JP6956297B1

JP6956297B1 - 空気調和機及び熱交換器

Info

Publication number: JP6956297B1
Application number: JP2021127171A
Authority: JP
Inventors: 佑芽赤津; 中村　聡
Original assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Current assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date: 2021-08-03
Filing date: 2021-08-03
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2041-08-03
Also published as: JP2023022380A

Abstract

【課題】熱交換器における熱交換効率の低下を抑制する。【解決手段】熱交換器と、熱交換器を搭載する台座とを備え、台座は、立ち上がり部を有し、熱交換器は、流入管を流れる冷媒を、立ち上がり部に対向する位置に配置された第１の伝熱管と、立ち上がり部に対向しない位置に配置された第２の伝熱管と、に分配する、Ｕ字形状の分配器を有し、流入管は、分配器の２つの直線部のうち、第１の伝熱管よりも第２の伝熱管に近い位置に接続される。【選択図】図４

Description

本発明は、空気調和機及び熱交換器に関する。

従来、空気調和機の熱交換器においては、複数の冷媒流路を設けることにより、熱交換器の効率を向上させる技術が知られている。特許文献１には、２つの熱交換器のうち一方の冷媒流通量を多くする技術が開示されている。

特開２００５−９０８０５号公報

空気調和機の室外機に設けられた熱交換器の下側には、熱交換器や圧縮機を載せた台座（ベース）が設けられている。台座の全周方向には、台座の強度確保、ねじの締結部の確保、熱交換器から凝縮水が流れる際、台座外に流さないようにする、といった目的で立ち上がり部（フランジ）が設けられている。熱交換器の最下段部の伝熱管は、この立ち上がり部に対向する位置に配置されるため、ファンで吸い込んだ風が当たり難い。そのため、熱交換器の最下段の伝熱管は、立ち上がり部に対向しない位置の伝熱管に比べて、熱交換効率が悪いという問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、熱交換器における熱交換効率の低下を抑制することを目的とする。

本発明は、空気調和機であって、熱交換器と、前記熱交換器を搭載する台座とを備え、前記台座は、立ち上がり部を有し、前記熱交換器は、流入管を流れる冷媒を、前記立ち上がり部に対向する位置に配置された第１の伝熱管と、前記立ち上がり部に対向しない位置に配置された第２の伝熱管と、に分配する、Ｕ字形状の分配器を有し、前記流入管は、前記分配器の２つの直線部のうち、前記第１の伝熱管よりも前記第２の伝熱管に近い位置に接続される。

本発明の他の形態は、熱交換器であって、前記熱交換器は、立ち上がり部を有する台座に搭載され、流入管を流れる冷媒を、前記立ち上がり部対向する位置に配置された第１の伝熱管と、前記立ち上がり部に対向しない位置に配置された第２の伝熱管と、に分配する、Ｕ字形状の分配器を有し、前記流入管は、前記分配器の２つの直線部のうち、前記第１の伝熱管よりも前記第２の伝熱管に近い位置に接続される。

本発明によれば、熱交換器における熱交換効率の低下を抑制することができる。

空気調和機を示す外観構成図である。空気調和機の冷媒回路を示す図である。室外熱交換器を、伝熱管の長手方向から見た概略図である。室外熱交換器を、伝熱管の長手方向から見た概略斜視図である。分配器を斜め上から見た斜視図である。分配器を斜め下から見た斜視図である。ＡＡ線断面図である。

図１は、本実施形態に係る空気調和機１を示す外観構成図である。空気調和機１は、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）で冷媒を循環させることによって、空調を行う。図１に示すように、空気調和機１は、室内（被空調空間）に設置される室内機２と、屋外（室外）に設置される室外機３と、ユーザによって操作されるリモコン４とを備えている。

室内機２は、リモコン通信部５を備えている。リモコン通信部５は、赤外線通信等によって、リモコン４との間で所定の信号を送受信する。例えば、リモコン通信部５は、運転指令、停止指令、設定温度の変更、運転モードの変更、もしくは、タイマの設定等の信号をリモコン４から受信する。また、リモコン通信部５は、室内温度の検出値等をリモコン４に送信する。なお、図１では省略しているが、室内機２と室外機３とは、冷媒配管を介して接続されるとともに、通信線を介して接続されている。

図２は、実施形態に係る空気調和機１の冷媒回路Ｑを示す図である。なお、図２に示す実線の矢印は、暖房運転時における冷媒の流れを示している。また、図２に示す破線の矢印は、冷房運転時における冷媒の流れを示している。

室内機２は、リモコン通信部５の他に、室内熱交換器６と、室内ファン７とを備えている。室内熱交換器６においては、伝熱管を通流する冷媒と、室内ファン７から送り込まれる室内空気との間で熱交換が行われる。室内熱交換器６は、後述の四方弁１３の切り替えにより凝縮器または蒸発器として動作する。室内ファン７は、室内熱交換器６の付近に設置されている。室内ファン７は、室内ファンモータ８の駆動によって、室内熱交換器６に室内空気を送り込む。

室外機３は、圧縮機９と、室外熱交換器１０と、室外ファン１１と、室外膨張弁（膨張弁）１２と、四方弁１３とを備えている。圧縮機９は、圧縮機モータ１４の駆動によって、低温低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出する。室外熱交換器１０においては、伝熱管を通流する冷媒と、室外ファン１１から送り込まれる外気との間で熱交換が行われる。室外熱交換器１０は、四方弁１３の切り替えにより凝縮器または蒸発器として動作する。

室外ファン１１は、図１に示すように、室外熱交換器１０の付近に設置されている。室外ファン１１は、室外ファンモータ１１ａの駆動によって、室外熱交換器１０に外気を送り込む。室外膨張弁１２は、「凝縮器」（室外熱交換器１０および室内熱交換器６の一方）で凝縮した冷媒を減圧する機能を有している。なお、室外膨張弁１２において減圧された冷媒は、「蒸発器」（室外熱交換器１０および室内熱交換器６の他方）に導かれる。

四方弁１３は、空気調和機１の運転モードに応じて、冷媒の流路を切り替える弁である。四方弁１３の切り替えにより、冷房運転時には、破線矢印で示すように、圧縮機９、室外熱交換器（凝縮器）１０、室外膨張弁１２、および室内熱交換器（蒸発器）６の順に冷媒が循環する冷凍サイクルとなる。また、四方弁１３の切り替えにより、暖房運転時には、実線矢印で示すように、圧縮機９、室内熱交換器（凝縮器）６、室外膨張弁１２、および室外熱交換器（蒸発器）１０の順に冷媒が循環する冷凍サイクルとなる。すなわち、圧縮機９、「凝縮器」、室外膨張弁１２、および「蒸発器」を順次に介して冷媒が循環する冷媒回路Ｑにおいて、前記した「凝縮器」および「蒸発器」の一方は室外熱交換器１０であり、他方は室内熱交換器６である。

図３は、室外熱交換器１０を、伝熱管の長手方向から見た概略図である。室外熱交換器１０は、複数のフィン１０１と、フィン１０１を貫通するように設けられた伝熱管１０２とを備えたフィンチューブ型の熱交換器である。伝熱管１０２は、冷媒を通流させる管であり、円管状に形成されている。フィン１０１は、空気と伝熱管１０２との伝熱面積を増大させて空気と冷媒との熱交換を促進する伝熱促進材であって、本実施形態では、薄板状のフィン１０１が伝熱管１０２の長手方向（紙面の奥行方向）に沿って複数積層されている。伝熱管１０２は、フィン１０１に対して掛け渡されるように（直交するように）フィン１０１の貫通穴に挿入され、フィン１０１と伝熱管１０２とが互いに密着している。

室外熱交換器１０は、台座（ベース）１７に搭載されている。台座１７は、室外機３の下方に設けられ、室外熱交換器１０や圧縮機９などを搭載する。台座１７は、上方向に立ち上がった立ち上がり部（フランジ）１７ａを有している。立ち上がり部１７ａは、室外熱交換器１０の全周囲を囲むように設けられている。なお、立ち上がり部１７ａは、室外熱交換器１０の全周囲のうち少なくとも一部に設けられていればよい。また、本実施形態に係る立ち上がり部１７ａは、室外機３の上方向に立ち上がるものとするが、他の例としては、斜め上方向に立ち上がるものとしてもよい。なお、室外機３が設置された状態において鉛直方向と逆の方向を室外機３の上方向、鉛直方向を室外機３の下方向、鉛直方向に垂直な方向を室外機３の横方向と称する。

立ち上がり部１７ａに対向する位置にも伝熱管１０２（１０２１）が配置されている。図３に示す図においては、室外ファン１１は、紙面の左側に位置しており、風向きは、紙面の右から左に向かう方向となる。室外ファン１１による風は、立ち上がり部１７ａにより遮られ、伝熱管１０２に届かない。このため、立ち上がり部１７ａに対向しない位置の伝熱管１０２（１０２１）に比べて、立ち上がり部１７ａに対向する位置の伝熱管１０２（１０２２）の熱交換効率は、低くなってしまう。

これに対し、本実施形態においては、立ち上がり部１７ａに対向する位置の伝熱管１０２（１０２１）へ流れる冷媒流量が、立ち上がり部１７ａに対向しない位置の伝熱管１０２（１０２２）へ流れる冷媒流量に比べて少なくなるように調整する。図４を参照し、このような調整のための構成について説明する。なお、以下においては、説明の便宜上、立ち上がり部１７ａに対向する位置の伝熱管を第１の伝熱管１０２１と称し、立ち上がり部１７ａに対向しない位置の伝熱管を第２の伝熱管１０２２と称する。

図４は、室外熱交換器１０を、伝熱管１０２の長手方向から見た概略斜視図である。流入管１０３は、分配器１０５を介して第１の分岐管１０４１及び第２の分岐管１０４２へ接続される。さらに、第１の分岐管１０４１は、第１の伝熱管１０２１へ接続される。第２の分岐管１０４２は、第２の伝熱管１０２２へ接続される。なお、伝熱管１０２を説明の便宜上、流入管１０３と称するが、四方弁１３の切替により、流入管１０３は、流出管としても機能する。

分配器１０５は、Ｕ字形状に設けられている。分配器１０５は、曲線部１０５３と、曲線部１０５３から延びる２つの直線部１０５１、１０５２と、を有する。第１の直線部１０５１は、第１の分岐管１０４１と接続する。第２の直線部１０５２は、第２の分岐管１０４２と接続する。このように、分配器１０５は、第１の分岐管１０４１と第２の分岐管１０４２とを介して第１の伝熱管１０２１と第２の伝熱管１０２２とに、冷媒を分配する。

なお、分配器１０５の曲線部１０５３、第１の直線部１０５１及び第２の直線部１０５２は、内径が等しく均一であるものとする。また、第１の分岐管１０４１及び第２の分岐管１０４２は、内径が等しく均一であるものとする。

分配器１０５は、第１の直線部１０５１及び第２の直線部１０５２の中心線を含むＵ字面（不図示）が、室外機３の横方向と平行になるように、すなわち第１の直線部１０５１と第２の直線部１０５２が水平に並ぶように設けられている。ここで、室外機３の横方向とは、室外機３が設置された状態（据え付け状態）において、鉛直方向に垂直な方向である。また、流入管１０３は、Ｕ字面に対して垂直になるように分配器１０５に接続される。ここで、Ｕ字面に対して垂直な方向は、鉛直方向となる。このように、流入管１０３が垂直に接続されることで、冷媒は重力方向（鉛直方向）に沿って流れることになるため、第１の直線部１０５１と第２の直線部１０５２への分配精度を向上させることができる。

流入管１０３が接続する接続部１０５４は、第２の直線部１０５２に形成されている。すなわち、流入管１０３は、第２の伝熱管１０２２の上流側の直線部である第２の直線部１０５２に設けられている。このように、流入管１０３は、伝熱管の長手方向の距離において、第１の伝熱管１０２１よりも第２の伝熱管１０２２に近い位置に接続される。流入管１０３から第１の直線部１０５１へ流れる冷媒は、曲線部１０５３を通過するため、抵抗が大きくなり、冷媒が流れ難い。一方で、流入管１０３から第２の直線部１０５２へ流れる冷媒は、曲線部１０５３を通過しないため、第１の直線部１０５１へ流れる場合に比べて抵抗が少ない。したがって、接続部１０５４を第２の直線部１０５２に形成することで、立ち上がり部１７ａに対向する第１の伝熱管１０２１へ流れる冷媒量を、第２の伝熱管１０２２へ流れる冷媒量よりも少なくすることができる。

接続部１０５４の位置は、第１の伝熱管１０２１と第２の伝熱管１０２２に流すべき冷媒の分流比に応じて適宜決定されるものとする。接続部１０５４から第２の伝熱管１０２２までの距離を短くするほど、第２の伝熱管１０２２の分流比を高くすることができる。また、接続部１０５４から第２の伝熱管１０２２までの距離を短くするほど、室外機３の運搬時に振動や衝撃が加わった際に、第１の伝熱管１０２１と第１の分岐管１０４１の接続部分に係る応力や、第２の伝熱管１０２２と第２の分岐管１０４２の接続部分に係る応力を、小さくすることができる。

また、他の例としては、第１の伝熱管１０２１と第２の伝熱管１０２２の冷媒の分流比に応じて、曲線部１０５３の曲率が決定されてもよい。具体的には、曲率を大きくするほど、第１の伝熱管１０２１への冷媒量を減らすことができる。

分配器１０５は、さらに、接続部１０５４に対向する位置に凸部を備えている。図５Ａ〜図５Ｃを参照しつつ凸部について説明する。図５Ａは、分配器１０５を斜め上から見た斜視図であり、図５Ｂは、分配器１０５を斜め下から見た斜視図である。図５Ｃは、図５Ａに示すＡＡ線断面図である。分配器１０５の向きを特定すべく、第１の直線部１０５１の長手方向をｘ方向、流入管１０３の長手方向をｙ方向、Ｕ字面においてｘ方向に垂直な方向をｚ方向とする。

図５Ｃに示すように、接続部１０５４に対向する位置、すなわち伝熱管内において、接続部１０５４の下側の位置に、凸部１０５５が形成されている。より詳しくは、凸部１０５５の最頂部が接続部１０５４における流入管１０３の内径の中に入っていればよい。これにより、接続部１０５４の位置と、凸部１０５５と、により分配比を調整することができる。

また、伝熱管１０２、流入管１０３、第１の分岐管１０４１、第２の分岐管１０４２及び分配器１０５は、いずれもアルミニウム又はアルミニウム合金で形成される。アルミニウムは、銅と比べると熱伝導率が約４０％低い。そのため、第１の分岐管１０４１における熱交換効率の低下が顕著になる。これに対し、上記のように、接続部１０５４の位置を第１の分岐管１０４１よりも第２の分岐管１０４２に近い位置に設けることで、熱交換効率の低下を抑制することができる。

このように、接続部１０５４は、第１の伝熱管１０２１よりも第２の伝熱管１０２２に近い位置に設けられる。これにより、第１の伝熱管１０２１よりも第２の伝熱管１０２２に、より多くの冷媒を流すことができ、室外熱交換器１０における熱交換効率の低下を抑制することができる。さらに、接続部１０５４の位置を制御することで、第１の直線部１０５１と第２の直線部１０５２の太さを変える必要がなくなるため、製造時の効率を向上させることができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。たとえば、実施形態や変形例の一部を適宜組み合わせてもよい。

そうした第１の変形例について説明する。本実施形態においては、分配器１０５は第１の直線部１０５１と第２の直線部１０５２の中心線を通るＵ字面が水平になり、かつ流入管１０３がＵ字面に対し垂直になるように設置されているものとした。ただし、これらの向きは、実施形態に限定されるものではない。他の例としては、分配器１０５のＵ字面が水平面から傾くように設置されてもよい。さらに、この場合には、第１の直線部１０５１が第２の直線部１０５２よりも下側に位置することが好ましい。また、流入管１０３は、流入管１０３とＵ字面のなす角が鋭角となるように設置されてもよい。

第２の変形例としては、接続部１０５４は、伝熱管の長手方向において、第１の伝熱管１０２１よりも第２の伝熱管１０２２に近い位置に接続されればよく、その限りにおいては、曲線部１０５３に設けられていてもよい。

１空気調和機
２室内機
３室外機
４リモコン
５リモコン通信部
６室内熱交換器
７室内ファン
８室内ファンモータ
９圧縮機
１０室外熱交換器
１１室外ファン
１１ａ室外ファンモータ
１２室外膨張弁
１３四方弁
１４圧縮機モータ
１７台座
１７ａ立ち上がり部
１０１フィン
１０２、１０２ａ、１０２ｂ伝熱管
１０３流入管
１０５分配器
１０４１第１の伝熱管
１０４２第２の伝熱管
１０５１第１の直線部
１０５２第２の直線部
１０５３曲線部
１０５４接続部
１０５５凸部

Claims

熱交換器と、
前記熱交換器を搭載する台座と
を備え、
前記台座は、立ち上がり部を有し、
前記熱交換器は、
流入管を流れる冷媒を、前記立ち上がり部に対向する位置に配置された第１の伝熱管と、前記立ち上がり部に対向しない位置に配置された第２の伝熱管と、に分配する、Ｕ字形状の分配器を有し、
前記流入管は、前記分配器の２つの直線部のうち、前記第１の伝熱管よりも前記第２の伝熱管に近い位置に接続される、空気調和機。
前記流入管は、前記２つの直線部が並ぶＵ字面に対して垂直になるように接続される、請求項１に記載の空気調和機。
前記分配器は、前記Ｕ字面が水平になるように配置される、請求項２に記載の空気調和機。
前記流入管は、前記第２の伝熱管の上流側の前記直線部に接続される、請求項１乃至３の何れか１項に記載の空気調和機。
前記流入管、前記第１の伝熱管及び前記第２の伝熱管は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成される、請求項１乃至４の何れか１項に記載の空気調和機。
前記分配器のうち、前記流入管が接続する接続部に対向する位置に、凸部が設けられる、請求項１乃至５の何れか１項に記載の空気調和機。
熱交換器であって、
前記熱交換器は、立ち上がり部を有する台座に搭載され、
流入管を流れる冷媒を、前記立ち上がり部に対向する位置に配置された第１の伝熱管と、前記立ち上がり部に対向しない位置に配置された第２の伝熱管と、に分配する、Ｕ字形状の分配器を有し、
前記流入管は、前記分配器の２つの直線部のうち、前記第１の伝熱管よりも前記第２の伝熱管に近い位置に接続される、熱交換器。