JP2017083115A - 空気調和装置の室内ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】冷暖房能力を向上させるとともに、寸法を小さくできる空気調和装置の室内ユニットを提供する。【解決手段】空気調和装置の室内ユニットは、主熱交換器部と、副熱交換器部と、分流器と、を具備している。主熱交換器部及び副熱交換器部は、冷媒が流れる流路をそれぞれ有している。副熱交換器部は、主熱交換器部の少なくとも一部を覆っている。１つだけ設けられた分流器は、副熱交換器部の流路の出口を分岐させて主熱交換器部の流路の入口に接続している。このとき、副熱交換器部の流路の出口の数が１つ、主熱交換器部の流路の入口の数が３つ以上である。主熱交換器部の流路は、主熱交換器部の内部でさらに分岐し、出口の数が入口の数よりも多くなる。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、空気調和装置の室内ユニットに関する。

空気調和装置において伝熱管の増数及び細径化が進んでおり、冷媒が流れる流路を６パス以上にした室内熱交換器が知られている。

特開２０１４−４０９８５号公報

このような空気調和装置の室内ユニットでは、例えば、主熱交換器部の内部で再熱除湿弁の上流側及び下流側に分流器をそれぞれ設ける等、冷媒の流路系を複雑にさせている。冷媒の流路が複雑になると、熱交換器の寸法が大きくなる。さらに、熱交換器の製造コストも上昇する。

本発明の目的は、冷暖房能力を向上させるとともに、寸法を小さくできる空気調和装置の室内ユニットを提供することである。

実施形態によれば、空気調和装置の室内ユニットは、主熱交換器部と、副熱交換器部と、分流器と、を具備している。主熱交換器部及び副熱交換器部は、冷媒が流れる流路をそれぞれ有している。副熱交換器部は、主熱交換器部の少なくとも一部を覆っている。１つだけ設けられた分流器は、副熱交換器部の流路の出口を分岐させて主熱交換器部の流路の入口に接続している。このとき、副熱交換器部の流路の出口の数が１つ、主熱交換器部の流路の入口の数が３つ以上である。主熱交換器部の流路は、主熱交換器部の内部でさらに分岐し、出口の数が入口の数よりも多くなる。

一実施形態の熱交換器を含む冷凍サイクルを示す回路図である。 一実施形態の室内ユニットの外観を示す斜視図である。 図２に示された室内ユニットを縦方向に切断して示す断面図である。 図３に示された冷媒の流路を模式的に示すパス図である。 図４に示された分流器を模式的に示す断面図である。

以下、一実施形態の空気調和装置の室内ユニットについて、図１から図５を参照して説明する。
図１は、一実施形態の空気調和装置１の構成を示す回路図である。空気調和装置１は、室外ユニット２と、室内ユニット３と、を備えている。

室外ユニット２は、能力可変型の圧縮機４と、四方弁５と、室外熱交換器６と、膨張弁７と、室外ファン９と、を備えている。室外ユニット２及び室内ユニット３は、配管１１，１２で接続され、冷媒が循環する冷凍サイクル１３を構成している。空気調和装置１は、四方弁５を切り替えることにより、冷房モード及び暖房モードで運転が可能である。

図２は、壁面Ｗに設置された状態の室内ユニット３の外観を示す斜視図である。図３は、室内ユニット３を縦方向に切断して示す断面図である。室内ユニット３は、吸込口１５から外気を取り込んで、吹出口１６から冷風や温風を送り出す。室内ユニット３は、筐体１７と、室内熱交換器８と、室内ファン１８と、を備えている。室内熱交換器８は、主熱交換器部２１と、複数の副熱交換器部２２と、を備えている。

筐体１７は、壁面Ｗに沿って延びる中空の箱状に形成され、室内ファン１８、主熱交換器部２１及び副熱交換器部２２を収納している。筐体１７の上面１７Ａ及び前面１７Ｂには、吸込口１５が形成されている。下面１７Ｃには、吹出口１６が形成されている。吹出口１６には、風向きを調整するフラップ１９が取り付けられている。

室内ファン１８は、筐体１７の長手方向に沿って延びる円筒形に形成され、筐体１７の上下前後方向の略中心に配置されている。室内ファン１８は、筐体１７の吸込口１５から空気を取り込み、室内熱交換器８を通過させ、筐体１７の吹出口１６へ送り出す。図３に白色の矢印で気流を示す。

室内熱交換器８の主熱交換器部２１は、前側主熱交換器部２３と、後側主熱交換器部２４と、を備えている。前側主熱交換器部２３は、室内ファン１８に前方及び上方から対向している。後側主熱交換器部２４は、室内ファン１８に後方及び上方から対向している。
副熱交換器部２２は、前側副熱交換器部２２Ａと、後側副熱交換器部２２Ｂと、を備えている。前側副熱交換器部２２Ａは、室内ファン１８とは反対側から前側主熱交換器部２３の一部を覆っている。後側副熱交換器部２２Ｂは、室内ファン１８とは反対側から後側主熱交換器部２４の一部を覆っている。

主熱交換器部２１及び副熱交換器部２２は、複数のフィン２６と、複数の伝熱管２７と、をそれぞれ備えている。伝熱管２７は冷媒の流路を構成している。フィン２６は、アルミ等の熱伝導性の高い材料から板状に形成され、所定の間隔をあけて並べられている。

伝熱管２７は、銅等の熱伝導性の高い材料から管状に形成され、フィン２６を厚さ方向に貫通している。フィン２６と伝熱管２７とは熱的及び機械的に結合され、伝熱管２７を流れる冷媒がフィン２６の間を流れる空気と熱交換する。本実施形態の冷媒は、例えばＲ３２であり、細径の伝熱管が適している。

図３に示すように、主熱交換器部２１の伝熱管２７Ａはすべて同径で構成されている。主熱交換器部２１の伝熱管２７Ａは、例えば外径５ｍｍである。同様に、副熱交換器部２２の伝熱管２７Ｂはすべて同径で構成されている。副熱交換器部２２の伝熱管２７Ｂは、主熱交換器部２１の伝熱管２７Ａよりも太い管が使用されており、例えば外径６．３ｍｍである。

図４は、図３に示された室内熱交換器８の伝熱管２７を流れる冷媒の流路を模式的に示すパス図である。
副熱交換器部２２と主熱交換器部２１との間には、単一の分流器３０が設けられている。副熱交換器部２２において、上流側となる後側副熱交換器部２２Ｂには、配管１１から冷媒が流入する入口９９が設けられている。後側副熱交換器部２２Ｂと前側副熱交換器部２２Ａとは、接続配管９１により直列に接続され、単一の流路９０が形成されている。

下流側に配置された前側副熱交換器部２２Ａには、冷媒が流出する出口１００が設けられている。ちなみに、冷房モードのとき、副熱交換器部２２は、主熱交換器部２１とともに蒸発器の一部として機能する。一方、暖房モードのとき、副熱交換器部２２は、凝集器として機能する主熱交換器部２１の過冷却熱交換器として機能する。

分流器３０は例えばディストリビュータであり、単純に流路を分岐させるだけでなく、流出する冷媒の量を調整して分配できる。図４に示す例では、分流器３０は、前側副熱交換器部２２Ａの流路９０の出口１００に接続され、流路９０を３つに分岐させて主熱交換器部２１の流路の入口１０１，１０２，１０３に接続している。

分流器３０は、入口管３１と、複数の出口管３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃと、分流器本体３３と、を備えている。入口管３１は、前側副熱交換器部２２Ａの流路の出口９０から後方に向かったのち湾曲部３１Ａで上方に向かって湾曲し、分流器本体３３と連通している。分流器本体３３は、図５に示す出口３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃを介して出口管３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃとそれぞれ連通している。

入口管３１の湾曲の内側、つまり前側に配置される出口３４Ｃは、入口管３１の湾曲の外側、つまり後側に配置される出口３４Ａ，３４Ｂよりも大きく形成されている。出口管３２Ｃは、出口管３２Ａ，３２Ｂよりも太い管が使用されている。出口管３２Ａ，３２Ｂは例えば外径５ｍｍ、出口管３２Ｃは例えば外径６．３ｍｍである。

図４に示す矢印は、冷房モードの冷凍サイクルにおける冷媒の流れの方向を示している。なお、図１に示す四方弁５を破線に切り換えて暖房モードにした場合、冷媒の流れは逆方向になる。

室内熱交換器８には、後側副熱交換器部２２Ｂへ流入する冷媒の入口９９、前側副熱交換器部２２Ａから流出する冷媒の出口１００、主熱交換器部２１へ流入する冷媒の入口１０１，１０２，１０３、主熱交換器部２１から流出する冷媒の出口１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６が設けられている。つまり、本実施形態では、副熱交換器部２２の流路９０の出口の数が１つ、主熱交換器部２１の流路の入口の数が３つ、主熱交換器部２１の流路の出口の数が６つである。

主熱交換器部２１に設けられた冷媒の入口１０１，１０２，１０３から延びる流路は、第１の流路系２００、第２の流路系３００、第３の流路系４００をそれぞれ構成している。

第１の流路系２００は、入口１０１から出口１１１，１１２まで連続し、後側主熱交換器部２４に設けられた流路２０１，２０２，２０３と、後側主熱交換器部２４及び前側主熱交換器部２３を接続する接続配管２１０と、前側主熱交換器部２３に設けられた流路２０４，２０５と、を含んでいる。図４に示す例では、第１の流路系２００は、後側主熱交換器部２４に設けられた分岐部２１１及び合流部２１２と、前側主熱交換器部２３に設けられた分岐部２１３と、をさらに含んでいる。

第２の流路系３００は、入口１０２から出口１１３，１１４まで連続し、後側主熱交換器部２４に設けられた流路３０１，３０２と、後側主熱交換器部２４及び前側主熱交換器部２３を接続する接続配管３１０と、前側主熱交換器部２３に設けられた流路３０３，３０４と、を含んでいる。第１の流路系２００と同様、第２の流路系３００は、後側主熱交換器部２４に設けられた分岐部３１１及び合流部３１２と、前側主熱交換器部２３に設けられた分岐部３１３と、をさらに含んでいる。

第３の流路系４００は、入口１０３から出口１１５，１１６まで連続し、前側主熱交換器部２３の上部に設けられた流路４０１，４０２，４０３と、前側主熱交換器部２３の上部及び中部を接続する接続配管４１０と、前側主熱交換器部２３の中部に設けられた流路４０４，４０５と、を含んでいる。第１の流路系２００と同様、第３の流路系４００は、前側主熱交換器部２３の上部に設けられた分岐部４１１及び合流部４１２と、前側主熱交換器部２３の下部に設けられた分岐部４１３と、をさらに含んでいる。

第１の流路系２００に含まれる流路２０１乃至２０５は、第３の流路系３００に含まれる流路３０１乃至３０４と合流することがない。第２の流路系３００に含まれる流路３０１乃至３０４は、第３の流路系４００に含まれる流路４０１乃至４０５と合流することがない。第３の流路系４００に含まれる流路４０１乃至４０５は、第１の流路系２００に含まれる流路２０１乃至２０５と合流することがない。つまり、第１乃至第３の流路系２００，３００，４００は、入口から出口まで互いに独立している。

第１の流路系２００に含まれる流路２０１乃至２０５は、第２の流路系３００に含まれる流路３０１乃至３０４、第２の流路系４００に含まれる流路４０１乃至４０５と同様の構成であるため、以下に第１の流路系２００を代表して説明する。

流路２０１は、入口１０１から分岐部２１１まで冷媒が流れる流路を構成している。分岐部２１１は、流路２０１を２つの流路２０２，２０３に分岐させる。流路２０２，２０３は、分岐部２１１から合流部２１２まで冷媒が流れる流路を構成している。合流部２１２は、流路２０２，２０３を接続配管２１０に合流させる。以下の説明において、入口１０１から接続配管２１０までを第１の流路系２００の上流側、接続配管２１０から出口１１１，１１２までを第１の流路系２００の下流側と呼ぶ。

接続配管２１０は、合流部２１２から分岐部２１３までの流路を構成し、後側主熱交換器部２４に設けられた上流側と、前側主熱交換器部２３に設けられた下流側とを接続している。分岐部２１３は、接続配管２１０を２つの流路２０４，２０５に分岐させる。流路２０４，２０５は、分岐部２１３から出口１１１，１１２まで冷媒が流れる流路を構成している。

本実施形態の分岐部２１１，２１３は、例えばＹ字状に形成された分岐管であって流路を３つ以上に分ける分流器とは異なる。本実施形態では、分流部の数が合流部よりも１つ多く、流路の出口１１１，１１２の数が入口１０１の数の２倍になる。

本実施形態は、室内熱交換器８に再熱除湿弁を設けていない点が特徴の一つである。再熱除湿弁を挟んで第１乃至第３の流路系２００，３００，４００を上流側（再熱器）と下流側（冷却器）とに二分割する場合、再熱除湿弁と接続される第１の流路系２００の接続配管２１０、第２の流路系３００の接続配管３１０、及び第３の流路系４００の接続配管４１０を１つに合流させる。本実施形態では、再熱除湿弁を設けていないため、主熱交換器部２１の内部において第１乃至第３の流路系２００，３００，４００を一本化する必要がない。接続配管２１０，３１０，４１０は、分流器３０の出口管３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃと数が一致している。

以上のように構成された室内ユニット３によれば、室内熱交換器８の前側主熱交換器部２３の上部及び後側主熱交換器部２４において、流路２０２，２０３，３０１，３０２，４０２，４０３の６パスで冷媒が流れる。前側主熱交換器部２３の中部及び下部において、流路２０４，２０５，３０３，３０４，４０４，４０５の６パスで冷媒が流れる。多数の流路によって冷媒を効率的に熱交換させることができ、空気調和装置１の冷暖房能力を向上させることができる。

冷房モードで運転すると、冷媒は、主熱交換器部２１の内部を流れるに従い気体の割合が増加して圧力損失が大きくなる。しかしながら、本実施形態では、主熱交換器部２１から流出する冷媒の出口１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６は、主熱交換器部２１へ流入する冷媒の入口１０１，１０２，１０３よりも数が多い。

出口の数が入口の数よりも多いため、冷媒の圧力損失の増加を抑えて、空気調和装置１の冷暖房能力を向上させることができる。また、圧力損失の増加を抑制するために、出口側の伝熱管を入口側の伝熱管よりも太くする必要がないため、同径の伝熱管２７Ａだけで簡素に流路を構成でき、製造コストを下げることもできる。

本実施形態の主熱交換器部２１は、冷暖房能力に優れた流路設計であるため、冷房定格能力が大きな機種にも採用できる。製造コストを下げるため、例えば、冷房定格能力４ｋＷから８ｋＷまで共通の部品を使用することができる。

本実施形態の室内熱交換器８では、主熱交換器部２１の第１乃至第３の流路系２００，３００，４００の上流側に６パス、下流側に６パスの流路が並走している。多数の流路を有しているにも拘らず、室内熱交換器８に設けた分流器は分流器３０のみである。流路を増やすために分流器を幾つも設けると、室内熱交換器８の製造コストが上昇する。さらに、分流器の周囲で流路が複雑になるため、室内ユニット３の筐体１７の寸法が大きくなる。本実施形態では、分流器３０が１つであるため、室内熱交換器８の製造コストを抑制できる。流路を簡素にして室内ユニット３の筐体１７の寸法を小さくできる。

本実施形態では、主熱交換器部２１を流れる冷媒の第１乃至第３の流路系２００，３００，４００が互いに交わることなく独立している。流路系が途中で交わると流路が複雑化する。本実施形態では、流路が簡素な構成であるため、室内ユニット３の筐体１７の寸法を小さく設計できる。

本実施形態では、第１乃至第３の流路系２００，３００，４００を一本化して再熱除湿弁に接続していない。再熱除湿弁の上流及び下流にそれぞれ分流器を設ける必要がないため、室内ユニット３の筐体１７の寸法を小さくできる。

第１乃至第３の流路系２００，３００，４００は、分岐部２１１，２１３，３１１，３１３，４１１，４１３をそれぞれ含んでいる。分岐部によって流路を自由に分岐させて、主熱交換器部２１の内部を流れる冷媒の流路が入口側よりも出口側の数が増えるように設計することができる。

流路を３つ以上に分岐させると、新たに追加する分流器により製造コストが上昇する。分岐部２１１，２１３，３１１，３１３，４１１，４１３では、流路を２つ以上に分岐させていないため、室内熱交換器８の製造コストを抑制できる。

第１乃至第３の流路系２００，３００，４００には、合流部２１２，３１２，４１２がそれぞれ含まれている。例えば、第１の流路系２００の上流側において流路２０２と流路２０３との間に冷媒の乾き度に偏りが生じても、２つの流路を合流部２１２で合流させて、偏りを解消することができる。

また、冷房能力を向上させるために第１乃至第３の流路系２００，３００，４００の上流側で流路の数を増やしていても、合流部２１２，３１２，４１２によって、上流側と下流側とを接続する接続配管の数を減らすことができる。後側主熱交換器部２４と前側主熱交換器部２３との間で流路が複雑にならないため、室内ユニット３の筐体１７の寸法を小さくできる。

本実施形態では、主熱交換器部２１へ冷媒が流入する入口１０１，１０２，１０３が３つ、主熱交換器部２１から流出する冷媒の出口１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６が６つである。出口の数が入口の数の２倍であるため、室内ユニット３に分流器を追加することなく、Ｙ字状の分岐管を設けるだけでほぼ均等に６つの流路（６パス）へ分岐できる。流路設計を簡素にできるため、室内ユニット３の筐体１７の寸法を小さくし、製造コストを抑制することができる。

本実施形態に係る分流器３０は、入口管３１が湾曲している。入口管３１が湾曲していると、遠心力によって入口管３１の内部を流れる冷媒の流速に偏りが生じ、湾曲の外側（後側）で流れが速く、湾曲の内側（前側）で流れが遅くなる。しかし、本実施形態では、冷媒の流れが遅い前側に位置する出口３４Ｃが、他の出口３４Ａ，３４Ｂよりも大きく形成されている。出口３４Ｃへ流れる冷媒の量を増やして分流器３０から第１乃至第３の流路系２００，３００，４００へ流す冷媒の量を調整できる。

仮に、入口管３１の湾曲部３１Ａから分流器本体３３までの直線部分を長くすれば、冷媒の流速を均等にできるが、入口管３１のレイアウトが制限されて室内ユニット３の筐体１７の寸法が大きくなる。本実施形態では、入口管３１を分流器本体３３の近くで湾曲させても冷媒の流れを均衡させることができる。そのため、入口管３１を自由にレイアウトして室内ユニット３の筐体１７の寸法を小さくできる。

本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上記した実施形態では、主熱交換器部の流路の出口の数を３つ、主熱交換器部の流路の出口の数を６つとなるように構成したが、主熱交換器部の流路の出口の数を４つ、主熱交換器部の流路の出口の数を６つとなるように構成してもよい。主熱交換器部の流路の出口の数を３つ、主熱交換器部の流路の出口の数を８つとなるように構成してもよい。

１…空気調和装置、３…室内ユニット、８…室内熱交換器、２１…主熱交換器部、２２…副熱交換器部、３０…分流器、３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ…分流器から流出する冷媒の出口、１００…副熱交換器部から流出する冷媒の出口、１０１，１０２，１０３…主熱交換器部へ流入する冷媒の入口、１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６…主熱交換器部から流出する冷媒の出口、２００，３００，４００…流路系、２１１，２１３，３１１，３１３，４１１，４１３…分岐部、２１２，３１２，４１２…合流部。

Claims (4)

1. 冷媒が流れる流路を有した主熱交換器部と、
   冷媒が流れる流路を有し、前記主熱交換器部の少なくとも一部を覆う副熱交換器部と、
   前記副熱交換器部の流路の出口を分岐させて前記主熱交換器部の流路の入口に接続する単一の分流器と、
   を具備した空気調和装置の室内ユニットであって、
   前記副熱交換器部の流路の出口の数が、１つであり、
   前記主熱交換器部の流路の入口の数が、３つ以上であり、
   前記主熱交換器部の流路の出口の数が、該主熱交換器部の流路の入口の数よりも多い
   ことを特徴とする空気調和装置の室内ユニット。
2. 前記主熱交換器部の流路の出口の数が、該主熱交換器部の流路の入口の数の２倍である請求項１に記載の空気調和装置の室内ユニット。
3. 前記主熱交換器部において、入口から延びる流路は、出口まで互いに合流することがない独立した流路系をそれぞれ構成し、
   各流路系が、１つの流路を複数の流路に分岐させる分岐部と、複数の流路を１つの流路に合流させる合流部と、それぞれ含んだ請求項１又は２に記載の空気調和装置の室内ユニット。
4. 前記分流器は、前記主熱交換器部の流路の入口とそれぞれ連通した複数の出口を有し、少なくとも１つの出口が他の出口よりも大きく形成された請求項１乃至３のいずれか一項に記載の空気調和装置の室内ユニット。

Images