JP4075945B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

この発明は、逆Ｖ字状の熱交換器を備えた空気調和機に関するものである。

空気調和機、特に分離形空気調和機の室内機等においては、居住空間を少しでも有効に利用することができるように、本体ケーシングをコンパクトでしかも薄形とすることが要求される。しかし本体ケーシングをコンパクト化すると、それに従って熱交換器も小型化しなければならず、そのため熱交換器の熱交換量が減少して熱交換能力が低下するという問題があった。

そこでこの問題を解決するものとして、熱交換器を前面側と背面側とに分割して逆Ｖ字状に組み合わせ、本体ケーシングの上面にも吸込口を設けるようにした空気調和機がある（例えば特許文献１、特許文献２参照）。図４は、上記のような逆Ｖ字状の熱交換器を備えた分離形空気調和機の室内機を示す断面図である。この室内機では、本体ケーシング４９の前面側に前面吸込口３４が形成された前面グリル４１が設けられると共に、その上面側にも上面吸込口３５が形成された上面グリル４２が設けられている。そして上記前面グリル４１の後方には前面側熱交換器３８が設けられ、この前面側熱交換器３８は、その下端部が前面グリル４１の下部に近接し、上端部がこれよりも背面側における上面グリル４２の下方近傍に位置するよう傾斜して配置されている。さらにこの前面側熱交換器３８の背面側には、その上下方向の幅が上記前面側熱交換器３８の約２／５程度である背面側熱交換器３２が配置されている。この背面側熱交換器３２は、その上端部が上記前面側熱交換器３８の上端部と近接する一方、下端部がこれよりもさらに背面側に位置するよう傾斜して設けられている。これらの前面側熱交換器３８と背面側熱交換器３２とを組み合わせて逆Ｖ字状の熱交換器４０が構成され、前面側熱交換器３８の上端部及び背面側熱交換器３２の上端部が上記逆Ｖ字状の熱交換器４０の頂部となっている。この熱交換器４０の逆Ｖ字状の外側が本体ケーシング４９内における吸込側４４となり、またその内側が吹出側４５となっている。さらに上記吹出側４５には、図における紙面と略垂直な方向に延びる回転軸３３ａを有する円柱状のファンロータ３３と、このファンロータ３３に対し軸方向に沿って近接するよう設けられた舌部３７と、その下端側が吹出口４３へと滑らかに連なるように形成されたスクロール部３６等とからクロスフローファンが構成されている。

上記ファンロータ３３が回転駆動されると、クロスフローファンの作用によって渦気流が発生し、この渦気流によって前面吸込口３４及び上面吸込口３５から室内空気を吸い込むようになる。吸い込んだ室内空気は、さらに本体ケーシング４９の吸込側４４から吹出側４５へと流通し、その際に熱交換器４０によって熱交換されて、空調空気となる。この空調空気は、上記スクロール部３６に沿って前面側へと流通方向を変えつつ、吹出口４３から再び室内へと吹き出されるようになっている。

上記空気調和機では、本体ケーシング４９の前面と上面との双方から室内空気を吸い込み、吸い込んだ室内空気は前面側熱交換器３８と背面側熱交換器３２との双方によって熱交換されるようになっている。そのため上記熱交換器４０が室内空気と接触する接触面積は上記両熱交換器３８、３２の和となり、これは例えば前面側熱交換器３８を、その上端側に背面側熱交換器３２の分だけ延長した形状の熱交換器と略等しい。従って、この空気調和機では熱交換能力を低下させずにそのコンパクト化を図ることができるようになっている。
実公昭５７−３５７７１号公報 特願平７−１９２３５１号公報

しかしながら空気調和機のコンパクト化及び高能力化に対する要求は強く、熱交換器４０を逆Ｖ字状とすることによって熱交換能力を低下させずにある程度のコンパクト化を図ることが可能であった上記従来例の空気調和機の室内機についても、これをさらに高能力かつコンパクトなものとする必要が生じている。

上記従来例の室内機を、熱交換能力を低下させずにコンパクトなものにするためには、熱交換器４０の能力を向上させること、すなわち熱交換器４０の単位前面面積当たりの熱交換量を増加させることが必要である。しかし、背面側熱交換器３２の能力を、前面側熱交換器３８と同様に向上させると、冷房運転時に背面側熱交換器３８で発生するドレン水の量が増大するため、背面側ドレンパン３９を大型化する必要がある。背面側熱交換器３２の送風経路は上方から下方に向かって形成されているので、背面側ドレンパン３９が大型化すると、背面側ドレンパン３９が送風経路上に突出して存在することになり、送風性能が低下し、結果的に背面側熱交換器３２の能力を低下させることになる。また、大型化した背面側ドレンパン３９によって送風経路が狭くなるため、異音が発生するという新たな問題を招来する。

この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、コンパクト化及び低騒音化を図りながら、熱交換能力を向上することができる空気調和機を提供することにある。

そこで請求項１の空気調和機は、その前面及び上面に吸込口４、５を有する本体ケーシング１９内に、前面側熱交換器１と背面側熱交換器２とを逆Ｖ字状に組合せて成る熱交換器１０と、この熱交換器１０の下流側に配置されたファンロータ３と、前面側熱交換器１の下方に配置される前面側ドレンパン８と、背面側熱交換器２の下方に配置される背面側ドレンパン２２とを備えた空気調和機において、上記熱交換器１０は、並設された複数のフィン１７に伝熱管２１を貫通状態で配置して成るクロスフィンチューブ型熱交換器にて構成し、上記熱交換器１０の伝熱管２１は連結されて複数の経路Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を構成し、冷媒供給手段からの冷媒が複数の上記経路Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の各供給口から分流して供給され、各経路Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を通過した後に複数の上記経路Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の各排出口から排出されて再び合流されて上記冷媒供給手段に戻されており、背面側熱交換器２を通る経路Ｒ１中に含まれる伝熱管２１の本数を、前面側熱交換器１を通る経路Ｒ２、Ｒ３中に含まれる伝熱管２１の本数よりも多くして成り、さらに、背面側ドレンパン２２を、前面側ドレンパン８よりも小型にしたことを特徴としている。

請求項１の空気調和機では、前面側熱交換器１における経路Ｒ２、Ｒ３での冷媒側圧力損失が減少し、そのため空気側との温度差が増加することにより、前面側熱交換器１の熱交換量が増加する。また、背面側熱交換器２の熱交換量は、前面側熱交換器１に比べて小さいので、冷房運転時に背面側熱交換器２で発生するドレン水は比較的小量であり、背面側ドレンパン２２を大型化する必要がない。従って、背面側熱交換器２の送風経路上に背面側ドレンパン２２が突出して送風経路を狭めることはなく、送風性能の低下及び異音の発生を防止することができる。なお、前面側熱交換器１の能力を向上させることによって、発生するドレン水が増加し、これに伴い前面側ドレンパン８を大型化する必要が生じるが、前面側ドレンパン８は前面側熱交換器１の下方に配置されており、送風経路は正面側から背面側に向かって形成されているので、前面側ドレンパン８は前面側熱交換器１の送風経路上に突出することはない。従って、送風能力の低下及び異音の発生といった不具合は生じない。

上記請求項１の空気調和機では、前面側熱交換器は、熱交換量が背面側熱交換器よりも大きくなるように構成されている。従って、熱交換器自体を大きくすることなく熱交換器の能力を向上することができ、コンパクト化を図ることができる。また、背面側熱交換器の熱交換量は、前面側熱交換器に比べて小さいので、背面側熱交換器で発生するドレン水は比較的小量であり、背面側ドレンパンを大型化する必要がない。従って、背面側熱交換器の送風経路上に背面側ドレンパンが突出して送風経路を狭めることはなく、送風性能の低下及び異音の発生を防止することができる。

次に、この発明の空気調和機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、上記空気調和機の一実施の形態を分離形空気調和機の室内機に適用した場合の適用例を示す断面図である。この室内機においても上記従来例と同様に、本体ケーシング１９の前面側に前面吸込口４が形成された前面グリル１１が設けられると共に、その上面側にも上面吸込口５が形成された上面グリル１２が設けられている。同図に示す１は、前面側熱交換器である。この前面側熱交換器１は、２０本の冷媒管２１・・を挿通して構成されたものであり、４本の冷媒管２１・・が挿通された部分を一区画として、第１〜第５区画部１ａ〜１ｅの５区画に区分されている。そして互いに隣接する区画部同士の間を折曲げることにより、その頂部から下部にかけて前面側に凸となるよう湾曲させ、頂部から数えて４つ目に当たる第４区画部１ｄを最も前面側に位置させている。また同図における２は、背面側熱交換器２である。この背面側熱交換器２は、８本の冷媒管２１・・を挿通して構成されたものであり、上記前面側熱交換器１と同じように４本の冷媒管２１・・が挿通された部分を一区画として第１、第２区画部２ａ、２ｂの２区画に区分され、両区画部２ａ、２ｂの間を折曲げることによって、その頂部から下部にかけて背面側に凸となるよう湾曲されている。また上記両熱交換器１、２の頂部は互いに近接して配置され、この部分を頂部として両熱交換器１、２を組み合わせることにより、逆Ｖ字状の熱交換器１０が構成されている。上記各熱交換器１、２の構成は基本的に同一であり、クロスフィンチューブ型熱交換器である。このクロスフィンチューブ型熱交換器は、複数のフィンが並設され、それに複数本の伝熱管２１が貫通状態で配置されて成る。この熱交換器１０の逆Ｖ字状の外側が本体ケーシング１９内における吸込側１４となり、その内側、すなわち熱交換器１０の下流側が吹出側１５となっている。また上記本体ケーシング１９の前面上側コーナ部、つまり前面グリル１１と上面グリル１２との連設部においては、前面側熱交換器１の上部との間に一定のスペースが形成されているが、このスペース内には抗菌・脱臭作用等を有する空気清浄用フィルタ１６が配設されている。

さらに上記吹出側１５には、従来例と同様に円柱状のファンロータ３、舌部７、スクロール部６等によって構成されたクロスフローファンが設けられている。このクロスフローファンのファンロータ３は、回転軸３ａが上記前面側熱交換器１の第４区画部１ｄの後方に位置するように配置され、また上記スクロール部６は、その下端側が吹出口１３へと滑らかに連なるように形成されている。また冷房運転時において、前面側熱交換器１で発生したドレン水を受けるために、上記舌部７と一体に形成された前面側ドレンパン８が設けられており、また背面側熱交換器２で発生するドレン水については、熱交換器支持部２３と一体に形成された背面側ドレンパン２２で受けるようになっている。さらにドレン水は上記スクロール部６の背部にも発生することがあるが、これは背部ドレンパン９で受けるように構成されている。

以上のように構成された室内機において図１に示すファンロータ３が回転駆動されると、クロスフローファンの作用によって渦気流が発生し、この渦気流によって前面吸込口４及び上面吸込口５から室内空気を吸い込むようになる。吸い込んだ室内空気は、さらに本体ケーシング１９の吸込側１４から吹出側１５へと流通し、その際熱交換器１０によって熱交換（冷却）されて、空調空気となる。この空調空気は、上記スクロール部６に沿って前面側へと流通方向を変えつつ、吹出口１３から再び室内へと吹き出されるようになっている。

上記室内機の熱交換器１０においては、前面側熱交換器１は、熱交換量が背面側熱交換器２よりも大きくなるように構成されている。従って、熱交換器１０自体を大きくすることなく熱交換器１０の能力を向上することができ、コンパクト化を図ることができる。

また、上述したように、背面側熱交換器２の熱交換量は、前面側熱交換器１に比べて小さいので、冷房運転時に背面側熱交換器２で発生するドレン水は比較的小量であり、背面側ドレンパン９を大型化する必要がない。背面側熱交換器２の送風経路は、上面吸込口５から吸込側１４を通って吹出側１５へ、すなわち本体ケーシング１９の上部から吹出口１３がある下部に向かって形成されているので、背面側熱交換器２の下方側に配置される背面側ドレンパン９を大きくすると、送風経路に突出して設けられることになり、送風経路が狭められ、送風性能の低下及び異音の発生という問題が生じるが、本発明では背面側ドレンパン９を大きくする必要がなく、上記問題は生じない。

なお、前面側熱交換器１の熱交換量を向上させたことによって発生するドレン水が増加し、前面側ドレンパン８も大型化する必要が生じる可能性もあるが、前面側ドレンパン８は前面側熱交換器１の下方側に配置されており、送風経路は前面吸込口４から吹出側１５、ファンロータ３を通って吹出口１３に向かって形成されているので、前面側ドレンパン８が送風経路に突出することはない。従って、送風能力の低下及び異音の発生といった問題は生じない。

次に、前面側熱交換器１の熱交換量を背面側熱交換器２よりも大きくするための具体的な実現方法について説明するが、まず図２は、本発明における熱交換器１０に対する冷媒の供給経路を説明するための図であり、図３は従来技術における熱交換器４０に対する冷媒の供給経路を説明するための図である。図２及び図３において、伝熱管２１、５０を結ぶ実線は図面の紙面上手前側で２本の伝熱管が連結されていることを示し、破線は図面の紙面上背後側で２本の伝熱管が連結されていることを示す。

冷媒は、熱交換器１０、４０に対して冷媒供給手段２０、４６から複数個の供給口Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、ｉ１、ｉ２から分流して与えられ、供給口と同じ数の排出口Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、ｏ１、ｏ２から排出された後に再び合流されて、冷媒供給手段２０、４６に戻される。従って、熱交換器１０、４０内の冷媒が流れる経路は、複数個設けられている。

従来の熱交換器４０には図３に示すように２つの経路Ｒ４、Ｒ５が設けられる。従来の熱交換器４０では、経路Ｒ４、Ｒ５はともに１４本の伝熱管５０を含む。従って１経路当たりの冷媒側圧力損失はほぼ同じであり、前面側熱交換器３１と背面側熱交換器３２の熱交換量は同じである。これに対し、図２に示すように、本発明では、熱交換器１０には３つの経路Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が設けられる。熱交換器１０では、背面側熱交換器２を通る経路Ｒ１は１２本の伝熱管２１を含み、前面側熱交換器１を通過する経路Ｒ２、Ｒ３はともに８本の伝熱管２１を含む。従って経路Ｒ２、Ｒ３の冷媒側圧力損失は経路Ｒ１よりも少ないので、冷媒が流れ易くなり、そのためフィン１７（空気側）と伝熱管２１との温度差は前面側熱交換器１の方が背面側熱交換器２よりも大きくなり、これによって前面側熱交換器１の方が熱交換量が大きくなる。これは、蒸発器の冷媒は、ほとんどが２相流の状態であり、冷媒の２相流は、圧力によってその濃度が定まるためである。

本発明の空気調和機を分離形空気調和機の室内機として構成した一実施の形態を示す断面図である。 本発明の実施の形態における熱交換器への冷媒の供給経路を説明する説明図である。 従来技術における熱交換器への冷媒の供給経路を説明する説明図である。 分離形空気調和機の室内機の従来例を示す断面図である。

符号の説明

１ 前面側熱交換器
２ 背面側熱交換器
３ ファンロータ
４ 前面吸込口
５ 上面吸込口
８ 前面側ドレンパン
１０ 熱交換器
１９ 本体ケーシング
２０ 冷媒供給手段
２１ 伝熱管
２２ 背面側ドレンパン
Ｒ１ 経路
Ｒ２ 経路
Ｒ３ 経路
Ｉ１ 供給口
Ｉ２ 供給口
Ｉ３ 供給口
Ｏ１ 排出口
Ｏ２ 排出口
Ｏ３ 排出口

Claims (1)

1. その前面及び上面に吸込口（４）（５）を有する本体ケーシング（１９）内に、前面側熱交換器（１）と背面側熱交換器（２）とを逆Ｖ字状に組合せて成る熱交換器（１０）と、この熱交換器（１０）の下流側に配置されたファンロータ（３）と、前面側熱交換器（１）の下方に配置される前面側ドレンパン（８）と、背面側熱交換器（２）の下方に配置される背面側ドレンパン（２２）とを備えた空気調和機において、上記熱交換器（１０）は、並設された複数のフィン（１７）に伝熱管（２１）を貫通状態で配置して成るクロスフィンチューブ型熱交換器にて構成し、上記熱交換器（１０）の伝熱管（２１）は連結されて複数の経路（Ｒ１）（Ｒ２）（Ｒ３）を構成し、冷媒供給手段からの冷媒が複数の上記経路（Ｒ１）（Ｒ２）（Ｒ３）の各供給口から合流して供給され、各経路（Ｒ１）（Ｒ２）（Ｒ３）を通過した後に複数の上記経路（Ｒ１）（Ｒ２）（Ｒ３）の各排出口から排出されて再び合流されて上記冷媒供給手段に戻されており、背面側熱交換器（２）を通る経路（Ｒ１）中に含まれる伝熱管（２１）の本数を、前面側熱交換器（１）を通る経路（Ｒ２）（Ｒ３）中に含まれる伝熱管（２１）の本数よりも多くして成り、さらに、背面側ドレンパン（２２）を、前面側ドレンパン（８）よりも小型にしたことを特徴とする空気調和機。

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