JP2018169078A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】最下段の分岐冷媒管で液冷媒の滞留を抑制し、熱交換器の性能向上に寄与することができる空気調和機を提供する。【解決手段】空気調和機は、第１冷媒管で圧縮機１５に接続される第１分流器３８と、第１分流器３８よりも低い位置に配置されて、第２冷媒管４４で膨張弁１７に接続される第２分流器４２と、第１分流器３８および第２分流器４２の間で並列に流路を形成して伝熱フィン２７に結合される分岐冷媒管３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを有する熱交換器１６と、分岐冷媒管のうち、第２分流器４２よりも低い位置に流路を形成する分岐冷媒管３４ｄ、および、第２冷媒管４４を接続するバイパス管４５とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、空気調和機に関し、特に、空気調和機の室外機に関する。

特許文献１は室外機の熱交換器を開示する。熱交換器は、冷房運転時に、圧縮機から吐出された冷媒が流入する複数の分岐冷媒流通路を備える。それぞれの分岐冷媒流通路の流出口には１つの分流器が接続される。分流器は最下方に配置される分岐冷媒流通路よりも重力方向上方に配置される。圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒は、複数の分岐冷媒流通路に分流され、熱交換器の広い範囲で熱エネルギーの交換をする。こうして効率的な熱交換は実現される。

特開２０１６−０８４９７０号公報

冷房運転時に冷媒の流量が低循環量となった場合には冷媒の流速が遅くなるため、ガス冷媒よりもさらに流速が遅くなる液冷媒は滞留しやすくなる。そのため最下方に配置されるの分岐冷媒流通路では、分岐冷媒流通路の最下端よりも重力方向上方に分流器が設けられている場合、最下段の分岐冷媒流通路に液冷媒が溜まりやすくなる。冷媒の循環が滞り、性能の低下が引き起こされることが懸念される。

本発明は、最下段の分岐冷媒流通路で発生する液冷媒の滞留を抑制し、熱交換器の性能向上に寄与することができる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明によれば、第１冷媒管で圧縮機に接続される第１分流器と、前記第１分流器よりも低い位置に配置されて、第２冷媒管で膨張弁に接続される第２分流器と、前記第１分流器および前記第２分流器の間で並列に流路を形成して伝熱フィンに結合される分岐冷媒管を有する熱交換器と、前記分岐冷媒管のうち、前記第２分流器よりも低い位置に流路を形成する特定分岐冷媒管、および、前記特定分岐冷媒管と前記第２冷媒管を接続するバイパス管とを備える空気調和機は提供される。

冷房運転時には、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒が第１分流器で分流されて分岐冷媒管に導入される。分岐冷媒管で冷媒は熱エネルギーを放出し液化する。過冷却状態となった液冷媒は自重によってバイパス管を通って第２冷媒管に流入する。液冷媒は第２分流器よりも低い位置にある分岐冷媒管内に留まらずに流通する。

暖房運転時には、膨張弁を通過した冷媒は第２冷媒管に導入される。冷媒は第２分流器で分流されて分岐冷媒管に導入される。分岐冷媒管で冷媒は熱エネルギーを吸収し気化する。ガス冷媒は圧縮機に吸入される。

前記バイパス管には、前記第２冷媒管から前記特定分岐冷媒管に向かう冷媒の流通を阻止する逆止弁が組み込まれてもよい。冷房運転時にはバイパス管を通って第２分流器を迂回して分岐冷媒管から第２冷媒管に液冷媒は流入する。暖房運転時には、バイパス管は閉じられるので、分岐冷媒管には必ず第２分流器から二相冷媒は流入する。二相冷媒は良好に熱交換器全体に行き渡ることができる。

前記第２冷媒管は、前記特定分岐冷媒管の最下位置よりも下方で前記熱交換器内に組み込まれて前記伝熱フィンに結合されてもよく、前記バイパス管は、前記熱交換器および前記膨張弁の間で前記第２冷媒管に接続されてもよい。冷房運転時に、分岐冷媒管で液化しきれなかったガス冷媒は第２分流器を通過して第２冷媒管で更に熱エネルギーを放出する。こうして冷媒の液化はさらに促進される。

以上のように開示の装置によれば、最下段の分岐冷媒管で液冷媒の滞留を抑制し、熱交換器の性能向上に寄与することができる。

本発明の一実施形態に係る空気調和機の構成を概略的に示す概念図である。 一実施形態に係る室外機の構造を概略的に示す正面図である。 斜め後方から観察される室外機の斜視図である。 一実施形態に係る冷媒の流路を概略的に示す模式図である。 他の実施形態に係る冷媒の流路を概略的に示す模式図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

（１）空気調和機の構成
図１は本発明の一実施形態に係る空気調和機１１の構成を概略的に示す。空気調和機１１は室内機１２および室外機１３を備える。室内機１２は例えば建物内の室内空間に設置される。その他、室内機１２は室内空間に相当する空間に設置されればよい。室内機１２には室内熱交換器１４が組み込まれる。室外機１３には圧縮機１５、室外熱交換器１６、膨張弁１７および四方弁１８が組み込まれる。室内熱交換器１４、圧縮機１５、室外熱交換器１６、膨張弁１７および四方弁１８は冷凍回路１９を形成する。

冷凍回路１９は第１循環経路２１を備える。第１循環経路２１は四方弁１８の第１口１８ａおよび第２口１８ｂを相互に結ぶ。第１循環経路２１には、圧縮機１５が設けられている。圧縮機１５の吸入管１５ａは四方弁１８の第１口１８ａに冷媒配管を介して接続される。第１口１８ａからガス冷媒は圧縮機１５の吸入管１５ａに供給される。圧縮機１５は低圧のガス冷媒を所定の圧力まで圧縮する。圧縮機１５の吐出管１５ｂは四方弁１８の第２口１８ｂに冷媒配管を介して接続される。圧縮機１５の吐出管１５ｂからガス冷媒は四方弁１８の第２口１８ｂに供給される。冷媒配管は例えば銅管であればよい。

冷凍回路１９は第２循環経路２２をさらに備える。第２循環経路２２は四方弁１８の第３口１８ｃおよび第４口１８ｄを相互に結ぶ。第２循環経路２２には、第３口１８ｃ側から順番に室外熱交換器１６、膨張弁１７および室内熱交換器１４が組み込まれる。室外熱交換器１６は、通過する冷媒と周囲の空気との間で熱エネルギーを交換する。室内熱交換器１４は、通過する冷媒と周囲の空気との間で熱エネルギーを交換する。第２循環経路２２は例えば銅管などで形成されればよい。

室外機１３には送風ファン２３が組み込まれる。送風ファン２３は室外熱交換器１６に通風する。送風ファン２３は例えば羽根車の回転に応じて気流を生成する。気流は室外熱交換器１６を通り抜ける。通り抜ける気流の流量は羽根車の回転数に応じて調整される。

室内機１２には送風ファン２４が組み込まれる。送風ファン２４は室内熱交換器１４に通風する。送風ファン２４は羽根車の回転に応じて気流を生成する。送風ファン２４の働きで室内機１２には室内空気が吸い込まれる。室内空気は室内熱交換器１４を通り抜け冷媒と熱交換する。熱交換された冷気または暖気の気流は室内機１２から吹き出される。通り抜ける気流の流量は羽根車の回転数に応じて調整される。

冷凍回路１９で冷房運転が実施される場合には、四方弁１８は第２口１８ｂおよび第３口１８ｃを相互に接続し第１口１８ａおよび第４口１８ｄを相互に接続する。したがって、圧縮機１５の吐出管１５ｂから高温高圧の冷媒が室外熱交換器１６に供給される。冷媒は室外熱交換器１６、膨張弁１７および室内熱交換器１４を順番に流通する。室外熱交換器１６では冷媒から外気に放熱する。膨張弁１７で冷媒は低圧まで減圧される。減圧された冷媒は室内熱交換器１４で周囲の空気から吸熱する。冷気が生成される。冷気は送風ファン２４の働きで室内空間に吹き出される。

冷凍回路１９で暖房運転が実施される場合には、四方弁１８は第２口１８ｂおよび第４口１８ｄを相互に接続し第１口１８ａおよび第３口１８ｃを相互に接続する。圧縮機１５から高温高圧の冷媒が室内熱交換器１４に供給される。冷媒は室内熱交換器１４、膨張弁１７および室外熱交換器１６を順番に流通する。室内熱交換器１４では冷媒から周囲の空気に放熱する。暖気が生成される。暖気は送風ファン２４の働きで室内空間に吹き出される。膨張弁１７で冷媒は低圧まで減圧される。減圧された冷媒は室外熱交換器１６で周囲の空気から吸熱する。その後、冷媒は圧縮機１５に戻る。

（２）室外機の構成
図２に示されるように、室外熱交換器１６は、室外機１３の底板２６に組み付けられて、底板２６から垂直方向に立ち上がる。室外熱交換器１６は、地面ＧＤに直交する垂直面に広がって、相互に平行に配列される複数の伝熱フィン２７と、伝熱フィン２７を貫通しながら水平方向に延びる銅管からなる伝熱管２８とを備える。伝熱フィン２７と伝熱管２８とは結合される。室外熱交換器１６は、風の流通方向に対して前後に重ねられる風下側の伝熱ユニット２９ａと、風上側の伝熱ユニット２９ｂで構成される。個々の伝熱ユニット２９ａ、２９ｂごとに垂直方向に１列の伝熱管２８が配列される。伝熱フィン２７および冷媒管２８は銅やアルミニウムその他の伝熱素材から形成される。ここで伝熱ユニット２９ａ、２９ｂは、１枚のフィンに伝熱管２８を挿通する挿通穴を２列有するもので一体的に作られていても良い。

室外熱交換器１６に囲まれて送風ファン２３は配置される。送風ファン２３は、水平軸線３１回りに回転自在に支持されるハブ２３ａと、ハブ２３ａから径方向外方に広がる複数の羽根２３ｂとを備える。羽根２３ｂは室外機１３の底板２６に平行な水平軸線３１に平行に気流を生成する。室外熱交換器１６は、室外機１３の背面と背面に連続する一方の側面とに沿って広がる。

室外熱交換器１６の一端では伝熱ユニット２９ａ、２９ｂごとに上下１対ずつの伝熱管２８からなる複数のヘアピン管３２が伝熱フィン２７に挿通される。図３に示されるように、室外熱交換器１６の他端ではヘアピン管を連結するＵ字管３３の接続に基づき上下方向に４つの流路を構成する分岐冷媒管３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄおよび、それらが合流して１つの流路となる共通冷媒管３５が形成される。個々の分岐冷媒管３４ａ〜３４ｄは、底板２６に平行な水平方向に延びる伝熱管２８からなる複数のヘアピン管３２とヘアピン管を連結するＵ字管３３とで構成される。分岐冷媒管３４ａ〜３４ｄの流入口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄには分岐冷媒管３４ａ〜３４ｄごとに個別に連結管３７を介して第１分流器３８が接続される。分岐冷媒管３４ａ〜３４ｄの流出口３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄには分岐冷媒管３４ａ〜３４ｄごとに個別に連結管４１を介して第２分流器４２が接続される。こうして第１分流器３８および第２分流器４２の間には４本の流路が並列に設けられる。分岐冷媒管３４ａ〜３４ｄは並列に流路を形成する。第２分流器４２は第１分流器３８よりも重力方向に低い位置に配置される。ここでは、「流入口」および「流出口」は、冷房運転時の冷媒の流れに基づき便宜的に名付けられたものであって、暖房運転時には「流入口」から室外熱交換器１６の冷媒は流出し、「流出口」から室外熱交換器１６に冷媒は流入する。

第１分流器３８は１つの第１冷媒管４３で圧縮機１５に接続される。第２分流器４２は１つの第２冷媒管４４で膨張弁１７に接続される。第２冷媒管４４は一部に共通冷媒管３５を含む。したがって、第２冷媒管４４は、分岐冷媒管３４ａ〜３４ｄのうち最下方に配置される分岐冷媒管３４ｄ（特定分岐冷媒管）の最下位置よりも下方で室外熱交換器１６内に組み込まれて伝熱フィン２７に結合される。

図４に示されるように、上から１番目の分岐冷媒管３４ａは、流入口３６ａから前側の伝熱ユニット２９ａ内で水平方向に往復しながら上方に向かい、後側の伝熱ユニット２９ｂ内で水平方向に往復しながら流出口３９ａまで下降する。分岐冷媒管３４ａの連結管４１は流出口３９ａからさらに下降して第２分流器４２に結合される。

上から２番目の分岐冷媒管３４ｂは、流入口３６ａよりも低い位置に配置される流入口３６ｂから前側の伝熱ユニット２９ａ内で水平方向に往復しながら下降し、後側の伝熱ユニット２９ｂ内で水平方向に往復しながら流出口３９ｂまで上昇する。流出口３９ｂは流出口３９ａよりも低い位置に位置する。分岐冷媒管３４ｂの連結管４１は流出口３９ｂから下降して第２分流器４２に結合される。

上から３番目の分岐冷媒管３４ｃは、流入口３６ｂよりも低い位置に配置される流入口３６ｃから前側の伝熱ユニット２９ａ内で水平方向に往復しながら上方に向かい、後側の伝熱ユニット２９ｂ内で水平方向に往復しながら流出口３９ｃまで下降する。流出口３９ｃは流出口３９ｂよりも低い位置に位置する。分岐冷媒管３４ｃの連結管４１は流出口３９ｃからさらに下降して第２分流器４２に結合される。

最下位置の分岐冷媒管３４ｄは、流入口３６ｃよりも低い位置に配置される流入口３６ｄから前側の伝熱ユニット２９ａ内で水平方向に往復しながら第２分流器４２よりも低い位置まで下降し、後側の伝熱ユニット２９ｂ内で水平方向に往復しながら流出口３９ｄまで上昇する。すなわち、分岐冷媒管３４ｄは第２分流器４２よりも低い位置に流路を形成する。流出口３９ｄは流出口３９ｃよりも低い位置に位置する。分岐冷媒管３４ｄの連結管４１は流出口３９ｄから下降して第２分流器４２に結合される。

室外機１３は、分岐冷媒管３４ｄから延びて第２冷媒管４４に接続されるバイパス管４５を備える。バイパス管４５は共通冷媒管３５の流出口４６と膨張弁１７との間で第２冷媒管４４に合流する。バイパス管４５は流出口４６から第２冷媒管４４に向かって下降する。バイパス管４５には逆止弁４７が組み込まれる。逆止弁４７は、分岐冷媒管３４ｄから第２冷媒管４４に向かう冷媒の流通を許容するとともに、第２冷媒管４４から分岐冷媒管３４ｄに向かう冷媒の流通を阻止する。

（３）室外機の動作
次に室外機１３の動作を説明する。冷房運転時には、圧縮機１５から吐出された冷媒が第１分流器３８で分流されて分岐冷媒管３４ａ〜３４ｄに導入される。分岐冷媒管３４ａ〜３４ｄで冷媒は熱エネルギーを放出し液化する。液冷媒は自重によって分岐冷媒管３４ｄからバイパス管４５を通って第２冷媒管４４に流入する。液冷媒は第２分流器４２よりも低い位置にある分岐冷媒管３４ｄ内に留まらずに流通する。ガス冷媒は分岐冷媒管３４ｄの流出口３９ｄから第２分流器４２へ流れる。効率的なエネルギー交換は実現される。分岐冷媒管３４ａ〜３４ｄで液化しきれなかったガス冷媒は第２分流器４２を通過して第２冷媒管４４（共通冷媒管３５）で更に熱エネルギーを放出する。こうして冷媒の液化はさらに促進される。

暖房運転時には、膨張弁１７を通過した冷媒が第２冷媒管４４に導入される。冷媒は第２分流器４２で分流されて分岐冷媒管３４ａ〜３４ｄに導入される。分岐冷媒管３４ａ〜３４ｄで冷媒は熱エネルギーを吸収し気化する。ガス冷媒は圧縮機１５に吸い込まれる。

前述のように、バイパス管４５には逆止弁４７が組み込まれるので、冷房運転時にはバイパス管４５を通って第２分流器４２を迂回して分岐冷媒管３４ｄから第２冷媒管４４に液冷媒は流入する。その一方で、暖房運転時には、バイパス管４５は閉じられるので、分岐冷媒管３４ｄには必ず第２分流器４２から二相冷媒は流入する。

本願の他の実施例として、図５に示されるように、最下方の分岐冷媒管３４ｄは、室外熱交換器１６に区画される流入口５１から水平方向に往復しながら重力方向下方に下降する第１下降部５２と、室外熱交換器１６内で第１下降部５２の下端よりも重力方向上方に位置する導入口５３から水平方向に往復しながら重力方向下方に下降する第２下降部５４と、第１下降部５２の流出口５５に第２下降部５４の導入口５３を接続する接続管５６とを備えてもよい。第２下降部５４の流出口５７は第２分流器４２よりも低い位置に位置するものの、液冷媒は第２分流器４２よりも低い位置にある第２下降部５４内に留まらずに流通するため、分岐冷媒管３４ｄを流通するガス冷媒はスムースに第２分流器４２に流れ込むことができる。

１１…空気調和機、１５…圧縮機、１６…熱交換器（室外熱交換器）、１７…膨張弁、２７…伝熱フィン、３４ａ…分岐冷媒管、３４ｂ…分岐冷媒管、３４ｃ…分岐冷媒管、３４ｄ…特定分岐冷媒管（分岐冷媒管）、３８…第１分流管、４２…第２分流器、４３…第１冷媒管、４４…第２冷媒管、４５…バイパス管、４７…逆止弁、５１…流入口、５２…第２下降部、５３…導入口、５４…第２下降部。

Claims (3)

1. 第１冷媒管で圧縮機に接続される第１分流器と、
   前記第１分流器よりも低い位置に配置されて、第２冷媒管で膨張弁に接続される第２分流器と、
   前記第１分流器および前記第２分流器の間で並列に流路を形成して伝熱フィンに結合される分岐冷媒管を有する熱交換器と、
   前記分岐冷媒管のうち、前記第２分流器よりも低い位置に流路を形成する特定分岐冷媒管、および、前記第２冷媒管を接続するバイパス管と
   を備えることを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１に記載の空気調和機において、前記バイパス管には、前記第２冷媒管から前記特定分岐冷媒管に向かう冷媒の流通を阻止する逆止弁が組み込まれることを特徴とする空気調和機。
3. 請求項１または２に記載の空気調和機において、前記第２冷媒管は、前記特定分岐冷媒管の最下位置よりも下方で前記熱交換器の前記伝熱フィンに結合され、前記バイパス管は、前記熱交換器および前記膨張弁の間で前記第２冷媒管に接続されることを特徴とする空気調和機。