JP4018915B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、暖房運転、冷房運転および再熱除湿運転の可能なセパレート型空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
湿気を除去して冷えた空気に、従来室外機から捨てていた熱をミックスすることにより、冷たくない乾いた空気を吹き出す再熱除湿運転を可能とした空気調和機がある。この空気調和機では、室内機に第1の熱交換器と第2の熱交換器を具備し、並列に配置された開閉弁と絞り機構とが接続配管を介して各熱交換器の間に接続されている。再熱除湿運転時には、冷媒が絞り機構を通ることにより、第１の熱交換器が凝縮器として作用し、第２の熱交換器が蒸発器として作用する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
再熱除湿運転を行うとき、絞り機構に流入する冷媒は気液二相状態で不安定状態であり、気体冷媒と液体冷媒が不連続かつ不等間隔に流入することになる。そのため、絞り機構を気体冷媒が通過するときと、液体冷媒が通過するときでは、圧力差や流速差が生じ、これに起因して不快な冷媒流動音が発生する。また、絞り機構で発生した冷媒流動音が接続配管内に溜まっている気液二相冷媒に伝播し増幅されるため、不快な騒音が室内機から漏れ出しやすくなる。
【０００４】
ここで、開閉弁および絞り機構への配管は接続配管から分岐される。この分岐部において、両者への配管は、水平方向に並べて取り付けるか、あるいは絞り機構への配管の位置が下になるよう上下方向に並べて取り付けられる。水平方向に並べて取り付けた場合には、不安定で気液二相状態の冷媒が分岐部に流入するため、上記の理由により不快な冷媒流動音が発生することになる。また、垂直方向に並べて取り付けた場合には、配管に溜まっている冷媒が気液二相状態であるため、発生した冷媒流動音が伝播、増幅されやすい。
【０００５】
防音対策として、開閉弁および絞り機構を樹脂製カバーで覆って、遮音したり、開閉弁および絞り機構を室内機の奥側に配置して、発生した音が外部に漏れにくいようにしていた。しかしながら、カバーを追加したり、開閉弁および絞り機構の配置が制約を受けるので、室内機の小型化が阻害されるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑み、再熱除湿運転時に発生する冷媒流動音の発生を抑制することにより、室内機の静音化を図った空気調和機の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による課題解決手段は、室内機に、直列に接続された複数の熱交換器が設けられ、各熱交換器の間に、開閉弁を有する第１流路と、これに並列に設けられ絞り機構を有する第２流路とにより形成され、前記熱交換器から両流路に分岐する分岐部において、前記第１流路と前記第２流路とが高低差をつけて配置されたものである。
【０００８】
より具体的には、上流側となる熱交換器からの接続配管に、両流路に分岐する分岐管が接続され、該分岐管に接続された第１流路の配管と第２流路の配管とが水平面を挟んで上下に高低差をつけて配置される。すなわち、分岐管における、一方の流路の接続口と他方の流路の接続口とに高低差がつくように、分岐管は水平面に対して角度をつけた状態に配置される。特に、第２流路の接続口が第１流路の接続口より高い位置になるようにする。
【０００９】
再熱除湿運転時には、開閉弁を閉じて、上流側の熱交換器を凝縮器として作用させ、下流側の熱交換器を蒸発器として作用させる。冷媒は、二相状態となって、第２流路の絞り機構を通過するとともに、第１流路では開閉弁によってせき止められる。このとき、第１流路および第２流路に分岐する部分において高低差があるため、不安定な二相状態にある冷媒は、第２流路に流れ込むと均質化されて不安定状態が解消され、安定な二相状態となり、絞り機構を通過する。そのため、冷媒の圧力変動が減少し、冷媒流動音の発生が抑制される。
【００１０】
そして、中継用の配管を介さずに開閉弁を分岐管に直接接続する構成とする。そのため、再熱除湿運転時には、開閉弁が閉じられて第１流路に冷媒が滞留するが、分岐管から開閉弁までの配管長が短くなるので、滞留する冷媒量を極力少なくでき、冷媒流動音の伝播、増幅を抑制できる。
【００１１】
また、他の絞り機構として、キャピラリーチューブ、リードチューブおよびマフラーから構成するものとする。このとき、リードチューブの径は、キャピラリーチューブの径より大とし、マフラーの径よりも小とする。これによって、二相状態の冷媒が絞り機構を通過するとき、冷媒は段階的に減圧、膨張される。そのため、冷媒の圧力変動が少なくなり、冷媒流動音の発生が抑制される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態のセパレート型空気調和機を図１に示す。室内機１には、第１、第２熱交換器２、３およびクロスフローファン４が設けられている。第１熱交換器２は第２熱交換器３の上方に位置し、第１熱交換器２の下端面と第２熱交換器３の上端面とが接触する状態で、クロスフローファン４を取り囲むように配置される。第１熱交換器２と第２熱交換器３とは直列に接続され、両熱交換器２、３の間に、開閉弁５と絞り機構６とが並列に接続されている。室外機７には、圧縮機８、四方弁９、室外側熱交換器１０、絞り弁１１、ファン１２が設けられている。
【００１３】
開閉弁５は、開閉自在な電磁弁からなり、第１熱交換器２と第２熱交換器３とを結ぶ第１流路１３を開放したり、遮断したりする。絞り機構６は、固定式の絞り弁あるいはキャピラリーチューブからなり、第１熱交換器２と第２熱交換器３とを結ぶ第２流路１４に介装される。
【００１４】
図１、２に示すように、第１流路１３および第２流路１４は、互いに並列とされ、第１熱交換器２からの接続配管２０に接続された上側分岐管２１と、第２熱交換器３からの接続配管２２に接続された下側分岐管２３との間に形成される。
【００１５】
第１流路１３は、上側分岐管２１の第１接続口２４に接続された中継配管２５、中継配管２５と開閉弁５の一方の口とを接続する第１配管２６、下側分岐管２３の第２接続口２７に接続された中継配管２８、中継配管２８と開閉弁５の他方の口とを接続する第２配管２９によって構成される。
【００１６】
第２流路１４は、上側分岐管２１の第３接続口３０と絞り機構６の一方の口とを接続する第３配管３１、下側分岐管２３の第４接続口３２と絞り機構６の他方の口とを接続する第４配管３３によって構成される。
【００１７】
両接続配管２０、２２、両中継配管２５、２８および第１配管２６は、水平に配置され、第２、３、４配管２９、３１、３３は、垂直な部分と水平な部分とからなるように屈曲されている。
【００１８】
上側分岐管２１は、図３に示すように、水平面に対して傾斜した状態に配置され、第３接続口３０が第１接続口２４よりも高い位置にある。また、下側分岐管２３は、水平面に対して傾斜した状態に配置され、第２接続口２７が第４接続口３２よりも高い位置にある。これにより、第３配管３１は第１配管２６より高い位置にあり、接続配管２０は第３配管３１と第１配管２６との間の中間位置にある。また、第２配管２９は第４配管３３より高い位置にあり、接続配管２２は第２配管２９と第４配管３３との間の中間位置にある。
【００１９】
圧縮機８、四方弁９、室外側熱交換器１０、絞り弁１１、第１熱交換器２、第２熱交換器３、開閉弁５、絞り機構６が複数の配管を用いて接続されることにより、冷媒回路が構成される。そして、圧縮機８、四方弁９、絞り弁１１、開閉弁５、ファン４、１２が制御装置によって駆動制御されることにより、冷房運転、暖房運転、再熱除湿運転が実行される。
【００２０】
冷房運転時および暖房運転時には、開閉弁５は開とされ、冷媒は絞り機構６を通過せず、また絞り弁１１の開度が負荷に応じて調節される。冷房運転時には第1熱交換器２および第2熱交換器３は共に蒸発器となり、暖房運転時には第1熱交換器２および第2熱交換器３は共に凝縮器となる。
【００２１】
再熱除湿運転時には、開閉弁５は閉とされ、冷媒は開閉弁５を通過せずに絞り機構６に流入し、絞り弁１１は全開とされる。すなわち、圧縮機８から吐出された高圧冷媒は、室外側熱交換器１０および第1熱交換器２を通過して凝縮する。第1熱交換器２が凝縮器として作用するので、クロスフローファン４により通風された室内空気が加熱される。
【００２２】
絞り機構６を通過し減圧された冷媒は、第2熱交換器３に流入して蒸発する。第2熱交換器３が蒸発器として作用するので、クロスフローファン４により通風された室内空気が除湿される。室内機１からは第1熱交換器２で加熱された空気と第2熱交換器３で除湿された空気とが混合されて吹き出され、冷えすぎない除湿を実現できる。
【００２３】
再熱除湿運転時において、冷媒が第１熱交換器２から絞り機構６に流入するとき、冷媒は凝縮して気液二相状態となっており、絞り機構６を上から下に向けて流れる。このとき、二相状態の冷媒が接続配管２０から上側分岐管２１を通って細径の第３配管３１に流れ込むと、縮流されて冷媒が均質になる。例えばスラグ流や成層流のように気体と液体の二相に分離した不安定状態から気泡流や噴霧流のように気体と液体とが均質に混ざった安定状態となる。
【００２４】
また、冷媒が気体と液体とに上下に分離した状態にある場合、冷媒が上側分岐管２１に流れ込むと、上側分岐管２１から絞り機構６への第３配管３１は第１配管２６より上側にあるため、第３配管３１には気体の多い冷媒が流れる。冷媒は、第３配管３１を通過中に気体が液体に均質に混ざった安定状態となって、絞り機構６に流れ込む。
【００２５】
したがって、気液二相状態の冷媒が気体と液体が交互に不等間隔で流れるスラグ流等となって、絞り機構６に流入することを回避でき、安定状態の冷媒が絞り機構６に流入する。そのため、冷媒が絞り機構６を通過するときの圧力変動を少なくすることができ、絞り機構６での冷媒流動音の発生を抑えることができる。また、分岐管２１より開閉弁５までの間に停滞する冷媒が気液二相状態よりもより安定した状態になるため、発生した冷媒流動音の伝播、増幅を抑えることができる。
【００２６】
（第２実施形態）
本実施形態では、図４に示すように、第１熱交換器２から第２熱交換器３までの配管長が短縮されている。すなわち、中継配管を廃止して、上側分岐管２１に第１配管２６が直接接続され、下側分岐管２３に第２配管２９が直接接続される。これに伴い、第３、４配管３１、３３の長さも短くする。その他の構成は、第１実施形態と同じである。
【００２７】
このような構造とすることにより、再熱除湿運転時において、開閉弁５にせき止められて第１配管２６に滞留する冷媒量を減少させることができる。したがって、発生した冷媒流動音が冷媒によって伝播、増幅されることを抑制でき、不快音となって、室内機１から外に漏れ出すことを防止できる。
【００３１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。例えば、室内側の熱交換器は３つ以上であってもよく、これらを直列に接続して、各熱交換器の間に開閉弁および絞り機構を設けたものとする。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明によると、再熱除湿運転時に絞り機構を安定した二相状態の冷媒が通過するので、冷媒の圧力変動が少なくなり、冷媒流動音の発生を低減することができ、静かで冷えすぎのない快適な再熱除湿を実現できる。しかも、防音カバーや新たなマフラー等の配管類を追加する必要がなくなるため、コストメリットがあり、配管スペースを有効に活用でき、室内機の小型化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気調和機の冷媒回路図
【図２】第１実施形態の絞り機構および開閉弁の斜視図
【図３】上側分岐管の配置を示す図
【図４】第２実施形態の絞り機構および開閉弁の斜視図

Claims (2)

1. 室内機に、直列接続された２つの熱交換器が設けられ、各熱交換器の間に、開閉弁を有する第１流路と、これに並列に設けられ絞り機構を有する第２流路とが形成され、一方の熱交換器を凝縮器として作用させ、他方の熱交換器を蒸発器として作用させる再熱除湿運転時に上流側となる前記熱交換器からの接続配管が、水平に配置され、前記接続配管に、両流路に分岐する分岐管が接続され、該分岐管に、前記第１流路の配管および第２流路の配管が水平に接続され、前記第２流路の配管が前記第１流路の配管より高い位置に配置されたことを特徴とする空気調和機。
2. 第２流路の配管の垂直部分に、再熱除湿運転時に冷媒が上から下に向けて流れるように絞り機構が配置され、第１流路の配管の水平部分と垂直部分との間に開閉弁が配置されたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。

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