JP2020118368A - 空気調和機 - Google Patents

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Kazuki OHATA
和希 大旗
剛史 永田
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Abstract

【課題】落下試験しても熱交換器端部の変形による熱交換効率低下のない空気調和機の提供。【解決手段】室内機本体内にプレートフィン積層型の熱交換器4と送風ファンとを備え、前記熱交換器は熱交換器端部に熱交換器補強保持部材24を設けて当該熱交換器補強保持部材24を前記室内機本体の構成部品となる熱交取付枠19に直接または間接的に固定した構成としてある。これにより、落下試験時に熱交換器端部に熱交換器端部自体の荷重が落下方向に加わっても熱交換器補強保持部材がこの荷重に抗して熱交換器端部を定位置に保持し、熱交換器端部が変形して熱交換効率が低下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熱交換器の高い熱交換効率を生かした高性能な空気調和機とすることができる。【選択図】図5

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、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(特許文献1参照)。
図13、図14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14参照)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ある。
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、上記構成の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102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、このプレートフィン積層型熱交換器を図15に示すように冷媒量が多くて圧力が高くなる家庭用或いは業務用の空気調和機に搭載した場合、空気調和機に課せられている落下試験をすると、熱交換器端部に熱交端部自体の荷重が落下方向に加わり、この荷重に抗することができずに熱交換器端部が図16の破線110で示すように変形する、という課題が生じることが判明した。
そして上記熱交換器端部の変形により当該部分の冷媒流路も変形して熱交換性能が低下したり、冷媒圧力に抗する耐圧性が低下したりして、熱交換効率の高いプレートフィン積層型熱交換器を用いていてもその性能を生かしきれず、空気調和機としての性能を大きく向上させることができなかった。
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端部の変形による熱交換効率や耐圧性の低下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、プレートフィン積層型熱交換器の熱交換器端部に熱交換器補強保持部材を設けて当該熱交換器補強保持部材を空気調和機の本体構成部品に直接または間接的に固定した構成としてある。
これにより、落下試験時に熱交換器端部に熱交端部自体の荷重が落下方向に加わっても熱交換器補強保持部材がこの荷重を受け止めて熱交換器端部を定位置に保持し、熱交換器端部が変形するのを防止できる。よって、熱交換器端部の変形による熱交換効率の低下や耐圧性の低下を防止することができる。
本発明は、上記構成により、熱交換器端部の変形がなく、変形による効率低下や耐圧性低下のない高性能かつ信頼性の高い空気調和機とすることができる。
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 同室内機の本体構成部品となる熱交取付枠に取り付けた状態のプレートフィン積層型熱交換器を示す斜視図 図4の矢印A方向から見たプレートフィン積層型熱交換器の側面図 同プレートフィン積層型熱交換器と熱交取付枠の分解斜視図 同プレートフィン積層型熱交換器と熱交取付枠の分解側面図 同プレートフィン積層型熱交換器に熱交換器補強保持部材を取り付けた状態を示す斜視図 同熱交換器補強保持部材の斜視図 同熱交換器補強保持部材の端部を示す拡大斜視図 本発明の実施の形態2における空気調和機のプレートフィン積層型熱交換器と熱交取付枠の分解側面図 本発明の実施の形態3における空気調和機のプレートフィン積層型熱交換器に取り付ける熱交換器補強保持部材の変形例を示す断面図 従来のプレートフィン積層型熱交換器の断面図 同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 従来の空気調和機への熱交換器搭載例を示す断面図 従来のプレートフィン積層型熱交換器を空気調和機に搭載した場合の課題を説明する説明図
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、前記熱交換器は複数の伝熱流路を有するプレートフィンを積層したプレートフィン積層体の両側面にエンドプレートを一体化して構成し、且つ、前記熱交換器端部に熱交換器補強保持部材を設けて当該熱交換器補強保持部材を前記室内機本体の本体構成部品に直接または間接的に固定した構成としてある。
これにより、落下試験時に熱交換器端部に熱交換器端部自体の荷重が落下方向に加わっても熱交換器補強保持部材がこの荷重を受け止めて熱交換器端部を定位置に保持し、熱交換器端部が変形するのを防止できる。よって、熱交換器端部の変形による熱交換効率の低下や耐圧性の低下を防止することができ、プレートフィン積層型熱交換器の高い熱交換効率を生かした高性能かつ信頼性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、前記熱交換器補強保持部材の長手方向両端をプレートフィン積層体両側のエンドプレートに係合させるとともに、前記エンドプレートを室内機本体の本体構成部品に固定して前記熱交換器補強保持部材を間接的に室内機本体の本体構成部品に取り付け固定した構成としてある。
これにより、落下試験時に熱交換器端部に加わる大きな荷重をエンドプレートで受け止めた後、室内機本体の本体構成部品で受け止めるような形となり、熱交換器端部の変形をより確実に防止して熱交換効率の低下や耐圧性の低下を効果的に抑制することができる。しかも熱交換器補強保持部材はエンドプレートに係合させているので、熱交換器単独でもその強度が向上し、熱交換器を搬送する時等の熱交換器端部の変形を防止でき、かつ、取り扱いも容易になり、熱交換器品質を安定させることができる。
第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記熱交換器補強保持部材は断面略コ字状に形成して熱交換器端部の表面と裏面に重なる片を有する形状とした構成としてある。
これにより、熱交換器補強保持部材は断面略コ字状としたことによってその剛性が向上し、熱交換器端部の変形を効果的に防止できる。しかも熱交換器端部の表面と裏面に重なる片によって熱交換器端部の落下方向への変形はもちろん、落下方向とは反対方向への揺れ戻しによる変形をも防止できる。よって、熱交換器の重量がフィンチューブ型熱交換器に比べ重くなるプレートフィン積層型熱交換器であっても、その熱交換器端部の変形を確実に防止して熱交換効率や耐圧性が低下するのを確実に防止することができる。
第4の発明は、第3の発明において、前記熱交換器補強保持部材は熱交換器端部から滴下する結露水を所定場所へと案内する水受け皿機能を持つ構成としてある。
これにより、熱交換器端部の変形防止構成を利用して結露水処理を行うことができ、別途水受け皿を設ける必要がなくなって構成の簡素化を図ることができる。
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。
(実施の形態1)
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。
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である。
本実施の形態において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、本実施の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。
次に上記熱交換器4について図3〜図10を用いて説明する。
図3は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は同室内機の本体構成部品となる熱交取付枠に取り付けた状態のプレートフィン積層型熱交換器を示す斜視図、図5は図4の矢印A方向から見たプレートフィン積層型熱交換器の側面図、図6は同プレートフィン積層型熱交換器と熱交取付枠の分解斜視図、図7は同プレートフィン積層型熱交換器と熱交取付枠の分解側面図、図8は同プレートフィン積層型熱交換器に熱交換器補強保持部材を取り付けた状態を示す斜視図、図9は同熱交換器補強保持部材の斜視図、図10は同熱交換器補強保持部材の端部を示す拡大斜視図である。
本実施の形態の熱交換器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を積層し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、更にプレートフィン積層体13を挟持する形でボルト・ナット若しくはカシメピン軸等の締結手段17によりプレートフィン積層体13に締結固定して、熱交換器4としての剛性をサポートしている。
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。
なお、本実施の形態では上記熱交換器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部4−1、4−2の端部を突き合わせ、この各熱交換器部4−1、4−2を貫通する形で締結手段17を通して連結一体化することにより構成してあり、室内機1の長手方向にマッチした長さの熱交換器4としてある。
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、二つの熱交換器ブロック4a、4bをその上部で突き合わせて送風ファン5(図2参照)の背面側と前面側を覆うよう逆V字型状に配置し、室内機本体2の背面側を構成する本体構成部品としての熱交取付枠19に固定して室内機本体2内に組み込んである。
すなわち、図5〜図7に示すように、熱交換器4は背面側の熱交換器ブロック4bの下端部を熱交取付枠19の背面枠部19aに設けた段凹部19bに嵌め込み、二つの熱交換器ブロック4a、4a同士間に固定した熱交支持プレート20を図5に示すように前記熱交取付枠19の背面枠部19a内面に当接させ、その連結片20aを背面枠部19a上端の補強溝部19dにビス21止め固定してある。
また、上記熱交換器4は、熱交換器ブロック4a、4bの長手方向一端部側(図4、図6の右側端部)のエンドプレート14、14同士の間に側板22が嵌め込み固定してある。そして、この側板22は図5に示すように孔23と切り起こし片22aを有し、前記切り起こし片22aを前記熱交取付枠19の段凹部19bより前方に延設した熱交固定枠部19eのボス部19fに対向させて図5中左側から右側に向けてビス(図示せず)止めするとともに、前記孔23にビス(図示せず)を介して熱交取付枠19の平面部にビス止め固定してある。これにより、熱交換器4はその前面側の熱交換器ブロック4aも側板22を介して熱交取付枠19に固定される形となる。
さらに、上記熱交換器4は、図5に示すように前面側の熱交換器ブロック4aの下端部に熱交換器補強保持部材24が嵌合させてある。そして、上記熱交換器補強保持部材24は前記熱交取付枠19に側板22を介して固定したエンドプレート14に係合させて当該エンドプレート14を介し間接的に前記熱交取付枠19に固定した形としてある。
詳述すると、上記熱交換器補強保持部材24は、図9に示すように、断面コ字状に形成して相対向する片24a,24bを有する形状とし、その長手方向両端部に係合片部24cを突出形成してある。そして、上記片24a,24bが図8に示すようにプレートフィン積層体13の端部、つまり熱交換器端部の表面と裏面に重なるようにして熱交換器端部に嵌合させるとともに、その両端に設けた係合片部24cを前記熱交換器ブロック4a両端部のエンドプレート14,14下部に設けた係合孔14aに嵌合させてエンドプレート14,14に取り付けてある。これにより、上記熱交換器補強保持部材24はエンドプレート14,14、側板22を介して熱交取付枠19に間接的に固定される形となっている。
なお、上記熱交換器補強保持部材24のコ字状底面には結露水排出用孔25が複数設けてあり、その下方に設けてある水受け皿(図示せず)に熱交換器ブロック4aからの結露水を流出させるようになっている。
次に上記のように構成した空気調和機について、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が、上記空気調和機に搭載した熱交換器4の熱交換器ブロック4a、4b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たものであるから剛性が弱く、前方側の熱交換器ブロック4aの熱交換器端部が落下衝撃で変形しやすい。
しかしながら、本実施の形態の熱交換器4の前側の熱交換器ブロック4aは、その熱交換器端部に熱交換器補強保持部材24が設けてあり、この熱交換器補強保持部材24がエンドプレート14、側板22を介して熱交取付枠19に固定されているので、落下試験を行って熱交換器4の熱交換器端部に熱交換器自体の荷重が落下方向に加わっても、この荷重を熱交換器補強保持部材24が受け止め、熱交換器端部が変形するのを防止する。よって、熱交換器端部変形による冷媒流路の変形や冷媒圧力に抗する耐圧性の低下を防止でき、耐圧性及び熱交換効率の高い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。
また、本実施の形態では、上記熱交換器補強保持部材24は熱交換器ブロック4aのエンドプレート14,14に係合させ、このエンドプレート14,14を熱交取付枠19にビス止めすることにより熱交換器補強保持部材24を熱交取付枠19に固定する形としているので、落下試験時に熱交換器端部に加わる衝撃荷重をエンドプレート14,14と熱交取付枠19とで二重に受け止めるような形となる。したがって、熱交換器端部の変形をより確実に防止して熱交換効率や耐圧性が低下するのを効果的に抑制することができる。
また、上記熱交換器補強保持部材24を熱交換器4のエンドプレート14,14に係合させて熱交換器ブロック4aに取り付けていることにより、熱交換器ブロック4a、すなわち熱交換器単独としてもその強度が向上することになる。したがって、熱交換器4を部品として搬送する時等の変形を防止できるとともに取り扱いも容易になり、品質を安定させることができる。よって、前記熱交換器補強保持部材24は前側の熱交換器ブロック4aだけでなく図1に示すように背面側の熱交換器ブロック4bの熱交換器端部にも設けておくのが好ましい。
また、上記熱交換器補強保持部材24は断面コ字状にしているので、剛性が高く、熱交換器の重量がフィンチューブ型熱交換器に比べ重くなるプレートフィン積層型熱交換器であっても、その落下衝撃による熱交換器端部の変形を防止して熱交換効率や耐圧性が低下するのを確実に抑制することができる。
しかも、断面コ字状としたことによって熱交換器補強保持部材24の相対向する片24a,24bが熱交換器端部の表面側と裏面側に重なる形となるので、落下試験時における落下方向への変形はもちろん、落下方向とは反対側への揺れ戻し変形も前記片24a,24bによって防止することができ、変形防止効果をより高いものとすることができる。
また、上記熱交換器補強保持部材24はそのコ字状底面に結露水排出用孔25を設けているので、結露水が溜まって障害が発生することもなく、結露水による障害を防止しつつ熱交換器端部の変形防止を行うことができる。
なお、上記熱交換器補強保持部材24は熱交換器端部から下方に少し離して設けるとともに、結露水排出用孔25をなくしてその下方に設ける水受け皿を兼ねさせる構成としてもよい。すなわち、熱交換器端部から滴下する結露水を所定場所へと案内する水受け皿としてもよく、これにより、熱交換器端部の変形防止構成を利用して結露水処理も行え、別途水受け皿を設ける必要がなくなって構成の簡素化を図ることができる。
(実施の形態2)
図11は実施の形態2における熱交換器と熱交取付枠を示す分解斜視図である。
本実施の形態は、熱交換器補強保持部材24を熱交取付枠19に直接固定する構成としたもので、熱交取付枠19はその熱交固定枠部19eの前端部に前方に延びる熱交換器端部固定片19gを有し、この熱交換器端部固定片19gに熱交換器補強保持部材24の係合片部24cを係合させる係合孔14aが設けてある。そして、上記熱交換器補強保持部材24の係合片部24cを熱交換器端部固定片19gの係合孔14aに係合させて熱交換器補強保持部材24を直接熱交取付枠19に固定する構成としてある。
本実施の形態においても前記実施の形態1と同様、熱交換器端部の変形による冷媒流路の変形や冷媒圧力に抗する耐圧性の低下を防止し、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。
(実施の形態3)
図12(a)(b)(c)は実施の形態3における熱交換器補強保持部材24を示す断面図である。
本実施の形態の熱交換器補強保持部材24は平板状としてあり、その平板面241に補強凸部242を設けた構成としてある。図12中(a)は平板面241の下端に補強凸部となる折曲片242aを設けたもの、(b)は平板面241の略中央部分に補強凸部となる直交片242bを設けたもの、(c)は平板面241に補強凸部となる凸状242cを設けたもの、で、いずれのものも落下方向に対する強度を確保して、熱交換器端部の変形を防止することができる。
なお、このような平板状の熱交換器補強保持部材24は、揺れ戻し変形が大きくてこれを確実に防止する必要がある場合等には実施の形態1で説明したように揺れ戻し変形を防止すべく熱交換器端部の表面側と裏面側の両面に設けるようにしておくのが好ましい。
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。
また、熱交換器4は二つの熱交換器ブロック4a、4bをその上部で突き合わせて逆V字型状にしたものを例示したが、一つの熱交換器ブロックだけで構成されるものであってもよいものである。
更に、前記熱交換器4を構成する熱交換器ブロック4a、4bは複数の熱交換器部4−1、4−2を連結し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を積層しただけで構成した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。
更に、熱交換器補強保持部材24は断面略コ字状、平板状のものを例示したが、これに限られるものではなく、落下方向に強度を持つ形状であればどのような構成のものであってもよいものである。
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、プレートフィン積層型の熱交換器を搭載していても熱交換器端部の変形がなく、熱交換器端部の変形による効率低下や耐圧性低下のない高性能かつ信頼性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、4b 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
14a 係合孔
15 ヘッダ流路管A
16 ヘッダ流路管B
17 締結手段
18 伝熱流路
19 熱交取付枠(本体構成部品)
20 熱交支持プレート
20a 連結片
21 ビス
19a 背面枠部
19b 段凹部
19d 補強溝部
19e 熱交固定枠部
19f ボス部
19g 熱交換器端部固定片
22 側板
22a 切り起こし片
23 孔
24 熱交換器補強保持部材
24a,24b 片
24c 係合片部
25 結露水排出用孔

Claims (4)

  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、前記熱交換器は複数の伝熱流路を有するプレートフィンを積層したプレートフィン積層体の両側面にエンドプレートを一体化して構成し、且つ、前記熱交換器端部に熱交換器補強保持部材を設けて当該熱交換器補強保持部材を前記室内機本体の本体構成部品に直接または間接的に固定した空気調和機。
  2. 前記熱交換器補強保持部材の長手方向両端を前記エンドプレートに係合させるとともに、前記エンドプレートを室内機本体の本体構成部品に固定して前記熱交換器補強保持部材を間接的に前記室内機本体の前記本体構成部品に取り付け固定した請求項1に記載の空気調和機。
  3. 前記熱交換器補強保持部材は断面略コ字状に形成して前記熱交換器端部の表面と裏面に重なる片を有する形状とした請求項1または2に記載の空気調和機。
  4. 前記熱交換器補強保持部材は前記熱交換器端部から滴下する結露水を所定場所へと案内する水受け皿機能を持つ構成とした請求項3に記載の空気調和機。
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