JP2017223405A - 室外機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接続配管を簡素化し、低コストおよび小型化を図った室外機および冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機３と、圧縮機３で圧縮された冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器４と、凝縮器４を通過した液冷媒を過冷却する過冷却器６と、過冷却器６に第２配管Ｂにより接続される受液器５と、を備え、受液器５は、第２配管Ｂが接続される受液器出口部５ｄを有し、凝縮器４および過冷却器６は、一体構造で熱交換器９を構成し、受液器出口部５ｄは、熱交換器９の全高の半分よりも高い位置に設けられており、過冷却器６は凝縮器４の上側に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、凝縮器および過冷却器からなる熱交換器を備える室外機および冷凍サイクル装置に関する。

冷媒の蒸発、凝縮等を利用して空気調和を行う冷媒回路を備えた冷凍装置システムが従来から知られている。このような冷凍装置システムでは、例えば室外機（コンデンシングユニット）および室内機（冷却器ユニット）を備え、室外機と室内機とを配管で接続して冷媒回路を構成する、いわゆるセパレート型で構成されているものが多い。室外機は、例えば圧縮機、凝縮器の他に、冷媒液を貯めるための受液器、冷媒液を冷却する過冷却器、等を内蔵し、各々配管を順次接続してサイクルを構成している。また、凝縮器および過冷却器と周囲雰囲気との熱交換を促進させるため室外送風機が備えられている。

室外機における冷媒の挙動は以下のとおりである。圧縮機で高温高圧に圧縮された冷媒ガスは、凝縮器に入り周囲雰囲気との熱交換で中温中圧の冷媒ガスと冷媒液の混相状態となる。その凝縮した冷媒の気液を分離して冷媒液を貯留する受液器を介して冷媒液部のみを凝縮器の過冷却器に循環させる。この過冷却器で冷媒をより冷却(過冷却)することで、室外機の放熱能力を向上させている。

以上、室外機の凝縮器で冷凍サイクルにおける放熱行程をたどった冷媒は、室内機の蒸発器に送られ、冷凍サイクルにおける吸熱工程をたどり、室内側を目的の温度に冷却する。

そして、室外機に搭載される受液器をはじめとした圧力容器は、例えば円筒ボディの上下に蓋(キャップ)を溶接したもので構成され、室外機には円筒ボディの軸が鉛直になるように取付けられる。このとき、配管の取出し口は原価低減の観点から概ね上蓋に集約されている。その結果、室外機に搭載される圧力容器は上向き配管取出しとなり、必然的に配管接続口は全高の半分より高い位置に設けられることが多い。

また、過冷却器は、性能向上を目的に備えられ、例えば特許文献１記載の冷凍装置システムでは、過冷却器と凝縮器で一体に構成された熱交換器において、過冷却器を凝縮器の平均風速よりも遅い風速の空気が流れる領域に位置させ、かつ凝縮器の下部に過冷却器を位置させている。

特開２０１２−１４９８４５号公報

ところで、過冷却器と接続するサイクル部品の一つとして受液器がある。受液器は、冷媒液を貯留するため、容量が大きい方がよく、おのずと全高が高くなる。前述のとおり、受液器のような圧力容器は全高の半分より高い位置に配管接続口を設けられるため、配管接続口は熱交換器の上部付近となる。特許文献１に開示された過冷却器と凝縮器で一体に構成された熱交換器のように、過冷却器を凝縮器の下部に位置させると、凝縮器の凝縮部出口から一度立上げ、受液器入口に接続、受液器出口から立下げ、過冷却器に接続することとなる。この結果、接続配管により凝縮器、過冷却器、受液器の配管接続口高さ水準を調整するため、配管長が長くなる。これにより接続配管をはじめとした冷媒回路が複雑化することで、材料費、組立費、また装置サイズ増大による製品質量の増加、圧力損失の増大による性能低下が生ずることとなる。

そこで、本発明の目的は、接続配管を簡素化し、低コストおよび小型化を図った室外機および冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る室外機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器を通過した液冷媒を過冷却する過冷却器と、前記過冷却器に接続配管により接続される冷凍サイクル部品と、を備え、前記冷凍サイクル部品は、前記接続配管が接続される配管接続部を有し、前記凝縮器および前記過冷却器は、一体構造で熱交換器を構成し、前記配管接続部は、前記熱交換器の全高の半分よりも高い位置に設けられており、前記過冷却器は前記凝縮器の上側に配置されている。

また、本発明の一形態に係る冷凍サイクル装置は、上記室外機と、冷媒を減圧する膨張弁と、冷媒と被冷却媒体との間で熱交換を行う蒸発器とを有し、前記室外機に配管を介して接続される室内機と、を備える。

本発明によれば、接続配管を簡素化し、低コストおよび小型化を図った室外機および冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る室外機内部を概念的に示した図である。 本発明の第２実施形態に係る室外機内部を概念的に図である。 本発明の第２実施形態における熱交換器を通る風速分布を示した図である。 本発明の第３実施形態に係る室外機内部を概念的に図である。

以下、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置２０について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

まず、本発明の第１実施形態に係る冷凍サイクル装置２０について、図１、２を用いて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る冷凍サイクル装置２０の構成を示す図である。

図１に示すように、本実施形態における冷凍サイクル装置２０はセパレート型の冷凍装置であり、例えば屋外に設置した室外機（室外ユニット）１と室内空間(空調対象空間)に設置した室内機（室内ユニット）２との間を配管で接続している。これにより、冷媒回路を構成する。

具体的には、室外機１は、圧縮機３と、凝縮器４と、受液器５と、過冷却器６を備え、室内機２は、膨張弁７と、蒸発器８と、を備えており、これらの間で冷媒が循環するように冷媒配管で環状に接続された冷凍サイクルが構成されている。凝縮器４と過冷却器６は一体構造で熱交換器９を構成している。また、室外機１は、外気を室外機１に取り込んで熱交換器９を流れる冷媒と熱交換させるための室外送風機１０を更に備える。室内機２は、室内空間空気（被冷却媒体）を室内機２に取り込んで蒸発器８を流れる冷媒と熱交換させるとともに、蒸発器８で冷却された室内空間空気（被冷却媒体）を室内に循環させるための室内送風機１１を更に備える。

次に、冷凍サイクルを循環する冷媒の流れに沿って、冷凍サイクル装置２０の各構成を説明する。

圧縮機３は、室内機２（蒸発器８）からの中温低圧の冷媒ガスを圧縮し、高温高圧の冷媒ガスを凝縮器４へ吐出する。

凝縮器４は、空気−冷媒熱交換器として、圧縮機３からの高温高圧の冷媒ガスを空気（外気）と熱交換させることにより、冷媒を冷却して凝縮させ、冷媒液（厳密には冷媒液と冷媒ガスの混相状態）を受液器５へと流入する。

受液器５は、凝縮器４で冷媒液と冷媒ガスとなった混相を気液分離し、冷媒液のみを過冷却器６に循環させる。本実施形態では、受液器５が冷凍サイクル部品に相当する。

過冷却器６において、冷媒液はさらに冷却されて過冷却が付いた状態で室内機２へ送られる。

室内機２においては、膨張弁７は、室外機１から循環された冷媒を減圧（断熱膨張）して、低温低圧冷媒とし、当該冷媒は、蒸発器８に流入した後、室内側の室内空間空気（被冷却媒体）と熱交換されることにより、室内空間空気（被冷却媒体）を冷却するとともに、冷媒を蒸発させる。蒸発器８からの冷媒は、室外機１に戻され、圧縮機３へと流入する。

このように、圧縮機３を運転して冷媒が冷凍サイクルを循環することにより、冷凍サイクル装置２０は室内側の室内空間空気（被冷却媒体）を冷却する。

図２は、第１の実施形態における室外機１内部の凝縮器４、受液器５、過冷却器６、および室外送風機１０の配置を概念的に示す図である。図中の実線の矢印は風の流れを示しており、回転軸が地面と水平になるように取り付けられた室外送風機１０を運転させることで、凝縮器４と過冷却器６で構成された熱交換器９に直交して空気の流れが発生する。このように、冷凍サイクル装置２０は、一般的な横吹きタイプの冷凍サイクル装置である。また、図中の点線の矢印は、冷媒の流れを示している。

熱交換器９は、一般にクロスフィン型の熱交換器と称されているものであり、複数の直管状の伝熱管と複数のＵ字状の伝熱管とを有する伝熱管群と、短形平板状の複数の伝熱フィンを有する伝熱フィン群とを備えていている。そして、伝熱フィン群を貫通するように、伝熱管群が配置されている。

また、前述のとおり、熱交換器９は、圧縮機３からの高温高圧冷媒ガスを凝縮する凝縮器４と受液器５から循環される冷媒液に過冷却を付ける過冷却器６で一体に構成され、過冷却器６は凝縮器４の上部に位置している。凝縮器４は、冷媒の入口となる凝縮器入口部４ａおよび冷媒の出口となる凝縮器出口部４ｂを有し、過冷却器６は、冷媒の入口となる過冷却器入口部６ａおよび冷媒の出口となる過冷却器出口部６ｂを有する。

また、受液器５は、有底の円筒部５Ａと、円筒部５Ａの上側に設けられ開口を塞ぐ半球殻状のキャップ５Ｂとを備える。キャップ５Ｂは、冷媒の入口となる受液器入口部５ｃおよび冷媒の出口となる受液器出口部５ｄを有する。すなわち、受液器入口部５ｃおよび受液器出口部５ｄは、受液器５の全高の少なくとも半分よりも高い位置に設けられている。そして、凝縮器出口部４ｂと受液器入口部５ｃとは、第１配管Ａにより接続され、受液器出口部５ｄと過冷却器入口部６ａとは、第２配管Ｂにより接続されている。また、過冷却器出口部６ｂには、過冷却器６から流出した冷媒を室内機２へ流すための第３配管Ｃが接続され、凝縮器入口部４ａには、圧縮機３と接続される第４配管Ｄが接続されている。本実施形態では、第２配管Ｂが接続配管に相当し、受液器出口部５ｄが配管接続部に相当する。

以上のような冷凍サイクル装置２０の構成によれば、受液器５の受液器入口部５ｃおよび受液器出口部５ｄは、受液器５における全高の少なくとも半分よりも高い位置に設けられ、過冷却器６は凝縮器４の上側に配置されている。これにより、受液器５の受液器出口部５ｄと過冷却器６とを接続する第２配管Ｂの長さを短縮できる。その結果、第２配管Ｂの簡素化により、材料費の低減および組立性の改善による室外機１（冷凍サイクル装置２０）の低コスト化および小型化を図ることができる。また、第２配管Ｂの短縮化により、圧力損失が低減するので、室外機１（冷凍サイクル装置２０）の性能向上を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る冷凍サイクル装置３０について図３、４を参照して説明する。第１の実施の形態に係る冷凍サイクル装置２０と同一の部材については、同一の参照番号を付して説明を省略し、異なる部分について説明を行う。

図３は、第２の実施形態における室外機１内部の凝縮器４、受液器５、過冷却器６、および室外送風機１０の配置を概念的に示す図である。図４は、熱交換器９を通過する風速分布を示す図である。

図３に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置３０の室外送風機１０の取付け構成が、第１の実施形態の室外送風機１０の取付け構成と異なる。本実施形態では、室外送風機１０は、その回転軸が地面に対し鉛直になるように取り付けられている。このように、本実施形態の冷凍サイクル装置２０は、室外送風機１０を回転させることにより、重力方向と逆方向の空気の流れが発生する、一般的な上吹きタイプの冷凍サイクル装置である。

ここで、一般的に上吹きタイプの熱交換器９における風速分布は図４のようになる。図中の矢印は風の向きを示しており、その大きさは風速の大きさを示す。すなわち、熱交換器９の上部に行くほど(室外送風機１０に近くなるほど)風速が速くなる。本実施形態では、凝縮器４の上部に過冷却器６が位置するので、過冷却器６に対し風速が速い風があたることとなる。また、熱交換の性能は、風速に比例するため、熱交換器９の上部に行けば行くほど、熱交換性能が向上する。つまり、過冷却器６を凝縮器４の上側に配置することで、能力を維持したまま過冷却器６を縮小することが可能となる。

過冷却器６の性能が向上することにより過冷却器６を縮小することが可能であれば、その分を凝縮器４として活用すること、もしくは、凝縮器４の大きさそのものを小型化することで装置の小型化を図ることができる。また、過冷却器６に加え別置き過冷却器を設けた場合には、過冷却器６の大きさをそのままとして別置き過冷却器を削減することができる。また、本実施形態の冷凍サイクル装置３０においても、第１の実施形態の冷凍サイクル装置２０と同様の効果を奏する。

次に、本発明の第３の実施形態に係る冷凍サイクル装置４０について図５を参照して説明する。第１の実施の形態に係る冷凍サイクル装置２０と同一の部材については、同一の参照番号を付して説明を省略し、異なる部分について説明を行う。

図５は、第３の実施形態における室外機１内部の凝縮器４、受液器５、過冷却器６、室外送風機１０、および別置き過冷却器１２の配置を概念的に示す図である。本実施形態では、別置き過冷却器１２が冷凍サイクル部品に相当する。

図５に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置４０の室外機１は、過冷却器６の下流側に位置する別置き過冷却器１２を備えている。別置き過冷却器１２では、過冷却器６からの冷媒を更に冷却するように構成されている。別置き過冷却器１２は、過冷却器６からの冷媒の入口となる別置き入口部１２ａと、冷媒の出口となる別置き出口部１２ｂとを有する。過冷却器出口部６ｂと別置き入口部１２ａとは、第３配管Ｃにより接続されている。別置き入口部１２ａは、熱交換器９の全高の半分よりも高い位置に設けられている。本実施形態では、第３配管Ｃが接続配管に相当し、別置き入口部１２ａが配管接続部に相当する。

以上のような冷凍サイクル装置４０の構成により、過冷却器６と別置き過冷却器１２とを接続する第３配管Ｃの長さを短縮できる。その結果、第３配管Ｃの簡素化により、材料費の低減および組立性の改善による冷凍サイクル装置４０の低コスト化および小型化を図ることができる。また、第３配管Ｃの短縮化により、圧力損失が低減するので、冷凍サイクル装置４０の性能向上を図ることができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

例えば、過冷却器６からの冷媒を圧縮機３にインジェクションする場合において、圧縮機３のインジェクションポートを、熱交換器９の全高の半分より高い位置に設けるようにしてもよい。また、過冷却器６に配管を介して接続される部品としては、油分離器等の他のサイクル部品であってもよい。

また、上記の実施形態において、本発明を空気調和用の冷凍サイクル装置に適用したが、他の用途に適用してもよい。また、上記の実施形態では、過冷却器６を凝縮器４全体の上側に配置するようにしたが、凝縮器４を上部と下部に分けて構成し、下部の凝縮器４の上側に過冷却器６を配置するようにしてもよい。この場合、過冷却器６は、熱交換器９の全高の半分より高い位置に配置される。

１ 室外機
２ 室内機
３ 圧縮機
４ 凝縮器
５ 受液器
５ｄ 受液器出口部
６ 過冷却器
７ 膨張弁
８ 蒸発器
９ 熱交換器
１０ 室外送風機
１２ 別置き過冷却器
１２ａ 別置き入口部
２０、３０、４０ 冷凍サイクル装置
Ａ 第１配管
Ｂ 第２配管
Ｃ 第３配管

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機で圧縮された冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器と、
   前記凝縮器を通過した液冷媒を過冷却する過冷却器と、
   前記過冷却器に接続配管により接続される冷凍サイクル部品と、を備え、
   前記冷凍サイクル部品は、前記接続配管が接続される配管接続部を有し、
   前記凝縮器および前記過冷却器は、一体構造で熱交換器を構成し、
   前記配管接続部は、前記熱交換器の全高の半分よりも高い位置に設けられており、
   前記過冷却器は前記凝縮器の上側に配置されていることを特徴とする室外機。
2. 前記冷凍サイクル部品は、前記凝縮器に第１配管により接続され、前記凝縮器で凝縮した冷媒の気液を分離して液冷媒を溜め、前記過冷却器に前記接続配管である第２配管により接続される受液器であり、
   前記受液器は、前記第１配管が接続され冷媒の入口となる受液器入口部と、前記第２配管が接続され冷媒の出口となる前記配管接続部である受液器出口部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の室外機。
3. 前記冷凍サイクル部品は、前記過冷却器に前記接続配管により接続され、前記過冷却器を通過した冷媒をさらに冷却する別置き過冷却器であり、
   前記別置き過冷却器は、前記接続配管が接続され冷媒の入口となる前記配管接続部である部品入口部を備えることを特徴とする請求項１に記載の室外機。
4. 前記凝縮器および前記過冷却器を通過して冷媒と熱交換をする空気の流れを形成する送風機を更に備え、
   前記送風機は、前記凝縮器を通過する空気の平均風速よりも、前記過冷却器を通過する空気の平均風速の方が速くなる位置に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の室外機。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の室外機と、
   冷媒を減圧する膨張弁と、冷媒と被冷却媒体との間で熱交換を行う蒸発器とを有し、前記室外機に配管を介して接続される室内機と、を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
   
   

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