空気調和機

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【発明の名称】	空気調和機
【発明者】	【氏名】工藤光夫【氏名】佐々木重幸【氏名】野中正之【氏名】千葉健樹【氏名】横山英範【氏名】藤林一朗【氏名】森本素生【氏名】大塚厚
【要約】	【課題】管内に相変化を伴う冷媒を作動媒体として用いる室内熱交換器であって、室内熱交換器の列数を２列から３列に大型化してもファン動力の増大による消費電力のアップや騒音の増大を抑えることの出来る、環境に優しい高性能で快適な空気調和機用室内機を提供する。【解決手段】上面吸い込み口と、前面吸い込み口と、貫流ファンと、前記両吸い込み口と前記貫流ファンとの間に伝熱管列数が３列で構成されたクロスフィン形室内熱交換器とを配置してなる空気調和機用室内ユニットを有する空気調和機であって、暖房時冷媒入口及び暖房時冷媒出口に連なる３列目ないしは１列目当るフィンでは他に比べて切り起しスリットの密度を少なく設けて、好ましくは暖房時冷媒入口列、暖房時冷媒出口列及び暖房時冷媒出入口部を除く他の部分の順に切り起しスリットの密度を大きくした構成により、通気抵抗を大幅に低減しァン風量が増大による性能向上を達成する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】上面吸い込み口と前面吸い込み口とを有する室内ユニットと、この室内ユニット内に貫流ファンと前記両吸込み口と前記貫流ファンとの間に冷媒管を３列で構成した室内熱交換器とを備え、前記室内熱交換器は暖房時の冷媒入口及び暖房時の冷媒出口に連なる前記３列目ないしは１列目当るフィンでは他に比べて切り起しスリットの密度を少なく設け、暖房時冷媒入口列、暖房時冷媒出口列及び暖房時冷媒出入口部を除く他の部分の順に切り起しスリットの密度を大きくしたことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】上面吸い込み口と前面吸い込み口とを有する室内ユニットと、この室内ユニット内に貫流ファンと前記両吸い込み口と前記貫流ファンとの間に冷媒管を３列で構成したクロスフィン形室内熱交換器とを備え、前記室内熱交換器は前記冷媒配管内の冷媒が略気液二相域になっている部位に位置するフィン面には伝熱促進のための切り起しスリットを設け、暖房時冷媒入口部に位置する管内冷媒ガス域及び暖房時冷媒出口部に位置する管内冷媒液域に対応する部位に於けるフィン形状を前記二相域でのフィン形状に比べてスリットの割合が少なく通気抵抗が低いことを特徴とする空気調和機。
【請求項３】上面吸い込み口と前面吸い込み口とを有する室内ユニットと、この室内ユニット内に貫流ファンと、前記両吸い込み口と前記貫流ファンとの間に冷媒管を３列で構成したクロスフィン形室内熱交換器とを備え、前記室内熱交換器は前記冷媒管内の冷媒が略気液二相域になっている部位に位置するフィン面にはフィン基線を挟んで互いに反対側に切り起された切り起しスリットを設け、暖房時冷媒入口部に位置する管内冷媒ガス域及び暖房時冷媒出口部に位置する管内冷媒液域に対応する部位に於けるフィン形状を前記二相域でのフィン形状に比べて通気抵抗が低い、好ましくは平板状としたことを特徴とする空気調和機。
【請求項４】上面吸い込み口と前面吸い込み口とを有する室内ユニットと、この室内ユニット内に貫流ファンと、前記両吸い込み口と前記貫流ファンとの間に冷媒管が３列で構成されたクロスフィン形室内熱交換器とを備え、前記室内熱交換器は前記冷媒管内の冷媒が略気液二相域になっている部位に位置するフィン形状が熱伝達率の高い波形フィンとするとともに、暖房時冷媒入口部に位置する管内冷媒ガス域及び暖房時冷媒出口部に位置する管内冷媒液域に対応する部位に於けるフィン形状を前記二相域でのフィン形状に比べて通気抵抗が低くなるように流入気流に対する波形の迎え角を小さくしたことを特徴とする空気調和機。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和機の室内ユニット内に取付けられた熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、室内熱交換器の熱交換量を増大させることを目的として、フィン面を波形に成形した波形フィンや、特開平１０－１８５３５９号公報に開示のようにフィン面全体にスリットを設けて切り起こすとともに、冷媒配管配列を２列配列した熱交換器が多用されている。
【０００３】一方、近年においては、地球環境問題に対処するために、一層の省エネルギ化が求められるようになり、熱交換器をより大型化する必要に迫られているが、前記従来の室内熱交換器の場合には、冷媒管を２列熱交換器のまま大型化すると熱交換器全体が大きくなり、間口寸法がその分大きくなってしまい、この熱交換器を取付けた室内ユニットは、外形寸法が大型化してコストアップとなってしまうという問題があった。
【０００４】一方、室内ユニットの大型化を防ぐため間口寸法を抑えて熱交換量を大きくするためには、必然的に熱交換器の列数を２列から３列に増やすことが必要となるが、熱交換器の列数を単純に２列から３列にした場合には、室内ユニットの大型化は抑えることができるものの、熱交換器の列数に比例して通気抵抗が大幅に増大し、ファン動力が増大して消費電力が増えるという問題や、通気抵抗増大に伴うファン騒音が増大して空気調和機としての快適性を損なうという問題があった。【０００５】
【発明が解決しようとする課題】省エネルギーには、省資源化にともない、省電力で、且つ高性能化が最も重要な課題であるが、上記従来技術では、熱交換器の大型化、通気抵抗増大による消費電力の増大という問題がある。
【０００６】本発明は、地球環境を考慮した高性能で快適な空気調和機用室内機を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、上面吸い込み口と前面吸い込み口とを有する室内ユニットと、この室内ユニット内に貫流ファンと前記両吸込み口と前記貫流ファンとの間に冷媒管を３列で構成した室内熱交換器とを備え、前記室内熱交換器は暖房時の冷媒入口及び暖房時の冷媒出口に連なる前記３列目ないしは１列目当るフィンでは他に比べて切り起しスリットの密度を少なく設け、暖房時冷媒入口列、暖房時冷媒出口列及び暖房時冷媒出入口部を除く他の部分の順に切り起しスリットの密度を大きくした空気調和機用室内ユニットが提案される。更に好ましくは前記室内熱交換器は暖房時冷媒入口及び暖房時冷媒出口に連なる３列目ないしは１列目当るフィンでは他に比べて切り起しスリットの密度を少なく設けて、好ましくは暖房時冷媒入口列、暖房時冷媒出口列及び暖房時冷媒出入口部を除く他の部分の順に切り起しスリットの密度を大きくした空気調和機用室内ユニットが提案される。
【０００８】上記の本発明の構成によれば、フィン基線を挟んで互いに反対側に切り起された切り起しスリットを設けたことにより、フィンピッチを広げて通気抵抗を低減できるとともに、フィンの高性能化によって管内二相域での熱抵抗を低減することによって全体としては性能向上を図りながら、管内冷媒ガス域及び液域に対応する部位に於ける通気抵抗を大幅に低減できる。したがって、同一騒音条件でのファン風量が増大するので、熱交換量が増えて熱交換器の性能が大幅に改善される。
【０００９】さらに、暖房能力が一定の場合には暖房時に必要な冷媒と空気との温度差を小さく出来るので、凝縮温度・圧力が低下して冷媒圧縮機の運転動力が少なくなり消費電力量が改善される。
【００１０】次に、室内熱交換器は管内冷媒が大略二相域になっている部位に位置するフィン面には伝熱促進のための切り起しスリットを設け、暖房時冷媒入口部に位置する管内冷媒ガス域及び暖房時冷媒出口部に位置する管内冷媒液域に対応する部位に於けるフィン形状を前記二相域でのフィン形状に比べてスリットの割合が少なく通気抵抗が低い、好ましくは平板状としたので通気抵抗の増大を小さく抑えることが出来る。また、管内熱抵抗の大きさに従って空気側フィンの熱抵抗がバランス良く改善されるので伝熱性能が向上する。したがって、同一騒音条件でのファン風量が増大するので、熱交換器の性能が大幅に改善される。
【００１１】また、室内熱交換器は管内冷媒が大略二相域になっている部位に位置するフィン形状として熱伝達率の高い、例えば波形フィンとするとともに、暖房時冷媒入口部に位置する管内冷媒ガス域及び暖房時冷媒出口部に位置する管内冷媒液域に対応する部位に於けるフィン形状を前記二相域でのフィン形状に比べて通気抵抗が低くなるように流入気流に対する波形の迎え角を小さく、好ましくは平板状としたので、通気抵抗の増大を小さく抑えることが出来る。したがって、同一騒音条件でのファン風量が増大するので、熱交換器の性能が大幅に改善される。
【００１２】また、室内熱交換器は管内冷媒が大略二相域になっている部位に位置するフィンは伝熱促進手段を施したフィン形状となし、暖房時冷媒入口部に位置する管内冷媒ガス域及び暖房時冷媒出口部に位置する管内冷媒液域に対応する部位に於けるフィン形状を前記二相域でのフィン形状に比べて通気抵抗が低い、好ましくは平板状としたので、通気抵抗の増大を小さく抑えることが出来る。したがって、同一騒音条件でのファン風量が増大するので、熱交換器の性能が大幅に改善される。
【００１３】さらに、前記空気調和機において、室内熱交換器は暖房時冷媒入口となる伝熱管列とこれに隣接している伝熱管列との列間に位置するフィン面、及び暖房時冷媒出口になる伝熱管列とこれに隣接している伝熱管列との列間に位置するフィン面に列間を熱的に分離するための分離スリットを設けたので、熱伝導損失を抑えれれて熱交換性能が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。図１は本発明に係る空気調和機用室内ユニットの内部構造を示す横断面図であり、図２は本発明になるフィン１００の全体平面構造を示す。図３は上部熱交換器用フィンの加工工程を、図４は前面熱交換器の加工工程を示す。図５は図３のＡ－Ａ断面図を図６は図４のＢ－Ｂ断面図を示す。図７は上記室内ユニットを含むヒートポンプ方空気調和機の冷凍サイクル構成図であり、図８はこの空気調和機の冷凍サイクル内を循環している冷媒の状態変化を模擬的に示したＴＳ線図である。
【００１５】本発明の一実施の形態になる空気調和機用室内ユニットの内部構造を図１に示す。この室内ユニット２０は、箱体２０１内に配置された室内熱交換器２１、貫流ファン２４、および、ファンケーシング２０２を備え、上記箱体２０１の上部には上部吸込み口２０３が、その前面には前面吸込み口２０４が設けられ、さらに、その下部には吹き出し口２０５が設けられている。なお、図中の符号１２０は、回動可能な風向板を示している。室内熱交換器２１は、逆Ｖ字状に配置された上部熱交換器２２ａおよび貫流ファンの前面に配置された前面熱交換器２２ｂより構成されている。室内熱交換器２１は、それぞれ、所定の間隔を置いて並置された多数の伝熱フィン１００とこの伝熱フィンに直角に挿入固着され、内部を冷媒が流動する多数のヘアピン曲げされた伝熱管１０２によって構成されている。これら多数の伝熱管１０２は、互いにベンドパイプ１０３やＹ字型分岐管１０４、あるいは、Ｔ字型分岐管１０５等を介して配管１０６で連接されてパスを構成している。逆Ｖ字型上部熱交換器２２ａ、および前面熱交換器２２ｂの伝熱管列数は３列となっている。これら３列熱交換器のうち上部熱交換器２２ａの背面傾斜部２２ａＢは暖房運転時の冷媒出口部を配置し、前面熱交換器２２ｂの最風下側列（３列目、貫流ファン２４に最も近い側）には暖房運転時の冷媒入口を配置するように冷媒パスが構成されている。
【００１６】これら冷媒パスは、絞り機構２５を挟んで、上部熱交換器２２ａに含まれる第一パスと、前面熱交換器２２ｂに含まれる第二パスとに別れている。すなわち、本発明によれば、これら上部熱交換器２２ａおよび前面熱交換器２２ｂは、好ましくはフィン１００が分離されて互いに独立した別体の熱交換器を構成しており、かつ、除湿運転時にはそれぞれ加熱器２２ａおよび冷却除湿器２２ｂとして作用するように配管接続されている。
【００１７】より具体的に説明すると、本実施の形態では、上部熱交換器２２ａの冷媒流路は、暖房運転時に冷媒出口となる風上側列の大部分が１パスに構成され、残りは２パス（並列２通路）に構成されている。前面熱交換器２２ｂの冷媒流路は、暖房運転時の冷媒入口部を風下側列に設けるとともに２パス（並列２通路）に構成されている。
【００１８】上部熱交換器２２ａを構成するフィン１００は、図２、図３及び図５に示すように、冷媒パスが１パスに構成されている暖房時冷媒出口となる風上側伝熱管列１０８ｕのフィンは平板状フィンからなり、その風下側に位置する２列目及び３列目のフィンは伝熱促進のための切り起しスリット２００を設けたフィン構造となっている。フィン面に設けられた切り起しスリット２００の断面形状は図５に示すように基準フィン面１００を挟んで互いに反対側に切り起された切り起しスリット２００ａ及び２００ｂを配置した形状になっている。
【００１９】前面熱交換器２２ｂを構成するフィン１００は図２、図４及び図６に示すように暖房時冷媒入口となる最風下側列１０９ｄ（３列目）のフィンは平板上フィンからなり、その風上側に位置する２列目及び１列目のフィンは伝熱促進のための切り起しスリットを設けたフィン構造となっている。
【００２０】また、上部熱交換器２２ａのフィン１００には、図３に示すように冷媒パスが１パスに構成されている風上側の伝熱管列１０８ｕと、冷媒パスが２パスに構成されている風下側の伝熱管列１０８ｄとを、熱的に分離できるように、分離スリット１１０が設けられている。同様に前面熱交換器２２ｂの最風下側列１０９ｄ（３列目）と、その風上側列１０９ｕ（２列目）との間には、図４に示すように３列目を熱的に区画するための分離スリット１１０が設けられている。
【００２１】なお、前記分離スリット１１０は、フィン１００を切断することにより形成されるが、フィン加工時の取り扱い性を考慮して、上記図３、図４に示すように、非切断部１１０ａと切断部１１０ｂが交互になるように切断を行って、フィン１００の一部に上記非切断部１１０ａを残すようにするのが好ましい。また、切断に代えて、例えば、やはり断続する細いスリットを形成し、あるいは、溝を形成してフィンの断面積を減少して、熱的に分離することも可能である。
【００２２】次に、上記室内ユニットを有する空気調和機の冷凍サイクル構成について述べる。図７において、符号２０は室内ユニット、符号１０は室外ユニットであり、これら室内外ユニット１０、２０は、配管ユニット２７によって接続されている。室外ユニット１０は、室外熱交換器１３およびファン１７を備えている。その冷凍サイクルは、冷媒圧縮機１１から、四方弁１２、室外熱交換器１３、減圧器１６を通り、さらには、冷媒配管２７を介して前記室内熱交換器２１へ接続されて構成され、その内部を高圧冷媒が循環するように構成されている。高圧冷媒としては、オゾン層保護のため冷媒Ｒ３２、Ｒ１２５やＲ１３４ａ等を適宜混合することによって、従来の冷媒Ｒ２２に対して同じ凝縮温度での圧力が高くなる混合冷媒が好ましい。さらに好ましくはＲ３２とＲ１２５を質量比で１：１に混合してなる冷媒Ｒ４１０Ａを用いるのが良い。
【００２３】なお、この図７において、実線の矢印４１は暖房運転時の冷媒流れ方向を示し，破線の矢印４２は冷房運転時の冷媒の流れ方向を示している。また、図中の矢印２６は、上記室内ユニット２０における気流を、そして、矢印１８は室外ユニット１０における気流を示している。
【００２４】上記構成による室内熱交換器において、管内を流れる冷媒と管外を流れる空気とが管外に設けられているフィンを介して熱交換し、この際管内の冷媒は相変化を伴う。
【００２５】例えば暖房運転時には室内熱交換器は凝縮器として機能する場合について考える。圧縮機から室内熱交換器に送られる管内冷媒は、高温・高圧のガス冷媒の状態で、前面熱交換器の３列目の伝熱管に連接された冷媒入口から室内熱交換器に流入する。３列目の管内を流れる間にフィンを介して空気と熱交換し、管内圧力によって決まる飽和温度まで大略冷却されて凝縮液化が始まり気液二相冷媒となり、リターンベンドを介して２列目の伝熱管内に流入し、さらに１列目へと進み、除湿運転時以外は全開となっている絞り弁２５を介して上部熱交換器の風下３列目の伝熱管内へ流入する。この間、管内の気液二相冷媒は温度がほぼ一定に保たれた状態で空気と熱交換するが、熱交換が進行するに従って凝縮潜熱を失って液冷媒の割合が増え、上部熱交換器の２列目を流出する時には大略全量液化する。上部熱交換器の２列目を経て全量液化した管内冷媒は上部熱交換器の最風上側１列目に設けられた１パスに回路接続されている伝熱管内に流入し、温度の低い流入空気と熱交換して圧力によって決まる飽和温度より更に５～１５℃低い温度まで過冷却される。過冷却された液冷媒は、室内熱交換器からサイクル系へ流出して冷凍サイクルを形成している。
【００２６】上記したように管内の冷媒は熱交換の過程でガス冷媒域、二相冷媒域および液冷媒域と相変化しながら次第に温度が低下し、一方管外を流れる空気は入口から出口に向かって冷媒とは反対に次第に温度上昇して室内ユニットから室内に放出されて暖房に供される。
【００２７】この際、前記したように本発明による一実施例では、３列熱交換器の冷媒パスとして温度の低い出口液冷媒が温度が最も低い入口空気と熱交するように液冷媒域のパスを風上側い列目に配置し、また、温度が最も高くなっている管内入口高温ガス冷媒と温度が高い出口空気とが熱交換するように高温ガス流入パスを風下側３列目に配置するように対向流的なパス構成としているので熱交換効率が大幅に改善される。
【００２８】前記熱交換の過程に於いて本発明になる一実施例の構成によれば管内冷媒と管外空気がとが熱交換する過程での前記角冷媒層変化過程での、角冷媒層に対応する熱交換器部位に於ける熱抵抗Ｒｔ（ｋ／ｗ）は、空気側熱抵抗と管内側熱抵抗との和として次式で表される。
【００２９】
Ｒｔ＝１／（ｈｏ＊Ａｏ）＋１／（ｈｉ＊Ａｉ）（１）
ここで、Ａｏ、Ａｉは空気側及び管内側伝熱面積を表し、ｈｏ、ｈｉは空気側及び管内側熱伝達率尾表す。本実施例になる両起こしスリットフィンの空気側熱伝達率は大略ｈｏ＝７０～１００Ｗ／ｍ²Ｋであり、管内側熱伝達率は前記した管内の冷媒の状態に依存するので、管内加工管を用いた場合には下記の値が推定される。
【００３０】
ガス域；ｈｉ，ｇ＝３００～５００Ｗ／ｍ²Ｋ液域；ｈｉ，ｌ＝８００～１０００Ｗ／ｍ²Ｋ二相域；ｈｉ、ｓ＝６０００～１２０００Ｗ／ｍ²Ｋ程度と冷媒の状態によって大きく変化することが予想される。
【００３１】そこで、管内の冷媒状態に応じた全体熱抵抗Ｒｔに占める空気側熱抵抗と管内側熱抵抗の割合を見ると、大略以下のようになっている。空気側熱抵抗管内側熱抵抗全体１／（ｈｏ＊Ａｏ）１／（ｈｉ＊Ａｉ）Ｒｔガス域１６％８４％１００％液域３５％６５％１００％二相域８５％１５％１００％これらの結果から特徴的に、管内冷媒の状態がガス域及び液域の場合は、管内冷媒側の熱抵抗が支配的で、空気側熱抵抗の比率が小さくなっており、特にガス域においてはその傾向が顕著であるのに対して、熱交換器の大部分を占めている管内冷媒が二相域の場合は、空気側熱抵抗が支配的になっているのが分かる。
【００３２】したがって、熱交換器の性能向上を図る場合には熱交換量の大部分を占める管内冷媒二相域での熱抵抗を低減するのが重要であり、このために空気側熱抵抗の低減が重要課題となる。
【００３３】空気側の熱抵抗低減手段としては、一般にフィンピッチを小さくしたり、気流方向に沿うフィン幅を大きくして伝熱面積を増やす方法や、空気側フィンの表面形状を工夫して伝熱促進を図り熱伝達率ｈｏを向上する方法がある。しかし従来、フィンピッチを小さくするなどによって伝熱面積を単純に増やすとフィン材の使用量が増えてコストが増大するばかりか、通気抵抗が大幅に増大するという問題を生じていた。
【００３４】また、従来の熱交換器では、３列に大型化した場合には、性能向上のために熱伝達率の高いフィン構造にすると空気側熱抵抗の割合が少ない管内ガス域や液域での空気側の熱抵抗も無意味に改善されることとなり、通気抵抗が大幅に増大するという問題があった。
【００３５】ところが、上記の本発明の構成によれば、図５に示すようにフィン基線を挟んで互いに反対側に切り起された切り起しスリットを設けた、両起こしスリットフィンを用いてフィンピッチを広くすることにより二相域での熱抵抗及び通気抵抗を低減するとともに、管内ガス域や液域に対応する部位に於けるフィンの形状を二相域でのフィン形状に比べて通気抵抗が低い好ましくは平板状フィンとしているので、ここでの通気抵抗を大幅に低減できる。前記したように管内冷媒ガス域及び液域に対応する部位においては空気側の熱抵抗が全体に占める割合が小さいので、ここでフィンピッチが広くなっても全体熱抵抗の悪化は僅かであり、通気抵抗低減によるファン風量増大、交換熱量改善効果の方が大きい。したがって、同一騒音条件でのファン風量が増大するので、熱交換量が増えて熱交換器の性能が大幅に改善される。
【００３６】次に、上記に構成を説明したヒ－トポンプ型空気調和機における冷凍サイクルの動作について述べる。まず、図７に示したヒ－トポンプ型空気調和機の冷凍サイクル構成において、暖房運転時には、上記室外ユニット１０の圧縮機１１から吐出される高温・高圧の冷媒ガスは、実線の矢印４１で示すように、四方弁１２および冷媒配管２７を通って、凝縮器として作用する上記室内ユニット２０の室内熱交換器２１へ送られ、室内貫流ファン２４によって送風される空気によって冷やされて（空気と熱交換し）、高圧・低温の液冷媒となる。
【００３７】この冷やされて高圧・低温の液となった冷媒は、冷媒配管２７を通って上記室外ユニット１０へ戻り、減圧器１６によって減圧膨張され、これにより低圧・低温の冷媒となって蒸発器として作用する室外側熱交換器１３へ流入する。この室外側熱交換器１３へ流入する冷媒は、室外ファン１７によって送風された空気によって加熱されて蒸発した後、四方弁１２を通って圧縮機１１に戻り、ここで再び圧縮され、上記の循環サイクルを繰り返す。なお、この時、室内熱交換器２１では、高温・高圧の冷媒ガスにより加熱された空気を被空調室内に放出して、室内の暖房を行うこととなる。
【００３８】これに対して、冷房運転時には、室外ユニット１０の圧縮機１１から吐出される高圧・高温の冷媒ガスは、破線矢印４２で示すように、四方弁１２を通って凝縮器として作用する室外側熱交換器１３へ送られる。室外側熱交換器１３では，室外ファン１７によって送風された空気によって冷され、高圧・低温の液冷媒となり，減圧器１６によって減圧膨張され、低圧・低温の冷媒となる。低圧・低温となった冷媒は，冷媒配管２７を通り、蒸発器として作用する室内ユニット２０の室内側熱交換器２１へ流入する。ここで，室内ファン２４によって送風された空気によって加熱されて蒸発した後、冷媒配管２７を通って室外ユニット１０の四方弁１２を通って圧縮機１１に戻り、ここで再び圧縮されて上記の循環サイクルを繰り返す。なお、この時室内熱交換器２１では、低圧・低温の冷媒により冷却された空気を被空調室内に放出して冷房を行う。
【００３９】続いて、かかる冷凍サイクル内を循環している冷媒の状態変化を図８により模式的に示す。なお、図８に於いて、横軸は冷媒のエントロピＳ（ｋＪ／ｋｇＫ）、縦軸は冷媒の温度Ｔ（℃）である。また、冷媒温度Ｔｃは、凝縮器内の圧力に対応した凝縮温度であり、冷媒温度Ｔｅは、蒸発器内の圧力に対応した蒸発温度である。また、記号ＡとＣは、各々、凝縮器として作用する熱交換器の入口と出口を、また、記号ＤとＥは、各々、蒸発器として作用する熱交換器の入口と出口を示している。さらに、図８に於いて、区間Ａ－Ｂ１は冷媒過熱領域を、区間Ｂ１－Ｂ２は飽和領域を、そして、区間Ｂ２－Ｃは過冷却領域を示している。
【００４０】まず、暖房運転の場合について説明する。この場合、互いに熱的に分離された室内熱交換器２２ａ、２２ｂの中間に設けられている除湿運転用絞り機構２５は、流動抵抗とならないように全開に設定される。次に圧縮機１１を起動すると、この圧縮機１１から吐出された高温・高圧の過熱冷媒ガス（図８のＡ点）は、四方弁１２及び配管ユニット２７を介して室内ユニット２０の室内熱交換器２１へ送られて、この室内熱交換器を構成する前面熱交換器２２ａの空気側最下流３列目の伝熱管から２パスに分かれて流入する。前面熱交換器２２ｂを出た冷媒は絞り機構２５を経て上部熱交換器２２ａへ流入し、空気と熱交換して温度の低い液冷媒となり、上部熱交換器２２ａの背面傾斜部２２ａＢの空気側最上流１列目の伝熱管列を経て、室内熱交換器２１から流出する。この時、室内熱交換器２１の外部を流れる室内空気２６は管内の冷媒との熱交換によって暖められ、被空調室内の暖房に供せられる（図７を参照）。
【００４１】この時、空気側フィンを両起こしスリットフィンとしたので空気側の熱抵抗が改善されて管内の冷媒が飽和領域（図８の区間Ｂ１－Ｂ２）となっている前面熱交換器２２ｂを通過する空気２６（２０℃）は、管内の冷媒凝縮温度Ｔｃとほぼ同じ温度になるまで加熱されて、分離スリット１１０によって熱的に区画された風下側３列目１０９ｄに至る。風下側３列目１０９ｄでは、前記凝縮温度Ｔｃよりもさらに高く過熱された７０～８０℃（＝Ｔｃ＋３０～４０℃）の過熱冷媒（図８のＡ点）によってさらに高温になるまで効率良く加熱され暖房能力が改善される。なお、分離スリット１１０を挟む列間で温度差が生じるが、分離スリット１１０によって熱的に区画されているので、これら伝熱管列の間での温度差によるフィン１００を介しての熱伝導損失が抑えられ暖房能力が改善される。
【００４２】また、前面熱交換器２２ｂの冷媒パスが２パスで構成されていることから、管内冷媒の流速が高くなっている。この結果、過熱冷媒域での熱伝達率が改善されるため管内側の熱抵抗Ｒｔ，ｇが改善されて、管内冷媒温度と管壁との温度差が小さく保たれて、フィンの温度が冷媒温度近くまで高くなり３列目に流入した空気は、効率良く加熱昇温される。さらに３列目のフィンは平板状フィンとしたので通気抵抗が低減されて風量が増大し暖房能力が改善される。
【００４３】また、上記貫流ファン２４の上部に逆Ｖ字状に配置されている上部熱交換器２２ａの一部、すなわち、逆Ｖ字の背面向き傾斜部２２ａＢは伝熱管の列数が３列で構成され、暖房出口の冷媒パスが空気側最上流１列目に配置されている。このため、管内冷媒温度が低く空気温度上昇が少ない１列目を通過した空気を、管内が気液二相冷媒であって、管内熱伝達率が高い２列目、３列目の熱交換器部で更に加熱・昇温できるので、従来の２列熱交換器のように低い温度のまま室内へ送風されることはなく、暖房能力が改善される。さらに前記１列目のフィンは平板状フィンとしたので通気抵抗が低減されて風量が増大し暖房能力が改善される。
【００４４】上部熱交換器２２ａの逆Ｖ字の背面下向き傾斜部２２ａＢでのフィン１００には、冷媒パスが１パスに構成されている風上側の伝熱管列１０８ｕと、冷媒パスが２パスに構成されている風下側の伝熱管列１０８ｄとを、熱的に分離できるように、分離スリット１１０が設けられている。分離スリット１１０を設けることにより、冷媒パスが１パスに構成されている風上側の伝熱管列１０８ｕと、冷媒パスが２パスに構成されている風下側の伝熱管列１０８ｄとが熱的に分離されている。前記１パスの風上側の伝熱管列１０８ｕは、暖房運転時には、冷媒出口となるため、図８に於いて区間Ｂ２－Ｃで示されるように、隣接する２パスの風下側の伝熱管列１０８ｄの冷媒温度Ｔｃに比べて低い冷媒温度となっており、これら伝熱管列の間で温度差が生じる。しかし、上記の分離スリット１１０を設けているので、これら伝熱管列の間での温度差によるフィン１００を介しての熱伝導損失が抑えられ、さらに暖房能力が改善される。
【００４５】次に、冷房運転時について説明する。冷房運転では、冷媒流れ方向が暖房のときとは逆転するため、暖房出口が冷房入口に、暖房入口が冷房出口になる。この冷房運転の場合、まず室内熱交換器２２ａ、２２ｂの中間に設けられている除湿運転用絞り機構２５は、やはり、流動抵抗とならないように全開に設定される。
【００４６】次に、圧縮機１１を起動すると、圧縮機１１から吐き出された高温高圧の過熱冷媒ガス（図８のＡ点）は、室外熱交換器１３へ送られて、室外ユニット１０の熱交換器１３を流れる冷却空気１８と熱交換して、冷媒は冷却液化される。この液化した高圧・低温の液冷媒（図８のＣ点）は、絞り機構１６を介して蒸発圧力まで減圧され、低温の気液二相冷媒（図８のＤ点）となって、蒸発器として作用する室内ユニット２０の室内熱交換器２２へ流入され、そこで空気を冷却する。その後、この冷媒は空気から奪った熱量分だけ徐々に蒸発し、熱交換器２２の出口に至り、この出口では再び気相冷媒（図８のＥ点）となって圧縮機１１に送られ、再び圧縮機１１から吐き出され、循環する。
【００４７】かかる冷房運転時において、室内ユニット２０の室内熱交換器２１が蒸発器として作用する場合には、暖房運転時の凝縮器として作用する場合とは異なり、管内冷媒の圧力が低い。このため特に、冷房出口（暖房入口）での冷媒パスを２パスにした場合には管内冷媒ガスの流速が高くなり、従来は冷媒側には大きな圧力損失を生じることとなり、冷房性能が大幅に低下するので、暖房性能と冷房性能を両立できないという問題があったが、本発明による空気調和機では、冷媒として高圧冷媒Ｒ４１０Ａを用いているので、管内冷媒ガスの密度が大きいために管内流速が抑えられ、圧力損失が小さくなり冷房性能が改善される。
【００４８】冷房運転時には管内冷媒の圧力損失によって冷媒の飽和温度が熱交換器出口に向かって低下するので、冷房時の冷媒流路出口に位置している前面熱交換器２２ｂの空気下流側３列目管内の冷媒蒸発温度（図８のＥ点近傍）が最も低くなっている。このため、前面熱交換器２２ｂの空気下流側３列目のフィン面状には大量の水分が結露することとなり、結露した水滴によってフィン間の風路が狭められて露付き時の通気抵抗が大幅に上昇しファン騒音が増大するという問題があったが、本発明の一実施例では前記３列目のフィンは平板状フィンとしたのでフィン面に結露した水滴が滞留することなく流れ落ちるので露付き時通気抵抗が低減されてファン騒音が改善されるとともに、風量が増大し冷房能力が改善される。また、ここで１列目、２列目では空気側フィンを両起こしスリットフィンとしたのでフィン面に結露する水滴の排水作用が改善されるので露付き時の通気抵抗がさらに改善される。
【００４９】また、前記した暖房運転の時と同様に、上部熱交換器２２ａの冷媒通路である第１パス内の冷媒蒸発温度と、前面熱交換器２２ｂの冷媒通路である第２パス内の冷媒蒸発温度に温度差を生じる。このため従来は、一体のフィン１００を介して上部熱交換器２２ａと前面熱交換器２２ｂとの間で熱伝導による熱の授受が行われ、この熱伝導損失のために冷房能力が低下するという問題を生じていた。
【００５０】ところが、本発明では、上述のように、室内熱交換器２１は、互いに熱的に分離された２つの熱交換器２２ａと２２ｂで構成されていることから、上部熱交換器２２ａと前面熱交換器２２ｂとの温度差による熱伝導損失が発生し難いので冷房能力が改善される。また、下部３列熱交換器２２ｂの空気流の最下流側に、冷媒蒸発温度が最も低くなる冷媒出口が配置されているので、空気上流列から順に冷却されてきた冷風を更に低い冷媒蒸発温度の空気風下側列によって冷却できることとなり、冷房能力の大幅な改善が期待できる。
【００５１】次に、除湿運転時について説明する。この除湿運転の場合には、まず、四方弁１２は冷房運転時と同じ位置に設定され、減圧器１６は全開位置に設定される。
【００５２】次に、圧縮機１１を起動すると、圧縮機１１から吐き出された高温・高圧の過熱冷媒ガス（図８のＡ点）は、室外熱交換器１３、減圧器１６、冷媒配管２７を経て室内ユニット２０の室内熱交換器２１へ送られる。この室内熱交換器２１へ送られた高温・高圧の冷媒ガスは、まず、凝縮器として作用する上部熱交換器２２ａへ送られ、ここで、その外部を流れる被除湿空気２６をフィン１００を介して加熱する。同時に管内の冷媒は、外部空気によって冷却・液化されて絞り部２５に至る。この冷却・液化された管内の冷媒は、上記絞り部２５を介して減圧されて、低温・低圧の気液二相冷媒となり、次に、蒸発器（冷却除湿器）として作用する下部熱交換２２ｂへ流入する。ここで被空調室内の空気は冷却・除湿されると同時に管内冷媒は、蒸発気化して室内熱交換器から流出し、四方弁を介して再び圧縮機に吸い込まれて循環を繰り返す。前面熱交換器２２ｂでは、上記の冷房運転の場合と同じように、空気最下流側列の管内冷媒温度が最も低い温度になっており、冷房運転時と同様に、前面熱交換器２２ｂの空気下流側３列目のフィン面状には大量の水分が結露することとなるが、前記３列目のフィンは平板状フィンとしたのでフィン面に結露した水滴が滞留することなく流れ落ちるので露付き時通気抵抗が低減されてファン風量が増加するので除湿効率が大幅に改善される。
【００５３】ところで、従来は、隣接する上部熱交換器２２ａと前面熱交換器２２ｂは、互いに一体のフィン１００を介して熱的に連結されている。このため、加熱器として作用する温度の高い上部熱交換器２２ａによって、冷却除湿器として作用する温度の低い前面熱交換器２２ｂが一体のフィン１００を介して加熱される。したがって、冷却除湿器として作用する前面熱交換器２２ｂの表面に結露した除湿水分が、上部熱交換器２２ａからの加熱によって再蒸発していまい、除湿効率が低下するという問題が生じていた。
【００５４】これに対して、本発明では、上述のように、室内ユニット２０の室内熱交換器２１を構成する上部熱交換器２２ａと前面熱交換器２２ｂは、少なくとも互いにフィン１００が分離し、熱的に分離された別体構成となっている。したがって、高温の加熱器として作用する上部熱交換器２２ａと低温の冷却除湿器として作用する前面熱交換器２２ｂとの間での熱伝導損失が生じないので冷房能力の大幅な改善が可能になる。また、加熱器として作用する上部熱交換器２２ａからの熱により除湿水分が再蒸発するという問題も生じない。また、特に、冷房運転時においては、前記した上部熱交換器２２ａの逆Ｖ字背面下向き傾斜部２２ａＢの冷媒通路において、風上側１列目に配置されている１パス部では、冷媒側の圧力損失により、隣接する２パス部に比べて管内の冷媒温度が全体的に高くなるため、１パス部と２パス部で列間に温度差が生じる。このため、従来は、この列間の温度差に伴う熱交換により熱伝導損失を生じ、冷房能力が低下するという問題があった。しかしながら、上記の本発明による熱交換器、特に、熱交換器２２ａの構造では、その１パス部と２パス部の列間に分離スリット１１０を設けているので、これら列間での熱伝導損失が抑えられ、これにより冷房能力が改善される。
【００５５】なお、上記の実施の形態になる室内ユニット２０では、上部熱交換器２２ａは、全体として、逆Ｖ字型に折り曲げ配置されているが、本発明による作用効果は、上述の熱交換器の配置や形態に限定されることなく、その他、例えば「く」の字曲げ配置でも、直線配置でも、あるいは、「Ｕ」の字曲げの円弧状配置等でも良いのは勿論である。
【００５６】上記実施例において分離スリット１１０により熱的に区画する方法としては、例えば、図９（Ａ）に示すように、プレス加工などでフィン１００を断続的に切断する方法、図９（Ｂ）に示すように、細長いスリット穴１０１を打ち抜く方法、または、図９（Ｃ）に示すように、ミシン目状の切り込み１０２を設ける方法など、一部の接続部を残して切断する等、適宜、選択できるのは勿論である。さらに、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すように、「Ｖ」字状あるいは「Ｕ」字状の溝１０３をフィン１００の両面、あるいは、片面に形成して熱的に略完全に区画し、もしくは、熱伝導を小さくするように区画する方法も可能である。
【００５７】また、前記実施例では、分離スリット１１０で区画された３列目を暖房時の冷媒入口位置として構成し、除湿運転時に除湿器として作用する前面熱交換器２２ｂに配置した構成としている。しかしながら、暖房時の冷媒入口位置としては、これのみに限定されず、その他、例えば、除湿運転時に加熱器として作用する上部熱交換器２２ａに隣接して、空気流の下流側に配置する構成としても良い。なお、この場合には、再熱器となる上部熱交換器２２ａによって加熱された温度の高い空気が、除湿冷却器として作用する分離スリット１１０で区画された３列目に流入するので、空気と冷媒との温度差が大きくなり、効率良く除湿冷却できるので除湿効率が改善されることとなる。
【００５８】次に、本発明の他の実施の形態になる室内ユニットの構成を、添付の図１１に示す。図１１に示す室内ユニットでは、上記図１に示した室内ユニットに対し、室内熱交換器２１の逆Ｖ字形上部熱交換器２２ａの背面傾斜部２２ａＢを２列とし、その列間に分離スリット１１０を設けるように構成している。この構成によれば、上部熱交換器２２ａの列数が２列になるので、ファンから遠い部分の通気抵抗が低減されるのでファン騒音が改善されるという効果を奏する。
【００５９】本発明の他の実施例になる室内熱交換器の形態を図１２に示す。図１に示す室内ユニットに対し，室内熱交換器２１の逆Ｖ字形上部熱交換器２２ａの前面傾斜部２２ａＡを3列とし背面傾斜部２２ａＢを２列とした構成にしている。貫流ファン２４によって吸い込まれる気流が遅くなっている背面側での熱交換器の列数を前面側より少なくしたことにより，風速分布が均一化して性能が向上する。
【００６０】次に、本発明の他の実施例になる室内熱交換器のフィンの構成を図１３、図１４に示す。図１３に示すフィン構造は、上記図１に示す室内ユニットに対応して、伝熱性能促進のための切り起しスリット２００を、暖房時冷媒入口部を除いたフィン面に選択的に設けたもので、暖房運転時の熱交換効率とフィン側の通気抵抗との適正化が達成される。図１４に示すフィン構造は、上記図１２に示す室内ユニットに対応して、伝熱性能促進のための切り起しスリット２００を、暖房時冷媒入口部および冷媒出口部を除いたフィン面に選択的に設けたもので、暖房運転時の熱交換効率とフィン側の通気抵抗との適正化が達成される。
【００６１】本発明の他の実施例になる空気側フィンの切り起しスリット断面形状を図１５に示す。この実施例ではフィン基板面を挟んで交互に反対側に切り起したもので、同一の側に切り起されたスリット２００ａ，２００ｂの切り起し高さを変えたものである。また切り起しスリット２００に隣接する基板には曲げ部２００ｃを設け、スリットの隙間を大きくしたものである。このように構成することにより、上流側スリットの後流の影響を下流側スリットが受けないので、熱伝達率がさらに改善される。隣り合うフィン間に切り起し高さを変えたスリットを多数配置できるので通気抵抗低減のためにフィンピッチを広げても空気側の熱伝達率を確保出来る。また、基板に設けた曲げ部により隙間が確保されるので冷房運転や除湿運転時に於いてフィン面に結露する水滴の排水性が大幅に改善されるという効果を奏する。
【００６２】本発明の他の実施例になる空気側フィンの断面構造を図１６に示す。この実施例では、フィン全体を空気流れ方向に沿って波形に形成し、切り起し高さのことなる断面山形の切り起しスリットを山形平面に連続して設けたものである。即ち暖房時冷媒入口及び暖房時冷媒出口に連なる３列目ないしは１列目当るフィン形状を、切り起しスリットが無い山形平面に加工したものである。このように構成することにより、全体としてフィンの剛性が大幅に改善されるので取り扱い性がよく生産性が大幅に向上する。切り起しスリット２００の断面形状として断面山形に形成したので乱流効果により空気側の伝熱性能がさらに向上するという効果を奏する。
【００６３】本発明の他の実施例になるフィン構造を図１７に示す。この実施例では気流方向から見た切り起しスリット２００の断面形状を全体として山形に形成し、さらに切り起しスリットの立上げ部３００の立上げ角度を鋭角に、２段階に曲げて切り起したものであり、スリット立上げ部の位置を気流方向に変えた構造としたものである。このように構成することにより、隣り合うフィン間を切り起しスリットが斜めに横切るように配置されることとなり、通気抵抗低減のためにフィンピッチを広げてもフィン間の気流が乱されて空気側の熱伝達率を確保出来る。また、立上げ部３００の位置を変えているので隣り合うスリット間の距離が確保されるので冷房運転や除湿運転時に於いてフィン面に結露する水滴の排水性が大幅に改善されるという効果を奏する。
【００６４】本発明の他の実施例になるフィン構造を図１８に示す。伝熱管列数が３列からなるフィンに於いて、各列ごとの隣り合う伝熱管の間に位置するフィン面に前記切り起しスリットを設けるとともに、列毎にスリット配置密度が異なるように切り起しスリットを形成したものである。即ち、暖房時冷媒入口及び暖房時冷媒出口に連なる３列目ないしは１列目当るフィンでは他に比べて切り起しスリットの密度を少なく設けたものである。また、好ましくは暖房時冷媒入口列、暖房時冷媒出口列及び暖房時冷媒出入口部を除く部分の順に切り起しスリットの密度を大きくしたものである。このように構成することによって管内熱抵抗に従って空気側の熱抵抗が改善されるので、管内と空気側の熱抵抗のバランスが図られるので暖房時の熱交換効率とフィン側の通気抵抗との適正化がより一層図られるので、ファン風量が改善されて暖房能力が向上する。
【００６５】本発明の他の実施例になるフィン構造を図１９に示す。伝熱管列数が３列になるフィンに於いて、フィン全体を波形に形成したもので、気流方向に対する波形フィン面の迎え角度を、管内冷媒液域になっている１列目で小さく管内冷媒が二相域になっている２列目、３列目で大きくしたものである。このように構成することによって管内熱抵抗に従って空気側フィンの熱抵抗を適切に変えることが出来るので、通気抵抗低減による暖房能力向上が達成される。
【００６６】以上に述べた、本発明に関わる室内熱交換器用フィンは、冷房時凝縮器、暖房時蒸発器として作用する前記室外熱交換器用として用いても同様の効果を発揮できるのはもちろんである。
【００６７】以上の説明のように、本発明の実施形態になる空気調和機用室内熱交換器の上記構成によれば、室内熱交換器は暖房時冷媒入口及び暖房時冷媒出口に連なる３列目ないしは１列目当るフィンでは他に比べて切り起しスリットの密度を少なく設けて、好ましくは暖房時冷媒入口列、暖房時冷媒出口列及び暖房時冷媒出入口部を除く他の部分の順に切り起しスリットの密度を大きくするように構成したので、管内熱抵抗に応じて空気側熱抵抗が改善されるので、暖房運転時の熱交換効率とフィン側の通気抵抗との適正化が達成され、ファン動力やファン騒音を低く抑えた暖房能力が高い空気調和機を提供できる。
【００６８】また、冷房運転時には冷房出口に対応する３列目のフィンは切り起しスリットの密度が他に比べて少なく、好ましくは平板状フィンとしたのでフィン面に結露した水滴が滞留することなく流れ落ちるので露付き時通気抵抗が低減されてファン騒音が改善されるとともに、風量が増大し冷房能力が改善される。また、ここで１列目、２列目では空気側フィンを両起こしスリットフィンとしたのでフィン面に結露する水滴の排水作用が改善されるので露付き時の通気抵抗がさらに改善される。
【００６９】また、本発明の実施の形態になる空気調和機用室内ユニットの上記の構成によれば、暖房運転時には、管内冷媒温度が異なる列間のフィン面に分離スリットを設ける構成としたので、フィンを介して温度の異なる伝熱管間での熱伝導損失を生じなく、暖房能力が向上することとなる。
【００７０】さらには、暖房能力が一定の場合には、暖房時に必要な冷媒と空気との温度差を小さくできるので、凝縮温度・圧力が低下し、圧縮仕事が軽減されるので、暖房運転時の消費電力量が少ない空気調和機を提供できるとともに熱交換器を小型にできるので、室内ユニットを小型にできるという効果がある。
【００７１】
【発明の効果】以上の説明のように、本発明の実施形態になる空気調和機用室内熱交換器の上記構成によれば、室内熱交換器は暖房時冷媒入口及び暖房時冷媒出口に連なる３列目ないしは１列目当るフィンでは他に比べて切り起しスリットの密度を少なく設けて、好ましくは暖房時冷媒入口列、暖房時冷媒出口列及び暖房時冷媒出入口部を除く他の部分の順に切り起しスリットの密度を大きくするように構成したので、管内熱抵抗に応じて空気側熱抵抗が改善されるので、暖房運転時の熱交換効率とフィン側の通気抵抗との適正化が達成され、ファン動力やファン騒音を低く抑えた暖房能力が高い空気調和機を提供できる。
【００７２】また、冷房運転時には冷房出口に対応する３列目のフィンは切り起しスリットの密度が他に比べて少なく、好ましくは平板状フィンとしたのでフィン面に結露した水滴が滞留することなく流れ落ちるので露付き時通気抵抗が低減されてファン騒音が改善されるとともに、風量が増大し冷房能力が改善される。また、ここで１列目、２列目では空気側フィンを両起こしスリットフィンとしたのでフィン面に結露する水滴の排水作用が改善されるので露付き時の通気抵抗がさらに改善される。

【出願人】	【識別番号】０００００５１０８【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】	平成１１年（１９９９）３月２３日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】小川勝男
【公開番号】	特開平１１－３３７１０４
【公開日】	平成１１年（１９９９）１２月１０日
【出願番号】	特願平１１－７７２０８