JP6980236B2

JP6980236B2 - 空調設備

Info

Publication number: JP6980236B2
Application number: JP2020039585A
Authority: JP
Inventors: 和美谷口
Original assignee: 株式会社谷口設備
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2021-12-15
Anticipated expiration: 2040-03-09
Also published as: JP2021139593A

Description

本願発明は、室外機と室内機との間で熱交換を行いながら室内の温度調整を行う空調設備に関し、特に室内に第二の室内熱交換機を設けることでエネルギーを効率良く利用するととともに、室内の加湿や除湿を行えるようにした空調設備に関する。

一般に空調設備は、圧縮機と室外熱交換機とを一体に収容する室外機と、室内熱交換機を有する室内機とを有し、前記室内機と前記室外機とは熱交換媒体が流れる配管によって接続されている。従来の空調設備において室内の冷房を行う際には、室外機から室内機に送られた液状の熱交換媒体が、室内機で気化して室内の空気との間で熱交換が行われる。そして、気化した前記熱交換媒体は室外機に送られ、圧縮機で圧縮された後に放熱されて液体に戻り、再び室内機に送られるという循環を繰り返している。

ところで、上記のような空調設備を利用して冬季に暖房を行うと室内が乾燥することから、空調設備の熱を利用して蒸気を発生させ、加湿しようとする試みが従来からなされている。例えば特許文献１に記載の空調設備では、暖房運転時に、室内機の熱交換器の上部発熱部分に床置き給水装置より送水して蒸発させるようにしている。また特許文献２に記載の空調設備では、室内機の吹き出し口の近傍に水タンクを設置し、吐出風が水タンク内の水に接触することで加湿するようにしている。

特開２０１３−２８０５号公報実全昭６０−１４２３９号公報特開２００４−４４９４６号公報

しかし上記文献に記載の技術は、いずれも給水タンクを室内機に増設することで加湿を行おうとするものであるが、既存の空調設備の室内機に後付けでこのような加湿装置を増設することは困難で、見栄えも悪いという問題がある。
さらに、日本の夏は湿度が高く、夏季には除湿を行うことが好ましいが、上記した文献に記載の空調設備は加湿しかできず、夏季には無用の長物となるという問題がある。
本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、既存の空調設備に簡単な改良を施すだけで冬季には加湿、夏季には除湿を行うことが可能な室内熱交換機を備えた空調設備の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の空調設備は、縮機、膨張機及び室外熱交換機を有する室外機と、室内熱交換機を有する室内機とを有する空調設備において、前記膨張機と前記室内熱交換機とを連結し、前記膨張機と前記室内熱交換機との間で熱交換媒体を流通させる第一の配管と、前記圧縮機と前記室内熱交換機とを連結し、前記圧縮機と前記前記室内熱交換機との間で前記熱交換媒体を流通させる第二の配管と、前記室内熱交換機とは別に室内に設けられた第二の室内熱交換機と、を有し、前記第二の室内熱交換機と前記膨脹機とを前記第一の配管から分岐する第一の分岐管で連結し、前記第二の室内熱交換機と前記圧縮機とを前記第二の配管から分岐する第二の分岐管で連結し、前記第一の分岐管又は前記第二の分岐管を切り替えて、前記膨脹機又は前記圧縮機のいずれか一方から前記熱交換媒体を前記第二の室内熱交換機に供給する切替弁を設け、前記熱交換媒体の少なくとも一部が前記膨脹機又は前記圧縮機から前記第二の室内熱交換機に供給されるようにし、前記第二の室内熱交換機から送出された前記熱交換媒体を前記膨張機又は前記圧縮機に戻すように構成してある。

本発明は上記のように構成されているので、冬季には、前記第二の室内熱交換機内に水を貯留しておくことで、前記圧縮機から送出された高温の熱交換媒体が前記第二の室内熱交換機に流れ、第二の室内熱交換機内の水を加熱して加湿を行うことができる。
また夏季には、熱交換媒体の流れが逆になり、膨脹機から送出された低温の熱交換媒体が第二の室内熱交換機に流れて除湿を行うことができる。
請求項１の空調設備では、夏季には、前記膨脹機から送出された低温の熱交換媒体を第二の室内熱交換機に供給し、この第二の室内熱交換機で昇温した前記熱交換媒体を室内熱交換機に送り、冬季には前記圧縮機から送出された高温の熱交換媒体を第二の室内熱交換機に供給し、この第二の室内熱交換機で降温した前記熱交換媒体を室内熱交換機に送っている。
そのため、例えば急速に室内温度を上昇又は下降させたいとする運転初期において、より多くの熱が第二の室内熱交換機で加湿又は除湿のために使用されてしまい、その分、室内機における冷暖房効率が悪くなるという新たな問題が生じる。第二の室内熱交換機における加湿や除湿の調整を行うことができるようにすれば、このような問題を解決することができる。

そこで本発明の別の空調設備は、一端が前記第一の分岐管及び前記第二の分岐管に連結され、他端が前記第二の室内交換機に連結された第三の配管と、前記第一の分岐管又は前記第二の分岐管を切り替えて、前記膨脹機又は前記圧縮機のいずれか一方から前記第三の配管を経て前記熱交換媒体を前記第二の室内熱交換機に供給する前記切替弁と、前記第二の室内熱交換機と前記圧縮機とを連結し、前記第二の室内交換機から送出された熱交換後の前記前記熱交換媒体を前記圧縮機に送出する第四の配管と、前記第二の室内熱交換機と前記膨脹機とを連結し、前記第二の室内交換機から送出された熱交換後の前記前記熱交換媒体を前記膨脹機に送出する第五の配管と、前記第四の配管及び／又は前記第五の配管に設けられ、前記第二の室内交換機から送出された熱交換後の前記前記熱交換媒体を前記圧縮機及び前記膨脹機に分配する流量調整弁と、を有する構成としてある。

前記切替弁は、前記熱交換媒体の流量を調整する流量調整機能を備えるものであるのが好ましい。
このようにすることで、第二の室内熱交換機における加湿や除湿の調整を行うことができるようになる。
また、別の実施形態として、前記第五の配管と前記第一の配管及び／又は前記第二の配管とを連結する第六の配管を設けるとともに、前記第六の配管への管路の切替及び前記熱交換媒体の流量を調整する流量調整弁を設けてもよい。
このようにすることで、第二の熱交換機で熱交換が行われた後も、熱交換媒体の温度が十分に低い又は高い場合には、第一の配管又は第二の配管を流れる低温又は高温の熱交換媒体に、第二の熱交換機で熱交換された後の熱交換媒体を合流させることができる。
さらに、前記室外機の排水を前記第二の室内熱交換機に供給する第七の配管を設けてもよい。このようにすることで、冬季において前記第二の室内熱交換機に前記室外機の排水を供給することが可能になり、常に一定の水位を確保することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
［第一の実施形態］
図１は本発明の空調設備の第一の実施形態にかかり、その構成を説明する概略図である。
図１に示す空調設備１Ａは、ファンを備えた室外熱交換機２１とこの室外熱交換機２１の出入口の一方に連結された膨脹機２２及び他方に連結された圧縮機２３とを有する室外機２０と、図示しない室内熱交換機を内蔵し、室内熱交換機を構成する配管内を流通する熱交換媒体によって、昇温又は降温した室内空気を温風又は冷風として吹き出す吹き出し口を備えた室内機１０とを備える。

室外機２０の膨脹機２２と、室内機１０の前記室内熱交換機における熱交換媒体の出入口の一方とは第一の配管１１で連結されている。また、第二の熱交換機である除加湿器３０は室内に配置され、圧縮機２３に一端が連結された第二の配管１２が除加湿器３０を通過して室内機１０の前記室内熱交換機における熱交換媒体の出入口の他方に連結されている。この実施形態では、除加湿器３０内に導入された第二の配管１２の一部が、除加湿器３０内で熱交換を行う熱交換機として機能する。除加湿器３０には、加湿した室内空気又は除湿した室内空気を排気するための排気口３１が形成されているとともに、除加湿器３０内に室内空気を強制的に取り入れるためのファン３２が設けられている。

以上の構成により、冬季には除加湿器３０内に水を貯め、圧縮機２３から送出された高温の熱交換媒体を、第二の配管１２を介して除加湿器３０に供給することで、除加湿器３０内の水が加熱されて室内の加湿をすることができる。そして、除加湿器３０から送出された未だ高温の熱交換媒体が第二の配管１２内を流れて室内機１０まで送られ、暖められた室内空気が吹き出し口から温風として吹き出される。そして、室内機１０で熱交換によって低温になった熱交換媒体は、第一の配管１１を経て膨脹機２２に送られる。

夏季には、除加湿器３０内から水を抜いて空にしておく。膨脹機２２から送出された低温の熱交換媒体が第一の配管１１を経て室内機１０に送られることで、吹き出し口からは冷風が吹き出される。そして、室内機１０から送出された未だ低温の熱交換媒体が第二の配管１２を経て除加湿器３０に送られ、室内の除湿を行う。第二の配管１２の外周囲に結露した水は、滴下して除加湿器３０内の貯水タンクに貯留される。除加湿器３０から送出された熱交換媒体は第二の配管１２を経て圧縮機２３に送られる。

［第一の実施形態の変形例］
図２は図１の空調設備の変形例にかかり、その構成を説明する概略図である。
この実施形態の空調設備１Ｂにおいて図１の実施形態の空調設備１Ａと相違する点は、この実施形態の空調設備１Ｂでは膨脹機２２に連結された第一の配管１１を第二の室内熱交換機である除加湿器３０に導入し、圧縮機２３に連結された第二の配管１２を室内機１０に直接連結している点である。
この空調設備１Ｂでは、夏季に膨脹機２２から送出された低温の熱交換媒体が第一の配管１１を経て除加湿器３０に供給され、除湿を行う。除加湿器３０から送出された未だ低温の熱交換媒体は、第一の配管１１内を流れて室内機１０まで送られ、室内空気が冷風として吹き出される。そして、室内機１０で熱交換によって昇温された熱交換媒体は、第二の配管１２を経て圧縮機２３に送られる。

冬季には、圧縮機２３から送出された高温の熱交換媒体が第二の配管１２を経て室内機１０に送られることで、吹き出し口からは温風が吹き出される。そして、室内機１０から送出された未だ高温の熱交換媒体が第一の配管１１を経て除加湿器３０に送られ、室内の加湿を行う。除加湿器３０から送出された熱交換媒体は第一の配管１１を経て膨脹機２２に送られる。

［第二の実施形態］
図３及び図４は本発明の空調設備の第二の実施形態にかかり、その構成を説明する概略図で、図３は冬季の場合の熱交換媒体の流れを矢印で示し、図４は夏季の場合の熱交換媒体の流れを矢印で示している。
この実施形態の空調設備１Ｃの基本構成は第一の実施形態の空調設備１Ａ．１Ｂと同じで、屋内に配置された室内機１０と、屋外に配置された室外機２０と、室内機１０とは別に屋内に配置された第二の熱交換機である除加湿器３０とを有する。

室外機２０の膨脹機２２に連結された第一の配管１１は室内機１０に内蔵された図示しない熱交換機の熱交換媒体の出入口の一方に連結され、圧縮機２３に連結された第二の配管１２は前記出入口の他方に連結される。
この第二の実施形態では、第２の配管１２を途中で分岐させて分岐管１２ａとし、第三の配管１３に連結している。また、第１の配管１１を途中で分岐して分岐管１１ａとし、この先端を第三の配管１３に連結している。

第三の配管１３の先端は除加湿器３０の内部まで延びている。そして、除加湿器３０の内部で第三の配管１３を蛇行状にすることで、第二の室内熱交換機が構成される。また、この第二の実施形態では、除加湿器３０から延出したところで第三の配管１３を二つに分岐して、圧縮機２３まで延びる第四の配管１４と膨脹器２２まで延びる第五の配管１５とを形成している。
さらに、第五の配管１５を膨脹機２２の手前で分岐させ、分岐管を第六の配管１６として第二の配管１２に合流させている。またさらに、第六の配管１６を途中で分岐させて分岐管１６ａとして、第一の配管１１に合流させている。

第一の配管１１の分岐管と１１ａの途中部位には、分岐管１１ａへの熱交換媒体の流れのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるとともに、前記熱交換媒体の流量を調整する切替弁としての流量調整弁Ｖ１が設けられている。また、第二の配管１２の分岐管１２ａには、第三の配管１３への熱交換媒体の流れのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるとともに、前記熱交換媒体の流量を調整する切替弁としての流量調整弁Ｖ３が設けられている。

なお、流量調整弁Ｖ１，Ｖ３は、分岐管１１ａと分岐管１２ａとを選択的に切り替えて、膨脹機２２又は圧縮機２３と第三の配管１３との間で熱交換媒体を流れるようにする三方弁を利用することで、これらを一体とすることができる。
第三の配管１３から第四の配管１４及び第五の配管１５に分岐する分岐部分には、熱交換流体の流れを第四の配管１４又は第五の配管１５のいずれか一方に選択的に切り替えたり、第四の配管１４及び第五の配管１５の両方に流れる前記熱交換流体の流量の配分を調整する流量調整弁Ｖ４が設けられる。

また、第五の配管１５が第六の配管１６と分岐する分岐部分(iv)と膨脹機２２との間には、膨脹機２２への熱交換媒体の流れのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるとともに、膨脹機２２への熱交換媒体の流量を調整する流量調整弁Ｖ５が設けられ、第六の配管１６の分岐管１６ａとの分岐部分には、第一の配管１１又は第二の配管１２への熱交換媒体の流れのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるとともに、その流量を調整する流量調整弁Ｖ６が設けられている。

上記構成の空調設備１Ｃの作用を、図３（冬季）と図４（夏季）に分けて説明する。
冬季（暖房季）においては図３に示すように、流量調整弁Ｖ１を閉じて流量調整弁Ｖ３を開放し、圧縮機２３から送出された高温の熱交換媒体を第二の配管１２を経て室内機１０と、第三の配管１３を経て除加湿器３０とに供給されるようにする。流量調整弁Ｖ３の開放量を調整することによって、室内機１０と除加湿器３０とに分配される高温の熱交換媒体の割合を調整することができる。
冬季には除加湿器３０内に水を貯めておき、第三の配管１３と水とが接触するようにしておく。除加湿器３０内への給水は、貯水量が一定以下になったときに人手で行ってもよいが、図示の例のように室外機２０に給水タンク３３を設け、室内機１０及び室外機２０から排出された結露水をこの給水タンク３３に受けるようにして、給水タンク３３からフィルタを通して除加湿器３０に給水できるようにしてもよい。
室内機１０に供給された高温の熱交換媒体は、室内機１０内の図示しない熱交換機に流れて熱交換が行われ、温風が室内機１０から吹き出す。熱交換を終えて室内機１０から送出された低温の熱交換媒体は、第一の配管１１を経て膨脹機２２に送られる。

一方、第三の配管１３を経て除加湿器３０に供給された高温の熱交換媒体は、除加湿器３０内の水を加熱して蒸気を発生させる。この蒸気は、除加湿器３０に設けられたファン３２の駆動によって排気口３１から室内に拡散される。これにより室内空気の加湿が行われる。
除加湿器３０を通過して低温となった熱交換媒体は、流量調整弁Ｖ４によって第四の配管１４又は第五の配管１５に分配され、流量調整弁Ｖ４によって設定された分配割合で圧縮機２３及び膨脹機２２に送られる。

なお、空調設備１Ｃの運転初期、すなわち室内気温が低温のときには、流量調整弁Ｖ３を閉じるか又は開放量を絞ることで、圧縮機２３から送出された高温の熱交換媒体を優先的に室内機１０に供給し、室内空気を短時間で暖めるようにすることができる。そして、室温の上昇とともに徐々に流量調整弁Ｖ３の開放量を増すことで、室温の上昇とともに除加湿器３０からの蒸気発生量を増加させることができる。
空調設備１Ｃの運転が安定し、除加湿器３０内の水温も高まって蒸気発生量も安定してくると、除加湿器３０を通過しても熱交換媒体の温度が一定以上の高温に保たれている場合がある。このような場合は、流量調整弁Ｖ４を切り替えて第五の配管１５にのみ熱交換媒体が流れるようにし、さらに流量調整弁Ｖ５を閉じるか絞り込みを行って、除加湿器３０から膨脹機２２に流れる未だ高温の熱膨張媒体の流量を制限し、かつ、流量調整弁Ｖ６を切り替えて第二の配管１２側に除加湿器３０を通過した熱交換媒体が流れるようにするとよい。

夏季（冷房季）においては図４に示すように、流量調整弁Ｖ３を閉じて流量調整弁Ｖ１を開放し、膨脹機２２から送出された低温の熱交換媒体を第一の配管１１を経て室内機１０と、第三の配管１３を経て除加湿器３０とに供給されるようにする。第一の配管１２と第三の配管１３を経て室内機１０と除加湿器３０とに分配される熱交換媒体の流量の割合調整は、流量調整弁Ｖ１の開放量を調整することで行う。
室内機１０に供給された低温の熱交換媒体は、室内機１０内の図示しない熱交換機に流れて熱交換が行われ、冷風が室内機１０から吹き出す。熱交換を終えて昇温された熱交換媒体は、室内機１０から第二の配管１２を経て圧縮機２２に送られる。

一方、第三の配管１３を経て除加湿器３０に供給された低温の熱交換媒体は、除加湿器３０内で空気から水分を除去する。このようにして乾燥状態になった室内空気は、除加湿器３０に設けられたファン３２の駆動によって排気口３１から室内に拡散される。これにより室内空気の除湿が行われる。
除加湿器３０を通過して昇温された熱交換媒体は、流量調整弁Ｖ４によって第四の配管１４及び第五の配管１５に分配され、圧縮機２３及び膨脹機２２に供給される。

なお、空調設備１Ｃの運転初期、すなわち室内気温が高温のときには、流量調整弁Ｖ１を閉じる又は開放量を絞ることで、膨脹機２２から送出された低温の熱交換媒体を優先的に室内機１０に供給し、室内空気を短時間で冷やすようにすることができる。そして、室温の下降とともに徐々に流量調整弁Ｖ１の開放量を増すことで、室温の下降とともに除加湿器３０からの乾燥空気の発生量を増加させることができる。
空調設備１Ｃの運転が安定し、除加湿器３０による除湿も安定してくると、除加湿器３０を通過しても熱交換媒体の温度が一定以下の低温に保たれている場合がある。このような場合は、流量調整弁Ｖ４を切り替えて第五の配管１５にのみ熱交換媒体が流れるようにし、さらに流量調整弁Ｖ５を閉じるか絞り込みを行って、除加湿器３０から膨脹機２２に流れる未だ低温の熱膨張媒体の流量を制限し、かつ、流量調整弁Ｖ６を切り替えて第一の配管１１側に除加湿器３０を通過した熱交換媒体が流れるようにするとよい。

本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の説明のものに限られない。
例えば、図３及び図４に示す第二の実施形態の空調設備１Ｃにおいて、第四の配管１４と第五の配管１５は、いずれか一方のみを選択的に設けるものとしてもよい。また、第六の配管１６は特に設けなくてもよく、設ける場合も第一の配管１１又は第二の配管１２のいずれか一方にのみ連結するようにしてもよい。
また、第二の実施形態において分岐管１１ａ，１２ａに設けた流量調整弁Ｖ１，Ｖ３は、第三の配管１３に流れる熱交換媒体のＯＮ／ＯＦＦの切替とともに熱交換媒体の流量も調整できるものとして説明したが、第三の配管１３，第四の配管１４，第五の配管１５，第六の配管１６のいずれかに設けた他の流量調整弁（図示の例では流量調整弁Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６）のいずれか又はこれらの組み合わせによって分岐管１１ａ又は分岐管１２ａから第三の配管１３に流れる熱交換媒体の流量を調整できるのであれば、これら流量調整弁Ｖ１，Ｖ３はＯＮ／ＯＦＦの切替のみを行うものとすればよい。
また、第六の配管１６は膨脹機２２に連結された第五の配管１５を分岐させて形成するとして説明したが、この第六の配管１６は、圧縮機２３に連結された第四の配管１４を分岐させて形成してもよい。

本発明の第一の実施形態に係り、空調設備の構成を説明する図である。本発明の第一の実施形態の変形例に係り、空調設備の構成を説明する図である。本発明の空調設備の第二の実施形態にかかり、その構成を説明する概略図で、冬季における熱交換媒体の流れを説明するためのものである。本発明の空調設備の第二の実施形態にかかり、その構成を説明する概略図で、夏季における熱交換媒体の流れを説明するためのものである。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ空調設備
１０室内機（室内熱交換機）
１１第一の配管
１１ａ分岐管
１２第二の配管
１２ａ分岐管
１３第三の配管
１４第四の配管
１５第五の配管
１５ａ分岐管
１６第六の配管
１６ａ分岐管
２０室外機（室外熱交換機）
２１熱交換機
２２膨脹機
２３圧縮機
３０除加湿器（第二の室内熱交換機）
３１排気口
３２ファン

Claims

圧縮機、膨張機及び室外熱交換機を有する室外機と、室内熱交換機を有する室内機とを有する空調設備において、
前記膨張機と前記室内熱交換機とを連結し、前記膨張機と前記室内熱交換機との間で熱交換媒体を流通させる第一の配管と、
前記圧縮機と前記室内熱交換機とを連結し、前記圧縮機と前記前記室内熱交換機との間で前記熱交換媒体を流通させる第二の配管と、
前記室内熱交換機とは別に室内に設けられた第二の室内熱交換機と、
を有し、
前記第二の室内熱交換機と前記膨脹機とを前記第一の配管から分岐する第一の分岐管で連結し、
前記第二の室内熱交換機と前記圧縮機とを前記第二の配管から分岐する第二の分岐管で連結し、
前記第一の分岐管又は前記第二の分岐管を切り替えて、前記膨脹機又は前記圧縮機のいずれか一方から前記熱交換媒体を前記第二の室内熱交換機に供給する切替弁を設け、
前記熱交換媒体の少なくとも一部が前記膨脹機又は前記圧縮機から前記第二の室内熱交換機に供給されるようにし、
前記第二の室内熱交換機から送出された前記熱交換媒体を前記膨張機又は前記圧縮機に戻すようにしたこと、
を特徴とする空調設備。
一端が前記第一の分岐管及び前記第二の分岐管に連結され、他端が前記第二の室内交換機に連結された第三の配管と、
前記第一の分岐管又は前記第二の分岐管を切り替えて、前記膨脹機又は前記圧縮機のいずれか一方から前記第三の配管を経て前記熱交換媒体を前記第二の室内熱交換機に供給する前記切替弁と、
前記第二の室内熱交換機と前記圧縮機とを連結し、前記第二の室内交換機から送出された熱交換後の前記前記熱交換媒体を前記圧縮機に送出する第四の配管と、
前記第二の室内熱交換機と前記膨脹機とを連結し、前記第二の室内交換機から送出された熱交換後の前記前記熱交換媒体を前記膨脹機に送出する第五の配管と、
前記第四の配管及び／又は前記第五の配管に設けられ、前記第二の室内交換機から送出された熱交換後の前記前記熱交換媒体を前記圧縮機及び前記膨脹機に分配する流量調整弁と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の空調設備。
前記第二の室内交換機が加湿器又は除湿器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の空調設備。
前記切替弁が、前記熱交換媒体の流量を調整する流量調整機能を備えることを特徴とする請求項２に記載の空調設備。
前記第五の配管と前記第一の配管及び／又は前記第二の配管とを連結する第六の配管を設けるとともに、前記第六の配管への管路の切替及び前記熱交換媒体の流量を調整する流量調整弁を設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の空調設備。
前記室外機の排水を前記第二の室内熱交換機に供給する第七の配管を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空調設備。