WO2022157979A1

WO2022157979A1 - 室外機、空気調和機および室外機の設計方法

Info

Publication number: WO2022157979A1
Application number: PCT/JP2021/002459
Authority: WO
Inventors: 正典佐藤
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2022-07-28
Also published as: JPWO2022157979A1; EP4283219A1; EP4283219A4

Abstract

室外機（１００）は、筐体と、筐体に収容された熱交換器（３）とを備えている。熱交換器（３）は、冷媒を流すための伝熱管を有している。冷媒は、Ｒ２９０である。伝熱管は、冷媒としてＲ３２が用いられた場合に対して、７０％以上１００％未満の管内容積を有している。

Description

室外機、空気調和機および室外機の設計方法

　本開示は、室外機、空気調和機および室外機の設計方法に関するものである。

　空気調和機では、一般的に冷媒としてＲ３２が使用されている。欧州での冷媒規制などから空気調和機の冷凍サイクルに使用される冷媒にＲ３２よりも地球温暖化係数（ＧＷＰ：Global Warming Potential）の低い冷媒を用いることが求められている。Ｒ３２よりもＧＷＰの低い冷媒としてＲ２９０（プロパン）がある。Ｒ２９０は、Ｒ３２に比べて、蒸発潜熱が大きいため、空気調和機の理論的な成績係数（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）である理論成績係数が高い。そのため、Ｒ２９０はＲ３２に代わる候補冷媒として有望である。

　例えば、特開２００１－２２７８２２号公報（特許文献１）には、冷媒としてＲ２９０を用いた空気調和機が記載されている。

特開２００１－２２７８２２号公報

　一方、Ｒ２９０は、Ｒ３２に対して、圧力が低いため、冷媒の圧力損失が大きい。そのため、空気調和機にＲ２９０が用いられると、同じ熱交換器の管内容積を備えた空気調和機にＲ３２が用いられた場合に対して、成績係数が低下する。冷媒の圧力損失が大きいことによる成績係数の低下を避けるための方法には、熱交換器の配管径の拡大または熱交換器のパス数（経路数）の増加が考えられる。しかしながら、これらの方法では、熱交換器の配管径の拡大または熱交換器のパス数（経路数）の増加により熱交換器のコストが増加する。

　また、Ｒ２９０は、Ｒ３２に対して液冷媒の熱伝導率が低い。したがって、Ｒ２９０はＲ３２に対して過冷却液部分の熱伝導率が小さいため、Ｒ２９０はＲ３２よりも過冷却度が小さくなりやすい。そのため、空気調和機にＲ２９０が用いられると、同じ熱交換器の管内容積を備えた空気調和機にＲ３２が用いられた場合に対して、蒸発器のエンタルピー差が小さくなるため、成績係数が低下する。過冷却度を大きくする方法には、冷媒量の増加、もしくは、熱交換器の配管径の縮小または熱交換器のパス数の減少が考えられる。しかしながら、Ｒ２９０の最大冷媒充填量は国際規格で規定されているため、冷媒量の増加は困難である。また、Ｒ２９０はＲ３２に対して圧力が低いため、熱交換器の配管径の縮小またはパス数の減少により、冷媒流速の増加による冷媒圧力損失の増加の割合が大きい。したがって、凝縮温度が大幅に増加するため、成績係数は向上しない。

　本開示は上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｒ２９０を用いながら熱交換器のコストを抑えつつ空気調和機の成績係数を向上させることができる室外機、空気調和機および室外機の設計方法を提供することである。

　本開示の室外機は、筐体と、筐体に収容された室外熱交換器とを備えている。室外熱交換器は、冷媒を流すための伝熱管を有している。冷媒は、Ｒ２９０である。伝熱管は、冷媒としてＲ３２が用いられた場合に対して、７０％以上１００％未満の管内容積を有している。

　本開示の室外機によれば、冷媒はＲ２９０である。伝熱管は冷媒としてＲ３２が用いられた場合に対して、７０％以上１００％未満の管内容積を有している。したがって、Ｒ２９０を用いながら熱交換器のコストを抑えつつ空気調和機の成績係数を向上させることができる。

実施の形態１に係る空気調和機の冷媒回路図である。実施の形態１に係る室外機の構成を概略的に示す斜視図である。実施の形態１に係る室外機の周壁部の送風室を構成する部分、ファングリルおよび天板部が取り外された状態を概略的に示す斜視図である。実施の形態１に係る室外機の室外熱交換器の構成を概略的に示す模式図である。実施の形態１に係る室外機の室外熱交換器の管内容積に対する空気調和機の成績係数（ＣＯＰ）の変化を示すグラフである。実施の形態１に係る室外機の室外熱交換器の管内容積に対する過冷却度（ＳＣ）の変化を示すグラフである。実施の形態１に係る室外機の室外熱交換器の管内容積に対する冷媒循環量（Ｇｒ）の変化を示すグラフである。実施の形態１に係る室外機の室外熱交換器の管内容積に対する圧縮機周波数の変化を示すグラフである。実施の形態１に係る室外機の室外熱交換器の管内容積に対する圧縮機の吐出圧力の変化を示すグラフである。実施の形態１に係る室外機の室外熱交換器の管内容積に対する圧縮機入力（Ｇｒ×Δｈｃｏｍｐ）の変化を示すグラフである。実施の形態１に係る室外機の筐体の高さに対する室内熱交換器の高さを模式的に示す正面図である。実施の形態１に係る室外機の設計方法のフローチャートである。実施の形態２に係る室外機の筐体の横方向長さに対する室外熱交換器の積幅を模式的に示す上面図である。実施の形態２に係る室外機の筐体の奥行方向の長さに対する室外熱交換器のＬ曲げ部分の長さを模式的に示す上面図である。実施の形態３に係る室外機の筐体の高さに対する室内熱交換器の高さを模式的に示す正面図である。実施の形態３に係る室外機の筐体の奥行方向の長さに対する室外熱交換器のＬ曲げ部分の長さを模式的に示す上面図である。実施の形態３に係る室外機の変形例の筐体の高さに対する室内熱交換器の高さを模式的に示す正面図である。実施の形態３に係る室外機の変形例の筐体の奥行方向の長さに対する室外熱交換器のＬ曲げ部分の長さを模式的に示す上面図である。

　以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。なお、図中において、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

　実施の形態１．
　図１を参照して、実施の形態１に係る空気調和機１０００の構成について説明する。

　図１に示されるように、空気調和機１０００は、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、減圧弁４と、室内熱交換器５と、室外送風機６と、室内送風機７と、制御装置８とを備えている。空気調和機１０００は、室外機１００と、室外機１００に接続された室内機２００とを備えている。

　なお、本実施の形態では空気調和機１０００は四方弁２を備えているが、空気調和機１０００は四方弁２を備えていない冷房専用の空気調和機であってもよい。

　冷媒回路１０は、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、減圧弁４および室内熱交換器５を含んでいる。圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、減圧弁４および室内熱交換器５は、配管２０によって接続されている。冷媒回路１０は、冷媒を循環させるように構成されている。冷媒は、Ｒ２９０（プロパン）である。

　圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、減圧弁４、室外送風機６および制御装置８は、室外機１００に収容されている。室内熱交換器５および室内送風機７は、室内機２００に収容されている。室外機１００と室内機２００とは、ガス管３０１と液管３０２とにより接続されている。配管２０の一部がガス管３０１および液管３０２を構成している。

　冷媒回路１０は、冷房運転時には、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、減圧弁４、室内熱交換器５、四方弁２の順に冷媒が循環するように構成されている。また、冷媒回路１０は、暖房運転時には、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器５、減圧弁４、室外熱交換器３、四方弁２の順に冷媒が循環するように構成されている。

　圧縮機１は、冷媒を圧縮するように構成されている。圧縮機１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出するように構成されている。圧縮機１は、容量可変に構成されていてもよい。圧縮機１は、制御装置８からの指示に基づいて圧縮機１の回転数が調整されることにより容量が変化するように構成されていてもよい。

　四方弁２は、圧縮機１により圧縮された冷媒を室外熱交換器３または室内熱交換器５に流すように冷媒の流れを切替えるように構成されている。四方弁２は、第１ポートＰ１～第４ポートＰ４を有している。第１ポートＰ１は、圧縮機１の吐出側に接続されている。第２ポートＰ２は圧縮機１の吸入側に接続されている。第３ポートＰ３は、室外熱交換器３に接続されている。第４ポートＰ４は、室内熱交換器５に接続されている。四方弁２は、冷房運転時には圧縮機１から吐出された冷媒を室外熱交換器３に流すように構成されている。冷房運転時には、四方弁２において第１ポートＰ１に第３ポートＰ３が接続されているとともに第２ポートＰ２に第４ポートＰ４が接続されている。また、四方弁２は、暖房運転時には圧縮機１から吐出された冷媒を室内熱交換器５に流すように構成されている。暖房運転時には、四方弁２において第１ポートＰ１に第４ポートＰ４が接続されているとともに第２ポートＰ２に第３ポートＰ３が接続されている。

　室外熱交換器３は、室外熱交換器３の内部を流れる冷媒と室外熱交換器３の外部を流れる空気との間で熱交換を行うように構成されている。室外熱交換器３は、冷房運転時には冷媒を凝縮させる凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒を蒸発させる蒸発器として機能するように構成されている。室外熱交換器３は、複数のフィンと、複数のフィンを貫通する伝熱管とを有するフィンアンドチューブ式熱交換器である。

　減圧弁４は、凝縮器で凝縮された冷媒を膨張させることにより減圧させるように構成されている。減圧弁４は、冷房運転時には室外熱交換器３により凝縮された冷媒を減圧させ、暖房運転時には室内熱交換器５により凝縮された冷媒を減圧させるように構成されている。減圧弁４は、たとえば、電磁膨張弁である。

　室内熱交換器５は、室内熱交換器５の内部を流れる冷媒と室内熱交換器５の外部を流れる空気との間で熱交換を行うように構成されている。室内熱交換器５は、冷房運転時には冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、暖房運転時には冷媒を凝縮させる凝縮器として機能するように構成されている。室内熱交換器５は、複数のフィンと、複数のフィンを貫通する伝熱管とを有するフィンアンドチューブ式熱交換器である。

　室外送風機６は、室外熱交換器３に室外の空気を送風するように構成されている。つまり、室外送風機６は、室外熱交換器３に対して空気を供給するように構成されている。

　室内送風機７は、室内熱交換器５に室内の空気を送風するように構成されている。つまり、室内送風機７は、室内熱交換器５に対して空気を供給するように構成されている。

　制御装置８は、演算、指示等を行って空気調和機１０００の各機器等を制御するように構成されている。制御装置８は、圧縮機１、四方弁２、減圧弁４、室外送風機６、室内送風機７などに電気的に接続されており、これらの動作を制御するように構成されている。

　続いて、実施の形態１に係る空気調和機１０００の動作について説明する。図１中破線矢印は冷房運転時における冷媒の流れを示している。図１中実線矢印は暖房運転時における冷媒の流れを示している。

　空気調和機１０００は、冷房運転と暖房運転とを選択的に行うことが可能である。冷房運転時には、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、減圧弁４、室内熱交換器５、四方弁２の順に冷媒が冷媒回路１０を循環する。冷房運転時には室外熱交換器３は、凝縮器として機能する。室外熱交換器３を流れる冷媒と室外送風機６によって送風される空気との間で熱交換が行われる。冷房運転時には室内熱交換器５は、蒸発器として機能する。室内熱交換器５を流れる冷媒と室内送風機７によって送風される空気との間で熱交換が行われる。

　暖房運転には、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器５、減圧弁４、室外熱交換器３、四方弁２の順に冷媒が冷媒回路１０を循環する。暖房運転時には室内熱交換器５は、凝縮器として機能する。室内熱交換器５を流れる冷媒と室内送風機７によって送風される空気との間で熱交換が行われる。暖房運転時には室外熱交換器３は、蒸発器として機能する。室外熱交換器３を流れる冷媒と室外送風機６によって送風される空気との間で熱交換が行われる。

　次に、図２および図３を参照して、実施の形態１に係る室外機１００の構成について詳しく説明する。

　図２および図３に示されるように、室外機１００は、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、減圧弁４と、室外送風機６と、制御装置８と、筐体１０１とを有している。筐体１０１に、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、減圧弁４、室外送風機６および制御装置８が収容されている。筐体１０１は、底部１０２と、周壁部１０３と、ファングリル１０４と、天板部１０５と、セパレーター１０６とを有している。底部１０２の上に周壁部１０３が配置されている。周壁部１０３の正面に図示しない吹出口が設けられている。ファングリル１０４は吹出口を覆うように構成されている。周壁部１０３の上に天板部１０５が配置されている。セパレーター１０６は、室外機１００の機械室１０７と送風室１０８とを分けるように構成されている。機械室１０７に圧縮機１、四方弁２、減圧弁４、制御装置８が設置されている。送風室１０８に室外熱交換器３、室外送風機６が設置されている。

　続いて、図３および図４を参照して、実施の形態１に係る室外機１００の室外熱交換器３の構成について詳しく説明する。実施の形態１に係る室外熱交換器３は、１列であってもよく、２列であってもよい。図３では、説明の便宜のため、室外熱交換器３は２列で図示されている。図４は、室外熱交換器３の構成を概略的に示す模式図である。図４では、説明の便宜のため、室外熱交換器３は１列で図示されている。

　図３および図４に示されるように、室外熱交換器３は、冷媒を流すための伝熱管ＨＰと、複数のフィンＦＰとを有している。複数のフィンＦＰは、互いに積層されている。伝熱管ＨＰは、複数のフィンＦＰを貫通するように構成されている。伝熱管ＨＰは、蛇行するように構成されている。

　次に、冷媒としてＲ３２が用いられた場合と対比して、実施の形態１に係る室外機１００の成績係数について詳しく説明する。

　冷媒としてＲ３２が用いられた空気調和機では、空気調和機の性能（成績係数）を高めるために、室外機の筐体サイズに対し、室外熱交換器および室外送風機は設置可能範囲の最大サイズで設置される。つまり、図３に示される筐体のＺ方向およびＸ方向において、筐体に収まる範囲で室外熱交換器は最大限大きくされる。この理由は、熱交換器伝熱面積を増やして伝熱性能を高めるためと、熱交換器の前面面積を大きくして熱交換器の空気側圧力損失を低減させることによって室外送風機の入力を低下させるためである。室外送風機も同様に、筐体に収まる範囲で最大限大きな羽径にされる。この理由は、羽径が大きくなると、同等回転数で出せる風量が増加するので、空気調和機の性能（成績係数）が高まるためである。

　このように、冷媒としてＲ３２が用いられた空気調和機では、室外機の筐体サイズに対し、室外熱交換器および室外送風機は設置可能範囲の最大サイズで設置される。しかしながら、このような室外機において冷媒をＲ３２からＲ２９０へ変更すると、最適な成績係数とはならない。

　Ｒ２９０が用いられた空気調和機の成績係数の最適点は、Ｒ３２が用いられた場合に比べて変化する理由を説明する。Ｒ２９０の熱物性上の特徴として、Ｒ２９０は、Ｒ３２に対して液冷媒の熱伝導率が低い。具体的には、凝縮温度４０℃、過冷却度（ＳＣ）５ｄｅｇ（℃）としたときの液冷媒の熱伝導率は、Ｒ３２では０．１１８８Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対して、Ｒ２９０では０．０８９３Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ｒ２９０ではＲ３２に対して２５％低い。したがって、Ｒ２９０はＲ３２に対して過冷却液部分の熱伝導率が小さいため、Ｒ２９０はＲ３２よりも過冷却度（ＳＣ）が小さくなりやすい。そのため、Ｒ２９０が用いられた場合に、現行室外熱交換器の管内容積（１００％）では、蒸発器のエンタルピー差が小さくなるので、成績係数は最適点とはならない。つまり、空気調和機にＲ２９０が用いられると、同じ熱交換器の管内容積を備えた空気調和機にＲ３２が用いられた場合に対して、蒸発器のエンタルピー差が小さくなるため、成績係数が低下する。

　過冷却度（ＳＣ）を大きく方法には、次の方法が考えられる。第１の方法は、単純にＲ２９０の冷媒量を増やすことである。第２の方法は、室外熱交換器の配管径を細くする、または、パス数（経路数）を少なくすることである。しかしながら、上記の方法には次の問題がある。第１の方法に関しては、Ｒ２９０の最大冷媒充填量は国際規格で規定されているため、冷媒量を増やすことは困難である。第２の方法に関しては、Ｒ２９０はＲ３２に対して圧力が低いため、冷媒流速が増加することにより、冷媒圧力損失が増加する割合が大きい。したがって、凝縮温度が大幅に増加するため、成績係数（性能）は向上しない。

　本実施の形態は、上記以外の方法で過冷却度（ＳＣ）を大きくすることによって成績係数（性能）の向上を図る。本実施の形態は、具体的には、室外熱交換器の管内容積の削減により過冷却度（ＳＣ）を大きくすることによって成績係数（性能）の向上を図る。

　図５～図１０は、室外熱交換器の管内容積に対する空気調和機の成績係数（ＣＯＰ）等の変化を示したグラフである。図５～図１０は、シミュレーションの結果を示している。室外熱交換器はフィンアンドチューブ式熱交換器のため、管内容積が減少した分、フィンも減少するように計算されている。また、管内容積が減少した際も能力は同等として計算されている。冷媒はＲ２９０である。Ｒ２９０はＲ３２に対して飽和ガス密度および飽和液密度がそれぞれ約５０％程度であるため、Ｒ２９０の冷媒量はＲ３２の冷媒量の５０％である。

　シミュレーションは、以下の条件にて室外熱交換器３の段数を３２段から２段ずつ削減し、成績係数（ＣＯＰ）等の変化を計算したものである。つまり、室外熱交換器３の３２段が室外熱交換器の管内容積１００％に対応し、３０段が９４％、２８段が８８％、２６段が８１％、２４段が７５％、２２段が６９％、２０段が６３％に対応する。

　冷房定格条件（室外乾球温度３５℃、室外湿球温度２４℃、室内乾球温度２７℃、室内湿球温度１９℃）が適用されている。冷房能力は２．５ｋＷである。Ｒ２９０の冷媒量は０．３３ｋｇである。空気調和機の可燃性冷媒の最大冷媒充填量は、国際規格であるIEC60335-2-40で規定されている。ガス管径は１２．７ｍｍである。液管径は６．３５ｍｍである。ガス管の長さは５ｍである。液管の長さは５ｍである。室外風量は３５．７ｍ^３／ｍｉｎである。室内風量は１３．２ｍ^３／ｍｉｎである。

　室外熱交換器の仕様は次の通りである。室外熱交換器は、フィンアンドチューブ式熱交換器である。伝熱管の外径は５ｍｍである。伝熱管の肉厚は０．２１ｍｍである。列数は２列である。段数は３２段である。積幅は８４７ｍｍである。フィンピッチ（ＦＰ）は１．５ｍｍである。段ピッチ（ＤＰ）は２１ｍｍである。列ピッチ（ＬＰ）は２２ｍｍである。フィンの厚みは０．１１ｍｍである。パス数は、８－２パスである。つまり、冷房時の入口が８パスで出口が２パスである。

　室内熱交換器の仕様は次の通りである。室内熱交換器は、フィンアンドチューブ式熱交換器である。伝熱管の外径は５ｍｍである。伝熱管の肉厚は０．２１ｍｍである。列数は２列である。段数は３０段である。積幅は７８９ｍｍである。フィンピッチ（ＦＰ）は１．２ｍｍである。段ピッチ（ＤＰ）は１５．３ｍｍである。列ピッチ（ＬＰ）は８．６７ｍｍである。フィンの厚みは０・０９５ｍｍである。パス数は、２－４パスである。つまり、冷房時の入口が２パスで出口が４パスである。

　図５に示されるように、Ｒ２９０では、現行室外熱交換器容積（室外熱交換器管内容積１００％）の８５％において、成績係数（ＣＯＰ）が最適となり、成績係数（ＣＯＰ）が１０２．３％となる。現行室外熱交換器容積（室外熱交換器管内容積１００％）での成績係数（ＣＯＰ１００％）以上となる室外熱交換器管内容積は、７０％以上１００％未満である。本実施の形態では、伝熱管は、冷媒としてＲ３２が用いられた場合に対して、７０％以上１００％未満の管内容積を有している。

　図６に示されるように、室外熱交換器の管内容積が減少することにより、過冷却度（ＳＣ）が増加する。つまり、冷媒量は固定であるため、室外熱交換器の管内容積が減少することにより、冷媒平均密度が増加するため、過冷却度（ＳＣ）が増加する。過冷却度（ＳＣ）が増加するため、図７および図８に示されるように、蒸発器のエンタルピー差が増加することにより、圧縮機周波数を減少させることができるため、冷媒循環量（Ｇｒ）が減少する。それにより、図５、図９および図１０に示されるように、圧縮機入力（Ｗ＝Ｇｒ×Δｈｃｏｍｐ）が減少し、成績係数（ＣＯＰ）が向上する。一方、さらに室外熱交換器の管内容積を減少させていくこと、過冷却度（ＳＣ）は増加するが、それよりも圧縮機の吐出圧力が増加し、圧縮機エンタルピー差Δｈｃｏｍｐが増加する方が増える。そのため、圧縮機入力（Ｗ＝Ｇｒ×Δｈｃｏｍｐ）が増加し、成績係数（ＣＯＰ）が低下する。

　図１１は、室外機１００の筐体１０１の高さＺＬ１に対する室外熱交換器３の高さＺＬ２を示している。現行機における室外熱交換器３の高さは、室外機１００の筐体１０１の高さの８９％以上９５％以下と前述の通り最大限大きくされている。具体的には、例えばルームエアコンの室外機１００の筐体１０１の高さＺＬ１は５３０ｍｍであるのに対し、室外熱交換器３の高さＺＬ２は４７２ｍｍ以上５０４ｍｍ以下である。

　図５に示されるように、現行室外熱交換器容積（１００％）でのＣＯＰ（１００％）以上となる本実施の形態に係る室外熱交換器の管内容積は７０％以上１００％未満である。このため、図１１に示されるように、室外熱交換器３の段方向（Ｚ方向）高さＺＬ２が室外機１００の筐体１０１の高さＺＬ１の６２％以上９５％未満（＝（８９％～９５％）×（７０％～１００％））であれば、室外熱交換器３のコストを抑えつつＲ２９０を用いた空気調和機の成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。本実施の形態では、室外熱交換器３の高さＺＬ２は、筐体１０１の高さＺＬ１の６２％以上９５％未満である。

　また、図５に示されるように、空気調和機の成績係数（ＣＯＰ）が最適となる１０２．３％から１％低減までのより好ましい範囲となる室外熱交換器の管内容積は７５％以上９５％以下である。したがって、図１１に示されるように、室外熱交換器３の段方向（Ｚ方向）の高さＺＬ２が室外機１００の筐体１０１の高さＺＬ１の６７％以上９０％以下（＝（８９％～９５％）×（７５％～９５％））であれば、室外熱交換器３のコストを抑えつつＲ２９０を用いた空気調和機の成績係数（ＣＯＰ）をさらに向上させることができる。

　続いて、図５、図１１、図１２を参照して、実施の形態１に係る室外機の設計方法について説明する。

　実施の形態１に係る室外機の設計方法は、第１の工程Ｓ１と、第２の工程Ｓ２とを備えている。第１の工程Ｓ１では、Ｒ３２が用いられた場合の室外熱交換器の管内容積が設定される。つまり、Ｒ３２が用いられた場合の現行室外熱交換容積（１００％）が設定される。第２の工程Ｓ２では、Ｒ３２が用いられた場合の成績係数を超えるようにＲ２９０が用いられる室外熱交換器の管内容積が削減されることにより、Ｒ２９０が用いられる室外熱交換器の管内容積が設定される。つまり、現行室外熱交換容積（１００％）でのＲ３２が用いられた場合の成績係数（１００％）を超えるように、Ｒ２９０が用いられる室外熱交換器の管内容積が削減されることにより、Ｒ２９０が用いられる室外熱交換器の管内容積が設定される。

　次に、実施の形態１の作用効果について説明する。
　実施の形態１に係る室外機１００によれば、冷媒はＲ２９０である。伝熱管は冷媒としてＲ３２が用いられた場合に対して、７０％以上１００％未満の管内容積を有している。冷媒としてＲ３２が用いられた場合の成績係数以上となる室外熱交換器３の管内容積は、冷媒としてＲ３２が用いられた場合の管内面積の７０％以上１００％未満である。したがって、Ｒ２９０を用いながら熱交換器のコストを抑えつつ空気調和機１０００の成績係数を向上させることができる。

　実施の形態１に係る室外機１００によれば、室外熱交換器３の高さＺＬ２は筐体１０１の高さＺＬ１の６２％以上９５％未満である。したがって、室外熱交換器３のコストを抑えつつＲ２９０を用いた空気調和機１０００の成績係数を向上させることができる。

　実施の形態１に係る室外機１００によれば、伝熱管ＨＰは、複数のフィンＦＰを貫通するように構成されている。したがって、室外熱交換器３としてフィンアンドチューブ式熱交換器を用いることができる。

　実施の形態１に係る空気調和機１０００によれば、上記の室外機１００と、室外機１００に接続された室内機２００とを備えている。したがって、Ｒ２９０を用いながら熱交換器のコストを抑えつつ空気調和機１０００の成績係数を向上させることができる。

　実施の形態１に係る室外機１００の設計方法によれば、Ｒ３２が用いられた場合の成績係数を超えるようにＲ２９０が用いられる室外熱交換器の管内容積が削減されることにより、Ｒ２９０が用いられる室外熱交換器の管内容積が設定される。したがって、Ｒ２９０を用いながら熱交換器のコストを抑えつつ空気調和機１０００の成績係数を向上させることができる。

　実施の形態２．
　実施の形態２に係る空気調和機１０００は、特に説明しない限り、実施の形態１に係る空気調和機１０００と同一の構成、動作および作用効果を有している。

　実施の形態１では、室外熱交換器の段方向（Ｚ方向）のサイズを削減したが、室外熱交換器の積幅方向（Ｘ方向）のサイズが削減されても同様の効果が得られる。

　図１３は、室外機１００の筐体１０１の横方向長さＸＬ１に対する室外熱交換器３の積幅ＸＬ２を示している。現行機における室外熱交換器３の積幅ＸＬ２は、室外機１００の筐体１０１の横方向長さＸＬ１の８０％以上８５％以下と前述の通り最大限大きくされている。室外熱交換器３の積幅ＸＬ２は、室外熱交換器３のための分配器、接続配管等のため、Ｚ方向に比べて小さい。具体的には、例えばルームエアコンの室外機１００の筐体１０１の横方向長さＸＬ１は６９９ｍｍであるのに対し、室外熱交換器３の積幅は５６０ｍｍ以上５９３ｍｍ以下である。

　図５に示されるように、現行室外熱交換器容積（１００％）でのＣＯＰ（１００％）以上となる本実施の形態に係る室外熱交換器の管内容積は７０％以上１００％未満である。このため、図１３に示されるように、室外熱交換器３の積幅ＸＬ２が室外機１００の筐体１０１の方向の横方向長さＸＬ１の５６％以上８５％未満（＝（８０％～８５％）×（７０％～１００％））であれば、室外熱交換器３のコストを抑えつつＲ２９０を用いた空気調和機の成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。本実施の形態では、室外熱交換器３の積幅ＸＬ２は、筐体１０１の横方向長さＸＬ１の５６％以上８５％未満である。

　また、図５に示されるように、空気調和機の成績係数（ＣＯＰ）が最適となる１０２．３％から１％低減までのより好ましい範囲となる室外熱交換器の管内容積は７５％以上９５％以下である。したがって、図１３に示されるように、室外熱交換器３の積幅ＸＬ２が室外機１００の筐体１０１の横方向長さＸＬ１の６０％以上８１％未満（＝（８０％～８５％）×（７５％～９５％））であれば、室外熱交換器３のコストを抑えつつＲ２９０を用いた空気調和機の成績係数（ＣＯＰ）をさらに向上させることができる。

　図１４は、室外機１００の筐体１０１の奥行き方向（Ｙ方向）の長さＹＬ１に対する室外熱交換器３のＬ曲げ部分の長さＹＬ２を示している。室外熱交換器３のＬ曲げ部分の長さＹＬ２は、筐体１０１の奥行き方向（Ｙ方向）の長さＹＬ１に対して６０％以上６６％未満である。Ｌ曲げ部分ではない室外熱交換器３の奥行方向（Ｙ方向）の長さがあるため、Ｌ曲げ部分の長さＹＬ２は小さい値となっている。具体的には、例えばルームエアコンの室外機１００の筐体１０１の奥行き方向（Ｙ方向）の長さＹＬ１は２４９ｍｍであるのに対し、室外熱交換器３のＬ曲げ部分の長さＹＬ２は１５０ｍｍ以上１６４ｍｍ以下である。

　したがって、Ｌ曲げされている室外熱交換器３の合計の長さ（Ｘ方向＋Ｙ方向）は、７１０ｍｍ以上７５７ｍｍ以下である。図５に示されるように、現行室外熱交換器容積（１００％）でのＣＯＰ（１００％）以上となる本実施の形態に係る室外熱交換器の管内容積は７０％以上１００％未満である。このため、Ｒ２９０が用いられた場合、室外熱交換器３の長さは４９７ｍｍ以上７５７ｍｍである。室外熱交換器３の長さは、４９７ｍｍ以上５９３ｍｍ以下であれば、現行室外熱交換器積幅以下となるため、室外熱交換器３のＬ曲げ部分をなくすことができる。室外熱交換器３のＬ曲げ部分がネックで、室外送風機６の羽径もしくはベルマウス径が大きくできない場合は、室外熱交換器３のＬ曲げ部分をなくすことで、室外送風機の羽径およびベルマウス径を拡大できる。これにより、空力性能も向上することができるため、さらなる性能向上が可能である。

　次に、実施の形態２の作用効果について説明する。
　実施の形態２に係る室外機１００によれば、室外熱交換器３の積幅ＸＬ２は、筐体１０１の横方向長さＸＬ１の５６％以上８５％未満である。したがって、室外熱交換器３のコストを抑えつつＲ２９０を用いた空気調和機１０００の成績係数を向上させることができる。

　実施の形態３．
　実施の形態３に係る空気調和機１０００は、特に説明しない限り、実施の形態１に係る空気調和機１０００と同一の構成、動作および作用効果を有している。

　実施の形態３では、実施の形態１および実施の形態２と異なり室外熱交換器３のＺ方向もしくはＸ方向ではなく、Ｙ方向（列数）の長さが削減されている。本実施の形態では、室外熱交換器３は２列以上を有している。

　Ｙ方向に室外熱交換器３が２列の場合、１列はＸ方向、Ｚ方向で現行熱交換器と同等（１００％）サイズにし、もう１列のみが削減される。この理由は、２列とも均等に削減すると室外熱交換器３の前面面積が減少するため、室外送風機６の入力が増加するからである。削減される１列は、現行熱交換器の４０％以上１００％未満のサイズとすればよい。現行熱交換器の１列の管内容積を１００％とすると、２列の管内容積は２００％である。現行熱交換器の管内容積（管内容積１００％）での成績係数（ＣＯＰ１００％）以上となる本実施の形態に係る室外熱交換器の管内容積は、現行熱交換器の管内容積の７０％以上１００％未満である。そのため、現行熱交換器の管内容積（管内容積１００％）での成績係数（ＣＯＰ１００％）以上となる本実施の形態に係る熱交換器の２列の管内容積は、現行熱交換器の２列の管内容積の１４０％以上２００％未満（＝２００％×（７０％～１００％））である。室外熱交換器３の前面面積を減らさないため、後面側の１列のみで管内容積が削減されると、削減される１列での管内容積は、現行熱交換器の管内容積の４０％以上１００％未満（＝（１４０％～２００％）－１００％）である。より好ましい範囲（最適ＣＯＰから１％低減まで）では、本実施の形態に係る室外熱交換器の管内容積は、現行熱交換器の管内容積の７５％以上９５％以下である。そのため、より好ましい範囲（最適ＣＯＰから１％低減まで）となる本実施の形態に係る熱交換器の２列の管内容積は現行熱交換器の２列の管内容積の１５０％以上１９０％以下（＝２００％×（７５％～９５％））である。室外熱交換器３の前面面積を減らさないため、後面側の１列のみで管内容積が削減されると、削減される１列での管内容積は、現行熱交換器の管内容積の５０％以上９０％以下（＝（１５０％～１９０％）－１００％）である。したがって、削減される１列の管内容積は、現行熱交換器の５０％以上９０％以下のサイズとなる。削減する１列は、風上側（室外送風機６から離れた方）にするとよい。この理由は、凝縮器入口側となる風下側の熱交換器を現行熱交換器の１００％サイズとすることで、多パス部分のパスの取り回しがしやすくなり、また、削減される熱交換器を風上側とすることで、過冷却度が取りやすくなるためである。

　また、室外熱交換器３がＬ曲げされている場合は、風上側の熱交換器がＬ曲げされていない直線にし、風下側をＬ曲げすることで、風上側の室外熱交換器の容積を削減することができる。それでいて、前面面積を削減することがないため、空力性能もよくなる。

　図１５および図１６を参照して、実施の形態３に係る室外熱交換器３は、第１列３１および第２列３２を有している。第１列３１の高さは、筐体１０１の高さの８９％以上９５％以下である。上述の通り、削減される１列での管内容積は、現行熱交換器の管内容積の４０％以上１００％未満である。そのため、第２列３２の高さは、筐体１０１の高さの３６％以上９５％以下（＝（８９％～９５％）×（４０％～１００％））である。より好ましい範囲（最適ＣＯＰから１％低減まで）では、削減される１列の管内容積は、現行熱交換器の管内容積の５０％以上９０％以下である。したがって、第２列３２の高さは、筐体１０１の高さの４５％以上８６％以下（＝（８９％～９５％）×（５０％～９０％））である。第１列３１の積幅は、筐体１０１の横方向長さの８０％以上８５％以下である。上述の通り、削減される１列での管内容積は、現行熱交換器の管内容積の４０％以上１００％未満である。そのため、第２列３２の積幅は、筐体１０１の横方向の長さの３２％以上８５％以下（＝（８０％～８５％）×（４０％～１００％））である。より好ましい範囲（最適ＣＯＰから１％低減まで）では、削減される１列の管内容積は、現行熱交換器の管内容積の５０％以上９０％以下である。したがって、第２列３２の積幅は、筐体１０１の横方向長さの４０％以上７７％以下（＝（８０％～８５％）×（５０％～９０％））である。

　室外送風機６が発生させる風の流れＦにおいて、第２列３２は、第１列３１よりも風上側に配置されている。

　第１列３１はＬ字状に曲げられており、第２列３２は直線状に構成されている。
　Ｙ方向に室外熱交換器が３列の場合も同様に、１列のみが削減される。削減される１列は、現行熱交換器の１０％以上１００％未満のサイズとすればよい。現行熱交換器の１列の管内容積を１００％とすると、３列の管内容積は３００％である。現行熱交換器の管内容積（管内容積１００％）での成績係数（ＣＯＰ１００％）以上となる本実施の形態に係る室外熱交換器の管内容積は、現行熱交換器の管内容積の７０％以上１００％未満である。そのため、現行熱交換器の管内容積（管内容積１００％）での成績係数（ＣＯＰ１００％）以上となる本実施の形態に係る熱交換器の３列の管内容積は、現行熱交換器の３列の管内容積の２１０％以上３００％未満（＝３００％×（７０％～１００％））である。室外熱交換器３の前面面積を減らさないため、後面側の１列のみで管内容積が削減されると、削減される１列での管内容積は、現行熱交換器の管内容積の１０％以上１００％未満（＝（２１０％～３００％）－２００％）である。より好ましい範囲（最適ＣＯＰから１％低減まで）では、本実施の形態に係る室外熱交換器の管内容積は、現行熱交換器の管内容積の７５％以上９５％以下である。そのため、より好ましい範囲（最適ＣＯＰから１％低減まで）となる本実施の形態に係る熱交換器の３列の管内容積は現行熱交換器の３列の管内容積の２２５％以上２８５％以下（＝３００％×（７５％～９５％））である。室外熱交換器３の前面面積を減らさないため、後面側の１列のみで管内容積が削減されると、削減される１列での管内容積は、現行熱交換器の管内容積の２５％以上８５％以下（＝（２２５％～２８５％）－２００％）である。したがって、削減される１列の管内容積は、現行熱交換器の２５％以上８５％以下のサイズとなる。

　図１７および図１８を参照して、実施の形態３に係る室外熱交換器３の変形例は、第１列３１、第２列３２および第３列３３を有している。第１列３１および第２列３２の高さは、筐体１０１の高さの８９％以上９５％以下である。上述の通り、削減される１列での管内容積は、現行熱交換器の管内容積の１０％以上１００％未満である。そのため、第３列３３の高さは、筐体１０１の高さの９％以上９５％以下である（＝（８９％～９５％）×（１０％～１００％））。より好ましい範囲（最適ＣＯＰから１％低減まで）では、削減される１列の管内容積は、現行熱交換器の管内容積の２５％以上８５％以下である。したがって、第３列３３の高さは、筐体１０１の高さの２２％以上８１％以下（＝（８９％～９５％）×（２５％～８５％））である。第１列３１および第２列３２の積幅は、筐体１０１の横方向長さの８０％以上８５％以下である。上述の通り、削減される１列での管内容積は、現行熱交換器の管内容積の１０％以上１００％未満である。そのため、第３列３３の積幅は、筐体１０１の横方向長さの８％以上８５％以下である（＝（８０％～８５％）×（１０％～１００％））。より好ましい範囲（最適ＣＯＰから１％低減まで）では、削減される１列の管内容積は、現行熱交換器の管内容積の２５％以上８５％以下である。したがって、第３列３３の積幅は、筐体１０１の横方向長さの２０％以上７２％以下（＝（８０％～８５％）×（２５％～８５％））である。

　室外送風機６が発生させる風の流れＦにおいて、第３列３３は、第１列３１および第２列３２よりも風上側に配置されている。

　第１列３１および第２列３２はＬ字状に曲げられており、第３列３３は直線状に構成されている。

　次に、実施の形態３の作用効果について説明する。
　実施の形態３に係る室外機１００によれば、筐体１０１の高さの８９％以上９５％以下である。第２列３２の高さは、筐体１０１の高さの４５％以上８６％以下である。したがって、室外熱交換器３のコストを抑えつつＲ２９０を用いた空気調和機１０００の成績係数を向上させることができる。

　実施の形態３に係る室外機１００によれば、第１列３１の積幅は、筐体１０１の横方向長さの８０％以上８５％以下である。第２列３２の積幅は、筐体の横方向長さの４０％以上７７％以下である。したがって、室外熱交換器３のコストを抑えつつＲ２９０を用いた空気調和機１０００の成績係数を向上させることができる。

　実施の形態３に係る室外機１００によれば、室外送風機６が発生させる風の流れにおいて、第２列３２は、第１列３１よりも風上側に配置されている。これにより、凝縮器入口側となる風下側の熱交換器を現行熱交換器の１００％サイズとすることで、多パス部分のパスの取り回しがしやすくなり、また、削減される熱交換器を風上側とすることで、過冷却度が取りやすくなるためである。

　実施の形態３に係る室外機１００によれば、第１列３１はＬ字状に曲げられており、第２列３２は直線状に構成されている。このため、風下側をＬ曲げすることで、風上側の室外熱交換器の容積を削減することができる。それでいて、前面面積を削減することがないため、空力性能もよくなる。

　実施の形態３に係る室外機１００の変形例によれば、第１列３１および第２列３２の高さは、筐体１０１の高さの８９％以上９５％以下である。第３列３３の高さは、筐体１０１の高さの２２％以上８１％以下である。したがって、室外熱交換器３のコストを抑えつつＲ２９０を用いた空気調和機１０００の成績係数を向上させることができる。

　実施の形態３に係る室外機１００の変形例によれば、第１列３１および第２列３２の積幅は、筐体１０１の横方向長さの８０％以上８５％以下である。第３列３３の積幅は、筐体１０１の横方向長さの２０％以上７２％以下である。したがって、室外熱交換器３のコストを抑えつつＲ２９０を用いた空気調和機１０００の成績係数を向上させることができる。

　実施の形態３に係る室外機１００の変形例によれば、室外送風機６が発生させる風の流れにおいて、第３列３３は、第１列３１および第２列３２よりも風上側に配置されている。これにより、凝縮器入口側となる風下側の熱交換器を現行熱交換器の１００％サイズとすることで、多パス部分のパスの取り回しがしやすくなり、また、削減される熱交換器を風上側とすることで、過冷却度が取りやすくなるためである。

　実施の形態３に係る室外機１００の変形例によれば、第１列３１および第２列３２はＬ字状に曲げられており、第３列３３は直線状に構成されている。このため、風下側をＬ曲げすることで、風上側の室外熱交換器の容積を削減することができる。それでいて、前面面積を削減することがないため、空力性能もよくなる。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　圧縮機、２　四方弁、３　室外熱交換器、４　減圧弁、５　室内熱交換器、６　室外送風機、７　室内送風機、８　制御装置、１０　冷媒回路、３１　第１列、３２　第２列、３３　第３列、１００　室外機、１０１　筐体、２００　室内機、１０００　空気調和機、ＦＰ　フィン、ＨＰ　伝熱管。

Claims

　筐体と、
　前記筐体に収容された室外熱交換器とを備え、
　前記室外熱交換器は、冷媒を流すための伝熱管を有しており、
　前記冷媒は、Ｒ２９０であり、
　前記伝熱管は、前記冷媒としてＲ３２が用いられた場合に対して、７０％以上１００％未満の管内容積を有している、室外機。
　前記室外熱交換器の高さは、前記筐体の高さの６２％以上９５％未満である、請求項１に記載の室外機。
　前記室外熱交換器の積幅は、前記筐体の横方向長さの５６％以上８５％未満である、請求項１に記載の室外機。
　前記室外熱交換器は、第１列および第２列を有しており、
　前記第１列の高さは、前記筐体の高さの８９％以上９５％以下であり、
　前記第２列の高さは、前記筐体の高さの４５％以上８６％以下である、請求項１に記載の室外機。
　前記室外熱交換器は、第１列および第２列を有しており、
　前記第１列の積幅は、前記筐体の横方向長さの８０％以上８５％以下であり、
　前記第２列の積幅は、前記筐体の横方向長さの４０％以上７７％以下である、請求項１に記載の室外機。
　室外送風機をさらに備え、
　前記室外送風機が発生させる風の流れにおいて、前記第２列は、前記第１列よりも風上側に配置されている、請求項４または５に記載の室外機。
　前記第１列はＬ字状に曲げられており、
　前記第２列は直線状に構成されている、請求項６に記載の室外機。
　前記室外熱交換器は、第１列、第２列および第３列を有しており、
　前記第１列および前記第２列の高さは、前記筐体の高さの８９％以上９５％以下であり、
　前記第３列の高さは、前記筐体の高さの２２％以上８１％以下である、請求項１に記載の室外機。
　前記室外熱交換器は、第１列、第２列および第３列を有しており、
　前記第１列および前記第２列の積幅は、前記筐体の横方向長さの８０％以上８５％以下であり、
　前記第３列の積幅は、前記筐体の横方向長さの２０％以上７２％以下である、請求項１に記載の室外機。
　室外送風機をさらに備え、
　前記室外送風機が発生させる風の流れにおいて、前記第３列は、前記第１列および前記第２列よりも風上側に配置されている、請求項８または９に記載の室外機。
　前記第１列および前記第２列はＬ字状に曲げられており、
　前記第３列は直線状に構成されている、請求項１０に記載の室外機。
　前記室外熱交換器は、互いに積層された複数のフィンをさらに有しており、
　前記伝熱管は、前記複数のフィンを貫通するように構成されている、請求項１～１１のいずれか１項に記載の室外機。
　請求項１～１２のいずれか１項に記載の室外機と、
　前記室外機に接続された室内機とを備えている、空気調和機。
　Ｒ３２が用いられた場合の室外熱交換器の管内容積が設定される工程と、
　前記Ｒ３２が用いられた場合の成績係数を超えるようにＲ２９０が用いられる前記室外熱交換器の前記管内容積が削減されることにより、前記Ｒ２９０が用いられる前記室外熱交換器の前記管内容積が設定される工程とを備えた室外機の設計方法。