JPWO2018037452A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】メンテナンスのサービス性を確保しつつ、熱交換器の凍結によるガス冷媒の漏れを防止し、室外機における効率的なデフロスト運転時の排水性を得る。【解決手段】暖房運転時に凝縮器として、デフロスト運転時には蒸発器として機能する室内側熱交換器を有する室内機と、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、暖房運転時に蒸発器として、デフロスト運転時には凝縮器として機能する室外側熱交換器、および暖房運転又はデフロスト運転に応じて、室内側熱交換器又は室外側熱交換器の何れかに圧縮機からの冷媒が流れるように切り替える流路切替装置を有する室外機とを備え、室外機には、室外側熱交換器の最下段に配置された伝熱管と接続され、圧縮機からの冷媒を供給するバイパス回路と、室外側熱交換器の下方に隙間を隔てて配置されたドレンパンとが設けられ、ドレンパンは、室外側熱交換器のフィンの積層方向に長く形成され、長手方向の一端から他端に向かうに連れ下方へ傾斜する排水路、排水路を挟む左右の側壁部および側壁部から排水路に向かうに連れ下方へ傾斜する傾斜部により形成されている。

Description

本発明は、例えば、ビル用マルチエアコン等に適用される空気調和装置に関するものである。
従来から空気調和装置には、冬場の暖房運転時に室外機の熱交換器に発生する霜を融解する、デフロスト運転を行うものがある。このような運転をする空気調和装置では、寒冷地においてデフロスト運転をすると除霜水が熱交換器の下部へと伝う途中で、熱交換器の下部で再氷結することがある。そのため、熱交換器の下部に高温高圧のガス冷媒を流す根氷対策用のバイパス回路を備えている。
また、デフロスト運転を行う空気調和装置には、室外機の熱交換器の表面積を大きくして、効率アップを図ったものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2008−202889号公報
表面積を大きくした熱交換器を配置した空気調和装置においては、室外機のベース部に設置されないことが多い。このような室外機においては、室外機の上部あるいは熱交換器の間に送風機が搭載され、室外機の正面下部に圧縮機等の機器を設置する機械室のスペースが確保されており、このため、そのスペース上に熱交換器が設置されている。
このように構成された室外機においては、熱交換器を支える支えや台が必要になる。この支えや台の上にデフロスト運転時に発生する除霜水、雨水等が滞留しやすく、うまく排水されないことが考えられる。氷点下で運転する場合、空気調和機は暖房運転とデフロスト運転を交互に行うため、室外機の熱交換器は加熱と冷却を繰り返す。これによって、熱交換器の周囲の水は氷結、融解を繰り返して膨張し、熱交換器の伝熱管を圧迫、折損し、この折損によりガス冷媒の漏れの要因となることがある。また、熱交換器の最下段の伝熱管回りに除霜水が滞留しやすいため、熱交換器の最下部が最もガス冷媒の漏れを起こしやすい。これに加えて、熱交換器が上方に設置されているため、デフロスト運転時に発生する除霜水が熱交換器からベース部へと滴下する。
氷点下のような環境下で暖房運転している場合、室外機は蒸発器となり、また送風機によって空気の流れが起こるため、板金からなるベース部、パネル等の部材は外気温度と同等まで冷え込む。この冷却されたベース部、パネル等にデフロスト運転時の除霜水が付着すると、瞬間的、もしくは暖房運転開始後に氷結する。デフロスト運転は、通常1時間に1度程度のサイクルで行われるため、高湿度の環境では大量の除霜水が発生する。その除霜水がベース部、パネル等で氷結すると、メンテナンス用スペースのパネルを外すことができないことがある。
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、メンテナンスのサービス性を確保しつつ、熱交換器の凍結によるガス冷媒の漏れを防止し、室外機における効率的なデフロスト運転時の排水性を得ることができる空気調和装置を提供する。
本発明に係る空気調和装置は、暖房運転時に凝縮器として機能し、デフロスト運転時には蒸発器として機能する室内側熱交換器を有する室内機と、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、暖房運転時に蒸発器として機能し、デフロスト運転時には凝縮器として機能する室外側熱交換器、および暖房運転あるいはデフロスト運転に応じて、室内側熱交換器あるいは室外側熱交換器の何れかに圧縮機からの冷媒が流れるように切り替える流路切替装置を有する室外機とを備え、室外機には、室外側熱交換器の最下段に配置された伝熱管と接続され、圧縮機からの冷媒を供給するバイパス回路と、室外側熱交換器の下方に隙間を隔てて配置されたドレンパンとが設けられ、ドレンパンは、室外側熱交換器のフィンの積層方向に長く形成され、長手方向の一端から他端に向かうに連れ下方へ傾斜する排水路、排水路を挟む左右の側壁部および側壁部から排水路に向かうに連れ下方へ傾斜する傾斜部により形成されている。
本発明によれば、室外側熱交換器の下方に隙間を隔てて配置されたドレンパンを設け、このドレンパンは、室外側熱交換器のフィンの積層方向に長く形成され、長手方向の一端から他端に向かうに連れ下方へ傾斜する排水路、排水路を挟む左右の側壁部および側壁部から排水路に向かうに連れ下方へ傾斜する傾斜部により形成されている。この構成により、室外側熱交換器の排水性が向上し、室外側熱交換器の伝熱管の凍結に起因する折損、その折損によるガス冷媒の漏れを防止できる。また、氷結によってパネルが開けられずメンテナンスが行えないということがなくなり、サービス性を確保することができる。
本発明の実施の形態に係る空気調和装置の一例を示す概略構成の冷媒回路図である。 図1の室外機に設けられた室外側熱交換器の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置のデフロスト運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 図4の空気調和装置のデフロスト運転モード時にバイパス回路に冷媒を流した場合の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の室外側熱交換器及びドレンパンの側面図である。 図6の室外側熱交換器及びドレンパンを矢視A−A方向から見て示す断面図である。 図7のドレンパンのコーナードレンパンを示す斜視図である。 図7において室外側熱交換器とドレンパンとの位置関係を示す断面図である。
以下、本発明に係る空気調和装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
本実施の形態は、例えば、ビル用マルチエアコンのデフロスト運転で発生した除霜水を室外側熱交換器の下方に設けたドレンパンで受け、集中排水をして熱交換器周辺での氷結を緩和しガス冷媒の漏れを防止するようにしたものである。
図1は本発明の実施の形態に係る空気調和装置の一例を示す概略構成の冷媒回路図、図2は図1の室外機に設けられた室外側熱交換器の概略構成を示す斜視図である。なお、図1では、室外機10に室内機20が4台接続されている場合を例に示しているが、室内機20の台数は限定されるものではない。
本実施の形態に係る空気調和装置は、図1に示すように、室外機10と、複数の室内機20と、室外機10と室内機20とを接続する冷媒配管30とで構成されている。この空気調和装置では、4台の室内機20が室外機10に対し並列に接続されている。
[室外機]
室外機10は、圧縮機11、四方弁等の流路切替装置12、室外側熱交換器13、14、アキュムレータ15、各室外側熱交換器13、14に空気を供給する室外側送風機(図示せず)等を備えている。圧縮機11は、例えば、容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成され、低温低圧のガス冷媒を吸入し、そのガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒にして吐出する。流路切替装置12は、暖房運転モード時における冷媒の流れと冷房運転モード時又はデフロスト運転における冷媒の流れとを切り替える。
室外側熱交換器13、14は、例えばL字状に形成されている。これら室外側熱交換器13、14の各コーナー部を対角状に配置して、四辺形状の熱交換器が構成されている。この場合、室外側熱交換器13、14の上方に室外側送風機が配置されている。また、室外側熱交換器13、14の下方には、圧縮機11、流路切替装置12、アキュムレータ15等が設置される機械室が設けられている。更に、機械室にはメンテナンスを行うために開閉する正面パネルが設けられている。
この室外側熱交換器13、14は、暖房運転モード時には蒸発器として機能し、冷房運転モード時とデフロスト運転モード時には凝縮器として機能し、室外側送風機によって供給される空気と冷媒との間で熱交換を行なう。アキュムレータ15は、圧縮機11の吸入側に設けられており、暖房運転モード時と冷房運転モード時の違いによる余剰冷媒、過渡的な運転の変化における余剰冷媒を蓄えるものである。
前述の室外機10には、バイパス回路18が設けられている。バイパス回路18は、圧縮機11と流路切替装置12との間の冷媒管16から分岐された第1バイパス管18aと、第1バイパス管18aから分岐されて各室外側熱交換器13、14の伝熱管13a、14aの一端部にそれぞれ接続された第2バイパス管18bと、各伝熱管13a、14aの他端部にそれぞれ接続されて合流する第3バイパス管18cと、流路切替装置12とアキュムレータ15との間の冷媒管17から分岐され、第3バイパス管18cの合流点と接続された第4バイパス管18dと、第4バイパス管18dに取り付けられた弁開閉装置19とで構成されている。この弁開閉装置19は、例えば電磁弁等で構成されている。前述の伝熱管13a、14aは、図2に示すように、複数の伝熱管のうちの最下段に配置された伝熱管である。なお、バイパス回路18の接続位置は、圧力差がとれるような接続であればどこでもよい。
[室内機]
室内機20は、4台の室内側熱交換器21、この4台の室内側熱交換器21にそれぞれ直列に接続された絞り装置22、各室内側熱交換器21にそれぞれ空気を供給する室内側送風機(図示せず)等で構成されている。室内側熱交換器21は、暖房運転モード時には凝縮器として、冷房運転モード時には蒸発器として機能し、室内側送風機によって供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、空調対象の空間に冷房用空気または暖房用空気を供給する。絞り装置22は、減圧弁や膨張弁としての機能を持ち、冷媒を減圧して膨張させるものであり、弁の開度が制御可能な電子式膨張弁等で構成されている。
次に、本実施の形態における空気調和装置の運転動作について説明する。
[暖房運転モード]
図3は本発明の実施の形態に係る空気調和装置の暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図3では全ての室内機20が駆動している場合を示しており、図中に示す矢印は、冷媒の流れ方向を示している。
圧縮機11が駆動されると、低温低圧のガス冷媒が圧縮機11に流入して圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機11から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置12により室外機10から流出し、冷媒配管30を通って各室内側熱交換器21へ流入する。室内側熱交換器21に流入した高温高圧のガス冷媒は、室内側送風機から供給される空気との熱交換により、周囲空気へ放熱して凝縮し、低温高圧の液冷媒となって室内側熱交換器21から流出する。室内側熱交換器21から流出した低温高圧の液冷媒は、絞り装置22で膨張、減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、室内機20から流出する。
室内機20から流出した気液二相冷媒は、冷媒配管30を通って室外機10の室外側熱交換器13、14に流入する。室外側熱交換器13、14に流入した気液二相冷媒は、室外側送風機から供給される空気との熱交換により、周囲の空気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となって室外側熱交換器13、14から流出する。そのガス冷媒は、流路切替装置2を通って、アキュムレータ5に入る。アキュムレータ5に入ったガス冷媒は、液冷媒とガス冷媒とに分離され、低温低圧のガス冷媒が再び圧縮機11へと吸入される。この吸入されたガス冷媒は、圧縮機11で再び圧縮されて吐出され、冷媒の循環が繰り返し行われる。
低温の外気下で暖房運転(蒸発温度が0℃以下)が連続して行われた場合、室外側熱交換器13、14の表面は着霜する。熱交換される空気に含まれる水分が、蒸発器として吸熱している室外側熱交換器13、14の表面で結露するために霜が発生する。着霜量が多くなると、熱抵抗が大きくなるとともに風量が低下し、これに伴って室外側熱交換器13、14の伝熱管の温度(蒸発温度)も低下し、暖房能力を十分に発揮することができなくなる。暖房能力を十分に発揮させるために、デフロスト運転によって除霜することが必要となる。
[デフロスト運転モード]
図4は本発明の実施の形態に係る空気調和装置のデフロスト運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。なお、図4では全ての室内機が駆動している場合を示しており、図中に示す矢印は冷媒の流れ方向を示している。
デフロスト運転は、通常の暖房運転を中断し、流路切替装置2によって冷房運転と同じ冷媒の循環方向にする。この場合、低温低圧のガス冷媒が圧縮機11に流入して圧縮され、高温高圧のガス冷媒にとなって吐出される。圧縮機11から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置12により、室外側熱交換器13、14に流入する。
室外側熱交換器13、14に流入した高温・高圧ガス冷媒は、室外側送風機から供給される空気との熱交換により、周囲の空気へ放熱し、低温高圧の液冷媒となる。この放熱により、室外側熱交換器13、14に付着した霜を融解する。この場合、室外側送風機は停止していることが多い。室外側熱交換器13、14から流出した低温高圧の液冷媒は冷媒配管30を通って室内機20に流入する。室内機20に流入した低温高圧の液冷媒は、絞り装置22で膨張、減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。気液二相となった冷媒は室内側熱交換器21へ流れ、熱交換することなく、気液二相の状態で、再び室外機10に入り、流路切替装置2を通って、アキュムレータ5に入る。アキュムレータ5に入った冷媒は液冷媒とガス冷媒とに分離され、低温低圧のガス冷媒が再び圧縮機1へと吸入される。この吸入されたガス冷媒は、圧縮機11で再び圧縮されて吐出され、冷媒の循環が繰り返し行われる。
次に、バイパス回路18の動作について説明する。
図5は図4の空気調和装置のデフロスト運転モード時にバイパス回路に冷媒を流した場合の冷媒回路図である。
バイパス回路には、弁開閉装置19を開にすることで、高温高圧のガス冷媒が流れ込む。弁開閉装置19を開にするタイミングは、例えば、室外側熱交換器13、14の伝熱管に設置されている温度検知手段の温度がT1℃に達したときにデフロスト運転を終了させるとしたときに、T1℃よりも一定温度低いT2℃(T1>T2)に達したときに行われる。
弁開閉装置19を開状態にした場合、バイパス回路6に高圧高温のガス冷媒が流入し、室外側熱交換器13、14の最下段の伝熱管13a、14aに流れることで、室外側熱交換器13、14の最下部を加熱することができる。このため、室外側熱交換器13、14の下部に溜まった除霜水の再氷結(根氷)を防止することができる。
デフロスト運転時の除霜水、雨水等は、室外側熱交換器のフィンを伝って重力によって下方向へと流れる。このとき、室外側熱交換器が室外機のベース部より高く、台に載せられているなど排水穴が室外側熱交換器の直下や至近距離にない場合は、排水経路が長くなり排水穴から室外機の外へ排出されるまでに氷結しやすくなる。室外機内での除霜水の氷結は2つパターンが考えられる。室外側熱交換器の支持部と室外側熱交換器が接触する部分は、室外側熱交換器の支持部の接地面に除霜水などが滞留し、氷点下などの外気で凍結する。このとき、暖房運転時では、室外側熱交換器は蒸発器となり外気温度以下に冷却されるため、滞留した水は氷結する。デフロスト運転時は、凝縮器となり、外気温度以上に加熱されるため、氷結した除霜水は融解される。これを繰り返すことで、熱交換器の支持部と隣接する伝熱管の周囲の除霜水は膨張を繰り返し、伝熱管が折損することがある。
また、デフロスト運転は、通常1時間に一度程度のサイクルで行われるため、高湿度の環境では大量の除霜水が発生する。その除霜水が室外側熱交換器から室外機のベース部、パネル等に垂れ流され、氷結すると室外機内で氷が成長し、室外側熱交換器の下方に位置する機械室の正面パネルを外すことができない可能性あり、メンテナンスが行えないことがある。
そこで、本実施の形態においては、室外側熱交換器13、14の下部に除霜水を滞留させず、かつ室外機10のベース部に水滴が落下しない構造にするために、ドレンパンを設置している。
図6は本発明の実施の形態に係る空気調和装置の室外側熱交換器及びドレンパンの側面図、図7は図6の室外側熱交換器及びドレンパンを矢視A−A方向から見て示す断面図、図8は図7のドレンパンのコーナードレンパンを示す斜視図、図9は図7において室外側熱交換器とドレンパンとの位置関係を示す断面図である。
本実施の形態におけるドレンパン40は、図6に示すように、室外側熱交換器13、14のフィンの積層方向に長く形成されている。このドレンパン40は、図7に示すように、上面が開放の溝状に形成され、一体に形成された脚部46によって室外機10のベース部10aの上方に設置されている。ドレンパン40の左右の側壁部41a、41bの間の片側よりに排水路42が設けられている。
排水路42は、長手方向の一端から他端に向かうに連れ下方へ傾斜している。つまり、コーナードレンパン50側から排水側に向かうに連れ下方に傾斜している。また、排水路42は、ドレンパン40を長手方向から見て片側に傾斜している。これは、排水路42に流れ込んだ除霜水、雨水等が片側に溜まって流れるようにするためである。つまり、排水路42内に水が広がって凍結しないようにしている。ドレンパン40の他端には、排水路42からの除霜水、雨水等を室外機10の外へ排水する配水管60が設けられている。その排水路42は、想定される最大着霜時の霜を融解したときの除霜水を貯水できる容積を有している。排水路42の幅は、バイパス回路18の温度と外気温度とから得られる放熱量を基に決定されている。
ドレンパン40には、側壁部41aから排水路42に向かうに連れ下方へ傾斜する傾斜部43が設けられている。この傾斜部43の角部45は丸く形成されている。これは、除霜水の滞留箇所を減少させるために設けられている。また、ドレンパン40には、もう一方の側壁部41bから排水路42に向かうに連れ下方へ傾斜する傾斜部44が設けられている。これらの傾斜部43、44により、室外側熱交換器13、14から滴下した除霜水が滞留することなく排水路42内に流れ込む。
ドレンパン40は、図7に示すように、ドレンパン40の側壁部41a、41bの上端が室外側熱交換器13、14にそれぞれ設けられたバイパス回路18用の伝熱管13a、14aよりも低い位置で、かつ側壁部41a、41bが室外側熱交換器13、14の両側面の下端部を隙間を隔てて挟むように配置されている。
また、室外側熱交換器13、14は、図9に示すように、室外側熱交換器13、14の下端部がドレンパン40の傾斜部43よりも上方に11mm以上で、排水路42よりも上方に90mm以下の位置に配置されるようにしている。これは、室外側熱交換器13、14の下端部とドレンパン40とが近すぎて除霜水の表面張力で滞留しないように11mm以上とし、室外側熱交換器13、14の下端部が離れすぎて室外側熱交換器13、14からの輻射熱による熱量が得られないことがないように90mm以下としている。
前述のドレンパン40は、図8に示すコーナードレンパン50の両端部に連結され、そのコーナードレンパン50を対角状に配置させて四辺形状になっている。これは、前述したように、室外側熱交換器13、14がそれぞれコーナー部131、141を有するL字状に形成されているからである。コーナードレンパン50の両端部は、各ドレンパン40の一端に載置されて連結されている。
このコーナードレンパン50は、ドレンパン40と同様に、左右にコーナー側壁部51a、51bが設けられ、更にドレンパン40の排水路42と連通するコーナー排水路52およびドレンパン40の傾斜部43、44と同じ形状のコーナー傾斜部53、54を有している。もう一方のドレンパン40の他端には、前述したように、排水路42からの水を排水する配水管60が設けられている。なお、コーナー排水路52の幅は、排水路42と同様に、バイパス回路18の温度と外気温度とから得られる放熱量を基に決定されている。
コーナードレンパン50には、それぞれ室外側熱交換器13、14のコーナー部131、141が載置される。つまり、室外側熱交換器13、14のコーナー部131、141の下端部のフィン角部がコーナードレンパン50のコーナー傾斜部53、54上に載置される。この場合、室外側熱交換器13、14とコーナードレンパン50との接触面積は極力少なくなっており、しかもコーナードレンパン50のコーナー傾斜部53、54により、除霜水が滞留することなく、フィン間の隙間からコーナー排水路52に流れ込む。なお、前述の室外側熱交換器13、14は、室外機10のフレーム等に取り付けられて支持されている。また、コーナードレンパン50は、図8に示すように、脚部66によって支持されている。
以上のように構成されたドレンパン40とコーナードレンパン50とを用いることにより、デフロスト運転時の除霜水、雨水等を室外側熱交換器13、14の下部周辺に滞留させることなく排出することができる。これによって、室外側熱交換器13、14の排水性が向上し、室外側熱交換器13、14の伝熱管の凍結に起因する折損、その折損によるガス冷媒の漏れを防止できる。また、氷結によって正面パネルが開けられずメンテナンスが行えないということがなくなり、サービス性を確保することができる。
1 室外機、11 圧縮機、12 流路切替装置、13、14 室外側熱交換器、13a、14a 伝熱管、15 アキュムレータ、16、17 冷媒管、18 バイパス回路、18a 第1バイパス管、18b 第2バイパス管、18c 第3バイパス管、18d
第4バイパス管、19 弁開閉装置、20 室内機、21 室内側熱交換器、22 絞り装置、30 冷媒配管、40 ドレンパン、41a、41b 側壁部、42 排水路、43、44 傾斜部、45 角部、46 脚部、50 コーナードレンパン、51a、51b コーナー側壁部、52 コーナー排水路、53、54 コーナー傾斜部、66 脚部。

Claims (4)

  1. 暖房運転時に凝縮器として機能し、デフロスト運転時には蒸発器として機能する室内側熱交換器を有する室内機と、
    冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、暖房運転時に蒸発器として機能し、デフロスト運転時には凝縮器として機能する室外側熱交換器および暖房運転あるいはデフロスト運転に応じて、前記室内側熱交換器あるいは前記室外側熱交換器の何れかに前記圧縮機からの冷媒が流れるように切り替える流路切替装置を有する室外機と
    を備え、
    前記室外機には、
    前記室外側熱交換器の最下段に配置された伝熱管と接続され、前記圧縮機からの冷媒を供給するバイパス回路と、前記室外側熱交換器の下方に隙間を隔てて配置されたドレンパンとが設けられ、
    前記ドレンパンは、
    前記室外側熱交換器のフィンの積層方向に長く形成され、長手方向の一端から他端に向かうに連れ下方へ傾斜する排水路、当該排水路を挟む左右の側壁部および前記側壁部から前記排水路に向かうに連れ下方へ傾斜する傾斜部により形成されている空気調和装置。
  2. 前記ドレンパンは、当該ドレンパンの側壁部の上端が前記伝熱管よりも低い位置で、かつ前記側壁部が前記室外側熱交換器の両側面の下端部を隙間を隔てて挟むように配置されている請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記室外側熱交換器は、コーナー部を有するL字状に形成され、
    前記室外側熱交換器のコーナー部が載置されるコーナードレンパンが設けられ、
    前記コーナードレンパンの両端部は、前記ドレンパンが連結され、前記ドレンパンの排水路と連通するコーナー排水路および当該ドレンパンの傾斜部と同じ形状のコーナー傾斜部を有している請求項1又は2に記載の空気調和装置。
  4. 前記排水路と前記コーナー排水路の幅は、前記パイパス回路の温度と外気温度とから得られる放熱量を基に決定される請求項1〜3の何れか1項に記載の空気調和装置。
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