JP2003083624A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
機では、熱交換器ユニットへ流れる冷媒量を内側に位置
する熱交換器に合わせて設定すると、外側の空気側熱交
換器にとっては冷媒供給不足状態となり、逆に、流れる
冷媒量を外側の熱交換器に合わせて設定すると、内側の
空気側熱交換器にとっては冷媒供給過多状態になり、熱
効率が悪くなり、狙いの設計性能を実現できないという
問題があった。 【解決手段】 熱交換器をW字形状に配置した熱交換ユ
ニットの内側に配置される熱交換器2a、2bの冷媒入
口側配管3c、3dに、流れる冷媒の流量を調整する冷
媒流量調整装置6a、6bを設けた。
Description
空気側熱交換器を流れる風量に見合う適正な冷媒量を各
空気側熱交換器へ供給して、各空気側熱交換器の熱交換
特性を有効に利用するための技術に関するものである。
であり、図9はその断面図である。なお、図9におい
て、太い矢印は風の流れを、細い矢印は冷媒配管におけ
る冷媒の流れを示す。図9の空気調和機では、空気側熱
交換器101a、101bが外側に、空気側熱交換器1
01a、101bの下辺で近接され、上辺で離間した空
気側熱交換器102a、102bが内側に位置させるこ
とで、4枚の空気側熱交換器を逆M字形に配置させてい
る。また、膨張弁と接続された第1の冷媒入口配管10
3aが、第2の冷媒入口配管103bの中間部に接続
し、この第1の冷媒入口配管103bの一方の端部は、
第3の冷媒入口配管103cの中間部に、他方の端部
は、第4の冷媒入口配管103dの中間部に接続してい
る。さらに、この第3の冷媒入口配管103cの両端部
は、空気側熱交換器101aおよび空気側熱交換器10
2aに接続し、第4の冷媒入口配管103dの両端部
は、空気側熱交換器101bおよび空気側熱交換器10
2bに接続している。
に、圧縮機と接続された第1の冷媒出口配管104a
が、第2の冷媒出口配管104bの中間部に接続し、こ
の第1の冷媒出口配管104bの一方の端部は、第3の
冷媒出口配管104cの中間部に、他方の端部は、第4
の冷媒出口配管104dの中間部に接続している。さら
に、この第3の冷媒出口配管104cの両端部は、空気
側熱交換器101aおよび空気側熱交換器102aに接
続し、第4の冷媒出口配管104dの両端部は、空気側
熱交換器101bおよび空気側熱交換器102bに接続
している。さらに、空気側熱交換器102aと空気側熱
交換器102bとの上部には、送風機105a、105
bが配置されている。
に配置された空気側熱交換器101a及び101b、内
側に配置された空気側熱交換器102a及び102bが
共に蒸発器として利用されるものとする。図9におい
て、膨張弁にて二相ガスとなった冷媒は、空気側熱交換
器へ入る側の冷媒入口配管103a〜103dを通り、
空気側熱交換器101a、101b、102a、102
bへ流れ込む。ここで、送風機105a及び105bに
より、空気(外気)と空気側熱交換器を流れる冷媒とが
熱交換を行い、空気(外気)から吸熱することにより、
冷媒は蒸発して空気側熱交換器を出る側の冷媒出口配管
104a〜104dを通って圧縮機に戻ることになる。
一般的にビルの屋上に設置されるが、近年、インテリジ
ェントビル化に伴う空調負荷の増加により、同じ屋上等
の据付面積に従来よりも多くの空気調和機を設置する必
要や、屋上を駐車場等に有効利用するためのスペースを
確保する必要から、空気調和機のコンパクト化及び集中
設置化が要求されている。この内、コンパクト化につい
ては各空気調和機メーカが開発を推進しているが、集中
設置化については、図9に示す空気調和機の構造の場
合、外側に配置された空気側熱交換器101a、101
bが垂直に取付けられているため、例えば、3台を設置
する場合には、外側の空気側熱交換器101a及び10
1bへの空気の吸込み流れを確保するため、図10に示
すように各空気調和機間を一定距離だけ離す必要があっ
た。通常、冷却能力300kWクラスの装置の場合、装
置間を2〜3m程度確保する必要がある。
空気側熱交換器101a、101b、102a、102
bがW字型に配置された空気調和機を用い、図12に示
すように設置する方法が考えられる。しかし、図11の
構成では、空気調和機の内側に配置された空気側熱交換
器102a及び102bへ流れ込む気流は空気調和機下
部の配管や圧縮機が有る個所や空気調和機側面の狭い吸
入口を通るために、外側に配置された空気側熱交換器1
01a及び101bへの風路抵抗と比べると、内側に配
置された空気側熱交換器102a及び102bへの風路
抵抗は大きくなる。
の冷媒が流れ込むため、流れる冷媒量を内側に位置する
熱交換器102a及び102bに合わせて設定すると、
外側の空気側熱交換器101a及び101bにとっては
冷媒供給不足状態となり、空気側熱交換器出口の冷媒状
態は過熱度が大きな乾きガス状態となる。また、逆に、
流れる冷媒量を外側の熱交換器101a及び101bに
合わせて設定すると、内側の空気側熱交換器102a及
び102bにとっては冷媒供給過多状態となり、空気と
十分な熱交換が行われず蒸発温度が低下し、空気側熱交
換器出口の冷媒状態が湿りガス状態となるために液バッ
ク現象が発生しやすい。このように、空気調和機として
は蒸発器となる空気側熱交換器が有効に利用されず、狙
いの設計性能を実現できないという問題があった。ま
た、低温外気下の運転においては、内側の熱交換器を通
る風量が不足するために内側の空気側熱交換器の蒸発温
度が低くなり着霜しやすく、このために30分から1時
間程度の間隔で頻繁に除霜運転となり、暖房運転の妨げ
となっていた。
む風量を可能な限り均等にするための方法が、特開平1
0−170030号公報に記載されている。図13は、
特開平10−170030号公報に記載された空気調和
機の外観図であり、4枚の空気側熱交換器101a、1
01b、102a、102bをW字状に配置し、さら
に、上下方向で不均一となる空気側熱交換器に流れ込む
風速分布を是正し、均一化を図る目的で、カバー106
a及び106bと外気導入路に設けられた隔壁107,
108,109を取り付けている。しかし、このように
抵抗を設けて外側に流れ込む風量を抑制し、風量を内側
と均等にする方法では、空気側熱交換器全体への総風量
が低下し、空気側熱交換器の性能低下に繋がる。また、
内部に隔壁を設けるため、コスト面で不利になるという
欠点があった。
ためになされたもので、各空気側熱交換器の風量のバラ
ツキによる性能低下を解消できるとともに、安価に実現
できる空気調和機を提供することを目的とする。
機は、熱交換器をW字状に配置した熱交換ユニットの内
側に配置される熱交換器の冷媒入口側配管に、流れる冷
媒の流量を調整する冷媒流量調整装置を設けた。
固定とした。
器の冷媒出口配管に設けられた温度センサーと、この温
度センサーにより検出された温度データを基に流量調整
装置の冷媒流量を制御する制御装置とを有するものとし
た。
器の冷媒出口配管に設けられた温度センサー及び圧力セ
ンサーと、この温度センサーにより検出された温度デー
タ及び圧力センサーより検出された圧力データを基に冷
媒流量調整装置の冷媒流量を制御する制御装置とを有す
るものとした。
換器をW字状に配置した熱交換ユニットの外側に位置す
る熱交換器の上辺から送風機の回転軸までの距離は、内
側に位置する熱交換器の上辺から送風機の回転軸までの
距離よりも長いものとした。
実施の形態1を図により説明する。図1は実施の形態1
の空気調和機を示す外観図であり、図2は、空気側熱交
換器に対して垂直な切断面による、空気調和機の断面図
である。図2において、空気側熱交換器1a、1bが外
側に、空気側熱交換器1a、1bの下辺と接続された空
気側熱交換器2a、2bが内側に位置させることで、4
枚の空気側熱交換器をW字形状に配置させている。ま
た、膨張弁と接続された第1の冷媒入口配管3aが、第
2の冷媒入口配管3bの中間部に接続し、この第2の冷
媒入口配管3bの一方の端部は、第3の冷媒入口配管3
cの中間部に、他方の端部は第4の冷媒入口配管3dの
中間部に接続されている。さらに、この第3の冷媒入口
配管3cの両端部は、空気側熱交換器1a及び空気側熱
交換器2aに接続し、第4の冷媒入口配管3dの両端部
は、空気側熱交換器1b及び空気側熱交換器2bに接続
している。
に圧縮機と接続された第1の冷媒出口配管4aが、第2
の冷媒出口配管4bの中間部に接続し、この第1の冷媒
出口配管4bの一方の端部は、第3の冷媒出口配管4c
の中間部に、他方の端部は、第4の冷媒出口配管4dの
中間部に接続している。さらに、この第3の冷媒出口配
管4cの両端部は、空気側熱交換器1a及び空気側熱交
換器2aに接続し、第4の冷媒出口配管4dの両端部
は、空気側熱交換器1b及び空気側熱交換器2bに接続
している。さらに、空気側熱交換器2aと空気側熱交換
器1aとで囲まれる空間の上部には、送風機5aが配置
され、空気側熱交換器2bと空気側熱交換器1bとで囲
まれる空間の上部には、送風機5bが配置されている。
また、第3の冷媒入口配管3cで、第2の冷媒入口配管
3bとの接続部よりも空気側熱交換器2a側と、第4の
冷媒入口配管3dで、第2の冷媒入口配管3bとの接続
部よりも空気側熱交換器2b側とに、それぞれ絞り量固
定の絞り抵抗6a、6bが設けられている。
の流れについて、図3の冷媒配管系統図に基づいて説明
する。なお、ここでは、対象とする空気側熱交換器1
a、1b、2a、2bを蒸発器として利用するものとす
る。図3において、膨張弁にて二相ガスとなった冷媒
は、空気側熱交換器へ入る側の冷媒入口配管3a〜3d
を通り、かつ内側の空気側熱交換器2a、2bにおいて
は絞り抵抗6a、6bを通り、空気側熱交換器1a、1
b、2a、2bへ流れ込む。送風機5a及び5bにより
空気が送られ、空気側熱交換器を通過することで、空気
(外気)と空気側熱交換器を流れる冷媒とが熱交換を行
い、空気(外気)から吸熱することにより、冷媒は蒸発
して空気側熱交換器を出る側の冷媒出口配管4a〜4d
を通って圧縮機に戻ることになる。
1bの外側は全面が開放(筐体の仕切りがなく、外気に
さらされている)されているので、ここから空気を通す
ことができるのに対して、内側の空気側熱交換器2a、
2bへは、空気側熱交換器の下部に開放された空間(図
1の)、空気側熱交換器に対して垂直となる筐体の壁
の隙間(図1の)からしか空気を通すことができない
ので、外側の空気側熱交換器1a及び1bを流れる風量
を100%とすると、内側の空気側熱交換器2a及び2
bを流れる風量比は60〜70%となってしまう。しか
し、絞り量固定の絞り抵抗6a及び6bによって、内側
の空気側熱交換器2a及び2bに流れる冷媒量を外側の
空気側熱交換器1a及び1bに流れる冷媒量の60〜7
0%に調整することにより、各空気側熱交換器の熱交換
特性を有効に利用することができる。つまり、風が多く
流れる空気側熱交換器には多くの冷媒を流し、風が少な
く流れる空気側熱交換器には少ない冷媒を流すことによ
り、各空気側熱交換器から出た冷媒の状態を同等となる
ように冷媒を制御するわけである。
a及び2bに流れる冷媒量を調整しない場合と調整した
場合との比較を示す比較図である。図4からも分かるよ
うに、この方式を採用したことにより、空気側熱交換器
1a、1b、2a、2bにより構成されるW字状の熱交
換器ユニット全体の熱交換の効率が良くなるので、内側
に配置した熱交換器2a及び2bに流れる冷媒量を調整
しない場合と比較して、空気調和機の能力は約5%向上
増加する。また、低温外気下の運転においては、空気側
熱交換器2a及び2bの蒸発温度の低下を防止できるの
で、除霜間隔は約2時間に延長されることが試験より判
明した。
した絞り抵抗であるので、従来の空気調和機に固定絞り
の追加だけで済み、安価に改良できる。
b、2a、2bを蒸発器として利用する場合について説
明したが、これらの空気側熱交換器を凝縮器として利用
する場合にも、同様のことが言える。
調和機を示す冷媒配管系統図であり、図3に示す空気調
和機において、第3の冷媒入口配管3cで、第2の冷媒
入口配管3bとの接続部よりも空気側熱交換器2a側
と、第3の冷媒入口配管3dで、第2の冷媒入口配管3
bとの接続部よりも空気側熱交換器2b側とに、それぞ
れ流量可変な冷媒流量調整装置7a、7bを設け、第3
の冷媒出口配管4cで、第2の冷媒出口配管4bとの接
続部よりも空気熱交換器1a側、及び空気側熱交換器2
a側と、第4の冷媒出口配管4dで、第2の冷媒出口配
管4bとの接続部よりも空気熱交換器1b側、及び空気
側熱交換器2b側とに、それぞれ温度センサー8a〜8
dを設け、この温度センサーの検出値に基づき、制御装
置9が冷媒流量調整装置7a、7bの開度を調整するよ
うにしたものである。なお、図5中、図3に示すものと
同様の構成、及び相当する構成には同一の符号を付し、
説明を省略する。
象とする空気側熱交換器1a、1b、2a、2bを蒸発
器として利用するものとする。図5における冷媒の流れ
に関しては、前述の実施の形態1を示す図3と同様であ
るので、説明を省略する。
口配管4dに設けられた温度センサー8a〜8dにより
冷媒の冷媒出口温度が検出され、制御装置9に送られ
る。制御装置9では、各温度センサーが検出する冷媒出
口温度が等しくなるように冷媒流量調整装置7a、7b
の開度を調整する。すなわち、温度センサー8aで検出
された温度が温度センサー8bで検出された温度よりも
高い場合には、制御装置9は温度を下げるために冷媒流
量調整装置7aの開度を大きくして空気側熱交換器2a
に流れる冷媒の流量を多くする。また逆に、温度センサ
ー8aで検出された温度が温度センサー8bで検出され
た温度よりも低い場合には、制御装置9は温度を上げる
ために冷媒流量調整装置7aの開度を小さくして空気側
熱交換器2aに流れる冷媒の流量を少なくする。
設置環境の状況に影響を受け、常に設計通りの風量が得
られる訳ではない。しかし、図5の空気調和機では、状
況に応じて冷媒流量を調整することができ、より効率が
良い運転を行うことができる。なお、ここでは、空気側
熱交換器1a、1b、2a、2bを蒸発器として利用す
る場合について説明したが、これらの空気側熱交換器を
凝縮器として利用する場合にも、同様のことが言える。
熱交換器1a、1bと、内側に位置する空気側熱交換器
2a、2bの冷媒出口温度を検出したが、空気側熱交換
器1aと空気側熱交換器1bを通過する風量がほぼ同じ
であり、空気側熱交換器2aと空気側熱交換器2bを通
過する風量がほぼ同じであるならば例えば空気側熱交換
器1aと空気側熱交換器2aの冷媒出口温度により、冷
媒流量調整装置7a及び冷媒流量調整装置7bの開度を
調整するようにしても良い。
調和機を示す冷媒配管系統図であり、図5に示す空気調
和機において、第1の冷媒出口配管4aに圧力センサー
10を設け、温度センサー8a〜8dでの検出値と、圧
力センサー10での検出値に基づき、制御装置9が冷媒
流量調整装置7a、7bの開度を調整するようにしたも
のである。なお、図6中、図5に示すものと同様の構
成、及び相当する構成には同一の符号を付し、説明を省
略する。
象とする空気側熱交換器1a、1b、2a、2bを蒸発
器として利用するものとする。図6における冷媒の流れ
に関しては、前述の実施の形態2を示す図5と同様であ
るので、説明を省略する。
口配管4dに設けられた温度センサー8a〜8dによ
り、冷媒の冷媒出口温度が、第1の冷媒出口配管4aに
設けられた圧力センサー10より冷媒の低圧圧力が検出
され、制御装置9に送られる。制御装置9では、検出さ
れた各空気側熱交換器からの冷媒出口温度と低圧圧力か
ら、各空気側熱交換器出口における冷媒過熱度を求め、
これらの冷媒過熱度を比較し、各空気側熱交換器出口の
冷媒過熱度が均等になるように冷媒流量調整装置7a及
び7bの開度を調整する。すなわち、空気熱交換器2a
の冷媒出口の冷媒過熱度が空気側熱交換器1aの冷媒出
口の冷媒過熱度よりも高い場合には、制御装置9は過熱
度を下げるために冷媒流量調整装置7aの開度を大きく
して熱交換器2aに流れる冷媒の流量を多くする。ま
た、逆に、空気側熱交換器2aの冷媒出口の冷媒過熱度
が空気側熱交換器1aの冷媒出口の冷媒過熱度よりも低
い場合には、制御装置9は過熱度を上げるために冷媒流
量調整装置7aの開度を小さくして空気側熱交換器2a
に流れる冷媒の流量を少なくする。
媒過熱度を求めて冷媒流量調整装置7a、7bの開度を
制御するので、冷媒出口温度のみによる制御よりも確実
に、運転条件が変化しても効率の高い運転を続けること
ができる。なお、ここでは、空気側熱交換器1a、1
b、2a、2bを蒸発器として利用する場合について説
明したが、これらの空気側熱交換器を凝縮器として利用
する場合にも、同様のことが言える。
調和機を示す断面図である。図7において、空気側熱交
換器1a、1bが外側に、空気側熱交換器2a、2bが
内側に位置させることで、4枚の熱交換器をW字状に配
置させている。また、空気側熱交換器2aと空気側熱交
換器1aとで囲まれる空間の上部には、送風機15aが
配置され、空気側熱交換器2bと空気側熱交換器1bと
で囲まれる空間の上部には、送風機15bが配置されて
いるが、この送風機15a及び送風機15bは、内側の
空気側熱交換器2a、2bによっている。具体的には、
送風機15aの中心と熱交換器2aの上端部との距離
と、送風機15aの中心と熱交換器1aの上端部との距
離との距離の比が4:6になるように送風機15aは位
置し、送風機15bの中心と熱交換器2bの上端部との
距離と、送風機15bの中心と熱交換器1bの上端部と
の距離との距離の比が4:6になるように送風機15b
は位置している。
空気側熱交換器1a、1bに対する内側に配置された空
気側熱交換器2a、2bへの風量の比率を増やすことが
でき、風量の偏りを減少させることができる。
ているので、以下に示すような効果を奏する。この発明
に係わる空気調和機は、熱交換器をW字形状に配置した
熱交換ユニットの内側に配置される熱交換器の冷媒入口
側配管に、流れる冷媒の流量を調整する冷媒流量調整装
置を設けたので、風が多く流れる空気側熱交換器には多
くの冷媒を流し、風が少なく流れる空気側熱交換器には
少ない冷媒を流すことにより、各空気側熱交換器を出る
側の冷媒の状態を同等にできる。その結果として、各空
気側熱交換器が有効利用され、装置全体の能力が改善さ
れる。また、風が少なく流れる空気側熱交換器の着霜の
偏りも改善され、除霜時間間隔が延長される。
固定としたので、従来の空気調和機に固定絞りだけの追
加で済むため、安価である。
換器の冷媒出口配管に設けられた温度センサーと、この
温度センサーにより検出された温度データを基に流量調
整装置の冷媒流量を制御する制御装置とを有するものと
したので、運転条件が変化により冷媒出口温度が変化し
ても、冷媒流量調整装置の絞り量の制御により装置全体
の能力改善を保持できる。
換器の冷媒出口配管に設けられた温度センサー及び圧力
センサーと、この温度センサーにより検出された温度デ
ータ及び圧力センサーより検出された圧力データを基に
冷媒流量調整装置の冷媒流量を制御する制御装置とを有
するものとしたので、温度データのみによる制御よりも
より確実に、運転条件が変化に対して装置全体の能力改
善を保持できる。
換器をW字形状に配置した熱交換ユニットの外側に位置
する熱交換器の上辺から送風機の回転軸までの距離は、
内側に位置する熱交換器の上辺から送風機の回転軸まで
の距離よりも長いものとしたので、W字形状の外側に配
置された熱交換器に対する内側に配置された熱交換器へ
の風量の比率を増やすことができる。
外観図。
冷媒配管系統図。
冷媒配管系統図。
冷媒配管系統図。
冷媒配管系統図。
型に配置)の外観図。
型に配置)の断面図。
字型に配置)3台の設置例。
型に配置)の断面図。
型に配置)3台の設置例。
れた別の従来の空気調和機。
2b 内側に配置された空気側熱交換器、 3a〜3d
冷媒入口配管、 4a〜4d 冷媒出口配管、 5
a,5b 送風機 、 6a,6b 固定絞り 、 7
a,7b 冷媒流量調整装置 8a〜8d 温度センサ
ー 、 9 制御装置、 10 圧力センサー。
Claims (5)
- 【請求項1】 前後に配置した2枚の熱交換器を互いに
その下辺を近接させ、上辺を離間させて組み合わせたV
字状の熱交換器ユニットを2列配置して構成されたW字
状の熱交換器ユニットと、前記W字状の熱交換器ユニッ
トの上部に配置された送風機とを備えた空気調和機にお
いて、W字形状の内側に配置された熱交換器の冷媒入口
配管に、流れる冷媒の流量を調整する冷媒流量調整装置
を設けたことを特徴とする空気調和機。 - 【請求項2】 冷媒流量調整装置は絞り量固定であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 - 【請求項3】 W字状の内側に配置された熱交換器の冷
媒出口配管に設けられた温度センサーと、前記温度セン
サーにより検出された温度データを基に前記冷媒流量調
整装置の冷媒流量を制御する制御装置とを有することを
特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 - 【請求項4】 W字状の内側に配置された熱交換器の冷
媒出口配管に設けられた温度センサー及び圧力センサー
と、前記温度センサーにより検出された温度データ及び
前記圧力センサーより検出された圧力データを基に前記
冷媒流量調整装置の冷媒流量を制御する制御装置とを有
することを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。 - 【請求項5】 前後に配置した2枚の熱交換器を互いに
その下辺を近接させ、上辺を離間させて組み合わせたV
字状の熱交換器ユニットを2列配置して構成されたW字
状の熱交換器ユニットと、前記V字状の熱交換器ユニッ
トの上部にそれぞれ配置された2個の送風機とを備えた
空気調和機であって、前記V字状の熱交換器ユニットの
うち、W字状に配置した時に外側に位置する熱交換器の
上辺から前記送風機の回転軸までの距離は、内側に位置
する熱交換器の上辺から前記送風機の回転軸までの距離
よりも長いことを特徴とする空気調和機。
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