JP2011043304A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】室内熱交換器に流れる空気の風速分布を均一化して熱交換効率を向上させ、消費電力の小さな空気調和機を提供することにある。
【解決手段】室内熱交換器は、前側熱交換器部と後面側交換器部とを上部で組み合わせて略Λ状に構成されており、さらに、後側熱交換器部の端部と、室内機における筐体内部の背面キャビネットが接合するように配置され、かつ、前面側及び後側熱交換器部と熱交換パイプとから構成された室内熱交換器は、その室内熱交換器の空気通風抵抗が、少なくとも前側熱交換器部から略Λ状に構成された室内熱交換器上部の組み合わせ領域に渡って略均一になるように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、室外の空気との間で熱交換することにより室内の空気を調和する空気調和機に係り、特に、熱交換効率の高い室内熱交換器の構造に関するものである。

一般家庭用として、冷暖房運転の切換えが可能なヒートポンプ式の冷凍サイクルを備えた空気調和機は、室内機と室外機とから構成されるタイプのものが多用されている。上記室内機には室内熱交換器および室内送風機が配置され、室内の空気を、室内熱交換器を介して加熱，冷却，除湿などを行い室内送風機により吹き出すことにより、室内の空気を調和し、居住者が快適に過ごせるようにしている。

ところで、近年においては、エコロジー運動の高まりによって、発電に伴い排出される二酸化炭素（ＣＯ₂）の削減を図るため、消費電力の少ない空気調和機が求められており、そのため、空気調和機の室内機における室内熱交換器の熱交換効率（同体積の熱交換器における熱交換能力の比）を更に高めることが求められている。そこで、例として以下の特許文献１によれば、室内熱交換器において十分な熱交換面積を確保するため、予め一体に構成された室内熱交換器を、任意に折り曲げて略Λ形状となるように形成し、熱交換効率を向上するものが既に知られている。

また、以下の特許文献２によれば、予め一体に構成された室内熱交換器にＶ字状の切欠を設けて折り曲げ、その上部断面が略Λ形状となるように形成して空気調和機の室内機の筐体内に収納するものが既に知られている。

さらに、以下の特許文献３によれば、室内熱交換器において前側熱交換器と後面側熱交換器を上部で組み合わせ、略Λ形状となる熱交換器とすることで熱交換効率を向上させ、上記室内熱交換器を空気調和機の室内機の筐体内に収納するものが既に知られている。

特開平６−３０７６６５号公報 特許第３２６１９３２号公報 特願２００９−３７５５０号公報

しかしながら、上記に記載した従来技術では、以下のことが充分考慮されていない。まず、上記特許文献１に記載された空気調和機用の室内熱交換器では、Λ形状の先端の接合部においては、他の部分と比較した場合、空気通流抵抗が小さくなる。このことから、Λ形状の先端の接合部に空気の流れが集中してしまい、室内熱交換器全体の熱交換効率が低下してしまう。なお、これに対応し、該当する接合部にテープ等を付着して閉塞し、空気流れの集中を解消することも考えられる。しかし、それでは空気の流れが阻害されて、室内熱交換器全体の熱交換能力が低下してしまう。

上記特許文献２に記載された空気調和機用の室内熱交換器では、そのΛ形状の先端の接合部においても空気通流抵抗が小さくならないようにＶ字状の切欠を設けて折り曲げている。しかし実際の製造工程において、Ｖ字状の切欠を折り曲げると、その間に隙間が生じてしまい、熱交換器全体の熱交換効率が低下する恐れがあった。なお、この特許文献２に記載されている室内熱交換器では、上記の問題点を解消するため、室内熱交換器を内部に収納する空気調和機用室内機の筐体の一部、例えば、そのグリル体を空気流の障害物として利用することにより、当該室内熱交換器のΛ部における空気通流抵抗の均一化を図っている。

上記特許文献３に記載された空気調和機用の室内熱交換器においては、前側熱交換器と後面側熱交換器を上部で組み合わせ、略Λ形状となる熱交換器とすることでΛ形状の上部の曲げ形状部において隙間を無くしている。これによって、空気通流抵抗の均一化を図っているが、室内熱交換器の背面側と、空気調和機用室内機の筐体内部における背面キャビネットとの間に隙間が生じてしまい、他の部分と比較した場合、空気通流抵抗が小さくなっている。このことから、背面キャビネットとの間の隙間に空気の流れが集中して、室内熱交換器全体に流れる空気の風速分布が不均一になり、熱交換効率が低下してしまう恐れがあった。

本発明は、室内熱交換器に流れる空気の風速分布を均一化して熱交換効率を向上させ、消費電力の小さな空気調和機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し目的を達成するために本発明は、室内空気と熱交換する室内機の熱交換器が、室内機の前面側に配置される前側熱交換器部と、前記前側熱交換器部と上部で組み合わせられて略Λ状の室内熱交換器を構成する後側熱交換器部と、前記前側熱交換器部及び前記後側熱交換器部に貫通して、その内部に冷媒を通流する熱交換パイプとから構成されており、前記室内熱交換器は、前記略Λ状に構成された熱交換器上部の組み合わせ領域において、空気の通流方向における幅が少なくとも前記前側熱交換器部の幅とほぼ同様となるように形成され、かつ、当該略Λ状の室内熱交換器の上部における前記熱交換パイプの配列数も、前記前側熱交換器部と同じとし、前記室内熱交換器における後側熱交換器部の端面は、前記室内機の筐体内部における背面キャビネットと接合させる形状とした。

また、前記前側熱交換器部と前記後側熱交換器部との組み合わせ面と、前記室内熱交換器における後側熱交換器部の端部と筐体内部における背面キャビネットとの接合面においては、熱交換フィンに山形状の凹部を形成した。さらに、前記に記載した室内熱交換器において、前記前側熱交換器部と前記後側熱交換器部との組み合わせ面においては、前記熱交換パイプの配列幅を他の熱交換パイプの配列幅よりも狭くする形状とした。

上述した本発明になる空気調和機用の室内熱交換器によれば、送風機の周囲を取り囲むように配置される室内熱交換器の熱交換効率を改善し、室内熱交換器の熱交換効率を向上することにより、消費電力の小さな空気調和機の室内機を提供するために改良された、室内熱交換器の構造を提供することが可能となる。

本発明の一実施例の空気調和機の室内機の内部構造を示す側断面図。 図１の室内熱交換器の構造を示す図。 図２の熱交換器の上部に凹部がなく組み合わせ接合する前の拡大図。 図３の熱交換器を組み合わせた接合部分の空気流れを示す図。 図１の熱交換器の組み合わせ接合部分を示す拡大図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の空気調和機の室内機の内部構造を示す側断面図、図２は図１の室内熱交換器の構造を示す図、図３は図２の熱交換器の上部に凹部がなく組み合わせ接合する前の拡大図、図４は図３の熱交換器を組み合わせた接合部分の空気流れを示す図、図５（ａ）は図１の熱交換器の組み合わせ接合部分を示す拡大図であり、（ｂ）は（ａ）Ｄ−Ｄ断面を示す図である。

はじめに、図１を用いて空気調和機の室内機の全体構成について説明すると、室内機１は、前面パネル２と化粧枠３と背面キャビネット４からなる筐体５内に、その内部中央には側面視で略Λ状に形成される室内熱交換器６を備えている。上記室内熱交換器６は、略Λ状の前面側に配置され湾曲して形成される前側熱交換器部６Ａと、後面側にあり略直線状に形成される後側熱交換器部６Ｂより構成されている。また、上記室内熱交換器６は、後側熱交換器部６Ｂの端部と背面キャビネット４が、図１の接触部ａのように接触させるように配置されている。

上記筐体５の前面側には、室内の空気を吸い込む前面側吸込み口７が設けられ、上面側に上面側吸込み口８が設けられ、それぞれの吸込み口７，８にはフィルター９Ａ，９Ｂが取り付けられている。上記室内熱交換器６を構成する前側熱交換器部６Ａは前面側吸込み口７と対向し、前側熱交換器部６Ａの一部と後側熱交換器部６Ｂは上面側吸込み口８と対向している。

上記室内熱交換器６を構成する前側熱交換器部６Ａと後側熱交換器部６Ｂとの間には、当該熱交換器と幅が略等しい長さの横流（貫流）ファン１０が配置され、これら室内熱交換器部６Ａ，６Ｂに覆われる。上記横流ファン１０の一端部にはファンモータが取り付けられ、これらによって室内送風機が構成される。上記前面側吸込み口７の下部で化粧枠３の前面側下部には、風向ルーバー１１を備えた吹き出し口１２が設けられている。

そして、横流ファン１０から吹き出された空気流を、吹き出し口１２に流し、当該吹き出し口１２の途中に配した図示しない左右風向板で気流の左右方向を偏向し、さらに、吹き出し口１２に配した回動可能な風向ルーバー１１で気流の上下方向を偏向し、室内に吹き出す。

また、上記化粧枠３には、可動パネル１３が、下部に設けた回動軸を支点として駆動モータにより回動可能に取り付けられ、空気調和機の運転時には、前面側吸込み口７を開くように構成されている。これにより、室内空気は、運転時には、上述した上面側吸込み口８だけではなく、前面側吸込み口７からも吸引される。なお、空気調和機の停止時には、前面側吸込み口７は閉じられる。

以上によって構成されている室内機１であって、横流ファン１０を回転駆動させることにより前面側吸込み口７と上面側吸込み口８から室内空気が筐体内部に吸い込まれる。筐体５内において室内の空気流は、前面側吸込み口７に対向している前側熱交換器部６Ａを通風し、上面側吸込み口８に対向している前側熱交換器部６Ａの一部と後側熱交換器部６Ｂを通風する。

さらに、上述した室内熱交換器６について記述する。室内熱交換器６は、前側熱交換器部６Ａと後側熱交換器部６Ｂから構成されている。この室内熱交換器６は、薄いアルミニウム製の熱交換フィンを複数枚重ねて取り付けた熱交換フィンと、これら熱交換フィンにあけられた穴に挿入された銅製の冷媒管（熱交換パイプ）１４とにより形成されている。

なお、熱交換フィンと熱交換フィンとの間には微小な隙間が形成され、その間を室内の空気流が通風することで、室外機から冷媒管（熱交換パイプ）１４の内部を流れる冷媒と空気との間で、熱交換が行われ、吹き出し口１２から空気流が室内へと吹き出される。室内空気が熱交換され室内へと導かれることにより、冷房，除湿，暖房作用が得られる。

空気調和機の室内機１において、室内空気を熱交換させる場合には、室内空気が吸込み口より筐体内部に吸い込まれる際、筐体内部に吸い込んだ全ての室内空気を室内熱交換器６に通風させることが理想条件であるとされる。そのためには、室内熱交換器６全体の空気通流抵抗を均一化する必要がある。

しかしながら、従来技術では〔特許文献３〕にもあるように、室内熱交換器６の背面側と、空気調和機用室内機１の筐体内部における背面キャビネット４との間に隙間が生じることから、他の部分と比較した場合、空気通流抵抗が小さくなり、空気流れが集中してしまい、室内熱交換器６全体の熱交換効率が低下してしまう恐れがあった。

本発明では、空気調和機の室内機１において、室内機１の上記室内熱交換器６における後側熱交換器部６Ｂの端部と背面キャビネット４を、図１の接触部ａのように後側熱交換器部６Ｂの端部と背面キャビネット４との接触寸法Ａと、後側熱交換器部６Ｂの厚さ寸法Ｂとの関係が、Ａ＞０.５Ｂとなるように接合させることとした。

続いて、以上に全体構成を説明した空気調和機の室内機１において、室内機１を構成する室内熱交換器６の詳細について、以下、図２，図３，図４および図５を参照しながら説明する。なお、この図２は、上記図１に示した室内熱交換器６の側面断面図であり、図３は、図２の熱交換器６の上部に凹部がなく組み合わせ接合する前の拡大図である。また、図４は、図３の熱交換器を組み合わせた接合部分の空気流れを示す図であり、図５（ａ）は、図１の熱交換器の組み合わせ接合部分を示す拡大図であり、（ｂ）は（ａ）Ｄ−Ｄ断面を示す図である。

この室内熱交換器６は、上述したように、複数枚の薄いアルミニウムの熱交換フィンと、これら熱交換フィンにあけられた穴に挿入された銅製の冷媒管（熱交換パイプ）１４とにより構成されている。また熱交換フィンには、熱交換効率を更に高めるため、例えば、プレス加工により、ブリッジ状に形成した切り起こし部１５を設けている。

そして、特に本発明では、上記横流ファン１０の外周に沿うように（即ち、できるだけ横流ファン１０に向かって流れる空気流れに直交するように）湾曲して形成された前側熱交換器部６Ａと、略直線状に形成された後側熱交換器部６Ｂとを、それぞれ個別に製造し、そして、これら前側熱交換器部６Ａと後側熱交換器部６Ｂとを、その上部における接合面ｂで当接して組み立て、略Λの外形形状に製造されている。

さらに、上記の実施例では、図１の後側熱交換器部６Ｂの端部と背面キャビネット４との接触部ａの熱交換フィン部と、図２の前側熱交換器部６Ａと後側熱交換器部６Ｂとの組み合わせ接合部ｂの熱交換フィン部において、プレス加工によって山形状に凹部１６を形成し、熱交換フィン同士の隙間を小さくすることにより、空気流路が遮断されることになる。これによって、後側熱交換器部６Ｂと背面キャビネット４との隙間から空気が漏れることなく、室内熱交換器６全体の空気通流抵抗を均一化させ、室内熱交換器６全体の熱交換効率を向上させることが可能となる。

さらに実施例１においては、図２からも明らかなように、上述した外形略Λ状に形成された室内熱交換器６を構成するΛ状に接合された前側熱交換器部６Ａと後側熱交換器部６Ｂによれば、図に矢印で示す空気流「ｃ」に対し、Λ状の室内熱交換器６における上部の幅（室内空気がフィン間を流れる距離）を、前側熱交換器部６Ａの幅に近づけ、さらには、後側熱交換器部６Ｂ（特に、その上部）に近づける（ほぼ均一にする）ことが可能となる。

さらに、空気流の流路における冷媒管（熱交換パイプ）１４の配置状態（配列数）も、前側熱交換器部６Ａと、後側熱交換器部６Ｂ（特に、その上部）に近づける（ほぼ均一にする）ことが可能になる（本例では、図の上方から見た場合、前側熱交換器部６Ａや後側熱交換器部６Ｂと同様に、冷媒管（熱交換パイプ）１４の配置数は３本となっている）。

このように、上述した前側熱交換器部６Ａと後側熱交換器部６ＢとをΛ状に接合した室内熱交換器６の構成によれば、その位置に依存することなく、当該室内熱交換器６を流れる空気の通風抵抗を、全体に渡って略均一にすることができ、室内熱交換器６の熱交換効率を向上させることが可能となる。

また、上記実施例では、図３からも明らかなように、前側熱交換器部６Ａと後側熱交換器部６Ｂとの組み合わせ接合部ｂにおいて、前側熱交換器部６Ａには突出部１７を、後側熱交換器部６Ｂには切り欠き部１８を設けている。

これは、組み合わせ接合部ｂにおいて互いに平面状である場合には、実際の製造工程において接合する際、その間に僅かな隙間が生じてしまい、局所的に通風抵抗の小さな部分が生じてしまう。そこで、僅かな隙間を形成しないようにする必要があるのだが、その場合、製造設備に高い精度が要求されてしまい、その結果、製造価格を上昇してしまう恐れも考えられる。そこで、かかる問題を解消するための変形例が、上記実施例の構成である。

上記実施例の構成によれば、前側熱交換器部６Ａと後側熱交換器部６Ｂとの組み合わせ接合部ｂに僅かな隙間が生じても、接合部ｂとは高さの異なる当該突出部１７と切り欠き部１８とにより、空気流路が遮断されることとなる。

ところが、通風抵抗の小さな部分である前側熱交換器部６Ａの上部の一部分と、接合部ｂにおいて、他の部分と比較した場合に、空気通流抵抗が小さくなり、空気流れの集中が生じてしまい、図４に示すような、空気流「ｃ」が発生する恐れがあった。

そこで、かかる問題を解消するために、図５からも分かるように、前側熱交換器部６Ａの上部の一部分と、突出部１７と切り欠き部１８の熱交換フィンの表面に、プレス加工によって山形状に凹部１６を形成し、熱交換フィン同士の隙間を小さくすることにより、空気流路が遮断されることとなる。

このように、上述した前側熱交換器部６Ａには突出部１７を、後側熱交換器部６Ｂには切り欠き部１８を設け、熱交換フィンの表面に山形状の凹部１６を形成した構成によれば、局所的に通風抵抗の小さな部分が生じてしまうことは無くなり、前側熱交換器部６Ａと後側熱交換器部６Ｂとを、簡単な工程で、外形略Λ状に組み立てることが可能となり、さらに確実にその位置に依存することなく、その全体に渡って、空気の通風抵抗を略均一にした室内熱交換器６を得ることが可能となる。

上述した実施例の構成によれば、後側熱交換器部６Ｂの端部と背面キャビネット４との接触部ａと、前側熱交換器部６Ａと後側熱交換器部６Ｂとの接合部ｂにおいて、通風抵抗が小さくなるために発生する空気流れの集中が生じてしまうことはより少なくなり、空気の通風抵抗を略均一にした室内熱交換器６を得ることが可能となる。

また、上記の実施例では、図５からも分かるように、前側熱交換器部６Ａと後側熱交換器部６Ｂとの接合部ｂにおいて、熱交換パイプ１４の配列幅「ｄ」を、他の熱交換パイプ１４の配列幅「ｅ」より狭く設けている。これは、熱交換パイプ１４を前側熱交換器部６Ａと後側熱交換器部６Ｂとの接合部ｂに設けることで、空気通風抵抗を高めることにより、さらに空気流れの集中を防ぐための構成である。

上述した実施例の構成によれば、前側熱交換器部６Ａと後側熱交換器部６Ｂとの接合部ｂにおいて、通風抵抗が小さくなるために発生する空気流れの集中が生じてしまうことはより少なくなり、空気の通風抵抗を略均一にした室内熱交換器６を得ることが可能となる。

即ち、上述した本発明の実施例、さらには、その変形例になる室内熱交換器６を備えた空気調和機の室内機１によれば、室内熱交換器６の熱交換効率を向上することにより、消費電力の小さな空気調和機のための室内機を提供すると共に、そのために改良された熱交換器の構造を提供することが可能となる。

１ 室内機
２ 前面パネル
３ 化粧枠
４ 背面キャビネット
５ 筐体
６ 室内熱交換器
６Ａ 前側熱交換器部
６Ｂ 後側熱交換器部
７ 前面側吸込み口
８ 上面側吸込み口
９Ａ 前面側フィルター
９Ｂ 上面側フィルター
１０ 横流（貫流）ファン
１１ 風向ルーバー
１２ 吹き出し口
１３ 可動パネル
１４ 冷媒管（熱交換パイプ）
１５ プレス加工によりブリッジ状に形成した切り起こし部
１６ プレス加工により山形状に形成した凹部
１７ 突出部
１８ 切り欠き部
ａ 接触部
ｂ 接合部
ｃ 空気流

Claims (7)

1. 室内空気を吸入する吸込み口および室内空気を吹き出す吹き出し口を有する筐体と、この筐体の内部に位置された送風機と、この送風機と上記吸込み口との間に配置された室内熱交換器とを備え、この室内熱交換器は、
   前側熱交換器部と後側熱交換器部とを上部で組み合わせて略Λ状に構成され、前記後側熱交換器部の下部と、背面キャビネット内面とが接触し、この接触寸法Ａと、後側熱交換器部の厚さ寸法Ｂとの関係がＡ＞０.５Ｂであることを特徴とする空気調和機。
2. 前記後側熱交換器部の端部と、前記筐体内部の背面キャビネットとの接合部分の熱交換フィンに、山形状の凹部を設けたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記室内熱交換器は、前記略Λ状に構成された室内熱交換器の上部において、その前記送風機方向への幅が、少なくとも前記前側熱交換器部の幅とほぼ同様となるように形成され、かつ、当該室内熱交換器の上部における前記熱交換パイプの数も、前記前側熱交換器部と同じとなっていることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
4. 前記室内熱交換器は、前記略Λ状に構成された室内熱交換器上部の組み合わせ領域において、空気の通流方向における幅が少なくとも前記前側熱交換器部の幅とほぼ同様となるように形成され、かつ、当該略Λ状の室内熱交換器の上部における前記熱交換パイプの列数が、前記前側熱交換器部と同じであることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
5. 前記前側熱交換器部と前記後側熱交換器部との組み合わせ面には、一方には突出部を形成し、他方には当該突出部に対応した切り欠き部を形成したことを特徴とする請求項４記載の空気調和機。
6. 前記前側熱交換器部と前記後側熱交換器部との組み合わせ面において、熱交換フィンに山形状の凹部を形成したことを特徴とする請求項４記載の空気調和機。
7. 前記前側熱交換器部と前記後側熱交換器部との組み合わせ面において、前記熱交換パイプの配列幅を他の熱交換パイプの配列幅より狭く配置した形状を特徴とする請求項４記載の空気調和機。

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