JP2015183860A - 空気調和機用の熱交換器および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの熱交換ユニットを「く」の字状に組み合わせてなる空気調和機用の熱交換器において、各熱交換器ユニットの当接部での通風抵抗の増加を抑えつつ露飛び現象を防止するとともに、組立にあたって無駄な端材が生じないようにする。【解決手段】一方の第１熱交換器ユニット４１の基端側４１ａ側を切り欠いて、その切欠部４１ｃを水平設置面に沿って設置し、他方の第２熱交換器ユニット４２を第１熱交換器ユニット４１の傾斜軸に対して交差する傾斜軸をもって第１熱交換器ユニット４１の上方に配置するとともに、第２熱交換器ユニット４２の先端側４２ｂ側を斜めに切り欠いて、その切欠部４２ｃの鋭角側の端部Ｄを第１熱交換器ユニット４０ａの上面Ｕに沿って当接させる。【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機用の熱交換器に関し、さらに詳しく言えば、２つの熱交換ユニットの組合せからなる空気調和機用の熱交換器に関するものである。

空気調和機の１つとして、ダクト型空気調和機がある。その一例として、図５に示すように、ダクト型空気調和機（室内機ユニット）１は、箱形の筐体２の一方の側面（図５では右側面）に空気吸込口２ａを備え、他方の側面（図５では左側面）に空気吹出口２ｂが設けられており、空気吹出口２ｂから吹き出される空気を、図示しないダクト配管を介して室内の所定箇所に送気する（例えば特許文献１参照）。

筐体２内には、送風ファン３と熱交換器４Ａとが設けられている。送風ファン３は、空気吹出口２ｂに隣接して配置されているファンケーシング３ａ内に設けられている。

熱交換器４Ａは、図示しない可逆式の冷凍サイクルによって高温高圧または低温低圧となった冷媒が流れる伝熱管５の直線部分に、その軸線方向に沿って短冊状（長方形状）の放熱フィン６を微小隙間をもって多数並べた放熱フィン群６ａを有し、放熱フィン群６ａの間を空気が流れることで、冷媒と空気とが熱交換される。

図５の従来例において、熱交換器４Ａは、筐体２内の限られたスペース内で効率的に熱交換を行わせるため、ともに直方体をなす２つの熱交換器ユニット４Ａａ，４Ａｂを有し、筐体２の中央で２つの熱交換器ユニット４Ａａ，４Ａｂの各先端部の角部同士を突き合わせて「く」の字状の配置としている。

ところで、冷房運転時において、熱交換器４Ａの放熱フィン６の表面には、空気吸込口２ａから吸い込まれる空気と熱交換器４Ａの温度差によって結露水が生じる。結露水は、熱交換器４Ａの全体で生じるが、そのうち上方の熱交換器ユニット４Ａｂで生じた結露水は、放熱フィン６を伝って下に流れ、熱交換器ユニット４Ａａ，４Ａｂ同士が突き合わされた当接部から下方の熱交換器ユニット４Ａａを伝って、図示しないドレンパンで回収される。

しかしながら、この熱交換器４Ａによると、当接部が他の部分と比べて空気の通風抵抗が小さくなるため、当接部を形成する熱交換器ユニット４Ａａ，４Ａｂの各先端部を通過する風量が増える。したがって、熱交換器ユニット４Ａｂの当接部の周囲に集まった結露水が気流に乗って飛散する、いわゆる露飛び現象が生じることがある。

そこで、この露飛び現象を防止するため、図５の従来例では、熱交換器ユニット４Ａａ，４Ａｂの当接部を塞ぐようにＬ字状の遮風板７を取り付けて、当接部における空気の流れを遮断している（類例として、例えば特許文献２参照）。

しかしながら、遮風板７で覆われた部分には、空気が流れないため、当接部での熱交換が犠牲となり、その分、熱交換器４Ａの熱交換効率が落ちる。

また、露飛び現象を防止する別の方法として、図６に示す熱交換器４Ｂのように、下方の熱交換器ユニット４Ｂａの上面側の端部に、上方の熱交換器ユニット４Ｂｂの側面を突き当てる方法がある。

これによれば、上方の熱交換器ユニット４Ｂｂと、下方の熱交換器ユニット４Ｂａとが「面」で接触しているため、上方の熱交換器ユニット４Ｂｂで生成された結露水が下方の熱交換器ユニット４Ｂａに伝わりやすくなり、結露水の露飛びを少なくできる。

しかしながら、次の点でなおも問題がある。すなわち、この熱交換器４Ｂによると、上方の熱交換器ユニット４Ｂｂと下方の熱交換器ユニット４Ｂａとが突き合わせられる当接面Ｊが、空気の流れ方向（図５と同じく右から左方向）に対して斜めになっているため、その境界面付近で空気の乱流が発生しやすく、乱流が発生すると通風抵抗も高まることから、熱交換効率が低下する。

この点（境界面付近での乱流の発生）を防止するには、図７（ａ）に示すように、熱交換ユニット２個分の大きさを有する長尺の熱交換器４Ｃ’を用意し、その中央部分を二等辺三角形状のＶ字状に切り欠き、その切欠端面６ｂ，６ｂ同士を接合するように折り曲げて、図７（ｂ）に示す熱交換器４Ｃを作成すればよい。

この熱交換器４Ｃよれば、切欠端面６ｂ，６ｂの接合面が、空気の流れ方向と平行となるため、乱流が発生しにくくなり、接合面付近の通風抵抗を、他の部分との通風抵抗とほぼ同じとすることができる。

しかしながら、他方において、熱交換器４Ｃ’を切り欠くことにより、無駄となる端材６ｃが生じるため、生産性が悪くなる、という問題がある。さらには、伝熱管５を避けるように切り欠かなくてはならいため、熱交換器ユニット４Ｃａ，４Ｃｂの折曲角度にも制約が課せられる。

さらに、熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃについて共通の問題として、熱交換器ユニット４Ｘａ，４Ｘｂ（但し、ＸはＡ、Ｂ、Ｃのいずれか１つ）は、その基端部側（先端部と反対側）の端面（符号を付けた方がよい）がほぼ直角であるため、それらの各端面と、筐体の天面および底面との間に空隙が生じる。この空隙部分は通風抵抗が小さいため、そのままにしておくと、熱交換器を通らない空気（バイパス気流）の量が増えてしまう。

そこで、図５に示すように、熱交換器ユニット４Ａａ，４Ａｂの各基端部側を例えばウレタンフォーム８等で塞ぐようにしている。これによれば、バイパス気流が少なくなるが、熱交換器ユニット４Ａａ，４Ａｂの各基端部側が空気非通過帯となり、空気との熱交換に寄与せず、その分、熱交換効率の低下することになる。

特開２０１２−１４１０６９号公報 特許第３１５０５０号公報

そこで、本発明の課題は、２つの熱交換ユニットを「く」の字状に組み合わせてなる空気調和機用の熱交換器において、各熱交換器ユニットの当接部での通風抵抗の増加を抑えつつ露飛び現象を防止するとともに、組立にあたって無駄な端材が生じないようにすることにある。

上述した課題を解決するため、本発明は、空気調和機の空気吸込口から空気吹出口に至る通風路内に配置される熱交換器で、伝熱管の直管部分に、その軸線方向に沿って短冊状の放熱フィンが所定ピッチで多数配置されている直方体をなす第１および第２の２台の熱交換器ユニットを有し、一方の上記第１熱交換器ユニットが、上記通風路の底部側に所定角度をもって斜めに配置されているとともに、他方の上記第２熱交換器ユニットが、上記第１熱交換器ユニットの第１傾斜軸に対し所定角度で交差する第２傾斜軸に沿って上記第１熱交換ユニットの上方に配置され、上記第１熱交換器ユニットと上記第２熱交換器ユニットの各先端部同士が当接する熱交換器において、上記第２熱交換器ユニットの先端部が、斜めに切り欠かれた切欠面を有する片刃状の切欠部として形成されており、上記切欠部の鋭角側の端部が、上記第１熱交換器ユニットの上面先端部に当接していることを特徴としている。

本発明において、上記第２熱交換器ユニットは、上記空気吸込口から上記空気吹出口に向けての気流方向に対して、上記切欠面側が下流側となるように配置されることが好ましいが、これとは反対に、上記切欠面側が上流側に配置されてもよい。

また、上記第１熱交換器ユニットの先端部は、直角である２つの角部を有する四角形状であって、その２箇所の角部のうち、上記第２熱交換器ユニットの先端部が当接する上面側の角部をＡ、下面側の角部をＢ、上記角部Ｂを通る仮想水平線Ｘと上記上面Ｕとの交点をＣ、上記角部Ａから上記交点Ｃに至る距離をＡＣとして、上記第２熱交換器ユニットの先端部は、上記角部Ａから（ＡＣ／２）以上ＡＣ以下の範囲内に配置されていることが好ましい。

また、上記第２熱交換器ユニットの切欠部を第１切欠部として、上記第１熱交換器ユニットの後端部には、斜めに切り欠かれた切欠面を有する片刃状の第２切欠部が形成されており、上記第１熱交換ユニットは、上記第２の切欠部の切欠面が、上記水平設置面に接するように配置されていることが好ましい。

また、上記第１切欠部における鋭角θ１と上記第２切欠部における鈍角θ４、上記第１切欠部における鈍角θ２と上記第２切欠部における鋭角部θ３は、それぞれ、補角の関係にあることが好ましい。

本発明には、空気吸込口と空気吹出口とを有する筐体を備え、上記筐体内の上記空気吸込口と上記空気吹出口とを結ぶ通風路内に送風機と熱交換器とが配置されており、上記空気吸込口から吸い込まれた空気を上記熱交換器にて熱交換して上記空気吹出口から送出する空気調和機において、その熱交換器として、上記した構成を有する熱交換器が用いられることを特徴とする空気調和機も含まれる。

本発明によれば、第１熱交換器ユニットと第２熱交換器ユニットが「く」の字型になるように、第１熱交換器ユニットの上に第２熱交換器ユニットを配置し、第１熱交換器ユニットの上面に第２熱交換器ユニットの切欠部の鋭角側の端部を当接させることによって、当接部付近の通風抵抗の増加を抑えて露飛び現象を抑えることができる。

また、下方の第１熱交換器ユニットの切欠面が水平設置面に接するように配置されていることにより、第１熱交換器ユニットの基端側の熱交換効率を高めることができる。さらには、１つの熱交換母材を斜めに切断することにより、端材を生じることなく、２つの第１および第２熱交換器ユニットを得ることができる。

本発明の一実施形態に係る熱交換器を備えた空気調和機の要部断面図。 上記熱交換器の具体的な構成を説明するための拡大図。 第１熱交換器と第２熱交換器との設置位置の相関関係を説明する説明図。 上記空気調和機用の熱交換器の製造方法を説明する模式図。 従来の空気調和機用の熱交換器を用いた空気調和機の要部断面図。 従来の空気調和機用の熱交換器の構造を説明する側面図。 従来の空気調和機用の熱交換器の組立手順を説明する説明図。

次に、本発明の空気調和機用熱交換器を備えた空気調和機の実施形態について図１〜図４を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１および図２に示すように、この空気調和機１０は、天井裏に埋め込まれる箱形の筐体２０を有し、その内部に送風ファン３０と熱交換器４０とが格納されている。

筐体２０は、矩形状の天板２１と、天板２１の前端（図１では左端）から下方に延在する前板２２と、天板２１の後端（図１では右端）から下方に延在する背板２３と、天板２１の左右両端（図１では紙面方向）から下方に延在する一対の側板２４，２４と、前板２２、背板２３および側板２４，２４の下端を塞ぐ底板２５とを有する箱形容器からなる。

筐体２０の前板２２には、送風ファン３０の空気吹出口２２ａが設けられ、背板２３には、筐体２０内に空気を取り込む空気吸込口２３ａが設けられており、筐体２０の右側から左側に向かって空気が流れる通風路２６が形成される。空気吹出口２２ａには、図示しないダクト配管が接続されており、筐体２０内で冷媒と熱交換された空気を所定の吹出スポットに向けて送り出す。

送風ファン３０は、図示しないファンモータによって起動されるターボファンが用いられている。送風ファン３０は、円筒状のファンケーシング３１を有し、空気吸込口２２ａに隣接して配置されている。なお、送風ファン３０の種類や設置方法などの具体的な構成は、仕様に応じて任意に変更されてよい。

これによれば、送風ファン３０の回転に伴って、空気吸込口２３ａから筐体２０内に吸い込まれた空気は、通風路２６内に配置された熱交換器４０を通過して冷媒と熱交換されたのち、送風ファン３０を介して空気吹出口２２ａから吹き出される。

熱交換器４０は、２つの熱交換器ユニット４１，４２を「く」の字型に組み合わせて、筐体２０の底面２５ａと天面２１ｂとの間に配置されている。各熱交換器ユニット４１，４２はともに、台形状の放熱フィン６０が伝熱管５０の直管部分に沿って等間隔ピッチで多数配置された放熱フィン群６１を有する直方体状のフィンチューブ型熱交換器である。

伝熱管５０は、１本の金属管を中央からＵ字状に折り曲げたＵ字管が用いられており、放熱フィン６０に規則的に並んだ挿通孔６１に沿って差し込み、例えば配管に水圧を加えて拡径することにより放熱フィン６０に固定されている。伝熱管５０は、隣接する伝熱管５０の開放端同士をＵベント管（図示しない）で連結されることにより、１本の伝熱管５０として連結される。

伝熱管５０は、図示しない冷房運転と暖房運転とが可能な可逆式の冷凍サイクル回路に接続されており、冷房運転時には、蒸発器として機能するように低温の冷媒が流れ、暖房運転時には、凝縮器として機能するように高温の冷媒が流れる。

第１熱交換器ユニット４１は、基端部４１ａが底板２５の底面２５ａに設置され、先端部４１ｂが筐体２０の中央に向かって所定の仰角をもつように斜めに配置されている。この実施形態では、基端部４１ａから先端部４１ｂに向かって左斜め上方向に４５°の仰角で配置されている。

第１熱交換器ユニット４１の基端部４１ａには、所定の傾斜角をもって斜めに切りかかれた片刃状の切欠部４１ｃ（第２切欠部）が形成されている。第１熱交換器ユニット４１は、切欠部４１ｃの切欠面が底面２５ａに沿って配置されている。この実施形態において、切欠部４１ｃは、鋭角部の内角θ３が４５°で鈍角部の内角θ４が１３５°である。

第１熱交換器ユニット４１の先端部４１ｂは、２つの直角な角部Ａ、Ｂを備えた矩形状の端部である。ここで、第２熱交換器ユニット４２の先端部が当接する第１熱交換器ユニット４１の上面Ｕ側の角部をＡ、下面側の角部をＢとする。

第２熱交換器ユニット４２は、基端部４２ａが天板２１の天面２１ａに設置され、先端部４２ｂが筐体２０の中央に向かって所定の俯角をもつように斜めに配置されている。これにより、第２熱交換器ユニット４２は、第１熱交換器ユニット４１の傾斜軸（仰角軸）に対し所定角度（この実施例では９０°）で交差する傾斜軸（俯角軸）に沿って第１熱交換ユニット４１の上方に配置されている。この実施形態では、基端部４２ａから先端部４２ｂに向かって左斜め下方向に４５°の俯角で配置されている。

第２熱交換器ユニット４２の基端部４２ａは、２つの直角な角部を有する矩形状の端部である。第２熱交換器ユニット４２の基端部４２ａと天面２１ａとの間には、断面三角形状の空隙が形成されるが、この空隙に合致するようにして遮風材７０が充填されている。この実施形態において、遮風材７０はウレタンフォームからなる。

第２熱交換器ユニット４２の先端部４２ｂは、所定の傾斜角をもって斜めに切りかかれた片刃状の切欠部４２ｃ（第１切欠部）を備えている。この実施形態において、切欠部４２ｃは、鋭角部の内角θ１が４５°で、鈍角部の内角θ２が１３５°である。

第２熱交換器ユニット４２は、切欠部４２ｃの切欠面が下流側を向くように配置され、その鋭角側の端部Ｄが、第１熱交換器ユニット４１の上面Ｕの先端部４１ｂ側に当接している。

ここで、角部Ｂを通る仮想水平線Ｘと、第１熱交換器ユニット４１の上面Ｕとの交点をＣ、角部Ａから交点Ｃに至る距離をＡＣとして、第２熱交換器ユニットの端部Ｄは、角部Ａから（ＡＣ／２）以上ＡＣ以下の範囲内に配置されている。

すなわち、図３に示すように、端部Ｄが角部Ａから測って（ＡＣ／２）未満の場合は、第２熱交換器ユニット４２の先端部４２ｂと、第１熱交換器ユニット４１の先端部４１ｂとの距離Ｌが小さくなり、第１熱交換器ユニット４１と第２熱交換器ユニット４２の空気の流れ方向に沿って重なり合う部分の表面積（図３のスマッジング部分）が少なくなる。その結果、通風抵抗が小さくなりすぎて、露飛び現象を起こすおそれがある。

逆に、端部Ｄが角部Ａから測ってＡＣを越えると、距離Ｌが大きくなるため、第１熱交換器ユニット４１の先端部４１ｂとの距離Ｌが小さくなり、第１熱交換器ユニット４１と第２熱交換器ユニット４２の空気の流れ方向に沿って重なり合う部分の表面積が多くなる。その結果、通風抵抗が大きくなり、乱流の発生が発生しやすく、熱交換効率が低下するおそれがある。

第１熱交換器ユニット４１および第２熱交換器ユニット４２は、実際には、図示しない一対の支持端板によって左右が支持されており、その支持端板を介して筐体２０に取り付けられるが、本発明において、支持端板の具体的な構成は任意的事項であるため、その説明は省略する。

上述した実施形態において、熱交換器４０は、それぞれ単独に生産された第１熱交換器ユニット４１と第２熱交換器ユニット４２とを「く」の型に組み合わして組み立てられているが、以下のような方法で作成されてもよい。

すなわち、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、まず、第１熱交換器ユニット４１と第２熱交換器ユニット４２とを合わせたものと同じ大きさを有する１枚の大判な直方体の熱交換器母材４３を用意する。

次に、熱交換器母材４３の長手方向のほぼ中央から伝熱管５０を避けるようにして放熱フィン群６０ａを例えば斜め４５°に切断する。その際、その切断部を跨ぐように配置される伝熱管５０ａ，５０ｂの端部のＵベント管（図示しない）は取り外されていることが好ましい。

これにより、１台の熱交換器母材４３から２つの熱交換器ユニット４１，４２を切り出されるが、その際、第２熱交換器ユニット４２の切欠部４２ｃにおける鋭角θ１と第１熱交換器ユニット４１の切欠部４１ｃにおける鈍角θ４、第２熱交換器ユニット４２の切欠部４２ｃにおける鈍角θ２と第１熱交換器ユニット４１の切欠部４１ｃにおける鋭角部θ３は、それぞれ、補角の関係にある。

しかるのち、切り出された各熱交換器ユニット４１，４２をそれぞれ上述した条件で「く」の字型に配置して組み立てることにより、切断によって余分な端材を生むことなく、所望する熱交換器４０が得られる。

また、組立の際には、各熱交換器ユニット４１，４２をそのまま斜めに配置すればよいため、第１熱交換器ユニット４１と第２熱交換器ユニット４２の伝熱管５０の接続端部の位置が入れ替わらず、第１熱交換器ユニット４１と第２熱交換器ユニット４２の配管作業も簡単に行うことができる。

１０ 空気調和機
２０ 筐体
３０ 送風ファン
４０ 熱交換器
４１ 第１熱交換器ユニット
４１ａ 基端部
４１ｂ 先端部
４１ｃ 切欠部（第２切欠部）
４２ 第２熱交換器ユニット
４２ａ 基端部
４２ｂ 先端部
４２ｃ 切欠部（第１切欠部）
４３ 熱交換器母材
５０ 伝熱管
６０ 放熱フィン
７０ 遮風材

Claims (6)

1. 空気調和機の空気吸込口から空気吹出口に至る通風路内に配置される熱交換器で、伝熱管の直管部分に、その軸線方向に沿って短冊状の放熱フィンが所定ピッチで多数配置されている直方体をなす第１および第２の２台の熱交換器ユニットを有し、一方の上記第１熱交換器ユニットが、上記通風路の底部側に所定角度をもって斜めに配置されているとともに、他方の上記第２熱交換器ユニットが、上記第１熱交換器ユニットの第１傾斜軸に対し所定角度で交差する第２傾斜軸に沿って上記第１熱交換ユニットの上方に配置され、上記第１熱交換器ユニットと上記第２熱交換器ユニットの各先端部同士が当接する熱交換器において、
   上記第２熱交換器ユニットの先端部が、斜めに切り欠かれた切欠面を有する片刃状の切欠部として形成されており、上記切欠部の鋭角側の端部が、上記第１熱交換器ユニットの上面先端部に当接していることを特徴とする熱交換器。
2. 上記第２熱交換器ユニットは、上記空気吸込口から上記空気吹出口に向けての気流方向に対して、上記切欠面側が下流側となるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 上記第１熱交換器ユニットの先端部は、直角である２つの角部を有する四角形状であって、その２箇所の角部のうち、上記第２熱交換器ユニットの先端部が当接する上面側の角部をＡ、下面側の角部をＢ、上記角部Ｂを通る仮想水平線Ｘと上記上面Ｕとの交点をＣ、上記角部Ａから上記交点Ｃに至る距離をＡＣとして、上記第２熱交換器ユニットの先端部は、上記角部Ａから（ＡＣ／２）以上ＡＣ以下の範囲内に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 上記第２熱交換器ユニットの切欠部を第１切欠部として、上記第１熱交換器ユニットの後端部には、斜めに切り欠かれた切欠面を有する片刃状の第２切欠部が形成されており、上記第１熱交換ユニットは、上記第２の切欠部の切欠面が、上記水平設置面に接するように配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の熱交換器。
5. 上記第１切欠部における鋭角θ１と上記第２切欠部における鈍角θ４、上記第１切欠部における鈍角θ２と上記第２切欠部における鋭角部θ３は、それぞれ、補角の関係にあることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
6. 空気吸込口と空気吹出口とを有する筐体を備え、上記筐体内の上記空気吸込口と上記空気吹出口とを結ぶ通風路内に送風機と熱交換器とが配置されており、上記空気吸込口から吸い込まれた空気を上記熱交換器にて熱交換して上記空気吹出口から送出する空気調和機において、
   上記熱交換器として、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された熱交換器が用いられることを特徴とする空気調和機。

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