JP2015102311A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷房運転時において、過冷却の効果を維持しながらも、冷房運転の効率が低下することを防ぐ。
【解決手段】複数の伝熱管１１ａ、１２ａが内部を通る２つの室外熱交換器１１、１２を具備し、冷房運転時には２つの前記室外熱交換器１１、１２を直列に接続し、暖房運転時には２つの前記室外熱交換器１１、１２を並列に接続する空気調和機１００であって、暖房運転時には分配管２１ａ、２２ａを介して冷媒を前記各室外熱交換器１１、１２に流す一方、冷房運転時には、一方の前記室外熱交換器１１から他方の前記熱室外交換器１２に前記分配管２１ａ、２２ａとは別のバイパス管Ｌａ４を介して冷媒を流すようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷房運転と暖房運転とに切り替え可能な空気調和機に関するものである。

従来、この種の空気調和機は、特許文献１に示すように、複数の伝熱管が内部を通る２つの室外熱交換器を具備し、冷房運転時にはこれらの室外熱交換器を直列に接続し、暖房運転時にはこれらの室外熱交換器を並列に接続するように構成されたものがある。

より具体的には、複数の前記伝熱管がそれぞれ分配管を介して、各室外熱交換器に対応して設けられた分配器に接続されており、暖房運転時には、冷媒が分配器で分配されて、並列に接続された各室外熱交換器に流れるようにし、冷房運転時には、冷媒が直列に接続された一方の室外熱交換器を通って他方の室外熱交換器に流れるように構成されている。

上述した構成により、暖房運転時には、冷媒が流れる冷媒流路のパス数を多くするとともに、当該冷媒流路を短くすることができ、圧力損失を減少させることが可能になる。一方、冷房運転時には、冷媒流路を長くすることができ、過冷却の効果を増大させることが可能になる。

特開２０１２−１０７８５７号公報

ところが、上述の空気調和機は、冷房運転時に２つの室外熱交換器が直列に接続されているので、冷媒は、一方の室外熱交換器の伝熱管に接続された分配管と他方の室外熱交換器の伝熱管に接続された分配管との両方に流れることになる。これにより、冷房運転時には、冷媒が分配管から受ける流路抵抗が大きく、圧力損失が大きくなってしまい、冷房運転の効率が低下するという問題が生じる。

そこで、本発明は、冷房運転時において、過冷却の効果を維持しながらも、冷房運転の効率が低下することを防ぐことを主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る空気調和機は、複数の伝熱管が内部を通る２つの室外熱交換器を具備し、冷房運転時には２つの前記室外熱交換器を直列に接続し、暖房運転時には２つの前記室外熱交換器を並列に接続する空気調和機であって、暖房運転時には分配管を介して冷媒を前記各室外熱交換器に流す一方、冷房運転時には、一方の前記室外熱交換器から他方の前記熱室外交換器に前記分配管とは別のバイパス管を介して冷媒を流すことを特徴とするものである。

このような空気調和機であれば、バイパス管が、一方の室外熱交換器の伝熱管と、他方の室外熱交換器の伝熱管とを接続しているので、冷房運転時において、圧力損失が生じがちな分配管やそれに付随するバルブ等に冷媒を流すことなく、一方の室外熱交換器から他方の熱室外交換器に冷媒を流すことができる。これにより、冷房運転時において、２つの室外熱交換器を直列に接続して過冷却の効果を維持しながらも、冷媒が受ける流路抵抗に起因する圧力損失を低減させて冷房運転の効率が低下することを防ぐことができる。

冷媒が受ける流路抵抗に起因する圧力損失を確実に低減させるためには、前記バイパス管の流路抵抗が、前記分配管の流路抵抗よりも小さいことが望ましい。

前記各室外熱交換器に対応してそれぞれ設けられた分配器と、前記各室外熱交換器と前記分配器との間にそれぞれ設けられ、複数の前記伝熱管が接続されたヘッダとを具備し、前記バイパス管の一端が、前記ヘッダを介して、一方の前記室外熱交換器の前記伝熱管に接続され、当該バイパス管の他端が、前記ヘッダを介して、他方の前記室外熱交換器の前記伝熱管に接続されているものが望ましい。
これならば、伝熱管同士をバイパス管で接続せずに、複数の伝熱管が接続されたヘッダ同士をバイパス管で接続するので、バイパス管の必要本数を少なくすることができ、組立項数や材料費を削減することができる。

このように構成した本発明によれば、冷房運転時において、過冷却の効果を維持しながらも、冷房運転の効率が低下することを防ぐことができる。

本実施形態における空気調和機の概略構成図。 同実施形態におけるバイパス管の概略構成図。 同実施形態における空気調和機の実験結果を示すグラフ。 変形実施形態におけるバイパス管及びヘッダの概略構成図。

以下に本発明に係る空気調和機の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る空気調和機１００は、少なくとも２つの室外熱交換器を具備するものであり、本実施形態では、図１に示すように、第１室外熱交換器１１及び第２室外熱交換器２１、第１分配器２１及び第２分配器２２、第１膨張弁３１及び第２膨張弁３２、室内熱交換器４０、四方弁５０、圧縮機６０及びアキュムレータ７０を接続してなる冷媒回路２００を有するものである。
なお、第１膨張弁３１及び第２膨張弁３２は、それぞれ第１室外熱交換器１１及び第２室外熱交換器２１に対応して設けられており、第１分配器２１及び第２分配器２２は、それぞれ第１室外熱交換器１１及び第２室外熱交換器２１に対応して、各室外熱交換器１１、１２と各膨張弁３１、３２との間に設けられている。

具体的にこの冷媒回路２００は、室内熱交換器４０、四方弁５０、室外熱交換器１１、１２、分配器２１、２２及び膨張弁３１、３２が、接続されたメイン回路２０１と、四方弁５０、圧縮機６０及びアキュムレータ７０が接続された圧縮回路２０２とから構成されている。

メイン回路２０１は、冷房運転時において２つの室外熱交換器１１、１２、を直列に接続する冷房回路と、暖房運転時において２つの室外熱交換器１１、１２、を並列に接続する暖房回路とに切り替え可能に構成されている。

より詳細には、このメイン回路２０１は、四方弁５０に接続された配管から分岐してそれぞれ第１室外熱交換器１１及び第２室外熱交換器２１に接続される第１枝管Ｌａ１及び第２枝管Ｌａ２と、第２枝管Ｌａ２から分岐して第２室外熱交換器２１と室内熱交換器４０とを連結する連結管Ｌａ３とを有している。
本実施形態では、各分配器２１、２２と各膨張弁３１、３２との間にそれぞれ第１開閉弁Ｂ１及び第２開閉弁Ｂ２が、第２枝管Ｌａ２に第３開閉弁Ｂ３が、連結管Ｌａ３に第４開閉弁Ｂ４が設けられている。
なお、本実施形態の各開閉弁Ｂ１〜Ｂ４は、いずれも電磁弁である。

このように構成されたメイン回路２０１は、四方弁５０における４つのポートの開閉を制御するとともに、各開閉弁Ｂ１〜Ｂ４の開閉を制御することにより、メイン回路２０１における冷媒の流れを反転させて、上述したように冷房運転時における冷房回路と暖房運転時における暖房回路とを切り替えることができる。

より具体的に、冷房運転時には、第１開閉弁Ｂ１、第２開閉弁Ｂ２及び第３開閉弁Ｂ３を閉めて、第４開閉弁Ｂ４を開けるとともに、圧縮機６０から吐出された冷媒が、室外熱交換器１１、１２に導入されるように四方弁５０を制御する。一方、暖房運転時には、第１開閉弁Ｂ１、第２開閉弁Ｂ２及び第３開閉弁Ｂ３を開けて、第４開閉弁Ｂ４を閉めるとともに、圧縮機６０から吐出された冷媒が、室内熱交換器４０に導入されるように四方弁５０を制御する。

次に、本実施形態の各室外熱交換器１１、１２を代表して、第１室外熱交換器１１について説明する。
この第１室外熱交換器１１は、図１及び図２に示すように、内部を通る複数の第１伝熱管１１ａを有し、これらの各第１伝熱管１１ａが、それぞれ第１分配管２１ａによって第１分配器２１と接続されるように構成されている。言い換えれば、前記第１分配管２１ａが、第１室外熱交換器１１と第１分配器２１との間に設けられ、その一端が第１分配器２１に接続されるとともに、その他端が第１室外熱交換器１１の第１伝熱管１１ａにそれぞれ接続されている。

なお、第２室外熱交換器２１も同様の構成を有しており、複数の第２伝熱管１２ａが、それぞれ第２分配管２２ａによって第２分配器２２と接続されている。

上述した構成により、暖房運転時においては、室内熱交換器４０を通った冷媒が、各膨張弁３１、３２から各分配器２１、２２へと流れ、これらの各分配器２１、２２から、各分配管２１ａ、２２ａを経て各室外熱交換器１１、１２の各伝熱管１１ａ、１２ａへと供給されることになる。

そして、本実施形態では、図１及び図２に示すように、２つの室外熱交換器１１、１２のうち、一方の室外熱交換器１１、１２の伝熱管１１ａ、１２ａと、他方の室外熱交換器１２、１１の伝熱管１２ａ、１１ａとを接続する複数のバイパス管Ｌａ４が設けられてる。

これらのバイパス管Ｌａ４は、冷房運転時において、一方の前記室外熱交換器１１、１２から他方の前記熱室外交換器１２、１１に冷媒を流すものであり、本実施形態では、第１室外熱交換器１１の第１伝熱管１１ａを通った冷媒を、第１分配管２１ａに通すことなく、第２室外熱交換器２１の第２伝熱管１２ａへと流すように構成されている。

より詳細には、バイパス管Ｌａ４の一端は、第１伝熱管１１ａに接続され、当該バイパス管Ｌａ４の他端は、第２伝熱管１２ａに接続されている。本実施形態では、これらのバイパス管Ｌａ４が接続された各伝熱管１１ａ、１２ａには、バイパス管Ｌａ４とは別に、それぞれ分配管２１ａ、２２ａが接続されている。
つまり、各伝熱管１１ａ、１２ａには、それぞれバイパス管Ｌａ４と分配管２１ａ、２２ａとが１本ずつ接続されていることになる。

具体的に、本実施形態のバイパス管Ｌａ４は、分配管２１ａ、２２ａよりも太いものであり、その流路抵抗が、分配管２１ａ、２２ａの流路抵抗よりも小さくなるように形成されている。

次に、本実施形態（今回）の空気調和機１００と従来の空気調和機とを比較した実験結果を図３に示す。

ここで、室外熱交換器の能力は、当該室外熱交換器において、冷媒から外気へ移動する熱の量（以下、熱移動量ともいう。）によって決まり、この熱移動量が多いほど室外熱交換器の能力は高い。

冷房運転時に２つの室外熱交換器を直列に接続した場合、従来の空気調和機は、図３の点線で示すように、冷媒が第１室外熱交換器から第２室外熱交換器に流れる途中で大きな圧力損失が生じ、これにより、冷媒温度が低下して冷媒温度と外気温度との差が小さくなり、上述した熱移動量が少なくなる。したがって、室外熱交換器の性能が低下し、冷房運転の効率が悪くなる。
一方、本実施形態の空気調和機１００では、図３の実線で示すように、上述した圧力損失が低減されていることが分かる。これにより、本実施形態の空気調和機１００は、冷媒温度と外気温度との差が大きくなり、上述した熱移動量を多くすることができる。したがって、室外熱交換器１１、１２の性能を向上させることができ、冷房運転の効率が向上する。

より具体的には、上記の表１に示すように、従来の空気調和機は、０．９３ＭＰａの圧力損失が生じるのに対して、本実施形態の空気調和機１００は、０．３０ＭＰａの圧力損失であり、従来に比べて圧力損失を大幅に低減させることができる。

このように構成された本実施形態に係る空気調和機１００によれば、バイパス管Ｌａ４が、第１伝熱管１１ａと第２伝熱管１２ａとを接続しているので、冷房運転時において、冷媒を圧力損失が生じる分配管２１ａ、２２ａに流すことなく、第１室外熱交換器１１から第２室外熱交換器２１に流すことができる。これにより、冷房運転時において、２つの室外熱交換器１１、１２を直列に接続して過冷却の効果を維持しながらも、圧力損失を低減させて冷房運転の効率が低下することを防ぐことができる。

従来であれば、圧力損失により少なくなった熱移動量を補うために、圧縮機の圧力を上げる必要があり、これより冷房運転の効率が低下していたが、本実施形態の空気調和機１００は、圧力損失が少ないので、圧縮機の圧力を上げる必要もなく、冷房運転の効率を低下させることはない。
また、室外熱交換器の能力が一定であれば、圧縮機から吐出する冷媒量を少なくできるので、冷房運転の効率を向上させることができる。

また、バイパス管Ｌａ４が、分配管２１ａ、２２ａよりも太く、その流路抵抗が分配管２１ａ、２２ａの流路抵抗よりも小さくなるように形成されているので、確実に圧力損失を低減することができる。

さらに、暖房運転時には、冷媒が各分配器２１、２２で分配されて、並列に接続された各室外熱交換器１１、１２に流れるので、冷媒が流れる冷媒流路のパス数を多くして当該冷媒流路を短くすることができ、圧力損失を減少させることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態の空気調和機１００は、バイパス管Ｌａ４が分配管同士を接続していたが、図４に示すように、複数の伝熱管１１ａ、１２ａが接続されるヘッダ２３を設け、これらのヘッダ２３をバイパス管Ｌａ４が接続するように構成しても良い。
このように構成することにより、複数の伝熱管１１ａ、１２ａが接続されたヘッダ２３同士をバイパス管Ｌａ４で接続するので、バイパス管Ｌａ４の必要本数を少なくすることができ、組立項数や材料費を削減することができる。

また、前記実施形態の空気調和機は、２つの室外熱交換器を有するものであったが、さらに第３室外熱交換器を有するようにしても良い。この場合、冷房運転時において、各室外熱交換器をすべて直列に接続しても良いし、例えば第１室外熱交換器と第２室外熱交換器とを並列に接続し、これらと第３室外熱交換器を直列に接続するようにしても良い。
もちろん、４つ以上の室外熱交換器を有して良い。

さらに、バイパス管を分配管よりも太くかつ短くすることで、バイパス管の流路抵抗をよりも小さくするようにしても良い。

また、前記実施形態では、各開閉弁が、電磁弁であったが、必ずしも電磁弁を用いる必要はなく、例えば逆止弁等を用いても良い。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・空気調和機
１１ ・・・第１室外熱交換器
１２ ・・・第２室外熱交換器
１１ａ・・・第１伝熱管
１２ａ・・・第２伝熱管
２１ａ・・・第１分配管
２２ａ・・・第２分配管
５０ ・・・四方弁
６０ ・・・圧縮機
Ｌａ４・・・バイパス管

Claims (3)

1. 複数の伝熱管が内部を通る２つの室外熱交換器を具備し、冷房運転時には２つの前記室外熱交換器を直列に接続し、暖房運転時には２つの前記室外熱交換器を並列に接続する空気調和機であって、
   暖房運転時には分配管を介して冷媒を前記各室外熱交換器に流す一方、冷房運転時には、一方の前記室外熱交換器から他方の前記熱室外交換器に前記分配管とは別のバイパス管を介して冷媒を流すことを特徴とする空気調和機。
2. 前記バイパス管の流路抵抗が、前記分配管の流路抵抗よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記各室外熱交換器に対応してそれぞれ設けられた分配器と、
   前記各室外熱交換器と前記分配器との間にそれぞれ設けられ、複数の前記伝熱管が接続されたヘッダとを具備し、
   前記バイパス管の一端が、前記ヘッダを介して、一方の前記室外熱交換器の前記伝熱管に接続され、当該バイパス管の他端が、前記ヘッダを介して、他方の前記室外熱交換器の前記伝熱管に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和機。