JP2008121995A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】室内熱交換器の冷媒配管内に再熱除湿用の補助膨張弁が設けられ、再熱除湿運転時に室内熱交換器が補助膨張弁により冷媒凝縮部と冷媒蒸発部とに分けられる空気調和機において、冷房運転時における室内熱交換器での圧力損失を低減しつつ、再熱除湿運転時における吹出空気温度の低下を抑える。
【解決手段】循環冷媒配管係内に圧縮機，室外熱交換器，膨張弁および室内熱交換器２０Ａを含む冷凍サイクルを備え、室内熱交換器２０Ａの冷媒配管内の所定部位に再熱除湿用の補助膨張弁２２が設けられ、再熱除湿運転時に室内熱交換器２０Ａが補助膨張弁２２により冷媒凝縮部（第１熱交換器２１１）と冷媒蒸発部（第２熱交換器２１２）とに分けられる空気調和機において、冷媒蒸発部となる第２熱交換器２１２に面して冷媒凝縮部の一部分として含まれる第３室内熱交換器２１３を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、再熱除湿機能を備えた空気調和機に関し、さらに詳しく言えば、再熱除湿運転時における吹出空気温度の低下を抑える技術に関するものである。

現在市販されているほとんどの空気調和機は、循環冷媒配管係内に圧縮機，四方弁，室外熱交換器，膨張弁および室内熱交換器を含む可逆式の冷凍サイクルを備え、四方弁を切り換えることにより、冷房運転と暖房運転とを選択することができる。

また、除湿運転は冷房運転モード中の例えば弱もしくは微弱冷房下で行われるが、これに伴って室温が肌寒さを感じる程度まで低下してしまうことがある。そこで、一部の機種では、例えば特許文献１，２に記載されているように、室温が下がり過ぎないように、吹出空気温度の低下を抑えて除湿ができるようにした再熱除湿機能が採用されている。

この種の再熱除湿機能を備えた空気調和機の基本的な構成例を図２により説明する。この空気調和機は、室外機１０と室内機２０とを備え、室外機１０内には、圧縮機１１，室外熱交換器１３および主膨張弁１４が設けられており、室外熱交換器１３には室外ファン１３ａが付設されている。

室内機２０内には、主膨張弁１４を介して室外熱交換器１３と接続される室内熱交換器２１が設けられており、室内熱交換器２１には室内ファン２１ａが付設されている。この場合、室内熱交換器２１内の冷媒配管の所定部位に再熱除湿用の補助膨張弁２２が設けられ、これにより再熱除湿運転時、室内熱交換器２１は第１熱交換器２１１と第２熱交換器２１２とに分離される。

通常、室外ファン１３ａには軸流ファンが用いられ、室内ファン２１ａにはクロスフローファンが用いられる。また、主膨張弁１４および補助膨張弁２２にはパルスモータにより弁開度が制御される電子膨張弁が用いられる。

冷房運転時には、四方弁１２により室外熱交換器１３が圧縮機１１の冷媒吐出側に接続されるとともに、補助膨張弁２２は全開状態とされる。これにより、圧縮機１１にて断熱圧縮された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１２を介して室外熱交換器１３に送られ、室外熱交換器４で凝縮されたのち、主膨張弁１４にて絞り膨張され低温低圧の湿り蒸気となって室内熱交換器２１に供給される。

この湿り蒸気は、室内熱交換器２１において蒸発され乾き蒸気（低圧のガス冷媒）となり、四方弁１２を介して圧縮機１１に戻される。このように、冷房運転時には室外熱交換器１３が凝縮器として作用し、室内熱交換器２１は第１，第２熱交換器２１１，２１２を含む全体が蒸発器として作用する。

暖房運転時には、四方弁１２が切り換えられ、圧縮機１１から吐出される高温・高圧のガス冷媒は室内熱交換器２１側に送られ、室内熱交換器２１が凝縮器とし作用し、室外熱交換器１３が蒸発器として作用する。なお、この暖房運転時においても、補助膨張弁２２は全開状態とされ、室内熱交換器２１は第１，第２熱交換器２１１，２１２を含む全体が凝縮器として作用する。

再熱除湿運転時は、上記冷房運転時と同じく、四方弁１２により室外熱交換器１３が圧縮機１１の冷媒吐出側に接続されるが、この場合、主膨張弁１４はほぼ全開とされ、補助膨張弁２２が所定に絞られる。

これにより、補助膨張弁２２より上流側の第１熱交換器２１１で冷媒の凝縮作用が行われる一方で、補助膨張弁２２より下流側の第２熱交換器２１２で冷媒の蒸発作用が行われるため吹出空気の温度低下が抑えられ、室温の低下を防止しつつ除湿運転を行うことができる。

特開２００３−２５４５５５号公報 特開２００６−１６２１７３号公報

上記したように、冷房運転時には再熱除湿用の補助膨張弁２２が全開とされるが、補助膨張弁２２を全開としたとしても、その弁の内径は冷媒配管の内径よりも小さいため、ある程度の圧力損失が生ずる。

冷房運転時は、室内熱交換器２１内の冷媒流路の下流側に行くにつれて冷媒の乾き度が高くなり、その冷媒流速が上がる。したがって、補助膨張弁２２を室内熱交換器２１内の冷媒流路の下流側に配置するほど圧力損失が増大することになる。

このようなことから、補助膨張弁２２を室内熱交換器２１内の冷媒流路の下流側に配置するよりも上流側に配置することが好ましいが、そうすると冷媒の蒸発作用を行う第２熱交換器２１２の方が、冷媒の凝縮作用を行う第１熱交換器２１１よりも大きくなり、再熱除湿運転時に吹出温度が低下してしまう可能性がある。

したがって、本発明の課題は、室内熱交換器の冷媒配管内に再熱除湿用の補助膨張弁が設けられ、再熱除湿運転時に室内熱交換器が補助膨張弁により冷媒凝縮部と冷媒蒸発部とに分けられる空気調和機において、冷房運転時における室内熱交換器での圧力損失を低減しつつ、再熱除湿運転時における吹出空気温度の低下を抑えることにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、循環冷媒配管係内に圧縮機，室外熱交換器，膨張弁および室内熱交換器を含む冷凍サイクルを備え、上記室内熱交換器の冷媒配管内の所定部位に再熱除湿用の補助膨張弁が設けられ、再熱除湿運転時に上記室内熱交換器が上記補助膨張弁により冷媒凝縮部と冷媒蒸発部とに分けられる空気調和機において、上記冷媒蒸発部に面して上記冷媒凝縮部の一部分が配置されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の空気調和機において、上記再熱除湿運転時において、上記冷媒蒸発部が上記冷媒凝縮部よりも高い熱交換能力が発揮されるように、上記補助膨張弁が上記室内熱交換器の冷媒配管内に配置されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２に記載の空気調和機において、上記冷媒凝縮部の一部分が、上記冷媒蒸発部の風上側に配置されていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、上記請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空気調和機において、上記冷媒蒸発部に面して配置される上記冷媒凝縮部の一部分に、上記膨張弁をほぼ全開として上記室外熱交換器側から供給される液冷媒の入口が設けられていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、循環冷媒配管係内に圧縮機，室外熱交換器，膨張弁および室内熱交換器を含む冷凍サイクルを備え、室内熱交換器の冷媒配管内の所定部位に再熱除湿用の補助膨張弁が設けられ、再熱除湿運転時に室内熱交換器が補助膨張弁により冷媒凝縮部と冷媒蒸発部とに分けられる空気調和機において、冷媒蒸発部に面して冷媒凝縮部の一部分を配置したことにより、冷媒蒸発部で冷却される室内空気の温度低下を抑えることができる。

請求項２に記載の発明によれば、再熱除湿運転時において、冷媒蒸発部が冷媒凝縮部よりも高い熱交換能力が発揮されるように、補助膨張弁を室内熱交換器の冷媒配管内に配置するようにしたことにより、補助膨張弁による圧力損失をより低減することができる。

請求項３に記載の発明によれば、冷媒凝縮部の一部分を冷媒蒸発部の風上側に配置したことにより、上記冷媒凝縮部の一部分に結露が生ずることがないとともに、冷媒蒸発部で冷却される室内空気の温度低下をより効果的に抑えることができる。また、温度差が大きくなる分、除湿量が増加する。

請求項４に記載の発明によれば、冷媒蒸発部に面して配置される冷媒凝縮部の一部分に、膨張弁をほぼ全開として室外熱交換器側から供給される液冷媒の入口を設けるようにしたことにより、もっとも凝縮能力の高い部分が冷媒蒸発部に面して配置されることになるため、冷媒蒸発部で冷却される室内空気の温度低下をさらに効果的に抑えることができる。

次に、図１により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明の空気調和機の要部である室内機における室内熱交換器の構成を示す模式図である。なお、室外機側の構成は先に説明した図２の従来例と同じであってよいため、適宜図２を参照されたい。

図１に示すように、本発明の空気調和機における室内機２０Ａにおいても、その室内熱交換器２１には、再熱除湿用の補助膨張弁２２を介して接続される第１熱交換器２１１と第２熱交換器２１２とが含まれている。補助膨張弁２２には、電子膨張弁が好ましく採用される。

室内機２０Ａの筐体は図示されていないが、この例では、その筐体内に第２熱交換器２１２が筐体前面側，第１熱交換器２１１が筐体背面側としてほぼラムダ（Λ）状に配置されており、それらの間にクロスフローファンからなる室内ファン２１ａが配置される。

上記筐体には、筐体前面側から筐体背面側にかけて空気吸込口が例えばグリル状に形成されており、したがって、第１熱交換器２１１，第２熱交換器２１２ともに、それらの外面側（図１において、第１熱交換器２１１では右側の側面，第２熱交換器２１２では左側の側面）が風上側で、互いに対向する内面側（図１において、第１熱交換器２１１では左側の側面，第２熱交換器２１２では右側の側面）が風下側である。

なお、第１熱交換器２１１と第２熱交換器２１２の熱交換プレートとしての各フィン群は、それらの上端同士が一体に連結されていてもよい。また、作図の都合上、補助膨張弁２２は第１熱交換器２１１と第２熱交換器２１２の対向する内面間に配置されているが、実際には、室内熱交換器２１の外面側で、上記筐体の所定の収納部内に配置されることが好ましい。

この場合、第１熱交換器２１１側が、先の図２に示した室外機１０の主膨張弁１４側に接続され、冷房運転時および再熱除湿運転時において、冷媒は第１熱交換器２１１側から第２熱交換器２１２側に向けて流れる。

したがって、上記主膨張弁１４をほぼ全開とし、補助膨張弁２２を所定の開度（絞り度）として行う再熱除湿運転時において、補助膨張弁２２の上流側の第１熱交換器２１１が冷媒凝縮部となり、補助膨張弁２２の下流側の第２熱交換器２１２が冷媒蒸発部となる。

これにより、再熱除湿運転時の吹出空気温度の低下が抑えられるが、冷房運転時における補助膨張弁２２による冷媒の圧力損失を低減しつつ、再熱除湿運転時における吹出空気温度の低下を抑えるため、この実施形態では、次の対策を講じている。

まず第１に、冷房運転時における補助膨張弁２２による冷媒の圧力損失を低減するため、補助膨張弁２２を冷媒の流れ方向を基準として、できるだけその上流側に配置する。すなわち、再熱除湿運転時において、冷媒蒸発部が冷媒凝縮部よりも高い熱交換能力が発揮されるような位置に補助膨張弁２２を配置する。

すなわち、再熱除湿運転時において、冷媒凝縮部よりも冷媒蒸発部が熱交換器の面積，冷媒配管のパス数，冷媒配管の経路長のうちの少なくともいずれかひとつが大きくなるようにする。

第２に、第１熱交換器２１１のほかに、再熱除湿運転時に補助的な冷媒凝縮部として用いられる第３室内熱交換器２１３を備える。この第３室内熱交換器２１３は、再熱除湿運転時に冷媒蒸発部となる第２熱交換器２１２に面して（重ねて）配置される。

第３室内熱交換器２１３の配置形態は、第２熱交換器２１２の風上側，風下側のいずれでもよいが、風下側に配置すると、第２熱交換器２１２にて冷却やされた空気が第３室内熱交換器２１３に接触し結露が生ずるおそれがあるため、より好ましい配置形態は風上側である。また、風上側に配置することにより、温度差が大きくなり除湿量も増加する。

また、第３室内熱交換器２１３は、第１熱交換器２１１と冷媒配管を介して接続されるが、再熱除湿運転を含む冷房運転サイクルにおいて、室外機１０側の主膨張弁１４から供給される冷媒が第３室内熱交換器２１３に入り、第３室内熱交換器２１３から第１熱交換器２１１に向けて流れるようにする。

これによれば、第３室内熱交換器２１３は第１熱交換器２１１よりも熱交換面積が小さいが高い凝縮能力が得られ、冷媒蒸発部で冷却される室内空気の温度低下をより効果的に抑えることができる。

また、冷媒配管の配管抵抗による圧力損失をより小さく抑えるとともに、より均一な熱交換を実現するため、上流側から下流側に行くにしたがって冷媒配管のパス数を増やすことが好ましい。

そのため、この実施形態では、第３室内熱交換器２１３から第１熱交換器２１１に至る配管経路内に第１分配器２３１を介装し、この第１分配器２３１にて１パスから４パスとして第１熱交換器２１１に冷媒を流し、また、補助膨張弁２２の下流側に第２分配器２３２を設け、第２分配器２３２にて６パスとして第２熱交換器２１２に冷媒を流すようにしている。すなわち、１パス→４パス→６パスとしている。

以上説明したように、本発明によれば、室内熱交換器の冷媒配管内に再熱除湿用の補助膨張弁が設けられ、再熱除湿運転時に室内熱交換器が補助膨張弁により冷媒凝縮部と冷媒蒸発部とに分けられる空気調和機において、冷房運転時における室内熱交換器での圧力損失を低減することができるとともに、再熱除湿運転時には吹出空気温度の低下を抑えることができる。

なお、本発明の空気調和機は、必ずしも冷房・暖房兼用の空気調和機である必要はなく、冷房専用機種でも再熱除湿機能を備えている空気調和機であればよい。

本発明の要部である室内機における室内熱交換器の構成を示す模式図。 再熱除湿機能を備えた従来の空気調和機が備える冷凍サイクルを示す模式図。

符号の説明

１０ 室外機
１１ 圧縮機
１２ 四方弁
１３ 室外熱交換器
１４ 主膨張弁
２０Ａ 室内機
２１ 室内熱交換器
２１１ 第１熱交換器
２１２ 第２熱交換器
２１３ 第３室内熱交換器
２２ 補助膨張弁
２３１ 第１分配器
２３２ 第２分配器

Claims (4)

1. 循環冷媒配管係内に圧縮機，室外熱交換器，膨張弁および室内熱交換器を含む冷凍サイクルを備え、上記室内熱交換器の冷媒配管内の所定部位に再熱除湿用の補助膨張弁が設けられ、再熱除湿運転時に上記室内熱交換器が上記補助膨張弁により冷媒凝縮部と冷媒蒸発部とに分けられる空気調和機において、
   上記冷媒蒸発部に面して上記冷媒凝縮部の一部分が配置されていることを特徴とする空気調和機。
2. 上記再熱除湿運転時において、上記冷媒蒸発部が上記冷媒凝縮部よりも高い熱交換能力が発揮されるように、上記補助膨張弁が上記室内熱交換器の冷媒配管内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 上記冷媒凝縮部の一部分が、上記冷媒蒸発部の風上側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 上記冷媒蒸発部に面して配置される上記冷媒凝縮部の一部分に、上記膨張弁をほぼ全開として上記室外熱交換器側から供給される液冷媒の入口が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の空気調和機。

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