JP4501930B2

JP4501930B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP4501930B2
Application number: JP2006332084A
Authority: JP
Inventors: 直斎藤; 誠司平川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2026-12-08
Also published as: JP2008145040A; CN101196317A; EP1930663A2; EP1930663B1; EP1930663B9; ES2640473T9; EP1930663A3; ES2640473T3; CN101196317B

Description

この発明は、空気調和装置に関するものであり、特に室内機に関するものである。

従来の空気調和装置は、室内機の高さ寸法が３６０ｍｍ、奥行き寸法が１５０ｍｍ、そして横流ファンの直径が８６ｍｍ、室内側熱交換器の段数を１４段とした構成のものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特公平７−３０９２６号公報（第２項、第１図）

現在、家庭内で使用される電力消費量として最も高いとされている空気調和装置の省エネ化は、地球温暖化抑制として社会的な取り組みとなっている。特に空気調和装置の中で、室内機を室内の壁面に掛けて設置し、圧縮機や室外側熱交換器などを有した室外機と冷媒配管接続して使用するセパレート形態の空気調和装置は、全空気調和装置の中で最も構成比率が高く、省エネ法規制値も他の形態区分に比べ、高い省エネ規制値が設定されている。

このため、省エネ化が進むにつれて、空調能力効率向上のために熱交換器等の大型化・大容量化が進み、そのため空気調和装置の外形寸法の大型化、高重量化が進んできた。特に、１台の壁掛け形の室内機と１台の室外機とを冷媒配管接続する形態のものは、家庭で使用する空気調和装置の主流の形態であり、空気調和装置の中でも省エネ法の規制値も高く、高い省エネ性を発揮する機器ほど大型化が進み、室外機の外形寸法の増加と室内機の横幅や縦幅が増加する傾向がある。

室内機および室外機共に大型化してきた背景の一つには、従来の省エネ規制（２００４年度基準及び２００７年度基準）が冷房と暖房の定格運転条件ポイントでのＣＯＰの平均値（冷・暖平均ＣＯＰ）であったことが挙げられる。この冷・暖平均ＣＯＰにおいては、室内機、室外機の大型化がどちらも均等に省エネ効果を有するため室内機、室外機共に大型化してきた。しかし、２０１０年度からの省エネ規制はより実環境に即した通年エネルギー消費効率（ＡＰＦ）での評価へと切り替わるため、ＡＰＦの改善に適した室内機・室外機の形態を考え直す必要がある。

一方で、近年の住宅環境は多様化しており、例えば、和室の三尺間では、３．５寸柱を使用することが多く、空気調和装置の室内機を据付けることが可能な壁面スペースの横幅は概ね８００ｍｍとなっている。また、例えば、リビングではインテリア性の要求から、窓が大型になるケースが増加し、窓上の空気調和装置の室内機を据付けるスペースの縦幅は概ね２９５ｍｍとなるケースが増加しており、空気調和装置の室内機に与えられた設置スペースは縮小化の傾向がある。さらにリビングとダイニングや台所とが一体となり部屋の壁面が少なくなるような大部屋化が進んでおり、壁掛け形のエアコンの設置箇所も少なくなってきている。

以上の様に、部屋の大型化により空気調和装置の大容量化（高能力化）の需要の増加、さらには前記省エネ化・高効率化と共にユニットサイズの大型化が進む一方で、前述の住宅環境の側面からは、ユニットサイズにおける横幅、又は縦幅、もしくはその両方の制約から、空気調和装置の室内機を据付けることができないという問題が増加している。

本発明は、上記のよう問題を解決するためになされたもので、近年の住宅における、空気調和装置の設置スペースを考慮した上で、空気調和装置の室内機の寸法を規定し、室内機の形状及び構成により、寸法制約があるなかで高い省エネ性（ＡＰＦ基準）を実現するとともに素材使用量の削減及びリサイクルの促進により環境負荷を軽減するものである。

この発明の空気調和装置は、回転速度を制御可能なインバータ駆動の圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、減圧装置、室外側熱交換器を接続して構成され、前記四方弁の切換により冷房サイクル及び暖房サイクル運転が可能な、家庭で使用する壁掛け形の１台の室内機と１台の室外機とを冷媒配管接続する形態を有した空気調和装置において、前記室内機は、上面または前面あるいは上面及び前面に吸込み口と下面に吹出し口を有する箱体と、この箱体内に前記吸込み口から吸い込んだ室内空気を前記室内熱交換器を介して前記吹出し口へ送風する横流ファンを備え、この室内機の横幅の最大寸法が８００ｍｍ以下で、かつ高さの最大寸法が２９５ｍｍ以下となる形状を有し、前記横流ファンの直径が１００ｍｍ以上１１５ｍｍ以下、かつ冷房と暖房の定格ＣＯＰの平均値での省エネ法による同一達成率を基準に前記室内側熱交換器と室外側熱交換器の素材合計使用量が８．８Ｋｇを超えないように抑制して、省エネ法基準である冷房運転よりも暖房運転の方が省エネ改善効率が高いＡＰＦ（通年エネルギー消費効率）基準に適応するように前記室内側熱交換器の段数を１６段以上で構成したものである。

この発明の空気調和装置は、回転速度を制御可能なインバータ駆動の圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、減圧装置、室外側熱交換器を接続して構成され、前記四方弁の切換により冷房サイクル及び暖房サイクル運転が可能な、家庭で使用する壁掛け形の１台の室内機と１台の室外機とを冷媒配管接続する形態を有した空気調和装置において、前記室内機は、上面または前面あるいは上面及び前面に吸込み口と下面に吹出し口を有する箱体と、この箱体内に前記吸込み口から吸い込んだ室内空気を前記室内熱交換器を介して前記吹出し口へ送風する横流ファンを備え、この室内機の横幅の最大寸法が８００ｍｍ以下で、かつ高さの最大寸法が２９５ｍｍ以下となる形状を有し、前記横流ファンの直径が１００ｍｍ以上１１５ｍｍ以下、かつ冷房と暖房の定格ＣＯＰの平均値での省エネ法による同一達成率を基準に前記室内側熱交換器と室外側熱交換器の素材合計使用量が８．８Ｋｇを超えないように抑制して、省エネ法基準である冷房運転よりも暖房運転の方が省エネ改善効率が高いＡＰＦ（通年エネルギー消費効率）基準に適応するように前記室内側熱交換器の段数を１６段以上で構成したので、空気調和装置の設置スペースを考慮した室内機寸法範囲で高い省エネ性を実現するとともに素材使用量の削減により環境負荷を軽減する効果を有する。

実施の形態１．
以下にこの発明の実施の形態１について図１−７で説明する。図１は本発明の空気調和装置の冷媒回路図であり、図において、圧縮機１、四方弁２、室外側熱交換器３、膨張機構（電子制御式膨張弁）４、室内側熱交換器５を順次接続して冷凍サイクルを構成し、室外側熱交換器３を配設した風路には室外送風機（プロペラファン）６が、そして室内側熱交換器５には室内送風機（横流ファン）７が設けられている。

冷房運転時は、圧縮機１から圧縮された高温高圧の冷媒が吐出し、四方弁２を介して室外側熱交換器３へ流入する。この室外側熱交換器３ではその風路に設けられた室外側送風機６により室外の空気が室外熱交換器のフィンとチューブ（伝熱管）の間を通過しながら熱交換し冷媒は冷却されて高圧の液状態になり、室外側熱交換器３は凝縮器として作用する。その後、膨張機構４を通過して減圧され低圧の二相冷媒となり室内側熱交換器５に流入する。室内側熱交換器５ではその取り付けられた風路の室内側送風機７の駆動により室内空気が室内側熱交換器５のフィンとチューブ（伝熱管）の間を通過し冷媒と熱交換することにより、室内空間に吹き出される空気は冷やされ、一方冷媒は空気より熱を受け取り蒸発して気体状態となる（室内側熱交換器５は蒸発器として作用する）。その後、圧縮機１へ戻り冷媒は循環することにより室内空間を空調する。また、暖房運転の場合は四方弁２が反転することより冷凍サイクルにおいて上記と逆向きの冷媒流れとなり、室内側熱交換器５が凝縮器として、室外側熱交換器３が蒸発器として作用することで、室内空気を温めることができる。

図２はこの発明の実施の形態１における空気調和装置の室内機の横断面図、図３はこの発明の実施の形態１における空気調和装置の正面図である。図２において、５は室内機の内部に収納されて吸込み口１７から吸込んだ空気を冷却したり暖めたりする室内側熱交換器であって所定間隔をおいて積層された放熱用のフィンに貫通した伝熱管からなり、この熱交換器は圧縮機や膨張弁などからなる冷凍サイクルの一部を構成し、この伝熱管の内部には冷凍サイクルを循環する冷媒が流れ空気と温冷熱交換している。７は吸込み口１７から風路１６を通じて吹出し口１８へ空気を送風する横流ファン、１１は吹出し口１８から吹出した空気の風向を上下方向に制御する上下風向ベーン、１３は吸込み口１７から吸込んだ空気に含まれる粉塵を捕集するフィルター、１４はフィルター１３に付着した粉塵を除去するフィルター清掃機構、１５は冷房または除湿運転の際に熱交換器５に生じる結露水を回収するために吹出し口近傍の風路上壁を形成するノズル２０から構成されるドレンパン、１６は吸込み口１７から吹出し口１８へ通じる風路、１８は横流ファン７によって吸込み口１７から吸込んだ空気を風路１６を通じて室内へ放出する吹出し口、１２は室内機の運転状態を表示する表示部、１９は遠隔操作のためのリモコン信号を受信するための受信部である。

また、熱交換器５を構成する伝熱管の中心の縦方向の設置間隔（段ピッチ）は１５〜２２ｍｍであり、室内機の高さ寸法Ｈを２９５ｍｍ以内で構成するために、熱交換器５を前面側熱交換器５ａがほぼ中心でくの字形に２分割または一体成形した熱交換器５の構成とするとともに、その前面側熱交換器５ａの伝熱管の縦方向積載本数（段数）が約１２段、背面側熱交換器５ｂの伝熱管の縦方向の積載本数が約６段積載できる。つまり、室内機側の熱交換器は合わせて１６段以上の容量となる。さらに熱交換器５の空気流れの上流側に１列からなる補助熱交換器５ｃを配置している。背面側熱交換器５ｂと前面側熱交換器５ａの下側の空気上流側にそれぞれ設けられる。

また、横流ファン７の回転中心は、室内機の高さＨの中心よりも下側に位置し、かつ下端から１／３よりも上側に位置する構成とすることで、室内機内部の上部側にスペースができ、背面熱交換器５ｂが搭載可能となる。さらに、横流ファン７の回転中心の位置と熱交換器５の形状配置より、横流ファン６のファン径を１００ｍｍ以上にすることができ、低騒音・高効率化を図ることができる。

図２において、室内空気の機内への吸込み口１７は前面側熱交換器５ａの上側と背面側熱交換器５ｂに対向した室内機の上部に設けられ、室内空気が通過するグリル９で覆われている。この吸込み口１７が室内機上部の殆どを占めるように形成され十分な吸い込み面積を有しているので、室内機正面側の意匠面には室内空気の吸込み口を持たない構成となっている。

そして、フィルター１３は、吸込み口１７が設けられたパネル９と熱交換器５の間の風路に設置されており、吸込み口１７から空気とともに流入した粉塵が熱交換器５へ侵入する前に捕集するという機能を有している。フィルター清掃機構部１４は、フィルター１３を移動させる移動装置とフィルター１３をブラシ１４ａに押し当てる加圧部１４ｃとフィルター１３に付着した粉塵を回収するブラシ１４ａと回収した粉塵を収納する集塵ボックス１４ｂからなる構成を有している。空気調和装置が定期的にこのフィルター１３に付着した粉塵を除去するので、室内機の風路内部に配設した熱交換器５や横流ファン７などを清潔に保つことができ、さらにフィルターに粉塵が堆積することを防ぐので、風量低下を抑制して初期の効率を維持することができる。なお、集塵ボックス１４ｂは抗菌処置と防カビ処置を施しているので、回収した粉塵に菌やカビが繁殖することを防ぐことができる。

また、このフィルター清掃機構部１４はくの字形の前面側熱交換器５ａの前方斜め上に所定の距離をおいて配置し、前面熱交換器５ａとの間に隙間を設けているので、フィルター１３を通過した空気はフィルター清掃機構部１４から妨げられることなく前面熱交換器５ａの下部まで流れ、効率の良い熱交換を行うことができ、高い省エネ性を得ることができる。

また、前面側熱交換器５ａの上端部、及び、背面側熱交換器５ｂの上端部、と、吸込み口１７の間には、フィルター清掃機構部１４の一部、または、すべてを配置しない構成としたので、室内機の高さ寸法Ｈに対してフィルター清掃機構部１４は影響を与えることはなく、高さ寸法の限られた室内機１の内部に、効率よく熱交換器５を搭載することが可能となり、高い省エネ性を発揮することができる。

また、フィルター清掃機構部１４は、前面側熱交換器５ａの前方に配置し、熱交換器５の横方向の一端と室内機の側面の間には、フィルター清掃機構部１４の一部またはすべてを配置しない構成としたので、フィルター清掃機構部１４は室内機の横幅寸法Ｌに対して増加つまり横長となるような影響を与えることはなく、横幅の限られた室内機の内部に、効率よく熱交換器５を搭載することが可能となり、高い省エネ性を発揮することができる。

また、フィルター清掃機構部１４の搭載なくても、使用者が定期的にフィルター１３を清掃することで、室内機１の内部を清潔に保つことができ、さらにフィルターに粉塵が堆積することを防ぐので初期の効率を維持することができる。また、部屋の空気中に含まれる細かな粉塵を回収するための集塵装置や部屋の空気中の臭いの成分を除去又は分解する脱臭装置を設置することで、室内空間をより快適にすることが可能である。

また、室内機正面側で前面側熱交換器５ａと対向した位置に設けられ開閉可能または着脱自在に設けられたグリル１０は、図３に示すように前面側に吸込み口を設けないので、高いインテリア性を得ることができる。吸込み口１７を室内機の上部に集約したので、フィルター１３は小型化することが可能となり、安価な構成となる。また、図２において室内機高さの最大寸法は２９５ｍｍであり、図３において室内機横幅の最大寸法は８００ｍｍであるため、和室三尺間での３．５寸柱使用による横幅寸法における設置スペースの制限や窓の大型化による高さ寸法における設置スペースの制限など、上述の住宅環境の据付制約を受けることなく、室内壁面の据付可能エリアが拡大する効果も有す。

図４は同一省エネ法基準値達成率における室内側熱交換器の段数と室内側熱交換器と室外側熱交換器の素材使用量合計値（銅とアルミニウムの合計）との関係を示すグラフであり、縦軸に素材使用量［ｋｇ］、横軸に室内側熱交換器段数をとっている。なお、室内機のユニット寸法（横幅）を一定とし、室内側熱交換器の段数変更による熱交換容量の増減として算出している。２００４年及び２００７年の省エネ法基準（冷房と暖房の定格ＣＯＰの平均値）の場合は、室内側熱交換器の段数が減少しても室外側熱交換を室内側熱交換器で減少した分大型化すれば同一の省エネ性を得る事ができるため、図４の実線で示すように、室内側熱交換器の段数が変わっても素材使用量はほぼ同じである。一方、２０１０年の省エネ法基準（ＡＰＦ：通年エネルギー消費効率）の場合は、ＡＰＦの効率改善に占める室内側熱交換器の効率改善の寄与が大きいため、室内側熱交換器の段数を減少させると室外側熱交換器を室内側熱交換器で減少した分以上に大型化しなければならず、図４の点線で示すように室内側熱交換器の段数を増やした方が素材使用量の削減になる。

また、冷凍サイクルを用いた空気調和装置では、冷房性能を改善するためには室内機を大型化するよりも室外機を大型化する方が素材使用量が少なくてすむ。一方、暖房性能を改善するためには室外機を大型化するよりも室内機を大型化する方が素材使用量を少なくできる。このような特性を有した空気調和装置において、２００４年及び２００７年省エネ法基準の場合は冷房・暖房平均ＣＯＰの冷房：暖房の改善寄与率は１：１であるが、２０１０年省エネ法基準の場合はＡＰＦ改善寄与率の冷房と暖房の関係が１：３となる。したがって、ＡＰＦ基準の場合は、暖房の改善が効果的となるので室内機を大型化する方が素材使用量が少なくてすむこととなる。また、熱交換器のフィンと伝熱管のどちらか一方若しくは両方ともにアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いればさらに素材使用量の削減ができる。

図５は室内側熱交換器の段数が１６段の場合のファンの直径と同一騒音時の風量を示している。縦軸に送風風量［ｍ３／ｍｉｎ］、横軸に横流ファン直径［ｍｍ］をとり、実線にて示す。ファン直径が大きいほど羽根寸法や羽根枚数を増加できるので風量も増加でき、風量の増加は熱交換能力向上に繋がるのでファン直径が大きいほどＡＰＦの改善になることが分かる。ここで、ファン直径が大きいほど送風量の増加が可能となりＡＰＦ改善に繋がるが、室内機高さＨが２９５ｍｍという制限を有していれば、ファン直径が１１５ｍｍ以上になると熱交換器とこの横流ファンとの最小隙間距離が小さくなり異常音（回転音）が発生するため、１１０ｍｍから１１５ｍｍが最適な寸法である。

従来の室内機の横幅最大寸法が８００ｍｍ以下かつ高さ最大寸法が２９５ｍｍ以下の空気調和装置は、上記室内機の寸法より大きな空気調和装置を基に断面形状を横幅寸法８００ｍｍ以下で高さ寸法２９５ｍｍ以下となるように相似縮小し、横流ファンの直径を９９ｍｍ以下にし、室内側熱交換器の段数を１５段以下で構成することでコンパクト化を図り、室内機で悪化した省エネ性（冷・暖平均ＣＯＰ基準）は室外機側で補い素材使用量を増加させない手法を用いていた。しかし、２０１０年以降省エネ法基準でのＡＰＦ基準に変更されるため、横幅の最大寸法が８００ｍｍ以下であり、かつ室内機の高さの最大寸法が２９５ｍｍ以下となる室内機は、横流ファンの直径が１００ｍｍ以上であり、かつ前記室内側熱交換器の段数が１６段以上で構成することで高効率でありながら素材使用量の削減ができ環境負荷の軽減に貢献することができる。

図６はこの発明の実施の形態１における他の空気調和装置の室内機の横断面図である。室内側熱交換器５は、室内風路形状に合わせて自由に形状を設定できるように、空気流入側の前面及び流出側の後面が上端から下端まで連続面をなす一体型熱交換器に構成しているため、より熱交換器の高密度実装が可能となり高性能コンパクト化に効果がある。そして、室内風路に対して余分な材料を使わずに済みさらに環境負荷の軽減ができる。

また、図７はこの発明の実施の形態１における空気調和装置の右側面図である。近年は再生用プラスチックの回収量が増え、また回収したプラスチックからの不純物除去の技術向上により、直接使用者の目に触れないような横流ファンのみばかりでなく、意匠部品にも適用可能となった。例えば、図７に示すように、熱交換器５や送風装置などが取り付け固定される本体８、外郭側面や吸い込み口を有したパネル９、そして正面側の意匠面となり開閉可能または着脱自在に設けられたグリル１０、上下風向ベーン（図示せず）の外郭をなす意匠部品及び横流ファンに再生プラスチックを用いることでさらに環境負荷軽減を図っている。

なお、図２、図３では吸込み口１７が室内機の上面側だけの構成として説明したが、これに限定するものではなく、室内機の前面側だけでも良いし、あるいは上面および前面に設けた構成でも同様の効果が得られる。

この発明の実施の形態１における空気調和装置の冷媒回路図である。この発明の実施の形態１における空気調和装置の室内機の横断面図である。この発明の実施の形態１における空気調和装置の室内機の正面図である。この発明の実施の形態１における空気調和装置の同一省エネ法基準値達成率における室内側熱交換器の段数と室内側熱交換器と室外側熱交換器の素材使用量合計値を示すグラフである。この発明の実施の形態１における空気調和装置のファンの直径と同一騒音時の風量を示すグラフである。この発明の実施の形態１における他の空気調和装置の室内機の横断面図である。この発明の実施の形態１における空気調和装置の室内機の右側面図である。

符号の説明

１圧縮機、２四方弁、３室外側熱交換器、４膨張機構、５室内側熱交換器、５ａ前面側熱交換器、５ｂ背面側熱交換器、５ｃ補助熱交換器、６室外送風機、７室内送風機（横流ファン）、８本体、９パネル、１０グリル、１１上下風向ベーン、１２表示部、１３フィルター、１４フィルター清掃機構部、１４ａブラシ、１４ｂ集塵ボックス、１４ｃ加圧部、１５ドレンパン、１６通風路、１７吸込み口、１８吹出し口、１９リモコン信号受信部、２０ノズル。

Claims

回転速度を制御可能なインバータ駆動の圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、減圧装置、室外側熱交換器を接続して構成され、前記四方弁の切換により冷房サイクル及び暖房サイクル運転が可能な、家庭で使用する壁掛け形の１台の室内機と１台の室外機とを冷媒配管接続する形態を有した空気調和装置において、前記室内機は、上面または前面あるいは上面及び前面に吸込み口と下面に吹出し口を有する箱体と、この箱体内に前記吸込み口から吸い込んだ室内空気を前記室内熱交換器を介して前記吹出し口へ送風する横流ファンを備え、この室内機の横幅の最大寸法が８００ｍｍ以下で、かつ高さの最大寸法が２９５ｍｍ以下となる形状を有し、前記横流ファンの直径が１００ｍｍ以上１１５ｍｍ以下、かつ冷房と暖房の定格ＣＯＰの平均値での省エネ法による同一達成率を基準に前記室内側熱交換器と室外側熱交換器の素材合計使用量が８．８Ｋｇを超えないように抑制して、省エネ法基準である冷房運転よりも暖房運転の方が省エネ改善効率が高いＡＰＦ（通年エネルギー消費効率）基準に適応するように前記室内側熱交換器の段数を１６段以上で構成したことを特徴とする空気調和装置。
前記室内側熱交換器を空気流入方向での前面及び後面がそれぞれ連続面をなす一体型熱交換器としたことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
前記室内側熱交換器を構成する伝熱管と室外側熱交換器を構成する伝熱管のどちらか一方若しくは両方がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。