JPH0798162A

JPH0798162A - 空気調和装置

Info

Publication number: JPH0798162A
Application number: JP24298493A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Sano; 哲夫佐野; Hideaki Motohashi; 秀明本橋; Yasuhiro Arai; 康弘新井; Takayoshi Iwanaga; 隆喜岩永
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-29
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1995-04-11
Anticipated expiration: 2017-05-27
Also published as: JP3286038B2

Abstract

(57)【要約】【目的】通風量の低下を抑え、冷凍サイクルの回路を
簡単にすると共に高能力で、効率のよい冷・暖房運転を
確保する。【構成】暖房モード時に、利用側熱交換器３を凝縮器
として、熱源側熱交換器７を蒸発器として使用する一
方、冷房モード時に、利用側熱交換器３を蒸発器とし
て、熱源側熱交換器７を凝縮器として使用する非共沸混
合冷媒を用いた空気調和装置において、冷房モード時
に、利用側熱交換器を通過する空気流に対し、前記利用
側熱交換器３の冷媒の入口側を風下ｂに設けた対向流に
すると共に、暖房モード時に、風上ａに設ける並行流と
する一方、熱源側熱交換器７は、冷房モード時に、冷媒
の入口側を風上ａに設けた並行流にすると共に、暖房モ
ード時に、風下ｂに設ける対向流とすることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、冷媒に非共沸混合冷
媒を用いた空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に空気調和装置にあっては、圧縮機
と利用側熱交換器と減圧装置と熱源側熱交換器とにより
構成され、冷房モード時には、利用側熱交換器を蒸発器
として、熱源側熱交換器を凝縮器として使用する。ま
た、暖房モード時には、利用側熱交換器を凝縮器とし
て、熱源側熱交換器を蒸発器として使用する冷凍サイク
ルが構成され、サイクル内を冷媒が循環するようになっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】冷凍サイクル内を循環
する冷媒は、一般にフロンガスが用いられ、地球環境に
悪影響を与える所から全廃される方向にあり、その代替
用として、地球環境に優しい非共沸混合冷媒が有力視さ
れている。

【０００４】非共沸混合冷媒は、冷凍サイクルにおい
て、各冷媒の沸点の違いにより、蒸発過程、凝縮過程に
おいて蒸発温度、凝縮温度が変化する現象がある。これ
を温度勾配という。

【０００５】冷媒回路の蒸発器では、冷媒液は気液平衡
を保ちながら冷媒蒸気となる。この間、蒸発温度は次第
に上昇していく。凝縮器では全くこの逆で、凝縮温度は
次第に低下していく。一方、空気は蒸発器では熱を奪わ
れて低温となり、凝縮器では熱を得て高温となる。これ
らの温度関係をまとめると表ー１の如くとなる。

【０００６】

【表１】この非共沸混合冷媒の冷媒回路は、向流方式の熱交換を
行なうことにより、相変化の温度が濃度に依存する特性
を利用して冷媒を冷起流体、あるいは加熱流体との熱交
換損失を減少させ、成績係数を向上させることができ
る。向流方式とは、空気流に対して、冷媒の入口が最も
風下の列にあり、出口が最も風上の列にあって、冷媒の
風下の列から順次風上の列に流れるように配置された場
合をいう。これと逆の場合を並流方式とよばれており、
凝縮器として用いる時に、向流とする特開昭５３−１０
４４５６号公報や、冷房モード時、暖房モード時に向流
となるよう構成する特開昭５９−１１５９４５号公報及
び特開昭６３−３０２２６４号公報のものが提案されて
いる。

【０００７】しかしながら、前者にあっては、利用側熱
交換器を凝縮器として用いる時に、対向流として設定す
ると、蒸発器として用いる時は並行流となるため、冷房
モード時での熱交換効率が低下する問題を招来する。

【０００８】また、後者にあっては、冷媒の流れを制御
する制御弁、回路等が増えて複雑化し、組付性、コスト
性の面において望ましくなく、しかも複雑化すること
で、流動抵抗などによる効率損失が起こる問題がある。

【０００９】また、温度勾配のある冷媒を用いた際に、
考慮しなければならない事項に、向流または並行流によ
る純伝熱現象的な熱交換率の変化以外に、空気を冷却す
る熱交換器（蒸発器）として用いる場合、被冷却空気中
の水蒸気の結露による通風抵抗の増加を生じ、通風量の
低下による熱交換量の低下を考慮しなければならない。
蒸発器におけるフィンと入口空気温度の差が大きくなる
並行流空気中の水蒸気は、フィン前端部表面に集中して
結露し、フィン間の通路を狭くし、風量低下による熱交
換量の低下も生じる。逆に小さくなる対向流ではフィン
前端部への水蒸気結露量は前者より減少し中央から後端
にかけてより平均的に結露することが知られている。

【００１０】そこで、この発明は、通風量の低下や、冷
凍サイクルの回路を複雑化することなく、効率の良い冷
房、暖房運転ができるようにした空気調和装置を提供す
ることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、圧縮機と利用熱交換器と減圧装置と熱
源側熱交換器とにより構成され、暖房モード時に、利用
側熱交換器を凝縮器として、熱源側熱交換器を蒸発器と
して使用する一方、冷房モード時に、利用側熱交換器を
蒸発器として、熱源側熱交換器を凝縮器として使用する
非共沸混合冷媒を用いた空気調和装置において、冷房モ
ード時に、利用側熱交換器を通過する空気流に対し、前
記利用側熱交換器の冷媒の入口側を風下に設けた対向流
にすると共に、暖房モード時に、利用側熱交換器を通過
する空気流に対し、前記利用側熱交換器の冷媒の入口側
を風上に設ける並行流とする。一方、熱源側熱交換器
は、冷房モード時に、前記熱源側熱交換器を通過する空
気流に対し、冷媒の入口側を風上に設けた並行流にする
と共に、暖房モード時に、熱源側熱交換器を通過する空
気流に対し、冷媒の入口側を風下に設ける対向流とする
ものである。また、凝縮器として使用する熱交換器にお
いて、熱交換器を通過する空気流に対し、冷媒の入口側
を風上に設けた並行流にすると共に、冷媒の出口側を風
上側に配置した一部出口側冷媒が対向流となるようにし
たり、あるいは、蒸発器として使用する熱交換器は、熱
交換器を通過する空気流に対し、冷媒の入口側の一部を
風上に設けると共に、冷媒の出口側より上流部において
冷媒の入口側伝熱管と隣り合う位置に配置するものであ
る。

【００１２】

【作用】かかる空気調和装置によれば、利用側熱交換
器、熱源側熱交換器は、蒸発器として使用する場合、い
ずれも対向流として使用可能となる。したがって、フィ
ン領域の温度差が小さく抑えられるため、結露の発生は
少なくて済み、通風量が低下することはない。また、凝
縮器として使用する場合は、並行流となるため、特別の
回路、制御弁を必要せず、総合的に、効率の高い冷房運
転、暖房運転が行なえるようになる。この場合、凝縮器
として使用する時、３％程度の効率低下が認められる
が、蒸発器の対向流化による通風量の向上により蒸発側
の性能が高まり総合的には効率の高い運転が可能であ
り、またフィン枚数を増加させることが可能なため凝縮
器としての性能改善が十分達成できる。

【００１３】

【実施例】以下、図１と図２の図面を参照しながらこの
発明の一実施例を詳細に説明する。

【００１４】図１は冷媒に、例えば、Ｒ３２とＲ１３４
ａ等の非共沸混合冷媒が用いられたヒートポンプタイプ
の空気調和装置を示している。

【００１５】空気調和装置は、圧縮機１と、利用側熱交
換器３と、減圧装置５と、熱源側熱交換器７とを有し、
冷・暖房モードに応じて四方弁９を操作することで、圧
縮機１から吐出される冷媒は、点線矢印の如く利用側熱
交換器３側へ、または、実線矢印の如く熱源側熱交換器
７側へ向かう流れの冷凍サイクルが得られるようにな
り、運転モードに対応した切換制御が可能となってい
る。

【００１６】利用側熱交換器３は、連続した伝熱管１１
と所定のピッチで配置されたフィン１３とから成り、冷
媒が実線矢印の如く回路１５内を流れることで、蒸発器
として機能する一方、点線矢印の如く冷媒が流れること
で、凝縮器として機能する。空気流は横流ファン１７が
回転することで矢印のと如く流れ、フィン１３の間を通
過するようになっており、ａ側が風上側、ｂ側が風下側
となっている。

【００１７】また、利用側熱交換器３の伝熱管１１の風
上ａ側の端末部１９は、四方弁９と、伝熱管１１の風下
ｂ側の端末部２１は、減圧装置５とそれぞれ接続連通し
ている。これにより、冷房モード時において、風下ｂ側
の端末部２１は、冷媒の入口側、風上ａ側の端末部１９
は出口側となる対向流となるよう設定され、暖房モード
時には、風上ａ側の端末部１９は冷媒の入口側、風下ｂ
側の端末部２１は出口側となる並行流となるよう設定さ
れている。

【００１８】熱源側熱交換器７は、連続した伝熱管２３
と所定のピッチで配置されたフィン２５とから成り、冷
媒が実線矢印の如く回路１５内を流れることで凝縮器と
して機能する一方、点線矢印の如く冷媒が流れること
で、蒸発器として機能する。空気流はファン２７が回転
することで矢印の如く流れ、フィン２５の間を通過する
ようになっており、ａ側が風上側、ｂ側が風下側となっ
ている。

【００１９】また、熱源側熱交換器７の伝熱管２３の風
上ａ側の端末部２９は、四方弁９と、伝熱管２３の風下
ｂ側の端末部３１は、減圧装置５とそれぞれ接続連通し
ている。これにより冷房モード時において、風上ａ側の
端末部２９は冷媒の入口側、風下側の端末部３１は出口
側となる並行流となるよう設定され、暖房モード時に
は、風下ｂ側の端末部３１は冷媒の入口側、風上ａ側の
端末部２９は出口側となる対向流となるよう設定されて
いる。

【００２０】このように構成された空気調和装置におい
て、冷房モード時は、圧縮機１から吐出した高温・高圧
の冷媒蒸気は、四方弁９を介して熱源側熱交換器７に入
り、室外空気に放熱して凝縮する。凝縮した冷媒は減圧
装置５で減圧され低温・低圧となり利用側熱交換器３で
室内空気から吸熱して気化する。気化した冷媒は圧縮機
１に吸入され、再び高温・高圧の蒸気になって、冷凍サ
イクルを繰返すようになる。一方、ヒートポンプ暖房モ
ード時は、圧縮機１から吐出した高温・高圧の冷媒蒸気
は四方弁９を介してまず利用側熱交換器３に入り、室内
空気に放熱して凝縮する。凝縮した冷媒は減圧装置５で
減圧され低温・低圧となり熱源側熱交換器７で室外空気
から吸熱して気化する。気化した冷媒は圧縮機１に吸入
され、再び高温・高圧の蒸気になって、暖房サイクルを
繰返すようになる。

【００２１】この冷房モード時及び暖房モード時におい
て、利用側熱交換器３及び熱源側熱交換器７がいずれも
蒸発器として使用する運転モード時にあっては、対向流
になると共に、凝縮器として使用する場合は並行流とな
る。この場合、対向流となる蒸発器にあっては、入口
側、出口側の温度差が小さいため、フィン前端部への水
蒸気結露量は全体的に小さく抑えられ、通風量の減少は
見られず、総合的に効率の高い冷・暖房運転が行なえる
ようになる。

【００２２】その結果を、図２に示す。図２において凝
縮器にあっては、構成上、並行流となりマイナスとなる
が、これは、フィンの枚数を増やすことで、回復可能な
値である。

【００２３】一般には、フィンの枚数を増やすと、蒸発
器として使用する時に、通風抵抗が増加し、性能の低下
が認められるが、この発明にあっては、対向流とするこ
とで、通風量の向上が図れるため、凝縮器として使用時
の性能改善が十分達成できる。

【００２４】図３は冷媒の入口と出口側の配置の変形例
を示し通風量の向上を図りつつ、かつ、凝縮器として作
用するときに凝縮液の過冷却が大きくとれて、凝縮器性
能を向上させる実施例を示している。即ち、伝熱管１
１，２３の端末部１９・２１，２９・３１を風上ａ側に
配置し、伝熱管１１の一方の端末部１９は、四方弁９
と、他方の端末部２１は減圧装置５とそれぞれ接続す
る。また、伝熱管２３の一方の端末部２９は四方弁９
と、他方の端末部３１は減圧装置５とそれぞれ接続し、
利用側、熱源側熱交換器３，７を凝縮器として使用する
際に、空気流に対し、冷媒の入口側を風上ａに設けた並
行流にすると共に、冷媒の出口側を風上ａ側に配置し、
一部出口側領域を対向流とするものである。

【００２５】なお、他の構成要件は、前記実施例と同一
であり、同一符号を符して説明は省略する。

【００２６】この実施例によれば、温度勾配が発生する
入口側と出口側は、風上ａ側に位置し、出口側一部領域
は対向流となるため、凝縮器として作用するときに凝縮
液出口冷媒は風上側温度の低い空気と熱交換するため、
効率よく過冷却されサイクル効率が向上する。さらに、
蒸発器として作用する時は、入口側及び出口側領域のフ
ィン温度が平均化される。したがって例えば、低温度運
転時に、入口側に発生する着霜、凍結現象、あるいは、
水分結露現象が解消される結果、効率のよい通風量が確
保できる。

【００２７】また、風上ａ側に位置し、対向流となる出
口側にあっては、過冷却が確実にとれるようになり、性
能向上が図れる。

【００２８】この場合、図４及び図５に示す手段を採用
することで、さらに能力の向上が図れる。即ち、伝熱管
１１，２３の各端末部１９・２１，２９・３１を風上ａ
側に配置し、伝熱管１１側にあっては、各端末部１９，
２１を離して配置し、一方の端末部２１を、風上ａ側の
伝熱管１１に隣設させる。また、他方の伝熱管２３側に
あっては、各端末部２９，３１を離して配置し、一方の
端末部３１を、風上ａ側の伝熱管２３に隣設し、利用
側、熱源側熱交換器３，７を蒸発器として使用する際
に、空気流に対し、冷媒の入口側を風上に設けた並行流
にすると共に、冷媒の出口側が風上ａ側に配置され、一
部出口側領域を対向流とするものである。

【００２９】なお、他の構成要件は、前記実施例と同一
であり、同一符号を符して説明は省略する。

【００３０】この実施例によれば、図３の実施例の効果
に加えて、入口側のもっとも低い伝熱管に近接して蒸発
器出口側が配設されるため、入口側からの熱の影響がな
くなり、冷却能力の損失が小さく抑えられる。したがっ
て、図６に示す実線の如く、入口側のフィン温度が上昇
し、出口側のフィン温度が低下することにより効率よく
フィン温度の平均化が図れるメリットがある。

【００３１】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、冷媒の流れを切換える制御弁等を用いた複雑な構造
にしなくても運転モードに対応して熱交換器を対向流と
することができる。また、結露、着霜等による通風量の
低下を抑えることができるため、総合的に効率の高い冷
・暖房運転が行なえるようになる。

【００３２】また、組付性、コスト性の面でも大変好ま
しいものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる空気調和装置の冷凍サイクル
を示した説明図。

【図２】対向流及び並行流とした時の蒸発器と凝縮器の
温度勾配のみによる効率変化と、通風抵抗による効率変
化を示した説明図。

【図３】冷媒の入口側と出口側を空気流の風上側に設け
た実施例を示す図１と同様の説明図。

【図４】冷媒の入口側と出口側の変化例を示した図３と
同様の説明図。

【図５】図４のさらに別の変形例を示した一部分の熱交
換器の説明図。

【図６】伝熱管の入口側と出口側の温度を示した説明
図。

【符号の説明】

１コンプレッサ３利用側熱交換器５減圧装置７熱源側熱交換器９四方弁ａ風上ｂ風下

フロントページの続き (72)発明者岩永隆喜神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝住空間システム技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機と利用熱交換器と減圧装置と熱源
側熱交換器とにより構成され、暖房モード時に、利用側
熱交換器を凝縮器として、熱源側熱交換器を蒸発器とし
て使用する一方、冷房モード時に、利用側熱交換器を蒸
発器として、熱源側熱交換器を凝縮器として使用する非
共沸混合冷媒を用いた空気調和装置において、冷房モー
ド時に、利用側熱交換器を通過する空気流に対し、前記
利用側熱交換器の冷媒の入口側を風下に設けた対向流に
すると共に、暖房モード時に、利用側熱交換器を通過す
る空気流に対し、前記利用側熱交換器の冷媒の入口側を
風上に設ける並行流としたことを特徴とする空気調和装
置。
【請求項２】熱源側熱交換器は、冷房モード時に、前
記熱源側熱交換器を通過する空気流に対し、冷媒の入口
側を風上に設けた並行流にすると共に、暖房モード時
に、熱源側熱交換器を通過する空気流に対し、冷媒の入
口側を風下に設ける対向流とすることを特徴とする請求
項１記載の空気調和装置。
【請求項３】冷房モード時又は暖房モード時に、熱交
換器を蒸発器として、あるいは凝縮器として使用する非
共沸混合冷媒を用いた空気調和装置において、凝縮器と
して使用する熱交換器は、熱交換器を通過する空気流に
対し、冷媒の入口側を風上に設けた並行流にすると共
に、冷媒の出口側を風上側に配置し、一部出口側冷媒が
対向流となるようにしたことを特徴とする空気調和装
置。
【請求項４】蒸発器として使用する熱交換器は、熱交
換器を通過する空気流に対し、冷媒の入口側を風上に設
けると共に、冷媒の出口側より上流部において冷媒の入
口側伝熱管と隣り合う位置に配置したことを特徴とする
請求項３記載の空気調和装置。