JP3948475B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本願発明は、過冷却熱交換器を用いた空気調和装置に関するものである。

図６は、従来の過冷却熱交換器を用いた空気調和装置の構成を示している。

同空気調和装置は、圧縮機１、四路切換弁２、冷房運転時に凝縮器として作用し、暖房運転時に蒸発器として作用する室外機側熱交換器３、暖房用膨張弁４、レシーバー５、冷房用膨張弁６、および冷房運転時に蒸発器として作用し、暖房運転時に凝縮器として作用する室内機側熱交換器８等を上記四路切換弁２を介して順次接続して、図示のような空気調和用の冷凍サイクルを構成している。

そして、上記四路切換弁２の切換作動により、冷房運転時には図中に実線矢印で示す方向に、また暖房運転時には同図中に点線矢印で示す方向に、それぞれ冷媒が可逆的に流通せしめられて、冷房又は暖房作用が実現される。

上記室外機側熱交換器３および室内機側熱交換器８は、それぞれ多数の冷媒パスを備えて構成されている。したがって、分流器部分の冷媒分配性能を最大限に向上させたとしても、各冷媒パスの冷媒の均等な分配が困難となる。

そこで、室外機側熱交換器３又は室内機側熱交換器８を蒸発器として作用させている場合には、それらの出口側冷媒が適切な湿り状態となるように、上記暖房用膨張弁４又は冷房用膨張弁６の減圧量が適切に設定されている。そのようにすると、室外機側熱交換器３又は室内機側熱交換器８に例えば冷媒の偏流が生じたとしても、蒸発器としての能力が最大限に確保されることになり、蒸発器の可及的なコンパクト化が図られる。

また、一方凝縮器出口側冷媒の過冷却をとり、蒸発器側のエンタルピ差を拡大して循環量を落とし、蒸発器側の圧損を低減することによって、さらなる蒸発器の性能向上を図るために、過冷却熱交換器として内管となる低圧冷媒吸入管１６と外管となる高圧液冷媒管１５とからなる二重管構造の液−ガス熱交換器９が設けられている。

この液−ガス熱交換器１３は、例えば冷媒流量、二重管長さ、外管の内径、内管の外径が、所定の関係で適切に設定されている。

このように液−ガス熱交換器９が設けられていると、蒸発器出口側の冷媒が過熱され、圧縮機１への液バックを防止することができるとともに、凝縮器出口側の冷媒が過冷却され、蒸発器側のエンタルピ差を拡大して冷媒の循環量を落とすことができるので、その圧損も低減でき、蒸発器８（または蒸発器３）のさらなるコンパクト化を図ることができる（一例として特許文献１参照）。

特開平５−３３２６４１号公報（明細書１−５頁、図１−５）

ところで、本願発明者等は、上記低圧冷媒吸入管１６と高圧液冷媒管１５とからなる過冷却熱交換器９を可及的に小型小容積化して、室内機７内に設置することを考えている。

このような構成を採用した場合、若干配管の長さを長くする必要はあるが、冷房時において、室内機７側蒸発器からのドレン水の冷熱を何らかの形で高圧液冷媒管に作用させて、上記過冷却時の熱交換効率を向上させることが可能となる。

しかし、その場合、室内機７内のスペースを利用して設置するという前提等を考えると、過冷却熱交換器の熱交部容積の拡大には必然的に限界があるため、二重管構造では熱交部面積を大きくすることができず、そのままでは熱交換効率を稼げない問題が生じる。

本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、同過冷却熱交換器を、低圧冷媒吸入管の外周に高圧液冷媒管を巻きつけた構成とし、また同構成の過冷却熱交換器を室内機側蒸発器の下方に位置して設けるとともに、蒸発器ドレンパンからのドレン配管を当該過冷却熱交換器の低圧冷媒吸入管の外周に高圧液冷媒管とともに巻き付けることにより、上記新たな課題を適切に解決した空気調和装置を提供することを目的とするものである。

本願発明は、同目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。

（１） 請求項１の発明
この発明の課題解決手段は、低圧冷媒と高圧冷媒を熱交換する過冷却熱交換器９を備え、該過冷却熱交換器９が、低圧冷媒吸入管１６の外周に高圧液冷媒管１５を巻きつけて構成された空気調和装置において、上記過冷却熱交換器９を、室内機７内の蒸発器８のドレンパン１０の下方に位置して設けるとともに、同ドレンパン１０からのドレン配管１１を、当該過冷却熱交換器９の上記低圧冷媒吸入管１６の外周に上記高圧液冷媒管１５とともに巻き付けたことを特徴としている。

このような構成によると、蒸発器８からのドレン水Ｗ，Ｗ・・が流れるドレン配管１１の冷熱を高圧液冷媒管１５に有効に作用させて熱交換させることができ、過冷却用の熱交換効率を、さらに有効に向上させることができる。

以上の結果、本願発明によると、過冷却熱交換器の熱交換性能が可及的に向上し、蒸発器の小型、コンパクト化に有効に寄与し得るとともに、過冷却熱交換器そのものを室内機内に設置するのに適した小型小容積のものとすることができる。

（参考形態１）
先ず添付した図面の図１は、本願発明の参考形態１に係る空気調和装置の構成を示している。

本参考形態の空気調和装置は、同図１に示すように、圧縮機１、四路切換弁２、冷房運転時に凝縮器として作用し、暖房運転時に蒸発器として作用する室外機側熱交換器３、暖房用膨張弁４、レシーバー５、冷房用膨張弁６、および冷房運転時に蒸発器として作用し、暖房運転時に凝縮器として作用する室内機側熱交換器８等を上記四路切換弁２を介して順次接続して、図示のような空気調和用の冷凍サイクルを構成している。

そして、上記四路切換弁２の切換作動により、冷房運転時には図中に実線矢印で示す方向に、また暖房運転時には同図中に点線矢印で示す方向に、それぞれ冷媒が可及的に流通せしめられて、冷房又は暖房作用が実現される。

そして、本参考形態でも、前述の図６の場合と同様に、低圧冷媒と高圧冷媒を熱交換する過冷却熱交換器としての液−ガス熱交換器９が設けられている。

このように液−ガス熱交換器９が設けられていると、蒸発器出口側の冷媒が過熱され、圧縮機１への液バックを防止することができるとともに、凝縮器出口側の冷媒が過冷却され、蒸発器側のエンタルピ差を拡大して冷媒の循環量を落とすことができるので、その圧損も低減でき、冷房時の室内機側熱交換器（蒸発器）８の可及的なコンパクト化を図ることができる。

しかし、本参考形態の場合には、同液−ガス熱交換器９は、前述の図６の場合とは異なり、図１に示すように、室内機７の本体ケーシング内にあって室内機側熱交換器（蒸発器）８から圧縮機１に戻る低圧冷媒の吸入管１６の外周に同低圧冷媒吸入管１４よりも小径の高圧液冷媒管１５を蛇腹構造（螺旋構造）に巻きつけて構成されているとともに、室内機側熱交換器（蒸発器）８の下方に位置して設けられている。

そして、例えば後述の参考形態２で具体的に示されるように、室内機側熱交換器（蒸発器）８からのドレン水を当該蛇腹構造の液−ガス熱交換器９上に散布するように構成している。

このような構成によると、温度の低いドレン水の冷熱を温度の高い高圧液冷媒管１５内の液冷媒に有効に作用させて有効に熱交換（過冷却）させることができ、過冷却用の熱交換効率を有効に向上させることができる。

その結果、過冷却熱交換器９の熱交換性能が可及的に向上し、室内機側熱交換器（蒸発器）８の小型、コンパクト化に有効に寄与し得るとともに、過冷却熱交換器９そのものを室内機７内に設置するのに適した小型小容積のものとすることができる。

（参考形態２）
次に添付した図面の図２は、本願発明の参考形態２に係る空気調和装置の室内機部分の構成を、また添付の図３は同室内機内の要部の構成を示している。

本参考形態の空気調和装置は、上述の図１に示すように、圧縮機１、四路切換弁２、冷房運転時に凝縮器として作用し、暖房運転時に蒸発器として作用する室外機側熱交換器３、暖房用膨張弁４、レシーバー５、冷房用膨張弁６、および冷房運転時に蒸発器として作用し、暖房運転時に凝縮器として作用する室内機側熱交換器８等を上記四路切換弁２を介して順次接続して、図示のような空気調和用の冷凍サイクルを構成している。

そして、上記四路切換弁２の切換作動により、冷房運転時には図中に実線矢印で示す方向に、また暖房運転時には同図中に点線矢印で示す方向に、それぞれ冷媒が可及的に流通せしめられて、冷房又は暖房作用が実現される。

また、本参考形態でも、上述の図１の場合と同様に、室内機７内に過冷却熱交換器としての液−ガス熱交換器９が設けられている。

このように液−ガス熱交換器９が設けられていると、蒸発器出口側の冷媒が過熱され、圧縮機１への液バックを防止することができるとともに、凝縮器出口側の冷媒が過冷却され、蒸発器側のエンタルピ差を拡大して冷媒の循環量を落とすことができるので、その圧損も低減でき、室内機側熱交換器（蒸発器）８の可及的なコンパクト化を図ることができる。

しかも、本参考形態の場合、同液−ガス熱交換器９は、例えば図２および図３に詳細に示すように、蒸発器から圧縮機１に戻る低圧冷媒の吸入管１６の外周に同低圧冷媒吸入管１４よりも小径の高圧液冷媒管１５を蛇腹構造（螺旋構造）に巻きつけて構成するとともに、室内機側熱交換器（冷房時における蒸発器）８の下方に位置して設けていて、同室内機側熱交換器（蒸発器）８からのドレン水Ｗ，Ｗ・・・を当該蛇腹構造の液−ガス熱交換器９上に散布するようにしている。

このような構成によると、温度の低いドレン水Ｗ，Ｗ・・・の冷熱を温度の高い高圧液冷媒管１５内の液冷媒に作用させて有効に熱交換（過冷却）させることができ、過冷却用の熱交換効率を有効に向上させることができる。

その結果、過冷却熱交換器９の熱交換性能が可及的に向上し、室内機側熱交換器（蒸発器）８の小型、コンパクト化に有効に寄与し得るとともに、過冷却熱交換器９そのものを室内機７内に設置するのに適した小型小容積のものとすることができる。

（最良の実施の形態）
次に添付した図面の図４は、本願発明の最良の実施の形態に係る空気調和装置の室内機部分の構成を、また添付の図５は同室内機内の要部の構成を示している。

この本願発明の最良の実施の形態の空気調和装置も、上述の図１に示すように、圧縮機１、四路切換弁２、冷房運転時に凝縮器として作用し、暖房運転時に蒸発器として作用する室外機側熱交換器３、暖房用膨張弁４、レシーバー５、冷房用膨張弁６、および冷房運転時に蒸発器として作用し、暖房運転時に凝縮器として作用する室内機側熱交換器８等を上記四路切換弁２を介して順次接続して、空気調和用の冷凍サイクルを構成している。

そして、上記四路切換弁２の切換作動により、冷房運転時には図１中に実線矢印で示す方向に、また暖房運転時には同図１中に点線矢印で示す方向に、それぞれ冷媒が可逆的に流通せしめられて、冷房又は暖房作用が実現される。

そして、本最良の実施の形態の構成においても、上述の参考形態１，２の場合と同様に、低圧冷媒吸入管１６内を流れる低圧のガス冷媒と高圧液冷媒管１５内を流れる高圧の液冷媒を熱交換する過冷却熱交換器としての液−ガス熱交換器９が室内機７側に位置して設置されるようになっている。

このように液−ガス熱交換器９が設けられていると、蒸発器出口側の冷媒が過熱され、圧縮機１への液バックを防止することができるとともに、凝縮器出口側の冷媒が過冷却され、蒸発器側のエンタルピ差を拡大して冷媒の循環量を落とすことができるので、その圧損も低減でき、室内機側熱交換器（蒸発器）８の可及的なコンパクト化を図ることができる。

しかも、同液−ガス熱交換器９が、例えば図４および図５に詳細に示されるように、低圧冷媒吸入管１６の外周に同低圧冷媒吸入管１６よりも小径の高圧液冷媒管１５を蛇腹構造（螺旋構造）にに巻きつけて構成されており、室内機側熱交換器（蒸発器）８のドレンパン１０の下方に位置して設けられているとともに、同ドレンパン１０からのドレン配管１１を、さらに当該液−ガス熱交換器９の上記蛇腹構造の高圧液冷媒管１５の外周に蛇腹構造（２重螺旋構造）に巻き付けて構成されている。

したがって、このような構成によると、温度の低いドレン水Ｗ，Ｗ・・・が流れる蛇腹構造のドレン配管１１の冷熱を同じく蛇腹構造の高温側高圧液冷媒管１５内の液冷媒に有効に作用させて熱交換（過冷却）させることができ、過冷却用の熱交換効率を、より有効に向上させることができる。

その結果、過冷却熱交換器９の熱交換性能が可及的に向上し、室内機側熱交換器（蒸発器）８の小型、コンパクト化に有効に寄与し得るとともに、過冷却熱交換器９そのものを室内機７内に設置するのに適した小型小容積のものとすることができる。

図１は、本願発明の参考形態１に係る空気調和装置の構成を示す冷凍回路図である。 図２は、本願発明の参考形態２に係る空気調和装置の構成を示す冷凍回路図である。 図３は、同装置の要部である液−ガス熱交換器の詳細な構成を示す拡大図である。 図４は、本願発明の最良の実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す冷凍回路図である。 図５は、同装置の要部である液−ガス熱交換器の詳細な構成を示す拡大図である。 図６は、従来の空気調和装置の構成を示す冷凍回路図である。

符号の説明

１は圧縮機、２は四路切換弁、３は室外機側熱交換器、４，６は膨張弁、５はレシーバー、８は室内機側熱交換器、９は液−ガス熱交換器、１０はドレンパン、１１はドレン配管、１５は高圧液冷媒管、１６は低圧冷媒吸入管である。

Claims (1)

1. 低圧冷媒と高圧冷媒を熱交換する過冷却熱交換器（９）を備え、該過冷却熱交換器（９）が、低圧冷媒吸入管（１６）の外周に高圧液冷媒管（１５）を巻きつけて構成された空気調和装置において、上記過冷却熱交換器（９）を、室内機（７）内の蒸発器（８）のドレンパン（１０）の下方に位置して設けるとともに、同ドレンパン（１０）からのドレン配管（１１）を当該過冷却熱交換器（９）の上記低圧冷媒吸入管（１６）の外周に上記高圧液冷媒管（１５）とともに巻き付けたことを特徴とする空気調和装置。

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