JP5962645B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に関する。

従来より、例えば、特許文献１（特開２００３−０１４３８８号公報）に記載のように、フィンアンドチューブ型の熱交換器は、複数枚のフィンに対して複数本の伝熱管を貫通させることで製造されている。

ここで、異なる種類の熱交換器を製造する場合であっても、同じフィンを用いることにより、製造コストを下げることが考えられる。

例えば、空気流れ方向に並んだ２列の伝熱管が設けられている熱交換器と、２列の伝熱管の部分と１列の伝熱管の部分の両方が設けられている熱交換器との関係では、前者の熱交換器の２列の部分から１列の伝熱管を抜くことにより、同じフィンを用いつつ、後者の熱交換器を製造することができる。

ところが、このようにして生じた１列の部分では、熱交換器を蒸発器として用いた場合に、伝熱管の本数に対してフィンが広いため、フィンが十分に冷却されず、結露水が生じにくい。このため、フィン表面を十分に濡らすことができず、フィン表面が撥水性を有した状態になるため、結露水を保持しにくくなり、結露水が飛散してしまうおそれがある。

本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、他機種のフィンを流用して製造コストを抑えつつ、結露水の飛散を抑制することが可能な熱交換器を提供することにある。

第１観点に係る熱交換器は、２列部と１列部を備えている。２列部は、伝熱管が風上側と風下側に２列設けられている。１列部は、フィン群の風向方向の幅が２列部と同じであり、伝熱管が１列だけである。２列部のフィン群および１列部のフィン群は、伝熱管を貫通させるためのカラー部を風上側の列と風下側の列との２列有している。１列部では、風上側のカラー部には伝熱管が設けられておらず、風下側のカラー部にのみ伝熱管が設けられている。１列部のフィン群の少なくとも一部では、伝熱管の列が伸びる方向が傾斜するように配置されている。

この熱交換器では、同じフィン幅のものを流用しつつ伝熱管を抜管することにより、別の機種の製造コストを下げることができる。さらに、抜管されることで生じたフィン群の広い部分が十分に冷却されずに結露水が生じにくく乾き気味になることで表面が撥水性を有する状態になったとしても、風下側において結露水で十分に濡れているフィン群（撥水状態ではないフィン群）や伝熱管によって結露水を保持することができるため、結露水の飛散を抑制することができる。

第２観点に係る熱交換器は、第１観点に係る熱交換器であって、２列部には、冷媒の蒸発器として機能する場合の冷媒の出口が設けられている。

熱交換器において、一列部に蒸発器出口が設けられてしまうと、出口近傍で冷媒が蒸発を終えて過熱状態になった場合に、その付近のフィン群の温度が上昇してしまい、その付近を通過する空気を十分に冷却させることができなくなる。

これに対して、この熱交換器では、蒸発器出口を２列部とすることで、仮に出口近傍で冷媒が蒸発を終えて過熱状態になったとしても、他方の列において空気を十分に冷却させることが可能になっている。

第３観点に係る熱交換器は、第１観点または第２観点に係る熱交換器であって、１列部は、通過する空気の風速が平均よりも遅い部分に位置している。

この熱交換器では、抜管した場合における性能の低下程度を小さく抑えることが可能になる。

第４観点に係る熱交換器は、第１観点から第３観点のいずれかに係る熱交換器であって、２列部には、冷媒の凝縮器として機能する場合の冷媒の出口が設けられている。

熱交換器において、一列部に凝縮器出口が設けられてしまうと、出口近傍で冷媒が凝縮を終えて過冷却状態になった場合に、その付近のフィン群の温度が低下してしまい、その付近を通過する空気を十分に暖めることができなくなる。

これに対して、この熱交換器では、凝縮器出口を２列部とすることで、仮に出口近傍で冷媒が凝縮を終えて過冷却状態になったとしても、他方の列において空気を十分に暖めることが可能になっている。

第１観点に係る熱交換器では、別の機種の製造コストを下げつつ、結露水の飛散を抑制することができる。

第２観点に係る熱交換器では、仮に出口近傍で冷媒が蒸発を終えて過熱状態になったとしても、他方の列において空気を十分に冷却させることが可能になっている。

第３観点に係る熱交換器では、抜管した場合における性能の低下程度を小さく抑えることが可能になる。

第４観点に係る熱交換器では、凝縮器出口を２列部とすることで、仮に出口近傍で冷媒が凝縮を終えて過冷却状態になったとしても、他方の列において空気を十分に暖めることが可能になっている。

本発明の一実施形態に係る熱交換器を備えた空気調和装置の概略構成図。 本発明の一実施形態に係る熱交換器を備えた室内機の断面図。

以下、本発明に係る熱交換器を備えた空気調和装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明に係る熱交換器の具体的な構成は、下記の実施形態およびその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（１）空気調和装置１の概略構成
図１に、空気調和装置１の冷媒回路１０を示す冷媒回路図を示す。

空気調和装置１は、熱源側装置としての室外機２と、利用側装置としての室内機４とが冷媒配管によって接続されて、利用側装置が配置された空間の空気調和を行う。この空気調和装置１は、冷媒回路１０、各種センサおよび制御部７０を有している。

冷媒回路１０は、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、室外膨張弁２４、アキュームレータ２５、室外ファン２６、室内熱交換器４１、および、室内ファン４２等を備えており、これらが接続されること構成されている。

なお、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、室外膨張弁２４、アキュームレータ２５、および、室外ファン２６は、室外機２内に収容されている。

また、室内熱交換器４１および室内ファン４２は、室内機４内に収容されている。

四路切換弁２２は、冷房運転サイクルと暖房運転サイクルとを切換可能である。図１では、冷房運転を行う際の接続状態を実線で示し、暖房運転を行う際の接続状態を点線で示している。暖房運転時には、室内熱交換器４１が冷媒の冷却器として、室外熱交換器２３が冷媒の加熱器として機能する。冷房運転時には、室外熱交換器２３が冷媒の冷却器として、室内熱交換器４１が冷媒の加熱器として機能する。

なお、室内機４内には、室内温度センサ４３が設けられている。この室内温度センサ４３は、室内空気の吸入口側に配置され、室内機４が室内から取り込んで、室内熱交換器４１を通過する前の温度（すなわち、室内温度）を検出する。

制御部７０は、室外機２内に配置される機器を制御する室外制御部７２、室内機４内に配置されている機器を制御する室内制御部７４、ユーザからの各種設定入力を受け付けたり各種表示出力を行ったりするコントローラ７１、および、各種センサが、通信線７０ａによって接続されることで構成されている。この制御部７０は、空気調和装置１を対象とした種々の制御を行う。

（２）室内機４の配置構成
図２に、室内機４の断面図を示す。なお、特に断らない限り、以下、図２における左側を前面側、右側を背面側、上側を天面側、紙面手前側を右側、紙面奥行側を左側として説明する。

室内機４は、筐体４ａ、室内熱交換器４１、室内ファン４２、水平フラップ１７、垂直フラップ１８等を有して構成されている。

筐体４ａは、上述した室内熱交換器４１、室内ファン４２等を内部に収容しており、前面グリル４５ａ、天面板４５ｂ、背面板４５ｃ、吹出し流路上面板４５ｄ、吹出し流路下面板４５ｅ、図示しない左右の側板等を有して構成されている。

前面グリル４５ａは、室内ファン４２が駆動することにより室内の空気を筐体４ａの前面側から内側に取り込めるように、開口（図示せず）が設けられている。同様に、天面板４５ｂには、室内ファン４２が駆動することにより室内の空気を筐体４ａの天面側から内側に取り込めるように、開口（図示せず）が設けられている。背面板４５ｃは、室内熱交換器４１や室内ファン４２の背面側および吹出し流路下面板４５ｅ等の背面側を覆うように設けられている。吹出し流路上面板４５ｄは、室内ファン４２の前側下方付近からさらに前側下方に向けて延びており、吹出し流路の上面を構成している。吹出し流路下面板４５ｅは、室内ファン４２の背面上方付近から背面側下方に向けて延びた後に前面側下方に向けて延びており、吹出し流路の下面を構成している。

水平フラップ１７は、上述した吹出し流路の下流側端部である吹出口４５ｆを覆うことができるように設けられている。水平フラップ１７は、運転中は、吹出口４５ｆを開放し、傾斜角度が調節されることにより、調和空気の吹き出し高さ方向を調節可能になっている。

垂直フラップ１８は、吹出し流路内部において水平フラップ１７よりも上流側に設けられている。運転中は、垂直フラップ１８が吹き出し方向に略垂直な方向の軸を軸心として角度調節が行われることにより、調和空気の左右方向の吹き出し方向を調節することが可能になっている。

室内ファン４２は、回転軸方向を図２の紙面の奥行き方向とするクロスフローファンである。室内ファン４２が回転駆動することにより、図２に示すように、前面グリル４５ａを介して室内熱交換器４１に向かう空気流れＦ１と、天面板４５ｂを介して室内熱交換器４１に向かう空気流れＦ２と、吹出し流路上面板４５ｄと吹出し流路下面板４５ｅで囲われた吹き出し流路を介して吹出口４５ｆから室内に送られる空気流れＦ３と、を生じさせる。

室内熱交換器４１は、側面視において両端が下方に向いて屈曲する逆Ｖ字状となるように配置されている。この室内熱交換器４１には、図２において理解の容易のために概念的に示しているが、風上側ヘッダ４８と風下側ヘッダ４９とが接続されており、点線で示すように冷媒が流れる。室内熱交換器４１は、板厚方向に所定のフィンピッチで複数枚配置されて構成されたフィン群５が、内部を冷媒が流れる複数本の伝熱管６によって貫通されて構成された、いわゆるフィンチューブ式熱交換器である。このフィンチューブ式熱交換器は、特に限定されないが、例えば、複数本の伝熱管６を所望の位置で互いに並列となるように立てて配置し、上方から複数枚のフィンをスタッキングさせたもの（フィン群５）を、溶接することにより製造することができる。

この室内熱交換器４１は、前面側上方を構成する前面上側室内熱交換器４１ａと、前面側下端を構成する前面下側室内熱交換器４１ｂと、背面側を構成する背面側室内熱交換器４１ｃと、によって構成されている。

前面上側室内熱交換器４１ａは、室内ファン４２の前面側の下端近傍の高さ位置から前面側の上方に掛けて位置している。前面上側室内熱交換器４１ａは、下端部分から室内ファン４２の中央部分の高さ位置よりもわずかに高い位置にかけて、わずかに前面側に傾斜するように伸びている。前面上側室内熱交換器４１ａは、室内ファン４２の中央部分の高さ位置よりもわずかに高い位置から上方は、背面側に向けて傾斜するように伸びている。前面上側室内熱交換器４１ａのフィン５０の上方部分は、長手方向が水平面に対して２０度以上６０度以下の程度で傾斜して設置されている。

前面下側室内熱交換器４１ｂは、室内熱交換器４１の前面側であって室内ファン４２の下端よりさらに低い部分を構成している。なお、前面下側室内熱交換器４１ｂの下方には、前面上側室内熱交換器４１ａおよび前面下側室内熱交換器４１ｂで生じた結露水を集めるための前面側ドレンパン５１が設けられている。この前面下側室内熱交換器４１ｂの下方部分は、前面側ドレンパン５１だけでなく、室内ファン４２との間に吹出し流路上面板４５ｄの上端部分が介在して空気の進行を阻害することで、空気流れＦ１が通過しづらく、他の部分と比較して通過する空気の流速が遅くなっている。

背面側室内熱交換器４１ｃは、室内ファン４２の背面側上方に位置しており、前面上側室内熱交換器４１ａの上端近傍から背面側下方に向けて延びている。なお、背面側室内熱交換器４１ｃの下方には、背面側室内熱交換器４１ｃで生じた結露水を集めるための背面側ドレンパン５２が設けられている。この背面側室内熱交換器４１ｃの下方部分は、背面側ドレンパン５２だけでなく、室内ファン４２との間に吹出し流路下面板４５ｅの上端部分が介在して空気の進行を阻害することで、空気流れＦ２が通過しづらく、他の部分と比較して通過する空気の流速が遅くなっている。

（３）室内熱交換器４１の抜管部分の構成
室内熱交換器４１の前面上側室内熱交換器４１ａ、前面下側室内熱交換器４１ｂおよび背面側室内熱交換器４１ｃのフィン群５は、いずれも、長手方向に２列に並んでおり伝熱管６を貫通させるためのカラー部を有している。この２列のカラー部は、一方の列が空気流れＦ１、Ｆ２の風上側に位置し、他方の列が風下側に位置している。

室内熱交換器４１の前側下端を構成する前面下側室内熱交換器４１ｂのフィン群５は、伝熱管６が設けられていない前面側貫通孔部分５ｂと、この前面側貫通孔部分５ｂよりも風下側において伝熱管６が設けられている前面側抜管周辺部Ｘと、を有している。

また、背面側室内熱交換器４１ｃのフィン群５についても、同様に、伝熱管６が設けられていない背面側貫通孔部分５ｃと、この背面側貫通孔部分５ｃよりも風下側において伝熱管６が設けられている背面側抜管周辺部Ｙと、を有している。

ここで、伝熱管６が設けられていない前面側貫通孔部分５ｂは、前面下側室内熱交換器４１ｂの２列のカラー部のうちの風上側（前面側）の列に設けられている。また、伝熱管６が設けられていない背面側貫通孔部分５ｃは、２列のカラー部のうちの背面側室内熱交換器４１ｃの風上側（上方背面側）の列の全体にわたって設けられている。

室内熱交換器４１に対する冷媒の供給および室内熱交換器４１からの冷媒の流出は、図２に示すように、風上側ヘッダ４８および風下側ヘッダ４９を介して行われる。ここで、風上側ヘッダ４８および風下側ヘッダ４９は、いずれも、前面側抜管周辺部Ｘではなく背面側抜管周辺部Ｙでもない伝熱管６位置に接続されている。

（４）室内熱交換器４１の特徴
（４−１）
本実施形態の室内熱交換器４１では、前面側貫通孔部分５ｂおよび背面側貫通孔部分５ｃにおいて、伝熱管６が設けられていない部分が存在している。また、室内熱交換器４１では、伝熱管６が設けられていない前面側貫通孔部分５ｂと背面側貫通孔部分５ｃにおいても、空気流れの上流側と下流側において２列の伝熱管６を設けることが可能なフィン５０を用いている。すなわち、室内熱交換器４１では、前面側貫通孔部分５ｂおよび背面側貫通孔部分５ｃの部分以外の部分だけでなく、前面側貫通孔部分５ｂおよび背面側貫通孔部分５ｃの部分についても、上流側と下流側において２列の伝熱管６を設けることが可能なフィン５０を採用している。

このため、前面側貫通孔部分５ｂおよび背面側貫通孔部分５ｃを有する室内熱交換器４１を備えた機種では、搭載する伝熱管６の本数を削減したことで、これらの前面側貫通孔部分５ｂおよび背面側貫通孔部分５ｃの全てに伝熱管６を貫通させるように設けた高級機種と比べて、複数の伝熱管６の分だけ製造コストを抑えることができている。さらに、このように抜管部分のある機種と抜管部分の無い機種とでは、用意するフィン５０を共通化させることができる点でも、製造コストを抑えることができている。

このように、製造コストを下げるために室内熱交換器４１の製造において伝熱管６の本数を減らす抜管を行った場合には、室内熱交換器４１を冷媒の蒸発器として機能させて冷房運転を行った時に、前面側貫通孔部分５ｂ周辺や背面側貫通孔部分５ｃ周辺ではフィン５０が十分に冷却されないため結露水が生じにくい。このように、この部分のフィン５０表面は十分に濡れていない状態となるため、このフィン５０表面は撥水性を有する状態になってしまい、結露水が保持されにくく、飛散して、室内ファン４２側に向けて流れていくおそれがある。これに対して、上記実施形態の室内熱交換器４１では、前面側貫通孔部分５ｂと背面側貫通孔部分５ｃを空気流れ方向の風上側に位置させ、伝熱管６が設けられた前面側抜管周辺部Ｘと背面側抜管周辺部Ｙとをそれぞれ前面側貫通孔部分５ｂと背面側貫通孔部分５ｃの下流側に配置させている。このため、伝熱管６が存在しない領域で結露水が飛散したとしても、風下側において結露水で十分に濡れているフィン５０（撥水状態ではない）の部分や下流側に存在する伝熱管６において捕らえやすく、室内ファン４２に向けて結露水が飛散していくことを抑えて、前面側ドレンパン５１もしくは背面側ドレンパン５２にまで室内熱交換器４１のフィン５０をつたわせて導くことが可能になっている。

また、結露水の飛散は、フィン５０のうち、前面側ドレンパン５１や背面側ドレンパン５２等のドレンパンによって結露水を受けることが困難な位置であって、当該フィン５０が傾斜して設けられている部分（例えば、図２における背面側抜管周辺部Ｙの上方部分）において特に問題になる。これに対して、本実施形態では、フィン５０のうち、ドレンパンによって結露水を受けることが困難な位置で且つ傾斜して設けられている部分において、抜管位置を風上側として伝熱管６を風下側に配置しているため、結露水の飛散抑制効果を顕著に得ることが可能になっている。

（４−２）
抜管を行うことで伝熱管６が１列だけで構成されている部分を熱交換器が有している構成において、当該熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させる場合に冷媒の出口を抜管が行われている部分近傍に配置させてしまうと、蒸発器出口近傍において冷媒が蒸発を終えて過熱状態になっている場合に、その付近のフィンの温度が上昇してしまい、その付近を通過する空気を十分に冷却させることができなくなる。

これに対して、上記実施形態の室内熱交換器４１は、室内熱交換器４１を冷媒の蒸発器として機能させて冷房運転を行った場合の冷媒の流出部分が、前面側抜管周辺部Ｘ以外であって背面側抜管周辺部Ｙ以外の上流側と下流側の２列の伝熱管６が設けられている位置とする構成が採用されている。これにより、仮に、蒸発器として機能させる際の出口近傍を流れる冷媒が蒸発を終えて過熱状態になっていたとしても、２列のうちの他方の列の伝熱管６を流れる冷媒によって通過する空気を十分に冷却させることが可能になっている。

（４−３）
抜管を行うことで伝熱管６が１列だけで構成されている部分を熱交換器が有している構成において、当該熱交換器を冷媒の凝縮器として機能させる場合に冷媒の出口を抜管が行われている部分近傍に配置させてしまうと、凝縮器出口近傍において冷媒が凝縮を終えて過冷却状態になっている場合に、その付近のフィンの温度が低下してしまい、その付近を通過する空気を十分に暖めることができなくなる。

これに対して、上記実施形態の室内熱交換器４１は、室内熱交換器４１を冷媒の凝縮器として機能させて暖房運転を行った場合の冷媒の流出部分が、前面側抜管周辺部Ｘ以外であって背面側抜管周辺部Ｙ以外の上流側と下流側の２列の伝熱管６が設けられている位置とする構成が採用されている。これにより、仮に、凝縮器として機能させる際の出口近傍を流れる冷媒が凝縮を終えて過冷却状態になっていたとしても、２列のうちの他方の列の伝熱管６を流れる冷媒によって通過する空気を十分に暖めることが可能になっている。

（４−４）
上記実施形態の室内熱交換器４１のうち伝熱管６が１列のみである前面下側室内熱交換器４１ｂおよび背面側室内熱交換器４１ｃは、通過する空気の風速が室内熱交換器４１の全体の平均と比べて遅い部分に位置している。これにより、製造コストを抑えるために伝熱管６の本数を低減させた場合であっても、蒸発性能や凝縮性能の低下の程度を小さく抑えることが可能になっている。

（５）他の実施形態
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。

（５−１）他の実施形態Ａ
上記実施形態では、前面下側室内熱交換器４１ｂおよび背面側室内熱交換器４１ｃの下端近傍が通過する空気の流速が遅い場合を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、室内機の筐体と室内熱交換器の配置との関係に起因して空気流れが遅い部分が存在している場合には、当該部分の伝熱管を抜管するようにしてもよい。

１ 空気調和装置
２ 室外機
４ 室内機
５ フィン群
５ｂ 前面側貫通孔部分
５ｃ 背面側貫通孔部分
６ 伝熱管
１０ 冷媒回路
４１ 室内熱交換器（熱交換器）
４１ａ 前面上側室内熱交換器（２列部）
４１ｂ 前面下側室内熱交換器（１列部）
４１ｃ 背面側室内熱交換器（１列部）
４２ 室内ファン
４８ 風上側ヘッダ
４９ 風下側ヘッダ
５０ フィン
５１ 前面側ドレンパン
５２ 背面側ドレンパン
７０ 制御部
Ｘ 前面側抜管周辺部
Ｙ 背面側抜管周辺部

特開２００３−０１４３８８号公報

Claims (4)

1. 伝熱管（６）が風上側と風下側に２列設けられている２列部（４１ａ）と、フィン群（５）の風向方向の幅が前記２列部と同じであり伝熱管（６）が１列だけである１列部（４１ｂ、４１ｃ）と、を有する熱交換器（４１）において、
   前記２列部のフィン群および前記１列部のフィン群は、前記伝熱管（６）を貫通させるためのカラー部を風上側の列と風下側の列との２列有しており、
   前記１列部では、前記風上側の前記カラー部には前記伝熱管が設けられておらず、前記風下側の前記カラー部にのみ前記伝熱管が設けられており、
   前記１列部（４１ｂ、４１ｃ）の前記フィン群（５）の少なくとも一部では、前記伝熱管（６）の列が伸びる方向が傾斜するように配置されている、
   熱交換器（４１）。
2. 前記２列部（４１ａ）には、冷媒の蒸発器として機能する場合の冷媒の出口が設けられている、
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記１列部（４１ｂ、４１ｃ）は、通過する空気の風速が平均よりも遅い部分に位置している、
   請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記２列部（４１ａ）には、冷媒の凝縮器として機能する場合の冷媒の出口が設けられている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換器。

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