JP4016346B2 - Air source heat pump air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は空気熱源ヒートポンプ式空調機に関するものである。 The present invention relates to an air heat source heat pump type air conditioner.
空気熱源ヒートポンプ式空調機において、いわゆる室外機に該当する部分は、羽根回転軸の方向へ送風する軸流式の排気ファンを隔てて凝縮器を対向状に設け、外気を凝縮器に通風して冷媒と熱交換し、屋外に排気する構造となっている。 In the air heat source heat pump type air conditioner, the part corresponding to the so-called outdoor unit is provided with a condenser facing the axial flow type exhaust fan that blows air in the direction of the blade rotation axis, and the outside air is passed through the condenser. It has a structure that exchanges heat with the refrigerant and exhausts it outdoors.
ところが、外気を取り込む開口部は屋外に剥き出しのままなので、天候が悪く強風の場合には、一方の凝縮器で熱交換した空気が排気ファンから排出されずに他方の凝縮器へ流れて屋外に出てしまい能力が落ちる問題がある。また、排気ファンの隙間を通じて雨水などが入り込むため、ヒートポンプの構成部品によっては(たとえば電子部品など)雨水に濡れてトラブルが起こり、空調運転に支障がでる問題もある。 However, since the opening for taking in outside air remains exposed to the outdoors, when the weather is bad and the wind is strong, the air heat-exchanged in one condenser flows to the other condenser without being discharged from the exhaust fan, and goes outside. There is a problem that the ability falls out. In addition, since rainwater or the like enters through the gaps between the exhaust fans, some components of the heat pump (for example, electronic components) get wet with rainwater and cause troubles, which may hinder air conditioning operation.
また、電子工場や農業工場、飼育室、穀物倉庫などの特殊環境の空調では、空調用空気に対して加熱と冷却を所定順序で行い適宜加湿して温湿度調整をする必要がある。そのため、たとえば冷水コイル(冷却コイル)と温水コイル(加熱コイル)や加湿器などを備え、熱源水回路を4管式として冷水コイルと温水コイルに冷水と温水を別々に流して運転する方式があるが、4管式の熱源水回路では配管距離が長くて設備コストがかかり、冷水と温水を同時に作る必要があるため熱源機の運転コストもかかる問題がある。また、ヒートポンプは空気加熱温度(冷媒凝縮温度)に上限があるため、所望の給気温湿度(特に高温高湿)に対して空気温湿度が低く加湿量を多く必要とする条件では、気化方式で加湿すると蒸発潜熱により所望の給気温度に達しない場合がある。そのため、空調可能な温湿度範囲が狭くなり、圧縮効率ひいては成績係数(COP)が低下する問題がある。 Further, in air conditioning in special environments such as an electronic factory, an agricultural factory, a breeding room, and a grain warehouse, it is necessary to heat and cool the air-conditioning air in a predetermined order and appropriately humidify and adjust the temperature and humidity. Therefore, for example, there is a system in which a cold water coil (cooling coil), a hot water coil (heating coil), a humidifier, and the like are provided, and the heat source water circuit is a four-pipe type, and the cold water and the hot water coil are separately supplied with cold water and hot water. However, the four-pipe heat source water circuit has a problem that the piping distance is long and the equipment cost is high, and it is necessary to make cold water and hot water at the same time. In addition, since the heat pump has an upper limit on the air heating temperature (refrigerant condensation temperature), the vaporization method is used under conditions where the air temperature / humidity is low and a large amount of humidification is required with respect to the desired temperature and humidity (especially high temperature and high humidity). When humidified, the desired supply air temperature may not be reached due to latent heat of vaporization. Therefore, there is a problem that the temperature / humidity range in which air conditioning can be performed becomes narrow, and the compression efficiency and consequently the coefficient of performance (COP) decrease.
本発明は、上記課題を解決するため、ケーシング内に、第1と第2の圧縮式のヒートポンプと、排気ファンを隔てて前記ヒートポンプの凝縮器をすくなくとも一対設けた外気送風路と、を備え、複数の前記凝縮器の間に前記ヒートポンプの構成部品を配置し、これらの構成部品のうちで圧縮機と要防水部品をすくなくとも被いかつ前記排気ファンへ頂が向かう山形のカバーを、設け、前記第1ヒートポンプの第1蒸発器と前記第2ヒートポンプの第2蒸発器とを送風方向へ順に配設すると共に、前記凝縮器を前記第1ヒートポンプと前記第2ヒートポンプにて共用し、前記第1蒸発器と前記第2蒸発器を冷媒蒸発・冷媒凝縮切換え自在に構成し、前記第1蒸発器と前記第2蒸発器の間と、前記第2蒸発器の風下の、一方又は両方に加湿器を配設したことを最も主要な特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention includes first and second compression heat pumps in the casing, and at least a pair of outside air blowing passages provided with the condenser of the heat pump with an exhaust fan therebetween, The heat pump components are arranged between the condensers, and a mountain-shaped cover that covers at least the compressor and the waterproof component among these components and has a top toward the exhaust fan is provided. A first evaporator of one heat pump and a second evaporator of the second heat pump are sequentially arranged in the blowing direction, and the condenser is shared by the first heat pump and the second heat pump, and the first evaporation The evaporator and the second evaporator are configured to be capable of switching between refrigerant evaporation and refrigerant condensation, and a humidifier is provided between one of the first evaporator and the second evaporator and one or both of the lee of the second evaporator. Arrangement The most important feature that was.
請求項1の発明によれば、一つのカバーを、ヒートポンプ部品の防水と、圧縮機の遮音と、凝縮器の一方から他方への熱交換済空気の流れ込み防止と、に兼用でき、部品点数の削減を図れて、静粛で安定した空調運転を行える。カバーは山形になっているので、排気ファンに向かってスムーズに小抵抗で空気を誘導案内でき、確実な排気を行える。また、空調用空気に対して加熱と冷却が必要な特殊環境の空調運転が冷温水コイルを使わずにヒートポンプのみででき、設備コストと運転コストの削減を図り得る。動物飼育室や病院治療室等の外気処理、農業工場や美術館等での恒温恒湿空調運転、食品売場でのコールドエイル解消やレストランでのドライ厨房などの除湿乾燥空調運転、穀物倉庫での保存や電子工場での静電気防止等のための低温加湿空調運転ができる。凝縮器はフィン群を共用してあるので伝熱面積が大きくなって第1と第2のヒートポンプの一方のみの運転でも熱交換能力が高くなる。共用の凝縮器において冷媒の一方が蒸発で他方が凝縮する場合、冷媒同士の熱交換も行えてCOPが高まり省エネとなる。第1蒸発器と第2蒸発器の間と第2蒸発器の風下の両方に加湿器を配設すれば、二段階に分けて加熱と加湿を行えるので、空調可能な温湿度範囲(特に高温高湿側)が広がり、圧縮効率ひいてはCOPが良くなる。防風断熱板にて、ケーシング内への風の直吹込み防止と、日射による凝縮器能力低下の防止と、雨水の吹き込みによる腐食防止と、ができるうえ、カバーとあいまって強風による悪影響を一層確実に防止し得る。しかも、凝縮器の通過風量分布の偏りに応じて外気取入れ部分の間隙部面積の比率を調整して防風断熱板を、設けることにより、凝縮器通過風量分布を均等化でき能力向上を図れる。
請求項2の発明では、蒸発器と凝縮器の圧力損失が減少して熱交換効率が向上するので小型のファンを用いることができ騒音低減を図れる。圧損減少分伝熱管列数を増やせるので蒸発器と凝縮器も小型化でき空調機をコンパクト化できる。
According to the invention of
In the invention of
図1と図2は、本発明の空気熱源ヒートポンプ式空調機の一実施例を示しており、実線及び点線の白抜き矢印は送風方向を示す。この空調機は、ケーシング1内に、第1と第2の圧縮式のヒートポンプC、Cと、加湿器10、10と第1・第2ヒートポンプC、Cの冷媒−空調用空気熱交換用の第1・第2蒸発器2a、2bと空調用空気を被空調空間へ給気する給気ファン6とを設けた給気送風路Aと、排気ファン5を隔ててヒートポンプCの冷媒−熱源用空気熱交換用の凝縮器3をすくなくとも一対その空気出口を対向させて設けた外気送風路Bと、を備えている。この第1蒸発器2aと第2蒸発器2bとを送風方向へ順に配設すると共に、凝縮器3…を第1ヒートポンプCと第2ヒートポンプCにて共用し、第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの間と、第2蒸発器2bの風下の、両方に加湿器10を配設する。
1 and 2 show an embodiment of the air heat source heat pump type air conditioner of the present invention, and the solid and dotted white arrows indicate the blowing direction. This air conditioner is provided in the
羽根回転軸の方向へ送風する軸流式の排気ファン5は、複数の凝縮器3…の空気出口に挟まれた空間の外端近傍乃至外側に配置すると共に、複数の凝縮器3…の空気出口の間にはヒートポンプCの構成部品を配置し、これらの構成部品のうちで圧縮機4と要防水部品(たとえば漏電の虞がある電子部品やコネクタなど)をすくなくとも被いかつ排気ファン5へ頂が向かう山形のカバー7を、設ける。カバー7は、凝縮器3に対応してケーシング1に開口する外気送風路入口9に対して2/3以上重なるように形成して、凝縮器3で熱交換された空気の遮風と整流効果を高めるのが好ましい。
The axial flow
この各外気送風路入口9の外側には、防風断熱板8を各々設ける。防風断熱板8は、例えば、排気ファン5に近い外気送風路入口一端縁と防風断熱板一端縁の間隙部面積D1と排気ファン5から遠い外気送風路入口他端縁と防風断熱板他端縁の間隙部面積D2との比率(D1:D2)を凝縮器3の通過風量分布の偏りに応じて調整して、設ける。このように外気取入れ部分の間隙部面積の比率(D1:D2)を調整して防風断熱板8を設けることにより、凝縮器通過風量分布を均等化でき能力向上を図れる。図示省略するが、凝縮器3への蒸発潜熱利用散水器を防風断熱板8の内側に設けてもよく、この場合には防風断熱板8で散水時の水の飛散も防止できる。
Windproof and
第1蒸発器2aと第2蒸発器2bは冷媒蒸発・冷媒凝縮切換え自在に構成し、たとえば、第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの両方又は一方にて冷媒蒸発させるサイクルと第1蒸発器2aで冷媒蒸発かつ第2蒸発器2bにて冷媒凝縮させるサイクルと第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの両方又は一方にて冷媒凝縮させるサイクルとにすくなくとも切換自在、又は、第1蒸発器2aにて冷媒蒸発かつ第2蒸発器2bにて冷媒凝縮させるサイクルと第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの両方又は一方にて冷媒凝縮させるサイクルとにすくなくとも切換自在、又は、第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの両方又は一方にて冷媒蒸発させるサイクルと第1蒸発器2aにて冷媒凝縮かつ第2蒸発器2bにて冷媒蒸発させるサイクルとにすくなくとも切換自在、に構成する。
The
第1ヒートポンプCは、熱交換用空気(外気)で循環冷媒の熱交換をする共用の凝縮器3…と、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする第1蒸発器2aと、第1の圧縮機4と、膨張弁と、冷媒循環方向の正逆の切換弁(四方弁)と、図示省略の受液器等と、を備え、これらを配管接続して冷媒循環回路を構成しかつ切換弁により凝縮器3と第1蒸発器2aの吸熱と放熱(蒸発機能と凝縮機能)を切換自在に構成する。第2ヒートポンプCは、共用の凝縮器3…と、循環冷媒で空調用空気の熱交換をする第2蒸発器2bと、第2の圧縮機4と、膨張弁と、冷媒循環方向の正逆の切換弁(四方弁)と、図示省略の受液器等と、を備え、これらを配管接続して冷媒循環回路を構成しかつ切換弁により凝縮器3…と第2蒸発器2bの吸熱と放熱(蒸発機能と凝縮機能)を切換自在に構成する。
The first heat pump C includes a
各ヒートポンプCの冷媒は各凝縮器3に並列に分流して通過したあと再び一つに合流するように構成すると共に、凝縮器3内の第1ヒートポンプCの冷媒流通路と第2ヒートポンプCの冷媒流通路とを互いに熱交換自在として配設し、凝縮器3において第1ヒートポンプCの冷媒と第2ヒートポンプCの冷媒の一方が蒸発で他方が凝縮する状態でこの異なる両冷媒が対向状に流通するように構成し、カウンタフローによる熱伝達の均一化と効率化を図る。さらに凝縮器3を、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、流れる冷媒が異なるように構成し、空気との熱交換ムラをなくし性能の安定化を図る。加湿器10は、気化方式や蒸気吹出し方式など各種方式のものを用いることができるが、蒸気吹出し方式とすれば、温度降下せず無段階制御が可能で精度良く温湿度制御を行えて、蒸発器の負荷を少なくできる。
The refrigerant of each heat pump C is configured to split and pass through each
給気送風路Aの空調用空気入口と空調用空気出口はケーシング1に設け、空調用空気入口は還気取入用や外気取入用あるいは還気と外気の混合空気取入用としてダクトなどを介して室内などの被空調空間や屋外と連通させ、空調用空気出口は給気用としてダクトなどを介して室内などの被空調空間に連通させる。この凝縮器3に送風すると共に、給気ファン6で送風することにより第1蒸発器2aと第2蒸発器2bにて空調用空気を熱交換(冷却・加熱)して被空調空間に給気し、各種環境に応じた空調運転を行う。第1蒸発器2aと第2蒸発器2bと凝縮器3のフィンチューブは圧損の少ない楕円管にするのが好ましいが円形管でもよい。
The air-conditioning air inlet and air-conditioning air outlet of the air supply air passage A are provided in the
図例の空調機は、第1と第2のヒートポンプC、Cと給気ファン6と排気ファン5と風上側と風下側の加湿器10、10の各々の容量制御をすると共に給気送風路入口空気温湿度に応じて第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの冷媒蒸発・冷媒凝縮を切換する制御手段(図示省略)を、備える。被空調空間の外気処理を行うには、たとえば、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合は、第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの両方又は一方にて冷却減湿、又は、第1蒸発器2aで冷却減湿してから第2蒸発器2bにて加熱して温調し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が低く湿度が高い場合は、第1蒸発器2aで冷却減湿してから第2蒸発器2bにて加熱して温調し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は、第1蒸発器2aにて加熱してから風上側加湿器10にて加湿し、さらに、第2蒸発器2bにて加熱してから風下側加湿器10にて加湿し、所定の給気温湿度に制御する。この場合、所望の給気温湿度にするのに必要な加熱量と加湿量に応じて、第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの両方又は一方にて加熱し風上側加湿器10と風下側加湿器10のいずれか一方のみで加湿して所定の給気温湿度に制御することもできる。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が高く湿度が低い場合は第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの両方又は一方にて乾き冷却し、風上側加湿器10と風下側加湿器10の両方又は一方にて加湿し、所定の給気温湿度に制御する。
The illustrated air conditioner controls the capacity of each of the first and second heat pumps C, C, the
また、被空調空間を恒温恒湿に空調するには、たとえば、風下側加湿器10を蒸気吹出し方式とした場合を例示すると、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合と所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が低く湿度が高い場合は、第1蒸発器2aで冷却減湿してから第2蒸発器2bにて加熱して温調、又は、第1蒸発器2aで冷却減湿してから第2蒸発器2bにて加熱して温調したのち風下側加湿器10にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は、第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの両方又は一方にて加熱して温調したのち風下側加湿器10にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御する。この場合、第1蒸発器2aにて加熱してから風上側加湿器10にて加湿し、さらに、第2蒸発器2bにて加熱してから風下側加湿器10にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御することもできる。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が高く湿度が低い場合は第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの両方又は一方にて乾き冷却して温調したのち風下側加湿器10にて蒸気により温度を下げずに加湿し、所定の給気温湿度に制御する。
Further, in order to air-condition the air-conditioned space at constant temperature and humidity, for example, when the
この場合、風上側と風下側の加湿器10、10を止めて加湿せずに被空調空間を除湿乾燥することができる。たとえば、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合と所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が低く湿度が高い場合は第1蒸発器2aで冷却減湿してから第2蒸発器2bにて加熱し、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの両方又は一方にて加熱し、所定の給気温湿度に制御する。
In this case, it is possible to dehumidify and dry the air-conditioned space without humidifying the
また、被空調空間を低温加湿するには、たとえば、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が高い場合は第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの両方又は一方にて冷却減湿し、所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気温湿度が低い場合は第1蒸発器2aで加熱してから風上側加湿器10にて加湿しそののち第2蒸発器2bにて乾き冷却し、所定の給気温湿度に制御する。所望の給気温湿度に対して給気送風路入口空気の温度が高く湿度が低い場合は風上側加湿器10にて加湿してから第2蒸発器2bのみにて乾き冷却し、所定の給気温湿度に制御する。なお、図示省略するが、加湿器10を一つのみとし、第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの間と、第2蒸発器2bの風下の、いずれか一方に配設するも自由である。
In order to humidify the air-conditioned space at a low temperature, for example, when the air supply / airway inlet air temperature / humidity is higher than the desired air supply / humidity, either or both of the
なお、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更自由で、たとえば排気ファン5や凝縮器3の配置や数の増減は自由で、防風断熱板8を構造変更したり省略するも自由である。また、第1と第2のヒートポンプC、Cや制御手段の構成、第1蒸発器2aと第2蒸発器2bの冷媒蒸発と冷媒凝縮のサイクルの変更や増減は自由である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design can be freely changed without departing from the gist of the present invention. For example, the arrangement and number of the
1 ケーシング
2a 第1蒸発器
2b 第2蒸発器
3 凝縮器
4 圧縮機
5 排気ファン
7 カバー
8 防風断熱板
9 外気送風路入口
10 加湿器
B 外気送風路
C ヒートポンプ
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