JP2907864B2 - ヒートポンプ式ルームエアコン室内ユニットの熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばヒートポンプ式ルームエアコンに用
いる熱交換器に関する。

（従来の技術） いわゆるスプリット型と呼ばれるルームエアコン等の
室内ユニットの騒音は直接室内にいる使用者の快適性に
悪影響を与えるため、多くの低減化努力が払われてい
る。その騒音の約90％以上はファンの送風音であり、残
りの約10％は熱媒の流動音等である。

そして、熱交換器の熱交換能力を高めるために風量を
増加すると、この風量の増大に伴い騒音も増大するいう
欠点があった。このため、熱交換能力を高くしても騒音
の増大を招かないような何らかの改善が必要であった。

一般的な熱交換器には第２図に示されるものがある。
この熱交換器１は複数枚のフィン２…が所定間隔で層状
体に配列され、これら複数枚のファン２…に対して配列
方向に複数本のパイプ３…が貫通して結合されている。
これら、パイプ３…は上下方向に２列で、千鳥状に配列
されている。

ここで、上記熱交換器１は上記フィン２…の層状構造
により輪郭形状が矩形箱状に形成されている。そして、
ルームエアコンの室内ユニット等においては一方の側面
側に例えば横流ファン４が設けられ、強制的に上記熱交
換器１に対して空気を循環するようになっている。

そして、上記横流ファン４によって発生した矢印A,B,
Cで示される空気の流れの、上記熱交換器１に対する流
入側面に近接して上下方向に並んだ１列は、隣接するパ
イプ３…どうしの端部が順次連通するように接続されて
いる。

また、上記熱交換器１に対する空気の流出側に近接し
て上下方向に並んだ１列は、隣接するパイプ３…どうし
の端部が順次連通するように接続されており、略中央部
に位置する２本のパイプ３、３の隣接する一端部は上部
側が熱媒の流入口５、下部側が熱媒の吐出口６となって
いる。

そして、空気の流れ方向の上流側の１列と下流側の１
列との上下端のパイプ３…は互いの一方の端部が連通接
続されており、上記吸込口５から流入された熱媒は上記
パイプの内部を順次流れ、吐出口６から吐出されるよに
なっている。

こうして熱交換器１は風の通りをよくするために、極
力細径のパイプ３…が使われているが騒音低減および熱
交換性を高める効果が十分に得られないといった欠点が
あった。

上記熱交換器１は、例えば熱媒の流入側のフィン２の
温度が約75℃であり、熱媒体の吐出側のフィン２の温度
が約48℃である場合、複数枚のフィン２…全体が一体的
に熱伝導状態にあるので、フィン２…の全体の温度は略
一定となる。そして、上記フィン２…の温度が全体的に
約50℃となり通過された空気は48℃まで上昇される。

ところが、熱媒の流入口５と吐出口６とは互いに近接
して設けられているので、熱媒の流入側と吐出側との間
で熱交換をしてしまうものであった。つまり、通過され
る空気への熱交換器が十分に行えない構造であった。

（発明が解決しようとする課題） 一般的な熱交換器は熱媒の流入口と吐出口とがフィン
によって熱伝導状態に接合されており、流入される熱媒
と吐出される熱媒とがフィンを通じて熱交換してしま
い、効率の高い熱交換ができなかった。また、パイプの
直径が大きく通過する空気の抵抗となり、騒音を発生す
る原因となっていた。

本発明は上記課題に着目してなされたものであり、熱
交換の効率が高く、かつ、通風時の騒音の発生を低減で
きるヒートポイプ式ルームエアコン室内ユニットの熱交
換器を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 請求項１として、複数枚のフィンに対して複数本のパ
イプが貫通されこれらパイプの端部どうしが連通接続さ
れ暖房時の空気の流れの上流側に配置された第１の熱交
換部と、この第１の熱交換部におけるほぼ中間部のパイ
プの接続端に形成された暖房時の吐出口と、複数枚のフ
ィンに対して複数本のパイプが貫通されこれらパイプの
端部どうしが連通接続され暖房時の空気の流れの下流側
に位置され上記第１の熱交換部と熱的に分離された第２
の熱交換部と、この第２の熱交換部におけるほぼ中間部
で２本以上のパイプの接続端にそれぞれ形成された２つ
以上の暖房時の吸込口と、第２の熱交換部の各吸込口と
連通するパイプを上記第１の熱交換部の配管とそれぞれ
連通接続する接続部とを具備し、上記２つ以上の暖房時
の吸込口から流入した熱媒は、それぞれ上記第２の熱交
換部のパイプを通過した後、上記接続部を介して上記第
１の熱交換部へ流れ、この第１の熱交換部の途中に設け
られた合流部において熱媒が合流し、この合流した熱媒
が上記第１の熱交換部を通過した後、上記吐出口から吐
出されるように上記第１の熱交換部と第２の熱交換部内
の各パイプが接続されていることを特徴とする。

請求項２として上記第１の熱交換部と第２の熱交換部
は、切り欠きにより熱的に分離されることを特徴とす
る。

（作用） 暖房時にフィンを通過する空気の流れ方向の上流側と
下流側に熱的に分割し、かつ、暖房時における熱媒の吸
込口を空気流れの下流側に２つ以上設け、上記空気流れ
の上流側に吐出口を設けるとともに、熱媒体の最も温度
の高い吸込口と、最も温度に低い吐出口を互いの熱交換
部のほぼ中間部に位置することで、熱媒体の通過するパ
イプの直径が小さくても十分な熱交換を行うことができ
る。

（実施例） 本発明における一実施例を第１図を参照して説明す
る。

図中に示される熱交換器10は、例えばスプリット型ル
ームエアコンの室内ユニットに使用されるものであり、
横流フィン11によって強制的に循環される空気が通過す
るようになっている。

なお、暖房時において上記横流ファン11は矢印A,B,C
で示される方向に風を送るようになっている。

そして、上記熱交換器10は上記空気の流れ方向の上流
側に位置する第１の熱交換器12と、この第１の熱交換部
12の下流に位置する第２の熱交換部13とからなってい
る。

上記第１の熱交換部12は複数枚のフィン14…が互いに
所定間隔をもって左右方向に層状に配列されており、こ
れらのフィン14…の厚さ方向に複数本のパイプ15…が貫
通状態に結合されている。

これらのパイプ15…は上下方向に所定間隔をもって配
列されており、それぞれの端部は左右方向の最端部に位
置するフィンに開口されている。そして、これらパイプ
15…の端部は上下に位置するどうしが接続管16…によっ
て連通接続されている。

なお、図中に示される接続管の構造について説明する
と、最上部に位置されるパイプ15aは一端側が後述する
接続部17によって上記第２の熱交換部13の最上端のパイ
プ22aに連通接続されている。

上側から２番目および３番目に位置されるパイプ15b,
15cの一方の端部は互いに合流部18を有する接続管19に
よって接続されている。この接続管19は合流部18によっ
て上側から７番目に位置するパイプ15gの一端に接続さ
れている。

さらに、上側から４番目と５番目に位置されるパイプ
15d,15eの一端はそれぞれ接続管16によって接続されて
いる。そして、上側から６番目のパイプ15fの一端は暖
房時における吐出口20が形成されている。また、上側か
ら８番目、９番目のパイプ15h,15iの一方の端部も接続
管16によって接続されている。

また、上記９番目のパイプ15iの他端側は後述する第
２の熱交換部13の最下端のパイプ22iの他端側に図示し
ない接続部によって連通接続されている。

上述のように構成された第１の熱交換部12は暖房時に
おいて、上下端側のパイプ15a,15iからそれぞれ熱媒が
流れ込み、下側からの熱媒はパイプ15i,15h,15gを順次
上方に移動し、上記合流部18を通過してパイプ15cに流
入する。

また、最上端のパイプ15aからの熱媒はパイプ15b,15c
と順次降下し上記合流部18から流れ込む熱媒と合流され
る。

そして、この合流された熱媒はパイプ15d,15e,15fを
順次降下し、吐出口20から吐出されるようになってい
る。なお、この吐出口20は、図に示すように第１の熱交
換部12の上下方向のほぼ中間部に位置する。

以下、上記第２の熱交換部13の構造について説明す
る。この第２の熱交換部13は空気の流れ方向の下流側に
位置しており、上記第１の熱交換部13と同様に複数枚の
フィン21…が所定間隔をもって層状に配列されており、
この配列方向に向かって複数本のパイプ22…が貫通状態
に結合されている。

これらパイプ22…は上下方向に所定間隔をもって配列
されており、それぞれの端部は左右方向の端部に位置す
るフィン21に開口されている。そして、これらのパイプ
22…は上記第１の熱交換部12に設けられたパイプ15…に
対して千鳥状になるように配置されている。

最上部に位置されるパイプ22aの他端側は下側に位置
するパイプ22bの他端部に図示しない接続管により接続
されている。このパイプ22bの一端側は上側から３番目
のパイプ22cの一端に接続管16により接続されている。

さらに、このパイプ22cの他端は図示しない接続管に
よって上側から４番目 さらに、このパイプ22cの他端は図示しない接続管に
よって上側から４番目のパイプ22dの他端に接続されて
いる。このパイプ22dの一端は吸込口23として開口され
ている。

また、上側から５番目のパイプ22eは一端が上述した
吸込口23同様に吸込口24が形成されている。図に示すよ
うに、上記吸込口23と吸込口24は、第２の熱交換部13に
おける上下方向のほぼ中間部に位置する。

さらに、このパイプ22eの他端は上側から６番目のパ
イプ22fの他端に図示しない接続管によって接続されて
いる。そして、以下７番目のパイプ22g,22h,22iのそれ
ぞれの一端は順次接続管19によって接続されており、ま
た図示しない他端も同様に接続管によって接続されてい
る。

そして、この第２の熱交換部13の上下端のそれぞれの
パイプ22a,22iは、それぞれが上述の如く上記第１の熱
交換部12の上下端のパイプ15a,15iに接続されている。

上述のように構成されることで、上記２つの吸込口2
3,24からそれぞれ吸込まれた熱媒は上方と下方とにそれ
ぞれ流れ、第２の熱交換部13の上下端部から第１の熱交
換部12の上下端にそれぞれ流入される。

以下、上記熱交換器20の暖房時における熱交換の状態
を従来構造に比較して説明する。

従来例で述べた熱交換器１はフィン２…が全体に一体
的に設けられているので、熱媒の入口側のフィンの温度
と出口側のフィンの温度との差に影響を受けずに、略一
定となる。

つまり、熱媒の流入口５の温度が約90℃である場合
に、フィン２…全体の温度は約50℃となる。これらのフ
ィン２…に流入された21℃の空気は約48℃まで上昇され
る。こうした熱交換器１は、熱媒の流入口５と吐出口６
とが互いに近接して設けられているので、熱媒の流入側
と吐出側との間で熱交換をしてしまうものである。

これに対して、本発明における上記熱交換器10は、２
つの吸込口23,24から吸込まれる熱媒の温度が上述同様
約90℃である場合に、フィンの平均温度は風上側で約48
℃、風下側で約75℃となるため、通過空気との温度載差
を常に大きくとることができ、この熱交換器10に流入さ
れた約21℃の空気は出口側で約55℃まで上昇される。

熱媒の温度は吸込口23,24で約90℃であり、順次吐出
側に向かって温度が降下していく。上記パイプ22aで約6
0℃、パイプ15cで約50℃、そして、吐出口20で約40℃と
なる。

ここで、フィン14…,21…の温度は上記温度分布に沿
って変化している。そして、吐出口20近傍では約21℃の
空気に接触することで、凝縮温度が約50℃の熱媒が約45
℃まで冷却される。このようにアンダークールを増大で
きるので、より効率の高い熱交換ができる。

また、最も温度の高い吸込口23,24近傍と最も温度の
低い吐出口20近傍を、ともに第2,第１の熱交換部13,12
の上下方向ほぼ中間部に位置させたため、同じ風に対し
て風上側に吐出口20近傍のフィン14が位置し、その風下
側に吸込口23,24近傍のフィン21が位置する。

すなわち、吐出口20近傍のフィン14と熱交換した空気
が吸込口23,24近傍のフィン21と熱交換するようにな
る。この場合、低い温度の吐出口20近傍のフィン14と熱
交換した空気はそれ程温度が上昇せず、第１の熱交換部
12の他の位置を通過した空気よりも低い温度のまま第２
の熱交換部13へと流れ込む。そして、吸込口23,24近傍
の最も温度の高いフィン21は、この低い温度の空気と熱
交換することになる。

この結果、吸込口23,24近傍ではフィン21と空気との
温度差が最も大きくなり、この部分での熱交換効率が良
くなり、熱交換器全体の熱交換効率が向上する。

また、このような構造は、吸込口23,24を２つ設ける
ことで、熱媒の流量が同一であっても熱交換面積を増大
しているので、空気の流量を増大させずに十分な熱交換
ができる。これにより従来構造に比較して高い効率で熱
交換できる。

さらに、第２の熱交換部13を複数並列パスで流れてき
た熱媒を、第１の熱交換部12の途中の合流部18で合流さ
せているため、この部分（すなわち、凝縮器の最後の部
分は熱媒が凝縮し、熱媒のほとんどが液となっている）
を流れる体積の小さくなった液冷媒を流速を落とすこと
なく流すことができ、効率の高い熱交換を行わせること
ができる。

さらにまた、第１の熱交換部12と第２の熱交換部13と
に分割し、空気の流れ方向に沿って上流側と下流側とに
配設し、さらに、上流側に位置する第１の熱交換部12に
吐出口20を設け、下流側に位置する第２の熱交換部13に
吸込口23,24を設けることで、カウンターフロー効果を
発生させ、効率の高い熱交換ができる。

さらに、各熱交換部12,13のそれぞれのフィン14…,21
…は所定の隙間をもって、分離されているのでスリット
効果を発生できる。つまり、熱媒の吸込み側と吐出側と
の直接的な熱交換を防止でき、空気側への熱交換のみと
なる。

この結果、少風量でも十分な熱交換ができる。そし
て、従来構造に比較して同一の熱交換量を得るのに送風
による騒音の低減を計ることができる。

例えば従来構造においては所定の熱交換量を得るため
に室内ユニットの前方1mの位置で42dBの騒音が発生して
いたが、上述の構造とすることで35dBに低減することが
できた。

なお、本発明は上記一実施例のみ限定されるものでは
ない。例えば熱媒が凝縮された液状態で流動する第１の
熱交換部12のパイプ15…を内面リップルチューブとする
ことで、より高い熱交換効率が得られる。

ここで、リップルチューブは内面に伝熱効果を高める
溝が形成されたものである。第１の熱交換部12と第２の
熱交換部13とは分離されているので、ことなるパイプ構
造とすることが容易である。

また、第１の熱交換部12と第２の熱交換部13とは、構
造上分離されていなくとも本発明に含まれる。つまり、
双方間の伝熱を低減する熱的分離構造、例えば切り欠き
構造等があれば同様の効果を得ることができる。

風上側のパイプ径を風下側のパイプより細径化するこ
とにより、騒音を低減する効果を一層高めることができ
る。

（発明の効果） 暖房時における風上側に位置する第１の熱交換部に熱
媒の吐出口を設け、この第１の熱交換部と熱的に分離さ
れて、風下側に位置する第２の熱交換部に熱媒の吸込口
を２つ以上設けることにより、吸込口から流入された熱
媒の熱を、吐出側の熱媒に伝えることを防止すること
で、通過する空気への熱交換の効率を高めることができ
る。

また、吸込口と吐出口を各熱交換部のほぼ中間部に位
置させたので、吸込口近傍のフィンとここを流れる空気
との温度差が最も大きくなって熱交換効率が良くなり、
熱交換器全体の熱交換効率が向上する。

また、第２の熱交換部を複数並列パスで流れてきた熱
媒を、第１の熱交換部の途中で合流させているため、こ
の部分を流れる体積の小さくなった液冷媒を流速を落と
すことなく流すことができ、効率の高い熱交換を行わせ
ることができる。

さらにまた、吸込口を２つ以上設けることにより、熱
媒のパイプを細径化し、空気の通過に対する抵抗を低減
することで、空気の通過による騒音を低減できる。これ
により、高効率かつ静粛性の高いヒートポンプ式ルーム
エアコン室内ユニットの熱交換器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるヒートポンプ式ルームエアコン
室内ユニットの熱交換器の一実施例を示す斜視図、第２
図は従来におけるヒートポンプ式ルームエアコン室内ユ
ニットの熱交換器を示す斜視図である。 12……第１の熱交換器、13……第２の熱交換器、14……
フィン、15……パイプ、17……接続部、20……吐出口、
21……フィン、22……パイプ、23,24……吸込口。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数枚のフィンに対して複数本のパイプが
   貫通されこれらパイプの端部どうしが連通接続され暖房
   時の空気の流れの上流側に配置された第１の熱交換部
   と、この第１の熱交換部におけるほぼ中間部のパイプの
   接続端に形成された暖房時の吐出口と、複数枚のフィン
   に対して複数本のパイプが貫通されこれらパイプの端部
   どうしが連通接続され暖房時の空気の流れの下流側に位
   置され上記第１の熱交換部と熱的に分離された第２の熱
   交換部と、この第２の熱交換部におけるほぼ中間部で２
   本以上のパイプの接続端にそれぞれ形成された２つ以上
   の暖房時の吸込口と、第２の熱交換部の各吸込口と連通
   するパイプを上記第１の熱交換部の配管とそれぞれ連通
   接続する接続部とを具備し、 上記２つ以上の暖房時の吸込口から流入した熱媒は、そ
   れぞれ上記第２の熱交換部のパイプを通過した後、上記
   接続部を介して上記第１の熱交換部へ流れ、この第１の
   熱交換部の途中に設けられた合流部において熱媒が合流
   し、この合流した熱媒が上記第１の熱交換部を通過した
   後、上記吐出口から吐出されるように上記第１の熱交換
   部と第２の熱交換部内の各パイプが接続されていること
   を特徴とするヒートポンプ式ルームエアコン室内ユニッ
   トの熱交換器。
2. 【請求項２】上記第１の熱交換部と第２の熱交換部は、
   切り欠きにより熱的に分離されることを特徴とする請求
   項１に記載のヒートポンプ式ルームエアコン室内ユニッ
   トの熱交換器。