図面 (/)

技術 空気調和機の室外ユニット

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 松井大西山吉継増田哲也長井雅章
出願日 2014年2月14日 (5年6ヶ月経過) 出願番号 2014-026753
公開日 2015年8月24日 (3年11ヶ月経過) 公開番号 2015-152239
状態 特許登録済
技術分野 その他の空気調和方式 圧縮機、蒸発器、凝縮器、流体循環装置
主要キーワード 筐体上方 開度調整弁 電気式ヒートポンプ エンジン駆動圧縮機 空気吹 設置業者 追加配置 最小能力
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(2015年8月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

電源駆動圧縮機と電源駆動圧縮機を併設した空気調和機室外ユニットにおいて、電源駆動圧縮機を機械室(1階)に設置する場合、機械室(1階)には空きスペースがほとんどないため、従来の部品レイアウトを大幅に変更する必要があり、開発工数を要するという課題を有していた。

解決手段

室外ユニット100を仕切り板103で上下2段に分割し、下段に機械室101、上段熱交換器室102を設け、電源駆動圧縮機113を熱交換器室102に、エンジン駆動圧縮機112を機械室101に設置する。

概要

背景

ガスヒートポンプは、部分負荷時には、ガスエンジン熱効率が低下し、空気調和機としての運転効率が低下する。これを回避するため、ガスエンジンにより駆動される非電源駆動圧縮機よりも排除容積が小さい電源駆動圧縮機を併設し、部分負荷時は電源駆動圧縮機を主体運転し、高負荷時にはガスエンジンを主体に運転する、いわゆる、電源駆動圧縮機と非電源駆動圧縮機とのハイブリッド室外ユニットが提案されている(例えば、特許文献1参照)。

ハイブリッド室外ユニットでは、ガスエンジンにより駆動される非電源駆動圧縮機は電源駆動圧縮機よりも排除容積が大きく、また、排気マフラー冷却水ポンプなど、電気式ヒートポンプにはない、ガスヒートポンプ固有要素部品も設置する必要がある。
したがって、特許文献1のハイブリッド室外ユニットを構成する場合には、ガスヒートポンプの室外ユニットをベースとし、電源駆動圧縮機を当該室外ユニットの内部に追加配置することが望ましい。

ところで従来のガスヒートポンプは、本体筐体内部が仕切り板により上下2段に分割された構造となっている(例えば、特許文献2参照)。
1階部分は機械室であり、ガスエンジン、ガスエンジンにより駆動される非電源駆動圧縮機、非電源駆動圧縮機の吐出ガスから冷凍機油を分離する油分離器、ガスエンジンの排気マフラー、ガスエンジンの冷却水循環させる冷却水ポンプ、制御基板など、多くの部品が搭載されている。

なお、熱交換器室の上面には、ファン空気吹き出し口からなる送風機が設置されており、ファンが回転することで、熱交換器室内は負圧となって、空気熱交換器の外周部から空気を取り込む。そして、空気熱交換器において冷媒熱交換した空気は、熱交換器室内を通って空気吹き出し口から筐体上方に排出される。

概要

非電源駆動圧縮機と電源駆動圧縮機を併設した空気調和機の室外ユニットにおいて、電源駆動圧縮機を機械室(1階)に設置する場合、機械室(1階)には空きスペースがほとんどないため、従来の部品レイアウトを大幅に変更する必要があり、開発工数を要するという課題を有していた。室外ユニット100を仕切り板103で上下2段に分割し、下段に機械室101、上段に熱交換器室102を設け、電源駆動圧縮機113を熱交換器室102に、エンジン駆動圧縮機112を機械室101に設置する。

目的

本発明は、上記課題を解決するものであり、ガスエンジンにより駆動される非電源駆動圧縮機と電源駆動圧縮機とを併設する室外ユニットにおいて、既存のガスヒートポンプの室外ユニット内部のレイアウトを変更せずに、電源駆動圧縮機を容易に追加配置することを可能とした空気調和機の室外ユニットを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

電力により駆動する電源駆動圧縮機と、電力以外の駆動源により駆動する非電源駆動圧縮機とを並列に接続した空気調和機室外ユニットにおいて、本体筐体仕切り板上下二段に分割し、上段熱交換器室下段機械室を設け、前記電源駆動圧縮機を前記熱交換器室に、前記非電源駆動圧縮機を前記機械室に設置することを特徴とした空気調和機の室外ユニット。

請求項2

前記電源駆動圧縮機を、前記熱交換器室の床面の略中央部に設置することを特徴とした請求項1記載の空気調和機の室外ユニット。

請求項3

前記仕切り板の前記電源駆動圧縮機の周囲に、前記室外ユニット内部の空気が前記熱交換器室と前記機械室とを移動できる通気口を少なくとも1つ設置することを特徴とした請求項1又は2記載の空気調和機の室外ユニット。

請求項4

前記非電源駆動圧縮機を稼働しない場合には、前記通気口の通風抵抗を大きくすることを特徴とした請求項3記載の空気調和機の室外ユニット。

請求項5

前記非電源駆動圧縮機が吐出した冷媒から冷凍機油を分離する非電源駆動圧縮機油分離器と、前記電源駆動圧縮機が吐出した冷媒から冷凍機油を分離する電源駆動圧縮機油分離器とを備え、前記非電源駆動圧縮機油分離器から前記非電源駆動圧縮機に冷凍機油を流す配管流路抵抗を、前記電源駆動圧縮機油分離器から前記電源駆動圧縮機に冷凍機油を流す配管の流路抵抗よりも小さくしたことを特徴とした請求項1から4の何れか一項に記載の空気調和機の室外ユニット

請求項6

前記非電源駆動圧縮機油分離器を前記熱交換器室に設置することを特徴とした請求項1から5の何れか一項に記載の空気調和機の室外ユニット。

請求項7

前記電源駆動圧縮機の冷凍機油と、前記非電源駆動圧縮機の冷凍機油とは同一であることを特徴とした請求項1から6の何れか一項に記載の空気調和機の室外ユニット。

請求項8

前記非電源駆動圧縮機の排除容積は、前記電源駆動圧縮機の排除容積よりも大きいことを特徴とする請求項1から7の何れか一項に記載の空気調和機の室外ユニット。

請求項9

前記非電源駆動圧縮機の吐出および吸入配管内径は、前記電源駆動圧縮機の吐出および吸入配管の内径よりも大きいことを特徴とする請求項1から8の何れか一項に記載の空気調和機の室外ユニット

技術分野

0001

本発明は、エンジンにより駆動される非電源駆動圧縮機と、電力により駆動される電源駆動圧縮機とを併設した空気調和機室外ユニットに関するものである。

背景技術

0002

ガスヒートポンプは、部分負荷時には、ガスエンジン熱効率が低下し、空気調和機としての運転効率が低下する。これを回避するため、ガスエンジンにより駆動される非電源駆動圧縮機よりも排除容積が小さい電源駆動圧縮機を併設し、部分負荷時は電源駆動圧縮機を主体運転し、高負荷時にはガスエンジンを主体に運転する、いわゆる、電源駆動圧縮機と非電源駆動圧縮機とのハイブリッド室外ユニットが提案されている(例えば、特許文献1参照)。

0003

ハイブリッド室外ユニットでは、ガスエンジンにより駆動される非電源駆動圧縮機は電源駆動圧縮機よりも排除容積が大きく、また、排気マフラー冷却水ポンプなど、電気式ヒートポンプにはない、ガスヒートポンプ固有要素部品も設置する必要がある。
したがって、特許文献1のハイブリッド室外ユニットを構成する場合には、ガスヒートポンプの室外ユニットをベースとし、電源駆動圧縮機を当該室外ユニットの内部に追加配置することが望ましい。

0004

ところで従来のガスヒートポンプは、本体筐体内部が仕切り板により上下2段に分割された構造となっている(例えば、特許文献2参照)。
1階部分は機械室であり、ガスエンジン、ガスエンジンにより駆動される非電源駆動圧縮機、非電源駆動圧縮機の吐出ガスから冷凍機油を分離する油分離器、ガスエンジンの排気マフラー、ガスエンジンの冷却水循環させる冷却水ポンプ、制御基板など、多くの部品が搭載されている。

0005

なお、熱交換器室の上面には、ファン空気吹き出し口からなる送風機が設置されており、ファンが回転することで、熱交換器室内は負圧となって、空気熱交換器の外周部から空気を取り込む。そして、空気熱交換器において冷媒熱交換した空気は、熱交換器室内を通って空気吹き出し口から筐体上方に排出される。

先行技術

0006

特開2003−56931号公報
特開2009−68750号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、従来、ハイブリッド室外ユニットにおいて、本体筐体内部における非電源駆動圧縮機或いは電源駆動圧縮機のレイアウトの検討がなされていない。
電源駆動圧縮機を、実際に、他の要素部品と同じように機械室(1階)に設置する場合、機械室(1階)には空きスペースがほとんどないため、従来の部品レイアウトを大幅に変更する必要があり、開発工数を要するという課題を有していた。
本発明は、上記課題を解決するものであり、ガスエンジンにより駆動される非電源駆動圧縮機と電源駆動圧縮機とを併設する室外ユニットにおいて、既存のガスヒートポンプの室外ユニット内部のレイアウトを変更せずに、電源駆動圧縮機を容易に追加配置することを可能とした空気調和機の室外ユニット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

0008

上記課題を解決するために、本発明の空気調和機の室外ユニットは、電源駆動圧縮機を熱交換器室(2階)に設置する。これによって、電源駆動圧縮機を既存のガスヒートポンプの室外ユニット内部に追加配置する際に、当該室外ユニットにおける機械室のレイアウトを変更する必要性はない。

0009

第1の発明は、電力により駆動する電源駆動圧縮機と、電力以外の駆動源により駆動する非電源駆動圧縮機とを並列に接続した空気調和機の室外ユニットにおいて、本体筐体を仕切り板で上下二段に分割し、上段に熱交換器室、下段に機械室を設け、電源駆動圧縮機を熱交換器室に、非電源駆動圧縮機を機械室に設置することを特徴とした空気調和機の室外ユニットである。
これにより、電源駆動圧縮機を既存のガスヒートポンプの室外ユニット内部に追加配置する際に、当該室外ユニットにおける機械室のレイアウトを変更する必要性はない。よって、既存のガスヒートポンプの冷媒配管部品や、ガスエンジン、非電源駆動圧縮機や、膨張弁電磁弁などの各種アクチュエータと制御基板とを結ぶ電源線信号線などを、そのまま流用することができ、開発期間を短縮し、製造コストを抑えることができる。

0010

第2の発明は、第1の発明の空気調和機の室外ユニットにおいて、電源駆動圧縮機を、熱交換器室の床面の略中央部に設置する空気調和機の室外ユニットである。
これにより、電源駆動圧縮機の追加による、既存のガスヒートポンプの室外ユニットの水平方向重心位置の変化は小さい。よって、本発明では、第1の発明の効果に加え、当該室外ユニットは、既存のガスヒートポンプの室外ユニットとほぼ同じ重量バランスで搬送でき、搬送時に設置業者過度な負担をかけることを避けることができる。

0011

第3の発明は、第2の発明の空気調和機の室外ユニットにおいて、仕切り板の電源駆動圧縮機の周囲に、室外ユニット内部の空気が熱交換器室と機械室とを移動する通気口を少なくとも1つ設置する空気調和機の室外ユニットである。
これにより、電源駆動圧縮機を熱交換器室(2階)の床面の略中央部に設置したうえで、室外ユニット内部の空気が熱交換器室と機械室とを移動する通気口を確保する。よって、本発明では、第1と第2の発明の効果に加え、機械室(1階)のガスエンジン排熱を、熱交換器室を経由して本体筐体外に排出するための通風経路を確保することができる。

0012

第4の発明は、第1〜第3のいずれか1つの発明の空気調和機の室外ユニットにおいて、非電源駆動圧縮機が稼働しない場合には、前記通気口の通風抵抗を大きくする空気調和機の室外ユニットである。
これにより、電源駆動圧縮機のみが稼働し、非電源駆動圧縮機が稼働せず、ガスエンジン排熱がない場合は、機械室(1階)から熱交換器室(2階)に移動する空気量が減る。よって、本発明では、第1から第3の発明の効果に加え、電源駆動圧縮機のみが稼働する場合は、熱交換器を通る風量を増やすことができ、空気調和機の運転効率を向上させることができる。

0013

第5の発明は、第1〜第4のいずれか1つの発明の空気調和機の室外ユニットにおいて、非電源駆動圧縮機が吐出した冷媒から冷凍機油を分離する非電源駆動圧縮機油分離器と、電源駆動圧縮機が吐出した冷媒から冷凍機油を分離する電源駆動圧縮機油分離器とを備え、非電源駆動圧縮機油分離器から非電源駆動圧縮機に冷凍機油を流す配管流路抵抗を、電源駆動圧縮機油分離器から電源駆動圧縮機に冷凍機油を流す配管の流路抵抗よりも小さくした空気調和機の室外ユニットである。
これにより、非電源駆動圧縮機油分離器から非電源駆動圧縮機に戻る冷凍機油の量は、電源駆動圧縮機油分離器から電源駆動圧縮機に戻る冷凍機油の量よりも多くなる。よって、本発明では、第1から第4の発明の効果に加え、非電源駆動圧縮機の運転信頼性を高めることができる。

0014

第6の発明は、第1〜第5のいずれか1つの発明の空気調和機の室外ユニットにおいて、非電源駆動圧縮機油分離器を熱交換器室に設置する空気調和機の室外ユニットである。
これにより、非電源駆動圧縮機油分離器を、機械室(1階)に設置された非電源駆動圧縮機よりも高い位置である熱交換器室(2階)に設置するので、非電源駆動圧縮機油分離器の油面と、非電源駆動圧縮機の油面との間にヘッド差が生じる。よって、本発明では、第1〜第4の発明の効果に加え、ヘッド差が小さい電源駆動圧縮機に比べて、非電源駆動圧縮機には非電源駆動圧縮機油分離器からより多くの冷凍機油を戻すことができ、第5の発明よりも非電源駆動圧縮機の運転信頼性を高めることができる。

0015

第7の発明は、第1〜第6のいずれか1つの発明の空気調和機の室外ユニットにおいて、電源駆動圧縮機の冷凍機油と、非電源駆動圧縮機の冷凍機油とは同一である空気調和機の室外ユニットである。
これにより、電源駆動圧縮機の冷凍機油と非電源駆動圧縮機の冷凍機油とを分ける必要が無い。よって、第1〜6の発明の効果に加え、非電源駆動圧縮機油分離器と電源駆動圧縮機油分離器とを共通化することができ、室外ユニットの製造コストを低減することができる。

0016

第8の発明は、第1〜第7のいずれか1つの発明の空気調和機の室外ユニットにおいて、非電源駆動圧縮機の排除容積は、電源駆動圧縮機の排除容積よりも大きい空気調和機の室外ユニットである。
一般的に、低負荷時において、電源駆動圧縮機の運転効率は非電源駆動圧縮機よりも高い。非電源駆動圧縮機の排除容積を、電源駆動圧縮機の排除容積よりも大きくすることで、例えば、非電源駆動圧縮機のみでは断続的にしか空調運転できないような低負荷時には、効率の良い電源駆動圧縮機のみを稼働し、中〜高負荷時は両者を最も効率の良い負荷分担配分で稼働する。よって、本発明では、第1〜7の発明の効果に加え、室外ユニット全体としての運転効率を上げることができる。

0017

第9の発明は、第1〜第8のいずれか1つの発明の空気調和機の室外ユニットにおいて、非電源駆動圧縮機の吐出および吸入配管内径は、電源駆動圧縮機の吐出および吸入配管の内径よりも太い室外ユニットである。
これにより、排除容積が大きく、冷媒流量が多い非電源駆動圧縮機の吐出および吸入配管を太くすることで、非電源駆動圧縮機における吐出および吸入配管の圧力損失の増大を抑え、冷凍サイクルからの非電源駆動圧縮機への冷凍機油の戻り量が電源駆動圧縮機に比べて多くなる。よって、第1〜8の発明の効果に加え、室外ユニット全体としての運転効率の低下を防止し、非電源駆動圧縮機の運転信頼性を向上させることができる。

0018

以上の場合において、第1空調機(例えば、非電源駆動圧縮機を有し、室内外熱交換器などを冷媒配管で接続した空調機。)と、第1空調機と同一の空調対象空間を空調する、第1空調機より能力の小さい、少なくとも1台の第2空調機(例えば、電源駆動圧縮機を有し、室内外熱交換器などを冷媒配管で接続した空調機。)と、空調対象空間の空調負荷に応じて、消費エネルギーが最小となるように、第1空調機と第2空調機とを制御する制御手段とを備える空気調和システムとすることは可能である。
一般的に、空調機は定格能力が小さいものほど、空調負荷を処理できる下限値(最小能力)が小さく、また効率が高い。したがって、空調負荷が低い場合でも、定格能力が小さい空調機を稼働させることにより、高い効率で空調負荷を処理でき、空気調和システムの消費エネルギーを最小化することができる。

0019

また、この空気調和システムにおいて、制御手段は、空調対象空間の空調負荷が、第1空調機の最小能力よりも小さい場合は、第2空調機のみを運転し、空調対象空間の空調負荷が、第1空調機の最小能力以上で、第1空調機の最小能力と第2空調機の最小能力との和よりも小さい場合は、第1空調機または第2空調機のどちらか一方を、これら空調機に設けられた非電源駆動圧縮機または電源駆動圧縮機の運転コストが安い、もしくは、消費エネルギーの小さい方を任意に選択して運転し、空調対象空間の空調負荷が、第1空調機の最小能力と第2空調機の最小能力との和以上の場合は、第1空調機と第2空調機の双方を運転する空気調和システムとすることは可能である。
この構成では、空調負荷が第1空調機の最小能力以上で、かつ、第1空調機の最小能力と第2空調機の最小能力との和よりも小さい場合は、第2空調機を単独で運転させたときよりも消費エネルギーが少ない第1空調機のみを運転する。したがって、空調負荷が第1空調機の最小能力以上で、第1空調機の最小能力と第2空調機の最小能力との和よりも小さい場合でも、空気調和システムの消費エネルギーを最小化することができる。

0020

また、これらの空気調和システムにおいて、制御手段は、第1空調機と第2空調機の双方を運転する場合は、空調対象空間の全空調負荷に対する第1空調機の空調負荷は、第1空調機の最大能力を、第1空調機の最大能力と第2空調機の最大能力の和で求まる合計能力で除した値±10%の割合とし、残りの空調負荷を第2空調機が受け持つよう制御する空気調和システムとすることは可能である。
この構成では、第1空調機と第2空調機の双方を運転する場合は、第1空調機と第2空調機の受け持つ空調負荷の比を、第1空調機と第2空調機の最大能力の比付近とする。したがって、第1空調機と第2空調機とが受け持つ空調負荷を、能力に応じた配分とすることになり、空気調和システムの消費エネルギーを小さくすることができる。

0021

これらの空気調和システムにおいて、制御手段は、第1空調機と第2空調機の双方を運転する場合は、第1空調機における空調負荷と消費エネルギーとの関係と、第2空調機における空調負荷と消費エネルギーとの関係とを用いて、第1空調機の消費エネルギーと第2空調機の消費エネルギーとの和が最小となるように、空調対象空間の全空調負荷に対する、第1空調機の空調負荷と第2空調機の空調負荷とを決定する空気調和システムとすることは可能である。
この構成では、第1空調機と第2空調機の双方を運転する場合、第1空調機の受け持つ空調負荷を、各空調機における空調負荷と消費エネルギーとの関係を用いて、第1空調機と第2空調機の消費エネルギーの和が最小となるようにする。したがって、第1空調機と第2空調機の双方を運転する場合でも、空気調和システムの消費エネルギーを最も小さくすることができる。

0022

また、これらの空気調和システムにおいて、第1空調機は商用電源以外の駆動源を用いて駆動される空気調和システムとすることは可能である。この構成では、第1空調機は商用電源を用いず、契約電力を低く抑えることになる。したがって、電力消費量を抑えられ、契約電力を低く設定でき、運転コストを下げることができる。
以上の空気調和システムにおいて、消費エネルギーの代わりに、運転コストが最小となるように、第1空調機と第2空調機とを制御する空気調和システムとすることは可能である。この構成では、以上と同様の制御を用いて、運転コストを下げることができる。

発明の効果

0023

本発明の空気調和機の室外ユニットでは、既存のガスヒートポンプの冷媒配管部品や、ガスエンジン、非電源駆動圧縮機や、膨張弁、電磁弁などの各種アクチュエータと制御基板とを結ぶ電源線・信号線などを、そのまま流用することができ、開発期間を短縮し、製造コストを抑えることができる。

図面の簡単な説明

0024

本発明の空気調和機の冷凍サイクル構成図である。
本発明の実施の形態1における室外ユニット100の縦断面図である。
本発明の実施の形態1における室外ユニット100の横断面図である。
本発明の実施の形態2における室外ユニット100の縦断面図である。
本発明の実施の形態2における室外ユニット100の横断面図である。
本発明の実施の形態3における室外ユニット100の縦断面図である。
本発明の実施の形態3における室外ユニット100の横断面図である。

実施例

0025

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって、本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
本実施の形態の空気調和機の冷凍サイクル構成を図1に示す。図1の空気調和機は、室外ユニット1台に対し、室内ユニットが2台接続した、いわゆるツイン構成となっている。なお、冷凍サイクル構成に関しては、図1に示したものに限定されない。例えば、室外ユニットは2台以上、室内ユニットも3台以上、並列に接続可能である。

0026

100は室外ユニットであり、室外ユニット100と室内ユニット200、210とは、冷媒が流通する液管50、ガス管55で連結されている。室外ユニット100において、111は例えばガスを駆動源とするエンジン、112はエンジン111より駆動力を得て冷媒を圧縮するエンジン駆動圧縮機(非電源駆動圧縮機)、113はモータを内蔵し商用電源など電力により駆動する電源駆動圧縮機である。エンジン駆動圧縮機112と電源駆動圧縮機113は、冷凍サイクル内で並列に接続されている。エンジン駆動圧縮機112の排除容積は、電源駆動圧縮機113の排除容積よりも大きい。また、エンジン駆動圧縮機112、電源駆動圧縮機113の潤滑油は同じ冷凍機油とする。

0027

エンジン駆動圧縮機112の吐出および吸入配管は、電源駆動圧縮機113の吐出および吸入配管よりも太い。こうすることで、冷媒流量が多いエンジン駆動圧縮機112の吐出および吸入配管における圧力損失の増大を抑えるとともに、冷凍サイクルからのエンジン駆動圧縮機112への冷凍機油の戻り量が、電源駆動圧縮機113への冷凍機油の戻り量よりも多くなる。
114はアキュムレータであり、後述する四方弁116から、エンジン駆動圧縮機112の吸入配管と電源駆動圧縮機113の吸入配管との合流点に至る冷媒配管に接続され、両圧縮機ガス冷媒を供給する。

0028

115は油分離器であり、後述する四方弁116から、エンジン駆動圧縮機112の吐出配管と電源駆動圧縮機113の吐出配管との合流点に至る冷媒配管に設置されており、両圧縮機の吐出ガスに含まれる冷凍機油をまとめて分離する。油分離器115で分離された冷凍機油は、エンジン駆動圧縮機112の吸入配管に油戻し管115aを通じて戻され、電源駆動圧縮機113の吸入配管に油戻し管115cを通じて戻され、それぞれ個別に戻される。また、油戻し管115a、115cには、それぞれ、油戻し管開閉弁115b、115dが設置される。
なお、油分離器115は、圧縮機ごとに個別に設置されていても良い。個別に設置される場合には、油分離器115は、エンジン駆動圧縮機112の吐出配管に1台、電源駆動圧縮機113の吐出配管に1台設置される。

0029

116は冷房暖房で冷凍サイクルを切り替える四方弁、117は冷媒を膨張させる室外ユニット減圧装置である。また、118は、エンジン111の冷却に用いた高温の冷却水と冷媒との熱交換を行うエンジン排熱熱交換器であり、暖房時に利用する。エンジン排熱熱交換器118には、冷却水配管(不図示)が敷設されている。
119はエンジン排熱熱交換器118に流入する冷媒流量を調整するエンジン排熱熱交換器用冷媒流量調整弁である。120は室外熱交換器130に室外ユニット100周囲の空気を供給する室外送風ファンである。

0030

室内ユニット200において、201は室内空気熱交換器、202は室内空気熱交換器201に室内ユニット200周囲の空気を供給する室内送風ファン、203は冷媒を膨張させる室内ユニット減圧装置である。
同様に、室内ユニット210において、211は室内空気熱交換器、212は室内空気熱交換器211に室内ユニット210周囲の空気を供給する室内送風ファン、213は冷媒を膨張させる室内ユニット減圧装置である。

0031

次に、本実施の形態における空気調和機の室外ユニット100の内部構造図2図3に示す。図2は室外ユニット100を前面に平行な鉛直平面で切った縦断面図、図3は室外ユニット100を底面に平行な水平平面で切った横断面図である。
図2に示すように、室外ユニット100はフレーム構成された本体筐体100Aを備え、この本体筐体100Aの内部が、仕切り板103により上下2段に分割されており、101は機械室、102は熱交換器室である。

0032

また、室外ユニット100の本体筐体100Aの内部には、図2に示すように、電力により駆動する電源駆動圧縮機113と、電力以外の駆動源により駆動する非電源駆動圧縮機112とが一体に纏めて収納されている。
そして、例えば空調負荷が、非電源駆動圧縮機(第1空調機)112の最小能力よりも小さい場合は、電源駆動圧縮機(第2空調機)113のみを運転し、空調対象空間の空調負荷が、非電源駆動圧縮機(第1空調機)112の最小能力以上で、第1空調機の最小能力と第2空調機の最小能力との和よりも小さい場合は、非電源駆動圧縮機(第1空調機)112または電源駆動圧縮機(第2空調機)113のどちらか一方を、これら空調機に設けられた非電源駆動圧縮機(第1空調機)112または電源駆動圧縮機(第2空調機)113の運転コストが安い、もしくは、消費エネルギーの小さい方を任意に選択して運転し、空調対象空間の空調負荷が、第1空調機の最小能力と第2空調機の最小能力との和以上の場合は、非電源駆動圧縮機(第1空調機)112と電源駆動圧縮機(第2空調機)113の双方を運転する。

0033

機械室101には、エンジン111、エンジン駆動圧縮機112が設置されている。図2には示さないが、これらの他にも、アキュムレータ114、油分離器115、四方弁116、室外ユニット減圧装置117、エンジン排熱熱交換器118、エンジン排熱熱交換器用冷媒流量調整弁119、エンジン111の排気マフラー、エンジン111の冷却水を循環させる冷却水ポンプ、制御基板、冷媒配管など、多くの部品が搭載されている。
そして、これらの部品の配置は、既存のガスヒートポンプの部品の配置をそのまま流用している。

0034

熱交換器室102において、室外熱交換器130は熱交換器室102の外壁を形成するように構成されており、仕切り板103の略中央部に電源駆動圧縮機113が設置されている。電源駆動圧縮機113は、例えば内部密閉型ロータリー圧縮機である。熱交換器室102は例えば雨水が浸入するため、電源駆動圧縮機113は点線で示す雨水防カバー140を配置することが望ましい。電源駆動圧縮機113は、室外熱交換器130間中央に配置され、奥行方向にも略中心部に設置されている。
電源駆動圧縮機113を、機械室101内ではなく、熱交換器室102内に設置するため、機械室101の部品レイアウトは、既存のガスヒートポンプの機械室の部品レイアウトと同じである。

0035

次に、室外ユニット100と室内ユニット200、210の動作を説明する。
冷房運転時、四方弁116は実線に冷媒を流すよう設定される(図1参照)。エンジン駆動圧縮機112と電源駆動圧縮機113とで圧縮された高温高圧の冷媒は、合流した後、油分離器115に流入する。油分離器115にて、冷凍機油を分離された純度の高いガス冷媒は四方弁116を通り、室外熱交換器130に入る。ガス冷媒は、室外熱交換器130にて、外気と熱交換して放熱したのち凝縮し、高圧液冷媒となって室外ユニット減圧装置117を通り、液管50内を通って、室内ユニット200、210に供給される。
なお、油分離器115で分離された冷凍機油は、エンジン駆動圧縮機112が駆動している場合は油戻し管開閉弁115bを開とすることで、エンジン駆動圧縮機112の吸入配管に戻される。同様に、電源駆動圧縮機113が駆動している場合は油戻し管開閉弁115dを開とすることで、電源駆動圧縮機113の吸入配管に戻される。エンジン駆動圧縮機112が駆動していない場合は油戻し管開閉弁115bは閉、電源駆動圧縮機113が駆動していない場合は油戻し管開閉弁115dは閉となる。

0036

室内ユニット200に入った高圧の液冷媒は、室内ユニット減圧装置203にて減圧され、気液二相状態となって、室内熱交換器201に流入する。気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器201にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となって室内ユニット200から流出する。
室内ユニット210においても、室内ユニット200と同様に、まず、高圧の液冷媒は、室内ユニット減圧装置213にて減圧され、気液二相状態となって、室内熱交換器211に流入する。気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器211にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となって室内ユニット210から流出する。
なお、室内ユニット200のみ冷房運転を行う場合は、室内ユニット減圧装置213を閉じ、室内ユニット210の室内熱交換器211には冷媒の供給を行わない。一方、室内ユニット210のみ冷房運転を行う場合は、室内ユニット減圧装置203を閉じ、室内ユニット200の室内熱交換器201には冷媒の供給を行わない。

0037

室内ユニット200、210から流出したガス冷媒は、ガス管55内を通って、再度室外ユニット100に戻る。室外ユニット100に流入したガス冷媒は、四方弁116、アキュムレータ114を通って、エンジン駆動圧縮機112、および、電源駆動圧縮機113に戻る。
冷房運転時における、エンジン駆動圧縮機112と電源駆動圧縮機113の運転方法は、例えば下記のようにする。

0038

冷房負荷が、エンジン駆動圧縮機112が最低運転周波数で運転した時の冷房能力(エンジン駆動圧縮機112の最小冷房能力)よりも小さい場合には、エンジン駆動圧縮機112のみでは断続運転に陥るため、電源駆動圧縮機113のみを運転する。
冷房負荷が、エンジン駆動圧縮機112の最小冷房負荷よりも大きく、かつ、エンジン駆動圧縮機112と電源駆動圧縮機113とがともに最低運転周波数で運転した場合の冷房能力(両圧縮機運転時の最小冷房能力)よりも小さい場合は、エンジン駆動圧縮機112と電源駆動圧縮機113のどちらか一方、例えば、運転コストが安い、もしくは、消費エネルギーが小さい方を選択して運転する。

0039

冷房負荷が、両圧縮機運転時の最小冷房能力よりも大きい場合は、エンジン駆動圧縮機112と電源駆動圧縮機113の両方を、例えば、運転コスト、もしくは、消費エネルギーが最小となるように運転する。
この場合、運転コスト、もしくは、消費エネルギーを最小とするためのエンジン駆動圧縮機112と電源駆動圧縮機113の運転周波数の決定には、各圧縮機の運転周波数と運転コスト、もしくは、消費エネルギーとの関係を利用する。
実際には、冷房負荷全体に対してエンジン駆動圧縮機112が受け持つ冷房負荷の割合は、両圧縮機をともに最高運転周波数で運転した場合の最大冷房能力(両圧縮機運転時の最大冷房能力)に対する、エンジン駆動圧縮機112のみを最高運転周波数で運転したときの冷房能力の割合±15%程度である。

0040

次に、暖房運転時では、四方弁116は点線に冷媒を流すよう設定される(図1参照)。エンジン駆動圧縮機112と電源駆動圧縮機113とで圧縮された高温高圧の冷媒は、合流した後、油分離器115に流入する。油分離器115にて、冷凍機油を分離された純度の高いガス冷媒は四方弁116を通り、室外ユニット100を出て、ガス管55内を通って、室内ユニット200、210に供給される。

0041

室内ユニット200に入った高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器201に流入する。高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器201にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して放熱したのち凝縮し、高圧の液冷媒となって、室内ユニット減圧装置203を通り、室内ユニット200から流出する。
室内ユニット210においても、室内ユニット200と同様に、まず、高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器211に流入する。高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器211にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して放熱した後凝縮し、高圧の液冷媒となって、室内ユニット減圧装置213を通り、室内ユニット210から流出する。
なお、冷房時と同様に、室内ユニット200のみ暖房運転を行う場合は、室内ユニット減圧装置213を閉じ、室内ユニット210の室内熱交換器211には冷媒の供給を行わない。一方、室内ユニット210のみ暖房運転を行う場合は、室内ユニット減圧装置203を閉じ、室内ユニット200の室内熱交換器201には冷媒の供給を行わない。

0042

室内ユニット200、210から流出した高圧の液冷媒は、液管50内を通って、再度室外ユニット100に戻る。室外ユニット100に流入した高圧の液冷媒は、室外ユニット減圧装置117にて減圧され、気液二相状態となって、室外熱交換器130とエンジン排熱熱交換器118に流入する。気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器130では外気と、また、エンジン排熱熱交換器118では、エンジン111の冷却に用いた高温の冷却水と熱交換して吸熱したのち蒸発し、四方弁116、アキュムレータ114を通って、エンジン駆動圧縮機112、および、電源駆動圧縮機113に戻る。

0043

暖房運転時における、エンジン駆動圧縮機112と電源駆動圧縮機113の運転方法は、例えば下記のようにする。
暖房負荷が、エンジン駆動圧縮機112が最低運転周波数で運転した時の暖房能力(エンジン駆動圧縮機112の最小暖房能力)よりも小さい場合には、エンジン駆動圧縮機112のみでは断続運転に陥るため、電源駆動圧縮機113のみを運転する。
暖房負荷が、エンジン駆動圧縮機112の最小暖房負荷よりも大きく、かつ、エンジン駆動圧縮機112と電源駆動圧縮機113とがともに最低運転周波数で運転した場合の暖房能力(両圧縮機運転時の最小暖房能力)よりも小さい場合は、エンジン駆動圧縮機112と電源駆動圧縮機113のどちらか一方、例えば、運転コストが安い、もしくは、消費エネルギーが小さい方を選択して運転する。

0044

暖房負荷が、両圧縮機運転時の最小暖房能力よりも大きい場合は、エンジン駆動圧縮機112と電源駆動圧縮機113の両方を、例えば、運転コスト、もしくは、消費エネルギーが最小となるように運転する。
この場合、運転コスト、もしくは、消費エネルギーを最小とするためのエンジン駆動圧縮機112と電源駆動圧縮機113の運転周波数の決定には、各圧縮機の運転周波数と運転コスト、もしくは、消費エネルギーとの関係を利用する。

0045

実際には、暖房負荷全体に対してエンジン駆動圧縮機112が受け持つ暖房負荷の割合は、両圧縮機をともに最高運転周波数で運転した場合の最大暖房能力(両圧縮機運転時の最大暖房能力)に対する、エンジン駆動圧縮機112のみを最高運転周波数で運転したときの暖房能力の割合±15%程度である。
ただし、暖房運転時は、常時室外熱交換器130の着霜状態監視しており、着霜の危険性がある場合は、運転コスト、もしくは、消費エネルギーが最小となるように各圧縮機の運転周波数を設定していても、エンジン駆動圧縮機112の運転周波数を上げ、電源駆動圧縮機113の運転周波数を下げる制御をおこなう。
エンジン駆動圧縮機112の運転周波数を上げると、エンジン111の排熱量が増加し、エンジン排熱熱交換器118に供給される冷却水熱量も増加する。すなわち、エンジン排熱熱交換器118にて、より多くの冷媒を蒸発させることができ、室外熱交換器130に流す冷媒量を減らして、着霜の危険性を低減する。

0046

以上の説明から明らかなように、本実施の形態においては、電源駆動圧縮機113を、既存のガスヒートポンプの室外ユニットにおける熱交換器室102内部に設置するため、当該室外ユニットにおける機械室101の部品レイアウトは、既存のガスヒートポンプの室外ユニットにおける機械室の部品レイアウトと同じである。よって、既存のガスヒートポンプの冷媒配管部品や、ガスエンジン、非電源駆動圧縮機や、膨張弁、電磁弁などの各種アクチュエータと制御基板とを結ぶ電源線・信号線などを、そのまま流用することができ、開発期間を短縮し、製造コストを抑えることができる。

0047

また、本実施の形態においては、電源駆動圧縮機113を、熱交換器室102の略中央部に設置するため、電源駆動圧縮機113の追加による、既存のガスヒートポンプの室外ユニットの水平方向重心位置の変化は小さい。
よって、当該室外ユニットは、既存のガスヒートポンプとほぼ同じ重量バランスで搬送でき、搬送時に設置業者に過度な負担をかけることを避けることができる。

0048

また、本実施の形態においては、エンジン駆動圧縮機112の吐出および吸入配管の内径は、電源駆動圧縮機113の吐出および吸入配管の内径よりも太くしている。
したがって、エンジン駆動圧縮機112における吐出および吸入配管における圧力損失の増大を抑え、室外ユニット全体としての運転効率の低下を防止することができる。また、冷凍サイクルからのエンジン駆動圧縮機112への冷凍機油の戻り量が、電源駆動圧縮機113への冷凍機油の戻り量に比べて多くなり、エンジン駆動圧縮機112の運転信頼性を向上させることができる。

0049

(実施の形態2)
本実施の形態における空気調和機の室外ユニット100の内部構造を図4図5に示す。図4は室外ユニット100を前面に平行な鉛直平面で切った縦断面図、図5は室外ユニット100を底面に平行な水平平面で切った横断面図である。
図4図5において、105a、105bは、室外ユニット100内の仕切り板103に設置された通風口である。
通風口105a、105bは、仕切り板103を幅方向図5における横方向)に2分する直線に対して、ほぼ対称となるように配置されている。通風口105a、105bを通じて、室外ユニット内部の空気が機械室101と熱交換器室102との間を移動できる。通風口105a、105bには開度調整弁(不図示)が設置され、通風口105a、105bの開度は調節可能となっている。
電源駆動圧縮機113は、通風口105aと105bの間に配置され、奥行方向には略中心部に設置されている。その他の構成は、実施の形態1と同じなので、それらの説明は省略する。

0050

室外ユニット100の冷房、暖房時の運転動作は実施の形態1と同様である。ここでは、冷房、暖房運転時の通風口105a、105bの動作を説明する。
エンジン111とエンジン駆動圧縮機112とが稼働している場合、エンジン111ではガスなどの燃料燃焼させるため、高温の排熱が発生する。エンジン111は、機械室101に設置された冷却水ポンプ(図示せず)により循環する冷却水で冷却される。
なお、エンジン111の排熱を受けて高温になった冷却水は、熱交換器室102に設置されたラジエータ(図示せず)で放熱したのち、再びエンジン111に戻される。ラジエータは、熱交換器室102において、室外熱交換器130の内側に設置され、室外熱交換器130にて冷媒と熱交換を終えた空気と熱交換する構成となっている。
エンジン111の排熱は上記冷却水だけでは完全には取れない。そこで、通風口105a、105bの開度調整弁(不図示)を開とし、室外送風ファン120の動作により機械室101内の空気を熱交換器室102に逃がし、エンジン111の排熱により機械室101が高温になることを防止する。

0051

一方、エンジン111とエンジン駆動圧縮機112とが稼働せず、電源駆動圧縮機113のみが稼働している場合、エンジン111の排熱は発生しないため、通風口105a、105bの開度調整弁(不図示)を閉とする。すると、機械室101から熱交換室102への空気の移動がなくなるため、通風口105a、105bを開としていた場合と比較して、熱交換器を通過する風量が増加し、冷凍サイクル全体の効率が向上する。なお、機械室101に搭載されている制御基板(図示せず)の冷却のため、通風口105a、105bの一部を開とするように制御してもよい。

0052

以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、仕切り板103を幅方向(図5における横方向)に2分する直線に対して略対称となるように通気口105a、105cを設置し、電源駆動圧縮機113をこれらの通気口の間に配置するため、電源駆動圧縮機113の設置位置が熱交換器室(2階)の床面の略中央部となる。よって、実施の形態1の効果に加え、機械室(1階)のガスエンジン排熱を、熱交換器室を経由して本体筐体外に排出するための通風経路を確保することができる。
また、エンジン111とエンジン駆動圧縮機112とが稼働せず、電源駆動圧縮機113のみが稼働する場合は、通風口105a、105cの開度調整弁(不図示)を閉として、機械室101から熱交換室102への空気の移動を遮断するため、熱交換器を通過する風量が増加し、冷凍サイクル効率を向上させることができる。

0053

(実施の形態3)
本実施の形態における空気調和機の室外ユニット100の内部構造を図6図7に示す。図6は室外ユニット100を前面に平行な鉛直平面で切った縦断面図、図7は室外ユニット100を底面に平行な水平平面で切った横断面図である。
図6図7において、油分離器115は、室外ユニット100内の仕切り板103の上に設置されている。油分離器115は、エンジン駆動圧縮機112の吐出管と、電源駆動圧縮機113の吐出管との合流点(図1参照。)に接続されている。また、油分離器115からエンジン駆動圧縮機112の吸入配管に接続した油戻し管115a(図1参照。)の流路抵抗は、同じく油分離器115から電源駆動圧縮機113の吸入配管に接続した油戻し管115c(図1参照。)の流路抵抗よりも小さく設定されている。
流路抵抗の設定は、例えば、油戻し管115a、115cに設置された細管キャピラリーチューブ)の内径と長さによって調整する。
その他の構成は、実施の形態1と同じなので、それらの説明は省略する。

0054

室外ユニット100の冷房、暖房時の運転動作は実施の形態1、および実施の形態2と同様である。ここでは、運転時の油分離器115から、エンジン駆動圧縮機112と電源駆動圧縮機113への油戻し動作について説明する。
油分離器115で分離された冷凍機油は、エンジン駆動圧縮機112が駆動している場合は油戻し管開閉弁115b(図1参照。)を開とすることで、エンジン駆動圧縮機112の吸入配管に戻される。
同様に、電源駆動圧縮機113が駆動している場合は油戻し管開閉弁115d(図1参照。)を開とすることで、電源駆動圧縮機113の吸入配管に戻される。エンジン駆動圧縮機112が駆動していない場合は油戻し管開閉弁115bは閉、電源駆動圧縮機113が駆動していない場合は油戻し管開閉弁115dは閉となる。

0055

エンジン圧縮機112と電源駆動圧縮機113とが同時に稼働している場合、油分離器115は、両圧縮機の吐出ガスに含まれる冷凍機油をまとめて分離することになる。エンジン駆動圧縮機112の排除容積は、電源駆動圧縮機113の排除容積よりも大きく設定されているため、エンジン駆動圧縮機112が吐出する冷媒流量は、電源駆動圧縮機113が吐出する冷媒流量よりも多い。よって、エンジン駆動圧縮機112が吐出する冷凍機油は、電源駆動圧縮機113が吐出する冷凍機油よりも多い。

0056

本実施の形態では、油戻し管115a(図1参照。)の流路抵抗は油戻し管115c(図1参照。)の流路抵抗よりも小さく設定されているため、両圧縮機が同時に稼働している場合でも、油分離器115からエンジン駆動圧縮機112に戻る冷凍機油の量は、油分離器115から電源駆動圧縮機113に戻る冷凍機油の量よりも多くなる。
また、油分離器115は、室外ユニット100内の仕切り板103の上に設置されており、油分離器115内の冷凍機油の油面と、エンジン駆動圧縮機112に存在する冷凍機油の油面との間には大きなヘッド差がある。一方で、油分離器115内の冷凍機油の油面と、電源駆動圧縮機113に存在する冷凍機油の油面との間のヘッド差は小さい。したがって、低負荷時など、冷凍サイクルの高圧と低圧圧力差が小さい場合でも、上記ヘッド差により、冷凍機油115からエンジン駆動圧縮機112には、電源駆動圧縮機113よりも冷凍機油が戻りやすい。

0057

以上の説明から明らかなように、油分離器115からエンジン駆動圧縮機112の吸入配管に接続した油戻し管115aの流路抵抗は、オイルセパレータ115から電源駆動圧縮機113の吸入配管に接続した油戻し管115cの流路抵抗よりも小さく設定されているため、両圧縮機が同時に稼働している場合でも、油分離器115からエンジン駆動圧縮機112に戻る冷凍機油の量は、油分離器115から電源駆動圧縮機113に戻る冷凍機油の量よりも多くなる。よって、冷凍機油の吐出量が多いエンジン駆動圧縮機112の運転信頼性を高めることができる。

0058

また、油分離器115は、室外ユニット100内の仕切り板103の上に設置されているため、低負荷時など、冷凍サイクルの高圧と低圧の圧力差が小さい場合でも、冷凍機油115からエンジン駆動圧縮機112には冷凍機油が戻りやすい。よって、冷凍機油の吐出量が多いエンジン駆動圧縮機112の運転信頼性をさらに高めることができる。

0059

本発明は、運転コストもしくはエネルギー消費量を低減する空気調和機として好適に利用することができる。

0060

100空気調和機の室外ユニット
101機械室
102熱交換器室
103仕切り板
105通風口
111エンジン
112エンジン駆動圧縮機
113電源駆動圧縮機
114アキュムレータ
115油分離器
116四方弁
117 室外ユニット減圧装置
120室外送風ファン
130室外熱交換器
200,210 室内ユニット

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 三菱電機株式会社の「 熱交換器及び冷凍サイクル装置」が 公開されました。( 2019/06/27)

    【課題・解決手段】本発明に係る熱交換器は、上下方向に規定の間隔を空けて配置された複数の伝熱管と、側面部に前記伝熱管が接続された複数の接続箇所を有し、前記伝熱管のそれぞれと連通する管状のヘッダと、前記ヘ... 詳細

  • 三菱電機株式会社の「 空気調和装置」が 公開されました。( 2019/06/24)

    【課題・解決手段】蒸発器の下流側で冷媒の寝込みを抑制し、冷媒が良好に循環する空気調和装置を提供する。圧縮機、冷媒流路切替装置、負荷側熱交換器、負荷側絞り装置および3つの熱源側熱交換器が配管で接続されて... 詳細

  • 三菱電機株式会社の「 熱交換器および空気調和装置」が 公開されました。( 2019/06/24)

    【課題・解決手段】熱交換器は、複数の伝熱管と、第1ヘッダーと、第2ヘッダーと、複数のフィンと、を備え、冷媒が循環する冷凍サイクル回路の一部を構成する熱交換器であって、第2ヘッダーは、ヘッダー集合管を有... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ