JP2013200103A - 空気調和装置の熱交換器及び空気調和装置 - Google Patents

空気調和装置の熱交換器及び空気調和装置 Download PDF

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Abstract

【課題】空気流方向の下流側の列に配置された伝熱管における熱交換効率を向上させ、冷房能力を高めることができる空気調和装置の熱交換器を提供する。
【解決手段】空気流方向に3列以上に配列された複数の伝熱管72を有するとともに、当該伝熱管72に対して複数のパスP1〜P11に分流して冷媒が供給され、冷房運転時に蒸発器として用いられる空気調和装置の熱交換器であって、前記複数のパスP1〜P11が、空気流方向の最下流の列の伝熱管72のみからなる最下流パスP10,P11と、この最下流パスP10,P11の上流側に配置された複数列の伝熱管72のみからなる上流側パスP6〜P9と、を含む。
【選択図】 図7

Description

本発明は、空気調和装置の熱交換器及び空気調和装置に関する。
空気調和装置の室内機に設けられる熱交換器には、冷媒を流動させる伝熱管が設けられており、この伝熱管中の冷媒と室内空気との間で熱交換を行うことによって室内空気が所望の温度に調整される。
下記特許文献1に記載の熱交換器は、複数の伝熱管が高さ方向に複数段で空気の流れ方向(空気流方向)に3列に配列されている。また、一般に、空気調和装置の熱交換器は、冷媒が複数のパスに分流されて供給されるようになっており、各パスにおいて、複数段かつ複数列の伝熱管が1つの冷媒流路を形成するように互いに接続されている。
特開2009−30829号
上述した熱交換器のように、各パスの伝熱管が空気流方向に関して複数列に配置され、しかも、冷房運転の際に空気流方向の上流側の列から下流側の列へ順次冷媒が流れるように構成されている場合、伝熱管の上流側の列において冷媒と室内空気との間で大部分の熱交換が行われ、下流側の列においては既に冷媒の温度が上昇してしまっていることによって、殆ど熱交換が行われない場合がある。例えば、図11に示されるように、熱交換器を通過する空気は、1列目及び2列目の伝熱管において冷媒との間で熱交換を行うことによって温度が低下するが、3列目の伝熱管においてはほとんど熱交換がなされず、温度の低下も少なくなる。そのため、下流側の列ほど伝熱管が有効に利用されず、冷房能力を十分に発揮できない可能性がある。また、熱交換器の全体を均一な速度で空気が通過しない場合には、特に空気流速度が遅い領域において、下流側の列の伝熱管における熱交換が適切に行われなくなる可能性が高くなる。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、空気流方向の下流側の伝熱管における熱交換効率を向上させ、冷房能力を高めることができる空気調和装置の熱交換器及び空気調和装置を提供することを目的とする。
本発明は、空気流方向に3列以上に配列された複数の伝熱管を有するとともに、当該伝熱管に対して複数のパスに分流して冷媒が供給され、冷房運転時に蒸発器として用いられる空気調和装置の熱交換器であって、
前記複数のパスが、空気流方向の最下流の列の伝熱管のみからなる最下流パスと、この最下流パスの上流側に配置された複数列の伝熱管のみからなる上流側パスと、を含むことを特徴とする。
この構成によれば、熱交換器を通過する空気は、上流側パスにおいて冷媒との間で熱交換された後、最下流パスにおいても冷媒との間で適切に熱交換される。したがって、最下流の列における熱交換効率を向上させ、冷房能力を高めることができる。
上記構成において、前記最下流パスが、複数の前記上流側パスの下流側に跨る範囲で設けられていることが好ましい。
このような構成によって、最下流パスにおける伝熱管の長さを十分に確保することができ、冷房運転の際に最下流パスを流れる冷媒の過熱度を適切に得ることができる。
本発明に係る空気調和装置は、上述の熱交換器と、この熱交換器を通過する空気流を生成する送風機とを備え、
前記熱交換器の最下流パスは、空気調和装置における空気流速度の低い領域に対応して設けられていることが好ましい。
熱交換器を通過する空気流の速度が低いほど、熱交換器の上流側の列で大部分の熱交換が行われ、下流側においてほとんど熱交換が行われなくなるので、空気調和装置における空気流速度の低い領域に対応して最下流パスを設けることで、当該領域における熱交換効率を向上させることができる。
前記熱交換器の下方にドレンパンが設けられており、前記最下流パスは、前記熱交換器の下部側に対応して設けられていることが好ましい。
熱交換器の下方に配置されたドレンパンは、空気流の抵抗になるため、熱交換器の下部側を通過する空気の速度が低くなる傾向にある。したがって、熱交換器の下部側に最下流パスを設けることによって、当該下部側における熱交換効率を適切に向上させることができる。
前記送風機は、羽根車と、この羽根車を収容するとともに、空気の吐出口が形成されたケーシングとを備えたシロッコファンであり、前記羽根車の回転軸心に直交する仮想線を挟んで一方側の領域に前記吐出口が開口し、同他方側の領域に対応して前記最下流パスが設けられていることが好ましい。
シロッコファンから吐出される空気流の速度は、吐出口とは反対側の領域で低くなるので、この領域に対応して最下流パスを設けることによって熱交換効率を好適に向上させることができる。
本発明によれば、空気流方向の下流側の列に配置された伝熱管における熱交換効率を向上させ、冷房能力を高めることができる。
本発明の第1の実施の形態に係る空気調和装置の構成図である。 空気調和装置の室内機を示す側面断面図(図3のA−A矢視断面図)である。 室内機の平面説明図である。 室内機の正面図である。 室内機の底面図である。 室内機の側面断面図(図3のB−B矢視断面図)である。 熱交換器を示す側面説明図である。 熱交換器を簡略化して示す模式図である。 空気と冷媒の温度変化を説明するグラフである。 本発明の第2の実施の形態に係る熱交換器を示す側面説明図である。 従来の熱交換器による空気と冷媒の温度変化を説明するグラフである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の一実施の形態における空気調和装置の構成図である。この空気調和装置10は、室内機(利用側ユニット)11と室外機(熱源側ユニット)12とを備えている。
室外機12には、圧縮機14、四路切換弁18、室外熱交換器15、室外膨張弁16等が設けられ、これらは冷媒配管25によって接続されている。また、室外機12には、室外送風ファン20が設けられている。
室外機12の内部冷媒回路の端末部には、ガス側閉鎖弁22と液側閉鎖弁23とが設けられている。ガス側閉鎖弁22は四路切換弁18側に配置されており、液側閉鎖弁23は室外膨張弁16側に配置されている。
室内機11には、室内膨張弁28及び室内熱交換器13等が設けられている。ガス側閉鎖弁22と室内熱交換器13とはガス側冷媒連絡配管24により接続され、液側閉鎖弁23と室内膨張弁28とは液側冷媒連絡配管26により接続されている。
上記構成の空気調和装置10において、冷房運転を行う場合には、四路切換弁18が図1において実線で示す状態に保持される。そして、実線矢印で示すように、圧縮機14から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、四路切換弁18を経て室外熱交換器15に流入し、室外送風ファン20の作動により室外空気と熱交換して凝縮・液化する。液化した冷媒は、ほぼ全開状態の室外膨張弁16を通過し、液側冷媒連絡配管26を通って室内機11に流入する。室内機11において、冷媒は、室内膨張弁28で所定の低圧に減圧され、さらに室内熱交換器13で室内空気と熱交換して蒸発する。そして、冷媒の蒸発によって冷却された室内空気は室内送風ファン19によって室内に吹き出され、当該室内を冷房する。また、室内熱交換器13で蒸発して気化した冷媒は、ガス側冷媒連絡配管24を通って室外機12に戻り、四路切換弁18を経て圧縮機14に吸い込まれる。
他方、暖房運転を行う場合には、四路切換弁18が図1において破線で示す状態に保持される。そして、点線矢印で示すように、圧縮機14から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、四路切換弁18を経て室内機11の室内熱交換器13に流入し、室内空気と熱交換して凝縮・液化する。冷媒の凝縮によって加熱された室内空気は、室内送風ファン19によって室内に吹き出され、当該室内を暖房する。室内熱交換器13において液化した冷媒は、ほぼ全開状態の室内膨張弁28から液側冷媒連絡配管26を通って室外機12に戻る。室外機12に戻った冷媒は、室外膨張弁16で所定の低圧に減圧され、室外熱交換器15において室外空気と熱交換して蒸発する。そして、室外熱交換器15で蒸発して気化した冷媒は、四路切換弁18を経て圧縮機14に吸い込まれる。
図2は、空気調和装置10の室内機11を示す側面断面図(図3のA−A矢視断面図)、図3は、室内機11の平面説明図、図4は、室内機11の正面図、図5は、室内機11の底面図である。
室内機11は、室内の天井裏等に設置される天井埋込型の室内機であり、本体ケース31、化粧パネル32、室内送風ファン19、室内熱交換器13、ドレンパン33等を備えている。
本体ケース31は、平面視で四角形状の上壁部35と、この上壁部35の4辺から下方に垂下された4枚の周壁部(前壁部36、後壁部37、左壁部38、右壁部39)とから下方に開放した箱形状に形成されている。そして、本体ケース31における下端の開口部に化粧パネル32が取り付けられている。本体ケース31は、図4に示されるように、天井30の上方にある上階床の下面等に吊り下げ具40を介して吊り下げられ、化粧パネル32は、天井30の下面に沿って配置されている。
図2及び図3に示されるように、本体ケース31の内部は、仕切り板42によって送風機室43と熱交換室44とに区画されている。本明細書においては、送風機室43側を後側、熱交換室44側を前側とする。
化粧パネル32は、送風機室43の下方に吸込口45を備え、熱交換室44の前部側の下方に吹出口46を備えている。吸込口45には格子状のグリル47が取り付けられ、吹出口46には、空気の吹出方向を調整する導風板48が揺動可能に設けられている。
図3に示されるように、送風機室43には、2台の室内送風ファン19が左右方向に間隔をあけて配置されている。2台の室内送風ファン19の間には電動モータ50が配置され、この電動モータ50によって両室内送風ファン19が駆動される。本実施の形態の室内送風ファン19は、図2に示されるように、略円筒形状のケーシング19aと、このケーシング19a内に設けられた羽根車19bとからなるシロッコファンである。ケーシング19aの側面には吸込口19a1が形成され、ケーシング19aの前部には吐出口19a2が開口し、この吐出口19a2から前方に導風筒19a3が突出されている。導風筒19a3は、仕切り板42に形成された開口にシールされた状態で挿入されている。
室内送風ファン19が作動すると、室内の空気は吸込口45から送風機室43内に取り入れられ、ケーシング19aの吸込口19a1に吸い込まれた後、吐出口19a2から熱交換室44に吹き出される。したがって、送風機室43内の空間は、室内送風ファン19によって空気が吸い込まれる「吸込空間」とされ、熱交換室44の空間は、室内送風ファン19によって空気が吹き出される「吹出空間」とされる。
熱交換室44には、室内熱交換器13が配置されている。室内熱交換器13は、例えば、左右方向に所定間隔で並べて配置された多数のフィンと、このフィンを貫通するように設けられた伝熱管とを含むクロスフィン型のフィンアンドチューブ式熱交換器とされている。この室内熱交換器13は、上部が前側(吹出口46側;空気流の下流側)に位置し、かつ下部が後側(室内送風ファン19側;空気流の上流側)に位置するように傾斜して配置されている。そして、室内送風ファン19から熱交換室44に吹き出された空気は、室内熱交換器13との間で熱交換され、その後に吹出口46から室内に吹き出される。なお、室内熱交換器13の下方には、ドレンパン33が設けられ、室内熱交換器13で発生した結露水がドレンパン33によって受け止められるようになっている。
ドレンパン33は、発泡スチロール等の断熱性の高い材料によって形成されており、断熱材としても機能している。また、図2及び図3に示されるように、熱交換室44における本体ケース31の上壁部35、前壁部36、左右壁部38,39の内面には、それぞれ発泡スチロール等からなる断熱材54〜57が設けられている。
図6は、室内機の側面断面図(図3のB−B矢視断面図)である。図3及び図6に示されるように、送風機室43の右端部には電装品ユニット58が配置されている。この電装品ユニット58は、電装品箱59と、この電装品箱59に収容された制御基板60や端子台61等からなる。また、熱交換室44の右端部には、室内熱交換器13に接続される分流器やヘッダ等の配管群62や、ドレンポンプ63、室内膨張弁28、サーミスタ等の電気部品が配置されている。そして、これらの電気部品の電気配線64は、熱交換室44から仕切り板42を通して電装品ユニット58に接続されている。
図6に示されるように、ドレンポンプ63は、内蔵されたモータ(アクチュエータ)が作動することによって、ドレンパン33に貯留された結露水を外部へ排出するものである。ドレンポンプ63は、取付台(取付部材)66を介して本体ケース31の上壁部35に取付固定されている。また、取付台66には、フロートセンサ65も取り付けられている。ドレンポンプ63及びフロートセンサ65は、連結枠67によって1ユニットとして組み立てられている。
取付台66は、前後の脚板69と、両脚板69の下端部同士を接続する台板70とから側面視でコの字形状に形成されている。脚板69の上端部は、上壁部35に固定されている。
連結枠67には、室内膨張弁28、サーミスタ、フロートセンサ65、ドレンポンプ63等の電気配線64をガイドするガイド爪68が一体に形成されている。このガイド爪68によって、電気配線64がドレンパン33側へ垂れ下がらないように支持されている。
図7は、室内熱交換器を示す側面説明図である。
本実施の形態の室内熱交換器(以下、単に「熱交換器」ということがある)13は、左右方向に所定間隔で並べて配置された多数のフィン71と、このフィン71を貫通するように設けられた複数の伝熱管72とを有している。伝熱管72は、高さ方向に複数段で、かつ空気流方向に3列L1〜L3に配設されている。複数の伝熱管72には、分流器74によって複数のパスP1〜P10に分流して冷媒が供給され、各パスP1〜P10の伝熱管72を流れた冷媒は、ヘッダ75によって合流されるようになっている。
図8は、室内熱交換器の構成を簡略化して示す模式図である。図8に例示する室内熱交換器13は、冷媒が分流器74によって上下方向に複数のパスP1〜P4に分流して供給される(各パスP1〜P4の境界を点線で区画して示す)。各パスP1〜P4においては、複数本(図示例では4本)の伝熱管72の端部同士がU字形状の接続管73で接続されることによって、左右方向に往復(図示例では2往復)する1つの冷媒流路が形成されている。
図7に戻って、本実施の形態の室内熱交換器13においては、分流器74によって10のパスP1〜P10に冷媒が分流される。これらのパスP1〜P10は、室内熱交換器13の上部側に配置される上部パスP1〜P5と、室内熱交換器13の下部側に配置される下部パスP6〜P10とに大別することができる。上部パスP1〜P5は、空気流方向に3列に配置された伝熱管72のうち、複数列の伝熱管72を含むパスとされている。
例えば、最上部に配置された第1パスP1は、1列目L1及び2列目L2に配置された4本の伝熱管72によって左右方向に2往復する冷媒流路を形成している。なお、図7においては、伝熱管72を接続する接続管73のうち手前側のものを実線で示し、奥側のものを点線で示している。第2,第3パスP2,P3は、1列目L1〜3列目L3に配置された4本の伝熱管72によって左右方向に2往復する冷媒流路を形成している。また、第4,第5パスP4,P5は、1列目L1〜3列目L3に配置された6本の伝熱管72によって左右方向に3往復する冷媒流路を形成している。いずれのパスP1〜P5にも、1列目L1に配置された1つの伝熱管72iに冷媒が供給され、2列目L2又は3列目L3に配置された1つの伝熱管72oから冷媒が流出される。
下部パスP6〜P10は、1列目L1及び2列目L2に配置された4本の伝熱管72によって左右方向に2往復する冷媒流路を形成する上流側パスP6〜P9と、3列目L3に配置された8本の伝熱管72によって左右方向に4往復する冷媒流路を形成する最下流パスP10とに更に分類することができる。上流側パスP6〜P9には、1列目L1に配置された1つの伝熱管72iに冷媒が供給され、2列目L2に配置された1つの伝熱管72oから冷媒が排出される。最下流パスP10では、最下部の伝熱管72iに冷媒が供給され、最上部の伝熱管72oから冷媒が排出される。
以上の構成において、冷房運転時に、分流器74を介して各パスP1〜P10の伝熱管72に供給された冷媒(気液二相冷媒)は、室内熱交換器13を通過する空気との間で熱交換を行い、当該空気の温度を低下させる。室内熱交換器13を流れる空気は、上部側ほど流速が速く、下部側ほど流速が低くなる。これは、室内熱交換器13の下方に配置されたドレンパン33が空気の抵抗になることが一因となっている。また、本実施の形態では、送風ファン19としてシロッコファンが用いられており、このシロッコファン19のケーシング19aの上部側(羽根車19bの回転軸心に直交する略水平な仮想線Xの上側)において吐出口19a2の大部分が開口していることも一因となっている。
室内熱交換器13を通過する空気の流速が低いと、図11を参照して説明したように、上流側の列の伝熱管において冷媒との熱交換が積極的に行われるが、下流側の列の伝熱管においては既に冷媒の温度が上昇し、空気との熱交換がほとんど行われなくなる場合がある。そのため、本実施の形態においては、空気流速度の低い室内熱交換器13の下部側に、3列目の伝熱管72のみからなる最下流パスP10を設けている。このような最下流パスP10を設けることで、その上流側パスP6〜P9を通過した後の空気をより低温の冷媒によって更に冷却することができる。したがって、3列目の伝熱管72における熱交換効率を向上させ、冷房能力を高めることが可能となっている。
図9は、下部パスP6〜P9における空気と冷媒の温度変化を説明するグラフである。
図9に示されるように、上流側パスP6〜P9では、1列目L1及び2列目の伝熱管72を流れる冷媒と空気との間で熱交換が行われ、温度T1まで空気の温度が下げられる。さらに、最下流パスP10では、3列目L3の伝熱管72に低温の冷媒が流れるため、空気の温度がさらにΔtだけ低い温度T2にまで冷却されることになる。
また、最下流パスP10は、複数の上流側パスP6〜P9の下流側に跨って配置されている。そのため、最下流パスP10における伝熱管72の長さを十分に確保することができる。したがって、最下流パスP10を流れる冷媒と空気との間の熱交換を十分に行うことができ、蒸発工程における冷媒の過熱度を適切に得ることができる。
また、最下流パスP10は、送風ファン19における羽根車19bの回転中心の高さX(図2も参照)よりも下側の領域、すなわち、空気流速度の低い領域に配置されており、当該領域おける熱交換効率を好適に向上させることができる。
なお、室内熱交換器13の上部側においては、空気流速度が高いため、上記のような最下流パスP10を設けなくても3列目の伝熱管72を流れる冷媒と空気との間の熱交換を適切に行うことができる。ただし、室内熱交換器13の上部側においても、下部側と同様の最下流パスを設けてもよい。
図10は、本発明の第2の実施の形態に係る熱交換器を示す側面説明図である。
図7に示される第1の実施の形態の室内熱交換器13は、最下流パスP10が8本の伝熱管72によって構成されていたが、本実施の形態の室内熱交換器13は、4本の伝熱管72によって構成された2つの最下流パスP10,P11を備えている。したがって、本実施の形態においても、室内熱交換器13の最下流パスP10,P11によって好適に冷房能力を高めることができる。ただし、本実施の形態では、各最下流パスP10,P11における伝熱管72の長さが短くなり、蒸発工程において冷媒の過熱度を得難くなっているので、この点においては、第1の実施の形態の方がより有利である。
本発明は、上記実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において適宜変更することができる。
例えば、上記実施の形態では、室内熱交換器13における伝熱管72の空気流方向の列数が3列とされていたが、4列以上とされていてもよい。この場合、最下流パスは、最も下流側の列の伝熱管72のみによって構成され、上流側パスは、最下流パスよりも上流側に配置された複数列の伝熱管72によって構成される。
本発明の熱交換器は、天井埋込式の室内機を備えたものに限らず、天井吊り式、壁掛け式等の室内機を備えた空気調和装置にも適用することができる。また、上記実施の形態の室内熱交換器は、空気流方向に対して傾斜して配置されていたが、空気流方向に対して直交して配置されていてもよい。
10 :空気調和装置
11 :室内機
13 :室内熱交換器
19 :室内送風ファン
19a :ケーシング
19a2 :吐出口
19b :羽根車
33 :ドレンパン
72 :伝熱管
74 :分流器
75 :ヘッダ
P6〜P9:上流側パス
P10 :最下流パス
本発明は、空気流方向に3列以上に配列された複数の伝熱管を有するとともに、当該伝熱管に対して複数のパスに分流して冷媒が供給され、冷房運転時に蒸発器として用いられる空気調和装置の熱交換器であって、
前記複数のパスが、空気流方向の最下流の列の伝熱管のみからなる最下流パスと、この最下流パスの上流側に配置された複数列の伝熱管のみからなる上流側パスと、を含み、
前記最下流パスが、複数の前記上流側パスの下流側に跨る範囲で設けられていることを特徴とする。
記最下流パス、複数の前記上流側パスの下流側に跨る範囲で設けられているので、当該最下流パスにおける伝熱管の長さを十分に確保することができ、冷房運転の際に最下流パスを流れる冷媒の過熱度を適切に得ることができる。
本発明に係る空気調和装置は、上述の熱交換器と、この熱交換器を通過する空気流を生成する送風機とを備え、
前記熱交換器の最下流パスは、空気調和装置における空気流速度の低い領域に対応して設けられている
また、本発明に係る空気調和装置は、空気流方向に3列以上に配列された複数の伝熱管を有するとともに、当該伝熱管に対して複数のパスに分流して冷媒が供給され、冷房運転時に蒸発器として用いられる熱交換器と、この熱交換器を通過する空気流を生成する送風機とを備え、前記複数のパスが、空気流方向の最下流の列の伝熱管のみからなる最下流パスと、この最下流パスの上流側に配置された複数列の伝熱管のみからなる上流側パスと、を含み、前記熱交換器の最下流パスが、空気調和装置における空気流速度の低い領域に対応して設けられている。
熱交換器を通過する空気流の速度が低いほど、熱交換器の上流側の列で大部分の熱交換が行われ、下流側においてほとんど熱交換が行われなくなるので、空気調和装置における空気流速度の低い領域に対応して最下流パスを設けることで、当該領域における熱交換効率を向上させることができる。

Claims (5)

  1. 空気流方向に3列以上に配列された複数の伝熱管(72)を有するとともに、当該伝熱管(72)に対して複数のパス(P1〜P11)に分流して冷媒が供給され、冷房運転時に蒸発器として用いられる空気調和装置の熱交換器であって、
    前記複数のパス(P1〜P11)が、空気流方向の最下流の列の伝熱管(72)のみからなる最下流パス(P10,P11)と、この最下流パス(P10,P11)の上流側に配置された複数列の伝熱管(72)のみからなる上流側パス(P6〜P9)と、を含むことを特徴とする空気調和装置の熱交換器。
  2. 前記最下流パス(P10,P11)が、複数の前記上流側パス(P6〜P9)の下流側に跨る範囲で設けられている、請求項1に記載の空気調和装置の熱交換器。
  3. 請求項1又は2に記載の熱交換器(13)と、この熱交換器(13)を通過する空気流を生成する送風機(19)とを備え、
    前記熱交換器(13)の最下流パス(P10,P11)が、当該空気調和装置における空気流速度の低い領域に対応して設けられている空気調和装置。
  4. 前記熱交換器(13)の下方にドレンパン(33)が設けられており、前記最下流パス(P10,P11)は、前記熱交換器(13)の下部側に対応して設けられている、請求項3に記載の空気調和装置。
  5. 前記送風機(19)は、羽根車(19b)と、この羽根車(19b)を収容するとともに、空気の吐出口(19a2)が形成されたケーシング(19a)とを備えたシロッコファンであり、前記羽根車(19b)の回転軸心に直交する仮想線(X)を挟んで一方側の領域に前記吐出口(19a2)が開口し、同他方側の領域に対応して前記最下流パス(P10,P11)が設けられている、請求項3又は4に記載の空気調和装置。
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