JP4209881B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷房運転と除湿運転が可能な空気調和装置に関する。

空気調和装置には、除湿冷房運転と除湿暖房運転が切り替え可能に構成された除湿専用型の再熱除湿エアコンと言われるものがある。この空気調和装置の室内機は、除湿用熱交換器と、減圧装置と、冷媒の貯溜器と、放熱用熱交換器とを直列に配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。貯溜器は、放熱用熱交換器から減圧装置に送り込まれる液冷媒のうちで余剰な液冷媒を蓄えるもので、冷媒が過剰圧にならないようにするために設けられている。除湿冷房運転時には、ガス冷媒が放熱用熱交換器で放熱して液化する。液化した冷媒は、貯溜器に殆ど留まることなく放熱用熱交換器に流入し、ここで若干放熱する。除湿用熱交換器で除湿された空気は、僅かに加熱されるだけで室内に吹き出す。
特開２００１−２４８９３８号公報

しかしながら、この種の空気調和装置では、冷房運転時でも放熱用熱交換器における放熱がゼロにはならないため、冷房運転時の効率が悪かった。また、空気調和装置の能力を大きくするためには、液冷媒が流れる配管の管径を大きくすれば良いが、冷房運転時と除湿運転（再熱除湿運転）時のそれぞれにおける最適な冷媒量の差が大きくなり、空気調和装置全体としての効率が低下するという問題があった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、効率良く冷房運転と再熱除湿運転が可能にすることを主な目的とする。

上記の課題を解決する本発明は、室内機に第一熱交換器と第二熱交換器とを気流の流れる方向に沿って順番に設け、前記第一熱交換器から前記第二熱交換器に冷媒が流れる経路中に減圧装置を設けると共に、前記減圧装置をバイパスする回路を設け、この回路に冷媒の貯溜器と二方弁とを第一熱交換器側から順番に設けたことを特徴とする空気調和装置とした。
この空気調和装置では、冷房時に二方弁を開いて、貯溜器及び減圧装置のそれぞれを通って冷媒を第一熱交換器から第二熱交換器に流入させる。再熱除湿時に二方弁を閉じて、貯溜器に余剰な冷媒を溜め込み、その他の冷媒を減圧装置で減圧させた後、第二熱交換器に流入させる。

本発明によれば、第一熱交換器から第二熱交換器に至るまでの経路中に減圧装置をバイパスする経路を設け、この経路中に貯溜器を設けたので、冷媒の一部を第二熱交換器に供給しながら、冷媒を貯溜器に溜めることが可能になる。したがって、空気調和装置の運転モードに合わせて冷媒の循環量を室内機側で変化させることができ、運転モードに依らずに効率の良い運転が可能になる。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に空気調和装置の概略構成を示す。空気調和装置１は、室外機２と室内機３とが配管４，５で接続された構成を有している。
室外機２は、圧縮機１０の吐出口に接続された吐出配管１１が室外熱交換器１２の流入口に接続されている。室外熱交換器１２の流出口には、配管４が接続されており、配管４はその経路中に第一減圧装置１３が設けられた後に室内機３に導かれている。

室内機３は、第一熱交換器２１と第二熱交換器２２とを有し、第一、第二熱交換器２１，２２が送風ファン２３の形成する気流の経路（図中に矢印Ａで示す）中に、第二熱交換器２２、第一熱交換器２１の順番に略平行に配置されている。第一、第二熱交換器２１，２２の容量は、略等しい。第一熱交換器２１の上部には、冷媒の流入口２１Ａが設けられており、この流入口２１Ａに配管４が接続されている。第一熱交換器２１の流出口２１Ｂは下部に設けられており、ここには配管２４が接続されている。

配管２４は、上向きに引き回された後に分岐部２５が形成されている。分岐部２５は、上向きに凸となるように略Ｕ字状に湾曲している。分岐部２５は、配管２４と一体に構成されても良いし、別の配管を接続させても良い。分岐部２５の下向きに折り返された端部２５Ａは、貯溜器２６に上方から引き込まれている。貯溜器２６は、所定量の冷媒を内部に溜めることができるタンクであり、各熱交換器２１，２２を通過して室内に吹き出される気流の経路Ａ中に配置されている。貯溜器２６の下端からは、配管２７が延びており、この配管２７は二方弁２８が設けられた後に、第二熱交換器２２の下部に形成された流入口２２Ａに接続されている。二方弁２８は、各熱交換器２１，２２を通過して室内に吹き出される気流の経路Ａから外れた位置に配置されている。なお、図１においては、気流の経路Ａに直交する左右方向にはずれた位置に配置されているが、気流の経路Ａの上側や、下側に配置しても良い。

分岐部２５の中央、つまり最も高い位置には、配管２９が接続されている。配管２９は、分岐部２５から上方に略垂直に延びた後に、下方に向けて引き回され、第二減圧装置３０が設けられた後に配管２７に、二方弁２８より第二熱交換器２２側で接続されている。なお、第二減圧装置３０は、気流の経路Ａ中に配置しても良いが、気流の経路Ａの外に配置することが好ましい。なお、配管２９を通る経路は、後述するように常に開放されており、貯溜器２６側の経路が配管２９の経路をバイパスする回路となる。

第二熱交換器２２は、上部に冷媒の流出口２２Ｂが設けられており、ここに配管５が接続されている。配管５は、室外機２に導かれ、気液分離装置３１に上方から挿入されている。気液分離装置３１からは吸入配管３２が延びている。吸入配管３２は、圧縮機１０の吸入口に接続されている。圧縮機１０、第一減圧装置１３、二方弁２８、第２減圧装置３０は、制御装置４０によって制御されている。

この実施の形態の作用について説明する。
冷房運転を行う際には、図１に矢印Ｂで示すように冷媒を循環させる。すなわち、制御装置４０は、第一減圧装置１３を予め定められた所定開度に設定する。さらに、二方弁２８を開いて、第二減圧装置３０を全開にする。圧縮機１０を運転させると、圧縮機１０から吐出される高圧のガス冷媒が室外熱交換器１２に流入する。第一減圧装置１３が所定開度に設定されているので、室外熱交換器１２ではガス冷媒が凝縮して液冷媒となる。これによって、第一減圧装置１３で減圧された二相冷媒が室内機３に流入する。室内機３では、第一熱交換器２１の上部に二相冷媒が流入し、送風ファン２３で送気される気流と熱交換を行って蒸発しながら下方に向かって流れる。この二相冷媒は、配管２４を通って分岐部２５で端部２５Ａ側と配管２９に分岐する。分岐部２５は略Ｕ字状になっているので、二相冷媒であっても流動抵抗が少なくなっており、スムーズに通過することができる。

貯溜器２６では、二方弁２８が開いているので、冷媒は溜まることなく第二熱交換器２２に流入する。貯溜器２６は、気流の経路Ａの下流側に配置されているので、貯溜器２６が蒸発器として機能する。つまり、貯溜器２６を流れる液冷媒が、貯溜器２６の周囲を流れる空気と熱交換して一部が気化しながら、配管２７に流出する。一方、配管２９では、第二減圧装置３０が全開しているので、冷媒は大きく減圧されることなく流れ、配管２７を流れる冷媒と合流して第二熱交換器２２に流入する。第二熱交換器２２では、二相冷媒が熱交換によって蒸発し、飽和冷媒又はガス冷媒が形成される。送風ファン２３から送気される空気は、第一、第二熱交換器２１，２２で冷却されて、室内に吹き出される。第二熱交換器２２から流出する冷媒は、配管５を通って室外機２に導かれ、気液分離装置３１を通って各圧縮機１０に吸入される。そして、再び圧縮されて吐出配管１１に吐出される。

再熱除湿運転を行う際には、図１に矢印Ｃで示すように冷媒を循環させる。すなわち、制御装置４０は、第一減圧装置１３を全開にする。さらに、二方弁２８を閉じて、第二減圧装置３０を予め定められた所定の開度に設定する。圧縮機１０を運転させると、高圧のガス冷媒が室外熱交換器１２に流入する。第一減圧装置１３は全開なので、室外熱交換器１２及び第一熱交換器２１によって高圧のガス冷媒から液冷媒が形成される。この際に、第一熱交換器２１の周囲に放熱が行われる。第一熱交換器２１の下部から流出する高圧の液冷媒は、分岐部２５において端部２５Ａ側と配管２９とに分流する。端部２５Ａを流れる液冷媒は、貯溜器２６に流入する、二方弁２８が閉じているので、貯溜器２６に液冷媒が溜まる。配管２９を流れる液冷媒は第二減圧装置３０で減圧されつつ、第二熱交換器２２に流入し、熱交換によって気化する。この際の吸熱によって周囲の空気が除湿冷却される。第二熱交換器２２で除湿冷却された空気は、送風ファン２３によって第一熱交換器２１の周囲に導かれ、第一熱交換器２１の放熱によって暖められて、除湿空気として室内に吹き出される。第二熱交換器２２から流出する冷媒は、室外機２の圧縮機１０に吸入されて、再び圧縮、吐出される。

冷媒の一部が貯溜器２６に溜まることで再熱除湿運転時に空気調和装置１を循環する冷媒量が減る。貯溜器２６の容積は、冷房運転に最適な冷媒量と、再熱除湿運転に最適な冷媒量との差に略相当する大きさになっている。再熱除湿運転から冷房運転に切り替わったときには、二方弁２８が開くので、貯溜器２６に溜まっている液冷媒が第二室外熱交換器２２に供給され、空気調和装置１を循環する冷媒量が増加する。

この実施の形態によれば、貯溜器２６と第二減圧装置３０とを並列に接続し、貯溜器２６側に二方弁２８を設けて第二減圧装置３０の経路に対するバイパス回路とし、冷房運転時と再熱除湿運転時とで冷媒の経路を異なるように構成したので、２つの熱交換器２１，２２を共に蒸発器として用いる冷房運転が可能になる。また、再熱除湿運転時には、二方弁２８を閉じることで余剰となる冷媒を貯溜器２６に溜めて冷媒の循環量を減少させることができるので、冷房運転と再熱除湿運転のそれぞれにおいて最適な冷媒量で効率良く運転することが可能になる。
第一熱交換器２１の下部から第二熱交換器２２に冷媒が流れるようにしたので、第一熱交換器２１で液冷媒が形成されるときに、液冷媒を速やかに第二熱交換器２２に向けて流出させることが可能になり、第一熱交換器２１内に液冷媒が滞溜しなくなる。このため、第一熱交換器２１における熱交換の効率を高く維持することができる。

第一熱交換器２１から延びる配管２４に上向きに凸となる分岐部２５を設けたので、二相冷媒を通過させる際の流動抵抗を最低限に抑えつつ、ガス冷媒と液冷媒とを速やかに分離することが可能になる。したがって、再熱除湿運転時に、余剰となる液冷媒を貯溜器２６に速やかに回収できる。
室内に吹き出す気流の経路Ａ中に貯溜器２６を晒すように配置したので、冷房運転時に貯溜器２６を蒸発器として使用することが可能になり、冷房効率をさらに向上させることができる。二方弁２８は、気流の経路Ａ外に配置したので、第一、第二熱交換器２１，２２に生じる結露水に二方弁２８が晒されないようになる。

ここで、分岐部の変形例を図２に示す。図２に示す分岐部５０は、第一熱交換器２１から延びる配管２４が分岐配管５１に略垂直に接続された略Ｔ字形になっている。分岐配管５１は、斜めに傾斜しており、下方に延びる端部５１Ａには、貯溜器２６が接続される。上方に延びる端部５１Ｂには第二減圧装置３０が接続される。この分岐部５０に二相冷媒を流すと、配管２４を流れる二相冷媒が分岐配管５１の内壁に衝突するようになり、液冷媒とガス冷媒とを分離し易くなる。冷房運転から再熱除湿運転に切り替えた直後は、定常運転になるまで分岐配管５１に二相冷媒が流れる。この際に、分岐配管５１において液冷媒とガス冷媒とが分離され、液冷媒は貯溜器２６に溜まる。ガス冷媒は第二減圧装置３０を通って第二熱交換器２２に供給される。これによって、再熱除湿に直接には寄与しない液冷媒で、余剰となる冷媒が貯溜器２６に回収されるようになる。即ち、運転切り替え後の貯溜器２６への液冷媒の貯溜が速やかに行われ、再熱除湿運転に適切な冷媒量での運転に至るまでの移行時間を短縮できる。

なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することが可能である。
例えば、貯溜器２６は、第二熱交換器２２と、第一熱交換器２１の間で、気流の経路Ａ中に配置しても良い。また、室外機２の構成や数は、図示したものに限定されない。
第一、第二減圧装置１３，３０は、圧力を制御可能な構成であれば如何なる構成でも良い。二方弁２８は、開閉弁など流路の切り替えが可能な弁であれば如何なる弁でも良い。

本発明の実施の形態に係る空気圧縮機の概略構成を示す図である。 分岐の他の形態を示す概略図である。

符号の説明

１ 空気調和装置
２１ 第一熱交換器
２１Ｂ 流出口
２２ 第二熱交換器
２４ 配管
２５，５０ 分岐部
２５Ａ 端部
２６ 貯溜器
２８ 二方弁
２９ 配管
３０ 第二減圧装置（減圧装置）
５１ 分岐配管
５１Ａ 端部（下方に延びる端部）
５１Ｂ 端部（上方に延びる端部）

Claims (2)

1. 室内機に第一熱交換器と第二熱交換器とを気流の流れる方向に沿って順番に設け、前記第一熱交換器から前記第二熱交換器に冷媒が流れる経路中に減圧装置を設けると共に、前記減圧装置をバイパスする回路を設け、この回路に冷媒の貯溜器と二方弁とを第一熱交換器側から順番に設け、
   前記第一熱交換器の下部に冷媒の流出口が設けられ、前記流出口に接続された配管には前記減圧装置と前記貯留器とに分岐する分岐部を有し、前記分岐部は、上向きに凸となる略Ｕ字状に湾曲した配管の途中から上向きに延びる配管が設けられ、前記湾曲した配管は前記貯溜器に上方から接続され、前記上向きに延びる配管は前記減圧装置に接続されていることを特徴とする空気調和装置。
2. 前記第一、第二熱交換器に対して気流の下流側に前記貯溜器が配置され、前記二方弁は前記第一、第二熱交換器を通る気流の経路から外れた位置に設けたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。

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