JPH07113555A

JPH07113555A - 空気調和機

Info

Publication number: JPH07113555A
Application number: JP5259677A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Kudo; 光夫工藤; Toshihiko Fukushima; 敏彦福島; Masaaki Ito; 正昭伊藤; Mari Uchida; 麻理内田; Hiroaki Matsushima; 弘章松嶋; Hiroshi Kogure; 博志小暮; Shoji Takaku; 昭二高久
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-10-18
Filing date: 1993-10-18
Publication date: 1995-05-02
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: CN1103711A; MY111487A; CN1097200C; KR0142506B1; US5542271A; KR950011986A; JP2979926B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、冷媒として２種ないし３種以上の冷
媒を混合した非共沸混合冷媒を用いたとき、蒸発温度の
傾きによる着霜の偏在などによる低温時の暖房能力低下
を防ぐことによって低外気温時に暖房能力が低下しない
ヒ−トポンプ型の空気調和機を提供することを目的とし
ている。【構成】本発明の空気調和機は、室内熱交換器、室外熱
交換器、圧縮機、四方弁、膨張機構からなる冷凍サイク
ルを有するヒートポンプ型空気調和機であって、前記室
内、室外熱交換器の冷媒通路を、少なくとも液冷媒の割
合が多い領域に位置する第一冷媒流路群と、液相冷媒の
割合が少ない領域に位置する第二冷媒流路群に２分し、
前記第一冷媒流路群の少なくとも１部を風上側に配置
し、該第一冷媒流路群の流路断面積を第二冷媒流路群に
比べて大略１/２に設定し、前記第一冷媒流路群を構成
する伝熱管の伝熱管総本数に対する割合を、室内熱交換
器に比べて室外熱交換器での割合を大きく設定したたこ
とを特徴とした非共沸混合冷媒用空気調和機である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地球環境に対する影響
が少ない塩素を含まない冷媒を作動媒体とする空気調和
機に係り、特に塩素を含まない冷媒を作動媒体を用いた
場合に性能向上をはかったヒ−トポンプ型の空気調和機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒ−トポンプ型空気調和機では、冷房時
には室内熱交換器を蒸発器、室外熱交換器を凝縮器とし
て用い、暖房時には室内熱交換器を凝縮器、室外熱交換
器を蒸発器として用いている。

【０００３】前記室内外熱交換器としては、例えば特公
平４−４５７５３号公報に示すように多数のフィンを所
定の間隔をおいて並置しこれに直行するように複数の伝
熱管を全体として千鳥状になるように貫通して構成れた
クロスフィンチュ−ブ型熱交換器が使用され、このよう
な伝熱管としては例えば特開平４−２６０７９２号公報
に示すように内面に溝加工等を施した内面溝付管が多用
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の冷媒ＨＣＦＣ２
２（ハイドロクロロフルオロカ−ボン２２の
略）に代わる塩素を含まない作動媒体として２種ないし
３種の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を上述した従来の
空気調和機に用いると、平均蒸発温度が同じになるよう
な運転条件では、蒸発器内で最初に沸点の低い冷媒成分
が蒸発するため、冷媒蒸発温度が蒸発器入口で最も低く
なり、暖房時に室外熱交換器の入り口部に局所的な着霜
を生じ易くなり暖房能力が低下するという問題があっ
た。

【０００５】本発明の目的は、ＨＣＦＣ２２の代替冷媒
として２種ないし３種以上の冷媒を混合した非共沸混合
冷媒を用いても外気温が低い時に暖房能力が低下しない
ヒ−トポンプ型の空気調和機を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の空気調和機は、室内熱交換器、室外熱交換
器、圧縮機、四方弁、膨張機構からなる冷凍サイクルを
有するヒートポンプ型空気調和機であって、前記室内、
室外熱交換器の冷媒通路を、少なくとも液相冷媒の割合
が多い領域に位置する第一冷媒流路群と、液相冷媒の割
合が少ない領域に位置する第二冷媒流路群に２分し、前
記第一冷媒流路群の少なくとも１部を風上側に配置し、
該第一冷媒流路群の流路断面積を第二冷媒流路群に比べ
て小さく設定し、前記第一冷媒流路群を構成する伝熱管
の伝熱管総本数に対する比率を、室内熱交換器に比べて
室外熱交換器での割合を大きく設定したことを特徴とす
るものである。

【０００７】又、室内熱交換器、室外熱交換器、圧縮
機、四方弁、膨張機構からなる冷凍サイクルを有するヒ
ートポンプ型空気調和機であって、前記室内、室外熱交
換器の冷媒通路を、少なくとも液相冷媒の割合が多い領
域に位置する第一冷媒流路群と、液相冷媒の割合が少な
い領域に位置する第二冷媒流路群に２分し、前記第一冷
媒流路群の少なくとも１部を風上側に配置し、該第一冷
媒流路群の流路断面積を第二冷媒流路群に比べて大略１
／２に設定し、前記第一冷媒流路群を構成する伝熱管の
伝熱管総本数に対する割合を、室内熱交換器に比べて室
外熱交換器での割合を大きく設定したことを特徴とする
ものである。

【０００８】又、前記室内熱交換器及び室外熱交換器は
伝熱フィンと伝熱管とから構成され、該伝熱管は内面加
工管であり、前記第一冷媒流路群を構成する伝熱管内の
一部または全域に針金や捩じりテープをはじめとする乱
流促進部材を配置したことを特徴とするものである。

【０００９】又、室内熱交換器、室外熱交換器、圧縮
機、四方弁、膨張機構からなる冷凍サイクルを有するヒ
ートポンプ型空気調和機であって、前記室内、室外熱交
換器の冷媒通路を、少なくとも液相冷媒の割合が多い領
域に位置する第一冷媒流路群と、液相冷媒の割合が少な
い領域に位置する第二冷媒流路群に２分し、前記第一冷
媒流路群の少なくとも１部を風上側に配置し、該第一冷
媒流路群の流路断面積を第二冷媒流路群に比べて大略１
／２に設定し、前記第一冷媒流路群を構成する伝熱管の
伝熱管総本数に対する割合を、室内熱交換器に比べて室
外熱交換器での割合を大きく室外熱交換器では伝熱管総
本数の２０〜５０％の割合に設定したことを特徴とする
ものである。

【００１０】又、室内熱交換器、室外熱交換器、圧縮
機、四方弁、膨張機構からなる冷凍サイクルを有するヒ
ートポンプ型空気調和機であって、前記室内、室外熱交
換器の冷媒通路を、少なくとも液相冷媒の割合が多い領
域に位置する第一冷媒流路群と、液相冷媒の割合が少な
い領域に位置する第二冷媒流路群に２分し、前記第一冷
媒流路群の少なくとも１部を風上側に配置し、該第一冷
媒流路群の流路断面積を第二冷媒流路群に比べて大略１
／２に設定し、前記第一冷媒流路群を構成する伝熱管の
伝熱管総本数に対する割合を、室内熱交換器では１０〜
３０％に、室外熱交換器では２０〜５０％の割合に設定
したことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】暖房運転時、蒸発器として作用する室外熱交換
器では風上側に配置された第１冷媒流路群での圧力損失
によって、熱交換器入口部での蒸発圧力が上がって管内
温度が高くなり、空気と冷媒との温度差に基づく着霜量
が少なく抑えられる。また凝縮器として作用する室内熱
交換器では風上側に配置された第１冷媒流路群での高質
量速度化によって低乾き度域、およびサブクール域での
管内熱伝達率が大幅に改善されるので、非共沸混合冷媒
を用いたヒートポンプ型空気調和機の低外気温時の暖房
性能を大幅に向上できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の空気調和機に係る一実施例を
図１ないし図１１に基づいて説明する。図１は、本実施
例に係るインバータ駆動の圧縮機を搭載したヒ−トポン
プ型の空気調和器の冷凍サイクル構成図、図２は、冷凍
サイクル内を循環している冷媒の状態変化をＴＳ線図上
で模式的に示した図、図３は、本実施例における室外熱
交換器の側面図、図４は本実施例における室内熱交換器
の側面図、図５は、本実施例の冷凍サイクルを構成する
内面溝付管及び平滑管の凝縮熱伝達実験結果を示す図、
図６は、本実施例の冷凍サイクルを構成する内面溝付管
の蒸発熱伝達実験結果を示す図、図７は、本実施例にお
ける室外熱交換器の蒸発実験結果を示す図、図８は、本
実施例における室外熱交換器の蒸発実験結果を示す図、
図９は、本実施例における室内熱交換器の蒸発実験結果
を示す図、図１０は、本実施例における室内、室外熱交
換器の凝縮実験結果を示す図、図１１は、図３に示す室
外熱交換器の変形例を示す側面図である。

【００１３】図１に示すように、本実施例の冷凍サイク
ルは、冷媒圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、減圧
器４および室内熱交換器５を冷媒配管で接続して、その
内部を冷媒が循環するように構成されている。冷媒圧縮
機１は、チャンバに内包された例えばＤＣブラシレスモ
ータなどの可変速モータ１ａによって駆動される。

【００１４】暖房運転時には、破線矢印１９により冷媒
の流れ方向が示されるように、圧縮機１から吐出された
高温高圧の冷媒ガスは、四方弁２を通って凝縮器として
作用する室内熱交換器５へ送られ、室内ファン７によっ
て送風された空気によって冷され、高圧・低温の冷媒と
なり、減圧器４によって断熱膨張され、低圧・低温の冷
媒となって蒸発器として作用する室外側熱交換器３へ流
入し、室外ファン６によって送風された空気と熱交換し
て蒸発した後、四方弁２を通って圧縮機１に戻り再び圧
縮されて循環する。このようにして加熱された空気を室
内に放出して室内の暖房を行う。

【００１５】一方、冷房運転時には、実線矢印１８で示
されるように冷媒は流れ、圧縮機１から吐出される高温
高圧の冷媒ガスは、四方弁２を通って凝縮器として作用
する室外側熱交換器３へ送られ、室外ファン６によって
送風された空気によって冷され、高圧・低温の冷媒とな
り、減圧器４によって断熱膨張され低圧・低温の冷媒と
なって蒸発器として作用する室内側熱交換器５へ流入
し、室内ファン７によって送風された空気と熱交換して
蒸発した後、四方弁２を通って圧縮機１に戻り再び圧縮
されて循環する。このようにして冷却された空気を室内
に放出して室内を冷房する。

【００１６】このようにヒートポンプ型の空気調和機の
場合は、室内熱交換器及び室外熱交換器は、暖房、冷房
の運転モードによって内部を流れる冷媒の方向が逆転す
るとともに、室内及び室外熱交換器の蒸発器あるいは凝
縮器として作用する熱交換器の作動が交代する。

【００１７】次に室外熱交換器の構成について図３によ
り説明する。室外熱交換器３は、図３に示すように、伝
熱フィン８は、所定の間隔をおいて多数並置され、中間
部に設けられた分離スリット８０を挟んで伝熱管挿入用
の円孔列が長手方向に沿って穿たれている。伝熱管９は
伝熱フィン８に円孔８ａを介して直角に挿入接合されて
おり、内部を冷媒が流動するようになっている。１０は
冷媒管を接続するベンド、１１はＴ字形冷媒分流器であ
り、このＴ字形分流器１１を介して第１冷媒流路群と第
二冷媒流路群が接続されている。図３において、矢印２
０は熱交換器３に対する空気の通過方向を示す。

【００１８】Ｔ字形分流器１１は、主管１１ａ及び枝管
１１ｂから構成され、主管１１ａから流入した冷媒を前
記枝管１１ｂを介して２回路に分流させている。主管１
１ａに接続された第一の冷媒流路群は、その一部が風上
側に配置されており、枝管１１ｂに接続された２つの冷
媒回路からなる第二の冷媒流路群に対して冷媒流路の断
面積は１/２に設定されている。このため、第一の冷媒
流路群での流動抵抗は第二の冷媒流路群に比べて大き
く、第一の冷媒流路群が占める割合を増やすことによっ
て冷媒通路抵を増し、熱交換器入口部の蒸発温度を上げ
ることができるので、その結果着霜現象が抑えられる。
ここで、風上側に配置された第一の冷媒流路群を構成し
ている伝熱管の熱交換器全体に占める割合は、圧力損失
の増加によって蒸発温度が上昇し、着霜現象が抑制され
る効果と蒸発温度の上昇よる熱交換量が減少することと
の兼ね合いから４０％程度に設定することが好ましい。

【００１９】第二の冷媒流路群を構成している２つの冷
媒回路は、流路の途中にＸ字状に配置されたベンド管１
２ａ、１２ｂによって風上側と風下側の冷媒回路が入れ
替わるように構成されており、このように構成すること
によって、上記２つの冷媒回路の熱負荷のバランスがと
られている。

【００２０】なお、本実施例による室外熱交換器は第一
の冷媒流路群を熱交換器の下半部に一カ所だけ設けてい
るが、熱交換器の大きさや伝熱管の太さ等により、図１
１に示すように複数箇所に分けて設けても作用効果は同
様である。

【００２１】室内熱交換器５の構造を、図４を用いて説
明する。図４において、図３と同じ符号を符したもの
は、同じ部品を示しており、この部分の説明は省略す
る。図４に示すように、熱交換器の中間部には、冷媒を
分流させるＴ字型冷媒分流器１１が配置されており、こ
のＴ字型冷媒分流器１１を介して風上側中央に位置する
第一の冷媒流路群及び上下に分かれた２つのＵ字形冷媒
回路から構成された第二の冷媒流路群が接続されてい
る。なお、図４において、矢印２１は熱交換器５に対す
る空気の通過方向を示す。

【００２２】通常の室内熱交換器の伝熱管は、室外用伝
熱管よりも細いものが使われているので、冷媒通路断面
積の小さい第一の冷媒通路群の割合を増やした場合の圧
力損失の増えかたは室外用伝熱管よりも大きく、また着
霜しない。このため、蒸発器として作用する場合を考え
ると、後述するように、第一の冷媒流路群の割合として
は室外熱交換器よりも少ない割合に設定することとな
る。

【００２３】すなわち、本実施例では、流入空気温度と
冷媒との温度差が風下側に比べて数倍大きい風上側に第
一の冷媒流路群を配置しているので、圧力損の増加によ
って蒸発温度が上がっても熱交換に必要な空気と管内冷
媒との温度差をある程度確保できる。しかし、圧力損失
が過大になれば蒸発温度が上がり、温度差が減少して質
量速度の増加による熱伝達率の改善効果を相殺してしま
うので、風上側に位置する第一の冷媒流路群が占める割
合としては室外熱交換器よりも少なく２０％程度に設定
するのが好ましい。

【００２４】室内熱交換器５および室外熱交換器３にお
いて、少なくとも第一の冷媒流路群の一部または全部が
風上側に配置されていれば良く、この条件を満足してい
れば第一の冷媒流路群及び第二の冷媒流路群のパス数や
パスの構造等は変更して設定できるものであり、本実施
例と同様の作用効果を得ることができる。

【００２５】冷凍サイクル内を循環している冷媒の温度
は図２に示すように変化する。図２は、冷房能力または
暖房能力が同程度の場合を想定したものであり、冷媒の
温度Ｔを縦軸に、横軸を冷媒のエントロピＳをとって示
している。図２中、Ｔｃは凝縮器内の冷媒凝縮温度を、
Ｔｅは蒸発器内の冷媒蒸発温度を、Ａ、Ｂは各々凝縮器
の入口、出口を、Ｃ、Ｄは蒸発器の入口、出口を示す。
又、ＳＨｃ、ＳＣは、各々凝縮器入口冷媒加熱度、及び
過冷却度を示し、ＳＨｅは蒸発器出口での冷媒過熱度を
示している。図２中の破線及び一点鎖線は、従来の熱交
換器を用いた空気調和機の状態変化を示しており、破線
は単一冷媒ＨＣＦＣ２２を、一点鎖線は非共沸混合冷媒
を用いた場合の温度変化を示している。実線は、本実施
例の非共沸混合冷媒を用いた空気調和機の状態変化を示
している。

【００２６】図２から分かるように、従来の空気調和機
では、非共沸混合冷媒を用いた場合には、蒸発器出口か
ら入口に向かって蒸発温度Ｔｅが直線的に低下し、入口
部が最も低くなるのに対して、本実施例による空気調和
機の場合は入口部での蒸発温度の低下が抑えられている
のが分かる。

【００２７】上記のように、熱交換器を構成する理由に
ついて説明する。非共沸混合冷媒の伝熱特性について実
験を行った結果、以下に示すように、従来の単一冷媒と
は異なる伝熱特性を示すことが判明した。

【００２８】この結果を非共沸混合冷媒の凝縮熱伝達率
ついて冷媒の質量速度を変えた場合について図５に示
す。このとき、非共沸混合冷媒としては、ＨＦＣ３２と
ＨＦＣ１３４ａを質量分率を３０／７０ｗｔ％の割合で
混合したものを用い、従来一般的に用いられている単一
冷媒との比較のため用いた単一冷媒は、ＨＦＣ３２とＨ
ＦＣ１３４ａである。実験結果をみると、平滑管の場合
には、単一冷媒ＨＦＣ１３４ａの凝縮熱伝達率は、図５
から分かるように、全体的に質量速度Ｇの減少に従って
低下し、質量速度が２００kg/ｍ²s以下になるとほぼ一
定になるのに対して、非共沸混合冷媒は直線的に低下す
る傾向が認められる。

【００２９】次に、管内にらせん状の溝加工が施されて
いる溝付管の場合をみると、単一冷媒ＨＦＣ３２、ＨＦ
Ｃ１３４ａの凝縮熱伝達率は、質量速度によらずほぼ一
定の値となっているのに対して、非共沸混合冷媒の凝縮
熱伝達率は質量速度の減少にともなって大幅な低下がみ
られる。

【００３０】このような非共沸混合冷媒に特有の伝熱特
性は、蒸発熱伝達率についても同様である。図６は、非
共沸混合冷媒の蒸発熱伝達率ついて冷媒の質量速度を変
えた場合の結果を示す。この実験においては、非共沸混
合冷媒としてはＨＦＣ３２、ＨＦＣ１２５及びＨＦＣ１
３４ａを質量分率３０／１０／７０ｗｔ％の割合で混合
したものを用い、従来一般的に用いられている単一冷媒
との比較のため用いた単一冷媒はＨＣＦＣ２２である。

【００３１】図６に示す実験結果から分かるように、図
６に示す実験の範囲内で、質量速度Ｇに対して、単一冷
媒ＨＣＦＣ２２の蒸発熱伝達率と、非共沸混合冷媒の蒸
発熱伝達率との傾向には、顕著な違いみられる。すなわ
ち、ＨＣＦＣ２２の場合は、質量速度に対する勾配が凝
縮熱伝達率と同じように緩やかなのに対して、３種の冷
媒を混合した非共沸混合冷媒の場合には直線的に低下す
る傾向が認めらる。このように、質量速度に対する勾配
が急になっている結果、高い質量速度域においては、従
来の冷媒ＨＣＦＣ２２と同等の熱伝達率が得られること
を示している。

【００３２】以上述べたように、非共沸混合冷媒の伝熱
特性から以下のことが判明した。すなわち、非共沸混合
冷媒の場合、従来の単一冷媒と同じように圧力損失を低
減することによって熱交換効率の向上を図る場合には、
質量速度を下げると熱伝達率が大幅に低下してしまうの
で、従来の熱交換器の構造では熱交換効率が大幅に低下
する。これに対して、本実施例に示す空気調和器用の熱
交換器においては、圧力損失が増加することによる熱交
換性能への悪影響が生じない範囲内で、質量速度を高く
設定できるように熱交換器の流路構造を工夫しているの
で、非共沸混合冷媒を用いた場合の熱交換効率を大幅に
向上できる。

【００３３】以下、本実施例の空気調和機において、非
共沸混合冷媒を用い、熱交換器の適正な流路構造につい
て実験を行った結果を図７ないし図１０を用いて説明す
る。

【００３４】図７および図８は、暖房時の室外熱交換器
の性能を示しており、図７は、第一の冷媒流路の比率を
変えた場合の熱交換量と管内最小冷媒温度の変化をみた
ものである。この結果から分かるように、第一の冷媒流
路の比率を高めると、熱交換量はほぼ一定のまま管内最
小冷媒温度が上昇すること、第一の冷媒流路比率が５０
％以上では熱交換量が急激に低下する傾向を示すことが
分かる。次に、図８にこの結果を踏まえ、管内の最小冷
媒温度を一定にしたときの熱交換量を示す。

【００３５】暖房時に着霜を生じないための最小冷媒温
度を−２．５℃とした場合の熱交換量を示している。図
８から分かるように、管内の最小冷媒温度を一定にした
場合の熱交換量は、第一の冷媒流路の比率が２０〜４０
％にかけて顕著に増加し、４０％を越えると後徐々に低
下する傾向にあることが分かる。図７および図８に示す
結果から、室外熱交換器としては、第一の冷媒流路比率
を２０〜５０％に設定するのが好ましいことが判明し
た。

【００３６】図９は、冷房時の室内熱交換器について第
一の冷媒流路比率を変えた場合の熱交換量及び冷媒側圧
力損失の実験結果を示したものである。室内熱交換器
は、室外熱交換器に比べて伝熱管の内径が細いので、第
一の冷媒流路比率の増加に従って急激に圧力損失が増加
すること、第一の冷媒流路比率が３０％以上になると熱
交換量の低下割合が顕著になることが判明した。この結
果と次に述べる暖房時の室内熱交換器の性能を考慮して
室内熱交換器としては、第一の冷媒流路比率を１０〜３
０％に設定するのが好ましいことが判明した。

【００３７】図１０は、凝縮器として作動する室内熱交
換器及び室内熱交換器について第一の冷媒流路比率を変
えた場合の熱交換量の結果を示す。室内、室外いずれの
場合も第一の冷媒流路比率の増加に従って熱交換量が向
上しているが、その向上割合をみると途中から緩やかに
なっており、室内熱交換器では約１０％以上で、室外熱
交換器では約２０％以上でそれぞれ向上割合が緩やかに
なるのが判明した。このようになる理由としては、上記
の比率以上になると凝縮器出口部の液相冷媒が、風上側
に配置された高質量流路部に全て保持されるようになる
ためである。

【００３８】以上述べたことから、本実施例における非
共沸混合冷媒を用いた空気調和器用熱交換器の適正な流
路構造について行った実験結果から以下のことが判明し
た。

【００３９】すなわち、本実施例による非共沸混合冷媒
を用いた空気調和器用熱交換器の流路構造としては、熱
交換器の冷媒流路を少なくとも第一の冷媒流路と低質量
速度流路から構成し、第一の冷媒流路群の一部または全
部を風上側に配置するとともに、第一の冷媒流路の比率
を好ましくは室内熱交換器よりも室外熱交換器で大きく
設定し、さらに好ましくは室内熱交換器では１０〜３０
％に、室外熱交換器では２０〜５０％に設定することを
特徴とするものである。

【００４０】以上のように構成された本実施例の空気調
和機の作動について、第１図ないし第５図を用いて説明
する。

【００４１】まず、暖房運転時の動作について説明す
る。圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒１９
は、入口パイプ１４を通って室内熱交換器５の第二の冷
媒流路群内へ流入する。低質量速度流路郡内へ流入した
非共沸混合冷媒は室内空気との熱交換によって、沸点の
高い冷媒成分及び沸点の低い冷媒成分の順で凝縮が進行
し液相冷媒成分の割合を増しながら、Ｔ字型冷媒分流器
１１に至る。Ｔ字型冷媒分流器１１を介して合流し、第
一の冷媒流路群内へ流入した冷媒はさらに冷却されて全
量凝縮し、過冷却液冷媒となって出口パイプ１３から流
出する。したがって、第一の冷媒流路群内では質量速度
の増加による熱伝達率の改善は図られるが、気相冷媒の
割合が少ないため、管内の冷媒流速は低く保たれるので
圧力損失の増加がおさえられる。

【００４２】室内熱交換器５を出た液冷媒は、減圧器４
を通って膨張して低温低圧の霧状の気液２相冷媒とな
り、室外熱交換器３の下部に配置された冷媒入口パイプ
１６から第一の冷媒流路群内へ流入する。第一の冷媒流
路群内の気液２相冷媒は、空気によって加熱され、最初
は沸点の低い冷媒成分が蒸発し、さらに加熱されると沸
点の高い冷媒成分も蒸発するようになり、気相冷媒の割
合を増しながらＴ字型冷媒分流器１１に至る。次に、Ｔ
字形冷媒分流器を介して第二の冷媒流路群を構成してい
る２つの冷媒回路内へ分流し、さらに加熱されて全量気
相冷媒となる。したがって、室外熱交換器３の場合と同
じように、第一の冷媒流路群内では質量速度の増加によ
る熱伝達率の改善は図られるが、気相冷媒の割合が少な
いため管内の冷媒流速は低く保たれるので極端な圧力損
失の増加がおさえられる。

【００４３】また、蒸発器として作用する室外熱交換器
３は、第一の冷媒流路群を設けたので冷媒通路圧損が従
来に比べて大きく、蒸発器入口圧力が上がり蒸発温度も
高くなり、冷媒流れ方向に沿う蒸発温度の上昇が打ち消
される。この結果、図５に実線で示すように、室外熱交
換器入口部（Ｃ）での冷媒蒸発温度Ｔｅが従来に比べて
（△Ｔ）だけ上昇するので着霜が抑えられる。

【００４４】冷房運転時には、四方弁２が切り替えられ
ることによって冷媒の流れ方向が、図１に示す暖房運転
時とは反対になり、室内熱交換器５は蒸発器として、室
外熱交換器は凝縮器として作動する。冷房運転の場合、
圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒１８は、入
口パイプ１７を通って室外熱交換器３へ流入する。室外
熱交換器３へ流入した非共沸混合冷媒は、まず沸点の高
い冷媒成分の凝縮が始まり、凝縮の進行につれて沸点の
低い冷媒成分の凝縮割合が多くなり、ついには混合比に
よって決まる液相温度まで冷却されて全量凝縮する。

【００４５】凝縮器内で液冷媒の割合が増えると管内流
速が小さくなり、熱伝達率も低下するが、本実施例の室
外熱交換器３は、通路断面積の小さい第一の冷媒通路部
を風上側に配置したので、質量速度の上昇によって熱伝
達率の低下を防ぐことができる。

【００４６】凝縮液化された冷媒は、減圧器４を通って
膨張し低温低圧の霧状の気液２相冷媒となって蒸発器と
して作用する室内熱交換器５へ流入する。室内熱交換器
中央部に配置された冷媒入口パイプ１３から第一冷媒流
路群内へ流入した気液２相冷媒は、空気による加熱によ
って沸点の低い冷媒成分の蒸発によって気相冷媒の割合
を増しながらＴ字型分流器１１に至る。次にＴ字形冷媒
分流器を介して第二冷媒流路群を構成している２つの冷
媒回路内へ分流し、さらに加熱されて全量気相冷媒とな
る。

【００４７】したがって、第一の冷媒流路群内では質量
速度の増加による熱伝達率の改善は図られるが、上述し
たように気相冷媒の割合が少ないため、管内の冷媒流速
は低く保たれ、圧力損失の増加がおさえられるので性能
が維持される。

【００４８】以上述べたように、冷房運転時には凝縮器
として作用する室外熱交換器３の性能が、第一の冷媒流
路群を設けた効果によって大幅に向上するので、冷房能
力が改善される。また、蒸発器入口温度が上昇するの
で、図２に実線で示すように熱交換器出入口（ＣＤ）間
で冷媒の蒸発温度はほぼ一定となる。したがって、冷房
時の吐気温度の分布も一様になり、室内ユニットの吹出
しグリル等への露付きや、水滴の飛び出し等の問題を生
じない。

【００４９】本実施例によれば、第一の冷媒流路群内で
は気相冷媒の割合が少ないので管内冷媒の流速が低く抑
えられるので、管内にねじりテープ（図示せず）等の乱
流促進体を挿入することによって、さらに性能向上を図
ることができる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の空気調和
機においては、熱交換器の冷媒流路を少なくとも気相冷
媒の割合が少ない側に位置する第一の冷媒流路群と気相
冷媒の割合が多い側に位置する低質量速度流路から構成
し、第一の冷媒流路群の一部または全部を風上側に配置
するとともに、第一の冷媒流路の比率を好ましくは室内
熱交換器よりも室外熱交換器で大きく設定し、さらに好
ましくは室内熱交換器では１０〜３０％に、室外熱交換
器では２０〜５０％に設定されているので、第一の冷媒
流路群内では、質量速度の増加による熱伝達率の改善は
図られるが、気相冷媒の割合が少ないため管内の冷媒流
速は低く保たれ、極端な圧力損失の増加がおさえられる
ので空気調和機の性能が著しく向上する。

【００５１】又、蒸発器として作用する室外熱交換器
は、第一の冷媒流路群を設けたので冷媒通路圧損が従来
に比べて大きく、蒸発器入口圧力が上がり蒸発温度も高
くなるので冷媒流れ方向に沿う蒸発温度の上昇が打ち消
される。この結果、室外熱交換器入口部での冷媒温度が
上昇し着霜が抑えられるので、低外気温時の暖房能力が
著しく改善されるという効果を発揮できる。

【００５２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である空気調和機の冷凍サイ
クル構成図である。

【図２】本実施例の空気調和機の冷凍サイクルＴＳ線図
である。

【図３】本実施例の室外熱交換器の側面図である。

【図４】本実施例の室内熱交換器の側面図である。

【図５】本実施例の冷凍サイクルを構成する内面溝付管
及び平滑管の凝縮熱伝達実験結果を示す図である。

【図６】本実施例の冷凍サイクルを構成する内面溝付管
の蒸発熱伝達実験結果を示す図である。

【図７】本実施例の室外熱交換器の蒸発実験結果を示す
図である。

【図８】本実施例の室外熱交換器の蒸発実験結果を示す
図である。

【図９】本実施例の室内熱交換器の蒸発実験結果を示す
図である。

【図１０】本実施例の室内、室外熱交換器の凝縮実験結
果を示す図である。

【図１１】図３に示す室外熱交換器の変形例を示す側面
図である。

【符号の説明】

１…圧縮機、３…室外側熱交換器、４…減圧器、５…室
内側熱交換器、８…伝熱フィン、９…内面溝付伝熱管、
９ａ…第一の冷媒流路群伝熱管、９ｂ…第二の冷媒流路
群伝熱管、１８…冷房時の冷媒流れ方向を示す矢印、１
９…暖房時の冷媒流れ方向を示す矢印、８０…スリット
部、２００、２０１…室内、室外ユニット、Ｔｅ…蒸発
温度、Ｔｃ…凝縮温度、Ｇ…質量速度、ｈ…熱伝達率。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ２５Ｂ 6/02 Ｚ 39/00 Ｄ 47/02 ５１０Ａ (72)発明者内田麻理茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者松嶋弘章茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者小暮博志栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所リビング機器事業部内 (72)発明者高久昭二栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所リビング機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室内熱交換器、室外熱交換器、圧縮機、四
方弁、膨張機構からなる冷凍サイクルを有するヒートポ
ンプ型空気調和機であって、前記室内、室外熱交換器の
冷媒通路を、少なくとも液相冷媒の割合が多い領域に位
置する第一冷媒流路群と、液相冷媒の割合が少ない領域
に位置する第二冷媒流路群に２分し、前記第一冷媒流路
群の少なくとも１部を風上側に配置し、該第一冷媒流路
群の流路断面積を第二冷媒流路群に比べて小さく設定
し、前記第一冷媒流路群を構成する伝熱管の伝熱管総本
数に対する比率を、室内熱交換器に比べて室外熱交換器
での割合を大きく設定したことを特徴とする非共沸混合
冷媒を用いた空気調和機。
【請求項２】室内熱交換器、室外熱交換器、圧縮機、四
方弁、膨張機構からなる冷凍サイクルを有するヒートポ
ンプ型空気調和機であって、前記室内、室外熱交換器の
冷媒通路を、少なくとも液相冷媒の割合が多い領域に位
置する第一冷媒流路群と、液相冷媒の割合が少ない領域
に位置する第二冷媒流路群に２分し、前記第一冷媒流路
群の少なくとも１部を風上側に配置し、該第一冷媒流路
群の流路断面積を第二冷媒流路群に比べて大略１／２に
設定し、前記第一冷媒流路群を構成する伝熱管の伝熱管
総本数に対する割合を、室内熱交換器に比べて室外熱交
換器での割合を大きく設定したことを特徴とする非共沸
混合冷媒を用いた空気調和機。
【請求項３】前記室内熱交換器及び室外熱交換器が伝熱
フィンと伝熱管から構成され、該伝熱管は内面加工管で
あり、前記第一冷媒流路群を構成する伝熱管内の一部ま
たは全域に針金や捩じりテープをはじめとする乱流促進
部材を配置したことを特徴とする請求項２又は３に記載
の非共沸混合冷媒を用いた空気調和機。
【請求項４】室内熱交換器、室外熱交換器、圧縮機、四
方弁、膨張機構からなる冷凍サイクルを有するヒートポ
ンプ型空気調和機であって、前記室内、室外熱交換器の
冷媒通路を、少なくとも液相冷媒の割合が多い領域に位
置する第一冷媒流路群と、液相冷媒の割合が少ない領域
に位置する第二冷媒流路群に２分し、前記第一冷媒流路
群の少なくとも１部を風上側に配置し、該第一冷媒流路
群の流路断面積を第二冷媒流路群に比べて大略１／２に
設定し、前記第一冷媒流路群を構成する伝熱管の伝熱管
総本数に対する割合を、室内熱交換器に比べて室外熱交
換器での割合を大きく室外熱交換器では伝熱管総本数の
２０〜５０％の割合に設定したことを特徴とする空気調
和機。
【請求項５】室内熱交換器、室外熱交換器、圧縮機、四
方弁、膨張機構からなる冷凍サイクルを有するヒートポ
ンプ型空気調和機であって、前記室内、室外熱交換器の
冷媒通路を、少なくとも液相冷媒の割合が多い領域に位
置する第一冷媒流路群と、液相冷媒の割合が少ない領域
に位置する第二冷媒流路群に２分し、前記第一冷媒流路
群の少なくとも１部を風上側に配置し、該第一冷媒流路
群の流路断面積を第二冷媒流路群に比べて大略１／２に
設定し、前記第一冷媒流路群を構成する伝熱管の伝熱管
総本数に対する割合を、室内熱交換器では１０〜３０％
に、室外熱交換器では２０〜５０％の割合に設定したこ
とを特徴とする空気調和機。