JPH1062032A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷凍サイクルにより室温の低下を防ぎながら除
湿を行なう除湿運転が可能な空気調和機で、冷房運転あ
るいは暖房運転での性能低下を防ぎつつ、除湿運転時に
除湿絞り装置で発生する冷媒流動音を低減する。 【解決手段】利用側熱交換器を熱的に二分割し、その間
に除湿運転時に使用する除湿絞り装置６を設けた冷凍サ
イクルとし、除湿絞り装置６として、主冷媒通路と主冷
媒通路を閉じたときに高圧側冷媒流路から低圧側冷媒流
路に冷媒を流すための副冷媒流路を弁体中上下に設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷凍サイクルを用い
て室温の低下を防ぎながら除湿を行なう除湿が可能な空
気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクルで除湿運転を行なう空気調
和機の一従来例として、特開平２−１８３７７６号公報
のような例がある。この公報には、圧縮機、室外熱交換
器、絞り装置、室内熱交換器等を順次冷媒配管で接続
し、さらに室内熱交換器を二分割してこれらの間に除湿
運転用の除湿絞り装置を設けたサイクル構成が開示され
ている。そして除湿運転時には、冷媒を除湿絞り装置に
流すことにより、二分割した室内熱交換器のうち上流側
を凝縮器、下流側を蒸発器とし、蒸発器で冷却，除湿す
るとともに凝縮器で加熱して、湿度をあまり下げずに湿
度を下げる除湿運転を可能にしている。

【０００３】ところで一般に、絞り装置のところでは、
絞り作用にともない大きな冷媒流動音（連続音及び）不
連続音が発生し、この冷媒流動音（特に不連続音）の大
きさは絞り装置に流入する高圧側冷媒の流動様式に大き
く影響される。中でも、気体と液の二相流状態で砲弾型
気泡と液が交互に現れるスラグ流やプラグ流のときに、
冷媒流動音が非常に大きくなることが知られている。こ
こで、連続流動音は、主に液冷媒が絞り装置の絞り部で
減圧膨張して高速の気液二相流になることによって生じ
るものであり、また不連続流動音は、主に圧縮性流体で
ある気体冷媒と非圧縮性流体である液冷媒とが交互に絞
り装置の狭い流路を通過するときに生じる大きな圧力変
動によって生じるものである。

【０００４】こうした冷媒流動音の低減の一従来例とし
て、特開昭５７−１２９３７１号公報がある。この公報
は、冷房運転や暖房運転の時に用いる室外熱交換器と室
内熱交換器の間に設けた絞り装置での冷媒流動音低減に
関するものであり、絞り装置である膨張弁の上流側（高
圧側）に固定オリフィスを設け、膨張弁を通過する際の
冷媒中の気泡を多くし、またその分布を均一化して騒音
レベルの低下を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで特開平２−１８
３７７６号公報のような冷凍サイクルでは、除湿運転時
に、除湿絞り装置上流側の凝縮器となる室内熱交換器の
出口が気液二相流状態になると除湿絞り装置のところで
大きな冷媒流動音が発生し、除湿絞り装置が室内側にあ
るため、人に不快感を与えることになる。この問題に対
して、従来は制振材や遮音材を設けることにより騒音低
減を図っていた。しかし最近は快適性に対する要求が非
常に高くなり、騒音に対してさらに低減することが要求
されている。

【０００６】また特開昭５７−１２９３７１号公報のよ
うな絞り装置の上流側にオリフィスを設けるような構成
を特開平２−１８３７７６号公報のような除湿運転を行
なう冷凍サイクルの除湿絞り装置に適用すると、冷房運
転あるいは暖房運転で、オリフィスが冷媒流の流通抵抗
となって、性能低下を引き起こすことになる。

【０００７】本発明の目的は、特に冷凍サイクルにより
室温の低下を防ぎながら除湿を行なう除湿運転が可能な
空気調和機で、従来技術の問題点を解決し、冷房運転あ
るいは暖房運転での性能低下を防ぎつつ、除湿運転時に
除湿絞り装置で発生する冷媒流動音の低減できる空気調
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】上記目的を達成するため
に、本発明の空気調和機は、圧縮機、熱源側熱交換器、
利用側熱交換器を備え、さらに利用側熱交換器を熱的に
二分割してその間に除湿運転時に使用する除湿絞り装置
を設け、除湿運転時には熱的に二分割された利用側熱交
換器の上流側が凝縮器、下流側が蒸発器になって除湿を
行なうように冷凍サイクルを構成し、さらに前記絞り装
置として、弁本体内に設けられて流通させる高圧側冷媒
流路と低圧側冷媒流路、及び前記高圧側冷媒流路と前記
低圧側冷媒流路とを結ぶ主冷媒流路を形成するととも
に、前記主冷媒流路を通過する冷媒流量を調節するため
に前記主冷媒流路を開閉するために使用する前記主冷媒
流路内を往復運動可能な弁体を備え、かつ前記弁体内に
冷媒を前記高圧側冷媒流路から前記低圧側冷媒流路に流
通させるための副冷媒流路が前記高圧側冷媒流路側の入
口孔が前記弁体の上側及び下側に設けられている除湿制
御弁を使用していることを特徴としている。

【０００９】このように構成された空気調和機で、除湿
絞り装置として用いられる除湿制御弁で、高圧側冷媒流
路と低圧側冷媒流路とを結ぶ主冷媒流路の他に、弁体を
貫通し、冷媒を高圧側冷媒流路と低圧側冷媒流路とを流
通させる副冷媒流路を高圧側冷媒流路側の入口孔が弁体
の上側及び下側に設けるため、気液二相流状態で冷媒流
が除湿制御弁に流入した場合、気液分離機能を有し、弁
体の上側入口孔からはガス冷媒が、また弁体の下側入口
孔からは液冷媒がながれ、各々冷媒流路を確保できるた
め、絞りに気液二相流状態で流入することが防げ、冷媒
気液二相流が原因で発生する冷媒流動音を低減すること
ができる。

【００１０】さらに、除湿制御弁の副冷媒流路では流路
の連続的な形状変化により、段階的に減圧がされ、冷媒
流の持つ運動エネルギを消散させ、加振力が低減できる
ため、冷媒流動音の低減を図ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を、建家
に取り付ける空気調和機を想定して、図１及び図２によ
り説明する。

【００１２】図１は本発明の実施例に関係する冷凍サイ
クルを示す系統図であり、圧縮機１、冷房運転や暖房運
転などの運転状態を切り換える四方弁２、室外熱交換器
３、冷房運転や暖房運転などのときに冷媒量を調節する
主絞り装置（膨張弁）４、熱的に二分割された室内熱交
換器５ａ，５ｂ、室内熱交換器５ａ，５ｂとの間にこれ
らと直列に設けた除湿絞り装置である除湿制御弁６、圧
縮機１への冷媒の液戻りを防止するためのアキュムレー
タ７、室外熱交換器３へ送風するための室外ファン８、
室内熱交換器５ａ及び５ｂに送風するための室内ファン
９で構成されている。

【００１３】図２は、図１の冷凍サイクルでの説明で述
べた除湿絞り装置６である除湿運転時に絞り作用を行な
う除湿制御弁の構造を示す断面図である。

【００１４】この図で弁本体２３は、除湿絞りを行なう
ための弁体２４と弁体２４の取り付けられているプラン
ジャ２５、弁体２４を稼動させるための電磁コイル２
０、吸引子２１、スプリング２２、ガイド２６で構成さ
れている。冷房運転や暖房運転時には電磁コイル２０に
通電はせず冷媒は除湿制御弁入口配管３１から高圧側冷
媒流路３０に流入し、主冷媒流路２７を通過し低圧側冷
媒流路３３を通過して出口配管３４から流出する。

【００１５】図３は図１の冷凍サイクルでの説明で述べ
た除湿絞り装置６である除湿運転時に絞り作用を行なう
除湿制御弁の除湿運転時の構造を示す断面図である。こ
の図の基本構造は図２に示した除湿制御弁と同様で冷媒
流路部の拡大図である。

【００１６】除湿運転時に電磁コイル２０に通電するこ
とで吸引子２１が稼動し、吸引子２１の吸引力で弁体２
４を有するプランジャ２５が弁本体２３内で移動する。
その結果、主冷媒流路２７が閉まる。冷媒は除湿制御弁
入口配管３２から高圧側冷媒流路３１を通過し副冷媒流
路（上側横孔）２８、副冷媒流路（下側横孔）２９へ流
入し副冷媒流路（縦孔）３０に入り低圧側冷媒流路３３
を通過して出口配管３４より流出される。このとき、弁
体２４に副冷媒流路を上下に開けることにより冷媒が除
湿制御弁に気液二相流で流入した場合、一般に垂直配管
以外では上層にガス冷媒３５、下層に液冷媒３６が流れ
るため副冷媒流路（上側横孔）２８には主としてガス冷
媒３５、副冷媒流路（下側横孔）２９には主として液冷
媒３６と気液分離して冷媒を流すことが可能になる。ま
た、気液分離機能は、入口配管３２及び少なくとも高圧
側冷媒流路３１が水平位置に設置されるとき最も効果が
大となる。

【００１７】以上のサイクル構成（図１）及び除湿制御
弁構造（図２，図３）より冷房運転時には、主絞り装置
（膨張弁）４の内部流路の開口面積を狭くし、除湿絞り
装置６を開く。その結果、冷媒は図１中の実線矢印で示
されるように、圧縮機１→四方弁２→室外熱交換器３→
主絞り装置（膨張弁）４→室内熱交換器５ａ→除湿絞り
装置６→室内熱交換器５ｂ→四方弁２→アキュムレータ
４→圧縮機１の順に循環させ、室外熱交換器３を凝縮
器、室内熱交換器５ａ及び５ｂを蒸発器として室内を冷
房する。暖房運転時には、冷房運転で四方弁１を切り換
えることにより、冷媒を点線矢印で示すように、圧縮機
１→四方弁２→室内熱交換器５ｂ→絞り装置６→室内熱
交換器５ａ→主絞り装置（膨張弁）４→室外熱交換器３
→四方弁２→アキュムレータ７→圧縮機１の順に循環さ
せ、室外熱交換器３を蒸発器、室内熱交換器５ａ及び５
ｂを凝縮器として室内を暖房する。

【００１８】除湿運転時には、四方弁２を冷房運転と同
様に切り換え、主絞り装置（膨張弁）４を開き除湿絞り
装置６を閉じる。この時、冷媒は除湿絞り装置６内の主
冷媒流路が塞がれ副冷媒流路のみの流路となり冷媒は副
冷媒流路を通過するときに減圧される。その結果、冷媒
は図１中の１点鎖線矢印で示されるように圧縮機１→四
方弁２→室外熱交換器３→主絞り装置（膨張弁）４→室
内熱交換器５ａ→除湿絞り装置６→室内熱交換器５ｂ→
四方弁２→アキュムレータ４→圧縮機１の順に循環さ
せ、除湿絞り装置６としての除湿制御弁の絞り作用によ
り、室外熱交換器３を上流側の凝縮器、室内熱交換器５
ａを下流側の凝縮器、室内熱交換器５ｂを蒸発器とす
る。そして室内熱交換器５ｂで室内空気の冷却，除湿を
行なうとともに室内熱交換器５ａで空気を加熱すること
により、室温の低下を防ぎながら除湿する除湿運転を行
なうことができる。

【００１９】なおこの場合、室外熱交換器３での凝縮能
力あるいは圧縮機１の能力を変えることにより、室内熱
交換器５ａでの凝縮能力、即ち放熱力を変えて室内ファ
ン９による吹出し空気温度を冷房気味から暖房気味の広
い範囲にわたって制御することができる。また室内熱交
換器５ａと５ｂは前後に並べて室内ファン９により風を
室内熱交換器５ｂから５ａに流しても良く、あるいは上
下に並べて室内ファン９により風を室内熱交換器５ａと
５ｂに並列に流しても良い。

【００２０】ここで除湿運転で、室内外の温湿度条件、
圧縮機やファンの運転条件などによっては除湿絞り装置
６の入口で冷媒流が気液二相流状態になり、さらに場合
によっては、この気液二相流は砲弾型の気泡が液流中に
断続的に流入するスラグ流やプラグ流になることがあ
る。また上部に気相、下部に液相と二相になった層状流
や波状流といった流れとなることもある。このような気
液二相流の状態で冷媒が除湿絞り装置６に流入すると、
流れの一部に気液両相が断続的に流れる箇所が存在する
ことがあり、そこで間欠的に流動音が発生する。この間
欠音は耳障りな音となる。そして除湿絞り装置６が室内
側にあるため、室内の人に不快感を与えることになる。
しかし本発明によれば気液二相流の場合で、二つの冷媒
流路を用いることにより、冷媒流の分散化をすることで
加振力となる冷媒の持つ運動量、運動エネルギの消散を
図る。また気液分離を行なうことで、液冷媒の流路を確
保し、気相による絞りの閉塞を防ぐ。これらの結果、気
液二相流により発生する、冷媒流動音を低減することが
できる。

【００２１】本実施例では、除湿制御弁の弁体の駆動装
置として、電磁コイル、吸引子、スプリングを用いたも
ので示したが、電磁モータを使用しても、機械的に駆動
されるものでも、また感温筒を用いた圧力制御によるも
のでも、どの様な駆動方法でも本発明の効果が適応でき
ることは明らかである。

【００２２】これまでは冷房，暖房，除湿の三つの運転
状態ができる冷凍サイクルについて説明してきたが、こ
れに限るものではなく他の冷凍サイクルについてもこれ
までに説明してきた効果は適用できる。例えば図１で、
四方弁２を取り、この位置に圧縮機１とアキュムレータ
７を、室内熱交換器５ｂ、アキュムレータ７、圧縮機
１、室外熱交換器３が直列になるように接続すると（図
示省略）、この場合には、冷房運転と冷房サイクルでの
除湿運転が可能な冷凍サイクルとなり、除湿運転で、図
２，図３の実施例を適用して、同様に除湿絞り装置のと
ころで発生する冷媒流動音を低減することができる。ま
た、図１で、四方弁２を取り、この位置に圧縮機１とア
キュムレータ７を、室外熱交換器３、アキュムレータ
７、圧縮機１、室内熱交換器５ｂ、が直列になるように
接続すると（図示省略）、この場合には、暖房運転と暖
房サイクルでの除湿運転が可能な冷凍サイクルとなり、
除湿運転で、図２，図３の実施例を適用して、同様に除
湿絞り装置のところで発生する冷媒流動音を低減するこ
とができる。

【００２３】なお、図１のサイクル構成で、主絞り装置
に膨張弁をおいてきたが膨張弁のかわりに毛細管（キャ
ピラリチューブ）と二方弁を並列につなぐことにより
（図示省略）冷房運転及び暖房運転時には二方弁を閉じ
毛細管に冷媒を流し減圧させ、除湿運転時には二方弁を
開け冷媒を二方弁に流すことによりこの部分での減圧作
用はなく室内熱交換器５ａを凝縮器として機能させるこ
とができるため図２，図３の実施例を適用して、同様に
除湿絞り装置のところで発生する冷媒流動音を低減する
ことができる。また、アキュムレータは必ずしも必要で
なく、使用する圧縮機の種類あるいは主絞り装置の種類
や制御方法によってはアキュムレータ無の冷凍サイクル
構成とすることができる。

【００２４】また、これまでは冷凍サイクル内を流れる
冷媒の種類については特に触れなかったが、空気調和機
でよく使われているＨＣＦＣ２２等の単一冷媒を想定し
て説明してきた。しかし、オゾン層破壊や地球温暖化の
点からＨＣＦＣ２２に代わる代替冷媒の一つである混合
冷媒の場合でも、気液二相冷媒流が絞りに流入したと
き、間欠的及び連続的な冷媒流動音の発生が考えられる
が、これまで述べたことと同様に、本発明の実施例を適
用することで、冷媒流動音の低減を図れることは明らか
である。

【００２５】さらに、これまでの説明では、建家の空気
調和機を想定して熱交換器を室内熱交換器、室外熱交換
器とよんできたが、本発明はこれに限らず除湿運転が必
要な他の用途の装置にも適用可能である。こうして場合
を考えると、一般に室内熱交換器は利用側熱交換器、室
外熱交換器は熱源側熱交換器、さらに室内ファンは利用
側ファン、室外ファンは熱源側ファンといいかえること
ができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の空気調和機によれば室内熱交換
器のような利用側熱交換器を熱的に２分割してその間に
除湿運転時に使用する除湿絞り装置を設け、除湿運転時
に、利用側熱交換器の一方を蒸発器、他方を凝縮器とし
て冷凍サイクルにより空気の冷却，除湿及び加熱を行な
う冷凍サイクルで、除湿絞り装置に対して冷媒の流通す
る副冷媒流路を弁体に上下に形成することで冷媒流の気
液分離機能を有させることができ、冷媒流が単相流であ
るときはもとより、気液二相流である場合でも、除湿制
御弁を通過する冷媒流による冷媒流動音の発生を低減さ
せることができる。またさらには、冷凍サイクルによる
加熱能力が比較的大きいため、静かで室温を下げずに湿
度を下げる快適な除湿運転を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による気液分離機能を有する除湿制御弁
を用いた冷凍サイクルにより空気の除湿及び加熱を行な
う除湿運転が可能な空気調和機の系統図。

【図２】本発明による除湿運転が可能な冷凍サイクルに
おける、気液分離機能を有する除湿制御弁を用いた除湿
絞り装置を示す断面図。

【図３】本発明による除湿運転が可能な冷凍サイクルに
おける、気液分離機能を有する除湿制御弁を用いた除湿
絞り装置の除湿運転時の構造を示す断面図。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…主絞
り装置（膨張弁）、５ａ，５ｂ…室内熱交換器、６…除
湿絞り装置、７…アキュムレータ、８…室外ファン、９
…室内ファン、１０…配管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、熱源側熱交換器、利用側熱交換器
   を備え、前記利用側熱交換器を熱的に二分割して、その
   間に除湿運転時に使用する除湿絞り装置を設け、除湿運
   転時には熱的に二分割された前記利用側熱交換器の上流
   側が凝縮器、下流側が蒸発器になって除湿を行なうよう
   に冷凍サイクルを構成し、前記絞り装置として、弁本体
   内に設けられて冷媒を流通させる高圧側冷媒流路と低圧
   側冷媒流路、及び前記高圧側冷媒流路と前記低圧側冷媒
   流路とを結ぶ主冷媒流路を形成し、前記主冷媒流路を通
   過する冷媒流量を調節するために、前記主冷媒流路を開
   閉するために使用する前記主冷媒流路内を往復運動可能
   な弁体を備え、前記弁体内に冷媒を前記高圧側冷媒流路
   から前記低圧側冷媒流路に流通させるための副冷媒流路
   が前記高圧側冷媒流路側の入口孔が前記弁体の上部側面
   及び下部側面に設けられている除湿制御弁を使用してい
   ることを特徴とする空気調和機。