JP6557085B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、室外機に溜まるドレン水の凍結を防止する空気調和機に関する。

室内機と室外機とを有する空気調和機では、暖房運転中に室外熱交換器に霜が着くと、除霜運転が行われる。除霜運転によって生じたドレン水は室外熱交換器から滴下して室外機のキャビネットの底板に溜まり、ドレン水は底面に形成された排水孔から外部に排出される。

ここで、外気温が低いと、ドレン水が凍結することがある。ドレン水が凍結すると、ドレン水が排水されなくなり、キャビネットの底板の氷が成長していき、室外熱交換器や室外ファンに悪影響を及ぼす。ドレン水が凍結しないようにするために、冷媒が流れる配管を室外熱交換器の下方に配置することにより形成されるヒートパイプが特許文献１に記載されている。また、室外熱交換器の下方にヒータを配置することが特許文献２に記載されている。

特許第４８９２７１３号公報 特許第３８８２９１０号公報

ヒートパイプやヒータの熱により、室外熱交換器の下方に落ちたドレン水の凍結が防止される。しかし、ドレン水が室外熱交換器の下方から外側に流れ出した場合、ヒートパイプやヒータの熱が及ばず、ドレン水の凍結を防ぐことができない。室外熱交換器と室外ファンとの間でドレン水が凍って、氷が成長していくと、氷が室外ファンに接触するおそれがある。

本発明は、上記に鑑み、熱交換器の下方だけでなく、熱交換器とファンとの間でもドレン水の凍結を防止できる空気調和機の提供を目的とする。

本発明の空気調和機は、キャビネットに、熱交換器とファンが内装され、熱交換器がファンの風上側に配置されたものであって、熱交換器の下方に、熱交換器から滴下したドレン水の凍結を防止する加熱部が設けられ、熱交換器とファンとの間でドレン水の凍結を防止するために加熱部の一部が熱交換器とファンとの間に配される。

暖房運転時に除霜運転が行われると、ドレン水が発生し、熱交換器の下方に溜まる。加熱部から発生した熱により、熱交換器の下方にあるドレン水の凍結が防止される。そして、熱交換器よりも外側に流れたドレン水に対しても、熱交換器とファンとの間にある加熱部の熱により、ドレン水の凍結が防止される。

熱交換器の下方に形成された排水孔は熱交換器とファンとの間に位置し、加熱部は排水孔の風上側に配される。すなわち、加熱部は、排水孔よりも風下側には設けられない。熱交換器の下方にあるドレン水は排水孔から排出される。ドレン水が凍ると、ファンに向かって氷が成長することがあるが、加熱部によりファンに向かって成長する氷が解かされる。

加熱部は、冷媒が循環する配管を利用したヒートパイプとされ、ヒートパイプの出口側の配管が熱交換器の下方に配され、ヒートパイプの入口側の配管に高温の冷媒が流れ、ヒートパイプの出口側の配管から低温の冷媒が流れ出し、ヒートパイプの入口側の配管の熱が熱交換器の下方に移送されるように、ヒートパイプの入口側の配管の一部が熱交換器の下方を通る。ヒートパイプを冷媒が流れる間に放熱され、出口側の配管を通る冷媒の温度が下がる。入口側の配管の熱が出口側の配管に伝えられるので、出口側の配管の温度を高めることができ、熱交換器の下方での氷の生成が抑えられる。

加熱部は、冷媒が循環する配管を利用したヒートパイプとされ、ヒートパイプを流れる冷媒の圧力損失による冷房能力の低下を防ぐ冷房能力低下抑制機構を備えている。ヒートパイプを流れる冷媒の圧力損失が下がるようにすることにより、冷房運転が行われているとき、ヒートパイプを通る冷媒の圧力の低下を抑えることにより、冷房能力の低下を防げる。

加熱部としてヒータが設けられ、ヒータの一部が熱交換器とファンとの間に配置される。ヒータにより、熱交換器の下方だけでなく、熱交換器とファンとの間でも、ドレン水の凍結が防止される。また、ヒータとヒートパイプとを併用することにより、ヒートパイプの機能が十分に発揮できない時期あるいは場所をヒータにより補完することができる。

本発明によると、熱交換器の下方だけでなく熱交換器の外側までドレン水が流れ出しても、加熱部のよりドレン水の凍結を防止できる。したがって、ファンに向かって成長する氷を解かすことができ、ファンを氷から保護することができる。

本発明の空気調和機の冷凍サイクルの概略構成図 ヒートパイプを備えた室外機の底板を示す図 ヒートパイプが設置されたキャビネットの下部の断面図 ヒートパイプの配置を示す図 配管同士で熱交換可能なヒートパイプを示す図 排水孔に対するヒートパイプを示す図 配管が交差するヒートパイプを示す図 ヒートパイプの有無に応じた冷凍サイクルのモリエル線図 配管の径が異なるヒートパイプを示す図 減圧部を有するヒートパイプを示す図 減圧配管を有するヒートパイプを示す図 径の異なる配管を配置したヒートパイプを示す図 ヒータを備えた室外機の底板を示す図 ヒートパイプとヒータを備えた底板の平面図 ヒートパイプとヒータを備えた底板の断面図 分離可能なヒートパイプを有する冷凍サイクルの概略構成図

（第１実施形態）
第１実施形態の空気調和機を図１に示す。空気調和機は、室外機１と室内機２とが配管および配線により接続されて構成される。室外機１は、圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器５、膨張弁６、室外ファン７を備える。室内機２は、室内熱交換器８、室内ファン９を備える。圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器５、膨張弁６、室内熱交換器８が配管により接続されて冷媒回路が形成される。室内機２の配管と室外機１の配管を接続するために、室外機に二方弁１０および三方弁１１が設けられる。膨張弁６と室内熱交換器８とを接続する配管に、二方弁１０が介装され、四方弁４と室内熱交換器８とを接続する配管に、三方弁１１が介装される。

室外機１の圧縮機３などはキャビネットに内装される。キャビネットは、底板２０、四方を囲む側板および天板から形成される。図２に示すように、キャビネット内の一角に、圧縮機３、四方弁４、膨張弁６、配管が配置される。この一角は、仕切り壁によって区画された機械室とされる。機械室に、圧縮機３などが収容される。

室外熱交換器５はＬ形に形成され、側板に沿って配置される。底板２０に、複数の台座２１が取り付けられ、室外熱交換器５は台座２１に載置される。室外熱交換器５と底板２０との間には、隙間が形成される。図３に示すように、室外ファン７は、キャビネットの中央付近に配置され、室外熱交換器５は室外ファン７の風上側に位置する。底板２０に載置台２２が形成され、載置台２２に支持板が固定され、室外ファン７は支持板２３に取り付けられる。また、底板２０には、複数の排水孔２４が形成されている。複数の排水孔２４は、室外熱交換器５の下方に設けられ、各排水孔２４は適宜の間隔をあけて室外熱交換器５に沿って配置される。

圧縮機３が駆動されると、冷媒が冷媒回路を循環する。冷媒が冷媒回路を循環することにより、冷凍サイクルが形成される。空気調和機の制御装置は、冷凍サイクルを制御して、冷房、暖房、除湿などの空調運転を行う。冷房運転では、圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器５、膨張弁６、室内熱交換器８の順に冷媒が循環する。暖房運転では、圧縮機３、四方弁４、室内熱交換器８、膨張弁６、室外熱交換器５の順に冷媒が循環する。

ここで、暖房運転が行われているとき、室外熱交換器５の温度が外気温より低くなると、室外熱交換器５の表面に霜が着く。外気温と室外熱交換器の温度に基づいて、室外熱交換器５への着霜が検知される。外気温と室外熱交換器５の温度との差が規定温度以上になったとき、制御装置は、室外熱交換器５に霜が着いていると判断する。着霜が検知されると、制御装置は、除霜運転を行う。除霜運転として、例えばリバース除霜が行われる。暖房運転中に、圧縮機３が停止され、冷房運転が開始される。

除霜運転が行われると、室外熱交換器５についた霜が溶け、ドレン水になって滴り落ちる。ドレン水は底板２０に受けられ、溜まったドレン水は排水孔２４からキャビネットの外部に排出される。このとき、外気温が氷点下以下のように低いと、底板２０に溜まったドレン水が凍結して、排水孔２４からの排水が妨げられる。このようなドレン水の凍結を防止するために、室外機１に加熱部が設けられる。加熱部は、室外熱交換器５の下方に設けられ、室外熱交換器５と底板２０との間の隙間に配される。

図３に示すように、加熱部は、冷媒が循環する冷媒回路を構成する配管を利用したヒートパイプ３０とされる。ヒートパイプ３０として、二方弁１０と膨張弁６との間の配管が利用され、ヒートパイプ３０は室外熱交換器５の下方を通るように配置される。そして、ヒートパイプ３０の一部が室外交換器５と室外ファン７との間に配される。ヒートパイプ３０は途中で折り返され、室内熱交換器８側に接続された配管が入口側の配管３１とされ、膨張弁６側に接続された配管が出口側の配管３２とされる。

除霜運転が終了した後の暖房運転時、入口側の配管３１には、高温の冷媒が流れ込む。出口側の配管３２には、放熱して温度の低下した冷媒が流れる。暖房運転時、入口側の配管３１の温度は出口側の配管３２の温度よりも高い。入口側の配管３１は、室外交換器５と室外ファン７との間を通り、室外熱交換器５の外形に沿って這わされる。ヒートパイプ３０の折り返し部分は室外熱交換器５の外側に位置する。出口側の配管３２は、折り返し部分から室外熱交換器５の下方に這わされる。出口側の配管３２は室外熱交換器５の下方を通る。

ヒートパイプ３０の各配管３１、３２は、台座２１に吊り下げられて支持され、底板２０には接触しない。入口側の配管３１と出口側の配管３２とは平行に配置される。図４に示すように、出口側の配管３２は、排水孔２４の上を通る。入口側の配管３１は、排水孔２４の上あるいは排水孔２４の風下側の周縁近くの上方を通る。すなわち、ヒートパイプ３０は、排水孔２４よりも風下側にはなく、排水孔２４の風上側に配される。

除霜運転時、室外熱交換器５から生成したドレン水が底板２０に溜まる。このとき、滴下するドレン水がヒートパイプ３０の出口側の配管３２に当たる。外気温が低いと、ヒートパイプ３０の温度は氷点下以下になり、出口側の配管３２の周囲のドレン水が凍結する。除霜運転が終了して暖房運転が再開されると、ヒートパイプ３０に室内熱交換器８を通過した氷点下よりも高温の冷媒が流れる。室外ファン７の風によって底板２０に溜まったドレン水が室外ファン７側に流れてきても、入口側の配管３１の熱により加熱され、入口側の配管３１の周囲でのドレン水の凍結が防がれる。室外ファン７側に向かって氷が成長することを抑えることができ、室外ファン７の近傍では、氷が生じない。

しかも、入口側の配管３１には、直接ドレン水が当たらないので、冷媒の熱損失を低く抑えることができる。これにより、出口側の配管３２は十分な熱量を保持でき、室外熱交換器５の下方に氷があるときは氷を解かすことができ、ドレン水が凍結していないときには、ドレン水が凍結することを防げる。

（第２実施形態）
図５に示すように、本実施形態の加熱部では、入口側の配管３１と出口側の配管３２とが直接熱交換できるように、互いの配管３１、３２の一部が接触する。なお、その他の構成は、第１実施形態と同じである。

入口側の配管３１の一部が室外熱交換器５に向かって形成され、入口側の配管３１が溶接、接着などにより離れないように出口側の配管３２に固定される。室外熱交換器５の下方において、入口側の配管３１の一部が出口側の配管３２に接触する。入口側の配管３１と出口側の配管３２とは一か所以上接触する。なお、入口側の配管３１と出口側の配管３２の接触箇所は、排水孔２４のある位置に合わせるとよい。入口側の配管３１は、排水孔２４の周縁に沿って設置される。排水孔２４の周囲において、ドレン水の凍結を防止できる。

２本の配管３１、３２が接触しているので、高温の配管から低温の配管に熱が伝達され、入口側の配管３１の温度と出口側の配管３２の温度を均一化することができる。すなわち、暖房運転時には、入口側の配管３１から出口側の配管３２に熱が伝達され、出口側の配管３２の温度が上がり、室外熱交換器５の下方での氷の成長を抑えることができる。除霜運転時には、出口側の配管３２から入口側の配管３１に熱が伝達され、入口側の配管３１の温度の低下を抑制できる。

なお、出口側の配管３２の一部を室外ファン７側に向かって形成してもよい。室外熱交換器５の外側において、出口側の配管３２の一部が入口側の配管３１に接触する。

（第３実施形態）
図６に示すように、本実施形態の加熱部では、ヒートパイプ３０の配管が排水孔２４よりも風上側に設けられる。排水孔２４が室外熱交換器５と室外ファン７との間であって、室外熱交換器５よりも風下側に設けられる。出口側の配管３２は、室外熱交換器５の下方であって、排水孔２４の風上側の底板２０上に配置される。入口側の配管３１は、排水孔２４の上を通るように配置される。すなわち、入口側の配管３１は、排水孔２４よりも風上側に設けられる。なお、その他の構成は、第１、第２実施形態と同じである。

室外熱交換器５から滴下したドレン水は排水孔２４の風上側の底板２０に受けられる。ドレン水が風下側に向かって流れてくるとき、ヒートパイプ３０の熱により加熱される。そのため、排水孔２４の近傍でのドレン水の凍結を防止できる。また、ドレン水が凍結していても、排水孔２４の近くでは氷の成長が抑えられ、排水孔２４の近傍の氷が解けて、排水孔２４から排水される。特に、排水孔２４を室外ファン７の載置台２２の風上側の周囲に設けることにより、室外ファン７側に向かって成長する氷を確実に排除できる。

（第４実施形態）
図７に示すように、本実施形態の加熱部では、ヒートパイプ３０の入口側の配管３１と出口側の配管３２が途中で交差して、室外熱交換器５に対する２本の配管３１、３２の配置が変更される。すなわち、入口側の配管３１は、室外熱交換器５と室外ファン７との間を通り、途中から室外熱交換器５の下方を通るように配置される。出口側の配管３２は、室外熱交換器５の外側を通り、途中から室外熱交換器５の下方を通るように配置される。なお、その他の構成は、第１〜第３実施形態と同じである。

このように、出口側の配管３２よりも温度の高い入口側の配管３１が室外熱交換器５の下方を通り、出口側の配管３２が室外熱交換器５の外側を通ることにより、室外熱交換器５の下方にも十分な熱を供給でき、全体的にドレン水の凍結を防止できる。

ここで、室外熱交換器５の下方を通る入口側の配管３１は、室外熱交換器５の下方で排水孔２４が集中している領域を通るように配置される。このように、熱を局所的に投入することができるので、排水孔２４の周囲でのドレン水の凍結を防止することができ、スムーズに排水を行える。これにより、確実に室外ファン７側に向かってドレン水が流れないようにできる。

（第５実施形態）
上記の実施形態のように、加熱部が冷媒回路を構成する配管を利用したヒートパイプ３０である場合、ヒートパイプ３０による冷媒の圧力損失が生じる。図８に示すように、ヒートパイプ３０のない通常の冷凍サイクルでは、ヒートパイプ３０による冷媒の圧力損失がない。この場合、冷房能力はｍ×（ｈ２−ｈ３）となる。ｍは循環量（ｋｇ／ｓ）、ｈ２は室内熱交換器出口エンタルピー（Ｊ／ｋｇ）、ｈ３は室内熱交換器入口エンタルピー（Ｊ／ｋｇ）。一方、ヒートパイプ３０のある冷凍サイクルでは、ヒートパイプ３０の圧力損失により、冷房能力がｍ’×（ｈ２−ｈ１）となり、ｈ１＞ｈ２となる。また、サクション圧力が低下するため、ｍ’＜ｍとなる。このように、ヒートパイプ３０が存在することにより、冷媒の循環量が低下して、冷房能力が低下する。そこで、空気調和機は、ヒートパイプ３０による冷媒の圧力損失を低減することにより冷房能力の低下を防ぐ冷房能力低下抑制機構を備える。

図９に示すように、冷房能力低下抑制機構は、出口側の配管３２の径を入口側の配管３１の径よりも大にしたヒートパイプ３０とされる。入口側の配管３１の径は、冷媒回路を構成する他の配管の径と同じである。なお、ここでの径は内径を示す。入口側の配管３１および出口側の配管３２は、室外熱交換器５の下方を通り、入口側の配管３１と出口側の配管３２とはテーパー管により接続され、大径の出口側の配管３２は膨張弁６に接続される。入口側の配管３１は出口側の配管３２の風下側に位置する。なお、その他の構成は、第１〜第４実施形態と同じである。

除霜運転によって滴下したドレン水は底板２０に溜まる。暖房運転が再開されると、常温高圧の液状の冷媒がヒートパイプ３０を流れる。ヒートパイプ３０の熱によりドレン水の凍結が防止される。また、風下側に位置する入口側の配管３１の熱により、室外ファン７に向かう氷の成長が抑えられる。

冷房運転時、膨張弁６を通過して温度が低下した低圧の液状の冷媒がヒートパイプ３０を通過する。冷媒は大径の出口側の配管３２を通ってから小径の入口側の配管３１を通る。配管の径が大きいほど流れる冷媒の圧力損失が低くなる。ヒートパイプ３０を通る冷媒の流量は変わらないので、圧力損失を低減できる。また、冷媒が出口側の配管３２を通過した後に入口側の配管３１を通るので、小径の配管を通る際に冷媒が減圧され、低温になった冷媒を室内熱交換器８に供給できる。すなわち、配管３２で凝縮熱を放熱可能となる。図８に示すように、室外熱交換器５のエンタルピー差が増加し、冷房能力が大きくなる。これにより、ヒートパイプ３０を設けても、減圧機構のない場合と比較して、ヒートパイプ３０による圧力損失の低下が抑えられ、冷房能力の低下を防ぐことができる。

（第６実施形態）
冷房能力低下抑制機構は、ヒートパイプ３０の中間に配された減圧部３５を有する。図１０に示すように、減圧部３５は室外熱交換器５の外側を通る配管に設けられる。例えば、入口側の配管３１と出口側の配管３２とをつなぐヒートパイプ３０の折り返し部分に介装される。なお、その他の構成は、第１〜第５実施形態と同じである。

減圧部３５は膨張弁あるいはキャピラリチューブとされる。制御装置は、冷房運転を行うとき、膨張弁６の開度を調節して、減圧度を制御する。すなわち、膨張弁６の開度は、減圧部３５がない場合に設定される開度よりも大きくされる。冷媒の温度に基づいて膨張弁６の開度が調節され、さらに減圧部３５により冷媒が減圧される。このように、段階的に減圧することが可能となり、低圧の冷媒がヒートパイプ３０を通ることになるので、ヒートパイプ３０による冷媒の圧力損失を減らすことができる。したがって、ヒートパイプ３０による冷房能力の低下を抑制できる。なお、減圧部３５が膨張弁である場合、暖房運転を行うときには、減圧部３５の開度は最大とされ、ヒートパイプ３０による圧力損失が小さくなる。

ここで、減圧部３５が開度可変な膨張弁である場合、制御装置は、冷房運転を行うとき、膨張弁６および減圧部３５の開度を調節して、減圧度を制御する。すなわち、冷媒の温度に基づいて膨張弁６の開度が調節され、これに応じて減圧部３５の開度も調節される。膨張弁６による減圧度が減り、さらに減圧部３５により減圧することができるので、さらに冷媒の圧力損失を減らすことができる。また、冷房能力低下抑制機構を膨張弁のような開度可変な弁にすることにより、減圧度を調節することができ、冷暖房能力の最適化が可能となる。

そして、減圧部３５がヒートパイプ３０の折り返し部分に設けられることにより、暖房運転時に入口側の配管３１では減圧部３５による温度低下はなく、配管の温度はそのまま維持される。これにより、凍結防止の効果を確実に発揮させることができる。

（第７実施形態）
図１１に示すように、本実施形態の冷房能力低下抑制機構は、ヒートパイプ３０の出口側の配管３２と入口側の配管３１との中間に配された、両配管３１、３２よりも細い減圧配管３６とされる。減圧配管３６は、入口側の配管３１および出口側の配管３２の径よりも小径の配管からなり、入口側の配管３１と出口側の配管３２とをつなぐ短い曲管である。入口側の配管３１と出口側の配管３２は同径、もしくは配管３１が配管３２よりも小さな径とされる。なお、その他の構成は、第１〜第５実施形態と同じである。

減圧配管３６の内径は入口側の配管３１および出口側の配管３２の内径よりも小さい。そのため、減圧配管３６はキャピタリチューブと同様の機能を有する。冷媒が減圧配管３６を通るとき、冷媒が減圧され、低圧の冷媒が入口側の配管３１を通る。これにより、ヒートパイプ３０による冷媒の圧力損失を低減でき、冷房能力の低下を抑制できる。

ここで、内径の小さい減圧配管３６の外径が入口側の配管３１および出口側の配管３２の外径と同じになるようにしてもよい。ヒートパイプ３０の高さを一定にすることができ、オイル溜まりが生じにくくなる。これにより、冷媒の流れがスムーズになって、冷媒の流れの乱れによる圧力損失を低減できる。

（第８実施形態）
図１２に示すように、本実施形態の冷房能力低下抑制機構は、入口側の配管３１を室外熱交換器５の下方に配し、出口側の配管３２を入口側の配管３１の風下側であって、室外熱交換器５の外側に配する配管配置とする。入口側の配管３１の径が出口側の配管３２の径より大とされる。なお、その他の構成は、第１〜第５実施形態と同じである。

暖房運転時、室内熱交換器８によって熱交換された常温の冷媒が入口側の配管３１を通る。入口側の配管３１は室外熱交換器５の下方にあるので、室外熱交換器５から滴下したドレン水の凍結を防ぐ。しかも、入口側の配管３１の径を大きくすることにより、配管の表面積が増えて、熱が広範囲に輻射され、凍結防止の効果が増大する。また、出口側の配管３２は室外熱交換器５と室外ファン７との間にあるので、室外熱交換器５から外側に向かう氷の成長を防ぐ。

冷房運転時、室外熱交換器５からの冷媒が出口側の配管３２を通る。出口側の配管３２は室外熱交換器５の外側にあるので、室外熱交換器５からの熱の影響を受けず、温度の下がった冷媒が加熱されるといった熱損失を防げる。なお、冷媒は出口側の配管３２から入口側の配管３１を通って、室内熱交換器８に流れるが、室外熱交換器５の下方に配置された入口側の配管３１は室外熱交換器５からの熱を受けても、配管の表面積が大きいので、吸熱と排熱のバランスが保たれ、冷媒の温度上昇が防がれる。上記の配管配置にすることにより、冷房能力の低下を抑えながら凍結防止を図れる。

（第９実施形態）
室外機１に溜まったドレン水の凍結を防止するためにヒートパイプ３０が設けられる。このヒートパイプ３０は冷凍サイクル運転の熱源を利用している。そのため、新たな熱源を付加していないので、省エネルギ効果が得られる。しかし、冷凍サイクル運転の開始時のような膨張弁６の入口温度が低いときには、ヒートパイプ３０は十分な熱量を確保できず、ドレン水の凍結の防止を行えない、あるいはキャビネットの底板２０に溜まっていたドレン水が凍って生じた氷を解かすことができないおそれがある。

そこで、本実施形態では、冷凍サイクル運転が行われるとき、いつでもドレン水の凍結を防止できるようにする。すなわち、加熱部として、ヒートパイプ３０だけでなくヒータ４０も設けられる。制御装置は、ヒートパイプ３０による凍結防止の機能を補完するために、ヒートパイプ３０の機能が不十分な時期にヒータ４０が動作するようにヒータ４０を制御する。ヒートパイプ３０の機能が十分に発揮されるようになると、制御装置は、ヒータ４０の動作を停止させる。

図１３〜１５に示すように、ヒートパイプ３０の入口側の配管３１および出口側の配管３２は室外熱交換器５の下方に配される。入口側の配管３１は出口側の配管３２の風下側に位置する。ヒータ４０は、室外熱交換器５の下方に配され、ヒータ４０の一部が室外熱交換器５と室外ファン７との間に配される。そして、ヒータ４０はヒートパイプ３０の外側を取り囲むように配される。ヒータ４０は、室外熱交換器５の下方において、出口側の配管３２よりも風上側に位置するとともに、入口側の配管３１よりも風下側であって、室外熱交換器５の外側に位置する。

ヒータ４０は、ヒートパイプ３０よりも下方に配され、キャビネットの底板２０に設けられる。底板２０にフック４１が取り付けられ、ヒータ４０がフック４１に嵌め込まれて、ヒータ４０は底板２０に固定される。ヒートパイプ３０およびヒータ４０は、排水孔２４の上を通る。なお、その他の構成は、第１〜第８実施形態と同じである。

ヒータ４０は、ヒートパイプ３０が十分に機能しない時期に駆動され、ヒートパイプ３０が十分に機能する時期には駆動されない。すなわち、冷凍サイクル運転の立ち上げ時などの冷媒の温度が低いとき、ヒートパイプ３０の機能は不十分である。このとき、ヒータ４０が動作して、ドレン水の凍結を防いだり、ドレン水が凍結している場合には、氷を解かす。冷凍サイクルが安定すると、冷媒の温度が上がり、ヒートパイプ３０の機能が十分に発揮される。このとき、ヒータ４０は動作しない。

制御装置は、ヒートパイプ３０の周辺温度に基づいて、ヒータ４０の動作の要否を決め、ヒータ４０のオンオフを制御する。制御装置は、周辺温度が規定温度以下のとき、ヒータ４０をオンし、周辺温度が規定温度を越えたとき、ヒータ４０をオフする。ヒートパイプ３０の周辺温度は、例えば膨張弁６の入口温度とされる。規定温度は、例えば０℃よりも少し高い温度に設定される。

暖房運転が開始されると、室内熱交換器８で熱交換された冷媒がヒートパイプ３０を通り、膨張弁６に流れ込む。暖房運転の開始時、制御装置は、膨張弁６の入口温度を検知して、ヒータ４０の動作の要否を決める。膨張弁６の入口温度が規定温度以下のとき、制御装置は、ヒートパイプ３０の機能は不十分であると判断して、ヒータ４０をオンする。ヒータ４０は、通電され、発熱する。

暖房運転が開始された当初は冷媒の温度が低い。このとき、ヒータ４０が動作するので、底板２０に溜まったドレン水が凍結していても、ヒータ４０により解氷される。特に、排水孔２４の周辺が凍っているとき、周辺の氷が解けて、排水孔２４から排水される。除霜運転によってドレン水が生じたとき、ドレン水をスムーズに排出できる。このように、ヒータ４０の熱により、ドレン水の凍結が防がれる。また、室外熱交換器５の下方から室外ファン７に向かって成長した氷があるとき、ヒータ４０により、この氷を解かすことができる。

冷凍サイクルが安定すると、冷媒の温度が上がり、膨張弁６の入口温度も上がる。制御装置は、膨張弁６の入口温度が規定温度を越えたことを検知すると、ヒートパイプ３０が十分に機能すると判断して、ヒータ４０をオフする。ヒータ４０は停止するが、ヒートパイプ３０の熱により、ドレン水の凍結が防がれる。

このように、ヒータ４０はヒートパイプ３０の機能が不十分なときだけ動作して、ヒートパイプ３０を補完する。ヒートパイプ３０だけで十分なときには、ヒータ４０は動作しないので、電力消費を抑えることができる。

なお、ヒータ４０の動作を決めるためのヒートパイプ３０の周辺温度を外気温としてもよい。制御装置は、外気温が０℃以下のとき、ヒータ４０を一定時間だけ動作させ、外気温が０℃より高いとき、ヒータ４０を動作させない。除霜運転が終了すると、暖房運転が開始される。このとき、冷媒の温度が０℃より高い場合、膨張弁６の入口温度は規定温度より高くなる。ここで、外気温が０℃以下であるとき、冷媒の温度が高くても、ヒータ４０が動作する。ヒートパイプ３０だけでなくヒータ４０も働くので、底板２０に滴下したドレン水は凍結することなく排水孔２４から排出される。底板２０に溜まったドレン水が排出されると、ドレン水が凍結する問題は解消されるので、ヒータ４０は不要となる。暖房運転の開始から一定時間経過すると、ヒータ４０はオフされ、無駄な電力消費がなくなる。

（第１０実施形態）
暖房運転が開始されると、徐々に冷媒の温度が上がってくる。これに伴って、ヒートパイプ３０の機能が発揮される。そこで、冷媒の温度に応じてヒータ４０の動作が制御される。制御装置は、冷媒の温度が上昇するにつれて、ヒータ４０の出力を下げる。なお、その他の構成は、第９実施形態と同じである。

暖房運転の開始時、制御装置は、膨張弁６の入口温度が規定温度以下のとき、ヒータ４０をオンする。ヒータ４０は、通電されて発熱する。冷媒の温度が徐々に上がり、膨張弁６の入口温度が上昇する。制御装置は、膨張弁６の入口温度を監視し、入口温度が上昇するにつれてヒータ４０への通電量を下げる。冷媒の温度が上がるにつれて、ヒータ４０の出力が下がっていく。膨張弁６の入口温度が規定温度より高くなると、制御装置は、ヒータ４０をオフする。膨張弁６の入口温度の代わりに、室外熱交換器５の温度を監視して、この温度に応じてヒータ４０の制御を行ってもよい。

ヒータ４０の出力が下がり、発熱量が減っても、ヒートパイプ３０からの熱が増え、ドレン水の凍結防止の効果は発揮される。このように、冷媒の温度が早く上がれば、ヒータ４０の動作時間が短くなる。したがって、ヒータ４０への通電量が減るので、消費電力を低減することができ、省エネルギを図れる。

（第１１実施形態）
ヒータ４０の上方には、ヒートパイプ３０が通り、室外熱交換器５が位置している。ヒータ４０の熱により、ヒートパイプ３０や室外熱交換器５を温めることができる。そこで、暖房運転が行われるとき、冷媒の温度を早く上昇させるために、ヒートパイプ３０の周辺温度に関係なくヒータ４０を動作させる。なお、その他の構成は、第９、第１０実施形態と同じである。

暖房運転が開始されると、制御装置は、ヒータ４０をオンする。ヒートパイプ３０を通る冷媒が温められ、室外熱交換器５も温められる。これにより、温められた冷媒が圧縮機３に送り込まれるので、圧縮機３を高回転で運転する必要がなくなり、運転効率が向上して、消費電力を低減できる。しかも、ヒータ４０の熱により、ドレン水の凍結も防ぐことができる。

ここで、暖房運転の開始時にヒータ４０を一定時間だけ動作させるとよい。制御装置は、暖房運転を開始すると、一定時間だけヒータ４０をオンする。一定時間経過すると、ヒータ４０は停止される。これにより、暖房運転の立ち上がりを早くすることができ、温風をすばやく吹き出すことができる。

なお、暖房運転が予約されているとき、制御装置は、予約された開始時間前にヒータ４０を動作させる。予約された開始時間の所定時間前になると、ヒータ４０がオンされる。ヒータ４０は少なくとも所定時間以上動作する。これにより、ドレン水が凍結しているとき、運転開始前に氷を排除できる。また、圧縮機３に吸入される冷媒を事前に温めておくことができ、暖房運転の立ち上がりをより早くできる。

また、外気温に応じてヒータ４０を動作させてもよい。制御装置は、外気温が冷媒温度以下のとき、ヒータ４０をオンし、外気温が冷媒温度より高いとき、ヒータ４０をオフする。これにより、熱交換効率が悪いときにヒータ４０が動作して、冷媒を温めることができる。

（第１２実施形態）
冷房能力低下抑制機構として、ヒートパイプ３０が不要なときにはヒートパイプ３０を冷媒回路から分離し、必要なときにヒートパイプ３０を冷媒回路に組み込む機構とする。図１６に示すように、ヒートパイプ３０は冷媒回路から分岐するように設けられ、入口側の配管３１は第１流路切換弁４５を介して冷媒回路の配管に接続され、出口側の配管３２は第２流路切換弁４６を介して冷媒回路の配管に接続される。制御装置は、冷凍サイクル運転に応じて各流路切換弁４５、４６を動作させる。なお、その他の構成は、第９〜第１１実施形態と同じである。

第１流路切換弁４５は、冷媒回路と入口側の配管３１を連通する、あるいは入口側の配管３１を冷媒回路から切り離して、冷媒の流路を切り換える。第２流路切換弁４６は、冷媒回路と出口側の配管３２を連通する、あるいは出口側の配管３２を冷媒回路から切り離して、冷媒の流路を切り換える。暖房運転時、入口側の配管３１および出口側の配管３２と冷媒回路とが連通され、ヒートパイプ３０が冷媒回路に組み込まれる。冷房運転時、入口側の配管３１および出口側の配管３２が冷媒回路から切り離され、ヒートパイプ３０は冷媒回路から分離される。このように、冷房運転時にはヒートパイプ３０は不要となるので、ヒートパイプ３０が冷媒回路から分離される。ヒートパイプ３０による圧力損失がなくなり、冷房能力の低下といった問題が生じない。また、暖房運転時にはヒートパイプ３０が冷媒回路に組み込まれで機能するので、ドレン水の凍結を防止できる。

以上の通り、本発明の空気調和機は、キャビネットに、熱交換器とファン、例えば室外熱交換器５と室外ファン７が内装され、熱交換器５がファン７の風上側に配置されたものであって、熱交換器５の下方に、熱交換器５から滴下したドレン水の凍結を防止する加熱部が設けられ、熱交換器５とファン７との間でドレン水の凍結を防止するために加熱部の一部が熱交換器５とファン７との間に配される。これにより、熱交換器５の下方だけでなく、熱交換器５とファン７との間でもドレン水の凍結を防止でき、氷によるファン７への悪影響を排除できる。

熱交換器５の下方に形成された排水孔２４は熱交換器５とファン７との間に位置し、加熱部は排水孔２４の風上側に配される。これにより、ファン７に向かって成長する氷を解かして、排水孔２４から排水することができる。

加熱部は、冷媒が循環する配管を利用したヒートパイプ３０とされ、ヒートパイプ３０の出口側の配管３２が熱交換器５の下方に配され、ヒートパイプ３０の入口側の配管３１に高温の冷媒が流れ、ヒートパイプ３０の出口側の配管３２から低温の冷媒が流れ出し、ヒートパイプ３０の入口側の配管３１の熱が熱交換器５の下方に移送されるように、ヒートパイプ３０の入口側の配管３１の一部が熱交換器５の下方を通る。これにより、出口側の配管３２の温度を高めることができ、熱交換器５の下方でのドレン水の凍結防止を確実に行うことができる。

加熱部を冷媒が循環する配管を利用したヒートパイプ３０とした場合、ヒートパイプ３０の入口側の配管３１が熱交換器５とファン７との間を通り、ヒートパイプ３０の出口側の配管３２が熱交換器５の下方を通る。すなわち、ヒートパイプ３０の一部が熱交換器５とファン７との間に配される。そして、ヒートパイプ３０の入口側の配管３１が排水孔２４の風上側に配置される。高温の入口側の配管３１により、熱交換器５の外側への氷の成長を防ぐことができる。また、排水孔２４の周囲でのドレン水の凍結を防ぐことができる。

ヒートパイプ３０の入口側の配管３１は室内熱交換器８からの配管に接続され、出口側の配管３２は膨張弁６などの絞り機構に接続される。暖房運転が行われるとき、入口側の配管３１に温度の高い冷媒を流すことができる。

ヒートパイプ３０の入口側の配管３１と出口側の配管３２とが接触する。これにより、高温側の配管の熱を低温側の配管に移送することができ、熱交換器５の下方でのドレン水の凍結防止の効果を高めることができる。また、ヒートパイプ３０の入口側の配管３１と出口側の配管３２が途中で交差して、入口側の配管３１が熱交換器５の下方を通り、出口側の配管３２が熱交換器５の外側を通る。これによっても、高温側の配管が熱交換器５の下方を通るので、熱交換器５の下方でのドレン水の凍結防止の効果を高めることができる。

加熱部は、冷媒が循環する配管を利用したヒートパイプ３０とされ、ヒートパイプ３０を流れる冷媒の圧力損失による冷房能力の低下を防ぐ冷房能力低下抑制機構を備える。これにより、冷房運転が行われているとき、ヒートパイプ３０を通る冷媒の圧力の低下を抑えることができ、冷房能力の低下を防げる。

冷房能力低下抑制機構としては、ヒートパイプ３０の出口側の配管３２の径を入口側の配管３１の径よりも大にする、ヒートパイプ３０の中間に減圧部３５を配する、ヒートパイプ３０の出口側の配管３２と入口側の配管３１との中間に両配管よりも細い減圧配管３６を配するといったものがあげられる。出口側の配管３２を通る冷媒の圧力が低くなるので、冷媒の圧力損失を減らすことができる。そして、減圧配管３６は、外径がヒートパイプ３０の配管と同じであり、ヒートパイプ３０の配管よりも内径が小さい配管である。このような減圧配管３６にすることにより、ヒートパイプ３０を水平に配設することができる。

冷房能力低下抑制機構は、ヒートパイプ３０の入口側の配管３１を熱交換器５の下方に配し、出口側の配管３２を入口側の配管３１の風下側であって、熱交換器５の外側に配する。そして、入口側の配管３１の径が出口側の配管３２の径より大とされる。このように、ヒートパイプ３０の一部が熱交換器５の外側にあるので、冷房運転時に熱交換器５の熱の影響を受けない。そのため、冷媒の熱損失を減らすことができ、冷房能力の低下を防ぐことができる。また、暖房運転時には、熱交換器５の下方にある配管の熱により、ドレン水の凍結を防止できる。

加熱部としてヒータ４０が設けられ、ヒータ４０の一部が熱交換器５とファン７との間に配置される。ヒータ４０の熱により、ファン７に向かう氷の成長を抑えることができる。また、ヒータ４０とヒートパイプ３０を併用することにより、ヒートパイプ３０の機能が不十分な場合にヒータ４０で補完することができる。

ヒータ４０の動作に関して、制御装置は、暖房運転を開始するとき、ヒータ４０を動作させる。これにより、運転停止中に生成された氷を解かすことができ、支障なく運転を行える。制御装置は、ヒートパイプ３０の周辺温度が低いとき、ヒータ４０を動作させる。冷媒の温度や外気温などの周辺温度に基づいてヒータ４０を効率よく制御することができ、消費電力を低減できる。制御装置は、冷媒の温度に応じてヒータ４０の動作を制御する。冷媒の温度が上がると、ヒータ４０の通電量が下がるので、消費電力を低減できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。空気調和機は、セパレート型に限らず、一体型であってもよい。この場合、暖房運転時に蒸発器として機能する熱交換器に対して、加熱部が設けられる。また、加熱部をヒータ単独で構成してもよい。

各実施形態において、ヒートパイプ３０がキャビネットの底板２０に溜まったドレン水に接触するように設けられる。ヒートパイプ３０の入口側の配管３１および出口側の配管３２がゴム管あるいは樹脂管とされ、ヒートパイプ３０の配管が冷媒回路の金属配管にフレキシブル管を介して接続される。また、ヒートパイプ３０の折り返し部分において、入口側の配管３１と出口側の配管３２との間にフレキシブル管が介装される。このフレキシブル管は底板２０に支持され、入口側の配管３１および出口側の配管３２の両端が上下方向に移動可能に支持される。

これにより、ヒートパイプ３０の配管は、固定された冷媒回路の配管に対して上下方向に移動可能となる。暖房運転時、液状の冷媒がヒートパイプ３０に流れてくると、ヒートパイプ３０の配管が自重により底板２０の近くまで下がり、底板２０に溜まっているドレン水に接触する。ヒートパイプ３０の熱が直接ドレン水に作用し、確実にドレン水の凍結防止を図れるとともに解氷を行うことができる。冷房運転時には、気液二相の冷媒がヒートパイプ３０に流れてくる。ヒートパイプ３０の配管は、暖房運転のときよりも下がらない。

第９〜第１２実施形態において、ヒートパイプ３０の入口側の配管３１を室外熱交換器５の外側に配置してもよい。なお、ヒータ４０は、入口側の配管３１の風上側あるいは風下側のいずれに位置してもよい。

底板２０には、複数の排水孔２４が設けられている。各排水孔２４に対して、それぞれヒータ４０が設けられる。複数のヒータ４０は並列に接続され、各ヒータ４０は、排水孔２４の周囲を取り囲むように形成される、あるいは排水孔２４を跨ぐように形成される。

１ 室外機
２ 室内機
３ 圧縮機
４ 四方弁
５ 室外熱交換器
６ 膨張弁
７ 室外ファン
８ 室内熱交換器
９ 室内ファン
２０ 底板
２４ 排水孔
３０ ヒートパイプ
３１ 入口側の配管
３２ 出口側の配管
３５ 減圧部
３６ 減圧配管
４０ ヒータ

Claims (5)

1. キャビネットに、室外熱交換器とファンが内装され、室外熱交換器がファンの風上側に配置された空気調和機であって、室外熱交換器の下方の底板に形成された排水孔は室外熱交換器とファンとの間に位置し、室外熱交換器とファンとの間で室外熱交換器から滴下してファン側に流れてきたドレン水の凍結を防止するために、室内熱交換器と膨張弁とを接続する配管を利用したヒートパイプが設けられ、高温の冷媒が流れるヒートパイプの入口側の配管は室外熱交換器とファンとの間に配されたことを特徴とする空気調和機。
2. ヒートパイプの入口側の配管にドレン水が当たらないように、ヒートパイプの各配管は、室外熱交換器を載置する台座に吊り下げられて支持されたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. キャビネットに、室外熱交換器とファンが内装され、室外熱交換器がファンの風上側に配置された空気調和機であって、室外熱交換器とファンとの間で室外熱交換器から滴下してファン側に流れてきたドレン水の凍結を防止するために、冷媒が循環する配管を利用したヒートパイプが設けられ、ヒートパイプの出口側の配管が室外熱交換器の下方に配され、ヒートパイプの入口側の配管に高温の冷媒が流れ、ヒートパイプの出口側の配管から低温の冷媒が流れ出し、ヒートパイプの入口側の配管の熱が室外熱交換器の下方に移送されるように、ヒートパイプの入口側の配管の一部が室外熱交換器の下方を通ることを特徴とする空気調和機。
4. ヒートパイプを流れる冷媒の圧力損失による冷房能力の低下を防ぐ冷房能力低下抑制機構を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和機。
5. ヒートパイプと併用されるヒータが設けられ、ヒータの一部が室外熱交換器とファンとの間に配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気調和機。

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