JP3926796B2

JP3926796B2 - 空気調和装置

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Publication number: JP3926796B2
Application number: JP2003547841A
Authority: JP
Inventors: チュンギョンパク
Original assignee: チュンギョンパク
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: CN1451089A; US6804975B2; EP1490633A4; AU2002221172A1; EP1490633A1; US20040045304A1; CN1239847C; JP2005510685A; WO2003046440A1

Description

本発明は空気調和装置に関し、より詳しくは、別の換気装置を設置せず、室内空気の状態によって換気率を自由に調節でき、換気作用により排出される空気及び蒸発器に発生する凝縮水の廃エネルギーを効率よくリサイクルすると同時に、冷暖房の転換による冷媒の循環経路を最適化することにより、冷暖房効率を向上させることができる冷暖房兼用空気調和装置に関する。

公知のように、蒸気圧縮式冷凍システムは逆サイクルで作動する場合にヒートポンプとして作用する。ところで、冷凍サイクル及びヒートポンプサイクルを単一の装置で具現した冷暖房空気調和装置を設置する場合、冷房機とヒーターを別途に設置しなくても室内の冷房及び暖房が選択的に行われ、限定された室内空間を效率よく活用できるので、最近はその普及が大きく増大しつつある。

図１及び図２はヒートポンプ式冷暖房空気調和装置の作動サイクルを示す概念図であって、図１は冷房作動時の冷媒の循環経路を、図２は暖房作動時の冷媒の循環経路を示す。図１に示すように、圧縮機１から吐出される冷媒が四方弁２を介して室外側熱交換器３、膨脹弁４、室内側熱交換器５の順に循環される場合、室内側熱交換器５が蒸発器として作用して、室内側熱交換器に流入する低温の液体状態の冷媒が室内側熱交換器の内部を流れる間、室内の熱を吸収して気体状態に蒸発することにより室内の冷房がなされる。図２に示すように、四方弁の切替えにより、圧縮機１から吐出される冷媒が四方弁２を介して室内側熱交換器５、膨脹弁４、室外側熱交換器３の順に循環される場合、室内側熱交換器は凝縮器として作用して、室内側熱交換器に流入する高温の気体状態の冷媒が室内側熱交換器の内部を流れる間、室内側に熱を放出して凝縮されることにより室内の暖房がなされる。

前記のようなヒートポンプ式冷暖房空気調和装置は、一般に、室外側熱交換器は室内ユニットとは別に製作されて室外に配置されるので、その取扱及び設置に多くの時間と努力が必要になるという問題点がある。よって、最近は室内側熱交換器と室外側熱交換器を単一のケースで構成した多様な形態の空気調和装置が提案されているが、構成が複雑で高価のため、まだ実用化していない。

また、室内空気を積極的に換気させるために、装置内に換気機能を付加する場合、装備の重量及び大きさの増大により構造が複雑になるため、製造費用の上昇を招き、換気時に室内から排出される冷却または加熱空気に含まれている熱エネルギーを効果的に回収できず、冷暖房効率が極めて低下するという問題点があった。

一方、前記のように、室内側熱交換器及び室外側熱交換器は冷房作動時において蒸発器及び凝縮器として各々作用する。気体状態の冷媒が流入して液体状態の冷媒に排出される室外側熱交換器３は、円筒形のヘッダー３１とヘッダー３２との間をフレーム３４に固定されている多数のチューブ３３で連結し、チューブとチューブとの間に熱交換ピンを設置して構成される。蒸発器として作用する室内側熱交換器５の場合、流入口側にヘッダーを設置すれば、膨脹弁４を介して室内側熱交換器５の流入口側ヘッダーに流入した液体状態の冷媒が重力によりヘッダーの下部に溜まることで、ヘッダーの上部のチューブ側には液体状態の冷媒が供給されなくて冷房効率が低下するので、これを防止するために室内側熱交換器の流入側にはヘッダーを使用せず、ヘッダーよりはその高さ及び体積が小さくて液体状態の冷媒の偏重のない分配器５１を通じて各々のチューブに液体状態の冷媒が均等に流入するように構成される。

このような構成によれば、図１に示すように、夏の冷房時には蒸発器として作用する室内側熱交換器５に流入する液体状態の冷媒が分配器５１を経て各チューブに均等に供給されるので、冷房効率を高めることができる。ところが、これを図２に示すように冬の暖房用に切替える場合、凝縮器として作用する室内熱交換器５では高温-高圧の気体状態の冷媒が流入して高温-高圧の液体状態に流出するようになり、蒸発器として作用する室外熱交換器３では膨脹弁４を通じて低温-低圧の液体状態の冷媒が流入して気体状態の冷媒に流出するようになる。室外熱交換器３の流入側ヘッダー３２に流入した液体状態の冷媒が重力によりヘッダーの下部に溜まることで、ヘッダー上部のチューブ側では液体状態の冷媒が供給されず液体状態の冷媒と外気との熱交換が十分に行われないだけでなく、室内熱交換器５の流出側となる微細管路及び低体積の分配器５１により室内熱交換器から流出される高圧液体冷媒に対する管路抵抗が増大し、暖房効率が極めて低下するという問題点があった。

また、冷暖房機能の切替え時において、冷媒ガス出入配管と冷媒液出入配管の役割が変わって、ガス管が液管になり液管がガス管になることにより、冷媒状態に従う最適の配管特性を具備しにくく、さらに冷媒の流れが円滑にならなくて故障が頻繁に発生するという問題点があった。

本発明は前記問題点を解決するためのもので、その目的は、室外側熱交換器と室内側熱交換器を単一のケースに備えると同時に、別の換気装置なしに簡単な構造で換気率を０％から１００％の範囲内で自由に調節できるだけでなく、換気時に排出される室内空気のエネルギーを効果的に回収できる空気調和装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、冷暖房の切替えによる冷媒の循環経路を最適化することで、冷暖房効率を画期的に向上させて装置の小型化を可能にすると同時に、冷暖房機能の切替えによる配管系の故障を防止できる空気調和装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、四方弁、室外側熱交換器、膨脹弁及び室内側熱交換器を備え、四方弁により冷媒の循環方向を切替えることにより冷房及び暖房を行い、内部に吸気送風機及び前記室内側熱交換器が設置され、前記室内側熱交換器と熱交換した後、前記吸気送風機により排出される空気を室内に供給する通路となる室内側空気吐出口が形成される室内側空気吐出室と；内部に排気送風機及び前記室外側熱交換器が設置され、前記室外側熱交換器と熱交換した後、前記排気送風機により排出される空気を室外に排出する通路となる室外側空気吐出口が形成される室外側空気吐出室と；前記吸気送風機及び／または排気送風機の吸入力により流入する室内空気の流入通路となる室内空気吸入口が形成される室内空気吸入室と；前記排気送風機及び／または吸気送風機の吸入力により流入する室外空気の流入通路となる室外空気吸入口が形成される室外空気吸入室とを、単一のケース内に備え、開度調節が可能な室内空気循環ダンパー、室内空気排出ダンパー、室外空気供給ダンパー及び室外空気排出ダンパーによって換気量を適宜調節可能にした空気調和装置において、前記室内側空気吐出室は、前記ケースの上部に、前記室内側空気吐出口が前記ケースの前方に向くように設置され、前記室外側空気吐出室は、前記ケースの下部に、前記室外側空気吐出口が前記ケースの後方に向くように設置され、前記室内空気吸入室と前記室外空気吸入室は、前記室内側空気吐出室と前記室外側空気吐出室との間に、隔壁を中心として前記隔壁の前方及び後方にそれぞれ設置されるが、前記室内空気吸入口が前記ケースの前方に向くように設置され、前記室外空気吸入口が前記ケースの後方に向くように設置され、前記室内空気循環ダンパー及び前記室内空気排出ダンパーは、前記室内空気吸入室の上下にそれぞれ設置され、それぞれのダンパーにより、前記室内空気吸入室が前記室内側空気吐出室と前記室外側空気吐出室と区切られるようになり、前記室外空気循環ダンパー及び前記室外空気排出ダンパーは、前記室外空気吸入室の上下にそれぞれ設置され、それぞれのダンパーにより、前記室外空気吸入室が前記室内側空気吐出室と前記室外側空気吐出室と区切られるようになることを特徴とする。

このように構成される本発明に係る空気調和装置によれば、室内空気循環ダンパー及び
室内空気排出ダンパーの相対的な開度を調節することにより室内空気排出量が自由に調節
でき、室外空気供給ダンパー及び室外空気排出ダンパーの相対的な開度を調節することに
より室外空気導入量が自由に調節できるため、室内外空気の状態による最適の空調制御を
行うことができ、換気のための別のファンを設置しなくても吸気送風機及び排気送風機の
吸入力により室内空気及び室外空気を室内側と室外側に分配して供給できる。よって、装
置の大きさ及び重量を最小化できるとともに、構成を単純化することができる。

また、冷房換気時においては高温の凝縮器として作用する室外側熱交換器と相対的に低温の換気用排気空気が直接熱交換され、暖房換気時においては低温の蒸発器として作用する室外側熱交換器と相対的に高温の換気用排気空気が直接熱交換されるので、換気用排気空気の熱エネルギーが最大限で回収できる。

また、限定された底部を效率的に活用できるので、家庭用の小型の空気調和機に本発明
を適用でき、前記室内空気吸入室を“Ｌ”字形で形成して前記室外側空気吐出室の前方ま
で伸長するように形成し、前記室内空気吸入口を前記伸長部の下部に形成することで、室
内側空気吐出口を通じて室内に吐出される空気は装置の上部で吸入でき、室内空気吸入口
を通じて吸入される空気は装置の下部で吸入できる。したがって、吐出空気と吸入空気が
相互干渉することなく室内空気の円滑な循環が可能になる。

また、本発明の他の特徴によれば、前記室内側熱交換器の下部には凝縮水貯蔵槽が設置され、前記室外側熱交換器の下部には凝縮水排出口を持つ凝縮水排出槽が形成される。前記凝縮水貯蔵槽には貯蔵された凝縮水を高圧で吐出させるための凝縮水ポンプが設置され、凝縮水供給管を介して前記凝縮水ポンプの吐出側に連結して前記凝縮水ポンプにより供給される凝縮水を前記室外側熱交換器に噴射する凝縮水噴射管が前記室外側熱交換器の上部に設置されるため、冷房時において蒸発器として作用する室内側熱交換器に発生する凝縮水を室外側熱交換器の冷却に積極的に活用することにより冷房効率を高めることができる。また、水位が一定値になった時、凝縮水ポンプを作動させる単純制御方法によれば、ポンプ非作動時間が長くなり凝縮水による室外側熱交換器の冷却効率が低下するので、凝縮水の水位度検出手段により検知された凝縮水の水位が基準値以上の場合、前記凝縮水ポンプを所定周期でオン/オフさせる制御部を備えることで、凝縮水ポンプを長時間にわたって均一に制御することが望ましい。

また、本発明のまた他の特徴によれば、前記室内側熱交換器及び前記室外側熱交換器は、冷媒出入管が結合されている一対のヘッダーと、ヘッダーとヘッダーとの間に結合されて一方のヘッダーに流入した冷媒が他方のヘッダーに伝達される通路となる多数の熱交換チューブとを備え、前記室内側熱交換器及び前記室外側熱交換器の各々と膨脹弁との間には、中空形で形成され、第１端には冷媒出入管が結合され、第２端には多数の分配チューブが結合される一対の分配器が設置され、前記分配器の分配チューブは前記熱交換器の熱交換チューブの各々の端部に結合され、前記四方弁の切替えによる冷房及び暖房の作動時において、膨脹弁を通じて前記熱交換器に流入する冷媒は前記分配器の冷媒出入管を通じて各々の熱交換チューブに分配されて流入するようにし、熱交換器を通じて膨脹弁側に流出する冷媒は前記ヘッダーの冷媒出入管を通じて流出されるように冷媒サイクルを構成する。これにより、空気調和機が冷凍サイクルで作動するかヒートポンプサイクルで作動するかに関係なしに、比容積が大きい蒸気状態の冷媒はヘッダーの冷媒出入管を通じてのみ循環し、熱交換器側に流入される液体状態の冷媒は分配器及び分配チューブを通じて熱交換チューブに均等に流入する。熱交換器から排出される液体状態の冷媒はヘッダーの冷媒出入管を通じて排出されて管路抵抗を最大限小さく受けるように冷暖房サイクルを構成できるため、冷暖房空気調和機の冷房及び暖房の効率を同時に向上させて、装置の小型化ができると同時に、冷暖房機能の切替えによる配管系の故障を防止できる。

本発明の空気調和装置によれば、室外側熱交換器と室内側熱交換器を単一のケースに具備すると同時に、別の換気装置なしに簡単な構造で換気率を０％から１００％の範囲内で自由に調節できるだけでなく、換気作用として排出される空気及び室内側熱交換器に発生する凝縮水の廃エネルギーを効果的にリサイクルすると同時に冷暖房の切替えによる冷媒の循環経路を最適化することで、冷暖房の効率を向上させることができる。

以下、添付図面に基き、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図３は本発明の好ましい実施例による空気調和装置の主要部斜視図、図４は換気機能の実行時の作動状態を示す縦断面図、図５は換気機能の停止時の作動状態を示す縦断面図、図６は本発明による空気調和装置の冷房作動時の冷媒の循環経路を示す概念図、図７は本発明による空気調和装置の暖房作動時の冷媒の循環経路を示す概念図である。

本発明による空気調和装置は圧縮機１、四方弁２、室外側熱交換器１００ａ、膨脹弁１６２、１６４及び室内側熱交換器１００ｂを備え、図５及び図６に示すように、四方弁２により冷媒の循環方向を切替えることで冷房及び暖房を行う空気調和装置であって、内部に吸気送風機２１２及び室内側熱交換器１００ｂが設置され、室内側熱交換器１００ｂと熱交換した後、吸気送風機２１２により排出される空気を室内に供給する通路となる室内側空気吐出口２１１が形成される室内側空気吐出室２１０と、内部に排気送風機２２２及び室外側熱交換器１００ａが設置され、室外側熱交換器１００ａと熱交換した後、排気送風機２２２により排出される空気を室外に排出する通路となる室外側空気吐出口２２１が形成される室外側空気吐出室２２０と、多数のブレードを備えて開度調節が可能な室内空気循環ダンパー２５０及び室内空気排出ダンパー２６０を通じて室内側空気吐出室２１０と室外側空気吐出室２２０に連結し、室内空気循環ダンパー及び室内空気排出ダンパーの開放状態に従い、主に吸気送風機２１２の吸入力により、付加的には排気送風機２２２の吸入力により流入する室内空気の流入通路となる室内空気吸入口２３１が形成される室内空気吸入室２３０と、多数のブレードを備えて開度調節が可能な室外空気供給ダンパー２７０及び室外空気排出ダンパー２８０を通じて室内側空気吐出室２１０と室外側空気吐出室２２０に連結し、室外空気供給ダンパー２７０及び外空気排出ダンパー２８０の開放状態に従い、主に排気送風機２２２の吸入力により、付加的には吸気送風機２１２の吸入力により流入する室外空気の流入通路となる室外空気吸入口２４１が形成される室外空気吸入室２４０とを、単一のケース２００内に備えて構成される。

前記のような構成により、各室の境界はケース２００の内壁、ダンパー及び隔壁２０１、２０２、２０３に区切ることで、装置の構成を単純化及び小型化できる。本実施例の場合、室内側空気吐出室２１０はケース２００の上部に室内側空気吐出口２１１がケース２００の前方に向くように設置され、室外側空気吐出室２２０はケース２００の下部に室外側空気吐出口２２１がケース２００の後方に向くように設置される。

室内空気吸入室２３０は、室内空気循環ダンパー２５０及び室内空気排出ダンパー２６０を室内側空気吐出室２１０と室外側空気吐出室２２０の隔壁とし、室内側空気吐出室２１０と室外側空気吐出室２２０との間に設置される。室内空気吸入室２３０の内部空間は隔壁２０３により“Ｌ”字形で形成され、室外側空気吐出室２２０の前方まで伸長するように形成され、室内空気吸入口２３１を伸長部の下部に形成することで、室内側空気吐出口２１１を通じて室内に吐出される空気は装置の上部で吸入でき、室内空気吸入口２３１を通じて吸入される空気は装置の下部で吸入できる。したがって、吐出空気と吸入空気が相互干渉することなく室内空気の円滑な循環が可能になる。

室外空気吸入室２４０は室外空気供給ダンパー２７０及び室外空気排出ダンパー２８０を室内側空気吐出室２１０と室外側空気吐出室２２０の隔壁とし、室内側空気吐出室と室外側空気吐出室との間である室内空気吸入室２３０の後方に設置されるが、室内空気吸入室２４０の内部空間は隔壁２０２により“Ｌ”字形で形成され、室内側空気吐出室２１０の後方まで伸長するように形成され、室外空気吸入口２４１は伸長部の上部に形成される。

室外空気吸入口２４１及び室外空気吐出口２２１にはダクト２４５、２４６が設置されて外部と連結し、室内側空気吐出口２２１及び室内空気吸入口２３１にはグリル２０３、２０４が設置され、室内空気吸入室２３０及び室外空気吸入室２４０の内部には空気清浄用フィルター２３２、２４２がブラケット２３３、２４３にスライド自在に設置される。

室内側熱交換器１００ｂの下部には凝縮水貯蔵槽２１３が設置され、室外側熱交換器１００ａの下部には凝縮水排出口２２５を持つ凝縮水排出槽２２４が形成される。凝縮水貯蔵槽２１３には貯蔵された凝縮水を高圧で吐出させるための凝縮水ポンプ２１４が設置され、凝縮水供給管２１５を介して凝縮水ポンプ２１４の吐出側に連結して凝縮水ポンプにより供給される凝縮水を室外側熱交換器１００ａに噴射する凝縮水噴射管２２３が室外側熱交換器１００ａの上部に設置され、冷房時に蒸発器として作用する室内側熱交換器に発生する凝縮水を室外側熱交換器の冷却に積極的に活用することで、冷房効率を高めることができる。

凝縮水ポンプの作動の制御において、凝縮水の水位が一定値になった時、凝縮水ポンプを作動させる単純制御方法によれば、ポンプ非作動時間が長くなり凝縮水による室外側熱交換器の冷却効率が低下することになる。

したがって、凝縮水の水位検出手段により検知された凝縮水の水位が基準値以上の場合、前記凝縮水ポンプ２１４を所定周期でオン/オフさせる制御部を備えることにより、凝縮水ポンプ２１４を長時間にわたって均一に制御することが望ましく、凝縮水貯蔵槽２１３は狭くて高く形成することが望ましい。

一方、図６及び図７に示すように、本発明に適用される室外側熱交換器１００ａ及び室内側熱交換器１００ｂの各々は、冷媒出入管１１１ａ、１２１ａ又は１１１ｂ、１２１ｂが結合されている一対のヘッダー１１０ａ、１２０ａ又は１１０ｂ、１２０ｂと、ヘッダー１１０ａ、１２０ａとヘッダー１１０ｂ、１２０ｂとの間に結合されて１つのヘッダーに流入した冷媒が他のヘッダーに伝達される通路となる多数の熱交換チューブ１３０ａ、１３０ｂとを備える。室外側熱交換器１００ａと膨脹弁４ａとの間には、中空形で形成され、一端には冷媒出入管１５１ａが結合され、他端には多数の分配チューブ１４０ａが結合される分配器１５０ａが設置され、室内側熱交換器１００ｂと膨脹弁４ｂとの間には、中空形で形成され、一端には冷媒出入管１５１ｂが結合され、他端には多数の分配チューブ１４０ｂが結合される分配器１５０ｂが設置される。分配器１５０ａ、１５０ｂの分配チューブ１４０ａ、１４０ｂは熱交換器１００ａ、１００ｂの熱交換チューブ１３０ａ、１３０ｂの各々の端部に結合される。熱交換器１００ａ、１００ｂ及び分配器１５０ａ、１５０ｂの冷媒出入管１１１ａ、１５１ｂは、チェック弁１６１、１６２を通じて膨脹弁４ｂに結合され、チェック弁１６３、１６４を通じて膨脹弁４ａに結合される。四方弁２の切替えによる冷房及び暖房の作動時において、膨脹弁を通じて前記熱交換器に流入する冷媒は前記分配器の冷媒出入管を通じて各々の熱交換チューブに分配され流入し、熱交換器を通じて膨脹弁側に流出する冷媒は前記ヘッダーの冷媒出入管を通じて流出する。

以下、前記実施例のように構成される本発明による空気調和装置の作用を、図４と図５の空気の流れ図及び図６と図７の冷媒の流れ図を参照して説明する。

まず、図６は冷房作動時の冷媒循環経路を示す図であって、図６に示すように、圧縮機１から吐出される冷媒は四方弁２を通じて室外熱交換器１００ａ、膨脹弁４ｂ、室内熱交換器１００ｂの順に循環され、室外熱交換器１００ａは凝縮器として作用し、室内熱交換器１００ｂは蒸発器として作用する。

より詳しく説明すると、まず、圧縮機１から吐出される高温-高圧の気体状態の冷媒は、冷房モードに切替える四方弁２及び室外熱交換器１００ａの冷媒出入管１２１ａを通じて室外熱交換器１００ａの第２ヘッダー１２０ａに集まって熱交換チューブ１３０ａに供給され、各々の熱交換チューブ１３０ａを通過する間、外気との熱交換により中温-高圧の液体状態に変換される。

室外熱交換器１００ａの各々の熱交換チューブ１３０ａは第１ヘッダー１１０ａに連通すると同時に、分配チューブ１４０ａにより各々分岐されて分配器１５０ａと連通する。しかし、分配器１５０ａの冷媒出入管１５１ａ側には冷媒の流出に対して閉鎖される方向にチェック弁１６４が設置され、第１ヘッダー１１０ａの冷媒出入管１１１ａ側には冷媒の流出に対して開放される方向にチェック弁１６１が設置されているので、熱交換チューブ１３０ａから流出される中温-高圧の液体状態の冷媒は、分配チューブ１４０ａ−分配器１５０ａを通過する経路に比べて管路抵抗が非常に少ない第１ヘッダー１１０ａ−冷媒出入管１１１ａを通じて膨脹弁４ｂ側に供給され、冷媒出入管１１１ａが第１ヘッダー１１０ａの下部に設置されているため、膨脹弁側には液体状態の冷媒のみが円滑に供給される。

室外熱交換器１００ａを通過して中温-高圧の液体状態になった冷媒は、膨脹弁４ｂ又は毛細管を通過して絞縮膨脹して低温-低圧の液体状態(実は少量の気体が含まれている湿蒸気状態)に変換されて、チェック弁１６２、分配器１５１ｂ及び分配チューブ１４０ｂを通じて室内熱交換器１００ｂの熱交換チューブ１３０ｂの各々に均等に流入することになり、室内熱交換器１００ｂに流入した低温の液体状態の冷媒は熱交換チューブ１３０ｂを通過して室内空気と熱交換して蒸発されることで、低圧の気体状態になって第２ヘッダー１２０ｂ及び冷媒出入管１２１ｂを通じて圧縮機１に吸入される。

このとき、室内及び室外の空気は図４及び図５に示すように流動して室内の冷房及び室外の熱交換器の冷却を行うが、図４は冷房及び換気の機能を同時に行う場合を、図５は換気機能は停止させて室内の冷房のみを行う場合を示す。

図４に示すように、室内空気循環ダンパー２５０及び室内空気排出ダンパー２６０をコントローラーなどを操作して開度を適当に調節して開放すれば、吸気送風機２１２及び排気送風機２２２の吸入力により室内空気吸入室２３０に吸入された冷たい室内空気は室内空気循環ダンパー２５０及び室内空気排出ダンパー２６０により室内側空気吐出室２１０と室外側空気吐出室２２０に分割されて供給されるが、室内空気循環ダンパー２５０を通過した空気はフィルター２３２によりフィルターリングされた後、蒸発器として作用する室内熱交換器１００ｂを通過しながら熱交換されて冷却された後、室内側空気吐出口２１１を通じて室内に再循環され、室内空気排出ダンパー２６０を通過した低温の室内空気は凝縮器として作用して相対的に非常に高温の室外側熱交換器１００ａを通過し、室外熱交換器の熱を除去した後室外に排出される。

一方、室外空気供給ダンパー２７０及び室外空気排出ダンパー２８０をコントローラーなどを操作して開度を適当に調節して開放すれば、排気送風機２２２及び吸気送風機２１２の吸入力により室外空気吸入室２４０に吸入された室外空気は、室外空気供給ダンパー２７０及び室外空気排出ダンパー２８０により室内側空気吐出室２１０と室外側空気吐出室２２０に分割されて供給されるが、室外空気供給ダンパー２７０を通過した外気はフィルター２４２によりフィルターリングされた後、蒸発器として作用する室内熱交換器１００ｂを通過しながら熱交換されて冷却された後、室内側空気吐出口２１１を通じて室内に供給されて室内に新鮮な外気を供給し、室外空気排出ダンパー２８０を通過した外気は凝縮器として作用する室外側熱交換器１００ａを通過し、室外熱交換器の熱を除去した後室外に排出される。

このとき、室外側熱交換器１００ａには、室外空気排出ダンパー２８０を通じて流入する外気に加え、室内空気排出ダンパー２６０を通過した相対的に低温の室内空気及び凝縮水噴射管２２３から噴射される低温の凝縮水が、同時に冷却作用をして冷媒の凝縮が効果的に行われる。

図５は室内空気排出ダンパー２６０及び室外空気供給ダンパー２７０は閉鎖させ、室内空気循環ダンパー２５０及び室外空気排出ダンパー２８０は共に開放させることで冷房機能のみを行い、換気機能を中止させた場合を示す。このように、本発明によれば、各ダンパーの開度を適切に調節することにより換気率を０％から１００％の範囲で自由に調節できるので、室内外空気の状態に従う最適の空気調和が行われる。

図７は暖房作動時の冷媒循環経路を示す図であって、圧縮機１から吐出される冷媒は四方弁２を通じて室内熱交換器１００ｂ、膨脹弁４ａ、室外熱交換器１００ａの順に循環され、室内熱交換器１００ｂは凝縮器として作用し、室外熱交換器１００ａは蒸発器として作用する。

暖房の場合も、凝縮器として作用する室内熱交換器１００ｂ側に流入する気体状態の冷媒は第２ヘッダー１２０ｂを通じて各々の熱交換チューブ１３０ｂに分配され、室内熱交換器１００ｂから流出される液体状態の冷媒は管路抵抗を最小化できるように第１ヘッダー１１０ｂを経て膨脹弁４ａ側に供給される。

また、蒸発器として作用する室外熱交換器１００ａ側に流入する液体状態の冷媒は、分配器１５０ａ、分配チューブ１４０ａを経て各々の熱交換チューブ１３０ａに均等に供給され、室外熱交換器１００ａから流出される気体状態の冷媒は第２ヘッダー１２０ａに集まって冷媒出入管１２１を通じて圧縮機に吸入される。

すなわち、冷暖房共に、液体状態の冷媒の熱交換器からの排出と、気体状態の冷媒の吸入及び排出とは、ヘッダーを通じてなされることにより、冷媒の流れに対する管路抵抗を最小化でき、熱交換器側に吸入される液体状態の冷媒は分配器及び分配チューブを通じて熱交換チューブに均等に供給されることで、液体状態の冷媒の偏重による熱交換効率の低下を確実に防止できる。

暖房の場合も、図４及び図５に示すように、空気の流動は冷房の場合と同様であり、蒸発器として作用する室外側熱交換器１００ａに室外空気排出ダンパー２８０を通じて流入する外気に加え室内空気排出ダンパー２６を通過した相対的に高温の室内空気が作用するようになるので、冷媒の蒸発作用がより効果的になされる。

ヒートポンプ式冷暖房空気調和機の冷房作動時の冷媒循環経路を示す概念図である。ヒートポンプ式冷暖房空気調和機の暖房作動時の冷媒循環経路を示す概念図である。本発明の好ましい実施例による空気調和装置の主要部斜視図である。換気機能の実行時の作動状態を示す縦断面図である。換気機能の停止時の作動状態を示す縦断面図である。本発明に適用されるヒートポンプサイクルの冷房作動時の冷媒循環経路を示す図である。本発明に適用されるヒートポンプサイクルの暖房作動時の冷媒循環経路を示す図である。

Claims

圧縮機、四方弁、室外側熱交換器、膨脹弁及び室内側熱交換器を備え、四方弁により冷媒の循環方向を切替えることにより冷房及び暖房を行い、
内部に吸気送風機及び前記室内側熱交換器が設置され、前記室内側熱交換器と熱交換した後、前記吸気送風機により排出される空気を室内に供給する通路となる室内側空気吐出口が形成される室内側空気吐出室と；内部に排気送風機及び前記室外側熱交換器が設置され、前記室外側熱交換器と熱交換した後、前記排気送風機により排出される空気を室外に排出する通路となる室外側空気吐出口が形成される室外側空気吐出室と；前記吸気送風機及び／または排気送風機の吸入力により流入する室内空気の流入通路となる室内空気吸入口が形成される室内空気吸入室と；前記排気送風機及び／または吸気送風機の吸入力により流入する室外空気の流入通路となる室外空気吸入口が形成される室外空気吸入室とを、単一のケース内に備え、
開度調節が可能な室内空気循環ダンパー、室内空気排出ダンパー、室外空気供給ダンパー及び室外空気排出ダンパーによって換気量を適宜調節可能にした空気調和装置において、
前記室内側空気吐出室は、前記ケースの上部に、前記室内側空気吐出口が前記ケースの前方に向くように設置され、
前記室外側空気吐出室は、前記ケースの下部に、前記室外側空気吐出口が前記ケースの後方に向くように設置され、
前記室内空気吸入室と前記室外空気吸入室は、前記室内側空気吐出室と前記室外側空気吐出室との間に、隔壁を中心として前記隔壁の前方及び後方にそれぞれ設置されるが、前記室内空気吸入口が前記ケースの前方に向くように設置され、前記室外空気吸入口が前記ケースの後方に向くように設置され、
前記室内空気循環ダンパー及び前記室内空気排出ダンパーは、前記室内空気吸入室の上下にそれぞれ設置され、それぞれのダンパーにより、前記室内空気吸入室が前記室内側空気吐出室と前記室外側空気吐出室と区切られるようになり、
前記室外空気循環ダンパー及び前記室外空気排出ダンパーは、前記室外空気吸入室の上下にそれぞれ設置され、それぞれのダンパーにより、前記室外空気吸入室が前記室内側空気吐出室と前記室外側空気吐出室と区切られるようになることを特徴とする空気調和装置。
前記室内空気吸入室は“Ｌ”字形で形成され、前記室外側空気吐出室の前方まで伸長し、前記室内空気吸入口は前記伸長部の下部に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の空気調和装置。
前記室内側熱交換器の下部には凝縮水貯蔵槽が設置され、前記室外側熱交換器の下部には凝縮水排出口を持つ凝縮水排出槽が形成され、
前記凝縮水貯蔵槽には貯蔵された凝縮水を高圧で吐出させるための凝縮水ポンプが設置され、凝縮水供給管を介して前記凝縮水ポンプの吐出側に連結して、前記凝縮水ポンプにより供給される凝縮水を前記室外側熱交換器に噴射する凝縮水噴射管が前記室外側熱交換器の上部に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の空気調和装置。
前記凝縮水貯蔵槽には貯蔵された凝縮水の水位を感知するための凝縮水の水位検出手段が設置され、
前記凝縮水の水位検出手段により検知された凝縮水の水位が基準値以上の場合、前記凝縮水ポンプを所定周期でオン/オフさせる制御部を備えることを特徴とする、請求項３に記載の空気調和装置。
前記室内側熱交換器及び前記室外側熱交換器は、冷媒出入管が結合されている一対のヘッダーと、ヘッダーとヘッダーとの間に結合されて一方のヘッダーに流入した冷媒が他方のヘッダーに伝達される通路となる多数の熱交換チューブとを備え、
前記室内側熱交換器及び前記室外側熱交換器の各々と膨脹弁との間には、中空形で形成され、第１端には冷媒出入管が結合され、第２端には多数の分配チューブが結合される一対の分配器が設置され、前記分配器の分配チューブは前記熱交換器の熱交換チューブの各々の端部に結合され、前記四方弁の切替えによる冷房及び暖房の作動時において、膨脹弁を通じて前記熱交換器に流入する冷媒は前記分配器の冷媒出入管を通じて各々の熱交換チューブに分配されて流入するようにし、熱交換器を通じて膨脹弁側に流出する冷媒は前記ヘッダーの冷媒出入管を通じて流出するように冷媒サイクル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。