(57)【要約】【課題】空気調和装置において、十分な過冷却度が得られるようにすることを主な目的とする。【解決手段】空気調和装置１は、室内機２の室内熱交換器２５として、第一の熱交換器２６と第二の熱交換器２７を有し、これら熱交換器２６，２７が分岐管２８を介して接続されている。分岐管２８には、流量調整弁３１が設けられた後に冷媒式過冷却器３２の内側の流路３５に接続されている。冷媒式過冷却器３２は、２重管構造を有しており外側の流路４１には第二の熱交換器２７を通った冷媒が入力される。第二の熱交換器２７は、冷房運転時に空冷式過冷却器として機能する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮した冷媒を熱交換器に流入させて空気と熱交換させることで暖房又は冷房を行なう空気調和装置において、
室外機の前記熱交換器は、冷房運転時に凝縮器になって暖房運転時には蒸発器となる第一の熱交換器と、冷房運転時に空冷式過冷却器になって暖房運転時に蒸発器となる第二の熱交換器を有し、冷房運転時に前記第一の熱交換器から流出する冷媒の一部を前記第二の熱交換器に流入する前に分岐させて室内機をバイパスさせるバイパス回路を設け、前記バイパス回路に流量調整弁と、前記バイパス回路を流れる冷媒を用いて前記第二の熱交換器で過冷却した冷媒をさらに過冷却する冷媒式過冷却器を設けたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記第一の熱交換器と前記第二の熱交換器の間に受液器を設け、前記受液器の略底部に前記バイパス回路が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記室外機は、送風用のファンが取り付けられた略直方体のケースを有し、前記ケース内には前記ファンの回転軸方向からみて前記ファンを囲むように前記第一の熱交換器と、前記第二の熱交換器とが配置され、前記ケースの前記第一の熱交換器及び前記第二の熱交換器に面する側部に空気を通す開口が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空冷式過冷却器と過冷却器を備える空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和装置は、圧縮機から吐出させた冷媒を室外機熱交換器と室内熱交換器との間で循環させて冷房運転や暖房運転を行うように構成されている。冷房運転時には、冷媒を過冷却してから室内機に供給すると、室外機から室内機に向かう配管中で液冷媒の気化が防止され、冷凍サイクルの効率を向上できることが知られている。冷媒を過冷却する手段としては、空気との熱交換を利用した空冷式の過冷却器と、冷媒との熱交換を利用した冷媒式の過冷却器とがあげられる。
【０００３】
ここで、従来の空気調和装置には、冷房運転時に室外熱交換器で凝縮させた冷媒を受液器を通してから空冷式の過冷却器に供給して過冷却を行い、その後に冷媒式の過冷却器で再び過冷却するものがある（例えば、特許文献１参照）。空冷式の過冷却器から流出する液冷媒は、その一部が分岐されてキャピラリで減圧されてから冷媒式の過冷却器に低温熱源として供給される。残りの液冷媒は、高温熱源としてそのまま過冷却器に供給される。冷媒式の過冷却器内では、低温熱源として減圧された冷媒が室内機に向かう液冷媒から蒸発潜熱に相当する熱量を奪って気化し、室内機に向かう冷媒が過冷却される。なお、低温熱源として分岐された冷媒は、室内機をバイパスして圧縮機に回収される。
【特許文献１】特開２００６−９０５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、空冷式の過冷却器を通った後の液冷媒の一部を分岐させて低温熱源を生成すると、液冷媒（室内機に供給される冷媒）の圧力が下がることになるので、結果的に空冷式過冷却器で得た過冷却度が低下した状態で冷媒式過冷却器に流入することになる。このため、十分な過冷却度が得難くかった。
冷媒式過冷却器での過冷却度を高めるためには、低温熱源として分岐する冷媒の量を増やせば良いが、分岐させる冷媒の量が増えると液冷媒（室内機に供給される冷媒）の圧力がさらに下がるので、過冷却度が下がってしまう。このように、従来の空気調和装置では、過冷却度を高めるほど、冷房能力が低下してしまうという課題があった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、十分な過冷却度が得られるようにすることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、圧縮機で圧縮した冷媒を熱交換器に流入させて空気と熱交換させることで暖房又は冷房を行なう空気調和装置において、室外機の前記熱交換器は、冷房運転時に凝縮器になって暖房運転時には蒸発器となる第一の熱交換器と、冷房運転時に空冷式過冷却器になって暖房運転時に蒸発器となる第二の熱交換器を有し、冷房運転時に前記第一の熱交換器から流出する冷媒の一部を前記第二の熱交換器に流入する前に分岐させて室内機をバイパスさせるバイパス回路を設け、前記バイパス回路に流量調整弁と、前記バイパス回路を流れる冷媒を用いて前記第二の熱交換器で過冷却した冷媒をさらに過冷却する冷媒式過冷却器を設けたことを特徴とする空気調和装置とした。
【０００６】
この空気調和装置は、冷房運転時に第一の熱交換器で凝縮した冷媒の一部が空冷式過冷却器を通らずに冷媒式過冷却器に流入する。この冷媒を低温熱源として第二の熱交換器で空冷された冷媒を高温熱源とすると、冷媒式過冷却器を通って室外機に向かう冷媒がさらに過冷却される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、空冷によって過冷却する前の冷媒を低温熱源として使用し、空冷で過冷却した後の冷媒をさらに過冷却するようにしたので、空冷による過冷却後の冷媒の圧力低下を防いで冷媒式過冷却器の能力を向上させることができる。このため、室外機に向かう冷媒の過冷却度を十分に確保することができ、配管中での液冷媒の気化が防止される。また、複数の室内機を有する場合には、室内機間の能力差の発生が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態のおいて同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、各実施の形態で重複する説明は省略する。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、空気調和装置１は、室外機２と室内機３が液配管４及びガス配管５を介して接続されている。室内機３は、２つの室内機ユニット１０が並列に接続されている。各室内機ユニット１０は、室内熱交換器１１と膨張弁１２とが直列に接続されており、ファン１３で室内熱交換器１１の外周に空気を送り込めるようになっている。図１において室内機３は、２つの室内機ユニット１０からなるが、室内機ユニットの数は１つでも良いし、３つ以上でも良い。
【００１０】
室外機２は、ガス冷媒を圧縮する圧縮機２１を有し、圧縮機２１の吐出口に接続された吐出配管２２が四方弁２３の第一のポート２３ａに接続されている。四方弁２３は、４つのポートを有し、第一のポート２３ａと第二のポート２３ｂを接続したときに第三のポート２３ｃと第四のポート２３ｄが接続される。また、第一のポート２３ａと第三のポート２３ｃを接続したときに第二のポート２３ｂと第四のポート２３ｄが接続される。四方弁２３の第二のポート２３ｂは、配管２４を通して室外熱交換器２５の流入出口に接続されている。
【００１１】
室外熱交換器２５は、配管２４が接続される第一の熱交換器２６と、第一の熱交換器２６に分岐管２８を介して接続される第二の熱交換器２７とを有し、送風ファン２９で各熱交換器２６，２７の外周に空気を送り込めるようになっている。第一、第二の熱交換器２６，２７は、暖房運転時には共に蒸発器として機能する。冷房運転時には、第一の熱交換器２６は凝縮器として機能し、第二の熱交換器２７は、空冷式過冷却器として機能する。このため、第一の熱交換器２６は、冷房運転時にガス冷媒を略飽和液状態にするのに十分な容量を有する。
分岐管２８は、冷房運転時に第一の熱交換器２６の流入出口から第二の熱交換器２７の流入出口に向かう液冷媒の一部を分岐するバイパス配管３０（バイパス回路）を有し、バイパス配管３０は流量調整弁３１が設けられた後に冷媒式過冷却器３２に接続されている。流量調整弁３１は、バイパスされる冷媒量を調整すると共に、冷媒式過冷却器３２で使用する低温熱源を生成する手段であって、制御装置３３によって開度制御が行われる。
【００１２】
冷媒式過冷却器３２は、２重管構造を有し、内側の流路３５の入口３５ａに分岐管２８のバイパス配管３０が接続されている。内側の流路３５の出口３５ｂは、バイパス配管３６（バイパス回路）を介してアキュムレータ４０に接続される。また、外側の流路４１の一方の流入出口４１ａに接続された配管４２は、暖房時に使用する膨張弁４３が設けられた後に、第二の熱交換器２７の流入出口に接続されている。外側の流路４１の他方の流入出口４１ｂには、液配管４４が接続されている。液配管４４は、流入出口４１ｂの付近に冷媒の温度を測定する温度計４５が設けられると共に、バルブ４６を介して液配管４に接続されている。
【００１３】
なお、ガス配管５は、バルブ４７を介してガス配管４８に接続されている。ガス配管４８は、四方弁２３の第三のポート２３ｃに接続されている。四方弁２３の第四のポート２３ｄには、配管４９が接続されている。配管４９は、途中で冷媒式過冷却器３２から延びるバイパス配管３６と合流した後、アキュムレータ４０に接続されている。アキュムレータ４０からは吸入配管５０が延び、圧縮機２１の吸入口に接続されている。
【００１４】
次に、この空気調和装置１の動作について説明する。
冷房運転時には、四方弁２３の第一のポート２３ａと第二のポート２３ｂを接続し、第三のポート２３ｃと第四のポート２３ｄを接続する。また、流量調整弁３１を僅かに開く。圧縮機２１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁２３を通して室外熱交換器２５の第一の熱交換器２６に供給される。第一の熱交換器２６は、凝縮器として機能し、ガス冷媒が送風ファン２９で送られる空気と熱交換して、略飽和した液冷媒が形成される。この液冷媒は、分岐管２８に流出してその一部が冷媒式過冷却器３２に供給される。この際に、僅かに開いた流量調整弁３１を通ることで、断熱膨張して低温の液冷媒となる。この低温の液冷媒は、冷媒式過冷却器３２の内側の流路３５に低温熱源として流入する。一方、分岐管２８から第二の熱交換器２７に流入した液冷媒は、送風ファン２９による送風で過冷却される。この液冷媒は、配管４２を通って、冷媒式過冷却器３２の外側の流路４１の一方の流入出口４１ａに流入する。この液冷媒は、前記した低温熱源に対して相対的に熱量が大きい高温熱源となる。
【００１５】
冷媒式過冷却器３２内では、外側を流れる液冷媒と内側を流れる低温の冷媒との間で熱交換が行われる。具体的には、低温熱源となる内側の流路３５の冷媒が、高温熱源となる外側の流路４１の液冷媒から熱を奪って気化する。これによって、内側の流路３５の冷媒が蒸発するのに要する蒸発潜熱の分だけ外側の流路４１の液冷媒が過冷却される。過冷却された液冷媒は、液配管４４を通って室内機３に供給される。
室内機３では、室内熱交換器１１で熱交換が行われ、空気から蒸発潜熱に相当する熱量を奪って気化する。これによって冷却された空気を使用して室内が冷房される。室内熱交換器１１から流出するガス冷媒は、ガス配管５を通して、室外機２に回収される。室外機２では、ガス配管４８から四方弁２３の第三のポート２３ｃ、第四のポート２３ｄを通って配管４９に流れ、冷媒式過冷却器３２から流入するガス冷媒と合流した後、アキュムレータ４０に流入する。さらに、アキュムレータ４０からガス冷媒が圧縮機２１に吸入される。
【００１６】
ここで、制御装置３３は、流量調整弁３１の開度を温度計４５の温度をモニタしながら調整する。図２に示すように、冷媒式過冷却器３２における過冷却度は、バイパス量、つまり流量調整弁３１の開度を大きくして冷媒式過冷却器３２の内側に通す冷媒の量を増やすにつれて、冷媒式過冷却器３２の能力が増加することから上昇する。空冷式過冷却器の過冷却度は、バイパス量の変化に依らず略一定なので、空冷式過冷却器及び冷媒式過冷却器３２のトータルとしての過冷却度は増加する。バイパス量を増やすことで室内機３に供給される冷媒量は減るが、トータルとしての過冷却度が大きくなることから、室内熱交換器１１の入口と出口の間のエンタルピの差を大きくでき、冷房能力の低下を抑制することができる。例えば、冷媒式過冷却器３２から流出する液冷媒の過冷却度が２０Ｋになるようにすると、液配管４が長い場合や、室内機ユニット１０が多数ある場合でも途中で液冷媒が気化することなく、かつ十分な冷房能力が得られる。
【００１７】
なお、暖房運転時には、流量調整弁３１を閉じて冷媒式過冷却器３２は使用しない。また、第一、第二の熱交換器２６，２７の両方が蒸発器として使用される。第二の熱交換器２７も蒸発器として使用することで、暖房能力を向上できる。
【００１８】
この実施の形態は、空冷式過冷却器と冷媒式過冷却器３２とを略並列に設け、空冷式過冷却器で過冷却される前の冷媒を低温熱源として冷媒式過冷却器３２に導くようにしたので、空気温度が変動した場合でも過冷却度を安定させることができる。従来のように２種類の過冷却器を直列に設けた場合は、空冷された液冷媒の一部を低温熱源として使用するので液冷媒の圧力が低下して冷媒式過冷却器３２入口の過冷却度が低下してしまい、冷媒式過冷却器３２を通っても過冷却度を増加させることができなかったが、この実施の形態では空冷前の冷媒を低温熱源に使用するので冷媒式過冷却器３２の能力を増大させることができる。バイパスによって室内機３に循環する冷媒の量は減少するが、冷媒式過冷却器３２の能力が増加するので冷房能力が大きく低下することを防止できる。これによって、液配管４及びガス配管５が長配管となる場合や、複数台の室内機ユニット１０を接続した場合に、室内機ユニット１０の能力低下や、能力のばらつきを防止できる。
【００１９】
（第２の実施の形態）
図３に示すように、空気調和装置６１は、室外熱交換器２５が第一の熱交換器２６と第二の熱交換器２７とを有し、これら熱交換器２６，２７が、受液器６３を介して接続されている。さらに、受液器６３からは、液冷媒が冷媒式過冷却器３２に供給されるようになっている。より詳細には、第一の熱交換器２６の流入出口（冷房運転時の流出口）に接続された配管６４が受液器６３内に挿入される。第二の熱交換器２７の流入出口（冷房運転時の流入口）に接続された配管６５も受液器６３内に挿入される。受液器６３の略底部からはバイパス回路を形成するバイパス配管６６が延び、流量調整弁３１が設けられた後に、冷媒式過冷却器３２の内側の流路３５の入口３５ａに接続されている。その他の構成は、第１の実施の形態と同じである。
【００２０】
次に、この空気調和装置６１の動作について説明する。
冷房運転時には、圧縮機２１から吐出されたガス冷媒が第一の熱交換器２６に流入する。第一の熱交換器２６は凝縮器として機能し、熱交換によって高圧の液冷媒が形成される。この液冷媒は、配管６４から受液器６３に流入する。液冷媒は、受液器６３に滞溜することで圧力が低下する。バイパス配管６６は、受液器６３の略底部に接続されており、流量調整弁３１が僅かに開いているので、飽和液に極めて近い冷媒のみが取り出され、流量調整弁３１で減圧された後、低温熱源として冷媒式過冷却器３２の内側の流路３５に供給される。
また、受液器６３からは、第二の熱交換器２７にも液冷媒が供給される。第二熱交換器２７（空冷式過冷却器）に供給された液冷媒は、空冷によって過冷却された後に冷媒式過冷却器３２でさらに過冷却され、室内機３に供給される。
なお、低温熱源用に取り出された液冷媒は、室内機３をバイパスして圧縮機２１に吸入される。流量調整弁３１の開度は、前記と同様に過冷却度を測定して、例えば、過冷却度が２０Ｋになるように調整される。
【００２１】
暖房運転時は、流量調整弁３１を閉じる。第一の熱交換器２６に加えて第二の熱交換器２７が蒸発器として機能することで高い暖房能力が発揮される。
【００２２】
この実施の形態によれば、液冷媒の一部を空冷式過冷却器を通る前に受液器６３から分岐させ、冷媒式過冷却器３２の低温熱源として使用するようにしたので、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。特に、低温熱源用の冷媒を分岐するときに受液器６３を使用するので、バイパスされる冷媒の乾き度を極めて小さくすることができる。これによって、冷媒式過冷却器３２の低温熱源側の入口３５ａと出口３５ｂのエンタルピの差を大きくできる。したがって、同じ冷媒量をバイパスした場合でも過冷却度を大きくすることができ、冷房能力の低下を抑えつつ過冷却度を高くすることができる。
さらに、受液器６３で凝縮器（第一の熱交換器２６）と空冷式過冷却器（第二熱交換器２７）の機能を分離しているので、運転条件が変動しても空冷式過冷却器の能力を安定して得ることができる。
【００２３】
（第３の実施の形態）
図４に、空気調和装置１の室外機２の外観図を示す。室外機２は、略直方体のケース７１内に各構成要素が収容されている。ケース７１の天井面７２には、吹き出し口７３が設けられており、ここに吹き出しファン７４（送風ファン）が配置されている。ケース７１の側部、すなわち前面７５と、２つの側面７６，７７及び背面７８のそれぞれには、空気を取り込む開口として吸い込み口８１，８２（側面７７及び背面７８の吸い込み口は不図示）が形成されている。前面７５の内側には、空冷式過冷却器として機能する第二の熱交換器２７が吸い込み口に面して配置されている。第一の熱交換器２６は、２つの側面７６，７７と背面７８のそれぞれの吸い込み口８２に面して配置されており、例えば破線で示すように平面視で略Ｕ字状になっている。なお、各面７５〜７８は、全てが吸い込み口になっていても良い。また、各面を形成するパネルの一部に吸い込み口が形成されても良い。
【００２４】
空気調和装置１を運転すると、上部の吹き出しファン７４が回転する。空気は、側方の４面７５〜７８の４つの吸い込み口８１，８２から吸い込まれ、第一、第二の熱交換器２６，２７を通って上部の吹き出し口７３から排出される。このときに、第一、第二の熱交換器２６，２７内を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。
【００２５】
この室外機２では、吹き出しファン７４の回転軸に沿った方向の平面視で吹き出しファン７４を囲むように第一、第二の熱交換器２６，２７が配置されるので、ファン効率が向上する。このため、第一の熱交換器２６を流れる風量を減少させることなく、全風量を第二の熱交換器２７に流す風量分増加させることができる。第一の熱交換器２６と第二の熱交換器２７のそれぞれを流れる空気が別々に確保されるので、それぞれの空気が互いの熱交換器の特性に影響を及ぼすことがなく、安定した性能が得られる。これらのことから、冷房運転時には、凝縮能力を確保しながら大きな過冷却度が得られ、長配管でも冷房能力の低下を抑制することができる。また、暖房運転時にも風量増加に伴って暖房能力の向上が図れる。
ここで、第２の実施の形態における空気調和装置６１の室外機６２を同様の形状にしても良い。前記と同様の作用及び効果が得られる。
【００２６】
なお、本発明は、前記の各実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、温度計４５を冷媒式過冷却器３２の内側の流路３５の出口３５ｂ側に設け、流出する冷媒の温度から室内機３に供給される液冷媒の過冷却度を推定して流量調整弁３１の開度を制御しても良い。
図４で第二の熱交換器２７を２面以上に渡って配置しても良い。第一の熱交換器２６は、１面のみに配置しても良いし、２面又は４面に渡って配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る空気調和装置の概略構成を示す図である。
【図２】バイパス量と冷房能力、過冷却度の関係を示すグラフである。
【図３】受液器を設けた空気調和装置の概略構成を示す図である。
【図４】室外機の外観図である。
【符号の説明】
【００２８】
１，６１      空気調和装置
２，６２    室外機
３      室外機
２５      室外熱交換器
２６      第一の熱交換器
２７      第二の熱交換器
３０，３６，６４      バイパス配管（バイパス回路）
３１      流量調整弁
３２      冷媒式過冷却器
６３      受液器
７１      ケース
７４      吹き出しファン
８１，８２      吸い込み口（開口）
【図１】
2008070053.tif 000003
【図２】
2008070053.tif 000004
【図３】
2008070053.tif 000005
【図４】
2008070053.tif 000006