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技術 空気調和装置

出願人 三菱電機株式会社関西電力株式会社
発明者 大塚修隅田嘉裕畝崎史武池内正毅氏仁宏
出願日 2007年4月23日 (13年7ヶ月経過) 出願番号 2007-113391
公開日 2008年11月6日 (12年0ヶ月経過) 公開番号 2008-267731
状態 拒絶査定
技術分野 不可逆サイクルによる圧縮式冷凍機械 圧縮機、蒸発器、凝縮器、流体循環装置
主要キーワード あとガス 生成運転 冷凍装置用 四方切替弁 空気入口側 冷媒対空気熱交換器 ドライア 用凝縮器
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2008年11月6日)のものです。
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図面 (7)

課題

コンパクト生産性の良い空気調和装置を提供する。

解決手段

少なくとも圧縮機3、凝縮器5、過冷却熱交換器6、主膨張弁7及び蒸発器8を環状に接続して構成される主冷媒回路1と、過冷却生成用圧縮機10、過冷却生成用凝縮器11、過冷却生成用膨張弁12及び過冷却生成用蒸発器13を環状に接続して構成される過冷却生成回路2とを備え、主冷媒回路1の過冷却熱交換器6と過冷却生成回路2の過冷却生成用蒸発器13とを熱交換させる空気調和装置において、主冷媒回路1の凝縮器5と過冷却生成回路2の過冷却生成用凝縮器11を一体構成としたものである。

概要

背景

図4は特開2000−230729号公報(特許文献1)に示されている冷凍装置冷媒回路構成を示す冷媒回路図の例であり、ショーケースに用いる冷凍装置の凝縮液冷媒過冷却増加を他の冷凍サイクルを用いることによって行い、冷凍効果の改善を図っている。本例は空調装置ではなく冷凍装置であるが、狙うところと構成・効果は本出願による空調装置と同等なものである。

図4において、19は冷凍装置用冷媒回路、20は過冷却生成回路である。冷凍装置用冷媒回路19は、圧縮機3、送風機14を備えた凝縮器5、過冷却熱交換器6、複数の蒸発器81、82、83、これら各蒸発器81、82、83に冷媒を供給し減圧させる開閉弁21、22、23、及び主膨張弁71、72、73が冷媒配管によって環状に接続されている。

過冷却生成回路20は、過冷却生成用圧縮機10、四方切替弁24、送風機25を備えた過冷却生成用凝縮器26、過冷却生成用膨張弁12及び過冷却生成用蒸発器13を環状に接続するとともに、過冷却生成用蒸発器13と並列冷房用蒸発器27を接続し、これら各蒸発器13、27への冷媒の流れを切り替える開閉弁28、29から構成されている。

次に動作について説明する。
冷凍装置用冷媒回路19では、圧縮機3によって圧縮され高温高圧となった冷媒は凝縮器5に行き、ここで送風機14によって送られてきた外気熱交換して冷却され凝縮液化したあと、過冷却熱交換器6で更に冷却されて過冷却度を増大させ、各開閉弁21、22、23から主膨張弁71、72、73を通って減圧され低温低圧となって蒸発器81、82、83に行き冷凍効果を発揮し蒸発してガスとなって圧縮機3に戻る運転となる。

このとき、冷媒は過冷却熱交換器6によって過冷却度が大きくなっているため、これが無い場合に比べて蒸発器81〜83では大きな冷凍効果が得られ、性能改善が図られる。

一方、過冷却生成回路20において過冷却生成運転が行われている時は、開閉弁28は開、開閉弁29は閉となっている。この時、過冷却生成用圧縮機10によって圧縮され高温高圧となった冷媒は、四方切替弁34から過冷却生成用凝縮器11に行き、ここで送風機25によって送られてきた外気と熱交換し冷却されて凝縮液化したあと、過冷却生成用膨張弁12を通って低温低圧になり、開閉弁28から過冷却生成用蒸発器13に行き、冷凍装置用冷媒回路19の過冷却熱交換器6を流れる冷媒を冷却して自らは蒸発しガスとなって四方切替弁24から過冷却生成用圧縮機10に戻る運転となる。

また、過冷却生成回路20を冷房運転用として用いるときは、開閉弁28は閉、開閉弁29は開となっており、このときは過冷却生成用圧縮機10によって圧縮され高温高圧となった冷媒は、四方切替弁24から凝縮器26に行き、ここで送風機25によって送られてきた外気と熱交換し冷却されて凝縮液化したあと過冷却生成用膨張弁12を通って低温低圧になり、開閉弁29から冷房用蒸発器27に行き、冷房運転を実施したあとガスとなって四方切替弁24から過冷却生成用圧縮機10に戻る運転となり、この場合の運転は過冷却生成には寄与しない。

図4は、各回路の凝縮器5、26を別々に設置している例を示したが、図5は凝縮器5及び過冷却生成用凝縮器26を室外ユニット30として構成した例であり、送風機14と送風機25を送風機31として共用化している例である。

また、図6は、特開2002−286317号公報(特許文献2)に示されている、一つの冷媒回路の中で凝縮器5を出た後の過冷却熱交換器6と蒸発器8を組み合わせた例である。この場合には暖房運転時における蒸発器8への着霜を過冷却熱交換器6による加熱によって防ごうとするもので、一冷媒回路中にある過冷却熱交換器6と蒸発器8を一体化して、この両者の間で熱交換を行わせようとするものであって、冷媒と外気との熱交換を促進させようとするものではない。

特開2000−230729号公報
特開2002−286317号公報

概要

コンパクト生産性の良い空気調和装置を提供する。少なくとも圧縮機3、凝縮器5、過冷却熱交換器6、主膨張弁7及び蒸発器8を環状に接続して構成される主冷媒回路1と、過冷却生成用圧縮機10、過冷却生成用凝縮器11、過冷却生成用膨張弁12及び過冷却生成用蒸発器13を環状に接続して構成される過冷却生成回路2とを備え、主冷媒回路1の過冷却熱交換器6と過冷却生成回路2の過冷却生成用蒸発器13とを熱交換させる空気調和装置において、主冷媒回路1の凝縮器5と過冷却生成回路2の過冷却生成用凝縮器11を一体構成としたものである。

目的

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、コンパクトで生産性の良い空気調和装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

少なくとも圧縮機、凝縮器過冷却熱交換器主膨張弁及び蒸発器を環状に接続して構成される主冷媒回路と、過冷却生成用圧縮機過冷却生成用凝縮器過冷却生成用膨張弁及び過冷却生成用蒸発器を環状に接続して構成される過冷却生成回路とを備え、前記主冷媒回路の過冷却熱交換器と前記過冷却生成回路の過冷却生成用蒸発器とを熱交換させる空気調和装置において、前記主冷媒回路の凝縮器と前記過冷却生成回路の過冷却生成用凝縮器を一体構成としたことを特徴とする空気調和装置。

請求項2

前記主冷媒回路の凝縮器の伝熱管と前記過冷却生成回路の過冷却生成用凝縮器の伝熱管とをフィン共有する形の一体構成としたことを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。

請求項3

前記過冷却生成回路の過冷却生成用凝縮器の伝熱管を空気入口側に配置したことを特徴とする請求項1又は2記載の空気調和装置。

請求項4

前記主冷媒回路の凝縮器の伝熱管に付属するフィンと前記過冷却生成回路の過冷却生成用凝縮器の伝熱管の付属するフィンの枚数を変えたことを特徴とする請求項2又は3記載の空気調和装置。

技術分野

0001

本発明は空気調和装置係り、特に凝縮液冷媒過冷却を促進させて冷房性能を改善するための室外熱交換器の構成に関するものである。

背景技術

0002

図4は特開2000−230729号公報(特許文献1)に示されている冷凍装置冷媒回路構成を示す冷媒回路図の例であり、ショーケースに用いる冷凍装置の凝縮液冷媒の過冷却増加を他の冷凍サイクルを用いることによって行い、冷凍効果の改善を図っている。本例は空調装置ではなく冷凍装置であるが、狙うところと構成・効果は本出願による空調装置と同等なものである。

0003

図4において、19は冷凍装置用冷媒回路、20は過冷却生成回路である。冷凍装置用冷媒回路19は、圧縮機3、送風機14を備えた凝縮器5、過冷却熱交換器6、複数の蒸発器81、82、83、これら各蒸発器81、82、83に冷媒を供給し減圧させる開閉弁21、22、23、及び主膨張弁71、72、73が冷媒配管によって環状に接続されている。

0004

過冷却生成回路20は、過冷却生成用圧縮機10、四方切替弁24、送風機25を備えた過冷却生成用凝縮器26、過冷却生成用膨張弁12及び過冷却生成用蒸発器13を環状に接続するとともに、過冷却生成用蒸発器13と並列冷房用蒸発器27を接続し、これら各蒸発器13、27への冷媒の流れを切り替える開閉弁28、29から構成されている。

0005

次に動作について説明する。
冷凍装置用冷媒回路19では、圧縮機3によって圧縮され高温高圧となった冷媒は凝縮器5に行き、ここで送風機14によって送られてきた外気熱交換して冷却され凝縮液化したあと、過冷却熱交換器6で更に冷却されて過冷却度を増大させ、各開閉弁21、22、23から主膨張弁71、72、73を通って減圧され低温低圧となって蒸発器81、82、83に行き冷凍効果を発揮し蒸発してガスとなって圧縮機3に戻る運転となる。

0006

このとき、冷媒は過冷却熱交換器6によって過冷却度が大きくなっているため、これが無い場合に比べて蒸発器81〜83では大きな冷凍効果が得られ、性能改善が図られる。

0007

一方、過冷却生成回路20において過冷却生成運転が行われている時は、開閉弁28は開、開閉弁29は閉となっている。この時、過冷却生成用圧縮機10によって圧縮され高温高圧となった冷媒は、四方切替弁34から過冷却生成用凝縮器11に行き、ここで送風機25によって送られてきた外気と熱交換し冷却されて凝縮液化したあと、過冷却生成用膨張弁12を通って低温低圧になり、開閉弁28から過冷却生成用蒸発器13に行き、冷凍装置用冷媒回路19の過冷却熱交換器6を流れる冷媒を冷却して自らは蒸発しガスとなって四方切替弁24から過冷却生成用圧縮機10に戻る運転となる。

0008

また、過冷却生成回路20を冷房運転用として用いるときは、開閉弁28は閉、開閉弁29は開となっており、このときは過冷却生成用圧縮機10によって圧縮され高温高圧となった冷媒は、四方切替弁24から凝縮器26に行き、ここで送風機25によって送られてきた外気と熱交換し冷却されて凝縮液化したあと過冷却生成用膨張弁12を通って低温低圧になり、開閉弁29から冷房用蒸発器27に行き、冷房運転を実施したあとガスとなって四方切替弁24から過冷却生成用圧縮機10に戻る運転となり、この場合の運転は過冷却生成には寄与しない。

0009

図4は、各回路の凝縮器5、26を別々に設置している例を示したが、図5は凝縮器5及び過冷却生成用凝縮器26を室外ユニット30として構成した例であり、送風機14と送風機25を送風機31として共用化している例である。

0010

また、図6は、特開2002−286317号公報(特許文献2)に示されている、一つの冷媒回路の中で凝縮器5を出た後の過冷却熱交換器6と蒸発器8を組み合わせた例である。この場合には暖房運転時における蒸発器8への着霜を過冷却熱交換器6による加熱によって防ごうとするもので、一冷媒回路中にある過冷却熱交換器6と蒸発器8を一体化して、この両者の間で熱交換を行わせようとするものであって、冷媒と外気との熱交換を促進させようとするものではない。

0011

特開2000−230729号公報
特開2002−286317号公報

発明が解決しようとする課題

0012

前述したように従来例では、例えば1つの冷媒回路の中で主冷媒回路と過冷却生成回路のように、冷媒回路が別々に構成される空調装置や冷凍装置では、凝縮器は別々の構成とされていたため、各々の回路が熱交換器や送風機を持ち生産性コンパクト性が十分ではないといった課題があった。

0013

また、室外ユニットに熱交換器が収納されてファン共有化するケースにおいても熱交換器は別々の構成となっており、コンパクト性に欠けるとともに、どちらかの凝縮器が使用されないときには、送風機の風量を効果的に利用できないなどの課題があった。

0014

さらに、二つの熱交換器を一体に構成する例においては、一冷媒回路の中で、各熱交換器を流れる冷媒間で過冷却液蒸発熱の熱交換を行わせようとするものであった。

0015

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、コンパクトで生産性の良い空気調和装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0016

本発明に係る空気調和装置は、少なくとも圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁及び蒸発器を環状に接続して構成される主冷媒回路と、過冷却生成用圧縮機、過冷却生成用凝縮器、過冷却生成用膨張弁及び過冷却生成用蒸発器を環状に接続して構成される過冷却生成回路とを備え、前記主冷媒回路の過冷却熱交換器と前記過冷却生成回路の過冷却生成用蒸発器とを熱交換させる空気調和装置において、前記主冷媒回路の凝縮器と前記過冷却生成回路の過冷却生成用凝縮器を一体構成としたものである。
また、本発明に係る空気調和装置は、前記主冷媒回路の凝縮器伝熱管と前記過冷却生成回路の過冷却生成用凝縮器伝熱管とをフィンを共有する形の一体構成としたものである。
また、本発明に係る空気調和装置は、前記過冷却生成回路の過冷却生成用凝縮器伝熱管を空気入口側に配置したものである。
また、本発明に係る空気調和装置は、前記主冷媒回路の凝縮器伝熱管に付属するフィンと前記過冷却生成回路の過冷却生成用凝縮器伝熱管の付属するフィンの枚数を各部の熱交換量に応じて変化させたものである。

発明の効果

0017

本発明においては、前記主冷媒回路の凝縮器と前記過冷却生成回路の過冷却生成用凝縮器を一体構成としたことにより、コンパクトで生産性の良い空気調和装置が得られる。
また、本発明においては、前記主冷媒回路の凝縮器と前記過冷却生成用回路の過冷却生成用凝縮器を、送風機を共用するとともにフィンも共用した一体構成としたことにより、コンパクトで生産性の良い室外熱交換器とすることができる効果がある。
また、本発明においては、前記過冷却生成用冷媒回路の過冷却生成用凝縮器を前記主冷媒回路の凝縮器より空気の入口側に設置したことにより、前記過冷却生成用冷媒回路には温度の上昇していない外気が導入され、高効率な運転を維持できるとともに、この部分を通過する外気の温度上昇は少ないため、前記主冷媒回路の凝縮器への外気温度上昇による影響を低く抑えた運転が可能となる。
また、本発明においては、前記主冷媒回路の凝縮器の伝熱管に付属するフィンと前記過冷却生成回路の過冷却生成用凝縮器の伝熱管の付属するフィンの枚数を熱交換量に応じて変化させたので、無駄なく効率良く熱交換ができる。

発明を実施するための最良の形態

0018

以下、本発明の一実施の形態を図に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図であり、ここでは基本的なシステム構成が示されている。同図において、1は主冷媒回路、2は過冷却生成回路である。主冷媒回路1は、圧縮機3、四方切替弁4、凝縮器5、過冷却熱交換器6、主膨張弁7、蒸発器8、アキュムレータ9などを環状に接続して構成されている。過冷却生成回路2は、過冷却生成用圧縮機10、過冷却生成用凝縮器11、過冷却生成用膨張弁12、過冷却生成用蒸発器13を環状に接続して構成されている。

0019

ここで、主冷媒回路1の凝縮器5と過冷却生成回路2の過冷却生成用凝縮器11は、送風機14を共用した室外熱交換器15として、例えば図2に示すごとくフィン16を共用した一体構成となっており、過冷却生成用凝縮器11の伝熱管17が主冷媒回路1の凝縮器5の伝熱管18より風の入口側(上流側)に配置されている。

0020

また、主冷媒回路1の過冷却熱交換器6は、過冷却生成回路2の過冷却生成用蒸発器13と熱的に接触しており、過冷却生成用蒸発器13を流れる冷媒によって過冷却熱交換器6を流れる冷媒は冷却される構成となっている。

0021

次に動作について説明する。
主冷媒回路1において、圧縮機3で圧縮され高温高圧となった冷媒は、四方切替弁4を通って凝縮器5に行き、例えば35℃の外気が過冷却生成用凝縮器11を通ることによって若干温度上昇したあと主冷媒回路1の凝縮器5を通過し、ここの伝熱管18を流れる冷媒を伝熱管18、フィン16を介して冷却し、これによって凝縮液化した冷媒は40℃前後の液状態となって過冷却熱交換器6に行く。

0022

過冷却熱交換器6を流れる冷媒は、過冷却生成回路2の過冷却生成用蒸発器13を流れる蒸発温度20℃前後の冷媒によって25℃程度まで冷却され、主膨張弁7を通り低温低圧となって蒸発器8に行き、ここで冷房効果を発揮したあと、四方切替弁4及びアキュムレータ9を通って圧縮機3に吸入される動作を繰り返す。

0023

一方、過冷却生成回路2では、過冷却生成用圧縮機10で圧縮され高温高圧となった冷媒が過冷却生成用凝縮器11に行き、伝熱管17を流れることによって、伝熱管17やフィン16を介して35℃の外気などによって冷却され凝縮液化したあと、過冷却生成用膨張弁12で減圧され低温低圧の状態となり、過冷却生成用蒸発器13で蒸発し主冷媒回路1の過冷却熱交換器6を流れる冷媒を冷却したあと過冷却生成用圧縮機10に戻る動作を繰り返す。

0024

このとき、主冷媒回路1の凝縮器5と過冷却生成回路2の過冷却生成用凝縮器11とが一体となって構成されている室外熱交換器15(図2参照)では、送風機14によって導入された外気は、まず過冷却生成用凝縮器11の伝熱管17、フィン16を通過することによって過冷却生成回路2の冷媒を凝縮液化し、このため若干温度上昇して引き続き主冷媒回路の伝熱管18が配置された領域を通過し、伝熱管18及びフィン16を介して主冷媒回路1の冷媒を凝縮液化させる。

0025

このとき、過冷却生成用凝縮器11の放熱量は、主冷媒回路1の凝縮器5の放熱量の数分の一と少ないため、過冷却生成用凝縮器11を通過した空気の温度上昇は小さく、主冷媒回路1の凝縮器5の凝縮温度に与える影響は小さい。

0026

以上の動作において、主冷媒回路1は過冷却熱交換器6によって冷媒の過冷却が増大することにより、圧縮機3への入力が変わることなく蒸発器8での冷房能力を増大させることができ、また過冷却を増大させるための過冷却生成回路2では、過冷却生成用蒸発器13での蒸発圧力が高い状態での冷凍サイクル運転を達成でき、結果として高効率な過冷却生成回路2の運転によって主冷媒回路1の冷房能力を増大させることができる。

0027

なお、本実施の形態においては、過冷却生成用凝縮器11の伝熱管17は1列とし8本の例、凝縮器5の伝熱管18は3列とし24本の例を図2に示しているが、これに限定されることなく、それぞれの必要とする放熱量に応じて、列数・本数を変えてよいことはいうまでもない。

0028

また、凝縮器5の各伝熱管18の接続も図示の接続方法に限定されることはない。
さらに、過冷却生成用凝縮器11の放熱量は、主冷媒回路1の凝縮器5の放熱量より少ないため、フィン16の枚数を両者同じとすることなく、図3に示すように、過冷却生成用凝縮器11側のものを一部切り欠いて少なくしてもよい。

0029

なお、主冷媒回路1の蒸発器8は、冷媒対水熱交換器あるいは冷媒対空気熱交換器でもよく、また、主冷媒回路1は、図示の回路に限定されることなく油分離器受液器ドライアストレーナなど他のものを設置していても良いことはいうまでもない。

図面の簡単な説明

0030

本発明の一実施の形態に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。
図1の主冷媒回路と過冷却生成回路の凝縮器を一体化した例を示す図である。
図1の主冷媒回路と過冷却生成回路の凝縮器を一体化した他の例を示す図である。
従来の冷媒回路の例を示した図である。
室外ユニットの構成例を示した図である。
従来例による冷媒回路の他の例を示した図である。

符号の説明

0031

1主冷媒回路、2過冷却生成回路、3圧縮機、4四方切替弁、5凝縮器、6過冷却熱交換器、7主膨張弁、8蒸発器、9アキュムレータ、10過冷却生成用圧縮機、11過冷却生成用凝縮器、12過冷却生成用膨張弁、13過冷却生成用蒸発器、14送風機、15室外熱交換器、16フィン、17 過冷却生成用凝縮器の伝熱管、18 主冷媒回路の凝縮器の伝熱管。

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