(57)【要約】      （修正有）【課題】クーリングタワーを備えながら暖房も可能な室外機を提供する。【解決手段】パッケージ式室外機２は、空気熱交換器１３及び圧縮機を有し且つ外部の室内熱交換器に冷媒を供給する冷媒回路要素と、クーリングタワー５０により冷媒を冷却する冷却水回路と、空気熱交換器１３及びクーリングタワー５０を流れる空気流を発生させるファンと、冷媒回路要素及び冷却水回路を収納するケースとを備えており、冷媒回路要素は、冷媒の流れ方向を切り換える四方弁と、空気熱交換器１３の液冷媒接続側に配置され且つ冷却水と冷媒との間で熱交換する水熱交換器とを備えており、クーリングタワー５０の吸気口Ｉ２４と空気熱交換器１３の吸気面Ｉ１３とが独立に外気に対して開放されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気熱交換器及び圧縮機を有し且つ外部の室内熱交換器に接続される冷媒回路要素と、
クーリングタワーにより冷媒を冷却する冷却水回路と、
空気熱交換器及びクーリングタワーを流れる空気流を発生させるファンと、
冷媒回路要素及び冷却水回路を収納するケースとを備えており、
冷媒回路要素は、圧縮機により送り出される冷媒の流れ方向を切り換える切換機構と、空気熱交換器の液冷媒接続側に配置され且つ冷却水と冷媒との間で熱交換する水熱交換器とを備えており、
クーリングタワーの吸気口と空気熱交換器の吸気面とが独立に外気に対して開放されている、パッケージ式室外機。
【請求項２】
ケースは、上部ケース及び下部ケースに区分されており、
上部ケースは、クーリングタワー、空気熱交換器、及びファンを収納しており、
下部ケースは、圧縮機及び切換機構を収納している、請求項１に記載のパッケージ式室外機。
【請求項３】
冷媒回路要素は、空気熱交換器と水熱交換器との間に、冷媒を貯留できる貯留器を備えており、
下部ケースは、水熱交換器及び貯留器を収納している、請求項２に記載のパッケージ式室外機。
【請求項４】
上部ケースは、水熱交換器を収納している、請求項２に記載のパッケージ式室外機。
【請求項５】
水熱交換器は、冷却水を蓄える水槽と、該水槽内に配置される冷媒配管とから構成されている、請求項１から４のいずれか１つに記載のパッケージ式室外機。
【請求項６】
水熱交換器は、プレート式熱交換器である、請求項１から４のいずれか１つに記載のパッケージ式室外機。
【請求項７】
ファンは、上部ケースの頂部に配置されており、
空気熱交換器の吸気面は、上部ケースの前後左右の４方向のうち、少なくとも１方向に開口しており、
クーリングタワーの吸気口は、前記４方向のうち、空気熱交換器の吸気面とは異なる方向に開口している、請求項１から４のいずれか１つに記載のパッケージ式室外機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージ式室外機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２は、クーリングタワーを用いて冷媒を冷却する冷却装置を開示している。
【０００３】
特許文献１に開示される冷却装置は、クーリングタワーにより冷媒を冷却する冷却水回路（３、４、５及び６）と、ヒートポンプを構成する中間冷媒回路（８、９、１０及び１１）とを有し、外部機器（２５）との間で被冷却流体を循環させる。冷却水回路は、充填材（冷却コイル４）を通過する被冷却流体を冷却し、中間冷媒回路は、凝縮器（放熱部１１）で放熱し、蒸発器としての冷却器１０で被冷却流体を冷却する。つまり、被冷却流体は、冷却水回路及び中間冷媒回路の双方によって冷却される。
【０００４】
特許文献２に開示される冷却装置は、クーリングタワー（１０）により冷媒を冷却する冷却水回路（１２、１６、２５、２６、２７及び２０１）と、ヒートポンプを構成する中間冷媒回路（２１、２２、２３、２４及び２００）とを有し、外部機器との間で被冷却流体を循環させる。冷却水回路は、充填材（冷却ユニット１５）によりヘッダー１３から１４を流れる冷媒を冷却し、凝縮器２２において中間冷媒回路内の中間冷媒を冷却する。中間冷媒回路は、蒸発器２４において冷媒を冷却する。つまり、被冷却流体は、冷却水回路及び冷媒回路の双方によって冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１２６４１８号公報
【特許文献２】特開２００３−３１４９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２に開示される冷却装置は、冷却装置であり、空調機ではない。また、これらの冷却装置は、被冷却流体を冷却するのみであり、被冷却流体を加熱できない。このため、これらの冷却装置を室外機として空調機を構成しても、冷房及び暖房の双方を可能とする空調機は実現できない。
【０００７】
そこで、本発明は、クーリングタワーを備えながら暖房も可能な室外機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るパッケージ式室外機は、空気熱交換器及び圧縮機を有し且つ外部の室内熱交換器に接続される冷媒回路要素と、クーリングタワーにより冷媒を冷却する冷却水回路と、空気熱交換器及びクーリングタワーを流れる空気流を発生させるファンと、冷媒回路要素及び冷却水回路を収納するケースとを備えており、冷媒回路要素は、圧縮機により送り出される冷媒の流れ方向を切り換える切換機構と、空気熱交換器の液冷媒接続側に配置され且つ冷却水と冷媒との間で熱交換する水熱交換器とを備えており、クーリングタワーの吸気口と空気熱交換器の吸気面とが独立に外気に対して開放されている。
【０００９】
切換機構は、冷媒の流れ方向を切り換える機構であれば、限定されない。四方弁は、切換機構の一例である。切換機構は、単一の弁ではなく、複数の開閉弁から構成される弁群であってもよい。
【００１０】
本発明に係るパッケージ式室外機は、切換機構を有するので、冷房及び暖房が可能である。また、冷房において、空気熱交換器からの液冷媒を散水による蒸発熱によって過冷却することにより、冷房能力を向上できる。
【００１１】
ケースは、上部ケース及び下部ケースに区分されており、上部ケースは、クーリングタワー、空気熱交換器、及びファンを収納しており、下部ケースは、圧縮機及び切換機構を収納している。
【００１２】
上部ケースが散水及び空気流を発生させるクーリングタワーとして機能し、下部ケースがメンテナンスを要する機器を収納するメンテナンス室として機能する。クーリングタワーとメンテナンス室とが分離されるので、室外機のメンテナンスが容易である。
【００１３】
冷媒回路要素は、空気熱交換器と水熱交換器との間に、冷媒を貯留できる貯留器を備えており、下部ケースは、水熱交換器及び貯留器を収納している。
【００１４】
メンテナンスを要する機器が下部ケース内に集中するので、上部ケースにメンテナンス用の点検口を設ける必要がなくなる。
【００１５】
上部ケースは、水熱交換器を収納する場合もある。
【００１６】
この場合、水熱交換器の配置の自由度が向上する。
【００１７】
水熱交換器は、冷却水を蓄える水槽と、該水槽内に配置される冷媒配管とから構成されている。
【００１８】
このため、冷却水と水熱交換器との給排水関係の部品を省略できる。
【００１９】
水熱交換器は、プレート式熱交換器である。
【００２０】
このため、水槽と関係なく、水熱交換器を配置できる。
【００２１】
ファンは、上部ケースの頂部に配置されており、空気熱交換器の吸気面は、上部ケースの前後左右の４方向のうち、少なくとも１方向に設けられており、クーリングタワーの吸気口は、前記４方向のうち、空気熱交換器の吸気面とは異なる方向に開口している。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る空調機の概略構成図である。
【図２】第１実施形態に係る室外機の側断面図である。
【図３】第１実施形態に係る室外機の正断面図である。
【図４】第１実施形態に係る室外機の平断面図である。
【図５】第２実施形態に係る室外機の側断面図である。
【図６】第２実施形態に係る室外機の正断面図である。
【図７】第３実施形態に係る室外機の側断面図である。
【図８】第３実施形態に係る室外機の正断面図である。
【図９】第４実施形態に係る室外機の側断面図である。
【図１０】第４実施形態に係る室外機の側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１から図４を参照して、第１実施形態に係るパッケージ式室外機２を説明する。
【００２４】
図１は、空調機１の概略構成図である。空調機１は、パッケージ式室外機２及び室内熱交換器３を備えている。室外機２は、ケース４、冷媒回路要素５、冷却水回路６、及び３つのファン１７を備えている。図１には１つのファン１７のみが示されており、図２及び図３に、３つのファンが示されている。ケース４は、冷媒回路要素５及び冷却水回路６を収納している。ケース４は、上部ケース７及び下部ケース８に区分されている。
【００２５】
冷媒回路要素５は、外部の室内熱交換器３及び室内膨張弁９と合わせて、冷媒回路１０を構成する。例えば、室外機２はビルの屋上に配置され、室内熱交換器３はビル内の各部屋に配置される。冷媒回路要素５は、圧縮機１１、四方弁１２、２つの空気熱交換器１３、室外膨張弁１４、貯留器１５、及び水熱交換器１６を備えている。
【００２６】
室内熱交換器３は、空気と冷媒との間で熱交換を行う。室内膨張弁９は、その開度を変更できる。圧縮機１１は、四方弁１２に冷媒を送り出す。四方弁１２は、冷媒の流れ方向を切り換える。空気熱交換器１３は、空気と冷媒との間で熱交換を行う。室外膨張弁１４は、その開度を変更できる。貯留器１５は、空気熱交換器１３と水熱交換器１６との間にあり、冷媒回路１０を流れる冷媒を貯留できる。水熱交換器１６は、冷却水回路６の冷却水と冷媒との間で熱交換を行う。
【００２７】
冷媒回路１０は、ガス状態の冷媒が流れるガス冷媒経路１８、１９ａ、１９ｂと、液状態の冷媒が流れる液冷媒経路２０ａ、２０ｂとを有している。これらの冷媒経路は、配管により構成されている。冷媒回路１０において、これらの配管は、上述の機器群３、９、１１、１２、１３、１４、１５、及び１６を接続している。ガス冷媒経路１８は、圧縮機１１と空気熱交換器１３との間の経路である。ガス冷媒経路１９ａ、１９ｂは、圧縮機１１と室内熱交換器３との間の経路である。特に、ガス冷媒経路１９ａは室外機２内の経路を指し、ガス冷媒経路１９ｂは室外機２と室内熱交換器３との間の経路を指している。液冷媒経路２０ａ、２０ｂは、空気熱交換器１３と室内熱交換器３との間の経路である。特に、液冷媒経路２０ａは室外機２内の経路を指し、液冷媒経路２０ｂは室外機２と室内熱交換器３との間の経路を指している。水熱交換器１６は、空気熱交換器１３と室内熱交換器３との間にあり、つまり空気熱交換器１３の液冷媒接続側にある。
【００２８】
冷却水回路６は、冷媒回路要素５内の冷媒を冷却水により冷却する。冷却水回路６は、冷却水ポンプ２１、充填材２２、散水器２３、充填材ダクト２４、及び水槽２５を備えている。充填材２２、散水器２３、充填材ダクト２４は、クーリングタワー５０を構成している。冷却水回路６において、水槽２５、冷却水ポンプ２１、及び散水器２３は、配管により接続されている。
【００２９】
冷却水ポンプ２１は、散水器２３に冷却水を送り出す。充填材２２は、散水器２３からの水滴を細かくして水と空気との接触面積を増大させる部材である。散水器２３は、上方から充填材２２に冷却水を散水する。充填材ダクト２４は、充填材２２を囲っており、充填材２２を通過する空気流の経路を形成し、空気熱交換器１３を通過した空気を遮断する。水槽２５は、充填材２２から落下する水を溜める。
【００３０】
冷却水回路６において、冷却水は、次のように循環し冷却される。冷却水は、冷却水ポンプ２１、散水器２３、充填材２２、及び水槽２５を順に通過する。そして、散水された冷却水の一部が、充填材２２を通過するときに蒸発する。蒸発熱を奪われるため、充填材２２を通過する冷却水の温度が低下する。温度低下した冷却水は、水槽２５に落下する。このようにして、冷却水が冷却される。
【００３１】
ファン１７は、充填材ダクト２４を通過する空気流を発生させる。この空気流が、冷却水の蒸発を促進するので、クーリングタワー５０による冷却性能が維持される。
【００３２】
水熱交換器１６は、水槽２５と、水槽２５内に配置される冷媒配管２７とから構成されている。このため、水槽２５内の冷却水と冷媒配管２７内の冷媒との間で熱交換が行われる。
【００３３】
空調機１は、室内熱交換器３の設置された室内を冷房する冷房運転、又は前記室内を暖房する暖房運転を実行できる。ここで、四方弁１２は、切換位置として、暖房位置及び冷房位置のいずれか一方を選択できる。冷房運転において、四方弁１２が冷房位置にあり、圧縮機１１、ファン１７、及び冷却水ポンプ２１が駆動している。一方、暖房運転において、四方弁１２が暖房位置にあり、圧縮機１１及びファン１７が駆動しており、冷却水ポンプ２１は停止している。
【００３４】
ファン１７は、空気熱交換器１３を通過する空気流を発生させる。この空気流が、空気熱交換器１３内の冷媒との間で熱交換を促進するので、空気熱交換器１３による熱交換性能が維持される。
【００３５】
冷媒回路１０において、冷媒は、次のように循環し、冷却又は加熱される。図１において、四方弁１２は冷房位置にある。四方弁１２が冷房位置にあるとき、冷媒は、圧縮機１１、四方弁１２、空気熱交換器１３、室外膨張弁１４、貯留器１５、水熱交換器１６、室内膨張弁９、室内熱交換器３、及び四方弁１４を順に通過し、圧縮機１１に戻る。このとき、空気熱交換器１３及び水熱交換器１６は凝縮器として機能し、室内熱交換器３は蒸発器として機能する。一方、四方弁１２が暖房位置にあるとき、冷媒は、圧縮機１１、四方弁１２、室内熱交換器３、室内膨張弁９、水熱交換器１６、貯留器１５、室外膨張弁１４、空気熱交換器１３、及び四方弁１２を順に通過し、圧縮機１１に戻る。このとき、空気熱交換器１３は蒸発器として機能し、室内熱交換器３は凝縮器として機能する。
【００３６】
図２から図４を参照して、室外機２の詳細な構成及びレイアウトを説明する。図２は、室外機２の側断面図である。図３は、室外機２の正断面図である。図４は、室外機２の平断面図である。
【００３７】
図２において、冷却水回路６は、充填材２２と水槽２５との間に、受水パン２６及び連通管３７を備えている。受水パン２６は、充填材２２から落下する水を受ける。連通管３７は、受水パン２６を水槽２５に連通している。
【００３８】
また、冷却水回路６は、給水管２８、給水弁２９、排水管３０、第１枝管３１、第２枝管３２、排水弁３３、及びボールタップ３４を備えている。給水管２８は、外部の水源から供給される水を冷却水回路６に補給する。具体的には、給水管２８は、水槽２５に水を供給する。給水弁２９は、給水管２８を開閉する。排水管３０は、冷却水回路６から冷却水を排出する。第１枝管３１は、所定の貯水量を超える冷却水を水槽２５から排出する。第２枝管３２は、水槽２５内の冷却水を全て排出する。排水弁３３は、排水管３０を開閉する。排水管３０は、排水方向に沿って、冷却水ポンプ２１、第２枝管３２、及び第１枝管３１に順に接続されている。排水弁３３は、排水管３０において、第２枝管３２の接続箇所と第１枝管３１の接続箇所との間に配置されている。このため、排水弁３３が閉じられているとき、水槽２５から溢れる冷却水のみが排水される。ボールタップ３４は、水槽２５内の水位が所定の基準水位を下回る場合に給水弁２８を開放し、該基準水位を上回る場合に給水弁２８を閉鎖する。このため、水槽２５内の水量が一定量に維持される。
【００３９】
図２において、上部ケース７は、クーリングタワー５０（充填材２２、散水器２３、充填材ダクト２４）、２つの空気熱交換器１３、３つのファン１７、及び受水パン２６を収納している。３つのファン１７は、上部ケース７の頂部に位置している。一方、下部ケース８は、水槽２５を含む水熱交換器１６、給水管２８、給水弁２９、排水管３０、第１枝管３１、第２枝管３２、排水弁３３、及びボールタップ３４を収納している。
【００４０】
空気熱交換器１３は、多数のフィンとこれらのフィンを貫通する冷媒配管で構成される。また、空気熱交換器１３は、フィンの並び方向を室外機２の左右方向に合わせて、上部ケース７の前面側および後面側にそれぞれ配置される。これによって、空気熱交換器１３の吸気面Ｉ１３は、上部ケース７の前面および後面に配置され、排気面Ｅ１３は、上部ケース７の内部に配置される。
【００４１】
図３において、充填材ダクト２４は、第１ダクト３５、受水パン２６、及び第２ダクト３６から構成されている。第１ダクト３５は、室外機２の上下方向に伸びており、充填材２２を収納し、受水パン２６との接続面および上面だけが開口している。第２ダクト３６は、室外機２の右方向に伸びている。受水パン２６は、冷却水を受けるだけでなく空気ダクトとして機能する。受水パン２６は、第１ダクト３５を第２ダクト３６に連通している。また、受水パン２６は、第１ダクト３５および第２ダクト３６との接続面だけが開口している。そして、充填材ダクト２４の吸気口Ｉ２４は第２ダクト３６の右端で上部ケース７の右側面に形成されており、充填材ダクト２４の排気口Ｅ２４は、第１ダクト３５の上端に形成されている。充填材ダクト２４の吸気口Ｉ２４及び排気口Ｉ２４は、クーリングタワー５０の吸気口及び排気口を構成する。
【００４２】
図３において、下部ケース８は、圧縮機１１、冷却水ポンプ２１、水熱交換器１６、冷媒ユニット３８、エンジン３９、エンジンオイルパン４０、エンジンサブタンク４１、エンジン吸気装置４２、及びエンジン冷却水ユニット４３を収納している。冷媒ユニット３８は、冷媒回路要素５を構成する部品の一部を収納しており、例えば四方弁１２及び貯留器１５を収納している。エンジン３９は、圧縮機１１を駆動する動力を提供する。エンジン３９は例えばガスエンジンであり、エンジン３９にガス管を介して燃料が供給される。エンジンオイルパン４０は、エンジン３９を潤滑するオイルを受ける。エンジンサブタンク４１は、エンジンオイルを貯留する。エンジン吸気装置４２は、エンジン３９に外気を供給する。エンジン冷却水ユニット４３は、エンジン冷却水回路を構成する部品の一部を収納しており、エンジン冷却水回路はエンジン３９を冷却する。
【００４３】
図２、図３に示されるように、ファン１７と充填材ダクト２４との間に一定の離間距離が確保されており、３つのファン１７が発生させる吸引圧力が、２つの空気熱交換器１３及び充填材ダクト２４のそれぞれに分配される。充填材ダクト２４に掛かる静圧が一定圧力以上確保されるように、充填材ダクト２４の排出口Ｅ２４の高さが設定されている。
【００４４】
図４において、ケース４、上部ケース７、及び下部ケース８は、左右方向に長く前後方向に短い長方形形状を有している。１つの空気熱交換器１３は、上部ケース７の前面側に配置されており、もう１つの空気熱交換器１３は、上部ケース７の後面側に配置されている。充填材ダクト２４は、２つの空気熱交換器１３の間に配置されている。２つの空気熱交換器１３の吸気面Ｉ１３は、上部ケース７の前面及び後面に配置されている。一方、充填材ダクト２４の吸気口Ｉ２４は、上部ケース７の右側面に開口している。このように、充填材ダクト２４の吸気口Ｉ２４と空気熱交換器１３の吸気面Ｉ１３とが、独立に外気に対して開放されている。なお、空気熱交換器１１の吸気面Ｉ１３と吸気口Ｉ２４の設置面を分けるのでなく、吸気面Ｉ１３及び吸気口Ｉ２４の設置面を同一面上に設けても良い。この場合、室外機２の前面側又は後面側の一部に空気熱交換器１３を設けないスペースを確保し、そのスペースに充填材ダクト２４の吸気口Ｉ２４を配置する。
【００４５】
この結果、ファン１７の作動により、空気熱交換器１３の吸気面Ｉ１３と充填材ダクト２４の吸気口Ｉ２４からそれぞれ外気が吸引され、充填材ダクト２４及び空気熱交換器１３を個別の空気流が流れる。そのため、クーリングタワー５０での蒸発と空気熱交換１３での熱交換は、それぞれの空気流で促進される。
【００４６】
図５、図６を参照して、第２実施形態に係るパッケージ式室外機２を説明する。図５は、第２実施形態に係る室外機２の側断面図である。図６は、第２実施形態に係る室外機２の正断面図である。
【００４７】
以下、第１実施形態と第２実施形態との間の相違点を説明する。第２実施形態に係る室外機２は、水槽２５を利用する水熱交換器１６の代わりに、プレート式熱交換器４４を備えている。プレート式熱交換器４４は、冷媒回路１０の冷媒を流す流路と、冷却水回路６の冷却水を流す流路とを備えており、冷媒と冷却水との間で熱交換できる。プレート式熱交換器４４は、下部ケース８内に配置されている。
【００４８】
図７、図８を参照して、第３実施形態に係るパッケージ式室外機２を説明する。図７は、第３実施形態に係る室外機２の側断面図である。図８は、第３実施形態に係る室外機２の正断面図である。
【００４９】
以下、第１実施形態と第３実施形態との間の相違点を説明する。第３実施形態に係る室外機２は、下部ケース８内に配置される水熱交換器１６の代わりに、上部ケース７内に配置される水熱交換器４５を備えている。水熱交換器４５は、水槽２５と、水槽２５内に配置される冷媒配管２７とから構成されている。第３実施形態において、水槽２５は上部ケース７内に配置されており、受水パン２６としての機能を兼ねている。この結果、受水パン２６及び連通管３７が除去されている。また、冷媒ユニット３８内に配置される貯留器１５も除去されている。
【００５０】
図９、図１０を参照して、第４実施形態に係るパッケージ式室外機２を説明する。図９は、第４実施形態に係る室外機２の側断面図である。図１０は、第４実施形態に係る室外機２の正断面図である。
【００５１】
以下、第３実施形態と第４実施形態との間の相違点を説明する。第４実施形態に係る室外機２は、水槽２５を利用する水熱交換器４５の代わりに、プレート式熱交換器４４を備えている。
【符号の説明】
【００５２】
２  室外機
３  室内熱交換器
４  ケース
５  冷媒回路要素
６  冷却水回路
７  上部ケース
８  下部ケース
１１  圧縮機
１２  四方弁（切換機構）
１３  空気熱交換器
１５  貯留器
１６、４５  水熱交換器
１７  ファン
２１  冷却水ポンプ
２２  充填材
２３  散水器
２４  充填材ダクト
２５  水槽
２７  冷媒配管
４４  プレート式熱交換器
Ｉ１３  （空気熱交換器の）吸気面
Ｉ２４  （充填材ダクトの）吸気口
【図１】
2013019590.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013019590.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013019590.tif 000007
【図６】
2013019590.tif 000008
【図７】
2013019590.tif 000009
【図８】
2013019590.tif 000010
【図９】
2013019590.tif 000011
【図１０】
2013019590.tif 000012