JP2007057114A - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 省電力化を図ることが可能な空気調和装置を提供する。
【解決手段】 室外ユニット12内に、圧縮機21の吐出側と吸込側とをバイパスするバイパス経路110と、このバイパス経路110の途中に設けられ、このバイパス経路110を流れる冷媒で室外ファン27を回転駆動する駆動ユニット120とを配設するようにした。
【選択図】 図1

Description

本発明は、省電力化を図った空気調和装置に関する。
従来より、ガスヒートポンプ式空気調和装置には、ガスエンジンによって発電機を駆動し、発電機の発電電力により圧縮機や室外ファン等を駆動するものがある(例えば特許文献1)。
特開2004−248342号公報
ところで、近年、自然環境の保護の観点等から省エネルギー化が要望されており、この一環として、オールガス化が注目されている。このため、空気調和装置においても省エネルギー化に対応していく必要があり、ガスヒートポンプ式空気調和装置においても、小さな発電機でオールガス化に対応できるように省電力化が要望されている。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、省電力化を図ることが可能な空気調和装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するため、本発明は、圧縮機と、この圧縮機に配管接続され、圧縮機の吐出冷媒が供給される熱交換器と、熱交換器に送風する送風ファンとを備える空気調和装置において、前記送風ファンを、前記吐出冷媒の圧力により回転可能に構成したことを特徴とする。この発明によれば、送風ファンを、圧縮機の吐出冷媒の圧力により回転可能に構成したので、送風ファンをモータ駆動するものに比して、省電力化を図ることが可能になる。
また、上記構成において、前記圧縮機の吐出側と吸込側とをバイパスするバイパス経路を設け、前記送風ファンを、前記バイパス経路を流れる冷媒の圧力により回転可能に構成してもよい。この場合、前記バイパス経路が、通過冷媒の圧力損失が異なる複数の冷媒入口管と、各冷媒入力管を開閉する制御弁とを備え、前記冷媒入口管を通過した冷媒の圧力により前記送風ファンが回転可能に構成され、前記制御弁を制御して前記送風ファンの回転数を制御する制御手段を備えるようにしてもよい。
また、上記構成において、前記送風ファンが、室外熱交換器に送風する室外ファンと、室内熱交換器に送風する室内ファンとを有し、前記室外ファン又は室内ファンの少なくともいずれかを前記吐出冷媒の圧力により回転可能に構成してもよい。また、上記構成において、前記送風ファンと一体的に回転する羽根車を備え、この羽根車に向けて前記吐出冷媒を吹き付けて前記送風ファンを回転させるようにしてもよい。また、上記構成において、前記吐出冷媒の圧力により発電する発電手段と、前記送風ファンを回転駆動するファンモータとを備え、前記ファンモータは、前記発電手段の発電電力で駆動されるようにしてもよい。
また、本発明は、エンジンと、このエンジンによって駆動される圧縮機と、この圧縮機に配管接続され、圧縮機の吐出冷媒が供給される熱交換器と、熱交換器に送風する送風ファンと、エンジンに冷却水を循環させる冷却水ポンプと、エンジンにエンジンオイルを供給するオイルポンプとを備える空気調和装置において、前記送風ファン、前記冷却水ポンプ及び前記オイルポンプの少なくともいずれかを、前記吐出冷媒の圧力により回転可能に構成したことを特徴とする。この発明によれば、送風ファン、冷却水ポンプ及びオイルポンプの少なくともいずれかを、圧縮機の吐出冷媒の圧力により駆動可能に構成したので、送風ファン、冷却水ポンプ及びオイルポンプを電気で駆動するものに比して、省電力化を図ることが可能になる。
本発明は、送風ファンを、圧縮機の吐出冷媒の圧力により回転可能に構成したので、送風ファンをモータ駆動するものに比して、省電力化を図ることが可能になる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図1は、本実施形態に係るガスヒートポンプ式空気調和装置(以下、空気調和装置)10の構成を示す図である。
この空気調和装置10は、室内ユニット11と、室外ユニット12と、制御装置100とを有し、室内ユニット11の室内冷媒配管13と、室外ユニット12の室外冷媒配管20とが連結されて構成されている。室内ユニット11は、被調和室に設置され、室内冷媒配管13には、室内熱交換器14と室内膨張弁15とが順に配設され、この室内熱交換器14には、この室内熱交換器14に向かって送風する電動式の室内ファン(ファンモータ16Aで駆動される送風ファン)16が隣接して配置されている。なお、本実施形態は、室内ユニット11が一台の場合を例示しているが、複数台設置することも可能である。
室外ユニット12は、室外に設置され、ガスエンジン30が配置されている。このガスエンジン30の燃焼室には、エンジン燃料供給装置31から燃料と空気との混合気が供給される。このエンジン燃料供給装置31は、燃料供給配管32に、燃料遮断弁33、ゼロガバナ34、燃料調整弁35及びスロットルバルブ36が順次配設され、この燃料供給配管32のスロットルバルブ36側端部がガスエンジン30の上記燃焼室に接続されて構成されている。
燃料遮断弁33は、閉鎖型の燃料遮断弁機構を構成し、燃料遮断弁33が全閉または全開し、燃料ガスの漏れのない遮断と連通とを択一に実施する。ゼロガバナ34は、燃料供給配管32内における当該ゼロガバナ34の前後の1次側燃料ガス圧力(一次圧a)と2次側燃料ガス圧力(二次圧b)とのうち、一次圧aの変動によっても二次圧bを一定の所定圧に調整して、ガスエンジン30の運転を安定化させる。
燃料調整弁35は、スロットルバルブ36の上流側から空気が導入されることで生成される混合気の空燃比を最適に調整するものである。このスロットルバルブ36の上流側にエンジンユニット外から空気を吸入する空気供給配管37が接続されている。この空気供給配管37の吸込口にはエアフィルタ38が配設されている。また、スロットルバルブ36は、ガスエンジン30の燃焼室へ供給される混合気の供給量を調整して、ガスエンジン30の回転数を制御する。
ガスエンジン30には、エンジンオイル供給装置40が接続されている。このエンジンオイル供給装置40は、オイルタンク41と、オイルタンク41内のオイルをガスエンジン30に供給するオイルポンプ42等から構成され、ガスエンジン30へエンジンオイルを適宜供給する。
また、ガスエンジン30は、エンジン冷却回路50内を循環する冷却水により冷却される。このエンジン冷却回路50は、冷却水配管51を備え、この冷却水配管51には、ワックス三方弁52、冷却水電動三方弁53、ラジエータ54、冷却水ポンプ55及び排ガス熱交換器56が順に接続されている。
上記ワックス三方弁52は、入口52Aが、ガスエンジン30の冷却水出口に配管接続され、低温側出口52Bが、冷却水配管51における冷却水ポンプ55の吸込側に接続され、高温側出口52Cが冷却水配管51における冷却水電動三方弁53の入口53Aに配管接続されている。このワックス三方弁52は、冷却水温度が所定温度以下の場合は低温側出口52Bが開いて冷却水をラジエータ54を経由させずにガスエンジン30に戻す第1経路(図中符号αで示す経路)を形成し、ガスエンジン30を速やかに暖機させるものである。
また、冷却水電動三方弁53は、一方の出口53Bが冷却水配管51におけるラジエータ54側に接続され、他方の出口53Cが、冷媒加熱用熱交換器57を介して冷却水配管51における冷却水ポンプ55の吸込側に接続されている。上記冷媒加熱用熱交換器57は、室外冷媒配管20内の冷媒と冷却水との間で熱交換させる熱交換器であり、例えば、プレート式熱交換器又は二重管が適用される。
この冷却水電動三方弁53は、暖房運転時は冷却水を冷媒加熱用熱交換器57に流し(図中符号β)、冷房運転時は冷却水をラジエータ54に流すように切替制御される(図中符号γ)。このように暖房運転時はガスエンジン30によって暖められた冷却水を冷媒加熱用熱交換器57に供給することで、冷媒加熱を促進し、暖房能力の向上を図ることが可能になる。但し、冷房運転時であっても、室内ユニット11が凍結温度の状況にある場合等は、冷却水電動三方弁53が冷却水を冷媒加熱用熱交換器57に流すように制御される。
室外ユニット12の室外冷媒配管20には、圧縮機21が配設され、この圧縮機21の吸込側にアキュムレータ22が、吐出側にオイルセパレータ23を介して四方弁24がそれぞれ設けられ、この四方弁24側に、室外熱交換器25、室外膨張弁26が順に接続されている。室外熱交換器25には、この室外熱交換器25に向かって送風する室外ファン27が隣接して配置されている。
上記圧縮機21は、フレキシブルカップリング等の動力伝達機構28を介してガスエンジン30に連結され、このガスエンジン30により駆動される。また、上記冷媒配管13、20内には、冷媒が満たされ、この冷媒は、ガスエンジン30が駆動する圧縮機21により冷媒配管13、20内を循環している。
制御装置100は、室外ユニット12内に配置され、室外ユニット12及び室内ユニット11の運転を制御するものである。具体的には、この制御装置100には、ガスエンジン30を冷却した冷却水の出口温度を計測する冷却水温度センサ61、外気温度を計測する外気温センサ62、室内ユニット11が配置された室内(被調和室内)の温度を計測する室温センサ63、各熱交換器14、25に配置された温度センサ(図示せず)等が接続される他、室内ユニット11の図示せぬ室内制御装置を介してユーザが操作する操作装置(図示せず)が接続されている。そして、この制御装置100は、操作装置を介して入力したユーザ指示等に基づき、ガスエンジン30(即ち圧縮機21)、四方弁24及び各膨張弁15、26、送風ファン16、27等を制御して空調運転(暖房運転、冷房運転等)を行うと共に、この空調運転の際に、冷却水ポンプ55、冷却水電動三方弁53及びオイルポンプ42の制御を行う。
この場合、制御装置100が四方弁24を切り替えることにより、空気調和装置10が冷房運転又は暖房運転に設定される。具体的には、制御装置100が四方弁24を冷房側に切り替えたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器25が凝縮器に、室内熱交換器14が蒸発器になって冷房運転状態となり、室内熱交換器14が室内を冷房する。また、制御装置100が四方弁24を暖房側に切り替えたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器14が凝縮器に、室外熱交換器25が蒸発器になって暖房運転状態となり、室内熱交換器14が室内を暖房する。また、制御装置100は、外気温センサ62、室温センサ63等の温度センサの結果から空調負荷を判別し、空調負荷に応じて各膨張弁15、26の弁開度をそれぞれ制御する。
本実施形態では、室外ユニット12内に、図1に示すように、圧縮機21の吐出側と吸込側とをバイパスするバイパス経路110と、このバイパス経路110の途中に設けられ、このバイパス経路110を流れる冷媒で室外ファン27を回転駆動する駆動ユニット120とが配設されている。
具体的には、上記バイパス経路110は、室外冷媒配管20におけるオイルセパレータ23の下流側と駆動ユニット120とを接続する冷媒入力管111を備え、この冷媒入力管111は、室外冷媒配管20におけるオイルセパレータ23の下流側と駆動ユニット120とを接続する第1冷媒入力管111Aと、この第1冷媒入力管111Aの途中から分岐して駆動ユニット120に接続される第2冷媒入力管111Bとを有している。
上記第1冷媒入力管111Aには、第2冷媒入力管111Bの分岐部Xより下流側に、当該第1冷媒入力管111Aを開閉自在な第1制御弁(例えば電磁弁)112Aが設けられ、この第1制御弁112Aが開状態の場合に、圧縮機21から吐出されてオイルセパレータ23でオイルが除去されたガス冷媒の一部が駆動ユニット120に供給される。
また、上記第2冷媒入力管111Bには、当該第2冷媒入力管111Bを開閉自在な第2制御弁(例えば電磁弁)112Aと、キャピラリーチューブ113とが順に配設され、この第2制御弁112Bが開状態の場合に、圧縮機21から吐出されてオイルセパレータ23でオイルが除去されたガス冷媒の一部がキャピラリーチューブ113を介して駆動ユニット120に供給される。
駆動ユニット120は、図2に示すように、気密構造に形成された略円筒形状の箱体121と、この箱体121内に設けられた羽根車122とを有し、この羽根車122は、上記箱体121に回転自在に支持されると共に、その軸122Aが箱体121の外に延出して室外ファン27の軸27J(図1参照)に連結されている。上記箱体121の一側の面121Aには、第1冷媒入力管111A及び第2冷媒入力管111Bが近接されて連結され、これら入力管111A、111Bから羽根車122に向けてガス冷媒が吹き出される。また、箱体121の上記面121Aと対向する面121Bには、入力管111A、111Bから吹き出されたガス冷媒の下流位置に冷媒出力管115が接続され、この冷媒出力管115の出口は、室外冷媒配管20におけるアキュムレータ22の上流側に接続されている。すなわち、上記第1冷媒入力管111A、第2冷媒入力管111B及び冷媒出力管115によって上記バイパス経路110が構成されている。
本構成では、このバイパス経路110が圧縮機21の吐出側と吸込側とをバイパスしているため、圧縮機21から吐出された高圧ガス冷媒の一部が、室外冷媒配管20における低圧側(圧縮機21の吸込側)との圧力差で当該バイパス経路110内に引き込まれ、このバイパス経路110内を流れるように構成されている。
上記構成の下、第1冷媒入力管111Aに設けられた第1制御弁112Aが開状態(第2制御弁112Bは閉状態)の場合には、第1冷媒入力管111Aではガス冷媒の圧力損失が殆ど生じないため、室外冷媒配管20内の最大差圧(圧縮機21の吐出側と吸込側との間の差圧)で勢いよくガス冷媒が駆動ユニット120内に吹き出し、羽根車122を回転させた後、冷媒出力管115を介して室外冷媒配管20に引き込まれる。従って、第1制御弁112Aが開のときは室外ファン27が高速回転する。
一方、第2冷媒入力管111Bに設けられた第2制御弁112Bが開状態(第1制御弁は閉状態)の場合には、第2冷媒入力管111Bのキャピラリーチューブ113によってガス冷媒の圧力損失が生じ、この圧力損失分だけ、駆動ユニット120内に吹き出すガス冷媒の勢いが低下し、第1制御弁112Aが開の場合に比して低い回転数で駆動ユニット120内の羽根車122が回転する。
上記第1制御弁112A及び第2制御弁112Bの開閉は、制御装置100が空気調和装置10の運転状態に基づいて制御している。具体的には、制御装置100は、外気温センサ62や室温センサ63等の温度センサの結果等から空調負荷を判別し、空調負荷が大きい状態の場合(運転起動時を含む)には、第1制御弁112Aを開状態に制御し、室外ファン27を高速回転させる。一方、空調負荷が小さい状態の場合(例えばサーモオフに近い状態の場合)には、制御装置100は、第2制御弁112Bを開状態に制御し、室外ファン27を低速回転させる。また、空気調和装置10の電源オフが指示された場合或いはサーモオフの場合には、制御装置100は、第1制御弁112A及び第2制御弁112Bを閉状態に制御し、室外ファン27の運転を停止する。なお、室内ファン16の制御については、従来と同様に制御される。
以上説明したように、本実施形態に係る空気調和装置10は、圧縮機21の吐出側と吸込側とをバイパスするバイパス経路110を設け、このバイバス経路110を流れる圧縮機21の吐出冷媒の圧力により室外ファン27を回転させるので、室外ファンをファンモータで回転駆動するものに比して、省電力化を図ることが可能になる。また、上記バイパス経路110に、通過冷媒の圧力損失が異なる2つの冷媒入力管111A、111Bを設け、いずれかの冷媒入力管を通過する冷媒により室外ファン27を選択的に回転可能に構成したので、室外ファン27の回転数を容易に可変することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。例えば、上記実施形態で示した構成部品及び配管構成はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
また、上記実施形態では、ガスヒートポンプ式空気調和装置に本発明を適用する場合について述べたが、これに限らず、例えば、図3に示すように、圧縮機を電気で回転駆動させる空気調和装置10Aに適用することも可能である。なお、図3において、上記実施形態と同一の構成は同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。以下、室外ファン27に関する部分を説明する。
図3に示す電気駆動式の空気調和装置10Aは、圧縮機21の吐出側(四方弁24より上流側)と、圧縮機21の吸込側(四方弁24より下流側)とを接続するバイパス経路110の途中に駆動ユニット120が設けられている。
このバイパス経路110は、圧縮機21の吐出側と駆動ユニット120とを接続する第1冷媒入力管111Aと、この第1冷媒入力管111Aの途中から分岐して駆動ユニット120に接続される第2冷媒入力管111Bとを有している。上記第1冷媒入力管111Aは、第1制御弁112Aが配置され、上記第2冷媒入力管111Bは、第2制御弁112Bとキャピラリーチューブ113が配置され、これによって、第2冷媒入力管111Bが第1冷媒入力管111Aに比して通過冷媒の圧力損失が大きいものとなっている。
従って、上記実施形態と同様に、制御装置100が第1制御弁112Aのみを開状態に制御することにより、第1冷媒入力管111Aを流れる高圧ガス冷媒を駆動ユニット120内の羽根車122に吹き付けて室外ファン27を高速回転させることができ、また、第2制御弁112Bのみを開状態に制御することにより、第2冷媒入力管111Bを流れてキャピラリーチューブ113で圧力が若干低下された高圧ガス冷媒により室外ファン27を低速回転させることができる。これによって、室外ファンをモータ駆動するものに対し、省電力化を図ることができる。
また、上述の実施形態では、第1冷媒入力管111Aと第2冷媒入力管111Bとを通過する冷媒を、同方向から駆動ユニット120内の羽根車122に向かって吹き出す構成について例示したが、これに限らず、図4に示すように、第2冷媒入力管111Bを通る冷媒の吹き出し方向を、第1冷媒入力管111Aを通る冷媒の吹き出し方向と正対させ、この第2冷媒入力管111Bから吹き出した冷媒の下流側にも冷媒出力管115を接続するように構成してもよい。
この構成によれば、第2冷媒入力管111Bを通る冷媒を羽根車122に向けて吹き出すことにより、第1冷媒入力管111Aを通る冷媒で回転している羽根車122にブレーキをかけることが可能になる。すなわち、上記第2冷媒入力管111Bを、室外ファン27の回転を制動する制動手段として機能させることが可能になる。
これによって、第1制御弁112A及び第2制御弁112Bの制御により、室外ファン27の回転速度の調整や回転停止を迅速に行うことが可能になる。なお、これら第1冷媒入力管111A及び第2冷媒入力管111Bの駆動ユニット120への接続位置は上記位置に限らず、室外ファン27(即ち羽根車122)を正回転又は逆回転可能な範囲で任意の位置に変更が可能であり、また、羽根車122の羽根の枚数や形状は任意に変更が可能である。
また、上記羽根車122の羽根に一又は複数の孔を形成し、この孔により羽根車122に吹き出す冷媒の圧力損失を低減させるように構成してもよい。
また、上記実施形態では、バイパス経路に圧力損失の異なる2つの冷媒入力管を設ける場合について例示したが、3つ以上の冷媒入力管を設けて、室外ファンの回転速度をさらに多段階で調整可能に構成してもよい。また、第2冷媒入力管111Bにキャピラリーチューブ113を設ける場合について述べたが、第2冷媒入力管111Bの径を変更する、管内に圧力損失を生じさせる突起等の部材を付加する等の方法を用いて、第2冷媒入力管111Bで生じる圧力損失を第1冷媒入力管111Aと異ならせてもよい。
また、上記実施形態では、室外ファン27を圧縮機21の吐出冷媒で回転駆動する場合について述べたが、これに限らず、室内ファン16、オイルポンプ42及び冷却水ポンプ55等の電動式の回転装置のいずれか1台又は複数台を吐出冷媒で回転駆動するようにしてもよい。
また、上記実施形態において、図5に示すように、駆動ユニット120に発電機(発電手段)130を接続し、この発電機130の発電電力により室外ファン27のファンモータ27Aや室内ファン16のファンモータ16Aを駆動してもよく、さらに、上記発電電力でオイルポンプ42や冷却水ポンプ55を駆動してもよい。なお、発電機130を設ける場合、図5に示すように、バイパス経路110から第2冷媒入力管111Bを省略することが好ましい。この発電機130を備えた構成の場合、発電電力で空気調和装置10の全ての電気部品を駆動する構成にすれば、この空気調和装置10のオールガス化を図ることが可能となる。
また、上記実施形態の室外ファン27及び室内ファン16は、プロペラファン又はシロッコファン等の任意のファンを適用することが可能である。
本実施形態に係るガスヒートポンプ式空気調和装置の構成を示す図である。 駆動ユニットの構成を示す図である。 変形例に係る空気調和装置の構成を示す図である。 変形例に係る駆動ユニットの構成を示す図である。 変形例に係る空気調和装置の構成を示す図である。
符号の説明
10、10A 空気調和装置
11 室内ユニット
12 室外ユニット
14 室内熱交換器
16 室内ファン
21 圧縮機
25 室外熱交換器
27 室外ファン
42 オイルポンプ
55 冷却水ポンプ
100 制御装置
110 バイパス経路
111 冷媒入力管
111A 第1冷媒入力管
111B 第2冷媒入力管
112A 第1制御弁
112B 第2制御弁
113 キャピラリーチューブ
115 冷媒出力館
120 駆動ユニット
122 羽根車
130 発電機

Claims (7)

  1. 圧縮機と、この圧縮機に配管接続され、圧縮機の吐出冷媒が供給される熱交換器と、熱交換器に送風する送風ファンとを備える空気調和装置において、
    前記送風ファンを、前記吐出冷媒の圧力により回転可能に構成したことを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記圧縮機の吐出側と吸込側とをバイパスするバイパス経路を設け、
    前記送風ファンを、前記バイパス経路を流れる冷媒の圧力により回転可能に構成したことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記バイパス経路は、通過冷媒の圧力損失が異なる複数の冷媒入口管と、各冷媒入力管を開閉する制御弁とを備え、前記冷媒入口管を通過した冷媒の圧力により前記送風ファンが回転可能に構成され、
    前記制御弁を制御して前記送風ファンの回転数を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項2に記載の空気調和装置。
  4. 前記送風ファンは、室外熱交換器に送風する室外ファンと、室内熱交換器に送風する室内ファンとを有し、
    前記室外ファン又は室内ファンの少なくともいずれかを前記吐出冷媒の圧力により回転可能に構成したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の空気調和装置。
  5. 前記送風ファンと一体的に回転する羽根車を備え、この羽根車に向けて前記吐出冷媒を吹き付けて前記送風ファンを回転させることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の空気調和装置。
  6. 前記吐出冷媒の圧力により発電する発電手段と、前記送風ファンを回転駆動するファンモータとを備え、前記ファンモータは、前記発電手段の発電電力で駆動されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の空気調和装置。
  7. エンジンと、このエンジンによって駆動される圧縮機と、この圧縮機に配管接続され、圧縮機の吐出冷媒が供給される熱交換器と、熱交換器に送風する送風ファンと、エンジンに冷却水を循環させる冷却水ポンプと、エンジンにエンジンオイルを供給するオイルポンプとを備える空気調和装置において、
    前記送風ファン、前記冷却水ポンプ及び前記オイルポンプの少なくともいずれかを、前記吐出冷媒の圧力により駆動可能に構成したことを特徴とする空気調和装置。

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