JP4767047B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る熱交換器40の要部を示す概略構成図である。図1に基づいて、本発明の特徴部分である熱交換器40の構成について説明する。ここでは、この熱交換器40が冷凍装置や空気調和装置に広く利用されているプレートフィンチューブ式の熱交換器である場合を例に示すものとする。
フィン45の表面に吸着剤を担持させる一例としてディッピングによる方法がある。ディッピングとは、含浸加工のことをいい、フィン45の表面に均一に所定量の吸着剤を含浸させて、新しい機能を付与することである。このディッピングによって吸着剤をフィン45の表面に担持させる一般的な手順を以下に示す。
(2)次に、粉砕した吸着剤とバインダ(接合剤)と呼ばれる物質とを所定の割合で混ぜ合わせて混合溶液を作製する。このバインダは、吸着剤をフィン45の表面に接着させるものであればよく、特に種類を限定するものではない。また、吸着剤とバインダとを混合する割合も特に限定するものではなく、フィン45の表面に担持させたい吸着剤の量や厚さを考慮して決定するとよい。
(4)ディッピングを所定の回数行なった後、吸着剤が含浸しているフィン45や熱交換器40を乾燥させる。
このようにして、フィン45の表面に吸着剤を担持することができる。
(2)次に、粉砕した吸着剤とバインダ(接合剤)と呼ばれる物質とを所定の割合で混ぜ合わせて混合溶液を作製する。このバインダは、吸着剤をフィン45の表面に接着させるものであればよく、特に種類を限定するものではない。また、吸着剤とバインダとを混合する割合も特に限定するものではなく、フィン45の表面に担持させたい吸着剤の量や厚さを考慮して決定するとよい。
(4)目的の量の吸着剤を担持させたフィン45や熱交換器40を混合溶液から取り出す。
このようにして、フィン45の表面に吸着剤を担持することができる。
(2)次に、粉砕した吸着剤とバインダ(接合剤)と呼ばれる物質とを所定の割合で混ぜ合わせて混合溶液を作製する。このバインダは、吸着剤をフィン45の表面に接着させるものであればよく、特に種類を限定するものではない。また、吸着剤とバインダとを混合する割合も特に限定するものではなく、フィン45の表面に担持させたい吸着剤の量や厚さを考慮して決定するとよい。
(4)目的の量の吸着剤が添着されたフィン45や熱交換器40を焼成処理によってバインダを除去する。
このようにして、フィン45の表面に吸着剤を担持することができる。
フィン45の表面に担持させる吸着剤の水分吸着性能を向上させるためには、空気の温度を低くし、相対湿度を大きくすることが効果的である。そのために、熱交換器40を構成するフィン45の表面に吸着剤を担持させて、吸着剤自身と吸着された空気とを同時に冷却するようにしている。こうすることによって、相対湿度を大きくすることができ、吸着剤の持っている吸着性能の潜在能力を最大限に発揮させることができる。
図2は、フィン45の表面に担持させることのできる吸着剤の成分に応じた水分吸着特性を示す特性図である。図2に基づいて、フィン45の表面に担持させるのに適した吸着剤について、各吸着材を比較して説明する。ここでは、シリカゲル、ゼオライト及び多孔質ケイ素材料を吸着剤としたそれぞれの場合を示している。また、横軸は空調空間の相対湿度(%)を、縦軸は水分の平衡吸着量(kg/kg)をそれぞれ示している。
図3は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置100の構成例を示す概略構成図である。図3に基づいて、空気調和装置100の冷凍サイクルの基本的な構成について説明する。この空気調和装置100は、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用して、冷房運転及び暖房運転を行うものである。この空気調和装置100は、実施の形態1で説明した熱交換器を備えているものとする。なお、空気調和装置100は、加湿運転を行うことができるものであるとよい。
圧縮機10で圧縮された高温・高圧の冷媒は、凝縮器20で外気に熱を放出しながら凝縮液化して液冷媒となる。この液冷媒は、第1の絞り装置60に流入し、そこで減圧されて低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、熱交換器40に流入し、吸着剤及び空気を同時に冷却しながら蒸発するようになっている。つまり、熱交換器40が吸着熱交換器として機能しているのである。そして、この気液二相冷媒は、全開状態の第2の絞り装置61を通過し、蒸発器70に流入する。この気液二相冷媒は、蒸発器70ですべて蒸発ガス化し、気体冷媒となって圧縮機10に再度吸入されるようになっている。
圧縮機10で圧縮された高温・高圧の冷媒は、凝縮器20で外気に熱を放出しながら気液二相冷媒となる。この高圧状態の気液二相冷媒は、全開状態の第1の絞り装置60を通過し、熱交換器40に流入する。熱交換器40に流入した気液二相冷媒は、吸着剤及び空気を同時に加熱しながら液化するようになっている。つまり、熱交換器40が脱着熱交換器として機能しているのである。この液化した冷媒は、第2の絞り装置61で減圧されて低圧の気液二相冷媒となる。そして、気液二相冷媒は、蒸発器70に流入し、そこですべて蒸発ガス化し、気体冷媒となって圧縮機10に再度吸入されるようになっている。
空気調和装置100の冷凍サイクルに使用できる冷媒には、非共沸混合冷媒や擬似共沸混合冷媒、単一冷媒等がある。非共沸混合冷媒には、HFC(ハイドロフルオロカーボン)冷媒であるR407C(R32/R125/R134a)等がある。この非共沸混合冷媒は、沸点が異なる冷媒の混合物であるので、液相冷媒と気相冷媒との組成比率が異なるという特性を有している。擬似共沸混合冷媒には、HFC冷媒であるR410A(R32/R125)やR404A(R125/R143a/R134a)等がある。この擬似共沸混合冷媒は、非共沸混合冷媒と同様の特性の他、R22の約1.6倍の動作圧力という特性を有している。
図5は、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置100aの構成例を示す概略構成図である。図5に基づいて、空気調和装置100aの冷凍サイクルの基本的な構成について説明する。この空気調和装置100aは、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用して、冷房運転及び暖房運転を行うものである。この空気調和装置100aは、実施の形態1で説明した熱交換器を備えているものとする。なお、空気調和装置100aは、加湿運転を行うことができるものであるとよい。また、実施の形態3では実施の形態2との相違点を中心に説明し、実施の形態2と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
図6において、風路切換手段301a、風路切替手段302b、風路切替手段303b及び風路切替手段304aが開状態であり、風路切換手段301b、風路切替手段302a、風路切替手段303a及び風路切替手段304bが閉状態であることを示している。各風路切替手段がこのような状態のとき、熱交換器40aの内蔵スペースは外気500と連通し、外気から空気が流れ込むようになっている(矢印A)。また、熱交換器40bの内蔵スペースは、ダクト310を介して、冷凍庫内400と連通し、庫内空気(たとえば、気温10[℃]、相対湿度60[%])が流れ込むようになっている(矢印B)。
図7及び図8に基づいて、空気調和装置100aの動作について説明する。なお、開閉弁30を開状態、開閉弁31を閉状態にし、熱交換器40aを脱着熱交換器として、熱交換器40bを吸着熱交換器として機能させた場合における空気調和装置100aの動作について説明するものとする。また、開閉弁31が閉状態になっているので、熱交換器40bに冷媒は流れ込まないようになっている。
図10は、本発明の実施の形態4に係る空気調和装置100bの構成例を示す概略構成図である。図10に基づいて、空気調和装置100bの冷凍サイクルの基本的な構成について説明する。この空気調和装置100bは、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用して、冷房運転及び暖房運転を行うものである。この空気調和装置100bは、実施の形態1で説明した熱交換器を備えているものとする。
図11において、風路切換手段311a、風路切替手段312b、風路切替手段313b及び風路切替手段314aが開状態であり、風路切換手段311b、風路切替手段312a、風路切替手段313a及び風路切替手段314bが閉状態であることを示している。各風路切替手段がこのような状態のとき、熱交換器40cの内蔵スペースは外気500と連通し、外気から空気が流れ込むようになっている(矢印A)。また、熱交換器40dの内蔵スペースは、ダクト310を介して、室内401と連通し、室内空気(たとえば、気温26[℃]、相対湿度60[%])が流れ込むようになっている(矢印B)。
図10及び図13に基づいて、空気調和装置100bの動作について説明する。なお、開閉弁32、開閉弁36及び開閉弁35を開状態、開閉弁33、開閉弁37及び開閉弁36を閉状態にし、熱交換器40cを脱着熱交換器として、熱交換器40dを吸着熱交換器として機能させた場合における空気調和装置100bの動作について説明するものとする。
図15は、本発明の実施の形態5に係る空気調和装置100cの構成例を示す概略構成図である。図15に基づいて、空気調和装置100cの冷凍サイクルの基本的な構成に付いて説明する。この空気調和装置100cは、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用して、冷房運転及び暖房運転を行うものである。この空気調和装置100cは、実施の形態1で説明した熱交換器を備えているものとする。
図15に基づいて、空気調和装置100cの動作について説明する。なお、開閉弁32を開状態、開閉弁33を閉状態にし、熱交換器40eを脱着熱交換器として、熱交換器40fを吸着熱交換器として機能させた場合における空気調和装置100cの動作について説明するものとする。
Claims (12)
- 圧縮機と、凝縮器と、熱交換器と、絞り装置と、蒸発器とが冷媒配管で順次接続され、冷媒を循環させる冷凍サイクルを有する空気調和装置であって、
前記熱交換器を第1の熱交換器と第2の熱交換器とで構成して、それらを並列に配置し、
前記凝縮器と前記第1の熱交換器との間における冷媒配管に第1の開閉弁を、前記凝縮器と前記第2の熱交換器との間における冷媒配管に第2の開閉弁を接続し、
前記第1の熱交換器及び前記第2の熱交換器を構成する熱交換器用フィンの表面に、低湿度である第1相対湿度と該第1相対湿度よりも高湿度である第2相対湿度との範囲における相対湿度に対する水分の平衡吸着量の変化率が、前記相対湿度の範囲外における相対湿度に対する前記平衡吸着量の前記変化率よりも大きく、かつ、前記第1相対湿度及び前記第2相対湿度が30%から40%の範囲である水分吸着手段を担持させ、
前記蒸発器の風路入口側に、該蒸発器の温度及び湿度を検知するための第1の温度・湿度検知手段と、
前記第1の温度・湿度検知手段からの情報に基づいて前記蒸発器での空気の相対湿度を算出し、その算出した相対湿度に応じて前記第1の熱交換器または前記第2の熱交換器のいずれか一方を吸着熱交換器として、他方を脱着熱交換器として機能させるように、前記第1の開閉弁及び前記第2の開閉弁の開閉を制御する制御手段と、を設けた
ことを特徴とする空気調和装置。 - 前記制御手段は、
算出した相対湿度に応じて、
前記第1の開閉弁または前記第2の開閉弁のいずれか一方の開閉弁を開状態に、他方の開閉弁を閉状態に制御することによって、前記第1の熱交換器または前記第2の熱交換器に流入する冷媒の流路を交互に切り替える
ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記制御手段で前記圧縮機の駆動周波数も制御するようになっており、
該制御手段は、
前記相対湿度を露点に換算し、
前記蒸発器の蒸発温度が、該露点以上となるように前記圧縮機の駆動周波数と、前記絞り装置の開度とを制御する
ことを特徴とした請求項1または2に記載の空気調和装置。 - 前記第1の熱交換器及び前記第2の熱交換器の温度及び湿度を検知するための第2の温度・湿度検知手段を該第1の熱交換器及び該第2の熱交換器の風路出口側に設け、
前記制御手段は、
前記第2の温度・湿度検知手段からの情報に基づいて前記第1の熱交換器及び前記第2の熱交換器での空気の相対湿度を算出し、
その結果を露点に換算し、
前記第1の熱交換器及び前記第2の熱交換器の設定温度が、該露点以上となるように前記圧縮機の駆動周波数と、前記絞り装置の開度とを制御する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の空気調和装置。 - 前記第1の開閉弁と前記第1の熱交換器との間で冷媒配管を分岐させ、前記第2の熱交換器の冷媒出口側における冷媒配管に合流する第1のバイパス管と、
前記第2の開閉弁と前記第2の熱交換器との間で冷媒配管を分岐させ、前記第1の熱交換器の冷媒出口側における冷媒配管に合流する第2のバイパス管とを設け、
前記第1のバイパス管に、第1の絞り装置と第3の開閉弁を、前記第2のバイパス管に、第2の絞り装置と第4の開閉弁をそれぞれ直列に配置した
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の空気調和装置。 - 前記制御手段は、
前記第1の熱交換器、前記第2の熱交換器の機能に応じて、前記第3の開閉弁及び前記第2の開閉弁の開閉を制御し、前記第1の絞り装置及び前記第2の絞り装置の開度を制御する
ことを特徴とする請求項5に記載の空気調和装置。 - 前記制御手段は、
算出した相対湿度に応じて、
前記第1の開閉弁または前記第2の開閉弁のいずれか一方を開状態に、他方を閉状態に制御することによって、前記第1の熱交換器または前記第2の熱交換器に流入する冷媒の流路を交互に切り替え、
前記第3の開閉弁及び前記第4の開閉弁の開閉を前記第1の開閉弁及び前記第2の開閉弁の開閉の状態に応じて制御する
ことを特徴とする請求項6に記載の空気調和装置。 - 前記制御手段は、
前記蒸発器の蒸発温度が、該露点以上となるように前記圧縮機の駆動周波数を制御し、前記絞り装置、前記第1の絞り装置及び前記第2の絞り装置の開度を制御する
ことを特徴とした請求項6または7に記載の空気調和装置。 - 前記制御手段は、
前記第2の温度・湿度検知手段からの情報に基づいて前記第1の熱交換器及び前記第2の熱交換器での相対湿度を算出し、
その結果を露点に換算し、
前記第1の熱交換器及び前記第2の熱交換器の設定温度が、該露点以上となるように前記圧縮機の駆動周波数と、前記絞り手段、前記第1の絞り装置及び前記第2の絞り装置の開度と、を制御する
ことを特徴とする請求項4〜8のいずれかに記載の空気調和装置。 - 前記第1の熱交換器及び前記第2の熱交換器は、室内ユニット内に別々に内蔵されており、
前記制御手段は、
前記第1の開閉弁及び前記第2の開閉弁の開閉の状態に応じて、前記室内ユニット内の風路を切り替える
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の空気調和装置。 - 前記水分吸着手段を、1.5〜3.0ナノメートルの穴径の細孔が多数設けられたケイ素材料で構成した
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の空気調和装置。 - 前記ケイ素材料をメソポーラスシリカとする
ことを特徴とする請求項11に記載の空気調和装置。
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