JP3223821B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中間圧のガス冷媒
を圧縮機にインジェクションさせる空気調和装置に関
し、特に、蒸発能力の向上に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気調和装置の能力向上や成
績係数の向上等を目的に、中間圧のガス冷媒を圧縮機に
インジェクションさせる空気調和装置が知られている。
この種の空気調和装置として、例えば、特開平４−２０
７４９号公報に開示されている装置がある。

【０００３】図６に示すように、上記公報に開示された
空気調和装置は、圧縮機(a)、凝縮器(b)、膨張弁(c)、
気液分離器(d)、キャピラリーチューブ(e)、及び蒸発器
(f)が順に接続された冷媒回路に、気液分離器(d)と圧縮
機(a)とをつなぐガスインジェクション用配管(g)が設け
られて構成されている。この空気調和装置では、更に、
キャピラリーチューブ(e)及び蒸発器(f)と並列に、気液
分離器(d)内の液冷媒を分流する配管(h)が設けられてい
る。この配管(h)には、減圧装置(i)と熱交換器(j)が備
えられている。

【０００４】上記空気調和装置では、気液分離器(d)で
分離された中間圧の液冷媒の一部を分流し、減圧装置
(i)で減圧して低温低圧の冷媒にしている。そして、熱
交換器(j)において、この低温の冷媒で、キャピラリー
チューブ(e)に流入する中間圧の液冷媒を冷却してい
る。

【０００５】そのため、蒸発器(f)に流入する冷媒のエ
ンタルピは減少し、蒸発器(f)において冷媒のエンタル
ピの変化量を大きくすることができる。その結果、蒸発
器(f)の能力を一定とした場合、蒸発器(f)に流入する冷
媒の量を少なくすることができ、圧力損失が低減する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記空気調
和装置では、上述したように、蒸発器(f)に流入する冷
媒のエンタルピを減少させるために、気液分離器(d)で
分離した液冷媒の一部を利用している。従って、蒸発器
(f)における冷媒のエンタルピ変化量は増加するが、冷
媒の循環量は減少しているため、蒸発器(f)における蒸
発能力を大きくすることはできない。つまり、上記空気
調和装置では、装置内を流れる冷媒同士でエネルギーの
授受を行っているので、蒸発器(f)における蒸発能力自
体を大きくすることはできない。

【０００７】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、中間圧のガス冷媒を
インジェクションする空気調和装置において、蒸発器で
の蒸発能力を増大し、空気調和装置の性能を向上するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、蒸発器で生じたドレンを冷熱源として利
用することとした。

【０００９】具体的に、本発明が講じた手段は、冷媒回
路を循環する冷媒のうちの中間圧冷媒を気液分離し、分
離した中間圧ガス冷媒を圧縮機(1)にインジェクション
させる一方、分離した中間圧液冷媒(R)を減圧して熱交
換器(3)で蒸発させる空気調和装置において、上記中間
圧液冷媒(R)を上記熱交換器(3)で発生した冷房運転時の
ドレン(W)と熱交換することによって冷却する冷却手段
(13)が設けられ、上記冷却手段(13)は、ドレン配管(15)
に形成され且つドレン(W)を貯留しながら流通させる貯
留部(15a)と、中間圧冷媒を気液分離する気液分離器(6)
と中間圧液冷媒(R)を減圧する減圧機構(4)とをつなぐ冷
媒配管(17)に形成され且つ上記貯留部(15a)に設けられ
た伝熱管部(17a)とを有し、上記貯留部(15a)と上記伝熱
管部(17a)とは、二重管構造に構成され、上記冷却手段
(13)は、上下方向に延びる細長形状に形成され、上記気
液分離器(6)の側方に並置されているものである。

【００１０】上記発明特定事項により、ドレン(W)を冷
熱源として、蒸発器としての熱交換器(3)に流入する冷
媒のエンタルピを減少させることができ、熱交換器(3)
における冷媒のエンタルピの変化量を大きくすることが
できる。そのため、蒸発能力を増大することができる。

【００１１】上記発明特定事項により、気液分離器(6)
と減圧機構(4)とをつなぐ冷媒配管(17)をそのまま利用
して冷却手段(13)を構成することができる。そのため、
中間圧液冷媒(R)とドレン(W)とを熱交換させる熱交換部
(13)を簡易に形成することができる。

【００１２】上記発明特定事項により、貯留したドレン
(W)によって伝熱管部(17a)が常に冷却されるので、伝熱
管(17a)内を流れる中間圧液冷媒(R)と伝熱管(17a)外を
流通するドレン(W)との熱交換を確実に行うことができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１４】−空気調和装置(20)の構成− 図１に示すように、本発明に係る空気調和装置は、ヒー
トポンプ式空気調和装置(20)であって、室内機(21)と、
室外機(22)と、それらをつなぐ冷媒配管(16)及びドレン
配管(15)とを備えて構成されている。

【００１５】室内機(21)には、室内熱交換器(3)が設け
られている。また、室内機(21)には、室内熱交換器(3)
が蒸発器として使用された際に生じるドレンを回収する
ドレンパン(14)が備えられている。

【００１６】室外機(22)には、圧縮機(1)、四路切換弁
(2)、第１膨張弁(4)、気液分離器(6)、第２膨張弁(5)、
室外熱交換器(7)、アキュムレータ(8)、第１電磁弁(9)
が設けられたインジェクション通路(11)、及び第２電磁
弁(12)が設けられたバイパス通路(10)が備えられてい
る。

【００１７】そして、室内機(21)及び室外機(22)が冷媒
配管(16)及びドレン配管(15)によって接続され、以下に
説明する流体回路が構成されている。

【００１８】流体回路は、冷媒回路(C1)及びドレン回路
(C2)から構成されている。冷媒回路(C1)は、主冷媒回路
にインジェクション通路(11)及びバイパス通路(10)が設
けられて構成されている。主冷媒回路は、圧縮機(1)と
四路切換弁(2)と室内熱交換器(3)と第１膨張弁(4)と気
液分離器(6)と第２膨張弁(5)と室外熱交換器(7)とが順
に接続されて構成されている。インジェクション通路(1
1)は、気液分離器(6)と圧縮機(1)との間に配設され、第
２電磁弁(9)が設けられている。バイパス通路(10)は、
一端が室内熱交換器(3)と第１膨張弁(4)との間の配管に
接続され、他端が気液分離器(6)と第２膨張弁(5)との間
の配管に接続されている。バイパス通路(10)には、第１
電磁弁(12)が設けられている。なお、第１膨張弁(4)及
び第２膨張弁(5)は、開度の調整が自在な減圧機構であ
る。

【００１９】気液分離器(6)と第１膨張弁(4)との間に
は、冷却手段である熱交換部(13)が設けられている。熱
交換部(13)は、気液分離器(6)で分離した中間圧の飽和
液冷媒と、室内熱交換器(3)で発生したドレン(W)とを熱
交換させる部分である。ドレンパン(14)と熱交換部(13)
とはドレン配管(15)で接続され、熱交換部(13)は、ドレ
ンパン(14)で回収されたドレン(W)がドレン配管(15)を
通じて流入する構成となっている。

【００２０】−熱交換部(13)の構成− 図２に示すように、熱交換部(13)は、上下方向に延びる
細長形状に形成され、室外機(22)内部の側部に設けられ
ている。熱交換部(13)は、液出口管(17)を介して気液分
離器(6)と接続されており、気液分離器(6)の側方に並置
されている。

【００２１】図３及び図４に示すように、熱交換部(13)
は、ドレン配管(15)に形成された貯留部(15a)と液出口
管(17)に形成された伝熱管部(17a)との二重管構造で構
成されている。ドレン配管(15)は室外機(22)の天板(31)
を貫いて貯留部(15a)に向かって下方に延びている。

【００２２】熱交換部(13)の貯留部(15a)の内部は、図
４に示すように、断面が逆Ｌ字形の仕切板(32)によっ
て、上流部(33)と下流部(34)とに区画されている。貯留
部(15a)の底部は、底板(35)によって封止されている。
仕切板(32)の下端と底板(35)との間には所定間隔の隙間
(38)が設けられ、ドレン(W)が上流部(33)を上部から下
部に流れた後、隙間(38)を通過して下流部(34)に流入
し、下流部(34)の下部から上部に流れるように構成され
ている。

【００２３】底板(35)の下流部部分には、伝熱管部(17
a)と略同径の開口(36)が形成され、下流部(34)の上部に
位置する貯留部(15a)の側面には、伝熱管部(17a)の断面
より大きいドレン排出口(37)が形成されている。伝熱管
部(17a)は開口(36)に挿通されて上方に延び、下流部(3
4)の上方で約９０度湾曲し、ドレン排出口(37)から熱交
換部(13)の外部に延びている。開口(36)は、伝熱管部(1
7a)が挿通されることによって気密に封止され、ドレン
(W)が漏れないように構成されている。ドレン排出口(3
7)には、伝熱管部(17a)が挿通された状態でドレン(W)が
容易に排出されるように、伝熱管部(17a)との間に十分
な隙間が設けられている。

【００２４】熱交換部(13)の伝熱管部(17a)は、熱伝導
率の大きい材料で形成された管、例えば銅管で構成され
ており、管外を流れる流体（水）と管内を流れる流体
（冷媒）とを良好に熱交換させる。

【００２５】−空気調和装置(20)の動作− 空気調和装置(20)では、四路切換弁(2)、第１電磁弁(1
2)及び第２電磁弁(9)を切り替えることによって、非イ
ンジェクション暖房運転、インジェクション暖房運転、
非インジェクション冷房運転、及びインジェクション冷
房運転の４種類の運転が可能である。以下、図１の回路
図及び図５のモリエル線図を参照しながら、インジェク
ション冷房運転について説明する。

【００２６】インジェクション冷房運転時においては、
四路切換弁(2)は、図１に示す実線側に設定される。第
１電磁弁(12)は閉状態に、第２電磁弁(9)は開状態に設
定される。第２膨張弁(5)の開度は、高圧冷媒を所定の
中間圧に減圧するように設定され、第１膨張弁(4)の開
度は、中間圧冷媒を所定の低圧に減圧するように設定さ
れる。

【００２７】圧縮機(1)から吐出された高圧のガス冷媒
(E)は、四路切換弁(2)を経た後、室外熱交換器(7)で凝
縮する。凝縮した高圧の液冷媒(F)は、室外熱交換器(7)
から流出した後、第２膨張弁(5)によって高圧から所定
の中間圧に減圧され、中間圧の二相冷媒(G)になる。中
間圧の二相冷媒(G)はバイパス通路(10)を通過すること
なく気液分離器(6)に流入し、中間圧の飽和ガス冷媒(C)
と飽和液冷媒(H)とに分離される。

【００２８】気液分離器(6)内の飽和液冷媒(H)は、液出
口管(17)を流通し、熱交換部(13)の伝熱管部(17a)に流
入する。この飽和液冷媒(H)は、伝熱管部(17a)を介して
下流部(34)を流れるドレン(W)と熱交換を行い、冷却さ
れる。その結果、中間圧の飽和液冷媒(H)は、中間圧の
過冷却液冷媒(I)となる。つまり、図５に示すように、
中間圧の飽和液冷媒(H)は、ドレン(W)を冷熱源とし、そ
のエンタルピをＩｈからＩｉに減少させる。

【００２９】そして、中間圧の過冷却液冷媒(I)は、第
１膨張弁(4)を通過する際、中間圧から低圧に減圧さ
れ、低圧の二相冷媒(J)になる。そして、低圧の二相冷
媒(J)は蒸発器となる室内熱交換器(3)に流入する。低圧
の二相冷媒(J)は、室内熱交換器(3)で蒸発し、室内の空
気を冷却する。そして、室内熱交換器(3)から流出した
低圧の冷媒(A)は、四路切換弁(2)を経た後、アキュムレ
ータ(8)を通過し、圧縮機(1)に吸入される。

【００３０】一方、気液分離器(6)内の中間圧の飽和ガ
ス冷媒(C)は、インジェクション通路(11)を通じて、圧
縮機(1)に吸入される。

【００３１】圧縮機(1)では、低圧のガス冷媒(A)が圧縮
されると共に、その圧縮行程中に中間圧の飽和ガス冷媒
(C)がインジェクションされ、それらの冷媒は混合され
て圧縮される。そして、所定の高圧になるまで昇圧さ
れ、高圧の吐出ガス冷媒(E)として、圧縮機(1)から吐出
される。

【００３２】以上のようにして、冷媒は冷媒回路を循環
し、室内の冷房が行われる。なお、説明の簡単のため、
上記の説明では冷媒の圧力損失を無視している。

【００３３】室内では、空気中に含まれる水分が室内熱
交換器(3)の表面で凝縮し、ドレン(W)となる。ドレン
(W)はドレンパン(14)に回収される。ドレンパン(14)に
回収されたドレン(W)は、ドレン配管(15)を流通し、貯
留部(15a)に流入する。

【００３４】図４に示すように、貯留部(15a)の上流部
(33)に流入したドレン(W)は、上流部(33)の上部から下
部に移動し、仕切板(32)と底板(35)との隙間(38)を通過
して下流部(34)に流入する。下流部(34)において、ドレ
ン(W)は、伝熱管部(17a)を介して中間圧の液冷媒(R)と
熱交換しながら、上方に向かって流れる。そして、熱交
換を終えたドレン(W)は、ドレン排出口(37)から熱交換
部(13)の外部に流出する。

【００３５】以上のようにして、室内機(21)で発生した
ドレン(W)は室外に排出される。

【００３６】−空気調和装置(20)の効果− このように、空気調和装置(20)では、ドレン(W)を冷熱
源として中間圧の飽和液冷媒を過冷却するので、蒸発器
である室内熱交換器(3)において、冷媒のエンタルピ変
化量を大きくすることができる。つまり、蒸発圧力が一
定の場合、従来に比べて、図５に示すΔｈだけエンタル
ピ変化量を大きくすることができる。その結果、室内熱
交換器(3)での蒸発能力を大きくすることができる。す
なわち、空気調和装置(20)では、従来は無駄にされてい
たドレン(W)をエネルギー源として有効に活用すること
によって、蒸発能力を増加させることができる。

【００３７】また、中間圧のガス冷媒を圧縮機(1)にイ
ンジェクションしているので、室内熱交換器(3)を流れ
る冷媒の循環量が減少する。そのため、室内熱交換器
(3)における冷媒の圧力損失を低減することができる。
その結果、圧縮機(1)の負荷の減少等により、空気調和
装置(20)の成績係数を向上することが可能となる。

【００３８】従って、蒸発能力を一定とした場合には、
室内熱交換器(3)をコンパクトにすることができる。ま
た、圧縮機(1)の能力を小さくすることができ、省エネ
効果を得ることもできる。

【００３９】熱交換部(13)では、ドレン(W)の貯留部(15
a)が構成されており、伝熱管部(17a)はこの貯留部(15a)
に設けられている。そのため、伝熱管部(17a)は、貯留
部(15a)に貯留されたドレン(W)に浸漬される。一方、上
流部(33)の上部から下部に流れたドレン(W)は、熱交換
部(13)の底部で折り返し、下流部(34)の下部から上部に
流れ、下流部(34)で伝熱管部(17a)を介して冷媒(R)と熱
交換した後、ドレン排出口(37)から排出される。その結
果、貯留部(15a)には常に、上流部(33)から流入しドレ
ン排出口(37)から流出するドレン(W)の穏やかな流れが
存在する。そのため、ドレン(W)が冷媒(R)と熱交換せず
に排出されることはなく、また、熱交換して加熱された
ドレン(W)が貯留部(15a)に滞留することもない。その結
果、伝熱管部(17a)内を流れる中間圧液冷媒(R)と伝熱管
部(17a)外を流通するドレン(W)との熱交換を良好に行う
ことができる。

【００４０】また、熱交換部(13)を上下方向に縦長形状
に形成し、気液分離器(6)と並置させたので、気液分離
器(6)の側方のわずかなスペースに熱交換部(13)を設け
ることができる。そのため、熱交換部(13)を備えた室外
機(22)をコンパクトに形成することができる。

【００４１】−変形例− 上記の実施形態では、熱交換部(13)は縦長の形状であっ
たが、熱交換部(13)の形状は縦長形状に限定されない。
熱交換部(13)の形状は、熱交換部(13)の収納スペースに
応じた形状であって、中間圧の液冷媒(R)とドレン(W)と
を熱交換させることができれば、どのような形状でもよ
い。例えば、伝熱管部(17a)を同心円上に囲む単純な二
重管構造であってもよい。

【００４２】ドレン配管(15)はドレン(W)を流通させる
ことができるものであればよく、矩形管等の任意の形状
の配管であってもよい。また、変形しやすいチューブ等
であってもよい。

【００４３】また、本発明の空気調和装置は、ヒートポ
ンプ式空気調和装置に限らず、冷房専用機であってもよ
いことは勿論である。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、蒸発器
で発生するドレンを冷熱源として利用し、蒸発器に流入
する冷媒のエンタルピを減少させることができ、蒸発器
における冷媒のエンタルピの変化量を大きくすることが
できる。そのため、蒸発器における蒸発能力を増大する
ことができる。

【００４５】また、中間圧のガス冷媒を圧縮機にインジ
ェクションするので、蒸発器を流れる冷媒の循環量が減
少する。そのため、蒸発器における冷媒の圧力損失を低
減することができ、圧縮機の負荷の減少等により、空気
調和装置の成績係数を向上することが可能となる。

【００４６】気液分離器と減圧機構とをつなぐ伝熱管を
そのまま冷媒とドレンとの熱交換に利用することができ
るので、中間圧液冷媒とドレンとを熱交換させるための
熱交換器を別途設ける必要がない。従って、中間圧液冷
媒とドレンとを熱交換させる冷却手段を簡易に形成する
ことができる。

【００４７】貯留しつつ流通するドレンによって伝熱管
部が常に冷却されるので、伝熱管部の内部を流れる中間
圧液冷媒と伝熱管部の外部を流通するドレンとの熱交換
を効率よく確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】空気調和装置の流体回路図である。

【図２】室外機の斜視図である。

【図３】熱交換部付近の斜視図である。

【図４】熱交換部の縦断面図である。

【図５】モリエル線図である。

【図６】従来の空気調和装置の冷媒回路図である。

【符号の説明】

(3) 室内熱交換器 (4) 第１膨張弁 (6) 気液分離器 (13) 熱交換部 (14) ドレンパン (15) ドレン配管 (15a) 貯留部 (17a) 伝熱管部 (22) 室外機 (32) 仕切板 (33) 上流部 (34) 下流部 (37) ドレン排出口 (R) 冷媒 (W) ドレン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−20749（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−47174（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−95553（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−157820（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24F 1/00 361

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒回路を循環する冷媒のうちの中間圧
   冷媒を気液分離し、分離した中間圧ガス冷媒を圧縮機
   (1)にインジェクションさせる一方、分離した中間圧液
   冷媒(R)を減圧して熱交換器(3)で蒸発させる空気調和装
   置において、 上記中間圧液冷媒(R)を上記熱交換器(3)で発生した冷房
   運転時のドレン(W)と熱交換することによって冷却する
   冷却手段(13)が設けられ、 上記冷却手段(13)は、ドレン配管(15)に形成され且つド
   レン(W)を貯留しながら流通させる貯留部(15a)と、中間
   圧冷媒を気液分離する気液分離器(6)と中間圧液冷媒(R)
   を減圧する減圧機構(4)とをつなぐ冷媒配管(17)に形成
   され且つ上記貯留部(15a)に設けられた伝熱管部(17a)と
   を有し、 上記貯留部(15a)と上記伝熱管部(17a)とは、二重管構造
   に構成され、 上記冷却手段(13)は、上下方向に延びる細長形状に形成
   され、上記気液分離器(6)の側方に並置されている こと
   を特徴とする空気調和装置。