JP2004293904A

JP2004293904A - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2004293904A
Application number: JP2003086135A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Kumazawa; 英之熊澤
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】本発明は、室外ユニットと室内ユニットの台数に係らず、比較的簡素な構成でありながら、過冷却用熱交換器の熱交換効率の向上を図れる空気調和装置を提供する。
【解決手段】それぞれに冷凍サイクル機器が収容される１台もしくは複数台の室外ユニット１および室内ユニット２をヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成するよう冷媒管Ｐを介して連通する空気調和装置において、各室内ユニット２に、冷凍サイクルを構成する室内熱交換器１２とともに過冷却用熱交換器１４を収容し、室内熱交換器で生成されるドレン水を過冷却用熱交換器に導びき、ドレン水と過冷却用熱交換器との熱交換を行わせるよう、たとえば過冷却用熱交換器を下部に、室内側熱交換器を上部に配置する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台の室外ユニットおよび室内ユニットを接続してなる、いわゆるマルチタイプの空気調和装置に適用でき、特に、過冷却用熱交換器に対する熱交換構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成する空気調和装置において、室内熱交換器とは別個に過冷却用熱交換器を設け、この過冷却用熱交換器により室内熱交換器に流入する冷媒のエンタルピを減少させて冷房能力の向上化を得る手段は周知である。
【０００３】
そして、上記過冷却用熱交換器における熱交換効率のさらなる向上を図るための具体的な構成が、たとえば［特許文献１］に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１６０１９０号公報
ここでは、中間圧の冷媒を気液分離する気液分離器と、中間圧の液冷媒を低圧に減圧する膨張弁との間に熱交換部を設け、この熱交換部は気液分離器内の中間圧飽和液冷媒を導いて室内熱交換器（蒸発器）で生成されるドレン水と熱交換させる構成である。
【０００５】
このような発明により、低温のドレン水によって中間圧液冷媒が冷却され、エンタルピが減少した状態で蒸発器に流入する。したがって、蒸発器におけるエンタルピの変化量が増大して蒸発能力の増大化を得られる、とある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この技術は室外ユニットと室内ユニットがそれぞれ単数台の場合や、複数で同数台の場合にのみ適用可能である。実際に多用されるマルチタイプの空気調和装置は、室外ユニットと室内ユニットの台数が相違するので、上述の手段を採用しようとすると、配管が複雑になる。
【０００７】
また、マルチタイプの空気調和装置は、通常、数階建て以上のビル等に用いられるため、室外ユニットと室内ユニットの位置が互いに離れている。これに対して上述の構成では、気液分離器は室外ユニットに収容され、室内熱交換器は室内ユニットに収容される。
【０００８】
したがって、室内ユニットの室内熱交換器で生成されたドレン水を室外ユニット内の気液分離器まで導びくことになる。ドレン配管の全長が長く構造が複雑化し、ドレン水が途中で温度上昇して効率のよい熱交換ができない虞れがある。
【０００９】
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、室外ユニットと室内ユニットの台数に係らず、比較的簡素な構成でありながら、過冷却用熱交換器における熱交換効率の向上を図れる空気調和装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために本発明は、それぞれに冷凍サイクル機器が収容される１台もしくは複数台の室外ユニットと室内ユニットをヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成するよう冷媒管を介して連通する空気調和装置において、各室内ユニットに冷凍サイクルを構成する室内熱交換器と過冷却用熱交換器を収容し、室内熱交換器で生成されるドレン水を過冷却用熱交換器に導びきドレン水と過冷却用熱交換器を熱交換させる熱交換手段を具備する。
【００１１】
さらに、上記課題を解決し目的を達成するために本発明は、上述の空気調和装置において、室内ユニットと室外ユニットとを連通する液側冷媒管に過冷却用熱交換器が接続される熱交換ユニットが設けられ、室内ユニットで生成されるドレン水を熱交換ユニットに導びきドレン水と過冷却用熱交換器を熱交換させる熱交換手段を具備する。
【００１２】
このような課題を解決する手段を採用することにより、室外ユニットと室内ユニットの台数に係らず、比較的簡素な構成でありながら、過冷却用熱交換器の熱交換効率の向上を図れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態に係る空気調和装置の冷凍サイクル構成図である。ここでは、１台の室外ユニット１と、複数（３台の）室内ユニット２との組み合わせからなる、いわゆるマルチタイプの空気調和装置である。
【００１５】
上記室外ユニット１には２台の圧縮機３が収容され、これらの圧縮機３の吐出部に接続される冷媒管Ｐは１本の高圧側冷媒管Ｐに合流している。合流冷媒管Ｐは四方切換弁４の一方のポートに接続され、四方切換弁４の他方のポートに接続される冷媒管Ｐには室外熱交換器５が接続される。
【００１６】
さらにこの冷媒管Ｐは、室外熱交換器５から減圧装置である室外側膨張弁６およびリキッドタンク７を介して室外ユニット１の側面部に取付けられる液側パックドバルブ８に接続される。
【００１７】
一方、圧縮機１の吸込み部にはサクションカップ９が設けられていて、このサクションカップ９に接続される冷媒管Ｐは１本の低圧側冷媒管Ｐに合流している。この合流冷媒管Ｐには気液分離器１０が設けられ、さらに上記四方切換弁２の異なるポートに接続される。
【００１８】
上記四方切換弁４の残りのポートに接続される冷媒管Ｐは、室外ユニット１の側面部に設けられるガス側パックドバルブ１１に接続される。上記液側パックドバルブ８とガス側パックドバルブ１１には、液側冷媒管Ｐａとガス側冷媒管Ｐｂがそれぞれ接続されていて、上記室内ユニット２側へ延出される。
【００１９】
各室内ユニット２には、室内熱交換器１２と減圧装置である室内側膨張弁１３および過冷却用熱交換器１４を直列に接続した回路が収容される。上記液側冷媒管Ｐａとガス側冷媒管Ｐｂは、それぞれ各室内ユニット２の直前部位において複数（３本）に分岐される。
【００２０】
液側冷媒管Ｐａから分岐した各冷媒管はそれぞれ過冷却用熱交換器１４に接続され、ガス側冷媒管Ｐｂから分岐した各冷媒管はそれぞれ室内熱交換器１２に接続される。
【００２１】
そして、各室内ユニット２における上記室内熱交換器１２および上記過冷却用熱交換器１４の間に、熱交換手段Ｋを備えている。この熱交換手段Ｋは、冷房運転時に室内熱交換器１２で生成されるドレン水を過冷却用熱交換器１４に導びき、ドレン水と過冷却用熱交換器１４との熱交換作用を行わせる。
【００２２】
上記熱交換手段Ｋとして、たとえば下部側に過冷却用熱交換器１４、この過冷却用熱交換器の上部側に室内熱交換器１２を配置する配置構成であり、室内熱交換器１２で生成されるドレン水が自然流下することにより過冷却用熱交換器１４を濡らす構成であってもよい。
【００２３】
あるいは、室内熱交換器１２で生成されるドレン水を一旦ドレン受けで受け、ポンプを駆動してドレン受けのドレン水を汲み上げて過冷却用熱交換器１４に振り掛ける構成であってもよい。
【００２４】
いずれにしても、室内熱交換器１２で生成された直後のドレン水は室温と比較して極く低温であり、これを時間を置かずに過冷却用熱交換器１４に供給するので、過冷却用熱交換器１４における熱交換作用が極く良好となる。
【００２５】
このようにマルチタイプの空気調和装置において、ヒートポンプ式の冷凍サイクル回路Ｒが構成される。
冷房運転時において、制御部は上記室外側膨張弁６を全開状態に切換え、室内側膨張弁１３で減圧作用を行わせるよう設定する。このときの冷凍サイクルを、図２とともに説明する。図２は、上述した空気調和装置の冷凍サイクルに係るモリエル線図である。
【００２６】
すなわち、圧縮機３における圧縮行程（Ａ−Ｂ）から室外熱交換器５による凝縮行程（Ｂ−Ｃ）に移行する。過冷却用熱交換器１４が備えられていない通常の冷凍サイクルでは、室外熱交換器５による凝縮行程の終了位置から直ちに膨張弁による減圧行程（Ｃ−Ｄ）に変る。
【００２７】
ここでは、過冷却用熱交換器１４を備えているので、室外熱交換器５による凝縮行程（Ｂ−Ｃ）が終わっても、さらに過冷却用熱交換器１４による凝縮行程（Ｃ−Ｃ’）が継続する。結局、全体的に長い凝縮行程（Ｂ−Ｃ’）となり、飽和液線との交点ｎからＣ’までが延長された過冷却状態となる。
【００２８】
さらに、室内側膨張弁１３による減圧行程（Ｃ’−Ｄ’）を経て、室内熱交換器１２による蒸発行程（Ｄ’−Ａ）となる。そして再び、圧縮機３による圧縮行程に移る。
【００２９】
通常の冷房運転時における蒸発行程でのエンタルピの幅がＤ−Ａであるのと比較して、冷房能力増大モードでは過冷却用熱交換器１４を備えたことによりエンタルピの幅がＤ’−Ａになり、冷房能力（冷凍効果）が増大する。
【００３０】
このようにして、冷房サイクルにおける室内側膨張弁１３の冷媒流路上流側に過冷却用熱交換器１４が設けられ、室外熱交換器５とともに過冷却用熱交換器１４において冷媒の凝縮作用が行われるので、冷房能力の増大化を図れる。
【００３１】
しかも、上述したように室内熱交換器１２で生成されるドレン水を過冷却用熱交換器１４に導びいて熱交換させる熱交換手段Ｋが作用するので、高圧液冷媒に対する過冷却状態の増加を得られて、さらなる冷房能力（冷凍効果）の増大化を図れる。
【００３２】
図３は、本発明の異なる実施の形態を示していて、ここでは２台の室外ユニット１と、４台の室内ユニット２から構成される、いわゆるマルチタイプの空気調和装置における冷凍サイクル構成図である。（なお、先に説明した構成部品と同一の構成部品については同番号を付して詳細な説明は省略する。以下同）
各室外ユニット１には、２台の圧縮機３と、オイルセパレータ１５と、四方切換弁４と、室外熱交換器５と、室外側膨張弁６と、リキッドタンク７および気液分離器１０が収容される。
【００３３】
各室外ユニット１から出て合流した液側冷媒管Ｐａとガス側冷媒管Ｐｂは室内ユニット２に延出され、これらの近傍において分岐し、かつ室内ユニット２に収容される過冷却用熱交換器１４と室内熱交換器１２に接続される。
【００３４】
これら過冷却用熱交換器１４と室内熱交換器１２との間には室内側膨張弁１３が設けられることと、室内熱交換器１２で生成されるドレン水を過冷却用熱交換器１４に導いて熱交換させる熱交換手段Ｋが備えられ、効率のよい過冷却状態を得られることは変わりがない。
【００３５】
以上は、室外ユニット１と室内ユニット２との台数が異なる組合せのマルチタイプの空気調和装置を適用して説明したが、これに限定されるものではなく、室外ユニット１と室内ユニット２とが複数で同数同士の組合せであってもよく、あるいは相互が単体である場合であっても何らの支障もない。
【００３６】
図４は、さらに異なる実施の形態であり、特に、各室内ユニット２における具体的な構成を説明する図である。
ドレン受け１６上に、２列で、かつ紙面の前後方向に互いに狭小の間隙を存してフィン１７が並設され、これらフィン１７に熱交換パイプ１８が蛇行状に挿通する一体型熱交換器２０が配置される。
【００３７】
この一体型熱交換器２０における最下部列の熱交換パイプ１８とフィン１７の一部が上記過冷却用熱交換器１４に相当し、他の熱交換パイプ１８とフィン１７部分が室内熱交換器１２に相当する。したがって、過冷却用熱交換器１４が下部側で、室内熱交換器１２が上部側に一体に連設された状態となっている。
【００３８】
ここでの冷凍サイクルは、上記室外ユニット１から延出される液側冷媒管Ｐａから過冷却用熱交換器１４と室内熱交換器１２を直列に接続する第１の回路２１と、上記液側冷媒管Ｐａから分岐され過冷却用熱交換器１４をバイパスして直接、室内側熱交換器１２に連通する第２の回路２２とを具備している。
【００３９】
上記第１の回路２１と第２の回路２２との分岐部ｄから過冷却用熱交換器１４に至る第１の回路２１の中途部には第１の開閉弁２３が設けられる。過冷却用熱交換器１４から室内熱交換器１２に至る間の第１の回路２１には、逆止弁２４と室内側膨張弁１３および分配器２５が設けられ、この分配器２５から室内熱交換器１２を構成する各段の熱交換パイプ１８に接続される。
【００４０】
上記第２の回路２２には第２の開閉弁２６が設けられ、この先端部は第１の回路２１の逆止弁２４と室内側膨張弁１３との間に接続される。上記第１の開閉弁２３と第２の開閉弁２６は、それぞれ図示しない制御部に電気的に接続されていて、上記制御部からの信号にもとづいて開閉制御されるようになっている。
【００４１】
このような構成を採用することにより、通常の冷房運転が要求された場合は、過冷却用熱交換器１４での熱交換作用が不要であるので、第１の開閉弁２３を閉成し、第２の開閉弁２６を開放する。
【００４２】
室外ユニット１から液側冷媒管Ｐａを介して導かれる高圧液冷媒は、第１の回路２１には導かれず第２の回路２２に導かれる。すなわち、過冷却用熱交換器１４をバイパスして第２の回路２２から室内側膨張弁１３に導かれ、室内熱交換器１２で蒸発して熱交換作用をなす。
【００４３】
冷房能力増大モードが選択されると、第１の開閉弁２３を開放し、第２の開閉弁２６を閉成するよう切換えられる。高圧液冷媒は液側冷媒管Ｐａから第１の回路２１に導かれて過冷却用熱交換器１４で凝縮し、さらに室内側膨張弁１３で減圧されたあと室内熱交換器１２に導かれて蒸発する。
【００４４】
このようにして、冷房サイクルにおける室内側膨張弁１３の冷媒流路上流側に過冷却用熱交換器１４を設けたので、室外熱交換器５とともに過冷却用熱交換器１４において冷媒の凝縮作用が行われる。過冷却状態が通常の冷房運転時よりも長く続いて、冷房能力の増大化を図れる。
【００４５】
さらに、室内熱交換器１２で生成されるドレン水を過冷却用熱交換器１４に導いて熱交換させる熱交換手段Ｋとして、過冷却用熱交換器１４が下部にあり、この上部に室内熱交換器１２が位置する一体構成としたので、室内熱交換器１２で生成されるドレン水が極く自然的に過冷却用熱交換器１４に流下して、効率のよい熱交換作用を得られる。
【００４６】
しかも、上記過冷却用熱交換器１４は室内熱交換器１２で生成されるドレン水を受けるドレン受け１６上に載置されている。ドレン受け１６からのドレン水の排出量を絞ることによりドレン受け１６内にドレン水が溜まり易い。
【００４７】
過冷却用熱交換器１４の少なくとも一部もしくは全てが、ドレン受け１６上に溜まったドレン水に浸漬状態となる。したがって、ドレン水に対する過冷却用熱交換器１４の熱交換効率が極めて良好化する。
【００４８】
図５は、さらに異なる実施の形態であり、特に、各室内ユニット２における具体的な構成を示す図である。
【００４９】
ドレン受け１６上に過冷却用熱交換器１４が載置され、この上部側に室内熱交換器１２が一体に連設される配置構成であって、室内熱交換器１２で生成されるドレン水を過冷却用熱交換器１４に導いて熱交換させる熱交換手段Ｋ（配置構成）を備え、かつ第１の回路２１と第２の回路２２を備えている。
【００５０】
ここでは、上記過冷却用熱交換器１４の両側部に遮風部材３０を設けたことを特徴としている。
すなわち、遮風部材３０は過冷却用熱交換器１４を構成するフィン１７の間隙を埋める状態で取付けられていて、図示しない送風ファンを駆動すると室内熱交換器１２には熱交換空気が流通するが、過冷却用熱交換器１４における熱交換空気の流通を阻止する構成となっている。
【００５１】
過冷却用熱交換器１４での熱交換作用が行われると、室内熱交換器１２よりも低温状態となる。そのため、室内熱交換器１２とともに過冷却用熱交換器１４に熱交換空気が流通すると、過冷却用熱交換器１４内部において結露が発生したり、霧吹きが発生する。
【００５２】
これら内部結露と霧吹きが熱交換空気に載って室内ユニット２から被空調室内に運ばれ、露の付着となる不具合がある。これに対して上述の遮風部材３０を備えることにより熱交換空気の流通が阻止されるので、内部結露や霧吹きの発生を防止できる。
【００５３】
図６は、さらに異なる実施の形態の空気調和装置の冷凍サイクル構成図である。１台の室外ユニット１と複数台の室内ユニット２とからなる、いわゆるマルチタイプの空気調和装置である。
【００５４】
室外ユニット１には、２台の圧縮機３と、四方切換弁４と、室外熱交換器５と、リキッドタンク７および気液分離器１０が収容される。この室外ユニット１から延出される液側冷媒管Ｐａには熱交換ユニット４０が接続され、さらに室内ユニット２と同数だけ分岐される。また、室外ユニット１から延出されるガス側冷媒管Ｐｂは室内ユニット２と同数だけ分岐される。
【００５５】
上記室内ユニット２には、室内側膨張弁１３と室内熱交換器１２とが直列に接続された状態で収容される。そして、液側の分岐管はそれぞれの室内ユニット２における室内側膨張弁１３に接続され、ガス側の分岐管はそれぞれの室内ユニット２における室内熱交換器１２に接続される。
【００５６】
上記熱交換ユニット４０は、室内ユニット２の極く近傍に配置され、内部には過冷却用熱交換器１４が収容される。ここでは、複数の室内ユニット２に対して熱交換ユニット４０が１台のみ用いられていることが特徴である。
【００５７】
また、熱交換ユニット４０における過冷却用熱交換器１４の上部にドレン散水管４１が取付けられていて、ドレン水を過冷却用熱交換器１４に降り掛けられるようになっている。
【００５８】
このドレン散水管４１は、各室内ユニット２から延出され、かつ１本に合流したドレン配管４２に接続されていて、ドレン配管４２は各室内ユニット２において室内熱交換器１２の下部に配置されるドレン受け４３に接続される。
【００５９】
したがって、室内熱交換器１２で生成されるドレン水をドレン受け４３が一旦受け、ドレン配管４２を介してドレン散水管４１に導き、過冷却用熱交換器１４へ散水する。
【００６０】
このようにしてドレン水と過冷却用熱交換器１４とが熱交換する熱交換機構（熱交換手段）Ｋａを備えていて、上述したように過冷却用熱交換器１４における熱交換効率の向上を図れる。
【００６１】
なお、本発明の実施の形態は以上説明したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を越えない範囲内で種々変形実施可能であることは勿論である。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、室外ユニットと室内ユニットの台数に係らず、比較的簡素な構成でありながら、過冷却用熱交換器の熱交換効率の向上を図れる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る、空気調和装置の冷凍サイクル構成図。
【図２】同実施の形態に係る、冷凍サイクルのモリエル線図。
【図３】他の実施の形態に係る、空気調和装置の冷凍サイクル構成図。
【図４】さらに他の実施の形態に係る、室内ユニット内の概略の配置構成および配管構成を説明する図。
【図５】さらに異なる他の実施の形態に係る、室内ユニット内の概略の配置構成および配管構成を説明する図。
【図６】さらに異なる他の実施の形態に係る、空気調和装置の冷凍サイクル構成図。
【符号の説明】
１…室外ユニット、２…室内ユニット、１２…室内熱交換器、１４…過冷却用熱交換器、Ｋ…熱交換手段、１３…室内側膨張弁（減圧装置）、Ｐａ…液側冷媒管、２１…第１の回路、２２…第２の回路、３０…遮風部材、４０…熱交換ユニット。

Claims

それぞれに冷凍サイクル機器が収容される１台もしくは複数台の室外ユニットおよび室内ユニットをヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成するよう冷媒管を介して連通する空気調和装置において、
各室内ユニットに、冷凍サイクルを構成する室内熱交換器とともに過冷却用熱交換器を収容し、
上記室内熱交換器で生成されるドレン水を上記過冷却用熱交換器に導びき、ドレン水と過冷却用熱交換器との熱交換を行わせる熱交換手段を具備することを特徴とする空気調和装置。
上記室内ユニット内に冷凍サイクルを構成する減圧装置を収容し、
冷房運転時における上記減圧装置の冷媒流路上流側に、上記過冷却用熱交換器が設けられることを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
上記熱交換手段は、上記室内熱交換器の下部に過冷却用熱交換器を配置する配置構成であることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の空気調和装置。
上記過冷却用熱交換器は、上記室内熱交換器で生成されるドレン水を受けるドレン受け上に載置されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の空気調和装置。
上記冷凍サイクルは、液側冷媒管から上記過冷却用熱交換器と室内熱交換器とを直列に接続する第１の回路と、液側冷媒管から上記過冷却用熱交換器をバイパスして直接、上記室内側熱交換器に連通する第２の回路とを具備することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の空気調和装置。
上記過冷却用熱交換器の両側部に、熱交換空気の通風を遮断する遮風部材が設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の空気調和装置。
それぞれに冷凍サイクル機器が収容される１台もしくは複数台の室外ユニットおよび室内ユニットをヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成するよう冷媒管を介して連通する空気調和装置において、
上記室内ユニットと上記室外ユニットとを連通する液側冷媒管に、過冷却用熱交換器が接続される熱交換ユニットが設けられ、
上記室内ユニットで生成されるドレン水を上記熱交換ユニットに導びき、ドレン水と過冷却用熱交換器との熱交換を行わせる熱交換手段を具備することを特徴とする空気調和装置。