JP2006266518A

JP2006266518A - 空気調和システム

Info

Publication number: JP2006266518A
Application number: JP2005081170A
Authority: JP
Inventors: Masaki Takamatsu; 正樹高松; Satoshi Hario; 聡針生
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】吸湿部の再生を効率よく行うことができる外気処理機を有する空気調和システムを提供する。
【解決手段】圧縮機１、室外熱交換器７，９、膨張機構２１および室内熱交換器２３を冷媒配管で接続し、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒を封入した空気調和機２００と、換気通路３０１、外気導入通路３０３および再生可能な吸湿部３１３Ａを有し、換気通路３０１を通る内気で再生させた吸湿部を外気導入通路３０３に移動させて、この吸湿部３１３Ａで導入外気を除湿する除湿機構３１１を有した外気処理機３００とを備え、室外熱交換器７を換気通路３０１の除湿機構３１１の上流側に配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、外気処理機を有する空気調和システムに関する。

従来、除湿ロータと呼称され、再生可能な吸湿部を有し、換気通路を通る内気で再生させた吸湿部を回転させて外気導入通路に移動し、この吸湿部で導入外気を除湿する除湿機構を有した外気処理機が知られている。この種のものでは、電気やガス等を熱源として、この吸湿部を再生し、この吸湿部をロータ回転により外気導入通路内に移動させ、ここに移動した吸湿部で外気の湿気を吸湿することにより、導入外気を除湿して被調和室に供給するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−４２５６号公報

しかし、上記構成では、例えば冷房運転時には、被調和室内の内気温度が低く、この低温の内気では吸湿部を再生しにくいという問題がある。
従来、電熱ヒータ等を使用し、この熱により吸湿部の再生を行っているが、これではエネルギ損失が大きいという問題がある。
そこで、本発明の目的は、吸湿部の再生を効率よく行うことができる外気処理機を有する空気調和システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、圧縮機、室外熱交換器、膨張機構および室内熱交換器を冷媒配管で接続し、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒を封入した空気調和機と、換気通路、外気導入通路および再生可能な吸湿部を有し、換気通路を通る内気で再生させた吸湿部を外気導入通路に移動させて、この吸湿部で導入外気を除湿する除湿機構を有した外気処理機とを備え、前記室外熱交換器を前記換気通路の前記除湿機構の上流側に配置したことを特徴とする。

本発明では、空気調和機の冷媒回路に、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒を封入したため、室外熱交換器での放熱温度が高くなる。
そして、この室外熱交換器を換気通路の除湿機構の上流側に配置したため、空気調和機の冷房運転時には、室外熱交換器での高温の熱を吸湿部の再生熱に利用し、効率のよい再生が可能になると共に、空気調和機の暖房運転時には、室外熱交換器で換気通路を通る内気から効率よく熱回収することが可能になる。

前記圧縮機が二段圧縮機であり、一段目の出口から二段目の入口までに第１の室外熱交換器を接続し、二段目の出口に第２の室外熱交換器を接続し、前記第２の室外熱交換器を、前記換気通路の前記除湿機構の上流側に配置してもよい。
前記室外熱交換器の出口に、第１の膨張機構、第１の室内熱交換器、気液分離器、第２の膨張機構および第２の室内熱交換器を順に接続し、前記第１の室内熱交換器を、前記外気導入通路の前記除湿機構の下流側に配置してもよい。
この場合、冷房運転時に前記第１の室内熱交換器で導入外気を冷却してもよく、暖房運転時に、前記第１の室内熱交換器で導入外気を加熱してもよい。さらに、内気と外気を熱交換させる全熱交換器を備えてもよい。

本発明では、空気調和機の冷媒回路に、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒を封入したため、室外熱交換器での放熱温度が高くなり、この室外熱交換器を換気通路の除湿機構の上流側に配置したため、例えば冷房運転時には、室外熱交換器での高温の熱を吸湿部の再生熱に利用し、効率のよい再生が可能になると共に、暖房運転時には、室外熱交換器で換気通路を通る内気から効率よく熱回収できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す回路図である。この空気調和システム１００は、空気調和機２００と、外気処理機３００とを含んで構成されている。
この空気調和機２００は、二段圧縮機１を有し、この二段圧縮機１は一段目の出口１Ａから二段目の入口１Ｂまでの間に第１の室外熱交換器（中間冷却器）３を接続し、二段目の出口１Ｃに四方弁５、第２の室外熱交換器７を順に接続している。第２の室外熱交換器７には、第３の室外熱交換器９が接続され、この第３の室外熱交換器９と第１の室外熱交換器３とが、共通の第１の室外熱交換器送風機１１による送風を受けている。入口１Ｄは、圧縮機一段目の吸い込みである。

第３の室外熱交換器９には熱交換器１３が接続され、この熱交換器１３では吸い込み側の冷媒と熱交換する。この熱交換器１３には第１の膨張機構１５が接続され、この第１の膨張機構１５には第１の室内熱交換器１７が接続されている。
この第１の室内熱交換器１７には気液分離器１９が接続され、この気液分離器１９の液管１９Ａには第２の膨張機構２１および第２の室内熱交換器２３が順に接続されている。この第２の室内熱交換器２３は、室内に設置されて、当該室内を冷房または暖房する。２５は第２の室内熱交換器送風機である。この第２の室内熱交換器２３は上述した熱交換器１３を経由して、上述した圧縮機一段目の入口１Ｄに接続されている。
また、気液分離器１９のガス管１９Ｂは、圧縮機二段目の入口１Ｂに接続され、気液分離器１９で分離されたガス冷媒は、圧縮機一段目の出口１Ａからのガス冷媒と合流して二段目の入口１Ｂに供給される。

外気処理機３００は、室内の空気（以下、内気という。）を室外に導く換気通路３０１と、室外の空気（以下、外気という。）を室内に導く外気導入通路３０３とを備えて構成されている。換気通路３０１には換気送風機３０５が配置され、外気導入通路３０３には外気導入送風機３０７が配置され、各送風機は、外気処理機３００の室内側の端に設置されている。また、外気処理機３００の室外側の端には、換気通路３０１および外気導入通路３０３の両方に跨って、導入外気を除湿する除湿機構３１１が設置され、除湿機構３１１と各送風機間には、換気通路３０１および外気導入通路３０３の両方に跨って、内気と外気を熱交換させる全熱交換器３１２が設置されている。

そして、本構成では、空気調和機２００の第２の室外熱交換器７が、外気処理機３００における換気通路３０１内の除湿機構３１１と全熱交換器３１２との間、すなわち除湿機構３１１の上流側に配置されている。
また、空気調和機２００の第１の室内熱交換器１７が、外気処理機３００における外気導入通路３０３内の全熱交換器３１３と外気導入送風機３０７との間、すなわち全熱交換器３１３の下流側に配置されている。

全熱交換器３１２は、全熱交換素子を有し、この全熱交換素子に導入された外気と内気間で熱交換し、例えば冷房運転時には、暖かい外気を冷たい内気で冷却して室内に送り込み、暖房運転時には、冷たい外気を暖かい内気で暖めて室内に送り込み、いわゆる熱ロスを低減させて換気している。

除湿機構３１１は、回転軸３１１Ａ回りに回転駆動される除湿ロータ３１３を備えて構成されている。この除湿ロータ３１３は、例えば多数の貫通孔を有するハニカム状の構造物であり、細孔の表面にゼオライトやシリカゲル等の吸着性微粒子を担持させており、この微粒子で導入外気中の水分を吸着する。この除湿ロータ３１３は、図示を省略したモータで回転駆動され、吸湿に寄与する部位と、再生に寄与する部位とが、徐々に入り替わっていく。すなわち、この除湿ロータ３１３は、加熱により再生が可能な吸湿部３１３Ａを有し、この吸湿部３１３Ａは、換気通路３０１を通る内気の熱によって再生され、再生された吸湿部３１３Ａは、除湿ロータ３１３の回転によって、外気導入通路３０３内に移動する。外気導入通路３０３に移動した吸湿部３１３Ａは、熱再生によって除湿可能になっており、導入外気中に含まれる水分を吸着する。この除湿ロータ３１３には、複数の吸湿部３１３Ａが形成されており、除湿ロータ３１３を適宜に回転させることによって、再生・吸湿が連続して行われる。

上述した空気調和機２００の冷媒回路には、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒、すなわち、二酸化炭素（ＣＯ₂）冷媒が封入されている。
まず、冷房サイクルについて説明する。図１において、四方弁５が実線の位置に切り替えられると、冷媒が、実線の矢印で示すように流れる。
図２は、本構成における２段圧縮を含む冷房サイクルのエンタルピ・圧力（ＰＨ）線図であり、例えば、夏場で、外気温度が３０℃以上になった場合、或いは、負荷が大きくなった場合等の条件によって、図示のように、高圧側回路内が運転中に超臨界圧力で運転される。高圧側回路内が超臨界圧力で運転される冷媒には、ほかに、例えばエチレン、ディボラン、エタン、酸化窒素等が挙げられる。

図２において、「ａ」は、圧縮機一段目の入口１Ｄ、「ｂ」は、圧縮機一段目の出口１Ａ、「ｃ」は、二段目の入口１Ｂ、「ｄ」は、二段目の出口１Ｃである。圧縮機１から吐出された冷媒は、室外熱交換器（ガスクーラ）７，９を通って循環し冷却される。「ｅ」は、室外熱交換器９の出口、「ｆ」は、第１の膨張機構１５の入口、「ｇ」は、第１の室内熱交換器（蒸発器）１７の出口であり、この状態では、ガス／液体の２相混合体になる。ここでのガスと液体の比率は、「ｇ」〜「ｈ」の線分（ガス）の長さと、「ｇ」〜「ｋ」の線分（液体）の長さとの比に相当する。この冷媒は２相混合体の状態で気液分離器１９に入る。そして、ここで分離されたガス冷媒は、ガス管１９Ｂを経て、圧縮機一段目の出口１Ａからのガス冷媒と合流して二段目の入口１Ｂに導入される。「ｋ」は、気液分離器１９のガス管１９Ｂの出口であり、この出口を経た冷媒は、「ｃ」の圧縮機二段目の入口１Ｂの吸い込みに至る。

一方、上述の気液分離器１９で分離された液冷媒は、液管１９Ａを経て、第２の膨張機構２１および第２の室内熱交換器（蒸発器）２３に向かう。
「ｈ」は、第２の膨張機構２１の入口、「ｉ」は、第２の膨張機構２１の出口、「ｊ」は、第２の室内熱交換器２３の出口である。第２の室内熱交換器２３に入った液冷媒は、蒸発して熱を吸収する。第２の室内熱交換器２３を出たガス冷媒は、四方弁５、熱交換器１３を経た後、「ａ」の圧縮機一段目の入口１Ｄに戻される。

本構成では、気液分離器１９で分離されたガス冷媒を、圧縮機二段目の入口１Ｂに戻すため、圧縮機１における圧縮効率を向上させることができる。
特に、本実施形態では、冷媒回路内に二酸化炭素冷媒が封入されているため、気液分離器１９で分離されるガス及び液体の比率において、フロン系冷媒に比べ、ガス分（「ｇ」〜「ｈ」の線分）が多くなり、その多くのガス分を、圧縮機二段目の入口１Ｂに導入することで、より高い効率向上が図られる。

また、本構成において、第２の室外熱交換器（ガスクーラ）７を通る冷媒は、「ｄ」〜「ｅ」に至る段階の冷媒であり、その圧力は超臨界圧力となる。
従って、この第２の室外熱交換器７での放熱温度は、一般的なフロン系冷媒でのサイクルにおける放熱温度に比べてかなり高くなる。
本実施形態では、第２の室外熱交換器（ガスクーラ）７が、図１に示すように、外気処理機３００における換気通路３０１内の除湿機構３１１の上流側に配置されているため、第２の室外熱交換器７で加熱された高温の内気が、除湿ロータ３１３の吸湿部３１３Ａを通過し、この吸湿部３１３Ａに含まれた水分が、高温内気で蒸発し、これにより、吸湿部３１３Ａがきわめて効率よく再生される。

第１の室内熱交換器（蒸発器）１７を通る冷媒は「ｆ」〜「ｇ」に至る段階の冷媒である。本構成では、この第１の室内熱交換器（蒸発器）１７が、図１に示すように、外気導入通路３０３の除湿機構３１１の下流側に配置されているため、冷房運転時に、第１の室内熱交換器１７で導入外気が冷却され、冷房効率が高められる。

つぎに、暖房サイクルについて説明する。
図１において、四方弁５が、破線の位置に切り替えられると、暖房サイクルが成立し、この場合、冷媒は、破線の矢印で示すように流れる。
図３は、本構成における２段圧縮を含む暖房サイクルのエンタルピ・圧力（ＰＨ）線図であり、この場合も所定の条件によって、図示のように、高圧側回路内が運転中に超臨界圧力で運転される。

図３において、「ａ１」は、圧縮機一段目の入口１Ｄ、「ｂ１」は、圧縮機一段目の出口１Ａ、「ｃ１」は、二段目の入口１Ｂ、「ｄ１」は、二段目の出口１Ｃである。圧縮機１から吐出された冷媒は、第２の室内熱交換器（ガスクーラ）２３、第２の膨張機構２１の順に流れて冷却される。「ｅ１」は、第２の室内熱交換器２３の出口、「ｆ１」は、第２の膨張機構２１の出口であり、この状態では、ガス／液体の２相混合体になる。
ここでのガスと液体の比率は、「ｆ１」〜「ｈ１」の線分（ガス）の長さと、「ｆ１」〜「ｋ１」の線分（液体）の長さとの比に相当する。
この冷媒は２相混合体の状態で気液分離器１９に入る。そして、ここで分離されたガス冷媒は、ガス管１９Ｂを経て、圧縮機一段目の出口１Ａからのガス冷媒と合流して二段目の入口１Ｂに導入される。「ｋ１」は、気液分離器１９のガス管１９Ｂの出口であり、この出口を経た冷媒は、「ｃ１」の圧縮機二段目の入口１Ｂの吸い込みに至る。

一方、上述の気液分離器１９で分離された液冷媒は、液管１９Ｃを経て、第１の室内熱交換器（ガスクーラ）１７および第１の膨張機構１５に向かう。
「ｈ１」は、第１の室内熱交換器１７の出口、「ｉ１」は、第１の膨張機構１５の出口である。第１の膨張機構１５を出たガス冷媒は、熱交換器１３、第１の室外熱交換器（蒸発器）９、第２の室外熱交換器（蒸発器）７の順に流れる。「ｊ１」は、第２の室外熱交換器７の入口である。第２の室外熱交換器７を出た冷媒は、四方弁５および熱交換器１３を経て、「ａ１」の圧縮機一段目の入口１Ｄに戻される。

この暖房運転時には、第２の室内熱交換器（ガスクーラ）２３で室内が暖房される。第２の室内熱交換器２３を流れる冷媒は、「ｄ１」〜「ｅ１」の状態にある。また、第１の室内熱交換器（ガスクーラ）１７で導入外気が暖められる。第１の室内熱交換器１７を流れる冷媒は、「ｇ１」〜「ｈ１」の状態にある。第２の室外熱交換器（蒸発器）７を通じて、換気する内気から熱回収するため、暖房効率が向上する。

以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。例えば、上記構成では、冷媒回路中に二酸化炭素冷媒を封入したが、これに限定されるものではなく、それ以外の例えばエチレン、ディボラン、エタン、酸化窒素等を封入してもよい。

本発明に係る空気調和システムの一実施形態を示す回路図である。冷房運転時の超臨界サイクルのエンタルピ・圧力線図である。暖房運転時の超臨界サイクルのエンタルピ・圧力線図である。

符号の説明

１００空気調和システム
２００空気調和機
３００外気処理機
１二段圧縮機
３第１の室外熱交換器（中間冷却器）
５四方弁
７第２の室外熱交換器
９第３の室外熱交換器
１５第１の膨張機構
１７第１の室内熱交換器
１９気液分離器
２１第２の膨張機構
２３第２の室内熱交換器
３０１換気通路
３０３外気導入通路
３１１除湿機構
３１２全熱交換器

Claims

圧縮機、室外熱交換器、膨張機構および室内熱交換器を冷媒配管で接続し、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒を封入した空気調和機と、
換気通路、外気導入通路および再生可能な吸湿部を有し、換気通路を通る内気で再生させた吸湿部を外気導入通路に移動させて、この吸湿部で導入外気を除湿する除湿機構を有した外気処理機とを備え、
前記室外熱交換器を前記換気通路の前記除湿機構の上流側に配置したことを特徴とする空気調和システム。
冷房運転時に前記室外熱交換器での放熱を前記吸湿部の再生熱に利用したことを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
暖房運転時に前記室外熱交換器で前記換気通路を通る内気から熱回収することを特徴とする請求項１記載の空気調和システム。
前記圧縮機が二段圧縮機であり、一段目の出口から二段目の入口までに第１の室外熱交換器を接続し、二段目の出口に第２の室外熱交換器を接続し、前記第２の室外熱交換器を、前記換気通路の前記除湿機構の上流側に配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の空気調和システム。
前記室外熱交換器の出口に、第１の膨張機構、第１の室内熱交換器、気液分離器、第２の膨張機構および第２の室内熱交換器を順に接続し、前記第１の室内熱交換器を、前記外気導入通路の前記除湿機構の下流側に配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の空気調和システム。
冷房運転時に前記第１の室内熱交換器で導入外気を冷却することを特徴とする請求項５記載の空気調和システム。
暖房運転時に前記第１の室内熱交換器で導入外気を加熱することを特徴とする請求項５記載の空気調和システム。
内気と外気を熱交換させる全熱交換器を備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載の空気調和システム。