JPWO2016208042A1

JPWO2016208042A1 - 空気調和装置

Info

Publication number: JPWO2016208042A1
Application number: JP2017524530A
Authority: JP
Inventors: 侑哉森下
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: WO2016208042A1; JP6479181B2

Abstract

運転状態に応じ、風速分布の影響を受けにくい空気調和装置を提供する。空気調和装置は、冷凍サイクル回路を構成し、冷媒の循環方向を切り替える冷媒流路切替装置と、熱源側熱交換器に外気を送る送風機と、を備えている。熱源側熱交換器は、第１熱交換部と、第２熱交換部とから構成され、内部に冷媒を通し外気と熱交換を行う複数の伝熱管を備える。熱源側熱交換器における第１熱交換部は、伝熱管の１本あたりの風量が第２熱交換部よりも多い。第１熱交換部の伝熱管の本数は、第２熱交換部よりも少なく設定される。

Description

本発明は、空気調和装置に関し、特にビル用マルチエアコンに適用するものに関する。

従来技術においては、ビル用マルチエアコン等の空気調和装置において、熱源機に熱交換器に風を流すためのプロペラファン等の送風機が設けられており、送風機により送風を行うものが知られている。そのような空気調和装置の場合、熱源機におけるプロペラファンの位置は、熱源機の上部に設けられる場合がある。熱源機の上部にプロペラファンが設けられる場合、風速分布は、熱源機の上部の風速が高く、下部にいくほど風速は低くなり、熱源機における各部の風速バランスが均一でなくなる。その結果、熱交換器に流れる風量も均一でなくなる。

熱交換器の上部と下部とに流れる風量が均一でないと、熱源機内に設置される熱交換器の上部と下部とで冷媒の熱交換量が異なってしまう。例えば、冷房運転時に熱交換器の上部と下部に均等に冷媒を流入させた場合、上部側は、風速が早く空気と冷媒の熱交換が促進され冷媒が過冷却となるが、下部側は、冷媒と熱交換する空気の量が少ないため、冷媒が気液２相状態となる。この状態の場合、熱交換器の効率が悪くなり、空気調和装置に高圧上昇が生じ、その結果、空気調和装置の性能が落ちるという課題がある。

そこで、熱交換器下部に過冷却回路を設け、上側の熱交換器に一度冷媒を流入させた後上側を通過した冷媒を下側に流入させる手段が提示されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開平１０−１７００８１号公報

上記の特許文献１に開示されている空気調和装置においては、熱交換器が２つに分割されている。空気調和装置の冷媒回路中に設けられた電磁弁により、２つに分割された熱交換器は、冷房時には直列に接続され、暖房時は並列に接続される。これにより、冷房時は熱伝達効率が向上し、暖房時は圧力損失が改善する。しかし、特許文献１に開示されている空気調和装置のシステムは、分割された熱交換器に対し送風される風量の分布による影響が考慮されていない。また、デフロスト（除霜運転）の場合、上側の熱交換器と下側の熱交換器とが直列に接続される。この時、冷媒は、まず下側の熱交換器を通過し、その後上側の熱交換器を通過するため、流れる経路が長くなる。冷媒が流れる経路が長くなると、圧力損失が大きくなるため、上側の熱交換器に着いた霜が融け残るなどの課題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、送風機の風速分布が均等でない場合であっても、冷房運転時、暖房運転時、及びデフロスト運転時それぞれの運転状態によって熱交換器の効率が下がらないようにする空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、前記冷媒と外気との熱交換を行う熱源側熱交換器、前記冷媒を減圧する絞り装置、及び前記冷媒と室内空間の空気との熱交換を行う利用側熱交換器が配管により接続され、冷凍サイクル回路を構成し、前記冷媒の循環方向を切り替える冷媒流路切替装置と、前記熱源側熱交換器に外気を送る送風機と、を備え、前記熱源側熱交換器は、第１熱交換部及び第２熱交換部の２つの熱交換部に分割され、該熱交換部は、それぞれの内部に前記冷媒を通し前記外気と熱交換を行う複数の伝熱管を備え、前記第１熱交換部は、前記伝熱管の１本あたりの風量が第２熱交換部よりも多く、前記第１熱交換部の前記伝熱管の本数は、前記第２熱交換部の前記伝熱管の本数よりも少なく設定される。

本発明に係る空気調和装置によれば、運転状態に応じ、熱源側熱交換器の伝熱管を構成している第１熱交換部と第２熱交換部との接続を直列又は並列に切り替えることにより、冷媒が通る経路を変更させる。これにより冷房運転及び暖房運転においては送風機の風速分布の影響を受けにくくし、デフロスト運転においては圧力損失の低下や着霜の融け残り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設置状態の一例を説明する図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成の一例を示す図である。図１の室外ユニットの概略図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の熱源側熱交換器の風速分布図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の暖房モード時の冷媒の流れを示す図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和装置のデフロストモード時の冷媒の流れを示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。各図において、同一の符号を付した機器等については、同一の又はこれに相当する機器を表すものであって、これは明細書の全文において共通している。また、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であって、本発明は明細書内の記載のみに限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。さらに、添字で区別等している複数の同種の機器等について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合がある。また、温度、圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。また、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１００の設置状態の一例を説明する図である。図１に基づいて、実施の形態１の空気調和装置１００の構成について説明する。実施の形態１の空気調和装置１００は、外気と冷媒とで熱交換を行う熱源機及び空気と冷媒とで熱交換する室内機を備え、熱源機と室内機の間を冷媒が循環する回路とを利用し、冷房運転又は暖房運転を実行するものである。

図１に示されるように、実施の形態１における空気調和装置１００は、例えば、熱源機となる１台の室外ユニット１と、室内機となる室内ユニット２とを有している。室外ユニット１は、通常、ビル等の建物４の外（例えば屋上等）の空間である室外空間５に配置される。室外ユニット１は、冷熱又は温熱を生成し、室内ユニット２に供給する。また、室内ユニット２は、冷房用空気又は暖房用空気を供給することができる建物４内部の居室、サーバールーム等の室内空間６に配置される。そして、室外ユニット１から供給された温熱又は冷熱により、冷房用空気又は暖房用空気を室内空間６に供給する。場合によっては室内ユニット２を床下に設置し、熱媒体が搬送する温熱により床面を暖める床暖房に使用することもできる。

図１に示されるように、実施の形態１における空気調和装置１００は、室外ユニット１と各室内ユニット２とを２本の冷媒配管３ａ及び冷媒配管３ｂで接続し、冷媒を循環させている。室外ユニット１側において生成した冷熱又は温熱を有する冷媒は、冷媒配管３ａを伝わり室内ユニット２に搬送される。そして、室内ユニット２にて、冷媒は室内の空気と熱交換し冷媒配管３ｂから再び室外ユニット１に戻される。ここで、図１の空気調和装置１００は、１台の室外ユニット１、２台の室内ユニット２を接続して構成しているが、図示してある台数に限定するものではない。

ここで、実施の形態１の空気調和装置１００において、冷媒循環回路を循環させる冷媒として、例えばＲ−２２、Ｒ−１３４ａ、Ｒ−３２等の単一冷媒、Ｒ−４１０Ａ、Ｒ−４０４Ａ等の擬似共沸混合冷媒、Ｒ−４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、化学式内に二重結合を含むＣＦ_３ＣＦ＝ＣＨ_２等の地球温暖化係数が比較的小さい値とされている冷媒やその混合物、あるいはＣＯ_２、プロパン等の自然冷媒を用いることができる。一方、熱媒体としては、例えば水、不凍液、水と不凍液の混合液、水と防食効果が高い添加剤の混合液等を用いることができる。

図２は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００の構成の一例を示す図である。図２に基づいて、空気調和装置１００の機器構成等について詳細に説明する。図２では１台の室外ユニット１と１台の室内ユニット２とが冷媒配管３ａ及び冷媒配管３ｂで接続されているものである。

（室外ユニット１）
室外ユニット１は、主となる冷媒循環回路の一部を構成する圧縮機７、冷媒流路切替装置８、熱源側熱交換器９、アキュムレータ１０を有し、それらを冷媒配管で接続したものである。冷媒流路切替装置８と熱源側熱交換器９とは２本の流路で連結されている。一方の流路２３は、冷媒流路切替装置８と熱源側熱交換器９の入口にある下側ガスヘッダ１１（本発明の第２分配器に相当する。）とを接続しており、冷媒流路切替装置８と下側ガスヘッダ１１との間にヘッダ側電磁弁１２（本発明の第２分配器側電磁弁に相当する。）を有している。他方の流路２４は、冷媒流路切替装置８と、熱源側熱交換器９の入口にある上側ガスヘッダ１５（本発明の第１分配器に相当する。）と、を接続している。

下側ガスヘッダ１１は、熱源側熱交換器９の下側にある下側熱交換部３２（本発明の第２熱交換部に相当する。）と接続されている。下側熱交換部３２を通る伝熱管３０は、熱源側熱交換器９を通過し、下側ディストリビュータ２２（本発明の第４分配器に相当する。）に接続されている。上側ガスヘッダ１５は、熱源側熱交換器９の上側にある上側熱交換部３１（本発明の第１熱交換部に相当する。）と接続されている。上側熱交換部３１は、上側ディストリビュータ２１（本発明の第３分配器に相当する。）に接続されている。

上側ディストリビュータ２１は、冷媒配管２５と接続されている。冷媒配管２５は、室外ユニット１が外部と接続する配管２６に接続されている。下側ディストリビュータ２２も、配管２６に接続されている。また、下側ディストリビュータ２２と配管２６とが接続されている分岐から上側ディストリビュータ２１までの冷媒配管２５には液側電磁弁１６が設けられている。

配管２６は、外部との接続部２７で冷媒配管３ａを介して、室内ユニット２と接続される。また、室外ユニット１の冷媒循環回路が外部と接続する他の一端は、接続部２８となっている。接続部２８は、冷媒配管３ｂを介して、室内ユニット２と接続されている。接続部２８は、室外ユニット１の内部において、配管２９と接続されている。配管２９は、冷媒流路切替装置８を介してアキュムレータ１０及び圧縮機７の吐出側と接続されている。アキュムレータ１０は、圧縮機７の吸入側と接続されている。

以上のように、室外ユニット１の冷媒循環回路は、冷媒配管３ａ及び冷媒配管３ｂを介して室内ユニット２と接続されことにより、冷媒が循環し、冷凍サイクル回路を形成している。

（圧縮機７及び冷媒流路切替装置８）
圧縮機７は、冷媒を吸入し圧縮し、高温及び高圧の状態にして吐出する（送り出す）。ここで、圧縮機７は、インバータ装置等を備え、駆動周波数（回転数）を任意に変化させることにより、容量（単位時間あたりの冷媒送出量）を細かく変化させることができるインバータ圧縮機で構成するとよい。また、冷媒流路切替装置８は、暖房運転時における冷媒の流れと冷房運転時における冷媒の流れとを切り替える。冷媒流路切替装置８は、圧縮機７の吐出側、アキュムレータ１０、熱源側熱交換器９、及び利用側熱交換器１７に接続されている。冷媒流路切替装置８は、圧縮機７の吐出側の接続先を熱源側熱交換器９又は利用側熱交換器１７のどちらかに一方に接続させ、アキュムレータ１０を圧縮機７の吐出側と接続していない他方に接続させる。冷媒流路切替装置８は、四方弁等で構成するとよい。

（熱源側熱交換器９）
熱源側熱交換器９は、送風機３４により送られる空気と冷媒との間で熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒配管３ｂを介して室内ユニット２から流入した低圧の冷媒と室外空間５の空気（以下、外気という）との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転及びデフロスト運転時においては、熱源側熱交換器９は、凝縮器として機能し、圧縮機７が圧縮して吐出した高圧の冷媒と空気との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。

熱源側熱交換器９は、上側熱交換部３１と下側熱交換部３２の２つの熱交換部に分割されている。２つの熱交換部は、それぞれ冷媒が流れ、冷媒と空気とで熱交換が行われる伝熱管３０を備えている。熱源側熱交換器９内の冷媒の流路は、上下２経路に分割されている。上側の冷媒の経路は、上側熱交換部３１を通る経路である。下側の冷媒の経路は、下側熱交換部３２を通る経路である。下側ガスヘッダ１１に連結する熱源側熱交換器９の伝熱管３０の本数と上側ガスヘッダ１５に連結する熱源側熱交換器９の伝熱管３０の本数は、風速分布（図４を参照）を考慮し、上から４２％の位置で分割されている。例えば、７８段の配管を備える熱源側熱交換器９の場合、上から３３段（３３／７８＝０．４２３）の伝熱管３０を上側熱交換部３１、残りを下側熱交換部３２とされており、熱源側熱交換器９が上下に分割されている。ただし、風速分布のバラツキ等を考慮して熱源側熱交換器９の上側から４０〜４４％の範囲内の位置で分割しても良い。なお、実施の形態１において、熱源側熱交換器９の伝熱管３０が上下方向に配列され、上側熱交換部３１（本発明の第１熱交換部）及び下側熱交換部３２（本発明の第２熱交換部）に分割されているが、送風機３４から熱源側熱交換器９に送られる風量の分布によっては、伝熱管３０の配列方向は上下方向でなくともよい。

（送風機３４）
図３は、図１の室外ユニット１の概略図である。実施の形態１における空気調和装置１００においては、送風機３４は、室外ユニット１の上部に設けられている。室外ユニット１の上部には、排気口３６があり、例えばプロペラファンが設けられている。室外ユニット１の側面には吸気口３５が設けられており、内部に設置されている熱源側熱交換器９に送られる外気が通過する。室外ユニット１の内部において、送風機３４による風速分布は、室外ユニット１の上部の風速が高く、下部にいくほど風速は低くなり、室外ユニット１における各部の風速バランスは均一ではない。実施の形態１における空気調和装置１００の熱源側熱交換器９の風速分布は、後述する図４に示される分布になっている。

また、下側ガスヘッダ１１は、熱源側熱交換器９の上側の伝熱管３０と連結されている。流路２３は、ヘッダ側電磁弁１２と下側ガスヘッダ１１との間から連結配管１３が分岐している。連結配管１３は、上側ディストリビュータ２１に接続する冷媒配管２５に接続されている。また、連結配管１３は連結配管電磁弁１４を有している。

（アキュムレータ１０）
アキュムレータ１０は、冷媒循環回路において圧縮機７の吸入側（低圧側）に設置されている。例えば、暖房運転時と冷房運転時との必要な冷媒量の違い、過渡的な運転の変化への対応等により生じる液状の余剰冷媒を内部に蓄える。

（ヘッダ側電磁弁１２、連結配管電磁弁１４、液側電磁弁１６）
ヘッダ側電磁弁１２は電磁弁の開閉により、熱源側熱交換器９の下側への流量有無を変更することができる。連結配管電磁弁１４は電磁弁の開閉により、冷媒を連結配管１３に流すかどうか変更することができる。液側電磁弁１６は熱源側熱交換器９の上側から出た流量を連結配管１３に流す際、閉とすることで流量すべてを連結配管１３に流すことができる。

（室内ユニット２）
前述したように、室内ユニット２は、例えば、図１の室内空間６の空気（負荷）の暖房又は冷房を行うユニットである。図２における室内ユニット２は、利用側熱交換器１７を有している。利用側熱交換器１７は、冷媒と室内空間６の空気との熱交換を行う。冷媒が温熱を搬送している場合には室内空間６の空気を加熱して暖房を行う。また、熱媒体が冷熱を搬送している場合には室内空間６の空気を冷却して冷房を行う。また、室内ユニット２は絞り装置１８を有する。絞り装置１８は、減圧弁（膨張弁）で構成され、通過する冷媒を減圧して膨張させる装置である。絞り装置１８は、冷房運転時の流れにおいて利用側熱交換器１７の上流側に接続される。ここで、絞り装置１８は、例えば開度を細かく制御することができる電子式膨張弁等で構成するとよい。ここで、図２では１台の室内ユニット２を有する例を示しているが、室外ユニット１の台数を制限するものではない。

（制御装置１９）
制御装置１９は、例えばマイコン等から構成され、各種センサ等が検出した物理量、他の装置から送られる指示等に基づいて、空気調和装置１００の各機器を制御する。特に実施の形態１では、後述するように、ヘッダ側電磁弁１２、連結配管電磁弁１４、液側電磁弁１６の開閉を行う。制御装置１９の処理を２つ以上の制御装置で行うようにしても良い。

外気温度センサ２０ａは、熱源側熱交換器９の温度を正確に検知するため、熱源側熱交換器９の周囲に取付けられる。液冷媒温度センサ２０ｂは、冷房運転モードにおける冷媒流出側（暖房運転モードにおける冷媒流入側）の配管２６に取付けられている。

（冷房モード）
図２中に示されている矢印は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷房モード時の冷媒の流れを示している。図２を用いて、実施の形態１における空気調和装置１００が実行可能な冷房モードについて説明する。

圧縮機７は、低温及び低圧の冷媒を吸入して圧縮し、高温及び高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機７から吐出された高温及び高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置８を通って熱源側熱交換器９に流入する。このとき、ヘッダ側電磁弁１２は閉じられている。こうすることで熱源側熱交換器９の上側熱交換部３１にのみ冷媒が流入する。流入した冷媒は、熱源側熱交換器９の上側熱交換部３１で外気と熱交換を行い、ガス冷媒から気液２相状態の冷媒となり、熱源側熱交換器９の上側熱交換部３１から流出する。この時、連結配管電磁弁１４は開となっており、液側電磁弁１６は閉となっている。こうすることで気液２相状態の冷媒を、連結配管１３を通して熱源側熱交換器９の下側熱交換部３２に送ることができる。下側熱交換部３２を通った冷媒は、再度熱交換され、２相状態から液冷媒となり、下側ディストリビュータ２２を通り熱源側熱交換器９から流出する。

熱源側熱交換器９から流出した冷媒は、配管２６を通り、接続部２７から室外ユニット１の外部へ流出する。流出した冷媒は、冷媒配管３ａを通り、室内ユニット２へ流入し、絞り装置１８にて減圧される。減圧した冷媒は、利用側熱交換器１７で室内の空気と熱交換を行い、ガス冷媒となる。ガス冷媒は、室内ユニット２から流出し、冷媒配管３ｂを通り、接続部２８から再度室外ユニット１に流入する。

再度室外ユニット１に流入した冷媒は、配管２９、冷媒流路切替装置８を通り、アキュムレータ１０に入る。アキュムレータ１０から流出したガス冷媒は、圧縮機７の吸入側に流入し、再度圧縮され、圧縮機７の吐出側から送り出され、再び上述の経路を循環する。

図４は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００の熱源側熱交換器９の風速分布図である。曲線Ａは、熱源側熱交換器９の上から下までの各段での風速を示したものである。図４によると、熱源側熱交換器９の最上部での風速は約５ｍ／ｓであり、熱源側熱交換器９の下部に行くに従い、各段での風速は減少していく。曲線Ｂは、伝熱管３０の各段の風量を熱源側熱交換器９の上側から累積した和を表している。熱源側熱交換器９は、熱源側熱交換器９を通過する全風量の５０％となる段を境にして上下に分割されている。実施の形態１における空気調和装置１００の冷房運転時においては、風速分布を考慮し、伝熱管３０は、熱源側熱交換器９の最上部から４２％のところで上下に分割されている。こうすることで、全ての冷媒は、はじめに全風量の５０％が通過する領域で熱交換され、その後更に全風量のうち残りの５０％が通過する領域で再度熱交換される。よって、熱源側熱交換器９を通過し熱交換される冷媒は、風速分布の影響を受けにくくなり、効率よく熱交換することができる。

以上のように、冷房モード時において、空気調和装置１００は、ヘッダ側電磁弁１２を閉、連結配管電磁弁１４を開、液側電磁弁１６を閉とし、上下に分割された熱源側熱交換器９を直列に接続することにより、風速分布の影響を受けず、より効率よく熱交換することができる。

（暖房モード）
図５は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００の暖房モード時の冷媒の流れを示す図である。図５を用いて実施の形態１における空気調和装置１００が実行可能な暖房モードについて説明する。

圧縮機７は、低温及び低圧の冷媒を吸入して圧縮し、高温及び高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機７から吐出された高温及び高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置８を経て、配管２９を通り、接続部２８から室外ユニット１外へ流出する。室外ユニット１から流出した冷媒は、冷媒配管３ｂを通り室内ユニット２へ流入する。室内ユニット２へ流入した冷媒は、利用側熱交換器１７で熱交換した後、絞り装置１８で減圧され、２相冷媒となる。ここでそれぞれの電磁弁の状態は、液側電磁弁１６が開、連結配管電磁弁１４が閉、ヘッダ側電磁弁１２が開、とされている。２相冷媒は、熱源側熱交換器９の上側ディストリビュータ２１及び熱源側熱交換器９の下側ディストリビュータ２２のそれぞれに流入する。熱源側熱交換器９の上下分割は、全体風量に対して５０％ずつになるような伝熱管３０の段数で分割しているため、熱源側熱交換器９の上側熱交換部３１と下側熱交換部３２とに流入させる冷媒は、それぞれ均等にする。冷媒は、上側ディストリビュータ２１及び下側ディストリビュータ２２それぞれに均等に流れるようにすれば良いため、冷媒量調整は容易である。また、冷媒は、均等分配となるため、冷媒流量の偏りにより、圧力損失を減らすことが可能となる。

熱源側熱交換器９のパス分配（伝熱管３０の上下分割）により冷媒量調整が必要な場合、上側ディストリビュータ２１、下側ディストリビュータ２２の前にキャピラリーチューブ又は電子膨張弁を取付けてもよい。上側ディストリビュータ２１に流入する冷媒は、連結配管１３にも流入しようとするが、連結配管電磁弁１４が閉となっているため、すべて利用側熱交換器１７の上側熱交換部３１を通り熱交換された後、上側ガスヘッダ１５から流出する。上側ガスヘッダ１５から流出した冷媒は、冷媒流路切替装置８を経て、そのままアキュムレータ１０へと流入する。また、下側ディストリビュータ２２に流入した冷媒は、利用側熱交換器１７の下側熱交換部３２を通り熱交換した後、下側ガスヘッダ１１から流出する。連結配管電磁弁１４は閉じられているため、下側ガスヘッダ１１から流出した冷媒が上側ディストリビュータ２１へ流入することはない。また、ヘッダ側電磁弁１２は開けられているため、下側ガスヘッダ１１から流出した冷媒は、冷媒流路切替装置８を経て、そのままアキュムレータ１０へと流入する。

以上のように、実施の形態１の空気調和装置１００においては、ヘッダ側電磁弁１２を開、連結配管電磁弁１４を閉、液側電磁弁１６を開とし、上下に分割された熱源側熱交換器９を並列に接続することにより、冷媒を熱源側熱交換器９の上側熱交換部３１及び下側熱交換部３２に均等に流し、かつ、冷房時と異なる経路をとることで、冷媒が通過する経路を短くし、更に上下の流入量の偏りもなくなるため、圧力損失を減らすことができ、低圧低下による性能悪化、着霜耐力低下を防ぐことができる。

（デフロストモード）
図６は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００のデフロストモード時の冷媒の流れを示す図である。図６を用いて実施の形態１における空気調和装置１００が実行可能なデフロストモードについて説明する。

空気調和装置１００は、デフロストモードが開始されると、冷媒流路切替装置８がデフロストモードに切替わる。また、ヘッダ流量調整弁（図示無し）が開かれ、圧縮機７の吐出側から上側ガスヘッダ１５及び下側ガスヘッダ１１へ流れる流路が形成される。また、圧縮機７は、運転が開始される。ヘッダ側電磁弁１２は開、連結配管電磁弁１４は閉、液側電磁弁１６は開となる。

圧縮機７は、低温及び低圧の冷媒を吸入して圧縮し、高温及び高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機７から吐出された高温及び高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置８を通り、流路２３及び流路２４の２手に分岐する。流路２３へ流れる冷媒は、下側ガスヘッダ１１に流入する。この時、ヘッダ側電磁弁１２は開かれ、連結配管電磁弁１４は閉じられているため、下側ガスヘッダ１１にのみ冷媒は流れる。流路２４へ流れる冷媒は、上側ガスヘッダ１５に流入する。熱源側熱交換器９に流入した高温及び高圧のガス冷媒は、周囲の熱媒体に放熱しながら凝縮液化し、高圧の液冷媒（二相冷媒を含む）となる。熱源側熱交換器９の上側熱交換部３１を通った冷媒は、熱源側熱交換器９の上側ディストリビュータ２１を通るが、連結配管電磁弁１４が閉じられ、液側電磁弁１６が開かれているため、熱源側熱交換器９に再度戻ることなく、熱源側熱交換器９から流出する。また、熱源側熱交換器９の下側熱交換部３２を通った冷媒は、熱源側熱交換器９の下側ディストリビュータ２２を通り、熱源側熱交換器９から流出する。このような構成にすることにより、熱源側熱交換器９の上側と下側とに高温高圧のガス冷媒を流入させることができる。これにより、上側熱交換部３１と下側熱交換部３２とを直列に接続して除霜（上側熱交換部３１を通った冷媒を再度下側熱交換部３２を通して除霜）するよりも、熱源側熱交換器９の下側に着いた霜の溶け残りを抑制することができる。

熱源側熱交換器９から流出した冷媒は、接続部２７から室外ユニット１の外へ流出し、室内ユニット２を経て接続部２８から室外ユニット１に戻り、冷媒流路切替装置８及びアキュムレータ１０を経て、再度圧縮機７の吸入側に戻る。

以上のように、実施の形態１の空気調和装置１００においては、デフロストモード時、連結配管電磁弁１４を閉、ヘッダ側電磁弁１２を開、液側電磁弁１６を開とすることで、連結配管１３を通さず、熱源側熱交換器９の上下にガス冷媒を流入させることができ、熱源側熱交換器９の下側の霜の溶け残りを無くすことができる。

（効果）
空気調和装置１００は、冷媒を圧縮する圧縮機７、冷媒と外気との熱交換を行う熱源側熱交換器９、冷媒を減圧する絞り装置１８、及び冷媒と室内空間６の空気との熱交換を行う利用側熱交換器１７が配管により接続され、冷凍サイクル回路を構成している。また、冷媒の循環方向を切り替える冷媒流路切替装置８と、熱源側熱交換器９に外気を送る送風機３４と、を備えている。そして、熱源側熱交換器９は、上側熱交換部３１（第１熱交換部）及び下側熱交換部３２（第２熱交換部）の２つの熱交換部に分割される。２つの熱交換部は、内部に冷媒を通し外気と熱交換を行う複数の伝熱管３０を備える。上側熱交換部３１（第１熱交換部）は、伝熱管３０の１本あたりの風量が下側熱交換部３２（第２熱交換部）よりも多く、上側熱交換部３１（第１熱交換部）の伝熱管３０の本数は、下側熱交換部３２（第２熱交換部）よりも伝熱管３０の本数が少なく設定される。以上のような構成を備えることにより、空気調和装置１００は、運転状態に応じ、熱源側熱交換器の伝熱管を構成している上側熱交換部３１（第１熱交換部）と下側熱交換部３２（第２熱交換部）との接続を直列又は並列に切り替えることにより、冷媒が通る経路を変更させることができる。これにより冷房運転及び暖房運転においては送風機３４の風速分布の影響を受けにくくし、デフロスト運転においては圧力損失の低下や着霜の融け残りを抑制することができる。

また、空気調和装置１００は、上側熱交換部３１（第１熱交換部）は、下側熱交換部３２（第２熱交換部）よりも送風機３４に近い側に配置されている。これにより、送風機３４の配置による風速分布に対応した、効率の良い冷房運転及び暖房運転が可能となり、デフロスト運転においては圧力損失の低下や着霜の融け残りを抑制することができる。

また、空気調和装置１００は、上側熱交換部３１（第１熱交換部）及び下側熱交換部３２（第２熱交換部）は、接続を直列又は並列に切り替え可能である。以上のような構成を備えることにより、空気調和装置１００は、運転状態に応じ、冷媒が通る経路を変更させることができる。これにより冷房運転及び暖房運転においては送風機３４の風速分布の悪化の影響を受けにくくし、デフロスト運転においては圧力損失の低下や着霜の融け残りを抑制することができる。

また、空気調和装置１００の熱源側熱交換器９は、上側熱交換部３１（第１熱交換部）の冷媒流路切替装置８側の端部に接続された上側ガスヘッダ１５（第１分配器）と、下側熱交換部３２（第２熱交換部）の冷媒流路切替装置８側の端部に接続された下側ガスヘッダ１１（第２分配器）と、上側熱交換部３１（第１熱交換部）の絞り装置１８側の端部に接続された上側ディストリビュータ２１（第３分配器）と、下側熱交換部３２（第２熱交換部）の絞り装置１８側の端部に接続された下側ディストリビュータ２２（第４分配器）と、を備えている。そして、圧縮機７の吐出側と下側ガスヘッダ１１（第２分配器）とを接続する流路２３は、流路２３の冷媒の流れを制御するヘッダ側電磁弁１２（第２分配器側電磁弁）を備えている。下側ガスヘッダ１１（第２分配器）と上側ディストリビュータ２１（第３分配器）とを接続する連結配管１３は、冷媒の流れ遮断できる連結配管電磁弁１４を備えている。絞り装置１８と前記上側ディストリビュータ２１（第３分配器）とを接続する冷媒配管２５（流路）は、冷媒の流れを遮断できる液側電磁弁１６を備える。以上のような構成を備えることにより、空気調和装置１００は、運転状態に応じ、上側熱交換部３１（第１熱交換部）と下側熱交換部３２（第２熱交換部）との接続を直列又は並列に切り替えることが可能となり、冷媒が通る経路を変更することができる。そして、冷房運転及び暖房運転においては送風機３４の風速分布の悪化の影響を受けにくくし、デフロスト運転においては圧力損失の低下や着霜の融け残りを抑制することができる。

また、空気調和装置１００は、制御装置１９を更に備える。そして、制御装置１９は、暖房運転時及びデフロスト運転時には、ヘッダ側電磁弁１２（第２分配器側電磁弁）を開き、液側電磁弁１６を開き、連結配管電磁弁１４を閉じる。また、制御装置１９は、冷房運転時には、ヘッダ側電磁弁１２（第２分配器側電磁弁）を閉じ、液側電磁弁１６を閉じ、連結配管電磁弁１４を開く。以上のような構成を備えることにより、空気調和装置１００は、暖房運転時及びデフロスト運転時には、上側熱交換部３１（第１熱交換部）と下側熱交換部３２（第２熱交換部）との接続を並列にすることができる。これにより、冷媒を熱源側熱交換器９の上側熱交換部３１（第１熱交換部）及び下側熱交換部３２（第２熱交換部）に均等に流し、かつ、冷媒が通過する経路を短くし、更に上下の流入量の偏りもなくなるため、圧力損失を減らすことができ、低圧低下による性能悪化、着霜耐力低下を防ぐことができる。また、冷房運転時には、上側熱交換部３１（第１熱交換部）と下側熱交換部３２（第２熱交換部）との接続を直列にすることができる。これにより、全ての冷媒は、はじめに全風量の５０％が通過する領域で熱交換され、その後更に全風量のうち残りの５０％が通過する領域で再度熱交換される。よって、熱源側熱交換器９を通過し熱交換される冷媒は、冷房運転及び暖房運転においては、送風機３４から熱源側熱交換器９に送りこまれる空気の風速分布の影響を受けにくくなり、効率よく熱交換することができる。デフロスト運転においては圧力損失の低下や着霜の融け残りを抑制することができる。

また、空気調和装置１００は、上側熱交換部３１（第１熱交換部）の伝熱管３０の本数が、熱源側熱交換器９の伝熱管３０の本数のうち４０％以上４４％以下となるように設定している。以上のような構成を備えることにより、空気調和装置１００は、室外ユニット１の上部に送風機３４が設けられている場合においても、冷房運転及び暖房運転においては送風機３４の風速分布の悪化の影響を受けにくくし、デフロスト運転においては圧力損失の低下や着霜の融け残りを抑制することができる。

また、空気調和装置１００は、前記第１熱交換部及び前記第２熱交換部に送られる風量は、前記熱源側熱交換器に送られる全風量の５０％ずつである。以上のような構成を備えることにより、熱源側熱交換器９を通過し熱交換される冷媒は、冷房運転及び暖房運転においては、送風機３４から熱源側熱交換器９に送りこまれる空気の風速分布の影響を受けにくくなり、効率よく熱交換することができる。デフロスト運転においては圧力損失の低下や着霜の融け残りを抑制することができる。

１室外ユニット、２室内ユニット、３ａ冷媒配管、３ｂ冷媒配管、４（ビル等の）建物、５室外空間、６室内空間、７圧縮機、８冷媒流路切替装置、９熱源側熱交換器、１０アキュムレータ、１１下側ガスヘッダ、１２ヘッダ側電磁弁、１３連結配管、１４連結配管電磁弁、１５上側ガスヘッダ、１６液側電磁弁、１７利用側熱交換器、１８絞り装置、１９制御装置、２０ａ外気温度センサ、２０ｂ液冷媒温度センサ、２１上側ディストリビュータ、２２下側ディストリビュータ、２３流路、２４流路、２５冷媒配管、２６配管、２７接続部、２８接続部、２９配管、３０伝熱管、３１上側熱交換部、３２下側熱交換部、３４送風機、３５吸気口、３６排気口、１００空気調和装置。

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機、前記冷媒と外気との熱交換を行う熱源側熱交換器、前記冷媒を減圧する絞り装置、及び前記冷媒と室内空間の空気との熱交換を行う利用側熱交換器が配管により接続され、冷凍サイクル回路を構成し、
前記冷媒の循環方向を切り替える冷媒流路切替装置と、
前記熱源側熱交換器に外気を送る送風機と、を備え、
前記熱源側熱交換器は、
第１熱交換部及び第２熱交換部の２つの熱交換部に分割され、
該熱交換部は、
それぞれの内部に前記冷媒を通し前記外気と熱交換を行う複数の伝熱管を備え、
前記第１熱交換部は、
前記伝熱管の１本あたりの風量が第２熱交換部よりも多く、
前記第１熱交換部の前記伝熱管の本数は、
前記第２熱交換部の前記伝熱管の本数よりも少なく設定される、空気調和装置。
前記第１熱交換部は、
前記第２熱交換部よりも前記送風機に近い側に配置されている、請求項１に記載の空気調和装置。
前記第１熱交換部及び前記第２熱交換部は、
接続を直列又は並列に切り替え可能である、請求項１又は２に記載の空気調和装置。
前記熱源側熱交換器は、
前記第１熱交換部の前記冷媒流路切替装置側の端部に接続された第１分配器と、
前記第２熱交換部の前記冷媒流路切替装置側の端部に接続された第２分配器と、
前記第１熱交換部の前記絞り装置側の端部に接続された第３分配器と、
前記第２熱交換部の前記絞り装置側の端部に接続された第４分配器と、を備え、
前記第２分配器と前記第３分配器とが連結配管により接続され、
前記冷媒流路切替装置と前記第２分配器とを接続する流路は、
当該流路の前記冷媒の流れを遮断できる第２分配器側電磁弁を備え、
前記連結配管は、
当該連結配管の前記冷媒の流れを遮断できる連結配管電磁弁を備え、
前記絞り装置と前記第３分配器とを接続する流路は、
当該流路の前記冷媒の流れを遮断できる液側電磁弁を備える、請求項１〜３の何れか１項に記載の空気調和装置。
制御装置を更に備え、
前記制御装置は、
暖房運転時及びデフロスト運転時には、
前記第２分配器側電磁弁を開き、前記液側電磁弁を開き、前記連結配管電磁弁を閉じ、
冷房運転時には、
前記第２分配器側電磁弁を閉じ、前記液側電磁弁を閉じ、前記連結配管電磁弁を開く、請求項４に記載の空気調和装置。
前記第１熱交換部の前記伝熱管の本数は、
前記熱源側熱交換器の全ての前記伝熱管の本数の４０％以上４４％以下となるように設定された、請求項１〜５の何れか１項に記載の空気調和装置。
前記第１熱交換部及び前記第２熱交換部に送られる風量は、
前記熱源側熱交換器に送られる全風量の５０％ずつである、請求項１〜６の何れか１項に記載の空気調和装置。