JP2007240059A - 冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置 - Google Patents

冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置 Download PDF

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Abstract

【課題】再熱ドライ用熱交換器を備えた冷凍装置用熱交換器の偏流防止回路で、冷媒流量調整弁の数をできる限り少なくし、装置のサイズアップ／コストアップを抑制する。
【解決手段】再熱ドライ用熱交換器を備えた複数のパスを有する冷凍装置用熱交換器の各パスに対して、同じく複数のパスを備えた冷媒分流器を介して冷媒を供給するようにしてなる冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置であって、上記冷媒分流器の複数のパスの各々に冷媒流量調整弁を設け、それら各パスの所定の冷媒流量調整弁で再熱ドライ弁の機能を兼用させるようにした。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、冷凍装置に関し、特に再熱ドライ運転用熱交換器を備えた空気調和機等の冷凍装置用熱交換器の複数のパスに適切に冷媒を分流させる冷媒分流装置の構成に関するものである。
今例えば図５には、冷凍装置の一例としてクロスフローファン２９を採用した一般的な壁掛け型の空気調和機（室内機）２１の構成を示している。
同図５中において、符号２０は当該空気調和機２１の本体ケーシングであり、その上面側と正面側上部には、それぞれ第１，第２の２つの空気吸込グリル２３、２４が形成されている一方、正面側下方のコーナ部には空気吹出口２５が設けられている。
また、上記本体ケーシング２０内には上記各空気吸込グリル２３、２４から上記空気吹出口２５方向への送風通路２７が設けられており、この送風通路２７の上流領域には上記第１，第２の空気吸込グリル２３、２４の各面に対向した断面くの字形の室内熱交換器（ラムダ形熱交換器）２６が、その下流領域にはクロスフローファン２９、舌部２２およびスクロール部３０が順に併設されている。そして、上記舌部２２とスクロール部３０とによって、うず巻状のファンハウジングが形成され、それらの開口部３０ａ，２２ａ内には、クロスフローファン２９の羽根車（ファンロータ）２９ａが矢印方向に回転するように設置されている。
上記舌部２２は、上記第２の空気吸込グリル２４側に位置して上記クロスフローファン２９の羽根車（ファンロータ）２９ａの外径に沿って所定の高さを有して設けられている。
そして、その下部側は上記室内熱交換器２６下方のドレンパンと兼用された空気流ガイド部２２ｂに連続している。そして、この空気流ガイド部２２ｂは、上記クロスフローファン２９の羽根車（ファンロータ）２９ａから吹き出された空気流が効率よく上記空気吹出口２５から吹き出されるように、その下流側は上記スクロール部３０の下流側部分３０ｂと共に上記空気吹出口２５方向に向けて図示のようなディフューザー構造の空気吹出通路２８を形成している。
なお、符号３１は、上記スクロール部３０と上記舌部２２下部の空気流ガイド部２２ｂとの間のディフューザ構造の空気吹出通路２８内に設けられた風向変更板である。
そして、上記舌部２２の形状は、図示のように形成されており、上記室内熱交換器２６を経て上記クロスフローファン２９の羽根車（ファンロータ）２９ａから上記空気吹出口２５に到る空気の流れは、鎖線矢印で示すように全体として回転方向に湾曲しながら羽根車（ファンロータ）２９ａの回転軸と直交方向に貫流して吹き出され、その後、上記空気吹出通路２８に沿って上記空気吹出口２５方向に曲げられて前面側に吹き出される。
このような構成の空気調和機用の室内熱交換器２６の場合、例えば図示Ａ部、Ｂ部、Ｃ部、Ｄ部に区分して、例えば低負荷時の風速分布を分析して見ると、正面側第２の空気吸込グリル２４に真正面に対応するＤ部の風速が最も高く、上面側第１の空気吸込グリル２３に対応してはいるが、対応状態が斜目になるＣ部では上記Ｄ部より少し低下し、また本体ケーシング２０の前面側上部の一部によって覆われ、ストレートには空気が流入しないＢ部では、上記Ｃ部よりも風速が低下する。さらに、上述の舌部２２によって空気が遮ぎられるＡ部では、上記Ｂ部よりもさらに風速が低下する。
そして、上記のような空気調和機の複数のパスを有する室内熱交換器２６では、当該室内熱交換器２６本体に流入する冷媒を当該室内熱交換器２６本体の各パスに分配するために、一般に図６のような複数の分流パスＰ1，Ｐ2を有する分流器３を設けており、同分流器３では、定格運転時に合わせて各分流パスＰ1，Ｐ2の冷媒の分配比を決めている。なお、符号４は分流器３の入口側の冷媒供給配管である。
したがって、定格運転時には室内熱交換器２６の出口側各パスの出口側冷媒温度はほぼ等しくなる（図６中に矢線の太さで表現）。しかし、一方冷媒量が少なくなる低負荷（部分負荷）時になると、上記のように室内熱交換器２６の送風通路位置に応じて異なる風速分布の影響により、例えば図７のグラフに示すように、風速が速いパス（白地で表示）の冷媒は熱交換容量に余裕があるために出口側温度が高くなる一方、逆に風速の遅いパス（ドット地で表示）の冷媒は、熱交換容量に余裕がなくなるために、同冷媒の出口側温度はそれよりも低くなる問題が生じる（図７のΔＴ参照）。
そこで、このような問題を解決する方法の一つとして、従来は、上述のような複数のパスの各パスに各々冷媒流量調整弁を設け、各パスの出口側に設けた各温度検出器の検出温度に応じて各パスの冷媒流量を調節することにより、各パスの出口側温度を合わせる方法を採用していた（例えば特許文献１を参照）。
特開平５−１１８６８２号公報（明細書第１〜第３頁、図１−２）
しかし、このような従来の冷媒分流装置の構成の場合、次のような問題が生じる。
すなわち、複数のパスの各々に高価かつ大型の電動膨張弁よりなる冷媒流量調節弁を多く設けるため、必然的に装置のサイズアップ／コストアップにつながる。
特に冷凍装置用の熱交換器１として、例えば図８に示すように、冷房運転時における快適性を高めるために、冷房運転サイクルにおいて圧縮機の能力又はファン風量を絞ることにより室内空気の湿度を低下させる除湿運転を行うことができるようになっているとともに、同除湿運転における運転方式として、室内空気を冷却して除湿し、そのまま室内へ吹き出す通常の「ドライ運転」と、室内空気を冷却して除湿した後、さらに吸込温度近くまで再熱して室内へ吹き出す「再熱ドライ運転」が可能なものを採用した場合、その蒸発器用熱交換器１１は、前面側（空気流上流側）に除湿用熱交換器１２を、後方側（空気流下流側）上部に再熱ドライ用熱交換器１３を備えた構成となり、それら蒸発器用熱交換器１１、除湿用熱交換器１２、再熱ドライ用熱交換器１３に対して、図示のような関係で冷媒分流器３の複数（第１〜第４）のパスＰ1〜Ｐ4が接続され、冷媒供給配管４からの冷媒が供給されることになる。
同構成の熱交換器１の場合、上記蒸発器用熱交換器１１および除湿用熱交換器１２は、前述したように、その上部１１ａ，１２ａ、中央部１１ｂ，１２ｂ、下部１１ｃ，１２ｃの各部分で、それぞれ空気流の流速が異なり、それによる熱交換容量の相違によって各パスＰ1〜Ｐ4の冷媒の出口側温度が異なる問題が生じる。
このようにした場合、複数のパスＰ1〜Ｐ4各々の冷媒流量調整弁Ｖ1〜Ｖ4に加えて、さらに再熱ドライ用熱交換器１３のための再熱ドライ弁Ｖ5，Ｖ6が必要となり、全部で６ケもの冷媒流量調整弁が必要となる。
本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、各パス又は所定のパスの冷媒流量調整弁を再熱ドライ弁と兼用させることなどによって、同問題を解決した冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置を提供することを目的とするものである。
本願発明は、上記の目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。
（１） 第１の課題解決手段
この発明の第１の課題解決手段は、再熱ドライ用熱交換器を備えた複数のパスを有する冷凍装置用熱交換器の各パスに対して、同じく複数のパスを備えた冷媒分流器を介して冷媒を供給するようにしてなる冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置であって、上記冷媒分流器の複数のパスの各々に冷媒流量調整弁を設け、それら各パスの所定の冷媒流量調整弁で再熱ドライ弁の機能を兼用させるようにしたことを特徴としている。
このような構成によると、各パスの冷媒の流量を調整する複数の冷媒流量調整弁の内、所定のパスの冷媒流量調整弁が再熱ドライ弁の機能を兼用するので、従来のような専用の再熱ドライ弁が不要になり、それだけ冷媒流量調整弁の数を減らすことができる。
（２） 第２の課題解決手段
この発明の第２の課題解決手段は、再熱ドライ用熱交換器を備えた複数のパスを有する冷凍装置用熱交換器の各パスに対して、同じく複数のパスを備えた冷媒分流器を介して冷媒を供給するようにしてなる冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置であって、上記冷媒分流器の複数のパスの内の偏流を生じているパスにのみ、再熱ドライ弁とは別に冷媒流量調整弁を設けたことを特徴としている。
このような構成によると、複数のパスの冷媒の流量を調整する冷媒流量調整弁が、再熱ドライ弁を除いて偏流部に対応したものだけとなり、その分だけ冷媒流量調整弁の数を減らすことができる。
（３） 第３の課題解決手段
この発明の第３の課題解決手段は、上記第１又は第２の課題解決手段の構成において、冷媒流量調整弁は、弁開度可変型の電磁流量制御弁よりなることを特徴としている。
このような構成によると、弁開度可変構造を備えた従来型の冷媒流量調整弁を最少限の冷媒流量調整弁として使用することができるようになり、その分だけ従来よりも冷媒分流装置の小型化、低コスト化に寄与させることができる。
（４） 第４の課題解決手段
この発明の第４の課題解決手段は、上記第１又は第２の課題解決手段の構成において、冷媒流量調整弁は直動型の電磁開閉弁よりなることを特徴としている。
このような構成によると、高価、かつ高精度な弁開度可変構造を備えた従来型の冷媒流量調整弁に代えて、低価格、かつ簡易な構造の直動型電磁弁を冷媒流量調整弁として使用することができるようになり、より冷媒分流装置の小型化、低コスト化に寄与させることができる。
以上の結果、本願発明によると、冷媒流量調整弁の数をできる限り少なくすることができ、分流装置全体のサイズアップ／コストアップが可及的に抑制される。
（最良の実施の形態１）
先ず図１は、本願発明の最良の実施の形態１に係る冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置の構成を示している。
この最良の実施の形態１においては、冷凍装置として、例えば冷房運転時における快適性を高めるために、冷房運転サイクルにおいて圧縮機の能力又はファン風量を絞ることにより室内空気の湿度を低下させる除湿運転を行うことができるようになっているとともに、同除湿運転における運転方式として、室内空気を冷却して除湿し、そのまま室内へ吹き出す通常の「ドライ運転」と、室内空気を冷却して除湿した後、さらに吸込温度近くまで再熱して室内へ吹き出す「再熱ドライ運転」との２つのドライ運転が可能な空気調和機が採用されている。
そして、そのための熱交換器１として、例えば図１に示すように、その前面側（空気流上流側）に除湿用熱交換器１２を、後方側（空気流下流側）上部に再熱ドライ用熱交換器１３を備えた蒸発器用熱交換器１１が採用されている。そして、これら蒸発器用熱交換器１１、除湿用熱交換器１２、再熱ドライ用熱交換器１３に対して、例えば図示のような関係で冷媒分流器３の第１〜第４のパスＰ1〜Ｐ4が接続され、当該空気調和機の冷凍回路の冷媒供給配管４からの空気調和機の運転状態に応じた所定の冷媒量が供給されるようになっている。
このような構成の熱交換器１の場合、上記蒸発器用熱交換器１１および除湿用熱交換器１２は、前述したように、その上部１１ａ，１２ａ、中央部１１ｂ，１２ｂ、下部１１ｃ，１２ｃの各部分で、それぞれ空気流の流速が異なり、それによる熱交換容量の相違によって各パスＰ1〜Ｐ4の冷媒の出口側温度が異なる問題が生じる。
そこで、すでに述べたように、従来の構成では、上記複数のパスＰ1〜Ｐ4の各パスＰ1〜Ｐ4毎に冷媒流量調整弁Ｖ1〜Ｖ4を設けていたが、そのようにすると、同冷媒流量調整弁Ｖ1〜Ｖ4に加えて上記再熱ドライ用熱交換器１３のための再熱ドライ弁Ｖ5，Ｖ6の合計６ケが必要となり、トータルの冷媒流量調整弁数が増える。
このため、この最良の実施の形態１の構成では、上記第１〜第４の冷媒流量調整弁Ｖ1〜Ｖ4の内の少なくとも２つの冷媒流量調整弁Ｖ3，Ｖ4を再熱ドライ弁として兼用させることにより、従来のような専用の再熱ドライ弁Ｖ5，Ｖ6を不要にしたことを特徴とするものである。
このような構成にすると、トータルの冷媒流量調整弁数が、偏流防止用の冷媒流量調整弁Ｖ1〜Ｖ4の４ケで済むようになり、有効に冷媒流量調整弁の数を減らすことができる。
その結果、冷媒分流装置全体の効果的なサイズダウン／コストダウンが可能となる。
（最良の実施の形態２）
次に図２は、本願発明の最良の実施の形態２に係る冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置の構成を示している。
この実施の形態においても、上記最良の実施の形態１の場合と同様に冷凍装置として、例えば冷房運転時における快適性を高めるために、冷房運転サイクルにおいて圧縮機の能力又はファン風量を絞ることにより室内空気の湿度を低下させる除湿運転を行うことができるようになっているとともに、同除湿運転における運転方式として、室内空気を冷却して除湿し、そのまま室内へ吹き出す通常の「ドライ運転」と、室内空気を冷却して除湿した後、さらに吸込温度近くまで再熱して室内へ吹き出す「再熱ドライ運転」との２つのドライ運転が可能な空気調和機が採用されており、それら蒸発器１１、除湿用熱交換器１２、再熱ドライ用熱交換器１３各々の構成自体も上記最良の実施の形態１のものと同一の構成である。
このような構成の場合、図２中に矢線で示しているように、蒸発器用熱交換器１１および除湿用熱交換器１２は、それぞれ下部部分１１ｃ，１２ｃでは、空気流の流速が極端に少なくなり、同部分１１ｃ，１２ｃを流れる冷媒は、特に熱交換容量に余裕がなくなるために、同冷媒の出口側温度はそれよりも低くなる問題が生じる一方、これに対して同蒸発器用熱交換器１１および除湿用熱交換器１２の上部１１ａ，１２ａおよび中央部１１ｂ，１２ｂ部分は、相対的に十分な空気流速が確保され、そのような問題は生じない。
そこで、この最良の実施の形態２では、上記最良の実施の形態１の場合のように、複数のパスＰ1〜Ｐ4の各パスＰ1〜Ｐ4に対して冷媒流量調整弁を設けるのではなくて、冷媒流量調整弁は特に偏流を生じる上記下部１１ｃ，１２ｃ部分に対応する第４のパスＰ4部分のみに設け（図２中のＶ4参照）、その他の冷媒流量調整弁は再熱ドライ弁（図２中のＶ5，Ｖ6参照）としてのみ機能させるようにしたことを特徴とするものである。
このような構成にすると、トータルの冷媒流量調整弁数が、偏流防止用の冷媒流量調整弁Ｖ4１ケと再熱ドライ弁Ｖ5，Ｖ6２ケの合計３ケで済むようになり、さらに冷媒流量調整弁の数を減らすことができる。
その結果、より効果的な冷媒分流装置全体のサイズダウン／コストダウンが可能となる。
（最良の実施の形態３）
さらに図３および図４は、本願発明の最良の実施の形態３に係る冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置に使用される冷媒流量調整弁の構成およびその制御信号を示している。
上記最良の実施の形態１，２においては、冷媒流量調整弁Ｖ1〜Ｖ4および再熱ドライ弁Ｖ5，Ｖ6として、それぞれ電気的に開度調節の可能な所謂電磁流量調整弁（電動膨張弁）を使用したが、この最良の実施の形態３では、これら冷媒流量調整弁Ｖ1〜Ｖ4および再熱ドライ弁Ｖ5，Ｖ6を、例えば図３に示すような、プランジャヘッド（弁体）６ａおよびプランジャロッド６ｂよりなる電磁プランジャ６、電磁プランジャ６のプランジャロッド６ｂを上昇作動させるソレノイドコイル７、電磁プランジャ６のプランジャロッド６ｂを下降付勢する閉弁スプリング１０等を備え、上記電磁プランジャ６のプランジャヘッド６ａを各パスＰ1〜Ｐ4のスリーブ状のパイロット口部８内の弁座壁９に対応させた構成の単なるＯＮ，ＯＦＦ作動型の直動式電磁弁に代え、同直動式電磁弁のＯＮ状態（通電状態：図３の（ａ）参照）とＯＦＦ状態（非通電状態：図３の（ｂ）参照）を、例えば図４の（ａ）〜（ｄ）に示す開閉制御信号のような異なるデューティー比で開閉制御することによって、その単位時間当たりの冷媒流量を各パスＰ1〜Ｐ4の負荷状態（偏流状態）に応じて適切に調整するようにしたことを特徴とするものである。
このような構成によると、高価、かつ高精度な弁開度可変構造を備えた従来型の電磁流量調整弁（電動膨張弁）に代えて、低価格、かつ簡易な構造の直動型電磁弁を冷媒流量調整弁として使用することができるようになり、より冷媒分流装置の小型化に寄与させることができる。
本願発明の最良の実施の形態１に係る冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置の構成を示す図である。 本願発明の最良の実施の形態２に係る冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置の構成を示す図である。 本願発明の最良の実施の形態３に係る冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置に使用される冷媒流量調整弁の構成（ＯＮ状態（ａ）とＯＦＦ状態（ｂ））を示す図である。 本願発明の最良の実施の形態３に係る冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置に使用される冷媒流量調整弁の制御信号を示す図である。 従来一般の空気調和機の室内機の構成を示す図である。 同従来一般の空気調和機の室内機の複数のパスを備えた熱交換器と該熱交換器に対応した分流器の構成と作用を示す図である。 同従来一般の空気調和機の図６の分流器による室内熱交換器の定格時と低負荷時の出口温度を対比して示す図である。 除湿運転における運転方式として、室内空気を冷却して除湿し、そのまま室内へ吹き出す通常の「ドライ運転」と、室内空気を冷却して除湿した後、さらに吸込温度近くまで再熱して室内へ吹き出す「再熱ドライ運転」との２つのドライ運転を可能とした空気調和機用熱交換器およびその冷媒分流装置の構成を示す図である。
符号の説明
１は熱交換器、３は分流器、４は冷媒供給配管、１１は蒸発器用熱交換器、１２は除湿用熱交換器、１３は再熱ドライ用熱交換器、Ｐ1〜Ｐ4は第１〜第４の分流パスである。

Claims (4)

  1. 再熱ドライ用熱交換器を備えた複数のパスを有する冷凍装置用熱交換器の各パスに対して、同じく複数のパスを備えた冷媒分流器を介して冷媒を供給するようにしてなる冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置であって、上記冷媒分流器の複数のパスの各々に冷媒流量調整弁を設け、それら各パスの所定の冷媒流量調整弁で再熱ドライ弁の機能を兼用させるようにしたことを特徴とする冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置。
  2. 再熱ドライ用熱交換器を備えた複数のパスを有する冷凍装置用熱交換器の各パスに対して、同じく複数のパスを備えた冷媒分流器を介して冷媒を供給するようにしてなる冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置であって、上記冷媒分流器の複数のパスの内の偏流を生じているパスにのみ、再熱ドライ弁とは別に冷媒流量調整弁を設けたことを特徴とする冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置。
  3. 冷媒流量調整弁は、弁開度可変型の電磁流量制御弁よりなることを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置。
  4. 冷媒流量調整弁は直動型の電磁開閉弁よりなることを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍装置用熱交換器の冷媒分流装置。
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