JP4892713B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

この発明は、空気調和機に関し、特に、凍結防止パイプを有する空気調和機に関するものである。

空気調和機の暖房運転により、室外機の内部に配置される室外熱交換器に霜が発生した際には、その霜を溶かすために暖房運転とは逆サイクル運転である除霜運転を行なう。除霜運転を行なうと、室外熱交換器は凝縮器として機能して放熱し、発生した霜は融解される。霜が解けた後にできる融解水は、室外熱交換器から流れ落ち、室外機の下方に配置される底板にドレン水として集められ、底板に設けられているドレン孔から排出される。

常に外気温が氷点下を下回るような厳寒環境下においてこの除霜運転を行なった場合、底板に流出したドレン水がドレン孔に到達するまでに冷却されて凍結し、ドレン孔から排出できなくなる。凍結したドレン水は、徐々に底板上で成長して大きくなり、最終的には室外熱交換器や室外ファンの破壊などを引き起こす。また、ドレン水が流出途中において凍結するまでに至らない場合でも、雪などが室外機内部や底板上に吹き込むことによりドレン水の排出を妨げた結果、その排出されなかったドレン水が凍結して室外熱交換器などの破壊を引き起こすこともある。

このような問題を回避するため、底板の上方に冷凍サイクルの高圧側冷媒配管の一部を設置した給湯器を開示した先行文献として、特許文献１がある。特許文献１には、ドレンパンを構成するベース板のうち空気熱交換器の下側に位置するドレンパンの上部に、凍結防止用冷媒配管が伝熱可能なように配策されている、ドレンパン凍結防止構造が開示されている。また、除霜運転時に室外熱交換器の最下段の配管に高温の冷媒を通過させることにより、ドレンパン上の霜に与えられる熱量を多くして、霜の融解を促進する構造を有する蒸発器を開示した先行文献として、特許文献２がある。室外熱交換器の下側に排水口を設け、ヒーターまたは底板加熱器により排水路周辺を加熱する構造を有する空気調和機を開示した先行文献として、特許文献３がある。
特開２００４−２１８８６１号公報 特開昭５８−４９８７８号公報 特開２００５−４９００２号公報

ドレンパンを加熱する加熱源としてヒーターを使用した場合、消費電力が高いため省エネルギー化を図るうえで障害となる。ドレンパンの加熱源として、冷凍サイクルの高圧側となる冷媒配管を用いる場合は、ヒーターより消費電力を低減できるが、高圧側冷媒配管により放熱される熱を有効に利用しなければ、霜の融解を効率よく行なうことができない。特許文献１には、高圧側冷媒配管とドレン水を排出する排水口との位置関係についての記載がなく、霜の融解を消費電力を抑えて効率よく行なうことができない。特許文献２に記載された蒸発器は、ドレンパンヒーターを使用しているため、消費電力の低減を十分に図ることができない。特許文献３に記載された空気調和機は、室外熱交換器の下側に排水口が設けられているが、底板加熱器は排水口の側部近傍に設けられて底板を加熱するものであり、底板を通じて霜を加熱することになり、熱の損失が多く消費電力の増加を招いてしまう。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、消費電力の低減を図りながら、ドレン水の凍結防止または凍結したドレン水を融解させることにより、ドレン水の排出を維持することができる、空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と室内の空気との熱交換をする室内熱交換機と、冷媒を減圧膨張させる減圧膨張手段と、冷媒と室外の空気との熱交換をする室外熱交換器とを含む冷凍サイクルを備えている。また、本発明に係る空気調和機は、室外熱交換器の下面に対向する位置に排水口が形成され、室外熱交換器の下方に配置される底板を有している。さらに、空気調和機は、室外熱交換器と底板との間において、平面的に見て、排水口の領域の内側を少なくとも一部分が通るように室外熱交換器に非接触な状態で配置される凍結防止パイプを有している。凍結防止パイプは、室外熱交換器と室内熱交換器との間に接続される。本発明に係る空気調和機は、暖房運転時には、冷媒は、高温の状態で圧縮機から室内熱交換機に向けて吐出され、室内熱交換器を経て凍結防止パイプに送られる。除霜運転時には、冷媒は、高温の状態で圧縮機から室外熱交換機に向けて吐出され、室外熱交換器の最下部の配管から高温の冷媒が流入する。

本発明によれば、凍結防止パイプからの熱を効率的に利用することにより消費電力の低減を図りながら、ドレン水の凍結防止または凍結したドレン水を融解させることにより、ドレン水の排出を維持することができる。

以下、この発明に基づいた実施の形態における空気調和機について、図を参照しながら説明する。

実施の形態１
図１は、空気調和機を構成する室外機および室内機の外観斜視図である。図１に示すように、室外機１００は屋外に配置され、室内機２００は屋内に配置されて使用される。厳寒地において使用される空気調和機の室外機１００は、氷点下の環境下におかれる。

空気調和機の冷凍サイクルについて、図２および図３を参照して説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機が暖房運転時の冷凍サイクルを示した図である。図３は、本実施の形態に係る空気調和機が除霜運転時の冷凍サイクルを示した図である。図２および図３に示すように、空気調和機は、圧縮機１０、四方弁２０、室内熱交換器３０、膨張弁５０、室外熱交換器６０などが冷媒用配管４０により接続されて構成されている。凍結防止パイプ４１は、室内熱交換器３０と室外熱交換器６０との間に接続されている。

図２に示すように、暖房運転時には、圧縮機１０から吐出された高温高圧の気体状態にある冷媒は、四方弁２０を経て室内熱交換器３０に送られる。この時、室内熱交換器３０は凝縮器として機能し、冷媒は室内の空気に熱を放熱することで液体に戻る。室内熱交換器３０を通過した冷媒は、凍結防止パイプ４１および膨張弁５０を通過して室外熱交換器６０に到達する。減圧膨張手段である膨張弁５０は、冷媒を減圧膨張させて、冷媒の沸点を下げる。室外熱交換器６０は蒸発器として機能し、膨張弁５０を通過して沸点の下がった液体状の冷媒は、室外熱交換器６０において周囲から蒸発熱を奪って気化する。その後、冷媒は四方弁２０を経過して圧縮機１０に送られる。圧縮機１０は、冷媒を圧縮して、高温高圧の気体状態にする。暖房運転時の空気調和機は、このように冷媒を循環させるように冷凍サイクルを構成されている。

図３に示すように、除霜運転時には、圧縮機１０から吐出された高温高圧の気体状態にある冷媒は、四方弁２０を経て室外熱交換器６０に送られる。この時、室外熱交換器６０は凝縮器として機能し、冷媒は周囲に熱を放熱することで液体に戻る。室外熱交換器６０を通過した冷媒は、膨張弁５０および凍結防止パイプ４１を通過して室内熱交換器３０に到達する。膨張弁５０は、冷媒を減圧膨張させて、冷媒の沸点を下げる。室内熱交換器３０は蒸発器として機能し、膨張弁５０を通過して沸点の下がった液体状の冷媒は、室内熱交換器３０において周囲から蒸発熱を奪って気化する。その後、冷媒は四方弁２０を経過して圧縮機１０に送られる。圧縮機１０は、冷媒を圧縮して、高温高圧の気体状態にする。除霜運転時の空気調和機は、このように冷媒を循環させるように冷凍サイクルを構成されている。

以下、本実施の形態に係る空気調和機の室外機について図４〜７を参照して説明する。図４は、本実施の形態に係る室外機内部の室外熱交換器と凍結防止パイプと底板とを示す分解斜視図である。図５は、本実施の形態に係る室外機内部の室外熱交換器と凍結防止パイプと底板との配置関係を示す斜視図である。図４に示すように、室外熱交換器６０の下方に底板７０が配置され、室外熱交換器６０と底板７０との間に凍結防止パイプ４１が配設される。図５に示すように、室外熱交換器６０は、凍結防止パイプ４１の上方に重なるように配置される。

室外熱交換器６０には、略長方形の形状を有するフィン６１が、長手方向を垂直方向にして微小間隔を隔てて互いに平行に複数配列されている。形成されるフィン群を水平方向に貫通するように冷媒用配管４０が設けられている。このように構成することにより、室外熱交換器６０の表面積を増やし、冷媒と熱交換可能な周囲の空気との接触面積を確保している。

底板７０は、室外熱交換器６０の下面に対向する位置に複数の排水口７１が設けられている。室外熱交換器６０から流出したドレン水は、底板７０上に集められ、排水口７１から外部に排出される。排水口７１を複数設けたことにより、いずれかの排水口７１においてドレン水の排出ができればよく、排水不良の可能性を低減している。凍結防止パイプ４１は、室外熱交換器６０と底板７０との間において、平面的に見て、排水口７１の領域の内側を通るように配置されている。凍結防止パイプ４１には、熱伝導性のよい材料が使用され、たとえば、銅管などが使用される。本実施の形態では、室外熱交換器６０の配管の外径と凍結防止パイプ４１の配管の外径とを同一としたが、異なるようにしてもよい。たとえば、室外熱交換器６０の冷媒用配管４０の外径を７ｍｍ、凍結防止パイプの外径を６．３５ｍｍというように、室外熱交換器６０の配管の外径を凍結防止パイプ４１の配管の外径よりも大きくしてもよい。なお、本実施の形態では、凍結防止パイプ４１は、平面的に見て、排水口７１の領域の内側をパイプ全体が通るように配置されているが、凍結防止パイプ４１は、平面的に見て、少なくともその一部分が排水口７１の領域の内側を通るようにしてもよい。

図６は、本実施の形態に係る、底板に形成された排水口と凍結防止パイプとの平面的な配置関係を示す平面図である。図７は、本実施の形態に係る、底板に形成された排水口と凍結防止パイプと室外熱交換器との側面的な配置関係を示す断面図である。図６に示すように、凍結防止パイプ４１はＵ字形状の折り返し部を有することにより、凍結防止パイプ４１には、凍結防止パイプ４１が互いに平行に配置される箇所が形成される。この箇所において、凍結防止パイプ４１の外側同士の間隔Ｌ１は、排水口７１の、凍結防止パイプ４１が延びる方向に直交する方向の幅Ｌ２よりも小さくなるように形成される。このように形成することで、凍結防止パイプ４１と底板７０とが接触して配置されている場合には、その凍結防止パイプ４１と底板７０とが接触する部分を減少させることができる。この結果、底板７０を通じて放熱される熱量を減少させ、排水口７１の周辺に存在する氷に熱量を多く与えることができる。

また、凍結防止パイプ４１が、排水口７１の領域の内側を通るように配置されることにより、凍結防止パイプ４１の外側に排水口７１の一部(Ｌ２−Ｌ１)が存在する。このため、凍結防止パイプ４１の外側から流れ込むドレン水などを、排水口７１の一部(Ｌ２−Ｌ１)から排出することができる。さらに、互いに平行に配置される凍結防止パイプ４１の両外側に排水口７１の一部が存在するように凍結防止パイプ４１を配置すると、凍結防止パイプ４１の両外側のドレン水を排水口７１の一部から排出することができる。図７に示すように、排水口７１と凍結防止パイプ４１とは接触しないように配置してもよい。このように配置することにより、凍結防止パイプ４１によって排水口７１を塞ぐことがなく、排水口７１からのドレン水の排出を妨げることがない。さらに、凍結防止パイプ４１を流れる冷媒は、排水口７１上を２度通過するため、排水口７１周辺の氷９０をより加熱しやすくなる。

次に、本実施の形態の空気調和機における除霜作用について説明する。前述の通り、暖房運転が開始されると、圧縮機１０から吐出された高温の冷媒は、四方弁２０、室内熱交換器３０、凍結防止パイプ４１、膨張弁５０、室外熱交換器６０、四方弁２０を経て、圧縮機１０に送られる。室内熱交換器３０を通過して凍結防止パイプ４１に到達したときの冷媒温度は、０℃以上を保っている。したがって、凍結防止パイプ４１の表面温度は、凍結防止パイプ４１の近傍に存在する氷９０の温度よりも高く、冷媒から放熱される熱により氷９０は加熱される。たとえば、−２０℃の温度の氷９０を、凍結防止パイプ４１による加熱により、−７℃程度まで昇温させることができる。

暖房運転を続けることにより室外熱交換器６０での着霜が進行すると、空気調和機の運転を除霜運転に切り替える。前述の通り、除霜運転が開始されると、圧縮機１０から吐出された高温の冷媒は、四方弁２０、室外熱交換器６０、膨張弁５０、凍結防止パイプ４１、室内熱交換器３０、四方弁２０を経て、圧縮機１０に送られる。このとき、室外熱交換器６０には、最下部の配管４２から高温の冷媒が流入するため、室外熱交換器６０の下部が、室外熱交換器６０の中で一番温かい場所となる。そのため、最初に室外熱交換器６０の下部の霜が融解され、徐々に上部の霜が融解される。室外熱交換器６０上で除霜が進行すると、霜が解けた暖かい融解水が、底板７０上で凍結している氷９０の近傍に滴下する。凍結防止パイプ４１周辺の氷９０は、暖房運転時に加熱されて温度が上昇しているため、この融解水と混ざると容易に溶解される。排水口７１が氷９０により塞がれている場合には、融解水により溶解された部分の氷９０に凹状の窪みが形成され、その窪みにさらに融解水が流れ込むことにより、氷９０の溶解が促進される。この結果、排水口７１は開口されて、ドレン水の排出を維持することができる。なお、排水口７１が氷９０により塞がれていない場合にも、融解水と混ざり合った部分から氷９０の溶解が進むため、排水口７１の開口状態を維持することができる。

暖房運転時に予め凍結防止パイプ４１により、排水口７１周辺に存在する氷９０を加熱していなかった場合、融解水のみでは排水口７１の周囲の氷９０を効果的に溶解させることができない。その結果、融解水が底板７０上に冷却されながら蓄積し、氷９０が成長して室外熱交換器６０や室外ファンなどの破壊に至る可能性がある。本実施の形態においては、暖房運転時に予め凍結防止パイプ４１により、排水口７１周辺に存在する氷９０を加熱しているため、排水口７１を確実に開口させることができ、排水不良が起こりにくくすることができる。なお、室外熱交換器６０と凍結防止パイプ４１とは、接触しないように配置したほうが好ましい。そのように配置した場合、暖房運転時に、高温の凍結防止パイプ４１と低温の室外熱交換器６０とが直接熱交換することを防ぐことができる。その結果、凍結防止パイプ４１による氷９０の加熱が十分に行なわれ、氷９０の溶解効率を高く維持することができる。

実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２の空気調和機について、図８および図９を参照して説明する。実施の形態２の空気調和機は、実施の形態１の構成に防水壁を追加したものである。図８は、実施の形態２に係る室外機内部の室外熱交換器と凍結防止パイプと底板と防水壁との配置関係を示す斜視図である。図９は、本実施の形態に係る、底板に形成された排水口と凍結防止パイプと室外熱交換器と防水壁との側面的な配置関係を示す断面図である。本実施の形態に係る空気調和機の構成は、防水壁８０以外は実施の形態１と同一であるため、防水壁８０以外の構成要素の説明は省略する。

図８および図９に示すように、防水壁８０は、室外熱交換器６０の下部近傍に沿うように底板７０上に設けられる。この防水壁８０を設けることにより、除霜運転時に室外熱交換器６０から流出する温かい融解水が底板７０上に拡散することを防止して、排水口７１周辺に集中して流れるようにする。また、風雪が強い場合でも、室外ファンの排気側（前面側）から雪が入ってきて、室外熱交換器６０と排水口７１との間に入り込む可能性を低減するができる。なお、室外ファンの吸気側（後面側）は、家屋の壁に近接するように設置されるため雪は入りにくい。本実施の形態では、室外熱交換器６０の片側にのみ防水壁８０を設けているが、これは、反対側は、底板の側壁が存在し、側壁が防水壁の役目を果たすからである。なお、室外熱交換器６０の両側に防水壁８０を設けてもよい。

実施の形態１,２の変形例として、排水口の形状を、凍結防止パイプ４１の延在する方向に長手方向を有する長円形状としてもよい。図１０は、底板に形成された、長円形の排水口を示した平面図である。排水口７１の形状を長円形にした場合、排水口７１の面積が大きくなり、除霜運転時に溶解せずに室外熱交換器６０から脱落した霜が、排水口７１に詰まりにくくなる。その結果、霜の排出を容易にすることができる。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許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。

空気調和機を構成する室外機および室内機の外観斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機が暖房運転時の冷凍サイクルを示した図である。 同実施の形態に係る空気調和機が除霜運転時の冷凍サイクルを示した図である。 同実施の形態に係る室外機内部の室外熱交換器と凍結防止パイプと底板とを示した分解斜視図である。 同実施の形態に係る室外機内部の室外熱交換器と凍結防止パイプと底板との配置関係を示す斜視図である。 同実施の形態に係る、底板に形成された排水口と凍結防止パイプとの平面的な配置関係を示す平面図である。 同実施の形態に係る、底板に形成された排水口と凍結防止パイプと室外熱交換器との側面的な配置関係を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る室外機内部の室外熱交換器と凍結防止パイプと底板と防水壁との配置関係を示す斜視図である。 同実施の形態に係る、底板に形成された排水口と凍結防止パイプと室外熱交換器と防水壁との側面的な配置関係を示す断面図である。 底板に形成された長円形の排水口を示した平面図である。

符号の説明

１０ 圧縮機、２０四方弁、３０ 室内熱交換器、４０ 冷媒用配管、４１ 凍結防止パイプ、４２ 最下部の配管、５０ 膨張弁、６０ 室外熱交換器、６１ フィン、７０
底板、７１ 排水口、８０ 防水壁、９０ 氷、１００ 室外機、２００ 室内機。

Claims (7)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記冷媒と室内の空気との熱交換をする室内熱交換機と、
   前記冷媒を減圧膨張させる減圧膨張手段と、
   略長方形の形状を有するフィンが、長手方向を垂直方向にして微小間隔を隔てて互いに平行に複数配列されて形成されるフィン群と、該フィン群を水平方向に貫通するように設けられる冷媒用配管と、
   前記冷媒と室外の空気との熱交換をする室外熱交換器とを含む冷凍サイクルを備え、常に外気温が氷点下を下回るような厳寒環境下において使用される空気調和機であって、
   前記室外熱交換器の下面に対向する位置に排水口が形成され、前記室外熱交換器の下方に配置される底板と、
   前記室外熱交換器と前記底板との間において、平面的に見て、前記排水口の領域の内側を少なくとも一部分が通ると共に、前記室外熱交換器の下面に非接触、且つ、前記室外熱交換器の下面の長手方向と重なるように前記室外熱交換器に並行に配置される凍結防止パイプとを有し、
   前記凍結防止パイプは、前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に直列に接続され、
   暖房運転時の全期間において、前記冷媒は、高温の状態で前記圧縮機から前記室内熱交換機に向けて吐出され、前記室内熱交換器を経て０℃以上の温度を保持した状態で前記凍結防止パイプに至り、該凍結防止パイプを通った後に前記室外熱交換器に流入し、
   暖房運転から切り替えられて前記室外熱交換器における冷媒の流れが逆方向となる除霜運転時において、前記冷媒は、高温の状態で前記圧縮機から前記室外熱交換機に向けて吐出され、前記室外熱交換器の最下部の配管から高温の前記冷媒が流入して熱交換を行なった後に前記凍結防止パイプに流入することによって、
   暖房運転時の全期間において前記凍結防止パイプによって加熱されて温度上昇している、前記排水口またはその周辺の氷に、除霜運転時に前記室外熱交換器の下部から上部に順に霜が解けて滴下する融解水が作用して、前記氷の融解が促進される、空気調和機。
2. 除霜運転時に、前記室外熱交換器は凝縮器となり、前記冷媒用配管のうち、最下段に位置する配管の入口が、除霜運転時における凝縮器の入口となる、請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記凍結防止パイプが折り返し部を有することによって形成される、２本の前記凍結防止パイプが互いに平行に配置される箇所において、平行な２本の前記凍結防止パイプの外側同士の間隔が、前記排水口の、前記凍結防止パイプが延びる方向に直交する方向の幅よりも小さい、請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 前記凍結防止パイプは、前記排水口の領域の内側を通るように配置され、前記２本の凍結防止パイプのそれぞれの外側に前記排水口の一部が存在する、請求項３に記載の空気調和機。
5. 前記凍結防止パイプを前記室外熱交換器および前記排水口のいずれにも非接触状態にした、請求項１から４のいずれかに記載の空気調和機。
6. 前記排水口の形状が長円形であり、該長円形は、前記凍結防止パイプの延在する方向に長手方向を有する、請求項１から５のいずれかに記載の空気調和機。
7. 前記排水口の近傍の前記底板上に、前記室外熱交換器に沿うように防水壁が設けられた、請求項１から６のいずれかに記載の空気調和機。

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