JP7516285B2 - Air conditioning equipment for railway vehicles - Google Patents

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Description

本発明は、特に高度な信頼性を必要とする鉄道車両用空調装置の冷凍サイクルにおいて、熱交換器の着霜と霜の解凍を繰り返すことで熱交換器表面を洗浄する機能を実現する技術に関する。 The present invention relates to a technology that realizes the function of cleaning the surface of a heat exchanger by repeatedly frosting and defrosting the heat exchanger in the refrigeration cycle of a railway vehicle air conditioning system, which requires a particularly high level of reliability.

家庭用空調機において、熱交換器の清浄性を保つ技術として、特許文献1に示されるような技術がある。特許文献1に記載の技術は、冷凍サイクルによって熱交換器表面を着霜又は凍結させ、その後に解凍することで熱交換器表面の汚れを効果的に洗浄する技術である。その一方で、鉄道車両向けに信頼性の高い冷凍サイクルを構成する技術として、特許文献2に示されるような技術がある。 Technology for maintaining the cleanliness of heat exchangers in home air conditioners is as shown in Patent Document 1. The technology described in Patent Document 1 uses a refrigeration cycle to cause frost or freezing on the heat exchanger surface, and then thaws it to effectively clean dirt from the heat exchanger surface. On the other hand, technology for creating a highly reliable refrigeration cycle for railway vehicles is as shown in Patent Document 2.

特許第6417073号公報Patent No. 6417073

鉄道車両用空調装置の冷凍サイクルを構成する機器は、高度な信頼性を確保する必要がある。その点で特許文献1の技術には改善余地がある。すなわち、着霜運転と解凍運転を行うには、冷媒循環量を調整し、かつ通常運転とは異なる減圧量を一時的に発生させるための追加機構が必要となるが、その追加機構に起因する故障率の上昇を抑制することが課題である。 The equipment that makes up the refrigeration cycle of a railway vehicle air conditioning system needs to ensure a high level of reliability. In this regard, there is room for improvement in the technology of Patent Document 1. In other words, to perform frosting and thawing operations, an additional mechanism is required to adjust the amount of refrigerant circulating and to temporarily reduce pressure different from that in normal operation, but the challenge is to suppress the increase in failure rate caused by this additional mechanism.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、着霜洗浄の対象となる熱交換器に対し、その表面に意図的な着霜又は凍結及び解凍して清浄にするため、冷凍サイクル(ヒートポンプのサイクル)の流通形態を一時的に変更する機構が追加されても、信頼性を維持できる鉄道車両用空調装置を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above problems, and its purpose is to provide an air conditioner for railway vehicles that can maintain reliability even when a mechanism is added to temporarily change the flow pattern of the refrigeration cycle (heat pump cycle) in order to intentionally frost or freeze and thaw the surface of a heat exchanger that is the subject of frost cleaning in order to clean it.

上記課題を解決する本発明は、ヒートポンプのサイクルを備えた鉄道車両用空調装置であって、圧縮機と、室内熱交換器と、室外熱交換器と、第1の減圧手段と、を備え、圧縮機と室内熱交換器と室外熱交換器と第1の減圧手段は、始端から終端までを一経路でサイクルを形成し、サイクルとは別の流路に第2の減圧手段を設け、第2の減圧手段を動作させることにより、洗浄対象とする対象熱交換器に着霜させる。 The present invention, which solves the above problems, is an air conditioning system for railway vehicles equipped with a heat pump cycle, and includes a compressor, an indoor heat exchanger, an outdoor heat exchanger, and a first pressure reducing means. The compressor, the indoor heat exchanger, the outdoor heat exchanger, and the first pressure reducing means form a cycle in one path from the start to the end, and a second pressure reducing means is provided in a flow path separate from the cycle, and frost is formed on the target heat exchanger to be cleaned by operating the second pressure reducing means.

本発明によれば、着霜洗浄の対象となる熱交換器に対し、その表面に意図的な着霜又は凍結及び解凍して清浄にするため、冷凍サイクルの流通形態を一時的に変更する機構が追加されても、信頼性を維持できる鉄道車両用空調装置を提供できる。 The present invention provides a railway vehicle air conditioner that can maintain reliability even when a mechanism is added to temporarily change the flow pattern of the refrigeration cycle in order to clean the heat exchanger that is the subject of frost cleaning by intentionally forming frost or freezing and thawing the surface.

本発明の実施例1に係る鉄道車両用空調装置(実施例1の装置)のサイクル系統図である。1 is a cycle system diagram of a railway vehicle air conditioning system according to a first embodiment of the present invention (the system of the first embodiment). 着霜洗浄運転可能で基本的な鉄道車両用空調装置(基本装置)の冷房専用のサイクル系統図である。This is a cycle system diagram for cooling only of a basic railway vehicle air conditioning system (basic system) capable of frost cleaning operation. 本発明の実施例2に係る鉄道車両用空調装置(実施例2装置)のサイクル系統図である。FIG. 4 is a cycle system diagram of a railway vehicle air conditioning system according to a second embodiment of the present invention (second embodiment system). 本発明の実施例3に係る鉄道車両用空調装置(実施例3の装置)のサイクル系統図である。FIG. 11 is a cycle system diagram of a railway vehicle air conditioning system according to a third embodiment of the present invention (the system of the third embodiment). 本発明の実施例4に係る鉄道車両用空調装置(実施例4の装置)のサイクル系統図である。FIG. 11 is a cycle system diagram of a railway vehicle air conditioning system according to a fourth embodiment of the present invention (the system of the fourth embodiment). 本発明の実施例5に係る鉄道車両用空調装置(実施例5の装置)のサイクル系統図である。FIG. 11 is a cycle system diagram of a railway vehicle air conditioning system according to a fifth embodiment of the present invention (the system of the fifth embodiment). 本発明の実施例6に係る鉄道車両用空調装置(実施例6の装置)において、冷房運転時に室内熱交換器を着霜洗浄する時の冷媒の流れを説明するためのサイクル系統図である。FIG. 11 is a cycle system diagram for explaining the flow of refrigerant when the indoor heat exchanger is subjected to frost cleaning during cooling operation in a railway vehicle air conditioning system according to a sixth embodiment of the present invention (the system of the sixth embodiment). 図7の鉄道車両用空調装置において、暖房運転時に室外熱交換器を着霜洗浄する時の冷媒の流れを説明するためのサイクル系統図である。FIG. 8 is a cycle system diagram for explaining the flow of refrigerant when the exterior heat exchanger is subjected to frost cleaning during heating operation in the railway vehicle air conditioning system of FIG. 7. 本発明の実施例7に係る鉄道車両用空調装置(実施例7の装置)のサイクル系統図である。FIG. 13 is a cycle system diagram of a railway vehicle air conditioning system according to a seventh embodiment of the present invention (the system of the seventh embodiment). 本発明の実施例8に係る鉄道車両用空調装置(実施例8の装置)のサイクル系統図である。FIG. 13 is a cycle system diagram of a railway vehicle air conditioning system according to an eighth embodiment of the present invention (the system of the eighth embodiment). 本発明の実施例9に係る鉄道車両用空調装置(実施例9の装置)のサイクル系統図である。FIG. 13 is a cycle system diagram of a railway vehicle air conditioning system according to a ninth embodiment of the present invention (the system of the ninth embodiment).

図1は、実施例1の装置のサイクル系統図である。図2は、基本装置の冷房専用のサイクル系統図である。なお、実施例6(図7、図8)及び実施例7(図9)で冷暖房それぞれの動作について説明する。それ以外、実施例1~5(図1~図6)、実施例8(図10)及び実施例9(図11)では冷房専用の空調装置を例示し、冷房動作のみに関連した説明とする。しかし、これらの実施例によって、本発明が限定されるものではない。 Figure 1 is a cycle system diagram of the device of Example 1. Figure 2 is a cycle system diagram of the basic device for cooling only. Note that the operations of heating and cooling are explained in Example 6 (Figures 7 and 8) and Example 7 (Figure 9). Other than that, Examples 1 to 5 (Figures 1 to 6), Example 8 (Figure 10), and Example 9 (Figure 11) exemplify an air conditioner for cooling only, and the explanations relate only to the cooling operation. However, the present invention is not limited to these examples.

図1に示す実施例1の装置は、冷房運転専用機であり、室外機、室内機、流量調整弁31、及びこれを含むバイパス流路32により主要部が構成される。室外機は、圧縮機1、室外熱交換器11、室外ファン12、室外熱交換器ガスヘッダ13、室外側キャピラリーチューブ14、及び室外側液分配器15を有する。また、不図示のアキュムレータと呼ばれる装置が、圧縮機1の吸込み側の直前に配置されている。このアキュムレータは、圧縮機1に流れ込む冷媒の液相を一時的に保持し、圧縮機1に液冷媒が多量に流れ込まないようにすることにより、空調装置の信頼性を向上させるものであり、本明細書記載のすべての実施例に適用されている。しかし、このようなアキュムレータは、冷凍サイクルの基本的構成であり、一般的なため、以下では記載を省略する。 The device of Example 1 shown in FIG. 1 is a device dedicated to cooling operation, and its main parts are composed of an outdoor unit, an indoor unit, a flow control valve 31, and a bypass flow path 32 including the same. The outdoor unit has a compressor 1, an outdoor heat exchanger 11, an outdoor fan 12, an outdoor heat exchanger gas header 13, an outdoor capillary tube 14, and an outdoor liquid distributor 15. In addition, a device called an accumulator (not shown) is arranged just before the suction side of the compressor 1. This accumulator temporarily holds the liquid phase of the refrigerant flowing into the compressor 1, and prevents a large amount of liquid refrigerant from flowing into the compressor 1, thereby improving the reliability of the air conditioner, and is applied to all examples described in this specification. However, such an accumulator is a basic component of the refrigeration cycle and is common, so its description will be omitted below.

室内機は、第1の減圧手段である室内側キャピラリーチューブ24及び室内側液分配器25のほか、室内熱交換器21、室内ファン22、室内熱交換器ガスヘッダ23、室内温度センサ41、及び室内熱交換器温度センサ42を有する。なお、室内機と室外機は、説明を簡素化するための呼称に過ぎず、各要素の属する配分が何れかを厳格に区別するものではない。 The indoor unit has an indoor capillary tube 24 and an indoor liquid distributor 25, which are the first pressure reducing means, as well as an indoor heat exchanger 21, an indoor fan 22, an indoor heat exchanger gas header 23, an indoor temperature sensor 41, and an indoor heat exchanger temperature sensor 42. Note that the terms indoor unit and outdoor unit are merely names used to simplify the explanation, and do not strictly distinguish which distribution each element belongs to.

実施例1の装置は、始端から終端までの間に、圧縮機1と室内熱交換器21と室外熱交換器11と第1の減圧手段24,25と、を備えた一(一筆書きの)経路の配管によりヒートポンプのサイクル(以下、単に「サイクル」ともいう)が形成されている。このように第1の減圧手段24,25は、サイクルを形成する一経路の配管に介挿されている。このサイクルとは別の流路に第2の減圧手段31,32が配設される。第2の減圧手段31,32は、流量調整弁31、バイパス流路32からなる。 The device of Example 1 has a heat pump cycle (hereinafter also simply referred to as "cycle") formed by a single (unicursus) path of piping including a compressor 1, an indoor heat exchanger 21, an outdoor heat exchanger 11, and first pressure reducing means 24, 25 from the start end to the end end. In this way, the first pressure reducing means 24, 25 are inserted into the piping of one path forming the cycle. Second pressure reducing means 31, 32 are disposed in a path separate from this cycle. The second pressure reducing means 31, 32 consists of a flow control valve 31 and a bypass path 32.

つぎに、実施例1の装置における冷房時の冷媒流れを、要素ごとに説明する。圧縮機1は、低温かつ低圧状態の冷媒を吸込み、高温かつ高圧状態にして吐出する機械であり、電動機によって回転駆動される。鉄道車両用空調装置における圧縮機1は、回転数を一定に固定された簡素な定速駆動方式の方が、インバータ等を省略可能な分だけ故障率を低減できて堅牢であり、信頼性の観点から好適である。 Next, the refrigerant flow during cooling in the device of Example 1 will be explained element by element. Compressor 1 is a machine that sucks in refrigerant at a low temperature and low pressure, and discharges it at a high temperature and high pressure, and is driven to rotate by an electric motor. For compressor 1 in a railway vehicle air conditioning device, a simple constant speed drive method in which the rotation speed is fixed is preferable from the standpoint of reliability, as it reduces the failure rate by the amount that an inverter, etc. can be omitted, and is robust.

圧縮機1の吐出側と、室外熱交換器11の室外熱交換器ガスヘッダ13が配管により接続されている。圧縮機1から吐出されたガス冷媒は、室外熱交換器ガスヘッダ13へ流れ、ここで室外熱交換器11内の冷媒パスごとに分流される。室外熱交換器11は室外ファン12により室外空気によって冷却されている。室外熱交換器11内部で室外熱交換器ガスヘッダ13から流入したガス冷媒は、凝縮されて一部又は全部が液化する。冷却された冷媒は、パスごとに室外側キャピラリーチューブ14を経て、室外側液分配器15により集約される。 The discharge side of the compressor 1 is connected to the outdoor heat exchanger gas header 13 of the outdoor heat exchanger 11 by piping. The gas refrigerant discharged from the compressor 1 flows to the outdoor heat exchanger gas header 13, where it is divided into refrigerant paths within the outdoor heat exchanger 11. The outdoor heat exchanger 11 is cooled by outdoor air using the outdoor fan 12. Inside the outdoor heat exchanger 11, the gas refrigerant flowing in from the outdoor heat exchanger gas header 13 is condensed and partially or completely liquefied. The cooled refrigerant passes through the outdoor capillary tube 14 for each path and is collected by the outdoor liquid distributor 15.

室外側液分配器15から出た冷媒は、配管を通じて室内側液分配器25へ流れる。室内側液分配器25は内部で冷媒が分流する構造となっており、ここで分流された冷媒は、パスごとの室内側キャピラリーチューブ24を経て室内熱交換器21へ流入する。また室内側キャピラリーチューブ24は、内径が4mm以下、好ましくは1~3mmといった細径管により構成されている。細径管では、流体抵抗の作用により、冷媒を減圧して低温にする。 The refrigerant leaving the outdoor liquid distributor 15 flows through piping to the indoor liquid distributor 25. The indoor liquid distributor 25 is designed to split the refrigerant inside, and the split refrigerant flows into the indoor heat exchanger 21 via the indoor capillary tubes 24 for each path. The indoor capillary tubes 24 are made of small tubes with an inner diameter of 4 mm or less, preferably 1 to 3 mm. In the small tubes, the refrigerant is decompressed and cooled by the action of fluid resistance.

室内側キャピラリーチューブ24により減圧され低温となった冷媒は、室内側熱交換器21内の各冷媒パスへ流れる。室内熱交換器21には室内ファン22から室内空気が送風される。室内空気は、内部の冷媒よりも高温であるため、室内熱交換器21の内部液冷媒が蒸発しガス化し、通過する空気から熱を奪う。その結果、室内熱交換器21を通過した空気は、低温となって室内へ送風され、室内を冷房する。 The refrigerant, which has been decompressed and cooled by the indoor capillary tube 24, flows into each refrigerant path in the indoor heat exchanger 21. Indoor air is blown into the indoor heat exchanger 21 by the indoor fan 22. Because the indoor air is hotter than the refrigerant inside, the liquid refrigerant inside the indoor heat exchanger 21 evaporates and gasifies, absorbing heat from the air passing through. As a result, the air that has passed through the indoor heat exchanger 21 becomes cold and is blown into the room, cooling the room.

このとき、室内ファン22による送風が室内熱交換器21全体で均一ではないことなどの原因で熱交換効率の低下を招く。例えば、室内熱交換器21の各冷媒パスに、均一に冷媒を流してしまうと、風量の多い部分は熱交換量が多くなり、冷媒が早くガス化し、過熱ガス域が発生する。逆に、風量の少ない部分は、熱交換量が少なく液冷媒を多く残したままになる、といった不均一が生じる。 At this time, the heat exchange efficiency is reduced due to factors such as the fact that the air blown by the indoor fan 22 is not uniform throughout the indoor heat exchanger 21. For example, if the refrigerant flows uniformly through each refrigerant path of the indoor heat exchanger 21, the amount of heat exchange is large in areas with a large air volume, the refrigerant gasifies quickly, and a superheated gas region occurs. Conversely, the amount of heat exchange is small in areas with a small air volume, leaving a large amount of liquid refrigerant behind, resulting in unevenness.

冷媒配管内部がガス冷媒のみとなる過熱ガス域の熱交換器部分が広くなってしまう。この過熱ガス域の部分は、熱伝達率の低い冷媒ガス単相と空気との熱交換となり、熱交換効率が低下する。逆に、圧縮機へ戻す冷媒は、液相の割合がある比率を超えた場合、圧縮機の故障を招くことがある。これを避けるため、通常冷房運転時は、室内熱交換器21から出た冷媒は、出口圧力の飽和温度よりも高い温度となるように設計される。 The heat exchanger section in the superheated gas region, where only gas refrigerant is present inside the refrigerant piping, becomes wider. In this superheated gas region, heat is exchanged between the air and the single-phase refrigerant gas, which has a low heat transfer coefficient, and the heat exchange efficiency decreases. Conversely, if the proportion of liquid phase in the refrigerant returned to the compressor exceeds a certain ratio, this can cause the compressor to break down. To avoid this, during normal cooling operation, the refrigerant leaving the indoor heat exchanger 21 is designed to be at a temperature higher than the saturation temperature of the outlet pressure.

しかしながら液冷媒が多く残ったパスがあると、この残った液冷媒をガス化させるため、残りのパスで過剰に過熱ガスを作る必要がる。これも、熱交換器内部の過熱ガス域を広げる要因となる。 However, if there is a path where a large amount of liquid refrigerant remains, it is necessary to produce excess superheated gas in the remaining paths in order to gasify this remaining liquid refrigerant. This also causes the superheated gas area inside the heat exchanger to expand.

このため室内側キャピラリーチューブ24の流体抵抗を、熱交換量の多いパスとつながるキャピラリーは小さく、熱交換量の少ないパスとつながるキャピラリーは大きくすることで各パスに流れる冷媒量を調整し、室内熱交換器21内で生じる過熱ガス域を小さくするように設計している場合もある。 For this reason, the fluid resistance of the indoor capillary tube 24 may be designed to be small for the capillaries connected to paths with a large amount of heat exchange and large for the capillaries connected to paths with a small amount of heat exchange, thereby adjusting the amount of refrigerant flowing through each path and reducing the superheated gas area generated within the indoor heat exchanger 21.

室内熱交換器21により蒸発した冷媒は、室内熱交換器ガスヘッダ23で合流し、ここから圧縮機1の吸込み側へ流れる。そして圧縮機1により再度、昇温昇圧されることで、冷房における冷凍サイクルを構成している。 The refrigerant evaporated by the indoor heat exchanger 21 joins the indoor heat exchanger gas header 23 and flows from there to the suction side of the compressor 1. The refrigerant is then heated and pressurized again by the compressor 1, forming a refrigeration cycle for cooling.

実施例1の装置では、この室内液分配器25と室内キャピラリーチューブ24をあわせた部分を第1の減圧手段24,25としている。このようにパスごとに分配しながら減圧することで、万が一キャピラリーチューブの一本が詰まったとしても、残りのキャピラリーチューブにより減圧が可能であり、つまり冷房運転の継続が可能である。 In the device of Example 1, the combined indoor liquid distributor 25 and indoor capillary tube 24 form the first pressure reduction means 24, 25. By reducing the pressure while distributing it to each path in this way, even if one of the capillary tubes becomes clogged, the remaining capillary tubes can reduce the pressure, meaning that cooling operation can continue.

第1の減圧手段24,25は、通常の冷房運転に好適なように、室内熱交換器21内の冷媒蒸発温度が通常冷房時に氷点下を超えて過冷却されないように設計されている。その理由として、室内熱交換器21のフィン表面に着霜が生じると、フィンの間の風路を霜が埋めて空気の流れを阻害されるので、通常の冷房運転に必要な熱交換の効率を維持できなくなるためである。 The first pressure reducing means 24, 25 are designed so that the refrigerant evaporation temperature in the indoor heat exchanger 21 does not exceed freezing during normal cooling operation, making it suitable for normal cooling operation. The reason for this is that if frost forms on the fin surfaces of the indoor heat exchanger 21, the frost will fill the air passages between the fins, obstructing the air flow, making it impossible to maintain the efficiency of heat exchange required for normal cooling operation.

しかしながら、この通常の冷房運転にのみ好適な設計のままでは、室内熱交換器21に着霜させ、着霜した霜を瞬時に溶かし、その水を凍らせて汚れを浮かせるなどの洗浄効果と、大量の融解水により汚れを速やかに洗浄する作用効果を得る着霜洗浄運転は実現できない。それを実現するために、実施例1の装置では、第2の減圧手段31,32を付設した。 However, if the design remains suitable only for normal cooling operation, it will not be possible to achieve the frost cleaning operation that provides the cleaning effect of frosting the indoor heat exchanger 21, instantly melting the frost, freezing the water to lift off dirt, and quickly cleaning the dirt with a large amount of melted water. To achieve this, the device of Example 1 is equipped with second pressure reduction means 31, 32.

ここで図2を用いて、冷房専用機あって、着霜洗浄運転を可能とするために必要最小限の機能を有する基本装置の構成を説明する。図2の基本装置は、室内機と室外機の構成は図1に示す実施例1の装置と同じであるが、第2の減圧手段31,32としてのバイパス流路32及びそこに介挿された流量調整弁31が無く、室外側液分配器15の吐出側と、室内側液分配器25の吸い込み側と、を結ぶ冷媒配管の途中に電子膨張弁51が設けられている。 Here, the configuration of a basic device that is a dedicated cooling device and has the minimum functions required to enable frost cleaning operation will be described with reference to Fig. 2. The basic device in Fig. 2 has the same configurations of the indoor and outdoor units as the device in Example 1 shown in Fig. 1, but does not have the bypass flow path 32 as the second pressure reducing means 31, 32 and the flow control valve 31 inserted therein, and an electronic expansion valve 51 is provided in the middle of the refrigerant piping connecting the discharge side of the outdoor liquid distributor 15 and the suction side of the indoor liquid distributor 25.

電子膨張弁51は、ステッピングモータなどが内蔵され、弁体内部における弁開度をサーボ制御によって精密に調整可能することにより、流体抵抗を変更できる。この図2の基本装置において、この電子膨張弁51は、室内キャピラリーチューブ24とともに、ヒートポンプのサイクルを形成する一経路に属する第1の減圧手段24,25の一部機能であり、図1の実施例1において、サイクルとは別の流路を設けて形成された第2の減圧手段31,32には該当しない。 The electronic expansion valve 51 has a built-in stepping motor and the like, and the valve opening degree inside the valve body can be precisely adjusted by servo control, thereby changing the fluid resistance. In the basic device of FIG. 2, the electronic expansion valve 51, together with the indoor capillary tube 24, is a part of the function of the first pressure reducing means 24, 25 that belongs to one path that forms the cycle of the heat pump, and does not correspond to the second pressure reducing means 31, 32 formed by providing a flow path separate from the cycle in the first embodiment of FIG. 1.

第1の減圧手段24,25の一部機能である室内キャピラリーチューブ24は、室内熱交換器21の内部へ流れる冷媒の流速を大まかに抑制する効果があればよい。このような図2の基本装置において、着霜洗浄運転を行う際には、室内熱交換器21内部の冷媒蒸発温度が氷点下となるように電子膨張弁51内部の弁の開度を小さくし、冷媒の減圧量を増加させるように操作する。 The indoor capillary tube 24, which is a part of the first pressure reducing means 24, 25, only needs to have the effect of roughly suppressing the flow rate of the refrigerant flowing into the indoor heat exchanger 21. In the basic device of FIG. 2, when performing frost cleaning operation, the valve opening of the electronic expansion valve 51 is reduced so that the refrigerant evaporation temperature inside the indoor heat exchanger 21 is below freezing, and the amount of pressure reduction of the refrigerant is increased.

しかしながら、電子膨張弁51を使用したサイクルでは、電子膨張弁51内部の弁体が詰まり閉塞した場合や、弁開度を精密調整するための電気回路が故障すると、通常の冷房運転にも支障をきたすことが危惧される。信頼性や可用性の観点から、図2の基本構成は、図1で示した実施例1の構成に比べて改善余地が残されている。 However, in a cycle using the electronic expansion valve 51, if the valve element inside the electronic expansion valve 51 becomes clogged or if the electrical circuit for precisely adjusting the valve opening degree breaks down, there is a concern that normal cooling operation may be hindered. From the standpoint of reliability and availability, the basic configuration of FIG. 2 leaves room for improvement compared to the configuration of Example 1 shown in FIG. 1.

実施例1の装置において、電子膨張弁51を使わずに、簡素な基本構成を維持しながら着霜洗浄運転を行うために、圧縮機1の吐出側の配管と、室外側液分配器15と室内側液分配器25の間の配管を結ぶバイパス流路32を設け、このバイパス流路32の途中に流量調整弁31を設けた。 In the device of Example 1, in order to perform frost cleaning operation while maintaining a simple basic configuration without using an electronic expansion valve 51, a bypass flow path 32 is provided that connects the piping on the discharge side of the compressor 1 to the piping between the outdoor liquid distributor 15 and the indoor liquid distributor 25, and a flow control valve 31 is provided midway along this bypass flow path 32.

このような実施例1の装置において、流量調整弁31を全閉とすることで、バイパス流路32を閉塞することができるので、通常の冷房運転が可能となる。また着霜洗浄運転のために、室内熱交換器21内の冷媒蒸発温度を氷点以下にする際には、この流量調整弁31を開け、圧縮機1から吐出した高温のガス冷媒を、室内側液分配器25へ流れる冷媒に合流させる。 In the device of Example 1, the bypass flow path 32 can be blocked by fully closing the flow control valve 31, enabling normal cooling operation. When the refrigerant evaporation temperature in the indoor heat exchanger 21 is lowered below the freezing point for frost cleaning operation, the flow control valve 31 is opened, and the high-temperature gas refrigerant discharged from the compressor 1 is merged with the refrigerant flowing to the indoor liquid distributor 25.

実施例1の装置において、室外熱交換器11によって冷却され室外側液分配器15より流出した液又は液相の多い状態の冷媒は、その一部が高温のガス冷媒によって温められてガス化する。このガス冷媒自体が合流することで、室内側液分配器25へ流れる冷媒の気相比率が、流量調整弁31が全閉の場合に比べ上昇する。これによって、室内キャピラリーチューブ24を流れる冷媒の流速が向上しキャピラリーチューブ内での冷媒の圧力損失も大きくなるため、冷媒が大きく減圧し、室内熱交換器21内の圧力が低下するため、蒸発温度を氷点以下にすることが可能となる。 In the device of Example 1, the refrigerant in a liquid or liquid-rich state that is cooled by the outdoor heat exchanger 11 and flows out of the outdoor liquid distributor 15 is partly warmed by the high-temperature gas refrigerant and gasified. This gas refrigerant itself merges, and the gas phase ratio of the refrigerant flowing to the indoor liquid distributor 25 increases compared to when the flow control valve 31 is fully closed. This increases the flow rate of the refrigerant flowing through the indoor capillary tube 24 and increases the pressure loss of the refrigerant in the capillary tube, so the refrigerant is significantly reduced in pressure and the pressure in the indoor heat exchanger 21 decreases, making it possible to lower the evaporation temperature below freezing.

実施例1の装置において、流量調整弁31は、電子膨張弁51のように内部にステッピングモータを内蔵し内部の弁の開度が調整可能であるため、複雑な構成である。その電子膨張弁51は、弁内部が詰まることや、これを制御する電気回路の故障などが危惧される。しかしながら、万が一流量調整弁31が詰まったとしても、バイパス流路32内での故障であるので、バイパス流路32以外の冷房運転に必要な冷媒配管回路は維持されるため冷房運転の継続が可能である。 In the device of Example 1, the flow rate control valve 31 has a complex configuration because it has a built-in stepping motor like the electronic expansion valve 51 and the opening degree of the internal valve can be adjusted. There are concerns about the electronic expansion valve 51 becoming clogged inside the valve or the electrical circuit that controls it failing. However, even if the flow rate control valve 31 does become clogged, this is a failure within the bypass flow path 32, so the refrigerant piping circuit necessary for cooling operation outside the bypass flow path 32 is maintained, allowing cooling operation to continue.

実施例1の装置において、着霜洗浄運転時に、室内熱交換器21のフィン表面に着霜させるために、室内熱交換器に流入する空気の温度が高い時には熱交換量を多く、逆に空気温度が低い場合には熱交換量を小さくなるように冷媒を流す必要がある。 In the device of Example 1, in order to cause frost to form on the fin surfaces of the indoor heat exchanger 21 during frost cleaning operation, it is necessary to flow the refrigerant so that the amount of heat exchange is large when the temperature of the air flowing into the indoor heat exchanger is high, and conversely, the amount of heat exchange is small when the air temperature is low.

これは、室内熱交換器21に流入する空気温度が高い時には、フィン表面の温度が氷点下であっても熱交換量が十分にないと流入した空気によって結露した水が凍らずに着霜しないことが考えられるためである。 This is because when the temperature of the air flowing into the indoor heat exchanger 21 is high, if the amount of heat exchange is insufficient, the water condensed by the air that flows in will not freeze and form frost, even if the temperature of the fin surface is below freezing.

また流入空気温度が低い時に、室内熱交換器21の内部に多くの液冷媒が流れても、空気から熱量を大きく奪えないため液冷媒を十分に蒸発させることができないことが考えられる。これによって圧縮機1に大量の液冷媒が流入してしまうと故障の原因となりかねない。 In addition, when the inflow air temperature is low, even if a large amount of liquid refrigerant flows inside the indoor heat exchanger 21, it is possible that the liquid refrigerant cannot be sufficiently evaporated because it cannot remove a large amount of heat from the air. This can cause a large amount of liquid refrigerant to flow into the compressor 1, which can lead to a malfunction.

このために、実施例1では、室内空気温度が高い場合には、流量調整弁31の開度を小さくし、バイパス流路32を流れるガス冷媒の量を少なくする。これによって、圧縮機1から吐出した冷媒の多くが室外熱交換器11へ流れ冷却され、そして冷却された多くの冷媒が室内熱交換器21へ流れるため熱交換量を大きく維持できる。 For this reason, in the first embodiment, when the indoor air temperature is high, the opening of the flow control valve 31 is reduced, and the amount of gas refrigerant flowing through the bypass passage 32 is reduced. As a result, most of the refrigerant discharged from the compressor 1 flows to the outdoor heat exchanger 11 and is cooled, and most of the cooled refrigerant flows to the indoor heat exchanger 21, so that the heat exchange amount can be maintained large.

また室内空気温度が低い場合には、流量調整弁31の開度を大きくし、バイパス流路32を流れるガス冷媒量を大きくする。これによって、室外熱交換器11へ流れる冷媒量が減るとともに、室外熱交換器11で冷却された冷媒も、バイパス流路32から合流する高温冷媒によって加熱されるため、冷媒のエンタルピー量が大きくなり、室内熱交換器21で交換できる熱量を小さくしながらも、冷媒がガス化しやすい状態にすることができる。 When the indoor air temperature is low, the flow control valve 31 is opened wider, and the amount of gas refrigerant flowing through the bypass flow path 32 is increased. This reduces the amount of refrigerant flowing to the outdoor heat exchanger 11, and the refrigerant cooled in the outdoor heat exchanger 11 is also heated by the high-temperature refrigerant that joins from the bypass flow path 32. This increases the enthalpy of the refrigerant, making it easier for the refrigerant to gasify while reducing the amount of heat that can be exchanged by the indoor heat exchanger 21.

また室内空気温度が高い時は、外気の温度も高いことが考えられる。これによって室外側液分配器15を出る冷媒温度が十分な低温になっていない、つまりサブクール量が取れず、ガス冷媒を含む気液二相状態である可能性が高い。このような場合には、着霜洗浄のためにバイパス流路32を流すガス量が少なくても、室内側キャピラリーチューブ24で十分な減圧を得ることができる。 When the indoor air temperature is high, it is likely that the outdoor air temperature is also high. This means that the refrigerant temperature leaving the outdoor liquid distributor 15 is not low enough, meaning that the subcooling amount cannot be achieved and there is a high possibility that the refrigerant is in a two-phase gas-liquid state including gas refrigerant. In such a case, even if the amount of gas flowing through the bypass flow path 32 for frost cleaning is small, sufficient pressure reduction can be achieved in the indoor capillary tube 24.

逆に室内空気温度が低い場合には、外気温も低いことが考えられる。この場合、室外熱交換器11により放熱できる熱量が増加するため、室外側液分配器15から出る冷媒の温度が低温となっている、つまりサブクール量が大きくなることが考えられる。 Conversely, if the indoor air temperature is low, the outdoor air temperature is likely to be low as well. In this case, the amount of heat that can be dissipated by the outdoor heat exchanger 11 increases, so the temperature of the refrigerant leaving the outdoor liquid distributor 15 is low, meaning the amount of subcooling is likely to be large.

この場合、室外側液分配器15を出る冷媒は完全に液相であり、着霜洗浄運転をするためには、バイパス流路32を流すガス冷媒量を増やし、室内側キャピラリーチューブ24に流れる冷媒のガスクオリティを向上させ、室内熱交換器21内を氷点下以下にするよう減圧量を確保する必要がある。 In this case, the refrigerant leaving the outdoor liquid distributor 15 is completely in liquid phase, and in order to perform frost cleaning operation, it is necessary to increase the amount of gas refrigerant flowing through the bypass flow path 32, improve the gas quality of the refrigerant flowing through the indoor capillary tube 24, and ensure a pressure reduction amount so that the temperature inside the indoor heat exchanger 21 is below freezing.

これらの制御を流量調整弁31で行うために、実施例1では室内吸込み空気温度を測定する室内温度センサ41と、室内熱交換器21での蒸発温度をモニタする室内熱交換器温度センサ42を設けている。 To perform these controls using the flow rate control valve 31, in Example 1, an indoor temperature sensor 41 is provided to measure the indoor intake air temperature, and an indoor heat exchanger temperature sensor 42 is provided to monitor the evaporation temperature in the indoor heat exchanger 21.

このように、実施例1の装置は、各部の温度に適応できるような、圧縮機1から第1の減圧手段24,25へバイパスする流れを設けることで、着霜させる熱交換器21の吸込み空気温度が高い場合にはバイパス流れを絞り、吸込み空気温度が低い場合にはバイパス流れを増やすことで、一定回転数の圧縮機1を用いながら着霜運転時の熱量不足や過剰冷却を抑制することもできる。 In this way, the device of Example 1 provides a bypass flow from the compressor 1 to the first pressure reducing means 24, 25 that can adapt to the temperature of each part. By narrowing the bypass flow when the intake air temperature of the heat exchanger 21 that causes frost is high, and increasing the bypass flow when the intake air temperature is low, it is possible to suppress heat shortages and excessive cooling during frosting operation while using the compressor 1 at a constant rotation speed.

以上のように、図1に示した実施例1の装置は、圧縮機1として簡素かつ堅牢な定速駆動方式の電動機を用い、冷房運転用の第1の減圧手段24,25と、着霜洗浄運用の第2の減圧手段31,32と、を備えて構成される。第1の減圧手段24,25は、冗長性を有する複数のキャピラリーチューブ24であり、第2の減圧手段31,32は、バイパス流路32及びそこに介挿された流量調整弁31である。このような構成の実施例1の装置は、着霜洗浄の対象となる熱交換器21に対し、その表面に意図的な着霜又は凍結及び解凍して清浄にするため、冷凍サイクルの流通形態を一時的に変更する機構が追加されても、信頼性を維持できる。 As described above, the device of Example 1 shown in FIG. 1 uses a simple and robust constant-speed drive motor as the compressor 1, and is configured with first pressure reducing means 24, 25 for cooling operation and second pressure reducing means 31, 32 for frost cleaning operation. The first pressure reducing means 24, 25 are multiple capillary tubes 24 with redundancy, and the second pressure reducing means 31, 32 are a bypass flow path 32 and a flow control valve 31 inserted therein. The device of Example 1 configured in this way can maintain reliability even if a mechanism for temporarily changing the flow pattern of the refrigeration cycle is added to clean the surface of the heat exchanger 21 that is the target of frost cleaning by intentionally forming frost or freezing and thawing it.

図3は、実施例2の装置のサイクル系統図である。実施例2の装置も冷房運転専用機であり、図2に示した実施例2の装置と同様に、室外機と、室内機と、を備えて構成される。図3に示す実施例2の装置は、図2に示す基本装置における電子膨張弁51の代わりに、第2の減圧手段33である着霜用キャピラリーチューブ33と、バイパス弁34を有する配管と、を並列に置き換えるように、室外側液分配器15の吐出側と、室内側液分配器25の吸い込み側と、の間に配設したものである。 Figure 3 is a cycle system diagram of the device of Example 2. The device of Example 2 is also a device dedicated to cooling operation, and is configured with an outdoor unit and an indoor unit, similar to the device of Example 2 shown in Figure 2. The device of Example 2 shown in Figure 3 is arranged between the discharge side of the outdoor liquid distributor 15 and the suction side of the indoor liquid distributor 25 so as to replace the electronic expansion valve 51 in the basic device shown in Figure 2 with a frosting capillary tube 33, which is the second pressure reducing means 33, and a pipe having a bypass valve 34 in parallel.

このような構成において、通常の冷房運転時には、室外側液分配器15から出た冷媒は、着霜用キャピラリーチューブ33が設置された配管と、バイパス弁34が設置された配管に分岐して流れるが、着霜用キャピラリーチューブ33のある配管路に比べ、バイパス弁34のある流路は圧力損失が小さいので、多くの冷媒はバイパス弁34側を流れる。さらに室内側液分配器25及び室内側キャピラリーチューブ24によって構成される第1の減圧手段により、室内熱交換器21を冷却するための適切な温度にまで減圧される。 In this configuration, during normal cooling operation, the refrigerant coming out of the outdoor liquid distributor 15 branches off into a pipe with a frost prevention capillary tube 33 installed and a pipe with a bypass valve 34 installed, but since the flow path with the bypass valve 34 has a smaller pressure loss than the piping path with the frost prevention capillary tube 33, most of the refrigerant flows through the bypass valve 34 side. Furthermore, the first pressure reducing means consisting of the indoor liquid distributor 25 and the indoor capillary tube 24 reduces the pressure to an appropriate temperature for cooling the indoor heat exchanger 21.

また、着霜洗浄運転時には、バイパス弁34を閉じることで、室外側液分配器15から出た冷媒は、着霜用キャピラリーチューブ33が設置された配管のみを通ることとなるため、キャピラリーチューブ33内の流速が大きくなり、大きな減圧を得ることができる。これによって、室内熱交換器21のフィン表面温度を氷点下にすることが可能となる。 In addition, during frost cleaning operation, by closing the bypass valve 34, the refrigerant coming out of the outdoor liquid distributor 15 passes only through the pipe in which the frost capillary tube 33 is installed, so the flow rate in the capillary tube 33 increases and a large pressure reduction can be achieved. This makes it possible to lower the fin surface temperature of the indoor heat exchanger 21 below freezing point.

バイパス弁34は、通電のONとOFFによって内部の弁の閉塞と開放のみを行う弁であり、内部に流動抵抗を調整するような構造は無く簡素であるため、詰まる心配が少ない。このバイパス弁34は、開度を調整するサーボ機能が不要である分、簡素化された制御用電気回路の故障率も低い。 The bypass valve 34 is a valve that only closes and opens the internal valve by turning the current on and off, and since it is simple and does not have any internal structure to adjust the flow resistance, there is little risk of clogging. This bypass valve 34 does not require a servo function to adjust the opening degree, and the failure rate of the simplified control electrical circuit is also low.

また、実施例2の装置は、通電ONで閉弁するバイパス弁34を採用することで、着霜洗浄運転時のみに閉弁させる制御形態にする。この制御形態では、通常の冷房運転時のほか運転休止時に開弁状態とする。したがって、万が一バイパス弁34を制御する電気回路が故障した際にも、通電OFFで開弁されるので、通常の冷房運転の継続が可能であり可用性を高くできる。 The device of Example 2 employs a bypass valve 34 that closes when power is turned on, and is controlled to close only during frost cleaning operation. In this control mode, the valve is open during normal cooling operation as well as when operation is stopped. Therefore, even in the unlikely event that the electrical circuit controlling the bypass valve 34 fails, the valve is opened when power is turned off, allowing normal cooling operation to continue and improving availability.

ましてや、着霜洗浄運転は、どんなに頻繁であっても1日に5分から1時間であり、運転休止時や通常の冷房運転時の時間と比べれば、弁が閉塞している時間は少ない。したがって弁閉塞時に何かしらの要因によって弁が閉塞したままに固着されることがあっても、その確率は非常に低いものと期待できる。 Moreover, even if frost cleaning operation is performed frequently, it is only five minutes to an hour a day, which is a short time for the valve to be blocked compared to when the unit is not in operation or during normal cooling operation. Therefore, even if some factor causes the valve to become stuck in a blocked position, the probability of this occurring is expected to be extremely low.

一方で着霜用キャピラリーチューブ33は、電磁弁の固着と比較すれば、内部が異物によって閉塞する可能性は高い。しかしながらこの場合でも、バイパス弁34がある配管に冷媒が流れるので、通常の冷房運転を継続することができる。ただし、この場合は、意に反して疑似的な着霜運転となってしまうことがあり、通常の冷房運転に比べて効率低下することもある。 On the other hand, the frosting capillary tube 33 is more likely to become clogged with foreign matter than a stuck solenoid valve. Even in this case, however, the refrigerant flows through the piping in which the bypass valve 34 is located, so normal cooling operation can continue. However, in this case, pseudo-frosting operation may occur unintentionally, and efficiency may decrease compared to normal cooling operation.

疑似的な着霜運転の状態とは、着霜用キャピラリーチューブ33の配置された配管に冷媒が流れない分だけ、バイパス弁34での冷媒の流速が増えて減圧量が増すため、室内熱交換器21の冷媒蒸発温度は、着霜用キャピラリーチューブ33が閉塞する前よりも低くなる状態である。これを避けるには、冷媒の蒸発温度が氷点下にならないように、第1の減圧手段を設計することが必要である。 The pseudo-frosting operation state is a state in which the refrigerant flow rate at the bypass valve 34 increases and the amount of pressure reduction increases by the amount of refrigerant that does not flow through the pipe in which the frosting capillary tube 33 is placed, so that the refrigerant evaporation temperature of the indoor heat exchanger 21 becomes lower than before the frosting capillary tube 33 is blocked. To avoid this, it is necessary to design the first pressure reduction means so that the refrigerant evaporation temperature does not fall below freezing.

なお、本発明では、着霜洗浄運転時に第2の減圧手段33を動作させると定義している。また、実施例2の装置において、着霜洗浄運転時には、バイパス弁34を通電ONして閉弁する。そのバイパス弁34が介挿された流路は、通常冷房運転を行うための第1の減圧手段を含む主な冷媒回路である。そうすると、着霜洗浄運転時に第1の減圧手段を操作するかのような表現にも見える。 In the present invention, it is defined that the second pressure reducing means 33 is operated during frost cleaning operation. Also, in the device of Example 2, the bypass valve 34 is energized and closed during frost cleaning operation. The flow path in which the bypass valve 34 is inserted is the main refrigerant circuit including the first pressure reducing means for normal cooling operation. This gives the impression that the first pressure reducing means is operated during frost cleaning operation.

このように表現上は紛らわしいが、着霜洗浄運転時に、実際に減圧手段として動作し始めるのは、第2の減圧手段33である着霜用キャピラリーチューブ33である。つまり、第2の減圧手段33の機能を高めるための操作対象が、第1の減圧手段と同じ冷媒配管上のバイパス弁34であるだけのことなので、本発明の定義と実施例の説明とは本質的に矛盾しない。 Although this expression is misleading, it is the frost capillary tube 33, which is the second pressure reducing means 33, that actually starts to operate as the pressure reducing means during the frost cleaning operation. In other words, the only thing that is operated to enhance the function of the second pressure reducing means 33 is the bypass valve 34 on the same refrigerant piping as the first pressure reducing means, so there is no essential contradiction between the definition of the present invention and the explanation of the embodiment.

図4は、実施例3の装置のサイクル系統図である。実施例3の装置も冷房専用であり、図3に示した実施例2の装置に加えて、室外側液分配器15の吐出側と、室内側液分配器25の吸い込み側と、の間に配設されたバイパス弁34と並列に、補助バイパス弁35を一つ追加して配管したものである。 Figure 4 is a cycle system diagram of the device of Example 3. The device of Example 3 is also dedicated to cooling, and in addition to the device of Example 2 shown in Figure 3, an auxiliary bypass valve 35 is added and piped in parallel with the bypass valve 34 arranged between the discharge side of the outdoor liquid distributor 15 and the suction side of the indoor liquid distributor 25.

このような構成の実施例3の装置において、通常の冷房運転時には、バイパス弁34と補助バイパス弁35を開放することで室外側液分配器15から出た冷媒は、着霜用キャピラリーチューブ33が設置された配管と、バイパス弁34及び補助バイパス弁35が設置された配管に分岐して流れ、各配管での冷媒の流動抵抗によって減圧される、さらに室内側液分配器25及び室内側キャピラリーチューブ24によって構成される第1の減圧手段により室内熱交換器21を冷却するに適切な温度にまで減圧される。 In the device of Example 3 configured as described above, during normal cooling operation, the bypass valve 34 and auxiliary bypass valve 35 are opened, and the refrigerant coming out of the outdoor liquid distributor 15 branches off and flows into a pipe in which the frost prevention capillary tube 33 is installed and into a pipe in which the bypass valve 34 and auxiliary bypass valve 35 are installed, and is reduced in pressure by the flow resistance of the refrigerant in each pipe. The refrigerant is further reduced in pressure to a temperature appropriate for cooling the indoor heat exchanger 21 by the first pressure reducing means composed of the indoor liquid distributor 25 and the indoor capillary tube 24.

また、実施例3の装置において、着霜洗浄運転時には、バイパス弁34と補助バイパス弁35の両方を閉じることで、室外側液分配器15から出た冷媒は、着霜用キャピラリーチューブ33が設置された配管のみを通ることとなるため、キャピラリーチューブ内の流速が大きくなり、大きな減圧を得ることができる。これによって、室内熱交換器21のフィン表面温度を氷点下にすることが可能となる。 In addition, in the device of Example 3, during frost cleaning operation, by closing both the bypass valve 34 and the auxiliary bypass valve 35, the refrigerant coming out of the outdoor liquid distributor 15 passes only through the piping in which the frost capillary tube 33 is installed, so the flow rate in the capillary tube increases and a large pressure reduction can be achieved. This makes it possible to lower the fin surface temperature of the indoor heat exchanger 21 below freezing point.

実施例3の装置において、万が一、バイパス弁34と補助バイパス弁35のどちらかが故障した場合にも、確実にどちらかの弁が開放されているので通常の冷房運転を継続することが可能となる。バイパス弁34と補助バイパス弁35のどちらかの流路が閉塞されることで、残った配管での冷媒の流動抵抗が増加し、減圧量がわずかに増えることが考えられるが、このような場合にも室内熱交換器21内での冷媒蒸発量が氷点下にならないように第1の減圧手段を設計すれば、通常の冷房運転が可能となる。 In the device of Example 3, even if either the bypass valve 34 or the auxiliary bypass valve 35 fails, one of the valves is reliably open, making it possible to continue normal cooling operation. If either the bypass valve 34 or the auxiliary bypass valve 35 is blocked, the flow resistance of the refrigerant in the remaining piping increases, and the amount of pressure reduction may increase slightly. However, even in such a case, if the first pressure reduction means is designed so that the amount of refrigerant evaporation in the indoor heat exchanger 21 does not drop below freezing, normal cooling operation will be possible.

図5は、本発明の実施例4に係る鉄道車両用空調装置(以下、「実施例4の装置」ともいう)のサイクル系統図である。図5に示す実施例4の鉄道車両用空調装置も冷房専用であり、実施例2の鉄道車両用空調装置に加えて、圧縮機の吐出側と着霜用キャピラリーチューブを配置した配管を接続するバイパス流路32と、このバイパス流路32上に流量調整弁31を設けた。特に実施例4では、バイパス流路32は、室外側液分配器15と着霜用キャピラリーチューブ33の間に接続される。 Figure 5 is a cycle system diagram of a railway vehicle air conditioning system according to Example 4 of the present invention (hereinafter, also referred to as "the system of Example 4"). The railway vehicle air conditioning system of Example 4 shown in Figure 5 is also dedicated to cooling, and in addition to the railway vehicle air conditioning system of Example 2, a bypass flow path 32 that connects the discharge side of the compressor to a pipe in which a capillary tube for frosting is arranged, and a flow control valve 31 are provided on this bypass flow path 32. In particular, in Example 4, the bypass flow path 32 is connected between the outdoor liquid distributor 15 and the capillary tube for frosting 33.

実施例4の構成は、実施例1のみの構成において、着霜運転時に室内熱交換器21の冷媒蒸発温度が氷点下にならない場合、又は特にフィン表面の着霜温度を低くしたい場合などに、着霜用キャピラリーチューブ33を追加した構成である。 The configuration of Example 4 is the same as that of Example 1, except that a capillary tube 33 for frost formation is added when the refrigerant evaporation temperature of the indoor heat exchanger 21 does not fall below freezing during frosting operation, or when it is particularly desired to lower the frost temperature on the fin surface.

実施例4の構成は、通常の冷房運転時には、バイパス弁34を開放する。これにより、室外側液分配器15から出た冷媒は、着霜用キャピラリーチューブ33が設置された配管と、バイパス弁34及び補助バイパス弁35が設置された配管に分岐して流れる。この冷媒は、それぞれの冷媒流動による抵抗で減圧される。さらに、この冷媒は、室内側液分配器25及び室内側キャピラリーチューブ24によって構成される第1の減圧手段により、室内熱交換器21を冷却するに適切な温度にまで減圧される。 In the configuration of Example 4, the bypass valve 34 is opened during normal cooling operation. As a result, the refrigerant coming out of the outdoor liquid distributor 15 branches off and flows into a pipe in which a frost prevention capillary tube 33 is installed, and into a pipe in which a bypass valve 34 and an auxiliary bypass valve 35 are installed. The refrigerant is reduced in pressure by the resistance of each refrigerant flow. Furthermore, the refrigerant is reduced in pressure to a temperature appropriate for cooling the indoor heat exchanger 21 by the first pressure reducing means constituted by the indoor liquid distributor 25 and the indoor capillary tube 24.

実施例4の構成は、着霜洗浄運転時には、バイパス弁34を閉じ、流量調整弁31を開け、圧縮機1から吐出した高温のガス冷媒を、室内側液分配器25へ流れる冷媒に合流させる。これによって、室外熱交換器11によって冷却され室外側液分配器15より流出した液又は液相の多い状態の冷媒は、その一部が高温のガス冷媒によってあたためられガス化し、またガス冷媒自体が合流することで室内側液分配器25へ流れる冷媒の気相比率が、流量調整弁31が全閉の場合に比べ上昇する。 In the configuration of the fourth embodiment, during frost cleaning operation, the bypass valve 34 is closed, the flow rate control valve 31 is opened, and the high-temperature gas refrigerant discharged from the compressor 1 is merged with the refrigerant flowing to the indoor liquid distributor 25. As a result, the refrigerant in a liquid or liquid-rich state that is cooled by the outdoor heat exchanger 11 and flows out of the outdoor liquid distributor 15 is partly warmed and gasified by the high-temperature gas refrigerant, and the gas refrigerant itself merges, so that the gas phase ratio of the refrigerant flowing to the indoor liquid distributor 25 increases compared to when the flow rate control valve 31 is fully closed.

これによって、着霜用キャピラリーチューブ33及び室内キャピラリーチューブ24を流れる冷媒の流速が向上しキャピラリーチューブ内での冷媒の圧力損失も大きくなるため、冷媒が大きく減圧し、室内熱交換器21内の圧力が低下するため、蒸発温度を氷点以下にすることが可能となる。 As a result, the flow rate of the refrigerant flowing through the frosting capillary tube 33 and the indoor capillary tube 24 increases, and the pressure loss of the refrigerant in the capillary tube also increases, so the refrigerant is significantly reduced in pressure and the pressure in the indoor heat exchanger 21 decreases, making it possible to lower the evaporation temperature below freezing point.

加えて、室内空気温度が高い場合には、流量調整弁31の開度を低下させ、室内空気温度が低い場合には、流量調整弁31の開度を向上させることで、室内空気温度に合わせて、室内熱交換器21に適切な着霜をさせられる熱交換量を実現することができる。 In addition, when the indoor air temperature is high, the opening of the flow control valve 31 is reduced, and when the indoor air temperature is low, the opening of the flow control valve 31 is increased, thereby achieving a heat exchange amount that allows appropriate frost formation on the indoor heat exchanger 21 according to the indoor air temperature.

図6は、本発明の実施例5の装置のサイクル系統図である。実施例5の鉄道車両用空調装置も冷房専用であり、図2に示した実施例2の装置と同様に、室外機と、室内機と、を備えて構成される。図6に示す実施例5の装置は、図2に示す基本装置における電子膨張弁51の代わりに、第2の減圧手段として配管加熱部36を置き換えるように、室外側液分配器15の吐出側と、室内側液分配器25の吸い込み側と、の間に配設したものである。 Figure 6 is a cycle system diagram of the device of the fifth embodiment of the present invention. The railroad vehicle air conditioning device of the fifth embodiment is also dedicated to cooling, and is configured with an outdoor unit and an indoor unit, similar to the device of the second embodiment shown in Figure 2. The device of the fifth embodiment shown in Figure 6 is arranged between the discharge side of the outdoor liquid distributor 15 and the suction side of the indoor liquid distributor 25 so as to replace the electronic expansion valve 51 in the basic device shown in Figure 2 with the pipe heating unit 36 as the second pressure reducing means.

配管加熱部36は、配管表面に電気ヒータを設け通電によって加熱することや、プレート熱交換器を用いて冷媒を温水で加熱することなどが考えられる。つまり、配管加熱部36の加熱構造は、冷媒の流れる流路の外側から加熱するものである。実施例5の装置は、通常の冷房運転時に、配管加熱部36は加熱運転を行わない。したがって、実施例5の装置のサイクルは、通常の配管と同じく冷媒が流れ、室内側液分配器25及び室内側キャピラリーチューブ24によって構成される第1の減圧手段により、室内熱交換器21を冷却するための適切な温度まで減圧される。 The pipe heating unit 36 may be constructed by heating the refrigerant with hot water by providing an electric heater on the surface of the pipe or by using a plate heat exchanger to heat the refrigerant. In other words, the heating structure of the pipe heating unit 36 heats the refrigerant from outside the flow path. In the device of Example 5, the pipe heating unit 36 does not perform heating operation during normal cooling operation. Therefore, in the cycle of the device of Example 5, the refrigerant flows in the same way as in normal piping, and is depressurized to an appropriate temperature for cooling the indoor heat exchanger 21 by the first depressurization means composed of the indoor liquid distributor 25 and the indoor capillary tube 24.

また、実施例5の装置は、着霜洗浄運転時に、配管加熱部36で冷媒を加熱する。これにより、室外熱交換器11で冷却され、室外側液分配器15から流出した液又は液相の多い状態の冷媒は、配管加熱部36によって温められてガス化する。そうすると、室内側液分配器25へ流れる冷媒の気相比率が配管加熱部36の加熱前に比べ上昇する。 In addition, the device of Example 5 heats the refrigerant in the pipe heating unit 36 during frost cleaning operation. As a result, the refrigerant that has been cooled in the outdoor heat exchanger 11 and is in a liquid or liquid-rich state that flows out of the outdoor liquid distributor 15 is warmed and gasified by the pipe heating unit 36. As a result, the gas phase ratio of the refrigerant flowing to the indoor liquid distributor 25 increases compared to before heating by the pipe heating unit 36.

その結果、実施例5の装置は、室内キャピラリーチューブ24を流れる冷媒の流速が向上し、キャピラリーチューブ24内での冷媒の圧力損失も大きくなるため、冷媒が大きく減圧し、室内熱交換器21内の圧力が低下するため、蒸発温度を氷点以下にすることが可能となる。 As a result, in the device of Example 5, the flow rate of the refrigerant flowing through the indoor capillary tube 24 is increased, and the pressure loss of the refrigerant in the capillary tube 24 is also increased, so the refrigerant is significantly reduced in pressure and the pressure in the indoor heat exchanger 21 decreases, making it possible to lower the evaporation temperature below freezing point.

図7は、実施例6の装置において、冷房運転時に室内熱交換器21を着霜洗浄する時の冷媒の流れを説明するためのサイクル系統図である。図8は、実施例6の装置において、暖房運転時に室外熱交換器11を着霜洗浄する時の冷媒の流れを説明するためのサイクル系統図である。 Figure 7 is a cycle diagram for explaining the flow of refrigerant when the indoor heat exchanger 21 is frost-cleaned during cooling operation in the device of Example 6. Figure 8 is a cycle diagram for explaining the flow of refrigerant when the outdoor heat exchanger 11 is frost-cleaned during heating operation in the device of Example 6.

図7及び図8に示す実施例6の装置は、図5に示す実施例4の装置が冷房専用機であったところを、冷暖房両方の機能を備えて兼用化した装置であり、室内機、室外機、は同様であり、これらを接続する各種配管及び、それらに介挿された各要素に相違点がある。 The device of Example 6 shown in Figures 7 and 8 is a dual-purpose device equipped with both cooling and heating functions, whereas the device of Example 4 shown in Figure 5 was a dedicated cooling device. The indoor and outdoor units are the same, but there are differences in the various pipes connecting them and the elements inserted into them.

相違点として、室外熱交換器ガスヘッダ13と、室内熱交換器ガスヘッダ23と、の間に介在する圧縮機1に四方弁2を付設し、一方向の圧縮機1からの流れを冷暖房の切換えに応じて方向転換可能にしている。また、実施例2~4,6の装置に共通する第2の減圧手段として、室外側液分配器15と室内側液分配器25の間に配管されたバイパス弁34を有する配管に対して、並列にキャピラリーチューブ33,37,38を備えるが、実施例2~4,6の装置ごとに異なる形態である。 The difference is that a four-way valve 2 is attached to the compressor 1 located between the outdoor heat exchanger gas header 13 and the indoor heat exchanger gas header 23, making it possible to change the direction of the one-way flow from the compressor 1 depending on whether heating or cooling is selected. In addition, as a second pressure reducing means common to the devices of Examples 2 to 4 and 6, capillary tubes 33, 37 and 38 are provided in parallel to the piping having the bypass valve 34 that is piped between the outdoor liquid distributor 15 and the indoor liquid distributor 25, but the form differs for each of the devices of Examples 2 to 4 and 6.

実施例6の装置は、この第2の減圧手段として、バイパス弁34の経路に並列接続されて、第1着霜用キャピラリーチューブ37と第2の着霜用キャピラリーチューブ38が配設されている。これら第1、第2の着霜用キャピラリーチューブ37,38が直列接続された中点からT字状に延在し、流量調整弁31が介挿されて圧縮機1の吐出側に接続されたバイパス流路32も第2の減圧手段である。 In the device of Example 6, a first frosting capillary tube 37 and a second frosting capillary tube 38 are connected in parallel to the path of the bypass valve 34 as the second pressure reducing means. The bypass flow path 32 extends in a T-shape from the midpoint where the first and second frosting capillary tubes 37, 38 are connected in series, and is connected to the discharge side of the compressor 1 with a flow control valve 31 inserted therebetween, and also serves as the second pressure reducing means.

つぎに、実施例6の冷房時の冷媒流れを、要素ごとに説明する。圧縮機1から吐出した冷媒は四方弁2を介して、室外機の室外熱交換器ガスヘッダ13へと流れる。四方弁2には、圧縮機1の吸込み側、圧縮機1の吐出側、室外熱交換器11側、及び室内熱交換器21側の4配管が接続されている。 Next, the refrigerant flow during cooling in Example 6 will be explained element by element. The refrigerant discharged from the compressor 1 flows through the four-way valve 2 to the outdoor heat exchanger gas header 13 of the outdoor unit. Four pipes are connected to the four-way valve 2: the suction side of the compressor 1, the discharge side of the compressor 1, the outdoor heat exchanger 11 side, and the indoor heat exchanger 21 side.

この四方弁2は、圧縮機1から吐出したガスが、図7に示す冷房時には室外熱交換器11へ、図8に示す暖房時には室内熱交換器へ流れるように流路が切り替えられる。同時に、冷房時には室内熱交換器21からの冷媒が圧縮機1の吸込み側へ、暖房時には室外熱交換器11からの冷媒が圧縮機1の吸込み側へ流れるように流路が切り替えられる。 This four-way valve 2 switches the flow path so that the gas discharged from the compressor 1 flows to the outdoor heat exchanger 11 during cooling as shown in FIG. 7, and to the indoor heat exchanger during heating as shown in FIG. 8. At the same time, the flow path is switched so that the refrigerant from the indoor heat exchanger 21 flows to the suction side of the compressor 1 during cooling, and the refrigerant from the outdoor heat exchanger 11 flows to the suction side of the compressor 1 during heating.

室外熱交換器ガスヘッダ13へ流れたガス冷媒は、ここで室外熱交換器11内の冷媒パスごとに分流される。室外熱交換器11は室外ファン12により室外空気によって冷却されており、室外熱交換器11内部で室外熱交換器ガスヘッダ13から流入したガス冷媒は凝縮し一部又は完全に液化する。冷却された冷媒は、パスごとに室外側キャピラリーチューブ14を経て、室外側液分配器15により集約される。 The gas refrigerant that flows into the outdoor heat exchanger gas header 13 is divided into separate refrigerant paths within the outdoor heat exchanger 11. The outdoor heat exchanger 11 is cooled by outdoor air using the outdoor fan 12, and inside the outdoor heat exchanger 11, the gas refrigerant that flows in from the outdoor heat exchanger gas header 13 condenses and is partially or completely liquefied. The cooled refrigerant passes through the outdoor capillary tube 14 for each path and is collected by the outdoor liquid distributor 15.

室外側液分配器15から出た冷媒は、一部が第1着霜用キャピラリーチューブ37と第2着霜用キャピラリーチューブ38からなる流路へ流れるとともに、大部分はバイパス弁34のある流路へ流れる。この二つの流路の流体抵抗によってわずかに減圧した冷媒が、室内側液分配器25へ流れる。 Part of the refrigerant coming out of the outdoor liquid distributor 15 flows into the flow path consisting of the first frosting capillary tube 37 and the second frosting capillary tube 38, while the majority flows into the flow path containing the bypass valve 34. The refrigerant, which is slightly depressurized due to the fluid resistance of these two flow paths, flows into the indoor liquid distributor 25.

室内側液分配器25は、内部で冷媒が分流する構造となっており、ここで分流された冷媒は、パスごとの室内側キャピラリーチューブ24を経て室内熱交換器21へ流入する。また室内側キャピラリーチューブ24は、内径が4mm以下、好ましくは1~3mmといった細径管により構成されている。室内側液分配器25に介挿された細径管には、流体抵抗が作用して冷媒を低温になるように減圧する。 The indoor liquid distributor 25 is designed to split the refrigerant inside, and the split refrigerant flows into the indoor heat exchanger 21 via the indoor capillary tubes 24 for each path. The indoor capillary tubes 24 are made of thin tubes with an inner diameter of 4 mm or less, preferably 1 to 3 mm. Fluid resistance acts on the thin tubes inserted in the indoor liquid distributor 25, reducing the pressure of the refrigerant to a low temperature.

室内側キャピラリーチューブ24により減圧され低温となった冷媒は、室内側熱交換器21内の各冷媒パスへ流れる。室内熱交換器21には室内ファン22から内部の冷媒よりも高温の室内空気が送風されるため、室内熱交換器21の内部液冷媒が蒸発しガス化し空気から熱を奪うため、室内熱交換器21を通過した空気は低温となり、室内へ送風され、室内を冷房する。 The refrigerant, which has been decompressed and cooled by the indoor capillary tube 24, flows into each refrigerant path in the indoor heat exchanger 21. Indoor air that is hotter than the refrigerant inside is blown into the indoor heat exchanger 21 from the indoor fan 22, so the liquid refrigerant inside the indoor heat exchanger 21 evaporates and gasifies, removing heat from the air. The air that passes through the indoor heat exchanger 21 becomes cold and is blown into the room to cool it down.

室内熱交換器21により蒸発した冷媒は、室内熱交換器ガスヘッダ23で合流し、ここから四方弁2を経て、圧縮機1の吸込み側へ流れる。そして圧縮機により再度、昇温昇圧されることで、冷房における冷凍サイクルを構成している。つぎに、実施例6の暖房時の冷媒流れを、要素ごとに説明する。圧縮機1から吐出した高温高圧のガス冷媒は暖房時用に切り替えられた四方弁2を介して、室内熱交換器21の室外熱交換器ガスヘッダ23へと流れる。 The refrigerant evaporated by the indoor heat exchanger 21 joins the indoor heat exchanger gas header 23, and from there flows through the four-way valve 2 to the suction side of the compressor 1. The refrigeration cycle for cooling is completed by raising the temperature and pressure again by the compressor. Next, the refrigerant flow during heating in Example 6 will be explained element by element. The high-temperature, high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1 flows to the outdoor heat exchanger gas header 23 of the indoor heat exchanger 21 through the four-way valve 2 that has been switched for heating.

室内熱交換器ガスヘッダ23へ流れたガス冷媒は、ここで室内熱交換器21内の冷媒パスごとに分流される。室内熱交換器21は室内ファン22により室内空気が流されている。この室内空気によって室内熱交換器21内部で室内熱交換器ガスヘッダ23から流入したガス冷媒は冷却され、凝縮し一部又は完全に液化する。反対に、室内空気は冷媒によって暖められ、室内へ戻って暖房を行う。 The gas refrigerant that flows into the indoor heat exchanger gas header 23 is divided into separate refrigerant paths within the indoor heat exchanger 21. Indoor air is circulated through the indoor heat exchanger 21 by an indoor fan 22. The gas refrigerant that flows in from the indoor heat exchanger gas header 23 inside the indoor heat exchanger 21 is cooled by this indoor air, condensing and partially or completely liquefying. Conversely, the indoor air is warmed by the refrigerant and returns to the room to provide heating.

冷却された冷媒は、パスごとに室内側キャピラリーチューブ24を経て、室内側液分配器25により集約される。室内側液分配器25から出た冷媒は、一部が第1着霜用キャピラリーチューブ37と第2着霜用キャピラリーチューブ38からなる流路へ流れるとともに、大部分はバイパス弁34のある流路へ流れる。この二つの流路の流体抵抗によってわずかに減圧した冷媒が、室外側液分配器15へ流れる。 The cooled refrigerant passes through the indoor capillary tube 24 for each path and is collected by the indoor liquid distributor 25. Some of the refrigerant that leaves the indoor liquid distributor 25 flows into the flow path consisting of the first frosting capillary tube 37 and the second frosting capillary tube 38, while the majority flows into the flow path containing the bypass valve 34. The refrigerant, whose pressure is slightly reduced due to the fluid resistance of these two flow paths, flows into the outdoor liquid distributor 15.

室外側液分配器15は内部で冷媒が分流する構造となっており、ここで分流された冷媒は、パスごとの室内側キャピラリーチューブ14を経て室外熱交換器11へ流入する。また、室外側キャピラリーチューブ14は、内径が4mm以下、好ましくは1~3mmといった細径管により構成されている。室外側液分配器15を構成する細径管には、流体抵抗が作用して冷媒を低温になるように減圧する。 The outdoor liquid distributor 15 is designed to split the refrigerant inside, and the split refrigerant flows into the outdoor heat exchanger 11 via the indoor capillary tubes 14 for each path. The outdoor capillary tubes 14 are made of small tubes with an inner diameter of 4 mm or less, preferably 1 to 3 mm. The small tubes that make up the outdoor liquid distributor 15 have a fluid resistance that reduces the pressure of the refrigerant so that it becomes colder.

室外側キャピラリーチューブ14により減圧され低温となった冷媒は、室外熱交換器11内の各冷媒パスへ流れる。室外熱交換器11には室外ファン12から内部の冷媒よりも高温の室外空気が送風されるため、室外熱交換器11の内部液冷媒が蒸発してガス化する際に空気から熱を奪うため、室外熱交換器11を過した空気は低温となり、室外へ放出される。 The refrigerant, which has been reduced in pressure by the outdoor capillary tube 14 and reduced in temperature, flows into each refrigerant path in the outdoor heat exchanger 11. The outdoor fan 12 blows outdoor air, which is hotter than the refrigerant inside, into the outdoor heat exchanger 11. When the liquid refrigerant inside the outdoor heat exchanger 11 evaporates and gasifies, it takes heat from the air, so the air that passes through the outdoor heat exchanger 11 becomes cold and is released outside.

室外熱交換器11により蒸発した冷媒は、室外ガスヘッダ13で合流し、ここから四方弁2を経て、圧縮機1の吸込み側へ流れる。そして圧縮機により再度、昇温昇圧されることで、暖房における冷凍サイクルを構成している。 The refrigerant evaporated by the outdoor heat exchanger 11 joins the outdoor gas header 13, and from there flows through the four-way valve 2 to the suction side of the compressor 1. The compressor then raises the temperature and pressure again, completing the refrigeration cycle for heating.

このような構成において、圧縮機1の吐出側と、第1着霜用キャピラリーチューブ37と第2着霜用キャピラリーチューブ38の間を結ぶバイパス流路32中に設けられた流量調整弁31を閉じた状態で、バイパス弁34を開放しておけば、冷房時においても暖房時においても冷媒の多くは、第1着霜用キャピラリーチューブ37と第2着霜用キャピラリーチューブ38からなる流路ではなく、バイパス弁34がある流路を通過する。 In this configuration, if the flow control valve 31 provided in the bypass flow path 32 connecting the discharge side of the compressor 1 with the first frosting capillary tube 37 and the second frosting capillary tube 38 is closed and the bypass valve 34 is open, most of the refrigerant passes through the flow path with the bypass valve 34, rather than through the flow path consisting of the first frosting capillary tube 37 and the second frosting capillary tube 38, whether in cooling or heating mode.

各条件での減圧量のほとんどは、冷房であれば室内側キャピラリーチューブ24、暖房であれば室外側キャピラリーチューブ14が担うため、冷房運転と暖房運転のそれぞれの通常運転が可能となる。 Most of the pressure reduction under each condition is borne by the indoor capillary tube 24 in cooling mode and the outdoor capillary tube 14 in heating mode, allowing normal operation for both cooling and heating modes.

また、室内熱交換器21又は室外熱交換器11のどちらかを対象に着霜洗浄運転を行うには、バイパス流路32中に設けられた流量調整弁31を開け、圧縮機からの吐出ガスを第1着霜用キャピラリーチューブ37と第2着霜用キャピラリーチューブ38の接続点に合流させる。 In addition, to perform frost cleaning operation on either the indoor heat exchanger 21 or the outdoor heat exchanger 11, the flow control valve 31 provided in the bypass flow path 32 is opened, and the discharge gas from the compressor is merged into the connection point between the first frost capillary tube 37 and the second frost capillary tube 38.

これによって、どちらかの熱交換器で冷却され凝縮し液化した冷媒のガスクオリティを向上し、キャピラリーチューブ内のガス流速を向上することで管内の圧力損失を大きくし、着霜対象の熱交換器表面を氷点下とする蒸発温度まで冷媒を減圧することができる。 This improves the gas quality of the refrigerant that is cooled, condensed, and liquefied in one of the heat exchangers, and by increasing the gas flow rate inside the capillary tube, the pressure loss inside the tube is increased, allowing the refrigerant to be reduced in pressure to an evaporation temperature below freezing on the heat exchanger surface that is subject to frost.

具体的には、室内熱交換器21を着霜洗浄運転する場合には、四方弁2は冷房運転の状態に切り替え、バイパス弁34を閉じ、圧縮機1の吐出ガスが室外熱交換器11で凝縮し、その凝縮された液冷媒に圧縮機1から直接吐出された吐出ガスを合流させる。そのとき、流量調整弁31の開度は、適切に調整され、吐出ガスの合流によりガスクオリティが向上した冷媒は、第2着霜用キャピラリーチューブ38により減圧され、さらにガスクオリティが向上する。 Specifically, when the indoor heat exchanger 21 is in frost cleaning operation, the four-way valve 2 is switched to the cooling operation state, the bypass valve 34 is closed, the discharge gas of the compressor 1 is condensed in the outdoor heat exchanger 11, and the discharge gas discharged directly from the compressor 1 is merged with the condensed liquid refrigerant. At that time, the opening of the flow control valve 31 is appropriately adjusted, and the refrigerant whose gas quality has been improved by the merger of the discharge gas is depressurized by the second frost capillary tube 38, further improving the gas quality.

そして、室内側液分配器25と室内側キャピラリーチューブ24を通過することでさらなる減圧を経て、室内熱交換器21を氷点下できる蒸発温度となる。このとき、流量調整弁31の開度は、室内温度センサ41及び室内熱交換器温度センサ42の情報を基に制御する。 Then, the pressure is further reduced by passing through the indoor liquid distributor 25 and the indoor capillary tube 24, and the evaporation temperature reaches a temperature that can cause the indoor heat exchanger 21 to drop below freezing. At this time, the opening degree of the flow control valve 31 is controlled based on information from the indoor temperature sensor 41 and the indoor heat exchanger temperature sensor 42.

また、室外熱交換器11を着霜洗浄運転する場合には、四方弁2は暖房運転の状態に切り替え、バイパス弁34を閉じ、圧縮機1の吐出ガスが室内熱交換器21で凝縮し、その凝縮された液冷媒に圧縮機1から直接吐出された吐出ガスを合流させる。 When the outdoor heat exchanger 11 is in frost cleaning operation, the four-way valve 2 is switched to the heating operation state, the bypass valve 34 is closed, the discharge gas from the compressor 1 is condensed in the indoor heat exchanger 21, and the discharge gas discharged directly from the compressor 1 is merged with the condensed liquid refrigerant.

そのとき、流量調整弁31の開度は、適切に調整され、吐出ガスの合流によりガスクオリティが向上した冷媒は、第1着霜用キャピラリーチューブ37により減圧され、さらにガスクオリティが向上する。そして室外側液分配器15と室内側キャピラリーチューブ14を通過することでさらなる減圧を経て、室外熱交換器11を氷点下できる蒸発温度となる。 At that time, the opening of the flow control valve 31 is appropriately adjusted, and the refrigerant, whose gas quality has been improved by the merging of the discharge gas, is depressurized by the first frosting capillary tube 37, further improving the gas quality. The refrigerant then passes through the outdoor liquid distributor 15 and the indoor capillary tube 14, and is further depressurized, reaching an evaporation temperature that can lower the outdoor heat exchanger 11 below freezing.

このとき、流量調整弁31の開度は、室外温度センサ43及び室外熱交換器11温度センサ44の情報を基に制御する。室外側液分配器15から出た冷媒は、着霜用キャピラリーチューブ33が設置された配管のみを通ることとなるため、キャピラリーチューブ内の流速が大きくなり、大きな減圧を得ることができる。これによって、室内熱交換器21のフィン表面温度を氷点下にすることが可能となる。 At this time, the opening degree of the flow control valve 31 is controlled based on information from the outdoor temperature sensor 43 and the outdoor heat exchanger 11 temperature sensor 44. Since the refrigerant coming out of the outdoor liquid distributor 15 passes only through the pipe in which the frost prevention capillary tube 33 is installed, the flow rate in the capillary tube increases, and a large reduction in pressure can be achieved. This makes it possible to lower the fin surface temperature of the indoor heat exchanger 21 below freezing point.

図9は、実施例7の装置のサイクル系統図である。実施例7の装置も冷暖房両方の機能を備えた兼用装置であり、冷房運転時の冷媒の流れを示す。実施例7は、実施例6と同様に四方弁2によって暖房運転も可能である。実施例7の装置は、実施例6の装置に対して、バイパス弁34を有する配管と、第1着霜用キャピラリーチューブ37と第2の着霜用キャピラリーチューブ38とからなる第2の減圧手段と、を除去した構成である。 Figure 9 is a cycle system diagram of the device of Example 7. The device of Example 7 is also a dual-purpose device with both heating and cooling functions, and shows the flow of refrigerant during cooling operation. Like Example 6, Example 7 is also capable of heating operation by using the four-way valve 2. The device of Example 7 is configured such that, compared to the device of Example 6, the piping with the bypass valve 34 and the second pressure reducing means consisting of the first frosting capillary tube 37 and the second frosting capillary tube 38 are removed.

実施例6の装置における第1着霜用キャピラリーチューブ37と第2の着霜用キャピラリーチューブ38の存在意義は、室外側キャピラリーチューブ14と室内側キャピラリーチューブ24の圧力損失を大きく確保しなくとも、着霜洗浄運転時に冷媒蒸発温度を大きく低下できる点にある。 The purpose of the first frosting capillary tube 37 and the second frosting capillary tube 38 in the device of Example 6 is that they can significantly reduce the refrigerant evaporation temperature during frost cleaning operation without ensuring a large pressure loss between the outdoor capillary tube 14 and the indoor capillary tube 24.

したがって、凍結洗浄運転時にも十分な圧力損失量を室外側キャピラリーチューブ14と室内側キャピラリーチューブ24によって得られる場合、第1着霜用キャピラリーチューブ37と第2の着霜用キャピラリーチューブ38は不要となる。 Therefore, if sufficient pressure loss can be obtained by the outdoor capillary tube 14 and the indoor capillary tube 24 even during freeze cleaning operation, the first frosting capillary tube 37 and the second frosting capillary tube 38 are not necessary.

このように、第1着霜用キャピラリーチューブ37と第2の着霜用キャピラリーチューブ38が不要となれば、バイパス弁34も不要となり、図9に示す構成のみでも、通常の冷房暖房運転はもちろん、及び室内熱交換器21と室外熱交換器11それぞれに対する着霜洗浄運転も可能である。 In this way, if the first frosting capillary tube 37 and the second frosting capillary tube 38 are not necessary, the bypass valve 34 is also not necessary, and with only the configuration shown in Figure 9, not only normal cooling and heating operation but also frost cleaning operation for the indoor heat exchanger 21 and the outdoor heat exchanger 11 are possible.

図10は、実施例8の装置のサイクル系統図である。実施例8の装置も冷房専用であり、図1に示した実施例1の装置とヒートポンプのサイクルは同様である。実施例8の装置は、実施例1の装置に加えて、室内熱交換器21の下方に、室内熱交換器21で凝縮した結露水62を受けて貯留可能な排水皿61と、ポンプ63と結露水戻し流路64と、室内熱交換器21に散布水66を散布する散布ノズル65と、から構成される。 Figure 10 is a cycle system diagram of the device of Example 8. The device of Example 8 is also for cooling only, and the heat pump cycle is similar to that of the device of Example 1 shown in Figure 1. In addition to the components of the device of Example 1, the device of Example 8 is composed of a drainage tray 61 below the indoor heat exchanger 21 that can receive and store condensed water 62 condensed in the indoor heat exchanger 21, a pump 63, a condensed water return flow path 64, and a spray nozzle 65 that sprays spray water 66 onto the indoor heat exchanger 21.

実施例8の装置によれば、冷房運転時に室内熱交換器21のフィン表面で結露した空気中の水分である結露水62を室内熱交換器21の下方に配設された排水皿61で受け、その一部を貯留するとともに、ポンプ63により吸い上げ、結露水戻し流路64と散布ノズル65によって室内熱交換器21に散布することができる。 According to the device of Example 8, condensation water 62, which is moisture in the air that condenses on the fin surface of the indoor heat exchanger 21 during cooling operation, is received in a drainage tray 61 arranged below the indoor heat exchanger 21, some of which is stored and then sucked up by a pump 63 and sprayed onto the indoor heat exchanger 21 by a condensation water return flow path 64 and a spray nozzle 65.

実施例8の装置は、着霜洗浄運転において、フィン表面に着霜又は氷結する水分量が多いほうが、霜及び氷を溶かした際にフィン表面を流れる水量が増えるため、高い洗浄効果を実現できる。 In the device of Example 8, when the frost cleaning operation is performed, the more moisture that frosts or freezes on the fin surface, the more water flows over the fin surface when the frost and ice melt, so a high cleaning effect can be achieved.

実施例8の装置によれば、着霜運転を行う以前の運転によって生じた結露水62を排水皿61貯留し、着霜洗浄運転時に着霜洗浄対象の熱交換器に散布することができる。これによって、フィン表面に着霜又は凍結する水分量を増やすことができ、着霜洗浄による洗浄効果を向上できる。 According to the device of Example 8, condensation water 62 generated during operation prior to the frosting operation can be stored in the drainage tray 61 and sprayed onto the heat exchanger to be cleaned during the frosting cleaning operation. This can increase the amount of water that frosts or freezes on the fin surface, improving the cleaning effect of the frosting cleaning.

なお、図10において、室内熱交換器21によって凝縮した結露水62は、室内熱交換器21を着霜洗浄運転の対象として散布している。これに限らず、暖房運転も可能な冷暖房兼用機であれば、その暖房運転時に室外熱交換器11に対して結露水散布方式を適用できることはいうまでもない。これについて、図10では省略したが、室外熱交換器11と室内熱交換器21の排水皿を接続しても良く、両方の何れで捕捉した結露水62も結露水戻し流路64へ供給することが可能である。 In FIG. 10, the condensed water 62 condensed by the indoor heat exchanger 21 is sprayed onto the indoor heat exchanger 21 as the target of the frost cleaning operation. However, if the unit is capable of both heating and cooling and heating operation, it goes without saying that the condensed water spraying method can be applied to the outdoor heat exchanger 11 during heating operation. Although not shown in FIG. 10, the drain pans of the outdoor heat exchanger 11 and the indoor heat exchanger 21 may be connected, and the condensed water 62 captured by both can be supplied to the condensed water return flow path 64.

従来、冷房時に室内熱交換器21で生じた結露水62を、室外熱交換器11に散布することで、放熱効率を向上し冷房性能を向上することなどがされてきた。これとは異なる目的で、実施例8の装置において、着霜洗浄運転を行ったのちに発生する、霜や氷を融解させることで生じた水を結露水62として使用することも可能である。この場合、着霜洗浄運転を2回以上連続で繰り返す制御を行うことが好ましい。 Conventionally, condensation water 62 generated in the indoor heat exchanger 21 during cooling has been sprayed onto the outdoor heat exchanger 11 to improve heat dissipation efficiency and improve cooling performance. For a different purpose, in the device of Example 8, it is also possible to use the water generated by melting the frost and ice after performing the frost cleaning operation as condensation water 62. In this case, it is preferable to perform control so that the frost cleaning operation is repeated two or more times in succession.

図11は、実施例9の装置のサイクル系統図である。実施例9の装置も冷房専用であり、図3に示す実施例2の装置における第2の減圧手段33である着霜用キャピラリーチューブ33に直列接続するように、第2のバイパス弁39を追加して介挿入追加したものである。 Figure 11 is a cycle system diagram of the device of Example 9. The device of Example 9 is also dedicated to cooling, and a second bypass valve 39 is added and inserted so as to be connected in series to the frosting capillary tube 33, which is the second pressure reducing means 33 in the device of Example 2 shown in Figure 3.

実施例9の装置は、通常の冷房運転時には、バイパス弁34を開け、第2のバイパス弁39は閉じておく。これによって室外側液分配器15から出た冷媒は、バイパス弁34が設置された配管にのみ流れ、さらに室内側液分配器25及び室内側キャピラリーチューブ24によって構成される第1の減圧手段24,25により、室内熱交換器21を冷却するための適切な温度にまで減圧される。 During normal cooling operation, the device of Example 9 opens the bypass valve 34 and closes the second bypass valve 39. As a result, the refrigerant coming out of the outdoor liquid distributor 15 flows only through the pipe in which the bypass valve 34 is installed, and is further reduced in temperature to an appropriate temperature for cooling the indoor heat exchanger 21 by the first pressure reducing means 24, 25 consisting of the indoor liquid distributor 25 and the indoor capillary tube 24.

また、実施例9の装置は、着霜洗浄運転時に、バイパス弁34を閉じ、第2のバイパス弁39を開けることで、室外側液分配器15から出た冷媒は、着霜用キャピラリーチューブ33が設置された配管のみを通ることとなるため、キャピラリーチューブ内の流速が大きくなり、大きな減圧を得ることができる。これによって、室内熱交換器21のフィン表面温度を氷点下にすることが可能となる。 In addition, in the device of Example 9, during frost cleaning operation, the bypass valve 34 is closed and the second bypass valve 39 is opened, so that the refrigerant coming out of the outdoor liquid distributor 15 passes only through the pipe in which the frost capillary tube 33 is installed, increasing the flow rate in the capillary tube and achieving a large pressure reduction. This makes it possible to lower the fin surface temperature of the indoor heat exchanger 21 below freezing.

実施例9の装置は、冷房時において、バイパス弁39が閉じられるため、着霜用キャピラリーチューブ33の配置された配管に冷媒は流れない。したがって、実施例9の装置は、実施例2の装置と異なり、室内側キャピラリーチューブ24の減圧によって,室内熱交換器21内の冷媒の蒸発温度が適正になるように設計すればよい。 In the device of Example 9, during cooling, the bypass valve 39 is closed, so that the refrigerant does not flow through the piping in which the frost prevention capillary tube 33 is arranged. Therefore, unlike the device of Example 2, the device of Example 9 can be designed so that the evaporation temperature of the refrigerant in the indoor heat exchanger 21 is appropriate by reducing the pressure in the indoor capillary tube 24.

実施例9の装置において、第1の減圧手段24,25を含む冷房運転を行う主な冷媒回路は、バイパス弁34を通過する流路である。着霜洗浄運転時の制御として通電をONするのは、この第1の減圧手段24,25と同じ冷媒配管上のバイパス弁34である。この制御によって実際に減圧手段33として動作し始めるのは、第2の減圧手段である着霜用キャピラリーチューブ33である。 In the device of Example 9, the main refrigerant circuit that performs cooling operation, including the first pressure reducing means 24, 25, is the flow path that passes through the bypass valve 34. The bypass valve 34 on the same refrigerant piping as the first pressure reducing means 24, 25 is turned on as a control during frost cleaning operation. With this control, it is the frost capillary tube 33, which is the second pressure reducing means, that actually begins to operate as the pressure reducing means 33.

本発明の実施形態に係る鉄道車両用空調装置(以下、「本装置」ともいう)は、つぎのように総括できる。
[1]本装置は、始端から終端までの間を一経路でヒートポンプのサイクルが形成されている。このサイクルには、圧縮機1と室内熱交換器21と室外熱交換器11と第1の減圧手段14,15,24,25と、を備える。
The railway vehicle air conditioning system according to the embodiment of the present invention (hereinafter, also referred to as "the system") can be summarized as follows.
[1] In this device, a heat pump cycle is formed with one path from the start point to the end point. This cycle includes a compressor 1, an indoor heat exchanger 21, an outdoor heat exchanger 11, and first pressure reducing means 14, 15, 24, and 25.

第1の減圧手段14,15,24,25は、ヒートポンプのサイクルを形成する一経路に介挿される。このサイクルとは別に配設された流路に、第2の減圧手段31,33,36~38が構成される。この第2の減圧手段31,33,36~38を動作させることにより、洗浄対象とする対象熱交換器21,11の何れかに着霜させる。 The first pressure reducing means 14, 15, 24, 25 are inserted into one path that forms the cycle of the heat pump. The second pressure reducing means 31, 33, 36-38 are configured in a flow path that is arranged separately from this cycle. By operating the second pressure reducing means 31, 33, 36-38, frost is formed on one of the heat exchangers 21, 11 to be cleaned.

対象熱交換器21,11は、通常の冷暖房運転時に、冷却される方の熱交換器を指し、冷房運転時には、室内熱交換器21であり、暖房運転時には室外熱交換器11である。本装置は、第2の減圧手段を動作させることで、第1の減圧手段だけでは実現できない状況、すなわち、熱交換器表面を着霜させる温度まで低下させられる冷媒の減圧量を得ることができる。 The target heat exchanger 21, 11 refers to the heat exchanger that is cooled during normal heating and cooling operation, and is the indoor heat exchanger 21 during cooling operation and the outdoor heat exchanger 11 during heating operation. By operating the second pressure reduction means, this device can achieve a situation that cannot be achieved by the first pressure reduction means alone, that is, a pressure reduction amount of the refrigerant that can reduce the temperature to a level that causes frost to form on the heat exchanger surface.

本装置は、冷房時に、圧縮機から吐出された冷媒が室外熱交換器11、第1の減圧手段14,15,24,25、室内熱交換器21を経由して圧縮機1へと循環する冷房運転に不可欠なサイクルが阻害される可能性を極力低減した上で、第2の減圧手段31,33,36~38を配置した。このため、第2の減圧手段31,33,36~38が故障した場合にも、冷房運転が可能であり、鉄道車両用空調装置としての信頼性を高めることができる。したがって、本装置は、着霜洗浄の対象となる熱交換器に対し、その表面に意図的な着霜又は凍結及び解凍して清浄にするため、冷凍サイクルの流通形態を一時的に変更する機構が追加されても、信頼性を維持できる。 In this device, the second pressure reducing means 31, 33, 36-38 are arranged to minimize the possibility of disrupting the cycle that is essential for cooling operation, in which the refrigerant discharged from the compressor circulates to the compressor 1 via the outdoor heat exchanger 11, the first pressure reducing means 14, 15, 24, 25, and the indoor heat exchanger 21 during cooling. Therefore, even if the second pressure reducing means 31, 33, 36-38 fail, cooling operation is possible, and the reliability of the air conditioning device for railway vehicles can be improved. Therefore, this device can maintain its reliability even if a mechanism is added that temporarily changes the flow pattern of the refrigeration cycle to intentionally frost or freeze and thaw the surface of the heat exchanger that is the target of frost cleaning to clean it.

[2]上記[1]において、圧縮機1の運転状態は、所定の回転速度による運転状態と、停止状態と、の二者択一である。このようにすれば、電動機はON/OFFだけの簡素な制御機能で足りる。つまり、それ以外の可変速制御用のインバータ回路等を要しないため、故障に対する信頼性が格段に高い。 [2] In the above [1], the operating state of the compressor 1 is either an operating state at a specified rotation speed or a stopped state. In this way, the motor only requires a simple control function of ON/OFF. In other words, since no other inverter circuit for variable speed control is required, reliability against failures is significantly higher.

[3]上記[1]において、第1の減圧手段は細径管14,24により構成されている。これらは、強制的な着霜又は凍結の何れでもない通常の冷暖房運転に支障なく適するように構成されている。 [3] In the above [1], the first pressure reducing means is composed of small diameter tubes 14, 24. These are configured to be suitable for normal heating and cooling operation without any forced frosting or freezing.

[4]上記[1]において、第2の減圧手段は、並列に並べられた内径4mm以下の細径管33,37,38からなる細径管流路で構成され、細径管流路と並列に内径4mm以上の太い配管を有し、太い配管の流路には電磁弁34,35が介挿され、その電磁34,35を閉じる操作により、着霜させるように構成されている。このような構成による追加分は、インバータ回路等を要する可変速の電動機制御装置に比べて、故障に対する信頼性が格段に高い。 [4] In the above [1], the second pressure reducing means is composed of a thin pipe flow path consisting of thin pipes 33, 37, 38 arranged in parallel, each having an inner diameter of 4 mm or less, and a thick pipe having an inner diameter of 4 mm or more in parallel with the thin pipe flow path, and solenoid valves 34, 35 are inserted in the flow path of the thick pipe, and frost is formed by closing the solenoid valves 34, 35. The additional components with such a configuration are much more reliable against failures than variable speed motor control devices that require an inverter circuit or the like.

[5]上記[1]において、第2の減圧手段は、圧縮機1の吐出側近傍の配管から分岐し、第1の減圧手段の高圧側に合流するバイパス流路32と、そのバイパス流路32の途中に設けられた流量調整弁31と、によって構成される。本装置は、流量調整弁31を開ける操作により着霜させる。このような本装置の構成は、従来装置に対して追加する要素も僅かで足り、配管の接続を変える程度で容易に実現できる。 [5] In the above [1], the second pressure reducing means is composed of a bypass flow path 32 that branches off from the piping near the discharge side of the compressor 1 and merges with the high pressure side of the first pressure reducing means, and a flow control valve 31 provided midway along the bypass flow path 32. This device causes frosting by opening the flow control valve 31. This configuration of the device requires only a few additional elements compared to conventional devices, and can be easily achieved by simply changing the connections of the piping.

[6]図4に示す実施例3の装置のように、第2の減圧手段は細径管33により構成され、該第2の減圧手段33と並列に複数本の配管が配置され、それら複数本の配管側の流路のそれぞれに電磁弁34,35が介挿されていると良い。実施例3の装置は、電磁弁34,35を閉じる操作により着霜させる。この実施例3の装置の構成は、従来装置に対して追加又は交換する要素が比較的少なく、容易に実現できて、故障に対する信頼性が高い。 [6] As in the device of Example 3 shown in Fig. 4, the second pressure reducing means is composed of a small diameter tube 33, a plurality of pipes are arranged in parallel with the second pressure reducing means 33, and solenoid valves 34, 35 are inserted in the flow paths of the plurality of pipes. In the device of Example 3, frost is formed by closing the solenoid valves 34, 35. The configuration of the device of Example 3 requires relatively few elements to be added or replaced compared to the conventional device, can be easily realized, and has high reliability against failures.

[7]図11に示す実施例9の装置のように、第2の減圧手段は、細径管33により構成され、その細径管33と並列に1本又は複数本のバイパス配管が配置され、そのバイパス配管側の流路それぞれに電磁弁34が介挿され、かつ細径管33の配置された流路にも電磁弁39が介挿されると良い。 [7] As in the device of Example 9 shown in FIG. 11, the second pressure reducing means is composed of a thin pipe 33, one or more bypass pipes are arranged in parallel with the thin pipe 33, and a solenoid valve 34 is inserted in each of the flow paths on the bypass pipe side, and a solenoid valve 39 is also inserted in the flow path in which the thin pipe 33 is arranged.

この実施例9の装置は、バイパス配管側の流路に介挿された電磁弁34を閉じるとともに、細径管33側の流路に介挿された電磁弁39を開ける操作により着霜させる。この実施例9の装置も、従来装置に対して追加又は交換する要素が比較的少なく、容易に実現できて、故障に対する信頼性が高い。 The device of Example 9 causes frosting by closing the solenoid valve 34 inserted in the flow path on the bypass piping side and opening the solenoid valve 39 inserted in the flow path on the small diameter tube 33 side. The device of Example 9 also requires relatively few elements to be added or replaced compared to conventional devices, is easy to implement, and is highly reliable against breakdowns.

[8]図6に示す実施例5の装置のように、凝縮側の熱交換器11と第1の減圧手段24,25との間の配管に、この配管内の冷媒を加熱する配管過熱部36を第2の減圧手段として設けても良い。実施例5の装置は、着霜洗浄運転時に、配管加熱部36により冷媒を加熱してガス化し、室内側液分配器25へ流れる冷媒の気相比率を配管加熱部36の加熱前に比べて上昇させる。 [8] As in the device of Example 5 shown in FIG. 6, a pipe superheating unit 36 for heating the refrigerant in the pipe between the condensation side heat exchanger 11 and the first pressure reducing means 24, 25 may be provided as a second pressure reducing means. In the device of Example 5, during frost cleaning operation, the refrigerant is heated and gasified by the pipe heating unit 36, and the gas phase ratio of the refrigerant flowing to the indoor liquid distributor 25 is increased compared to before heating by the pipe heating unit 36.

これにより、室内キャピラリーチューブ24を通過する冷媒の流速が高められて、室内熱交換器21内の圧力を低下させるため、蒸発温度を氷点以下にすることが可能となる。したがって、実施例5の装置も、洗浄対象の室内熱交換器21の表面を一時的に着霜及び凍結状態にできて、着霜洗浄運転を確実に実行できる。 This increases the flow rate of the refrigerant passing through the indoor capillary tube 24, lowering the pressure inside the indoor heat exchanger 21 and making it possible to lower the evaporation temperature below the freezing point. Therefore, the device of Example 5 can also temporarily frost and freeze the surface of the indoor heat exchanger 21 to be cleaned, and can reliably perform the frost cleaning operation.

[9]図10に示す実施例8の装置のように、結露した液滴を受けるために対象熱交換器21の下方に配設された排水皿61と、その排水皿61に貯まった結露水62を対象熱交換器21の上部に散水する結露水戻し流路64と、をさらに有すると良い。この実施例8の装置は、対象熱交換器21に結露水62を散布中、又は散布後に着霜運転することにより着霜させてから、その着霜した霜を解凍させる解凍運転すると良い。このような実施例8の装置は、より多くの洗浄水による洗浄効果が得られる。
[補足]
[9] As shown in Fig. 10, the device of Example 8 may further include a drain pan 61 disposed below the target heat exchanger 21 to receive condensed liquid droplets, and a condensed water return flow path 64 for spraying condensed water 62 stored in the drain pan 61 onto the upper part of the target heat exchanger 21. The device of Example 8 may perform a frosting operation during or after spraying the condensed water 62 onto the target heat exchanger 21 to cause frost to form, and then perform a thawing operation to thaw the frost. Such a device of Example 8 may provide a cleaning effect using a larger amount of cleaning water.
[supplement]

図2に示すように、鉄道車両用空調装置は、一定速の圧縮機1を用い、減圧装置は複数の長い細径の管で作られるキャピラリーチューブ14,24を使用することが多い。キャピラリーチューブ14,24の減圧作用は、細長い内径の管内に冷媒を流通させて、冷媒の流速を増速させ冷媒と管壁で発生する摩擦によって生じる。キャピラリーチューブ14,24は、単独で開度を変更することができないため流量制御幅が大きくない。 As shown in FIG. 2, railroad car air conditioning systems use a constant-speed compressor 1, and the pressure reducing device often uses capillary tubes 14, 24 made of multiple long, thin tubes. The pressure reducing effect of the capillary tubes 14, 24 is achieved by circulating the refrigerant through a tube with a long, thin inner diameter, increasing the flow rate of the refrigerant, and causing friction between the refrigerant and the tube wall. The capillary tubes 14, 24 cannot change their opening independently, so the flow rate control range is not large.

着霜洗浄運転は、着霜運転と解凍運転を繰り返すことでフィン表面の清浄性を保つ一時的な保守動作である。この着霜洗浄運転は、冷媒循環量を調整し、通常運転より大きな減圧量を対象熱交換器で一時的に発生させることにより実行される。圧縮機1の回転数が一定のまま着霜運転するには、図2の装置に配設されているような電子膨張弁51により、大きく減圧できる流量制御幅を確保することが必要であった。しかし、電子膨張弁51は、複雑な制御装置を要する分だけ、故障も多い点で改善余地があった。 Frost cleaning operation is a temporary maintenance operation that keeps the fin surfaces clean by repeating frost and thaw operations. This frost cleaning operation is performed by adjusting the amount of refrigerant circulating and temporarily generating a larger reduction in pressure in the target heat exchanger than in normal operation. To perform frost operation while keeping the rotation speed of the compressor 1 constant, it was necessary to ensure a flow control range that could reduce pressure significantly using an electronic expansion valve 51 such as that arranged in the device in Figure 2. However, the electronic expansion valve 51 requires a complex control device and is prone to malfunctions, leaving room for improvement.

本発明の課題は、熱交換器11,21の清浄性を保つため、冷凍サイクルによる熱交換器11,21の表面への着霜と凍結を可能にする電子膨張弁51に相当する機構を追加しながらも、この追加機構によって本来の信頼性を低下させないことである。その手段として例えば、第1に圧縮機1の可変速制御に用いるインバータ回路を省略する。その第2に開度制御可能な制御部を要する電子膨張弁51(図2)に代えて、簡素な可変減圧機構を配管構成する。 The objective of the present invention is to add a mechanism equivalent to an electronic expansion valve 51 that allows frosting and freezing on the surfaces of the heat exchangers 11, 21 through the refrigeration cycle in order to maintain the cleanliness of the heat exchangers 11, 21, without lowering the inherent reliability of the heat exchangers. For example, the means for achieving this are, first, to omit the inverter circuit used for variable speed control of the compressor 1. Second, to pipe a simple variable pressure reduction mechanism in place of the electronic expansion valve 51 (Figure 2), which requires a control unit capable of controlling the opening degree.

この課題を解決する手段は次のとおりである。圧縮機1と室内熱交換器21と室外熱交換器11と第1の減圧手段24,25は、一経路でヒートポンプのサイクルが形成されている。すなわち、一筆書きできるように接続された流路でサイクルが形成されている。この一筆書きのサイクルとは別の流路上に、可変減圧機構として第2の減圧手段を設ける。この第2の減圧手段を動作させることにより、着霜洗浄の対象とする熱交換器に着霜させる。 The means for solving this problem are as follows. The compressor 1, the indoor heat exchanger 21, the outdoor heat exchanger 11, and the first pressure reducing means 24, 25 form a heat pump cycle in one path. In other words, the cycle is formed by flow paths connected in a single line. A second pressure reducing means is provided as a variable pressure reducing mechanism on a separate flow path from this single-line cycle. By operating this second pressure reducing means, frost is formed on the heat exchanger that is the target of frost cleaning.

第2の減圧手段である可変減圧機構として、具体的には、構造及びその制御方法が比較的簡単な流量調製弁31(図1)のほか、単純に開閉制御可能な電磁弁34,35(図4),39(図11)と、キャピラリー33(図3),37,38(図7)を組み合わせた可変減圧機構を配管構成する。これらにより、簡素化した分だけ故障率を低減できる。 Specifically, the variable pressure reducing mechanism, which is the second pressure reducing means, is configured as a variable pressure reducing mechanism that combines flow rate adjustment valve 31 (Fig. 1), which has a relatively simple structure and control method, solenoid valves 34, 35 (Fig. 4), 39 (Fig. 11), which can be simply opened and closed, and capillaries 33 (Fig. 3), 37, 38 (Fig. 7). This simplification reduces the failure rate.

なお、本装置は、着霜洗浄運転の弁操作等について、環境温度、その他各種条件に適応する運転パターンを含むプログラムを記憶したメモリと、そのメモリの内容を読み出して実行させる演算処理部(CPU)と、を有するコンピュータと、そのコンピュータに運転動作指令を入出力するインタフェースと、そのインタフェースに接続されて運転操作指令を実行するアクチュエータやサーボ機構と、備えて実現しても良い。上述のコンピュータは、ワンチップマイコンのほか、他の用途のコンピュータの一部を兼用利用しても良い。また、本装置は、上述のコンピュータに代えた同等機能のハードウェアでも実現可能である。 The device may be realized by including a computer having a memory that stores a program including operation patterns that adapt to environmental temperature and other various conditions for valve operation during frost cleaning operation, an arithmetic processing unit (CPU) that reads the contents of the memory and executes it, an interface that inputs and outputs operation commands to the computer, and an actuator or servo mechanism that is connected to the interface and executes the operation commands. The above-mentioned computer may be a one-chip microcomputer, or it may be part of a computer for other purposes. The device may also be realized by replacing the above-mentioned computer with hardware of equivalent function.

1 圧縮機、2 四方弁、11 室外熱交換器、12 室外ファン、13 室外熱交換器ガスヘッダ、14 室外側キャピラリーチューブ、15 室外側液分配器、21 室内熱交換器、22 室内ファン、23 室内熱交換器ガスヘッダ、24 室内側キャピラリーチューブ、25 室内側液分配器、31 流量調整弁、32 バイパス流路、33 着霜用キャピラリーチューブ、34 バイパス弁、35 補助バイパス弁、36 配管加熱部、37 第1着霜用キャピラリーチューブ、38 第2着霜用キャピラリーチューブ、39 第2のバイパス弁、41 室内温度センサ、42 室内熱交換器温度センサ、43 室外温度センサ、44 室外熱交換器温度センサ、51 電子膨張弁51、61 排水皿、62 結露水、63 ポンプ、64 結露水戻し流路、65 散布ノズル、66 散布水 1 Compressor, 2 Four-way valve, 11 Outdoor heat exchanger, 12 Outdoor fan, 13 Outdoor heat exchanger gas header, 14 Outdoor capillary tube, 15 Outdoor liquid distributor, 21 Indoor heat exchanger, 22 Indoor fan, 23 Indoor heat exchanger gas header, 24 Indoor capillary tube, 25 Indoor liquid distributor, 31 Flow control valve, 32 Bypass flow path, 33 Frost capillary tube, 34 Bypass valve, 35 Auxiliary bypass valve, 36 Pipe heating section, 37 First frost capillary tube, 38 Second frost capillary tube, 39 Second bypass valve, 41 Indoor temperature sensor, 42 Indoor heat exchanger temperature sensor, 43 Outdoor temperature sensor, 44 Outdoor heat exchanger temperature sensor, 51 Electronic expansion valve 51, 61 Drain pan, 62 Condensed water, 63 Pump, 64 Condensation water return flow path, 65 spray nozzle, 66 spray water

Claims (5)

ヒートポンプのサイクルを備えた鉄道車両用空調装置であって、
圧縮機と、室内熱交換器と、室外熱交換器と、第1の減圧手段と、を備え、
前記圧縮機と前記室内熱交換器と前記室外熱交換器と前記第1の減圧手段は、始端から終端までを一経路で前記サイクルを形成し、
該サイクルとは別の流路に第2の減圧手段を設け、
前記第2の減圧手段は、並列に並べられた細径管からなる細径管流路と、前記圧縮機の吐出側近傍の配管から分岐し、前記細径管流路の高圧側に合流するバイパス流路と、前記バイパス流路の途中に設けられた流量調整弁と、で構成され、
前記細径管流路と並列に前記細径管より太い配管を有し、
前記太い配管の流路には電磁弁が介挿され、
前記電磁弁を閉じるとともに前記流量調整弁を開ける操作により、洗浄対象とする対象熱交換器に着霜させる、
鉄道車両用空調装置。
A railway vehicle air conditioning device equipped with a heat pump cycle,
The refrigerant coolant supply system includes a compressor, an indoor heat exchanger, an outdoor heat exchanger, and a first pressure reducing means,
the compressor, the indoor heat exchanger, the outdoor heat exchanger, and the first decompression means form the cycle in one path from a starting point to a terminal point,
a second pressure reducing means is provided in a flow path separate from the cycle;
the second pressure reducing means is composed of a small-diameter pipe flow path made up of small-diameter pipes arranged in parallel, a bypass flow path branching off from a pipe near the discharge side of the compressor and merging with a high-pressure side of the small-diameter pipe flow path, and a flow rate regulating valve provided midway through the bypass flow path,
a pipe having a larger diameter than the thin tube and disposed in parallel with the thin tube flow path;
A solenoid valve is inserted in the flow path of the thick pipe,
By closing the solenoid valve and opening the flow rate control valve, frost is formed on the heat exchanger to be cleaned.
Air conditioning equipment for railway vehicles.
前記圧縮機の運転状態は、所定の回転速度による運転状態と、停止状態と、の二者択一である、
請求項1に記載の鉄道車両用空調装置。
The operating state of the compressor is selected from a state of operation at a predetermined rotation speed and a state of stop.
2. A railroad vehicle air conditioning system according to claim 1.
前記第1の減圧手段は細径管により構成された、
請求項1に記載の鉄道車両用空調装置。
The first pressure reducing means is constituted by a thin tube.
2. A railroad vehicle air conditioning system according to claim 1.
前記細径管は、内径4mm以下である請求項1に記載の鉄道車両用空調装置。 The air conditioning device for railway vehicles according to claim 1, wherein the small diameter tube has an inner diameter of 4 mm or less. 結露した液滴を受けるために前記対象熱交換器の下方に配設された排水皿と、
該排水皿に貯まった結露水を前記対象熱交換器の上部に散水する結露水戻し流路と、
をさらに有し、
前記対象熱交換器に前記結露水を散布中、又は散布後に前記着霜させることにより着霜させてから、
該着霜させた霜を解凍するための解凍運転する、
請求項1~の何れか1項に記載の鉄道車両用空調装置。
a drain pan disposed below the target heat exchanger for receiving condensed liquid;
A condensation water return flow path for spraying the condensation water accumulated in the drain pan onto an upper portion of the target heat exchanger;
and
The condensation water is sprayed on the target heat exchanger, or after the frost is formed, and then
A thawing operation is performed to thaw the formed frost.
The air conditioning device for a railway vehicle according to any one of claims 1 to 4 .
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