JP3565276B2 - ヒートポンプ式空調機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はヒートポンプ式空調機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒートポンプ式のルームエアコンは、冷暖房運転のみで外気処理は別の機器で行う必要があった。また、還気を室内機の蒸発器で熱交換して給気し、蒸発器で熱交換した冷媒を、室外機の凝縮器へ送風される外気で熱交換している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、外気処理用の機器の設備費が余分にかかり、室内機と室外機をつなぐ配管工事が必要となる。また、外気で凝縮器を熱交換するため効率が悪く、極寒地や酷暑地での使用に制限があった。そこで、これらの問題点を解決するヒートポンプ式空調機を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のヒートポンプ式空調機は、ケーシング内に、冷媒循環回路を構成する蒸発器、凝縮器及び圧縮機と、還気と外気が通る前記蒸発器を設けた給気送風路と、還気と外気が通る前記凝縮器を設けた排気送風路と、を備え、前記排気送風路に風量制御自在な凝縮用送風機を設け、熱負荷に応じて前記凝縮用送風機の風量制御を行う制御手段を、備えたものである。さらに、給気送風路に風量制御自在な蒸発用送風機を設け、熱負荷に応じて凝縮用送風機と前記蒸発用送風機の風量制御を行う制御手段とした。さらに、容量制御自在な圧縮機とし、熱負荷に応じて凝縮用送風機と蒸発用送風機の風量制御と前記圧縮機の容量制御を行う制御手段とした。さらに、ケーシング内に還気送風路を備え、このケーシングに、給気送風路と排気送風路に連通する外気取入口を、形成し、前記排気送風路と前記給気送風路と前記還気送風路を三列に隣接させると共にその列方向一端部において前記給気送風路と前記還気送風路を連通連結させかつ前記排気送風路と前記還気送風路を連通連結させて前記ケーシングを形成した。さらに、給気送風路に連通する又は給気送風路と還気送風路に連通するダクト用チャンバを、設け、このチャンバに、空気清浄機構を収納・取出自在に内装させた。さらに、冷媒循環回路を、ケーシングに対して取出・収納自在に構成した。さらに、蒸発器と凝縮器のフィンチューブを楕円管で構成した。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は、本発明のヒートポンプ式空調機の一実施例を示しており、この空調機は、ケーシング１内に、冷媒循環回路Ｃを構成する蒸発器２、凝縮器３及び圧縮機４と、還気と外気が通る蒸発器２を設けた給気送風路Ａと、還気と外気が通る凝縮器３を設けた排気送風路Ｂと、還気送風路Ｅと、を備えている。ケーシング１には、外気取入口７、給気口８、還気口９及び排気口１０を形成し、外気取入口７と給気口８を給気送風路Ａにて連通連結し、外気取入口７と排気口１０を排気送風路Ｂにて連通連結し、還気口９を還気送風路Ｅに連通連結する。なお、実線及び点線の白抜き矢印で風向き（送風方向）を示す。
【０００６】
排気送風路Ｂと給気送風路Ａと還気送風路Ｅは三列に隣接させると共にその列方向一端部において給気送風路Ａと還気送風路Ｅを連通連結させかつ排気送風路Ｂと還気送風路Ｅを連通連結させてケーシング１を扁平状に形成する。外気取入口７と、外気取入口７より風上の給気送風路Ａと還気送風路Ｅの連通部と、外気取入口７より風上の排気送風路Ｂと還気送風路Ｅの連通部には、夫々風量調整ダンパを設ける。
【０００７】
さらに、給気送風路Ａと還気送風路Ｅに連通するダクト用チャンバ５を、設け、このチャンバ５に、空気清浄機構６を収納・取出自在に内装させる。空気清浄機構６は、例えば花粉やタバコなどの除塵・脱臭・殺菌を行う光触媒フィルタなどで構成すればよいが、これ以外の電気式機器などで構成するも自由である。チャンバ５と給気送風路Ａと還気送風路Ｅと屋内とはダクトなどを介して連通連結するが、チャンバ５と給気送風路Ａと還気送風路Ｅを直接連通連結してもよい。図例ではチャンバ５は内部を２分割し、給気送風路Ａに連通する分割空室に空気清浄機構６を設けているが、内部を分割せずに給気送風路Ａのみに連通させて空気清浄機構６を内装してもよく、その場合は、還気送風路Ｅと屋内をダクトなどで連通連結する。
【０００８】
冷媒循環回路Ｃは、蒸発器２、凝縮器３、圧縮機４、図示省略の受液器、膨張弁及び冷媒循環方向の切換弁等を配管接続して成り、蒸発器２及び凝縮器３の吸熱と放熱を切換自在に構成する。凝縮器３と蒸発器２は隣合わせて設けて、冷媒循環回路Ｃに占める容積を最小限に抑える。凝縮器３と蒸発器２のフィンチューブは低圧損の楕円管で構成する（図５参照）のが好ましいが円形管でもよい。
【０００９】
冷媒循環回路Ｃは、ケーシング１に対して取出・収納自在に構成する。例えば、ケーシング１内に着脱自在に取付けられるフレーム１３に、冷媒循環回路Ｃを固定して一体化し、ケーシング１の一面に開口部を形成し、この開口部に対して冷媒循環回路付フレーム１３を取出・収納自在に構成する。開口部には、着脱又は開閉自在な外装板を設ける。なお、前述以外の構成で冷媒循環回路Ｃを取出・収納自在に設けるも自由である。
【００１０】
排気送風路Ｂには風量制御自在な凝縮用送風機１２を設け、給気送風路Ａに風量制御自在な蒸発用送風機１１を設ける。送風機１１、１２はインバータ制御などで風量（翼回転数）制御自在に構成する。圧縮機４は、インバータ制御などで容量制御自在に構成する。Ｄは制御手段で、熱負荷の変動に応じて凝縮用送風機１２と蒸発用送風機１１の風量制御と圧縮機４の容量制御を段階的又は比例的に行う。例えば、冷房負荷又は暖房負荷が大きくなると凝縮器風量と蒸発器風量と圧縮機容量を適宜増加させ、冷房負荷又は暖房負荷が小さくなると凝縮器風量と蒸発器風量と圧縮機容量を適宜減少させる。なお、制御手段Ｄは例えばセンサーやマイコンなどで構成する。
【００１１】
このヒートポンプ式空調機では、還気口９から取入れた還気（屋内からの排気）と外気取入口７から取入れた外気を蒸発器２の流通冷媒で熱交換し、必要に応じて加湿器１４を作動させて給気口８から給気し、同時に還気口９から取入れた還気と外気取入口７から取入れた外気で凝縮器３の流通冷媒を熱交換して吸熱又は放熱し排気口１０から屋外へ排気する。このようにして還気熱を利用して凝縮器３の熱交換負荷を下げることができ、あたかも全熱交換器を用いたような効果を凝縮器３で得ることができる。このとき、凝縮器風量を増加させることにより圧縮機４の性能限界以上の熱量（冷暖房能力）を得ることができ、成績係数（ＣＯＰ）が向上する。なお、熱負荷が小さくなって圧縮機容量を減少させる場合、定風量の送風機では無駄に送風電力を消費するが、本発明では送風機の風量を減らして省エネ化を図れる。また、複数の送風機を運転・停止することにより風量制御する場合と比べて安価で細かく能力調整できる。
【００１２】
なお、熱負荷に応じて凝縮用送風機１２と蒸発用送風機１１の風量制御のみを行う制御手段Ｄとしたり、凝縮用送風機１２の風量制御のみを行う制御手段Ｄとして、能力調整するも自由である。外気取入口７は給気送風路Ａと排気送風路Ｂに別々に１つずつ連通させる以外に、給気送風路Ａと排気送風路Ｂにまたがるように設けて１つとしてもよい。また、排気送風路Ｂと給気送風路Ａと還気送風路Ｅの配列順序の変更は自由であり、送風機１１、１２は吸込み式でなく押込み式とするも自由である。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１の発明では、１台の空調機で冷暖房運転と換気などの外気処理ができ、配管工事が不要となる。還気熱を利用して凝縮器を運転できるので熱交換能力が高く冷媒循環回路を小型化できて省エネを図れ、全熱交換器などの余分な外気処理用機器が不要となり、空調機全体をコンパクト化でき、設置スペースが少なくて済み、設備コスト及びランニングコストの低減を図れる。細かく空調機の能力調整ができ、成績係数が向上して省エネとなり、圧縮機を大型化せずとも極寒地から酷暑地まで広範囲の地域で使用できる。圧縮機の容量制御を加えることにより、一層細かく能力調整を行うことができる。排気送風路と給気送風路と還気送風路を三列にしてケーシングを扁平状にし、その列方向他端部に屋内と連通する給気口や還気口を設けることができるので、空調機を壁などに沿って僅かな床面積で容易に設置し得る。
請求項２の発明では、高度な外気処理を行えるので病院やクリーンルームなどにも使用できる。チャンバを空気清浄機構のケーシングに兼用でき、空気清浄機構の保守や設置が容易で、空調機のコンパクト化も図れる。
請求項３の発明では、ケーシング全体を取り外すことなく冷媒循環回路のみをケーシングから取出して冷媒回収作業やメンテナンスを容易に行え、取付け収納にも手間がかからない。また、冷媒循環回路だけ交換することにより、リニューアル時のコストダウンも図れる。
請求項４の発明では、高風速で使用しても圧力損失が増加せずかつ熱交換能力も低下しないので小型の蒸発器と凝縮器を使用でき空調機を大幅にコンパクト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す正面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】使用状態の説明図である。
【図４】冷媒循環回路の簡略説明図である。
【図５】フィンチューブの断面図である。
【符号の説明】
１ ケーシング
２ 蒸発器
３ 凝縮器
４ 圧縮機
５ チャンバ
６ 空気清浄機構
７ 外気取入口
６ 空気清浄機構
１１ 蒸発用送風機
１２ 凝縮用送風機
Ａ 給気送風路
Ｂ 排気送風路
Ｃ 冷媒循環回路
Ｄ 制御手段
Ｅ 還気送風路

Claims (4)

1. ケーシング１内に、冷媒循環回路Ｃを構成する蒸発器２、凝縮器３及び容量制御自在な圧縮機４と、還気と外気が通る前記蒸発器２を設けた給気送風路Ａと、還気と外気が通る前記凝縮器３を設けた排気送風路Ｂと、還気送風路Ｅと、を備え、前記排気送風路Ｂに風量制御自在な凝縮用送風機１２を設けると共に、前記給気送風路Ａに風量制御自在な蒸発用送風機１１を設け、熱負荷に応じて前記凝縮用送風機１２と前記蒸発用送風機１１の風量制御と前記圧縮機４の容量制御を行う制御手段Ｄを、備え、前記ケーシング１に、前記給気送風路Ａと前記排気送風路Ｂに連通する外気取入口７を、形成し、前記排気送風路Ｂと前記給気送風路Ａと前記還気送風路Ｅを三列に隣接させると共にその列方向一端部において前記給気送風路Ａと前記還気送風路Ｅを連通連結させかつ前記排気送風路Ｂと前記還気送風路Ｅを連通連結させて前記ケーシング１を扁平状に形成したことを特徴とするヒートポンプ式空調機。
2. 給気送風路Ａに連通する又は給気送風路Ａと還気送風路Ｅに連通するダクト用チャンバ５を、設け、このチャンバ５に、空気清浄機構６を収納・取出自在に内装させた請求項１記載のヒートポンプ式空調機。
3. 冷媒循環回路Ｃを、ケーシング１に対して取出・収納自在に構成した請求項１又は２記載のヒートポンプ式空調機。
4. 蒸発器２と凝縮器３のフィンチューブを楕円管で構成した請求項１、２又は３記載のヒートポンプ式空調機。

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