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Patent Searching and Data


Title:
AIR CONDITIONING APPARATUS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/069679
Kind Code:
A1
Abstract:
Heat exchanging performance of an indoor heat exchanger is improved without increasing pressure loss in a pipe of an outdoor heat exchanger. An air conditioning apparatus is composed of an indoor unit and an outdoor unit. The indoor unit is mounted with an indoor heat exchanger (10) wherein a plurality of heat transfer pipes (12A) are inserted into a plurality of fins (11). Each heat transfer pipe is provided with a spiral groove (13A) having a prescribed lead angle (Ra) on a surface inside the pipe. The outdoor unit is mounted with an outdoor heat exchanger (20) wherein a plurality of heat transfer pipes (22A) are inserted into a plurality of fins (11). Each heat transfer pipe has a lead angle (Rb) of a spiral groove (23A) smaller than the lead angle of the heat transfer pipe (10A) used for the indoor heat exchanger (10).

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Inventors:
LEE SANGMU (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/071492
Publication Date:
June 04, 2009
Filing Date:
November 27, 2008
Export Citation:
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Assignee:
MITSUBISHI ELECTRIC CORP (JP)
LEE SANGMU (JP)
International Classes:
F24F1/00; F24F1/18; F24F5/00; F25B1/00; F25B39/00; F28F1/40
Foreign References:
JP2004279025A2004-10-07
JPH0712483A1995-01-17
JPH0814786A1996-01-19
JPH06147532A1994-05-27
Other References:
See also references of EP 2213953A4
Attorney, Agent or Firm:
KOBAYASHI, Hisao et al. (The 6th Central Bldg. 19-10, Toranomon 1-chome, Minato-k, Tokyo 01, JP)
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Claims:
 管内面に所定のリード角を有する螺旋溝が形成された複数の伝熱管を複数のフィンに挿通させてなる室内側熱交換器を搭載した室内機と、
 前記室内側熱交換器に用いた伝熱管よりも螺旋溝のリード角が小さい複数の伝熱管を複数のフィンに挿通させてなる室外側熱交換器を搭載した室外機とからなる空気調和機。
 前記室外側熱交換器の伝熱管の螺旋溝の深さを、前記室内側熱交換器の伝熱管の螺旋溝の深さよりも大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
 前記室外側熱交換器の伝熱管の螺旋溝の条数を、前記室内側熱交換器の伝熱管の螺旋溝の条数よりも多くしたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気調和機。
 前記室内側熱交換器または室外側熱交換器は、機械拡管方式または液圧拡管方式により前記伝熱管を拡管させることで、該伝熱管と前記フィンとが接合されてなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の空気調和機。
 前記室内側熱交換器の伝熱管の螺旋溝のリード角が35度~45度であることを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
 前記室外側熱交換器の伝熱管の螺旋溝のリード角が25度~35度であることを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
 前記機械拡管方式または液圧拡管方式により前記伝熱管を拡管させる際の拡管率が前記室内側熱交換器の伝熱管の場合で105.5%~106.5%であることを特徴とする請求項4に記載の空気調和機。
 前記機械拡管方式または液圧拡管方式により前記伝熱管を拡管させる際の拡管率が前記室外側熱交換器の伝熱管の場合で106~107.5%であることを特徴とする請求項4に記載の空気調和機。
 前記拡管により接合された前記伝熱管と前記フィンは、さらにロウ付けによって接着されてなることを特徴とする請求項4に記載の空気調和機。
 前記伝熱管を、銅又は銅合金、アルミ又はアルミ合金等の金属材料により形成してなることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の空気調和機。
 圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を順次配管で接続し、作動流体として冷媒を用いるとともに、前記熱交換器を前記蒸発器または前記凝縮器として用いたことを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の空気調和機。
 冷媒としてHC単一冷媒、またはHCを含む混合冷媒、R32、R410A、R407C、二酸化炭素のいずれかを用いることを特徴とする請求項11に記載の空気調和機。
Description:
空気調和機

 本発明は、管内溝付伝熱管を有する熱交 器を用いた空気調和機に関する。

 従来より、一定間隔で配置されてその間 気体(空気)が流れるフィンと、内面に螺旋 を有し各フィンへ直角に挿入されて内部に 媒が流れる伝熱管と、から構成されるフィ チューブ型熱交換器を用いたヒートポンプ の空気調和機は知られている。

 空気調和機は、一般に、冷媒を蒸発させ その際の気化熱により空気及び水等を冷却 る蒸発器と、蒸発器から排出された冷媒を 縮し、高温にして凝縮器に供給する圧縮機 、冷媒の熱により空気及び水等を加熱する 縮器と、凝縮器から排出された冷媒を膨張 せ、低温にして蒸発器に供給する膨張弁と 冷凍サイクル内の冷媒の流れる方向を切り えることで、暖房運転、冷房運転の切り替 を行う四方弁とを備えている。そして、伝 管は、凝縮器や蒸発器に組み込まれ、その 部に冷凍機油を含有する冷媒が流されるよ になっている(例えば、特許文献1参照)。

特開平6-147532号公報(図1,図13)

 ところで、前述のような空気調和機では 室外側熱交換器のパス数を室内側熱交換器 パス数より大きくすることで、暖房運転時 おける室外側熱交換器の管内圧力損失を低 するようにしている。しかしながら、この うに室内側熱交換器の伝熱管よりも螺旋溝 リード角が大きい伝熱管を室外側熱交換器 用いたものにあっては、室外側熱交換器の 内熱伝達率の増大に伴って室外側熱交換器 内圧力損失が増大し、成績係数(COP)が低下 るという難点があった。そして近年は、期 エネルギ消費効率(APF)に大きく寄与する暖房 性能への改善が望まれている。

 本発明は以上の点に鑑み、室外側熱交換 の管内圧力損失を増加させずに、室内側熱 換器の熱交換能力を増大させることのでき 空気調和機を得ることを目的とする。

 本発明に係る空気調和機は、管内面に所 のリード角を有する螺旋溝が形成された複 の伝熱管を複数のフィンに挿通させてなる 内側熱交換器を搭載した室内機と、室内側 交換器に用いた伝熱管よりも螺旋溝のリー 角が小さい複数の伝熱管を複数のフィンに 通させてなる室外側熱交換器を搭載した室 機とからなるものである。

 本発明の空気調和機によれば、室外側熱 換器の伝熱管内面の螺旋溝のリード角を、 内側熱交換器の伝熱管内面の螺旋溝のリー 角よりも小さくしているので、室外側熱交 器の伝熱管の螺旋溝を乗り越えて流れるよ な流れが発生し難くなり、管内圧力損失が 加せずに、熱交換率を向上させることがで る。また、結果として室内側熱交換器の伝 管内面の螺旋溝のリード角を大きくして、 内側熱交換器の伝熱管の螺旋溝の間に発生 る液膜が薄くなるようにしているので、熱 換率を向上させることができ、高効率の空 調和機を得ることができる。

本発明の実施の形態1に係る空気調和機 の室内側熱交換器を正面側から見た鉛直方向 断面の部分拡大図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和機 の室外側熱交換器を正面側から見た鉛直方向 断面の部分拡大図である。 本発明の実施の形態2に係る空気調和機 の室内側熱交換器を側面側から見た鉛直方向 断面の部分拡大図である。 本発明の実施の形態2に係る空気調和機 の室外側熱交換器を側面側から見た鉛直方向 断面の部分拡大図である。 本発明の実施の形態3に係る空気調和機 の室内側熱交換器を側面側から見た鉛直方向 断面の部分拡大図である。 本発明の実施の形態3に係る空気調和機 の室外側熱交換器を側面側から見た鉛直方向 断面の部分拡大図である。 本発明の実施の形態4に係る空気調和機 の熱交換器の製作手順を示す正面側から見た 鉛直方向断面の部分拡大図である。

符号の説明

 Ra,Rb リード角
 10 室内側熱交換器
 11,21 フィン
 12A~12C、22A~22C 伝熱管
 13A~13C、23A~23C 螺旋溝
 20 室外側熱交換器
 Ha,Hb 螺旋溝の深さ
 30 拡管玉
 31 ロッド
 32 流体

実施の形態1.
 以下、図示実施形態により本発明を説明す 。
 図1は本発明の実施の形態1に係る空気調和 の室内側熱交換器を正面側から見た鉛直方 断面の部分拡大図、図2はその室外側熱交換 を正面側から見た鉛直方向断面の部分拡大 であり、いずれの図も隣り合う伝熱管の断 とその間のフィンを示している。

 本実施形態の空気調和機は、図1及び図2 ように、室内側熱交換器10のフィン11および 外側熱交換器20のフィン21が、いずれも伝熱 性の良い銅または銅合金、アルミまたはアル ミ合金等の金属材料からなり、またそれぞれ のフィン11,21を貫通する伝熱管12A、22Aも伝熱 の良い銅または銅合金、アルミまたはアル 合金等の金属材料から構成され、かつ各伝 管12A、22Aの内面に互いにリード角Ra,Rbの異 る螺旋溝13A,23Aが形成されている。

 熱交換器の圧力損失を低減させるには、 ス数を増加させることによる効果よりも、 内面の螺旋溝13A,23Aのリード角Ra,Rbを調整す ことによる効果のほうがより大きい効果を 待できる。そこで、ここでは管内面に35度~4 5度のリード角Raを持つ螺旋溝13Aを有する伝熱 管12Aを用いた室内側熱交換器10を搭載した室 機と、伝熱管12Aよりもリード角Rbが小さい(2 5度~35度)螺旋溝23Aを持つ伝熱管22Aを用いた室 側熱交換器20を搭載した室外機とから構成 る。

 本実施形態の空気調和機において、室外 熱交換器20の伝熱管22Aの螺旋溝23Aのリード Rbを25度~35度の範囲に設定したのは、螺旋溝2 3Aのリード角Rbの下限を25度以下にすると、熱 交換率の低下が顕著になるからであり、また 螺旋溝23Aのリード角Rbの上限を35度以上にす と、管内圧力損失が増加するからである。 れにより、螺旋溝23Aを乗り越えて流れるよ な流れが発生し難くなり、管内圧力損失が 加せずに、熱交換率を向上させることがで 、高効率の空気調和機が得られる。

 一方、室内側熱交換器10の伝熱管12Aの螺 溝13Aのリード角の下限を35度にしたのは、管 内伝熱性能をより向上させるためであり、ま た螺旋溝13Aのリード角Raの上限を45度とした は、それ以上にすると、管内圧力損失の増 が顕著になるからである。これにより、室 側熱交換器10の管内伝熱性能をより向上させ ることができ、高効率の熱交換器を得ること ができる。

 このように本実施形態の空気調和機にお ては、室内側熱交換器10の伝熱管12A内面の 旋溝13Aのリード角Raを大きくして、螺旋溝13A の間に発生する液膜が薄くなるようにしてい るので、熱交換率を向上させることができ、 高効率の空気調和機を得ることができる。

 そして、本実施形態の熱交換器は、圧縮 、凝縮器、絞り装置、蒸発器を順次配管で 続し、作動流体として冷媒を用いる冷凍サ クルにおいて、蒸発器または凝縮器として 用され、成績係数(COP)の向上に寄与する。 た、冷媒としてはHC単一冷媒、又はHCを含む 合冷媒、R32、R410A、R407C、二酸化炭素のいず れかが用いられるが、これら冷媒と空気との 熱交換効率が向上する。

実施の形態2.
 図3は本発明の実施の形態2に係る空気調和 の室内側熱交換器を側面側から見た鉛直方 断面の部分拡大図、図4はその室外側熱交換 を側面側から見た鉛直方向断面の部分拡大 であり、各図中、前述の実施形態1と同一部 分には同一符号を付してある。

 本実施形態の空気調和機も伝熱管12B、22B 、前述の実施形態1と同様に伝熱性の良い銅 または銅合金、アルミまたはアルミ合金等の 金属材料からなり、冷凍機油を含有する冷媒 を使用する熱交換器の凝縮器あるいは蒸発器 用の伝熱管として用いられるものである。

 これを更に詳述すると、室内側熱交換器 伝熱管12Bと室外側熱交換器の伝熱管22Bの内 には、それぞれ螺旋溝13B,23Bが形成されてい るとともに、室外側熱交換器の伝熱管22Bの螺 旋溝23Bの深さHb(図4)が室内側熱交換器の伝熱 12Bの螺旋溝13Bの深さHa(図3)よりも大きく(Hb&g t;Ha)なるように設定されている。

 本実施形態の空気調和機において、室外 熱交換器の螺旋溝23Bの深さHbは0.1mm~0.25mmで ることが好ましい。これにより、管内圧力 失が増加せず、伝熱性能をより向上させる とができる。しかし、溝深さを0.25mm以上に ると、管内圧力損失が増加する。

 一方、室内側熱交換器の伝熱管12Bの螺旋 23Bの深さHaは0.08mm~0.2mmであることが好まし 。これにより、管内圧力損失を低減するこ ができる。

 このように、室外側熱交換器の螺旋溝23B 深さHbを室内側熱交換器の伝熱管12Bの螺旋 23Bの深さHaよりも大きくすることにより、室 外側熱交換器の管内伝熱性能をより向上させ ることができ、高効率の空気調和機が得られ る。

 なお、本実施形態の螺旋溝13B,23Bの構成は 、そのまま前述の実施形態1に適用すること でき、その場合には、前述の実施形態1の螺 溝のリード角調整による効果と本実施形態 螺旋溝の深さ調整による効果との相乗効果 得られるので、設計的自由度が拡大する。

実施の形態3.
 図5は本発明の実施の形態3に係る空気調和 の室内側熱交換器を側面側から見た鉛直方 断面の部分拡大図、図6はその室外側熱交換 を側面側から見た鉛直方向断面の部分拡大 であり、各図中、前述の実施形態1と同一部 分には同一符号を付してある。

 本実施形態の空気調和機も伝熱管12C,22Cが 、前述の実施形態1と同様に伝熱性の良い銅 たは銅合金、アルミまたはアルミ合金等の 属材料からなり、冷凍機油を含有する冷媒 使用する熱交換器の凝縮器あるいは蒸発器 の伝熱管として用いられるものである。

 これを更に詳述すると、室内側熱交換器 伝熱管12Cと室外側熱交換器の伝熱管22Cの内 には、それぞれ螺旋溝13C,23Cが形成されてい るとともに、室外側熱交換器の伝熱管22Cの螺 旋溝23Cの条数が、室内側熱交換器の伝熱管12C の螺旋溝13Cの条数よりも多くなるように設定 されている。

 本実施形態の空気調和機において、室外 熱交換器の伝熱管22Cの螺旋溝23Cの条数は60~8 0であることが好ましい。これにより、管内 力損失が増加せず、伝熱性能をより向上さ ることができる。しかし、溝条数を80以上に すると、管内圧力損失が増加する。

 一方、室内側熱交換器の伝熱管12Cの螺旋 13Cの条数は40~60であることが好ましい。こ により、管内圧力損失を低減することがで る。

 このように、室外側熱交換器の伝熱管22C 螺旋溝23Cの条数を室内側熱交換器の伝熱管1 2Cの螺旋溝13Cの条数よりも多くすることによ 、室外側熱交換器の管内伝熱性能をより向 させることができ、高効率の空気調和機が られる。

 なお、本実施形態の螺旋溝13C,23Cの構成は 、そのまま前述の実施形態1,2に適用すること ができ、その場合には、前述の実施形態1の 旋溝のリード角調整による効果と実施形態2 螺旋溝の深さ調整による効果と本実施形態 螺旋溝の条数調整による効果のトリプル効 が得られるので、設計的自由度がさらに拡 する。

実施の形態4.
 図7は本発明の実施の形態4に係る空気調和 の熱交換器の製作手順を示す正面側から見 鉛直方向断面の部分拡大図であり、図中、 述の実施形態1と同一部分には同一符号を付 てある。なお、室内側熱交換器および室外 熱交換器は、いずれも同様の手順により製 されるため、ここでは室内側熱交換器を例 挙げて説明する。

 本実施形態の空気調和機は、熱交換器が 7のような手順により製作される。まず、各 伝熱管12Dを、それぞれ長手中央部で所定の曲 げピッチでヘアピン状に曲げ加工し、複数の ヘアピン管を製作する。次いで、これらヘア ピン管を、所定の間隔をおいて相互に平行に 配置した複数枚のフィン11に挿通した後、ヘ ピン管内に拡管玉30をロッド31により押し込 む機械拡管方式、あるいはヘアピン管内に拡 管玉30を流体32の液圧により押し込む液圧拡 方式により、ヘアピン管を拡管して、各フ ン11とヘアピン管すなわち伝熱管12Dとを接合 する。

 このように、本実施形態の空気調和機に いては、熱交換器の構成部材であるヘアピ 管を、機械拡管方式あるいは液圧拡管方式 より拡管するだけで、多数のフィン11とヘ ピン管(伝熱管12D)が接合されるので、熱交換 器の製作が容易となる。

実施の形態5.
 前述の実施形態4においては、ヘアピン管の 拡管のみによってフィン11とヘアピン管(伝熱 管12D)とを接合しているが、拡管率を規定し ければ製品にばらつきが発生する。したが て、この実施の形態5では室内側熱交換器の 熱管の拡管率を規定する。

 すなわち、本実施形態では、ヘアピン管 機械拡管方式あるいは液圧拡管方式により 管する際の拡管率を、室内側熱交換器の伝 管で105.5%~106.5%とする。これにより、室内側 熱交換器の伝熱管とフィンとの密着性を改善 して、高効率の空気調和機を得ることができ る。しかし、室内側熱交換器の伝熱管の拡管 率が106.5%以上になると、既述したように室内 側熱交換器の伝熱管の螺旋溝の条数は、室外 側熱交換器の伝熱管の螺旋溝の条数に比し少 ないため、螺旋溝の頂部での潰れが発生し、 伝熱管とフィンの密着性が悪化する。

実施の形態6.
 前述の実施形態4においては、ヘアピン管の 拡管のみによってフィン11とヘアピン管(伝熱 管12D)とを接合しているが、拡管率を規定し ければ製品にばらつきが発生する。したが て、この実施の形態6では室外側熱交換器の 熱管の拡管率を規定する。

 すなわち、本実施形態では、ヘアピン管 機械拡管方式あるいは液圧拡管方式により 管する際の拡管率を、室外側熱交換器の伝 管で106%~107.5%とする。これにより、室外側 交換器の伝熱管とフィンの密着性を改善し 、高効率の空気調和機を得ることができる このとき、室外側熱交換器の伝熱管の螺旋 の条数は、既述したように室内側熱交換器 伝熱管の螺旋溝の条数に比し多く、したが て螺旋溝の頂部での潰れが発生しない。ま 、室外側熱交換器の伝熱管の拡管率が大き なることで、伝熱管の内径が大きくなり、 内圧力損失が低減される。

 なお、前述の実施形態4~6においては、伝 管の拡管のみによってフィン11とヘアピン (伝熱管12D)とを接合するようにしているが、 拡管によるフィン11とヘアピン管(伝熱管12D) 接合後、さらにロウ付けによって伝熱管12D フィン11を完全接着するようにしてもよく、 これにより信頼性をより高めることができる 。

 以下、本発明の実施例について本発明の 囲から外れる比較例と比較して説明する。 ず、室内側熱交換器の伝熱管の螺旋溝のリ ド角(以下、「室内側リード角」という)45度 と室外側熱交換器の伝熱管の螺旋溝のリード 角(以下、「室外側リード角」という)35度、 内側リード角35度と室外側リード角25度であ 実施例1及び実施例2の熱交換器を作製した また、比較例として、室内側リード角45度と 室外側リード角45度、室内側リード角35度と 外側リード角35度、室内側リード角25度と室 側リード角25度である比較例1~比較例3の熱 換器を作製した。下記表1に実施例1及び実施 例2並びに比較例1~比較例3の熱交換器を用い 冷凍サイクルの暖房性能および冷房性能の 績係数(COP=熱交換器能力/圧縮機入力)を示す

 表1から明らかなように、実施例1及び実 例2の熱交換器は、いずれも比較例1~比較例3 比し成績係数(COP)が高く、管内伝熱性能が 上していた。

 次に、室内側熱交換器の伝熱管の螺旋溝 深さ(以下、「室内側溝深さ」という)0.08mm 室外側熱交換器の伝熱管の螺旋溝の深さ(以 、「室外側溝深さ」という)0.1mm、室内側溝 さ0.2mmと室外側溝深さ0.25mmである実施例3及 実施例4の熱交換器を作製した。また、比較 例として、室内側溝深さ0.08mmと室外側溝深さ 0.08mm、室内側溝深さ0.2mmと室外側溝深さ0.2mm 室内側溝深さ0.25mmと室外側溝深さ0.25mmであ 比較例4~比較例6の熱交換器を作製した。下 表2に実施例3及び実施例4並びに比較例4~比較 例6の熱交換器を用いた冷凍サイクルの暖房 能および冷房性能の成績係数(COP=熱交換器能 力/圧縮機入力)を示す。

 表2から明らかなように、実施例3及び実 例4の熱交換器は、いずれも比較例4~比較例6 比し成績係数(COP)が高く、管内伝熱性能が 上していた。

 次に、室内側熱交換器の伝熱管の螺旋溝 条数(以下、「室内側溝条数」という)40と室 外側熱交換器の伝熱管の螺旋溝の条数(以下 「室外側溝条数」という)60、室内側溝条数60 と室外側溝条数80である実施例5及び実施例6 熱交換器を作製した。また、比較例として 室内側溝条数40と室外側溝条数40、室内側溝 数60と室外側溝条数60、室内側溝条数80と室 側溝条数80である比較例7~比較例9の熱交換 を作製した。下記表3に実施例5及び実施例6 びに比較例7~比較例9の熱交換器を用いた冷 サイクルの暖房性能および冷房性能の成績 数(COP=熱交換器能力/圧縮機入力)を示す。

 表3から明らかなように、実施例5及び実 例6の熱交換器は、いずれも比較例7~比較例9 比し成績係数(COP)が高く、管内伝熱性能が 上していた。