JP2006200847A - 農産業用空気熱源ヒートポンプ式空調機 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネでコンパクト、風量制御が容易で低騒音な空調機を提供する。
【解決手段】 ケーシング１を扁平状に形成し、ケーシング１の正面側上端部に給気口２を、背面側上端部に排気口を、正面側下端部に還気取入口４を、側面下端部に第１外気取入口５と第２外気取入口６を、各々形成する。給気口２と還気取入口４と第１外気取入口５に各々連通する給気側送風路Ａと、排気口と還気取入口４と第２外気取入口６とに各々連通する熱源側送風路Ｂと、をケーシング１内に並列に立設する。熱源側送風路Ｂの熱源側冷媒−空気熱交換器８の風上側であって第２外気取入口６と熱源側冷媒−空気熱交換器８との間に配置された第２還気ダンパ１５と、熱源側冷媒−空気熱交換器８の風下側であって熱源側冷媒−空気熱交換器８と熱源側送風機１０との間に配置されて熱源側冷媒−空気熱交換器８をバイパスさせる第３還気ダンパ１７と、を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は栽培室や倉庫、工場など農産業用の空気熱源ヒートポンプ式空調機に関するものである。

還気循環空調、換気しながらの空調、換気のみによる外気冷房または外気暖房、の各種パターンの運転に切換自在な空気熱源の一体型ヒートポンプ式空調機として特開２００２−１４７７９１号のものがある。この空調機は給気側冷媒−空気熱交換器と熱源側冷媒−空気熱交換器へ送られる外気と還気をダンパにて風量制御し各種パターンの運転に切換えするものであるが、どのパターンの運転でも必ず熱源側冷媒−空気熱交換器を還気や外気が通過する構造となっている。

特開２００２−１４７７９１号公報

このような構造の空調機を、２４時間空調を行う促成栽培などに使用した場合、一日の気候変化に関係なく、栽培室内の温湿度を一日に何回も人工的に変化させる必要があるため、ヒートポンプを動かさずに換気のみによる外気冷房または外気暖房を行う回数と時間が必然的に多くなる。ところが、換気の際にも通過する必要のない空気抵抗の大きな熱源側冷媒−空気熱交換器に必ず還気が通るため、送風機に負荷がかかり動力費がかさむ問題がある。また、この空調機は、ケーシングと被空調空間をダクトでつなぎ給排気等をしているため、ダクト施工の分、設備コスト高となる問題がある。さらに、ケーシングが横長のため広い設置面積が必要となり、その分もコストが高くなる。そこで、ダクト無しで容易に設置できてコンパクトで、設備コストがかからず、温度ムラがなく、メンテナンスと風量制御が容易で、熱回収ができ低騒音な空調機を提供する。

本発明は、上記課題を解決するため、ケーシングを正面・背面方向に扁平状に形成し、このケーシングの正面側上端部に給気口を、背面側上端部に排気口を、各々形成すると共に、前記ケーシングの正面側下端部に還気取入口を形成し、かつ前記ケーシングの一側面下端部に第１外気取入口を、他側面下端部に第２外気取入口を、各々形成し、前記給気口と前記還気取入口と前記第１外気取入口に各々連通する給気側送風路と、前記排気口と前記還気取入口と前記第２外気取入口とに各々連通する熱源側送風路と、を前記ケーシング内に並列に立設し、給気側冷媒−空気熱交換器を前記給気側送風路に設け、熱源側冷媒−空気熱交換器と熱源側送風機とを前記熱源側送風路に設け、前記熱源側冷媒−空気熱交換器の風上側であって前記第２外気取入口と前記熱源側冷媒−空気熱交換器との間に配置されて前記還気取入口から前記熱源側冷媒−空気熱交換器への還気風量を制御する第２還気ダンパと、前記熱源側冷媒−空気熱交換器の風下側であって前記熱源側冷媒−空気熱交換器と前記熱源側送風機との間に配置されて前記熱源側冷媒−空気熱交換器をバイパスさせると共に前記還気取入口から前記排気口への還気風量を制御する第３還気ダンパと、を設け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、農産業用の被空調空間に対して循環空調、換気循環空調、換気（外気冷房、外気暖房）などの各種パターンの運転を行える。ヒートポンプを動かさない換気運転で、熱源側冷媒−空気熱交換器を通さずに排気できるので、熱源側送風機の負荷が減り動力費を節減でき、特に換気運転が多くなる農産業用で大きな省エネ効果を得られる。しかも外気と還気を混合して空調する換気循環運転では熱源側冷媒−空気熱交換器で熱回収ができて省エネとなり、その外気と還気の風量混合比調節も第２還気ダンパだけで行えるので制御が非常に簡単になる。栽培室や倉庫、工場などの縦壁の通風口に給気口と還気取入口を嵌合して空調機を設置するだけで被空調空間を空調できるので、ダクトが不要となり設備コストを低減できる。ケーシングが縦型で正面・背面方向に薄いので設置面積が小さくて済み、壁から外に張り出さず邪魔にならない。下から吸い込んで上から吹出すので気流分布が良くなり温調ムラを防止できる。ケーシングの両サイドから外気を取入れるようにしてあるので背面側から容易にメンテナンスできる。
請求項２の発明によれば、熱源側送風路の傾斜状上端仕切面に被さるように給気側送風路の上端部が折曲がって拡径するので反射減衰による減音作用が向上し、かつ給気口と排気口の部分が嵩高くならずコンパクトにでき吹出し範囲を幅広くとれ、熱源側送風路の傾斜状上端仕切面に沿ってスムーズに排気できて圧力損失の減少を図れる。
請求項３の発明によれば、給気側冷媒−空気熱交換器と熱源側冷媒−空気熱交換器の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。給気側冷媒−空気熱交換器と熱源側冷媒−空気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〜図５は、本発明の農産業用空気熱源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と、ヒートポンプＣと、を備えており、ケーシング１を正面・背面方向に扁平状に形成し、このケーシング１の正面側上端部に給気口２を、背面側上端部に排気口３を、各々形成すると共に、ケーシング１の正面側下端部に還気取入口４を形成し、かつケーシング１の一側面下端部に第１外気取入口５を、他側面下端部に第２外気取入口６を、各々形成する。栽培室や倉庫、工場などの被空調空間の縦壁に形成した上部通風口と下部通風口に、前記被空調空間内へ給気吹出し自在として給気口２を、前記被空調空間内から還気取入自在として還気取入口４を、各々配置し、前記縦壁の外面にケーシング１をその正面を面対向させて設置する（図２と図３参照）。この給気口２と還気取入口４と第１外気取入口５に各々連通する給気側送風路Ａと、排気口３と還気取入口４と第２外気取入口６とに各々連通する熱源側送風路Ｂと、をケーシング１内に並列に立設する。給気側送風路Ａには、第１外気取入口５からの外気と還気取入口４からの還気とが選択的に通風される給気側冷媒−空気熱交換器７と、加湿器１６と、風量制御自在な給気側送風機９と、を設け、熱源側送風路Ｂには、第２外気取入口６からの外気と還気取入口４からの還気とが選択的に通風される熱源側冷媒−空気熱交換器８と、風量制御自在な吸込み式の熱源側送風機１０と、を設ける。

ケーシング１には、熱源側冷媒−空気熱交換器８の風上側であって第２外気取入口６と熱源側冷媒−空気熱交換器８との間に配置されて還気取入口４から熱源側冷媒−空気熱交換器８への還気風量を制御する第２還気ダンパ１５と、熱源側冷媒−空気熱交換器８の風下側であって熱源側冷媒−空気熱交換器８と熱源側送風機１０との間に配置されて熱源側冷媒−空気熱交換器８をバイパスさせると共に還気取入口４から排気口３への還気風量を制御する第３還気ダンパ１７と、第１外気取入口５から給気側冷媒−空気熱交換器７への外気風量を制御する外気ダンパ１３と、還気取入口４から給気側冷媒−空気熱交換器７への還気風量を制御する第１還気ダンパ１４と、を設けて、各種の運転制御装置等により風量制御を行う。各ダンパ１３、１４、１５、１７は、全閉・全開切換のみ又は任意風量可変自在の何れの構造であってもよい。ダンパ１４、１７、１５はケーシング１の正面側下端部に横並びに配置し、これらと給気側送風路Ａと熱源側送風路Ｂにまたがって還気取入口４を１つ設けて構造の簡略化とコストダウンを図っているが、還気取入口４を、ダンパ１４、１７、１５に別々に１つずつ又は給気側送風路Ａと熱源側送風路Ｂに別々に１つずつ設けてもよい。熱源側冷媒−空気熱交換器８は、その空気出入口面を第３還気ダンパ１７から熱源側送風機１０への気流方向と略平行になるように配置し、第２還気ダンパ１５閉及び第３還気ダンパ１７閉状態において外気が熱源側冷媒−空気熱交換器８を流れ（図６（ａ）参照）、第２還気ダンパ１５開及び第３還気ダンパ１７閉状態において還気と外気が熱源側冷媒−空気熱交換器８を流れ（図６（ｂ）参照）、第２還気ダンパ１５閉及び第３還気ダンパ１７開状態において還気が熱源側冷媒−空気熱交換器８をバイパスして流れて外気が熱源側冷媒−空気熱交換器８に流れない（図６（ｃ）参照）ようにし、外気と還気の送風切換えと風量調整をする。

熱源側送風路Ｂの上端仕切面１２は背面側から正面側に向かって下傾させ、上端仕切面１２とケーシング１内面にて形成された空間を給気側送風路Ａとして利用する。排気口３は斜め下乃至下方に吹出す庇状に形成して、積雪対策を不要とする。ケーシング１の背面は、着脱又は開閉自在なメンテナンス用の外装板にて形成して、障害物のない背面側から内部を容易にメンテナンスできるようにする。なお、排気口３と給気口２は図例以外の形状構造のものに変更するも自由で、例えば、給気口３はパンカルーバーとして局所への吹出しを可能としてもよい。

ヒートポンプＣは、循環冷媒に対して蒸発・圧縮・凝縮・膨張の工程順を繰返し、この循環冷媒と熱交換する空気に対して冷媒蒸発工程で吸熱を冷媒凝縮工程で放熱を各々行うもので、循環冷媒の蒸発工程と凝縮工程であって互いに異なる工程を行う給気側冷媒−空気熱交換器７及び熱源側冷媒−空気熱交換器８と、循環冷媒を圧縮する圧縮機１１と、循環冷媒を膨張させる膨張弁等の減圧機構１８と、給気側冷媒−空気熱交換器７及び熱源側冷媒−空気熱交換器８の蒸発工程と凝縮工程を切換えるバルブ等の切換機構１９と、を少なくとも備え、これらを冷媒が循環するように配管接続して成る。給気側冷媒−空気熱交換器７では循環冷媒で給気用空気を冷却又は加熱し、熱源側冷媒−空気熱交換器８では熱源用空気で循環冷媒を凝縮又は蒸発させる。給気側冷媒−空気熱交換器７と熱源側冷媒−空気熱交換器８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。また、この空調機は、ヒートポンプＣと送風機９、１０と加湿器１６の各々の容量制御をすると共に給気側送風路入口空気温湿度に応じて給気側冷媒−空気熱交換器７の冷媒蒸発・冷媒凝縮を切換する制御手段（図示省略）を、備えている。

図６に示すように、この空調機では、循環空調、換気循環空調、換気（外気冷房、外気暖房）などの各種パターンの運転を行える。図６（ａ）に示す循環空調運転では、外気ダンパ１３と第２還気ダンパ１５と第３還気ダンパ１７を閉じ、第１還気ダンパ１４を開にし、第１還気ダンパ１４から取入れた被空調空間の還気を給気側冷媒−空気熱交換器７の循環冷媒で熱交換し、必要に応じて加湿器１６を作動させて温湿度調整して給気口２から被空調空間へ給気し、第２外気取入口６から取入れた外気で熱源側冷媒−空気熱交換器８の循環冷媒を熱交換して吸熱又は放熱し排気口３から屋外へ排気する。図６（ｂ）に示す換気循環空調運転では、外気ダンパ１３と第２還気ダンパ１５と第１還気ダンパ１４を開にし、第３還気ダンパ１７を閉じ、第１還気ダンパ１４から取入れた還気と外気ダンパ１３から取入れた外気を所定割合で混合して給気側冷媒−空気熱交換器７で熱交換し、必要に応じて加湿器１６を作動させて温湿度調整して給気口２から被空調空間へ給気し、第２外気取入口６から取入れた外気と第２還気ダンパ１５から取入れた還気を所定割合で混合して熱源側冷媒−空気熱交換器８の循環冷媒を熱回収しながら熱交換・熱回収し排気口３から屋外へ排気する。図６（ｃ）に示す換気（外気冷房、外気暖房）運転では、ヒートポンプＣを止めて、第１還気ダンパ１４と第２還気ダンパ１５を閉じ、外気ダンパ１３と第３還気ダンパ１７を開にして、外気ダンパ１３から外気を取入れ、必要に応じて加湿器１６を作動させて湿度調整して被空調空間に給気し、第３還気ダンパ１７から取入れた還気を排気口３から屋外へ排気する。

本発明の実施例を示す正面図。 図１の側面図。 図１の平面図。 一部を破断して示す上部の斜視図。 ヒートポンプの簡略説明図。 運転パターンの簡略説明図。

符号の説明

１ ケーシング
２ 給気口
３ 排気口
４ 還気取入口
５ 第１外気取入口
６ 第２外気取入口
７ 給気側冷媒−空気熱交換器
８ 熱源側冷媒−空気熱交換器
１０ 熱源側送風機
１２ 上端仕切面
１３ 外気ダンパ
１４ 第１還気ダンパ
１５ 第２還気ダンパ
１７ 第３還気ダンパ
Ａ 給気側送風路
Ｂ 熱源側送風路

Claims (3)

1. ケーシング１を正面・背面方向に扁平状に形成し、このケーシング１の正面側上端部に給気口２を、背面側上端部に排気口３を、各々形成すると共に、前記ケーシング１の正面側下端部に還気取入口４を形成し、かつ前記ケーシング１の一側面下端部に第１外気取入口５を、他側面下端部に第２外気取入口６を、各々形成し、前記給気口２と前記還気取入口４と前記第１外気取入口５に各々連通する給気側送風路Ａと、前記排気口３と前記還気取入口４と前記第２外気取入口６とに各々連通する熱源側送風路Ｂと、を前記ケーシング１内に並列に立設し、給気側冷媒−空気熱交換器７を前記給気側送風路Ａに設け、熱源側冷媒−空気熱交換器８と熱源側送風機１０とを前記熱源側送風路Ｂに設け、前記熱源側冷媒−空気熱交換器８の風上側であって前記第２外気取入口６と前記熱源側冷媒−空気熱交換器８との間に配置されて前記還気取入口４から前記熱源側冷媒−空気熱交換器８への還気風量を制御する第２還気ダンパ１５と、前記熱源側冷媒−空気熱交換器８の風下側であって前記熱源側冷媒−空気熱交換器８と前記熱源側送風機１０との間に配置されて前記熱源側冷媒−空気熱交換器８をバイパスさせると共に前記還気取入口４から前記排気口３への還気風量を制御する第３還気ダンパ１７と、を設けたことを特徴とする農産業用空気熱源ヒートポンプ式空調機。
2. 熱源側送風路Ｂの上端仕切面１２を背面側から正面側に向かって下傾させ、前記上端仕切面１２とケーシング１内面にて形成された空間を給気側送風路Ａとして利用した請求項１記載の農産業用空気熱源ヒートポンプ式空調機。
3. 給気側冷媒−空気熱交換器７と熱源側冷媒−空気熱交換器８のフィンチューブを楕円管にした請求項１又は２記載の農産業用空気熱源ヒートポンプ式空調機。

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