JP2009092339A - 換気空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機組み込みのユニットバスの天井設置の本体では、圧縮機の振動や重量対応のためのコストや施工性に課題があった。
【解決手段】天井設置の本体２は浴室に吹出す循環ファン３と、天井裏等から空気を吸込し、屋外に排出する換気ファン４と、循環ファン３の送風と冷媒を熱交換させる第１熱交換器８と、換気ファン４による送風と冷媒を熱交換させる第２熱交換器１１と、浴室天井１以外に設置される圧縮機１５とを設けて、本体２の冷媒回路１４が循環するように圧縮機１５と配管接続し、第２熱交換器１１は屋外に排出される空気から冷媒が吸熱し、第１熱交換器８は浴室内を循環する空気に冷媒が放熱して浴室を暖房等することを特徴とし、振動の大きい圧縮機１５を本体２から分離することで、静音化や圧縮機１５の振動対策や高所に重量のある製品の施工時の簡略化がおこなえる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプを利用して浴室などの換気空調を行う換気空調装置に関する。

従来のヒートポンプを利用した浴室などの換気空調装置としては、一般的に家庭で使用されるセパレートエアコンで呼ばれる室外機と室内機が一体構造の場合、浴室以外から取り入れられた空気に対してヒートポンプの一方の熱交換器が放熱（または吸熱）を行い、その空気を浴室内に吹き出すとともに、ヒートポンプの他方の熱交換器が浴室から屋外に排出される空気に対して吸熱（または放熱）することで浴室を空調するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、ヒートポンプを室外機と室内機に分離し、室外機に設けた熱交換器において外気から吸熱（または放熱）を行い、室内機に設けた熱交換器において浴室の空気に放熱（または吸熱）することで浴室を空調するものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−１８０７１２号公報 特開２００２−３４９９３０号公報

このような従来の換気空調装置では、製品からの最も振動が大きい圧縮機が天井に設置されると、浴室で冬季等の暖房で人が入浴する場合、本体からの振動や騒音が不快とる。そのため、圧縮機の振動をセパレートエアコンの室外機より静音化する必要がある。

そのため、圧縮機の振動低減のため、圧縮機を縦に置く場合は、一般には３ヵ所程度の圧縮機の足に防振ゴムやスプリング等による振動構造体を介して本体に固定する。また、圧縮機の振動音の低下のため、圧縮機全体に吸音材で囲う構成が必要不可欠となる。

さらに、低振動化を図るには複数の防振構造、具体的には鉄板に防振構造体で圧縮機を取り付け、その圧縮機を取付けた鉄板をさらに防振構造体で本体に取付ける等の構成が必要になる。

また、圧縮機をインバータ駆動する制御方法においては、振動低減のために通電位相を回転数に応じて制御する必要があり、構造面や制御面で高コストや複雑な制御が必要という課題があった。

さらに、圧縮機はその能力が大きくなるとその重量も重くなり、圧縮機の能力が３ｋＷ程度では圧縮機自体で約６ｋｇ程度の重量になる。また、集合住宅の浴室に設置されるユニットバスの天井に取り付けられる電気式バス乾燥機はユニットバスの広さ、暖房や乾燥能力によっても差があるが、一般には製品重量は１０ｋｇ程度となり、圧縮機を搭載することで冷媒配管等を含めると製品重量は２０ｋｇを超えるようになる。また、一般的なユニットバスでは天井のたわみや落下防止のため、天井に取付けることができる製品重量の上限は１０〜１４ｋｇ程度を規定している。

そのため、ユニットバスでの製品の取り付け重量制限のため、ユニットバスの天井裏にてアンカーによる吊りボルトや補強材が必要となる。

また、本体の重量が重いため、高所の取り付けやメンテナンス時の作業負担も増加するという課題があった。

さらに、一般の集合住宅の浴室に設置されるユニットバスでは天井裏の高さスペースを考慮すると、製品本体の高さは３００ｍｍ以下にすることで取付けの汎用性が広がる。

寒冷地を除いた一坪サイズのユニットバスでは、一般に３ｋＷ程度の暖房能力が必要となり、この能力を満たす圧縮機においては、圧縮機を縦に本体に取り付ける場合に、製品高さは圧縮機自身の高さにより製品高さが３５０ｍｍ程度になってしまう。

よって、圧縮機を縦に製品に取り付ける場合、振動防止の防振構造や圧縮機の能力等によりユニットバスの天井に製品が搭載できないという課題があった。

また、特許文献２に例示される浴室空調装置では、ヒートポンプによる浴室や他室から屋外に排出される空気の熱回収ができず、熱効率が悪いという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、入浴時の不快な振動や騒音の防止のため、圧縮機の防振構造や複雑な制御が不要な換気空調装置を提供することを第１の目的としている。また、本発明は、ユニットバスに製品を取付ける時、天井裏にてアンカーによる吊りボルトや補強材が簡素化でき、取り付けやメンテナンス時の作業負担も軽減することを第２の目的としている。

また、本発明は、一般的なユニットバスでの天井裏の高さ制限が圧縮機の能力に影響されないことを第３の目的としている。

また、本発明は、浴室や他室から屋外に排出される空気の熱回収をおこないながら屋外に排出して熱効率を向上させることを第４の目的としている。

上記した第１及び第２の目的を達成するために、本発明の換気空調装置は、製品からの最も振動が大きい圧縮機を天井以外に設けることで、圧縮機の防振構造や複雑な制御が簡略でき、取り付けやメンテナンス時の作業負担も軽減できる。

また、上記した第３の目的を達成するために、本発明の換気空調装置は、圧縮機を屋外に設置することにより、セパレートエアコンの室外機程度の比較的簡略した圧縮機の防振構造にできる。また、ユニットバスの広さに対応した圧縮機では、圧縮機の能力による製品の高さ制約が屋外設置のために、制約がほとんどないようになる。

また、上記した第４の目的を達成するために、浴室の天井に取付けられた本体内に冷媒を圧縮する圧縮機以外の冷媒回路を収納し、浴室内の空気を外部に漏らさずに循環して第１熱交換器で放熱もしくは吸熱を行い、天井裏から吸い込んだ空気により第２熱交換器で吸熱もしくは放熱した後に屋外に排出して熱効率を向上する構成にして、浴室内を暖房、冷房、乾燥あるいは換気をするようにしたものである。

本発明の換気空調装置によれば、圧縮機の振動低減のための構造面や制御面で高コストや複雑な制御が不要という効果のある換気空調装置を提供できる。また、ユニットバスでの製品の取り付け重量制限を緩和した構成のため、ユニットバスの天井裏にてアンカーによる吊りボルトや補強材の軽減や高所の取り付けやメンテナンス時の作業負担も軽減できる。また、ユニットバスでの天井裏の製品高さ制限が圧縮機の能力や防振構造等の制約を受けない換気空調装置を提供できる。また、浴室を空調した熱（冷熱）を屋外に漏洩させずに熱効率を向上することができる。そして、天井裏からの吸気をすることは、天井裏の空気の温度は冬季には屋外の空気より高いので、より効率的に浴室の暖房ができ、吸気ダクト工事が不要である。

本発明の請求項１記載の換気空調装置は、浴室の天井１に取付けられた本体２と、前記本体には浴室側に開口した吸込口から空気を吸い込んで前記浴室に開口した吹出口から空気を吹き出す循環ファン３と、天井裏の空気を吸い込むための吸気口１３と、前記吸気口１３から空気を吸い込んで屋外に排出する換気ファン４と、前記循環ファン３により送風される空気と冷媒を熱交換させる第１熱交換器８と、冷媒を膨張させる膨張機構１６と、前記換気ファン４により送風される空気と冷媒を熱交換させる第２熱交換器１１と、さらに浴室の天井１以外に設置される冷媒を圧縮する圧縮機１５とを設け、前記本体２の冷媒回路１４が循環するように前記圧縮機１５と配管接続し、前記第２熱交換器１１において屋外に排出される空気から冷媒が吸熱し、前記第１熱交換器８において前記浴室内を循環する空気に冷媒が放熱することによって前記浴室を暖房、冷房、乾燥あるいは換気することを特徴とし、振動の大きい圧縮機を天井に取付ける本体から分離することで、圧縮機の振動構造体の本体への固定や圧縮機全体に吸音材で囲う構成が簡素化できる。

さらに圧縮機をインバータ駆動する制御方法においては、複雑な通電位相制御が不要となる。さらに、ユニットバスでの製品の取り付けが、一般的な電気式バス乾燥機の重量と同等になるため、ユニットバスの天井裏にてアンカーによる吊りボルトや補強材が簡素化でき、高所の取り付けやメンテナンス時の作業負担も軽減できる。

本発明の請求項２記載の換気空調装置は、請求項１記載の換気空調装置において、前記圧縮機１５を屋外に設置したものであり、圧縮機の騒音に関しては室内設置に比べて、一般的には多少高くても許容され、セパレートエアコンの室外機のような送風する大きな開口部も不要なため、圧縮機の騒音が圧縮機を備えた筐体から出にくい構造にしやすい。そのため、防振構造も振動構造体の本体への固定や圧縮機全体に吸音材で囲う構成がより簡素化または、なくすことができる。また、ユニットバスの広さに応じ、圧縮機の能力による製品の高さ制約が屋外設置のために制約がほとんどないようになる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施形態にかかる換気空調装置の構成と冷媒回路を示す図で、上方が天井、下方が浴室等である。図１において、天井１に設置された換気空調装置は、本体２を仕切り２ａで２分し、左方の空間に循環ファン３、右方空間に換気ファン４を配している。

左方空間の循環ファン３が駆動したときには、吸込口５から吹出口６に向かう循環風路７が形成され、この循環風路７に第１の熱交換器８が設置されている。

右方空間の換気ファン４が駆動したときには、吸込口５から排気ダクト９に向かう第１の換気風路２４が形成され、この第１の換気風路２４の換気ファン４の上流側に第２熱交換器１１を配している。また、他室の吸気口２１、２２は、例えばトイレと洗面所に連結し、換気ファン４の駆動によりトイレと洗面所の空気を吸気し排気ダクト９を介して屋外に排出する。同様に本体２に設けた吸気口１３は天上裏から第２熱交換器１１を通り、排気ダクト９を介して屋外に排出する。

また、本体２の内部に、冷媒として例えば、ＨＣＦＣ系冷媒（分子中に塩素、水素、フッ素、炭素の各原子を含む）、ＨＦＣ系冷媒（分子中に水素、炭素、フッ素の各原子を含む）、炭化水素、二酸化炭素等の自然冷媒などの何れかを充填した冷媒回路１４を形設しており、この冷媒回路１４は、供給空気と冷媒とを熱交換させる前述の第１熱交換器８、冷媒を膨張させる電子式膨張弁からなる膨張機構１６、供給空気と冷媒とを熱交換させる前述の第２熱交換器１１、本体２の外に設けられ冷媒配管接続された冷媒を圧縮する圧縮機１５、を介設している。この冷媒回路１４には、圧縮機１５で圧縮された冷媒が第１熱交換器８、膨張機構１６、第２熱交換器１１の順に流れて再び圧縮機１５に戻る経路（以下、暖房サイクル）と、圧縮機１５で圧縮された冷媒が第２熱交換器１１、膨張機構１６、第１熱交換器８の順に流れて再び圧縮機１５に戻る経路（以下、冷房サイクル）とを切り換えるための流路切換弁１７が介設されている。

また、第１熱交換器８の冷媒が流れる配管中には開閉弁１８とキャピラリーチューブ１９で構成される減圧手段２０を介設しており、第１熱交換器８は、流路切換弁１７が冷媒の流れ方向を実線で示す方向、即ち暖房サイクルに切り換えた場合に循環ファン３により循環する浴室の空気が第１熱交換器８の減圧手段２０の下流側を流れる冷媒と熱交換した後に減圧手段２０の上流側を流れる冷媒と熱交換を行うように形設されている。

上記構成において、この換気空調装置は、冷媒回路１４が動作しない「換気運転」と、冷媒回路１４が働く「暖房運転」、「冷房運転」あるいは「乾燥運転」の４種類の運転パターンがある。

「換気運転」は、建築基準法に定められた建物の換気量確保のため、浴室等を２４時間連続して換気運転を実行する運転パターンであり、この運転時は、換気ファン４を例えば「弱ノッチ」にし、排気流１０に設けた第１の開閉装置１２を「開放位置」に設定し、その他の主要構成要素、即ち、循環ファン３、圧縮機１５を「停止」状態にして換気ファン４を運転する。

この結果、浴室より排気ダクト９に至る、排気流１０が発生する。したがって、浴室空間の空気は屋外に排出され、新たな空気が浴室のギャラリ等から進入して浴室の換気が行われることになる。

次に「暖房運転」時の運転動作について説明する。「暖房運転」は、冬場等の気温の低い季節に浴室の洗い場で体を洗う際に入浴者が寒さを感じずに快適に入浴できるように浴室内を暖房する場合に選択される運転パターンである。

この「暖房運転」を実行する場合は、換気ファン４を「換気運転」時よりも風量が多い、例えば「強ノッチ」にし、排気流１０に設けた第１の開閉装置１２を「閉鎖状態」にして換気ファン４を運転する。この運転により、天井裏の吸気口１３、２１，２２より第２熱交換器１１、排気ダクト９に至る排気流２３が発生する。

また、循環ファン３を使用者が設定した風量で運転させる「所定ノッチ」に設定し、圧縮機１５を運転させる。また、流路切換弁１７を「暖房サイクル側」にして、膨張機構１６の電子式膨張弁の開度を所定開度、第１熱交換器８の冷媒配管途中に介在する開閉弁１８が「開放状態」で運転される。

このような運転を行うことにより、圧縮機１５で圧縮された高温高圧の冷媒が暖房サイクル側に設定されている流路切換弁１７を通り、第１熱交換器８に導かれる。第１熱交換器８には循環ファン３が所定ノッチで運転しているため、吸込口５から本体２内に吸い込まれた浴室の空気が供給される。また、第１熱交換器８の冷媒配管途中に位置する開閉弁１８は、開放状態に設定されているため、第１熱交換器８に流入した高温高圧の冷媒は減圧作用を受けずに第１熱交換器８を通過する。この過程で第１熱交換器８に供給される浴室の空気との熱交換が行われて冷媒が放熱する。この放熱により空気は加熱されて吹出口６から浴室に吹き出される。

一方、第１熱交換器８で放熱した冷媒は、膨張機構１６に導かれて所定開度に設定されている電子式膨張弁を通過する際に減圧膨張し第２熱交換器１１に導かれる。第２熱交換器１１には前述の天井裏からの排気流２３から供給空気から吸熱する。

第２熱交換器１１で吸熱した冷媒は、流路切換弁１７を通って圧縮機１５に戻り、冷媒回路１４を循環する。一方、第２熱交換器１１に供給された排気流２３は、冷媒に吸熱されてエンタルピーが低下した後、排気ダクト９から屋外に排出される。

このような運転動作を行うことにより浴室内の温度は上昇し、浴室暖房が行われる。また、排気流１０に位置する第１の開閉装置１２が閉鎖位置に設定されているため、循環風路７において加熱された高温空気が浴室の外部に排出されることなく空調効率の低下が抑制することができる。

次に「浴室冷房運転」時の運転動作について説明する。

「冷房運転」は、夏場などの高温時に在室者が浴室内の温度を下げて快適な入浴や清掃作業が行えるように浴室を冷房する場合に選択される運転パターンである。

この「冷房運転」を実行する場合は、前記「暖房運転」と同様の換気ファン４、第１の開閉装置１２を動作をさせる。

また、循環ファン３も前記「暖房運転」と同様の運転をおこない、圧縮機１５を運転させる。また、流路切換弁１７を「冷房サイクル側」、膨張機構１６の電子式膨張弁の開度を所定開度、第１熱交換器８の冷媒配管途中に介在する開閉弁１８が「開放状態」で運転される。このような運転を行うことにより、圧縮機１５で圧縮された高温高圧の冷媒が冷房サイクル側に設定されている流路切換弁１７を通り、第２熱交換器１１に導かれる。第２熱交換器１１は、前述の排気流２３に対して放熱する。第２熱交換器１１において冷媒の放熱により高温となった空気は排気ダクト９を通って屋外に排出される。

一方、第２熱交換器１１で放熱した冷媒は、膨張機構１６に導かれて所定開度に設定されている電子式膨張弁を通過する際に減圧膨張し、第１熱交換器８に導かれる。第１熱交換器８には、循環ファン３が所定ノッチで運転しているため、吸込口５から本体２内に吸い込まれた浴室の空気が供給され、冷媒が供給される浴室の空気から吸熱する。第１熱交換器８で吸熱した冷媒は、流路切換弁１７を通って圧縮機１５に戻り、冷媒回路１４を循環する。

一方、第１熱交換器８に供給された空気は冷媒の吸熱により低温となって吹出口６から浴室に戻る。このような空気循環を繰り返すことにより浴室内の温度が低下して冷房される。また、排気流１０に位置する第１の開閉装置１２が閉鎖位置に設定されているため、循環風路７において冷却された低温空気が浴室外部に排出されることなく空調効率の低下が抑制されることになる。

次に「乾燥運転」時の運転動作について説明する。

「乾燥運転」は、浴室内に洗濯物を干して乾かす衣類乾燥を行う場合に選択される運転パターンである。この「乾燥運転」を実行する場合は、換気ファン４を「換気運転」時よりも風量が多い、例えば「強ノッチ」にし、排気流１０に設けた第１の開閉装置１２を「開放位置」にして換気ファン４を運転する。この運転により、天井裏、吸気口１３、２１、２２、第２熱交換器１１、排気ダクト９に至る排気流２３と、浴室、吸込口５，第２熱交換器１１、排気ダクト９に至る排気流１０とが発生する。

そして、循環ファン３を使用者が設定した風量で運転させ、流路切換弁１７を「暖房サイクル側」、膨張機構１６の電子式膨張弁の開度を所定開度、第１熱交換器８の冷媒配管途中に介在する開閉弁１８を「開放状態」にした状態で圧縮機１５を運転させる。

このように運転することにより、圧縮機１５で圧縮された高温高圧の冷媒が暖房サイクル側に設定されている流路切換弁１７を通り、第一熱交換器８に導かれる。第一熱交換器８には循環ファン３が運転しているため、吸込口５から本体２内に吸い込まれた浴室の空気が供給される。また、第１熱交換器８の冷媒配管途中に位置する開閉弁１８は、開放状態に設定されているため、第１熱交換器８に流入した高温高圧の冷媒は極端な減圧作用を受けずに第１熱交換器８を通過する。この過程で第１熱交換器８に供給される浴室の空気との熱交換が行われて冷媒が放熱する。

この放熱により空気は加熱されて吹出口６から浴室に吹き出される。第１熱交換器８で放熱した冷媒は、膨張機構１６に導かれて所定開度に設定されている電子式膨張弁を通過する際に減圧膨張して第２熱交換器１１に導かれる。第２熱交換器１１は前述の排気流１０、２３から吸熱する。第２熱交換器１１で吸熱した冷媒は、流路切換弁１７を通って圧縮機１５に戻り、冷媒回路１４を循環する。一方、第２熱交換器１１に供給された空気は、冷媒の吸熱にされてエンタルピーが低下した後、排気ダクト９から屋外に排出される。

以上の乾燥運転を実行して浴室内に洗濯物を干すと、第１熱交換器８で加熱された高温空気が浴室内を循環して洗濯物からの水分蒸発を促す。洗濯物から蒸発した水分は、浴室の空気に含まれて換気ファン４により本体２内に吸い込まれ、第２熱交換器１１で熱を回収された後、屋外に排出される。この第２熱交換器１１には更に常時換気運転時よりも多量の空気が供給されているため冷媒の吸熱量が増加し、浴室への放熱量も増加するため洗濯物の乾燥が速やかに行われることになる。

このように冷媒回路１４が働く「暖房運転」、「冷房運転」あるいは「乾燥運転」の運転において、振動が大きく、重量が重い圧縮機１５を天井設置の本体２から分離することで、本体２の静音化ができ、特に入浴時に快適な「暖房運転」や「冷房運転」がおこなえる。また、圧縮機１５の防振構造も天井設置より簡略化でき、本体２の重量軽減による施工時の取付け補強も簡略化ができる。

（実施の形態２）
実施形態１と同一部分は同一符号を附し、詳細な説明は省略する。

図１において、本実施形態は圧縮機１５のみを屋外に設置することで、セパレートエアコンの室外機程度の比較的簡略した圧縮機の防振構造にできる。また、ユニットバスの広さに応じ、圧縮機の能力による製品の高さ制約が屋外設置のために制約がほとんどないようになる。

以上のように本発明にかかる換気空調装置は、低コスト化と施工性の向上を図ることができ、また、空調空気の漏洩を低減して熱効率を向上することができるものであり、浴室の換気空調のみならず、リビング、寝室、キッチンあるいは洗面所等の換気空調装置にも適用することができる。

本発明の実施の形態１及び２に係る換気空調装置の風路及び冷媒構成図

符号の説明

２ 本体
３ 循環ファン
４ 換気ファン
５ 吸込口
６ 吹出口
７ 循環風路
８ 第１熱交換器
９ 排気ダクト
１０ 排気流
１１ 第２熱交換器
１２ 第１の開閉装置
１３ 吸気口
１４ 冷媒回路
１５ 圧縮機
１６ 膨張機構
１７ 流路切換弁
１８ 開閉弁
１９ キャピラリーチューブ
２０ 減圧手段
２１ 吸気口
２２ 吸気口
２３ 排気流
２４ 第１の換気風路

Claims (2)

1. 浴室の天井に取付けられた本体と、前記本体には浴室側に開口した吸込口から空気を吸い込んで前記浴室に開口した吹出口から空気を吹き出す循環ファンと、天井裏や浴室以外の空気を吸い込むための吸気口と、前記吸気口から空気を吸い込んで屋外に排出する換気ファンと、前記循環ファンにより送風される空気と冷媒を熱交換させる第１熱交換器と、冷媒を膨張させる膨張機構と、前記換気ファンにより送風される空気と冷媒を熱交換させる第２熱交換器と、浴室の天井以外に設置される冷媒を圧縮する圧縮機とを設け、前記本体の冷媒回路が循環するように前記圧縮機と配管接続し、前記第２熱交換器において屋外に排出される空気から冷媒が吸熱し、前記第１熱交換器において前記浴室内を循環する空気に冷媒が放熱することによって前記浴室を暖房、冷房、乾燥あるいは換気することを特徴とする、換気空調装置。
2. 圧縮機のみを屋外に設置することを特徴とした、請求項１に記載の換気空調装置。

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