CN1436979A - 空调装置 - Google Patents

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Abstract

一种空气调节装置，利用发动机排放的热量，与目前的相比，可以提高制冷运转时的制冷能力。提供一种热泵式空气调节装置，其包括：具有压缩机、室内热交换器、减压装置和室外热交换器的制冷剂回路，驱动所述压缩机的发动机，采用冷却水冷却该发动机的冷却回路；所述冷却回路还包括使因冷却所述发动机而被加热的高温冷却水流入、而且具有一边使该高温冷却水流动一边使其放热的冷却水配管的冷却水用热交换器，将所述冷却水用热交换器的所述冷却水配管配置在设在所述室外热交换器内的制冷剂管的下游。

Description

空调装置
技术领域
本发明涉及一种空气调节装置，由发动机驱动压缩机，同时具有冷却该发动机并可利用发动机排放的热量提高空气调节装置的空调能力的发动机冷却装置。
背景技术
利用燃气发动机驱动压缩机的燃气热泵式空气调节装置是众所周知的。在该燃气热泵式空气调节装置中，为了冷却燃气发动机具有使循环水循环的发动机冷却装置。发动机冷却装置一边使发动机冷却水在冷却水配管内循环，一边向燃气发动机供给，冷却燃气发动机。冷却燃气发动机后的冷却水利用燃气发动机排放的热量加热到高温，在冷却水配管内循环。利用这种高温状态冷却水的热量(发动机的排放热量)，加热空气调节装置的制冷剂，可以提高空调能力。
在这种燃气热泵式空气调节装置中，例如，利用在冷却水配管内流动的高温冷却水的热量，加热空气调节装置的压缩机吸气侧的制冷剂，或者加热在空气调节装置的室外热交换器内流动的制冷剂，可以提高空气调节装置的空调能力(制热能力)。
利用冷却水的热量加热在室外热交换器内流动的制冷剂时，作为室外热交换器采用制冷剂管(制冷剂用导热管)和冷却水配管(冷却水用导热管)组成的散热片与管式(フインアンドチユ-ブ)的热交换器，在该室外热交换器内通过空气，进行制冷剂和高温冷却水的热交换，加热制冷剂。
发明内容
这种室外热交换器的散热片与管式结构，是使由多根配管构成的配管列(制冷剂管列及冷却水配管列)重叠的结构，在其重叠方向使空气流动，从而，通过空气实现配管内热媒体(制冷剂、冷却水)间的热交换。在目前的室外热交换器中，为了提高制热运行时从高温冷却水向制冷剂的传热效率，采用将冷却水配管配置在室外热交换器的内部管列位置(位于最外侧及最内侧的配管列位置以外)的结构。这是利用冷却水用配管中的高温冷却水和流动空气的热交换器加热空气，利用该加热的空气，加热位于冷却水用配管下游的制冷剂用配管中的制冷剂所必需的结构。
例如，在室外热交换器具有由4列配管列构成的散热片与管式结构时，从空气吸气侧将冷却水配管配置在第三列配管列的位置，将制冷剂管配置在第一列、第二列及第四列配管列的位置。由此，将空气吸气侧的列作为第一列，将空气排气侧的列作为第四列。
这种情况下，在制热运行时，位于第三列位置的冷却水配管内的高温冷却水的热量，通过空气向其下游侧的制冷剂管(这时，是位于第四列的制冷剂管)内制冷剂传热，加热制冷剂，所以，制热能力提高。但是，在这种结构中，即使制冷运行时，冷却水配管内的高温冷却水的热量也向下游侧的制冷剂管内的制冷剂传热(例如，制冷运行时冷凝器内制冷剂的温度通常是50℃左右，冷却水温度是比它高20℃以上的温度)，制冷剂的冷凝温度(饱和温度、饱和压)上升，成为制冷能力降低的原因。
因此，本发明的目的在于，提供一种空气调节装置，利用发动机排放的热量，与目前相比，可以提高制冷运行时的制冷能力。
为了达到以上目的，本发明第一方面提供一种热泵式空气调节装置，其包括：具有压缩机、室内热交换器、减压装置及室外热交换器的制冷剂回路，和驱动所述压缩机的发动机及采用冷却水冷却该发动机的冷却回路；所述冷却回路还具有冷却水用热交换器，该冷却水用热交换器具有因冷却所述发动机而被加热的高温水流入并使该高温冷却水一边流动一边释放热量的冷却水配管，将所述冷却水用热交换器的所述冷却水配管配置在设在所述室外热交换器内的制冷剂管的下游。
本发明第二方面的特征在于，所述室外热交换器及所述冷却水用热交换器形成一体，使所述制冷剂用配管及所述冷却水用配管串装在同一散热片上。
本发明第三方面的特征在于，所述室外热交换器及所述冷却水用热交换器分体形成，使所述制冷剂用配管及所述冷却水配管串装在不同的散热片上，所述冷却水用热交换器的散热片配置在所述室外热交换器的散热片下游。
本发明第四方面的特征在于，所述冷却水用热交换器的散热片的间隔，设定得比所述室外热交换器的散热片的间隔大。
本发明第五方面的特征在于，所述冷却水用热交换器与所述制冷剂用热交换器，使所述冷却水用热交换器的散热片位于所述制冷剂用热交换器散热片的下游，利用固定装置相互固定保持。
本发明第六方面的特征在于，所述固定装置，一端具有可以卡止在所述制冷剂用配管的卡止部，而另一端具有可以与所述冷却水用热交换器的至少一片散热片侧面接触的底部，所述制冷剂用热交换器和所述冷却水用热交换器的固定，在所述冷却水用热交换器的至少一个散热片接触在所述固定装置的所述底部的状态下，将所述固定装置按压向所述制冷剂用热交换器侧，一直到所述固定装置的所述卡止部卡止在贯装于所述制冷剂用热交换器的散热片的所述制冷剂用配管为止。
本发明第七方面的特征在于，所述冷却回路还具有，在制热运行时使因冷却所述发动机而被加热的高温冷却水和所述压缩机的吸气侧的制冷剂进行热交换并利用高温冷却水的热量加热制冷剂的热交换器。
本发明第八方面的特征在于，所述热交换器是板式热交换器。
附图说明
图1是本发明的热泵式空气调节装置一实施例的制冷剂回路等的回路图；
图2是在图1所示的热泵式空气调节装置利用的、将室外热交换器和冷却水用热交换器形成一体时的、室外空气热交换器的一实施例的侧面图(从管板侧看的图)；
图3是在图1所示的热泵式空气调节装置利用的、将室外热交换器和冷却水用热交换器分离形成时的、各热交换器的侧面图(从管板侧看的图)；
图4是用于固定图3的制冷剂用热交换器和冷却水用热交换器的固定装置的概略图；
图5是从上侧看利用图4的固定装置固定的制冷剂用热交换器和冷却用热交换器的固定状态时的图。
具体实施方式
以下参考附图说明本发明的实施例。
图1是表示本发明的热泵式空气调节装置的一实施例的制冷剂回路等的回路图。
如图1所示，本实施例的热泵式空气调节装置1具有室外机2、室内机3及控制装置(没有图示)，连接有室外机2的室外制冷剂配管4和室内机3的室内制冷剂配管5。
室外机2配置在室外，压缩机5配置在室外制冷剂配管4上，同时，该压缩机5排气侧配置有四通阀6。该四通阀6侧依次配置有室外热交换器7、室外膨胀阀8。在室外热交换器7，邻接配置向该室外热交换器7送风的室外风扇9。压缩机5通过定时传送带等动力传送装置10连接在燃气发动机11，由该燃气发动机11驱动。
另一方面，室内机3设置在室内，室内热交换器12设置在室内制冷剂配管5，同时在室内制冷剂配管5，室内膨胀阀13设置在室内热交换器12的附近。向室内热交换器12送风的室内风扇14邻接所述室内热交换器12而配置。
通过切换四通阀6将热泵式空气调节装置1设定为制冷运行方式或制热运行方式。也就是说，在将四通阀6切换到制冷侧时，制冷剂如实线那样流动，室外热交换器7构成冷凝器，室内热交换器12构成蒸发器，构成制冷运行状态，室内热交换器12将室内制冷。而在将四通阀6切换到制热侧时，制冷剂如虚线那样流动，室内热交换器12构成冷凝器，室外热交换器7构成蒸发器，构成制热运行状态，室内热交换器12将室内制热。
制冷运行时，室内膨胀阀13的阀开度根据空调负荷控制，在制热运行时，室外膨胀阀8及室内膨胀阀13各自的阀开度根据空调负荷控制。
驱动压缩机5的燃气发动机11，利用发动机冷却水冷却，该发动机冷却水在设置于室外机2的发动机冷却装置的冷却水配管15循环。该发动机冷却装置的冷却水配管15与设置在燃气发动机11的排气热交换器16连接。冷却水从冷却水泵17的排出侧流向燃气发动机11的排气热交换器16，将燃气发动机11的排放热量(排气的热量)回收后，在燃气发动机11内流动，将该燃气发动机11冷却，被加热到约80℃，即，燃气发动机11由冷却水冷却，冷却水被加热形成高温状态，在冷却水配管15循环。
从燃气发动机11流入石蜡三通阀18的冷却水在低温(例如在80℃以下)时，从低温侧出口返回到冷却水泵17，使燃气发动机11快速暖机，在高温(例如在80℃以上)时，从高温侧出口流向三通阀19。
这里，流入三通阀19的高温(例如80℃以上)冷却水在制热运行时，为利用其热量将压缩机5吸气侧的制冷剂加热，而使其流向制冷剂热交换器20。制冷剂热交换器20设置在压缩机吸气侧，设置在其内部的制冷剂配管一端连接在室外制冷剂管4，另一端连接在压缩机吸气口。另外，设置在制冷剂热交换器20内部的冷却水配管一端连接在三通阀19，通过三通阀19高温冷却水流入冷却水配管。在制冷剂热交换器20内，高温冷却水和制冷剂进行热交换，利用高温冷却水的热量(燃气发动机的排放热量)加热制冷剂，向压缩机供给。另一方面，冷却水利用与制冷剂的热交换降温，从制冷剂热交换器20，通过冷却水配管，由冷却水(循环)泵17再次流入燃气发动机。
如前所述，在制热运行时，三通阀19进行切换动作，以使从燃气发动机11来的高温冷却水流入制冷剂热交换器20侧。另一方面，在制冷运行时，三通阀19进行切换动作，以使从燃气发动机11来的高温冷却水，流入如后述那样与室外热交换器7形成一体、或者分离设置的冷却水用热交换器26。
另外，为了提高制冷剂和高温冷却水的热交换率，提高制热能力，作为制冷剂热交换器20可采用板式热交换器。
如上所述，在制冷运行时，从三通阀19来的高温冷却水流入冷却水用热交换器26。如后述那样，在制冷运行时，室外热交换器7中的制冷剂与冷却水用热交换器26中的冷却水不通过空气进行热交换，室外热交换器7作为制冷剂的冷凝器，及冷却水用热交换器26只作为高温冷却水用的散热器起作用。因此，与目前技术相比，能够提高制冷能力。
另外，在采用将冷却水用热交换器26一体组装在室外热交换器7的结构时，可将这些热交换器视为兼有制冷剂的冷凝器和冷却水的散热器的单一的室外热交换器(以下，将这种一体型的热交换器称为室外空气热交换器7-1进行说明)。
图2是图1所示的热泵式空气调节装置所用的、将室外热交换器7与冷却水用热交换器26形成一体时的、室外空气热交换器的一实施例的侧面图(从管板侧看的图)。
本实施例的室外空气热交换器7-1具有将4个配管列重合配置的散热片与管式结构。在图2中，室外空气热交换器7-1的左侧是空气吸气侧(外侧)，右侧相当于空气排气侧(内侧)。通过驱动室外风扇9，空气从图中左侧吹入室外热交换器7-1，在通过室外热交换器7-1当中，在空气与制冷剂管中的制冷剂之间，及空气与冷却水配管中的高温冷却水之间进行热交换，热交换后的空气从图中右侧排出。
在图2所示的室外空气热交换器7-1中，冷却水用配管配置在4配管列之中最内侧(图2的最右侧)的配管列位置。即，冷却水用配管配置在相对于空气流动方向最下风的位置。由此，在制冷运行时，即使高温冷却水在室外空气热交换器7-1的冷却水用配管中流动，与高温冷却水进行热交换而形成高温的空气也不与制冷剂用配管接触，而直接向空气排气侧排出。因此，不会加热在室外空气热交换器7-1中流动的制冷剂，因此，在制冷运行中，即使利用室外空气热交换器7-1使高温冷却水放热(作为散热器利用)，也不会使制冷能力下降。
另外，在图2中，符号20、21各自表示制冷剂液管(在制冷运行时作为冷凝器出口起作用)和制冷剂气管(在制冷运行时作为冷凝器入口起作用)，符号22、23各自表示冷却水流入管和冷却水流出管。由图2可知，不一定必须在最内侧的配管列(最右侧的配管列)全部地方配置冷却水用配管，如图2所示，在适当的地方配置制冷剂用配管也可以。也就是说，只要制冷剂用配管位于冷却水用配管下风侧，就可以采用任意配管配置。另外，在图2中，采用了分流式热交换器，但不限于此。
图3是图1所示的、热泵式空气调节装置利用的、将室外热交换器7与冷却水用热交换器26分离形成时的、各热交换器的侧面图(从管板侧看的图)。以下将这样不是一体形成的室外热交换器7和冷却水用热交换器26的结合体称为室外空气热交换器7-2进行说明。另外，与图2一样，符号20、21各自表示制冷剂液管和制冷剂气管，符号22、23各自表示冷却水流入管和冷却水流出管。
本实施例的室外空气热交换器7-2特征在于，是将制冷剂配管(配管列)和冷却水配管(配管列)完全分离配置的结构，将各配管贯装的散热片以制冷剂配管和冷却水配管分离。在图2的室外空气热交换器7-1中，制冷剂用配管及冷却水用配管贯装在同一散热片上，因此，高温冷却水的热量通过散热片传向低温制冷剂，不能完全防止制冷剂的加热。在本实施例中，通过采用将制冷剂用配管和冷却水用配管贯装的散热片分离的结构，能够防止从高温冷却水通过散热片向低温制冷剂传热。
图3的室外热交换器7-2包括：制冷剂用热交换器24，其具备由4列配管(制冷剂用)构成的散热片与管式结构；冷却水用热交换器25，其具备由在其下游积层配置的1列配管(冷却水用)构成的散热片与管式结构。在制冷剂用热交换器24的全部配管列的位置(从第一列到第四列)配置有制冷剂用配管，在制热运行时作为蒸发器，在制冷运行时作为冷凝器起作用。在冷却水用热交换器25的配管列位置全部配置冷却水配管，制冷运行时作为高温冷却水的散热器起作用。另外，如后述那样，制冷剂用热交换器24和冷却水用热交换器25利用规定的固定装置固定，所以，在搬运时或受到任何冲击等时，都不产生相互错位或脱落。
如上所述，冷却水用热交换器25配置在制冷剂用热交换器24下游侧，所以，与图2的室外空气热交换器一样，即使在制冷运行时，冷却水用配管中高温冷却水的热量也不会传到制冷剂用配管中的制冷剂，所以，不会使制冷能力降低，能使高温冷却水放热。
另外，由于制冷剂用热交换器24和冷却水用热交换器25分离配置，所以，还能避免通过散热片从高温冷却水向低温制冷剂的传热。
将图3的室外空气热交换器7-2的结构与图2的室外空气热交换器7-1的结构比较时，图3的室外空气热交换器7-2的配管列数多一个配管列(冷却水用热交换器)。这时，在构成制冷剂用热交换器24的散热片的间距和构成冷却水用热交换器25的散热片的间距一样时，与图2的室外空气热交换器7-1相比空气阻抗变大。在制冷剂和空气的热交换中，通过减小散热片的间距(散热片的间隔)，空气阻抗增加，与空气的热交换效率提高，所以是理想的。但是，在冷却水和空气的热交换中，当减小散热片的间距时，在冷却水用热交换器中流动的空气的风量降低，冷却水的散热效率变小，所以不理想。
本发明者锐意研究的结果发现，在制冷剂用热交换器和冷却水用热交换器这两个热交换器中，通过改变散热片的间距(散热片的间隔)、散热片的形状等，可在热交换器的通风面积共同化的状态下，使传热能力与通风阻抗符合进行热交换的流体。例如，通过使配置在下游侧的冷却水用热交换器的散热片的间距比制冷剂用热交换器散热片的间距大，可抑制空气阻抗，在不使风量降低的情况下，能得到使冷却水的制冷剂的热交换率提高的效果。
作为具体的情况，在图3结构的室外空气热交换器7-2的情况(制冷剂用热交换器由4列制冷剂管列构成，冷却水用热交换器由1列冷却水管列构成)下，通过在制冷剂用热交换器24的散热片的间距设为1.8mm时，将冷却水用热交换器25散热片的间距设定为3mm，能得到上述效果。一般地说，如果设制冷剂用热交换器24的散热片的间距为P1，冷却水用热交换器25散热片的间距为P2，那么，通过设定散热片的间距，使其满足P2/P1≥3/1.8的条件，可在制冷剂用热交换器内维持适度的空气阻抗，并在冷却水用热交换器中，得到充足的空气风量。因此，即使制冷剂用热交换器的制冷剂管列数增加，冷却水用热交换器内的空气风量也不减少，能得到充分的放热效果。
制冷剂管、冷却水配管的列数都不受图3的实施例(前者4列，后者1列)限定，设计上是可以变更的。这种情况下，也可以将散热片的间距比设定为适当的值以使冷却水用热交换器内的空气风量不会降低，来维持放热效果。
以上是利用调整制冷剂用热交换器和冷却水用热交换器的散热片的间距之比，避免由于制冷剂配管列数增加而引起空气阻抗增加，造成对冷却水用热交换器放热效果的影响。由于制冷剂配管增加造成的对放热效果的影响，不仅可以利用调节散热片的间距之比，还可以改变散热片的的形状来避免。即，通过将冷却水用热交换器散热片的形状，做成使空气的风量增加的形状，也可得到同样的效果。
图4是表示利用固定装置安装图3的制冷剂用热交换器24和冷却水用热交换器25之前的状态的概略图，图5是从上侧观察固定后的状态的图。
在图4、5中，符号27是构成制冷剂用热交换器24的散热片，符号28是贯装在散热片27的制冷剂用配管。另外，符号29是构成冷却水用热交换器25的散热片，符号30是贯装在散热片29的冷却水用配管。另外符号31是用于固定制冷剂用热交换器24(散热片27)和冷却水用热交换器25(散热片29)的固定装置。
固定装置31包括：一端可以卡止在制冷剂用配管28的卡止部31a、至少与冷却水用热交换器25的一个散热片29的侧面接触的底部31b、和位于卡止部31a与底部31b之间的中间部31c。制冷剂用热交换器24和冷却水用热交换器25的固定，如图4、5所示，在至少一个散热片29与底部31b接触的状态下，通过将固定装置31向制冷剂用热交换器24侧(图3的左方向)按压直至固定装置31的卡止部31a卡止在贯装制冷剂用热交换器24的制冷剂用配管28上为止来进行。由此，冷却水用热交换器24在夹入制冷剂用热交换器24和固定装置31之间的状态下，固定保持在制冷剂用热交换器24。
这里，由固定装置31进行的固定通过不只一处而是在多处进行，能使固定状态稳定。这时，例如在散热片的积层方向的两侧，在上下方向多处利用多个固定装置31固定，能使制冷剂用热交换器24和冷却水用热交换器25稳定地固定保持。另外通过设定散热片的积层方向一边的长度(即，使散热片的积层方向底部一边的长度，比散热片29的间距更长)使固定装置31的底部至少与邻接的两个散热片29接触，能更稳定地固定保持制冷剂用热交换器24和冷却水用热交换器25。
固定装置31的卡止部31a、底部31b及中间部31c的形状不特别限定，但特别是中间部31c在底部31b与冷却水用热交换器25的散热片的侧面接触的状态下，必须有卡止部31a可以卡止在制冷剂管28的长度。
在以上说明的实施例中，室外空气热交换器的配管列数是4个或5个(包含冷却水配管列)，但是配管列数不特别限于这些值，根据制冷剂回路的设计条件可适当地变更。另外，散热片间距也不限于上述实施例(1.8mm、3.0mm)，可根据各种设计条件适当地变更。这时使冷却水用热交换器的散热片间距比制冷剂用热交换器的散热片间距大，可提高本发明的效果。
另外，在上述实施例中固定装置的卡止部31a的形状端面呈C型状，但是卡止在制冷剂管的固定装置的卡止部31a的形状由可以卡止在制冷剂管的程度决定其内部空间的大小(C型状的直径)，只要是能保持固定在制冷剂管，任何形状都可以。
如上所述，根据本发明的热泵式空气调节装置，在室外交换器侧，所有的冷却水用配管配置在比制冷剂用配管还下游的位置，所以，与冷却水用配管中的高温冷却水热交换而被加热的空气不与制冷剂用配管接触，向热交换器外排出，所以，在制冷运行时，制冷能力不会下降，与现有技术相比，可提高制冷能力。

Claims (8)

1、一种热泵式空气调节装置，包括：具有压缩机、室内热交换器、减压装置及室外热交换器的制冷剂回路，驱动所述压缩机的发动机和使用冷却水冷却该发动机的冷却回路；其特征在于，
所述冷却回路还包括使因冷却所述发动机而被加热的高温冷却水流入，并具有一边使该高温冷却水流动，一边使其放热的冷却水配管的冷却水用热交换器；所述冷却水用热交换器的所述冷却水配管，配置在设在所述室外热交换器内的制冷剂管的下游。
2、如权利要求1所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述室外热交换器及所述冷却水用热交换器形成一体，使所述冷却水用配管与所述制冷剂用配管贯装在同一散热片上。
3、如权利要求1所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述室外热交换器及所述冷却水用热交换器分体形成，使所述制冷剂用配管及所述冷却水用配管贯装在不同的散热片上，所述冷却水用热交换器的散热片配置在所述室外热交换器的散热片下游。
4、如权利要求3所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述冷却水用热交换器的散热片的间隔，设定得比所述室外热交换器的散热片的间隔大。
5、如权利要求3所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述冷却水用热交换器与所述制冷剂用热交换器利用固定装置相互固定保持，使所述冷却水用热交换器的散热片位于所述制冷剂用热交换器散热片的下游。
6、如权利要求5所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述固定装置，一端具有可以卡止在所述制冷剂用配管的卡止部，另一端还具有可以与所述冷却水用热交换器至少一片散热片的侧面接触的底部，所述制冷剂用热交换器和所述冷却水用热交换器的固定如下进行，在所述冷却水用热交换器的至少一个散热片接触在所述固定装置的所述底部的状态下，将所述固定装置向所述制冷剂用热交换器侧按压直至所述固定装置的所述卡止部卡止在贯装于所述制冷剂用热交换器的散热片的所述制冷剂用配管上为止。
7、如权利要求1所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述冷却回路还具有，在制热运行时使所述发动机冷却而被加热的高温冷却水和所述压缩机的吸气侧的制冷剂进行热交换并利用高温冷却水的热量加热制冷剂的热交换器。
8、如权利要求7所述的热泵式空气调节装置，其特征在于，所述热交换器是板式热交换器。
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