JP6486718B2 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明はフィンアンドチューブ型の熱交換器に関する。 The present invention relates to a fin-and-tube heat exchanger.
空気調和機や冷蔵庫ではフィンアンドチューブ型の熱交換器が良く使用されている。最初に、フィンアンドチューブ型熱交換器の概要を図7及び図8に基づき説明する。 Fin-and-tube heat exchangers are often used in air conditioners and refrigerators. First, an outline of the fin-and-tube heat exchanger will be described with reference to FIGS.
フィンアンドチューブ型熱交換器である熱交換器40は、多数のフィン41と1本の蛇行するチューブ42を備える。個々のフィン41は垂直方向を長手方向とする短冊形状であり、それが多数、互いに平行をなし且つ互いの間に所定の隙間を置く形で、水平な直線に沿って整列している。このフィン41の集団を、チューブ42が蛇行して縫うように貫通する。チューブ42の内部は冷媒を流通させる冷媒通路となる。
A
フィン41とチューブ42は共にアルミニウム等の熱伝導の良い金属からなり、ロウ付け、溶着、チューブの拡管などの手法により互いに固定される。フィン41をアルミニウムで構成し、チューブ42を銅で構成するのが一般的であるが、チューブ42を含め全体をアルミニウム製とする構成も可能である。
Both the
チューブ42の両端は冷媒出入口43、44となり、ここに機器(例えば空気調和機)の冷媒配管が接続される。冷媒は、実線矢印のように冷媒出入口43から入って冷媒出入口44から出ることもあり、破線矢印のように冷媒出入口44から入って冷媒出入口43から出ることもある。熱交換器40を凝縮器として用いるときは冷媒出入口43から入って冷媒出入口44から出る流れ方向とし、熱交換器40を蒸発器として用いるときは冷媒出入口44から入って冷媒出入口43から出る流れ方向とすることが多い。
Both ends of the
図7及び図8に示したフィン41の個々の平面形状(木材で言えば木口の方向から見た形状)は直線状である。熱交換面積を増やすため、フィン41の平面形状を直線以外の形状とすることもしばしば行われる。良く行われるのが、図9に示すようにフィン41をコルゲート形状にすることである。すなわち平面部41a同士が折曲部41bを介してジグザグ状に連続する形状とすることである。図9では1個のフィン41の中に4個の平面部41aと3個の折曲部41bが設けられているが、これは単なる例示であり、発明を限定するものではない。
Each of the planar shapes of
図7及び図8に示した熱交換器40は、チューブ42が単一の垂直平面内で蛇行し、上から見ると直線状になっている。この上から見た形状は、目的に合わせて様々に変更せしめられる。特許文献1には、フィンアンドチューブ型熱交換器を略L字状、U字状、コ字状あるいはその他の形状にすることが記載されている。
In the
図9のようなコルゲート形状のフィン41を備えた熱交換器40との間で熱交換を行うべく空気流を通した場合、空気流の吹出方向は風下側の端の平面部41aの角度に左右される。図9では風下側の端の平面部41aはチューブ42の軸線に対し、図において右下がりとなる角度をなしており、その角度に沿う形で空気流が吹き出される。
When the air flow is passed to exchange heat with the
熱交換器40を送風機に組み合わせる場合、通常は送風機の送風方向風上側に熱交換器40を配置する。特許文献1が教えるように熱交換器1が直線以外の形状とされていた場合、熱交換器40の形状とフィン41の形状によっては問題が発生することがある。その問題を図10に基づき説明する。
When combining the
図10には空気調和機の室外機の筐体内部に配置される構成要素の一部が模式的に平面図として示されている。筐体は図示しない。45はプロペラファン45aをモータ45bで回転させる送風機であり、その送風方向風上側に熱交換器40が配置されている。熱交換器40はコルゲート形状のフィン41を備える。
FIG. 10 is a plan view schematically showing some of the components arranged inside the casing of the outdoor unit of the air conditioner. The housing is not shown. 45 is a blower which rotates the
熱交換器40は平面形状がコ字形とされている。すなわち熱交換器40は、送風機45の送風方向風上側に存在する主部40Mと、主部40Mの端より送風機45の側面の外側へと折れ曲がる両翼部を有する。両翼部の一方の翼部は主部40Mの左端より送風機45の左側面の外側へと折れ曲がる左翼部40Lであり、他方の翼部は主部40Mの右端より送風機45の右側面の外側へと折れ曲がる右翼部40Rである。
The
熱交換器40の主部40Mは空気調和機の室外機の筐体の背面に形成される背面吸気口に向き合い、左翼部40Lは筐体の左側面に形成される左側面吸気口に向き合い、右翼部40Rは筐体の右側面に形成される右側面吸気口に向き合う。送風機45は筐体の正面に形成される排気口に向き合う。背面吸気口、左側面吸気口、右側面吸気口、及び排気口はいずれも図示しない。
The
送風機45は熱交換器40の中心に整列する位置ではなく中心よりも左寄りの位置に配置されており、右翼部40Rとの間に大きな隙間が生じている。この隙間に室外機の筐体の内部の仕切壁11Pが配置される。仕切壁11Pの前方は機械室となり、空気調和機の冷凍サイクルに冷媒を循環させる圧縮機や室外機の制御を司る制御基板などがここに配置される。
The
熱交換器40を平面形状コ字形とした結果、左翼部40Lと右翼部40Rで次のような事態が発生する。すなわち左翼部40Lでは、フィン41の風下側の端の平面部41aの角度は空気流を送風機45の吸込側に向かわせる角度となっている。これは空気流の流量を増やす上で都合が良い。他方右翼部40Rでは、フィン41の向きが左翼部40Lの側と反転する結果、フィン41の風下側の端の平面部41aの角度が、空気流を送風機45の吸込側にではなく吹出側に向かわせる角度となっている。空気流を送風機45に吸い込ませるためには空気流を方向転換する必要があり、エネルギーをロスする上、流れも滞る。これらは空気流の流量の面でマイナス要因となる。しかも図10の構成では、右翼部40Rのフィン41から吹き出された空気流の行く手に仕切壁11Pが存在し、流れを妨げている。この結果、左翼部40Lでは空気の流通がスムーズで熱交換も効率良く行われるが、右翼部40Rでは空気の流通が阻害され、熱交換の効率が落ちてしまう。
As a result of the
熱交換器40の主部40Mから吹き出される空気流を見ても、送風機45の右端よりも左側の位置にあるフィン41から吹き出される空気流は送風機45の吸込側に向かうと言えるが、送風機45の右端よりも右側に位置するフィン41から吹き出される空気流は、送風機45の吸込側から逸れる方向に向かうことになる。送風機45の吸込側から逸れる方向に向かっている空気流が送風機45に吸い込まれるためには方向転換の必要があり、エネルギーをロスする上、流れも滞り、空気流の流量の面でマイナス要因となる。
Looking at the air flow blown from the
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、送風機の送風方向風上側に存在する主部と、主部の端より送風機の側面の外側へと折れ曲がる両翼部を有するフィンアンドチューブ型の熱交換器において、いずれの翼部においても通風性能が改善し、高い熱交換効率が得られるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and is a fin-and-tube type heat having a main part existing on the windward side of the blower in the blower direction and both wings bent from the end of the main part to the outside of the side face of the blower. The purpose of the exchanger is to improve the ventilation performance in any blade and to obtain high heat exchange efficiency.
本発明に係る熱交換器は、送風機の送風方向風上側に配置されるフィンアンドチューブ型の熱交換器であって、当該熱交換器は、前記送風機の送風方向風上側に存在する主部と、前記主部の端より前記送風機の側面の外側へと折れ曲がる両翼部を有し、前記両翼部の一方の翼部と他方の翼部にはそれぞれフィンが複数ずつ取り付けられており、前記フィンは平面部同士が折曲部を介してジグザグ状に連続するコルゲート形状であって、前記フィンは、前記両翼部のいずれの翼部においても、風下側の端の前記平面部が、空気流を前記送風機の吸込側に向かわせる角度とされていることを特徴としている。 The heat exchanger according to the present invention is a fin-and-tube heat exchanger disposed on the upwind direction of the blower, and the heat exchanger includes a main portion existing on the upwind direction of the blower. , Having both wings bent from the end of the main part to the outside of the side surface of the blower, and a plurality of fins are attached to one wing and the other wing of each of the wings, The corrugated shape in which the flat portions are zigzag-shaped through the bent portions, and the fin is the flat portion at the leeward end in any of the wing portions, the air flow is It is characterized by the angle being directed toward the suction side of the blower.
上記構成の熱交換器において、前記一方の翼部に取り付けた前記フィンと同一のコルゲート形状のフィンを、前記他方の翼部においては反転状態で取り付けることにより、前記両翼部のいずれにおいても前記フィンの風下側の端の前記平面部が空気流を前記送風機の吸込側に向かわせる角度となる状態を得ることが好ましい。 In the heat exchanger having the above-described configuration, the fins having the same corrugated shape as the fins attached to the one wing part are attached in an inverted state to the other wing part, so that the fins can be used in both the wing parts. It is preferable to obtain a state where the flat portion at the end on the leeward side is at an angle that directs the air flow toward the suction side of the blower.
上記構成の熱交換器において、前記主部にも前記コルゲート形状のフィンが複数配置され、当該フィンの風下側の端の前記平面部も、空気流を前記送風機の吸込側に向かわせる角度とされていることが好ましい。 In the heat exchanger configured as described above, a plurality of the corrugated fins are also arranged in the main portion, and the flat portion at the leeward end of the fin is also at an angle that directs the air flow toward the suction side of the blower. It is preferable.
本発明によると、コ字形の熱交換器の両翼部に取り付けられるコルゲート形状のフィンが、両翼部のいずれの翼部においても、風下側の端の平面部が、空気流を送風機の吸込側に向かわせる角度とされているから、いずれの翼部においてもフィンから吹き出された空気流は滞りなく送風機に吸い込まれる。その結果、いずれの翼部においても空気がスムーズに流通し、通風性能が改善する。これにより高い熱交換効率を得ることができる。 According to the present invention, the corrugated fins attached to both wing parts of the U-shaped heat exchanger have a flat part at the leeward end of each wing part so that the air flow is directed to the suction side of the blower. Since the angle is directed to the airflow, the airflow blown out from the fin is sucked into the blower without any stagnation. As a result, air flows smoothly through any wing, and ventilation performance is improved. Thereby, high heat exchange efficiency can be obtained.
<第1実施形態>
図1から図4に基づき本発明の第1実施形態に係る熱交換器40について説明する。熱交換器40は室外機と室内機により構成されるセパレート型空気調和機1の室外機10に搭載される。
<First Embodiment>
A
室外機10は、鋼板製部品と合成樹脂製部品により構成される筐体11の内部に、圧縮機12、切替弁13、熱交換器40、膨張弁15、送風機45などを収納している。切替弁13は四方弁である。膨張弁15には開度制御の可能なものが用いられる。
The
室外機10は2本の冷媒配管17、18で室内機30に接続される。冷媒配管17は冷房運転時に液体冷媒が流れるものであり、冷媒配管18に比較して細い管が用いられている。そのため冷媒配管17は「液管」「細管」などと称されることがある。冷媒配管18は冷房運転時に気体冷媒が流れるものであり、冷媒配管17に比較して太い管が用いられている。そのため冷媒配管18は「ガス管」「太管」などと称されることがある。冷媒には例えばHFC系のR410AやR32等が用いられる。
The
室外機10の内部の冷媒配管で、冷媒配管17に接続される冷媒配管には二方弁19が設けられ、冷媒配管18に接続される冷媒配管には三方弁20が設けられる。二方弁19と三方弁20は、室外機10から冷媒配管17、18が取り外されるときに閉じられ、室外機10から外部に冷媒が漏れることを防ぐ。室外機10から、あるいは室内機30を含めた冷凍サイクル全体から、冷媒を回収する必要があるときは、三方弁20を通じて回収が行われる。
In the refrigerant pipe inside the
室外機10の構造をより実体的に示すのが図3である。室外機10の筐体11は鋼板製であり、平面形状を示す図3では略矩形に描かれている。筐体11は長辺側を正面11F及び背面11Bとし、短辺側を左側面11L及び右側面11Rとしている。正面11Fには送風機45に対向する箇所に図示しない排気口が形成され、背面11Bには熱交換器40の主部40Mに対向する箇所に図示しない背面吸気口が形成され、左側面11Lには熱交換器40の左翼部40Lに対向する箇所に図示しない左側面吸気口が形成され、右側面11Rには熱交換器40の右翼部40Rに対向する箇所に図示しない右側面吸気口が形成される。正面11F、背面11B、左側面11L、右側面11Rの4面の板金部材に、図示しない天板と底板が加わって、六面体形状の筐体11が形成される。
FIG. 3 shows the structure of the
筐体11の六面の各々を1個ずつの部品が構成するという限定はない。1個の部品で構成される面もあれば、複数の部品で構成される面もあり得る。
There is no limitation that one part constitutes each of the six surfaces of the
筐体11の内部には、背面11B、左側面11L、及び右側面11Rの内面に沿う形で平面形状コ字形の熱交換器40が配置される。そして熱交換器40と室外空気との間で強制的に熱交換を行わせるべく、熱交換器40の左翼部40Lと右翼部40Rの間の空間に送風機45が配置される。送風機45と右側面11Rの間には仕切壁11Pが存在し、その前面側の空間は圧縮機12などを収容する機械室となっている。
Inside the
室内機30は、合成樹脂製部品により構成される筐体31の内部に、熱交換器32、送風機33などを収容している。熱交換器32は、3個の熱交換器32A、32B、32Cを、室内側送風機33を覆う屋根のように組み合わせたものである。熱交換器32A、32B、32Cのいずれかまたは全部を、熱交換器40と同様のフィンアンドチューブ型熱交換器で構成することができる。送風機33はクロスフローファンとモータの組み合わせからなる。
The
図1は空気調和機1が冷房運転あるいは除霜運転を行っている状態を示す。この時圧縮機12は冷房時循環、すなわち圧縮機12から吐出された冷媒が先に熱交換器40に入る循環様式で冷媒を循環させる。
FIG. 1 shows a state in which the air conditioner 1 is performing a cooling operation or a defrosting operation. At this time, the
圧縮機12から吐出された高温高圧の冷媒は熱交換器40に入り、そこで室外空気との熱交換が行われる。冷媒は室外空気に対し放熱を行い、凝縮する。凝縮して液状となった冷媒は熱交換器40から膨張弁15に入り、そこで減圧される。減圧後の冷媒は熱交換器32に送られ、膨張して低温低圧となり、熱交換器32の表面温度を下げる。表面温度の下がった熱交換器32は室内空気から吸熱し、これにより室内空気は冷やされる。吸熱後、低温の気体状の冷媒は圧縮機12に戻る。送風機45によって生成された気流が熱交換器40からの放熱を促進し、送風機33によって生成された気流が熱交換器32の吸熱を促進する。
The high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the
図2は空気調和機1が暖房運転を行っている状態を示す。この時は切替弁13が切り替えられて冷房運転時と冷媒の流れが逆になる。圧縮機12は暖房時循環、すなわち圧縮機12から吐出された冷媒が先に熱交換器32に入る循環様式で冷媒を循環させる。
FIG. 2 shows a state where the air conditioner 1 is performing a heating operation. At this time, the switching
圧縮機12から吐出された高温高圧の冷媒は熱交換器32に入り、そこで室内空気との熱交換が行われる。冷媒は室内空気に対し放熱を行い、室内空気は暖められる。放熱し、凝縮して液状となった冷媒は熱交換器32から膨張弁15に入り、そこで減圧される。減圧後の冷媒は熱交換器40に送られ、膨張して低温低圧となり、熱交換器40の表面温度を下げる。表面温度の下がった熱交換器40は室外空気から吸熱する。吸熱後、低温の気体状の冷媒は圧縮機12に戻る。送風機33によって生成された気流が熱交換器32からの放熱を促進し、送風機45によって生成された気流が熱交換器40による吸熱を促進する。
The high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the
第1実施形態に係る熱交換器40では、フィン41に次のような工夫がこらされる。すなわち図4に示す通り、左翼部40Lと右翼部40Rのいずれにおいても、フィン41が備える複数の平面部41aのうち、風下側の端に位置する平面部41aが、空気流を送風機45の吸込側に向かわせる角度とされている。その結果、左翼部40Lにおいても右翼部40Rにおいても空気がスムーズに流通し、通風性能が改善する。これにより高い熱交換効率を得ることができる。
In the
上記のような平面部41aの角度状態は、左翼部40Lに取り付けたフィン41と同一のコルゲート形状のフィン41を、右翼部40Rにおいては反転状態で取り付けることにより、その状態を得ることができる。図4はまさにその状態を表している。
The angle state of the
上述のように、左翼部40Lに取り付けたフィン41と同一のコルゲート形状のフィン41を、右翼部40Rにおいては反転状態で取り付けることとすれば、部品の種類が増えず、部品製造コストや部品管理コストを低減することができる。
As described above, if the
図4では、主部40Mの中で、送風機45の中心線に整列する位置がフィン41の反転位置となっている。その位置を破線で表示し、フィン方向変更位置Tとした。すなわち左翼部40Lのフィン41と同じ向きのフィン41が、左翼部40Lから主部40Mに入っても、フィン方向変更位置Tまではその向きで続く。また右翼部40Rのフィン41と同じ向きのフィン41が、右翼部40Rから主部40Mに入っても、フィン方向変更位置Tまではその向きで続く。
In FIG. 4, the position aligned with the center line of the
主部40Mのフィン41の構成を上記のようにすることで、主部40Mのフィン41も、風下側の端の平面部41aの角度が、空気流を送風機45の吸込側に向かわせる角度となる。その結果、主部40Mでも空気がスムーズに流通し、通風性能が改善する。これにより高い熱交換効率を得ることができる。
By configuring the
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態に係る熱交換器40の構造を図5に基づき説明する。第2実施形態に係る熱交換器40は、主部40Mのフィン41の形状が第1実施形態と異なっている。すなわち主部40Mのフィン41は全て、風下側の端の平面部41aが、チューブ42の軸線と直交する角度とされている。左翼部40Lと主部40Mの間、及び右翼部40Rと主部40Mの間にフィン方向変更位置Tが存在する。
Second Embodiment
The structure of the
主部40Mの中のフィン41は主部40Mの中心の左右で対称形状となっているが、これは必須の構成ではない。主部40Mの中心より左側のフィン41の形状で主部40M全体を統一してもよく、主部40Mの中心より右側のフィン41の形状で主部40M全体を統一してもよい。
The
主部40Mのフィン41の風下側の端の平面部41aの角度を上記のようにすることにより、主部40Mから出る空気流は概ね送風機45の吸込側を指向することとなり、主部40Mを空気がスムーズに流通し、通風性能が改善する。これにより高い熱交換効率を得ることができる。
By making the angle of the
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態に係る熱交換器40の構造を図6に基づき説明する。第3実施形態では、主部40Mのフィン41の中で、送風機45の背後のフィン41では風下側の端の平面部41aがチューブ42の軸線と直交する角度とされている。送風機45の右側にはみ出すフィン41は、右翼部40Rにおけるフィン41がここまで連続する形になっている。左翼部40Lと主部40Mの間、及び主部40Mの中で送風機45の右端に並ぶ位置にフィン方向変更位置Tが存在する。
<Third Embodiment>
The structure of the
上記の構成により、主部40Mの中で送風機45の右側にはみ出すフィン41は、風下側の端の平面部41aが、そこから出る空気流を送風機45の吸込側に向かわせる角度となる。その結果、主部40Mでも空気がスムーズに流通し、通風性能が改善する。これにより高い熱交換効率を得ることができる。
With the above configuration, the
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
本発明はフィンアンドチューブ型の熱交換器に広く利用可能である。 The present invention is widely applicable to fin-and-tube heat exchangers.
1 空気調和機
10 室外機
11 筐体
11P 仕切壁
40 熱交換器
40M 主部
40L 左翼部
40R 右翼部
41 フィン
41a 平面部
41b 折曲部
42 チューブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
当該熱交換器は、前記送風機の送風方向風上側に存在する主部と、前記主部の端より前記送風機の側面の外側へと折れ曲がる両翼部を有し、
前記両翼部の一方の翼部と他方の翼部にはそれぞれフィンが複数ずつ取り付けられており、
前記フィンは平面部同士が折曲部を介してジグザグ状に連続するコルゲート形状であって、
前記フィンは、前記両翼部のいずれの翼部においても、風下側の端の前記平面部が、空気流を前記送風機の吸込側かつ前記主部側に向かわせる角度とされていることを特徴とする熱交換器。 A fin-and-tube heat exchanger disposed on the windward side of the blower,
The heat exchanger has a main part that exists on the windward side of the blower in the blowing direction, and both wing parts that are bent from the end of the main part to the outside of the side surface of the blower.
A plurality of fins are attached to one wing and the other wing of each of the wings,
The fin has a corrugated shape in which the flat portions are zigzag-shaped through the bent portions,
The fin is characterized in that, in any of the wing parts of the both wing parts, the flat part at the end on the leeward side is at an angle that directs the air flow toward the suction side and the main part side of the blower. Heat exchanger.
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