JP2007285594A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】住宅の部屋にダクトを介して空調空気を供給する空調システムであって、住宅の中に設置される複数のユニットが、ダクト等の振動が大きくならないように一体化される空調システムを提供する。
【解決手段】空調システムは、ヒートポンプと、ガスファーネスユニット３５と、ステー９１とを備えている。ヒートポンプは、ダクトに送る空気を冷却および／または加熱できる装置であり、室内ヒートポンプユニット３１を有している。ステー９１は、室内ヒートポンプユニット３１とガスファーネスユニット３５とが一体となるように、室内ヒートポンプユニット３１およびガスファーネスユニット３５の両方に固着される。
【選択図】図３

Description

本発明は、空調システム、特に、住宅の各部屋にダクトを介して空調空気を送る空調システムに関する。

最近の住宅の空調システムにおいては、燃料の燃焼エネルギーを利用する暖房装置などに付加される形で、ヒートポンプが採用されることがある。ヒートポンプは、冷媒を利用して、住宅の外の空気（大気）の熱エネルギーを汲み上げ、住宅の中を冷やしたり暖めたりする装置であり、大気の熱エネルギーを利用するため消費エネルギーを低減することができるというメリットを有する。ヒートポンプでは、加熱または冷却の能力Ｑを、その能力Ｑを得るための消費エネルギーＬで割った値であるＣＯＰ（Coefficient of Performance；成績係数やエネルギー消費効率と呼ばれる指標）が１．０を超えることが多い。

一方、米国においては、平屋や２階建ての住宅が多く、ヒートポンプを設置する場合、そのヒートポンプの室内側の熱交換器が地下室や天井裏に設置され、そこから各部屋にダクトを介して空調空気を送る空調システムを採用することが多い。例えば、特許文献１に開示されているような、ヒートポンプの室内コイル（熱交換器）やブロワモータアッセンブリ、電気加熱モジュールを一体化したものが住宅の中に設置され、室外コイルなどから汲み上げた大気の熱や電気加熱により生じた熱を各部屋への供給空気に放出して、住宅の空調を行う。
特開平１１−３１６０３９号公報

特許文献１では、室内コイル、ブロワモータアッセンブリおよび電気加熱モジュールが１つのケーシングの中に収容されている例が示されているが、一般に、米国においては、ヒートポンプの室内コイルを含む室内ユニット、電気加熱モジュールやガスファーネスといった加熱ユニット、送風のためのファンユニットなどは、それぞれ独立したものであることが多く、最初から一体で製造されてはいない。したがって、住宅の地下室や天井裏において各ユニットが一体化されることが多い。

この各ユニットの一体化の施工方法として、現状では、パテ埋めやテーピングが採用されている。
しかし、このような方法で一体化を行う場合、施工の仕方が悪ければ、ダクトの振動を引き起こしたりして、騒音が生じる恐れがある。
本発明の課題は、住宅の部屋にダクトを介して空調空気を供給する空調システムであって、住宅の中に設置される複数のユニットが、ダクト等の振動が大きくならないように一体化される空調システムを提供することにある。

第１発明に係る空調システムは、住宅の部屋にダクトを介して空調空気を供給する空調システムであって、ヒートポンプと、加熱ユニットと、ステーとを備えている。ヒートポンプは、ダクトに送る空気を冷却および／または加熱できる装置であり、室内ユニットを有している。室内ユニットは、熱交換器を含んでおり、住宅の中に設置される。加熱ユニットは、ヒートポンプとは別の装置である。加熱ユニットは、ダクトに送る空気を加熱できる装置であり、住宅の中に設置される。ステーは、室内ユニットと加熱ユニットとが一体となるように、室内ユニットおよび加熱ユニットの両方に固着される。
ここでは、ステーを用いて室内ユニットと加熱ユニットとを一体化しているため、施工ミスが殆ど生じなくなり、ダクト等の振動も抑えられる。

第２発明に係る空調システムは、第１発明において、ファンユニットをさらに備えている。ファンユニットは、室内ユニットおよび加熱ユニットとは別のユニットである。ファンユニットは、ダクトに空気を送るための送風ユニットであり、住宅の中に設置される。ステーは、室内ユニットと加熱ユニットとファンユニットとが一体となるように、室内ユニット、加熱ユニットおよびファンユニットに固着される。

第３発明に係る空調ユニットは、第２発明において、室内ユニット、加熱ユニットおよびファンユニットそれぞれが、一方向から見たときの外形が実質的に等しい四角形状である。
ここでは、室内ユニット、加熱ユニットおよびファンユニットの各角部を連続させることができるため、ステーにより一体化する際の固定度合いが高くなる。

なお、室内ユニット、加熱ユニットおよびファンユニットを、縦に並べる場合はステーを鉛直方向に沿って配置することが望ましく、横に並べる場合はステーを水平方向に沿って配置することが望ましい。
また、ステーにより一体化したものは、床面に単に置いてもよいし、ステーを天井から吊り下げてもよい。天井から吊り下げる場合に、さらにドレンパンをステーから吊り下げる形で設置することもできる。

本発明では、ステーを用いて室内ユニットと加熱ユニットとを一体化しているため、施工ミスが殆ど生じなくなり、ダクト等の振動も抑えられる。

本発明の一実施形態に係る空調システムを、図１、図２および図４に示す。この空調システムは、住宅等の平屋または低層の建物１に適用可能な空調システムであって、主として、室外ヒートポンプユニット２０および室内ヒートポンプユニット３１，４１から成るヒートポンプと、ガスファーネスユニット３５，４５と、ファンユニット３７，４７とから構成されている。室内ヒートポンプユニット３１、ガスファーネスユニット３５およびファンユニット３７は、後述するように、建物１の地下室２ｅにおいて一体化されて室内ユニット３０となっている。同様に、室内ヒートポンプユニット４１、ガスファーネスユニット４５およびファンユニット４７は、建物１の天井裏２ｆにおいて一体化されて室内ユニット４０となっている。これらの一体化については、後に詳述する。

地下室２ｅに設置される室内ユニット３０から１階の部屋２ａ，２ｂまでは、供給ダクト５１により空調空気が運ばれる。一方、部屋２ａ，２ｂからの還気は、部屋２ａと室内ユニット３０とを結ぶ還気ダクト５８を通って、室内ユニット３０に戻される。また、天井裏２ｆに設置される室内ユニット４０から２階の部屋２ｃ，２ｄまでは、供給ダクト５２により空調空気が運ばれる。部屋２ｃ，２ｄからの還気は、部屋２ｃと室内ユニット４０とを結ぶ還気ダクト５９を通って、室内ユニット４０に戻される。

＜ヒートポンプの構成＞
ヒートポンプは、１つの室外ヒートポンプユニット２０に対して２つの室内ヒートポンプユニット３１，４１が設けられている機械である。ヒートポンプでは、室外ヒートポンプユニット２０の圧縮機２２をインバータ制御して能力を調整し、室内ヒートポンプユニット３１，４１の室内電動膨張弁３３，４３の開度を調整することで、各室内ヒートポンプユニット３１，４１における冷房や暖房の能力を変動させる。ヒートポンプでは、１つの室外ヒートポンプユニット２０から延びる液冷媒用およびガス冷媒用の２本の冷媒連絡配管が、途中で分岐して、それぞれ冷媒連絡配管３９，５９となって各室内ヒートポンプユニット３１，４１に接続される。

ヒートポンプは、電気エネルギーを使って圧縮機２２を駆動し、冷媒回路内において冷媒を循環させ、建物１の外の空気から熱を奪って建物１の中へ熱を供給したり、建物１の中の空気から熱を奪って建物１の外へ熱を放出したりする。これにより、ヒートポンプは、後述するファン３８，４８により供給ダクト５１，５２に送り出される空気を冷却したり加熱したりする。

ヒートポンプの冷媒回路は、圧縮機２２、四路切換弁２３、室外熱交換器２１、室外電動膨張弁２４、室内熱交換器３２，４２および室内電動膨張弁３３，４３から構成されている。また、ヒートポンプは、冷媒回路を構成する機器の他に、室外ファン２５、室外ユニットコントローラ１３、室内ヒートポンプユニットコントローラ１４などを備えている。

圧縮機２２、四路切換弁２３、室外熱交換器２１、室外電動膨張弁２４、室外ファン２５および室外ユニットコントローラ１３は、室外ヒートポンプユニット２０に収容されている。室内熱交換器３２，４２、室内電動膨張弁３３，３４および室内ヒートポンプユニットコントローラ１４は、室内ヒートポンプユニット３１，４１に収容されている。
室外熱交換器２１は、室外ファン２５により吹き付けられる外気と、内部を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。圧縮機２２は、インバータ制御部１３ａによる駆動モータのインバータ制御によって能力調整が可能な機械であり、低圧のガス冷媒を吸い込み、それを圧縮して高圧のガス冷媒にして吐出する。

また、室外ユニットコントローラ１１３には、外気温センサを含む多数の温度センサや圧力センサが接続されており、ヒートポンプの各部の状態値が室外ユニットコントローラ１３に集まる。
室内ヒートポンプユニット３１，４１は、設置場所および設置の向きに違いはあるが、構成は同じであるため、ここでは室内ヒートポンプユニット３１を例にとって説明を行う。

室内ヒートポンプユニット３１は、室外ヒートポンプユニット２０から送られてくる冷媒を室内電動膨張弁３３で流量調整しながら室内熱交換器３２に流し、後述するファン３８により送られてくる空気と室内熱交換器３２を流れる冷媒との間で熱交換をさせる。例えば、１階の部屋２ａ，２ｂだけの冷房が必要であり、２階の部屋２ｃ，２ｄの空調を行わなくてもよい時間帯においては、室外ユニットコントローラ１３は、室内ヒートポンプユニットコントローラ１４に指令を送り、室内ヒートポンプユニット３１の室内電動膨張弁３３を大きく開き、室内ヒートポンプユニット４１の室内電動膨張弁４３を閉めて、部屋２ａ，２ｂの空調負荷に見合うように室外ヒートポンプユニット２０の圧縮機２２をインバータ制御することになる。

＜ガスファーネスユニットの構成＞
ガスファーネスユニット３５，４５は、ガス燃料を燃焼させて、後述するファン３８，４８により供給ダクト５１，５２に送り出される空気を加熱する。ガスファーネスユニット３５，４５は、主として、ガスの燃焼を行うガスファーネス３６，４６と、その燃焼量を制御するガスファーネスコントローラ１５，１５とから構成されている。

＜ファンユニットの構成＞
ファンユニット３７，４７は、シロッコファン等のファン３８，４８によって、還気ダクト５８，５９から室内空気を吸引し、供給ダクト５１，５２へと空気を送り出す役割を果たす。ここでは、ファン３８，４８が、後述するメインコントローラ１２の指令に基づいて送風量を調整することができる。

＜空調システムの制御装置の構成＞
空調システムの制御装置１０は、ユーザに設定温度などを入力させるとともに必要な情報をユーザに提供するコントロール・インターフェース１１と、空調システム全体の調整や制御を行うメインコントローラ１２とを核としている。メインコントローラ１２には、ヒートポンプの室外ユニットコントローラ１３、ガスファーネスユニット３５のガスファーネスコントローラ１５およびファンユニット３７のファン３８などが通信可能に電気的に接続されている。ヒートポンプの室内ヒートポンプユニットコントローラ１４は、室外ユニットコントローラ１３を介してメインコントローラ１２と接続される。

メインコントローラ１２は、室外ユニットコントローラ１３と双方向通信ができるように接続されている。そして、メインコントローラ１２は、ヒートポンプの運転状態に応じて、ヒートポンプの各室内ヒートポンプユニット３１，４１による冷却や加熱の程度と、ガスファーネスユニット３５，４５による加熱の程度とを調節する。
コントロール・インターフェース１１は、種々の情報を表示させるためのディスプレイと、建物１における空調設定温度の入力をユーザに行わせるための入力キーとを備えている。

＜室内ヒートポンプユニットとガスファーネスユニットとファンユニットの一体化＞
図３（ａ）に、室内ヒートポンプユニット３１、ガスファーネスユニット３５およびファンユニット３７から成る室内ユニット３０を、図３（ｂ）に、室内ヒートポンプユニット４１、ガスファーネスユニット４５およびファンユニット４７から成る室内ユニット４０を示す。

まず、室内ユニット３０であるが、地下室２ｅにおいて室内ヒートポンプユニット３１、ガスファーネスユニット３５およびファンユニット３７が一体化されることにより出現する。各ユニット３１，３５，３７は、上から見たときの形が同じ四角形状であり、縦に積み重ねられる。そして、４つのステー（図では２本のみを表示）９１を４つの角部に当て、ネジなどによって各ユニット３１，３５，３７に固定する。これにより、３つのユニット３１，３５，３７は、一体化される。

次に、室内ユニット４０であるが、天井裏２ｆにおいて室内ヒートポンプユニット４１、ガスファーネスユニット４５およびファンユニット４７が一体化されることにより出現する。各ユニット４１，４５，４７は、横から見たときの形が同じ四角形状であり、水平方向に並べられる。そして、４つのステー（図では２本のみを表示）９２を４つの角部に当て、ネジなどによって各ユニット４１，４５，４７に固定する。これにより、３つのユニット４１，４５，４７は、一体化される。

なお、地下室２ｅに設置する室内ユニット３０は床面に置かれることが多いが、天井裏２ｆに設置する室内ユニット４０については、ステー９２を屋根の梁から吊り下げることもある。また、室内ユニット４０を天井裏２ｆの屋根の梁から吊り下げる場合には、室内ユニット４０の下方に設置するドレンパンをステー９２から吊り下げることが可能である。

＜空調システムの特徴＞
（１）
この空調システムでは、空調システム全体のコントロール機能をコントロール・インターフェースに持たせていた従来の空調システムとは違い、コントロール・インターフェース１１とは別のメインコントローラ１２を配備して、そのメインコントローラ１２とヒートポンプの室外ユニットコントローラ１３との間で双方向通信を行わせる構成を採っている。このため、ヒートポンプの運転状態などのデータを入手して、メインコントローラ１２において、ヒートポンプおよびガスファーネス３６に対して、種々のきめ細かい制御を行うことができる。

特に、能力制御が可能な圧縮機２２を有し、インバータ制御部１３ａによって圧縮機２２の容量制御を行って、各室内電動膨張弁３３，４３を制御して室内ヒートポンプユニット３１，４１毎に冷房や暖房の程度を調整できるヒートポンプを備えているため、この空調システムでは、コントロール・インターフェース１１とは別のメインコントローラ１２を配備したことが非常に有利に働く。

（２）
この空調システムでは、室内ヒートポンプユニット３１の室内熱交換器３２に流れる冷媒の量と室内ヒートポンプユニット４１の室内熱交換器４２に流れる冷媒の量とを、室内電動膨張弁３３，４３の開度調整により、それぞれ調整することができるため、１階の部屋２ａ，２ｂと２階の部屋２ｃ，２ｄとに対して異なる空調度合いの空気を送ることができる。

（３）
この空調システムでは、ステー９１を用いて３つのユニット３１，３５，３７を一体化させ、また、ステー９２を用いて３つのユニット４１，４５，４７を一体化させているため、従来のようにパテ埋めやテーピングにより一体化させるものに較べて、施工ミスが生じる確率が小さくなり、供給ダクト５１，５２や還気ダクト５８，５９が振動するような不具合も抑制される。

＜変形例＞
上記空調システムでは、室内ヒートポンプユニット３１を地下室２ｅに配備し、室内ヒートポンプユニット４１を天井裏２ｆに配備しているが、図５に示すように両方のユニット３１，４１を１つにまとめることも可能である。そして、両ユニット３１，４１が１つのファンユニット３７ａを共用する構成として、そのファンユニット３７ａのファン３８ａから送出される空気を、ダンパーユニット９４のダンパー９５によって両ユニット３１，４１に振り分けるようにしてもよい。この場合には、メインコントローラ１２が、両ユニット３１，４１の室内電動膨張弁３３，４３に加え、ダンパー９５の制御も行い、各部屋２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに供給される空調空気の量や温度を調整することになる。

空調システムの配置図。 空調システムの概略構成図。 空調システムの各室内ユニットの組み立てを示す図。 空調システムの制御ブロック図。 空調システムの変形例を示す図。

符号の説明

３１ 室内ヒートポンプユニット
３２ 室内熱交換器
３５ ガスファーネスユニット
３７ ファンユニット
４１ 室内ヒートポンプユニット
４２ 室内熱交換器
４５ ガスファーネスユニット
４７ ファンユニット
５１ 供給ダクト
９１ ステー
９２ ステー

Claims (3)

1. 住宅の部屋にダクト（５１）を介して空調空気を供給する空調システムであって、
   熱交換器（３２，４２）を含み前記住宅の中に設置される室内ユニット（３１，４１）を有し、前記ダクトに送る空気を冷却および／または加熱できるヒートポンプと、
   前記住宅の中に設置され、前記ダクトに送る空気を加熱できる、前記ヒートポンプ以外の加熱ユニット（３５，４５）と、
   前記室内ユニットと前記加熱ユニットとが一体となるように、前記室内ユニットおよび前記加熱ユニットの両方に固着されるステー（９１，９２）と、
   を備えた空調システム。
2. 前記住宅の中に設置され、前記ダクトに空気を送るための、前記室内ユニットおよび前記加熱ユニットとは別のファンユニット（３７，４７）をさらに備え、
   前記ステーは、前記室内ユニットと前記加熱ユニットと前記ファンユニットとが一体となるように、前記室内ユニット、前記加熱ユニットおよび前記ファンユニットに固着される、
   請求項１に記載の空調システム。
3. 前記室内ユニット、前記加熱ユニットおよび前記ファンユニットは、一方向から見たときの外形が実質的に等しい四角形状である、
   請求項２に記載の空調システム。

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