JPH0726747B2 - 空冷ヒートポンプ式空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、大規模ビルディングなどに用いられる各階
設置形の空冷ヒートポンプ式空気調和装置に関するもの
である。

［従来の技術］ ビルディング（以下、単に『ビル』という）の空気調和
装置は、集中空気調和装置から個別制御性及び個別運転
性の有利さの点でヒートポンプパッケージエアコンと呼
ばれる各階設置形の空気調和装置を利用した個別分散形
の空気調和装置に移行しており、延面積が3000m²を越え
るビルにもこれが適用されている。すなわち、高層ビル
では、室外機（被利用側機器）と室内機（利用側機器）
との間の冷媒配管長や高低差の制限や室外機の置き場所
難から、最近各階設置形の空冷ヒートポンプ式空気調和
装置を採用している。この空気調和装置はビルとのマッ
チングが良好であり、省スペース性に優れ、ビルの意匠
面に露出せず、さらにレイアウトが自由であるなどの理
由で、第３図に示すような天井埋め込み形式のスプリッ
ト型ヒートポンプパッケージ空気調和装置が多く採用さ
れるようになってきている。

また、この空気調和装置は、室外機、室内機とは別に第
４図に示すような全熱交換器を備えた外気処理ユニット
を各階の天井部に設置することにより、換気のみではな
く換気用室内空気の熱回収による空気調和装置全体とし
て運転効率アップ及び導入される外気の除塵、加湿を行
っている。

ここで、第３図及び第４図の従来の空冷ヒートポンプ式
空気調和装置について説明する。

第２図はこの発明及び従来例に共通する冷媒回路構成
図、第３図は従来の空冷ヒートポンプ式空気調和装置室
内機と室外機の構成及び設置状況を示す縦断側面図、第
４図は従来の外気処理ユニットを示す縦断側面図であ
る。

第３図において、１は室外機（被利用側機器）、２は室
内機（利用側機器）である。室外機１の内部には圧縮機
３、凝縮器または蒸発器となる被利用側熱交換器４、被
利用側熱交換器４の送風機５、及びその他の冷媒制御
器、電気制御器（いずれも図示せず）が組み込まれてい
る。室内機２の内部には蒸発器または凝縮器となる利用
側熱交換器６、利用側熱交換器６の送風機７、フィルタ
８及びその他の冷媒制御器、電気制御器（いずれも図示
せず）が組み込まれている。室外機１は外気吸気口９と
外気排気口10とが被利用側熱交換器４の入口側と出口側
とに設けられ、上記外気吸気口９、外気排気口10が外気
導入ダクト11、外気排出ダクト12を通じてビルの外壁51
外に開口されている。また、室内機２は利用側熱交換器
６の両側に室内空気吸込口13と吹出口14とを有し、これ
らが天井材16を貫通して室内に開口されている。そし
て、室外機１、室内機２などの機器は、ビルのコンクリ
ートスラブ52に固定された吊りボルト15によって吊り下
げられ、天井材16によって天井内に隠蔽されている。さ
らに、室外機１と室内機２との冷媒回路が冷媒配管17,1
8で接続されている。

次に、第２図を用いて第３図に示す空気調和機の冷媒回
路を説明する。

室外機１の内部では、アキュムレータ19、圧縮機３、四
方弁20、被利用側熱交換器４、絞り装置21が接続されて
いる。室内機２の内部では絞り装置22、利用側熱交換器
６が接続されている。そして、絞り装置21、絞り装置22
と並列に逆止弁21a、逆止弁21bが設けられており、室外
機１と室内機２、すなわち、四方弁20と利用側熱交換器
６、絞り装置21と絞り装置22が冷媒配管18,17で接続さ
れている。

第４図において、このユニットの本体30内部には、全熱
交換器34、これの両側方に配置された給気用送風機31、
排気用送風機32、外気除塵用フィルタ33、加湿器35が組
み込まれている。上記本体30に設けた外気取入口36は全
熱交換器34の一方の入口に外気除塵用フィルタ33を介し
て接続され、室内空気排気口37は全熱交換器34の一方の
出口に排気用ファン32を介して接続され、外気取入口3
6、室内空気排気口37は、外気取入ダクト38、室内空気
排出ダクト39を通じてビルの外壁51外に開口されてい
る。上記本体30に設けた給気口40は給気用送風機31を介
して全熱交換器34の他方の出口に接続され、吸気口43は
全熱交換器34の他方の入口に接続され、給気口40、吸気
口43は、給気ダクト41、室内空気換気ダクト44を通じ、
天井材16を貫通して室内に開口する室内給気口42、換気
口45に接続されている。そして、本体30はアンカーボル
ト15によってコンクリートスラブ52から吊り下げられ
て、天井内に配置されている。

次に、このように構成された従来の空気調和装置の動作
について説明する。

冷房運転時には、圧縮機３によって圧縮された高温、高
圧の冷媒ガスは、四方弁20を通り被利用側熱交換器４に
導かれる。この熱交換器４に導かれた冷媒ガスは、送風
機５によって外気導入ダクト11を通じて被利用側熱交換
器４に導入された外気と熱交換して凝縮し高圧の冷媒液
となる。被利用側熱交換器４に導入された外気は、冷媒
の凝縮熱を奪って高温となり、外気排出ダクト12を通じ
て室外に排出される。高圧の冷媒液は、絞り装置21と並
列に設けた逆止弁21aを素通りし、冷媒配管17を経て室
内機２の絞り装置22に導かれ、ここで減圧されて蒸発し
やすい低圧の気液２相流となり、利用側熱交換器６に導
かれる。この熱交換器６に導かれた気液２相流の冷媒
は、送風機７によって吸込口13から利用側熱交換器６に
導入された室内空気と熱交換して低圧の冷媒ガスとな
る。

また、利用側熱交換器６に導入された室内空気は、冷媒
に蒸発熱を奪われ、低温となって吹出口14から吹き出さ
れて再び室内に戻り、冷房を行う。低圧になった冷媒ガ
スは、冷媒配管18を経て四方弁20を介しアキュームレー
タ19内に入り、ここから圧縮機３に戻る。以上のサイク
ルを繰り返すことで、室内の冷房が行われる。この場合
に、被利用側熱交換器４は凝縮器となり、利用側熱交換
器６は、蒸発器となる。また、吸込口13から室内機２に
導入された室内空気はフィルタ８によって除塵され、清
浄な空気となって送風機７に吸い込まれ、利用側熱交換
器６を通って室内に戻される。暖房運転時には、四方弁
20を切り換え、圧縮機３によって圧縮された冷媒ガスを
利用側熱交換器６で凝縮し、凝縮した冷媒液を逆止弁22
aを経て減圧装置21に通して被利用側熱交換器４で蒸発
させ、さらに四方弁20、アキュームレータ19を経て圧縮
機３に戻すことによって室内の暖房を行う。

また、外気処理ユニットは、給気用送風機31の運転によ
り、外気取入ダクト38を経て、外気取入口36から本体30
内に取り入れられた外気は、外気除塵用フィルタ33によ
って除塵され、清浄な空気となって全熱交換器34に導入
される。一方、排気用送風機32の運転により、換気口45
から換気ダクト44を経て吸気口43から本体30内に吸い込
まれた換気用室内空気も全熱交換器34に導入される。全
熱交換器34は、導入された外気と換気用室内空気との通
路が多層に交互に重り合い、これらの通路が特殊な膜に
よって隔離されていることで、導入された外気と換気用
室内空気とが互いに混合することなく、これらの間で温
度と温度の受け渡しを行う。（なお、このような全熱交
換器は、一般に静止形全熱交換器と呼ばれているが、全
熱交換器の構成などは、この発明には直接関係しないの
で、その説明を省略する。） 全熱交換器34から出た室内空気は排気口37から室内空気
排出ダクト39を経てビル外に排出される。全熱交換器34
によって室内空気が持つ熱エネルギーは導入された外気
に与えられ、この外気は加湿器35によって適正な温度に
加湿され、給気口40、給気ダクト41を通って室内給気口
42から室内に供給される。これらの動作によって、室内
空気の換気と、換気用室内空気が持つ熱エネルギーの回
収による空気調和装置全体としての運転効率アップ及び
室内に導入される外気の除湿、加湿などが行われる。

この種の技術を特許公報に求めると、特開昭49−112450
号公報に掲載の技術を挙げることができる。

［発明が解決しようとする課題］ このように構成されている従来の空気調和装置は、次の
ような問題点があった。

第１に、換気、熱回収及び導入される外気への加湿を行
うために外気処理ユニットを使用しており、上記外気処
理ユニットが熱交換器34の制限によって大形化し、スペ
ースを大きく必要とし、これはビルの天井内が多目的に
使用される昨今のビルでは大きな問題となる。

第２に、春秋のような中間期などに外気による冷房を行
う場合に全熱交換器34をバイパスさせる必要が生じ、外
気処理ユニットが複雑化する。

第３に、冷戻運転時に室外機１の外気排気口10から抽出
された外気は、冷媒の凝縮熱による加熱で高温になって
いるので、ビル外に排出された後、強い上昇気流となっ
て上昇しやすく、高層ビルでは下層階の高温になってい
る排気が上層階の外気吸気口から吸気され、上層階の空
気調和装置の吸気温度が高くなり、これに伴って凝縮器
となる被利用側熱交換器での冷媒の凝縮圧力が高くな
り、圧縮機の運転効率が悪くなるだけではなく、空気調
和装置の安全装置が動作し、高圧カット停止に至るとい
う問題点があった。

そこで、この発明は、上記のような課題を解決するため
になされたものであり、外気処理ユニットや全熱交換器
を使用せずに換気ができ、また導入される外気の除塵、
加湿、及び換気用室内空気の熱エネルギーの回収による
空気調和装置の運転効率アップができ、中間期などの外
気による冷房が容易に行えるとともに、冷房運転時に空
気調和装置からの排気温度を下げて上層階に設置された
空気調和装置へのショートサーキットを防止できる空冷
ヒートポンプ式空気調和装置を得ることを目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る空冷ヒートポンプ式空気調和装置は、外
気導入ダクトから導入された外気の大部分を上記被利用
側熱交換器に導入する導入風路と、上記外気導入ダクト
から導入された外気の一部分を給気用送風機によって室
内に供給する給気風路とを、上記外気導入ダクトから分
岐させ、換気用室内空気を被利用側熱交換器に導入させ
る換気風路を上記導入風路に合流させたものである。

［作用］ この発明においては、換気用室内空気が被利用側熱交換
器に導入される外気と混合されることにより、冷戻運転
時には外気の温度を下げることになり、この外気と室内
空気との混合空気が凝縮器となる被利用側熱交換器に導
かれるため、凝縮圧力が低く抑えられ、また暖房運転時
には外気の温度が上げられてこの外気と室内空気の混合
空気が蒸発器となる被利用側熱交換器に導かれるため蒸
発圧力が高くなる。また、外気処理ユニットや全熱交換
器を用いる必要がなく、しかも上記換気風路に外気除塵
用フィルタ、加湿器を設けることが容易にでき中間期の
外気冷房も圧縮機を停止するだけで行うことができる。
さらに、冷房運転時に被利用側熱交換器に導かれる混合
空気の温度が下げられるので、ビル外に排気される空気
の温度を低く抑え、上記気流の発生を少なくすることが
できる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を第１図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例による空冷ヒートポンプ式
空気調和装置の構成及び設置状況を示す縦断側面図であ
る。なお、図中、第２図乃至第４図における符号及び記
号と同一のものは、従来例の構成部分と同一または相当
する構成部分を示すものである。

図において、46は室外機であり、室外機46の内部には、
導入風路47、給気風路48及び換気風路49が設けられてい
る。導入風路47の上流端に設けた外気吸入口９部と給気
風路48の上流端に設けた外気取入口36部とが仕切り50で
仕切られて、導入風路47と給気風路48が外気導入ダクト
11の下流端に分岐接続されており、導入風路47上流端部
の断面積は給気風路48の上流端部の断面積より大きく形
成されている。給気風路48には外気除塵用フィルタ33、
給気用送風機31及び加湿器35が上流から下流に向って、
この順に設けられ、下流端に給気口40が設けられてい
る。給気口40には給気ダクト41が接続され、給気ダクト
41は室内給気口42に接続されている。上記換気風路49は
下流端が導入風路47の下流端部に合流接続され、導入風
路47の下流端が室外機46の内部に設けた被利用側熱交換
器４の送風機５吸込側に接続されている。上記被利用側
熱交換器４の出力側に設けた外気排気口10が外気排出ダ
クト12を通じてビルの外壁51外に開口されている。換気
風路49の上流端には吸気口43が設けられ、吸気口43に室
内空気換気ダクト44が接続され、この換気ダクト44は室
内に開口する換気口45に接続されている。室外機46の内
部には、圧縮機３が冷媒制御器、電気制御器（いずれも
図示せず）とともに設けられている。また、室内機２は
第３図に示す従来のものと同様であり、冷媒回路も第２
図に示す従来のものと同様である。さらに、室外機46と
室内機２は、冷媒配管17,18で接続され、吊りボルト15
でそれぞれビルのコンクリートスラブ52から吊り下げら
れて天井内に設置されていることも、上述した従来のも
のと同様である。

次に、このように構成された実施例の空冷ヒートポンプ
式空気調和装置の動作について説明する。

冷房運転時には、圧縮機３によって圧縮された高温、高
圧の冷媒ガスは、四方弁20を通り被利用側熱交換器４に
導かれる。一方、送風機５によって外気導入ダクト11を
通じて導入された外気の大部分と、換気口から吸気され
た換気ダクト44、吸気口43及び換気風路49を通じて導入
された換気用室内空気とが導入風路47で混合された混合
空気が被利用側熱交換器４に導かれる。被利用側熱交換
器４で冷媒ガスと上記混合空気とが熱交換され、冷媒ガ
スは高圧の冷媒液となる。この際、換気用室内空気は冷
房中であるため、外気よりも温度が低いことにより、こ
れらの混合空気も外気より温度が低くなり、したがっ
て、被利用側熱交換器４で凝縮される冷媒の圧力が低く
抑えられ、圧縮機３の運転効率が高められる。すなわ
ち、換気用室内空気が持つ熱エネルギーを回収して空気
調和装置の運転効率が高められることになる。また、混
合空気は冷媒から凝縮熱を奪って温度上昇し、排気口10
から外気排出ダクト12を通じてビル外に排出される。こ
の際、混合空気は、外気より温度が低かったので、被利
用側熱交換器４を通過した後でも外気より著しく高温に
はならず、したがって、ビル外に排出された後に、強い
上昇気流になり難く、高層ビルでも下層階の排気が上昇
階の空気調和装置の外気吸入口から吸気されるショート
サイクル現象が起こり難い。したがって、上層階の空気
調和装置の運転効率の悪化や高圧カット停止などの異常
が起こりにくい。また、外気導入ダクト11を通じて導入
された外気の一部は給気送風機31の運転により、外気取
入口36から給気風路48に入り、外気除塵用フィルタ33、
加湿器35を通り、除塵されて清浄となり適正な湿度にさ
れ、さらに給気口40、給気ダクト41を経て室内給気口42
から室内に供給される。

暖房運転時には、四方弁20を切り換えて、被利用側熱交
換器４、利用側熱交換器６の作用を逆にして、暖房を行
うが、この際に換気用室内空気は暖房中であるため、外
気よりも温度が高いことにより、外気と換気用室内空気
との混合空気も外気より温度が高くなり、蒸発器として
働く被利用側熱交換器４での冷媒の蒸発圧力が高くな
り、圧縮機３の運転効率が高められる。すなわち、暖房
運転時にも換気用室内空気が持つ熱エネルギーを回収し
て空気調和装置の運転効率が高められることになる。

さらに、春、秋のような中間期の外気導入による冷房
は、圧縮機３を停止させるだけで、給気用送風機31の運
転によって外気の室内への供給ができ、従来のように、
全熱交換器をバイパスさせる特殊な構成や操作を必要と
しない。

なお、上記実施例では、室内への外気の導入は室内給気
口42から行うようにしたが、この発明は、給気ダクト41
を室内機２内部の風路に接続し、冷、暖房運転時に室内
機２から吹き出す冷、温風と混合して外気を室内に供給
するようにしてもよく、この場合には、利用側熱交換器
６の送風機６に外気の給気用送風機を兼用させることに
より、独立した専用の給気用送風機を廃止することもで
きる。また、上記実施例では室外機46と室内機２とを分
離したものについて説明したが、この発明は一体形とし
た空気調和装置にも適用でき、この場合でも実施例のも
のと同様な効果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の空冷ヒートポンプ式空
気調和装置によれば、換気用室内空気と導入された外気
の大部分とを空気調和装置内の導入風路で混合し、混合
した空気を凝縮器または蒸発器となる被利用側熱交換器
に導入して冷媒を熱交換させ、導入された外気の一部は
給気風路を通じ給気用送風機によって室内に供給するよ
うにしたので、冷暖房運転時に換気用室内空気が持つ熱
エネルギーを回収して空気調和装置の運転効率を高める
ことができ、全熱交換器を必要としないことにより、空
気調和装置を小形化して設置に大きなスペースを必要と
せず、また、中間期などの外気冷房が圧縮機を停止する
だけで容易に実現でき、さらに、冷房運転時に、被利用
側熱交換器からビル外へ換気する空気の温度を低く抑え
て上昇気流の発生を少なくし、上層階に設置された空気
調和装置へのショートサイクルを防止し、これに起因す
る運転効率の悪化や高圧カット停止をなくすことができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による空冷ヒートポンプ式
空気調和装置の構成及び設置状況を示す縦断側面図、第
２図はこの発明及び従来例に共通する冷媒回路構成図、
第３図は従来の空冷ヒートポンプ式空気調和装置室内機
と室外機の構成及び設置状況を示す縦断側面図、第４図
は従来の外気処理ユニットを示す縦断側面図である。 図において、 ２……室外機、３……圧縮機、４……被利用側熱交換
器、5,7……送風機、６……利用側熱交換器、９……外
気吸入口、10……排気口、11……外気導入ダクト、12…
…外気排出ダクト、31……給気用送風機、41……給気ダ
クト、44……換気ダクト、46……室外機、47……導入風
路、48……給気風路、49……換気風路である。 なお、図中、同一符号または同一記号は同一または相当
部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機（３）、四方弁（20）、凝縮器また
   は蒸発器となる被利用側熱交換器（４）と、絞り装置
   （22）及び蒸発器または凝縮器となる利用側熱交換器
   （６）とを接続して冷媒回路を構成し、被利用側熱交換
   器（４）に外気を導いて冷媒と熱交換する空冷ヒートポ
   ンプ式空気調和装置において、 外気導入ダクト（11）から導入された外気の大部分を上
   記被利用側熱交換器（４）に導入する導入風路（47）
   と、上記外気導入ダクト（11）から導入された外気の一
   部分を給気用送風機（31）によって室内に供給する給気
   風路（48）とを、上記外気導入ダクト（11）から分岐さ
   せ、換気用室内空気を被利用側熱交換器（４）に導入さ
   せる換気風路（49）を上記導入風路（47）に合流させた
   ことを特徴とする空冷ヒートポンプ式空気調和装置。