WO2020053929A1

WO2020053929A1 - 空気調和装置

Info

Publication number: WO2020053929A1
Application number: PCT/JP2018/033427
Authority: WO
Inventors: ▲高▼田　茂生; 和之児玉
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2018-09-10
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2020-03-19

Abstract

空気調和装置は、給気口から吹き出される空気が通過する給気路および排気口から吹き出される空気が通過する排気路が形成されたケーシングと、給気路を流れる空気と排気路を流れる空気とで熱交換させる全熱交換器と、全熱交換器から流出した空気と冷媒との熱交換を行い、給気口から吹き出される空気の温湿度を調整する給気側熱交換器と、を有し、給気側熱交換器で熱交換後の空気を給気口から吹き出す換気装置と、圧縮機、排気側熱交換器、絞り装置、および、給気側熱交換器が配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、給気口から吹き出された空気と混合する冷気または暖気を吹き出すとともに給気口から吹き出された空気を吸い込む顕熱処理空調機と、顕熱処理空調機を制御する制御装置と、を備えたものである。

Description

空気調和装置

　本発明は、室内の換気を行う換気装置を備えた空気調和装置に関するものである。

　従来、室内に供給される外気（ＯＡ）と室外へ排出される環気（ＲＡ）とを熱交換させながら室内の換気を行う換気装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

　特許文献１の換気装置では、給気路において全熱交換器の下流側に加湿装置が設けられており、この加湿装置によって室内に供給される空気の湿度を調整している。

特開２０１５－１４３５９５号公報

　春または秋の中間期では顕熱負荷は少なく、潜熱負荷のみの処理が必要となる場合があるが、そのような場合、特許文献１のような従来の換気装置では、湿度調整のみを行っており、加湿中あるいは除湿中の中間期における温度調整が行われていなかった。そのため、顕熱負荷が少ない場合は快適な空調を行うことができないという課題があった。

　本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、顕熱負荷が少ない場合であっても快適な空調を行うことができる空気調和装置を提供することを目的としている。

　本発明に係る空気調和装置は、給気口から吹き出される空気が通過する給気路および排気口から吹き出される空気が通過する排気路が形成されたケーシングと、前記給気路を流れる空気と前記排気路を流れる空気とで熱交換させる全熱交換器と、前記全熱交換器から流出した空気と冷媒との熱交換を行い、前記給気口から吹き出される空気の温湿度を調整する給気側熱交換器と、を有し、前記給気側熱交換器で熱交換後の空気を前記給気口から吹き出す換気装置と、圧縮機、排気側熱交換器、絞り装置、および、前記給気側熱交換器が配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記給気口から吹き出された空気と混合する冷気または暖気を吹き出すとともに前記給気口から吹き出された空気を吸い込む顕熱処理空調機と、前記顕熱処理空調機を制御する制御装置と、を備えたものである。

　本発明に係る空気調和装置によれば、給気口から吹き出された空気と混合する冷気または暖気を吹き出すとともに給気口から吹き出された空気を吸い込む顕熱処理空調機を備えている。そのため、中間期の顕熱負荷が少ない場合であっても、顕熱処理空調機から吹き出された冷気または暖気を給気口から吹き出された空気と混合するとともに、給気口から吹き出された空気を顕熱処理空調機に吸い込むことで、快適な空調を行うことができる。

本発明の実施の形態に係る空気調和装置の構成例を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る空気調和装置の換気装置とその周辺の構成例を示す概略図である。図２に示す風路切替装置の動作を説明する図である。図２に示す換気装置の給水手段の第一の構成例を示す概略図である。図２に示す換気装置の給水手段の第二の構成例を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る空気調和装置の運転モード切り替えにおける状態遷移図である。本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷媒回路の変形例を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

　実施の形態．
　図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置１００の構成例を示す概略図である。図２は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置１００の換気装置１０とその周辺の構成例を示す概略図である。図３は、図２に示す風路切替装置１５の動作を説明する図である。

　図１に示すように、本実施の形態に係る空気調和装置１００は、換気装置１０と、輻射パネル２０と、顕熱処理空調機３０と、冷媒回路４０と、制御装置５０と、第一温度センサ６１と、第二温度センサ６２と、を備えている。換気装置１０は、環気（ＲＡ）と外気（ＯＡ）とで換気を行うものである。輻射パネル２０は、冷房運転および暖房運転を行うものであり、換気装置１０から室内に供給される給気（ＳＡ）を冷却または加熱するものである。顕熱処理空調機３０は、室内機と室外機とが一体型となっており、暖房運転および冷房運転を行うものであり、顕熱処理専用に用いられるものである。冷媒回路４０は、圧縮機４１、流路切替装置４２、排気側熱交換器４３、絞り装置４４、および、給気側熱交換器４５が、配管で接続され、冷媒が循環するものである。

　制御装置５０は、換気装置１０、輻射パネル２０、顕熱処理空調機３０、および、冷媒回路４０を制御するものである。この制御装置５０は、例えば、専用のハードウェア、またはメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、プロセッサともいう）で構成される。

　圧縮機４１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態にするものであり、例えば周波数が可変できるインバータ圧縮機である。流路切替装置４２は、冷媒の流通方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。絞り装置４４は、それに流れ込む冷媒を減圧する装置であり、例えば電子膨張弁である。

　図１に示すように、流路切替装置４２が第一切替方向（図１の実線）の場合、排気側熱交換器４３が凝縮器として機能し、給気側熱交換器４５が蒸発器として機能する。また、流路切替装置４２が第二切替方向（図２の破線）の場合、排気側熱交換器４３が蒸発器として機能し、給気側熱交換器４５が凝縮器として機能する。

　図２に示すように、換気装置１０は、ケーシング１１と、全熱交換器１２と、排気ファン１３と、給気ファン１４と、風路切替装置１５と、排気側熱交換器４３と、給気側熱交換器４５と、加湿器１６と、給水手段７０と、を備えている。ケーシング１１は、換気装置１０の外郭を構成するものであり、内部に給気（ＳＡ）を取り込む外気口１１ａと、室外に排気（ＥＡ）を排出する排気口１１ｂと、内部に環気（ＲＡ）を取り込む環気口１１ｃと、室内に給気（ＳＡ）を供給する給気口１１ｄとを備えている。また、ケーシング１１の内部には、給気口１１ｄから吹き出される空気が通過する給気路１１ａｄと排気口１１ｂから吹き出される空気が通過する排気路１１ｂｃとが形成されている。全熱交換器１２は、給気路１１ａｄを流れる空気と排気路１１ｂｃを流れる空気とで熱交換させるものである。排気ファン１３は、環気口１１ｃから環気（ＲＡ）をケーシング１１内の排気路１１ｂｃに取り込んで、全熱交換器１２で全熱交換後、排気口１１ｂから排気（ＥＡ）として室外に排出するものである。給気ファン１４は、外気口１１ａから外気（ＯＡ）をケーシング１１内の給気路１１ａｄに取り込んで、全熱交換器１２で全熱交換後、給気口１１ｄから給気（ＳＡ）として空調対象空間である室内に供給するものである。

　第一温度センサ６１は、例えばケーシング１１の環気口１１ｃ付近に設けられ、室内温度を検知するものである。なお、第一温度センサ６１の設置場所は、室内温度を検知できる位置であればどこでもよい。第二温度センサ６２は、輻射パネル２０に設けられ、輻射パネル２０の温度を検知するものである。第一温度センサ６１および第二温度センサ６２は、例えばサーミスタである。

　輻射パネル２０は、ケーシング１１の給気口１１ｄ付近かつ顕熱処理空調機３０から吹き出された冷気または暖気が当たる位置に設けられており、換気装置１０から室内に供給される給気（ＳＡ）を冷却または加熱するものである。また、顕熱処理空調機３０は、ケーシング１１の給気口１１ｄ付近かつ輻射パネル２０の下流側に設けられており、給気口１１ｄから吹き出された空気と混合する冷気または暖気を吹き出すとともに、給気口１１ｄから吹き出された空気を吸い込むものである。

　風路切替装置１５は、ケーシング１１内の給気路１１ａｄの全熱交換器１２の上流側かつ排気路１１ｂｃの全熱交換器１２の下流側に配置されており、ケーシング１１内の空気の流れを切り替えるものである。図３に示すように、風路切替装置１５が通常時に切り替えられた状態では、風路切替装置１５を通過した外気（ＯＡ）は、全熱交換後、給気（ＳＡ）として室内に供給され、風路切替装置１５を通過した全熱交換後の環気（ＲＡ）は、排気（ＥＡ）として室外に排出される。一方、風路切替装置１５が内気循環時に切り替えられた状態では、風路切替装置１５を通過した外気（ＯＡ）は、排気（ＥＡ）として室外に排出され、風路切替装置１５を通過した全熱交換後の環気（ＲＡ）は、全熱交換後、給気（ＳＡ）として室内に供給される。

　図２に示すように、排気側熱交換器４３は、ケーシング１１内の排気路１１ｂｃの全熱交換器１２の下流側かつ風路切替装置１５の上流側に配置されている。そして、排気側熱交換器４３は、排気路１１ｂｃを流れ、全熱交換器１２から流出した空気と冷媒回路４０を流れる冷媒とで熱交換させ、排気口１１ｂから吹き出される空気の温湿度を調整するものである。この排気側熱交換器４３は、冷房モード時は凝縮器として機能し、暖房モード時は蒸発器として機能する。給気側熱交換器４５は、ケーシング１１内の給気路１１ａｄの全熱交換器１２の下流側に配置されている。そして、給気側熱交換器４５は、給気路１１ａｄを流れ、全熱交換器１２から流出した空気と冷媒回路４０を流れる冷媒とで熱交換させ、給気口１１ｄから吹き出される空気の温湿度を調整するものである。この給気側熱交換器４５は、冷房運モード時は蒸発器として機能し、暖房モード時は凝縮器として機能する。

　加湿器１６は、ケーシング１１内の給気路１１ａｄの給気側熱交換器４５の下流側に配置されており、空気を加湿するものである。

　図４は、図２に示す換気装置１０の給水手段７０の第一の構成例を示す概略図である。図５は、図２に示す換気装置１０の給水手段７０の第二の構成例を示す概略図である。
　給水手段７０は、図４に示すように、加湿器１６と水配管７３で接続され、水道からの水を加湿器１６に供給する給水器７１と、開度によって加湿器１６に供給する水の量を調整する流量調整弁７２と、で構成されている。

　なお、給水手段７０は、図５に示すように、給気側熱交換器４５が結露した際に発生する結露水を回収するドレンパンなどの結露水回収手段７４と、結露水回収手段７４で回収された結露水を加湿器１６に供給する水ホースなどの結露水供給手段７５と、を備えていてもよい。給水手段７０が結露水回収手段７４と結露水供給手段７５とを備えることで、結露水の排水が不要となる。

　図６は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置１００の運転モード切り替えにおける状態遷移図である。
　次に、本実施の形態に係る空気調和装置１００の運転モードについて説明する。
　図６に示すように、制御装置５０は５つの運転モードを備えており、各種条件に応じて、待機モードから、冷房モード、中間期冷房モード、暖房モード、中間期暖房モードのいずれかに移行する。

＜待機モード＞
　全てのモードの基本となるモードであり、電源ＯＮ／ＯＦＦ時、および、他の４つのモード移行時にこのモードとなる。

＜冷房モード＞
　室内の冷房を行うモードであり、流路切替装置４２が第一切替方向に切り替えられ、加湿器１６がＯＦＦとなり、顕熱処理空調機３０がＯＦＦとなるモードである。冷房モードでは、制御装置５０は、流路切替装置４２を切り替え、冷媒の流通方向を排気側熱交換器４３が凝縮器として機能し、給気側熱交換器４５が蒸発器として機能する方向とし、圧縮機４１を駆動し、絞り装置４４の開度を調節する。そして、給気路１１ａｄを流れる空気が給気側熱交換器４５で冷やされることで、換気装置１０の給気口１１ｄから室内に冷気が吹き出される。また、制御装置５０は、顕熱負荷に応じて輻射パネル２０を冷房運転させ、換気装置１０の給気口１１ｄから吹き出された冷気をさらに冷やす。

＜暖房モード＞
　室内の暖房を行うモードであり、流路切替装置４２が第二切替方向に切り替えられ、加湿器１６がＯＮとなり、顕熱処理空調機３０がＯＦＦとなるモードである。暖房モードでは、制御装置５０は、流路切替装置４２を切り替え、冷媒の流通方向を排気側熱交換器４３が蒸発器として機能し、給気側熱交換器４５が凝縮器として機能する方向とし、圧縮機４１を駆動し、絞り装置４４の開度を調節する。そして、給気路１１ａｄを流れる空気が給気側熱交換器４５で暖められ、加湿器１６で加湿された後、換気装置１０の給気口１１ｄから室内に暖気が吹き出される。また、制御装置５０は、顕熱負荷に応じて輻射パネル２０を暖房運転させ、換気装置１０の給気口１１ｄから吹き出された暖気をさらに暖める。

＜中間期冷房モード＞
　春または秋の中間期での冷房モードであり、流路切替装置４２が第一切替方向に切り替えられ、加湿器１６がＯＦＦとなり、顕熱処理空調機３０が冷房運転するモードである。つまり、冷房運転モードとは、顕熱処理空調機３０が冷房運転している点で異なる。除湿モードでは、制御装置５０は、流路切替装置４２を切り替え、冷媒の流通方向を排気側熱交換器４３が凝縮器として機能し、給気側熱交換器４５が蒸発器として機能する方向とし、圧縮機４１を駆動し、絞り装置４４の開度を調節する。そして、給気路１１ａｄを流れる空気が給気側熱交換器４５で冷やされ、給気側熱交換器４５で結露して除湿された後、換気装置１０の給気口１１ｄから室内に冷気が吹き出される。さらに、制御装置５０は、顕熱処理空調機３０を暖房運転させることで、顕熱処理空調機３０から暖気が吹き出され、換気装置１０の給気口１１ｄから吹き出された冷気と混合するとともに、換気装置１０の給気口１１ｄから吹き出された冷気を顕熱処理空調機３０に吸い込む。このとき、制御装置５０は、第一温度センサ６１の検知値があらかじめ設定された設定温度となるように顕熱処理空調機３０の吹出温度を制御する。そのため、換気装置１０から吹き出された冷気と顕熱処理空調機３０から吹き出された暖気とが相殺される。さらに、顕熱処理空調機３０から吹き出された暖気が輻射パネル２０に当たるが、制御装置５０は、第二温度センサ６２の検知値が露点温度以上となるように顕熱処理空調機３０の吹出温度を制御する。そのため、顕熱処理空調機３０から輻射パネル２０に吹き出された暖気によって、輻射パネル２０の結露を抑制することができる。

＜中間期暖房モード＞
　春または秋の中間期での暖房モードであり、流路切替装置４２が第二切替方向に切り替えられ、加湿器１６がＯＮとなり、顕熱処理空調機３０が暖房運転するモードである。つまり、暖房運転モードとは、顕熱処理空調機３０が暖房運転している点で異なる。加湿モードでは、制御装置５０は、流路切替装置４２を切り替え、冷媒の流通方向を排気側熱交換器４３が蒸発器として機能し、給気側熱交換器４５が凝縮器として機能する方向とし、圧縮機４１を駆動し、絞り装置４４の開度を調節する。そして、給気路１１ａｄを流れる空気が給気側熱交換器４５で暖められ、加湿器１６で加湿された後、換気装置１０の給気口１１ｄから室内に暖気が吹き出される。さらに、制御装置５０は、顕熱処理空調機３０を冷房運転させることで、顕熱処理空調機３０から冷気が吹き出され、換気装置１０の給気口１１ｄから吹き出された暖気と混合するとともに、換気装置１０の給気口１１ｄから吹き出された暖気を顕熱処理空調機３０に吸い込む。このとき、制御装置５０は、第一温度センサ６１の検知値があらかじめ設定された設定温度となるように顕熱処理空調機３０の吹出温度を制御する。そのため、換気装置１０の給気口１１ｄから吹き出された暖気と顕熱処理空調機３０から吹き出された冷気とが相殺され、かつ、加湿器１６により見かけ上顕熱処理がないまま加湿動作が可能となる。

　以上、本実施の形態に係る空気調和装置１００は、給気口１１ｄから吹き出される空気が通過する給気路１１ａｄおよび排気口１１ｂから吹き出される空気が通過する排気路１１ｂｃが形成されたケーシング１１と、給気路１１ａｄを流れる空気と排気路１１ｂｃを流れる空気とで熱交換させる全熱交換器１２と、全熱交換器１２から流出した空気と冷媒との熱交換を行い、給気口１１ｄから吹き出される空気の温湿度を調整する給気側熱交換器４５と、を有し、給気側熱交換器４５で熱交換後の空気を給気口１１ｄから吹き出す換気装置１０と、圧縮機４１、流路切替装置４２、排気側熱交換器４３、絞り装置４４、および、給気側熱交換器４５が配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路４０と、給気口１１ｄから吹き出された空気と混合する冷気または暖気を吹き出すとともに給気口１１ｄから吹き出された空気を吸い込む顕熱処理空調機３０と、顕熱処理空調機３０を制御する制御装置５０と、を備えたものである。

　本実施の形態に係る空気調和装置１００によれば、給気口１１ｄから吹き出された空気と混合する冷気または暖気を吹き出すとともに給気口１１ｄから吹き出された空気を吸い込む顕熱処理空調機３０を備えている。そのため、中間期の顕熱負荷が少ない場合であっても、顕熱処理空調機３０から吹き出された冷気または暖気を給気口１１ｄから吹き出された空気と混合するとともに、給気口１１ｄから吹き出された空気を顕熱処理空調機３０に吸い込むことで、室内に供給される空気の温度を調整でき、快適な空調を行うことができる。また、こうすることで、潜熱負荷のみを処理することができる。

　図７は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置１００の冷媒回路４０の変形例を示す図である。
　なお、本実施の形態に係る空気調和装置１００では、排気側熱交換器４３および給気側熱交換器４５を１つずつ備えた構成であるが、排気側熱交換器４３および給気側熱交換器４５をそれぞれ複数備えた構成としてもよい。その場合、冷媒回路４０は図７に示す構成となる。

　また、本実施の形態に係る空気調和装置１００では、流路切替装置４２を備えているが、備えていなくてもよく、給気側熱交換器４５を凝縮器専用または蒸発器専用としてもよい。また、図７に示すように、給気側熱交換器４５をそれぞれ複数備えた構成である場合は、全ての凝縮器専用または蒸発器専用としてもよいし、給気側熱交換器４５毎に蒸発器と凝縮器とを切り替えられる構成としてもよい。

　１０　換気装置、１１　ケーシング、１１ａ　外気口、１１ａｄ　給気路、１１ｂ　排気口、１１ｂｃ　排気路、１１ｃ　環気口、１１ｄ　給気口、１２　全熱交換器、１３　排気ファン、１４　給気ファン、１５　風路切替装置、１６　加湿器、２０　輻射パネル、３０　顕熱処理空調機、４０　冷媒回路、４１　圧縮機、４２　流路切替装置、４３　排気側熱交換器、４４　絞り装置、４５　給気側熱交換器、５０　制御装置、６１　第一温度センサ、６２　第二温度センサ、７０　給水手段、７１　給水器、７２　流量調整弁、７３　水配管、７４　結露水回収手段、７５　結露水供給手段、１００　空気調和装置。

Claims

　給気口から吹き出される空気が通過する給気路および排気口から吹き出される空気が通過する排気路が形成されたケーシングと、前記給気路を流れる空気と前記排気路を流れる空気とで熱交換させる全熱交換器と、前記全熱交換器から流出した空気と冷媒との熱交換を行い、前記給気口から吹き出される空気の温湿度を調整する給気側熱交換器と、を有し、前記給気側熱交換器で熱交換後の空気を前記給気口から吹き出す換気装置と、
　圧縮機、排気側熱交換器、絞り装置、および、前記給気側熱交換器が配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、
　前記給気口から吹き出された空気と混合する冷気または暖気を吹き出すとともに前記給気口から吹き出された空気を吸い込む顕熱処理空調機と、
　前記顕熱処理空調機を制御する制御装置と、を備えた
　空気調和装置。
　室内温度を検知する第一温度センサを備え、
　前記制御装置は、
　前記第一温度センサの検知値が設定温度となるように前記顕熱処理空調機の吹出温度を制御する
　請求項１に記載の空気調和装置。
　前記冷媒回路は、冷媒の流通方向を前記給気側熱交換器が蒸発器として機能する第一切替方向と前記給気側熱交換器が凝縮器として機能する第二切替方向とに切り替える流路切替装置を備え、
　前記制御装置は、
　前記流路切替装置を前記第一切替方向に切り替え、前記顕熱処理空調機から暖気を吹き出させる中間期冷房モードと、
　前記流路切替装置を前記第二切替方向に切り替え、前記顕熱処理空調機から冷気を吹き出させる中間期暖房モードとを備えた
　請求項１または２に記載の空気調和装置。
　前記顕熱処理空調機から吹き出された冷気または暖気が当たる位置に設けられ、前記給気口から吹き出された空気を冷却または加熱する輻射パネルと、
　前記輻射パネルの温度を検知する第二温度センサと、を備え、
　前記制御装置は、
　中間期冷房モード時、
　前記第二温度センサの検知値が露点温度以上となるように前記顕熱処理空調機の吹出温度を制御する
　請求項３に記載の空気調和装置。
　前記給気側熱交換器の下流側に配置され、前記給気口から吹き出される空気を加湿する加湿器と、
　前記給気側熱交換器が結露した際に発生する結露水を回収する結露水回収手段と、
　前記結露水回収手段で回収された結露水を前記加湿器に供給する結露水供給手段と、を備えた
　請求項１～４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
　前記給気路の前記全熱交換器の上流側かつ前記排気路の前記全熱交換器の下流側に配置され、前記ケーシング内に取り込まれた外気が前記給気口から吹き出され、前記ケーシング内に取り込まれた環気が前記排気口から吹き出される風路と、前記ケーシング内に取り込まれた外気が前記排気口から吹き出され、前記ケーシング内に取り込まれた環気が前記給気口から吹き出される風路と、に切り替える風路切替装置を備えた
　請求項１～５のいずれか一項に記載の空気調和装置。