JP3575035B2

JP3575035B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP3575035B2
Application number: JP29024993A
Authority: JP
Inventors: 素生森本; 啓夫中村; 英範横山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-11-19
Filing date: 1993-11-19
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: JPH07139835A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、冷凍サイクルにより除湿あるいは冷房、暖房、除湿運転が可能な空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、除湿運転が可能な空気調和機として、蒸発器により冷却・減湿された空気を再加熱する方法としては電気ヒータを用いる方式や冷凍サイクルの凝縮熱を利用する方式などが知られている。
【０００３】
除湿運転時に冷却された空気を凝縮熱により再加熱する冷凍サイクルとしては、図７に示すように、室内側の熱交換器１０ａ，１０ｂを風路に対して前後に２分割し、風上側１０ａを蒸発器，風下側１０ｂを凝縮器とする構成が一般に知られている。分割された部分間は、途中に二方弁(二方弁Ａ)１２を有する配管でつながれており、この配管と並列にキャピラリチューブ１７が接続されている。また室外側熱交換器と室内側熱交換器との間には冷暖房用の絞り装置であるキャピラリチューブ７と二方弁(二方弁Ｂ)６がやはり並列につながれている。
【０００４】
除湿運転時には二方弁Ａ１２を閉じ、二方弁Ｂ６を開ける。室外側の熱交換器４を出た冷媒は高温高圧の二相状態で室内側熱交換器の風下側１０ｂに流入する。ここでさらに冷媒は凝縮し、その凝縮熱によって空気の再加熱が行なわれる。風下側の熱交換器を出た冷媒は二方弁Ａと並列に接続されているキャピラリチューブ１７を通って減圧され温度が下がる。ついで風上側の熱交換器１０ａに流入して蒸発し、その蒸発熱によって空気の冷却・減湿が行なわれる。
【０００５】
冷暖房運転時には二方弁Ａ１２を開け、二方弁Ｂ６を閉じる。この時冷媒は二方弁Ｂと並列に接続された冷暖房用のキャピラリチューブ７を通る。また室内側では二方弁Ａを通るので減圧されることがなく、室内側熱交換器全体が蒸発器あるいは凝縮器となる。
【０００６】
以上が、除湿運転に冷凍サイクルを用いた場合の基本的な構成である。除湿用の絞り装置としては上述のようにキャピラリチューブの他に例えば実開平１−９８３８１号公報にあるように二方弁内にブリードポートと呼ばれる小孔を設け、これを除湿絞りとするものが公知である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
高温多湿となる日本の夏季では除湿運転は不可欠である。この時は空気調和機からの吹き出し空気の温度は室温より低めにする必要がある。また梅雨や秋季の長雨時などでは気温は低いが湿度は高い気候になる。このような時には空気調和機からの吹き出し空気の温度は室温と同じか上げぎみに保ちながら除湿する必要がある。冷媒の蒸発熱で除湿，凝縮熱で再加熱する冷凍サイクルを用いた除湿方式は、除湿と共に吹き出し空気温度を様々に変えうる点で優れており、ヒータ等の補助的な熱源を必要としないので省エネルギーの点からも優れている。
【０００８】
室内側の熱交換器を２分割してその間に除湿用の絞り装置を設ける際、従来のようにキャピラリチューブと冷暖房運転時の冷媒通路を並列にするとスペースを取ると共に分岐配管等の部品数も多くなる。さらに除湿用のキャピラリチューブは通常室内側のユニット内に設けられるので、除湿運転時にはキャピラリチューブおよびその前後で冷媒が二相状態となるため騒音が発生する。その対策としてキャピラリチューブの出口に太径パイプを接続したり、振動吸収用の防振材を付加する必要があった。
【０００９】
二方弁内にブリードポートを設ける方式は省スペースの点で優れているものの、製造が難しく仕様変更への対応が効きづらい。また除湿運転時にはやはり騒音が発生するが、発生源が二方弁の内部であるため対策が難しい。
【００１０】
本発明の第１の目的は、除湿運転が可能な冷凍サイクルを有する空気調和機を安価で簡単な構成で製造できる構造を提供することにある。
【００１１】
本発明の第２の目的は、除湿運転時の騒音低減に効果のある構造を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的は、除湿運転時、凝縮側となる熱交換器及び蒸発側となる熱交換器とを有する室内側熱交換器と、これら熱交換器の間に除湿運転時に使用する除湿用の絞り装置と、この除湿用絞り装置に並列に接続された二方弁とを備えた空気調和機において、前記除湿用絞り装置を小孔とした空気調和機とすることにより達成される。
【００１３】
また、上記第２の目的は、除湿運転時、凝縮側となる熱交換器及び蒸発側となる熱交換器とを有する室内側熱交換器と、これら熱交換器の間に除湿運転時に使用する除湿用の絞り装置と、この除湿用絞り装置に並列に接続された二方弁とを備えた空気調和機において、前記凝縮側となる熱交換器と前記除湿用絞り装置との間の配管の一部と、前記蒸発側となる熱交換器と前記除湿用絞り装置との間の配管の一部とを熱的に接触させた空気調和機とすることにより達成される。
【００１４】
【実施例】
本発明の実施例を図をもとに説明する。
図１は本発明の一実施例を示したものである。本実施例は、家庭用のルームエアコンとして広く普及しているセパレートタイプの空気調和機に本発明を適用したものであり、本図は、冷暖房および除湿運転切り換え可能な冷凍サイクルの構成を模式的に示したものである。冷房、暖房、除湿運転時の冷媒の流れを図中に矢印で示している。１は圧縮機、２はアキュムレータ、３は四方弁、４は室外側熱交換器で多数枚のフィンにパイプを貫通したクロスフィンチューブタイプの熱交換器、５は室外側ファンである。６は室外側の二方弁(二方弁Ｂ)であり１２の室内側二方弁(二方弁Ａ)と協調的に動作することにより冷暖房および除湿の各運転を切り換える。即ち二方弁Ａを開け二方弁Ｂを閉じると冷暖房運転となる。冷房と暖房の切り換えは四方弁３で行なう。また二方弁Ａを閉じ二方弁Ｂを開けると除湿運転となる。
【００１５】
冷暖房運転時には二方弁Ｂを閉じるので冷暖房用の絞りであるキャピラリチューブ７を冷媒が流れる。室内側では二方弁Ａを開ける。二方弁Ａの弁口径は除湿用の絞りである小孔１５よりも充分大きいものとするので、抵抗の小さい二方弁Ａを冷媒は流れる。この時には室内側の熱交換器１０ａ、１０ｂは共に蒸発器あるいは凝縮器として作用する。
【００１６】
除湿運転時には二方弁Ｂを開け二方弁Ａを閉じる。圧縮機１から吐出された冷媒は室外側熱交換器４で一部が凝縮し二相状態のまま２分割された室内側熱交換器の一方１０ｂに流入する。１０ｂ内で冷媒はさらに凝縮し、その凝縮熱によって１０ａで冷却・減湿された空気の再加熱を行なう。１０ｂを出た冷媒は配管１３に流入する。二方弁Ａは閉じられているので冷媒は小孔１５(図１の下方円内に該当部位の断面拡大図を示す。)を通り配管１４に流入する。この時小孔１５が絞りとなり冷媒は断熱膨張して減圧される。配管１４から熱交換器１０ａに流入した低圧、低温の冷媒は、空気調和機に吸い込まれた空気から蒸発熱によって熱を奪い、空気は冷却・減湿される。
【００１７】
分割された室内側の熱交換器の凝縮側１０ｂから引き出された配管１３と、蒸発側１０ａから引き出された配管１４は小孔１５の周辺で接触しており、小孔１５は両方の管壁を貫通している。接触部分では、小孔１５から冷媒が配管外に漏洩しないように例えばロウ付等で固着されている必要がある。この部分は２本の管をロウ付したものでなくて、例えば一体成形で２本の流路を有するような管でもよい。また小孔１５は接触面内に複数個開いていてもよい。
【００１８】
室内側熱交換器は図１では１０ａ、１０ｂのように完全に分離されているが、１つの熱交換器でフィンにスリットや切れ目を入れて熱的に分割されたものでもよい。また分割された熱交換器のうち蒸発側１０ａは空気の通風路に対して風上側に凝縮側１０ｂは風下側に直列に置かれている。除湿運転時の除湿効果を考慮するとこのような構成がよいが、機器構成上の都合によっては１０ａと１０ｂを並列に置いてもよい。
【００１９】
また図１において除湿用の絞りは、配管１３と配管１４の接触面内に設けたが、小孔１５を開ける代わりに二方弁Ａ内にブリードポートを設け、これを除湿用絞りとして用いても良い。
【００２０】
冷凍サイクルを用いて、冷媒の蒸発熱で空気の冷却・減湿、凝縮熱で再加熱を行なう除湿運転の場合、室内側の熱交換器を２分割してその間に除湿用の絞り装置を設けることになる。実際の構成としては、２分割された熱交換器の一方から引き出された配管と、もう一方から引き出された配管との間にキャピラリチューブ等の絞り装置が挿入されることになる。さらに除湿運転と冷暖房運転との切り換えを可能とするには絞り装置と並列に二方弁等の流路切り換え装置を設ける必要がある。従って２分割された熱交換器の一方から引き出された配管と、もう一方から引き出された配管の先端部には分岐配管が必要であり、分岐した流路の一方にはキャピラリチューブ等の絞り装置が、もう一方の流路には二方弁等の流路切り換え装置が接続される。
【００２１】
そこで、２分割された熱交換器の一方から引き出された配管と、もう一方から引き出された配管とを二方弁で接続し、二方弁前後の配管同士を接触させればよい。従って分岐配管等は必要でなく、構成は簡単になる。
【００２２】
また除湿運転の際には、２分割された室内側の熱交換器の一方が凝縮器になり、もう一方が蒸発器になる。完全に凝縮しきらない２相流の状態で冷媒がキャピラリチューブ等の絞り装置に流入すると配管内で圧力脈動を生じ、時間的に変動する音が発生する。音の発生を抑えるためには冷媒を完全に凝縮させて液体にしてしまえばよい。しかし完全に凝縮しきった状態では空気の再加熱側で潜熱による加熱ができないために再加熱量が不足し、空気調和機からの吹き出し空気温度が必要以上に下がってしまう。従って２分割された室内側の熱交換器の凝縮側では２相流の状態で、除湿用の絞り装置に流入する直前で完全に凝縮し充分な過冷却度が取れるようにするのがよい。
【００２３】
本実施例によれば、２分割された熱交換器の一方から引き出された配管と、もう一方から引き出された配管とは接触しており、凝縮側から出た冷媒がその接触部分を通過した後方に除湿用の絞りが設けられているか、あるいはその接触面内に除湿用の絞りとなる小孔が設けられている。除湿用の絞りを通った冷媒は断熱膨張によって急激に温度が下がる。従って凝縮側の冷媒は除湿用の絞りに流入する直前で強制的に冷却されて過冷却度が取られることになる。図２に冷媒のエンタルピ＝圧力線図（モリエル線図）を示す。図中に記入した各点を結んで冷媒が流れ冷凍サイクルが構成される。従来の構成では（ａ）のようになり凝縮側出口が気液の飽和線のすぐ近傍か場合によっては飽和線の内側すなわち二相域に来る。そこで本発明のように凝縮側の配管の一部と蒸発側の配管の一部を接触させモリエル線図上の斜線の部分で熱交換させることによって、図２（ｂ）の点線のようにサイクルを変えることができ、除湿用の絞りに流入する直前で充分な過冷却度を得ることができる。
【００２４】
冷暖房運転時には２分割された室内側の熱交換器は両方共に蒸発器あるいは凝縮器となり温度レベルは室内側熱交換器全体を通してほぼ等しいので、２分割された熱交換器の一方から引き出された配管ともう一方から引き出された配管とは接触していても悪影響はない。
【００２５】
図３は本発明の別の実施例を示したものである。本実施例のサイクル構成は図１に示した第１の実施例と同じであり、室内側熱交換器１０ａと１０ｂとその間の配管部分のみ図３に示した。第１の実施例と同様に二方弁Ａ１２の開閉により冷暖房と除湿運転を切り換える。１６が除湿用の絞り部分であり、その断面形状を図４に示す。１６の構造は２重管式熱交換器と同様であり、室内側熱交換器の凝縮側１０ｂから引き出された配管１３が内側の管に、蒸発側１０ａから引き出された配管１４が外側の管にそれぞれ接続されている。内側と外側の関係は逆でも構わない。内側の管には除湿用の絞りとなる小孔１５が開けられている。
【００２６】
除湿運転時には第１の実施例と同じく二方弁Ａを閉じる。室内側熱交換器の凝縮側１０ｂを出た冷媒は小孔１５を通って１６の外側の管内に流出する。この際に断熱膨張によって減圧される。この実施例によると１６の内側の管の管壁全体が伝熱面になるため、凝縮側１０ｂを出た冷媒の冷却が促進される。また１６の内側の管と外側の管に囲まれた部分の体積を内側の管の体積よりも大きくしておけば１６は拡張室型消音器としても作用する。小孔１５が１６の内部に設けられているので、絞りを通過した冷媒は拡張室型消音器内に直接吹き出すことになり消音効果が大きい。
【００２７】
図５は本発明のさらに別の実施例である。本実施例は、図３、図４に示した第２の実施例と基本的には同じ構成であるが、除湿用の絞りである小孔１５が複数個の場合である。本実施例ではさらに、複数個の小孔１５は高さ方向の異なる位置に設けられている。即ち１６の内側の管の底面に１つ、上面に１つである。このような孔の開け方は次の点で有利である。
【００２８】
気温が比較的低くて湿度が高い、例えば梅雨の初期や秋季の長雨時などでは、空気調和機の吹き出し空気温度を吸い込み空気温度よりも上げながら除湿したい場合がある。それには、室外側のファン５の回転数を下げる等の手段により室外側の熱交換器４での凝縮の割合を減らして室内側の熱交換器の凝縮側１０ｂでより多く凝縮させればよい。しかしこれは熱交換器１０ｂ内での過冷却が取れないことになり、除湿用の絞りに２相状態で冷媒が流入しやすくなる。絞りのような配管系の狭隘部に２相流が流入すると圧力脈動が生じ変動的な騒音が発生することが知られている。これは、気相と液相が交互に絞りに流入するためである。
【００２９】
そこで本実施例のような構成とすると、たとえ凝縮側１０ｂから出た冷媒が２相状態であったとしても、重力の影響で気相部２０は配管１３の上面側に存在するので、絞り用の小孔１５はパイプの上面と底面に開いているため、気相部は上面の小孔から、液相部は底面の小孔から流出する。従って１つの小孔から気相と液相が交互に流出する場合に比較して圧力変動が小さくなり、配管内の圧力脈動による騒音の発生が抑えられる。
【００３０】
図６は、図１に示した第１の実施例において配管１３、配管１４の部分を一体型とした場合である。この配管は、流路となる部分のみ剥離処理を施した後２枚の板材を接合して、接合面に高圧をかけることによって剥離処理を施した部分を膨らませて流路を形成するものである。この方法の利点は配管同士を後で接触加工する必要がないこと、もともと一体であったものなので熱交換が良いこと、剥離処理を施す段階で小孔のパターンも施しておけば絞り用の小孔も同時に形成できることである。
【００３１】
本実施例によれば、冷凍サイクルの冷媒の蒸発熱と凝縮熱を利用した除湿運転可能な空気調和機において、簡単な構成で除湿用の絞りを設けることができる。また除湿運転時に冷媒が２相状態で除湿用の絞りに流入するために生じる圧力脈動による騒音の発生を抑えることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、除湿運転が可能な冷凍サイクルを有する空気調和機を安価で簡単な構成で製造できる構造を提供することができる。
また、本発明によれば、除湿運転時の騒音低減に効果のある構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例を示す冷凍サイクル系統図である。
【図２】冷媒のエンタルピ＝圧力線図（モリエル線図）である。
【図３】本発明の別の実施例を示す図である。
【図４】図３に示した実施例を補足説明する図である。
【図５】本発明のさらに別の実施例を示す図である。
【図６】本発明のさらに別の実施例を示す図である。
【図７】冷凍サイクルを利用した除湿運転可能な空気調和機の従来の冷凍サイクル系統図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…アキュムレータ、３…四方弁、４…室外側熱交換器、５…室外側ファン、６…二方弁Ｂ、７…冷暖房用キャピラリチューブ、８…サービスバルブ、９…サービスバルブ、１０ａ…室内側熱交換器、１０ｂ…室内側熱交換器、１１…室内側ファン、１２…二方弁Ａ、１３…配管、１４…配管、１５…小孔、１６…除湿用絞り部、１７…除湿用キャピラリチューブ、１８…分岐用継手、１９…分岐用継手、２０…気相冷媒。

Claims

除湿運転時、凝縮側となる熱交換器及び蒸発側となる熱交換器とを有する室内側熱交換器と、これら熱交換器の間に除湿運転時に使用する除湿用の絞り装置と、この除湿用絞り装置に並列に接続された二方弁とを備えた空気調和機において、前記除湿用絞り装置を小孔とした空気調和機。
請求項１において、前記除湿用絞り装置の小孔を複数とした空気調和機。
除湿運転時、凝縮側となる熱交換器及び蒸発側となる熱交換器とを有する室内側熱交換器と、これら熱交換器の間に除湿運転時に使用する除湿用の絞り装置と、この除湿用絞り装置に並列に接続された二方弁とを備えた空気調和機において、前記凝縮側となる熱交換器と前記除湿用絞り装置との間の配管の一部と、前記蒸発側となる熱交換器と前記除湿用絞り装置との間の配管の一部とを熱的に接触させた空気調和機。
請求項３において、前記前記熱的に接触させた配管同士の接触面内に両管壁を貫通する小孔を設け、この小孔を前記除湿用絞り装置とした空気調和機。