JP4404698B2

JP4404698B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP4404698B2
Application number: JP2004176738A
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: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2024-06-15
Also published as: JP2006002954A

Description

全熱交換素子を備えた空気調和装置に関する。

一般に、室内を締め切った状態が長時間に亘ると、室内の空気が汚れてくるので、室外の新鮮な空気を室内に取り入れる換気を行う換気装置がある。また、このような換気を行う際に、室内の温度をあまり変動させないのが望ましい。従って、上記の換気装置において、室内の換気の際に、室外に排出する内気と室内に供給する外気との間で熱交換させる全熱交換素子を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、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た空気調和装置が知られている。この空気調和装置を運転させる場合は、通常、室内を締め切った状態で行われるので、上記換気装置を備え、室内の空調を行うとともに室内の換気を行う空気調和装置がある。
特開２００１−２３５２００号公報

しかしながら、上記換気装置では、外気が低温（例えば、氷点下）のときに換気を行う場合、全熱交換素子に低温の外気が供給され続けると、全熱交換素子の外気入口に結露が生じ、この結露水が凍結して全熱交換素子の外気入口が閉塞されてしまうという問題があった。このように全熱交換素子の外気入口が閉塞された状態では、必要な換気量が得られないばかりでなく、全熱交換素子にかかる風圧が増大し、全熱交換素子が破損する恐れがあった。

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、全熱交換素子の外気入口の凍結を抑制す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、空気調和機本体と、この空気調和機本体の後部に連結されて一体化された外気調温用の換気装置本体とを備え、これらが一体に天井に吊り下げられ、空気調和機本体には、利用側熱交換器、及び利用側送風機が配置され、換気装置本体には、外気導入風路を通過する外気と内気排出風路を通過する内気との間で熱交換させる全熱交換素子、給気ファン、及び排気ファンが配置され、前記各本体の吹出し口が夫々独立し、各吹出し口は近接配置されて、空気調和機本体の吹出し口から吹出される空気と、換気装置本体の吹出し口から吹出される空気とが、各吹出し口の出口でミキシング自在に構成され、前記換気装置本体には、全熱交換素子の外気入口に供給される空気温度が所定温度以下の場合、前記全熱交換素子の内気出口から排出される内気の一部を前記全熱交換素子の外気入口に導く供給手段を備えたことを特徴とする。

前記供給手段は、前記空気温度が前記所定温度以下となってから所定時間を経過した場合、前記全熱交換素子の内気出口から排出される内気の一部を前記全熱交換素子の外気入口に導くようにしてもよい。

前記供給手段は、前記外気導入風路における外気入口側と、前記内気排出風路における内気出口側とをバイパスするバイパス風路を備えるとともに、このバイパス風路にダンパを備え、前記全熱交換素子の内気出口から排出される内気の一部を前記全熱交換素子の外気入口に導く際に、前記ダンパを開くようにしてもよい。

本発明によれば、全熱交換素子の外気入口の凍結を抑制することができる。

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。

図１は、本発明に係る空気調和装置の一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。また、図２は空気調和装置１０の利用側ユニット１３を下から見た斜視図である。また、図３は、空気調和装置１０の利用側ユニット１３を示す断面図である。

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。

空気調和装置１０が暖房運転を行う場合、利用側ユニット１３における電動膨張弁２６は弁が全開に制御され、熱源側ユニット１１における電動膨張弁２２は弁開度が調整される。この状態で熱源側ユニット１１の圧縮機１８が起動されると、この圧縮機１８から吐出されたガス冷媒は、利用側熱交換器２５へ流入し、この利用側熱交換器２５にて凝縮液化され、室内を暖房する。この液冷媒は、電動膨張弁２６を通過して、電動膨張弁２２で減圧され、熱源側熱交換器２１にて蒸発され、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。

また、空気調和装置１０が冷房運転を行う場合、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に流入して凝縮し、電動膨張弁２２を経て、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。

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。

次に、利用側ユニット１３の換気装置５０について説明する。

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、全熱交換素子５３を備えている。この全熱交換素子５３は、図４に示すように、蛇行状に折り曲げた折曲げ紙Ａに平板状紙Ｂをのせ、その上に、折曲げ紙Ａとはその折り曲げ方向を変えた折曲げ紙Ｃを重ねるようにして、これら折曲げ紙Ａ，Ｃと平板状紙Ｂとを順次積層させて構成されている。これによって、全熱交換素子５３は、折曲げ紙Ａによって外気入口５３Ａと、この外気入口５３Ａに対向する外気出口５３Ｂとが形成されるとともに、折曲げ紙Ｃによって内気入口５３Ｃとこの内気入口５３Ｃに対向する内気出口５３Ｄとが形成される。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、外気導入風路５４を通過する外気と内気排出風路５５を通過する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における全熱交換素子５３の外気入口５３Ａ側に給気ファン５６及び外気フィルタ５７を備えるとともに、外気導入風路５４における全熱交換素子５３の外気出口５３Ｂ側に加湿器５８を備えている。この構成により、給気ダクト５９から導入された外気は、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を経て吹出しルーバ６６（図３）により風向が調整され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における全熱交換素子５３の内気出口５３Ｄ側に風路変更用ダンパ６０及び排気ファン６１を備えている。この構成により、被調和室からの内気は、吸込みグリル６４（図３）を経て全熱交換素子５３に至り、ここで、外気と熱交換した後に、風路変更用ダンパ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。

風路変更用ダンパ６０は風路を遮断自在であり、風路変更用ダンパ６０が動作すると、全熱交換素子５３の内気出口５３Ｄ側が封鎖され、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。

本実施形態では、空気調和装置１０の利用側ユニット１３が、図２に示すように、天井に吊り下げられる空気調和機本体１３Ａと、この空気調和機本体１３Ａの後部に連結されて一体化された外気調温用の換気装置本体５０Ａとを備えて構成されている。

空気調和機本体１３Ａの内部には、図３に示すように、上述した利用側熱交換器２５、利用側送風機２７、ドレンパン７１、さらには電装箱７２等が配置され、その吸込みグリル７３にはフィルタ７３Ａが配置されている。これが運転されると、吸込みグリル７３を介して内気が吸い込まれ、この内気は、利用側送風機２７を経て利用側熱交換器２５に至り、ここで冷媒と熱交換した後に、吹出し口７４を介して被調和室に吹出される。

換気装置本体５０Ａの内部には、上述した全熱交換素子５３、給気ファン５６、排気ファン６１等が配置され、その吸込みグリル６４にはフィルタ６４Ａが配置されている。

本実施形態では、各本体１３Ａ，５０Ａの吹出し口７４，６７が夫々独立して形成されている。各吹出し口７４，６７は、近接配置され、空気調和機本体１３Ａの吹出し口７４から吹出される空気と、換気装置本体５０Ａの吹出し口６７から吹出される空気とを、各吹出し口７４，６７の出口でミキシング自在に構成されている。

この空気調和機本体１３Ａの高さＨ１は、図３に示すように、換気装置本体５０Ａの高さＨ２よりも低く形成され、この低くなった空気調和機本体１３Ａの上部には、換気装置本体５０Ａの外気導入風路５４Ｂが形成されている。この外気導入風路５４Ｂは、全熱交換素子５３で熱交換した外気を室内に導く風路である。この外気導入風路５４Ｂの高さと空気調和機本体１３Ａの高さＨ１とを足した全高が、換気装置本体５０Ａの高さＨ２とほぼ等しくなるように形成されている。

外気導入風路５４Ｂの先端部には、当該外気導入風路５４Ｂの幅とほぼ同一幅の吹出し口６７を備え、この吹出し口６７の全幅は、図５に示すように、空気調和機本体１３Ａの吹出し口７４の全幅と等しくなるように形成されている。

また、図３に示すように、天井に吊り下げられる換気装置本体５０Ａは、その内部に全熱交換素子５３の収納部Ｒ１と、給気ファン５６及び排気ファン６１の収納部Ｒ２とを、換気装置本体５０Ａの奥行き方向に横並びに備えている。

給気ファン５６及び排気ファン６１は、図５に示すように、幅Ｗ及び長さＬ並びに高さＨ（図３）を有する発泡樹脂製の風路形成体２０２内にまとめて収納されており、この風路形成体２０２は、両端部を規制部材２０５で規制された状態で、長さＬ方向に間隔をあけて固定された、長さＷ２及び高さＨ３（図３）を有する複数の載置板２０３上に載置されている。これら複数の載置板２０３は、給気ファン５６及び排気ファン６１における吸気通路及び排気通路を区画する仕切り板を兼ねている。また、風路形成体２０２の横位置を規制するため、図３に示すように、全熱交換素子収納部Ｒ１には、幅Ｗ１及び長さＬ１（図５）並びに高さＨ２を有する発泡樹脂製のエレメントケーシング（図示せず）が嵌め込まれ、このケーシングに、全熱交換素子５３が保持されている。

全熱交換素子５３に対向する風路形成体２０２の面２０２Ａには、給気ファン５６の吹出し口に対応する開口部６０１と、この開口部６０１に連なり、給気ファン５６からの送風を全熱交換素子５３の全幅に導く導風部６０２とを備えて構成される。

本実施形態では、全熱交換素子５３が、風路形成体２０２に形成された開口部６０１及び導風部６０２に対向して配置されているため、給気ファン５６による送風のかなりの量が、開口部６０１を経た後に、導風部６０２に導かれ、そこを通じて全熱交換素子５３の全幅にほぼ均等に配分される。

ところで、外気が低温（例えば、氷点下）の場合、全熱交換素子５３の外気入口５３Ａには、結露が生じ、この結露水が凍結しやすい。

本実施形態では、空気調和装置１０は、図１に示すように、全熱交換素子５３の内気出口５３Ｄから排出される内気の一部を、全熱交換素子５３の外気入口５３Ａ側に導くバイパス風路８０を備えている。

このバイパス風路８０は、外気導入風路５４の外気入口側と、内気排出風路５５の内気出口側とをバイパスしている。より具体的には、バイパス風路８０は、外気導入風路５４における給気ファン５６の吸込側と、内気排出風路５５における排気ファン６１の吹出側とをバイパスしている。このバイパス風路８０は、ダクトで形成されており、給気ダクト５９や排気ダクト６２と略同じ径に設定されている。

また、全熱交換素子５３の外気入口５３Ａに供給される外気の温度を検出する温度検出手段として、温度センサ４７が、全熱交換素子５３における外気入口５３Ａ近傍に設けられている。この温度センサ４７は、給気ファン５６の吹出し口に対応する開口部６０１（図５）近傍に設けるのが好ましい。つまり、この開口部６０１近傍が最も低温となり、開口部６０１近傍における全熱交換素子５３の外気入口５３Ａが凍結しやすいからである。また、内気温度を検出する内気温度検出手段としての温度センサ４８が、例えば、利用側ユニット１３の吸込みグリル７３（図３）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の温度センサ４９が、例えば、熱源側ユニット１１の不図示の吸込口に設けられている。

このバイパス風路８０には、ダンパ８１が設けられており、このダンパ８１が閉じている場合は、バイパス風路８０が閉鎖される。

このバイパス風路８０及びダンパ８１は、図２に示すように、収納ボックス８２に収納されており、換気装置本体５０Ａに着脱自在に構成されている。排気ダクト６２及び給気ダクト５９は、この収納ボックス８２の下面若しくは背面に接続される。

このダンパ８１の開閉制御は、制御装置４５により行われる。以下、制御装置４５によるダンパ８１の制御動作について、図６に示す制御フローチャートを参照しながら説明する。

まず、制御装置４５は、内気温度が外気温度を上回るか否かを判断する（ステップＳ１）。なお、暖房運転を行っているとき、通常、内気温度は外気温度を上回るので、暖房運転を行っているか否かを判断してもよい。

内気温度が外気温度を上回る場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、制御装置４５は、温度センサ４７により検出された検出温度（全熱交換素子５３の外気入口５３Ａに供給される空気温度）が、全熱交換素子５３で凍結しそうな所定温度以下であるか否かを判断する（ステップＳ２）。

検出温度が所定温度以下である場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、制御装置４５は、検出温度が所定温度以下であるのを検出してから計時を開始し、全熱交換素子５３において凍結するのに十分な時間である第１の所定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ３）。計時を開始してから第１の所定時間が経過しておらず（ステップＳ３；Ｎｏ）、検出温度が所定温度以下である場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）は、計時を継続する。

計時を開始してから（つまり、検出温度が所定温度以下であるのを検出してから）第１の所定時間が経過した場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、全熱交換素子５３の外気入口５３Ａ側が凍結しそうであるので、制御装置４５は、ダンパ８１を開く制御を行う（ステップＳ４）。

このとき、給気ファン５６の運転によって外気導入風路５４における給気ファン５６の吸込側が負圧になっており、内気排出風路５５の全熱交換素子５３の内気出口５３Ｄ側の空気の一部は、バイパス風路８０を介して外気導入風路５４側に吸引されることとなる。これによって、全熱交換素子５３において熱交換し排出される内気の一部が、バイパス風路８０を介して全熱交換素子５３の外気入口５３Ａ側に導かれる。ここで、内気温度は、外気温度よりも高いので、全熱交換素子５３の外気入口５３Ａ側には、外気よりも高い温度の空気が導かれることとなる。また、外気導入風路５４に導入される外気の量は、内気が外気導入風路５４に戻された分だけ減少し、外気導入風路５４において外気と内気が混合して全熱交換素子５３の外気入口５３Ａに供給されることとなる。

このように、例えば氷点下の低温外気によって全熱交換素子５３が凍結しそうな場合、全熱交換素子５３の外気入口５３Ａに温められた空気が供給されることとなるので、換気装置５０の換気運転を停止させることなく、全熱交換素子５３外気入口５３Ａが結露水で凍結するのを抑制することができる。

また、排出される内気の一部が室内に戻されるものの、それ以外の内気は、室外に排出されるので、室内の空気を清浄に保つことができる。

次に、制御装置４５は、ダンパ８１が開かれてから第２の所定時間（例えば、１０分間）が経過したか否かを判断する（ステップＳ５）。この第２の所定時間は、全熱交換素子５３の外気入口５３Ａにおける凍結を回避できる程度の長さに設定されている。

そして、この第２の所定時間が経過していない場合は（ステップＳ５；Ｎｏ）、第２の所定時間が経過するまで、ダンパ８１が開いた状態を維持し、第２の所定時間が経過した場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、制御装置４５は、ダンパ８１を閉じる制御をする。これによって、バイパス風路８０が閉鎖される。従って、全熱交換素子５３を経た内気は、全て室外に排出される。

なお、内気温度が外気温度を下回る場合（ステップＳ１；Ｎｏ）や検出温度が所定温度を上回る場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、全熱交換素子５３を経た内気は、室外に排気するのがよいので、ダンパ８１は閉じたままにしておく。

以上説明したように、全熱交換素子５３の外気入口５３Ａに供給される空気温度が所定温度以下の場合、ダンパ８１を開くことにより、内気の一部が外気導入風路５４に供給され、外気導入風路５４に導入された外気と混合して全熱交換素子５３の外気入口５３Ａに導かれるので、全熱交換素子５３の外気入口５３Ａの凍結を抑制することができる。

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、上記実施形態では、収納ボックス８２にバイパス風路８０及びダンパ８１が収納されている場合について説明したが、これに限らず、換気装置本体５０Ａの内部にバイパス風路８０及びダンパ８１が収納されている場合であってもよい。

本発明に係る空気調和装置の一実施形態が適用された氷蓄熱ユニットを備えた空気調和装置を示す管路図である。空気調和装置の利用側ユニットを下から見た斜視図である。空気調和装置の利用側ユニットを示す断面図である。全熱交換素子の斜視図である。空気調和装置の利用側ユニットの平面図である。制御装置によるダンパの制御を示す制御フローチャートである。

符号の説明

１０空気調和装置
１８圧縮機
２１熱源側熱交換器
２５利用側熱交換器
３５蓄熱コイル
３６氷蓄熱槽
４５制御装置（供給手段）
５３全熱交換素子
５４外気導入風路
５５内気排出風路
８０バイパス風路（供給手段）
８１ダンパ（供給手段）

Claims

空気調和機本体と、この空気調和機本体の後部に連結されて一体化された外気調温用の換気装置本体とを備え、
これらが一体に天井に吊り下げられ、
空気調和機本体には、利用側熱交換器、及び利用側送風機が配置され、
換気装置本体には、外気導入風路を通過する外気と内気排出風路を通過する内気との間で熱交換させる全熱交換素子、給気ファン、及び排気ファンが配置され、
前記各本体の吹出し口が夫々独立し、各吹出し口は近接配置されて、空気調和機本体の吹出し口から吹出される空気と、換気装置本体の吹出し口から吹出される空気とが、各吹出し口の出口でミキシング自在に構成され、
前記換気装置本体には、全熱交換素子の外気入口に供給される空気温度が所定温度以下の場合、前記全熱交換素子の内気出口から排出される内気の一部を前記全熱交換素子の外気入口に導く供給手段を備えた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、
前記供給手段は、前記空気温度が前記所定温度以下となってから所定時間を経過した場合、前記全熱交換素子の内気出口から排出される内気の一部を前記全熱交換素子の外気入口に導くことを特徴とする空気調和装置。
請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置において、
前記供給手段は、前記外気導入風路における外気入口側と、前記内気排出風路における内気出口側とをバイパスするバイパス風路を備えるとともに、このバイパス風路にダンパを備え、前記全熱交換素子の内気出口から排出される内気の一部を前記全熱交換素子の外気入口に導く際に、前記ダンパを開くことを特徴とする空気調和装置。