JP2008121996A - 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（再熱除湿運転を含む）時に補助膨張弁の下流側となる冷媒回路の圧力損失を低減する。
【解決手段】室内熱交換器２１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、冷房運転時もしくは再熱除湿運転時における冷媒の流れ方向で室内熱交換器２１が補助膨張弁２２を境として第１熱交換器２１１（上流側熱交換部）と第２熱交換器２１２（下流側熱交換部）とに分けられる空気調和機において、第２熱交換器２１２に通される各パスの冷媒配管長をほぼ同じ長さとする。
【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、冷房運転時における冷媒回路の圧力損失を低減させ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（いわゆる簡易冷房運転）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。

ところで、通常の空調用熱交換器は、気流が流れるように互いに平行に配列されたプレートフィン群と、このプレートフィン群を直交するように貫通する冷媒配管とにより構成され、多くの場合、室内熱交換器の冷媒配管には外径が６〜１０ｍｍの配管が用いられていたが、最近では熱交換効率の向上、小型化、冷媒使用量の低減などの要求に応えるため、冷媒配管に外径が例えば４〜６ｍｍの細径管が用いられる傾向にある。

しかしながら、冷媒配管を細くすると、それに伴って冷媒流路の内径が狭くなり、その分圧力損失が増大し、熱交換効率が低下する。この問題は、上記従来例のように、室内熱交換器２１の冷媒配管内に再熱除湿用の補助膨張弁２２が設けられている場合、冷媒配管の細径化に伴う圧力損失に補助膨張弁２２による圧力損失が加わるためより顕著になる。

また、冷媒配管に上記のような細径管が採用されるに伴って、配管列も増やされ３列以上の多列化が図られている。

その一例として、特許文献３には、図３に示すように、室内熱交換器として、前面側熱交換器２０と背面側熱交換器４０とを備え、これらの熱交換器２０，４０を再熱除湿用の補助膨張弁８０を介して接続するとともに、前面側および背面側の熱交換器をそれぞれ３列配管とした例が記載されている。

特許文献３では、前面側熱交換器２０内を通される冷媒回路を例えば上半分と下半分とに分けて、再熱除湿運転時に前面側熱交換器２０の上半分と背面側熱交換器４０とが凝縮部で、前面側熱交換器２０の下半分が蒸発部となるように、ジャンプ配管Ａや分岐管Ｂが多用されている。なお、ジャンプ配管Ａとは、他の熱交換器ブロックや隣接しない配管に飛ぶ際に用いられる配管である。

しかしながら、このようにジャンプ配管Ａや分岐管Ｂを用いる場合、往々にして補助膨張弁８０の上流側（凝縮部側）と下流側（蒸発部側）とでパス数が揃っていないため、圧力損失のバランスが崩れ熱交換効率が低下してしまう、という問題がある。

また、熱交換器を組み立てる場合、通常、隣接する配管をつなぐＵ字管（ヘアピン管）を先に溶接する。多くの場合、この溶接は自動機械で行われ、その後にジャンプ配管Ａや分岐管Ｂなどの溶接が行われる。これは手作業で行われることが多い。

その際、３列以上であると、先に溶接したＵ字管が邪魔になり、ジャンプ配管Ａや分岐管Ｂなどの中間列に対する溶接が困難なものとなる、という組み立て工程上の問題が新たに生ずることになる。

特開２００３−２５４５５５号公報 特開２００６−１６２１７３号公報 特開２００５−１４７４１４号公報（図１参照）

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（再熱除湿運転を含む）時に補助膨張弁の下流側となる冷媒回路の圧力損失を低減することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、循環冷媒配管系内に圧縮機，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、冷房運転時もしくは再熱除湿運転時における冷媒の流れ方向で上記室内熱交換器が上記補助膨張弁を境として上流側熱交換部と下流側熱交換部とに分けられる空気調和機において、上記下流側熱交換部における各パスの冷媒配管長がほぼ同じ長さであること特徴としている。

本発明において、上記下流側熱交換部に通される冷媒配管のパス数が、上記上流側熱交換部に通されるパス数よりも多くされていることが好ましい。

また、本発明は、循環冷媒配管系内に圧縮機，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、冷房運転時もしくは再熱除湿運転時における冷媒の流れ方向で上記室内熱交換器が上記補助膨張弁を境として上流側熱交換部と下流側熱交換部とに分けられる空気調和機において、上記上流側熱交換部と上記下流側熱交換部は、それぞれ冷媒配管列が３列以上の冷媒回路を備えており、上記各冷媒回路における風上側の最外側列に冷媒導入部が配置され、風下側の最内側列に冷媒導出部が配置されており、隣接していない配管には冷媒が流されないことを特徴としている。

本発明によれば、冷房運転時もしくは再熱除湿運転時における冷媒の流れ方向で室内熱交換器が補助膨張弁を境として上流側熱交換部と下流側熱交換部とに分けられる空気調和機において、下流側熱交換部における各パスの冷媒配管長がほぼ同じ長さであり、好ましくは下流側熱交換部に通される冷媒配管のパス数を上流側熱交換部に通されるパス数よりも多くすることにより、補助膨張弁の下流側となる冷媒回路の圧力損失を低減することができ、熱交換効率の向上が図られる。

また、上流側熱交換部と下流側熱交換部は、それぞれ冷媒配管列が３列以上の冷媒回路を備えている場合、各冷媒回路における風上側の最外側列に冷媒導入部を配置し、風下側の最内側列に冷媒導出部を配置することにより、中間列にジャンプ配管や分岐配管などを溶接する手間が省けるため、組み立て工数の削減が図られる。

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。

熱交換器のプレートフィン群を流れる気流方向と直交する方向を配管の列として、この実施形態では、例えば冷媒配管に外径が４〜６ｍｍの細径管が用いられ、第１熱交換器２１１，第２熱交換器２１２ともに、それぞれ冷媒配管列が３列（風上側の最外側列２１１ａ，２１２ａ；中間列２１１ｂ，２１２ｂ；風下側の最内側列２１１ｃ，２１２ｃ）の冷媒回路を備えている。

なお、第１熱交換器２１１と第２熱交換器２１２の各プレートフィン群は、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、この実施形態においては、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サブ熱交換器２１３を備える。

このサブ熱交換器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。サブ熱交換器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サブ熱交換器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。

サブ熱交換器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サブ熱交換器２１３に入り、このサブ熱交換器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、サブ熱交換器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。

冷房運転時において、補助膨張弁２２の下流側となる第２熱交換器２１２の冷媒回路内での圧力損失を低減するため、本発明では、冷媒流れの上流側から下流に行くにしたがって順次配管のパス数を多くする。

そのため、この実施形態では、サブ熱交換器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パスとしているが、この場合、少なくとも第２熱交換器２１２内を通る６つの各パスの冷媒配管長は、ヘアピンの数を同一としてほぼ同じ長さであることが好ましい。

また、各熱交換器の冷媒導入部と冷媒導出部には、それぞれ接続配管が溶接されるが、第１熱交換器２１１，第２熱交換器２１２ともに、風上側の最外側列２１１ａ，２１２ａに冷媒導入部を配置し、風下側の最内側列２１１ｃ，２１２ｃに冷媒導出部を配置することが好ましい。

すなわち、第１熱交換器２１１では、４パスともに風上側の最外側列２１１ａから冷媒が導入され、風下側の最内側列２１１ｃから冷媒が導出される。また、第２熱交換器２１２では、補助膨張弁２２を通った冷媒が６パスともに風上側の最外側列２１２ａから導入され、風下側の最内側列２１１ｃから冷媒が導出される。

このように、熱交換器に含まれる冷媒配管列が３列以上である場合、風上側の最外側列に冷媒導入部を配置し、風下側の最内側列に冷媒導出部を配置することにより、先の図３に示したジャンプ配管Ａや分岐配管Ｂなどを中間列に溶接する手間が省けるため、組み立て工数の削減が図られる。

以上、図示の実施形態に基づいて本発明を説明したが、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。 ３列配管を有する室内熱交換器でジャンプ配管や分岐管を使用した従来例を示す模式図。

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 サブ熱交換器
２１１ａ，２１２ａ 風上側の最外側列
２１１ｂ，２１２ｂ 中間列
２１１ｃ，２１２ｃ 風下側の最内側列
２２ 補助膨張弁
２３１ 第１分配器
２３２ 第２分配器

Claims (3)

1. 循環冷媒配管系内に圧縮機，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、冷房運転時もしくは再熱除湿運転時における冷媒の流れ方向で上記室内熱交換器が上記補助膨張弁を境として上流側熱交換部と下流側熱交換部とに分けられる空気調和機において、
   上記下流側熱交換部における各パスの冷媒配管長がほぼ同じ長さであることを特徴とする空気調和機。
2. 上記下流側熱交換部に通される冷媒配管のパス数が、上記上流側熱交換部に通されるパス数よりも多く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. 循環冷媒配管系内に圧縮機，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、冷房運転時もしくは再熱除湿運転時における冷媒の流れ方向で上記室内熱交換器が上記補助膨張弁を境として上流側熱交換部と下流側熱交換部とに分けられる空気調和機において、
   上記上流側熱交換部と上記下流側熱交換部は、それぞれ冷媒配管列が３列以上の冷媒回路を備えており、上記各冷媒回路における風上側の最外側列に冷媒導入部が配置され、風下側の最内側列に冷媒導出部が配置されており、隣接していない配管には冷媒が流されないことを特徴とする空気調和機。

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