JP2003166744A - 空気調和機の凝縮機の補助冷却装置、空気調和機およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気調和機の凝縮機の補助冷却装置を用いる
場合、補助冷却に伴う冷却能力の向上分をエネルギー節
約という形で確保することができる、空気調和機の凝縮
機の補助冷却装置、空気調和機およびその運転方法を提
供する。 【解決手段】 空気調和機の凝縮器に水を噴霧する水噴
霧手段と、水噴霧手段への給水を制御する給水制御手段
２，１１，ＳＶと、給水制御手段が水噴霧手段への給水
の制御を行う条件下で、空気調和機を所定のパターンで
間引き運転させる水噴霧時運転制御手段２，１１，２０
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和機の凝縮
器の補助冷却装置、空気調和機およびその運転方法に関
し、より具体的には、上記凝縮器を冷却することによっ
て得られる冷凍サイクルの効率向上分のエネルギー節約
をはかる、空気調和機の凝縮器の補助冷却装置、空気調
和機およびその運転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、室外機に取り付けられた補助冷
却装置を示す斜視図である。この補助冷却装置のノズル
１０３から、室外機１３０に配置された凝縮器めがけて
水噴霧がなされる。

【０００３】図６は、空気調和機の冷凍サイクルと補助
冷却装置との配置関係を示す図である。冷房を行う空気
調和機や冷凍機では、蒸発器１３７で冷媒を蒸発させて
被冷却物を冷却する。冷媒は圧力が高いと設定された低
温にならないので、蒸発器１３７で蒸発した冷媒蒸気を
圧縮機１３３で吸い込んで圧力を低下させる。この圧縮
機１３３の駆動には外付けされたモータ１３３ａやその
他の駆動装置が用いられる。冷媒蒸気はもはや冷凍能力
がないので、再び液体にしなければならない。そのため
には、冷媒蒸気の圧力を高める必要がある。このため、
圧縮機は上述の吸い込んだ冷媒蒸気を圧縮して圧力を高
くする。すなわち、圧縮機１３３は、冷却管側の冷媒蒸
気の圧力を低下させる機能と、圧縮機から送り出される
冷媒蒸気の圧力を高める機能とを備えている。

【０００４】圧縮機から送り出される冷媒蒸気は、圧力
を高められるだけでなく、温度も高められる。この高温
高圧の冷媒蒸気を凝縮器１３５に送って、水や空気で冷
やす。この冷却により、冷媒蒸気は圧力の高いまま液体
になる。この冷媒をレシーバ１３８で受けて、膨張弁１
３６やキャピラリチューブを通して圧力を下げて蒸発器
に流し込む。蒸発器では、冷媒は被冷却物から熱を奪い
蒸発する。本説明で、冷媒というとき、液体、気体、ま
たは気液混合のいずれの場合にも該当する。

【０００５】上記の冷凍サイクルの中で、室外機は、通
常、圧縮機から膨張弁にいたる経路を備えた部分であ
り、室内機は、膨張弁の後の蒸発器の部分、すなわち冷
凍を利用する部分により構成される。

【０００６】室外機の補助冷却装置１０１は、凝縮器の
冷却に水噴霧を用いることにより、冷凍サイクルの能力
と冷却効率を向上させるものである（特許第３００９８
７４号）。

【０００７】図６において、補助冷却装置１０１の制御
ボード１０２は、圧縮機１３３の電磁開閉器１３４の２
次側から給電されている。したがって、圧縮機１３３が
稼動していない場合には、制御ボード１０２はオン状態
にならず、したがって、電磁弁ＳＶがオン状態にされる
ことはない。しかし、制御ボードへの配線は、上記２次
側に限定されず、圧縮機からの吐出配管の温度を検出し
て、圧縮機の稼動の有無を検出するなどして、制御ボー
ドへの給電のオンオフを制御することもできる。

【０００８】制御ボード１０２には外気温サーミスタ
（以下、サーモと記す）Ｔｈが接続され、外気温信号が
制御回路に入れられる。制御ボードからは電磁弁ＳＶを
オンオフ制御する配線がなされている。水噴霧をするノ
ズル１０３は、電磁弁ＳＶによって水の流通の開閉がな
される水配管１０４に接続されている。

【０００９】図７は、室外機に取り付けられた補助冷却
装置の電気系統図であり、また図８は、水系統図であ
る。上記の電気系統図によれば、補助冷却装置の電源
は、圧縮機１３３ａの電磁開閉器１３４の２次側からと
られている。したがって、圧縮機の電磁開閉器１３４が
オンにならないと電力が供給される状態にならない。繰
り返しになるが、制御ボードへの配線は、上記２次側に
限定されず、圧縮機からの吐出配管の温度を検出して、
圧縮機の稼動の有無を検出するなどして、制御ボードへ
の給電のオンオフを制御することもできる。すなわち、
適当な指標を基にオンオフを制御すれば、１次側からと
ることもできる。

【００１０】この電気系統には外気サーモＴｈが取り付
けられており、外気温度信号を制御回路（マイコン）に
送る。マイコンでは、ディップスイッチＳＷ１によって
なされたＳＶをオンさせる温度の設定にしたがって、Ｓ
Ｖに連結する継電器Ｒｙをオンにする。継電器Ｒｙのオ
ンにより、電磁弁ＳＶはオン状態となりノズル１０３か
ら水噴霧がなされる。すなわち、この補助冷却装置は、
圧縮機の電磁開閉器１３４がオンになり、その上で外気
温が所定温度以上に所定時間以上ならないと、作動しな
い設定とされている。なお、ディップスイッチＳＷ２
は、噴霧時間シフトスイッチである。マイコンの中の制
御回路Ｔ1は噴霧時間を制御し、また制御回路Ｔ2は乾燥
時間を制御する。乾燥時間とは、補助冷却装置が間欠噴
霧運転の１サイクルの中で水噴霧を行わない時間をさ
す。

【００１１】図８の水系統図によれば、ノズル１０３か
らの水噴霧は、水配管１０４に取り付けた電磁弁ＳＶを
制御ボード１０２によってオンオフ制御することにより
なされる。

【００１２】上記の電気系統および水系統を用いること
により、補助冷却装置を室外機に配設する場合に、経済
的に、かつ室外機の稼動に合わせて無駄なく補助冷却装
置を稼動させることができる。

【００１３】上記したように、室外機の補助冷却装置１
０１は、凝縮器の冷却に水噴霧を用いることにより、冷
凍サイクルの能力と冷却効率を向上させるものである
（特許第３００９８７４号）。したがって、補助冷却装
置を備えない空気調和機よりも小さい能力の空気調和機
を用いて、同等の空気調和を行うことができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】補助冷却装置が取り付
けられた空気調和機は冷却能率をアップされるため、空
気調和対象の負荷がそれほど大きくない場合、必要以上
に空気調和対象の室の冷却を強化する場合があった。こ
れは、折角のエネルギー節約の技術を完全に有効活用し
ていないことになる。

【００１５】一方、消費電力が所定レベルを超えた場合
に、上記の補助冷却装置を用いて、凝縮機を冷却する空
気調和機の提案はこれまでにもなされている（特開平２
０００−６５４０９）。しかし、この空気調和機は、空
調対象の負荷が過大な場合に補助冷却装置を用いるので
あって、補助冷却装置によって冷凍能力に余裕が生じた
場合にエネルギー節約をはかるものではない。空気調和
機が空調対象の負荷にある程度マッチした能力を有した
上で、さらに補助冷却装置を備えた場合に生じる余裕を
節約する方策は、これまで提言がされたことはなかっ
た。

【００１６】本発明は、空気調和機の凝縮機の補助冷却
装置を用いる場合、補助冷却に伴う冷凍効率の向上分を
エネルギー節約という形で確保することができる、空気
調和機の凝縮機の補助冷却装置、空気調和機およびその
運転方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の空気調和機の凝
縮機の補助冷却装置は、空気調和機の凝縮器に水を噴霧
する水噴霧手段と、水噴霧手段への給水を制御する給水
制御手段と、給水制御手段が水噴霧手段への給水の制御
を行う条件下で、空気調和機を所定のパターンで間引き
運転させる水噴霧時運転制御手段とを備える（請求項
１）。

【００１８】この構成により、空気調和機を間引き運転
して、すなわち強制的に間欠的に停止して、空気調和対
象の室における快適性を犠牲にすることなく、水噴霧に
伴う冷凍サイクルの効率向上分をエネルギー節減に向け
ることができる。間欠的に停止させる所定のパターン
は、予め想定される効率向上を基に、たとえば稼動時間
の１０％または２０％などを停止するように設定するこ
とができる。または、試行錯誤的に設定してもよい。上
記の水噴霧時運転制御手段は空気調和機の稼動と同時に
制御を開始することもできるし、所定時間空気調和機を
稼動させた後、開始してもよい。

【００１９】上記本発明の空気調和機の凝縮機の補助冷
却装置では、外気温を検出する外気温検出手段をさらに
備え、外気温が給水制御手段に給水の制御をさせる所定
温度以上になったとき、水噴霧時運転制御手段に間引き
運転をさせることができる（請求項２）。

【００２０】この構成により、外気温を指標にして空気
調和機を間引き運転することができるので、制御系統を
単純明瞭にすることができる。

【００２１】上記本発明の空気調和機の凝縮機の補助冷
却装置では、水噴霧時運転制御手段は、給水の制御が行
われる条件下で、所定時間だけ周期的に空気調和機を停
止させることができる（請求項３）。

【００２２】空気調和機の間欠的な停止を、上記のよう
な周期的な停止とすることにより、水噴霧時運転制御部
に組み込むデータを非常に簡易化することができる。

【００２３】上記本発明の空気調和機の凝縮機の補助冷
却装置では、条件設定のスイッチ手段をさらに備え、そ
のスイッチ手段により、水噴霧時運転制御手段におけ
る、周期および所定時間を設定することができる（請求
項４）。

【００２４】この構成により、たとえばディップスイッ
チを用いることにより、周期の時間やその周期に占める
停止時間を簡単に入力することができる。このため、間
欠的に停止させるパターンが実際の冷房にマッチしてい
ない場合、適宜修正して快適性を確保した上で、省エネ
ルギーを達成することができる。

【００２５】上記本発明の空気調和機の凝縮機の補助冷
却装置では、水噴霧時運転制御手段は、スイッチ手段に
おける所定の条件設定にしたがって、給水制御手段の給
水制御の有無によらず所定のパターンで間引き運転する
ことができる（請求項５）。

【００２６】この構成により、外気温などによらず、冷
房時にもまた暖房時にも所定の節電を行うことができ
る。この結果、使用者の選択により、冷暖房をマイルド
にしたい場合に節電を実現することができる。

【００２７】上記本発明の空気調和機の凝縮機の補助冷
却装置では、水噴霧時運転制御手段は、運転制御部と、
空気調和機への電源側の配線に配置された電磁開閉手段
とを備え、運転制御部は、設定された所定周期と所定時
間とに基づき、電磁開閉手段の開閉を行うことにより、
圧縮機を所定のパターンで間引き運転することができる
（請求項６）。

【００２８】この構成により、取り付けが容易な圧縮機
の電源側の配線にリレーなどの電磁開閉手段を組み込
み、空気調和機の冷凍サイクルの駆動、すなわち圧縮機
の運転を強制的に周期的に停止することができる。

【００２９】上記本発明の空気調和機の凝縮機の補助冷
却装置では、圧縮機をインバータ回路を搭載したインバ
ータ圧縮機とすることができる（請求項７）。

【００３０】インバータ圧縮機は、負荷に応じて圧縮過
程を駆動するので、もともとエネルギー節約するもので
ある。しかし、圧縮機は、低駆動レベルで駆動する場合
よりもある程度駆動レベルが高いほうが効率よく行うこ
とができる。このため、強制的に間欠的に圧縮機を停止
させ、圧縮機が稼動するときはある程度の駆動レベルに
限られるようにすれば、よりエネルギー節約をはかるこ
とができる。

【００３１】本発明の空気調和機は、空気調和機の凝縮
器に水を噴霧する水噴霧手段と、水噴霧手段への給水を
制御する給水制御手段と、給水制御手段が水噴霧手段へ
の給水の制御を行う条件下で、空気調和機を所定のパタ
ーンで間引き運転させる水噴霧時運転制御手段とを備え
る（請求項８）。

【００３２】この補助冷却装置を備えた空気調和機を用
いることにより、補助冷却による冷凍サイクルの効率向
上分、エネルギー節約することができる。この場合、空
気調和機の冷凍サイクルを駆動させる圧縮機の稼動を停
止することが望ましい。

【００３３】本発明の空気調和機の運転方法は、所定条
件下で空気調和機の凝縮器に水を噴霧し、稼動させる空
気調和機の運転方法であって、凝縮器への水噴霧を行い
つつ、空気調和機を所定のパターンで間引き運転する
（請求項９）。

【００３４】この運転方法によれば、水噴霧による冷凍
サイクルの効率向上分をエネルギー節約という形態で享
受することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】次に図面を用いて本発明の実施の
形態について説明する。図１は、本実施の形態におい
て、圧縮機を間引き運転させるパターンを示す図であ
る。また、図２は、室外機に取り付けられた補助冷却装
置の電気系統を示す図である。

【００３６】図１において、水噴霧がなされていると
き、圧縮機の運転を１周期３０分間として、その１０％
の３分間だけ圧縮機停止の信号が発せられる。図１のパ
ターン信号は、外気温が圧縮機が稼動すべき温度以上に
なり、圧縮機に電力が供給され稼動しているときに発せ
られる。このパターン信号の発信元は、図２のマイコン
１１に含まれる水噴霧時運転制御部（図示せず）であ
る。

【００３７】図２において、マイコン１１内に設けられ
た給水制御部は、外気温サーモＴｈ1からの外気温信号
に基づき、水噴霧を行う温度以上になると、継電器Ｒｙ
をオンにし、水噴霧の電磁弁ＳＶをオン状態にして水噴
霧をスタートさせる。マイコン１１は、圧縮機への入力
開閉をする電磁開閉器３４の電源側に配線５を介して電
源回路１１ｂを接続させている。したがって、本実施の
形態では、補助冷却装置の電気系統は常に電源入力され
ている。しかし、補助冷却装置の電気系統は常に電源オ
ンにされていなくてもよく、図６や図７に示すように、
圧縮機への継電器の２次側に接続され、圧縮機がオンさ
れてはじめてオン状態になるように配線されてもよい。
上記のように、水噴霧をスタートさせた後、水噴霧運転
制御部は、上記図１に示すパターンで圧縮機を間引き運
転する。

【００３８】図１に示す圧縮機停止のオン信号は、接続
部ＣＮを経てリレー基板２０に伝達される。このリレー
基板は、圧縮機の電磁開閉器３４の電源側に配置されて
おり、圧縮機停止のオン信号を受信すると、リレー基板
２０では、リレーＲｙ2がオフ状態となり、電磁開閉器
３４のオン・オフ状態の如何によらず、圧縮機への電力
供給は止められる。圧縮機停止のオン信号の３分間が経
過した後、信号電圧ゼロの期間になると、リレーＲｙ2
はオン状態となる。このため、電磁継電器３４を作動さ
せる空気調和機のマイコン内のアルゴリズムにしたがっ
て電磁開閉器がオンまたはオフ状態をとり圧縮機が稼動
する。すなわち、水噴霧時運転制御部は、圧縮機を強制
的に停止させる。

【００３９】図２に示す制御ボード２におけるソフト切
替スイッチ（ディップスイッチ）ＳＷ４を用いて、図１
のパターンの周期時間およびその１周期において圧縮機
を停止させる時間を選択することができる。たとえば、
１周期を３０分間としてその３分間を停止すれば、１０
％の節電を得ることができる。また、１周期を１５分間
として、その３分間を停止させれば、２０％の節電をす
ることになる。上記図１に示す運転状態を節電運転モー
ドまたは間引き運転モードと呼ぶ。

【００４０】ソフト切替スイッチＳＷ４は、各スイッチ
の選択により、外気温の如何によらず、強制的に図１に
示すような間引き運転をさせるようにできる。この場
合、間引き運転は、暖房時にも可能になるし、外気温サ
ーモＴｈ1に異常があっても可能になる。また、利用者
の好みによって、マイルドな冷房がよい場合には、間引
きの度合いをさらに大きく設定することができる。

【００４１】また、マイコン１１は、ＨＰＳ(High Pres
sure Switch)運転モードにおいて、冷媒の圧力に応じて
補助冷却装置の稼動、停止を判断する場合には、このＨ
ＰＳ運転モードが、上記節電運転モードの判断に優先す
るようにできる。このモードの設定は、ディップスイッ
チＳＷ４または他のディップスイッチＳＷ３等により設
定することができる。

【００４２】図２は圧縮機に定速圧縮機を用いた場合を
示したが、図３に示すように、本補助冷却装置をインバ
ータ圧縮機に用いることもできる。インバータ圧縮機を
節電運転モードで運転することにより、効率のよい所定
範囲の投入電力状態とオフ状態とで稼動するので、さら
に大きな節電を実現することができる。

【００４３】図４は、水噴霧運転制御部における信号発
信の条件を示す図である。図４において、各条件は次の
とおりである。 （1）ディップスイッチＳＷ４の２番目のスイッチＳＷ
４-2：（Ａ）オンにするとＨＰＳ有り設定となり、
（Ｂ）オフにすることによりＨＰＳなしの設定となる。 （2）ディップスイッチＳＷ４の３番目および４番目の
スイッチＳＷ４-3およびＳＷ４-4：（Ａ）共にオフとす
ることにより、上記節電運転モードなしの設定となり、
（Ｂ）共にオフとならないようにすることにより、上記
節電運転モードありの設定となる。 （3）外気サーモ（Ｔｈ1）の温度：（Ａ）外気サーモ温
度が水噴霧開始温度Ｔstから１℃以上低い場合、上記タ
イマサーモオフ機能が働かず、（Ｂ）外気サーモ温度が
水噴霧開始温度Ｔst以上の場合、タイマサーモオフ機能
が作動する。

【００４４】上記（1）、（2）、（3）がともに（Ｂ）
の場合、外気温に応じて圧縮機を間引き運転させる機能
（タイマサーモオフ機能）が有効となる。この場合、圧
縮機運転の１周期Ｔcompを３０分間とすると、大略１０
％の節電を実現することができる。また、（1）、
（2）、（3）がともに（Ａ）の場合、外気温に応じて圧
縮機を間引き運転させる機能（タイマサーモオフ機能）
が無効となる。

【００４５】さらに、ディップスイッチＳＷ４の３番目
および４番目のスイッチＳＷ４-3およびＳＷ４-4が、共
にオンの場合、外気温サーモの条件（3）を無視するよ
うに設定することにより、外気温の如何によらず、節電
運転モードを行うことができる。

【００４６】上記のように、外気温に応じて間引き運転
することにより、補助冷却装置の使用により冷却効率が
向上した分を強制的に節電することができる。このよう
な節電は、たとえば１０％のオーダーで実現できるもの
であり、補助冷却装置の普及につれ、大規模な節電へと
拡大することができる。また、外気温の如何によらず、
間引き運転を強制的に実施することにより、冷房暖房を
問わず空気調和をマイルドにしながら節電を実現するこ
とができる。

【００４７】上記において、本発明の実施の形態につい
て説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形
態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発
明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許
請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範
囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を
含むことが意図されるものである。

【００４８】

【発明の効果】本発明の空気調和機の凝縮器の補助冷却
装置を用いることにより、凝縮器の外部からの冷却に伴
う冷却能力の向上分をエネルギー節約という形で確保す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態における間引き運転のパ
ターンを示す図である。

【図２】 本発明の実施の形態における補助冷却装置の
電気系統を示す図である（定速圧縮機の場合）。

【図３】 本発明の実施の形態における補助冷却装置の
他の電気系統を示す図である（インバータ圧縮機の場
合）。

【図４】 本発明の実施の形態における節電運転モード
の運転条件を示す図である。

【図５】 室外機に取り付けられた補助冷却装置を示す
斜視図である。

【図６】 従来の補助冷却装置を示す図である。

【図７】 従来の補助冷却装置の電気系統図である。

【図８】 従来の補助冷却装置の水系統図である。

【符号の説明】

２ 制御ボード、５ 電気配線、１１ マイコン、１１
ｂ 電源回路、２０リレー基板、３４ 電磁開閉器、Ｃ
Ｎ コネクタ、ＳＶ 電磁弁、Ｔｈ1 外気温サーモ、
Ｒｙ，Ｒｙ2 リレー（電磁開閉器）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 佳伸 大阪市都島区東野田町１丁目７番４号 オ ーケー器材株式会社内 Ｆターム(参考） 3L060 AA03 CC03 CC08 DD01 EE01 EE04

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気調和機の凝縮器に水を噴霧する水噴
   霧手段と、 前記水噴霧手段への給水を制御する給水制御手段（２，
   １１，ＳＶ）と、前記給水制御手段が前記水噴霧手段へ
   の給水の制御を行う条件下で、前記空気調和機を所定の
   パターンで間引き運転させる水噴霧時運転制御手段
   （２，１１，２０）とを備える、空気調和機の凝縮機の
   補助冷却装置。
2. 【請求項２】 外気温を検出する外気温検出手段（Ｔｈ
   1）をさらに備え、 前記外気温が前記給水制御手段に給水の制御をさせる所
   定温度以上になったとき、前記水噴霧時運転制御手段に
   前記間引き運転をさせる、請求項１に記載の空気調和機
   の凝縮機の補助冷却装置。
3. 【請求項３】 前記水噴霧時運転制御手段は、前記給水
   の制御が行われる条件下で、所定時間だけ周期的に前記
   空気調和機を停止させる、請求項１または２に記載の空
   気調和機の凝縮機の補助冷却装置。
4. 【請求項４】 条件設定のスイッチ手段（ＳＷ４）をさ
   らに備え、そのスイッチ手段により、前記水噴霧時運転
   制御手段における、前記周期および所定時間を設定す
   る、請求項３に記載の空気調和機の凝縮機の補助冷却装
   置。
5. 【請求項５】 前記水噴霧時運転制御手段は、前記スイ
   ッチ手段（ＳＷ４）における所定の条件設定にしたがっ
   て、前記給水制御手段の給水制御の有無によらず所定の
   パターンで間引き運転する、請求項４に記載の空気調和
   機の凝縮機の補助冷却装置。
6. 【請求項６】 前記水噴霧時運転制御手段は、運転制御
   部と、前記空気調和機への電源側の配線に配置された電
   磁開閉手段とを備え、前記運転制御部は、設定された所
   定周期と所定時間とに基づき、前記電磁開閉手段の開閉
   を行うことにより、前記圧縮機を所定のパターンで間引
   き運転する、請求項１〜５のいずれかに記載の空気調和
   機の凝縮機の補助冷却装置。
7. 【請求項７】 前記圧縮機がインバータ回路を搭載した
   インバータ圧縮機である、請求項１〜６のいずれかに記
   載の空気調和機の凝縮機の補助冷却装置。
8. 【請求項８】 空気調和機の凝縮器に水を噴霧する水噴
   霧手段と、 前記水噴霧手段への給水を制御する給水制御手段（２，
   １１，ＳＶ）と、前記給水制御手段が前記水噴霧手段へ
   の給水の制御を行う条件下で、前記空気調和機を所定の
   パターンで間引き運転させる水噴霧時運転制御手段
   （２，１１，２０）とを備える、空気調和機。
9. 【請求項９】 所定条件下で空気調和機の凝縮器に水を
   噴霧し、稼動させる空気調和機の運転方法であって、 前記凝縮器への水噴霧を行いつつ、前記空気調和機を所
   定のパターンで間引き運転する、空気調和機の運転方
   法。