JPH0763442A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】冷媒の凝縮熱と蒸発熱を用いて除湿運転が可能
な空気調和機の冷凍サイクルにおいて、除湿用の絞り装
置を通過する際の冷媒の流動音を抑えること。 【構成】圧縮機，熱源側熱交換装置，室内側熱交換器，
室内側ファンを備えると共に、室内側熱交換器は熱的に
２分割されており、その間に除湿運転時に使用する除湿
用の絞り装置を備え、除湿運転時にはその絞り装置を冷
媒が通ることによって２分割された熱交換器の一方が凝
縮側になり、一方が蒸発側になって除湿が行なわれる空
気調和機において、除湿運転時の冷媒の流れ方向から見
て凝縮側と蒸発側熱交換器の間で除湿用絞り装置の上流
に螺旋状流路部分を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍サイクルにより除
湿あるいは冷房，暖房，除湿運転が可能な空気調和機に
係る。

【０００２】

【従来の技術】従来、除湿運転が可能な空気調和機とし
て、蒸発器により冷却・減湿された空気を再加熱する方
法としては電気ヒータを用いる方式や冷凍サイクルの凝
縮熱を利用する方式などが知られている。

【０００３】除湿運転時に冷却された空気を凝縮熱によ
り再加熱する冷凍サイクルとしては、図６に示すよう
に、室内側の熱交換器１０ａ，１０ｂを風路に対して前
後に２分割し、風上側１０ａを蒸発器，風下側１０ｂを
凝縮器とする構成が一般に知られている。分割された部
分間は、途中に二方弁(二方弁Ａ)１２を有する配管でつ
ながれており、この配管と並列にキャピラリチューブ１
７が接続されている。また室外側熱交換器と室内側熱交
換器との間には冷暖房用の絞り装置であるキャピラリチ
ューブ７と二方弁(二方弁Ｂ)６がやはり並列につながれ
ている。

【０００４】除湿運転時には二方弁Ａ１２を閉じ、二方
弁Ｂ６を開ける。室外側の熱交換器４を出た冷媒は高温
高圧の二相状態で室内側熱交換器の風下側１０ｂに流入
する。ここでさらに冷媒は凝縮し、その凝縮熱によって
空気の再加熱が行なわれる。風下側の熱交換器を出た冷
媒は二方弁Ａと並列に接続されているキャピラリチュー
ブ１７を通って減圧され温度が下がる。ついで風上側の
熱交換器１０ａに流入して蒸発し、その蒸発熱によって
空気の冷却・減湿が行なわれる。

【０００５】冷暖房運転時には二方弁Ａ１２を開け、二
方弁Ｂ６を閉じる。この時冷媒は二方弁Ｂと並列に接続
された冷暖房用のキャピラリチューブ７を通る。また室
内側では二方弁Ａを通るので減圧されることがなく、室
内側熱交換器全体が蒸発器あるいは凝縮器となる。

【０００６】以上が、除湿運転に冷凍サイクルを用いた
場合の基本的な構成である。除湿用の絞り装置としては
上述のようにキャピラリチューブの他に例えば実開平１
−９８３８１号公報にあるように二方弁内にブリードポ
ートと呼ばれる小孔を設け、冷暖房運転時には主弁を開
けて冷媒の流れに対して抵抗にならないようにし、除湿
運転時には二方弁の主弁を閉めてブリードポートに冷媒
を通しこれを除湿絞りとするものが公知である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】高温多湿となる日本の
夏季では除湿運転は不可欠である。この時は空気調和機
からの吹き出し空気の温度は室温より低めにする必要が
ある。また梅雨や秋季の長雨時などでは気温は低いが湿
度は高い気候になる。このような時には空気調和機から
の吹き出し空気の温度は室温と同じか上げぎみに保ちな
がら除湿する必要がある。冷媒の蒸発熱で除湿，凝縮熱
で再加熱する冷凍サイクルを用いた除湿方式は、除湿と
共に吹き出し空気温度を様々に変えうる点で優れてお
り、ヒータ等の補助的な熱源を必要としないので省エネ
ルギーの点からも優れている。

【０００８】室内側の熱交換器を２分割してその間に除
湿用の絞り装置を設ける際、除湿用の絞りとして従来の
ようにキャピラリチューブを用いると、除湿用のキャピ
ラリチューブは通常室内側のユニット内に設けられるの
で、除湿運転時にはキャピラリチューブおよびその前後
で冷媒が二相状態となるため騒音が発生する。その対策
としてキャピラリチューブの出口に太径パイプを接続し
たり、振動吸収用の防振材を付加する必要があった。

【０００９】二方弁内にブリードポートを設ける方式は
省スペースの点で優れているものの、除湿運転時には上
記と同様二相状態の冷媒がブリードポートを通過する際
やはり騒音が発生するが、発生源が二方弁の内部である
ため対策が難しい。

【００１０】また二方弁の代わりに電動膨張弁等の流量
調節弁を用いて、冷暖房運転時には弁の開度を大きくし
て抵抗なく冷媒を流し、除湿運転時には開度を小さくし
て除湿絞りとする場合も、除湿運転時には上記と同様二
相状態の冷媒が弁部を通過する際やはり騒音が発生す
る。

【００１１】本発明が解決しようとする課題は、除湿運
転が可能な冷凍サイクルを有する空気調和機において除
湿運転時の騒音低減に効果のある構造を提供することで
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めの第１の手段は、室内側熱交換器を２分割しその間に
除湿用の絞り装置を設けたサイクル構成において、除湿
運転時の冷媒の流れ方向から見て凝縮側と蒸発側熱交換
器の間で除湿用絞り装置の上流に螺旋状流路部分を設け
て、室内側熱交換器の凝縮側を出た冷媒がその螺旋状流
路部分を通過した後に除湿用の絞り装置に流入するよう
な構成とすることである。

【００１３】上述の課題を解決するための第２の手段
は、ブリードポートと呼ばれる小孔を内部に有する二方
弁を上記第１の手段にある螺旋状流路部分の下流に備
え、除湿運転時にはブリードポートを除湿用絞りとして
用いるような構成とすることである。

【００１４】上述の課題を解決するための第３の手段
は、上記第２の手段における二方弁の代わりに、全閉か
ら全開まで連続的あるいは段階的に調節可能な流量調節
弁を用い、除湿運転時には流量調節弁の開度を小さくし
て除湿用絞りとして用いるような構成とすることであ
る。

【００１５】上述の課題を解決するための第４の手段
は、上記第１あるいは第２あるいは第３の手段におい
て、螺旋状流路の内側に粘弾性の高い材料を付加して制
振機能を高めたことを構成とすることである。

【００１６】

【作用】冷凍サイクルを用いて、冷媒の蒸発熱で空気の
冷却・減湿，凝縮熱で再加熱を行なう除湿運転の場合、
室内側の熱交換器を２分割してその間に除湿用の絞り装
置を設けることになる。実際の構成としては、２分割さ
れた熱交換器の一方から引き出された配管と、もう一方
から引き出された配管との間にキャピラリチューブ，ブ
リードポート等の絞り装置が挿入されることになる。

【００１７】除湿運転の際には、２分割された室内側の
熱交換器の一方が凝縮器になり、もう一方が蒸発器にな
る。完全に凝縮しきらない二相流の状態で冷媒が絞り装
置に流入すると配管内で圧力脈動を生じ、時間的に変動
する音が発生する。これは、気相と液相が交互に絞りに
流入して絞り部分で圧力の変動を生じるためである。音
の発生を抑えるためには冷媒を完全に凝縮させて液体に
してしまえばよい。しかし完全に凝縮しきった状態では
空気の再加熱側で潜熱による加熱ができないために再加
熱量が不足し、空気調和機からの吹き出し空気温度が必
要以上に下がってしまう。従って２分割された室内側の
熱交換器の凝縮側では二相流の状態で、除湿用の絞り装
置に流入する直前で完全に凝縮し充分な過冷却度が取れ
るようにするのがよい。しかし例えば気温は低いが湿度
が高いために除湿しながら吹き出し温度を吸い込み温度
よりも上げたいときのように、再加熱量が多めに必要な
場合には充分な過冷却度が取れないまま絞りに冷媒が流
入してしまう場合がある。

【００１８】問題となるのは気相と液相がそれぞれかな
り大きな体積のまま絞りに流入することである。そこで
本発明のように絞りに流入する前に螺旋状流路に冷媒を
通すと、冷媒の進行方向に対して垂直な面内で遠心力に
よる２次流れのために強い撹拌作用が生じる。この撹拌
作用によって気相と液相の混合が起こり、細かな気泡が
液中に均質に混ざったいわゆる均質流となる。このよう
な状態で絞りに流入すれば圧力の変動は小さくなり、時
間的に変動する音の発生が抑えられる。

【００１９】また、それでも若干の圧力脈動が残ったと
しても、本発明のように螺旋状流路を配管系に設ける
と、それ自体防振構造になる。さらに螺旋状にパイプを
巻いた内側に粘弾性の高い材料を詰め込むことによって
大きな制振効果が得られる。従って本発明によれば絞り
による冷媒の流動音を低減することができる。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例を図をもとに説明する。

【００２１】図１は本発明の一実施例を示したものであ
る。本実施例は、家庭用のルームエアコンとして広く普
及しているセパレートタイプの空気調和機に本発明を適
用したものであり、本図は、冷暖房および除湿運転切り
換え可能な冷凍サイクルの構成を模式的に示したもので
ある。冷房，暖房，除湿運転時の冷媒の流れを図中に矢
印で示している。１は圧縮機，２はアキュムレータ，３
は四方弁，４は室外側熱交換器で多数枚のフィンにパイ
プを貫通したクロスフィンチューブタイプの熱交換器，
５は室外側ファンである。６は室外側の二方弁(二方弁
Ｂ)であり１２の室内側二方弁(二方弁Ａ)と協調的に動
作することにより冷暖房および除湿の各運転を切り換え
る。即ち二方弁Ａを開け二方弁Ｂを閉じると冷暖房運転
となる。冷房と暖房の切り換えは四方弁３で行なう。ま
た二方弁Ａを閉じ二方弁Ｂを開けると除湿運転となる。
本実施例では二方弁Ａとしてブリードポートと呼ばれる
小孔を内部に有する二方弁を用いている。

【００２２】冷暖房運転時には二方弁Ｂを閉じるので冷
暖房用の絞りであるキャピラリチューブ７を冷媒が流れ
る。室内側では二方弁Ａを開ける。この時には室内側の
熱交換器１０ａ，１０ｂは共に蒸発器あるいは凝縮器と
して作用する。

【００２３】除湿運転時には二方弁Ｂを開け二方弁Ａを
閉じる。圧縮機１から吐出された冷媒は室外側熱交換器
４で一部が凝縮し二相状態のまま２分割された室内側熱
交換器の一方１０ｂに流入する。１０ｂ内で冷媒はさら
に凝縮し、その凝縮熱によって１０ａで冷却・減湿され
た空気の再加熱を行なう。１０ｂを出た冷媒は配管１３
に流入する。二方弁Ａは閉じられているので冷媒は、二
方弁Ａ内のブリードポート１６（図２中に示す。）を通
って配管１４に流入する。この時ブリードポート１６が
絞りとなり冷媒は断熱膨張して減圧される。配管１４か
ら熱交換器１０ａに流入した低圧，低温の冷媒は、空気
調和機に吸い込まれた空気から蒸発熱によって熱を奪
い、空気は冷却・減湿される。

【００２４】室内熱交換器の凝縮側１０ｂ出口と二方弁
Ａ１２との間に本発明による螺旋状流路１５が設けられ
ている。螺旋状流路１５はパイプを螺旋状状に巻いたも
のであり、鉛直方向上側から見た図を図１（ｂ）に，斜
視図を図１（ｃ）に示す。本図ではコイルの巻き数は２
回であるが巻き回数は任意である。定性的には巻き回数
が多い方が騒音低減の効果が大きいが、スペース，必要
とされる低減幅などの要素を考慮して回数を決定する。
また巻き半径（図５中に図示）は小さい方が遠心力によ
る撹拌効果が大きい。流体中に存在する気泡に作用する
浮力よりも、螺旋状流路内を流れる流体に作用する遠心
力が大きくなるような巻き半径を閾値とし、それよりも
小さな巻き半径とする。さらに螺旋状流路１５の螺旋状
に巻かれた内側の空間に粘弾性の高い材料、例えばパ
テ，ゴム等を詰め込むと騒音低減の効果が大きい。

【００２５】室内側熱交換器は図１では１０ａ，１０ｂ
のように完全に分離されているが、１つの熱交換器でフ
ィンにスリットや切れ目を入れて熱的に分割されたもの
でもよい。また分割された熱交換器のうち蒸発側１０ａ
は空気の通風路に対して風上側に凝縮側１０ｂは風下側
に直列に置かれている。除湿運転時の除湿効果を考慮す
るとこのような構成がよいが、機器構成上の都合によっ
ては１０ａと１０ｂを並列に置いてもよい。

【００２６】また図１において除湿用の絞りは二方弁Ａ
内のブリードポートを用いたが、二方弁Ａと並列につな
がれたキャピラリチューブを用いてもよい。さらに二方
弁Ａの代わりに電動膨張弁等の流量調節弁を用いてもよ
い。

【００２７】図３は本発明の別の実施例を示したもので
ある。本実施例のサイクル構成は図１に示した第１の実
施例と同じであり、室内側熱交換器１０ａと１０ｂとそ
の間の配管部分のみ図３に示した。第１の実施例と同様
に二方弁Ａ１２（ブリードポート内蔵）の開閉により冷
暖房と除湿運転を切り換える。

【００２８】本実施例の特徴は、螺旋状流路１５の巻き
方向が途中で反対になることである。こうすることによ
って螺旋状流路内を流れる冷媒に対する撹拌作用を高め
ることができる。

【００２９】図４は本発明のさらに別の実施例を示した
ものである。螺旋状流路１５を形成するパイプを同一平
面内で巻いたものであり、機器構成の関係で厚さ方向に
スペースが取れないような場合に有効である。またゴム
製のシート等で螺旋状流路部分をサンドイッチ状に挟む
ことにより騒音低減の効果を大きくすることができる。

【００３０】以上の各実施例においては、螺旋状流路１
５は冷媒の流れ方向が水平面内かそれに近い角度になる
ように設置されている。設置角度は必ずしも水平に限る
必要はない。例えば冷媒の流れ方向が垂直面内になるよ
うにしてもよい。ただし螺旋状流路の巻き半径（図５中
に図示）が大きいと、重力の影響で二相流中の気相と液
相の分離が進んでしまう場合がある。巻き半径がある閾
値よりも小さければ遠心力による撹拌効果の方が重力の
影響よりも大きくなり本発明の効果が現われるので、巻
き半径はその閾値以下としなければならない。ただし遠
心力による撹拌効果と重力の影響との大小関係は同じ巻
き半径であってもそこを流れる冷媒の流量によって変わ
るので、流量変化の大きい装置に適用する場合は水平か
水平に近い角度に設置した方が安全である。

【００３１】

【発明の効果】本発明による円形流路内の冷媒の流れを
模式的に図５に示す。これは螺旋状流路部の垂直面内の
断面図である。パイプ内を冷媒（一般には流体）が流れ
ると遠心力によって巻きの中心からみて外向きの力が生
じ、主流方向に対して垂直な面内に２次流れが誘起され
る。この２次流れによって流体は撹拌され、二相流は気
液が混ざりあって均質な流れとなる。均質流で絞りに流
入すると、二相が分離した状態で流入する場合に比較し
て圧力の変動が少ない。

【００３２】従って本発明によれば、冷凍サイクルの冷
媒の蒸発熱と凝縮熱を利用した除湿運転可能な空気調和
機において、除湿運転時に冷媒が二相状態で除湿用の絞
りに流入するために生じる圧力脈動による騒音の発生
を、二相流の流動様式を均質流に変えることによって、
また効果的な制振構造を持つことによって抑えることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示す冷凍サイクル系統図で
ある。

【図２】ブリードポートを内蔵した二方弁の内部構造を
示す断面図である。

【図３】本発明の別の実施例を示す図である。

【図４】本発明のさらに別の実施例を示す図である。

【図５】螺旋状流路内の流れに誘起される２次流れを説
明する図である。

【図６】冷凍サイクルを利用した除湿運転可能な空気調
和機の従来の冷凍サイクル系統図である。

【符号の説明】

１…圧縮機、 ２…アキュムレータ、 ３…四方弁、 ４…室外側熱交換器、 ５…室外側ファン、 ６…二方弁Ｂ、 ７…冷暖房用キャピラリチューブ、 ８…サービスバルブ、 ９…サービスバルブ、 １０ａ…室内側熱交換器、 １０ｂ…室内側熱交換器、 １１…室内側ファン、 １２…二方弁Ａ、 １３…配管、 １４…配管、 １５…螺旋状流路、 １６…ブリードポート、 １７…除湿用キャピラリチューブ、 １８…分岐用継手、 １９…分岐用継手、 ２０…二方弁本体、 ２１…第１流体口、 ２２…第２流体口、 ２３…弁室、 ２４…弁座、 ２５…弁体、 ２６…横孔、 ２７…弁ばね、 ２８…吸引子、 ２９…電磁コイル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機，熱源側熱交換装置，室内側熱交換
   器，室内側ファンを備えると共に、室内側熱交換器は熱
   的に２分割されており、その間に除湿運転時に使用する
   除湿用の絞り装置を備え、除湿運転時にはその絞り装置
   を冷媒が通ることによって２分割された熱交換器の一方
   が凝縮側になり、一方が蒸発側になって除湿が行なわれ
   る空気調和機において、除湿運転時の冷媒の流れ方向か
   ら見て凝縮側と蒸発側熱交換器の間で除湿用絞り装置の
   上流に螺旋状流路部分を設けたことを特徴とする空気調
   和機。
2. 【請求項２】請求項１の空気調和機において、内部に小
   孔を設けた二方弁を上記螺旋状流路の下流に備え、二方
   弁内の小孔を除湿用の絞りとして用いることを特徴とす
   る空気調和機。
3. 【請求項３】請求項１の空気調和機において、全閉から
   全開まで連続的あるいは段階的に調節可能な流量調節弁
   を上記螺旋状流路の下流に備えたことを特徴とする空気
   調和機。
4. 【請求項４】請求項１、２又は３の空気調和機におい
   て、上記螺旋状流路の内側に粘弾性の高い材料を付加し
   たことを特徴とする空気調和機。