JP4221509B2 - 空調機 - Google Patents

Description

換気機能を備えた空調機に関する。

工場や病院などに使用される空調機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮された冷媒を減圧する減圧手段と、減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器とにより冷凍サイクルを形成する。そして、室外の空気（以下、外気）を送風機により吸引し、吸引された外気を冷媒の凝縮熱又は蒸発熱によって加熱又は冷却した後に室内に供給する換気機能を備えている。

また、暖房運転時には外気と室内空気の相対湿度が異なるから、その相対湿度を調整するために、加湿器が設けられる。加湿器は、凝縮器の外気の流れの下流側に配設され、凝縮器を通過した外気の熱によって水を自然蒸発させる。加湿器で蒸発した水分は、外気と共に室内に供給される。一方、蒸発しなかった水（以下、余剰水）は、外気が通流する雰囲気に配設された水受け（ドレンパン）に一時的に溜められた後、外部に排出される。

このような空調機においては、一般に暖房運転時では、外気温度が水の凍結温度（例えば、０℃）以下になることがあるから、その外気の通流する雰囲気に余剰水が存在すると、その余剰水が凍結することがある。そこで、例えば、余剰水の配管の長さを短くすることによって外気が通流する雰囲気に曝される部分を少なくした上で、さらに凝縮器の近くに余剰水の配管を配設して余剰水を暖めることが行われている（例えば、特許文献１参照）。

実開平６−２２０２２

しかしながら、水受けが外気の通流する雰囲気に曝される場合、水受け内の余剰水が凍結するおそれがあるが、上記従来技術では配慮されていない。

本発明の課題は、水受け内の余剰水の凍結を防止する空調機を実現することにある。

上記課題を解決するため、本発明の空調装置は、圧縮された冷媒の凝縮熱を利用して送風機により吸引された外気を加熱する凝縮器と該凝縮器により凝縮された冷媒を減圧する減圧手段とを含む室内ユニットと、減圧手段により減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と該蒸発器により蒸発された冷媒を圧縮する圧縮機とを含む室外ユニットとを冷媒配管で接続して冷凍サイクルを形成し、凝縮器の外気の流れの下流側に設けられた加湿器と、外気が通流する流路に設けられ、加湿器の余剰水を受ける水受けとを備え、凝縮器により凝縮された冷媒が通流する冷媒配管の一部を前記水受け内に通して配設したことを特徴とする。

すなわち、暖房運転時の冷媒配管内の冷媒温度は、外気温度（例えば０℃以下）に比べて、比較的高温（例えば３０℃〜５０℃）である。したがって、冷媒配管を水受け内を通して配設することにより、冷媒配管内の冷媒温度を利用して水受けに溜まった余剰水の凍結を防止することができる。

この場合において、水受けの容器の側面または底面のいずれか一方に排出口を有するとき、その排出口又はその近傍に冷媒配管を位置させて配設するのが望ましい。これにより、水受け内の余剰水が排出口で凍結することがないから、排出口が詰まることを防ぐことができる。

本発明によれば、水受け内の余剰水の凍結を防止する空調機を実現することができる。

（第１の実施形態）本発明を適用した空調機の第１の実施形態について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態の空調機の系統図、図２は、室内ユニットの構成図である。

図１に示すように、空調機は、換気機能を備えた外気処理エアコンに代表される外気処理型の空調機であり、室外に設置される室外ユニット１０と、室内に設置される室内ユニット１２を備えて構成される。室外ユニット１０には、冷媒を圧縮する圧縮機１４と、冷房運転時には凝縮器として作用してガス冷媒の熱を大気に放熱させて冷媒を凝縮し、暖房運転時には蒸発器として作用して大気から熱をうばって液冷媒を蒸発させる熱交換器１６が配設されている。また、主として暖房運転時に作用する減圧手段である膨張弁１８と、冷房運転と暖房運転を切り替える四方切換弁２０が備えられている。

室内ユニット１２には、冷房運転時には蒸発器として作用して液冷媒の蒸発熱を利用して室内供給用の外気を冷却し、暖房運転時には凝縮器として作用してガス冷媒の凝縮熱を利用して室内供給用の外気を暖める熱交換器２２などが配設されている。また、主として冷房運転時に作用する減圧手段である膨張弁２４が備えられている。室内ユニット１２と室外ユニット１０が冷媒ガス配管２６および冷媒配管２８を介して接続することによって冷凍サイクルが形成される。

さらに、図２を参照して室内ユニット１２の構成についてさらに説明する。なお、図２において紙面の上方向は鉛直方向上向きを示し、紙面の下方向は鉛直方向下向きを示している。図２に示すように、室内ユニット１２には、熱交換器２２の室内側に送風機としてファン３０が設けられている。ファン３０は、室外の空気（以下、外気）を吸い込んで室内に供給する。また、熱交換器２２の外気の流れの下流側、かつファン３０の外気の流れの上流側に加湿器３２が設けられている。なお、ファン３０の設置位置は、ファン３０の形態によって適宜変更してもよく、例えば、図示に代えて、ファン３０を外気の流れに対し最上流側に位置させることがある。また、加湿器３２は、自然蒸発式のものであり、例えばフェルトタイプの加湿エレメントを複数有している。加湿器３２には、給水制御弁３６を介して水供給管３４が接続されている。また、加湿器３２の下側、かつ熱交換器２２の上側に余浄水パン３８が配設されている。余剰水パン３８は、加湿器３２の下部に対応した開口を有する容器であり、底面に余剰水排出口４０が形成されている。さらに、熱交換器２２の外気の流れの上流側、つまり外気が通流する雰囲気中に水受け４２（以下、ドレンパン４２）が配設されている。ドレンパン４２は、熱交換器２２の下部に対応した開口を有する容器であり、例えば樹脂などにより形成されている。ドレンパン４２の側壁には排出口４４が形成されている。ドレンパン４２の底面は、排出口４４に近づくにつれて徐々に下向きに傾斜している。なお、排出口４４をドレンパン４２の底面に形成するようにしてもよい。

このような室内ユニット１２の基本動作について暖房運転時を例として説明する。なお、暖房運転時であるから、本説明においては熱交換器２２を凝縮器２２と称して説明する。圧縮機１４により圧縮されたガス冷媒は、冷媒ガス配管２６を介して凝縮器２２に供給される。供給されたガス冷媒は、ファン３０により吸引された外気によって凝縮器２２で凝縮する。これによって、外気は、冷媒の凝縮熱によって例えば２０℃〜３０℃ほど暖められた後、室内に供給される。なお、凝縮器２２で凝縮した冷媒は、冷媒配管２８を介して室外ユニット１０に戻される。

また、加湿器３２には水供給管３４を介して水が供給される。供給された水は、加湿エレメントに浸透する。浸透した水は、凝縮器２２を通過した外気の熱により蒸発する。蒸発した水分は、外気と共に室内に供給される。なお、外気の温度が例えば−１０℃のときでも、凝縮器２２を通過した外気の温度は、例えば１０℃〜２０℃になるため、その外気によって加湿器３２や余剰水パン３８上の水分が凍結することがない。

加湿器３２の加湿能力は、周囲の温湿度に左右されるから、蒸発しなかった水（以下、余剰水）が発生することがある。発生した余剰水は、加湿器３２から余剰水パン３８に滴り落ちる。滴り落ちた水は、余剰水パン３８に一時的に溜められた後、余剰水排出口４０からドレンパン４２内に落下する。落下した水は、ドレンパン４２に一時的に溜められた後、排出口４４から外部に排出される。なお、ドレンパン４２は、冷房運転時に空気中の水分が凝縮して発生するドレン水を受けるものであるが、暖房運転時の加湿器３２の余剰水も受けるようにすることによって、装置の部品数を減らすようにしている。また、余剰水パン３８を配設せず、加湿器３２の余剰水をドレンパン４２で直接受けるようにしてもよい。

このような室内ユニット１２において、一般に、冷房運転時の外気温度は例えば１５℃以上であるのに対し、暖房運転時では、外気温度が水の凍結温度の例えば０℃以下になることがある。したがって、暖房運転時にドレンパン４２が外気の通流する雰囲気に曝されると、ドレンパン４２上の余剰水が凍結するおそれがある。この点、本実施形態では、暖房運転時の冷媒配管２８内の冷媒温度が例えば３０℃〜５０℃であることに着目し、冷媒配管２８をドレンパン４２内を通して配設することによって、ドレンパン４２上の余剰水の凍結を防止する。

ここで、本発明の特徴である冷媒配管２８の配設位置について説明する。図２に示すように、冷媒配管２８は、凝縮器２２とドレンパン４２との間の位置、つまり凝縮器２２の外気の流れの上流側かつドレンパン４２の外気の流れの下流側に配設されている。そして、冷媒配管２８の一部４６が、屈曲して形成されることによってドレンパン４２の排出口４４の近傍に配設されている。要するに、冷媒配管２８をドレンパン４２内を通し、排出口４４又はその近傍に位置させて配設すればよい。なお、本実施形態では、ドレンパン４２内の余剰水に冷媒配管２８の一部４６が浸るように配設するが、浸らないように配設してもよい。

本実施形態によれば、暖房運転時の冷媒配管２８内の冷媒の温度は、外気温度（例えば０℃以下）に比べて、比較的高温（例えば３０℃〜５０℃）である。したがって、冷媒配管２８の一部４６をドレンパン４２内に配設することにより、冷媒配管２８の冷媒温度を利用してドレンパン４２内の余剰水の凍結を防止することができる。

特に、冷媒配管２８の一部４６を排出口４４の近傍に位置させて配設していることから、余剰水が排出口４４で凍結することがないため、排出口４４が詰まることを防ぐことができる。

また、電気ヒータなどをドレンパン４２に配設し、その電気ヒータによりドレンパン４２上の余剰水の凍結を防止する方法があるが、本実施形態によれば、電気ヒータや火災防止設備などの器具類を設置する必要がない。したがって、装置の部品数を減らすことができたり、消費電力を節約できたりする。

さらに、冷媒配管２８をドレンパン４２内を通して配設するだけであるから、様々な形態の空調機に適用することができる。

また、凝縮器２２の一部をドレンパン４２内に位置させて配設し、冷媒の凝縮熱を利用してドレンパン４２上の余剰水の凍結を防止することも考えられる。しかし、その方法では、凝縮器２２の冷媒が、外気を暖めるほか余浄水も暖めることになるから、暖房能力が低下する。この点、本実施形態によれば、凝縮器２２で外気を暖めた後の冷媒の残熱を利用することから、暖房能力の低下を回避できる。しかも、冷媒配管２８の冷媒が余剰水によりさらに冷やされるから、冷凍サイクル上での過冷却度が大きくなり、暖房運転の冷凍能力が増大するという効果もある。

（第２の実施形態）本発明を適用した空調機の第２の実施形態について図３を用いて説明する。図３は、本発明を据え置き型の室内ユニットに適用した構成図を示している。なお、据え置き型の室内ユニットを例として説明するが、様々な形態の室内ユニットに適用することができる。また、図２の室内ユニットと相互に対応する箇所については同一の符号を付して説明する。

図３に示すように、室内ユニットは、筐体５０と、筐体５０の側壁の下方に連通した吸引ダクト５２と、筐体５０の天井壁に連通した排出ダクト５４などを備えて構成されている。また、筐体５０の天井壁の内側にファン３０が支持されている。ファン３０によって、外気が吸引ダクト５２を介して筐体５０内に流入し、流入した外気は排出ダクト５４を介して室内に供給される。筐体５０内には、熱交換器２２が所定角度だけ傾斜して配設されている。熱交換器２２の最も下側に位置する部分の下方にドレンパン４２が支持されている。ドレンパン４２の底には排出口４４が形成されている。さらに、熱交換器２２の最も下側に位置する部分とドレンパン４２との間に冷媒配管２８が配設されている。そして、冷媒配管２８の一部４６は、屈曲して形成されることによってドレンパン４２内に配設されている。

また、熱交換器２２の外気の流れの下流側、かつ熱交換器２２と平行に加湿器３２が配設されている。なお、熱交換器２２と加湿器３２を平行に配設する例を説明したが、図示構成に代えて適宜変更してもよい。また、加湿器３２の最も下側に位置する部分の下方に余剰水パン３８が支持されている。余剰水パン３８の底に余剰水排出口４０が形成されている。余剰水排出口４０は、下側に位置するドレンパン４２に向かって開口して形成されている。

（第３の実施形態）本発明を適用した空調機の第３の実施形態について説明する。本実施形態が第１または第２の実施形態と異なる点は、冷媒ガス配管２６をドレンパン４２内を通して配設することにある。

暖房運転時では、冷媒ガス配管２６内の冷媒ガス温度は、比較的高温（例えば、８０℃〜１００℃）である。したがって、冷媒ガス配管２６をドレンパン４２内を通して配設すれば、冷媒ガスの温度を利用してドレンパン４２内の余剰水の凍結を防止することができる。

また、冷媒ガス配管２６と冷媒配管２８の双方をドレンパン４２内を通して配設するようにしてもよい。これにより、外気温度がさらに低いときでも、ドレンパン４２内の余剰水の凍結を防止することができる。

本発明を適用した本実施形態の空調機の系統図である。 第１の実施形態の室内ユニットの構成図である。 本発明を据え置き型の室内ユニットに適用した構成図である。

符号の説明

１０ 室外ユニット
１２ 室内ユニット
１４ 圧縮機
１６ 熱交換器
２２ 熱交換器
２６ 冷媒ガス配管
２８ 冷媒配管
３２ 加湿器
４２ ドレンパン

Claims (2)

1. 圧縮された冷媒の凝縮熱を利用して送風機により吸引された外気を加熱する凝縮器と該凝縮器により凝縮された冷媒を減圧する減圧手段とを含む室内ユニットと、前記減圧手段により減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と該蒸発器により蒸発された冷媒を圧縮する圧縮機とを含む室外ユニットとを、冷媒配管で接続して冷凍サイクルを形成し、
   前記凝縮器の前記外気の流路の下流側に設けられた加湿器と、前記外気が通流する流路に設けられ、前記加湿器の余剰水を受ける水受けとを備えた空調機において、
   前記凝縮器により凝縮された冷媒が通流する冷媒配管の一部を前記水受け内に通して配設したことを特徴とする空調機。
2. 前記水受けは、容器の側面又は底面のいずれか一方に排出口を有し、前記冷媒配管は、前記排出口又はその近傍に位置させて配設されてなることを特徴とする請求項１に記載の空調機。

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