JP3617623B2 - ヒートポンプ式空調機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はヒートポンプ式空調機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヒートポンプ式空調機では、給排気や外気冷房、外気処理する場合、別に外気処理用空調機などが必要であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、大きな設置スペースが必要で、設備及びランニングがコスト高となる問題があった。そこで、これらの問題点を解決するヒートポンプ式空調機を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のヒートポンプ式空調機は、同一ケーシング内を、蒸発器用送風機と蒸発器を設けた蒸発器エリアと、凝縮器を設けた凝縮器エリアと、に二分し、蒸発器エリアに流れる還気と外気の各風量と、凝縮器エリアに流れる外気と排気の各風量と、を個別に制御するダンパ機構を、設け、凝縮器エリアに、屋外排気送風兼用の凝縮器用送風機を、設けた。さらに、蒸発器エリアと凝縮器エリアにまたがって連通する還気口を、ケーシングに形成した。さらに、蒸発器を風上側と風下側に二分割し、２つの分割蒸発器を各々別系統の２つの冷凍機に接続し、この２つの冷凍機を１つの凝縮器に接続してこの凝縮器のフィンチューブ１列毎、フィンチューブ１段毎又はフィンチューブ１本毎に各々別系統の冷媒が流れるように構成した。また、蒸発器をその空気入口面を二分する方向に二分割し、２つの分割蒸発器を各々別系統の２つの冷凍機に接続し、この２つの冷凍機を１つの凝縮器に接続してこの凝縮器のフィンチューブ１列毎、フィンチューブ１段毎又はフィンチューブ１本毎に各々別系統の冷媒が流れるように構成し、一方の分割蒸発器と冷風給気口を連通連結する冷風路と、他方の分割蒸発器と温風給気口を連通連結する温風路を、ケーシング内に形成した。さらに、蒸発器エリアに加湿器を設けた。さらに、蒸発器エリアと凝縮器エリアを、上下又は左右に配列した。さらに、蒸発器及び凝縮器のフィンチューブを楕円管にした。さらに、蒸発器エリアに連通する複数の室内吹出口の吹出風量信号を数値に置き換えてその合計数値に基づいて給気風量と２つの冷凍機の運転・停止を別個に制御する制御装置を、設けた。さらに、ケーシングを、凝縮器用送風機及び蒸発器用送風機を有する送風ブロックと、凝縮器、蒸発器及び圧縮機を有する冷凍ブロックと、に分離・接続自在に構成した。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明のヒートポンプ式空調機の一実施例を示しており、例えばビルの屋上などの屋外に設置される。この空調機は、中空状のケーシング１内に、圧縮機４、受液器、膨張弁、切換弁等から成る冷房・暖房切換自在な２つの冷凍機２３を、備えている。この同一ケーシング１内を、蒸発器２を設けた蒸発器エリアＡと、凝縮器３を設けた凝縮器エリアＢと、に二分し、蒸発器エリアＡに流れる還気と外気（新鮮空気）の各風量と、凝縮器エリアＢに流れる外気と排気の各風量と、を個別に制御するダンパ機構Ｃを、設ける。凝縮器エリアＢには、屋外排気送風兼用の凝縮器用送風機５を、設け、蒸発器エリアＡには、還気・給気送風兼用にもなる蒸発器用送風機６を設けるが、これらの送風機５、６はケーシング１の外に設けてもよい。
【０００６】
蒸発器２は風上側と風下側に距離を隔てて所定割合で二分割し、２つの分割蒸発器２ａ、２ｂを各々別系統の２つの冷凍機２３、２３に一対一で接続し、この２つの冷凍機２３、２３を１つの凝縮器３に共用で接続してこの凝縮器３のフィンチューブ１列毎、フィンチューブ１段毎又はフィンチューブ１本毎（図２参照）に各々別系統の冷媒が流れるように構成する。風上側の分割蒸発器２ａと、風下側の分割蒸発器２ｂの分割割合は、例えば能力比で６：４となるように設定するのがよい。通常、同一の蒸発器で冷房と暖房を切り替えて使用する場合、暖房に要する能力は冷房時の６割程度である。そのため、上述のような分割比にすることにより、暖房時には風上側の分割蒸発器２ａのみ即ち一方の冷凍機２３のみを使用するだけでよく省エネ化を図れる。蒸発器２及び凝縮器３のフィンチューブ１９は楕円管（図３参照）にするのが好ましいが円形管でもよい。
【０００７】
蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢは、上下又は左右に配列するが、蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢの何れが上であってもよく、また何れが左であってもよい。蒸発器エリアＡには、蒸発器用送風機６を蒸発器２と加湿器２２よりも風上に設け、凝縮器エリアＢには、屋外排気送風兼用の凝縮器用送風機５を凝縮器３よりも風上に設け、凝縮器３と蒸発器２を各エリアＡ、Ｂの最も風下側に配置し、外気と還気を十分に混合した状態で蒸発器２及び凝縮器３に送風して空気と循環冷媒との熱交換効率を良くする。蒸発器２の風下には加湿器２２を設ける。
【０００８】
ケーシング１は、凝縮器用送風機５及び蒸発器用送風機６を有する送風ブロック１７と、凝縮器３、蒸発器２及び圧縮機４などを有する冷凍ブロック１８と、に分離・接続自在に構成する。このケーシング１には、蒸発器エリアＡに連通する外気口７及び給気口８と、凝縮器エリアＢに連通する外気口９及び排気口１０と、両エリアＡ、Ｂにまたがって連通する還気口１１と、を形成する。各外気口７、９には外気の風量を調整する外気ダンパ１２、１３を、還気口１１には、蒸発器エリアＡへの還気風量を調整する還気ダンパ１４と、凝縮器エリアＢへの排気風量を調整する排気ダンパ１５と、を夫々設けて、ダンパ機構Ｃを構成する。還気口１１にはダクトを介して複数の室内吸込口を連通連結し、給気口８にはダクトを介して複数の室内吹出口を連通連結し、室内を空調する。
【０００９】
また、蒸発器エリアＡに連通する複数の室内吹出口の吹出風量信号を数値（ポイント）に置き換えてその合計数値に基づいて給気風量と２つの冷凍機２３、２３の運転・停止を別個に制御する制御装置１６を、設ける。制御装置１６はマイコンなどにて構成し、圧縮機４と各送風機５、６の回転速度を制御する。制御装置１６は、各送風機５、６に別個に回転速度の指令を出して風量を無段階又は段階的に制御しかつ各圧縮機４に別個に回転速度の指令を出して循環冷媒流量を無段階又は段階的に制御する。たとえば、各室内吹出口に図示省略のセンサーを設け、そのセンサーの吹出風量信号の合計数値（ポイント）の変動に応じて、各送風機５、６の風量を増減制御し、冷凍機２３、２３（圧縮機４、４）による冷媒流量を増減制御する。なお、本発明において冷凍機２３の運転とは、冷媒流量の増減制御を行わないもの（単に起動・停止を行うだけ）と、冷媒流量の増減制御を行うものの両方が含まれるものとする。
【００１０】
このヒートポンプ式空調機による運転例を説明する。
▲１▼冷房／暖房運転
外気ダンパ１２、１３、還気ダンパ１４、排気ダンパ１５を開き、蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢにまたがった還気口１１から還気を、還気ダンパ１４と排気ダンパ１５にて蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢに分流させ、この分流還気の一方を、蒸発器エリアＡで外気口７からの外気と所定割合で混合させ、その混気を蒸発器２の循環冷媒で冷風又は温風に熱交換して給気口８から室内へ給気し、前記分流還気の他方を、凝縮器エリアＢで外気口９からの外気と所定割合で混合させ、外気温度を冷房時には下げ暖房時には上げた状態で、凝縮器３の循環冷媒を熱交換して吸熱又は放熱しつつ排気口１０から屋外へ排気する。このようにして排気熱を利用して凝縮器３の熱交換負荷を下げることができ、あたかも全熱交換器を用いたような効果を凝縮器３のみで得ることができる。また、室内の熱負荷に応じて２つの分割蒸発器２ａ、２ｂ（冷凍機２３、２３）の一方のみ又は両方を運転するように適宜切り替えて温度調整することができる。このとき、分割蒸発器２ａ、２ｂ（冷凍機２３、２３）の一方のみの運転でも、凝縮器３は２つの冷凍機２３、２３を１つのフィン群で共用してあるので（図２参照）伝熱面積が大きくなって熱交換能力が正味の蒸発器分割比よりも高くなる。なお、暖房時に加湿する場合は、加湿器２２も作動させ、加湿した温風を室内へ給気し、暖房を行う。
【００１１】
▲２▼外気冷房運転
外気冷房運転する場合、冷凍機２３、２３を止めて、外気ダンパ１２、還気ダンパ１４、排気ダンパ１５を開き、蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢにまたがった還気口１１から還気を、還気ダンパ１４と排気ダンパ１５にて蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢに分流させ、この分流還気の一方を、蒸発器エリアＡで外気口７からの外気と所定割合で混合させて給気口８から室内へ給気して冷房し、前記分流還気の他方を排気口１０から屋外へ排気する。なお、還気ダンパ１４を閉じて外気ダンパ１２と排気ダンパ１５のみを開き、外気口７からの外気を給気口８から室内へ給気して冷房し、還気口１１からの室内空気を排気口１０から排気することもできる。
【００１２】
▲３▼換気運転
換気運転する場合、冷凍機２３、２３を止めて、外気ダンパ１２と排気ダンパ１５のみを開き、外気口７からの外気を給気口８から室内へ給気し、還気口１１からの室内空気を排気口１０から排気する。
【００１３】
▲４▼除湿／再熱運転
除湿／再熱運転する場合、外気ダンパ１２、１３、還気ダンパ１４、排気ダンパ１５を開き、外気口７からの外気と還気口１１からの分流還気を風上側分割蒸発器２ａの循環冷媒にて冷却して除湿した後、その除湿空気を風下側分割蒸発器２ｂの循環冷媒にて加熱して給気口８から室内へ給気し、外気口９からの外気と還気口１１からの分流還気で凝縮器３の循環冷媒を熱交換し、排気口１０から排気する。このとき、凝縮器３のフィン群は２つの冷凍機２３、２３で共用してあるので冷媒と外気の熱交換だけでなく、それよりも温度差の大きな冷媒同士（加熱用冷媒温度−冷却用冷媒温度）での熱交換も行えて熱交換能力が高まる。
【００１４】
なお、図示省略するが、前記実施例において、蒸発器２を分割せずに１つとし、冷凍機２３も１つとして空調機を構成してもよい。
【００１５】
図４と図５は他の実施例で図１の実施例において、蒸発器２をその空気入口面を二分する方向に所定割合で二分割し、２つの分割蒸発器２ａ、２ｂを各々別系統の２つの冷凍機２３、２３に一対一で接続し、この２つの冷凍機２３、２３を１つの凝縮器３に共用で接続してこの凝縮器３のフィンチューブ１列毎、フィンチューブ１段毎又はフィンチューブ１本毎に各々別系統の冷媒が流れるように構成し、一方の分割蒸発器２ａと冷風給気口３０を連通連結する冷風路３２と、他方の分割蒸発器２ｂと温風給気口３１を連通連結する温風路３３を、ケーシング１内に形成したものである。一方の分割蒸発器２ａと他方の分割蒸発器２ｂの分割割合は、例えば能力比で６：４となるように設定するのがよいが、分割比の増減変更は自由である。分割蒸発器２ａ、２ｂの何れか一方又は両方の風下に加湿器２２を設ける。冷風給気口３０にはダクトを介して複数の冷房ゾーン用室内吹出口を連通連結し、温風給気口３１にはダクトを介して複数の暖房ゾーン用室内吹出口を連通連結する。その他の構成は図１と同じであるので説明を省略する。
【００１６】
このヒートポンプ式空調機による運転例を説明する。
▲１▼冷暖房同時運転
外気ダンパ１２、１３、還気ダンパ１４、排気ダンパ１５を開き、蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢにまたがった還気口１１から還気を、還気ダンパ１４と排気ダンパ１５にて蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢに分流させ、この分流還気の一方を、蒸発器エリアＡで外気口７からの外気と所定割合で混合させ、その混気を一方の分割蒸発器２ａの循環冷媒で冷風に熱交換して冷風給気口３０から室内の冷房ゾーンへ給気しかつ他方の分割蒸発器２ｂの循環冷媒で温風に熱交換して温風給気口３１から室内の暖房ゾーンへ給気する。一方、前記分流還気の他方を、凝縮器エリアＢで外気口９からの外気と所定割合で混合させ、凝縮器３の循環冷媒を熱交換して排気口１０から屋外へ排気する。この場合、排気熱を利用して凝縮器３の熱交換負荷を下げることができ、凝縮器３のフィン群は２つの冷凍機２３、２３で共用してあるので冷媒と外気の熱交換だけでなく、それよりも温度差の大きな冷媒同士（加熱用冷媒温度−冷却用冷媒温度）での熱交換も行えて熱交換能力が高まる。なお必要に応じて加湿器２２も作動させ、加湿した温風を室内へ給気する。
【００１７】
▲２▼冷房／暖房運転
外気ダンパ１２、１３、還気ダンパ１４、排気ダンパ１５を開き、蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢにまたがった還気口１１から還気を、還気ダンパ１４と排気ダンパ１５にて蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢに分流させ、この分流還気の一方を、蒸発器エリアＡで外気口７からの外気と所定割合で混合させ、その混気を蒸発器２の循環冷媒で冷風又は温風に熱交換して冷風給気口３０と温風給気口３１から室内へ給気し、前記分流還気の他方を、凝縮器エリアＢで外気口９からの外気と所定割合で混合させ、外気温度を冷房時には下げ暖房時には上げた状態で、凝縮器３の循環冷媒を熱交換して吸熱又は放熱しつつ排気口１０から屋外へ排気する。このとき室内の熱負荷に応じて２つの分割蒸発器２ａ、２ｂ（冷凍機２３、２３）の一方のみ又は両方を運転するように適宜切り替えて温度調整する。このとき、分割蒸発器２ａ、２ｂ（冷凍機２３、２３）の一方のみの運転でも、凝縮器３は２つの冷凍機２３、２３を１つのフィン群で共用してあるので（図２参照）伝熱面積が大きくなって熱交換能力が正味の蒸発器分割比よりも高くなる。なお、暖房時に加湿する場合は、加湿器２２も作動させ、加湿した温風を室内へ給気し、暖房を行う。
【００１８】
▲３▼外気冷房運転
外気冷房運転する場合、冷凍機２３、２３を止めて、外気ダンパ１２、還気ダンパ１４、排気ダンパ１５を開き、蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢにまたがった還気口１１から還気を、還気ダンパ１４と排気ダンパ１５にて蒸発器エリアＡと凝縮器エリアＢに分流させ、この分流還気の一方を、蒸発器エリアＡで外気口７からの外気と所定割合で混合させて冷風給気口３０と温風給気口３１から室内へ給気して冷房し、前記分流還気の他方を排気口１０から屋外へ排気する。このとき必要に応じて加湿器２２にて、還気と外気の混気を加湿する。なお、還気ダンパ１４を閉じて外気ダンパ１２と排気ダンパ１５のみを開き、外気口７からの外気を冷風給気口３０と温風給気口３１から室内へ給気して冷房し、還気口１１からの室内空気を排気口１０から排気することもできる。
【００１９】
▲４▼換気運転
換気運転する場合、冷凍機２３、２３を止めて、外気ダンパ１２と排気ダンパ１５のみを開き、外気口７からの外気を冷風給気口３０と温風給気口３１から室内へ給気し、還気口１１からの室内空気を排気口１０から排気する。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１の発明では、１台のヒートポンプ式空調機で、外気処理冷暖房運転、外気冷房運転、換気運転ができ別個に外気処理用空調機などが不要である。１台の凝縮器用送風機を屋外排気送風に兼用し、１台の蒸発器用送風機を室内給気送風に兼用してあるので、給気専用送風機や排気専用送風機などが不要となり、部品点数の削減ができる。さらに、凝縮器で排気熱を利用して効率良く熱交換でき、全熱交換器などの余分な部品が不要となり、空調機のコンパクト化を図れて、設置スペースが少なくて済み、設備コスト及びランニングコストを削減できる。１台のヒートポンプ式空調機で、外気処理冷暖房同時運転、外気処理冷房運転、外気処理暖房運転、外気冷房運転、換気運転を行える。任意の冷凍機を運転・停止させるだけで能力調整でき、制御が容易で、制御機構の簡素化を図れ、故障が少なく、無駄の少ない省エネ運転を行える。請求項２の発明では、１台のヒートポンプ式空調機で加湿運転も行うことができる。請求項３の発明では、高風速で使用しても圧力損失が増加せずかつ熱交換能力も低下しないので小型の蒸発器と凝縮器を使用でき空調機を大幅にコンパクト化できる。また、通常風速では圧力損失が減少して熱交換効率が向上するので小型の送風機を用いることができ騒音低減を図れる。請求項４の発明では、製作や設置場所への搬入が容易となり作業性の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す正面図である。
【図２】フィンチューブ群の簡略説明図である。
【図３】フィンチューブ群の断面図である。
【図４】他の実施例を示す正面図である。
【図５】図４の平面図である。
【符号の説明】
１ ケーシング
２ 蒸発器
２ａ 分割蒸発器
２ｂ 分割蒸発器
３ 凝縮器
５ 送風機
６ 送風機
１６ 制御装置
１７ 送風ブロック
１８ 冷凍ブロック
１９ フィンチューブ
２２ 加湿器
２３ 冷凍機
３０ 冷風給気口
３１ 温風給気口
３２ 冷風路
３３ 温風路
Ａ 蒸発器エリア
Ｂ 凝縮器エリア
Ｃ ダンパ機構

Claims (4)

1. 同一ケーシング１内を、蒸発器用送風機６と蒸発器２を設けた蒸発器エリアＡと、凝縮器３を設けた凝縮器エリアＢと、に二分し、蒸発器エリアＡに流れる還気と外気の各風量と、凝縮器エリアＢに流れる外気と排気の各風量と、を個別に制御するダンパ機構Ｃを、設け、凝縮器エリアＢに、屋外排気送風兼用の凝縮器用送風機５を、設け、前記蒸発器２をその空気入口面を二分する方向に二分割し、２つの分割蒸発器２ａ、２ｂを各々別系統の２つの冷凍機２３、２３に接続し、この２つの冷凍機２３、２３を１つの前記凝縮器３に接続してこの凝縮器３のフィンチューブ１列毎、フィンチューブ１段毎又はフィンチューブ１本毎に各々別系統の冷媒が流れるように構成し、一方の前記分割蒸発器２ａと冷風給気口３０を連通連結する冷風路３２と、他方の前記分割蒸発器２ｂと温風給気口３１を連通連結する温風路３３を、前記ケーシング１内に形成したことを特徴とするヒートポンプ式空調機。
2. 蒸発器エリアＡに加湿器２２を設けた請求項１記載のヒートポンプ式空調機。
3. 蒸発器２及び凝縮器３のフィンチューブ１９を楕円管にした請求項１又は２記載のヒートポンプ式空調機。
4. ケーシング１を、凝縮器用送風機５及び蒸発器用送風機６を有する送風ブロック１７と、凝縮器３、蒸発器２及び圧縮機４を有する冷凍ブロック１８と、に分離・接続自在に構成した請求項１、２又は３記載のヒートポンプ式空調機。

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