JP2006317078A

JP2006317078A - ヒートポンプ式空気調和装置

Info

Publication number: JP2006317078A
Application number: JP2005140178A
Authority: JP
Inventors: Masateru Saito; 真輝斉藤; Shozo Tokuda; 昌三徳田; Masanobu Akama; 正伸赤間
Original assignee: Toyo Seisakusho KK
Current assignee: Toyo Seisakusho KK
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】
暖房運転時において加湿による給気温度の低下を防止し、暖房運転時における安定かつ正確な温湿度調節を行うことができるヒートポンプ式空気調和装置を提供する。
【解決手段】
外気導入口２ａから給気口２ｂに至る給気流路２と、被空調室からの還気口３ａから外部への排気口３ｂに至る排気流路３との間に、これら給気流路と排気流路を跨ぐ全熱交換器４を備え、前記給気流路における全熱交換器の下流側に設けた第１熱交換器７と、前記排気流路における全熱交換器の下流側に設けた第２熱交換器１０とに対し、圧縮機１２からの冷媒を前記第１熱交換器と第２熱交換器の順またはその逆に流通せしめて被空調室に対する冷房運転と暖房運転を切替えて行うように構成したヒートポンプ式空気調和装置において、前記給気流路内における前記第１熱交換器７の上流側に加湿器６を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は外気を導入して全熱交換器により被空調室からの還気と熱交換せしめ、冷媒回路の操作により冷房と暖房を切替えて行うことができるヒートポンプ式空気調和装置に関し、より詳しくは、暖房運転時において被空調室に供給する空気の湿度調節を効率よく行うことができるようにした空気調和装置に関する。

外気導入タイプのヒートポンプ式空気調和装置においては、暖房運転時に熱交換器によって加温した空気に加湿を行ってから被空調室に送るように構成したもの、すなわち給気流路側の熱交換器の下流側に加湿器を配設した構成のものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

上述のような装置において前記加湿器に気化式や水噴霧式のものを採用すると、前記熱交換器において一旦所要温度まで加温した空気の温度が加湿に伴う加湿水の蒸発熱によって大幅に低下してしまうという問題がある。
特開平７−３１０９６４号公報（第１〜４頁、図１〜４）

本発明は、暖房運転時において加湿による給気温度の低下を防止し、暖房運転時における安定かつ正確な温湿度調節を行うことができるヒートポンプ式空気調和装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係るヒートポンプ式空気調和装置は、外気導入口から被空調室への給気ダクトが接続される給気口に至る給気流路と、被空調室からの還気ダクトが接続される還気口から外部への排気口に至る排気流路との間に、これら給気流路と排気流路を跨ぐ全熱交換器を備え、前記給気流路における全熱交換器の下流側に設けた第１熱交換器と、前記排気流路における全熱交換器の下流側に設けた第２熱交換器とに対し、圧縮機からの冷媒を前記第１熱交換器と第２熱交換器の順またはその逆に流通せしめて被空調室に対する冷房運転と暖房運転を切替えて行うように構成したヒートポンプ式空気調和装置において、前記給気流路内における前記第１熱交換器の上流側に加湿器を設け、この加湿器を、第１熱交換器よりも全熱交換器に近い位置に設けることを特徴としている。

本発明によれば、暖房運転時において給気流路の全熱交換器を通過した直後の空気に加湿を行い、その後、第１熱交換器によって所要の温度に加温するので、加温後の空気に対して加湿による温度低下を招くおそれがなく、したがって、安定した暖房運転を行うことができる。

本発明に係るヒートポンプ式空気調和装置の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
ケーシング１内には、外気導入口２ａから被空調室（図示省略）への給気口２ｂに至る給気流路２と、被空調室からの還気を導入する還気口３ａから外部への排気口３ｂに至る排気流路３とが設けられていて、給気流路２と排気流路３との間には、これら２つの流路を跨ぐ全熱交換器４を備えている。

前記給気流路２には、外気口２ａ側から給気口２ｂに向かって順に、フィルタ５、前記全熱交換器４、加湿器６、第１熱交換器７、送風機８を設けてあり、前記排気流路３には、還気口３ａから排気口３ｂに向かって順に、フィルタ９、前記全熱交換器４、第２熱交換器１０、送風機１１を設けてある。

なお、給気流路２内におけるフィルタ５は、例えばプレフィルタ５ａと中性能フィルタ５ｂとの２段構成のものとしてある。

また、上記排気流路３におけるフィルタ９と全熱交換器４との間には、冷媒回路の圧縮機１２を設けてあり、同圧縮機１２からの冷媒は、前記第１熱交換器７と第２熱交換器１０をこの順に、またはその逆となるように四方弁１３により切替えて供給され、アキュムレータ１４を介して圧縮機に戻される構成となっており、上記四方弁の切替えによって冷房運転と暖房運転が切替えられる。
なお、上記圧縮機１２、四方弁１３およびアキュムレータ１４は全熱交換器４と第２熱交換器１０との間に設ける場合もあるし、他の位置に設ける場合もある。

具体的には、冷房運転時には図１中に実線矢印で示されるように、圧縮機１２からの冷媒が四方弁１３を介して第２熱交換器１０に送られ、排気流路３を流過する空気との熱交換により凝縮されて第１熱交換器７に送られ、同第１熱交換器において蒸発させられて給気流路２内を流過する空気を冷却してアキュムレータ１４に送られ、同アキュムレータにて気液分離されて圧縮機１２に戻される。
なお、第１熱交換器７にて冷却された空気は被空調室に送られる。

また、暖房運転時には図１中に破線矢印で示されるように、圧縮機１２からの冷媒が四方弁１３を介して第１熱交換器７に送られ、給気流路２を流過する空気との熱交換によって凝縮して給気流路内の空気を加熱し、凝縮した冷媒は第２熱交換器１０に送られて蒸発させられて排気流路３内を流過する空気の熱を奪い、その後アキュムレータにて気液分離されて圧縮機１２に戻される。
なお、第１熱交換器７にて加熱された空気は被空調室に送られる。

本実施例の装置においては、前記排気流路３内の全熱交換器４をバイパスするバイパス空気流路１５を設けてあって、同バイパス空気流路にはダンパ機構１６を備えており、同ダンパ機構の開度が制御されることにより、排気流路３内を流れる空気の一部を、全熱交換器を流過させることなく第２熱交換器１０に送ることができる構成となっている。

前記ダンパ機構１６は、例えば外気導入口２ａの内側に設けた温度センサ（図示省略）と、温度制御器（図示省略）からの信号によって開度が調節されるものとしてあって、冬季の暖房運転時において外気温が予め設定された温度よりも低下すると、その低下の度合いに応じて開度が大となるように構成されており、前記第２熱交換器１０に流入する空気の温度が低下し過ぎないように、例えば５℃以下にならないようにして、第２熱交換器への着霜を防止できるようになっている。
なお、図１中において符号１７、１８はそれぞれ第１熱交換器、第２熱交換器用の各膨張弁、１９、２０はそれぞれ第１熱交換器、第２熱交換器用の逆止弁を示している。

しかして、本発明の装置においては前述のとおり前記給気流路２における加湿器６を気化式のものとして全熱交換器４の直後に配設してある。
したがって、外気導入口２ａからの空気がフィルタ５を経て全熱交換器４を流過し、この全熱交換器にて排気流路３内の空気と熱交換した後、加湿器６によって湿度が調節されて第１熱交換器７に送られ、この第１熱交換器にて所要の温度に調節された後、給気口に接続されたダクト等（図示省略）の送気手段によって被空調室に送られる。

加湿器６が原則として駆動されない冷房運転時においては、前記第１熱交換器７が冷媒の蒸発器として作用するので、給気流路２内に流入した外気は全熱交換器にて排気流路３の還気の冷熱を回収して加湿器をそのまま通過し、第１熱交換器において所要の温度に冷却され、送風機８の駆動により給気口２ｂから送出されて被空調室に送られる。

しかして暖房運転時においては、前記第１熱交換器７が凝縮器として作用するので、給気流路２内に流入した外気は全熱交換器にて排気流路３の還気の残留熱を回収し、加湿器にて所要の水分が供給されて湿度を上昇させられ、その後、第１熱交換器において所要の温度に加温され、送風機８の駆動により給気口２ｂから送出されて被空調室に送られる。

上述のように、暖房運転時の給気流路２内において全熱交換器を流過した直後の空気は、全熱交換器における還気との熱交換によって温度が上昇し、したがって湿度が低下した状態にあるが、加湿器６によって水分が供給されることにより飽和状態に近い状態となり、その後、第１熱交換器７にて加温され、この際湿度については、絶対湿度は殆ど変化しないが、相対湿度が適切な値に調節され、かつ温度は所要の値に正確に調節される。

図２は、本発明の装置における暖房運転時の空気の状態を湿り空気線図に示したものであり、外気が乾球温度０．６℃、湿度３３％、還気が乾球温度２２℃、湿度４０％で、加湿器６における加湿効率を６０％としてシミュレーションを行った結果を、全熱交換器の給気流路２側出口における空気状態をＡ、加湿器出口における空気状態をＢ、給気口２ｂにおける空気状態をＣとして示したものである。

また比較のために、外気、還気および加湿効率の条件を上記と同様にして、従来のように第１熱交換器７における加温後に加湿を行った場合における第１熱交換器の空気出口における空気状態をＤ、加湿器出口における空気状態をＥとして、その変化の状態を破線で示した。

図２の空気線図から明らかなように、加温後に加湿を行う従来の装置の場合には、加湿による温度低下が６．１Ｋとなるのに対し、本発明に係る装置の場合には加湿による温度低下を３．３Ｋに抑えることができ、したがって第１熱交換器における温度上昇が同じであれば被空調室に供給される空気の乾球温度を高くすることができて温度、湿度調節のための効率が格段に向上することがわかる。

本発明に係る装置の実施例の構成を示す系統図。本発明の作用を説明するための湿り空気線図。

符号の説明

１ケーシング
２給気流路
３排気流路
４全熱交換器
５フィルタ
６加湿器
７第１熱交換器
８送風機
９フィルタ
１０第２熱交換器
１１送風機
１２圧縮機
１３四方弁
１４アキュムレータ
１５バイパス空気流路
１６ダンパ機構
１７、１８膨張弁
１９、２０逆止弁

Claims

外気導入口から被空調室への給気ダクトが接続される給気口に至る給気流路と、被空調室からの還気ダクトが接続される還気口から外部への排気口に至る排気流路との間に、これら給気流路と排気流路を跨ぐ全熱交換器を備え、前記給気流路における全熱交換器の下流側に設けた第１熱交換器と、前記排気流路における全熱交換器の下流側に設けた第２熱交換器とに対し、圧縮機からの冷媒を前記第１熱交換器と第２熱交換器の順またはその逆に流通せしめて被空調室に対する冷房運転と暖房運転を切替えて行うように構成したヒートポンプ式空気調和装置において、前記給気流路内における前記第１熱交換器の上流側に加湿器を設けてなるヒートポンプ式空気調和装置。
前記加湿器を、第１熱交換器よりも全熱交換器に近い位置に設けることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式空気調和装置。