JP2011145029A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】サイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の構造的な特徴を生かして、熱交換器を空気調和機の筐体内にしっかりと位置決めし、組立性の向上も図れるようにする。
【解決手段】熱交換器１は、間隔を置いて平行に配置された２本の垂直なヘッダパイプ２、３と、ヘッダパイプ２、３の間に複数配置され、内部に設けた冷媒通路５をヘッダパイプ２、３の内部に連通させた水平な偏平チューブ４を備える。熱交換器１を搭載する空気調和機室外機２０の筐体２０ａの底部をなすベースパン３０には、熱交換器１から滴下する凝縮水を受けて排水する排水溝３２が形成され、排水溝３２の中に、ヘッダパイプ２、３の下端を着座させる位置決め部３４が形成されている。位置決め部３４は凹部３４ａにより構成される。ヘッダパイプ２、３の下端はキャップ状の電食防止体３５で包まれる。
【選択図】図３

Description

本発明はサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器を搭載した空気調和機に関する。

２本のヘッダパイプの間に複数の偏平チューブを配置して偏平チューブ内部の複数の冷媒通路をヘッダパイプの内部に連通させるとともに、偏平チューブ間にコルゲートフィン等のフィンを配置したパラレルフロー型の熱交換器は、カーエアコンや建物用空気調和機に広く利用されている。この種の熱交換器の例を特許文献１、２に見ることができる。

空気調和機の筐体に熱交換器を搭載するときは、当然のことながら、熱交換器が所定位置からずれないようにする工夫が必要になる。そのような工夫の例を特許文献３、４に見ることができる。

特許文献３には、熱交換器設置部材の底板に、底板の縁に立ち上がった底板端部から熱交換器の厚み分だけ距離を置いて突起を設け、底板端部と突起の間に熱交換器を挟んで位置決めを行う構造が開示されている。

特許文献４には、空気調和機の室外機の底板に、室外機の側面に沿った上方折返し部を形成し、上方折返し部には室外機の内側に突出する底板当て部を形成し、この底板当て部を熱交換器のフィンの外側に当接させて熱交換器を支持する構造が開示されている。

特開昭６３−３４４６６号公報 特開平６−２１３５３４号公報 特開２０００−２０５６０８号公報 特開２００９−１３８９５１号公報

本発明は、水平な偏平チューブの中を冷媒が流れるいわゆるサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の構造的な特徴を生かして、熱交換器を空気調和機の筐体内にしっかりと位置決めし、組立性の向上も図れるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、間隔を置いて平行に配置された２本の垂直なヘッダパイプと、前記２本のヘッダパイプの間に複数配置され、内部に設けた冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた水平な偏平チューブとを備えたサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器を搭載する空気調和機であって、空気調和機の筐体底部をなすベースパンに、前記熱交換器のヘッダパイプ下端を着座させる位置決め部が形成されていることを特徴としている。

この構成によると、パラレルフロー型熱交換器の根幹的構成要素であるヘッダパイプを位置決めに用いるので、位置決めが堅固且つ安定したものになる。ヘッダパイプを位置決め部に着座させることで位置決めがなされるから、組立性も向上する。位置決め部はヘッダパイプがずれないものでありさえすればよく、設計が容易である。

また、特許文献３に開示された突起が存在しないので、熱交換器の中で突起に重なる箇所の空気流通が妨げられて、熱交換効率が落ちるといった問題もない。

上記構成の空気調和機において、前記位置決め部は前記底板に形成した凹部であることが好ましい。

この構成によると、位置決め部の設計及び加工を容易に行うことができる。

上記構成の空気調和機において、前記ベースパンには前記熱交換器から滴下する凝縮水を受けて排水する排水溝が形成され、前記排水溝の中に前記位置決め部が形成されていることが好ましい。

この構成によると、凝縮水の処理と熱交換器の位置決めという二つの課題を一挙に解決できる。

上記構成の空気調和機において、前記ヘッダパイプ下端を前記位置決め部に着座させた時、熱交換器の中で２本のヘッダパイプの間に位置する部分の下端レベルが前記ベースパンの床面レベルに接近することが好ましい。

この構成によると、ベースパンの床面と熱交換器との隙間を熱交換されないまま通過する空気の量を少なくすることができ、空気調和機の性能が向上する。

上記構成の空気調和機において、前記ヘッダパイプ下端と前記位置決め部の間に電食防止体を介在させることが好ましい。

この構成によると、ヘッダパイプとベースパンの構成材料の違いによる電食を回避することができる。

上記構成の空気調和機において、前記電食防止体が、前記ヘッダパイプ下端を包むキャップとして成型されていることが好ましい。

この構成によると、電食防止体の組み付けを容易に行うことができる。また、電食防止体がヘッダパイプの保護材ともなり、熱交換器をハンドリングする際にヘッダパイプが損傷したり、逆にヘッダパイプが他の部材に傷を付けたりすることを防止できる。

本発明によると、サイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の位置決めを堅固且つ安定したものとすることができる。空気調和機筐体への熱交換器搭載作業も楽になり、また位置決め構造の設計自体が容易である。

サイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の基本的構造を示す模式的垂直断面図である。 サイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器を搭載した空気調和機の室外機の模式的水平断面図である。 室外機のベースパンに熱交換器を位置決めした状態を示す斜視図である。 室外機のベースパンに熱交換器を位置決めした状態の上面図である。 室外機のベースパンに熱交換器を位置決めした状態の正面図である。 図４の線VI−VIを断面箇所とする部分拡大断面図である。 図４の線VII−VIIを断面箇所とする部分拡大断面図である。

サイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器の構造を、図１を参照しながら説明する。図１では、紙面上側が垂直方向の上側、紙面下側が垂直方向の下側となる。また、紙面左側が左右方向の左側、紙面右側が左右方向の右側となる。

熱交換器１は、２本の垂直なヘッダパイプ２、３を水平方向に間隔を置いて平行に配置し、ヘッダパイプ２、３の間に複数の水平な偏平チューブ４を垂直方向に所定ピッチで配置した構造を備える。偏平チューブ４は金属を押出成型した細長い成型品であり、内部には冷媒を流通させる冷媒通路５が形成されている。偏平チューブ４は長手方向である押出成型方向を水平にする形で配置されるので、冷媒通路５の冷媒流通方向も水平になる。冷媒通路５は断面形状及び断面面積の等しいものが図１の奥行き方向に複数個並び、そのため、偏平チューブ４の垂直断面はハーモニカ状を呈する。各冷媒通路５はヘッダパイプ２、３の内部に連通する。隣り合う偏平チューブ４同士の間にはコルゲートフィン６が配置される。

複数のものが並列に並んだ偏平チューブ４の中で、最も外側、すなわち上端と下端に位置する偏平チューブ４の、外側に向いた偏平面に、最外側コルゲートフィン６ａが配置される。最外側コルゲートフィン６ａの外側にはサイドプレート１０が配置される。ヘッダパイプ２、３の上端と下端は、上端は上側のサイドプレート１０よりも上に突き出し、下端は下側のサイドプレート１０よりも下に突き出している。

ヘッダパイプ２と３、偏平チューブ４、コルゲートフィン６、最外側コルゲートフィン６ａ、及びサイドプレート１０は、いずれもアルミニウム等熱伝導の良い金属からなり、偏平チューブ４はヘッダパイプ２、３に対し、コルゲートフィン６と最外側コルゲートフィン６ａは偏平チューブ４に対し、サイドプレート１０は最外側コルゲートフィン６ａに対し、それぞれロウ付けまたは溶着で固定される。

冷媒出入口７、８はヘッダパイプ３の側にのみ設けられている。すなわちヘッダパイプ３が冷媒配管接続側のヘッダパイプで、ヘッダパイプ２は冷媒配管非接続側のヘッダパイプということになる。冷媒出入口７はヘッダパイプ３の上端近傍から、冷媒出入口８はヘッダパイプ３の下端近傍から、互いに平行且つヘッダパイプ３の軸線に対し直角をなすように突出している。冷媒出入口７、８はヘッダパイプ３にロウ付けまたは溶着で固定される。

ヘッダパイプ３の内部には上下方向に間隔を置いて２枚の仕切板９ａ、９ｃが設けられており、ヘッダパイプ２の内部には仕切板９ａ、９ｃの中間の高さのところに仕切板９ｂが設けられている。

熱交換器１を凝縮器として使用する場合、冷媒は図１に実線矢印で示すように上側の冷媒出入口７から流入する。冷媒出入口７から入った冷媒は、仕切板９ａでせき止められて偏平チューブ４経由でヘッダパイプ２に向かう。この冷媒の流れが左向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ２に入った冷媒は仕切板９ｂでせき止められて別の偏平チューブ４経由でヘッダパイプ３に向かう。これが１回目のターンであり、ターン後の冷媒の流れが右向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ３に入った冷媒は仕切板９ｃでせき止められてさらに別の偏平チューブ４経由で再びヘッダパイプ２に向かう。これが２回目のターンであり、ターン後の冷媒の流れが左向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ２に入った冷媒は折り返してさらに別の偏平チューブ４経由で再びヘッダパイプ３に向かう。これが３回目のターンであり、ターン後の冷媒の流れが右向きのブロック矢印で表現されている。冷媒は、最終的には冷媒出入口８から流出する。

このように、冷媒はターンを繰り返しつつジグザグの経路を辿って上から下に流れる。ここでは仕切板の数が３の場合を示したが、これは一例であり、仕切板の数と、その結果としてもたらされるターンの回数は、必要に応じ任意の数を設定することができる。

図１の構成では、仕切板９ａより上の高さ領域に位置する複数の偏平チューブ４が一つのまとまった流路を構成し、仕切板９ａと仕切板９ｂの間の高さ領域に位置する複数の偏平チューブ４が別のまとまった流路を構成し、仕切板９ｂと仕切板９ｃの間の高さ領域に位置する複数の偏平チューブ４がさらに別のまとまった流路を構成し、仕切板９ｃより下の間の高さ領域に位置する複数の偏平チューブ４がさらに別のまとまった流路を構成する。これらのまとまった流路を、説明した順序に従って第１流路１１、第２流路１２、第３流路１３、第４流路１４と呼ぶことにする。図１ではブロック矢印の中に流路の別を示す符号が入れられている。

熱交換器１を蒸発器として使用する場合は、冷媒の流れが逆になる。すなわち冷媒は図１に点線矢印で示すように冷媒出入口８からヘッダパイプ３に入り、仕切板９ｃでせき止められて第４流路１４経由でヘッダパイプ２に向かい、ヘッダパイプ２では仕切板９ｂでせき止められて第３流路１３経由でヘッダパイプ３に向かい、ヘッダパイプ３では仕切板９ａでせき止められて第２流路１２経由で再びヘッダパイプ２に向かい、ヘッダパイプ２で折り返して第１流路１１経由で再びヘッダパイプ３に向かい、冷媒出入口７から点線矢印のように流出する。

図２に示すように、熱交換器１は平面形状がＬ字形をなすように曲げられる。冷媒配管接続側であるヘッダパイプ３はＬ字形の長辺側の端をなし、冷媒配管非接続側であるヘッダパイプ２はＬ字形の短辺側の端をなす。

本実施形態では、熱交換器１は、ヒートポンプサイクルを用いるセパレート型空気調和機の室外機２０に搭載される。図２の室外機２０は平面形状略矩形の板金製筐体２０ａを備え、筐体２０ａの長辺側を正面２０Ｆ及び背面２０Ｂとし、短辺側を左側面２０Ｌ及び右側面２０Ｒとしている。正面２０Ｆには排気口２１が形成され、背面２０Ｂには背面吸気口２２が形成され、左側面２０Ｌには側面吸気口２３が形成される。排気口２１は複数の水平なスリット状開口の集合からなり、背面吸気口２２と側面吸気口２３は格子状の開口からなる。正面２０Ｆ、背面２０Ｂ、左側面２０Ｌ、右側面２０Ｒの４面の板金部材に、図示しない天板と、後述するベースパンが加わって六面体形状の筐体２０ａが形成される。

筐体２０ａの内部には、背面吸気口２２及び側面吸気口２３のすぐ内側に平面形状Ｌ字形の熱交換器１が配置される。熱交換器１と外部空気との間で強制的に熱交換を行わせるため、熱交換器１と排気口２１の間に送風機２４が配置される。送風機２４は電動機２４ａにプロペラファン２４ｂを組み合わせたものである。

送風効率向上のため、筐体２０ａの正面２０Ｆの内面にはプロペラファン２４ｂを囲むベルマウス２５が取り付けられる。筐体２０ａの右側面２０Ｒの内側の空間は背面吸気口２２から排気口２１へと流れる空気流から隔壁２６で隔離されており、ここに圧縮機２７が収容されている。

送風機２４を運転すると、背面吸気口２２及び側面吸気口２３から筐体２０ａ内に外部空気が吸い込まれる。吸い込まれた空気は熱交換器１を通過し、熱交換器１との間で熱交換を行う。熱交換後の空気はプロペラファン２４ｂに吸い込まれ、排気口２１より筐体２０ａ外に排出される。

筐体２０ａの底部をなすベースパン３０を図３に示す。ベースパン３０は鋼板をプレス加工して平面形状矩形のトレイ形状に成型したものであり、表面には防錆処理及び塗装が施されている。正面側の長辺と背面側の長辺には、それぞれ２個ずつの脚部３１が溶接されている。

ベースパン３０には、熱交換器１の形状に合わせたＬ字形の排水溝３２がプレス成型されている。熱交換器１の表面には空気中の水分が結露し、その結露水が滴下する。また、結露水が霜として熱交換器１に付着した場合、霜を除去するために除霜運転を行うと、霜が溶けた除霜水が滴下する。本明細書では、上記結露水と除霜水の統括概念として「凝縮水」の語を用いる。滴下した凝縮水がベースパン３０の上に広がると、ベースパン３０に取り付けられた部品が濡れたり、錆が広範囲に発生したりするが、凝縮水を受ける排水溝３２を設けておけばそのようなことにはならない。排水溝３２の中央付近には排水口３３が形成されており、凝縮水はそこから排水される。

排水溝３２の中で、ヘッダパイプ２、３が位置する箇所に、図７に示す位置決め部３４が形成される。実施形態では、排水溝３２の底の部分にプレス加工で円筒形の凹部３４ａを形成し、これを位置決め部３４とする。室外機２０を設置する床面または地面に凹部３４ａの下面が接触しないように、脚部３１の高さを設定する。

ベースパン３０は鋼板製であり、ヘッダパイプ２、３はアルミニウム等鉄以外の素材なので、ベースパン３０の表面塗装や防錆皮膜に傷がついたりすると、ベースパン３０とヘッダパイプ２、３の金属材料同士が直接接触し、ヘッダパイプ２、３が電食で侵食されるおそれがある。これを防ぐため、ヘッダパイプ２、３の下端と位置決め部３４の間に電食防止体３５を介在させる。電食防止体３５の材料としては、絶縁体であって、且つ屋外での長期使用に耐えるもの、例えばポリプロピレンを用いるのがよい。

実施形態では、電食防止体３５はヘッダパイプ２、３の下端を包むキャップとして成型されている。位置決め部３４の凹部３４ａの内径は、電食防止体３５を被せたヘッダパイプ２、３の下端ががたつくことなく嵌合する値に設定する。電食防止体３５は、凹部３４ａの底まで押し込まれたときでも上端が排水溝３２の上に突き出すこととなるように、その高さを設定する。これにより電食防止体３５は、排水溝３２の中の凝縮水にヘッダパイプ２、３が触れないようにするブーツとしての機能も果たすことになる。なお電食防止体３５は、必ずしも上端が排水溝３２の上に突き出す高さである必要はない。凹部３４ａの深さと同じ高さであってもよい。

電食防止体３５の形状は、上記のようなキャップ形状に限定されない。籠形状であってもよい。また、ヘッダパイプ２、３に嵌合するのではなく凹部３４ａの方に嵌め込んでおいて、そこにヘッダパイプ２、３を挿入する構成としてもよい。

電食防止体３５を介在させた状態で、ヘッダパイプ２、３の下端の位置決め部３４への着座が完了した時、熱交換器１の中でヘッダパイプ２、３の間に位置する部分の下端レベル、すなわち本実施形態では下側のサイドプレートの１０のレベルが、ベースパン３０の床面レベルに接近するように位置決め部３４の深さを設定する。実施形態では、図４に示すように、下側のサイドプレート１０の下面の高さが、ベースパン１０の排水溝３２以外の床面の高さにほぼ一致するようにされている。

位置決め部３４へのヘッダパイプ２、３の着座が完了した後、熱交換器１がベースパン３０の底から持ち上げられないようにする。これは例えば、図示しないステーでベースパン３０と熱交換器１を連結することによって達成される。あるいは、図示しない天板で熱交換器１の上方への移動を制限することによっても達成される。この場合には、天板との間で電食が生じないように、ヘッダパイプ２、３の上端にも電食防止体３５を取り付けておくとよい。

上記のように、ヘッダパイプ２、３を位置決めに用いることにより、熱交換器１の位置決めが堅固且つ安定したものになる。ヘッダパイプ２、３を位置決め部３４に着座させることで位置決めがなされるから、組立性も向上する。

位置決め部３４は排水溝３２の中に形成した凹部３４ａであるから、凝縮水の処理と熱交換器の位置決めという二つの課題を一挙に解決でき、位置決め部３４の設計及び加工も容易である。

熱交換器１の中でヘッダパイプ２、３の間に位置する部分の下端レベルがベースパン３０の床面レベルに接近しているから、ベースパン３０の床面と熱交換器１との隙間を熱交換されないまま通過する空気の量が少なくなり、空気調和機の性能が向上する。

ヘッダパイプ２、３の下端と位置決め部３４の間に電食防止体３５が介在しているから、ヘッダパイプ２、３とベースパン３０の構成材料の違いによる電食を回避することができる。また、電食防止体３５はヘッダパイプ２、３の下端を包むキャップとして成型されているので、電食防止体３５の組み付けを容易に行うことができる。また、電食防止体３５がヘッダパイプ２、３の保護材ともなり、熱交換器１をハンドリングする際にヘッダパイプ２、３が損傷したり、逆にヘッダパイプ２、３が他の部材に傷を付けたりすることを防止できる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明はサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器を搭載する空気調和機に広く利用可能である。

１ 熱交換器
２、３ ヘッダパイプ
４ 偏平チューブ
５ 冷媒通路
６ コルゲートフィン
７、８ 冷媒出入口
９ａ、９ｂ、９ｃ 仕切板
１１ 第１流路
１２ 第２流路
１３ 第３流路
１４ 第４流路
２０ 室外機
２０ａ 筐体
２４ 送風機
２７ 圧縮機
３０ ベースパン
３２ 排水溝
３４ 位置決め部
３４ａ 凹部
３５ 電食防止体

Claims (6)

1. 間隔を置いて平行に配置された２本の垂直なヘッダパイプと、前記２本のヘッダパイプの間に複数配置され、内部に設けた冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた水平な偏平チューブとを備えたサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器を搭載する空気調和機であって、
   空気調和機の筐体底部をなすベースパンに、前記熱交換器のヘッダパイプ下端を着座させる位置決め部が形成されていることを特徴とする空気調和機。
2. 前記位置決め部は前記底板に形成した凹部であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記ベースパンには前記熱交換器から滴下する凝縮水を受けて排水する排水溝が形成され、前記排水溝の中に前記位置決め部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記ヘッダパイプ下端を前記位置決め部に着座させた時、熱交換器の中で２本のヘッダパイプの間に位置する部分の下端レベルが前記ベースパンの床面レベルに接近することを特徴とする請求項２または３に記載の空気調和機。
5. 前記ヘッダパイプ下端と前記位置決め部の間に電食防止体を介在させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の空気調和機。
6. 前記電食防止体が、前記ヘッダパイプ下端を包むキャップとして成型されていることを特徴とする請求項５に記載の空気調和機。

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