JP2008121997A

JP2008121997A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2008121997A
Application number: JP2006307245A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Mukai; 弘樹向井; Yukio Oda; 行雄小田; Hideki Honjo; 秀樹本條
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】室内熱交換器が再熱除湿用の補助膨張弁を含む冷媒配管を介して第１熱交換器と第２熱交換器とに分離されている空気調和機において、冷房運転時に第１熱交換器と第２熱交換器に大きな温度差が生じないようにする。
【解決手段】室内熱交換器２１が第１熱交換器２１１と第２熱交換器２１２とに分離して配置され、この両熱交換器が再熱除湿用の補助膨張弁２２を介して接続されている空気調和機において、除湿時の潜熱能力を高めるため、第１熱交換器２１１と第２熱交換器２１２の端部間に、室内空気を含む生ガスを熱交換することなく室内ファン２１ａに至らせるダンパー３２付きの開口部（生ガス導入部）３１を設けるとともに、冷房運転時の結露防止のため、冷房サイクル時に冷媒の流れ方向で補助膨張弁２２の下流側となる第２熱交換器２１２の圧力損失を小さくする、好ましくはパス数においても下流側のパス数が上流側のパス数よりも多くする。
【選択図】図１

Description

本発明は空気調和機に関し、さらに詳しく言えば、室内機に再熱除湿用の補助膨張弁と冷房運転時における室内熱交換器の顕熱／潜熱比を変化させる手段とを備えている空気調和機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。

再熱を伴わない通常の除湿運転時には、上記したように冷房運転の弱運転もしくは微弱運転（いわゆる簡易冷房運転）が行われるが、この冷房・除湿運転時において、室内熱交換器の温度が露点に達していないと、室温が低下するだけで、室内の相対湿度が上昇するため、不快感を与えることがある。

すなわち、室内熱交換器による顕熱変化の割合に比べて潜熱変化の割合が小さく、もっぱら顕熱のみが発揮され、それによる室温低下に伴って相対湿度がほぼ１００％近くまで上昇するため、体感的に肌寒さを感じることになる。近年、省エネルギーを目的として大風量化が図られているが、大風量化するほど室内熱交換器の温度が上昇し、除湿性能が犠牲にされる。

そこで、上記冷房・除湿運転時に、体感的に肌寒さを感じないようにするため、本出願人は、特願２００６−５３５７０号として室内機からの吹出空気温度を上昇させる提案を行っているので、これについて図３により説明する。

図３は、上記先願提案を図２に示した再熱除湿機能を有する室内機２０に適用した例であり、第１熱交換器２１１と第２熱交換器２１２は、再熱除湿用の補助膨張弁２２を含む冷媒配管を介して接続された状態で、図示しない室内機筐体内にほぼラムダ（Λ）状に配置され、それらの下部空間内に室内ファン２１ａが配置される。

上記先願提案によると、第１熱交換器２１１と第２熱交換器２１２の例えば上端部間に室内空気および／または室外空気の生ガスを熱交換することなく室内ファン２１ａに至らせる生ガス導入部としての開口部３１が設けられるとともに、開口部３１に、その開口率を全閉から全開まで可変に制御するダンパー３２が設けられる。

これによれば、上記冷房・除湿運転時に、ダンパー３２を開いて開口部３１から生ガスを導入することにより、相対的に室内熱交換器２１を通る空気量が減らされるとともに通過風速が遅くなり、その結果、室内熱交換器２１の温度が室内空気の露点温度よりも低温に維持され、室内空気の露点温度と室内熱交換器４０の熱交換温度の差が大きくなって除湿（潜熱）性能が高められる。

また、生ガスの導入により図示しない空気吹出口から吹き出される空気の温度も上昇し、冷房・除湿運転時に問題とされていた体感的な肌寒さも解消される。

特開２００３−２５４５５５号公報特開２００６−１６２１７３号公報

図３の構成の室内機によれば、室内の環境に応じて冷房，暖房，再熱除湿，簡易冷房運転による通常除湿のほかに生ガス導入除湿の各機能を選択することができる。しかしながら、第１熱交換器２１１と第２熱交換器とが補助膨張弁２２を含む冷媒配管を介して接続されているため、冷房運転時に次のような問題が生ずることがある。

すなわち、冷房運転時には、補助膨張弁２２が全開，ダンパー３２が全閉とされ、補助膨張弁２２を境として、冷媒の流れ方向で第１熱交換器２１１が上流側，第２熱交換器２１２が下流側となり、また、全開状態の補助膨張弁２２でも多少なりとも冷媒の圧力損失が生ずる。

そのため、第１熱交換器２１１と第２熱交換器２１２の温度に差が出やすく、その温度差が大きくなると、室内機内部の特に室内ファン２１ａに結露が発生することがある。また、第２熱交換器２１２の温度が低くなりすぎると結氷することもある。

したがって、本発明の課題は、室内熱交換器が再熱除湿用の補助膨張弁を含む冷媒配管を介して第１熱交換器と第２熱交換器とに分離されている空気調和機において、冷房運転時に第１熱交換器と第２熱交換器に大きな温度差が生じないようにすることにある。

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、室内機筐体内において上記室内熱交換器が室内ファンの上流側で第１熱交換器と第２熱交換器とに分離して配置され、上記第１熱交換器と上記第２熱交換器とを接続する接続配管内に再熱除湿用の補助膨張弁が設けられている空気調和機において、上記第１熱交換器と上記第２熱交換器の端部間に、室内空気および／または室外空気の生ガスを熱交換することなく上記室内ファンに至らせる生ガス導入部が設けられているとともに、上記第１熱交換器と上記第２熱交換器のうち、再熱除湿を含む冷房サイクル時に冷媒の流れ方向で上記補助膨張弁の下流側となる一方の上記熱交換器の圧力損失が小さくなるようにしたことを特徴としている。

この場合、上記熱交換器に通される冷媒配管のパス数において、上記下流側となる一方の熱交換器のパス数が上記上流側となる熱交換器のパス数よりも多いことが好ましい。

本発明によれば、室内機筐体内において室内熱交換器が室内ファンの上流側で第１熱交換器と第２熱交換器とに分離して配置され、第１熱交換器と第２熱交換器とを接続する接続配管内に再熱除湿用の補助膨張弁が設けられている空気調和機において、第１熱交換器と第２熱交換器の端部間に、室内空気および／または室外空気の生ガスを熱交換することなく室内ファンに至らせる生ガス導入部が設けられているとともに、第１熱交換器と第２熱交換器のうち、再熱除湿を含む冷房サイクル時に冷媒の流れ方向で補助膨張弁の下流側となる一方の熱交換器の圧力損失が小さくなるように、好ましくは下流側のパス数が上流側のパス数よりも多くされていることにより、下流側の冷媒回路の流路抵抗が低くなるため、冷房運転時において第１熱交換器と第２熱交換器を通過する空気の温度差が少なくなり、室内ファンなどが結露し難くなる。また、下流側の熱交換器の温度が低くなり過ぎることもなく、結氷するおそれもなくなる。

また、室内の環境に応じて、少なくとも冷房，再熱除湿，簡易冷房運転による通常除湿のほかに生ガス導入除湿の各機能を選択することができる。

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。

また、先に説明した図３の構成と同じく、第１熱交換器２１１と第２熱交換器２１２の例えば上端部間に室内空気および／または室外空気の生ガスを熱交換することなく室内ファン２１ａに至らせる生ガス導入部としての開口部３１が設けられるとともに、開口部３１に、その開口率を全閉から全開まで可変に制御するダンパー３２が設けられる。

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、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，再熱除湿運転時，簡易冷房運転による通常除湿運転時およびダンパー３２を開いての生ガス導入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。

なおこの実施形態では、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。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、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、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（第２熱交換器２１２）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。

冷房運転は、補助膨張弁２２を全開として行われるが、補助膨張弁２２を境として第１熱交換器２１１が上流側で、第２熱交換器２１２が下流側となるため、第１熱交換器２１１と第２熱交換器２１２とで温度差が生じ、その温度差が大きくなると室内機内部の特に室内ファン２１ａに結露が生ずることがある。また、極端な場合には、第２熱交換器２１２側の温度が低くなり過ぎて結氷してしまうおそれがある。

これを防止するため、本発明では、補助膨張弁２２の下流側となる第２熱交換器２１２側の圧力損失を小さくする。

そのためには、各熱交換器２１１，２１２に通される冷媒配管のパス数において、下流側となる第２熱交換器２１２のパス数を上流側となる第１熱交換器２１１のパス数よりも多くするとよい。

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。

このように、第２熱交換器２１２のパス数を多くすることにより、第２熱交換器２１２の冷媒流入側から冷媒流出側にかけての温度低下勾配が緩やかなものとなるため、第１熱交換器２１１と第２熱交換器２１２を通過する空気の温度差が少なくなり、室内ファン２１ａなどが結露し難くなる。また、下流側の第２熱交換器２１２の温度が低くなり過ぎることもなく、結氷するおそれもなくなる。

なお、例えば簡易冷房運転による通常除湿運転時に、ダンパー３２を開いて開口部３１から生ガスを導入することにより、相対的に室内熱交換器２１を通る空気量が減らされるとともに通過風速が遅くなり、その結果、室内熱交換器２１の温度が室内空気の露点温度よりも低温に維持され、室内空気の露点温度と室内熱交換器４０の熱交換温度の差が大きくなって除湿（潜熱）性能が高められる。

以上説明したように、本発明によれば、室内の環境に応じて、少なくとも冷房，再熱除湿，簡易冷房運転による通常除湿および生ガス導入除湿の各機能（冷凍サイクルが可逆的であればさらに暖房機能が加えられる）を備えた多機能の空気調和機が得られ、また、冷房運転時における室内機内部の結露を防止することができる。

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。再熱除湿機能と生ガス導入除湿機能とを備える室内機の構成を示す模式図。

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室内熱交換器
２１２第２室内熱交換器
２１３サブ熱交換器
２２補助膨張弁
２３１第１分配器
２３２第２分配器
３１開口部
３２ダンパー

Claims

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、室内機筐体内において上記室内熱交換器が室内ファンの上流側で第１熱交換器と第２熱交換器とに分離して配置され、上記第１熱交換器と上記第２熱交換器とを接続する接続配管内に再熱除湿用の補助膨張弁が設けられている空気調和機において、
上記第１熱交換器と上記第２熱交換器の端部間に、室内空気および／または室外空気の生ガスを熱交換することなく上記室内ファンに至らせる生ガス導入部が設けられているとともに、上記第１熱交換器と上記第２熱交換器のうち、再熱除湿を含む冷房サイクル時に冷媒の流れ方向で上記補助膨張弁の下流側となる一方の上記熱交換器の圧力損失が小さくなるようにしたことを特徴とする空気調和機。
上記熱交換器に通される冷媒配管のパス数において、上記下流側となる一方の熱交換器のパス数が上記上流側となる熱交換器のパス数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。