JP2020159616A - 空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】フィン又は扁平管の表面に滞留した凝縮水の露飛びを抑制した熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器31は、複数の扁平管40と、複数の扁平管40を差し込む複数の切欠き部51が重力方向に並んで配置され、上下に隣り合って位置する切欠き部51同士の間に形成された複数の中間部52及び中間部52同士を接続する連通部53を有するフィン50と、その少なくとも一部が中間部52に位置するように設けられた第1膨出部54と、連通部53に扁平管40と第1膨出部54との間隙Sを塞ぐように設けられた第2膨出部55と、を備え、第1膨出部54及び第2膨出部55は、空気流が通風方向においてその少なくとも一方を通過するように配置される。【選択図】図4

Description

本発明は、空気調和機に関する。
従来、空気調和機において、扁平管を用いた熱交換器が知られている。かかる熱交換器では、熱伝達率を向上させるべく、フィンの上下の扁平管の間(中間部)に空気流の流れ方向に交差して突出する膨出部を設けたものがある。しかし、膨出部と、扁平管と膨出部との隙間を通過する空気流の流速が大きく異なる現象(偏流)が生じることがあり、その場合、熱交換が良好に行わなくなって期待される熱交換器の性能改善が得られない。
これに対し、フィンの表面上での偏流を抑制するため、中間部に設けた第1の膨出部とは別に、中間部を接続するフィンの連通部に、通風方向から見た場合に、第1膨出部と扁平管との間に生じる隙間に重なるように配置された第2の膨出部を備える技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。これにより、熱交換器を通過する空気流が隙間を通過する際の流速が突出部の周囲を通過する空気流の流速と比較して著しく大きくなる偏流が生じにくくなる。その結果、空気流と扁平管内の冷媒との間で熱交換が良好に行われ、膨出部を設けたことによる性能改善が得られる。
しかしながら、特許文献1の技術では、フィンの表面上での偏流を抑制する一方で、扁平管の周囲に滞留した凝縮水が飛散する、いわゆる露飛びを抑制できる構造になっていないという問題があった。
特開2017−194264号公報
本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、フィン又は扁平管の表面に滞留した凝縮水の露飛びを抑制することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、以下のように把握される。
(1)本発明の第1の観点は、空気調和機であって、熱交換器と、送風機とが配置された通風経路を筐体内に備えた空気調和機において、前記熱交換器は、複数の扁平管と、前記複数の扁平管が差し込まれる複数の切欠き部が上下方向に並んで配置され、上下に隣り合って位置する前記切欠き部同士の間に形成された中間部と、前記中間部同士を接続する連通部を有するフィンと、を備え、前記熱交換器は、通風経路を流れる空気の通風方向において、前記中間部が前記連通部よりも風上側となるように配置され、少なくともその一部が前記中間部に位置するように設けられた第1膨出部と、
前記風上側で前記フィンにおける凝縮水の滞留する点を起点AUとし、前記風下側で前記通風経路における静圧が最も低い点を終点ADとする仮想線AFを抗力線とし、前記熱交換器を前記風上側から前記抗力線方向視で見た場合に、前記第1膨出部と前記扁平管との間に生じる間隙に重なるように設けられた第2膨出部と、を備える、ことを特徴とする。
(2)上記(1)において、前記通風経路において、前記熱交換器の前記通風方向における下流側に前記送風機が設けられており、前記終点ADは、前記送風機の中心である。
(3)上記(1)において、前記通風経路において、前記熱交換器の前記通風方向における上流側に前記送風機が設けられており、前記終点ADは、前記通風経路における前記流路断面積が最小となる位置の中心である。
(4)上記(1)ないし(3)のいずれか一つにおいて、前記第1膨出部は、その上端縁が上段側の第1切欠き部の下辺から4mm以下の範囲に位置するように形成される。
(5)上記(1)ないし(4)のいずれか一つにおいて、前記第1膨出部及び前記第2膨出部は、前記切欠き部と前記第2膨出部との間の距離が前記第1膨出部と前記第2膨出部との間の距離と同等以上となるように形成される。
本発明によれば、フィン又は扁平管の表面に滞留した凝縮水の露飛びを抑制できる。
本発明の実施形態に係る空気調和機の一例を説明する図であって、(A)は冷媒回路図を、(B)は制御手段のブロック図をそれぞれ示す。 本発明の実施形態に係る熱交換器を説明する図であって、(a)は熱交換器の平面図を、(b)は熱交換器の正面図をそれぞれ示す。 扁平管とフィンとの関係を説明する図である。 第1膨出部及び第2膨出部を説明する図である。 吸込み式の場合における熱交換器とファンとの関係を拡大して説明する図である。 吹出し式の場合におけるファンと熱交換器との関係を拡大して説明する図である。 第1膨出部の位置関係を正面視で説明する図である。 第1膨出部の上端縁と第1切欠き部の下辺との距離を説明する図であって、(a)は正面視の態様を、(b)を側面視の態様をそれぞれ示す。 第2膨出部と切欠き部の中間部側端部との距離、第1膨出部と第2膨出部との距離を説明する図である。 吸込み式の場合における熱交換器とファンとの関係をダクト型で示す図である。 吸込み式の場合における熱交換器とファンとの関係を壁掛型で示す図である。 吸込み式の場合における熱交換器とファンとの関係を床置き型で示す図である。 吸込み式の場合における熱交換器とファンとの関係を縦吹きダクト型で示す図である。 吸込み式の場合における熱交換器とファンとの関係をウインド型で示す上面図である。 吹出し式の場合におけるファンと熱交換器との関係をダクト型で示す図である。 吹出し式の場合におけるファンと熱交換器との関係を天吊り型で示す図である。 吹出し式の場合におけるファンと熱交換器との関係を天井埋め込み型で示す図である。 吹出し式の場合におけるファンと熱交換器との関係を壁掛型で示す図である。 異なる接触角θ同士における第1扁平管40aの周囲に滞留した凝縮水(液滴)の大きさd2を比較した図であって、(a)は接触角θ=10°のときの液滴の大きさd2を示し、(b)は接触角θ=60°のときの液滴の大きさd2をそれぞれ示す。
(実施形態)
以下、本発明の実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形させることが可能である。
<冷媒回路の構成>
まず、図1(A)を参照して、室外機2を含む空気調和機1の冷媒回路について説明する。図1(A)に示すように、本実施形態における空気調和機1は、屋外に設置される室外機2と、室内に設置され、室外機2に液管4及びガス管5で接続された室内機3を備えている。詳細には、室外機2の液側閉鎖弁25と室内機3の液管接続部33が液管4で接続されている。また、室外機2のガス側閉鎖弁26と室内機3のガス管接続部34がガス管5で接続されている。以上により、空気調和機1の冷媒回路10が形成される。
<<室外機の冷媒回路>>
まずは、室外機2について説明する。室外機2は、圧縮機21と、四方弁22と、室外熱交換器23と、膨張弁24と、液管4が接続された液側閉鎖弁25と、ガス管5が接続されたガス側閉鎖弁26と、室外ファン27を備えている。そして、室外ファン27を除くこれら各装置が後述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路10の一部をなす室外機冷媒回路10aを形成している。なお、圧縮機21の冷媒吸入側には、アキュムレータ(不図示)が設けられてもよい。
圧縮機21は、図示しないインバータにより回転数が制御されることで、運転容量を変えることができる容量可変型圧縮機である。圧縮機21の冷媒吐出側は、四方弁22のポートaと吐出管61で接続されている。また、圧縮機21の冷媒吸入側は、四方弁22のポートcと吸入管66で接続されている。
四方弁22は、冷媒の流れる方向を切り替えるための弁であり、a、b、c、dの4つのポートを備えている。ポートaは、上述したように圧縮機21の冷媒吐出側と吐出管61で接続されている。ポートbは、室外熱交換器23の一方の冷媒出入口と冷媒配管62で接続されている。ポートcは、上述したように圧縮機21の冷媒吸入側と吸入管66で接続されている。そして、ポートdは、ガス側閉鎖弁26と室外機ガス管64で接続されている。なお、四方弁22が、本発明の流路切替手段である。
室外熱交換器23は、冷媒と、後述する室外ファン27の回転により室外機2の内部に取り込まれた外気を熱交換させるものである。室外熱交換器23の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁22のポートbと冷媒配管62で接続され、他方の冷媒出入口は液側閉鎖弁25と室外機液管63で接続されている。室外熱交換器23は、後述する四方弁22の切り替えによって、冷房運転時は凝縮器として機能し、暖房運転時は蒸発器として機能する。
膨張弁24は、図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁である。具体的には、パルスモータに加えられるパルス数によりその開度が調整される。膨張弁24は、暖房運転時は圧縮機21から吐出される冷媒の温度である吐出温度が所定の目標温度となるように、その開度が調整される。
室外ファン27は樹脂材で形成されており、室外熱交換器23の近傍に配置されている。室外ファン27は、その中心部が図示しないファンモータの回転軸に接続されている。ファンモータが回転することで室外ファン27が回転する。室外ファン27の回転によって、室外機2の図示しない吸込口から室外機2の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器23において冷媒と熱交換した外気を、室外機2の図示しない吹出口から室外機2の外部へ放出する。
以上説明した構成の他に、室外機2には各種のセンサが設けられている。図1(A)に示すように、吐出管61には、圧縮機21から吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ71と、圧縮機21から吐出される冷媒の温度(上述した吐出温度)を検出する吐出温度センサ73が設けられている。吸入管66には、圧縮機21に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ72と、圧縮機21に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ74が設けられている。
室外熱交換器23の図示しない冷媒パスの略中間部には、室外熱交換器23の温度である室外熱交温度を検出する熱交温度センサ75が設けられている。そして、室外機2の図示しない吸込口付近には、室外機2の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ76が備えられている。
また、室外機2には、室外機制御手段200が備えられている。室外機制御手段200は、室外機2の図示しない電装品箱に格納されている制御基板に搭載されている。図1(B)に示すように、室外機制御手段200は、CPU210と、記憶部220と、通信部230と、センサ入力部240を備えている。
記憶部220は、フラッシュメモリで構成されており、室外機2の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機21や室外ファン27等の制御状態等を記憶している。また、図示は省略するが、記憶部220には室内機3から受信する要求能力に応じて圧縮機21の回転数を定めた回転数テーブルが予め記憶されている。
通信部230は、室内機3との通信を行うインターフェイスである。センサ入力部240は、室外機2の各種センサでの検出結果を取り込んでCPU210に出力する。
CPU210は、前述した室外機2の各センサでの検出結果を、センサ入力部240を介して取り込む。さらには、CPU210は、室内機3から送信される制御信号を、通信部230を介して取り込む。CPU210は、取り込んだ検出結果や制御信号等に基づいて、圧縮機21や室外ファン27の駆動制御を行う。また、CPU210は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、四方弁22の切り替え制御を行う。さらには、CPU210は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、膨張弁24の開度調整を行う。
<<室内機の冷媒回路>>
次に、図1(A)を用いて、室内機3について説明する。室内機3は、室内熱交換器31と、室内ファン32と、液管4の他端が接続された液管接続部33と、ガス管5の他端が接続されたガス管接続部34を備えている。そして、室内ファン32を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路10の一部をなす室内機冷媒回路10bを形成している。
室内熱交換器31は、冷媒と後述する室内ファン32の回転により室内機3の図示しない吸込口から室内機3の内部に取り込まれた室内空気を熱交換させるものである。室内熱交換器31の一方の冷媒出入口は、液管接続部33と室内機液管67で接続されている。室内熱交換器31の他方の冷媒出入口は、ガス管接続部34と室内機ガス管68で接続されている。室内熱交換器31は、室内機3が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機3が暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。
室内ファン32は樹脂材で形成されており、室内熱交換器31の近傍に配置されている。室内ファン32は、図示しないファンモータによって回転することで、室内機3の図示しない吸込口から室内機3の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器31において冷媒と熱交換した室内空気を室内機3の図示しない吹出口から室内へ吹き出す。
以上説明した構成の他に、室内機3には各種のセンサが設けられている。室内機液管67には、室内熱交換器31に流入あるいは室内熱交換器31から流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ77が設けられている。室内機ガス管68には、室内熱交換器31から流出あるいは室内熱交換器31に流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ78が設けられている。そして、室内機3の図示しない吸込口付近には、室内機3の内部に流入する室内空気の温度、すなわち室温を検出する室温センサ79が備えられている。
また、室内機3には、室内機制御手段300が備えられている。図1(B)に示すように、室内機制御手段300は、CPU310と、記憶部320と、通信部330と、センサ入力部340を備えている(なお、本明細書では、室内機制御手段300を単に制御手段ということがある)。
記憶部320は、フラッシュメモリで構成されており、室内機3の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、室内ファン32等の制御状態等を記憶している。また、図示は省略するが、記憶部320には、後述する運転停止中の冷媒の漏洩を監視するための回転数を含む室内ファン32の回転数を定めた回転数テーブル等が予め記憶されている。
通信部330は、室外機2との通信を行うインターフェイスである。センサ入力部340は、室内機3の各種センサでの検出結果を取り込んでCPU310に出力する。
CPU310は、前述した室内機3の各センサでの検出結果を、センサ入力部340を介して取り込む。さらには、CPU310は、室外機2から送信される制御信号を、通信部330を介して取り込む。CPU310は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、後述する運転停止中の冷媒の漏洩を監視するための駆動を含む室内ファン32の駆動制御を行う。また、CPU310は、使用者が図示しないリモコンを操作して設定した設定温度と、室温センサ79で検出した室温との温度差を算出し、算出された温度差に基づいた要求能力を、通信部330を介して室外機2の室外機制御手段200に送信する。
<冷媒回路の動作>
次に、本実施形態における空気調和機1の空調運転時の冷媒回路10における冷媒の流れや各部の動作について、図1(A)を用いて説明する。以下では、図中、実線で示した冷媒の流れに基づいて、室内機3が暖房運転を行う場合について説明する。なお、破線で示した冷媒の流れが冷房運転を示している。
室内機3が暖房運転を行う場合、CPU210は、図1(A)に示すように四方弁22を実線で示す状態、すなわち、四方弁22のポートaとポートdが連通するよう、また、ポートbとポートcが連通するよう、切り替える。これにより、冷媒回路10において実線矢印で示す方向に冷媒が循環し、室外熱交換器23が蒸発器として機能するとともに、室内熱交換器31が凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。
圧縮機21から吐出された高圧の冷媒は、吐出管61を流れて四方弁22に流入する。四方弁22のポートaに流入した冷媒は、四方弁22のポートdから室外機ガス管64を流れて、ガス側閉鎖弁26を介してガス管5に流入する。ガス管5を流れる冷媒は、ガス管接続部34を介して室内機3に流入する。
室内機3に流入した冷媒は、室内機ガス管68を流れて室内熱交換器31に流入し、室内ファン32の回転により室内機3の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器31が凝縮器として機能し、室内熱交換器31で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機3が設置された室内の暖房が行われる。
室内熱交換器31から流出した冷媒は、室内機液管67を流れ、液管接続部33を介して液管4に流入する。液管4を流れ、液側閉鎖弁25を介して室外機2に流入した冷媒は、室外機液管63を流れて膨張弁24を通過する際に減圧される。上述したように、暖房運転時の膨張弁24の開度は、圧縮機21の吐出温度が所定の目標温度となるように調整される。
膨張弁24を通過して室外熱交換器23に流入した冷媒は、室外ファン27の回転により室外機2の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器23から冷媒配管62に流出した冷媒は、四方弁22のポートb及びポートc、吸入管66を流れ、圧縮機21に吸入されて再び圧縮される。
<熱交換器>
本実施形態の熱交換器は、室内機3の室内熱交換器31及び室外機2の室外熱交換器23に適用可能であるが、以下の説明では、暖房運転時に凝縮器として機能する、室内機3の室内熱交換器(以下では、単に熱交換器という)31に適用して説明する。
図2は、本実施形態に係る熱交換器31を説明する図であり、図2(a)は熱交換器31の平面図、図2(b)は熱交換器31の正面図を示している。図2(a)及び図2(b)に示すように、熱交換器31は、断面形状が長円形あるいは角の丸い矩形となった伝熱管であってその側面(幅広面)が対向するように上下方向(冷媒流れ方向に垂直となる方向)に配列された複数の扁平管40と、扁平管40の両端に接続される左右一対のヘッダ12と、扁平管40と交差する方向に配置されて接合された複数のフィン50と、を備える。以下の説明では、複数の扁平管40について、互いに上下に隣接する扁平管40のうち図中上段側を第1扁平管40aと、図中下段側を第2扁平管40bということがある。なお、熱交換器31には、これらのほかに、空気調和機1の他の要素との間を繋ぎ、冷媒が流れる冷媒配管がヘッダ12に設けられている(不図示)。
扁平管40は、より詳しく説明すると、冷媒が一対のヘッダ12間を流れる方向(長手方向ともいう)に沿って設けられているとともに、空気が流通する方向(短手方向ともいう)に扁平な形状を有している。その内部には、冷媒が長手方向に流れる複数の冷媒流路が複数形成されている。複数の扁平管40は、空気が通過するための隙間S1を介して上下方向に並列に配置され、その両端部が一対のヘッダ12に接続される。具体的には、長手方向に沿う複数の扁平管40を上下方向に所定の配列ピッチPh(隙間S1の上下方向の距離)で配列し、その両端部をヘッダ12に接続している。
ヘッダ12は、円筒形状を有しており、その内部には、熱交換器31に供給された冷媒を複数の扁平管40に分岐させて流入させたり、複数の扁平管40から流出した冷媒を合流させたりする冷媒流路(不図示)が形成されている。
フィン50は、正面視において扁平管40と交差する方向に積層して配置される平板形状を有しており、空気が通過するための隙間S1を介して並列に配置されている。具体的には、上下方向に沿う複数のフィン50が、扁平管40に対し、その長手方向に所定のフィンピッチPv(隙間S1の長手方向の距離)で配列されている。以下の説明では、複数のフィン50について、互いに左右に隣接するフィン50のうち図中左側を第1フィン50aと、図中右側を第2フィン50bということがある。
<扁平管、フィン及び膨出部並びにファン>
次に、扁平管40、フィン50、第1膨出部54及び第2膨出部55並びに室内ファン(以下では、単にファンという)32の関係について、図3以降を参照して説明する。まず、図3に示すように、フィン50には、複数の扁平管40を差し込む複数の切欠き部51が上下方向に並んで配置されている。フィン50は、上下に隣り合って位置する切欠き部51同士(第1切欠き部51aと第2切欠き部51b)の間に形成された中間部52(風上側)及び複数の中間部52同士を接続する連通部53(風下側)を有する。以下の説明では、複数の切欠き部51について、
中間部52を隔てて隣り合う2つの切欠き部51のうち、図中上段側の切欠き部を第1切欠き部51aとし、下段側の切欠き部51を第2切欠き部51bという。第1切欠き部51aには第1扁平管40aが、第2切欠き部51bには第2扁平管40bが、それぞれ挿入される。扁平管40の内部には、冷媒が流れる複数の冷媒流路41が設けられている。
フィン50の中間部52には、図4に示すように、第1切欠き部51aと第2切欠き部51bとの間に第1膨出部54が設けられている。第1膨出部54は、中間部52から連通部53にかけて位置する上端縁X−X及び下端縁Z−Zを有している。より詳しくは、第1膨出部54は、少なくともその一部が中間部52に位置するように設けられており、連通部側縁X−Zは連通部53に位置する。第1膨出部54は、扁平管40又はフィン50の表面に付着した凝縮水の排水を促進させる。
少なくともその一部が中間部52に位置するように第1膨出部54を設けることで、第1膨出部54の上端縁X−Xを第1膨出部54の上方にある第1切欠き部51aに挿入されている第1扁平管40a(図4では不図示。図3参照)の周辺に付着した凝縮水は、第1切欠き部51a(第1扁平管40a)の風下側端部(図中右側端部)に沿って第1膨出部54の上端縁X−Xに到達する。
凝縮水は、その後、第1上端部Xと第1下端部Zを結ぶ中間部側縁X−Z、及び第2上端部Xと第2下端部Zを結ぶ連通部側縁X−Zに沿って下方に流れる。下端縁Z−Zに到達した凝縮水は、第2扁平管40b若しくは連通部53へ流れ、順次排水されていく。
第1膨出部54の連通部側縁X−Zの風下側(図中右方)には、第2膨出部55が更に設けられている。第2膨出部55は、連通部53において、通風方向から見た場合に、切欠き部51ひいては扁平管40と第1膨出部54との間隙Sと重なるように設けられる。これによって、空気流が間隙Sを通過する際の流路抵抗が増加して、流速が低下する。流速が低下すると、凝縮水に加わる通風方向の抗力(空気流から受ける通風方向の力)が低下するため、扁平管40又はフィン50の表面に付着した凝縮水の水滴が間隙Sから風下側に飛散する露飛びを抑制することができる。図4では、1つの第2膨出部55が、第1切欠き部51aひいては第1扁平管40aと第1膨出部54との間隙Saと、第2切欠き部51bひいては第2扁平管40bと第1膨出部54との間隙Sbの双方を塞ぐ例を示しているが、間隙Sa、間隙Sbを別々に塞ぐように第2膨出部55を分割してもよい。
なお、上記の説明では、扁平管40の断面長手方向に沿った通風方向(図3における左から右に向かう方向)の場合を説明したが、通風方向は、熱交換器31、室内ファン32などの位置関係によって室内機3の種類に応じて変化する。本実施形態においては、室内機3の種類に応じて、通風方向を次のように設定する。すなわち、通風経路35における風上側で、フィン50における凝縮水の滞留する点を起点AUとし、通風経路35における風下側で、通風経路における空気の静圧が最も低い点を終点ADとする仮想線AFを抗力線とする。具体的には、図5に示すように、通風経路35において、熱交換器31が風上側に位置し、室内ファン32が風下側に位置する種類、すなわち「吸込み式」によって空気流が生じる場合については、通風方向は、風上側において凝縮水の滞留する場所を起点AUとし、風下側において静圧が最も低い部位(室内ファン32の中心)を終点ADとする仮想線AFをもって設定される。つまり、熱交換器31を通過した空気は、静圧が最も低い部位に向かって流れる。そのため、起点AUにおいて滞留する凝縮水が受ける抗力の方向は、仮想線AFの方向となる。
また、図6に示すように、通風経路35において、室内ファン32が風上側に位置し、熱交換器31が風下側に位置する種類、すなわち「吹出し式」によって空気流が生じる場合については、通風方向は、風上側において凝縮水の滞留する場所を起点AUとし、風下側において静圧が最も低いの低い部位(熱交換器31の風下側における、通風経路35の最小断面積部の中心)を終点ADとする仮想線AFをもって設定される。
いずれの場合も、凝縮水の滞留する場所である起点AUは、扁平管40の連通部側端部又は第1膨出部54の第2下端部Zとしている。仮想線AFは、熱交換器31の傾きなどの位置関係によって、第1膨出部54及び第2膨出部55の少なくとも一方を通過する。室内機3の種々の種類(ダクト型、壁掛型、床置き型、縦吹きダクト型、ウインド型、天吊り型、天井埋め込み型など)に応じた仮想線AFの設定については、後述する。
ここで、第1膨出部54は、図7に示すように、第1扁平管40aの周囲に滞留した凝縮水を円滑に排水するために、第1膨出部54の第1上端部Xと第1切欠き部51aの下辺(図7の第1扁平管40aの下辺に対応)との距離d1が4mm以下の範囲に位置するように形成されることが好ましい。距離d1を4mm以下の範囲とする理由は、以下で説明する検証結果に基づいている。なお、図7では、第2膨出部55が省略されている。
図19は、異なる接触角θ同士における第1扁平管40aの周囲に滞留した凝縮水(液滴)の大きさd2を比較した図である。図19(a)は、接触角θ=10°のときの各フィンピッチ(1.0mm、1.5mm、2.0mm)における液滴の大きさd2の測定結果の平均値を示している。図19(b)は、接触角θ=60°のときの各フィンピッチ(1.0mm、1.5mm、2.0mm)における液滴の大きさd2の測定結果の平均値を示している。
尚、試験条件としては図7に示す通り、隣り合う第1フィン50aと第2フィン50bの間において滞留した凝縮水について、フィン50のフィンピッチPvを1.0mm、1.5mm、2.0mmの3種類に設定して、(1)フィン50の表面の親水加工が十分に機能している状態として接触角θが10度の場合と、(2)劣化、汚れによりフィン50の表面の親水加工が機能していない状態として接触角θが60度の場合について、その液滴の大きさd2を測定した。なお、接触角θは、液滴を形成する水に界面活性剤を混ぜることで調整した。すなわち、界面活性剤の分量を増やすことで、液滴の接触角θを小さくしている。なお、この試験において、フィンはアクリル材を用いる。
図19(a)に示すように、接触角θ=10°でフィンピッチPvが1.0mmの条件で液滴の大きさd2を測定した結果、その平均値は3.0となった。また、図19(a)に示すように、接触角θ=10°でフィンピッチPvが1.5mmの条件で液滴の大きさd2を測定した結果、その平均値は3.3となった。また、図19(a)に示すように、接触角θ=10°でフィンピッチPvが2.0mmの条件で液滴の大きさd2を測定した結果、その平均値は3.1となった。
また、図19(b)に示すように、接触角θ=60°でフィンピッチPvが1.0mmの条件で液滴の大きさd2を測定した結果、その平均値は11.0となった。また、図19(b)に示すように、接触角θ=60°でフィンピッチPvが1.5mmの条件で液滴の大きさd2を測定した結果、その平均値は11.2となった。また、図19(b)に示すように、接触角θ=60°でフィンピッチPvが2.0mmの条件で液滴の大きさd2を測定した結果、その平均値は11.3となった。
上記の測定結果から、接触角θが小さい条件であるほど、液滴の大きさd2が小さくなるため、第1膨出部54の第1上端部Xと第1切欠き部51aの下辺との距離d1を小さく設定する必要がある。フィン50は表面に親水処理が施されていることが一般的だが、親水処理されたフィンの表面に滞留する液滴の接触角θは、20°か、若しくは、それ以下に設定される。フィン50の親水処理は、汚れや劣化によってその効果が薄れていくため、新品の状態である接触角θ=20°のときの液滴の大きさd2に対応できるように第1膨出部54の第1上端部Xと第1切欠き部51aの下辺との距離d1を設定すれば良い。
そこで、上記測定結果から接触角θに応じた液滴大きさd2の近似式をつくり、接触角θ=20°のときの液滴の大きさd2を求めた。その結果、距離d1が4mm以下であれば接触角θ=20°であっても液滴の下端に第1膨出部54の第1上端部Xが接触することが分かった。
したがって、図8(b)に示す、第1膨出部54の第1上端部Xと第1切欠き部51aの下辺(図8(b)の第1扁平管40aの下辺に対応)との距離d1が4mm以下とすると、凝縮水の液滴の大きさd2が小さい接触角20度の場合(フィン50の表面の親水加工が十分に機能している状態)においても、その最小の液滴の大きさd2である4.6mm(フィンピッチPvは1.0mm)を下回ることができ、液滴が第1膨出部54の第1上端部Xに到達することが可能となる。なお、図8(b)では、第2膨出部55が省略されている。
このようにして、凝縮水の水滴は、第1膨出部54の第1上端部Xに到達すると、上端縁X−Xを表面張力の影響によって濡れ広がり、さらに、第1上端部Xと第2上端部Xを経て、中間部側縁X−Z及び連通部側縁X−Zに伝わっていく。中間部側縁X−Z及び連通部側縁X−Zでは、水滴は、表面張力の影響に加えて重力の影響を受けるため、第1膨出部54を設けることにより、排出が容易となる。
さらに、第1膨出部54と第2膨出部55は、図9に示すように、切欠き部51の連通部側端部と第2膨出部55との間の距離d3が第1膨出部54と第2膨出部55との間の距離d4と同等以上となるように形成されると好ましい。また、第1膨出部54と第2膨出部55とは一体化されていない(すなわちd4≠0)。距離d3が距離d4よりも長くてもよい理由は、扁平管40の後方の死水域では風速が遅くなるため、第1膨出部54の風下側の風速と比較して空気流の影響を受けにくく、ひいては凝縮水の水滴が流されにくいことによるものである。
第1膨出部54は、フィン50の中間部52と連通部53の境界をまたぐように配置されるため(図9参照)、組立工程などにおいて、フィン50が屈曲又は折曲することを抑制することにも寄与する。
<通風方向>
前述した室内機3の種類に応じた通風方向について、図10から図18を用いて説明する。図10から図14は、通風経路35において、熱交換器31が風上側に位置し、室内ファン32が風下側に位置する種類、すなわち「吸込み式」によって空気流が生じる場合を示す。図15から図18は、通風経路35において、室内ファン32が風上側に位置し、熱交換器31が風下側に位置する種類、すなわち「吹出し式」によって空気流が生じる場合を示す。なお、図10から図18では、第1膨出部54及び第2膨出部55を省略して図示している。
<<吸込み式>>
図10はダクト型の室内機3を、図11は壁掛型の室内機3を、図12は床置き型の室内機3を、図13は縦吹きダクト型の室内機3を、図14はウインド型の室内機3(室外機2と一体)を、それぞれ示す。これら吸込み式の室内機3の場合、図10から図14に示すように、通風方向は、凝縮水が滞留する場所として扁平管40の連通部側端部を起点AUとし、静圧が最も低い部位として室内ファン32の中心を終点ADとする仮想線AFをもって設定される。仮想線AFは、連通部53に設ける第2膨出部55を横切るように設定される。
なお、ここでは、室内ファン32として、ダクト型(図10)、縦吹きダクト型(図13)及びウインド型(図14)ではシロッコファンが、壁掛型(図11)及び床置き型(図12)ではクロスフローファンが用いられた例を示している。
これらのうち、壁掛型(図11)や縦吹きダクト型(図13)のように熱交換器31が複数の熱交換ユニットから形成されている室内機3では、通風経路35における通風方向は、それぞれの熱交換ユニットの連通部側端部を起点AUとして、1つの室内ファン32の中心を終点ADとする仮想線AFをもって設定される。また、床置き型(図12)のように複数の室内ファン32を有する室内機3では、通風方向は、1つの熱交換器31の連通部側端部を起点AUとして、2つの室内ファン32の中心をそれぞれ終点ADとする仮想線AFをもって設定される。
<<吹出し式>>
図15はダクト型の室内機3を、図16は天吊り型の室内機3を、図17は天井埋め込み型の室内機3を、図18は壁掛型の室内機3を、それぞれ示す。これら吹出し式の室内機3の場合、図15から図18に示すように、通風経路35における通風方向は、凝縮水が滞留する場所である扁平管40の連通部側端部を起点AUから、熱交換器31の風下側で静圧が最も低くなる終点ADの方向(仮想線AF)とする。熱交換器31を通過した空気は、静圧が最も低い部位(終点AD)に向かって流れる。そのため、起点AUにおいて滞留する凝縮水が受ける抗力の方向は、仮想線AFの方向となる仮想線AFは、連通部53に設ける第2膨出部55を通過するように設定される。
なお、ここでは、室内ファン32としては、ダクト型(図15)、天吊り型(図16)及び天井埋め込み型(図17)ではシロッコファンが、壁掛型(図12)ではプロペラファンが用いられた例を示している。
これらのうち、ダクト型(図15)や天吊り型(図16)のように熱交換器31風下側の最小断面積部が熱交換器31からの吹出し口となる室内機3では、通風経路35における通風方向は、熱交換器31の連通部側端部を起点AUとして、吹出し口の中心を終点ADとする仮想線AFをもって設定される。また、天井埋め込み型(図17)や壁掛型(図18)のように通風経路35の最小断面積部が熱交換器31からの吹出し口でない室内機3では、通風方向は、熱交換器31の連通部側端部を起点AUとして、それぞれの通風経路35の構造に応じた最小断面積部の中心を終点ADとする仮想線AFをもって設定される。図17や図18に例示した室内機3では熱交換器31が複数の熱交換ユニットから形成されており、それぞれの熱交換ユニットを通過する空気流に応じて、複数の終点ADが設けられている。
<実施形態の効果>
本実施形態に係る熱交換器31は、フィン50又は扁平管40の表面に滞留した凝縮水の露飛びを抑制することができる。具体的には、扁平管40の下方に位置するフィン50の中間部52に第1膨出部54を設けることにより、扁平管40の周囲の凝縮水を排水する。また、その結果として付着した水滴を小さくし、併せて、フィン50の連通部53に第2膨出部55を設けることにより、空気流の流速が低下するため、凝縮水に加わる通風方向の抗力(空気流から受ける通風方向の力)が低下する。その結果、凝縮水が熱交換器23から風下側に飛散する露飛びを抑制することができる。また、通風経路35における通風方向を、凝縮水が滞留する場所である扁平管40の連通部側端部を起点AUとし、静圧が最も低い部位である熱交換器31の風下側の最小断面積部の中心を終点ADとする仮想線AFをもって設定することで、通風経路35の内部において凝縮水に加わる抗力の方向に合わせて。第1膨出部54及び第2膨出部55の位置を設定できる。
1 空気調和機
2 室外機
3 室内機
4 液管
5 ガス管
10 冷媒回路
10a 室外機冷媒回路
10b 室内機冷媒回路
12 ヘッダ
21 圧縮機
22 四方弁
23 室外熱交換器
24 膨張弁
25 液側閉鎖弁
26 ガス側閉鎖弁
27 室外ファン
31 室内熱交換器
32 室内ファン
33 液管接続部
34 ガス管接続部
35 通風経路
40 扁平管
50 フィン
51 切欠き部
52 中間部
53 連通部
54 第1膨出部
55 第2膨出部
61 吐出管
62 冷媒配管
63 室外機液管
64 室外機ガス管
66 吸入管
67 室内機液管
68 室内機ガス管
71 吐出圧力センサ
72 吸入圧力センサ
73 吐出温度センサ
74 吸入温度センサ
75 熱交温度センサ
76 外気温度センサ
77 液側温度センサ
78 ガス側温度センサ
79 室温センサ
200 室外機制御手段
210 CPU
220 記憶部
230 通信部
240 センサ入力部
300 室内機制御手段
310 CPU
320 記憶部
330 通信部
340 センサ入力部
本発明は、上記目的を達成するために、以下のように把握される。
(1)本発明の第1の観点は、空気調和機であって、熱交換器と、送風機とが配置された通風経路を筐体内に備えた空気調和機において、前記熱交換器は、複数の扁平管と、前記複数の扁平管が差し込まれる複数の切欠き部が上下方向に並んで配置され、上下に隣り合って位置する前記切欠き部同士の間に形成された中間部と、前記中間部同士を接続する連通部を有するフィンと、を備え、前記熱交換器は、通風経路を流れる空気の通風方向において、前記中間部が前記連通部よりも風上側となるように配置され、前記中間部と前記連通部跨って位置するように設けられた第1膨出部と、前記風上側で前記フィンにおける凝縮水の滞留する点を起点AUとし、前記風下側で前記通風経路における静圧が最も低い点を終点ADとする仮想線AFを抗力線とし、前記熱交換器を前記風上側から前記抗力線方向視で見た場合に、前記第1膨出部と前記扁平管との間に生じる間隙に重なるように設けられた第2膨出部と、を備える。前記第1膨出部における前記第2膨出部側の側縁全域は、前記第2膨出部から離れていることを特徴とする。

Claims (5)

  1. 熱交換器と、送風機とが配置された通風経路を筐体内に備えた空気調和機において、
    前記熱交換器は、
    複数の扁平管と、
    前記複数の扁平管が差し込まれる複数の切欠き部が上下方向に並んで配置され、
    上下に隣り合って位置する前記切欠き部同士の間に形成された中間部と、
    前記中間部同士を接続する連通部を有するフィンと、を備え、
    前記熱交換器は、通風経路を流れる空気の通風方向において、前記中間部が前記連通部よりも風上側となるように配置され、
    少なくともその一部が前記中間部に位置するように設けられた第1膨出部と、
    前記風上側で前記フィンにおける凝縮水の滞留する点を起点AUとし、風下側で前記通風経路における静圧が最も低い点を終点ADとする仮想線AFを抗力線とし、
    前記熱交換器を前記風上側から前記抗力線方向視で見た場合に、前記第1膨出部と前記扁平管との間に生じる間隙に重なるように設けられた第2膨出部と、を備える、
    ことを特徴とする空気調和機。
  2. 前記通風経路において、前記熱交換器の前記通風方向における下流側に前記送風機が設けられており、
    前記終点ADは、前記送風機の中心である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
  3. 前記通風経路において、前記熱交換器の前記通風方向における上流側に前記送風機が設けられており、
    前記終点ADは、前記通風経路における流路断面積が最小となる位置の中心である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
  4. 前記第1膨出部は、その上端縁が上段側の第1切欠き部の下辺から4mm以下の範囲に位置するように形成される、ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の空気調和機。
  5. 前記第1膨出部及び前記第2膨出部は、前記切欠き部と前記第2膨出部との間の距離が前記第1膨出部と前記第2膨出部との間の距離と同等以上となるように形成される、ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一つに記載の空気調和機。
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