JP6707152B2

JP6707152B2 - 空気調和装置

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Publication number: JP6707152B2
Application number: JP2018565192A
Authority: JP
Inventors: 友博永野; 和彦河合; 裕右小山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-02-03
Filing date: 2017-02-03
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2037-02-03
Also published as: WO2018142567A1; JPWO2018142567A1

Description

本発明は、空気調和装置に関し、特に凝縮器の構造に関するものである。

自然循環式の空気調和装置に用いられる凝縮器において、伝熱管が複数折り返されて冷媒の流路が形成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。

実公昭６１−３３４２８号公報

従来、設置スペースが広くない場所に凝縮器を設置したいような場合、凝縮器を鉛直方向に対して傾けて設置することが考えられる。しかし、特許文献１に記載の凝縮器を鉛直方向に対して傾けて設置すると伝熱管の折り返された部分がトラップとなり、伝熱管によって形成された流路を液冷媒が流れにくくなって、液冷媒が凝縮器に滞留してしまうという課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、凝縮器を鉛直方向に対して傾けて設置しても、液冷媒が凝縮器に滞留するのを抑制することができる空気調和装置を提供することを目的としている。

本発明に係る空気調和装置は、凝縮器と蒸発器とが配管で接続され、前記凝縮器と前記蒸発器との間を冷媒が循環する冷媒回路を備え、前記凝縮器は、千鳥配置された４列以上の伝熱管を有し、複数の前記伝熱管と、隣接する前記伝熱管の端部同士を連結する第１Ｕ字管とで形成されており、液冷媒を一方の外側の列に配置された前記伝熱管から他方の外側の列へ配置された前記伝熱管へ導く第１流路と、前記一方の外側の列に配置された前記伝熱管の端部と前記他方の外側の列に配置された前記伝熱管の端部とを連結する第２Ｕ字管とで形成されており、液冷媒を前記他方の外側の列に配置された前記伝熱管から前記一方の外側の列に配置された前記伝熱管へ導く第２流路とで構成される冷媒の流路を有し、前記流路は、上段の前記伝熱管に形成された流入口から下段の前記伝熱管に形成された流出口に至るまで、前記第１流路と前記第２流路とが交互に形成されているものであり、前記第１流路および前記第２流路は、上流側から下流側に向かって下方に傾いているものである。

本発明に係る空気調和装置によれば、凝縮器は、千鳥配置された複数の伝熱管を有し、液冷媒を一方の外側の列に配置された伝熱管から他方の外側の列へ配置された伝熱管へ導く第１流路と、液冷媒を他方の外側の列に配置された伝熱管から一方の列に配置された伝熱管へ導く第２流路とで構成される冷媒の流路を有し、その流路は、上段の伝熱管に形成された流入口から下段の伝熱管に形成された流出口に至るまで、第１流路と第２流路とが交互に形成されているものであり、第１流路および第２流路は、上流側から下流側に向かって下方に傾いている。そのため、凝縮器を鉛直方向に対して傾けて設置しても、液冷媒が凝縮器に滞留するのを抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路を示す図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の室外機の構造を示す模式図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の凝縮器を説明する図である。本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の冷媒回路を示す図である。本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の室外機の構造を示す模式図である。本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の凝縮器を説明する図である。本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の冷媒回路を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路を示す図である。なお、図１中の矢印は冷媒の流れを示している。
本実施の形態１に係る空気調和装置は、自然循環式であり、図１に示すように、屋外に設置される凝縮器１と、屋内に設置される蒸発器３とを備えている。また、本実施の形態１に係る空気調和装置は、凝縮器１と蒸発器３とが液管２およびガス管４で接続され、凝縮器１と蒸発器３との間を冷媒が循環する冷媒回路を備えている。

図２は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の室外機１０の構造を示す模式図である。なお、図２中の矢印は空気の流れを示している。
図２に示すように、本実施の形態１に係る凝縮器１は、室外機１０の内部に設けられており、蒸発器３は、室内機（図示せず）の内部に設けられている。室外機１０は、外郭を構成し、上部には吹き出し口１３が形成され、下部には吸い込み口１２が形成された筐体１１と、筐体１１の内部に鉛直方向に対して傾いて設置された凝縮器１と、凝縮器１と吹き出し口１３との間の２次風路側に設置された送風機１４と、を備えている。

図３は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の凝縮器１を説明する図である。なお、図３の右側は、凝縮器１の一部を拡大した図である。また、その拡大した図中の矢印は冷媒の流れを示している。

図３に示すように、凝縮器１は、フィンチューブ型であり、後述するヘアピン管１６ａの直線部分が４列に千鳥配置されている。この凝縮器１は、同じ方向に複数積層された板状フィン１５と、板状フィン１５の貫通穴（図示せず）に挿通されるヘアピン管１６ａと、板状フィン１５の外側において隣接するヘアピン管１６ａの端部同士を連結する第１Ｕ字管１６ｂと、一方の外側の列である第１列（図３の紙面左側）に配置されたヘアピン管１６ａの端部と他方の外側の列である第４列（図３の紙面右側）に配置されたヘアピン管１６ａの端部とを連結する第２Ｕ字管１６ｃとで構成されている。

なお、ヘアピン管１６ａの直線部分は、本発明の「伝熱管」に相当する。また、本実施の形態１では、凝縮器１の構成要素としてヘアピン管１６ａを用いたが、ヘアピン管１６ａを直線形状の伝熱管と第１Ｕ字管１６ｂとで構成し、それを用いてもよい。

第２Ｕ字管１６ｃは、上記の通り、第１列に配置されたヘアピン管１６ａの端部と第４列に配置されたヘアピン管１６ａの端部とを連結するが、第１列に配置されたヘアピン管１６ａの端部の方が第４列に配置されたヘアピン管１６ａの端部よりも３段下に配置されている。つまり、第２Ｕ字管１６ｃは、第４列に配置されたヘアピン管１６ａの端部と、第１列に配置されたヘアピン管１６ａの端部のうち第４列に配置されたヘアピン管１６ａの端部よりも３段下の端部とを連結する。

凝縮器１内を流れる冷媒の流路は、ヘアピン管１６ａおよび第１Ｕ字管１６ｂにより形成され、液冷媒を第１列から第４列へ導く第１流路と、第２Ｕ字管１６ｃにより形成され、液冷媒を第４列から第１列へ導く第２流路とで構成されている。そして、その冷媒の流路は、第１列の上段に形成された流入口（図示せず）から第４列の下段に形成された流出口（図示せず）に至るまで、第１流路と第２流路とが交互に形成されている。

第１流路の上流側である第１列に配置されたヘアピン管１６ａの端部は、第１流路の下流側である第４列に配置されたヘアピン管１６ａの端部よりも上側に配置されている。また、第２流路の上流側である第４列に配置されたヘアピン管１６ａの端部は、第２流路の下流側である第１列に配置されたヘアピン管１６ａの端部よりも上側に配置されている。そのため、第１流路および第２流路は、上流側から下流側に向かって下方に傾いており、冷媒の流路は、液冷媒が流れやすい構造となっている。

また、冷媒の流路は３つ並列に形成されており、１つ目の冷媒の流路は第１＋３ｘ段目の第１流路を流れ、２つ目の冷媒の流路は第２＋３ｘ段目の第１流路を流れ、３つ目の冷媒の流路は第３＋３ｘ段目の第１流路を流れる。なお、ｘ＝０、１、２、３・・・である。

つまり、例えば、第１段目の第１流路を流れる液冷媒は、ヘアピン管１６ａおよび第１Ｕ字管１６ｂを通過して第１列の第１段から第４列の第１段目に到達した後、第２Ｕ字管１６ｃを通過して第１列の前記第１段目よりも３段下の第４段目に到達する。その後、第４段目の第１流路を流れる液冷媒は、ヘアピン管１６ａおよび第１Ｕ字管１６ｂを通過して第１列の第４段目から第４列の第４段目に到達した後、第２Ｕ字管１６ｃを通過して第１列の前記第４段目よりも３段下の第７段目に到達する。以後、液冷媒は、流出口に至るまでこの流れを繰り返す。

図３に示す角度αは、第２Ｕ字管１６ｃと水平方向との角度、つまり第２流路と水平方向との角度であり、図３に示す角度βは、ヘアピン管１６ａおよび第１Ｕ字管１６ｂと水平方向との角度、つまり第１流路と水平方向との角度である。

凝縮器１は、室外機１０の筐体１１の内部において、鉛直方向に対する傾きＬが０≦Ｌ＜αまたはβ＜Ｌ≦０、つまりβ＜Ｌ＜αとなるように設置されている。ここで、凝縮器１は、段ピッチＤｐ＝２０．４ｍｍ、列ピッチＬｐ＝１７．７ｍｍの千鳥配列を有しており、α＝３０°、β＝−３０°である。

凝縮器１が、室外機１０の筐体１１の内部において、β＜Ｌ＜αとなるように設置されることで、第１流路および第２流路が水平方向とならず、第１流路および第２流路を下方に傾けることができる。そのため、凝縮器１を鉛直方向に対して傾けて設置しても、液冷媒が流れにくくなって凝縮器１に滞留するのを抑制することができる。

次に、凝縮器１の動作について説明する。
屋外温度＜屋内温度である条件において、凝縮器１は、蒸発器３でガス化し、ガス管４を通過したガス冷媒を、凝縮して液冷媒にする。この凝縮器１は、室外機１０の筐体１１の内部において鉛直方向に対して傾いて設置されているため、冷媒の流路にトラップが形成されず、液冷媒が凝縮器１に滞留されることなく、凝縮器１の流出口側に接続された液管２に導かれるようになっており、自然循環が実現される。

以上、本実施の形態１に係る空気調和装置は、凝縮器１と蒸発器３とが配管で接続され、凝縮器１と蒸発器３との間を冷媒が循環する冷媒回路を備え、凝縮器１は、千鳥配置された複数の伝熱管を有し、液冷媒を一方の外側の列に配置された伝熱管から他方の外側の列へ配置された伝熱管へ導く第１流路と、液冷媒を他方の外側の列に配置された伝熱管から一方の列に配置された伝熱管へ導く第２流路とで構成される冷媒の流路を有し、その流路は、上段の伝熱管に形成された流入口から下段の伝熱管に形成された流出口に至るまで、第１流路と第２流路とが交互に形成されているものであり、第１流路および第２流路は、上流側から下流側に向かって下方に傾いているものである。

本実施の形態１に係る空気調和装置によれば、凝縮器１は、千鳥配置された複数の伝熱管を有し、液冷媒を一方の外側の列に配置された伝熱管から他方の外側の列へ配置された伝熱管へ導く第１流路と、液冷媒を他方の外側の列に配置された伝熱管から一方の列に配置された伝熱管へ導く第２流路とで構成される冷媒の流路を有し、その流路は、上段の伝熱管に形成された流入口から下段の伝熱管に形成された流出口に至るまで、第１流路と第２流路とが交互に形成されているものであり、第１流路および第２流路は、上流側から下流側に向かって下方に傾いている。そのため、凝縮器１を鉛直方向に対して傾けて設置しても、液冷媒が凝縮器１に滞留するのを抑制することができる。

また、自然循環において、凝縮器１に滞留するのを抑制することができるため、冷媒回路内の液冷媒の分布を制御することができる。

また、本実施の形態１に係る凝縮器１は、パス抜き配管を設ける必要がないため、高効率熱交換を実現することができる。

なお、本実施の形態１では、凝縮器１の段ピッチＤｐ＝２０．４ｍｍ、列ピッチＬｐ＝１７．７ｍｍとしたが、それに限定されず、他の段ピッチおよび列ピッチでもよい。また、凝縮器１の列数を４列としたが、それに限定されず、他の列数でもよい。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２について説明するが、実施の形態１と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図４は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の冷媒回路を示す図である。なお、図４中の矢印は冷媒の流れを示している。
本実施の形態２に係る空気調和装置は、液ポンプ５による循環式であり、図４に示すように、実施の形態１に係る冷媒回路に対して、液管２に冷媒を循環させる液ポンプ５が設けられている。具体的には、液ポンプ５の吸入側と凝縮器１、および、液ポンプ５の吐出側と蒸発器３とが、それぞれ液管２で接続されている。

図５は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の室外機１０ａの構造を示す模式図である。なお、図５中の矢印は空気の流れを示している。
図５に示すように、本実施の形態２に係る凝縮器１は、室外機１０ａの内部に設けられており、蒸発器３は、室内機（図示せず）の内部に設けられている。室外機１０ａは、外郭を構成し、上部には吹き出し口１３が形成され、下部には吸い込み口１２が形成された筐体１１と、筐体１１の内部に鉛直方向に対して傾いて設置された凝縮器１と、凝縮器１と吹き出し口１３との間の２次風路側に設置された送風機１４と、吸い込み口１２と凝縮器１との間の１次風路側に設置された液ポンプ５と、を備えている。

図６は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の凝縮器１を説明する図である。なお、図６の右側は、凝縮器１の一部を拡大した図である。また、その拡大した図中の矢印は冷媒の流れを示している。

図６に示すように、凝縮器１は、フィンチューブ型であり、後述するヘアピン管１６ａの直線部分が６列に千鳥配置されている。この凝縮器１は、同じ方向に複数積層された板状フィン１５と、板状フィン１５の貫通穴（図示せず）に挿通されるヘアピン管１６ａと、板状フィン１５の外側において隣接するヘアピン管１６ａの端部同士を連結する第１Ｕ字管１６ｂと、一方の外側の列である第１列（図６の紙面左側）に配置されたヘアピン管１６ａの端部と他方の外側の列である第６列（図６の紙面右側）に配置されたヘアピン管１６ａの端部とを連結する第２Ｕ字管１６ｃとで構成されている。

第２Ｕ字管１６ｃは、上記の通り、第１列に配置されたヘアピン管１６ａの端部と第６列に配置されたヘアピン管１６ａの端部とを連結するが、第１列に配置されたヘアピン管１６ａの端部の方が第６列に配置されたヘアピン管１６ａの端部よりも５段下に配置されている。つまり、第２Ｕ字管１６ｃは、第６列に配置されたヘアピン管１６ａの端部と、第１列に配置されたヘアピン管１６ａの端部のうち第６列に配置されたヘアピン管１６ａの端部よりも５段下の端部とを連結する。

凝縮器１内を流れる冷媒の流路は、ヘアピン管１６ａおよび第１Ｕ字管１６ｂにより形成され、液冷媒を第１列から第６列へ導く第１流路と、第２Ｕ字管１６ｃにより形成され、液冷媒を第６列から第１列へ導く第２流路とで構成されている。そして、その冷媒の流路は、第１列の上段に形成された流入口（図示せず）から第６列の下段に形成された流出口（図示せず）に至るまで、第１流路と第２流路とが交互に形成されている。

第１流路の上流側である第１列に配置されたヘアピン管１６ａの端部は、第１流路の下流側である第６列に配置されたヘアピン管１６ａの端部よりも上側に配置されている。また、第２流路の上流側である第６列に配置されたヘアピン管１６ａの端部は、第２流路の下流側である第１列に配置されたヘアピン管１６ａの端部よりも上側に配置されている。そのため、第１流路および第２流路は、上流側から下流側に向かって下方に傾いており、冷媒の流路は、液冷媒が流れやすい構造となっている。

また、冷媒の流路は５つ並列に形成されており、１つ目の冷媒の流路は第１＋５ｘ段目の第１流路を流れ、２つ目の冷媒の流路は第２＋５ｘ段目の第１流路を流れ、３つ目の冷媒の流路は第３＋５ｘ段目の第１流路を流れ、４つ目の冷媒の流路は第４＋５ｘ段目の第１流路を流れ、５つ目の冷媒の流路は第５＋５ｘ段目の第１流路を流れる。なお、ｘ＝０、１、２、３・・・である。

つまり、例えば、第１段目の第１流路を流れる液冷媒は、ヘアピン管１６ａおよび第１Ｕ字管１６ｂを通過して第１列の第１段から第４列の第１段目に到達した後、第２Ｕ字管１６ｃを通過して第１列の前記第１段目よりも５段下の第６段目に到達する。その後、第６段目の第１流路を流れる液冷媒は、ヘアピン管１６ａおよび第１Ｕ字管１６ｂを通過して第１列の第６段目から第４列の第６段目に到達した後、第２Ｕ字管１６ｃを通過して第１列の前記第６段目よりも５段下の第１１段目に到達する。以後、液冷媒は、流出口に至るまでこの流れを繰り返す。

図６に示す角度αは、第２Ｕ字管１６ｃと水平方向との角度、つまり第２流路と水平方向との角度であり、図６に示す角度βは、ヘアピン管１６ａおよび第１Ｕ字管１６ｂと水平方向との角度、つまり第１流路と水平方向との角度である。

凝縮器１は、室外機１０ａの筐体１１の内部において、鉛直方向に対する傾きＬが０≦Ｌ＜αまたはβ＜Ｌ≦０、つまりβ＜Ｌ＜αとなるように設置されている。ここで、凝縮器１は、段ピッチＤｐ＝２０．４ｍｍ、列ピッチＬｐ＝１７．７ｍｍの千鳥配列を有しており、α＝３０°、β＝−３０°である。

凝縮器１が、室外機１０ａの筐体１１の内部において、β＜Ｌ＜αとなるように設置されることで、第１流路および第２流路が水平方向とならず、第１流路および第２流路を下方に傾けることができる。そのため、凝縮器１を鉛直方向に対して傾けて設置しても、液冷媒が流れにくくなって凝縮器１に滞留するのを抑制することができる。

次に、凝縮器１の動作について説明する。
屋外温度＜屋内温度である条件において、凝縮器１は、蒸発器３でガス化し、ガス管４を通過したガス冷媒を、凝縮して液冷媒にする。この凝縮器１は、室外機１０ａの筐体１１の内部において鉛直方向に対して傾いて設置されているため、冷媒の流路にトラップが形成されず、液冷媒が凝縮器１に滞留されることなく、凝縮器１の流出口側に接続された液管２に設けられた液ポンプ５に導かれるようになっており、液ポンプ５による循環が実現される。

以上、本実施の形態２に係る空気調和装置の冷媒回路は、液ポンプ５を備え、液ポンプ５の吸入側と凝縮器１とが配管で接続され、液ポンプ５の吐出側と蒸発器３とが配管で接続されているものである。そのため、本実施の形態２に係る空気調和装置によれば、冷媒回路において、液冷媒が凝縮器１に滞留されることなく、液ポンプ５による冷媒の循環を実現することができる。

なお、本実施の形態２では、凝縮器１の段ピッチＤｐ＝２０．４ｍｍ、列ピッチＬｐ＝１７．７ｍｍとしたが、それに限定されず、他の段ピッチおよび列ピッチでもよい。また、凝縮器１の列数を６列としたが、それに限定されず、他の列数でもよい。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３について説明するが、実施の形態１および２と重複するものについては説明を省略し、実施の形態１および２と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

図７は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の冷媒回路を示す図である。なお、図７中の矢印は冷媒の流れを示している。
本実施の形態３に係る空気調和装置は、液ポンプ５および圧縮機６による複合循環式であり、図６に示すように、実施の形態２に係る冷媒回路に対して、ガス管４に冷媒を圧縮する圧縮機６が設けられており、液ポンプ５の吐出側と蒸発器３との間に冷媒を減圧させる絞り装置７が設けられている。また、凝縮器１と液ポンプ５の吸入側との間に液冷媒を溜めるレシーバ９が設けられており、そのレシーバ９と液ポンプ５の吸入側との間に冷媒を過冷却する過冷却熱交換器１７が設けられている。さらに、液ポンプ５と並列に液冷媒の逆流を防止する第１逆止弁８ａが設けられており、圧縮機６と並列に液冷媒の逆流を防止する第２逆止弁８ｂが設けられている。

次に、凝縮器１の動作について説明する。
屋外温度＜屋内温度である条件において、凝縮器１は、蒸発器３でガス化し、ガス管４を通過したガス冷媒を、凝縮して液冷媒にする。この凝縮器１は、室外機１０ａの筐体１１の内部において鉛直方向に対して傾いて設置されているため、冷媒の流路にトラップが形成されず、液冷媒が凝縮器１に滞留されることなく、凝縮器１の流出口側に接続された液管２に設けられたレシーバ９に導かれるようになっており、液ポンプ５および圧縮機６による複合循環が実現される。

以上、本実施の形態３に係る空気調和装置の冷媒回路は、圧縮機６と絞り装置７とを備え、圧縮機６の吸入側と蒸発器３とが配管で接続され、圧縮機６の吐出側と凝縮器１とが配管で接続されており、液ポンプ５と蒸発器３との間に絞り装置７が設けられているものである。そのため、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置によれば、冷媒回路において、液冷媒が凝縮器１に滞留されることなく、液ポンプ５および圧縮機６による複合循環を実現することができる。

１凝縮器、２液管、３蒸発器、４ガス管、５液ポンプ、６圧縮機、７絞り装置、８ａ第１逆止弁、８ｂ第２逆止弁、９レシーバ、１０室外機、１０ａ室外機、１１筐体、１２吸い込み口、１３吹き出し口、１４送風機、１５板状フィン、１６ａヘアピン管、１６ｂ第１Ｕ字管、１６ｃ第２Ｕ字管、１７過冷却熱交換器。

Claims

凝縮器と蒸発器とが配管で接続され、前記凝縮器と前記蒸発器との間を冷媒が循環する冷媒回路を備え、
前記凝縮器は、
千鳥配置された４列以上の伝熱管を有し、
複数の前記伝熱管と、隣接する前記伝熱管の端部同士を連結する第１Ｕ字管とで形成されており、液冷媒を一方の外側の列に配置された前記伝熱管から他方の外側の列へ配置された前記伝熱管へ導く第１流路と、前記一方の外側の列に配置された前記伝熱管の端部と前記他方の外側の列に配置された前記伝熱管の端部とを連結する第２Ｕ字管とで形成されており、液冷媒を前記他方の外側の列に配置された前記伝熱管から前記一方の外側の列に配置された前記伝熱管へ導く第２流路とで構成される冷媒の流路を有し、前記流路は、上段の前記伝熱管に形成された流入口から下段の前記伝熱管に形成された流出口に至るまで、前記第１流路と前記第２流路とが交互に形成されているものであり、
前記第１流路および前記第２流路は、上流側から下流側に向かって下方に傾いているものである
空気調和装置。
前記第２流路と水平方向との角度をαとし、
前記第１流路と水平方向との角度をβとした場合、
前記凝縮器は、鉛直方向に対する傾きＬがβ＜Ｌ＜αとなるように設置されている
請求項１に記載の空気調和装置。
前記冷媒回路は、
液ポンプを備え、
前記液ポンプの吸入側と前記凝縮器とが配管で接続され、前記液ポンプの吐出側と前記蒸発器とが配管で接続されている
請求項１または２に記載の空気調和装置。
前記冷媒回路は、
圧縮機と絞り装置とを備え、
前記圧縮機の吸入側と前記蒸発器とが配管で接続され、前記圧縮機の吐出側と前記凝縮器とが配管で接続されており、
前記液ポンプと前記蒸発器との間に前記絞り装置が設けられている
請求項３に記載の空気調和装置。