JP4889011B2

JP4889011B2 - 冷暖房空調システム

Info

Publication number: JP4889011B2
Application number: JP2006197867A
Authority: JP
Inventors: 学大久保; 泰司道本
Original assignee: 株式会社B.T.P.
Current assignee: 株式会社B.T.P.
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2006-07-20
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2026-07-20
Also published as: JP2008025897A

Description

この発明は、冷暖房空調システムに関するものである。

一般に、冷暖房空調システムの室外機用熱交換器においては、暖房運転時に、外気の温度が低下すると、室外機用熱交換器に霜が付着して、通風量の低下及び熱交換量の低下をきたすため、除霜する必要があった。そのため、従来では、室外機用熱交換器を、風上側熱交換器と風下側熱交換器に分割し、暖房時に、室内側熱交換器から吐出された冷媒を風上側熱交換器、風下側熱交換器の順に流して、暖房運転中の除霜を行う構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、上記のように並設された風上側熱交換器と風下側熱交換器を、切換弁や配管を付加させて冷暖房空調システムに組み込み、通常（暖房）運転と除霜運転とを切り換えて除霜を行う構造のものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、従来のこの種の冷暖房空調システムの室外機用熱交換器においては、一般に、風上側熱交換器１及び風下側熱交換器２は、図５に示すように、伝熱フィン３に複数列の蛇行伝熱管４を貫通させた、いわゆるフィン・アンド・チューブ型の熱交換器が使用されている。
特開平１０−２５３１８８号公報（特許請求の範囲、図１）特開２００２−３３３２４２号公報（特許請求の範囲、図２，図３，図４）

しかしながら、従来の特開平１０−２５３１８８号公報及び特開２００２−３３３２４２号公報に記載の室外機用熱交換器は、風上側熱交換器が風下側熱交換器の全面を覆う構造であるため、室外機用熱交換器の設置スペースを広くする必要があった。また、風上側熱交換器が風下側熱交換器の全面を覆うため、通風路を流れる空気の圧損が多くなり、熱交換性能が低下するという問題もあった。更にまた、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器は、伝熱フィン３に複数列の蛇行伝熱管４を貫通させる構造であるため、コアが厚くなり、その分設置スペースを広くする必要がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたのもので、室外機用熱交換器の設置スペースの省スペース化が図れると共に、通風路を流れる空気の圧損を少なくして、熱交換性能の向上を図れるようにした冷暖房空調システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、
室内機用熱交換器を有し、外気通風路に対して風上側と風下側に直列接続により並設される熱交換器が室外機用熱交換器として用いられ、暖房時には高温冷媒が風上側熱交換器に流れた後、断熱膨張により低温となった冷媒が風下側熱交換器に流れ、冷房時には高温冷媒が前記風下側熱交換器、前記風上側熱交換器の順に流れるようにした冷暖房空調システムであって、
前記室内機用熱交換器と前記風上側熱交換器とを接続する配管に、暖房時に前記冷媒を通す第１の逆止弁と、冷房時にのみ機能して前記冷媒を減圧せずに通す第１の膨張弁と、が並列に介設されており、
前記風上側熱交換器と前記風下側熱交換器とを接続する配管に、冷房時に前記冷媒を通す第２の逆止弁と、暖房時にのみ機能して前記冷媒を減圧せずに通す第２の膨張弁と、が並列に介設されており、
上記風上側熱交換器及び上記風下側熱交換器は、それぞれ上下に対峙する一対のアルミニウム製のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプに連通する互いに平行なアルミニウム製の扁平熱交換管と、隣接する扁平熱交換管の間に介在されるアルミニウム製のフィンと、を具備してなるパラレルフロー型熱交換器であり、かつ互いに面対向して縦に並設されており、
上記風上側熱交換器は、上記風下側熱交換器において冷媒入口が設けられている下部を覆う位置に配置されており、
上記風上側熱交換器の幅は上記風下側熱交換器の幅と同一で、上記風上側熱交換器の高さは上記風下側熱交換器の高さの１／４〜２／３であり、上記風上側熱交換器の全面面積が上記風下側熱交換器の全面面積の１／４〜２／３であること、を特徴とする。
ここで、アルミニウムとは、アルミニウム合金を含む意味である。また、風上側熱交換器の全面面積を、風下側熱交換器の全面面積に対して１／４〜２／３とした理由は、風上側熱交換器の全面面積が風下側熱交換器の全面面積に対して１／４より小さいと、除霜に必要な高温冷媒の流量（熱量）が十分に確保できなくなり、また、風上側熱交換器の全面面積が風下側熱交換器の全面面積に対して２／３より大きくなると、必要以上に通風路を流れる空気の圧損が多くなり、熱交換性能の向上が図れないためである。

このように構成することにより、外気通風路に対して風上側と風下側に直列接続により並設される熱交換器が室外機用熱交換器として用いられる冷暖房空調システムにおいて、暖房時に、室内機用熱交換器から吐出された高温冷媒が、風下側熱交換器の全面面積に対して１／４〜２／３の風上側熱交換器を流れた後に風下側熱交換器に流れるので、風下側熱交換器には風上側熱交換器で暖められた外気が送風され、これにより室外機用熱交換器に着霜が生じるのを防止することができる。

この発明において、上記風上側熱交換器は、上記風下側熱交換器の全面面積に対して１／４〜２／３の全面面積を有するものであり、暖房時に上記風下側熱交換器の冷媒入口に近い部分を覆う位置に配置される。

このように構成することにより、暖房時に風下側熱交換器の着霜しやすい冷媒入口に近い部分の除霜を確実に行うことができる。

また、風上側熱交換器と同様に、風下側熱交換器をアルミニウム製のパラレルフロー型熱交換器にて形成する。

このように構成することにより、風上側熱交換器と風下側熱交換器の双方を同じ構造にすることができる上、両熱交換器の厚さをフィン・アンド・チューブ型熱交換器に比較して薄くすることができる。

加えて、上記パラレルフロー型熱交換器は、対峙する一対のアルミニウム製ヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプに連結する互いに平行な複数の熱交換管とを具備し、上下に対峙する一対のアルミニウム製のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプに連通する互いに平行なアルミニウム製の扁平熱交換管と、隣接する扁平熱交換管の間に介在されるアルミニウム製のフィンと、を具備する。

このように構成することにより、扁平熱交換管を垂直方向に配列することで、扁平熱交換管に付着する結露水又は除霜により生じた水を溜まりにくくすることができる。また、熱交換性能を高性能に維持させた状態で、熱交換器の厚さを薄くすることができる。

この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような優れた効果が得られる。

（１）本発明によれば、外気通風路に対して風上側と風下側に直列接続により並設される熱交換器が室外機用熱交換器として用いられる冷暖房空調システムにおいて、風上側熱交換器をパラレルフロー型熱交換器にて形成すると共に、その全面面積を、風下側熱交換器の全面面積に対して１／４〜２／３とするので、室外機用熱交換器の設置スペースの省スペース化が図れると共に、通風路を流れる空気の圧損を少なくして、熱交換性能の向上を図ることができる。

（２）本発明によれば、暖房時に風下側熱交換器の着霜しやすい冷媒入口に近い部分の除霜を確実に行うことができるので、上記（１）に加えて、更に除霜を確実に行うことができると共に、熱交換性能の向上を図ることができる。

（３）本発明によれば、風上側熱交換器と風下側熱交換器の双方を同じ構造にすることができる上、両熱交換器の厚さをフィン・アンド・チューブ型熱交換器に比較して薄くすることができるので、上記（１），（２）に加えて、更に室外機用熱交換器全体の厚さを薄くすることができ、更に省スペース化を図ることができる。

（４）本発明によれば、扁平熱交換管を垂直方向に配列することで、扁平熱交換管に付着する結露水を溜まりにくくすることができるので、着霜の発生を抑制することができる。また、熱交換性能を高性能に維持させた状態で、熱交換器の厚さを薄くすることができる。したがって、上記（１）〜（３）に加えて、更に除霜を確実に行うことができると共に、熱交換性能の向上を図ることができる。

以下に、この発明の最良の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１，図２は、この発明に係る冷暖房空調システムの構造を示す概略構成図であり、図１は、暖房運転時の状態を示し、図２は、冷房運転時の状態を示す。また、図３は、この発明に係る室外機用熱交換器を構成する風上側熱交換器と風下側熱交換器を展開して示す概略構成図、図４は、風上側熱交換器と風下側熱交換器を示す斜視図である。

冷暖房空調システムは、圧縮機５と、室内機用熱交換器６と、この発明に係る室外機用熱交換器１０と、第１，第２の電子膨張弁ＥＶ１，ＥＶ２と、を具備してなる。また、室外機用熱交換器１０は、外気通風路７に対して風上側に配置される風上側熱交換器１１と風下側に配置される風下側熱交換器１２とが直列接続により並設され、風上側熱交換器１１の風上側に送風ファン１３が配設されている。

この場合、風上側熱交換器１１は、風下側熱交換器１２の全面面積に対して１／４〜２／３の全面面積を有している。すなわち、図３に示すように、風上側熱交換器１１と風下側熱交換器１２の幅Ｂは同一に形成され、風下側熱交換器１２の高さＨに対して風上側熱交換器１１は（１／４）Ｈ〜（２／３）Ｈに形成されている。また、風上側熱交換器１１は、風下側熱交換器１２の下部、すなわち、暖房運転時に冷媒入口の近い部分を覆うように下部に配置されている。

上記のように構成することにより、外気通風路７を流れる外気Ａの風上側熱交換器１１によって受ける圧損を少なくして、熱交換性能の向上を図ることができると共に、着霜しやすい風下側熱交換器１２の下部の除霜を確実に行うことができる。

また、圧縮機５と室内機用熱交換器６とを接続する第１の配管２１と、圧縮機５と室外機用熱交換器１０の風下側熱交換器１２とを接続する第２の配管２２には切換弁である四方弁ＤＶが介設されている。この四方弁ＤＶの切り換えによって、圧縮機５から吐出される高温・高圧の冷媒が室内機用熱交換器６、又は、室外機用熱交換器１０の風下側熱交換器１２に流れるようになっている。また、室内機用熱交換器６と室外機用熱交換器１０の風上側熱交換器１１とを接続する第３の配管２３には、第１の逆止弁ＣＶ１と、冷房時にのみ機能する第１の電子膨張弁ＥＶ１が介設されている。また、風上側熱交換器１１と風下側熱交換器１２とを接続する第４の配管２４には、第２の逆止弁ＣＶ２と暖房時にのみ機能する第２の電子膨張弁ＥＶ２が介設されている。

室外機用熱交換器１０を構成する風上側熱交換器１１と風下側熱交換器１２は、共にアルミニウム合金製のパラレルフロー型熱交換器によって形成されている。すなわち、風上側熱交換器１１及び風下側熱交換器１２は、図３及び図４に示すように、それぞれ上下に対峙する一対のアルミニウム合金製のヘッダーパイプ１４，１５と、これらヘッダーパイプ１４，１５に連通する互いに平行なアルミニウム合金製の例えば押出形材からなる複数の扁平熱交換管１６と、隣接する扁平熱交換管１６の間に介在されるアルミニウム合金製のコルゲートフィン１７とで主に構成されている。この場合、風上側熱交換器１１の下部ヘッダーパイプ１５には、第３の配管２３が接続される冷媒流入出口１８ａが設けられ、風上側熱交換器１１の上部ヘッダーパイプ１４には、第４の配管２４の一端が接続される冷媒流入出口１８ｂが設けられている。一方、風下側熱交換器１２の下部ヘッダーパイプ１５には、第４の配管２４の他端が接続される冷媒流入出口１８ｃが設けられ、風上側熱交換器１１の上部ヘッダーパイプ１４には、第２の配管２２が接続される冷媒流入出口１８ｄが設けられている。なお、扁平熱交換管１６は、複数の冷媒通路（図示せず）が区画形成されている。また、上部及び下部ヘッダーパイプ１４，１５、扁平熱交換管１６及びコルゲートフィン１７は例えばろう付けによって一体に形成されている。

上記のように、風上側熱交換器１１と風下側熱交換器１２を、パラレルフロー型熱交換器にて形成することにより、図５に示すように、伝熱フィン３に複数列の蛇行伝熱管４を貫通させた、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器に比べて厚さを薄くすることができるので、室外機用熱交換器の設置スペースの省スペース化が図れる。また、パラレルフロー型熱交換器とフィン・アンド・チューブ型熱交換器を、熱交換性能を同等として比較した場合、パラレルフロー型熱交換器は、フィン・アンド・チューブ型熱交換器に対して外気の圧損を少なくすることができると共に、冷媒の圧損を少なくすることができる。例えば、この発明における風上側及び風下側熱交換器１１，１２の上部及び下部ヘッダーパイプ１４，１５の直径を２５ｍｍ，扁平熱交換管１６の厚さを２ｍｍ，扁平熱交換管１６のピッチを１０ｍｍとしたパラレルフロー型熱交換器においては、コアの厚さを約２０ｍｍにすることができる。これに対して、同等の熱交換性能を有するフィン・アンド・チューブ型熱交換器においては、蛇行伝熱管４の直径を６〜９ｍｍとして一列に配列した場合は、コアの厚さは２５ｍｍ以上であり、また、蛇行伝熱管４を２とした場合は、コアの厚さは約３４ｍｍとなる。したがって、パラレルフロー型熱交換器すなわち風上側及び風下側熱交換器１１，１２は、フィン・アンド・チューブ型熱交換器に比べて厚さを５〜１４ｍｍ薄くすることができる。

なお、上記実施形態では、風上側熱交換器１１と風下側熱交換器１２の双方を、上下に対峙するヘッダーパイプ１４，１５を有するアルミニウム合金製のパラレルフロー型熱交換器としたが、風上側熱交換器１１は、左右に対峙するヘッダーパイプを有するアルミニウム合金製のパラレルフロー型熱交換器であってもよい。

次に、この発明に係る室外機用熱交換器１０を用いた冷暖房空調システムの動作について、図１ないし図３を参照して説明する。

＜暖房運転時＞
暖房運転時には、図１及び図３に矢印で示すように、四方弁ＤＶを切り換えることにより、圧縮機５から吐出される高温・高圧の冷媒は、第１の配管２１→室内機用熱交換器６→第３の配管２３→第１の逆止弁ＣＶ１→風上側熱交換器１１→第４の配管２４→第２の電子膨張弁ＥＶｂ→風下側熱交換器１２→第２の配管２２→圧縮機５の順に循環する。

この暖房運転時においては、室内機用熱交換器６から吐出される高温冷媒が風上側熱交換器１１を流れた後に風下側熱交換器１２に流れるので、風下側熱交換器１２には、風上側熱交換器１１で暖められた外気が送風される。したがって、暖房運転時に風上側熱交換器１１，風下側熱交換器１２の除霜を行うことができると共に、着霜の発生を抑制することができる。また、風上側熱交換器１１の全面面積は、風下側熱交換器１２の全面面積に対して１／４〜２／３であるので、外気通風路７を流れる外気Ａの圧損を少なくすることができると共に、風上側熱交換器１１及び風下側熱交換器１２を流れる冷媒の圧損を少なくすることができ、熱交換性能の向上を図ることができる。

＜冷房運転時＞
冷房運転時には、図２に矢印で示すように、四方弁ＤＶを切り換えることにより、圧縮機５から吐出される高温・高圧の冷媒は、第２の配管２２→風下側熱交換器１２→第４の配管２４→第２の逆止弁ＣＶ２→風上側熱交換器１１→第３の配管２３→第１の電子膨張弁ＥＶ１→室内機用熱交換器６→第１の配管２１→圧縮機５の順に循環する。

この冷房運転時においては、風下側熱交換器１２から風上側熱交換器１１には、第２の逆止弁ＣＶ２を介して減圧されない冷媒が送られ、しかも、外気通風路７を流れる外気Ａの圧損は少なく、風下側熱交換器１２及び風上側熱交換器１１を流れる冷媒の圧損も少ないので、室外機用熱交換器１０の熱交換性能は向上する。

この発明に係る冷暖房空調システムの暖房運転時の状態を示す概略構成図である。この発明に係る冷暖房空調システムの冷房運転時の状態を示す概略構成図である。この発明における風上側熱交換器と風下側熱交換器を展開して示す概略構成図である。この発明における風上側熱交換器と風下側熱交換器を示す斜視図である。従来の冷暖房空調システムの屋外機用熱交換器の一例を示す斜視図である。

５圧縮機
６室内機用熱交換器
７外気通風路
１０室外機用熱交換器
１１風上側熱交換器
１２風下側熱交換器
１４上部ヘッダーパイプ
１５下部ヘッダーパイプ
１６扁平熱交換管
１７コルゲートフィン
Ａ外気
ＣＶ１，ＣＶ２第１，第２の逆止弁
ＤＶ四方弁
ＥＶ１，ＥＶ２第１，第２の電子膨張弁

Claims

室内機用熱交換器を有し、外気通風路に対して風上側と風下側に直列接続により並設される熱交換器が室外機用熱交換器として用いられ、暖房時には高温冷媒が風上側熱交換器に流れた後、断熱膨張により低温となった冷媒が風下側熱交換器に流れ、冷房時には高温冷媒が前記風下側熱交換器、前記風上側熱交換器の順に流れるようにした冷暖房空調システムであって、
前記室内機用熱交換器と前記風上側熱交換器とを接続する配管に、暖房時に前記冷媒を通す第１の逆止弁と、冷房時にのみ機能して前記冷媒を減圧せずに通す第１の膨張弁と、が並列に介設されており、
前記風上側熱交換器と前記風下側熱交換器とを接続する配管に、冷房時に前記冷媒を通す第２の逆止弁と、暖房時にのみ機能して前記冷媒を減圧せずに通す第２の膨張弁と、が並列に介設されており、
上記風上側熱交換器及び上記風下側熱交換器は、それぞれ上下に対峙する一対のアルミニウム製のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプに連通する互いに平行なアルミニウム製の扁平熱交換管と、隣接する扁平熱交換管の間に介在されるアルミニウム製のフィンと、で構成されたパラレルフロー型熱交換器であり、かつ互いに面対向して縦に並設されており、
上記風上側熱交換器は、上記風下側熱交換器において冷媒入口が設けられている下部を覆う位置に配置されており、
上記風上側熱交換器の幅は上記風下側熱交換器の幅と同一で、上記風上側熱交換器の高さは上記風下側熱交換器の高さの１／４〜２／３であり、上記風上側熱交換器の全面面積が上記風下側熱交換器の全面面積の１／４〜２／３であること、
を特徴とする冷暖房空調システム。