分し、ユニット本体2の下面を形成する境界板3bには貫通穴(開口部)3cが開口し、機械室3の例えば正面の側と背面の側に開口する吸気口3aから機械室3に取り込まれる空気Aがユニット本体2の内部に流れ込む構成が好適である。
このような構成によって、ユニット本体2は、上面2aに加えて下面(境界板3b)からも空気Aを取り込むことができることになり、効率よく空気Aをユニット本体2の内部に取り込むことができる。
第1の実施形態に係る熱交換ユニット1のユニット本体2には、図2に示すように4枚の熱交換器5が備わっている。
4枚の熱交換器5のうち、第1の熱交換器51は正面2aの上端近傍から下方に向かって、背面2aの側に傾斜して配設され、第2の熱交換器52は正面2aの下端近傍から上方に向かって、背面2aの側に傾斜して配設される。
また、第3の熱交換器53は背面2aの上端近傍から下方に向かって、正面2aの側に傾斜して配設され、第4の熱交換器54は背面2aの下端近傍から上方に向かって、正面2aの側に傾斜して配設される。
このように、第1の実施形態に係る熱交換ユニット1のユニット本体2に備わる4枚の熱交換器5は、側面視で略X字型に配設され、空気導入面5aが筐体2aに対して斜めになっている。
また、第1の実施形態に係る熱交換ユニット1のユニット本体2に備わる4枚の熱交換器5は、それぞれの空気導入面5aが筐体2aと向き合うように配設される。すなわち、4枚の熱交換器5は筐体2aに臨んで配設されている。
図3に示すように、ユニット本体2の筐体2aの上面2aに開口する吸気口2bからユニット本体2の内部に取り込まれる新たな空気Aの一部は、第1の熱交換器51の空気導入面5aに受けられて第1の熱交換器51を通過し、第1の熱交換器51に配管される図示しないチューブを流通する冷媒等と熱交換をして、筐体2aの正面2aに備わる排気ファン4によってユニット本体2の外部に排気される。
また、吸気口2bからユニット本体2の内部に取り込まれる新たな空気Aの一部は、第3の熱交換器53の空気導入面5aに受けられて第3の熱交換器53を通過し、第3の熱交換器53に配管される図示しないチューブを流通する冷媒等と熱交換をして、筐体2aの背面2aに備わる排気ファン4によってユニット本体2の外部に排気される。
機械室3に開口する吸気口3aから機械室3の内部に取り込まれる新たな空気Aの一部は、境界板3bの貫通穴3cからユニット本体2の内部に取り込まれる。そして、第2の熱交換器52の空気導入面5aに受けられて第2の熱交換器52を通過し、第2の熱交換器52に配管される図示しないチューブを流通する冷媒等と熱交換をして、筐体2aの正面2aに備わる排気ファン4によってユニット本体2の外部に排気される。
また、吸気口3aから機械室3の内部に取り込まれる新たな空気Aの一部は、境界板3bに開口する貫通穴3cからユニット本体2の内部に取り込まれる。そして、第4の熱交換器54の空気導入面5aに受けられて第4の熱交換器54を通過し、第4の熱交換器54に配管される図示しないチューブを流通する冷媒等と熱交換をして、筐体2aの背面2aに備わる排気ファン4によってユニット本体2の外部に排気される。
このように、第1の実施形態に係る熱交換ユニット1は、吸気口2b、及び貫通穴3cからユニット本体2に取り込まれる新たな空気Aと、4枚の熱交換器5の図示しないチューブをそれぞれ流通する冷媒等で熱交換することができる。
また、図2に示すように4枚の熱交換器5を配設し、筐体2aの上面2aに開口する吸気口2b(図1参照)と境界板3bに開口する貫通穴3cからユニット本体2の内部に空気Aを取り込む構成とすることで、熱交換ユニット1の側面2aの側は空気Aの取り込みに影響を与えない面となる。したがって、例えば図2に想像線で示すように、複数の熱交換ユニット1の互いの側面2aを近接させて連続配置しても、ユニット本体2に取り込まれる空気Aには影響を与えず、熱交換器5の熱交換能力が低下することがない。そして、図2に示すように、複数の熱交換ユニット1を、互いの側面2aを近接させて連続配置することで設置面積を小さくできる。
さらに、図3に示すように、側面視で略X字型に4枚の熱交換器5を配設すると、例えば、図4の(a)に示すように、筐体2aの正面2aと背面2aを臨むように2枚の熱交換器5(51,52)を垂直に配設する場合より、上下方向に亘る空気導入面5aの長さ(空気導入面5aの高さ)を長くできる。したがって、熱交換器5の幅が等しければ、空気導入面5aの空気導入面積を大きく確保できる。
なお、熱交換器5の幅は、ユニット本体2(図1参照)の一方の側面2aの側から他方の側面2aの側に亘る熱交換器5の長さを示す。
熱交換器5の空気導入面積を大きく確保できると、熱交換器5の熱交換能力を向上できる。したがって、図3に示すように、側面視で略X字型に4枚の熱交換器5を配設することで、熱交換能力の高い熱交換ユニット1を構成できる。
また、熱交換器5の空気導入面積を大きく確保できると、空気Aが熱交換器5を通過するときの通風抵抗を小さくすることができ、空気Aをユニット本体2の内部に取り込むための排気ファン4の消費電力を小さくできる。
例えば図4の(b)に示すように、筐体2aの正面2aと背面2aを臨むように第1の熱交換器51と第2の熱交換器52を垂直に配設し、さらに第1の熱交換器51と第2の熱交換器52の間に、正面2aと背面2aの略中央から正面2aの下端に向かって傾斜する第3の熱交換器53と、正面2aと背面2aの略中央から背面2aの下端に向かって傾斜する第4の熱交換器54を配設し、側面視で略逆M字型に4枚の熱交換器5を配設しても空気導入面積を大きくできる。
しかしながら、図4の(b)に示すように側面視で略逆M字型に熱交換器5を配設すると、例えば第1の熱交換器51と第3の熱交換器53、及び第2の熱交換器52と第4の熱交換器54のなす角θ1が小さくなることから、4枚の熱交換器5の下端部近傍は通風抵抗が大きくなりユニット本体2に取り込まれた空気Aが効率よく流通せず、4枚の熱交換器5の下端部近傍では効率よく熱交換ができない。したがって、4枚の熱交換器5は空気導入面5aの全面で熱交換することができず、熱交換能力が低下する。
第1の実施形態に係る熱交換ユニット1では、図3に示すように、側面視で略X字型に4枚の熱交換器5を配設したことで、通風抵抗が大きくなる領域を形成することなく4枚の熱交換器5を配設できる。したがって、4枚の熱交換器5は、それぞれ空気導入面5aの全面で熱交換することができ、熱交換能力が低下することがない。
なお、第1の実施形態においては、図1に示すように、ユニット本体2の筐体2aの正面2aと背面2aに排気ファン4を備える構成としたが、この構成は限定されるものではない。
例えば、図5の(a)に示すように筐体2aの上面2aと境界板3bに排気ファン4を備え、筐体2aの正面2aと背面2aに吸気口2bを開口する構成としてもよい。
筐体2aの正面2aと背面2aの吸気口2bからユニット本体2の内部に取り込まれる新たな空気Aの一部は、第1の熱交換器51と第3の熱交換器53を通過し、筐体2aの上面2aに備わる排気ファン4によって、ユニット本体2の外部に排気される。また、筐体2aの正面2aと背面2aの吸気口2bからユニット本体2の内部に取り込まれる新たな空気Aの一部は、第2の熱交換器52と第4の熱交換器54を通過し、境界板3bに備わる排気ファン4によって機械室3に排気される。そして、機械室3に排気された空気Aは、排気口として機能する吸気口3aから機械室3の外部に排気される。
このように構成しても、吸気口2bからユニット本体2の内部に取り込まれる新たな空気Aと、4枚の熱交換器5の図示しないチューブをそれぞれ流通する冷媒等で効率よく熱交換することができる。
以上のように、第1の実施形態に係る熱交換ユニット1は、図2に示すように、4枚の熱交換器5を側面視で略X字型に配設することで、空気導入面5aの空気導入面積を大きく確保することができ、熱交換ユニット1の熱交換能力を向上できるという優れた効果を奏する。
さらに、複数の熱交換ユニット1を、互いの側面2aを近接させて連続配置することができ、熱交換ユニット1を連続配置するときの設置面積を小さくできるという優れた効果を奏する。
そして、熱交換器5の熱交換能力を低下させることなく熱交換ユニット1を連続配置できるという優れた効果を奏する。
なお、第1の実施形態は、4枚の熱交換器5を、側面視で略X字型に配設する構成としたが、例えば、図5の(b)に示すように、2枚の平板状の熱交換器5(51,52)をそれぞれ「く」の字型に折り曲げ、開口した側が筐体2aの正面2aと背面2aを向くように配設しても、側面視で略X字型に4枚の熱交換器5を配設する構成と同等の効果を得ることができる。
さらに、図示はしないが、「く」の字型に折り曲げた2枚の熱交換器の、開口した側がそれぞれ上面と境界板を向くように配設しても同等の効果を得ることができる。
《第2の実施形態》
次に、図6〜図8を適宜参照して、本発明の第2の実施形態について説明する。
なお、図6〜図8において、図1〜図5と同じ要素については同じ符号を付し、説明は適宜省略する。
図6の(a)に示すように、第2の実施形態に係る熱交換ユニット10は、ユニット本体2の筐体2aの上面2aに、例えば4つの排気ファン4を備える。排気ファン4の数は限定するものではなく、適宜設定すればよい。
そして、ユニット本体2の筐体2aの正面2aと背面2aには、吸気口2bが開口している。
このような構成により、排気ファン4がユニット本体2の内部の空気Aを排気すると、外気が新たな空気Aとして、筐体2aの吸気口2bからユニット本体2の内部に取り込まれる。すなわち、筐体2aの正面2aと背面2aの吸気口2bからユニット本体2の内部に外気が新たに取り込まれ、排気ファン4によってユニット本体2から排気される空気Aの流れを作ることができる。
また、第1の実施形態と同様、図6の(b)に示すように、ユニット本体2と機械室3を区分し、ユニット本体2の下面を形成する境界板3bには貫通穴(開口部)3cが開口し、機械室3の例えば正面の側と背面の側に開口する吸気口3aから機械室3に取り込まれる空気Aがユニット本体2の内部に流れ込む構成が好適である。
このような構成によって、第1の実施形態と同様に、効率よく空気Aをユニット本体2の内部に取り込むことができる。
第2の実施形態において、熱交換器5は、図6の(b)に示すように、上面視で排気ファン4を取り囲むような形状に形成され、例えば、4つの排気ファン4に対応して4枚の熱交換器5(51,52,53,54)が配設される。
第2の実施形態に係る熱交換器5は、例えば、図7の(a)に示すように、平板状の熱交換器5が上面視で矩形Sqと直角三角形Trが組み合わさった5角形を呈するように折り曲げられ、直角三角形Trの直角Rを挟んだ2辺のうちの1辺に相当する部分は開放される。
そして、熱交換器5の空気導入面5aは、直角三角形Trの直角Rを挟んだ2辺のうち、開放されていない1辺に相当する部分が筐体2aと平行になるように配設される。
このように、上面視が略5角形を呈するように折り曲げられた熱交換器5とし、例えば図7の(a)に示すように配設すると、空気導入面5aの、矩形Sqを形成する部分は筐体2aに対して斜めになる。
また、空気導入面5aの、筐体2aと平行な部分と矩形Sqの部分を形成する部分の一部は、筐体2aと直接向かい合うことになり、4枚の熱交換器5は筐体2aに臨んで配設されることになる。
図7の(a)に示すように熱交換器5を配設することで、例えば図7の(b)に示すように、空気導入面5aが筐体2aの正面2aと背面2aに平行になるように2枚の熱交換器5を配設した場合より、空気導入面5aの幅を長くできる。したがって、熱交換器5の高さが等しければ、空気導入面5aの空気導入面積を大きく確保できる。
また、第2の実施形態に係るユニット本体2に配設される熱交換器5の空気導入面5aは、図7の(a)に示すように、中央を向いた部分5aと、側面2aの側を向いた部分5aを形成することができ、空気導入面積を大きくできる。
図8の(a)に示すように、ユニット本体2の筐体2aの正面2aと背面2aには吸気口2bが開口していることから、空気導入面5aの正面2aと背面2aを向いた部分は、吸気口2bから取り込まれる空気Aを受けることができる。
さらに、図6の(b)に示すように、ユニット本体2と機械室3を区分する境界板3bには貫通穴3cが開口し、機械室3に吸気口3aが開口することから、図8の(a)に示すように、空気導入面5aの、中央を向いた部分5aや側面2aの側を向いた部分5aは、機械室3から貫通穴3cを介してユニット本体2の内部に取り込まれる空気Aを受けることができる。
したがって、図8の(a)に示すように熱交換器5を配設すると、空気導入面5aの、中央を向いた部分5aや側面2aの側を向いた部分5aでも熱交換することができ、広い空気導入面積で熱交換できる。
また、図8の(a)に示すように、熱交換器5は上面視で排気ファン4を取り囲むように配設されることから、排気ファン4でユニット本体2の内部の空気Aを排気するとき、熱交換器5で囲まれた部分は周囲よりわずかに減圧され、熱交換器5で囲まれた部分に空気Aが流入しやすくなる。
したがって、熱交換器5を通過する空気Aが多くなり、熱交換器5の熱交換能力が向上する。
そして、第2の実施形態も第1の実施形態と同様に、ユニット本体2の筐体2aの側面2aには吸気口を開口しない構成であり、筐体2aの側面2aは空気Aの取り込みに影響を与えない面となる。したがって、例えば図8の(b)に示すように、複数の熱交換ユニット10を、互いの筐体2aの側面2aを近接させて配置しても、空気Aの流れを阻害することがなく、熱交換ユニット10の熱交換能力が低下しない。そして、熱交換ユニット10を連続配置する場合の設置面積を小さくできる。
以上のように、第2の実施形態に係る熱交換ユニット10(図6の(a)参照)は、図7の(a)に示すように、熱交換器5を上面視で略5角形に形成したことで、空気導入面5aの空気導入面積を大きく確保することができ、熱交換ユニット10の熱交換能力を向上できるという優れた効果を奏する。
また、第1の実施形態と同様、図8の(b)に示すように、複数の熱交換ユニット10を、互いの筐体2aの側面2aを近接させて配置することができ、熱交換ユニット10を連続配置するときの設置面積を小さくできる。
そして、熱交換能力を低下させることなく熱交換ユニット10を連続配置できるという優れた効果を奏する。
なお、第2の実施形態に係る熱交換ユニット10の熱交換器5(図6の(b)参照)は、平板状の熱交換器5を略5角形に折り曲げて形成する構成としたが、例えば4枚の熱交換器5を、上面視で1辺が開放した略5角形に配設する構成としてもよい。この場合、熱交換ユニット10のユニット本体2(図6の(b)参照)には、16枚の熱交換器5が備わる構成になる。
さらに、熱交換器5の上面視の形状は略5角形に限定するものではなく、矩形や5角形以上の多角形であってもよい。または、円形や楕円形に曲げた形状であってもよい。
1,10 熱交換ユニット
2 ユニット本体
2a 筐体
2a 正面
2a 背面
2a 上面
2a 側面
2b 吸気口(開口部)
3 機械室
3a 吸気口
3b 境界板(下面)
3c 貫通穴(開口部)
4 排気ファン
5(51,52,53,54) 熱交換器
5a 空気導入面(空気を受ける面)
A 空気

Claims (5)

  1. 熱交換器が配設されるユニット本体を含んで構成される熱交換ユニットにおいて、
    前記ユニット本体の筐体に臨んで配設される前記熱交換器は、空気を受ける面の少なくとも一部が前記筐体に対して斜めになるように配設されることを特徴とする熱交換ユニット。
  2. 前記ユニット本体には4枚の前記熱交換器が備わり、
    前記4枚の熱交換器は、側面視で略X字型に配設されることを特徴とする請求項1に記載の熱交換ユニット。
  3. 前記ユニット本体には、
    前記筐体の正面及び背面に排気ファンが備わり、
    前記筐体の上面及び下面に、前記空気を取り込むための開口部が開口していることを特徴とする請求項2に記載の熱交換ユニット。
  4. 前記筐体の上面に排気ファンが備わり、
    前記筐体の正面、背面、及び下面に、前記空気を取り込むための開口部が開口し、
    前記熱交換器は、上面視で前記排気ファンを囲むような形状に形成され、前記空気を受ける面が垂直に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換ユニット。
  5. 前記熱交換器は、上面視で1辺が開放された略5角形を呈するように折り曲げられ、
    前記空気を受ける面は、前記開放された1辺とは異なる1辺に相当する部分が前記筐体と平行になるように配設されることを特徴とする請求項4に記載の熱交換ユニット。
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