JP3885063B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に関する。

従来の空気調和機において、湿度を下げるための除湿運転として、冷却・除湿された空気流を冷凍サイクルの凝縮熱により再加熱する方式のものが知られており、代表例として、特開平２−１８３７７６号公報（特許文献１）に記載のものがある。

これには、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器等を順次冷媒配管で接続し、さらに室内熱交換器を上下に二分割してこれらの間に除湿運転用の小孔付き二方弁を設けたサイクル構成が開示されている。そして除湿運転時には小孔付二方弁を閉じて冷媒を小孔を通して流すことにより絞り作用を行い、上側室内熱交換器を凝縮器、下側室内熱交換器を蒸発器とする。さらに室内空気流をこれらの室内熱交換器に並列に流し、蒸発器で冷却・除湿し、凝縮器で加熱することにより、冷え過ぎを防止しながら湿度を下げる除湿運転を可能にしている。

一方、特開平７−１３９８４８号公報（特許文献２）にも、上側を再熱器として下側を冷却器として動作させ、全面パネルに設けられた吸入口から空気を取り入れて、除湿された冷たい空気と暖まった空気とを内部でブレンドして、本体下部にある吹出口から、除湿され好みの温度に調温された空気を吹き出す温度調節自在な除湿機能付きルームエアコンが記載されている。

また空気調和機では、除湿運転の他に冷房運転や暖房運転を行うが、最近は省エネルギに対するニーズが非常に大きい。これを満足する一手段として室内熱交換器の伝熱面積を十分大きくすることがあるが、ルームエアコン等の小形の空気調和機では、室内機の寸法に制限がある。そこでこうした制限下で伝熱面積を大きくするために、文献：「新除湿方式を採用した省エネルギー型エアコンＧＤシリーズ：東芝レビュー，Vol.51，No.2，1996、第67頁から第70頁」（非特許文献１）に記載のように、最近では、室内熱交換器を室内機の前面から背面にかけて設けた構造にしたり、さらには暖房運転時における室内熱交換器の下流側に過冷却器として使用する室内補助熱交換器を設けた空気調和機が開発されている。

特開平２−１８３７７６号公報

特開平７−１３９８４８号公報 新除湿方式を採用した省エネルギー型エアコンＧＤシリーズ：東芝レビュー，Vol.51，No.2，1996、第67頁から第70頁

以上のように、室内機において室内熱交換器を十分大きくしたり、さらには室内補助熱交換器を設けた空気調和機の場合にも、冷房・暖房運転と同時に除湿運転を可能にし、さらに、室内熱交換器の配管構成やこれと空気流との関係等を工夫して、冷房、暖房、除湿の各運転において室内熱交換器での伝熱性能をできるだけ良くし、冷凍サイクルの性能を十分高く保つ必要がある。

これに対して、前述の特許文献１及び特許文献２では、単に室内熱交換器を二分してこれらの間に膨張弁を介させることによって、室温の低下を防ぎながら除湿を行う空気調和機の記載はあるものの、上記した性能面に関して配慮する記載はない。さらに、除湿運転時には除湿用絞り装置の所で不快な冷媒流動音が発生するが、この冷媒流動音については何等の配慮もなされていない。

さて、冷房時及び暖房時の熱交換率向上を図るため、特許文献１及び特許文献２に記載のような平面形の熱交換器に代えて、非特許文献１に記載されているような熱交換器を多段曲げや円弧状に形成して伝熱面積を増大させ、前面及び上部に設けられた吸込口から空気を取り入れ、熱交換後の空気を下部の吹出口から吹き出すようにしている。

しかしながら、非特許文献１に記載の空気調和機は、特許文献１及び特許文献２に記載の室内機側に再熱器を有し、調温しながら除湿するものではない。すなわち、前記非特許文献１に記載のものは、室内熱交換器を二分割してその間に除湿運転用の絞り装置を設け、除湿運転時にはこの絞り装置の上流側を加熱器(凝縮器)、下流側を冷却器(蒸発器)として、冷凍サイクルにより室内空気の冷却・除湿と加熱を同時に行いながら除湿運転を行うものではなく、除湿中室内機に熱を発生する熱交換器がないため室温の低下はやむを得ないものであった。

ところで、特許文献１及び特許文献２に記載の再熱器を有する除湿機能を備えた空気調和機の室内熱交換器を、冷房及び暖房時における熱交換能力を向上させるため、非特許文献１に記載の多段若しくは円弧熱交換器を採用すると、梅雨時など湿度は高いが肌寒い日や冬季における除湿運転時、再熱器によって暖めているにも拘わらず、温度が低下してしまうという問題があった。

本発明の目的は、冷暖房能力を向上しつつ、除湿時における吹出温度の低下を防止することにある。

上記目的は、除湿運転の際に加熱器となり二系統以上の冷媒流路を有する第１の熱交換器と、除湿運転の際に冷却器となり二系統以上の冷媒流路を有する第２の熱交換器と、前記第１の熱交換器と第２の熱交換器との接続配管に除湿運転時に絞りとして使用する絞り手段と、前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器の空気流れ方向下流に設けられた室内ファンとを有する室内機を備え、冷房運転及び除湿運転時前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器に冷媒が通流し、暖房運転時前記第２の熱交換器から前記第１の熱交換器に冷媒が通流する空気調和機において、除湿運転時の冷媒流路における前記第１の熱交換器の上流に接続され、かつ前記第１の熱交換器若しくは前記第２の熱交換器の風上に重なるように配置され、前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器より通風抵抗が小さく冷媒流路を一系統とした補助熱交換器を備えることにより達成される。

本発明によれば、冷暖房能力を向上させつつ、除湿時における吹出温度の低下を防止することができる。

本発明による一実施の形態を図１、図２、及び図３に示す。図１は本実施の形態である室内機の側断面を示す図である。図１において、１は室内機内に組み込まれた多段（３段）曲げ構造の室内熱交換器であり、熱的な切断線２４により、室内機における前面下段部分２と前面側上段部分３から背面部分４にかけての部分とに熱的に分離されて構成されている。また、２６は冷媒流路において、除湿運転あるいは冷房運転の時には室内熱交換器１の上流側になり、暖房運転の時には室内熱交換器１の下流側になる位置に設けた室内補助熱交換器である。これらの熱交換器において、○印で示した２０は、複数枚の放熱フィン２３を貫通するように設けられた伝熱管、２１及び破線２２は伝熱管２０同士の接続管である。さらに、５は除湿運転時に絞り作用を行う除湿用絞り装置であり、室内熱交換器
１における前面上段部分３と背面部分４が熱的に一体に結合され接続配管６により除湿用絞り装置５の一方の接続口に接続され、除湿用絞り装置５の他方の接続口は接続配管７を介して熱的に分離された室内熱交換器１の前面下段部分２に接続されている。

また、９は貫流ファンタイプの室内ファン、１０は前面吸込グリル、１１は前面側上部吸込グリル、１２は背面側上部吸込グリル、１３はフィルタ、１４は背面ケーシング、１５は吹出口、１６は吹出口風向板であり、室内空気は、室内ファン９により、矢印９１、９２、９３のように、それぞれ前面吸込グリル１０、前面側上部吸込グリル１１及び背面側上部吸込グリル１２からフィルタ１３を通って吸い込まれ、多段曲げ室内熱交換器１で冷媒と熱交換したあと、室内ファン９を通り、吹出口１５から室内に吹き出される。

１７は多段曲げ室内熱交換器１の前面側部分２及び３に対する露受皿、１８は多段曲げ室内熱交換器１の背面部分４に対する露受皿であり、冷房運転や除湿運転の時に生じる除湿水を受ける働きをする。

図２は、図１における除湿用絞り装置５の一実施の形態を示す図であり、このうち図２（ａ）は除湿運転時の除湿用絞り装置５の動作状態を示す図、図２（ｂ）は冷房及び暖房運転時の除湿用絞り装置５の動作状態を示す図である。

これらの図において、３０は弁本体、３１は弁座、３２は弁体、３３は弁体３２の弁部、３４、３５は接続管、３６は弁体３２を動かす電磁モ−タであり、さらに大きい矢印３８、３９は冷媒流方向（配管方向）、矢印４０は除湿運転時の冷媒流方向を示す。

そして除湿運転時には、図２（ａ）のように、弁体３２は電磁モ−タ３６により閉じられた状態になっている。この時、凝縮器となる室内補助熱交換器２６及び室内熱交換器１の前面上段から背面にかけての部分３及び４を通過した高圧の凝縮液冷媒は、接続管３４から流入し、弁部３３と弁座３１との隙間で構成される狭い通路３７を矢印４０のように流れ、ここで絞り作用を受け低圧・低温の冷媒となった後、接続管３５を通って蒸発器となる室内熱交換器１の前面下段部分２に流入する。

この結果、室内補助熱交換器２６及び室内熱交換器１の前面上段から背面にかけての部分３及び４が加熱器（再熱器）、前面下段部分２が冷却器となって、室内空気を加熱すると同時に冷却・除湿する除湿運転が可能になる。

また冷房及び暖房運転時には、図２（ｂ）のように、除湿用絞り装置５は、電磁モータ３６により弁体３２が引き上げられ全開の状態になる。この結果、接続管３４と３５はほとんど流通抵抗なしで連通し、冷媒はほとんど抵抗なしで流れることになる。

図３は、本実施の形態の全体のサイクル構成を示す図であり、５０は回転数制御等により能力可変の冷媒を圧縮する圧縮機、５１は運転状態を切り換える四方弁、５２は室外熱交換器、５３は絞り作用の無い全開状態が可能な電動膨張弁で、さらに前述の室内補助熱交換器２６、多段曲げ室内熱交換器１、及び除湿用絞り装置５を加えて、これらが接続配管により環状に接続されて冷凍サイクルを構成している。また図３においては、室内補助熱交換器２６及び多段曲げ室内熱交換器１の伝熱管の流路状態の一実施の形態を模式的に示してある。そして室内補助熱交換器２６は、伝熱管が一系統の冷媒流路５９で構成され、接続管２９により室内熱交換器１に接続されている。

室内熱交換器１は、前面上段部分３と背面部分４が一体に接続され伝熱管が二系統の冷媒流路５４、５５となるように構成され、さらに切断線２４により熱的に分離された下段熱交換器部分２が５６、５７の二冷媒流路から構成されている。さらにはこれらの伝熱管冷媒流路の５４、５５と５６、５７は除湿用絞り装置５を介して接続管６及び７により接続されている。さらに５８は室外ファンである。

以上の室内機構造及び冷凍サイクル構成において、除湿運転時には、四方弁２を冷房運転時と同様に切り換え、除湿用絞り装置５を適当に絞り電動膨張弁５３を全開にすることにより、冷媒を一点鎖線で示すように圧縮機５０、四方弁５１、室外熱交換器５２、電動膨張弁５３、室内補助熱交換器２６、室内熱交換器１の前面上段部分３及び背面部分４、除湿用絞り装置５、室内熱交換器１の前面下段部分２、四方弁５１、圧縮機５０の順に循環させ、室外熱交換器５２が上流側の凝縮器、室内補助熱交換器２６及び室内熱交換器１の前面上段部分３と背面部分４が下流側の凝縮器、室内熱交換器１の前面下段部分２が蒸発器となるように運転する。

そして、室内空気を室内ファン９により矢印９１、９２、９３で示すように流すと、室内空気は蒸発器として作用する前面下段熱交換器部分２で冷却・除湿されたると同時に、下流側の凝縮器すなわち加熱器となる室内補助熱交換器２６及び室内熱交換器の前面上段部分３と背面部分４で加熱され、さらにこれらの空気が混合されて室内に吹き出される。

この場合、回転数を制御して圧縮機５０の能力や室内ファン９及び室外ファン５８の送風能力を制御することにより、冷却器２及び加熱器２６、３、４の能力を調節することができ、除湿量や吹出空気温度を広い範囲で変えることができる。

さて、前述したように、除湿運転時、室内補助熱交換器２６がない場合、再熱器として作用する室内熱交換器１の前面上段部分３と背面部分４が存在するにも拘わらず、室温が低下してしまう理由を説明する。図１を参照して、このようなファン構造では、矢印９１、９２及び９３の吸込み空気の７０％がパネル前面からの矢印９１からの空気であり、残りの３０％が矢印９２及び９３からの空気であり、冷却器として作用する熱交換器を上段に配置し再熱器を下段に配置すると除湿水が再熱器によって再び蒸発して除湿しないことから、冷却器として作用する熱交換器は前面下段部分に配置しなければならず、図１に示すように、再熱器と冷却器を配置する必要があり、この再熱器として作用する前面上段部分３と背面部分４を流れる空気は、冷却器として作用する前面下段部分２を流れる空気よりも少なく、その分外気温が低い場合は、室温が低下するという問題があった。

本実施形態では、除湿運転時、再熱器として作用する室内補助熱交換器２６を通風路に設けたので、除湿運転時における温度の低下を抑制することができる。また、再熱側にこの室内補助熱交換器を設けたので再熱器の熱交換量が増大し、冷媒の凝縮量が増え、サイクル全体の能力が向上すると共に、除湿用絞り装置５に、冷媒流動音の原因となる気液２相流の気相が減少して、除湿用絞り装置５の動作時（除湿運転時）における冷媒流動音を低減することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、除湿運転時には、室内補助熱交換器、及び熱的に二分割された室内熱交換器における除湿用絞り装置の上流側がそれぞれ加熱器１、加熱器２、除湿用絞り装置の下流側が冷却器となり、室内機に吸い込まれた空気は加熱器１および加熱器２で暖められると同時に冷却器で冷やされて湿気が除去されたあと混合されて吹き出され、冷え過ぎの無い快適な除湿運転を行うことができる。特に加熱器が２個になり、加熱器の伝熱面積が冷却器の伝熱面積に比べて十分大きくなって加熱能力が増すため、より冷え過ぎの無い快適な除湿運転が可能になる。

また、前記の如く、除湿運転においては、除湿絞り装置の所での絞り（減圧）作用により不快な冷媒流動音が発生する。この冷媒流動音は、除湿絞り装置における入口側の高圧冷媒流の流動様式に大きく影響され、この入口冷媒流が液状態の時には冷媒流動音の騒音レベルが最も低く音質も良いが、入口冷媒流が気液二相状態になると騒音レベルが大きくなり音質も悪くなる。

しかし、本発明では、除湿運転時に室内補助熱交換器２６も凝縮器として作用し、凝縮能力が増大する。この結果、除湿用絞り装置の入口側冷媒流はより乾き度の小さいところから液の状態になり、冷媒流動音の騒音レベルが下がり、音質も改善される。

また室内熱交換器１を多段曲げ熱交換器にして伝熱面積を大きくしたことにより、相対的に冷却器部分も大きくなり除湿能力を向上できる。またさらには除湿運転において加熱器での加熱量を大きくするためには、室内熱交換器の加熱器部分の割合を冷却器部分に比べて大きくする必要があるが、室内補助熱交換器２６と多段曲げにした室内熱交換器１の前面側上段から背面にかけての部分３、４を加熱器、室内熱交換器１の前面側下段部分２を冷却器になるようにすることにより、加熱器部分の伝熱面積を冷却器部分より十分大きくすることができる。

さらに冷却器（室内熱交換器の前面下段部分２）の下側に加熱器（室内補助熱交換器２６及び室内熱交換器の前面上段から背面にかけての部分３、４）が配置されないことから冷却器で生じた除湿水が加熱器にかかって再蒸発することがない。

次に冷房運転時には、除湿用絞り装置５を開き電動膨張弁５３を適当に絞り、冷媒を実線の矢印で示すように循環させることにより、室外熱交換器５２を凝縮器、室内補助熱交換器２６及び多段曲げ室内熱交換器１を蒸発器として室内の冷房を行う。

暖房運転時には、四方弁５１を切り換え除湿用絞り装置５を開き電動膨張弁５３を適当に絞り、冷媒を破線の矢印で示すように循環させることにより、多段曲げ室内熱交換器１を凝縮器、室内補助熱交換器２６を過冷却器、室外熱交換器５２を蒸発器として室内の暖房を行う。

そして冷房、暖房の各運転に対してもサイクル性能及び多段曲げ室内熱交換器１や室内補助熱交換器２６での熱交換性能を確保して効率良く運転する必要がある。以下、この方法について説明する。

まず図３において、冷房運転では冷媒が室内補助熱交換器２６から多段曲げ室内熱交換器１に流れ、これらの両熱交換器とも低圧でガス冷媒の比容積が大きくて体積流量が多くなる蒸発器となるため、流路面積が小さいとここでの圧力損失が大きくなってサイクルの性能が低下する。そこで図３においては、主熱交換器である多段曲げ室内熱交換器１の前面上段から背面にかけての部分３、４と前面下段部分２の各冷媒流路をそれぞれ５４、５５と５６、５７の二系統にしてある。この結果、冷媒流路での圧力損失が十分小さくなり、これによる性能低下を十分小さくできる。更には室内補助熱交換器２６を設けたり、室内熱交換器１を前面から背面にかけて設けて蒸発器としての伝熱面積を十分大きくできることから性能を向上でき、トータルとしては性能向上を図ることが可能である。

また暖房運転での性能を向上するためには、凝縮器となる室内側の熱交換器の出口で十分な過冷却を取る必要がある。そしてこの過冷却域では、冷媒が液状態であると同時に冷媒温度が凝縮温度から徐々に下がることから、液冷媒流の速度を速めて伝熱管内の熱伝達率を高めてやると共に、伝熱管が風上側になるようにして熱交換前の比較的温度の低い空気流と熱交換するようにする必要がある。またさらには室内熱交換器１の前面下段部分２における暖房運転時の入口部分では高温ガス冷媒の温度が凝縮温度まで低下するため、この部分でも冷媒流と空気流とが対向流になるようにしてやる必要がある。

図３において、凝縮器の出口側は室内補助熱交換器２６であり、この部分は、冷媒流路が一系統で流路面積を十分小さくできることから冷媒流速を速くして熱伝達率を十分高くでき、さらに室内熱交換器１の風上側に配置してある。したがって室内補助熱交換器１は過冷却器として十分な性能を発揮できる。また冷媒流路を５６、５７の二系統にした室内熱交換器前面下段部分２において、暖房運転時の高温ガス冷媒流の入口側を空気流の風下側に設けた配管構成にし、この熱交換器部分２では冷媒流と空気流とが向流になるようにしてあり、熱交換性能を向上できる。

ここで室内機寸法を十分大きくできない時には、室内補助熱交換器２６を暖房運転における過冷却器として十分な大きさにできない場合がある。この問題を解決できる一実施の形態を図４に示す。

図４においては、多段曲げ室内熱交換器１の前面上段から背面にかけての部分３、４を、風上側に設けた一系統の冷媒流路部分６０と二系統の冷媒流路部分６１、６２から構成する。さらに室内熱交換器１の前面下段部分２の冷媒流路を５６、５７の二系統にすると同時に前面下段部分２における暖房運転時の冷媒流入口部分を空気流の風下側に設けた配管構成にしてある。また図３と同一番号を付けたものは同一部分を示す。

このサイクル構成により、暖房運転においては、圧縮機５０を出て四方弁５１を通った後の高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器１に入り、前面下段部分２の冷媒流路が二系統の伝熱管５６、５７を分流して通った後、全開となっている除湿用絞り装置５を通って室内熱交換器１の前面上段から背面にかけての部分３、４に入り、冷媒流路が二系統の伝熱管６１、６２を分流して流れ、この後合流して冷媒流路が一系統の伝熱管６０を流れ、さらに冷媒流路が１系統の室内補助熱交換器２６を流れる。

この場合、室内熱交換器１の前面下段部分２では高温のガス冷媒が流れる入口側が空気流の風下側になり二相冷媒の流れる出口側が温度の低い空気流の風上側になるため、前面下段部分２では冷媒流と空気流とが熱交換性能の優れた対向流状態となる。また多段曲げ室内熱交換器１の前面上段から背面にかけての部分３、４の冷媒流出口側の伝熱管６０及び室内補助熱交換器２６の伝熱管５９が一系統冷媒流路となっており、さらに飽和温度から徐々に温度の下がるサブクール域となるこれらの伝熱管６０及び５９は温度の低い上流側空気流と熱交換をするため、十分なサブクールが取れ、室内機から室外機に向かう冷媒温度はほぼ室温となるので、暖房性能を向上することができる。

さらに冷房運転においては、電動膨張弁５３で絞られ低圧・低温になった二相冷媒は、最初室内補助熱交換器２６に入って冷媒流路が一系統の伝熱管５９を通り、次に室内熱交換器１に入り、前面上段から背面にかけての熱交換器部分３、４において一系統の伝熱管６０を通ったあと分流して二系統の伝熱管６１、６２に入り、さらに除湿用絞り装置５を通って前面下段部分２に入り二系統の伝熱管５６、５７に分流して流れる。この場合、伝熱管５９及び６０では冷媒の乾き度が比較的小さいため一系統の冷媒流路でも圧力損失は比較的小さい。また乾き度が比較的大きい伝熱管６１、６２と５６、５７の部分では冷媒流路をそれぞれ二系統にしたことから圧力損失が十分小さくなる。この結果、圧力損失による冷房性能の低下を防ぐことができる。さらに室内補助熱交換器２６を設けたことによ
り、蒸発器としての伝熱面積が増加し、冷房性能が向上する。

ここで、図３及び図４に示す実施の形態では、室内熱交換器１の伝熱管を二系統に分ける場合及び一系統と二系統を組み合わせた場合を示したが、これらに限るものではなく、冷媒流路をさらに多くの系統に分ける事も可能であり、この場合も室内熱交換器１での冷媒流圧力損失を低減し、特に冷房性能の低下を防止できる。但し、冷媒流路をあまり多系統にすると、冷媒流の圧力損失は低下するが、熱伝達率の低下が著しく、冷房運転及び暖房運転における能力や動作係数といった空気調和機全体の性能が低下してしまうため、最適な系統数の冷媒流路に設定する必要があり、この系統数は主に冷媒配管の内径に応じて決定される。また室内熱交換器１で、多系統の冷媒流路にした所を管径の太い伝熱管とし一系統の冷媒流路にしても（図示省略）同様の効果が得られる。すなわち管径を太くしたことにより、冷媒流の流速が遅くなり、特に冷房運転での性能低下を防止できる。

さらに図１、３、４における室内補助熱交換器２６は、空気流に対して室内熱交換器１の風上側に設けてあるため、室内補助熱交換器２６と室内熱交換器１の重なった部分では通風抵抗の増大により風量が減少し伝熱性能が低下してしまう。そこで室内補助熱交換器２６は、室内熱交換器１に対して通風抵抗の小さいものにする必要がある。このためには、室内補助熱交換器２６は、室内熱交換器１に比べて、フィンピッチを大きくしたり、あるいは奥行き寸法（風の流れる方向の寸法）を薄くしたり、あるいは室内熱交換器１が伝熱性能を上げるためにフィンにスリットを設けるのに対してスリットを設けない構造にする（図示省略）。

次に図１の室内機構造において、多段曲げ室内熱交換器１における矢印９１、９２、９３で示す吸込空気の風速分布は、前面下段部分２に相当する９１が比較的早い。さらにデザインの点から、図５に示すように、室内機の前面において上方部分８０はふさいで空気吸込口とせず、下方部分のみを吸込グリル８１とする室内機構造にする場合があり、この場合、矢印９１、９２、９３で示す吸込空気流の風速分布は前面下方吸込グリル８１に相当する矢印９１の風速分布が最も速い。なお図５において、図１と同一番号を付したものは同一部分を示す。

こうした場合、代表例を図５に示すように、補助熱交換器２６を多段曲げ室内熱交換器１の前面下段部分２の風上側に設けることにより、冷房及び暖房の性能をさらに向上することができる。すなわち冷房及び暖房運転において、矢印９１に相当する風量が比較的多いことから、この風量に対応した室内補助熱交換器２６及び室内熱交換器の前面下段部分２からなる熱交換器部分が風の流れる奥行き方向に厚くなっても、この熱交換器部分の温度効率は比較的高く保たれる。さらに室内熱交換器１における風速分布の速いところに（多少）通風抵抗となる補助熱交換器２６を設けたことから、室内熱交換器１全体の前面における吸込風速分布がより均一になる。これらの結果、図５の室内機構造は、図１の室内機構造に比べて冷房及び暖房の性能を向上することができる。

また図５の構造における除湿運転の性能は、実測によると、図１の室内機構造と大差はなく（除湿量はやや減少する傾向にあるが、逆に吹出空気温度は上昇する傾向になる）、冷え過ぎの無い快適な除湿運転を行うことがきる。

またさらには、室内機の構造上の制約から、室内補助熱交換器２６を、室内熱交換器の背面部分４の風上側や前面下段部分２の風上側におけない場合には、室内熱交換器の前面上段部分３の風上側においても、多少性能は低下するかも知れないがこれまで述べてきた除湿、冷房及び暖房の運転における補助熱交換器の効果を得ることができる。

なお図３及び図４のサイクル構成においても、図５の室内機構造あるいは室内補助熱交換器２６を室内熱交換器の前面上段部分３の風上側に設けた室内機構造を適用でき、同様の効果を得ることができる（図示省略）。

ところで図１、図３、図４、図５の実施の形態では室内熱交換器１を、前面下段部分２、前面上段部分３、背面部分４の三段に曲げた場合を示したが、これに限るものではなく、各部分を必要に応じてそれぞれ多段に構成しても良い。図６には熱的な切断線６３の下段部分である室内熱交換器１の前面下段部分２'を６４、６５、６６の３段にした場合を示す。これにより伝熱面積を図３より大きくできる。さらには図７に示すように前面下段から前面上段、背面までを折れ線でなく連続した曲線にした一体構造にして、さらに除湿運転時に加熱器となる前面上段から背面にかけての部分と冷却器となる前面下段部分とを、切断線６７により６８と６９の二つに熱的に分離した構造にしても良く、同様に伝熱面積を大きくすることができる。特に小形の空気調和機であるルームエアコン等では、室内熱交換器を収納するスペースが十分に取れないことが多く、この場合には室内熱交換器の曲げ回数を多くしたり、曲線状にすることにより、狭いスペースに十分な伝熱面積を持つ室内熱交換器を収納できる。そしてこれらの室内熱交換器の場合にも、図１あるいは図５等のように、室内熱交換器の風上側に室内補助熱交換器を設けて、同様の効果を得ることができる。

また図１、図３、図４、図５における除湿用絞り装置５や電動膨張弁５３はキャピラリーチューブあるいは通常の膨張弁と二方弁とを並列に設けた構成のものにしてもよく（図示省略）、二方弁の開閉によりこれまでの実施の形態と同様の作用を実現することができる。

ここで除湿運転において、図３における室外ファン５８の送風能力を落とすと室外熱交換器５２で外気に放熱する能力が減少して加熱器となる室内補助熱交換器２６及び室内熱交換器１の前面上段から背面にかけての部分３、４での放熱能力が増大する。また圧縮機５０の能力を増す事によりこれらの加熱器部分での加熱能力を増したり、冷却器となる室内熱交換器１の前面下段部分２での除湿能力を増すことができる。またさらには室内ファン９の送風能力を変えることによりいろいろな使用状態に適した除湿運転を行うことができる。たとえば通常の除湿運転では人の好みに応じて室内風量を変え、洗濯物を乾燥するときには室内風量を増して運転し、寝るときには室内風量を落として運転するようにする。この場合、最近ではＤＣモータファンやインバータ圧縮機が採用されており、これらは回転数の制御が容易なことからファンや圧縮機の能力を容易に変えて、除湿運転における加熱能力を広い範囲で変えて吹出温度を冷房気味から等温気味、暖房気味まで変えたり、除湿能力を変えたり、さらには使用状態に合わせて室内風量を変えて上記種々の除湿運転を行うことができる。

ここで、これまでは室内熱交換器としては室内機の前面から背面にかけて設けた構造を考えてきたが、これに限らず、室内熱交換器を室内機の前面にだけ設けて背面には設けない構造にし、この風上側に補助熱交換器を設けた室内機構造の場合にも（図示省略；例えば図１あるいは図５において室内熱交換器１の背面部分４を設けない場合等に相当）、これまでの説明と同様な室内補助熱交換器の効果を得ることができる。

さらにまた、室内機の前面から背面にかけて設けた室内熱交換器構造に対して、これまでに述べた図１、図３、図４、図５の実施の形態では前面上段から背面にかけての部分と前面下段部分とに熱的に二分割して、これらの間に除湿用絞り装置を設けた構成にしたが、これに限らず、前面部分全体（上段及び下段）と背面部分とを切断線等により熱的に二分割し、この間に除湿用絞り装置を設けた構成とし、図１、図３、図４、図５における室内熱交換器１の前面上段から背面にかけての部分３、４に相当する所を室内熱交換器１の前面下段から前面上段にかけての部分２、３とし、前面下段部分２に相当する所を背面部分４とする構成にし（図示省略）、さらに室内補助熱交換器を、図１、図３、図４、図５等と同様に、除湿運転時冷媒流路における室内熱交換器の上流側で室内機送風路における室内熱交換器の風上側に設けても、同様の作用及び効果が得られる。すなわち除湿運転においては、室内補助熱交換器及び室内熱交換器の前面部分全体が加熱器、室内熱交換器の背面部分が冷却器となり、加熱器部分が冷却器部分より大きく、暖房ぎみ除湿運転が可能で、しかも冷却器の下側に加熱器が配置されないことから冷却器で生じた除湿水が加熱器にかかって再蒸発することがない。また室内熱交換器の前面部分及び背面部分の冷媒流路をそれぞれ二系統以上にしたり、室内補助熱交換器の冷媒流路を一系統にすると同時に室内熱交換器の風上側に配置することにより、冷房運転や暖房運転において圧力損失を低減できると共に冷媒流と空気流とを対向流にでき、さらには暖房運転時において室内補助熱交換器が過冷却器として作用し効率良く十分な過冷却をとることができる。したがって、冷房運転及び暖房運転において、図１から図５で述べた実施の形態と同様に、十分効率の良い運転を行うことができる。

ところで以上説明した実施の形態においては、空気調和機でよく使用されるＨＣＦＣ２２（ハイドロクロロフルオロカーボン２２の略）等の単一冷媒を使用する場合に付いて説明してきた。しかし最近は、オゾン層破壊や地球温暖化の点からＨＣＦＣ２２に代わる代替冷媒の研究が盛んになっており、代替冷媒としては単一冷媒だけでなく、混合冷媒の使用が検討されている。これに対して、図１から図５に示す実施の形態で述べてきた室内機の構造、サイクル構成、運転の制御方法を適用できることは明らかであり、同様の効果が得られる。

以上説明したように、本発明の空気調和機によれば、室内熱交換器を熱的に二分割してその間に除湿運転時に絞り作用を行う除湿用絞り装置を設け、除湿運転時においてこの除湿絞り装置の上流側が加熱器(凝縮機)、下流側が冷却器(蒸発器)になるサイクル構成にし、さらに除湿運転時における加熱器の上流側に室内補助熱交換器を設けたサイクル構成にしたものである。また室内熱交換器を、室内機の前面から背面にかけて設けて、コンパクトな室内機でも十分大きな伝熱面積を確保できる構造にしたものである。

この結果、除湿運転では除湿効率（除湿量／消費電力）を向上させると同時に加熱器での加熱量を多くできることから吹出空気温度を十分高くでき、さらには室内補助熱交換器により冷媒流に対する凝縮能力を増大でき除湿絞り装置入口の冷媒流を（乾き度の十分低いところから）液の状態にすることができることから、除湿用絞り装置による冷媒流動音を低減することができる。またコンパクトな室内機でも、冷房及び暖房運転においては、伝熱面積を十分大きくでき、特に暖房運転では室内補助熱交換器を過冷却器として有効に使用することができるから、性能を向上して省電力を図ることができる。

さらに、熱的に二分割した室内熱交換器の各々の冷媒流路をそれぞれ二系統以上にして室内機における前面から背面にかけて設けた室内熱交換器での冷媒流の流通抵抗の増加を防止したり、室内熱交換器の冷媒流路における暖房運転時の出口部分を一系統にして暖房運転時に十分な冷媒サブクールが取れるようにしたり、さらには室内熱交換器における冷媒流と空気流とができるだけ対向流になるような配管構成にしたことにより、熱交換器を大きくして冷媒流路が長くなったり、除湿制御弁を設けたことによる性能の低下を防ぐことができる。

また、室外ファン及び圧縮機を能力制御可能なものにしてこれらの機器の能力を適当に制御することにより加熱器での加熱量を広い範囲で制御して、除湿水量を十分取れる状態で、暖房気味、等温気味、冷房気味の除湿運転を行うと同時に、室内ファンの能力制御により種々の利用形態の除湿運転を行うことができる。

さらにまた、以上のような除湿運転方法及び室内熱交換器の配管構成は、単一冷媒、混合冷媒を問わず適用でき、同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施の形態である空気調和機の室内機構造を示す図である。 図１における除湿用絞り装置の一例の構造及動作状態を示す図である。 本発明の一実施の形態である空気調和機のサイクル構成を示す図である。 本発明の他の実施の形態である室内熱交換器の配管構成を示す図である。 本発明の他の実施の形態である空気調和機の室内機構造を示す図である。 本発明の他の実施の形態である室内熱交換器の形状を示す図である。 本発明のさらに他の実施の形態である室内熱交換器の形状を示す図である。

符号の説明

１…室内熱交換器、２、２´…室内熱交換器の前面下段部分、３…室内熱交換器の前面上段部分、４…室内熱交換器の背面部分、５…除湿用絞り装置、６、７、２７、２８、２９…接続配管、９…室内ファン、１０…前面吸込グリル、１１…上面吸込グリル、１２…背面吸込グリル、１３…フィルタ、１４…背面ケーシング、１５…吹出口、１６…吹出口風向版、１７…前面露受皿、１８…背面露受皿、２０…伝熱管、２１、２２…伝熱管の接続配管、２３…放熱フィン、２４、６３、６７…熱的切断線、２６…室内補助熱交換器、３０…弁本体、３１…弁座、３２…弁体、３３…弁部、３４、３５…接続管、３６…電磁モータ、３７…除湿運転時の冷媒流路、５０…圧縮機、５１…四方弁、５２…室外熱交換器、５３…電動膨張弁、５４、５５、５６、５７、５９、６０、６１、６２…冷媒流路、５８…室外ファン、６４、６５、６６、６８、６９…熱交換器部分、８０…前面上段パネル、８１…前面下段吸込グリル、９１、９２、９３…室内機吸込空気流。

Claims (3)

1. 除湿運転の際に加熱器となり二系統以上の冷媒流路を有する第１の熱交換器と、除湿運転の際に冷却器となり二系統以上の冷媒流路を有する第２の熱交換器と、前記第１の熱交換器と第２の熱交換器との接続配管に除湿運転時に絞りとして使用する絞り手段と、前記第１の熱交換器と前記第２の熱交換器の空気流れ方向下流に設けられた室内ファンとを有する室内機を備え、冷房運転及び除湿運転時前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器に冷媒が通流し、暖房運転時前記第２の熱交換器から前記第１の熱交換器に冷媒が通流する空気調和機において、除湿運転時の冷媒流路における前記第１の熱交換器の上流に接続され、かつ前記第１の熱交換器若しくは前記第２の熱交換器の風上に重なるように配置され、前記第１の熱交換器及び前記第２の熱交換器より通風抵抗が小さく冷媒流路を一系統とした補助熱交換器を備えた空気調和機。
2. 請求項１において、前記第１の熱交換器は室内熱交換器の前面上段部分及び背面部分であり、前記第２の熱交換器はこの室内熱交換器の前面下段部分であり、前記補助熱交換器を前記第１の熱交換器の風上に配置した空気調和機。
3. 請求項２において、前記補助熱交換器を前記室内熱交換器の背面部分の風上に配置した空気調和機。

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