JP2010190541A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】膨張弁の上流側および下流側に複数の冷媒パスが形成されている室内熱交換器を備えた空気調和装置において、複数の冷媒パス間での偏流を抑制した空気調和装置を提供する。
【解決手段】空気調和装置１では、第１室内熱交換部３１の第１パス６１ａ、第２パス６１ｂ、第３パス６１ｃおよび第４パス６１ｄを通過した冷媒が第２ヘッダー５２で１つに合流した後、第１膨張弁３３ａ及び第２膨張弁３３ｂに分流する。パス間で生じた冷媒の偏流は、各パスの冷媒が第２ヘッダー５２合流することによって解消される。その結果、第２ヘッダー５２の上流側の偏流が、第２ヘッダー５２の下流側にある第１膨張弁３３ａ及び第２膨張弁３３ｂに継承されることがない。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和装置に関する

従来、室内を冷やさずに除湿することができる空気調和装置として、膨張弁の上流側および下流側に複数の冷媒パスが形成されている室内熱交換器を備えた空気調和装置が、特許文献１（特開２００１−８２７６１号公報）及び特許文献２（特開２００３−２５４５５５号公報）に開示されている。しかし、そのような空気調和装置は、膨張弁での圧力損失が大きいという問題点を有していた。

そこで、上記膨張弁での圧力損失を低減するため、特許文献３（特開２００５−２７３９２３号公報）に開示されている空気調和装置では、上流側の冷媒パスごとに対応する膨張弁が配置されている。

しかしながら、特許文献３に開示されている空気調和装置では、膨張弁の上流側で流量の多い冷媒パスと流量の少ない冷媒パスとが発生した場合（以後、偏流と呼ぶ）、冷媒が膨張弁を通過した後もその偏流が維持されるので、室内熱交換器の熱交換性能が低下する。

さらに、近年、冷媒パスを構成する伝熱管の細径化が進み、それに伴う圧力損失の増加を抑制するために冷媒パスが増加する傾向にあり、偏流が発生し易くなる。

本発明の課題は、膨張弁の上流側および下流側に複数の冷媒パスが形成されている室内熱交換器を備えた空気調和装置において、複数の冷媒パス間での偏流を抑制した空気調和装置を提供することにある。

第１発明に係る空気調和装置は、除湿運転時、減圧機構によって、凝縮器として機能する第１熱交換部と蒸発器として機能する第２熱交換部とに分割される室内熱交換器を備えた空気調和装置である。減圧機構は複数の膨張弁を有している。第１熱交換部および第２熱交換部それぞれは、冷媒が分岐して流れる複数のパスを有している。除湿運転時に、第１熱交換部側の複数のパスを出た冷媒が１つに合流した後、複数の膨張弁へ分流する。

この空気調和装置では、上流側の複数のパスを通過した冷媒が１つに合流した後、各膨張弁に分流する。上流側の複数のパス間で生じた冷媒の偏流は、各パスの冷媒が合流することによって解消される。合流した冷媒は各膨張弁に分流する。したがって、パス間での冷媒の偏流が下流側へ継承されないので、室内熱交換器全体としての偏流が抑制され、室内熱交換器の熱交換性能の低下が抑制される。

第２発明に係る空気調和装置は、第１発明に係る空気調和装置であって、１つの膨張弁の上流側および下流側それぞれに、複数のパスがある。

従来の空気調和装置では、冷媒が膨張弁の上流側の複数のパス間で偏流し、偏流によって量が減った冷媒が膨張弁の下流側の複数のパス間でも偏流するので、冷媒がほとんど流れないパスが出現することがある。しかし、この空気調和装置では、上流側の複数のパス間で生じた冷媒の偏流は、各パスの冷媒が合流することによって解消されているので、仮に膨張弁を通過した冷媒が下流側の複数のパス間で偏流した場合でも、その程度は従来の空気調和装置に比べて小さい。

第３発明に係る空気調和装置は、第２発明に係る空気調和装置であって、複数の膨張弁を通過した冷媒が、一旦合流してから第２熱交換部側の複数のパスへ分流する。

この空気調和装置では、膨張弁間で生じた冷媒の偏流が、膨張弁通過後に冷媒が合流することによって解消されるので、その合流点の下流側の複数のパス間で偏流した場合でも、その程度は従来の空気調和装置に比べて小さい。

第４発明に係る空気調和装置は、第１発明から第３発明のいずれか１つに係る空気調和装置であって、ヘッダーをさらに備えている。ヘッダーは、冷媒が流れる複数のパスを集合させ、合流した冷媒を所定流通口へ導く、或は、所定流通口から流入する冷媒を、集合させた複数のパスへ分流させる。

この空気調和装置では、パス数が多くても配管の接続が容易であり、設置位置が安定するので配管接続後の仕上がりが良く、結果的に設置空間の増大が抑制される。

第１発明に係る空気調和装置では、パス間での冷媒の偏流が抑制され、室内熱交換器の熱交換性能の低下が抑制される。

第２発明または第３発明に係る空気調和装置では、冷媒が複数のパス間で偏流した場合でも、その程度は従来の空気調和装置に比べて小さい。

第４発明に係る空気調和装置では、パス数が多くても配管の接続が容易であり、設置位置が安定するので配管接続後の仕上がりが良く、結果的に設置空間の増大が抑制される。

本発明の一実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路図。 空気調和装置の室内熱交換器に形成されたパスの説明図。 第１ヘッダーの斜視図。 第１変形例に係る空気調和装置の室内熱交換器に形成されたパスの説明図。 第２変形例に係る空気調和装置の室内熱交換器に形成されたパスの説明図。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜空気調和装置１の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路図である。図１において、空気調和装置１は、室外ユニット２と室内ユニット３とを備えている。なお、室内ユニット３は複数台であってもよい。

この空気調和装置１は、冷媒が充填された冷媒回路１０を備えている。冷媒回路１０は、室外ユニット２に収容された室外側回路と、室内ユニット３に収容された室内側回路とを備えている。室外側回路と室内側回路とは、ガス側連絡配管１７ａ及び液側連絡配管１７ｂによって接続されている。

＜室外ユニット２＞
室外ユニット２における室外側回路には、圧縮機１１、四路切換弁１２、室外熱交換器１３、及び室外膨張弁１４が接続されている。室外側回路の一端には、液側連絡配管１７ｂが接続される液側閉鎖弁１９が設けられている。室外側回路の他端には、ガス側連絡配管１７ａが接続されるガス側閉鎖弁１８が設けられている。

圧縮機１１の吐出側は、四路切換弁１２の第１ポートＰ１に接続されている。圧縮機１１の吸入側は、アキュムレータ２０を挟んで四路切換弁１２の第３ポートＰ３に接続されている。アキュムレータ２０は、液冷媒とガス冷媒とを分離する。

室外熱交換器１３は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。この室外熱交換器１３の近傍には、室外空気を送るための室外ファン２３が設けられている。室外熱交換器１３の一端側は、四路切換弁１２の第４ポートＰ４に接続されている。室外熱交換器１３の他端側は、減圧手段である室外膨張弁１４に接続されている。

室外膨張弁１４は、開度可変の電子膨張弁であり、液側閉鎖弁１９に接続されている。また、四路切換弁１２の第２ポートＰ２はガス側閉鎖弁１８に接続されている。

四路切換弁１２は、第１ポートＰ１と第４ポートＰ４が互いに連通して第２ポートＰ２と第３ポートＰ３が互いに連通する第１状態（図１の実線で示す状態）と、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２が互いに連通して第３ポートＰ３と第４ポートＰ４が互いに連通する第２状態（図１の点線で示す状態）とが切り換え可能となっている。

＜室内ユニット３＞
室内側回路には、室内熱交換器３０が接続されている。室内熱交換器３０はクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、第１室内熱交換部３１、第２室内熱交換部３２及び減圧機構３３を含んでいる。第１室内熱交換部３１及び第２室内熱交換部３２の近傍には、室内空気を送るための室内ファン４３が配置されている。

減圧機構３３は、第１膨張弁３３ａと第２膨張弁３３ｂとを有している。第１膨張弁３３ａ及び第２膨張弁３３ｂ共に、第１室内熱交換部３１と第２室内熱交換部３２との間に接続されている。

第２室内熱交換部３２は、下側熱交換部３２ａと上側熱交換部３２ｂに分かれている。第１膨張弁３３ａは下側熱交換部３２ａに接続されており、第２膨張弁３３ｂは上側熱交換部３２ｂに接続されている。したがって、第１室内熱交換部３１から出た冷媒は、第１膨張弁３３ａを経て下側熱交換部３２ａに入る冷媒と、第２膨張弁３３ｂを経て上側熱交換部３２ｂに入る冷媒とに分かれる。

図２は、空気調和装置の室内熱交換器に形成されたパスの説明図である。図２において、除湿運転時、冷媒は第１室内熱交換部３１から第１膨張弁３３ａおよび第２膨張弁３３ｂへ流れる。第１室内熱交換部３１へ向う冷媒は、第１ヘッダー５１に入ったあと、第１室内熱交換部３１に形成されている４つのパスに分かれて流れる。これら４つのパスは、それぞれ第１パス６１ａ、第２パス６１ｂ、第３パス６１ｃ及び第４パス６１ｄである。

第１パス６１ａ、第２パス６１ｂ、第３パス６１ｃ及び第４パス６１ｄは、第１室内熱交換部３１の下流側で第２ヘッダー５２に集合しており、各パスを流れる冷媒は第２ヘッダー５２で合流する。第２ヘッダー５２から出た冷媒は、第１分流器７１を経て第１膨張弁３３ａに向う冷媒と第２膨張弁３３ｂに向う冷媒とに分かれる。

第１膨張弁３３ａを通過した冷媒は、下側第１ヘッダー５３に入ったあと、第２室内熱交換部３２の下側熱交換部３２ａに形成されている４つのパスに分かれて流れる。これら４つのパスは、下側第１パス６３ａ、下側第２パス６３ｂ、下側第３パス６３ｃ及び下側第４パス６３ｄである。

下側第１パス６３ａ、下側第２パス６３ｂ、下側第３パス６３ｃ及び下側第４パス６３ｄは、下側熱交換部３２ａの下流側で下側第２ヘッダー５４に集合しており、各パスを流れる冷媒は下側第２ヘッダー５４で合流する。

第２膨張弁３３ｂを通過した冷媒は、上側第１ヘッダー５５に入ったあと、第２室内熱交換部３２の上側熱交換部３２ｂに形成されている４つのパスに分かれて流れる。これら４つのパスは、上側第１パス６５ａ、上側第２パス６５ｂ、上側第３パス６５ｃ及び上側第４パス６５ｄである。

上側第１パス６５ａ、上側第２パス６５ｂ、上側第３パス６５ｃ及び上側第４パス６５ｄは、上側熱交換部３２ｂの下流側で上側第２ヘッダー５６に集合しており、各パスを流れる冷媒は上側第２ヘッダー５６で合流する。

下側第２ヘッダー５４及び上側第２ヘッダー５６から出た冷媒は、第２分流器７２を経て合流する。

参考として、図３に第１ヘッダーの斜視図を示す。図３において、第１ヘッダー５１は
四角柱形状の本体に、第１接続口５１ａ、第２接続口５１ｂ、第３接続口５１ｃ及び第４接続口５１ｄが形成されており、各接続口にパスが（例えば、第１パス６１ａ、第２パス６１ｂ、第３パス６１ｃ及び第４パス６１ｄ）が接続される。さらに、第１ヘッダー５１には、流通口５１ｅが形成されており、各接続口から流入し合流した冷媒が通る。又、流通口５１ｅから流入した冷媒が各接続口へ分かれて流出することもできる。なお、第１ヘッダー５１は円柱形状であってもよい。接続口および流通口は何個でもよい。

第２ヘッダー５２、下側第１ヘッダー５３、下側第２ヘッダー５４、上側第１ヘッダー５５及び上側第２ヘッダー５６は、基本仕様は第１ヘッダー５１と同様である。このようなヘッダーを用いることにより、パス数が多くても配管の接続が容易で設置位置が安定するので、配管接続後の仕上がりが良く、結果的に設置空間の増大が抑制される。

＜空気調和装置１の動作＞
空気調和装置１では、四路切換弁１２によって、冷房運転および暖房運転のいずれか一方に切り換えることが可能である。

（冷房運転）
冷房運転では、四路切換弁１２が第１状態（図１の実線）に設定され、室内ユニット３の第１膨張弁３３ａ及び第２膨張弁３３ｂは全開状態に設定される。この状態で圧縮機１１が運転されると、冷媒回路１０では室外熱交換器１３が凝縮器となり、室内熱交換器３０の第１室内熱交換部３１及び第２室内熱交換部３２が蒸発器となって、蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。

圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒は、室外熱交換器１３で室外空気と熱交換して凝縮する。室外熱交換器１３を通過した冷媒は、室外膨張弁１４を通過する際に減圧され、その後に第１室内熱交換部３１及び第２室内熱交換部３２で空気と熱交換して蒸発する。その熱交換によって温度低下した空気は室内に吹きだされて室内を冷却する。第１室内熱交換部３１及び第２室内熱交換部３２を通過した冷媒は、圧縮機１１へ吸入されて圧縮される。

（暖房運転）
暖房運転では、四路切換弁１２が第２状態（図１の点線）に設定され、室内ユニット３の第１膨張弁３３ａ及び第２膨張弁３３ｂは全開状態に設定される。この状態で圧縮機１１が運転されると、冷媒回路１０では、室外熱交換器１３が蒸発器となり、第１室内熱交換部３１及び第２室内熱交換部３２が凝縮器となって、蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。

圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒は、第１室内熱交換部３１及び第２室内熱交換部３２で空気と熱交換して凝縮する。その熱交換によって温度上昇した空気は室内に吹きだされて室内を暖める。凝縮した冷媒は、室外膨張弁１４を通過する際に減圧された後、室外熱交換器１３で室外空気と熱交換して蒸発する。室外熱交換器１３を通過した冷媒は、圧縮機１１へ吸入されて圧縮される。

（除湿運転）
除湿運転では、四路切換弁１２が第１状態（図１の実線）に設定され、室外膨張弁１４が全開状態に設定され、室内ユニット３の第１膨張弁３３ａ及び第２膨張弁３３ｂが所定の開度まで絞られる。この状態で圧縮機１１が運転されると、冷媒回路１０では室外熱交換器１３と第１室内熱交換部３１とが凝縮器となり、第２室内熱交換部３２が蒸発器となって、蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。

圧縮機１１から吐出された高圧の冷媒は、室外熱交換器１３で室外空気と熱交換して凝縮し、室外熱交換器１３で凝縮しきれなかった冷媒が第１室内熱交換部３１で凝縮する。図２に示すように、第１室内熱交換部３１では、冷媒は第１パス６１ａ、第２パス６１ｂ、第３パス６１ｃ及び第４パス６１ｄに分かれて流れるので圧力損失が少ない。また、パス間に偏流が発生した場合でも、各パスを流れる冷媒が第１室内熱交換部３１の下流側の第２ヘッダー５２で合流するので、その偏流が維持されることはない。第２ヘッダー５２から出た冷媒は、第１分流器７１を経て第１膨張弁３３ａに向う冷媒と第２膨張弁３３ｂに向う冷媒とに分かれる。

第１膨張弁３３ａに入った冷媒は、そこで所定の圧力まで減圧されて下側第１ヘッダー５３に入る。下側第１ヘッダー５３から出た冷媒は第２室内熱交換部３２の下側熱交換部３２ａで空気と熱交換して蒸発する。下側熱交換部３２ａでは、冷媒は下側第１パス６３ａ、下側第２パス６３ｂ、下側第３パス６３ｃ及び下側第４パス６３ｄに分かれて流れるので圧力損失が少ない。また、下側第１パス６３ａ、下側第２パス６３ｂ、下側第３パス６３ｃ及び下側第４パス６３ｄの各パスを流れる冷媒は上流側の偏流を継承していないので、パス間に偏流が発生した場合でもその偏流の程度は小さい。

第２膨張弁３３ｂに入った冷媒は、そこで所定の圧力まで減圧されて上側第１ヘッダー５５に入る。上側第１ヘッダー５５から出た冷媒は第２室内熱交換部３２の上側熱交換部３２ｂで空気と熱交換して蒸発する。上側熱交換部３２ｂでは、冷媒は上側第１パス６５ａ、上側第２パス６５ｂ、上側第３パス６５ｃ及び上側第４パス６５ｄに分かれて流れるので圧力損失が少ない。また、上側第１パス６５ａ、上側第２パス６５ｂ、上側第３パス６５ｃ及び上側第４パス６５ｄの各パスを流れる冷媒は上流側の偏流を継承していないので、パス間に偏流が発生した場合でもその偏流の程度は小さい。

下側熱交換部３２ａ及び上側熱交換部３２ｂを通過した冷媒は、第２分流器７２で合流し、圧縮機１１へ吸入されて圧縮される。

この除湿運転では、第１室内熱交換部３１で温度上昇した空気と、第２室内熱交換部３２で除湿され温度低下した空気とが混合されるので、通常の冷房運転による除湿に比べて、室内温度の低下が抑制される。

＜特徴＞
空気調和装置１では、第１室内熱交換部３１の第１パス６１ａ、第２パス６１ｂ、第３パス６１ｃおよび第４パス６１ｄを通過した冷媒が第２ヘッダー５２で１つに合流した後、第１膨張弁３３ａ及び第２膨張弁３３ｂに分流する。パス間で生じた冷媒の偏流は、各パスの冷媒が第２ヘッダー５２合流することによって解消される。その結果、第２ヘッダー５２の上流側の偏流が、第２ヘッダー５２の下流側にある第１膨張弁３３ａ及び第２膨張弁３３ｂに継承されることがない。

仮に、第１膨張弁３３ａと第２膨張弁３３ｂとの間で偏流が生じても、第１パス６１ａ、第２パス６１ｂ、第３パス６１ｃおよび第４パス６１ｄ間の偏流を継承していないので、偏流の程度は小さい。

＜第１変形例＞
図４は、第１変形例に係る空気調和装置の室内熱交換器に形成されたパスの説明図である。図４において、第１パス６１ａ、第２パス６１ｂ、第３パス６１ｃ及び第４パス６１ｄを流れる冷媒は第２ヘッダー５２に入って合流した後、第２ヘッダー５２から２つに分かれ、一方は第１膨張弁３３ａに向い、他方は第２膨張弁３３ｂに向う。

第１変形例では、第２ヘッダー５２が第１膨張弁３３ａへ向う冷媒と、第２膨張弁３３ｂへ向う冷媒とに分けているので、図２に示すような第１分流器７１が不要となり、その分、圧力損失も低減される。

第１膨張弁３３ａ及び第２膨張弁３３ｂ以降の冷媒の流れは上記実施形態と同様であるので説明は省略する。

＜第２変形例＞
図５は、第２変形例に係る空気調和装置の室内熱交換器に形成されたパスの説明図である。図５において、第１膨張弁３３ａと第２膨張弁３３ｂとの間で生じた偏流が解消されるように、第１膨張弁３３ａ及び第２膨張弁３３ｂを通過した冷媒は、小型ヘッダー１５０で合流し、再び２つに分かれて下側熱交換部３２ａ及び上側熱交換部３２ｂへ向う。

その結果、冷媒が下側熱交換部３２ａの下側第１パス６３ａ、下側第２パス６３ｂ、下側第３パス６３ｃ及び下側第４パス６３ｄに分かれて流れるときに、第１膨張弁３３ａと第２膨張弁３３ｂとの間で生じた偏流が継承されないので、パス間に偏流が発生した場合でもその偏流の程度は小さい。

同様に、冷媒が上側熱交換部３２ｂの上側第１パス６５ａ、上側第２パス６５ｂ、上側第３パス６５ｃ及び上側第４パス６５ｄに分かれて流れるときに、第１膨張弁３３ａと第２膨張弁３３ｂとの間で生じた偏流が継承されていないので、パス間に偏流が発生した場合でもその偏流の程度は小さい。

以上のように、本発明によれば、複数のパス間での偏流が抑制されるので、膨張弁の上流側および下流側に複数のパスが形成されている室内熱交換器に有用である。

１ 空気調和装置
３０ 室内熱交換器
３１ 第１熱交換部
３２ 第２熱交換部
３２ａ 下側熱交換部
３２ｂ 上側熱交換部
３３ 減圧機構
３３ａ 第１膨張弁
３３ｂ 第２膨張弁
５１ 第１ヘッダー
５２ 第２ヘッダー
５３ 下側第１ヘッダー
５４ 下側第２ヘッダー
５５ 上側第１ヘッダー
５６ 上側第２ヘッダー
６１ａ 第１パス
６１ｂ 第２パス
６１ｃ 第３パス
６１ｄ 第４パス
６３ａ 下側第１パス
６３ｂ 下側第２パス
６３ｃ 下側第３パス
６３ｄ 下側第４パス
６５ａ 上側第１パス
６５ｂ 上側第２パス
６５ｃ 上側第３パス
６５ｄ 上側第４パス

特開２００１− ８２７６１号公報 特開２００３−２５４５５５号公報 特開２００５−２７３９２３号公報

Claims (4)

1. 除湿運転時、減圧機構（３３）によって、凝縮器として機能する第１熱交換部（３１）と蒸発器として機能する第２熱交換部（３２）とに分割される室内熱交換器（３０）を備えた空気調和装置であって、
   前記減圧機構（３３）は複数の膨張弁（３３ａ，３３ｂ）を有し、
   前記第１熱交換部（３１）および前記第２熱交換部（３２）それぞれは、冷媒が分岐して流れる複数のパス（６１ａ〜６１ｄ，６３ａ〜６３ｄ，６５ａ〜６５ｄ）を有し、
   前記除湿運転時に、前記第１熱交換部（３１）側の複数の前記パスを出た前記冷媒が１つに合流した後、複数の前記膨張弁（３３ａ，３３ｂ）へ分流する、
   空気調和装置（１）。
2. １つの前記膨張弁（３３ａ，３３ｂ）の上流側および下流側それぞれに、複数の前記パスがある、
   請求項１に記載の空気調和装置（１）。
3. 複数の前記膨張弁（３３ａ，３３ｂ）を通過した前記冷媒は、一旦合流してから前記第２熱交換部（３２）側の複数の前記パスへ分流する、
   請求項２に記載の空気調和装置（１）。
4. 前記冷媒が流れる複数の前記パスを集合させ、合流した前記冷媒を所定流通口へ導く、或は、前記所定流通口から流入する前記冷媒を、集合させた複数の前記パスへ分流させるヘッダー（５１〜５６）をさらに備えた、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の空気調和装置（１）。

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