JP2005009730A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液冷媒に回収する冷熱量を増やして、圧縮機の負荷をさらに低減する。
【解決手段】冷凍サイクルを有する空気調和装置において、室外熱交換器から流出される液冷媒の配管の少なくとも一部が、二重管を構成する外管及び内管のいずれか一方の管で形成され、他方の管に室内熱交換器で生じたドレン水を流入することを特徴とする。これにより、ドレン水から液冷媒への伝熱を二重管の内管全面を介して行うことができ、液冷媒に回収させる冷熱量を増大できる。したがって、液冷媒に回収する冷熱量が増大した分だけさらに圧縮機の負荷を低減できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器、減圧弁、及び室内熱交換器を冷媒配管で連結してなる冷凍サイクルを備えて構成されている。このような空気調和装置において、冷房運転時に室内熱交換器で生じる低温のドレン水を有効に利用する工夫がなされている。例えば、ドレン水で室内熱交換器に流れ込む液冷媒を冷却する構成とし、ドレン水の冷熱を液冷媒に回収することで、その分の圧縮機の負荷を軽減するというものが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２２３３５７号公報（第２−３頁、第３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のものは、ドレン水の配管を液冷媒の配管の外面に接合する構成であることから、ドレン水から液冷媒への伝熱は主に配管同士が接合した一部分でしか行われないので、冷熱量を十分に回収できないという問題がある。
【０００５】
本発明の課題は、液冷媒に回収する冷熱量を増やして、圧縮機の負荷をさらに低減することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次に述べる手段により、上記課題を解決するものである。すなわち、圧縮機、室外熱交換器、減圧器、及び室内熱交換器が冷媒配管で環状に連結されてなる冷凍サイクルを備えた空気調和装置において、室外熱交換器から流出する液冷媒の配管の少なくとも一部を、二重管を構成する外管及び内管のいずれか一方の管で形成し、他方の管に室内熱交換器で生じたドレン水を流入させることを特徴とする。
【０００７】
これにより、ドレン水から液冷媒への伝熱が内管全面を介して行われるから、液冷媒に回収させる冷熱量を増大でき、その分だけ圧縮機の負荷を低減でき省エネルギになる。
【０００８】
この場合、特に、内管側にドレン水を通流させ、外管側に液冷媒を通流させることが好ましい。これによれば、外管側を流れる高温の液冷媒の熱が外気への放熱され、内管側のドレン水の冷熱が外気に放熱されることがなく効率良く液冷媒に回収されるから、さらに圧縮機の負荷を低減して省エネルギの効果を高められる。
【０００９】
ところで、室内熱交換器におけるドレン水の生成量は、室内の温度、湿度及び室内熱交換器に送風される風量などの条件によって変化し、条件によってはドレン水の生成量が少なくなることがある。この場合ドレン水不足によって期待していた効果が得られなくなる。
【００１０】
そこで、室内熱交換器で生じたドレン水を貯留する容器を設け、この容器から二重管に供給するドレン水の流量を調整する調整手段を設けることが好ましい。これにより、液冷媒に回収するドレン水の冷熱量を適宜制御できる。
【００１１】
この場合、調整手段は、例えば、圧縮機の負荷の増加率が一定率を上回ったとき上回った度合いに応じてドレン水の流量を増やし、一定率を下回ったときドレン水の流量を減らす制御を行うようにすることができる。これにより、例えば、室温の設定温度を大幅に下げることなどにより圧縮機の負荷が急激に増加するような場合に、ドレン水の流量を増加させて液冷媒の温度を低下させ、この温度が下がった液冷媒を室内熱交換器に流入させることができる。したがって、圧縮機の制御による室温の低下を待たずに室温を低下させることができ、室温の低下にかかる時間を短縮できる。
【００１２】
又は、調整手段は、圧縮機の負荷が一定値を上回ったとき上回った度合いに応じてドレン水の量を増やし、一定値を下回ったときドレン水の量を減らす制御を行うようにすることができる。これにより、圧縮機の負荷が一定値以上になったとき、ドレン水の流量を増加させて、液冷媒に回収させる冷熱量を増大させることができ、圧縮機の負荷を低下させることができる。したがって、圧縮機の負荷を一定値未満に保つことができる。また、一定値を下回ったときドレン水の流量を減らして貯留し、次回に一定値を上回ったときに供給できるドレン水の流量を増やすことができる。
【００１３】
ここで、一定値を、例えば、圧縮機の出力の限界（例えば、定格出力容量の限界）に基づいて設定すれば、その限界を越える負荷が圧縮機にかかったときにドレン水の冷熱量を増やして圧縮機の能力を補うことができるから、不測の高気温などによる負荷増に対応できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の空気調和装置の第１の実施の形態について、図１〜３を用いて説明する。図１は本発明を適用してなる空気調和装置の平面図、図２は図１の空気調和装置の室内熱交換器側から見た側面図、図３は図１の空気調和装置の室外熱交換器側から見た側面図である。
【００１５】
まず、本実施形態の空気調和装置の全体構成について図１〜３を参照して説明する。本実施形態の空気調和装置は、例えば鉄道の車両などに取り付けられ、圧縮機１、室外熱交換器３、減圧器５、及び室内熱交換器７が冷媒配管９で環状に連結されてなる冷凍サイクルを筐体１１内に２系統備えて構成されている。この冷凍サイクルは、冷房運転時において、圧縮機１から吐出されるガス冷媒を室外熱交換器３で凝縮して液冷媒とし、その液冷媒を減圧器５で減圧させて室内熱交換器７で蒸発させて室内に送風される空気を冷却し、再び圧縮機１の吸引側に戻すように形成されている。また、冷凍サイクルは、図示していない四方弁を介して冷媒の吐出方向を切り替え可能に接続され、冷暖房の運転変更に対応するようになっている。この空気調和装置は、一般の空気調和装置と同様、空調の対象となる室内の温度が設定温度になるように調整され、具体的には、圧縮機１の運転周波数つまり回転数の制御などにより調整されている。
【００１６】
このように形成された２系統の冷凍サイクルを構成するそれぞれの機器類は線対称に配置され、各室外熱交換器３の間には室外送風機１３が設けられ、各室内熱交換器７の間には室内送風機１５が設けられている。室外送風機１３及び各室外熱交換器３は、筐体１１に形成された開口に臨ませて配置され、室外送風機１３は、それぞれの室外熱交換器３に外気を送風（符号１２の矢印方向）するように設けられている。室内送風機１５は、空調制御の対象となる室内に通じる吹出口に臨む位置に配置され、室内熱交換器７は、室内に通じる吸込口に臨む位置に配置されており、吸引口から吸い込まれた室内の空気が（符号１４の矢印方向）室内熱交換器７を通り、吹出口から室内に送風されるようになっている。この吹出口及び吸込口には、それぞれ温度検出器１８、２０が配置され、検出した吸込温度と吹出温度を空気調和装置の制御装置に出力するようになっている。また、筐体１１内は、仕切り板１７で２つに仕切られ、室内側と室外側の気流が混ざらないように構成されている。この室内側には、室内熱交換器７、室内送風機１５、圧縮機１及び減圧器５が配置され、室外側には、室外熱交換器３及び室外送風機１３が配置されている。
【００１７】
次に、本実施形態の特徴部であるドレン水の冷熱の回収に関する部分について説明する。室内熱交換器７の下側には、皿容器状に形成されたドレンパン１９が配置され、冷房運転時に室内熱交換器７の外表面に結露した水滴が滴下し、ドレン水として貯留されるようになっている。ドレンパン１９の底部分にはドレン給水管２１の一端が連通され、他端はドレンポンプ２３の吸引側に連結されている。室外熱交換器３と減圧器５の間には、冷媒配管９の外径よりも内径が大きく形成され、かつ、両端が閉塞された外管２４が設けられている。室外熱交換器３と減圧器５とを連結する冷媒配管９は、外管２４の両端を閉塞する壁に挿通させて配置され、これにより二重管の形態になっている。このような二重管に構成することで、外管２４に囲まれた冷媒配管９、すなわち内管２５の全面を介してドレン水から液冷媒への伝熱が行われ、液冷媒に回収する冷熱量を増大できる。
【００１８】
外管２４の一端側はドレン給水管３１を介して容量制御可能なドレンポンプ２３の吐出側に連結され、他端側はドレン給水管３３を介して散水ヘッド２６の供給側に連結されている。ドレンポンプ２３は制御装置によって回転数制御され、これにより、ドレン水の貯留、供給が可能になっている。ドレン給水管３１及び３３にはそれぞれドレン水の温度を検出する温度計２８、３０が設けられている。また、減圧器５の入側の液冷媒温度を検出する温度計３２が設けられている。室外熱交換器３の外表面には、室外熱交換器３の温度を検出する温度計３４が設けられている。これらの温度計２８、３０、３２、３４が検出した温度は図示していない制御装置に出力されるようになっている。また、散水ヘッド２６は、複数の穴を有するノズル管で形成され、その穴から室外熱交換器３の外表面にドレン水を滴下するように構成されている。
【００１９】
ドレンパン１９には、ドレン水を排出するドレン排水管２５の一端が連通され、他端は筐体１１外側に開口させている。また、ドレンパン１９には水位計２７が設けられ、ドレン排水管２５の途中には、図示していない電磁弁が設けられている。この電磁弁の開度は、水位計２７が検出した水位に基づいて設定され、水位が一定以上のときに開、一定未満のときに閉になるようになっている。
【００２０】
このように構成された特徴部の冷房運転時の制御動作について空気調和装置本体の制御と合わせて説明する。図４は、本実施形態の特徴部であるドレンポンプの制御手順を示したフローチャートである。まず、冷房運転が開始されると、制御装置は、室内の温度を検出し設定温度と比較し、室内の温度が設定温度になるように圧縮機１の運転周波数、減圧器５の開度などを制御して冷媒を循環させる。これにより、室内の冷房が開始され、室内熱交換器７の外表面に結露が生じ、それらが滴下してドレンパン１９に低温（例えば１０℃）のドレン水が溜められる。
【００２１】
冷房運転開始後、制御装置は、図４に示すように温度計３４から一定の時間間隔で室外熱交換器３の凝縮温度を取り込み、それらから凝縮圧力Ｐの変化率ΔＰ１を求める（ステップＳ１）。求めたΔＰ１と予め一定率に設定しておいた設定変化率ΔＰ１＊とを比較（ステップＳ２）し、ΔＰ１≦ΔＰ１＊であるときは、ドレンポンプ２３を停止する信号を出力し、ステップＳ１に戻る（ステップＳ５）。
【００２２】
ステップＳ２において、ΔＰ１≧ΔＰ１＊であるとき、予め定めたデータテーブルからΔＰ１に対応するドレンポンプ２３の回転数Ｎを取り込み（ステップＳ３）、ドレンポンプ２３を回転数Ｎで運転する信号を出力する（ステップＳ４）。この制御により、圧縮機１にかかる負荷の変動が比較的急激であるとき、ドレンパン１９内のドレン水が外管２４と内管２５との間に導かれ、ドレン水（例えば１０℃）の冷熱は内管２５の全面を介して比較的高温（例えば４０℃）の液冷媒に回収される。ここで温度が低下した（例えば３０℃）液冷媒は室内熱交換器７に流入し、結果、室温が低下する。また、二重管から排出されたドレン水（例えば３０℃）は、散水ヘッド２６に導かれ、室外熱交換器３の外表面に散水され、その蒸発潜熱で室外熱交換器３内のガス冷媒を凝縮させる。
【００２３】
このように本実施形態によれば、ドレンポンプ２３を圧縮機の負荷の増加率に応じてドレン水の流量を増やし、液冷媒の温度を低下させて室温を下げることができるから、通常の制御に見られるような、圧縮機１が制御されてから実際に室内熱交換器７の温度が低下するまでの時間の遅れを改善できる。さらに、ドレン水で室温を低下させた分だけ圧縮機１の負荷が低減される。この場合、ドレン水から液冷媒への冷熱量が多いほど短時間で室温を低下できるので、本実施形態のようにドレン水と液冷媒との熱交換部分を二重管構造にして伝熱面積を増大させる構成が特に有効となる。さらに、圧縮機の負荷があまり急激に変化しないときにドレン水を溜めておくことができ、必要なときに使用できるドレン水の量を増やすことができる。
【００２４】
また、本実施形態では、圧縮機１の負荷に応じてドレンポンプ２３の回転数を制御することでドレン水の流量を調整しているが、ドレンパン１９が二重管よりも高い位置にある場合は、ドレン給水管に弁を設けその弁の開度を調整する構成にすることもできる。
（第２の実施形態）
図５に本発明に係る空気調和装置の第２の実施形態の制御フローチャートを示す。本実施形態が上記実施形態と異なる点は、ドレンポンプ２３が、凝縮圧力Ｐの変化率ではなく、凝縮圧力Ｐに基づいて制御される点である。したがって、上記実施形態と同一のものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００２５】
本実施形態は、冷房運転開始後、制御装置は、図５に示すように温度計３４から取り込んだ室外熱交換器３の凝縮温度に基づいて凝縮圧力Ｐを求める（ステップＳ１１）。求めたＰと予め設定しておいた圧縮機１の上限圧力ＰＨとを比較（ステップＳ１２）し、Ｐ≦ＰＨであるときは、ドレンポンプ２３を停止する信号を出力し、ステップＳ１１に戻る（ステップＳ１６）。
【００２６】
ステップＳ１２において、Ｐ≧ＰＨであるとき、ＰからＰＨを引いたΔＰ２を算出し（ステップＳ１３）、予め定めたデータテーブルから算出したΔＰ２に対応するドレンポンプ２３の回転数Ｎを取り込む（ステップＳ１４）。そして、ドレンポンプ２３を回転数Ｎで運転する信号を出力する（ステップＳ１５）。この制御により、室外空気温度が非常に高い場合や、要求された冷房負荷が高く圧縮機１の能力以上、例えば、定格出力容量以上の負荷がかかるような場合、その圧縮機の能力を越えた分に対応する量のドレン水が二重管に導かれる。
【００２７】
このように本実施形態によれば、液冷媒に回収させる冷熱量を増大させて空気調和装置の冷凍能力を補強でき、負荷が圧縮機の出力の限界を越えても運転できる。また、圧縮機の能力で対応できる負荷しかかかっていないときにはドレン水を温存することができる。また、本実施形態で、ドレン水の流量を増加させるしきい値として圧縮機１の上限圧力ＰＨを用いたが、これに限らず、任意の値に設定することができる。
（第３の実施形態）
上記第１及び第２の実施形態では、圧縮機にかかる負荷が急変する場合や圧縮機の能力を越える負荷がかかる場合に、ドレン水の供給量を調整し液冷媒の温度を制御して、制御の追従性を改善したり圧縮機の能力以上の負荷に対応できるようにした。
【００２８】
しかし、本発明はそれらの実施形態に限られるものではない。例えば、負荷の急変や圧縮機の能力を越えるような負荷への対応が要求されない場合は、ドレン水の供給量を調整するまでもない。このような場合は、室内熱交換器で生成されるドレン水をそのまま二重管に通流させることができる。この場合であっても、ドレン水が通流する管と液冷媒が通流する管とを接合する従来の構造に比べて、液冷媒に回収させる冷熱量を増大でき、その増大分だけ圧縮機の負荷を低減できるので省エネルギになる。
【００２９】
特に、二重管の外管側に液冷媒を通流させ、内管側にドレン水を通流させれば、外管側を流れる高温の液冷媒の熱は外気への放熱され、内管側のドレン水の冷熱を効率よく液冷媒に伝熱させることができるから、省エネルギの効果を高めることができる。
【００３０】
また、上記第１〜第３の実施形態では、二重管を設ける位置を室内熱交換器３と減圧器５との間としたが、これに限らず、例えば、減圧器５と室内熱交換器７との間の液冷媒部分を冷却する構成とすることもできる。また、水位計２７が、ドレンパン１９内のドレン水の水位が一定水位以上であること検出すると、電磁弁を開いてドレン水を排出するようになっているが、単に、ドレンパン１９の一定水位の位置にドレン排出管２５を連通させて排水口としてもよい。
【００３１】
また、上記実施形態において、空気調和装置の製造段階において冷媒配管を二重管で形成すれば、ドレン水を室外熱交換器３まで搬送するためのドレン給水管を別途施工する必要がなくなり、装置が大型化することもない。また、上記実施形態では、車両用の空気調和装置について説明したがこれに限らず、スポット形空気調和装置などさまざまな型に適用できる。さらに、冷凍サイクルの系統を２系統としたが、これに限らず一般的な空気調和装置の構成とすることができる。
【００３２】
また、上記第１及び第２の実施形態では、圧縮機１の負荷を、室外熱交換器３の凝縮温度から算出した凝縮圧力Ｐにより求めているが、これに限らず、例えば、圧縮機の吐出圧力、吸引圧力、室温の設定温度と実際の室温との差、冷媒の蒸発圧力及び蒸発温度などの冷凍サイクルの状態が表れる物理量から求めることができる。さらに、上記実施形態では、圧縮機１の負荷が設定よりも小さい場合にドレンポンプ２３を停止しているが、例えば、ドレンポンプ２３の回転数Ｎを任意に低下させてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、液冷媒に回収する冷熱量を増やして、圧縮機の負荷をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる空気調和装置の第１の実施形態の平面図である。
【図２】図１の空気調和装置の室内熱交換器側から見た側面図である。
【図３】図１の空気調和装置の室外熱交換器側から見た側面図である。
【図４】本発明に係る空気調和装置の第１の実施形態の制御を示したフローチャートを示す。
【図５】本発明に係る空気調和装置の第２の実施形態の制御を示したフローチャートを示す。
【符号の説明】
１ 圧縮機
３ 室外熱交換器
５ 減圧器
７ 室内熱交換器
９ 冷媒配管
１９ ドレンパン
２３ ドレンポンプ
２４ 外管
２５ 内管
３４ 温度計

Claims (5)

1. 圧縮機、室外熱交換器、減圧器、及び室内熱交換器が冷媒配管で環状に連結されてなる冷凍サイクルを備え、
   前記室外熱交換器から流出される液冷媒の配管の少なくとも一部が、二重管を構成する外管及び内管のいずれか一方の管で形成され、他方の管に前記室内熱交換器で生じたドレン水を流入することを特徴とする空気調和装置。
2. 前記室外熱交換器から流出される液冷媒の配管は前記外管で形成され、前記内管に前記ドレン水を流入することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記室内熱交換器で生じたドレン水を貯留する容器と、この容器から前記他方の管に流入させるドレン水の流量を調整する調整手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載に空気調和装置。
4. 前記調整手段は、前記圧縮機の負荷の増加率が一定率を上回ったとき上回った度合いに応じて前記ドレン水の流量を増やし、一定率を下回ったとき前記ドレン水の流量を減らすことを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置。
5. 前記調整手段は、前記圧縮機の負荷が一定値を上回ったとき上回った度合いに応じて前記ドレン水の量を増やし、一定値を下回ったとき前記ドレン水の量を減らすことを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置。

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