JP4333986B2

JP4333986B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP4333986B2
Application number: JP2003384443A
Authority: JP
Inventors: 明洋市川; 幸夫印南; 哲志岸谷; 秀司尾原; 智恵子近藤; 進中山; 憲一中村
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2023-11-14
Also published as: JP2005147484A

Description

本発明は、室外機と室内機とが一体となった空気調和機に関し、特に、換気若しくは除湿後の空気を加温する室内機に好適である。

従来、空気調和機で行われている換気として、室内機に室内空気を室外に排出するための排気管を設け、室内の空気を室内機の送風機により室外側へ排出することが知られ、例えば特許文献１に記載されている。

また、冷却して除湿を行った空気を加熱する例として、室内熱交換器を複数の熱交換器に分割しその間に絞り器を設け、分割された一方を冷房負荷および除湿負荷の大きさに対応して蒸発器として他方を再熱器とし、冷却して除湿した空気を上流側の再熱器で加温することが知られ、例えば特許文献２に記載されている。

特開２００３−５００２５号公報

特開２００３−１４８８３０号公報

上記従来技術において、排気管を用いて室内機から室外機に排気を行うものは、室内の埃などを含み汚れた空気を室外へ排気できるもの、室外の新鮮な空気を室内へ取り込むことができず、換気としては充分なものではない。また、特許文献２のものでは、室内温度を下げることなく除湿することができるが、空気質の改善と言うことは考慮されていない。
本発明の目的は、室温を調節するだけでなく、除湿、加湿、換気、二酸化炭素濃度、マイナスイオンなど空気質の改善を図るのに好適な空気調和機を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、室内に外気を取込む場合でも、室内の快適感を損なわないようにすることにある。
さらに、本発明の他の目的は、空気質の改善を図ると共に、空気調和機の配管、配線を少なくして設置、施工を容易にすることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、圧縮機、冷媒流路切換装置、室内熱交換器、減圧装置、室外熱交換器が順次接続され、室外から外気を前記室外熱交換器へ送風する第１送風機、及び室内の空気を前記室内熱交換器へ送風する第２送風機が一つのユニットに収められた空気調和機において、前記第１送風機から送風される空気の流路を前記室外熱交換器あるいは前記室内熱交換器へ切換える室外側空気流路切換装置と、
前記第２送風機から送風される空気の流路を前記室内熱交換器あるいは前記室外熱交換器へ切換える室内側空気流路切換装置と、前記室外側空気流路切換装置と前記室内熱交換器との間及び前記室内側空気流路切換装置と前記室外熱交換器との間に設けられた全熱交換器と、を備え、前記第１送風機により吸込まれた外気は前記室外側空気流路切換装置を通り、前記室内熱交換器にて冷却されて室内側へ吹出され、前記第２送風機により吸込まれた室内空気は前記室内側空気流路切換装置を通り、前記室外熱交換器で加熱されて室外側へ排出されるものである。

また、上記のものにおいて、前記室内熱交換器は空気上流側に配置された空気上流側室内熱交換器と、該空気上流側室内熱交換器に対して下流側に配置された空気下流側室内熱交換器と、を有し、前記空気上流側室内熱交換器と前記空気下流側室内熱交換器との間に減圧装置が設けられたことが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、前記室外熱交換器の空気下流側となる位置に水分吸着ロータを配置したことが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、前記室内熱交換器の空気上流側に脱臭フィルタを配置したことが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、第２送風機の空気上流側に二酸化炭素濃度センサを配置したことが望ましい。

本発明によれば、室内の快適感を損なわずに室内に外気を取込み、除湿、加湿、換気、二酸化炭素濃度、マイナスイオンなど空気質の改善を図ることができる。更に、外気取り入れ冷暖房および換気運転時、外気が全熱交換器を通って室内空気の温湿度に近づいた後に室内側へ吹出されるので、より省エネルギーを図ることができる。

図を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、空気調和機の冷凍サイクル系統および空気流路を示し、ユニット１内に、圧縮機２と、室外熱交換器３と、減圧装置６と、空気下流側室内熱交換器４と、減圧装置７と、空気上流側室内熱交換器５と、冷媒流路切換装置８と、第２送風機９および第１送風機１０と、室内側空気流路切換装置１１と、室外側空気流路切換装置１２と、これらをつなぐ冷媒配管および空気流路から構成されている。
空気の流路は、室内側空気流路切換装置１１と室外側空気流路切換装置１２により、室内側から室外側へ排気される流路および室外側から室内側へ外気を取り入れる流路と、室外および室内のみ流れる流路とを選択できる。流路を選択する手段としては、例えばダンパが挙げられる。

冷房運転時、圧縮機２にて高温高圧ガスとなった冷媒は冷媒流路切換装置８を通り、室外熱交換器３にて冷却され高圧液となり、減圧装置６によって減圧し、空気下流側室内熱交換器４で吸熱し、さらに空気上流側室内熱交換器５にて吸熱して気化する。また、減圧装置６によって減圧して空気下流側室内熱交換器４で熱交換した冷媒を減圧装置７にて再び減圧および膨張してもよい。
外気取り入れ冷房運転時、第１送風機１０により吸込まれた外気は室外側空気流路切換装置１２を通り、空気上流側室内熱交換器５および空気下流側室内熱交換器４にて冷却され、室内側へ吹出される。第２送風機９により吸込まれた室内空気は室内側空気流路切換装置１１を通り、室外熱交換器３で加熱され、室外側へ排出される。
室内空気を循環する冷房運転時、第２送風機９により吸込まれた室内空気は、室内側空気流路切換装置１１を通り、空気上流側室内熱交換器５および室内下流側熱交換器４で冷却されて室内へ吹出される。一方、第１送風機１０により吸込まれた外気は、室外側空気流路切換装置１２を通り、室外熱交換器３で加温され、室外側へ排気される。

暖房運転時、圧縮機２より吐出された高圧ガス冷媒は冷媒流路切換装置８を通り、上流側室内熱交換器５および下流側室内熱交換器４で放熱し、減圧装置６により減圧され、室外熱交換器３で吸熱する。
外気取り入れ暖房運転時の空気流路に関し、第１送風機１０により吸込まれた外気は室外側空気流路切換装置１２を通り、空気上流側室内熱交換器５および空気下流側室内熱交換器４にて加温され、室内側へ吹出される。第２送風機９により吸込まれた室内空気は室内側空気流路切換装置１１を通り、室外熱交換器３で冷却され、室外側へ排気される。また、室内空気の暖房運転時、第２送風機９により吸込まれた室内空気は室内側空気流路切換装置１１を通り、空気上流側室内熱交換器５および室内下流側熱交換器４で加熱されて室内へ吹出される。一方、第１送風機１０により吸込まれた外気は、室外側空気流路切換装置１２を通り、室外熱交換器３で冷却され、室外側へ排気される。

除湿運転時、圧縮機２にて高温高圧ガスとなった冷媒は、冷媒流路切換装置８を通り、室外熱交換器３にて高圧液化され、空気下流側室内熱交換器４でさらに冷却され、減圧装置７によって減圧し、さらに空気上流側室内熱交換器５にて吸熱して気化する。一方、空気流路に関し、取り入れ外気の除湿運転時、第１送風機１０により吸込まれた外気は室外側空気流路切換装置１２を通り、空気上流側室内熱交換器５で冷却されて除湿され、空気下流側室内熱交換器４にて室内温度と等温もしくは略等温まで加温されて室内側へ吹出される。第２送風機９により吸込まれた室内空気は室内側空気流路切換装置１１を通り、室外熱交換器３で加熱され、室外側へ排出される。
また、室内空気の除湿運転時、第２送風機９により吸込まれた室内空気は、室内側空気流路切換装置１１を通り、空気上流側室内熱交換器５で冷却されて除湿され、室内下流側熱交換器６にて室内温度と等温もしくは略等温まで加温されて室内へ吹出される。一方、第１送風機１０により吸込まれた外気は室外側空気流路切換装置１２を通り、室外熱交換器３で加熱され、室外側へ排気される。

室外空気を取り入れる換気運転時、圧縮機２は運転を停止する。一方、第１送風機１０により吸込まれた外気は室外側空気流路切換装置１２を通り、空気上流側室内熱交換器５および空気下流側室内熱交換器４を通過し室内側へ吹出される。第２送風機９により吸込まれた室内空気は室内側空気流路切換装置１１を通り、室外熱交換器３を通って室外側へ排気される。

以上により、本発明の装置は室外機と室内機とを接続する配管作業および配線作業が不要となり、省力化および省資源化を図ることができ、信頼性を向上することができる。

外気取り入れ冷暖房および換気運転時、より省エネルギーを図るため全熱交換器あるいは顕熱交換器を用いる。以下回転型全熱交換器の例に図２により詳細に説明する。

全熱交換器１３の一方は、室内側から室外側に排気される流路の室内側空気流路切換装置１１の下流、かつ室外側空気流路切換装置１２から分岐された流路と合流する上流に、他方は、室外側から室内側に供給される流路の室外側空気流路切換装置１２の下流、かつ室内側空気流路切換装置１１から分岐された流路と合流する上流に設置する。
冷凍サイクル系統機器の接続順は図１と同じ構成であり、外気取り入れ冷房運転時および外気取り入れ除湿運転時、第１送風機１０により吸込まれた外気は室外側空気流路切換装置１２を通り、全熱交換器１３で室内から排気された空気と熱交換されて室内空気に近い温湿度まで冷却除湿される。その後、空気上流側室内熱交換器５および空気下流側室内熱交換器４にてさらに冷却され、室内側へ吹出される。除湿運転時は空気上流側室内熱交換器５にてさらに冷却除湿され、空気下流側室内熱交換器４にて加温されて室内側へ吹出さる。第２送風機９により吸込まれた室内空気は室内側空気流路切換装置１１を通り、全熱交換器１３で取り入れた外気と熱交換するが、外気よりは低い温度であるため室外熱交換器３の性能低下はない。

外気取り入れ暖房運転時、第１送風機１０により吸込まれた外気は、室外側空気流路切換装置１２を通り、全熱交換器１３を通過し室内空気の温湿度に近づいた後、空気上流側室内熱交換器５および空気下流側室内熱交換器６にてさらに加温され、室内側へ吹出される。
室外空気を取り入れる換気運転時、圧縮機２は運転を停止する。一方、第１送風機１０により吸込まれた外気は室外側空気流路切換装置１２を通り、全熱交換器１３を通って室内空気の温湿度に近づいた後に室内側へ吹出される。

室内空気の冷房もしくは暖房運転時、第２送風機９により吸込まれた室内空気は、室内側空気流路切換装置１１を通り、空気上流側室内熱交換器５および室内下流側熱交換器４で冷却もしくは加温されて室内に吹出される。第１送風機１０により吸込まれた外気は、室外側空気流路切換装置１２を通り、室外熱交換器３で加温もしくは冷却され、室外側へ排気される。

次に、図３を参照して、冷房運転時もしくは除湿運転時において、除湿された空気を供給するため、室外に排気される流路の室外熱交換器３の下流に、水分吸着ロータ１４の流路の一方を、室内に供給される流路の空気上流側室内熱交換器５の下流かつ空気下流側室内熱交換器４の上流との間に水分吸着ロータ１４の流路のもう一方を設置した例を説明する。

外気取り入れ運転時、第１送風機１０により吸込まれた外気は、室外側空気流路切換装置１２、空気上流側室内熱交換器５、水分吸着ロータ１４、空気下流側室内熱交換器４を通り、室内側へ吹出される。第２送風機９により吸込まれた室内空気は室内側空気流路切換装置１１、室外熱交換器３を通り室外側へ排出される。
室内空気を冷房あるいは暖房して循環する運転時、第２送風機９により吸込まれた室内空気は室内側空気流路切換装置１１、空気上流側室内熱交換器５、水分吸着ロータ１４、室内下流側熱交換器４の順で通って室内へ吹出される。第１送風機１０により吸込まれた外気は、室外側空気流路切換装置１２を通り、室外熱交換器３、水分吸着ロータ１４を通り室外側へ排気される。
冷房運転時、冷凍サイクルを循環する冷媒は、圧縮機２、冷媒流路切換装置８、室外熱交換器３、減圧装置６、空気下流側室内熱交換器４、減圧装置７、空気上流側室内熱交換器５の順に回り冷媒流路切換装置８から圧縮機２に戻る。

室内空気を除湿冷却する場合、室内から吸込まれた空気は、第２送風機９から室内側空気流路切換装置１１を通り、空気上流側室内熱交換器５で冷媒の減圧および膨張により冷却され相対湿度が高く吸着されやすい状態となり、水分吸着ロータ１４に空気中の水分は吸着されて除湿される。それと共に、吸着熱により温度は上昇し、空気下流側室内熱交換器６により冷却され室内側へ吹出される。第１送風機１０により室外から吸込まれた外気は、室外側空気流路切換装置１２を通り、室外熱交換器３により加温され、水分吸着ロータ１４を加熱して吸着された水分を脱着再生し、室外側へ排気される。

室外から取り入れる空気を除湿冷却する場合、第１送風機１０により吸込まれた外気は、室外側空気流路切換装置１２を通り、空気上流側室内熱交換器５で冷却され、水分吸着ロータ１４で空気中の水分を吸着除湿され、空気下流側室内熱交換器６により再度冷却され室内側へ吹出される。室内から取り入れた空気は、室内側空気流路切換装置１１を通り室外熱交換器３により加温され、水分吸着ロータ１４を再生し室外側へ排気される。
冷凍サイクルは図１で説明した冷房運転時のものと同じ動きであり、吸着ロータ１４は室外熱交換器４によって加温された空気温度に適した回転速度で同軸モータや別置されたモータによるベルト等によって駆動され連続的に吸着と再生を繰り返す。

暖房運転において、室内空気を加温および加湿する場合、室内から吸込まれた空気は第２送風機９から室内側空気流路切換装置１１を通って空気上流側室内熱交換器５で加温され、水分吸着ロータ１４に吸着されている水分を脱着することにより加湿および温度低下した後、空気下流側室内熱交換器４で再度加温され室内側へ吹出される。室外から取り入れられた空気は、室外側空気流路切換装置１２を通り室外熱交換器３により冷却され相対湿度を高めた後、水分吸着ロータ１４で水分を吸着され室外側へ排気される。

室外から取り入れる空気を加温および加湿する場合、第１送風機１０により吸込まれた外気は、室外側空気流路切換装置１２を通り、空気上流側室内熱交換器５で加温され、水分吸着ロータ１４で吸着されている水分を脱着した後、空気下流側室内熱交換器６により再度加温され室内側へ吹出される。室内から取り入れた空気は室内側空気流路切換装置１１を通って室外熱交換器３により冷却され相対湿度を高めた後、水分吸着ロータ１４で水分を吸着された後に室外側へ排気される。これら加温加湿の場合、冷凍サイクルは図１の暖房運転時と同じである。

図４は、図３の冷凍サイクル系統機器の接続順序を変えたもので、圧縮機２、冷媒流路切換装置８、室外熱交換器３、減圧装置７、空気上流側室内熱交換器５、減圧装置６、空気下流側室内熱交換器４の順に回り冷媒流路切換装置８から圧縮機２に戻る順となっている。

図５は、空気上流側熱交換器の上流側にフィルタ１５を設けたものであり、第１送風機１０により吸込まれた外気の汚れ、第２送風機９により吸込まれた室内空気の汚れを取り除くことができる。さらに、フィルタ１５は光触媒による脱臭装置により脱臭機能を持たせたり、電気集塵装置により空気中の汚れを取り除いたり、することが望ましい。
さらに、第２送風機９の上流側に二酸化炭素濃度センサ１６を設け、二酸化炭素濃度があるしきい値より大きくなった場合に自動的に空気流路切換装置２を切換え、外気取込みと室内空気の循環とを選択することが良い。また、酸素濃度センサを設け、酸素濃度によって外気取込みと室内空気の循環とを選択できるようにすることが望ましい。

本発明の一実施例を示す空気調和機の冷媒回路図である。本発明の他の実施例を示す空気調和機の冷媒回路図である。本発明のさらに他の実施例を示す空気調和機の冷媒回路図である。本発明のさらに他の実施例を示す空気調和機の冷媒回路図である。本発明のさらに他の実施例を示す空気調和機の冷媒回路図である。

符号の説明

１…ユニット、２…圧縮機、３…室外熱交換器、４…空気下流側室内熱交換器、５…空気上流側室内熱交換器、６、７…減圧装置、８…冷媒流路切換装置、９…第２送風機、１０…第１送風機、１１…室内側空気流路切換装置、１２…室外側空気流路切換装置、１３…全熱交換器、１４…水分吸着ロータ、１５…脱臭フィルタ、１６…二酸化炭素濃度センサ。

Claims

圧縮機、冷媒流路切換装置、室内熱交換器、減圧装置、室外熱交換器が順次接続され、室外から外気を前記室外熱交換器へ送風する第１送風機、及び室内の空気を前記室内熱交換器へ送風する第２送風機が一つのユニットに収められた空気調和機において、
前記第１送風機から送風される空気の流路を前記室外熱交換器あるいは前記室内熱交換器へ切換える室外側空気流路切換装置と、
前記第２送風機から送風される空気の流路を前記室内熱交換器あるいは前記室外熱交換器へ切換える室内側空気流路切換装置と、
前記室外側空気流路切換装置と前記室内熱交換器との間及び前記室内側空気流路切換装置と前記室外熱交換器との間に設けられた全熱交換器と、
を備え、前記第１送風機により吸込まれた外気は前記室外側空気流路切換装置を通り、前記室内熱交換器にて冷却されて室内側へ吹出され、前記第２送風機により吸込まれた室内空気は前記室内側空気流路切換装置を通り、前記室外熱交換器で加熱されて室外側へ排出されることを特徴とした空気調和機。
請求項１に記載のものにおいて、前記室内熱交換器は空気上流側に配置された空気上流側室内熱交換器と、該空気上流側室内熱交換器に対して下流側に配置された空気下流側室内熱交換器と、を有し、前記空気上流側室内熱交換器と前記空気下流側室内熱交換器との間に減圧装置が設けられたことを特徴とする空気調和機。
請求項１に記載のものにおいて、前記室外熱交換器の空気下流側となる位置に水分吸着ロータを配置したことを特徴とした空気調和機。
請求項１に記載のものにおいて、前記室内熱交換器の空気上流側に脱臭フィルタを配置したことを特徴とした空気調和機。
請求項１に記載のものにおいて、前記第２送風機の空気上流側に二酸化炭素濃度センサを配置したことを特徴とした空気調和機。