(57)【要約】【課題】室内および室外の各熱交換器に過冷却域熱交換器を備える空気調和機において、熱交換器の蒸発作用時と凝縮作用時とで過冷却域熱交換器のパス数を切り替え、冷房，暖房性能を向上させる。【解決手段】室内熱交換器６ａに付設される過冷却域熱交換器をパスＳＰ１を有する第１過冷却域熱交換器２０ａ，パスＳＰ２を有する第１過冷却域熱交換器２０ｂとし、これらパスＳＰ１，ＳＰ２と室内熱交換器６ａのパスＭＰ１，ＭＰ２とを逆止弁２３，２５，３０，３２を介して接続し、熱交換器が凝縮器として作用させる場合には、各過冷却域熱交換器２０ａ，２０ｂのパスＳＰ１，ＳＰ２を１パスとして冷媒を直列的に流し、蒸発器として作用させる場合には、上記各パスＳＰ１，ＳＰ２による２パスに冷媒を並列的に流して圧力損失を低くする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧縮機，四方弁，室内熱交換器，室外熱交換器および減圧器を冷媒配管を介して所定の順序で接続してなる冷凍サイクルを含み、上記室内熱交換器および上記室外熱交換器の各々が、主熱交換器と過冷却域熱交換器とを備えている空気調和機において、
上記過冷却域熱交換器に冷媒を通す複数のパスを持たせるとともに、その各パスと上記主熱交換器との間および上記各パス間にそれぞれ弁手段を設け、上記主熱交換器を蒸発器として作用させる場合には、冷媒を上記過冷却域熱交換器の各パスに並列に流し、上記主熱交換器を凝縮器として作用させる場合には、冷媒を上記過冷却域熱交換器の各パスに直列に流すことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
上記主熱交換器内に通すパスを２パスとし、上記過冷却域熱交換器をそれぞれ１パスを有する第１および第２の２つの過冷却域熱交換器に実質的に分割し、上記主熱交換器の一方のパスを二股に分岐させて、その一方の分岐部を第１逆止弁を介して上記第１過冷却域熱交換器のパスの一端に接続するとともに、その他方の分岐部を第２逆止弁を介して上記第１過冷却域熱交換器のパスの他端に接続し、上記主熱交換器の他方のパスを第３逆止弁を介して上記第２過冷却域熱交換器のパスの一端と接続し、上記主熱交換器の各パスの相互を直接的に第１バイパス管で接続し、上記第１過冷却域熱交換器のパスの他端と上記第２過冷却域熱交換器のパスの一端とを直接的に第２バイパス管で接続し、上記第１過冷却域熱交換器のパスの一端を第４逆止弁を介して上記冷凍サイクルの冷媒配管に接続し、上記第２過冷却域熱交換器のパスの他端は直接上記冷凍サイクルの冷媒配管に接続してなり、上記各逆止弁の順方向が、上記第１逆止弁は上記主熱交換器から上記第１過冷却域熱交換器の一端に向かう方向、上記第２逆止弁は上記第１過冷却域熱交換器の他端から上記主熱交換器に向かう方向、上記第３逆止弁は上記第２過冷却域熱交換器の一端から上記主熱交換器に向かう方向、上記第４逆止弁は上記冷凍サイクルの冷媒配管から上記第１過冷却域熱交換器の一端に向かう方向である請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
上記第１ないし第４逆止弁に代えて第１ないし第４電磁弁を用い、上記主熱交換器を蒸発器として作用させる場合には、上記第１電磁弁を閉じる一方で上記第２ないし第３電磁弁を開とし、上記主熱交換器を凝縮器として作用させる場合には、上記第１電磁弁を開とする一方で上記第２ないし第３電磁弁を閉じる請求項２に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スプリット型の空気調和機に関し、さらに詳しく言えば、室内熱交換器および室外熱交換器の各々に過冷却域熱交換器を備えた空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機は基本的な構成として、図３に示すように、圧縮機１，四方弁２，室内熱交換器３，室外熱交換器４および減圧器（キャピラリーチューブあるいは電子膨張弁）５とを冷媒配管を介して接続してなる冷凍サイクルを備えている。
【０００３】
冷房運転時には、圧縮機１から吐出された冷媒が四方弁２→室外熱交換器４→減圧器管５→室内熱交換器３→四方弁２→圧縮機１の順に流れ、室外熱交換器４が凝縮器として作用し、室内熱交換器３が蒸発器として作用する。暖房運転時における冷媒流路は冷房運転時と逆となり、室内熱交換器３が凝縮器として作用し、室外熱交換器４が蒸発器として作用する。
【０００４】
熱交換効率の向上を図るために、室内熱交換器３および室外熱交換器４内に複数の冷媒配管（伝熱管）を通して複数パスとしているが、蒸発器として作用させる場合、凝縮器として作用させる場合よりも冷媒流速が増加するため、圧力損失が大きくなる。これが原因で、特に室内機および室外機の小型化を考慮して熱交換器に通す伝熱管を細くする場合、蒸発能力と凝縮能力とに大きな能力差が生じる。
【０００５】
これを解消するために、特許文献１においては、逆止弁を用いて室内熱交換器のパス数を切り替えるようにしている。すなわち、室内熱交換器を凝縮器として作用させるときにはパス数を減らし、蒸発器として作用させるときにはパス数を増やして圧力損失の影響を受け難くし、蒸発能力と凝縮能力との差が生じないようにする。
【０００６】
また、特許文献２では、熱交換器全体のパス数（室内熱交換器のパス数および室外熱交換器のパス数）を逆止弁および冷媒配管によって切り替え、冷房運転時には室外熱交換器（凝縮器）を１パス、室内熱交換器（蒸発器）を２パスとし、暖房運転時には室内熱交換器（凝縮器）を１パス、室外熱交換器（蒸発器）を２パスとすることを提案している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−９９４７０号公報
【特許文献２】
特開平１０−９７０３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空気調和機の一部の機種では、冷房や暖房効率の向上を目的として、室内熱交換器と室外熱交換器の各々に、本来の熱交換器に加えて過冷却域熱交換器を付設することが行われている。その室内機側の熱交換器の構成例を図４に示し、室外機側の熱交換器の構成例を図５に示す。
【０００９】
この例において、室内機側の熱交換器６は、室内機の背面側から前面側にかけて室内送風ファン８を囲むようにラムダ型に配置された主熱交換器としての複数の室内熱交換器６ａを備え、この室内熱交換器６ａの一つに沿って過冷却域熱交換器６ｂが配置されている。また、室外機側の熱交換器７については、縦長の室外熱交換器７ａの室外送風ファン９とは反対側の一端面に沿って過冷却域熱交換器７ｂが付設されている。
【００１０】
なお、図４および図５において、破線矢印は熱交換器が凝縮器として作用する場合の冷媒流れ方向を表し、実線矢印は熱交換器が蒸発器として作用する場合の冷媒流れ方向を表している。
【００１１】
そのパス構造については、図６の模式図に示すように、室内熱交換器６ａは冷凍サイクルの冷媒配管に含まれる二股冷媒管１０，１１により分岐された伝熱管よりなる２パスを備え、これに対して過冷却域熱交換器６ｂには冷凍サイクルの冷媒配管が１パスとして通されている。
【００１２】
同様に、室外熱交換器７ａも冷凍サイクルの冷媒配管に含まれる二股冷媒管１２，１３により分岐された伝熱管よりなる２パスを備え、これに対して過冷却域熱交換器７ｂには冷凍サイクルの冷媒配管が１パスとして通されている。
【００１３】
冷房運転時には冷媒が図６の破線矢印に示すように流れ、暖房運転時には冷媒がこれと逆方向に流れるが、従来では上記したように各熱交換器６ａ，７ａでは２パスで、過冷却域熱交換器６ｂ，７ｂでは１パスであるため、特に蒸発器として作用する側の過冷却域熱交換器での圧力損失が増加し効率低下をきたすことがある。また、大型の熱交換器になると、凝縮器として作用する側の過冷却域熱交換器での圧力損失も大きくなる。
【００１４】
したがって、本発明の課題は、室内および室外の各熱交換器に過冷却域熱交換器を備える空気調和機において、蒸発器として作用する場合と凝縮器として作用する場合とで、過冷却域熱交換器のパスを切り替えて空調性能の低下が生じないようにすることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、少なくとも圧縮機，四方弁，室内熱交換器，室外熱交換器および減圧器を冷媒配管を介して所定の順序で接続してなる冷凍サイクルを含み、上記室内熱交換器および上記室外熱交換器の各々が、主熱交換器と過冷却域熱交換器とを備えている空気調和機において、上記過冷却域熱交換器に冷媒を通す複数のパスを持たせるとともに、その各パスと上記主熱交換器との間および上記各パス間にそれぞれ弁手段を設け、上記主熱交換器を蒸発器として作用させる場合には、冷媒を上記過冷却域熱交換器の各パスに並列に流し、上記主熱交換器を凝縮器として作用させる場合には、冷媒を上記過冷却域熱交換器の各パスに直列に流すことを特徴としている。
【００１６】
本発明の好ましい態様においては、上記主熱交換器内に通すパスを２パスとし、上記過冷却域熱交換器をそれぞれ１パスを有する第１および第２の２つの過冷却域熱交換器に実質的に分割し、上記主熱交換器の一方のパスを二股に分岐させて、その一方の分岐部を第１逆止弁を介して上記第１過冷却域熱交換器のパスの一端に接続するとともに、その他方の分岐部を第２逆止弁を介して上記第１過冷却域熱交換器のパスの他端に接続し、上記主熱交換器の他方のパスを第３逆止弁を介して上記第２過冷却域熱交換器のパスの一端と接続し、上記主熱交換器の各パスの相互を直接的に第１バイパス管で接続し、上記第１過冷却域熱交換器のパスの他端と上記第２過冷却域熱交換器のパスの一端とを直接的に第２バイパス管で接続し、上記第１過冷却域熱交換器のパスの一端を第４逆止弁を介して上記冷凍サイクルの冷媒配管に接続し、上記第２過冷却域熱交換器のパスの他端は直接上記冷凍サイクルの冷媒配管に接続してなり、上記各逆止弁の順方向（冷媒が流れる方向）が、上記第１逆止弁は上記主熱交換器から上記第１過冷却域熱交換器の一端に向かう方向、上記第２逆止弁は上記第１過冷却域熱交換器の他端から上記主熱交換器に向かう方向、上記第３逆止弁は上記第２過冷却域熱交換器の一端から上記主熱交換器に向かう方向、上記第４逆止弁は上記冷凍サイクルの冷媒配管から上記第１過冷却域熱交換器の一端に向かう方向とされる。
【００１７】
これによれば、上記各逆止弁の冷媒流れ方向および接続配管系の圧力差により、上記主熱交換器が蒸発器として作用する場合には、冷媒が各過冷却域熱交換器のパスを並列的に流れ、上記主熱交換器が凝縮器として作用する場合には、冷媒が第１および第２過冷却域熱交換器の各パスを直列的に流れる。
【００１８】
上記第１ないし第４逆止弁に代えて第１ないし第４電磁弁を用いてもよく、上記主熱交換器を蒸発器として作用させる場合には、上記第１電磁弁を閉じる一方で上記第２ないし第３電磁弁を開とし、上記主熱交換器を凝縮器として作用させる場合には、上記第１電磁弁を開とする一方で上記第２ないし第３電磁弁を閉じるように上記各電磁弁が制御される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１および図２を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、図１は室内機側の熱交換器を示す模式図、図２は室外機側の熱交換器を示す模式図であるが、図６と同一部分には同一の参照符号を用いている。
【００２０】
本発明の空気調和機は、室内機および室外機の熱交換器全体のうち過冷却域熱交換器において、凝縮器として作用する場合には冷媒の流れを１パスにし、蒸発器として作用する場合には２パスにする。
【００２１】
図１に示す室内機側の熱交換器は、主熱交換器としての室内熱交換器６ａと、２つに分割された第１過冷却域熱交換器２０ａおよび第２過冷却域熱交換器２０ｂとを備えている。図２に示す室外機側の熱交換器も同様に、主熱交換器としての室外熱交換器７ａと、２つに分割された第１過冷却域熱交換器２１ａおよび第２過冷却域熱交換器２１ｂとを備えている。
【００２２】
過冷却域熱交換器２０ａ，２０ｂおよび過冷却域熱交換器２１ａ，２１ｂは、それぞれ伝熱管よりなる１パスを備えている。なお、各過冷却域熱交換器は分割されているが、必ずしもそれらの熱交換フィンまでが分割されている必要はなく、２パスを備えた過冷却域熱交換器において、一方のパスを備えた部分を第１過冷却域熱交換器とし、他方のパスを備えた部分を第２過冷却域熱交換器としてもよく、このような態様も本発明に含まれる。また、この例において、室内熱交換器６ａと室外熱交換器７ａは上記従来例と同じく２パスを備えている。
【００２３】
室内熱交換器６ａの一方のパスＭＰ１は、第１逆止弁２３を有する冷媒配管２２を介して第１過冷却域熱交換器２０ａのパスＳＰ１の一端に接続されている。第１逆止弁２３の冷媒流れ方向（順方向）は、室内熱交換器６ａから第１過冷却域熱交換器２０ａに向かう方向である。
【００２４】
室内熱交換器６ａの他方のパスＭＰ２は、第３逆止弁２５を有する冷媒配管２４を介して第２過冷却域熱交換器２０ｂのパスＳＰ２の一端に接続されている。第３逆止弁２５の冷媒流れ方向は、第２過冷却域熱交換器２０ｂから室内熱交換器６ａに向かう方向である。
【００２５】
冷媒配管２２と冷媒配管２４との間で、逆止弁２３，２５よりも室内熱交換器６ａ側にはバイパスの冷媒配管２６が設けられ、室内熱交換器６ａの２つの各パスＭＰ１，ＭＰ２を合流させる。すなわち、図１の矢印Ａ，Ｂの箇所に示すように、冷媒配管２６は室内熱交換器６ａの各冷媒口付近に接続されている。
【００２６】
第１過冷却域熱交換器２０ａのパスＳＰ１の他端は、バイパス的な冷媒配管２７を介して第２過冷却域熱交換器２０ｂのパスＳＰ２の一端に接続されている。すなわち、凝縮器として作用するときに冷媒を１パスで流すために、第１過冷却域熱交換器２０ａのパスＳＰ１の他端と、第２過冷却域熱交換器２０ｂのパスＳＰ２の一端とが同図の矢印Ｃ，Ｄの箇所で冷媒配管２４にて接続されている。第２過冷却域熱交換器２０ｂのパスＳＰ２の他端は、冷媒配管２８を介して冷凍サイクルの冷媒配管に合流している。
【００２７】
また、第１過冷却域熱交換器２０ａのパスＳＰ１の一端は、第４逆止弁３０を有する冷媒配管２９を介して冷凍サイクルの冷媒配管に合流している（矢印Ｅ，Ｆ箇所参照）。第４逆止弁３０の冷媒流れ方向は、冷凍サイクルの冷媒配管側から第１過冷却域熱交換器２０ａに向かう方向である。
【００２８】
また、第１過冷却域熱交換器２０ａのパスＳＰ１の他端は、第２逆止弁３２を有する冷媒配管３１を介して室内熱交換器６ａ側の冷媒配管２２に接続されている（図の矢印Ｃ，Ｇ参照）。第２逆止弁３２の冷媒流れ方向は、第１過冷却域熱交換器２０ａのパスＳＰ１の他端から室内熱交換器６ａに向かう方向である。
【００２９】
以上、図１により室内機側の熱交換器の構成について説明したが、図２に示す室外機側の熱交換器も図１と同じ構成である。すなわち、室内機側の熱交換器が凝縮器として作用する場合、室外機側の熱交換器は蒸発器として作用し、室外機側の熱交換器が凝縮器として作用する場合、室内機側の熱交換器が蒸発器として作用するからである。したがって、図２において図１に相当する部分には同一の参照符号を付して重複説明を省略する。
【００３０】
次に、本発明による空気調和機の動作について説明すると、例えば冷房運転時であれば、図２の室外機側の熱交換器が凝縮器として作用するとともに、図１の室内機側の熱交換器が蒸発器として作用し、冷媒が図１および図２の破線矢印に示すように流れる。
【００３１】
すなわち、圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２を介して室外熱交換器７ａに流入するが、二股冷媒管１２によって２つに分岐されて室外熱交換器７ａ内の２つのパスＭＰ１，ＭＰ２を流れる。
【００３２】
そして、室外熱交換器７ａの一方のパスＭＰ１を通った冷媒は、逆止弁２３を介して第１過冷却域熱交換器２１ａのパスＳＰ１に流入する一方、室外熱交換器７ａの他方のパスＭＰ２を通った冷媒は、第３逆止弁２５によって止められるためバイパスの冷媒配管２６を介して一方のパスＭＰ１を通った冷媒と合流して第１過冷却域熱交換器２１ａのパスＳＰ１に流入する。
【００３３】
すなわち、室外熱交換器７ａを２パスで通った冷媒のすべてが第１過冷却域熱交換器２１ａのパスＳＰ１に流入する。そして、パスＳＰ１の他端から冷媒配管２７を介して第２過冷却域熱交換器２１ｂの一端に流入し、この第２過冷却域熱交換器２１ｂのパスＳＰ２を通って冷媒配管２８を介して冷凍サイクルの冷媒配管に至る。すなわち、冷媒は第１過冷却域熱交換器２１ａのパスＳＰ１と第２過冷却域熱交換器２１ｂのパスＳＰ２とを直列的に流れる。
【００３４】
このとき、図２の矢印Ｃ，Ｇ箇所の圧力関係はＧ＞Ｃであることから、第１過冷却域熱交換器２１ａのパスＳＰ１を通った冷媒は第２逆止弁３２側に流れない。また、同図の矢印Ｂ，Ｄ箇所の圧力関係がＢ＞Ｄであることから、第１過冷却域熱交換器２１ａを通った冷媒は第３逆止弁２５側に流れない。
【００３５】
上記したように室外側の熱交換器を通った冷媒は、減圧器５（図６参照）を介して蒸発器として作用する図１の室内機側の熱交換器に送られ、室内機側の冷媒配管２８，２９で二股に分流される。
【００３６】
そのうち、冷媒配管２８を通る冷媒は、第２過冷却域熱交換器２０ｂのパスＳＰ２に流れ、冷媒配管２４の第３逆止弁２５を介して室内熱交換器６ａの他方のパスＭＰ２に流入する。
【００３７】
また、冷媒配管２９を通る冷媒は、冷媒配管２９の第４逆止弁３０を介して第１過冷却域熱交換器２０ａ側に流れ、この第１の過冷却域熱交換器２０ａのパスＳＰ１を通り、冷媒配管３１の第２逆止弁３２を介して室内熱交換器６ａの一方のパスＭＰ１に流入する。
【００３８】
このとき、図１の矢印Ｂ，Ｃ箇所の圧力関係はＣ＞Ｂであることから、第２過冷却域熱交換器２０ｂのパスＳＰ２を通った冷媒は、冷媒配管２７を介して同図矢印Ｃ側に流れない。また、同図の矢印Ａ，Ｆ箇所の圧力関係はＦ＞Ａであることから、第２逆止弁３２を通った冷媒は第１冷却域熱交換器２０ａに戻らず、また同図の矢印Ｃ，Ｇ箇所の圧力関係はＣ＞Ｇであることから、第１過冷却域熱交換器２０ａのパスＳＰ１を通った冷媒は冷媒配管２７側に流れない。
【００３９】
このようにして、室内熱交換器６ａの２パスを通った冷媒は二股冷媒管１０を介して合流し、冷凍サイクルの冷媒配管および四方弁２を介して圧縮機１に戻される（図３参照）。
【００４０】
以上は、室内機側の熱交換器が蒸発器として作用し、室外機側の熱交換器が凝縮器として作用する場合についての説明であるが、暖房運転時にはその逆として作用するだけ、その冷媒流れについては同様であることから、その説明を省略する。
【００４１】
このように、凝縮器として作用する側の熱交換器では、過冷却域熱交換器が１パスに切り替わるため十分に過冷却機能が発揮され、また、蒸発器として作用する側の熱交換器では、過冷却域熱交換器が２パスに切り替わるため圧力損失が低減され、冷房，暖房性能が向上する。
【００４２】
なお、上記の例では、逆止弁２３，２５，３０，３２を用いているが、その逆止弁に代えて電磁弁を用いるようにしてもよい。その場合、熱交換器が凝縮器として作用する場合には、逆止弁２３に対応する電磁弁のみ開き、残りの逆止弁２４，３０，３２に対応する電磁弁を閉じる制御を行うようにすればよい。
【００４３】
また、熱交換器が蒸発器として作用する場合には、逆止弁２４，３０，３２に対応する電磁弁を開き、逆止弁２３に対応する電磁弁を閉じる制御を行うようにすればよい。なお、各電磁弁の開閉制御は、当該空気調和機の制御手段によって行わせることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、室内および室外の各熱交換器に過冷却域熱交換器を備える空気調和機において、蒸発器として作用する場合と凝縮器として作用する場合とで過冷却域熱交換器のパス数を切り替え可能とし、熱交換器が凝縮器として作用する場合には過冷却域熱交換器のパス数を減らして十分に過冷却機能を発揮させ、また、熱交換器が蒸発器として作用する場合には過冷却域熱交換器のパス数を多くして圧力損失を低減するようにしたことにより、冷房，暖房性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気調和機が備える室内機側熱交換器の構成を示す概略的構成図。
【図２】本発明の空気調和機が備える室外機側熱交換器の構成を示す概略的構成図。
【図３】空気調和機の冷凍サイクルを示す模式図。
【図４】過冷却域熱交換器を備えた従来の室内機の構成を示す概略的な断面図。
【図５】過冷却域熱交換器を備えた従来の室外機の構成を示す概略的な断面図。
【図６】上記過冷却域熱交換器を備えた室内機と室外機を含む冷凍サイクルの一部分を示す模式図。
【符号の説明】
６ａ  室内熱交換器
７ａ  室外熱交換器
１０，１２  二股冷媒配管
２０ａ，２１ａ  第１過冷却域熱交換器
２０ｂ，２１ｂ  第２過冷却域熱交換器
２２，２４，２６，２７，３１  冷媒配管
２３，２５，３０，３２  逆止弁
ＭＰ１，ＭＰ２，ＳＰ１，ＳＰ２  パス
【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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