JPWO2011111602A1

JPWO2011111602A1 - 空気調和機

Info

Publication number: JPWO2011111602A1
Application number: JP2012504421A
Authority: JP
Inventors: 北野　竜児; 竜児北野
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2013-06-27
Also published as: WO2011111602A1

Abstract

本空気調和機は、室内側熱交換器が除湿運転時に凝縮部となる第１の熱交換器部と、除湿運転時に蒸発部となる第２の熱交換器部と、第１の熱交換器部と第２の熱交換器部間に設けられ除湿運転時に絞り作用をする絞り手段を有し、室内側熱交換器は所定間隔を存して並設される複数枚のフィンと、これらフィンに貫通し熱交換空気の流通方向に沿って複数列設けられる伝熱管を有し、除湿運転時の第２の熱交換器部の冷媒入口部が風下側の列に設けられ、冷媒出口部が風上側列に設けられる。

Description

本発明は空気調和機に係り、特に冷媒として非共沸混合冷媒を使用した空気調和機に関する。

一般に、非共沸混合冷媒を用いたヒートポンプ式空気調和機の室内側および室外側熱交換器として、所定のフィンピッチを存して並設される複数枚の板状フィンに冷媒流路を形成する伝熱管を貫通させたフィンチューブ型熱交換器を使用した場合、冷房運転時あるいは暖房運転時において両熱交換器における冷媒出口側温度と空気温度との温度差が小さくなり、熱交換性能が低下する。

そこで、フィンチューブ型熱交換器において、伝熱管の冷媒出口部を風上側に位置させて、冷房運転時あるいは暖房運転時のいずれにおいても出口側における冷媒温度と空気温度との温度差を大きくした空気調和機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、再熱除湿運転ができる空気調和機において、第１の熱交換器と第２の熱交換器との接続配管に、除湿運転時に絞りとして使用する絞り手段を設け、冷房運転時及び除湿運転時、第１の熱交換器から第２の熱交換器に冷媒が通流し、除湿運転時の冷媒流路における第１の熱交換器の上流に接続され、かつ、第１の熱交換器若しくは第２の熱交換器の風上に配置され、冷媒流路を一系統とした補助熱交換器を備えた空気調和機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２６４６２９号公報特開２００４−２３９６０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の空気調和機は、通常の冷房運転及び暖房運転時の性能向上を図ったものであり、除湿時の性能向上は達成できないという問題がある。

また、特許文献２に記載の空気調和機は、共沸冷媒を使用した場合に好適な配置であり、非共沸混合冷媒では温度傾斜が生じるため、冷媒を風上側から風下側へ流すようにした場合、除湿部における冷媒の流れる方向と空気の流通方向が平行流となり除湿性能が低下する問題がある。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、冷媒として非共沸混合冷媒を用いても、除湿性能を向上させることができる空気調和機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明の好適な実施例に係る空気調和機は、密閉型圧縮機と、四方弁と、室外側熱交換器と、膨張装置と、室内側熱交換器とを冷媒配管で連通してなり、前記室内側熱交換器が除湿運転時に凝縮部となる第１の熱交換器部と、除湿運転時に蒸発部となる第２の熱交換器部と、前記第１の熱交換器部と第２の熱交換器部間に設けられ除湿運転時に絞り作用をする絞り手段を有し、冷媒として非共沸混合冷媒を用いる空気調和機であって、前記室内側熱交換器は所定間隔を存して並設される複数枚のフィンと、これらフィンに貫通し熱交換空気の流通方向に沿って複数列設けられる伝熱管を有し、再熱除湿運転時の前記第２の熱交換器部の冷媒入口部が風下側の列に設けられ、冷媒出口部が風上側列に設けられることを特徴とする。

本発明の好適な実施例に係る空気調和機によれば、冷媒として非共沸混合冷媒を用いても、除湿性能を向上させることができる。

本発明に係る空気調和機の第１実施形態に用いる冷凍サイクルの概念図。本発明に係る空気調和機の第１実施形態に用いる室内側熱交換器の側面を示す概念図。本発明に係る空気調和機の第１実施形態に用いる室内側熱交換器の蒸発部における空気温度と冷媒温度の説明図。本発明に係る空気調和機の第１実施形態に用いる室内側熱交換器の凝縮部における空気温度と冷媒温度の説明図。本発明に係る空気調和機の第２実施形態に用いる室内側熱交換器の側面を示す概念図。本発明に係る空気調和機の第３実施形態に用いる室内側熱交換器の側面を示す概念図。本発明に係る空気調和機の第４実施形態に用いる室内側熱交換器の側面を示す概念図。本発明に係る空気調和機の第５実施形態に用いる室内側熱交換器の側面を示す概念図。本発明に係る空気調和機の第５実施形態に用いる室内側熱交換器の凝縮部における空気温度と冷媒温度の暖房運転時の説明図。

本発明に係る空気調和機の実施形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本第１実施例に係る空気調和機は冷凍サイクル１を備え、この冷凍サイクル１は、密閉型圧縮機２と、四方弁３と、室外側熱交換器４と、膨張装置５と、室内側熱交換器６とを冷媒配管Ｐで連通してなる。

そして、室内側熱交換器６は、再熱除湿（以下、単に除湿という。）運転時に凝縮部となる第１の熱交換器部６１と、除湿運転時に蒸発部となる第２の熱交換器部６２とから構成され、さらに、第１の熱交換器部６１と第２の熱交換器部６２間には除湿用絞り手段７が設けられ、除湿運転時に絞り作用をする。

このような構成をなす冷凍サイクル１は、暖房モード運転においては、破線矢印で示すように、密閉型圧縮機２→四方弁３→室内側熱交換器６の第２の熱交換器部６２→除湿用絞り手段７→室内側熱交換器６の第１の熱交換器部６１→膨張装置５→室外側熱交換器４→四方弁３→密閉型圧縮機２の経路で冷媒を循環させる。

これに対して、冷房あるいは除湿モード運転においては、実線矢印で示すように、密閉型圧縮機２→四方弁３→室外側熱交換器４→膨張装置５→室内側熱交換器６の第１の熱交換器部６１→除湿用絞り手段７→室内側熱交換器６の第２の熱交換器部６２→四方弁３→密閉型圧縮機２の経路で冷媒を循環させる。

そして、暖房モード運転時あるいは冷房モード運転時には、除湿用絞り手段７を全開にして膨張装置５の開度を調整し、除湿運転時には、膨張装置５を全開にして除湿用絞り手段７の開度を調整する。

このように、除湿運転を可能にする冷凍サイクル１が再熱除湿回路と呼ばれている。

ここで、再熱除湿とは、室内側熱交換器を室内空気より温度の低い部分、すなわち蒸発部と、室内空気より温度の高い部分、すなわち凝縮部とに分かれるようにするもので、本第１実施例では、除湿用絞り手段７を境にして室内側熱交換器６の第１の熱交換器部６１が凝縮部を形成し、第２の熱交換器部６２が蒸発部を形成する。そして、蒸発部で空気を冷却して空気中の水蒸気を結露させて除湿を行い、凝縮部で空気に熱を伝達することにより、室内温度の変化を抑制しながら除湿を行う方式である。

この第２の熱交換器部６２で冷却され除湿された室内空気を第１の熱交換器部６１で加熱して、あるいは、第２の熱交換器部６２で冷却され除湿された室内空気と第１の熱交換器部６１で加熱された室内空気を混合して吹出し、室内の温度を低下させずに除湿を行う。

図２に示すように、室内側熱交換器６は、複数枚のフィンｆと、これらフィンｆに貫通し熱交換空気の流通方向に沿って複数列（図２では２列）設けられる伝熱管ｐ_１〜ｐ_４からなるフィンチューブ型熱交換器で、垂直部６ａと、この垂直部６ａに連なり、前下りに傾斜する前側傾斜部６ｂと、この前側傾斜部６ｂに頂部で連なり後下りに傾斜する後側傾斜部６ｃから構成されて側面視略逆釣り針状（逆V字形状）をなし、垂直部６ａと前側傾斜部６ｂには、図２中、太線矢印で示すように、左側及び上側から空気が流入し、後側傾斜部６ｃには上側から空気が流入する。

従って、垂直部６ａ、前側傾斜部６ｂ及び後側傾斜部６ｃの外面側が風上（空気吸込）側になり、内面側が風下（空気吹出）側になる。

室内側熱交換器６において、第１の熱交換器部６１は、後側傾斜部６ｃに設けた伝熱管ｐ_１と前側傾斜部６ｂの風下側に設けた伝熱管ｐ_２からなり、伝熱管ｐ_１は風上側列の外上端ｐ_１ａで外部の冷媒配管Ｐに連なり、内上端ｐ_１ｂで伝熱管ｐ_２の内上端ｐ_２ａに連なり、伝熱管ｐ_２は内下端ｐ_２ｂで除湿用絞り手段７に連なる。

一方、第２の熱交換器部６２は、垂直部６ａに設けた伝熱管ｐ_３と前側傾斜部６ｂの風上側に設けた伝熱管ｐ_４からなり、伝熱管ｐ_３は風下側列の上端ｐ_３ａで除湿用絞り手段７に連なり、伝熱管ｐ_４は上端ｐ_４ａで外部の冷媒配管Ｐに連なる。

したがって、除湿運転時の第２の熱交換器部（蒸発部）６２の冷媒入口部ｐ_３ａが風下側の列に設けられ、冷媒出口部ｐ_４ａが風上側の列に設けられている。また、除湿運転時における第１の熱交換器部（凝縮部）６１の冷媒の出口（内下端ｐ_２ｂ）は、第２の熱交換器部（蒸発部）６２の風下に配置される。

なお、主な蒸発部である垂直部６ａが凝縮部である前側傾斜部６ｂ（一部）及び後側傾斜部６ｃより下方に配置されるので、除湿時に生成されるドレン水が機外に飛散するのを防止できる。

次に、本第１実施例に係る空気調和機の再熱除湿モード運転について説明する。

図１及び図２により、最初に冷房モード運転を説明する。図１中実線矢印で示すように、冷媒は圧縮機２で圧縮され、高温高圧になった冷媒は、四方弁３を通って凝縮器としての室外側熱交換器４に送出され、ここで外気との熱交換により凝縮液化されて高温高圧の液冷媒とされる。

この高温高圧の液冷媒は、主絞り機構である膨張装置５で絞られ、低温低圧の液冷媒となって第１の熱交換器部６１に送られ、さらに、全開の除湿用絞り手段７を通り第２の熱交換器部６２に送られる。

蒸発器として機能する２個の第１の熱交換器部６１、第２の熱交換器部６２に送られた低温低圧の液冷媒は、この両熱交換器部６１、６２で室内空気と熱交換を行って気化し、低温低圧の気体状冷媒となる。室内空気はこのときの蒸発冷媒との熱交換により熱を奪われ、室温が低下することになる。

第２の熱交換器部６２からの気体状冷媒は、再度四方弁３を通って圧縮機２の吸入側に送られ、この圧縮機２で圧縮されて上記と同様の過程を繰り返す。

次に、再熱除湿モード運転を説明する。膨張装置５は開放され、除湿用絞り手段７は絞られ、第１の熱交換器部６１は凝縮器として機能し、また、第２の熱交換器部６２は蒸発器として機能し、この第２の熱交換器部６２で冷却され除湿された室内空気を第１の熱交換器部６１で加熱して、あるいは、第２の熱交換器部６２で冷却され除湿された室内空気と第１の熱交換器部６１で加熱された室内空気を混合して吹出し、室内の温度を緩やかに上昇させる。

図３に示すように、一般に除湿モード運転過程において、共沸冷媒の温度は蒸発部内では略一定である（図中細実線で示す）が、本発明に用いる非共沸混合冷媒の温度は蒸発部内では冷媒の入口から出口にかけて温度上昇する（図中太実線で示す）。

これに対して、空気温度は、空気が蒸発部を通過する前（風上）では比較的高く、蒸発部を通過する途中（風上側列の伝熱管を通過後の風下）では比較的低くなる（（図中破線で示す）。

そこで、本第１実施形態では、図２に示すように、再熱除湿運転時、第２の熱交換器部（蒸発部）６２の冷媒入口部（ｐ_３ａ）が風下側の列に設けられ、冷媒出口部（ｐ_４ａ）が風上側列に設けられることで、第２の熱交換器部６２の冷媒入口部（ｐ_３ａ）及び冷媒出口部（ｐ_４ａ）それぞれにおいて、そこを通過する空気との大きな温度差Δｔ_１、Δｔ_２を確保して、風上空気中の水蒸気を除去する。

このような空気温度と冷媒温度との対応関係により空気中の水蒸気を十分に除去することができ、冷媒として非共沸混合冷媒を用いても、除湿性能を向上させることができる。また、除湿運転時における第１の熱交換器部（凝縮部）６１の冷媒出口部（内下端ｐ_２ｂ）は、第２の熱交換器部（蒸発部）６２の風下に配置されている。図４に示すように、一般に除湿モード運転過程において、共沸冷媒の温度は凝縮部内では略一定である（図中細実線で示す）が、本発明に用いる非共沸冷媒の温度は第１の熱交換器部（凝縮部）６１内で冷媒の入口から出口にかけて温度低下する（図中太実線で示す）。

本第１実施例によれば、第１の熱交換器部（凝縮部）６１の最も温度の低い出口部分を除湿部（前側傾斜部６ｂの風上側）の風下に配置したので、除湿時の温度低下を抑制することができる。

本第１実施例によれば、冷媒として非共沸混合冷媒を用いても、除湿性能を向上させることができる空気調和機が実現される。

次に、本発明の第２実施例について説明する。
本第２実施例は、第１実施例に用いる室内側熱交換器において、第１の熱交換器部の伝熱管と、第２の熱交換器部の伝熱管が空気の流通方向に隣接する列間に位置するフィンの部位に、切断部または切起しが設けられる。

例えば、図５に示すように、本第２実施例に用いる室内側熱交換器６の第１の熱交換器部６１の伝熱管ｐ_２と、第２の熱交換器部６２の伝熱管ｐ_４が隣接する列間に位置するフィンｆの部位に、切断部１１または切起しを設ける。

これにより、除湿時に生成するドレン水を円滑に排水すると共に、凝縮部と蒸発部の列間の熱移動を防止することで除湿性能を向上させることができる。

なお、他の構成は図２に示す室内側熱交換器と異ならないので、同一符号を付して説明を省略する。

本発明の第３実施例について説明する。
本第３実施例は、第１実施例に用いる室内側熱交換器の第１の熱交換器部の伝熱管と、第２の熱交換器部の伝熱管が空気の流通方向に隣接する部分において、第２の熱交換器部のフィンを独立させる。

例えば、図６に示すように、室内側熱交換器６において、第１の熱交換器部６１に隣接する第２の熱交換器部６２のフィンの一部６２Ａを独立させる。

これにより、除湿時に生成するドレン水を円滑に排水すると共に、凝縮部と蒸発部の列間の移動を防止することで除湿性能を向上させることができる。

さらに、本発明の第４実施例について説明する。
本第４実施例は、第２実施例に用いる室内側熱交換器において、さらに、絞り手段前後の第１の熱交換器部および第２の熱交換器部の伝熱管が配置される付近の前記フィンの一部に切断部または切起しを設ける。

例えば、図７に示すように、第４実施例に用いる室内側熱交換器６において、絞り手段７前後の第１の熱交換器部６１および第２の熱交換器部６２の伝熱管ｐ_２、ｐ_４が配置される付近のフィンｆの一部に切断部１２または切起しを設ける。

これにより、凝縮部と蒸発部の列間の移動を防止することで除湿性能を向上させることができる。

さらにまた、本発明の第５実施例について説明する。
本第５実施例は、第１実施例に用いる室内側熱交換器において、第２の熱交換器部（蒸発部）６２の冷媒流路数を、第１の熱交換器部（蒸発部）６１の冷媒流路数よりも多くしたものである。

例えば、図８に示すように、第４実施例に用いる室内側熱交換器６の第１の熱交換器部６１において、伝熱管ｐ_１の外下端ｐ_１ｃは冷媒配管Ｐに接続され、伝熱管ｐ_１の外上端ｐ_１ａまで１流路で延び、この外上端ｐ_１ａで、後側傾斜部６ｃに設けた伝熱管ｐ_１１と、前側傾斜部６ｂに設けた伝熱管ｐ_２に分岐して２流路となり、除湿用絞り手段７で合流する。後側傾斜部６ｃの冷媒入口部（暖房時出口）ｐ_１ｃが風上に位置している。

さらに、除湿用絞り手段７からの伝熱管は、第２の熱交換器部６２において、垂直部６ａに設けた伝熱管ｐ_３、ｐ_３１及び前側傾斜部６ｂに設けた伝熱管ｐ_４が並列になるように３流路に分岐し、各々冷媒配管Ｐで連なる。

これにより、除湿運転時は蒸発部の圧損が高いが、蒸発部のパス数が凝縮部のパス数より多くなり、冷媒の循環量を増加させ除湿性能を向上させることができる。

さらに、図８に示すように、除湿運転時の凝縮部入口（暖房運転時の室内側熱交換器６の出口）ｐ_１ｃを風上に配置すると共に、後側傾斜部６ｃの風上（外側）側の冷媒流路を１流路と少なくすることで、図９に示すように、暖房運転時、比較的温度の低い風上側の空気により、過冷却を確保でき、かつ性能を向上させることができる。

上記のように、各実施例の空気調和機によれば、冷媒として非共沸混合冷媒を用いても、除湿性能を向上させることができる空気調和機が実現される。

更に、本発明は上述の実施例に限られる事なく、請求項の記載の技術及びその精神を逸脱しない限り、他の変更、修正を含む実施形態も可能であることは言うまでもない。

１…冷凍サイクル、２…密閉型圧縮機、３…四方弁、４…室外側熱交換器、５…膨張装置、６…室内側熱交換器、６１…第１の熱交換器部、６２…第２の熱交換器部、６ａ…垂直部、６ｂ…前側傾斜部、６ｃ…後側傾斜部、７…除湿用絞り手段、Ｐ…冷媒配管Ｐ_１〜ｐ_４…伝熱管、ｐ_１ａ…外上端、ｐ_１ｂ，ｐ_２ａ…内上端、ｐ_２ｂ…内下端、ｐ_３ａ，ｐ_４ａ…上端。

Claims

密閉型圧縮機と、四方弁と、室外側熱交換器と、膨張装置と、室内側熱交換器とを冷媒配管で連通してなり、前記室内側熱交換器が除湿運転時に凝縮部となる第１の熱交換器部と、除湿運転時に蒸発部となる第２の熱交換器部と、前記第１の熱交換器部と第２の熱交換器部間に設けられ除湿運転時に絞り作用をする絞り手段を有し、冷媒として非共沸混合冷媒を用いる空気調和機であって、
前記室内側熱交換器は所定間隔を存して並設される複数枚のフィンと、これらフィンに貫通し熱交換空気の流通方向に沿って複数列設けられる伝熱管を有し、除湿運転時の前記第２の熱交換器部の冷媒入口部が風下側の列に設けられ、冷媒出口部が風上側列に設けられることを特徴とする空気調和機。
前記第１の熱交換器部における除湿運転時の冷媒の出口を第２の熱交換器部の風下に配置したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記第１の熱交換器部の伝熱管と、前記第２の熱交換器部の伝熱管が空気の流通する方向に隣接する列間に位置するフィンの部位に、切断部または切起しを設けることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記第１の熱交換器部に隣接する前記第２の熱交換器部のフィンの一部を独立させたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記絞り手段前後の前記第１の熱交換器部および前記第２の熱交換器部の前記伝熱管が配置される付近の前記フィンの一部に、切断部または切起しを設けることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。