JP2014206325A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】結露水の排水をスムースにする熱交換器を搭載した空気調和機を提供すること。
【解決手段】圧縮機９、室外熱交換器１２、膨張弁１６、及び、室内熱交換器１７が直列に配管接続され、冷媒が循環する冷凍サイクル２７を有し、室外熱交換器１２は、伝熱管挿入穴２１ａを上下方向に複数有し、平行に配置されたフィン２１と、伝熱管挿入穴２１ａのそれぞれに挿入された伝熱管１８と、を有し、フィン２１の上部は親水処理され、フィン２１の下部は撥水処理されており、除霜運転時に、圧縮機９から吐出された冷媒の室外熱交換器１２への入口が、最下部の伝熱管１８ａである。
【選択図】図５

Description

本発明は着霜による性能低下を防ぐヒートポンプ式等の空気調和機に関するものである。

従来のヒートポンプ式空気調和機における暖房運転では、外気温度が低く、室外機の内部に搭載される室外熱交換器の伝熱フィン（以下、フィンと称する）表面が露点温度を下回るような場合、大気中の水蒸気が凝縮してフィン表面に結露が生じる。フィン表面に付着した結露水は、自重によってフィンの上部から最下部へと伝わり、そして室外熱交換器（フィン）の下側に設けられた底板へ滴下し、排水される。その際に、それぞれ平行に配置されたフィンの下部に結露水が滞留する場合がある。結露水が滞留すると凝固して氷となり、フィン間の隙間を閉塞する。そうなると排水不良を起こし、氷が堆積してしまう。水は凝固すると膨張して体積が増すため、フィンや伝熱管を破壊してしまうという課題があった。

そこで、フィン表面に付着した結露水は自重により落下するため、フィンの下部を撥水処理して底板への排水をスムースにする発明がある（特許文献１参照）。

特開平６−１１７７８９号公報

しかし、特許文献１に記載の発明は、熱交換器のフィン表面を撥水処理すると、フィン表面を伝って流れ落ちる結露水が、平行に配置されたフィン間と伝熱管の下端とで水滴となり保持されてしまう。室外機はプロペラファン等によりフィン間に外気を通して熱交換するが、この保持された水滴により通風が阻害され、熱交換効率が低下してしまうという課題があった。

また、暖房運転時に、熱交換器のフィン表面に大気中の水蒸気が凝縮して霜が付着し、フィン間を閉塞することで熱交換効率が低下するため、その霜を融解させるために暖房運転とは逆サイクルの冷媒回路となる冷房運転を行い、定期的に熱交換器を凝縮器として放熱する除霜運転がある。しかし、この運転は霜の融解を目的としているため、融解熱の高い氷に対しては不十分であり、除霜に時間がかかり、暖房性能が低下してしまうという課題があった。また、除霜運転後に結露水が完全に排水されずに滞留すると、次回の暖房運転時に再び凝固して氷となり堆積してしまうという課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、結露水の排水をスムースにすることができる空気調和機を提供することを目的としている。

本発明に係る空気調和機は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、及び、室内熱交換器が直列に配管接続され、冷媒が循環する冷凍サイクルを有し、前記室外熱交換器は、伝熱管挿入穴を上下方向に複数有し、平行に配置されたフィンと、前記伝熱管挿入穴のそれぞれに挿入された伝熱管と、を有し、前記フィンの上部は親水処理され、前記フィンの下部は撥水処理されており、除霜運転時に、前記圧縮機から吐出された前記冷媒の前記室外熱交換器への入口が、最下部の前記伝熱管である。

本発明に係る空気調和機によれば、結露水の排水をスムースにすることができるため、結露水が凝固した氷の堆積を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る空気調和機の室外機の外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和機の室外機の主要部品の構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和機の冷凍サイクルを示した冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和機の室外機に搭載された室外熱交換器内の伝熱管を示した概略図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和機の室外機に搭載された室外熱交換器を構成するフィンの概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態．
空気調和機は室外機と室内機とによって構成されており、室外機は例えば屋外に設置され、室内機は例えば屋内に設置される。室外機が屋外に設置されているような場合、寒冷地では氷点下に達する場合がある。

図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和機の室外機１の外観を示す斜視図、図２は、本発明の実施の形態に係る空気調和機の室外機１の主要部品の構成を示す分解斜視図である。
空気調和機の室外機１は、後面を形成する後面パネル４と、正面視して右側面を形成する右側面パネル５及び右側面カバー８と、底面を形成する底板６と、天面を形成する天板３と、正面視して左側面と前面を形成する前面パネル２とで筐体（外観）が構成されている。そして、前面パネル２には前面に形成された円形状の吹出口２ａを覆うように、ファングリル７が設けられている。

室外機１の内部は仕切板２５によって左右に分けられ、正面視して左側に位置する送風機室１４と、右側に位置する機械室１１とで構成されている。

送風機室１４には、室外機１の左側面から背面全体にかけて設けられた室外熱交換器１２と、室外熱交換器１２の上下方向に渡って設けられた取付板２６と、その取付板２６に取り付けられた送風機１３と、が収容されている。
送風機１３が動作することにより、例えば室外機１の前面パネル２の左側面に設けられた吸込口２ｂと、後面パネル４に設けられた図示省略の吸込口とから空気が内部に流入し、その空気は、送風機１３によって前面に設けられた吹出口２ａから室外機１の前方に流出する。その際、例えば暖房運転時において、室外熱交換器１２内の冷媒は流入した空気から吸熱することで加熱され、室外熱交換器１２に流入した空気は冷媒に放熱することで冷却される。なお、暖房運転時において室外熱交換器１２表面に付着した結露水は、室外熱交換器１２の下側に設けられた底板６に滴下し、底板６に形成された図示省略の排水穴から排水される。

機械室１１には、底板６上に圧縮機９が設けられており、その上方には制御基板１０が設けられている。図示省略の室内機から送られた冷媒は圧縮機９において圧縮され、図示省略の冷媒配管を通って室外熱交換器１２に送られる。また、制御基板１０は、室外機１の制御を行う。

図３は、本発明の実施の形態に係る空気調和機の冷凍サイクル２７を示した冷媒回路図である。
空気調和機は、図３に示す冷凍サイクル２７によって運転され、冷凍サイクル２７は圧縮機９、四方弁１５、室外熱交換器１２、膨張弁１６、及び室内熱交換器１７が直列に配管接続され、構成されている。

次に、暖房運転時の冷凍サイクル２７の冷媒の流れについて説明する。
暖房運転時には、四方弁１５が図３の破線側に切り換えられた冷凍サイクル２７により運転を行う。
圧縮機９から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１５を経由して室内熱交換器１７に流入する。このとき、室内熱交換器１７は凝縮器として機能し、冷媒は室内の周囲に熱を放出し、高圧の液冷媒に変化する。その液冷媒は、室内熱交換器１７から流出した後、膨張弁１６で減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となった後、室外熱交換器１２に流入する。このとき、室外熱交換器１２は蒸発器として機能し、冷媒は室外の周囲から吸熱し、低温低圧のガス冷媒に変化する。その後、ガス冷媒は四方弁１５を経由して圧縮機９に戻り、そこで高温高圧のガス冷媒となって吐出され、冷凍サイクル２７を循環する。

なお、暖房運転時には、外気温度が低くて外気湿度が高い場合に室外熱交換器１２に接触する空気中の水分が露点に達して凝縮し、霜となり室外熱交換器１２表面に付着する。この霜が室外熱交換器１２表面に堆積すると、熱交換効率が低下し、暖房能力の低下を招くという問題が発生する。その問題を解決するため、空気調和機を連続して暖房運転する場合には、定期的に霜を取り除く暖房運転とは逆サイクルとなる除霜（冷房）運転を行う必要がある。

次に、除霜（冷房）運転時の冷凍サイクル２７の冷媒の流れについて説明する。
除霜（冷房）運転時には、四方弁１５が図３の実線側に切り換えられた冷凍サイクル２７により運転を行う。
圧縮機９から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１５を経由して室外熱交換器１２に流入する。このとき、室外熱交換器１２は凝縮器として機能し、冷媒は室外の周囲に熱を放出するが、この熱によって暖房運転時に付着した霜を融解させる。室外熱交換器１２で高圧の液冷媒に変化し、室外熱交換器１２から流出した後、膨張弁１６で減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となった後、室内熱交換器１７に流入する。このとき、室内熱交換器１７は蒸発器として機能し、冷媒は室内の周囲から吸熱し、低温低圧のガス冷媒に変化する。その後、ガス冷媒は四方弁１５を経由して圧縮機９に戻り、そこで高温高圧のガス冷媒となって吐出され、冷凍サイクル２７を循環する。

図４は、本発明の実施の形態に係る空気調和機の室外機１に搭載された室外熱交換器１２内の伝熱管１８を示した概略図、図５は、本発明の実施の形態に係る空気調和機の室外機１に搭載された室外熱交換器１２を構成するフィン２１の概略図である。
図５に示すように上下方向（長手方向）に複数の伝熱管挿入穴２１ａを有する長方形状のフィン２１が、同一方向に所定の間隔を開けて平行に配置され、フィン２１の伝熱管挿入穴２１ａのそれぞれに伝熱管１８が挿入され、フィン２１と伝熱管１８とが互いに垂直となるように設けられ、室外熱交換器１２を構成している。

図４に示すように除霜（冷房）運転時に室外熱交換器１２への冷媒入口２０となる伝熱管１８ａを、室外熱交換器１２の最下部に設ける。つまり、伝熱管１８ａを最下部の伝熱管挿入穴２１ａに挿入する。なお、暖房運転時には、四方弁１５の切り換えにより冷媒の流れが除霜（冷房）運転時とは逆となり、室外熱交換器１２からの冷媒出口１９となる伝熱管１８ａが、室外熱交換器１２の最下部となる。上記のように室外熱交換器１２への冷媒入口２０となる伝熱管１８ａを、室外熱交換器１２の最下部に設けると、除霜（冷房）運転時には、圧縮機９から吐出された高温高圧のガス冷媒が、四方弁１５を経由して室外熱交換器１２の最下部の伝熱管１８ａへと流れる。そのため、暖房運転時に、室外熱交換器１２のフィン２１の下部付近に堆積した氷を、高温冷媒の熱により融解できる。

暖房運転時に室内熱交換器１７で凝縮され、膨張弁１６で減圧膨張された低温低圧の気液二相冷媒は、最上部に設けられた伝熱管１８から室外熱交換器１２に流入し、各伝熱管１８内を通って室外熱交換器１２の上部から下部へと移動する。その際に冷媒は外気２４と熱交換（吸熱）し、蒸発する。伝熱管１８内を移動する冷媒は、伝熱管１８の内壁との摩擦により圧力が低下し、温度も低下する。よって、最下部の伝熱管１８ａ内の冷媒が最も低温となり、最下部の伝熱管１８ａの周囲が最も低温となる。また、室外熱交換器１２の上部から結露水が流れ落ちるため、最下部の伝熱管１８ａの周囲が最も氷が発生及び成長しやすい箇所となる。

そこで、フィン２１において、最下部の伝熱管挿入穴２１ａの上端から、その一つ上の伝熱管挿入穴２１ａの下端との間に境界線２８を持ち、その境界線２８からフィン２１の最下端までを撥水処理、境界線２８からフィン２１の最上端までを親水処理する。
なお、撥水処理すると、暖房運転時に霜が生成されにくくなる反面、除霜運転時に水が滴状となるためフィン２１表面に保持されやすい。一方、親水処理すると、暖房運転時に霜が生成されやすくなる反面、除霜運転時に水が膜状となってフィン２１表面をすみやかに流れ落ちるという、相反する特性がある。

上記のようにフィン２１の上部を親水処理、下部を撥水処理することにより、暖房運転時にフィン２１全体に付着した霜が除霜運転時に融解し、上部の親水性表面２３に発生した結露水がすみやかに流下し、下部の撥水性表面２２に保持されている微小な水滴と合体し、落下する。そのため、フィン２１の上部から下部まで到達した結露水は、平行に配置されたフィン２１間を通り、フィン２１の下部で表面に滞留することなく底板６へ滴下し、排水される。結露水の排水をスムースにすることができるため、結露水の凝固を防ぐことができる。
また、境界線２８の位置を底板６の周方向に形成された縁（側面）の上端に合わせると、フィン２１の撥水性表面２２は底板６の縁で覆われるため、暖房運転時に撥水処理された箇所のフィン２１間と最下部の伝熱管１８ａの下端とで水滴が保持されても、通風への影響は小さい。

以上のように、除霜（冷房）運転時に、室外熱交換器１２への冷媒入口２０が最下部の伝熱管１８ａとなるように設けると、除霜運転時に圧縮機９から吐出された高温高圧の冷媒が、四方弁１５を経由して室外熱交換器１２の最下部の伝熱管１８ａへと流れる。そのため、暖房運転時に、室外熱交換器１２のフィン２１の下部付近に堆積した氷を、高温冷媒の熱により融解できる。そのため、結露水が滞留して凝固した氷を融解させることができるため、氷の堆積を抑制することができる。

また、室外熱交換器１２の上部から結露水が流れ落ちるため、最下部の伝熱管１８ａの周囲が最も氷が発生及び成長しやすい箇所となっている。そこで、その箇所、つまり最下部の伝熱管挿入穴２１ａと、その一つ上の伝熱管挿入穴２１ａとの間の位置からフィン２１の最下端までを撥水処理する。そうすることにより、最も氷が発生及び成長しやすい箇所で、結露水がフィン２１表面で凝固されることなくスムースに排水される効果を、高めることができる。

１ 室外機、２ 前面パネル、２ａ 吹出口、２ｂ 吸込口、３ 天板、４ 後面パネル、５ 右側面パネル、６ 底板、７ ファングリル、８ 右側面カバー、９ 圧縮機、１０ 制御基板、１１ 機械室、１２ 室外熱交換器、１３ 送風機、１４ 送風機室、１５ 四方弁、１６ 膨張弁、１７ 室内熱交換器、１８ 伝熱管、１８ａ （最下部の）伝熱管、１９ （暖房運転時の）冷媒出口、２０ （除霜運転時の）冷媒入口、２１ （伝熱）フィン、２１ａ 伝熱管挿入穴、２２ 撥水性表面、２３ 親水性表面、２４ 外気、２５ 仕切板、２６ 取付板、２７ 冷凍サイクル、２８ 境界線。

Claims (3)

1. 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、及び、室内熱交換器が直列に配管接続され、冷媒が循環する冷凍サイクルを有し、
   前記室外熱交換器は、
   伝熱管挿入穴を上下方向に複数有し、平行に配置されたフィンと、
   前記伝熱管挿入穴のそれぞれに挿入された伝熱管と、を有し、
   前記フィンの上部は親水処理され、前記フィンの下部は撥水処理されており、
   除霜運転時に、前記圧縮機から吐出された前記冷媒の前記室外熱交換器への入口が、最下部の前記伝熱管である
   ことを特徴とする空気調和機。
2. 前記フィンにおいて、
   最下部の前記伝熱管挿入穴の上端から、その一つ上の前記伝熱管挿入穴の下端との間に境界線を持ち、前記境界線から最下端までが撥水処理され、前記境界線から最上端までが親水処理されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記室外熱交換器の下側に底板が設けられ、
   前記底板は周方向に縁が形成されており、
   前記境界線は、
   前記縁の上端に合わせた位置である
   ことを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。

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