JPWO2019116838A1 - 熱交換ユニット及びこれを搭載する空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る熱交換ユニットの1つである熱源機1a−1を上面から見た状態を概略的に示す概略上面図である。図2は、図1のA−A断面の一例を概略的に示す概略断面図である。図3は、図1のA−A断面の他の一例を概略的に示す概略断面図である。図4は、図1のA−A断面の更に他の一例を概略的に示す概略断面図である。以下、図1〜図4に基づいて、熱源機1a−1について説明する。なお、図1では、熱源機1a−1の内部を模式的に示している。また、図2〜図4には、空気の流れを矢印A1及び矢印A2で表している。さらに、図1〜図4では、紙面右側を熱源機1a−1の後面とし、紙面左側を熱源機1a−1の正面とした状態を例に示している。
なお、空気調和装置については、実施の形態10で説明する。
負荷側機も、熱交換器を備えた熱交換ユニットの1つであり、負荷側ユニット、利用側ユニット又は室内ユニットとして利用される。
なお、負荷側機については、実施の形態9で説明する。
遠心ファン3は、軸を中心に回転することで、空気を搬送するものである。遠心ファン3は、ベルマウス40を介して仕切り板41に設置される。遠心ファン3は、ファンモータ13によって回転駆動される。
ベルマウス40は、遠心ファン3の吸い込み側に設置され、吸気風路14Aを流れる空気を遠心ファン3に導くものである。ベルマウス40は、吸気風路14A側の入口から遠心ファン3に向かって徐々に口が狭くなる部分を有している。
ドレンパン8は、熱交換器4の下方に設けられている。
仕切り板41が、「第1仕切り板」に相当する。
吹出風路14Bは、吹出口10を介して筐体5の外部と連通しており、遠心ファン3を通った空気が必ず通過する空間である。吹出風路14Bは、筐体5の内部上部に形成され、吹出口10と連通することで遠心ファン3から吹き出された空気を吹出口10に導くものである。
また、吸気口7の開口面積を特に限定するものではなく、筐体5の後面の一部を開口して吸気口7としてもよく、筐体5の後面の全部を開口して吸気口7としてもよい。また、吸気口7の個数を特に限定するものではない。
図9は、熱源機1a−1に搭載する熱交換器4の一例を示した概略図である。図10は、熱源機1a−1に搭載する熱交換器4の他の一例を示した概略図である。図11は、図10に示す熱交換器4を搭載した場合の遠心ファン3の風速分布の一例を示すグラフである。なお、図9及び図10に示す矢印は、熱交換器4が例えば蒸発器として使用された場合の冷媒流れの一例を示している。また、図11では、縦軸が熱交換器高さを、横軸が風速を、それぞれ示している。
複数の伝熱管15は、互いに並設され、複数のフィン18に挿通される。伝熱管15は、円管又は扁平管で構成することができる。
複数のフィン18は、一定のピッチで互いに並設され、複数のフィン18が挿通される。
冷媒分配管19は、複数の伝熱管15のそれぞれと接続され、それぞれの伝熱管15に冷媒を分配する。
冷媒集合管20は、複数の伝熱管15のそれぞれと接続され、それぞれの伝熱管15を流れてきた冷媒を合流する。
図12は、伝熱管15として円管16を用いた熱交換器4の一部を概略的に示す斜視図である。図13は、伝熱管15として扁平管17を用いた熱交換器4の一部を概略的に示す斜視図である。
図14は、コルゲートフィン21を用いた熱交換器4の構成の一例を概略的に示す概略図である。図15は、熱交換器4の一例を図1のA−A断面に対応させて概略的に示す概略断面図である。図16は、熱交換器4の他の一例を図1のA−A断面に対応させて概略的に示す概略断面図である。図17は、熱交換器4の更に他の一例を図1のA−A断面に対応させて概略的に示す概略断面図である。
図16に示すように熱交換器4を傾斜配置することにより、筐体5の内部の限られた高さ制約の中で、高密度に熱交換器を実装することができることになる。そのため、図16のような配置とすることで、熱交換効率を向上させることができる。
図17に示すように熱交換器4を傾斜配置することにより、筐体5の内部の限られた高さ制約の中で、高密度に熱交換器を実装することができることになる。そのため、図17のような配置とすることで、熱交換効率を向上させることができる。
また、熱交換器4を垂直配置した場合とは、仕切り板41に対して熱交換器4の空気の通過面面を直交方向に延びるように配置したという意味である。
さらに、熱交換器4を傾斜配置した場合とは、仕切り板41に対して熱交換器4の空気の通過面を斜め方向に延びるように配置したという意味である。
以下、本発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2では、実施の形態1と重複するものについては説明を省略し、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ものとする。
図24は、熱源機1a−2の一例を上面から見た状態を概略的に示す概略上面図である。図25は、熱源機1a−2の他の一例を上面から見た状態を概略的に示す概略上面図である。図26は、熱源機1a−2の更に他の一例を上面から見た状態を概略的に示す概略上面図である。なお、図24〜図26では、筐体5の第1側面に吸気口7を形成し、筐体5の正面に吹出口10を形成した場合を例に示している。
図26に示すように、熱交換器4を三面配置とした場合では、吹出口10の設置可能な面は三面となる。つまり、図26では、筐体5の正面、第1側面及び第2側面が吹出口10の設置可能な面となる。
以下、本発明の実施の形態3について説明する。実施の形態3では、実施の形態1及び実施の形態2と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1及び実施の形態2と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付すものとする。
ファン間仕切り板11が、「第3仕切り板」に相当する。
さらに、図27及び図28に示すような上面視長方形状の筐体5とすることで、筐体5の後面の制御箱2の風路閉塞部を相対的に小さくすることができる。加えて、幅を広くした分、筐体5の幅方向に熱交換器4を実装することができる。
図28では、第1遠心ファン3aの中心点と、第2遠心ファン3bの中心点と、が筐体5の幅方向に平行な異なる直線上に位置するように、第1遠心ファン3aと第2遠心ファン3bとが配置されている場合を例に図示している。例えば、第1遠心ファン3aの中心点Aが筐体5の後面側に位置し、第2遠心ファン3bの中心点Bが筐体5の正面側に位置するように配置するとよい。
以下、本発明の実施の形態4について説明する。実施の形態4では、実施の形態1〜実施の形態3と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜実施の形態3と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付すものとする。
なお、実施の形態4では、変形例も含め、筐体5の後面に吸気口7を形成し、筐体5の正面に吹出口10を形成した場合を想定しているものとする。ただし、吸気口7及び吹出口10の形成位置を特に限定するものではない。
バイパス仕切り板9が、「第2仕切り板」に相当する。
図32は、熱源機1a−4の一例を上面から見た状態を概略的に示す概略上面図である。
以下、本発明の実施の形態5について説明する。実施の形態5では、実施の形態1〜実施の形態4と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜実施の形態4と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付すものとする。
なお、実施の形態5では、筐体5の後面に吸気口7を形成し、筐体5の正面に吹出口10を形成した場合を想定しているものとする。ただし、吸気口7及び吹出口10の形成位置を特に限定するものではない。
以下、本発明の実施の形態6について説明する。実施の形態6では、実施の形態1〜実施の形態5と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜実施の形態5と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付すものとする。
なお、実施の形態6では、筐体5の後面に吸気口7を形成し、筐体5の正面に吹出口10を形成した場合を想定しているものとする。ただし、吸気口7及び吹出口10の形成位置を特に限定するものではない。
なお、図34及び図35では、筐体5の正面側に配置された熱交換器4を断面視横向きのV字形状となるように配置している。また、図34及び図35では、断面視横向きのV字形状に配置された熱交換器4を、熱交換器22として区別して図示している。
図36に示すように、熱交換器22のうち紙面上側の熱交換器と紙面下側の熱交換器との合わせ目付近の領域Cで空気が流れにくい。そのため、一般的に、図37に示すような直線状の熱交換器4よりも通風抵抗が大きくなる。そこで、吹出口10に近い熱交換器4に側面視V字状の熱交換器22を配置することで、吹出口10から離れた位置にある熱交換器4に空気を多く流すことができることになる。
また、バイパス風路6を設けている場合には、吹出口10に近い位置に側面視V字状の熱交換器22を配置することで、バイパス風路6の高さを小さくすることができる。
図38は、熱交換器4の配置の他の一例を断面視した状態を概略的に示す概略図である。なお、図38では、空気の流れを矢印で表している。また、図38では、断面視傾斜配置された熱交換器4を、熱交換器23として区別して図示している。
図38に示すように熱交換器23において空気の流れが斜めに曲がるため、断面視直線形状の熱交換器4と比べて通風抵抗が大きくなる。このため、熱交換器23を吹出口10に近い位置に配置し、吹出口10から離れた位置に断面視直線形状の熱交換器4を配置すると、各熱交換器に流れる空気風量の分布を改善することができる。
以下、本発明の実施の形態7について説明する。実施の形態7では、実施の形態1〜実施の形態6と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜実施の形態6と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付すものとする。
なお、実施の形態7では、筐体5の後面に吸気口7を形成し、筐体5の正面に吹出口10を形成した場合を想定しているものとする。ただし、吸気口7及び吹出口10の形成位置を特に限定するものではない。
以下、本発明の実施の形態8について説明する。実施の形態8では、実施の形態1〜実施の形態7と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜実施の形態7と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付すものとする。
なお、実施の形態8では、変形例も含め、筐体5の後面に吸気口7を形成し、筐体5の正面に吹出口10を形成した場合を想定しているものとする。ただし、吸気口7及び吹出口10の形成位置を特に限定するものではない。
以下、本発明の実施の形態9について説明する。実施の形態9では、実施の形態1〜実施の形態8と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜実施の形態8と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付すものとする。
なお、実施の形態9では、筐体5の後面に吸気口7を形成し、筐体5の正面に吹出口10を形成した場合を想定しているものとする。ただし、吸気口7及び吹出口10の形成位置を特に限定するものではない。
なお、図47では、実施の形態7に係る熱源機1a−7の筐体レイアウトを適用した構成を例に示しているが、負荷側機2aには実施の形態1〜実施の形態8のいずれかに係る熱源機の筐体レイアウトを適用することができる。
以下、本発明の実施の形態10について説明する。実施の形態10では、実施の形態1〜実施の形態9と重複するものについては説明を省略し、実施の形態1〜実施の形態9と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付すものとする。なお、図48及び図49に示す冷媒回路構成は、あくまで一般的な蒸気圧縮式の冷凍サイクルを表しているだけであり、空気調和装置100の冷媒回路構成をこれに限定するものではない。また、負荷側機2aの熱交換器4を第1熱交換器4−1とし、熱源機1a−1の熱交換器4を第2熱交換器4−2として、区別するものとする。
負荷側機2aは、空調対象空間に冷熱又は温熱を供給する空間、例えば屋内に設置され、熱源機1a−1から供給される冷熱又は温熱により空調対象空間を冷却又は加温することになる。ここでは、減圧装置24を熱源機1a−1に備えた場合を例に示しているが、減圧装置24を負荷側機2aに備えてもよい。
圧縮機1において冷媒は、高温高圧の冷媒過熱蒸気となり、第1接続配管29及び第2接続配管30を通り、負荷側機2aへと流入する。負荷側機2aに流入した冷媒は、冷媒分配管19を介して第1熱交換器4−1へと流入し、第1熱交換器4−1において遠心ファン3によって供給される空気と熱交換し、冷却される。この際、第1熱交換器4−1を通過する室内空気は、冷媒によって加熱され、例えば居住空間などの空調対象空間へ搬送され、空調対象空間は暖まり、暖房されることになる。
圧縮機1において冷媒は、高温高圧の冷媒過熱蒸気となり、第1接続配管29及び第5接続配管27を通り、熱源機1a−1に流入する。熱源機1a−1に流入した冷媒は、冷媒集合管20を介して第2熱交換器4−2へと流入し、第2熱交換器4−2において遠心ファン3によって供給される外気と熱交換し、冷却される。第2熱交換器4−2によって冷却された冷媒は、過冷却液または気液二相冷媒の状態で冷媒分配管19を介して第2熱交換器4−2から流出する。第2熱交換器4−2から流出した冷媒は、第4接続配管26を通過し、減圧装置24に流入する。
図50は、空気調和装置100の変形例の冷媒回路構成の一例を概略的に示す構成図である。図50に基づいて、空気調和装置100の変形例について説明する。なお、空気調和装置100の変形例を空気調和装置100Aとして区別するものとする。
気液分離器34は、冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するものである。気液分離器34で分離されたガス冷媒は、流量調整装置37に送られる。気液分離器34で分離された液冷媒は、第2熱交換器4−2に送られる。バイパス配管35は、気液分離器34で分離されたガス冷媒を第2熱交換器4−2の出口に導く冷媒配管である。流量調整装置37は、バイパス配管35を流れる冷媒の流量を調整するものである。
また、本発明の他の熱交換ユニットによれば、吹出風路において空気を周方向に吹き出ようにされた遠心ファンと、遠心ファンの正面側に上側と下側との熱交換器を有し、下側の熱交換器は吹出口側が上で遠心ファン側が下になるように傾斜し、上側の熱交換器は吹出口側が下で遠心ファン側が上になるように傾斜して配置されるので、遠心ファンから放出された風を効率的に熱交換器に通過させることができる。
Claims (16)
- 吸気口と連通する吸気風路及び吹出口と連通する吹出風路が形成された筐体と、
前記筐体の内部を前記吸気風路と前記吹出風路とに区画する第1仕切り板と、
前記第1仕切り板に形成されている開口部の周縁に設置されたベルマウスと、
前記ベルマウスを介して前記第1仕切り板に設置された遠心ファンと、
前記筐体の内部であって前記遠心ファンの下流側に配置された熱交換器と、を有し、
前記吸気口は、
前記吸気風路を形成している前記筐体のいずれかの面に開口形成され、
前記吹出口は、
前記吹出風路を形成している前記筐体のいずれかの側面に開口形成され、
前記吸気風路は、
前記遠心ファンの吸気口であるファン吸気口と、前記ファン吸気口に最も近い主板との間に後面に至るように形成された
熱交換ユニット。 - 前記吸気口は、前記ファン吸気口よりも低い位置であって、前記筐体のいずれかの側面に形成され、
前記吸気風路は、前記遠心ファンの回転軸方向に位置する少なくとも1つの主板に面し、後面に至るように形成された
請求項1に記載の熱交換ユニット。 - 前記遠心ファンのファン半径をrとし、前記遠心ファンの回転中心軸と前記筐体の後面との距離をxと定義したとき、x/rが1.05以上である
請求項1又は2に記載の熱交換ユニット。 - 前記筐体の高さをH1とし、前記吸気風路の吸気口高さをH2としたとき、
H2/H1≦0.45の関係である
請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱交換ユニット。 - 前記吸気口は、前記筐体の4つの側面のうち、最も面積の大きい側面に形成されている
請求項1に記載の熱交換ユニット。 - 前記吸気口は、
前記吹出口が形成されている前記筐体の側面と同じ側面に形成されている
請求項1に記載の熱交換ユニット。 - 前記筐体の側面の着脱で前記吸気口及び前記吹出口が形成される
請求項1〜6のいずれか一項に記載の熱交換ユニット。 - 前記熱交換器を前記遠心ファンを囲むようにして前記筐体の側面の少なくとも二面に対向する位置に配置した
請求項1〜7のいずれか一項に記載の熱交換ユニット。 - 前記熱交換器のうち前記吹出口から遠い位置に配置されている前記熱交換器を通過した空気を前記吹出口に導くバイパス風路を形成する第2仕切り板を前記吹出風路に設けた
請求項8に記載の熱交換ユニット。 - 前記バイパス風路に前記遠心ファンを回転させるファンモータの一部を突出させた
請求項9に記載の熱交換ユニット。 - 前記筐体の高さをH1とし、前記バイパス風路の高さをH3としたとき、
前記バイパス風路及び前記筐体は、(H3/H1)が10%〜40%の範囲となるように構成されている
請求項9又は10に記載の熱交換ユニット。 - 前記遠心ファンを複数設け、
前記遠心ファンのそれぞれの間に第3仕切り板を設けた
請求項1〜11のいずれか一項に記載の熱交換ユニット。 - 前記熱交換器は、空気が流れる方向に対して傾斜して前記吹出風路に配置された
請求項1〜12のいずれか一項に記載の熱交換ユニット。 - 前記筐体の少なくとも1つの側面に対向する位置に配置された前記熱交換器が断面視横向きのV字形状である場合、水平方向を基準として、前記V字形状の上部の熱交換器の傾斜角度をθ2と定義し、前記V字形状の下部の熱交換器の傾斜角度をθ1と定義すると、
θ2>θ1の関係である
請求項1〜13のいずれか一項に記載の熱交換ユニット。 - 前記熱交換器は、断面視横向きのV字形状に配置され、空気の吹き出し方向に対して30°以上、傾斜して配置された
請求項1〜14のいずれか一項に記載の熱交換ユニット。 - 圧縮機、第1熱交換器、減圧装置、及び、第2熱交換器を配管接続した冷媒回路を有し、
前記第1熱交換器を負荷側機に備え、
前記圧縮機及び前記第2熱交換器を熱源機に備え、
前記熱源機及び前記負荷側機の少なくとも1つが請求項1〜15のいずれか一項に記載の熱交換ユニットである
空気調和装置。
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