JP2012167913A

JP2012167913A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2012167913A
Application number: JP2011031515A
Authority: JP
Inventors: Shoji Takaku; 昭二高久
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-09-06

Abstract

【課題】本発明は、ＨＦＯ−１２３４系冷媒を用いたヒートポンプ式空気調和機において、暖房性能の低下を抑制しつつ、冷房運転時の性能を向上させることを課題とする。
【解決手段】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、を備え、室内熱交換器は冷房運転時に室内熱交換器の冷媒入口側に位置する１パス部分と冷媒流れ下流側において複数のパスに分岐した複数パス部分とを備えるとともに、１パス部分は複数パス部分の風上側に位置し、複数パス部分における冷媒配管内面の管壁高さを１パス部分における冷媒配管内面の管壁高さよりも低くする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＨＦＯ−１２３４系冷媒を用いたヒートポンプ式空気調和機に関する。

近年、地球環境保護の一環として、空気調和機において、現在使用されているＲ−４１０Ａ等の冷媒に比べて地球温暖化係数（以下「ＧＷＰ」という。）が低い冷媒への切り替えが検討されている。このような冷媒の候補の一つとしてＨＦＯ−１２３４系冷媒がある。しかしながら、ＨＦＯ−１２３４系冷媒はＲ−４１０Ａ等の冷媒に比べ低圧冷媒であるため、冷媒の圧力損失が性能に与える影響が大きい。

従って、ＨＦＯ−１２３４系冷媒を作動流体として使用する場合は、圧力損失による性能低下が大きいため、他の高圧冷媒と混合させて圧力損失による性能低下を抑制したり、冷房運転時に蒸発器として作用する室内熱交換器内の圧力損失を低減する必要がある。また、冷房運転時には蒸発した冷媒が室内熱交換器から接続配管内を経て室外機サイクルへ送られるが、その際の接続配管の圧力損失も低減する必要がある。

特許文献１では、非共沸混合冷媒を用いた空気調和機において、熱交換器配管内の溝形状を工夫し、伝熱性能を向上させている。具体的には、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルの熱交換器に使用される伝熱管において、内面に非二等辺三角形突起、または二円弧型突起、または切り起こしフィン、又は縦渦発生フィンを設ける、又はＵ字型ベント部に攪拌手段を備えた攪拌棒を固定し直管部まで挿入する、ことによって、液膜の攪拌作用を促進するとともに、気液界面近傍に形成される濃度境界層を分断或いは攪乱して非共沸冷媒の伝熱抵抗を低減している。

また、特許文献２では、熱交換器の伝熱管内面の溝高さを工夫して性能を向上させている。具体的には、内側熱交換器の伝熱管の内面に備えた溝のピッチを室外側熱交換器の伝熱管の内面に備えた溝のピッチよりも小さくした室内側熱交換器と室外側熱交換器とから構成し、室内側熱交換器の伝熱管の熱伝達率の向上を図り、室外機側熱交換器の圧力損失の低減を図ることができるとしている。

しかしながら、特許文献１のように、管内壁に複雑な突起を設けると、冷媒を撹拌して伝熱性能を向上させることはできるが、それと同時に冷媒が流れたときの圧力損失が大きくなり、熱交換器を蒸発器として作用させた場合にその圧力損失で性能が低下する可能性がある。

また、作動流体としてＨＦＯ−１２３４系冷媒を使用する場合は、圧力損失による性能低下が大きいため、特に冷房運転時は接続配管等の圧力損失の影響が大きいので、暖房運転時よりも蒸発器側の圧力損失を低減する必要がある。特許文献２では、暖房性能を重視した構成となっており、低圧冷媒であるＨＦＯ−１２３４系冷媒を使用した場合、冷房性能が低下してしまう可能性がある。

特開平１０−１０３８８６号公報特開平６−１４７５３２号公報

本発明は、ＨＦＯ−１２３４系冷媒を用いたヒートポンプ式空気調和機において、暖房性能の低下を抑制しつつ、冷房運転時の性能を向上させることを課題とする。

圧縮機と、四方弁，室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、を備え、冷房運転では、圧縮機，四方弁，室外熱交換器，膨張弁，室内熱交換器の順に接続するとともに、室内熱交換器を蒸発器として機能させ、暖房運転では、圧縮機，四方弁，室内熱交換器，膨張弁，室外熱交換器の順に接続するとともに、室内熱交換器を凝縮器として機能させる空気調和機であって、作動流体として少なくともＨＦＯ−１２３４系冷媒を用い、室内熱交換器は冷房運転時に室内熱交換器の冷媒入口側に位置する１パス部分と冷媒流れ下流側において複数のパスに分岐した複数パス部分とを備えるとともに、１パス部分は複数パス部分の風上側に位置し、複数パス部分における冷媒配管内面の管壁高さは１パス部分における冷媒配管内面の管壁高さよりも低い。

ＨＦＯ−１２３４系冷媒を用いたヒートポンプ式空気調和機において、暖房性能の低下を抑制しつつ、冷房運転時の性能を向上させることができる。

空気調和機の冷凍サイクル構成図。室内機の断面図。冷媒配管内面の管壁高さを示す図。冷媒配管内面のらせん溝リード角を示す図。冷媒配管内面のらせん溝ピッチを示す図。

以下、本発明の空気調和機の実施例について図面を用いて説明する。まず、空気調和機の全体構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は空気調和機のサイクル構成図、図２は室内機の断面図である。

空気調和機は、室内機及び室外機を備え、接続配管によりこの室内機及び室外機が接続される。図１において、本実施例の空気調和機の冷凍サイクル装置は、圧縮機１，四方弁２，室外熱交換器３，室外ファン４，膨張弁５，室内熱交換器７，室内ファン８を備え、これらを冷媒配管等で接続して冷媒回路を形成する。

ここで、冷媒配管内を流れる作動流体としてＨＦＯ−１２３４系冷媒を用いる。具体的には、ＨＦＯ−１２３４系冷媒単独、又は、ＨＦＯ−１２３４系冷媒とＨＦＯ−１２３４系冷媒よりも高圧で使用される他の冷媒とを混合した冷媒を用いる。ＨＦＯ−１２３４系冷媒と他の冷媒との混合冷媒を用いる場合、地球温暖化係数（ＧＷＰ）がＲ４１０Ａ以下になるように混合比を調節する。

さらに、図１及び図２に示すように、室内熱交換器７は、冷房運転時における冷媒入口側を１パス（１パス部１１）とし、その後、室内熱交換器７内において複数パス（複数パス部１２）に分岐する。また、室内熱交換器７における１パス部１１は、室内熱交換器７における複数パス部１２に対して風上側に配置する。室内熱交換器７における１パス部１１と複数パス部１２は一体に構成してもよいし、別体として構成してもよい。

このような空気調和機において、四方弁２により冷媒の流れを変えることにより、冷房運転，暖房運転、及び、除湿運転を行う。例えば、冷房運転では、圧縮機１，四方弁２，室外熱交換器３，膨張弁５，室内熱交換器７の順に接続し、膨張弁５を制御して、室内熱交換器を蒸発器（冷却器）として機能させて室内を冷房する。暖房運転では、圧縮機１，四方弁２，室内熱交換器７，膨張弁５，室外熱交換器３の順に接続し、膨張弁５を制御して、室内熱交換器７を凝縮器（加熱器）として機能させて室内を暖房する。除湿運転では、圧縮機１，室外熱交換器３，膨張弁５，室内熱交換器７の一部、図示しない除湿絞り装置，室内熱交換器７の他の一部の順に接続し、膨張弁５及び除湿絞り装置を制御して、室内熱交換器７の一部を凝縮器（加熱器）として機能させ室内熱交換器７の他の一部を蒸発器（冷却器）として機能させて室内を除湿する。

図２において、室内機は、室内空気を吸い込む空気吸込口を室内機上部に備える。空気吸込口の下流側には、室内空気中の塵埃を除去するフィルターが空気吸込口を覆うように配置される。フィルターの下流であって、室内機筐体の中央部には、略逆Ｖ字状に形成され室内熱交換器７が配置される。室内熱交換器７の下流には、室内熱交換器７の幅と略等しい長さの貫流ファン方式の室内ファン８が配置される。室内熱交換器７の下端部には露受皿が配置される。露受皿は、冷房運転時や除湿運転時に室内熱交換器７に発生する凝縮水を受ける。露受皿に集められた凝縮水はドレン配管を通して室外に排出される。室内熱交換器７の下流であって、室内機の下部には、室内熱交換器７で加熱，冷却，除湿等された室内空気を室内に吹き出す空気吹出口を備える。空気吹出口には、吹き出される空気を左右方向に偏向する左右風向板、及び、上下方向に偏向する上下風向板を備える。

空気調和機は、室内空気を空気吸込口から吸い込み、室内熱交換器７で加熱，冷却，除湿等された室内空気を、空気吹出口から室内に吹き出すことにより、室内を空気調和する。まず、室内ファン８を運転して、室内空気を空気吸込口から室内機内に吸い込む。その後、室内機内に吸い込まれた室内空気は、室内熱交換器７で加熱，冷却，除湿等されて、室内ファン８を介して、空気吹出口から室内に吹き出される。空気吹出口から室内に吹き出される調和された空気は、左右風向板及び上下風向板により、左右方向及び上下方向が偏向される。このようにして、室内空気を空気吸込口から吸い込み、室内熱交換器７で加熱，冷却，除湿等された室内空気を空気吹出口から室内に吹き出すことにより、室内を空気調和する。

冷房運転時の冷媒の流れを詳細に説明する。圧縮機１にて高温・高圧ガスにされた冷媒は、四方弁２を介して室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３に流入した冷媒は、室外ファン４により空気と熱交換して液冷媒に凝縮され、膨張弁５により低温・低圧二相流冷媒となる。低温・低圧となった二相流冷媒は、細径接続配管６を介して室内熱交換器７に流入する。室内熱交換器７に流入した冷媒は、室内ファン８により空気と熱交換した後、太径接続配管９及び四方弁２を介して再び圧縮機１に戻る。

このようなサイクル構成において冷房運転を行うと、室内熱交換器７内、室内熱交換器７冷媒出口配管から太径接続配管９までの接続管１０、及び太径接続配管９を通過する際に、圧力損失が生じる。低圧冷媒であるＨＦＯ−１２３４系冷媒を作動流体とした場合、圧力損失による性能低下が従来のＲ４１０Ａ等の高圧冷媒に比べ大きい。

図３は１パス部及び複数パス部における冷媒配管内面の管壁高さを示す図である。本実施例においては、図３に示すように、室内熱交換器７の複数パス部１２における冷媒配管内面の管壁高さｈ２を、室内熱交換器７の１パス部１１における冷媒配管内面の管壁高さｈ１よりも低くする。また、拡管後の冷媒配管外径と底肉厚を同等程度とする。

室内熱交換器７の複数パス部１２における冷媒配管内面の管壁高さｈ２を、室内熱交換器７の１パス部１１における冷媒配管内面の管壁高さｈ１よりも低くするので、低圧冷媒であるＨＦＯ−１２３４系冷媒を作動流体とした場合であっても、蒸発器として作用する室内熱交換器７内での冷媒の圧力損失を低減できるので冷房運転時の性能を向上させることができる。尚、冷房運転時における室内熱交換器７冷媒配管入口の１パス部１１を室内熱交換器７全体割合に対して小さくすれば性能への影響は小さい。

また、冷房運転時における室内熱交換器７冷媒配管入口の１パス部１１の溝高さｈ１は高いままにしておく（室内熱交換器７の１パス部１１における冷媒配管内面の管壁高さｈ１を室内熱交換器７の複数パス部１２における冷媒配管内面の管壁高さｈ２よりも高くする）ことで、暖房運転時に凝縮器として作用させた場合においても暖房性能の低下を抑制することができる。室内熱交換器７の１パス部１１は暖房運転時における室内熱交換器７の冷媒出口に位置するため、１パス部１１での冷媒は過冷却状態（液冷媒）となっており、熱交換器の熱伝達率は伝熱管内の熱伝達率が支配的になるため、暖房性能の性能低下も抑制することができる。

図４は１パス部及び複数パス部における冷媒配管内面のらせん溝リード角を示す図である。図３に示す冷媒配管内面の管壁高さの関係に代えて、図４に示すように、室内熱交換器７の複数パス部１２における冷媒配管内面のらせん溝リード角Ｂを、室内熱交換器７の１パス部１１における冷媒配管内面のらせん溝リード角Ａよりも緩やかにする（大きくする）ようにしてもよい。

室内熱交換器７の複数パス部１２における冷媒配管内面のらせん溝リード角Ｂを、室内熱交換器７の１パス部１１における冷媒配管内面のらせん溝リード角Ａよりも大きくするので、上記実施例と同様に、低圧冷媒であるＨＦＯ−１２３４系冷媒を作動流体とした場合であっても、蒸発器として作用する室内熱交換器７内での冷媒の圧力損失を低減できるので、冷房運転時の性能を向上させることができる。また、冷房運転時における室内熱交換器７冷媒配管入口の１パス部１１のらせん溝リード角Ａは小さいままにしておく（室内熱交換器７の１パス部１１における冷媒配管内面のらせん溝リード角Ａを室内熱交換器７の複数パス部１２における冷媒配管内面のらせん溝リード角Ｂよりも小さくする）ことで、暖房運転時に凝縮器として作用させた場合においても暖房性能の低下を抑制することができる。室内熱交換器７の１パス部１１は暖房運転時における室内熱交換器７の冷媒出口に位置するため、１パス部１１での冷媒は過冷却状態（液冷媒）となっており、熱交換器の熱伝達率は伝熱管内の熱伝達率が支配的になるため、暖房性能の性能低下も抑制することができる。

図５は１パス部及び複数パス部における冷媒配管内面のらせん溝ピッチを示す図である。図３に示す冷媒配管内面の管壁高さの関係に代えて、図５に示すように、室内熱交換器７の複数パス部１２における冷媒配管内面のらせん溝ピッチ１４を、室内熱交換器７の１パス部１１における冷媒配管内面のらせん溝ピッチ１３よりも大きくするようにしてもよい。

室内熱交換器７の複数パス部１２における冷媒配管内面のらせん溝ピッチ１４を、室内熱交換器７の１パス部１１における冷媒配管内面のらせん溝ピッチ１３よりも大きくするので、上記実施例と同様に、低圧冷媒であるＨＦＯ−１２３４系冷媒を作動流体とした場合であっても、蒸発器として作用する室内熱交換器７内での冷媒の圧力損失を低減できるので、冷房運転時の性能を向上させることができる。また、冷房運転時における室内熱交換器７冷媒配管入口の１パス部１１のらせん溝ピッチ１３は小さいままにしておく（室内熱交換器７の１パス部１１における冷媒配管内面のらせん溝ピッチ１３を室内熱交換器７の複数パス部１２における冷媒配管内面のらせん溝ピッチ１４よりも小さくする）ことで、暖房運転時に凝縮器として作用させた場合においても暖房性能の低下を抑制することができる。室内熱交換器７の１パス部１１は暖房運転時における室内熱交換器７の冷媒出口に位置するため、１パス部１１での冷媒は過冷却状態（液冷媒）となっており、熱交換器の熱伝達率は伝熱管内の熱伝達率が支配的になるため、暖房性能の性能低下も抑制することができる。

さらに、上述したような（１）室内熱交換器７の複数パス部１２における冷媒配管内面の管壁高さｈ２を室内熱交換器７の１パス部１１における冷媒配管内面の管壁高さｈ１よりも低くすること、（２）室内熱交換器７の複数パス部１２における冷媒配管内面のらせん溝リード角Ｂを室内熱交換器７の１パス部１１における冷媒配管内面のらせん溝リード角Ａよりも大きくすること、（３）室内熱交換器７の複数パス部１２における冷媒配管内面のらせん溝ピッチ１４を室内熱交換器７の１パス部１１における冷媒配管内面のらせん溝ピッチ１３よりも大きくすることを、必要に応じて組み合わせた構成とすることもできる。このように構成しても、上述したように、低圧冷媒であるＨＦＯ−１２３４系冷媒を作動流体とした場合であっても、蒸発器として作用する室内熱交換器７内での冷媒の圧力損失を低減できるので冷房運転時の性能を向上させることができる。また、暖房運転時に凝縮器として作用させた場合においても暖房性能の低下を抑制することができる。室内熱交換器７の１パス部１１は暖房運転時における室内熱交換器７の冷媒出口に位置するため、１パス部１１での冷媒は過冷却状態（液冷媒）となっており、熱交換器の熱伝達率は伝熱管内の熱伝達率が支配的になるため、暖房性能の性能低下も抑制することができる。

１圧縮機
２四方弁
３室外熱交換器
４室外ファン
５膨張弁
６細径接続配管
７室内熱交換器
８室内ファン
９太径接続配管
１０接続管
１１１パス部
１２複数パス部

Claims

圧縮機と、四方弁，室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、を備え、
冷房運転では、前記圧縮機，前記四方弁，前記室外熱交換器，前記膨張弁，前記室内熱交換器の順に接続するとともに、前記室内熱交換器を蒸発器として機能させ、
暖房運転では、前記圧縮機，前記四方弁，前記室内熱交換器，前記膨張弁，前記室外熱交換器の順に接続するとともに、前記室内熱交換器を凝縮器として機能させる空気調和機であって、
作動流体として、少なくともＨＦＯ−１２３４系冷媒を用い、
前記室内熱交換器は前記冷房運転時に前記室内熱交換器の冷媒入口側に位置する１パス部分と冷媒流れ下流側において複数のパスに分岐した複数パス部分とを備えるとともに、前記１パス部分は前記複数パス部分の風上側に位置し、
前記複数パス部分における冷媒配管内面の管壁高さは前記１パス部分における冷媒配管内面の管壁高さよりも低い空気調和機。
圧縮機，四方弁，室外熱交換器，膨張弁，室内熱交換器等を備え、おのおのを冷媒配管等で圧縮機と、四方弁，室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、を備え、
冷房運転では、前記圧縮機，前記四方弁，前記室外熱交換器，前記膨張弁，前記室内熱交換器の順に接続するとともに、前記室内熱交換器を蒸発器として機能させ、
暖房運転では、前記圧縮機，前記四方弁，前記室内熱交換器，前記膨張弁，前記室外熱交換器の順に接続するとともに、前記室内熱交換器を凝縮器として機能させる空気調和機であって、
作動流体として、少なくともＨＦＯ−１２３４系冷媒を用い、
前記室内熱交換器は前記冷房運転時に前記室内熱交換器の冷媒入口側に位置する１パス部分と冷媒流れ下流側において複数のパスに分岐した複数パス部分とを備えるとともに、前記１パス部分は前記複数パス部分の風上側に位置し、
前記複数パス部分における冷媒配管内面のらせん溝リード角は前記１パス部分における冷媒配管内面のらせん溝リード角よりも大きい空気調和機。
圧縮機，四方弁，室外熱交換器，膨張弁，室内熱交換器等を備え、おのおのを冷媒配管等で圧縮機と、四方弁，室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、を備え、
冷房運転では、前記圧縮機，前記四方弁，前記室外熱交換器，前記膨張弁，前記室内熱交換器の順に接続するとともに、前記室内熱交換器を蒸発器として機能させ、
暖房運転では、前記圧縮機，前記四方弁，前記室内熱交換器，前記膨張弁，前記室外熱交換器の順に接続するとともに、前記室内熱交換器を凝縮器として機能させる空気調和機であって、
作動流体として、少なくともＨＦＯ−１２３４系冷媒を用い、
前記室内熱交換器は、前記冷房運転時に前記室内熱交換器の冷媒入口側に位置する１パス部分と冷媒流れ下流側において複数のパスに分岐した複数パス部分とを備えるとともに、前記１パス部分は前記複数パス部分の風上側に位置し、
前記複数パス部分における冷媒配管内面のらせん溝ピッチは前記１パス部分における冷媒配管内面のらせん溝ピッチよりも大きい空気調和機。
圧縮機，四方弁，室外熱交換器，膨張弁，室内熱交換器等を備え、おのおのを冷媒配管等で圧縮機と、四方弁，室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、を備え、
冷房運転では、前記圧縮機，前記四方弁，前記室外熱交換器，前記膨張弁，前記室内熱交換器の順に接続するとともに、前記室内熱交換器を蒸発器として機能させ、
暖房運転では、前記圧縮機，前記四方弁，前記室内熱交換器，前記膨張弁，前記室外熱交換器の順に接続するとともに、前記室内熱交換器を凝縮器として機能させる空気調和機であって、
作動流体として、少なくともＨＦＯ−１２３４系冷媒を用い、
前記室内熱交換器は、前記冷房運転時に前記室内熱交換器の冷媒入口側に位置する１パス部分と冷媒流れ下流側において複数のパスに分岐した複数パス部分とを備えるとともに、前記１パス部分は前記複数パス部分の風上側に位置し、
（１）前記複数パス部分における冷媒配管内面の管壁高さは前記１パス部分における冷媒配管内面の管壁高さよりも低い、（２）前記複数パス部分における冷媒配管内面のらせん溝リード角は前記１パス部分における冷媒配管内面のらせん溝リード角よりも大きい、（３）前記複数パス部分における冷媒配管内面のらせん溝ピッチは前記１パス部分における冷媒配管内面のらせん溝ピッチよりも大きい、の何れか２以上を組み合わせた空気調和機。