JP2010216692A - 冷暖房空調システムの室外機用熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管の簡略化が図れると共に、運転制御を容易にし、かつ運転効率の向上が図れるようにすること。
【解決手段】冷暖房空調システムにおいて、風上側熱交換器１１に設けられた冷媒流入口１８ａに接続する冷媒流入管３１と、冷媒流出口１８ｂに接続する冷媒流出管３２と、冷媒流出管に介設される膨張機構例えば膨張弁ＥＶと、冷媒流入管と冷媒流出管とを接続する互いに並列な分岐管３３，３４と、分岐管にそれぞれ直列に介設され、冷媒流入口側から冷媒流出口側への流れを阻止すると共に、管内を流れる冷媒の一次側に対して二次側が高圧時には流れを阻止する２つの逆止弁ＣＶ１，ＣＶ２（ＣＶ３，ＣＶ４）と、第１の分岐管における２つの逆止弁の間と風下側熱交換器１２の下端の冷媒流出入口とを接続する室外側管３５と、第２の分岐管における２つの逆止弁の間と室内側熱交換器６とを接続する室内側管３６と、を具備する。

Description

この発明は、冷暖房空調システムの室外機用熱交換装置に関するものである。

一般に、冷暖房空調システムの室外機用熱交換器においては、暖房運転時に、外気の温度が低下すると、室外機用熱交換器に霜が付着して、通風量の低下及び熱交換量の低下をきたすため、除霜する必要があった。そのため、外気通風路に対して風上側と風下側に並設される風上側熱交換器及び風下側熱交換器が室外機用熱交換器として用いられ、暖房時には高温冷媒が風上側熱交換器に流れた後、断熱膨張により低温となった冷媒が風下側熱交換器に流れ、冷房時には高温冷媒が風下側熱交換器、風上側熱交換器の順に流れるようにした冷暖房空調システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に記載の冷暖房空調システムは、図６に示すように、圧縮機５と、室内機用熱交換器６と、室外機用熱交換器１０と、第１，第２の電子膨張弁ＥＶ１，ＥＶ２と、を具備してなる。なお、室外機用熱交換器１０は、外気通風路７に対して風上側に配置される風上側熱交換器１１と風下側に配置される風下側熱交換器１２とが並設されている。なお、風上側熱交換器１１の風上側には、外気Ａを取り込むための送風ファン１３が配設されている。

また、圧縮機５と室内機用熱交換器６とを接続する第１の配管２１と、圧縮機５と室外機用熱交換器１０の風下側熱交換器１２とを接続する第２の配管２２には切換弁である四方弁ＤＶが介設されている。この四方弁ＤＶの切り換えによって、圧縮機５から吐出される高温・高圧の冷媒が室内機用熱交換器６、又は、風下側熱交換器１２に流れるようになっている。また、室内機用熱交換器６と風上側熱交換器１１とを接続する第３の配管２３には、第１の逆止弁ＣＶａと、冷房時にのみ機能する第１の電子膨張弁ＥＶ１が介設されている。また、風上側熱交換器１１と風下側熱交換器１２とを接続する第４の配管２４には、第２の逆止弁ＣＶｂと暖房時にのみ機能する第２の電子膨張弁ＥＶ２が介設されている。

特開２００８−２５８９７号公報（特許請求の範囲、図１，図２）

しかしながら、特許文献１に記載の冷暖房空調システムにおいては、１台の冷暖房空調システムに２つの電子膨張弁を設ける必要があるため、配管が複雑になると共に、電子膨張弁の制御が複雑になり、かつコストが嵩む等の懸念があった。

また、特許文献１に記載の冷暖房空調システムにおいては、内部を流れる冷媒（内部流体）が常に流路抵抗の大きい液相状態にある風上側熱交換器に関して、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒流入方向が代わるため、運転効率が低下するという問題もあった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、配管の簡略化が図れると共に、運転制御を容易にし、かつ運転効率の向上が図れるようにした冷暖房空調システムの室外機用熱交換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、外気通風路に対して風上側と風下側に並設される風上側熱交換器及び風下側熱交換器が室外機用熱交換器として用いられ、暖房時には高温冷媒が風上側熱交換器に流れた後、断熱膨張により低温となった冷媒が風下側熱交換器に流れ、冷房時には高温冷媒が風下側熱交換器、風上側熱交換器の順に流れるようにした冷暖房空調システムにおいて、 上記風上側熱交換器に設けられた冷媒流入口に接続する冷媒流入管と、 上記風上側熱交換器に設けられた冷媒流出口に接続する冷媒流出管と、 上記冷媒流出管に介設される膨張機構と、 上記冷媒流入管と冷媒流出管とを接続する互いに並列な第１及び第２の分岐管と、 上記第１及び第２の分岐管にそれぞれ直列に介設され、上記冷媒流入口側から冷媒流出口側への流れを阻止すると共に、管内を流れる冷媒の一次側に対して二次側が高圧時には流れを阻止する２つの逆止弁と、 上記第１の分岐管における２つの逆止弁の間と上記風下側熱交換器の下端の冷媒流出入口とを接続する室外側管と、 上記第２の分岐管における２つの逆止弁の間と上記室内熱交換器とを接続する室内側管と、を具備することを特徴とする。ここで、膨張機構は、例えば膨張弁又は毛管現象を利用するキャピラリーチューブにて形成することができる。

このように構成することにより、１つの膨張機構の制御と複数（４個）の逆止弁からなる逆止弁機構によって、冷房運転時と暖房運転時のいずれにおいても風上側熱交換器への冷媒の流入方向を一定にすることができる。

この発明において、上記風上側熱交換器の上端に冷媒流入口を設けると共に、該風上側熱交換器の下端に上記冷媒流出口を設ける方が好ましい（請求項２）。

このように構成することにより、風上側熱交換器への冷媒の流れを重力方向（上から下）へ流すことができ、風上側熱交換器の通路抵抗値を最小限に抑制することができる。

この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような優れた効果が得られる。

（１）請求項１記載の発明によれば、１つの膨張機構の制御と逆止弁機構によって、冷房運転時と暖房運転時のいずれにおいても風上側熱交換器への冷媒の流入方向を一定にすることができるので、配管の簡略化が図れると共に、運転制御を容易にし、かつ運転効率の向上が図れる。

（２）請求項２記載の発明によれば、風上側熱交換器への冷媒の流れを重力方向（上から下）へ流すことができ、風上側熱交換器の通路抵抗値を最小限に抑制することができるので、上記（１）に加えて更に運転効率の向上を図ることができる。

この発明に係る冷暖房空調システムの室外機用熱交換装置の冷房運転時の状態を示す概略構成図である。 室外機用熱交換装置の暖房運転時の状態を示す概略構成図である。 この発明における逆止弁の冷房運転時の状態を示す断面図である。 この発明における逆止弁の暖房運転時の状態を示す断面図である。 この発明における風上側熱交換器と風下側熱交換器を展開して示す概略構成図である。 従来の冷暖房空調システムの室外機用熱交換装置を示す概略構成図である。

以下に、この発明に係る冷暖房空調システムの室外機用熱交換装置の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、従来の室外機用熱交換装置と同じ部分には同一符号を付して説明する。

冷暖房空調システムは、外気通風路に対して風上側と風下側に並設される風上側熱交換器１１及び風下側熱交換器１２からなる室外機用熱交換器１０と、風上側熱交換器１１の上端に設けられた冷媒流入口１８ａに接続する冷媒流入管３１と、風上側熱交換器１１の下端に設けられた冷媒流出口１８ｂに接続する冷媒流出管３２と、この冷媒流出管３２に介設される膨張機構例えば膨張弁ＥＶと、冷媒流入管３１と冷媒流出管３２とを接続する互いに並列な第１の分岐管３３及び第２の分岐管３４と、第１及び第２の分岐管３３，３４に介設される計４個の逆止弁ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ４からなる後述する逆止弁機構４０と、第１の分岐管３３における２つの逆止弁ＣＶ１，ＣＶ２の間と風下側熱交換器１２の下端の冷媒流出入口１８ｄとを接続する室外側管３５と、第２の分岐管３４における２つの逆止弁ＣＶ３，ＣＶ４の間と室内機用熱交換器６（以下に室内側熱交換器６という）とを接続する第１の室内側管３６と、を具備する。

なお、風下側熱交換器１２と室内側熱交換器６とを接続する第２の室内側管３７には、風下側熱交換器１２側から順に四方弁ＤＶと圧縮機５が介設されており、この四方弁ＤＶの切り換えによって、圧縮機５から吐出される高温・高圧の冷媒が室内機用熱交換器６、又は、室外機用熱交換器１０の風下側熱交換器１２に流れるようになっている。

上記逆止弁機構４０は、図１ないし図４に示すように、冷媒流入管３１と冷媒流出管３２とを接続する互いに並列な第１の分岐管３３及び第２の分岐管３４のうちの一方、すなわち第１の分岐管３３に直列に介設される第１の逆止弁ＣＶ１及び第２の逆止弁ＣＶ２と、他方の分岐管すなわち第２の分岐管３４に直列に介設される第３の逆止弁ＣＶ３及び第４の逆止弁ＣＶ４の４個の逆止弁によって構成されている。この場合、各逆止弁ＣＶ１〜ＣＶ４は、冷媒流入口１８ａ側から冷媒流出口１８ｂ側への流れを阻止すると共に、第１，第２の分岐管３３，３４内を流れる冷媒の一次側に対して二次側が高圧時には流れを阻止する機能を有している。

上記のように形成される逆止弁機構４０において、第１の分岐管３３における第１の逆止弁ＣＶ１と第２の逆止弁ＣＶ２の間と風下側熱交換器１２の下端の冷媒流出入口１８ｄとが室外側管３５によって接続されている。また、第２の分岐管３４における第３の逆止弁ＣＶ３と第４の逆止弁ＣＶ４の間と室内側熱交換器６とが第１の室内側管３６によって接続されている。

室外機用熱交換器１０を構成する風上側熱交換器１１と風下側熱交換器１２は、共にアルミニウム合金製のパラレルフロー型熱交換器によって形成されている。すなわち、風上側熱交換器１１及び風下側熱交換器１２は、図５に示すように、それぞれ上下に対峙する一対のアルミニウム合金製のヘッダーパイプ１４，１５と、これらヘッダーパイプ１４，１５に連通する互いに平行なアルミニウム合金製の例えば押出形材からなる複数の扁平熱交換管１６と、隣接する扁平熱交換管１６の間に介在されるアルミニウム合金製のコルゲートフィン１７とで主に構成されている。

この場合、風上側熱交換器１１の上部ヘッダーパイプ１４には、冷媒流入管３１が接続される冷媒流入口１８ａが設けられ、風上側熱交換器１１の下部ヘッダーパイプ１５には、冷媒流出管３２が接続される冷媒流出口１８ｂが設けられている。一方、風下側熱交換器１２の上部ヘッダーパイプ１４には、第１の室内側管３６が接続される冷媒流入出口１８ｃが設けられ、風下側熱交換器１２の下部ヘッダーパイプ１５には、第２の室内側管３７が接続される冷媒流入出口１８ｄが設けられている。なお、扁平熱交換管１６は、複数の冷媒通路（図示せず）が区画形成されている。また、上部及び下部ヘッダーパイプ１４，１５、扁平熱交換管１６及びコルゲートフィン１７は例えばろう付けによって一体に形成されている。

上記のように、風上側熱交換器１１と風下側熱交換器１２を、パラレルフロー型熱交換器にて形成することにより、伝熱フィンに複数列の蛇行伝熱管を貫通させた、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器に比べて厚さを薄くすることができるので、室外機用熱交換器１０の設置スペースの省スペース化、すなわち室外機用熱交換器１０、膨張弁ＥＶ及び逆止弁機構４０等を収容する室外機５０の省スペース化が図れる。なお、図５において、符号６０は、室内側熱交換器６を収容する室内機である。また、パラレルフロー型熱交換器とフィン・アンド・チューブ型熱交換器を、熱交換性能を同等として比較した場合、パラレルフロー型熱交換器は、フィン・アンド・チューブ型熱交換器に対して外気の圧損を少なくすることができると共に、冷媒の圧損を少なくすることができる。

なお、上記実施形態では膨張機構が膨張弁ＥＶにて形成される場合について説明したが、膨張弁ＥＶに代えて、毛管現象を利用するキャピラリーチューブにて膨張機構を形成してもよい。

また、上記実施の形態では、風上側熱交換器１１と風下側熱交換器１２の双方を、上下に対峙するヘッダーパイプ１４，１５を有するアルミニウム合金製のパラレルフロー型熱交換器としたが、風上側熱交換器１１は、左右に対峙するヘッダーパイプを有するアルミニウム合金製のパラレルフロー型熱交換器であってもよい。

また、上記実施の形態では、風上側熱交換器１１と風下側熱交換器１２の大きさを同じにした場合について説明したが、風上側熱交換器１１の高さ，面積を風下側熱交換器１２に対して１／４〜２／３として更に圧損を少なくすることができる。

次に、この発明に係る室外機用熱交換器１０を用いた冷暖房空調システムの動作について、図１ないし図４を参照して説明する。

＜冷房運転時＞
冷房運転時には、図１及び図３に矢印で示すように、膨張弁ＥＶ（膨張機構）を通過し断熱膨張で低圧化された冷媒は、逆止弁機構４０の第４の逆止弁ＣＶ４を通過し、室内側熱交換器６へ流れ蒸発される。このとき、第２の逆止弁ＣＶ２と第３の逆止弁ＣＶ３には、弁裏に高圧の冷媒が充満している状態であるので、流路として機能しない（図３参照）。

室内側熱交換器６を通過した冷媒は、四方弁ＤＶ→圧縮機５→風下側熱交換器１２を通過し、室外側管３５を介して第１の分岐管３３における第１の逆止弁ＣＶ１と第２の逆止弁ＣＶ２の間に流入する。逆止弁機構４０に戻った冷媒は、第１の逆止弁ＣＶ１を通過する。このとき、第２の逆止弁ＣＶ２と第３の逆止弁ＣＶ３は弁の逆止機能が働いて流路として機能しない（図３参照）。

第１の逆止弁ＣＶ１を通過した冷媒すなわち高温の凝縮液は、風上側熱交換器１１の上端の冷媒流入口１８ａから重力方向（上から下）へ流れる。これにより、風上側熱交換器１１はサブクーラとして機能すると共に、風上側熱交換器１１の通路抵抗値を最小限に抑制することができるので、運転効率の向上を図ることができる。

＜暖房運転時＞
暖房運転時には、図２に矢印で示すように、膨張弁ＥＶ（膨張機構）を通過し断熱膨張で低圧化された冷媒は、逆止弁機構４０の第２の逆止弁ＣＶ２を通過し、風下側熱交換器１２へ流れ蒸発される。このとき、第１の逆止弁ＣＶ１と第４の逆止弁ＣＶ４には、弁裏に高圧の冷媒が充満している状態であるので、流路として機能しない（図４参照）。

風下側熱交換器１２を通過した冷媒は、四方弁ＤＶ→圧縮機５→室内側熱交換器６を通過し、第１の室内側管３６を介して第２の分岐管３４における第３の逆止弁ＣＶ３と第４の逆止弁ＣＶ４の間に流入する。逆止弁機構４０に戻った冷媒は、第３の逆止弁ＣＶ３を通過する。このとき、第１の逆止弁ＣＶ１と第４の逆止弁ＣＶ４は弁の逆止機能が働いて流路として機能しない（図４参照）。

第３の逆止弁ＣＶ３を通過した冷媒すなわち高温の凝縮液は、風上側熱交換器１１の上端の冷媒流入口１８ａから重力方向（上から下）へ流れる。これにより、風上側熱交換器１１の通路抵抗値を最小限に抑制することができるので、運転効率の向上を図ることができる。

上記のように、この発明に係る室外機用熱交換装置によれば、１つの膨張弁ＥＶ（膨張機構）の制御と逆止弁機構４０によって、冷房運転時と暖房運転時のいずれにおいても風上側熱交換器１１への冷媒の流入方向を一定にすることができるので、配管の簡略化が図れると共に、運転制御を容易にし、かつ運転効率の向上が図れる。

５ 圧縮機
６ 室内側熱交換器
１０ 室外機用熱交換器
１１ 風上側熱交換器
１２ 風下側熱交換器
１８ａ 冷媒流入口
１８ｂ 冷媒流出口
３１ 冷媒流入管
３２ 冷媒流出管
３３ 第１の分岐管
３４ 第２の分岐管
３５ 室外側管
３６ 第１の室内側管
３７ 第２の室内側管
４０ 逆止弁機構
ＥＶ 膨張弁（膨張機構）
ＣＶ１〜ＣＶ４ 第１〜第４の逆止弁

Claims (2)

1. 外気通風路に対して風上側と風下側に並設される風上側熱交換器及び風下側熱交換器が室外機用熱交換器として用いられ、暖房時には高温冷媒が風上側熱交換器に流れた後、断熱膨張により低温となった冷媒が風下側熱交換器に流れ、冷房時には高温冷媒が風下側熱交換器、風上側熱交換器の順に流れるようにした冷暖房空調システムにおいて、
   上記風上側熱交換器に設けられた冷媒流入口に接続する冷媒流入管と、
   上記風上側熱交換器に設けられた冷媒流出口に接続する冷媒流出管と、
   上記冷媒流出管に介設される膨張機構と、
   上記冷媒流入管と冷媒流出管とを接続する互いに並列な第１及び第２の分岐管と、
   上記第１及び第２の分岐管にそれぞれ直列に介設され、上記冷媒流入口側から冷媒流出口側への流れを阻止すると共に、管内を流れる冷媒の一次側に対して二次側が高圧時には流れを阻止する２つの逆止弁と、
   上記第１の分岐管における２つの逆止弁の間と上記風下側熱交換器の下端の冷媒流出入口とを接続する室外側管と、
   上記第２の分岐管における２つの逆止弁の間と上記室内熱交換器とを接続する室内側管と、
   を具備することを特徴とする冷暖房空調システムの室外機用熱交換装置。
2. 上記風上側熱交換器の上端に冷媒流入口を設けると共に、該風上側熱交換器の下端に上記冷媒流出口を設ける、ことを特徴とする請求項１記載の冷暖房空調システムの室外機用熱交換装置。

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