JP2007163095A - Air conditioning system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、室内機と室外機とが各々別個に設置されるタイプの空気調和装置に関する。 The present invention relates to an air conditioner of a type in which an indoor unit and an outdoor unit are separately installed.
この種の空気調和装置は、セパレート型空気調和装置とも言われている。この種の空気調和装置では、室外機を小型化等すると冷房運転時の室外熱交換器の能力(凝縮能力)が不足し易くなるので、このような能力の不足を補うために種々の工夫がなされている。例えば、冷房運転時に室内機に生じる結露水を室内機から配水管を用いて室外機の上部まで導き、室外熱交換器の熱交換部分に滴下するように構成したものがある(例えば、特許文献1参照)。結露水は、室外熱交換器に滴下されて蒸発し、その蒸発潜熱で室外熱交換器(この場合には凝縮器となる)が冷却される。結露水で室外熱交換器を冷却することで室外熱交換器において冷媒が液化し易くなり、凝縮能力が向上する。
しかしながら、このような空気調和装置では、結露水を室内機から室外機まで導く排水管を設けなければならかった。室外機が室内機よりも高い位置に設置されている場合には、ポンプなどによって結露水を強制的に搬送する必要であった。
また、凝縮器として機能する室外熱交換器に結露水を滴下して冷却する場合に、室外の雰囲気の湿度が非常に高い場合には、結露水の蒸発が進まずに、そのまま室外熱交換器の下部に滴下することがあり、十分な冷却効果が得られなかった。
さらに、結露水を室内機から室外機上部に導いて、室外熱交換器に直接滴下する構成になっているので、熱交換部分の下部まで流れた結露水を再利用することはできなかった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で空気調和装置を効率良く運転させることを主な目的とする。
However, in such an air conditioner, it has been necessary to provide a drain pipe for guiding condensed water from the indoor unit to the outdoor unit. When the outdoor unit is installed at a higher position than the indoor unit, it has been necessary to forcibly convey the condensed water by a pump or the like.
In addition, when condensation water is dripped onto an outdoor heat exchanger that functions as a condenser for cooling, if the humidity of the outdoor atmosphere is very high, the condensation heat will not evaporate and the outdoor heat exchanger will continue. However, sufficient cooling effect could not be obtained.
Furthermore, since the dew condensation water is guided from the indoor unit to the upper part of the outdoor unit and directly dropped onto the outdoor heat exchanger, the dew condensation water that has flowed to the lower part of the heat exchange part cannot be reused.
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its main object to efficiently operate an air conditioner with a simple configuration.
上記の課題を解決する本発明は、室内機と室外機とを配管接続し、前記室内機と前記室内機の間で冷媒を循環させる空気調和装置において、前記室内機で生じた結露水を蒸発させることで室内熱交換器に流入する高温の冷媒を過冷却する蒸発式補助熱交換器と、室内熱交換器における熱交換で形成される低湿空気の一部を取り込んで前記蒸発式補助熱交換器に送気するためのダクトとを前記室内機に設けたことを特徴とする空気調和装置とした。
この空気調和装置では、冷房運転時に室外機から流れ出る冷媒が室内機内の蒸発式補助熱交換器で過冷却される。過冷却された冷媒は室内機熱交換器で熱交換することで室内等を冷却する。蒸発式補助熱交換器で冷媒を過冷却するために使用する空気は、室内等を冷却する低湿空気の一部を取り込んで使用する。
The present invention that solves the above problems evaporates condensed water generated in the indoor unit in an air conditioner in which an indoor unit and an outdoor unit are connected by piping and refrigerant is circulated between the indoor unit and the indoor unit. An evaporative auxiliary heat exchanger that supercools the high-temperature refrigerant flowing into the indoor heat exchanger, and a part of the low-humidity air formed by heat exchange in the indoor heat exchanger, and the evaporative auxiliary heat exchange The air conditioner is characterized in that a duct for supplying air to the chamber is provided in the indoor unit.
In this air conditioner, the refrigerant flowing out of the outdoor unit during the cooling operation is supercooled by the evaporative auxiliary heat exchanger in the indoor unit. The supercooled refrigerant cools the room by exchanging heat with the indoor unit heat exchanger. The air used for supercooling the refrigerant in the evaporative auxiliary heat exchanger takes in a part of the low-humidity air that cools the room and the like.
本発明によれば、室内機に蒸発式補助熱交換器を設けたので、結露水の蒸発潜熱を利用した冷媒の過冷却を室内機内で行うことが可能になる。室内熱交換器に流入する直前の冷媒を室内機で生成した結露水を用いて過冷却するのでエネルギ効率が向上する。また、従来のように室内機から室外機に排水管を引き回す必要がなくなり、装置構成を簡略化できる。室内等を冷房する低湿空気を蒸発式補助熱交換器における熱交換に使用するので、外気条件に影響を受け難くなり、効率の良い運転を安定して行える。 According to the present invention, since the evaporative auxiliary heat exchanger is provided in the indoor unit, the refrigerant can be supercooled in the indoor unit using the latent heat of evaporation of condensed water. Since the refrigerant immediately before flowing into the indoor heat exchanger is supercooled using the condensed water generated in the indoor unit, energy efficiency is improved. In addition, it is not necessary to route the drain pipe from the indoor unit to the outdoor unit as in the prior art, and the apparatus configuration can be simplified. Since the low-humidity air that cools the interior of the room is used for heat exchange in the evaporative auxiliary heat exchanger, it is less affected by outside air conditions, and efficient operation can be performed stably.
発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1に第1の実施の形態に係る空気調和装置の全体構成の概略を示す。空気調和装置1は、室外機3と室内機3とを配管接続した構成を有する。
室外機3は、圧縮機4を有し、圧縮機4の吐出口に接続された吐出配管5は、室外熱交換器(以下、凝縮器6という)の流入口に接続されている。凝縮器6の流出口からは液管7が延び、液管7は室内機3内に引き込まれている。
室内機3は、蒸発式補助熱交換器10(以下、補助熱交換器10という)と、膨張弁11と、室内熱交換器(以下、蒸発器12という)とが直列に配管接続されている。蒸発器12の流出口には、ガス管13が接続されている。ガス管13は、吸引配管となって室外機3の圧縮機4の吸引口に接続されている。なお、空気調和装置1全体としてもみると、凝縮器6と補助熱交換器10とが直列に接続されている。
The best mode for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an outline of the overall configuration of the air-conditioning apparatus according to the first embodiment. The air conditioner 1 has a configuration in which an
The
In the
図2に具体的な構成を示すように、室内機3は、ケース20を有し、ケース20の前面20Aには上部に送気口21が形成され、下部に吸気口22が形成されている。ケース20内には、吸気口22から送気口21に抜ける空気の流路が形成されており、空気の流路の途中に室内ファン23が設置されている。室内ファン23の排気側(下流側)で、送気口21よりも手前には、蒸発器12が斜めに設置されている。つまり、室内ファン23を運転させると、空気が吸気口22から取り込まれて、室内ファン23から排気されて蒸発器12の外表面を通って熱交換をした後に送気口21から室内に送気される。なお、蒸発器12の下端には、空気中の水分が蒸発器12の外表面に結露してできる結露水を溜める樋24が配置されている。
As shown in FIG. 2, the
蒸発器12から送気口21に至るまでの流路中には、ダクト25の吸い込み口25Aが配置されている。ダクト25は、吸気口22を避けるようにしてケース20の底部20Bに向けて下った後に底部20Bと略平行に延びる本体部25Bを有する。本体部25Bには、吸い込み口25A側から順番に補助ファン26と、補助熱交換器10とが配置されている。さらに、補助熱交換器10の配設位置から先のダクト25は、水滴分離部25Cになっている。水滴分離部25Cは、ダクト径が増大すると共に、上方に略垂直に屈曲させられて、本体部25Bよりも高い位置に延びた後にケース20の背面20Cから屋外に引き出されている。
A
ここで、水滴分離部25Cの底部には、開口28を介してドレンタンク29が接続されている。ドレンタンク29には、上方に設置された蒸発器12の樋24から延びるドレンパイプ30が引き込まれている。ドレンタンク29に貯溜された結露水は、ポンプ31によって汲み出され、補助熱交換器10の上部に設けられた散水装置32に供給されるようになっている。散水装置32は、例えば、結露水を通すパイプに複数の小孔を補助熱交換器10に向けて穿孔した構成や、微小な孔が多数形成されたノズルを補助熱交換器10に向けた構成などを有し、補助熱交換器10の外表面に略均一に結露水を散布できるように構成されている。
Here, a
次に、この実施の形態の作用について説明する。
図1に示す空気調和装置1を運転させるときには、圧縮機4でガス冷媒を圧縮して吐出する。高圧のガス冷媒は、凝縮器6において熱交換して液冷媒あるいは一部ガス冷媒が残る二相冷媒となる。液冷媒あるいは二相冷媒は、室内機3の補助熱交換器10に流入する。補助熱交換器10には、散水装置32から結露水が散水されているので、補助熱交換器10の外表面に付着した結露水が補助熱交換器10内を流れる。液冷媒あるいは二相冷媒と熱交換して暖められて蒸発する。このときに結露水が吸収する気化熱によって補助熱交換器10及び冷媒が冷却される。液冷媒あるいは二相冷媒は、熱交換によって過冷却された液冷媒になり、膨張弁11で減圧された後、蒸発器12に流入する。
Next, the operation of this embodiment will be described.
When operating the air conditioner 1 shown in FIG. 1, the compressor 4 compresses and discharges the gas refrigerant. The high-pressure gas refrigerant is a two-phase refrigerant in which the liquid refrigerant or a part of the gas refrigerant remains after heat exchange in the
蒸発器12では、蒸発器12の外側を流れる空気の熱を熱交換によって奪って蒸発し、低圧のガス冷媒となる。低圧のガス冷媒は、室外機3に戻されて圧縮機4に吸引され、再び圧縮して吐出される。図2に示す蒸発器12における熱交換によって冷却された空気は、室内を冷房する空気(室内吹き出し用空気)として吸気口22から吹き出される。なお、室内吹き出し用空気が形成される際に、空気中の水分が蒸発器12表面に凝縮して結露水を形成する。このため、室内吹き出し用空気は、低湿空気になる。
In the
結露水は、蒸発器12の外表面を伝って樋24に流れ落ち、ドレンパイプ30からドレンタンク29に回収される。また、ダクト25内の補助ファン26が回転することで、吸い込み口25Aから室内吹き出し用空気の一部が吸い込まれる。
Condensed water flows down along the outer surface of the
ダクト25に吸い込まれた室内吹き出し用空気は、補助ファン26から補助熱交換器10を通って水滴分離部25Cに導かれる。このとき、補助熱交換器10に散布され、補助熱交換器10の外表面で蒸発した結露水の蒸気が室内吹き出し用空気に混合されて、加湿された空気となる。加湿された空気は、補助熱交換器10から断面積の大きい水滴分離部25Cに流入したときに流速が落ちる。これによって、大きな水滴などの余剰な水分が落下等して開口28からドレンタンク29に回収される。さらに、水滴分離部25Cの屈曲形状に倣って加湿された空気の流れの向きが変化させられるので、大きな水滴などの余剰な水分が水滴分離部25Cの内壁に衝突したり、凝縮したりする。水滴分離部25Cの内壁に残された水滴は、ダクト25を伝ってドレンタンク29に回収される。なお、ダクト25から排気される加湿空気は、屋外に排気される。
The indoor blowing air sucked into the
ここで、一般に蒸発式熱交換器の能力Qは、単位時間当たりの水の蒸発量Eに比例する。したがって、結露水を利用した補助熱交換器10を最も効率良く利用するためには、結露水を余すことなく蒸発させ、その蒸発潜熱を凝縮器6の冷却に用いることが好ましい。空気中における単位時間当たりの水の蒸発量Eは、E=k×F×(hw−h)で表せる。ただし、kは蒸発係数であり、Fは蒸発面積である。hwは蒸発温度twにおける水蒸気圧力を示し、hは空気の水蒸気分圧とする。
Here, generally, the capacity Q of the evaporative heat exchanger is proportional to the amount of water evaporation E per unit time. Therefore, in order to use the
蒸発係数kは、圧力によって決まる係数なので、一定の蒸発面積Fを有する熱交換器で蒸発量Eを多くするためには、(hw−h)を大きくする必要がある。hwは、蒸発温度twにおける水蒸気圧力であるので、凝縮温度tによって決定されることを考えると、蒸発量Eを多くするためには蒸発させる空気の水蒸気分圧hを小さくすれば良い。空気の水蒸気分圧hは、空気の絶対湿度xによって定まり、絶対湿度xが小さいほど小さくなる。 Since the evaporation coefficient k is a coefficient determined by pressure, it is necessary to increase (hw−h) in order to increase the evaporation amount E in a heat exchanger having a constant evaporation area F. Since hw is the water vapor pressure at the evaporation temperature tw, considering that it is determined by the condensation temperature t, in order to increase the evaporation amount E, the water vapor partial pressure h of the air to be evaporated may be reduced. The water vapor partial pressure h of air is determined by the absolute humidity x of air, and decreases as the absolute humidity x decreases.
したがって、本実施の形態の室内吹き出し用空気のように、絶対湿度xが小さい除湿された空気を利用することで補助熱交換器10の外表面における蒸発量を増加させることができる。例えば、蒸発温度twが38℃であった場合、JIS冷房標準条件での外気温度条件(乾球温度35℃/湿球温度24℃)と室内吹き出し用空気(乾球温度11℃/湿球温度10℃)での蒸発量Eを比較すると、室内吹き出し用茎を利用した場合の方が約1.25倍の蒸発量になる。
Therefore, the amount of evaporation on the outer surface of the
この実施の形態によれば、室内機3に補助熱交換器10を凝縮器6の手前側に設けたので、室内機3において蒸発潜熱を利用した効率の良い補助熱交換が可能になり、エネルギの利用効率を向上させることができる。さらに、従来のように液管、ガス管の他に室内機3から室外機3に排水管を引き回す必要がなくなる。その結果、装置構成が簡略化し、レイアウト変更が容易になる。空気調和装置1の設置作業が容易になる。
また、室内吹き出し用空気の一部を補助ファン26を使用してダクト25に引き込んで補助熱交換に使用するようにした。室内吹き出し用空気は、一定の温度や湿度の空気なので、外気条件に影響を受けずに結露水を補助熱交換器10で蒸発させることが可能になり、安定した運転が実現できる。なお、室内吹き出し用空気の一部が室内の空調には用いずに、結露水の蒸発や、加湿された空気の排気に用いることになるが、補助熱交換器10の冷却に用いることでエネルギが回収されるとことになるので、動力が無駄に消費されることにはならない。
ダクト25に水滴分離部25Cを設けたので、ダクト25から排気される空気が過剰に加湿された状態になることが防止される。このため、ドレンタンク29の結露水を有効に活用することが可能になり、補助熱交換器10に結露水を安定して散布することが可能になる。また、適度に加湿した状態で空気を排気することで、結露水をそのまま排出するために外部に露出するドレンホースなどが不要になる。
According to this embodiment, since the
Further, a part of the air for indoor blowing is drawn into the
Since the water droplet separator 25C is provided in the
なお、この実施の形態は、多段膨張冷凍サイクルに適用することが可能である。その一例として、図3に2段圧縮2段膨張冷凍サイクルの場合を示す。この空気調和装置41の室内機3は、図1と同じ構成である。室外機42は、一段目の圧縮機4からの吐出配管5が中間冷却器43に接続されている。中間冷却器43には、例えば、気液分離器が用いられる。中間冷却器43からは、吸引配管44が二段目の圧縮機45の吸引口に向けて延びている。吸引配管44は、中間冷却器43から流出する中間圧のガス冷媒が流れる配管である。二段目の圧縮機45の吐出配管46は、高圧のガス冷媒が流れる配管であり、凝縮器6の流入口に接続されている。凝縮器6の流出口には配管47が接続されており、配管47は途中に補膨張弁48が設けられた後に中間冷却器43に接続されている。さらに、中間冷却器43からは、中間圧の液冷媒が流出する液管7が接続されている。液管7は、室内機3に引き込まれている。
It should be noted that this embodiment can be applied to a multistage expansion refrigeration cycle. As an example, FIG. 3 shows a case of a two-stage compression two-stage expansion refrigeration cycle. The
この構成では、補助熱交換器10に中間圧の冷媒が流入する。中間圧とは、一段目の圧縮機4の吐出圧以上で、二段目の圧縮機45の吐出圧以下の圧力である。中間圧の冷媒は、室温との差が小さいので、従来の構成では空気への放熱が十分に行えなかったが、室内機3に設けた補助熱交換器10を用いることで結露水の蒸発潜熱を利用した冷媒の過冷却を安定して実施することが可能になる。その他の効果は、前記と同じである。
In this configuration, the intermediate pressure refrigerant flows into the
本発明の第2の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、重複する説明は省略する。
図4に示すように、室内機3は、ケース20内にダクト51を有する。ダクト51は、室内吹き出し用空気の一部を吸い込む吸気口51Aを有し、本体部51Bには空気の流れ方向に沿って順番に補助ファン26と、ベンチュリ部52と、補助熱交換器10とが配置されている。補助熱交換器10が配置されている部分から先は、開口28でドレンタンク29が接続された後に、ケース20の背面20Cから屋外に排気されるようになっている。
A second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as 1st Embodiment. In addition, overlapping explanation is omitted.
As shown in FIG. 4, the
ベンチュリ部52は、曲面形状によってダクト51の断面積を縮小させた後に、補助熱交換器10に向けてダクト51の断面積を増大させた形状を有し、最も断面積が狭くなっているところにノズル53が設けられている。ノズル53は、一端側の開口がダクト51内に配置され、他端側の開口がドレンタンク29に貯溜された結露水の中に挿入されている。
The
この実施の形態の作用について説明する。
補助ファン26を運転させると、吸気口51Aからダクト51内に室内吹き出し用空気の一部が吸い込まれる。室内吹き出し用空気は、ベンチュリ部52で流れが絞られて流速が増加する。これによって、ベンチュリ部52の圧力が他の部分に比べて相対的に低圧になる。このため、ドレンタンク29内の結露水がノズル53を通して吸引される。結露水はノズル53からダクト51内に噴き出されてミスト状になって室内吹き出し用空気に混合される。結露水のミストを含む空気が補助熱交換器10に導かれると、補助熱交換器10の外表面にミスト状の結露水が付着する。ミスト状の結露水が蒸発することで補助熱交換器10において蒸発潜熱を利用した熱交換が行われる。補助熱交換器10内を流れる冷媒は、結露水の蒸発によって過冷却されてから凝縮器6に導かれる。一方、補助熱交換器10の外表面を流れる空気は、結露水の蒸気を含む加湿された空気として屋外に排出される。この際に、余分な水分は、ドレンタンク29に回収される。
The operation of this embodiment will be described.
When the
この実施の形態によれば、ダクト51中にベンチュリ部52を設けて風速の変化によって生じる圧力差を利用して結露水を補助熱交換器10の外表面に散布するようにしたので、結露水を散水するための電力が不要になる。また、装置構成が簡略化する。補助熱交換器10を室内機3に設ける効果と、室内吹き出し用空気を使用することによる効果は、第1の実施の形態と同様である。
ここで、図5に示すように、ダクト51は、補助熱交換器10の設置位置よりも下流側に水滴分離部51Cを設けても良い。水滴分離部51Cの構成は、第1の実施の形態の水滴分離部25Cと同様であえる。水滴分離部51Cを設けることで、第1の実施の形態と同様に結露水の有効利用が可能になる。
According to this embodiment, the
Here, as shown in FIG. 5, the
本発明の第3の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、前記各実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、重複する説明は省略する。
図6に示すように、室内機63には、一部のみが図示されているダクト25と、ダクトの下流側に接続されたドレンタンク29を有し、ダクト25内には補助熱交換器10が配置されている。なお、図示は省略してあるが、図2と同様にダクト25の上流側には補助ファン26と吸い込み口25Aが設けられ、ダクト25の下流側には水滴分離部25Cを経てケース20の背面20Cから排気されるようになっている。
A third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as each said embodiment. In addition, overlapping explanation is omitted.
As shown in FIG. 6, the
ここで、室外機3から室内機3に延びる液管7は、ドレンタンク29内に挿入され、ドレンタンク29の底部に沿って何度も折れ曲げられつつ引き回された後に補助熱交換器10の流入口に接続されている。
Here, the
この実施の形態の作用について説明する。
室外機3の凝縮器6で形成された液冷媒あるいは一部ガス冷媒が残る二相冷媒は、室内機63に導かれ、ドレンタンク29内に挿入された部分を通って補助熱交換器10に流入する。このとき、ドレンタンク29内の結露水は、例えば、15℃程度で、冷媒との温度差は約30℃程度なので、液管7を流れる冷媒は、ドレンタンク29内で結露水と熱交換し、結露水の温度を上昇させる。熱交換によって温度上昇した結露水は、散水装置32を介して補助熱交換器10の外表面に散布されて蒸発潜熱によって冷媒を過冷却する。
The operation of this embodiment will be described.
The two-phase refrigerant formed by the
冷房運転を中止する際には、室内ファン23(図2参照)を先に停止させ、圧縮機4及び補助ファン26の所定時間遅延して停止させる。補助ファン26等が停止するまでの間は、ダクト25内に低湿空気が供給されると共にドレンタンク29内での放熱が継続される。その結果、ドレンタンク29内及び補助熱交換器10の外表面を乾燥させることができる。
When stopping the cooling operation, the indoor fan 23 (see FIG. 2) is stopped first, and the compressor 4 and the
この実施の形態によれば、液管7とドレンタンク29内の結露水とを熱交換させ、結露水を散布する前に加温するようにしたので、補助熱交換器10に散布された際に結露水が蒸発し易くなる。その結果、蒸発量が増加して潜熱を奪い易くなり、冷媒を効率良く過冷却できるようになる。冷房運転を中止する際に室内ファン23のみを先に停止させると、ドレンタンク29内及び補助熱交換器10の外表面を乾燥させることができるので、雑菌やカビ等の繁殖を防止できる。その他の効果は、第1の実施の形態と同様である。ここで、散水装置32の代わりに図4に示すベンチュリ部52を設けると、第2の実施の形態と同様の効果が得られる。
According to this embodiment, the
なお、本発明は、前記の各実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、空気調和装置1は、四方弁などを設けて冷媒の向きを逆転させて、暖房運転が可能に構成しても良い。
第1の実施の形態において、補助ファン26として正転、逆転可能なものを使用すると、正転時に排気し、逆転時に吸気することが可能になる。吸気が可能になることで、空気調和装置1は、換気機能が付加されることになる。つまり、外気を取り込んで散水装置32から散布した結露水の蒸気を含む加湿した空気をダクト25の吸い込み口25Aから送気して、送気口21から室内に供給し、外気による換気が可能になる。
The present invention can be widely applied without being limited to the above-described embodiments.
For example, the air conditioner 1 may be configured to be capable of heating operation by providing a four-way valve or the like to reverse the direction of the refrigerant.
In the first embodiment, when an
1,41 空気調和装置
2 室外機
3 室内機
6 凝縮器(室外熱交換器)
7 液管
10 補助熱交換器(蒸発式補助熱交換器)
12 蒸発器(室内熱交換器)
25,51 ダクト
25C,51C 水滴分離部(屈曲する部分)
29 ドレンタンク
32 散水装置
43 中間冷却器
52 ベンチュリ部
53 ノズル
1,41
7
12 Evaporator (indoor heat exchanger)
25, 51 Duct 25C, 51C Water drop separator (bent part)
29
Claims (7)
A part of a liquid pipe extending from the outdoor unit and connected to the evaporative auxiliary heat exchanger is drawn into a drain tank in which condensed water generated in the indoor unit is stored, and heat exchange between the condensed water and the refrigerant is performed. The air conditioner according to claim 1, wherein the air conditioner is arranged in a possible manner.
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