WO2012011364A1

WO2012011364A1 - 空気調和機の室内機

Info

Publication number: WO2012011364A1
Application number: PCT/JP2011/064640
Authority: WO
Inventors: 上原　雄二
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2012-01-26
Also published as: JP2012026600A; JP4995308B2

Abstract

　空気調和機の室内機（２０）は、室内空気を循環させるクロスフローファン（２２）と、クロスフローファンの上方に配置された熱交換部（６）を備える。熱交換部は、クロスフローファンの上方に配置され、上端同士が接近する屋根形状を形成する２個のパラレルフロー型熱交換器（３０）（４０）により構成される。２個のパラレルフロー型熱交換器はいずれもサイドフロー方式であって、正面から見て左右に延びる複数の偏平チューブ（１０３）を備える。偏平チューブは、前後方向において、クロスフローファンに近い側が高く、その反対側が低くなる勾配を有する。

Description

空気調和機の室内機

　本発明は空気調和機の室内機に関する。

　熱交換器とファンは空気調和機の必須要素である。セパレート型空気調和機の室内機において、室内空気を循環させるファンとして通常用いられるのは、クロスフローファンである。クロスフローファンの上流側に配置される熱交換器は、クロスフローファンを囲む形でクロスフローファンの上方を覆う複数の熱交換器であることが多い。このような構成を備えた空気調和機の室内機の例を特許文献１、２に見ることができる。

　特許文献１に記載された空気調和機の室内機は次の構成を備える：気流方向に沿って並列に配置される複数のフィンと、前記フィンに対して直交する方向に配設され内部を冷媒が流動する複数の伝熱管群と、前記伝熱管群の端部にそれぞれ接続される第１ヘッダ及び第２ヘッダを備えた熱交換器が、複数個、クロスフローファンを囲むように配置されている。

　特許文献２に記載された空気調和機の室内機は次の構成を備える：フィンアンドチューブ型熱交換器が水平方向に三分割され、上部に来る二面が逆Ｖ字形になるように三つ折りにされている。前記熱交換器の下にクロスフローファンが配置されている。

　熱交換器が蒸発器として用いられた場合、低温となった熱交換器表面に大気中の水分が凝結して凝縮水が発生する。凝縮水は、気温が低いと熱交換器の表面で霜と化す。霜が氷にまで進むこともある。本明細書では、「凝縮水」の語を、そのような霜や氷が溶けた水、いわゆる除霜水も含めた意味で用いるものとする。

　特許文献１や特許文献２に記載された空気調和機の室内機のように、クロスフローファンを熱交換器で囲む形式の室内機では、凝縮水がクロスフローファンに垂れないようにする配慮が必要となる。もし垂れたりすると、気流と共に水滴が吹き出すことになり、使用者に当たれば使用者が不快感を覚える他、家具等に当たればそれらを濡らすことになってしまう。

　熱交換器がパラレルフロー型熱交換器であった場合、偏平チューブやコルゲートフィンの表面に凝縮水が滞留すると、空気流通路の断面積が水によって狭められてしまい、熱交換性能が低下するという問題もある。凝縮水の滞留は、特にサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器において問題となる。

　特許文献３、４には、サイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器からの排水を促進する方策が提案されている。特許文献３記載の熱交換器では、複数本のチューブの各偏平断面が、外気の流入する水平方向に対して傾斜せしめられている。特許文献４記載の熱交換器では、２列複数段の千鳥状に配置した偏平状の伝熱管が、気体の主流方向に対して傾斜する形で配置されている。

特開２００５－２６５２６３号公報実開平４－６８９２１号公報特開２００４－６９２２８号公報特開２００７－１８３０８８号公報

　空気調和機の室内機には、フィンアンドチューブ型熱交換器が搭載されることが多かった。

　本発明は、フィンアンドチューブ型熱交換器に比べ、熱交換効率の高いパラレルフロー型熱交換器を室内機に搭載して空気調和機の性能を高めることを目的とする。そして、パラレルフロー型熱交換器で発生する凝縮水がファンにかかり、気流と共に水滴が吹き出すといった事態が生じないようにすることを目的とする。

　本発明の好ましい実施形態によれば、空気調和機の室内機は、室内空気を循環させるクロスフローファンと、前記クロスフローファンの上流側に配置された熱交換部を備える。前記熱交換部は、前記クロスフローファンの上方に配置され、上端同士が接近する屋根形状を形成する複数個のパラレルフロー型熱交換器を含む。前記複数個のパラレルフロー型熱交換器はいずれもサイドフロー方式であって、正面から見て左右に延びる複数の偏平チューブを備える。前記偏平チューブは、前後方向において、前記クロスフローファンに近い側が高く、その反対側が低くなる勾配を有する。

　本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の空気調和機の室内機において、前記偏平チューブ同士の間にコルゲートフィンが配置される。前記コルゲートフィンの、前記クロスフローファンから遠い側の端は前記偏平チューブの端からはみ出すこととされる。前記コルゲートフィンの前記はみ出し部分同士のなす隙間には線状の導水部材が挿入される。前記導水部材と、その上に位置する前記コルゲートフィンのはみ出し端との間隔は、両者間に水の表面張力が働き得る距離とされる。

　本発明の好ましい実施形態によれば、上記構成の空気調和機の室内機において、前記導水部材は、針金を撚り合わせたものからなる。

　本発明によると、熱交換効率の高いパラレルフロー型熱交換器を搭載することにより、空気調和機の室内機の熱交換効率を高めることができる。前記パラレルフロー型熱交換器はサイドフロー方式であり、クロスフローファンの上方で屋根形状を形成する。前記パラレルフロー型熱交換器の偏平チューブは、前後方向において、前記クロスフローファンに近い側が高く、その反対側が低くなる勾配を有する。このような構成により、前記パラレルフロー型熱交換器に凝縮水が発生したとしても、それは前記偏平チューブの勾配に沿って前記クロスフローファンから離れる方向に流れて行き、前記クロスフローファンにかからない。このため、気流と共に水滴が吹き出すといった事態を避けることができる。

本発明の実施形態に係る空気調和機の室内機の概略断面図である。図１の室内機に搭載される熱交換器の模式的垂直断面図である。図１の室内機に搭載された熱交換器の部分拡大垂直断面図である。本発明の実施形態に係る空気調和機の概略構成図で、冷房運転時の状態を示すものである。本発明の実施形態に係る空気調和機の概略構成図で、暖房運転時の状態を示すものである。

　最初に、冷凍サイクルとしてヒートポンプサイクルを用いるセパレート型空気調和機の基本的構成を、図４及び図５に基づき説明する。ヒートポンプサイクル１は、圧縮機２、四方弁３、室外側の熱交換部４、減圧膨張装置５、及び室内側の熱交換部６をループ状に接続したものである。

　圧縮機２、四方弁３、熱交換部４、及び減圧膨張装置５は室外機１０の筐体に収容される。熱交換部６は室内機２０の筐体に収容される。熱交換部４にはフィンアンドチューブ型熱交換器が用いられる。熱交換部６にはパラレルフロー型熱交換器が用いられる。

　熱交換部４には室外側の送風機１１が組み合わせられる。熱交換部６には室内側の送風機２１が組み合わせられる。送風機１１のファンはプロペラファン１２である。送風機２１のファンはクロスフローファン２２である。送風機１１も送風機２１も、それらが生成する気流に関し、熱交換部４、６よりも下流側に配置されている。

　図４は冷房運転時あるいは除霜運転時の状態を示す。この時は、圧縮機２から吐出された高温高圧の冷媒は、室外側の熱交換部４に入ってそこで放熱し、凝縮する。熱交換部４を出た冷媒は、減圧膨張装置５から室内側の熱交換部６に入ってそこで膨張し、室内空気から熱を吸収した後、圧縮機２に戻る。室外側の送風機１１によって生成された気流が熱交換部４からの放熱を促進する。室内側の送風機２１によって生成された気流が熱交換部６の吸熱を促進する。

　図５は暖房時の状態を示す。この時は四方弁３が切り換えられて冷房運転時あるいは除霜運転時と冷媒の流れが逆になる。圧縮機２から吐出された高温高圧の冷媒は、室内側の熱交換部６に入ってそこで放熱し、凝縮する。熱交換部６を出た冷媒は、減圧膨張装置５から室外側の熱交換部４に入ってそこで膨張し、室外空気から熱を吸収した後、圧縮機２に戻る。室内側の送風機２１によって生成された気流が熱交換部６からの放熱を促進する。室外側の送風機１１によって生成された気流が熱交換部４の吸熱を促進する。

　熱交換部６は、２個のサイドフロー方式パラレルフロー型熱交換器３０、４０により構成される。パラレルフロー型熱交換器３０は、図１に示す通り、２個の単位熱交換器１００Ａを重ねて構成される。パラレルフロー型熱交換器４０は２個の単位熱交換器１００Ｂを重ねて構成される。単位熱交換器１００Ａの構造を図２に基づき説明する。

　単位熱交換器１００Ａはサイドフロー方式のパラレルフロー型熱交換器である。２本の垂直なヘッダパイプ１０１、１０２が水平方向に間隔を置いて平行に配置される。ヘッダパイプ１０１、１０２の間に複数の水平な偏平チューブ１０３が垂直方向に所定ピッチで配置される。偏平チューブ１０３は、単位熱交換器１００Ａを正面から見たとき、左右に延びる。

　偏平チューブ１０３は金属を押出成型した細長い成型品であり、内部には冷媒を流通させる冷媒通路１０４が形成されている。偏平チューブ１０３は長手方向である押出成型方向を水平にする形で配置されるので、冷媒通路１０４の冷媒流通方向も水平になる。冷媒通路１０４は断面形状及び断面面積の等しいものが図２の奥行き方向に複数個並び、そのため偏平チューブ１０３の垂直断面はハーモニカ状を呈している。各冷媒通路１０４はヘッダパイプ１０１、１０２の内部に連通する。隣り合う偏平チューブ１０３同士の間にはコルゲートフィン１０５が配置される。

　複数のものが縦１列に並んだ偏平チューブ１０３の中で、最も外側に位置する偏平チューブ１０３の、外側に向いた偏平面には、コルゲートフィン１０５とサイドプレート１０６の組み合わせが配置される。

　ヘッダパイプ１０１、１０２、偏平チューブ１０３、コルゲートフィン１０５、及びサイドプレート１０６は、いずれもアルミニウム等熱伝導の良い金属により形成される。偏平チューブ１０３はヘッダパイプ１０１、１０２に対し、コルゲートフィン１０５は偏平チューブ１０３に対し、サイドプレート１０６はコルゲートフィン１０５に対し、それぞれロウ付けまたは溶着で固定される。

　単位熱交換器１００Ａでは、ヘッダパイプ１０１にのみ冷媒出入口１０７、１０８が設けられている。すなわちヘッダパイプ１０１が冷媒配管接続側のヘッダパイプである。ヘッダパイプ１０１の内部には、上下方向に間隔を置いて２枚の仕切板１０９ａ、１０９ｃが設けられている。ヘッダパイプ１０２の内部には、仕切板１０９ａ、１０９ｃの中間の高さのところに仕切板１０９ｂが設けられている。

　単位熱交換器１００Ａが蒸発器として使用される場合、冷媒は、図２に実線矢印で示すように下側の冷媒出入口１０８から流入する。冷媒出入口１０８から入った冷媒は、仕切板１０９ｃでせき止められて偏平チューブ１０３経由でヘッダパイプ１０２に向かう。この冷媒の流れが左向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ１０２に入った冷媒は仕切板１０９ｂでせき止められて別の偏平チューブ１０３経由でヘッダパイプ１０１に向かう。この冷媒の流れが右向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ１０１に入った冷媒は仕切板１０９ａでせき止められてさらに別の偏平チューブ１０３経由で再びヘッダパイプ１０２に向かう。この冷媒の流れが左向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ１０２に入った冷媒は折り返してさらに別の偏平チューブ１０３経由で再びヘッダパイプ１０１に向かう。この冷媒の流れが右向きのブロック矢印で表現されている。ヘッダパイプ１０１に入った冷媒は冷媒出入口１０７から流出する。このように、冷媒はジグザグの経路を辿って下から上に流れる。ここでは仕切板の数が３の場合を示したが、これは一例であり、仕切板の数と、その結果としてもたらされる冷媒流れの折り返し回数は、必要に応じ任意の数を設定することができる。

　単位熱交換器１００Ｂの構造も単位熱交換器１００Ａと同様である。単位熱交換器１００Ｂは単位熱交換器１００Ａよりも垂直方向に長いので、単位熱交換器１００Ａよりもジグザグの折り返し数を多く設定することができる。

　パラレルフロー型熱交換器３０、４０は、図１に示す通り、クロスフローファン２２の上方に、互いにもたれかかるように傾き、上端同士が接近する形で配置されて、逆Ｖ字形の屋根形状を形成する。２個の単位熱交換器１００Ａと２個の単位熱交換器１００Ｂは直列接続される。直列接続の一方の端となる冷媒出入口は減圧膨張装置５に接続され、他方の端となる冷媒出入口は四方弁３を介して圧縮機２に接続される。

　冷房運転時には、減圧膨張装置５から流出した冷媒がパラレルフロー型熱交換器３０、４０に入る。パラレルフロー型熱交換器３０、４０に入った冷媒は膨張し、室内空気から熱を奪う。その後冷媒は室外機１０に向かい、四方弁３経由で圧縮機２に吸い込まれる。

　暖房運転時には、圧縮機２から吐出された高温高圧の冷媒がパラレルフロー型熱交換器３０、４０に入る。パラレルフロー型熱交換器３０、４０に入った冷媒は室内空気に放熱し、凝縮する。その後冷媒は室外機１０に向かい、減圧膨張装置５を経て室外側の熱交換部４に流入する。冷媒は熱交換部４の内部で膨張し、室外空気から熱を吸収した後、四方弁３経由で圧縮機２に戻る。

　室内機２０の構造を図１に基づき説明する。室内機２０は紙面の奥行き方向に延びる細長い筐体２３を有し、その中に、筐体２３の長手方向に軸線を一致させる形でクロスフローファン２２が配置されている。筐体２３は図１の左側が正面側、右側が背面側となり、背面側を壁面に押し当てる形で壁面に取り付けられる。

　筐体２３の天面と正面には室内空気を吸い込む吸込口２４、２５が形成される。筐体２３の正面下方には温度調整後の空気を吹き出す吹出口２６が形成される。吹出口２６にはクロスフローファン２２から吹き出される空気を導く導風路２７が接続されている。吹出口２６には電動式のルーバー２８が配置される。ルーバー２８は、室内機２０が停止状態にある時は図１のように吹出口２６を閉ざす。ルーバー２８は、室内機２０の運転が開始されると垂直面内で回動して吹出口２６を開く。ルーバー２８は、吹出口２６から吹き出す風の向きを変更する役割も担う。

　クロスフローファン２２が回転すると、室内空気が吸込口２４、２５から吸い込まれて吹出口２６から吹き出される。その結果、室内に循環気流が生じる。熱交換器６に低温の冷媒が流されれば吹出口２６から冷風が吹き出される。熱交換器６に高温の冷媒が流されれば吹出口２６から温風が吹き出される。

　筐体２３の内部には、熱交換器６から滴下する結露水や除霜水を受ける水受け部が形成される。パラレルフロー型熱交換器３０に対しては水受け部５０が設けられる。パラレルフロー型熱交換器４０に対しては水受け部５１が設けられる。水受け部５０、５１はいずれも樋のような形状をしており、それらが受けた水は図示しない排水管を通じて室外に排水される。

　本発明は、上記のように室内機２０の筐体２３に組み込まれた状態において、パラレルフロー型熱交換器３０、４０の偏平チューブ１０３が、前後方向（図１では紙面の左右方向、図２では紙面の奥行き方向）において、クロスフローファン２２に近い側が高く、その反対側が低くなる勾配を有していることを特徴とする。図３に示したのはパラレルフロー型熱交換器４０の一部である。パラレルフロー型熱交換器３０の偏平チューブ１０３は図３に示された偏平チューブ１０３と逆向きの勾配を有している。

　偏平チューブ１０３は上記のような勾配を有しているから、パラレルフロー型熱交換器３０、４０に凝縮水が発生したとしても、それは偏平チューブ１０３の勾配に沿ってクロスフローファン２２から離れる方向に流れて行き、クロスフローファン２２の上に落ちない。このため、気流と共に水滴が吹き出すといった事態を避けることができる。

　クロスフローファン２２はパラレルフロー型熱交換器３０、４０が存在する側に負圧を及ぼして、偏平チューブ１０３の勾配に沿って流れる水滴に逆らう向きの気流を生成している。水滴が気流に負けてクロスフローファン２２の方に吹き寄せられることのないように、偏平チューブ１０３の勾配の値が設定される。

　実施形態では、凝縮水をクロスフローファン２２から引き離すため、もう一つの工夫がなされている。

　それは、偏平チューブ１０３の、クロスフローファン２２から遠い側の端に配置された導水部材６０である。コルゲートフィン１０５は偏平チューブ１０３に対し、クロスフローファン２２から遠い側の端が偏平チューブ１０３の端からはみ出す形で固定されている。コルゲートフィン１０５のはみ出し部分同士のなす隙間に線状の導水部材６０が挿入される。導水部材６０と、その上に位置するコルゲートフィン１０５のはみ出し端との間隔は、両者間に水の表面張力が働き得る距離に設定される。

　導水部材６０は２本の針金を撚り合わせて構成される。針金としては、電食を防ぐため、偏平チューブ１０３及びコルゲートフィン１０５と同じ材質、例えばアルミニウムが選択される。導水部材６０の長さは偏平チューブ１０３の長さとほぼ同じである。

　コルゲートフィン１０５の端に凝縮水がたまると、水の表面張力により、コルゲートフィン１０５の端面にブリッジ現象（水の膜が張ること）が生じる。コルゲートフィン１０５の端面だけでなく、コルゲートフィン１０５の下に挿入された導水部材６０とコルゲートフィン１０５の端との間にもブリッジ現象が生じる。また、導水部材６０と、その下に位置するコルゲートフィン１０５との間でもブリッジ現象が生じる。このようなブリッジ現象の連鎖により、上部から下部まで続く導水路が形成され、凝縮水は速やかに流れ落ちる。流れ落ちた水はパラレルフロー型熱交換器３０、４０の下端から滴下し、水受け部５０、５１に受けられて排水される。

　このように、偏平チューブ１０３が、クロスフローファン２２に近い側が高く、その反対側が低くなる勾配を有することとした上で、偏平チューブ１０３の、クロスフローファン２２から遠い側の端に導水部材６０を配置しておくことにより、パラレルフロー型熱交換器３０、４０で発生した凝縮水を、クロスフローファン２２から離れる方向に流すことができる。そしてその凝縮水を、パラレルフロー型熱交換器３０、４０の下端まで一気に流し落とすことができる。従って、パラレルフロー型熱交換器３０、４０から凝縮水が垂れてクロスフローファン２２にかかるといったことがない。このため、気流と共に水滴が吹き出すといった事態を確実に避けることができる。

　導水部材６０は針金を撚り合わせたものからなるから、パラレルフロー型熱交換器３０、４０に導水部材６０をしっかり固定することができる。カビも発生しにくい。

　挿入した隙間から導水部材６０が簡単に脱落することのないよう、導水部材６０の外径は隙間の幅（偏平チューブ１０３の厚さに等しい）よりもやや大となるように設定しておくのがよい。あるいは、導水部材６０を波打ち状態にして、コルゲートフィン１０５から受ける曲げ応力で保持されるようにしてもよい。

　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。例えば、上記実施形態では、図１に示す通り、パラレルフロー型熱交換器３０は２個の単位熱交換器１００Ａを重ねて構成されているが、２個の単位熱交換器１００Ａの内の１個を補助熱交換器としてもよい。同様に、パラレルフロー型熱交換器４０は２個の単位熱交換器１００Ｂを重ねて構成されているが、２個の単位熱交換器１００Ｂの内の１個を補助熱交換器としてもよい。

　本発明は空気調和機の室内機に広く利用可能である。

　　　１　　ヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）
　　　２　　圧縮機
　　　３　　四方弁
　　　４　　室外側の熱交換部
　　　５　　減圧膨張装置
　　　６　　室内側の熱交換部
　　　１０　室外機
　　　１１　室外側の送風機
　　　１２　プロペラファン
　　　２０　室内機
　　　２１　室内側の送風機
　　　２２　クロスフローファン
　　　３０、４０　パラレルフロー型熱交換器
　　　６０　導水部材
　　　１００Ａ、１００Ｂ　単位熱交換器
　　　１０３　偏平チューブ
　　　１０５　コルゲートフィン

Claims

以下の構成を備える空気調和機の室内機：
　室内空気を循環させるクロスフローファンと、
　前記クロスフローファンの上流側に配置された熱交換部と、を備え、
　前記熱交換部は、前記クロスフローファンの上方に配置され、上端同士が接近する屋根形状を形成する複数個のパラレルフロー型熱交換器を含み、
　前記複数個のパラレルフロー型熱交換器はいずれもサイドフロー方式であって、正面から見て左右に延びる複数の偏平チューブを備え、
　前記偏平チューブは、前後方向において、前記クロスフローファンに近い側が高く、その反対側が低くなる勾配を有する。
請求項１の空気調和機の室内機であって、以下の構成を備えるもの：
　前記偏平チューブ同士の間にコルゲートフィンが配置され、
　前記コルゲートフィンの、前記クロスフローファンから遠い側の端は前記偏平チューブの端からはみ出すこととされ、
　前記コルゲートフィンの前記はみ出し部分同士のなす隙間には線状の導水部材が挿入され、
　前記導水部材と、その上に位置する前記コルゲートフィンの前記はみ出し端との間隔は、両者間に水の表面張力が働き得る距離とされる。
請求項２の空気調和機の室内機であって、以下の構成を備えるもの：
　前記導水部材は、針金を撚り合わせたものからなる。