JP7113974B2 - 空気調和機 - Google Patents

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Description

本開示は、少なくとも暖房運転可能な空気調和機に関する。
従来の空気調和機の室外熱交換器として、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えたものが知られている(例えば特許文献1参照)。分配管とは、複数の伝熱管の冷媒の流入側端部に接続され、内部を流れる冷媒を該分配管に接続された複数の伝熱管に分配するものである。合流管とは、複数の伝熱管の冷媒の流出側端部に接続され、該合流管に接続された複数の伝熱管から流出した冷媒が内部で合流するものである。複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器においては、複数の伝熱管は、横方向に延び、上下方向に間隔を空けて並べられている。このため、分配管及び合流管は、上下方向に延びる構成となる。また、空気調和機が暖房運転を行う場合、換言すると室外熱交換器が蒸発器として機能する場合、合流管から流出した冷媒は、圧縮機に導かれ、圧縮機において圧縮される。詳しくは、上下方向に延びる合流管には、上下方向の途中部に、合流管から流出した冷媒を圧縮機に導く流出配管が接続されている。合流管から流出した冷媒は、流出配管に流入し、該流出配管を通って圧縮機に導かれる。
国際公開第2016/174830号
空気調和機の圧縮機には、圧縮機内部の摺動部分の潤滑、圧縮機構部の隙間のシール等を目的として、冷凍機油が貯留されている。圧縮機が冷媒を圧縮して吐出する際、圧縮機内の冷凍機油の一部も、圧縮された冷媒と共に圧縮機から流出する。圧縮機から流出した冷凍機油は、冷凍サイクル回路内を回り、圧縮機へ戻ってくる。このため、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器が採用されている空気調和機においては、室外熱交換器が蒸発器として機能する暖房運転時、圧縮機から流出した冷凍機油は、複数の伝熱管から合流管に流入して合流し、流出配管を通って圧縮機に戻ることとなる。
ここで、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器においては、合流管は、上下方向に延びる構成となっている。このため、合流管内の冷凍機油は、重力の影響によって、合流管の下端部に溜まりやすい。したがって、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器が採用されている空気調和機においては、室外熱交換器が蒸発器として機能する暖房運転時、合流管の下端部に冷凍機油が溜まって、圧縮機内の冷凍機油が不足し、空気調和機の信頼性が低下してしまうという課題があった。
本開示は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、合流管に冷凍機油が溜まることによって圧縮機内の冷凍機油が不足することを抑制することができる空気調和機を得ることを目的とする。
本開示に係る空気調和機は、圧縮機と、蒸発器および凝縮器として機能する室外熱交換器とを備え、前記室外熱交換器は、第1熱交換部および第2熱交換部を備え、前記第1熱交換部は、上下方向に延び、横方向に間隔を空けて並べられ、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、下端部である流出側端部から内部を流れる冷媒が流出する複数の第1伝熱管と、横方向に延び、複数の前記第1伝熱管の前記流出側端部が接続され、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、複数の前記第1伝熱管から流出した冷媒が内部で合流する第1合流管と、前記第1合流管の上下方向の中央位置以下の箇所で前記第1合流管に接続され、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、前記第1合流管から流出した冷媒を前記圧縮機に導く流出配管と、上下方向に延び、横方向に間隔を空けて並べられ、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、下端部である流入側端部から内部へ冷媒が流入する複数の第2伝熱管と、横方向に延び、複数の前記第2伝熱管の前記流入側端部が接続され、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、内部を流れる冷媒を複数の前記第2伝熱管へ分配する第1分配管と、前記第1伝熱管の上端部と前記第2伝熱管の上端部とを接続し、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、前記第2伝熱管から流出した冷媒を前記第1伝熱管に導く第1接続部品と、を備え、前記第2熱交換部は、上下方向に延び、横方向に間隔を空けて並べられ、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、下端部である流出側端部から内部を流れる冷媒が流出する複数の第3伝熱管と、横方向に延び、複数の前記第3伝熱管の前記流出側端部が接続され、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、複数の前記第3伝熱管から流出した冷媒が内部で合流する第2合流管と、上下方向に延び、横方向に間隔を空けて並べられ、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、下端部である流入側端部から内部へ冷媒が流入する複数の第4伝熱管と、横方向に延び、複数の前記第4伝熱管の前記流入側端部が接続され、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、内部を流れる冷媒を複数の前記第4伝熱管へ分配する第2分配管と、前記第3伝熱管の上端部と前記第4伝熱管の上端部とを接続し、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、前記第4伝熱管から流出した冷媒を前記第3伝熱管に導く第2接続部品と、を備え、前記第2合流管は、前記第1分配管に接続されており、前記第2熱交換部の大きさは、前記室外熱交換器の大きさの15%以上であり、前記室外熱交換器の大きさの35%以下となっている
本開示に係る空気調和機においては、室外熱交換器の第1合流管は、横方向に延びる構成となっている。また、本開示に係る空気調和機においては、流出配管は、第1合流管の上下方向の中央位置以下の箇所で、第1合流管と接続されている。このため、本開示に係る空気調和機においては、第1合流管内で冷凍機油が流出配管から流出しにくい場所に溜まることを抑制でき、圧縮機内の冷凍機油が不足することを抑制できる。
実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路図である。 実施の形態に係る空気調和機の室外機の縦断面図である。 実施の形態に係る空気調和機の室外機の横断面図である。 実施の形態に係る空気調和機の室外機の変形例を示す横断面図である。 実施の形態に係る室外熱交換器の側面図である。 図5のA矢視図である。 図5のB-B断面図である。 図5のC矢視図である。 図7のD-D断面図である。 図7のE-E断面図である。 実施の形態に係る室外熱交換器の別の一例における第2熱交換部の合流管近傍を示した図である。 実施の形態に係る空気調和機における暖房運転時の動作を説明するための図である。 実施の形態に係る空気調和機における低暖房負荷状態での暖房運転時の動作を説明するための図である。 実施の形態に係る空気調和機における冷房運転時の動作を説明するための図である。 実施の形態に係る空気調和機における低冷房負荷状態での冷房運転時の動作を説明するための図である。 実施の形態に係る空気調和機における室外熱交換器の分配管の変形例を示す図である。 実施の形態に係る空気調和機における室外熱交換器の分配管の変形例を示す図である。 実施の形態に係る空気調和機における室外熱交換器の分配管の変形例を示す図である。
実施の形態.
図1は、実施の形態に係る空気調和機の冷媒回路図である。
空気調和機1は、圧縮機2、凝縮器として機能する室内熱交換器3、膨張弁4、及び、蒸発器として機能する室外熱交換器を備えている。圧縮機2、室内熱交換器3、膨張弁4、及び室外熱交換器が冷媒配管によって接続され、冷凍サイクル回路が形成されている。なお、冷凍サイクル回路を循環する冷媒の種類は、限定されない。R410A、R32及びCO等、本実施の形態に係る冷凍サイクル回路を循環する冷媒として種々の冷媒を用いることができる。
圧縮機2は、冷媒を圧縮するものである。圧縮機2で圧縮された冷媒は、吐出されて室内熱交換器3へ送られる。圧縮機2は、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、又は往復圧縮機等で構成することができる。
室内熱交換器3は、暖房運転時、凝縮器として機能するものである。室内熱交換器3は、例えば、フィンアンドチューブ型熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器、ヒートパイプ式熱交換器、二重管式熱交換器、又はプレート熱交換器等で構成することができる。
膨張弁4は、凝縮器から流出した冷媒を膨張させて減圧するものである。膨張弁4は、例えば冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁等で構成するとよい。
室外熱交換器は、暖房運転時、蒸発器として機能するものである。本実施の形態では、2つの室外熱交換器を備えている。具体的には、本実施の形態では、室外熱交換器41及び室外熱交換器42を備えている。そして、室外熱交換器41及び室外熱交換器42は、膨張弁4と圧縮機2の吸入側との間に、並列に接続されている。また、本実施の形態では、空気調和機1の冷凍サイクル回路には、室外熱交換器41を流れる冷媒の流量を調節する膨張弁5、及び、室外熱交換器42を流れる冷媒の流量を調節する膨張弁6も設けられている。室外熱交換器41及び室外熱交換器42の詳細構成については、後述する。なお、空気調和機1が備える室外熱交換器の数は、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。
また、空気調和機1は、暖房運転に加えて冷房運転も可能とするため、圧縮機2の吐出側に設けられた流路切替装置7及び流路切替装置8を備えている。流路切替装置7及び流路切替装置8は、冷房運転と暖房運転とにおいて冷媒の流れを切り替えるものである。本実施の形態では、流路切替装置7及び流路切替装置8として、四方弁を用いている。また、図1に示すように、本実施の形態に係る空気調和機1においては、直列に接続された流路切替装置、室外熱交換器及び膨張弁の組を複数備え、これらの組が並列に接続された構成となっている。なお、二方弁又は三方弁等を用いて、流路切替装置7及び流路切替装置8を構成してもよい。
流路切替装置7は、室外熱交換器41の接続先を、圧縮機2の吐出口又は圧縮機の吸入口に切り替えるものである。詳しくは、冷房運転時、流路切替装置7は、圧縮機2の吐出口と室外熱交換器41とを接続するように切り替えられる。この際、流路切替装置7は、圧縮機2の吸入口と室内熱交換器3とを接続する状態となる。また、暖房運転時、流路切替装置7は、圧縮機2の吸入口と室外熱交換器41とを接続するように切り替えられる。この際、流路切替装置7は、圧縮機2の吐出口と室内熱交換器3とを接続する状態となる。また、流路切替装置8は、室外熱交換器42の接続先を、圧縮機2の吐出口又は圧縮機の吸入口に切り替えるものである。詳しくは、冷房運転時、流路切替装置8は、圧縮機2の吐出口と室外熱交換器42とを接続するように切り替えられる。また、暖房運転時、流路切替装置8は、圧縮機2の吸入口と室外熱交換器42とを接続するように切り替えられる。すなわち、冷房運転時、室外熱交換器41及び室外熱交換器42が凝縮器として機能し、室内熱交換器3が蒸発器として機能する。
また、空気調和機1は、冷凍サイクル回路内の余剰冷媒を貯留するアキュームレータ10を備えている。アキュームレータ10は、圧縮機2の吸入側に設けられている。また、空気調和機1は、圧縮機2から吐出された冷媒中から冷凍機油を分離する油分離器9を備えている。油分離器9は、圧縮機2の吐出側に設けられている。油分離器9によって冷媒から分離された冷凍機油は、圧縮機2とアキュームレータ10とを接続している冷媒配管に戻される。
また、空気調和機1は、制御装置80を備えている。制御装置80は、専用のハードウェア、又はメモリに格納されるプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)で構成されている。なお、CPUは、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はプロセッサともいう。
制御装置80が専用のハードウェアである場合、制御装置80は、例えば、単一回路、複合回路、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又はこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置80が実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。
制御装置80がCPUの場合、制御装置80が実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。CPUは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置80の各機能を実現する。ここで、メモリは、例えば、RAM、ROM、フラッシュメモリ、EPROM、又はEEPROM等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリである。
なお、制御装置80の機能の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。
制御装置80は、空気調和機1の各アクチュエータを制御するものである。換言すると、制御装置80は、空気調和機1の各アクチュエータを制御する機能部として、制御部を備えている。例えば、制御装置80は、圧縮機2の起動、圧縮機2の停止、圧縮機2の駆動周波数、膨張弁4の開度、膨張弁5の開度、及び膨張弁6の開度を制御する。また例えば、制御装置80は、流路切替装置7及び流路切替装置8を制御し、流路切替装置7の流路及び流路切替装置8の流路を切り替える。
空気調和機1を構成する上述の各構成は、室外機20又は室内機30に収納されている。本実施の形態では、圧縮機2、膨張弁5、膨張弁6、流路切替装置7、流路切替装置8、油分離器9、アキュームレータ10、室外熱交換器41、室外熱交換器42及び制御装置80が、室外機20に収納されている。また、室内熱交換器3及び膨張弁4が、室内機30に収納されている。なお、本実施の形態では2つの室内機30が並列に設けられているが、室内機30の数は任意である。
図2は、実施の形態に係る空気調和機の室外機の縦断面図である。図3は、実施の形態に係る空気調和機の室外機の横断面図である。なお、図3は、室外機20の送風機室23の横断面図となっている。また、図3には、平面視における送風機29の位置を、想像線である二点鎖線で示している。
室外機20は、略直方体形状の筐体21を備えている。すなわち、筐体21は、平面視四角形状となっている。この筐体21の下部は、圧縮機2等が収納された機械室22となっている。また、筐体21の上部は、送風機29、室外熱交換器41及び室外熱交換器42等が収納された送風機室23となっている。
送風機室23の全ての側面には、吸込口が形成されている。具体的には、側面24には、吸込口24aが形成されている。側面24に隣接する側面25には、吸込口25aが形成されている。側面25に隣接する側面26には、吸込口26aが形成されている。側面24及び側面26に隣接する側面27には、吸込口27aが形成されている。また、室外熱交換器41は、平面視L字状に形成されており、吸込口24a及び吸込口25aと対向するように、送風機室23に収納されている。また、室外熱交換器42は、平面視L字状に形成されており、吸込口26a及び吸込口27aと対向するように、送風機室23に収納されている。
送風機室23の上面28には、吹出口28aが形成されている。また、吹出口28aには、例えばプロペラファンである送風機29が配置されている。このため、送風機29が回転することにより、吸込口24a及び吸込口25aから送風機室23内に吸い込まれる室外空気は、室外熱交換器41を流れる冷媒と熱交換することとなる。また、吸込口26a及び吸込口27aから送風機室23内に吸い込まれる室外空気は、室外熱交換器42を流れる冷媒と熱交換することとなる。そして、室外熱交換器41及び室外熱交換器42と熱交換後の室外空気は、吹出口28aから室外機20の外部へ吹き出される。ここで、図3に示すように、筐体21の送風機室23の全ての側面に吸込口が形成されている。そして、平面視において、送風機29の四方が室外熱交換器41及び室外熱交換器42で囲われている。このように構成することにより、各吸込口から均一に、筐体21の送風機室23内へ空気を吸い込むことができる。この結果、送風機29の騒音を抑制でき、送風機29の消費電力を低減することもできる。
なお、送風機室23に形成されている吸込口の位置は、一例である。例えば、送風機室23は、吸込口が形成されていない側面を有していてもよい。また、空気調和機1が備える室外熱交換器の上述した平面形状も、あくまでも一例である。例えば、空気調和機1が備える室外熱交換器の上述した平面形状は、平面視で直線状となっていてもよい。
図4は、実施の形態に係る空気調和機の室外機の変形例を示す横断面図である。
室外機20が大きい場合、上述のように平面視L字状の2つの室外熱交換器で送風機29の四方を囲んだ場合、一つ一つの室外熱交換器の大きさが大きくなる。この結果、室外熱交換器を筐体21に組み付ける際の作業性が悪くなる。このため、室外機20が大きい場合、3つ以上の室外熱交換器で、送風機29の四方を囲むことが好ましい。例えば、図4に示す空気調和機1の室外機20では、平面視において、送風機29の四方は、3つの室外熱交換器で囲まれている。具体的には、図4に示す空気調和機1は、室外熱交換器40、室外熱交換器41及び室外熱交換器42を備えている。室外熱交換器40は、平面視直線状に形成されており、側面24の吸込口24aと対向するように、室外機20の送風機室23に収納されている。室外熱交換器41は、平面視L字状に形成されており、側面25の吸込口25a及び側面26の吸込口26aと対向するように、室外機20の送風機室23に収納されている。室外熱交換器42は、平面視L字状に形成されており、側面26の吸込口26a及び側面27の吸込口27aと対向するように、室外機20の送風機室23に収納されている。
室外機20が大きい場合、このように3つ以上の室外熱交換器で送風機29の四方を囲むことで、一つ一つの室外熱交換器が大きくなることを抑制でき、室外熱交換器を筐体21に組み付ける際の作業性を向上できる。なお、室外熱交換器の数が多くなるほど、室外熱交換器に直列に接続された流路切替装置及び膨張弁の数も多くなる。このため、室外熱交換器の数が多くなるほど、空気調和機1のコストが上昇する。したがって、室外熱交換器を筐体21に組み付ける際の作業性と空気調和機1のコストを比較しながら、空気調和機1が備える室外熱交換器の数を決定するのが好ましい。
続いて、室外熱交換器41及び室外熱交換器42の詳細構成について説明する。なお、室外熱交換器41及び室外熱交換器42は基本的に同様の構成となっている。このため、以下では、室外熱交換器41の詳細構成について説明する。
図5は、実施の形態に係る室外熱交換器の側面図である。この図5は、平面視L字状に形成する前の室外熱交換器41を示している。すなわち、図5に示す室外熱交換器41を折り曲げ箇所49で折り曲げることにより、図3で示した平面視L字状の室外熱交換器41となる。図6は、図5のA矢視図である。図7は、図5のB-B断面図である。図8は、図5のC矢視図である。図9は、図7のD-D断面図である。図10は、図7のE-E断面図である。なお、図5~図9に示す白抜きの矢印は、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時に、室外熱交換器41を流れる冷媒の流れ方向を示している。
室外熱交換器41は、第1熱交換部60を備えている。室外熱交換器41は第1熱交換部60のみで構成されていてもよいが、本実施の形態に係る室外熱交換器41は、第1熱交換部60に加え、第2熱交換部50も備えている。第1熱交換部60と第2熱交換部50は、直列に接続されている。また、第2熱交換部50は、室外熱交換器41が蒸発器として機能する際の冷媒の流れ方向において、第1熱交換部60の上流側となる。以下では、まず、第1熱交換部60について説明する。その後、第2熱交換部50について説明する。
第1熱交換部60は、第1伝熱管に相当する複数の伝熱管62と、第1合流管に相当する合流管64と、流出配管47と、第2伝熱管に相当する複数の伝熱管61と、第1分配管に相当する分配管63と、第1接続部品に相当する接続部品65とを備えている。
伝熱管62のそれぞれには、冷媒流路43aが形成されている。本実施の形態では、図10に示すように、伝熱管62として扁平管を用いている。具体的には、伝熱管62は、冷媒流路43aの延びる方向と垂直な断面形状が例えば長丸形状等の扁平形状となっている。また、伝熱管62には、複数の冷媒流路43aが形成されている。また、複数の伝熱管61のそれぞれも、伝熱管62と同様の扁平管となっている。また、第2熱交換部50の後述する伝熱管51及び伝熱管52のそれぞれも、伝熱管62と同様の扁平管となっている。なお、伝熱管51、伝熱管52、伝熱管61及び伝熱管62として、円管等の伝熱管を使用してもよい。
分配管63は、横方向に延びている。この分配管63には、第2熱交換部50の後述する合流管54が接続されている。室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、第2熱交換部50の合流管54から分配管63へ冷媒が流入することとなる。分配管63は、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時に、内部を流れる冷媒を複数の伝熱管61に分配するものである。なお、本実施の形態でいう横方向とは、水平方向に限定されるものではない。水平方向に対して傾いていてもよい。
伝熱管61のそれぞれは、上下方向に延びている。また、複数の伝熱管61は、室外熱交換器41が平面視L字状に形成されて送風機室23に配置された際に吸込口に沿うように、横方向に間隔を空けて並べられている。これらの伝熱管61は、下端部が分配管63に接続されている。このため、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、分配管63から各伝熱管61へ冷媒が分配された際、伝熱管61の下端部から該伝熱管61の内部に冷媒が流入し、伝熱管61の上端部から冷媒が流出することとなる。すなわち、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、伝熱管61は、下端部が流入側端部61aとなり、上端部が流出側端部61bとなる。なお、本実施の形態でいう上下方向とは、鉛直方向に限定されるものではない。鉛直方向に対して傾いていてもよい。
なお、本実施の形態では、分配管63は、図9に示すように、複数の配管で構成されている。詳しくは、分配管63は、内側配管71及び外側配管75を備えている。内側配管71は、分配管63に供給された冷媒が内部を流れる配管である。すなわち、第2熱交換部50の後述する合流管54は内側配管71と連通しており、第2熱交換部50の合流管54から内側配管71へ冷媒が流入する。この内側配管71には、外周面を貫通する複数のオリフィス72が形成されている。複数のオリフィス72は、例えば、同じ内径となっており、内側配管71の下部に形成されている。外側配管75は、内側配管71の外周側に配置されている。このため、オリフィス72を通って内側配管71から流出した冷媒は、外側配管75の内部を流れることとなる。伝熱管61の下端部は、外側配管75と接続されている。すなわち、外側配管75の内部を流れる冷媒が、各伝熱管61へ分配される。
伝熱管62のそれぞれは、上下方向に延びている。また、複数の伝熱管62は、室外熱交換器41が平面視L字状に形成されて送風機室23に配置された際に吸込口に沿うように、横方向に間隔を空けて並べられている。また、複数の伝熱管62と複数の伝熱管61とは、筐体21の側面に形成された吸込口を通る気流方向に沿って、並んでいる。本実施の形態では、複数の伝熱管62が、筐体21の側面に形成された吸込口を通る気流方向において、複数の伝熱管61の上流側に配置されている。
接続部品65は、伝熱管61の上端部と伝熱管62の上端部とを接続している。このため、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、伝熱管61の上端部から流出した冷媒は、接続部品65によって、伝熱管62の上端部へ導かれる。したがって、伝熱管62の上端部から該伝熱管62の内部に冷媒が流入し、伝熱管62の下端部から冷媒が流出することとなる。すなわち、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、伝熱管62は、上端部が流入側端部62aとなり、下端部が流出側端部62bとなる。
合流管64は、横方向に延びている。この合流管64には伝熱管62のそれぞれの下端部が接続されている。室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、複数の伝熱管62から流出した冷媒は、合流管64の内部で合流する。
合流管64には、流出配管47が接続されている。流出配管47は、合流管64の下部で、合流管64と接続されている。なお、本実施の形態では、流出配管47の中心軸47aと合流管64の外周面との交点を、流出配管47と合流管64との接続箇所とする。室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、合流管64から流出した冷媒は、流出配管47に流入することとなる。流出配管47は、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、合流管64から流出した冷媒を圧縮機2の吸入側へ導く配管である。詳しくは、流出配管47は、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、流路切替装置7及びアキュームレータ10を介して、圧縮機2の吸入側へ接続される。すなわち、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、流出配管47に流入した冷媒は、流路切替装置7及びアキュームレータ10を通って、圧縮機2に吸入される。
なお、流出配管47の合流管64への接続箇所は、合流管64の下部に限定されない。
図11は、実施の形態に係る室外熱交換器の別の一例における第2熱交換部の合流管近傍を示した図である。この図11の観察方向は、図7の観察方向と同じである。流出配管47は、合流管64の上下方向の中央位置以下の箇所で、合流管64と接続されていればよい。
第2熱交換部50は、第3伝熱管に相当する複数の伝熱管52と、第2合流管に相当する合流管54と、第4伝熱管に相当する複数の伝熱管51と、第2分配管に相当する分配管53と、第2接続部品に相当する接続部品55とを備えている。
分配管53は、横方向に延びている。この分配管63には、流入配管45が接続されている。室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、流入配管45から分配管53へ冷媒が流入することとなる。分配管53は、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時に、内部を流れる冷媒を複数の伝熱管51に分配するものである。
伝熱管51のそれぞれは、上下方向に延びている。また、複数の伝熱管51は、室外熱交換器41が平面視L字状に形成されて送風機室23に配置された際に吸込口に沿うように、横方向に間隔を空けて並べられている。これらの伝熱管51は、下端部が分配管53に接続されている。このため、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、分配管53から各伝熱管51へ冷媒が分配された際、伝熱管51の下端部から該伝熱管51の内部に冷媒が流入し、伝熱管51の上端部から冷媒が流出することとなる。すなわち、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、伝熱管51は、下端部が流入側端部51aとなり、上端部が流出側端部51bとなる。
伝熱管52のそれぞれは、上下方向に延びている。また、複数の伝熱管52は、室外熱交換器41が平面視L字状に形成されて送風機室23に配置された際に吸込口に沿うように、横方向に間隔を空けて並べられている。また、複数の伝熱管52と複数の伝熱管51とは、筐体21の側面に形成された吸込口を通る気流方向に沿って、並んでいる。本実施の形態では、複数の伝熱管51が、筐体21の側面に形成された吸込口を通る気流方向において、複数の伝熱管52の上流側に配置されている。
接続部品55は、伝熱管51の上端部と伝熱管52の上端部とを接続している。このため、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、伝熱管51の上端部から流出した冷媒は、接続部品55によって、伝熱管52の上端部へ導かれる。したがって、伝熱管52の上端部から該伝熱管52の内部に冷媒が流入し、伝熱管52の下端部から冷媒が流出することとなる。すなわち、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、伝熱管52は、上端部が流入側端部52aとなり、下端部が流出側端部52bとなる。
合流管54は、横方向に延びている。この合流管54には伝熱管52のそれぞれの下端部が接続されている。室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、複数の伝熱管52から流出した冷媒は、合流管54の内部で合流する。上述のように、合流管54は、第1熱交換部60の分配管63と接続されている。このため、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、第2熱交換部50を流れた冷媒が、第1熱交換部60に流入することとなる。
なお、室外熱交換器41は、第1熱交換部60だけで構成されていてもよい。この場合、流入配管45は、分配管63に接続されることとなる。また、分配管63が上述のように内側配管71及び外側配管75を備える場合、流入配管45は、内側配管71と連通する。
続いて、本実施の形態に係る空気調和機1の動作について説明する。
まず、空気調和機1が暖房運転を行う際の動作について説明する。
図12は、実施の形態に係る空気調和機における暖房運転時の動作を説明するための図である。なお、図12に示す白抜きの矢印は、冷媒の流れ方向を示している。
空気調和機1が暖房運転を行う場合、制御装置80は、流路切替装置7の流路及び流路切替装置8の流路を、図12に実線で示す流路に切り替える。これにより、室外熱交換器41及び室外熱交換器42が蒸発器として機能することとなる。そして、制御装置80は、圧縮機2を起動した後、圧縮機2の駆動周波数、膨張弁4の開度、膨張弁5の開度、及び膨張弁6の開度を制御する。これにより、空気調和機1の暖房運転が開始される。
空気調和機1の暖房運転時、圧縮機2の吐出口から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、流路切替装置7を通って、室内熱交換器3に流入する。室内熱交換器3に流入した高温高圧のガス状冷媒は、室内空気を暖める際に冷却され、高圧の液状冷媒となって室内熱交換器3から流出する。室内熱交換器3から流出した高圧の液状冷媒の一部は、膨張弁4及び膨張弁5を通り、室外熱交換器41に流入する。この際、膨張弁4及び膨張弁5を通る冷媒は、膨張弁4及び膨張弁5のうちの少なくとも一方で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。このため、室外熱交換器41には、低温低圧の気液二相冷媒が流入する。また、室内熱交換器3から流出した高圧の液状冷媒の残りの一部は、膨張弁4及び膨張弁6を通り、室外熱交換器42に流入する。この際、膨張弁4及び膨張弁6を通る冷媒は、膨張弁4及び膨張弁6のうちの少なくとも一方で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。このため、室外熱交換器42には、低温低圧の気液二相冷媒が流入する。
室外熱交換器41に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室外空気に加熱されて蒸発し、低圧のガス状冷媒となって室外熱交換器41から流出する。室外熱交換器41から流出した低圧のガス状冷媒は、流路切替装置7を通過する。また、室外熱交換器42に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室外空気に加熱されて蒸発し、低圧のガス状冷媒となって室外熱交換器42から流出する。室外熱交換器42から流出した低圧のガス状冷媒は、流路切替装置8を通過する。流路切替装置7を通過した低圧のガス状冷媒と、流路切替装置8を通過した低圧のガス状冷媒とは、合流した後にアキュームレータ10を通り、圧縮機2の吸入口から該圧縮機2に吸入される。圧縮機2に吸入された低圧のガス状冷媒は、圧縮機2で圧縮され、高温高圧のガス状冷媒となって圧縮機2の吐出口から吐出される。
制御装置80は、空気調和機1が担う暖房負荷に応じて圧縮機2の駆動周波数を制御し、空気調和機1の暖房能力を調整する。このため、一部の室内機30の運転が停止した場合等、空気調和機1が担う暖房負荷が小さくなった場合には、制御装置80は、圧縮機2の駆動周波数を下げる。この際、従来の空気調和機においては、圧縮機の駆動周波数を最低周波数に下げても、空気調和機が担う暖房負荷に対して空気調和機の暖房能力が大きくなる場合、制御装置は、圧縮機を一旦停止させる。そして、制御装置は、圧縮機の起動及び停止を繰り返しながら、空気調和機の暖房能力を、暖房負荷に対応する暖房能力に調整する。しかしながら、このような制御方法では、室内の温度ムラが大きくなり、室内の人間が不快に感じてしまう。このため、本実施の形態に係る空気調和機1においては、従来の空気調和機では圧縮機の起動及び停止を繰り返す低暖房負荷状態となった場合、次のように動作する。
上述のように、本実施の形態に係る空気調和機1は、直列に接続された流路切替装置、室外熱交換器及び膨張弁の組を複数備え、これらの組が並列に接続された構成となっている。このため、空気調和機1は、一部の室外熱交換器を蒸発器として機能させず、蒸発器として機能しない少なくとも1つの室外熱交換器に冷媒を流すことにより、低暖房負荷状態において圧縮機2の起動及び停止の繰り返しを抑制することができる。以下、低暖房負荷状態における空気調和機1の動作について具体的に説明する。なお、以下では、複数の室外熱交換器の一部が蒸発器として機能している状態において、蒸発器として機能していない室外熱交換器を第1休止室外熱交換器とする。また、以下では、室外熱交換器41が蒸発器として機能し、室外熱交換器42が第1休止室外熱交換器となる例を用いて、低暖房負荷状態における空気調和機1の動作について説明する。
図13は、実施の形態に係る空気調和機における低暖房負荷状態での暖房運転時の動作を説明するための図である。なお、図13に示す白抜きの矢印は、冷媒の流れ方向を示している。
低暖房負荷状態となった場合、制御装置80は、第1休止室外熱交換器である室外熱交換器42に接続された流路切替装置8の流路を、図13に実線で示す流路に切り替える。具体的には、制御装置80は、流路切替装置8の流路を、圧縮機2の吐出口と室外熱交換器42とを連通させる流路に切り替える。また、低暖房負荷状態となった場合、制御装置80は、第1休止室外熱交換器である室外熱交換器42に接続された膨張弁6の開度を制御し、室外熱交換器42に流れる冷媒の流量を調節する。すなわち、低暖房負荷状態となった場合、空気調和機1においては、流路切替装置8が圧縮機2の吐出口と室外熱交換器42とを連通させる状態になる構成であり、膨張弁6が室外熱交換器42に流れる冷媒の流量を調節する構成となる。
空気調和機1がこのような状態になると、圧縮機2の吐出口から吐出された高温高圧のガス状冷媒の一部は、流路切替装置8、室外熱交換器42及び膨張弁6を通って、膨張弁4と膨張弁5との間に流れ込むこととなる。すなわち、圧縮機2の吐出口から吐出された高温高圧のガス状冷媒の一部は、室内熱交換器3をバイパスして流れることができる。また、膨張弁6の開度を制御して、室外熱交換器42に流れる冷媒の流量を調節することにより、室内熱交換器3を流れる冷媒の量を調節することもできる。このため、空気調和機1は、低暖房負荷状態においても、圧縮機2を停止させることなく、暖房負荷に対応する暖房能力となることができる。したがって、空気調和機1は、低暖房負荷状態において圧縮機2の起動及び停止の繰り返しを抑制することができる。
次に、空気調和機1が冷房運転を行う際の動作について説明する。
図14は、実施の形態に係る空気調和機における冷房運転時の動作を説明するための図である。なお、図14に示す白抜きの矢印は、冷媒の流れ方向を示している。
空気調和機1が冷房運転を行う場合、制御装置80は、流路切替装置7の流路及び流路切替装置8の流路を、図14に実線で示す流路に切り替える。これにより、室外熱交換器41及び室外熱交換器42が凝縮器として機能することとなる。そして、制御装置80は、圧縮機2を起動した後、圧縮機2の駆動周波数、膨張弁4の開度、膨張弁5の開度、及び膨張弁6の開度を制御する。これにより、空気調和機1の冷房運転が開始される。
空気調和機1の冷房運転時、圧縮機2の吐出口から吐出された高温高圧のガス状冷媒の一部は、流路切替装置7を通って、室外熱交換器41に流入する。また、圧縮機2の吐出口から吐出された高温高圧のガス状冷媒の残りの一部は、流路切替装置8を通って、室外熱交換器42に流入する。室外熱交換器41に流入した高温高圧のガス状冷媒は、室外空気に冷却されて凝縮し、高圧の液状冷媒となって室外熱交換器41から流出する。室外熱交換器41から流出した冷媒は、膨張弁5を通過する。室外熱交換器42に流入した高温高圧のガス状冷媒もまた、室外空気に冷却されて凝縮し、高圧の液状冷媒となって室外熱交換器42から流出する。室外熱交換器42から流出した冷媒は、膨張弁6を通過する。膨張弁5を通過した高圧の液状冷媒と膨張弁6を通過した高圧の液状冷媒とは、膨張弁4を通って、室内熱交換器3に流入する。この際、室外熱交換器41から流出した高圧の液状冷媒は、膨張弁5及び膨張弁4のうちの少なくとも一方で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。また、室外熱交換器42から流出した高圧の液状冷媒は、膨張弁6及び膨張弁4のうちの少なくとも一方で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。このため、室内熱交換器3には、低温低圧の気液二相冷媒が流入する。
室内熱交換器3に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室内空気を冷却する際に加熱され、低圧のガス状冷媒となって室内熱交換器3から流出する。室内熱交換器3から流出した低圧のガス状冷媒は、流路切替装置7及びアキュームレータ10を通り、圧縮機2の吸入口から該圧縮機2に吸入される。圧縮機2に吸入された低圧のガス状冷媒は、圧縮機2で圧縮され、高温高圧のガス状冷媒となって圧縮機2の吐出口から吐出される。
制御装置80は、空気調和機1が担う冷房負荷に応じて圧縮機2の駆動周波数を制御し、空気調和機1の冷房能力を調整する。このため、一部の室内機30の運転が停止した場合等、空気調和機1が担う冷房負荷が小さくなった場合には、制御装置80は、圧縮機2の駆動周波数を下げる。この際、従来の空気調和機においては、圧縮機の駆動周波数を最低周波数に下げても、空気調和機が担う冷房負荷に対して空気調和機の冷房能力が大きくなる場合、制御装置は、圧縮機を一旦停止させる。そして、制御装置は、圧縮機の起動及び停止を繰り返しながら、空気調和機の冷房能力を、冷房負荷に対応する冷房能力に調整する。しかしながら、このような制御方法では、室内の温度ムラが大きくなり、室内の人間が不快に感じてしまう。このため、本実施の形態に係る空気調和機1においては、従来の空気調和機では圧縮機の起動及び停止を繰り返す低冷房負荷状態となった場合、次のように動作する。
上述のように、本実施の形態に係る空気調和機1は、直列に接続された流路切替装置、室外熱交換器及び膨張弁の組を複数備え、これらの組が並列に接続された構成となっている。このため、空気調和機1は、一部の室外熱交換器を凝縮器として機能させず、凝縮器として機能しない少なくとも1つの室外熱交換器に冷媒を流すことにより、低冷房負荷状態において圧縮機2の起動及び停止の繰り返しを抑制することができる。以下、低冷房負荷状態における空気調和機1の動作について具体的に説明する。なお、以下では、複数の室外熱交換器の一部が凝縮器として機能している状態において、凝縮器として機能していない室外熱交換器を第2休止室外熱交換器とする。また、以下では、室外熱交換器41が凝縮器として機能し、室外熱交換器42が第2休止室外熱交換器となる例を用いて、低冷房負荷状態における空気調和機1の動作について説明する。
図15は、実施の形態に係る空気調和機における低冷房負荷状態での冷房運転時の動作を説明するための図である。なお、図15に示す白抜きの矢印は、冷媒の流れ方向を示している。
低冷房負荷状態となった場合、制御装置80は、第2休止室外熱交換器である室外熱交換器42に接続された流路切替装置8の流路を、図15に実線で示す流路に切り替える。具体的には、制御装置80は、流路切替装置8の流路を、圧縮機2の吸入口と室外熱交換器42とを連通させる流路に切り替える。また、低冷房負荷状態となった場合、制御装置80は、第2休止室外熱交換器である室外熱交換器42に接続された膨張弁6の開度を制御し、室外熱交換器42に流れる冷媒の流量を調節する。すなわち、低冷房負荷状態となった場合、空気調和機1においては、流路切替装置8が圧縮機2の吸入口と室外熱交換器42とを連通させる状態になる構成であり、膨張弁6が室外熱交換器42に流れる冷媒の流量を調節する構成となる。
空気調和機1がこのような状態になると、圧縮機2の吐出口から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、流路切替装置7を通って、室外熱交換器41に流入する。室外熱交換器41に流入した高温高圧のガス状冷媒は、室外空気に冷却されて凝縮し、高圧の液状冷媒となって室外熱交換器41から流出する。室外熱交換器41から流出した高圧の液状冷媒の一部は、図14で説明した冷房運転時の動作と同様に、室内熱交換器3へ向かって流れる。一方、室外熱交換器41から流出した高圧の液状冷媒の残り一部は、膨張弁6、室外熱交換器42及び流路切替装置8を通って、室内熱交換器3と圧縮機2の吸入口との間に流れ込むこととなる。すなわち、室外熱交換器41から流出した高圧の液状冷媒の一部は、室内熱交換器3をバイパスして流れることができる。また、膨張弁6の開度を制御して、室外熱交換器42に流れる冷媒の流量を調節することにより、室内熱交換器3を流れる冷媒の量を調節することもできる。このため、空気調和機1は、低冷房負荷状態においても、圧縮機2を停止させることなく、冷房負荷に対応する冷房能力となることができる。したがって、空気調和機1は、低冷房負荷状態において圧縮機2の起動及び停止の繰り返しを抑制することができる。
続いて、空気調和機1の室外熱交換器での冷媒の流れについて説明する。なお、以下では、図5~図9を参照しながら、空気調和機1の室外熱交換器の1つである室外熱交換器41を例に、空気調和機1の室外熱交換器での冷媒の流れについて説明する。
室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、次のように冷媒が流れることとなる。
室内熱交換器3で凝縮した液冷媒は、膨張弁4及び膨張弁5のうちの少なくとも一方で膨張して気液二相冷媒となり、流入配管45へ流入する。流入配管45へ流入した気液二相冷媒は、分配管53へ流入する。そして、分配管53へ流入した気液二相冷媒は、第2熱交換部50の各伝熱管51へ分配される。
ここで、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器においては、分配管は、上下方向に延びている。そして、分配管に接続された複数の伝熱管は、上下方向に間隔を空けて配置されている。すなわち、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器においては、分配管内を上下方向に流れる気液二相冷媒が、各伝熱管に分配されることとなる。ガス状冷媒に比べて比重が大きい液状冷媒は、重力の影響により、分配管内を上昇しにくい。このため、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器においては、上方に配置された伝熱管ほど液冷媒が分配されにくい等、各伝熱管に分配される気液二相冷媒を均一化することが難しい。これにより、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器は、熱交換能力が低下していた。
一方、本実施の形態に係る分配管53は、横方向に延び、横方向に流れる気液二相冷媒を各伝熱管51へ分配する。このため、分配管53は、従来の分配管と比べ、各伝熱管51に分配される気液二相冷媒を均一化することができる。したがって、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器と比べ、本実施の形態に係る室外熱交換器41は、熱交換能力の低下を抑制することができる。
伝熱管51に流入した気液二相冷媒は、室外空気と熱交換しながら該伝熱管51を流れ、接続部品55を通って、伝熱管52へ流入する。伝熱管52に流入した気液二相冷媒は、室外空気と熱交換しながら該伝熱管52を流れ、該伝熱管52から流出する。そして、各伝熱管52から流出した冷媒は、合流管54の内部で合流する。なお、本実施の形態では、伝熱管52から流出する冷媒が気液二相冷媒となり、第1熱交換部60の伝熱管62から流出する冷媒がガス状冷媒となるように、制御装置80は、膨張弁5等の開度を制御している。
合流管54で合流した気液二相冷媒は、第1熱交換部60の分配管63へ流入する。そして、分配管63へ流入した気液二相冷媒は、各伝熱管61へ分配される。分配管63は、分配管53と同様に、横方向に延び、横方向に流れる気液二相冷媒を各伝熱管61へ分配する。このため、分配管63は、従来の分配管と比べ、各伝熱管61に分配される気液二相冷媒を均一化することができる。したがって、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器と比べ、本実施の形態に係る室外熱交換器41は、熱交換能力の低下を抑制することができる。
ここで、分配管63を1本の配管で構成した場合、分配管63内を横方向に流れる気液二相冷媒は、上流側に位置する伝熱管61から下流側に位置する伝熱管61へ順々に流入していくこととなる。この際、伝熱管61へ気液二相冷媒が流入する際の圧力損失に起因して、各伝熱管61に分配される気液二相冷媒が不均一になることが考えられる。特に、本実施の形態のように伝熱管61として扁平管を用いる場合、冷媒流路43aの数が多くなると共に冷媒流路43aが細くなるため、各伝熱管61に分配される気液二相冷媒が不均一になりやすい。
しかしながら、本実施の形態では、上述のように、分配管63を内側配管71及び外側配管75で構成している。このように分配管63を構成した場合、オリフィス72を通って内側配管71から流出した気液二相冷媒は、外側配管75内において液状冷媒とガス状冷媒とが撹拌される。そして、この撹拌された気液二相冷媒が、各伝熱管61に分配される。このため、本実施の形態のように分配管63を構成することにより、伝熱管61へ気液二相冷媒が流入する際の圧力損失に起因して伝熱管61に分配される気液二相冷媒が不均一になることも抑制できる。したがって、本実施の形態に係る室外熱交換器41は、熱交換能力の低下をさらに抑制することができる。なお、内側配管71及び外側配管75で構成される分配管63の構成は、図9で示した構成に限定されない。以下、内側配管71及び外側配管75で構成される分配管63の変形例について、幾つか紹介する。
図16は、実施の形態に係る空気調和機における室外熱交換器の分配管の変形例を示す図である。この図16は、内側配管71及び外側配管75で構成される分配管63の変形例の縦断面図である。なお、図16に示す白抜き矢印は、室外熱交換器41が蒸発器として機能する際の分配管63内の冷媒の流れ方向を示している。
図16に示すように、内側配管71において、端部73、第1範囲74a及び第2範囲74bを次のように定義する。室外熱交換器41が蒸発器として機能する際の内側配管71内の冷媒の流れ方向において下流側となる端部を、端部73とする。また、端部73から規定長さL1の範囲を、第1範囲74aとする。また、室外熱交換器41が蒸発器として機能する際の内側配管71内の冷媒の流れ方向において第1範囲74aよりも上流側となる箇所を、第2範囲74bとする。このように端部73、第1範囲74a及び第2範囲74bを定義した場合、図16に示す内側配管71においては、第1範囲74aの内径が第2範囲74bの内径よりも小さくなっている。
室外熱交換器41が蒸発器として機能する際、内側配管71に流入した気液二相冷媒は、一部がオリフィス72から流出しながら、端部73に向かって流れる。このため、内側配管71内を流れる気液二相冷媒は、端部73に近づくにつれて、速度が低下する。ここで、内側配管71から外側配管75へ冷媒を均一に分配するには、内側配管71内の気液二相冷媒の流動様式が環状流となっていることが好ましい。しかしながら、内側配管71内を流れる気液二相冷媒の速度が下がってくると、内側配管71内の気液二相冷媒の流動様式が、環状流から分離流に変化する場合がある。分離流では、液状冷媒が重力によって下がり、内側配管71内の下部に多くの液状冷媒が流れることとなる。このため、内側配管71内の気液二相冷媒の流動様式が分離流となっている範囲では、一部のオリフィス72から想定以上の液冷媒が流出する場合がある。例えば、内側配管71内の気液二相冷媒の流動様式が分離流となっている範囲において、冷媒の流れ方向の最上流部に位置するオリフィス72から、想定以上の液冷媒が流出する場合がある。このような状態になると、各伝熱管61への冷媒分配が不均一になる場合がある。
しかしながら、図16に示す内側配管71では、気液二相冷媒の流速が下がりやすい第1範囲74aの内径が、第2範囲74bの内径よりも小さくなっている。すなわち、図16に示す内側配管71では、内径が各位置で同じとなっている内側配管71と比較し、気液二相冷媒の流速が下がりやすい第1範囲74aにおいて、内径が小さくなっている分だけ気液二相冷媒の流速を上げることができる。すなわち、図16に示すように内側配管71を構成することにより、内側配管71内の気液二相冷媒の流動様式が分離流となることを抑制でき、一部のオリフィス72から想定以上の液冷媒が流出することを抑制できる。したがって、図16に示すように内側配管71を構成することにより、各伝熱管61への冷媒分配が不均一になることをより抑制できる。
図17は、実施の形態に係る空気調和機における室外熱交換器の分配管の変形例を示す図である。この図17は、内側配管71及び外側配管75で構成される分配管63の変形例の縦断面図である。なお、図17に示す白抜き矢印は、室外熱交換器41が蒸発器として機能する際の分配管63内の冷媒の流れ方向を示している。
上述のように、内側配管71内の気液二相冷媒の流動様式が分離流となっている範囲では、一部のオリフィス72から想定以上の液冷媒が流出する場合がある。そこで、図17に示す内側配管71では、各オリフィス72の内径を同じにした場合に各オリフィス72から流出する液冷媒の量を求め、流出する液冷媒の量に応じて各オリフィス72の内径を決定している。換言すると、各オリフィス72の内径を同じにした場合に多くの液冷媒が流出することとなる位置のオリフィス72の直径を、他のオリフィス72の直径よりも小さくしている。すなわち、図17に示す内側配管71においては、オリフィス72の直径が複数存在する。換言すると、複数のオリフィス72のうちの任意の1つを第1オリフィスとする。また、複数のオリフィス72のうち、第1オリフィス以外のオリフィス72を第2オリフィスとする。この場合、図17に示す内側配管71においては、第2オリフィスのうちの少なくとも1つの内径は、第1オリフィスの内径と異なっている。
図17に示すように内側配管71を構成することにより、内側配管71内の気液二相冷媒の流動様式が分離流となった場合でも、各オリフィス72から流出する液状冷媒の量が不均一になることを抑制できる。したがって、図17に示すように内側配管71を構成することにより、内側配管71内の気液二相冷媒の流動様式が分離流となった場合でも、各伝熱管61への冷媒分配が不均一になることをより抑制できる。なお、図16で示したように内径が異なる内側配管71において、図17に示したように各オリフィス72の内径を異ならせてもよい。空気調和機1の運転条件によっては、図16で示したように内径が異なる内側配管71とした場合でも、内側配管71内の気液二相冷媒の流動様式が分離流となる可能性があるからである。
図18は、実施の形態に係る空気調和機における室外熱交換器の分配管の変形例を示す図である。この図18は、内側配管71及び外側配管75で構成される分配管63の変形例の縦断面図である。なお、図18に示す白抜き矢印は、室外熱交換器41が蒸発器として機能する際の分配管63内の冷媒の流れ方向を示している。
上述のように、内側配管71内の気液二相冷媒の流動様式が分離流となっている範囲では、内側配管71内の下部に多くの液状冷媒が流れることとなる。このため、オリフィス72の形成位置の高さによっても、オリフィス72から流出する液状冷媒の量を調整することができる。そこで、図18に示す内側配管71では、各オリフィス72の形成位置の高さを同じにした場合に各オリフィス72から流出する液冷媒の量を求め、流出する液冷媒の量に応じて各オリフィス72の形成位置の高さを決定している。換言すると、各オリフィス72の形成位置の高さを同じにした場合に多くの液冷媒が流出することとなる箇所のオリフィス72の形成位置の高さを、他のオリフィス72の形成位置よりも高くしている。すなわち、図18に示す内側配管71においては、オリフィス72形成位置の高さが複数存在する。換言すると、複数のオリフィス72のうちの任意の1つを第3オリフィスとする。また、複数のオリフィス72のうち、第3オリフィス以外のオリフィス72を第4オリフィスとする。この場合、図18に示す内側配管71では、上下方向において、第4オリフィスのうちの少なくとも1つの形成位置は、第3オリフィスの形成位置と異なっている。
図18に示すように内側配管71を構成することにより、内側配管71内の気液二相冷媒の流動様式が分離流となった場合でも、各オリフィス72から流出する液状冷媒の量が不均一になることを抑制できる。したがって、図18に示すように内側配管71を構成することにより、内側配管71内の気液二相冷媒の流動様式が分離流となった場合でも、各伝熱管61への冷媒分配が不均一になることをより抑制できる。なお、図16で示したように内径が異なる内側配管71において、図18に示したように各オリフィス72の形成位置の高さを異ならせてもよい。空気調和機1の運転条件によっては、図16で示したように内径が異なる内側配管71とした場合でも、内側配管71内の気液二相冷媒の流動様式が分離流となる可能性があるからである。また、図18に示すように各オリフィス72の形成位置の高さを異ならせ、さらに、図17に示したように各オリフィス72の内径を異ならせても勿論よい。
室外熱交換器41が蒸発器として機能する際の冷媒流れの説明に戻ると、伝熱管61に流入した気液二相冷媒は、室外空気と熱交換しながら該伝熱管61を流れ、接続部品65を通って、伝熱管62へ流入する。伝熱管62に流入した気液二相冷媒は、室外空気と熱交換しながら該伝熱管62を流れ、ガス状冷媒となって該伝熱管62から流出する。各伝熱管62から流出した冷媒は、合流管64の内部で合流する。そして、合流管64で合流した媒は、流出配管47に流入し、圧縮機2の吸入側へ導かれる。
ところで、圧縮機2には、圧縮機2内部の摺動部分の潤滑、圧縮機構部の隙間のシール等を目的として、冷凍機油が貯留されている。圧縮機2が冷媒を圧縮して吐出する際、圧縮機2内の冷凍機油の一部も、圧縮された冷媒と共に圧縮機2から流出する。圧縮機2から流出した冷凍機油は、冷凍サイクル回路内を回り、圧縮機2へ戻ってくる。このため、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時、圧縮機2から流出した冷凍機油は、各伝熱管62から合流管64に流入して合流し、流出配管47を通って圧縮機2に戻ることとなる。
ここで、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器においては、合流管は、上下方向に延びる構成となっている。このため、合流管内の冷凍機油は、重力の影響によって、合流管の下端部に溜まりやすい。したがって、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器が採用されている空気調和機においては、室外熱交換器が蒸発器として機能する暖房運転時、合流管の下端部に冷凍機油が溜まって、圧縮機内の冷凍機油が不足し、空気調和機の信頼性が低下してしまう場合があった。
一方、本実施の形態に係る空気調和機1においては、合流管64は、横方向に延びる構成となっている。また、流出配管47は、合流管64の上下方向の中央位置以下の箇所で、合流管64と接続されている。このため、本実施の形態に係る空気調和機1においては、重力の影響によって合流管64の下方に冷凍機油が溜まった場合でも、冷凍機油が流出配管47に流入しやすい。換言すると、本実施の形態に係る空気調和機1においては、合流管64内で冷凍機油が流出配管47から流出しにくい場所に溜まることを抑制できる。したがって、本実施の形態に係る空気調和機1は、圧縮機2内の冷凍機油が不足することを抑制でき、空気調和機1の信頼性が低下してしまうことを抑制できる。なお、本実施の形態では、流出配管47は、合流管64の下部で、合流管64と接続されている。この接続位置は、合流管64の下方に冷凍機油が溜まった場合、流出配管47へ冷凍機油が最も流れやすい位置である。このため、合流管64の下部で流出配管47と合流管64とを接続することにより、圧縮機2内の冷凍機油が不足することをより抑制でき、空気調和機1の信頼性が低下してしまうことをより抑制できる。
ここで、上述のように、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器においては、各伝熱管に分配される気液二相冷媒が不均一となりやすい。すなわち、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器においては、各伝熱管を流れる気液二相冷媒の速度のバラツキが大きくなりやすい。このため、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器では、一部の伝熱管において冷凍機油を運ぶのに十分な気液二相冷媒の速度が得られない場合がある。特に、熱交換負荷に応じて流れる冷媒量が調整される室外熱交換器の場合、一部の伝熱管において、冷凍機油を運ぶのに十分な気液二相冷媒の速度が得られないことが多くなる。また、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器においては、伝熱管は、横方向に延びている。このため、複数の伝熱管、分配管及び合流管を備えた従来の室外熱交換器においては、冷凍機油を運ぶのに十分な気液二相冷媒の速度が得られない一部の伝熱管に冷凍機油が溜まってしまい、圧縮機内の冷凍機油が不足する場合があった。
一方、本実施の形態に係る空気調和機1においては、上述のように、従来と比べ、各伝熱管に分配される気液二相冷媒を均一化することができる。すなわち、本実施の形態に係る空気調和機1においては、各伝熱管を流れる気液二相冷媒の速度のバラツキを抑制できる。このため、本実施の形態に係る空気調和機1では、冷凍機油を運ぶのに十分な気液二相冷媒の速度が得られない伝熱管の発生を抑制できる。また、本実施の形態に係る空気調和機1においては、各伝熱管は、上下方向に延びている。このため、本実施の形態に係る空気調和機1においては、一部の伝熱管に冷凍機油が溜まってしまうことも抑制できるので、圧縮機2内の冷凍機油が不足することをさらに抑制できる。
室外熱交換器41が凝縮器として機能する冷房運転時には、室外熱交換器41が蒸発器として機能しているときとは逆向きに、冷媒が流れることとなる。すなわち、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、流出配管47から第1熱交換部60に流入する。そして、第1熱交換部60に流入した冷媒は、第1熱交換部60内を流れた後に、第2熱交換部50に流入する。そして、第2熱交換部50に流入した冷媒は、第2熱交換部50内を流れた後に、流入配管45から室外熱交換器41の外部へ流出する。
なお、この際、第1熱交換部60から流出する冷媒が高圧の液状冷媒となるように、制御装置80は、膨張弁5等の開度を制御している。これにより、第2熱交換部50を流れる高圧の液状冷媒が室外空気によって過冷却されることとなり、室外熱交換器41から流出する高圧の液状冷媒の過冷却度を大きくすることができる。すなわち、第2熱交換部50がサブクール熱交換器として機能することとなる。室外熱交換器41から流出する高圧の液状冷媒の過冷却度を大きくすることにより、空気調和機1の冷房能力が増加するという効果、及び空気調和機1の消費電力を低減できるという効果等を得ることができる。
ここで、本実施の形態では、冷房運転及び暖房運転の双方において空気調和機1の省エネルギー運転の実現を図るため、第2熱交換部50の大きさが、室外熱交換器41の大きさの15%以上となっており、室外熱交換器41の大きさの35%以下となっている。なお、本実施の形態では、第2熱交換部50の大きさ及び室外熱交換器41の大きさは、次のように定義される。伝熱管51及び伝熱管52が配置されている領域の体積を、第2熱交換部50の大きさとする。伝熱管61及び伝熱管62が配置されている領域の体積を、第1熱交換部60の大きさとする。第2熱交換部50の大きさと第1熱交換部60の大きさとの合計を、室外熱交換器41の大きさとする。
以下、第2熱交換部50の大きさを上述の大きさとした理由について説明する。
室外熱交換器41の大きさに対して第2熱交換部50の大きさが小さすぎると、次のような課題が発生する。室外熱交換器41が凝縮器として機能する冷房運転時においては、所望の大きさの冷却度を確保できない。また、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時においては、低温低圧の気液二相冷媒は、第2熱交換部50を流れた後、第1熱交換部60に流入する。この際、第2熱交換部50の大きさが小さいと、伝熱管51及び伝熱管52の本数が少なくなり、第2熱交換部50における冷媒の流路断面積が小さくなる。この結果、室外熱交換器41の大きさに対して第2熱交換部50の大きさが小さすぎると、室外熱交換器41が蒸発器として機能する暖房運転時においては、低温低圧の気液二相冷媒が第2熱交換部50を流れる際の圧力損失が大きくなり、空気調和機1の暖房能力が低下してしまう。このため、発明者らが検討した結果、冷房運転及び暖房運転の双方において空気調和機1の省エネルギー運転の実現を図るには、第2熱交換部50の大きさは室外熱交換器41の大きさの15%以上であることが好ましいという結論にいたった。
一方、室外熱交換器41の大きさに対して第2熱交換部50の大きさが大きすぎると、次のような課題が発生する。室外熱交換器41の大きさに対して第2熱交換部50の大きさが大きくなるにしたがって、第1熱交換部60の大きさが小さくなる。第1熱交換部60の大きさが小さいと、伝熱管61及び伝熱管62の本数が少なくなり、第2熱交換部50における冷媒の流路断面積が小さくなる。室外熱交換器41が凝縮器として機能する冷房運転時においては、高温高圧のガス状冷媒が第1熱交換部60に流入し、第1熱交換部60から流出した冷媒が第2熱交換部50を流れることとなる。この際、第1熱交換部60の大きさが小さすぎると、室外熱交換器41が凝縮器として機能する冷房運転時においては、高温高圧のガス状冷媒が第1熱交換部60を流れる際の圧力損失が大きくなる。この結果、所望の大きさの冷却度を確保できない、冷媒の高圧側の圧力が上昇しすぎる、及び圧縮機2の消費電力が増加する等の課題が発生する。したがって、冷房運転時に、空気調和機1の省エネルギー運転を実現できなくなってしまう。このため、発明者らが検討した結果、冷房運転及び暖房運転の双方において空気調和機1の省エネルギー運転の実現を図るには、第2熱交換部50の大きさは室外熱交換器41の大きさの35%以下であることが好ましいという結論にいたった。
以上、本実施の形態に係る空気調和機1は、圧縮機2と、少なくとも蒸発器として機能する室外熱交換器とを備えている。室外熱交換器は、第1熱交換部60を備えている。第1熱交換部60は、複数の伝熱管62と、合流管64と、流出配管47と、複数の伝熱管61と、分配管63と、接続部品55とを備えている。複数の伝熱管62は、上下方向に延び、横方向に間隔を空けて並べられている。また、複数の伝熱管62は、室外熱交換器が蒸発器として機能する際に、下端部である流出側端部62bから内部を流れる冷媒が流出する。合流管64は、横方向に延び、複数の伝熱管62の流出側端部62bが接続されている。また、合流管64は、室外熱交換器が蒸発器として機能する際に、複数の伝熱管62から流出した冷媒が内部で合流する。流出配管47は、合流管64の上下方向の中央位置以下の箇所で合流管64に接続されている。また、流出配管47は、室外熱交換器が蒸発器として機能する際に、合流管64から流出した冷媒を圧縮機2に導く。複数の伝熱管61は、上下方向に延び、横方向に間隔を空けて並べられている。また、複数の伝熱管61は、室外熱交換器が蒸発器として機能する際に、下端部である流入側端部61aから内部へ冷媒が流入する。分配管63は、横方向に延び、複数の伝熱管61の流入側端部61aが接続されている。また、分配管63は、室外熱交換器が蒸発器として機能する際に、内部を流れる冷媒を複数の伝熱管61へ分配する。接続部品55は、伝熱管62の上端部と伝熱管61の上端部とを接続する。また、接続部品55は、室外熱交換器が蒸発器として機能する際に、伝熱管61から流出した冷媒を伝熱管62に導く。
本実施の形態に係る空気調和機1においては、合流管64は、横方向に延びる構成となっている。また、流出配管47は、合流管64の上下方向の中央位置以下の箇所で、合流管64と接続されている。このため、本実施の形態に係る空気調和機1においては、上述のように、合流管64内で冷凍機油が流出配管47から流出しにくい場所に溜まることを抑制でき、圧縮機2内の冷凍機油が不足することを抑制できる。
1 空気調和機、2 圧縮機、3 室内熱交換器、4 膨張弁、5 膨張弁、6 膨張弁、7 流路切替装置、8 流路切替装置、9 油分離器、10 アキュームレータ、20 室外機、21 筐体、22 機械室、23 送風機室、24 側面、24a 吸込口、25 側面、25a 吸込口、26 側面、26a 吸込口、27 側面、27a 吸込口、28 上面、28a 吹出口、29 送風機、30 室内機、40 室外熱交換器、41 室外熱交換器、42 室外熱交換器、43a 冷媒流路、45 流入配管、47 流出配管、47a 中心軸、49 折り曲げ箇所、50 第2熱交換部、51 伝熱管、51a 流入側端部、51b 流出側端部、52 伝熱管、52a 流入側端部、52b 流出側端部、53 分配管、54 合流管、55 接続部品、60 第1熱交換部、61 伝熱管、61a 流入側端部、61b 流出側端部、62 伝熱管、62a 流入側端部、62b 流出側端部、63 分配管、64 合流管、65 接続部品、71 内側配管、72 オリフィス、73 端部、74a 第1範囲、74b 第2範囲、75 外側配管、80 制御装置。

Claims (8)

  1. 圧縮機と、蒸発器および凝縮器として機能する室外熱交換器とを備え、
    前記室外熱交換器は、第1熱交換部および第2熱交換部を備え、
    前記第1熱交換部は、
    上下方向に延び、横方向に間隔を空けて並べられ、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、下端部である流出側端部から内部を流れる冷媒が流出する複数の第1伝熱管と、
    横方向に延び、複数の前記第1伝熱管の前記流出側端部が接続され、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、複数の前記第1伝熱管から流出した冷媒が内部で合流する第1合流管と、
    前記第1合流管の上下方向の中央位置以下の箇所で前記第1合流管に接続され、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、前記第1合流管から流出した冷媒を前記圧縮機に導く流出配管と、
    上下方向に延び、横方向に間隔を空けて並べられ、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、下端部である流入側端部から内部へ冷媒が流入する複数の第2伝熱管と、
    横方向に延び、複数の前記第2伝熱管の前記流入側端部が接続され、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、内部を流れる冷媒を複数の前記第2伝熱管へ分配する第1分配管と、
    前記第1伝熱管の上端部と前記第2伝熱管の上端部とを接続し、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、前記第2伝熱管から流出した冷媒を前記第1伝熱管に導く第1接続部品と、
    を備え
    前記第2熱交換部は、
    上下方向に延び、横方向に間隔を空けて並べられ、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、下端部である流出側端部から内部を流れる冷媒が流出する複数の第3伝熱管と、
    横方向に延び、複数の前記第3伝熱管の前記流出側端部が接続され、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、複数の前記第3伝熱管から流出した冷媒が内部で合流する第2合流管と、
    上下方向に延び、横方向に間隔を空けて並べられ、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、下端部である流入側端部から内部へ冷媒が流入する複数の第4伝熱管と、
    横方向に延び、複数の前記第4伝熱管の前記流入側端部が接続され、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、内部を流れる冷媒を複数の前記第4伝熱管へ分配する第2分配管と、
    前記第3伝熱管の上端部と前記第4伝熱管の上端部とを接続し、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際に、前記第4伝熱管から流出した冷媒を前記第3伝熱管に導く第2接続部品と、
    を備え、
    前記第2合流管は、前記第1分配管に接続されており、
    前記第2熱交換部の大きさは、前記室外熱交換器の大きさの15%以上であり、前記室外熱交換器の大きさの35%以下となっている空気調和機。
  2. 前記第1分配管は、
    該第1分配管に供給された冷媒が内部を流れる配管であり、外周面を貫通する複数のオリフィスが形成された内側配管と、
    前記内側配管の外周側に配置され、前記オリフィスを通って前記内側配管から流出した冷媒が内部を流れる外側配管と、
    を備え、
    複数の前記第2伝熱管の前記流入側端部は、前記外側配管と接続されている請求項1に記載の空気調和機。
  3. 前記内側配管は、
    前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際の該内側配管内の冷媒の流れ方向において下流側となる端部から規定長さの範囲の内径が、前記室外熱交換器が前記蒸発器として機能する際の該内側配管内の冷媒の流れ方向において前記範囲よりも上流側となる箇所の内径よりも小さくなっている請求項2に記載の空気調和機。
  4. 複数の前記オリフィスのうちの任意の1つを第1オリフィスとし、
    複数の前記オリフィスのうち、前記第1オリフィス以外の前記オリフィスを第2オリフィスとした場合、
    前記第2オリフィスのうちの少なくとも1つの内径は、前記第1オリフィスの内径と異なっている請求項2又は請求項3に記載の空気調和機。
  5. 複数の前記オリフィスのうちの任意の1つを第3オリフィスとし、
    複数の前記オリフィスのうち、前記第3オリフィス以外の前記オリフィスを第4オリフィスとした場合、
    上下方向において、前記第4オリフィスのうちの少なくとも1つの形成位置は、前記第3オリフィスの形成位置と異なっている請求項2~請求項4のいずれか一項に記載の空気調和機。
  6. 複数の前記室外熱交換器と、
    平面視四角形状の筐体と、
    前記筐体に収納された送風機と、
    を備え、
    前記筐体には、全ての側面に吸込口が形成されており、
    平面視において、複数の前記室外熱交換器は、L字状又は直線状に形成されており、
    平面視において、前記送風機の四方が複数の前記室外熱交換器で囲われている
    請求項1~請求項のいずれか一項に記載の空気調和機。
  7. 直列に接続された流路切替装置、前記室外熱交換器及び膨張弁の組を複数備え、
    これらの前記組は、並列に接続されており、
    複数の前記室外熱交換器の一部が前記蒸発器として機能している状態において、前記蒸発器として機能していない前記室外熱交換器を第1休止室外熱交換器とした場合、
    前記第1休止室外熱交換器に接続された前記流路切替装置は、前記圧縮機の吐出口と前記第1休止室外熱交換器とを連通させる状態になる構成であり、
    前記第1休止室外熱交換器と接続された前記膨張弁は、前記第1休止室外熱交換器を流れる冷媒の流量を調節する構成となっている請求項1~請求項のいずれか一項に記載の空気調和機。
  8. 前記室外熱交換器のそれぞれは、凝縮器としても機能可能な構成となっており、
    複数の前記室外熱交換器の一部が凝縮器として機能している状態において、凝縮器として機能していない前記室外熱交換器を第2休止室外熱交換器とした場合、
    前記第2休止室外熱交換器に接続された前記流路切替装置は、前記圧縮機の吸入口と前記第1休止室外熱交換器とを連通させる状態になる構成であり、
    前記第2休止室外熱交換器と接続された前記膨張弁は、前記第2休止室外熱交換器を流れる冷媒の流量を調節する構成となっている請求項に記載の空気調和機。
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