(57)【要約】【課題】熱交換器に流入する風速分布を考慮し、非共沸混合冷媒を用いた場合でも、着霜を低減することができる熱交換器および空気調和機を提供する。【解決手段】非共沸混合冷媒を用い、少なくとも１つのファン３６を備え、非共沸混合冷媒の入口４４は、ファン３６の大風量領域Ｉに配置され、非共沸混合冷媒の出口４６は、ファン３６の小風量領域Ｊに配置されている。これにより、非共沸混合冷媒の入口４４における顕熱比が増加し、この入口４４における着霜を低減することができるとともに、非共沸混合冷媒の出口４６における着霜を低減することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非共沸混合冷媒を用い、少なくとも１つのファンを備え、
前記非共沸混合冷媒の入口は、前記ファンの大風量領域に配置され、前記非共沸混合冷媒の出口は、前記ファンの小風量領域に配置されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記非共沸混合冷媒の前記入口から前記出口に流れる方向は、前記ファンによる空気の流れ方向と向き合うように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記非共沸混合冷媒は、前記大風量領域において前記入口から前記ファンによる空気の流れと向き合うように流入した後、内部を通って、前記小風量領域において、前記出口から前記ファンによる空気の流れと向き合うように流出するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器と、圧縮機とを備えたことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器および空気調和機に係り、特に、高沸点冷媒と低沸点冷媒からなる非共沸混合冷媒を用いる熱交換器および空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、空気調和機において、高沸点冷媒と低沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を用いるようにしたものが知られている。
このような高沸点冷媒と低沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を用いた空気調和機における冷凍サイクルは、図８に示すようなＰ−ｈ線図で表すことができる。
【０００３】
図８に示すように、非共沸混合冷媒では気液二相領域において圧力が一定でも温度は変化する。すなわち、図８に示す飽和液線５１と飽和蒸気線５２の間にある等温線５４は、飽和液線５１から飽和蒸気線５２に向かって行くに従って、右下がりになっている。そのため、圧力を一定とすると、熱交換器の蒸発過程の冷媒入口５６の温度が最も低く、蒸発過程の冷媒出口４０へと温度は上昇する。そのため、熱交換器の入口において着霜が発生しやすくなるという問題があった。
【０００４】
このような熱交換器の入口における着霜を低減させるため、従来から、例えば、図９に示すように、熱交換器７０において、ファン７１により生成される熱交換時の空気の流れ方向と、冷媒配管７２を流れる非共沸混合冷媒の流れ方向とが向かい合うような構成（対向流）にすることで、対数平均温度差が大きくなることにより低圧圧力が上昇し、蒸発温度が高くなることで着霜を低減するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開０７−０５５２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１に記載の発明においては、非共沸混合冷媒の流れを空気の流れと向かい合う対向流に構成することで、着霜を低減することができるが、ファンにより熱交換器に流入する空気の風速分布は考慮されておらず、対向流に構成しても、着霜を低減する効果を十分に得ることができないという問題を有している。
【０００７】
本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、熱交換器に流入する風速分布を考慮し、非共沸混合冷媒を用いた場合でも、着霜を低減することができる熱交換器および空気調和機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明に係る熱交換器は、非共沸混合冷媒を用い、少なくとも１つのファンを備え、前記非共沸混合冷媒の入口は、前記ファンの大風量領域に配置され、前記非共沸混合冷媒の出口は、前記ファンの小風量領域に配置されていることを特徴とする。これにより、非共沸混合冷媒の入口における顕熱比が増加し、この入口における着霜を低減することができるとともに、非共沸混合冷媒の出口における着霜を低減することができる。
【０００９】
また、本発明は、前記熱交換器において、前記非共沸混合冷媒の前記入口から前記出口に流れる方向は、前記ファンによる空気の流れ方向と向き合うように構成されていることを特徴とする。これにより、熱交換器に流入する非共沸混合冷媒の流れ方向が、空気の流れ方向と向き合うような対向流形としているので、熱交換器において、対数平均温度差が大きくなることにより低圧圧力が上昇し、蒸発温度が高くなるため、より着霜を低減することが可能となる。
【００１０】
また、本発明は、前記熱交換器において、前記非共沸混合冷媒は、前記大風量領域において前記入口から前記ファンによる空気の流れと向き合うように流入した後、内部を通って、前記小風量領域において、前記出口から前記ファンによる空気の流れと向き合うように流出するように構成されていることを特徴とする。これにより、熱交換器に流入する非共沸混合冷媒の流れ方向が、空気の流れ方向と向き合うような対向流形としているので、熱交換器において、対数平均温度差が大きくなることにより低圧圧力が上昇し、蒸発温度が高くなるため、より着霜を低減することが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る空気調和機は、前記熱交換器と、圧縮機とを備えたことを特徴とする。これにより、非共沸混合冷媒の入口における顕熱比が増加し、この入口における着霜を低減することができるとともに、非共沸混合冷媒の出口における着霜を低減することができる。また、熱交換器に流入する非共沸混合冷媒の流れ方向が、空気の流れ方向と向き合うような対向流形としているので、熱交換器において、対数平均温度差が大きくなることにより低圧圧力が上昇し、蒸発温度が高くなるため、より着霜を低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、大風量領域における外部熱交換器の風下側に非共沸混合冷媒の入口を配置し、小風量領域における外部熱交換器の風上側に非共沸混合冷媒の出口を配置するようにしているので、室外熱交換器の非共沸混合冷媒の入口における顕熱比が増加し、この入口における着霜を低減することができるとともに、非共沸混合冷媒の出口における着霜を低減することができる。また、熱交換器に流入する非共沸混合冷媒の流れ方向が、空気の流れ方向と向き合うような対向流形としているので、熱交換器において、対数平均温度差が大きくなることにより低圧圧力が上昇し、蒸発温度が高くなるため、より着霜を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る熱交換器の実施形態を示す冷凍サイクル図である。
【図２】本発明に係る熱交換器の実施形態における室外熱交換器の正面、平面および側面をそれぞれ示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る熱交換器の実施形態における室外熱交換器の風速分布を示す説明図である。
【図４】本発明に係る熱交換器の実施形態における室外熱交換器の風量分布を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係る熱交換器の実施形態における室外熱交換器の除湿量を測定した結果を示すグラフである。
【図６】従来の並向流形の熱交換器を示す概略構成図である。
【図７】従来の対向流形の熱交換器を示す概略構成図である。
【図８】従来の冷凍サイクルによるＰ−ｈ線図である。
【図９】従来の熱交換器を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る空気調和機の冷凍サイクルの一実施形態を示したものであり、熱交換器である室外熱交換器１０は、四方弁１２と電動膨張弁１４を介して、熱交換器である室内熱交換器１６に接続されている。また、室内熱交換器１６には、四方弁１８を介して圧縮機２０とアキュムレータ２２が接続されている。このように構成された冷凍サイクルにおいては、高沸点冷媒と低沸点冷媒からなる非共沸混合冷媒を用いるものであり、この非共沸混合冷媒としては、例えば、ＣＯ2 （二酸化炭素）、ＨＦＣ３２（Ｒ３２）、ＨＦＯ１２３４ＺＥ（Ｒ１２３４ＺＥ）を所定比率で混合したものが用いられる。ここで、ＣＯ２とＨＦＯ１２３４ＺＥは、地球温暖化係数ＧＷＰがそれぞれ１と４であり、地球温暖化係数ＧＷＰが１０未満の非常に小さな冷媒である。このため、これらを混合することにより、地球温暖化係数ＧＷＰの小さな非共沸混合冷媒とすることが可能となる。
【００１６】
そして、図１の冷凍サイクルにおいては、図１に示す状態で、圧縮機２０、四方弁１８、室内熱交換器１６、電動膨張弁１４、四方弁１２、室外熱交換器１０、アキュムレータ２２をそれぞれ介して圧縮機２０に戻る暖房運転状態を示している。そして、各四方弁１２，１８を切り替えることにより、圧縮機２０、四方弁１８、四方弁１２、室外熱交換器１０、電動膨張弁１４、室内熱交換器１６、アキュムレータ２２をそれぞれ介して圧縮機２０に戻る冷房運転状態に切り替えられるように構成されている。
【００１７】
この冷凍サイクルにおいては、室外熱交換器１０が、いわゆる向流形になるように構成されており、熱交換される空気の流れ方向と非共沸混合冷媒の流れ方向とが向かい合うような構成、すなわち対向流となるように構成されている。また、室外熱交換器１０は、四方弁１２，１８を２個使用することにより、暖房時、冷房時のいずれにおいても、非共沸混合冷媒の入口が同じになるように構成されている。
【００１８】
図２は本実施形態における室外熱交換器１０の概略を示したものであり、室外熱交換器１０は、正面部３０とこの正面部３０の一側に形成された側面部３２とからなる平面形状ほぼＬ字状の形状を有している。正面部３０の側面部３２が設けられていない他側の端面には、冷媒配管３４の入口および出口が配置されるように構成されている。すなわち、図２に示すように、冷媒配管３４は、正面部３０の他側の端面から、室外熱交換器１０の正面部３０および側面部３２の内部を通って側面部３２の端面から外部に露出され、側面部３２の外部において、Ｕ字状に曲成された後、再び、側面部３２の端面から側面部３２の内部に入るように構成されている。そして、側面部３２および正面部３０の内部を通った後、正面部３０の他側の端面から外部に露出され、正面部３０の外部において、Ｕ字状に曲成された後、再び、正面部３０の他側の端面から正面部３０の内部に入るように構成されている。このような経路を必要なだけ繰り返して冷媒配管３４を配設することにより、室外熱交換器１０の内部に非共沸混合冷媒の循環経路を形成するようになっている。
【００１９】
また、室外熱交換器１０の正面部３０には、２つのファン３６が上下方向に並んで配置されており、いわゆる横方向に空気の流れを生成する横吹き型の熱交換器とされている。ファン３６は、ファンボス３８と、このファンボス３８の外周に取付けられた複数枚の羽根４０とから構成されており、このファン３６は、ファンモータ４２の駆動により回転駆動され、室外熱交換器１０から離れる方向に風を送るように構成されている。
【００２０】
ここで、図３は室外熱交換器１０の風速分布を説明するための図であり、ファン３６を回転駆動させた場合、ファン３６の羽根４０の先端部分では、風速は大きくなり、図３のＸで示す円の周辺においては、風速の大きな領域が形成されることになる。一方、ファン３６のファンボス３８やファンモータ４２が配置されるファン３６の中心部分においては、ファンボス３８の直径またはファンモータ４２の直径のいずれか大きい方の内側である、図３のＹで示す円の内側では、風速の小さい領域が形成されることになる。さらに、室外熱交換器１０の側面部３２の近傍であるファン３６の側部である、図３のＺで示す領域も風速の小さい領域となる。
【００２１】
また、図４は室外熱交換器１０の冷媒配管３４の経路の概略およびファン３６の風量分布を示したものである。そして、ファン３６を回転駆動させることにより、図４において、室外熱交換器１０の右側から左側に流れる空気の流れを形成する。ここで、図４に示す風量分布は、図３で説明した風速分布を管板間方向（水平方向）に積算した場合の高さ方向の風量分布を示している。この風量分布によれば、ファン３６の高さ方向におけるファンボス３８の直径またはファンモータ４２の直径のいずれか大きい方の外周部分から、羽根４０の先端部の間の領域Ｉで風量は多くなり、ファン３６の高さ方向におけるファンボス３８の直径またはファンモータ４２の直径のいずれか大きい方より内側の範囲内の領域Ｊで風量は少なくなることがわかる。以下、領域Ｉを大風量領域、領域Ｊを小風量領域として説明する。
【００２２】
本実施形態においては、大風量領域Ｉにおける室外熱交換器１０の風下側に非共沸混合冷媒の入口４４を配置し、小風量領域Ｊにおける室外熱交換器１０の風上側に非共沸混合冷媒の出口４６を配置するように構成されている。具体的には、図４に示すように、冷媒配管３４は、１つのファン３６においてファンボス３８の上下に形成される２つの大風量領域Ｉについて、室外熱交換器１０の風下側のそれぞれ２カ所に入口４４を配置するよう構成されている。このような構成とすることにより、室外熱交換器１０の内部には、１つのファン３６について、４本の冷媒配管３４が配設されることになり、室外熱交換器１０の内部を通った冷媒配管３４は、ファン３６の小風量領域Ｊにおいて、室外熱交換器１０の風上側のそれぞれ４カ所に出口４６を配置するように構成されている。すなわち、２つの大風量領域Ｉに設けられたそれぞれ２つの入口４４を、小風量領域において、４つの出口４６にまとめる非共沸混合冷媒の循環経路を形成するようになっている。
【００２３】
この場合、冷媒配管３４は、ファン３６のファンボス３８より上方の大風量領域Ｉにおける冷媒配管３４の一方は、入口４４から室外熱交換器１０の上方に向けて非共沸混合冷媒の循環経路を形成した後、室外熱交換器１０の内部を通って小風量領域まで引き回され、出口４６に至る循環経路を構成するものである。また、ファン３６のファンボス３８より上方の大風量領域Ｉにおける冷媒配管３４の他方は、入口４４から室外熱交換器１０の下方に向けて非共沸混合冷媒の循環経路を形成した後、室外熱交換器１０の内部を通って小風量領域まで引き回され、出口４６に至る循環経路を構成するものである。そして、このように構成することにより、室外熱交換器１０の入口４４側の低温領域を大風量領域Ｉで対向流とし、室外熱交換器１０の出口４６側の高温領域を小風量領域Ｊで対向流とすることができるものである。
【００２４】
次には、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態において暖房運転時においては、圧縮機２０により高温高圧となった非共沸混合冷媒は、四方弁１８を通過した後、室内熱交換器１６で空気と熱交換をして凝縮（放熱）する。室内熱交換器１６を出た非共沸混合冷媒は、電動膨張弁１４によって低温低圧とされ、四方弁１２を通過した後、室外熱交換器１０で空気と熱交換をして蒸発（吸熱）する。室外熱交換器１０を出た非共沸混合冷媒は、四方弁１２、四方弁１８、アキュムレータ２２を通過した後、圧縮機２０へと戻る。
【００２５】
また、冷房運転時においては、各四方弁１２，１８を切り替えることにより、圧縮機２０により高温高圧となった非共沸混合冷媒は、四方弁１８、四方弁１２を通過した後、室外熱交換器１０で空気と熱交換をして凝縮（放熱）する。室外熱交換器１０を出た非共沸混合冷媒は、四方弁１２を通過した後、電動膨張弁１４によって低温低圧とされ、室内熱交換器１６で空気と熱交換をして蒸発（吸熱）する。室内熱交換器１６を出た非共沸混合冷媒は、アキュムレータ２２を通過した後、圧縮機２０へと戻る。
【００２６】
この場合に、本実施形態においては、室外熱交換器１０における非共沸混合冷媒の温度が低くなる入口４４を大風量領域Ｉに配置するようにしているので、室外熱交換器１０の非共沸混合冷媒の入口４４における顕熱比が増加し、この入口４４における着霜を低減することができるものである。また、顕熱比の減少が懸念される小風量領域に、非共沸混合冷媒の温度の高くなる出口４６を配置するようにしているので、この出口４６における着霜を低減することができるものである。また、本実施形態においては、室外熱交換器１０に流入する非共沸混合冷媒の流れ方向が、空気の流れ方向と向き合うような対向流形としているので、室外熱交換器１０において、対数平均温度差が大きくなることにより低圧圧力が上昇し、蒸発温度が高くなるため、より着霜を低減することが可能となる。
【００２７】
図５は空気調和機の室外熱交換器１０における除湿量を比較した結果ものであり、着霜の初期段階である除湿量を比較することで、着霜のし易さがわかる。この図５は、図６に示すような従来の一般的な並向流形の熱交換器と、図７に示すような従来の一般的な対向流形の熱交換器と、本実施形態の対向流形の熱交換器と、本実施形態の構成において、非共沸混合冷媒を逆方向に流す並向流形の熱交換器との除湿量を測定したものである。なお、図６および図７においては、便宜上、本実施形態と同一部分には同一符号を付してある。
【００２８】
この図５の測定結果によれば、蒸発器の入口４４における冷媒温度は、図６に示す熱交換器が−１０℃、図７に示す熱交換器が−９．５６℃、本実施形態において並向流形とした熱交換器が−７．２８℃、本実施形態の対向流形の熱交換器が−８．０８℃となっている。そして、これらの除湿量は、図６に示す熱交換器を１００％とした場合に、図７に示す熱交換器が約９９．６％、本実施形態において並向流形とした熱交換器が約９８．３％、本実施形態の対向流形の熱交換器が約９７．９％となっている。したがって、本実施形態における並向流形の熱交換器でも従来の熱交換器と比較すると、除湿量が少なくなり、着霜を低減することができることがわかるが、本実施形態における対向流形の熱交換器が最も除湿量が少なくなり、確実に着霜を低減することができることがわかる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、大風量領域Ｉにおける室外熱交換器１０の風下側に非共沸混合冷媒の入口４４を配置し、小風量領域Ｊにおける室外熱交換器１０の風上側に非共沸混合冷媒の出口４６を配置するようにしているので、室外熱交換器１０の非共沸混合冷媒の入口４４における顕熱比が増加し、この入口４４における着霜を低減することができ、非共沸混合冷媒の出口４６における着霜を低減することができる。また、本実施形態においては、室外熱交換器１０に流入する非共沸混合冷媒の流れ方向が、空気の流れ方向と向き合うような対向流形としているので、室外熱交換器１０において、対数平均温度差が大きくなることにより低圧圧力が上昇し、蒸発温度が高くなるため、より着霜を低減することが可能となる。
【００３０】
なお、例えば、前記実施形態においては、１つの室外熱交換器１０と１つの室内熱交換器１６とを備える空気調和機であったが、これに限定されず、複数の室外熱交換器１０と複数の室内熱交換器１６とを備える空気調和機に適用するようにしてもよい。
【００３１】
また、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  室外熱交換器
１２，１８  四方弁
１４  電動膨張弁１４
１６  室内熱交換器
２０  圧縮機
２２  アキュムレータ
３０  正面部
３２  側面部
３４  冷媒配管
３６  ファン
３８  ファンボス
４０  羽根
４２  ファンモータ
４４  入口
４６  出口
Ｉ  大風量領域
Ｊ  小風量領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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