JP7191230B2 - 空気調和機 - Google Patents

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Description

本発明は、レシーバを備える空気調和機に関する。
従来、余剰冷媒が蓄えられるレシーバが設けられた空気調和機が知られている。このような空気調和機において、レシーバは、凝縮器と蒸発器との間に設けられ、凝縮器から流入した冷媒を蓄えることで、空気調和機の負荷変動に応じて蒸発器を流れる冷媒量を調整するものである。また、これらの空気調和機のレシーバには、凝縮器から流入した冷媒に旋回流を形成させることで、気液分離装置として動作するものが存在する。
特許文献1には、冷媒に旋回流を形成させることで気液分離装置として動作するレシーバの内部において、凝縮器から接続される配管の開口が液相の冷媒中に位置するように設けられている空気調和機が開示されている。特許文献1の空気調和機において、凝縮器から流れる冷媒は、液相の冷媒中に放出されることで、気化することが抑制される。特許文献1の空気調和機は、これにより、より多くの液相の冷媒を蒸発器に送り、熱交換効率を高めるようとするものである。
特開2017-20660号公報
しかしながら、特許文献1に開示された空気調和機のレシーバには、圧縮機に吸入される冷媒が流れ、内部の冷媒とレシーバに溜められた冷媒との間で熱交換を行う熱交換管が設けられていない。このため、レシーバ内部の冷媒が旋回して流れていても、レシーバから蒸発器側に流れる中温且つ中圧の冷媒は、熱交換管を流れる低温且つ低圧の冷媒と熱交換を行なわれず、乾き度が高い。したがって、特許文献1の空気調和機は、凝縮器における熱交換量を増加させることができず、冷凍サイクルの効率を向上させることができない。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、凝縮器における熱交換量を増加させることで、冷凍サイクルの効率を向上させる空気調和機を提供するものである。
本発明に係る空気調和機は、圧縮機、凝縮器、膨張部、レシーバ及び蒸発器が配管により接続され、冷媒が流れる冷媒回路を備え、配管は、レシーバの内部の中央に設けられ、圧縮機に吸入される冷媒が内部に流れ、内部の冷媒とレシーバに貯められた冷媒との間で熱交換を行う熱交換管と、レシーバの内部に挿入されるレシーバ配管と、を有し、レシーバ配管は、一端が凝縮器に接続されると共に、他端がレシーバの内部において熱交換管の外周側に挿入され、レシーバに冷媒を流入する流入配管を有し、流入配管の他端は、熱交換管を中心とした円周に沿うように延び、熱交換管は、レシーバの内部と圧縮機の吸入側に接続される吸入配管とを連通させ、内部を冷媒が流れると共に、下部に冷媒を減圧する減圧部が設けられたバイパス配管である
本発明によれば、レシーバに冷媒を流入する流入配管は、レシーバ内部に挿入され、熱交換管を中心とした円周に沿うように延びている。このため、レシーバの内部において、流入配管から流入する冷媒は、中央に設けられた熱交換管の周囲を旋回する。この際、冷媒が気相と液相とに分離し、液相の冷媒は、中央が凹んで外周が盛り上がった渦をなす。即ち、中温且つ中圧の気相冷媒が熱交換管に接触する面積が増大する。これにより、熱交換管の内部を流れる低温且つ低圧の冷媒とレシーバに貯蔵された中温且つ中圧の冷媒との熱交換が促進され、レシーバから蒸発器側に流れる冷媒は、乾き度が低くなる。このため、凝縮器における熱交換量が増加する。したがって、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。
実施の形態1に係る空気調和機100を示す回路図である。 実施の形態1に係るレシーバ16を示す正面図である。 実施の形態1に係るレシーバ16を示す上視図である。 実施の形態1に係るレシーバ16を示す斜視図である。 実施の形態1に係るレシーバ16を示す正面図である。 実施の形態1の比較例に係るレシーバ216を示す正面図である。 実施の形態1の比較例に係るレシーバ216を示す上視図である。 実施の形態2に係る空気調和機200を示す回路図である。 実施の形態2に係るレシーバ116を示す正面図である。
実施の形態1.
以下、実施の形態1に係る空気調和機100について、図面を参照しながら説明する。図1は、実施の形態1に係る空気調和機100を示す回路図である。図1に示すように、空気調和機100は、室外機1、室内機2及び冷媒配管3を有している。なお、図1では、1台の室内機2を例示しているが、室内機2の台数は、2台以上でもよい。
(室外機1、室内機2、冷媒配管3)
室外機1は、圧縮機11、流路切替装置12、室外熱交換器13、室外送風機14、膨張部15及びレシーバ16を有している。室内機2は、室内熱交換器21及び室内送風機22を有している。冷媒配管3は、圧縮機11、流路切替装置12、室外熱交換器13、膨張部15、レシーバ16及び室内熱交換器21を接続すると共に、内部に冷媒が流れることで冷媒回路4を構成するものである。冷媒配管3は、熱交換管31及びレシーバ配管32を有する。
(圧縮機11)
圧縮機11は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出するものである。圧縮機11は、例えば、インバータ(図示せず)により周波数が制御されるモータ(図示せず)によって駆動されるインバータ圧縮機である。
(流路切替装置12)
流路切替装置12は、冷媒回路4において、冷媒の流通方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。流路切替装置12は、冷房運転時には、圧縮機11の吐出側と室外熱交換器13とを接続すると共に、圧縮機11の吸入側と室内熱交換器21とを接続するものである。また、流路切替装置12は、暖房運転時には、圧縮機11の吐出側と室内熱交換器21とを接続すると共に、圧縮機11の吸入側と室外熱交換器13とを接続するものである。なお、流路切替装置12は、四方弁ではなく、複数の二方弁などを組み合わせることで、四方弁と同様の機能を持たせたものであってもよい。
(室外熱交換器13、室外送風機14)
室外熱交換器13は、冷媒と室外空気との間で熱交換を行うものであり、例えばフィンアンドチューブ型熱交換器である。室外熱交換器13は、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。室外送風機14は、室外熱交換器13に室外空気を送る機器である。
(膨張部15)
膨張部15は、冷媒を減圧して膨張させる減圧弁又は膨張弁である。本実施の形態1では、膨張部15は、第一の膨張部41及び第二の膨張部42を有する。第一の膨張部41は、一方が室外熱交換器13に接続され、他方がレシーバ16に接続されている。第二の膨張部42は、一方がレシーバ16に接続され、他方が室内熱交換器21に接続されている。
(レシーバ16)
レシーバ16は、略円筒形をなしており、底面部51、側面部52及び上面部53から構成される。底面部51は、レシーバ16の底面を構成する略円形の板状の部材である。側面部52は、底面部51の円周上から上方に延び、レシーバ16の側面を構成する部材である。上面部53は、側面部52の上端に接続され、レシーバ16の上面を覆う略円形の板状の部材である。レシーバ16は、空気調和機100の負荷変動に応じて増減する冷媒回路4中の余剰冷媒を蓄える容器である。レシーバ16は、前述のとおり、第一の膨張部41と第二の膨張部42との間に設けられている。なお、レシーバ16は、室外機1ではなく、室内機2に設けられたり、室外機1及び室内機2とは別の機器に設けられたりしてもよい。
(室内熱交換器21、室内送風機22)
室内熱交換器21は、室内空気と冷媒との間で熱交換を行うものである。室外熱交換器13は、冷房運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する。室内送風機22は、室内熱交換器21に室内空気を送る機器であり、例えば、クロスフローファンである。
(熱交換管31)
図2は、実施の形態1に係るレシーバ16を示す正面図である。図3は、実施の形態1に係るレシーバ16を示す上視図である。熱交換管31は、一端が蒸発器に接続され、他端が圧縮機11の吸入側に接続されると共に、圧縮機11に吸入される冷媒が内部に流れる吸入配管である。図2及び図3に示すように、熱交換管31は、一部がレシーバ16の内部の中央に位置するようにレシーバ16の上面部53を通してレシーバ16の内部に引き込まれている。レシーバ16内部に引き込まれた熱交換管31の内部には、圧縮機11に吸入される冷媒が流れ、熱交換管31は、内部を流れる冷媒とレシーバ16に貯められた冷媒との間で熱交換を行う。
(冷房運転)
ここで、空気調和機100の動作について説明する。先ず、冷房運転について説明する。冷房運転において、圧縮機11に吸入された冷媒は、圧縮機11によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出される。圧縮機11から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置12を通過して、凝縮器として作用する室外熱交換器13に流入する。室外熱交換器13に流入した冷媒は、室外送風機14によって送られる室外空気と熱交換されて凝縮し、液化する。液状態の冷媒は、第一の膨張部41に流入し、減圧及び膨張されて、中温且つ中圧の気液二相状態の冷媒となる。中温且つ中圧の冷媒は、レシーバ16に流入して貯留される。
貯留された冷媒は、熱交換管31を流れる低温の冷媒と熱交換することで乾き度が低くなり、レシーバ16から流出する。乾き度が低くなった冷媒は、第二の膨張部42に流入し、減圧される。減圧された冷媒は、蒸発器として作用する室内熱交換器21に流入する。室内熱交換器21に流入した冷媒は、室内送風機22によって送られる室内空気と熱交換されて蒸発し、ガス化する。その際、室内空気が冷却されて室内における冷房が実施される。その後、蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置12を通過して、熱交換管31を流れる。熱交換管31を流れる低温且つ低圧の冷媒は、レシーバ16に貯留された中温且つ中圧の冷媒と熱交換され、過熱度が上昇する。過熱度が上昇した冷媒は、圧縮機11に吸入される。
(暖房運転)
次に、暖房運転について説明する。暖房運転において、圧縮機11に吸入された冷媒は、圧縮機11によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出される。圧縮機11から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置12を通過して、凝縮器として作用する室内熱交換器21に流入する。室内熱交換器21に流入した冷媒は、室内送風機22によって送られる室内空気と熱交換されて凝縮し、液化する。その際、室内空気が温められて、室内における暖房が実施される。液状態の冷媒は、第二の膨張部42に流入し、減圧及び膨張されて、中圧且つ中温の気液二相状態の冷媒となる。中圧且つ中温の冷媒は、レシーバ16に流入して貯留される。
貯留された冷媒は、レシーバ16の内部において、熱交換管31を流れる低温の冷媒と熱交換することで乾き度が低くなり、レシーバ16から流出する。乾き度が低くなった冷媒は、第一の膨張部41に流入し、減圧される。減圧された冷媒は、蒸発器として作用する室外熱交換器13に流入する。室外熱交換器13に流入した冷媒は、室外送風機14によって送られる室外空気と熱交換されて蒸発し、ガス化する。その後、蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置12を通過して、熱交換管31を流れる。熱交換管31を流れる低温且つ低圧の冷媒は、レシーバ16に貯留された中温且つ中圧の冷媒と熱交換され、過熱度が上昇する。過熱度が上昇した冷媒は、圧縮機11に吸入される。
(レシーバ配管32)
レシーバ配管32は、レシーバ16に接続される管であり、流入配管43及び流出配管44を有する。流入配管43は、一端43aが凝縮器に接続されると共に、他端43bが上面部53を通してレシーバ16の内部に挿入され、レシーバ16に冷媒を流入する管である。流入配管43の他端43bは、熱交換管31の外周側且つ底面部51付近に位置し、熱交換管31を中心とした円周Cに沿うように屈曲している。このため、流入配管43から流入した冷媒は、図3の矢印D方向に流れる。なお、流入配管43の他端43bは、円周Cに沿うように延びていればよく、例えば、側面部52から挿入され、屈曲せずに延びていてもよい。
図4は、実施の形態1に係るレシーバ16を示す斜視図である。図4で示すように、流入配管43の他端43bは、レシーバ16の側面部52側が長くなるように斜めに形成されている。なお、流入配管43の他端43bの形状は、流入配管43が延びる方向に流れる冷媒が導かれるように形成されていれば、レシーバ16の側壁側が長くなるように斜めに形成されていなくてもよい。更に、流入配管43の他端43bは、斜めに形成されてなくてもよい。この場合は、流入配管43の製造にあたり、形成性が向上する。
流出配管44は、一端44aがレシーバ16の上面部53を通してレシーバ16の内部に挿入されると共に、他端44bが蒸発器に接続され、レシーバ16から冷媒を流出する。流出配管44の一端44aは、熱交換管31の外周側且つ底付近に位置し、熱交換管31を中心とした円周Cに沿うように、流入配管43の他端44bと同一周方向に屈曲している。なお、流出配管44の他端44bは、円周Cに沿うように延びていればよく、例えば、側面部52から挿入され、屈曲せずに延びていてもよい。
また、流出配管44の一端44aは、レシーバ16の内部において熱交換管31の外周側に位置するように挿入されていなくてもよく、例えば、熱交換管31の直下に位置するように、レシーバ16の底面に挿入されていてもよい。また、更に、流出配管44の他端44bは、流入配管43の他端43bと同一周方向に延びていなくてもよく、例えば、流入配管43と対向する周方向に延びていてもよい。これらの場合、レシーバ16に貯留された冷媒は、より円滑に流出する。
また、図4に示すように、流出配管44の一端44aは、斜めに形成されている。なお、流出配管44の一端44aの形状は、斜めに形成されてなくてもよい。この場合は、流入配管43の製造にあたり、形成性が向上する。なお、本実施の形態1では、冷房運転時における冷媒の流れを基準として、流入配管43及び流出配管44を命名しているが、暖房運転時には、冷媒は、流出配管44から流入し、流入配管43から流出する。
図5は、実施の形態1に係るレシーバ16を示す正面図である。ここで、レシーバ16の内部における冷媒の動きについて、図5を用いて説明する。流入配管43から流入する冷媒は、レシーバ16の内部において、中央に設けられた熱交換管31の周囲をV方向に旋回する。この際、冷媒が気相と液相とに分離し、液相の冷媒は、中央が凹んで外周が盛り上がった、例えば、放物線P状の渦をなす。即ち、レシーバ16の内部は、中心部Oを気相の冷媒が占め、その下方且つ外周側を液相の冷媒が占めるような様相を呈する。
本実施の形態1によれば、レシーバ16に冷媒を流入する流入配管43は、レシーバ16の内部に挿入され、熱交換管31を中心とした円周Cに沿うように延びている。このため、レシーバ16の内部において、流入配管43から流入する冷媒は、中央に設けられた熱交換管31の周囲を旋回する。この際、冷媒が気相と液相とに分離し、液相の冷媒は、中央が凹んで外周が盛り上がった渦をなす。即ち、中温且つ中圧の気相冷媒が熱交換管31に接触する面積が増大する。これにより、熱交換管31の内部を流れる低温且つ低圧の冷媒とレシーバ16に貯蔵された中温且つ中圧の冷媒との熱交換が促進され、レシーバ16から蒸発器側に流れる冷媒は、乾き度が低くなる。このため、凝縮器における熱交換量が増加する。したがって、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。なお、この際に、レシーバ16から蒸発器側に流れる冷媒が失ったエンタルピは、熱交換管31の内部を流れる冷媒に移動するため、冷凍サイクル全体では熱量が維持されている。
更に、液相の冷媒は、中央が凹んで外周が盛り上がった渦をなす。即ち、レシーバ16の内部の冷媒の高さは、側面部52側が高くなる。このため、レシーバ16の内部に貯留された液相の冷媒が少ない場合においても、流出配管44の一端44aは、液相の冷媒中に位置している。したがって、流出配管44は、液相の冷媒を確実にレシーバ16から流出させることができる。
また、本実施の形態1によれば、流出配管44の一端44aは、レシーバ16の内部において、熱交換管31の外周側に位置するように挿入され、熱交換管31を中心とした円周Cに沿うように延びている。このため、流入配管43及び流出配管44に接続された室外熱交換器13及び室内熱交換器21のそれぞれが凝縮器又は蒸発器のいずれとして機能する場合であっても、レシーバ16に流入する冷媒は、中央に設けられた熱交換管31の周囲を旋回する。したがって、レシーバ16は、冷房運転及び暖房運転に兼用することができる。
また、本実施の形態1によれば、流入配管43の他端43bは、レシーバ16の側壁側が長くなるように斜めに形成されている。これにより、レシーバ16の内部において、流入配管43から流れる冷媒は、より勢いよく熱交換管31の周囲を旋回する。このため、液相の冷媒が形成する渦は、より大きく中央が凹んで外周が盛り上がった渦をなす。即ち、中圧の気相の冷媒が熱交換管31に接触する面積は、更に増大する。これにより、熱交換管31の内部を流れる低温且つ低圧の冷媒とレシーバ16に貯蔵された中温且つ中圧の冷媒との熱交換がより促進され、レシーバ16から蒸発器側に流れる冷媒は、更に乾き度が低くなる。このため、凝縮器における熱交換量がより増加する。したがって、冷凍サイクルの効率を更に向上させることができる。
更に、流出配管44の一端44aは、斜めに形成されている。このため、流出配管44の一端44aに形成されている開口は、断面積が大きくなる。したがって、流出配管44の一端44aには、液相の冷媒が流れ込み易く、流出配管44は、液相の冷媒を確実にレシーバ16から流出させることができる。
図6は、実施の形態1の比較例に係るレシーバ216を示す正面図である。図7は、実施の形態1の比較例に係るレシーバ216を示す上視図である。ここで、本実施の形態1のレシーバ16を比較例のレシーバ216と比較して説明する。図6及び図7に示すように、流入配管243の他端243b及び流出配管244の一端244aは、レシーバ216の上面部53を通して挿入され、そのまま下方に延びている。即ち、流入配管43の他端243b及び流出配管44の一端244aは、熱交換管31を中心とした円周Cに沿うように延びていない。このため、流入配管243から流入した冷媒は、図7の矢印E方向に流れる。その際に、冷媒は、レシーバ216の内部において自然対流となるため、液相の冷媒が液面Lに留まり、熱交換管31の周囲を旋回しない。即ち、中圧の気相の冷媒が熱交換管31に接触する面積は、増大しない。したがって、熱交換の内部を流れる冷媒とレシーバ216に溜められた冷媒との間での熱交換は促進されない。
これに対し、本実施の形態1によれば、レシーバ16に冷媒を流入する流入配管43は、レシーバ16の内部に挿入され、熱交換管31を中心とした円周Cに沿うように延びている。このため、レシーバ16の内部において、流入配管43から流入する冷媒は、中央に設けられた熱交換管31の周囲を旋回する。この際、冷媒が気相と液相とに分離し、液相の冷媒は、中央が凹んで外周が盛り上がった渦をなす。即ち、中圧の気相の冷媒が熱交換管31に接触する面積が増大する。これにより、熱交換管31の内部を流れる低温且つ低圧の冷媒とレシーバ16に貯蔵された中温且つ中圧の冷媒との熱交換が促進され、レシーバ16から蒸発器側に流れる冷媒は、乾き度が低くなる。このため、凝縮器における熱交換量が増加する。したがって、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。
実施の形態2.
図8は、実施の形態2に係る空気調和機200を示す回路図である。図9は、実施の形態2に係るレシーバ116を示す正面図である。図8及び図9に示すように、本実施の形態2において、熱交換管131は、レシーバ116の内部と吸入配管181を連通させるバイパス配管である点で、実施の形態1と相違する。本実施の形態2では、実施の形態1と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
(吸入配管181、熱交換管131)
吸入配管181は、実施の形態1と異なり、レシーバ116の内部に引き込まれていない。熱交換管131は、レシーバ116の内部と吸入配管181を連通させ、内部を冷媒が流れるバイパス配管である。熱交換管131の内部には、圧縮機11に吸入される冷媒が流れ、熱交換管131は、内部を流れる冷媒とレシーバ116に貯められた冷媒との間で熱交換を行う。熱交換管131の下部には、冷媒を減圧する減圧部182が設けられている。減圧部182は、例えば、オリフィス又は減圧弁等である。
(冷房運転、暖房運転)
ここで、空気調和機200の動作について、実施の形態1と異なる点を中心に説明する。冷房運転時及び暖房運転時のいずれの際においても、レシーバ116に貯留された液相の冷媒の一部は、熱交換管131の減圧部182を通って、減圧されつつ、図9の矢印F方向に汲み上げられる。この際に、熱交換管131を流れる低温且つ低圧の冷媒は、レシーバ116の内部において、熱交換管131の外側の中温且つ中圧の気相の冷媒と熱交換する。液相の冷媒は、乾き度が低くなると共に、熱交換管131に汲み上げられた分の流量が減少し、残りの冷媒がレシーバ116から流出する。熱交換管131を流れる冷媒は、過熱度が上昇し、吸入配管181に合流する。吸入配管181に合流した冷媒は、圧縮機11に吸入される。
本実施の形態2によれば、レシーバ116の内部において、流入配管43から流入する冷媒は、中央に設けられた熱交換管131として機能するバイパス配管の周囲を旋回する。これにより、熱交換管131の内部を流れる低温且つ低圧の冷媒とレシーバ116に貯蔵された中温且つ中圧の冷媒との熱交換が促進され、レシーバ116から蒸発器側に流れる冷媒は、乾き度が低くなる。このため、凝縮器における熱交換量が増加する。したがって、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。なお、この際に、レシーバ116から蒸発器側に流れる冷媒が失ったエンタルピは、熱交換管131の内部を流れる冷媒に移動されるため、冷凍サイクル全体として、熱量が維持されている。更に、レシーバ116から蒸発器側に流れる冷媒は、流量が減少している。したがって、空気調和機200は、凝縮器における圧力損失を軽減することで、圧縮機11の吸入圧力を上昇させ、冷凍サイクルの効率を更に向上させることができる。
1 室外機、2 室内機、3 冷媒配管、4 冷媒回路、11 圧縮機、12 流路切替装置、13 室外熱交換器、14 室外送風機、15 膨張部、16 レシーバ、21 室内熱交換器、22 室内送風機、31 熱交換管、32 レシーバ配管、41 第一の膨張部、42 第二の膨張部、43 流入配管、43a 一端、43b 他端、44 流出配管、44a 一端、44b 他端、100 空気調和機、116 レシーバ、131 熱交換管、181 吸入配管、182 減圧部、200 空気調和機、216 レシーバ、243 流入配管、243a 一端、243b 他端、244 流出配管、244a 一端、244b 他端。

Claims (3)

  1. 圧縮機、凝縮器、膨張部、レシーバ及び蒸発器が配管により接続され、冷媒が流れる冷媒回路を備え、
    前記配管は、
    前記レシーバの内部の中央に設けられ、前記圧縮機に吸入される冷媒が内部に流れ、内部の冷媒と前記レシーバに貯められた冷媒との間で熱交換を行う熱交換管と、
    前記レシーバの内部に挿入されるレシーバ配管と、を有し、
    前記レシーバ配管は、
    一端が前記凝縮器に接続されると共に、他端が前記レシーバの内部において前記熱交換管の外周側に挿入され、前記レシーバに冷媒を流入する流入配管を有し、
    前記流入配管の他端は、
    前記熱交換管を中心とした円周に沿うように延び
    前記熱交換管は、
    前記レシーバの内部と前記圧縮機の吸入側に接続される吸入配管とを連通させ、内部を冷媒が流れると共に、下部に冷媒を減圧する減圧部が設けられたバイパス配管である
    空気調和機。
  2. 前記レシーバ配管は、
    一端が前記レシーバの内部において前記熱交換の外周側に挿入されると共に、他端が前記蒸発器に接続され、前記レシーバから冷媒を流出する流出配管を更に有し、
    前記流出配管の一端は、
    前記熱交換管を中心とした円周に沿うように延びている
    請求項1に記載の空気調和機。
  3. 前記レシーバ配管において、前記レシーバの内部に挿入された端部は、
    斜めに形成されている
    請求項1又は請求項2に記載の空気調和機。
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