JP2021167688A

JP2021167688A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2021167688A
Application number: JP2020070678A
Authority: JP
Inventors: 崇裕大城; Takahiro Oshiro; 剛史永田; Takashi Nagata
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2021-10-21
Also published as: WO2021205738A1

Abstract

【課題】本開示は、伝熱管を高密度化配置しても、通風抵抗が増大せず、貫流送風機の入力が悪化しない熱交換器を提供する。【解決手段】本開示における熱交換器は、前面熱交換器５と背面熱交換器６に段方向と列方向に複数設けた伝熱管８において、それぞれ同じ段の伝熱管８の縦断面中心同士を列方向に直線で結び線分９としたとき、線分９が前面熱交換器５と背面熱交換器６のそれぞれにおいて全て略平行になるよう配置する。この構成により、貫流送風機３に吸われた空気は、線分９に沿って流れ、伝熱管８との衝突抵抗が減り、貫流送風機３の入力が良化する。【選択図】図１

Description

本開示は家庭用空調機の熱交換器に関する。

特許文献１は、空気調和機の室内機に搭載したフィンチューブ熱交換器において、風の通りやすく風量の多い上面開口部側では、風上１列目の伝熱管の管径を大きく、風上２列目の伝熱管の管径を小さくし、かつ伝熱管を高密度化配置して、熱交換性能を向上する熱交換器を開示する。

特許第６３７９３５２号

本開示は、貫流送風機に吸われた空気が、この線分に沿って流れるようになり、空気と伝熱管との衝突抵抗が減り、熱交換器全体の通風抵抗を低減することで貫流送風機の入力が良化する熱交換器を提供する。

本開示における熱交換器は、吸込み口と吹出し口とを有する筐体に収納された貫流送風機が吸込口から空気を吸込み吹出口から空気を吹出す筐体に搭載され、該熱交換器は、貫流送風機の前方に配置される前面熱交換器と、貫流送風機の後方に配置される背面熱交換器とからなり、前面熱交換器と背面熱交換器とは、それぞれ伝熱管を段方向、列方向に複数並べて構成され、かつそれぞれ同じ段の伝熱管の縦断面中心同士を列方向に結んだ直線が相互に略平行であり、筐体が使用時に設置される際、水平方向に対する当該直線の傾斜角αは、０°≦α≦５０°とするものである。

本開示における熱交換器は、貫流送風機に吸われた空気が、この線分に沿って流れるようになり、空気と伝熱管との衝突抵抗が減り、熱交換器全体の通風抵抗を低減することで貫流送風機の入力が良化する。

実施の形態１における空気調和機の縦断面図実施の形態１における前面熱交換器の縦断面の拡大図実施の形態１における背面熱交換器の縦断面の拡大図従来技術における空気調和機の縦断面図実施の形態１と従来技術の数値解析図実施の形態２における空気調和機の縦断面図実施の形態１と実施の形態２の数値解析図特許文献１における空気調和機の断面図

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
図１は実施の形態１における空気調和機の断面図である。
図１において、空気調和機１は筐体２内に貫流送風機３と熱交換器４を備えている。熱交換器４は、貫流送風機３の前方に前面熱交換器５、後方に背面熱交換器６により構成され、貫流送風機３を囲うように配置されている。前面熱交換器５と、背面熱交換器６は、フィン７と複数の伝熱管８とで構成され、前面熱交換器５と背面熱交換器６、それぞれ同じ段の伝熱管８を列方向に略一直線に結んだとき、この直線を線分９とし、線分９は前面熱交換器５と、背面熱交換器６において、全ての段で略平行となるように配置する。このとき、線分９と水平線１１とがなす傾斜角度α１２は、０°≦α≦５０°とする。図１における傾斜角α１２は、前面熱交換器５では略１０．２°、背面熱交換器６では略９．８°であり、０°≦α≦５０°の範囲におさまっていれば、前面熱交換器５と背面熱交換器６における傾斜角α１２は同一でなくても良い（図２、図３）。

また、図１において、前面パネル１０は可動式であり、運転時は筐体２の前方に突出しているが、運転時に突出しない状態でも本発明の効果は失われない。また、本実施の形態１では、空気調和機１が凝縮条件で運転するときに、サブクールを取るためのサブ熱交換器１３を背面熱交換器６の後方に設けているが、サブ熱交換器１３はなくても良い。

図４は従来技術における空気調和機２１の断面図であり、筐体２２内に、貫流送風機２３を配置し、貫流送風機２３の前後を囲うように熱交換器２４を配置する。熱交換器２４は、貫流送風機２３の前方に前面熱交換器２５、後方に背面熱交換器２６を配置して構成する。フィン２７の形状と、伝熱管２８の本数は図１のフィン７形状と、伝熱管８の数と同等である。熱交換器４と熱交換器２４の違いは、熱交換器２４では伝熱管２８が段方向にずれた構成のため、同じ段の伝熱管２８を線で結ぶと一直線にはならず、線分２９は略くの字となる点である。

図５は、図１、図４の空気調和機１、空気調和機２１それぞれの空気流れを解析し、空気の渦粘性係数で整理したものである。高渦粘性係数箇所４１は黒く表示するようにしている。本発明の解析結果４２と、従来品の解析結果４３を比較すると、本発明は伝熱管８を一直線で結び、かつ線分９が全ての段で略平行になっていることで、空気が線分９で結ばれた伝熱管機８に沿って流れ、段方向の伝熱管８間に発生する高粘性係数箇所４１が少ない。これは空気と伝熱管８との衝突回数が減少しているためである。これに対し、従来品の解析結果４３では段方向の伝熱管２８間において、高粘性係数箇所４１が多く発生している。これは空気と伝熱管２８との衝突回数が多いためである。この解析結果のように、本発明では熱交換器４の空気の圧力損失を削減でき、貫流送風機３の入力を良化することができる。

（実施の形態２）
図６は実施の形態２における空気調和機の断面図である。図５では、前面熱交換器５の伝熱管８を結ぶ直線を線分ａ５１とし、背面熱交換器６の伝熱管８を結ぶ直線を線分ｂ５２とする。線分ａ５１と、線分ｂ５２を貫流送風機の中心５３に向かって延長したとき、貫流送風機の中心５３よりも上方の線分ａ５１と、線分ｂ５２で結んだ伝熱管８の管径を、貫流送風機の中心５３よりも下方の線分ａ５１と、線分ｂ５２で結んだ伝熱管８の管径に対し、大きくする。従来、スタビライザ５４と貫流送風機３との近傍で生じる渦による圧力損失が高く、熱交換器４上部に比べて、熱交換器４下部に風が流れにくいが、本構成により熱交換器４上部の通風抵抗を熱交換器下部よりも上げ、風を通しやすくする。この効果により、熱交換器４全体を流れる空気の速度分布は均一に近づき、貫流送風機３の入力が良化する。

図７に、実施の形態１における解析結果７２と、実施の形態２における解析結果７３を示す。図７はそれぞれの空気調和機の空気流れを解析し、空気の渦粘性係数を示したもので、高渦粘性係数箇所７１が黒く大きいほど、その箇所を流れる空気の圧力損失が高いことを示している。実施の形態１における解析結果７２と、実施の形態２における解析結果７３は、伝熱管本数が同等である。両者の違いは、実施の形態１における解析結果７２は伝熱管８の管径が全て同じであるのに対し、実施の形態２における解析結果７３は、貫流送風機の中心５３よりも下方の伝熱管８の管径を、貫流送風機の中心５３よりも上方の伝熱管８の管径よりも小さくしている。実施の形態１における解析結果７２は、送風機の中心５３よりも下方の線分ａ５１で結ばれた伝熱管８の風上端部において、高渦粘性係数箇所７１が大きく広がっている。実施の形態１における解析結果７２に対し、実施の形態２における解析結果７３は、送風機の中心５３よりも下方の線分５１で結ばれた伝熱管８の風上端部で発生する高渦粘性係数箇所７１が減少している。これは、空気が流れやすい貫流送風機の中心５３よりも上方に配置される伝熱管８の管径を大きく、下方に配置される伝熱管８の管径を小さくしたことで、貫流送風機の中心５３よりも下方の通風抵抗を低減できていることを表している。この効果により、熱交換器４全体を流れる空気の風速分布を均一に近づけ、貫流送風機の３入力を良化することができる。

本実施の形態２では、貫流送風機の中心５３よりも下方の線分ａ５１で結んだ伝熱管の径を全て小さく、貫流送風機の中心５３よりも上方の線分ａ５１と、線分ｂ５２で結んだ伝熱管８の径を全て大きくしたが、貫流送風機の中心よりも上方の線分ａ５１と、線分ｂ５２で結んだ伝熱管８の管径を一部小さくしても良い。

本開示は、特に空気調和機の筐体の奥行が小さく薄型仕様のものにおいて、貫流送風機の入力を良化することで、空気調和機の性能を向上させることができる。

１空気調和機
２筐体
３貫流送風機
４熱交換器
５前面熱交換器
６背面熱交換器
７フィン
８伝熱管
９線分
１０前面パネル
１１水平線
１２傾斜角α
１３サブ熱交換器

Claims

吸込み口と吹出し口とを有する筐体に収納された貫流送風機が前記吸込口から空気を吸込み前記吹出口から空気を吹出す前記筐体に搭載された熱交換器において、該熱交換器は、前記貫流送風機の前方に配置される前面熱交換器と、前記貫流送風機の後方に配置される背面熱交換器とからなり、前記前面熱交換器と前記背面熱交換器とは、それぞれ伝熱管を段方向、列方向に複数並べて構成され、かつそれぞれ同じ段の伝熱管の縦断面中心同士を列方向に結んだ直線が相互に略平行であり、前記筐体が使用時に設置される際、水平方向に対する前記直線の傾斜角αは、０°≦α≦５０°であることを特徴とする熱交換器。
前記前面熱交換器と前記背面熱交換器の、それぞれ同じ段の伝熱管の縦断面中心同士を列方向に結んだ線分を、前記前面熱交換器の線分群は線分ａ、前記背面熱交換器の線分群は線分ｂとし、前記線分ａ、前記線分ｂを前記貫流送風機に向かって延長したとき、前記貫流送風機の回転中心軸よりも上方の前記線分ａ、前記線分ｂの伝熱管の管径は、前記貫流送風機の回転中心よりも下方の前記線分ａ、前記線分ｂの伝熱管の管径に対し、大きくした管を少なくとも１本以上含むことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。