JP4266601B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルの運転により冷房運転を行う空気調和機に関し、特に除湿運転を行うことのできる空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気調和機は冷媒の圧縮及び減圧により冷凍サイクルを運転して冷暖房運転を行う。除湿運転時には空気の冷却により水分を凝縮するため空気温度が低下する。このため、特開平１０−８９８０３号公報には熱交換器の一部で空気を加熱することにより室内温度を低下させることなく除湿運転を行うことのできる空気調和機が開示されている。
【０００３】
図６はこの空気調和機の冷凍サイクルを示す回路図である。空気調和機の室内機（不図示）には第１、第２熱交換器５、６が直列に配され、第２熱交換器６の一端は四方切替弁２を介して圧縮機１の一端に連結されている。圧縮機１の他端は室外熱交換器３に連結され、室外熱交換器３は減圧器４を介して第１熱交換器５に連結される。また、第１熱交換器５と第２熱交換器６との間には補助減圧器１１が設けられている。
【０００４】
上記構成の空気調和機において、冷房運転時には補助減圧器１１の減圧動作が停止され、圧縮機１が駆動されると矢印Ａ（図中、実線で示す）に示す方向に冷媒が流通する。圧縮機１で圧縮された高温の冷媒は、室外熱交換器３で熱を放出して凝縮する。凝縮により液化された冷媒は、減圧器４で減圧された後、気化する際に第１、第２熱交換器５、６で気化熱を奪って圧縮機１に戻る。これにより、高温側となった室外熱交換器３により熱を放出するとともに第１、第２熱交換器５、６が低温側となり、室内の空気と熱交換して室内の空気が冷却される。
【０００５】
暖房運転時には四方切替弁２が切り替えられ、圧縮機１が駆動されると矢印Ｂ（図中、破線で示す）に示す方向に冷媒が流通する。圧縮機１により圧縮された高温の冷媒は、第１、第２熱交換器５、６で熱を放出して凝縮する。凝縮して液化された冷媒は、減圧器４で減圧された後、気化する際に室外熱交換器３で気化熱を奪って圧縮機１に戻る。これにより、第１、第２熱交換器５、６が高温側となり、室内の空気と熱交換して室内の空気が加熱される。
【０００６】
除湿運転時には、減圧器４の減圧動作が停止されるとともに補助減圧器１１が減圧動作可能に切り替えられ、冷房運転時と同様に矢印Ａに示すように冷媒が流通する。これにより、第２熱交換器６が低温側になるとともに、室外熱交換器３及び第１熱交換器５が高温側となる。このため、空気調和機の室内機に取り込まれた空気は第２熱交換器６で凝縮されるとともに第１熱交換器５と熱交換して昇温され、室内の温度を低下させることなく除湿を行うことができるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
熱交換器は冷媒が流通する伝熱管と伝熱管を覆うフィンから成っており、複数の伝熱管を並列に配した複数系統に構成すると冷媒の流通抵抗を低減して冷房効率及び暖房効率を向上させることができる。しかしながら、上記の空気調和機によると、第１、第２熱交換器５、６を複数系統にすると以下の問題があった。
【０００８】
図７は、上記の空気調和機において、第１、第２熱交換器５、６を夫々複数の伝熱管を並列に配した複数系統に構成した例を示す回路図である。第１、第２熱交換器５、６は夫々並列な４本づつの伝熱管５ａ〜５ｄ、６ａ〜６ｄを有し、各４系統になっている。伝熱管５ａ〜５ｄ、６ａ〜６ｄに接する金属製のフィンにより空気との熱交換が行われる。
【０００９】
伝熱管５ａ、５ｂの両端は配管２１ａ、２１ｂにより連結され、伝熱管５ｃ、５ｄの両端は配管２１ｃ、２１ｄにより連結されている。更に、配管２１ａ、２１ｃは配管２１ｅにより連結され、配管２１ｂ、２１ｄは配管２１ｆにより連結される。
【００１０】
同様に、伝熱管６ａ、６ｂの両端は配管２２ａ、２２ｂにより連結され、伝熱管６ｃ、６ｄの両端は配管２２ｃ、２２ｄにより連結されている。更に、配管２２ａ、２２ｃは配管２２ｅにより連結され、配管２２ｂ、２２ｄは配管２２ｆにより連結される。
【００１１】
このため、１２箇所の分岐部１４が必要となり、分岐部１４の屈曲によって圧力損失が大きくなる。また、第１熱交換器５を通過後の冷媒が補助減圧器１１で１経路に合流されるため流路抵抗が増加する。このため、空気調和機の冷房効率及び暖房効率を向上させることができない問題があった。
【００１２】
また、図８は第１、第２熱交換器５、６を示す断面図である。第１、第２熱交換器５、６は送風機１６を覆うように配置される。送風機１６の駆動によって図中、左方から空気が流入し、第１、第２熱交換器５、６と熱交換した空気が下方に送出されるようになっている。同図に示すように、第１、第２熱交換器５、６を４系統にすると分岐部１４及び配管２１ａ〜２１ｆ、２２ａ〜２２ｆによる占有スペースが大きくなり、空気調和機が大型になる問題もあった。
【００１３】
本発明は、配管を簡素化して省スペース化を図るとともに冷媒の流通抵抗を低減して冷房効率及び暖房効率を向上することのできる空気調和機を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、
減圧器で減圧された冷媒が並列に配された第１、第２熱交換器を流通して冷房運転を行う空気調和機において、
第１熱交換器の冷媒流出側と第２熱交換器の冷媒流入側とを連結して冷媒を減圧する連結通路を設けるとともに前記連結通路に第３熱交換器を設け、
除湿運転時に前記減圧器、第１熱交換器、第３熱交換器、第２熱交換器の順に冷媒が流通するとともに、
冷房運転時または暖房運転時には、第１熱交換器、第２熱交換器、第３熱交換器を並列に冷媒が流通する。
【００１５】
この構成によると、冷房運転時には第１、第２熱交換器が冷凍サイクルの低温側になり第１、第２熱交換器と熱交換した空気が冷却される。冷房運転時または暖房運転時には第１〜第３熱交換器を並列に冷媒が流通する。除湿運転時には第１熱交換器が冷凍サイクルの高温側となり、第２熱交換器が低温側となって、第１熱交換器と熱交換して昇温された空気が第２熱交換器と熱交換して凝縮される。除湿運転時には、第１熱交換器、第３熱交換器、第２熱交換器の順に冷媒が流通する。連結通路に冷媒を減圧する補助減圧器を設けても良い。
【００１７】
また、第１熱交換器と補助減圧器との間に第３熱交換器を配することにより、冷房運転時に補助減圧器で更に減圧して降温された冷媒が第３熱交換器を流通して冷却効率が向上される。
【００１８】
また冷房運転時には連結通路を流通する冷媒は補助減圧器により減圧されるため第１、第２熱交換器よりも少ない冷媒が流れる。このため、第１、第２熱交換器よりも第３熱交換器の熱交換面積を小さくして第３熱交換器の不要な大型化を防止することができる。
【００１９】
また、第１熱交換器または第２熱交換器を第３熱交換器の風上または風下に配置するとよい。このようにすると、第３熱交換器に流入する冷媒量が少なくなっても、第３熱交換器で熱交換されない空気が第１熱交換器または第２熱交換器で熱交換されて水滴の送出を防止できる。
【００２０】
また本発明は、第１、第２熱交換器の少なくとも一方は、冷媒が流通する複数の伝熱管を並列に配した複数系統に構成され、冷房運転時に複数の伝熱管を同時に冷媒が流通して冷房効率を向上させることができる。
【００２１】
また本発明は、上記構成の空気調和機において、第１熱交換器の冷媒流出側と第２熱交換器の冷媒流入側にそれぞれ第１、第２開閉弁を設け、第１熱交換器と第１開閉弁との間から第２熱交換器と第２開閉弁との間に前記連結通路を接続している。この構成によると、冷房運転時には第１、第２開閉弁が開かれ、第１、第２熱交換器及び連結通路を並列に冷媒が流通する。除湿運転時には、第１、第２開閉弁が閉じられ、第１熱交換器、連結通路、第２熱交換器の順に冷媒が流通する。
【００２２】
また、連結通路の一端において第１熱交換器から第１開閉弁に向かう冷媒の圧力損失よりも第１熱交換器から前記連結通路に向かう冷媒の圧力損失を大きくすることにより、冷房運転時の圧力損失を低減して冷却効率が向上する。第２開閉弁から第２熱交換器に向かう冷媒の圧力損失よりも第２開閉弁から前記連結通路に向かう冷媒の圧力損失を大きくしても良い。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。説明の便宜上、従来例の図６〜８と同一の部分については同一の符号を付している。図１は一実施形態の空気調和機の冷凍サイクルを示す回路図である。空気調和機の室内機（不図示）には第１、第２熱交換器５、６が並列に配され、第１、第２熱交換器５、６の一端は四方切替弁２を介して圧縮機１の一端に連結されている。圧縮機１の他端は室外熱交換器３に連結され、室外熱交換器３は減圧器４を介して第１、第２熱交換器５、６の他端に連結されている。
【００２４】
また、第１熱交換器５の一端側には開閉弁９（第１開閉弁）が設けられ、第２熱交換器６の他端側には開閉弁１０（第２開閉弁）が設けられる。第１熱交換器５と開閉弁９との間から第２熱交換器６と開閉弁１０との間には連結通路２０が接続されている。連結通路２０には第３熱交換器７及び補助減圧器８が設けられている。
【００２５】
図５は第１熱交換器５と開閉弁９との間の連結通路２０の分岐部１４を示す断面図である。配管２５ｃの図中、左方に第１熱交換器５が接続され、配管２５ｄの右方に開閉弁９が接続されている。配管２５ｃ、２５ｄは直線状に接続され、連結通路２０は配管２５ｃ、２５ｄに対して垂直に接続されている。従って、第１熱交換器５から矢印Ｄの方向に流出して連結通路２０の方向に進行する冷媒の圧力損失が、開閉弁９の方向へ向かう冷媒の圧力損失よりも大きくなる。
【００２６】
また、開閉弁１０と第２熱交換器６との間の連結通路２０の分岐部１４も同様に構成されている。このため、開閉弁１０から連結通路２０の方向に進行する冷媒の圧力損失が、開閉弁１０から第２熱交換器６の方向へ向かう冷媒の圧力損失よりも大きくなる。
【００２７】
図２は第１、第２、第３熱交換器５、６、７部分の詳細を示す図である。第１、第２、第３熱交換器５、６、７は冷媒が流通する伝熱管に金属製のフィン１５（図４参照）が接して配される。フィン１５により室内空気と効率良く熱交換を行うようになっている。第１熱交換器５は伝熱管５ａ、５ｂを並列に配した２系統に構成されている。同様に、第２熱交換器６は伝熱管６ａ、６ｂを並列に配した２系統に構成されている。
【００２８】
伝熱管５ａ、５ｂは配管２３ａ、２３ｂにより連結されている。伝熱管６ａ、６ｂは配管２４ａ、２４ｂにより連結されている。更に、配管２３ａ、２４ａは配管２５ａにより連結され、配管２３ｂ、２４ｂは配管２５ｂにより連結されている。これにより、連結通路２０を含む配管の分岐部１４は８箇所になっている。
【００２９】
上記構成の空気調和機において、冷房運転時には開閉弁９、１０が開かれ、圧縮機１が駆動されると矢印Ａ（図中、実線で示す）に示す方向に冷媒が流通する。圧縮機１で圧縮された高温の冷媒は、室外熱交換器３で熱を放出して凝縮する。凝縮により液化された冷媒は、減圧器４で減圧された後、第１熱交換器５の伝熱管５ａ、５ｂ、第２熱交換器６の伝熱管６ａ、６ｂ及び連結通路２０に流入して５系統に分岐する。第１、第２熱交換器５、６を通る冷媒は気化する際に気化熱を奪って圧縮機１に戻る。
【００３０】
連結通路２０に流入した冷媒は補助減圧器８で更に減圧された後、第３熱交換器７で気化する際に気化熱を奪って圧縮機１に戻る。これにより、高温側となった室外熱交換器３により熱を放出するとともに第１、第２、第３熱交換器５、６、７が低温側となる。
【００３１】
暖房運転時には四方切替弁２が切り替えられ、圧縮機１が駆動されると矢印Ｂ（図中、破線で示す）に示す方向に冷媒が流通する。圧縮機１により圧縮された高温の冷媒は第１熱交換器５の伝熱管５ａ、５ｂ、第２熱交換器６の伝熱管６ａ、６ｂ及び連結通路２０に流入して５系統に分岐する。これにより、冷媒は第１、第２、第３熱交換器５、６、７で熱を放出して凝縮する。凝縮して液化された冷媒は、補助減圧器８及び減圧器４で減圧された後、気化する際に室外熱交換器３で気化熱を奪って圧縮機１に戻る。これにより、第１、第２、第３熱交換器５、６、７が高温側となる。
【００３２】
除湿運転時には、減圧器４の減圧動作が停止され、開閉器９、１０が閉じられる。圧縮機１を駆動すると、図３の矢印Ｃに示すように冷媒が流通する。圧縮機１で圧縮された高温の冷媒は、室外熱交換器３、第１熱交換器５及び第３熱交換器７で熱を放出して凝縮する。凝縮により液化された冷媒は、補助減圧器８で減圧された後、第２熱交換器６で気化する際に気化熱を奪って圧縮機１に戻る。これにより、第２熱交換器６が低温側になるとともに、室外熱交換器３及び第１、第３熱交換器５、７が高温側となる。
【００３３】
図４は空気調和機の室内機の構成を示す側面断面図である。第１、第２、第３熱交換器５、６、７は送風機１６を覆うように配置される。送風機１６の駆動により、図中、左方から室内の空気が取り込まれ、第１、第２、第３熱交換器５、６、７と熱交換して図中、下方から室内に送出される。
【００３４】
冷房運転時には低温側となる第１、第２、第３熱交換器５、６、７により冷却された空気が室内に送出される。暖房運転時には高温側となる第１、第２、第３熱交換器５、６、７により加熱された空気が室内に送出される。除湿運転時には、室内機に取り込まれた空気が第２熱交換器６により冷却して凝縮されるとともに高温側の第１、第３熱交換器５、７により加熱され、室内の温度を低下させることなく除湿を行うことができる。
【００３５】
本実施形態によると、冷房運転時及び暖房運転時には、第１、第２、第３熱交換器５、６、７により５系統に分岐して冷媒が流通する。この時、配管の分岐部１４が８箇所になっており、従来例の図８に示した４系統の場合よりも更に分岐部１４が少なく圧力損失を低下させて冷房効率及び暖房効率を向上させることができる。
【００３６】
更に、分岐部１４や配管のためのスペースを削減することができ、空気調和機の小型化を図ることができる。５系統の場合に限られず、第１、第２熱交換器５、６の少なくとも一方が並列に伝熱管が配された複数系統の構成であれば同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、冷暖房運転時に連結通路２０には補助減圧器８によって減圧した冷媒が流通するため冷媒量が第１、第２熱交換器５、６よりも少なくなる。このため、連結通路２０の両端のＴ字型に形成される分岐部１４は、流量の多い側が直線状に形成され、圧力損失が低くなっている。これにより、冷凍サイクル全体の圧力損失を低減することができる。従って、空気調和機の冷房効率及び暖房効率を向上させることができる。
【００３８】
この時、前述の図４に示すように、第１熱交換器５は伝熱管５ａ、５ｂを夫々１０重に屈曲して形成され、第２熱交換器６は伝熱管６ａ、６ｂを夫々８重に屈曲して形成されている。これに対し、第３熱交換器７は伝熱管を４重に屈曲して形成され、第１、第２熱交換器５、６よりも熱交換面積が小さくなっている。これにより、冷媒流通量の少ない第３熱交換器７を不要に大型化することなく、空気調和機の小型化を図ることができる。
【００３９】
また、第３熱交換器７を補助減圧器８と第１熱交換器５との間に配置しているので、冷房運転時には第３熱交換器７は補助減圧器８の下流側になる。このため、補助減圧器８で更に減圧された冷媒が第３熱交換器７に流入して熱交換効率を向上させることができる。同様に、暖房運転時には第３熱交換器７は補助減圧器８の上流側になるため、高圧力で高温の冷媒が第３熱交換器７に流入して熱交換効率を向上させることができる。
【００４０】
また、第３熱交換器７が第１熱交換器５の風上に配されて第３熱交換器７で熱交換される空気が第１熱交換器５でも熱交換される。このため、冷房運転時に運転条件の変化によって第３熱交換器７に流入する冷媒が減少しても、空気は第１熱交換器５で凝縮される。従って、熱交換されない空気が吹出口近傍で冷気と接触することにより凝縮して水滴が吹き出されることを防止することができる。第３熱交換器７を第１熱交換器５の風下に配置しても良く、第２熱交換器６の風上または風下に配置しても良い。
【００４１】
尚、本実施形態において、開閉弁９、１０に替えて連結通路２０の両端部に三方切替弁を設けても良い。これにより、冷房運転時及び暖房運転時には三方切替弁の切り替えにより連結通路２０側を閉じると第１、第２熱交換器５、６により４系統に分岐して冷媒が流通する。
【００４２】
除湿時には三方切替弁を切り替えて連結通路２０側を開くことにより第１熱交換器５が高温側となり第２熱交換器６が低温側となる。この時、冷暖房運転時には連結通路２０を冷媒が流通しないので第３熱交換器７を省いても良い。また、連結通路２０には補助減圧器８を必ずしも設ける必要はなく、例えば、連結通路２０を減圧作用を有するように細く形成しても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によると、第１、第２熱交換器を並列に配して冷媒を減圧できる連結通路により第１熱交換器の冷媒流出側と第２熱交換器の冷媒流入側とを連結するので、簡単に室内温度を低下させることなく除湿運転を行うことができる。また、冷房運転時及び暖房運転時に複数系統に分岐した冷媒の流通経路を分岐部を少なく構成することができる。従って、圧力損失を低下させて冷房効率及び暖房効率を向上させることができる。更に、配管や分岐のためのスペースを削減することができ、空気調和機の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明の実施形態の空気調和機の冷凍サイクルを示す回路図である。
【図２】は、本発明の実施形態の空気調和機の冷凍サイクルの詳細を示す回路図である。
【図３】は、本発明の実施形態の空気調和機の冷凍サイクルの除湿運転時の冷媒の流れを示す回路図である。
【図４】は、本発明の実施形態の空気調和機の室内機の要部を示す側面断面図である。
【図５】は、本発明の実施形態の空気調和機の連結通路の連結部を示す断面図である。
【図６】は、従来の空気調和機の冷凍サイクルを示す回路図である。
【図７】は、従来の空気調和機の複数系統の熱交換器を示す回路図である。
【図８】は、従来の空気調和機の要部を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 四方切替弁
３ 室外熱交換器
４ 減圧器
５ 第１熱交換器
５ａ〜５ｄ、６ａ〜６ｄ 伝熱管
６ 第２熱交換器
７ 第３熱交換器
８、１１ 補助減圧器
９、１０ 開閉弁
１４ 分岐部
１５ フィン
１６ 送風機
２０ 連結通路
２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２５ａ〜２５ｄ 配管

Claims (9)

1. 減圧器で減圧された冷媒が並列に配された第１、第２熱交換器を流通して冷房運転を行う空気調和機において、
   第１熱交換器の冷媒流出側と第２熱交換器の冷媒流入側とを連結して冷媒を減圧する連結通路を設けるとともに前記連結通路に第３熱交換器を設け、
   除湿運転時に前記減圧器、第１熱交換器、第３熱交換器、第２熱交換器の順に冷媒が流通するとともに、
   冷房運転時または暖房運転時には、第１熱交換器、第２熱交換器、第３熱交換器を並列に冷媒が流通することを特徴とする空気調和機。
2. 前記連結通路を流通する冷媒を減圧する補助減圧器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記連結通路を流通する冷媒を減圧する補助減圧器を設け、第１熱交換器と前記補助減圧器との間に第３熱交換器を配したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
4. 第１、第２熱交換器よりも第３熱交換器の熱交換面積を小さくしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の空気調和機。
5. 第１、第２熱交換器の少なくとも一方を第３熱交換器の風上または風下に配置したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の空気調和機。
6. 第１、第２熱交換器の少なくとも一方は、冷媒が流通する複数の伝熱管を並列に配して成ることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の空気調和機。
7. 第１熱交換器の冷媒流出側と第２熱交換器の冷媒流入側にそれぞれ第１、第２開閉弁を設け、第１熱交換器と第１開閉弁との間から第２熱交換器と第２開閉弁との間に前記連結通路を接続したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の空気調和機。
8. 前記連結通路の一端において第１熱交換器から第１開閉弁に向かう冷媒の圧力損失よりも第１熱交換器から前記連結通路に向かう冷媒の圧力損失を大きくしたことを特徴とする請求項７に記載の空気調和機。
9. 前記連結通路の一端において第２開閉弁から第２熱交換器に向かう冷媒の圧力損失よりも第２開閉弁から前記連結通路に向かう冷媒の圧力損失を大きくしたことを特徴とする請求項７に記載の空気調和機。

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