(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器とを配管により接続した冷凍サイクルを有し、室内機内に設けられた前記室内熱交換器は、除湿運転の際に加熱器となる複数系統の冷媒流路を有する第１の室内熱交換部分及び除湿運転の際に冷却器となる複数系統の冷媒流路を有する第２の室内熱交換部分とを備え、この第１の室内熱交換部分とこの第２の室内熱交換部分との間の冷媒流路に設けられ除湿運転の際に絞りとして作用する膨張機構と、前記室内熱交換器の空気流れ方向下流に配置された室内ファンとを備えた空気調和機において、
前記室内熱交換器を上段部分及び下段部分を有する構造とし、
この上段部分を前記第１の室内熱交換部分、この下段部分を前記第２の室内熱交換部分とし、
暖房運転時に、前記第２の室内熱交換部分におけるガス冷媒が流れる入口側が空気流の風下側に配されるように前記複数系統の冷媒流路を構成し、前記第１の室内熱交換部分における暖房運転時の冷媒流出口側が前記複数系統の冷媒流路から一系統の冷媒流路となるように、かつこの一系統の冷媒流路が風上側に配されるように前記冷媒流路を構成した空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和機は、冷房運転や暖房運転を行うが、最近は省エネルギーに対するニーズが大きく、これを満足する一手段として室内熱交換器の伝熱面積を十分大きくすることがある。ルームエアコン等の小形の空気調和器では、室内機の寸法に制限があり、こうした制限下で伝熱面積を大きくするために、最近では、実願平２−９５１８３号（実開平４−５７０７３号）のマイクロフィルムに記載されているように室内熱交換器を室内機の前面から背面にかけて多段に曲げた構造にしたものが知られている。
【０００３】
一方、空気調和機において、湿度を下げるための除湿運転として、冷却・除湿された空気流を冷凍サイクルの凝縮熱により再加熱する方式が特開平２−１８３７７６号公報に記載されている。
【０００４】
この公報には、圧縮機、四方弁、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上下に二分割してこれらの間に除湿運転用の小孔付き二方弁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小孔付二方弁を閉じて冷媒を小孔を通して流すことにより絞り作用を行い、上側室内熱交換器を凝縮器、下側室内熱交換器を蒸発器とする。さらに室内空気流をこれらの室内熱交換器に並列に流し、蒸発器で冷却・除湿し、凝縮器で加熱することにより、冷え過ぎを防止しながら湿度を下げる除湿運転を可能にしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術は、空気調和器の冷房・暖房という基本性能を向上させながら除湿効率を向上させる点は配慮されていない。
【０００６】
本発明の目的は、冷房・暖房運転という空気調和器の基本性能を満足しつつ、除湿運転を可能とする空気調和機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器とを配管により接続した冷凍サイクルを有し、室内機内に設けられた前記室内熱交換器は、除湿運転の際に加熱器となる複数系統の冷媒流路を有する第１の室内熱交換部分及び除湿運転の際に冷却器となる複数系統の冷媒流路を有する第２の室内熱交換部分とを備え、この第１の室内熱交換部分とこの第２の室内熱交換部分との間の冷媒流路に設けられ除湿運転の際に絞りとして作用する膨張機構と、前記室内熱交換器の空気流れ方向下流に配置された室内ファンとを備えた空気調和機において、前記室内熱交換器を上段部分及び下段部分を有する構造とし、この上段部分を前記第１の室内熱交換部分、この下段部分を前記第２の室内熱交換部分とし、暖房運転時に、前記第２の室内熱交換部分におけるガス冷媒が流れる入口側が空気流の風下側に配されるように前記複数系統の冷媒流路を構成し、前記第１の室内熱交換部分における暖房運転時の冷媒流出口側が前記複数系統の冷媒流路から一系統の冷媒流路となるように、かつこの一系統の冷媒流路が風上側に配されるように前記冷媒流路を構成した空気調和機。とすることで達成される。
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、冷房・暖房運転という空気調和機の基本性能を満足しつつ、除湿運転を可能とする空気調和機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明による一実施例を図１、図２及び図３に示す。
【００１０】
図１は本実施例である室内機の側断面を示す図である。図１において、室内機内に組み込まれた多段曲げ（３段）構造の室内熱交換器１は、熱的な切断線２４により、室内機における前面下段部分２と、前面側上段部分３から背面部分４にかけての部分とに熱的に分離されて構成されている。また、室内熱交換器１には、複数枚の放熱フィン２３を貫通するように設けられた伝熱管２０（○印で示した）が設けられ、伝熱管同士は接続管２１及び接続管２２（破線で示した）により接続されている。
【００１１】
さらに、除湿制御弁５は、後述するように除湿運転時に絞り作用を行う機能を有している。室内熱交換器１の前面上段部分３及び背面部分４が熱的に一体に結合され、これらと除湿制御弁５の一方の接続口が接続配管６によりに接続され、除湿制御弁５の他方の接続口は、接続配管７を介して前面上段部分３及び背面部分４とは熱的に分離された室内熱交換器１の前面下段部分２と接続されている。  貫流ファンタイプの室内ファン９が回転すると、前面吸い込みグリル１０、前面側上部吸い込みグリル１１及び背面側上部吸い込みグリル１２から室内空気が流入し、フィルタ１３を介して、多段曲げ室内熱交換器１にて冷媒と熱交換されたあと室内ファン９を通り、吹出口１５から室内に吹出される。なお、１４は背面ケーシング、１５は吹出口、１６は吹出口風向板である。１７は多段曲げ室内熱交換器の前面側部分２及び３に対する露受皿、１８は多段曲げ室内熱交換器１の背面部分４に対する露受皿であり、冷房運転や除湿運転の時に生じる除湿水を受ける機能を有する。
【００１２】
図２に上記した除湿制御弁５を示した。図２(a)は除湿運転時における除湿制御弁５の動作状態を示す図であり、図２(b)は冷房及び暖房運転時の除湿制御弁５の動作状態を示す図である。弁本体３０は、弁座３１、弁体３２、弁体３２の弁部３３、接続管３４、接続管３５、弁体３２を動かす電磁モ−タ３６を備え、大きい矢印３８、３９は冷媒流方向、矢印４０は除湿運転時の冷媒流方向を示す。
【００１３】
除湿運転時には、図２(a)のように、弁体３２は電磁モ−タ３６により閉じられた状態になっている。この時、室内熱交換器１の凝縮器となる前面上段から背面にかけての部分３、４を出た高圧の凝縮液冷媒は、接続管３４から流入し、弁部３３と弁座３１との隙間で構成される狭い通路３７を矢印４０のように流れ、ここで絞り作用を受け低圧・低温の冷媒となった後、接続管３３を通って蒸発器となる室内熱交換器１の前面下段部分２に流入する。この結果、室内熱交換器１の前面上段から背面にかけての部分３、４が加熱器、前面下段部分２が冷却器となって、室内空気を加熱すると同時に冷却・除湿する温度の調整ができる除湿運転が可能になる。
【００１４】
また、冷房及び暖房運転時には、図２(b)のように、除湿制御弁５は、電磁モータ３６により弁体３２が引き上げられ全開の状態になる。この結果、接続管３４と３５はほとんど流通抵抗なしで連通し、冷媒はほとんど抵抗なしで流れることになる。
【００１５】
図３は、本実施例の全体のサイクル構成を示す図である。回転数制御等により能力可変の冷媒を圧縮する圧縮機５０、運転状態を切り換える四方弁５１、室外熱交換器５２、絞り作用の無い全開状態が可能な電動膨張弁５３、さらに前述の多段曲げ室内熱交換器１及び除湿制御弁５を加えて、これらが接続配管により環状に接続されて冷凍サイクルを構成している。また、図３においては、多段曲げ室内熱交換器１の伝熱管の流路状態の一実施例を模式的に示してあり、室内熱交換器１の前面上段部分３と背面部分４は一体に接続されて、伝熱管を接続した二系統の冷媒流路５４、５５から構成され、さらに切断線２４により熱的に分離された室内熱交換器１の前面下段部分２は５６、５７の二冷媒流路から構成されており、これらの伝熱管冷媒流路は除湿制御弁５を介して接続管６及び７により接続されている。なお、５８は室外ファンである。
【００１６】
以上の室内機構造及び冷凍サイクル構成において、除湿運転時には、四方弁５１を冷房運転時と同じ方向に切り換え、除湿制御弁５を適当に絞り電動膨張弁５３を全開とすることにより、冷媒を一点鎖線で示すように圧縮機５０、四方弁５１、室外熱交換器５２、電動膨張弁５３、室内熱交換器１の前面上段部分３及び背面部分４、除湿制御弁５、室内熱交換器１の前面下段部分２、四方弁５１、圧縮機５０の順に循環させ、室外熱交換器５２が上流側の凝縮器、室内熱交換器１の前面上段部分３及び背面部分４が下流側の凝縮器、室内熱交換器１の前面下段部分２が蒸発器となるように運転する。そして、室内空気を室内ファン９により矢印５９で示すように流すと、室内空気は蒸発器として作用する前面下段熱交換器部分２で冷却・除湿されると同時に、下流側の凝縮器すなわち加熱器となる室内熱交換器の前面上段部分３及び背面部分４で加熱され、さらにこれらの空気が混合されて室内に吹き出される。この場合、回転数を制御して圧縮機５０の能力や室内ファン９及び室外ファン５８の送風能力を制御することにより、室内熱交換器１の前面下段部分２、前面上段部分３及び背面部分４の能力を調節することができ、最終的には除湿量や吹き出し空気温度を広い範囲で変えることができる。また、室内熱交換器１を多段曲げ熱交換器にして伝熱面積を大きくしたことにより、相対的に冷却器部分も大きくなり除湿能力を向上できる。さらに、除湿運転において加熱器での加熱量を大きくするためには、室内熱交換器の加熱器部分の割合を冷却器部分に比べて大きくする必要があるが、室内熱交換器１を多段曲げ熱交換器にしてこの前面側上段から背面にかけての部分を加熱器、前面側下段部分を冷却器になるようにすることにより、加熱器部分の伝熱面積を冷却器部分より大きくすることができる。
【００１７】
次に、冷房運転時には、除湿制御弁５を開き電動膨張弁５３を適当に絞ることにより、冷媒を実線の矢印で示すように循環させ、室外熱交換器５２を凝縮器、多段曲げ室内熱交換器１を蒸発器として室内の冷房を行う。暖房運転時には、四方弁５１を切り替え除湿制御弁５を開き電動膨張弁５２を適当に絞ることにより、冷媒を破線の矢印で示すように循環させ、多段曲げ室内熱交換器１を凝縮器、室外熱交換器５２を蒸発器として室内の暖房を行う。
【００１８】
そして冷房、暖房の各運転に対してもサイクル性能及び多段曲げ室内熱交換器１での熱交換性能を確保して効率良く運転する必要がある。以下、この方法について説明する。
【００１９】
まず、図３において、多段曲げ室内熱交換器１を室内機の前面上段から背面にかけての部分３、４と前面下段部分２の二つに熱的に分割し、これらを除湿制御弁５を介して直列に接続してあるため、冷房運転及び暖房運転のうち特に冷房運転においては、室内熱交換器１は全体が低圧でガス冷媒の比容積が大きくて体積流量が多くなる蒸発器となるため、ここでの圧力損失が大きくなってサイクルの性能が低下する。この問題を解決するために、図３においては、多段曲げ室内熱交換器１の前面上段から背面にかけての部分３、４と前面下段部分２の各冷媒流路をそれぞれ５４、５５と５６、５７の二系統にしてある。この結果、冷媒流路での圧力損失が十分小さくなり、特に冷房運転での性能低下を防ぐことができる。
【００２０】
また暖房運転での性能をさらに向上するためには、室内熱交換器の出口で十分なサブクールを取る必要がある。このサブクール域では、冷媒が液状態であると同時に冷媒温度が凝縮温度から徐々に下がることから、液冷媒流の速度を速めて伝熱管内の熱伝達率を高めてやると同時に、伝熱管が風上側になるようにして熱交換前の比較的温度の低い空気流と熱交換するようにする必要がある。室内熱交換器１の前面下段部分２における暖房運転時の入口部分では高温ガス冷媒の温度が凝縮温度まで低下するため、この部分でも冷媒流と空気流とが対向流になるようにしてやる必要がある。このための他の実施例による室内熱交換器１での冷媒流路構成を図４に示す。図３と同一番号を付けたものは同一部分を示す。図４においては、多段曲げ室内熱交換器１の前面上段から背面にかけての部分３、４を、風上側に設けた一系統の冷媒流路部分６０と二系統の冷媒流路部分６１、６２から構成する。さらに室内熱交換器１の前面下段部分２の冷媒流路を５６、５７の二系統にすると同時に前面下段部分２における暖房運転時の冷媒流入口部分を空気流の風下側に設けた配管構成にしてある。
【００２１】
このサイクル構成により、暖房運転においては、圧縮機５０を出て四方弁５１を通った後の高温高圧のガス冷媒が室内熱交換器１に入り、前面下段部分２の冷媒流路が二系統の伝熱管５６、５７を分流して通った後、除湿制御弁５を通って室内熱交換器１の前面上段から背面にかけての部分３、４に入り、冷媒流路が二系統の伝熱管６１、６２を分流して流れる。この流れは、この後合流して冷媒流路が一系統の伝熱管６０を流れる。この場合、室内熱交換器１の前面下段部分２では高温のガス冷媒が流れる入口側が空気流の風下側になり二相冷媒の流れる出口側が温度の低い空気流の風上側になるため、前面下段部分２では冷媒流と空気流とが熱交換性能の優れた対向流状態となる。また前面上段から背面にかけての部分３、４では冷媒流の出口側が一系統冷媒流路の伝熱管６０となっており、飽和温度から徐々に温度の下がるサブクール域に設けられた伝熱管６０は温度の低い上流側空気流と熱交換をするため、十分なサブクールが取れ、暖房性能を向上することができる。
【００２２】
また、冷房運転においては、電動膨張弁５３で絞られ低圧・低温になった冷媒が室内熱交換器１に入り、前面上段から背面にかけての熱交換器部分３、４において一系統の伝熱管６０を通ったあと分流して二系統の伝熱管６１、６２に入り、さらに除湿制御弁５を通って前面下段部分２に入り二系統の伝熱管５６、５７に分流して流れる。しかし、伝熱管６０では冷媒の乾き度が比較的小さいため一系統の冷媒流路でも圧力損失は比較的小さい。また乾き度が比較的大きい伝熱管６１、６２と５６、５７の部分では冷媒流路をそれぞれ二系統にしたことから圧力損失が十分小さくなる。この結果、圧力損失による冷房性能の低下を防ぐことができる。
【００２３】
なお、図３及び図４に示す実施例では、室内熱交換器１の伝熱管を二系統に分ける場合及び一系統と二系統を組み合わせた場合を示したが、これらに限るものではなく、冷媒流路をさらに多くの系統に分ける事も可能であり、この場合も室内熱交換器１での冷媒流圧力損失を低減し、特に冷房性能の低下を防止できる。但し、冷媒流路をあまり多系統にすると、冷媒流の圧力損失は低下するが、熱伝達率の低下が著しく、冷房運転及び暖房運転における能力や動作係数といった空気調和機全体の性能が低下してしまうため、最適な系統数の冷媒流路に設定する必要があり、この系統数は主に冷媒配管の内径に応じて決定される。
【００２４】
ところで図１〜図４の実施例では室内熱交換器１を、前面下段部分２、前面上段部分３、背面部分４の三段に曲げた場合を示したが、これに限るものではなく、各部分を必要に応じてそれぞれ多段に構成しても良い。図５には熱的な切断線６３の下段部分である室内熱交換器１の前面下段部分２'を６４、６５、６６の３段にした場合を示す。これにより伝熱面積を図３より大きくできる。さらには図６に示すように前面下段から前面上段、背面までを折れ線でなく連続した曲線にした一体構造にして、さらに除湿運転時に加熱器となる前面上段から背面にかけての部分と冷却器となる前面下段部分とを、切断線６７により６８と６９の二つに熱的に分離した構造にしても良く、同様に伝熱面積を大きくすることができる。特に小形の空気調和機であるルームエアコン等では、室内熱交換器を収納するスペースが十分に取れないことが多く、この場合には室内熱交換器の曲げ回数を多くしたり、曲線状にすることにより、狭いスペースに十分な伝熱面積を持つ室内熱交換器を収納でき、冷房、暖房さらには除湿運転での性能を向上することができる。
【００２５】
また図１に示す実施例では、除湿運転時において加熱器となる伝熱管の本数を冷却・除湿器となる伝熱管の本数より多くしてあるが、これは加熱器での加熱能力を多くして暖房気味の除湿運転を行う上で有効となるからである。すなわち、除湿運転において、冷却器の能力に比べて、加熱器の能力を十分高くできることから、暖房気味の除湿運転がやり易くなる。
【００２６】
ここで除湿運転において、図３における室外ファン５８の送風能力を落とすと室外熱交換器５２で外気に放熱する能力が減少して室内熱交換器１の加熱器部分３、４での放熱能力が増大する。また圧縮機５０の能力を増す事により加熱器部分３、４での加熱能力を増したり、冷却器部分２での除湿能力を増すことができる。また、室内ファン９の送風能力を変えることによりいろいろな使用状態に適した除湿運転を行うことができる。たとえば通常の除湿運転では人の好みに応じて室内風量を変え、洗濯物を乾燥するときには室内風量を増して運転し、寝るときには室内風量を落として運転するようにする。この場合、最近ではＤＣモータファンやインバータ圧縮機が採用されており、これらは回転数の制御が容易なことからファンや圧縮機の能力を容易に変えて、除湿運転における加熱能力を広い範囲で変えて吹出温度を冷房気味から等温気味、暖房気味まで変えたり、除湿能力を変えたり、さらには使用状態に合わせて室内風量を変えて上記種々の除湿運転を行うことができる。
【００２７】
室内機の全面から背面にかけて設けた室内熱交換器構造に対して、図１乃至図６では、前面上段から背面にかけての部分３、４と前面下段部分２とを熱的に２分割して、これらの間に除湿制御弁５を設けた構成としている。この構成を、前面上段部分３と背面部分４との間に切断線を入れて熱的に２分割し、この間に除湿制御弁５を設けた構成としてもよい。すなわち、除湿運転時においては、前面上段部分３及び前面下段部分２が加熱器として作用し、背面部分４が冷却器として作用することとなる。この場合においても、加熱部分が冷却部分よりも大きいので、暖房気味除湿運転時に問題となる再熱量の不足を防止することができる。さらに、冷却器の下側に加熱器が配置されないことから冷却器で生じた除湿水が加熱器にかかって再蒸発することがない。また、室内熱交換器の前面部分２、３及び背面部分を夫々２系統以上の冷媒流路としたり、前面部分で冷房運転時の冷媒流入り口部分を１系統にして空気流の風上側に配置したり、さらには背面部分で暖房運転時の冷媒流入り口部分を空気流の風上側に配置することにより、冷房運転や暖房運転において圧力損失を低減すると共に空気流と冷媒流を対向流とすることができる。さらに、暖房運転において、十分なサブクールを取ることができる。このため、冷房運転及び暖房運転において、図３乃至図４に記載の実施例と同様に十分効率のよい運転を行うことができる。
【００２８】
また図３における除湿制御弁５や電動膨張弁５３はキャピラリーチューブあるいは通常の膨張弁と二方弁とを並列に設けた構成のものにしてもよく（図示省略）、二方弁の開閉により、図３の実施例と同様の作用を実現することができる。
【００２９】
さらにまた以上説明した実施例においては、空気調和機でよく使用されるＨＣＦＣ２２（ハイドロクロロフルオロカーボン２２の略）等の単一冷媒を使用する場合に付いて説明してきた。しかし最近は、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研究が盛んになっており、代替冷媒としては単一冷媒だけでなく、混合冷媒の使用が検討されている。これに対して、図１及び図２に示す実施例で述べてきた室内機の構造、サイクル構成、運転の制御方法を適用できることは明らかであり、同様の効果が得られる。
【００３０】
以上本実施例によれば、コンパクトな室内機の中に十分大きな熱交換器を設けるために、室内熱交換器を多段曲げあるいは曲線状にすると同時に室内機の前面から背面にかけて設けた構造にし、さらに該室内熱交換器を室内機の前面下段部分と前面上段から背面にかけての部分あるいは前面部分と背面部分を熱的に二分割しその間に除湿運転時に絞り作用を行う除湿制御弁を設けて、除湿運転時には室内熱交換器の前面下段部分あるいは背面部分が冷却器、前面上段から背面にかけての部分あるいは前面部分が加熱器となる冷凍サイクル構成にした。この結果、コンパクトな室内機においても、冷房及び暖房運転での性能を十分向上して省電力を図り、除湿運転では除湿効率（除湿量／消費電力）を向上させると共に冷却器で生じた除湿水が加熱器にかかって再蒸発することの無いようにした。
【００３１】
また、熱的に二分割した室内熱交換器の各々の冷媒流路をそれぞれ二系統以上にして室内機における前面から背面にかけて設けた室内熱交換器での冷媒流の流通抵抗の増加を防止したり、室内熱交換器の冷媒流路における暖房運転時の出口部分を一系統にして暖房運転時に十分な冷媒サブクールが取れるようにしたり、さらには室内熱交換器における冷媒流と空気流とができるだけ対向流になるような配管構成にしたことにより、熱交換器を大きくして冷媒流路が長くなったり、除湿制御弁を設けたことによる性能の低下を防ぐことができる。
【００３２】
また、室外ファン及び圧縮機を能力制御可能なものにしてこれらの機器の能力を適当に制御することにより加熱器での加熱量を広い範囲で制御して、除湿水量を十分取れる状態で、暖房気味、等温気味、冷房気味の除湿運転を行うと同時に、室内ファンの能力制御により種々の利用形態の除湿運転を行うことができる。
【００３３】
さらにまた、以上のような除湿運転方法及び室内熱交換器の配管構成は、単一冷媒、混合冷媒を問わず適用でき、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施例である空気調和機の室内機構造を示す図である。
【図２】図１における除湿制御弁の構造及動作状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施例である空気調和機のサイクル構成を示す図である。
【図４】本発明の他の実施例である室内熱交換器の配管構成を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例である室内熱交換器の形状を示す図である。
【図６】本発明のさらに他の実施例である室内熱交換器の形状を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…室内熱交換器、２、２'…室内熱交換器の前面下段部分、３…室内熱交換器の前面上段部分、４…室内熱交換器の背面部分、５…除湿制御弁、６、７…室内熱交換器と除湿制御弁との接続配管、９…室内ファン、１０…前面吸い込みグリル、１１…上面吸い込みグリル、１２…背面吸い込みグリル、１３…フィルタ、１４…背面ケーシング、１５…吹き出し口、１６…吹出口風向板、１７…前面露受皿、１８…背面露受け皿、２０…伝熱管、２１、２２…伝熱管の接続配管、２３…放熱フィン、２４、６３、６７…熱的切断線、
３０…弁本体、３１…弁座、３２…弁体、３３…弁部、３４、３５…接続管、３６…電磁モータ、３７…除湿運転時の冷媒流路、５０…圧縮機、５１…四方弁、５２…室外熱交換器、５３…電動膨張弁、５４、５５、５６、５７、６０、６１、６２…冷媒流路、５８…室外ファン、５９…室内空気流方向、６４、６５、６６、６８、６９…熱交換器部分。
【図１】
0003724011.tif 000002
【図２】
0003724011.tif 000003
【図３】
0003724011.tif 000004
【図４】
0003724011.tif 000005
【図５】
0003724011.tif 000006
【図６】
0003724011.tif 000007