JPH06194000A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】平行に多数並べられた複数の円孔を有する伝熱
フィン８に、この円孔を介して伝熱管９を直角に挿入接
合して構成した複数個のクロスフィン型熱交換器と、圧
縮機１，四方弁，減圧器４からなる非共沸混合冷媒用冷
凍サイクルを有し、熱交換器３は、伝熱フィン８の風上
側半部及び風下側半部とをスリット８１によって熱的に
分離できるように構成した空気調和機。 【効果】フィンを介して両伝熱管間での不必要な熱移動
現象が生じるのを防ぐことができ、凝縮器および蒸発器
としての熱交換性能が改善され、非共沸混合冷媒用冷凍
サイクルを有するヒートポンプ型空気調和器の冷房，暖
房性能を著しく向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非共沸混合冷媒を作動媒
体とするヒートポンプ型空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプ型空気調和機は、冷房時に
は室内熱交換器を蒸発器，室外熱交換器を凝縮器として
使用し、冷房時には室内熱交換器を凝縮器，室外熱交換
器を蒸発器として使用する。この場合、熱交換器は、例
えば、特開平3−194370 号公報に示すように多数のフィ
ンを所定の間隔をおいて並置しこれに直行するように複
数の伝熱管を全体として千鳥状になるように貫通して構
成されたクロスフィンチューブ型熱交換器が使用され
る。

【０００３】冷房運転の場合、圧縮機から吐き出された
高温高圧の非共沸混合冷媒は凝縮器として作用する室外
熱交換器で空気によって冷却されて凝縮液化し、この液
冷媒は減圧器で減圧されて低温の気液２相冷媒となって
蒸発器として作用する室内側熱交換器へ流入する。室内
側熱交換器内を通過する間に室内空気との熱交換によっ
て蒸発潜熱を奪われて蒸発し、再び、気相冷媒となって
圧縮機に吸入されて循環を繰り返す。

【０００４】この時、凝縮器内の非共沸混合冷媒は、混
合比によって決まる露点温度まで冷却されると沸点の高
い冷媒成分の多い凝縮が始まり、凝縮の進行につれて沸
点の低い冷媒成分の凝縮割合が増え、ついには混合比に
よって決まる液相温度まで冷却されて全量凝縮する。し
たがって、冷媒の凝縮温度は、伝熱管を通過する間にか
なり低下する。

【０００５】蒸発器内では、空気による加熱によって最
初は沸点の低い冷媒成分の多い液相冷媒が蒸発し、さら
に加熱されると沸点の高い液冷媒成分も蒸発するように
なり、混合比によって決まる露点温度まで加熱されると
全量気相冷媒となる。したがって、冷媒の蒸発温度は、
伝熱管を通過する間にかなり上昇する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、作動媒体
として非共沸混合冷媒を用いると、冷媒の温度が凝縮の
場合及び蒸発の場合で伝熱管を通過する間にかなり変化
する。そのため、風上側の伝熱管と風下側の伝熱管との
間の温度差、特に、冷媒出口付近の伝熱管と入口付近の
伝熱管との間の温度差が大きい。ところが、従来の熱交
換器は、風上側の伝熱管と風下側の伝熱管とで１組のフ
ィンを共用しているため、フィンを介して両伝熱管間で
の不必要な熱移動現象が生じてしまい、凝縮器および蒸
発器としての熱交換性能が著しく低下し、ヒートポンプ
型空気調和機の暖房性能および冷房性能を発揮できない
という問題があった。

【０００７】本発明の目的は、フィンを介して風上側の
伝熱管と風下側の伝熱管との間の温度差によって生じる
両伝熱管間での不必要な熱移動現象による凝縮器および
蒸発器としての熱交換性能の低下を防ぐことによって、
性能が大幅に向上するヒートポンプ型空気調和機を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による空気調和機
は、平行に多数並べられた複数の円孔を有する伝熱フィ
ンに、この円孔を介して伝熱管を直角に挿入接合して構
成した複数個のクロスフィン型熱交換器と、圧縮機，四
方弁，減圧器からなる非共沸混合冷媒用冷凍サイクルを
有する空気調和機であって、前記熱交換器は、伝熱フィ
ンの風上側半部及び風下側半部とをスリットによって熱
的に分離したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明では、伝熱フィンの風上側半部及び風下
側半部とをスリットによって熱的に分離したので、フィ
ンを介して両伝熱管間での不必要な熱移動現象が生じる
のを防ぐことができるので、凝縮器および蒸発器として
の熱交換性能が改善され、非共沸混合冷媒用冷凍サイク
ルを有するヒートポンプ型空気調和器の性能が著しく向
上する。

【００１０】

【実施例】本発明の空気調和器を図１ないし図４に示す
実施例に基づいて説明する。

【００１１】図１はクロスフィン型室内熱交換器の側面
図、図２はクロスフィン型室外熱交換器の側面図、図３
は伝熱フィンの平面図、図４は本発明に係るヒートポン
プ型空気調和器の冷凍サイクルを示す。

【００１２】冷凍サイクルは、冷媒圧縮器１，四方弁
２，室外熱交換器３，減圧器４および室内熱交換器５を
冷媒配管で接続して内部を冷媒が循環するように構成さ
れている。図５に於いて矢印１８は冷房運転時の、矢印
１９は暖房運転時の冷媒の流れ方向を示す。

【００１３】冷房運転時（暖房運転時）には、圧縮器１
は四方弁２を介して室内熱交換器５（室外側熱交換器
３）から送られてくる冷媒ガスを圧縮して、高温高圧の
冷媒ガスを矢印１８（矢印１９）で示すように、四方弁
２を通って室外側熱交換器３（室内熱交換器５）へ吐出
する。室外側熱交換器３（室内熱交換器５）は凝縮器と
して作用し、室外熱交換器３（室内熱交換器５）の内部
に流入した冷媒ガスを、送風器６（送風機７）を介して
外部を通過する室外（室内）空気と熱交換させることに
よって凝縮液化させる。室内熱交換器５（室外側熱交換
器３）は蒸発器として作用し、減圧器４によって減圧さ
れ室内熱交換器（室外側熱交換器）へ流入した低温の気
液２相冷媒１８（１９）を、送風機６（送風機７）を介
して外部を流れる室内（室外）空気と熱交換させること
によって冷媒ガスとする。なお、この時冷却（加熱）さ
れた空気を室内に放出して冷房（暖房）する。冷媒ガス
は室内熱交換器５（室外熱交換器３）を通過した後、四
方弁２を通って圧縮機１に戻り再び圧縮されて循環す
る。

【００１４】室外熱交換器３は、図１に示す構造となっ
ている。図１において、矢印２０は熱交換器３に対する
空気の通過方向を示す。８は所定の間隔をおいて並置さ
れた多数の伝熱フィンで、伝熱フィン８は、図３に示す
ように分離スリット８１が中間部に設けられ、これを挟
んで、伝熱管挿入用の円孔列８０が長手方向に沿って穿
たれている。９はこの伝熱フィン８に円孔８０を介して
直角に挿入接合され、内部を冷媒が流動する冷媒管、１
０は冷媒管を接続するベンドで、このベンドによって接
続された伝熱管群によって、Ｕ字型冷媒回路が上下に２
回路構成されている。熱交換器の入口，出口に設けられ
たＹ字型冷媒分流器１２によって夫々の回路に冷媒を分
流させる。

【００１５】室内熱交換器５は、図２に示す構造となっ
ている。図２において、矢印２１は熱交換器５に対する
空気の通過方向を示す。熱交換器の中間部には冷媒を分
流させるＴ字型冷媒分流器１１が配置されており、この
Ｔ字型冷媒分流器１１を介して熱交換器内部ではＵ字型
冷媒回路が上下に２回路構成されている。

【００１６】以上のように構成された本実施例の作動に
ついて図１ないし図４に基づいて説明する。

【００１７】冷房運転の場合、圧縮機１から吐出された
高温高圧のガス冷媒は、入口パイプ１６を通って室外熱
交換器へ流入する。室外熱交換器へ流入した冷媒は、Ｙ
字型冷媒分流器１２を介して上下二つのＵ字型冷媒回路
内を分流する。この時、凝縮器内の非共沸混合冷媒は、
外部空気との熱交換によって混合比によって決まる露点
温度まで冷却されると、沸点の高い冷媒成分の多い凝縮
が始まり、凝縮の進行につれて沸点の低い冷媒成分の凝
縮割合が増え、ついには混合比によって決まる液相温度
まで冷却されて全量凝縮する。したがって、Ｕ字型冷媒
回路を構成している伝熱管内での冷媒の凝縮温度は、伝
熱管を通過する間にかなり低下する。そのため、スリッ
ト８１を挟む風上側の伝熱管と風下側の伝熱管との間の
温度差、特に冷媒出口付近の伝熱管と入口付近の伝熱管
との間の温度差が大きくなってしまう。しかし本発明で
は、伝熱フィンの風上側半部及び風下側半部とをスリッ
ト８１によって熱的に分離した構成としたので、フィン
を介して両伝熱管間での不必要な熱移動現象が生じるの
を防ぐことができるので、凝縮器としての熱交換性能が
改善される。

【００１８】凝縮液化された冷媒は、減圧器４を通って
膨張して低温低圧の霧状の気液２相冷媒となって蒸発器
として作用する室内熱交換器５に流入する。室内熱交換
器中央部に配置された冷媒入口パイプ１１から流入した
気液２相冷媒は、熱交換器内に設けられたＴ字型分流器
１１を介して上下２方向に分流し、Ｕ字型冷媒回路を構
成している伝熱管群内へ流入する。蒸発器として作用す
る室内熱交換器内では、空気による加熱によって最初は
沸点の低い冷媒成分の多い液相冷媒が蒸発し、さらに加
熱されると沸点の高い液冷媒成分も蒸発するようにな
り、混合比によって決まる露点温度まで加熱されると全
量気相冷媒となる。したがって、冷媒の蒸発温度は、伝
熱管を通過する間にかなり上昇する。このため凝縮器と
して作用する室外熱交換器の場合と同じように、風上側
の伝熱管と風下側の伝熱管との間の温度差、特に冷媒出
口付近の伝熱管と入口付近の伝熱管との間の温度差が大
きくなるが、伝熱フィンの風上側半部及び風下側半部と
をスリット８１によって熱的に分離した構成としたの
で、フィンを介して両伝熱管間での不必要な熱移動現象
が生じるのを防ぐことができるので、蒸発器としての熱
交換性能が改善される。

【００１９】以上、冷房運転時の動作について説明した
が、暖房時には図４に示すように冷房運転時とは反対に
室内熱交換器は凝縮器として、室外熱交換器は蒸発器と
して作用する。

【００２０】以下、暖房運転時の動作について説明す
る。圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、入
口パイプ１４を通って室内熱交換器５へ流入する。室内
熱交換器へ流入した冷媒は、Ｙ字型冷媒分流器１２を介
して上下二つのＵ字型冷媒回路内を分流する。この時、
凝縮器内の非共沸混合冷媒は、室内空気との熱交換によ
って混合比によって決まる露点温度まで冷却されると、
沸点の高い冷媒成分の多い凝縮が始まり、凝縮の進行に
つれて沸点の低い冷媒成分の凝縮割合が増え、ついには
混合比によって決まる液相温度まで冷却されて全量凝縮
する。したがって、Ｕ字型冷媒回路を構成している伝熱
管内での冷媒の凝縮温度は、伝熱管を通過する間にかな
り低下する。そのため、スリット８１を挟む風上側の伝
熱管と風下側の伝熱管との間の温度差、特に冷媒出口付
近の伝熱管と入口付近の伝熱管との間の温度差が大きく
なってしまう。しかし、この発明では、伝熱フィンの風
上側半部及び風下側半部とをスリット８１によって熱的
に分離した構成としたので、フィンを介して両伝熱管間
での不必要な熱移動現象が生じるのを防ぐことができる
ので、凝縮器としての熱交換性能が改善される。二つＵ
字型冷媒回路を通って凝縮された冷媒は、Ｔ字型冷媒分
流器１１を介して再び合流したのち伝熱管内でさらに冷
却され過冷却液冷媒となって出口パイプ１３から流出す
る。

【００２１】室内熱交換器を出た液冷媒は、減圧器４を
通って膨張して低温低圧の霧状の気液２相冷媒となって
蒸発器として作用する室外熱交換器５に流入する。室外
熱交換器中央部に配置された冷媒入口パイプ１７から流
入した気液２相冷媒は、Ｙ字型冷媒分流器１２を介して
上下二つのＵ字型冷媒回路内を分流する。このとき蒸発
器として作用する室外熱交換器内では、空気による加熱
によって最初は沸点の低い冷媒成分の多い液相冷媒が蒸
発し、さらに加熱されると沸点の高い液冷媒成分も蒸発
するようになり、混合比によって決まる露点温度まで加
熱されると全量気相冷媒となる。したがって、冷媒の蒸
発温度は、伝熱管を通過する間にかなり上昇する。この
ため凝縮器として作用する室内熱交換器の場合と同じよ
うに、風上側の伝熱管と風下側の伝熱管との間の温度
差、特に冷媒出口付近の伝熱管と入口付近の伝熱管との
間の温度差が大きくなるが、伝熱フィンの風上側半部及
び風下側半部とをスリット８１によって熱的に分離した
構成としたので、フィンを介して両伝熱管間での不必要
な熱移動現象が生じるのを防ぐことができるので、蒸発
器としての熱交換性能が改善される。

【００２２】本発明では、伝熱フィンの風上側半部及び
風下側半部とをスリットによって熱的に分離したので、
フィンを介して両伝熱管間での不必要な熱移動現象が生
じるのを防ぐことができるので、凝縮器および蒸発器と
しての熱交換性能が改善され、非共沸混合冷媒用冷凍サ
イクルを有するヒートポンプ型空気調和器の性能が著し
く向上する。

【００２３】本実施例に示した伝熱フィンは、図３に示
すように、スリット８０がフィン長手方向に沿って全長
にわたって形成されているが、風上側半部及び風下側半
部とを熱的に分離できる形状であれば、図５に示すよう
に部分スリット８１を設けるようにしても良い。

【００２４】

【発明の効果】本発明では、伝熱フィンの風上側半部及
び風下側半部とをスリットによって熱的に分離したこと
により、フィンを介して両伝熱管間での不必要な熱移動
現象が生じるのを防ぐことができるので、凝縮器および
蒸発器としての熱交換性能が改善され、非共沸混合冷媒
用冷凍サイクルを有するヒートポンプ型空気調和器の冷
房，暖房性能を著しく向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に於ける空気調和機の室外熱
交換器の説明図。

【図２】本発明の第二の実施例に於ける空気調和機の室
内熱交換器の説明図。

【図３】本発明の一実施例に於ける熱交換器の伝熱フィ
ンの平面図。

【図４】本発明の一実施例に於ける空気調和機の冷凍サ
イクルの系統図。

【図５】本発明の第三の実施例を示す伝熱フィンの平面
図。

【符号の説明】

１…圧縮機、３…室外側熱交換器、４…減圧器、８…伝
熱フィン、９…伝熱管、８１…スリット部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 麻理 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 小暮 博志 栃木県下都賀郡大平町富田800番地 株式 会社日立製作所リビング機器事業部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平行に並べられた複数の円孔を有する伝熱
   フィンに、前記円孔を介して伝熱管を直角に挿入接合し
   て構成した複数個のクロスフィン型の熱交換器と、圧縮
   機，四方弁，膨張機構からなる非共沸混合冷媒用冷凍サ
   イクルを有する空気調和機であって、前記熱交換器は、
   伝熱フィンの風上側半部及び風下側半部とをスリットに
   よって分離したことを特徴とする空気調和機。