JP2008180435A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】室外機と室内機のサイクルにそれぞれ第１と第２の膨張弁を設けて、運転条件等によってそれぞれの膨張弁を使い分けることで、性能向上を図る。
【解決手段】圧縮機、四方弁、室外ファン、室外熱交換器を有する室外機サイクル１０と、室内ファン、室内熱交換器を有する室内機サイクル１１と、サイクル同士をつなぐ冷媒接続配管６と、を備えた空気調和機において、室外機サイクル１０に第１の膨張弁５を設け、室内機サイクル１１に第２の膨張弁２５を設け、冷房運転又は暖房運転等の運転条件、もしくは空気調和機の運転環境等を基に、第１の膨張弁５と第２の膨張弁２５の減圧開度動作の使い分けを行う。基本的動作として、第１の膨張弁５を全開動作させ且つ第２の膨張弁２５を減圧開度動作させることで、冷房運転時と暖房運転時に冷媒接続配管６を室外熱交換器の一部として活用して、空気調和機の冷暖房性能を向上させること。
【選択図】図１

Description

本発明はヒートポンプ式空気調和機に係わり、室外機サイクルと室内機サイクルにそれぞれ第１の膨張弁と第２の膨張弁を設けて、運転条件等によってそれぞれの膨張弁を使い分けることで、冷房運転時や暖房運転時の性能を向上させることのできる空気調和機に関する。

一般家庭で多く使用されている空気調和機としては、室内機と室外機が別体で構成されており、室内機内には空気と冷媒を熱交換させるための熱交換器と空気を送り出すファンが設置されており、室外機内には空気と冷媒を熱交換させるための熱交換器とファン、冷媒を循環させる圧縮機および冷媒を減圧する膨張弁等が設置されている。これらの室内機と室外機の間に冷媒接続配管を用いて冷媒流路を形成することで、室内機と室外機の間を冷媒が行き来して冷凍サイクルが成り立っている。このような構成の空気調和機において、四方弁等により冷媒の流れ方向を変えることにより冷房運転、暖房運転および除湿運転を行っている。

図１２に従来技術に関する空気調和機の冷凍サイクル系統を示す。現在の空気調和機は、上述したように室外機の内部に膨張弁５が設置されており、そこで冷媒の減圧を行っている。図１２に示すような配置において、例えば冷房運転時についてサイクルの説明をすると、圧縮機１により高温・高圧となったガス冷媒は四方弁２を経て室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３に流入したガス冷媒は室外ファン４により送られてくる空気と熱交換を行い、凝縮した高圧の液冷媒になる。次に、凝縮した液冷媒は膨張弁５により減圧され、液ガス混合の冷媒となり細径接続配管６を経て室内熱交換器７へと流れる。このとき、細径接続配管６は膨張弁５の一部となる。すなわち、膨張弁５から室内熱交換器７までの間に細径接続配管６内において圧力損失が生じるが、これは膨張弁５による冷媒減圧作用の一部として考えられるためである。

次に、減圧された液ガス混合冷媒は室内熱交換器７にて室内ファン８により送られてくる室内空気と熱交換し、室内空気は冷やされると共に除湿し、冷媒は暖められておおむねガス冷媒化する。そして、太径接続配管９を経て四方弁２を通過し圧縮機１に戻る。このとき、太径接続配管９内ではガス化した冷媒が通過する時に圧力損失が生じるため、空気調和機の性能低下の要因となっている。

ところで、通常、室内サイクルと室外サイクルをつなぐ太径接続配管９と細径接続配管６のそれぞれの冷媒接続配管はそのほとんどの部分を互いに接触しないように断熱材１２等により仕切られ囲まれている。図１３には従来技術に関する空気調和機における室内外サイクルでの接続配管の状態を示す。断熱材１２で仕切る理由の１つとしては、例えば暖房運転時には太径接続配管９内に高温・高圧のガス冷媒が流れ、細径接続配管６内にはサブクール（過冷却）のとれた室内空気温度に近い高圧の液冷媒が流れるが、このとき、太径接続配管９内の高温ガス冷媒と細径接続配管６内のサブクールのとれた液冷媒が互いに熱交換すると、室内熱交換器７に流れ込もうとしていた高温ガス冷媒から室内熱交換器７にて熱交換を終えたサブクールのとれた液冷媒に熱を奪われてしまう。すなわち、室内熱交換器７において本来空気と熱交換を行うはずの冷媒のエネルギーが室内熱交換器７をバイパスして膨張弁５へと流れてしまい、大きなロスが生じてしまう。

また、膨張弁機能を奏する減圧装置を室内サイクルに設けて、冷房運転時に冷媒接続配管を室外熱交換器の一部として役立たせている冷凍サイクルは、例えば、特許文献１に提案されている。この特許文献１の第３図を参照すると、冷房運転時には、圧縮機からの高温高圧冷媒は四方弁を通り室外熱交換器で放熱して凝縮液化し、逆止弁、液側配管を通って、室内機側に設けた冷房用減圧装置で減圧されて室内熱交換器で蒸発して低圧低温冷媒となり、ガス側配管、四方弁を通り圧縮機へ循環している。一方、暖房運転時には、液側配管を通り、室外機側に設けた暖房用減圧装置で減圧して室外熱交換器で吸熱蒸発し圧縮機へ循環している。
特開平１−３０６７４１号公報

しなしながら、図１２と図１３に示したような構成においては、上述したように、室内サイクルと室外サイクルをつなぐための冷媒接続配管６，９は冷房運転時には冷媒の圧力損失を生じさせ、性能を低下させる。また、暖房運転時には太径接続配管９と細径接続配管６を断熱材１２にて各々の空間を作るように分離し、太径接続配管９内の冷媒と細径接続配管内の冷媒が熱交換しないような配慮が必要となる。

また、一般家庭において室内機や室外機を設置する場所が限定される場合、接続配管６，９を延長して据え付けを行う場合あるが、配管延長をすればするほど上述したような冷媒接続配管によるサイクル性能低下の増加に繋がるおそれがある。

また、引用文献１に開示されたものは、減圧装置は室内サイクルと室外サイクルに設けられているが、２つの減圧装置は、冷房運転時に室内サイクルのものを使用し、暖房運転時には室外サイクルのものを使用するというように、各減圧装置の使い方が運転態様で固定されていて、冷媒接続配管の活用の仕方が冷房と暖房の運転時で異なるものである。

本発明の目的は、室外機サイクル内と室内機サイクル内にそれぞれ第１の膨張弁と第２の膨張弁を設けて、運転条件等によってそれぞれの膨張弁を使い分け制御することで、冷房運転時や暖房運転時等の性能を向上させ、機能を拡充させる空気調和機を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
圧縮機、四方弁、室外ファン、室外熱交換器を有する室外機サイクルと、室内ファン、室内熱交換器を有する室内機サイクルと、前記室外機サイクルと前記室内機サイクルをつないで冷媒を流す冷媒接続配管と、を備えた空気調和機において、
前記室外熱交換器と前記冷媒接続配管との間の前記室外機サイクルに第１の膨張弁を設け、前記室内熱交換器と前記冷媒接続配管との間の前記室内機サイクルに第２の膨張弁を設け、
冷房運転又は暖房運転等の運転条件、もしくは空気調和機の運転環境、もしくは前記室内機サイクル及び前記室外機サイクルの規模や制御条件、に基づいて、前記第１の膨張弁と前記第２の膨張弁の減圧開度動作の使い分けを行う構成とする。

また、前記空気調和機において、前記第１の膨張弁を全開動作させるとともに、前記第２の膨張弁を減圧開度動作させることで、冷房運転時と暖房運転時に前記冷媒接続配管を前記室外熱交換器の一部として活用する構成とする。さらに、前記空気調和機において、前記第２の膨張弁における冷媒流れの前、または後、または前後の冷媒配管にサイレンサを設ける構成とする。

また、前記空気調和機において、前記室内熱交換器は、前記室内ファンを間にして前面側室内熱交換器と背面側室内熱交換器を略対向するように設け、前記第２の膨張弁は、前記背面側室内熱交換器への空気流入方向に対して風上側に配置する構成とする。さらに、前記空気調和機において、暖房運転時に冷媒の過冷却を促進する補助熱交換器が前記背面側室内熱交換器の空気流入方向に対して風上側に備えられ、前記補助熱交換器は前記背面側室内熱交換器よりもその長手方向で短いものであり、前記第２の膨張弁は、前記背面側室内熱交換器の空気流入方向に対して風上側に配置するとともに、前記補助熱交換器の前記長手方向における延長箇所に配置する構成とする。さらに、前記空気調和機において、前記冷媒接続配管は、前記第１の膨張弁と前記第２の膨張弁とをつなぐ細径接続配管と、前記四方弁と前記室内熱交換器とをつなぐ太径接続配管と、から構成され、前記細径接続配管と前記太径接続配管は、前記冷媒接続配管の長さ方向で部分的又は全部に亘って、仕切無しの同一部材により同一空間内に包囲される構成とする。

本発明によれば、空気調和機の運転条件や室内機及び室外機のサイクル構成に基づいて、第１の膨張弁と第２の膨張弁を減圧開度するように使い分け制御することで、冷凍サイクル系統の動作と機能の最適化を図ることができる。

また、冷房運転時や暖房運転時に細径接続配管を室外熱交換器の一部として活用することができ、各々の運転時の性能を向上させることができる。また、細径接続配管を室外空気と熱交換し易くすべく配管周囲の断熱材をより薄くでき、より効果的に熱交換を促進させることができる。

また、サイレンサの設置により室内機内部に配された膨張弁から発する冷媒音を低減できるとともに、補助熱交換器などの他の構成要素との配置関連において膨張弁配置に工夫を施すことによって室内機内の空間の有効利用を図ることができる。

また、室内機サイクルと室外機サイクルをつなぐ太径接続配管と細径接続配管の間で熱交換が行われことによって、蒸発器側の冷媒出口エンタルピを液戻り気味になり、蒸発器が多パスの場合に冷媒パスバランスを良好に保つことができるため性能が向上する。さらに、四方弁に流入する低温側の冷媒温度を高めることにより、蒸発器を有効に使いながら四方弁内部の熱ロスを低減出来、性能向上をすることができる。さらに、液ガス混合冷媒に近い状態で凝縮器に流入することにより、熱交換器の性能を向上させることができる。さらに、細径接続配管内の低温の液ガス混合冷媒は太径接続配管内の高温ガス冷媒から熱を奪うことで蒸発器である室外熱交換器の一部と見なすことが出来、蒸発性能を促進させることができる。

本発明の実施形態に係る空気調和機における各構成例について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。まず、汎用の空気調和機における冷凍サイクルについて、図１２を参照しながら説明する。冷房運転時の冷媒の流れで説明すると、圧縮機１にて圧縮された高温・高圧のガス冷媒は四方弁２により室外熱交換器３に流入する。そして、室外ファン４により室外空気と室外熱交換器３内に流れる冷媒が熱交換することにより、冷媒の熱は室外に放熱すると共に液化し膨張弁５に流入する。

膨張弁５において、冷媒は減圧され低温・低圧になり、細径接続配管６を通過し、室内熱交換器７に流入する。ここでは室内ファン８により室内空気と室内熱交換器７内に流れる冷媒が熱交換し、室内空気は冷やされ、冷媒は蒸発していく。その後、蒸発した冷媒は太径接続配管９を通過して四方弁２に流入し、圧縮機１に戻され、再び高温・高圧の冷媒にされる。このようなサイクルを繰り返すことにより空気調和機は冷房運転する。ここで、太径接続配管９にはガス化冷媒が流れるために、この配管を細管にすると圧力損失が大きくなるので配管９を太径としている。また、細径接続配管６は膨張弁５で一旦絞っているので、配管を太くする必要が無く細径であってもよく、ガス化冷媒の太径接続配管９よりも細い配管である。

また、暖房運転時は四方弁２により冷媒の流れ方向を切りかえることで、室外熱交換器３と室内熱交換器７の役割が逆になり、室外熱交換器３が蒸発器になり、室内熱交換器７が凝縮器となる。ここで、室外機内のサイクル構成は符号１０で示し、室内機内のサイクル構成は符号１１で示し、それらのサイクルをつなぐ細径接続配管６と太径接続配管９は、一般的には図１３に示すような断熱材１２で囲まれ、そのほとんどの部分は屋外に設置されている。この基本的な冷凍サイクルにおいて、冷房運転時や暖房運転時に細径接続配管６は膨張弁５の冷媒減圧の一部となっている。

図１は本発明の実施形態に係る空気調和機における冷凍サイクル系統を示す図である。図２は本実施形態に関する接続配管、特に細径接続配管の断面構成例１を示す図である。図３は本実施形態に関する接続配管、特に細径接続配管の断面構成例２を示す図である。

図１において、本実施形態においては、室外機サイクル１０に第１の膨張弁５を設けることに加えて、室内機サイクル１１に第２の膨張弁２５を設けることを構成上の特徴としている。第２の膨張弁２５は細径接続配管６と室内熱交換器７との間に設置している。そして、それぞれの膨張弁５，２５は弁全開状態と減圧機能を奏する弁開度状態とが外部から制御されるものである。

本実施形態における動作は、基本的な動作として、第２の膨張弁２５を減圧開度とし且つ第１の膨張弁５を全開度として動作させる第１の動作と、特殊な動作として、第２の膨張弁を全開度とし且つ第１の膨張弁を減圧開度として動作させる第２の動作と、他の特殊な動作として、冷房運転時に第１の膨張弁のみ減圧開度とし且つ暖房運転時に第２の膨張弁のみ減圧開度とする第３の動作と、別の特殊な動作として、第２の膨張弁と第１の膨張弁をともに減圧開度として動作させる第４の動作と、を適用でき、この内のいずれかの動作を択一的に選択するものである。そして、第１の動作、第２の動作又は第３の動作を選択して各動作のときに各膨張弁を動作（減圧開度）させる際には、例えば、リモコンで動作を選択すると、当該動作に対応した特定の周波数が送信されて、これを室内機が受信して室内機の制御部から第１と第２の膨張弁に使い分けの制御が行われる。どのような運転状態のときにいずれの動作を選択してどのような効果を奏させるかは以下説明する。

図１に示す本実施形態に係る空気調和機における基本的な動作（第２の膨張弁２５を減圧開度とし且つ第１の膨張弁５を全開度）を説明する。冷房運転時に第２の膨張弁２５で冷凍サイクルを制御すると、細径接続配管６は室外熱交換器３の一部となって液冷媒で満たされる。一方、暖房運転時には細径接続配管６は冷房運転時と同様に室外熱交換器３の一部となって液・ガスの２相流の冷媒で満たされる。

このように、第２の膨張弁を使用した場合には、冷房運転時も暖房運転時も接続配管６が室外熱交換器の一部となり、したがって、細径接続配管６にて熱交換する分、空気調和機の冷房性能や暖房性能を向上させることができる。また、細径接続配管６が室外空気と熱交換し易くするために、図２に示すような細径接続配管６の断熱材１２を薄くしたり、極端な例を挙げると図３のように細径接続配管６をむき出しにすると、より効果的に熱交換を促進させることができ、また、断熱材の材料費を低減することができる。

次に、本実施形態における特殊な動作（第２の膨張弁２５を全開度とし且つ第１の膨張弁５を減圧開度）を説明すると、冷房運転時に第１の膨張弁５で冷凍サイクルを制御すると、細径接続配管６は、図１２に示す汎用の冷凍サイクルと同様に液・ガスの２相流冷媒が流れるサイクルを形成する。一方、暖房運転時には細径接続配管６は高圧の液冷媒が流れるサイクルを形成する。そして、この特別な動作を採用するのは、例えば、就寝中や静音環境時に、冷媒が膨張弁を通る際に発する音が煩わしいときであり、この特殊な動作においては、減圧動作している膨張弁は室内機サイクル１１ではなくて室外機サイクル１０に存在するので、この膨張弁５が発する音は就寝や静音環境に影響を与えない。

次に、本実施形態における他の特殊な動作（冷房運転時に第１の膨張弁のみ減圧開度とし且つ暖房運転時に第２の膨張弁のみ減圧開度）を説明すると、どちらの運転条件でも細径接続配管６には、液・ガスの２相流冷媒が流れる。この冷媒流は低圧であり２相であるので、接続配管６中の冷媒量が少なくて済み、少冷媒量化を図ることができる。

次に、本実施形態における別の特殊な動作（冷房運転時と暖房運転時において第１の膨張弁と第２の膨張弁をともに減圧開度）を説明する。冷房運転時と暖房運転時とで最適冷媒量が異なる場合（一例として、室外と室内の熱交換器の容量に違いがある場合）に、通常、レシーバタンクで冷媒量を調整しているが、両方の膨張弁を減圧開度とすることで、特に、暖房運転時に第２の膨張弁を使用して接続配管６を低圧の液・ガスの２相流にすることで接続配管６中の冷媒量は、高圧の液流に比べて少なくなるので、レシーバタンクで冷媒量を加減することが無くなる。また、冷房時に設定温度と実際の検出温度とに差に基づいて圧縮機の回転数を変更制御するが、この制御に連動させて、冷媒量を加減するために別の特殊な動作を採用するか否かを制御してもよい。

以上のように、本実施形態においては、空気調和機の運転条件や室内機及び室外機のサイクル構成に基づいて、第１の膨張弁と第２の膨張弁とを減圧開度するように切り換え制御することで、冷凍サイクル系統の動作と機能において最適化を図ることができる。

図４に本実施形態に係る空気調和機における膨張弁周辺の構成例を示す。本実施形態に関する第２の膨張弁２５は室内機サイクル１１に組み込む。すなわち、第２の膨張弁２５を室内機内部に設置することにより細径接続配管６を室外熱交換器３の一部にし、空気調和機の冷房性能、暖房性能を向上させることができるが、第２の膨張弁２５では冷媒が減圧するときに冷媒音を発生することがある。したがって、仮に第２の膨張弁５から冷媒音が発生した場合、何らかの方法でその冷媒音を低減あるいは無くする対策を必要とする。

そこで、本実施形態の構成例では、図４に示すように、第２の膨張弁２５の冷媒配管前、あるいは冷媒配管後、あるいは前後の両方にサイレンサー１３を設置する。サイレンサー１３は冷媒流を整流する手段であれば良く、サイレンサーを設けることで、冷媒が第２の膨張弁５を通過する際に生じる冷媒音を低減することができる。

図５に本実施形態に関する膨張弁の配置構成例を示す。前述したように、従来の膨張弁は室外機内部に設置されていたため、設置場所の確保が比較的に取りやすくなっていた。しかし、本実施形態では膨張弁を室内機内部に設置することを特徴としており、室内機内部に設置するスペースを確保する必要がある。ところが、近年の家庭用空気調和機は室内機をコンパクト化しつつ、室内熱交換器をできるだけ大きくし、性能向上を図ることが求められる。したがって、コンパクトな室内機において室内熱交換器をできるだけ大きくすると共に、その内部に膨張弁を配置する工夫を必要とする。

そこで、本実施形態では、図５に示すように、室内ファン８を挟んで前面側室内熱交換器１４と背面側室内熱交換器１５に対向するように配置された室内熱交換器７において、第２の膨張弁２５を背面側熱交換器１５の空気流入方向に対して風上側に配置することにより、室内熱交換器の大きさやサイクルパイプのスペースを確保しつつ室内機内部のスペースを有効に活用することができる。また、背面熱交換器１５の空気流方向に対して風上側に配置することで、万一、第２の膨張弁２５やそれに付随する配管類に露がつき、その露が滴下しても、第２の膨張弁２５の空気下流側の背面側熱交換器１５にて保水して受け皿を介して外部に放出することができるため、室内機の空気吹き出し口から凝縮水が流れ出ることはない。

図６に本実施形態に関する膨張弁の他の配置構成例を示す。図６に示す膨張弁の配置構成例は、室内機内部のスペースを有効に活用するための改善例である。現在の室内熱交換器には暖房運転時の性能向上を目的として、室内熱交換器本体とは別に補助熱交換器１６（暖房運転時に冷媒の過冷却を促進するために、室内熱交換器１５よりもサイズの小さいもの）を設置する場合がある。このとき、背面側熱交換器１５の風上側に補助熱交換器１６を設置すると、膨張弁５を配置するスペースが確保できなくなる事態が生じる可能性がある。

そこで、本実施形態では、補助熱交換器１６を本体の背面側熱交換器１５の長手方向に対し短いものにして、第２の膨張弁２５を補助熱交換器１６の長手方向に対して先端近傍に設置することにより、第２の膨張弁２５を配置するスペースを確保しつつ、補助熱交換器１６を設置することで暖房性能向上も図ることができる。

図７に本実施形態に関する室内機サイクルと室外機サイクルとを接続する冷媒接続配管の構成を示す。図１に示す室内機サイクル１１から室外機サイクル１０へつなぐ太径接続配管９と細径接続配管６のそれぞれの冷媒接続配管が、図７に示すように、配管の長さ方向に亘って、部分的あるいは全部において仕切無しの同一の部材１７により同一空間内に囲まれることによって、太径接続配管９と細径接続配管６の間で熱交換が行われて次のような性能改善が見込まれる。

まず、図１に示す基本的な動作（第１の動作）において、冷房運転時の冷媒の流れを説明すると、圧縮機１で高温・高圧となったガス冷媒は四方弁２を介して室外熱交換器３に流入し、空気と熱交換することで凝縮され液冷媒となる。その後、液冷媒となった外気温に近い温度の冷媒は細径接続配管６を通り、室内に配置された第２の膨張弁２５に流入する。そこで冷媒は減圧し、低圧・低温の液ガス混合冷媒となり室内熱交換器７に流入し空気と熱交換し蒸発していく。次に、概ねガス成分となった低温の冷媒は太径接続配管９を通り、四方弁２を介して圧縮機１へ戻る。

上述した冷凍サイクルにおいて、それぞれの冷媒接続配管６，９が図７のように同一空間内に囲まれることにより、細径接続配管６内の外気温に近い冷媒から太径接続配管９内に流れる低温の冷媒に熱が移動し、細径接続配管６内の冷媒の温度を大幅に下げることができる。この状態を理想的なモリエル線図で表したものを図８に示す。図８は本実施形態に係る空気調和機における冷房運転時の冷凍サイクルを説明するモリエル線図である。

図８において圧縮過程はＡ点→Ｂ点、凝縮過程はＢ点→Ｃ点、減圧過程はＣ点→Ｄ点、蒸発過程はＤ点→Ａ点を示している。このとき、細径接続配管６が太径接続配管９に放熱することにより、Ｃ点→Ｃ’点となり、冷凍サイクル上では凝縮過程の過冷却度を大きくとることができる。この過冷却度が増したことにより、冷媒凝縮側のエンタルピはＢ点→Ｃ’点となり、その状態で減圧するとＤ’点となる。ここで、蒸発器の熱交換量が一定の場合、蒸発器側の冷媒出口エンタルピがＡ’点となり液戻り気味になる。しかし、細径接続配管６内の冷媒から過冷却度が増した分と同等の熱量を太径接続配管９内の冷媒が得ることによりＡ’点→Ａ点のように過熱度が増すため、圧縮機入口のエンタルピを概ね同じ状態に保つことができる。

このようなサイクル形態にすることにより蒸発器側の冷媒出口エンタルピを液戻り気味にすることで、蒸発器が多パスの場合に冷媒パスバランスを良好に保つことができるため性能が向上する。また、この過冷却度の増分による性能向上分を図９のように凝縮圧力低下分にすることにより、もともとはＡ点→Ｂ点の圧縮仕事に対しＡ’点→Ｂ’点の圧縮仕事になるため（図９を参照）、圧縮機の仕事量の低減を図ることができる。

さらに、蒸発器側出口における冷媒を、図９のＡ点のように、概ねガス冷媒化すると共に、太径接続配管内の冷媒が得た熱量分の過熱度を増すことでＡ’点となり、四方弁に流入する冷媒の温度を高めることができる。この四方弁の内部では高温側と低温側の冷媒が互いに熱交換しており、冷凍サイクル上の性能低下要因となっているが、四方弁に流入する低温側の冷媒温度を高めることにより、蒸発器を有効に使いながら四方弁内部の熱ロスを低減でき、性能向上をすることができる。

また、暖房運転時は四方弁２により冷媒の流れ方向が切り替えられ、室内熱交換器７が凝縮器になり、室外熱交換器３が蒸発器になる。したがって、冷媒接続配管も太径接続配管９内には圧縮機１により高温・高圧にされたガス冷媒が流れ、細径接続配管６内には第２の膨張弁２５により低温・低圧にされた液ガス混合冷媒が流れる。図１０は本実施形態に係る空気調和機における暖房運転時の冷凍サイクルを説明するモリエル線図である。このとき、それぞれの冷媒接続配管が同一空間内に囲まれることにより、太径接続配管９内の高温ガス冷媒から細径接続配管６内の低温の液ガス混合冷媒に熱が移動し、太径接続配管９内の高温ガス冷媒は熱を奪われ、図１０に示すようにｂ→ｂ’のように通常よりも冷やされた液ガス混合冷媒に近い状態で室内熱交換器に流入する。

ここで、各状態の冷媒の熱伝達率を考えると、ガス冷媒又は液冷媒のような単相流に対して、液ガス混合冷媒の方が圧倒的に熱伝達率が高いため、液ガス混合冷媒に近い状態で凝縮器に流入することにより、熱交換器の性能を向上させることができる。一方、細径接続配管６内の低温の液ガス混合冷媒は太径接続配管９内の高温ガス冷媒から熱を奪うことでｄ→ｄ’となり蒸発性能を促進させることができる。

したがって、暖房運転時においては凝縮圧力を低下させることができると共に蒸発圧力を上昇させることができるため、それぞれの効果により、図１１に示す破線ようになサイクルとなり暖房性能を向上させることができる。

以上のことを敷衍して説明すると、本実施形態に係る空気調和機において、室内機内のサイクルから室外機内のサイクルへつなぐ太径接続配管と細径接続配管のそれぞれの冷媒接続配管が、室内機サイクルから室外機サイクルまでの間に部分的あるいは全部において仕切無しの同一の部材により同一空間内に囲まれた構成により、太径接続配管と細径接続配管の間で熱交換が行われ次のような効果が見込まれる。

冷房運転時の冷媒の流れで説明すると、圧縮機で高温・高圧となったガス冷媒は四方弁を介して室外熱交換器に流入し空気と熱交換することで凝縮され液冷媒となる。その後液冷媒となった外気温に近い温度の冷媒は細径接続配管を通り、室内に配置された膨張弁に流入する。そこで冷媒は減圧し、低圧・低温の液ガス混合冷媒となり室内熱交換器に流入し空気と熱交換し蒸発していく。次に、概ねガス成分となった低温の冷媒は太径接続配管を通り、四方弁を介して圧縮機へ戻る。このサイクルにおいて、それぞれの冷媒接続配管が同一空間内に囲まれることにより、細径接続配管内の外気温に近い冷媒から太径接続配管内に流れる低温の冷媒に熱が移動し、細径接続配管内の冷媒の温度を大幅に下げることが出来、冷凍サイクル上では凝縮過程の過冷却度を大きくとることができる。この過冷却度が増したことにより、冷媒凝縮側のエンタルピが伸び、その状態で減圧すると蒸発器の熱交換量が一定の場合、蒸発器側の冷媒出口エンタルピが液戻り気味になる。しかし、細径接続配管内の冷媒から過冷却度が増した分と同等の熱量を太径接続配管内の冷媒が得ることにより過熱度が増すため、圧縮機入口のエンタルピを概ね同じ状態に保つことができる。

このようなサイクル形態にすることにより蒸発器側の冷媒出口エンタルピを液戻り気味にすることで、蒸発器が多パスの場合に冷媒パスバランスを良好に保つことができるため性能が向上する。また、この過冷却度の増分による性能向上分を凝縮圧力低下分にすることにより、圧縮仕事の低減を図ることができる。さらに蒸発器側出口における冷媒を、概ねガス冷媒化した状態、すなわち飽和曲線に近い状態にすると共に、太径接続配管内の冷媒が得た熱量分の過熱度を増すことで、四方弁に流入する冷媒の温度を高めることができる。この四方弁の内部では高温側と低温側の冷媒がお互いに熱交換しており、冷凍サイクル上の性能低下要因となっているが、四方弁に流入する低温側の冷媒温度を高めることにより、蒸発器を有効に使いながら四方弁内部の熱ロスを低減出来、性能向上をすることができる。

また、暖房運転時は四方弁により冷媒の流れ方向が切り替えられ、室内熱交換器が凝縮器になり、室外熱交換器が蒸発器になる。したがって、冷媒接続配管も太径接続配管内には圧縮機により高温・高圧にされたガス冷媒が流れ、細径配管内には膨張弁により低温・低圧にされた液ガス混合冷媒が流れる。このとき、それぞれの冷媒接続配管が同一空間内に囲まれることにより、太径接続配管内の高温ガス冷媒から細径接続配管内の低温の液ガス混合冷媒に熱が移動し、太径接続配管内の高温ガス冷媒は熱を奪われ、通常よりも冷やされた液ガス混合冷媒に近い状態で室内熱交換器に流入する。ここで、各状態の冷媒の熱伝達率を考えると、ガス冷媒や液冷媒のような単相流に対して液ガス混合冷媒の方が圧倒的に熱伝達率が高いため、液ガス混合冷媒に近い状態で凝縮器に流入することにより、熱交換器の性能を向上させることができる。一方、細径接続配管内の低温の液ガス混合冷媒は太径接続配管内の高温ガス冷媒から熱を奪うことで蒸発器である室外熱交換器の一部と見なすことが出来、蒸発性能を促進させることができる。

本発明の実施形態に係る空気調和機における冷凍サイクル系統を示す図である。 本実施形態に関する接続配管、特に細径接続配管の断面構成例１を示す図である。 本実施形態に関する接続配管、特に細径接続配管の断面構成例２を示す図である。 本実施形態に係る空気調和機における膨張弁周辺の構成例を示す図である。 本実施形態に関する膨張弁の配置構成例を示す図である。 本実施形態に関する膨張弁の他の配置構成例を示す図である。 本実施形態に関する室内機サイクルと室外機サイクルとを接続する冷媒接続配管の構成を示す図である。 本実施形態に係る空気調和機における冷房運転時の冷凍サイクルを説明するモリエル線図である。 本実施形態に係る空気調和機における冷房運転時の冷凍サイクルを説明するモリエル線図である。 本実施形態に係る空気調和機における暖房運転時の冷凍サイクルを説明するモリエル線図である。 本実施形態に係る空気調和機における暖房運転時の冷凍サイクルを説明するモリエル線図である。 従来技術に関する空気調和機における冷凍サイクル系統を示す図である。 従来技術に関する空気調和機における室内外サイクルでの接続配管の状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 室外ファン
５ 第１の膨張弁
６ 細径接続配管
７ 室内熱交換器
８ 室内ファン
９ 太径接続配管
１０ 室外機サイクル
１１ 室内機サイクル
１２ 断熱材
１３ サイレンサ
１４ 前面側熱交換器
１５ 背面側熱交換器
１６ 補助熱交換器
１７ 仕切無し部材
２５ 第２の膨張弁

Claims (7)

1. 圧縮機、四方弁、室外ファン、室外熱交換器を有する室外機サイクルと、室内ファン、室内熱交換器を有する室内機サイクルと、前記室外機サイクルと前記室内機サイクルをつないで冷媒を流す冷媒接続配管と、を備えた空気調和機において、
   前記室外熱交換器と前記冷媒接続配管との間の前記室外機サイクルに第１の膨張弁を設け、前記室内熱交換器と前記冷媒接続配管との間の前記室内機サイクルに第２の膨張弁を設け、
   冷房運転又は暖房運転等の運転条件、もしくは空気調和機の運転環境、もしくは前記室内機サイクル及び前記室外機サイクルの規模や制御条件、に基づいて、前記第１の膨張弁と前記第２の膨張弁の減圧開度動作の使い分けを行う
   ことを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１において、
   前記第１の膨張弁を全開動作させるとともに、前記第２の膨張弁を減圧開度動作させることで、冷房運転時と暖房運転時に前記冷媒接続配管を前記室外熱交換器の一部として活用する
   ことを特徴とする空気調和機。
3. 請求項１または２において、
   前記第２の膨張弁における冷媒流れの前、または後、または前後の冷媒配管にサイレンサを設けることを特徴とする空気調和機。
4. 請求項１、２または３において、
   前記室内熱交換器は、前記室内ファンを間にして前面側室内熱交換器と背面側室内熱交換器を略対向するように設け、
   前記第２の膨張弁は、前記背面側室内熱交換器への空気流入方向に対して風上側に配置する
   ことを特徴とする空気調和機。
5. 請求項４において、
   暖房運転時に冷媒の過冷却を促進する補助熱交換器が前記背面側室内熱交換器の空気流入方向に対して風上側に備えられ、前記補助熱交換器は前記背面側室内熱交換器よりもその長手方向で短いものであり、
   前記第２の膨張弁は、前記背面側室内熱交換器の空気流入方向に対して風上側に配置するとともに、前記補助熱交換器の前記長手方向における延長箇所に配置する
   ことを特徴とする空気調和機。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つの請求項において、
   前記冷媒接続配管は、前記第１の膨張弁と前記第２の膨張弁とをつなぐ細径接続配管と、前記四方弁と前記室内熱交換器とをつなぐ太径接続配管と、から構成され、
   前記細径接続配管と前記太径接続配管は、前記冷媒接続配管の長さ方向で部分的又は全部に亘って、仕切無しの同一部材により同一空間内に包囲される
   ことを特徴とする空気調和機。
7. 請求項１ないし６のいずれか１つの請求項において、
   前記第１の膨張弁と前記第２の膨張弁の減圧開度動作の使い分けは、特定の周波数を受信することで各膨張弁を制御する
   ことを特徴とする空気調和機。

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