(57)【要約】【課題】熱交換器の体積を増大させず、コスト上昇を抑制できるやり方で熱交換器の熱交換効率を向上させる。【解決手段】熱交換器２０は冷媒を通す伝熱管２３及び放熱用のフィン２４を備える。熱交換器２０にはそれを通過する気流を形成する送風機１６が組み合わせられる。熱交換器２０は送風機１６に正対する部位の通風抵抗がそれ以外の部位の通風抵抗に比べて大とされている。送風機１６に正対する部位はそれ以外の部位に比べフィン２４の厚みが大とされることが、あるいは送風機１６に正対する部位はそれ以外の部位に比べ通風方向におけるフィン２４の寸法が大とされることが、通風抵抗の差の要因となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を通す伝熱管及び放熱用のフィンを備えた熱交換器であって、
当該熱交換器を通過する気流を形成する送風機が組み合わせられ、
当該熱交換器は前記送風機に正対する部位の通風抵抗がそれ以外の部位の通風抵抗に比べて大とされていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記送風機に正対する部位はそれ以外の部位に比べ前記フィンの厚みが大とされていることが前記通風抵抗の差の要因であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記送風機に正対する部位はそれ以外の部位に比べ通風方向における前記フィンの寸法が大とされていることが前記通風抵抗の差の要因であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかの熱交換器を搭載したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項５】
室外機と室内機を備える空気調和機として構成され、
前記室外機に前記熱交換器を搭載したことを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器及びそれを搭載した冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクル装置は空気調和機、冷蔵庫、冷凍庫、給湯器などの形で広く実用化されている。冷凍サイクル装置に必須の構成要素として熱交換器がある。
【０００３】
冷凍サイクル装置の中に熱交換器がどのように組み込まれているかを、空気調和機を例にとり、図６に基づき説明する。
【０００４】
図６に示す空気調和機１はセパレートタイプとして構成されており、室内機２と室外機３を備える。室内機２は室内熱交換器４を内蔵し、室外機３はコンプレッサ５、室外熱交換器６、レシーバー７、及び膨張弁８を内蔵する。室内熱交換器４、コンプレッサ５、室外熱交換器６、レシーバー７、及び膨張弁８は図６のように接続されて冷凍サイクルを構成する。
【０００５】
冷房時には、冷媒はコンプレッサ５の吐出管より高温高圧のガス冷媒として吐出される。高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器６に流入し、室外熱交換器６の外側を流れる室外空気に対し放熱を行う。放熱を行うとガス冷媒は凝縮する。凝縮した冷媒はレシーバー７で気液分離された後、膨張弁８に送られる。冷媒は膨張弁８で絞られ、低温低圧の液冷媒となる。液冷媒は室内熱交換器４に流入し、そこで蒸発・気化することにより室内空気から熱を奪う。その結果、室内を冷却することができる。
【０００６】
室外機３の一般的な構造は図７から図９に示すようなものである。室外機２は、板金製部品と合成樹脂製部品により構成される筐体１０の内部に、コンプレッサ５、室外熱交換器６、レシーバー７、及び膨張弁８を収容するが、図７にはコンプレッサ５と室外熱交換器６のみ示されている。筐体１０の内部は機械室１１と熱交換室１２に区画されており、機械室１１にはコンプレッサ５が収納され、熱交換室１２には室外熱交換器６が収納されている。
【０００７】
図７に示す通り、筐体１０は平面形状が矩形であり、矩形の長辺のうち、図７において下側に位置する側が筐体１０の正面となり、上側に位置する側が筐体１０の背面となる。矩形の短辺は筐体の側面となる。ここでは筐体１０の正面に向き合う使用者の左手側を左側面とし、右手側を右側面とする。
【０００８】
室外熱交換器６は平面形状Ｌ字形に形成されている。室外熱交換器６の長辺６ａは筐体１０の背面に形成された空気取入口１３に向かい合い、短辺６ｂは筐体１０の右側面に形成された空気取入口１４に向かいあう。
【０００９】
熱交換室１２の正面側には空気吹出口１５が形成され、空気吹出口１５と室外熱交換器６の間に送風機１６が配置されている。送風機１６はプロペラファン１６ａとこれを回転させるモータ１６ｂにより構成される。室外熱交換器６の長辺６ａはプロペラファン１６ａに正面から向かい合う。すなわち正対する。室外熱交換器６の短辺６ｂはプロペラファン１６ａの側面に向き合う。
【００１０】
送風機１６を駆動すると、筐体１０の内部の空気が空気吹出口１５から吹き出される。その分を埋め合わせる形で空気取入口１３、１４から筐体１０内に外気が流入する。空気取入口１３から流入した外気は主に室外熱交換器６の長辺６を通り抜けて長辺６ａとの間で熱交換を行い、空気取入口１４から流入した外気は主に室外熱交換器６の短辺６ｂを通り抜けて短辺６ｂとの間で熱交換を行う。
【００１１】
室外熱交換器６としては様々な形式のものを用いることができる。ここでは図１０から図１２に示すパラレルフロータイプの熱交換器２０を室外熱交換器６として用いている。
【００１２】
図１１において、紙面上側が熱交換器２０の上側、紙面下側が熱交換器２０の下側となる。熱交換器２０は２本の垂直な分流管２１、２２を水平方向に間隔を置いて配置し、分流管２１、２２を複数の伝熱管２３で接続した構成となっている。伝熱管２３は金属の押出成型品であり、分流管２１、２２の長さ方向に沿って所定間隔で配置される。
【００１３】
図１０に示す通り、伝熱管２３は平面形状Ｌ字形に曲げられていて、長辺２３ａと短辺２３ｂを所定半径の湾曲部２３ｃが接続している。長辺２３ａは室外熱交換器６における長辺６ａとなり、短辺２３ｂは室外熱交換器６における短辺６ｂとなる。
【００１４】
上下に隣接する伝熱管２３の間には放熱用のフィン２４が多数、所定ピッチで配置される。各フィン２４は伝熱管２３の軸線に直角に交わる平面内に配置される。従って湾曲部２３ｃでは隣接するフィン２４同士が異なる角度を有することになる。
【００１５】
熱交換器２０を室外熱交換器６として使用すると、暖房運転時には熱交換器２０が低温になり、着霜が生じる。着霜を抑制し、また除霜運転時における除霜水（ドレン）の排出を容易にするため、フィン２４はルーバが切起し形成されていないストレートフィンタイプとされている。
【００１６】
分流管２１、２２、伝熱管２３、及びフィン２４はいずれもアルミニウム等熱伝導の良い金属で形成され、溶接やろう付けで互いに固定されている。言うまでもないが伝熱管２３の内部は分流管２１、２２の内部に連通する。
【００１７】
分流管２１の上部には冷媒入口２５が形成され、分流管２２の下部には冷媒出口２６が形成されている。冷媒入口２５から分流管２１に流入した冷媒は各伝熱管２３に分流され、伝熱管２３及びその外側のフィン２４より放熱（あるいは吸熱）を行いつつ分流管２２へと流れ、冷媒出口２６から流出する。
【００１８】
前述の通り、送風機１６を駆動すると空気取入口１３、１４から筐体１０内に外気が流入し、室外熱交換器６として使用されている熱交換器２０を吹き抜けて熱交換器２０の内部を流れる冷媒との間で熱交換を行う。この時、送風機１６に正対する長辺２３ａを通過する気流に比べ、送風機１６に正対していない短辺２３ｂ及び湾曲部２３ｃを通過する気流はどうしても流速が遅くなる。そのため、熱交換器２０の全幅に亘り均一な風速分布を得ることができず、熱交換器２０の全ての部位で伝熱性能を十分に発揮させるということができなかった。
【００１９】
上記の問題に対処するため、特許文献１に記載された熱交換器では、通過する風速が速い部分ではフィンピッチを密に設定し、風速が遅い部分ではフィンピッチを疎に設定して、伝熱性能を向上させている。図１０から図１２に示した熱交換器２０にその考えをあてはめると図１３及び図１４に示す形になる。
【００２０】
同じく上記の問題に対処するため、特許文献２に記載された熱交換器では、送風機に正対していて風速が速くなる部位に第２の熱交換器を設置することで熱交換器の各部位を通過する気流の風速を均一化し、熱交換効率を向上させている。図１０から図１２に示した熱交換器２０にその考えをあてはめると図１５に示す形になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平７−１９８１６７号公報
【特許文献２】特許平８−２７０９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
特許文献１の解決方策では、フィンの疎密を熱交換器の部位に応じて変化させながら加工することが求められるため、加工コストが上昇する。またフィンピッチが密とされた部位では着霜が直ぐに通風阻害をもたらすので、除霜運転の頻度が高くなり、長時間連続運転を行うには不向きとなる。
【００２３】
特許文献２の解決方策では、第２の熱交換器を用いるため加工工程が増加し、加工コストも上昇する。また熱交換器の体積が増大するので機器の小型化には不向きである。
【００２４】
本発明は上記のような従来技術の抱える問題を解決すべくなされたものであり、熱交換器の体積を増大させず、コスト上昇を抑制できるやり方で熱交換器の熱交換効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明に係る熱交換器は、冷媒を通す伝熱管及び放熱用のフィンを備えた熱交換器であって、当該熱交換器を通過する気流を形成する送風機が組み合わせられ、当該熱交換器は前記送風機に正対する部位の通風抵抗がそれ以外の部位の通風抵抗に比べて大とされていることを特徴としている。
【００２６】
上記構成の熱交換器において、前記送風機に正対する部位はそれ以外の部位に比べ前記フィンの厚みが大とされていることが前記通風抵抗の差の要因であることが好ましい。
【００２７】
上記構成の熱交換器において、前記送風機に正対する部位はそれ以外の部位に比べ通風方向における前記フィンの寸法が大とされていることが前記通風抵抗の差の要因であることが好ましい。
【００２８】
また本発明は、上記熱交換器を搭載した冷凍サイクル装置であることを特徴としている。
【００２９】
また本発明は、冷凍サイクル装置が室外機と室内機を備える空気調和機として構成され、前記室外機に前記熱交換器を搭載したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によると、熱交換器の中で送風機に正対する部位の通風抵抗がそれ以外の部位の通風抵抗に比べて大とされていることにより、熱交換器の各部位を通過する気流の風速が均一化し、熱交換効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る熱交換器の上面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る熱交換器の正面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る熱交換器の上面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る熱交換器の正面図である。
【図５】熱流体のシミュレーションにより得た結果の表である。
【図６】空気調和機の概略構成図である。
【図７】空気調和機の室外機の概略構成を示す平面図である。
【図８】空気調和機の室外機の概略構成を示す立面図である。
【図９】空気調和機の室外機の概略構成を示す部分立面図で、図９と直角の方向に見たものである。
【図１０】従来の熱交換器の上面図である。
【図１１】図１０の熱交換器の正面図である。
【図１２】図１０の熱交換器の部分斜視図である。
【図１３】従来の別の熱交換器の上面図である。
【図１４】図１３の熱交換器の正面図である。
【図１５】従来のさらに別の熱交換器の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
＜第１実施形態＞
図１及び図２に基づき、本発明に係る熱交換器の構造を説明する。なお、図１０から図１２に示した従来の熱交換器と機能的に共通する構成要素には図１０から図１２で用いた符号をそのまま用い、説明は省略する。第２実施形態の説明でも同様とする。
【００３３】
第１実施形態に係る熱交換器２０は、送風機１６に正対する部位、すなわち長辺２３ａでは、送風機１６に正対しない部位、すなわち短辺２３ｂ及び湾曲部２３ｃに比べ、フィン２４の厚みが大とされている。このことにより、長辺２３ａの通風抵抗は短辺２３ｂ及び湾曲部２３ｃの通風抵抗に比べて大となっている。
【００３４】
上記のように通風抵抗に差をつけたことにより、長辺２３ａを通過する気流の風速と、短辺２３ｂ及び湾曲部２３ｃを通過する気流の風速との差が小さくなり、熱交換器２０の全体に亘って熱交換が偏りなく行われる。これにより熱交換器２０の熱交換効率が向上する。
【００３５】
＜第２実施形態＞
図３及び図４に本発明の第２実施形態に係る熱交換器２０を示す。第２実施形態に係る熱交換器２０は、送風機１６に正対する部位、すなわち長辺２３ａでは、送風機１６に正対しない部位、すなわち短辺２３ｂ及び湾曲部２３ｃに比べ、通風方向におけるフィン２４の寸法が大とされている。このことにより、長辺２３ａの通風抵抗は短辺２３ｂ及び湾曲部２３ｃの通風抵抗に比べて大となっている。
【００３６】
上記のように通風抵抗に差をつけたことにより、長辺２３ａを通過する気流の風速と、短辺２３ｂ及び湾曲部２３ｃを通過する気流の風速との差が小さくなり、熱交換器２０の全体に亘って熱交換が偏りなく行われる。これにより熱交換器２０の熱交換効率が向上する。
【００３７】
＜シミュレーション＞
本発明の効果を熱流体シミュレーションソフト（商品名「ＳＴＲＥＡＭ」）を用いて確認した。その結果が図５に示す表である。
【００３８】
図５の表において「正面流量」とは熱交換器の中で送風機に正対する部位の流量のことであり、「側面流量」とはそれ以外の部位の流量のことである。従来の熱交換器では側面流量が０．１７ｍ3／ｓであるのに対し、本発明の熱交換器では側面流量が０．２３ｍ3／ｓと、側面流量が２９％上昇した。従って本発明の熱交換器を用いれば熱交換器全体における気流の風速の差が小さくなり、熱交換効率が向上する。
【００３９】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は熱交換器及びそれを搭載した冷凍サイクル装置に広く利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１    空気調和機
２    室内機
３    室外機
４    室内熱交換器
５    コンプレッサ
６    室外熱交換器
７    レシーバー
８    膨張弁
１０  筐体
１６  送風機
２０  熱交換器
２１、２２  分流管
２３  伝熱管
２３ａ  長辺
２３ｂ  短辺
２３ｃ  湾曲部
２４  フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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