JP2006336999A - ヒートポンプ式空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
冷房運転時の凝縮水を利用して排気温度を低下せしめ、しかも凝縮温度の低下を図って運転動力の低減を期すことのできるヒートポンプ式空気調和装置を提供する。
【解決手段】
ケーシング１内に、外気入口２ａから給気口２ｂに至る給気流路２と、還気口３ａから排気口３ｂに至る還気流路３を有し、前記給気流路２に設けた給気側熱交換器７と、前記還気流路３に設けた還気側熱交換器１０とに対し、圧縮機１２からの冷媒を前記還気側熱交換器１０と給気側熱交換器７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、前記給気側熱交換器の下方に設けたドレンパン１９と、前記還気側熱交換器１０まわりに水を供給する給水手段２１と、前記ドレンパン１９で捕集したドレン水を前記給水手段２１に送る送水手段２０を備える構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は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、冷房運転時において排気温度の低下を実現できるようにした空気調和装置に関する。

外気導入タイプのヒートポンプ式空気調和装置においては、冷房運転時に給気側熱交換器が蒸発器として作用し、導入した外気中の余剰水分が冷却によって凝縮し、凝縮した水分はドレンとして外部に排出されるようになっていて（例えば、特許文献１、２参照）、前記凝縮水分は特に利用されていないのが現状である。

ところで、近年空気調和装置の冷房運転時における室外排気が都市部で顕著なヒートアイランド現象の原因となっていることが社会問題となっており、排気温度を低下させる手段として従来から採られているのは、設定温度を下げるという程度のものでしかない。
特開２００３−４２４７９号公報（第１〜３頁、図１〜５） 特開２００３−３１４８４６号公報（第１〜７頁、図１〜５）

本発明は、冷房運転時に生じる凝縮水を利用して排気温度を低下せしめ、しかも凝縮温度の低下を図って運転動力の低減を期すことの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、本発明の請求項１に係るヒートポンプ式空気調和装置は、ケーシング内に、外気入口から被空調室への給気口に至る給気流路と、被空調室からの還気口から排気口に至る還気流路を有し、前記給気流路に設けた給気側熱交換器と、前記還気流路に設けた還気側熱交換器とに対し、圧縮機からの冷媒を前記還気側熱交換器と給気側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、前記給気側熱交換器の下方に設けたドレンパンと、前記還気側熱交換器まわりに水を供給する給水手段と、前記ドレンパンで捕集したドレン水を前記給水手段に送る送水手段を備えてなる構成のものとしてある。

本発明の請求項２に係るヒートポンプ式空気調和装置は、前記給水手段を、還気側熱交換器の上流側に設けた加湿器で構成してなる請求項１に記載のヒートポンプ式空気調和装置。

本発明の請求項３に係るヒートポンプ式空気調和装置は、前記給水手段を、還気側熱交換器の上方に設けた受水器から還気側熱交換器に水を滴下させるようにした構成のものとしてある。

本発明の請求項４に係るヒートポンプ式空気調和装置は、前記受水器を、底部に多数の通水孔を有する皿状のものとしてあり、前記通水孔から還気側熱交換器に水を滴下させるように構成したものとしてある。

本発明の請求項５に係るヒートポンプ式空気調和装置は、前記受水器を、保水性材料よりなり、この保水性材料の保水量を超えた水が還気側熱交換器に滴下して供給されるようにした構成のものとしてある。

本発明の請求項６に係るヒートポンプ式空気調和装置は、前記給気流路における給気側熱交換器の上流部と、前記還気流路における還気側熱交換器の上流部に、給気流路と還気流路を跨ぐ全熱交換器を設けたものとしてある。

本発明によれば、冷房運転時において蒸発器として作用する給気側熱交換器にて、冷却により凝縮した水分がドレンパンで捕集され、この捕集された凝縮水が、冷房運転時において凝縮器として作用する還気側熱交換器に供給され、同還気側熱交換器から発せられる熱を奪い、したがって排気温度を低下させることができる。

また、還気側熱交換器が前記凝縮水によって冷却されるので、冷房運転時における還気側熱交換器での凝縮温度が低下し、運転動力を低減せしめることができ、ランニングコストの低減すなわち省エネルギ化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に至る還気流路３とが仕切り板１ａによって区画されていて、給気流路２と還気流路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、外気入口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、給気側熱交換器７、送風機８を設けてあり、前記還気流路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、還気側熱交換器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。

また、上記還気流路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、前記給気側熱交換器７と還気側熱交換器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暖房運転と冷房運転が切替えられる。

なお、上記圧縮機１２、四方弁１３およびアキュムレータ１４は全熱交換器４と還気側熱交換器１０との間に設ける場合もあるし、他の位置に設ける場合もある。
また、図１中において符号１５、１６はそれぞれ第１熱交換器、第２熱交換器用の各膨張弁、１７、１８はそれぞれ給気側熱交換器７用、還気側熱交換器１０用の逆止弁を示している。

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を介して還気側熱交換器１０に送られ、還気流路３を流過する空気との熱交換により凝縮されて給気側熱交換器７に送られ、同給気側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、給気側熱交換器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を介して給気側熱交換器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、凝縮した冷媒は還気側熱交換器１０に送られて蒸発させられて還気流路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、給気側熱交換器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給気側熱交換器７の下方にドレンパン１９を設けてあって、冷房運転時において蒸発器として作用する給気側熱交換器表面で発生する凝縮水を捕集するようになっている。

そして、上記ドレンパン１９の底部に一端が接続された送水手段たる送水管２０の他端が、仕切り板１ａを経て、還気側熱交換器１０の上流側に設けた給水手段たる加湿器２１に接続されており、前記ドレンパンで捕集された凝縮水が上記加湿器２１の加湿用水として用いられるようになっていて、加湿器には例えば気化式加湿器を使用する。

上記送水管２０は加湿器２１側に向かって下向きの勾配を付してあって、凝縮水は自然落下により流れて供給されるようにしてあるが、装置の仕様によっては上述のような勾配を付すことができない場合もあるので、このような場合には送水管の途中に適宜送水用のポンプを設ける。
なお、図１中の符号２２は還気側熱交換器まわりの余剰水を捕集するためのドレンパンを示し、同ドレンパンに滴下する水（加湿用の余剰水や暖房運転時における凝縮水）は外部に排出される。

上述のように、冷房運転時の給気側熱交換器７で凝縮した水が還気側熱交換器１０の上流部に設けられた加湿器２１によって気化されて還気側熱交換器に放出され、したがって還気側熱交換器１０にて放出された熱を加湿器からの水分が奪い、排気温度が低下させられる。

また、冷房運転時において凝縮器として作用している還気側熱交換器１０は加湿器２１からの水分によって温度が低下させられるので、凝縮温度が低下し、したがって圧縮機における運転動力を減少せしめることができ、省エネルギ化を期すことができる。

図２は、上述した構成の本発明の装置により、冷房運転時における空気の状態の一例を湿り空気線図に示したものであり、給気風量が６０００ＣＭＨ、給気側熱交換器７入口における空気が乾球温度で２９．４℃、湿球温度で２３．０℃、給気側熱交換器の蒸発器能力が１４．７ｋＷであるとして計算を行うと、給気側熱交換器出口における空気は乾球温度で２６．０℃、湿球温度で２１．０℃となり、凝縮水の発生量は１０．８ｇ／ｈとなる。

そして、加湿器２１入口における空気を乾球温度で３１．１℃、湿球温度で２４．８℃、加湿器による加湿効率を３０％であるとすると、加湿器２１出口における空気温度は乾球温度で３０．０℃となり、すなわち凝縮水による加湿を行わない場合に比して１．１℃低下し、したがって排気口３ｂから外部に放出される排気温度も１．１℃低下させることができる。

また、還気側熱交換器１０における冷媒の凝縮温度を、還気側熱交換器に流入する空気の温度（入口温度）よりも乾球温度にして１５℃高いものであると仮定して圧縮機動力を計算すると、凝縮水による加湿を行わない場合は３．４３ｋＷ、加湿を行う場合は３．３１ｋＷとなり、凝縮水による加湿を行った場合には３．５％の動力低減を期待することができる。

上述した実施例においては、給気流路２と還気流路３の空気を全熱交換器４にて熱交換する構成としてあるが、全熱交換器を設けない場合もある。

図３は給水手段の他の例を示すものであり、同図３に示される例においては前記加湿器２１に代えて、受水器たる受水皿２３を還気側熱交換器１０の上部に設けたものとしてあり、この受水皿は底部に多数の通水用の孔２４、２４を有し、これらの孔から水を滴下せしめて還気側熱交換器１０の表面を流下させる構成となっていて、孔の数や径によって水の滴下量を適宜設定できるようになっている。

図４は給水手段のさらに他の例を示すものであり、受水器を枠２５内に収容した保水性材２６で構成し、この保水性材上に供給した水が保水性材の飽和量を超えると下側から還気側熱交換器１０に滴下するようにしてある。
上記保水性材２６は、供給した水がほぼ均等に還気側熱交換器に滴下するものが好適であり、例えばウレタンフォーム等の発泡性樹脂材や海面等のスポンジ状のものを用いることができる。

また、上述した給水手段のほかにも、ポンプやエジェクタを用いて強制的に凝縮水を還気側熱交換器１０の入口にスプレーする構成とする場合もあるし、還気側熱交換器の上流側において凝縮水を水幕状に滴下する構成とする場合もある。

本発明に係る装置の実施例の構成を示す系統図。 本発明の作用を説明するための湿り空気線図。 給水手段の他の例を示す還気側熱交換器まわりの拡大図。 給水手段のさらに他の例を示す還気側熱交換器まわりの拡大図。

符号の説明

１ ケーシング
２ 給気流路
３ 還気流路
４ 全熱交換器
５ フィルタ
６ 加湿器
７ 給気側熱交換器
８ 送風機
９ フィルタ
１０ 還気側熱交換器
１１ 送風機
１２ 圧縮機
１３ 四方弁
１４ アキュムレータ
１５、１６ 膨張弁
１７、１８ 逆止弁
１９ ドレンパン
２０ 送水管
２１ 凝縮水用の加湿器
２２ ドレンパン
２３ 受水皿
２４ 通水用の孔
２５ 枠
２６ 保水性材

Claims (6)

1. ケーシング内に、外気入口から被空調室への給気口に至る給気流路と、被空調室からの還気口から排気口に至る還気流路を有し、前記給気流路に設けた給気側熱交換器と、前記還気流路に設けた還気側熱交換器とに対し、圧縮機からの冷媒を前記還気側熱交換器と給気側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、
   前記給気側熱交換器の下方に設けたドレンパンと、前記還気側熱交換器まわりに水を供給する給水手段と、前記ドレンパンで捕集したドレン水を前記給水手段に送る送水手段を備えてなるヒートポンプ式空気調和装置。
2. 前記給水手段は、還気側熱交換器の上流側に設けた加湿器で構成してなる請求項１に記載のヒートポンプ式空気調和装置。
3. 前記給水手段は、還気側熱交換器の上方に設けた受水器から還気側熱交換器に水を滴下させるように構成してなる請求項１に記載のヒートポンプ式空気調和装置。
4. 前記受水器は、底部に多数の通水孔を有する皿状のものとしてあり、前記通水孔から還気側熱交換器に水を滴下させるように構成してなる請求項３に記載のヒートポンプ式空気調和装置。
5. 前記受水器は、保水性材料よりなり、この保水性材料の保水量を超えた水が還気側熱交換器に滴下して供給されるように構成してなる請求項３に記載のヒートポンプ式空気調和装置。
6. 前記給気流路における給気側熱交換器の上流部と、前記還気流路における還気側熱交換器の上流部に、給気流路と還気流路を跨ぐ全熱交換器を備えてなる請求項１に記載のヒートポンプ式空気調和装置。

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