JP5592233B2 - 空気調和機 - Google Patents

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Description

本発明は、暖房運転を行うとともに除霜運転を行う空気調和機に関する。
従来の空気調和機は特許文献１に開示されている。この空気調和機は室内に配される室内機と室外に配される室外機とを備えている。室外機には圧縮機、室外熱交換器及び室外ファンが配され、室内機には室内熱交換器及び室内ファンが配される。圧縮機は冷媒を流通させて冷凍サイクルを運転する。室内熱交換器及び室外熱交換器は冷媒管に多数のフィンが近接して固着され、フィン間を通過する空気と熱交換を行う。
圧縮機の冷媒吐出側には四方弁を介して室内熱交換器及び室外熱交換器の一端がそれぞれ冷媒管により接続される。室内熱交換器及び室外熱交換器の他端は膨張弁を介して冷媒管により接続される。室外ファンは室外熱交換器に対向配置され、室外熱交換器と室外の空気との熱交換を促進する。室内ファンは室内の空気を室内機に取り込んで室内熱交換器と熱交換した空気を室内に送出する。
暖房運転時には四方弁の切り替えによって圧縮機から吐出された冷媒は室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を流通して圧縮機に戻る。これにより、室内熱交換器が冷凍サイクルの高温部となり、室外熱交換器が冷凍サイクルの低温部となる。室内の空気は室内熱交換器との熱交換により昇温して室内に送出され、室内の暖房が行われる。
冷房運転時には四方弁の切り替えによって圧縮機から吐出された冷媒は暖房運転時と逆方向に流通する。即ち、冷媒は室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器を流通して圧縮機に戻る。これにより、室外熱交換器が冷凍サイクルの高温部となり、室内熱交換器が冷凍サイクルの低温部となる。室内の空気は室内熱交換器との熱交換により降温して室内に送出され、室内の冷房が行われる。
また、暖房運転時に室外熱交換器が着霜するため、所定の間隔で除霜運転が行われる。除霜運転時には室内ファン及び室外ファンが停止され、四方弁の切り替えによって冷媒が冷房運転時と同じ方向に流通する。これにより、室外熱交換器が冷凍サイクルの高温部となり、室外熱交換器の霜が融解する。霜の融解による除霜水はフィンを流下して室外熱交換器の下方に落下し、室外熱交換器を除霜することができる。
特開２０１０−１８１０３６号公報（第４頁−第６頁、第１図）
しかしながら、上記従来の空気調和機によると、除霜運転時に室外熱交換器のフィンを伝って流下する除霜水は隣接するフィン間の表面張力により下端で保持される。このため、寒冷地等で室外機を設置した屋外が低温の場合に、除霜運転が停止されるとフィンに保持された除霜水が再凍結する。この状態で暖房運転が行われるとフィン間で再凍結した氷上に霜が成長するため着霜量が増加し、除霜運転の間隔を短くする必要がある。従って、室内の暖房が十分行われずに快適性が低下する問題があった。
本発明は、快適性を向上できる空気調和機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、冷凍サイクルを運転する圧縮機と、室内の空気と熱交換を行う室内熱交換機と、室外の空気と熱交換を行う室外熱交換器とを備え、前記圧縮機の駆動により冷凍サイクルの高温部を前記室内熱交換器として低温部を前記室外熱交換器とする暖房運転を行うとともに、前記暖房運転時と逆方向に冷媒を流通させて冷凍サイクルの高温部となる前記室外熱交換器を除霜する除霜運転を行う空気調和機において、前記室外熱交換器は冷媒管に多数のフィンを近接して固着するとともに前記フィン間を気流が通過して熱交換を行い、前記除霜運転時に前記フィンの気流通過方向の一端側を流下する除霜水を受けて他端側に導く導水部を前記室外熱交換器の下端に設けたことを特徴としている。
この構成によると、暖房運転時には圧縮機の駆動によって冷媒が流通して冷凍サイクルが運転される。室外熱交換器は冷凍サイクルの低温部となり、冷凍サイクルの高温部となる室内熱交換器と熱交換した空気を室内に送出して室内の暖房が行われる。この時、室外熱交換器はフィン間を通過する室外の空気と熱交換を行う。室外熱交換器が着霜すると除霜運転が行われる。除霜運転時には冷媒が暖房運転時と逆方向に流通し、室外熱交換器が冷凍サイクルの高温部となる。これにより、室外熱交換器の着霜が融解し、除霜水がフィンを伝って流下する。この時、フィンの一端側（例えば、気流流出側）を流下する除霜水は下端に配した導水部により他端側（例えば、気流流入側）に導かれ、他端側を流下する除霜水と合流して室外熱交換器の下方に落下する。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、前記導水部が前記フィンの下端に接して前記フィンの並設方向に延びた断面Ｌ字状の板状部材から成ることを特徴としている。この構成によると、フィンの一端側を流下する除霜水は断面Ｌ字状の導水部により他端側に導かれる。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、前記導水部がフィンの下面を含むコーナー部を折曲して形成されることを特徴としている。この構成によると、フィンの一端側を流下する除霜水はフィンの下端のコーナー部を折曲した導水部により他端側に導かれる。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、前記冷媒管を気流通過方向に複数列設けて千鳥状に配置し、気流通過方向の一端側に配した前記冷媒管の下端が他端側に配した前記冷媒管の下端よりも上方に配されることを特徴としている。この構成によると、フィンの気流通過方向に冷媒管が並設され、フィンの下端から冷媒管までの距離が大きい方に導水部が形成される。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、前記室外熱交換器は前記暖房運転時の気流通過方向の下流側に前記導水部が設けられることを特徴としている。この構成によると、暖房運転時に室外の空気が室外熱交換器の冷媒管及びフィンと熱交換を行う。この時、下部のフィン間を通過する空気は下流側に配された導水部に衝突して上方に流通する。
また本発明は、上記構成の空気調和機において、前記暖房運転時に冷凍サイクルの高温部に配される冷媒管を前記室外熱交換器の下方に配したことを特徴としている。この構成によると、室外熱交換器の下方に配した冷媒管は暖房運転時に冷凍サイクルの高温部となり、室外熱交換器の下部や室外機の底壁の着霜が抑制される。
本発明によると、除霜運転時にフィンの気流通過方向の一端側を流下する除霜水を受けてフィンの気流通過方向の他端側に導く導水部を室外熱交換器の下端に設けたので、フィンの一端側を流下する除霜水が他端側を流下する除霜水と合流して下方に落下する。このため、フィンの下端に導かれる除霜水の単位面積当たりの流量が増加し、フィンの下端から除霜水が勢いよく落下する。これにより、表面張力によってフィンの下端に保持される除霜水を低減し、室外熱交換器の着霜量を減少させることができる。従って、除霜運転の間隔を長くして快適性を向上することができる。
本発明の第１実施形態の空気調和機の冷凍サイクルを示す回路図 本発明の第１実施形態の空気調和機の室外機の内部を示す斜視図 本発明の第１実施形態の空気調和機の室外機を示す分解斜視図 本発明の第１実施形態の空気調和機の室外熱交換器を示す縦断面図 本発明の第２実施形態の空気調和機の室外熱交換器を示す縦断面図 図５のＤ矢視図
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１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１は室内に配される室内機１０と室外に配される室外機２０とを有している。空気調和機１は冷媒管２内に冷媒を流通させて冷凍サイクルを運転する圧縮機２１が室外機２０内に配される。
室外機２０内には圧縮機２１に接続される四方弁２２、室外熱交換器２３、膨張弁２４、室外ファン２５が設けられる。室内機１０内には室内熱交換器１３、室内ファン１５が設けられる。室内熱交換器１３及び室外熱交換器２３は冷媒管２に多数のフィン３０（図４参照）が近接して固着され、フィン３０間を通過する空気と熱交換を行う。
圧縮機２１には四方弁２２を介して室外熱交換器２３及び室内熱交換器１３の一端が冷媒管２により接続される。室外熱交換器２３及び室内熱交換器１３の他端は膨張弁２４を介して冷媒管２により接続される。また、膨張弁２４と室内熱交換器１３との間の冷媒管２によって室外熱交換器２３の下方に配されるヒートパイプ２６が形成される。
室外ファン２５は室外熱交換器２３に対向配置される。室外ファン２５の駆動によって室外の空気が室外熱交換器２３に供給され、室外熱交換器２３と室外の空気との熱交換が促進される。室外熱交換器２３と熱交換した空気は室外ファン２５に面して室外機２０に開口する排気口（不図示）を介して外部に排気される。
室内ファン１５及び室内熱交換器１３は室内機１０に設けた送風通路（不図示）内に配される。室内ファン１５の駆動によって室内の空気が送風通路に流入して室内熱交換器１３に供給され、送風通路を流通する空気と室内熱交換器１３とが熱交換される。室内熱交換器１３と熱交換した空気は室内機１０に開口する吹出口（不図示）を介して室内に送出される。
図２は空気調和機１の室外機２０の内部を示す斜視図である。また、図３は室外機２０の要部の分解斜視図である。室外機２０は前後方向に短く左右方向に長い平面視略矩形の底板２９上の左右方向の一端に圧縮機２１が取り付けられる。室外熱交換器２３は平面視略Ｌ字状に形成され、室外機２０の圧縮機２１と反対側の側部と後部とにわたって立設される。また、室外熱交換器２３の下方にはヒートパイプ２６が配される。底板２９の室外熱交換器２３の下方には排水孔２９ａが１箇所以上設けられる。
室外ファン２５は軸方向を前後方向に配し、室外熱交換器２３に対峙して設置される。室外ファン２５の駆動により室外の空気が主として矢印Ｂに示すように室外機２０の後方から前方に流通して室外熱交換器２３と熱交換を行う。尚、一部の空気は側方から室外機２０内に流入して室外熱交換器２３の側部と熱交換し、前方に導かれる。
図４は室外熱交換器２３の縦断面図を示している。室外熱交換器２３は縦方向に所定のピッチＰで蛇行する冷媒管２が前後方向に２列設けられる。前後の冷媒管２は上下方向の位置がずれた千鳥状に配置される。これにより、矢印Ｂに示すように流通する空気を前後の冷媒管２と接触させることができ、熱交換効率を向上することができる。
前後の冷媒管２にはそれぞれ縦方向に延びる矩形のフィン３０が固着され、室外熱交換器２３はフィンアンドチューブ型に構成される。フィン３０は冷媒管２が延びる方向に所定の間隔（例えば、１．３ｍｍ）で近接して設けられ、フィン３０間を矢印Ｂに示すように気流が通過する。気流が通過する上流側の冷媒管２にはフィン３０ａが設けられ、下流側の冷媒管２にはフィン３０ｂが設けられる。
下流側のフィン３０ｂの下端には導水部３１が接して配される。導水部３１は左右方向に延びた断面Ｌ字状の金属製の板状部材により形成される。導水部３１は除霜運転時に下流側のフィン３０ｂを流下する除霜水を上流側のフィン３０ａに導く。
上記構成の空気調和機において、暖房運転時には室内ファン１５及び室外ファン２５が駆動され、四方弁２２が図中、実線で示すように切り替えられる。これにより、圧縮機２１の駆動によって矢印Ａに示す方向に冷媒が流通し、圧縮機２１により圧縮された高温高圧の冷媒は室内熱交換器１３で放熱しながら凝縮する。
高温の冷媒はヒートパイプ２６を通った後に膨張弁２４で低温低圧となり、室外熱交換器２３に送られる。ヒートパイプ２６によって底板２９上や室外熱交換器２３の下端の着霜が低減される。特に寒冷地仕様の室外機２０では着霜量が多くなるため、室外熱交換器２３の下方にヒートパイプ２６を装備することがよく行われる。
室外熱交換器２３に流入する冷媒は吸熱しながら蒸発して低温のガス冷媒となり、圧縮機２１に送られる。これにより、冷媒が循環して冷凍サイクルが運転される。冷凍サイクルの高温部となる室内熱交換器１３と熱交換した空気が室内ファン１５により室内に送出され、室内の暖房が行われる。また、冷凍サイクルの低温部となる室外熱交換器２３と熱交換した空気が室内ファン２５により外部に排気される。
冷房運転時には室内ファン１５及び室外ファン２５が駆動され、四方弁２２が図中、破線で示すように切り替えられる。これにより、圧縮機２１の駆動によって矢印Ａと逆方向に冷媒が流通し、室内熱交換器１３が冷凍サイクルの低温部となるとともに室外熱交換器２３が冷凍サイクルの高温部となる。室内熱交換器１３と熱交換した空気が室内ファン１５により室内に送出され、室内の冷房が行われる。また、冷凍サイクルの高温部となる室外熱交換器２３と熱交換した空気が室内ファン２５により外部に排気される。
また、暖房運転によって冷凍サイクルの低温部となる室外熱交換器２３が着霜するため、所定の間隔で除霜運転が行われる。除霜運転では室内ファン１５及び室外ファン２５が停止され、四方弁２２が図中、破線で示すように切り替えられる。これにより、圧縮機２１の駆動によって矢印Ａと逆方向に冷媒が流通し、室内熱交換器１３が冷凍サイクルの低温部となるとともに室外熱交換器２３が冷凍サイクルの高温部となる。
室外ファン２５の停止によって室外熱交換器２３と室外の空気との熱交換が抑制され、室外熱交換器２３を効率よく昇温することができる。また、室内ファン１５の停止によって低温の空気の室内への送出を防止することができる。
室外熱交換器２３の昇温によって室外熱交換器２３の着霜は融解し、フィン３０を伝って流下する。気流通過方向の一端側（下流側）のフィン３０ｂを流下する除霜水は下端で導水部３１で受けられて他端側（上流側）に導かれる。気流通過方向の上流側のフィン３０ａを流下する除霜水は導水部３１により導水された下流側の除霜水と合流してフィン３０ａの下端から落下する。室外熱交換器２３から落下した除霜水は排水孔２９ａを介して排水される。
この時、導水部３１を一部に設けたフィン３０の下端から排水される除霜水の単位面積当たりの流量が導水部３１を設けない場合に比べて増加し、フィン３０の下端から除霜水が勢いよく落下する。これにより、表面張力によってフィン３０の下端に保持される除霜水を低減することができる。
尚、導水部３１を設けていないフィン３０ａの下方に排水孔２９ａを配置すると排水性が向上する。即ち、フィン３０を流下して導水部３１により合流した除霜水が落下する位置に排水孔２９ａを配置することで、排水孔２９ａを介して除霜水を容易に排水することができる。
本実施形態によると、除霜運転時にフィン３０の気流通過方向の一端側を流下する除霜水を受けてフィン３０の気流通過方向の他端側に導く導水部３１を室外熱交換器２３の下端に設けたので、フィン３０の一端側を流下する除霜水が他端側を流下する除霜水と合流して下方に落下する。このため、フィン３０の下端から排水される除霜水の単位面積当たりの流量が増加し、フィン３０の下端から除霜水が勢いよく落下する。これにより、表面張力によってフィン３０の下端に保持される除霜水を低減し、室外熱交換器２３の着霜量を減少させることができる。従って、除霜運転の間隔を長くして快適性を向上することができる。
また、フィン３０の並設方向に延びてフィン３０の下端に接した断面Ｌ字状の板状部材により、除霜水を導水する導水部３１を容易に実現することができる。
また、暖房運転時に冷凍サイクルの高温部に配されるヒートパイプ２６（冷媒管２）を室外熱交換器２３の下方に配したので、室外機２０の底板及び室外熱交換器２３の下部の着霜を低減することができる。ヒートパイプ２６に替えてガラス管ヒータ等の加熱ヒータを設けてもよい。
尚、導水部３１を暖房運転時の気流通過方向の上流側のフィン３０に設けてもよい。しかしながら、導水部３１を上流側に設けると気流が矢印Ｂ方向と逆方向に流通し、室外熱交換器２３の下部に導かれる気流は導水部３１に衝突して上下に分散する。このため、導水部３１に対向した下部の冷媒管２及び下部のフィン３０に気流が接触しないため、熱交換効率が低下する。
導水部３１を暖房運転時の気流通過方向の下流側のフィン３０ｂに設けると、室外熱交換器２３の下部の気流は冷媒管２及びフィン３０と熱交換を行った後、導水部３１に衝突して上方に流通する。これにより、気流通過方向の上流側に導水部３１を設ける場合よりも熱交換面積が増加して熱交換効率を向上することができる。
次に、図５は第２実施形態の空気調和機１の室外熱交換器２３の縦断面図を示している。また、図６は図５のＤ矢視図を示している。説明の便宜上、前述の図１〜図４に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は第１実施形態の導水部３１（図４参照）に替えて導水部３２が設けられる。その他の部分は第１実施形態と同様である。
導水部３２は室外熱交換器２３のフィン３０ｂの下面を含むコーナー部を折曲して形成される。また、冷媒管２は千鳥状に配され、気流通過方向の下流側に配した冷媒管２の下端が上流側に配した冷媒管２の下端よりも上方に配される。これにより、導水部３２を形成した下流側のフィン３０ｂの下端と最下部の冷媒管２との距離Ｈ２が、上流側のフィン３０ａの下端と最下部の冷媒管２との距離Ｈ１よりも大きい。これにより、容易にフィン３０ｂを折曲して導水部３２を形成することができる。
この時、フィン３０ｂは冷媒管２の延びる方向に並設され、隣接するフィン３０ｂの間
隔が狭い。このため、隣接するフィン３０ｂを折曲した導水部３２が互いに重なってオーバーラップする。
除霜運転時に気流通過方向の一端側（下流側）のフィン３０ｂを流下する除霜水は下端で導水部３２で受けられて他端側（上流側）に導かれる。気流通過方向の上流側のフィン３０ａを流下する除霜水は導水部３２により導水された下流側の除霜水と合流して落下する。室外熱交換器２３から落下した除霜水は排水孔２９ａを介して排水される。
この時、導水部３２を一部に設けたフィン３０の下端から排水される除霜水の単位面積当たりの流量が導水部３２を設けない場合に比べて増加し、フィン３０の下端から除霜水が勢いよく落下する。これにより、表面張力によってフィン３０の下端に保持される除霜水を低減することができる。
本実施形態によると、第１実施形態と同様に、除霜運転時にフィン３０の気流通過方向の一端側を流下する除霜水を受けてフィン３０の気流通過方向の他端側に導く導水部３２を室外熱交換器２３の下端に設けたので、フィン３０の一端側を流下する除霜水が他端側を流下する除霜水と合流して下方に落下する。このため、フィン３０の下端から排水される除霜水の単位面積当たりの流量が増加し、フィン３０の下端から除霜水が勢いよく落下する。これにより、表面張力によってフィン３０の下端に保持される除霜水を低減し、室外熱交換器２３の着霜量を減少させることができる。従って、除霜運転の間隔を長くして快適性を向上することができる。
また、フィン３０の下面を含むコーナー部を折曲して、除霜水を導水する導水部３２を容易に実現することができる。
また、冷媒管２を気流通過方向に複数列設けて千鳥状に配置し、下流側の冷媒管２の下端が上流側の冷媒管２の下端よりも上方に配されるので、容易にフィン３０を折曲して導水部３２を形成することができる。
尚、上記と同様に、導水部３２を暖房運転時の気流通過方向の上流側のフィン３０に設けてもよい。しかしながら、導水部３２を暖房運転時の気流通過方向の下流側のフィン３０に設けると、気流通過方向の上流側に導水部３２を設ける場合よりも熱交換面積が増加して熱交換効率を向上することができる。
本実施形態において、隣接するフィン３０ｂの導水部３２が重なった部分に例えばロー付けを行ない、重なった部分の隙間を埋める構成であってもよい。このような構成により、導水部３２の重なり部分に生じる隙間も閉ざされるので、下流側の除霜水を上流側に導き易くなる。
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
第１、第２実施形態において、室外熱交換器２３の前後に並設される冷媒管２は別々のフィン３０ａ、３０ｂが固着されるが、前後の冷媒管２に共通のフィンを固着してもよい。即ち、冷媒管２が延びる方向に並設される各フィンをそれぞれ前後の冷媒管２に跨って固着してもよい。
本発明によると、暖房運転及び除霜運転を行う空気調和機に利用することができる。
１ 空気調和機
２ 冷媒管
１０ 室内機
１３ 室内熱交換器
１５ 室内ファン
２０ 室外機
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
２３ 室外熱交換器
２４ 膨張弁
２５ 室外ファン
２６ ヒートパイプ
２９ 底板
３０ フィン
３１、３２ 導水部

Claims (5)

  1. 冷凍サイクルを運転する圧縮機と、室内の空気と熱交換を行う室内熱交換機と、室外の空気と熱交換を行う室外熱交換器とを備え、前記圧縮機の駆動により冷凍サイクルの高温部を前記室内熱交換器として低温部を前記室外熱交換器とする暖房運転を行うとともに、前記暖房運転時と逆方向に冷媒を流通させて冷凍サイクルの高温部となる前記室外熱交換器を除霜する除霜運転を行う空気調和機において、前記室外熱交換器は冷媒管に多数のフィンを近接して固着するとともに前記フィン間を気流が通過して熱交換を行い、前記除霜運転時に前記フィンの気流通過方向の一端側を流下する除霜水を受けて他端側に導く導水部を前記室外熱交換器の下端に設け、
    前記導水部が前記フィンの下面を含むコーナー部を折曲して形成されることを特徴とする空気調和機。
  2. 前記室外熱交換器は前記暖房運転時の気流通過方向の下流側に前記導水部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
  3. 冷凍サイクルを運転する圧縮機と、室内の空気と熱交換を行う室内熱交換機と、室外の空気と熱交換を行う室外熱交換器とを備え、前記圧縮機の駆動により冷凍サイクルの高温部を前記室内熱交換器として低温部を前記室外熱交換器とする暖房運転を行うとともに、前記暖房運転時と逆方向に冷媒を流通させて冷凍サイクルの高温部となる前記室外熱交換器を除霜する除霜運転を行う空気調和機において、前記室外熱交換器は冷媒管に多数のフィンを近接して固着するとともに前記フィン間を気流が通過して熱交換を行い、前記除霜運転時に前記フィンの気流通過方向の一端側を流下する除霜水を受けて他端側に導く導水部を前記室外熱交換器の下端に設け、
    前記導水部が前記フィンの下端に接して前記フィンの並設方向に延びた断面Ｌ字状の板状部材から成り、前記導水部の上下方向に延びた部分が前記フィンの気流通過方向の下流側である前記一端側に沿って配されることを特徴とする空気調和機。
  4. 前記冷媒管を気流通過方向に複数列設けて千鳥状に配置し、気流通過方向の一端側に配した前記冷媒管の下端が他端側に配した前記冷媒管の下端よりも上方に配される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. 前記暖房運転時に冷凍サイクルの高温部に配される冷媒管を前記室外熱交換器の下方に配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。
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