JP2011202738A

JP2011202738A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2011202738A
Application number: JP2010070483A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tanaka; 田中　　誠
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2011-10-13

Abstract

【課題】冷房運転時と暖房運転時とで、室内熱交換器及び室外熱交換器冷媒の流れる方向を変更させないことで、高い熱交換効率を維持できる空気調和機を提供すること。
【解決手段】六方切換膨張弁１００は、冷房時は圧縮機２０の吐出側が接続される第１の接続ポートＡと室外熱交換器４０の入口側が接続される第６の接続ポートＦ、圧縮機２０の吸込み側が接続される第４の接続ポートＤと室内熱交換器３０の出口側が接続される第３の接続ポートＣ、室外熱交換器４０の出口側が接続される第５の接続ポートＥと室内熱交換器３０の入口側が接続される第２の接続ポートＢを絞り通路１５０を介して連通し、暖房時は第１の接続ポートＡと第２の接続ポートＢ、第４の接続ポートＤと第５の接続ポートＥ、第３の接続ポートＣと第６の接続ポートＦを絞り通路１５０を介して連通する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に関し、特に冷房時にも暖房時にも熱交換効率を向上させることができる技術に関する。

空気調和機には、冷媒と熱交換媒体（空気）との熱交換を行う熱交換器である室内熱交換器と室外熱交換器が組み込まれている。室内熱交換器は冷房運転時には蒸発器となり、暖房運転時には凝縮器となる。また、室外熱交換器は冷房運転時には凝縮器となり、暖房運転時には蒸発器となる。熱交換器は、冷媒の流れる方向と熱交換媒体の流れる方向との関係によって、対向流型と並向流型とに区別される。なお、対向流型と並向流型とでは熱交換効率が大きく異なる。

一方、冷媒の循環方向を四方弁を用いて切り替えることで、冷房と暖房のいずれの運転も行うことができる空気調和機が一般的に用いられている。

冷媒循環方向の切替機構として四方弁を用いた空気調和機では、冷房／暖房の切替を行うと、室内熱交換器及び室外熱交換器の冷媒の流れる方向が変わる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２３２２８５号公報

上述した四方弁を用いて冷媒の循環方向を切り替える空気調和機では、次のような問題があった。すなわち、冷房運転時と暖房運転時とで、室内熱交換器及び室外熱交換器冷媒の流れる方向が変わるため、冷房運転時に冷媒の流れる方向と熱交換媒体の流れる方向が対向流になるようにすると、暖房運転時には並行流となり、逆に、暖房運転時に対向流になるようにすると、冷房運転時には並行流となる。熱交換効率に関しては、並向流型に比べ対向流型の方が高いため、冷房運転時と暖房運転時で何れか一方の熱交換器の熱交換効率が低下するという問題があった。

そこで本発明は、冷房運転時と暖房運転時とで、室内熱交換器及び室外熱交換器冷媒の流れる方向を変更させないことで、高い熱交換効率を維持できる空気調和機を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の空気調和機は次のように構成されている。

圧縮機と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、流路切換弁を備え、上記流路切換弁は、内部に中空部が形成されるともに、上記中空部に面してそれぞれ設けられた、上記圧縮機の吐出側配管が接続される第１の接続ポート、上記室内熱交換器の入口側配管が接続される第２の接続ポート、上記室内熱交換器の出口側配管が接続される第３の接続ポート、上記圧縮機の吸込み側配管が接続される第４の接続ポート、上記室外熱交換器の出口側配管が接続される第５の接続ポート、上記室外熱交換器の入口側配管が接続される第６の接続ポートを有する切換弁本体と、上記切換弁本体の中空部内に回動自在に設けられ、冷房運転時の動作第１の位置において上記第１の接続ポートと上記第６の接続ポート、上記第３の接続ポートと上記第４の接続ポートを連通するとともに、上記第２の接続ポートと上記第５の接続ポートを絞り通路を介して連通するとともに、暖房運転時の第２の動作位置において上記第１の接続ポートと上記第２の接続ポート、上記第４の接続ポートと上記第５の接続ポートを連通するとともに、上記第３の接続ポートと上記第６の接続ポートを絞り通路を介して連通する連通路を備えた弁体とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、冷房運転時と暖房運転時とで、室内熱交換器及び室外熱交換器の冷媒の流れる方向を変更させないことで、高い熱交換率を維持できる。

本発明の第１の実施形態に係る空気調和機の構成を示す説明図。同空気調和機に組み込まれた六方切換膨張弁（冷房時）を示す横断面図。同六方切換膨張弁（暖房時）を示す横断面図である。本発明の第２の実施形態に係る空気調和機に組み込まれた六方切換膨張弁（暖房時）を示す縦断面図である。本発明の第２の実施形態の冷房時における六方切換膨張弁（冷房時）を示す縦断面図。技術参考例に係る空気調和機の構成を示す説明図。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る空気調和機（ヒートポンプ装置）１０の構成を示す説明図、図２は空気調和機１０に組み込まれた六方切換膨張弁（冷房時）１００を示す横断面図、図３は六方切換膨張弁（暖房時）１００を示す横断面図である。

空気調和機１０は、圧縮機２０と、室内熱交換器３０と、室外熱交換器４０と、六方切換膨張弁（流路切換弁）１００を備えている。

室内熱交換器３０は冷房運転時には蒸発器となり、暖房運転時には凝縮器となる。また、室外熱交換器４０は冷房運転時には凝縮器となり、暖房運転時には蒸発器となる。また、冷媒が通流する冷媒流路と、熱交換空気が通流する空気流路とが形成され、室内熱交換器３０及び室外熱交換器４０とも、冷媒入口側が熱交換空気の流通方向の風下側に設けられ、冷媒出口側が熱交換空気の流通方向の風上側に設けられて、冷媒の流れる方向と熱交換空気の流通方向が対向する、いわゆる対向流となる構成に配置されている。

六方切換膨張弁１００は、図２に示すように、筒状の切換弁本体１１０を備えている。この切換弁本体１１０には円筒状の中空部１２０が設けられている。さらに中空部１２０には、円筒状の弁体１３０が回動自在に設けられている。

切換弁本体１１０には、中空部１２０に面して、ポートＡ（第１の接続ポート）、ポートＢ（第２の接続ポート）、ポートＣ（第３の接続ポート）、ポートＤ（第４の接続ポート）、ポートＥ（第５の接続ポート）、ポートＦ（第６の接続ポート）が周方向に沿って等間隔に設けられている。さらに、切換弁本体１１０のポートＡ〜ポートＢ間には負極を内側に向けた永久磁石１１１、ポートＣ〜ポートＤ間には正極を内側に向けた永久磁石１１２、ポートＤ〜ポートＥ間には正極を内側に向けた永久磁石１１３、ポートＦ〜ポートＡ間には負極を内側に向けた永久磁石１１４が配置されている。

圧縮機２０の吐出側と六方切換膨張弁１００のポートＡとは、圧縮機吐出管Ｐ１により接続されている。六方切換膨張弁１００のポートＢと室内熱交換器３０の入口とは、室内熱交換器入口管Ｐ２により接続されている。室内熱交換器３０の出口と六方切換膨張弁１００のポートＣとは、室内熱交換器出口管Ｐ３により接続されている。六方切換膨張弁１００のポートＤと圧縮機２０の吸込み側とは、圧縮機吸込管Ｐ４により接続されている。室外熱交換器４０の出口と六方切換膨張弁１００のポートＥとは、室外熱交換器出口管Ｐ５により接続されている。六方切換膨張弁１００のポートＦと室外熱交換器入口管Ｐ６により接続されている。

弁体１３０は、冷房運転時の動作第１の位置（図２に示す状態）と暖房運転時の動作第２の位置（図３に示す状態）を選択的に切り替える構造となっている。弁体１３０内部には、第１の連通路１４１、第２の連通路１４２、第３の連通路１４３が設けられている。第２の連通路１４２には、内径が狭くなった絞り通路１５０が設けられている。

また、弁体１３０の回転軸Ｘ方向に沿って導電体１６１，１６２が配置されており、外部から互いに逆向きの直流電流が供給可能となっている。

弁体１３０は、動作第１の位置において、連通路１４１がポートＡとポートＦ、連通路１４２がポートＢとポートＥ、連通路１４３がポートＣとポートＤを連通する。また、第２の動作位置において、連通路１４１がポートＡとポートＢ、連通路１４２がポートＣとポートＦ、連通路１４３がポートＤとポートＥを連通する。

弁体１３０は、上述した導電体１６１，１６２に外部から互いに逆向きの直流電流を供給することで、永久磁石１１１〜１１４との作用で、ローレンツ力が発生し、動作第１の位置と動作第２の位置とを外部から簡単に切り替えることができる。なお、上述した動作第１の位置及び動作第２の位置では、図示しないストッパにて弁体１３０を固定することが好ましい。

このように構成された空気調和機１０では、冷房運転時には、弁体１３０を図２に示すような動作第１の位置とする。動作第１の位置では、図１中実線矢印に示すように、圧縮機２０から吐出された冷媒が、六方切換膨張弁１００のポートＡ、ポートＦ、室外熱交換器４０、六方切換膨張弁１００のポートＥ、絞り通路１５０、ポートＢ、室内熱交換器３０、六方切換膨張弁１００のポートＣ、ポートＤの順に流通し、ポートＤから圧縮機吸込管Ｐ４を通って圧縮機２０に吸込まれる。

一方、暖房運転時には、弁体１３０を図３に示すような動作第２の位置とする。動作第２の位置では、図１中破線矢印に示すように、圧縮機２０から吐出された冷媒が、六方切換膨張弁１００のポートＡ、ポートＢ、室内熱交換器３０、六方切換膨張弁１００のポートＣ、絞り通路１５０、ポートＦ、室外熱交換器４０、六方切換膨張弁１００のポートＥ、ポートＤの順に流通し、ポートＤから圧縮機吸込管Ｐ４を通って圧縮機２０に吸込まれる。上述したように、冷房運転時及び暖房運転時の両運転時において、室内熱交換器３０及び室外熱交換器４０の冷媒の入口及び出口が同一であり、冷媒が流れる方向が同一である。したがって、両運転時において、冷媒の流れる方向と熱交換空気の流通方向とが対向流となっているため、高効率で熱交換が行われる。

なお、暖房運転時において、室外熱交換器４０に霜が付着した場合には、弁体１３０を動作第１の位置に移動させる。この時、被除霜対象物となる室外熱交換器４０内における冷媒の流れ方向が一定であるので、冷媒の逆流に基因する圧力変動の発生を防止し得ると共に、除霜運転の立ち上がりを迅速に行うことができる。

このように、本発明の第１の実施の形態に係る空気調和機１０では、冷房運転時と暖房運転時とで、室内熱交換器及び室外熱交換器冷媒の流れる方向が変わらず、冷媒と熱交換空気を対向流にて熱交換を行わせることで、常に、高い熱交換率を維持することができる。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る六方切換膨張弁（冷房時）２００を示す縦断面図、図５は六方切換膨張弁（暖房時）２００を示す縦断面図である。図４，５において、図２，３と同一機能部分には同一符号を付した。六方切換膨張弁２００は、空気調和機１０における六方切換膨張弁１００の代わりに設けられるものであるため、共通する部分の説明は省略する。

六方切換膨張弁２００は、図４に示すように、ほぼ球形状の切換弁本体２１０を備えている。この切換弁本体２１０にはほぼ球形状の中空部２２０が設けられている。さらに中空部２２０には、ほぼ球形状の弁体２３０が回動自在に設けられている。

切換弁本体２１０には、中空部２２０に面して、ポートＡ（第１の接続ポート）、ポートＢ（第２の接続ポート）、ポートＣ（第３の接続ポート）、ポートＤ（第４の接続ポート）、ポートＥ（第５の接続ポート）、ポートＦ（第６の接続ポート）が周方向に沿って等間隔に設けられている。さらに、切換弁本体２１０のポートＢ〜ポートＣ間には負極を内側に向けた永久磁石２１１、ポートＥ〜ポートＦ間には正極を内側に向けた永久磁石２１２が配置されている。

圧縮機２０の吐出側と六方切換膨張弁２００のポートＡとは、圧縮機吐出管Ｐ１により接続されている。六方切換膨張弁２００のポートＢと室内熱交換器３０の入口とは、室内熱交換器入口管Ｐ２により接続されている。室内熱交換器３０の出口と六方切換膨張弁２００のポートＣとは、室内熱交換器出口管Ｐ３により接続されている。六方切換膨張弁２００のポートＤと圧縮機２０の吸込み側とは、圧縮機吸込管Ｐ４により接続されている。室外熱交換器４０の出口と六方切換膨張弁２００のポートＥとは、室外熱交換器出口管Ｐ５により接続されている。六方切換膨張弁２００のポートＦと室外熱交換器入口管Ｐ６により接続されている。

弁体２３０は、冷房運転時の動作第１の位置（図４に示す状態）と暖房運転時の動作第２の位置（図５に示す状態）を選択的に切り替える構造となっている。弁体２３０内部には、第１の連通路２４１、第２の連通路２４２、第３の連通路２４３が設けられている。第２の連通路２４２には、内径が狭くなった絞り通路２５０が設けられている。

また、弁体２３０には導電体２６１が配置され、外部から直流電流が供給されている。導電体２６１は、弁体２３０のの中心点を通る回転軸Ｘを挟み、かつ、平行に部位２６１ａ，２６１ｂが配置され、部位２６１ａ，２６１ｂには、互いに逆向きの直流電流が流れている。

弁体２３０は、動作第１の位置において、連通路２４１がポートＡとポートＦ、連通路２４２がポートＢとポートＥ、連通路２４３はがートＣとポートＤを連通する。また、第２の動作位置において、連通路２４１がポートＡとポートＢ、連通路２４２がポートＣとポートＦ、連通路２４３がポートＤとポートＥを連通する。

弁体２３０は、上述した部位２６１ａ，２６１ｂに外部から互いに逆向きの直流電流を供給することで、永久磁石２１１，２１２との作用で、ローレンツ力が発生し、上記回転軸Ｘを中心に回転し、動作第１の位置と動作第２の位置とを外部から簡単に切り替えることができる。なお、上述した動作第１の位置及び動作第２の位置では、図示しないストッパにて弁体２３０を固定することが好ましい。

このように構成された空気調和機１０では、冷房運転時には、弁体２３０を図４に示すような動作第１の位置とする。動作第１の位置では、図１中実線矢印に示すように、冷媒が通流し、室内熱交換器３０及び室外熱交換器４０に冷媒が導入される。上述したように、室内熱交換器３０及び室外熱交換器４０内部では冷媒と熱交換空気とが対向流となっているため、高効率で熱交換が行われる。

一方、暖房運転時には、弁体２３０を図５に示すような動作第２の位置とする。動作第２の位置では、図２中破線矢印に示すように、冷媒が通流し、室内熱交換器３０及び室外熱交換器４０に冷媒が導入される。上述したように、室内熱交換器３０及び室外熱交換器４０内部では冷媒と熱交換空気とが対向流となっているため、高効率で熱交換が行われる。

このように、本発明の第２の実施の形態に係る六方切換膨張弁２００においても、上述した第１の実施の形態に係る六方切換膨張弁１００を用いた空気調和機１０と同様の効果を得ることができる。

図６は本発明の技術参考例に係る空気調和機（ヒートポンプ装置）１０Ａの構成を示す説明図である。なお、図６において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

空気調和機１０は、圧縮機２０と、室内熱交換器３０と、室外熱交換器４０と、暖房用膨張弁５０と、冷房用膨張弁６０と、六方切換弁（流路切換弁）３００とを備えている。

六方切換弁３００は、ポートＡ（第１の接続ポート）、ポートＢ（第２の接続ポート）、ポートＣ（第３の接続ポート）、ポートＤ（第４の接続ポート）、ポートＥ（第５の接続ポート）、ポートＦ（第６の接続ポート）が設けられている。

圧縮機２０の吐出側と六方切換弁３００のポートＡとは、圧縮機吐出管Ｐ１により接続されている。六方切換弁３００のポートＢと室外熱交換器４０の入口とは、室外熱交換器入口管Ｐ２により接続されている。室外熱交換器４０の出口と六方切換弁３００のポートＣとは、室外熱交換器出口管Ｐ３により接続されている。六方切換弁３００のポートＤと圧縮機２０の吸込み側とは、圧縮機吸込管Ｐ４により接続されている。室内熱交換器３０の出口と六方切換弁３００のポートＥとは、室内熱交換器出口管Ｐ５により接続されている。六方切換弁３００のポートＦと室内熱交換器入口管Ｐ６により接続されている。

なお、室内熱交換器出口管Ｐ３の中途部には、暖房用膨張弁５０が設けられ、室外熱交換器出口管Ｐ５の中途部には、冷房用膨張弁６０が設けられている。

六方切換弁３００は、冷房運転時は、図６中実線で示すように冷媒の通流方向を切り換え（動作第１の位置）、暖房運転時は、図６中破線で示すように冷媒の通流方向を切り換え（動作第２の位置）る構造となっている。

このように構成された空気調和機１０Ａでは、冷房運転時には、動作第１の位置とするとともに、暖房用膨張弁５０を全開放することで、図６中実線矢印に示すように、冷媒が通流し、室内熱交換器３０及び室外熱交換器４０に冷媒が導入される。上述したように、室内熱交換器３０及び室外熱交換器４０内部では冷媒と熱交換空気とが対向流となっているため、高効率で熱交換が行われる。

一方、暖房運転時には、動作第２の位置とするとともに、冷房用膨張弁６０を全開放することで、図６中破線矢印に示すように、冷媒が通流し、室内熱交換器３０及び室外熱交換器４０に冷媒が導入される。上述したように、室内熱交換器３０及び室外熱交換器４０内部では冷媒と熱交換空気とが対向流となっているため、高効率で熱交換が行われる。

このように、技術参考例に係る空気調和機１０Ａにおいても、上述した第１の実施の形態に係る六方切換膨張弁１００を用いた空気調和機１０と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

冷媒の循環方向を切り替えて冷房／暖房を切り替える場合であっても、凝縮器及び蒸発器内部での冷媒の循環方向を変更させないことで、高い熱交換率を維持できる空気調和機を提供できる。

１０…空気調和機（ヒートポンプ装置）、２０…圧縮機、３０…室内熱交換器、４０…室外熱交換器、１００，２００…六方切換膨張弁、１１０，２１０…切換弁本体、１２０，２２０…中空部、１３０，２３０…弁体、１４１，２４１…第１の連通路、１４２，２４２…第２の連通路、１４３，２４３…第３の連通路、１５０，２５０…絞り通路。

Claims

圧縮機と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、流路切換弁を備え、
上記流路切換弁は、
内部に中空部が形成されるともに、上記中空部に面してそれぞれ設けられた、上記圧縮機の吐出側配管が接続される第１の接続ポート、上記室内熱交換器の入口側配管が接続される第２の接続ポート、上記室内熱交換器の出口側配管が接続される第３の接続ポート、上記圧縮機の吸込み側配管が接続される第４の接続ポート、上記室外熱交換器の出口側配管が接続される第５の接続ポート、上記室外熱交換器の入口側配管が接続される第６の接続ポートを有する切換弁本体と、
上記切換弁本体の中空部内に回動自在に設けられ、冷房運転時の動作第１の位置において上記第１の接続ポートと上記第６の接続ポート、上記第３の接続ポートと上記第４の接続ポートを連通するとともに、上記第２の接続ポートと上記第５の接続ポートを絞り通路を介して連通するとともに、暖房運転時の第２の動作位置において上記第１の接続ポートと上記第２の接続ポート、上記第４の接続ポートと上記第５の接続ポートを連通するとともに、上記第３の接続ポートと上記第６の接続ポートを絞り通路を介して連通する連通路を備えた弁体と、
を備えていることを特徴とする空気調和機。
上記流路切換弁の切換弁本体の中空部は、円筒状に形成され、上記第１，第２，第３，第４，第５，第６の接続ポートがこの順に円周方向に等間隔に設けられ、
上記弁体は円筒状に形成され、上記円周方向に回転自在に設けら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。
上記流路切換弁の切換弁本体の中空部は、球形状に形成され、上記第１，第２，第３，第４，第５，第６の接続ポートの順に円周方向に等間隔に設けられ、
上記弁体は球形球状に形成され、上記円周方向に回転自在に設けら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。
上記室内熱交換器及び室外熱交換器は、冷媒入口部が熱交換空気の流通方向風下側に設けられ、冷媒出口部が風上側に設けら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。