JP2016044830A - 熱交換器、およびこれを用いた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】
熱交換器の部品の共通化を図りつつ、コストダウンするために、空気調和機の能力に応じて、アルミフィンに挿入される伝熱管を削減する方法がある。このため、必要な熱交換器の熱交換能力を確保しつつ、より多くの伝熱管を削除するには、風上側の伝熱管より風下側の伝熱管を削除する方が有利である。しかし、風下側にある伝熱管の一部を削除した場合、凝縮水が室内空間に吹出される問題があった。
【解決手段】
そこで、本発明は、熱交換器の空気を流通させる方向の下流側の列の最上段に、または最上段より下方にある段も連なった領域に、伝熱管を配置しないようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の冷媒流路を有する熱交換器、およびこれを用いた空気調和機に関する。

空気調和機の室内機は室内熱交換器を備えている。この室内熱交換器は、冷媒が内部を通過する伝熱管と、アルミ板で形成されるアルミフィンとを備えている。アルミフィンは複数枚平行に配列され、アルミフィンには伝熱管が挿入される孔が複数設けられている。

空気調和機ではコストダウンするために、能力が異なる熱交換器のアルミフィンや伝熱管を共通化している。

熱交換器の部品の共通化を図りつつ、コストダウンするために、特許文献１に示すような、空気調和機の能力に応じて、アルミフィンに挿入される伝熱管を削減する方法が考えられる。

特許文献１の方法では、熱交換器の２列の伝熱管のうち風上側の列にある伝熱管の一部を削除している。しかし、熱交換器の風上側にある伝熱管による熱交換効率は、風下側にある伝熱管による熱交換効率より大きい。このため、必要な熱交換器の熱交換能力を確保しつつ、より多くの伝熱管を削除するには、風上側の伝熱管より風下側の伝熱管を削除する方が有利である。

特開２０１２−２２９８９７号公報

しかし、風下側にある伝熱管の一部を削除した場合、削除した伝熱管に対応する箇所のアルミフィンは冷房運転時に冷媒によって冷やされることがないため、凝縮水が発生せず、乾いた状態となる。この乾いた箇所に、他の箇所で生じた凝縮水が垂れると、乾いた箇所は水が付着しにくいために凝縮水がアルミフィンからはじかれて室内ファンに吸込まれ、室内空間に吹出されるおそれがあった。

そこで、本発明は、熱交換器の部品の共通化を図りつつ、コストダウンするために、熱交換器の風下側の列にある伝熱管の一部を削除した場合でも、凝縮水が室内空間に吹出されないようにすることを目的としたものである。

本発明による熱交換器は、空気を流通させる方向に複数の列と、空気を流通させる方向と交差する方向に複数の段配置された伝熱管を有するフィンチューブ型熱交換器であって、フィンチューブ型熱交換器の空気を流通させる方向の下流側の列の最上段に伝熱管を配置しないようにした。

また、フィンチューブ型熱交換器の空気を流通させる方向の下流側の列の中で、最上段より下方にある段も連なって伝熱管が挿入されない領域を配置した。

また、フィンチューブ型熱交換器が蒸発器として機能する場合、冷媒が、フィンチューブ型熱交換器の空気を流通させる方向の上流側の列で最上段にある伝熱管より流入し、フィンチューブ型熱交換器の空気を流通させる方向の下流側の列に配置された中で最上段の伝熱管より流出する。

また、以上の熱交換器を、室内機内に配置した空気調和機とする。

以上のような熱交換器および空気調和機によれば、熱交換器の風下側の列に伝熱管が配置されない領域を配置したとしても、凝縮水が室内空間に吹出されることが無く、部品の共通化を図りつつコストダウン出来る。

また、熱交換器が蒸発器として機能する場合、風上側の列で最上段にある伝熱管に膨張弁で減圧された低圧低温の冷媒を通すことで、最上段を通過する空気を十分に冷却できると共に、最上段以外を通過する調和空気との温度差を少なく出来る。

本発明の空気調和装置の冷媒回路の構成図である。 本実施例の室内機の室内機の断面構成図である。 本発明の実施形態１に係る室内熱交換器における冷媒流路を表した図である。 本発明の実施形態２に係る室内熱交換器における冷媒流路を表した図である。

以下、図面を基に本発明の実施形態を説明する。

本発明は、図３に示すように、アルミフィンが複数枚平行に配列され、このアルミフィンに、空気を流通させる方向に複数の列と、空気を流通させる方向と交差する方向に複数の段配置された伝熱管を有するフィンチューブ型熱交換器に関するものである。この熱交換器において、本発明は、空気を流通させる方向の下流側の列の最上段に伝熱管を配置しないようにしたものである。以下に、本発明に関する熱交換器の具体的な構成について説明する。なお、本実施形態では、３段曲げ式の熱交換器を例に説明しているが、本発明はこれに限定したものではなく、垂直に立てた板状の熱交換器などに用いても良い。

（実施形態１）
本発明の実施形態１における空気調和機は、室内に設置される室内機１００と、室外に設置される室外機２００を備えている。室内機１００内および室外機２００内にはそれぞれ室内熱交換器１１０と室外熱交換器２１０が収納されており、各熱交換器（１１０、２１０）が伝熱管により接続されることにより冷媒回路を構成している。空気調和機の冷媒回路の構成を図１に示す。なお、実線の矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示したものであり、点線の矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示したものである。

この冷媒回路は、主として室内熱交換器１１０、圧縮機２２０、四方弁２３０、室外熱交換器２１０、および膨張弁２４０で構成される。

室内機１００に設けられている室内熱交換器１１０は、取り入れられた室内空気と冷媒とを熱交換させる。また、室内熱交換器１１０は、室内機１００と室外機２００を繋ぎ、液冷媒が流通する液管３１０とガス冷媒が流通するガス管３２０とに接続されている。また、室内機１００には、送風機であるクロスフローファン１１１が設けられている。このクロスフローファン１１１は、円筒形状に構成され、室内機１００内に設けられる室内ファンモータ１１２によって回転駆動される。このクロスフローファン１１１の回転駆動により、室内空気が室内機１００内に吸い込まれ、室内熱交換器１１１で熱交換を行った後の調和空気が室内に吹出される。

室外機２００には、圧縮機２２０と、圧縮機２２０の吐出側に接続される四方弁２３０と、圧縮機２２０の吸入側に接続されるアキュムレータ２５０と、四方弁２３０に接続された室外熱交換器２１０と、室外熱交換器２１０に接続された膨張弁２４０とが設けられている。膨張弁２４０は、液側閉鎖弁３１１を介して液管３１０に接続されており、この液管３１０を介して室内熱交換器１１０の一端と接続される。また、四方弁２３０は、ガス側閉鎖弁３２１を介してガス管３２０に接続されており、このガス管３２０を介して室内熱交換器１１０の他端と接続されている。また、室外機２００には、外気を室外機２００内に吸い込み、室外熱交換器２１０で冷媒と熱交換を行った後の空気を外部に吹出すためのプロペラファン２１１が設けられている。このプロペラファン２１１は、室外ファンモータ２１２によって回転駆動される。

図２に、室内機１００の断面構成図を示す。室内機１００は、ケーシング１０１を備えており、前述した室内熱交換器１１０やクロスフローファン１１１は、室内機１００のケーシング１０１内に設けられている。また、室内熱交換器１１０は、後に説明するように３つの熱交換部（背面熱交換部１１０ａ、上部熱交換部１１０ｂ、前面熱交換部１１０ｃ）に分割されている。ケーシング１０１には、室内空気を取込むための吸込口１０３と、調和空気を室内空間に吹出す吹出口１０４とが設けられている。吸込口１０３は、ケーシング１０１の前面側の上部と天面に設けられており、吹出口１０４は、前面下部に設けられる。そして、室内熱交換器１１０とクロスフローファン１１１は、ケーシング１０１内において、室内熱交換器１１０が吸込口１０３に近い側に、クロスフローファン１１１が吹出口１０４に近い側に配置される。すなわち、室内熱交換器１１０は、クロスフローファン１１１に対して気流の流れ方向の上流側に配置されている。ここで、室内熱交換器１１０は、ケーシング１０１内において、吸込口１０３側からクロスフローファン１１１を取り囲むように、３段曲げされて配置されている。なお、白抜きの矢印は空気の流れを示したものである。

本実施形態では、室内熱交換器１１０は、フィンチューブ型熱交換器である。この室内熱交換器１１０は、所定の間隙をもって積層され、その間隙に空気を流通させる複数のアルミフィンを有する。また、アルミフィンの積層方向に貫通し、空気を流通させる方向と交差する方向に複数段配置された伝熱管からなる伝熱管列を有している。伝熱管列は空気を流通させる方向に２列配置されている。列ごとに伝熱管を順次接続することで冷媒流路を形成し、形成した冷媒流路に冷媒を流通させている。また、室内熱交換器１１０は、３段曲げ式の熱交換器で３つの熱交換部から構成されている。背面熱交換部１１０ａは、クロスフローファン１１１の天面側から背面側までを囲むように、室内機１００の天面側から室内機１００の背面側にまで傾斜して配置されている。上部熱交換部１１０ｂは、クロスフローファン１１１の天面側から前面上部側までを囲むように、室内機１００の天面側から室内機１００の前面上部側にまで傾斜して配置されている。前面熱交換部１１０ｃは、クロスフローファン１１１の前面上部側から前面下部側までを囲むように、上部熱交換部１１０ｂの下方に配置されている。なお、各熱交換部（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）の最下段は１段目となり、背面熱交換部１１０ａの最上段は７段目となり、上部熱交換部１１０ｂの最上段は８段目となり、前面熱交換部１１０ｃの最上段は５段目となる。

本実施形態の室内熱交換器１１０には、分流器２６０により３分岐された冷媒が流入するため、冷媒が流れる冷媒流路（以下、第１冷媒流路４１０、第２冷媒流路４２０、第３冷媒流路４３０とする）が３つある。図３は、室内熱交換器１１０における第１冷媒流路４１０、第２冷媒流路４２０、第３冷媒流路４３０の構成を表した図である。なお、図３で、隣接する伝熱管を繋ぐ太線の実線は、伝熱管の一端と接続するＵ字管を表し、太線の破線は、伝熱管の他端と接続するヘアピン部を表す。そして、室内熱交換器１１０において、複数の伝熱管は、気流の流れ方向に風上側と風下側の２列の伝熱管列を形成している。ここで、気流の流れ方向上流側の伝熱管列を第１伝熱管列とし、気流の流れ方向下流側の伝熱管列を第２伝熱管列とする。各熱交換部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃのそれぞれに第１伝熱管列（Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ）と第２伝熱管列（Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ）が形成されている。なお、白抜きの矢印は、図２と同様に空気の流れを示したものである。

分流器２６０は液管３１０に接続され液状態の冷媒が流出入する液冷媒流出入管４４１を備えている。分流器２６０は、冷房運転時は液管３１０より流入した液状態の冷媒を３分岐させて第１冷媒流路４１０と第２冷媒流路４２０と第３冷媒流路４３０に流出させ、暖房運転時は第１冷媒流路４１０と第２冷媒流路４２０と第３冷媒流路４３０より流入した液冷媒を合流させ液管３１０に流出させる。

第１冷媒流路４１０は、背面熱交換部１１０ａの第１伝熱管列Ｌ１ａにある７段（７段目から１段目）の伝熱管４１０ａと、背面熱交換部１１０ａの第２伝熱管列Ｌ２ａにある下部５段（１段目から５段目）の伝熱管４１０ｂを順次接続して形成されている。

第２冷媒流路４２０は、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある上部６段（８段目から３段目）の伝熱管４２０ａと、上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある中部４段（３段目から６段目）の伝熱管４２０ｂを順次接続して形成されている。

第３冷媒流路４３０は、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある下部２段（１段目から２段目）の伝熱管４３０ａと、上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある下部２段（２段目から１段目）の伝熱管４３０ｂと、前面熱交換部１１０ｃの第１伝熱管列Ｌ１ｃにある５段（５段目から１段目）の伝熱管４３０ｃと、前面熱交換部１１０ｃの第２伝熱管列Ｌ２ｃにある下部３段（１段目から３段目）の伝熱管４３０ｄを順次接続して形成されている。

第１冷媒流路４１０の背面熱交換部１１０ａの第２伝熱管列Ｌ２ａにある５段目の伝熱管にガス管３２０に接続されガス状態の冷媒が流出入するガス冷媒流出入管４４３ａが接続されている。第２冷媒流路４２０の上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある６段目の伝熱管にガス管３２０に接続されガス状態の冷媒が流出入するガス冷媒流出入管４４３ｂが接続されている。第３冷媒流路４３０の前面熱交換部１１０ｃの第２伝熱管列Ｌ２ｃにある３段目の伝熱管にガス管３２０に接続されガス状態の冷媒が流出入するガス冷媒流出入管４４３ｃが接続されている。室内熱交換器１１０が蒸発器として機能する場合には、冷媒は、第１冷媒流路４１０の中の背面熱交換部１１０ａの第１伝熱管列Ｌ１ａにある７段目の伝熱管と、第２冷媒流路４２０の中の上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある８段目の伝熱管と、第３冷媒流路４３０の中の上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある１段目の伝熱管其々に流入し、第１冷媒流路４１０および第２冷媒流路４２０および第３冷媒流路４３０を経由して、ガス冷媒流出入管４４３ａとガス冷媒流出入管４４３ｂとガス冷媒流出入管４４３ｃから流出する。室内熱交換器１１０が凝縮器として機能する場合には、冷媒はガス冷媒流出入管４４３ａとガス冷媒流出入管４４３ｂとガス冷媒流出入管４４３ｃから其々流入し、第１冷媒流路４１０および第２冷媒流路４２０および第３冷媒流路４３０を経由して、第１冷媒流路４１０の中の背面熱交換部１１０ａの第１伝熱管列Ｌ１ａにある７段目の伝熱管と、第２冷媒流路４２０の中の上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある８段目の伝熱管と、第３冷媒流路４３０の中の上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある１段目の伝熱管から流出する。

以上の構成から、各熱交換部の気流の流れ方向下流側の伝熱管列の上端である、背面熱交換部１１０ａの第２伝熱管列Ｌ２ａにある上部２段（６段目と７段目）と、上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある上部２段（７段目と８段目）と、前面熱交換部１１０ｃの第２伝熱管列Ｌ２ｃにある上部２段（４段目と５段目）とには伝熱管が配置されない乾き部（６００ａ、６００ｂ、６００ｃ）が形成される。この乾き部（６００ａ、６００ｂ、６００ｃ）が各熱交換部の気流の流れ方向下流側の伝熱管列の上端に形成されるため、伝熱管が配置されている箇所で生じた凝縮水が乾き部（６００ａ、６００ｂ、６００ｃ）に流れ込むことがなく、凝縮水が乾き部（６００ａ、６００ｂ、６００ｃ）ではじかれてクロスフローファン１１１に吸込まれ、室内空間に吹出されるおそれが無くなる。

なお、本実施例では、伝熱管が配置されない領域である乾き部（６００ａ、６００ｂ、６００ｃ））が３箇所あるが、本発明はこれに限定したものでない。例えば、上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある上部２段（７段目と８段目）だけを伝熱管が配置されない領域にしても良く、削除したい伝熱管の本数に合わせて伝熱管が配置されない領域を形成しても良い。以上の構成により、アルミフィンおよび伝熱管などの部品の共通化を図りつつ、熱交換能力に応じて伝熱管を削減することができ、コストダウンをすることが出来る。

（実施形態２）
本発明の実施形態２における空気調和機は、実施形態１の第３冷媒流路の構成が異なる。よって、実施形態１と異なる室内熱交換器１１０について説明する。

本実施形態の室内熱交換器を図４に示す。実施形態１と同様に、室内熱交換器１１０は、３段曲げ式の熱交換器で３つの熱交換部（背面熱交換部１１０ａ、上部熱交換部１１０ｂ、前面熱交換部１１０ｃ）から構成されている。なお、白抜きの矢印は、図２および図３と同様に空気の流れを示したものである。

本実施形態の室内熱交換器１１０は、実施形態１と同様に、冷媒が流れる冷媒流路（以下、第４冷媒流路５１０、第５冷媒流路５２０、第６冷媒流路５３０とする）が３つある。この第４冷媒流路５１０、第５冷媒流路５２０、第６冷媒流路５３０に関して図４に基づいて説明する。

分流器２６０は、実施形態１と同様に液管３１０に接続され液状態の冷媒が流出入する液冷媒流出入管４４１を備えている。また、実施形態１と同様に第４冷媒流路５１０の背面熱交換部１１０ａの第２伝熱管列Ｌ２ａにある５段目の伝熱管にガス管３２０に接続されガス状態の冷媒が流出入するガス冷媒流出入管４４３ａが接続されている。第５冷媒流路５２０の上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある６段目の伝熱管にガス管３２０に接続されガス状態の冷媒が流出入するガス冷媒流出入管４４３ｂが接続されている。第６冷媒流路５３０の前面熱交換部１１０ｃの第２伝熱管列Ｌ２ｃにある３段目の伝熱管にガス管３２０に接続されガス状態の冷媒が流出入するガス冷媒流出入管４４３ｃが接続されている。

第４冷媒流路５１０は、背面熱交換部１１０ａの第１伝熱管列Ｌ１ａにある７段（７段目から１段目）の伝熱管５１０ａと、背面熱交換部１１０ａの第２伝熱管列Ｌ２ａにある下部５段（１段目から５段目）の伝熱管５１０ｂを順次接続して形成されている。

第５冷媒流路５２０は、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある上部６段（８段目から３段目）の伝熱管５２０ａと、上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある中部４段（３段目から６段目）の伝熱管５２０ｂを順次接続して形成されている。

第６冷媒流路５３０は、前面熱交換部１１０ｃの第１伝熱管列Ｌ１ｃにある上部２段（４段目から５段目）の伝熱管５３０ａと、上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある下部２段（１段目から２段目）の伝熱管５３０ｂと、上部熱交換部１１０ｂの第２伝熱管列Ｌ２ｂにある下部２段（２段目から１段目）の伝熱管５３０ｃと、前面熱交換部１１０ｃの第１伝熱管列Ｌ１ｃにある下部３段（３段目から１段目）の伝熱管５３０ｄと、前面熱交換部１１０ｃの第２伝熱管列Ｌ２ｃにある下部３段（１段目から３段目）の伝熱管５３０ｅを順次接続して形成されている。

室内熱交換器１１０が蒸発器として機能する場合には、冷媒は、第４冷媒流路５１０の中の背面熱交換部１１０ａの第１伝熱管列Ｌ１ａにある７段目の伝熱管と、第５冷媒流路５２０の中の上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある８段目の伝熱管と、第６冷媒流路５３０の中の前面熱交換部１１０ｃの第１伝熱管列Ｌ１ｃにある４段目の伝熱管其々に流入し、第４冷媒流路５１０および第５冷媒流路５２０および第６冷媒流路５３０を経由して、ガス冷媒流出入管４４３ａとガス冷媒流出入管４４３ｂとガス冷媒流出入管４４３ｃから流出する。室内熱交換器１１０が凝縮器として機能する場合には、ガス冷媒流出入管４４３ａとガス冷媒流出入管４４３ｂとガス冷媒流出入管４４３ｃから其々流入し、第４冷媒流路５１０および第５冷媒流路５２０および第６冷媒流路５３０を経由して、第４冷媒流路５１０の中の背面熱交換部１１０ａの第１伝熱管列Ｌ１ａにある７段目の伝熱管と、第５冷媒流路５２０の中の上部熱交換部１１０ｂの第１伝熱管列Ｌ１ｂにある８段目の伝熱管と、第６冷媒流路５３０の中の前面熱交換部１１０ｃの第１伝熱管列Ｌ１ｃにある４段目の伝熱管から流出する。

このように、実施形態１と同様に乾き部（６００ａ、６００ｂ、６００ｃ）は、各熱交換部（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）の気流の流れ方向下流側の伝熱管列の上端に形成される。本実施形態では、実施形態１とは異なりこの乾き部（６００ａ、６００ｂ、６００ｃ）に対し、気流の流れ方向上流側の伝熱管に分流器２６０より流出した膨張弁で減圧された低圧低温の冷媒が流入する。この低圧低温の冷媒は吸熱できる熱量が多いため、図４で網掛けされた領域（７００ａ、７００ｂ、７００ｃ）で、乾き部（６００ａ、６００ｂ、６００ｃ）を通過する前の空気を十分に冷却できると共に、乾き部（６００ａ、６００ｂ、６００ｃ）以外を通過する調和空気との温度差を少なくすることができる。また、実施形態１と同様に、部品の共通化を図りつつ、熱交換能力に応じて伝熱管を削減することができ、コストダウンをすることが出来る。

１００ 室内機
１１０ 室内熱交換器
１２０ 伝熱管
２００ 室外機
２１０ 室外熱交換器
２６０ 分流器
４１０ 第１冷媒流路
４２０ 第２冷媒流路
４３０ 第３冷媒流路
５１０ 第４冷媒流路
５２０ 第５冷媒流路
５３０ 第６冷媒流路

Claims (4)

1. 空気を流通させる方向に複数の列と、空気を流通させる方向と交差する方向に複数の段配置された伝熱管を有するフィンチューブ型熱交換器であって、
   前記フィンチューブ型熱交換器の空気を流通させる方向の下流側の最上段に伝熱管を配置しないようにしたことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器であって、前記フィンチューブ型熱交換器の空気を流通させる方向の下流側の列の中で、最上段より下方にある段も連なって伝熱管が挿入されない領域を配置したことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１または２に記載の熱交換器であって、
   前記フィンチューブ型熱交換器が蒸発器として機能する場合、
   前記冷媒が、前記フィンチューブ型熱交換器の空気を流通させる方向の上流側の列で最上段にある伝熱管より流入し、前記フィンチューブ型熱交換器の空気を流通させる方向の下流側の列に配置された中で最上段の伝熱管より流出することを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の熱交換器を、室内機内に配置したことを特徴とする空気調和機。

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