JP2002147791A - ヒートポンプ式空調機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １台で外気処理冷暖房運転、外気冷房運転、
換気運転ができるのヒートポンプ式空調機を得る。 【構成】 同一ケーシング１内を、蒸発器用送風機６
と蒸発器２を設けた蒸発器エリアＡと、凝縮器３を設け
た凝縮器エリアＢと、に二分する。蒸発器エリアＡに流
れる還気と外気の各風量と、凝縮器エリアＢに流れる外
気と排気の各風量と、を個別に制御するダンパ機構Ｃ
を、設ける。凝縮器エリアＢに、屋外排気送風兼用の凝
縮器用送風機５を、設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はヒートポンプ式空調
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のヒートポンプ式空調機では、給排
気や外気冷房、外気処理する場合、別に外気処理用空調
機などが必要であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そのため、大きな設置
スペースが必要で、設備及びランニングがコスト高とな
る問題があった。そこで、これらの問題点を解決するヒ
ートポンプ式空調機を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のヒートポンプ式空調機は、同一ケーシング
内を、蒸発器用送風機と蒸発器を設けた蒸発器エリア
と、凝縮器を設けた凝縮器エリアと、に二分し、蒸発器
エリアに流れる還気と外気の各風量と、凝縮器エリアに
流れる外気と排気の各風量と、を個別に制御するダンパ
機構を、設け、凝縮器エリアに、屋外排気送風兼用の凝
縮器用送風機を、設けた。さらに、蒸発器エリアと凝縮
器エリアにまたがって連通する還気口を、ケーシングに
形成した。さらに、蒸発器を風上側と風下側に二分割
し、２つの分割蒸発器を各々別系統の２つの冷凍機に接
続し、この２つの冷凍機を１つの凝縮器に接続してこの
凝縮器のフィンチューブ１列毎、フィンチューブ１段毎
又はフィンチューブ１本毎に各々別系統の冷媒が流れる
ように構成した。また、蒸発器をその空気入口面を二分
する方向に二分割し、２つの分割蒸発器を各々別系統の
２つの冷凍機に接続し、この２つの冷凍機を１つの凝縮
器に接続してこの凝縮器のフィンチューブ１列毎、フィ
ンチューブ１段毎又はフィンチューブ１本毎に各々別系
統の冷媒が流れるように構成し、一方の分割蒸発器と冷
風給気口を連通連結する冷風路と、他方の分割蒸発器と
温風給気口を連通連結する温風路を、ケーシング内に形
成した。さらに、蒸発器エリアに加湿器を設けた。さら
に、蒸発器エリアと凝縮器エリアを、上下又は左右に配
列した。さらに、蒸発器及び凝縮器のフィンチューブを
楕円管にした。さらに、蒸発器エリアに連通する複数の
室内吹出口の吹出風量信号を数値に置き換えてその合計
数値に基づいて給気風量と２つの冷凍機の運転・停止を
別個に制御する制御装置を、設けた。さらに、ケーシン
グを、凝縮器用送風機及び蒸発器用送風機を有する送風
ブロックと、凝縮器、蒸発器及び圧縮機を有する冷凍ブ
ロックと、に分離・接続自在に構成した。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１〜図３は、本発明のヒートポ
ンプ式空調機の一実施例を示しており、例えばビルの屋
上などの屋外に設置される。この空調機は、中空状のケ
ーシング１内に、圧縮機４、受液器、膨張弁、切換弁等
から成る冷房・暖房切換自在な２つの冷凍機２３を、備
えている。この同一ケーシング１内を、蒸発器２を設け
た蒸発器エリアＡと、凝縮器３を設けた凝縮器エリアＢ
と、に二分し、蒸発器エリアＡに流れる還気と外気（新
鮮空気）の各風量と、凝縮器エリアＢに流れる外気と排
気の各風量と、を個別に制御するダンパ機構Ｃを、設け
る。凝縮器エリアＢには、屋外排気送風兼用の凝縮器用
送風機５を、設け、蒸発器エリアＡには、還気・給気送
風兼用にもなる蒸発器用送風機６を設けるが、これらの
送風機５、６はケーシング１の外に設けてもよい。

【０００６】蒸発器２は風上側と風下側に距離を隔てて
所定割合で二分割し、２つの分割蒸発器２ａ、２ｂを各
々別系統の２つの冷凍機２３、２３に一対一で接続し、
この２つの冷凍機２３、２３を１つの凝縮器３に共用で
接続してこの凝縮器３のフィンチューブ１列毎、フィン
チューブ１段毎又はフィンチューブ１本毎（図２参照）
に各々別系統の冷媒が流れるように構成する。風上側の
分割蒸発器２ａと、風下側の分割蒸発器２ｂの分割割合
は、例えば能力比で６：４となるように設定するのがよ
い。通常、同一の蒸発器で冷房と暖房を切り替えて使用
する場合、暖房に要する能力は冷房時の６割程度であ
る。そのため、上述のような分割比にすることにより、
暖房時には風上側の分割蒸発器２ａのみ即ち一方の冷凍
機２３のみを使用するだけでよく省エネ化を図れる。蒸
発器２及び凝縮器３のフィンチューブ１９は楕円管（図
３参照）にするのが好ましいが円形管でもよい。

【０００７】蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢは、上下
又は左右に配列するが、蒸発器エリアＡと凝縮器エリア
Ｂの何れが上であってもよく、また何れが左であっても
よい。蒸発器エリアＡには、蒸発器用送風機６を蒸発器
２と加湿器２２よりも風上に設け、凝縮器エリアＢに
は、屋外排気送風兼用の凝縮器用送風機５を凝縮器３よ
りも風上に設け、凝縮器３と蒸発器２を各エリアＡ、Ｂ
の最も風下側に配置し、外気と還気を十分に混合した状
態で蒸発器２及び凝縮器３に送風して空気と循環冷媒と
の熱交換効率を良くする。蒸発器２の風下には加湿器２
２を設ける。

【０００８】ケーシング１は、凝縮器用送風機５及び蒸
発器用送風機６を有する送風ブロック１７と、凝縮器
３、蒸発器２及び圧縮機４などを有する冷凍ブロック１
８と、に分離・接続自在に構成する。このケーシング１
には、蒸発器エリアＡに連通する外気口７及び給気口８
と、凝縮器エリアＢに連通する外気口９及び排気口１０
と、両エリアＡ、Ｂにまたがって連通する還気口１１
と、を形成する。各外気口７、９には外気の風量を調整
する外気ダンパ１２、１３を、還気口１１には、蒸発器
エリアＡへの還気風量を調整する還気ダンパ１４と、凝
縮器エリアＢへの排気風量を調整する排気ダンパ１５
と、を夫々設けて、ダンパ機構Ｃを構成する。還気口１
１にはダクトを介して複数の室内吸込口を連通連結し、
給気口８にはダクトを介して複数の室内吹出口を連通連
結し、室内を空調する。

【０００９】また、蒸発器エリアＡに連通する複数の室
内吹出口の吹出風量信号を数値（ポイント）に置き換え
てその合計数値に基づいて給気風量と２つの冷凍機２
３、２３の運転・停止を別個に制御する制御装置１６
を、設ける。制御装置１６はマイコンなどにて構成し、
圧縮機４と各送風機５、６の回転速度を制御する。制御
装置１６は、各送風機５、６に別個に回転速度の指令を
出して風量を無段階又は段階的に制御しかつ各圧縮機４
に別個に回転速度の指令を出して循環冷媒流量を無段階
又は段階的に制御する。たとえば、各室内吹出口に図示
省略のセンサーを設け、そのセンサーの吹出風量信号の
合計数値（ポイント）の変動に応じて、各送風機５、６
の風量を増減制御し、冷凍機２３、２３（圧縮機４、
４）による冷媒流量を増減制御する。なお、本発明にお
いて冷凍機２３の運転とは、冷媒流量の増減制御を行わ
ないもの（単に起動・停止を行うだけ）と、冷媒流量の
増減制御を行うものの両方が含まれるものとする。

【００１０】このヒートポンプ式空調機による運転例を
説明する。 冷房／暖房運転 外気ダンパ１２、１３、還気ダンパ１４、排気ダンパ１
５を開き、蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢにまたがっ
た還気口１１から還気を、還気ダンパ１４と排気ダンパ
１５にて蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢに分流させ、
この分流還気の一方を、蒸発器エリアＡで外気口７から
の外気と所定割合で混合させ、その混気を蒸発器２の循
環冷媒で冷風又は温風に熱交換して給気口８から室内へ
給気し、前記分流還気の他方を、凝縮器エリアＢで外気
口９からの外気と所定割合で混合させ、外気温度を冷房
時には下げ暖房時には上げた状態で、凝縮器３の循環冷
媒を熱交換して吸熱又は放熱しつつ排気口１０から屋外
へ排気する。このようにして排気熱を利用して凝縮器３
の熱交換負荷を下げることができ、あたかも全熱交換器
を用いたような効果を凝縮器３のみで得ることができ
る。また、室内の熱負荷に応じて２つの分割蒸発器２
ａ、２ｂ（冷凍機２３、２３）の一方のみ又は両方を運
転するように適宜切り替えて温度調整することができ
る。このとき、分割蒸発器２ａ、２ｂ（冷凍機２３、２
３）の一方のみの運転でも、凝縮器３は２つの冷凍機２
３、２３を１つのフィン群で共用してあるので（図２参
照）伝熱面積が大きくなって熱交換能力が正味の蒸発器
分割比よりも高くなる。なお、暖房時に加湿する場合
は、加湿器２２も作動させ、加湿した温風を室内へ給気
し、暖房を行う。

【００１１】外気冷房運転 外気冷房運転する場合、冷凍機２３、２３を止めて、外
気ダンパ１２、還気ダンパ１４、排気ダンパ１５を開
き、蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢにまたがった還気
口１１から還気を、還気ダンパ１４と排気ダンパ１５に
て蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢに分流させ、この分
流還気の一方を、蒸発器エリアＡで外気口７からの外気
と所定割合で混合させて給気口８から室内へ給気して冷
房し、前記分流還気の他方を排気口１０から屋外へ排気
する。なお、還気ダンパ１４を閉じて外気ダンパ１２と
排気ダンパ１５のみを開き、外気口７からの外気を給気
口８から室内へ給気して冷房し、還気口１１からの室内
空気を排気口１０から排気することもできる。

【００１２】換気運転 換気運転する場合、冷凍機２３、２３を止めて、外気ダ
ンパ１２と排気ダンパ１５のみを開き、外気口７からの
外気を給気口８から室内へ給気し、還気口１１からの室
内空気を排気口１０から排気する。

【００１３】除湿／再熱運転 除湿／再熱運転する場合、外気ダンパ１２、１３、還気
ダンパ１４、排気ダンパ１５を開き、外気口７からの外
気と還気口１１からの分流還気を風上側分割蒸発器２ａ
の循環冷媒にて冷却して除湿した後、その除湿空気を風
下側分割蒸発器２ｂの循環冷媒にて加熱して給気口８か
ら室内へ給気し、外気口９からの外気と還気口１１から
の分流還気で凝縮器３の循環冷媒を熱交換し、排気口１
０から排気する。このとき、凝縮器３のフィン群は２つ
の冷凍機２３、２３で共用してあるので冷媒と外気の熱
交換だけでなく、それよりも温度差の大きな冷媒同士
（加熱用冷媒温度−冷却用冷媒温度）での熱交換も行え
て熱交換能力が高まる。

【００１４】なお、図示省略するが、前記実施例におい
て、蒸発器２を分割せずに１つとし、冷凍機２３も１つ
として空調機を構成してもよい。

【００１５】図４と図５は他の実施例で図１の実施例に
おいて、蒸発器２をその空気入口面を二分する方向に所
定割合で二分割し、２つの分割蒸発器２ａ、２ｂを各々
別系統の２つの冷凍機２３、２３に一対一で接続し、こ
の２つの冷凍機２３、２３を１つの凝縮器３に共用で接
続してこの凝縮器３のフィンチューブ１列毎、フィンチ
ューブ１段毎又はフィンチューブ１本毎に各々別系統の
冷媒が流れるように構成し、一方の分割蒸発器２ａと冷
風給気口３０を連通連結する冷風路３２と、他方の分割
蒸発器２ｂと温風給気口３１を連通連結する温風路３３
を、ケーシング１内に形成したものである。一方の分割
蒸発器２ａと他方の分割蒸発器２ｂの分割割合は、例え
ば能力比で６：４となるように設定するのがよいが、分
割比の増減変更は自由である。分割蒸発器２ａ、２ｂの
何れか一方又は両方の風下に加湿器２２を設ける。冷風
給気口３０にはダクトを介して複数の冷房ゾーン用室内
吹出口を連通連結し、温風給気口３１にはダクトを介し
て複数の暖房ゾーン用室内吹出口を連通連結する。その
他の構成は図１と同じであるので説明を省略する。

【００１６】このヒートポンプ式空調機による運転例を
説明する。 冷暖房同時運転 外気ダンパ１２、１３、還気ダンパ１４、排気ダンパ１
５を開き、蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢにまたがっ
た還気口１１から還気を、還気ダンパ１４と排気ダンパ
１５にて蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢに分流させ、
この分流還気の一方を、蒸発器エリアＡで外気口７から
の外気と所定割合で混合させ、その混気を一方の分割蒸
発器２ａの循環冷媒で冷風に熱交換して冷風給気口３０
から室内の冷房ゾーンへ給気しかつ他方の分割蒸発器２
ｂの循環冷媒で温風に熱交換して温風給気口３１から室
内の暖房ゾーンへ給気する。一方、前記分流還気の他方
を、凝縮器エリアＢで外気口９からの外気と所定割合で
混合させ、凝縮器３の循環冷媒を熱交換して排気口１０
から屋外へ排気する。この場合、排気熱を利用して凝縮
器３の熱交換負荷を下げることができ、凝縮器３のフィ
ン群は２つの冷凍機２３、２３で共用してあるので冷媒
と外気の熱交換だけでなく、それよりも温度差の大きな
冷媒同士（加熱用冷媒温度−冷却用冷媒温度）での熱交
換も行えて熱交換能力が高まる。なお必要に応じて加湿
器２２も作動させ、加湿した温風を室内へ給気する。

【００１７】冷房／暖房運転 外気ダンパ１２、１３、還気ダンパ１４、排気ダンパ１
５を開き、蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢにまたがっ
た還気口１１から還気を、還気ダンパ１４と排気ダンパ
１５にて蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢに分流させ、
この分流還気の一方を、蒸発器エリアＡで外気口７から
の外気と所定割合で混合させ、その混気を蒸発器２の循
環冷媒で冷風又は温風に熱交換して冷風給気口３０と温
風給気口３１から室内へ給気し、前記分流還気の他方
を、凝縮器エリアＢで外気口９からの外気と所定割合で
混合させ、外気温度を冷房時には下げ暖房時には上げた
状態で、凝縮器３の循環冷媒を熱交換して吸熱又は放熱
しつつ排気口１０から屋外へ排気する。このとき室内の
熱負荷に応じて２つの分割蒸発器２ａ、２ｂ（冷凍機２
３、２３）の一方のみ又は両方を運転するように適宜切
り替えて温度調整する。このとき、分割蒸発器２ａ、２
ｂ（冷凍機２３、２３）の一方のみの運転でも、凝縮器
３は２つの冷凍機２３、２３を１つのフィン群で共用し
てあるので（図２参照）伝熱面積が大きくなって熱交換
能力が正味の蒸発器分割比よりも高くなる。なお、暖房
時に加湿する場合は、加湿器２２も作動させ、加湿した
温風を室内へ給気し、暖房を行う。

【００１８】外気冷房運転 外気冷房運転する場合、冷凍機２３、２３を止めて、外
気ダンパ１２、還気ダンパ１４、排気ダンパ１５を開
き、蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢにまたがった還気
口１１から還気を、還気ダンパ１４と排気ダンパ１５に
て蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢに分流させ、この分
流還気の一方を、蒸発器エリアＡで外気口７からの外気
と所定割合で混合させて冷風給気口３０と温風給気口３
１から室内へ給気して冷房し、前記分流還気の他方を排
気口１０から屋外へ排気する。このとき必要に応じて加
湿器２２にて、還気と外気の混気を加湿する。なお、還
気ダンパ１４を閉じて外気ダンパ１２と排気ダンパ１５
のみを開き、外気口７からの外気を冷風給気口３０と温
風給気口３１から室内へ給気して冷房し、還気口１１か
らの室内空気を排気口１０から排気することもできる。

【００１９】換気運転 換気運転する場合、冷凍機２３、２３を止めて、外気ダ
ンパ１２と排気ダンパ１５のみを開き、外気口７からの
外気を冷風給気口３０と温風給気口３１から室内へ給気
し、還気口１１からの室内空気を排気口１０から排気す
る。

【００２０】

【発明の効果】請求項１の発明では、１台のヒートポン
プ式空調機で、外気処理冷暖房運転、外気冷房運転、換
気運転ができ別個に外気処理用空調機などが不要であ
る。１台の凝縮器用送風機を屋外排気送風に兼用し、１
台の蒸発器用送風機を室内給気送風に兼用してあるの
で、給気専用送風機や排気専用送風機などが不要とな
り、部品点数の削減ができる。さらに、凝縮器で排気熱
を利用して効率良く熱交換でき、全熱交換器などの余分
な部品が不要となり、空調機のコンパクト化を図れて、
設置スペースが少なくて済み、設備コスト及びランニン
グコストを削減できる。請求項２の発明では、還気取入
口と排気取入口を一つの還気口で兼用できかつ一つのダ
クトで還気取入ダクトと排気取入ダクトを兼用できるの
で、部品点数が減少しコンパクト化とコスト削減を図れ
ダクト工事などの施工が容易となる。請求項３の発明で
は、１台のヒートポンプ式空調機で、外気処理冷暖房運
転、外気冷房運転、換気運転、除湿／再熱運転を行え
る。任意の冷凍機を運転・停止させるだけで能力調整で
き、制御が容易で、制御機構の簡素化を図れ、故障が少
なく、無駄の少ない省エネ運転を行える。請求項４の発
明では、１台のヒートポンプ式空調機で、外気処理冷暖
房同時運転、外気処理冷房運転、外気処理暖房運転、外
気冷房運転、換気運転を行える。任意の冷凍機を運転・
停止させるだけで能力調整でき、制御が容易で、制御機
構の簡素化を図れ、故障が少なく、無駄の少ない省エネ
運転を行える。請求項５の発明では、１台のヒートポン
プ式空調機で加湿運転も行うことができる。請求項６の
発明では、上下に二分すれば設置面積を最小にできて狭
小なスペースでも容易に設置でき、左右に二分すれば嵩
高とならずメンテナンスや施工が容易となる。請求項７
の発明では、高風速で使用しても圧力損失が増加せずか
つ熱交換能力も低下しないので小型の蒸発器と凝縮器を
使用でき空調機を大幅にコンパクト化できる。また、通
常風速では圧力損失が減少して熱交換効率が向上するの
で小型の送風機を用いることができ騒音低減を図れる。
請求項８の発明では、送風機の風量と凝縮器及び蒸発器
の能力制御が容易となり、風量の絞りすぎをなくすこと
ができて、室内での気流分布が均一となって温度むらが
でない。請求項９の発明では、製作や設置場所への搬入
が容易となり作業性の向上を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す正面図である。

【図２】フィンチューブ群の簡略説明図である。

【図３】フィンチューブ群の断面図である。

【図４】他の実施例を示す正面図である。

【図５】図４の平面図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ２ 蒸発器 ２ａ 分割蒸発器 ２ｂ 分割蒸発器 ３ 凝縮器 ５ 送風機 ６ 送風機 １６ 制御装置 １７ 送風ブロック １８ 冷凍ブロック １９ フィンチューブ ２２ 加湿器 ２３ 冷凍機 ３０ 冷風給気口 ３１ 温風給気口 ３２ 冷風路 ３３ 温風路 Ａ 蒸発器エリア Ｂ 凝縮器エリア Ｃ ダンパ機構

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一ケーシング１内を、蒸発器用送風機
   ６と蒸発器２を設けた蒸発器エリアＡと、凝縮器３を設
   けた凝縮器エリアＢと、に二分し、蒸発器エリアＡに流
   れる還気と外気の各風量と、凝縮器エリアＢに流れる外
   気と排気の各風量と、を個別に制御するダンパ機構Ｃ
   を、設け、凝縮器エリアＢに、屋外排気送風兼用の凝縮
   器用送風機５を、設けたことを特徴とするヒートポンプ
   式空調機。
2. 【請求項２】 蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢにまた
   がって連通する還気口１１を、ケーシング１に形成した
   請求項１記載のヒートポンプ式空調機。
3. 【請求項３】 蒸発器２を風上側と風下側に二分割し、
   ２つの分割蒸発器２ａ、２ｂを各々別系統の２つの冷凍
   機２３、２３に接続し、この２つの冷凍機２３、２３を
   １つの凝縮器３に接続してこの凝縮器３のフィンチュー
   ブ１列毎、フィンチューブ１段毎又はフィンチューブ１
   本毎に各々別系統の冷媒が流れるように構成した請求項
   １又は２記載のヒートポンプ式空調機。
4. 【請求項４】 蒸発器２をその空気入口面を二分する方
   向に二分割し、２つの分割蒸発器２ａ、２ｂを各々別系
   統の２つの冷凍機２３、２３に接続し、この２つの冷凍
   機２３、２３を１つの凝縮器３に接続してこの凝縮器３
   のフィンチューブ１列毎、フィンチューブ１段毎又はフ
   ィンチューブ１本毎に各々別系統の冷媒が流れるように
   構成し、一方の分割蒸発器２ａと冷風給気口３０を連通
   連結する冷風路３２と、他方の分割蒸発器２ｂと温風給
   気口３１を連通連結する温風路３３を、ケーシング１内
   に形成した請求項１又は２記載のヒートポンプ式空調
   機。
5. 【請求項５】 蒸発器エリアＡに加湿器２２を設けた請
   求項１、２、３又は４記載のヒートポンプ式空調機。
6. 【請求項６】 蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢを、上
   下又は左右に配列した請求項１、２、３、４又は５記載
   のヒートポンプ式空調機。
7. 【請求項７】 蒸発器２及び凝縮器３のフィンチューブ
   １９を楕円管にした請求項１、２、３、４、５又は６記
   載のヒートポンプ式空調機。
8. 【請求項８】 蒸発器エリアＡに連通する複数の室内吹
   出口の吹出風量信号を数値に置き換えてその合計数値に
   基づいて給気風量と２つの冷凍機２３の運転・停止を別
   個に制御する制御装置１６を、設けた請求項１、２、
   ３、４、５、６又は７記載のヒートポンプ式空調機。
9. 【請求項９】 ケーシング１を、凝縮器用送風機５及び
   蒸発器用送風機６を有する送風ブロック１７と、凝縮器
   ３、蒸発器２及び圧縮機４を有する冷凍ブロック１８
   と、に分離・接続自在に構成した請求項１、２、３、
   ４、５、６、７又は８記載のヒートポンプ式空調機。