JP2011094896A - 蒸発器を備えた室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器を載置した底板に曲げ部を設けることで底板の強度を確保するとともに、その曲げ部に対向する蒸発器の部位においても、空気との熱交換を可能とすることで、蒸発器の熱交換効率の向上を実現した蒸発器を備えた室外機を提供すること。
【解決手段】放熱器５、蒸発器７を接続して形成した冷媒回路の少なくとも一部と、前記蒸発器７を載置し、かつ、前記蒸発器７に対向するように設けられた曲げ部１７ａを有する底板１７とを備え、前記曲げ部１７ａに開口部１７ｃを設けたことを特徴とするもので、蒸発器７を載置した底板１７に曲げ部１７ａを設けることで底板１７の強度を確保するとともに、その曲げ部１７ａに対向する蒸発器７の部位においても空気との熱交換を可能とすることで、蒸発器７の熱交換効率の向上を実現できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸発器を備えた室外機に関するものである。

従来、この種の蒸発器を備えた室外機は、凹状あるいは、略Ｌ字状に折り曲げられた空気−冷媒熱交換器を底板に載置し、この空気−冷媒熱交換器に通風させる送風ファンを空気−冷媒熱交換器の前方に配置し、冷媒を循環させる冷媒回路を設け、この冷媒と熱交換を行う水−冷媒熱交換器を、空気−冷媒熱交換器の前方、送風ファンの下方に配している（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

図７、図８は、上記従来の蒸発器を備えた室外機を示すものであり、図７は正面内観図、図８は、図７のＢ−Ｂ要部断面図である。

これに示すように、底板１０１の上に略Ｌ字状に曲げて形成された空気−冷媒熱交換器１０２を配置し、水−冷媒熱交換器１０３は送風回路１０４の下方に配置されており、送風回路１０４には送風ファン１０５が設けられている。

また、底板１０１に載置されている空気−冷媒熱交換器１０２は、連結桟１０６の座部１０６ａに載置されており、底板１０１と空気−冷媒熱交換器１０２のフィンの最下端は底板１０１の外周の曲げ部１０１ａよりも高い位置にあり、底板１０１と空気−冷媒熱交換器１０２とは、底板１０１の曲げ部１０１ａの高さ１０１ｂよりも大きな間隙１０７が生じている。

さらに、空気−冷媒熱交換器１０２は複数列の集熱熱交換器で構成されており、外側列には１０２ａ、内側列１０２ｂがあり、内側列１０２ｂの下方部は外側列１０２ａより所定長さ短く構成されており、下方部の空気の流通を良化している。

水−冷媒熱交換器１０３の外方には、水−冷媒熱交換器１０３を覆う水−冷媒熱交換器カバー１０８があり、この水−冷媒熱交換器１０８と空気−冷媒熱交換器１０２の外側列１０２ａとの間にも、空隙１０８ａが設けられている。また、送風回路１０４と、仕切板１０９を介して隔離された位置には、圧縮機１１０が配されている。

特開２００３−３８３５４１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、底板１０１と空気−冷媒熱交換器１０２の間に間隙１０７が設けられているために、送風ファン１０５で強制的に送られた空気は、空気−冷媒熱交換器１０２の外側列集熱熱交換器１０２ａ、内側列集熱熱交換器１０２ｂを通過する空気と、空気−冷媒熱交換器１０２下方の間隙１０７を通過する空気と分けられる。

ところが、空気−冷媒熱交換器１０２下方の間隙１０７を通過する空気は、熱交換に寄与しないための、効率が低下してしまうという課題を有していた。

また、空気の流通を良化するために、内側列集熱熱交換器１０２ｂの下方部は外側列集
熱熱交換器１０２ａより所定長さ短くしており、結果的に、空気−冷媒熱交換器１０２の面積が減じており、同じく効率の低下をももたらすという課題も有していた。

前記従来の課題を解決するために本発明は、蒸発器を載置した底板に曲げ部を設けることで底板の強度を確保するとともに、その曲げ部に対向する蒸発器の部位においても、空気との熱交換を可能とすることで、蒸発器の熱交換効率の向上を実現した蒸発器を備えた室外機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、本発明の蒸発器を備えた室外機は、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を接続して形成した冷媒回路の少なくとも一部と、前記蒸発器に空気を送風する送風手段と、前記蒸発器を載置し、かつ、前記蒸発器に対向するように設けられた曲げ部を有する底板とを備え、前記曲げ部に開口部を設けたことを特徴とするもので、蒸発器を載置した底板に曲げ部を設けることで底板の強度を確保するとともに、その曲げ部に対向する蒸発器の部位においても、空気との熱交換を可能とすることで、蒸発器の熱交換効率の向上を実現できる。

本発明によれば、蒸発器を載置した底板に曲げ部を設けることで底板の強度を確保するとともに、その曲げ部に対向する蒸発器の部位においても、空気との熱交換を可能とすることで、蒸発器の熱交換効率を向上を実現した蒸発器を備えた室外機を提供できる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプユニットの側断面図 同ヒートポンプユニットの要部断面図 （ａ）同ヒートポンプユニットの上方図（ｂ）同ヒートポンプユニットの正面図 同ヒートポンプユニットの配管回路図 同ヒートポンプユニットの運転効率を示す図 同ヒートポンプユニットの要部断面図 従来のヒートポンプユニットの正面図 同ヒートポンプユニットの要部断面図

第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を接続して形成した冷媒回路の少なくとも一部と、前記蒸発器に空気を送風する送風手段と、前記蒸発器を載置し、かつ、前記蒸発器に対向するように設けられた曲げ部を有する底板とを備え、前記曲げ部に開口部を設けたことを特徴とする蒸発器を備えた室外機で、蒸発器を載置した底板に曲げ部を設けることで底板の強度を確保するとともに、その曲げ部に対向する蒸発器の部位においても、空気との熱交換を可能とすることで、蒸発器の全面積を熱交換に有効に活用することができ、蒸発器の熱交換効率の向上を実現できる。

第２の発明は、蒸発器に対向しない方向で、かつ、開口部が下方に向くように、曲げ部に切り起こし部を形成することを特徴とするもので、底板を通過する空気の流れをコアンダ効果により、蒸発器に流れやすくすることで、蒸発器の熱交換性能を向上させるとともに、切り起こし部にて開口部が隠れることで見栄えを良くすること、及び、開口部で手を切るなどの不安全性を回避することができ、性能向上、デザイン性、安全性を向上できる。

第３の発明は、蒸発器の最下端面と底板とを密着させたことを特徴とするもので、蒸発
器の全面の熱交換性能を良化することで、効率向上を図ることができる。また、室外機の本体高さに対して、蒸発器が同じ面積でも上端を低くできるので、本体の高さ方向のコンパクト化を実現できる。

第４の発明は、蒸発器は、複数枚のフィンを複数本の配管で貫通して形成した集熱熱交換器から構成され、前記集熱熱交換器を複数列とし、後列と前列の集熱熱交換器の上端及び下端を同一位置としたことを特徴とするもので、同一高さとしても、底板から流入する空気で、熱交換が促進され、効率の向上を図ることができる。

第５の発明は、放熱器は水−冷媒熱交換器で、蒸発器の風下側の底板に載置するとともに、前記蒸発器の風下側と、前記水−冷媒熱交換器の風上側との間隙を、４ｍｍ以上としたことを特徴とするもので、底板から流入した空気を蒸発器を通過させ、水−冷媒熱交換器の沿って流すことで、蒸発器の熱交換効率を向上させるとともに、蒸発器の面積を極力大きくすることもでき、熱交換効率を向上させることができる。

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ヒートポンプユニットの側面図、図２は第１の実施の形態におけるヒートポンプユニットの要部断面図、図３は第１の実施の形態におけるヒートポンプユニットの正面図と上面図、図４は冷凍サイクル、給湯サイクルを記した配管回路図である。

まず、図１、図３、図４において、１は蒸発器を備えた室外機であるヒートポンプユニット、２はヒートポンプユニット１と配管３で繋がったタンクユニットである。図４の配管回路図で説明を行うが、ヒートポンプユニット１には、圧縮機４、放熱器である水−冷媒熱交換器５、減圧手段である膨張弁６、蒸発器である空気−冷媒熱交換器７があり、圧縮機４、水−冷媒熱交換器５、減圧手段６、空気−冷媒熱交換器７を順次環状に接続して閉回路を構成し、冷媒を循環させるヒートポンプサイクルである冷媒回路８を構成している。図１は、図３のＡ−Ａ断面図で、図２は、図１の要部拡大図である。

９は蒸発器である空気−冷媒熱交換器７に空気を搬送する送風手段である送風ファンである。一方、タンクユニット２を構成する給湯サイクル１０は、ヒートポンプユニット１内にある放熱器５と熱交換を行って水道水などを温水に変える水−冷媒熱交換器１１（例えば、放熱器５と一体形状となっている二重管構造の熱交換器）と、水−冷媒熱交換器１１にて得た温水を貯める貯湯タンク１２と、貯湯タンク１２や水−冷媒熱交換器１１に水道水を入水する入水管１３と、貯湯タンク１２や水−冷媒熱交換器１１から温水を蛇口やシャワーの給湯端末１４に給湯する給湯管１５と、貯湯タンク１２内の低温の水を、水−冷媒熱交換器９に送水する給湯循環水ポンプ１６などで構成されている。

図３は、図４で示した部品をレイアウトした、ヒートポンプユニット１の正面内観図と上面内観図であり、圧縮機４は底板１７に載置されている。この底板１７は、上面図で見ると略長方形形状であり、底板１７には端面を空気−冷媒熱交換器７に対向するように上方に曲げて形成した曲げ部１７ａを設けて箱状とすることで、強度を確保している。

曲げ部１７ａの高さは、１７ｂである。放熱器５（水−冷媒熱交換器１１）は二重管構造の熱交換器であり、コンパクトになるようにトグロを巻いた形で構成され、同じく底板１７上に載置されている。１８は、放熱器５（水−冷媒熱交換器１１）をカバーする水−冷媒熱交換器カバーであり、板金で構成され、全域カバーする形になっている。

１９は水−冷媒熱交換器カバー１８の内方にあり、放熱器（水−冷媒熱交換器）５の断熱性を高めるために、発泡スチロールで構成された、水−冷媒熱交換器断熱材である。７は蒸発器である空気−冷媒熱交換器であり、上面図ではＬ字状に折り曲げられた形をしており、底板１７に載置されている。

この空気−冷媒熱交換器７は複数枚のフィン７ｃを複数本の配管７ｄで貫通して形成した集熱熱交換器で構成されており、この集熱熱交換器を複数設け、外方が外側列集熱熱交換器７ａ、前方が内側列集熱熱交換器７ｂとなっており、この二つの集熱熱交換器の高さはほぼ同じとしている。

９は、空気−冷媒熱交換器７の内方、水−冷媒熱交換器カバー１８の上方に配された送風ファンであり、空気−冷媒熱交換器７に強制的に空気を通過させ、冷媒と熱交換を行う。１９は、送風ファン８を駆動する送風モータ、２０は送風モータ１９を保持するモータ台であり、２１はモータ台２０を保持するために、水−冷媒熱交換器カバー１８上に設けられた、モータ台支持である。

２２は、送風ファン８の前方に配され、格子状の開口を有するファンカバーである。２３は、送風ファン８、水−冷媒熱交換器５の部分と、圧縮機４の部分を隔離するための、仕切板である。２４は底板１７に設けられた脚金具であり、底板２４、ひいては全荷重を保持している。

１７ｃは底板１７の曲げ部１７ａを介して空気−冷媒熱交換器７に連通するように設けられた開口部であり、曲げ部１７ａの内方から外方に向かって切り起こし部１７ｄを設け、この切り起こし部１７ｄの端面にて開口部１７ｃを形成し、下方に設けた形状としてある。

また、この開口部１７ｃは、図３で示すように、空気−冷媒熱交換器７の後方、あるいは側方の底板１７の曲げ部に設けられている。特に、略長方形状の底板１７の角部１７ｅ付近には設けられておらず、空気−冷媒熱交換器７と、曲げ部１７ａの距離が短く、空気−冷媒熱交換器７の直線部と相対する部分の曲げ部１７ａに複数個設けられている。

また、ヒートポンプユニットの冷媒回路８に用いられている冷媒は、炭酸ガスとしている。

以下、図面に基づいて、上記ヒートポンプ給湯機の動作を説明する。

圧縮機４を運転すると、高圧まで圧縮されて吐出された冷媒である炭酸ガスは、放熱器５（水−冷媒熱交換器１１）に送られ、貯湯タンク１２の下方より、給湯循環水ポンプ１６の動力にて接続管３を通ってきた低温水と熱交換して放熱する。これにより、加熱された低温水は、高温水となり、貯湯タンク１２に送られ、高温の温水として貯湯される。放熱器５（水−冷媒熱交換器１１）から流出する冷媒は、減圧手段である膨張弁６にて減圧膨張され、空気−冷媒熱交換器７に送られ、送風ファン９にて送られた空気と熱交換して、空気−冷媒熱交換器７を通過する間に、蒸発してガス化する。

このガス化した冷媒は、再度圧縮機４に吸入され、再度圧縮される過程を繰り返し、低温水は徐々に加熱される。加熱され貯湯タンク１２に貯湯された温水は、入水管１３を通ってきた低温水と混合され、所定の温度の温水となって給湯管１５を通り、蛇口やシャワーの給湯端末１４から給湯されることで、給湯機としての動作を行う。

この際に、蒸発器である空気−冷媒熱交換器７に関しては、送風ファン９にて送られた空気と熱交換をおこなうことになるので、その面積の大きい方が熱交換効率が上がることとなる。そのため、外側列集熱熱交換器７ａのフィン７ｃの最下端７ｅが底板１７に載置していることで、その間隙をほとんどなくしていることで、ヒートポンプユニットのサイズが同じ場合に、空気−冷媒熱交換器７の高さを高くすることができ、空気−冷媒熱交換器７の面積を最大に生かすことができる。

その際に、底板１７の曲げ部１７ａに開口部１７ｃを設けていることで、この開口部１７ｃを通過した空気が空気−冷媒熱交換器７を通過し、熱交換に寄与することで、熱交換効率を高め、ヒートポンプユニットの運転効率を向上させることができる。

また、ヒートポンプユニット１の本体高さに関しては、空気−冷媒熱交換器７の高さで決まってくるところがあるが、空気−冷媒熱交換器７を底板１７に載置し、その空気−冷媒熱交換器全面を有効に活用することで，ヒートポンプユニット１本体高さを下げることが可能となり、コンパクトなヒートポンプユニットとすることができるなど、ヒートポンプユニットをコンパクトにしつつ、効率を上げることが可能となる。

また、この開口部１７ｃは曲げ部１７ａの内方から外方に向かって切り起こし部１７ｄとし、この切り起こし部１７ｄによる開口部１７ｃを下方に設けた形状としているので、底板１７の開口部１７ｃを通過し、水−冷媒熱交換器カバー１８に沿って流れる空気流れ２５を生じさせることで、コアンダ効果により、空気−冷媒熱交換器７に流れやすくすることができ、空気−冷媒熱交換器７の熱交換性能を向上させることができる。

さらに、切り起こし部１７ｄにて、開口部１７ｃが隠れることで、外観からの見栄えを良くすることができると共に、開口部１７ｃで手を切るなどの不安全性を回避することができ、性能、デザイン性、安全性を向上させることができる。この切り起こし部１７ｄを有する開口部１７ｃは、空気−冷媒熱交換器７と、底板１７の曲げ部７ａが近接している、空気−冷媒熱交換器７の直線部と相対する部分に複数設けられており、空気−冷媒熱交換器７に対する効率を全域で向上させることができ、ヒートポンプユニット１の運転効率向上に効果を有している。

また、開口部１７ｃからコアンダ効果により吸引された空気２５は、送風ファン９に向かって流れるので、空気−冷媒熱交換器７の外側列集熱熱交換器７ａと内側列集熱熱交換器７ｂの高さを同じ高さとしても、その流れを遮ることがなく、スムーズに流れ、熱交換に寄与するので、その高さを同じにし、空気−冷媒熱交換器７の面積を極力大きくし、効率を上げることが良いといえる。

その際には、水−冷媒熱交換器カバー１８と空気−冷媒熱交換器７の間隙、特に内側列集熱熱交換器７ｂとの間隙Ｌ１（後方の水−冷媒熱交換器カバー１８と内側列集熱熱交換器の間隙７ｂ）、Ｌ２（側方の水−冷媒熱交換器カバー１８と内側列集熱熱交換器７ｂの間隙）は４ｍｍ以上設けておくことが望ましい。

図５に、水−冷媒熱交換器カバー１８と空気−冷媒熱交換器７の内側列集熱熱交換器７ｂの間隙Ｌ１をＸ軸に、Ｌ１が２０ｍｍの時の運転効率（ＣＯＰ）を１００％として、間隙Ｌ１を可変した際の運転効率を記載しているが、４ｍｍ以上あれば、効率的に劣化をしていないことがわかる。これは、底板１７に開口部１７ｃを設けていることで，水−冷媒熱交換器カバー１８に沿って流れる空気量を確保することで実現できており、空気−冷媒熱交換器７の下方を通過する空気を熱交換に有効に利用しているため間隙Ｌ１を小さくできているといえ、これにより、ヒートポンプユニット１の前後方向のコンパクト化も図ることができる。これは、図３で示す側方の間隙Ｌ２についても同様である。

以上のことは、空気−冷媒熱交換器７の集熱熱交換器が複数列の場合に説明したが、単列であっても同じであり、空気−冷媒熱交換器７を底板１７に載置しても、効率を向上させることができる。

また、図６には同じく要部断面図を記載しているが、これは空気−冷媒熱交換器７のフィンの最下端７ｅと底板１７の間に間隙Ｌ３を設けている。この場合も、フィンの最下端７ｅの位置を底板１７の開口部１７ｃの上端高さより下方とすることで、空気の流れにより空気−冷媒熱交換器７の効率を向上させることができる。

さらに、低温時に空気−冷媒熱交換器７に着霜した場合に、除霜によって霜の溶けた後の水をスムーズに、底板１７に流すことができ、除霜時間を短縮することで、効率の向上をはかることができる。

また、炭酸ガスを冷媒としていることで、ヒートポンプユニットを高温で利用することができ、貯湯タンク１２を用いて、加熱した湯を高温の湯として貯湯する場合に、貯湯タンク１２に貯湯可能な熱量を向上することができるとともに、温暖化係数が低く、オゾン層破壊も引き起こさない冷媒を用いることで、環境に優しいヒートポンプ給湯機とすることができる。

また、貯湯タンク１２に貯湯するのみならず、暖房時、放熱器が室内機に配設されているエアコン等の空気調和機の室外機、床暖房、温水暖房のような暖房機器に用いても良い。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプユニットは、効率の向上したコンパクトなヒートポンプユニットとなるため、エアコン等の空気調和機の室外機、貯湯タンクを有した給湯機、床暖房あるいは温水暖房などの暖房機器の用いられるほか、暖房用装置、設備に用いても良く、高い効率向上を実現できる。

１ ヒートポンプユニット（室外機）
４ 圧縮機
５ 放熱器（水−冷媒熱交換器）
６ 減圧手段（膨張弁）
７ 蒸発器（空気−冷媒熱交換器）
８ 冷媒回路
９ 送風ファン（送風手段）
１７ 底板
１７ａ 曲げ部
１７ｃ 開口部
１７ｄ 切り起こし部

Claims (5)

1. 圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を接続して形成した冷媒回路の少なくとも一部と、前記蒸発器に空気を送風する送風手段と、前記蒸発器を載置し、かつ、前記蒸発器に対向するように設けられた曲げ部を有する底板とを備え、前記曲げ部に開口部を設けたことを特徴とする蒸発器を備えた室外機。
2. 蒸発器に対向しない方向で、かつ、開口部が下方に向くように、曲げ部に切り起こし部を形成することを特徴とする請求項１に記載の蒸発器を備えた室外機。
3. 蒸発器の最下端面と底板とを密着させたことを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発器を備えた室外機。
4. 蒸発器は、複数枚のフィンを複数本の配管で貫通して形成した集熱熱交換器から構成され、前記集熱熱交換器を複数列とし、後列と前列の集熱熱交換器の上端及び下端を同一位置としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸発器を備えた室外機。
5. 放熱器は水−冷媒熱交換器で、蒸発器の風下側の底板に載置するとともに、前記蒸発器の風下側と、前記水−冷媒熱交換器の風上側との間隙を、４ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸発器を備えた室外機。