JP2005331214A - ヒートポンプ式空調機 - Google Patents

Abstract

【課題】各種の特殊環境の空調に対応し、設備と運転のコストを低減する。
【解決手段】 第１と第２の圧縮式のヒートポンプＡ、Ｂを備えたヒートポンプ式空調機において、第３の圧縮式のヒートポンプＣを付設する。第３ヒートポンプＣの冷媒−空気熱交換用第３蒸発器２ｃと第１ヒートポンプＡの冷媒−空気熱交換用第１蒸発器２ａと第２ヒートポンプＢの冷媒−空気熱交換用第２蒸発器２ｂとを送風方向へ順に配設する。第１凝縮器３ａを第１ヒートポンプＡと第２ヒートポンプＢにて共用する。第１と第２と第３のヒートポンプＡ、Ｂ、Ｃの各蒸発器２ａ、２ｂ、２ｃを冷媒蒸発・冷媒凝縮切換え自在に構成する。第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの間と、第２蒸発器２ｂの風下の、一方又は両方に加湿器５を配設する。
【選択図】図１

Description

本発明はヒートポンプ式空調機に関するものである。

電子工場や農業工場、飼育室、穀物倉庫などの特殊環境の空調では、空調用空気に対して加熱と冷却を所定順序で行い適宜加湿して温湿度調整をする必要がある。そのため、たとえば冷水コイル（冷却コイル）と温水コイル（加熱コイル）や加湿器などを備え、熱源水回路を４管式として冷水コイルと温水コイルに冷水と温水を別々に流して運転する方式があるが、４管式の熱源水回路では配管距離が長くて設備コストがかかり、冷水と温水を同時に作る必要があるため熱源機の運転コストもかかる問題がある。

また、冷水コイルと温水コイルの替わりに水冷ヒートポンプを使用するとなると、たとえば水冷ヒートポンプのプレート式水熱交換器などは能力維持のため定期的に分解清掃が必要でメンテナンスに手間がかかる問題がある。また、ヒートポンプは空気加熱温度（冷媒凝縮温度）に上限があるため、所望の給気温湿度（特に高温高湿）に対して空気温湿度が低く加湿量を多く必要とする条件では、気化方式で加湿すると蒸発潜熱により所望の給気温度に達しない場合がある。そのため、空調可能な温湿度範囲が狭くなり、圧縮効率ひいては成績係数（ＣＯＰ）が低下する問題がある。また、寒冷地や暑地では外気などの空調用空気の予熱や予冷を行う場合があるが、空調機とは別個に冷温水コイルなどの加熱器や冷却器が必要となる。

特開昭６３−２３３２４４号公報 特開平１１−１４２９６号公報

解決しようとする問題点は、設備コストや運転コストが高くなる点と、水熱交換器のメンテナンスが面倒な点であり、各種の特殊環境の空調に幅広く対応でき、コンパクトでＣＯＰの良いヒートポンプ式空調機を提供する。

本発明は、上記課題を解決するため、第１と第２の圧縮式のヒートポンプを備えたヒートポンプ式空調機において、第３の圧縮式のヒートポンプを付設し、前記第３ヒートポンプの冷媒−空気熱交換用第３蒸発器と前記第１ヒートポンプの冷媒−空気熱交換用第１蒸発器と前記第２ヒートポンプの冷媒−空気熱交換用第２蒸発器とを送風方向へ順に配設すると共に、第１凝縮器を前記第１ヒートポンプと前記第２ヒートポンプにて共用し、前記第１と第２と第３のヒートポンプの各蒸発器を冷媒蒸発・冷媒凝縮切換え自在に構成し、前記第１蒸発器と前記第２蒸発器の間と、前記第２蒸発器の風下の、一方又は両方に加湿器を配設したことを最も主要な特徴とする。

請求項１の発明によれば、空調用空気に対して加熱と冷却が必要な特殊環境の空調運転が冷温水コイルを使わずにヒートポンプのみででき、設備コストと運転コストの削減を図り得る。動物飼育室や病院治療室等の外気処理、農業工場や美術館等での恒温恒湿空調運転、食品売場でのコールドエイル解消やレストランでのドライ厨房などの除湿乾燥空調運転、穀物倉庫での保存や電子工場での静電気防止等のための低温加湿空調運転ができる。第１と第２のヒートポンプの凝縮器を共用しているので部品点数の削減とコンパクト化を図れる。第１蒸発器と第２蒸発器の間と第２蒸発器の風下の両方に加湿器を配設すれば、二段階に分けて加熱と加湿を行えるので、空調可能な温湿度範囲（特に高温高湿側）が広がり、圧縮効率ひいてはＣＯＰが良くなる。第１と第２のヒートポンプを主として空調運転し、第３ヒートポンプで予冷や予熱ができるので、温湿度制御幅が広がり、特に外気処理をして給気する場合に有効で、空調機と別個の予冷・予熱用機器が不要となる。
請求項２の発明によれば、空調用空気を第１蒸発器と第２蒸発器により加熱する場合、第１凝縮器に着霜が発生するような空気条件でも第１と第２のヒートポンプの運転を停止することなく、凝縮器除霜回路により第１凝縮器の着霜を防止でき、快適な空調を行える。第１と第２の凝縮器の熱交換用空気が還気の場合、熱回収によりＣＯＰの向上を図れる。第１凝縮器はフィン群を共用してあるので伝熱面積が大きくなって第１と第２のヒートポンプの一方のみの運転でも熱交換能力が高くなる。共用の第１凝縮器において冷媒の一方が蒸発で他方が凝縮する場合、冷媒同士の熱交換も行えてＣＯＰが高まり省エネとなる。
請求項３の発明によれば、第１と第２の凝縮器がいわゆる水冷式のため熱交換能力とＣＯＰが高く性能が安定するので、生外気を温湿度調整して給気する場合でも気象・気候に影響されず精度良く空調が行えて、寒冷地から暑地まで広範囲の地域で使用できる。共用の第１凝縮器において冷媒の一方が蒸発で他方が凝縮する場合、冷媒同士の熱交換も行えてＣＯＰが高まり省エネとなる。
請求項４の発明によれば、プレート式の冷媒−熱源水熱交換器を分解せずに洗浄による清掃ができメンテナンスが容易となる。
請求項５の発明によれば、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。冷媒−空気熱交換用熱交換器も小型化でき空調機をコンパクト化できる。

図１と図２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、実線及び点線の白抜き矢印は送風方向を示す。この空調機は、ケーシング１内に、給気送風路９と、第１と第２の圧縮式のヒートポンプＡ、Ｂと、加湿器５、５と、空調用空気を被空調空間へ給気する送風機６と、送風路８と、外気や還気あるいはその混合空気などの熱交換用空気を送風する凝縮用送風機７と、を備えており、第３の圧縮式のヒートポンプＣを付設してある。この第３ヒートポンプＣの冷媒−空気熱交換用第３蒸発器２ｃと第１ヒートポンプＡの冷媒−空気熱交換用第１蒸発器２ａと第２ヒートポンプＢの冷媒−空気熱交換用第２蒸発器２ｂとを送風方向へ順に配設すると共に、第１凝縮器３ａを第１ヒートポンプＡと第２ヒートポンプＢにて共用し、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの間と、第２蒸発器２ｂの風下の、両方に加湿器５を配設する。

第１と第２と第３のヒートポンプＡ、Ｂ、Ｃの各蒸発器２ａ、２ｂ、２ｃは冷媒蒸発・冷媒凝縮切換え自在に構成し、たとえば、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷媒蒸発させるサイクルと第１蒸発器２ａで冷媒蒸発かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒凝縮させるサイクルと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷媒凝縮させるサイクルとにすくなくとも切換自在、又は、第１蒸発器２ａにて冷媒蒸発かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒凝縮させるサイクルと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷媒凝縮させるサイクルとにすくなくとも切換自在、又は、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷媒蒸発させるサイクルと第１蒸発器２ａにて冷媒凝縮かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒蒸発させるサイクルとにすくなくとも切換自在、に構成する。通常は上記サイクルにて空調し、寒冷地や暑地などのように熱負荷が大きい場合には、第３蒸発器２ｃにて冷媒蒸発又は冷媒凝縮させるサイクルを付加する。たとえば、第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂにて冷媒蒸発させるサイクルと第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａにて冷媒蒸発かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒凝縮させるサイクルと第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂにて冷媒凝縮させるサイクルとにすくなくとも切換自在、又は、第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａにて冷媒蒸発かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒凝縮させるサイクルと第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂにて冷媒凝縮させるサイクルとにすくなくとも切換自在、又は、第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂにて冷媒蒸発させるサイクルと第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａで冷媒凝縮かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒蒸発させるサイクルとにすくなくとも切換自在、に構成する。

第１凝縮器３ａ及び第３ヒートポンプＣの第２凝縮器３ｃは冷媒−空気熱交換器とすると共に、すくなくとも第３ヒートポンプＣにホットガス方式の凝縮器除霜回路Ｇを設ける。第１凝縮器３ａ内の第１ヒートポンプＡの冷媒流通路と第２ヒートポンプＢの冷媒流通路とを互いに熱交換自在として配設し、第１凝縮器３ａにおいて第１ヒートポンプＡの冷媒と第２ヒートポンプＢの冷媒の一方が蒸発で他方が凝縮する状態でこの異なる両冷媒が対向状に流通するように構成し、カウンタフローによる熱伝達の均一化と効率化を図る。さらに第１凝縮器３ａを、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、流れる冷媒が異なるように構成し、空気との熱交換ムラをなくし性能の安定化を図る。第１ヒートポンプＡは、熱交換用空気で循環冷媒の熱交換をする共用の第１凝縮器３ａと、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする第１蒸発器２ａと、第１の圧縮機４ａと、膨張弁と、冷媒循環方向の正逆の切換弁（四方弁）と、図示省略の受液器等と、を備え、これらを配管接続して冷媒循環回路を構成しかつ切換弁により第１凝縮器３ａと第１蒸発器２ａの吸熱と放熱（蒸発機能と凝縮機能）を切換自在に構成する。第２ヒートポンプＢは、共用の第１凝縮器３ａと、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする第２蒸発器２ｂと、第２の圧縮機４ｂと、膨張弁と、冷媒循環方向の正逆の切換弁（四方弁）と、図示省略の受液器等と、を備え、これらを配管接続して冷媒循環回路を構成しかつ切換弁により第１凝縮器３ａと第２蒸発器２ｂの吸熱と放熱（蒸発機能と凝縮機能）を切換自在に構成する。第３ヒートポンプＣは、熱交換用空気で循環冷媒の熱交換をする第２凝縮器３ｃと、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする第３蒸発器２ｃと、圧縮機４ｃと、膨張弁と、冷媒循環方向の正逆の切換弁（四方弁）と、図示省略の受液器等と、を備え、これらを配管接続して冷媒循環回路を構成しかつ切換弁により第２凝縮器３ｃと第３蒸発器２ｃの吸熱と放熱（蒸発機能と凝縮機能）を切換自在に構成する。第３ヒートポンプＣには、三方弁１０により第３蒸発器２ｃへの冷媒循環を停止して第２凝縮器３ｃのみに圧縮機４ｃのホットガスを循環させ除霜させる凝縮器除霜回路Ｇを設けているが、この凝縮器除霜回路Ｇを、他のヒートポンプＡ、Ｂに設けるも自由である。加湿器５は、気化方式や蒸気吹出し方式など各種方式のものを用いることができるが、蒸気吹出し方式とすれば、温度降下せず無段階制御が可能で精度良く温湿度制御を行えて、蒸発器の負荷を少なくできる。

給気送風路９の空調用空気入口と空調用空気出口はケーシング１に設け、空調用空気入口は還気取入用や外気取入用あるいは還気と外気の混合空気取入用としてダクトなどを介して室内などの被空調空間や屋外と連通させ、空調用空気出口は給気用としてダクトなどを介して室内などの被空調空間に連通させる。送風路８の熱交換用空気入口と熱交換用空気出口はケーシング１に設け、熱交換用空気入口は還気取入用や外気取入用あるいは還気と外気の混合空気取入用としてダクトなどを介して室内などの被空調空間や屋外と連通させ、熱交換用空気出口は排気用としてダクトなどを介して屋外などに連通させる。この第１凝縮器３ａと第２凝縮器３ｃに送風すると共に、送風機６で送風することにより第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂにて空調用空気を熱交換（冷却・加熱）して被空調空間に給気し、各種環境に応じた空調運転を行う。第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂと第３蒸発器２ｃと第１凝縮器３ａと第２凝縮器３ｃのフィンチューブは圧損の少ない楕円管にするのが好ましいが円形管でもよい。

図例の空調機は、第１と第２と第３のヒートポンプＡ、Ｂ、Ｃと送風機６、７と風上側と風下側の加湿器５、５の各々の容量制御をすると共に給気送風路入口空気温湿度に応じて第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの冷媒蒸発・冷媒凝縮を切換する制御手段（図示省略）を、備える。被空調空間の外気処理を行うには、たとえば、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合は、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷却減湿、又は、第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱して温調し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が低く湿度が高い場合は、第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱して温調し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は、第１蒸発器２ａにて加熱してから風上側加湿器５にて加湿し、さらに、第２蒸発器２ｂにて加熱してから風下側加湿器５にて加湿し、所定の給気温湿度に制御する。この場合、所望の給気温湿度にするのに必要な加熱量と加湿量に応じて、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて加熱し風上側加湿器５と風下側加湿器５のいずれか一方のみで加湿して所定の給気温湿度に制御することもできる。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が高く湿度が低い場合は第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて乾き冷却し、風上側加湿器５と風下側加湿器５の両方又は一方にて加湿し、所定の給気温湿度に制御する。熱負荷が大きい場合には、第３蒸発器２ｃにて予冷又は予熱を行ってから上述のごとく所定の給気温湿度に制御する。前記の制御手段は凝縮器負荷に応じて送風機７による凝縮器面風速制御も行う。たとえば、凝縮器負荷が大きくなると凝縮器面風速を増加させ、凝縮器負荷が小さくなると凝縮器面風速を減少させる。この凝縮器３の面風速を４．０〜６．０ｍ／ｓに設定することにより、圧縮機性能限界以上に熱量を確保でき、ＣＯＰが向上する。このように高風速で凝縮器の熱交換をすることによりＣＯＰが向上して省エネを図れ、小型の凝縮器を使用できて空調機のコンパクト化を図れ、凝縮器面風速制御により細かく空調機の能力調整ができ、圧縮機を大型化せずとも寒冷地から暑地まで広範囲の地域で使用できる。

また、被空調空間を恒温恒湿に空調するには、たとえば、風下側加湿器５を蒸気吹出し方式とした場合を例示すると、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合と所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が低く湿度が高い場合は、第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱して温調、又は、第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱して温調したのち風下側加湿器５にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて加熱して温調したのち風下側加湿器５にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御する。この場合、第１蒸発器２ａにて加熱してから風上側加湿器５にて加湿し、さらに、第２蒸発器２ｂにて加熱してから風下側加湿器５にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御することもできる。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が高く湿度が低い場合は第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて乾き冷却して温調したのち風下側加湿器５にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御する。熱負荷が大きい場合には、第３蒸発器２ｃにて予冷又は予熱を行ってから上述のごとく所定の給気温湿度に制御する。

この場合、風上側と風下側の加湿器５、５を止めて加湿せずに被空調空間を除湿乾燥することができる。たとえば、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合と所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が低く湿度が高い場合は第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱し、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて加熱し、所定の給気温湿度に制御する。熱負荷が大きい場合には、第３蒸発器２ｃにて予冷又は予熱を行ってから上述のごとく所定の給気温湿度に制御する。

また、被空調空間を低温加湿するには、たとえば、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合は第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷却減湿し、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は第１蒸発器２ａで加熱してから風上側加湿器５にて加湿しそののち第２蒸発器２ｂにて乾き冷却し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が高く湿度が低い場合は風上側加湿器５にて加湿してから第２蒸発器２ｂのみにて乾き冷却し、所定の給気温湿度に制御する。熱負荷が大きい場合には、第３蒸発器２ｃにて予冷又は予熱を行ってから上述のごとく所定の給気温湿度に制御する。また、上述の各空調例において、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの一方又は両方で加熱し第１凝縮器３ａに着霜が発生するような場合、第３蒸発器２ｃへの冷媒循環を停止して第２凝縮器３ｃのみにホットガスを循環させ、第２凝縮器３ｃにて加熱された空気で、第１と第２のヒートポンプＡ、Ｂの運転を止めることなく第１凝縮器３ａの除霜を行なうことができる。なお、加湿器５は、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの間と、第２蒸発器２ｂの風下の、いずれか一方に配設するも自由である。

図３〜図５は、他の実施例を示しており、実線及び点線の白抜き矢印は送風方向を示す。この空調機は、ケーシング１内に、給気送風路９と、第１と第２の圧縮式のヒートポンプＡ、Ｂと、加湿器５、５と、空調用空気を被空調空間へ給気する送風機６と、を備えており、第３の圧縮式のヒートポンプＣを付設してある。この第３ヒートポンプＣの冷媒−空気熱交換用第３蒸発器２ｃと第１ヒートポンプＡの冷媒−空気熱交換用第１蒸発器２ａと第２ヒートポンプＢの冷媒−空気熱交換用第２蒸発器２ｂとを送風方向へ順に配設すると共に、第１凝縮器３ａを第１ヒートポンプＡと第２ヒートポンプＢにて共用し、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの間と、第２蒸発器２ｂの風下の、両方に加湿器５を配設する。

第１と第２と第３のヒートポンプＡ、Ｂ、Ｃの各蒸発器２ａ、２ｂ、２ｃは冷媒蒸発・冷媒凝縮切換え自在に構成し、たとえば、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷媒蒸発させるサイクルと第１蒸発器２ａで冷媒蒸発かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒凝縮させるサイクルと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷媒凝縮させるサイクルとにすくなくとも切換自在、又は、第１蒸発器２ａにて冷媒蒸発かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒凝縮させるサイクルと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷媒凝縮させるサイクルとにすくなくとも切換自在、又は、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷媒蒸発させるサイクルと第１蒸発器２ａにて冷媒凝縮かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒蒸発させるサイクルとにすくなくとも切換自在、に構成する。通常は上記サイクルにて空調し、寒冷地や暑地などのように熱負荷が大きい場合には、第３蒸発器２ｃにて冷媒蒸発又は冷媒凝縮させるサイクルを付加する。たとえば、第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂにて冷媒蒸発させるサイクルと第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａにて冷媒蒸発かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒凝縮させるサイクルと第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂにて冷媒凝縮させるサイクルとにすくなくとも切換自在、又は、第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａにて冷媒蒸発かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒凝縮させるサイクルと第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂにて冷媒凝縮させるサイクルとにすくなくとも切換自在、又は、第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂにて冷媒蒸発させるサイクルと第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａで冷媒凝縮かつ第２蒸発器２ｂにて冷媒蒸発させるサイクルとにすくなくとも切換自在、に構成する。

第１凝縮器３ａ及び第３ヒートポンプＣの第２凝縮器３ｃはプレート式の冷媒−熱源水熱交換器とし、第１凝縮器３ａ内の第１ヒートポンプＡの冷媒流通路と第２ヒートポンプＢの冷媒流通路と熱源水流通路とを互いに熱交換自在として配設する。プレート式の第１凝縮器３ａ及び第２凝縮器３ｃは、たとえば幾枚もの伝熱板（プレート）を重ねその伝熱板と伝熱板の間を熱源水と２つの冷媒が交互に流れて互いに熱交換するように構成する。第１凝縮器３ａ及び第２凝縮器３ｃは、熱源機１１で温度調整された熱源水が流れる熱源水回路１２に接続される。（図５参照）第１ヒートポンプＡは、熱源水で循環冷媒の熱交換をする共用の第１凝縮器３ａと、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする第１蒸発器２ａと、第１の圧縮機４ａと、膨張弁と、冷媒循環方向の正逆の切換弁（四方弁）と、図示省略の受液器等と、を備え、これらを配管接続して冷媒循環回路を構成しかつ切換弁により第１凝縮器３ａと第１蒸発器２ａでの吸熱と放熱（蒸発機能と凝縮機能）を切換自在に構成する。第２ヒートポンプＢは、共用の第１凝縮器３ａと、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする第２蒸発器２ｂと、第２の圧縮機４ｂと、膨張弁と、冷媒循環方向の正逆の切換弁（四方弁）と、図示省略の受液器等と、を備え、これらを配管接続して冷媒循環回路を構成しかつ切換弁により第１凝縮器３ａと第２蒸発器２ｂでの吸熱と放熱（蒸発機能と凝縮機能）を切換自在に構成する。第３ヒートポンプＣは、熱源水で循環冷媒の熱交換をする第２凝縮器３ｃと、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする第３蒸発器２ｃと、圧縮機４ｃと、膨張弁と、冷媒循環方向の正逆の切換弁（四方弁）と、図示省略の受液器等と、を備え、これらを配管接続して冷媒循環回路を構成しかつ切換弁により第２凝縮器３ｃと第３蒸発器２ｃの吸熱と放熱（蒸発機能と凝縮機能）を切換自在に構成する。加湿器５は、気化方式や蒸気吹出し方式など各種方式のものを用いることができるが、蒸気吹出し方式とすれば、温度降下せず無段階制御が可能で精度良く温湿度制御を行えて、蒸発器の負荷を少なくできる。

空調用空気入口と空調用空気出口はケーシング１に設け、空調用空気入口は還気取入用や外気取入用あるいは還気と外気の混合空気取入用としてダクトなどを介して室内などの被空調空間や屋外と連通させ、空調用空気出口は給気用としてダクトなどを介して室内などの被空調空間に連通させる。第１凝縮器３ａ及び第２凝縮器３ｃに熱源水を流し、送風機６で送風することにより第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂにて空調用空気を熱交換（冷却・加熱）して被空調空間に給気し、各種環境に応じた空調運転を行う。第１と第２と第３のヒートポンプＡ、Ｂ、Ｃで冷却と加熱を行うときの熱源水の使用限界水温範囲はたとえば１０℃〜４５℃なので、エアハンなどの冷温水コイルでは冷却・加熱できないような温度の熱源水を用いて、第１と第２と第３のヒートポンプＡ、Ｂ、Ｃで冷却と加熱を切換自在に行え、熱源水回路１２が２管式ですむ。第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂと第３蒸発器２ｃのフィンチューブは圧損の少ない楕円管にするのが好ましいが円形管でもよい。

ケーシング１内には、熱源水回路１２からの熱源水と洗浄装置１３からの洗浄液とを選択的に第１凝縮器３ａに流通自在とする第１の通水機構D1と、熱源水回路１２からの熱源水と洗浄装置１３からの洗浄液とを選択的に第２凝縮器３ｃに流通自在とする第２の通水機構D2と、を設ける。この第１と第２の通水機構D1、D2は同様の構成なので図５においてあわせて説明する。図５（ｂ）は、第１凝縮器３ａ（第２凝縮器３ｃ）を清掃する洗浄装置１３を接続した状態を示し、図５（ａ）は洗浄装置１３を外した状態を示している。通水機構D1（通水機構D2）は、熱源水回路１２と第１凝縮器３ａ（第２凝縮器３ｃ）を接続する熱源水入口路１６ａ及び熱源水出口路１６ｂと、熱源水入口路１６ａと熱源水出口路１６ｂに個別に設けられて洗浄装置１３の洗浄液入口路２０ａ及び洗浄液出口路２０ｂを接続・分離自在なプラグ付接続口１７、１７と、洗浄装置１３と第１凝縮器３ａ（第２凝縮器３ｃ）を洗浄液入口路２０ａ及び洗浄液出口路２０ｂで接続することにより構成される洗浄流路Ｅへの熱源水の流入を遮断する開閉弁１８、１８と、を備えている。このように、部品が少なく簡単な構造で通水機構D1（通水機構D2）を構成でき、製作が容易でコスト節減を図れ、スペースをとらなくて済み、洗浄流路Ｅへの熱源水の流入を遮断して薬品洗浄でき、洗浄効果が大となる。熱源水回路１２と第１凝縮器３ａ（第２凝縮器３ｃ）を熱源水入口路１６ａ及び熱源水出口路１６ｂで接続して成る熱源流路Ｆと、洗浄流路Ｅとの共用部にはストレーナ１９を設ける。これにより、ストレーナ１９を熱源流路Ｆと洗浄流路Ｅの異物除去に兼用でき、個別にストレーナを設ける必要がなくコストダウンを図れる。空調運転時は図５（ａ）の状態で接続口１７、１７のプラグを閉め、開閉弁１８、１８を開いて熱源水を流し、ストレーナ１９は適宜清掃する。第１凝縮器３ａ（第２凝縮器３ｃ）の清掃時はケーシング１内を露出させ、図５（ｂ）のように接続口１７、１７のプラグを外して洗浄装置１３の洗浄液入口路２０ａ及び洗浄液出口路２０ｂを接続し、開閉弁１８、１８を閉じて第１凝縮器３ａ（第２凝縮器３ｃ）に洗浄液を流して洗浄し、洗浄後にストレーナ１９を清掃する。なお、ストレーナ１９は図例以外の位置に変更自由である。また、通水機構D1（通水機構D2）は、ケーシング１内でなく、全て外部に設けたり、一部を外部に設けるも自由である。

図３の空調機は、第１と第２と第３のヒートポンプＡ、Ｂ、Ｃと送風機６と風上側と風下側の加湿器５、５の各々の容量制御をすると共に給気送風路入口空気温湿度に応じて第３蒸発器２ｃと第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの冷媒蒸発・冷媒凝縮を切換する制御手段（図示省略）を、備える。被空調空間の外気処理を行うには、たとえば、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合は、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷却減湿、又は、第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱して温調し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が低く湿度が高い場合は、第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱して温調し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は、第１蒸発器２ａにて加熱してから風上側加湿器５にて加湿し、さらに、第２蒸発器２ｂにて加熱してから風下側加湿器５にて加湿し、所定の給気温湿度に制御する。この場合、所望の給気温湿度にするのに必要な加熱量と加湿量に応じて、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて加熱し風上側加湿器５と風下側加湿器５のいずれか一方のみで加湿して所定の給気温湿度に制御することもできる。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が高く湿度が低い場合は第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて乾き冷却し、風上側加湿器５と風下側加湿器５の両方又は一方にて加湿し、所定の給気温湿度に制御する。熱負荷が大きい場合には、第３蒸発器２ｃにて予冷又は予熱を行ってから上述のごとく所定の給気温湿度に制御する。

また、被空調空間を恒温恒湿に空調するには、たとえば、風下側加湿器５を蒸気吹出し方式とした場合を例示すると、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合と所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が低く湿度が高い場合は、第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱して温調、又は、第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱して温調したのち風下側加湿器５にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて加熱して温調したのち風下側加湿器５にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御する。この場合、第１蒸発器２ａにて加熱してから風上側加湿器５にて加湿し、さらに、第２蒸発器２ｂにて加熱してから風下側加湿器５にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御することもできる。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が高く湿度が低い場合は第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて乾き冷却して温調したのち風下側加湿器５にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御する。熱負荷が大きい場合には、第３蒸発器２ｃにて予冷又は予熱を行ってから上述のごとく所定の給気温湿度に制御する。

この場合、風上側と風下側の加湿器５、５を止めて加湿せずに被空調空間を除湿乾燥することができる。たとえば、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合と所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が低く湿度が高い場合は第１蒸発器２ａで冷却減湿してから第２蒸発器２ｂにて加熱し、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて加熱し、所定の給気温湿度に制御する。熱負荷が大きい場合には、第３蒸発器２ｃにて予冷又は予熱を行ってから上述のごとく所定の給気温湿度に制御する。

また、被空調空間を低温加湿するには、たとえば、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合は第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの両方又は一方にて冷却減湿し、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は第１蒸発器２ａで加熱してから風上側加湿器５にて加湿しそののち第２蒸発器２ｂにて乾き冷却し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が高く湿度が低い場合は風上側加湿器５にて加湿してから第２蒸発器２ｂのみにて乾き冷却し、所定の給気温湿度に制御する。熱負荷が大きい場合には、第３蒸発器２ｃにて予冷又は予熱を行ってから上述のごとく所定の給気温湿度に制御する。なお、加湿器５は、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂの間と、第２蒸発器２ｂの風下の、いずれか一方に配設するも自由である。

なお、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更自由であり、たとえば、第１と第２と第３のヒートポンプＡ、Ｂ、Ｃや制御手段の構成、第１蒸発器２ａと第２蒸発器２ｂと第３蒸発器２ｃの冷媒蒸発と冷媒凝縮のサイクルの変更や増減は自由である。

ヒートポンプ式空調機の実施例を示す正面図。 ヒートポンプの簡略説明図。 ヒートポンプ式空調機の他の実施例を示す正面図。 図３のヒートポンプの簡略説明図。 通水機構の簡略説明図。

符号の説明

１ ケーシング
２ａ 第１蒸発器
２ｂ 第２蒸発器
２ｃ 第３蒸発器
３ａ 第１凝縮器
５ 加湿器
１２ 熱源水回路
１３ 洗浄装置
Ａ 第１ヒートポンプ
Ｂ 第２ヒートポンプ
Ｃ 第３ヒートポンプ
D1 第１通水機構
D2 第２通水機構
Ｇ 凝縮器除霜回路

Claims (5)

1. 第１と第２の圧縮式のヒートポンプＡ、Ｂを備えたヒートポンプ式空調機において、第３の圧縮式のヒートポンプＣを付設し、前記第３ヒートポンプＣの冷媒−空気熱交換用第３蒸発器２ｃと前記第１ヒートポンプＡの冷媒−空気熱交換用第１蒸発器２ａと前記第２ヒートポンプＢの冷媒−空気熱交換用第２蒸発器２ｂとを送風方向へ順に配設すると共に、第１凝縮器３ａを前記第１ヒートポンプＡと前記第２ヒートポンプＢにて共用し、前記第１と第２と第３のヒートポンプＡ、Ｂ、Ｃの各蒸発器２ａ、２ｂ、２ｃを冷媒蒸発・冷媒凝縮切換え自在に構成し、前記第１蒸発器２ａと前記第２蒸発器２ｂの間と、前記第２蒸発器２ｂの風下の、一方又は両方に加湿器５を配設したことを特徴とするヒートポンプ式空調機。
2. 第１凝縮器３ａ及び第３ヒートポンプＣの第２凝縮器３ｃを冷媒−空気熱交換器とすると共に、前記第１凝縮器３ａ内の第１ヒートポンプＡの冷媒流通路と第２ヒートポンプＢの冷媒流通路とを互いに熱交換自在として配設し、すくなくとも前記第３ヒートポンプＣにホットガス方式の凝縮器除霜回路Ｇを設けた請求項１記載のヒートポンプ式空調機。
3. 第１凝縮器３ａ及び第３ヒートポンプＣの第２凝縮器３ｃをプレート式の冷媒−熱源水熱交換器とし、前記第１凝縮器３ａ内の第１ヒートポンプＡの冷媒流通路と第２ヒートポンプＢの冷媒流通路と熱源水流通路とを互いに熱交換自在として配設した請求項１記載のヒートポンプ式空調機。
4. 熱源水回路１２からの熱源水と洗浄装置１３からの洗浄液とを選択的に第１凝縮器３ａに流通自在とする第１の通水機構D1と、前記熱源水回路１２からの熱源水と前記洗浄装置１３からの洗浄液とを選択的に第２凝縮器３ｃに流通自在とする第２の通水機構D2と、を設けた請求項３記載のヒートポンプ式空調機。
5. 請求項１乃至４記載のヒートポンプ式空調機において、第１と第２と第３のヒートポンプＡ、Ｂ、Ｃの熱交換器であって冷媒−空気熱交換用のもののフィンチューブを楕円管にしたことを特徴とするヒートポンプ式空調機。

Images