WO2009104439A1

WO2009104439A1 - 天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器及び天井埋め込み型空気調和機

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Publication number: WO2009104439A1
Application number: PCT/JP2009/050702
Authority: WO
Inventors: 拓也松田; 石橋　晃; 青木　正則; 齊藤　信; 相武李
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2009-08-27
Also published as: JP4610626B2; AU2009216419B2; JP2009198055A; AU2009216419A1; US20100205993A1; EP2219002A1; EP2219002A4

Abstract

　熱交換器１００は、間隔を空けて積層された板状フィン１と、これに対して垂直に挿入され、複数の直管部２ｓとこれらの端部同士を連通させる曲管部２ｒとから形成された伝熱管２とを有し、板状フィン１には一方の面側に突出する第１スリットフィン３ａ等と、他方の面側に突出する第２スリットフィン３ｂ等と、が切り起こしによって形成されている。直管部２１ａ等は互いに平行で千鳥状に配置され、それぞれの軸心同士の段方向の間隔である「段ピッチＤｐ」と、列方向の間隔である「列ピッチＬｐ］とが、伝熱管２の外径Ｄに対して「４ｍｍ≦Ｄ≦６ｍｍ、１４ｍｍ≦Ｄｐ≦１７ｍｍ、７ｍｍ≦Ｌｐ≦１０ｍｍ」の関係にある。

Description

天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器及び天井埋め込み型空気調和機

　この発明は、天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器及び天井埋め込み型空気調和機、特に、冷媒と気体等の流体間で熱交換を行うためのフィンチューブ型の天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器、及び該天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器を用いた天井埋め込み型空気調和機等に関するものである。

　従来のフィンチューブ型の熱交換器は、互いに平行に一定間隔を空けて配置された複数枚の板状フィンと、板状フィンを法線方向に貫通する蛇行する伝熱管と、から構成され、板状フィンの間を流れる空気と伝熱管の内部を流れる冷媒との間で熱交換が実行されるものである。
　近年、地球温暖化防止の観点から空気調和機の消費エネルギーの低減や作動流体として使用する冷媒量の削減が強く求められ、当該装置に装備される熱交換器にも高性能化と内容積の小型化が要求されている。
　一方、快適性を確保するため騒音増加抑制の観点から気体の通過風速は低く抑えられているため、伝熱管内部の熱伝達率に対して空気側の熱伝達は低いままであった。そこで、空気側の伝熱面積を増加させることにより、空気側の伝熱向上が図られている。

　すなわち、熱交換器の小型化の要求や設置スペースの限界から、熱交換器の空気流れ方向（段方向）の設置数を増やしたり、伝熱管の板状フィンの積層方向の長さ（直管部の長さに同じ）を延長したりして熱交換器を大型化することによって、伝熱面積を増加させるのではなく、伝熱管径を小さくしたり、フィンピッチを狭めるか伝熱管の列方向の設置列数を増加させたりすることによって、熱交換器の伝熱面積を増加させる手法が採用される。例えば、以前は、伝熱管径は１０ｍｍ程度、フィンピッチは１．５ｍｍ程度まで、また列数は２列の熱交換器が製品化されていたが、最近では伝熱管径は７ｍｍ程度まで、フィンピッチは１．１ｍｍ程度まで狭められており、また列数も３列以上の熱交換器が製品化されている。

　そして、伝熱管外径Ｄが３ｍｍ≦Ｄ≦７．５ｍｍの範囲であって、
　　　　　１．２Ｄ≦Ｌｐ≦１．８Ｄ
　　　　　２．６Ｄ≦Ｄｐ≦３．５Ｄ
このとき、Ｌｐ：伝熱管の気体通過方向の列ピッチ
　　　　　Ｄｐ：伝熱管の気体通過方向に対して直角方向（段方向）の段ピッチ
とすることによって伝熱性能を向上させ、さらに、板状フィンの両面に突出するスリットフィンを、気体通過方向に対して直角方向で、段方向に複数列「切り起こし」によって形成し、切り起こし部における伝熱性能の向上や気体の混合の促進を図る発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６３－３１８８号公報（第２－３頁、第４図）

　しかしながら、特許文献１は、当該熱交換器が設置される空気調和機の種類については言及していない。例えば、天井埋め込み型空気調和機では空気流の全圧力損失に対して熱交換器の圧力損失の割合が５割程度で、空気流の熱交換器の圧力損失が増大しても、あまり送風機稼動力の増加や騒音値の増大を招く問題が少ない。したがって、熱交換器を天井埋め込み型空気調和機に配置する場合は、熱交換器の通風抵抗よりも伝熱性能を重視した設計をすべきである。

　さらに、伝熱管径を小さくする場合は、伝熱管内の冷媒流速が増加するのに伴い冷媒圧損が増大するため、蒸発器としての熱交換量が低下するという問題があった。

　この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、伝熱性能が高い「天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器」、また、かかる「天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器」を用いた「天井埋め込み型空気調和機」を提供することを目的とする。

　この発明に係る天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器は、
　互いに所定の間隔を空けて平行に積層され、前記間隔を気体が通過する複数枚の板状フィンと、該板状フィンを蛇行しながら貫通し、内部を作動流体が通過する伝熱管と、を有し、
　前記伝熱管の外径（Ｄ）と、気体通過方向の直角方向である段方向における前記伝熱管同心の軸心間距離である段ピッチ（Ｄｐ）と、気体通過方向である列方向における前記伝熱管の軸心間距離である列ピッチ（Ｌｐ）との関係が、
　　　４ｍｍ≦Ｄ≦６ｍｍ
　　　１４ｍｍ≦Ｄｐ≦１７ｍｍ
　　　７ｍｍ≦Ｌｐ≦１０ｍｍ
であることを特徴とする。

　この発明に係る天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器は、伝熱管の外径（Ｄ）を「４ｍｍ≦Ｄ≦６ｍｍ」とし、伝熱管の段ピッチ（Ｄｐ）を「１４ｍｍ≦Ｄｐ≦１７ｍｍ」とし、前記伝熱管の列方向の列ピッチ（Ｌｐ）を「７ｍｍ≦Ｌｐ≦１０mm」としたので、伝熱性能が高い「天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器」を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器を説明する部分を示す平面図。図１に示す熱交換器を説明する正面視の断面図。図１に示す熱交換器を説明する断面図。本発明の実施の形態２に係る天井埋め込み型空気調和機の概念を説明する斜視図。図４に示す天井埋め込み型空気調和機の概念を説明する断面図。図１に示す天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器における熱交換器性能指標に及ぼす伝熱管径Ｄの影響を示す相関図。図１に示す天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器における熱交換器性能指標に及ぼす段ピッチＤｐの影響を示す相関図。図１に示す天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器における熱交換器性能指標に及ぼす列ピッチＬｐの影響を示す相関図。図１に示す天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器における熱交換器性能指標に及ぼすフィンピッチＦｐの影響を示す相関図。本発明の実施の形態３に係る天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器を説明する部分を示す平面図。図１０に示す熱交換器を説明する正面視の断面図。本発明の実施の形態４に係る天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器を説明する部分を示す平面図。図１２に示す熱交換器を説明する断面図。図６等に示す熱交換器におけるスリットフィンの効果を説明する相関図。図６等に示す熱交換器におけるスリットフィンの効果を説明する相関図。本発明の実施の形態５に係る天井埋め込み型空気調和機の概念を説明する底面図。図１６に示す天井埋め込み型空気調和機の概念を説明する部分断面図。

　［実施の形態１］
　図１および図２は本発明の実施の形態１に係る天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器を説明するものであって、図１は部分を示す平面図、図２は正面視の断面図、図３の（ａ）は図１のＡ－Ａ断面の断面図、図３の（ｂ）は図１のＢ－Ｂ断面の断面図、図３の（ｃ）は図１のＣ－Ｃ断面の断面図、図３の（ｄ）は図１のＨ－Ｈ断面の断面図である。なお、以下の説明において、共通の内容を示すものについては、符号の添え字「ａ、ｂ、ｃ・・・」の記載を省略する。
　図１および図２において、天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器（以下、「熱交換器」と称す）１００は、互いに所定の間隔を空けて平行に積層され、前記間隔を空気が通過する複数枚の板状フィン１と、板状フィン１に対して垂直に挿入された、蛇行する伝熱管２とを有し、板状フィン１面上にはスリットフィン３が切り起こしによって形成されている。

　（伝熱管）
　図１において、伝熱管２は、複数の直管部２ｓと、直管部２ｓの端部同士を連通させる複数の曲管部２ｒと、から形成されている。直管部２ｓの一部である直管部２１ａ、２１ｂは、空気流れ方向に直角の方向（以下、「段方向」と称す）に配置され、実際は、段方向に直管部２１ｃ・・・（図示しない）が配置されている。同様に、直管部２ｓの一部である直管部２２ａ・・・および直管部２３ａ、２３ｂ・・・が、それぞれ段方向に配置されている。なお、空気流れ方向の方向を「列方向」と称するから、熱交換器１００には、直管部２ｓが３列だけ配置されている。
　そして、直管部２１ａ、２１ｂ・・・と、直管部２２ａ・・・と、直管部２３ａ、２３ｂ・・・とは、互いに平行で千鳥状に配置され、それぞれに軸心同士の段方向の間隔である「段ピッチＤｐ」と、列方向の間隔である「列ピッチＬｐ］とが、伝熱管２の外径Ｄに対して「４ｍｍ≦Ｄ≦６ｍｍ、１４ｍｍ≦Ｄｐ≦１７ｍｍ、７ｍｍ≦Ｌｐ≦１０ｍｍ」の関係にあり、例えば、Ｄ＝５ｍｍ、Ｄｐ＝１５．３ｍｍ、Ｌｐ＝８．６７ｍｍ、である。

　（板状フィン）
　図１～図３において、板状フィン１は矩形の板材であって、伝熱管２の直管部２ｓが貫通する貫通孔が千鳥状に複数形成されている。
　さらに、直管部２１ａと直管部２１ｂとの間には、一方の面側に突出する第１スリットフィン３ａ、３ｃ、３ｅと、他方の面側に突出する第２スリットフィン３ｂ、３ｄと、がそれぞれ形成されている。

　第１スリットフィン３ａ、３ｃ、３ｅは、板状フィン１を一方の面側に切り起こしたものであって、第１スリットフィン平面３２ａ、３２ｃ、３２ｅと、これを支える第１スリットフィン斜面３１ａ、３１ｃ、３１ｅおよび第１スリットフィン斜面３３ａ、３３ｃ、３３ｅと、を有している。したがって、かかる切り起こしによって、板状フィン１には、第１スリットフィン溝３４ａ、３４ｃ、３４ｅが形成されている。
　また、同様に、第２スリットフィン３ｂ、３ｄが、板状フィン１を他方の面側に切り起こしたものであって、第２スリットフィン平面３２ｂ、３２ｄと、これを支える第２スリットフィン斜面３１ｂ、３１ｄおよび第２スリットフィン斜面３３ｂ、３３ｄと、を有している。したがって、かかる切り起こしによって、板状フィン１には、第２スリットフィン溝３４ｂ、３４ｄが形成されている。

　そして、第１スリットフィン溝３４ａと第２スリットフィン溝３４ｂとは、第２スリットフィン溝３４ｂと第１スリットフィン溝３４ｃとは、第１スリットフィン溝３４ｃと第２スリットフィン溝３４ｄとは、第２スリットフィン溝３４ｄと第１スリットフィン溝３４ｅとは、それぞれ連続している。したがって、板状フィン１の直管部２１ａと直管部２１ｂとに挟まれた範囲には、大きな孔が形成されている。
　なお、第１スリットフィン３ａ、３ｃ、３ｅの板状フィン１の一方の面からの突出高さ（Ｈ１）、および第２スリットフィン３ｂ、３ｄの板状フィン１の他方の面からの突出高さ（Ｈ２）が、板状フィン１の面間隔であるフィンピッチ（Ｆｐ）の１／３、すなわち、「Ｈ１＝Ｆｐ／３、Ｈ２＝Ｆｐ／３」になっている。

　［実施の形態２］
　図４は本発明の実施の形態２に係る天井埋め込み型空気調和機の概念を説明するものであって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
　図４において、天井埋め込み型空気調和機（以下、「空気調和機」と称す）２０００には、熱交換器１００（実施の形態１参照）が配置されている。空気調和機２０００のユニット筐体４の中央天面側にはファン５を駆動するモーター６が設けられ、モーター６にはファン５が下側を吸込口として取り付けられている。
　また、ファン５の下部にはファン５へ空気を導入するベルマウス７が配置される。ファンを囲む略環状に熱交換器１００が配置され、熱交換器１００の下部にはドレンパン９が配置されている。ドレンパン９の各辺には熱交換器１００の２次側と室内とをつなぐ開口部が形成され、化粧パネル１０の開口部１０ａと連通して吹出口８を構成している。
　吹出口８にはベーン８ｖが取り付けられ、吹出方向の調整を可能としている。また、ファン５の下部には、正面パネル１０ｃ、フィルター１０ｆが化粧パネル１０の中央に嵌め込まれるように配置されている。

　上記のように構成された空気調和機２００は、一般に「４方向カセット形」と呼ばれ、ファンの１次側は下方を向いており、室内から空気を吸込む。吸込まれた空気はフィルター１０ｆを通過し、塵埃等が取り除かれ、熱交換器１００へと吹き付けられる。熱交換器１００では空気と冷媒との熱交換が行われ、熱をもらう、あるいは奪われた空気は吹出口８より室内へ吹出される。

　（伝熱性能および通風抵抗）
　次に、熱交換器１００の伝熱性能と通風抵抗について、熱交換器１００の形状パラメータの定性的傾向について以下に説明する。

　（段ピッチＤｐの影響）
　段ピッチＤｐを拡大すると、伝熱管２の外周から板状フィン１の端部までの距離と伝熱管２との管径で定義される「フィン効率」が低下することによって、「管外熱伝達率」は低下する。また、段ピッチＤｐを拡大すると、「通風抵抗」は減少するため、「風量増加」を図ることができる。
　一方、段ピッチＤｐを縮小すると、「フィン効率」が上がり、「管外熱伝達率」は向上するが、「通風抵抗」が増大する。

　（列ピッチＬｐの影響）
　列ピッチＬｐを拡大すると、「フィン効率」が下がり、「管外熱伝達率」は低下するが、伝熱面積は増大するので熱交換器の伝熱性能は向上する。また、「通風抵抗」は増大し、風量が低下する。
　一方、列ピッチＬｐを縮小すると、「フィン効率」は増大し、「管外熱伝達率」は向上するが、伝熱面積は低下するので、熱交換器の伝熱性能は低下する。また、「通風抵抗」は減少し、「風量増加」を図ることができる。
　以上のように、熱交換器の形状パラメータについては各々最適値があり、これを定量的に評価するため、以下に述べる手法にて熱交換器の伝熱特性と通風抵抗を算出する。

　空気と板状フィンの間の熱伝達率α［Ｗ／ｍ２Ｋ］は一般に次式で定義される。
　　α＝Ｎｕ×λ／Ｄｅ　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・式１
　　Ｎｕ＝Ｃ１×（Ｒｅ×Ｐｒ×Ｄｅ／Ｌｐ／Ｌｎ）＾Ｃ２　・・・式２
　　Ｒｅ＝Ｕ×Ｄｅ／ν
　ここで、Ｎｕはヌセルト数、
　　　　　Ｒｅはレイノルズ数、
　　　　　Ｐｒはプラントル数、
　　　　　λは空気の熱伝導率、
　　　　　νは空気の動粘性係数、
　　　　　Ｃ１およびＣ２は定数である。
　なお、常温常圧の場合に、Ｐｒ＝０．７２、λ＝０．０２６１［W／mＫ］、ν＝０．００００１６［ｍ２／ｓ］である。

　ここで、代表長さＤe［ｍ］を次式にて定義する。
　　Ｄｅ＝４×（Ｌｐ×Ｄｐ－π×Ｄ2 ／４）×Ｆｐ／｛２×（Ｌｐ×Ｄｐ－π×Ｄ2 ／４）＋π×Ｄ×Ｆｐ｝　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・式３
　板状フィン１間の自由通過体積基準の風速Ｕ［ｍ／ｓ］と、熱交換器の前面風速Ｕｆ［ｍ／ｓ］とは、以下の式で定義される。
　　Ｕ＝Ｕｆ× Ｌｐ×Ｄｐ×Ｆｐ／｛（Ｌｐ×Ｄｐ－π×Ｄ2 ／４）×Ｆｐ｝・・式４　

　また、フィン効率ηは次式で定義される。
　　η＝１／（１＋ψ×α）　・・・・・・・・・・・・・・・・・・式５
　　ψ＝｛（４×Ｌｐ×Ｄｐ／π）／２－Ｄ｝２ ×（４×Ｌｐ×Ｄｐ／π）／２／Ｄ／２／６／Ｆｔ／λｆ　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・式６
　ここで、λｆ［ｗ／ｍ・ｋ］は板状フィンの熱伝導率である。

　一方、空気と板状フィンの間の通風抵抗「ΔＰ＿ｈｅｘ［Ｐａ］」は次式にて定義される。
　　ΔＰ＿ｈｅｘ＝２×Ｆ× Ｌｐ×Ｌｎ×ρ × Ｕ2 ／Ｄｅ　　・・・・・・・式７
　　Ｆ＝Ｃ３× Ｄｅ／Ｌｐ／Ｌｎ＋Ｃ４× ＲｅＣ５ ×（Ｄｅ／Ｌｐ／Ｌｎ）1+Ｃ５
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・式８　ここで、Ｆは摩擦損失係数で、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５は定数である。また、ρは空気の密度で、常温常圧の場合に１．２［ｋｇ／ｍ３］程度となる。

　（送風機稼動力）
　また、熱交換器１００（実施の形態１）を空気調和機２００（実施の形態２）に使用した場合の「送風機稼動力」について定量的に評価するために、以下に示す方法で送風機稼動力を算出する。送風機稼動力Ｐｆ［Ｗ］は次式にて定義される。
　　Ｐｆ＝ΔＰ＿ａｌｌ×Ｑ　　　・・・・・・・・・・・・・式９の１
　　　　＝（△Ｐ＿ｈｅｘ＋△Ｐ＿etc）×Ｑ　　・・・・式９の２

　以下、段ピッチＤｐ、列ピッチＬｐをそれぞれパラメータとして「△Ｐ＿ｈｅｘ」を算出した。また、熱交換器の熱通過率Ｋを以下の式で算出した。
　　Ｋ＝１／（１／αo＋Ａｏ／Ａi／αi）　　・・・・・・・・・式１１
　　αo＝１／（Ａｏ／（Ａｐ＋η×Ａｆ）／α）　　・・・・・・式１２
　　Ａｏ＝Ａｐ＋Ａｆ　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・式１３
　ここで、Ｋ［Ｗ／ｍ２Ｋ］は熱交換器の全熱通過率、
　　　　　Ａｏ［ｍ２］は熱交換器の空気側全伝熱面積、
　　　　　Ａｐ［ｍ２］は熱交換器の空気側パイプ伝熱面積、
　　　　　Ａｆ［ｍ２］は熱交換器の空気側フィン伝熱面積、
　　　　　Ａｉ［ｍ２］は熱交換器の冷媒側伝熱面積であり、
　熱交換器の形状に依存する寸法、段ピッチＤｐ、列ピッチＬｐ、フィンピッチＦｐ、伝熱管の外径Ｄが決まれば、算出できる値である。なお熱交換器の管内を流れる流体の熱伝達率αｉ［Ｗ／Ｍ２Ｋ］は一定とする。

　一般的に空気調和機のエネルギー消費効率ＣＯＰは熱交換量と全入力の比率で定義され、全入力を低減させることにより、ＣＯＰが向上され、すなわち省エネルギー化につながる。
　次に、全入カは圧縮機入力と送風機稼働力Ｐｆを足したものである。圧縮機人力はＡｏＫが大きければ大きいほど低減され、送風機稼動力ｐｆは、△Ｐ＿ｈｅｘが小さければ小さいほど低下する。
　ここで、定数ｎとして、熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＾ｎ」を定義する。定数ｎは通風抵抗「△Ｐ＿ｈｅｘ」が全体の通風抵抗に占める割合が１００％の場合を「ｎ＝１」として、空気調和機２００の熱交換器１００では、全体の通風抵抗に占める割合が約半分であるので、△Ｐ＿ｈｅｘが２倍、３倍、あるいは４倍になった場合は、全体の通風抵抗はそれぞれ１．５倍、２．０倍、あるいは２．５倍になり、「ｎ＝０．５９」と近似できる。
　そこで、空気調和機２００の熱交換器１００では、前面風速Ｕ＝１［ｍ／ｓ]時の熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＾０．５９」として、伝熱管径Ｄ、段ピッチＤｐ、列ピッチＬｐの関係を評価した。他の空気調和機で、例えばルームエアコン室内機の場合では、△Ｐ＿ｈｅｘが全体の通風抵抗に占める割合が約８０％であるので、「ｎ≒０．８５」となる。
　ｎの値が大きい空気調和機の形態ほど、△Ｐ＿ｈｅｘが熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＾ｎ」に及ぼす影響が大きくなり、空気調和機２００の熱交換器１００では他の空気調和機に比べて△Ｐ＿ｈｅｘの影響が小さいのが特徴である。

　図６～図９は、本発明の実施の形態１に係る天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器における熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＾０．５９」に及ぼす影響を示すものであって、図６は伝熱管径Ｄ、図７は段ピッチＤｐ、図８は列ピッチＬｐ、図９はフィンピッチＦｐとの相関図である。
　図６は、段ピッチＤｐ＝１５．３ｍｍ、列ピッチＬｐ＝８．６７ｍｍ、前面風速Ｕ＝１[ｍ／ｓ］と一定にして、伝熱管径Ｄをパラメータとして熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＾０．５９」を計算した結果である。
　製造技術的に伝熱管径が４ｍｍ以下の場合は、伝熱管に拡管棒を挿入して板状フィンに密着させる工程で作業効率が著しく低下する。一方、伝熱管経が６ｍｍ以上の場合は「ＡｏＫ／△Ｐ＾０．５９」が著しく低下するが、Ｄ≦６ｍｍの範囲であるならば、伝熱管径Ｄ＝４ｍｍの時と比べて３％以下の低下であるので十分に伝熱性能が高い熱交換器が供給できる。
　よって、「４ｍｍ≦Ｄ≦６ｍｍ」の範囲で製造効率を低下させないで十分に伝熱性能が高い熱交換器１００を供給することができる。

　図７は、伝熱管径５ｍｍ、列ピッチＬｐ＝８．６７ｍｍ、前面風速Ｕ＝１[ｍ／ｓ］と一定にして、段ピッチＤｐをパラメータとして熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＾０．５９」を計算した結果である。
　段ピッチＤｐ＝１５ｍｍ付近で熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＾０．５９」は最大値を示し、「１４ｍｍｍ≦Ｄｐ≦１７ｍｍ」で最大値より１０％以下の低下である。段ピッチＤｐが１４ｍｍ以下の場合は、伝熱管をヘアピン形状に曲げる工程で、曲げピッチが小さいので伝熱管が扁平形状になって外観性が低下したり、管内の圧力損失増大を誘発するおそれがある。
　一方、段ピッチＤｐが１７ｍｍ以上の場合は熱交換器の配置容積を容積一定と考えたとき、伝熱管間のパス数を低下させる必要があるが、パス数を低下させると、管内圧損増大が熱交換器の性能を低下させる。特に、伝熱管径が小さくなるほど伝熱管の管内圧損が増大しやすい。従って、段ピッチＤｐは「１４ｍｍ≦Ｄｐ≦１７ｍｍ」であることが望ましい。

　図８は、伝勲管径５ｍｍ、段ピッチ１５．３ｍｍ、前面風速Ｕ＝１［ｍ／ｓ］と一定にして、列ピッチＬｐをパラメータとして熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＾０．５９」を計算した結果である。
　列ピッチＬｐ＝８ｍｍ付近で熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＾０．５９」は最大値を示し、「７ｍｍ≦Ｌｐ≦１０ｍｍ」で最大値より１０％以下の低下であるので十分に伝熱性能が高い熱交換器１００となる。
　列ピッチＬｐ７ｍｍ以下に小さくなると、製造技術的に板状フィンにフィンカラー（伝熱管を挿入する穴とカラー）を形成することが難しい。
　一方、列ピッチＬｐ１０ｍｍ以上の場合、フィン効率が低下することによる熱通過率Ｋが低下、それに加えて通風抵抗△Ｐが増大することで熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＾０．５９」が著しく低下する。従って、列ピッチは「７ｍｍ≦Ｌｐ≦１０ｍｍ」であることが望ましい。

　図９は、伝熱管径５ｍｍ．段ピッチ１５．３ｍｍ、列ピッチＬＰ８．６７ｍｍ、前面風速Ｕ＝１ｍ[ｍ／ｓ］と一定にして、切り起こしの高さＨｌとフィンピッチＦｐの比率「Ｈｌ／Ｆｐ」をパラメータとして熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＾０．５９」を計算した結果である。
　切り起こしの高さＨｌとフィンピッチＦｐの比率「Ｈｌ／Ｆｐ＝１／３」付近で板状フィンの基盤部と切り起こし間で等間隔に空気の流路ができ、最も高効率に伝熱向上することができるので、熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＾０．５９」は最大値を示し、十分に伝熱性能が高い熱交換器１００となる。

　［実施の形態３］
　図１０および図１１は本発明の実施の形態３に係る天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器を説明するものであって、図１０は部分を示す平面図、図１１は正面視の断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略し、共通の内容を示すものについては、符号の添え字「ａ、ｂ、ｃ・・・」の記載を省略して説明する。

　（板状フィン）
　図１０および図１１において、板状フィン３０１は矩形の板材であって、伝熱管２の直管部２ｓが貫通する貫通孔が千鳥状に複数形成されている。
　さらに、直管部２１ａと直管部２１ｂとの間には、一方の面側に突出する第１スリットフィン３ａ、３ｃ、３ｅがそれぞれ形成されている。すなわち、板状フィン３０１は板状フィン１（実施の形態１）において第２スリットフィン３ｂ、３ｄを撤去したもの（切り起こしをしなかったもの）に同じである。

　したがって、第１スリットフィン３ａと第１スリットフィン３ｃとの間には板状フィン３０１の一部である板状フィン短冊部３５ｂが、第１スリットフィン３ｃと第１スリットフィン３ｅとの間には板状フィン３０１の一部である板状フィン短冊部３５ｄが、それぞれ存在している。
　なお、第１スリットフィン３ａ、３ｃ、３ｅの空気流れ方向の幅は同一で（便宜上、「Ｗａ」と称す）、板状フィン短冊部３５ｂ、３５ｄの空気流れ方向の幅は同一である（便宜上、「Ｗｂ」と称す）。
　このように、列方向に３個の第１スリットフィン３ａ、３ｃ、３ｅを、切り起こした場合でも、実施の形態１と同様に、本発明の効果を得られる。

　［実施の形態４］
　図１２および図１３は本発明の実施の形態４に係る天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器を説明するものであって、図１２は部分を示す平面図、図１３は断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略し、共通の内容を示すものについては、符号の添え字「ａ、ｂ、ｃ・・・」の記載を省略して説明する。

　（板状フィン）
　図１２および図１３において、板状フィン４０１は、板状フィン３０１（実施の形態３）において第１スリットフィン３ｃを撤去したもの（切り起こしをしなかったもの）に同じである。

　したがって、直管部２１ａと直管部２１ｂとの間には、一方の面側に突出する列方向に２個の第１スリットフィン３ａ、３ｅが形成されている。そして、第１スリットフィン３ａと第１スリットフィン３ｅとの間には板状フィン３０１の一部である板状フィン短冊部３５ｃが存在している。
　なお、第１スリットフィン３ａ、３ｅの空気流れ方向の幅は同一で（便宜上、「Ｗａ」と称す）、板状フィン短冊部３５ｃの空気流れ方向の幅を、便宜上、「Ｗｂ」と称す。
　このように、列方向に２個の第１スリットフィン３ａ、３ｅを、切り起こした場合でも、実施の形態１と同様に、本発明の効果を得られる。

　［スリットフィンの効果］
　図１４および図１５は、図１２および図１３に示す熱交換器におけるスリットフィンの効果を説明する相関図である。
　図１４において、横軸はスリットフィン３ａ等の列方向の幅ｗａと、スリットフィンの間に存在する板状フィン短冊部３５ｂ等の列方向の幅ｗｂとの比率「ｗａ／ｗｂ」であり、縦軸は熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＿ｈｅｘ＾０．５９」であって、前者をパラメータにして算出した結果である。
　図１４より、比率「ｗａ／ｗｂ」が１のとき、すなわち、「Ｗa：Ｗｂ＝１：１、Ｗa＝Ｗｂ」のとき熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＿ｈｅｘ＾０．５９」が十分に大きい熱交換器となる。

　図１５において、横軸はスリットフィン３ａ等の高さＨ２をフィンピッチＦｐで無次元化したもの「Ｈ２／Ｆｐ」であり、縦軸は熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＿ｈｅｘ＾０．５９」であって、前者をパラメータにして算出した結果である。図１５より、スリットフィン高さＨ２はフィンピッチＦｐの１／２のとき、熱交換器性能指標「ＡｏＫ／△Ｐ＿ｈｅｘ＾０．５９」が十分に大きい熱交換器となる。

　［実施の形態５］
　図１６および図１７は本発明の実施の形態５に係る天井埋め込み型空気調和機の概念を説明するものであって、図１６は底面図、図１７は部分断面図である。
　図１６および図１７において、天井埋め込み型空気調和機（以下、「空気調和機」と称す）５０００には、熱交換器５００。なお、図４（実施の形態２）および図１（実施の形態１）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略し、共通の内容を示すものについては、符号の添え字「ａ、ｂ・・・」の記載を省略して説明する。
　図１６において、空気調和機５０００のユニット筐体４の中央天面側にはファン５が下側を吸込口として取り付けられている。そして、ファン５を取り囲むようにL字型に折り曲げられた熱交換器５００が、略環状に２枚配置されている。
　このように、Ｌ字型の熱交換器５００を略環状に２枚配置することによって、ロ字型の熱交換器が１枚だけ略環状に配置される場合に比べて、冷媒が伝熱管２内を通過する長さが低減できパス数が２倍に増えるので、冷媒の管内圧力損失が低減できる。これは、伝熱管２の径を小さくする場合において極めて有効な手段である。

　したがって、熱交換器５００を蒸発器として使用する場合、図１６に示す蒸発器冷媒入り口方向から１６パスで流入し、空気の流れ方向に対して２列、３列目間のＴ字型の三方管によって、３６パスに分配され、出口に流出される。
　一般に蒸発器の熱交換器の伝熱管内を冷媒が流れる場合、冷媒の状態は二相域、過熱ガスの順番で変化する。その際の冷媒の圧力損失「△Ｐ＿ref」は二相域よりも過熱ガスの方が大きい。本発明では蒸発器出口付近である２列目―３列目間で１６パスから３６パスにパス数が増えた効果によって、冷媒の圧力損失「△Ｐ＿ref」を大幅に低減することができる。これは、伝熱管２の径を小さくする場合に極めて有効な手段である。

　、熱交換器５００を凝縮器として使用する場合、図１６に示す凝縮器冷媒入り口方向から３２パスで流入し、空気の流れ方向に対して２列、３列目管のＴ字型の三方管によって、１６パスに合流され、出口に流出される。

　本発明によれば、伝熱性能が高いから、各種庫内熱交換器およびこれを装備する各種天井埋込型空気調和機として広く利用することができる。

符号の説明

　１：板状フィン、２：伝熱管、２ｒ：曲管部、２ｓ：直管部、３：スリットフィン、３ａ：第１スリットフィン、３ｂ：第２スリットフィン、３ｃ：第１スリットフィン、３ｄ：第２スリットフィン、３ｅ：第１スリットフィン、４：ユニット筐体、５：ファン、６：モーター、７：ベルマウス、８：吹出口、８ｖ：ベーン、９：ドレンパン、１０：化粧パネル、１０ａ：開口部、１０ｃ：正面パネル、１０ｆ：フィルター、２１ａ：直管部、２１ｂ：直管部、２１ｃ：直管部、２２ａ：直管部、２３ａ：直管部、３１ａ：第１スリットフィン斜面、３１ｂ：第２スリットフィン斜面、３２ａ：第１スリットフィン平面、３２ｂ：第２スリットフィン平面、３３ａ：第１スリットフィン斜面、３３ｂ：第２スリットフィン斜面、３４ａ：第１スリットフィン溝、３４ｂ：第２スリットフィン溝、３４ｃ：第１スリットフィン溝、３４ｄ：第２スリットフィン溝、３４ｅ：第１スリットフィン溝、３５ｂ：板状フィン短冊部、３５ｃ：板状フィン短冊部、３５ｄ：板状フィン短冊部、１００：熱交換器、２００：空気調和機、２０００：天井埋込型空気調和機、３０１：板状フィン、４０１：板状フィン、５００：熱交換器、５０００：天井埋込型空気調和機、ΔＰ：通風抵抗、α：熱伝達率、αｉ：熱伝達率、η：フィン効率、Ａｏ：空気側全伝熱面積、ＡｏＫ／△Ｐ＿ｈｅｘ＾０．５９：熱交換器性能指標、Ｄ：外径、Ｄe：代表長さ、Ｄｎ：段数、Ｄｐ：段ピッチ、Ｆｐ：フィンピッチ、Ｈ１：高さ、Ｈ２：高さ、Ｋ：熱通過率、Ｌｐ：列ピッチ、Ｐｆ：ファン稼動力、Ｐｆ：送風機稼動力、Ｑ：空気流量、Ｒｐ：列ピッチ、Ｕ：風速、Ｕｆ：前面風速、ｗａ：幅（スリットフィンの列方向幅）、ｗｂ：幅（板状フィン短冊部の列方向幅）。

Claims

　互いに所定の間隔を空けて平行に積層され、前記間隔を気体が通過する複数枚の板状フィンと、該板状フィンを蛇行しながら貫通し、内部を作動流体が通過する伝熱管と、を有し、
　前記伝熱管の外径（Ｄ）と、気体通過方向の直角方向である段方向における前記伝熱管同心の軸心間距離である段ピッチ（Ｄｐ）と、気体通過方向である列方向における前記伝熱管の軸心間距離である列ピッチ（Ｌｐ）との関係が、
　　　４ｍｍ≦Ｄ≦６ｍｍ
　　　１４ｍｍ≦Ｄｐ≦１７ｍｍ
　　　７ｍｍ≦Ｌｐ≦１０ｍｍ
であることを特徴とする天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器。
　互いに所定の間隔を空けて平行に積層され、前記間隔を気体が通過する複数枚の板状フィンと、該板状フィンを蛇行しながら貫通し、内部を作動流体が通過する伝熱管と、
　気体通過方向の直角方向と平行に切り起こされた、前記板状フィンの一方の面側に突出する第１スリットフィンと、
　該第１スリットフィンに平行に切り起こされた、前記板状フィンの他方の面側に突出する第２スリットフィンと、を有し、
　前記第１スリットフィンが切り起こされた跡である第１スリット溝と、前記第２スリットフィンが切り起こされた跡である第２スリット溝とが、繋がっていることを特徴とする天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器。
　前記第１スリットフィンの前記板状フィンの一方の面からの突出高さ（Ｈ１）、および前記第２スリットフィンの前記板状フィンの他方の面からの突出高さ（Ｈ２）、が前記板状フィンの面間隔であるフィンピッチ（Ｆｐ）の１／３になる（Ｈ１＝Ｆｐ／３、Ｈ２＝Ｆｐ／３）ことを特徴とする請求項２記載の天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器。
　互いに所定の間隔を空けて平行に積層され、前記間隔を気体が通過する複数枚の板状フィンと、該板状フィンを蛇行しながら貫通し、内部を作動流体が通過する伝熱管と、
　気体通過方向の直角方向と平行に切り起こされた、前記板状フィンの一方の面側に突出する複数のスリットフィンと、を有し、
　前記スリットフィンの気体通過方向の幅（Ｗａ）が、前記スリットフィンが切り起こされた跡であるスリット溝同士の気体通過方向の間隔（Ｗｂ）とが、等しいことを特徴とする天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器。
　前記スリットフィンの前記板状フィンの一方の面からの突出高さ（Ｈ）が前記板状フィンの面間隔であるフィンピッチ（Ｆｐ）の１／２になる（Ｈ＝Ｆｐ／２）ことを特徴とする請求項４記載の天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器。
　前記伝熱管が複数の直管部と、該直管部を連通する複数の曲管部と、から形成され、
　前記直管部が、気体通過方向に対して３列になるように千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の天井埋め込み型空気調和機に配置される熱交換器。
　筐体と、
　該筐体の中央に配置され、筐体可能から吸引した空気を側方に排出するファンと、該ファンを囲むように配置された請求項１乃至６の何れかに記載の２台の熱交換器と、を有し、
　前記熱交換器を構成する伝熱管の直管部がＬ字状に折り曲げられていることを特徴とする天井埋め込み型空気調和機。
　熱交換器が蒸発器として使用される場合、１６パスで流入した後にＴ字型の三方管を用いることで冷媒を３２パスで流出させる配管経路を備えたことを特徴とする請求項７記載の天井埋め込み型空気調和機。
　冷媒を作動流体とし、圧縮機、絞り装置、凝縮熱交換器、蒸発熱交換器を備えた天井埋め込み型空気調和機において、
　前記凝縮熱交換器または前記蒸発熱交換器の一方または両方が、請求項１乃至６の何れかに記載の熱交換器を用いたことを特徴とする天井埋め込み型空気調和機。
　前記冷媒として、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、イソブタン、炭酸ガス、アンモニアのいずれかを用いたことを特徴とする請求項９記載の天井埋め込み型空気調和機。