JP2011231952A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１台の室内ユニットで例えば複数箇所における負荷要求に応じた空気を供給することができる床置形空気調和装置を得る。
【解決手段】冷媒と空気とを熱交換する複数の室内熱交換器２ａ、２ｂと、室内熱交換器２ａ、２ｂに空気を送る送風機３と、各室内熱交換器２ａ、２ｂを通過した空気の風路１７ａ、１７ｂを形成する仕切り板１６と、各風路１７ａ、１７ｂにおける温度をそれぞれ検出するための複数の温度検出センサー１３ａ、１３ｂと、各風路１７ａ、１７ｂを通過して各吹出口５ａ、５ｂから出る空気の流量及び流速を調整する風路抵抗部品１９と、各室内熱交換器２ａ、２ｂに流入させる冷媒の圧力をそれぞれ制御するための複数の膨張弁１１ａ、１１ｂと、各温度検出センサー１３ａ、１３ｂの検出に係る温度に基づいて、各膨張弁１１ａ、１１ｂの開度を制御する制御器１５とを有する室内ユニット１を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、空気調和装置に関するものである。たとえば比較的容積が大きい室内等の空調対象空間の空気調和を行う大型の床置形空気調和装置において、１台の室内ユニットにより、室内の複数の箇所に対し、それぞれ要求される温度の空気を供給することを可能とするものである。

従来、たとえば床置形空気調和装置の室内ユニットには、内部に室内熱交換器および送風機を配置している（たとえば特許文献１参照）。室内熱交換器は、配管接続された室外ユニットに配置された圧縮機および室外側熱交換器並びに室内ユニット内の絞り装置とともに冷媒回路を形成している。

そして、室内ユニットにおいて吸込口から吸込んだ空気を室内熱交換器で冷媒との熱交換により冷却等した後、送風機を通過させ、上部に設置している吹出口から室内（空調対象空間）に吹き出して、空気調和を行うようにしている。

ここで、吹出口にはルーバーなどを配置し、ルーバーの角度を変更することで、吹き出した空気の方向を調整している。ここではユニット上部に吹出口を設置した例をあげたが、たとえば吹出ダクトを室内ユニットに直接取り付け、吹出ダクトを介して室内に冷却等した空気を送る場合もある。

特開２００７−３２７６７８号公報（図１）

従来の、特に床置形の空気調和装置において、室内ユニットでは、１つの吹出口から一定温度の空気を吹き出すようにしていた。一方で、たとえば室内における被冷却体の分布により、室内の複数の箇所において必要な空気の温度が異なる場合、室内に設置されている被冷却体の要求等によっては必要とする風量、空気温度が異なるような場合がある。このような場合には、室内の一部には最適な温度の空気を供給できても、他の部分において適切な温度の空気を供給できない場合があった。

また、たとえば室内が広いような場合、空気調和装置から近い場所（被冷却体）には適温の空気を送ることができても、遠い場所（被冷却体）には、空気が届くまでに温度が上昇してしまう場合があった。このため、室内の負荷分布によっては最適な空気が必要な箇所に供給されないという問題があった。

また、広い空調対象空間を想定した仕様の空気調和装置の場合、大風量のため空気調和装置から吹き出した直後の風速が速くなる。このため、空気調和装置付近では、風速が速すぎることで、対人空調の場合には風が強すぎ、また、コンピュータなどの機器を冷却する対物空調の場合には必要な風量をコンピュータなどが内部に上手く取り込めないなどの問題もあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、１台の室内ユニットで、たとえば複数箇所における要求に応じた空気を供給することができる空気調和装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係る空気調和装置は、冷媒と空気とを熱交換する複数の室内熱交換器と、室内熱交換器に熱交換に係る空気を通過させるための送風機と、各室内熱交換器を通過した空気の風路を形成する仕切板と、空気の温度をそれぞれ検出するための複数の温度検出手段と、各風路を通過して各吹出口から出る空気の流量及び流速を調整するための抵抗手段と、各吹き出し口から出る空気の向きを調整する風向調整手段と、各室内熱交換器に流入させる冷媒の圧力をそれぞれ制御するための複数の膨張弁と、各温度検出手段の検出に係る温度に基づいて、各膨張弁の開度を制御する制御装置とを有する室内ユニットを備えるものである。

この発明の空気調和装置は、上記のように構成したので、複数の室内熱交換器のそれぞれにおける蒸発温度等を調節することで、異なる温度の空気を供給することが可能となり、また、それぞれの風路に設けた抵抗手段によりそれぞれの吹出口から出る空気の風速（風量）を調整可能とし、さらに風向調節手段により、それぞれの吹出口から出る空気の向きを調節可能としたので、１台の室内ユニットで、温度、風速（風量）、風向の異なる空気を供給可能となる空気調和装置を得ることができる。また、１台の室内ユニットで温度、風速（風量）、風向の異なる空気の供給が可能なことから、室内における負荷分布によって異なる負荷要求に対して、それぞれ必要な空気を供給することができる空気調和装置を得ることができる。また、１つの筐体で構成しているため、安価な空気調和装置を得ることができる。

実施の形態１における空気調和装置の構成を示す図である。 各吹出口５ａ、５ｂにおける吹き出し空気の風速の関係を示す図である。 実施の形態２における空気調和装置の構成を示す図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における床置形空気調和装置の構成を示す図である。図１において、実施の形態１の空気調和装置は、室内ユニット１内の２つの室内熱交換器２ａ、２ｂおよび電子膨張弁（以下、膨張弁という）１１ａ、１１ｂ並びに室外ユニット１２内の圧縮機９および室外熱交換器１０をガス配管６と液配管７とで接続して冷媒回路を構成している。ここで、本実施の形態における冷媒回路では、液配管７を流れる冷媒の下流側となる室内ユニット１において、流入する冷媒を分岐し、それぞれ膨張弁１１ａおよび室内熱交換器２ａを流れる流路と、膨張弁１１ｂおよび室内熱交換器２ｂを流れる流路とを形成する。そして、各流路を流れた後の冷媒が再度合流して室内ユニット１から流出し、ガス配管６を通過する構成となっている。

また、室内ユニット１は筐体に空気の吸込口４となる開口部を設けている。また、室内熱交換器２ａ、２ｂの風路一次側（空気流入側）に送風機３を備え、室内熱交換器２ａ、２ｂに吸込口４から流入した空調対象空間等の空気を送り込む。室内熱交換器２ａ、２ｂは、それぞれ空気と冷媒との熱交換を行う。ここで本実施の形態ではそれぞれ蒸発器として機能する。膨張弁１１ａ、１１ｂは、それぞれ開度を調整することで冷媒を減圧し、またそれぞれ室内熱交換器２ａ、２ｂに流入する冷媒の量を調整する。

さらに、室内熱交換器２ａ、２ｂの風路二次側（空気流出側）の空間には結露防止用の断熱材８を貼り付けた仕切板１６が配置され、吹出口５ａと吹出口５ｂとの間を仕切る。これにより、室内ユニット１内に室内熱交換器２ａと吹出口５ａ間の風路１７ａおよび室内熱交換器２ｂと吹出口５ｂ間の風路１７ｂを形成する。風路１７ａ、１７ｂにはそれぞれ温度検出センサー１３ａ、１３ｂが配置されている。そして、温度検出センサー１３ａ、１３ｂの検出値により膨張弁１１ａ、１１ｂのそれぞれの開度を制御する制御器１５を備えている。また、吹出口５ａ、５ｂにはそれぞれ吹き出し方向を調整可能にするルーバー１８ａ、１８ｂを備える。さらに室内ユニット１内部側には、吹き出し空気に対する抵抗体となり、風量（風速）を弱めるためのフィルターなどの風路抵抗部品１９を風路１７ａ、１７ｂ上に配置するためのフィルターレール１４ａ、１４ｂが配置されている。このため、風路１７ａ、１７ｂ上に任意の風路抵抗部品１９を配置することができる。

一方、室外ユニット１２の圧縮機９は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、圧縮機９は、たとえばインバータ装置等を備え、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機９の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を変化させることができるものとする。室外熱交換器１０は、室外の空気（外気）と冷媒との熱交換を行う。本実施の形態においては凝縮器として機能する。

次に、このように構成された空気調和装置の室内ユニット１における動作について説明する。たとえば被冷却体が設置された空調対象空間をたとえば２０℃にする場合、吹出口５ａからの吹き出し空気の温度は２０℃となるようにする。一方、吹き出し空気を遠方に送るための吹出口５ｂからの吹き出し空気の温度は１７℃となるようにする。

そのため、温度検出センサー１３ａの検出に係る風路１７ａを通過する空気の温度に基づき、制御器１５は、２０℃より高いと判断すると、開度を小さくするように膨張弁１１ａに指示し、室内熱交換器２ａにおける蒸発温度を低下させる。逆に２０℃より低いと判断すると、開度を大きくするように膨張弁１１ａに指示し、室内熱交換器２ａにおける蒸発温度を上昇させるようにする。以上の制御を行い、吹出口５ａからの吹き出し空気の温度が２０℃となるように制御する。

一方、温度検出センサー１３ｂの検出に係る風路１７ｂを通過する空気の温度に基づき、制御器１５は、１７℃より高いと判断すると、開度を小さくするように膨張弁１１ｂに指示し、室内熱交換器２ｂにおける蒸発温度を低下させる。逆に１７℃より低いと判断すると、開度を大きくするように膨張弁１１ｂに指示し、室内熱交換器２ｂにおける蒸発温度を上昇させるようにする。以上の制御を行い、吹出口５ｂからの吹き出し空気の温度が１７℃となるように制御する。このように吹出口５ａ、５ｂからの吹き出し空気の温度を個別に制御することが可能である。

図２は吹出口５ａ、５ｂからの吹き出し空気の風速（風量）の関係を表す図である。本実施の形態の空気調和装置の室内ユニット１では、フィルターレール１４ａ、１４ｂに風路抵抗部品１９を挿入することで、風路１７ａ、１７ｂを通過して吹出口５ａ、５ｂからの吹き出す空気の風速（風量）の調整を行うことができる。図２ではフィルターなしおよびフィルターＡ、Ｂ、Ｃ（ここではＡ＜Ｂ＜Ｃの順に風路抵抗が大きくなる）の場合の吹出口５ａ、５ｂにおける吹き出し空気の風速（風量）の変化（フィルターなしの場合を１００％とする）を表している。

吹出口５ａ側は風路抵抗増加に伴い風速（風量）が低下する。このとき、室内ユニット１全体としては、室内ユニット１内の空気に対する抵抗が増加するため全体の風量は低下するが、風路１７ａにおける抵抗が大きいために、風路１７ｂに空気が回り込み、吹出口５ｂ側は若干風量が増加する。このような特性をあらかじめ把握しておき、空気調和装置の設置段階で室内の負荷分布を検討し、必要に応じてフィルターレール１４ａまたは１４ｂに風路抵抗部品１９を挿入することで吹出口５ａ、５ｂからの吹き出し空気の風速（風量）を調整することが可能となる。また、各吹出口５ａ、５ｂにルーバー１８ａ、１８ｂを配置することで、個別に吹き出し方向を調整可能とする。

以上のように、実施の形態１の床置形空気調和装置によれば、室内ユニット１内に室内熱交換器２ａ、２ｂおよび膨張弁１１ａ、１１ｂを有し、室内熱交換器２ａ、２ｂがそれぞれ冷却等した空気を、仕切板１６により形成した風路１７ａ、１７ｂを通過させて吹出口５ａ、吹出口５ｂから送り出すようにしたので、１台の室内ユニット１で温度、風速（風量）、風向の異なる空気を供給することが可能となる。このため、室内空間の負荷分布によって、たとえば２０℃の温度が必要な被冷却体と、１７℃の温度が必要な被冷却体とが存在した場合でも、それぞれに適した周囲空気の温度にするような吹き出し空気を供給することができる。また、被冷却体が要求する周囲空気の温度がたとえば２０℃であっても、室内空間が広い場合、室内ユニット１から遠方の空間に対して、送風途中での放熱ロスを考慮してあらかじめ低めの１７℃の空気を速い風速で供給することで、室内ユニット１からの距離に関わらず適性な周囲空気の温度にする空気を被冷却体に供給することが可能である。以上のような空気の供給を１台の空気調和装置で行うことにより、安価に構成することができる。

実施の形態２．
上述した実施の形態１では、１系統の冷媒回路の中で、室内熱交換器２ａ側と２ｂ側とに分割するようにしたものである。本実施の形態では２系統の冷媒回路を有する空気調和装置について説明する。

図３はこの発明の実施の形態２における床置形空気調和装置の構成を示す図である。図３の空気調和装置において、図１と同じ符号を付している手段等については、実施の形態１で説明したことと同様の機能等を果たす。本実施の空気調和装置において、室内熱交換器２ａは、室外ユニット１２ａに備えられた圧縮機９ａ、室外熱交換器１０ａおよびガス配管６ａ、液配管７ａおよび膨張弁１１ａを接続して冷媒回路を構成している。また、室内熱交換器２ｂは、室外ユニット１２ｂに備えられた圧縮機９ｂ、室外熱交換器１０ｂおよびガス配管６ｂ、液配管７ｂおよび膨張弁１１ｂを接続して別の冷媒回路を構成している。各冷媒回路は独立しているが、室内ユニット１において、１台の送風機３により室内熱交換器２ａ、２ｂに空気を送っている。装置の基本的な動作については、実施の形態１で説明したことと同様である。

１系統の冷媒回路において途中で冷媒を分岐させて室内熱交換器２ａと２ｂとで熱交換を行う場合、冷媒が最終的に合流するため、室内熱交換器２ａと２ｂにおける蒸発温度の差を大きくとることが困難であった。このため、吹き出し空気の温度差を大きくする制御を行うことが困難であった。

本実施の形態では、室内熱交換器２ａ、２ｂに係る冷媒回路を完全に分離するようにしているので、室内熱交換器２ａ、２ｂにおける蒸発温度の制御幅を大きくとることができる。また、圧縮機９ａ、９ｂの駆動周波数も別々に制御できる。以上のことから、吹出口５ａ、５ｂから吹き出す空気の温度に係る制御の自由度を大きく設定することが可能となる。

実施の形態３．
実施の形態１、２では、室内ユニット１内において温度検出センサー１３ａ、１３ｂを風路１７ａ、１７ｂに配置している。そして、温度検出センサー１３ａ、１３ｂがそれぞれ検出した吹き出し空気の温度に基づいて、制御器１５は膨張弁１１ａ、１１ｂの開度を制御するようにしている。これを、たとえば、温度検出センサー１３ａ、１３ｂを、それぞれ室内ユニット１外の任意のポイントに配置し、そのポイントでの検出に係る温度に基づいて、膨張弁１１ａ、１１ｂの開度を制御するようにしてもよい。

以上のように、温度検出センサーを空気調和装置外に配置した温度検出センサー１３ａ、１３ｂの検知に係る温度に基づいて、膨張弁１１ａ、１１ｂの開度を制御するようにすることにより、たとえば被冷却体自身の吸込部の温度など、空気調和を必要とする部分の温度に基づいて、直接的な調整を行うことができる。

実施の形態４．
前述した実施の形態２では、室内熱交換器２ａ、２ｂを蒸発器とし、空調対象空間を冷却する冷房専用機であるものとして説明したが、これに限定するものではない。たとえば室外ユニット１２ａ、１２ｂに四方弁を備えることにより、冷暖房を切り替えることができる。このため、室内熱交換器２ａ、２ｂのいずれかを凝縮器として、暖房運転を行うようにし、冷暖房同時運転が可能な空気調和装置とすることも可能である。

以上のように、複数の冷媒回路のそれぞれが冷暖房運転可能とすることで、たとえば室内熱交換器２ａ等を配管接続して構成した冷媒回路では冷房運転を行うことにより、吹出口５ａからは室内ユニット自身が設置されている機械室（サーバールームなど）の対物冷房を実施することができる。一方、室内熱交換器２ｂ等を配管接続して構成した冷媒回路では暖房運転を行い、吹出口５ｂをダクト接続するなどして居室空間に使用されている別室に暖房空気を送り込むなどの運転を行うことができる。このように、運転の自由度を高めることができる。

実施の形態５．
上述の実施の形態においては、室内熱交換器２、膨張弁１１、吹出口５、ルーバー１８を各２組ずつ設け、温度、風量（風速）、風向が異なる２種の空気を送り出せる（供給できる）ようにした。本発明はこれに限定するものではなく、３組以上設けるようにし、３種以上の空気を送り出せるようにしてもよい。また、実施の形態２と同様に、３以上の室内熱交換器２に対して、それぞれ冷媒回路を構成するようにしてもよい。

また、上述の実施の形態では、室内ユニット１を床置形としたが、たとえば天井からの吊り下げ形等、他の形であってもよい。また、吹出口５ａ、５ｂを上下方向（室内の高さ方向）に設けるようにしたが、配置関係を限定するものではなく、複数の吹出口を横方向に並べる、上下、左右とは異なる別の位置に設ける等してもよい。

１ 室内ユニット、２a、２ｂ 室内熱交換器、３ 送風機、４ 吸込口、５ａ，５ｂ 吹出口、６ ガス配管、７ 液配管、８ 断熱材、９ 圧縮機、１０ 室外熱交換器、１１ａ，１１ｂ 膨張弁、１２ 室外ユニット、１３ａ，１３ｂ 温度検出センサー、１４ａ，１４ｂ フィルターレール、１５ 制御器、１６ 仕切板、１７ａ，１７ｂ 風路、１８ａ，１８ｂ ルーバー、１９ 風路抵抗部品（フィルター）。

Claims (6)

1. 冷媒と空気とを熱交換する複数の室内熱交換器と、
   該室内熱交換器に熱交換に係る前記空気を通過させるための送風機と、
   各室内熱交換器を通過した空気の風路を形成する仕切板と、
   空気の温度をそれぞれ検出するための複数の温度検出手段と、
   各風路を通過して各吹出口から出る空気の流量及び流速を調整するための抵抗手段と、
   （各吹出口から出る空気の向きを調整するための風向調整手段と、）
   各室内熱交換器に流入させる冷媒の圧力をそれぞれ制御するための複数の膨張弁と、
   各温度検出手段の検出に係る温度に基づいて、各膨張弁の開度を制御する制御装置と
   を有する室内ユニットを備えることを特徴とする空気調和装置。
2. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   冷媒と室外の空気との熱交換を行う室外熱交換器と
   を有する複数の室外ユニットをさらに備え、
   各室外ユニットの前記圧縮機及び前記室外熱交換器を、各室内熱交換器及び各膨張弁と配管接続して複数系統の冷媒回路を構成することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記温度検出手段は、各風路における空気の温度を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和装置。
4. 前記温度検出手段は、前記室内ユニット外の位置における空気の温度を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和装置。
5. 各室外ユニットは、冷媒の流れを切り換えて暖房運転又は冷房運転が可能な四方弁をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
6. 前記室内ユニットは床置形であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空気調和装置。

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