JP2007218529A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【課題】液冷媒の過冷却度が大きく、冷媒液管の圧力損失により膨張弁の手前でフラッシュガスが発生することがなく、膨張弁が正常に機能を果たす空気調和機を提供すること。
【解決手段】少なくとも圧縮機203と、膨張弁205と、気液接触手段を有し室内からの排気(熱源空気)と冷媒との間で熱交換する蒸発式凝縮器204と、外気(処理空気)と冷媒との間で熱交換する蒸発器206と、蒸発器206を出た外気と蒸発式凝縮器204を出た冷媒との間で熱交換して外気の再熱と冷媒の過冷却を行う過冷却器207とから構成されるヒートポンプ回路を具備してなる空気調和機200である。
【選択図】図1
【解決手段】少なくとも圧縮機203と、膨張弁205と、気液接触手段を有し室内からの排気(熱源空気)と冷媒との間で熱交換する蒸発式凝縮器204と、外気(処理空気)と冷媒との間で熱交換する蒸発器206と、蒸発器206を出た外気と蒸発式凝縮器204を出た冷媒との間で熱交換して外気の再熱と冷媒の過冷却を行う過冷却器207とから構成されるヒートポンプ回路を具備してなる空気調和機200である。
【選択図】図1
Description
本発明は、気液接触手段を用いた凝縮器を有するヒートポンプ回路を備えた空気調和機に関し、特に凝縮液冷媒の過冷却度が大きく、安定的に運転が可能な空気調和機に関するものである。
従来、室内からの排気等の熱源空気をヒートシンクとするヒートポンプ回路によって外気の負荷を処理して室内へ給気する外調機(外気調和機)等の空気調和機がある。図1はこの種の空気調和機100の概略構成図である。同図に示すように空気調和機100は、外気(処理空気)を室内に導入する外気ファン101と、室内からの排気(熱源空気)を屋外へ排気する排気ファン102と、冷媒を圧縮する圧縮機103と、圧縮された冷媒と前記排気ファン102による排気との間で熱交換する蒸発式凝縮器104と、凝縮した冷媒を減圧する膨張弁105と、減圧された冷媒と前記外気ファン101による外気との間で熱交換する蒸発器106と、蒸発器106に投入される前の外気と蒸発器106を通過した後の外気との間で主に顕熱を熱交換する顕熱交換器108とを備えて構成されている。
以上のように構成された空気調和機100において、排気ファン102によって室内から吸込まれた排気は、蒸発式凝縮器104において散布ノズル113から供給される散布水を介して冷媒と熱交換して主に潜熱を増加された後、排熱として屋外に放出される。一方、外気ファン101によって屋外から導入された外気は、顕熱交換器108の高温流体側通路を流れながら、顕熱交換器108の低温流体側通路を流れる蒸発器106通過後の外気と熱交換して、主に顕熱を削減させた後、蒸発器106に供給される。蒸発器106に供給された外気は、冷媒と熱交換して、主に潜熱を削減させた後、顕熱交換器108の低温流体側通路へ供給される。顕熱交換器108の低温流体側通路に供給された外気は、高温流体側通路を流れる蒸発器106投入前の外気と熱交換して、顕熱を増加させた後、室内へ供給される。
ここで蒸発式凝縮器104内の各流体の温度分布に着目すると、図4に示す通り、散布水の温度は入口と出口において等しく、出口の湿球温度と飽和液冷媒温度の間に存在する。冷媒の出口付近において飽和液冷媒は散布水との熱交換で過冷却されるが、両流体間の温度差は一般に3〜5℃しかなく、従って液冷媒の過冷却度は1〜2℃程度しかとることができない。そのため、蒸発式凝縮器104を出た後の冷媒液管における圧力損失により、膨張弁105の手前でフラッシュガスが発生してしまい、膨張弁105が正常に機能しなくなってしまうという問題があった。
特開2001−116287
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、液冷媒の過冷却度が大きく、従って冷媒液管の圧力損失により膨張弁の手前でフラッシュガスが発生することがなく、従って膨張弁が正常に機能を果たすことが可能な空気調和機を提供することを目的とする。
本願請求項1に記載の発明は、少なくとも圧縮機と、膨張弁と、気液接触手段を有し熱源空気と冷媒との間で熱交換して凝縮器として作用する第1熱交換器と、処理空気と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用する第2熱交換器と、第2熱交換器を出た処理空気と第1熱交換器を出た冷媒との間で熱交換して処理空気の再熱と冷媒の過冷却を行う第3熱交換器とから構成されるヒートポンプ回路を具備したことを特徴とする空気調和機にある。
本願請求項2に記載の発明は、前記第2熱交換器に投入される前の処理空気と、第3熱交換器を通過した後の処理空気との間で主に顕熱を熱交換する第4熱交換器を備えたことを特徴とする請求項1に記載の空気調和機にある。
本願請求項3に記載の発明は、前記第2熱交換器に投入される前の処理空気と、第3熱交換器を通過する前の処理空気との間で主に顕熱を熱交換する第4熱交換器を備えたことを特徴とする請求項1に記載の空気調和機にある。
本願請求項1の発明によれば、第2熱交換器を出た処理空気と第1熱交換器を出た冷媒との間で熱交換して処理空気の再熱と冷媒の過冷却を行う第3熱交換器を設けたので、冷媒が十分に過冷却され、従って冷媒液管の圧力損失があっても膨張弁の手前でフラッシュガスが発生することが無く、膨張弁が正常に機能し、空気調和機の安定的な運転が可能となる。
本願請求項2の発明によれば、第2熱交換器に投入される前の処理空気と、第3熱交換器を通過した後の処理空気との間で主に顕熱を熱交換する第4熱交換器を備えたので、第2熱交換器に投入される処理空気の顕熱が削減でき、第2熱交換器の潜熱処理能力を増加させることができる。
本願請求項3の発明によれば、第2熱交換器に投入される前の処理空気と、第3熱交換器を通過する前の処理空気との間で主に顕熱を熱交換する第4熱交換器を備えたので、第4熱交換器の低温流体側通路を流通する処理空気の温度が低下し、これによって第4熱交換器における熱交換能力を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
〔第1実施形態〕
図2は本発明の第1実施形態にかかる空気調和機200の概略構成図である。同図に示すように空気調和機200は、外気(この実施形態の場合は外気が処理空気である)を室内(被空調室内)に導入する外気ファン(処理空気ファン)201と、室内からの排気(この実施形態の場合は排気が熱源空気である)を屋外へ排気する排気ファン(熱源空気ファン)202と、冷媒を圧縮する圧縮機203と、圧縮された冷媒と前記排気ファン202による排気との間で熱交換する蒸発式凝縮器(第1熱交換器)204と、凝縮した冷媒を減圧する膨張弁205と、減圧された冷媒と前記外気ファン201による外気との間で熱交換する蒸発器(第2熱交換器)206と、蒸発式凝縮器204と膨張弁205の間に設置され、蒸発式凝縮器204において凝縮された液冷媒と蒸発器206を通過した後の外気との間で熱交換する過冷却器(第3熱交換器)207と、蒸発器206に投入される前の外気と過冷却器207を通過した後の外気との間で熱交換する顕熱交換器(第4熱交換器)208とを具備してなるヒートポンプ回路(排気ヒートシンク型ヒートポンプ回路)を備えて構成されている。
〔第1実施形態〕
図2は本発明の第1実施形態にかかる空気調和機200の概略構成図である。同図に示すように空気調和機200は、外気(この実施形態の場合は外気が処理空気である)を室内(被空調室内)に導入する外気ファン(処理空気ファン)201と、室内からの排気(この実施形態の場合は排気が熱源空気である)を屋外へ排気する排気ファン(熱源空気ファン)202と、冷媒を圧縮する圧縮機203と、圧縮された冷媒と前記排気ファン202による排気との間で熱交換する蒸発式凝縮器(第1熱交換器)204と、凝縮した冷媒を減圧する膨張弁205と、減圧された冷媒と前記外気ファン201による外気との間で熱交換する蒸発器(第2熱交換器)206と、蒸発式凝縮器204と膨張弁205の間に設置され、蒸発式凝縮器204において凝縮された液冷媒と蒸発器206を通過した後の外気との間で熱交換する過冷却器(第3熱交換器)207と、蒸発器206に投入される前の外気と過冷却器207を通過した後の外気との間で熱交換する顕熱交換器(第4熱交換器)208とを具備してなるヒートポンプ回路(排気ヒートシンク型ヒートポンプ回路)を備えて構成されている。
ここで外気ファン201は、屋外の外気が顕熱交換器208と蒸発器206と過冷却器207を介した後に室内に導入されるように接続されている。また排気ファン202は、室内の空気が蒸発式凝縮器204を介した後に屋外に排気されるように接続されている。
圧縮機203は、蒸発器206から導入された冷媒を加圧して蒸発式凝縮器204に供給するものである。なお圧縮機203及び冷媒には種々のものがあり、冷凍サイクルを構成できるものであればどのような種類のものであっても良い。圧縮機203の吸込側には冷媒の気液を分離するアキュムレータ209が、吐出側には、冷媒の流れ方向を逆転する冷媒流路切替弁(冷媒流路切替手段)210が設置されている。
蒸発式凝縮器204は気液接触手段を有する凝縮器であり、冷媒流路切替弁210によって冷媒の流れを逆転することによって蒸発器にもなる第1熱交換器である。この蒸発式凝縮器204に設置される気液接触手段は、この蒸発式凝縮器204に散布する散布水を貯蔵する散布水槽211と、貯蔵された散布水を循環させる散布水ポンプ212と、散布水ポンプ212によって送られた散布水を蒸発式凝縮器204の伝熱面全体に均一に散布する散布水ノズル213と、散布水槽211内の水位を検知するフロートスイッチ214と、フロートスイッチ214に連動して散布水槽211の水位を一定に保つように給水の供給量を制御する給水弁215と、散布水槽211内の散布水がある濃縮度に達した場合に給水の供給を持続させて散布水槽211の水位を上昇させて排水させるオーバーフロー管216と、空気調和機200の停止時や暖房サイクル時等に必要に応じて散布水槽211内の水を全て排水する全ブロー弁217とを具備して構成されている。散布水の濃縮度の測定は、例えば導電率センサによって散布水の導電率を測定することで行ったり、散布水の濃縮倍数を制御すること(例えば特開平11−63858号公報参照)等の各種濃度測定手段によって行なう。なおこの気液接触手段の構造に種々の変形が可能であることはいうまでもない。そしてこの蒸発式凝縮器204において冷媒から排気へ放出される熱量は、顕熱としては排気の温度を上昇させ、潜熱としては排気の絶対湿度を上昇させ、排気ファン202によって屋外へ排出される。
膨張弁205は絞りを具備して構成されており、前記過冷却器207によって過冷却された液冷媒を減圧する。膨張弁205の直前には受液器218が設置され、また冷媒の流れ方向が逆転しても過冷却器207と受液器218と膨張弁205への冷媒の流れ方向が変化しないようにその流れを切り替える複数の逆止弁219が設置されている。
蒸発器206は、冷媒流路切替弁210によって冷媒の流れを逆転することによって凝縮器にもなる第2熱交換器である。
過冷却器207は第3熱交換器であり、蒸発器206を通過した後の外気と蒸発式凝縮器204を通過した後の液冷媒との間で熱交換を行う。これにより蒸発式凝縮器204を出た液冷媒はさらに過冷却され、膨張弁205の入口においてフラッシュガスが発生することがないので膨張弁205が安定的に機能し、冷凍サイクルの運転状態を安定的にするとともに冷凍効果を増大させて冷凍能力と成績係数を向上させることができる。
顕熱交換器208は第4熱交換器であり、その内部が高温流体側通路(処理前外気流路)と低温流体側通路(処理後外気流路)に隔壁で仕切られており、蒸発器206に投入される前の温度の高い外気は高温流体側通路を流通し、過冷却器207通過後の温度の低い外気は低温流体側通路を流通し、両者は隔壁を通じて主に顕熱の熱交換を行う。これにより、高温流体側通路を流通する外気は温度を下げて顕熱負荷を削減した後に蒸発器206に投入される。従って、蒸発器206において冷媒が外気から除去する負荷熱量における顕熱負荷の割合が削減し、その分潜熱負荷の割合が増加する。なお顕熱交換器208の構造変更は自由であって静止型や回転式等の公知の各種の顕熱交換器を用いても良い。
また、顕熱交換器208の高温流体側通路の入口には第1ダンパ220が設置され、第1ダンパ220の入口と顕熱交換器208の高温流体側通路の出口を連絡するバイパス流路上には第2ダンパ221が設置されていて、通常は第1ダンパ220を開いて第2ダンパ221を閉じて高温流体側通路を流通する温度の高い外気と低温流体側通路を流通する温度の低い外気の間で熱交換が行なわれるが、第1ダンパ220を閉じて第2ダンパ221を開くと温度の高い外気は顕熱交換器208をバイパスして顕熱交換器208における熱交換を停止するように切替が可能になっている。
以上のような空気調和機200において、排気ファン202によって室内から吸い込まれた排気は、蒸発式凝縮器204において散布水を介して冷媒と熱交換して主に潜熱を増加させた後、排熱として屋外に放出される。
一方外気ファン201によって屋外から導入された外気は、顕熱交換器208の高温流体側通路を流れながら、顕熱交換器208の低温流体側通路を流れる過冷却器207通過後の外気と熱交換して、主に顕熱を削減させた後、蒸発器206に供給される。蒸発器206に供給された外気は、冷媒と熱交換して、主に潜熱を削減させた後、過冷却器207へ供給される。過冷却器207に供給された外気は、蒸発式凝縮器204を通過した後の液冷媒と熱交換して顕熱を増加させた後、顕熱交換器208の低温流体側通路に供給される。顕熱交換器208の低温流体側通路に供給された外気は、高温流体側通路を流れる蒸発器206投入前の外気と熱交換して、顕熱を増加させた後、室内へ供給される。
このようにこの空気調和機200によれば、外気の顕熱負荷についても、潜熱負荷についても十分に除去することが可能である。これは蒸発式凝縮器204を使用する場合は、ヒートシンクとなる排気は顕熱と潜熱の形態で熱搬送でき、冷媒が排気へ放出できる熱量が大きく、従って蒸発器206で冷媒が外気から除去できる負荷熱量が大きいからである。またこの空気調和機200は顕熱交換器208を用いて蒸発器206に投入される外気の顕熱負荷を削減するように構成しているので、蒸発器206で外気から除去する負荷熱量に占める潜熱負荷の割合を増大させることができ、外気負荷のような、顕熱負荷に比べて潜熱負荷の割合が大きい負荷形態にも十分対応できる。
そして本実施形態にかかる空気調和機200によれば、過冷却器207を設けたので、過冷却器207において冷媒は蒸発器206通過後の外気と熱交換して十分に過冷却される。従って、冷媒液管の圧力損失があっても膨張弁205の手前でフラッシュガスの発生が無く、従って安定的な運転が可能となる。
また蒸発器206を出た外気が過冷却器207において顕熱を増加させてしまうが、冷凍サイクルとしては過冷却の効果により冷凍能力と成績係数が向上するので、過冷却器207における外気の顕熱増加分はほぼ相殺される。
なおこの空気調和機200を排気ヒートソース型ヒートポンプ回路として使用する場合は、前記冷媒流路切替弁210を切り替えることで冷媒の流れ方向を逆転し、同時に前記蒸発式凝縮器204の気液接触手段である散布水ポンプ212等を停止すれば良い。これによって第1熱交換器である蒸発式凝縮器204は排気ファン202による排気と冷媒との間で熱交換する蒸発器として作用し、第2熱交換器である蒸発器206は外気ファン201による外気と冷媒との間で熱交換する凝縮器として作用し、排気をヒートソースとする排気ヒートソース型ヒートポンプ回路が構成される。
〔第2実施形態〕
図3は本発明の第2実施形態にかかる空気調和機200−2の概略構成図である。同図に示す空気調和機200−2において、前記図2に示す第1実施形態の空気調和機200と同一部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図2に示す実施形態と同じである。
図3は本発明の第2実施形態にかかる空気調和機200−2の概略構成図である。同図に示す空気調和機200−2において、前記図2に示す第1実施形態の空気調和機200と同一部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図2に示す実施形態と同じである。
同図に示す空気調和機200−2においても、前記空気調和機200と同様に、外気(処理空気)を室内(被空調室内)に導入する外気ファン(処理空気ファン)201と、室内からの排気(熱源空気)を屋外へ排気する排気ファン(熱源空気ファン)202と、冷媒を圧縮する圧縮機203と、圧縮された冷媒と前記排気ファン202による排気との間で熱交換する蒸発式凝縮器(第1熱交換器)204と、凝縮した冷媒を減圧する膨張弁205と、減圧された冷媒と前記外気ファン201による外気との間で熱交換する蒸発器(第2熱交換器)206と、蒸発式凝縮器204と膨張弁205の間に設置される過冷却器(第3熱交換器)207と、蒸発器206に投入される前の外気と蒸発器206を通過した後の外気との間で熱交換する顕熱交換器(第4熱交換器)208とを具備してなるヒートポンプ回路(排気ヒートシンク型ヒートポンプ回路)を備えて構成されている。
そしてこの空気調和機200−2において前記第1実施形態にかかる空気調和機200と相違する点は、顕熱交換器208の高温流体側通路の入口に第1ダンパ320を設置し、第1ダンパ320の入口と低温流体側通路の入口を連絡するバイパス流路上に第3ダンパ322を設置し、低温流体側通路の出口に第2ダンパ321を設置し、第2ダンパ321の出口と高温流体側通路の出口を連絡するバイパス流路上に第4ダンパ323を設置している点と、過冷却器207が、顕熱交換器208の低温流体側通路を通過した後の外気と蒸発式凝縮器204を通過した後の液冷媒との間で熱交換が行なわれるように配置されている点とである。
そして第1ダンパ320と第2ダンパ321を開いて第3ダンパ322と第4ダンパ323を閉じると、顕熱交換器208の高温流体側通路を流れる温度の高い外気と、低温流体側通路を流通する温度の低い外気との間で熱交換が行なわれ、一方第1ダンパ320と第2ダンパ321を閉じ、第3ダンパ322と第4ダンパ323を開くと、外気は顕熱交換器308をバイパスして熱交換が行なわれないように切り替えることができる。この切り替えによって蒸発器206を流通する外気の流れ方向が逆転するが、空気調和機200−2の構造上の外気の流路を簡素化することができる。
そして本実施形態にかかる空気調和機200−2の場合も、過冷却器207を設けたので、過冷却器207において冷媒は蒸発器206通過後の外気と熱交換して十分に過冷却される。従って、冷媒液管の圧力損失があっても膨張弁205の手前でフラッシュガスの発生が無く、従って安定的な運転が可能となる。
同時に本実施形態にかかる空気調和機200−2の場合は、上述のように過冷却器207を、顕熱交換器208の低温流体側通路を通過した後の外気と蒸発式凝縮器204を通過した後の液冷媒との間で熱交換が行なわれるように配置したので(言い換えれば、顕熱交換器208は、蒸発器206に投入される前の外気と、過冷却器207を通過する前の外気との間で主に顕熱を熱交換するので)、顕熱交換器208の低温流体側通路を流れる外気の温度を第1実施形態に比べてより低下でき、顕熱交換器208における熱交換能力を向上させることができる。
200 空気調和機
201 外気ファン(処理空気ファン)
202 排気ファン(熱源空気ファン)
203 圧縮機
204 蒸発式凝縮器(第1熱交換器)
205 膨張弁
206 蒸発器(第2熱交換器)
207 過冷却器(第3熱交換器)
208 顕熱交換器(第4熱交換器)
209 アキュムレータ
210 冷媒流路切替弁(冷媒流路切替手段)
211 散布水槽(気液接触手段)
212 散布水ポンプ(気液接触手段)
213 散布水ノズル(気液接触手段)
214 フロートスイッチ(気液接触手段)
215 給水弁(気液接触手段)
216 オーバーフロー管(気液接触手段)
217 全ブロー弁(気液接触手段)
218 受液器
219 逆止弁
220 第1ダンパ
221 第2ダンパ
200−2 空気調和機
320 第1ダンパ
321 第2ダンパ
322 第3ダンパ
323 第4ダンパ
201 外気ファン(処理空気ファン)
202 排気ファン(熱源空気ファン)
203 圧縮機
204 蒸発式凝縮器(第1熱交換器)
205 膨張弁
206 蒸発器(第2熱交換器)
207 過冷却器(第3熱交換器)
208 顕熱交換器(第4熱交換器)
209 アキュムレータ
210 冷媒流路切替弁(冷媒流路切替手段)
211 散布水槽(気液接触手段)
212 散布水ポンプ(気液接触手段)
213 散布水ノズル(気液接触手段)
214 フロートスイッチ(気液接触手段)
215 給水弁(気液接触手段)
216 オーバーフロー管(気液接触手段)
217 全ブロー弁(気液接触手段)
218 受液器
219 逆止弁
220 第1ダンパ
221 第2ダンパ
200−2 空気調和機
320 第1ダンパ
321 第2ダンパ
322 第3ダンパ
323 第4ダンパ
Claims (3)
- 少なくとも圧縮機と、膨張弁と、気液接触手段を有し熱源空気と冷媒との間で熱交換して凝縮器として作用する第1熱交換器と、処理空気と冷媒との間で熱交換して蒸発器として作用する第2熱交換器と、第2熱交換器を出た処理空気と第1熱交換器を出た冷媒との間で熱交換して処理空気の再熱と冷媒の過冷却を行う第3熱交換器とから構成されるヒートポンプ回路を具備したことを特徴とする空気調和機。
- 前記第2熱交換器に投入される前の処理空気と、第3熱交換器を通過した後の処理空気との間で主に顕熱を熱交換する第4熱交換器を備えたことを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
- 前記第2熱交換器に投入される前の処理空気と、第3熱交換器を通過する前の処理空気との間で主に顕熱を熱交換する第4熱交換器を備えたことを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110608499A (zh) * | 2019-10-15 | 2019-12-24 | 珠海格力电器股份有限公司 | 储能式新风***及其控制方法 |
CN111867333A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-30 | 广东日出东方空气能有限公司 | 空气源热泵的变频驱动器的散热结构 |
-
2006
- 2006-02-17 JP JP2006041029A patent/JP2007218529A/ja active Pending
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CN111867333A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-30 | 广东日出东方空气能有限公司 | 空气源热泵的变频驱动器的散热结构 |
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