JP2010002156A - ヒートポンプ式空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被空調室内に冷風を流さず、また、周囲の空気温度に影響されることなく急速に除霜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】ケーシング１内に、外気入口２から給気口３に至る給気流路４と、還気口５から排気口６に至る還気流路７とを有し、かつ、給気流路に設けた給気側熱交換器９と還気流路７に設けた還気側熱交換器１２に対して、圧縮機１４からの冷媒を還気側熱交換器から給気側熱交換器の順、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り換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、給気側熱交換器及び加湿器の下方に設けたドレンパン２０ａと、水を蓄えておく貯水槽２１と、貯水槽に蓄えられている水を暖房運転時に還気側熱交換器まわりに供給して還気側熱交換器に発生している霜を取り除く給水手段２４を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は冷媒回路の切り換え操作により冷房運転と暖房運転を択一的に行うことができるヒートポンプ式空気調和装置に関するものであり、特に、暖房運転時に、被空調室内に冷風を流さずに還気側熱交換器まわりの除霜を急速に行うことができるようにしたヒートポンプ式空気調和装置に関するものである。

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、冷房運転時に給気側熱交換器が蒸発器として作用し、導入した外気中の余剰水が冷却によって凝縮され、該凝縮した水はドレン水として外部に排出されるようになっている。一方、暖房運転時には、給気側熱交換器の下流側に加湿器を配設し、該加湿器に加湿用水を滴下し、余剰水はドレン水として外部に排出されるようになっている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。また、外部に排出された凝縮水や加湿余剰水は、特に利用されていないのが現状である。
特許第３９４５３０１号公報 特開２００３−４２４７９号公報

ところで、外気導入タイプのヒートポンプ式空気調和装置は、暖房運転時、還気側熱交換器における蒸発器のフィン表面に着霜が発生し、また、凍結がし易い。フィン表面に霜が厚く付着して凍結すると、空気の通路が狭くなって風量が減少する。また、同時に、霜の熱伝導率は小さいので伝熱が妨げられ、蒸発圧力と蒸発温度が低下し、圧縮機の能力が小さくなって冷却不良になる。

そこで、従来の除霜方法は、圧縮機から吐き出される高温の冷媒ガスを蒸発器に送り込み、それの顕熱と凝縮潜熱とによって霜を融解させるホットガス法という除霜法や、蒸発器への冷媒の送り込みを止めて、周囲の空気温度によって霜を融かすオフサイクル法という除霜法等を用いて除霜を行っている。

しかし、前者のホットガス法による除霜では、除霜時間は短いが、被空調室内に冷風が流れるという問題がある。一方、後者のオフサイクル法では、被空調室内に冷風は流れないが、除霜時間が長く、また、空気を熱源とするために周囲の空気温度が低い場合は使用できない。

そこで、被空調室内に冷風を流さず、また、周囲の空気温度に影響されることなく急速に除霜を行うことができる除霜構造を有したヒートポンプ式空気調和装置を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ケーシング内に、外気入口から被空調室の給気ダクトが接続される給気口に至る給気流路と、前記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排気口に至る還気流路とを有し、かつ、前記給気流路に設けた給気側熱交換器と前記還気流路に設けた還気側熱交換器に対して圧縮機からの冷媒を前記還気側熱交換器と給気側熱交換器の順、または、その逆に流通せしめて前記被空調室に対する冷房運転と暖房運転を切り換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、前記給気側熱交換器及び加湿器の下方に設けたドレンパンと、水を蓄える貯水槽と、該貯水槽に蓄えられている水を暖房運転時に前記還気側熱交換器まわりに供給して該還気側熱交換器に発生している霜を取り除く給水手段を備えて成るヒートポンプ式空気調和装置を提供する。

この構成によれば、暖房運転時に、該還気側に発生している霜を水で融かして強制的に除霜処理をすることができる。しかも、圧縮機や送風機を運転させずに、また、周囲の空気温度に影響されることなく除霜処理を行うことができる。

請求項２記載の発明は、前記給気側熱交換器及び加湿器の下方に設けたドレンパンと、水を蓄える貯水槽と、該貯水槽に蓄えられている水を冷房運転時に前記還気側熱交換器まわりに供給して該還気側熱交換器の凝縮圧力を低下させる給水手段を備えて成ることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式空気調和装置。

この構成によれば、冷房運転時に、貯水槽からの水を還気側熱交換器まわりに供給し、該還気側熱交換器の凝縮圧力を低下させる。

請求項３記載の発明は、上記ドレンパンと上記貯水槽との間を、前記ドレンパンで捕集したドレン水を前記貯水槽に送るパイプで連結し、かつ、上記給水手段に上記還気側熱交換器への給水を制御する開閉制御弁を設けて成るヒートポンプ式空気調和装置を提供する。

この構成によれば、給気側で発生した凝縮水、加湿余剰水等のドレン水をドレンパンで捕集し、パイプで貯水槽に送って蓄え、該貯水槽に蓄えられた水を還気側熱交換器まわりに供給することができる。また、その水の供給及び停止を開閉制御弁の開閉操作により制御することができる。

請求項４記載の発明は、上記給水手段は、上記還気側熱交換器の着霜状態を検出する除霜センサを備え、該除霜センサの着霜検出信号に応答して上記開閉制御弁が開閉動作するようにしたヒートポンプ式空気調和装置を提供する。

この構成によれば、還気側の着霜が除霜センサにより検出されると、開閉制御弁が開動作して貯水槽の水を還気側熱交換器まわりに供給する。

請求項５記載の発明は、上記給水手段は、タイマを備え、該タイマに設定された時間毎に上記開閉制御弁が開動作するようにしたヒートポンプ式空気調和装置を提供する。

この構成によれば、タイマにより設定された時間毎に開閉制御弁が開動作して貯水槽の水を還気側熱交換器まわりに供給する。

請求項６記載の発明は、上記給水手段は、上記還気側熱交換器まわりに水を散水して供給する散水ノズルを有するヒートポンプ式空気調和装置を提供する。

この構成によれば、散水ノズルで貯水槽の水を還気側熱交換器まわりに均一に散水できる。

請求項１記載の発明は、暖房運転時に、該還気側の熱交換器に発生している霜を水で融かして強制的に除霜処理をするので、短時間で急速に除霜処理を済ませることができる。しかも、圧縮機や送風機を運転させずに、被空調室内に冷風を流すことなく除霜を行うことができるので、消費電力の低減が可能になる。また、周囲の空気温度に影響されずに急速、かつ、安定した除霜を行うことができる。

請求項２記載の発明は、冷房運転時に、貯水槽からの水を還気側熱交換器まわりに供給し、該還気側熱交換器の凝縮圧力を低下させることができるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、冷房運転時における消費電力の低減が可能になる。

請求項３記載の発明は、給気側で発生した凝縮水、加湿余剰水等のドレン水をドレンパンからパイプで貯水槽に送って蓄え、該貯水槽に蓄えられた水を開閉制御弁の開閉操作により還気側熱交換器まわりに供給するので、給気側で発生したドレン水を有効に利用することができる。また、水の供給及び停止操作も開閉制御弁の開閉操作により簡単に行うことができる。これにより、請求項１記載の発明の効果に加えて、経済性の向上と操作性の向上が期待できる。

請求項４記載の発明は、除霜センサにより還気側の着霜状態を検出し、必要に応じて開閉制御弁を開動作させ、貯水槽の水を自動的に還気側熱交換器まわりに供給することができるので、請求項３記載の発明の効果に加えて、除霜処理の自動化が可能になる。

請求項５記載の発明は、タイマに設定された時間毎に開閉制御弁を開動作させ、貯水槽の水を自動的に還気側熱交換器まわりに供給することができるので、請求項３記載の発明の効果に加えて、除霜処理の自動化が可能になる。

請求項６記載の発明は、散水ノズルを用いて還気側熱交換器まわりに貯水槽の水を均一に散水するので、還気側熱交換器まわりの除霜処理を均一に行うことができ、請求項１，２，３，４または５記載の発明の効果に加えて、除霜処理における処理精度の向上が期待できる。

被空調室内に冷風を流さず、また、周囲の空気温度に影響されることなく急速に除霜を行うことができる除霜構造を有したヒートポンプ式空気調和装置を提供するという目的を達成するために、ケーシング内に、外気入口から被空調室の給気ダクトが接続される給気口に至る給気流路と、前記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排気口に至る還気流路とを有し、かつ、前記給気流路に設けた給気側熱交換器と前記還気流路に設けた還気側熱交換器に対して圧縮機からの冷媒を前記還気側熱交換器と給気側熱交換器の順、または、その逆に流通せしめて前記被空調室に対する冷房運転と暖房運転を切り換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、前記給気側熱交換器及び加湿器の下方に設けたドレンパンと、水を蓄えておく貯水槽と、該貯水槽に蓄えられている水を暖房運転時に前記還気側熱交換器まわりに供給して該還気側熱交換器に発生している霜を取り除く給水手段を備えて成る構成としたことにより実現した。

以下、本発明のヒートポンプ式空気調和装置について、好適な実施例をあげて説明する。

図１は、本発明に係るヒートポンプ式空気調和装置の構成を示す系統図である。図１において、ケーシング１内には、外気入口２から被空調室の給気ダクト(図示せず)が接続される給気口３に至る給気流路４と、該被空調室からの還気ダクトが接続される還気口５から外部への排気口６に至る還気流路７とが仕切板８によって区画されている。

前記給気流路４には、外気入口２側から給気口３に向かって順に、給気側熱交換器９、加湿器１０、送風機１１を設けてある。また、給気側熱交換器９及び加湿器１０の下方には、該給気側熱交換器９と加湿器１０に跨ってドレンパン２０ａを設けてあり、該該給気側熱交換器９側で発生した凝縮水及び加湿器１０での余剰水を該ドレンパン２０ａで捕集できるようになっている。

一方、前記還気流路７には、還気口５から排気口６に向かって順に、還気側熱交換器１２、送風機１３を設けてある。また、前記還気流路７における還気口５と還気側熱交換器１２との間には、冷媒回路の圧縮機１４を設けてある。該圧縮機１４からの冷媒は、給気側熱交換器９と還気側熱交換器１２を、この順に、また、その逆となるように四方切換弁１５により切り換えて供給され、アキュムレータ１６を介して圧縮機１４に戻される構成となっており、上記四方切換弁１５の切り換えによって暖房運転と冷房運転が切り換えられるようになっている。なお、これら上記圧縮機１４、四方切換弁１５、及び、アキュムレータ１６は、他の位置に設ける場合もある。

また、還気流路７側には、貯水槽２１を設けてあるとともに、該貯水槽２１、及び、還気側熱交換器１２、アキュムレータ１６、圧縮機１４、四方切換弁１５の各下方に跨ってドレンパン２０ｂを設け、該還気側熱交換器１２側で発生した凝縮水等を該ドレンパン２０ｂで捕集できるようになっている。さらに、該還気側熱交換器１２には、該還気側熱交換器９側に発生する霜を検出するための除霜センサ２３が取り付けてある。

前記貯水槽２１には、ドレンパン２０ａの底部に一端を接続しているドレンホース２２ａの他端が仕切板８を経て接続されており、該ドレンパン２０ａで捕集されたドレン水を貯水槽２１内に自然落下により溜めることができるようになっている。さらに、貯水槽２１には、ドレンパン２０ｂの底部に一端を接続しているドレンホース２２ｂの他端が接続されており、該ドレンパン２０ｂで受けられた余剰水を該ドレンホース２２ｂを通して該貯水槽２１内に廃棄するようになっている。

また、貯水槽２１の底部には、該貯水槽２１内に溜められた凝縮水を還気側熱交換器１２の除霜用の水として、該還気側熱交換器１２に散水する給水手段２４を設けてある。該給水手段２４は先端に散水ノズル２５を設け、かつ、中間部に常閉型の開閉制御弁２６を設けている散水管２７を有し、該散水管２７の他端を貯水槽２１の底部に接続してある。そして、常閉型の開閉制御弁２６が開動作されると、その開動作されている間だけ貯水槽２１内の水が散水ノズル２５を通して還気側熱交換器１２、及び、その周囲に散水供給され、該供給された水で還気側熱交換器１２まわりの除霜処理が行えるようになっている。また、ここでの余剰水はドレンパン２０ｂで受けられ、これが貯水槽２１内に廃棄される。

なお、図１中において、符号１７ａ、１７ｂはそれぞれ給気側熱交換器９用の膨張弁と還気側熱交換器１２用の膨張弁であり、１８ａ,１８ｂ、１９ａ,１９ｂはそれぞれ給気側熱交換器９用の逆止弁と還気側熱交換器１２用の逆止弁及び膨張弁用感温筒である。

次に、このように構成されたヒートポンプ式空気調和装置の動作を説明する。まず、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１４からの冷媒が四方弁１５を介して還気側熱交換器１２に送られ、還気流路７を流過する空気との熱交換により凝縮される。また、凝縮された冷媒は給気側熱交換器９に送られ、該給気側熱交換器９において蒸発させられて給気流路４内を流過する空気を冷却してアキュムレータ１６に送られ、該アキュムレータ１６にて気液分離されて圧縮機１４に戻される。なお、給気側熱交換器９にて冷却された空気は被空調室に送られる。

一方、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１４からの冷媒が四方弁１５を介して給気側熱交換器９に送られ、給気流路４を流過する空気との熱交換によって凝縮して給気側流路４内の空気を加熱する。また、凝縮した冷媒は、還気側熱交換器１２に送られ、該還気側熱交換器１２で蒸発させられて還気流路７内を通過する空気の熱を奪い、その後、アキュムレータ１６に送られ、該アキュムレータ１６にて気液分離されて圧縮機１４に戻される。なお、給気側熱交換器９にて加熱された空気は被空調室に送られる。

また、暖房運転時において、給気流路４側の加湿器１０で発生した余剰水はドレンパン２０ａから貯水槽２１に供給される。一方、還気流路７側では、除霜センサ２３により還気側熱交換器１２まわりの着霜が監視されていて、該除霜センサ２３からの信号で着霜が検出されると、圧縮機１４及び送風機１１，１３の運転が停止されると同時に、開閉制御弁２６が開動作し、貯水槽２１内の水が散水管２７を通って散水ノズル２５から還気側熱交換器１２まわりに散水供給され、該散水供給された水で霜を強制的に融かして除霜処理が行われる。また、除霜センサ２３からの信号により除霜処理が終了したことが確認されると、開閉制御弁２６が閉じられると同時に、圧縮機１４及び送風機１１，１３の運転が再び開始される。

なお、除霜処理を行う時間は、除霜センサ２３からの信号によらずに、タイマを使用して所定の時間が経過したら開閉制御弁２６を閉動作し、除霜処理を終了するようにしてもよい。また、除霜センサ２３を設けずにタイマを使用し、所定の稼働時間に達したら、一定の時間だけ開閉制御弁２６を開として除霜処理を行うようにしてもよい。

したがって、この実施例のヒートポンプ式空気調和装置によれば、暖房運転時には、該還気側の熱交換器１２に発生している霜を水で融かして強制的に除霜をするので、短時間で急速に除霜処理を済ませることができる。しかも、圧縮機１４や送風機１１，１３を運転させずに、被空調室内に冷風を流すことなく除霜を行うことができるので、消費電力の低減が可能になる。また、周囲の空気温度に影響されずに、急速、かつ、安定した除霜を行うことができることになる。

一方、冷房運転時には、貯水槽２１からの水を還気側熱交換器１２まわりに供給し、該還気側熱交換器１２の凝縮圧力を低下させる。

なお、暖冷房時に貯水槽２１の水が不足する場合には、強制的に貯水槽２１に給水することもある。また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明に係るヒートポンプ式空気調和装置の構成を示す系統図。

符号の説明

１ ケーシング
２ 外気入口
３ 給気口
４ 給気流路
５ 還気口
６ 排気口
７ 還気流路
８ 仕切板
９ 給気側熱交換器
１０ 加湿器
１１ 送風機
１２ 還気側熱交換器
１３ 送風機
１４ 圧縮機
１５ 四方切換弁
１６ アキュムレータ
２０ａ ドレパン
２０ｂ ドレンパン
２１ 貯水槽
２２ａ ドレンホース
２２ｂ ドレンホース
２３ 除霜センサ
２４ 給水手段
２５ 散水ノズル
２６ 開閉制御弁
２７ 散水管

Claims (6)

1. ケーシング内に、外気入口から被空調室の給気ダクトが接続される給気口に至る給気流路と、前記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排気口に至る還気流路とを有し、かつ、前記給気流路に設けた給気側熱交換器と前記還気流路に設けた還気側熱交換器に対して圧縮機からの冷媒を前記還気側熱交換器と給気側熱交換器の順、または、その逆に流通せしめて前記被空調室に対する冷房運転と暖房運転を切り換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、
   前記給気側熱交換器及び加湿器の下方に設けたドレンパンと、水を蓄える貯水槽と、該貯水槽に蓄えられている水を暖房運転時に前記還気側熱交換器まわりに供給して該還気側熱交換器に発生している霜を取り除く給水手段を備えて成ることを特徴とするヒートポンプ式空気調和装置。
2. 前記給気側熱交換器及び加湿器の下方に設けたドレンパンと、水を蓄える貯水槽と、該貯水槽に蓄えられている水を冷房運転時に前記還気側熱交換器まわりに供給して該還気側熱交換器の凝縮圧力を低下させる給水手段を備えて成ることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式空気調和装置。
3. 上記ドレンパンと上記貯水槽との間を、前記ドレンパンで捕集したドレン水を前記貯水槽に送るパイプで連結し、かつ、上記給水手段に上記還気側熱交換器への給水を制御する開閉制御弁を設けて成ることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式空気調和装置。
4. 上記給水手段は、上記還気側熱交換器の着霜状態を検出する除霜センサを備え、該除霜センサの着霜検出信号に応答して上記開閉制御弁が開動作するようにしたことを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ式空気調和装置。
5. 上記給水手段は、タイマを備え、該タイマに設定された時間毎に上記開閉制御弁が開動作するようにしたことを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ式空気調和装置。
6. 上記給水手段は、上記還気側熱交換器まわりに水を散水して供給する散水ノズルを有することを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載のヒートポンプ式空気調和装置。

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