JP5243162B2 - 空気調和機の室内機 - Google Patents

Description

本発明は空気調和機の室内機に係り、特に端板形状を改良した熱交換器を備えた空気調和機の室内機に関する。

一般に、ヒートポンプを用いた空気調和機の暖房運転時、室内熱交換器の冷媒は、単相 → 気液二相 → 液単相（過冷却部）と相変化が行われている。

近年、性能向上のため、二相域温度と液単相域の温度差である過冷却度を大きくとる傾向にある。

このように温度差を大きくするためには、液単相域（過冷却域）の温度を低くする必要があるが、二相域部との温度差が大きくなった場合、過冷却域の伝熱管と二相域部の伝熱管とで熱交換を行い空気へ熱が伝わらない問題が発生する。

この問題の解決策として、従来、暖房運転時に冷媒が過冷却域となる部分と、二相域となる部分との熱交換器を別個の熱交換器で構成することで熱の移動を阻止している。

また、特許文献１に記載のように、過冷却域と二相域のフィン間を熱的に遮断するルーバーもしくは切断部を設けることで遮断を図っている。

しかし、前者は部品点数が増え生産性に劣り、後者の特許文献１に記載のものは、熱遮断性が前者より劣る問題がある。
特開平１０−１６０３７８号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、暖房性能を向上させることができる熱交換器を備えた空気調和機の室内機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る空気調和機の室内機は、筐体内に熱交換器と、この熱交換器に熱交換空気を流通させる送風機とを具備する空気調和機の室内機において、前記熱交換器は、幅方向に複数列の伝熱管挿通孔が設けられかつ、互いに所定隙間を存して並設され、この隙間に熱交換空気が流通する複数枚の放熱フィンと、これら放熱フィンの前記伝熱管挿通孔に貫通して設けられ、内部に熱交換媒体が導通する伝熱管と、前記放熱フィンの少なくとも一端側に設けられ、前記放熱フィンと並設された端板を有し、前記伝熱管のうち、暖房運転時に、冷媒が気液二相域となる伝熱管と過冷却域となる伝熱管との間のフィンに熱遮断のための切断部または切起しを設けるとともに、前記端板に、この端板を介して、暖房運転時に、前記冷媒が気液二相域となる伝熱管から、前記過冷却域となる伝熱管への熱伝導を防止する熱伝導防止手段が設けられ、前記熱伝導防止手段は、前記端板に設けられ、暖房運転時に、前記過冷却域となる伝熱管が貫通し、伝熱管の直径より大きな直径の伝熱管挿入孔であることを特徴とする。

本発明に係る空気調和機の室内機によれば、暖房性能を向上させることができる熱交換器を備えた空気調和機の室内機を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る空気調和機の室内機について図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る空気調和機の室内機の前面パネルを除去して内部を示す斜視図であり、図２は本室内機に用いる熱交換器の後側熱交換器側を示す模式図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る空気調和機の室内機１は、本体２を有し、この本体２には、何れも図示しない前面パネルが設けられており、この前面パネルの前面側にグリルで形成される前部吸込口が開口され、上面にグリルで形成される上部吸込口が開口される。

また、本体２内には、前部吸込口の上部に対向して空気清浄装置３が設けられ、さらに、この空気清浄装置３の後方及び前部吸込口の下部に対向してフィンチューブ型の熱交換器４が配設される。

この熱交換器４は図３にも示すように、前側熱交換器５及び後側熱交換器６が折曲げまたは分割して略逆Ｖ字状に形成され、前側熱交換器５は前面側に前方に突出するように湾曲した形状を有し、後側熱交換器６は前側熱交換器５に連結され上部吸込口乃至本体２の背面側に対向し、背面側に向かって下方に傾斜して配設される。

一方、前側熱交換器５の後方には室内送風機７が配設され、この室内送風機７の下方には空調空気の吹出口８が形成される。この吹出口８には空調空気の吹出し方向を調整するルーバー９が設けられる。また、前側熱交換器５の下端下方には前側ドレンパン（図示せず）が設けられ、後側熱交換器６の下端下方には後側ドレンパン（図示せず）が設けられる。

図２に模式的に示すように、熱交換器４は、熱交換空気が流通するように、所定隙間（ピッチ）を存して並設された複数枚の放熱フィン１１と、この放熱フィン１１を貫通し、内部に熱交換媒体が導通する伝熱管１２と、上記放熱フィン１１の両端側に設けられ、放熱フィン１１とフィンピッチ以上の間隔で離間して並設される端板１３を備える。

図３に示すように、放熱フィン１１には、幅方向に複数列の伝熱管挿通孔１１ａが設けられ、伝熱管挿通孔１１ａには、伝熱管１２が伝熱的に嵌挿される。

暖房運転時に、四方弁を介して圧縮機から送られる冷媒は、図３中黒矢印で示すように、前側熱交換器５の下から略１／３高さに位置する管入口１２ｉから伝熱管１２に流入し、２流路に分岐して前側熱交換器５の略下半分部分５ａで放熱フィン１１と熱交換し、一旦合流した後、分岐し、一方は、前側熱交換器５の略上半分の斜め下側２／３部分５ｂで放熱フィン１１と熱交換し、他方は、後側熱交換器６の斜め下側２／３部分６ａで放熱フィン１１と熱交換した後、両者は合流し、前側熱交換器５の略上半分の斜め上側１／３部分５ｃで放熱フィン１１と熱交換し、しかる後、後側熱交換器６の斜め上側１／３部分（例えば、伝熱管４本分域）６ｂで放熱フィン１１と熱交換し、管出口１２ｏから減圧装置に流れる。

図３において、冷媒の相変化に応じて、伝熱管１２を１２ａ、１２ｂ、１２ｃと区別して説明すれば、熱交換器４を流れる冷媒の最下流すなわち、後側熱交換器６の斜め上側１／３部分６ｂと熱交換する伝熱管１２ａが、本発明における過冷却域となる伝熱管であり、前側熱交換器５の略下半分部分５ａの管入口１２ｉ近傍の伝熱管１２ｂが蒸気単相域となる伝熱管であり、これ以外の部分の伝熱管１２ｃが、気液二相域となる伝熱管である。なお、図３中白抜き矢印は空気流を示す。

図４に示すように、後側熱交換器６の過冷却域となる伝熱管１２ａと、気液二相域となる伝熱管１２ｃとの間には、放熱フィン１１に、熱遮断（熱伝導防止）のためのフィン切断部および／または切起し１１ｃが設けられる。

図５に示すように、後側熱交換器６の端板１３は略放熱フィン１１と同様の形状をなし、放熱フィン１１に比べて肉厚で剛性を有する金属板からなり、放熱フィン１１に設けた伝熱管挿通孔１１ａに対応する位置には、同様に伝熱管挿通孔１３ａが設けられている。そのうち、過冷却域となる伝熱管１２ａが挿通する伝熱管挿通孔１３ｐは、伝熱管１２ａが密着しないように伝熱管１２ａの直径（外径）大きな直径を有し、本発明の熱伝導防止手段を構成している。

従って、伝熱管１２ａは伝熱管挿通孔１３ｐで、端板１３と離間しており、両者間で熱伝導が生じず、これにより、端板１３を介して、過冷却域の伝熱管１２ａと気液二相域の伝熱管１２ｃ間で熱伝導は生じない。

次に本第１実施形態の空気調和機の室内機の動作について説明する。

図３および図６を参照して説明する。

なお、図６は暖房運転時の本熱交換器（実施例）および比較例の温度変化を示し、実施例は図５に示す端板を備える。

暖房運転時、圧縮機で圧縮された冷媒ガスは、四方弁を介して管入口１２ｉから伝熱管１２に流入する。このときの冷媒が気相であり、管入口１２ｉは、図６の横軸の熱交換器位置（１）に相当し、単相（気相）である。

熱交換器位置（１）から位置（２）、すなわち、伝熱管１２ｂ内では気相であり、位置（２）では放熱フィン１１を介しての放熱により気相冷媒の温度は約３８℃まで冷却される。

位置（２）から位置（９）、すなわち伝熱管１２ｃ内では気液混合の二相であり、二相冷媒の温度は約３６℃で一定である。位置（９）では、冷媒は単相（液相）になり液相冷媒の温度は低下し始める。

位置（９）から位置（１４）、すなわち伝熱管１２ａ内では液相であり、伝熱管１２ａ内を流れる間に順次冷却（過冷却）され、管出口１２ｏに相当する位置（１４）では、液相冷媒の温度は約２２℃である。

図７は、図８に示した伝熱管の位置における伝熱管の熱授受を示す試験の結果図であり、プラスは伝熱管から熱が放散している（放熱）こと、マイナスは伝熱管が熱を吸収（吸熱）していることを示す。

図７に示すように、過冷却域の伝熱管である管１及び管２において、比較例のものは吸熱量が多く、二相域の伝熱管から過冷却域の伝熱管に端板を介して大きな熱伝導が生じているのに対し、実施例のものは、過冷却域の伝熱管である管１及び管２において、吸熱量が大幅に低下し、上記熱伝導が防止されていることが分かる。一方、二相域の伝熱管である、管３〜管７においては、比較例のものは実施例のものより放熱量が多く、この点でも、比較例のものは二相域の伝熱管から過冷却域の伝熱管に端板を介して大きな熱伝導が生じていることが分かる。

上記試験結果から明らかなように、本空気調和機の室内機１は、伝熱管１２ｃから端板１３を介して伝熱管１２ａに入ってくる熱量（吸熱量）を防止できて、熱交換器４における過冷却度を大きくすることができ、暖房性能を向上させることができる。

また、１個の熱交換器であっても、従来の過冷却域となる熱交換器と、二相域となる熱交換器を別個に設ける熱交換器と同等の暖房性能が得られ、部品点数を削減でき安価になる。

本第１実施形態の空気調和機の室内機によれば、暖房性能を向上させることができる熱交換器を備えた空気調和機の室内機が実現する。

また、本発明の第２実施形態に係る空気調和機の室内機について説明する。

本第２実施形態の空気調和機の室内機は、第１実施形態に用いる熱交換器が端板に伝熱管遊貫孔を設けるのに対して、端板の液相域の伝熱管と２相域の伝熱管間に切断部が設けられる。

例えば、図９に示すように、本第２実施形態の空気調和機の室内機に用いる熱交換器は、端板１３Ａを備える。この端板１３Ａには、液相域に位置する伝熱管１２ａと２相域に位置する伝熱管１２ｃ間に、本発明の熱伝導防止手段である切断部１３ｃが設けられる。

これにより、伝熱管１２ｃから端板１３Ａを介して伝熱管１２ａに入ってくる熱量（吸熱量）を防止できて、熱交換器４における過冷却度を大きくすることができ、暖房性能を向上させることができる。

また、本発明の第３実施形態に係る空気調和機の室内機について説明する。

本第３実施形態の空気調和機の室内機は、第２実施形態に用いる熱交換器が端板に液相域伝熱管と２相域伝熱管間に切断部を設けるのに対して、切欠部を設ける。

例えば、図１０に示すように、本第３実施形態の空気調和機の室内機に用いる熱交換器は、端板１３Ｂを備える。この端板１３Ｂには、液相域に位置する伝熱管１２ａが位置する部分を除去した本発明の熱伝導防止手段である切欠部１３ｃ’が設けられる。

これにより、伝熱管１２ｃから端板１３Ｂを介して伝熱管１２ａに入ってくる熱量（吸熱量）を防止できて、熱交換器４における過冷却度を大きくすることができ、暖房性能を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る空気調和機の室内機の前面パネルを除去して内部を示す斜視図。 本発明の第１実施形態に係る空気調和機の室内機に用いる熱交換器の模式図。 本発明の第１実施形態に係る空気調和機の室内機に用いる熱交換器の暖房運転時に冷媒の流れを示す説明図。 本発明の第１実施形態に係る空気調和機の室内機に用いる熱交換器の伝熱フィンの斜視図。 本発明の第１実施形態に係る空気調和機の室内機に用いる熱交換器の端板の平面図。 本発明の第１実施形態に係る空気調和機の室内機に用いる熱交換器暖房運転時の温度分布図。 従来の空気調和機の室内機に用いる熱交換器の端板（比較例）の平面図。 本発明の第１実施形態に係る空気調和機の室内機に用いる熱交換器の伝熱管の部位別の放熱フィンとの熱授受を示す図。 本発明の第２実施形態に係る空気調和機の室内機に用いる熱交換器の端板の平面図。 本発明の第３実施形態に係る空気調和機の室内機に用いる熱交換器の端板の平面図。

符号の説明

１…空気調和機の室内機、２…本体、３…空気清浄装置、４…熱交換器、５…前側熱交換器、５ａ…下半分部分、５ｂ…下側２／３部分、５ｃ…上半分の斜め上側１／３部分、６…後側熱交換器、６ａ…下側２／３部分、６ｂ…斜め上側１／３部分、７…室内送風機、８…吹出口、９…ルーバー、１１…放熱フィン、１１ａ…伝熱管挿通孔、１１ｃ…フィン切断部、１２…伝熱管、１２ｉ…管入口、１２ｏ…管出口、１２ａ…過冷却域となる伝熱管、１２ｂ…蒸気単相域となる伝熱管、１２ｃ…気液二相域となる伝熱管、１３…端板、１３ａ…伝熱管挿通孔、１３ｐ…伝熱管挿通孔。

Claims (1)

1. 筐体内に熱交換器と、この熱交換器に熱交換空気を流通させる送風機とを具備する空気調和機の室内機において、
   前記熱交換器は、幅方向に複数列の伝熱管挿通孔が設けられかつ、互いに所定隙間を存して並設され、この隙間に熱交換空気が流通する複数枚の放熱フィンと、
   これら放熱フィンの前記伝熱管挿通孔に貫通して設けられ、内部に熱交換媒体が導通する伝熱管と、
   前記放熱フィンの少なくとも一端側に設けられ、前記放熱フィンと並設された端板を有し、
   前記伝熱管のうち、暖房運転時に、冷媒が気液二相域となる伝熱管と過冷却域となる伝熱管との間のフィンに熱遮断のための切断部または切起しを設けるとともに、
   前記端板に、この端板を介して、暖房運転時に、前記冷媒が気液二相域となる伝熱管から、前記過冷却域となる伝熱管への熱伝導を防止する熱伝導防止手段が設けられ、前記熱伝導防止手段は、前記端板に設けられ、暖房運転時に、前記過冷却域となる伝熱管が貫通し、伝熱管の直径より大きな直径の伝熱管挿入孔であることを特徴とする空気調和機の室内機。

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