以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
実施の形態1.
<空気調和機の構成>
図1および図2に示されるように、実施の形態1に係る空気調和機1000は、換気される居室内を空気調和する空気調和機であって、居室内に配置される室内機100と、居室外に配置される室外機200および換気ユニット300とを備える。室内機100、室外機200、および換気ユニット300の各々には、後述する冷媒回路の一部が収容されている。室内機100、室外機200、および換気ユニット300の各々は、後述する冷媒回路の他の一部を成し、かつ室内機100、室外機200、および換気ユニット300の外部に配置された冷媒配管410,420,510,520を介して接続されている。室内機100と換気ユニット300とは、冷媒配管410,510を介して接続されている。室外機200と換気ユニット300とは、冷媒配管420,520を介して接続されている。冷媒配管410,420は気相冷媒が流れる配管、いわゆるガス配管、である。冷媒配管510,520は液相冷媒または気液2相冷媒が流れる配管、いわゆる液配管である。
居室内と居室外とを区画している壁900には、居室内を換気するための換気口910と、冷媒配管410,510が通されるための挿通口920とが設けられている。換気ユニット300は、換気口910を通って居室外から居室内に流れる空気と冷媒とを熱交換するように設けられている。換気ユニット300は、居室外から換気口910を正面視したときに換気口910の少なくとも一部と重なるように配置されており、例えば換気口910の全体を覆っている。なお、居室内は、例えば換気口910と、居室内の空気を居室外に排出するための換気扇が取り付けられた図示しない換気口(排気口)とによって、換気される。この場合、換気口910は、基本的に居室外の空気を居室内に吸気するための吸気口として作用する。
室内機100には、第1熱交換器としての室内熱交換器3、第1温度センサ11、および第2温度センサ12、および室内送風機110が収容されている。室外機200には、圧縮機1、流路切替部2、第1減圧部4、第2熱交換器としての室外熱交換器5、および室外送風機210が収容されている。換気ユニット300には、第3熱交換器としての換気用熱交換器6、第2減圧部7、第1調整部8、および第2調整部9が収容されている。
図3に示されるように、空気調和機1000は、冷凍サイクルを成すように冷媒が循環する冷媒回路を備える。上記冷媒回路は、第1冷媒流路RP1および第2冷媒流路RP2を含む。
第1冷媒流路RP1は、圧縮機1、流路切替部2、室内熱交換器3、第1減圧部4、室外熱交換器5、第1調整部8、および第2調整部9を含み、環状に設けられている。
第2冷媒流路RP2は、換気用熱交換器6および第2減圧部7を含み、室内熱交換器3をバイパスするように第1冷媒流路RP1に接続されている。第2冷媒流路RP2において、換気用熱交換器6および第2減圧部7は、直列に接続されている。第2冷媒流路RP2の一端は第1冷媒流路RP1の第1調整部8と接続されている。第2冷媒流路RP2の他端は第1冷媒流路RP1の第2調整部9と接続されている。第2冷媒流路RP2の全体は、換気ユニット300の内部に収容されている。
第1冷媒流路RP1は、第2冷媒流路RP2と直列に接続されている第3冷媒流路RP3と、第3冷媒流路RP3と直列に接続されており、かつ第3冷媒流路RP3に対して第2冷媒流路RP2と並列に接続されている第4冷媒流路RP4とを有している。
第3冷媒流路RP3は、圧縮機1、流路切替部2、第1減圧部4、および室外熱交換器5を含む。第3冷媒流路RP3は、室外機200および換気ユニット300の各内部に収容されている複数の部分と、当該複数の部分間を接続する冷媒配管420,520とを含む。
第4冷媒流路RP4は、室内熱交換器3を含む。第4冷媒流路RP4は、室内機100および換気ユニット300の各内部に収容されている複数の部分と、当該複数の部分間を接続する冷媒配管410,510とを含む。
第3冷媒流路RP3の一端および第4冷媒流路RP4の一端は、第1冷媒流路RP1の第1調整部8と接続されている。第3冷媒流路RP3の他端および第4冷媒流路RP4の他端は、第1冷媒流路RP1の第2調整部9と接続されている。
圧縮機1は、冷媒を吐出する吐出口1Aと、冷媒を吸入する吸入口1Bとを有している。圧縮機1は例えばインバータ圧縮機であり、圧縮機1の回転数はインバータにより可変制御される。
流路切替部2は、第1冷媒流路RP1における冷媒の流通方向を切り替えるように設けられている。流路切替部2は、例えば四方弁であり、第7〜第10ポートを有している。第7ポートP7は、圧縮機1の吐出口1Aに接続されている。第8ポートP8は、圧縮機1の吸入口1Bに接続されている。第9ポートP9は、上述のように冷媒配管420を介して第1調整部8の第1ポートP1に接続されている。第10ポートP10は、室外熱交換器5に接続されている。流路切替部2は、その内部に、第7ポートP7と第9ポートP9との間を接続する冷媒流路と、第8ポートP8と第10ポートP10との間を接続する冷媒流路とが形成された第6切替状態と、第7ポートP7と第10ポートP10との間を接続する冷媒流路と、第8ポートP8と第9ポートP9との間を接続する冷媒流路とが形成された第7切替状態とを切り替える。
流路切替部2が上記第6切替状態とされると、第1冷媒流路RP1において、圧縮機1、第1調整部8、室内熱交換器3、第2調整部9、第1減圧部4、および室外熱交換器5が順に接続され、室内熱交換器3が凝縮器、室外熱交換器5が蒸発器として作用する。つまり、流路切替部2が上記第6切替状態とされると、空気調和機1000は暖房運転する。流路切替部2が上記第7切替状態とされると、第1冷媒流路RP1において、圧縮機1、室外熱交換器5、第1減圧部4、第2調整部9、室内熱交換器3、および第1調整部8が順に接続され、室内熱交換器3が蒸発器、室外熱交換器5が凝縮器として作用する。つまり、流路切替部2が上記第7切替状態とされると、空気調和機1000は冷房運転する。
室内熱交換器3は、冷媒と居室内の空気との間の熱交換を行うように設けられている。室外熱交換器5は、冷媒と居外内の空気との間の熱交換を行うように設けられている。第1減圧部4は、例えば開度を調整できる電子膨張弁である。室内送風機110は、室内熱交換器3に居室内の空気を送るように設けられている。室外送風機210は、室外熱交換器5に居室外の空気を送るように設けられている。室内送風機110は、少なくとも後述する第1状態において駆動されるが、例えば後述する第2状態においても駆動される。
換気用熱交換器6は、冷媒と換気口910を通って居室外から居室内に流れる空気との間の熱交換を行うように設けられている。換気用熱交換器6の熱交換容量は、例えば室内熱交換器3の熱交換容量よりも小さい。第2減圧部7は、例えば開度を調整できる電子膨張弁である。
第1調整部8および第2調整部9は、第2冷媒流路RP2を流れる冷媒の流量および第4冷媒流路RP4を流れる冷媒の流量を調整する。第1調整部8および第2調整部9の各々は、例えば3方弁である。
第1調整部8は、第3冷媒流路RP3の一端と接続されている第1ポートP1と、第2冷媒流路RP2の一端と接続されている第2ポートP2と、第4冷媒流路RP4の一端と接続されている第3ポートP3とを有している。第1調整部8の第1ポートP1は、冷媒配管420を介して後述する流路切替部2の第9ポートP9と接続されている。
第2調整部9は、第3冷媒流路RP3の他端と接続されている第4ポートP4と、第2冷媒流路RP2の他端と接続されている第5ポートP5と、第4冷媒流路RP4の他端と接続されている第6ポートP6とを有している。第2調整部9の第4ポートP4は、冷媒配管520を介して第1減圧部4と接続されている。
第1調整部8の第1ポートP1と第2調整部9の第4ポートP4とは、第3冷媒流路RP3の圧縮機1、流路切替部2、第1減圧部4および室外熱交換器5を挟むように配置されている。第1調整部8の第2ポートP2と第2調整部9の第5ポートP5とは、第2冷媒流路RP2の換気用熱交換器6および第2減圧部7を挟むように配置されている。第1調整部8の第3ポートP3と第2調整部9の第6ポートP6とは、第4冷媒流路RP4の室内熱交換器3を挟むように配置されている。
第1調整部8および第2調整部9は、上記冷媒回路の状態を、少なくとも図3に示される第1状態と図4に示される第2状態とに切り替えるように設けられている。
第1調整部8は、第1ポートP1と第2ポートP2との間を接続する冷媒流路および第1ポートP1と第3ポートP3との間を接続する冷媒流路がその内部に形成された第1切替状態と、第1ポートP1と第2ポートP2との間を接続する冷媒流路のみがその内部に形成された第2切替状態と、第1ポートP1と第3ポートP3との間を接続する冷媒流路のみがその内部に形成された第3切替状態とを切り替えるように設けられている。
第2調整部9は、第4ポートP4と第5ポートP5との間を接続する冷媒流路および第4ポートP4と第6ポートP6との間を接続する冷媒流路がその内部に形成された第4切替状態と、第4ポートP4と第5ポートP5との間を接続する冷媒流路のみがその内部に形成された第5切替状態とを切り替えるように設けられている。
第1調整部8が上記第1切替状態とされ、かつ第2調整部9が上記第2切替状態とされたときに、上記第1状態が実現される。第1調整部8が上記第2切替状態とされ、かつ第2調整部9が上記第5切替状態とされたときに、上記第2状態が実現される。
図3に示されるように、第1調整部8および第2調整部9は、第1状態では第2冷媒流路RP2と第4冷媒流路RP4とを第3冷媒流路RP3に対して並列に接続することにより、室内熱交換器3と換気用熱交換器6とを圧縮機1に対して並列に接続する。図4に示されるように、第1調整部8および第2調整部9は、第2状態では第4冷媒流路RP4を第3冷媒流路RP3と直列に接続させずに第2冷媒流路RP2を第3冷媒流路RP3に直列に接続することにより、換気用熱交換器6を圧縮機1に対して直列に接続する。
第1調整部8は、例えば上記第1切替状態において第2ポートP2の開度および第3ポートP3の開度を変更できる。第2調整部9は、例えば上記第4切替状態において第5ポートP5の開度および第6ポートP6の開度を変更できる。第1調整部8および第2調整部9は、例えば空調負荷、または室内熱交換器3および換気用熱交換器6の熱交換容量比に応じて、上記第1状態における第2冷媒流路RP2および第4冷媒流路RP4の各々を流れる冷媒の流量比を調整できる。
好ましくは、第1調整部8および第2調整部9は、上記冷媒回路の状態を、上記第2状態と図5に示される第3状態とに切り替えるように設けられている。第1調整部8が上記第3切替状態とされ、かつ第2調整部9が上記第2切替状態とされたときに、上記第3状態が実現される。つまり、第1調整部8が上記第2切替状態から第3切替状態に切り替えられ、かつ第2調整部9が上記第2切替状態のまま維持されたときに、第2状態から第3状態に切り替えられる。
図5に示されるように、第1調整部8および第2調整部9は、第3状態において第4冷媒流路RP4を第3冷媒流路RP3において上流側に位置する一端に接続するが、第3冷媒流路RP3において下流側に位置する一端には接続しない。これにより、第1調整部8および第2調整部9は、第3状態において第4冷媒流路RP4を圧縮機1から吐出された冷媒を貯留する貯留部とする。また、第1調整部8および第2調整部9は、第3状態において第2冷媒流路RP2を第3冷媒流路RP3において下流側に位置する一端に接続するが、第3冷媒流路RP3において上流側に位置する一端には接続しない。
なお、第1調整部8および第2調整部9によって第3状態が実現されているときに、流路切替部2は、暖房運転時と同様に、上記第6切替状態にあるように設けられているのが好ましい。この場合、第1調整部8が第3冷媒流路RP3において上流側に位置する一端に第2冷媒流路RP2ではなく第4冷媒流路RP4を接続する。第2調整部9が第3冷媒流路RP3において下流側に位置する一端に第4冷媒流路RP4ではなく第2冷媒流路RP2を接続する。
第1温度センサ11は、冷媒の流通方向において室内熱交換器3の伝熱管の中間部分を流れる冷媒の温度(中間温度)の変化を検出するように設けられている。第1温度センサ11は、例えば室内熱交換器3において冷媒流路を構成する伝熱管の中間部分の外周面に配置されている。第2温度センサ12は、室内送風機110の送風方向において室内熱交換器3に流入前の居室内の空気の温度(入口温度)を測定するように設けられている。第2温度センサ12は、例えば室内送風機110の風路内に固定されている。
<空気調和機の動作>
空気調和機1000では、流路切替部2によって上記冷媒回路内の冷媒の流通方向が切り替えられることにより、上記暖房運転または上記冷房運転が実現される。図3および図4において、実線矢印が暖房運転時の冷媒の流れを示し、点線矢印が冷房運転時の冷媒の流れを示している。
さらに、空気調和機1000では、第1調整部8および第2調整部9によって上記第2冷媒流路RP2を流れる冷媒の流量と第4冷媒流路RP4を流れる冷媒の流量とが調整されることにより、上記暖房運転時および上記冷房運転時に、上記第1状態または上記第2状態が実現される。上記第1状態において、冷媒は、第1調整部8および第2調整部9の一方において分流し他方において合流することにより、第3冷媒流路RP3および第4冷媒流路RP4を順に循環し、かつ第3冷媒流路RP3および第2冷媒流路RP2を順に循環する。そのため、第1状態では、室内熱交換器3および換気用熱交換器6が居室内を空気調和する。上記第2状態において、冷媒は、第3冷媒流路RP3および第2冷媒流路RP2を順に循環し、第3冷媒流路RP3および第4冷媒流路RP4を循環しない。そのため、第2状態では、室内熱交換器3は居室内を空気調和せず、換気用熱交換器6が居室内を空気調和する。
第1調整部8および第2調整部9による第1状態と第2状態との切り替えは、空気調和機1000の能力と空調負荷との対比に基づいて実施される。第1状態において圧縮機1の回転数を可変制御するインバータの出力周波数がその下限値とされたときの空気調和機1000の能力(以下、第1状態における空気調和機1000の最低能力と呼ぶ)と比べて空気調和機1000の空調負荷が大きい場合、第1状態が実現される。第1状態において、圧縮機1の回転数は空調負荷に応じて可変制御される。第1状態における空気調和機1000の最低能力が空調負荷に対して過大となる場合、第2状態が実現される。第2状態において、圧縮機1の回転数は空調負荷に応じて可変制御されてもよいが、例えば上記インバータの出力周波数がその下限値とされている。
図3に示されるように、暖房運転時に第1調整部8および第2調整部9が第1状態とされると、圧縮機1から吐出された冷媒は第3冷媒流路RP3を通って第1調整部8に至り、第1調整部8にて分流される。第1調整部8にて分流された冷媒の一方は、第4冷媒流路RP4に流入し、室内熱交換器3にて居室内の空気と熱交換して凝縮する。第1調整部8にて分流された冷媒の他方は、第2冷媒流路RP2に流入し、換気用熱交換器6にて居室外から居室内に流れる空気と熱交換して凝縮する。換気用熱交換器6にて凝縮した冷媒は第2減圧部7にて絞り膨張する。室内熱交換器3にて凝縮した冷媒と、第2減圧部7にて膨張した冷媒とは、第2調整部9にて合流して第3冷媒流路RP3に流入し、第1減圧部4にて絞り膨張する。第1減圧部4にて膨張した冷媒は、室外熱交換器5にて居室外の空気と熱交換して蒸発し、圧縮機1に吸入される。
図4に示されるように、暖房運転時に第1調整部8および第2調整部9が第2状態とされると、圧縮機1から吐出された冷媒は第1調整部8を経て第2冷媒流路RP2に流入し、換気用熱交換器6にて居室外から居室内に流れる空気と熱交換して凝縮する。換気用熱交換器6にて凝縮した冷媒は第2減圧部7にて絞り膨張する。第2減圧部7にて膨張した冷媒は、第2調整部9を経て第3冷媒流路RP3に流入し、第1減圧部4にて絞り膨張する。第1減圧部4にて膨張した冷媒は、室外熱交換器5にて居室外の空気と熱交換して蒸発し、圧縮機1に吸入される。
図3に示されるように、冷房運転時に第1調整部8および第2調整部9が第1状態とされると、圧縮機1から吐出された冷媒は室外熱交換器5にて居室外の空気と熱交換して凝縮する。室外熱交換器5にて凝縮した冷媒は第1減圧部4にて絞り膨張する。第1減圧部4にて膨張した冷媒は、第2調整部9にて分流される。第2調整部9にて分流された冷媒の一方は、第4冷媒流路RP4に流入し、室内熱交換器3にて居室内の空気と熱交換して蒸発する。第2調整部9にて分流された冷媒の他方は、第2冷媒流路RP2に流入し、第2減圧部7にて絞り膨張する。第2減圧部7にて膨張した冷媒は、換気用熱交換器6にて居室外から居室内に流れる空気と熱交換して蒸発する。室内熱交換器3にて蒸発した冷媒と、換気用熱交換器6にて蒸発した冷媒とは、第1調整部8にて合流し、圧縮機1に吸入される。
図4に示されるように、冷房運転時に第1調整部8および第2調整部9が第2状態とされると、圧縮機1から吐出された冷媒は室外熱交換器5にて居室外の空気と熱交換して凝縮する。室外熱交換器5にて凝縮した冷媒は第1減圧部4にて絞り膨張する。第1減圧部4にて膨張した冷媒は、第2調整部9を経て第2冷媒流路RP2に流入し、第2減圧部7にて絞り膨張する。第2減圧部7にて絞り膨張した冷媒は、換気用熱交換器6にて居室外から居室内に流れる空気と熱交換して蒸発する。換気用熱交換器6にて蒸発した冷媒は、第1調整部8を経て圧縮機1に吸入される。
さらに、空気調和機1000では、第1調整部8および第2調整部9によって上記第2冷媒流路RP2を流れる冷媒の流量と第4冷媒流路RP4を流れる冷媒の流量とが調整されることにより、上記第3状態が実現される。第3状態において、圧縮機1から吐出された冷媒は、第3冷媒流路RP3から第4冷媒流路RP4に流入するが、第4冷媒流路RP4から第3冷媒流路RP3に流出しない。そのため、第3状態では、圧縮機1から吐出された冷媒は第4冷媒流路RP4、特に室内熱交換器3に貯留される。第3状態では、冷媒が上記冷媒回路を循環しない。第3状態では、第1減圧部4および第2減圧部7の少なくともいずれかが、閉止される。
図6は、第3状態の開始処理および終了処理を示すフローチャートである。図6に示されるように、第3状態の開始処理は、例えば第1調整部8および第2調整部9による第2状態から第3状態への切り替えとして、実施される。第1調整部8および第2調整部9による第2状態から第3状態への切り替えは、空気調和機1000の能力と空調負荷との対比に基づいて実施される。第2状態において圧縮機1の回転数を可変制御するインバータの出力周波数がその下限値とされたときの空気調和機1000の能力(以下、第2状態における空気調和機1000の最低能力とよぶ)が空気調和機1000の空調負荷に対して過大となる場合、第2状態から第3状態への切り替えが実施される。
具体的には、まず、第1調整部8が上記第2切替状態から上記第3切替状態に切り替えられ、第2調整部9が第5切替状態に維持される(S11)。次に、流路切替部2が上記第6切替状態または上記第7切替状態にあるかの判定が実施される(S12)。流路切替部2が上記第6切替状態にあるとき、すなわち空気調和機1000が暖房運転していた時には、流路切替部2が上記第6切替状態に維持される。流路切替部2が上記第7切替状態にあるとき、すなわち空気調和機1000が冷房運転していた時には、流路切替部2が上記第7切替状態から上記第6切替状態に切り替えられる(S13)。これにより、図5に示される第3状態が実現される。
図6に示されるように、第3状態の終了処理は、例えば第1調整部8および第2調整部9による第3状態から第2状態への切り替えとして、実施される。第1調整部8および第2調整部9による第3状態から第2状態への切り替えは、第4冷媒流路RP4に貯留された冷媒量に応じて実施される。
具体的には、まず、第3状態において第4冷媒流路RP4に十分な冷媒が貯留されたか否かが判定される(S14)。第4冷媒流路RP4に十分な冷媒が貯留されたと判定されると、第1調整部8が上記第3切替状態から上記第2切替状態に切り替えられる(S15)。これにより、図4に示される第2状態が実現される。
第3状態から第2状態へと切り替えられると、第1調整部8および第2調整部9は、第3状態において冷媒が貯留された第4冷媒流路RP4を第3冷媒流路RP3から切り離し、第3冷媒流路RP3と第2冷媒流路RP2とを接続する。これにより、第3状態から切り替えられた後の第2状態において第3冷媒流路RP3および第2冷媒流路RP2を循環する冷媒量は、第3状態に切り替えられる前の第2状態において第3冷媒流路RP3および第2冷媒流路RP2を循環する冷媒量に対し、第3状態において第4冷媒流路RP4に貯留された冷媒量の分だけ、少なくなる。
図7は、第3状態において第4冷媒流路RP4に貯留された冷媒量と、第3状態から切り替えられた後の第2状態での空気調和機1000の能力との関係を示すグラフである。図7の横軸は第3状態において第4冷媒流路RP4に貯留された冷媒量[単位:kg]を示し、図7の縦軸は空気調和機1000の能力[単位:%]を示す。図7に示されるように、第3状態から切り替えられた後の第2状態での空気調和機1000の能力は、第3状態において第4冷媒流路RP4に貯留された冷媒量が多いほど、低くなる。そのため、第3状態から切り替えられた後の第2状態での空気調和機1000の能力が空調負荷に対して過大とならないように、第3状態において第4冷媒流路RP4に十分な冷媒が貯留された後、第3状態から第2状態に切り替えられる。
第3状態において第4冷媒流路RP4に十分な冷媒が貯留されたか否かの判定(S14)は、例えば第1温度センサ11により測定される温度に基づいて実施される。第4冷媒流路RP4に貯留された冷媒量が多いほど、室内熱交換器3に貯留された冷媒量が多くなり、室内熱交換器3に貯留された冷媒の温度が高くなる。室内熱交換器3に貯留された冷媒の温度の変化量は、例えば第1温度センサ11により測定された温度T11と、第2温度センサ12により測定された温度T12との差ΔTとして検出される。これは、温度T11は室内熱交換器3に貯留された冷媒量が多くなるほど高くなるのに対し、温度T12は室内熱交換器3に貯留された冷媒量によらないためである。第3状態において第4冷媒流路RP4に貯留される冷媒量と、そのときに実現される温度差αとが実験またはシミュレーションにより予め求められている。これにより、上記温度差αを判定値として、第4冷媒流路RP4に貯留された冷媒量が、空調負荷に対して適切な能力が実現されるように図7に示される関係に基づいて設定された第4冷媒流路RP4に貯留されるべき冷媒量に達したか否かの判定が行われる。測定された温度差ΔTが判定値α未満であると判定されると、第3状態が維持される。その後、予め定められた時間が経過した後、再び上記判定(S14)が行われる。測定された温度差ΔTが判定値α以上であると判定されると、第1調整部8が第3切替状態から第2切替状態に変更され(S15)、第3状態から第2状態に切り替えられる。
上記工程(S12)において流路切替部2が上記第7切替状態にあるかと判定され、上記工程(S13)において流路切替部2が上記第7切替状態から上記第6切替状態に切り替えられていた場合には、第1調整部8が第3切替状態から第2切替状態に変更され(S15)、その後流路切替部2が上記第6切替状態から上記第7切替状態に切り替えられる(S16)。
図8は、単一冷媒R32の圧力、エンタルピー、および温度の関係を示すモリエル(P−h)線図である。図8における点線は、冷媒としてR32を使用した空気調和機1000において、第3状態から切り替えられた後の第2状態での冷凍サイクルの一例を示す。図8に示されるように、第3状態から切り替えられた後の第2状態では、上記冷媒回路を循環する冷媒量が少ないため、凝縮器の出入口間のエンタルピー差、および蒸発器の出入口間のエンタルピー差が小さく、空気調和機1000の能力が低くなる。このように、空気調和機1000は、圧縮機1を停止させることなくその空調能力を低下させることができる。
なお、空気調和機1000は、例えば上述した判定を行いかつ判定結果に基づいて流路切替部2および第1調整部8の切り替えを行うための図示しない制御部をさらに備えている。
<空気調和機の施工方法>
空気調和機1000は、室内機100、室外機200および換気ユニット300を上述した予め定められた位置に配置し、かつ冷媒配管410,420、510,520で接続することにより、施工される。
また、空気調和機1000は、室内機100、室外機200、およびこれらを接続する冷媒配管のみからなる既設の空気調和機に、換気ユニット300を取り付けることによっても、施工されることができる。
図9〜図11は、既設の空気調和機2000を利用して空気調和機1000を施工する方法を示す図である。
図9に示されるように、既設の空気調和機2000が準備される。空気調和機2000は、図3に示される室内機100および室外機200と、これらを接続する第1配管400および第2配管500(図9参照)とを備え、換気ユニット300を備えていない。つまり、空気調和機2000は、室内機100に収容されている室内熱交換器3と、室外機200に収容されている圧縮機1、流路切替部2、第1減圧部4、および室外熱交換器5と、室内機100および室外機200の外部に配置されている第1配管400および第2配管500とを含む。
図9に示されるように、室内機100は換気口910よりも上方に配置されており、室外機200は換気口910よりも下方に配置されている。第1配管400および第2配管500の各一端は室内機100に接続されており、第1配管400および第2配管500の各他端は室外機200に接続されている。第1配管400および第2配管500は、換気口910よりも上方から下方に延びている。第1配管400および第2配管500は、換気口910よりも上方に設けられた挿通口920に挿通されている。
次に、空気調和機2000において、いわゆるポンプダウンを行う。つまり、室内機100、第1配管400、および第2配管500の内部にある冷媒を室外機200の内部に送り出しかつ封じ込める。室外機200は第1配管400に接続されたストップバルブと第2配管500に接続されたストップバルブとを有しており、これらが閉止されることにより冷媒が室外機200の内部に封じ込められる。
次に、第1配管400および第2配管500が、図9に示される第1切断箇所C1および第2切断箇所C2で切断される。第1切断箇所C1および第2切断箇所C2は、居室外に配置される。第1切断箇所C1は例えば換気口910よりも上方に設定される。第2切断箇所C2は例えば換気口910よりも下方に設定される。第1配管400および第2配管500の切断は、例えばパイプカッター等により行う。さらに、切断により形成された各端部がフレア加工される。
これにより、図10に示されるように、第1配管400から、第1端部411を有する冷媒配管410と、第1端部411と対向する第2端部421を有する冷媒配管420が形成される。第2配管500から、第3端部511を有する冷媒配管510と、第3端部511と対向する第4端部521を有する冷媒配管520とが形成される。
次に、換気ユニット300が準備される。図3および図11に示されるように、換気ユニット300は、第1管部301、第1管部301に対して並列に接続されている第2管部302および第3管部303、第4管部304、ならびに第4管部304に対して並列に接続されている第5管部305および第6管部306とを含む。第1管部301および第4管部304は、第3冷媒流路RP3の一部を成している。第2管部302および第5管部305は、第2冷媒流路RP2の一部を成している。換気用熱交換器6は、第2管部302と第5管部305との間に接続されている。第3管部303および第6管部306は、第4冷媒流路RP4の一部を成している。
次に、換気ユニット300が冷媒配管410,420,510,520に接続され、固定される。具体的には、第1管部301が第2端部421に接続される。第3管部303が第1端部411に接続される。第4管部304が第4端部521に接続される。第6管部306が第3端部511に接続される。さらに、換気ユニット300が、居室外から換気口910を正面視したときに換気口910と重なるように配置される。換気ユニット300の外部には、第2減圧部7を駆動するための電気配線601と、換気用熱交換器6に生じたドレンを外部に排出するためのドレンホース602とが接続される。冷媒配管410,420,510,520、電気配線601、およびドレンホース602は、図示しない化粧カバーに収容される。
次に、上記冷媒回路において、上述したストップバルブよりも室内機100および換気ユニット300側に位置する部分が真空排気される。
次に、上述したストップバルブが開放される。これにより、図3〜図5に示される上記冷媒回路が形成され、空気調和機1000が施工される。
<作用効果>
空気調和機1000は、冷媒が循環する冷媒回路を備える。上記冷媒回路は、圧縮機1、室内熱交換器3、第1減圧部4、および室外熱交換器5を含み、冷媒が圧縮機1、室内熱交換器3、第1減圧部4、および室外熱交換器5を順に循環するように設けられている第1冷媒流路RP1と、換気用熱交換器6を含み、室内熱交換器3をバイパスするように第1冷媒流路RP1に接続されている第2冷媒流路RP2とを備える。換気用熱交換器6は、換気口910を通って居室外から居室内に流入する空気と第2冷媒流路RP2を流れる冷媒との熱交換を行うように設けられている。
空気調和機1000では、室内熱交換器3および換気用熱交換器6が居室内を空気調和できるため、24時間換気される居室内を空気調和する場合の空調負荷が換気用熱交換器6を備えない空気調和機と比べて低減され得る。さらに、空気調和機1000では、室内熱交換器3および換気用熱交換器6が上記冷媒回路において並列に接続されているため、室内熱交換器3を流れる冷媒と換気用熱交換器6を流れる冷媒との温度差が、室内熱交換器3および換気用熱交換器6が上記冷媒回路において直列に接続されている従来の空気調和機でのそれと比べて低減されている。その結果、空気調和機1000では、換気用熱交換器6から居室内に吹出される空気と室内熱交換器3から居室内に吹出される空気との温度差が、上記従来の空気調和機でのそれと比べて低減されている。つまり、空気調和機1000は、上記従来の空気調和機と比べて、換気による空調負荷の増大を抑制しながら、居室内の温度分布を低減できる。
上記空気調和機1000において、第1冷媒流路RP1は、第2冷媒流路RP2と直列に接続されている第3冷媒流路RP3と、第3冷媒流路と直列に接続されており、かつ第3冷媒流路に対して第2冷媒流路と並列に接続されている第4冷媒流路RP4とを有している。第3冷媒流路RP3は、圧縮機1、第1減圧部4、および室外熱交換器5を含む。第4冷媒流路RP4は、室内熱交換器3を含む。上記冷媒回路は、第2冷媒流路RP2を流れる冷媒の流量および第4冷媒流路RP4を流れる冷媒の流量を調整する第1調整部8および第2調整部9をさらに含む。第1調整部8および第2調整部9は、第2冷媒流路RP2において換気用熱交換器6を挟むように配置されており、かつ第4冷媒流路RP4において室内熱交換器3を挟むように配置されている。
空気調和機1000では、第1調整部8および第2調整部9が例えば空調負荷に応じて第2冷媒流路RP2および第4冷媒流路RP4の各々を流れる冷媒の流量を調整することにより、空気調和機1000の空調能力が調整される。言い換えると、空気調和機1000の能力は、圧縮機1の能力が可変制御されることに加え、第1調整部8および第2調整部9により第2冷媒流路RP2および第4冷媒流路RP4の各冷媒流量が可変制御されることにより、調整され得る。そのため、空気調和機1000では、圧縮機のみによって能力が可変制御される空気調和機と比べて圧縮機1が停止と運転とを繰り返す(以下、発停と呼ぶ)回数が抑制されているため、信頼性が高い。
上記空気調和機1000において、第1調整部8および第2調整部9は、冷媒が第2冷媒流路RP2および第4冷媒流路RP4に流れる第1状態を実現するように設けられている。
第1状態とされた空気調和機1000では、上記冷媒回路において並列に配置された室内熱交換器3および換気用熱交換器6が居室内を空気調和するため、上記従来の空気調和機と比べて、換気による空調負荷の増大が抑制されており、居室内の温度分布が低減され得る。
上記空気調和機1000において、第1調整部および第2調整部は、第1状態と、冷媒が第4冷媒流路には流れず第2冷媒流路に流れる第2状態とを切り替えるように設けられている。
第2状態とされた空気調和機1000では、換気用熱交換器6のみが居室内を空気調和するため、室内熱交換器のみが居室内を空気調和する空気調和機と比べて、換気による空調負荷の増大が抑制されている。また、空気調和機1000では、第1状態と第2状態とが切り替えられるため、室内熱交換器および換気用熱交換器が常に居室内を空気調和する空気調和機と比べて、空調負荷の増減に伴う圧縮機1の発停回数が低減されている。
上記空気調和機1000において、第1調整部8および第2調整部9は、第2状態と、圧縮機1から吐出された冷媒が第2冷媒流路RP2には流入せず第4冷媒流路RP4に流入しかつ第4冷媒流路RP4に貯留される第3状態とを切り替えるように設けられている。
第3状態から切り替えられた後の第2状態では、第3状態に切り替えられる前の第2状態と比べて、第3冷媒流路RP3および第2冷媒流路RP2を流れる冷媒の流量が減少することによって空気調和機1000の能力が低くなる。そのため、第3状態に切り替えられる前の第2状態において空気調和機1000の能力が空調負荷に対して過大となる場合、第2状態から第3状態に切り替え、さらに第3状態から第2状態への切り替えのタイミング、すなわち第3状態において第4冷媒流路RP4に貯留される冷媒量、を上記冷媒負荷に応じて判定することにより、第3状態から切り替えられた後の第2状態での空気調和機1000能力が上記空調負荷に対して適切なものとなる。このように、空気調和機1000は、圧縮機1の発停を抑制しながらも、空調負荷に応じてその空調能力を変化させることができる。
空気調和機1000は、第1熱交換器を流れる冷媒の中間温度を測定する第1温度センサ11と、室内熱交換器3を流れる空気の入口温度を測定する第2温度センサ12とをさらに備える。第1調整部8および第2調整部9は、第1温度センサ11で測定された第1温度T11と第2温度センサ12で測定された第2温度T12との差が予め定められた値以上となった後に、第3状態から第2状態に切り替えるように設けられている。
このようにすれば、室内熱交換器3の中間温度の上昇が第1温度センサ11および第2温度センサ12によって比較的簡便に検出され得る。さらに、第1温度T11と第2温度T12との温度差が判定値に用いられることにより、居室外の気温の変化に伴う第1温度T11の変化が上記判定に影響を与えない。つまり、室内熱交換器3に貯留された冷媒量の増加に伴う室内熱交換器3の中間温度の上昇が第1温度センサ11および第2温度センサ12によって比較的簡便にかつ精度良く検出されるため、第3状態において第4冷媒流路RP4に十分な冷媒が貯留されたか否かの判定が比較的簡便にかつ正確に実施され得る。
空気調和機1000において、第2冷媒流路RP2は、冷媒回路において換気用熱交換器6と第1減圧部4との間に配置されている第2減圧部7をさらに含む。第1減圧部4および第2減圧部7の少なくともいずれかは、第3状態において閉止される。例えば、第1減圧部4および第2減圧部7が、第3状態において閉止される。なお、第2減圧部7のみが第3状態において閉止されてもよい。
このようにすれば、第2減圧部7および第2調整部9は、第3状態において第2冷媒流路RP2内の冷媒の流れを遮断でき、換気用熱交換器6による空気調和を停止することができる。
空気調和機1000において、第1冷媒流路RP1は、圧縮機1から吐出された冷媒の流通方向を、換気用熱交換器6が凝縮器として作用する第1方向と、換気用熱交換器6が蒸発器として作用する第2方向との間で切り替える流路切替部2をさらに含む。流路切替部2は、第3状態において、圧縮機1から吐出された冷媒を第1方向に流通させる。つまり、第3状態での流路切替部2は、第6切替状態とされる。
第4冷媒流路RP4に貯蔵される冷媒量を増やすためには、第3冷媒流路RP3の冷媒を圧縮機1を用いて押し出す必要がある。しかし、流路切替部2が第3状態において第7切替状態とされる場合、室外熱交換器5において冷媒が凝縮されるため、第3冷媒流路RP3に貯蔵される冷媒が増えることになる。これに対し、流路切替部2が第3状態において第6切替状態とされる場合、室内熱交換器3において冷媒が凝縮されるため、第4冷媒流路RP4に貯蔵される冷媒が増えることになる。そのため、流路切替部2が第3状態において第6切替状態とされる場合には、流路切替部2が第3状態において第7切替状態とされる場合と比べて、第4冷媒流路RP4に貯留される冷媒量を増やすことができる。
空気調和機1000は、室内熱交換器3に居室内の空気を送る室内送風機110をさらに備える。室内送風機110は、例えば第2状態において駆動される。
このようにすれば、室内送風機110は、第2状態の居室内において空気の流れを生じさせることができる。これにより、第2状態において居室内の温度分布を低減することができる。
空気調和機1000は、室内熱交換器3を収容する室内機100と、圧縮機1、第1減圧部4、および室外熱交換器5を収容する室外機200と、換気用熱交換器6を収容し、居室外において換気口910の少なくとも一部と重なるように配置される換気ユニット300とをさらに備える。
このような空気調和機1000は、上記施工方法のように、換気ユニット300を備えない既設の空気調和機に対し、居室外の作業のみによって施工され得る。そのため、このような空気調和機1000の施工方法は、居室内に配置される換気ユニット300を備える空気調和機の施工方法と比べて、簡便である。
換気用熱交換器6は、空気調和機1000において換気により生じる空調負荷分のみに対応した空調能力を発揮するように設けられていればよい。そのため、換気用熱交換器6の伝熱面積は、室内熱交換器3の伝熱面積よりも小さくてもよい。このようにしても、空気調和機1000は、上記従来の空気調和機と比べて、換気による空調負荷の増大を抑制しながら、居室内の温度分布を低減できる。なお、換気用熱交換器6の伝熱面積は、室内熱交換器3の伝熱面積以上であってもよい。
実施の形態2.
図12に示されるように、実施の形態2に係る空気調和機1100は、実施の形態1に係る空気調和機1000と基本的に同様の構成を備えるが、換気用熱交換器6に居室外の空気を送る換気用送風機310をさらに備える点で異なる。
換気用送風機310は、図示しない羽根車と羽根車の回転数を可変制御する制御部とを有している。羽根車の回転数、すなわち換気用送風機310の風量は、制御部によって、冷房運転時において換気用熱交換器6での着霜が抑制されるように制御される。換気用送風機310は、例えば換気口910を通る空気の流通方向において、換気用熱交換器6よりも換気口910から離れた位置に配置されている。換気用送風機310は、例えば換気ユニット300に取り付けられた送風機ユニットとして構成されている。
冷房運転時に第1調整部8および第2調整部9が第1状態または第2状態とされると、換気用熱交換器6は蒸発器として作用する。このとき、換気用送風機310の風量が少ないと、換気用熱交換器6の冷媒の出口温度が0℃以下となる場合がある。この場合、換気用熱交換器6は着霜しやすくなる。図13は、冷房運転時に第1調整部8および第2調整部9が第1状態または第2状態とされたときの、換気用送風機310の風量(換気風量)と換気用熱交換器6の冷媒の出口温度との関係を示すグラフである。図13の横軸は換気用送風機310の風量(換気風量)を示し、図13の縦軸は換気用熱交換器6の冷媒の出口温度[単位:℃]を示す。図13に示されるように、換気用送風機310の風量が多くなるほど、蒸発器として作用する換気用熱交換器6の冷媒の出口温度が上昇するため、換気用熱交換器6での着霜が抑制される。そのため、図13に示される関係に基づいて、換気用熱交換器6の冷媒の出口温度から、換気用熱交換器6での着霜を抑制するために必要とされる換気用送風機310の風量が判定され、実現される。
このように、空気調和機1100では、換気用送風機310によって、換気用熱交換器6での着霜が抑制されている。そのため、空気調和機1100では、換気用熱交換器6に対する除霜運転を不要とすることができ、第1状態および第2状態での空気調和が安定して実施され得る。
また、空気調和機1100では、換気用送風機310が居室外に配置されているため、換気用送風機310が発する音が騒音として問題となりにくい。
実施の形態3.
図14に示されるように、実施の形態3に係る空気調和機1200は、実施の形態2に係る空気調和機1100と基本的に同様の構成を備えるが、居室外に配置され、換気用熱交換器6に送られる居室外の空気中の塵埃を捕集するフィルタ320と、フィルタ320に捕集された塵埃をフィルタ320から取り除く除去部330と、除去部330を駆動させる駆動部340とをさらに備える点で異なる。
フィルタ320は、換気口910を通る空気の流通方向において、換気用熱交換器6よりも換気口910から離れた位置に配置されており、例えば換気用送風機310よりも換気口910から離れた位置に配置されている。好ましくは、フィルタ320は、換気口910を通る空気の流通方向において、換気用熱交換器6、換気用送風機310、および駆動部340よりも、換気口910から離れた位置に配置されている。フィルタ320は、例えば居室外に露出している。
除去部330は、任意の方法によりフィルタ320に捕集された塵埃を除去するように設けられていればよく、例えばフィルタ320が捕集した塵埃を吸引するように設けられていてもよいし、塵埃を掻き出すように設けられていてもよい。除去部330が塵埃を一度に除去できる領域は、例えばフィルタ320の一部領域である。この場合、除去部330は、フィルタ320に対して移動することによってフィルタ320の全領域から塵埃を除去するように設けられている。除去部330は、例えばフィルタ320から除去した塵埃を貯留することなく居室外に放出するように設けられている。なお、除去部330は、フィルタ320から除去した塵埃を貯留するように設けられていてもよい。
駆動部340は、除去部330の除去動作および移動を制御する。駆動部340は、例えば換気ユニット300とフィルタ320との間に配置されている。この場合、駆動部340の内部には、例えばフィルタ320と換気用送風機310との間を接続する空気の流路が形成されている。駆動部340は、換気ユニット300または換気用送風機310内に収容されていてもよい。
空気調和機1200は、フィルタ320を備えているため、塵埃を含む空気が換気口910から居室内に流入することを抑制できる。また、換気口910にフィルタが取り付けられている場合には、該フィルタから塵埃を除去するための清掃の頻度がフィルタ320から塵埃を除去するための清掃の頻度と比べて少なくされ得る。このような空気調和機1200が施工された住居は、空気調和機1200が施工されていない住居と比べて、メンテナンスが容易である。
さらに、空気調和機1200では、フィルタ320が換気用熱交換器6、換気用送風機310、および駆動部340よりも換気口910から離れた位置に配置されていることにより、換気用熱交換器6、換気用送風機310、および駆動部340に塵埃が堆積することが抑制されている。
空気調和機1200はフィルタ320および除去部330を備えているため、空気調和機1200のメンテナンスの容易性は空気調和機1000,1100のメンテナンス性と比べて高い。
さらに、除去部330がフィルタ320から除去した塵埃を居室外に放出するように設けられている空気調和機1200は、除去部330がフィルタ320から除去した塵埃を貯留するように設けられている空気調和機1200と比べて、メンテナンスが容易である。
なお、実施の形態3に係る空気調和機1200は、換気用送風機310を備えていなくてもよい。空気調和機1200は、実施の形態1に係る空気調和機1000の換気ユニット300に、フィルタ320、除去部330、および駆動部340が取り付けられた構成を備えていてもよい。
なお、空気調和機1000,1100,1200において、換気口910には居室外の空気を居室内に流入させるための換気扇が取り付けられていてもよい。換気用熱交換器6は換気扇によって居室内に吸い込まれる空気と冷媒とを熱交換するように設けられていてもよい。