JP2016050718A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率の低下を抑制する。【解決手段】銅製の第１の伝熱管１１と、第１の伝熱管と交差し複数のフィンからなる第１フィン群１２と、第１の伝熱管の端部を接続する銅製の接続部とを含む主熱交換器１０と、第２の伝熱管２１と、第２の伝熱管と交差し複数のフィンからなる第２フィン群２２と、第２の伝熱管の端部に接続されるアルミ製のヘッダ２３とを含み、主熱交換器の風上側に配置される補助熱交換器２０とを備え、第１フィン群はフィンの積層方向の両端に第１側板１４を有し、ヘッダは第２側板２４を有し、第１側板と第２側板はヘッダと接続部とが所定の距離をもって配置されるように固定具によって固定され、第２フィン群は第１フィン群の風上側端部に近接又は接触するように延出した風下側端部を有する空気調和機１。【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、扁平管を用いたパラレルフロー型熱交換器及び円管を用いたクロスフィンチューブ型熱交換器を備える空気調和機に関する。

従来、空気調和機の室内熱交換器としては、断面円形の伝熱管（以下、円管と呼ぶ）を用いたフィンチューブ熱交換器が使用されている。一般的なフィンチューブ熱交換器は、冷媒が流通する銅製の円管と、円管と交差するアルミ製のフィン群と、円管の端部を接続する銅製のＵ字管とを備えている。

近年、空気調和機に搭載される熱交換器においては、高価格である銅材の削減及び熱交換効率を向上させる目的で、銅製である従来の円管からアルミ製の扁平管への変更が検討されている（例えば、特許文献１参照）。アルミ製の熱交換器は、一般的に伝熱管として扁平管が用いられており、冷媒が流通するアルミ製の扁平管と、扁平管と交互に積層される波板状（コルゲート）のフィン群と、扁平管の端部に接続されるアルミ製のヘッダとを備えたパラレルフロー型熱交換器（以下、扁平管熱交換器と呼ぶ）が知られている。

空気調和機の室内機に搭載される室内熱交換器は、主熱交換器と、主熱交換器の風上側の一部に設けられた補助熱交換器とで構成されているものがある。現行の主熱交換器では、冷媒の分流構造が複雑化しているので、扁平管熱交換器のヘッダで現行の分流構造を再現することは難しい。しかし、分流構造が単純な補助熱交換器であれば扁平管熱交換器への変更は容易である。したがって、従来の円管を用いたフィンチューブ熱交換器（以下、円管熱交換器と呼ぶ）からなる主熱交換器の風上側の一部に扁平管熱交換器からなる補助熱交換器を設けた室内熱交換器が提案される。

図６〜図１０は、円管熱交換器１００からなる主熱交換器の風上側の一部に扁平管熱交換器２００からなる補助熱交換器が設けられた室内熱交換器を示している。このとき、図８に示すように、扁平管熱交換器２００のアルミ製ヘッダ２０１と、円管熱交換器１００の銅製ヘアピン管１０１とが近接していると、水滴によるブリッジ等で電食が発生し、ヘッダ２０１が腐食する可能性があるので、図６及び図７に示すように、扁平管熱交換器２００のヘッダ２０１は、円管熱交換器１００のヘアピン管１０１と電食が生じない距離Ｌ１をもって配置する必要がある。

また、図９に示すように、主熱交換器に補助熱交換器を固定する際には、それぞれに設けられた側板１０２、２０２同士を固定するという方法が用いられる。このとき、側板１０２、２０２同士の固定位置を調整することで、上記の距離Ｌを確保できるだけでなく、距離Ｌ１により生じる側方の隙間Ｓ１も側板１０２、２０２で遮蔽することが可能になる。

しかしながら、扁平管熱交換器２００では、その製造段階において、ヘッダ２０１とフィン群２０３との間に隙間Ｓ２を設ける必要がある。そして、この隙間Ｓ２は、扁平管熱交換器２００のフィン群２０３と円管熱交換器１００のフィン群１０３との間に存在する大きな隙間Ｓ３に連通するため、フィン群２０３の設置範囲に比べて空気抵抗が小さい空気流入経路となってしまい、その結果、隙間Ｓ２を介して多くの空気が隙間Ｓ３に流入し、補助熱交換器である扁平管熱交換器２００の熱交換効率が低下するという問題があった。さらに、フィン群２０３が上下方向に連通していないため、凝縮水の排水性がよくないという問題があった。

なお、図１０に示すように、補助熱交換器である扁平管熱交換器２００に、隙間Ｓ２を塞ぐシール部材２０４を設けることが考えられるが、このようなシール部材２０４を設けると、シール部材２０４の風下領域Ｒに空気が流入しづらくなるので、主熱交換器である円管熱交換器１００の熱交換効率が低下するという問題があった。

特開２０１４−８８９９３号公報

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、円管熱交換器の風上側に扁平管熱交換器を設けるにあたり、円管熱交換器のヘアピン管と扁平管熱交換器のヘッダとを電食防止のために離間させて配置した場合であっても、扁平管熱交換器のフィン群とヘッダとの間の隙間や、扁平管熱交換器のフィン群と円管熱交換器のフィン群との間の隙間に起因する熱交換効率の低下を抑制することができる空気調和機の提供を目的とする。併せて、ヘアピン管とヘッダとの隙間を確保するためのスペーサーを必要とせず、しかも、凝縮水の排水性を向上させることができる空気調和機の提供を目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものである。

（１）本発明に係る１つの態様は、冷媒が流通する銅製の複数の第１の伝熱管と、前記第１の伝熱管と交差し積層された複数のフィンからなる第１フィン群と、前記第１の伝熱管の端部を接続する銅製の接続部とを含む主熱交換器と、冷媒が流通する複数の第２の伝熱管と、前記第２の伝熱管と交差し積層された複数のフィンからなる第２フィン群と、前記第２の伝熱管の端部に接続されるアルミ製のヘッダとを含み前記主熱交換器の風上側に配置される補助熱交換器と、を備えた空気調和機であって、前記第１フィン群はフィンの積層方向の両端に第１側板を有し、前記ヘッダは第２側板を有し、前記第１側板と第２側板は、前記ヘッダと前記接続部とが所定の距離をもって配置されるように固定具によって固定され、前記第２フィン群は、前記第１フィン群の風上側端部に近接又は接触するように延出した風下側端部を有することを特徴とする。

（２）上記（１）の空気調和機において、前記第２フィン群は、少なくとも両端のフィンが前記第１フィン群の風上側端部に近接又は接触するように延出した風下側端部を有していてもよい。

（３）上記（１）または（２）の空気調和機において、前記第１側板と前記第２側板とによって、前記ヘッダと前記第１フィン群との間の隙間を塞いでいてもよい。

（４）上記（１）〜（３）の空気調和機において、前記第２フィン群を構成する全てのフィンが、前記第１フィン群の風上側端部に近接又は接触するように延出した風下側端部を有してもよい。

本発明によれば、円管を用いた主熱交換器の風上側に扁平管を用いた補助熱交換器を設けた空気調和機において、主熱交換器のヘアピン管と補助熱交換器のヘッダとを電食防止のために離間させて配置した場合であっても、補助熱交換器のフィンとヘッダとの間の隙間から補助熱交換器のフィンと主熱交換器のフィンとの間の隙間に空気が流入することに起因する熱交換効率の低下を抑制することができる。併せて、ヘアピン管とヘッダとの隙間を確保するためのスペーサーを必要とせず、しかも、凝縮水の排水性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る空気調和機の暖房運転時の説明図である。 本発明の実施形態に係る空気調和機の冷房運転時の説明図である。 本発明の実施形態に係る室内熱交換器の構成を示す側面図である。 図３のＡ矢視図であり、第２フィン群の全部が第１フィン群側に近接している例を示している。 図３のＡ矢視図であり、第２フィン群の両端のフィンのみが第１フィン群に近接している例を示している。 本発明の実施形態に係る扁平管熱交換器の図であり、（ａ）は扁平管熱交換器の平面図、（ｂ）は扁平管熱交換器の正面図、（ｃ）は扁平管熱交換器の側面図、（ｄ）はフィンの平面図である。 参考例１に係る室内熱交換器の構成を示す側面図である。 図６のＡ矢視図である。 参考例２のＡ矢視図である。 参考例３のＡ矢視図である。 参考例４のＡ矢視図である。

以下、本発明に係る好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通じて同じ要素には同じ符号を付して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る空気調和機の暖房運転時の説明図、図２は、本発明の実施形態に係る空気調和機の冷房運転時の説明図である。図１及び図２に示すように、空気調和機１は、室内機２と室外機３とを備えている。室内機２は、後述する複数の円管１３（第１の伝熱管）を用いた熱交換器１０（以下、円管熱交換器１０と呼ぶ）からなる主熱交換器と、主熱交換器の風上側の一部に後述する複数の扁平管２１（第２の伝熱管）を用い、複数の扁平管の長さ方向両端に設けられた一対のヘッダ２３を備えた熱交換器２０（以下、扁平管熱交換器２０と呼ぶ）熱交換器２０からなる補助熱交換器を設けた室内熱交換器４と、室内熱交換器４の風下側に配置された送風機５とを備えており、送風機５の駆動に応じて吸込口５ａから吸込まれた空気が室内熱交換器４を通過して吹出口５ｂから排出される。また、室外機３には、任意の熱交換器を用いて構成される室外熱交換器６の他に、圧縮機７、膨張弁８及び四方弁９が設けられている。なお、ここでは、主熱交換器として円管熱交換器を、補助熱交換器として扁平管熱交換器を取り上げて説明しているが、伝熱管の形状はそれぞれこれらに限定されるものではなく、種々のものを採用することができる。

図１に示すように、暖房運転時には、室外機３の圧縮機７から吐出した高温高圧のガス冷媒が四方弁９を介して室内機２の室内熱交換器４に流入する。室内熱交換器４（凝縮器）で空気と熱交換した冷媒は凝縮して液化する。このように、室内熱交換器４が凝縮器として機能し、室内熱交換器４で冷媒と熱交換を行い加熱された室内空気が室内に吹き出されることによって、室内機２が設置された室内の暖房が行われる。このとき、冷媒は、まず主熱交換器である風下側の円管熱交換器１０に流入してから補助熱交換器である扁平管熱交換器２０へ流入する。その後、高圧の液冷媒は、室外機３の膨張弁８を通過することによって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり室外熱交換器６へ流入する。室外熱交換器６（蒸発器）で外気と熱交換した冷媒はガス化する。その後、低圧のガス冷媒は、四方弁９を介して圧縮機７に吸入される。

図２に示すように、冷房運転時には、室外機３の圧縮機７から吐出した高温高圧のガス冷媒が四方弁９を介して室外熱交換器６に流入する。室外熱交換器６（凝縮器）で外気と熱交換した冷媒は凝縮して液化する。その後、高圧の液冷媒は、室外機３の膨張弁８を通過することによって減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、室内機２の室内熱交換器４へ流入する。室内熱交換器４（蒸発器）で空気と熱交換した冷媒はガス化する。このように、室内熱交換器４が蒸発器として機能し、室内熱交換器４で冷媒と熱交換を行い冷却された室内空気が室内に吹き出されることによって、室内機２が設置された室内の冷房が行われる。このとき、冷媒は、まず補助熱交換器である風上側の扁平管熱交換器２０に流入してから主熱交換器である円管熱交換器１０へ流入する。その後、低圧のガス冷媒は、四方弁９を介して圧縮機７に吸入される。

図３は、本発明の実施形態に係る室内熱交換器の構成を示す側面図、図４Ａは、図３のＡ矢視図である。図３及び図４Ａに示すように、室内熱交換器４の主熱交換器として設けられる円管熱交換器１０は、冷媒が流通する銅製の円管１１と、円管１１と交差し複数の積層されたフィンからなるアルミ製の第１フィン群１２と、円管１１の端部を接続する銅製のＵ字管１３（接続部）とを備えている。なお、Ｕ字管１３は円管１１と一体となっているものも含まれるものとする。

なお、本実施形態の円管熱交換器１０は、空気調和機１の筐体内の前面側下部に略垂直に配置される第１円管熱交換器ユニット１０ａと、前面側上部に上部が後方に下部が前方に傾斜して配置される第２円管熱交換器ユニット１０ｂと、正面側に上部が前方に下部が後方に傾斜して配置される第３円管熱交換器ユニット１０ｃとを含み、これらの円管熱交換器ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃを接続して構成されているが、本発明の円管熱交換器１０は、１つの円管熱交換器ユニットで構成されるものでもよいし、４つ以上の円管熱交換器ユニットを連結して構成されるものであってもよい。

図５は、本発明の実施形態に係る扁平管熱交換器の図であり、（ａ）は扁平管熱交換器の平面図、（ｂ）は扁平管熱交換器の正面図、（ｃ）は扁平管熱交換器の側面図である。図３〜図５に示すように、室内熱交換器４の補助熱交換器として設けられる扁平管熱交換器２０は、冷媒が流通するアルミ製の扁平管２１と、扁平管２１と交差し空気を通過させるための隙間を設けて積層された複数のフィンからなるアルミ製の第２フィン群２２と、扁平管２１の両端部に接続されるアルミ製のヘッダ２３とを備えており、ヘッダ２３がＵ字管１３と電食を生じない距離Ｌ１をもって円管熱交換器１０（第２円管熱交換器ユニット１０ｂ）の風上側に設けられる。

扁平管２１は、断面が空気流通方向に延びた扁平な形状を有し、その内部には、空気流通方向に並ぶ複数の冷媒流路２１ａが並列状に形成されている。そして、扁平管２１は、空気が通過するための隙間を設けて平行に配置され、その両端部が一対のヘッダ２３に接続される。

ヘッダ２３は、円筒形状を有しており、その内部には、流入する冷媒を複数の扁平管２１に分流したり、複数の扁平管２１から流出する冷媒を合流させるための冷媒流路（不図示）が形成されている。つまり、一方のヘッダ２３に供給された冷媒は、複数の扁平管２１に分流されて流入する。そして、扁平管２１に流入した冷媒は、内部の冷媒流路２１ａを流れて他端側に到達し、他方のヘッダ２３に流出する。このとき、扁平管２１においては、扁平管２１を流れる冷媒と、扁平管２１間の隙間を通過する空気との間で熱交換が行われる。

第２フィン群２２は、平面視（図５（ａ））又は正面視（図５（ｂ））において扁平管２１と交差する方向に延在する平板形状のフィン２２ａを、空気が通過するための隙間を設けて平行に配置されている。図５（ｄ）に示すように、フィン２２ａは風上側の端部に扁平管２１と嵌合する複数の切欠き部２２ｂを有しており、これらの切欠き部２２ｂを扁平管２１と嵌合させた状態でろう付けすることにより、フィン２２ａと扁平管２１とが一体的に接合される。

図５の（ｃ）に示すように、第２フィン群２２は、側面視において、その風下側端部がヘッダ２３の風下側外郭線よりも距離Ｌ２をもって風下側に位置するように延出形成される。この距離Ｌ２は、円管熱交換器１０の第１フィン群１２の風上側端部からＵ字管１３の風上側端部までの距離Ｌ３と、前述した距離Ｌ１とにもとづいて設定することができる。例えば、距離Ｌ１から距離Ｌ３を減じた値を距離Ｌ２に設定する。このようにすると、ヘッダ２３がＵ字管１３と電食を生じない距離Ｌ１をもって円管熱交換器１０の風上側に扁平管熱交換器２０を配置したとき、第２フィン群２２の風下側端部を、第１フィン群１２の風上側端部に近接又は接触させることができる。

図４Ａに示すように、円管熱交換器１０は、第１フィン群１２の積層方向の両端の外側に第１側板１４を有し、扁平管熱交換器２０は、ヘッダ２３の風下側に第２側板２４を有している。第１側板１４の風上側端部と第２側板２４の風下側端部とは、互いに重合するとともに、固定具であるボルトＢによって固定されている。このようにすると、ヘッダ２３がＵ字管１３と電食を生じない所定の距離Ｌ１を確保しつつ、扁平管熱交換器２０を円管熱交換器１０に固定することができるとともに、距離Ｌ１により生じる隙間を第１側板１４と第２側板２４とによって塞いでいるので、当該隙間から円管熱交換器１０と扁平管熱交換器２０との間に空気が流入することを回避できる。

扁平管熱交換器２０は、その製造方法に起因し、ヘッダ２３と第２フィン群２２との間に隙間Ｓ２が生じる。ここで、扁平管熱交換器２０の第２フィン群２２と円管熱交換器１０の第１フィン群１２との間に大きな隙間Ｓ３（図９に示す参考例３参照）が存在する場合は、隙間Ｓ２が隙間Ｓ３に連通し、第２フィン群２２の設置範囲に比べて空気抵抗が小さい空気流入経路となってしまうため、隙間Ｓ２を介して多くの空気が隙間Ｓ３に流入し、扁平管熱交換器２０の熱交換効率が低下する虞があるが、本発明の実施形態に係る扁平管熱交換器２０では、第２フィン群２２の風下側端部が、第１フィン群１２の風上側端部に近接又は接触するように延出形成し、隙間Ｓ３をきわめて微小にしているので、隙間Ｓ２から注入した空気をその下流側に位置する第１フィン群１２に導くことができる。ここで、図４Ａでは、 第２フィン群２２を構成する全てのフィンが第１フィン群１２側に近接している例を示しているが、第２フィン群２２の構成はこれに限られることなく、例えば図４Ｂに示すように、第２フィン群２２の両端のフィンのみを第１フィン群１２に近接又は接触するようにしてもよい。ただしこの場合、第２フィン群２２と第１フィン群１２との間に生じた隙間に上下方向（図だと紙面に垂直方向）から空気が流入してしまう。よって、図４Ａのように第２フィン群２２の全部を第１フィン群１２側に近接又は接触させることが好ましい。

以上に述べた本発明の実施形態によれば、空気調和機１は、冷媒が流通する銅製の円管１１と、円管１１と交差し空気を通過させるための隙間を設けて積層された複数のフィンからなる第１フィン群１２と、円管１１の端部を接続する銅製のＵ字管１３とを含む主熱交換器１０と、冷媒が流通する扁平管２１と、扁平管２１と交差し複数の積層されたフィンからなる第２フィン群２２と、扁平管２１の端部に接続されるアルミ製のヘッダ２３とを含み、円管熱交換器１０の風上側に配置される扁平管熱交換器２０とを備え、第１フィン群１２はフィンの積層方向の両端に第１側板１４を有し、ヘッダ２３は第２側板２４を有し、第１側板１４と第２側板２４は、ヘッダ２３とＵ字管１３とが所定の距離をもって配置されるように固定具のボルトＢによって固定され、第２フィン群２２は、少なくとも両端のフィンが第１フィン群１２の風上側端部に近接又は接触するように延出した風下側端部を有するので、扁平管熱交換器２０の第１フィン群１２とヘッダ２３との間に隙間Ｓ２が存在しても、この隙間Ｓ２を介して第１フィン群１２と第２フィン群２２との間に多くの空気が流入することを阻止でき、その結果、扁平管熱交換器２０の熱交換効率を向上させることができる。さらには、Ｕ字管１３とヘッダ２３の隙間を確保するためのスペーサーを必要とせず、しかも、凝縮水の排水性を向上させることができる。

また、本実施形態の構成によれば、隙間Ｓ２を塞ぐ必要がないので、隙間Ｓ２の風下領域における空気流通も良好になり、円管熱交換器１０の熱交換効率も向上させることができる。

また、本実施形態の構成によれば、扁平管熱交換器２０が、ヘッダ２３がＵ字管１３と電食を生じない距離Ｌ１をもって円管熱交換器１０の風上側に設けられるだけでなく、距離Ｌ１により生じる隙間が、第１側板１４と第２側板２４とによって塞いでいるので、当該隙間から扁平管熱交換器２０と円管熱交換器１０との間に空気が流入することも回避できる。

また、第１側板１４と第２側板２４は、固定具であるボルトＢによって固定されているので、ヘッダ２３がＵ字管１３と電食を生じない距離Ｌ１を確保しつつ、扁平管熱交換器２０を円管熱交換器１０に固定することができる。

また、第２フィン群２２を構成する全てのフィンが、第１フィン群１２の風上側端部に近接又は接触するように延出した風下側端部を有するので、扁平管熱交換器２０と円管熱交換器１０との間の隙間を広範囲で無くし、当該隙間における気流の乱れ等を防止することができる。さらに、第２フィン群２２が風下側において上下方向に連通しているので、扁平管熱交換器２０であっても、凝縮水の排水性を向上させることができる。特にこの点は、コルゲートフィンを用いた扁平管熱交換器に比べてより顕著な効果である。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１…空気調和機、２…室内機、３…室外機、４…室内熱交換器、５…送風機、５ａ…吸込口、５ｂ…吹出口、６…室外熱交換器、７…圧縮機、８…膨張弁、９…四方弁、１０…円管熱交換器、１１…円管、１２…第１フィン群、１３…ヘアピン管、１４…第１側板、２０…扁平管熱交換器、２１…扁平管、２１ａ…冷媒流路、２２…第２フィン群、２２ａ…フィン、２２ｂ…切欠き部、２３…ヘッダ、２４…第２側板、

Claims (4)

1. 冷媒が流通する銅製の複数の第１の伝熱管と、前記第１の伝熱管と交差し積層された複数のフィンからなる第１フィン群と、前記第１の伝熱管の端部を接続する銅製の接続部とを含む主熱交換器と、
   冷媒が流通する複数の第２の伝熱管と、前記第２の伝熱管と交差し積層された複数のフィンからなる第２フィン群と、前記第２の伝熱管の端部に接続されるアルミ製のヘッダとを含み前記主熱交換器の風上側に配置される補助熱交換器と、を備えた空気調和機であって、
   前記第１フィン群はフィンの積層方向の両端に第１側板を有し、前記ヘッダは第２側板を有し、
   前記第１側板と第２側板は、前記ヘッダと前記接続部とが所定の距離をもって配置されるように固定具によって固定され、
   前記第２フィン群は、前記第１フィン群の風上側端部に近接又は接触するように延出した風下側端部を有することを特徴とする空気調和機。
2. 前記第２フィン群は、少なくとも両端のフィンが前記第１フィン群の風上側端部に近接又は接触するように延出した風下側端部を有することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記第１側板と前記第２側板とによって、前記ヘッダと前記第１フィン群との間の隙間を塞いでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
4. 前記第２フィン群を構成する全てのフィンが、前記第１フィン群の風上側端部に近接又は接触するように延出した風下側端部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の空気調和機。
   
   

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