JP5081881B2

JP5081881B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP5081881B2
Application number: JP2009212633A
Authority: JP
Inventors: 広米田; 亮一高藤; 勉井本
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2029-09-15
Also published as: KR101287775B1; CN102022862B; JP2011064338A; CN102022862A; KR20110030302A

Description

本発明は室内熱交換器を備えた空気調和機に関する。

従来の空気調和機として、前側熱交換器及び背面側熱交換器から構成される室内熱交換器を備えるものがある（例えば、特許文献１（図１，図３）参照）。特許文献１に記載の前側熱交換器は、３つの直線部及び２つの曲線部により、ファン方向に湾曲するように構成される。

このような曲線部を有する熱交換器を通過する空気の流れの基本的特性について、図７を用いて説明する。図７は、内部の空気抵抗が一様な抵抗体３７が、一様な空気流中に置かれた場合の空気の流れを示す。抵抗体は、図７に示すように、２つの直線部と両端がこの２つの直線部に接続された曲線部とを有する。図７における太矢印は空気の流線を示し、細矢印群３９は抵抗体の下流の空気流の流速分布を示す。

左から流れてきた空気は、抵抗体３７を通過して右に流れる。一般的に、空気は圧力の高いところから低いところに向かって、最短経路をとるように流れる性質がある。従って、右上がりの形状である抵抗体３７の上部においては、抵抗体３７の上流で右向きであった空気流は、抵抗体３７内で右下がりの流れとなり、この空気流が抵抗体３７を通過した後は、更に下流に向かうため、元の右向きの流れになる。同様に、右下がりの形状である抵抗体３７の下部においては、抵抗体３７の上流で右向きであった空気流は右上がりの流れとなり、この空気流が抵抗体３７を通過した後は、更に下流に向かうため、元の右向きの流れになる。

このように、抵抗体３７の上部と下部とで、流れの向きが変わるので、抵抗体３７の中央部３８では流れが集中する縮流となり、流れが加速される。すなわち、抵抗体３７を通過する風速の分布が不均一となる。同様の現象が熱交換器で生じた場合には、風速分布の不均一により交換熱量が低下したり、不均一となった風速分布が下流側のファンに作用して騒音が増大したりする可能性がある。

特開２００６−２５０３６６号公報

本発明は、風速分布を改善し、省エネルギ性の向上と静音化を両立する空気調和機を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明に係る空気調和機は、空気吸込口及び空気吹出口を有する筐体と、前記筐体内に設けられた送風ファンと、フィン及び前記フィンを貫通する伝熱管を有し、前記送風ファンを取り囲むように配置された略逆Ｖ字状の室内熱交換器と、を備え、前記室内熱交換器は、前面側室内熱交換器及び背面側室内熱交換器を有し、前記前面側室内熱交換器は、２つの直線部及び両端が前記２つの直線部に接続された曲線部を有し、前記室内熱交換器は複数の前記伝熱管により構成されたクロスフィンチューブ型の室内熱交換器であって、複数の前記伝熱管は１種類のＵ字状に曲げられた伝熱管であり、Ｕ字状に曲げられた前記伝熱管の曲げ半径が全て等しく、前記曲線部における隣り合う前記Ｕ字状に曲げられた前記伝熱管の配置間隔が、前記直線部における隣り合う前記Ｕ字状に曲げられた前記伝熱管の配置間隔よりも小さく、前記曲線部における最風上列の前記伝熱管の配置間隔が、前記直線部における前記伝熱管の配置間隔よりも小さく、前記前面側室内熱交換器は空気の流れ方向に対する前記伝熱管の列数が等しい。

本発明によれば、風速分布を改善し、省エネルギ性の向上と静音化を両立する空気調和機を提供することができる。

前面側室内熱交換器の伝熱管の配置を示す図。冷凍サイクルの構成を示す図。クロスフィンチューブ型熱交換器の構造を示す図。室内機の断面を示す図。前面側室内熱交換器の形状を示す図。前面側室内熱交換器の伝熱管の配置を示す図。曲がり部を有する抵抗体を通過する空気流を示す図。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

本発明に係る第１の実施例を図１〜図５，図７により説明する。まず、本実施例に係る空気調和機の基本的構成について説明する。図２は冷凍サイクルの構成図である。本実施例に係る空気調和機は、室外機１と室内機７とが接続配管１０によって接続されることで機能する。室外機１は、圧縮機２と、四方弁３と、室外熱交換器４と、絞り装置６と、プロペラファン５とを備える。室内機７は、室内熱交換器８と、送風ファンとを備える。尚、送風ファンとしては貫流ファン９を用いることができる。

次に、まず、冷房運転時における各構成要素の作用を説明する。圧縮機２で圧縮された高圧のガス状冷媒が室外熱交換器４で外気に放熱することにより凝縮し、高圧の液状冷媒となる。この液状冷媒は絞り装置６の作用で減圧され、低温低圧の気液二相状態となり、接続配管１０を通じて室内機７へ流れる。室内機７に入った冷媒は、室内熱交換器８で室内空気の熱を吸熱することにより蒸発する。室内ユニットで蒸発した冷媒は、接続配管１０を通じて室外機１へ戻り、四方弁３を通って再び圧縮機２で圧縮される。

暖房運転の場合は、四方弁３により冷媒流路が切り替えられ、圧縮機２で圧縮された高圧のガス状冷媒は、四方弁３及び接続配管１０を通って室内機７に流れる。室内機７に入った冷媒は、室内熱交換器８で室内空気に放熱することで凝縮し、高圧の液状冷媒となる。この液状冷媒は、接続配管１０を通って室外機１に流れる。室外機１に入った液状冷媒は、絞り装置６の作用で減圧され、低温低圧の気液二相状態となる。低温低圧の気液二相状態となった冷媒は室外熱交換器４に流れ、室外空気の熱を吸熱することで蒸発して、ガス状冷媒となる。このガス状冷媒は、四方弁３を通って再び圧縮機２で圧縮される。

図３は、クロスフィンチューブ型の熱交換器の構造を示す。この熱交換器は、複数のアルミニウム製のフィン１１を、Ｕ字状に曲げられた銅製の伝熱管１２が貫くように構成される。フィンに挿入された伝熱管１２を液圧又は機械的に拡管することにより、フィン１１と伝熱管１２とが密着する。また、伝熱管１２の端部には継手部品１３が溶接され、冷媒の流路が構成される。

図４は、空気調和機の室内機の断面図（伝熱管の軸に垂直な断面）である。筐体の上方に空気吸込口（具体的には、筐体の前面に前面空気吸込口２２、及び筐体の上面に上面空気吸込口２３）が設けられ、筐体の下方には空気吹出口２４が設けられる。筐体内には、貫流ファン９が配設されており、この空気吸込口から貫流ファンまでの風路の途中にクロスフィンチューブ型の熱交換器が配設される。室内熱交換器８は、前面側室内熱交換器２０及び背面側室内熱交換器２１から構成される。また、前面側室内熱交換器２０及び背面側室内熱交換器２１は、貫流ファン９を取り囲むように略逆Ｖ字状に配設される。貫流ファン９を動作させると、室内空気が空気吸込口から流入し、室内熱交換器８で内部の冷媒と熱交換し、空気吹出口２４から吹き出すことにより、室内空気を空気調和する。

次に、前面側室内熱交換器２０の断面形状の詳細について、図５を用いて説明する。前面側室内熱交換器２０の風上前縁部では、前縁側直線部２５と前縁側直線部２６とが前縁側曲線部２８により接続され、前縁側直線部２６と前縁側直線部２７とが前縁側曲線部２９により接続される。また、前面側室内熱交換器２０の風下後縁部では、後縁側直線部３０と後縁側直線部３１とが後縁側曲線部３３により接続され、後縁側直線部３１と後縁側直線部３２とが後縁側曲線部３４により接続される。このような構成により、前面側室内熱交換器は貫流ファン９方向に湾曲するように形成される。

図５の上側の網掛け部は、風上前縁の前縁側曲線部２８と風下後縁の後縁側曲線部３３とで囲まれた熱交換器曲線部３５を示す。また、図５の下側の網掛け部は、風上前縁の前縁側曲線部２９と風下後縁の後縁側曲線部３４とで囲まれた熱交換器曲線部３６を示す。網掛けされていない部分は、風上前縁の前縁側直線部２５と風下後縁の後縁側直線部３０とで囲まれた熱交換器直線部５０、風上前縁の前縁側直線部２６と風下後縁の後縁側直線部３１とで囲まれた熱交換器直線部５１、風上前縁の前縁側直線部２７と前縁側風下後縁の後縁側直線部３２とで囲まれた熱交換器直線部５２である。ここで、熱交換器曲線部３５の両端は熱交換器直線部５０及び熱交換器直線部５１に接続され、熱交換器曲線部３６の両端は熱交換器直線部５１及び熱交換器直線部５２に接続される。熱交換器曲線部３５，３６は、図７を用いて説明したように、熱交換器直線部５０，５１，５２よりも空気の流れが加速されやすい。

次に、本実施例の前面側室内熱交換器２０の断面における伝熱管の配置について、図１を用いて説明する。前面側室内熱交換器２０では、空気の流れ方向に伝熱管が３列配置され、空気の流れ方向と直角の方向に１２段配置される。図中の破線は、挿入された伝熱管のＵ字状に曲げられた部分を示す。ここでＬ０は、熱交換器直線部における伝熱管の配置間隔を示す。Ｌ１及びＬ２は、熱交換器曲線部３５及び熱交換器曲線部３６における伝熱管の配置間隔のうち、最も小さい伝熱管の配置間隔を示す。本実施例では、Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２の関係は、次式のとおりである。
Ｌ１＜Ｌ０
Ｌ２＜Ｌ０
すなわち、空気が加速されやすい熱交換器曲線部３５，３６における伝熱管の配置間隔が熱交換器直線部５０，５１，５２における伝熱管の配置間隔よりも狭く、相対的に熱交換器曲線部３５，３６における通風抵抗が大きくなるので、熱交換器曲線部３５，３６における空気流の加速を抑制することができる。つまり、熱交換器を通過する空気の風速分布の不均一を低減することができ、省エネルギ性の向上と静音化を両立することができる。

熱交換器曲線部３５，３６の通風抵抗を大きくするには、１列目から３列目の任意の列の伝熱管の配置間隔を小さくすることで実現可能である。ところで、冷房時に空気が冷やされて空気中の水分が凝結し、熱交換器のフィン上に結露が生じる場合、最も湿度の高い空気が通過するのは１列目の部分であるため、１列目のフィンにより多くの結露水が付着する。フィンに結露水が付着すると、空気が通過できる部分が減少するため、通風抵抗が増加する。すなわち、管の配置間隔を小さくすることにより通風抵抗を大きくする場合には、本実施例のように、最も風上の１列目の伝熱管の配置間隔を小さくすることがより効果的である。

尚、本実施例においては、熱交換器曲線部３５，３６における伝熱管の配置間隔を熱交換器直線部５０，５１，５２における伝熱管の配置間隔よりも小さくして、空気が加速されやすい熱交換器曲線部３５，３６の空気流の加速を抑制することにより、熱交換器を通過する空気の風速分布の不均一を低減することとした。しかしながら本発明は、本実施例のように、熱交換器直線部及び熱交換器曲線部を有する室内熱交換器のみならず、熱交換器直線部を備えずに熱交換器曲線部のみで構成される場合であっても、この熱交換器曲線部における曲率が変化することにより、空気が加速されやすい領域が生じて、室内熱交換器を通過する空気の風速分布が不均一となるような場合にも有効である。このような場合は、前面側熱交換器の曲率がより大きい部分における伝熱管の配置間隔を、前面側熱交換器のより曲率がより小さい部分における伝熱管の配置間隔よりも小さくすればよい。前面側熱交換器の曲率がより大きい部分における伝熱管の配置間隔を曲率がより小さい部分における伝熱管の配置間隔よりも小さくすることにより、空気が加速されやすい曲率がより小さい部分の空気流の加速を防止することができるので、熱交換器を通過する空気の風速分布の不均一を低減することができる。

尚、図３を用いて説明したとおり、クロスフィンチューブ型の熱交換器は、Ｕ字状に曲げられた伝熱管が用いられるため、伝熱管の配置間隔を異ならせるためには、Ｕ字状に曲げられた伝熱管の曲げ半径を異ならせる必要がある（つまり、複数の種類の伝熱管を用意する必要がある。）。しかしながら、本実施例では、２つのＵ字状の伝熱管のうち隣り合う伝熱管の配置間隔を小さくすることにより（つまり、隣り合うＵ字状の伝熱管をＬ０，Ｌ１，Ｌ２となるように調整するため）、複数の種類の伝熱管を必要とせずに、１種類のＵ字状の伝熱管のみで熱交換器を構成することができる。

本発明に係る第２の実施例を図６により説明する。本実施例に係る空気調和機の基本的な構成は第１の実施例と同様であるため詳細な説明は省略し、相違点についてのみ説明する。

図６は、本実施例における前面側室内熱交換器の伝熱管の配置を示す。本実施例における前面側室内熱交換器では、空気の流れ方向に伝熱管が３列配置され、空気の流れ方向と直角の方向に１２段配置される。図中の破線は、挿入された伝熱管のＵ字状に曲げられた部分を示す。ここでＬ０は、熱交換器直線部における伝熱管の配置間隔を示す。Ｌ１及びＬ２は、熱交換器曲線部３５及び熱交換器曲線部３６における伝熱管の配置間隔のうち、最も小さい伝熱管の配置間隔を示す。本実施例では、Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２の関係は、第１の実施例と同様に、次式の通りである。
Ｌ１＜Ｌ０
Ｌ２＜Ｌ０
すなわち、空気が加速されやすい熱交換器曲線部３５，３６における伝熱管の配置間隔が熱交換器直線部５０，５１，５２における伝熱管の配置間隔よりも狭く、相対的に熱交換器曲線部３５，３６における通風抵抗が大きくなるので、熱交換器曲線部３５，３６における空気流の加速を抑制することができる。つまり、熱交換器を通過する空気の風速分布の不均一を低減することができ、省エネルギ性の向上と静音化を両立することができる。

ここで、第１の実施例においては、伝熱管のＵ字状に曲げられた部分（図６に記載の破線部分）は、伝熱管の配置間隔が小さい部分には存在しない。しかし、本実施例においては、伝熱管のＵ字状に曲げられた部分（図６に記載の破線部分）が、伝熱管の配置間隔が小さい部分に存在する。すなわち、他の伝熱管よりもＵ字部分の曲げ半径が小さい伝熱管４０を使用することにより、伝熱管の配列間隔を小さくする。

１室外機
２圧縮機
３四方弁
４室外熱交換器
５プロペラファン
６絞り装置
７室内機
８室内熱交換器
９貫流ファン
１０接続配管
１１フィン
１２伝熱管
１３継手部品
１４室内機背面側筐体
１５室内機前面側筐体
１６室内機前面パネル
１７風向制御板
１８室内機上部前側筐体
１９プレフィルタの枠
２０前面側室内熱交換器
２１背面側室内熱交換器
２２前面空気吸込口
２３上面空気吸込口
２４空気吹出口
２５，２６，２７前縁側直線部
２８，２９前縁側曲線部
３０，３１，３２後縁側直線部
３３，３４後縁側曲線部
３５，３６熱交換器曲線部
３７抵抗体
３８抵抗体の中央部
３９細矢印群
４０Ｕ字部分の曲げ半径が小さい伝熱管
５０，５１，５２熱交換器直線部

Claims

空気吸込口及び空気吹出口を有する筐体と、
前記筐体内に設けられた送風ファンと、
フィン及び前記フィンを貫通する伝熱管を有し、前記送風ファンを取り囲むように配置された略逆Ｖ字状の室内熱交換器と、を備え、
前記室内熱交換器は、前面側室内熱交換器及び背面側室内熱交換器を有し、
前記前面側室内熱交換器は、２つの直線部及び両端が前記２つの直線部に接続された曲線部を有し、
前記室内熱交換器は複数の前記伝熱管により構成されたクロスフィンチューブ型の室内熱交換器であって、複数の前記伝熱管は１種類のＵ字状に曲げられた伝熱管であり、Ｕ字状に曲げられた前記伝熱管の曲げ半径が全て等しく、
前記曲線部における隣り合うＵ字状に曲げられた前記伝熱管の配置間隔が、前記直線部における隣り合うＵ字状に曲げられた前記伝熱管の配置間隔よりも小さく、
前記曲線部における最風上列の前記伝熱管の配置間隔が、前記直線部における前記伝熱管の配置間隔よりも小さく、
前記前面側室内熱交換器は空気の流れ方向に対する前記伝熱管の列数が等しいことを特徴とする空気調和機。
前記前面側室内熱交換器は、３つの直線部及び両端が前記直線部に接続された２つの曲線部を有することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記前面側室内熱交換器は空気の流れ方向に前記伝熱管を３列配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。