JP2006170608A - 空気調和機の熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】外部負荷に応じて冷房または暖房容量を效果的に調節できる空気調和機の熱交換器を提供する。
【解決手段】冷媒が流れる冷媒流路を形成するチューブ（６６，６８）上に、冷媒流路を可変させるようにバイパス流路（７２，７６）と開閉弁（７４，７８）とを備え、冷房または暖房負荷に応じてチューブを通過する冷媒の流路を可変させ、熱交換される冷媒の流量を適宜調節する。
【選択図】図４

Description

本発明は、空気調和機に係り、特に、その内部に冷媒の流路を可変させる流路可変手段を備えることによって、負荷に応じた冷房または暖房容量の調節を容易にした空気調和機の熱交換器に関する。

一般に、空気調和機は、より快適な室内環境とするために室内を冷房または暖房させる装置であり、このため、室内空気を吸入した後に加熱または冷却させて室内に吐出す。
図１は、従来技術による空気調和機を概略的に示す構成図で、図２は、従来技術による室内熱交換器の内部を概略的に示す構成図である。

従来技術による空気調和機は、図１に示すように、低温低圧の気体状態の冷媒を高温高圧に圧縮させる圧縮機２と、外部に熱を放出し、圧縮機２からの冷媒を液体状態の冷媒に凝縮する凝縮機（冷房時には室外熱交換器４、暖房時には室内熱交換器８）と、該凝縮機により凝縮された液冷媒を、気体と液体とが混合している低温低圧の２相冷媒に膨脹させる膨脹機構６と、外部の熱を吸収して２相冷媒を気体状態に変化させる蒸発器（冷房時には室内熱交換器８、暖房時には室外熱交換器４）と、を備えてなる。

圧縮機２には一定容量を有する定速型圧縮機が使用され、よって、圧縮機２の容量に対して冷房負荷が少ない場合にはこの圧縮機２の容量を調節するため、圧縮機２の吸入部と吐出部との間にはバイパス手段１０が設置される。
このバイパス手段１０は、圧縮機２の吸入部と吐出部とをつなぐバイパス流路１２と、バイパス流路１２上に介装されてバイパス流路１２を開閉する開閉弁１４と、で構成される。

また、室外熱交換器４は、図２に示すように、パネル形状からなり、外部空気との熱交換を行う熱交換器本体１６と、熱交換器本体１６の一側に設けられ、圧縮機２から吐出された冷媒が吸入されるようにする吸入ヘッダー１８と、この吸入ヘッダー１８から分枝された１以上のチューブ２０と、これらチューブ２０が合体され、熱交換された冷媒が吐出されるようにする吐出ヘッダー２２と、で構成される。
一方、室内熱交換器８の内部構成も、上記の室外熱交換器のそれと同様なのでその説明は省略する。

上記のように構成された従来技術による空気調和機では、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室外熱交換器４に流入し、この室外熱交換器４は、凝縮機として働いて冷媒の熱を外部に放出する。
室外熱交換器４を通過した冷媒は、膨脹機構６で低温・低圧に膨脹されてから、室内熱交換器８に流入する。
室内熱交換器８に流入した冷媒は、室内空気の熱を吸収することで、室内を冷房する。
一方、圧縮機２の容量を低減すべき場合には、開閉弁１４を開き、圧縮機２から吐出された冷媒の一部をバイパス流路１２から圧縮機２の吸入部に再び流入させれば良い。

しかしながら、従来技術による空気調和機は、冷房負荷に応じて冷房容量を調節するためには、圧縮機２から吐出された冷媒をバイパスさせることで冷媒の流量を調節するように構成されているため、外部負荷に応じてバイパスする冷媒の流量を可変させるのに限界があるだけでなく、圧縮機２の駆動に必要な消費電力は同一なので、電力消耗が多く、効率が低いという問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、熱交換器内部の冷媒流路を可変させることによって、可変する外部負荷に応じて冷房または暖房容量を適宜に調節できる空気調和機の熱交換器を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る空気調和機の熱交換器は、熱交換器本体内部において冷媒が通過するように形成された冷媒流路と、冷媒流路上に備えられ、冷媒流路を可変させてこの冷媒流路を通過する冷媒の流量を調節する流路可変手段と、を備えてなることを特徴とする。

請求項２の発明では、流路可変手段は、冷媒流路を通過する冷媒をバイパスさせるバイパス流路と、バイパス流路を開閉する開閉弁と、を備えてなることを特徴とする。
請求項３の発明では、流路可変手段は、複数個からなることを特徴とする。
請求項４の発明では、冷媒流路は、冷媒が吸入される吸入ヘッダーと、熱交換された冷媒が吐出される吐出ヘッダーと、吸入ヘッダーと吐出ヘッダーとを連結して冷媒を通過させるチューブと、を備えてなることを特徴とする。
請求項５の発明では、バイパス流路は、チューブと吐出ヘッダーとの間に形成されたことを特徴とする。

請求項６の発明では、開閉弁は、冷媒流路とバイパス流路との連結地点に設置されたことを特徴とする。
請求項７の発明では、開閉弁は、三方弁であることを特徴とする。

請求項８の発明では、チューブは、吸入ヘッダーから分枝した複数個からなることを特徴とする。
請求項９の発明では、バイパス流路は、複数個のチューブにそれぞれ連結された複数個からなることを特徴とする。
請求項１０の発明では、チューブは、数回折り曲げられてなり、バイパス流路は、チューブの折り曲げられた部分と吐出ヘッダーとの間を連結することを特徴とする。

本発明による空気調和機の熱交換器は、冷媒が流れる冷媒流路を形成するチューブ上に、該冷媒流路を可変させる流路可変手段を備えることによって、冷房または暖房負荷に応じてチューブを通過する冷媒の流路を可変させ、熱交換される冷媒の流量を調節できるため、外部負荷に応じて冷房または暖房容量を效果的に調節できるという効果が得られる。

また、流路可変手段が備えられた熱交換器と可変型圧縮機を同時に使用すると、低い負荷において低消費電力で容量可変できるという利点が得られる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
図３は、本発明の一実施の形態による空気調和機を概略的に示す構成図であり、冷房作動状態を示している。また、図４は、図３に示す空気調和機の熱交換器の内部を概略的に示す構成図である。

本発明による空気調和機は、図３に示すように、低温低圧の気体状態の冷媒を高温高圧に圧縮させる圧縮機５０と、外部に熱を放出し、圧縮機５０からの冷媒を液体状態の冷媒に凝縮させる凝縮機（冷房時には室外熱交換器５２、暖房時には室内熱交換器５４）と、該凝縮機で凝縮された液冷媒を、気体と液体とが混合している低温低圧の２相冷媒に膨脹させる膨脹機構５６と、外部の熱を吸収し、２相冷媒を気体状態に変化させる蒸発器（冷房時には室内熱交換器５４、暖房時には室外熱交換器５２）と、備えてなる。

圧縮機５０は、一定容量の定速型圧縮機や可変容量の可変型圧縮機のいずれも使用可能であり、ここでは、定速型圧縮機が使われる場合に限って説明する。
一方、室内熱交換器５４は、図４に示すように、熱交換器本体６４の内部で冷媒が通過する冷媒流路と、該冷媒流路を通過する冷媒の流量を調節するように冷媒流路を可変させる流路可変手段７０と、を備えてなる。

ここで、冷媒流路は、冷媒が吸入される吸入ヘッダー６０と、熱交換された冷媒が吐出される吐出ヘッダー６２と、吸入ヘッダー６０と吐出ヘッダー６２とをつなぎ、冷媒が通過するようにするチューブと、を備える。
このチューブは、吸入ヘッダー６０から分枝された複数個で構成され、それぞれ数回折り曲げられるように形成される。
吐出ヘッダー６２は、複数個のチューブが合体するように形成される。

熱交換器本体６４は、パネル形状からなり、複数個のチューブを取り囲み、また、その一側または両側に、吸入ヘッダー６０及び吐出ヘッダー６２がそれぞれ配設される。
ここでは、複数個のチューブを、第１チューブ６６と第２チューブ６８にして説明する。
第１及び第２チューブ６６，６８のそれぞれの一端は、吸入ヘッダー６０に連結され、それぞれの他端は、吐出ヘッダー６２に連結される。

また、流路可変手段７０は、第１及び第２チューブ６６，６８上で冷媒を吐出ヘッダー６２にバイパスさせられるように、第１及び第２チューブ６６，６８の各折り曲げ部と吐出ヘッダー６２とを連結する第１及び第２バイパス流路７２，７６と、第１及び第２バイパス流路７２，７６を開閉する開閉弁と、で構成される。

本発明の一実施の形態では、第１及び第２バイパス流路７２，７６が、第１及び第２チューブ６６，６８に形成された複数個の折り曲げ部のいずれか一つに形成される場合について説明したが、この一実施の形態に限定されることなく、複数の箇所にそれぞれ形成されることも可能である。

また、開閉弁は、第１及び第２チューブ６６，６８の折り曲げ部と第１及び第２バイパス流路７２，７６との間にそれぞれ設置されるもので、冷房負荷が小さくて冷媒の容量を低減する場合には、第１及び第２バイパス流路７２，７６を開き、冷房負荷に対する冷媒の容量が適切な場合には、第１及び第２バイパス流路７２，７６をそれぞれ閉じる第１及び第２三方弁７４，７８からなる。

このような開閉弁に限定されず、第１及び第２バイパス流路７２，７６上にソレノイド弁をそれぞれ取り付けて使用することも可能である。

以下、上記のように構成された本発明の室内熱交換器が適用された空気調和機の作動について説明する。
空気調和機の冷房作動時に、圧縮機５０で圧縮された高温・高圧の冷媒が室外熱交換器５２に流入し、この室外熱交換器５２は、凝縮機として働いて冷媒の熱を外部に放出する。

室外熱交換器５２を通過した冷媒は、膨脹機構５６を通りつつ低温・低圧に膨脹されてから室内熱交換器５４に流入する。
ここで、膨脹機構５６から室内熱交換器５４に流入した冷媒は、吸入ヘッダー６０から第１及び第２チューブ６６，６８に分けられて流入した後、第１及び第２チューブ６６，６８を通過しながら室内空気と熱交換され、続いて吐出ヘッダー６２に吐出された後に圧縮機５０に循環される。

すなわち、室内熱交換器５４に流入した冷媒は、室内空気の熱を吸収することによって、室内を冷房させる。
このときに、冷房負荷が小さいと、第１及び第２三方弁７４，７８が第１及び第２バイパス流路７２，７６をそれぞれ開く。

そうして第１及び第２バイパス流路７２，７６が開くと、室内熱交換器５４に流入した冷媒は、第１及び第２チューブ６６，６８を通過する途中で第１及び第２三方弁７４，７８を介して第１及び第２バイパス流路７２，７６に迂回するようになる。
すなわち、冷房負荷が小さい場合、第１及び第２チューブ６６，６８を通過している冷媒を、途中で迂回させると、冷媒と室内空気との熱交換が少なく行われる。その結果、室内空気の熱が相対的に少なく奪われ、冷房負荷に応じて室内の冷房度合を適宜下げることができる。

したがって、冷房負荷に敏感に対応して室内の冷房温度を調節することが可能になる。
一方、以上では室内熱交換器５４に流路可変手段７０が備えられた場合について説明したが、室外熱交換器５２に流路可変手段を適用し、暖房負荷に応じて室外熱交換器５２を通過する冷媒の流路を可変させて暖房容量を調節することも可能である。

また、上記の実施の形態に限定されることなく、圧縮機５０を容量可変型の圧縮機にしても良い。容量可変型の圧縮機にすると、熱交換器内の冷媒流路が縮小されるとともに、圧縮機を駆動する消費電力が低減し、冷房負荷により敏感に対応できるだけでなく、効率も増大する。

従来技術による空気調和機を概略的に示す構成図である。 図１に示す室外熱交換器の内部を概略的に示す構成図である。 本発明の一実施の形態による空気調和機を概略的に示す構成図である。 図３に示す空気調和機の熱交換器の内部を概略的に示す構成図である。

符号の説明

５０ 圧縮機
５２ 室外熱交換器
５４ 室内熱交換器
５６ 膨脹機構
６０ 吸入ヘッダー
６２ 吐出ヘッダー
６４ 熱交換器本体
６６ 第１チューブ
６８ 第２チューブ
７０ 流路可変手段
７２ 第１バイパス流路
７４ 第１三方弁
７６ 第２バイパス流路
７８ 第２三方弁

Claims (10)

1. 熱交換器本体内部において冷媒が通過するように形成された冷媒流路と、
   該冷媒流路上に備えられ、該冷媒流路を可変させて該冷媒流路を通過する冷媒の流量を調節する流路可変手段と、
   を備えてなることを特徴とする空気調和機の熱交換器。
2. 前記流路可変手段が、
   前記冷媒流路を通過する冷媒をバイパスさせるバイパス流路と、
   前記バイパス流路を開閉する開閉弁と、
   を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の熱交換器。
3. 前記流路可変手段が、複数個からなることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機の熱交換器。
4. 前記冷媒流路が、
   冷媒が吸入される吸入ヘッダーと、
   熱交換された冷媒が吐出される吐出ヘッダーと、
   前記吸入ヘッダーと吐出ヘッダーとを連結して冷媒を通過させるチューブと、
   を備えてなることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機の熱交換器。
5. 前記バイパス流路が、前記チューブと吐出ヘッダーとの間に形成されたことを特徴とする請求項４に記載の空気調和機の熱交換器。
6. 前記開閉弁が、前記冷媒流路とバイパス流路との連結地点に設置されたことを特徴とする請求項２に記載の空気調和機の熱交換器。
7. 前記開閉弁が、三方弁であることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機の熱交換器。
8. 前記チューブが、前記吸入ヘッダーから分枝した複数個からなることを特徴とする請求項４に記載の空気調和機の熱交換器。
9. 前記バイパス流路が、前記複数個のチューブにそれぞれ連結された複数個からなることを特徴とする請求項８に記載の空気調和機の熱交換器。
10. 前記チューブが、数回折り曲げられてなり、前記バイパス流路が、前記チューブの折り曲げられた部分と吐出ヘッダーとの間を連結することを特徴とする請求項４に記載の空気調和機の熱交換器。

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