JP4353859B2

JP4353859B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP4353859B2
Application number: JP2004176736A
Authority: JP
Inventors: 隆明田村
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2024-06-15
Also published as: JP2006002952A

Description

室内の空気を排気する空気調和装置に関する。

一般に、圧縮機、熱源側熱交換器、及び利用側熱交換器を備え、冷房運転を可能とした空気調和装置が知られている。この種の空気調和装置において、被調和室である室内の空気を排気するとともに、室外の空気を室内に取り入れることで室内の換気を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１８６８４０号公報

しかしながら、上記空気調和装置では、冷房運転時には、外気よりも低い温度の室内の空気が室外に排気されることとなるので、室内の熱負荷が増大し、この熱負荷の増大に伴って圧縮機等における消費電力が増大し、ＣＯＰが低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、室内の排熱を利用してＣＯＰを向上させることができる空気調和装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、圧縮機、熱源側熱交換器、及び利用側熱交換器を備えた空気調和装置において、前記熱源側熱交換器が、冷房運転時に使用されて冷媒を冷却する熱交換部を備え、この熱交換部もしくは室外のいずれに、空気熱源としての室内の空気を排気する切換手段が配設された内気排出手段を備え、この内気排出手段は、前記室内の空気と外気との熱交換を行う全熱交換器と、この全熱交換器の下流に配置されるダンパと、当該全熱交換器をバイパスするバイパス風路とを備え、冷房運転時に、前記室内の温度が外気温度よりも高い場合、前記ダンパを閉じるとともに、前記切換手段を室外側に切り換えて、当該室内の空気を前記バイパス風路を介して室外に排出し、前記室内の温度が外気温度よりも低い場合、前記ダンパを開くとともに、前記切換手段を前記熱交換部側に切り換えて、前記全熱交換器で熱交換した室内の空気を前記熱交換部に導くように制御する制御手段を備えることを特徴とする。

また、上記空気調和装置において、前記熱源側熱交換器は、複数の熱交換部を備え、前記内気排出手段は、これら複数の熱交換部のうち、少なくとも一つの熱交換部に室内の空気を導くようにしてもよい。

更に、上記空気調和装置において、前記内気排出手段は、室内の空気を前記熱交換器部に導く断熱ダクトを備えてもよい。

本発明によれば、室内の排熱を有効に利用してＣＯＰを向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

［１］第１実施形態
図１は、本発明に係る空気調和装置の第１実施形態が適用された空気調和装置を示す管路図である。

空気調和装置１０は、図１に示すように、熱源側ユニット１１、及び利用側ユニット１３を有して構成される。熱源側ユニット１１の冷媒配管１４と、利用側ユニット１３の冷媒配管３０とが、冷媒配管（液管）１６、冷媒配管（ガス管）１７により接続される。

熱源側ユニット１１は、例えば、室外に設置され、利用側ユニット１３は、被空調室である室内に設置される。

熱源側ユニット１１は、容量可変型の圧縮機１８と、アキュムレータ１９と、四方弁２０と、熱源側熱交換器２１と、電動膨張弁（減圧器）２２とを備え、冷媒配管１４に圧縮機１８が配設され、この圧縮機１８の吸込側にアキュムレータ１９が、吐出側に四方弁２０がそれぞれ配設され、この四方弁２０に熱源側熱交換器２１及び電動膨張弁２２が冷媒配管１４を介して接続される。更に、熱源側ユニット１１は、熱源側熱交換器２１に送風する熱源側送風機２４を備えている。

利用側ユニット１３は、利用側熱交換器２５及び電動膨張弁（減圧器）２６を備え、冷媒配管３０に利用側熱交換器２５が配設され、この冷媒配管３０において利用側熱交換器２５近傍に電動膨張弁２６が配設されて構成される。この電動膨張弁２６は、空調負荷に応じて弁開度が調整される。更に、利用側ユニット１３は、利用側熱交換器２５に送風する利用側送風機２７を備えており、空気が利用側熱交換器２５で冷媒と熱交換した後に、被調和室に吹出される。また、利用側ユニット１３は、室内の換気を行う換気装置５０を備えている。この換気装置５０は、空調用の各種機器２５、２６、２７等が収められる利用側ユニット１３の筐体内に一体に収められている。

換気装置５０は、室外空気（外気）を室内に導く外気導入部５１と、室内空気（内気）を室外に排気する内気排出部５２とを備えている。また、換気装置５０は、全熱交換器としての全熱交換素子５３を備えている。この全熱交換素子５３は、外気導入部５１の外気導入風路５４及び内気排出部５２の内気排出風路５５に跨るように配置され、導入された外気と、導入された内気との間で熱交換させる機能を備えている。つまり、空気調和装置１０が冷房運転を行っている際に換気装置５０が換気運転を行う場合、全熱交換素子５３は、暖かい外気と冷えた室内の排気との間で熱交換して外気を冷やし、室内に給気している。また、空気調和装置１０が暖房運転を行っている際に換気装置５０が換気運転を行う場合、全熱交換素子５３は、冷たい外気と暖かい室内の排気との間で熱交換して外気を暖め、室内に給気している。これによって、換気運転による室内の熱負荷の増大を抑制することができるとともに、換気運転により空調性が低下するのを抑制することができる。

外気導入部５１は、外気導入風路５４に給気ファン５６、外気フィルタ５７、全熱交換素子５３及び加湿器５８を備えている。給気ダクト５９を介して外気導入風路５４に導入された外気は、給気ファン５６を経た後、外気フィルタ５７を介して全熱交換素子５３に至り、ここで内気と熱交換した後、加湿器５８を経て室内に吹出される。この加湿器５８には加湿タンク５８Ａが接続され、この加湿タンク５８Ａの加湿水が加湿器５８に順次供給される。

また、内気排出部５２は、内気排出風路５５に全熱交換素子５３、ダンパ６０及び排気ファン６１を備えている。内気排出風路５５に導かれた内気は、全熱交換素子５３に至り、ここで、外気と熱交換した後に、ダンパ６０及び排気ファン６１を経て排気ダクト６２を介して室外に排気される。

ダンパ６０は風路を遮断自在であり、ダンパ６０が動作すると、内気排出風路５５における全熱交換素子５３の出口が封鎖され、内気は、全熱交換素子５３をバイパスし、普通換気風路６３を介して排気ファン６１に至り、排気ダクト６２を介して室外に排気される。

熱源側ユニット１１には、空気調和装置１０全体の運転制御を行う制御手段としての制御装置４５が設けられている。ここで、この制御装置４５は、利用側ユニット１３に設けられる場合であってもよいし、これらユニット１１，１３とは別体（例えば、リモートコントローラ）に設けられてもよい。

ところで、熱源側熱交換器２１は、複数（例えば、２つ）の熱交換部２１Ａ、２１Ｂを備えている。これら熱交換部２１Ａ、２１Ｂは、冷媒配管１４によって互いに直列に接続されている。この熱交換部２１Ａには、熱源側送風機２４が隣接して配置されている。なお、電動膨張弁２２は、熱交換部２１Ａと熱交換部２１Ｂとの間に配設されている。

通常、空気調和装置１０の冷房運転時において換気運転を行う場合、内気温度は、外気温度よりも低いものである。

本第１実施形態では、内気排出部５２は、熱交換部２１Ｂに空気熱源として内気を排気するように構成されている。内気をこの熱交換部２１Ｂへ排気する動作は、冷房運転時に行われる。

空気調和装置１０の冷房運転について説明すると、空気調和装置１０の冷房運転時は、電動膨張弁２２が全開に制御され、電動膨張弁２６の弁開度が調整される。

この状態で、圧縮機１８から吐出されたガス冷媒は、熱源側熱交換器２１の熱交換部２１Ａに流入して凝縮し、電動膨張弁２２を経て、熱交換部２１Ｂに流入する。

この熱交換部２１Ｂには、内気排出部５２により冷風が吹付けられるので、熱交換部２１Ｂに流入した冷媒は、更に冷却されて過冷却状態となる。従って、熱交換部２１Ｂに流入した冷媒は、十分に冷却されて液冷媒となるので、冷媒がフラッシュガスとなるのを抑制することができる。従って、冷媒配管（液管）１６を細径化することができるので、コストダウンを図ることができ、また、冷媒配管１６における冷媒の圧力損失を低減することができる。

この熱交換部２１Ｂにて過冷却状態となった液冷媒は、利用側ユニット１３の電動膨張弁２６にて減圧され、利用側熱交換器２５で蒸発して、室内を冷房する。

このように、過冷却液となった冷媒が利用側ユニット１３の電動膨張弁２６に入り、利用側熱交換器２５で蒸発するので、冷房能力が向上する。また、圧縮機１８や熱源側送風機２４の消費電力を抑えることができる。従って、室外に排出される排気の冷熱（排熱）を利用して冷房運転時のＣＯＰを向上させることができる。

この利用側熱交換器２５で蒸発気化した冷媒は、熱源側ユニット１１の四方弁２０へ至り、アキュムレータ１９を経て圧縮機１８に戻される。

本第１実施形態では、内気排出部５２は、全熱交換素子５３で熱交換した内気を熱交換部２１Ｂに導くように構成されている。つまり、換気運転の際に全熱交換素子５３で排気しようとする内気と室内に給気しようとする外気とを熱交換しても、この全熱交換素子５３で熱交換した内気は、室外の外気温度よりも低い状態である。例えば、室内の温度が２７℃であり、外気温度が３５℃であった場合、全熱交換素子５３にて熱交換した内気の温度は、３０℃程度にまで上昇するが、外気温度（３５℃）よりも低い状態である。

したがって、熱交換部２１Ｂには、外気温度よりも低温の排気が導かれるので、熱交換部２１Ｂに流入した冷媒を十分に冷却することができ、より効率的な冷房運転を行うことができる。

また、内気排出部５２は、全熱交換素子５３で熱交換した内気を熱交換部２１Ｂに導く断熱ダクト６６を備えている。このように、断熱ダクト６６を用いて内気を熱交換部２１Ｂに導くようにしたので、この断熱ダクト６６を通過する空気の熱損失を低減することができる。

本第１実施形態では、内気排出部５２は、冷房運転時に全熱交換素子５３で熱交換した室内の空気を熱交換部２１Ｂに導き、冷房運転以外の運転時（例えば、暖房運転時）に室外に排気する切換手段としての三方弁６５が、全熱交換素子５３の内気出口側に配設されている。

この三方弁６５は、１つの空気入口ポートと、２つの空気出口ポートとを備え、一方の空気出口ポートが断熱ダクト６６に接続されるとともに、他方の空気出口ポートが排気ダクト６２に接続されている。そして、三方弁６５の開閉制御により、全熱交換素子５３を通過した内気が断熱ダクト６６を介して熱交換部２１Ｂに導かれ、室外に排気されるか、或いは、排気ダクト６２を介して直接室外に排気される。この三方弁６５は、制御装置４５により弁の開閉が制御される。

これによって、冷房運転時に室内の換気による冷風が熱交換部２１Ｂに吹付けられることとなるので、熱源側熱交換器２１にて冷媒を過冷却液にすることができ、冷房能力が向上し、ＣＯＰが向上する。

また、本第１実施形態では、室内の温度を検出する室内温度検出手段として、温度センサ４７が、換気装置５０の内気を吸込む吸込口（不図示）近傍に設けられている。また、外気温度を検出する外気温度検出手段として、温度センサ４８が、熱源側ユニット１１の空気吸込口（不図示）近傍に設けられている。

空気調和装置１０が冷房運転時に換気運転を行っている場合、制御装置４５は、室内の温度が外気温度を上回るか否かを判断する（判断手段）。この判断の結果、例えば、真夏等の部屋を閉め切った状態の空気調和装置１０の起動時等、室内温度が外気温度を上回る場合、制御装置４５は、断熱ダクト６６側（熱交換部２１Ｂ側）を遮断し、内気を室外に直接排気するように、三方弁６５を制御する（排気手段）。これによって、熱風が熱交換部２１Ｂに吹付けられるのを防止することができるので、より安定した冷房運転を実施することができる。

また、この場合、ダンパ６０を動作させ、全熱交換素子５３をバイパスし、内気を排気するのが好ましい。これによって、冷房運転時に熱風が室内に吹きつけられるのを抑制することができ、冷房運転時の空調性が低下するのを抑制することができる。

［２］第２実施形態
上記第１実施形態では、熱源側熱交換器２１が複数の熱交換部２１Ａ、２１Ｂを備え、熱交換部２１Ｂに、内気を排気する場合について説明したが、本第２実施形態では、熱源側熱交換器２１が１つの熱交換部で構成される場合について説明する。図２は、第２実施形態が適用された空気調和装置を示す管路図である。以下、この第２実施形態において、上記第１実施形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

図２に示すように、熱源側熱交換器２１は、１つの熱交換部を備えており、空気調和装置１０の冷房運転時に全熱交換素子５３で熱交換した内気が断熱ダクト６６を介して熱源側熱交換器２１に導かれる。これによって、上記第１実施形態と同様に、熱源側熱交換器２１には、内気排出部５２により冷風が吹付けられることとなるので、熱源側熱交換器２１に流入した冷媒は、更に冷却されて過冷却状態となる。従って、熱源側熱交換器２１に流入した冷媒は、十分に冷却されて液冷媒となるので、冷媒がフラッシュガスとなるのを抑制することができる。従って、冷媒配管（液管）１６を細径化することができるので、コストダウンを図ることができ、また、冷媒配管１６における冷媒の圧力損失を低減することができる。また、過冷却液となった冷媒が利用側ユニット１３の電動膨張弁２６に入り、利用側熱交換器２５で蒸発するので、冷房能力が向上し、冷房運転時のＣＯＰを向上させることができる。

以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。

例えば、上記第１実施形態では、熱源側熱交換器２１が複数の熱交換部２１Ａ、２１Ｂを備え、熱交換部２１Ｂに内気を排気するように構成した場合について説明したが、これに限るものではなく、少なくとも一つの熱交換部に内気を排気するように構成されていればよく、例えば、熱交換部２１Ａに内気を排気してもよいし、熱交換部２１Ａ、２１Ｂに内気を排気してもよい。

また、上記第１、第２実施形態では、三方弁６５を備え、この三方弁６５を切り替えて内気を熱交換部２１Ｂ側に排気、又は直接室外に排気する場合について説明したが、これに限るものではなく、三方弁６５の替わりにダンパを設け、このダンパを切り替えることにより、全熱交換素子５３で熱交換した内気を熱交換部２１Ｂ側に排気、又は直接室外に排気するように構成してもよい。

第１実施形態が適用された空気調和装置を示す管路図である。第２実施形態が適用された空気調和装置を示す管路図である。

符号の説明

１０空気調和装置
１８圧縮機
２１熱源側熱交換器
２１Ａ，２１Ｂ熱交換部
２５利用側熱交換器
５１外気導入部
５２内気排出部（内気排出手段）
５４全熱交換素子（全熱交換器）
６６断熱ダクト

Claims

圧縮機、熱源側熱交換器、及び利用側熱交換器を備えた空気調和装置において、
前記熱源側熱交換器が、冷房運転時に使用されて冷媒を冷却する熱交換部を備え、
この熱交換部もしくは室外のいずれに、空気熱源としての室内の空気を排気する切換手段が配設された内気排出手段を備え、この内気排出手段は、前記室内の空気と外気との熱交換を行う全熱交換器と、この全熱交換器の下流に配置されるダンパと、当該全熱交換器をバイパスするバイパス風路とを備え、
冷房運転時に、前記室内の温度が外気温度よりも高い場合、前記ダンパを閉じるとともに、前記切換手段を室外側に切り換えて、当該室内の空気を前記バイパス風路を介して室外に排出し、前記室内の温度が外気温度よりも低い場合、前記ダンパを開くとともに、前記切換手段を前記熱交換部側に切り換えて、前記全熱交換器で熱交換した室内の空気を前記熱交換部に導くように制御する制御手段を備えることを特徴とする空気調和装置。
請求項１に記載の空気調和装置において、
前記熱源側熱交換器は、複数の熱交換部を備え、
前記内気排出手段は、これら複数の熱交換部のうち、少なくとも一つの熱交換部に室内の空気を導くことを特徴とする空気調和装置。
請求項１又は２に記載の空気調和装置において、
前記内気排出手段は、室内の空気を前記熱交換器部に導く断熱ダクトを備えたことを特徴とする空気調和装置。