JP2015158347A - 空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】 室内機の内部において熱交換器表面に付着してドレンパン溜まる過程におけるドレン水を利用することで、効率のよい冷房運転が可能な空気調和機を提供することを目的とする。
【解決手段】 圧縮機8、室内熱交換器2、絞り装置12及び室外熱交換器9を含む冷媒回路と、室内熱交換器2に生じたドレン水を受けるドレンパン16と、室内熱交換器2及びドレンパン16を収容する室内機1とを備えた空気調和機であって、絞り装置12が室内機1に収容され、絞り装置12と室外熱交換器9との間を接続する配管の一部を熱交換配管31としてドレン水に接触させて熱交換させる構成とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ドレン水のエネルギーを効率よく回収することにより冷房能力を向上させた空気調和機に関する。
従来、空気調和機の冷房能力を向上させる一つの方法として、過冷却を増加させる方法が知られている。具体的に説明すると、図13に示すモリエル線図において過冷却を増加させると、図14に示すように空気調和機の冷房能力が向上する。
ここで、過冷却(S.C.)は以下の式で表わされる。
過冷却=(Ts−Tc)
Ts:高圧飽和温度
Tc:膨張弁に入る前のパイプ温度
したがって、上の式において、Tcをできるだけ低く抑えることで、過冷却を増大させることが可能となる。
ただし、Tcは雰囲気温度に依存するため、過冷却を増やすには限界があった。上記課題に対して、特許文献1には、ドレン管を室外機と連結させ、冷房運転時に絞り装置よりも上流側の高圧配管をドレン水で冷やし、過冷却を増大させる構造が開示されている。
特開平10−132335号公報
しかしながら、特許文献1ではドレンパンから室内機の外部へ排出された後のドレン水を利用するにとどまるものであり、高圧配管を冷やす螺旋構造体に導入されたドレン水は螺旋構造体の途中で止まったり、螺旋構造体からこぼれ落ちる可能性があり、過冷却の熱交換効率が低くなるといった問題があった。
そこで、本発明においては、上記に鑑み、室内機の内部において熱交換器表面に付着してドレンパンに溜まる過程のドレン水を利用して絞り装置よりも上流側の高圧配管を冷却することで、効率のよい冷房運転が可能な空気調和機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、圧縮機、室内熱交換器、絞り装置及び室外熱交換器を含む冷媒回路と、室内熱交換器に生じたドレン水を受けるドレンパンと、室内熱交換器及びドレンパンを収容する室内機とを備えた空気調和機であって、絞り装置が室内機に収容され、絞り装置と室外熱交換器との間を接続する配管の一部を熱交換配管としてドレン水に接触させて熱交換させる構成とした。
上記構成によれば、冷房運転時又は除湿運転時に絞り装置よりも上流側となる高圧配管の一部を熱交換配管とし、ドレン水(凝縮水)が室内機から排出される前に、ドレンパンにたまる過程におけるドレン水を熱交換配管に接触させて熱交換を行うようにしたため、簡単な構造で安定的にかつ効率よく熱交換配管を冷却することができ、効率のよい冷房運転が可能な空気調和機を提供することが可能となる。
上述のように、本発明によれば、絞り装置と室外熱交換器との間を接続する配管の一部を熱交換配管としてドレン水に接触させて熱交換させるようにしたため、冷媒を効率よく冷却することが可能となり、冷房能力及び除湿能力を向上させることができ、効率のよい運転が可能な空気調和機を提供することが可能となる。
本発明の空気調和機の第1実施形態を示す室内機の断面図 本発明の第1実施形態における空気調和機の冷媒回路を示す図 図1における熱交換配管及びドレンパンを示す模式平面図 図3の模式断面図 図3とは別の形態のドレンパンを示す模式平面図 図5の模式断面図 本発明の第2実施形態を示す室内機の断面図 本発明の第3実施形態を示す熱交換配管及びドレンパンを示す模式断面図 図8とは別の形態の熱交換配管を示す模式断面図 本発明の第4実施形態を示す室内機の断面図 本発明の第4実施形態における冷媒回路を示す図 本発明の第4実施形態における熱交換配管の概略を示す模式図 従来の空気調和機のモリエル線図 図13において過冷却を増やした状態のモリエル線図
[第1実施形態]
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明に係る空気調和機の実施形態を示す室内機の断面図であり、図2は、本発明に係る空気調和機の冷媒回路を示す図であり、図3は、図1における熱交換配管及びドレンパンを示す模式平面図であり、図4は、図3の模式断面図である。
図1に示すように、室内機1は、室内熱交換器2およびファン3と、これらを内装するキャビネット4とを有する。左右方向に長く形成されたキャビネット4の上面に、吸込口5が形成される。キャビネット4の前面下部から底面にかけての湾曲面に吹出口6が形成される。なお、キャビネット4を正面から見て、幅方向を左右方向X、奥行き方向を前後方向Y、高さ方向を上下方向Zとする。本発明では室内機1内にさらに絞り装置12が内装される。
図2に示すように、室外機7には、圧縮機8、室外熱交換器9、四方弁11のほか、図示しないファンが内装されている。室内機1と室外機7とが配管によって接続され、冷凍サイクルが形成される。空気調和機では、冷房、暖房、除湿などの空調運転が行われる。絞り装置12としては、膨張弁やキャピラリーチューブを使用することができる。
室内機1のキャビネット4の内部には、吸込口5から吹出口6に至る送風路13が形成され、送風路13に、室内熱交換器2とファン3とが配される。キャビネット4内に、吸込口5に面してフィルタが着脱可能に設けられる。
室内熱交換器2は、ファン3の前側および後側を側面視逆V字状に取り囲む。室内熱交換器2は、前面熱交換器2aと背面熱交換器2bとに分割されている。前面熱交換器2aは、前面パネル14側に配置される。背面熱交換器2bは、背面板15側に配置される。
ここで、冷房運転(除湿運転を含む)のとき、冷媒は図2中の矢印に示す方向に流れ、室内熱交換器2が蒸発器として機能し、室外熱交換器9が凝縮器として機能する。冷房運転により、蒸発器、すなわち室内熱交換器2にはドレン水が生じる。室内熱交換器2に対して、ドレン水を受けるドレンパン16,17が前後にそれぞれ設けられる。前面熱交換器2aの下方に、前面ドレンパン16が設けられ、背面熱交換器2bの下方に、背面ドレンパン17が設けられる。各ドレンパン16,17は、室内熱交換器2に合わせて左右方向に長く形成される。吹出口6には、吹出口6を開閉する横ルーバ18が設けられるとともに、縦ルーバ19が揺動可能に設けられる。
背面ドレンパン17は前面ドレンパン16よりも高い位置にある。背面ドレンパン17と前面ドレンパン16とをつなぐ導水路が設けられており、背面ドレンパン17に流入したドレン水は前面ドレンパン16に送られる。導水路は、ドレンパン16,17の左右方向の一側に形成され、背面ドレンパン17のドレン水を前面ドレンパン16に導く。前面ドレンパン16に排水口が形成され、排水口に排水管が接続され、ドレン水は室内機の外部に排出される。
本実施形態では、図示のごとく、絞り装置12が室内機1に収容される。さらに、室内機1内において、絞り装置12と室外熱交換器9との間を接続し、冷房運転時に絞り装置12より上流側となる配管(以下、上流側配管という)30の一部を熱交換配管31として前面ドレンパン16に引き入れて配設している。上記構成により、ドレンパンに溜まる過程におけるドレン水で確実かつ安定的に熱交換配管を冷却することができ、過冷却を増加させることが可能となり、優れた冷房能力の空気調和機を提供することができる。
図3及び図4に示すように、熱交換配管31は、U字状に形成されて前面ドレンパン16の底部に配設される。なお、熱交換配管31がU字状に形成されているのは、熱交換面積を増やすためであり、特に形状は限定されない。
本実施形態では、前面ドレンパン16の排水口21の近傍に仕切り壁33が形成されている。これにより、前面ドレンパン16内を、ドレン水を貯める貯水区域と、貯水部から溢れたドレン水を外部に排水する排水口側の排水区域とに区分するように仕切ることができる。貯水区域に熱交換配管31を配設しておくことによって、ドレンパン16に溜まったドレン水により効率よく熱交換配管31を冷却することができる。
仕切り壁33の高さは、ドレンパン16に配設された熱交換配管31の高さよりも高くなるように形成するのが好ましい。これにより、熱交換率を高めることができる。また、仕切り壁33は開閉可能に形成するのが好ましい。上記構成により、ドレンパン16内にドレン水が長期的に溜まって雑菌等が繁殖するのを防止し、衛生状態を維持することが可能となる。
なお、仕切り壁33を開閉する手段としては、仕切り壁33の一部に上下開閉扉を設けるか、または、仕切り壁全体を上下動可能に設け、これをモータ駆動により自動的に、または、手動によって上下動させればよい。
また、仕切壁33の上端部に凹部34を形成することもできる。これにより、貯水区域に満杯となったドレン水がいきなり周囲に溢れだすことがなく、スムーズにオーバーフローさせることが可能となる。
前面ドレンパン16は、図5及び図6に示すように、ドレンパンの上部開口よりも底面の面積が狭くなるように形成することができる。上記構成により、少量のドレン水でも熱交換配管31を浸漬させることができ、効率よく熱交換させることができる。本実施形態ではドレンパンの側壁下部がスロープ状に形成されており、ドレン水を底面にスムーズに集めることができる。
[第2実施形態]
第1実施形態では熱交換配管31を冷却するために、熱交換配管31をドレンパン16内に配設するとともに、仕切り壁33等を設けている。また、熱交換配管31をドレンパン16内に配設しただけでは熱交換配管31の冷却が不十分な場合も想定される。
そこで、本実施形態では、室内熱交換器2は、上下方向に複数段にわたって並列配置された伝熱管25と、伝熱管25,25の端部同士を接続する接続管とから構成され、室内熱交換器2を構成する一部の伝熱管25が熱交換配管31として利用された構成とした。
上記構成によれば、既存の熱交換器用の伝熱管25を熱交換配管31として利用するため、優れた熱交換効率によって熱交換配管31を十分に冷却することができる。なお、熱交換配管31として利用する伝熱管25は、上下方向に配列した複数の伝熱管25のうち下段側のものであるのが好ましい。
すなわち、室内熱交換器2の上部で凝縮した水滴は、ドレン水として室内熱交換器を流れ落ちる途中で室内熱交換器2の下部で凝縮した水滴と合流して水量を増しながらドレンパンに流入する。このようにドレン水は室内熱交換器を流下してドレンパンに溜まるまでのドレン水の流水経路の下流側(室内熱交換器の下段側)ほど水量が多くなる。よって、熱交換器上段側で発生したドレン水が流下して増量した状態で熱交換配管31に接触することでより冷却が促進される。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図7は、本発明に係る空気調和機の実施形態を示す室内機の断面図である。
図示のごとく、本実施形態では、ドレンパン16に熱交換配管31を配設せずに、前面熱交換器2aで使用される複数の伝熱管25のうち、最下段の第1伝熱管25aと、二番目に低い段の第2伝熱管25bを熱交換配管31として利用した点が特徴とされ、その他の構成は第1実施形態と同じとされる。
第1伝熱管25aと、第2伝熱管25bの他端部には図示しないU字管が接続されて全体としてU字状の熱交換配管31が前面熱交換器2aに組み込まれた形となる。本実施形態では、室内熱交換器2は、フィンアンドチューブ型熱交換器が用いられており、間隔をおいて並列配置されたプレート状の放熱フィン26を伝熱管25が貫通した状態で固定される。
上記構成によれば、伝熱管25a及び25bは、放熱フィン26によって前面熱交換器2aとの間で効率よく熱交換が可能である上に、さらに熱交換器2a上部で発生したドレン水により効率よく冷却される。熱交換配管である伝熱管25a及び25bを通過して冷却された冷媒は、絞り装置12を通過した後、室内熱交換器2に導入される。このとき、冷媒は伝熱管25a及び25bを除く他の伝熱管25を通過する。
なお、熱交換配管31としては、図7のように伝熱管25を利用した形態のみならず、後述する図9に示すように、伝熱管25a,25bを利用した熱交換配管312のほかに、ドレンパン16にも熱交換配管311(なお、後述するように、熱交換配管311は上流側領域31a、下流側領域31bから成る)を配設し、熱交換配管311及び312を直列に接続して一つの熱交換配管とする形態とすることも可能である。
[第3実施形態]
本実施形態では、上述した熱交換配管を冷房運転時の冷媒流れ方向に複数の領域に区分し、前記室内熱交換器を流れ落ちてドレンパンに溜まるまでのドレン水の流水経路上に、前記流水経路上流側から下流側に向けて、前記熱交換配管の複数の領域を冷媒流れ方向下流側の領域から順に配置した点が特徴とされる。
すなわち、冷房運転時に熱交換配管を通る冷媒は、上流側領域の方が暖かい。一方、ドレン水の流水経路においては上流側から下流側にいくにしたがって、熱交換配管との熱交換によってドレン水の温度は高くなる。
したがって、上記構成によれば、冷房運転時において、熱交換配管の上流側領域は熱交換によって暖められたドレン水によって冷却し、下流側の領域に行くに従って、順次、冷たいドレン水で冷却することが可能となり、冷媒を効率よく冷却することができる。熱交換配管にて冷却された冷媒は絞り装置を通過して蒸発器として機能する室内熱交換器内に導入される。
なお、熱交換配管を複数の領域に区分し、流水経路上流側から下流側に向けて熱交換配管の複数の領域を下流側の流域から順に配置するには、たとえば、熱交換配管を左右に蛇行させながら流水経路を上流側にさかのぼるようにして形成することができる。
本実施形態では、図8に示すように、熱交換配管31はドレンパン16内でU字状に配設され、熱交換配管31において、U字状の折り返し部を境にして冷房運転時の冷媒流れ方向の上流側領域31aと下流側領域31bとに区分され、下流側領域31bが流水経路Wの上流側に配され、上流側領域31aが流水経路Wの下流側に配される。その他の構成は第1実施形態と同じとされている。
本実施形態では、下流側領域31bを流水経路Wの上流側に配し、上流側領域31aを流水経路Wの下流側に配するために、ドレンパン16を傾斜形成し、ドレンパン16底面の最底部に上流側領域31aを配し、室内熱交換器2から流下するドレン水が接触する位置に、すなわち、流水経路Wの途中に下流側領域31bを配している。
なお、下流側領域31bの設置位置としては、ドレン水が室内熱交換器2から流下して前面ドレンパン16に溜まるまでの流水経路Wの途中であれば特に限定されず、上流側領域31aよりも上流側に配置すればよい。
上記構成によれば、前面熱交換器2aから流下したドレン水が熱交換配管31の下流側領域31bに接触して熱交換した後、前面ドレンパン16の最底部に溜まり、最底部に配置された上流側領域31aを浸漬する。これによって、少ない量のドレン水でも効率よく熱交換配管31を冷却することができる。
さらに、冷房運転時において、冷媒は、室外熱交換器9を通過した後、伝熱管25a、伝熱管25b、絞り装置12の順に流通する。冷媒は上流側の方が暖かいので、上流側に配置された伝熱管25aは伝熱管25bの熱交換によって暖められたドレン水で冷却し、下流側に行くに従って、順次、冷たいドレン水で冷却する。これにより、冷媒を効率よく冷却することが可能となる。
また、熱交換配管の別の構成例として、第2実施形態の構成を使用することもできる。すなわち、図7に示すように、ドレンパン16に熱交換配管31を配設せずに、前面熱交換器2aで使用される複数の伝熱管25のうち、最下段の第1伝熱管25aと、二番目に低い段の第2伝熱管25bをU字管で接続し、これを熱交換配管31として使用する。
上記構成において、第1伝熱管25aを上流側領域とし、第2伝熱管25bを下流側領域とする。これにより、第2伝熱管25bが流水経路Wの上流側に配され、第1伝熱管25aが流水経路Wの下流側に配され、冷媒を効率よく冷却することが可能となる。
また、熱交換配管の第3の構成例として、図9に示すように、伝熱管25a,25bを利用した熱交換配管312のほかに、ドレンパン16にも熱交換配管311を配設し、熱交換配管311及び312を直列に接続して一つの熱交換配管とすることも可能である。
上記構成についてより詳しく説明すると、図9に示すように、ドレンパン16内に配設されたU字状の熱交換配管311において、U字状の折り返し部を境にして区分される上流側領域31a及び下流側領域31bのうち、傾斜形成されたドレンパン16の底面の最底部に上流側領域31aを配置する。
そして、前面熱交換器2aから流下するドレン水が接触する位置に、すなわち、流水経路Wの途中に下流側領域31bを配置する。そしてさらに、下流側領域31bの端部を前面熱交換器2aの第1伝熱管25aに接続し、第1伝熱管25aの他端部を第2伝熱管25bに接続する。
上記構成によれば、冷房運転時において、室外熱交換器9から絞り装置12に至るまでの区間では、冷媒は、上流側領域31a、下流側領域31b、伝熱管25a、伝熱管25bの順に流通しつつ、流水経路Wを上流側へとさかのぼることになり、冷媒を効率よく冷却することが可能となる。
[第4実施形態]
前述したように、特開平10−132335号(以下、文献1)には、ドレン管を室外機と連結させ、絞り装置の上流側の高圧配管をドレン水で冷やすための螺旋構造体が開示されている。しかしながら、文献1記載の構成では、螺旋構造体に水が伝わるので、水の流れが螺旋構造体の途中で止まったり、途中で水が構造体からこぼれ落ちる可能性があった。
そこで、本実施形態では、確実でより安定的に過冷却を増加させることが可能で、これにより優れた冷房能力を有する空気調和機の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、本実施形態では、絞り装置と室外熱交換器との間を接続する熱交換配管の一部に、水平方向から傾斜させた傾斜領域を形成し、前記傾斜領域の周りを容器で覆い、前記容器の上流側からドレンパンから排出されたドレン水を導入するようにした。
上記構成により、確実でより安定的に過冷却を増加させることができる。以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図11は、第3実施形態を示す室内機の断面図であり、図12は本実施形態における冷媒回路を示す図であり、図13は、本実施形態の熱交換配管の冷却方法を示す概略図である。
本実施形態では図示のごとく室外機7内に絞り装置12が収容される。そして絞り装置12及び絞り装置12と室外熱交換器9との間を接続し、冷房運転時に絞り装置12の上流側となる上流側配管30も室外機7に収容される。上流側配管30の一部に、水平方向から緩やかに傾斜させた領域が形成され、その領域がドレン水との間で熱交換を行なう熱交換配管31とされる。上記以外の基本的な構成については、第1実施形態と同様とされる。
具体的には、熱交換配管31の周りが容器36で覆われ、傾斜した容器36の上流側にドレンパン16の排水管20が接続される。なお、容器36の下流側には排出口37が形成され、熱交換後のドレン水が室外機7外部に排出される。これにより、ドレン水をスムーズに容器36内に導入することが可能となり、確実でより安定的に過冷却を増加させることができる。また、排出口37から排出されたドレン水は、室外熱交換器9にかけるようにしてもよい。このようにすることで、さらに室外熱交換器の放熱をうながすことができる。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。たとえば、本実施形態では、熱交換配管として使用する前面熱交換器2aの伝熱管として最下段の伝熱管25aと二番目に低い段の伝熱管25bを用いているが、これに限らず、異なる段の複数の伝熱管を用いることが可能である。この場合、下側の伝熱管から上側の伝熱管に順次冷媒が流れるように冷媒流路を形成すればよい。また、本実施形態では、ドレンパンに配設する熱交換配管として、U字状のものを用いているが、これに限らず、直線状、波状、S字状、W字状などとすることも可能である。
1 室内機
2 室内熱交換器
2a 前面熱交換器
2b 背面熱交換器
3 ファン
4 キャビネット
5 吸込口
6 吹出口
7 室外機
8 圧縮機
9 室外熱交換器
11 四方弁
12 絞り装置
13 送風路
14 前面パネル
15 背面板
16 前面ドレンパン
17 背面ドレンパン
18 横ルーバ
19 縦ルーバ
20 排水管
21 排水口
22 上部出入口
23 下部出入口
24 冷媒流路
25 伝熱管
26 放熱フィン
30 絞り装置と室外熱交換器の間の配管
31 熱交換配管
31a 上流側領域
31b 下流側領域
33 仕切り壁
34 凹部
36 容器
37 排出口

Claims (13)

  1. 圧縮機、室内熱交換器、絞り装置及び室外熱交換器を含む冷媒回路と、室内熱交換器に生じたドレン水を受けるドレンパンと、室内熱交換器及びドレンパンを収容する室内機とを備えた空気調和機であって、絞り装置が室内機に収容され、絞り装置と室外熱交換器との間を接続する配管の一部を熱交換配管としてドレン水に接触させて熱交換させるようにしたことを特徴とする空気調和機。
  2. 前記熱交換配管が前記ドレンパン内に配設されたことを特徴とする請求項1記載の空気調和機。
  3. 前記ドレンパン内に仕切り壁が形成され、前記仕切り壁によってドレンパン内がドレン水を貯める貯水区域と、貯水部から溢れたドレン水を外部に排水する排水口側の排水区域とに区分され、貯水区域内に熱交換配管が配設されたことを特徴とする請求項2記載の空気調和機。
  4. 前記仕切り壁の高さは、ドレンパンに配設された熱交換配管の高さよりも高くなるように形成された請求項3載の空気調和機。
  5. 前記仕切り壁が開閉可能に形成された請求項3又は4記載の空気調和機。
  6. 前記仕切り壁の上端部に凹部が形成された請求項3〜5のいずれか1項に記載の空気調和機。
  7. 前記ドレンパンは、上部開口よりも底面の面積が狭くなるように形成された請求項2〜6のいずれか1項に記載の空気調和機。
  8. 前記室内熱交換器は、上下方向に複数段にわたって並列配置された伝熱管と、伝熱管の端部同士を接続する接続管とから構成され、室内熱交換器を構成する一部の伝熱管が熱交換配管として利用されたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の空気調和機。
  9. 前記上下方向に複数段にわたって並列配置された伝熱管のうち、下段側に配置された伝熱管を熱交換配管として利用したことを特徴とする請求項8記載の空気調和機。
  10. 前記熱交換配管が冷房運転時の冷媒流れ方向に複数の領域に区分され、前記室内熱交換器を流れ落ちてドレンパンに溜まるまでのドレン水の流水経路上に、前記流水経路上流側から下流側に向けて、前記熱交換配管の複数の領域が冷媒流れ方向下流側の領域から順に配置されたことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の空気調和機。
  11. 前記熱交換配管はドレンパン内でU字状に配設され、前記熱交換配管において、U字状の折り返し部を境にして上流側領域と下流側領域とに区分され、下流側領域が前記流水経路の上流側に配され、上流側領域が流水経路の下流側に配されたことを特徴とする請求項10記載の空気調和機。
  12. 前記熱交換配管の一部がドレンパン内でU字状に配設され、このU字状に配設されたU字状配管において、U字状の折り返し部を境にして上流側領域と下流側領域とに区分され、下流側領域の端部が前記室内熱交換器の第1伝熱管に接続され、第1伝熱管の他端部が第2伝熱管に接続され、前記流水経路の上流側から第2伝熱管、第1伝熱管、下流側領域及び上流側領域の順に配置されたことを特徴とする請求項10記載の空気調和機。
  13. 圧縮機、室内熱交換器、絞り装置及び室外熱交換器を含む冷媒回路と、室内熱交換器に生じたドレン水を受けるドレンパンと、室外熱交換器及び絞り装置を収容する室外機とを備えた空気調和機であって、前記絞り装置と室外熱交換器との間を接続する熱交換配管の一部に、水平方向から傾斜させた傾斜領域を形成し、前記傾斜領域の周りを容器で覆い、前記容器の上流側から、ドレンパンから排出されたドレン水を導入するようにしたことを特徴とする空気調和機。
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