WO2020183606A1 - 空気調和機 - Google Patents
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- F25B39/00—Evaporators; Condensers
- F25B39/02—Evaporators
Definitions
- the present invention relates to an air conditioner having an indoor unit and an outdoor unit.
- the air conditioner has an outdoor unit and an indoor unit, and each of the outdoor unit and the indoor unit is equipped with a heat exchanger that exchanges heat between air and a refrigerant, and a blower that creates an air flow.
- a heat exchanger that exchanges heat between air and a refrigerant
- a blower that creates an air flow.
- the air inside the building is cooled by flowing a low-temperature refrigerant inside the heat exchanger provided in the indoor unit and flowing the air inside the building outside the heat exchanger.
- a part of the water vapor contained in the air inside the building is cooled on the surface of the heat exchanger, causing dew condensation.
- Condensed water on the surface of the heat exchanger is discharged to the outside from the drain hose through the fins of the heat exchanger and the drain pan.
- the heat exchanger has a temperature distribution, some air may be overcooled and some air may be undercooled.
- dew condensation may occur on the air passage of the blowout portion of the indoor unit. Condensation on the air passage may be blown into the room from the outlet by the wind, or may be dropped into the room along the air passage.
- a temperature sensor is provided in the heat exchanger of the indoor unit in order to prevent dew condensation inside the indoor unit, and the expansion valve is controlled according to the measured temperature to prevent the heat exchanger.
- a technique for controlling so that there is no temperature difference inside is disclosed. Further, from the viewpoint of cost reduction and compactification, it is desired to apply a heat exchanger composed of a single-row heat exchanger and a double-row heat exchanger.
- the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to prevent dew condensation inside the indoor unit while using a heat exchanger having a single-row heat exchanger and a double-row heat exchanger.
- the present invention is an air conditioner including an indoor unit and an outdoor unit, wherein the indoor unit has an indoor heat exchanger, the outdoor unit has an expansion valve, and the indoor heat exchanger has an expansion valve. It has a two-row heat exchanger in which two rows of heat transfer tubes are arranged and a one-row heat exchanger in which one row of heat transfer tubes is arranged, and the expansion valve is one of the two-row heat exchangers. It is characterized in that it is connected to the one-row heat exchanger via at least a part of the row and at least a part of the other row of the two-row heat exchanger.
- FIG. 1 is a diagram showing the structure of the indoor unit 100 of the air conditioner according to the first embodiment.
- FIG. 1 is a cross-sectional view perpendicular to the back surface 120 of the indoor unit 100 and parallel to the vertical direction of the indoor unit 100.
- the x-axis direction (depth direction of the paper surface) in the three-dimensional coordinates as shown in FIG. 1 is the horizontal direction of the indoor unit 100
- the y-axis direction (vertical direction of the paper surface) is the vertical direction of the indoor unit 100 (the upper side of the paper surface is upward).
- the direction) and the z-axis direction are defined as the depth direction of the indoor unit 100.
- the indoor unit 100 is installed near the ceiling of the room so that the back surface 120 faces the wall A.
- a room as an air-conditioned space extends on the lower left side of the paper surface, and the indoor unit 100 has a structure in which air is blown so as to adjust the temperature of the room.
- An indoor heat exchanger 110 and an indoor fan 102 are mounted inside the indoor unit 100.
- heat exchange is performed by sending air from the indoor fan 102.
- the indoor unit 100 is further provided with a filter device 103, a back casing 104, a front casing 105, a louver 106, and a vertical louver 107.
- Air is sucked into the indoor unit 100 from the upper side of FIG. 1, that is, the upper side of the indoor unit 100, large dust and the like are removed by the filter device 103, and passes through the indoor heat exchanger 110.
- the indoor fan 102 blows air to the indoor heat exchanger 110.
- a once-through fan can be used as the indoor fan 102.
- a front nose 109 is provided on the front side of the indoor fan 102
- a back nose 108 is provided on the rear side (back side 120 side).
- the front nose 109 and the back nose 108 separate the air suction side and the air blow side of the indoor fan 102, and the indoor fan 102 exerts a ventilation function.
- the indoor fan 102 When air is sucked from above the indoor heat exchanger 110 and air is blown to the space below as shown in FIG. 1, the indoor fan 102 is viewed from the right in the depth direction as shown in FIG. Rotate in the clockwise direction. After being blown out by the indoor fan 102, the air passes through the air passage created by the front nose 109 and the back casing 104, and the blowing direction is controlled by the louvers 106 and the vertical louver 107 to flow out into the room.
- the louver 106 controls the wind direction of the blown wind in the vertical direction.
- the vertical louver 107 controls the wind direction in the horizontal direction (horizontal direction).
- the indoor heat exchanger 110 has a heat transfer tube through which the refrigerant flows and fins connected around the heat transfer tube.
- the plurality of circles 110a shown inside the indoor heat exchanger 110 in FIG. 1 indicate a heat transfer tube.
- the heat transfer tube extends in the depth direction and is connected by a U-shaped tube at the right end or the left end to form one flow path (1 pass) of the refrigerant.
- the fins are aluminum plates having a thickness of about 0.1 mm, and are connected in the lateral direction of the indoor heat exchanger 110 at intervals of about 1 mm. The fins and the heat transfer tube are in close contact with each other, and the refrigerant passes through the inside of the heat transfer tube.
- the outdoor unit 200 supplies the refrigerant having a temperature lower than the indoor air temperature to the indoor heat exchanger 110.
- the temperature of the fins of the indoor heat exchanger 110 is close to the temperature of the supplied refrigerant.
- the warm air in the room is flowed by the indoor fan 102 and cooled by the indoor heat exchanger 110.
- the temperature of the fins of the indoor heat exchanger 110 is lower than the dew point of the indoor air flowing through the indoor heat exchanger 110, moisture in the air condenses on the fin surface of the indoor heat exchanger 110.
- the condensed water flows through the fins below the indoor heat exchanger 110, flows through the drain flow path provided inside the casing, and flows out to the outside.
- FIG. 2 is a diagram showing the structure of the indoor heat exchanger 110.
- the indoor heat exchanger 110 includes a two-row heat exchanger 111, a front-side one-row heat exchanger 112, and a back-side one-row heat exchanger 113.
- the two-row heat exchanger 111 is provided so that two rows of heat transfer tubes are arranged along the depth direction on the front upper side of the indoor unit 100.
- two rows of heat transfer tubes are arranged along the direction in which air flows when the indoor fan 102 is driven.
- the front side that is, the windward row is referred to as an upwind row 1111.
- the row on the back side that is, the leeward side of the two-row heat exchanger 111 is referred to as a leeward row 1112.
- the front side single row heat exchanger 112 is arranged so as to extend downward from the lower side of the double row heat exchanger 111.
- the rear side single row heat exchanger 113 is arranged so as to extend from the upper side to the rear side of the double row heat exchanger 111.
- the lowermost stage 111a of the two-row heat exchanger 111 which is the inlet of the refrigerant during the cooling operation, is connected to the expansion valve of the outdoor unit via a pipe.
- the lowermost stage 13b of the rear side heat exchanger 113 which is the outlet for cooling during the cooling operation, is connected to the four-way valve of the outdoor unit via a pipe.
- the indoor heat exchanger 110 of the present embodiment has one row portion in this way.
- two-row heat exchangers are often used on both the front side and the back side.
- the material of the heat exchanger is reduced by forming a part of the front side and a single row heat exchanger on the back side.
- the ventilation resistance of air at the same wind speed differs by about twice between the first row and the second row. Therefore, simply considering the wind speed, it is considered that the air volume passing through the single-row heat exchanger and the air volume passing through the double-row heat exchanger are also different by about 1.4 times. Since the air is actually sucked from the ceiling side (upper side) of the indoor unit 100, in the arrangement of the indoor heat exchanger 110 shown in FIG. 2, the two-row heat exchanger 111 located above is used. It is more difficult for the front side single row heat exchanger 112, which is located below the position, to suck in air. Therefore, the difference in air volume is considered to be smaller than 1.4 times.
- the back nose 108 can be a wall that obstructs the flow from the rear side single row heat exchanger 113 to the indoor fan 102. Therefore, even in the rear side single row heat exchanger 113, it is difficult to suck air as compared with the double row heat exchanger 111. That is, the heat exchange efficiency of the two-row heat exchanger 111 is higher than that of the front-side one-row heat exchanger 112 and the back-side one-row heat exchanger 113.
- the indoor heat exchanger 110 of the present embodiment has one path in which the refrigerant path is not branched in the middle. This corresponds to the fact that when using a flammable refrigerant, the path of the refrigerant in the heat exchanger is simple, and it is desirable that the risk of leakage can be reduced if there are fewer brazed parts due to branching or the like. ..
- the flammable refrigerant include propane (R290).
- Examples of the slightly flammable refrigerant include difluoromethane (R32) and 2,3,3,3-tetrafluoropropene (R1234yf).
- the heat transfer tube is made of aluminum or an aluminum alloy.
- the brazing property is not good as compared with the copper tube or the like. Therefore, reducing the number of brazed parts leads to improvement in the productivity of the heat exchanger.
- Aluminum is considered to have more reserves than copper, and it is considered effective to reduce the amount of copper used as much as possible and replace it with aluminum in order to realize a sustainable society. Further, the portion where the aluminum pipe and the copper pipe are joined may be corroded when dew condensation occurs. Therefore, it is desirable that no extra dew condensation occurs as much as possible. For the above reasons, one pass is adopted for the two-row heat exchanger 111 according to the present embodiment.
- the refrigerant has a large amount of liquid phase near the inlet of the double-row heat exchanger 111, and when passing through the double-row heat exchanger 111, the liquid phase in the refrigerant evaporates to air. To cool down. Therefore, the gas phase in the refrigerant increases as it passes through the two-row heat exchanger 111. Therefore, the speed of the refrigerant also accelerates in the flow path of the refrigerant in the two-row heat exchanger 111. In the conventional heat exchanger, the refrigerant pressure loss inside the two-row heat exchanger has been reduced by providing a branch in the piping in the heat exchanger and dividing and flowing the refrigerant.
- the two-row heat exchanger 111 of the present embodiment since one pass is adopted, the acceleration of the refrigerant due to the pressure loss becomes larger than in the case of adopting two passes. As the pressure loss increases, the pressure in the latter half of the flow path of the two-row heat exchanger 111 decreases as compared with the first half, and the saturation temperature also decreases accordingly. As a result, the temperature difference of the refrigerant inside the heat exchanger becomes large.
- the indoor heat exchanger 110 of the present embodiment can prevent dew condensation due to this temperature difference by the following configuration.
- the arrow shown in FIG. 2 indicates the flow of the refrigerant during the cooling operation.
- the refrigerant is depressurized by the expansion valve of the outdoor unit, which will be described later, and becomes a low-temperature two-phase state.
- the two-row heat exchanger uses the lowermost stage 111a of the upwind row 1111 of the two-row heat exchanger 111 as an inlet. It flows into 111. After that, the refrigerant flows in the upwind row 1111 in the direction opposite to the direction of gravity, that is, upward, and when it flows to the uppermost stage 111b, it then flows into the leeward row 1112.
- the refrigerant flows downward from the uppermost stage 111c, flows to the lowermost stage 111d, and then flows into the uppermost stage 112a of the front side single row heat exchanger 112. Also in the front side single row heat exchanger 112, the refrigerant flows downward, and when it flows to the lowermost stage 112b, it flows into the rear side single row heat exchanger 113. In the back side one-row heat exchanger 113, the refrigerant flows downward from the uppermost stage 113a to the lowermost stage 113b, and flows out with the lowermost stage 113b as an outlet.
- the refrigerant on the cooling inlet side of the indoor heat exchanger 110 exchanges heat with air in the two-row heat exchanger 111 having a large heat transfer area. Further, the refrigerant whose temperature has dropped by passing through the two-row heat exchanger 111 exchanges heat with air in the front side one-row heat exchanger 112 and the back-side one-row heat exchanger 113 having a small heat transfer area. As a result, the air temperature after passing through the indoor heat exchanger 110 can be brought close to uniform. That is, it is possible to suppress the occurrence of dew condensation in the air passage in the subsequent stage of the indoor heat exchanger 110.
- the refrigerant flowing out from the two-row heat exchanger 111 flows into a position as close as possible to the two-row heat exchanger 111 among the front side one-row heat exchanger 112 and the back side one-row heat exchanger 113. .. From this point of view, in the present embodiment, the refrigerant is piped so as to flow into the uppermost stages 112a and 113a in both the front side single row heat exchanger 112 and the rear side single row heat exchanger 113.
- FIG. 2 shows the flow of the refrigerant during the cooling operation
- the flow of the refrigerant during the heating operation is opposite to that during the cooling operation.
- the pipe that served as the refrigerant inlet during cooling serves as the outlet.
- the gas refrigerant flows into the indoor heat exchanger 110 to warm the air and liquefy it.
- the refrigerant is cooled, becomes substantially liquid, and flows out at a lower temperature than the inlet. Therefore, in order to make the temperature difference from the air as large as possible and transfer the heat to the air, the windward side in contact with the air that has not passed through the indoor heat exchanger 110 is preferable.
- the outlet during heating that is, the heat exchange inlet during cooling is set to the lowermost stage 111a of the windward row 1111 of the two-row heat exchanger 111, and the upper stage from there. It was configured to flow to.
- the lowermost stage 112b of the front side single row heat exchanger 112 and the uppermost stage 113a of the rear side single row heat exchanger 113 are connected by a pipe.
- This piping also contributes to pressure loss. Therefore, this pipe shall be thicker than other pipes. Furthermore, in order to avoid heat exchange to other than blown air, it shall be covered with a heat insulating material.
- FIG. 8 is a diagram showing a heat exchanger 800 according to a comparative example. Similar to the indoor heat exchanger 110 of the present embodiment, the heat exchanger 800 has a two-row heat exchanger 801 and a front-side one-row heat exchanger 802 and a rear-side one-row heat exchanger 803. There is. The front side single row heat exchanger 802 is provided below the double row heat exchanger 801 and the rear single row heat exchanger 803 is provided on the rear side so as to extend from the upper side of the double row heat exchanger 801. ing.
- the refrigerant flows into the heat exchanger 800 with the lowermost stage 801a of the upwind row 8011 of the two-row heat exchanger 801 as an inflow port. After that, the refrigerant flows upward in the upwind row 8011, flows to the uppermost row 801b, and then flows into the lowermost row 802a of the front side single row heat exchanger 802. The refrigerant flows upward from the lowermost stage 802a to the uppermost stage 802b, and then further flows upward from the lowermost stage 801c of the leeward row 8012 of the two-row heat exchanger 801 to the uppermost stage 801d. After that, the refrigerant flows downward from the uppermost stage 803a of the back side single row heat exchanger 803 to the lowermost stage 803b.
- the temperature of the refrigerant near the cooling inlet side has not dropped sufficiently, and therefore, the front side single-row heat exchanger through which the refrigerant passing through only one row of the two-row heat exchanger 801 flows. In 802, sufficient heat exchange cannot be performed, and cooling and dehumidification become insufficient.
- the leeward row 8012 of the two-row heat exchanger 801 especially in the vicinity of the uppermost stage 801d the temperature drop becomes remarkable as compared with the others because the two-row portion and the refrigerant having a lowered temperature flow. Therefore, the cold air near the leeward row 8012 and the warm air near the front side single row heat exchanger 802 are mixed, which may cause dew condensation in the air passage.
- the indoor heat exchanger 110 of the present embodiment there is a pipe that flows into the front side single row heat exchanger 112 after passing through all the double row heat exchangers 111. did.
- the refrigerant on the cooling inlet side which has a relatively high temperature, flows through the two-row heat exchanger 111, which tends to lower the temperature of the air.
- the refrigerant whose temperature has dropped flows through the front side single row heat exchanger 112 and the back side single row heat exchanger 113.
- the difference in air temperature in the entire indoor heat exchanger 110 can be reduced.
- FIG. 3 is a diagram showing a modified example of the indoor heat exchanger 110.
- FIG. 9 is a diagram showing a comparative example corresponding to the modified example shown in FIG.
- the refrigerant flows through the double-row heat exchanger 111, flows through the front-side single-row heat exchanger 112, and then flows into the lowermost stage 113b of the rear-side single-row heat exchanger 113, and reaches the maximum. It flows upward to the upper 113a.
- the inlet of the refrigerant to the one-row heat exchanger does not necessarily have to be provided at the position closest to the two-row heat exchanger.
- the refrigerant flows downward from the uppermost stage 901a to the lowermost stage 901b of the two-row heat exchanger 901, and then flows downward to the front side before flowing into the leeward side. It enters the lowermost stage 902a of the one-row heat exchanger 902 and flows upward to the uppermost stage 902b. After that, the refrigerant flows from the lowermost 901c on the leeward side of the two-row heat exchanger 901 to the uppermost 901d, and then flows from the uppermost 903a to the lowermost 903b of the rear one-row heat exchanger 113.
- the cooling inlet temperature is 16.2 ° C. from the theoretical calculation under the cooling rated condition, and the temperature of the uppermost stage 111c of the two-row heat exchanger 111 is 15.7.
- the temperature of the lowermost stage 112b of the front side single row heat exchanger 112 is 14.5 ° C.
- the temperature of the uppermost stage 113a of the rear side single row heat exchanger 113, that is, the outlet temperature is 13.2 ° C.
- the cooling inlet temperature is 16.3 ° C.
- the temperature of the lowermost stage 902a of the front side single row heat exchanger 902 is 15.8 ° C.
- the temperature of the uppermost stage 902b is 15.3 ° C.
- the temperature of the uppermost stage 901d of the double row heat exchanger 901 is 14.3 ° C.
- the temperature of the lowermost stage 803b of the rear side single row heat exchanger 903, that is, the temperature of the outlet is 13.1 ° C.
- the lowermost stage 902a of the front side single row heat exchanger 902 is insufficiently cooled and dehumidified, whereas the uppermost stage 901d is too cold.
- the temperature of the uppermost stage 112a of the front side one-row heat exchanger 112 is lower than that of the corresponding position (lowermost stage 902a) of the comparative example. It can be seen that it is sufficiently cooled.
- the temperature of the uppermost stage 111c of the two-row heat exchanger 111 is higher than that of the corresponding position (upper stage 901d) of the comparative example, and overcooling is eliminated. You can see that.
- the indoor heat exchanger 110 having a single-row heat exchanger and a double-row heat exchanger.
- FIG. 4 is an overall configuration diagram of the air conditioner 10 including the indoor unit 100.
- the air conditioner 10 has an indoor unit 100 and an outdoor unit 200.
- the indoor unit 100 and the outdoor unit 200 are connected by a refrigerant connection pipe.
- the outdoor unit 200 has a four-way valve 201, a compressor 202, an accumulator 203, an expansion valve 204, an outdoor heat exchanger 205, and an outdoor fan 206.
- Arrow 12 indicates the direction in which the refrigerant flows during the heating operation.
- the outdoor unit 200 supplies the indoor unit 100 with a high-temperature, high-pressure gas refrigerant.
- the refrigerant flowing through the indoor heat exchanger 110 warms the indoor air supplied by the indoor fan 102.
- the gas refrigerant is cooled by the air having a low temperature, so that it condenses and becomes a high-pressure liquid refrigerant.
- the refrigerant liquefied by the indoor unit 100 is flowed to the outdoor unit 200 side and reaches the expansion valve 204.
- the high-pressure liquid refrigerant is decompressed and lowered by the expansion valve 204 to become a gas-liquid two-phase flow.
- the low-pressure and low-temperature refrigerant reaches the outdoor heat exchanger 205.
- Outdoor air is flowed through the outdoor heat exchanger 205 by the outdoor fan 206. Since the refrigerant is depressurized by the expansion valve 204 so that the temperature is lower than that of the outside air, the refrigerant is warmed by the outside air in the outdoor heat exchanger 205, and the liquid refrigerant evaporates to become a gas refrigerant.
- the low-temperature, low-pressure refrigerant gasified by the outdoor heat exchanger 205 reaches the four-way valve 201.
- the four-way valve 201 is switched so that the gas refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger 205 is returned to the suction side of the compressor 202 via the accumulator 203.
- the low-temperature, low-pressure gas refrigerant reaches the compressor 202 from the four-way valve 201 via the accumulator 203.
- the accumulator 203 has a function of preventing a large amount of liquid refrigerant from flowing into the compressor 202.
- Arrow 11 indicates the direction in which the refrigerant flows during cooling.
- the compressor 202 compresses the low-pressure and low-temperature refrigerant and discharges the high-temperature and high-pressure gas refrigerant.
- the high-temperature, high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 202 reaches the four-way valve 201.
- the valve In the four-way valve 201, the valve is switched so that the gas refrigerant flowing from the compressor 202 flows to the outdoor heat exchanger 205 side.
- a high-temperature and high-pressure gas refrigerant flows into the outdoor heat exchanger 205.
- the outdoor heat exchanger 205 By flowing outdoor air having a temperature lower than that of the gas refrigerant through the outdoor heat exchanger 205, the outdoor heat exchanger 205 cools and condenses the gas refrigerant and changes the phase into a liquid refrigerant.
- the refrigerant obtained by liquefying a part or all of the gas refrigerant reaches the expansion valve 204, and the pressure is reduced by the expansion valve 204.
- the pressure is reduced, a part of the refrigerant is gasified, and the heat of vaporization lowers the temperature of the refrigerant. Then, this low-temperature refrigerant flows to the indoor unit 100 through the refrigerant connection pipe.
- the amount of decompression of the refrigerant in the expansion valve 204 can be adjusted by the opening degree of the valve inside the expansion valve 204, and the smaller the opening degree, the larger the decompression amount, and the lower the temperature of the refrigerant. On the other hand, if the opening degree is increased, the amount of decompression is reduced and the temperature drop of the refrigerant is reduced. Under the cooling operation conditions, the opening degree of the expansion valve 204 is adjusted so that the temperature of the refrigerant reaching the indoor unit 100 is lower than the indoor air temperature.
- the indoor heat exchanger 110 has a front side 1 after the refrigerant has passed through at least a part of the upwind row 1111 and the downwind row 1112 of the two-row heat exchanger 111.
- the piping may be provided so as to flow into the row heat exchanger 112 or the back side single row heat exchanger 113, and the other piping states are not limited to the embodiment.
- the refrigerant passes through a part of the upwind row 1111, then through all the heat transfer tubes of the downwind row 1112, and then again through the remaining flow paths of the upwind row 1111, and then the front side one row. It may be piped so as to flow into the heat exchanger 112 or the back side single row heat exchanger 113. Further, for example, the refrigerant may be piped so as to pass through all the two-row heat exchangers 111, pass through the rear-side one-row heat exchanger 113, and then flow into the front-side one-row heat exchanger 112. ..
- the refrigerant flows into the front side one-row heat exchanger 112 with the uppermost stages 111b and 111c of the two-row heat exchanger 111 left, and then the uppermost stages 111b and 111c of the two-row heat exchanger 111. After passing through, the heat exchanger 113 on the back side may be connected so as to flow.
- the refrigerant when flowing from the two-row heat exchanger 111 to the front side one-row heat exchangers 112 and 113, the refrigerant needs to be sufficiently cooled, and the refrigerant temperature is close to the dew point temperature. It is preferably cooled to. Therefore, the indoor heat exchanger 110 passes through the two-row heat exchanger 111 so that the connection portion between the front side one-row heat exchanger 112 and the two-row heat exchanger 111 reaches a temperature determined according to the dew point temperature. It is assumed that the flow path from the two-row heat exchanger to the one-row heat exchanger is piped.
- connection portion is a region from the two-row heat exchanger 111d to the uppermost stage 112a of the one-row heat exchanger 112.
- the temperature determined according to the dew point temperature may be the dew point temperature, or may be a value higher or lower by a certain temperature than the dew point temperature. Further, the temperature determined according to the dew point temperature may have a predetermined temperature range.
- the refrigerant flows into the one-row heat exchanger after passing through more than half of all the flow paths of the indoor heat exchanger 110. Even if the expansion valve and the front side heat exchanger 112 are connected to each other through a flow path of the two-row heat exchanger 111 that is at least half the distance of the entire flow path of the indoor heat exchanger 110. Good.
- the indoor heat exchanger 110 may have a plurality of heat exchangers having different numbers of rows, and the combination of the number of rows is not limited to the embodiment.
- the indoor heat exchanger 110 may have a three-row heat exchanger and a two-row heat exchanger.
- the indoor heat exchanger 110 heats with a smaller number of rows after the refrigerant first passes through the heat exchanger with a larger number of rows and passes a distance that cools it to near the dew point temperature. It shall be piped so that it flows into the exchanger.
- it may have three or more rows of heat exchangers, such as a three-row heat exchanger, a two-row heat exchanger, and a one-row heat exchanger.
- the indoor heat exchanger 110 shall be piped so that the refrigerant passes from the heat exchanger having the largest number of rows in the order corresponding to the number of rows.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of the indoor heat exchanger 110 according to the second embodiment.
- the refrigerant flows into the two-row heat exchanger 111 through one flow path and branches into two flow paths (two paths) in the two-row heat exchanger 111.
- the expansion valve and the lowermost stage 111a of the double-row heat exchanger 111 are connected via a pipe, and as shown in FIG. 5, the refrigerant flows into the lowermost stage 111a of the double-row heat exchanger 111.
- the flow path flowing upward from the lowermost stage 111a branches into two flow paths in the third stage 111e from the top of the upwind row 1111.
- One flow path moves from the third stage 111e to the upper stage 111f and the uppermost stage 111b, then flows to the second stage 111g from the top of the leeward row 1112, and then to the uppermost stage 111c, and then flows to the back side 1
- the other flow path flows from the third stage 111e from the top of the leeward row 1111 to the third stage 111h from the top of the leeward row 1112, then flows downward through the leeward row 1112, and further heats the front side one row.
- This is a flow path that flows from the uppermost stage 112a of the exchanger 112 to the lowermost stage 112b.
- the pressure loss of the refrigerant in the heat transfer tube of the indoor heat exchanger 110 becomes small.
- the pressure loss is not zero, the refrigerant temperature on the inlet side is high and the refrigerant temperature on the refrigerant outlet side is low. Therefore, also in this two-pass configuration, it is decided to provide a path for first flowing the refrigerant through the two-row heat exchanger 111 and then flowing the refrigerant through the front side one-row heat exchanger 112 or the rear side one-row heat exchanger 113. ..
- the branching position and the flow path after the branching are not limited to the embodiment.
- the branching position is preferably in the two-row heat exchanger 111. Further, it is preferable that the branching position is determined so that the distances of the paths after branching are equal. Further, also in the indoor heat exchanger 110 of the second embodiment, it is assumed that the outlet of the indoor heat exchanger 110 is provided in the front side single row heat exchanger 112 or the rear side single row heat exchanger 113. ..
- FIG. 6 is a cross-sectional view of the indoor heat exchanger 210 according to the third embodiment.
- the indoor heat exchanger 210 according to the third embodiment is replaced with the two-row heat exchanger 111 and the front side one-row heat exchanger 112 of the indoor heat exchanger 110 according to the first embodiment from the upper part of the front surface. It has a two-row heat exchanger 221 integrally provided down to the bottom.
- the refrigerant flowing into the indoor heat exchanger 210 during the cooling operation is piped so as to first pass through the two-row heat exchanger 221 and then flow the refrigerant to the rear side one-row heat exchanger 222. There is. Further, the flow path of the refrigerant is one pass.
- the refrigerant first flows into the two-row heat exchanger 221 with the lowermost stage 221a of the upwind row 2211 of the two-row heat exchanger 221 as an inflow port.
- the refrigerant flows upward from the lowermost stage 221a to the uppermost stage 221b, and then flows downward from the uppermost stage 221c of the leeward row 2212 to the lowermost stage 221d. After that, the refrigerant flows into the uppermost stage 222a of the back side one-row heat exchanger 222, flows downward to the lowermost stage 222b, and flows out with the lowermost stage 222b as an outlet.
- the refrigerant first flows into the double-row heat exchanger 221 and all of the double-row heat exchanger 221. After passing through the flow path, the refrigerant flows into the back side single row heat exchanger 222. That is, a sufficiently cooled refrigerant flows into the back side single row heat exchanger 222. Therefore, the temperature difference of the air that has passed through the indoor heat exchanger 210 can be reduced, and dew condensation can be prevented.
- FIG. 7 is a cross-sectional view of the indoor heat exchanger 210 according to the fourth embodiment.
- the refrigerant flows into the two-row heat exchanger 221 through one flow path and branches into two flow paths in the two-row heat exchanger 221.
- the refrigerant flows into the fifth stage 221e from the bottom of the upwind row 2211 of the two-row heat exchanger 221.
- the refrigerant flows upward from the fifth stage 221e to the uppermost stage 221b.
- the flow path branches into two flow paths at the uppermost stage 221b.
- the refrigerant flows from the uppermost stage 221b of the upwind row 2211 to the tenth stage 221f from the top of the leeward row 2212, flows upward to the uppermost stage 221c, and is the back side one row heat exchanger 222. This is a route that flows into the uppermost stage 222a of the above and has the fourth stage 222c from the top as the outlet.
- the other flow path flows from the uppermost 221b of the leeward row 2211 to the sixth tier 221g from the bottom of the leeward row 2212, passes through the 221g of the leeward row 2211, and is the fourth from the bottom of the leeward row 2211.
- This is a path that flows downward from the lower stage 221i to the lowermost stage 221a, flows into the lowermost stage 222b of the rear side one-row heat exchanger 222, and has the fourth stage 222d from the bottom as the outlet.
- the refrigerant is first flowed through the two-row heat exchanger 221 and then the refrigerant is flowed through the rear-side one-row heat exchanger 222.
- the difference in air temperature that has passed through the heat exchanger 210 can be reduced.
- the outlets of each pass are provided in the rear side single row heat exchanger 222. If one pass outlet is provided in the rear side single row heat exchanger 222 and the other pass outlet is provided in the double row heat exchanger 221, the refrigerant on the outlet side whose temperature has dropped is inside the double row heat exchanger 221. It will pass through and may overcool the air. In order to avoid such overcooling, in the present embodiment, as described above, the outlet of each path is provided in the back side single row heat exchanger 222.
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Abstract
室内機と室外機を備える空気調和機であって、室内機は、室内熱交換器を有し、室外機は、膨張弁を有し、室内熱交換器は、2列の伝熱管が配置された2列熱交換器と、1列の伝熱管が配置された1列熱交換器と、を有し、膨張弁は、2列熱交換器の一方の列の少なくとも一部、及び、2列熱交換器の他方の列の少なくとも一部を介して、1列熱交換器に接続されている。
Description
本発明は、室内機と室外機とを有する空気調和機に関する。
空気調和機は、室外機と室内機を有し、室外機及び室内機のそれぞれに、空気と冷媒を熱交換させる熱交換器と、空気の流れを生み出す送風装置が備わっている。冷房運転時には、室内機に設けた熱交換器の内部に低温の冷媒を流し、熱交換器の外部に建屋内の空気を流すことで、建屋内の空気を冷却する。この際に、建屋内の空気に含まれる水蒸気の一部が、熱交換器表面で冷却されることで結露が生じる。熱交換器表面の結露水は、熱交換器のフィンを伝いドレインパンを経て、ドレインホースから室外に排出される。
熱交換器に温度分布がある場合には、一部の空気は過剰に冷やされ、一部の空気は冷却不足となる場合がある。このような温度差のある空気が熱交換器から吹出された場合に、室内機の吹き出し部の送風路上で結露が生じることがある。送風路上の結露は、風に乗って吹き出し口から室内へ吹き出されたり、送風路を伝い室内へ滴下されたりする恐れがある。これに対し、特許文献1には、室内機内部での結露を防止するために室内機の熱交換器に温度センサを設け、測定された温度に応じて膨張弁を制御することで熱交換器内部に温度差がつかないように制御する技術が開示されている。また、低コスト化やコンパクト化の観点から、1列熱交換器と2列熱交換器で構成される熱交換器の適用が望まれている。
しかしながら、1列熱交換器と2列熱交換器で構成される熱交換器においては、2列部よりも1列部において空気が流れやすくなる。このため、熱交換器を通過した後の空気温度に差がつき易い課題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、1列熱交換器と2列熱交換器を有する熱交換器を用いつつ、室内機内部における結露を防止することを目的とする。
そこで、本発明は、室内機と室外機を備える空気調和機であって、前記室内機は、室内熱交換器を有し、前記室外機は、膨張弁を有し、前記室内熱交換器は、2列の伝熱管が配置された2列熱交換器と、1列の伝熱管が配置された1列熱交換器と、を有し、前記膨張弁は、前記2列熱交換器の一方の列の少なくとも一部、及び、前記2列熱交換器の他方の列の少なくとも一部を介して、前記1列熱交換器に接続されていることを特徴とする。
本発明によれば、1列熱交換器と2列熱交換器を有する熱交換器を用いつつ、室内機内部における結露を防止することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る空気調和機の室内機100の構造を示す図である。図1は、室内機100の背面120に垂直でかつ室内機100の上下方向に平行な断面図である。以下、図1に示すような3次元座標におけるx軸方向(紙面の奥行方向)を室内機100の横方向、y軸方向(紙面の縦方向)を室内機100の上下方向(紙面上側が上方向)、z軸方向(紙面の横方向)を室内機100の奥行き方向とする。
図1は、第1の実施形態に係る空気調和機の室内機100の構造を示す図である。図1は、室内機100の背面120に垂直でかつ室内機100の上下方向に平行な断面図である。以下、図1に示すような3次元座標におけるx軸方向(紙面の奥行方向)を室内機100の横方向、y軸方向(紙面の縦方向)を室内機100の上下方向(紙面上側が上方向)、z軸方向(紙面の横方向)を室内機100の奥行き方向とする。
室内機100は、背面120が壁Aに面するように、部屋の天井近くに設置される。図1においては、紙面の左下側に被空調空間としての部屋が広がっており、室内機100は、部屋の温度を調整するように風を流す構造となっている。
室内機100の内部には、室内熱交換器110及び室内ファン102が搭載されている。室内熱交換器110においては室内ファン102から風が送られることで熱交換が行われる。室内機100には、さらに、フィルター装置103、バックケーシング104、フロントケーシング105、ルーバー106及び縦ルーバー107が設けられている。
空気は、図1の上部側、すなわち室内機100の上部側から室内機100に吸い込まれ、フィルター装置103によって大きな埃などが除去され、室内熱交換器110を通過する。室内ファン102は、室内熱交換器110に送風する。室内ファン102には、貫流ファンを用いることができる。貫流ファンを用いる場合、室内ファン102の前側にフロントノーズ109が設けられ、後方(背面120側)にバックノーズ108が設けられている。フロントノーズ109及びバックノーズ108によって、室内ファン102の空気吸込側と空気吹出側が分離され、室内ファン102が送風機能を発揮する。
図1のように室内熱交換器110の上方から空気を吸い込み、下方の空間へ風を流す場合には、室内ファン102は、図1に示すように、奥行き方向に向かって右から見て、時計回りとなる方向に回転する。空気は室内ファン102によって吹出された後に、フロントノーズ109とバックケーシング104によって作られた風路を通過し、さらにルーバー106及び縦ルーバー107によって吹出し方向が制御されて、室内へ流出する。ルーバー106は、吹き出し風の風向を上下方向に制御する。縦ルーバー107は、横方向(左右方向)に風向を制御する。
室内熱交換器110は、冷媒が流れる伝熱管と、伝熱管の周囲に接続されたフィンとを有している。図1において室内熱交換器110の内部に示された複数の円110aは、伝熱管を示している。伝熱管は奥行き方向に延び、右端又は左端で、U字管で接続されることで、冷媒の1本の流路(1パス)を形成している。フィンは、厚さ0.1mm程度のアルミ板であり、1mm程度の間隔で、室内熱交換器110の横方向に連なっている。フィンと伝熱管は密着しており、伝熱管の内部を冷媒が通過する。
冷房運転では、室外機200から、室内空気温度より低温の冷媒が、室内熱交換器110に供給される。室内熱交換器110のフィンの温度は供給される冷媒の温度に近い温度となっている。室内の暖かい空気は、室内ファン102によって流され、室内熱交換器110で冷却される。室内熱交換器110のフィンの温度が、室内熱交換器110に流される室内空気の露点よりも低い場合、室内熱交換器110のフィン表面で空気中の水分が結露する。この結露した水は、フィンを伝って室内熱交換器110の下方に流れ、ケーシング内部に設けられたドレイン流路を伝い、室外へ流出する。このように、冷房運転をした際に、室内熱交換器110において空気中の水分が結露することがある。また、室内熱交換器110を通過した空気は、室内熱交換器110で冷却され一部の水分が結露するものの相対湿度としては100%に近い湿度を保っている。
図2は、室内熱交換器110の構造を示す図である。室内熱交換器110は、2列熱交換器111と、前面側1列熱交換器112と、背面側1列熱交換器113と、を有している。2列熱交換器111は、室内機100の前面上部側において、奥行き方向に沿って2列の伝熱管が配置されるように設けられている。2列熱交換器111では、室内ファン102が駆動した時に空気が流れる方向に沿って2列の伝熱管が配置される。2列熱交換器111のうち前面側、すなわち風上側の列を風上列1111と称する。また、2列熱交換器111のうち背面側、すなわち風下側の列を風下列1112と称する。前面側1列熱交換器112は、2列熱交換器111の下側からより下方に延びるように配置されている。背面側1列熱交換器113は、2列熱交換器111の上側から背面側に延びるように配置されている。なお、冷房運転時の冷媒の流入口となる2列熱交換器111の最下段111aは配管を介して室外機の膨張弁と接続している。また、冷房運転時の冷房の流出口となる背面側熱交換器113の最下段13bは配管を介して室外機の四方弁と接続している。
本実施形態の室内熱交換器110は、このように1列部を有する。従来の熱交換器においては、前面側及び背面側の双方とも2列熱交換器が用いられることが多い。これに対し、本実施形態の室内熱交換器110は、前面側の一部と、背面側を1列熱交換器にすることで、熱交換器の材料を削減している。これにより、資源の有効利用だけでなく、コンパクト化、省エネ性の維持が期待できる。
しかしながら、1列と2列では、同じ風速における空気の通風抵抗が倍程度異なる。このため風速から単純に考えれば、1列熱交換器を通過する風量と2列熱交換器を通過する風量も、1.4倍程度異なることが考えられる。なお、実際には、空気の吸込が室内機100の天井側(上方側)からであるため、図2に示す室内熱交換器110の配置においては、上方に位置する2列熱交換器111の位置よりも下方に位置する前面側1列熱交換器112の方が空気を吸い込み難い。このため、風量の差は、1.4倍よりは小さくなると考えられる。背面側1列熱交換器113においても、バックノーズ108が、背面側1列熱交換器113から室内ファン102への流れを阻害する壁となりうる。このため、背面側1列熱交換器113においても、2列熱交換器111に比べて空気を吸い込み難い。すなわち、前面側1列熱交換器112及び背面側1列熱交換器113に比べて2列熱交換器111は、熱交換効率が高い。
また、上述の通り、本実施形態の室内熱交換器110は、冷媒パスを途中で分岐をさせない1パスとしている。これは、可燃性冷媒を使用する際には、熱交換器内の冷媒のパスはシンプルで、分岐などによるロウ付け部が少ない方が漏えいリスクを低減できるのが望ましいことに対応したものである。可燃性冷媒としては、プロパン(R290)などが挙げられる。また微燃性冷媒としてはジフルオロメタン(R32)や2、3、3、3‐テトラフルオロプロペン(R1234yf)などが挙げられる。
さらに、本実施形態においては、伝熱管はアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されているものとする。このように、伝熱管にアルミニウム又はアルミニウム合金を使用する場合、銅管などに比べるとロウ付け性が良くない。このため、ロウ付け部を減らすことが熱交換器の生産性向上につながる。アルミニウムは、銅に比べて埋蔵量が多いと考えられており、サスティナブル社会の実現のためには、使用している銅を極力減らし、アルミニウムに置き換えることが有効ではないかと考えられる。またアルミニウム管と銅管が接合されている部分は、結露が生じると腐食する場合がある。したがって、極力余計な結露は生じないことが望ましい。以上の理由から、本実施形態に係る2列熱交換器111には1パスを採用している。
冷房運転時に、2列熱交換器111の入口付近においては、冷媒は、液相が多い状態であり、2列熱交換器111を通過する際に、冷媒中の液相が蒸発することで空気を冷却していく。したがって、2列熱交換器111を通過する際に、冷媒中のガス相が増加していく。このため、2列熱交換器111内の冷媒の流路において、冷媒の速度も加速していく。従来の熱交換器においては、熱交換器中の配管に分岐を設け、冷媒を分割して流すことで2列熱交換器の内部の冷媒圧力損失を低減してきた。これに対し、本実施形態の2列熱交換器111においては、1パスを採用しているため、2パスを採用した場合に比べて、圧力損失による冷媒の加速が大きくなる。圧力損失が大きくなることで、2列熱交換器111の流路の後半においては前半に比べて圧力が低下し、それに伴い飽和温度も低下する。これにより熱交換器内部における冷媒の温度差が大きくなる。これに対し、本実施形態の室内熱交換器110は、以下の構成により、この温度差に起因した結露を防ぐことができる。
図2に示す矢印は、冷房運転時の冷媒の流れを示している。冷房運転時、後述する室外機の膨張弁によって減圧され、低温の2相状態となった冷媒は、2列熱交換器111の風上列1111の最下段111aを流入口として2列熱交換器111へ流入する。その後、冷媒は、風上列1111を、重力方向に逆らう方向、すなわち上方に流れ、最上段111bまで流れると、その後風下列1112へ流入する。風下列1112において、冷媒は最上段111cから下方に流れ、最下段111dまで流れると、続いて前面側1列熱交換器112の最上段112aへ流入する。前面側1列熱交換器112においても、冷媒は下方に流れ、最下段112bまで流れると、背面側1列熱交換器113へ流入する。背面側1列熱交換器113において、冷媒は最上段113aから最下段113bまで下方に流れ、最下段113bを出口として流出する。
以上の構成において、室内熱交換器110の冷房入口側の冷媒は、伝熱面積の多い2列熱交換器111で空気と熱交換する。さらに、2列熱交換器111を通過することで温度の低下した冷媒は、伝熱面積の小さい前面側1列熱交換器112及び背面側1列熱交換器113にて空気と熱交換する。これにより、室内熱交換器110の通過後の空気温度を均一に近づけることができる。すなわち、室内熱交換器110の後段の送風路で結露が生じることを抑制することができる。
また、2列熱交換器111から流出した冷媒は、前面側1列熱交換器112及び背面側1列熱交換器113のうち、できるだけ2列熱交換器111に近い位置に流入するのが好ましい。この観点から、本実施形態においては、前面側1列熱交換器112及び背面側1列熱交換器113のいずれにおいても、冷媒は、最上段112a、113aに流入するように配管されている。
また、図2においては、冷房運転時の冷媒の流れを示しているが、暖房運転時の冷媒の流れは、冷房運転時とは逆になる。暖房運転時には、冷房時に冷媒入口となった配管が、出口となる。暖房運転においては、室内熱交換器110にはガス冷媒が流れ込み、空気を暖めることで、液化される。室内熱交換器110の暖房出口では、冷媒は、冷却され、ほぼ液となり入口と比べて低温となって流出する。このため空気との温度差をなるべく大きくとり空気に熱を伝えるには、室内熱交換器110を通過していない空気と接する風上側が良い。また、暖房出口側のパスは重力に沿って上段から下段に流れる方が、液が流れやすくなり、冷媒の滞留を抑制することができる。本実施形態の室内熱交換器110は、これらの観点から、暖房時の出口すなわち冷房時の熱交入口を、2列熱交換器111の風上列1111の最下段111aとし、そこから上方段へ流す構成とした。
さらに、前面側1列熱交換器112の最下段112bと、背面側1列熱交換器113の最上段113aを配管で結んでいる。この配管もまた圧力損失の一因となる。そこで、この配管は、他の配管よりも太くするものとする。さらに、吹き出し空気以外への熱交換を避けるため、断熱材によって覆うものとする。
図8は、比較例に係る熱交換器800を示す図である。熱交換器800は、本実施形態の室内熱交換器110と同様に、2列熱交換器801と、前面側1列熱交換器802と、背面側1列熱交換器803とを有している。前面側1列熱交換器802は2列熱交換器801の下側に設けられ、背面側1列熱交換器803は、2列熱交換器801の上側から延びるように、背面側に設けられている。
熱交換器800においては、冷媒は、2列熱交換器801の風上列8011の最下段801aを流入口として熱交換器800へ流入する。その後、冷媒は、風上列8011を上方に流れ、最上段801bまで流れると、その後、前面側1列熱交換器802の最下段802aへ流入する。冷媒は、最下段802aから最上段802bまで上方へ流れた後、さらに、2列熱交換器801の風下列8012の最下段801cから最上段801dまで上方へ流れる。その後、冷媒は、背面側1列熱交換器803の最上段803aから最下段803bまで下方へ流れる。
以上の構成においては、冷房入口側に近い冷媒は十分に温度が低下しておらず、このため、2列熱交換器801の1列しか通過していない冷媒が流れる前面側1列熱交換器802においては十分な熱交換を行えず、冷却及び除湿が不十分となる。一方で、2列熱交換器801の風下列8012の特に最上段801d付近においては、2列部であること、温度が低下した冷媒が流れることから、他に比べて温度低下が顕著になる。このため、風下列8012付近の冷たい空気と、前面側1列熱交換器802付近の暖かい空気が混合され、これが送風路での結露の原因となり得る。
これに対し、図2に示すように、本実施形態の室内熱交換器110においては、2列熱交換器111をすべて通過した後で前面側1列熱交換器112へ流入するような配管とした。これにより、空気の温度を低下させ易い2列熱交換器111には、比較的温度の高い冷房入口側の冷媒が流れる。そして、前面側1列熱交換器112及び背面側1列熱交換器113には、温度が低下した冷媒が流れる。これにより、室内熱交換器110の全体における空気温度の差を小さくすることができる。
図3は、室内熱交換器110の変形例を示す図である。図9は、図3に示す変形例に対応した比較例を示す図である。図3に示す例においては、冷媒は、2列熱交換器111を流れ、前面側1列熱交換器112を流れた後、背面側1列熱交換器113の最下段113bへ流入し、最上段113aまで上方に流れる。このように、1列熱交換器への冷媒の流入口は必ずしも、2列熱交換器に最も近い位置に設けられていなくともよい。
一方、図9に示す比較例の熱交換器900においては、冷媒は、2列熱交換器901の最上段901aから最下段901bまで下方に流れた後、風下側に流入する前に、前面側1列熱交換器902の最下段902aに入り、最上段902bまで上方に流れる。その後、冷媒は、2列熱交換器901の風下側の最下段901cから最上段901dへ流れ、その後、背面側1列熱交換器113の最上段903aから最下段903bへ流れる。
図3に示す、変形例に係る室内熱交換器110においては、冷房定格条件における理論計算から冷房入口温度は、16.2℃、2列熱交換器111の最上段111cの温度は15.7℃、前面側1列熱交換器112の最下段112bの温度は14.5℃、背面側1列熱交換器113の最上段113a、すなわち出口の温度は13.2℃となる。一方、図9に示す比較例に係る熱交換器900においては、冷房入口温度は16.3℃、前面側1列熱交換器902の最下段902aの温度は15.8℃、最上段902bの温度は15.3℃、2列熱交換器901の最上段901dの温度は14.3℃、背面側1列熱交換器903の最下段803b、すなわち出口の温度は13.1℃となる。
以上のように、比較例においては、前面側1列熱交換器902の最下段902aにおいて冷却不足、除湿不足であるのに対し、最上段901dにおいて冷え過ぎていることがわかる。これに対し、変形例に係る室内熱交換器110においては、前面側1列熱交換器112の最上段112aの温度は比較例の対応する位置(最下段902a)に比べて低くなっており、十分に冷却されていることがわかる。また、変形例に係る室内熱交換器110においては、2列熱交換器111の最上段111cの温度が比較例の対応位置(最上段901d)に比べて高くなっており、冷え過ぎが解消されていることがわかる。以上のように、本実施形態においては、1列熱交換器と2列熱交換器を有する室内熱交換器110を用いつつ、室内機100内部における結露を防止することができる。
図4は、室内機100を含む、空気調和機10の全体構成図である。空気調和機10は、室内機100と室外機200とを有している。室内機100と室外機200は、冷媒接続配管によって接続されている。室外機200は、四方弁201と、圧縮機202と、アキュムレータ203と、膨張弁204と、室外熱交換器205と、室外ファン206と、を有している。
矢印12は、暖房運転時の冷媒の流れる方向を示している。暖房運転時には、室外機200より室内機100に高温、高圧のガス冷媒が供給される。室内熱交換器110を流れる冷媒は、室内ファン102により供給される室内の空気を暖める。逆にガス冷媒は、温度の低い空気によって冷却されることとなるので凝縮し、高圧の液冷媒となる。室内機100で液化した冷媒は、室外機200側へ流され、膨張弁204へ至る。
高圧の液冷媒は、膨張弁204で減圧、低温化され、気液二相流となる。低圧、低温となった冷媒は、室外熱交換器205に至る。室外熱交換器205には室外ファン206により室外空気が流される。冷媒は、外気より温度が低くなるように膨張弁204で減圧されているので、室外熱交換器205で外気によって暖められ、液冷媒が蒸発しガス冷媒になる。
室外熱交換器205でガス化された、低温、低圧の冷媒は四方弁201に至る。このとき四方弁201は、室外熱交換器205から流出したガス冷媒をアキュムレータ203を経由して圧縮機202の吸込側に戻すように弁が切り替えられている。低温、低圧のガス冷媒は四方弁201より、アキュムレータ203を経由し、圧縮機202に至る。アキュムレータ203は、圧縮機202に液冷媒が大量に流れ込まないようにする機能を有している。
矢印11は、冷房時の冷媒の流れる方向を示している。圧縮機202は、低圧、低温状態の冷媒を圧縮し、高温、高圧状態のガス冷媒を吐出する。圧縮機202より吐出された高温、高圧のガス冷媒は、四方弁201に至る。四方弁201では、圧縮機202より流れてきたガス冷媒が室外熱交換器205側へ流れるように弁が切り替えられている。冷房運転の場合、室外熱交換器205には、高温高圧のガス冷媒が流れ込む。このガス冷媒よりも温度の低い室外空気を室外熱交換器205に流すことで、室外熱交換器205は、ガス冷媒を冷却し凝縮させ、液冷媒に相変化させる。室外熱交換器205において、一部または全部のガス冷媒が液化した冷媒は、膨張弁204に至り、この膨張弁204で減圧される。減圧されることで冷媒の一部がガス化し、この気化熱によって冷媒温度は低下する。そして、この低温冷媒が、冷媒接続配管を通して室内機100へ流れる。
膨張弁204における冷媒の減圧量は、膨張弁204内部の弁の開度によって調整可能であり、開度を小さくすれば減圧量が大きくなり、冷媒はより低温になる。一方で、開度を大きくすれば減圧量が減り冷媒の温度低下は小さくなる。冷房運転条件では、室内機100に至る冷媒の温度は、屋内の空気温度よりも低温となるように膨張弁204の開度が調整されている。
なお、第1の変形例としては、室内熱交換器110は、冷媒が2列熱交換器111の風上列1111の少なくとも一部と風下列1112の少なくとも一部を通過した後で前面側1列熱交換器112又は背面側1列熱交換器113へ流入するように配管されていればよく、これ以外の配管状態は実施形態に限定されるものではない。
例えば、冷媒が、風上列1111の一部を通過した後、風下列1112のすべての伝熱管を通過し、その後再び風上列1111の残りの流路を通過した上で、前面側1列熱交換器112又は背面側1列熱交換器113へ流入するように配管されていてもよい。また例えば、冷媒が、2列熱交換器111をすべて通過した後、背面側1列熱交換器113を経由し、その後、前面側1列熱交換器112に流入するよう配管されていてもよい。また、例えば、冷媒が2列熱交換器111のうち最上段111b、111cを残した状態で前面側1列熱交換器112へ流入し、その後、2列熱交換器111の最上段111b、111cを通過した後で、背面側1列熱交換器113へ流れるように配管してもよい。
ただし、結露を防ぐ観点から、2列熱交換器111から前面側1列熱交換器112、113に流入する際には、冷媒が十分に冷却されている必要があり、冷媒温度が露点温度近くまで冷却されていることが好ましい。そこで、室内熱交換器110は、2列熱交換器111を通過し、前面側1列熱交換器112と2列熱交換器111の接続部が露点温度に応じて定まる温度になるように、2列熱交換器から1列熱交換器への流路が配管されているものとする。ここで、接続部は、2列熱交換器111dから1列熱交換器112の最上段112aの領域である。また、露点温度に応じて定まる温度は、露点温度でもよく、露点温度よりも一定の温度だけ高い値、または低い値であってもよい。また、露点温度に応じて定まる温度は、所定の温度幅を有していてもよい。
また、結露を防ぐ観点から、冷媒が、2列熱交換器111において、室内熱交換器110の全流路のうち半分以上の流路を通過した後で1列熱交換器に流入するように、2列熱交換器111の流路で、室内熱交換器110の全流路の半分以上の距離の流路を介して、膨張弁と前面側熱交換器112が接続されているものとしてもよい。
第2の変形例としては、室内熱交換器110は、列数の異なる複数の熱交換器を有していればよく、列数の組み合わせは実施形態に限定されるものではない。例えば、室内熱交換器110は、3列熱交換器と2列熱交換器を有してもよい。この場合にも、室内熱交換器110は、冷媒が、より列数の多い熱交換器をはじめに通過し、露点温度付近まで冷却される程度の距離を通過した後で、より列数の少ない熱交換器へ流入するように配管されるものとする。さらに、例えば、3列熱交換器、2列熱交換器及び1列熱交換器というように、3以上の列数の熱交換器を有していてもよい。この場合にも、室内熱交換器110は、列数の多い熱交換器から列数に応じた順に冷媒が通過するように配管されるものとする。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る室内熱交換器110について、第1の実施形態に係る室内熱交換器110と異なる点を主に説明する。図5は、第2の実施形態に係る室内熱交換器110の断面図である。第2の実施形態に係る室内熱交換器110は、冷媒が1本の流路で2列熱交換器111に流入し、2列熱交換器111内で2つの流路(2パス)に分岐する。膨張弁と2列熱交換器111の最下段111aが配管を介して接続されており、図5に示すように、冷媒は、2列熱交換器111の最下段111aへ流入する。最下段111aから上方に流れる流路は、風上列1111の上から3番目の段111eにおいて2つの流路に分岐する。一方の流路は、3番目の段111eからさらに上方の段111f、最上段111bまで移動した後、風下列1112の上から2番目の段111g、次いで最上段111cへ流れ、その後、背面側1列熱交換器113の最上段113aから最下段113bへ流れる流路である。他方の流路は、風上列1111の上から3番目の段111eから風下列1112の上から3番目の段111hへ流れ、その後、風下列1112を下方向に流れ、さらに前面側1列熱交換器112の最上段112aから最下段112bへ流れる流路である。
次に、第2の実施形態に係る室内熱交換器110について、第1の実施形態に係る室内熱交換器110と異なる点を主に説明する。図5は、第2の実施形態に係る室内熱交換器110の断面図である。第2の実施形態に係る室内熱交換器110は、冷媒が1本の流路で2列熱交換器111に流入し、2列熱交換器111内で2つの流路(2パス)に分岐する。膨張弁と2列熱交換器111の最下段111aが配管を介して接続されており、図5に示すように、冷媒は、2列熱交換器111の最下段111aへ流入する。最下段111aから上方に流れる流路は、風上列1111の上から3番目の段111eにおいて2つの流路に分岐する。一方の流路は、3番目の段111eからさらに上方の段111f、最上段111bまで移動した後、風下列1112の上から2番目の段111g、次いで最上段111cへ流れ、その後、背面側1列熱交換器113の最上段113aから最下段113bへ流れる流路である。他方の流路は、風上列1111の上から3番目の段111eから風下列1112の上から3番目の段111hへ流れ、その後、風下列1112を下方向に流れ、さらに前面側1列熱交換器112の最上段112aから最下段112bへ流れる流路である。
このように、2パスの構成を用いることで、室内熱交換器110の伝熱管内の冷媒の圧力損失は小さくなる。しかしながら圧力損失はゼロではないので、入口側の冷媒温度が高く、冷媒出口側の冷媒温度が低くなる。そこで、この2パスの構成においても、まず2列熱交換器111に冷媒を流し、次いで前面側1列熱交換器112又は背面側1列熱交換器113へ冷媒を流すパスを設けることとした。これにより、2パスに分岐した後で、前面側1列熱交換器112及び背面側1列熱交換器113のいずれにおいても十分に冷却された冷媒を流すことができる。したがって、空気の冷却不足を解消し、室内熱交換器110を通過した空気温度の温度差を小さくすることができる。
第2の実施形態の変形例としては、分岐位置及び分岐後の流路は、実施形態に限定されるものではない。ただし、分岐位置は、2列熱交換器111内とするのが好ましい。また、分岐後の各パスの距離が等しくなるように分岐位置が決定されるのが好ましい。また、第2の実施形態の室内熱交換器110においても、室内熱交換器110の出口は、前面側1列熱交換器112又は背面側1列熱交換器113に設けられているものとする。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る室内熱交換器について、他の実施形態に係る室内熱交換器と異なる点を主に説明する。図6は、第3の実施形態に係る室内熱交換器210の断面図である。第3の実施形態に係る室内熱交換器210は、第1の実施形態に係る室内熱交換器110の2列熱交換器111及び前面側1列熱交換器112に替えて、前面の上部から下部まで一体に設けられた2列熱交換器221を有している。
次に、第3の実施形態に係る室内熱交換器について、他の実施形態に係る室内熱交換器と異なる点を主に説明する。図6は、第3の実施形態に係る室内熱交換器210の断面図である。第3の実施形態に係る室内熱交換器210は、第1の実施形態に係る室内熱交換器110の2列熱交換器111及び前面側1列熱交換器112に替えて、前面の上部から下部まで一体に設けられた2列熱交換器221を有している。
このような構成においても、冷房運転時に室内熱交換器210に流入した冷媒が、まず2列熱交換器221を通過し、次いで背面側1列熱交換器222へ冷媒を流すように配管されている。また、冷媒の流路は1パスである。本実施形態の室内熱交換器210においては、冷房運転時、冷媒は、まず、2列熱交換器221の風上列2211の最下段221aを流入口として2列熱交換器221へ流入する。その後、冷媒は、最下段221aから最上段221bまで上方に向かって流れ、続いて風下列2212の最上段221cから最下段221dまで下方に流れる。その後、冷媒は、背面側1列熱交換器222の最上段222aに流入し、最下段222bまで下方に流れ、最下段222bを出口として流出する。
第3の実施形態に係る室内熱交換器210においても、他の実施形態における室内熱交換器と同様に、冷媒がまず2列熱交換器221に流入し、2列熱交換器221のすべての流路を通過した後で、背面側1列熱交換器222に冷媒が流入する。すなわち、背面側1列熱交換器222には、十分に冷却された冷媒が流入する。したがって、室内熱交換器210を通過した空気の温度差を小さくすることができ、結露を防止することができる。
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態に係る室内熱交換器210について、第3の実施形態に係る室内熱交換器210と異なる点を主に説明する。図7は、第4の実施形態に係る室内熱交換器210の断面図である。第4の実施形態に係る室内熱交換器210は、冷媒が1本の流路で2列熱交換器221に流入し、2列熱交換器221内で2つの流路に分岐する。
次に、第4の実施形態に係る室内熱交換器210について、第3の実施形態に係る室内熱交換器210と異なる点を主に説明する。図7は、第4の実施形態に係る室内熱交換器210の断面図である。第4の実施形態に係る室内熱交換器210は、冷媒が1本の流路で2列熱交換器221に流入し、2列熱交換器221内で2つの流路に分岐する。
図7に示すように、冷媒は、2列熱交換器221の風上列2211の下から5番目の段221eへ流入する。冷媒は5番目の段221eから最上段221bまで上方へ流れる。流路は最上段221bで2つの流路に分岐する。一方の流路は、冷媒が、風上列2211の最上段221bから、風下列2212の上から10番目の段221fへ流入し、最上段221cまで上方へ流れ、背面側1列熱交換器222の最上段222aへ流入し、上から4番目の段222cを流出口とする経路である。他方の流路は、風上列2211の最上段221bから風下列2212の下から6番目の段221gへ流入し、1段下の段221gを経由して、風上列2211の下から4番目の段221iから最下段221aまで下方へ流れ、背面側1列熱交換器222の最下段222bへ流入し、下から4番目の段222dを流出口とする経路である。
第2の実施形態において説明したように、2パス構成においても、このように、まず2列熱交換器221に冷媒を流し、次いで背面側1列熱交換器222へ冷媒を流すことにより、室内熱交換器210を通過した空気温度の差を小さくすることができる。さらに、本実施形態においては、各パスの出口をいずれも背面側1列熱交換器222内に設けた。一方のパス出口を背面側1列熱交換器222に設け、他方のパス出口を2列熱交換器221内に設けることとすると、温度が低下した出口側の冷媒が2列熱交換器221内を通過することになり、空気を過剰に冷やしてしまう可能性がある。このような冷やし過ぎを避けるべく、本実施形態においては、上述各のように各パスの出口を背面側1列熱交換器222内に設けることとした。
10 空気調和機
100 室内機
110 熱交換器
111 2列熱交換器
112 前面側1列熱交換器
113 背面側1列熱交換器
100 室内機
110 熱交換器
111 2列熱交換器
112 前面側1列熱交換器
113 背面側1列熱交換器
Claims (18)
- 室内機と室外機を備える空気調和機であって、
前記室内機は、室内熱交換器を有し、
前記室外機は、膨張弁を有し、
前記室内熱交換器は、2列の伝熱管が配置された2列熱交換器と、1列の伝熱管が配置された1列熱交換器と、を有し、
前記膨張弁は、前記2列熱交換器の一方の列の少なくとも一部、及び、前記2列熱交換器の他方の列の少なくとも一部を介して、前記1列熱交換器に接続されていることを特徴とする空気調和機。 - 前記膨張弁は、前記一方の列の全部を介して前記他方の列の少なくとも一部と接続されていることを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
- 前記膨張弁は、前記2列熱交換器内の全流路を介して前記1列熱交換器に接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の空気調和機。
- 前記2列熱交換器は、前記1列熱交換器と前記2列熱交換器の接続部の温度が露点温度に応じて定まる温度になるように配管されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の空気調和機。
- 前記膨張弁は、前記2列熱交換器内における、前記熱交換器の全流路のうち半分以上の流路を介して、前記1列熱交換器に接続されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の空気調和機。
- 前記2列熱交換器は、前記1列熱交換器のうち前記2列熱交換器に最も近い位置に設けられた伝熱管に接続されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の空気調和機。
- 前記2列熱交換器は、前記室内機の前面側に配置され、
前記1列熱交換器は、前記室内機の背面側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の空気調和機。 - 前記2列熱交換器は、前記室内機の前面側に配置され、
前記室内熱交換器は、第1の1列熱交換器と、第2の1列熱交換器とを有し、
前記第1の1列熱交換器は、前記室内機の背面側に配置され、
前記第2の1列熱交換器は、前記2列熱交換器の下側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の空気調和機。 - 前記2列熱交換器の前記一方の列は、前記膨張弁側から重力方向に逆らう方向に沿って配管されていることを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の空気調和機。
- 前記一方の列は、前記2列熱交換器に流れ込む風の風上側に配置され、
前記他方の列は、前記2列熱交換器に流れ込む風の風下側に配置されることを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の空気調和機。 - 前記室内熱交換器の冷房運転時の流出口は、前記1列熱交換器に設けられていることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の空気調和機。
- 前記室内熱交換器の流路は、1パスで形成されていることを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の空気調和機。
- 前記室内熱交換器の流路は、1パスから2パスへ分岐することを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の空気調和機。
- 前記分岐は、前記2列熱交換器内に設けられていることを特徴とする請求項13に記載の空気調和機。
- 前記室内熱交換器の伝熱管は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されていることを特徴とする請求項1乃至14の何れか1項に記載の空気調和機。
- 室内機と室外機を備える空気調和機であって、
前記室内機は、室内熱交換器を有し、
前記室外機は、膨張弁を有し、
前記室内熱交換器は、2列の伝熱管が配置された2列熱交換器と、1列の伝熱管が配置された1列熱交換器と、を有し、
前記膨張弁は、前記2列熱交換器の少なくとも一部を介して前記第1列熱交換器に接続され、
前記2列熱交換器は、前記1列熱交換器と前記2列熱交換器の接続部の温度が露点温度に応じて定まる温度になるように配管されていることを特徴とする空気調和機。 - 室内機と室外機を備える空気調和機であって、
前記室内機は、室内熱交換器を有し、
前記室内熱交換器は、2列の伝熱管が配置された2列熱交換器と、1列の伝熱管が配置された1列熱交換器と、を有し、
前記膨張弁は、前記2列熱交換器内における、前記熱交換器の全流路のうち半分以上の流路を介して、前記1列熱交換器に接続されていることを特徴とする空気調和機。 - 室内機と室外機を備える空気調和機であって、
前記室内機は、室内熱交換器を有し、
前記室外機は、膨張弁を有し、
前記室内熱交換器は、m(mは2以上の整数)列の伝熱管が配置されたm列熱交換器と、n(nは1以上かつmよりも小さい整数)列の伝熱管が配置されたn列熱交換器と、を有し、
前記膨張弁は、前記m列熱交換器の第1列の少なくとも一部、及び前記m列熱交換器の第2列の少なくとも一部を介して、前記n列熱交換器に接続されていることを特徴とする空気調和機。
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