JP5636676B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機で用いられる室外熱交換器に関する。

従来、この種の室外熱交換器は、蒸発器および凝縮器のどちらで使用した場合にも、高性能となるよう、蒸発器として使用した場合には低圧力損失な冷媒経路とし、蒸発器として使用した場合には出口側でサブクールがとれやすい冷媒経路としている（特許文献１参照）。

図５は、従来の空気調和機の室外熱交換器の冷媒経路を示す図である。図５において、室外熱交換器の冷媒経路は、風下側に暖房運転時の冷媒出口側（冷房運転時の入口側）６ａ１，６ｂ１，６ｄ１，６ｅ１、風上側に暖房運転時の冷媒入口側（冷房運転時の出口側）６ｃ１，６ｆ１としており、暖房運転時の冷媒出口側（冷房時の入口側）６ａ１，６ｂ１，６ｄ１，６ｅ１の冷媒経路を６ａ，６ｂ，６ｄ，６ｅからなる４系統とし、暖房運転時の冷媒入口側（冷房運転時の出口側）６ｃ１，６ｆ１の冷媒経路を６ｃ，６ｆからなる２系統で構成しており、暖房時において冷媒経路数を入口側より出口側に多く設けた構成となっている。

また、従来の空気調和機の室外熱交換器の冷媒経路として、図６に示すようなものもある。図６において、室外熱交換器の冷媒経路としては、暖房時には風上側室外熱交換器の最下段部７１より冷媒が流入し、１系統で複数本の冷媒間を流通したのち、室外熱交換器の最上部を経由し、冷媒経路入口７ａ１，７ｂ１，７ｃ１，７ｄ１で４系統の冷媒経路へ分流され、風下側の冷媒経路出口７ａ２，７ｂ２，７ｃ２，７ｄ２より流出するような構成となっている。

特開２００１−１７４１０１号公報

しかしながら、図５に示す冷媒経路では、四方弁を切り替え冷房サイクルで除霜運転を実施する空気調和機に対しては、除霜運転時の室外熱交換器を循環する冷媒温度も高温の為、問題なく除霜運転が可能であるものの、暖房運転中に四方弁を切り替えることなく暖房運転を実施しながら除霜運転を実施する空気調和機に対しては、室内側への熱量も必要となるため、除霜運転時の室外熱交換器を循環する冷媒温度が上昇しづらく、特に室外熱交換器の上部と室外機のケーシングの間や、室外熱交換器の下部と室外機の基盤との間に付着した霜が溶け残りやすいという課題を有していた。

また、図６に示す冷媒経路では、霜の溶け残りが発生しやすい箇所（室外熱交換器の長手方向両端部分）に冷媒経路の前半部分を適用することで、比較的高温の冷媒をこの箇所に流通させることができるため、上記霜の溶け残りの課題は解消されるものの、伝熱管を繋ぐ冷媒流通管の引き回しが複雑となりコストアップとなると共に、冷媒経路が延長されることによる圧力損失増大での暖房性能の悪化や冷媒量増加でのコストアップといった課題を有していた。

それ故に、本発明は、前記従来の課題を解決するもので、霜の溶け残りを解消すると共
に、高性能暖房能力を安価に実現可能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、少なくとも圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を冷媒回路で連結した冷凍サイクルを備える空気調和機において、前記室外熱交換器を蒸発器として使用した場合において、前記室外熱交換器は、室外ファンにより発生する気流に対して風上側および風下側の２列で構成されるものとし、前記室外熱交換器への冷媒流路は１系統で前記室外熱交換器の最下段の冷媒流通管に冷媒が流入するものとし、前記風
上側に位置する少なくとも２本以上の前記室外熱交換器の冷媒流路管を流通した後、複数系統の冷媒流路に分流されるものであって、前記複数系統の冷媒流路の入口および前記室外熱交換器の前記１系統の冷媒流路の入口は前記風上側の熱交換器に位置するものとし、前記複数系統の冷媒流路の出口は前記風下側の熱交換器に位置するものであって、前記複数系統の冷媒流路のいずれかの入口は前記室外熱交換器の最上段もしくは最上段から２段目の冷媒流通管に位置することを特徴とする。

本発明によれば、除霜運転時に霜の溶け残りが発生し易い室外熱交換器の上段に比較的温度の高い冷媒を流すこととなり霜の溶け残りを解消すると共に、冷媒流通管の引き回しも簡素化され安価に実現することが可能となる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の冷凍サイクルの模式図 本発明の実施の形態１における室外熱交換器の冷媒経路を示す図 本発明の実施の形態１における除霜運転時の室外熱交換器の冷媒流通管の温度を示す図 本発明の変形例における室外熱交換器の冷媒経路を示す図 従来の室外熱交換器の冷媒経路を示す図 従来の室外熱交換器の他の冷媒経路を示す図

本発明は、少なくとも圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を冷媒回路で連結した冷凍サイクルを備える空気調和機において、室外熱交換器は複数系統の冷媒流路で構成され、室外熱交換器を蒸発器として使用時の複数系統の冷媒流路のいずれかの入口を室外熱交換器の最上段もしくは最上段から２段目の冷媒流通管に位置させることを特徴とすることにより、除霜運転時に霜の溶け残りが発生し易い室外熱交換器の上部に比較的温度の高い冷媒を流すことが可能となり霜の溶け残りを解消することができる。

より具体的には、室外熱交換器を蒸発器として使用した場合の室外熱交換器への冷媒流路は１系統で室外熱交換器の最下段の冷媒流通管に流入し、少なくとも２本以上の室外熱交換器の冷媒流路管を流通した後、複数系統の冷媒流路に分流することが好ましい。これにより、室外熱交換器の最下段部に最も温度の高い冷媒を確実に流すこととなり、除霜運転時に霜の溶け残りが発生し易い室外熱交換器と室外機基盤との間の霜を確実に溶かすことが可能となると共に、室外熱交換器を凝縮機として使用した場合の出口側を１系統の冷媒経路とすることとなることで、サブクールが取れやすくなり冷房性能を向上させることができる。

また、さらに具体的には、室外熱交換器が室外ファンにより発生する気流に対して風上側および風下側の２列で構成され、複数系統の冷媒流路の入口および室外熱交換器の１系統の冷媒流路の入口は、風上側の熱交換器に位置し、複数系統の冷媒流路の出口は風上側の熱交換器に位置することが好ましい。これにより、室外熱交換器の最下段部に最も温度の高い冷媒を確実に流すこととなり、除霜運転時に霜の溶け残りが発生し易い室外熱交換器と室外機基盤との間の霜を確実に溶かすことが可能となると共に、室外熱交換器を凝縮機として使用した場合の出口側を１系統の冷媒経路とすることとなることで、サブクールが取れやすくなり冷房性能を向上させることができる。

また、空気調和機は、好ましくは、複数系統の冷媒流路の入口が室外熱交換器の最上段
もしくは最上段から２段目に位置する冷媒流路の、室外熱交換器を蒸発器として使用した場合の出口側に、除霜運転の終了を判定する温度センサを具備する。これにより、除霜運転時に霜の溶け残りが発生し易い室外熱交換器の上部の霜をより確実に溶かすことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における空気調和機の冷凍サイクルの模式図である。図１において、空気調和機は、室外機１４と室内機１３とを備えている。室外機１４には、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷房運転と暖房運転を切り替える四方弁２、絞り機構である電子膨張弁４、室外熱交換器５、第１のバイパス回路１１、第１の二方弁６、冷媒加熱器７、第２のバイパス回路１２、第２の二方弁８、室外送風機１０が配置されている。また、室内機１３には、室内熱交換器３、室内送風機９が配置されている。

そして、空気調和機の除霜運転は、矢印に示すように、第１の二方弁６を開くことにより、冷媒加熱器７によって加熱された冷媒が第１のバイパス回路１１を流通し、圧縮機１へと流入させると同時に、圧縮機１から吐出された高温冷媒を第２の二方弁８を開くことで第２のバイパス回路１２を流通させ、室外熱交換器５へと流入させることで、暖房運転を実施しながら除霜運転を実施する。

以上のように構成された空気調和機における室外熱交換器５について詳説する。図２は、室外熱交換器５の冷媒経路を示す図であり、図３は、除霜運転時の室外熱交換器５の各冷媒流通管の温度変化を示した図である。

図２において、室外熱交換器５は、室外送風機１０によって発生する気流に対して、風上側と風下側との２列で上下方向に多段で構成され、除霜運転時および室外熱交換器５を蒸発器として使用した場合、冷媒は風上側の最下段の冷媒流通管５１から室外熱交換器５に流入し、１系統の冷媒経路を経て、冷媒流通管５２より４系統の冷媒経路へと分流される。つまり、図３に示すように最も高温の冷媒を前記室外熱交換器５の最下段の冷媒流通管５１に流入させ、除霜運転時に霜の溶け残りが発生し易い室外熱交換器５と室外機基盤２１との間の霜を確実に溶かすことが可能となる。また室外熱交換器５を凝縮機として使用した場合には、出口側が１系統の冷媒経路となると共に、風上側に位置していることで、サブクールが取れ易く冷房性能を向上させることができる。

そして分流された冷媒は風上側の冷媒流通管５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄへ流入し、それぞれの冷媒は風下側の冷媒流通管５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄから冷媒は室外熱交換器５より流出する。このように４系統に分流することで、室外熱交換器５を蒸発器として使用した場合に、圧力損失を低減することができ、暖房性能を向上させることができると共に、室外熱交換器５を凝縮機と使用した場合には対向流となるように、風下側の冷媒流通管５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄから風上側の冷媒流通管５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄへと冷媒が流通することとなり、熱交換効率が向上し、冷房性能を向上させることができる。更に４系統の冷媒経路のうちの１つを、室外熱交換器５の最上段から２段目の冷媒流通管５３ａから流入させていることにより、図３に示すように、比較的温度の高い冷媒を室外熱交換器５の最上段部に流通させることが可能となり、除霜運転時に霜の溶け残りが発生し易い室外熱交換器５と室外機のケーシング２２との間の霜を溶かすことが可能となる。

また、図２に示すように、室外機１４は更に、冷媒流通管５４ａの出口側に冷媒流通管
の温度を検知する温度センサ１５を具備しており、温度センサ１５が霜の溶けていることを判断する所定の温度に達し、前記空気調和機の除霜運転を終了することとすることで、確実に前記室外熱交換器５の最上部の霜を溶かした状態で、除霜運転を終了することが可能となる。

なお、以上の実施の形態では、図２に示すように、４系統の冷媒経路のうちの１つを、室外熱交換器５の最上段から２段目の冷媒流通管５３ａに流入させていた。しかし、これに限らず、図４に示すように、４系統の冷媒経路のうちの１つを、室外熱交換器５の最上段の冷媒流通管５３ａに流入させても構わない。

本発明にかかる空気調和機は、冷房および暖房性能を向上することができるので、四方弁を切り替えて除霜運転を実施する空気調和機にも適用できる。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室内熱交換器
４ 電子膨張弁
５ 室外熱交換器
６ 第１の二方弁
７ 冷媒加熱器
８ 第２の二方弁
９ 室内送風機
１０ 室外送風機
１１ 第１のバイパス回路
１２ 第２のバイパス回路
１３ 室内機
１４ 室外機
１５ 温度センサ
５１ 冷媒流通管
５２ 冷媒流通管
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ 冷媒流通管
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ 冷媒流通管

Claims (2)

1. 少なくとも圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を冷媒回路で連結した冷凍サイクルを備える空気調和機において、
   前記室外熱交換器は、室外ファンにより発生する気流に対して風上側および風下側の２列で構成されるものとし、
   前記室外熱交換器を蒸発器として使用した場合において、前記室外熱交換器への冷媒流路は１系統で前記室外熱交換器の最下段の冷媒流通管に冷媒が流入するものとし、前記風上側に位置する少なくとも２本以上の前記室外熱交換器の冷媒流路管を流通した後、複数系統の冷媒流路に分流されるものであって、
   前記複数系統の冷媒流路の入口および前記室外熱交換器の前記１系統の冷媒流路の入口は前記風上側の熱交換器に位置するものとし、前記複数系統の冷媒流路の出口は前記風下側の熱交換器に位置するものであって、
   前記複数系統の冷媒流路のいずれかの入口は前記室外熱交換器の最上段もしくは最上段から２段目の冷媒流通管に位置することを特徴とする空気調和機。
2. 前記複数系統の冷媒流路の入口が前記室外熱交換器の最上段もしくは最上段から２段目に位置する冷媒流路の、前記室外熱交換器を蒸発器として使用した場合の出口側に、除霜運転の終了を判定する温度センサを具備することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。