JP3897025B2

JP3897025B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP3897025B2
Application number: JP2004047281A
Authority: JP
Inventors: 秀樹松実; 義典小林
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2024-02-24
Also published as: CN1306222C; CN1661282A; JP2005241031A

Description

本発明は、空気中の所定のガスの濃度を他のガスに対して相対的に向上させるガス富化装置及びそれを用いた空気調和装置に関するものである。

従来、選択性ガス透過膜を用いて特定のガス濃度を相対的に向上させる酸素富化装置や窒素富化装置などが医療用の酸素富化装置、空気調和装置、空気清浄機などの機器に応用されている。

例えば、室内などの被空調空間の酸素濃度を向上させるための酸素富化装置として、分離型空気調和装置の室外機に配され、酸素富化膜とその酸素富化膜の一次側と二次側との間に差圧を発生させる差圧発生手段からなる酸素富化手段を備え、その酸素富化手段によって得られた酸素富化空気を送出配管を介して室内機に送り、室内側に放出して被空調空
間である室内環境の酸素濃度を向上させて、居住者の快適性の用に供するというものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−１１３２２７号公報

しかしながら、上記従来の技術では、酸素富化装置の設置空間状態や周囲温度などの影響は考慮されておらず、外気温度や室外機に内蔵された圧縮機からの熱影響等により差圧発生手段の周囲温度が高くなると、差圧発生手段の温度もそれに連動して上昇し、樹脂部品など差圧発生手段の構成要素部品の寿命低下につながったり、ひいては装置としての信頼性が低下するといった課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、安価な構成で差圧発生手段の温度上昇を抑え、長寿命で信頼性の高いガス富化装置および空気調和装置を提供することを目的としている。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和装置は、ガス富化手段と、前記ガス富化手段の一次側と二次側との間に差圧を発生させる差圧発生手段とを備えた空気調和装置であって、前記差圧発生手段を所定時間連続運転した後、間欠運転を行ない、前記差圧発生手段の間欠運転時における総運転時間に対する総ＯＮ時間の割合を、前記差圧発生手段を冷房又は暖房運転と併用運転する場合と、前記差圧発生手段を単独運転する場合とで変えるようにしたもので、室外気温センサーや差圧発生手段の周辺温度を検出する温度センサー等を用いて複雑な制御することなく、差圧発生手段の温度上昇を抑制することができ、それにより、安価で信頼性の高いものとなる。

又、本発明の空気調和装置は、請求項１記載のガス富化装置を備え、差圧発生手段の間欠運転時における総運転時間に対する総ＯＮ時間の割合を、前記差圧発生手段を冷房又は暖房運転と併用運転する場合より、単独運転する場合より大きくするもので、例えば、前記差圧発生手段を冷房又は暖房運転と併用運転すると前記差圧発生手段は発熱した圧縮機から熱影響を受けるが、その際の間欠運転時における総運転時間に対する総ＯＮ時間の割合を短く、つまりＯＦＦ時間を長くすれば、差圧発生手段の温度上昇を確実に抑制することができ、しかも、室外気温や差圧発生手段の周辺温度を検出するセンサー類、複雑な制御が不用なので、安価で信頼性の高いものとなる。

本発明のガス富化装置及び空気調和装置は、安価な構成で差圧発生手段の温度上昇を抑え長寿命で信頼性が高いものである。

第１の発明は、ガス富化手段と、前記ガス富化手段の一次側と二次側との間に差圧を発生させる差圧発生手段と、前記差圧発生手段を所定時間連続運転した後、間欠運転を行なうもので、室外気温センサーや差圧発生手段の周辺温度を検出する温度センサー等を用いて複雑な制御することなく、差圧発生手段の温度上昇を抑制することができ、それにより、安価で信頼性の高いガス冨化装置を提供する事ができる。

第２の発明は、請求項１記載のガス富化装置を備え、差圧発生手段の間欠運転時における総運転時間に対する総ＯＮ時間の割合を、前記差圧発生手段を冷房又は暖房運転と併用運転する場合と、単独運転する場合とで変えるもので、例えば、前記差圧発生手段を冷房又は暖房運転と併用運転すると前記差圧発生手段は発熱した圧縮機から熱影響を受けるが
、その際の間欠運転時における総運転時間に対する総ＯＮ時間の割合を短く、つまりＯＦＦ時間を長くすれば、差圧発生手段の温度上昇を確実に抑制することができ、しかも、室外気温や差圧発生手段の周辺温度を検出するセンサー類、複雑な制御が不用なので、安価で信頼性の高い空気調和装置を提供する事ができる。

第３の発明は、特に、第２の発明の差圧発生手段を単独運転する場合の、間欠運転時における総運転時間に対する総ＯＮ時間の割合を、前記差圧発生手段を冷房又は暖房運転と併用運転する場合のそれより大きく設定したもので、差圧発生手段を単独運転する場合は圧縮機等からの熱影響を受けないので、その分、間欠運転時の総ＯＮ時間を長くする事ができ、ガス負荷手段をより有効に活用し、より多くのガス富化空気が得られる空気調和装置を提供することができる。

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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるガス富化装置を搭載した空気調和装置の全体構成を示す構成概念図、図２は、同ガス富化装置の減圧ポンプ単独運転時のタイムチャート、図３は、同減圧ポンプの冷房あるいは暖房運転と併用運転時のタイムチャートである。

図１において、空気調和装置は、屋内に設置される室内機７と、屋外に設置されると共に冷媒ガスが循環するように室内機７と接続配管（図示せず）で接続される室外機１より構成されている。室内機７には、図示しない室内熱交換器で熱交換された空気を吹出し口９から室内に吹き出すためのファン８が具備されている。一方室外機１には、圧縮機１２、ファン１３、熱交換器１４が具備されていると共に、一室を隔してガス富化装置１５が設けられている。

ガス富化装置１５には、酸素富化空気を得るためのガス富化手段となる酸素富化膜２と、酸素富化膜２の二次側を減圧して、一次側と二次側との間に差圧を発生させる差圧発生手段となる減圧ポンプ３と、酸素富化膜２と減圧ポンプ３とを通気可能に連結する酸素供給管４と、減圧ポンプ３から吐出される酸素富化空気を室内機７へ送出する吐出主管５が設けられている。

なお、酸素富化膜２の１次側（大気側）に滞留する窒素富化空気を掃気するためのファン（図示せず）を配置しておき、ガス富化装置１５の運転に連動してそれを動作させると良い。また、図に示すように、酸素富化膜２を室外機１のファン１３が臨む送風回路内に配置し、ファン１３を共用させて、酸素富化膜２の１次側の窒素富化空気を掃気するようにしてもよい。

そして、減圧ポンプ３の運転は制御装置１０によって制御される。この制御装置１０は、室外機１または室内機７どちらに設置してもよい。また制御装置１０は減圧ポンプ３を単独で運転している状態か、または減圧ポンプ３を空気調和機の冷房運転又は暖房運転と併用で運転している状態かを判断する判断機能と、減圧ポンプ３の運転時間を検出する運転時間検出手段（図示せず）を備えると供に、減圧ポンプ３を間欠運転するものである。

また室内機７の筐体内部には、吐出主管５を介して送られてきた酸素富化空気を吹き出す吐出口６が具備されており、その吐出口６が室内機７内の送風回路に面して配置された場合は、ファン８の回転動作により吹き出される送風に酸素富化空気が添加されて吹出し口９より被空調空間に送出される。

上記構成によるガス富化装置および空気調和装置の動作、作用は以下の通りである。なお、空気調和装置の冷凍サイクルの構成及び動作については、従来と同一であり本願発明に直接関連しないため詳細な説明は省略する。

減圧ポンプ３が運転されると矢印１１で示す様に空気が酸素富化膜２内に吸引され、そこで酸素富化された空気が酸素供給管４を通過して減圧ポンプ３に吸い込まれ、吐出主管５を介して送られ、最終的に室内機７内の吐出口６より吹き出される。

次に減圧ポンプ３の運転制御について図２及び図３を用いて説明する。

まず、減圧ポンプ３を単独運転する時の運転制御について説明する。減圧ポンプ３の単独運転状態では、室外機１においては、ファン１３と、制御装置１０と、減圧ポンプ３が運転される。減圧ポンプ３は運転開始時の状態では運転率Ｒ０（連続運転）になっている。そして、制御装置１０の運転時間検出手段により検知された減圧ポンプ３の運転率Ｒ０での運転時間が、減圧ポンプ３の温度上昇を考慮し予め設定された所定時間ｔｒ１を経過した後、減圧ポンプ３は、Ｒ１の運転率で間欠運転される。

Ｒ１の運転率は、例えば減圧ポンプ３への供給電圧や室外気温等の減圧ポンプ３の温度上昇に厳しい運転条件下において運転していても減圧ポンプ３の温度がそれ自体の信頼性を確保するに十分である所定温度以下にすることができるように予め実験などにより定めておく。

次に冷房運転あるいは暖房運転と減圧ポンプ３の併用運転時の運転制御について、図３を用いて説明する。冷房運転あるいは暖房運転と減圧ポンプ３の併用運転状態では、室外機１においては、ファン１３、制御装置１０、圧縮機１２及び減圧ポンプ３の運転を行う。減圧ポンプ３は運転開始時の状態では運転率Ｒ０（連続運転）になっている。

そして、制御装置１０の運転時間検出手段により検知された減圧ポンプ３の運転率Ｒ０での運転時間が、減圧ポンプ３の温度上昇を考慮し予め設定された所定時間ｔｒ１を経過した後、減圧ポンプ３は、Ｒ２の運転率で間欠運転される。

Ｒ２の運転率は、例えば減圧ポンプ３への供給電圧や室外気温度等と減圧ポンプ３の下部に配置された圧縮機１２の発熱により減圧ポンプ３の温度上昇が厳しい運転条件下において運転していても減圧ポンプ３の温度がそれ自体の信頼性を確保するに十分である所定温度以下にすることができるように予め実験などにより定めておく。

ここで、減圧ポンプ３の運転率とＲ１とＲ２について図４により説明する。

図４は、減圧ポンプ３をＯＮ−ＯＦＦ運転（間欠運転）した場合のタイムチャートを示している。運転率とは、このように減圧ポンプ３を間欠的に運転した場合の、総運転時間Ｔ１に対する総ＯＮ時間（Ｔ２）の割合であり、運転率（％）＝（Ｔ２／Ｔ１）×１００とする。ここで、運転率Ｒ０は連続ＯＮ運転の状態、運転率Ｒ１は減圧ポンプ３への供給電圧や室外気温等を考慮して運転していても減圧ポンプ３の温度がそれ自体の信頼性を確保するに十分である所定温度以下にすることができるような運転率である。また、運転率Ｒ２は減圧ポンプ３への供給電圧や室外気温度等と減圧ポンプ３の下部に配置された圧縮機１２の発熱等を考慮し、減圧ポンプ３の温度がそれ自体の信頼性を確保するに十分である所定温度以下にすることができるような運転率であり、運転率Ｒ１は圧縮機３の発熱を考慮する必要がなく運転率Ｒ２より運転率は高く、結果的に運転率Ｒ１のＯＮ時間は運転率Ｒ２のＯＮ時間より長く設定されている。

このように、減圧ポンプ３を所定時間連続運転した後に、一定間隔の間欠運転を行い、さらにその一定間隔の運転率を冷房または暖房運転と減圧ポンプ３が併用運転する場合と、減圧ポンプ３を単独運転する場合とで異ならせ、冷房または暖房運転と減圧ポンプ３が併用運転されている時には、運転率を減圧ポンプ３の単独運転時より低く設定しているため、室外気温センサーや減圧ポンプの周辺温度を把握する温度センサー等を用いなくても安価に減圧ポンプ３の温度上昇を抑制して信頼性を高め、ガス冨化装置及び空気調和装置の安定運転を行うことができる。

以上のように、本発明にかかるガス富化装置及びそれを備えた空気調和装置は、安価な構成で減圧ポンプ（差圧発生手段）の温度上昇が抑えられ、長寿命で信頼性が高いので、空気清浄機などガス富化装置を備え且つモータやヒータ等の発熱部品を備えた各種機器、装置にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるガス富化装置を搭載した空気調和装置の全体構成を示す構成概念図同ガス富化装置の減圧ポンプ単独運転時のタイムチャート同減圧ポンプと冷房あるいは暖房運転との併用運転時のタイムチャート同減圧ポンプの間欠運転時のタイムチャート

符号の説明

１室外機
２酸素富化膜（ガス富化手段）
３減圧ポンプ（差圧発生手段）
４酸素供給管
５吐出主管
７室内機
１０制御装置
１２圧縮機
１３ファン

Claims

ガス富化手段と、前記ガス富化手段の一次側と二次側との間に差圧を発生させる差圧発生手段とを備えた空気調和装置であって、前記差圧発生手段を所定時間連続運転した後、間欠運転を行ない、前記差圧発生手段の間欠運転時における総運転時間に対する総ＯＮ時間の割合を、前記差圧発生手段を冷房又は暖房運転と併用運転する場合と、前記差圧発生手段を単独運転する場合とで変えるようにしたことを特徴とする空気調和装置。
差圧発生手段を単独運転する場合の、間欠運転時における総運転時間に対する総ＯＮ時間の割合を、前記差圧発生手段を冷房又は暖房運転と併用運転する場合のそれより大きく設定したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。