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【発明の名称】 空気調和機
【発明者】 【氏名】赤塚 啓

【要約】 【課題】冷房運転時には、室外熱交換器の凝縮能力が増加し、暖房運転時には、室外熱交換器の蒸発能力が増加する空気調和機を提供することにある。

【解決手段】室外機3の筐体33内に圧縮機7とこれを駆動するガスエンジン27と複数の室外熱交換器11a、11bと複数の室外送風機17a、17bとを備えた空気調和機である。複数の室外熱交換器11a、11bのそれぞれは、冷媒管路35とエンジン冷却水が循環する冷却水管路37とを備え、複数の室外熱交換器11a、11bは冷媒管路35と冷却水管路37との伝熱面積の比率がそれぞれ異なり、前記室外熱交換器は、少なくとも2台が直列接続されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 室外機の筐体内に圧縮機とこれを駆動するガスエンジンと複数の室外熱交換器と複数の室外送風機とを備えた空気調和機において、複数の室外熱交換器のそれぞれは、冷媒管路とエンジン冷却水が循環する冷却水管路とを備え、複数の室外熱交換器は、冷媒管路に対する冷却水管路の伝熱面積の比率がそれぞれ異なり、前記室外熱交換器は少なくとも2台が直列接続されていることを特徴とする空気調和機。
【請求項2】 冷房運転時には、冷却水管路の伝熱面積の比率が大きい熱交換器から小さい熱交換器に、冷媒と冷却水とを流すことを特徴とする請求項1記載の空気調和機。
【請求項3】 暖房運転時には、冷却水管路の伝熱面積の比率が小さい熱交換器から大きい熱交換器に冷媒を流し、冷却水管路の伝熱面積の比率が大きい熱交換器から小さい熱交換器に冷却水を流し、かつ冷却水管路の伝熱面積の比率が小さい熱交換器の送風機の回転数を上昇させることを特徴とする請求項1記載の空気調和機。
【請求項4】 各室外送風機の間に仕切板を設けたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の空気調和機。
【請求項5】 いずれかの室外熱交換器の一部が仕切板を兼ねることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、室外機の筐体内に圧縮機とこれを駆動するガスエンジンと複数の室外熱交換器と複数の室外送風機とを備えた空気調和機に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、図8に示すように、室外機101の筐体101a内に圧縮機(図示せず)とこれを駆動するガスエンジン(図示せず)と複数の室外熱交換器103a、103bと複数の室外送風機105とを備えた空気調和機が知られている。図9は室外機101のA−A断面図である。この空気調和機では、室外送風機105は筐体101aの側壁に設けられた室外熱交換器103a、103bを通して外気を吸い込み、上方に吐出させている。
【0003】この種のものでは、図9に示すように、複数の室外熱交換器103a、103bが、冷媒を流す冷媒管路109と、エンジン冷却水を流す冷却水管路111とを備えている。各室外熱交換器103a、103bにおいて、冷媒管路109と冷却水管路111とは、それぞれ一定の比率で設けられている。すなわち、冷媒管路109の伝熱面積と冷却水管路111の伝熱面積との比率は、各室外熱交換器103a、103bにおいて一定であり、その比率は、例えば3:1であり、冷却水管路111の全管路に占める比率は、例えば25%である。
【0004】一方の室外熱交換器103aの冷媒管路109と、他方の室外熱交換器103bの冷媒管路109とには並列に冷媒が流されている。また、各冷却水管路111には並列に冷却水が流されている。これら冷媒管路109と冷却水管路111とは隣接して設けられている。そのために、冷却水の熱が冷媒管路109に伝熱し、暖房運転時であれば、室外熱交換器103a、103bの除霜に供され、しかも暖房能力を向上させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の構成では、冷媒および冷却水が、複数の室外熱交換器103a、103bに並列に流されており、冷媒管路109と冷却水管路111とは、隣接して設けられているため、例えば、冷媒にR22を使用した時、外気温度が35℃で、冷房運転を行った場合(室外熱交換器103a、103bが凝縮器として作用する。)、冷媒は、約100℃から約55℃に冷却され凝縮され、冷却水は、約90℃から約55℃に冷却される。
【0006】また、冷媒管路109と冷却水管路111とは、隣接して設けられているため、冷却水管路111の周囲及び冷却水管路111の風下にあたる冷媒管路109では、冷却水管路111から放熱した熱の影響を受け、冷媒の放熱が十分に出来ない。特に冷却水管路111の冷却水流入口付近の冷媒管路109の冷媒流出口では、冷却水の方が冷媒より温度が約35℃高く、特に熱の影響を受け、冷媒の放熱が十分に出来ない。すなわち、冷却水の熱が冷媒凝縮を妨げ、室外熱交換器103a、103bの凝縮能力が低下するという問題がある。
【0007】また、冷媒と冷却水とが、室外熱交換器103a、103bに並列に流されているので、暖房運転時(室外熱交換器103a、103bが蒸発器として作用する。)には、冷媒圧力、外気温度等によって演算された値に基づいて2台の室外送風機105の回転数が調整され、室外熱交換器103a、103bの蒸発能力が確保されている。例えば、外気温度が4℃で、暖房運転を行った場合、室外熱交換器103a、103bの冷媒管路109の冷媒流入口での冷媒圧力を0.45MPa、室外熱交換器103a、103b内部の圧力損失を0.05MPa、冷媒管路109の冷媒流出口での冷媒圧力を0.4MPaに設定する。冷媒は、室外熱交換器103a、103bの冷媒管路109の冷媒流入口では約3℃であり、冷媒流出口では、約0℃で蒸発する。冷却水は、室外熱交換器103a、103bの冷却水管路111の冷却水流入口では、約70℃であり、冷却水流出口では約40℃である。このときに冷媒圧力、外気温度に基づいて室外送風機105の回転数を演算し、室外送風機105の回転数を調整させている。この室外熱交換器105の回転数を調整することによって、冷却水から冷媒への吸熱量と、外気から冷媒への吸熱量の比率を変化させ、室外熱交換器103a、103bの蒸発能力を確保させている。
【0008】しかし、冷却水管路111の周囲及び冷却水管路111の風下にあたる冷媒管路109では、冷却水が放熱した熱を吸熱することで部分的に冷媒温度が高くなり、外気からの吸熱が阻害される。特に冷却水管路111の入口に隣接する冷媒管路109では約70℃冷却水の影響で、冷媒温度が他の部分より高くなり、外気温度との温度差が小さくなって外気からの吸熱が十分に行われず、室外熱交換器103a、103bの蒸発能力が低下するという問題がある。
【0009】そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、冷房運転時には、室外熱交換器の凝縮能力が増加し、暖房運転時には、室外熱交換器の蒸発能力が増加する空気調和機を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、室外機の筐体内に圧縮機とこれを駆動するガスエンジンと複数の室外熱交換器と複数の室外送風機とを備えた空気調和機において、複数の室外熱交換器のそれぞれは、冷媒管路とエンジン冷却水が循環する冷却水管路とを備え、複数の室外熱交換器は、冷媒管路に対する冷却水管路の伝熱面積の比率がそれぞれ異なり、前記室外熱交換器は少なくとも2台が直列接続されていることを特徴とする。
【0011】請求項1記載の発明では、室外熱交換器の冷媒管路と冷却水管路との伝熱面積の比率が異なる構成にしたので、例えば、冷却水管路の伝熱面積の比率が大きい室外熱交換器では、冷却水の熱が冷媒に伝熱しやすい。冷却水管路の伝熱面積の比率が小さい室外熱交換器では、冷却水の熱が冷媒に伝熱しにくい。また、室外熱交換器を直列接続するので、冷媒と冷却水とが一方の室外熱交換器から他方の室外熱交換器に流れる。このため、冷媒と冷却水とを一方の室外熱交換器から他方の室外熱交換器に流したり、冷却水を一方の室外熱交換器から他方の室外熱交換器に流し、冷媒を他方の室外熱交換器から一方の室外熱交換器に流したりすることで、冷却水の熱を効率よく冷媒に伝熱させたり、外気に放熱させたりすることができ、室外熱交換器の凝縮能力、蒸発能力を増加させることができる。
【0012】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、冷房運転時には、冷却水管路の伝熱面積の比率が大きい熱交換器から小さい熱交換器に、冷媒と冷却水とを流すことを特徴とする。
【0013】請求項2記載の発明では、冷却水管路の伝熱面積の比率が大きい熱交換器では、冷却水管路の伝熱面積の比率が大きいが、冷却水、冷媒共に高温で、両者の温度差が小さいため、冷却水から冷媒への伝熱は少なく、両者は外気によって冷却される。又、冷却水管路の伝熱面積の比率が小さい熱交換器では、冷却水の熱が冷媒に伝熱されにくく、しかも冷却水の温度は低下しているので、冷媒から外気への放熱を阻害せず、従来の室外熱交換器に比べて、冷媒の温度を低下させることができ、室外熱交換器の凝縮能力を増加させることができる。
【0014】請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、暖房運転時には、冷却水管路の伝熱面積の比率が小さい熱交換器から大きい熱交換器に冷媒を流し、冷却水管路の伝熱面積の比率が大きい熱交換器から小さい熱交換器に冷却水を流し、かつ冷却水管路の伝熱面積の比率が小さい熱交換器の送風機の回転数を上昇させることを特徴とする。
【0015】請求項3記載の発明では、冷却水管路の伝熱面積の比率が小さい熱交換器では、従来の室外熱交換器に比べ、冷却水の温度は低下しており、外気温との温度差は小さい。そして、冷却水管路の伝熱面積の比率が小さい熱交換器の送風機の回転数を上昇させると、従来の室外熱交換器に比べ、冷却水から外気への放熱量は少ないが、外気から冷媒への吸熱量は多くなる。このため、冷却水管路の伝熱面積の比率が大きい熱交換器では、冷媒と冷却水との温度差が大きくなり、冷却水の熱が冷媒に吸熱されやすくなり、室外熱交換器の蒸発能力を増加させることができる。
【0016】請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、各室外送風機の間に仕切板を設けたことを特徴とする。
【0017】請求項4記載の発明では、仕切板が設けられることによって、一方の室外送風機の運転による空気の流れが、他方の室外送風機の運転による空気の流れに影響を及ぼさない。このため、各室外熱交換器の状態にあわせて、室外送風機を運転し、送風することができる。
【0018】請求項5記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、いずれかの室外熱交換器の一部が仕切板を兼ねることを特徴とする。
【0019】請求項5記載の発明では、いずれかの室外熱交換器の一部が仕切板を兼ねることによって、各室外送風機の運転による空気の流れが、他方の室外送風機の運転による空気の流れに与える影響を少なくできる。影響を及ぼさない。このため、各室外熱交換器の状態にあわせて送風することができる。また、仕切板の代わりに熱交換器とすることで、より大きな伝熱面積を得ることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【0021】図1において、1は空気調和機を示している。空気調和機1は、室外機3と3台の室内機5とによって構成されている。室外機3には、圧縮機7が備えられ、この圧縮機7の吐出管7aには、冷媒の流れを変え、冷房運転と暖房運転とを切り替える四方弁9が接続されている。
【0022】冷却運転時の冷媒の流れ(点線で示す。)に沿って配管の接続関係を説明すると、四方弁9には、室外熱交換器11aが接続され、この室外熱交換器11aには、室外熱交換器接続冷媒管12を介して、室外熱交換器11bが接続されている。室外熱交換器11a、11bは冷房運転時には、凝縮器の役割を果たしている。この室外熱交換器11bには、膨張弁13が接続され、この膨張弁13には、レシーバタンク15が接続されている。17a、17bは室外送風機である。このレシーバタンク15には、供給管19aを介して、各室内機5の室内熱交換器21が接続されている。23は室内送風機である。
【0023】室内熱交換器21には、供給管19bを介して前記四方弁9が接続され、この四方弁9には、アキュムレータ25が接続され、このアキュムレータ25には、圧縮機7の吸込管7bが接続されている。
【0024】暖房運転時の冷媒の流れ(実線で示す。)に沿って配管の接続関係を説明すると、四方弁9には、供給管19bを介して、室内熱交換器21が接続され、この室内熱交換器21には、供給管19aを介して、レシーバタンク15が接続されている。このレシーバタンク15には、膨張弁13が接続され、この膨張弁13には、室外熱交換器11bが接続されている。この室外熱交換器11bには、室外熱交換器接続冷媒管12を介して、室外熱交換器11aが接続されている。室外熱交換器11a、11bは、暖房運転時には、蒸発器の役割を果たしている。
【0025】この室外熱交換器11aには四方弁9が接続され、この四方弁9には、アキュムレータ25が接続され、このアキュムレータ25には、圧縮機7の吸込管7bが接続されている。
【0026】また、室外機3は、圧縮機7を駆動するガスエンジン27を備えている。このガスエンジン27には、エンジン冷却水を循環させる冷却水循環往路29aと冷却水循環復路29bとが接続されている。この冷却水循環往路29aには、室外熱交換器11aが接続され、この室外熱交換器11aには、室外熱交換器接続冷却水管14を介して、室外熱交換器11bが接続されている。この室外熱交換器11bには冷却水循環復路29bが接続されている。
【0027】ところで、この実施の形態では、室外機3は、図2に示すように、構成されている。図2は、室外機3を上方から示した概略図であって、室外熱交換器11a11bと室外送風機17a、17bとの位置関係を示したものである。この概略図に基づいて詳述すると、室外機3は、筐体33を有し、この筐体33には、2台の室外熱交換器11a、11bと2台の室外送風機17a、17bとが設けられている。2台の室外熱交換器11a、11bは、2台の室外送風機17a、17bを囲むようにコ字状に形成され、室外機3の筐体33の内側に当接するように設けられている。この筐体33には、図示を省略したが、開口があけられ、この開口には熱交換器11a、11bが配置されている。この熱交換器11a、11bから空気が吸い込まれ、上方に吐出されている。この室外機3の略中央には、仕切板31が設けられている。この仕切板31は一方の室外送風機の運転による空気の流れを他方の室外送風機の運転による空気の流れに影響を及ぼさないように遮断する役割を果たしている。
【0028】図中左側の室外熱交換器が室外熱交換器11aであり、図中右側の室外熱交換器が室外熱交換器11bである。室外熱交換器11aのa−a断面を図3に示し、室外熱交換器11bのb−b断面を図4に示す。
【0029】室外熱交換器11a、11bは、図3、図4に示すように冷媒管路35(白丸で示す)と冷却水管路37(黒丸で示す)とを備えている。この冷媒管路35と冷却水管路37とは、略同一の直径を備える管路で構成されており、管路の表面が伝熱面に相当している。このため、例えば、冷却水管路37の本数が多くなれば、冷却水管路37の伝熱面積の比率は大きくなり、冷却水管路37の本数が少なくなれば、冷却水管路37の伝熱面積の比率は小さくなる。
【0030】室外熱交換器11aは、図3に示すように、冷媒管路35と冷却水管路37とが12本で1縦列を構成し、一断面に4縦列備えられている。冷却水管路37は冷媒管路35に挟まれる略中央の2縦列に設けられており、一方の1縦列は、12本の管路のうち6本が冷却水管路37で構成され、他方の1縦列は、1縦列すべてが冷却水管路37で構成されている。この実施の形態では、冷却水管路37の比率は、全体の管路の37.5%であり、従来の室外熱交換器の25%より多い。すなわち、冷却水管路37の本数が多いので、冷却水管路37の伝熱面積の比率は大きくなる。
【0031】室外熱交換器11bは、図4に示すように、冷却水管路37は冷媒管路35に挟まれるように、1縦列に設けられ、12本の管路のうち6本が冷却水管路37で構成されている。この実施の形態では、冷却水管路37の比率は、全体の管路の12.5%であり、従来の室外熱交換器の25%より少ない。すなわち、冷却水管路37の本数が少ないので、冷却水管路37の伝熱面積の比率は小さくなる。
【0032】次に、この実施の形態の室外熱交換器11a、11bでの作用を説明する。
【0033】冷房運転時には、冷媒と冷却水とは、室外熱交換器11aから室外熱交換器11bに流入する。室外熱交換器11aでは、冷却水管路37の伝熱面積の比率が大きいが、冷却水、冷媒共に高温で、両者の温度差が小さいため、冷却水から冷媒への伝熱は少なく、両者は外気によって冷却される。又、冷却水管路37の伝熱面積の比率が小さい熱交換器11bでは、冷却水の熱が冷媒に伝熱されにくく、しかも冷却水の温度は低下しているので、冷媒から外気への放熱を阻害せず、従来の室外熱交換器に比べて、冷媒の温度を低下させることができ、室外熱交換器11a、11bの凝縮能力を増加させることができる。
【0034】暖房運転時には、冷媒は室外熱交換器11bから室外熱交換器11aに流入する。冷却水は室外熱交換器11aから室外熱交換器11bに流入する。室外熱交換器11aでは、冷却水管路37の伝熱面積の比率が大きいので、冷却水の多くの熱が冷媒に伝熱され、冷却水の温度は低下する。
【0035】室外熱交換器11bでは、冷却水管路37の伝熱面積の比率が小さく、冷却水の温度は低下しているので、従来の室外熱交換器に比べ、冷却水と外気温との温度差は小さくなる。そして、室外送風機17bの回転数を上昇させると、従来の室外熱交換器に比べ、冷却水と外気温度との温度差は小さいので、冷却水から外気への放熱量は少ないが、外気から冷媒への吸熱量は、室外送風機17bの回転数を上昇させているので多くなる。
【0036】室外熱交換器11aには、外気から吸熱した冷媒と、外気へ放熱する前の冷却水が流入する。このため、従来より、冷却水の温度が高く、冷却水の熱が冷媒に吸熱されやすくなり、室外熱交換器11a、11bの蒸発能力を増加させることができる。
【0037】この実施の形態では以下の効果を奏す。
【0038】室外熱交換器11a、11bの冷媒管路35と冷却水管路37との伝熱面積の比率が異なる構成にしたので、冷却水管路37の伝熱面積の比率が大きい室外熱交換器11aでは、冷却水の熱が冷媒に伝熱しやすい。冷却水管路37の伝熱面積の比率が小さい室外熱交換器11bでは、冷却水の熱が冷媒に伝熱しにくい。また、室外熱交換器11a、11bを室外熱交換器接続冷媒管12と室外熱交換器接続冷却水管14とを用いて、直列接続することによって、冷媒と冷却水とが一方の室外熱交換器11aから他方の室外熱交換器11bに流れる。このため、冷媒と冷却水とを一方の室外熱交換器11aから他方の室外熱交換器11bに流したり、冷却水を一方の室外熱交換器11aから他方の室外熱交換器11bに流し、冷媒を他方の室外熱交換器11bから一方の室外熱交換器11aに流したりすることで、冷却水の熱を効率よく冷媒に伝熱させたり、外気に放熱させたりすることができ、室外熱交換器11a、11bの凝縮能力、蒸発能力を増加させることができる。
【0039】冷房運転時において、冷却水管路37の伝熱面積の比率が大きい熱交換器11aでは、冷却水管路37の伝熱面積の比率が大きいが、冷却水、冷媒共に高温で、両者の温度差が小さいため、冷却水から冷媒への伝熱は少なく、両者は外気によって冷却される。又、冷却水管路37の伝熱面積の比率が小さい熱交換器では冷却水の熱が冷媒に伝熱されにくく、しかも冷却水の温度は低下しているので、冷媒から外気への吸熱を阻害せず、従来の室外熱交換器に比べて、冷媒の温度を低下させることができ、室外熱交換器11a、11bの凝縮能力を増加させることができる。
【0040】暖房運転時において、冷却水管路37の伝熱面積の比率が小さい熱交換器11bでは、従来の室外熱交換器に比べ、冷却水の温度は低下しており、外気温との温度差は小さい。そして、冷却水管路37の伝熱面積の比率が小さい熱交換器11bの送風機17bの回転数を上昇させると、従来の室外熱交換器に比べ、冷却水から外気への放熱量は少ないが、外気から冷媒への吸熱量は多くなる。このため、冷却水管路37の伝熱面積が大きい熱交換器11aでは、冷媒と冷却水との温度差が大きくなり、冷却水の熱が冷媒に吸熱されやすくなり、室外熱交換器11a、11bの蒸発能力を増加させることができる。
【0041】仕切板31が設けられることによって、一方の室外送風機17aの運転による空気の流れが、他方の室外送風機17bの運転による空気の流れに影響を及ぼさない。このため、各室外熱交換器11a、11bの状態にあわせて、室外送風機17a、17bを運転し、送風することができる。
【0042】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0043】例えば、図5に示すように、室外機3は、2台の室外熱交換器51a、51bと、2台の室外送風機53a、53bとを備え、一方の室外熱交換器51aの一部52が、仕切板を兼ねる構成にしてもよい。室外熱交換器51a、51bは、室外熱交換器接続冷媒管路、室外熱交換器接続冷却水管路(図示せず)とによって直列接続されている。
【0044】この場合には、いずれかの室外熱交換器51aの一部が仕切板を兼ねることによって、各室外送風機53aの運転による空気の流れが、他方の室外送風機53bの運転による空気の流れに与える影響を小さくする。このため、各室外熱交換器51a、51bの状態にあわせて送風することができる。また、仕切板55の代わりに熱交換器とすることができ、伝熱面積を大きくすることができる。前述した実施の形態と同様に室外熱交換器51a、51bの凝縮能力と蒸発能力とを増加させることができる。
【0045】また、図6に示すように、室外機3は、2台の室外熱交換器57a、57bと、2台の室外送風機59a、59bと、仕切板61とを備えており、室外熱交換器57a、57bは、室外熱交換器接続冷媒管路、室外熱交換器接続冷却水管路(図示せず)とによって直列接続されている。室外熱交換器57a、57bは、L字状に形成され、仕切板61が屈折して設けられていても同様の効果を奏す。
【0046】図7に示すように、室外機3は、4台の室外熱交換器63a、63b、63c、63dと、2台の室外送風機65a、65bと、仕切板67とを備えている。4台の室外熱交換器63a、63b、63c、63dは、この実施の形態では、室外熱交換器接続冷媒管路、室外熱交換器接続冷却水管路(図示せず)とによってすべての室外熱交換器63a、63b、63c63dが直列接続されている。この場合でも同様の効果を奏す。また、室外熱交換器63a、63b、63c、63dを、室外熱交換器63a、63bを並列接続し、室外熱交換器63c、63dを並列接続して、これら室外熱交換器63a、63bと室外熱交換器63c、63dとを直列接続するように、又は、室外熱交換器63a、63cを直列接続し、室外熱交換器63b、63dを直列接続して、これら室外熱交換器63a、63cと室外熱交換器63b、63dとを並列接続するように接続すれば、室外熱交換器63a、63b、63c、63dの凝縮能力と蒸発能力を増加させることができる。
【0047】
【発明の効果】本発明によれば、冷房運転時には、室外熱交換器の凝縮能力を増加させ、暖房運転時には、室外熱交換器の蒸発能力を増加させることができる。
【出願人】 【識別番号】000001889
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
【出願日】 平成11年7月30日(1999.7.30)
【代理人】 【識別番号】100091823
【弁理士】
【氏名又は名称】櫛渕 昌之 (外1名)
【公開番号】 特開2001−41502(P2001−41502A)
【公開日】 平成13年2月16日(2001.2.16)
【出願番号】 特願平11−216249