JP6400378B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、空気調和機に関する。

従来より、いわゆる再熱除湿運転を実行可能に構成された空気調和機が考えられている。再熱除湿運転は、室内機に吸い込まれた空気を冷却して除湿するとともに、その除湿された空気を再加熱して室内に吹き出す運転である。この再熱除湿運転によれば、室内の温度の低下を抑えつつ除湿を行うことができ、除湿に伴い室内が冷え過ぎてしまうといった不具合を回避することができる。

ところで、従来の空気調和機は、例えば特許文献１に開示されているように、熱交換器を複数のブロックに分割し、各ブロックをそれぞれ除湿部或いは再熱部として機能させることにより再熱除湿運転を行う構成となっている。即ち、複数に分割されたブロックは、除湿部として機能するブロックと再熱部として機能するブロックとに分けられる。しかしながら、空気調和機の室内機の筐体内のスペースは限られていることから、熱交換器の分割数や各ブロックの大きさなどを自由に設定することは困難である。そのため、除湿部として機能するブロックと再熱部として機能するブロックとの割合がアンバランスとなり、最適な再熱除湿運転を行うことが困難となる場合がある。

特開２００１−８２７６１号公報

本実施形態は、除湿部と再熱部との割合がアンバランスとなることを回避できる空気調和機を提供する。

本実施形態の空気調和機は、室内機の内部に設けられた送風ファンと、前記送風ファンの回転方向に沿って複数の単位熱交換部に分割された熱交換器と、を備える。そして、少なくとも１つの前記単位熱交換部は、再熱除湿運転時に前記室内機の内部に吸い込まれた空気を除湿する除湿部及び前記除湿部により除湿された空気を加熱する再熱部の双方を有し、且つ、前記除湿部及び前記再熱部がそれぞれ前記送風ファンに対向しており、前記熱交換器は、前記送風ファンに対向する側となる部分のスリットの数が前記送風ファンに対向する側とは反対側となる部分のスリットの数よりも多くなっている。

第１実施形態に係る空気調和機の室内機の構成例を概略的に示す縦断面図 空気調和機の構成例を概略的に示す図 風が流れる方向と冷媒管が形成するパスとの角度関係の一例を示す図 熱交換器の一部を拡大して示す図 第２実施形態に係る空気調和機の室内機の構成例を概略的に示す縦断面図 熱交換器と補助熱交換器とを接続する構成例を概略的に示す図

以下、空気調和機に係る複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態で実質的に同一の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図１に例示する空気調和機の室内機１００は、上下方向の寸法に対して幅方向の寸法が長い横長状をなす。そして、室内機１００は、その外殻を構成する本体部１１の内部に、熱交換器１２や横流ファン１３などを備えている。横流ファン１３は、送風ファンの一例であり、室内機１００の長手方向に沿う軸を中心に回転可能に設けられている。また、本体部１１の上部には、室内の空気を本体部１１内に吸い込むための空気吸込み口１４が設けられている。また、本体部１１の下部には、本体部１１内に吸い込まれた空気を室内に吹き出すための空気吹出し口１５が設けられている。

本体部１１の内部には、これら空気吸込み口１４から空気吹出し口１５にわたって通風路１６が形成されている。熱交換器１２及び横流ファン１３は、この通風路１６内に配置されている。室内機１００は、横流ファン１３による送風作用により、室内の空気を空気吸込み口１４から吸い込む。そして、空気吸込み口１４から吸い込まれた空気は、通風路１６内を流れる過程で熱交換器１２によって熱交換され、周知の暖房運転時では温風として、周知の冷房運転時では冷風として空気吹出し口１５から室内に吹き出される。空気吹出し口１５には、図示しないルーバが回動可能に設けられている。ルーバは、空気吹出し口１５から吹き出される空気の方向を上下方向或いは左右方向に調整する。

熱交換器１２は、外側の面が空気吸込み口１４に対向し、内側の面が横流ファン１３に対向している。そして、熱交換器１２は、横流ファン１３の回転方向に沿って複数、この場合、３つの単位熱交換部１２ａ〜１２ｃに分割されている。即ち、熱交換器１２は、横流ファン１３の前方下部においてほぼ垂直な状態で配置される前側単位熱交換部１２ａと、横流ファン１３の後方上部において傾斜した状態で配置される後側単位熱交換部１２ｂと、これら前側単位熱交換部１２ａと後側単位熱交換部１２ｂとの間に位置する中間単位熱交換部１２ｃとに分割されている。中間単位熱交換部１２ｃは、横流ファン１３の前方上部において傾斜した状態で配置される。後側単位熱交換部１２ｂ及び中間単位熱交換部１２ｃは、側面視でほぼ逆Ｖ字状を形成するように配列された構成となっている。

熱交換器１２は、詳しくは後述する再熱除湿運転時に除湿部１２Ａとして機能する部分と再熱部１２Ｂとして機能する部分とを有する。除湿部１２Ａは、再熱除湿運転時に室内機１００の内部に吸い込まれた空気を除湿する部分である。再熱部１２Ｂは、再熱除湿運転時に除湿部１２Ａにより除湿された空気を加熱する部分である。
より具体的に説明すると、熱交換器１２の一端部を構成する前側単位熱交換部１２ａは、その全体が除湿部１２Ａとして機能するブロックである。また、後側単位熱交換部１２ｂは、その全体が再熱部１２Ｂとして機能するブロックである。また、中間単位熱交換部１２ｃは、再熱除湿運転時に除湿部１２Ａとして機能する部分と再熱部１２Ｂとして機能する部分の双方を有するブロックである。この場合、中間単位熱交換部１２ｃは、前側単位熱交換部１２ａ側の部分と後側単位熱交換部１２ｂ側の部分とに二分されている。そして、中間単位熱交換部１２ｃのうち前側単位熱交換部１２ａ側の部分は除湿部１２Ａとして機能し、中間単位熱交換部１２ｃのうち後側単位熱交換部１２ｂは再熱部１２Ｂとして機能する。

即ち、熱交換器１２は、前側単位熱交換部１２ａの全体と中間単位熱交換部１２ｃの一部、この場合、前側単位熱交換部１２ａに連結されている側の部分とにより除湿部１２Ａを構成している。また、熱交換器１２は、後側単位熱交換部１２ｂの全体と中間単位熱交換部１２ｃの一部、この場合、後側単位熱交換部１２ｃに連結されている側の部分とにより再熱部１２Ｂを構成している。

また、中間単位熱交換部１２ｃのうち除湿部１２Ａとして機能する部分と再熱部１２Ｂとして機能する部分は、それぞれ横流ファン１３に対向している。また、その全体が除湿部として機能する前側単位熱交換部１２ａも横流ファン１３に対向しており、その全体が再熱部１２Ｂとして機能する後側単位熱交換部１２ｂも横流ファン１３に対向している。
また、中間単位熱交換部１２ｃにおいては、矢印Ｗで示すように、横流ファン１３の送風作用により発生する風が、当該中間単位熱交換部１２ｃの外側の面から流入して内側の面から流出する。よって、中間単位熱交換部１２ｃは、除湿部１２Ａと再熱部１２Ｂとが、当該中間単位熱交換部１２ｃを流れる風の方向に対して略直交する方向に分離された構成となっている。

図２に例示するように、この室内機１００は、室外に設置される室外機２００とともに空気調和機３００を構成する。空気調和機３００は、圧縮機３０１と、上述した室内用の熱交換器１２と、減圧器３０３と、室外用の熱交換器３０４と、アキュームレータ３０５とを冷媒管３０６によって環状に接続した冷凍サイクル機構３０７を備える。この場合、冷凍サイクル機構３０７は、冷媒管３０６を循環させる冷媒、換言すれば熱交換器１２に供給する冷媒として、比較的圧力損失が低いＨＦＣ系冷媒であるＲ３２を用いている。冷媒管３０６は、例えば銅などといった熱伝導性に優れた材料で構成されている。減圧器３０３は、開度を調整可能な例えば電動式膨張弁などで構成されている。

室内機１００に備えられる熱交換器１２は、上述したように除湿部１２Ａと再熱部１２Ｂとを有する。そして、熱交換器１２は、冷媒管３０６のうち除湿部１２Ａと再熱部１２Ｂとを連結する部分に減圧器１２Ｃを備える。減圧器１２Ｃは、開度を調整可能な例えば電動式膨張弁などで構成されている。また、冷媒管３０６のうち熱交換器１２に挿通されている部分の径寸法は、冷媒管３０６のうち熱交換器１２に挿通されていない部分の径寸法よりも小さくなっており、例えば５ｍｍの径寸法となっている。なお、冷媒管３０６の径寸法は、例えば５ｍｍ以下の範囲で適宜変更して実施することができる。

室外用の熱交換器３０４は、室外機２００内部の図示しない空気吸込み口と空気吹出し口との間に設けられた通風路の上流側位置に設置されている。この通風路における熱交換器３０４の近傍には、例えばプロペラファンで構成される図示しない室外送風機が設けられている。この室外送風機は、例えば室外機２００の側面及び背面に設けられた図示しない空気吸込み口から室外の空気を吸い込んで熱交換器３０４を通過させる。そして、室外送風機は、熱交換器３０４において熱交換された空気を、例えば室外機２００の前面に設けられた図示しない空気吹出し口から室外に排出する。

四方弁３０８は、冷房運転時及び暖房運転時、さらには再熱除湿運転時などの各種の運転時において、冷媒管３０６を流れる冷媒の循環方向を各運転に適した方向に適宜切り替える。図２は、冷房運転時あるいは再熱除湿運転時における空気調和機３００を示しており、この場合、四方弁３０８は、圧縮機３０１の吐出口と室外の熱交換器３０４とを連結し且つ室内の熱交換器１２とアキュームレータ３０５とを連結する状態に切り替わる。

この空気調和機３００において、図２に示す冷房運転時あるいは再熱除湿運転時には、圧縮機３０１が駆動されると、破線矢印Ｒで示すように、当該圧縮機３０１から吐出された高温高圧の冷媒が熱交換器３０４に送られ、当該熱交換器３０４にて放熱して凝縮する。そして、この凝縮した冷媒は、減圧器３０３を通過する際に減圧され、その後、室内熱交換器１２に送られ、当該室内熱交換器１２にて吸熱して気化する。そして、室内熱交換器１２を通過した冷媒は、アキュームレータ３０５内に流入して気液分離され、液体状態の冷媒がアキュームレータ３０５内に残り、ガス状態の冷媒が圧縮機３０１に戻されるようになっている。

なお、通常の冷房運転時においては、減圧器１２Ｃが全開となる。これにより、熱交換器１２は、その全体が蒸発器として機能する状態となる。そのため、室内機１００の空気吸込み口１４から吸い込まれた空気は、通風路１６内を流れる過程で熱交換器１２により冷却されて、冷風として空気吹出し口１５から室内に吹き出される。一方、再熱除湿運転時においては、減圧器１２Ｃの開度が所定量絞られる。これにより、熱交換器１２は、再熱除湿運転時において冷媒が流れる方向の下流側となる一部が除湿部１２Ａとして機能し、再熱除湿運転時において冷媒が流れる方向の上流側となる残りの一部が再熱部１２Ｂとして機能する状態となる。そのため、室内機１００の空気吸込み口１４から吸い込まれた空気は、除湿部１２Ａにおいて除湿されるとともに再熱部１２Ｂにおいて再加熱されて、比較的温かい乾燥した空気として空気吹出し口１５から室内に吹き出される。なお、再熱除湿運転時における減圧器１２Ｃの開度は、室内に吹き出す空気の設定温度などに応じて適宜変更して実施することができる。

また、熱交換器１２は、例えばアルミニウムなどといった熱伝導性に優れた材料で構成される多数枚のフィンを配列し、これらフィンに冷媒管３０６を蛇行させながら挿通した構成である。そして、蛇行する冷媒管３０６は、熱交換器１２のフィンの配列方向に沿う端部間を１往復するごとに１つのパスを形成している。そして、図３に概略的に例示するように、本実施形態の熱交換器１２は、除湿部１２Ａに含まれる複数のパスのうち少なくとも１つのパス３０６ｐが、当該除湿部１２Ａを流れる風の方向に沿って設けられている。また、本実施形態の熱交換器１２は、再熱部１２Ｂに含まれる複数のパスのうち少なくとも１つのパス３０６ｐが、当該再熱部１２Ｂを流れる風の方向に沿って設けられている。即ち、除湿部１２Ａ及び再熱部１２Ｂは、風が流れる方向に沿って設けられているパスを、それぞれ少なくとも１つ備える構成となっている。

このように除湿部１２Ａに含まれるパス及び再熱部１２Ｂに含まれるパスを、それぞれ風が流れる方向に沿って設けることにより、１つの単位熱交換部を、風が流れる方向に対して直交する方向に分離しやすくできる。
また、図４に例示するように、熱交換器１２に備えられる冷媒管３０６の中心間の間隔Ｄ１は、当該冷媒管３０６の径寸法Ｄ２の３倍の寸法となっている。この場合、冷媒管３０６の径寸法は５ｍｍであるから、冷媒管３０６の中心間の間隔Ｄ１は、概ね１５ｍｍとなっている。なお、間隔Ｄ１は、冷媒管３０６の径寸法Ｄ２の３倍以上の寸法であれば、適宜変更して実施することができる。

また、熱交換器１２を構成するフィンは、冷媒管３０６が挿通される孔間に多数のスリットＳを有する。この場合、熱交換器１２は、空気吸込み口１４に対向する外側の部分、図４では左側の部分に形成されるスリットＳの数よりも、横流ファン１３に対向する内側の部分、図４では右側の部分に形成されるスリットＳの数が多くなっている。

熱交換器１２は、全体的に、空気吸込み口１４側が上となり横流ファン１３側が下となる状態で配置されている。そのため、冷房運転時或いは再熱除湿運転時に熱交換器１２に発生した結露水は、空気吸込み口１４側から横流ファン１３側に向かって流れ落ちる傾向がある。熱交換器１２に設けられている多数のスリットＳは、このようにして流れ落ちる結露水を受け止める機能を有する。特に、本実施形態の熱交換器１２では、横流ファン１３に対向する側となる部分のスリットＳの数を多くしている。そのため、空気吸込み口１４側の部分から横流ファン１３側の部分にかけて結露水の受け止め機能を発揮しつつ、最も横流ファン１３側の部分において結露水の受け止め機能を最大限に発揮することができる。

本実施形態によれば、室内機１００に備えられる熱交換器１２は、横流ファン１３の回転方向に沿って複数の単位熱交換部１２ａ〜１２ｃに分割されている。そして、そのうちの少なくとも１つの単位熱交換部１２ｃは、再熱除湿運転時に室内機１００の内部に吸い込まれた空気を除湿する除湿部１２Ａとして機能する部分と、再熱除湿運転時に除湿部１２Ａにより除湿された空気を加熱する再熱部１２Ｂとして機能する部分の双方を有する。

このように１つの単位熱交換部１２ｃに除湿部１２Ａとして機能する部分及び再熱部１２Ｂとして機能する部分の双方を有する構成によれば、除湿部１２Ａと再熱部１２Ｂとの割合が概ね均等となる構成を実現することができる。従って、除湿部１２Ａと再熱部１２Ｂとの割合がアンバランスとなることを回避することができ、最適な再熱除湿運転を実行することができる。

また、本実施形態によれば、単位熱交換部１２ｃは、除湿部１２Ａとして機能する部分及び再熱部１２Ｂとして機能する部分がそれぞれ横流ファン１３に対向している構成である。この構成によれば、横流ファン１３により送風される風が除湿部１２Ａ及び再熱部１２Ｂに偏ることなく供給されるようになり、除湿部１２Ａによる除湿機能及び再熱部１２Ｂによる再熱機能をバランス良く発揮することができる。

また、本実施形態によれば、熱交換器１２に供給する冷媒として、従来のＲ４１０Ａなどといった冷媒よりも圧力損失が低い冷媒であるＲ３２を用いている。この構成によれば、熱交換器１２に挿通される冷媒管３０６の径寸法を従来よりも細くしたとしても、熱交換器１２による熱交換性能の低下を抑えることができる。また、熱交換性能の低下を抑えつつ冷媒管３０６の径寸法を細くすることができるから、熱交換器１２における冷媒管３０６の蛇行回数を増やすことができる。これにより、熱交換器１２の熱交換性能をさらに向上することができる。

また、本実施形態によれば、熱交換器１２の一端部を構成する前側単位熱交換部１２ａは、その全体が除湿部１２Ａとして機能する。また、熱交換器１２の他端部を構成する後側単位熱交換部１２ｂは、その全体が再熱部１２Ｂとして機能する。また、単位熱交換部１２ａと単位熱交換部１２ｂとの間に位置する中間単位熱交換部１２ｃは、除湿部１２Ａ及び再熱部１２Ｂの双方を有する構成である。この構成によれば、熱交換器１２の全体において除湿部１２Ａとして機能する部分と再熱部１２Ｂとして機能する部分との割合を均等に設けることができ、除湿部１２Ａによる除湿機能と再熱部１２Ｂによる再熱機能とを偏りなく発揮することができる。

なお、空気調和機３００は、熱交換器１２の両端部を構成する単位熱交換部１２ａと単位熱交換部１２ｂとの間に、さらに複数の中間単位熱交換部１２ｃを備える構成としてもよい。この場合、複数の中間単位熱交換部１２ｃのうち少なくとも１つの単位熱交換部を、除湿部１２Ａ及び再熱部１２Ｂの双方を有する構成とすればよい。また、必要に応じて、他の中間単位熱交換部１２ｃも除湿部１２Ａ及び再熱部１２Ｂの双方を有する構成とするとよい。要するに、熱交換器１２の全体として除湿部１２Ａによる除湿機能と再熱部１２Ｂによる再熱機能とが偏りなく発揮されるよう、除湿部１２Ａ及び再熱部１２Ｂの双方を有する単位熱交換部の数を適宜変更して実施することができる。

また、本実施形態によれば、熱交換器１２に備えられる冷媒管３０６の中心間の間隔Ｄ１は、当該冷媒管３０６の径寸法Ｄ２の３倍以上の寸法を確保するとよい。この構成によれば、熱交換器１２において蛇行する冷媒管３０６間に適度なスペースを確保することができる。そのため、冷媒管３０６同士による熱干渉を抑えることができ、熱交換器１２による熱交換性能のさらなる向上を図ることができる。

（第２実施形態）
図５に例示する空気調和機の室内機１００は、熱交換器１２のうち空気吸込み口１４に対向する外側の面、つまり横流ファン１３の送風作用により発生する風の風上側となる面に、補助熱交換器４００を備える。この補助熱交換器４００は、減圧器３０３と熱交換器１２との間に設けられている。図６に例示するように、冷媒管３０６のうち減圧器３０３と補助熱交換器４００とを接続する第１冷媒管３０６Ａ、つまり補助熱交換器４００に冷媒を流入する冷媒管は、１本で構成されている。そして、第１冷媒管３０６Ａの径寸法は、一般的な空気調和機の冷凍サイクル機構を構成する冷媒管の径寸法となっている。また、冷媒管３０６のうち補助熱交換器４００と熱交換器１２とを接続する第２冷媒管３０６Ｂ、つまり熱交換器１２に冷媒を流入する冷媒管は、複数、この場合、２本で構成されている。そして、これら複数の第２冷媒管３０６Ｂの径寸法は、何れも同じ径寸法であり、且つ、第１冷媒管３０６Ａの径寸法よりも小さい寸法となっている。この場合、第１冷媒管３０６Ａの径寸法は、少なくとも、第２冷媒管３０６Ｂの径寸法の１．２５倍以上となっている。

本実施形態によれば、熱交換器１２の風上側に補助熱交換器４００を備える。この構成によれば、補助熱交換器４００を追加することにより熱交換器１２による熱交換機能を増強することができ、要求される空気調和機の性能に応じた熱交換性能を発揮することができる。また、要求される性能が異なる機種であっても、熱交換器１２は共通の部品として用いることができ、コストの低減や製造性の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、熱交換器１２に冷媒を流入する第２冷媒管３０６Ｂの径寸法は、補助熱交換器４００に冷媒を流入する第１冷媒管３０６Ａの径寸法よりも小さくなっている。この構成によれば、第１冷媒管３０６Ａは、一般的な空気調和機の冷凍サイクル機構を構成する冷媒管で構成することができ、コストの低減や製造性の向上を図ることができる。また、熱交換器１２に冷媒を流入する第２冷媒管３０６Ｂは、従来の冷媒管よりも細く形成されているので、熱交換器１２に挿通される冷媒管の蛇行回数を増やすことができ、熱交換器１２の熱交換性能を向上することができる。また、第２冷媒管３０６Ｂの径寸法を従来の冷媒管の径寸法よりも細くしたとしても、第２冷媒管３０６Ｂの数が第１冷媒管３０６Ａの数よりも多くなっているから、第１冷媒管３０６Ａを流れる冷媒を複数の第２冷媒管３０６Ｂに分散させながら流すことができる。そのため、補助熱交換器４００と熱交換器１２との間における冷媒の流れが滞りにくく、従って、熱交換器１２の熱交換性能が損なわれてしまうことを回避することができる。

本実施形態に係る空気調和機は、室内機の内部に設けられた送風ファンと、前記送風ファンの回転方向に沿って複数の単位熱交換部に分割された熱交換器と、を備える。そして、少なくとも１つの前記単位熱交換部は、再熱除湿運転時に前記室内機の内部に吸い込まれた空気を除湿する除湿部及び前記除湿部により除湿された空気を加熱する再熱部の双方を有し、且つ、前記除湿部及び前記再熱部がそれぞれ前記送風ファンに対向している。この構成によれば、除湿部と再熱部との割合がアンバランスとなることを回避できる。

本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態及びその変形は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１２は熱交換器、１２ａは前側単位熱交換部（単位熱交換部）、１２ｂは後側単位熱交換部（単位熱交換部）、１２ｃは中間単位熱交換部（単位熱交換部）、１２Ａは除湿部、１２Ｂは再熱部、１３は横流ファン（送風ファン）、１００は室内機、３００は空気調和機、４００は補助熱交換器、を示す。

Claims (6)

1. 室内機の内部に設けられた送風ファンと、
   前記送風ファンの回転方向に沿って複数の単位熱交換部に分割された熱交換器と、
   を備え、
   少なくとも１つの前記単位熱交換部は、再熱除湿運転時に前記室内機の内部に吸い込まれた空気を除湿する除湿部及び前記除湿部により除湿された空気を加熱する再熱部の双方を有し、且つ、前記除湿部及び前記再熱部がそれぞれ前記送風ファンに対向しており、
   前記熱交換器は、前記送風ファンに対向する側となる部分のスリットの数が前記送風ファンに対向する側とは反対側となる部分のスリットの数よりも多くなっている空気調和機。
2. 前記熱交換器に供給する冷媒としてＲ３２を用いる請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記熱交換器の風上側に補助熱交換器をさらに備える請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 前記熱交換器に冷媒を流入する冷媒管の径寸法は、前記補助熱交換器に冷媒を流入する冷媒管の径寸法よりも小さい請求項３に記載の空気調和機。
5. 前記熱交換器の一端部を構成する前記単位熱交換部は、前記除湿部を有し、
   前記熱交換器の他端部を構成する前記単位熱交換部は、前記再熱部を有し、
   前記熱交換器の一端部を構成する前記単位熱交換部と前記熱交換器の他端部を構成する前記単位熱交換部との間に位置する前記単位熱交換部のうち少なくとも１つの前記単位熱交換部は、前記除湿部及び前記再熱部の双方を有する請求項１から４の何れか１項に記載の空気調和機。
6. 前記熱交換器に備えられる冷媒管の中心間の間隔は、当該冷媒管の径寸法の３倍以上である請求項１から５の何れか１項に記載の空気調和機。

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