JP2020118365A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】落下衝撃による熱交換器センター部分の変形のない空気調和機の提供。【解決手段】プレートフィンを多数積層して構成した熱交換器４の略センター部分に熱交支持部材２０を設け、この熱交支持部材２０を空気調和機の本体構成部品１９に固定した構成としている。これにより、落下試験時に熱交換器センター部に熱交換器自体の荷重が落下方向に加わってもこの荷重を熱交支持部材２０が受け止めて熱交換器４のセンター部が変形するのを防止することができる。よって、プレートフィン積層型特有の課題、すなわち熱交換器センター部の変形を防止して耐圧性及び効率低下のないプレートフィン積層型熱交換器を搭載した信頼性及び効率の高い空気調和機とすることができる。【選択図】図４

Description

本発明はプレートフィン積層型熱交換器を用いた空気調和機に関する。

一般に空気調和機は、圧縮機によって圧縮した冷媒を凝縮器や蒸発器等の熱交換器に循環させ第２流体と熱交換させて冷房もしくは暖房を行うが、前記熱交換器の熱交換効率によって空気調和機としての性能や省エネ性が大きく左右される。従って、熱交換器は高効率化が強く求められている。

このような中にあって、空気調和機の熱交換器は、一般的には、フィン群に伝熱管を貫通させて構成したフィンチューブ型熱交換器を用いており、その伝熱管の細径化を図って熱交換効率の向上及び小型化が進められている。

しかしながら、上記伝熱管の細径化には限度があるため、熱交換効率の向上及び小型化は限界に近づきつつある。

一方、熱エネルギーを交換するために使用される熱交換器の中には、流路を有するプレートフィンを積層して構成したプレートフィン積層型熱交換器が知られている。

このプレートフィン積層型熱交換器は、プレートフィンに形成された流路を流れる冷媒と、積層されたプレートフィの間を流れる第２流体との間で熱交換を行うもので、冷媒圧力の低い車両用の空気調和機において使用されている（例えば、特許文献１参照）。

図８、図９は上記特許文献１記載のプレートフィン積層型熱交換器を示し、この熱交換器１００は、冷媒が流れる流路１０１（図９参照）を有するプレートフィン１０２を積層したプレートフィン積層体１０３の両側部にエンドプレート１０４を積層配置し、前記流路１０１の左右両端部に流入側ヘッダ流路１０５及び流出側ヘッダ流路１０６を形成して構成している。

実用新案登録第３１９２７１９号公報

上記特許文献１記載のプレートフィン積層型熱交換器は、プレートフィン１０２に凹状溝をプレス成形して流路１０１を形成しているので、当該流路１０１の断面積をフィンチューブ型の伝熱管に比べさらに小さくでき、熱交換効率を高めることができる。

しかしながら、上記各流路１０１へと冷媒を流すヘッダ流路１０５、１０６の面積は各流路１０１の面積に比べ極端に大きいため、前記ヘッダ流路１０５、１０６部分での冷媒の圧力が大きなものとなってエンドプレート１０２のヘッダ流路１０５、１０６を有する部分（図８ではＸで示すプレートフィン積層型熱交換器の上下部分）が外方に膨張変形するという傾向がみられる。よって、プレートフィン１０２の積層枚数を多くすると、その分ヘッダ流路１０５、１０６に流れる冷媒量が多くなってヘッダ圧が大きく上昇する。

そのため、使用する冷媒流量が多くて圧力が高くなる家庭用や業務用の熱交換器としては、前記膨張変形等の関係から積層するプレートフィン１０２の積層枚数（寸法）にも限界が生じ、家庭用エアコンや業務用エアコン等に適する幅寸法の熱交換器とすることが困難である。

そこで、出願人は家庭用エアコンや業務用エアコン等の空気調和機に搭載する場合には、図１０に示すように前記膨張変形に耐えられる寸法とした熱交換器ブロック２００を複数、例えば二つ突き合わせて所定幅の熱交換器２０１とすることを検討している。

更に、上記膨張変形の問題を解決して長尺寸法の単一熱交換器とすることをも検討している。

しかしながら、上記いずれの場合も、プレートフィン積層型熱交換器は多数積層したプレートフィンをロー付けのみで一体化して構成しているため、従来のフィンチューブ型熱交換器のように伝熱管で積層フィンを連結したもの、すなわち伝熱管が熱交換器の長尺寸法方向に貫通して当該伝熱管が強度メンバーとしても働くフィンチューブ型熱交換器に比べ剛性が弱い。

そのために、二つの熱交換器ブロック２００を突き合わせて構成した熱交換器２０１の場合及び単一の熱交換器とした場合のいずれの場合も、熱交換器２０１の長尺方向の略中央部分で変形が発生しやすく、流路変形による効率低下や耐圧性低下を引き起こす、という新たな課題が発生する。

具体的には、プレートフィン積層型熱交換器を家庭用の空気調和機に搭載した場合、当該空気調和機に課せられている落下試験をすると、そのプレートフィン積層型熱交換器は、図１１、図１２の破線で示すようにその落下衝撃によって熱交換器センター部分が矢印Ｙで示す落下方向に変形してしまう。その結果、プレートフィンに形成した伝熱流路が変形し、耐圧性及び効率が低下することになる。特に二つの熱交換器ブロック２００を突き合わせて構成した熱交換器２０１の場合はその突合せ部分が落下方向に変形しやすく、耐圧性及び効率に大きな影響が生じる。なお、図中２０２は空気調和機の一部、すなわち調和機本体構成部品である熱交保持枠で、熱交換器２０１を固定保持している。

本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、落下試験しても熱交換器センター部分の変形のない空気調和機を提供することを目的としたものである。

本発明は、上記目的を達成するため、プレートフィンを多数積層して構成した熱交換器の長手方向略センター部分に当該熱交換器を設置する空気調和機の機器本体構成部品に固定する熱交支持部材を設けた構成としている。

これにより、落下試験時に熱交換器センター部に熱交換器自体の荷重が落下方向に加わってもこの荷重を熱交支持部材が受け止めて熱交換器のセンター部が変形するのを防止することができる。よって、プレートフィン積層型特有の課題、すなわち熱交換器センター部が変形するという課題を解消して耐圧性が高く効率低下のないプレートフィン積層型熱交換器とし、信頼性及び効率の高い空気調和機とすることができる。

本発明は、上記構成により、プレートフィンを積層して構成した熱交換器であっても、熱交換器センター部の変形を防止でき、耐圧性及び効率の低下のない小型かつ高熱交換効率なプレートフィン積層型熱交換器とし信頼性及び効率の高い空気調和機を提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるプレートフィン積層型熱交換器を搭載した空気調和機の室内機を示す斜視図 同室内機の断面図 同室内機に搭載したプレートフィン積層型熱交換器の分解斜視図 同プレートフィン積層型熱交換器とこれを保持する機器本体構成部品を示す斜視図 図４の矢印Ａ方向から見た正面図 同プレートフィン積層型熱交換器の略中央部分の支持構成を示す要部拡大斜視図 （ａ）同プレートフィン積層型熱交換器の熱交支持部材を示す正面図、（ｂ）同側面図 従来のプレートフィン積層型熱交換器の断面図 同従来のプレートフィン積層型熱交換器におけるプレートフィンの平面図 本出願人が検討しているプレートフィン積層型熱交換器の斜視図 同本出願人が検討しているプレートフィン積層型熱交換器の課題説明用の斜視図 同本出願人が検討しているプレートフィン積層型熱交換器の課題説明用の側面図

第１の発明は、室内機本体と、前記室内機本体内に設けた熱交換器及び送風ファンとを備え、前記熱交換器は、一対のヘッダ流路の間に複数の伝熱流路を有するプレートフィンを多数積層して構成し、且つ、前記熱交換器の長手方向略センター部分に熱交支持部材を設け、該熱交支持部材を室内機本体の本体構成部品に固定した構成としている。

これにより、落下試験時に熱交換器センター部に熱交換器自体の荷重が落下方向に加わってもこの荷重を熱交支持部材が受け止めて熱交換器のセンター部が変形するのを防止することができる。よって、プレートフィン積層型特有の課題、すなわち熱交換器センター部が変形するという課題を解消して耐圧性が高く効率低下のないプレートフィン積層型熱交換器とし、信頼性及び効率の高い空気調和機とすることができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記プレートフィン積層型熱交換器は複数の熱交換器ブロックを突き合わせて長尺の熱交換器とするとともに、前記熱交換器ブロックの突合せ部同士の間に熱交支持部材を挟み込み固定した構成としている。

これにより、長尺な熱交換器としていても冷媒圧力による膨張変形防止効果を保持しつつ熱交換器センター部の変形を防止でき、耐圧性及び効率低下をより確実になくした小型かつ高熱交換効率なプレートフィン積層型熱交換器を搭載した空気調和機とすることができる。

第３の発明は、第１の発明において、前記プレートフィン積層型熱交換器は略センター部分のプレートフィン間に熱交支持部材を挟み込み固定し、前記熱交支持部材にヘッダ流路となる流路孔を形成して当該熱交支持部材両側のプレートフィン積層部分が一つの熱交換器として繋がる構成としている。

これにより、単一のプレートフィン積層型熱交換器であっても熱交換器センター部の変形を防止でき、耐圧性及び効率低下をより確実になくした小型かつ高熱交換効率なプレートフィン積層型熱交換器を搭載した空気調和機とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

なお、本開示の熱交換器は、以下の実施形態に記載したプレートフィン積層型熱交換器の構成に限定されるものではなく、以下の実施形態において説明する技術的思想と同等の熱交換器の構成を含むものである。つまり，以下で説明する実施形態は、本発明の一例を示すものであって、実施形態において示される構成、機能、動作などは、例示であり、本開示を限定するものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるプレートフィン積層型熱交換器を搭載した空気調和機の室内機を示す斜視図、図２は同室内機の断面図、図３は同室内機に搭載したプレートフィン積層型熱交換器の分解斜視図、図４は同プレートフィン積層型熱交換器とこれを保持する機器本体構成部品を示す斜視図、図５は図４の矢印Ａ方向から見た正面図、図６はプレートフィン積層型熱交換器の略中央部分の支持構成を示す要部拡大斜視図、図７（ａ）は同プレートフィン積層型熱交換器の熱交支持部材を示す正面図、（ｂ）は同側面図である。

本実施の形態１の空気調和機は、室内機と室外機が冷媒配管及び制御配線等により互いに接続された、所謂セパレート型の空気調和機である。室内機と室外機によりヒートポンプが構成されており、室外機には圧縮機が設けられている。実施の形態１の空気調和機における室内機は、室内の壁面に取り付ける壁掛け式室内機である。

上記空気調和機の室内機１は、図１、図２に示すように、上面に開口部２ａを有する室内機本体２と、室内機本体２の前面を覆う前面パネル３とを備えている。

室内機本体２の内部には、図２に示すように、開口部２ａから取り入れた室内空気を熱交換する熱交換器４と、熱交換器４で熱交換された空気を室内に吹き出すための風力源である送風ファン５とが設けられている。送風ファン５は、室内機本体２の下方に設けられた吹出口６を通じて室内に空気を吹き出すように設けられている。また、室内機本体２の前記送風ファン５下流側から吹出口６に至る通風路７には、吹出口６を開閉するとともに空気の吹き出し方向を上下に変更する上下風向変更羽根８と、空気の吹き出し方向を左右に変更する左右風向変更羽根９とが設けられている。

また、前記室内機本体２の開口部２ａと熱交換器４との間には、開口部２ａから取り入れた室内空気に含まれる塵埃を除去するためのフィルタ１０が設けられている。なお、本実施形態にかかる空気調和機は、フィルタ１０の網部分に付着した塵埃を自動的に清掃するフィルタ掃除ユニット１１を備えている。

空気調和機が空調運転を開始すると、上下風向変更羽根８が開制御されて吹出口６が開放される。この状態で送風ファン５が駆動されることで、室内空気が開口部２ａを介して室内機の内部に取り入れられる。取り入れられた室内空気は、熱交換器４で熱交換され、送風ファン５を通過し、送風ファン５の送風方向の下流側に形成された通風路７を通過して、吹出口６より吹き出される。

上記室内空気と熱交換する熱交換器４は、図３に示すように、略弓型形状のプレートフィン１２を積層して構成したプレートフィン積層体１３の両側に平面視が略同一形状のエンドプレート１４、１４をロー付けにより接合一体化して構成している。そして、略弓型長方形状の一端部側に、蒸発器として用いる場合には入口となり凝縮器として用いる場合は出口となるヘッダ流路管Ａ１５及びその逆となるヘッダ流路管Ｂ１６とを有している。

上記プレートフィン積層体１３の両側のエンドプレート１４、１４は、プレートフィン積層体１３を挟持した形でボルト・ナット若しくはカシメピン軸等の締結手段１７によりその長手方向両端部を連結固定し、熱交換器４としての剛性を保持している。

また、プレートフィン積層体１３を構成するプレートフィン１２は、冷媒が流れる伝熱流路１８を有し、多数積層して各プレートフィン１２同士の間に空気が流れる積層間隔を形成している。そして、上記プレートフィン１２に設けた前記伝熱流路１８を流れる冷媒と各プレートフィン１２同士の間の積層間隙を流れる空気との間で熱交換する。

上記のように構成したプレートフィン積層型の熱交換器４は、図４に示すように、複数、この例では二つのプレートフィン積層型の熱交換器ブロック４ａ、４ａのエンドプレート１４、１４同士を背中合わせに突き合わせて構成している。具体的には、上記背中合わせにした熱交換器ブロック４ａ、４ａは、締結手段１７、すなわち前記エンドプレート１４、１４をプレートフィン積層体１３に固定する締結手段１７を利用して連結一体化してあり、室内機１の長手方向にマッチした長さの熱交換器４としている。そして、この熱交換器４は、図２に示すように、送風ファン５の下方の吹き出し方向を除く前面側と背面側の概ね二方を囲むように、略逆Ｖ字型に組み合わせて、図４に示すように、室内機本体２の背面側に位置する本体構成部品としての熱交取付枠１９に取り付けて室内機本体２内に設けてある。

また、上記熱交換器４は、図４に示すように、その略中央部分、すなわち、二つの熱交換器ブロック４ａ、４ａを突き合わせたエンドプレート１４、１４同士の間にプレート状の熱交支持部材２０を挟み込んで前記連結手段１７により一体化している。

上記熱交支持部材２０は、図７に示すように、熱交換器４の側面形状に沿うような形に形成してあり、その背面側上部には連結片２０ａが設けてある。そして、図５、図６に示すように、熱交支持部材２０の背面端縁２０ｂを前記熱交取付枠１９の内面に当接させた状態で連結片２０ａをビス２１により熱交取付枠１９上端の補強溝部１９ａ内面に取り付け固定している。

次に上記のように構成した空気調和機において、その作用効果を説明する。

本実施の形態の空気調和機は、空調運転を開始すると、送風ファン５が駆動され、室内空気が開口部２ａを介して室内機の内部に取り入れられる。取り入れられた室内空気は、熱交換器４で熱交換され、送風ファン５を通過し、送風ファン５の送風方向の下流側に形成された通風路７を通過して、解放された吹出口６より吹き出される。

このように動作する空気調和機は出荷前に本体背面を下方にして落下試験が行われる。

ここで、上記空気調和機に搭載した熱交換器４は、既述したようにプレートフィン１２を多数積層してロー付け等で接合一体化して構成したものであるから剛性が弱く、熱交換器４の長尺方向の略中央部分で変形が発生しやすい。

しかしながら、本実施の形態の熱交換器４は、熱交換器４の略センター部分に熱交支持部材２０を挟み込み固定し、この熱交支持部材２０を室内機本体２の本体構成部品である熱交取付枠１９に固定しているので、落下試験を行って熱交換器４のセンター部に熱交換器自体の荷重が落下方向に加わってもこの荷重を熱交支持部材２０が受け止める。よって、熱交換器４のセンター部が変形するのを防止することができる。すなわち熱交換器センター部の変形がなく、耐圧性及び効率低下のないプレートフィン積層型熱交換器となり、これにより、高効率かつ信頼性の高い空気調和機とすることができる。

特に、本実施の形態の熱交換器４のように熱交換器ブロック４ａ、４ａを突き合わせて構成していると、この突合せ部分、つまり熱交換器４の長尺方向の略中央部分で変形が発生しやすいが、上記熱交換器ブロック４ａ、４ａの突合せ部の間に熱交支持部材２０を挟み込み固定しているので、最も変形しやすい突合せ部分の変形を熱交支持部材２０によって効果的に防止することができる。よって、複数の熱交換器ブロック４ａ、４ａを突き合わせて構成した熱交換器４であっても、その略中央部の変形を確実に防止して耐圧性及び効率低下のないプレートフィン積層型熱交換器とすることができる。つまり、複数の熱交換器ブロック４ａ、４ａを突き合わせて熱交換器４を構成することにより冷媒の圧力に対する耐圧強度を高め、かつ、落下試験に対する変形もない熱交換器とすることができ、冷媒量が多くて冷媒圧が高い家庭用及び業務用の空気調和機であっても信頼性の高いものとすることができる。

また、上記熱交支持部材２０は熱交換器ブロック４ａ、４ａのエンドプレート１４、１４同士間に挟み込んで熱交換器４に固定しているので、積層したプレートフィン１２、エンドプレート１４を連結一体化する締結手段１７を利用して熱交換器４に取り付けることができ、熱交支持部材２０の取り付け構成を合理的かつ簡素なものとしてコストダウンを図ることができる。

また、熱交換器４を固定する熱交取付枠１９の前記熱交支持部材２０をビス止め固定する上端部分は補強溝部１９ａを設けて断面コ字状のとしているので、剛性が高く、落下試験時に熱交換器４の衝撃荷重が加わってもこの落下衝撃に抗して確実に熱交換器４を支持することができる。よって、熱交換器４の変形防止効果を確実なものとすることができ、変形防止に対する信頼性をより高めることができる。

なお、上記実施の形態では、熱交換器４は複数の熱交換器ブロック４ａ、４ａを突き合わせて長尺の熱交換器としたもので説明したが、これはプレートフィン１２を積層しただけで長尺寸法の単一熱交換器としたものにも適用することができる。

即ち、プレートフィン１２を積層して室内機の長さにマッチするだけの長尺寸法としたプレートフィン積層体１３の略中央部分のプレートフィン１２間に直接熱交支持部材２０を挟み込んでこれをロー付等により接合固定し、かつ、前記熱交支持部材２０にヘッダ流路となる流路孔を形成して当該熱交支持部材２０両側のプレートフィン積層部分が一つの熱交換器として繋がる形状とし、この熱交換器４の熱交支持部材２０を機器構成部材となる熱交取付枠１９に取り付け固定する形としてもよい。

このような構成とすることによって、単一のプレートフィン積層型熱交換器であっても熱交換器センター部の変形を防止でき、耐圧性が高く効率低下のない小型かつ高熱交換効率なプレートフィン積層型熱交換器として、高効率かつ信頼性の高い空気調和機とすることができる。しかも複数の熱交換機ブロックを突き合わせて単一の熱交換器とする必要がないので安価に提供することができる。

なお、上記実施の形態では熱交支持部材２０はいずれの場合も熱交換器４の長い方向略中央部に一つ設けただけのものを例示したが、これは熱交換器４の長手方向適所に複数設けてもよい。つまり、熱交支持部材２０は熱交換器４の落下試験の結果によって適宜設ければよいものである。

以上、本発明に係る空気調和機について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では、室内機と室外機が冷媒配管及び制御配線等により互いに接続されたセパレート型の空気調和機で説明したが、これは室内機と室外機が一体になった室内設置型の空気調和機であってもよく、この場合、室内機と室外機が一体になったものが請求項の室内機に該当するものである。

以上のように、今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれるものである。

本発明は、プレートフィンを積層して構成した熱交換器であっても、熱交換器センター部の変形を防止でき、耐圧性が高く効率低下のない小型かつ高熱交換効率なプレートフィン積層型熱交換器を搭載した信頼性及び効率の高い空気調和機とすることができる。よって、家庭用及び業務用エアコン等に幅広く利用でき、その産業的価値は大なるものがある。

１ 室内機
２ 室内機本体
２ａ 開口部
３ 前面パネル
４ 熱交換器
４ａ 熱交換器ブロック
５ 送風ファン
６ 吹出口
７ 通風路
８ 上下風向変更羽根
９ 左右風向変更羽根
１０ フィルタ
１１ フィルタ掃除ユニット
１２ プレートフィン
１３ プレートフィン積層体
１４ エンドプレート
１５ ヘッダ流路管Ａ
１６ ヘッダ流路管Ｂ
１７ 連結手段
１８ 伝熱流路
１９ 熱交取付枠（本体構成部品）
１９ａ 補強溝部
２０ 熱交支持部材
２０ａ 連結片
２０ｂ 背面端縁
２１ ビス

Claims (3)

1. 室内機本体と、前記室内機本体内に設けた熱交換器及び送風ファンとを備え、前記熱交換器は、一対のヘッダ流路の間に複数の伝熱流路を有するプレートフィンを多数積層して構成し、且つ、前記熱交換器の長手方向の適所に熱交支持部材を設け、該熱交支持部材を室内機本体の本体構成部品に固定した空気調和機。
2. 前記熱交換器は複数の熱交換器ブロックを突き合わせて長尺の熱交換器とするとともに、前記熱交換器ブロックの突合せ部同士の間に前記熱交支持部材を挟み込み固定した請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記熱交換器は長手方向の適所の前記プレートフィン間に前記熱交支持部材を挟み込み固定し、前記熱交支持部材にヘッダ流路となる流路孔を形成して当該熱交支持部材両側のプレートフィン積層部分が一つの熱交換器として繋がる構成とした請求項１記載の空気調和機。

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