JP7442731B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
本開示は、凝縮器としても、蒸発器としても機能する熱交換器を備えた空気調和装置に関する。
断面が扁平な扁平管を伝熱管として、扁平管の内部を流れる冷媒と扁平管の外部の流体とで熱交換する熱交換器を空気調和装置に利用することが知られている。例えば、特許文献1には、空気調和装置に凝縮器として機能する熱交換器として、複数の扁平管の両端のそれぞれを水平方向にのびる一対のヘッダーに接続し、ヘッダーの内部を仕切り板で仕切ることにより冷媒が扁平管を蛇行して流れるようにした熱交換器が示されている。
特許文献1では、入口から出口までの扁平管の本数を順次減少し、冷媒流れ下流における熱交換器の流路断面積を冷媒流れ上流における熱交換器の流路断面積よりも小さくすることが提案されている。これにより、下流側における冷媒の流速が向上し、熱伝達率の低下を抑制し、高い熱交換性能を維持する。
冷房と暖房とに運転が切り替わるような空気調和装置において、凝縮器として機能する熱交換器は運転が切り替わると蒸発器としても機能する。特許文献1のような扁平管を用いた熱交換器は冷媒量の低減、いわゆる省冷媒、に適している。しかしながら、特許文献1の熱交換器が蒸発器として機能する場合には、冷媒が流入する側の流路断面積が、冷媒が流出する側の流路断面積よりも小さく、流路全長での冷媒圧力損失が増大するおそれがある。冷媒圧力損失が増大すると冷媒の飽和温度が低下して空調性能が低下する。
そこで、本開示は、省冷媒化と高性能化とを両立できる熱交換器を備えた空気調和装置を実現することを目的とする。
本開示の空気調和装置は、
圧縮機と凝縮器と減圧装置と蒸発器とが配管により接続されて冷媒が循環し、冷媒の流れる向きを切り替えることで、機能が前記蒸発器と前記凝縮器とに切り替わる熱交換器と、空気が前記熱交換器に送られるように気流を発生する送風機と、を有する空気調和装置において、
前記熱交換器が、
複数の第1伝熱管と、水平方向に延びて内部の空間が第1室と第2室とを含む複数の部屋に仕切られて前記複数の第1伝熱管の一方の端が接続された第1ヘッダーと、水平方向に延びて前記複数の第1伝熱管の他方の端が接続された第2ヘッダーと、を有する第1熱交換器と、
複数の第2伝熱管と、水平方向に延びて前記複数の第2伝熱管の一方の端が接続された第3ヘッダーと、水平方向に延びて前記複数の第2伝熱管の他方の端が接続された第4ヘッダーと、を有する第2熱交換器と、
前記第1熱交換器の前記第1ヘッダー及び前記第2ヘッダーのいずれかと、前記第2熱交換器の前記第3ヘッダーと、を接続する接続配管と、
を備え、
前記熱交換器を前記蒸発器として機能させる運転において、前記配管から蒸発させるべき冷媒が前記第1ヘッダーの前記第1室に流入したのち、前記第1室から前記第2ヘッダーへと流れ、前記第2ヘッダーから前記第1ヘッダーの前記第2室へと流れるように前記複数の第1伝熱管が接続され、前記第1熱交換器を経た冷媒が前記接続配管を介して前記第2熱交換器の前記第3ヘッダーに流入したのち、前記第3ヘッダーから前記第4ヘッダーへと流れるように前記複数の第2伝熱管が接続され、さらに、前記第2熱交換器を経た冷媒が前記圧縮機に吸入されるように前記配管が接続され、
前記熱交換器を前記凝縮器として機能させる運転において、凝縮させるべき冷媒が前記配管から前記第2熱交換器を経たのち、前記接続配管を介して前記第1熱交換器の前記第1ヘッダーの前記複数の部屋のいずれか、または前記第2ヘッダーに流入し、前記第1熱交換器を経た冷媒が前記第1ヘッダーの前記第1室から流出するように前記配管が接続され、
前記複数の第1伝熱管の長さが前記複数の第2伝熱管の長さよりも長いことを特徴とする。
圧縮機と凝縮器と減圧装置と蒸発器とが配管により接続されて冷媒が循環し、冷媒の流れる向きを切り替えることで、機能が前記蒸発器と前記凝縮器とに切り替わる熱交換器と、空気が前記熱交換器に送られるように気流を発生する送風機と、を有する空気調和装置において、
前記熱交換器が、
複数の第1伝熱管と、水平方向に延びて内部の空間が第1室と第2室とを含む複数の部屋に仕切られて前記複数の第1伝熱管の一方の端が接続された第1ヘッダーと、水平方向に延びて前記複数の第1伝熱管の他方の端が接続された第2ヘッダーと、を有する第1熱交換器と、
複数の第2伝熱管と、水平方向に延びて前記複数の第2伝熱管の一方の端が接続された第3ヘッダーと、水平方向に延びて前記複数の第2伝熱管の他方の端が接続された第4ヘッダーと、を有する第2熱交換器と、
前記第1熱交換器の前記第1ヘッダー及び前記第2ヘッダーのいずれかと、前記第2熱交換器の前記第3ヘッダーと、を接続する接続配管と、
を備え、
前記熱交換器を前記蒸発器として機能させる運転において、前記配管から蒸発させるべき冷媒が前記第1ヘッダーの前記第1室に流入したのち、前記第1室から前記第2ヘッダーへと流れ、前記第2ヘッダーから前記第1ヘッダーの前記第2室へと流れるように前記複数の第1伝熱管が接続され、前記第1熱交換器を経た冷媒が前記接続配管を介して前記第2熱交換器の前記第3ヘッダーに流入したのち、前記第3ヘッダーから前記第4ヘッダーへと流れるように前記複数の第2伝熱管が接続され、さらに、前記第2熱交換器を経た冷媒が前記圧縮機に吸入されるように前記配管が接続され、
前記熱交換器を前記凝縮器として機能させる運転において、凝縮させるべき冷媒が前記配管から前記第2熱交換器を経たのち、前記接続配管を介して前記第1熱交換器の前記第1ヘッダーの前記複数の部屋のいずれか、または前記第2ヘッダーに流入し、前記第1熱交換器を経た冷媒が前記第1ヘッダーの前記第1室から流出するように前記配管が接続され、
前記複数の第1伝熱管の長さが前記複数の第2伝熱管の長さよりも長いことを特徴とする。
本開示に係る空気調和装置によれば、第1熱交換器及び第2熱交換器を蒸発器として機能させる運転においてには圧力損失が低減され、第1熱交換器及び第2熱交換器を凝縮器として機能させる運転においては冷媒密度が低減されて、高性能化と省冷媒化とを両立できる。
以下に、本開示に係る空気調和装置の実施の形態について説明する。なお、図面で表した形態は一例であり、本開示を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、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
<空気調和装置200の構成>
図1は、実施の形態1に係る空気調和装置200の構成を示す模式図である。空気調和装置200は冷媒が循環する回路を備え、その回路内で冷媒が圧縮、凝縮、膨張、蒸発する冷凍サイクルにより熱を移動するヒートポンプ装置である。このようなヒートポンプ装置では、圧縮機と、凝縮器と、絞り装置などの減圧装置と、蒸発器と、が配管で接続されて冷媒が循環する。図1に示すように、実施の形態1に係る空気調和装置200は、室外機201及び室内機202を有する。空気調和装置200は、冷媒の流れ方向を切り替えることで、冷房運転及び暖房運転を行う。
<空気調和装置200の構成>
図1は、実施の形態1に係る空気調和装置200の構成を示す模式図である。空気調和装置200は冷媒が循環する回路を備え、その回路内で冷媒が圧縮、凝縮、膨張、蒸発する冷凍サイクルにより熱を移動するヒートポンプ装置である。このようなヒートポンプ装置では、圧縮機と、凝縮器と、絞り装置などの減圧装置と、蒸発器と、が配管で接続されて冷媒が循環する。図1に示すように、実施の形態1に係る空気調和装置200は、室外機201及び室内機202を有する。空気調和装置200は、冷媒の流れ方向を切り替えることで、冷房運転及び暖房運転を行う。
室外機201には、室外送風機13a、圧縮機14、四方弁15、室外熱交換器16、及び、絞り装置17が配置されている。室内機202には、第1熱交換器21及び第2熱交換器22から構成された室内熱交換器10、及び、室内送風機13bが配置されている。室内熱交換器10は室内の空気と冷媒の温度を熱交換する熱交換器である。室内送風機13bは室内の空気が室内熱交換器10に送られるように気流を発生する送風機である。室外機201は、熱源側熱交換器の一例である。また、室内機202は、利用側熱交換器の一例である。
四方弁15と、室外熱交換器16とは、配管11aにより接続されている。室外熱交換器16と、絞り装置17とは、配管11bにより接続されている。絞り装置17と、室内熱交換器10の第1熱交換器21とは、配管11cにより接続されている。絞り装置17は冷媒の通過する断面積を絞ることで通過前の圧力より通過後の圧力を小さくする減圧装置である。室内熱交換器10の第2熱交換器22と、四方弁15とは、配管11dにより接続されている。
圧縮機14と、四方弁15と、室外熱交換器16と、絞り装置17と、室内熱交換器10とに冷媒が流れることで、冷凍サイクルが構成される。四方弁15は圧縮機14から吐出された冷媒の流れ方向を切り替える切替弁であり、冷媒の流れ方向が配管11aを通って室外熱交換器16に向かう流れと、配管11dを通って室内熱交換器10に向かう流れのいずれかとなるように切り替える。空気調和装置200の冷房運転と暖房運転との切り替えは、四方弁15は冷媒の流れの向きを切り替えることで行われる。この切替弁は、四方弁15のかわりに複数個の二方弁を組み合わせるなど他の弁、配管などを組み合わせて構成することもできる。
空気調和装置200の冷房運転時には、室内熱交換器10が蒸発器として、室外熱交換器16が凝縮器として機能し、暖房運転時には、室内熱交換器10が凝縮器として、室外熱交換器16が蒸発器として機能する。つまり、空気調和装置200は冷媒の流れる向きが反対になることで、機能が蒸発器と凝縮器とで切り替わる熱交換器を備えている。
<室内熱交換器10の構成>
図2は、実施の形態1に係る空気調和装置200に設けられた室内熱交換器10の模式図である。図2に示すように、室内熱交換器10は、第1熱交換器21と第2熱交換器22と、第1熱交換器21と第2熱交換器22とを接続する接続配管12と、により構成されている。
図2は、実施の形態1に係る空気調和装置200に設けられた室内熱交換器10の模式図である。図2に示すように、室内熱交換器10は、第1熱交換器21と第2熱交換器22と、第1熱交換器21と第2熱交換器22とを接続する接続配管12と、により構成されている。
第1熱交換器21は、複数の第1伝熱管212と、複数の第1フィン211と、第1ヘッダー213と、第2ヘッダー214と、を有する。また、第2熱交換器22は、複数の第2伝熱管222と、複数の第2フィン221と、第3ヘッダー223と、第4ヘッダー224と、を有する。第1熱交換器21と第2熱交換器22とは、接続配管12により接続されている。第1伝熱管212、第2伝熱管222は、内部に冷媒が通り、その外側の周囲の空気と熱を交換するための伝熱管である。第1伝熱管212、第2伝熱管222のそれぞれは隣の伝熱管と間隔をあけて配列し、その間隔に空気が通過するように構成される。また、第1ヘッダー213、第2ヘッダー214、第3ヘッダー223、第4ヘッダー224は複数の第1伝熱管212または複数の第2伝熱管222などの複数の伝熱管に冷媒を分配、または複数の伝熱管から冷媒を収集する。第1熱交換器21の第1ヘッダー213、第2ヘッダー214のいずれか、第2熱交換器22の第3ヘッダー223、第4ヘッダー224のいずれかには冷媒が流入、または流出するように配管が接続される。
接続配管12は第1熱交換器21と第2熱交換器22とを直列に接続する。つまり、第1熱交換器21及び第2熱交換器22のいずれか一方を経た冷媒が接続配管12を通って他方に流れ入る。第1熱交換器21と第2熱交換器22とがともに蒸発器として機能する場合に、液相を含む冷媒が第1熱交換器21と接続配管12を経て第2熱交換器22に流入する。第1熱交換器21と第2熱交換器22とがともに凝縮器として機能する場合に、気相を含む冷媒が第2熱交換器22と接続配管12を経て第1熱交換器21に流入する。なお、蒸発器として機能する場合に、液相を含む冷媒が第1熱交換器21に流入するように配管が接続されたヘッダーを第1ヘッダー213、第2熱交換器22に流入するように接続配管12が接続されたヘッダーを第3ヘッダー223とした。また、この場合に、第1熱交換器21の第2ヘッダー214に接続された接続配管12から冷媒が第2熱交換器22に流入し、第2熱交換器22の第4ヘッダー224から冷媒が外部に流出する構成としたが、必ずしもこの構成に限定されない。第1熱交換器21の第1ヘッダー213に接続された接続配管12から冷媒が第2熱交換器22に流入してもよく、また、第2熱交換器22の第3ヘッダー223から外部に冷媒が流出する構成としてもよい。
第1熱交換器21の複数の第1伝熱管212は扁平管であり、複数の第1フィン211と交互に積層されている。複数の第1フィン211は、例えば、コルゲートフィンである。扁平管はその延びる方向に垂直な断面が一方に長手の偏平形状を有する。高圧冷媒が流れる空気調和装置では、一般に内部の流路を長手方向に複数に分割した多穴管を用いる。コルゲートフィンはアルミニウムなどの良熱伝導の金属薄板を波形に加工したものである。第1フィン211、第2フィン221は、第1熱交換器21の熱交換面積を拡大させて偏平管の周りを通過する空気と伝熱管との熱交換を向上させる。複数の第1伝熱管212は長手方向が平行となり、短手方向に間隔をあけて並び、その間隔をあけて対向する扁平管の面にコルゲートフィンの波形の頂部が接合される。
第1熱交換器21の第1ヘッダー213、及び、第2ヘッダー214は、水平方向に延びている。第1ヘッダー213は、複数の第1伝熱管212の一方の端が接続され、第2ヘッダー214は、複数の第1伝熱管212の他方の端が接続されている。第1ヘッダー213、第2ヘッダー214は内部の流路断面積が第1伝熱管212の内部の流路断面積よりも大きい管状の構造を有する。複数の第1伝熱管212のそれぞれは上下方向にのびる管であり、それらは水平方向に間隔をあけて並列する。
第1熱交換器21と第2熱交換器22とは室内送風機13bなどから送られる風に対して風上風下の関係にならないように、すなわち、送風機、または送風路の風上側から見てずれた位置に配置されている。典型的には、第1ヘッダー213、第2ヘッダー214のいずれか一方が第3ヘッダー223、第4ヘッダー224のいずれか一方と近接して配置して、第1ヘッダー213、第2ヘッダー214の他方が第3ヘッダー223、第4ヘッダー224の他方と遠く離れるように配置される。
第2熱交換器22の複数の第2伝熱管222は扁平管であり、複数の第2フィン221と交互に積層されている。複数の第2フィン221は、例えば、コルゲートフィンである。第1フィン211と同様に第2フィン221は第2熱交換器22の熱交換面積を拡大させるものである。第1熱交換器21と第2熱交換器22とのいずれか、または両方は、コルゲートフィンのかわりにプレートフィンなどを使用してもよい。
第2熱交換器22の第3ヘッダー223、及び、第4ヘッダー224は、水平方向に延びている。第3ヘッダー223は、複数の第2伝熱管222の一方の端が接続され、第4ヘッダー224は、複数の第2伝熱管222の他方の端が接続されている。第3ヘッダー223、第4ヘッダー224は内部の流路断面積が第2伝熱管222の内部の流路断面積よりも大きい管状の構造を有する。第2熱交換器22は第1熱交換器21とおおよそ類似の構造を有するが、後述するように伝熱管の長さ、ヘッダーの内部等が異なる。複数の第2伝熱管222のそれぞれは上下方向にのびる管であり、それらは水平方向の間隔をあけて並列する。なお、図1では複数の第1伝熱管212、複数の第2伝熱管222をいずれも平面にあるように示したが、第1伝熱管212と第2伝熱管222とが鉛直方向に延びる構成に限定されない。第1伝熱管212と第2伝熱管222の少なくとも一方が斜めに延びる、または互いに角度を有する方向に延びる構成としてもよい。
第1ヘッダー213の内部の空間は、仕切り部材4により、第1室213aと第2室213bとを含む複数の部屋に仕切られている。なお、仕切り部材4によって仕切られた空間を部屋と呼び、各ヘッダーの仕切られた部屋を個別に呼ぶ場合は、第1室、第2室、などして説明するものとする。図の例で第1ヘッダー213は、第1室213aから第3室213cまで3つの部屋に仕切られている。第2ヘッダー214の内部の空間は、図の例では、仕切り部材4により、第1室214aから第3室214cまで複数の部屋に仕切られている。
第3ヘッダー223の内部の空間は、仕切り部材4により、第1室223a及び第2室223bに仕切られている。第4ヘッダー224は、仕切り部材4により、第1室224a及び第2室224bに仕切られている。なお、以上はすべてのヘッダーの内部が仕切り部材4により複数の部屋に仕切られた例であるが、いくつかのヘッダーの内部空間が仕切られずに単一の部屋として構成されてもよい。第1ヘッダー213と第2ヘッダー214とで分割された部屋の数が異なっていても良く、第3ヘッダー223と第4ヘッダー224とで分割された部屋の数が異なっていてもよい。
接続配管12は、第1熱交換器21の第1ヘッダー213及び前記第2ヘッダー214のいずれかと、第2熱交換器22の前記第3ヘッダー223と、を接続する。図の例では、接続配管12は、第1ヘッダー213の第4室213dと第3ヘッダー223の第1室223aとを接続している。また、図の例では、接続配管12が接続する第1ヘッダー213の第4室213dと第3ヘッダー223の第1室223aとは、それぞれ第1ヘッダー213と第3ヘッダー223とにおいて水平方向の同じ側の端にある。このように、接続配管12が同じ側の端にあるヘッダーの部屋どうしを接続する構成とすると、接続配管12の長さを短くすることができる。図では、第1熱交換器21、第2熱交換器22は水平方向の一方から冷媒が流入、流出するように配管11c,11d、が接続されて、接続配管12はその水平方向の反対側の端のヘッダーの部屋どうしを接続した構成を示した。第1ヘッダー213の第1室213aは前記第1ヘッダー213の水平方向の一方の端の部屋であり、接続配管12は、水平方向の他方の端にある第1ヘッダー213の複数の部屋のいずれか、または水平方向の他方の端にある前記第2ヘッダー214の複数の部屋のいずれかと第3ヘッダー223とを接続する。上記の構成としたので、接続配管12が短くできるが、接続配管12または配管11c,11dを水平方向で反対側の端の部屋に接続する構成としてもよい。また、接続配管12が第3ヘッダー223の複数の部屋のいずれかに接続されるようにしてもよい。
室内熱交換器10を蒸発器として機能させる運転において、蒸発させるべき冷媒は、配管11cから第1熱交換器21の第1ヘッダー213の第1室213aに流入する。そして、冷媒は、第1室213aに接続された第1伝熱管212から、第2ヘッダー214の第1室214aに流入し、第1室214aにおいて流れ方向が転向して第2ヘッダー214から流出する。さらに、冷媒は、第1ヘッダー213の第2室213bに接続された第1伝熱管212を通って第2ヘッダー214から第1ヘッダー213の第2室213bに流入する。第2ヘッダー214の第1室214aに接続された第1伝熱管212のうち、第1ヘッダー213の第1室213aに接続されたものと、第1ヘッダー213の第2室213bに接続されたものとでは、冷媒の流れ方向が上下逆である。
冷媒は、第1ヘッダー213の第2室213bにおいて流れ方向が転向して第2室213bから流出し、第2ヘッダー214の第2室214bに流入する。そして、冷媒は、第2室214bにおいて流れ方向が転向して第2ヘッダー214の第2室214bから流出し、第1ヘッダー213の第3室213cに流入する。そして、冷媒は、第3室213cにおいて流れ方向が転向して第1ヘッダー213の第3室213cから流出し、第2ヘッダー214の第3室214cに流入する。その後、冷媒は、第1ヘッダー213の第3室213cから接続配管12を介して、第2熱交換器22の第3ヘッダー223の第1室223aに流入する。そして、冷媒は、第3ヘッダー223の第1室223aに接続された第2伝熱管222から第4ヘッダー224の第1室224aに流入し、第4ヘッダー224の第1室224aにおいて流れ方向が転向され、第3ヘッダー223の第2室223bに流入する。そして、冷媒は、第2室223bにおいて流れ方向が転向して第4ヘッダー224の第2室224bに流入する。その後、冷媒は、第4ヘッダー224の第2室224bに接続された配管11dから流出する。第2熱交換器22を経た冷媒は、圧縮機14に吸入されるように配管11dが接続される。
室内熱交換器10を凝縮器として機能させる運転において、冷媒は蒸発器の場合と逆の方向に流れる。すなわち、冷媒は、配管11dから第2熱交換器22の第4ヘッダー224の第2室224bに流入し、第1熱交換器21の第1ヘッダー213の第1室213aから流出する。圧縮機14から吐出された凝縮させるべき冷媒が前記配管11dから第2熱交換器22を経たのち、接続配管12を介して第1熱交換器21の第1ヘッダー213の複数の部屋のいずれか、または第2ヘッダー214に流入する。図では接続配管12が第2熱交換器22の第3ヘッダー223の第1室223aから第1ヘッダー213の第3室213cに接続されているが、第2ヘッダー214に接続されるようにしてもよい。第1熱交換器21を経て凝縮した冷媒は第1ヘッダー213の前記第1室213aから流出して、絞り装置17に向かって流れる。
以上のように、ヘッダーの水平方法の一方の端の部屋から入った冷媒は、第1伝熱管212で接続された1対のヘッダー間で流れの向きを転向させられることで、流入側と水平方向の反対側に向かって蛇行するように進む。そして、冷媒は最も反対側端の部屋まで流れたのちに接続配管12によってもう一方の熱交換器、あるいは配管11cまたは11dによって外部に流出する。
第2熱交換器22の第3ヘッダー223の部屋の数と、第4ヘッダー224の部屋の数との合計は、第1熱交換器21の第1ヘッダー213の部屋の数と、第2ヘッダー214の部屋の数との合計よりも小さい。そのため、第2熱交換器22における冷媒の流れ方向の転向回数は、第1熱交換器21における冷媒の流れ方向の転向回数よりも少ない。
複数の第1伝熱管212及び複数の第2伝熱管222の本数は同じである。複数の第1伝熱管212及び複数の第2伝熱管222は、一本あたりの流路断面積が同じである。第1ヘッダー213、第2ヘッダー214、第3ヘッダー223、及び、第4ヘッダー224は、いずれも、長さが同じである。第1ヘッダー213と第2ヘッダー214とは同じ太さの管を用いており、従って仕切り部材4、各配管との接続部分のわずかな違いなどを除けばそれらの内部空間は基本的に同じ体積である。同様に第3ヘッダー223及び第4ヘッダー224の内部空間は基本的に同じ体積である。第1ヘッダー213、第2ヘッダー214、第3ヘッダー223、及び第4ヘッダー224の内部空間も基本的に同じ体積とすると構成が単純になる。なお、第2熱交換器の第3ヘッダー223及び第4ヘッダー224の内部空間が第1ヘッダー213及び第2ヘッダー214の内部空間よりも大きくあってもよく、そのために第3ヘッダー223及び第4ヘッダー224の管径が第1ヘッダー213及び第2ヘッダー214の管径よりも大きくあってもよい。
複数の第1伝熱管212の長さL1は、複数の第2伝熱管222の長さL2よりも長い。第1伝熱管212の長さL1は、第1ヘッダー213に接続された第1伝熱管212の一端から、第2ヘッダー214に接続された第1伝熱管212の他端までの長さをいう。また、第2伝熱管222の長さL2は、第3ヘッダー223に接続された第2伝熱管222の一端から、第4ヘッダー224に接続された第2伝熱管222の他端までの長さをいう。
第1ヘッダー213の第1室213a~第3室213cの各々に接続される第1伝熱管212の本数は、第1ヘッダー213室の部屋(第1室213a~第3室213c)で同一ではなく異なっている。また、第2ヘッダー214の第1室214a~第3室214cの各々に接続される第1伝熱管212の本数は、第2ヘッダー214の部屋(第1室214a~第3室214c)で同一ではなく異なっている。つまり、第1ヘッダー213の第1室213a~第3室213c、及び、第2ヘッダー214の第1室214a~第3室214cに接続される複数の第1伝熱管212は、その本数が調整されている。これにより、凝縮器運転時における冷媒の流れ方向の転向前後で冷媒の流路断面積が減少せず、同じまたは増加する構成になっている。
また、第3ヘッダー223の部屋(第1室223a及び部屋223b)に接続される第2伝熱管222の平均本数は、第1ヘッダー213の複数の部屋(第1室213a~第3室213c)に接続される第1伝熱管212の平均本数よりも多い。
なお、配管11cと接続される部屋である第1ヘッダー213の第1室213a、配管11dと接続される部屋である第4ヘッダー224の第2室224b、接続配管12と接続される部屋である第2ヘッダー214の第3室214c及び第3ヘッダー223の第1室223a、では接続される伝熱管との間で冷媒の折り返しが生じないので、折り返しが生じる隣接する部屋と比べて部屋の長さは短くなっている。
次に、室内熱交換器10の動作について説明する。
<冷房運転時>
図3は、実施の形態1に係る室内熱交換器10を有する空気調和装置200を示す模式図である。図3において、矢印は、冷房運転時の冷媒の流れを示している。空気調和装置200の冷房運転において、室内熱交換器10は、蒸発器として機能し、室外熱交換器16は、凝縮器として機能する。
図3は、実施の形態1に係る室内熱交換器10を有する空気調和装置200を示す模式図である。図3において、矢印は、冷房運転時の冷媒の流れを示している。空気調和装置200の冷房運転において、室内熱交換器10は、蒸発器として機能し、室外熱交換器16は、凝縮器として機能する。
冷媒は、圧縮機14で高温高圧ガスとなり、四方弁15を介して室外機201に搭載された室外熱交換器16に流入し、室外送風機13aによって送風される屋外の空気へ放熱して液相冷媒または液主体冷媒となる。そして、冷媒は、絞り装置17にて減圧され、室内機202の室内熱交換器10の第1熱交換器21に流入し、第1熱交換器21において室内送風機13bによって送風される室内の空気から吸熱する。そして、冷媒は、室内熱交換器10の第1熱交換器21から室内熱交換器10の第2熱交換器22に流れながら低温低圧二相冷媒から低圧ガス冷媒となって室内熱交換器10から流出し、四方弁15を介して再び圧縮機14に戻る。
図4は、実施の形態1に係る室内熱交換器10の蒸発器性能と、伝熱管長さ比との関係を示す図である。図4において、縦軸は、蒸発器性能を示し、横軸は、伝熱管長さ比を示している。
伝熱管長さ比は、第1伝熱管212と第2伝熱管222とを合計した長さL1+L2に対する第1伝熱管212の長さL1の比である。
図4に示すように、伝熱管長さ比が大きくなると、圧力損失が低減しにくくなり蒸発器性能が向上する。また、伝熱管長さ比が小さくなると、圧力損失が低減することで蒸発器性能が低下する。
室内熱交換器10が蒸発器として機能するとき、絞り装置17にて減圧された冷媒は、第1熱交換器21の第1伝熱管212において室内空気から吸熱し、乾き度が上昇した状態となって第2熱交換器22の第2伝熱管222を流れる。
このとき、第2熱交換器22を流れる冷媒の体積流量は、第1熱交換器21よりも大きい。このため、第2伝熱管222の長さL2が第1伝熱管212の長さL1よりも長い構成、すなわち、伝熱管長さ比の小さい構成であると、第2伝熱管222における圧力損失が増大し、室内熱交換器10における飽和温度が低下するため、蒸発器性能が低減する。
一方、第2伝熱管222の長さL2を第1伝熱管212の長さL1よりも短くした構成、すなわち、伝熱管長さ比が大きい構成であると、乾き度の高い冷媒が流通する経路が短くなる。このため、第2伝熱管222における圧力損失が低減され、室内熱交換器10における飽和温度が上昇し、蒸発器を高性能化できる。
<暖房運転時>
図5は、実施の形態1に係る室内熱交換器10を有する空気調和装置200を示す模式図である。図5において、矢印は、暖房運転時の冷媒の流れを示している。
図5は、実施の形態1に係る室内熱交換器10を有する空気調和装置200を示す模式図である。図5において、矢印は、暖房運転時の冷媒の流れを示している。
空気調和装置200の暖房運転において、室内熱交換器10は、凝縮器として機能し、室外熱交換器16は、蒸発器として機能する。
冷媒は、圧縮機14で高温高圧のガスとなり、四方弁15を介して室内機202の室内熱交換器10に流入し、室内熱交換器10の第1熱交換器21及び第2熱交換器22において室内送風機13bによって送風される室内の空気へ放熱して液相冷媒または液主体冷媒となって流出する。そして、冷媒は、絞り装置17にて減圧され、室外機201の室外熱交換器16において室外送風機13aによって送風される外気から吸熱し、低温低圧二相冷媒から低圧ガス冷媒となる。そして、冷媒は、室外熱交換器16から流出し、四方弁15を介して再び圧縮機14に戻る。
図6は、実施の形態1に係る室内熱交換器10中の冷媒量と、伝熱管長さ比との関係を示す図である。図6において、縦軸は、冷媒量を示し、横軸は、伝熱管長さ比を示している。
図6に示すように、伝熱管長さ比が小さいと、冷媒密度が増大するため、室内熱交換器10中の冷媒量も増大する。また、伝熱管長さ比が大きくなると、冷媒密度が低減するため、室内熱交換器10の冷媒量も低減する。
室内熱交換器10が凝縮器として機能するとき、乾き度の高い冷媒は、第2熱交換器22から流入し、室内空気に放熱しながら第2熱交換器22及び第1熱交換器21を流れる。そして、冷媒は、乾き度が低下した状態となって第1熱交換器21から流出する。
このとき、第2熱交換器22の第3ヘッダー223及び第4ヘッダー224の冷媒の乾き度が低いと、第3ヘッダー223及び第4ヘッダー224の平均冷媒密度が上昇する。そうすると、第3ヘッダー223及び第4ヘッダー224の冷媒量が増大するため、室内熱交換器10中の冷媒量も増大してしまう。
一方、第1伝熱管212の長さL1の長さを、第2伝熱管222の長さL2よりも長い構成とすることで、第1熱交換器21における伝熱が促進され、第2熱交換器22の第3ヘッダー223及び第4ヘッダー224における乾き度が上昇する。これにより、室内熱交換器10の平均冷媒密度が低減し、冷媒量が減少する。
このように、室内熱交換器10を蒸発器として機能させる場合には、室内熱交換器10における飽和温度が上昇し、室内熱交換器10を凝縮器として機能させる場合には、室内熱交換器10における平均冷媒密度が低減する。
これにより、空気調和装置200の高性能化と省冷媒化を両立させることができる。
なお、第1ヘッダー213、第2ヘッダー214、第3ヘッダー223、及び第4ヘッダー224の内部空間を仕切る仕切り部材4の数と、仕切り部材4により仕切られた部屋の数は適宜変更することができる。また、第3ヘッダー223、第4ヘッダー224が仕切り部材4を備えず、1つの部屋のみを有する構成としてもよい。
ただし、第2熱交換器22の第3ヘッダー223の部屋の数と、第4ヘッダー224の部屋の数との合計は、第1熱交換器21の第1ヘッダー213の部屋の数と、第2ヘッダー214の部屋の数との合計よりも少ない。または、接続配管12で接続された第1熱交換器21の第1ヘッダー213または第2ヘッダー214の部屋の数のほうが、接続配管12で接続された第2熱交換器22の第3ヘッダー223の部屋の数よりも多い。これにより、第2熱交換器22における冷媒の流れ方向の転向回数は、第1熱交換器21における冷媒の流れ方向の転向回数よりも小さくなり、第3ヘッダー223及び第4ヘッダー224の内部の壁面と冷媒との衝突または摩擦による圧力損失が低減される。
蒸発器として運転したときに、配管11cに接続されて液含有冷媒が流入する第1熱交換器21の部屋に接続される伝熱管212の本数<接続配管12に冷媒が流出する第1熱交換器21の部屋に接続される第1伝熱管212の本数≦接続配管12から冷媒が流入する第2熱交換器22の部屋に接続される第2伝熱管222の本数≦配管11dに接続されて気化した冷媒が流出する第2熱交換器22の部屋に接続される第2伝熱管222の本数、となっている。
また、第2伝熱管222は、第3ヘッダー223及び第4ヘッダー224に突き出していることにより流れの拡大または縮小が生じても、冷媒の流動抵抗による圧力損失が低減できる。
第1熱交換器21とは異なり、第2熱交換器22において、冷媒の経路の全体にわたり流路断面積が変動しないように構成してもよい。外部と冷媒が出入して冷媒の折り返しのない第3ヘッダー223の第1室223a及び第4ヘッダー224の第2室224bの大きさを同じとして、また、冷媒の折り返しがある第3ヘッダー223の第2室223b及び第4ヘッダー224の第1室224aの大きさを同じとしてもよい。第3ヘッダー223の第1室223a及び第4ヘッダー224の第2室224bにそれぞれ接続される第2伝熱管222の本数が同じであり、第3ヘッダー223の第2室223b及び第4ヘッダー224の第1室224aにそれぞれ接続される第2伝熱管222の本数が同じであると望ましい。つまり、第3ヘッダー223及び第4ヘッダー224のいずれかの部屋から、相対する第4ヘッダー224及び第3ヘッダー223の部屋に向けて冷媒が流れる第2伝熱管222の本数は同じとなる。このため、伝熱管長さの短い第2熱交換器22は、伝熱管の全長において大きな流路断面積を維持できる。なお、第3ヘッダー223に接続された第2伝熱管222の本数を第3ヘッダー223の部屋の数で割ったときの商が整数にならない場合がある。このような場合、第3ヘッダー223の各部屋に接続する本数をその商に対して1未満の加減を行って整数として、かつ、それらの本数どうしの差が1本以下となるようにするとよい。各部屋での本数が全く同一でないが、おおよそ同じとなるので上記で述べた効果を得ることができる。例えば、第3ヘッダー223に接続された第2伝熱管222が21本であり、第3ヘッダー223の部屋の数が2の場合には、各部屋に接続される本数は10本と、11本とになる。また、それに伴って第3ヘッダー223の各部屋の大きさが10%程度変わることがあるが、そのような場合も本開示では複数の部屋が等しい大きさであり、接続される第2伝熱管222の本数も同じ、とする。
第3ヘッダー223及び第4ヘッダー224には、第1ヘッダー213を流れる冷媒よりも乾き度の高い冷媒が流通する。第2熱交換器22を流れる冷媒の経路の全体に渡り大きな流路断面積を維持することで、室内熱交換器10が蒸発器として運転している場合に第2熱交換器22における圧力損失を低減できる。
第1ヘッダー213の部屋(第1室213a~第3室213c)の平均サイズは、第3ヘッダー223の部屋(第1室223a及び第2室223b)の平均サイズよりも小さくなるように仕切られている。つまり、室内熱交換器10の凝縮器運転時において、冷媒の下流側に配置される第1熱交換器21の部屋(第1室213a~第3室213c)の平均サイズが、第2熱交換器22の部屋(第1室223a及び第2室223b)の平均サイズよりも小さくなるように仕切られている。これにより、室内熱交換器10において、冷媒密度の大きい過冷却状態の冷媒が存在する領域が削減され、冷媒量が低減できる。
なお、上記では、室内熱交換器10を第1熱交換器21及び第2熱交換器22から構成した例を示しているが、室内熱交換器10に代えて、室外熱交換器16が第1熱交換器21及び第2熱交換器22から構成されてもよい。
また、室内熱交換器10を第1熱交換器21及び第2熱交換器22から構成し、且つ、室外熱交換器16も第1熱交換器21及び第2熱交換器22から構成してもよい。
室内熱交換器10が凝縮器運転をする際に二相冷媒が流通する配管11cは、室外熱交換器16が凝縮器運転をする際に二相冷媒が流通する配管11bよりも長い。従って、凝縮器運転時における冷媒量削減の観点からは、室内熱交換器10を第1熱交換器21及び第2熱交換器22より構成することで、冷媒量削減の効果が大きくなる。
以上説明した、実施の形態1に係る空気調和装置200によれば、室内熱交換器10を構成する第1熱交換器21の第1伝熱管212の長さL1が、第2熱交換器22の第2伝熱管222の長さL2よりも長い。そのため、室内熱交換器10を蒸発器として機能させた場合に、第1熱交換器21の第1伝熱管212の長さL1よりも長さが短い第2熱交換器22の第2伝熱管222を乾き度の高い冷媒が流通する。これにより、圧力損失が低減し、室内熱交換器10が高性能化する。また、室内熱交換器10を凝縮器として機能させた場合、第1熱交換器21の熱交換が促進されるため、乾き度の高い冷媒の流通が促進される。これにより、第1ヘッダー213、第2ヘッダー214、第3ヘッダー223、及び、第4ヘッダー224の平均冷媒密度が低減し、省冷媒化することができる。
また、室内熱交換器10が、凝縮器として機能した場合に乾き度の高い冷媒が流通する冷媒配管は、室外熱交換器16を、凝縮器として機能した場合に乾き度の高い冷媒が流通する冷媒配管よりも長い。そのため、室内熱交換器10を、第1熱交換器21及び第2熱交換器22により構成することで、省冷媒化の効果をより大きく得られる。
また、第1ヘッダー213における複数の部屋(第1室213a~第3室213c)の数が、第3ヘッダー223の部屋(第1室223a、第2室223b)の数よりも多いため、室内熱交換器10が蒸発器として機能する場合に、第3ヘッダー223内での圧力損失が低減する。これにより、室内熱交換器10の高性能化が可能となる。
また、第1ヘッダー213の複数の部屋213a~213cは、室内熱交換器10が凝縮器として機能している場合に冷媒の流れ方向の下流側に位置する第1室213aが、上流側に位置する第2室213b、第3室213cよりも小さい。このため、乾き度が低く過冷却状態の冷媒が第1ヘッダー213に滞留することが低減される。
また、第3ヘッダー223の第1室223aと、第2室223bとは、同じ大きさになるように仕切られている。このように等しい大きさになるように仕切られていることにより、室内熱交換器10が蒸発器として機能する場合に、乾き度の高い冷媒が流れる流路の断面積を増大させることができるため、圧力損失が低減され、高性能化できる。
また、冷媒として、R32冷媒またはR410A冷媒に対してガス密度の小さい冷媒を用いた場合、能力当たりの冷媒流速が大きくなるため、圧力損失低減による性能改善効果が大きい。そのような冷媒として、例えば、HFO1234yf、HFP1234ze(E)など分子内に二重結合を有するオレフィン系冷媒、プロパン、DME(ジメチルエーテル)などがある。
なお、第1熱交換器21と第2熱交換器22とは、第1伝熱管212と、第2伝熱管222との長さの制約を担保する限り、一体で成型してもよい。
<第1の変形例>
図7は、実施の形態1に係る室内熱交換器10の第1の変形例の模式図である。
図7は、実施の形態1に係る室内熱交換器10の第1の変形例の模式図である。
図7に示すように、第1の変形例に係る室内熱交換器10は、配管11c、11dの接続位置が図2の構成と異なっている。図2では、第1熱交換器21において配管11cが第1ヘッダー213に接続され、接続配管12が第2ヘッダー214に接続される。つまり配管11cと接続配管12とが異なるヘッダーに接続される。また、図2では、第2熱交換器22において配管11dが第4ヘッダー224に接続され、接続配管12が第3ヘッダー223に接続される。つまり配管11dと接続配管12とが異なるヘッダーに接続される。これに対して、図7の第1の変形例では第1熱交換器21において、配管11cと接続配管12とが同じ第1ヘッダー213に接続される。また、第1の変形例では第2熱交換器22において、配管11dと接続配管12とが同じ第3ヘッダー223に接続される。また、図7において、第3ヘッダー223の内部の空間は、複数の部屋(第1室223aと第2室223b)が等しい大きさになるように仕切られている。
室内熱交換器10において、第2ヘッダー214と第4ヘッダー224とは互いに最も遠く離れあう位置にあり、第1ヘッダー213と第3ヘッダー223とは最も近接しあう位置にある。そして、図2と同様に接続配管12は、第1の変形例においても、近接する第1ヘッダー213と第3ヘッダー223の一方の端の部屋どうしを接続する構成としている。このように近接しあうヘッダーの水平方向の一方の端どうしの接続は、接続配管12を短くすることに有効である。また、冷媒を流入、流出させる配管11c、11dが近接する第1ヘッダー213と第3ヘッダー223の水平方向の他方の端の部屋に接続される。第2ヘッダー214、第4ヘッダー224は配管が接続されない。このため、この構成は、配管の取り回しを単純にして、室内熱交換器10を小型にする場合に有利であり、冷媒量の減少にも有効である。
なお、配管11c、11d、接続配管12の接続が図2と異なるため、図7の一部のヘッダーにおける部屋の数、仕切り部材4の数も図2と異なる。配管11c、接続配管12が接続される第1ヘッダー213は3枚の仕切り部材4により、213a~213dまでの4つの部屋に分割される。第1ヘッダーの仕切り部材4の数、部屋の数は配管と接続されない第2ヘッダー214よりも多い。同様に配管11d、接続配管12が接続される第3ヘッダー223は1枚の仕切り部材4により、213a、213bの2つの部屋に分割される。第4ヘッダー224は仕切り部材4を有さず、1つの部屋で構成される。第3ヘッダーの仕切り部材4の数、部屋の数は配管と接続されない第4ヘッダー224よりも多い。
第1熱交換器21の第1伝熱管212が第2熱交換器22の第2伝熱管222よりも長い点は図2と同様である。また、第1ヘッダー213の仕切り部材4の数が第3ヘッダー223の仕切り部材4の数よりも多く、第1ヘッダー213の部屋の数が第3ヘッダー223の部屋の数よりも多く、第1ヘッダー213の部屋の平均サイズが第3ヘッダー223の部屋の平均サイズよりも小さい点も図2と同様である。このため、第1の変形例は図2の構成と同様に省冷媒化と圧力損失の低減とを両立することができ、また、熱交換器を小型にすることができる。
<第2の変形例>
図8は、実施の形態1に係る室内熱交換器10の第2の変形例の模式図である。図8に示すように、第2の変形例に係る室内熱交換器10は、第1熱交換器21と、第2熱交換器22と、第3熱交換器23とにより構成されている。
図8は、実施の形態1に係る室内熱交換器10の第2の変形例の模式図である。図8に示すように、第2の変形例に係る室内熱交換器10は、第1熱交換器21と、第2熱交換器22と、第3熱交換器23とにより構成されている。
第1熱交換器21の第1ヘッダー213は、複数の仕切り部材4により複数室213a~213cに仕切られており、第2ヘッダー214は、複数の仕切り部材4により複数室214a~214cに仕切られている。
第2熱交換器22の第3ヘッダー223は、第1室223aと、第2室223bとに仕切られている。
第3熱交換器23は、一本の第3伝熱管6が複数回転向するサーペンタイン型の熱交換器である。
第3熱交換器23の第3伝熱管6は、一端8が配管11cに接続されており、他端7が第1ヘッダー213の第1室213aに接続されている。
第3伝熱管6におけるひとつの転向位置から、次の転向位置までの長さL3は、第1熱交換器21の第1伝熱管212の長さL1よりも短い。また、第3伝熱管6の管路の全長は、第1伝熱管212の長さL1よりも長い。
第2の変形例における室内熱交換器10では、室内熱交換器10の蒸発器運転時、冷媒が配管11cから第3伝熱管6の一端8に流入し、第3伝熱管6の他端7に向けて流れる。そして、冷媒は、他端7から第1ヘッダー213の第1室213aに流入する。
冷媒は、第1ヘッダー213の第1室213aから、第2ヘッダー214の第1室214a、第1ヘッダー213の第2室213b、及び、第2ヘッダー214の第2室214bを経て、第1ヘッダー213の第3室213cに流入する。
そして、冷媒は、第1ヘッダー213の第3室213cから、第2ヘッダー214の第3室214cを経て、接続配管12を通り、第3ヘッダー223の第1室223aに流入する。そして、冷媒は、第4ヘッダー224を経た後、第3ヘッダー223の第2室223bに至り、配管11dから流出する。
このとき、第3伝熱管6のひとつの転向位置から、その次の転向位置までの長さL3は、第1伝熱管212の長さL1よりも短いが、第3伝熱管6の管路の全長は、第1伝熱管212の長さL1よりも長い。第2の変形例は、図2、図7の構成の、配管11cと、配管11cが接続された第1ヘッダー213の第1室213aとの間に、第3熱交換器23を設置した構成と考えることができる。第3熱交換器23は第1ヘッダー213室の第1室213aに接続される第1伝熱管212よりも長く、また本数が少なく、従って流路断面積が小さい。そのため、第2ヘッダー214に流入する冷媒密度が低減し、第1ヘッダー213、第2ヘッダー214、第3ヘッダー223、第4ヘッダー224全体の平均冷媒量を低減させることができる。
実施の形態2
図9は、実施の形態2に係る室内機202を示す模式図である。実施の形態2に係る室内機202は、実施の形態1に係る空気調和装置200の室内機202の一例である。
図9は、実施の形態2に係る室内機202を示す模式図である。実施の形態2に係る室内機202は、実施の形態1に係る空気調和装置200の室内機202の一例である。
図9に示すように、実施の形態2に係る室内機202は、第1熱交換器21の第2ヘッダー214の高さ位置が、第2熱交換器22の第4ヘッダー224の高さ位置よりも鉛直方向31の下側となるように配置されている。また、第1熱交換器21の第1ヘッダー213と、第2熱交換器22の第3ヘッダー223とは、同じ高さである。第1熱交換器21の第1伝熱管212、第2熱交換器22の第2伝熱管222は、いずれも鉛直方向に対して斜めになっており、それぞれの上端に位置する第1ヘッダー213と第3ヘッダー223とが水平方向で近づきあって、それぞれの下端に位置する第2ヘッダー214と第4ヘッダー224とが水平方向で離れあうように配置される。
すなわち、実施の形態2に係る室内機202においては、第1熱交換器21の最下部41が、第2熱交換器22の最下部42に対し、鉛直方向31の下側に位置している。
図10は、図9の室内熱交換器10の接続配管12を流れる冷媒を示す模式図である。図10は、室内熱交換器10の凝縮器運転時の様子を示している。冷媒は液相冷媒61と気相冷媒62とが混在し、それらが接続配管12中を流れる。この図の接続配管12は第1ヘッダー213の上面と第3ヘッダー223の上面と間をU字形の接続配管12が接続する構成を示している。なお、接続配管12が第1ヘッダー213と第3ヘッダー223の水平方向の端どうしを接続する構成、すなわち、紙面奥行き方向に接続配管12がU字形を描く構成としてもよい。
図10に示すように、室内熱交換器10の凝縮器運転時においては、第2熱交換器22から第1熱交換器21に、接続配管12を介して冷媒が冷媒流れ方向30に流れる。第1熱交換器21を流れる冷媒は、第2熱交換器22よりも乾き度の低い冷媒である。接続配管12中は第1熱交換器21を流れる冷媒と、第2熱交換器22を流れる冷媒との間の乾き度を有する冷媒が流れる。
接続配管12を移動する液相冷媒61には、冷媒の流れ方向に作用する慣性力52、及び、重力51が作用する。各ヘッダーの内部の流路断面積は各伝熱管の流路断面積よりも大きく、流速が低下するので、慣性力52が低下して重力51の影響が大きくなる。
冷媒流量が大きいと、液相冷媒61に作用する慣性力52が重力51より大きいため、接続配管12の液相冷媒61は、第2熱交換器22から第1熱交換器21の方向、すなわち、冷媒流れ方向30に流れることができる。
低能力運転時には、冷媒流量の減少により、慣性力52が低下し、重力51の影響が大きくなる。
このとき、第1熱交換器21の第1伝熱管212が、第2熱交換器22の第2伝熱管222よりも短いと、第2熱交換器22の方向に作用する重力51の影響が増す。そうすると、接続配管12の液相冷媒61に作用する慣性力52に対して、第2熱交換器22の方向に作用する重力51の影響が大きくなり、液相冷媒61が冷媒流れ方向30に流れにくくなる。その結果、特に慣性力52が小さいヘッダー、接続配管12に液相冷媒61が滞留しやすくなる。これにより、第2熱交換器22における冷媒密度が増大し、冷媒量が増加してしまう。
実施の形態2では、第1熱交換器21の第1伝熱管212を、第2熱交換器22の第2伝熱管222よりも長くしているため、第1熱交換器21の方向に作用する重力51の影響が第2熱交換器22の方向に作用する重力51の影響よりも大きくなる。これにより、低能力運転時に液相冷媒61に作用する慣性力52が低下した場合にも、冷媒を冷媒流れ方向30に駆動できるため、低能力運転における冷媒密度増大を抑制し、省冷媒化することができる。
以上説明した、実施の形態2に係る空気調和装置200は、室内熱交換器10において、第1熱交換器21の最下部41が、第2熱交換器22の最下部42に対し、鉛直方向31の下側に位置するように配置されている。これにより、室内熱交換器10を凝縮器として機能させた場合に、第1熱交換器21に流れる液相冷媒61が冷媒流れ方向30に流れにくくなることによる第2熱交換器22の冷媒密度増大が低減され、省冷媒化できる。
また、第2伝熱管222が第1伝熱管212よりも短くしたので、同じ長さとした場合に比べて、第2熱交換器22の熱交換量が小さくなっている。このため、相対的に第2熱交換器22の乾き度が高くなり、ヘッダー、接続配管12に液相冷媒61が滞留する場合も、その量が少なくなる。一方、第1熱交換器21は乾き度が低くなり、第1ヘッダー213、第2ヘッダー214は一部に乾き度が少し減少する箇所もあるが、もともと凝縮器として機能させる際には冷媒を過冷却の状態とすることが一般的であり、液相冷媒61のみが流れる箇所では冷媒量は変化しない。その結果、実施の形態2の構成の熱交換器では総合的に液相冷媒61の量が減少する。
実施の形態3
実施の形態3は、実施の形態1の空気調和装置200において、室内機202における室内熱交換器10と室内送風機13bとの関係について言及したものであり、室内送風機13bとして、横断流送風機など水平方向に回転軸が延びた送風機を採用している。空気調和装置200及び室内熱交換器10の構成は実施の形態1と同様であるため、説明を省略し、同様あるいは相当部分には同じ符号を付している。
実施の形態3は、実施の形態1の空気調和装置200において、室内機202における室内熱交換器10と室内送風機13bとの関係について言及したものであり、室内送風機13bとして、横断流送風機など水平方向に回転軸が延びた送風機を採用している。空気調和装置200及び室内熱交換器10の構成は実施の形態1と同様であるため、説明を省略し、同様あるいは相当部分には同じ符号を付している。
図11は、実施の形態3に係る室内機202の斜視図である。図11に示すように、室内機202には、室内送風機13bとして、低圧及び高風量で動作するクロスフローファンなどの横断流送風機が搭載されている。室内送風機13bは、回転軸18の周方向に気流を発生させる。
室内熱交換器10は、第1伝熱管212及び第2伝熱管222が、室内送風機13bの回転軸18を中心とする円の接線方向である回転軸18の周方向に配置され、室内送風機13bの回転軸18の周方向に冷媒が流れる。
第1熱交換器21は、第1ヘッダー213及び第2ヘッダー214の延伸方向が、室内送風機13bの回転軸18の軸方向と平行になるように配置されている。また、第2熱交換器22は、第3ヘッダー223及び第4ヘッダー224の延伸方向が、室内送風機13bの回転軸18の軸方向と平行に配置されている。
図12は、図11の室内機202のA-A断面における模式図である。図12に示すように、第1熱交換器21と、第2熱交換器22とは、室内送風機13bの回転軸18の周方向の異なる位置に配置されている。つまり、第1ヘッダー213、第2ヘッダー214、第3ヘッダー223、及び、第4ヘッダー224は、回転軸18の放射方向において重なりあっていない。第1熱交換器21と、第2熱交換器22とは、室内送風機13bに流入する気流に対し並列に配置されている。
このように第1熱交換器21と、第2熱交換器22とを気流に対し並列に配置することで、気流の静圧が小さくなり、風量が向上する。これにより、伝熱性能が改善し室内熱交換器10の凝縮器運転時に形成される冷媒過冷却域が低減され、冷媒密度が低減して省冷媒化できる。
図13は、比較例に係る室内機202のA-A断面における模式図である。図13に示すように、比較例に係る室内機202は、第1熱交換器21と、第2熱交換器22とが、室内送風機13bの回転軸18に対し、周方向の同じ位置に配置されている。すなわち、第1熱交換器21と、第2熱交換器22とは、室内送風機13bの気流に対し、直列に配置されている。
比較例に係る室内機202のように第1熱交換器21と第2熱交換器22とが配置されていると、室内熱交換器10を流れる気流が阻害されやすい。これは、第1熱交換器21の第1伝熱管212と、第2熱交換器22の第2伝熱管222との長さの違いにより、第1ヘッダー213と、第2ヘッダー214と、第3ヘッダー223と第4ヘッダー224との高さ位置が異なるからである。
実施の形態3に係る室内機202のように、第1熱交換器21と第2熱交換器22とが気流に対し並列に配置されることで、気流の静圧が小さくなり風量が向上し、伝熱性能が改善される。これにより、室内熱交換器10を凝縮器として運転した場合に形成される冷媒過冷却域を低減し、冷媒密度を低減して省冷媒化ができる。
図14は、実施の形態3に係る室内機202の室内送風機13bと、風速の関係を説明する模式図である。図14において、第2ヘッダー214の一端の角部Cを位置0%とし、角部Cから回転軸方向33に沿って移動した場合の第2ヘッダー214の他端の角部Dを位置100%とする。また、図14において、角部Cから、回転軸18の周方向34に第1伝熱管212及び第2伝熱管222に沿って移動した場合の第4ヘッダー224の一端の角部Eを位置100%とする。
図15は、図14における室内送風機13bの回転軸方向33の位置と、風速との関係、及び、室内送風機13bの回転軸18の周方向34の位置と、風速との関係を示す図である。図15において、実線は、室内送風機13bの回転軸方向33の位置と、風速との関係を示し、破線は、室内送風機13bの回転軸18の周方向34の位置と、風速との関係を示している。
図14及び15に示すように、室内送風機13bの上流に第1熱交換器21と第2熱交換器22を備える構成であると、第1熱交換器21を通過した低温な空気と、第2熱交換器22を通過した高温の空気とが、室内送風機13bにより混合される。
このため、凝縮器運転時において、一定以上の空気温度を吹きだすのに必要な冷媒飽和温度が小さくなる。これにより、ユーザに提供される空気温度当たりの性能が向上する。
室内送風機13bの回転軸18に対して平行な方向に冷媒流れを設ける構成であると、室内送風機13bの回転軸18の周方向の風速の偏差が大きく異なる。そのため、伝熱管どうしの熱交換能力が大きくばらつき、凝縮器運転において冷媒の過冷却度が大きくなる領域が発生し、省冷媒効果が低減される。
これに対し、実施の形態3では、第1伝熱管212及び第2伝熱管222が室内送風機13bの回転軸18の周方向であり、回転軸18を中心とする円の接線方向に配置されている。このため、回転軸方向33の風速偏差が小さい、室内送風機13bの回転軸18の周方向に冷媒が流れる構成となり、第1伝熱管212及び第2伝熱管222の熱交換能力のばらつきが小さくなる。これにより、凝縮運転時において過冷却度の差が低減し省冷媒化できるとともに、凝縮器運転時及び蒸発器運転時の熱負荷不均等が低減され高性能化が可能となり、省冷媒化と高性能化を両立できる。
以上説明した、実施の形態3に係る空気調和装置200は、室内送風機13bとして横断流送風機を採用し、第1熱交換器21と第2熱交換器22とが、室内送風機13bの回転軸18に対し、周方向に並列に配置されている。これにより、気流の静圧が小さくなり風量が向上するため、第1熱交換器21及び第2熱交換器22の伝熱が改善され、凝縮器運転時の過冷却域が低減される。
また、図16は本実施の形態3における室内熱交換器10の冷媒流路構成を示す模式図である。図17は冷媒流路構成に対する省冷媒と熱交換性能の改善効果を示す特性図である。図16のように、室内熱交換器10では第1ヘッダー213と第2ヘッダー214との間をつなぐ第1伝熱管212、また第3ヘッダー223と第4ヘッダー224との間をつなぐ第2伝熱管222により、対向する2つのヘッダー間を白抜き矢印で示すように蛇行して冷媒が流れる。図16の例では、冷媒は第1熱交換器21の配管11cから、第1ヘッダー213の第1室213a、2本の第1伝熱管212、第2ヘッダー214の第1室214a、3本の第1伝熱管212、第1ヘッダー213の第2室213b、3本の第1伝熱管212、第2ヘッダー214の第2屋214b、3本の第1伝熱管212、第1ヘッダー213の第3室213c、5本の第1伝熱管212、第2ヘッダー214の第3室214c、5本の第1伝熱管212、第1ヘッダー213の第4室213d、を経て接続配管12から第2熱交換器22に流れる。第1ヘッダー213と第2ヘッダー214とをつなぐトータルの第1伝熱管212の本数は21本である。対向するヘッダーの各部屋間をつなぐ第1伝熱管212は、白抜き矢印で示すように向きを変えて流れる6つの群に分かれる。このように複数の第1伝熱管212は、その一方の端が接続される第1ヘッダー213の部屋と他方の端が接続される第2ヘッダー214の部屋とが同じ場合に同じ群に含まれて、異なる場合に異なる群に含まれるように群に分けられる。また、このように伝熱管の冷媒が流れる向きがヘッダーの部屋で折り返されることを転向と呼び、1つの熱交換器で転向する回数を転向回数と呼ぶ。図16では、配管11cから接続配管12までの間の各群に分かれた第1伝熱管212の本数をそれぞれn1,1、n1,2、n1,3、n1,4、n1,5、n1,6と示した。それぞれの群の第1伝熱管212では冷媒は転向せずに同じ方向に流れる。また、冷媒は隣り合う群どうしの第1伝熱管212ではでは逆方向に流れる。転向によって流れ方向が反対となる群の数は転向回数に1を加えた数となる。
ここで、群ごとの第1伝熱管212の本数の2乗の値を全群に対して総和して全群の第1伝熱管212の本数で除した値を第1熱交換器21の平均分岐数N1とする。これを数式で示せばN1=Σ(n1,k×n1,k)/Σn1,kである。図16の例では、第1熱交換器21については、トータル21本の第1伝熱管212に対して転向回数は5、群の数は6、各群の本数の2乗の総和は81、平均分岐数N1は約3.9である。
同様に、冷媒は第2熱交換器22では、接続配管12から、第3ヘッダー223の第1室223a、10本の第2伝熱管222、第4ヘッダー224の第1室224a、11本の第2伝熱管222、第3ヘッダー223の第2室223b、を経て配管11dから流れ出る。第1ヘッダー213と第2ヘッダー214とをつなぐトータルの第2伝熱管222の本数は第1熱交換器21と同様に21本である。対向するヘッダーの各部屋間をつなぐ第2伝熱管222は、白抜き矢印で示すように向きを変えて流れる2つの群に分かれる。複数の第2伝熱管222は、その一方の端が接続される第3ヘッダー223の部屋と他方の端が接続される第4ヘッダー224の部屋とが同じ場合に同じ群に含まれて、異なる場合に異なる群に含まれるように群に分けられる。図16では群に分かれた第2伝熱管222の本数をそれぞれn2,1、n2,2、と示した。それらの群ごとの第2伝熱管222の本数の2乗の総和を全群の本数で割った値を第2熱交換器22の平均分岐数N2とする。これを数式で示せばN2=Σ(n2,k×n2,k)/Σn2,kである。図16の例では、第2熱交換器22については、トータル21本の第2伝熱管222に対し、転向回数は1、群の数は2である。各群の本数の2乗の総和は221であり、平均分岐数N2は約10.5である。
次に、第1熱交換器21の第1伝熱管長さL1及び第2熱交換器22の第2伝熱管長さL2が冷媒を削減できる効果と、熱交換器としての性能に及ぼす影響について検討した。第1伝熱管長さL1及び第2伝熱管長さL2が等しい場合に対する凝縮器50%負荷運転の熱交換器省冷媒効果をΔMgとする。また、蒸発器50%負荷運転の熱交換器性能をGaεとする。そして、ΔMgとGaεとの積を性能指数FMとする。性能指数FMの大きい熱交換器が、省冷媒効果と性能指数との観点で優れたものとなる。
図17は実施の形態3に係る熱交換器2の冷媒流路構成に対する性能指数FMを示す特性図である。図17の縦軸は性能指数FMを示す。試験では室内送風機13bの回転軸周りに第1熱交換器21と第2熱交換器22とを配置した構成とし、冷媒としてR32を用いた。図17は平均分岐数N1に対する第1伝熱管長さL1の比L1/N1、平均分岐数N2に対する第2伝熱管長さL2の比L2/N2として、性能指数FMがこれらの比(L1/N1)÷(L2/N2)、つまり(L1/N1)×(N2/L2)、ただし、L1>L2、に対してどのように変化するかを示している。図のように(L1/N1)×(N2/L2)が2~3の間で性能指数FMが最大値を有することが分かった。なお、図17では性能指数FMの最大値を基準の100%として示している。第1熱交換器21と第2熱交換器22の伝熱管の本数と長さが同一の構成では(L1/N1)×(N2/L2)=1であるが、その場合に比べて平均分岐数と長さとを調整することで1.5倍以上の性能指数FMが得られることを示している。また、(L1/N1)×(N2/L2)が1.3~5.2の範囲でも最大値の80%以上の性能が得られ性能指数FMの向上が大きいことが分かった。(L1/N1)×(N2/L2)を1.4~4.5とするとさらに良く、最大値の90%以上の性能が得られる。L2/N2に対してL1/N1を大きくしていく、つまりL1を長く、またはN1を小さくすると省冷媒効果は向上するが、あまり大きくすると熱交換性能が低下する。また、第1熱交換器21と第2熱交換器22とが同じ構成に近づいて(L1/N1)×(N2/L2)が1に近づくと省冷媒効果が低下する、と考えられる。
なお、冷媒種が変わると運転冷媒圧Pと潜熱変化量ΔHに依存して、性能指数FMはN1及びN2から受ける影響により多少変化するが、N1とN2との比が同じであればその影響は小さい。たとえば、冷媒種をR32からR410A、また、それらよりもガス密度の小さい冷媒であるオレフィン系冷媒、プロパン、ジメチルエーテル、などに変えても、性能指数FMがピークとなるN1に対するN2の相対変化は8%以下と小さいことが確認できた。そのため、上記の冷媒R32で効果が見られた(L1/N1)×(N2/L2)の範囲は冷媒種が変わった場合であっても、同様に性能指数FM向上の効果が得られると期待できる。
また、第1熱交換器21を通過した空気の温度と、第2熱交換器22を通過した空気の温度とが異なっていても、室内送風機13bにより空気が混合されることで、室内に提供される空気温度あたりの性能が向上する。
実施の形態4
実施の形態4は、実施の形態1の空気調和装置200において、室内機202における室内熱交換器10と室内送風機13bとの関係について言及したものであり、室内送風機13bとして、軸流送風機を採用している。空気調和装置200及び室内熱交換器10の構成は実施の形態1と同様であるため、説明を省略し、同様あるいは相当部分には同じ符号を付している。
実施の形態4は、実施の形態1の空気調和装置200において、室内機202における室内熱交換器10と室内送風機13bとの関係について言及したものであり、室内送風機13bとして、軸流送風機を採用している。空気調和装置200及び室内熱交換器10の構成は実施の形態1と同様であるため、説明を省略し、同様あるいは相当部分には同じ符号を付している。
図18は、実施の形態3に係る室内機202の斜視図である。図18に示すように、室内機202には、室内送風機13bとして、低圧及び高風量で動作するプロペラファンなどの軸流送風機が搭載されている。室内送風機13bにより、回転軸18の方向に、吸込口35から吹出口36に向けて気流が発生する。
室内熱交換器10は、第1熱交換器21の第1ヘッダー213及び第2ヘッダー214の延伸方向が、室内送風機13bの回転軸18と直交する方向と平行になるように配置されている。また、第2熱交換器22は、第3ヘッダー223及び第4ヘッダー224の延伸方向が、室内送風機13bの回転軸18と直交する方向と平行になるように配置されている。つまり、第1ヘッダー213と、第2ヘッダー214と、第3ヘッダー223と、第4ヘッダー224との延伸方向が、室内送風機13bの回転軸18を中心とする円の接線方向に延びている。そして、第1熱交換器21と、第2熱交換器22とは、回転軸18との軸方向から見たときに、回転軸18の周りで相互に重なり合わない位置に配置されている。第1熱交換器21が回転軸18の周りに位置する角度範囲と、第2熱交換器22が回転軸18の周りに位置する角度範囲とが異なっている。
図19は、図18の室内機202のB-B断面における模式図である。図19において、直線Fは、第1熱交換器21の第2ヘッダー214と、第2熱交換器22の第4ヘッダー224と、を結ぶ直線である。最下部Gは、第1熱交換器21及び第2熱交換器22の鉛直方向31の高さ位置を示している。また、図19においては、直線Fを高さ位置100%とし、最下部Gを高さ位置0%とする。
図19に示すように、第1熱交換器21と、第2熱交換器22とは、室内送風機13bの回転軸18を通り、延伸方向に垂直な断面において、直線Fと回転軸18との交点45を中心に、周方向の異なる位置に配置されている。
このように、第1熱交換器21と、第2熱交換器22とが、気流に対し並列に配置されることで、気流に対し直列に配置する場合と比較して、気流の静圧が小さくなり、風量が向上し、且つ、伝熱が改善される。これにより、室内熱交換器10の凝縮器運転時に冷媒過冷却域が低減し、冷媒密度が低減して省冷媒化できる。
図20は、図19の室内機202に流れる気流の風速分布を示す模式図である。図20においては、縦軸は室内機202における最下部Gから直線Fまでの鉛直方向31の高さ位置を示し、横軸は風速を示している。
図20に示すように、室内送風機13bが軸流送風機であると、室内送風機13bと室内熱交換器10との距離に起因して、鉛直方向31の風速の偏差が大きくなる。
室内熱交換器10においては、第1ヘッダー213、第2ヘッダー214、第3ヘッダー223、及び、第4ヘッダー224の延伸方向が回転軸18を中心とする円の接線方向に沿うように設けられている。そして、第1熱交換器21の第1伝熱管212、及び、第2熱交換器22の第2伝熱管222は、一端が直線Fの高さに位置し、他端が最下部Gの高さに位置している。
そのため、第1伝熱管212どうしで第1伝熱管212周りの気流の風量の差が生じず、第2伝熱管222どうしでも第2伝熱管222周りの気流の風量の差が生じない。このため、第1伝熱管212どうし、及び、第2伝熱管222どうしで熱交換量の差が低減され、凝縮器運転における過冷却域低減と、凝縮器運転または蒸発器運転における性能改善が可能となり、省冷媒化と高性能化を両立することができる。
なお、上記において、気流が吸込口35から吹出口36に向けて流れる例を説明しているが、吸込口35から吹出口36までの流れが逆になっていても効果に影響はない。
以上説明した、実施の形態4に係る空気調和装置200は、室内送風機13bとして軸流送風機を採用し、第1熱交換器21と第2熱交換器22とが気流に対して並列に配置されている。このため気流の静圧が小さくなり、風量が向上することで伝熱が改善され、凝縮器運転時の過冷却域が低減される。また第1伝熱管212どうし及び第2伝熱管222どうしで熱交換能力のばらつきが小さくなり、凝縮器運転時の省冷媒化と、蒸発器運転時の性能改善が可能となる。
実施の形態5
実施の形態5は、実施の形態1の空気調和装置200において、室内機202における室内熱交換器10と室内送風機13bとの関係について言及したものであり、室内送風機13bとして、スクロールケーシング5を備えた遠心送風機を採用している。空気調和装置200及び室内熱交換器10の構成は実施の形態1と同様であるため、説明を省略し、同様あるいは相当部分には同じ符号を付している。
実施の形態5は、実施の形態1の空気調和装置200において、室内機202における室内熱交換器10と室内送風機13bとの関係について言及したものであり、室内送風機13bとして、スクロールケーシング5を備えた遠心送風機を採用している。空気調和装置200及び室内熱交換器10の構成は実施の形態1と同様であるため、説明を省略し、同様あるいは相当部分には同じ符号を付している。
図21は、実施の形態5に係る室内機202の断面の概略を示す模式図である。図21に示すように、室内機202には、室内送風機13bとして、多翼送風機などの遠心送風機と、遠心送風機を収容するスクロールケーシング5(以下、ケーシングと説明する)とにより構成された室内送風機13bが搭載されている。このような遠心送風機としてシロッコファン等がある。典型的な遠心送風機は複数の翼が円筒状に配置された構造である。ケーシング5は遠心送風機の回転軸のまわりの回転角度において、ケーシング5と翼との距離が最も接近する回転角度位置があり、その位置から翼の回転方向に翼からの距離が徐々に長くなる。ケーシング5において、翼との距離が最も接近する位置を巻き始め位置19とする。すなわち、スクロールケーシング5の回転軸方向から見た外形は巻き始め位置19において、内部の翼の回転外周から最も近い位置にあり、翼の回転方向に進むにつれて徐々に翼の回転外周から遠くなっていく形状である。室内送風機13bは回転軸の方向から風を吸入し、ケーシング5は巻き始め位置19から翼の回転方向に1周する手前で翼の回転の接線方向に風を吹き出す吹出口を有している。なお、以下でケーシング5を翼の回転方向に見ることを巻き方向32に見る、として説明する。吹出口から巻き方向32のすぐとなりに巻き始め位置19がある。このため、巻き始め位置19は回転軸方向にみると鋭角にくびれた形状であり、舌部とも呼ばれる。図21において、位置Hは、第1熱交換器21がケーシング5に最も近接する位置である。位置Iは、第2熱交換器22がケーシング5に最も近接する位置である。図22は実施の形態5に係る室内機202のA-A断面の概略を示す断面模式図である。
室内熱交換器10は、第1熱交換器21の第1ヘッダー213及び第2ヘッダー214の延伸方向が、室内送風機13bの回転軸18の軸方向と平行に配置されている。第2熱交換器22は、第3ヘッダー223及び第4ヘッダー224の延伸方向が、室内送風機13bの回転軸18の軸方向と平行に配置されている。第1伝熱管212及び第2伝熱管222は、室内送風機13bの回転軸と直行する方向に延びる。
第2熱交換器22は、ケーシング5の巻き方向32に見た場合、ケーシング5の巻き始め位置19から位置Iまでの距離が、ケーシング5の巻き始め位置19から位置Hまでの距離よりも近い。つまり、ケーシング5の巻き始め位置19に近い位置に第2熱交換器22が配置され、ケーシング5の巻き方向32に見てケーシング5の巻き始め位置19から遠い位置に第1熱交換器21が配置されている。
ケーシング5を有する室内送風機13bでは、ケーシング5の巻き始め位置19近くで気流が比較的小さく、遠くなるほど大きい。室内熱交換器10の凝縮器運転時においては、第1熱交換器21に流れる風量が大きくなるため、第1熱交換器21の伝熱が促進され、第1熱交換器21の冷媒過冷却域が小さくなる。これにより、冷媒密度が低減されて省冷媒化することができる。
室内熱交換器10の蒸発器運転時には、第2熱交換器22の冷媒圧力が低圧側となるため、空気温度との冷媒温度差により結露水が発生し、第2熱交換器22を通過する気流が大きいと、結露水が第2フィン221の表面から室内空間へ吹出される。第2熱交換器22を、ケーシング5の巻き始め位置19に近い、気流の上流側に配置することで第2フィン221の表面から結露水を吹出す慣性力が低減される。これにより、室内熱交換器10の品質を低下させることなく高風量化することが可能になり空気調和装置200を高性能化できる。
以上説明した、実施の形態5に係る空気調和装置200は、第2熱交換器22を、ケーシング5の巻き始め位置19からの距離が、ケーシング5の巻き始め位置19から第1熱交換器21までの距離よりも近くなるように配置している。このため、凝縮器運転時には、第1熱交換器21の風量が大きくなることで過冷却域が小さくなり冷媒密度が低減して、省冷媒化が可能となる。また、蒸発器運転時には、第2熱交換器22が気流の上流側に配置されているため、結露水を室内空間に吹き出す気流の慣性力が低減され、室内熱交換器10の品質を低下させることなく高風量化することができる。
また、図22に示すように、送風機のケーシング5の回転軸18の方向の長さは第1熱交換器21の回転軸18の方向の長さよりも短い。ケーシング5には回転軸18方向に空気を吸気する吸気口5aが形成されている。そして、凝縮器として動作する際に最も下流となる第2熱交換器22の第1室213aは、少なくとも一部、望ましくはすべての領域がケーシング5に対して回転軸18の方向に外れた位置にある。第1室213aが、送風機の回転軸18の回転周方向でケーシング5を設けられない位置にあるため、第1室213aに接続された第1伝熱管212及び第1フィン211を通過する風量が、回転軸18方向にケーシング5と重なる領域に比べて風量が多くなる。このため、実施の形態5の熱交換器では液冷媒の伝熱を促進し省冷媒化と高性能化の両立が可能となる。また室内送風機13bは多翼送風機などの遠心送風機と、遠心送風機を収容するスクロールケーシングと一部に横断流送風機を設ける構成であっても同様の効果を得ることができる。
また、第1熱交換器21と、第2熱交換器22とは、遠心送風機13bの回転軸18の軸方向から見たときに、回転軸18の周りで相互に重なり合わない位置に配置されている。第1熱交換器21が回転軸18の周りに位置する角度範囲と、第2熱交換器22が回転軸18の周りに位置する角度範囲とが異なっている。従って、実施の形態4で述べたように、第1熱交換器21と、第2熱交換器22とが、気流に対し並列に配置されることで、気流に対し直列に配置する場合と比較して、気流の静圧が小さくなり、風量が向上し、且つ、伝熱が改善される。これにより、室内熱交換器10の凝縮器運転時に冷媒過冷却域が低減し、冷媒密度が低減して省冷媒化できる。
また、第1熱交換器21と第2熱交換器22とが気流に対して並列に配置されるため、気流の静圧が小さくなり、風量が向上することで伝熱が改善され、凝縮器運転時の過冷却域が低減される。
本開示は、凝縮器としても、蒸発器としても機能する熱交換器を備えた空気調和装置に利用することができる。
4 仕切り部材、5 ケーシング、6 第3伝熱管、7 他端、8 一端、10 室内熱交換器、11a 配管、11b 配管、11c 配管、11d 配管、12 接続配管、13a 室外送風機、13b 室内送風機、14 圧縮機、15 四方弁、16 室外熱交換器、17 絞り装置(減圧装置)、18 回転軸、19 ケーシング巻き始め位置、20 羽根車、21 第1熱交換器、22 第2熱交換器、23 第3熱交換器、30 冷媒流れ方向、31 鉛直方向、32 ケーシング巻き方向、33 回転軸方向、35 吸込口、36 吹出口、41 最下部、42 最下部、45 交点、51 重力、52 慣性力、61 液相冷媒、62 気相冷媒、71 扁平間断面、200 空気調和装置、201 室外機、202 室内機、211 第1フィン、212 第1伝熱管、213 第1ヘッダー、213a 部屋、213b 部屋、213c 部屋、213d 部屋、214 第2ヘッダー、214a 部屋、214b 部屋、214c 部屋、221 第2フィン、222 第2伝熱管、223 第3ヘッダー、223a 部屋、223b 部屋、224 第4ヘッダー、C 角部、D 角部、E 角部、F 直線、G 最下部。
Claims (14)
- 圧縮機と凝縮器と減圧装置と蒸発器とが配管により接続されて冷媒が循環し、冷媒の流れる向きを切り替えることで、機能が前記蒸発器と前記凝縮器とに切り替わる熱交換器と、空気が前記熱交換器に送られるように気流を発生する送風機と、を有する空気調和装置において、
前記熱交換器が、
複数の第1伝熱管と、水平方向に延びて内部の空間が第1室と第2室とを含む複数の部屋に仕切られて前記複数の第1伝熱管の一方の端が接続された第1ヘッダーと、水平方向に延びて前記複数の第1伝熱管の他方の端が接続された第2ヘッダーと、を有する第1熱交換器と、
複数の第2伝熱管と、水平方向に延びて前記複数の第2伝熱管の一方の端が接続された第3ヘッダーと、水平方向に延びて前記複数の第2伝熱管の他方の端が接続された第4ヘッダーと、を有する第2熱交換器と、
前記第1熱交換器の前記第1ヘッダー及び前記第2ヘッダーのいずれかと、前記第2熱交換器の前記第3ヘッダーと、を接続する接続配管と、
を備え、
前記熱交換器を前記蒸発器として機能させる運転において、前記配管から蒸発させるべき冷媒が前記第1ヘッダーの前記第1室に流入したのち、前記第1室から前記第2ヘッダーへと流れ、前記第2ヘッダーから前記第1ヘッダーの前記第2室へと流れるように前記複数の第1伝熱管が接続され、前記第1熱交換器を経た冷媒が前記接続配管を介して前記第2熱交換器の前記第3ヘッダーに流入したのち、前記第3ヘッダーから前記第4ヘッダーへと流れるように前記複数の第2伝熱管が接続され、さらに、前記第2熱交換器を経た冷媒が前記圧縮機に吸入されるように前記配管が接続され、
前記熱交換器を前記凝縮器として機能させる運転において、凝縮させるべき冷媒が前記配管から前記第2熱交換器を経たのち、前記接続配管を介して前記第1熱交換器の前記第1ヘッダーの前記複数の部屋のいずれか、または前記第2ヘッダーに流入し、前記第1熱交換器を経た冷媒が前記第1ヘッダーの前記第1室から流出するように前記配管が接続され、
前記複数の第1伝熱管の長さが前記複数の第2伝熱管の長さよりも長いことを特徴とする空気調和装置。 - 前記第2ヘッダー及び前記第3ヘッダーは内部の空間が複数の部屋に仕切られ、前記接続配管は前記第1ヘッダーの複数の部屋のいずれか、または前記第2ヘッダーの複数の部屋のいずれかと、前記第3ヘッダーの複数の部屋のいずれかと、を接続する、請求項1に記載の空気調和装置。
- 前記接続配管に接続された前記第1ヘッダーまたは前記第2ヘッダーの内部の部屋の数は前記接続配管に接続された前記第3ヘッダーの内部の部屋の数よりも多い、請求項2に記載の空気調和装置。
- 前記第1ヘッダーの前記第1室は前記第2室よりも小さい、請求項1から3のいずれか一項に記載の空気調和装置。
- 前記第3ヘッダーの内部の空間は、前記複数の部屋が等しい大きさになるように仕切られている、請求項1から4のいずれか一項に記載の空気調和装置。
- 前記第1熱交換器の最下部は、前記第2熱交換器の最下部よりも、鉛直方向の下側に位置している、請求項1から5のいずれか一項に記載の空気調和装置。
- 前記第1ヘッダーの前記第1室は前記第1ヘッダーの水平方向の一方の端の部屋であり、
前記接続配管は、水平方向の他方の端にある前記第1ヘッダーの複数の部屋のいずれか、または水平方向の他方の端にある前記第2ヘッダーの複数の部屋のいずれかと前記第3ヘッダーとを接続する、請求項1から6のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記複数の第1伝熱管を、その一方の端が接続される前記第1ヘッダーの部屋と他方の端が接続される前記第2ヘッダーの部屋とが同じ場合に同じ群に含まれて、異なる場合に異なる群に含まれるように群に分けたときに、群ごとの前記第1伝熱管の本数の2乗の値を全群で総和して、その総和した値を全群の前記第1伝熱管の本数で除した値を前記第1熱交換器の平均分岐数N1とし、
前記複数の第2伝熱管を、その一方の端が接続される前記第3ヘッダーの部屋と他方の端が接続される前記第4ヘッダーの部屋とが同じ場合に同じ群に含まれて、異なる場合に異なる群に含まれるように群に分けたときに、群ごとの前記第2伝熱管の本数の2乗の値を全群で総和して、その総和した値を全群の前記第2伝熱管の本数で除した値を前記第2熱交換器の平均分岐数N2とし、
前記第1伝熱管の長さをL1、前記第2伝熱管の長さをL2、としたとき、
(L1/N1)×(N2/L2)が1.3~5.2の範囲である、請求項1から7のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記送風機は羽根が回転軸の周りで回転する送風機であって、前記第1熱交換器と前記第2熱交換器とは前記回転軸の軸方向に見たときに、前記回転軸の周りで重なり合わない位置に配置されている、請求項1から8のいずれか一項に記載の空気調和装置。
- 前記送風機は、軸流送風機であって、
前記第1ヘッダーと、前記第2ヘッダーと、前記第3ヘッダーと、前記第4ヘッダーとの延伸方向が、前記送風機の回転軸を中心とする円の接線方向に延びており、
前記回転軸と直交する面において平面視したときに、前記第1熱交換器と、前記第2熱交換器とが、重なり合わない位置にある、請求項1から9のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記送風機は、スクロールケーシングを備えた遠心送風機であって、
前記第1伝熱管及び前記第2伝熱管が、前記送風機の回転軸と直行する方向に延び、
前記第1ヘッダーと、前記第2ヘッダーと、前記第3ヘッダーと、前記第4ヘッダーとの延伸方向が、前記回転軸の軸方向と平行する方向に延びており、
前記回転軸と直交する面において、前記スクロールケーシングの巻き方向に見て、前記第2熱交換器が前記第1熱交換器よりも前記スクロールケーシングの巻き始め側にある、請求項1から9のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器は、室内機に搭載されている、請求項1から11のいずれか一項に記載の空気調和装置。
- 前記冷媒は、オレフィン系冷媒、プロパン、または、ジメチルエーテルであって、R32冷媒、または、R410A冷媒に対してガス密度の小さい冷媒である、請求項1から12のいずれか一項に記載の空気調和装置。
- 少なくとも1つの前記圧縮機と、利用側熱交換器と、絞り装置と、熱源側熱交換器とで構成され、
前記利用側熱交換器、または、前記熱源側熱交換器の少なくともいずれか一方が、
前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器から構成されている、請求項1から13のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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