JP2022124548A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は伝熱管を高密度化配置しても、通風抵抗増大による貫流送風機の入力が悪化するのを防止する熱交換器を提供する。
【解決手段】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を列方向に一直線に結び、かつ伝熱管８を結んだ直線を線分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の入力を低減する。
【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、性能を向上したフィンチューブ型の熱交換器を開示する。この熱交換器は、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、背面熱交換器では伝熱管を略千鳥配列にし、前面熱交換器の下部は伝熱管の管径が大きく、伝熱フィンの湾曲部は３列とし、湾曲部よりも下方は２列構成とし、前面開口部を設け、ファンが吸い込む空気を前面熱交換器の下部で増やした構成を備える。

特許第６３７９３５２号公報

本開示は、貫流送風機に吸われた空気の流通抵抗を低下させ、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させ、貫流送風機の入力を低減することができる。

本開示における熱交換器は、吸込口と吹出口と貫流送風機とを有する空気調和機の室内機に搭載される熱交換器であって、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、後方に配置される背面熱交換器とで構成され、前面熱交換器、背面熱交換器はそれぞれ伝熱管を段方向、列方向に複数備え、且つ伝熱管の長手方向と垂直を為す熱交換器の断面において、各列のそれぞれ同じ段の伝熱管の中心を列方向に直線で結んだとき、前面熱交換器の直線群は相互に全て略平行であり、背面熱交換器の直線群は相互に全て略平行であり、各直線の水平方向に対する傾斜角αは、０°≦α≦５０°である構成を有する。

本開示における熱交換器は、熱交換器全体の風速分布を均一化し、貫流送風機の入力を低減することができる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の断面図 本発明の実施の形態における前面熱交換器の拡大図 本発明の実施の形態における背面熱交換器の拡大図 従来技術における空気調和機の断面図 本発明と従来技術の数値解析図 本発明の実施の形態２における空気調和機の断面図 実施の形態１と実施の形態２の数値解析図 本発明の実施の形態３における空気調和機の断面図 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６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、発明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。発明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、発明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。発明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。発明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。

（実施の形態３）
図９は実施の形態２における空気調和機の断面図である。図９では、前面熱交換器５と、背面熱交換器６において、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。熱交換器４の天面に最も近い線分９と段方向に１段隣接する線分９で結ばれた伝熱管８を領域Ａ８１とし、領域Ａ８１内のこの線分９を線分９ａ８４とする。領域Ａ８１を除く前面熱交換器５を領域Ｂ８２とし、領域Ｂ８２内の線分９を線分９ｂ８５とする。同じように、領域Ａ８１を除く背面熱交換器６を領域Ｃ８３とし、領域Ｃ８３内の線分９を線分９ｃ８６とする。そして、線分９ａ８４で結ばれた伝熱管８の段ピッチを最も小さくし、次に線分９ｂ８５で結ばれた伝熱管８の段ピッチを少し大きくし、線分９ｃ８６で結ばれた伝熱管８の段ピッチを最も大きくする。本構成により、熱交換器４においてフィン面積の小さい天面側の領域Ａ８１の通風抵抗を上げて風抜けを抑制するとともに、領域Ａ８１と比較して風の通りにくい領域８２Ｂと領域８３Ｃの通風抵抗を下げて、熱交換器４全体の風速分布を均一化することで、貫流送風機３の入力を良化することができる。

本実施の形態３では、熱交換器４の天面に最も近い線分９と段方向に１段隣接する線分９で結ばれた伝熱管８を領域Ａ８１としたが、少なくとも段方向に１段以上隣接している線分９で結ばれた伝熱管を領域Ａ８１として良い。ただし、その際も領域Ａ８１、領域Ｂ８２、領域８３Ｃ内のそれぞれの伝熱管８の段ピッチの大きさを、領域Ａ８１＜領域Ｂ８２≦領域Ｃとする。

本発明によれば、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低減するので、空気調和機のみならず空気清浄機や加湿機にも適用できる。

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 (3)

1. 吸込口と吹出口と貫流送風機とを有する空気調和機の室内機に搭載される熱交換器であって、前記熱交換器は、前記貫流送風機の前方に配置される前面熱交換器と、後方に配置される背面熱交換器とで構成され、前記前面熱交換器、前記背面熱交換器はそれぞれ伝熱管を段方向、列方向に複数備え、且つ前記伝熱管の長手方向と垂直を為す前記熱交換器の断面において前記各列のそれぞれ同じ段の伝熱管の中心を列方向に直線で結んだとき、前記前面熱交換器の前記直線群は相互に全て略平行であり、前記背面熱交換器の前記直線群は相互に全て略平行であり、前記各直線の水平方向に対する傾斜角αは、０°≦α≦５０°であることを特徴とする熱交換器。
2. 前記前面熱交換器のそれぞれ同じ段の伝熱管を列方向に直線で結んだ線分群を線分ａ、前記背面熱交換器のそれぞれ同じ段の伝熱管を列方向に直線で結んだ線分群を線分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、前記貫流送風機の中心よりも上方の前記線分ａ上、前記線分上の伝熱管の管径は、前記貫流送風機の中心よりも下方の前記線分ａ上、前記線分ｂ上の伝熱管の管径に対し、少なくとも一部の配管の管径が大きいことを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記線分ａの群のうち前記前面熱交換器天面に最も近い線分ａで結ばれた伝熱管群と、前記線分ｂの群のうち前記背面熱交換器天面に最も近い線分ｂで結ばれた伝熱管群とを含んで、前記前面熱交換器および前記背面熱交換器の段方向に沿って、少なくとも１段以上隣接する伝熱管群からなる熱交換器の領域を領域Ａとし、前記前面熱交換器から前記領域Ａを除く領域を領域Ｂとし、前記背面熱交換器から前記領域Ａを除く領域を領域Ｃとしたとき、それぞれの領域において前記前面熱交換器と前記背面熱交換器の段方向に沿って配置される伝熱管群の段ピッチを領域Ａの段ピッチ＜領域Ｂの段ピッチ≦領域Ｃの段ピッチとなるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。

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