JP4597785B2 - ヒートポンプ式空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は外気導入タイプのヒートポンプ式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、ケーシング内に導入した外気と被空調室からの還気とを全熱交換器にて熱交換させて還気中の廃熱を回収し、さらにヒートポンプ冷媒回路によって熱を回収する構成とするものがある。

そして、前記全熱交換器においては外気と還気とを対向する方向に流通しなければならないので、ヒートポンプ冷媒回路における給気側熱交換器と還気側熱交換器はそれぞれ給気流路、還気流路において全熱交換器を挟むように配置されるのが一般的である（例えば、特許文献１乃至３参照）。

ところで、空気調和装置の設置の際には、設置スペースや装置の搬入経路等の設置上の諸条件から、装置をコンパクトな複数のユニットに分けた状態となるように設計、製作し、これらユニットを設置場所において組み立てなければならないケースが多く、特に既存の建物のリニューアル工事のように設置上の上記諸条件が厳しく制限される場合には装置のユニット化は必須要件となる。

しかしながら、上述のような従来の装置においては給気側熱交換器と還気側熱交換器を、全熱交換器を挟む反対側の位置に設けているので、給気側および還気側の熱交換器を備えるヒートポンプ冷媒回路では冷媒回路が複数のユニットに分かれて設けられるのが当然の構成となっており、したがって設置作業においてはユニット間における冷媒配管の接続作業を要し、設置作業に時間が掛かり、また冷媒配管の施工精度および信頼性の維持が困難であるという問題がある。
特開昭６１−１９７９３３号公報（第１〜３頁、図１〜３） 特開平５−１５７２８２号公報（第１〜３頁、図１） 特開平７−３１０９６４号公報（第１〜４頁、図１〜４）

本発明は、複数のユニットに分割可能であって設置現場への搬入作業が容易であり、しかも設置現場において冷媒配管の接続作業が不要であって、設置作業の簡略化、迅速化および装置の信頼性向上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、本発明に係るヒートポンプ式空気調和装置は、外気導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導入口から排気口に至る還気流路との間に、これら給気流路と還気流路を跨ぐ全熱交換器を備え、前記給気流路と還気流路における全熱交換器の下流側にそれぞれ設けた給気側熱交換器および還気側熱交換器に対し、圧縮機からの冷媒を前記給気側熱交換器と還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冷媒回路を備えるヒートポンプ式空気調和装置において、前記全熱交換器を１つのケーシング内に収容した全熱交換器ユニットと、前記冷媒回路の構成機器およびこれら機器間の冷媒配管を１つのケーシング内に収容した冷媒回路ユニットを有し、前記全熱交換器ユニットを前記冷媒回路ユニットの上に配設し、これらユニットを接続することによって装置が完成するように構成し、前記全熱交換器ユニットは、ケーシング内を左右に区画する仕切り板と、この仕切り板と直交し、ケーシング内を前後に区画する前記全熱交換器とによって前後左右の４つの室に区画され、左右いずれか一方の２室はケーシング上部と下部にそれぞれ前記外気導入口と外気出口を設け、前記外気導入口から全熱交換器を経て前記冷媒回路ユニットへの前記外気出口に至る給気流路上流部を構成し、また、左右いずれか他方の２室はケーシング上部と下部にそれぞれ前記還気導入口と還気出口を設け、前記還気導入口から全熱交換器を経て前記冷媒回路ユニットへの前記還気出口に至る還気流路上流部を構成し、前記給気流路側における前後の室のいずれか一方に外気導入口を、かつ同前後の室の他方に前記外気出口を設け、また前記還気流路側の還気導入口と還気出口の位置を、それぞれ前記給気流路側の外気導入口と外気出口の位置と前後の室が互い違いとなるように設け、全熱交換器に対する外気の流通方向と還気の流通方向とが前後逆方向となるように構成したものとしてある。

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、前記全熱交換器ユニットおよび前記冷媒回路ユニットに加え、ケーシング内に給気ファンを備え、前記冷媒回路ユニットにおける給気流路からの給気を導入して前記給気口から被空調室に送る給気ファンユニットと、この給気ファンユニットとは別のケーシング内に排気ファンを備え、前記冷媒回路ユニットにおける還気流路からの還気を導入して前記排気口から装置外部に放出する排気ファンユニットとを備えてなる構成のものとしてある。

本発明によれば、少なくとも装置全体を、全熱交換器を備えるユニットと冷媒回路を備えるユニットに分割して製作、保管および搬送が可能であって、設置現場への搬入作業が容易であり、しかも冷媒回路が１つのユニット内に納められているので、設置現場において冷媒配管の接続作業が不要であって、設置作業の簡略化、迅速化および装置の信頼性向上を図ることができる。

以下、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示す具体例に基づいて詳細に説明する。
図において、符号１は全熱交換器ユニット、２は冷媒回路ユニット、３は給気ファンユニット、４は排気ファンユニット、５は給気側接続ユニット、６は排気側接続ユニットをそれぞれ示し、全熱交換器ユニット１の上面に外気導入口７と還気導入口８を有し、また給気ファンユニット３の上面に給気口９を、排気ファンユニット４の上面に排気口１０をそれぞれ有している。

前記全熱交換器ユニット１は、図２、３に示されるようにケーシング１１内を左右に区画する仕切り板１２と、同仕切り板に対して直交し、空気の流通方向を前後方向とする全熱交換器１３によって４つの室に区画されていて、左右方向の一方（図２、３では左側）の２室で間に全熱交換器の一方の半部（図２では左半部）が介在する還気流路上流部１４を構成し、他方（図２では右側）の２室で間に全熱交換器の他方の半部（図２、３では右側）が介在する給気流路上流部１５を構成している。

そして還気流路上流部１４における一方の室１４Ａ（図２、３では後方の室）のケーシング１１上面に前記還気導入口８が、同他方の室１４Ｂ（図２、３では前方の室）のケーシング下面に還気出口１６がそれぞれ設けられ、また、給気流路上流部１５における一方の室１５Ａ（図２、３では前方の室）のケーシング１１上面に前記外気導入口７が、同他方の室１５Ｂ（図２、３では後方の室）のケーシング下面に外気出口１７がそれぞれ設けられている。

ここで、還気流路上流部１４と、給気流路上流部１５における空気の流れ方向は、全熱交換器１３に対して前後方向が逆となるように構成してあり、したがって還気流路上流部１４内を流れる空気と、給気流路上流部１５内を流れる空気とは、全熱交換器１３内において対向流となるようにしてある。
なお、図２、３中における符号１８ａ、１８ｂはそれぞれ外気用、還気用のフィルタを示し、外気用フィルタは例えばプレフィルタと中性能フィルタとの２段構成のものとしてある。

そして、前記冷媒回路ユニット２内にはヒートポンプ冷媒回路の構成機器およびこれら機器間の冷媒配管が全て収容されている。

具体的には、図４に示されるように冷媒回路ユニット２のケーシング１９内は縦仕切り板２０によって左右に区画され、一方（図４では左側）の室は還気流路中流部２１を、他方（図４では右側）の室は給気流路中流部２２をそれぞれ構成し、還気流路中流部２１と給気流路中流部２２における各ケーシング上部には前述した全熱交換器ユニット１からの還気入口２３と、外気入口２４が設けられており、また各中流部のケーシング外板部には、排気側接続ユニット６に接続される還気出口２５と、給気側接続ユニット５に接続される外気出口２６がそれぞれ設けられている。

そして、上記還気出口２５と外気出口２６の各内側には、それぞれヒートポンプ冷媒回路の構成機器たる還気側熱交換器２７と、給気側熱交換器２８がそれぞれ設けられており、これらに冷媒を供給する圧縮機２９が還気流路中流部２１内に設けられている。
なお、図４中の符号３０は加湿器を示している。

上記ヒートポンプ冷媒回路の具体的構成を図５に基づいて説明すると、前記圧縮機２９からの冷媒が、給気側熱交換器２８と還気側熱交換器２７をこの順に、またはその逆となるように四方弁３１により切替えて供給され、アキュムレータ３２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冷房運転と暖房運転が切替えられる。
なお、上記圧縮機２９、四方弁３１およびアキュムレータ３２は還気流路中流部２１ではなく、給気流路中流部２２内に設ける場合もある。

具体的には、冷房運転時には図５中に実線矢印で示されるように、圧縮機２９からの冷媒が四方弁３１を介して還気側熱交換器２７に送られ、還気流路中流部２１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２８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中流部２２内を流過する空気を冷却してアキュムレータ３２に送られ、同アキュムレータにて気液分離されて圧縮機２９に戻される。

また、暖房運転時には図５中に破線矢印で示されるように、圧縮機２９からの冷媒が四方弁３１を介して給気側熱交換器２８に送られ、給気流路中流部２２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２７に送られて蒸発させられて還気流路中流部２１内を流過する空気の熱を奪い、その後アキュムレータ３２にて気液分離されて圧縮機２９に戻される。
なお、図５中において符号３３、３４はそれぞれ還気側熱交換器、給気側交換器用の各膨張弁、３５、３６はそれぞれ還気側熱交換器、給気側熱交換器用の逆止弁を示している。

図６、７はそれぞれ排気側接続ユニット６および排気ファンユニット４と、給気側接続ユニット５および給気ファンユニット３の構造を示している。

しかして、排気側接続ユニット６のケーシング３７における前記冷媒回路ユニットと接続される一方（図６では右側）の側面には、冷媒回路ユニットにおける前記還気出口２５に接続される排気入口３８が設けられていて、同接続ユニット６の上部に接続された排気ファンユニット４のケーシング３９との間には連通部４０を有して還気流路下流部４８を構成しており、排気ファン４１の駆動により、冷媒回路ユニットの還気出口２５からの排気は排気入口３８から連通部４０、排気ファン４１および排気筒部４２を経て排気口１０から外部に排出されるようになっている。

なお、排気ファン４１を駆動するモータ（図示省略）は、排気ファンユニット４内に設けるのが望ましく、かくすると排気ファンの駆動用動力伝達機構を排気ファンユニット内に全て収めることができる。
また、本実施例では排気ファンユニット４と排気側接続ユニット６を独立したケーシング内にそれぞれ設けたが、これらユニットを１つのケーシング内に設けるようにする場合もある。

そして給気側接続ユニット５および給気ファンユニット３も排気側のものと同様に、給気側接続ユニット５のケーシング４３における前記冷媒回路ユニットと接続される一方（図７では左側）の側面には、冷媒回路ユニットにおける前記外気出口２６に接続される給気入口４４が設けられていて、同接続ユニット５の上部に接続された給気ファンユニット３のケーシング５０との間には連通部４５を有して給気流路下流部４９を構成しており、給気ファン４６の駆動により、冷媒回路ユニットの外気出口２６からの給気は給気入口４４から連通部４５、給気ファン４６および給気筒部４７を経て給気口９から送出され、この給気口に接続されたダクトによって所要の被空調室に給気されるようになっている。

なお、給気ファン４６を駆動するモータ（図示省略）も排気ファン４１を駆動するモータ（図示省略）と同様に、給気ファンユニット３内に設けるのが望ましく、かくすると給気ファンの駆動用動力伝達機構を給気ファンユニット内に全て収めることができる。
また、本実施例では給気ファンユニット３と給気側接続ユニット５を独立したケーシング内にそれぞれ設けたが、排気側のものと同様に、これらユニットも１つのケーシング内に設けるようにする場合がある。

本発明に係る装置の実施例の全体構成を示す斜視図。 全熱交換器ユニットのケーシングを除いて内部構造を示す斜視図。 全熱交換器ユニットの横断平面図。 冷媒回路ユニットの内部構成を示す縦断面図。 ヒートポンプ冷媒回路の構成図。 排気ファンユニットと排気側接続ユニットの内部構成を示す縦断面図。 給気ファンユニットと給気側接続ユニットの内部構成を示す縦断面図。

符号の説明

１ 全熱交換器ユニット
２ 冷媒回路ユニット
３ 給気ファンユニット
４ 排気ファンユニット
５ 給気側接続ユニット
６ 排気側接続ユニット
７ 外気導入口
８ 還気導入口
９ 給気口
１０ 排気口
１１ ケーシング
１２ 仕切り板
１３ 全熱交換器
１４ 還気流路上流部
１５ 給気流路上流部
１６ 還気出口
１７ 外気出口
１８ａ、１８ｂ フィルタ
１９ ケーシング
２０ 縦仕切り板
２１ 還気流路中流部
２２ 給気流路中流部
２３ 還気入口
２４ 外気入口
２５ 還気出口
２６ 外気出口
２７ 還気側熱交換器
２８ 給気側熱交換器
２９ 圧縮機
３０ 加湿器
３１ 四方弁
３２ アキュムレータ
３３、３４ 膨張弁
３５、３６ 逆止弁
３７ ケーシング
３８ 排気入口
３９ ケーシング
４０ 連通部
４１ 排気ファン
４２ 排気筒部
４３ ケーシング
４４ 給気入口
４５ 連通部
４６ 給気ファン
４７ 給気筒部
４８ 還気流路下流部
４９ 給気流路下流部
５０ ケーシング

Claims (2)

1. 外気導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導入口から排気口に至る還気流路との間に、これら給気流路と還気流路を跨ぐ全熱交換器を備え、前記給気流路と還気流路における全熱交換器の下流側にそれぞれ設けた給気側熱交換器および還気側熱交換器に対し、圧縮機からの冷媒を前記給気側熱交換器と還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冷媒回路を備えるヒートポンプ式空気調和装置において、
   前記全熱交換器を１つのケーシング内に収容した全熱交換器ユニットと、前記冷媒回路の構成機器およびこれら機器間の冷媒配管を１つのケーシング内に収容した冷媒回路ユニットを有し、前記全熱交換器ユニットを前記冷媒回路ユニットの上に配設し、これらユニットを接続することによって装置が完成するように構成し、
   前記全熱交換器ユニットは、ケーシング内を左右に区画する仕切り板と、この仕切り板と直交し、ケーシング内を前後に区画する前記全熱交換器とによって前後左右の４つの室に区画され、左右いずれか一方の２室はケーシング上部と下部にそれぞれ前記外気導入口と外気出口を設け、前記外気導入口から全熱交換器を経て前記冷媒回路ユニットへの前記外気出口に至る給気流路上流部を構成し、また、左右いずれか他方の２室はケーシング上部と下部にそれぞれ前記還気導入口と還気出口を設け、前記還気導入口から全熱交換器を経て前記冷媒回路ユニットへの前記還気出口に至る還気流路上流部を構成し、前記給気流路側における前後の室のいずれか一方に外気導入口を、かつ同前後の室の他方に前記外気出口を設け、また前記還気流路側の還気導入口と還気出口の位置を、それぞれ前記給気流路側の外気導入口と外気出口の位置と前後の室が互い違いとなるように設け、全熱交換器に対する外気の流通方向と還気の流通方向とが前後逆方向となるように構成してなるヒートポンプ式空気調和装置。
   
2. 前記全熱交換器ユニットおよび前記冷媒回路ユニットに加え、ケーシング内に給気ファンを備え、前記冷媒回路ユニットにおける給気流路からの給気を導入して前記給気口から被空調室に送る給気ファンユニットと、この給気ファンユニットとは別のケーシング内に排気ファンを備え、前記冷媒回路ユニットにおける還気流路からの還気を導入して前記排気口から装置外部に放出する排気ファンユニットと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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