(57)【要約】【課題】熱交換器を通過する気流の風速分布の均一化を図った空気調和装置、及び、熱交換器を提供する。【解決手段】フィン・アンド・チューブ型の熱交換器２１と、当該熱交換器２１に送風する送風機２２とを筐体１１に備えた空気調和装置において、チューブ４３が多段に配置され、チューブ４３間の段ピッチＨ１が、送風機２２に近い位置において、他の部位における段ピッチよりも小さく形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィン・アンド・チューブ型の熱交換器と、当該熱交換器に送風する送風機とを筐体に備えた空気調和装置において、前記チューブが多列に配置され、前記チューブの列間ピッチが、前記送風機に近い位置において、他の部位における列間ピッチよりも狭く形成されていることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記筐体の上部に前記送風機が配置され、横吸い込み、上吹き出しの室外ユニットであって、前記熱交換器の上部の前記列間ピッチが、他の部位における列間ピッチよりも狭く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
フィン・アンド・チューブ型の熱交換器であって、
前記チューブが多列に配置され、前記チューブの列間ピッチが、送風機に近い位置において、他の部位における列間ピッチよりも狭く形成されていることを特徴とするフィン・アンド・チューブ型の熱交換器。
【請求項４】
前記熱交換器が断面略コ字型の熱交換器であることを特徴とする請求項３に記載のフィン・アンド・チューブ型の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器と、当該熱交換器に送風する送風機とを筐体に備えた空気調和装置、及び、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、筺体の上部に配置された送風機と、筐体の背面及び左右両側面を形成する断面略コ字型に形成されたフィン・アンド・チューブ型の熱交換器と、を備える横吸い込み、上吹き出しの空気調和装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１８９１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この種の空気調和装置では、送風機に近い熱交換器の上部位置では通過風速が早くなり、他の部位、特に、送風機からは遠い熱交換器の下側の部位では通過風速が低下してしまう。このように、熱交換器の各部位で、送風機からの距離に応じて通過風速が不均一化すると、熱交換器の放熱効率が低減するという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、熱交換器を通過する気流の風速分布の均一化を図った空気調和装置、及び、熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器と、当該熱交換器に送風する送風機とを筐体に備えた空気調和装置において、前記チューブが多段に配置され、前記チューブ間の段ピッチが、前記送風機に近い位置において、他の部位における段ピッチよりも小さく形成されていることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、上記の空気調和装置において、前記筐体の上部に前記送風機が配置され、横吸い込み、上吹き出しの室外ユニットであって、前記熱交換器の上部の前記段ピッチが、他の部位における段ピッチよりも小さく形成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、上記の空気調和装置において、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器であって、前記チューブが多段に配置され、前記チューブ間の段ピッチが、送風機に近い位置において、他の部位における段ピッチよりも小さく形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、上記の熱交換器において、前記熱交換器が断面略コ字型の熱交換器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器と、当該熱交換器に送風する送風機とを筐体に備えた空気調和装置において、前記チューブが多段に配置され、前記チューブ間の段ピッチが、前記送風機に近い位置において、他の部位における段ピッチよりも小さく形成されているため、送風機に近い位置では、チューブが熱交換器を通過する空気の抵抗となり、通過風速が低減する。これにより、通風抵抗の小さい送風機に遠い位置からの通過風速を上げることができ、熱交換器全体の風速分布を均一化することができ、熱交換器の熱交換効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態を示す空気調和装置の室外ユニットの外観斜視図である。
【図２】室外ユニットの側断面図である。
【図３】室外ユニットの内部構成を示す上面図である。
【図４】熱交換器の構成を示す斜視図である。
【図５】熱交換器のチューブの配置構成を示す図である。
【図６】熱交換部の構成を模式的に示した斜視図である。
【図７】熱交換器の風速分布を示す図であり、（Ａ）は熱交換器の高さ位置に対するチューブ間の段ピッチと、風速分布とを示す表、（Ｂ）は熱交換器の高さ位置に対するチューブ間の段ピッチを示すグラフ、（Ｃ）は熱交換器の高さ位置に対する風速分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る空気調和装置は、室外ユニット１０と室内ユニット（図示せず）とから構成されており、冷媒配管により接続された冷媒回路に冷媒を流して、冷房運転および暖房運転を行う。室外ユニット１０は、室外に設置され、室外空気と熱交換して冷房運転時には冷媒を凝縮させて外気に熱を放出し、暖房運転時には冷媒を蒸発させて外気から熱を取り込むものである。なお、以下に述べる上下および左右といった方向は、室外ユニット１０を設置した状態でその前面側から見た場合の方向を示している。
【００１２】
図１は、室外ユニット１０の外観斜視図であり、図２は、室外ユニット１０を右側から見た側断面図である。室外ユニット１０は、略直方体箱形状のユニットケース（筐体）１１を備え、このユニットケース１１は、前後方向に延びる一対の脚部材１３、１３上に架け渡されて固定される底板１２と、この底板１２の４隅から鉛直方向に延びる支柱１４と、前面パネル１５とを有して構成される。
底板１２上には、後述する熱交換器２１が配置され、この熱交換器２１によってユニットケース１１の背面及び左右両側面が形成されている。また、熱交換器２１の上部には、室外ファン（送風機）２２と、この室外ファン２２の周囲にベルマウス２５とが配置され、このベルマウス２５の吹出開口２５Ａには、室外ファン２２への接触を防止するファンガード２６が配置されている。また、ベルマウス２５の周囲には、発泡スチロール等の断熱材を備えた化粧パネル２７が設けられている。
【００１３】
前面パネル１５は、上下に二分割された上パネル１５Ａと下パネル１５Ｂとを備え、これら上パネル１５Ａ及び下パネル１５Ｂは、前面側の支柱１４、１４間に架け渡されて固定されている。ユニットケース１１の前面側には、図２に示すように、圧縮機３０や、四方弁及び膨張弁といった弁体等の冷媒回路構成部品３２が配管接続されて収容される。これら冷媒回路構成部品３２の配管の一端側は、熱交換器２１を介して室内ユニットと配管接続され、当該冷媒回路構成部品３２の配管の他端側は室内ユニットに配管接続され、これにより、冷媒を循環する冷媒回路が構成される。
また、ユニットケース１１の前面側には、圧縮機３０等の上方に室外ユニット１０の各種機器を制御するための制御ユニットを収容した電装箱３４が配置されている。これにより、前面パネル１５を取り外すことによって、作業者が前面側から圧縮機３０や電装箱３４内の制御ユニット等のメンテナンス作業を容易に行うことができる。
【００１４】
室外ファン２２は、図２に示すように、熱交換器２１の上方に配置されるファンモーター２３と、このファンモーター２３の軸に取り付けられたプロペラファン２４とを備えて構成される。ユニットケース１１の幅方向に隣接する支柱１４，１４間には、熱交換器２１の上端に相当する位置で当該支柱１４，１４を連結する不図示の連結部材が設けられ、ファンモーター２３は、これら連結部材間に架け渡された支持フレーム１６に固定される。
ファンモーター２３によりプロペラファン２４が回転駆動されると、室外ユニット１０の周囲、より具体的には図２、３中矢印Ｘで示すように、ユニットケース１１の前面を除いた左側面側、背面側及び右側面側から外気がユニットケース１１内に吸い込まれ、このユニットケース１１の上面部に設けられたベルマウス２５の吹出開口２５Ａを通じて外に排出される。つまり、この室外ユニット１０は、上面から熱交換後の空気を吹き出す上面吹き出しタイプに構成されている。
【００１５】
ユニットケース１１の底板１２上には、図３に示すように、断面略コ字型に屈曲されて形成された熱交換器２１が配置され、この熱交換器２１は、ユニットケース１１の左側面から背面及び右側面に沿わせて配置され、この熱交換器２１の両端面には、それぞれ当該熱交換器２１内に連続蛇行曲げして配管された冷媒管を固定するための管板２１Ａが設けられている。
【００１６】
熱交換器２１で囲まれた内側には、上記した圧縮機３０や冷媒回路構成部品３２とともに冷媒回路の一部を構成するアキュムレータ３５、オイルセパレーター３６及びレシーバータンク３７が底板１２上に配置されている。また、アキュムレータ３５の上部中央には、フレーム１７が固定され、フレーム１７は、アキュムレータ３５の上端部から延びて、支柱１４，１４を連結する連結部材に固定され、アキュムレータ３５の揺動を防止している。
【００１７】
これらアキュムレータ３５、オイルセパレーター３６及びレシーバータンク３７は、冷媒または冷凍機油を一時的に貯留する圧力容器であり、メンテナンス頻度が低いものである。一方、上記した圧縮機３０や冷媒回路構成部品３２は、モーターやコイル等の電動要素を備えるため、メンテナンス頻度が高い。このため、本構成では、底板１２上から電装箱３４の下端部まで上方に延びる仕切り板３８を設け、この仕切り板３８によって、ユニットケース１１内が、図３に示すように、熱交換室３９と機械室５０とに区分けされている。機械室５０には、メンテナンス頻度の高い圧縮機３０や冷媒回路構成部品３２が収容され、熱交換室３９には、メンテナンス頻度の低い熱交換器２１、アキュムレータ３５、オイルセパレーター３６及びレシーバータンク３７が収容されている。
【００１８】
次に、図４、図５、及び、図６を用いて、熱交換器２１の構成について説明する。熱交換器２１は、フィン・アンド・チューブ型の熱交換部４０を通風方向に前後に３列並べて構成される。各熱交換部４０は、一対の管板２１Ａ間に互いに間隔を開けて配置され、平板状に形成された複数のフィン４１と、これらフィン４１を貫通する複数のチューブ（冷媒管）４３と、を備えて構成されている（図６参照）。
【００１９】
熱交換部４０のフィン４１には、図４に示すように、チューブ４３が貫通する貫通孔４７が予め所定の位置に形成されている。チューブ４３は、互いに平行に、かつ、チューブ４３間に所定の段ピッチ（隙間）Ｈ１が形成され、上下に多段に並べて配置される。つまり、フィン４１には、チューブ４３を所定の段ピッチＨ１で配置すべく、貫通孔４７が予め形成されている。熱交換器２１では、このチューブ４３内部に送流される冷媒と、熱交換器２１を通過する空気とが、フィン４１を介して熱交換される。各チューブ４３の端には、Ｕ字部（Ｕベント）４４が設けられ（図３参照）、当該Ｕ字部４４によって１本の冷媒配管として連結されている。なお、各フィン４１は、細長い矩形板状に形成され、室外ユニット１０は、このフィン４１の長手方向における上端部側に送風機２２を備えている。
【００２０】
室外ユニット１０は、横吸込み、上面吹き出しタイプの室外ユニットであり、熱交換器２１がユニットケース１１の背面、及び、左右両側面を形成する断面略コ字状に形成される。ところで、横吸込み、上面吹き出しタイプの室外ユニット１０では、熱交換器２１の上部に配置された室外ファン２２の駆動により、ユニットケース１１内に熱交換器２１を通して空気を吸い込むが、室外ファン２２に近いユニットケース１１の上部位置の通過風速は、室外ファン２２から遠いユニットケース１１の下部位置の通過風速よりも早くなる。このように、熱交換器２１の各部位で通過風速が不均一化すると、熱交換器２１の放熱効率が低減する。
【００２１】
本実施形態は、熱交換器２１の各部位で通過風速を均一化するべく成されたものであり、熱交換器２１の多段に配置されたチューブ４３間の段ピッチＨ１は、室外ファン２２に近い上部位置では、図５に示すように、他の部位よりも小さく形成されている。つまり、熱交換器２１の室外ファン２２に近い位置においては、チューブ４３間の隙間が、他の部位におけるチューブ４３間の隙間よりも密に形成されている。この構成によれば、熱交換器２１の室外ファン２２に近い位置では、熱交換器２１を通過する空気の抵抗となるチューブ４３が小さな段ピッチで配置され、チューブ４３による空気抵抗が大きくなるため、通過風速が低下する。これにより、熱交換器２１の空気抵抗の小さい他の部位からの通過風速が早くなる。よって、熱交換器２１全体の通過風速を均一化することができ、熱交換器２１の放熱効率を向上することができる。
【００２２】
このように、本願の熱交換器２１は、熱交換器２１全体の通過風速の均一化を図ったものであり、図５に示すように、熱交換器２１のチューブ４３間の段ピッチＨ１は、熱交換器２１の各部位で、室外ファン２２からの距離に応じて可変に設定されている。熱交換器２１の各部位で、チューブ４３間の段ピッチＨ１を可変とすることで、図７に示すように、熱交換器２１の各部位での風速分布を均一化することができる。なお、図７（Ａ）は熱交換器２１の高さ位置に対するチューブ間の段ピッチＨ１と、風速分布とを示す表、図７（Ｂ）は熱交換器２１の高さ位置に対するチューブ間の段ピッチＨ１を示すグラフ、図７（Ｃ）は熱交換器２１の高さ位置に対する風速分布を示すグラフである。
【００２３】
本実施形態の熱交換器２１は、高さが１２００ｍｍの熱交換器であり、チューブ４３間の段ピッチＨ１は、図８（Ａ）、及び、図８（Ｂ）に示すように、熱交換器２１の室外ファン２２に近い上部位置では、室外ファン２２に遠い下部より８０％程度小さく形成されている。熱交換器２１の各部位におけるチューブ４３間の段ピッチＨ１は、熱交換器２１の高さ、室外ファン２２の送風容量、フィン４１のフィンピッチ、或いは、チューブ４３の外径等の諸条件に基づく段ピッチＨ１と、風速分布との関係をコンピューターシミュレーション、或いは、実験等で検証し、熱交換器２１の各部位における通過風速が均一となるべく設定することができる。
【００２４】
熱交換器２１の各部位における通過風速を一定とすべく、熱交換器２１の各部位での段ピッチＨ１を設定した場合には、段ピッチＨ１は、熱交換器２１の室外ファン２２に近い上部位置で小さく、室外ファン２２からの距離が離れるに従って徐々に大きくなるように形成される。つまり、熱交換器２１は、チューブ４３が、上部で密、下部で疎となるように配置される。熱交換器２１の室外ファン２２に近い上部では、チューブ４３が密集して配置されるため、チューブ４３が熱交換器２１を通過する空気の通風抵抗となる。また、熱交換器２１の室外ファン２２から遠い下部では、チューブ４３が散在して配置されるため、チューブ４３による通風抵抗が低減される。これにより、通風抵抗が高い熱交換器２１の上部より、通風抵抗が低い熱交換器２１の下部から空気が吸い込まれ易くなり、熱交換器２１全体の風速分布を均一化することができるこのように、熱交換器２１の各部位での段ピッチＨ１を可変にすることで、熱交換器２１は、図８（Ａ）、及び、図８（Ｃ）に示すように、各部位における通過風速が均一化され、放熱効率を向上することができる。
【００２５】
以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器２１と、当該熱交換器２１に送風する送風機２２とを筐体１１に備えた空気調和装置において、チューブ４３が多段に配置され、チューブ４３間の段ピッチＨ１が、送風機２２に近い位置において、他の部位における段ピッチよりも小さく形成されている。これにより、送風機２２に近い位置では、チューブ４３が熱交換器２１の通風方向に対して密に配置される。よって、チューブ４３が熱交換器２１を通過する空気の抵抗となり、通過風速が低減する。これにより、通風抵抗の小さい熱交換器２１の他の部位、特に、送風機２２から遠い部位からの通過風速を上げることができ、熱交換器２１全体の風速分布を均一化することができ、熱交換器２１の熱交換効率を向上することができる。
【００２６】
また、本発明を適用した実施形態によれば、筐体１１の上部に送風機２２が配置され、横吸い込み、上吹き出しの室外ユニット１０であって、熱交換器２１の上部の段ピッチＨ１が、他の部位における段ピッチＨ１よりも小さく形成されている。これにより、送風機２２に近い熱交換器２１の上部の通風抵抗を増やし、送風機２２から遠い熱交換器２１の下部からの通過風速を上げることができるため、熱交換器２１全体の風速分布を均一化することができ、熱交換器２１の熱交換効率を向上することができる。
【００２７】
また、本発明を適用した実施形態によれば、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器２１であって、チューブ４３が多段に配置され、チューブ間の段ピッチＨ１が、送風機２２に近い位置において、他の部位における段ピッチＨ１よりも小さく形成されている。これにより、通過風速が早くなる送風機２２に近い位置では、チューブ４３により通風抵抗が大きくなるため、通過風速を低減することができる。よって、送風機２２に近い位置の通過風速を低減させ、送風機２２から遠い位置の通過風速を上げることができるため、熱交換器２１全体の風速分布を均一化することができ、熱交換器２１の熱交換効率を向上することができる。
【００２８】
また、本発明を適用した実施形態によれば、熱交換器２１が断面略コ字型の熱交換器２１であるため、筐体１１の背面、及び、両側面を熱交換器２１で構成することができ、熱交換面積を広くすることができるため、室外ユニット１０を高効率化することができる。
【００２９】
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施形態では、熱交換器２１は、断面略コ字状に屈曲れているが、例えば、断面略Ｌ字状に屈曲されている構成であっても良い。また、本実施形態では、熱交換器２１は、熱交換部４０を３列並べて形成しているが、これに限らず、熱交換部４０を任意の列数、例えば、１列、もしくは複数列、並べて形成する構成であっても良い。
【符号の説明】
【００３０】
１０  室外ユニット
１１  ユニットケース（筺体）
２１  熱交換器
２２  室外ファン（送風機）
４３  チューブ
Ｈ１  段ピッチ
【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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