JP4518998B2 - ヒートポンプ式空気調和装置 - Google Patents
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Description
本発明は外気を導入して全熱交換器により被空調室からの還気と熱交換せしめ、冷媒回路の操作により冷房と暖房を切替えて行うことができるヒートポンプ式空気調和装置に関し、より詳しくは、暖房運転時において蒸発器として作用する熱交換器への着霜を防止できるようにした空気調和装置に関する。
導入した外気を空気調和して被空調室に送り、被空調室からの還気を外部に排出する外気処理タイプの空気調和機においては、導入外気を空気調和して被空調室に送る給気流路と、被空調室からの還気を外部に排出する排気流路との間にこれら２つの流路を跨ぐ全熱交換器を設け、この全熱交換器による外気と還気との熱交換により還気中の残留熱エネルギを回収するとともに、前記２つの流路にそれぞれヒートポンプ回路の一方の熱交換器を配してさらなる廃熱回収を行い、省エネルギ化を図るようにしたものが従来から広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、上述のような装置においては冬季の暖房運転時に排気流路における熱交換器が冷媒回路の蒸発器として作用するのであるが、外気温が低下すると同蒸発器における空気出口の温度が５℃以下に低下する場合がある。
このような場合、蒸発器には着霜のおそれがあり、着霜した場合には蒸発器に圧縮機からの高温冷媒ガスを供給する除霜運転を行わなければならず、この除霜運転時には被空調室へ加温空気を供給することができず、したがって暖房運転が中断されてしまう。
特開平７−３１０９６４号公報（第１〜４頁、図１〜４）
本発明は、排気流路における熱交換器の温度低下を防止し、暖房運転時における除霜運転の必要性を廃し、安定した連続運転を行うことができるヒートポンプ式空気調和装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明に係るヒートポンプ式空気調和装置は、外気導入口と被空調室への給気口とを有する給気流路と、被空調室からの還気口と外部への排気口とを有する排気流路との間に、これら給気流路と排気流路を跨ぐ全熱交換器を備え、前記給気流路における全熱交換器の下流側に設けた第１熱交換器と、前記排気流路における全熱交換器の下流側に設けた第２熱交換器とに対し、圧縮機からの冷媒を前記第１熱交換器と第２熱交換器の順またはその逆に流通せしめて被空調室に対する冷房運転と暖房運転を切替えて行うように構成したヒートポンプ式空気調和装置において、前記排気流路内において前記全熱交換器をバイパスするバイパス空気流路を設け、同バイパス空気流路内に開度制御用のダンパ機構を設け、前記ダンパ機構は、暖房運転の際に外気温度が所定の値よりも低下すると、この温度の低下に伴って開度が大となるように制御されるように構成されている。
そして上記外気温度に代え、前記第２熱交換器の空気入口または同出口のうち少なくともいずれか一方の温度、前記第２熱交換器の蒸発圧力、前記第２熱交換器の出口冷媒温度、前記第２熱交換器の前面風速等の各種物理量の低下に伴って前記ダンパ機構の開度が大となるように制御するように構成する場合もある。
本発明によれば、排気流路において全熱交換器をバイパスするバイパス空気流路を設けてあるので、排気流路における第２熱交換器にはバイパス空気流路を通過し、全熱交換器を通過しないバイパス空気を供給することができる。
冬季の暖房運転時においては、前記バイパス空気は全熱交換器を通過した空気よりも温度が高いので、全熱交換器通過後の空気とバイパス空気とが混合されて第２熱交換器に供給されることにより、第２熱交換器への供給空気を昇温せしめることができ、したがって第２熱交換器の温度低下に起因する同熱交換器への着霜が防止され、除霜運転が不要となって安定した連続運転を行うことができる。
また、前記バイパス空気流路にはダンパ機構を設けてあり、外気温等に応じて開度が調節されるように構成してあるので、前記バイパス空気量は必要に応じて制御され、十分な廃熱回収を期すことができる。
本発明に係るヒートポンプ式空気調和装置の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
ケーシング１内には、外気導入口２ａから被空調室（図示省略）への給気口２ｂに至る給気流路２と、被空調室からの還気を導入する還気口３ａから外部への排気口３ｂに至る排気流路３とが設けられていて、給気流路２と排気流路３との間には、これら２つの流路を跨ぐ全熱交換器４を備えている。
ケーシング１内には、外気導入口２ａから被空調室（図示省略）への給気口２ｂに至る給気流路２と、被空調室からの還気を導入する還気口３ａから外部への排気口３ｂに至る排気流路３とが設けられていて、給気流路２と排気流路３との間には、これら２つの流路を跨ぐ全熱交換器４を備えている。
前記給気流路２には、外気口２ａ側から給気口２ｂに向かって順に、フィルタ５、前記全熱交換器４、加湿器６、第１熱交換器７、送風機８を設けてあり、前記排気流路３には、還気口３Ａから排気口３Ｂに向かって順に、フィルタ９、前記全熱交換器４、第２熱交換器１０、送風機１１を設けてある。
なお、給気流路２内におけるフィルタ５は、例えばプレフィルタ５ａと中性能フィルタ５ｂとの２段構成のものとしてある。
なお、給気流路２内におけるフィルタ５は、例えばプレフィルタ５ａと中性能フィルタ５ｂとの２段構成のものとしてある。
また、上記排気流路３におけるフィルタ９と全熱交換器４との間には、冷媒回路の圧縮機１２を設けてあり、同圧縮機１２からの冷媒は、前記第１熱交換器７と第２熱交換器１０をこの順に、またはその逆となるように四方弁１３により切替えて供給され、アキュムレータ１４を介して圧縮機に戻される構成となっており、上記四方弁の切替えによって冷房運転と暖房運転が切替えられる。
具体的には、冷房運転時には図１中に実線矢印で示されるように、圧縮機１２からの冷媒が四方弁１３を介して第２熱交換器１０に送られ、排気流路３を流過する空気との熱交換により凝縮されて第１熱交換器７に送られ、同第１熱交換器において蒸発させられて給気流路２内を流過する空気を冷却してアキュムレータ１４に送られ、同アキュムレータにて気液分離されて圧縮機１２に戻される。
なお、第１熱交換器７にて冷却された空気は被空調室に送られる。
なお、第１熱交換器７にて冷却された空気は被空調室に送られる。
また、暖房運転時には図１中に破線矢印で示されるように、圧縮機１２からの冷媒が四方弁１３を介して第１熱交換器７に送られ、給気流路２を流過する空気との熱交換によって凝縮して給気流路内の空気を加熱し、凝縮した冷媒は第２熱交換器１０に送られて蒸発させられて排気流路３内を流過する空気の熱を奪い、その後アキュムレータにて気液分離されて圧縮機１２に戻される。
なお、第１熱交換器７にて加熱された空気は被空調室に送られる。
なお、第１熱交換器７にて加熱された空気は被空調室に送られる。
しかして本発明の装置においては、前記排気流路３内の全熱交換器４をバイパスするバイパス空気流路１５を設けてあって、同バイパス空気流路にはダンパ機構１６を備えており、同ダンパ機構の開度が制御されることにより、排気流路３内を流れる空気の一部を、全熱交換器を流過させることなく第２熱交換器１０に送ることができる構成となっている。
前記ダンパ機構１６は、例えば外気導入口２ａの内側に設けた温度センサ（図示省略）と、温度制御器（図示省略）からの信号によって開度が調節されるものとしてあって、冬季の暖房運転時において外気温が予め設定された温度よりも低下すると、その低下の度合いに応じて開度が大となるように構成されている。
なお、図１中において符号１７、１８はそれぞれ第１熱交換器、第２熱交換器用の各膨張弁、１９、２０はそれぞれ第１熱交換器、第２熱交換器用の逆止弁を示している。
なお、図１中において符号１７、１８はそれぞれ第１熱交換器、第２熱交換器用の各膨張弁、１９、２０はそれぞれ第１熱交換器、第２熱交換器用の逆止弁を示している。
次に、上述した構成の装置による作用について説明する。
夏季の冷房運転時においては、外気導入口２ａからの空気がフィルタ５を経て全熱交換器４を流過し、排気流路３内の空気と熱交換した後、冷房運転時には原則として稼動されない加湿器６を通過して第１熱交換器７に送られる。
夏季の冷房運転時においては、外気導入口２ａからの空気がフィルタ５を経て全熱交換器４を流過し、排気流路３内の空気と熱交換した後、冷房運転時には原則として稼動されない加湿器６を通過して第１熱交換器７に送られる。
冷房運転時においてはこの第１熱交換器７が蒸発器として作用するので、給気流路２内の空気は第１熱交換器において所要の温度に冷却され、送風機８の駆動により給気口２ｂから送出され、給気口に接続されたダクト等（図示省略）の送気手段によって被空調室に送られる。
そして、被空調室からダクト等の送気手段によって戻された還気は、還気口３ａから排気流路３内に流入してフィルタ９を通過し、全熱交換器４に送られて給気流路２内の空気と熱交換し、第２熱交換器１０にて冷媒の凝縮熱を奪い、送風機１１の駆動により排気口３ｂから外部に排出される。
なお、冷房運転時においては排気流路３を流過する空気は原則として全量が全熱交換器４を経るものとし、バイパス空気流路１５のダンパ機構１６は全閉としておく。
また冬季の暖房運転時においては、外気導入口２ａからの空気がフィルタ５を経て全熱交換器４を流過し、排気流路３内の空気と熱交換した後、加湿器６によって湿度が調節されて第１熱交換器７に送られる。
暖房運転時においてはこの第１熱交換器７が凝縮器として作用するので、給気流路２内の空気は第１熱交換器において所要の温度に加温され、送風機８の駆動により給気口２ｂから送出され、給気口に接続されたダクト等（図示省略）の送気手段によって被空調室に送られる。
そして、被空調室からダクト等の送気手段によって戻された還気は、還気口３ａから排気流路３内に流入してフィルタ９を通過し、全熱交換器４に送られて給気流路２内の空気と熱交換し、第２熱交換器１０にて冷媒の気化冷熱を奪い、送風機１１の駆動により排気口３ｂから外部に排出される。
上述した暖房運転時においては、原則として前記バイパス空気流路１５はダンパ機構１６によって閉止されているが、外気温が低下すると上記ダンパ機構の開度が大となるように制御され、全熱交換器を流過しない空気の割合が大となる。
上述のように全熱交換器を流過しない空気量が大になるということは、全熱交換器において給気流路を流れる外気の冷熱に冷却されない比較的温度の高い空気の量が増加することになり、第２熱交換器１０に送られる空気の温度が上昇する。
したがって、第２熱交換器１０における温度の低下が防止されてこの温度を５℃より高い温度すなわち第２熱交換器への着霜のおそれがない温度とすることができ、このため第２熱交換器を除霜するための除霜運転を行う必要がなくなる。
すなわち、本発明の装置は除霜運転が不要であるから、安定した連続的な暖房運転を行うことができるだけでなく、除霜運転用の冷媒回路も不要となり、また除霜運転に伴うエネルギロスもなくすことができるというメリットもある。
図２は、本発明の装置における空気の状態を湿り空気線図に示したものであり、外気が乾球温度０．６℃、湿度３３％、還気が乾球温度２２℃、湿度４０％で、パイパス空気量を３５％としてシミュレーションを行った結果を、第２熱交換器１０の空気入口における空気状態をａ１、同出口における空気状態をａ２として示したものである。
また比較のために、外気および還気の条件を上記と同様にして、バイパス空気量を０とした場合における第２熱交換器１０の空気入口における空気状態をｂ１、同出口における空気状態をｂ２として示した。
図２の空気線図から明らかなように、バイパス空気量を０とした場合には第２熱交換器出口における空気温度が約０℃となり着霜が懸念されるのに対し、バイパス空気量を３５％とした本発明のものでは、第２熱交換器出口における空気温度が乾球温度で７．３℃となり、着霜のおそれがないことがわかる。
上述した実施例においては、バイパス空気の量を調節するダンパ機構の開度制御を、外気導入口２ａ内側における温度に基づいて行う構成としてあるが、外気温そのものに基づく制御に代えて、外気温に伴って変動する各種物理量に基づいて制御する場合もあり、例えば第２熱交換器の空気入口または出口における空気温度、第２熱交換器における冷媒の蒸発圧力やその冷媒出口における冷媒温度の低下、減少に基づいて制御する場合もあり、また、第２熱交換器における前面風速の減少、すなわち第２熱交換器への着霜開始による通風抵抗の上昇に基づいて制御する場合もある。
１ ケーシング
２ 給気流路
３ 排気流路
４ 全熱交換器
５ フィルタ
６ 加湿器
７ 第１熱交換器
８ 送風機
９ フィルタ
１０ 第２熱交換器
１１ 送風機
１２ 圧縮機
１３ 四方弁
１４ アキュムレータ
１５ バイパス空気流路
１６ ダンパ機構
１７、１８ 膨張弁
１９、２０ 逆止弁
２ 給気流路
３ 排気流路
４ 全熱交換器
５ フィルタ
６ 加湿器
７ 第１熱交換器
８ 送風機
９ フィルタ
１０ 第２熱交換器
１１ 送風機
１２ 圧縮機
１３ 四方弁
１４ アキュムレータ
１５ バイパス空気流路
１６ ダンパ機構
１７、１８ 膨張弁
１９、２０ 逆止弁
Claims (6)
- 外気導入口と被空調室への給気口とを有する給気流路と、被空調室からの還気口と外部への排気口とを有する排気流路との間に、これら給気流路と排気流路を跨ぐ全熱交換器を備え、前記給気流路における全熱交換器の下流側に設けた第１熱交換器と、前記排気流路における全熱交換器の下流側に設けた第２熱交換器とに対し、圧縮機からの冷媒を前記第１熱交換器と第２熱交換器の順またはその逆に流通せしめて被空調室に対する冷房運転と暖房運転を切替えて行うように構成したヒートポンプ式空気調和装置において、前記排気流路内において前記全熱交換器をバイパスするバイパス空気流路を設け、同バイパス空気流路内に開度制御用のダンパ機構を設け、前記ダンパ機構は、暖房運転の際に外気温度が所定の値よりも低下すると、この温度の低下に伴って開度が大となるように制御されるように構成してなるヒートポンプ式空気調和装置。
- 外気導入口と被空調室への給気口とを有する給気流路と、被空調室からの還気口と外部への排気口とを有する排気流路との間に、これら給気流路と排気流路を跨ぐ全熱交換器を備え、前記給気流路における全熱交換器の下流側に設けた第１熱交換器と、前記排気流路における全熱交換器の下流側に設けた第２熱交換器とに対し、圧縮機からの冷媒を前記第１熱交換器と第２熱交換器の順またはその逆に流通せしめて被空調室に対する冷房運転と暖房運転を切替えて行うように構成したヒートポンプ式空気調和装置において、前記排気流路内において前記全熱交換器をバイパスするバイパス空気流路を設け、同バイパス空気流路内に開度制御用のダンパ機構を設け、前記ダンパ機構は、暖房運転の際に外気温度の変化に伴って変動する物理量に応じて開度が制御されるように構成してなるヒートポンプ式空気調和装置。
- 前記物理量は、前記第２熱交換器の空気入口または同出口のうち少なくともいずれか一方の温度であり、該温度が所定の値よりも低下すると、該温度の低下に伴って前記ダンパ機構の開度が大となるように制御されることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ式空気調和装置。
- 前記物理量は、前記第２熱交換器の蒸発圧力であり、該圧力が所定の値よりも低下すると、該圧力の低下に伴って前記ダンパ機構の開度が大となるように制御されることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ式空気調和装置。
- 前記物理量は、前記第２熱交換器の出口冷媒温度であり、該温度が所定の値よりも低下すると、該温度の低下に伴って前記ダンパ機構の開度が大となるように制御されることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ式空気調和装置。
- 前記物理量は、前記第２熱交換器の前面風速であり、該風速が所定の値よりも低下すると、該風速の低下に伴って前記ダンパ機構の開度が大となるように制御されることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ式空気調和装置。
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