JPWO2017073096A1 - 空気調和機の室外機および室内機 - Google Patents

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Abstract

空気調和機の室外機は、吸込口および吹出口を有し、外郭を構成するケーシングと、ケーシング内に設けられ、吸込口から外気を吸い込み、吹出口から外気を排出するファンと、ケーシング内に設けられ、ファンが吸い込んだ外気と冷媒とを熱交換する熱交換器と、を備え、熱交換器は、間隔を空けて並設された複数のフィンと、フィンを並設方向に貫通し、内部を冷媒が流れる複数の扁平管と、で構成される第一熱交換器本体と、間隔を空けて並設された複数のフィンと、フィンを並設方向に貫通し、内部を冷媒が流れる複数の円管と、で構成される第二熱交換器本体と、を備え、第一熱交換器本体は第二熱交換器本体よりもファンの近くに配置されているものである。

Description

本発明は、エネルギー効率を改善した空気調和機の室外機および室内機に関するものである。
従来の空気調和機において、室内機に搭載された凝縮器として機能する熱交換器で凝縮された液冷媒は、膨張弁によって減圧され、ガス冷媒と液冷媒とが混在する気液二相状態となって室外機に搭載された蒸発器として機能する熱交換器に流入する。冷媒が気液二相状態で蒸発器として機能する熱交換器に流入すると、その熱交換器への冷媒の分配性能が悪化する。そこで、冷媒の分配性能を改善するため、室外機に搭載された熱交換器の分配器としてヘッダーを用いて、ヘッダー内への枝管突出し量、ヘッダー内の仕切り板、噴出孔の設置など、ヘッダー内の構造を調整する方法がある。
しかし、上記のようにヘッダー内の構造を調整した場合においても、ヘッダー内の気液二相冷媒の分配は、冷媒の質量速度の影響を大きく受ける。例えば、高出力の運転をする場合には、ヘッダー下部よりもヘッダー上部で多くの冷媒が分配されてしまい、低出力の運転をする場合には、ヘッダー上部よりもヘッダー下部で多くの冷媒が分配されてしまう。そして、冷媒の分配性能の悪化により熱交換器の熱交換性能が悪化するため、空気調和機のエネルギー効率の低下を引き起こすという課題があった。加えて、空気調和機の室外機はファンから近い部分ほど風が多く流れる。そのため、ヘッダー上部よりもファンから遠いヘッダー下部で、ヘッダー上部よりも多くの冷媒が分配されてしまう場合には、さらに冷媒の分配性能および熱交換器の熱交換性能が悪化し、さらなるエネルギー効率の低下を引き起こすという課題があった。
空気調和機のエネルギー効率を改善するためには、気液二相冷媒の分配を均一化させる必要があるが、その方法として、従来、ヘッダー内に冷媒を撹拌させる乱流促進体を設ける方法がある(特許文献1参照)。特許文献1では、乱流促進体によってヘッダー内の気液二相冷媒が撹拌されることにより、気液二相冷媒の分配を均一化させている。
特開平5−203286号公報
特許文献1のような従来の方法では、ヘッダー内に冷媒を攪拌させる構造物を設けることで、冷媒の分配性能を改善しているが、ヘッダー内の構造が複雑になるため、コストの増大を招いてしまうという課題があった。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、コストの増大を抑制しつつ、エネルギー効率を改善した空気調和機の室外機および室内機を提供することを目的としている。
本発明に係る空気調和機の室外機は、吸込口および吹出口を有し、外郭を構成するケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、前記吸込口から外気を吸い込み、前記吹出口から外気を排出するファンと、前記ケーシング内に設けられ、前記ファンが吸い込んだ外気と冷媒とを熱交換する熱交換器と、を備え、前記熱交換器は、間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の扁平管と、で構成される第一熱交換器本体と、間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の円管と、で構成される第二熱交換器本体と、を備え、前記第一熱交換器本体は前記第二熱交換器本体よりも前記ファンの近くに配置されているものである。
本発明に係る空気調和機の室外機によれば、熱交換性能に対する寄与率の高いファンの近くに、熱交換性能が高い扁平管が伝熱管である第一熱交換器本体が配置されており、熱交換性能に対する寄与率の低いファンの遠くに、熱交換性能は低いが、冷媒の分配性能が高く、製造コストが安い円管が伝熱管である第二熱交換器本体が配置されている。そのため、コストの増大を抑制しつつ、エネルギー効率を改善することができる。
本発明の実施の形態1に係る空気調和機の室外機の斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る熱交換器およびその周辺の側面模式図である。 図2のA−A断面図である。 図2のA−A断面図の別の一例を示す図である。 図2のB−B断面図である。 本発明の実施の形態1に係るディストリビュータの模式図である。 本発明の実施の形態1に係るディストリビュータとは別の分配器を示す模式図である。 本発明の実施の形態1に係る熱交換器の高さ方向に対する風量を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る熱交換器およびその周辺の側面模式図である。 本発明の実施の形態2に係る熱交換器およびその周辺の別の一例を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態2に係る熱交換器およびその周辺の別の一例を示す側面模式図である。 本発明の実施の形態3に係る熱交換器およびその周辺の側面模式図である。 本発明の実施の形態4に係る空気調和機の室外機の斜視図である。 本発明の実施の形態4に係る熱交換器の側面模式図である。 空気調和機の室外機の乾き度調整装置として内部熱交換器を使用した場合の構成の一部を示す模式図である。 図2の別の一例を示す第一図である。 図2の別の一例を示す第二図である。 図2の別の一例を示す第三図である。 本発明の実施の形態5に係る熱交換器およびその周辺の側面模式図である。 本発明の実施の形態6に係る熱交換器およびその周辺の側面模式図である。 本発明の実施の形態7に係る熱交換器およびその周辺の側面模式図である。 本発明の実施の形態8に係る熱交換器およびその周辺の側面模式図である。 本発明の実施の形態9に係るターボファンを搭載した空気調和機の室内機を示す第一の模式図である。 本発明の実施の形態9に係るターボファンを搭載した空気調和機の室内機を示す第二の模式図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和機の室外機100aの斜視図であり、図2は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器10aおよびその周辺の側面模式図であり、図3は、図2のA−A断面図であり、図4は、図2のA−A断面図の別の一例を示す図であり、図5は、図2のB−B断面図である。なお、図1中の矢印は風の流れを示しており、図2中の矢印は暖房運転時における冷媒の流れ、または、風の流れを示している。
以下の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語(例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」等)を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本願発明を限定するものではない。また、本実施の形態1では、室外機100aを正面視した状態において、「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」を使用する。そして、後述する実施の形態2〜4についても同様である。
本実施の形態1に係る空気調和機の室外機100aは、図2に示す熱交換器10aを搭載している。
空気調和機の室外機100aはトップフロー型であり、室内機(図示せず)との間で冷媒を循環させることにより冷凍サイクルを構成する。なお、この室外機100aは、例えばビル用マルチの室外機などに用いられ、ビルの屋上などに設置される。
室外機100aは、図1に示すように、箱状に形成されたケーシング1と、ケーシング1の側面の開口により形成された吸込口2と、吸込口2に沿うようにケーシング1内に配置された熱交換器10aと、ケーシング1の上面の開口により形成された吹出口3と、吹出口3を覆うように通風可能に設けられたファンガード4と、ファンガード4の内部に配置され、吸込口2から外気を吸い込み、吹出口3から外気を排出するファン5と、を備えている。
空気調和機の室外機100aに搭載されている熱交換器10aは、ファン5によって吸込口2から吸い込まれた外気と冷媒とを熱交換するものである。熱交換器10aは、図2に示すように、ファン5の下方に配置されており、上部熱交換器11と下部熱交換器12とで構成されている。そして、上部熱交換器11と下部熱交換器12とが、正面視して、または、側面視して上下方向に配置されている。詳しくは、上部熱交換器11がファン5から近い上側に配置され、下部熱交換器12がファン5から遠い下側に配置されている。
上部熱交換器11は、間隔を空けて並設された複数のフィン21と、フィン21の並設方向にこれらフィン21を貫通し、内部を冷媒が流れる複数の伝熱管と、で構成される上部熱交換器本体20と、複数の伝熱管の一端と接続される上部第一ヘッダー23と、複数の伝熱管の他端と接続される上部第二ヘッダー24と、を備えている。なお、暖房運転時における上部熱交換器本体20の上流側に上部第一ヘッダー23が接続されており、暖房運転時における上部熱交換器本体20の下流側に上部第二ヘッダー24が接続されている。以後、暖房運転時における上部熱交換器本体20または下部熱交換器本体30の上流側に接続される分配器のことを、上流側分配器と称する。
一方、下部熱交換器12は、間隔を空けて並設された複数のフィン31と、フィン31の並設方向にこれらフィン31を貫通し、内部を冷媒が流れる複数の伝熱管と、で構成される下部熱交換器本体30と、ディストリビュータ34と、複数の伝熱管の一端をディストリビュータ34と接続するキャピラリーチューブ33と、複数の伝熱管の他端と接続される下部ヘッダー35と、を備えている。なお、暖房運転時における下部熱交換器本体30の上流側にキャピラリーチューブ33を介してディストリビュータ34が接続されており、暖房運転時における下部熱交換器本体30の下流側に下部ヘッダー35が接続されている。
また、上部熱交換器11の上部第一ヘッダー23は、暖房運転時にガス冷媒と液冷媒とが混在した気液二相冷媒が通過する第一配管40から分岐した第一分岐管41と接続されている。また、上部熱交換器11の上部第二ヘッダー24は、暖房運転時にガス冷媒が通過する第二配管50から分岐した第一分岐管51と接続されている。
一方、下部熱交換器12のディストリビュータ34は、第一配管40から分岐した第二分岐管42と接続されている。また、下部熱交換器12の下部ヘッダー35は、第二配管50から分岐した第二分岐管52と接続されている。
なお、本実施の形態1に係る上部熱交換器11の伝熱管は、図3に示す断面が扁平形状の扁平管22であるが、図4に示す断面が扁平形状で、内部に複数の孔が形成されている扁平多孔管22aとしてもよい。また、図3に示す扁平管22および図4に示す扁平多孔管22aは、いずれも平滑面となっているが、溝を切ることで伝熱面積の拡大を図る溝付き面としてもよい。また、本実施の形態1に係る下部熱交換器12の伝熱管は、図5に示す断面が円形状の円管32である。
図16は、図2の別の一例を示す第一図であり、図17は、図2の別の一例を示す第二図である。
なお、本実施の形態1では、図2に示すように上部熱交換器11と下部熱交換器12との間に隙間が存在するが、実際には上部熱交換器11のフィン表面の水滴を排水するために、図16に示すように上部熱交換器11と下部熱交換器12とを密着させてもよい。また、図17に示すようにフィンは上部熱交換器11と下部熱交換器12との間に切れ目が無く、一体のフィンを共有していてもよい。
図3に示す扁平管22および図4に示す扁平多孔管22aは、図5に示す円管32と比べて、冷媒単位体積当たりの伝熱面積が大きいため熱交換性能が高い。しかし、断面積が小さいため、流動抵抗が大きく圧力損失が大きくなるため、伝熱管の多パス化を図り圧力損失の増加を抑制する必要がある。その際に、多数の伝熱管に冷媒を最適に分配する技術が課題としてある。一方、図5に示す円管32は、図3に示す扁平管22および図4に示す扁平多孔管22aと比べて、熱交換器性能は低いが、製造コストが低い。しかし、断面積が大きいため、流動抵抗が小さく圧力損失が小さくなるため、伝熱管のパス数を少なくでき、分配の最適化が容易であるというメリットがある。
次に、本実施の形態1に係る空気調和機の室外機100aの暖房運転時における冷媒の流れについて、図2を用いて説明する。
暖房運転時、気液二相冷媒は、第一配管40を通過し、第一分岐管41と、第二分岐管42とに分流される。第二分岐管42に流れた気液二相冷媒は、ディストリビュータ34へ流れ、そこで均質化された後、キャピラリーチューブ33を通って下部熱交換器本体30に流入する。下部熱交換器本体30に流入した気液二相冷媒は、そこで吸込口2から吸い込まれた外気と熱交換することでガス化し、下部ヘッダー35へ流出する。
一方、第一分岐管41に流れた気液二相冷媒は、上部第一ヘッダー23へ流れ、そこで各扁平管22に分配され、各扁平管22から上部熱交換器本体20に流入する。上部熱交換器本体20に流入した気液二相冷媒は、そこで吸込口2から吸い込まれた外気と熱交換することでガス化し、上部第二ヘッダー24へ流出する。
図6は、本発明の実施の形態1に係るディストリビュータ34の模式図である。
図6に示すディストリビュータ34は、ディストリ主管部61と、ディストリ膨張部62と、ディストリ分流部材63と、を備えており、ディストリ主管部61には面積急縮小部64が設けられている。また、ディストリビュータ34には、キャピラリーチューブ33の一端が接続されている。
ディストリビュータ34には、気液二相冷媒が流入し、ディストリ主管部61の面積急縮小部64で絞られ、ガス冷媒と液冷媒とはディストリ膨張部62で攪拌され、均質化される。均質化されたガス冷媒と液冷媒とは、ディストリ分流部材63で各キャピラリーチューブ33に分配するようになっている。キャピラリーチューブ33の他端は下部熱交換器12の円管32に接続され、各円管32に流れる冷媒流量は、キャピラリーチューブ33の長さを調整することによって制御することができる。
図7は、本発明の実施の形態1に係るディストリビュータ34とは別の分配器を示す模式図である。なお、図7中の矢印は重力方向を示している。
暖房運転時における下部熱交換器本体30の上流側に接続されている分配器は、図6に示すディストリビュータ34であるが、図7に示すヘッダー70としてもよい。
図7に示すヘッダー70は、ヘッダー70内に流入した気液二相冷媒を、重力方向に並設された複数の伝熱管である円管32に分配する構造のものである。そして、気液二相冷媒は、ヘッダー70内を鉛直上向きに上昇流で流れ、複数の円管32にヘッダー70内の流れに対して垂直の角度で分流される。
分配器は一般的にディストリビュータ34の方が、ヘッダーより冷媒の分配性能が高い。しかし、扁平管22が伝熱管である熱交換器に用いる場合には、パス数が多くなるため、ディストリビュータ34の分岐部を多くしたり、複数のディストリビュータ34を使用したりする必要があり、配管の取り回しが複雑になるというデメリットがある。
一方、ヘッダーは、配管の取り回しが容易であり、自動ロウ付けなどの自動化も適用し易く、低コストで製造できる。しかし、気液二相冷媒に対して重力が作用するため、例えば、冷媒流量が小さい場合には、密度の大きい液冷媒が伝熱管下部に多く偏って流れるといった課題があり、一般的に冷媒の分配性能はディストリビュータ34より低いというデメリットがある。
また、ヘッダーはディストリビュータ34と比較すると、ディストリビュータ34のように面積急縮小部64などがなく、また、キャピラリーチューブ33も接続されていないため、圧力損失は小さい。このため、上流側分配器において、扁平管22が伝熱管である熱交換器本体には、パス数が多くなるため、圧力損失が小さく、配管の取り回しが容易なヘッダーの方が適している。一方で、円管32が伝熱管である熱交換器本体には、パス数が少なく配管の取り回しが複雑にならないため、冷媒の分配性能が高いディストリビュータ34の方が適している。このように、扁平管22が伝熱管である熱交換器本体、および、円管32が伝熱管である熱交換器本体、の上流側分配器には、それぞれ適したものがある。
図8は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器10aの高さ方向に対する風量を示す図である。
本実施の形態1に係る熱交換器10aは、トップフロー型の室外機100aに搭載されているため、ファン5は熱交換器10aの上方に配置されており、ファン5によって風が熱交換器10aの隙間を通過し、それによって空気と熱交換する。そして、ファン5が上部熱交換器11の上方に配置されているため、室外機100aを流れる風量分布は、図8に示すようにファン5から近い熱交換器10aの上側の方が下側よりも多くなる。つまり、下側に配置された下部熱交換器12よりも上側に配置された上部熱交換器11の方が、風の流れが多くなる。そのため、上部熱交換器11および下部熱交換器12の前面面積を同じとした場合、上部熱交換器11の方が下部熱交換器12よりも、室外機100aの熱交換性能に対する寄与率が高くなる。
したがって、風の流れが多い室外機100aの上側、つまり、ファン5から近い位置には、熱交換性能が高い、扁平管22が伝熱管である上部熱交換器11を配置し、風の流れが少ない室外機100aの下側、つまり、ファン5から遠い位置には、熱交換性能は低いが冷媒の分配性能が高い、円管32が伝熱管である下部熱交換器12を配置する。そうすることで、熱交換性能を効率的に向上させることができる。その結果、空気調和機の室外機100aのエネルギー効率を改善することができる。
また、風の流れが多い位置に配置されている上部熱交換器11に冷媒を多く流す方が熱交換性能は高くなる。そこで、扁平管22が伝熱管である熱交換器、および円管32が伝熱管である熱交換器、の上流側分配器にそれぞれ最適なものを用いる。扁平管22が伝熱管である熱交換器、つまり、上部熱交換器11には分配器としてヘッダーを用い、円管32が伝熱管である熱交換器、つまり、下部熱交換器12には分配器としてディストリビュータ34を用いる。
分配器の流動抵抗はヘッダーよりもディストリビュータ34の方が大きいため、上記のように分配器を用いることで、上部熱交換器11に冷媒をより多く流すことができる。そのため、冷媒の分配特性を改善でき、熱交換器10aの熱交換性能を向上させることができる。また、ディストリビュータ34に接続されているキャピラリーチューブ33の長さを変更することで、ヘッダーに流れる冷媒流量を調整することができるので、なおよい。
図18は、図2の別の一例を示す第三図である。
なお、本実施の形態1では、図2に示すように円管32にディストリビュータ34、扁平管22にヘッダーを接続しているが、あくまでも一例であり、例えば、図18に示すように円管32と扁平管22のいずれにも同じ分配器を取り付けてもよく、あるいは扁平管22にディストリビュータ34、円管32にヘッダーを接続してもよい。
また、一般的に円管32よりも扁平管22は製造コストが高いので、室外機100aの熱交換性能に対する寄与率の高いファン5の近くに、熱交換性能の高い扁平管22が伝熱管である上部熱交換器11を配置することで、コストパフォーマンスのよい熱交換器10aを提供することができる。
以上より、本実施の形態1に係る空気調和機の室外機100aによれば、熱交換性能に対する寄与率の高いファン5の近くに、熱交換性能が高い扁平管22が伝熱管である上部熱交換器11を配置し、熱交換性能に対する寄与率の低いファン5の遠くに、熱交換性能は低いが、冷媒の分配性能が高く製造コストが安い円管32が伝熱管である下部熱交換器12を配置することにより、コストの増大を抑制しつつ、エネルギー効率を改善することができる。
実施の形態2.
以下、本発明の実施の形態2について説明するが、実施の形態1と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図9は、本発明の実施の形態2に係る熱交換器10bおよびその周辺の側面模式図である。なお、図9中の矢印は暖房運転時における冷媒の流れ、または、風の流れを示している。
本実施の形態2に係る空気調和機の室外機100bは、熱交換器10bの上流側に気液分離器80を備えている。気液分離器80は、冷媒の乾き度を調整するために用いられ、気液二相冷媒が流れる第三配管82、気液分離器80で分離されたガス冷媒が流れる第四配管83、および、気液分離器80で分離された液冷媒が流れる第一配管40と接続されている。第四配管83は、バイパス流量弁85と接続されており、バイパス流量弁85は、第五配管84と接続されており、第五配管84は、第二配管50と接続されている。また、第二配管50は、圧縮機81と接続されている。
図15は、空気調和機の室外機の乾き度調整装置として内部熱交換器110を使用した場合の構成の一部を示す模式図である。
なお、気液分離器80は、本発明の「乾き度調整装置」に相当するが、あくまで乾き度を調整する装置の一例であり、これに限定されるものではない。その他の乾き度調整装置としては、図15に示すような内部熱交換器110、または他の低温熱源などと熱交換する熱交換器を用いてもよい。
図15に示すように、冷媒は配管111を通過し、内部熱交換器110に流入する。内部熱交換器110に流入した冷媒は、熱交換器117出口の配管116とバイパスされた一部の冷媒によって自己冷却され、乾き度が低下した状態で配管112を通り、熱交換器117に流れる。一方、バイパスされた冷媒は、配管115を通過し、バイパス流量は配管113上に設置されたバルブ114によって調整される。なお、配管113上に設置されたバルブ114はバルブに限られるものではなく、キャピラリーチューブ、細管、フロート弁などの流動抵抗体であればよい。
次に、本実施の形態2に係る空気調和機の室外機100bの暖房運転時における冷媒の流れについて、図9を用いて説明する。
暖房運転時、気液二相冷媒は、第三配管82を通過し、気液分離器80に流入する。気液分離器80に流入した気液二相冷媒は、そこでガス冷媒と液冷媒とに分離される。気液分離器80で分離されたガス冷媒は、第四配管83、バイパス流量弁85、第五配管84、および、第二配管50を通過し、圧縮機81に流入する。一方、気液分離器80で分離された液冷媒は、第一配管40を通過し、第一分岐管41と、第二分岐管42とに分流される。
第二分岐管42に流れた液冷媒は、ディストリビュータ34へ流れ、そこで均質化された後、キャピラリーチューブ33を通って下部熱交換器本体30に流入する。下部熱交換器本体30に流入した液冷媒は、そこで吸込口2から吸い込まれた外気と熱交換することでガス化し、下部ヘッダー35へ流出する。一方、第一分岐管41に流れた液冷媒は、上部第一ヘッダー23へ流れ、そこで各扁平管22に分配され、各扁平管22から上部熱交換器本体20に流入する。上部熱交換器本体20に流入した気液二相冷媒は、そこで吸込口2から吸い込まれた外気と熱交換することでガス化し、上部第二ヘッダー24へ流出する。
第一分岐管41と第二分岐管42とに流れる冷媒の流量比は、第一分岐管41、上部第一ヘッダー23、扁平管22、上部第二ヘッダー24、および、第一分岐管51の合計の流動抵抗と、第二分岐管42、ディストリビュータ34、キャピラリーチューブ33、円管32、下部ヘッダー35、および、第二分岐管52の合計の流動抵抗と、で決まる。特に、キャピラリーチューブ33の長さを調整することで、第一分岐管41と第二分岐管42とに流れる冷媒の流量比を最適に調整することができる。
ここで、第一分岐管41を流れる冷媒にガスが多く混合している場合、すなわちガス冷媒流量/全冷媒流量(以後、乾き度と称する)が大きい場合には、ガスが上部第一ヘッダー23の上部に溜まりやすく、各扁平管22に液冷媒が不均等に流れやすい。そのため、気液分離器80を用いて上部第一ヘッダー23に流れるガス冷媒を減らすことで、上部第一ヘッダー23に流れる冷媒の分配性能が改善し、熱交換性能が向上する。
なお、本実施の形態2では、気液分離器80によって気液二相冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離しているが、完全に分離できなくても、上部第一ヘッダー23に流れるガス冷媒を減らすことができればよい。また、気液分離器80を用いることで、分配器および伝熱管を通過する際の圧力損失を全体的に小さくすることができ、キャピラリーチューブ33による流量比の調整が容易となる。
図10は、本発明の実施の形態2に係る熱交換器10bおよびその周辺の別の一例を示す側面模式図であり、図11は、本発明の実施の形態2に係る熱交換器10bおよびその周辺の別の一例を示す側面模式図である。なお、図10中および図11中の矢印は暖房運転時における冷媒の流れ、または、風の流れを示している。
なお、気液分離器80の配置は、図9に示す位置に限定されず、図10に示すように第一分岐管41中に気液分離器80を配置してもよいし、図11に示すように、第二分岐管42中に気液分離器80を配置してもよい。また、気液分離器80を複数配置すると、第一分岐管41と第二分岐管42とに流れる冷媒流量の制御幅が広がるため、なおよい。
実施の形態3.
以下、本発明の実施の形態3について説明するが、実施の形態1と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図12は、本発明の実施の形態3に係る熱交換器10cおよびその周辺の側面模式図である。なお、図12中の矢印は冷房運転時における冷媒の流れ、または、風の流れを示している。
本実施の形態3に係る熱交換器10cは、扁平管22および円管32の少なくとも2種類の伝熱管が中間ヘッダー26を介して直列に接続されている。
熱交換器10cは、ファン5の下方に配置されており、上部熱交換器本体20と、下部熱交換器本体30と、ヘッダー25と、中間ヘッダー26と、ディストリビュータ34と、キャピラリーチューブ33と、を備えている。
上部熱交換器本体20は、間隔を空けて並設された複数のフィン21と、フィン21の並設方向にこれらフィン21を貫通し、内部を冷媒が流れる複数の扁平管22と、で構成されている。また、下部熱交換器本体30は、間隔を空けて並設された複数のフィン31と、フィン31の並設方向にこれらフィン31を貫通し、内部を冷媒が流れる複数の円管32と、で構成されている。そして、上部熱交換器本体20と下部熱交換器本体30とは、正面視して、または、側面視して上下方向に配置されており、上部熱交換器本体20がファン5から近い上側に配置され、下部熱交換器本体30がファン5から遠い下側に配置されている。
つまり、上部熱交換器本体20の複数の扁平管22と、下部熱交換器本体30の複数の円管32とは、重力方向に並設されている。
上部熱交換器本体20の複数の扁平管22の一端は、ヘッダー25と接続されており、下部熱交換器本体30の複数の円管32の一端は、キャピラリーチューブ33を介してディストリビュータ34と接続されている。また、上部熱交換器本体20の複数の扁平管22の他端および下部熱交換器本体30の複数の円管32の他端は、中間ヘッダー26と接続されている。なお、冷房運転時における上部熱交換器本体20の上流側に接続されている分配器は、ヘッダー25であり、冷房運転時における下部熱交換器本体30の上流側に接続されている分配器は、ディストリビュータ34である。
また、ヘッダー25は、冷房運転時にガス冷媒が通過する第一配管91と接続されており、ディストリビュータ34は、冷房運転時に液冷媒が通過する第二配管92と接続されている。
次に、本実施の形態3に係る空気調和機の室外機100cの冷房運転時における冷媒の流れについて、図12を用いて説明する。
冷房運転時、高温高圧のガス冷媒が第一配管91を通過し、ヘッダー25へ流れ、そこで各扁平管22に分配され、各扁平管22から上部熱交換器本体20に流入する。上部熱交換器本体20に流入したガス冷媒は、そこで吸込口2から吸い込まれた外気と熱交換して熱を放熱することで気液二相状態となり、中間ヘッダー26へ流れる。中間ヘッダー26で気液二相冷媒は下部熱交換器本体30の円管32へと流入し、そこでさらに周囲の空気と熱交換し、液単相となる。
この時、扁平管22を、円管32が伝熱管である下部熱交換器12のように、液冷媒の割合が多い気液二相冷媒が流れる熱交換器に用いると、熱交換器高さが同じである場合、扁平管22は円管32よりも液単相での熱伝達率の低下が顕著である。このため、液冷媒の割合が多い冷媒が流れる熱交換器に円管32、ガス単相〜気液二相状態が流れる熱交換器に扁平管22を用いることで、液単相部での扁平管22のデメリットを補うことができ、コストパフォーマンスに優れた熱交換器を提供できる。
実施の形態4.
以下、本発明の実施の形態4について説明するが、実施の形態1と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図13は、本発明の実施の形態4に係る空気調和機の室外機100dの斜視図であり、図14は、本発明の実施の形態4に係る熱交換器10dの側面模式図である。なお、図14中の矢印は風の流れを示している。
本実施の形態4に係る空気調和機の室外機100dは、図14に示す熱交換器10dを搭載している。
空気調和機の室外機100dはサイドフロー型であり、室内機(図示せず)との間で冷媒を循環させることにより冷凍サイクルを構成する。なお、この室外機100dは、例えばビル用マルチの室外機などに用いられ、ビルの屋上などに設置される。
室外機100dは、図13に示すように、箱状に形成されたケーシング101と、ケーシング101の背面の開口により形成された吸込口(図示せず)と、ケーシング101内の背面側に配置された熱交換器10dと、ケーシング101の前面の開口により形成された吹出口103と、吹出口103を覆うように通風可能に設けられたファンガード104と、ファンガード104の内部に配置され、吸込口から外気を吸い込み、吹出口103から外気を排出するファン105と、を備えている。
空気調和機の室外機100dに搭載されている熱交換器10dは、ファン105によって吸込口から吸い込まれた外気と冷媒とを熱交換するものであり、熱交換器10dは、ファン105よりも背面側に配置されている。
熱交換器10dは、フィン21と扁平管22とで構成される前面熱交換器本体120と、フィン31と円管32とで構成される背面熱交換器本体130と、を備えている。そして、前面熱交換器本体120と背面熱交換器本体130とが、正面視して前後方向に配置されている。詳しくは、前面熱交換器本体120がファン105から近い室外機100dの前面側に配置され、背面熱交換器本体130がファン105から遠い室外機100dの背面側に配置されている。
本実施の形態4のように、ファン105から近い前列に熱交換性能が高い扁平管22が伝熱管である前面熱交換器本体120を配置し、後列に円管32が伝熱管である背面熱交換器本体130を配置することで、冷媒と外気との温度差が大きい前列においてコストパフォーマンスよく、熱交換性能を改善することができる。
なお、上部熱交換器本体20および前面熱交換器本体120は、本発明の「第一熱交換器本体」に相当し、下部熱交換器本体30および背面熱交換器本体130は、本発明の「第二熱交換器本体」に相当する。また、ケーシング101の前面は、本発明の「ケーシングの側面」に相当する。
実施の形態5.
以下、本発明の実施の形態5について説明するが、実施の形態1と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図19は、本発明の実施の形態5に係る熱交換器10eおよびその周辺の側面模式図である。なお、図19中の矢印は暖房運転時の冷媒の流れ、または風の流れを示している。
本実施の形態5に係る熱交換器10eは、上部熱交換器本体20の冷媒流れ上流側に、上部第一ヘッダー23、下部熱交換器本体30の冷媒流れ上流側に、下部第一ヘッダー140が接続されており、下部第一ヘッダー140の上流側に流量調整弁150を備えており、上部熱交換器本体20および下部熱交換器本体30に流れる冷媒流量を弁開度により調整している。
なお、ここでは冷媒流量を調整する機構例として膨張弁を挙げているが、あくまで一例であり、キャピラリーチューブ、フロートなど、流動抵抗を変化させて冷媒流量の調整を行うものであればよい。また、上部熱交換器本体20または下部熱交換器本体30に接続されている分配器はあくまでも本実施の形態5の一例としてヘッダーを接続しているがこれに限るものではなく、複数のディストリビュータまたはヘッダーとディストリビュータを混在使用してもよい。
本実施の形態5によれば、暖房運転時、円管32で構成された下部熱交換器本体30に流れる冷媒流量を流量調整弁150によって制御し、分配調整を図ると共に、下部熱交換器本体30の熱交換寄与率を変化させることができ、例えば低負荷運転時においても安定して熱交換寄与率の高い上部熱交換器本体20に多く冷媒を供給することができ、コストパフォーマンスに優れた熱交換器を提供することができる。
実施の形態6.
以下、本発明の実施の形態6について説明するが、実施の形態1と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図20は、本発明の実施の形態6に係る熱交換器10fおよびその周辺の側面模式図である。なお、図20中の矢印は暖房運転時の冷媒の流れ、または風の流れを示している。
本実施の形態6に係る熱交換器10fは、暖房運転時における、円管32で構成された下部熱交換器本体30および扁平管22で構成された上部熱交換器本体20の上流側に接続されているヘッダー、および、下流側に接続されているヘッダーは、それぞれ上下に分割されることなく一本の上流ヘッダー160、下流ヘッダー170である。つまり、上部熱交換器本体20と下部熱交換器本体30とにまたがって一本の上流ヘッダー160および下流ヘッダー170が接続されている。
このように、ヘッダーを上下に分割しないことで、配管を減らすことができ、または、複数のヘッダーを取り付ける必要が無く、コストパフォーマンスを向上させることができる。
なお、本実施の形態6では、暖房運転時における、上部熱交換器本体20および下部熱交換器本体30の上流側に接続されているヘッダー、および、下流側に接続されているヘッダーは、それぞれ一本で構成されているが、それに限定されない。例えば、上流側は一本のヘッダーに接続しているが、下流側は上下に分かれた複数のヘッダーであってもよく、上流側は一つのディストリビュータなどヘッダー以外の分配器に接続しているが、下流側は上下に分かれた複数のヘッダーであってもよい。また、上流側は上下に分かれた複数のヘッダーまたはディストリビュータなどで、下流側が一本のヘッダーに接続しているものでもよい。
実施の形態7.
以下、本発明の実施の形態7について説明するが、実施の形態1と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図21は、本発明の実施の形態7に係る熱交換器10gおよびその周辺の側面模式図である。なお、図21中の矢印は暖房運転時の冷媒の流れ、または風の流れを示している。
本実施の形態7に係る熱交換器10gは、上部熱交換器本体20と下部熱交換器本体30との間に防食シート180が挿入されているものである。これは、例えば扁平管22がアルミ、円管32が銅管などで、異種金属が上下に存在している場合に、排水などによって下部熱交換器本体30の腐食の進行速度を低減するためである。なお、防食シート180の代わりに、上部熱交換器本体20と下部熱交換器本体30とを同じ材質で構成することも有効である。
実施の形態8.
以下、本発明の実施の形態8について説明するが、実施の形態1と重複するものについては(一部の)説明を省略し、実施の形態1と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図22は、本発明の実施の形態8に係る熱交換器10hおよびその周辺の側面模式図である。なお、図22中の矢印は暖房運転時の冷媒の流れ、または風の流れを示している。
本実施の形態8に係る熱交換器10hは、暖房運転時、円管32で構成された下部熱交換器本体30は扁平管22で構成された上部熱交換器本体20よりもファン5から遠い位置に配置されており、上部熱交換器本体20および下部熱交換器本体30の少なくとも一方は、熱交換器の伝熱管が略鉛直、つまり鉛直向きに配置されている。これにより、上部熱交換器本体20または下部熱交換器本体30に接続されるヘッダー内を流れる冷媒は、ヘッダーのヘッド差の影響が少なく、分配改善を図ることができる。
また、ファン5に近い位置に、伝熱性能が相対的に高い扁平管22を用いており、ファン5から遠い位置に、伝熱性能が相対的に低いが、コストパフォーマンスのよい円管32を配置することで、コストパフォーマンスに優れた熱交換器を提供することができる。また、図22では、冷媒の流入するヘッダー位置を熱交換器本体の下部としているが、これはあくまでも一例であり、例えば冷媒流入位置を、熱交換器本体の上部としたり、上部熱交換器本体20の下部と下部熱交換器本体30の上部としたりしてもよい。
実施の形態9.
以下、本発明の実施の形態9について説明する。
図23は、本発明の実施の形態9に係るターボファン250を搭載した空気調和機の室内機100eを示す第一の模式図であり、図24は、本発明の実施の形態9に係るターボファン250を搭載した空気調和機の室内機100eを示す第二の模式図である。なお、図23および図24中の矢印は風の流れを表している。
本実施の形態9に係る空気調和機の室内機100eは、図23および図24に示すターボファン250を搭載している。また、ターボファン250の周囲に第一熱交換器200と、第二熱交換器210とを搭載しており、第一熱交換器200は第二熱交換器210よりも室内機100eの上側、つまりターボファン250の先端に近くに配置されている。
ターボファン250は、モーター230によって回転され、ターボファン250が回転することによって風はベルマウス240に沿って流入し、ターボファン250によって遠心方向に吹きだされる。吹きだされた風はターボファン250の周囲に配置された第一熱交換器200、第二熱交換器210を通過することで熱交換し、天井材190によって形成された風路を沿って吹きだされる。また、第二熱交換器210の下部にはドレンパン220が配置されており、熱交換器で発生する凝縮水を溜める構造となっている。
本実施の形態9に係る室内機100eの風量分布は、図24に示すようになっており、ターボファン250の先端に近く、風の流速の大きい第一熱交換器200に熱交換性能が相対的に高い扁平管22を用い、ターボファン250の先端から遠く、風の流速の小さい第二熱交換器210に熱交換性能は相対的に低いがコストパフォーマンスの高い円管32を用いる。
なお、第一熱交換器200と第二熱交換器210との冷媒回路は並列に接続されていても、直列に接続されていてもよく、冷房運転時に第二熱交換器210を液単相の熱交換器として使用する様にするとなおよい。また、図23および図24中の第一熱交換器200と第二熱交換器210との間には隙間を描写しているが、第一熱交換器200と第二熱交換器210とを接触させることによって、フィンの排水経路が確保されなおよい。
また、本実施の形態9に係る室内機100eの構成は、室外機にも適用できる。
1 ケーシング、2 吸込口、3 吹出口、4 ファンガード、5 ファン、10a 熱交換器、10b 熱交換器、10c 熱交換器、10d 熱交換器、10e 熱交換器、10f 熱交換器、10g 熱交換器、10f 熱交換器、11 上部熱交換器、12 下部熱交換器、20 上部熱交換器本体、21 フィン、22 扁平管、22a 扁平多孔管、23 上部第一ヘッダー、24 上部第二ヘッダー、25 ヘッダー、26 中間ヘッダー、30 下部熱交換器本体、31 フィン、32 円管、33 キャピラリーチューブ、34 ディストリビュータ、35 下部ヘッダー、40 第一配管、41 第一分岐管、42 第二分岐管、50 第二配管、51 第一分岐管、52 第二分岐管、61 ディストリ主管部、62 ディストリ膨張部、63 ディストリ分流部材、64 面積急縮小部、70 ヘッダー、80 気液分離器、81 圧縮機、82 第三配管、83 第四配管、84 第五配管、85 バイパス流量弁、91 第一配管、92 第二配管、100a 室外機、100b 室外機、100c 室外機、100d 室内機、100e 室内機、101 ケーシング、103 吹出口、104 ファンガード、105 ファン、110 内部熱交換器、111 配管、112 配管、113 配管、114 バルブ、115 配管、116 配管、117 熱交換器、120 前面熱交換器本体、130 背面熱交換器本体、140 下部第一ヘッダー、150 流量調整弁、160 上流ヘッダー、170 下流ヘッダー、180 防食シート、190 天井材、200 第一熱交換器、210 第二熱交換器、220 ドレンパン、230 モーター、240 ベルマウス、250 ターボファン。
本発明に係る空気調和機の室外機は、吸込口および吹出口を有し、外郭を構成するケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、前記吸込口から外気を吸い込み、前記吹出口から外気を排出するファンと、前記ケーシング内に設けられ、前記ファンが吸い込んだ外気と冷媒とを熱交換する熱交換器と、を備え、前記熱交換器は、間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の扁平管と、で構成される第一熱交換器本体と、間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の円管と、で構成される第二熱交換器本体と、を備え、前記第一熱交換器本体は前記第二熱交換器本体よりも前記ファンの近くに配置されており、暖房運転時における前記第一熱交換器本体の上流側に、ヘッダーが接続されており、暖房運転時における前記第二熱交換器本体の上流側に、キャピラリーチューブを介してディストリビュータが接続されているものである。

Claims (18)

  1. 吸込口および吹出口を有し、外郭を構成するケーシングと、
    前記ケーシング内に設けられ、前記吸込口から外気を吸い込み、前記吹出口から外気を排出するファンと、
    前記ケーシング内に設けられ、前記ファンが吸い込んだ外気と冷媒とを熱交換する熱交換器と、を備え、
    前記熱交換器は、
    間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の扁平管と、で構成される第一熱交換器本体と、
    間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の円管と、で構成される第二熱交換器本体と、を備え、
    前記第一熱交換器本体は前記第二熱交換器本体よりも前記ファンの近くに配置されている
    空気調和機の室外機。
  2. 暖房運転時における前記第一熱交換器本体の上流側に、ヘッダーが接続されており、
    暖房運転時における前記第二熱交換器本体の上流側に、キャピラリーチューブを介してディストリビュータが接続されている
    請求項1に記載の空気調和機の室外機。
  3. 暖房運転時における前記熱交換器の上流側に、前記冷媒の乾き度を調整する乾き度調整装置が設けられている
    請求項1または2に記載の空気調和機の室外機。
  4. 前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは正面視して上下方向に配置されており、前記第一熱交換器本体は前記第二熱交換器本体よりも上方に配置されており、前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは中間ヘッダーで直列に接続されている
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の空気調和機の室外機。
  5. 前記吹出口を前記ケーシングの上面に有する
    トップフロー型である
    請求項4に記載の空気調和機の室外機。
  6. 前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは正面視して前後方向に配置されている
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の空気調和機の室外機。
  7. 前記吹出口を前記ケーシングの側面に有する
    サイドフロー型である
    請求項6に記載の空気調和機の室外機。
  8. 前記第一熱交換器本体および前記第二熱交換器本体の少なくともいずれか一方に、暖房運転時に前記第一熱交換器本体および前記第二熱交換器本体に流れる冷媒流量を調整する機構を有する
    請求項1〜6のいずれか一項に記載の空気調和機の室外機。
  9. 暖房運転時における前記第一熱交換器本体および前記第二熱交換器本体の上流側、および、下流側の少なくともいずれか一方に、前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とにまたがって一つの分配器が接続されている
    請求項1〜8のいずれか一項に記載の空気調和機の室外機。
  10. 前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体との間に防食シートが挿入されている
    請求項1〜9のいずれか一項に記載の空気調和機の室外機。
  11. 前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは同じ材質で構成されている
    請求項1〜10のいずれか一項に記載の空気調和機の室外機。
  12. 前記第一熱交換器本体および前記第二熱交換器本体の少なくともいずれか一方の伝熱管が鉛直向きに配置されている
    請求項1〜6、8〜11のいずれか一項に記載の空気調和機の室外機。
  13. 吸込口および吹出口を有し、外郭を構成するケーシングと、
    前記ケーシング内に設けられ、前記吸込口から外気を吸い込み、前記吹出口から外気を排出するターボファンと、
    前記ケーシング内に設けられ、前記ターボファンが吸い込んだ外気と冷媒とを熱交換する熱交換器と、を備え、
    前記熱交換器は、
    間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の扁平管と、で構成される第一熱交換器本体と、
    間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の円管と、で構成される第二熱交換器本体と、を備え、
    前記第一熱交換器本体は前記第二熱交換器本体よりも前記ターボファンの先端の近くに配置されている
    空気調和機の室外機。
  14. 前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは直列に接続されている
    請求項13に記載の空気調和機の室外機。
  15. 前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは並列に接続されている
    請求項13に記載の空気調和機の室外機。
  16. 吸込口および吹出口を有し、外郭を構成するケーシングと、
    前記ケーシング内に設けられ、前記吸込口から外気を吸い込み、前記吹出口から外気を排出するターボファンと、
    前記ケーシング内に設けられ、前記ターボファンが吸い込んだ外気と冷媒とを熱交換する熱交換器と、を備え、
    前記熱交換器は、
    間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の扁平管と、で構成される第一熱交換器本体と、
    間隔を空けて並設された複数のフィンと、該フィンを並設方向に貫通し、内部を前記冷媒が流れる複数の円管と、で構成される第二熱交換器本体と、を備え、
    前記第一熱交換器本体は前記第二熱交換器本体よりも前記ターボファンの先端の近くに配置されている
    空気調和機の室内機。
  17. 前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは直列に接続されている
    請求項16に記載の空気調和機の室内機。
  18. 前記第一熱交換器本体と前記第二熱交換器本体とは並列に接続されている
    請求項16に記載の空気調和機の室内機。
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